JPH0720346A - 光ファイバ付平面導波路部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストでコンパクト、しかも高信頼性を有
する光ファイバ付平面導波路部品およびその製造方法を
提供することを目的とする。 【構成】 平面導波路チップ１は、Ｓｉ基板２上に設け
られており、Ｓｉ基板２はチップ固定台３上に固定され
ている。また、チップ１は、複数の導波路コア部４を有
しており、これら導波路４はそのチップ１内において必
要に応じて合流部または分岐部等を有することができ
る。平面導波路チップ１の端面には導波路突起２０が形
成されている。この導波路突起２０は、チップ１内に形
成された導波路に対応して形成され、アンダクラッド
層、コア層およびオーバクラッド層から構成されてい
る。このような突起２０と光ファイバ７とは、ガラス融
着が可能であり、接着剤なしでも端面同士は接続容易で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面導波路回路の導波
路の少なくとも一端に光ファイバを接続実装した光ファ
イバ付平面導波路部品およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上記のような光ファイバ付平
面導波路部品は、光通信システムにおいて重要な部品と
して用いられている。すなわち、この部品は、導波路を
通過する信号光に分配，スイッチング，分波，合波等の
様々な処理を加える目的で、設計および製作されてい
る。この光ファイバ付平面導波路部品は、平面導波路チ
ップと接続用光ファイバとが接続されて構成されてい
る。この場合の接続では、まず精度良く寸法加工された
Ｖ溝石英ブロックの各Ｖ溝内に接続用光ファイバを配設
し、各光ファイバの接続端と石英ブロックの端面とを面
一に揃え、固定する。次に、光ファイバが固定されたＶ
溝石英ブロックの端面と、複数の導波路コアが精度良く
所定位置に配置されたチップ端面とを突き合わせ、光フ
ァイバ側あるいは導光路側からモニタ用光を入射し、モ
ニタ用光出射端側に接続された光パワーメータ等で光強
度をモニタしながら石英ブロックを微動調整する微動ス
テ−ジを有する自動調芯装置（ピーク・サーチャ）によ
り位置合わせを行う。平面導波路チップとＶ溝石英ブロ
ックが最適位置に達した後、微動ステージの位置を電子
的に記憶させ、チップとブロック間に所定の空隙を作成
し、紫外線硬化樹脂接着剤（以下、ＵＶ接着剤とする）
を塗布し、微動ステージを記憶した調整位置に戻す。こ
の後、ＵＶ接着剤塗布部に紫外光を照射し、接着剤を固
化させ、平面導波路チップと光ファイバを接続実装して
いた。

【０００３】このような従来の接続方法を図１に具体的
に示す。図１において符号１は平面導波路チップであ
る。このチップ１は、Ｓｉ基板２上に設けられており、
Ｓｉ基板２はチップ固定台３上に固定されている。ま
た、チップ１は、複数の導波路コア部４を有しており、
これら導波路４はそのチップ１内において必要に応じて
合流部または分岐部等を有することができる。また、図
１において符号５は石英製のＶ溝ブロックである。この
ブロック５は、その上面に互いに平行に走るＶ溝６を有
しており、各溝６には上記各導光路コア部４と接続すべ
き光ファイバ７がそれぞれ配設されている。ブロック５
は、断面コ字状の接続用光ファイバブロック外枠８の内
溝８ａ内に配設され、配設されたブロック５の上面およ
び内溝８ａ内には溝６内に配設された光ファイバ７の固
定を保持するための押さえ上蓋９が配設されている。光
ファイバ７の接続端は、接続に備えて被覆部分が除去さ
れているが、それ以外の部分の光ファイバ７はテープ状
の被覆部分１０が残され、接続端の他端にはモニタ用光
パワ−メ−タ１１が接続されている。このパワーメータ
１１は、後述のモニタ用光の光強度をモニタするもの
で、上記導波路コア部４と光ファイバ７との光接続状態
を的確に把握することができるものである。一方、上記
ブロック外枠８は、微動ステ−ジ１２上に固定されてお
り、微動ステ−ジ１２はその移動の制御を行う光ファイ
バブロック微動ステージのコントローラ１３と接続され
ている。このコントローラ１３は上記光接続状態の検知
情報をコントローラ１３に提供し得るパワーメータ１１
に接続されている。なお、モニタ光導入用光ファイバ１
４の一端はモニタ光用ＬＤ光源１５に接続され、他端は
チップ１の導波路４の一つに接続されている。

【０００４】このような従来の接続方法には以下の欠点
があった。

【０００５】コスト面 接続に用いる光ファイバブロック用の部品としてのＶ溝
ブロック５，ブロック外枠８および押さえ上蓋９は各々
高い精度と端面研磨が必要であるためコスト高となっ
た。

【０００６】また、高精度なピーク・サーチャを調芯用
に占有するため作業コストも高価にならざるをえなかっ
た。

【０００７】寸法面 接続する光ファイバブロック５は作業性の点からも一定
の大きさ，剛性が必要である。ブロック５はその両端面
分の長さで２０ｍｍ程度、チップ寸法に比べて長くせざ
るを得なかった。

【０００８】信頼性，光通信特性 従来の方法の最大の問題点と言えるのが、信頼性であ
る。図１から明らかなように、石英製のファイバブロッ
クとチップ間には接着剤（ＵＶ硬化型）が用いられてい
る。当然ながら、接続に用いるＵＶ接着剤は導波路ガラ
ス部分および光ファイバガラス部分と屈折率整合がとれ
た材質を選んでいるが、長期の使用時のポリマの変質に
よる屈折率変化による損失や反射の増加および接着力の
低下による剥離が生じ、信頼性に大きな不安を与えてい
た。特に、屋外使用等を想定した劣化試験として用いら
れる高温多湿条件での接着剤の変質は、本質的な部品の
信頼性の低下要因となっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の技術的課題を解決し、低コストでコンパクト、しかも
高信頼性を有する光ファイバ付平面導波路部品およびそ
の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、平面導波路チップの導波路
に光ファイバを接続してなる光ファイバ付平面導波路部
品において、前記平面導波路チップの導波路の両端部の
少なくとも一方の端部は前記チップ端面より突出し、か
つ該突出した導波路突起の端部に前記光ファイバの端部
を融着接続してなることを特徴とする。

【００１１】また、請求項２記載の発明の光ファイバ付
平面導波路部品の製造方法は、平面導波路チップの端面
に機械切削加工により前記導波路を区分する切れ込みを
形成する工程と、前記チップにエッチングを行うことに
より前記切れ込み間の前記導波路を残して前記チップの
端面から突出する導波路突起を形成する工程と、該導波
路突起の端部に光ファイバの端部を直接融着接続する工
程とを含むことを特徴とする。ここで、請求項３記載の
発明は、請求項２において、前記融着接続工程に際し、
予め光ファイバの端部を予備加熱する工程をさらに含ん
でもよい。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１３】図２は、本発明の光ファイバ付平面導波路
部品の一部である平面導波路チップの要部を示す斜視図
である。本実施例における平面導波路チップ１の特徴
は、チップ端面に導波路突起２０が形成されている点に
ある。この導波路突起２０は、チップ１内に形成された
導波路（図示略）に対応して形成され、アンダクラッド
層、コア層およびオーバクラッド層（図示略）から構成
されている。図２においては、突起２０はチップ１の一
端面に形成されたもののみ示されているが、勿論両端面
に形成されてもよいことは言うまでもない。なお、この
突起２０は、そのチップ１の両端面から１０ｍｍ程度の
長さで十分である。

【００１４】このような構成の突起２０を有するチップ
１と光ファイバとの接続は、以下のような手順で行われ
る。

【００１５】まず、チップ１の導波路突起２０のコア部
端面に、光ファイバの一端面を対向させ、マイクロバー
ナー，放電アーク融着または電気ヒータなどを用いた通
常の光ファイバ同士の接続と同様の方法で行う。

【００１６】上記チップ１の導波路突起２０と接続すべ
き光ファイバ芯線の融点は１６００℃以下であり、チッ
プ１の導光路および突起２０は通常それより低融点であ
るので、融着接続に先立って光ファイバ部分を予備加熱
しておくことが望ましい。融着温度近辺まで昇温する
と、図２の矩形導波路のクラッド部も溶融し、ガラス融
液の表面張力によって円柱状に変形し、接続する円柱状
光ファイバとの接続に際し、通常の光ファイバ芯線間同
士の接続と同様に、自己調芯作用により調芯が可能であ
り、融着した後に双方に張力を少しかけることにより双
方の接続部外径を均一にすることで融着作業を完了す
る。ファイバコア部と導波路突起２０のコア部との位置
合わせはチップを固定台に固定し、８芯テープファイバ
融着機用のＶ溝ガイドを用いて配列させ、実体顕微鏡
（×２０倍程度）と手動による微調整を行う。本実施例
では、石英ガラス同士の溶接となるため、その融着接続
部の損失および耐環境性は、接着剤を用いた接続による
従来法の場合と比べて格段に優れている。

【００１７】次に、図２に示した導波路突起を有する平
面導波路部品の製造方法および当該突起と光ファイバと
の接続方法について説明する。

【００１８】図３〜図９は、それぞれ図２に示したを本
発明の光ファイバ付平面導波路部品の一実施例の製造方
法の一連の工程を示す斜視図である。Ｓｉ基板となる１
ｍｍ厚のシリコンウエハ２１上にアンダクラッド層、コ
ア層およびオーバクラッド層からなる石英ガラス回路２
２を設けた（図３）。このガラス回路のコア径は８μｍ
であり、２５０μｍピッチの評価用ストレートパターン
を有する。基板２上のガラス回路１から、ダイシングソ
ー２３により厚さ１ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ４０ｍｍの寸
法の矩形チップ２４を切り出した（図４）。次に、この
矩形チップ２４上にガラス回路１の表面保護のために樹
脂スプレーを吹きつけて表面保護用フィルム２５を形成
した後、図示しないダイシングソーに、２枚の５ｍｍ厚
のカーボン板２６で矩形チップ２４を挾み込んでエレク
トロワックス２７で固定した（図５）。次に、このよう
な積層構造のブロックＢをダイシングソーに固定し、そ
の端面に露出したコア部を基準として深さ５ｍｍ、ピッ
チ２５０μｍでコア両端から４０μｍ残してダイシング
ソー刃２８により櫛状に切り込み加工を行った（図
６）。次に、樹脂スプレーを裏面および切り込み部に塗
布して被膜２９を形成した後、ブロックＢから櫛状部の
下面となるＳｉ基板側の被膜のみを除去した（図７）。

【００１９】この状態のブロックＢの突起部のみをＨＮ
Ａエッチャント（フッ酸：硝酸：酢酸＝１：３：８、体
積比）３０に３０分間浸積し、被膜の除去された突起
部、すなわち櫛状部の下面のシリコンウエハ２１のみを
エッチングして除去した（図８）。

【００２０】次に、マスクとなった突起部被膜２９を有
機溶剤（アセトン：アルコール＝３：１）で除去洗浄
し、ガラス導光路部のみの突起部２０を有する導波路チ
ップ１を得た（図９）。

【００２１】次に、８芯の放電型融着接続器を改良し片
端面にチップ装置治具を設け、この治具に上記突起チッ
プを固定した。突起チップの先端のＵＶ樹脂被覆を除去
し、切断器によって端面カットした８芯テープファイバ
をＶ溝ガイドより挿入配列し、８芯用融着器のアークセ
ンタを光ファイバ端に２ｍｍオフセットし、光ファイバ
端を４秒予備加熱した。その直後、チップ突起部を放電
アーク内で接着させ、４秒加熱、接触面より０．２ｍｍ
後退させながら２秒間延伸加熱し、光ファイバを平面導
波路部品の端部に融着接続した。接続部にＵＶ接着剤
（オプトフロン（登録商標）ＵＶ２１００＃）を滴下
し、ＵＶ光源で２０秒硬化、光ファイバ付平面導光路部
品を完成させた。

【００２２】８芯の接続損失は平均０．０８ｄＢ（最大
値０．１ｄＢ）であった。接続部は−４０℃から＋８０
℃のヒートサイクル１０回に対して変動がなく、また、
湿度８５％、温度８５℃の高温加湿試験においても５０
０時間後も損失変化を観測できなかった。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バ付平面導波路部品は、平面導光路部品のボトルネック
となる光ファイバとの接続を、導波路，光ファイバ間の
ガラス融着で行っているため、接続損失が非常に小さ
く、かつ接続部の信頼性に優れ、経時変化がほとんどな
いという利点を備えている。

【００２４】さらに、本発明の光ファイバ付平面導波路
部品は、ファイバ接続部が両端合わせても１０ｍｍ程度
で済むため、従来の光ファイバブロックが両端で３０ｍ
ｍ程度と長いのに比較し、最小寸法での接続が可能であ
る。

【００２５】また、本発明の光ファイバ付平面導波路部
品の製造方法によれば、ファイバ接続を、チップのうち
Ｓｉ基板を除いた光ファイバ構成に近い平面導波路のう
ち断面矩形の導波路突起部と光ファイバとの間で行うた
め、融着部の熱容量が小さく、レーザ加熱のような高価
な手段を用いることなく、安価な従来のアーク溶接技術
を利用できる。

【００２６】さらに、本発明の光ファイバ付平面導波路
部品の製造方法は、その導波路突起と光ファイバとのガ
ラス同士の接続に際して溶融ガラスの表面張力による自
己調芯作用を利用しているため、接続突き合わせ時の位
置合わせも、ピーク・サーチャ等の特殊な手段を用いる
ことなく低損失で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面導波路部品への光ファイバの従来の接続方
法を説明するための斜視図である。

【図２】本発明の光ファイバ付平面導波路部品のうち、
平面導波路部品の導波路突起を示す斜視図である。

【図３】図２に示した平面導波路部品の導波路突起を作
製する工程のうちチップ切り出し工程を示す斜視図であ
る。

【図４】図３に示したチップ切り出し工程で切り出され
た所定寸法の矩形チップを示す斜視図である。

【図５】図４に示した矩形チップをカーボン板等で挟み
込んだ後、ダイシングソーに固定されたブロックを示す
斜視図である。

【図６】図５に示したブロックの導波路突起となるべき
位置にダイシングソーにより切り込みを入れる工程を示
す斜視図である。

【図７】図６に示した切り込みを有するブロックの一部
に、エッチング処理からの保護を目的とした被膜を施す
工程を示す斜視図である。

【図８】図７に示したブロックに対するエッチング工程
を示す斜視図である。

【図９】図８に示したエッチングにより得られた図２に
示した導波路突起を有する平面導波路部品を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ 平面導波路チップ ２ Ｓｉ基板 ３ チップ固定台 ４ 導波路コア部 ５ Ｖ溝石英ブロック ６ Ｖ溝 ７ 光ファイバ ８ 接続用光ファイバブロック外枠 ８ａ 内溝 ９ Ｖ溝押さえ上蓋 １０ テープ状の光ファイバの被覆部分 １１ モニタ用光パワ−メ−タ １２ 微動ステ−ジ１２ １３ 微動ステージコントローラ １４ モニタ光導入用光ファイバ １５ モニタ光用ＬＤ光源 ２１ シリコンウエハ ２２ 石英ガラス回路 ２３ ダイシングソー ２４ 矩形チップ ２５ 表面保護用フィルム ２６ カーボン板 ２７ エレクトロワックス ２８ ダイシングソー刃 ２９ 被膜 ３０ ＨＮＡエッチャント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高戸 範夫 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 千田 和憲 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面導波路チップの導波路に光ファイバ
   を接続してなる光ファイバ付平面導波路部品において、
   前記平面導波路チップの導波路の両端部の少なくとも一
   方の端部は前記チップ端面より突出し、かつ該突出した
   導波路突起の端部に前記光ファイバの端部を融着接続し
   てなることを特徴とする光ファイバ付平面導波路部品。
2. 【請求項２】 平面導波路チップの端面に機械切削加工
   により前記導波路を区分する切れ込みを形成する工程
   と、前記チップにエッチングを行うことにより前記切れ
   込み間の前記導波路を残して前記チップの端面から突出
   する導波路突起を形成する工程と、該導波路突起の端部
   に光ファイバの端部を直接融着接続する工程とを含むこ
   とを特徴とする光ファイバ付平面導波路部品の製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記融着接続工程に
   際し、予め光ファイバの端部を予備加熱する工程をさら
   に含むことを特徴とする光ファイバ付平面導波路部品の
   製造方法。