JPH08201651A - 光導波路デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サブミクロン単位の高い精度を要求される加
工や組立を廃しても、高品質が得られ且つ低コストで効
率よく製造できるようにする。 【構成】 光導波路基板３０の各光導波路３２に対して
個別に光ファイバ３４を接続する。光ファイバが十分挿
通可能な径のガイド穴４０を光導波路の入出力端の配列
に等しいピッチで形成したガイドプラグ３６と、そのガ
イド穴に挿通した光ファイバの光軸と光導波路の光軸と
が平行且つ概ね一致するように、ガイドプラグを光導波
路基板に対して離間した状態で位置決め保持するガイド
プラグ取付け機構とを有する。各光導波路コア端面に形
成した凹又は凸形状と、各光ファイバコア端面に形成し
た凸又は凹形状との凹凸嵌合による突き合わせ調心状態
で光学接着剤により接着し、各光ファイバをガイドプラ
グのガイド穴に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路と光ファイバ
とを接続した光導波路デバイス及びそれを製造する方法
に関し、更に詳しく述べると、光ファイバが十分挿通可
能なガイドプラグの使用と、光導波路と光ファイバとの
凹凸嵌合による突き合わせ調心と、ガイドプラグと光導
波路基板との位置決め取付け機構とにより、部品精度に
対する要求が低く、部品の加工や組立が容易でありなが
ら、高品質の光導波路デバイスが得られる技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信等の分野においては、一つの光信
号を複数の光信号に分割したり、逆に複数の光信号を一
つの光信号として結合するのに、光導波路デバイスが用
いられている。光導波路デバイスは、多ポートの光導波
路を形成した光導波路基板を用い、光を取り出すために
各光導波路に対して個別に光ファイバを接続する構造と
なっている。光導波路と光ファイバとの接続精度は光導
波路デバイスの品質に大きな影響を与えるため、種々の
接続固定方式が開発されつつある。その代表的な例とし
ては、ファイバアレイ方式と多心ファイバコネクタ方式
とがある。

【０００３】ファイバアレイ方式は、図６に示すよう
に、多ポートの光導波路１１を形成した光導波路基板１
０と、その光導波路１１の入出力端と全く同じ間隔で光
ファイバ１２を挾着ブロック１３中に精密配列し固定し
たファイバアレイ１４を使用する。光導波路基板１０の
端面とファイバアレイ１４の端面をそれぞれ平坦に研磨
した後、両者を突き合わせて光軸調整を行い、突き合わ
せ端面間を接着剤で固定する。この方式は、 多ポートの光導波路と多数本の光ファイバとを一括接
続できる。 平坦面同士の接着固定を行うことから、大きな接着強
度が得られやすい。 端面角度を斜めにすることで、後方反射の低減が図れ
る。 等の利点がある。

【０００４】多心ファイバコネクタ方式は、図７に示す
ように、ファイバアレイ２４として多心光ファイバ（テ
ープファイバ）の機械的接続に用いられるコネクタプラ
グ２３（ＭＴコネクタ）のように嵌合用ガイドピン穴２
５を有する光ファイバ整列部品を用いる。光導波路基板
２０の端面とファイバアレイ２４の端面をそれぞれ平坦
に研磨しておく。光導波路基板や該基板を固定している
ホルダ（ここでは光導波路２０）に取付け金具２６など
によってガイドピン２７を固定する。そして、ガイドピ
ン２７をコネクタプラグ２３のガイドピン穴２５に嵌合
させて接続を行う。この方式は、 ガイドピン固定の位置合わせだけで、光ファイバ接続
時の煩雑な調心が不要になる。 光導波路と光ファイバの着脱を反復して行える。 等の利点がある。

【０００５】更に、これらの方式については、上記のよ
うな基本構成の他にも様々な変形例が提案されている。
例えば、ファイバアレイ方式の改良として、光導波路コ
ア端面に凹（又は凸）形状を、光ファイバコア端面に凸
（又は凹）形状をそれぞれ形成し、各光ファイバは結合
用光ファイバホルダに精密配列して固定しておき、光導
波路基板と結合用光ファイバホルダを一列に並べて、光
導波路コアと光ファイバコアの凹凸嵌合で光導波路と光
ファイバを突き合わせて光軸調整を簡素化する構成があ
る（特開平５−１７３０３８号公報、特開平６−２８９
２５５号公報など）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術では、ファイバアレイ方式、多心ファイバコネクタ方
式ともに、光ファイバを高精度に配列固定した部品（フ
ァイバアレイ）を作製する必要がある。ここで要求され
る部品加工精度及び組立精度は、単一モードファイバの
場合、サブミクロン単位になり、そのため量産化が難し
く、極めて高価なものとならざるを得ない。

【０００７】従来技術では、もし多心光ファイバ部品の
組立中に１本でも光ファイバ破損や配列不良が発生する
と、多心光ファイバ部品全体が不良品となる。そして、
この光ファイバ配列の良否は、ファイバアレイやコネク
タプラグの組立後に端面の精密研磨仕上げを経て検査
（測定）を行うまでは分からない。従って、製品の歩留
りが低下するばかりでなく余分なコストを要し、結果的
に高価なものとなる。

【０００８】更に、光ファイバと光導波路基板との接続
においても、ファイバアレイの高精度調心、ガイドピン
の高精度位置決めが必要になり、量産化が難しく、極め
て高価なものとなる。

【０００９】光導波路と光ファイバとの凹凸嵌合による
突き合わせ調心の場合でも、従来技術では光導波路基板
とファイバアレイとの間で調心する構造だから、多少調
心作業が容易になると考えられるものの、基本的には上
記と同様、光ファイバを高精度に配列固定したファイバ
アレイを作製する必要があるし、長さ方向の位置出しま
で含めて考えると、突き合わせ時に光導波路と光ファイ
バとの全ての接続点でぴったりと嵌合しているという保
証はない。全ての光導波路と光ファイバとの接続点で良
好な嵌合状態を得るためには、光ファイバ先端の挾着ブ
ロックからの突出量の調整も必要となり、多心光ファイ
バ部品の製作は一層困難となる。

【００１０】本発明の目的は、サブミクロン単位の高い
精度を要求される加工や組立を廃しても、高品質且つ低
コストの光導波路デバイスを提供することである。本発
明の他の目的は、上記のような光導波路デバイスを効率
よく量産できる方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、多ポートの光
導波路を形成した光導波路基板の各光導波路に対して個
別に光ファイバを接続する構造のデバイスである。この
光導波路デバイスは、光ファイバが十分挿通可能な径の
ガイド穴を光導波路の入出力端の配列に等しいピッチで
形成したガイドプラグと、該ガイドプラグを、そのガイ
ド穴に挿通した光ファイバの光軸と、接続を行う光導波
路の光軸とが平行且つ概ね一致するように、光導波路基
板に対して離間した状態で位置決め保持するガイドプラ
グ取付け機構とを具備している。そして各光導波路コア
端面に形成した凹又は凸形状と、各光ファイバコア端面
に形成した凸又は凹形状との凹凸嵌合による突き合わせ
調心状態で光学接着剤により接着され、各光ファイバが
ガイドプラグのガイド穴に固定されている構成である。

【００１２】また本発明は、多ポートの光導波路を形成
した光導波路基板の各光導波路に対して個別に光ファイ
バを接続するデバイスを製造する方法である。各光導波
路コア端面に予め凹又は凸形状を形成し、各光ファイバ
コア端面にはそれに対して凹凸嵌合可能な凸又は凹形状
を形成しておく。本発明では、光ファイバが十分挿通可
能な径のガイド穴を光導波路の入出力端の配列に等しい
ピッチで形成したガイドプラグを用いる。そして、該ガ
イドプラグを、そのガイド穴に挿通した光ファイバの光
軸と、接続を行う光導波路の光軸とが平行且つ概ね一致
するように、光導波路基板に対して離間した状態でガイ
ドプラグ取付け機構により位置決め保持した後、各光フ
ァイバをガイド穴に挿通して、光導波路コア端面の凹又
は凸形状と、光ファイバコア端面の凸又は凹形状とを突
き合わせて凹凸嵌合により調心し、その調心状態を維持
しつつ光ファイバとガイド穴壁との隙間に接着剤を充填
して硬化させ固定する。

【００１３】

【作用】ガイドプラグを光導波路基板に対してガイドプ
ラグ取付け機構によって取り付けることで、ガイド穴に
挿通する光ファイバの光軸と、接続を行う光導波路の光
軸とが平行且つ概ね一致する。従って、光ファイバをガ
イド穴に挿通すると、先端は光導波路の端面の極く近傍
に導かれることになる。光導波路コア端面に形成した凹
又は凸形状と、各光ファイバコア端面に形成した凸又は
凹形状は、互いにラフに位置合わせされていても突き合
わせることによって互いに嵌合するために自動的に調心
される。従って、単に光ファイバをガイドプラグのガイ
ド穴に挿通することで、光導波路との間で自動調心がな
される。この状態で各光ファイバは固定されるため、精
密に調心された光導波路デバイスが得られる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係る光導波路デバイスの一実
施例の組立工程を示す説明図である。光導波路デバイス
は、多ポート（この実施例では４ポート）の光導波路３
２を形成した光導波路基板３０の各光導波路３２に対し
て個別に光ファイバ３４を接続する構成である。

【００１５】そのために本発明ではガイドプラグ３６と
ガイドプラグ取付け機構とを具備している。ガイドプラ
グ３６は、光ファイバ（芯線部）３４が十分挿通しうる
径のガイド穴４０を、光導波路３２の入出力端の配列に
等しいピッチで形成した構造である。ガイドプラグ取付
け機構は、ガイド穴４０に挿通した光ファイバ３４の光
軸と、接続を行う光導波路３２の光軸とが平行且つ概ね
一致するように、光導波路基板３０に対して離間した状
態で位置決め保持する機構である。この実施例では、光
導波路基板３０の上面両側に設けた２本のＶ型のガイド
ピン固定溝４２と、それに嵌まる２本のガイドピン４４
と、該ガイドピン４４を前記ガイドピン固定溝４２に固
定する２個の取付け金具４６と、各ガイドピン４４の先
端が嵌合するようにガイドプラグ３６に設けたガイドピ
ン穴４８とからなる。

【００１６】試作ではガイドプラグ３６として、多心光
ファイバの接続のために開発された多心ファイバコネク
タ（ＭＴコネクタ）を使用した。ＭＴコネクタは、多心
光ファイバを一括接続するために、光ファイバのガイド
穴をサブミクロン単位の精度で形成した既製品である。
本発明の光ファイバ接続構造では、このような高精度の
部品を用いる必要はないが、光ファイバの挿通固定に適
したガイド構造と、ＭＴコネクタ同士の位置合わせのた
めに設けられたガイドピンの嵌合構造が光導波路への位
置合わせに適用できる構造であることから、便宜的にＭ
Ｔコネクタを流用している。ガイドプラグ３６の端面形
状を図２に示す。

【００１７】光導波路基板３０の断面形状を図３に示
す。図２から分かるように、上記のガイドプラグ３６で
は、光ファイバのガイド穴４０の軸心とガイドピン穴４
８の軸心とが直線状に配置されている。他方、光導波路
基板３０では、光導波路３２は基板表面から約１０μｍ
の深さに埋め込まれている。そこでＶ型のガイドピン固
定溝４２を、光導波路３２の高さ方向の位置とガイドピ
ン４８の軸心とが一致するように形成する。ガイドピン
固定溝の形成方法としては、光導波路作製時のマスタ
ーパターンに予めガイドピン固定溝用の開口を設けてお
いて、該マスク開口からのエッチングで形成する方法、
断面Ｖ型の研削ブレードを用いて機械的に形成する方
法などがある。本実施例では、後者の研削加工により光
導波路基板３０上にＶ型のガイドピン固定溝４２を形成
した。このガイドピン固定溝４２の加工精度は、位置・
深さ方向ともに±１μｍ程度でよい。

【００１８】さて本発明では、各光導波路コア端面に凹
又は凸形状を形成し、各光ファイバコア端面には凸又は
凹形状を形成して、相互に嵌合接続可能なように構成さ
れている。この実施例では、ホウケイ酸ガラス基板中に
電界印加イオン交換法により作製した埋め込み型単一モ
ード光導波路を使用する。光導波路は、前記のように基
板表面から深さ方向約１０μｍの位置に、コア直径約１
０μｍの大きさで形成されている。使用した光導波路の
パターンは１×４分岐パターンである。特願平６−３４
０４３「光導波路の微小凹部加工方法及びその加工装
置」に示すプレス転写加工で、光導波路コア端面に対し
て底辺直径約１０μｍ、深さ約４μｍの円錐型凹形状を
形成した。他方、光ファイバ（単一モードファイバ）
は、直角に仕上げた端面を、フッ酸とフッ化アンモニウ
ムの混合エッチング溶液（ＨＦ：４．５重量％、ＮＨ₄
Ｆ：３６．４重量％、液温：５０℃）に４０分間浸漬さ
せて、コア部分に頂角約１０５°、高さ約７μｍの円錐
型凸形状を作製した。なお光ファイバは被覆外径２５０
μｍのものを使用した。

【００１９】組立手順と接続構造の詳細を図４に示す。 まず光導波路基板３０のガイドピン固定溝４２にガイ
ドピン４８を装着し、ガイドピン４８を取付け金具４６
で押さえ付けた状態で樹脂（例えば熱硬化性接着剤）に
より接着固定する（図４のＡ）。 次に、ガイドピン４４とガイドプラグ３６のガイドピ
ン穴４８を嵌合させて、ガイドプラグ３６の光導波路基
板３０への取り付けを行う。ガイドピン４４とガイドプ
ラグ３６との固定は樹脂（例えば熱硬化性接着剤）で行
う。この時、光導波路基板３０の端面とガイドプラグ３
６の端面の間に約３mm程度の隙間ができる状態とする
（図４のＢ及び図１のＢ参照）。この隙間は、後の工程
で光ファイバ端面への光学接着剤の塗布作業が行えるよ
うにするためである。 光導波路基板３０に装着したガイドプラグ３６の各ガ
イド穴４０に、先端に凸形状５０を形成した光ファイバ
３４を１本ずつ挿通する（図４のＣ）。光ファイバ３４
は、光導波路３２の光軸に対して軸ずれ量Δが生じた状
態で光導波路コア端面に導かれる。 ガイドプラグ３６のガイド穴４０を経た光ファイバ３
４は、コア端面に凹形状５２を形成した光導波路３２に
導かれ、接続部において凹凸形状の突き合わせ嵌合が行
われる。これによって、前記軸ずれ量Δが存在しても、
光導波路３２のコアと光ファイバ３４のコアとが自動的
に調心される（図４のＤ）。 光導波路端面の凹形状と光ファイバ端面の凸形状とが
凹凸嵌合し接合している状態で、光学接着剤（例えば紫
外線硬化接着剤）５４を接合箇所に供給して硬化接着を
行う。ここで光学接着剤５４は光導波路３２と光ファイ
バ３４との接続箇所近傍のみに付着し、光導波路基板３
０とガイドプラグ３６の間には充填されないようにす
る。光導波路３２と光ファイバ３４の接続を行った後、
光ファイバ３４とガイドプラグ３６との固定を行う。ガ
イドプラグ３６に設けられている樹脂充填用の穴５６か
ら樹脂（例えば熱硬化性接着剤）５８を、光ファイバ３
４が挿通されているガイド穴４０の両端から吐出するま
で充填し、樹脂を硬化させる。これによってガイドプラ
グ３６に光ファイバ３４が固定される（図４のＥ及び図
１のＣ参照）。

【００２０】上記あるいはの工程において、光ファ
イバ３４をガイドプラグ３６のガイド穴４０に挿通し、
光導波路コア端面に突き合わせ嵌合させる際に、もし割
れや欠けが発生したならば、抜き取って新しい光ファイ
バを挿通し直す。このようにして光ファイバを１本ずつ
確実に光導波路コア端面に突き合わせ嵌合させ、それを
確認しつつ組み立てていく。

【００２１】このようにして組み立てた光導波路デバイ
スは、図５に示すように、その入出射側に使用したガイ
ドプラグ３６を利用し、それらと上部ケース６０及び下
部ケース６２とから構成されるケース内に密封する。図
５のＡは光導波路デバイスの水平断面を示し、図６のＢ
は垂直断面を示している。試作した１×４分岐器を用い
て測定した結果、挿入損失の過剰増加（接続損失の増加
分）が１ｄＢ以下、後方反射量が−４５ｄＢ以下の特性
が得られた。

【００２２】以上、本発明の好ましい一実施例について
詳述したが、本発明はかかる構成のみに限定されるもの
ではない。上記の実施例では、ガイドプラグとして便宜
的に既製品（高精度のＭＴコネクタ）を使用している
が、前述のように、それほど高精度のものである必要は
ない。使用するガイドプラグの構造に伴い、ガイドプラ
グ取付け機構も、種々変更が可能である。ガイドピンは
丸ピンの他、角ピンでもよい。光導波路基板に形成する
ガイドピン固定部は、Ｖ溝の他、丸溝や段構造でもよ
い。光導波路基板の周辺のケースやブッシングにガイド
ピン固定部を設けてもよいが、接続損失の低減と品質の
安定性などの観点からすると、実施例のように光導波路
基板に直接ガイドピンを装荷する構造が望ましい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように、光導波路コア端
面に形成した凹（凸）形状と、光ファイバコア端面に形
成した凸（凹）形状とを突き合わせ嵌合させることによ
り、両方の光軸を容易に一致させることができるため、
光導波路基板とガイドプラグの加工精度及び組立精度
は、光ファイバを光導波路の光軸を平行且つ概ね調心さ
れていればよく、従来技術（サブミクロン単位の精度が
必要）より１桁ラフなミクロン単位の精度でよいために
加工や組立が容易となる。また本発明では、光ファイバ
を単心毎に光導波路と接続させる方法であるから、組立
途中で光ファイバに破断や欠けなどの不具合が生じたと
きには、その不具合の生じた光ファイバのみを交換する
だけで組立作業を続行することができる。これらによっ
て製造の歩留りが向上し、高品質の光導波路デバイスを
効率よく量産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光導波路デバイスの一実施例を示
す組立概略図。

【図２】そのガイドプラグの端面図。

【図３】その光導波路基板の端面図。

【図４】その組立手順と接続構造の詳細を示す組立工程
図。

【図５】その光導波路デバイスをケースに収容した状態
を示す説明図。

【図６】従来技術の一例を示す組立説明図。

【図７】従来技術の他の例を示す組立説明図。

【符号の説明】

３０ 光導波路基板 ３２ 光導波路 ３４ 光ファイバ ３６ ガイドプラグ ４０ ガイド穴 ４２ ガイドピン固定溝 ４４ ガイドピン ４６ 取付け金具 ４８ ガイドピン穴 ５０ 凸形状 ５２ 凹形状 ５４ 光学接着剤 ５６ 樹脂充填用の穴 ５８ 樹脂 ６０ 上部ケース ６２ 下部ケース

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多ポートの光導波路を形成した光導波路
   基板の各光導波路に対して個別に光ファイバを接続する
   構造のデバイスにおいて、 光ファイバが十分挿通可能な径のガイド穴を光導波路の
   入出力端の配列に等しいピッチで形成したガイドプラグ
   と、 該ガイドプラグを、そのガイド穴に挿通する光ファイバ
   の光軸と、接続を行う光導波路の光軸とが平行且つ概ね
   一致するように、光導波路基板に対して離間した状態で
   位置決め保持するガイドプラグ取付け機構とを具備し、 各光導波路コア端面に形成した凹又は凸形状と、各光フ
   ァイバコア端面に形成した凸又は凹形状との凹凸嵌合に
   よる突き合わせ調心状態で光学接着剤により接着され、
   各光ファイバがガイドプラグのガイド穴に固定されてい
   る光導波路デバイス。
2. 【請求項２】 多ポートの光導波路を形成した光導波路
   基板の各光導波路に対して個別に光ファイバを接続する
   デバイスを製造する方法において、 各光導波路コア端面に予め凹又は凸形状を形成し、各光
   ファイバコア端面にはそれに対して凹凸嵌合可能な凸又
   は凹形状を形成しておき、 光ファイバが十分挿通可能な径のガイド穴を光導波路の
   入出力端の配列に等しいピッチで形成したガイドプラグ
   を用い、 該ガイドプラグを、そのガイド穴に挿通する光ファイバ
   の光軸と、接続を行う光導波路の光軸とが平行且つ概ね
   一致するように、光導波路基板に対して離間した状態で
   ガイドプラグ取付け機構により位置決め保持した後、 各光ファイバをガイド穴に挿通して、光導波路コア端面
   の凹又は凸形状と、光ファイバコア端面の凸又は凹形状
   とを突き合わせて凹凸嵌合により調心し、その調心状態
   を維持しつつ光ファイバとガイド穴壁との隙間に樹脂を
   充填して硬化させ固定する光導波路デバイスの製造方
   法。