JPH0875422A

JPH0875422A - ガイド溝付き光導波路部品の寸法測定方法およびその加工方法

Info

Publication number: JPH0875422A
Application number: JP6213789A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Tofuji; 慎平東藤; Takashi Shigematsu; 孝繁松; Fumihiko Abe; 文彦安倍; Hisaharu Yanagawa; 久治柳川; Nobuo Tomita; 信夫富田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1994-09-07
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】光部品の接続端面において導波路の中心に対
するガイド溝の中心（嵌合ピンの中心）を高精度に測定
および形成加工することが測定方法とその測定方法を用
いた加工方法を提供する。【構成】ガイド溝に光ファイバを備えた測定用フェル
ールを装着し、測定用フェルールおよび導波路のそれぞ
れに通光してその光強度の分布を測定することにより、
ガイド溝の中心と導波路の中心との位置関係寸法を求め
る。【効果】光部品の接続端面において導波路の中心に対
するガイド溝の中心（嵌合ピンの中心）を高精度に測定
および形成加工することができ、ひいては光学的接続効
率の高い光導波路部品を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路部品における
ガイド溝付き光導波路チップのガイド溝の寸法測定方法
およびそれを利用したガイド溝付光導波路部品の加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に光の導波路を形成し、主として光
分波合波や光の分岐結合を行う光導波路部品が広く知ら
れている。

【０００３】この光導波路部品を光通信システムのよう
な光部品として機能させるためには、光導波路部品の光
導波路と単心の光ファイバあるいは複数の光ファイバを
整列固定してなるテープ状の多心光ファイバ心線とを接
続して光の入出力を行うようにしている。この光導波路
部品とテープ状の多心光ファイバ心線とを接続する場
合、１本ずつ調心して接着や溶接によって接続する作業
は非常に手間暇がかかり作業性が悪い。このため最近に
おいては、光導波路と光ファイバを無調心の状態で接続
する方式が広く採用されている。

【０００４】図４には光導波路デバイス２１とテープ状
の多心光ファイバ心線２２の端末に取り付けられた多心
光コネクタ２３ａ、２３ｂを無調心に着脱自在に接続す
る接続例が示されている。

【０００５】同図において、光導波路デバイス２１はシ
リコン等の基板２４と一対の位置決め用嵌合ピン２６
と、ピン押さえ蓋板２７とを有している。基板２４の表
面には１個以上の光導波路２５が形成されて導波路チッ
プ３５が構成されており、この光導波路２５の形成領域
を挟んでそのチップ表面の両側には略Ｖ字様の嵌合ガイ
ド溝２８が形成されており、ピン押さえ蓋板２７には、
前記嵌合ガイド溝２８に対向する位置に一対の台形状の
溝３０が形成されている。

【０００６】そして、嵌合ガイド溝２８と溝３０の間に
挟まれて一対のピン嵌合孔３３が光導波路２５の長さ方
向に伸張して形成され、このピン嵌合孔３３に円柱形様
の位置決め嵌合ピン２６が収容されている。嵌合ピン２
６は接続端面から突き出しており、これを光コネクタ２
３ａのピン挿入孔３２に差し込むことによって接続する
ことが可能である。

【０００７】また後端側接続端面においても同様に光コ
ネクタ２３ｂを接続することができる。この状態で、導
波路チップ３５と位置決め嵌合ピン２６とピン押さえ蓋
板２７とは接着等により一体的に固定されて導波路デバ
イス２１が形成されている。

【０００８】この導波路デバイス２１に接続する光コネ
クタ２３ａ、２３ｂには多心光ファイバ心線２２が接続
固定されており、光コネクタ２３ａ、２３ｂの内部には
多心光ファイバ心線２２の各光ファイバが挿通固定され
ており、その光ファイバの端部は光コネクタ２３ａ、２
３ｂの接続端面３１側に露出している。

【０００９】この接続端面３１側に露出された各光ファ
イバの配列ピッチは光導波路２５のコア端部２９の配列
ピッチと等しくなっており、光コネクタ２３ａ、２３ｂ
に貫通させて設けたピン挿入孔３２を位置決め嵌合ピン
２６に嵌め込むことにより、光コネクタ２３ａ、２３ｂ
の光ファイバと導波路デバイス２１側の各導波路２５と
の位置合わせが行われ、導波路デバイス２１の入力側と
出力側においてそれぞれ光導波路２５と光コネクタ２３
ａ、２３ｂの光ファイバとの着脱接続が無調心で達成さ
れる。

【００１０】ところで、光導波路と光ファイバとの光接
続に限らず、光部品においては接続時の接続損失が極力
小さいことが重要であるが、接続損失の生じる主な要因
のひとつは接続端面での光軸同士の軸ズレである。この
軸ズレｄにより生じる接続損失は、例えばシングルモー
ドの場合、Ｌｏｓｓ（ｄ）＝−１０ｌｏｇ₁₀［ｅｘｐ（−（ｄ／
ω）²］モードフィールド半径ω＝５．０μｍとすると、Ｌｏｓｓ（ｄ）〜０．１７ｄ² ［ｄＢ］で表される。

【００１１】従って、これらの光部品において要求され
つつある０．１ｄＢクラスの接続損失を実現するために
許される軸ズレは１μｍを切っており、その結果、図４
のような導波路チップ３５の接続端面において、光導波
路２５の中心に対する接続嵌合ピン２６の中心の位置を
サブミクロンオーダーで管理できるようガイド溝２８を
精密に形成加工しなければならない。ここで、光導波路
形成後にこのガイド溝２８を形成する方法の一つとして
研削加工が考えられる。この方法で所定の位置に溝を加
工する場合、従来は図３に示すように基板ウエハ４１上
に光導波路２５を形成すると同時に、光導波路２５と平
行にピッチ用マーカー４２（所定位置にガイド溝２８を
形成するための指標）と光導波路２５と同じ高さの深さ
用マーカー４３（ガイド溝２８の深さや形状を決めるた
めの指標）を所定の位置あるいは高さに形成しておき、
これを測定基準として用いていた。マーカー４２、４３
および加工されたガイド溝２８の稜線を顕微鏡等の光学
的測定器あるいは接触式測定器等により上方より観察、
測定することで両者間の距離Ｓ’およびＤ’を測ること
ができる。Ｓ’はピッチ用マーカー４２とガイド溝２８
の中心（溝長手方向稜線部２本の中点）の並び方向の距
離、Ｄ’は深さ用マーカー４３の表面とガイド溝２８を
加工する基板ウエハ４１の加工上面５０との溝深さ方向
の距離である。そしてガイド溝２８の加工に際しては、
図３において光導波路２５とピッチ用マーカー４２の中
心間距離は既知であるから、この値から光導波路２５と
ガイド溝２８の中心間距離（設計値）Ｓを減ずれば、ピ
ッチ用マーカー４２の中心からガイド溝２４の中心間距
離Ｓ’が求められる。次に、ガイド溝２８の深さや形状
を決める場合には、基板ウエハ４１上面と深さ用マーカ
ー４３の上面間距離がウエハ４１上面と光導波路２５の
上面間距離と等しいので、この値を基準にしてガイド溝
２８の深さ等を計算する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、マーカー４
２、４３および加工された溝２８の稜線を顕微鏡等の光
学的測定器あるいは接触式測定器等により上方より観
察、測定する場合、マーカー自体のエッジのダレやＶ溝
の稜線のダレ、Ｖ溝の角度精度、形状精度等の違いによ
り数μｍの誤差が発生し、必要とされるサブミクロンオ
ーダーでの精度を保証できていないのが現状である。ま
たチップ単体としてウエハー基板から切り出した時点で
マーカーが参照できなくなるのも難点であった。

【００１３】本発明は上記の問題を解決し、例えば図４
に示すような構造の光導波路モジュールにおいて、その
接続端面で光導波路の中心に対し任意の位置に精度良く
ガイド溝を形成でき、光学的接続効率の高い光導波路部
品を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下のような手段を有している。本発明
のうち請求項１のガイド溝付光導波路部品の寸法測定方
法は、少なくとも２本以上のガイド溝と少なくとも１本
以上の導波路を有する光部品において、前記ガイド溝に
光ファイバを備えた測定用フェルールを装着し前記測定
用フェルールおよび前記導波路のそれぞれについて通光
してその光強度の分布を測定することにより、前記光部
品の接続端面におけるガイド溝の中心と導波路の中心と
の位置関係寸法を求めることを特徴とする。

【００１５】本発明のうち請求項２のガイド溝付光導波
路部品の加工方法は、少なくとも２本以上のガイド溝と
少なくとも１本以上の導波路を有する光部品の加工方法
において、任意の位置に加工形成した測定用ガイド溝に
光ファイバを備えた測定用フェルールを装着し、前記測
定用フェルールおよび前記導波路のそれぞれについて通
光してその光強度の分布を測定することにより、前記光
部品の接続端面における測定用ガイド溝の中心と導波路
の中心との位置関係寸法を求め、この寸法測定結果をも
とに所望する位置に前記ガイド溝を加工形成することを
特徴とするガイド溝付光導波路部品のガイド溝の加工方
法。

【００１６】本発明のうち請求項３のガイド溝付光導波
路部品の加工方法は、測定用フェルールを装着する測定
用ガイド溝が、少なくとも２本以上のガイド溝の一つで
あることを特徴とする。

【００１７】即ち、本発明は、導波路を形成した基板を
ガイド溝を加工する装置（例えば研削盤）に固定し、基
板の接続端面において、適当な位置、深さにガイド溝を
形成（例えば研削加工）する。このガイド溝に光ファイ
バの取り付けられた測定用フェルールを装着し、測定接
続端面において対象とする導波路の中心および測定用フ
ェルールのファイバ中心を、それぞれ通光する光の分布
を測定することにより両者位置関係寸法、例えば中心間
距離等を求める。これら導波路の中心およびファイバ中
心の接続端面での位置関係寸法から、設計値との誤差を
求め、加工を行った加工軸の位置をこの誤差分補正して
再びガイド溝を形成する。この時、初めにガイド溝を形
成した時の加工面が残らないように、初めにガイド溝を
形成するときには浅めの溝を加工しておく。もしくは所
望する部品の領域外等に参照用ガイド溝として加工する
ものであっても良い。

【００１８】

【作用】本発明のうち請求項１のガイド溝付光導波路部
品の寸法測定方法によれば、接続端面における導波路の
中心に対する嵌合ピンの中心の位置寸法を、ガイド溝に
光ファイバを備えた測定用フェルールを装着し、前記フ
ェルールおよび前記導波路のそれぞれについて通光して
その光強度の分布を測定解析して求めることにより、溝
の稜線ダレ等の形状精度に関わり無く、実際の接続状態
に即して高精度に求めることができる。

【００１９】本発明のうち請求項２又は請求項３のガイ
ド溝付光導波路部品の加工方法によれば、請求項１の寸
法測定方法により求めた位置寸法測定値に基づいて加工
条件をフィードバック制御することにより、ガイド溝を
所定の位置に正確に形成加工することができる。

【００２０】

【実施例】以下に図１を参照して本発明のガイド溝付き
光導波路チップの寸法測定方法とそれを利用したチップ
へのガイド溝の加工方法についてより詳細に説明する。

【００２１】導波路基板ウエハ１の導波路チップ１ａに
ガイド溝２を加工する場合、一般に導波路チップ１ａ毎
に分断する前の状態、つまり導波路チップ１ａを複数個
配列した状態の導波路基板ウエハ１またはそれに準じた
状態のものに対して行う。

【００２２】本実施例の場合、基板ウエハ１の接続端面
１ｂ、１ｃを平坦に切り揃えて測定時の光の入射および
受光を行い易いようにしている。また、ウエハ光軸（Ｘ
軸）方向には複数の導波路チップ１ａを配列しており
（ガイド溝２形成後切り離す）、この方向において露出
したウエハ接続端面１ｂ、１ｃ間にかけて連続している
光導波路１ｄを少なくとも１つ設けている。もちろん導
波路チップ１ａへのガイド溝２の加工が単体の導波路チ
ップ１ａに対し行われるものであっても何等差し支えな
い。

【００２３】厚さ１ｍｍ程度のシリコンウエハに光導波
路１ｄを形成した基板ウエハ１を精密研削盤３の加工テ
ーブル３ａの所定の位置に固定する。この例において
は、光コネクタ８との接続方向と溝を形成する方向（Ｘ
軸）を一致するように固定する。精密研削盤３の加工機
主軸に取り付けられた砥石４（通常ダイヤモンド砥石）
を回転させ、研削加工により導波路に対しＹ軸方向の所
望する位置にガイド溝２を加工する。この時の溝の深さ
は、後に加工誤差を補正することができるように最終的
に形成しなければならない深さよりも浅めにかつ測定用
フェルール６の外径が溝のＶ溝両有効斜面に２点で接す
ることができるだけの深さとする。

【００２４】尚、これら溝の加工時、精密研削盤３は加
工主軸３ｂの位置情報を内部スケール５により読み取り
把握している。次に内部に光ファイバ７（あるいは導波
路であっても良い）を備えた測定用フェルール６を前記
ガイド溝２に端面６ａが導波路基板の端面１ｃに略一致
するように装着固定する（必要ならば荷重をかける等、
ガイド溝２の斜面にフェルール６を密着させる）。測定
用フェルール６は図４に示す接続嵌合用ガイドピン２６
とほぼ同じ断面形状および外径を有し、外径中心に対し
てファイバ７の測定端面におけるコア中心は偏心してい
ない（外径中心と一致している）ことが望ましいが、前
記外径の値および偏心の位置が他の測定等により既知と
なるのであればその限りではない。

【００２５】測定用フェルール６の測定端面６ａに露出
した光ファイバ７は他端においてその先が光パワーメー
タ１５に接続されており、送光用フェルール１１に備え
られた光ファイバ１２（あるいは導波路であっても良
い）からの出射光を受光して、その光伝送強度を読み取
ることができる。光ファイバ１２は光源１４に接続され
ていて送光用フェルールの端面１１ａから射出光を与え
ることができるとともに、送光用フェルール１１は２軸
微動ステージ１０に取り付けられておりステージをステ
ージコントローラ１６を介して駆動することによって出
射光光軸中心の位置を図中Ｙ−Ｚ方向自在に変えること
ができる（パワーメータ、ステージコントローラ、スケ
ール等はコンピュータ１７に接続されており、コンピュ
ータ１７がこれらを制御し、また必要な演算を実行する
こと等により自動測定が可能となる）。

【００２６】従って、光パワーメータ１５でモニタしな
がら受光部に対する出射光位置をＹ−Ｚ方向変えていく
と光伝送強度の２次元分布を得ることができるが、この
中で光伝送強度の最も強いところが光ファイバ７のコア
中心である。この位置をステージスケール１３で読み取
ることにより光ファイバ７のコア中心、つまり測定用フ
ェルール６の端面中心のＹ−Ｚ座標値を定めることがで
き、これは接続時の嵌合ガイドピン２６の中心に一致す
る（必要ならば、外径、偏心等の補正を行う）また、基
板ウエハ１の他端１ｂにおいて、テープ状の多心光ファ
イバ心線９を備えた光コネクタ８等を介するなどして光
パワーメータ１５に接続することにより各導波路１ｄに
入射した光の光伝送強度を読み取ることができる。

【００２７】２軸微動ステージ１０を動かして測定した
い導波路１ｄに対して、送光用フェルール１１を概略突
き合わせ、出射光を受光させる。そして、測定用フェル
ール６の時と同様光パワーメータ１５でモニタしながら
２軸微動ステージ１０を駆動することによって出射光光
軸中心の位置をＹ−Ｚ方向に動かし、光伝送強度の最も
強いところでそのＹ−Ｚ座標値をステージスケール１３
により読み取る。

【００２８】尚、光軸中心付近では軸ズレによる光伝送
強度の変化量が小さいため光伝送強度の最も強いところ
を確定できない場合、光軸外周部数点のＹ−Ｚ値および
光伝送強度から演算により光軸中心を求めても良い。例
えば、シングルモード光ファイバの場合、光伝送強度の
分布は同心円状となるのでこの同一光伝送強度となるポ
イント（Ｙ−Ｚ）を３点以上求めて演算によりその円の
中心を求めるといった方法等がある。

【００２９】また、ここでは送光用フェルール１１を２
軸ステージにより動かしているが、送光用フェルール１
１を精密研削盤３の主軸制動部に取付けこれを用いて動
かすものであっても良いし、基板ウエハ１を固定してい
る加工テーブル等基板ウエハ側が動くものであっても良
い。但し、加工主軸３ｂとガイド溝加工部の位置関係情
報が溝加工終了時と次の溝加工開始時とで共通となるよ
う配慮しなければならない。

【００３０】ここで、測定端面１ｃと送光用フェルール
端面１１ａとのＸ軸方向間隔は１つのコア（導波路）を
測っている間固定されていれば受光量の変化を測定でき
る限り任意であるが、擾乱要因や光軸の傾きによる誤差
などを考えて、接触しない範囲で近接した状態、例えば
１０μｍ等に設定する。

【００３１】光源に関しては、高精度な計測を行うには
導波路１ｄの使用波長のＬＥＤ等出力の安定した光源を
使用することが望ましい。また、寸法測定において送光
側と受光側を入れ換えた測定系を組んでも構わない。更
に、受光手段は受光用フェルールとパワーメータの組み
合わせに限らない。例えば、撮像カメラで画像を取り込
み画像処理装置を用いて中心を求める等の方法もある。

【００３２】同様に、ガイド溝２の加工手段も研削加工
に限らず、切削加工やレーザー加工、あるいはエッチン
グによるもの等、寸法測定を行ってからガイド溝加工と
いうフィードバック工程を少なくとも１回以上実施でき
るのであれば任意のものであって構わない。尚、ガイド
溝２を形成加工する対象が導波路基板ウエハ本体である
とは限らない。例えば導波路を形成した導波路基板ウエ
ハを樹脂等でモールドする等、ハイブリッドタイプの基
板を製作し、これにガイド溝を形成することも可能であ
る。

【００３３】以上のようにして、必要とする各導波路の
中心とガイド溝中心（接続時の嵌合ガイドピン中心）の
Ｙ−Ｚ座標値がそれぞれ測定されたので、導波路の中心
を基準にしたガイド溝中心の位置寸法を算出することが
できる。例えば、図１及び図２のＳ、Ｄの位置寸法を算
出することができる。Ｓは導波路１ｄの中心と測定用フ
ェルール６中心の並び方向の距離、Ｄは導波路１ｄの中
心と測定用フェルール６中心の溝２の深さ方向の距離で
ある。この位置寸法を現ガイド溝加工予定値と照らし合
わせ誤差を補正した上で、ガイド溝の最終寸法形状にむ
けた次の加工予定値を定め、研削加工を実行する。この
位置寸法測定を行ってからガイド溝加工というフィード
バック工程を少なくとも１回、必要に応じて２回以上繰
り返すことにより、導波路コア中心を基準として正確な
寸法位置にガイド溝を加工形成することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１〜
３のガイド溝付光導波路部品の寸法測定方法およびその
加工方法によれば、光部品の接続端面において導波路の
中心に対するガイド溝の中心（嵌合ピンの中心）を高精
度に測定および形成加工することができ、ひいては光学
的接続効率の高い光導波路部品を提供できるという効果
を奏する。

【００３５】また、本発明における寸法測定方法および
加工方法は従来方式のリファレンスマーカーを必要とせ
ず１チップに切り離した状態でも実行できるため、溝加
工と完成品の検査を兼ねることができ、別の測定を行う
手間を省くことができるという効果も持ち合わせる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定方法と加工方法の説明図である。

【図２】本発明の対象とする光導波路部品の正面図であ
る。

【図３】従来の導波路基板ウエハの平面図と導波路チッ
プの一部拡大斜視図である。

【図４】光導波路部品の斜視図である。

【符号の説明】

１導波路基板ウエハ１ａ導波路チップ１ｄ導波路２ガイド溝６測定用フェルールＳ導波路中心と測定用フェルール中心の並び方向の
距離Ｄ導波路中心と測定用フェルール中心の溝深さ方向
の距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｂ 6/30 (72)発明者安倍文彦東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者柳川久治東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者富田信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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２本以上のガイド溝と少なく
とも１本以上の導波路を有する光部品において、前記ガ
イド溝に光ファイバを備えた測定用フェルールを装着
し、前記測定用フェルールおよび前記導波路のそれぞれ
について通光してその光強度の分布を測定することによ
り、前記光部品の接続端面におけるガイド溝の中心と導
波路の中心との位置関係寸法を求めることを特徴とする
ガイド溝付光導波路部品の寸法測定方法。
【請求項２】少なくとも２本以上のガイド溝と少なく
とも１本以上の導波路を有する光部品の加工方法におい
て、任意の位置に加工形成した測定用ガイド溝に光ファ
イバを備えた測定用フェルールを装着し、前記測定用フ
ェルールおよび前記導波路のそれぞれについて通光して
その光強度の分布を測定することにより、前記光部品の
接続端面における測定用ガイド溝の中心と導波路の中心
との位置関係寸法を求め、この寸法測定結果をもとに所
望する位置に前記ガイド溝を加工形成することを特徴と
するガイド溝付光導波路部品の加工方法。
【請求項３】測定用フェルールを装着する測定用ガイ
ド溝が、少なくとも２本以上のガイド溝の一つであるこ
とを特徴とする請求項２記載のガイド溝付光導波路部品
の加工方法。