JPH1172649A - 光繊維手動整列装置及び方法 - Google Patents

光繊維手動整列装置及び方法

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JPH1172649A
JPH1172649A JP10189117A JP18911798A JPH1172649A JP H1172649 A JPH1172649 A JP H1172649A JP 10189117 A JP10189117 A JP 10189117A JP 18911798 A JP18911798 A JP 18911798A JP H1172649 A JPH1172649 A JP H1172649A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 結合損の水平変位依存度を減らし、光繊維の
的確な位置選定が不要にすることにある。 【解決手段】 集積光学素子の入出力光導波路に光繊維
を手動整列する光繊維手動整列装置において、平面基板
230の長手方向に当該平面基板230の長手方向の長さより
短い光導波路コアを形成し、当該平面基板230上に重合
される光導波路240と、前記平面基板230上に重合された
光導波路240に前記光導波路コア200と光繊維コア252と
の中心が一致するよう、当該平面基板230の長手方向に
前記光繊維の実装される部分を所定の長さ分だけ除去し
て形成される光繊維実装部210と、前記光繊維実装部210
と前記光導波路コア200との間に前記光繊維コア252の屈
折率と実質的に差が出ない程度に、紫外線（UV光）の照
射により屈折率の増加する物質が充填される溝220とを
具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光集積回路用の光導
波路及び光繊維を整列する装置及び方法に係り、特に、
平面基板上に種々の機能を有する光導波路素子を一枚の
基板上に集積して製作する集積光学素子の入出力光導波
路に光繊維を手動整列して結合する光繊維手動整列装置
及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、光導波路素子に光繊維を付着す
る方法は２種類が挙げられる。まず、光繊維若しくは素
子に入力光を導波させた後に、光繊維の位置を精密に調
整し、光導波路や光繊維の出力導波路における光パワー
を測定して、光繊維と光導波路間の結合が光パワーの最
大となる状態で光繊維及び光導波路を固定させる方法で
あり、この方法を能動整列方法と呼ぶ。次に、これとは
異なり、光繊維と光導波路との結合時に光を導波するこ
となく、単に結合部の形態や構造により自動で光繊維と
光導波路とを精密に整列されるようにする方法であっ
て、この方法を手動整列方法と呼ぶ。
【０００３】一方、光導波路と光繊維とを結合する方法
としては、主に能動整列方法が汎用されている。ところ
で、前記能動整列方法は、光繊維と光導波路との整列時
に光源及び光検出器を必要とし、6本の自由度を有する
整列軸（三本の垂直な直線軸と三本の直線軸に対し回転
を必要とする）に対し、光繊維及び光導波路を同時にサ
ブミクロン（submicron）程度の精度にて精密に整列す
ることが求められる。従って、整列が難しく、所要時間
が多くなる。
【０００４】図4(A)及び図4(B)は、既存の手動整列方法
の一例を説明するための立体図及び断面図である。同図
において、平面基板100上に光繊維110が実装される部分
の導波路層101を除去して、光導波路のコア中心と光繊
維のコア中心とを一致させるために、V-溝状の光繊維実
装部103を形成する。そして、光繊維110が光導波路に対
して水平を保ちながら密着できるよう前記V-溝と垂直の
溝105を形成した後に、光繊維の断面を精密に研磨し
て、前記V-溝に光繊維110を実装して光導波路の断面と
密着させ、光学用接着剤を使用して光繊維110と光導波
路とを付着する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記手動整
列方法は、光繊維のコア径と光導波路のコアサイズが数
ミクロン内外であるために、結合損を減らすには極めて
精密な結合部の形や構造、光繊維の末端の的確な位置選
定、光繊維の末端の精密な断面研磨が要求される。した
がって、この手動整列方法方法も多くの時間や費用を必
要とするものであった。
【０００６】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、その目的は、集積光学素子の入出
力光導波路に光繊維を手動整列して、結合損の水平変位
依存度を減らし、光繊維の的確な位置選定が不要にする
光繊維手動整列装置を提供することにある。
【０００７】また、本発明の他の目的は、集積光学素子
の入出力光導波路に光繊維を手動整列して、結合損の水
平変位依存度を減らし、光繊維の的確な位置選定が不要
にする光繊維手動整列方法を提供することにある。
【０００８】
【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記載の第１の発明に係る光繊維手動整列装
置は、集積光学素子の入出力光導波路に光繊維を手動整
列する光繊維手動整列装置において、平面基板の長手方
向に当該平面基板の長手方向の長さより短い光導波路コ
アを形成し、当該平面基板上に重合される光導波路と、
前記平面基板上に重合された光導波路に前記光導波路コ
アと光繊維コアとの中心が一致するよう、当該平面基板
の長手方向に前記光繊維の実装される部分を所定の長さ
分だけ除去して形成される光繊維実装部と、前記光繊維
実装部と前記光導波路コアとの間に前記光繊維コアの屈
折率と実質的に差が出ない程度に、紫外線（UV光）の照
射により屈折率の増加する物質が充填されて形成される
溝とを具備することを要旨とする。従って、集積光学素
子の入出力光導波路に光繊維を手動整列して、結合損の
水平変位依存度を減らし、光繊維の的確な位置選定が不
要にできる。
【０００９】請求項２記載の第２の発明は、前記光繊維
は、単芯あるいは多芯の光繊維であることを要旨とす
る。
【００１０】請求項３記載の第３の発明は、前記溝の断
面は、三角形、長方形、半円またはこれに類似した形の
うちいずれか一つであることを要旨とする。
【００１１】請求項４記載の第４の発明は、前記溝は、
シリコン基板の食刻、機械的な精密加工、精密金型のう
ちいずれかの方法により製作されることを要旨とする。
【００１２】上記他の目的を達成するために、請求項５
記載の第５の発明の光繊維手動整列方法は、集積光学素
子の入出力光導波路に光繊維を手動整列する光繊維の手
動整列方法において、平面基板上に長手方向に重合され
る光導波路を形成する段階と、前記光繊維と光導波路と
を結合するために、前記平面基板上に当該光繊維の実装
される光繊維実装部を形成する段階と、前記光繊維実装
部と光導波路との間に所定間隔の溝を形成する段階と、
前記光繊維実装部に前記光繊維を実装する段階と、前記
溝に紫外線の照射により屈折率が増加する物質を収納す
る段階と、前記溝に充填された物質に紫外線を照射し、
前記光繊維と光導波路とを結合する段階とを有すること
を要旨とする。従って、集積光学素子の入出力光導波路
に光繊維を手動整列して、結合損の水平変位依存度を減
らし、光繊維の的確な位置選定が不要にできる。
【００１３】請求項６記載の第６の発明は、前記光繊維
実装部を形成する段階は、前記光繊維と光導波路とを結
合するため、前記平面基板上に形成された前記光導波路
の一部を当該平面基板の長手方向に切り出すことを要旨
とする。
【００１４】上記他の目的を達成するために、請求項７
記載の第７の発明の光繊維手動整列方法は、集積光学素
子の入出力光導波路に光繊維を手動整列する光繊維手動
整列方法において、平面基板上に長手方向に重合される
光導波路を形成する段階と、前記光繊維と光導波路とを
結合するため、前記平面基板上に当該光繊維の実装され
る光繊維実装部を形成する段階と、前記光繊維実装部
に、前記光繊維を前記光導波路に近接して実装した後
に、当該光繊維を固定させる段階と、前記光繊維及び光
導波路の断面を同時に研磨するため、前記光導波路に近
接して前記光繊維実装部に実装された光繊維及び光導波
路の一部を前記平面基板の長手方向に対して垂直方向に
切り出し、当該光繊維実装部と光導波路との間に所定間
隔の溝を形成する段階と、前記溝に紫外線の照射により
屈折率が増加する物質を収納する段階と、前記溝に充填
される物質に紫外線を照射し、前記光繊維と光導波路と
を結合する段階とを有することを要旨とする。従って、
集積光学素子の入出力光導波路に光繊維を手動整列し
て、結合損の水平変位依存度を減らし、光繊維の的確な
位置選定が不要にできる。
【００１５】請求項８記載の第８の発明は、前記光繊維
実装部を形成する段階は、前記光繊維と光導波路とを結
合するため、前記平面基板上に形成された前記光導波路
の一部を当該平面基板の長手方向に切り出すことを要旨
とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】図1(A)は、本発明に係る光繊維手動整列装
置に光繊維が実装された状態を示す立体図であり、同図
(B)は同図(A)の断面図である。前記光繊維手動整列装置
は、光導波路240と、光繊維実装部210と、溝220とから
なる構成である。
【００１８】前記光導波路240は、平面基板230の長手方
向に当該平面基板230の長手方向の長さより短い光導波
路コア200を形成し、当該平面基板230上に重合される。
即ち、光導波路240は、光が導波する通路を提供し、光
導波路コア200は平面基板230上において当該平面基板23
0の長手方向に、当該平面基板230の長さよりも短く形成
されている。前記光導波路240はシリコン平面基板230上
にシリカなどで塗布し光導波路層を形成する。
【００１９】前記光繊維実装部210は、前記平面基板230
上に重合された光導波路に前記光導波路コア200と光繊
維コア252との中心が一致するよう、当該平面基板230の
長手方向に前記光繊維250の実装される部分を所定の長
さ分だけ除去して形成される。即ち、前記光繊維実装部
210は、前記光繊維250が実装される部分であって、前記
平面基板230上に形成され、前記光導波路240と前記光繊
維250とが接続できるよう、前記平面基板230の長手方向
に所定の長さ分だけ形成されている。また、光繊維実装
部210は、前記形成された光導波路層より光繊維250の実
装される部分を除去した後に、KOH（水酸化カリウム）
などを用いたSi結晶基板の異方性蝕刻により、光繊維コ
ア252の中心と光導波路コア200の中心とが一致するよう
V-溝を形成する。
【００２０】前記溝220は、前記光繊維実装部210と前記
光導波路コア200との間に形成され、前記光繊維コア252
の屈折率と実質的に差が出ない程度に、紫外線（UV光）
の照射により屈折率の増加する物質（UV-curable Resi
n）が満たされている。前記溝220の断面は三角形、長方
形、半円及びその他の光繊維実装が可能な形態なら良
く、シリコン基板の食刻、機械的な精密加工、精密金型
のうちいずれかの方法により製作される。
【００２１】図2(A)は、光導波路及び光繊維の結合のた
めの光導波路と光繊維の手動整列装置及び手動整列方法
の他の実施の形態を説明するための立体図であり、同図
(B)は、同図(A)の断面図である。すなわち、前記図2(A)
は、光導波路上にV-溝を形成した後に、光繊維を実装し
て固定し、光繊維及び光導波路の断面を同時に垂直にす
るためにダイシングしたことを示す。
【００２２】図2(A)に示すように、シリコン基板300上
にシリカ等で塗布して光導波路層310を形成した後、光
繊維320が実装される部分の導波路層を除去する。そし
て、KOHなどを用いたSi結晶基板の異方性蝕刻により光
繊維コア322の中心と光導波路コア330の中心とが一致す
るようV-溝340を形成して、光繊維320を実装する。その
次に、刃（Blade）の厚みが数十ミクロンのダイシング
機械360により、UV光の照射により屈折率が増加する物
質を収納する溝350を掘る。これにより、結果的に光繊
維及び光導波路を同時に研磨する効果がある。
【００２３】一方、上記方法により形成された光繊維及
び光導波路の手動整列装置を利用して、光繊維及び光導
波路をマニュアルで整列する方法は以下の通りである。
まず、前記手動整列装置の溝、すなわち、実装された光
繊維と光導波路との間に、UV光の照射により屈折率が増
加する物質を収納する。次に、光繊維にUV光を入射させ
る。前記UV光が入射されると、UV光の照射される領域が
硬化して、硬化した部分の屈折率が硬化されていない領
域よりも増加し、結果的に光繊維コア322のサイズが段
々拡大される形の光導波路が形成された効果がある。最
適の光導波路の形成された効果は、光繊維に入射される
UV光の強度や、UV光の照射時間を調節することにより可
能になる。前記光繊維コア322が段々拡大される形の光
導波路が形成されることで、結局、光繊維と光導波路と
の結合損は、水平変位（光繊維のコア中心軸及び光導波
路のコア中心軸間のずれ度）による影響が相対的に小さ
くなる。
【００２４】一方、図3はモードフィールド半径（Mode
Field Radius）及び水平変位による結合損の変化を示す
ものであり、UV光により形成された光導波路のモードフ
ィールド半径が大きくなるにつれて結合損の水平変位依
存度は次第に減っていく。本発明におけるコアが次第に
拡大される形の光導波路が形成された効果を一層明らか
にするため、光繊維と光導波路のモードフィールドをガ
ウシアン又はガウス（Gaussian）分布とし、光繊維と光
導波路との間隔及び傾きを0として重複積分を取ると、
光繊維と光導波路間の結合損は次の数式1になる。
【００２５】
【数１】 ここで、W1、W2はそれぞれ光繊維と光導波路のモードフ
ィールド半径（1／eパワー半径）であり、dは光繊維と
光導波路間の水平変位である。
【００２６】従って、図3に示すように、モードフィー
ルド半径が大きくなるにつれ水平変位による結合損の変
化率が減少する。ここで、光導波路のモードフィールド
半径は4μmと仮定する。
【００２７】一方、詳述した説明において使用される光
繊維は単芯あるいは多芯であり、便宜上、上述の説明に
おいては単芯の光繊維を使用したが、これにより本発明
が制限されることはない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一般にコアの直径が大きくなるに従いモードフィールド
半径も大きくなる。したがって、本発明によると、コア
が次第に拡大される形の光導波路の形成による効果は、
結合損の水平変位依存度を減少させる結果をもたらす。
これにより、精密な結合部の形態や構造の製作が相対的
に不要になる。特に、本発明の他の実施の形態において
は、光導波路と単芯あるいは多芯の光繊維の断面とを同
時に垂直にし、同時に光導波路と単芯あるいは多芯の光
繊維間に、UV光の照射により屈折率の増加する物質が収
納する溝を作るために、光繊維を実装した後に機械的な
精密加工を行なうので、別途、独立に光繊維の断面を研
磨する必要がない。また、コアが次第に拡大される形の
光導波路の形成される効果を用いるので、光繊維の的確
な位置選定も相対的に不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(A)は本発明に係る光繊維手動整列装置に光繊
維が実装された状態の立体図であり、(B)は同図(A)の断
面図である。
【図２】(A)は光導波路及び光繊維の結合のための光導
波路と光繊維の手動整列装置及び手動整列方法の他の実
施の形態を説明するための立体図であり、(B)は同図(A)
の断面図である。
【図３】モードフィールド半径及び水平変位による結合
損の変化を示す図である。
【図４】既存の手動整列方法の一例を説明するための立
体図及び断面図である。
【符号の説明】
200 光導波路コア 210 光繊維実装部 220 溝 230 平面基板 240 光導波路 250 光繊維 252 光繊維コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 賢 洙 大韓民国京畿道城南市盆唐区二梅洞111番 地振興アパート801棟1002号 (72)発明者 李 相 潤 大韓民国京畿道龍仁市器興邑農書里山14番 地ビ棟320号

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積光学素子の入出力光導波路に光繊維
    を手動整列する光繊維手動整列装置において、 平面基板の長手方向に当該平面基板の長手方向の長さよ
    り短い光導波路コアを形成し、当該平面基板上に重合さ
    れる光導波路と、 前記平面基板上に重合された光導波路に前記光導波路コ
    アと光繊維コアとの中心が一致するよう、当該平面基板
    の長手方向に前記光繊維の実装される部分を所定の長さ
    分だけ除去して形成される光繊維実装部と、 前記光繊維実装部と前記光導波路コアとの間に前記光繊
    維コアの屈折率と実質的に差が出ない程度に、紫外線
    （UV光）の照射により屈折率の増加する物質が充填され
    て形成される溝と、 を具備することを特徴とする光繊維手動整列装置。
  2. 【請求項２】 前記光繊維は、単芯あるいは多芯の光繊
    維であることを特徴とする請求項１に記載の光繊維手動
    整列装置。
  3. 【請求項３】 前記溝の断面は、三角形、長方形、半円
    またはこれに類似した形のうちいずれか一つであること
    を特徴とする請求項１に記載の光繊維手動整列装置。
  4. 【請求項４】 前記溝は、シリコン基板の食刻、機械的
    な精密加工、精密金型のうちいずれかの方法により製作
    されることを特徴とする請求項１に記載の光繊維手動整
    列装置。
  5. 【請求項５】 集積光学素子の入出力光導波路に光繊維
    を手動整列する光繊維手動整列方法において、 平面基板上に長手方向に重合される光導波路を形成する
    段階と、 前記光繊維と光導波路とを結合するために、前記平面基
    板上に当該光繊維の実装される光繊維実装部を形成する
    段階と、 前記光繊維実装部と光導波路との間に所定間隔の溝を形
    成する段階と、 前記光繊維実装部に前記光繊維を実装する段階と、 前記溝に紫外線の照射により屈折率が増加する物質を収
    納する段階と、 前記溝に充填された物質に紫外線を照射し、前記光繊維
    と光導波路とを結合する段階と、 を有することを特徴とする光繊維手動整列方法。
  6. 【請求項６】 前記光繊維実装部を形成する段階は、前
    記光繊維と光導波路とを結合するため、前記平面基板上
    に形成された前記光導波路の一部を当該平面基板の長手
    方向に切り出すことを特徴とする請求項５に記載の光繊
    維手動整列方法。
  7. 【請求項７】 集積光学素子の入出力光導波路に光繊維
    を手動整列する光繊維手動整列方法において、 平面基板上に長手方向に重合される光導波路を形成する
    段階と、 前記光繊維と光導波路とを結合するため、前記平面基板
    上に当該光繊維の実装される光繊維実装部を形成する段
    階と、 前記光繊維実装部に、前記光繊維を前記光導波路に近接
    して実装した後に、当該光繊維を固定させる段階と、 前記光繊維及び光導波路の断面を同時に研磨するため、
    前記光導波路に近接して前記光繊維実装部に実装された
    光繊維及び光導波路の一部を前記平面基板の長手方向に
    対して垂直方向に切り出し、当該光繊維実装部と光導波
    路との間に所定間隔の溝を形成する段階と、 前記溝に紫外線の照射により屈折率が増加する物質を収
    納する段階と、 前記溝に充填される物質に紫外線を照射し、前記光繊維
    と光導波路とを結合する段階と、 を有することを特徴とする光繊維手動整列方法。
  8. 【請求項８】 前記光繊維実装部を形成する段階は、前
    記光繊維と光導波路とを結合するため、前記平面基板上
    に形成された前記光導波路の一部を当該平面基板の長手
    方向に切り出すことを特徴とする請求項７に記載の光繊
    維手動整列方法。
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