JPS61260208A

JPS61260208A - フアイバ・ガイド付光導波路

Info

Publication number: JPS61260208A
Application number: JP10153085A
Authority: JP
Inventors: Yasubumi Yamada; 泰文山田; Masao Kawachi; 河内　正夫; Akira Himeno; 明姫野; Morio Kobayashi; 盛男小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1986-11-18
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPH0664217B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光通信において必要な光ファイバと光導波路と
の直接接続を容易としたファイバ・ガイド付光導波路に
関するものである。

［開示の概要］本発明はファイバ・ガイド付光導波路において、ファイ
バ・ガイドの間隔を光導波路端部に近い側で広く、遠い
側で狭いテーバ状とすることにより、ファイバ書導波路
間の精密位置合せを容易に達成する技術を開示するもの
である。

なお、この概要はあくまでも本発明の技術内容に迅速に
アクセスするためにのみ供されるものであって、本発明
の技術的範囲および権利解釈に対しては何の影響も及ぼ
さないものである。

［従来の技術］光導波回路は、光合分波器、光スィッチ等の光通信、光
信号処理用回路への適用が期待されるが、このためには
これら光回路と光ファイバとの容易で、かつ信頼性の高
い接続法が求められている、従来は第２図のようにただ
単に光コア、イバ端面と光導波路端面とを直接つき合わ
せて接続する方法が用いられてきた０図中、１はファイ
バ、２は基板、３は光導波路である。しかし、この方法
には（ｉ）　　接続に先立ち導波路端面の切断ならびに研磨
が必要であること、（ｉｉ）　　光ファイバと光導波路との精密位置合せが
必要であること、（ｉｉｉ）接続部の機械的信頼性に欠けること、等の欠
点があった。特に単一モード系光導波路と単一モード系
光ファイバとの接続を行う場合、位置合せ精度ＩｐＬｍ
以内、角度合わせ精度１０以内の極めて高精度の位置合
せが必要であり、したがって、従来の直接つき合わせ法
では光ファイバと光導岐路との位置合せに非常に長い時
間を要する。さらに、仮に、精密位置合せが達成できた
としても次の段階のファイバと光導波路との、固定の際
に軸ずれが生じる可能性は大である。つまり、ファイバ
と光導波路との固定には、接着剤が用いられることが一
般的であるが、従来方法では、接着剤が固まる際に軸ず
れが生じやすいのである０以上のように、従来の端面接
続法では実用性のある先導波回路を製作するのは困難で
ある。

これら従来の直接つき合わせ法の問題点を解決する方法
として、光導波路基板上に光ファイバ位置合せ用の２木
の平行なガイドを形成し、このガイドを利用して接続を
行う接続法がある【特願昭５８−１２５８９９号及びＹ
、Ｙａｍａｄａ　ｅｔ　ａｌ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。

Ｌｅｔｌ、　２０（１１８４）３１３　］　。

第３図は、この方法の説明図であり、ｌはファイバ、２
は基板、３は光導波路、４はファイバ・ガイドである。

第４図はファイバ挿入時の光ファイバｌ、光導波路３、
ファイバ・ガイド４の位置関係を示す断面図である。　
３ａは光導波路コア層３ｂはバッファ層、１ａは光ファ
イバ・コア部、１ｂはクラッド層であり、光ファイバを
挿入すれば光ファイバのコア部！ｄと光導波路のコア層
３ａとが一致するように製作しである。したがって、こ
の方法によれば従来の直接つき合せ法の問題点が解決で
き、光導波路端面の切断・研磨および光ファイバと光導
波路の位置合せの工程なしに、光ファイバと光導波路と
の高効率、かつ信頼性の高い接続が可能となる。ところ
で、今、光導波路のバッファ層厚ｄＩ、コア層厚ｄ２と
すると、このガイドの間隔Ｗは、次の寸法に設定する必
要がある。

ｗ　＝　２　（ｄ＋　　＋　　ｄ２／２　）　　　　　
　　　　　（’１）したがって、製作した光導波路の膜
厚（ｃｂ　または＋ｂ　）が異なると、それに応じてガ
イド間隔を変える必要がある０通常、ガイド間隔Ｗは、
フォトマスク・パタンの寸法できまり、調整できないの
で、この場合は光導波路の膜厚を常に一定にしておかな
くてはならない、したがって、ファイバ・ガイド付光導
波路を製作する場合、光導波路及びガイドの寸法精度を
高めなくてはならない、特に単一モード系光導波路の場
合１寸法誤差の許容量は１ｇｍ以下と小さいので極めて
高精度の加工を行う必要があり、光回路製作の歩留りが
低くなるという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］本発明の目的は、ファイバ・ガイド付光導波路の許容寸
法誤差が極めて小さいという問題点を解決し、単一モー
ド系光回路製作時にも寸法誤差許容量が大きくとれ、歩
留りの高いファイバ・ガイド付光導波路を提供すること
にある。

［問題点を解決するための手段］そのために本発明はファイバ・ガイド付光導波路におい
て、ファイバ位置決め用のガイドの間隔にテーパを付は
光導波路端部に近い側のガイド間隔を遠い側のファイバ
・ガイド間隔より広くしたものである。

［作用］本発明ではファイバ・ガイドの中心線が光導波路の中心
と一致し、かつ光ファイバｅガイド間隔が光導波路端部
に近い側では光ファイバ径より小さくなく、光導波路端
部より遠い側では光ファイバ径より小さくしであるので
、このガイドによって光ファイバを案内すれば、光ファ
イバと光導波路の中心を容易に一致させることができる
。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例であるファイバ・ガイド付光
導波路を説明する斜視図であって、１は光ファイバ、２
は基板、３は光導波路、４はファイバーガイドである。

ファイバーガイド４の間隔は光導波路３に近い側で広く
反対側で狭いテーパ状になっている。第５図はこのテー
パ構造を製作するために用いるフォトマスクパタンの一
例を示す、なお、同図中の一点鎖線００′はファイバ及
びガイド間隔の中心線を示す、ファイバ・ガイド間隔は
広い部分をＷｔ　ＩＬＬ　　狭い部分をＩｈ　ＪＬ■と
する。また、ｆｌ；Ｉｆ７間隔曽！川層用部分の長さは
立ｒ　Ｉｈ層、ｚｔｉｔ〆間隔１１ｈ　ｉＬ厘の部分の
長さはＪ１２ＩＬＩ１．テーパ部の長さはｌｔ　ＪＬｌ
ｌとする。さらに、光導波路３の幅は豐◇終厘とする０
次に、第８図を用いて、このテーパ状ファイバーガイド
の機能を説明する。第６図においてｌａはファイバ中コ
ア部、ｌｂはファイバ・クラッド層、３ａは導波路コア
層、３ｂは導波路バッファ層である。また図中の記号の
Ｄｌは、光ファイバ１の外径、Ｄ２は光ファイバのコア
直径である。ｄ、は、光導波路３のバッファ層厚、ｄ２
は光導波路３のコア層厚である。ファイバ外径ＤＩは導
波路３のコア層３ａ及びバッファ層３ｂの厚さに合わせ
て、あらかじめＤｌ　＝　２　（ｄｌ　＋　ｄ２　／　
２　　）　　　　　　　（２）に設定しておく、このｏ
ｌの値はＷ、、　＜　Ｄ、≦−１の範囲とする。このフ
ァイバをガイド中に挿入すると、以下のようにしてファ
イバ・導波路間の位置決めができる。第６図（ａ）はフ
ァイバがガイド間隔Ｗ２　ｐ−ｖｓの狭い領域にある時
を示している。ファイバ外径り、はガイド間隔１ｌＩ２
より大きいので、ファイバは同図のようにガイドの上に
乗った状態となっている。しかし、ファイバのコア中心
の位置は第５図の中心線ＯＯ′上にある。第６図（ｂ）
はガイドのテーパ領域においてガイド間隔がＤｌに一致
した時の状態を示している。この時、ファイバはガイド
中に収まる。コア中心は、やはり、第５図の中心線００
′上にのっている。第６図（Ｃ）はガイド間隔誓１の領
域を示している。

この望城では、ファイバ３は基板に接触する。

貼は（２）式のように設定しているので、高さ方向はフ
ァイバのコアと導波路のコアとが一致する。一方、ガイ
ド輻Ｗｌがファイバ外径Ｄ１より広い場合、この領域で
は横方向の位置決め作用がない、しかし、第８図（ａ）
　、（ｂ）に示したように。

これらの領域でファイバーコアの中心が中心線００′　
上にのるようになっているので、第８図（Ｃ）の状態に
おいても、ファイバ中心は中心！ｌ　Ｇｏ’上にのる。

したがって、同図のようにファイバ・コア１ａと導波路
コア３との位置合せができる０以上のような機能により
、ファイバの位置決めがなされるので、本実施例のガイ
ドを用いればファイバ外径り、がＷ、　＜　ｎ１≦Ｗｌ
をみたす範囲で第５図のマスクパタンが適用できる。し
たがって（２）式から、この範囲で導波路膜厚ｄ、及び
ｄ２の設定許容度が広がるわけである。

このようなファイバ・ガイド付光導波路を石英系光導波
路を用いて形成するには例えば次のようにすればよい、
はじめにＳｉ基板上に、バッファ層、コア層、クラッド
層の３層構造の石英系先導波膜を形成する。これには例
えば５ｉＣ１４、ＧｅＣｌ４　、ＴｊＣｌｍ　（７）火
炎加水分解反応により　５ｉ０２　、ＧｅＯ２、Ｔｉ１
２等のガラス微粒子を基板トに堆積した後、透明化して
光導波膜とする火炎直接堆積法［Ｎ、Ｋａｗａｃｈｉ、
ｅｔ　ａｌ、　Ｊｐｎ、　Ｊ。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、２２（１９８３）、１９３２］
を用いればよい０次に、第５図にようなフォトマスクパ
タンを用いた反応性イオンエツチングにより、不要部分
の石英系先導波膜を除去し、第４図のような光回路パタ
ンを形成する。なお、Ｓｉ基板が露出すると、それ以上
エツチングは進まなくなる１次に、形成した石英系光導
波路の膜厚に合わせて（２）式に従って接続するファイ
バの外径を決定し、ファイバ外径をこの値に設定する。

このためには通常のファイバの端部をフッ酸につけてエ
ツチングすればよい、この際、ファイバ外径は線径モニ
タ等の使用により、　１　ｐ−ｍ以内の精度で所望の値
に設定できる６次に、このような方法で製作したファイ
バ・ガイド付石英系光導波路を用いた接続実験の結果を
述べる。用いたフォトマスクの寸法は第５図において、
　　ＩＩＱ　−８４ｍ、　　１１　ｍ１０００　ＩＬｍ
、Ｊｌｔ　　−３５００ｐ−ｍ　、　　１２　ｇ５００
ｐｍ　、　１１　ｓｈｏ　　ｐｍ。

ｗ２　＝５０　ｐ、■と設定した。３種類の光導波路を
製作した。その膜厚はｉ）　　バッファ層ｄ、　−２５ＩＬ層ｉｉ）　　　　
ｄＩ　＝２７　　ＩＬ層１ｉｉ）　　ｄＩ−３０川層で
ありコア層厚ｄ２は３種類ともｄ２−ｅＩＬ■とした。

これに対応して用いた光ファイバはコア径　ｒ７　Ｊ４
履であり、その外径は（２）式に従って、ｉ）ロ、＝５
６鉾層、　ｉｉ）　Ｄ電＝６０ＩＬ鵬、　　１ｉｉ）　
ＤＩ　＝８８外層とした。これらを用いた結果、３種類
とも０．５ｄＢ程度の接続損失でファイバ導波路間の接
続ができた。

このように、本発明によれば、１枚のフォトマスクに対
して、導波路の膜厚の設定値の許容範囲が大きくとれる
というメリットがある。上記実施例の場合、単一モード
系の光ファイバと光導波路の接続に際して導波路の膜厚
の許容設定範囲は少なくとも１０ｍ腸はとれることがわ
かる。また１本発明によれば１反応性イオンエツチング
により光導波路を製作する工程で生じることがあるバタ
ンやせ（仕上りバタン幅が設計値より狭くなること）に
対しても許容度が大きくなるという効果がある。何故な
らばバタンやせの結果、ファイバ・ガイド間隔がフォト
マスクバタンより広くなったとしても第６図に示した状
況は変わらないので、常にファイバ・コア部は中心線上
に来るからである。

これに対して、従来のファイバ・ガイドの場合、特にこ
れを単一モード系に適用する場合は、導波路厚さ、バタ
ンやせともに許容範囲は著しく狭くなる０例えばフォト
マスクバタンでファイバ・ガイド間隔を６０ＩＬ層に設
定し、単一モード光導波路を製作する場合、光導波路コ
ア層を８ＩＬ層とすれば、バッファ層は２７±１μ霧の
範囲に設定しなくてはならない、また、バタンやせもＩ
ＩＬ■以下に抑える必要があり、極めて高い加工精度が
要求される。

第７図は、本発明の別の実施例であり、埋め込み導波路
に適用した例である。　４ａは本発明のテーパ状ファイ
バ・ガイドであって、光導波路のクヒラッド層の一部をファイバ・ガイにだものである。この
タイプのファイバ・ガイド封埋め込み導波路を形成する
には、例えば、第８図のようにすればよい、この図はＳ
ｉ基板上に形成した石英光導波路の例である。はじめに
火炎直接堆積法とそれにひきつづ〈反応性イオンエツチ
ングにより＠８図（ａ）のバタンを形成する。このとき
、バッファ層厚ｄｌ　、コア層厚ｄ２とする０次いで、
第８図（ｂ）のように再び火炎直接堆積法を行い、クラ
ッド層３ｃによりコア層３ａを埋め込む０次いで、第８
図（Ｃ）のようなフォトマスクを用いて反応性イすンエ
ッチングを行うことにより第８図に示したファイバ・ガ
イド付光導波路が形成できる。このガイド中に外径を２
　（ｄＩ　＋　ｄ２／　２）に設定した光ファイバを挿
入することにより、前記実施例の第６図と全く同様の原
理で自動的に光ファイバ・光導波路間の位置合せが達成
できる。また、この光導波路加工に要求される導波路膜
厚の設定値の許容範囲が大きくとれること、反応性イオ
ンエツチングに伴うバタンやせ許容量が大きくなるとい
うメリットがあることも、前記実施例と同様である。な
お、このタイプのファイバΦガイド付光導波路は１石英
光導波路以外の材質の導波路、例えば、イオン拡散型多
成分ガラス光導波路、ＬｉＮｂＯ３光導°波路等、各種
導波路に対しても適用可能である。

［発明の効果］以上説明したように１本発明のテーパ状のファイバ・ガ
イドを用いれば光ファイバをファイバ・ガイドに挿入す
るだけでファイバ・導波路間の精密位置合せが達成でき
る。しかも、この際、光導波路膜圧の設定時の許容誤差
範囲が大きくとれ。

しかも加工時のパタンやせに対してもその許容量が大き
くなるという利点がある。したがって、本発明のファイ
バ・ガイド付光導波路を、単一モード系に適用すれば１
歩留りよく、ファイバ接続容易な単一モード光導波路が
製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のファイバ・ガイド付光導波路の実施例
の斜視図、第２図は従来の端面つき合せによる接続法を示す斜視図
、第３図は従来のファイバ・ガイド付光導波路の斜視図、第４図は第３図の接続部の断面図、第５図は第１図のパタンを形成するために用いるフォト
マスクパタンの図、第６図は本発明のファイバｅガイドの作用を示す説明用
断面図、第７図は本発明の別の実施例の斜視図。第８図は第７図の実施例の光導波路の製作寸法を示す図
である。ｌ・・・光ファイバ。ｌａ・・・光ファイバ・コア部、ｌｂ・・・光ファイバ・クラッド層、２・・・基板、３・・・光導波路。３ａ・・・光導波路コア層、３ｂ・・・光導波路バッファ層。３Ｃ・・・光導波路クラッド層、４．４ａ・・・ファイバ・ガイド。特許出願人　　　日本電信電話株式会社代　理　人　　
　弁理士　谷　　義　−第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

基板上に形成された光導波路と、該光導波路の端部に形
成され光ファイバを嵌合、固定して該光ファイバと前記
光導波路を光学的に接続するファイバ・ガイドを有する
ファイバ・ガイド付光導波路において、ファイバ・ガイ
ドの間隔が光導波路端部に近い側ではファイバ径より小
さくなく、光導波路端部より遠い側では光ファイバ径よ
り小さいことを特徴とするファイバ・ガイド付光導波路
。