JPS63205617A - 導波路型光デバイスの構造 - Google Patents

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】 概要 導波路型光デバイスを構成するにあたり、導波路素子だ
けを筐体に直接的に固定し、該導波路素子に結合される
ファイバアレイは、例えば筐体に固定された弾性体によ
り支持させた構造とする。

これにより導波路素子とファイバアレイの結合部に熱歪
応力が集中することが防止され、当該デバイスが安定に
動作する温度範囲が拡がる。

産業上の利用分野 本発明は、光スィッチ等の導波路型光デバイスの構造に
関するものである。

光通信システムを構成するには、光源、受光器、及び伝
送路以外に、光ビームを通過あるいは遮断する光ゲート
回路、光の進行方向を変える光スィッチ、多数の光ビー
ムを空間的に入れ替える光交換器、一つの光信号を多端
子に送る光分配器、その逆の動作をする光合流器、及び
波長や偏光方向を選択する光フィルター等、様々な機能
をもつ光デバイスが必要となる。光デバイスの形態の一
つとして、導波路型のものを挙げることができる。

導波路型光デバイスは、透明な基板上にそれよりも屈折
率の高い先導波路を設け、この光導波路内に光ビームを
閉じ込めた状態で制御するように構成されており、その
構造上小型化が容易で、ブレーナ技術等を用いて量産で
きるという利点の他、電界や磁界を効果的に印加するこ
とができ消費電力を飛躍的に軽減することが可能である
という特長を持っている。この導波路型光デバイスの実
用化技術の一端として、使用環境条件の変化、例えば温
度変化に対して十分安定な構造の開発が要求されている
。

従来の技術 第４図は従来の導波路型光デバイスの構造を導波路型光
スイッチを例に示したものである。１２は例えばし１Ｎ
ｂｏ３導波路素子からなる光スイツチチップであり、こ
の光スイツチチップ１２は、台１４を介して筺体１３に
固定されている。１１は光スイツチチップ１２に接続す
べき複数（図では片側２本）の光ファイバ１０をチップ
導波路の接続端間隔に保持するファイバアレイであり、
このファイバアレイ１１は、各光ファイバ１０とチップ
導波路とがこれらの光軸を一致させた状態で結合される
ように、光学接着剤１５により光スイツチチップ１２の
端面に固定されている。ファイバアレイ１１はまた、十
分な保持強度をもたせるために、接着剤１６を用いて筐
体１３の側壁に形成された開口部１３ａに固定されてい
る。

発明が解決しようとする問題点 上述した導波路型光デバイスの構造であると、通常セラ
ミックスからなるファイバアレイ１１が、通常金属から
なる筐体１３に対して、光スイツチチップ１２の端面及
び筐体開口部１３ａの２点で固定されているために、こ
のデバイスの使用環境温度が変化すると、ファイバアレ
イ１１及び光スイツチチップ１２と筐体１３の熱膨張率
の違いに起因して、ファイバアレイ１１と光スイツチデ
ツプ１２の結合部分に熱歪応力が集中し、光学接着剤１
５が剥離してしまうことがあった。光学接着剤１５が剥
離すると、光ファイバ１０と光スイツチチップ１２の導
波路との光学的結合が不安定にあるかあ８いはなきもの
となり、デバイスの確実な動作がなされなくなってしま
うので、安定な動作を保証する温度範囲が狭いという問
題があった。

本発明はこのような問題に鑑みて創作されたもので、使
用温度範囲の広い導波路型光デバイスの構造を提供する
ことを目的としている。

問題点を解決するための手段 第５図は、従来の導波路型光デバイス（第４図）につい
ての熱歪応力解析結果を示すグラフである。

同グラフにおいて横軸は温度（℃）、縦軸は熱歪応力（
／ｆｆｆ／ｃｍ２）を示す。ここでいう熱歪応力は引張
り力である。Ａ、Ｂ、Ｃで示される直線は、筐体１３の
材質がそれぞれステンレス、アルミニウム、スーバイン
バであるときのファイバアレイ１１及び光スイツチチッ
プ１２の接合部に加わる熱歪応力変化の計算値を示すも
のである。尚、このデバイスは２５℃において作製され
たものである。Ｅ、Ｄで示される曲線によって囲まれた
部分は、光学接着剤１５が剥離する領域を示している（
実験値）。これらの結果から、図中斜線部に対応する温
度での光学接着剤１５の剥離が予測される。従って、Ａ
、Ｂについては斜線部に対応する温度以上、Ｃについて
は斜線部に対応する温度以下の温度ではこのデバイスを
使用できないことになる。各直線上の点ａ、ｂ、ｃは、
それぞれの材質において実際に光学接着剤１５が剥離し
た温度をプロットしたものであり、この事実は上記解析
結果を裏付けている。

上記解析結果を参照すると、デバイスの使用可能温度範
囲を拡げる方法として下記２点が考えられる。

（１）光学接着剤の強度特性を改善して、剥離領域（Ｅ
、Ｄ間）を第５図において上側に移行させる。

（２）熱歪応力特性直線の温度係数（第５図における直
線の勾配）を小さくする。

これらのうち、光学接着剤の強度特性を改善する方法は
、飛躍的な改善が望めないばかりでなく、これに伴って
光学接着剤の透過率等の光学特性が劣化したりする恐れ
があるので、あまり実際的なものとはいえない。

そこで、本発明は（２）の方法を具現化するものとして
、第１図にその基本原理を示す導波路型光デバイスの構
造を提供する。

同図中１は図示しない複数の光ファイバを配列してなる
ファイバアレイである。

２は例えば光スイツチチップ等の導波路素子である。

これらファイバアレイ１と導波路素子２の結合体を筐体
３に固定するに際し、導波路素子２だけを筐体３に直接
的に固定する。この一点支持だけでは強度が不足する場
合は、ファイバアレイ１を筐体３に固定された弾性体４
により支持したり、またはファイバアレイ１と導波路素
子２との結合部を補強する。

作　　　用 本発明の構造において、導波路素子２だけを筐体３に直
接的に固定しているのは、導波路素子２及びファイバア
レイ１と筐体３との熱膨張あるいは熱収縮の差が熱歪応
力として導波路素子２とファイバアレイ１の結合部に作
用することを防止するためである。

また、ファイバアレイ１を弾性体４で支持しているのは
、当該熱歪をこの弾性体４に吸収させるためである。フ
ァイバアレイ１及び導波路素子２からなる結合体の熱膨
張係数と筐体３の熱膨張係数とは異なるので、このデバ
イスを組立てた時の温度と異なる温度においては、それ
ぞれの長さ変化の違いに起因して熱歪が生じるものであ
るが、この歪は弾性体４が例えば第１図中破線で示すよ
うに変形することで吸収される。

これを詳しく説明する。ファイバアレイ１と導波路素子
２の結合部に働く車軸方向（第１図の左右方向）の熱歪
応力σは次式のように求められる。

σ＝Ａ−Ｇ・（α　−α　）Ｌ・ΔＴ／Ａ　　−ｄここ
で、各文字は以下に示すものである。

α１　：ファイバアレイ１と導波路素子２からなる結合
体の等値線膨張係数。

α２；筐体３の線熱膨張係数。

１１９波路素子２の固定部分と弾性体４間の距離。

Ａ；弾性体４と７アイバアレイ１の接触面積。

Ａｏニアフィバアレイ１と導波路素子２の結合部の断面
積。

ｄ：弾性体４の厚み。

Ｇ；弾性体４の剛性率。

ΔＴ；温度差。

従って、弾性体４の剛性率Ｇを適当に設定することによ
り、結合部に働く熱歪応力を自由にコントロールするこ
とができ、このため第５図における熱歪特性直線の勾配
を小さくすることができ、結合部に剥離が生じることな
しにデバイスを使用可能な温度範囲が拡がるものである
。但し、剛性率Ｇが小さすぎると、ファイバアレイ１に
加わる外部からの力等により結合部に剥離が生じる恐れ
があるので注意を要する。

衷−」Ｌ−μ 以下、本発明の望ましい実施例を図面にもとづいて説明
する。

第２図は本発明の構造を適用して構成される導波路型光
スイッチの一部破断斜視図である。２２は例えばＬｉＮ
ｂＯ３導波路素子に図示しないブレーナ電極を装荷して
なる光スイツチチップであり、この光スイツチチップ２
２は、筐体２３にネジ等により固定された台２５に、例
えば接着剤を用いて固定されている。台２５としては、
独立した部材を用いることなく、例えば筺体２３に凸部
を設けることにより台としてもよい。２１は光スイツチ
チップの入力側及び出力側に接続すべき光ファイバ２０
（この例では片側２本）をチップ導波路の接続端間隔に
保持するファイバアレイである。このファイバアレイ２
１は、各光ファイバ２０とチップ導波路とがこれらの光
軸を一致させた状態で結合されるように、光学接着剤に
より光スイツチチップ２２の端面に固定されている。光
ファイバ２ｏは、通常ファイバアレイ２１の厚さ方向概
略中央部に配列されているので、上記の如くファイバア
レイ２１と光スイツチチップ２２を結合すると、ファイ
バアレイ２１の結合端面の一部（図中上側）が露出する
ことになる。本実施例ではこの露出部スペースを積極的
に利用し、例えば光スイツチチップ２２と同様の材質か
らなる補強板２４を、ファイバアレイ２１の端面及び光
スイッヂチップ２２の上面に光学接着剤を用いて固定し
て、結合部の強度を増強させている。デバイスの使用形
態によっては、以下に示す弾性体を用いることなく、こ
の補強だけで実用上十分な強度となることもある。

２６はファイバアレイ２１にこれを挟持するかたちで取
付けられた略コの字型の弾性体であり、この弾性体２６
はその底面を筺体２３に固定されている。弾性体２６の
材質としては、デバイスを構成する他の構造部材の剛性
に比べて著しく小さく、且つファイバアレイ２１を支持
するのに十分な剛性を有するシリコーンゴムが適してい
る。ファイバアレイ２１から延出される光ファイバ２０
は、筐体２３の開口部２３ａに例えば弾性体２６と同質
材からなる図示しないバッキングにより支持されていて
もよい。

第３図は上述した構造の導波路型光スイッチモジュール
において、ファイバアレイ２１と光スイツチデツプ２２
の結合部に生じる熱歪応力を示すグラフである。同図中
の曲線及びＣで示される直線は、第５図に示したものと
同一であるのでその説明は省略する。Ｄで示される直線
は、弾性体２６が剛性率２０　（Ｎｇｆ／ｃｍ２）程度
のシｊＪｌ−／ゴムからなるとした場合の熱歪応力を示
している。

従来例では熱膨張率の違いにより生じる変位が剛性率の
極めて高い各部材に直接作用して大きな熱歪応力が発生
し、約４０℃で結合部が剥離するという不都合があった
が、第３図に示す結果は、本実施例によれば熱歪応力が
従来例の１／１００程度となり、６０℃においても結合
部の剥離が認められないことを示すものである。

本実施例では、２人力２出力型の光スイツチモジュール
について説明したが、本発明の構造はこれに限定されず
、多入力多出力型の導波路型光スイッチ、更には他の様
々な導波路型光デバイスに適用することができる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、熱膨張係数の差
により生じる熱歪応力が直接的に導波路素子に作用する
ことを防止した導波路型光デバイスの構造としたので、
光学接着剤の強度特性を改善することなしに、この導波
路型光デバイスの使用温度範囲を拡げることが可能にな
り、近年急速に発達しつつある光デバイス技術の一層の
改良に寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本原理図、 第２図は、本発明の望ましい実施例を示す導波路型光デ
バイスの一部破断斜視図、 第３図は、同実施例において結合部に生じる熱歪応力を
従来例と比較したグラフ、 第４図は、従来の導波路型光デバイスの一部破断斜視図
、 第５図は、同従来例において結合部に生じる熱歪応力の
解析結果を示すグラフである。 １．１１．２１・・・ファイバアレイ、２・・・導波路
素子、　３．１３．２３・・・筐体、４．２６・・・弾
性体、 １０．２０・・・光ファイバ、 １２．２２・・・光スイッヂチップ。 第１図 ホ尤明の莢艶イ列図 第２図 本を明爽方乞イ列にわＬする熱歪応力を示すグラフ第３
図 イ逆呆／）惇５）ｌ’ｆ＋５匿尤デ）＼゛イス０楕剰１
を示す図第４図 羞友（０Ｃ） 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光ファイバを配列してなるファイバアレイ
   （１）と導波路素子（２）とを結合し、この結合体を筐
   体（３）に固定した導波路型光デバイスの構造であつて
   、 導波路素子（２）だけが筐体（３）に直接的に固定され
   ていることを特徴とする導波路型光デバイス。
2. （２）ファイバアレイ（１）が筐体（３）に固定された
   弾性体（４）により支持されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の導波路型光デバイスの構造。