JPWO2007080740A1 - 光導波路デバイス及び光導波路デバイスの製造装置 - Google Patents

Abstract

より小型で耐衝撃性の高い光導波路デバイスを提供する。光導波路デバイス１は、光導波路部１１が形成された基板１０の端部における溝部形成面ＳＦにＶ溝部１４が形成され、そのＶ溝部１４に光ファイバ素線２２の端部が嵌合された状態で接着剤層１３により埋設されて基板１０と接続する構成である。

Description

本発明は、光ケーブルと接続する光導波路デバイス及び光導波路デバイスの製造装置に関する。

近年では、データ通信の高速化に伴い、従来からのメタリックケーブルによる通信に代わって光ケーブルを用いた光通信が主流となりつつある。この光通信を行う光導波路デバイスとしては、例えば図８Ａに示すように、光ケーブル２２０と光学的に接続する構成を有し、その光ケーブル２２０を導波する光をスプリットする光導波路デバイス２００などがある。

光ケーブル２２０は、内部に多芯又は単芯の光ファイバ素線２２２を有し、この光ファイバ素線２２２により導波される光を延在方向に伝送する。光導波路デバイス２００は、基板２１０上に光導波路部２１１及び当該光導波路部２１１と光ファイバ素線２２２とが接続するための接続部２１２を有する。光導波路部２１１はＹ字状に複数の分岐が形成されたコア２１１１がクラッド２１１２で覆われており、コア２１１１は入力された光を分配して出力する（逆に、入力する光を集約して出力してもよい）。

接続部２１２は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、基板２１０上に光ファイバ素線２２２を嵌合可能なＶ溝部２１５が形成されており、光ケーブル２２０の端部においてむき出された光ファイバ素線２２２を、Ｖ溝部２１５の壁面に沿うように嵌合して位置決め（パッシブアライメント）するとともに、ガラスブロック２１３で押し付けてそのガラスブロック２１３の押付面とＶ溝部２１５の壁面とで光ファイバ素線２２２を挟み込んで接着部材２１４で接着固定し、光ファイバ素線２２２とコア２１１１との間の光の導波を接続する構成である。

また、特許文献１には、上述した構成と同様に、光ファイバをＶ溝に挿入して光ファイバ端面と光スプリッタなどの光導波路との位置決めを行い、その上方からガラスブロックで押さえて接着固定する構成が示されている。さらに、光導波路を複製法（あるいは、スタンパ法）で形成する際に生じ、光ケーブルを溝部に接着固定する際に障害となるコア材料を低減する技術が開示されている。

このように、光通信における光ケーブルと光スプリッタ、ＬＤ（LaserDiode）、ＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-emitting Laser）又はＰＤ（PhotoDiode）等の光デバイスとの接続や光ケーブル同士の接続においては、その接続箇所における損失を少なくするために正確な位置合わせ（アライメント：Alignment）を行い、多少の外力を受けた場合でもその接続がずれないように固定することが重要である。
特開２００４−２０６５６号公報

しかしながら、上述した従来技術では、接着後に光ファイバ素線を押し付けて固定するガラスブロックなどに衝撃が加わった場合、その外部からの衝撃による応力が光ファイバ素線に直接加わるため、断線しやすいという問題があった。また、そのガラスブロックを有する構成であるため、装置を小型化することが困難であった。また、組立中にガラスブロックにより光ファイバ素線を断線してしまうという問題点があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、より小型で耐衝撃性の高い光導波路デバイスを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の側面によると、光導波路が形成された基板の端部に前記光導波路の光伝播方向に沿う溝部が形成され、当該溝部内に光ファイバの接続端部が嵌合され、当該光ファイバの接続端部は接着剤層で埋設されている。

また、前記光ファイバの接続端部における接着剤層の表面は、前記光ファイバの外周面の形状に対応する曲面形状であることが好ましい。

本発明の第２の側面によると、光導波路が形成され且つ端部に前記光導波路の光伝播方向に沿って溝部が形成された基板を固定する下部治具と、前記下部治具に前記基板が固定された状態で前記溝部内に光ファイバの接続端部が嵌合されたとき、前記光ファイバの接続端部の上面に接触する規制面を有する光ファイバ規制部が設けられた上部治具と、を備えている。

また、前記光ファイバ規制部の規制面は、フッ素系樹脂でコーティングされていることが好ましい。

また、前記光ファイバ規制部の規制面は、前記光ファイバの外周面の形状に対応する曲面部を有することが好ましい。

本発明によれば、より小型で耐衝撃性の高い光導波路デバイスを提供することができる。

本発明である光導波路デバイス１の外観を示す斜視図である。 領域Ａを拡大した斜視図である。 図１ＡのＸ−Ｘにおける端面を示す端面図である。 接着剤層１３の表面形状を変形した場合の図１ＡのＸ−Ｘにおける端面を示す端面図である。 光導波路デバイスの製造装置の分解斜視図である。 図３において上部治具１００の位置からＺ２方向を俯瞰した図である。 図３において上部治具１００と下部治具１１０とを組み合わせた断面と入れ子１２０の側面とをＸ２方向へ俯瞰した図である。 図３において下部治具１１０と入れ子１２０とを組み合わせて上部治具１００の位置からＺ２方向を俯瞰した図である。 上部治具１００、下部治具１１０及び入れ子１２０を組み合わせ、上部治具１００、下部治具１１０の断面と入れ子１２０の側面とをＸ２方向へ俯瞰した図である。 領域Ｂの断面を拡大した図である。 図６のＹ−Ｙにおける端面を示す端面図である。 押付面を変形した場合の図６のＹ−Ｙにおける端面を示す端面図である。 従来からの光導波路デバイス２００の外観を示す斜視図である。 領域Ｃを拡大した斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。また、この発明の実施形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、発明の用語や用途などをこれに限定しない。

［光導波路デバイスについて］
先ず、光導波路デバイスを図１Ａ、図１Ｂ、図２を参照して説明する。図１Ａは、本発明である光導波路デバイス１の外観を示す斜視図であり、図１Ｂは、領域Ａを拡大した斜視図であり、図２Ａは、図１ＡのＸ−Ｘにおける端面を示す端面図であり、図２Ｂは、接着剤層１３の表面形状を変形した場合の図１ＡのＸ−Ｘにおける端面を示す端面図である。

光導波路デバイス１は、図１Ａに示すように、基板１０のＺ１方向の基板面上において、Ｙ字状に複数の分岐が形成されたコア１１１１をクラッド１１１２で被覆し、入力される光を分配する（逆に、入力する光を集約してもよい）光導波路部１１と、この光導波路部１１に光ケーブル２０を光学的に接続する光ファイバ接続部１２とを有する構成である。

この光導波路デバイス１に接続する光ケーブル２０は、内部に多芯又は単芯の光ファイバ素線２２２を有し、光ファイバ接続部１２と接続する端部領域においては光ファイバ素線２２２を露出している。光ファイバ素線２２２は、例えば、石英（ＳｉＯ２）ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ２）などをドープしたプリフォームを引き延ばして円筒状に作成されており、この円筒状の中心付近にはコアがクラッドで包むようにして延在されてなる。なお、光ファイバ素線２２２は、多成分ガラスやプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fiber）などであってよく、形状も上述した円筒状に限定するものではない。光ケーブル２０は、この光ファイバ素線２２２の一端側からコアに入力される光を全反射させて伝送し、他端側に出力する。

光ファイバ接続部１２は、図１Ｂ及び図２Ａに示すように、基板１０上の溝部形成面ＳＦに光ファイバ素線２２を嵌合可能なＶ溝部１４が、光ファイバ素線２２の径やコア１１１１の位置に応じた予め定められた設計位置でコア１１１１の光伝播方向に沿う方向に形成されており、光ファイバ素線２２の端部をＶ溝部１４に嵌め込み、接着剤層１３で埋設して固定する構成である。

接着剤層１３は、例えば、紫外線硬化型の接着剤であり、紫外線の照射により硬化した状態で光学的透明性を有し且つ所定の屈折率及びヤング率を有するものである。この接着剤層１３による光ファイバ素線２２の埋設は、図２Ａに示すように、溝部形成面ＳＦと略平行な平面である表面１３Ｓを形成し、その際の厚さｈ１は光ファイバ素線２２の外周を覆う程度である。また、特に図示しないが、この埋設は、光ファイバ素線２２の外周より所定の厚さでの完全被覆や、接着剤層１３による光ファイバ素線２２の固定を妨げない程度で光ファイバ素線２２の外周面が一部露出してもよい。

なお、接着剤層１３による埋設では、図２Ｂに示すように、光ファイバ素線２２近傍でその光ファイバ素線２２の外周形状に対応する曲面形状の表面１３Ｒを形成し、上述の厚さｈ１より薄い厚さｈ２であってもよい。また、表面１３Ｒは、同図に示すように、光ファイバ素線２２に合わせて、接着剤層１３の被覆による断面が略半円形状となるように形成された面であってもよいが、その断面が逆Ｖ字や台形状となるように形成された面であってもよく、特に限定しない。

Ｖ溝部１４は、基板１０の溝部形成面ＳＦにおいて、ダイシングやフォトリソグラフィで作成されたマスクパターンによる異方性エッチングなどにより、光ファイバ素線２２とコア１１１１との光学的な接続時における接続損失を生じさせない程度の精度で、接続する光ファイバ素線２２のサイズやコア１１１１の位置に合わせてコア１１１１の光伝播方向に沿って形成される。このＶ溝部１４の断面はＶ字形状であり、光ファイバ素線２２の端部を嵌め込んだ際にはその外周面が当該Ｖ字を構成する面に接する位置で保持される。なお、Ｖ溝部１４の断面形状は、光ファイバ素線２２の嵌め込みが容易であり、その構成面などで精度よく位置合わせを行うことができる形状であれば、Ｕ字形状など他の形状であってよく、特に限定しない。

以上のように、光導波路デバイス１は、光導波路部１１が形成された基板１０の端部における溝部形成面ＳＦにＶ溝部１４が形成され、そのＶ溝部１４に光ファイバ素線２２の端部が嵌合された状態で接着剤層１３により埋設されて基板１０と接続する構成である。このため、光ファイバ素線２２に余分な応力を加える要素がなく、耐衝撃性を向上させることができるとともに、溝部形成面ＳＦに対しては接着材層の厚さのみであり、ガラスブロック等の厚みを必要としないため、より小型にすることができる。

また、接着剤層１３の表面を光ファイバ素線２２の外周形状に応じた曲面形状に形成することにより、応力の分散を図ることができるとともに、接着剤層を薄くすることができ、より小型化することができる。

［光デバイスの製造装置について］
次に、光ケーブル２０の光ファイバ素線２２をＶ溝部１４に介挿し、接着剤層１３で固定して前述した光導波路デバイス１を製造する製造装置について図３〜図７Ｂを参照して説明する。

図３は、光導波路デバイスの製造装置の分解斜視図であり、図４Ａは、図３において上部治具１００の位置からＺ２方向を俯瞰した図であり、図４Ｂは、図３において上部治具１００と下部治具１１０とを組み合わせた断面と入れ子１２０の側面とをＸ２方向へ俯瞰した図であり、図５Ａは、図３において下部治具１１０と入れ子１２０とを組み合わせて上部治具１００の位置からＺ２方向を俯瞰した図であり、図５Ｂは、上部治具１００、下部治具１１０及び入れ子１２０を組み合わせ、上部治具１００、下部治具１１０の断面と入れ子１２０の側面とをＸ２方向へ俯瞰した図であり、図６は、領域Ｂの断面を拡大した図であり、図７Ａは、図６のＹ−Ｙにおける端面を示す端面図であり、図７Ｂは、押付面を変形した場合の図６のＹ−Ｙにおける端面を示す端面図である。

光デバイスの製造装置は、図３〜図５Ｂに示すように、基板１０上に形成された光導波路部１１及び光ファイバ接続部１２の面方向から基板１０を固定する上部治具１００、当該面方向の裏面側から基板１０を固定する下部治具１１０及び光ケーブル２０の端部近傍に設けられた入れ子１２０からなり、下部治具１１０上に基板１０を固定し、入れ子１２０を介挿して上部治具１００を組み合わせることで、光ファイバ素線２２を光ファイバ接続部１２の接続位置に導く構成である。

上部治具１００は、図３、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、下部治具１１０と組み合わせる面側に、下部治具１１０との組み合わせ時において入れ子１２０による光ケーブル２０を介挿可能する介挿部１０１及び嵌合ピン１２３をガイドして入れ子１２０の位置を規制するガイド部１０２と、光ファイバ接続部１２の接続位置に導かれた光ファイバ素線２２に接着剤層１３を形成して固定する際に当該光ファイバ素線２２の保持する位置を規制する光ファイバ規制部１０３と、基板１０を固定する面とその裏面側とを連通する開口部１０４とを備える。

光ファイバ規制部１０３は、図４Ｂ、図５Ｂ及び図６に示すように、下部治具１１０と組み合わせる面側において凸形状であり、その凸部分には光ファイバ接続部１２における溝部形成面と略同形状の規制面１０５が形成されている。光ファイバ規制部１０３の凸形状は、光ファイバ素線２２をＶ溝部１４に嵌め込んだ状態で基板１０を上部治具１００と下部治具１１０とで組み合わせて固定した場合、図７Ａに示すように、規制面１０５が光ファイバ素線２２の上面に接触する程度（厚さｈ１程度の間隙）である。このため、光ファイバ規制部１０３は、その光ファイバ素線２２をＶ溝部１４に嵌め込んだ状態で光ファイバ素線２２がＶ溝部１４から乖離しないよう規制する。

なお、規制面１０５は、フッ素系樹脂でコーティングされており、光ファイバ素線２２を固定する接着部材に対しても容易に乖離させることができる。また、規制面１０５は、図７Ａに示すように、下部治具１１０に基板１０を固定して上部治具１００を組み合わせ、Ｖ溝部１４に光ファイバ素線２２を嵌合して接着部材で固定する際に、厚さｈ１で略平面上の接着剤層１３を形成することができる。さらにその際に、図７Ｂに示すように、光ファイバ素線２２の外周面に対応する規制曲面１０５Ｒを有する規制面１０５ａにより、厚さｈ２で前述した表面１３Ｒを有する接着剤層１３を形成する構成であってよい。更には、前述した逆Ｖ字や台形形状などであってよく、特に限定しない。

開口部１０４は、図３、図４Ｂ、図５Ｂに示すように、光導波路部１１と略同形状であり、上部治具１００を組み合わせた場合でも光導波路部１１部分を露出させる。このため、図６に示すように、光ファイバ接続部１２に接着部材を塗布し光ファイバ素線２２を介挿して治具で固定した際の紫外線照射による接着部材の硬化や、治具での固定後における規制面１０５と溝部形成面ＳＦ及び光ファイバ素線２２との間へ、毛細管現象などを利用した接着部材の流し込みなどを行うことができる。

下部治具１１０は、図３〜図５Ｂに示すように、上部治具１００との組み合わせ時において光ケーブル２０を介挿可能とする介挿部１１１及び嵌合ピン１２３をガイドして入れ子１２０の位置を規制するガイド部１１２、基板１０を固定する基板固定部１１３を備える。なお、基板固定部１１３は、バキューム吸引により基板１０を基板固定部１１３へ密着固定させる真空穴１１４を有する。

入れ子１２０は、図３〜図５Ｂに示すように、入れ子上部１２１と入れ子下部１２２との組み合わせで光ケーブル２０の端部近傍に固定され、光ケーブル２０の端部方向に突出する嵌合ピン１２３と前述したガイド部１０２、１１２とにより位置決めが行われる構成である。

以上のように、下部治具１１０に基板１０を固定し、入れ子１２０と規制面１０５を有する上部治具１００とを組み合わせて、光ファイバ素線２２がＶ溝部１４に嵌合した際には、当該規制面１０５は光ファイバ素線２２の上面に接触する位置に設けられる構成である。このため、この光ファイバ素線２２がＶ溝部１４に嵌合した状態で接着部材を流し込む又は嵌合前に予め塗布しておくことで、前述した接着剤層１３により光ファイバ素線２２を埋設する光導波路デバイス１を製造することができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明の一例を示すものであり、これに限定しない。本発明における光導波路デバイス１の細部構成や当該光導波路デバイス１を製造する製造装置の細部構成に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、光導波路部１１として光スプリッタを例示したが、ＬＤ（LaserDiode）、ＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-emitting Laser）又はＰＤ（PhotoDiode）等を備えて光ファイバ素線２２に伝送する構成であってよい。また、本実施の形態で例示した光ファイバ素線２２の接続レイアウトも単芯対多芯だけでなく、単芯対単芯や多芯対多芯であってもよく、特に限定するものではない。

本発明に係る光導波路デバイス及び光導波路デバイスの製造装置は、光通信分野において利用可能性がある。

符号の説明

１ 光導波路デバイス
１０ 基板
１１ 光導波路部
１１１１ コア
１１１２ クラッド
１２ 光ファイバ接続部
１３ 接着剤層
１３Ｒ、１３Ｓ 表面
１４ Ｖ溝部
２０ 光ケーブル
２２ 光ファイバ素線
１００ 上部治具
１０１ 介挿部
１０２ ガイド部
１０３ 光ファイバ規制部
１０４ 開口部
１０５、１０５ａ 規制面
１０５Ｒ 規制曲面
１１０ 下部治具
１１１ 介挿部
１１２ ガイド部
１１３ 基板固定部
１１４ 真空穴
１２０ 入れ子
１２１ 入れ子上部
１２２ 入れ子下部
１２３ 嵌合ピン
Ａ、Ｂ、Ｃ 領域
ＳＦ 溝部形成面
ｈ１、ｈ２ 厚さ
２００ 光導波路デバイス
２１０ 基板
２１１ 光導波路部
２１１１ コア
２１１２ クラッド
２１２ 接続部
２１３ ガラスブロック
２１４ 接着部材
２１５ Ｖ溝部
２２０ 光ケーブル
２２２ 光ファイバ素線

Claims (5)

1. 光導波路が形成された基板の端部に前記光導波路の光伝播方向に沿う溝部が形成され、当該溝部内に光ファイバの接続端部が嵌合され、当該光ファイバの接続端部は接着剤層で埋設されていることを特徴とする光導波路デバイス。
2. 前記光ファイバの接続端部における接着剤層の表面は、前記光ファイバの外周面の形状に対応する曲面形状であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光導波路デバイス。
3. 光導波路が形成され且つ端部に前記光導波路の光伝播方向に沿って溝部が形成された基板を固定する下部治具と、
   前記下部治具に前記基板が固定された状態で前記溝部内に光ファイバの接続端部が嵌合されたとき、前記光ファイバの接続端部の上面に接触する規制面を有する光ファイバ規制部が設けられた上部治具と、
   を備えたことを特徴とする光導波路デバイスの製造装置。
4. 前記光ファイバ規制部の規制面は、フッ素系樹脂でコーティングされていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の光導波路デバイスの製造装置。
5. 前記光ファイバ規制部の規制面は、前記光ファイバの外周面の形状に対応する曲面部を有することを特徴とする請求の範囲第３項又は第４項に記載の光導波路デバイスの製造装置。

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