JPWO2019172254A1 - 光ファイバモジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光回路が形成された基板の一面から離間する方向に突出する線状の光導波路の端部と保持体により保持された光ファイバの端部とを光学的に接続する光モジュールにおいて、光導波路の端部を破損させることなく、基板の一面と保持体の一面との距離を精度良くかつ簡便に保持できるようにする。
【解決手段】光モジュールは、基板１と保持体１５とスペーサ１３とを備える。基板１には光導波路３が形成され、その端部３ａ、３ｂが基板１の一面１ａから突出している。保持体１５は、光ファイバ７を保持するとともに光ファイバ７の一方の端部を基板１の一面１５ａ側において光導波路３の端部３ａ、３ｂと光学的に接続できるように露出させる。スペーサ１３は、基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとにより挟持される。
【解決手段】光モジュールは、基板１と保持体１５とスペーサ１３とを備える。基板１には光導波路３が形成され、その端部３ａ、３ｂが基板１の一面１ａから突出している。保持体１５は、光ファイバ７を保持するとともに光ファイバ７の一方の端部を基板１の一面１５ａ側において光導波路３の端部３ａ、３ｂと光学的に接続できるように露出させる。スペーサ１３は、基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとにより挟持される。
Description
本発明は、光ファイバモジュール及びその製造方法に関する。
近年、コア部にシリコン材料、クラッド部に石英系材料を用いたシリコン細線光導波路からなる光回路の研究開発が活発に行われている。シリコン細線光導波路は、大きな比屈折率差を有しており、光導波路の曲率半径を小さくしても放射損失が小さいことから、光回路を小型化することが可能になる。
また、上記のような技術は、シリコンＣＭＯＳ ＬＳＩの製造プロセスと共用することが可能であり、公知技術に基づいて、量産による製造コストの低減効果が期待されている。
また、上記のような技術は、シリコンＣＭＯＳ ＬＳＩの製造プロセスと共用することが可能であり、公知技術に基づいて、量産による製造コストの低減効果が期待されている。
通常、シリコン細線光導波路を主要構成部とする基板と、光ファイバ、光源、受光器など他の光デバイスとの光の入出力は、基板の光回路の形成面に対して平行の方向から、光導波路の断面を経由して行う。
ところで、上記とは別の方向、特に光回路の形成面に対して垂直の方向から光ファイバを接続することができると、ウェハ製造段階において、シリコン細線光導波路デバイスの検査が可能となる。また、光源や受光器が光回路の形成面に対して垂直方向から実装できるなどの点で技術的な多くの利点がある。
シリコン細線光導波路を主要構成部とする光回路に対して、光回路の形成面と交差する方向に光を結合させる方法として、下記特許文献１には、シリコン細線光導波路の端部及びこれに隣接する部位を光回路基板の表面から離間する方向に湾曲させる技術が開示されている。
上記のようなシリコン細線光導波路を有する基板において、基板の一面から突出しているシリコン細線光導波路の端部と保持体に保持されている光ファイバの端部とを光学的に調芯して基板と保持体とを固定する際に、シリコン細線光導波路の端部と保持体の一面とが接触してシリコン細線光導波路の端部が破損するおそれがある。
また、シリコン細線光導波路の端部の破損を避けるために両者の距離を大きくしすぎると、シリコン細線光導波路と光ファイバとの光結合効率が低下するという問題があった。
また、シリコン細線光導波路の端部の破損を避けるために両者の距離を大きくしすぎると、シリコン細線光導波路と光ファイバとの光結合効率が低下するという問題があった。
本発明の目的は、光回路が形成された基板の一面から突出する線状の光導波路の端部と保持体により保持された光ファイバの端部とを光学的に接続する光モジュールにおいて、光導波路の端部を破損させることなく、基板の一面と保持体の一面との距離を精度良くかつ簡便に保持できるようにすることである。
本発明の一観点によれば、
第１表面を有し、光導波路が形成されるとともに前記光導波路の端部が前記第１表面から突出している光回路形成体と、
前記第１表面と対向する第２表面を有し、光ファイバを保持するとともに前記光ファイバの一方の端部を前記第２表面側において前記光導波路の前記端部と光学的に接続できるように露出させる保持体と、
前記第１表面と前記第２表面とにより挟持されるスペーサと、
を備える光ファイバモジュールが提供される。
第１表面を有し、光導波路が形成されるとともに前記光導波路の端部が前記第１表面から突出している光回路形成体と、
前記第１表面と対向する第２表面を有し、光ファイバを保持するとともに前記光ファイバの一方の端部を前記第２表面側において前記光導波路の前記端部と光学的に接続できるように露出させる保持体と、
前記第１表面と前記第２表面とにより挟持されるスペーサと、
を備える光ファイバモジュールが提供される。
スペーサにより光回路形成体の第１表面と保持体の第２表面とが所定間隔を有した状態で支持されるため、保持体の第２表面が光ファイバの端部を破損させることを抑制することができる。
前記スペーサは、前記第１表面の法線方向に沿った径または高さが、前記光導波路の前記端部の前記第１表面からの前記法線方向に沿った突出長さと実質的に同じかもしくは大きいことが好ましい。
前記スペーサは、前記第１表面の法線方向に沿った径または高さが、前記光導波路の前記端部の前記第１表面からの前記法線方向に沿った突出長さと実質的に同じかもしくは大きいことが好ましい。
光回路形成体と保持体とを接近させるとき、光回路形成体の第１表面と保持体の第２表面との間隔がスペーサの径または高さと同等になった時点で光回路形成体の第１表面と保持体の第２表面との間の距離が変化しなくなる。すなわち、光回路形成体の第１表面と保持体の第２表面との間隔は、スペーサにおける第１表面の法線方向に沿った径または高さよりも小さくならないので、光導波路の端部の損傷を抑制することができる。
前記スペーサは、例えば、前記第１表面と前記第２表面とを接着する接着剤内に含まれているようにすることができる。
前記スペーサは、例えば、前記第１表面と前記第２表面とを接着する接着剤内に含まれているようにすることができる。
前記光回路形成体及び前記保持体は、特定波長の光を透過するように形成されていることが好ましい。
一例として、前記保持体は、石英あるいはホウケイ酸ガラスにより形成することができる。
光回路形成体及び保持体を特定波長の光が透過することで、スペーサを保持体の第２表面と反対側の面または光回路形成体の第１表面と反対側の面から照射された光により観察することができる。
一例として、前記保持体は、石英あるいはホウケイ酸ガラスにより形成することができる。
光回路形成体及び保持体を特定波長の光が透過することで、スペーサを保持体の第２表面と反対側の面または光回路形成体の第１表面と反対側の面から照射された光により観察することができる。
前記接着剤は前記光導波路の前記端部と前記光ファイバの前記一方の端部との間に介在しないように設けることが好ましい。
このようにすると、接着剤が保持体の第２表面における光ファイバの端部を避けた領域に接することになるため、スペーサが光の進行を阻害することなく、保持体の第２表面と光回路形成体の第１表面との間隔をスペーサの径または高さ以上に保つことができる。
このようにすると、接着剤が保持体の第２表面における光ファイバの端部を避けた領域に接することになるため、スペーサが光の進行を阻害することなく、保持体の第２表面と光回路形成体の第１表面との間隔をスペーサの径または高さ以上に保つことができる。
前記保持体の前記第２表面とは反対側の面において、前記保持体における前記光ファイバの周囲に形成された空間に前記光ファイバの保持力を補強する補強部を有することが好ましい。
前記補強部は、前記反対側の面に形成された凹部に固着する補強材により形成されていると好ましい。
また、前記補強部は、前記第１表面の法線方向に進行するとともに前記光回路形成体及び前記保持体を透過する特定波長の光の進行を阻害しない領域に設けられることが好ましい。この場合、特定波長の光の照射によるスペーサの観察がしやすくなる。
前記補強部は、前記反対側の面に形成された凹部に固着する補強材により形成されていると好ましい。
また、前記補強部は、前記第１表面の法線方向に進行するとともに前記光回路形成体及び前記保持体を透過する特定波長の光の進行を阻害しない領域に設けられることが好ましい。この場合、特定波長の光の照射によるスペーサの観察がしやすくなる。
前記光導波路の前記端部の先端と前記光ファイバの前記一方の端部の先端との間にギャップを有するようにしてもよい。
前記光導波路の前記端部から出射する光の光軸上に前記光ファイバの前記一方の端部が配置されるようにすることが好ましい。
前記光導波路の前記端部から出射する光の光軸上に前記光ファイバの前記一方の端部が配置されるようにすることが好ましい。
本発明の他の観点によれば、
第１表面を有し、光導波路が形成されるとともに前記光導波路の端部が前記第１表面から突出している光回路形成体と、前記第１表面と対向する第２表面を有し、光ファイバを保持するとともに前記光ファイバの一方の端部を前記第２表面側において前記光導波路の端部と光学的に接続できるように露出させる保持体と、を備える光ファイバモジュールの製造方法であって、
前記第１表面と前記第２表面とを前記第１表面の法線方向に所定間隔を有した状態で支持するためのスペーサと接着剤とを準備し、
前記スペーサを含む前記接着剤を前記第１表面と前記第２表面との間に介在させ、
前記第１表面と前記第２の表面とが接近するように前記光回路形成体と前記保持体とを相対的に移動させて前記第１表面と前記第２表面との間に前記スペーサを挟持させ、
前記接着剤を硬化させることにより前記光回路形成体と前記保持体とを互いに固定する、光ファイバモジュールの製造方法が提供される。
第１表面を有し、光導波路が形成されるとともに前記光導波路の端部が前記第１表面から突出している光回路形成体と、前記第１表面と対向する第２表面を有し、光ファイバを保持するとともに前記光ファイバの一方の端部を前記第２表面側において前記光導波路の端部と光学的に接続できるように露出させる保持体と、を備える光ファイバモジュールの製造方法であって、
前記第１表面と前記第２表面とを前記第１表面の法線方向に所定間隔を有した状態で支持するためのスペーサと接着剤とを準備し、
前記スペーサを含む前記接着剤を前記第１表面と前記第２表面との間に介在させ、
前記第１表面と前記第２の表面とが接近するように前記光回路形成体と前記保持体とを相対的に移動させて前記第１表面と前記第２表面との間に前記スペーサを挟持させ、
前記接着剤を硬化させることにより前記光回路形成体と前記保持体とを互いに固定する、光ファイバモジュールの製造方法が提供される。
前記第１表面と前記第２の表面とが接近するように前記光回路形成体と前記保持体とを相対的に移動させる際、前記保持体及び前記光回路形成体を透過する特定波長の光を前記接着剤に照射して前記スペーサを観察することが好ましい。
この場合、前記第１表面と前記第２表面との間に前記スペーサが挟持された状態で前記保持体を前記第１表面に沿って相対的に移動させて前記光導波路と前記光ファイバとの調芯を行うようにすることができる。
前記接着剤はＵＶ硬化型接着剤であり、前記接着剤にＵＶ光を照射させることにより前記接着剤を硬化させるようにすることが好ましい。
本発明によれば、光回路形成体の第１表面から突出する光導波路の端部と保持体により保持された光ファイバの端部とを光学的に接続する光モジュールにおいて、光導波路の端部を破損させることなく、光回路形成体の第１表面と保持体の第２表面との距離を精度良くかつ簡便に保持することができる。
本実施の形態においては、シリコン細線光導波路の端部が、基板の一面から法線方向に沿って突出する突出長さと、スペーサの径とが実質的に同じである例について説明しているが、実際には、基板の一面と保持体の一面との間隔は、スペーサの径以上であることが重要であるため、上記間隔は必ずしもスペーサの径と完全に一致している必要はなく、スペーサは上記突出長さと実質的に同じ径または大きい径を有していれば良い。なお、スペーサが球状以外の形状の場合には、スペーサは上記突出長さと実質的に同じ高さ（基板の一面の法線方向に沿った高さ）または上記突出長さよりも大きい高さを有していれば良い。
以下に、本発明の実施の形態による光ファイバモジュール及びその製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施形態による光ファイバモジュールは、図１ａ及び図１ｂに示されるシリコン細線光導波路構造Ａ、及び、図２ａ〜図２ｃに示される光モジュールＢを含んでいる。
図１ａは、シリコン細線光導波路構造Ａの斜視図である。シリコン細線光導波路構造Ａは、例えば、図示しない光回路が形成されている基板１と、基板１の一面に沿って形成された複数のシリコン細線光導波路３，３，…とを有している。図１ｂは、図１ａの基板１及びシリコン細線光導波路３，３をシリコン細線光導波路３，３，…の延在方向に沿って切った断面図である。なお、基板１は本発明の「光回路形成体」に相当し、基板１の一面１ａは本発明の「第１表面」相当する。また、シリコン細線光導波路３，３は、本発明の「光導波路」に相当する。
本発明の第１の実施形態による光ファイバモジュールは、図１ａ及び図１ｂに示されるシリコン細線光導波路構造Ａ、及び、図２ａ〜図２ｃに示される光モジュールＢを含んでいる。
図１ａは、シリコン細線光導波路構造Ａの斜視図である。シリコン細線光導波路構造Ａは、例えば、図示しない光回路が形成されている基板１と、基板１の一面に沿って形成された複数のシリコン細線光導波路３，３，…とを有している。図１ｂは、図１ａの基板１及びシリコン細線光導波路３，３をシリコン細線光導波路３，３，…の延在方向に沿って切った断面図である。なお、基板１は本発明の「光回路形成体」に相当し、基板１の一面１ａは本発明の「第１表面」相当する。また、シリコン細線光導波路３，３は、本発明の「光導波路」に相当する。
シリコン細線光導波路３の断面形状は矩形であってもよく、例えば、一辺の長さが０．４μmで、この一辺に交差する辺の長さが０．２μmであってもよい。なお、シリコン細線光導波路３は１つであってもよい。
シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂは、基板１の一面１ａから上方に離間するように突出している。たとえば、特許文献１のように、基板の一面から端部３ａ、３ｂが湾曲するように、そして、基板の一面から離間するように突出している構造をシリコン細線光導波路構造Ａとして用いることができる。
ここでは、シリコン細線光導波路３の材料としてシリコンを用いた例を示すが、ＳｉＧｅ、アモルファスシリコンなどの細線を用いても良い。
ここでは、シリコン細線光導波路３の材料としてシリコンを用いた例を示すが、ＳｉＧｅ、アモルファスシリコンなどの細線を用いても良い。
あるいは、発明者らの下記の文献に記載されている構造を利用してもよい。
Y. Atsumi, T. Yoshida, E. Omoda, and Y. Sakakibara, “Design of compact surface optical coupler based on vertically curved silicon waveguide for high-numerical aperture single-mode optical fiber,” Jpn. J. Appl. Phys., 56(9), 090307-1-4 (2017).
Y. Atsumi, T. Yoshida, E. Omoda, and Y. Sakakibara, “Design of compact surface optical coupler based on vertically curved silicon waveguide for high-numerical aperture single-mode optical fiber,” Jpn. J. Appl. Phys., 56(9), 090307-1-4 (2017).
とりわけ、上記の文献に記載されているような、シリコン細線光導波路の端部が基板の一面に対して法線方向に突出する構造を用いると、シリコン細線光導波路の端部から出射する光の光軸上に光ファイバの一方の端部が配置されるようになり、シリコン細線光導波路と光ファイバとの光学的接続を光損失の少ない良好なものとすることができる。
なお、基板１にシリコン細線光導波路３を形成するためには、専用のＳＯＩ基板を用いることができる。例えば、厚さ２００ｎｍ程度のシリコンデバイス層がシリコン基板上の厚さ２μｍから３μｍ程度の厚い酸化膜(ＢＯＸ層)の上に形成されたものを用いることが好ましい。本実施の形態では、このような構造を基板と称するが、基板の構造はこれに限定されるものではない。
なお、シリコン細線光導波路３の径や絶縁膜の厚さは、後述するスペーサの径に比べて極めて小さいため、後述する保持体を基板１上に設ける場合には、基板１のほぼ平坦な一面１ａ上に保持体が設けられていると見なすことができる。
なお、基板１の一面１ａの法線方向におけるシリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂの突出長さをＬｔと称する。また、本明細書における突出長さＬｔは、基板１の一面１ａからの突出長さだけでなく、基板１の一面１ａ上に絶縁膜等が形成されていれば、その絶縁膜等の表面からの突出長さもＬｔに含まれるものとする。
シリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂは光の入出力部であり、例えば、後述する光ファイバなどにより外部の光部品との光学的な接続を行うことができる。
図１ａ及び図１ｂには示していないが、シリコン細線光導波路３の補強や、シリコン細線光導波路３の径と光ファイバとのモードフィールド径との一致を目的として、シリコン細線光導波路３のコア周辺にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法等を用いて、例えば、石英層を形成した。基板１は、例えば、２０ｍｍ（縦方向の長さ）×２０ｍｍ（横方向の長さ）×０．５ｍｍ（厚さ）である。或いは、基板１に代えて、板状以外の形状（例えば、立方体形状）を有する基体に光導波路を形成したものを用いることもできる。本実施形態において、基板１の一面１ａから突出する端部３ａ，３ｂの突出長さＬｔは、例えば１０μｍである。これらの寸法も限定されるものではない。
図２ａは、本実施の形態による光モジュールＢを含む光ファイバモジュールの斜視図である。図２ｂは、図２ａの側面図であり、図２ｃは、図２ａの平面図である。
図２ａ，図２ｂに示すように、本実施の形態による光モジュールＢでは、図１ａに示すシリコン細線光導波路構造Ａにおけるシリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂと、基板１の一面１ａと交差する方向に延在する光ファイバ７の端部とが接続されている。
ここで、「接続」とは、シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂと光ファイバ７の端部とが接触する形態に限定されるものではなく、光学的な接続であれば、どのような形態であっても良い。
光ファイバ７のクラッド径は、例えばφ１２５μｍ、あるいはφ１８０μｍ程度であり、光ファイバ７それ自体を基板１上に自立させることは難しい。
そこで、図２ａに示すように、光ファイバ７（具体的には、光ファイバ７における特定の区間）を周囲から保持する、光ファイバ７よりも大径の円筒状のキャピラリなどを保持体１５として用いることができる。保持体１５の形状は特に限定されるものでなく、例えば、断面が多角形の形状をしていても良い。
シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂと光ファイバ７の端部との接続工程について簡単に説明する。
まず、保持体１５を構成するキャピラリの中心を貫通する孔内に光ファイバ７を通し、光ファイバ７を保持体１５に接着材などで固定する。保持体１５の一面を固定された光ファイバ７とともに平坦に研磨する。その結果、光ファイバ７の一方の端部（後述される先端７ａ）が露出される。シリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂと光ファイバ７とを光学的に接続する際に、この保持体１５の一面１５ａを基板１の一面１ａに支持させる面として用いることができる。保持体１５の一面１５ａは本発明の「第２表面」相当する。
保持体１５の材質は特に限定されないが、可視光または近赤外光の少なくとも一方を透過する材料、例えば、石英ガラスあるいはホウケイ酸ガラスを用いると良い。一般的には、ジルコニアなどを用いることもできるが、本実施の形態においては、後述するように光学調芯時に保持体１５の一面１５ａに塗布した接着剤をカメラで観察するために、保持体１５の上方に例えば波長１μｍ程度の光を発する照明を設けて、保持体１５及び基板１を透過した光を基板１の下方からカメラで撮像して観察することから、保持体１５は、その照明光の波長において透過性の高い材質により構成されることが好ましい。また、基板１と保持体１５をＵＶ（紫外光）硬化型の接着剤で固定する場合には、ＵＶ光を接着剤に照射することから、保持体１５は、ＵＶ光の波長においても透過性の高い材質により構成されることが好ましい。
図２ｂに示すように、保持体１５を基板１の一面に配置して基板１の一面と固定するために、接着剤１１を用いることができる。接着剤１１は、保持体１５の一面における光ファイバ７の一方の端部の先端７ａ（図４ａ〜図４ｄを参照）の露出領域を避けて、その周囲に塗布すると良い。
図２ｃに示すように、例えば、複数本のシリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂの各々に光ファイバ７が光学的に接続された、多数の光入出力部を有する構造を製造することができる。
図３ａ及び図３ｂは、本実施の形態による基板１と光ファイバ７の保持体１５との側面図及び保持体１５の底面図である。図４ａ〜図４ｄは、本実施の形態による光ファイバモジュールの組み立て方法を示す図である。図５は、光ファイバモジュールの組み立てに用いる光学系を示した図である。図６ａ〜図６ｃは、図４ａ〜図４ｄの工程に沿って、接着剤１１とスペーサ１３とを基板１の下方から観察した様子を示す図である。
シリコン細線光導波路３と光ファイバ７との光結合効率を大きくするために、保持体１５を基板１に接近させ（図３ａの矢印Ｌａ１参照）、その後に、保持体１５を基板１の一面１ａに沿って移動させて、シリコン細線光導波路３と光ファイバ７との面内方向における位置を近づける調芯処理をする必要がある。その際、基板１の一面１ａには、シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂが突出しているため、調芯時に保持体１５が端部３ａ、３ｂに接触して端部３ａ、３ｂを破損させてしまう可能性がある。
そこで、本実施の形態においては、以下のように工夫を行った。
シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂの破損を避けるために、液晶パネルなどにも用いられるスペーサ１３と接着剤１１（図４ａ〜図４ｄを参照）を準備する。次いで、スペーサ１３を含む接着剤１１を基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの間に介在させる。例えば、保持体１５の一面１５ａにスペーサ１３を含む接着剤１１を塗布する。
シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂの破損を避けるために、液晶パネルなどにも用いられるスペーサ１３と接着剤１１（図４ａ〜図４ｄを参照）を準備する。次いで、スペーサ１３を含む接着剤１１を基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの間に介在させる。例えば、保持体１５の一面１５ａにスペーサ１３を含む接着剤１１を塗布する。
スペーサ１３の材質は、一例として、二酸化ケイ素が用いられる。この場合、挟圧されても変形しにくいという利点がある。
例えば、直径Ｒがφ１０μｍの球状のスペーサ１３とＵＶ硬化型の接着剤１１とを１：９の重量比で混ぜて攪拌し、スペーサ１３を接着剤１１中にほぼ均一に分布させる。なお、スペーサ１３の直径Ｒは、シリコン細線光導波路３の突出長さＬｔと等しい。
そして、図４ａに示すように、保持体１５の一面１５ａにスペーサ１３入りの接着剤１１を一定量塗布する。この際、保持体１５の一面１５ａの中央部には光ファイバ７の端部の先端７ａが露出しているため、接着剤１１は光ファイバ７の端部の先端７ａが露出する領域を避けて、周囲の領域ＡＲ（図３ｂ参照）に環状に塗布する。例えば、光ファイバ７と接着剤１１の塗布領域ＡＲとの間にスペースＬｓを設ける。スペーサ１３は、接着剤１１により領域ＡＲに保持されるため、光ファイバ７を通る光の進行を妨げることはない。
さらに、図５に示すように、保持体１５の一面１５ａに塗布した接着剤１１を基板１の下方からカメラ４１で観察する。
カメラ４１による観察を容易にするために、保持体１５の上方には、光ｈν１を照射することができる照明２１を設ける。さらに、接着剤の硬化手段が設けられる。
カメラ４１による観察を容易にするために、保持体１５の上方には、光ｈν１を照射することができる照明２１を設ける。さらに、接着剤の硬化手段が設けられる。
例えば、接着剤１１としてＵＶ硬化型のものを用い、接着剤１１にＵＶ光を照射できる位置にＵＶ光照射器３１を設ける。なお、カメラ４１には、カメラ４１で撮像した画像を見やすいように画像処理する画像処理部４３を設けても良い。画像処理部４３は、カメラ４１によって撮像された画像を表示装置（図示せず）に拡大して表示する。カメラ４１は、基板１の一面１ａの近傍にある被写体にピントが合うように調整されている。
次に、保持体１５を図４ａに示すように基板１の上方の位置（基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの距離をｔ１とすると、ｔ１が接着剤１１の厚みｔ２よりも十分大きい位置）から矢印Ｌａ２で示すように基板１の一面１ａに接近させていく。なお、保持体１５を移動させる代わりに基板１を移動させてもよく、保持体１５と基板１の両方を移動させてもよい。
スペーサ１３は、接着剤１１の中で無秩序に分布している。すなわち、接着剤１１が保持体１５の一面１５ａに塗布された時点において、各スペーサ１３と保持体１５の一面１５ａとの距離は、互いに異なっている。なお、あらかじめ接着剤１１内にスペーサ１３を含ませる代わりに、基板１の一面１ａまたは保持体１５の一面１５ａに接着剤１１を塗布した後にスペーサ１３を接着剤１１に含ませるようにしても良い。図６ａは、保持体１５の一面１５ａに塗布された接着剤１１を基板１の下方からカメラ４１で撮像した画像であるが、保持体１５に塗布された接着剤１１のうち、一部の領域（図３ｂにおける領域Ａｐ）を拡大して示している。保持体１５が基板１に接近するにつれて、複数のスペーサ１３のうち、基板１側に最も近いスペーサ１３Ａにピントが合ってくるため、スペーサ１３Ａが次第に明瞭に観察されるようになる。
図４ｂに示すように、保持体１５の一面１５ａを基板１の一面１ａにさらに近づけると、接着剤１１が基板１の一面１ａに接触し（基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの距離ｔ１＝接着剤の最初の厚さｔ２となり）、接着剤１１が挟圧されて徐々に一面１ａの方向に広がり始める。
すると、図６ｂに示すように、カメラ４１による観察画像によれば、複数のスペーサ１３のうち、スペーサ１３Ａの次に基板１側に近いスペーサ１３Ｂのピントが合い始めてスペーサ１３Ｂも明瞭に観察されるようになる。
その後、図４ｃに示すように、各スペーサ１３が基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとに当接し（基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの距離ｔ１＝スペーサ１３の直径Ｒ＜接着剤の最初の厚さｔ２となり）、基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとがそれ以上は近づかないようになる。
すなわち、接着剤１１の広がりは止まり、全てのスペーサ１３が基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの間に挟持された状態で保持体１５は静止する。すなわち、基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとが基板１の一面１ａの法線方向に所定間隔Ｒを有した状態でスペーサ１３により支持される。スペーサ１３の直径Ｒは、基板１の一面１ａからのシリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂの突出長さＬｔと等しいため、端部３ａ，３ｂを破損させずにシリコン細線光導波路３の先端３ｃを光ファイバ７の先端７ａに接触させることが出来る。従って、シリコン細線光導波路３と光ファイバ７との光結合効率の低下を抑制することができる。
全てのスペーサ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが基板１と保持体１５の間に挟持された状態になれば、図６ｃに示されるカメラ４１の観察画像のように、全てのスペーサ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが明瞭に見えるようになり、明瞭に見えるスペーサの数がそれ以上増えなくなるので、基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとがそれ以上は近づかないようになるタイミングを知ることができる。
したがって、スペーサ１３が基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの間に挟持された後、すぐに保持体１５の移動を停止させることが可能になるので、保持体１５が端部３ａ，３ｂを破損させるのをより確実に抑制することができる。
このように、図４ａ〜図４ｄの工程において、接着剤１１を塗布した保持体１５が基板１に接近し、基板１から一定距離で静止する様子は、図５のように保持体１５の上方から照射した光を用いて基板１の下に配置したカメラ４１で観察することが出来る。
また、この状態では接着剤１１は硬化していないため、保持体１５を基板１の一面１ａに沿って移動させて調芯を行うことが出来る。本実施の形態において、調芯とは、シリコン細線光導波路３と光ファイバ７とが光学的に接続されるように、シリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとを位置決めすることである。なお、調芯を行う際には、基板１を移動させても良いし、基板１と保持体１５の両方を移動させてもよい。
そして、スペーサ１３は球状であるため、保持体１５が基板１の一面１ａと平行に移動する際にベアリングのように機能し、保持体１５の移動が滑らかになる。なお、スペーサ１３に代えて、円柱状のスペーサを用いても、同様の効果を得ることができる。すなわち、円柱状のスペーサの外周面が基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａに接するように円柱状のスペーサを配置する。
そして、カメラ４１により観察することで、図４ｄに示すように、シリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとの調芯（光学的な接続を行うことができるように矢印Ｌａ３の方向に位置を合わせる）を行うことができる。
調芯が完了したタイミングで、例えば、ＵＶ光照射器３１からのＵＶ光により接着剤１１を硬化させることで、基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの距離を所定の距離、例えば、スペーサ１３の直径Ｒと同じ距離を保ったまま、かつ、調芯が完了した状態で、基板１と保持体１５とを速やかに固定することができる。
基板１をシリコンにより形成する場合には、照明２１からの照明光を透過させるために、例えば波長１μｍ程度のＬＥＤ照明を用いることができる。基板１の下面側の表面反射が大きい場合、基板１の上方にある保持体１５に塗布された接着剤を観察することは難しいため、図５の構成がより好ましい。照明２１による基板１及び保持体１５を透過する光の波長は、便宜上、「特定波長」とも称される。特定波長は、保持体１５及び基板１を透過する光の波長の範囲に含まれていれば、１μｍとは異なっていてもよい。加えて、特定波長は、単一の波長ではなく、波長の範囲によって特定されてもよい。例えば、可視光及び近赤外光が保持体１５及び基板１を透過するのであれば、特定波長は、可視光及び近赤外光の波長の範囲に含まれていればよい。
以上に説明するように、本実施の形態によれば、シリコン細線光導波路が形成された基板と、光ファイバを保持する保持体とを固定して光ファイバモジュールを製造する際に、基板の一面から突出しているシリコン細線光導波路の端部を破損させることなく、基板の一面と保持体の一面との距離を精度良く保持することができる。また、基板の一面と保持体の一面との距離を所望の値に設定することができる。さらに、シリコン細線光導波路の端部と光ファイバの端部との基板の一面方向の位置合わせ（調芯）を精度良く行うことができる。
以下に、本実施の形態による光ファイバモジュールの変形例について、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
（第１変形例）
まず、本実施の形態の第１変形例について説明する。
図７は、第１変形例によるシリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂの先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとの接続構造の他の一例を示す図である。図７に示す構造では、シリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとの間に所定のギャップＧが形成されている例を示す。所定のギャップＧが存在しても、シリコン細線光導波路３と光ファイバ７とは、光学的には接続されている。
まず、本実施の形態の第１変形例について説明する。
図７は、第１変形例によるシリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂの先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとの接続構造の他の一例を示す図である。図７に示す構造では、シリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとの間に所定のギャップＧが形成されている例を示す。所定のギャップＧが存在しても、シリコン細線光導波路３と光ファイバ７とは、光学的には接続されている。
所定のギャップＧを設けるには、第１の実施の形態の製造方法において、例えば、スペーサ１３の直径Ｒをシリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂの基板１の一面からの突出長さＬｔよりもギャップＧ分だけ大きくすれば良い。このようにすれば、シリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとが直接接続されていないため、製造工程における僅かなズレや振動などによるシリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバの先端７ａとの接続部分の損傷を抑制することができる。
（第２変形例）
次に、本実施の形態の第２変形例について説明する。
図８ａ及び図８ｂは、第２変形例によるシリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂと光ファイバ７の端部との接続構造の他の一例を示す図である。図８ａに示す構造では、シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂが湾曲しておらず、屈曲して直線状に延びている。端部３ａ、３ｂは、保持体１５の一面１５ａの法線に対して成す角度が所定の角度θａで光ファイバ７に接続されている。
図８ｂに示す構造では、第１の変形例と同様にシリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとの間に所定のギャップＧを有している例を示している。但し、シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂの形状をこれに限定するものではない。例えば、発明者らの研究によれば、端部３ａ、３ｂの根元は湾曲して立ち上がり部分は真っ直ぐなものが良い特性を示すことがわかっている。
次に、本実施の形態の第２変形例について説明する。
図８ａ及び図８ｂは、第２変形例によるシリコン細線光導波路３の端部３ａ，３ｂと光ファイバ７の端部との接続構造の他の一例を示す図である。図８ａに示す構造では、シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂが湾曲しておらず、屈曲して直線状に延びている。端部３ａ、３ｂは、保持体１５の一面１５ａの法線に対して成す角度が所定の角度θａで光ファイバ７に接続されている。
図８ｂに示す構造では、第１の変形例と同様にシリコン細線光導波路３の先端３ｃと光ファイバ７の先端７ａとの間に所定のギャップＧを有している例を示している。但し、シリコン細線光導波路３の端部３ａ、３ｂの形状をこれに限定するものではない。例えば、発明者らの研究によれば、端部３ａ、３ｂの根元は湾曲して立ち上がり部分は真っ直ぐなものが良い特性を示すことがわかっている。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図９ａ〜図９ｄは、本発明の第２の実施の形態による光ファイバモジュールの側面図である。すなわち、図９ａ〜図９ｄは、光ファイバ７が接着固定された円筒状の保持体１５の側面を示す図である。保持体１５は、例えば、直径φ１．８ｍｍ、長さ５ｍｍである。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図９ａ〜図９ｄは、本発明の第２の実施の形態による光ファイバモジュールの側面図である。すなわち、図９ａ〜図９ｄは、光ファイバ７が接着固定された円筒状の保持体１５の側面を示す図である。保持体１５は、例えば、直径φ１．８ｍｍ、長さ５ｍｍである。
光ファイバ７は保持体１５の中心軸に沿って設けられた細い穴１５ｂに挿入されて、先端を研磨して使用される。例えば、光ファイバ７を保持体１５の穴１５ｂに挿入しやすくするために、穴１５ｂの一端（基板１とは反対側）には、テーパー形状の凹部１５ｃが形成され、この凹部１５ｃ内に補強材７１が埋設されて固着されている。補強材７１は接着剤で形成しても良い。補強材７１により構成される補強部は、保持体１５による光ファイバ７の保持力を補強する。この補強部は、保持体１５のうち光ファイバ７の周囲の領域（即ち、光ファイバ７における保持体１５によって保持される区間とは異なる区間の周囲に形成された空間）にのみに形成され、その径方向の外側には形成されていない。従って、保持体１５のうち、補強材７１を除く領域には、接着剤１１とスペーサ１３とを観察するための光が透過する領域が形成されている。すなわち、補強部は、基板１の一面１ａの法線方向に進行する照明２１からの光（矢印Ｌ１１，Ｌ１２）の進行を阻害しない領域に設けられる。
光ファイバ７のうち保持体１５から突出した部分において、光ファイバ７の曲げによる断線を防ぐために、例えば接着剤から成る曲げ抑制部が設けられることがある。
しかしながら、図９ａに示すように、曲げ抑制部６１を保持体１５の上面のほぼ全体を覆うように半球状に形成すると、図５に示した光学系において保持体１５の下面の接着剤１１を観察する場合に問題が生じる。すなわち、図９ａに示すように、保持体１５の上方に設置した照明２１（図５参照）からの光（矢印Ｌ１１，Ｌ１２）は、半球状の曲げ抑制部６１の界面で屈折（屈曲）し、矢印Ｌ１３，Ｌ１４に示すように、保持体１５の下面の中心部に集光される。その結果、スペーサ１３を含む接着剤１１に光が照射されない。従って、基板１の裏側に配置されたカメラ４１（図５参照）でスペーサ１３を含む接着剤１１を観察することが難しくなる。
そこで、図９ｂ〜図９ｄに示すように、保持体１５の上面における平坦な面が、スペーサ１３を含む接着剤１１の塗布位置と対向するようにしている。すなわち、図９ｂ，図９ｄに示すように、保持体１５の上面と補強材７１の上面とを平坦な面とする。あるいは、図９ｃに示すように、補強材７１の上面から突出する曲げ抑制部６１ａを小径として、照明２１から接着剤１１へ向かう光（矢印Ｌ１１，Ｌ１２）が屈曲しないようにする。
このようにすれば、保持体１５を通って接着剤１１へ向かう光Ｌ１５〜Ｌ１８が保持体１５の下面の中心部に向かうことがなく、接着剤１１に照射されるため、カメラで保持体１５の一面１５ａ上のスペーサ１３を含む接着剤１１を観察することが阻害されない。
図９ｄは、凹部を、テーパー状の凹部１５ｃ（図９ｃの凹部１５ｃと上下方向の長さが同じ）と、その上端に接続された直線状の凹部１５ｄとから成る構成としている。このようにすると、図９ｂよりも凹部の長さが長くなり、凹部１５ｃに充填される補強材７１ａと、凹部１５ｄに充填される補強材７１ｂとにより光ファイバ７の保持力が補強され、光ファイバ７の保持力を補強する部分の長さも長くなるため、光ファイバ７の保持力が向上する。また、上部の凹部１５ｄは直線状であるため、照明２１（図５参照）から接着剤１１に照射される光Ｌ１９，Ｌ２０の進行を阻害することがない。
なお、図４ａから図４ｄまでに対応する図１０ａから図１０ｄまでに示すように、接着剤１１内のスペーサ１３と同じ材質で、スペーサ１３と直径の異なる複数の種類の分散剤８１を混ぜてもよい。スペーサ１３は基板１の一面１ａと保持体１５の一面１５ａとの距離を保ち、分散剤８１は接着剤１１の粘度などの調整に用いることが可能である。また、スペーサ１３は球状以外の形状（例えば円柱状）であってもよい。
上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。
例えば、本発明は、シリコン細線光導波路以外の線状の光導波路を有する光ファイバモジュールにも適用可能である。
また、上記実施形態では、光回路形成体として基板を例に挙げて説明しているが、光回路形成体は基板以外のものでもよい。
また、上記実施形態では、保持体に設けた孔に光ファイバを収容しているが、これに代えて、保持体に設けた溝に光ファイバを収容するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、基板と保持体とを接着剤で固定する場合について説明したが、接着剤以外の手段で基板と保持体とを固定する場合においても、本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、光導波路の両方の端部が基板の一面から突出しているが、一方の端部のみが基板の一面から突出していてもよい。
その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本発明は、シリコン細線光導波路以外の線状の光導波路を有する光ファイバモジュールにも適用可能である。
また、上記実施形態では、光回路形成体として基板を例に挙げて説明しているが、光回路形成体は基板以外のものでもよい。
また、上記実施形態では、保持体に設けた孔に光ファイバを収容しているが、これに代えて、保持体に設けた溝に光ファイバを収容するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、基板と保持体とを接着剤で固定する場合について説明したが、接着剤以外の手段で基板と保持体とを固定する場合においても、本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、光導波路の両方の端部が基板の一面から突出しているが、一方の端部のみが基板の一面から突出していてもよい。
その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
本発明は、光通信に用いられる光ファイバモジュールに利用可能である。
Ａ シリコン細線光導波路構造
Ｂ 光モジュール
Ｇ ギャップ
１ 基板（光回路形成体）
１ａ 基板の一面（第１表面）
３ シリコン細線光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ シリコン細線光導波路の端部
７ 光ファイバ
１１ 接着剤
１３ スペーサ
１５ 保持体
１５ａ 保持体の一面（第２表面）
１５ｃ、１５ｄ 凹部
２１ 照明
４１ カメラ
７１、７１ａ、７１ｂ 補強材
Ｂ 光モジュール
Ｇ ギャップ
１ 基板（光回路形成体）
１ａ 基板の一面（第１表面）
３ シリコン細線光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ シリコン細線光導波路の端部
７ 光ファイバ
１１ 接着剤
１３ スペーサ
１５ 保持体
１５ａ 保持体の一面（第２表面）
１５ｃ、１５ｄ 凹部
２１ 照明
４１ カメラ
７１、７１ａ、７１ｂ 補強材
スペーサにより光回路形成体の第１表面と保持体の第２表面とが所定間隔を有した状態で支持されるため、保持体の第２表面が光導波路の端部を破損させることを抑制することができる。
前記スペーサは、前記第１表面の法線方向に沿った径または高さが、前記光導波路の前記端部の前記第１表面からの前記法線方向に沿った突出長さと実質的に同じかもしくは大きいことが好ましい。
前記スペーサは、前記第１表面の法線方向に沿った径または高さが、前記光導波路の前記端部の前記第１表面からの前記法線方向に沿った突出長さと実質的に同じかもしくは大きいことが好ましい。
Claims (17)
- 第１表面を有し、光導波路が形成されるとともに前記光導波路の端部が前記第１表面から突出している光回路形成体と、
前記第１表面と対向する第２表面を有し、光ファイバを保持するとともに前記光ファイバの一方の端部を前記第２表面側において前記光導波路の前記端部と光学的に接続できるように露出させる保持体と、
前記第１表面と前記第２表面とにより挟持されるスペーサと、
を備える光ファイバモジュール。 - 前記スペーサは、前記第１表面の法線方向に沿った径または高さが、前記光導波路の前記端部の前記第１表面からの前記法線方向に沿った突出長さと実質的に同じかもしくは大きい請求項１に記載の光ファイバモジュール。
- 前記スペーサは、前記光回路形成体の前記第１表面と前記保持体の前記第２表面とを接着する接着剤内に含まれている請求項１に記載の光ファイバモジュール。
- 前記光回路形成体及び前記保持体は、特定波長の光を透過するように形成されている請求項１に記載の光ファイバモジュール。
- 前記保持体は、石英あるいはホウケイ酸ガラスにより形成されている請求項４に記載の光ファイバモジュール。
- 前記接着剤は、前記光導波路の前記端部と前記光ファイバの前記一方の端部との間に介在しないように設けられる請求項３に記載の光ファイバモジュール。
- 前記保持体の前記第２表面とは反対側の面において、前記保持体における前記光ファイバの周囲に形成された空間に前記光ファイバの保持力を補強する補強部を有する請求項１に記載の光ファイバモジュール。
- 前記補強部は、前記保持体における前記反対側の面に形成された凹部に固着する補強材により形成されている請求項７に記載の光ファイバモジュール。
- 前記補強部は、前記第１表面の法線方向に進行するとともに前記光回路形成体及び前記保持体を透過する特定波長の光の進行を阻害しない領域に設けられている請求項７に記載の光ファイバモジュール。
- 前記光導波路の前記端部の先端と前記光ファイバの前記一方の端部の先端との間にギャップを有する請求項１に記載の光ファイバモジュール。
- 前記光導波路の前記端部から出射する光の光軸上に前記光ファイバの前記一方の端部が配置される請求項１に記載の光ファイバモジュール。
- 前記光導波路はシリコン細線光導波路である請求項１に記載の光ファイバモジュール。
- 第１表面を有し、光導波路が形成されるとともに前記光導波路の端部が前記第１表面から突出している光回路形成体と、前記第１表面と対向する第２表面を有し、光ファイバを保持するとともに前記光ファイバの一方の端部を前記第２表面側において前記光導波路の前記端部と光学的に接続できるように露出させる保持体と、を備える光ファイバモジュールの製造方法であって、
前記第１表面と前記第２表面とを所定間隔を有して支持するためのスペーサと接着剤とを準備し、
前記スペーサを含む前記接着剤を前記第１表面と前記第２表面との間に介在させ、
前記第１表面と前記第２表面とが接近するように前記光回路形成体と前記保持体とを相対的に移動させて前記第１表面と前記第２表面との間に前記スペーサを挟持させ、
前記接着剤を硬化させることにより前記光回路形成体と前記保持体とを互いに固定する、
光ファイバモジュールの製造方法。 - 前記第１表面と前記第２表面とが接近するように前記光回路形成体と前記保持体とを相対的に移動させる際、前記保持体及び前記光回路形成体を透過する特定波長の光を前記接着剤に照射して前記スペーサを観察する請求項１３に記載の光ファイバモジュールの製造方法。
- 前記第１表面と前記第２表面との間に前記スペーサが挟持された状態で前記保持体を前記第１表面に沿って相対的に移動させて前記光導波路と前記光ファイバとの調芯を行う、請求項１４に記載の光ファイバモジュールの製造方法。
- 前記接着剤はＵＶ硬化型接着剤であり、前記接着剤にＵＶ光を照射させることにより前記接着剤を硬化させる請求項１３に記載の光ファイバモジュールの製造方法。
- 前記光導波路がシリコン細線光導波路である請求項１３に記載の光ファイバモジュールの製造方法。
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