WO2007099935A1 - 光システム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

　光導波路の斜めに互いに交わる複数のコア部分とそれぞれのコア部分に接続される複数の光ファイバーとの間の高精度の位置決めを可能にする。 　本発明による光合分波器(1)は、基板(2)と、基板(2)の上に形成され且つ光ファイバー(6a,6b,6c)が光学的に接続される光導波路(4)を有する。光導波路(4)は、斜めに互いに交わる直線の複数のコア部分(12a,12b,12c)を有する。基板(2)は、複数のコア部分(12a,12b,12c)の２以上と光学的に接続される複数の光ファイバー(6a,6b,6c)を位置決め且つ支持するＶ溝(28a,28c)を有する。複数の光ファイバー(6a,6b,6c)をＶ溝(28a,28c)に支持したとき、複数のコア部分(12a,12b,12c)とそれらに接続される複数の光ファイバー(6a,6b,6c)との間の中心ずれは、５μｍ以下である。

Description

明 細 書

光システム及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、光システム及びその製造方法に関し、更に詳細には、基板の上に光フ アイバーが位置決めされる光システムに関する。

背景技術

[0002] 光ファイバ一、光導波路、光送受信機等の光要素を搭載した光システムが知られて いる。力かる光システムの一例として、互いに斜めに交わるコア部分を有する光導波 路が形成された光合分波器がある (例えば、特許文献 1〜3参照。 )₀

[0003] 図 15は、特許文献 1に開示されている光システムである光合分波器の概略図であ る。

この光合分波器 200は、光伝搬方向 Aに延びる光導波路 201を有しており、光導波 路 201は、互いに斜めに交わる直線のコア部分 202a、 202bを有している。各コア部 分 202a、 202bと、光伝搬方向 Aに酉己置された光ファイノ一 203a、 203b, 203cとを 光学的に接続するために、光導波路は、コア部分に連続して形成され且つ湾曲した 延長部分 204a、 204b, 204cを有している。この光合分波器 200は、光ファイバ一 2 03a、 203b, 203c力 ^光ファイノ一アレイ 205a、 205bの形態で延長咅分 204a、 20 4b、 204c【こ接続される場合【こ適して!/ヽる。光ファイノ一 203a、 203b, 203ciま、異 方性エッチングによって光ファイバアレイ 205a、 205bに形成された V字形断面の V 溝 206によって、延長部分 204a、 204b, 204cに対して高精度に位置決めされ且つ 支持されている。

[0004] 図 16は、特許文献 2に開示されている光システムである光送受信器の概略図であ る。

この光送受信器 210は、光伝搬方向 Aに延びる基板 211と、基板 211の上に積層さ れた光導波路 212とを有している。光導波路 212は、交差部 213で互いに斜めに交 わる直線のコア部分 214a、 214bを有し、交差部 213には、光フィルタ 215が配置さ れている。一方のコア部分 214aの一方の端部には、光ファイバ一 216が光学的に接 続され、他方の端部には、光受信器 217が光学的に接続されている。他方のコア部 分 214bには、光送信器 218が光学的に接続されている。基板 211は、結晶軸を有 する材料で形成され、結晶軸の方向は、光ファイバ一 216の光軸 216aと一致してい る。光ファイバ一 216は、異方性エッチングによって結晶軸の方向に基板 211に形成 された V字形断面の V溝 219によって、コア部分 214aに対して高精度に位置決めさ れ且つ支持されている。

[0005] 図 17は、特許文献 3に開示されている光システムである光合分波器の概略図であ る。

この光合分波器 230は、光伝搬方向 Aに延びる基板 231と、基板 231の上に位置決 めされ且つ固定された光導波路 232とを有している。基板 231と光導波路 232とはそ れぞれ別個に作製されたものである。光導波路 232は、交差部 233で互いに斜めに 交わる直線のコア部分 234a、 234bを有し、交差部 233には、光フィルタ 235が配置 されている。一方のコア部分 234bの両端部には、光ファイバ一 236a、 236bが光学 的に接続され、他方のコア部分 234aの一方の端部にも、光ファイバ一 236cが光学 的【こ接続されて ヽる。光ファイノ一 236a、 236b, 236ciま、基板 231【こ形成された 矩形断面の凹部 237に位置決め且つ支持されている。

[0006] 特許文献 1 :特開平 10— 332992号公報

特許文献 2：特開 2002— 90560号公報

特許文献 3：実開昭 62— 35308号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 特許文献 1に開示された光システムでは、全ての光ファイバ一が延長部分に対して 高精度で位置決めされるけれども、湾曲した延長部を有するため、光システムの光伝 搬方向長さが長くなり、光損失が増大する。

[0008] これに対して、特許文献 2に開示された光システムでは、互いに斜めに交わる直線 のコア部分に、光ファイバ一、光送信器及び光受信器が接続されているため、光シス テムの光伝搬方向長さを短くすることができる。しかしながら、光送信器の代わりに第 2の光ファイバ一を高精度でコア部分に接続することはできな力 た。詳細には、基 板の結晶軸の方向が光ファイバ一（第 1の光ファイバ一）の光軸と一致しているので、 第 2の光ファイバ一は、結晶軸の方向に対して斜めに配置されることになる。従って、 基板の結晶軸の方向とは一致しない第 2の光ファイバ一用の溝を、結晶軸の方向に 溝を形成する上記異方性エッチングによって形成することができな 、ので、特許文献 2に開示された光システムでは、第 2の光ファイバ一を位置決めするための溝を基板 に形成することができな力つた。その結果、第 2の光ファイバ一を高精度でコア部分 に接続することができな力つた。

[0009] 特許文献 3に開示された光システムは、互いに斜めに交わるコア部分に、互いに斜 めに交わる光軸を有する光ファイバ一が接続されており、光システムの光伝搬方向の 長さを短くすることができる。し力しながら、光ファイバ一を位置決めするのに、それぞ れ別個に作製された光導波路と基板とを使用しているため、基板の凹部に搭載され る光ファイバ一を、光導波路のコア部分に対して高精度で位置決めすることが困難で ある。

[0010] そこで、本発明は、光導波路の斜めに互いに交わる複数のコア部分とそれぞれの コア部分に接続される複数の光ファイバ一との間の高精度の位置決めを可能にする 光システムを提供することを第 1の目的としている。

[0011] また、本発明は、斜めに互いに交わる複数のコア部分にそれぞれ、複数の光フアイ バーをその光軸が互 ヽに斜めに交わるようにしたまま高精度で光学的に接続して、 光システムの光伝搬方向長さを短縮することができる光システムを提供することを第 2 の目的としている。

[0012] また、本発明は、基板の結晶軸に対して斜めに光ファイバ一を高精度に位置決め することができる光システムを提供すること、及び、基板の結晶軸に対して斜めに光 ファイバーを高精度に位置決めすることができる溝を有する光システムを製造する方 法を提供することを第 3の目的としている。

課題を解決するための手段

[0013] 上記第 1の目的を達成するために、本発明による光システムは、基板と、基板の上 に形成され且つ光ファイバ一が光学的に接続される光導波路と、を有し、光導波路 は、斜めに互いに交わる直線の複数のコア部分を有し、基板は、複数のコア部分の 2 以上と光学的に接続される複数の光ファイバ一を位置決めする位置決め部を有し、 位置決め部は、各光ファイバ一を支持する溝を有し、複数の光ファイバ一を溝に支 持したとき、複数のコア部分とそれらに光学的に接続される複数の光ファイバ一との 間の中心ずれは、 5 μ m以下であることを特徴としている。

[0014] このように構成された光システムでは、斜めに互いに交わる直線の複数のコア部分 と、複数のコア部分にそれぞれ接続される複数の光ファイバ一との間の中心ずれが、 以下になっている。詳細には、従来技術では、斜めに互いに交わる直線の複 数のコア部分に光学的に接続される複数の光ファイバ一がある場合、 1つのコア部分 に対応する光ファイバ一の光軸を基板の結晶軸の方向と一致させ、光ファイバ一を、 異方性エッチングによって結晶軸方向に形成された V溝を用いて支持することによつ て、 1つのコア部分とそれに対応する光ファイバ一との心ずれを 5 m以下にすること ができた。し力しながら、他のコア部分に接続される光ファイバ一は、基板の結晶軸 に対して斜めに配置されるので、上記異方性エッチングによって形成される V溝を用 いることができず、他のコア部分に対する光ファイバ一の中心ずれを 5 μ m以下にす ることはできなかった。これに対して、本発明による光システムは、後述する実施形態 を採用することにより、複数のコア部分とそれに対応する複数の光ファイバ一との間 の中心ずれをいずれも 5 m以下に、好ましくは、 0. 3〜1. 0 mにすることができる 。即ち、光導波路の斜めに互いに交わる複数のコア部分とそれぞれのコア部分に接 続される複数の光ファイバ一との間の高精度の位置決めを達成することができる。更 に、互いに斜めに交わる直線のコア部分に、光ファイバ一が接続されるため、光シス テムの光伝搬方向長さを短くすることができ、上記第 2の目的も達成することができる

[0015] 上記光システムの実施形態において、好ましくは、基板は、結晶軸を有し、光フアイ バーの少なくとも 1つは、結晶軸に対して斜めに位置決めされ、溝は、結晶軸方向に 延びる複数の軸線に沿って形成された複数の溝からなり、複数の溝は、結晶軸に対 して斜めに位置決めされた光ファイバ一の光軸に沿って、結晶軸方向に対する横方 向に徐々にずらして連続的に配置される。

[0016] このように構成された光システムでは、異方性エッチングによって結晶軸方向に形 成される複数の溝を用いて、光ファイバ一を結晶軸方向に対して斜めに支持して位 置決めすることにより、光ファイバ一をコア部分に対して高精度で位置決めすることが でき、複数のコア部分とそれに対応する複数の光ファイバ一との間の中心ずれをい ずれも 5 m以下〖こ、好ましくは、 0. 3〜1. 0 mにすることができる。

[0017] この光システムの実施形態において、更に好ましくは、複数の溝は、それに位置決 めされる光ファイバ一の光軸と平行に延び且つ互いに対向する直線輪郭を有するマ スクを用いて、異方性エッチングによって同時に形成される。

[0018] また、上記光システムの実施形態において、好ましくは、溝は、金型を用いたモー ルド成形によって、溝に支持される光ファイバ一の光軸に沿って形成される。

[0019] このように構成された光システムでは、ガラス基板又は榭脂基板とモールド成形との 組合せにより、溝をそれに支持される光ファイバ一の光軸に沿って高精度に形成す ることができ、複数のコア部分とそれに対応する複数の光ファイバ一との間の中心ず れをいずれも 5 m以下に、好ましくは、 0. 3〜1. 0 mにすること力できる。

[0020] この光システムの実施形態において、更に好ましくは、基板は、ガラス基板又は榭 脂基板である。

[0021] また、上記第 1の目的を達成するために、本発明による光システムは、基板と、基板 の上に形成され且つ光ファイバ一が光学的に接続される光導波路と、を有し、光導 波路は、斜めに互いに交わる直線の複数のコア部分を有し、基板は、結晶軸を有し 、更に、複数のコア部分の 2以上と光学的に接続される複数の光ファイバ一を位置決 めする位置決め部を有し、位置決め部は、各光ファイバ一を支持する溝を有し、光フ アイバーの少なくとも 1つは、結晶軸に対して斜めに位置決めされ、溝は、斜めに位 置決めされる光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持するために少なくとも 2つ設けら れ、少なくとも 2つの溝は、結晶軸方向に延びる軸線に沿って形成され、且つ、結晶 軸方向及びその垂直方向に互いにずらして配置され、基板は、少なくとも 2つの溝に 位置決めされる光ファイバ一が上記少なくとも 2つの溝の間で基板と接することを防 止するための凹部を有することを特徴としている。

[0022] このように構成された光システムでは、異方性エッチングによって結晶軸方向に形 成される少なくとも 2つの溝を用いて、光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持して、そ れを結晶軸方向に対して斜めに位置決めする。更に、溝と溝との間の凹部により、そ の間で光ファイバ一と基板とが接することが防止される。それにより、光ファイバーをコ ァ部分に対して高精度で位置決めすることができる。更に、互いに斜めに交わる直線 のコア部分に、光ファイバ一が接続されるため、光システムの光伝搬方向長さを短く することができ、上記第 2の目的も達成することができる。

[0023] この光システムの実施形態において、好ましくは、凹部の深さは、溝の深さより深い

[0024] この光システムの実施形態において、好ましくは、複数の光ファイバ一を溝に支持 したとき、複数のコア部分とそれらに光学的に接続される複数の光ファイバ一との間 の中心ずれは、 0. 3〜1. O /z mである。

[0025] また、上記第 2の目的を達成するために、本発明による光システムは、結晶軸を有 する基板と、基板の上に形成され且つ光ファイバ一が光学的に接続される光導波路 と、を有し、光導波路は、端面と、光伝搬方向に対して交差角度 Θをなして斜めに延 び且つ互いに交わるように端面力 延びる直線の複数のコア部分を有し、基板は、 複数のコア部分の 2以上と光学的に接続される複数の光ファイバ一を位置決めする 位置決め部を有し、位置決め部は、各光ファイバ一を支持する溝を有し、光導波路 の端面とコア部分が互いに交わる箇所との間の光伝搬方向の距離である折返し長さ は、 a〜2ammであり、 aは、ファイバー先端が角度 Θで斜めに切断されるとき、式（1) 力も算出され、ファイバー先端が垂直に切断されるとき、式（2)から算出され、ここで、 dは、光ファイバ一の外径であることを特徴としている。

a = d/2 X 1/sin θ · · · 式（1)

a = d/2 X l/sin 0 - d X sin Q · · · 式（2)

[0026] このように構成された光システムでは、斜めに互いに交わる複数のコア部分にそれ ぞれ、複数の光ファイバ一をその光軸が互いに斜めに交わるようにしたまま光学的に 接続して、光導波路の端面とコア部分が互いに交わる箇所との間の光伝搬方向の距 離である折返し長さを上記 a〜2aにしている。詳細には、従来技術では、斜めに互い に交わる複数のコア部分に光学的に接続される複数の光ファイバ一がある場合、 1つ のコア部分とそれに対応する光ファイバ一との光学的な接続を、異方性エッチングに よって結晶軸方向に形成された V溝を用いて高精度で達成することができた。しかし ながら、他のコア部分に接続される光ファイバ一の光軸は、基板の結晶軸に対して斜 めに配置されるので、上記異方性エッチングによって形成される V溝を用いることが できず、他のコア部分と光ファイバ一とを高精度で光学的に接続することはできなか つた。これに対して、本発明による光システムは、後述する実施形態を採用することに より、斜めに互いに交わる複数のコア部分にそれぞれ、複数の光ファイバ一をその光 軸が互!ヽに斜めに交わるようにしたまま高精度で光学的に接続して、折返し長さを上 記 a〜2aにすることができる。それにより、光システムの光伝搬方向の寸法を短縮す ることがでさる。

[0027] この光システムの実施形態において、好ましくは、基板は、結晶軸を有し、光フアイ バーの少なくとも 1つは、結晶軸に対して斜めに位置決めされ、溝は、斜めに位置決 めされた光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持するために少なくとも 2つ設けられ、少 なくとも 2つの溝は、結晶軸方向に延びる軸線に沿って形成され、且つ、結晶軸方向 及びその垂直方向に互いにずらして配置され、基板は、少なくとも 2つの溝に位置決 めされる光ファイバ一が上記少なくとも 2つの溝の間で基板と接することを防止するた めの凹部を有する。

[0028] このように構成された光システムでは、異方性エッチングによって結晶軸方向に形 成される少なくとも 2つの溝を用いて、光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持して、そ れを結晶軸方向に対して斜めに位置決めすることにより、斜めに互 、に交わる複数 のコア部分にそれぞれ、複数の光ファイバ一をその光軸が互いに斜めに交わるよう にしたまま高精度で光学的に接続して、折返し長さを上記 a〜2aにすることができる。

[0029] この光システムの実施形態において、更に好ましくは、凹部の深さは、溝の深さより 深い。

[0030] 上記光システムの実施形態において、好ましくは、基板は、結晶軸を有し、光フアイ バーの少なくとも 1つは、結晶軸に対して斜めに位置決めされ、溝は、結晶軸方向に 延びる複数の軸線に沿って形成された複数の溝からなり、複数の溝は、結晶軸に対 して斜めに位置決めされた光ファイバ一の光軸に沿って、結晶軸方向に対する横方 向に徐々にずらして連続的に配置される。 [0031] このように構成された光システムでは、異方性エッチングによって結晶軸方向に形 成される複数の V溝を用いて、光ファイバ一を結晶軸方向に対して斜めに支持して 位置決めすることにより、斜めに互いに交わる複数のコア部分にそれぞれ、複数の光 ファイバーをその光軸が互いに斜めに交わるようにしたまま高精度で光学的に接続し て、折返し長さを上記 a〜2aにすることができる。

[0032] この光システムの実施形態において、更に好ましくは、複数の溝は、それに位置決 めされる光ファイバ一の光軸と平行に延び且つ互いに対向する直線輪郭を有するマ スクを用いて、異方性エッチングによって結晶軸方向に同時に形成される。

[0033] 上記光システムの実施形態において、好ましくは、溝は、金型を用いたモールド成 形によって、溝に支持される光ファイバ一の光軸に沿って形成される。

[0034] このように構成された光システムでは、基板とモールド成形との組合せにより、溝を それに支持される光ファイバ一の光軸に沿って高精度に形成することができ、斜めに 互いに交わる複数のコア部分にそれぞれ、複数の光ファイバ一をその光軸が互いに 斜めに交わるようにしたまま高精度で光学的に接続して、折返し長さを上記 a〜2aに することができる。

[0035] この光システムの実施形態において、更に好ましくは、基板は、ガラス基板又は榭 脂基板である。

[0036] この上記光システムの実施形態において、更に好ましくは、コア部分の中心線の延 長線と、コア部分に光学的に接続される光ファイバ一の中心線とがー致するように、 溝が形成される。この実施形態において、好ましくは、複数の光ファイバ一を溝に支 持したとき、複数のコア部分とそれらに光学的に接続される複数の光ファイバ一との 間の中心ずれは、 5 m以下であり、更に好ましくは、中心ずれは、 0. 3〜1. O ^ m である。

[0037] また、上述したすべての実施形態において、好ましくは、溝は、 V字形又は逆台形 の断面を有する。ここで、逆台形とは、上底が下底よりも長い台形をいう。

[0038] 上記第 3の目的を達成するために、本発明による光システムは、結晶軸を有する基 板と、基板の上に搭載された光要素と、を有し、基板は、第 1の光ファイバ一を光要 素と光学的に接続するために、第 1の光ファイバ一を結晶軸方向に対して斜めに基 板の上に位置決めする第 1の位置決め部を有し、第 1の位置決め部は、第 1の光ファ ィバーを少なくとも 2箇所で支持するための少なくとも 2つの第 1の溝を有し、少なくと も 2つの第 1の溝は、結晶軸方向に延びる軸線に沿って形成され、且つ、結晶軸方 向及びその垂直方向に互いにずらして配置され、基板は、少なくとも 2つの第 1の溝 に位置決めされる第 1の光ファイバ一が上記少なくとも 2つの第 1の溝の間で基板と 接することを防止するための第 1の凹部を有する。

[0039] このように構成された本発明による光システムによれば、第 1の光ファイバ一が基板 の結晶軸方向に対して斜めに位置決めされる場合であっても、第 1の光ファイバ一を 光要素に対して高精度で位置決めすることができる。詳細には、従来技術では、異 方性エッチングによって形成される V溝を用いて光ファイバ一を高精度に位置決め する場合、光ファイバ一を結晶軸方向又はその垂直方向に位置決めすることしかで きな力つた。これに対して、本発明による光システムでは、異方性エッチングによって 結晶軸方向に形成される少なくとも 2つの第 1の溝を用いて、第 1の光ファイバーを少 なくとも 2箇所で支持することにより、基板の結晶軸に対して斜めに位置決めされる第 1の光ファイバ一を光要素に対して高精度で位置決めすることを可能である。なお、 用語「第 1の」は、後述する好ましい実施形態の用語「第 2の」と区別するために用い られており、本発明において、例えば、第 2の光ファイバ一は存在しなくてもよい。

[0040] この光システムの実施形態において、好ましくは、第 1の凹部の深さは、第 1の溝の 深さより深い。

[0041] また、上記光システムの実施形態において、好ましくは、第 1の溝は、 V字形又は逆 台形の断面を有する。ここで、逆台形とは、上底が下底よりも長い台形をいう。

[0042] また、上記光システムの実施形態において、好ましくは、更に、光要素に光学的に 接続すべき第 2の光ファイバ一を基板の上に位置決めする第 2の位置決め部を有し 、第 2の位置決め部は、第 2の光ファイバ一の光軸と第 1の位置決め部によって位置 決めされる第 1の光ファイバ一の光軸のそれぞれの延長線が互いに斜めに交差する ように、第 2の光ファイバ一を支持する第 2の溝を有する。

[0043] このように構成された光システムでは、第 1の光ファイバ一の光軸と第 2の光ファイバ 一の光軸とが互いに交差する場合であっても、第 1の光ファイバ一及び第 2の光ファ ィバーを高精度で光要素に位置決めすることができる。この場合、第 1の光ファイバ 一が接続される光要素と第 2の光ファイバ一が接続される光要素とは、同じであって もよいし、異なっていてもよい。詳細には、従来技術では、第 1の光ファイバ一の光軸 と第 2の光ファイバ一の光軸とが互いに交差する場合、異方性エッチングによって結 晶軸方向に形成された V溝を用いて、一方の光ファイバ一を結晶軸に沿って高精度 に配置することはできた力 他方の光ファイバ一の光軸は、結晶軸方向に対して斜め になるので、上記異方性エッチングによって形成される V溝を用いて位置決めするこ とができな力つた。これに対して、本発明による光システムでは、上述したように、基 板の結晶軸に対して斜めに位置決めされる光ファイバ一を光要素に対して高精度で 位置決めすることを可能である。

[0044] 上記実施形態において、更に好ましくは、第 2の溝は、第 2の光ファイバ一を少なく とも 2箇所で支持するために少なくとも 2つ設けられ、少なくとも 2つの第 2の溝は、結 晶軸方向に延びる軸線に沿って形成され、且つ、結晶軸方向及びその垂直方向に 互いにずらして配置され、基板は、少なくとも 2つの第 2の溝に位置決めされる第 2の 光ファイバ一が上記少なくとも 2つの第 2の溝の間で基板と接することを防止するため の第 2の凹部を有する。

[0045] このように構成された光システムでは、第 1の光ファイバ一及び第 2の光ファイバ一 の両方の光軸が、基板の結晶軸の方向に対して斜めになつていても、第 1の光フアイ バー及び第 2の光ファイバ一を光要素に対して高精度に位置決めすることができる。

[0046] この光システムの実施形態において、好ましくは、第 2の凹部の深さは、第 2の溝の 深さより深い。

[0047] また、上記光システムにおいて、好ましくは、光要素は、基板の上に積層された光 導波路又はレンズである。

[0048] また、第 1の光ファイバ一及び第 2の光ファイバ一が位置決めされる上記実施形態 において、好ましくは、光要素は、基板の上に積層された光導波路であり、光導波路 は、第 1の光ファイバ一に光学的に接続される第 1のコア部分と第 2の光ファイバ一に 光学的に接続される第 2のコア部分とを有し、第 1のコア部分と第 2のコア部分の交差 部に、光フィルタを設置する光フィルタ設置手段が設けられる。 [0049] また、この実施形態において、好ましくは、第 1のコア部分の中心線の延長線と、第 1のコア部分に光学的に接続される第 1の光ファイバ一の中心線とがー致するように 、第 1の溝が形成され、かつ、第 2のコア部分の中心線の延長線と、第 2のコア部分に 光学的に接続される第 2の光ファイバ一の中心線とがー致するように、第 2の溝が形 成される。

[0050] また、上記第 3の目的を達成するために、基板の上の光要素に光学的に接続され る光ファイバ一を、基板に位置決めするための溝を有する光システムを製造する本発 明による方法は、結晶軸を有する基板を準備する段階と、基板の上に光要素を搭載 する段階と、光ファイバ一を光要素と光学的に接続するために、光ファイバ一を結晶 軸方向に対して斜めに基板の上に位置決めするための溝を異方性エッチングによつ て形成する段階と、を有し、溝を異方性エッチングによって形成する上記段階は、光 ファイバーと平行に延び且つ互いに対向する直線の輪郭を有するマスクと、エツチン グされる基板のそれぞれの結晶面の加工速度の差が小さくなるように調製されたエツ チング溶液を用いて、光ファイバ一と同じ方向に延びる側面を有する溝を形成する段 階力 なることを特徴として!/、る。

[0051] このように構成された本発明による方法では、異方性エッチングによって結晶軸方 向に溝を形成する従来の方法と異なり、異方性エッチングによって結晶軸に対して斜 め方向に溝を高精度に形成することができる。詳細には、従来の異方性エッチング は、エッチングされる基板のそれぞれの結晶面においてエッチングされる加工速度が 著しく異なることを利用している。前述のそれぞれの結晶面とは、単結晶構造の結晶 単位胞における立方体の対角線を含むそれぞれの面のことを言う。従って、結晶軸 に対して斜め方向に光ファイバ一用の溝を形成しょうとする場合、従来の方法では、 光ファイバ一と同じ方向に延びる面に沿ってエッチングが進むのではなぐそれぞれ の結晶面にそって加工速度の異なるエッチングが進行し、その結果、結晶軸方向に 沿った形状で溝が形成されていた。例えば、光ファイバ一と平行に延び且つ互いに 対向する直線の輪郭を有するマスクを使用するとき、過剰なサイドエッチが生じ、光フ アイバーと同じ方向に延びる、即ち、結晶軸に対して斜めに延びる溝を形成すること ができな力つた。本発明の出願人は、光ファイバ一と平行に延び且つ互いに対向す る直線の輪郭を有するマスクと、エッチングされる基板のそれぞれの結晶面の加工速 度の差が小さくなるように調製されたエッチング溶液とを用いて、エッチングを行うこと により、過剰なサイドエッチを減らし、即ち、抑制して、結晶軸に対して斜め方向に延 びる溝を高精度に形成することができた。その結果、この溝に光ファイバ一を設置す ることにより、光ファイバ一を基板に高精度に位置決めすることができた。

発明の効果

[0052] 以上説明したように、本発明の光システムにより、光導波路の斜めに互いに交わる 複数のコア部分とそれぞれのコア部分に接続される複数の光ファイバ一との間の高 精度の位置決めを可能にする。

[0053] また、本発明の光システムにより、斜めに互いに交わる複数のコア部分にそれぞれ 、複数の光ファイバ一をその光軸が互 ヽに斜めに交わるようにしたまま高精度で光学 的に接続して、光システムの光伝搬方向長さを短縮することができる。

[0054] また、本発明の光システム及び光システム製造方法により、基板の結晶軸に対して 斜めに光ファイバ一を高精度に位置決めすることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0055] 以下、図面を参照して、本発明による光システムの実施形態を説明する。

[0056] 最初に、図 1、図 2及び図 3a〜図 3fを参照して、本発明による光システムの第 1の 実施形態である光合分波器を説明する。図 1は、本発明の第 1の実施形態である光 合分波器の平面図であり、図 2は、図 1に示した光合分波器の正面図である。また、 図 3a〜図 3fはそれぞれ、図 1の線 3a— 3a〜3f— 3fにおける断面図である。

[0057] 図 1及び図 2に示すように、本発明の第 1の実施形態である光合分波器 1は、基板 2 と、基板 2の上に搭載された光要素である光導波路 4と、光導波路 4に接続された 3 本の光ファイバ一 6a、 6b、 6cと、光導波路 4の中間部 4bに配置された光フィルタ 8と を有している。光導波路 4は、具体的には、基板 2の上に積層されている。

[0058] 基板 2は、光伝搬方向 Aに延び、基板 2の中間部 2bの上に光導波路 4が積層され 、基板 2の両端部 2a、 2cに光ファイバ一 6a、 6b、 6cをそれぞれ支持する光ファイバ 一支持部 10a、 10b、 10cを有している。また、基板 2は、光伝搬方向と垂直な垂直方 向又は幅方向 bに延びている。基板 2は、異方性エッチングを行うことができるように 結晶軸を有する材料、例えば、シリコン等の無機材料で形成されている。光合分波 器 1では、基板 2の結晶軸の方向と光伝搬方向 Aとは一致している。

[0059] 光導波路 4は、コア 12とクラッド 14を有し、コア 12は、交差部 12dで互いに斜めに 交わる複数のコア部分 12a、 12b、 12cを有している。具体的には、光合分波器 1で は、光導波路 4の一方の端面 4aから中間部 4bまで光伝搬方向 Aに対して交差角度 Θで斜めに真直ぐに延びる第 1のコア部分 12aと、中間部 4bから光導波路 4の他方 の端面 4cまで第 1のコア部分 1と整列して真直ぐに延びる第 2のコア部分 12bと、第 1 のコア部分 12a及び第 2のコア部分 12bと斜めに交わるように、中間部 4bから他方の 端面 4cまで光伝搬方向 Aに対して交差角度 Θで斜めに真直ぐに延びる第 3のコア 部分 12cとが設けられている。

[0060] 基板 2及び光導波路 4には、光導波路 4の中間部 4bを横切って延びる光フィルタ 8 を設置するための光フィルタ設置手段である光フィルタ設置溝 16が形成され、光フィ ルタ設置溝 16に、光フィルタ 8が接着剤で固定されている。光フィルタ 8は、例えば、 第 1の波長 λ 1 (例えば、 131011111)と波長ぇ2 (例ぇば、 1490nm)の光を透過し、第 3の波長 λ 3 (例えば、 1550nm)の光を反射する誘電体多層膜フィルタである。

[0061] 光ファイバ一 6a、 6b、 6cは、シングルモード光ファイバ一であり、それぞれ、光導波 路 4の =3 咅分 12a、 12b、 12c【こ光学的【こ接続され、 18a、 18b、 18c、クラッド 2 0及び光軸又は中心線 22a、 22b、 22cを有している。光合分波器 1では、光軸 22a 及び光軸 22bは一致している。光ファイバ一 6a、 6b、 6cの外径は、典型的には、 12 5 μ mで &)る。

[0062] 光ファイバ一 6aを支持する光ファイバ一支持部 10aは、互いに光伝搬方向 Aに間 隔をおいて配置された V溝支持部 24a、 24cと、基板 2と光ファイバ一 6aと離間するよ うに V溝支持部 24a、 24cの間に配置された離間部 24bとを有している。また、 V溝支 持部 24aと離間部 24bとの間、離間部 24bと V溝支持部 24cとの間、及び V溝支持部 24cと光導波路 4との間にはそれぞれ、幅方向 Bに延びる溝 26a、 26b、 26cが形成 されている。

[0063] 詳細には、図 3a〜図 3cに示すように、 V溝支持部 24a、 24cにはそれぞれ、異方性 エッチングにより結晶軸方向に形成された V字形断面の V溝 28a、 28cが形成されて いる。 V溝 28a、 28cはそれぞれ、結晶軸方向、即ち、光伝搬方向に延びる軸線 30a 、 30cを有している。 V溝 28a、 28cの位置、幅及び深さは、その上に位置決めされる 光ファイバ一 6aの光軸 22aが光導波路 4の第 1のコア部分 12aの中心線及びその延 長線とサブミクロンの精度で整列するように決定される。従って、 V溝 28aの位置と V 溝 28cの位置とは、幅方向 Bに異なっており、光ファイバ一 6aの光軸 22aと V溝 28a、 28cの軸線 30a、 30cとは互いに斜めに配置されている。また、離間部 24bは、図 3b に示すように、異方性エッチングにより逆台形断面に形成された凹部 28bを有してい る。力 <して、この 咅 28b及び溝 26a、 26bにより、 2つの V溝 28a、 28cに位置決め される光ファイバ一 6aが溝 26aと溝 26bとの間で基板 2と接することを防止するための 凹部が構成される。

[0064] 凹部 28b深さ DS及び溝 26a、 26bの深さ DGは、 V溝の深さ DVよりも深いことが好 ましい（図 2及び図 3a参照)。前者を後者よりも深くすることにより、光導波路 4のコア 部分 12aと光ファイバ一 6aのコア部分 18aとの間の中心ずれを小さくすることができる

[0065] 例えば、光伝搬方向 Aにおける V溝支持部 24a、 24cの長さ LV、離間部 24bの長 さ LS、及び溝 26a、 26b、 26cの長さ LGはそれぞれ、 20〜400 m、 100〜1200 m、 50〜250 mである（図 2参照）。

[0066] 具体例として、交差角度 Θを 8° 、 V溝支持部 24a、 24cの V溝幅 WVを 150 μ m、 基板 2から光ファイバ一 6a、 6b、 6cの中心までの高さ Hを 1 1 mとした時に（図 3a参 照）、 V溝支持部 24a、 24cの光伝搬方向長さ LV (図 2参照）は 82 /z mである。更に、 伝搬方向 Aにおける離間部 24bの長さ LS及び溝 26a、 26bの長さ LGの和は（図 2参 照）、交差角度 0 = 8° における V溝支持部 24aと 24cとの間の垂直方向 Bの溝中心 間隔 WC (図 1参照）と V溝支持部 24a、 24cの光伝搬方向長さ LVとよって決定される 。溝中心間隔 WCを 150 mとした場合、離間部 24bの長さ LS及び溝 26a、 26bの 長さ LGの和は、 15O/tan 0 82で計算され、 985 mとなる。さらに、溝 26a、 26 b、 26cの長さ LGを 150 /z mとすると、離間部 24bの長さ LSは、 985 150 X 2で計 算され、 685 μ mとなる。

[0067] 光ファイバ一 6b、 6cをそれぞれ支持する光ファイバ一支持部 10b、 10cは、光ファ ィバー支持部 10aと同様の構造を有している。従って、図 1及び図 3d〜図 3fにおい て、同様の構成要素に同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。

[0068] 次に、本発明による光導波路構造体の製造方法の一例を説明する。

[0069] シリコンなどの無機材料等で作られた基板 2に、フォトリソグラフィにより作成したレジ ストパターンに従って異方性エッチングを施すことによって、 V溝 28a、 28c及び凹部 28bを形成する。異方性エッチングは、 V溝 28a、 28c及び凹部 28bが結晶軸方向に 沿って形成されるように、強アルカリ水溶液を使用して行われる。

[0070] 次いで、基板 2の中間部 2bに光導波路 4を形成する。具体的には、光導波路 4をフ ッ素化ポリイミド等の高分子材料で形成する場合には、スピン塗布ゃ铸型などにより クラッド層を形成してから、屈折率の異なるフッ素化ポリイミド等でその上のコア層を 形成する。次いで、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングなどのプロセス力卩ェゃ 、型押し等の機械加工によりコア層から、矩形断面を有する所望のパターンのコア 10 を形成する。次いで、上記と同様の方法によりコア 10を覆うようにクラッド層を形成し て、光導波路 4を形成する。また、光導波路 4を石英で形成する場合には、火炎堆積 法や CVD法などにより基板 2の上に石英層を形成し、ドライエッチングなどのプロセ スカロェにより矩形の石英コア 10にした後、コア 10を覆うようにクラッド層を形成して、 光導波路 4を形成する。

[0071] V溝 28a、 28c及び凹部 28bの形成工程及び光導波路 4の形成工程は、光ファイバ 一 6a、 6b、 6cを V溝 28a、 28c【こ載せたとき【こ光ファイノ一 6a、 6b、 6cと光導波路 4 のコア部分 12a、 12b、 12cとがそれぞれサブミクロンの精度で位置合わせされるよう に行われる。

[0072] 次いで、異方性エッチングにより生じた不要な傾斜面を除去するために、ダイシン グ加工等によって、溝 26a、 26b、 26cを形成する。また、光フィルタ設置溝 16を形成 する。

[0073] 以上の加工を、 1つの基板上で複数個の光合分波器 1について同時に行ってから

、個片形状に切出すことが好ましい。

[0074] 次 、で、光ファイバ一 6a、 6b、 6cを V溝 28a、 28cに載せて、その先端を光導波路

4に当接させることにより、光ファイバ一 6a、 6b、 6cを光導波路 4のコア部分 12a、 12 b、 12cに対して位置決めして、接着剤等によって固定する。即ち、光ファイバ一 6a、 6b、 6cのパッシブ実装が可能である。次いで、光フィルタ 8を光フィルタ設置溝 16に 接着剤によって固定する。

[0075] 次に、本発明の第 1の実施形態である光合分波器の動作を説明する。

[0076] 光ファイバ一 6bに第 1の波長 λ 2の光を入射すると、光フィルタ 8を透過して、光フ アイバー 6aに伝搬する。光ファイバ一 6aに第 1の波長 λ 1の光を入射すると、光フィ ルタ 8を透過して、光ファイバ一 6bに伝搬する。また、光ファイバ一 6bに第 3の波長 λ 3の光を入射すると、光フィルタ 8で反射して、光ファイバ一 6cに伝搬する。更に、 光ファイバ一 6bに第 2の波長え 2の光を入射すると、光フィルタ 8を透過して、光ファ ィバー 6aに伝搬する。

[0077] 次に、図 4、図 5、図 6a及び図 6bを参照して、本発明による光システムの第 2の実施 形態である光合分波器を説明する。図 4は、本発明の第 2の実施形態である光合分 波器の平面図であり、図 5は、図 4に示した光合分波器の正面図であり、図 6a及び図 6bはそれぞれ、図 4の線 6a— 6a、 6b— 6bにおける断面図である。

[0078] 本発明の第 2の実施形態である光合分波器 50は、光ファイバ一支持部 10a、 10b、 10cが異なること以外、第 1の実施形態である光合分波器 1と同様の構成を有してい る。従って、共通する構成要素には、同じ参照符号を付してその説明を省略し、異な る部分を以下に説明する。

[0079] 図 4及び図 5に示すように、基板 2の両端部 2a、 2cに光ファイバ一 6a、 6b、 6cをそ れぞれ支持する光ファイバ一支持部 52a、 52b, 52cを有している。

[0080] 光ファイバ一 6aを支持する光ファイバ一支持部 52aは、 V字形断面の V溝 54が形 成された V溝支持部 56と、 V溝支持部 56と光導波路 4との間を幅方向 Bに延びる溝 5 8とを有している。詳細には、図 4及び図 6aに示すように、 V溝 54は、結晶軸の方向、 即ち、光伝搬方向 Aに延びる複数の軸線 60a、 60b、 · · ·に沿って異方性エッチング により形成された複数の V溝 54a、 54b、 · · 'からなり、複数の V溝 54a、 54bは、光伝 搬方向 Aに対して斜めに位置決めされた光ファイバ一 6aの光軸 22aに沿って、横方 向 Bに徐々にずらして連続的に配置されている。 V溝 54a、 54b、 · · ·の位置、幅及び 深さは、その上に位置決めされる光ファイバ一 6aが光導波路 4の第 1のコア部分 12a とミクロンの精度で整列するように決定される。従って、光ファイバ一 6aの光軸 22aと V溝 54a、 54b、 · · ·の軸線 60a、 60b、 · · ·とは互いに斜めに配置されている。例え ば、 V溝 54a、 54b、 · · ·の光伝搬方向長さ LVは、 1 μ m以下である。この長さ LVは、 拡大倍率 100倍の金属顕微鏡を用いて確認することが可能である。

[0081] 光ファイバ一 6b、 6cをそれぞれ支持する光ファイバ一支持部 52b、 52cは、光ファ ィバー支持部 52aと同様の構造を有している。従って、図 4及び図 6bにおいて、同様 の構成要素に同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。

[0082] 第 2の実施形態である光合分波器 50の製造方法及び動作は、第 1の実施形態で ある光合分波器 1と同様であるので、それらの説明を省略する。なお、異方性エッチ ングは、 V溝 54a、 54b…が結晶軸方向に沿って形成されるように、水酸ィ匕カリウム、 水酸化ナトリウム、エチレンジァミン、水酸ィ匕四メチルァミン等のアルカリ水溶液 (エツ チング溶液)を使用して行われる。 V溝 54a、 54b…をフォトリソグラフィによって形成 する場合のマスクは、 V溝 54a、 54b…と同一の階段状の輪郭を有していてもよいし 、 V溝 54a、 54b - · ·〖こ位置決めされる光ファイバ一の光軸 22a等と平行に延び且つ 互いに対向する直線の輪郭を有して 、てもよ 、。後者のマスクを用いて異方性エツ チングを行うと、光ファイバ一の光軸 22aの方向と結晶軸の方向とが斜めに交差して いるため、マスクの直線輪郭に沿ったエッチングが行われずに、図 4に示す階段状の 輪郭のエッチングを達成できる。

[0083] 次に、図 7、図 8、図 9a及び図 9bを参照して、本発明による光システムの第 3の実施 形態である光合分波器を説明する。図 7は、本発明の第 3の実施形態である光合分 波器の平面図であり、図 8は、図 7に示した光合分波器の正面図であり、図 9a及び図 9bはそれぞれ、図 7の線 9a- 9a、 9b— 9bにおける断面図である。

[0084] 本発明の第 3の実施形態である光合分波器 70は、基板 2、光ファイバ一支持部 10 a、 10b、 10cが異なること以外、第 1の実施形態である光合分波器 1と同様の構成を 有している。従って、共通する構成要素には、同じ参照符号を付してその説明を省略 し、異なる部分を以下に説明する。

[0085] 図 7及び図 8に示すように、本発明の第 1の実施形態である光合分波器 70は、基板 71と、基板 71の上に積層された光導波路 4と、光導波路 4に接続された 3本の光ファ ィバー 6a、 6b、 6cと、光導波路 4の中間部 4bに配置された光フィルタ 8とを有してい る。

[0086] 基板 71は、光伝搬方向 Aに延び、基板 71の中間部 71bの上に光導波路 4が積層 され、基板 71の両端部 71a、 71cに光ファイバ一 6a、 6b、 6cをそれぞれ支持する光 ファイバー支持部 72a、 72b、 72cを有している。基板 71は、ガラス基板又は、ェポキ シ等の樹脂で作られた榭脂基板、または、シリコンなどの無機材料でつくられた基板 からなる。

[0087] 光ファイバ一 6aを支持する光ファイバ一支持部 72aは、 V字形断面の V溝 74が形 成された V溝支持部 76と、 V溝支持部 76と光導波路 4との間を幅方向 Bに延びる溝 7 8とを有している。詳細には、図 7及び図 9aに示すように、 V溝 74は、光ファイバ一 6a の軸線 22aに沿って形成されている。 V溝 74の位置、幅及び深さは、その上に位置 決めされる光ファイバ一 6aが光導波路 4の第 1のコア部分 12aとサブミクロンの精度 で整列するように決定される。

[0088] 光ファイバ一 6b、 6cをそれぞれ支持する光ファイバ一支持部 72b、 72cは、光ファ ィバー支持部 72aと同様の構造を有している。従って、図 7及び図 9bにおいて、同様 の構成要素に同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。

[0089] 次に、本発明の第 3の実施形態である光合分波器の製造方法の第 1の例を、図 10 を参照して説明する。図 10は、 V溝 74を形成した後のガラス基板又は榭脂基板を示 す図である。

[0090] 図 10に示すように、ガラス基板又は榭脂基板 80を、精密加工金型によりモールド 成形し、 V溝 74及び、後で光導波路 4を形成するための位置合わせ用 V溝 82を形成 する。

[0091] それ以降の工程は、それを位置合わせ用 V溝 82に合わせて行うこと以外、第 1の 実施形態の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。

[0092] 次に、本発明の第 3の実施形態である光合分波器の製造方法の第 2の例を説明す る。この場合、図 10は、 V溝 74を形成した後の結晶軸を有する基板、例えば、シリコ ン基板等を示す図になる。

[0093] 第 3の実施形態である光合分波器の製造方法の第 2の例は、エッチング溶液が異 なること以外、第 2の実施形態である光合分波器 50の製造方法と同様である。従って 、第 2の例に特有のエッチング溶液について説明し、それ以外の説明を省略する。こ こで使用するエッチング溶液は、エッチングされる基板のそれぞれの結晶面の加工 速度の差が小さくなるように調整されたエッチング溶液であって、アルコール添加ァ ルカリ水溶液、すなわち、水酸ィ匕カリウム、水酸化ナトリウム、エチレンジァミン、水酸 ィ匕四メチルァミン等のアルカリ水溶液にアルコールをカ卩えたエッチング溶液であるこ とが好ましい。力かるエッチング溶液を使用することによって、強アルカリ水溶液によ るエッチングにお 、てサイドエッチレートがそれぞれの結晶面で著しく異なって 、た 加工速度の差を小さくすることができるので、マスクに対する過剰なサイドエッチを減 らすことが可能となり、従来、強アルカリ水溶液では 0. 5 mZ分程度であったサイド エッチレートが、 0. 05〜0. 2 mZ分になる。その為、適当なエッチング用マスクと 適当なエッチング時間を選択することにより、結晶軸に対して斜め方向に延びる V溝 74を高精度に形成することができる。エッチング用マスクは、 V溝 74に位置決めされ る光ファイバ一の光軸と平行に延び且つ互いに対向する直線の輪郭を有して 、るこ とが好ましい。

[0094] また、第 3の実施形態である光合分波器 70の動作は、第 1の実施形態である光合 分波器 1と同様であるので、その説明を省略する。

[0095] 次に、エッチング液として、イソプロピルアルコールを添カ卩した水酸化カリウム水溶 液 (水酸ィ匕カリウム水溶液にイソプロピルアルコールを混合させて過飽和状態として 調製、サイドエッチレート 0. 1 m/分)を用いて、 70°Cでエッチングを行い、上記第 2の例による方法で V溝を形成したシリコン基板を用いて、光合分波器を作製し、そ の光学特性を測定した結果を説明する。光学特性として、 1310nmの光を光フアイ バー 6aに入射させ、光ファイバ一 6b及び光ファイバ一 6cへ伝搬する光量を測定した 。また光ファイバ一 6bに波長 1490nmの光を入射し、光ファイバ一 6a及び光ファイバ 一 6cへ伝搬する光量を測定した。更に光ファイバ一 6bに波長 1550nmの光を入射 させ、光ファイバ一 6c及び光ファイバ一 6aへ伝搬する光量を測定した。光源は波長 1490nm、 13 lOnmの光ではフアブリペローレーザーを使用し、波長 1550nmの光 では DFBレーザーを使用した。このときの挿入損失、クロストークを表 1に示す。挿入 損失は波長 13 lOnmでは光ファイバ一 6bへ伝搬される光量、波長 1490nmでは光 ファイバー 6aへ伝搬される光量、波長 1550nmでは光ファイバ一 6cへ伝搬される光 量である。クロストークは、残りの光ファイバ一へ伝搬される光量である。挿入損失、ク ロストークは表 1に示すとおり良好な特性であった。

[表 1]

[0097] 次に、図 11及び図 12を参照して、本発明による光システムの第 4の実施形態であ る光合分波器を説明する。図 11は、本発明の第 4の実施形態である光合分波器の 平面図であり、図 12は、図 4に示した光合分波器の正面図である。

[0098] 本発明の第 4の実施形態である光合分波器 50は、光導波路部 4が異なること以外 、第 1の実施形態である光合分波器 1と同様の構成を有している。従って、共通する 構成要素には、同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分を以下に説明 する。

[0099] 図 11及び図 12に示すように、本発明の第 4の実施形態である光合分波器 90は、 基板 2と、基板 2の上に搭載された光要素である 3つのレンズ 92a、 92b、 92cと、レン ズ 92a、 92b、 92cにそれぞれ光学的に接続された 3本の光ファイバ一 6a、 6b、 6cと 、レンズ 92aとレンズ 92b、 92cの中間に配置された光フィルタ 8とを有している。基板 2の上に積層されている。

[0100] 基板 2は、光伝搬方向 Aに延び、基板 2の中間部 2bの上には、レンズ 92a、 92b、 9 2cが、例えば第 1の実施形態の光合分波器 1の光導波路のクラッド 14と同じ材料で 積層され、基板 2の両端部 2a、 2cに光ファイバ一 6a、 6b、 6cをそれぞれ支持する光 ファイバー支持部 10a、 10b、 10cを有している。また、基板 2は、光伝搬方向 Aと垂 直な垂直方向又は幅方向 Bに延び、光伝搬方向 A及び幅方向 Bに延びる上面 2dを 有している。基板 2は、異方性エッチングを行うことができるように結晶軸を有する材 料、例えば、シリコン等の無機材料で形成されている。光合分波器 1では、基板 2の 結晶軸の方向と光伝搬方向 Aとは一致している。 [0101] レンズ 92aは、基板 2の中間部 2bの一方の側に配置され、レンズ 92b、 92cは、そ の他方の則【こ酉己置されて ヽる。レンズ 92a、 92b, 92ciまそれぞれ光軸 94a、 94b、 9 4cを有している。光軸 94aと光軸 94bとは、同軸であり、光伝搬方向 Aに対して交差 角度 Θで斜めに真直ぐに延びている。光軸 94cは、光軸 94a及び光軸 94bに対して 斜めに交差し、且つ、光伝搬方向 Aに対して交差角度 Θで斜めに真直ぐに延びてい る。レンズ 92bは、光軸 94a、 94b、 94cが交差する点 94dに対して、レンズ 92aと点 対称に設けられている。また、レンズ 93cは、点 94dを通り幅方向 Bに延びる線 94eに 対して、レンズ 92aと線対称に設けられている。

[0102] 基板 2の中間部 2bには、それを横切って延びる光フィルタ 8を設置するための光フ ィルタ設置手段である光フィルタ設置溝 16が形成され、光フィルタ設置溝 16に、光フ ィルタ 8が接着剤で固定されている。光フィルタ 8は、例えば、第 1の波長 λ 1 (例えば 、 131011111)と波長ぇ2 (例ぇば、 1490nm)の光を透過し、第 3の波長え 3 (例えば、 1550nm)の光を反射する誘電体多層膜フィルタである。

[0103] 光ファイバ一 6aは、その光軸 22aがレンズ 92aの光軸 94aと同軸になるように配置さ れている。レンズ 92aは、光軸 94aを含み且つ上面 2dと垂直な平面に対して対称な 凸レンズであり、レンズ 92aの焦点が光ファイバ一 6aの先端又はその近傍に位置す るように形成されている。本実施形態では、レンズ 92aの 4つの側面 96は、基板 2の 上面 2dとほぼ垂直な面である。

[0104] レンズ 92b、レンズ 92cは、レンズ 92aと同様の構造を有しているので、それらの説 明を省略する。

[0105] 次に、本発明の第 4の実施形態である光合分波器の動作を説明する。

[0106] 光ファイバ一 6aに第 1の波長 λ 1の光を入射すると、光は、光ファイバ一 6aの先端 力 広がってレンズ 92aに入射し、レンズ 92aから出射するときに平行光になる。この 平行光は、光フィルタ 8を透過して、レンズ 92bに入射し、レンズ 92bから出射した後 、焦点である光ファイバ一 6bの先端に集まり、光ファイバ一 6bに伝搬する。また、光 ファイバー 6bに第 3の波長え 3の光を入射すると、光ファイバ一 6bの先端力も広がつ てレンズ 92bに入射し、レンズ 92bから出射するときに平行光になる。この平行光は、 光フィルタ 8で反射して、レンズ 92cに入射し、レンズ 92cから出射した後、焦点であ る光ファイバ一 6cの先端に集まり、光ファイバ一 6cに伝搬する。更に、光ファイバ一 6 bに第 2の波長え 2の光を入射すると、光は、光ファイバ一 6bの先端力 広がってレン ズ 92bに入射し、レンズ 92bから出射するときに平行光になる。この平行光は、光フィ ルタ 8を透過して、レンズ 92aに入射し、レンズ 92aから出射した後、焦点である光フ アイバー 6aの先端に集まり、光ファイバ一 6aに伝搬する。

[0107] 第 4の実施形態の光合分波器 90では、送'受光時の光損失の低減が可能である。

特に、フィルター 8の透過帯幅が lnm以下の狭帯域である場合、透過光のビーム径 を約 lOOum位にしなければ、透過時の光損失が大きくなる。これに対して、光合分 波器 90では、光を水平方向に拡大することにより、光がフィルターを透過する時の光 損失を軽減し、その結果、送 '受光時の光損失を低減することができる。

[0108] 次に、本発明の第 4の実施形態である光合分波器の製造方法の一例を説明する。

[0109] 第 4の実施形態である光合分波器 90の製造方法は、光導波路 4の代わりにレンズ 92a, 92b、 92cを形成すること以外、第 1の実施形態である光合分波器 1の製造方 法うと同様である。従って、異なる部分だけを説明し、共通する部分の説明を省略す る。

[0110] V溝 28a、 28c及び凹部 28bを形成した後、基板 2の中間部 2bにレンズ 92a、 92b、 92cを形成する。具体的には、レンズ 92a、 92b、 92cをフッ素化ポリイミド等の高分子 材料で形成する場合には、スピン塗布ゃ铸型などによりクラッド層を形成する。次い で、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングなどのプロセスカ卩ェや、型押し等の機 械加ェにより、クラッド層からレンズ部分を除去して、所望の形態のレンズ 92a、 92b、 92cを形成する。

[0111] V溝 28a、 28c及び凹部 28bの形成工程及びレンズ 92a、 92b、 92cの形成工程は 、光ファイノ一 6a、 6b、 6cを V溝 28a、 28c【こ載せたとき【こ光ファイノ一 6a、 6b、 6cと レンズ 92a、 92b、 92cの光軸とがそれぞれサブミクロンの精度で位置合わせされるよ うに行われる。以下の工程は、第 1の実施形態である光合分波器 1の製造方法と同 様である。

[0112] 次に、図 13及び図 14を参照して、折返し長さについて説明する。図 13及び図 14 は、光合分波器 1、 50、 70における最小折返し長さの説明図である。図 13及び図 1 4に示すように、光合分波器 1、 50、 70における折返し長さ LZ2は、交差部 12dから 光導波路の端面 4a又は 4cまでの光伝搬方向長さである。換言すれば、折返し長さ L Z2は、光ファイバ一 6a、 6b、 6c間の光伝搬方向 Aの最短距離の半分の長さである 。上述した実施形態において、光ファイバ一 6bと 6cとは、物理的に接触するまで互 いに近づけることができ、光ファイバ一 6bと 6cとが接触するときの折返し長さ Lが最小 値となる。

[0113] 図 13に示すように、光ファイノ一 6a、 6b、 6cの端面 7力 ^光軸 22a、 22b, 22Cに対 して斜めである場合、最小折り返し長さ LZ2は、式（1)で表される。

a = d/2 X 1/sin θ · · · 式（1)

ここで、 dは、光ファイバ一 6a、 6b、 6cの直径である。

[0114] また、図 14に示すように、光ファイノ一 6a、 6b、 6cの端面 7力 ^光軸 22a、 22b, 22C に対して垂直である場合、最小折り返し長さ LZ2は、式（2)で表される。

a = d/2 X 1/sin Θ - d X sin Q · · · 式（2)

例えば、光ファイバ一 6a、 6b、 6cの外径 dを 125 μ mとし、交差角度 Θを 8° とすれ ば、最小の折返し長さ LZ2は、 0. 432mmとなる。

[0115] なお、図 10に示す従来技術の光合分波器 200では、光ファイバ一 6b、 6c間のピッ チ Pを 500 /z mとし、延長部 204b、 204cの曲率半径を 15mmとし、光伝搬方向 Aに 対するコア部分 204b、 204cの角度 Θを 8° とすると、折返し長さ LZ2は、 2. 856m mとなる。従って、本発明による光合分波器 1、 50、 70は、その光伝搬方向長さを著 しく短縮することができる。

[0116] 第 4の実施形態の光合分波器 90においては、図 1 1に示すように、折返し長さ LZ2 は、交差部 94dから基板 2の中間部 2bの端面 2e又は 2fまでの光伝搬方向長さであ る。その最小折り返し長さ LZ2の計算は、上述した第 1〜第 3の実施形態の光合分 波器 1、 50、 70の場合と同様であるので、その説明を省略する。

[0117] 次に、コア部分と光ファイバ一との間の中心ずれについて説明する。上述した実施 形態では、コア部分 12a、 12b、 12cと光ファイノく一 6a、 6b、 6cとの間のそれぞれの 中心ずれのすべてを 0. 3〜1. 0 mにすることができた。なお、図 17に示した光合 分波器 230における力かる心ずれは、 10〜50 /ζ πιと推定される。従って、本発明に よる光合分波器 1、 50、 70, 90では、光導波路 4の斜めに互いに交わる複数のコア 部分 12a、 12b、 12c又はレンズ 92a、 92b、 92cとそれぞれのコア部分 12a、 12b、 1 2c又 ίまレンズ 92a、 92b、 92c【こ光学的【こ接続される複数の光ファイノ一 6a、 6b、 6c との間の高精度の位置決めを可能にする。

[0118] 中心ずれは、次のように測定した。第 1の実施形態の光合分波器 1を例に説明すれ ば、まず、光ファイバ一 6aの端面及び光導波路 4の端面 4aを含んだ部分を、コア部 分 12a及び光ファイバ一 6aの光軸 22aに対して垂直な方向にダイシングによって切 出した。次いで、金属顕微鏡 (視野倍率 100倍)を用いて、切出した部分におけるコ ァ部分 12aと光ファイバ一 6aの中心位置を計測した。具体的には、切出した部分に 上方力も同軸落射照明を当てるとともに下方力も透過照明を当て、これらの照明方向 と光ファイバ一 6aの光軸 22aとを合わせた。そうすることで、光ファイバ一 6aの中心と 光導波路 4のコア部分 12aの中心を同一画面で見ることができる。この金属顕微鏡か ら得られた画像で光ファイバ一と光導波路のコア中心位置の測定を行った。

[0119] 以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定され ることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、 それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは 、うまでもな 、。

上述した光合分波器の実施形態では、光フィルタ設置手段に光フィルタを取付け た状態で説明したが、それに限らず、実際に商品として流通している、光合分波器か ら光フィルタを取外した光システムであっても、光フィルタを取付ければ本願発明の 光合分波器となるものも本発明の範囲内にある。

上述した実施形態では、光要素は、光導波路又はレンズであつたが、それに限らず 、光送信器、光受信器等であってもよい。

上記第 1〜第 3の実施形態では、光導波路 4のコア部分 12の数及び光ファイバ一 6 a、 6b、 6cの数を 3とした力 結晶軸に対して斜めに配置される光ファイバ一があれば 、それらの数が 1又は 2であってもよいし、 4以上であってもよい。

上記実施形態では、光ファイバ一を支持する溝として、 V溝 28a、 28cを採用したが 、例えば交差角度 Θが大きい場合、凹部 28bの断面と類似した、上底が下底よりも長 V、逆台形断面の溝を採用してもよ!、。 上記第 4の実施形態の光システム 90では、第 1の実施形態の光システム 1の光導 波路 4をレンズ 92a、 92b、 92cに置き換えた力 第 2の実施形態の光システム 50又 は第 3の実施形態の光システム 70の光導波路 4をレンズ 92a、 92b、 92cに置き換え てもよい。

また、上記第 1の実施形態の光システム 1及び第 4の実施形態の光システム 90では 、凹部 28b深さ DS及び溝 26a、 26bの深さ DGが V溝の深さ DVよりも深いことが好ま しいが、光導波路 4のコア部分 12aと光ファイバ一 6aのコア部分 18aとの間の中心ず れが許容範囲内であれば、 DVと DS及び DGとが同じであってもよいし、 DVが DS及 び DGよりも深くてもよい。

図面の簡単な説明

圆 1]本発明の第 1の実施形態である光合分波器の平面図である。

[図 2]図 1に示した光合分波器の正面図である。

[図 3a]図 1の線 3a— 3aにおける断面図である。

[図 3b]図 1の線 3b— 3bにおける断面図である。

[図 3c]図 1の線 3c— 3cにおける断面図である。

[図 3d]図 1の線 3d— 3dにおける断面図である。

[図 3e]図 1の線 3e— 3eにおける断面図である。

[図 3f]図 1の線 3f— 3fにおける断面図である。

圆 4]本発明の第 2の実施形態である光合分波器の平面図である。

[図 5]図 4に示した光合分波器の正面図である。

[図 6a]図 4の線 6a— 6aにおける断面図である。

[図 6b]図 4の線 6b— 6bにおける断面図である。

圆 7]本発明の第 3の実施形態である光合分波器の平面図である。

[図 8]図 7に示した光合分波器の正面図である。

[図 9a]図 7の線 9a— 9aにおける断面図である。

[図 9b]図 7の線 9b— 9bにおける断面図である。

[図 10]図 7に示した光合分波器を形成するための基板を示す図である。

圆 11]本発明の第 4の実施形態である光合分波器の平面図である。 [図 12]図 11に示した光合分波器の正面図である

[図 13]最小折返し長さの説明図である。

[図 14]最小折返し長さの説明図である。

[図 15]従来技術の光合分波器の概略図である。

[図 16]従来技術の光送受信器の概略図である。

[図 17]従来技術の光合分波器の概略図である。 符号の説明

1、 50、 70、 90 光合分波器

2、 71 基板

6a、 6b、 6c 光ファイノ 一

4 光導波路

4a, 4c 端面

10a、 10b, 10c 位置決め部

12a、 12b、 12c コア咅盼

12d 交差部

16 溝 (光フィルタ設置手段）

22a, 22b、 22c 光軸

26a, 26c 溝

26b 凹部

28a, 28c V溝

30a, 30c 軸線

52a、 52b、 52c 位置決め部

54aゝ 54b、 · · · V溝

60a、 60b、 · · · 軸線

72a, 72b, 72c 位置決め部

74 V溝

92a, 92b、 92c レンズ

A 光伝搬方向

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、前記基板の上に形成され且つ光ファイバ一が光学的に接続される光導波 路と、を有し、

前記光導波路は、斜めに互いに交わる直線の複数のコア部分を有し、 前記基板は、前記複数のコア部分の 2以上と光学的に接続される複数の光フアイ バーを位置決めする位置決め部を有し、前記位置決め部は、各光ファイバ一を支持 する溝を有し、

複数の光ファイバ一を前記溝に支持したとき、前記複数のコア部分とそれらに光学 的に接続される複数の光ファイバ一との間の中心ずれは、 5 m以下であることを特 徴とする光システム。

[2] 前記中心ずれは、 0. 3〜1. 0 mであることを特徴とする請求項 1に記載の光シス テム。

[3] 前記基板は、結晶軸を有し、

光ファイバ一の少なくとも 1つは、前記結晶軸に対して斜めに位置決めされ、 前記溝は、結晶軸方向に延びる複数の軸線に沿って形成された複数の溝力 なり

、前記複数の溝は、前記結晶軸に対して斜めに位置決めされる光ファイバ一の光軸 に沿って、結晶軸方向に対する横方向に徐々にずらして連続的に配置されることを 特徴とする請求項 1又は 2に記載の光システム。

[4] 前記複数の溝は、それに位置決めされる光ファイバ一の光軸と平行に延び且つ互 いに対向する直線輪郭を有するマスクを用いて、異方性エッチングによって同時に 形成されることを特徴とする請求項 3に記載の光システム。

[5] 前記溝は、金型を用いたモールド成形によって、溝に支持される光ファイバ一の光 軸に沿って形成されることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の光システム。

[6] 前記基板は、ガラス基板又は榭脂基板である請求項 5に記載の光システム。

[7] 基板と、前記基板の上に形成され且つ光ファイバ一が光学的に接続される光導波 路と、を有し、

前記光導波路は、斜めに互いに交わる直線の複数のコア部分を有し、 前記基板は、結晶軸を有し、更に、前記複数のコア部分の 2以上と光学的に接続さ れる複数の光ファイバ一を位置決めする位置決め部を有し、前記位置決め部は、各 光ファイバ一を支持する溝を有し、

光ファイバ一の少なくとも 1つは、前記結晶軸に対して斜めに位置決めされ、 前記溝は、前記斜めに位置決めされる光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持する ために少なくとも 2つ設けられ、前記少なくとも 2つの溝は、結晶軸方向に延びる軸線 に沿って形成され、且つ、結晶軸方向及びその垂直方向に互いにずらして配置され 前記基板は、前記少なくとも 2つの溝に位置決めされる光ファイバ一が前記少なくと も 2つの溝の間で前記基板と接することを防止するための凹部を有することを特徴と する光システム。

[8] 前記凹部の深さは、前記溝の深さより深いことを特徴とする請求項 7に記載の光シ ステム。

[9] 複数の光ファイバ一を前記溝に支持したとき、前記複数のコア部分とそれらに光学 的に接続される複数の光ファイバ一との間の中心ずれは、 0. 3〜1. O /z mであること を特徴とする請求項 7又は 8に記載の光システム。

[10] 基板と、前記基板の上に形成され且つ光ファイバ一が光学的に接続される光導波 路と、を有し、

前記光導波路は、端面と、光伝搬方向に対して交差角度 Θをなして斜めに延び且 っ互 、に交わるように前記端面力 延びる直線の複数のコア部分を有し、

前記基板は、前記複数のコア部分の 2以上と光学的に接続される複数の光フアイ バーを位置決めする位置決め部を有し、前記位置決め部は、各光ファイバ一を支持 する溝を有し、

前記光導波路の端面とコア部分が互いに交わる箇所との間の光伝搬方向の距離 である折返し長さは、 a〜2ammであり、 aは、ファイバー先端が角度 Θで斜めに切断 されるとき、式（1)から算出され、ファイバー先端が垂直に切断されるとき、式 (2)から 算出され、ここで、 dは、光ファイバ一の外径であることを特徴とする光システム。

a = d/2 X 1/sin θ · · · 式（1)

a = d/2 X l/sin 0 - d X sin Q · · · 式（2)

[11] 前記基板は、結晶軸を有し、

光ファイバ一の少なくとも 1つは、前記結晶軸に対して斜めに位置決めされ、 前記溝は、前記斜めに位置決めされた光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持する ために少なくとも 2つ設けられ、前記少なくとも 2つの溝は、結晶軸方向に延びる軸線 に沿って形成され、且つ、結晶軸方向及びその垂直方向に互いにずらして配置され 前記基板は、前記少なくとも 2つの溝に位置決めされる光ファイバ一が前記少なくと も 2つの溝の間で前記基板と接することを防止するための凹部を有することを特徴と する請求項 10に記載の光システム。

[12] 前記凹部の深さは、前記溝の深さより深!、ことを特徴とする請求項 11に記載の光シ ステム。

[13] 前記基板は、結晶軸を有し、

光ファイバ一の少なくとも 1つは、前記結晶軸に対して斜めに位置決めされ、 前記溝は、結晶軸方向に延びる複数の軸線に沿って形成された複数の溝力 なり

、前記複数の溝は、前記結晶軸に対して斜めに位置決めされた光ファイバ一の光軸 に沿って、結晶軸方向に対する横方向に徐々にずらして連続的に配置されることを 特徴とする請求項 10に記載の光システム。

[14] 前記複数の溝は、それに位置決めされる光ファイバ一の光軸と平行に延び且つ互 いに対向する直線輪郭を有するマスクを用いて、異方性エッチングによって同時に 形成されることを特徴とする請求項 13に記載の光システム。

[15] 前記溝は、金型を用いたモールド成形によって、溝に支持される光ファイバ一の光 軸に沿って形成されることを特徴とする請求項 10に記載の光システム。

[16] 前記基板は、ガラス基板又は榭脂基板である請求項 15に記載の光システム。

[17] 前記コア部分の中心線の延長線と、前記コア部分に光学的に接続される光フアイ バーの中心線とがー致するように、前記溝が形成されることを特徴とする請求項 10〜

16のいずれ力 1項に記載の光システム。

[18] 複数の光ファイバ一を前記溝に支持したとき、前記複数のコア部分とそれらに光学 的に接続される複数の光ファイバ一との間の中心ずれは、 5 m以下であることを特 徴とする請求項 17のいずれ力 1項に記載の光システム。

[19] 前記中心ずれは、 0. 3〜1. 0 mであることを特徴とする請求項 18に記載の光シ ステム。

[20] 前記溝は、 V字形又は逆台形の断面を有することを特徴とする請求項 1〜19のい ずれ力 1項に記載の光システム。

[21] 結晶軸を有する基板と、前記基板の上に搭載された光要素と、を有し、

前記基板は、第 1の光ファイバ一を前記光要素と光学的に接続するために、第 1の 光ファイバ一を結晶軸方向に対して斜めに前記基板の上に位置決めする第 1の位置 決め部を有し、

前記第 1の位置決め部は、第 1の光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持するための 少なくとも 2つの第 1の溝を有し、前記少なくとも 2つの第 1の溝は、結晶軸方向に延 びる軸線に沿って形成され、且つ、結晶軸方向及びその垂直方向に互いにずらして 配置され、 前記基板は、前記少なくとも 2つの第 1の溝に位置決めされる第 1の光フ アイバーが前記少なくとも 2つの第 1の溝の間で前記基板と接することを防止するため の第 1の凹部を有することを特徴とする光システム。

[22] 前記第 1の凹部の深さは、前記第 1の溝の深さより深いことを特徴とする請求項 21 に記載の光システム。

[23] 前記第 1の溝は、 V字形又は逆台形の断面を有することを特徴とする請求項 21又 は 22に記載の光システム。

[24] 更に、光要素に光学的に接続すべき第 2の光ファイバ一を前記基板の上に位置決 めする第 2の位置決め部を有し、

前記第 2の位置決め部は、第 2の光ファイバ一の光軸と前記第 1の位置決め部によ つて位置決めされる第 1の光ファイバ一の光軸のそれぞれの延長線が互いに斜めに 交差するように、第 2の光ファイバ一を支持する第 2の溝を有することを特徴とする請 求項 21〜23のいずれ力 1項に記載の光システム。

[25] 前記第 2の溝は、第 2の光ファイバ一を少なくとも 2箇所で支持するために少なくとも

2つ設けられ、前記少なくとも 2つの第 2の溝は、結晶軸方向に延びる軸線に沿って 形成され、且つ、結晶軸方向及びその垂直方向に互いにずらして配置され、 前記基板は、前記少なくとも 2つの第 2の溝に位置決めされる第 2の光ファイバ一が 前記少なくとも 2つの第 2の溝の間で前記基板と接することを防止するための第 2の 凹部を有することを特徴とする請求項 24に記載の光システム。

[26] 前記第 2の凹部の深さは、前記第 2の溝の深さより深いことを特徴とする請求項 25 に記載の光システム。

[27] 前記光要素は、前記基板の上に積層された光導波路又はレンズであることを特徴 とする請求項 21〜26の何れか 1項に記載の光システム。

[28] 前記光要素は、前記基板の上に積層された光導波路であり、

前記光導波路は、第 1の光ファイバ一に光学的に接続される第 1のコア部分と第 2 の光ファイバ一に光学的に接続される第 2のコア部分とを有し、

前記第 1のコア部分と前記第 2のコア部分の交差部に、光フィルタを設置する光フィ ルタ設置手段が設けられることを特徴とする請求項 24〜26のいずれか 1項に記載の 光システム。

[29] 前記第 1のコア部分の中心線の延長線と、前記第 1のコア部分に光学的に接続さ れる第 1の光ファイバ一の中心線とがー致するように、前記第 1の溝が形成され、力 つ、前記第 2のコア部分の中心線の延長線と、前記第 2のコア部分に光学的に接続 される第 2の光ファイバ一の中心線とがー致するように、前記第 2の溝が形成されるこ とを特徴とする請求項 28に記載の光システム。

[30] 基板の上の光要素に光学的に接続される光ファイバ一を、前記基板に位置決めす るための溝を有する光システムを製造する方法であって、

結晶軸を有する基板を準備する段階と、

前記基板の上に光要素を搭載する段階と、

光ファイバ一を前記光要素と光学的に接続するために、前記光ファイバ一を結晶 軸方向に対して斜めに前記基板の上に位置決めするための溝を異方性エッチング によって形成する段階と、を有し、

前記溝を異方性エッチングによって形成する段階は、前記光ファイバ一と平行に延 び且つ互いに対向する直線の輪郭を有するマスクと、エッチングされる基板のそれぞ れの結晶面の加工速度の差が小さくなるように調製されたエッチング溶液を用いて、 前記光ファイバ一と同じ方向に延びる側面を有する溝を形成する段階力 なることを 特徴とする方法。