WO2018186392A1 - 光ファイバ部品、光回路部品及び光回路部品の製造方法 - Google Patents

光ファイバ部品、光回路部品及び光回路部品の製造方法 Download PDF

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新海 正博
裕三 佐藤
小巻 壮
基博 中原
正博 塩谷
克也 大友
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Tdk株式会社
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/30Optical coupling means for use between fibre and thin-film device

Abstract

本開示は、保持部材に設けられた1以上の各貫通孔内に光ファイバが保持されている光ファイバ部品であって、保持部材の端面に各光ファイバの端面が配置された状態で、各貫通孔に光ファイバが1本ずつ固着されており、保持部材の端面を除く保持部材の外周面は、第1の規則に従った各光ファイバの外径中心との距離を有する第1の位置基準面を構成しうる第1の位置基準部、及び第2の規則に従った各光ファイバの外径中心との距離を有しかつ第1の位置基準面に直角な第2の位置基準面を構成しうる第2の位置基準部を有する光ファイバ部品である。

Description

光ファイバ部品、光回路部品及び光回路部品の製造方法
 本開示は、光回路に備わる導波路に光ファイバを接続する光ファイバ部品及び光ファイバ部品を備える光回路部品、及び光回路部品の製造方法に関する。
 複数の光ファイバを光回路に接続する際に、光ファイバの位置合わせを行うための技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1は、光回路を半導体層と絶縁層とを交互に少なくとも2層形成した構造を採用し、これらの層を用いて光部品やファイバの形状に一致する凹部を精密に形成することで、光ファイバの位置を合わせる。
 ファイバの形状に一致するよう凹部を形成するためには、光回路を形成する基板材料が高精度な整列溝(例えばV溝)を形成できる材料に限定されてしまう。このため、特許文献1は、光回路を基板材料が限定されてしまう問題がある。さらに、特許文献1は、整列溝を形成するために複雑なエッチング工程が必要になる問題がある。
 また、光ファイバごとに光軸合わせを行う場合、調心する高精度な調心装置が必要であり、調心にも多大な時間がかかる。このため、特許文献1は、光ファイバごとに光軸合わせを行うために、高精度な調心装置が必要であり、調心にも多大な時間がかかる問題があった。
特開2016-014766号公報
 本開示は、光回路の製造工程において高精度の形成技術が要求されず、かつ、光ファイバごとに光軸合わせを行う必要のない、光ファイバ部品を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本開示の光ファイバ部品は、
 保持部材に設けられた1以上の各貫通孔内に光ファイバが保持されている光ファイバ部品であって、
 前記保持部材の端面に各光ファイバの端面が配置された状態で、各貫通孔に光ファイバが1本ずつ固着されており、
 前記保持部材の前記端面を除く前記保持部材の外周面は、予め定められた第1の規則に従った各光ファイバの外径中心との距離を有する第1の位置基準面を構成しうる第1の位置基準部、及び予め定められた第2の規則に従った各光ファイバの外径中心との距離を有しかつ前記第1の位置基準面に直角な第2の位置基準面を構成しうる第2の位置基準部を有する。
 本開示の光ファイバ部品は、複数の光ファイバが複数の貫通孔に1本ずつ互いに平行に固着されており、前記第1の位置基準面は、前記複数の光ファイバの各外形中心との距離が等しい平面であってもよい。
 本開示の光ファイバ部品は、前記保持部材の前記端面は、各光ファイバの長手方向と直角な断面に対し、傾斜していてもよい。また、本開示の光ファイバ部品は、前記保持部材は、前記第1の位置基準部として、前記第1の位置基準面に配置されている外周面を有していてもよい。また、本開示の光ファイバ部品は、前記第1の位置基準面に接着剤を収容するための接着剤収容部が設けられていてもよい。
 本開示の光ファイバ部品は、前記保持部材は、相対する第1の方向及び第2の方向に突出する第1の凸部及び第2の凸部、並びに前記第1の方向及び第2の方向に直角な第3の方向に突出する第3の凸部を有するT字形状を有し、前記第3の凸部が前記凹部に収容され、前記第1の凸部及び前記第2の凸部が前記第1の位置基準部として機能し、前記第1の凸部及び前記第2の凸部をつなぐ面が前記第1の位置基準面として機能してもよい。
 本開示の光ファイバ部品は、前記保持部材は、前記第2の位置基準部として、前記第2の位置基準面に配置されている外周面を有していてもよい。また、本開示の光ファイバ部品は、前記保持部材の前記端面は、相対する第1の方向及び第2の方向に突出する第1の凸部及び第2の凸部、並びに前記第1の方向及び第2の方向に直角な第3の方向に突出する第3の凸部を有するT字形状を有し、前記第1の凸部又は前記第2の凸部のうちの前記第3の凸部側に配置されている面に凹部が設けられ、該凹部を構成する面の少なくとも一つが前記第1の位置基準面を構成しうる前記第1の位置基準部または前記第2の位置基準面を構成しうる前記第2の位置基準部である。
 本開示の光回路部品は、
 導波路を有する光回路に本開示の光ファイバ部品が搭載されている光回路部品であって、
 前記光回路は、内壁面に導波路の端面の配置されている凹部を有し、
 前記光ファイバ部品に備わる前記第1の位置基準面及び前記第2の位置基準面が前記光回路の外周面と当接して配置され、
 前記光回路の前記凹部のうちの導波路の端面の配置されている内壁面と前記保持部材の前記端面とが固定されている。
 本開示の光回路部品は、前記光回路の前記凹部のうちの導波路の端面の配置されている内壁面と前記保持部材の前記端面とが屈折率整合剤を用いて接着されていてもよい。また、本開示の光回路部品は、前記凹部の内壁面のうちの前記導波路の端面が配置されていない部分に、接着剤を収容するための接着剤収容部が設けられていてもよい。
 本開示の光回路部品の製造方法は、
 導波路を有する光回路に本開示に係る光ファイバ部品が搭載されている光回路部品の製造方法であって、
 前記光回路は、内壁面に導波路の端面の配置されている凹部を有し、
 前記光ファイバ部品に備わる前記第1の位置基準面及び前記第2の位置基準面が前記光回路の外周面と当接するように、前記光回路の前記凹部のうちの導波路の端面の配置されている内壁面と前記保持部材の前記端面とを固定する。
 なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。
 本開示によれば、光回路の製造工程において高精度の形成技術が要求されず、かつ、光ファイバごとに光軸合わせを行う必要のない、光ファイバ部品を提供することができる。
本実施形態に係る光回路部品の一例を示す。 本実施形態に係る光回路部品の一例の分解図を示す。 テラスの形成方法の一例を示す説明図である。 1本の光ファイバを保持するキャピラリの第1の形態例を示す三面図である。 複数本の光ファイバを保持するキャピラリの第1の形態例を示す三面図である。 キャピラリの端面の拡大図の一例を示す。 1本の導波路を保持する光回路の第1の形態例を示す上面図及び側面図である。 複数本の導波路を保持する光回路の第1の形態例を示す上面図及び側面図である。 テラスの側面の拡大図の一例を示す。 光回路への光ファイバ部品の第1の搭載例を示す。 光回路への光ファイバ部品の第2の搭載例を示す。 キャピラリに設けた溝部の一例を示す。 テラスに設けた溝部の一例を示す。 光回路への光ファイバ部品の第3の搭載例を示す。 光回路への光ファイバ部品の第4の搭載例を示す。
 以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
(基本構成)
 図1及び図2に、本実施形態に係る光回路部品の一例を示す。光回路部品は、光回路30に本開示に係る光ファイバ部品が搭載されている。光回路30は、例えば、導波路32を備える平面光波回路(Planar Lightwave Circuit;PLC)である。本開示に係る光ファイバ部品は、保持部材として機能するキャピラリ20に、少なくとも1本の光ファイバ50が保持されている。キャピラリ20の貫通孔21には、光ファイバ50の被覆部(不図示)が収容されていてもよい。図1及び図2では、光ファイバ50が1本の場合を示すが、光ファイバ50は複数本であってもよい。その場合、各光ファイバ50は平行に配置されていることが好ましい。
 光ファイバ50の端面50Aは、キャピラリ20の端面20Aに配置されている。光回路30は、凹部として機能するテラス31を有する。テラス31の内壁面である側面31Aに導波路32の端面32Aが配置されている。光回路30には、キャピラリ20が押し当てられることによってキャピラリ20の光回路30上の位置が確定する位置基準部が形成されている。キャピラリ20は、キャピラリ20の光回路30上の位置が確定するように、テラス31に搭載される。これにより、光ファイバ50の端面50Aが導波路32の端面32Aに接続される。
 キャピラリ20の少なくとも一部が光回路30に接着される。接着は、光硬化接着を用いることが好ましい。そのため、キャピラリ20は透明なガラスからなることが好ましい。透明なガラスとしては、例えば、ホウケイ酸ガラスまたは石英ガラスが好ましい。また、接着は、側面31Aとキャピラリ20の端面20Aとが屈折率整合剤を用いて接着することが好ましい。
 キャピラリ20の作製方法は任意である。例えば、キャピラリ20の各貫通孔21に光ファイバ50を挿入し、貫通孔21の内壁面と光ファイバ50の間隙に接着剤を充填して接着剤を硬化させ、その後、底面20E及び側面20Cを研磨又はエッチングする。エッチング方法は任意であり、例えば、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)を用いることができる。
 テラス31の形成方法は任意である。例えば、図3に示すように、コア層がクラッド層33に囲まれることで形成されている導波路32よりも基板34側にエッチングストップ層35を積層し、ドライエッチングを用いて導波路32及びクラッド層33を除去する。これにより、基板34に平行な底面31Eを形成し、互いに直角に交わる側面31C及び底面31Eを形成することができる。この場合、テラス31の底面31Eは、クラッド層33を形成する材料とは異なる材料で構成されている。
 本開示は、キャピラリ20をテラス31に押し当てることで、光ファイバ50の端面50Aと導波路32の端面32Aとの位置を合わせることができる。このため、本開示は、光回路の製造工程において高精度の形成技術が要求されず、かつ、光ファイバごとに光軸合わせを行う必要のない光ファイバ部品を提供することができる。特に、ガラスキャピラリを本開示のキャピラリ20として用いることができ、コスト、信頼性に優れる。また、光回路30の位置基準部とキャピラリ20の位置基準部を押し当てる(当接または接着層を介して当接する)ことにより、簡単に光回路のコアと光ファイバの位置を合わせることができる。
(第1の実施形態)
 本実施形態では、キャピラリ20が略直方体であり、キャピラリ20の外平面及びテラス31の内壁面を位置基準部として用いる。キャピラリ20が光回路のテラス31の少なくとも2つの内壁面と当接または接着層を介して当接して、位置決めされている。
 図4及び図5は、キャピラリの第1の形態例を示す三面図である。図4は光ファイバが1本である場合を示し、図5は光ファイバが複数本である場合を示す。キャピラリ20は、略直方体であり、第1の位置基準面Lとして機能する外周面である平坦な底面20E、第2の位置基準面Lとして機能する外周面である平坦な側面20Cを備える。キャピラリ20は、少なくとも1つの貫通孔21を有する。各貫通孔21に光ファイバ50が1本ずつ固着されている。貫通孔21の一端21Aに、光ファイバ50の端面50Aが配置される。各光ファイバ50の長手方向は、側面20Cと平行である。
 図6に、光ファイバが複数本である場合のキャピラリ20の端面20Aの拡大図を示す。底面20Eと光ファイバ50の外径中心50G-1~50G-4との距離H50-1,H50-2,H50-3,H50-4は、第1の規則に従ったものとなっている。例えば、距離H50-1,H50-2,H50-3,H50-4は予め定められた一定値である。側面20Cと光ファイバ50-1,50-2,50-3,50-4の外径中心50G-1~50G-4との距離W50-1,W50-2,W50-3,W50-4は、予め定められた第2の規則に従ったものとなっている。例えば、ファイバ間隔dfは予め定められた一定値になっている。
 図7及び図8に光回路の上面図及び側面図の一例を示す。図7は導波路が1本である場合を示し、図8は導波路が複数本である場合を示す。テラス31の側面31Aは、少なくとも1つの導波路32の端面32Aが配置されている。導波路32の長手方向は、側面31Cと平行である。
 テラス31は、隣接する面が直角に交わる形状を有し、光回路の外周面の一部である平坦な底面31E、側面31C及び31Dを備える。底面31Eは、光回路30における第1の位置基準面Lとして機能する。側面31Cは、光回路30における第2の位置基準面Lとして機能する。
 図9に、導波路が複数本である場合の側面31Aの拡大図を示す。Lは、底面31Eに底面20Eを押し当てたときの、キャピラリ20における第1の位置基準面の位置を示す。Lは、側面31Cに側面20Cを押し当てたときの、キャピラリ20における第2の位置基準面の位置を示す。第1の位置基準面Lと導波路の外径中心32G-1,32G-2,32G-3,32G-4との距離H32-1,H32-2,H32-3,H32-4は、第1の規則に従ったものとなっている。例えば、距離H32-1,H32-2,H32-3,H32-4は、距離H50-1,H50-2,H50-3,H50-4と等しい。第2の位置基準面Lと導波路の外径中心32G-1,32G-2,32G-3,32G-4との距離W32-1,W32-2,W32-3,W32-4は、距離W50-1,W50-2,W50-3,W50-4の第2の規則に従ったものとなっている。例えば、距離W32-1と距離W50-1が等しく、導波路間隔dcはファイバ間隔dfと等しい一定値になっている。
 図10に、光回路への光ファイバ部品の第1の搭載例を示す。本開示に係る光回路部品の製造方法は、キャピラリ20の第1の位置基準面Lと光回路30の第1の位置基準面Lとが当接し、キャピラリ20の第2の位置基準面Lと光回路30の第2の位置基準面Lとが当接するように、テラス31の側面31Aとキャピラリ20の端面20Aとを固定する。具体的には、底面20Eと底面31Eとが当接し、側面20Cと側面31Cとが当接するように、キャピラリ20をテラス31に押し当てる。そして、テラス31の側面31Aとキャピラリ20の端面20Aとを接着剤で固定する。これにより、キャピラリ20が光回路30のテラス31の3つの内壁面と当接または接着層を介して当接して、位置決めされることで、光ファイバ50の外径中心50Gと導波路32の外径中心32Gとを一致させることができる。接着層を介して当接させる場合は、接着層の厚みを加味した位置が位置基準面となる。例えば、図6における距離H50-1,H50-2,H50-3,H50-4は、接着層の厚みを含む距離である。
 ここで、キャピラリ20の側面20Dとテラス31の側面31Dとの間は、空隙31Sが設けられていることが好ましい。これにより、方向Dへの押圧力が加えやすくなるため、側面31Cへの側面20Cの当接を容易に行うことができる。
 また、図11に示すように、キャピラリ20の端面20Aは、光ファイバ50の長手方向と直角な断面に対し、角度αで傾斜していることが好ましい。この場合、テラス31の側面31Aは、導波路32の長手方向と直角な断面に対し、角度αで傾斜している。これにより、側面31Aへの方向Dへ押圧力を加えると、キャピラリ20が側面31Cへ押し付けられるため、側面31Cへの側面20Cの当接を容易に行うことができる。
 以上説明したように、本実施形態は、位置基準部を直方体等の単純な構成の平面とする。このため、光回路30のテラス31を例えばRIEなどのエッチング方法により簡単かつ高精度に作成することができる。
 なお、図12に示すように、第1の位置基準面Lとして機能するキャピラリ20の底面20Eに、接着剤溜となる溝部20Hが設けられていてもよい。また、図13に示すように、第1の位置基準面Lとして機能するテラス31の底面31Eに、接着剤溜となる溝部31Hが設けられていてもよい。
(第2の実施形態)
 図14に、光回路への光ファイバ部品の第2の搭載例を示す。本実施形態では、キャピラリ20の端面20Aが凸部22,23,24を有するT字形状をしており、光回路30の上面30Fが第1の位置基準部として機能し、光回路30の側面31Cが第2の位置基準部として機能する。
 凸部22及び凸部23は方向DSにおける相対する方向に配置される。凸部24は、方向DSと直角な方向に突出する。凸部24に光ファイバ50が保持されている。テラス31に凸部24が収容される。
 本実施形態では、凸部22及び凸部23が第1の位置基準部として機能する。具体的には、凸部23の側面23Cが光回路30の上面30Fと当接する。凸部22の側面22Cが光回路30の上面30Fと当接する。これにより、凸部22の側面22C及び凸部23の側面23Cをつなぐ面が、第1の位置基準面Lとして機能する。第1の実施形態で説明したように、第1の位置基準面Lと光ファイバ50の外径中心50G-1~50G-4との距離は一定である。
 第2の位置基準面Lについては、第1の実施形態と同様である。すなわち、キャピラリ20の側面20Cが、第2の位置基準面Lとして機能する。光回路30の側面31Cが、光回路30における第2の位置基準面Lである。
 本実施形態に係る光回路部品の製造方法は、凸部22の側面22Cと光回路30の上面30Fとが当接し、凸部23の側面23Cと光回路30の上面30Fとが当接し、側面20Cと側面31Cとが当接するように、キャピラリ20をテラス31に押し当てる。そして、テラス31の側面31Aとキャピラリ20の端面20Aとを接着剤で固定する。これにより、光ファイバ50の外径中心50Gと導波路32の外径中心32Gとを一致させることができる。
(第3の実施形態)
 図15に、光回路への光ファイバ部品の第3の搭載例を示す。本実施形態では、第2の実施形態において、光回路30の上面30Fに凸部36及び37が設けられ、凸部22及び23に凸部36及び37と略相補形状の凹部26及び27が設けられている。
 本実施形態では、凹部26及び27がキャピラリ20の第1の位置基準部として機能し、凸部36及び37が光回路30の第1の位置基準部として機能する。具体的には、凹部26が光回路30の凸部36と当接する。凹部27が凸部37と当接する。これにより、凹部26及び凹部27をつなぐ面がキャピラリ20の第1の位置基準面Lとして機能する。凸部36及び凸部37をつなぐ面が、光回路30の第1の位置基準面Lとして機能する。
 本実施形態では、凹部27及び凸部37が第2の位置基準面Lとして機能する。第1の実施形態で説明したように、光ファイバ50-1,50-2,50-3,50-4の外径中心50G-1~50G-4と第2の位置基準面Lとの距離は、予め定められた第2の規則に従ったものとなっている。
 本実施形態に係る光回路部品の製造方法は、キャピラリ20の凹部26と光回路30の凸部36が当接し、キャピラリ20の凹部27と光回路30の凸部37が当接するように、キャピラリ20を押し当てる。そして、テラス31の側面31Aとキャピラリ20の端面20Aとを接着剤4で固定する。これにより、光ファイバ50の外径中心50Gと導波路32の外径中心32Gとを一致させることができる。
 前述の実施形態において、光ファイバ50及び導波路32が1列に配列されている例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、光ファイバ50及び導波路32が2列以上に配列されていてもよい。
 本開示は情報通信産業に適用することができる。
2:光ファイバ部品
20:キャピラリ
20A:キャピラリの端面
20C、20D:キャピラリの側面
20E:キャピラリの底面
21:貫通孔
22,23,24:凸部
23C:凸部の側面
26、27:凹部
30:光回路
30F:光回路の上面
31:テラス
31A、31B、31C、31D:テラスの側面
31E:テラスの底面
32:導波路
32A:導波路の端面
33:クラッド層
34:基板
35:エッチングストップ層
36、37:凸部
4:接着剤
50:光ファイバ
50A:光ファイバの端面

Claims (12)

  1.  保持部材に設けられた1以上の各貫通孔内に光ファイバが保持されている光ファイバ部品であって、
     前記保持部材の端面に各光ファイバの端面が配置された状態で、各貫通孔に光ファイバが1本ずつ固着されており、
     前記保持部材の前記端面を除く前記保持部材の外周面は、予め定められた第1の規則に従った各光ファイバの外径中心との距離を有する第1の位置基準面を構成しうる第1の位置基準部、及び予め定められた第2の規則に従った各光ファイバの外径中心との距離を有しかつ前記第1の位置基準面に直角な第2の位置基準面を構成しうる第2の位置基準部を有する、
     光ファイバ部品。
  2.  複数の光ファイバが複数の貫通孔に1本ずつ互いに平行に固着されており、
     前記第1の位置基準面は、前記複数の光ファイバの各外形中心との距離が等しい平面である、
     請求項1記載の光ファイバ部品。
  3.  前記保持部材の前記端面は、各光ファイバの長手方向と直角な断面に対し、傾斜している、
     請求項1又は2に記載の光ファイバ部品。
  4.  前記保持部材は、前記第1の位置基準部として、前記第1の位置基準面に配置されている外周面を有する、
     請求項1から3のいずれかに記載の光ファイバ部品。
  5.  前記第1の位置基準面に接着剤を収容するための接着剤収容部が設けられている、
     請求項4に記載の光ファイバ部品。
  6.  前記保持部材は、相対する第1の方向及び第2の方向に突出する第1の凸部及び第2の凸部、並びに前記第1の方向及び第2の方向に直角な第3の方向に突出する第3の凸部を有するT字形状を有し、
     前記第3の凸部が前記凹部に収容され、
     前記第1の凸部及び前記第2の凸部が前記第1の位置基準部として機能し、
     前記第1の凸部及び前記第2の凸部をつなぐ面が前記第1の位置基準面として機能する、
     請求項1から3のいずれかに記載の光ファイバ部品。
  7.  前記保持部材は、前記第2の位置基準部として、前記第2の位置基準面に配置されている外周面を有する、
     請求項1から6のいずれかに記載の光ファイバ部品。
  8.  前記保持部材の前記端面は、相対する第1の方向及び第2の方向に突出する第1の凸部及び第2の凸部、並びに前記第1の方向及び第2の方向に直角な第3の方向に突出する第3の凸部を有するT字形状を有し、
     前記第1の凸部又は前記第2の凸部のうちの前記第3の凸部側に配置されている面に凹部が設けられ、該凹部を構成する面の少なくとも一つが前記第1の位置基準面を構成しうる前記第1の位置基準部または前記第2の位置基準面を構成しうる前記第2の位置基準部である、
     請求項1から6のいずれかに記載の光ファイバ部品。
  9.  導波路を有する光回路に請求項1から8のいずれかに記載の光ファイバ部品が搭載されている光回路部品であって、
     前記光回路は、内壁面に導波路の端面の配置されている凹部を有し、
     前記光ファイバ部品に備わる前記第1の位置基準面及び前記第2の位置基準面が前記光回路の外周面と当接して配置され、
     前記光回路の前記凹部のうちの導波路の端面の配置されている内壁面と前記保持部材の前記端面とが固定されている、
     光回路部品。
  10.  前記光回路の前記凹部のうちの導波路の端面の配置されている内壁面と前記保持部材の前記端面とが屈折率整合剤を用いて接着されている、
     請求項9に記載の光回路部品。
  11.  前記凹部の内壁面のうちの前記導波路の端面が配置されていない部分に、接着剤を収容するための接着剤収容部が設けられている、
     請求項9又は10に記載の光回路部品。
  12.  導波路を有する光回路に請求項1から8のいずれかに記載の光ファイバ部品が搭載されている光回路部品の製造方法であって、
     前記光回路は、内壁面に導波路の端面の配置されている凹部を有し、
     前記光ファイバ部品に備わる前記第1の位置基準面及び前記第2の位置基準面が前記光回路の外周面と当接するように、前記光回路の前記凹部のうちの導波路の端面の配置されている内壁面と前記保持部材の前記端面とを固定する、
     光回路部品の製造方法。
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