WO2022003880A1 - 光部品 - Google Patents

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WO2022003880A1
WO2022003880A1 PCT/JP2020/025917 JP2020025917W WO2022003880A1 WO 2022003880 A1 WO2022003880 A1 WO 2022003880A1 JP 2020025917 W JP2020025917 W JP 2020025917W WO 2022003880 A1 WO2022003880 A1 WO 2022003880A1
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WO
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optical
optical fiber
core
fiber array
substrate
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/025917
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴 山田
雄一郎 伊熊
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • 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
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • 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
    • G02B6/36Mechanical coupling means
    • G02B6/38Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means

Definitions

  • the present invention relates to an optical component with an optical fiber array.
  • a high-performance optical module is a small coherent transceiver module using silicon photonics.
  • elemental optical components such as an optical modulator on the transmitting side and an integrated coherent receiver on the receiving side are integrated.
  • silicon photonics technology these elemental optical components can be integrated on a silicon substrate on a single chip.
  • COSA coherent Optical SubAssembly
  • This COSA is combined with another electrical signal processing device (eg DSP) to form an optical transceiver device.
  • module is used for various mounting configurations and therefore has various definitions, but in the following description, elemental optical components and optical waveguides are integrated on a substrate and optical fibers are connected to the end faces of the substrate. This is called an optical module.
  • a device in which this optical module is mounted on a COSA or a substrate (package) together with other electrical components and has an optical signal transmission / reception function is called an "optical transceiver".
  • an output optical fiber and an input optical fiber are connected to the end faces of the optical waveguides of the light modulator and the receiver as optical interfaces.
  • a narrow line width tunable laser is connected to the optical module as a light source on the transmitting side and a local oscillation light source on the receiving side.
  • a polarization-retaining fiber is connected to the end face of the optical waveguide for connecting a tunable laser, and an optical fiber having three or more cores is required for the entire optical module.
  • MFD Mode Field Diameter
  • an optical bond loss of about 3 dB occurs.
  • a structure for expanding the MFD on the silicon substrate side and a structure for reducing the MFD on the optical fiber side are required.
  • optical transceiver includes an optical module, the above-mentioned COSA, a light source module, a digital coherent signal processing circuit element (DSP) of an electronic component, and the like. These parts are fixed on the electronic circuit board (printed circuit board) using tin-silver-copper (SnAgCu) solder, and electrical connection is made.
  • SnAgCu tin-silver-copper solder
  • the melting point of SnAgCu solder is 220 ° C., but the temperature inside the solder melting furnace is usually set to about 250 ° C.
  • the optical fiber connected to the optical module is also exposed to an environmental temperature of 250 ° C., and high heat resistance is required for the fiber coating material.
  • a coating material for an ordinary optical fiber one or two layers of ultraviolet (UV) curable acrylic resin are used to prevent moisture from entering and to prevent breakage due to bending of the optical fiber.
  • UV curable acrylic resin is a polymer material, it has a melting point of about 150 ° C. and does not have heat resistance enough to withstand the melting temperature of SnAgCu solder.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional optical fiber array.
  • the optical fiber connection portion structure 100 of FIG. 1 connects a substrate 101 on which an optical waveguide 102 is formed and an optical fiber array 104 in which an end portion of the optical fiber 107 is processed.
  • the optical fiber array 104 includes a lower base 105 that has been subjected to V-groove processing for arranging a plurality of optical fibers 7 with high accuracy in the horizontal and vertical directions, and a lid 106 that presses the optical fibers into the V-grooves. Will be done.
  • the optical fiber 107 from which the coating has been removed and cut to an appropriate length is arranged in the V-groove, sandwiched by the lid 106, and fixed in the space in the V-groove using a transparent UV curing adhesive.
  • the optical connection end face of the optical fiber array 104 facing the substrate 101 is optically polished.
  • the end faces of the substrate 101 are also polished together with the reinforcing glass plate 103, and highly reliable optical connection is realized between the polished surfaces with low connection loss.
  • a polyimide resin having a heat resistant temperature of about 400 ° C. can be selected as a coating material for an optical fiber having sufficient heat resistance to the melting temperature of SnAgCu solder.
  • the polyimide resin has a high hardness and is not suitable for storage in a rolled state in an optical transceiver. Further, it is difficult to remove the coating of the polyimide resin for fusion of optical connectors. It has sufficient heat resistance, good adhesion of the optical fiber to the clad glass, flexibility for storing the optical fiber in a wound state in the optical transceiver, and at the same time, it also supports the coating removal work using the existing stripper. It was difficult to select a possible resin material.
  • an optical fiber using a polyimide resin coating is connected to an optical waveguide substrate by an optical fiber array as shown in FIG. 1 to manufacture an optical module.
  • the difficulty of handling the polyimide resin is as described above. It has not been possible to simultaneously meet the requirements of an MFD conversion mechanism that does not reduce the mounting efficiency, yield, and work efficiency of an optical transceiver, and an optical fiber that has sufficient heat resistance and workability for the melting temperature of SnAgCu solder.
  • the present invention provides a novel optical component that realizes both an assembly process of an optical transceiver having good mounting efficiency, yield, and work efficiency and heat resistance of an optical fiber coating.
  • One embodiment of the present invention is an optical component, a substrate having one or more optical waveguides up to the end face, a base having one or more V-grooves on the top surface, and the one or more Vs.
  • the optical fiber array provided with one or more optical fibers arranged in the grooves and a lid having a lid for pressing the one or more optical fibers toward the upper surface in the one or more V grooves.
  • the optical fiber array is a first portion optically connected to the waveguide core of the optical waveguide at the end face of the substrate, and has a short fiber in the V groove, and the first portion and the said.
  • a second portion that optically connects the core of the short fiber and the core of the one or more optical fibers via a cross section perpendicular to the first portion in the optical axis direction, and the first portion.
  • the optical component is characterized by having a guide mechanism for aligning the core of the short fiber and the core of one or more optical fibers in the cross section of the second portion.
  • Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing an optical component, which is a step of connecting an optical fiber array to a substrate having one or more optical waveguides formed up to an end face, wherein the optical fiber array is a method.
  • a base having one or more V-grooves on the upper surface, one or more optical fibers arranged in the one or more V-grooves, and the one or more optical fibers in the one or more V-grooves.
  • the optical waveguide at the end face of the substrate by a step and at least one surface of the fiber optic array perpendicular to the optical axis of the fiber optic, which has a lid inside that presses towards the top surface.
  • optical components and methods for manufacturing optical components that can reduce the size of the optical fiber in the optical axis direction while avoiding thermal damage to the coating of the optical fiber.
  • the optical component of the present disclosure includes a mode field diameter conversion unit (hereinafter referred to as an MFD conversion unit) that does not reduce the mounting efficiency, workability, and yield in the assembly process of an optical transceiver, and does not cause deterioration of the coating of the optical fiber.
  • the optical component of the present disclosure includes an optical fiber array in which one or more optical fibers for optical signal input / output are connected to the end surface of the optical waveguide substrate, and an MFD conversion unit is provided in the optical fiber array.
  • the optical fiber array is divided in the optical axis direction, includes an MFD conversion unit, includes a first portion optically connected to the waveguide core of the optical waveguide substrate, and an optical fiber with a coating material, and includes an optical waveguide substrate and an optical waveguide substrate.
  • the guide pins can be used to reconnect the second part of the fiber optic array to the first part. Due to the structure of the optical component of the present disclosure, it is possible to avoid deterioration of the coating of the optical fiber from a high temperature process such as solder melting when the optical module is mounted on the apparatus. At the same time, it is possible to reduce the size and shortening of optical components as an optical fiber connection structure.
  • the configuration of the MFD conversion unit is as follows: first, a method of changing the cross-sectional structure of the input / output unit of the optical waveguide on the optical waveguide substrate side, and secondly, the core diameter is gently adjusted by using two optical fibers having different MFDs. There is a method of changing and fusing.
  • the width of the optical waveguide is gradually widened in a taper shape or the width of the optical waveguide is gradually narrowed to perform MFD conversion by light seepage. make a part.
  • the horizontal direction (parallel to the substrate surface) of the MFD is mainly enlarged.
  • the height of the optical waveguide is changed in a slope shape to expand the MFD.
  • an optical waveguide substrate made of quartz glass a method of forming a slope by giving a gradation of light and shade to a photoresist and making a difference in the etching amount is known.
  • the metal pattern of the photomask is made into an island shape, and the shading is added according to the difference in density, and the shading is transferred to the photoresist.
  • Higher precision photomask production and higher performance photoresists are required, and manufacturing costs increase due to stricter and more complicated etching processes.
  • the upper clad layer is removed by etching and another optical waveguide substrate for MFD enlargement using an optical polymer is bonded to the upper surface of the exposed optical waveguide layer. ing. MFD conversion is performed by shifting the beam to the polymer waveguide side, but positioning accuracy is required over the entire wafer in the process of bonding different types of waveguide substrates, and there is a concern that the yield of the silicon chip of the optical module may decrease.
  • the second method of configuring the MFD conversion unit on the optical fiber side two optical fibers having different core diameters are connected by fusion, and the core of the fiber having the smaller core diameter is heated by electric discharge machining or a burner. Melt. As a result, the core of the fiber having the smaller core diameter is tapered to the core diameter of the fiber having the larger core diameter to produce the MFD conversion unit.
  • the position where the MFD conversion unit is arranged between the end face of the optical waveguide board and the connector of the optical fiber is important in determining the size of the optical transceiver or the like.
  • an MFD conversion unit is arranged at an intermediate position between the input / output fibers of the optical module, that is, at a routing portion of the optical fiber from the optical module input / output section (optical fiber array) to the connector.
  • a sleeve for reinforcing the fused portion of two optical fibers having different core diameters is required for the routing portion of the optical fiber.
  • each reinforcing sleeve is required according to the number of optical fibers, which causes a problem of occupying the mounting volume in the optical transceiver.
  • the yield of optical module fabrication may be lowered due to a failure of cleave cut or a loss error at the time of fusion.
  • Another configuration in which the MFD conversion unit is provided on the optical fiber side is to arrange the core diffusion fusion unit in the ceramic ferrule in the optical connector or in the optical fiber array.
  • the fused portion of the optical fiber is arranged in such a minute region, the ferrule hole and light are formed due to the manufacturing variation of the outer diameter of the optical fiber, the difference in the amount of core eccentricity, the swelling of the outer diameter of the clad due to melting, and the like.
  • the core is misaligned or eccentric in the V-groove of the fiber array. Further, when the coating of the optical fiber is removed, cleave cut is performed, and the fiber is set in the optical fiber fusion splicer, it is required to shorten the bare fiber length.
  • the length of the bare fiber to the cleave cut end face of the optical fiber is set to about 2 mm, and the covering portion is housed in the housing of the optical connector or in the fiber array.
  • the optical components of the present disclosure include a substrate comprising an optical waveguide and an optical fiber array for connecting a plurality of optical waveguide cores and one or more optical fiber cores at the end faces of the substrate. ing. Therefore, the optical components of the present disclosure also have aspects of the optical fiber connection structure. Furthermore, it should be noted that it also has an aspect of the manufacturing method of this optical fiber connection part structure.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the optical component of the present disclosure.
  • the optical component 10 of FIG. 2 includes an optical fiber array 3 in which a substrate 1 on which an optical waveguide 2 is formed and corresponding cores of one or more optical fibers 7 are optically connected at an end face of the substrate 1. ing.
  • the optical component 10 has the same basic structure and function as the optical fiber connection portion structure 100 of the prior art shown in FIG.
  • the optical fiber array 3 has a base (board) 4 having one or more V-grooves formed on the upper surface thereof for arranging bare fibers from which the coating of the optical fiber 7 has been removed, and an outer periphery of the optical fiber clad on the slope in the V-grooves.
  • the base 4 is made of glass, for example, and V-grooves are formed so that the positions of one or more optical fibers can be aligned with high accuracy on the upper surface of the base.
  • the configuration of the base and the lid is the same as that of the conventional optical fiber connection portion structure 100.
  • the optical fiber array 3 is divided into a first portion 3-1 and a second portion 3-2 by a cross section perpendicular to the optical axis direction, and these two portions 3- 1, 3-2 are optically connected via the cut surface.
  • the procedure for manufacturing the optical component 10 of FIG. 2 will be described later together with FIGS. 5 and 6, but the optical fiber array 3 before reaching the state of FIG. 2 is longer in the optical axis direction. That is, the optical component 10 uses the optical fiber array 3 in a longer state, aligns and connects the optical fiber 7 to the waveguide core on the end surface of the substrate 1, and then connects the optical fiber array 3 in the middle of the optical axis direction. It was cut vertically with and reconnected.
  • the optical fiber array 3 of FIG. 2 is composed of four parts that are different from each other in the thickness direction and the length direction (optical axis direction), and a series of manufacturing steps of FIGS. 5 and 6 described later are performed. Keep in mind that it is what you get after a while.
  • one or more optical fibers 7 are simultaneously cut perpendicular to the optical axis when the above-mentioned optical fiber array 3 is cut, and the two portions 3- At the stage of reconnecting 1, 3-2, they are optically connected again.
  • a short fiber is held in the V-groove of the first portion 3-1. It should be noted that this short fiber is originally a part (tip) of each of one or more optical fibers 7 and is formed as a result by cutting the optical fiber array 3.
  • the short fiber has an MFD conversion unit that converts a mode field diameter between a core having a small diameter on the side of the substrate 1 and a core having a large diameter on the side of the second portion 3-2.
  • the MFD conversion unit of the short fiber can be connected to, for example, a substrate 1 having an optical waveguide having a small mode field diameter manufactured by silicon photonics technology with low connection loss.
  • the optical component of the present disclosure is the optical component 10, the substrate 1 in which one or more optical waveguides 2 are configured up to the end face, the base 4 in which one or more V-grooves are configured on the upper surface, and the above one.
  • An optical fiber array having one or more optical fibers 7 arranged in the above V-grooves and a lid 5 for pressing the one or more optical fibers toward the upper surface in the one or more V-grooves.
  • the optical fiber array is a first portion 3-1 that optically connects to the waveguide core of the optical waveguide at the end face of the substrate, and the short fiber is inserted in the V-groove.
  • the guide mechanism 6a which aligns the core of the short fiber with the core of one or more optical fibers in the cross section of the first portion and the second portion. It can be carried out as having 6b.
  • the optical component 10 of the present disclosure has a configuration in which an optical fiber array 3 which is initially integrated is optically connected to a substrate 1, then cut, and then reconnected. Therefore, the second portion 3-2 in a state where the optical fiber 7 is fixed by the base 4 and the lid 5 can be separated to carry out a solder melting step or the like. That is, for an optical module including a substrate 1 to which only the first portion 3-1 is connected, the temperature most suitable for the soldering method is irrespective of the heat resistance of the optical fiber coating, which has been a problem in the prior art. A thermal process such as a solder melting process is carried out at.
  • the guide pins 6a and 6b are inserted into the V-grooves for the guide pins provided on both sides of the optical fiber array. This allows optical alignment between the first portion 3-1 and the second portion 3-2 of the optical fiber array.
  • the size of the V-groove and the lid for the guide pin is such that the lid 5 circumscribes the outer diameter of the guide pins 6a and 6b together with the core of the optical fiber with the guide pins 6a and 6b inserted. Is precisely controlled.
  • the core and the upper surface of the guide pin of the optical fiber 7 are manufactured so as to be in close contact with the lid.
  • FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing procedure of an MFD conversion unit used for the optical components of the present disclosure.
  • Each of the one or more optical fibers 7 in FIG. 2 has an MFD conversion unit by optical fiber fusion using the electric discharge machining described here at the tip portion thereof.
  • FIG. 4 is a more detailed explanatory view of the manufacturing stage by fusion of the MFD conversion unit.
  • the procedure for manufacturing the MFD conversion unit will be described in the order of FIGS. 3A to 3C with reference to FIG.
  • a small core fiber 20 having a small core bare fiber 24 compatible with a waveguide core of an optical waveguide manufactured on a silicon substrate and a standard core to which an optical connector is connected An optical fiber 21 having a bare fiber 25 is prepared.
  • the coating 23 is removed from each optical fiber at a length of about 9 mm from the fusion point, and the bare fibers 24 and 25 are in a state where the tip is set to 90 degrees. Cut.
  • the cut bare fibers 24 and 25 are opposed to each other.
  • FIG. 4 shows a state in which two bare fibers 24 and 25 are opposed to each other.
  • the diameters of the cores 29 and 30 of the opposing fibers are different.
  • the core diameter of the standard core 30 of the bare fiber 25 on the side to which the optical connector is connected is a general ⁇ 10 ⁇ m.
  • the core diameter of the small core 29 of the bare fiber 24 connected to the optical waveguide substrate having a small MFD such as a silicon photonics optical waveguide is about ⁇ 4 ⁇ m.
  • the cores 29 and 30 are optically aligned by image recognition, and the end faces of the two bare fibers 24 and 25 are butted against each other. Further, as shown in FIG. 4 (c), electric discharge is performed in the vicinity of the connection portion to melt and connect the core and the clad of the bare fiber 24.
  • the MFD conversion unit 28 is formed by adjusting the intensity of electric discharge machining and the irradiation time to diffuse the small core 29 on the bare fiber 24 side so as to match the ⁇ 10 ⁇ m of the standard core 30. At the time of fusion, the discharge conditions are appropriately adjusted so that the clad diameter of the core diffusion portion does not expand.
  • the small core fiber 20 is cut at an appropriate position 26 between the manufactured MFD conversion unit 28 and the coating 23 of the small core fiber 20.
  • the cut end face at the position 26 is optically polished for finishing when assembled in the optical fiber array, the accuracy of the end face position and the roughness of the end face do not matter.
  • FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of an optical fiber array connected to the optical components of the present disclosure.
  • FIGS. 5A to 5D show the steps before cutting the optical fiber array 3.
  • a V groove 33 for holding an optical fiber and a guide pin to be described later are held.
  • the V-groove 32 is formed.
  • the spacing and depth of the V-grooves 33 in which the optical fibers are held are adjusted to match the pitch of one or more optical waveguides 2 of the substrate 1 in the optical module to be connected.
  • V-grooves 32 for guide pins are also machined on both outer sides of the V-grooves 33 of the base 4.
  • the depth of the guide pin V-groove 32 needs to be adjusted according to the shape and diameter of the guide pin, but it can be formed in the same manner as the optical fiber V-groove 33.
  • the V-shaped blade used when processing the V-groove 33 for an optical fiber can be used as it is, and processing can be performed only by adjusting the cutting depth.
  • an optical fiber 7 having an MFD conversion unit 28 at the tip is arranged in the V groove 33 on the base 4, and an appropriate amount of UV curing adhesive is dropped.
  • the lid 5 is mounted from above and irradiated with UV light while controlling the pressing amount, and UV curing adhesion is performed. Cure the agent.
  • the UV curing adhesive flows into the guide pin V-groove 32 and interferes with the subsequent insertion of the guide pin, it is between the optical fiber V-groove 33 and the guide pin V-groove 32.
  • a V-groove for preventing the flow of adhesive can be further provided.
  • the protective resin 8 is applied so as to cover the covering portion of the fiber 7 in the vicinity of the lid 5, and finally, the end surface to be connected to the substrate is optically polished to obtain light.
  • the fiber array 3 is completed.
  • the optical fiber array 3 is not cut yet and is integrated with one or more optical fibers 7.
  • the MFD conversion unit 28 is located near the above-mentioned polished end face to be connected to the substrate.
  • the manufacturing process of the above-mentioned optical fiber array 3 described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (d) is the same as that of the prior art except that the guide pin V-groove 32 is provided.
  • a characteristic process for connecting the above-mentioned optical fiber array 3 to the substrate of the optical module and obtaining the optical components of the present disclosure will be further described.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a process of connecting an optical fiber array in the optical components of the present disclosure.
  • the procedure for connecting the optical fiber array 3 described with reference to FIG. 5 to the substrate 1 of the optical module and leading to the configuration of the optical component 10 of the present disclosure shown in FIG. 2 will be described.
  • the manufactured optical fiber array 7 with the optical fiber 7 and the substrate 1 of the optical module are connected.
  • signal light is incident on the optical fiber 7 and optical alignment is performed by active alignment.
  • a UV curing adhesive is dropped between the optical fiber array 3 and the substrate 1, and both are connected and fixed by UV light irradiation.
  • the optical fiber array 3 is cut between the MFD conversion unit and the protective resin 8 in the optical axis direction by dicing in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the first portion 3-1 and the second portion 3-2 are separated by cutting at two points and removing the intermediate portion in the optical axis direction of the optical fiber array 3. I'm leaving.
  • the total length of the two portions 3-1 and 3-2 can be made shorter than the length of the original optical fiber array 3.
  • one part of the optical fiber array 3 may be cut so that the total length of the two portions 3-1 and 3-2 is maintained at the same length before and after the cutting.
  • a short fiber including the MFD conversion unit is left in the V-groove of the first portion 3-1 of the optical fiber array, as described in FIG.
  • This short fiber corresponds to the tip portion of the optical fiber 7 including the MFD conversion unit 28 described with reference to FIG.
  • the substrate 1 of the optical module to which the first portion 3-1 of the optical fiber array is connected is subsequently exposed to a high temperature environment of about 250 ° C.
  • a high temperature environment of about 250 ° C.
  • an optical module including a substrate 1 is mounted on a substrate of an optical transceiver together with an electronic component such as an IC by using SnAgCu solder. Since only the first portion 3-1 of the optical fiber array shown in FIG. 6 (b) is connected to the substrate and the second portion 3-2 including the optical fiber 7 is separated, the optical fiber 7 The coating is not thermally damaged.
  • the need for a special material such as a heat-resistant resin as a coating material for the optical fiber is eliminated, and a general-purpose optical fiber can be used.
  • the two portions 3-1 and 3-2 of the optical fiber array separated and separated are reattached. Connecting.
  • a standard optical fiber having a large MFD is used as described with reference to FIGS. 3 and 4. Therefore, when reconnecting the two parts 3-1 and 3-2, optical alignment can be performed simply by inserting the guide pins 6a and 6b into the guide pin V-grooves provided on both sides of the optical fiber array. It becomes.
  • a resin having a refractive index adjusted to the same level as that of an optical fiber on each end surface of the two portions of the fiber array it is possible to make a connection with sufficiently low loss even on the surface cut by dicing. It was
  • the present invention is a method for manufacturing an optical component, which is a step of connecting a substrate 1 in which one or more optical waveguides are configured up to an end face and an optical fiber array 3, wherein the optical fiber array is 1.
  • the base 4 having one or more V-grooves on the upper surface, the one or more optical fibers 7 arranged in the one or more V-grooves, and the one or more optical fibers, the one or more Vs.
  • the step and the fiber optic array having the lid 5 in the groove pressed towards the top surface, said at the end face of the substrate by at least one surface perpendicular to the optical fiber direction of the fiber optic.
  • the guide mechanism can be carried out as a manufacturing method including a step of aligning the core of the short fiber with the core of one or more optical fibers in the cross section.
  • the optical fiber array when the optical fiber array is divided, it is possible to reduce the size and shortening from the initial length of the optical fiber array 3 by adjusting the length to be cut and removed. This is relatively easy to work with, after the process of manufacturing the optical fiber array of FIGS. 3 and 4 is carried out with good workability, the intermediate portion is cut in FIG. 6 (b) to reduce the size. It means that the reconnection step by the guide pin of (c) can be carried out. That is, it has an excellent effect that the optical fiber can be miniaturized as the final optical fiber connection mechanism while ensuring the optical fiber array size suitable for the difficulty of the work of the manufacturing process of the optical component 10 of the present disclosure. have.
  • the optical component of the present disclosure has an MFD conversion unit in an optical fiber (short fiber) very close to the end face of the substrate 1, and the optical fiber array is divided in the optical axis direction from a high temperature process. Thermal damage to the optical fiber coating can be avoided. Further, there is an effect of shortening the size of the optical component in the optical axis direction while ensuring workability in each process of manufacturing the optical component. When reconnecting the two parts after cutting the optical fiber array, optical alignment can be performed simply by inserting a guide pin, and there is no need to perform the alignment process again.
  • Optical components are provided that realize a process of assembling an optical transceiver with good mounting efficiency, yield, and work efficiency, and avoid the heat resistance problem of the optical fiber coating. [Second Embodiment]
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the optical component of the present disclosure.
  • the configurations of the substrate 1 and the optical fiber array 3 (3-1, 3-2) are the same as those of the first embodiment.
  • a rubber boot 9 made of an elastic resin material is used in addition to the guide pin when the two parts 3-1 and 3-2 of the divided optical fiber array are reconnected.
  • the rubber boots 9 are arranged so as to cover the two parts 3-1 and 3-2 of the optical fiber array, and the inner shape of the rubber boots 9 is the same as the outer shape of the optical fiber array or slightly smaller in size. It is made.
  • the rubber boots 9 When the rubber boots 9 are put on the two parts 3-1 and 3-2 of the optical fiber array, they are crimped by the elasticity of the resin, and the two parts 3-1 and 3-2 are in the vertical and horizontal positions. It becomes strong against the deviation. Further, by covering up to the coating of the optical fiber 7, it is reinforced against the bending and pulling operations of the optical fiber 7 in the vertical and horizontal directions, and is protected from the breakage of the optical fiber.
  • FIG. 6 (c) described above it has been described that the surfaces cut by dicing are connected by dropping the resin on each end surface of the two parts of the fiber array.
  • the two parts 3-1 and 3-2 are physically fixed and integrated, and cannot be removed.
  • oil without adhesive strength as in the case of MT (Mechanically Transferable) connector.
  • the two portions 3-1 and 3-2 can be held only by the frictional force of the guide pin.
  • oil or the like having no adhesive force it is possible to insert and remove the second portion 3-2. Therefore, in the optical fiber array of the optical components of the present disclosure, the first part to the second part can be attached to and detached from each other in the cross section of the optical fiber array.
  • the optical component of the present disclosure has an MFD conversion unit in an optical fiber (short fiber) in the immediate vicinity of the end face of the substrate, and the optical fiber is divided in the optical axis direction to generate a high temperature. Avoid thermal damage from the process to the fiber optic coating. Further, it is possible to reduce the size of the optical fiber in the optical axis direction while ensuring workability in each manufacturing process of the optical component. When reconnecting the two parts of the optical fiber array, optical alignment can be performed simply by inserting a guide pin, and there is no need to perform a strict optical alignment process again.
  • Optical components are provided that realize a process of assembling an optical transceiver with good mounting efficiency, yield, and work efficiency, and avoid the heat resistance problem of the optical fiber coating.
  • the present invention can be used for optical communication.

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Abstract

本開示の光部品は、光トランシーバにおける組み立て工程における実装効率、作業性、歩留まりを低下させることのない、モードフィールド径(MFD)変換部を含み、光ファイバの被覆劣化を生じさせない光部品を提供する。本開示の光部品は、光導波路基板の端面に光信号入出力用の1以上の光ファイバが接続される光ファイバアレイを含み、この光ファイバアレイ内にMFD変換部を設ける。光ファイバアレイは光軸方向に分割され、MFD変換部を含み、光導波路基板の導波路コアと光学的に接続される第1の部分と、被覆材を伴う光ファイバを含み、光導波路基板と光学調心後に切断され取り外すことができる第2の部分とを有する。光トランシーバ組み立て時の高温工程が終了した後、ガイドピンを用いて、光ファイバアレイの第2の部分を第1の部分に再度接続できる。

Description

光部品
 本発明は、光ファイバアレイを伴う光部品に関する。
 光通信方式の多様化や通信容量の大容量化に伴い、高速な光信号処理を可能とする高機能光モジュールの開発が必要となっている。高機能光モジュールの一例には、シリコンフォトニクスを用いた小型のコヒーレントトランシーバモジュールがある。コヒーレントトランシーバでは、送信側の光変調器、および、受信側の集積コヒーレント受信器などの要素光部品が集積されている。シリコンフォトニクス技術により、これらの要素光部品をシリコン基板上にワンチップ集積できる。さらにコヒーレントトランシーバモジュールを搭載したコヒーレントサブアセンブリ(COSA: Coherent Optical SubAssembly)の形態も注目されている。このCOSAと他の電気信号処理デバイス(例えばDSP)を組み合わせて、光トランシーバ装置が構成される。
 用語「モジュール」は様々な実装形態に対して使用されるためその定義は様々であるが、以下の説明では、要素光部品および光導波路を基板上に集積し、基板の端面に光ファイバを接続したものを光モジュールと呼ぶ。この光モジュールを他の電気部品とともにCOSAまたは基板(パッケージ)上に搭載し、光信号の送受信機能を備えた装置を「光トランシーバ」と呼ぶ。
 コヒーレントトランシーバを実現する光モジュールでは、光インタフェースとして、出力用光ファイバおよび入力用光ファイバが、光変調器および受信器のそれぞれの光導波路端面に接続されている。加えて、送信側の光源および受信側の局部発振光源として狭線幅のチューナブルレーザが光モジュールに接続される。チューナブルレーザの接続用として偏波保持ファイバが光導波路端面に接続され、光モジュール全体では、3芯以上の光ファイバが必要となる。
 光モジュールにおける1つの課題は、接続される光部品間のモードフィールド径(MFD:Mode Field Diameter)の差異による損失増加である。シリコン基板上に形成される光導波路を伝搬する光は、一般的なシングルモード光ファイバのコア径と比べて、小さいMFDを持っている。シリコン基板の光導波路端面にMFD拡大構造を設けたとしても、MFDは基板面に水平方向で4μm、垂直方向で2μm程度の大きさである。一般的な光ファイバのコア径10μmと比較すると、光導波路のMFDは、コア径の1/4程度の大きさとなる。石英系ガラスを材料とした光導波路基板への従来技術の光ファイバ接続のように、端面同士をバットジョイント接続する方法では、3dB程度の光結合損失が発生してしまう。この光結合損失を減らすために、シリコン基板側においてMFDを拡大する構造や、光ファイバ側においてMFDを小さくする構造が必要となる。
 光モジュールにおけるもう1つの課題は、光トランシーバの装置製造時における工程温度と光ファイバの耐熱温度との差異による、工程への制限である。光トランシーバは、光モジュールや上述のCOSA、光源モジュール、電子部品のデジタルコヒーレント信号処理回路素子(DSP)等を含んでいる。これらの部品は、電子回路ボード(プリント配基板)上で、錫-銀-銅(SnAgCu)はんだを用いて各部品をボード上へ固定され、電気的な接続が行われる。SnAgCuはんだの融点は220℃であるが、ボードの表裏面に搭載される複数の電子部品の熱容量等を勘案し、通常はんだ溶融炉内の温度は250℃程度に設定される。従って、光モジュールに接続されている光ファイバも250℃の環境温度に曝されることになり、ファイバ被覆材に対して高耐熱性が求められる。通常の光ファイバの被覆材としては一層また二層の紫外線(UV)硬化型のアクリル樹脂が用いられており、水分の侵入防止や光ファイバの曲げによる破断を防いでいる。しかしながらアクリル樹脂は高分子材料であるため融点は150℃程度であって、SnAgCuはんだの溶融温度に対して十分に耐え得るような耐熱性を有していない。
 図1は、従来技術の光ファイバアレイの構成を示す図である。図1の光ファイバ接続部構造100は、光導波路102が形成された基板101と、光ファイバ107の端部を処理した光ファイバアレイ104とを接続している。光ファイバアレイ104は、複数の光ファイバ7を水平および垂直方向に高精度に配置するためのV溝加工を施した下側のベース105と、光ファイバをV溝内に押え付けるリッド106から構成される。被覆を除去して適度な長さにカットした光ファイバ107はV溝内に配置され、リッド106で挟み込んで、V溝内の空間に透明なUV硬化接着剤を用いて固定される。基板101と向かい合う光ファイバアレイ104の光接続端面は、光学研磨されている。補強用のガラス板103とともに基板101の端面も研磨されており、研磨面同士で      低接続損失で高信頼な光接続が実現される。
アダマンド並木精密宝石株式会社、インターネット、WEBページURL: https://www.ad-na.com/product/optical/device/pdf/FA_J.pdf エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社、インターネット、WEBページURL: https://keytech.ntt-at.co.jp/adhesive/prd_10012.html
 しかしながら、上述の光モジュールのモードフィールド径およびコア径の差異の問題と、光トランシーバ製造時の工程温度および光ファイバの耐熱温度の差異の問題を同時に解決するのは依然として難しかった。後に詳述するが、光導波路端面から光ファイバのコネクタまでの間に設けるMFD変換機構の構成や場所によっては、光トランシーバの実装効率や、歩留まり、作業効率を大幅に下げてしまう。
 SnAgCuはんだの溶融温度に対して十分な耐熱性を持った光ファイバの被覆材として、耐熱温度が400℃程度であるポリイミド樹脂を選択できる。しかしながら、ポリイミド樹脂は、硬度が高く、光トランシーバ内で巻いた状態での収納に不向きである。さらにポリイミド樹脂は、光コネクタ融着のための被覆除去作業が難しい。十分な耐熱性、光ファイバのクラッドガラスへの良好な密着性、光トランシーバ内で光ファイバを巻いた状態で収納するための柔軟性を併せ持ち、同時に既存のストリッパを用いた被覆除去作業にも対応可能な樹脂材料を選定するのは難しかった。
 結局、従来技術の光トランシーバの組み立て工程では、ポリイミド樹脂の被覆を使用した光ファイバを図1に示したように光ファイバアレイで光導波路基板と接続して光モジュールを作製する。その後に、リフロー工程で光トランシーバのボード上に光モジュールをはんだ付けする手順に限られていた。ポリイミド樹脂の取り扱いの難しさは上述の通りである。光トランシーバの実装効率や、歩留まり、作業効率を下げないMFD変換機構と、SnAgCuはんだの溶融温度に対する十分な耐熱性および作業性を持った光ファイバの要請を同時に満たすことはできていなかった。
 本発明は上述の課題に鑑みて、実装効率、歩留まり、作業効率の良い光トランシーバの組み立て工程と、光ファイバの被覆の耐熱性の両立を実現する新規な光部品を提供する。
 本発明の1つの実施態様は、光部品であって、1つ以上の光導波路が端面まで構成された基板と、1つ以上のV溝が上面の構成されたベース、前記1つ以上のV溝に配置された1つ以上の光ファイバ、および、前記1つ以上の光ファイバを、前記1つ以上のV溝内に前記上面に向かって押圧するリッドを有する光ファイバアレイとを備え、前記光ファイバアレイは、前記基板の前記端面において前記光導波路の導波路コアと光学的に接続する第1の部分であって、前記V溝内に、短尺ファイバを有する、第1の部分と、前記第1の部分と光軸方向に垂直な断面を介して、前記短尺ファイバのコアと、前記1つ以上の光ファイバのコアとを光学的に接続する第2の部分と、前記第1の部分および前記第2の部分の前記断面において、前記短尺ファイバの前記コアと、前記1つ以上の光ファイバの前記コアとを位置合わせするガイド機構とを有することを特徴とする光部品である。
 本発明の別の実施態様は、光部品の製造方法であって、1つ以上の光導波路が端面まで構成された基板と、光ファイバアレイとを接続するステップであって、前記光ファイバアレイは、1つ以上のV溝が上面の構成されたベース、前記1つ以上のV溝に配置された1つ以上の光ファイバ、および、前記1つ以上の光ファイバを前記1つ以上のV溝内に前記上面に向かって押圧するリッドを有している、ステップと、前記光ファイバアレイを、前記光ファイバの光軸方向に垂直な少なくとも1つの面によって、前記基板の前記端面において前記光導波路の導波路コアと光学的に接続する第1の部分であって、前記V溝内に、短尺ファイバを有する、第1の部分と、前記第1の部分と光軸方向に垂直な断面を介して、前記短尺ファイバのコアと、前記1つ以上の光ファイバのコアとを光学的に接続する第2の部分とに切断するステップと、切断した前記第1の部分および前記第2の部分を光学的に接続するステップであって、前記第1の部分および前記第2の部分に渡って構成されたガイド機構によって、前記断面において、前記短尺ファイバの前記コアと、前記1つ以上の光ファイバの前記コアとを位置合わせする、ステップとを備える製造方法である。
 光ファイバの被覆への熱的ダメージを避け、光ファイバの光軸方向のサイズを低減できる光部品、光部品の製造方法を提供する。
従来技術の光ファイバアレイの構成を示す図である。 本開示の光部品の第1の実施形態の構成を示す図である。 本開示の光部品に利用されるMFD変換部の作製手順を示す図である。 MFD変換部の融着による作製段階のより詳細な説明図である。 本開示の光部品に接続される光ファイバアレイの作製工程を示す図である。 本開示の光部品における光ファイバアレイ接続工程を説明する図である。 本開示の光部品の第2の実施形態の構成を示す図である。
 本開示の光部品は、光トランシーバにおける組み立て工程における実装効率、作業性、歩留まりを低下させることのない、モードフィールド径変換部(以下MFD変換部)を含み、光ファイバの被覆劣化を生じさせない光部品を提供する。本開示の光部品では、光導波路基板の端面に光信号入出力用の1以上の光ファイバが接続される光ファイバアレイを含み、この光ファイバアレイ内にMFD変換部を設ける。光ファイバアレイは光軸方向に分割され、MFD変換部を含み、光導波路基板の導波路コアと光学的に接続される第1の部分と、被覆材を伴う光ファイバを含み、光導波路基板と光学調心後に切断され取り外すことができる第2の部分とを有する。光トランシーバ組み立て時の高温工程が終了した後、ガイドピンを用いて、光ファイバアレイの第2の部分を第1の部分に再度接続できる。本開示の光部品の構造により、光モジュールを装置に搭載する際のはんだ溶融等の高温工程から光ファイバの被覆劣化を回避することができる。併せて、光ファイバ接続部構造としての光部品の小型・短縮化も実現する。
 ここでまずMFD変換部の構成について、従来技術を概観する。モードフィールド径(以下MFD)の異なる光導波路基板と光ファイバとの接続では、光モジュールとしての光挿入損失を減らすため、光導波路とコアとの間でMFDを変換する何らかの構造が必要となる。MFD変換部の構成としては、第1に光導波路基板側に光導波路の入出力部に断面構造を変化させる方法と、第2に異なるMFDを有する2つの光ファイバを用いてコア径をなだらかに変化させて融着する方法とがある。
 光導波路基板側にMFD変換部を構成する第1の方法では、通常、光導波路幅をテーパ状に徐々に拡げるか、または、光導波路幅を徐々に狭めることで、光の染み出しによりMFD変換部を作製する。この構成によって、主にMFDの水平方向(基板面に平行)が拡大される。MFDの垂直方向に対しても水平方向と同様に光導波路の高さをスロープ状に変化させてMFDを拡大させる。例えば石英ガラスを材料とする光導波路基板では、フォトレジストに濃淡のグラデーションを付けエッチング量に差を付けてスロープを形成する方法が知られている。しかしながら、エッチングによる垂直方向のスロープ加工では、フォトマスクの金属パターンを島状にして密度の違いにより濃淡を付けフォトレジストに濃淡を転写する。フォトマスク作製の高精度化およびフォトレジストの高性能化が求められ、エッチング工程の厳格化や複雑化により製造コストが増大する。
 シリコンフォトニクスを用いた光導波路基板では、上部クラッド層をエッチングにより除去し、露出された光導波路層の上面に、光学ポリマーを用いた別のMFD拡大用の光導波路基板を張り合わせる方法が知られている。ビームをポリマー導波路側に遷移させることでMFD変換されるが、異種導波路基板を貼り合わせる工程ではウェハ全域での位置決め精度が必要となり、光モジュールのシリコンチップの歩留り低下が懸念される。
 光ファイバ側にMFD変換部を構成する第2の方法では、コア径の異なる2本の光ファイバを融着により接続し、コア径の小さい方のファイバのコアを放電加工またはバーナーで加熱して溶融させる。これによって、コア径の小さい方のファイバのコアを、コア径の大きい方のファイバのコア径までテーパ状に拡大させてMFD変換部を作製する。第2の方法では、光導波路基板の端面から、光ファイバのコネクタまでの間で、どの位置にMFD変換部を配置するかが、光トランシーバなどのサイズを決定する上で重要である。一般に光トランシーバ装置では、光モジュールの入出力ファイバの中間位置、すなわち光モジュール入出力部(光ファイバアレイ)からコネクタまでの光ファイバの引き回し部にMFD変換部が配置される。この形態では、光ファイバの引き回し部に異なるコア径の2本の光ファイバの融着部を補強するスリーブが必要となる。光トランシーバ等の複数の光ファイバが必要な場合、光ファイバの本数に応じてそれぞれの補強用スリーブが必要となるため、光トランシーバ内の実装体積を占有する問題が生じる。さらに、長さを揃えて複数の光ファイバを融着する場合、クリーブカットの失敗や融着時の損失エラーにより光モジュール作製の歩留りを低下させる懸念もある。
 その他の、光ファイバ側にMFD変換部を設ける構成には、コア拡散融着部を光コネクタ内のセラミックフェルール内、または光ファイバアレイ内に配置する方法がある。このような微小な領域内へ光ファイバの融着部を配置する場合、光ファイバのクラッド外径の製造ばらつき、コア偏心量の差、溶融によるクラッド外径の膨らみ等のため、フェルール穴、光ファイバアレイのV溝の中でコアの位置ズレや偏心が生じる。さらに光ファイバの被覆を除去しクリーブカットを行って光ファイバ融着機にセットする際、ベアファイバ長を短くすることが求められる。光ファイバのクリーブカット端面までのベアファイバ長を2mm程度として、光コネクタのハウジング内やファイバアレイ内に被覆部を収めるためである。このような短いベアファイバ長のクリーブカットには、レーザカットやダイシングソーを用いる必要があり、光モジュールに接続される光ファイバの加工工程が複雑化する。
 以下、図面を参照しながら、本開示の光部品の構成およびその製造方法について説明する。本開示の光部品は、光導波路が構成された基板と、この基板の端面で、複数の光導波路の導波路コアおよび1つ以上の光ファイバのコアを接続するための光ファイバアレイとを備えている。したがって、本開示の光部品は、光ファイバ接続部構造の側面も持っている。さらに、この光ファイバ接続部構造の製造方法の側面も持っている点に留意されたい。
[第1の実施形態]
 図2は、本開示の光部品の第1の実施形態の構成を示す図である。図2の光部品10は、光導波路2が形成された基板1と、1つ以上の光ファイバ7の対応するコアを、基板1の端面において、光学的に接続する光ファイバアレイ3とを備えている。この点において、光部品10は、図1に示した従来技術の光ファイバ接続部構造100と同じ基本構造および機能を持っている。光ファイバアレイ3は、光ファイバ7の被覆を除去したベアファイバを配置する1つ以上のV溝をその上面に形成したベース(基板)4と、V溝内の法面に光ファイバのクラッド外周が接するように上から押えるリッドとを有する。ベース4は例えばガラスを材料とし、V溝を形成しておくことで、ベースの上面において1つ以上の光ファイバの位置を高精度に揃えることができる。上記のベース、リッドの構成についても、従来技術の光ファイバ接続部構造100と同じある。
 従来技術構成との相違点は、光ファイバアレイ3が、光軸方向に垂直な断面によって第1の部分3-1および第2の部分3-2に分かれており、これらの2つの部分3-1、3-2がその切断面を介して光学的に接続されていることにある。後に図5および図6とともに図2の光部品10の作製手順について説明するが、図2の状態に至る前の光ファイバアレイ3は、光軸方向により長かったものである。つまり光部品10は、より長い状態の光ファイバアレイ3を使い、光ファイバ7を基板1の端面の導波路コアに対して調心・接続した後で、光ファイバアレイ3を光軸方向の途中で垂直に切断し、再度接続したものである。図2の光ファイバアレイ3は、厚さ方向および長さ方向(光軸方向)にそれぞれ別の4つの部分で構成されていることになり、後述する図5および図6の一連の作製工程を経た後で得られるものであることに留意されたい。
 図2では詳細を示すことができないが、1つ以上の光ファイバ7は、上述の光ファイバアレイ3を切断した時に同時に光軸方向に垂直に切断されたものであって、2つの部分3-1、3-2を再接続する段階で、再び光学的に接続される。上述の切断の結果、第1の部分3-1のV溝内には、短尺ファイバが保持されている。この短尺ファイバは、元々は1つ以上の光ファイバ7の各々の一部(先端部)であって、光ファイバアレイ3を切断することによって、結果として形成されることに留意されたい。
 後述するように短尺ファイバは、基板1の側の小さい径のコアと、第2の部分3-2の側に大きい径のコアとの間でモードフィールド径を変換するMFD変換部を有する。短尺ファイバのMFD変換部は、例えば、シリコンフォトニクス技術により作製したモードフィールド径の小さい光導波路を有する基板1にも低接続損失で接続することが可能である。
 したがって本開示の光部品は、光部品10であって、1つ以上の光導波路2が端面まで構成された基板1と、1つ以上のV溝が上面の構成されたベース4、前記1つ以上のV溝に配置された1つ以上の光ファイバ7、および、前記1つ以上の光ファイバを、前記1つ以上のV溝内に前記上面に向かって押圧するリッド5を有する光ファイバアレイ3とを備え、前記光ファイバアレイは、前記基板の前記端面において前記光導波路の導波路コアと光学的に接続する第1の部分3-1であって、前記V溝内に、短尺ファイバを有する、第1の部分と、前記第1の部分と光軸方向に垂直な断面を介して、前記短尺ファイバのコアと、前記1つ以上の光ファイバのコアとを光学的に接続する第2の部分3-2と、前記第1の部分および前記第2の部分の前記断面において、前記短尺ファイバの前記コアと、前記1つ以上の光ファイバの前記コアとを位置合わせするガイド機構6a、6bとを有するものとして実施できる。
 本開示の光部品10は、当初一体のものである光ファイバアレイ3を基板1と光学的に接続し、その後切断し、さらに再接続して作製される構成を持つ。このため、ベース4およびリッド5で光ファイバ7を固定された状態の第2の部分3-2を切り離して、はんだ溶融工程等を実施できる。すなわち、第1の部分3-1だけが接続された基板1を含む光モジュールに対しては、従来技術で問題であった光ファイバ被覆の耐熱性に関係なく、はんだ付け方法に最も適した温度ではんだ溶融工程等の熱工程が実施される。熱工程の後に、第2の部分3-2を第1の部分3-1に再接続する際には、光ファイバアレイの両側に設けたガイドピン用のV溝にガイドピン6a、6bを挿入することにより、光ファイバアレイの第1の部分3-1および第2の部分3-2の間で光学調心が可能である。
 後述するように、ガイドピン用V溝およびリッドは、ガイドピン6a、6bを挿入した状態で、リッド5が光ファイバのコアとともにガイドピン6a、6bの外径に外接するようにV溝のサイズを精密に制御している。光ファイバ用のV溝作製と同じ工程によって、V字ブレードの深さまたは大きさを変更することで、光ファイバ7のコアおよびガイドピンの上面がリッドと密着できるよう作製される。以下、図2の光部品10の各部分および全体のより詳細な作製手順について説明する。
 図3は、本開示の光部品に利用されるMFD変換部の作製手順を示す図である。図2における1つ以上の光ファイバ7の各々が、その先端部において、ここで説明する放電加工を用いた光ファイバ融着によるMFD変換部を有することになる。図4は、MFD変換部の融着による作製段階のより詳細な説明図である。以下、図4も参照しながら図3の(a)~(c)の順に、MFD変換部の作製手順を説明する。
 まず図3の(a)に示したように、シリコン基板に作製した光導波路の導波路コアに適合する小コアのベアファイバ24を有する小コアファイバ20と、光コネクタが接続される標準コアのベアファイバ25を持つ光ファイバ21を準備する。一般的に、放電加工を用いた光ファイバの融着では、各光ファイバは融着箇所から9mm程度の長さで被覆23を除去し、ベアファイバ24、25の状態として、先端を90度にカットする。次に、図3の(b)に示したように、カットしたベアファイバ24、25同士を対向させる。
 ここで図4を参照すると、図4の(a)は2本のベアファイバ24、25を対向させた状態を示している。2本の光ファイバからMFD変換部を作製する際には、対向するファイバのコア29、30の径が異なっている。上述のように、光コネクタが接続される側のベアファイバ25の標準コア30のコア径は、一般的なφ10μmである。一方、例えばシリコンフォトニクス光導波路等の小さいMFDを持つ光導波路基板に接続されるベアファイバ24の小コア29のコア径は、φ4μm程度である。
 次に図4の(b)に示したように、コア29、30を画像認識により光学調心し、2つのベアファイバ24、25の各端面を突き合わせる。さらに図4の(c)に示したように、接続部近傍において放電を行ない、ベアファイバ24のコアおよびクラッドを溶融させて接続する。放電加工の強度や照射時間を調整して、ベアファイバ24側の小コア29を、標準コア30のφ10μmに合致するように拡散させることでMFD変換部28が形成される。融着の際には、コア拡散部のクラッド径が膨らまないように放電条件を適宜調整する。
 最後に図3の(c)に示したように、小コアファイバ20において、作製されたMFD変換部28と小コアファイバ20の被覆23までの間の適当な位置26でカットする。後述するように、位置26におけるカット端面は光ファイバアレイに組んだ際に仕上げに光学研磨を行なわれるため、端面位置の精度や端面の粗さは問わない。上述の図3および図4の工程によって、図2の本開示の光部品10で使用される、先端にMFD変換部28を備えた光ファイバ7が得られる。次に、本開示の光部品10の作製工程について説明する。
 図5は、本開示の光部品に接続される光ファイバアレイの作製工程を示す図である。図5の(a)~(d)では、光ファイバアレイ3を切断する前の工程を示している。まず図5の(a)に示したように、例えば厚さ1mm程度のガラス板によるベース4の上面には、光ファイバを保持するためのV溝33と、後述するガイドピンを保持するためのV溝32が形成されている。光ファイバが保持されるV溝33は、接続されることになる光モジュール中の基板1の1つ以上の光導波路2のピッチに合わせて、その間隔および深さが調整される。さらにベース4のV溝33の両外側には、ガイドピン用V溝32も加工されている。ガイドピン用V溝32は、ガイドピンの形状や直径に合わせてその深さを調整する必要があるが、光ファイバ用V溝33と同様に形成できる。光ファイバ用V溝33を加工するときに用いるV字形状のブレードをそのまま用いて、切り込む深さを調整するだけで加工可能である。
 次に図5の(b)に示したように、ベース4の上のV溝33内に、先端にMFD変換部28を有する光ファイバ7を配置し、UV硬化接着剤を適量滴下する。さらに図5の(c)に示したように、光ファイバをV溝内に押えて固定するために、リッド5を上から搭載して押圧量を制御しながらUV光を照射し、UV硬化接着剤を硬化させる。リッドの固定の際、UV硬化接着剤がガイドピン用V溝32まで流れ込み、後に行うガイドピンの挿入を妨げてしまう場合には、光ファイバ用V溝33とガイドピン用V溝32の間に接着剤流れ防止用のV溝をさらに設けることができる。
 最後に図5の(d)に示したように、リッド5近傍のファイバ7の被覆部を覆うように保護用樹脂8を塗布し、最後に基板との接続する端面を光学研磨して、光ファイバアレイ3が完成する。図5の(d)の段階では、図2の状態とは異なり光ファイバアレイ3は、未だ切断されておらず、1つ以上の光ファイバ7と共に一体のものである。また、MFD変換部28は、基板と接続されることになる上述の研磨端面の近くにある。図5の(a)~(d)で説明した上述の光ファイバアレイ3の作製工程は、ガイドピン用V溝32があることを除いて、従来技術と同様である。次に、上述の光ファイバアレイ3を光モジュールの基板と接続し、本開示の光部品を得るための特徴的な工程についてさらに説明する。
 図6は、本開示の光部品における光ファイバアレイの接続工程を説明する図である。図5で説明した光ファイバアレイ3を光モジュールの基板1と接続し、図2に示した本開示の光部品10の構成に至るまでの手順を説明する。まず図6の(a)に示したように、作製した光ファイバ7付きの光ファイバアレイ7と、光モジュールの基板1とを接続する。
従来技術の光ファイバアレイと同様に、光ファイバ7に信号光を入射してアクティブ調心により光学調心を行なう。光ファイバアレイ3と基板1との間にはUV硬化接着剤を滴下し、UV光照射により両者は接続固定される。
 次に図6の(b)のように、光軸方向においてMFD変換部および保護用樹脂8の間で、光ファイバアレイ3を光軸に垂直な方向にダイシングにより切断する。図6の(b)に示した例では、2か所で切断し光ファイバアレイ3の光軸方向における中間部分を除去して、第1の部分3-1および第2の部分3-2を残している。2か所で切断することで、2つの部分3-1、3-2の合計長さを、元の光ファイバアレイ3の長さより短くすることができる。しかしながら光ファイバアレイ3の1か所を切断して、切断の前後で2つの部分3-1、3-2の合計長さが、同じ長さに維持されても良い。このとき光ファイバアレイの第1の部分3-1のV溝内には、図2において説明したように、MFD変換部を含む短尺ファイバが残されている点に留意されたい。この短尺ファイバは、図3で説明したMFD変換部28を含む光ファイバ7の先端部分に対応する。
 光ファイバアレイ3を切断する結果として、光ファイバアレイの第1の部分3-1が接続された光モジュールの基板1は、その後、250℃程度の高温環境に曝される。例えば、SnAgCuはんだを用いてIC等の電子部品と一括して基板1を含む光モジュールを光トランシーバの基板へ実装する場合である。図6の(b)に示した光ファイバアレイの第1の部分3-1のみが基板に接続され、光ファイバ7を含む第2の部分3-2が分離された状態のため、光ファイバ7の被覆が熱的ダメージを受けることはない。従来技術の問題に対応するために光ファイバの被覆材として耐熱性樹脂等の特殊な材料の必要性がなくなり、汎用的な光ファイバを使用することができる。
 基板1および第1の部分3-1が高温工程を経た後、図6の(c)に示したように、分割して切り離した光ファイバアレイの2つの部分3-1、3-2を再度接続する。切り離した第2の部分3-2の光ファイバ7は、図3および図4で説明したようにMFDが大きい標準光ファイバを用いている。このため、2つの部分3-1、3-2を再接続する際には、光ファイバアレイの両側に設けたガイドピン用V溝にガイドピン6a、6bを挿入するだけで光学調心が可能となる。ファイバアレイの2つの部分の各端面に屈折率を光ファイバと同等に調整した樹脂を滴下することで、ダイシングにより切断した面においても十分な低損失な接続が可能である。 
 したがって本発明は、光部品の製造方法であって、1つ以上の光導波路が端面まで構成された基板1と、光ファイバアレイ3とを接続するステップであって、前記光ファイバアレイは、1つ以上のV溝が上面の構成されたベース4、前記1つ以上のV溝に配置された1つ以上の光ファイバ7、および、前記1つ以上の光ファイバを、前記1つ以上のV溝内に前記上面に向かって押圧するリッド5を有している、ステップと、前記光ファイバアレイを、前記光ファイバの光軸方向に垂直な少なくとも1つの面によって、前記基板の前記端面において前記光導波路の導波路コアと光学的に接続する第1の部分であって、前記V溝内に、短尺ファイバを有する、第1の部分3-1と、前記第1の部分と光軸方向に垂直な断面を介して、前記短尺ファイバのコアと、前記1つ以上の光ファイバのコアとを光学的に接続する第2の部分3-2とに切断するステップ(図6の(b))と、切断した前記第1の部分および前記第2の部分を光学的に接続する(図6の(c))ステップであって、前記第1の部分および前記第2の部分に渡って構成されたガイド機構によって、前記断面において、前記短尺ファイバの前記コアと、前記1つ以上の光ファイバの前記コアとを位置合わせする、ステップとを備える製造方法として実施できる。
 上述のように、光ファイバアレイを分割する際に、切断して除去する長さを調整することによって、当初の光ファイバアレイ3の長さから小型・短縮化を図ることも可能である。これは、図3および図4の光ファイバアレイの作製工程を作業性良く実施した後で、図6の(b)で中間部を切断して小型化を行い、比較的作業の楽な図6の(c)のガイドピンによる再接続工程を実施できること意味している。すなわち、本開示の光部品10の作製工程の作業の難易に適した光ファイバアレイ大きさを確保しつつ、最終的な光ファイバ接続機構として、光部品の小型化を実現できるという優れた効果を持っている。
 上述のように本開示の光部品では、基板1の端面のごく近傍の光ファイバ(短尺ファイバ)内にMFD変換部を有し、光ファイバアレイを光軸方向に分割した構成によって、高温工程からの光ファイバの被覆への熱的ダメージを避けることができる。さらに、光部品の作製の各工程での作業性を確保しながら、光部品の光軸方向のサイズを短縮する効果がある。光ファイバアレイの切断後の2つの部分を再接続する際には、ガイドピンを挿入するだけで光学調心が可能であり、調心工程を改めて行なう必要も無い。実装効率、歩留まり、作業効率の良い光トランシーバの組み立て工程の実現と、光ファイバの被覆の耐熱性問題の回避の両立を実現する光部品が提供される。
[第2の実施形態]
 図7は、本開示の光部品の第2の実施形態の構成を示す図である。図7の上の図において、基板1および光ファイバアレイ3(3-1、3-2)の構成は第1の実施形態と同じである。本実施形態では、分割された光ファイバアレイの2つの部分3-1、3-2の再接続の際に、ガイドピンに加えて弾力性の有る樹脂材料から成るゴムブーツ9を用いる。本実施形態の構造では、ゴムブーツ9を光ファイバアレイの2つの部分3-1、3-2に被せるように配置し、ゴムブーツ9の内側の形状は光ファイバアレイの外形と同じかやや小さいサイズで作製される。光ファイバアレイの2つの部分3-1、3-2にゴムブーツ9が被せられた状態では、樹脂の弾性によりかしめられ、2つの部分3-1、3-2は、縦方向や横方向の位置ズレに対して強固となる。さらに光ファイバ7の被覆まで覆うことにより、光ファイバ7の縦・横方向の曲げおよび引張動作に対して補強され、光ファイバの破断から保護される。
 上述の図6の(c)では、ファイバアレイの2つの部分の各端面に樹脂を滴下することで、ダイシングにより切断した面を接続するものとして説明した。この場合、再接続をしてしまえば、2つの部分3-1、3-2は物理的に固定されて一体のものとなり、取り外しはできない。しかしながら、MT(Mechanically Transferable) コネクタの場合の様に接着力の無いオイルを利用することも可能である。このときは、ガイドピンの摩擦力のみによって2つの部分3-1、3-2を保持することもできる。接着力の無いオイル等を使用する場合、第2の部分3-2を挿抜可能とすることも可能である。したがって、本開示の光部品の光ファイバアレイは、光ファイバアレイの断面で、第1の部分から第2の部分を着脱可能とすることができる。
 以上詳細に説明したように、本開示の光部品では、基板の端面のごく近傍の光ファイバ(短尺ファイバ)内にMFD変換部を有し、光ファイバを光軸方向に分割した構成によって、高温工程から光ファイバの被覆への熱的ダメージを避ける。さらに、光部品の各作製工程での作業性を確保しながら、光ファイバの光軸方向のサイズを減らすこともできる。光ファイバアレイの2つの部分を再接続する際には、ガイドピンを挿入するだけで光学調心が可能であり、厳密な光学調心工程を改めて行なう必要も無い。実装効率、歩留まり、作業効率の良い光トランシーバの組み立て工程の実現と、光ファイバの被覆の耐熱性問題の回避の両立を実現する光部品が提供される。
 本発明は、光通信に利用できる。

Claims (8)

  1.  光部品であって、
     1つ以上の光導波路が端面まで構成された基板と、
      1つ以上のV溝が上面の構成されたベース、
      前記1つ以上のV溝に配置された1つ以上の光ファイバ、および、
      前記1つ以上の光ファイバを、前記1つ以上のV溝内に前記上面に向かって押圧するリッド
     を有する光ファイバアレイと
     を備え、
     前記光ファイバアレイは、
      前記基板の前記端面において前記光導波路の導波路コアと光学的に接続する第1の部分であって、前記V溝内に、短尺ファイバを有する、第1の部分と、
      前記第1の部分と光軸方向に垂直な断面を介して、前記短尺ファイバのコアと、前記1つ以上の光ファイバのコアとを光学的に接続する第2の部分と、
      前記第1の部分および前記第2の部分の前記断面において、前記短尺ファイバの前記コアと、前記1つ以上の光ファイバの前記コアとを位置合わせするガイド機構と
     を有することを特徴とする光部品。
  2.  前記ガイド機構は、前記ベースの前記1つ以上のV溝に平行に構成されたガイド溝と、
     前記ガイド溝に挿入されたガイドピンと
     を含むことを特徴とする請求項1に記載の光部品。
  3.  前記短尺ファイバは、前記基板の側の小さい径のコアと、前記第2の部分の側の大きい径のコアとの間のモードフィールド径(MFD)変換部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光部品。
  4.  前記光ファイバアレイの前記断面は、接着されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の光部品。
  5.  前記光ファイバアレイは、前記光ファイバアレイの前記断面で、前記第1の部分から前記第2の部分を着脱可能なことを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の光部品。
  6.  光部品の製造方法であって、
     1つ以上の光導波路が端面まで構成された基板と、光ファイバアレイとを接続するステップであって、前記光ファイバアレイは、
      1つ以上のV溝が上面の構成されたベース、
      前記1つ以上のV溝に配置された1つ以上の光ファイバ、および、
      前記1つ以上の光ファイバを、前記1つ以上のV溝内に前記上面に向かって押圧するリッドを有している、ステップと、
     前記光ファイバアレイを、前記光ファイバの光軸方向に垂直な少なくとも1つの面によって、
      前記基板の前記端面において前記光導波路の導波路コアと光学的に接続する第1の部分であって、前記V溝内に、短尺ファイバを有する、第1の部分と、
      前記第1の部分と光軸方向に垂直な断面を介して、前記短尺ファイバのコアと、前記1つ以上の光ファイバのコアとを光学的に接続する第2の部分と
    に切断するステップと、
     切断した前記第1の部分および前記第2の部分を光学的に接続するステップであって、前記第1の部分および前記第2の部分に渡って構成されたガイド機構によって、前記断面において、前記短尺ファイバの前記コアと、前記1つ以上の光ファイバの前記コアとを位置合わせする、ステップと
     を備える製造方法。
  7.  前記ガイド機構は、前記ベースの前記1つ以上のV溝に平行に構成されたガイド溝と、
     前記ガイド溝に挿入されたガイドピンと
     を含むことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
  8.  前記短尺ファイバは、前記基板の側の小さい径のコアと、前記第2の部分の側の大きい径のコアとの間のモードフィールド径(MFD)変換部を有することを特徴とする請求項6または7に記載の製造方法。
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