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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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
Priority to PCT/JP2020/025917 priority Critical patent/WO2022003880A1/ja
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/38—Mechanical 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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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6356619A (ja) * 1986-08-27 1988-03-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 多心光コネクタの結合方法及びそれに用いる多心光コネクタフエル−ル
JPH0588038A (ja) * 1991-09-26 1993-04-09 Furukawa Electric Co Ltd:The モードフイールド変換フアイバ部品
JPH0713036A (ja) * 1993-06-15 1995-01-17 Hitachi Cable Ltd ピッグテールファイバ付光デバイス及びその製造方法
US5548677A (en) * 1993-03-31 1996-08-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Housing structure for coupling and releasing optical modules
JP2000275470A (ja) * 1999-03-19 2000-10-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 入出力ファイバ付き平面型光波回路デバイス
JP2002040290A (ja) * 2000-07-28 2002-02-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ファイバアレイ部品及びその製造方法
US20080298748A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 Terry Dean Cox Direct-connect optical splitter module
JP2015508183A (ja) * 2012-01-27 2015-03-16 テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） 光物理インタフェースモジュール
WO2016056659A1 (ja) * 2014-10-10 2016-04-14 古河電気工業株式会社 光学部品

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6356619A (ja) * 1986-08-27 1988-03-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 多心光コネクタの結合方法及びそれに用いる多心光コネクタフエル−ル
JPH0588038A (ja) * 1991-09-26 1993-04-09 Furukawa Electric Co Ltd:The モードフイールド変換フアイバ部品
US5548677A (en) * 1993-03-31 1996-08-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Housing structure for coupling and releasing optical modules
JPH0713036A (ja) * 1993-06-15 1995-01-17 Hitachi Cable Ltd ピッグテールファイバ付光デバイス及びその製造方法
JP2000275470A (ja) * 1999-03-19 2000-10-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 入出力ファイバ付き平面型光波回路デバイス
JP2002040290A (ja) * 2000-07-28 2002-02-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ファイバアレイ部品及びその製造方法
US20080298748A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 Terry Dean Cox Direct-connect optical splitter module
JP2015508183A (ja) * 2012-01-27 2015-03-16 テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） 光物理インタフェースモジュール
WO2016056659A1 (ja) * 2014-10-10 2016-04-14 古河電気工業株式会社 光学部品

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