WO2022038763A1 - 光モジュール - Google Patents

光モジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2022038763A1
WO2022038763A1 PCT/JP2020/031584 JP2020031584W WO2022038763A1 WO 2022038763 A1 WO2022038763 A1 WO 2022038763A1 JP 2020031584 W JP2020031584 W JP 2020031584W WO 2022038763 A1 WO2022038763 A1 WO 2022038763A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
optical module
plc
fiber
present
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/031584
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕士 藤原
信建 小勝負
里美 片寄
啓 渡邉
亮一 笠原
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.)
Filing date
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/JP2020/031584 priority Critical patent/WO2022038763A1/ja
Priority to JP2022543238A priority patent/JPWO2022038763A1/ja
Priority to US18/041,170 priority patent/US20230358965A1/en
Publication of WO2022038763A1 publication Critical patent/WO2022038763A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an optical module in which a plurality of parts are optically connected.
  • a planar lightwave circuit has been used in an optical communication / optical signal processing system.
  • the PLC is used in the current communication network, and a splitter for branching light, an optical switch for switching the path of an optical signal, a laser and a modulator as a light source, and the like are also realized by the PLC in a broad sense.
  • PLC is composed of quartz-based material, silicon-based material, semiconductor-based material, etc.
  • the PLC is not usually used alone, but is used in the form of an optical module in which the PLC and the optical fiber are connected.
  • a fiber block made of glass or the like is used in order to widen the bonding cross-sectional area and increase the mechanical strength of the bonded portion.
  • a fiber block made of glass or the like is used in order to widen the bonding cross-sectional area and increase the mechanical strength of the bonded portion.
  • V-groove glass substrates V-groove fiber blocks
  • microcapillaries microcapillaries
  • ferrules ferrules and the like.
  • the fiber block and the PLC are bonded so that the photocoupling rate is maximized by using a fine movement centering device after filling the connection gap with the UV curable resin adhesive.
  • This is performed by irradiating with UV light to cure the UV curable resin adhesive. Since the UV curable resin adhesive cures in about a few minutes by irradiating it with UV light, the curing time is much shorter than that of a room temperature curable adhesive or a two-component adhesive that cures after being left for several hours. Therefore, by using the UV curable resin adhesive and the fiber block, optical connection with good production throughput becomes possible.
  • PLC devices are expected to be used as video / sensor devices because they require less centering work and are resistant to vibration.
  • the light input to PLCs also has a communication wavelength. It extends from the band to the shorter wavelength visible light band. Therefore, it is necessary to take measures to propagate visible light not only to the components constituting the optical module such as PLC and optical fiber but also to the optical connection portion connecting them.
  • connection method has a problem that a dust collection phenomenon occurs in a gap portion through which light passes and a connection loss increases.
  • Patent Document 2 discloses a method of filling a quartz-based glass in a portion through which light passes in an adhesive portion.
  • one simple method is to use polysilazane as a glass precursor.
  • Polysilazane is a polymer material having [(R1) (R2) Si—N (R3)] as a basic unit.
  • R1 represents hydrogen
  • R2 represents an alkyl group
  • R3 represents a vinyl group.
  • SiO 2 glass is converted to SiO 2 glass by reacting with water.
  • SiO 2 glass has lower photoreactivity and less deterioration due to input / output light of the optical connection part, and is less likely to soften even in a high temperature environment. It can also be expected to suppress the misalignment of the optical connection.
  • polysilazane has a very large curing shrinkage rate, and air gaps and voids are generated by the curing shrinkage, and it is difficult to uniformly fill the SiO 2 glass in the optical path through which light propagates (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-1721). Gazette).
  • the optical module according to the present invention is an optical module in which two parts are optically connected, and a glass layer is arranged in a region including an optical connection portion between the parts.
  • at least one of the components is provided with a thin tube for introducing outside air, and the end face of the thin tube is in contact with the glass layer.
  • FIG. 1 is a top perspective view showing the configuration of an optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a bird's-eye view showing the configuration of a fiber block in the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the end of the fiber block in the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the effect of the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the effect of the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a measurement system for evaluating the effect of the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an evaluation result of the effect of the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view at the end of the substrate in the optical module according to the modified example of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the end of the PLC in the optical module according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the end of the PLC in the optical module according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a top view of the optical module 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical module 10 includes a fiber block 11, a PLC 12 and an optical fiber 13, and a UV curable resin adhesive layer (hereinafter referred to as “adhesive layer”) 14 and a glass layer between the fiber block 11 and the PLC 12. It is equipped with 15.
  • adheresive layer UV curable resin adhesive layer
  • the optical fiber 13 is inserted and fixed in the fiber block 11.
  • the light propagating through the optical fiber 13 is coupled to the optical waveguide 16 of the PLC 12 and propagates through the optical waveguide 16 of the PLC 12.
  • the light propagating through the optical waveguide 16 of the PLC 12 is coupled to the optical fiber 13 and propagates through the optical fiber 13.
  • the adhesive layer 14 is a portion through which light input / output does not pass between the connection end faces of the fiber block 11 and the PLC 12, and at least one portion of the region where the glass layer 15 is not formed is fixed by adhesion.
  • the glass layer 15 is bonded to fix a region including a portion through which light input / output passes between the connection end faces of the fiber block 11 and the PLC 12. In other words, the glass layer 15 is arranged in the region including the optical connection portion between the fiber block 11 and the PLC 12.
  • the "optical connection portion” refers to an optical path through which light propagates, including an entrance / exit surface of light of a component of the optical module 10.
  • the "optical connection portion” includes an end surface of the optical fiber 13 which is an entrance / exit surface of light of the fiber block 11 and an end surface of an optical waveguide 16 which is an entrance / exit surface of light of PLC 12. , Refers to the optical path through which light propagates.
  • the fiber block 11 includes a V-groove 111 for fixing the optical fiber 13 and two thin tubes (V-grooves) 112 for introducing outside air. Details will be described below.
  • FIG. 2 shows the configuration of the fiber block 11.
  • the optical fiber 13 is sandwiched between the two glass substrates 113 and 114 and fixed by an adhesive.
  • a fiber fixing V-groove 111 is formed on one of the glass substrates 113.
  • the optical fiber 13 is fitted into the V-groove 111 and fixed with an adhesive to assemble the fiber block 11.
  • the layer formed by the adhesive between the two glass substrates 113 and 114 is referred to as a block fixing layer 115.
  • the thin tube 112 is formed in the longitudinal direction (y direction in the figure) of the optical fiber 13 when the fiber block 11 is assembled. Will be.
  • each of the fiber fixing V-groove 111 and the thin tube V-groove 112 is an equilateral triangle with a side of about 100 ⁇ m.
  • the cross sections of the V-grooves 111 and 112 do not have to be equilateral triangles, and the length of one side does not have to be about 100 ⁇ m.
  • the optical fiber diameter is about 130 ⁇ m.
  • FIG. 3 shows a schematic view of the end face of the fiber block 11.
  • Two thin tubes (V-grooves) 112 described above are provided.
  • the number of thin tubes 112 may be one instead of two. There may be more than one.
  • the end faces of the two thin tubes 112 are arranged at positions of line symmetry on the end face of the fiber block 11 with the axis 116 in the vertical direction (z direction in the figure) passing through the center of the optical fiber 13 as the axis of symmetry.
  • symmetry includes not only perfect symmetry but also substantially symmetry.
  • the difference from perfect symmetry may be in the range where a force is uniformly applied to the fiber block 11 and the PLC 12 during curing shrinkage in the process of forming the glass layer 15, as described later. Specifically, there may be a difference of about 500 ⁇ m from the position of perfect symmetry.
  • one thin tube it is desirable to arrange it in the vicinity of the axis 116 in the vertical direction (z direction in the figure) passing through the center of the optical fiber 13.
  • one thin tube may be arranged within a range in which a force is uniformly applied to the fiber block 11 and the PLC 12 during curing shrinkage in the process of forming the glass layer 15.
  • the range may be about 500 ⁇ m from the axis 116 in the direction perpendicular to the axis 116.
  • the outside air can be introduced through the thin tube 112 to the connection point between the fiber block 11 and the PLC 12, particularly to the region where the glass layer 15 is arranged.
  • the thin tube 112 that penetrates the fiber block 11 is provided by forming a V-groove in the glass substrate 114 that constitutes the fiber block 11, but the fiber block 11 is formed by forming a through hole by machining.
  • a thin tube 112 may be provided.
  • the adhesive layer 14 is provided so as not to come into contact with the optical path through which the light propagates, that is, the optical connection portion, in order to avoid deterioration due to the light input / output between the optical fiber 13 and the PLC 12.
  • the UV curable resin adhesive flows into the optical path and comes into contact with the optical path by controlling the filling amount of the adhesive by keeping the distance between the optical fiber 13 and the PLC 12 of the optical connection portion constant. I'm preventing it.
  • Patent Document 2 by providing a groove on the end face of the fiber block 11, it is possible to prevent the UV curable resin adhesive from flowing (invading) into the optical path and coming into contact with the optical path.
  • the glass layer 15 is provided at a connection point between the optical fiber 13 and the optical waveguide 16 of the PLC 12 so that the cross section of the glass layer 15 covers the cross section of the optical path, that is, the cross section of the optical connection portion, and the optical fiber 13 and the PLC 12 have a cross section.
  • the optical waveguide 16 is optically connected via the glass layer 15. Therefore, it is possible to suppress the dust collecting effect and suppress the increase in light loss over time at the optical connection location.
  • the glass layer 15 is formed by using polysilazane as a precursor material.
  • Polysilazane is an inorganic polymer material containing SiH 2 NH as a basic unit, and is cured by reacting with water to form a high-purity silica film.
  • the cured silica film is colorless and transparent, has no absorption edge for visible light, and has high transparency.
  • polysilazane becomes inorganic SiO 2 after curing, it has resistance to light having high energy and further has heat resistance of about 1000 ° C.
  • polysilazane is a one-component type solution, it can be easily filled in the minute gaps at the connection points.
  • the outside air is brought into contact with the glass precursor (polysilazane) which is cured by reacting with water to form the glass layer 15 by the thin tube 112 for introducing outside air, and is cured. Therefore, the outside air is a gas containing water.
  • the glass precursor polysilazane
  • polysilazane is used as the glass precursor, but one containing silicon arcosid Si (OC 2 H 5 ) 4 as a main component, one containing hydrogen silicate (H 2 SiF 6 ) as a main component, and the like. Can be used.
  • an underclad layer made of quartz glass having a thickness of 20 ⁇ m and a core layer made of quartz glass having a thickness of 2 ⁇ m whose refractive index is increased by Ge-doping are sequentially deposited on a Si substrate.
  • the core layer is formed into the pattern of the optical waveguide 16 by ordinary exposure development technology and etching technology.
  • the width of the optical waveguide 16 is about 2 ⁇ m.
  • the wafer is cut and a chip having a width of 5 mm and a length of 10 mm is cut out.
  • a SiO 2 substrate (Yatoi plate) having a width of 5 mm, a length of 2 mm, and a thickness of 1 mm is placed on the surface of the PLC12 end side to be bonded to the fiber block 11. Is bonded with a UV curable resin adhesive.
  • a V-groove 111 for fixing the optical fiber 13 having a diameter of 125 ⁇ m is formed on the surface of one of the SiO 2 substrates 113 by machining, and the optical fiber 13 is fitted into the V-groove 111.
  • the surface of one SiO 2 substrate 113 and the surface of the other SiO 2 substrate 114 are made to face each other, and the optical fiber 13 is sandwiched between the surfaces of the two SiO 2 substrates 113 and 114, and the two SiO 2 substrates. 113, 114 and the optical fiber 13 are bonded and fixed with a UV curable resin adhesive.
  • the two V-grooves 112 for introducing outside air face each other and bond the surfaces of the two SiO 2 substrates 113 and 114
  • the two V-grooves 112 on the end face of the fiber block 11 The end face is formed so as to be positioned line-symmetrically with the axis in the vertical direction passing through the center of the optical fiber 13 as the axis of symmetry.
  • optical module 10 including the fiber block 11 and the PLC 12 will be described.
  • the fiber block 11 and the PLC 12 are fixed to the fine movement centering device, the connection position is adjusted with the end faces of the fiber block 11 and the PLC 12 separated by about 1 ⁇ m, and then the fiber block 11 and the fiber block 11 are used with a UV curable resin adhesive. It is fixed (fixed) by adhering to the PLC12.
  • the gaps in the light passing portion between the connection end faces are filled with polysilazane, which is a glass precursor. Then, using a water vapor generator, polysilazane is cured by introducing water vapor into the thin tube (V groove) 112 for about several hours to form the glass layer 15 in the light passing portion.
  • Polysilazane may be cured by leaving it at room temperature for several days to form the glass layer 15 in the light passing portion.
  • the optical module 10 according to the present embodiment is manufactured.
  • FIG. 4 shows the cured region 17. Therefore, voids are likely to occur in the central portion of the end face of the fiber block 11. This is because uncured polysilazane shrinks toward the part where curing progresses rapidly.
  • the optical connection portion between the optical fiber 13 at the center of the end face of the fiber block 11 and the optical waveguide 16 of the PLC 12 is filled with SiO 2 in a state where voids are generated, so that a homogeneous glass layer 15 is not formed.
  • the fiber block 11 includes a thin tube 112 for introducing outside air in the vicinity of the optical connection portion between the optical fiber 13 and the PLC 12.
  • the fiber block 11 includes a thin tube 112 for introducing outside air in the vicinity of the optical connection portion between the optical fiber 13 and the PLC 12.
  • FIG. 5 shows the cured region 17. Therefore, it is possible to suppress the generation of voids in the central portion of the end face of the fiber block 11.
  • the generation of voids is suppressed and the SiO 2 is filled in the optical connection portion between the optical fiber 13 and the PLC 12 in the central portion of the end face of the fiber block 11, so that a homogeneous glass layer 15 is formed.
  • the position of the thin tube 112 for introducing outside air depends on the size and shape of the fiber block 11.
  • the end faces of the two thin tubes 112 for introducing outside air are line-symmetrical with respect to the axis 116 in the vertical direction (z direction in the figure) passing through the center of the optical fiber 13 at the end face of the fiber block 11.
  • the SiO 2 formed by the curing shrinkage becomes symmetrical with respect to the optical connection portion, and the force applied to the fiber block 11 and the PLC 12 in the process of the curing shrinkage of polysilazane becomes uniform.
  • the deviation (optical axis deviation) between the optical axis of the fiber block 11 and the optical axis of the PLC 12 is suppressed.
  • connection loss of the optical module 10 will be described.
  • the connection loss of the optical module 10 is evaluated by the high power resistance measuring system shown in FIG.
  • the optical module 10 includes a fiber block 11, a PLC 12, and an optical fiber 13 on the input side and the output side, respectively.
  • Light having a wavelength of 405 nm is propagated from the laser 18 to the fiber block 11 on the input side of the optical module 10 through the optical fiber 13, propagates through the PLC 12, and is emitted from the fiber block 11 on the output side of the optical module 10.
  • the output power of this emitted light is measured by the power meter 19.
  • 3.0 dB was measured as the total insertion loss of the optical module 10. Since the transmission loss of the PLC 12 is estimated to be 1.0 dB from the existing measurement, the connection loss between the fiber block 11 on the input side and the output side and the PLC 12 is estimated to be 1.0 dB, respectively.
  • the connection loss was 1.0 dB, which was the same value as when the optical module according to the present embodiment was used.
  • the loss fluctuation (change with time) of the optical module 10 according to the present embodiment was measured.
  • Light having a wavelength of 405 nm and 20 mW was incident, and the loss of the optical module 10 was measured for 2000 hours.
  • FIG. 7 it was found that in the optical module 10 according to the present embodiment, the insertion loss does not change from 3 dB even after 2000 hours have passed.
  • the same measurement was performed using a conventional optical module instead of the optical module according to this embodiment.
  • the loss increases in about 100 hours.
  • the dust collecting effect collects dust in the air gap, which increases the connection loss.
  • the optical module 10 according to the present embodiment has excellent reliability.
  • optical module 10 According to the optical module 10 according to the present embodiment, optical connection resistant to high-energy light in the visible region becomes possible.
  • the fiber block 11 is composed of two glass plates, but the present invention is not limited to this, and the fiber block 11 may be composed of a plurality of glass plates.
  • a substrate having a plurality of capillaries (capillaries) is used instead of the fiber block in the first embodiment.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • a substrate 21 having a plurality of thin tubes (capillaries) is used, and an optical fiber 13 is inserted into one thin tube 211 to form another thin tube 212.
  • thin tubes located on both sides of the thin tube into which the optical fiber 13 is inserted can be used as a thin tube for introducing outside air.
  • the optical module 20 by providing the thin tube 212 for introducing outside air in the vicinity of the optical connection portion, curing starts not only from the peripheral portion of the end face of the substrate 21 but also from the periphery of the thin tube 212. The generation of voids at the connection can be suppressed. As a result, SiO 2 is filled in the optical connection portion between the optical fiber and the PLC, so that a homogeneous glass layer is formed.
  • the fiber and the PLC can be bonded (fixed) with a smaller bonding area than the fiber block.
  • FIG. 9 shows the periphery of the end face of one PLC at the connection point of two PLCs in the optical module 30 according to the present embodiment. The same applies to the periphery of the end face of the other PLC.
  • the optical module 30 includes two PLC parts 31 and 32 (not shown).
  • the PLC component 31 includes a PLC 313 and a yatoi plate 314, and the PLC 313 and the yatoi plate 314 are fixed by an adhesive.
  • the yatoi plate 314 is fixed to the surface on the end side of the PLC12 on the side to be bonded to another component (in the present embodiment, the other PLC component 32).
  • the layer made of an adhesive between the PLC 313 and the yatoi plate 314 is referred to as a PLC fixing layer 315.
  • the PLC component 32 has the same configuration as the PLC component 31.
  • PLC313 has an optical waveguide 311.
  • V-grooves On the yatoi plate 314, two thin tubes (V-grooves) 312 for introducing outside air are provided, and the vertical axis (z direction in the figure) 316 whose end surface passes through the center of the optical waveguide 311 of the PLC 313 at the end surface of the PLC component 31. Is formed so as to be in a line-symmetrical position with the axis of symmetry.
  • the shape, configuration, and PLC configuration of the thin tube (V-groove) 312 formed on the Yatoi plate 314 are the same as those in the first embodiment.
  • a glass layer and an adhesive layer are formed between the two PLC parts 31 and 32 in the same manner as in the first embodiment, and these two PLC parts 31 and 32 are adhered and fixed. , The optical module 30 is manufactured.
  • a glass layer is formed in the region including the optical connection portion between the PLC parts 31 and 32, and the PLC parts 31 and 32 are fixed. Specifically, a glass layer is formed in a region including an optical path through which light propagates, including an end surface of an optical waveguide which is an entrance / exit surface of light of each of the PLC components 31 and 32.
  • the cross section of the glass layer is formed so as to cover the cross section of the optical connection portion.
  • an adhesive layer is formed in at least one part of the region between the PLC parts 31 and 32 where the glass layer is not formed, and the PLC parts 31 and 32 are fixed.
  • the optical module 30 can suppress the generation of voids in the optical connection portion in the process of forming the glass layer, and the optical connection portion between the PLC parts 31 and 32 can be suppressed. Is filled with SiO 2 , so that a homogeneous glass layer is formed.
  • the insertion loss of the optical module 30 according to the present embodiment will be described.
  • the measurement system is substantially the same as that of the present embodiment, and instead of the optical module according to the first embodiment having fiber blocks at the incident end and the outgoing end of the PLC, a book having a configuration in which two PLCs are connected.
  • the optical module according to the embodiment is used.
  • connection loss at the optical connection points of the two PLCs is 1.0 dB, which is equivalent to the optical module according to the first embodiment.
  • the insertion loss does not change even if light having a wavelength of 405 nm and 1 mW is transmitted through the optical module 30 for 2000 hours.
  • the optical module 30 according to the present embodiment has the same high power resistance as the optical module according to the first embodiment.
  • two PLCs can be directly bonded and fixed without using a fiber.
  • it has resistance to high-power light at the optical connection points of the two PLCs.
  • optical module 30 it is possible to realize a small module that suppresses shaft misalignment even in a high temperature environment.
  • the number of optical connection points is halved as compared with the configuration in which PLCs are connected to each other via a fiber, so that the yield is improved and the cost is reduced. can.
  • the thin tube 412 can be provided by forming the deep groove 412 in the PLC 413.
  • the width of the deep groove 412 is about 100 ⁇ m, and the depth is about 40 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • optical module 30 an example in which PLCs are optically connected to each other is shown, but one is a PLC component in the present embodiment and the other is a normal fiber block (having a thin tube for introducing outside air). It may not be a fiber block).
  • optical module 30 an example in which a thin tube for introducing outside air is formed in both of the two PLC components is shown, but the present invention is not limited to this.
  • a thin tube for introducing outside air may be formed only in one PLC component.
  • the "vertical direction” in the embodiment of the present invention means the vertical direction with respect to the bottom surface of the optical module component, for example, the fiber block or the PLC component.
  • the optical module includes a fiber block having a thin tube for introducing outside air and a PLC component having no thin tube for introducing outside air, but both the fiber block and the PLC component are used. It may have a thin tube for introducing outside air.
  • an example is shown in which an optical module component, for example, a fiber block or a PLC component, is provided with a thin tube for introducing outside air in the vicinity of the optical connection portion.
  • an optical module component for example, a fiber block or a PLC component
  • a thin tube for introducing outside air in the vicinity of the optical connection portion.
  • the end face of the thin tube comes into contact with the glass layer (glass precursor) of the optical connection portion.
  • the "neighborhood of the optical connection portion" is in the range of about 50 ⁇ m to 600 ⁇ m from the optical connection portion.
  • the present invention is not limited to this.
  • One thin tube may be provided.
  • a plurality of thin tubes of three or more may be provided. Any structure may be used as long as it can introduce outside air in the process of forming the glass layer.
  • the present invention is not limited to this.
  • the thin tube does not have to be arranged parallel to the optical fiber or the optical waveguide of the PLC, and may be bent. If one end face of the thin tube is arranged in the vicinity of the glass layer, the other end face may be arranged on a surface in contact with the outside air such as the surface or side surface of the fiber block.
  • the end faces of the two thin tubes are arranged at the end faces of the fiber block at a position of line symmetry with the vertical axis passing through the center of the optical fiber as the axis of symmetry.
  • An example is shown, but it is not limited to this.
  • the tubules do not have to be arranged symmetrically. Any structure may be used as long as it can introduce outside air in the process of forming the glass layer.
  • the thin tube for introducing outside air is a V-groove having a triangular cross section, but the present invention is not limited to this.
  • the cross-sectional shape of the thin tube may be another shape such as a circle, an ellipse, a semicircle, a rectangle, or a polygon.
  • an example of fixing with a glass layer and an adhesive layer between the components of the optical module for example, between the fiber block and the PLC component, or between the PLC components has been shown. Not limited to this.
  • the components of the optical module can be fixed only by the glass layer without causing an optical axis shift, for example, when forming a glass layer having a sufficiently large area for fixing, no adhesive layer is provided. May be good.
  • liquid phase synthesis method for example, a sol-gel method may be used.
  • sol-gel method a liquid raw material is hydrolyzed and polymerized to form a gel, which is left at room temperature or fired to be cured to form a glass layer.
  • the liquid raw material is hydrolyzed to be cured to form a glass layer.
  • the outside air introduced by a thin tube is a gas containing water in order to form a glass layer by reacting with water
  • the present invention is not limited to this.
  • a dry gas such as nitrogen may be used as the outside air.
  • a gas containing oxygen may be used as the outside air.
  • the optical module is composed of two parts, but the present invention is not limited to this, and the optical module may be composed of a plurality of parts.
  • a structure having a glass layer and a thin tube shown in the embodiment of the present invention may be provided between at least one part.
  • the present invention can be applied to devices and devices of optical communication / optical signal processing systems and optical information transmission systems.
  • Optical module 11 Fiber block 111 Optical fiber V-groove 112 Thin tube 12 PLC 13 Optical fiber 14 Adhesive layer 15 Glass layer 16 Optical wave guide

Abstract

本発明の光モジュール（１０）は、２台の部品が光接続される光モジュールであって、部品間の光接続部を含む領域に、ガラス層（１５）を配し、少なくとも一方の部品が、外気導入用の細管（１１２）を備え、細管（１１２）の端面が、ガラス層（１５）に接する。　これにより、本発明は、部品間での光接続が低損失である光モジュールを提供することができる。

Description

光モジュール
　本発明は、複数の部品が光接続される光モジュールに関する。
　従来、平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ；ＰＬＣ）は、光通信・光信号処理システムに用いられてきた。ＰＬＣは、現在の通信網に利用されており、光を分岐するスプリッタや、光信号の経路を切り替える光スイッチ、また光源となるレーザや変調器なども広義のＰＬＣで実現される。
　ＰＬＣは、石英系材料、シリコン系材料、半導体系材料などで構成される。ＰＬＣは通常、単一では用いられず、ＰＬＣと光ファイバを接続した光モジュールの形で用いられる。
　ＰＬＣを、光ファイバと調芯して接着固定する際、その接着断面積を広くして接着部の機械的強度を高めるために、ガラスなどで作られたファイバブロックが用いられている。例えば、Ｖ溝ガラス基板（Ｖ溝ファイバブロック）、マイクロキャピラリ、フェルール等がある。これらのファイバブロックに光ファイバを固定し、ファイバブロックをＰＬＣに接着する。
　ファイバブロックとＰＬＣの接着は、特許文献１に示されているように、ＵＶ硬化樹脂接着剤を接続隙間に充填した後に、微動調芯装置を用いて光結合率が最大になるように調芯を行い、ＵＶ光を照射してＵＶ硬化樹脂接着剤を硬化させることにより行われる。ＵＶ硬化樹脂接着剤はＵＶ光を照射して数分程度で硬化するため、数時間放置して硬化する室温硬化型接着剤や２液性接着剤に比べて硬化時間がはるかに短い。従って、ＵＶ硬化樹脂接着剤とファイバブロックを用いることにより、生産スループットが良好な光接続が可能となる。
　近年、ＰＬＣデバイスは、調芯工数が少なく、振動にも強いことから、映像・センサデバイスとして用いられることも期待されており、ＰＬＣの適応先拡大に伴って、ＰＬＣに入力する光も通信波長帯からより短波長な可視光帯まで拡大している。従って、ＰＬＣや光ファイバ等、光モジュールを構成する部品だけでなく、それらを接続する光接続部分についても可視光を伝搬させるための対策が必要である。
　従来の樹脂接着剤は、紫外光等の高エネルギーの光を吸収して劣化してしまう場合があることが知られている。この樹脂の劣化による接続損失の増加を抑制するため、ＰＬＣと光ファイバの接着部において、光が通過しない部分のみを樹脂接着剤で固定しておき、光が通過する部分を空隙（エアギャップ）にしておく接続方法が取られる。
　しかしながら、この接続方法では、光が通過する空隙部分に集塵現象が生じ、接続損失が増大してしまうという問題がある。
　また、特許文献２には、接着部の光が通過する部分に石英系ガラスを充填する方法が開示されている。例えば、簡単な方法の一つとして、ポリシラザンをガラス前駆体として用いる方法がある。ポリシラザンは、［（Ｒ１）（Ｒ２）Ｓｉ－Ｎ（Ｒ３）］を基本ユニットとするポリマー材料である。ここで、　Ｒ１は水素、Ｒ２はアルキル基、Ｒ３はビニル基を示す。
　ポリシラザンは、水と反応することによりＳｉＯ２ガラスに転化する。ＳｉＯ２ガラスは、ＵＶ硬化樹脂に代表される樹脂系材料と比較して、光反応性が小さく光接続部の入出力光による劣化が少ないことに加えて、高温環境下においても軟化しにくいため光接続部の軸ずれの抑制も期待できる。
特開２０１４－０４８６２８号公報 特開２０１８－１９４８０２号公報
　しかしながら、ポリシラザンは非常に硬化収縮率が大きく、硬化収縮によってエアギャップやボイドが発生し、光が伝搬する光路に均質にＳｉＯ２ガラスを充填することが困難であった（特開２０１３－１７２１号公報）。
　上述したような課題を解決するために、本発明に係る光モジュールは、２台の部品が光接続される光モジュールであって、前記部品間の光接続部を含む領域に、ガラス層を配し、少なくとも一方の前記部品が、外気導入用の細管を備え、前記細管の端面が、前記ガラス層に接することを特徴とする。
　本発明によれば、部品間での光接続特性に優れる光モジュールを提供できる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す上面透視図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールにおけるファイバブロックの構成を示す鳥瞰透視図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールにおけるファイバブロックの端部での断面図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの効果を説明するための概要図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの効果を説明するための概要図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの効果を評価するための測定系を示す図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの効果の評価結果を示す図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光モジュールにおける基板の端部での断面図である。 図９は、本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールにおけるＰＬＣの端部での断面図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールにおけるＰＬＣの端部での断面図である。
＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態について図１～図８を参照して説明する。
＜光モジュールの構成＞
　図１に、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュール１０の上面図を示す。光モジュール１０は、ファイバブロック１１と、ＰＬＣ１２と光ファイバ１３とを備え、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２との間にＵＶ硬化樹脂接着剤層（以下、「接着剤層」という。）１４と、ガラス層１５とを備える。
　ファイバブロック１１には、光ファイバ１３が挿入され固定される。
　光ファイバ１３を伝搬する光は、ＰＬＣ１２の光導波路１６に結合して、ＰＬＣ１２の光導波路１６を伝搬する。または、ＰＬＣ１２の光導波路１６を伝搬する光は、光ファイバ１３に結合して、光ファイバ１３を伝搬する。
　接着剤層１４は、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２との接続端面間において入出力される光が通過しない部分であって、ガラス層１５が形成されない領域の少なくとも１部を接着により固定する。
　ガラス層１５は、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２との接続端面間において入出力される光が通過する部分を含む領域を接着により固定する。換言すれば、ガラス層１５は、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２との間の光接続部を含む領域に配置される。
　以下、「光接続部」は、光モジュール１０の部品の光の入出射面を含む、光が伝搬する光路をいう。例えば、本実施の形態では、「光接続部」は、ファイバブロック１１の光の入出射面である光ファイバ１３の端面と、ＰＬＣ１２の光の入出射面である光導波路１６の端面とを含む、光が伝搬する光路をいう。
　ファイバブロック１１は、光ファイバ１３を固定するためのＶ溝１１１と、外気導入用の２本の細管（Ｖ溝）１１２を備える。詳細を以下に説明する。
　図２に、ファイバブロック１１の構成を示す。ファイバブロック１１では、２枚のガラス基板１１３、１１４で光ファイバ１３を挟み込んで接着剤により固定する。光ファイバ１３を固定するために、一方のガラス基板１１３にファイバ固定用Ｖ溝１１１が形成される。このＶ溝１１１に光ファイバ１３をはめ込み、接着剤で固定することでファイバブロック１１を組み立てる。ここで、２枚のガラス基板１１３、１１４間の接着剤による層をブロック固着層１１５という。
　さらに、他方のガラス基板１１４に、外気導入用の細管１１２としてＶ溝を形成することにより、ファイバブロック１１を組み立てた際に光ファイバ１３の長手方向（図中ｙ方向）に細管１１２が形成されることになる。
　ここで、ファイバ固定用Ｖ溝１１１と細管のＶ溝１１２それぞれの断面は、１辺が１００μｍ程度の正三角形である。Ｖ溝１１１、１１２の断面は正三角形でなくてもよく、一辺の長さも１００μｍ程度でなくてもよい。また、光ファイバ径は１３０μｍ程度である。
　図３に、ファイバブロック１１の端面の模式図を示す。上述した細管（Ｖ溝）１１２は２本設けられている。ここで、細管１１２は２本でなくても１本であってもよい。複数であってもよい。
　２本の細管１１２の端面は、ファイバブロック１１の端面において、光ファイバ１３の中心を通る垂直方向（図中ｚ方向）の軸１１６を対称軸として線対称の位置に配置される。
　以下、「対称」は完全対称だけではなく、略対称も含む。略対称の場合、完全対称との差異は、後述のように、ガラス層１５の形成過程における硬化収縮の際にファイバブロック１１とＰＬＣ１２に力が均一にかかる程度の範囲であればよい。具体的には、完全対称の位置から５００μｍ程度の差異があってもよい。
　１本の細管の場合には、光ファイバ１３の中心を通る垂直方向（図中ｚ方向）の軸１１６の近傍に配置されることが望ましい。ここで、１本の細管は、後述のように、ガラス層１５の形成過程における硬化収縮の際にファイバブロック１１とＰＬＣ１２に力が均一にかかる程度の範囲に配置されればよい。具体的には、軸１１６から、軸１１６と垂直方向に５００μｍ程度の範囲であればよい。
　この細管１１２を設けることによって、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２を接続した際に、細管１１２を通して外気をファイバブロック１１とＰＬＣ１２の接続箇所、とくにガラス層１５を配置する領域に導入することが可能となる。
　本実施の形態では、ファイバブロック１１を構成するガラス基板１１４にＶ溝を形成することでファイバブロック１１を貫通する細管１１２を設けたが、機械加工により貫通穴を形成することでファイバブロック１１に細管１１２を設けてもよい。
　接着剤層１４は、光ファイバ１３とＰＬＣ１２との間で入出力される光による劣化を避けるために、光が伝搬する光路すなわち光接続部に接触しないように設けられている。本実施の形態では、光接続部の光ファイバ１３とＰＬＣ１２の距離を一定にして接着剤の充填量を制御することにより、光路にＵＶ硬化樹脂接着剤が流入（侵入）して接触することを防いでいる。
　または、特許文献２に開示されるように、ファイバブロック１１端面に溝を設けることにより、光路にＵＶ硬化樹脂接着剤が流入（侵入）して接触することを防ぐこともできる。
　このように、ＵＶ硬化樹脂接着剤による接着剤層が可視光により劣化することが抑制される。
　ガラス層１５は、光ファイバ１３とＰＬＣ１２の光導波路１６との接続箇所において、ガラス層１５の断面が光路の断面すなわち光接続部の断面を覆うように設けられており、光ファイバ１３とＰＬＣ１２の光導波路１６はガラス層１５を介して光接続されている。そのため、集塵効果を抑制し、光接続箇所の経時的な光損失の増加を抑制することが可能である。
　ガラス層１５は、前駆体材料にポリシラザンを用いて形成される。
　ポリシラザンは、ＳｉＨ２ＮＨを基本ユニットとする無機ポリマー材料であり、水と反応させることにより硬化して高純度なシリカ膜を形成する。硬化後のシリカ膜は、無色透明であり、可視光に対して吸収端を有さず、高い透明性を有する。
　また、ポリシラザンは、硬化後に無機のＳｉＯ２となるため、高エネルギーを有する光への耐性があり、さらには１０００℃程度の耐熱性も有する。
　さらに、ポリシラザンは、一液タイプの溶液であるため、接続箇所の微小な隙間に容易に充填させることができる。
　このように、本実施の形態では、外気導入用の細管１１２により、水と反応して硬化してガラス層１５となるガラス前駆体（ポリシラザン）に外気を接触させて硬化させる。したがって、外気は、水分を含む気体である。
　本実施の形態では、ガラス前駆体としてポリシラザンを用いたが、シリコンアルコシドＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を主成分とするものやケイフッ化水素（Ｈ２ＳｉＦ６）を主成分にするものなどを用いることができる。
＜光モジュールの製造方法＞
　次に、本実施の形態に係る光モジュール１０の作製方法の一例を説明する。
　初めに、ＰＬＣ１２の作製について説明する。まず、Ｓｉ基板上に厚さ２０μｍの石英ガラスで構成されるアンダークラッド層と、Ｇｅドープにより屈折率を高めた厚さ２μｍの石英ガラスで構成されるコア層とを順次堆積する。
　次に、通常の露光現像技術及びエッチング技術により、コア層を光導波路１６のパターンに成形する。ここで、光導波路１６の幅は、２μｍ程度である。
　次に、石英ガラスで構成されるオーバークラッド層を２０μｍ堆積して光導波路１６を形成した後に、ウエハをカットし、幅高さ５ｍｍ×長さ幅１０ｍｍのサイズのチップを切り出す。
　最後に、ファイバブロック１１との接着面積を拡大するために、ファイバブロック１１と接着する側のＰＬＣ１２端部側の表面に、幅高さ５ｍｍ×長さ幅２ｍｍ×厚み１ｍｍＳｉＯ２基板（ヤトイ板）をＵＶ硬化樹脂接着剤で接着する。
　このように、ＰＬＣ１２が作製される。
　次に、ファイバブロック１１の作製について説明する。まず、厚さ１ｍｍ、面積５ｍｍ×５ｍｍのサイズのＳｉＯ２基板１１３、１１４を２枚用意する。
　次に、一方のＳｉＯ２基板１１３の表面に、φ１２５μｍの光ファイバ１３固定用のＶ溝１１１を機械加工により形成し、このＶ溝１１１に光ファイバ１３をはめ込む。
　次に、他方のＳｉＯ２基板１１４の表面に、外気導入用の２本のＶ溝１１２を機械加工により形成する。
　次に、一方のＳｉＯ２基板１１３の表面と他方のＳｉＯ２基板１１４の表面とを対面させて、光ファイバ１３を２枚のＳｉＯ２基板１１３、１１４の表面で挟み込み、２枚のＳｉＯ２基板１１３、１１４と光ファイバ１３とをＵＶ硬化樹脂接着剤で接着して固定する。
　最後に、ファイバブロック１１の端面を研磨する。
　このように、外気導入用の２本のＶ溝１１２は、２枚のＳｉＯ２基板１１３、１１４の表面を対面させて接着する際に、ファイバブロック１１の端面において、２本のＶ溝１１２の端面が光ファイバ１３の中心を通る垂直方向の軸を対称軸として線対称の位置するように形成される。
　ここで、ＳｉＯ２基板１１３、１１４を接着する際に、外気導入用のＶ溝１１２がＵＶ硬化樹脂接着剤で埋まらないように、接着剤の塗布量と接着時の押し付け圧力を調整する必要がある。
　最後に、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２とを備える光モジュール１０の作製について説明する。
　まず、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２とを微動調芯装置に固定し、ファイバブロック１１とＰＬＣ１２の端面を１μｍ程度離した状態で接続位置を調整した後、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いてファイバブロック１１とＰＬＣ１２とを接着して固定（固着）する。
　最後に、固定（固着）されたファイバブロック１１とＰＬＣ１２を微動調芯装置から取り外した後、接続端面間における光通過部分の空隙にガラス前駆体であるポリシラザンを充填する。その後、水蒸気発生装置を用いて、数時間程度、水蒸気を細管（Ｖ溝）１１２に導入することによってポリシラザンを硬化させて、ガラス層１５を光通過部分に形成する。
　室温で数日放置することによってポリシラザンを硬化させて、ガラス層１５を光通過部分に形成してもよい。
　以上のように、本実施の形態に係る光モジュール１０が作製される。
＜光モジュールの効果＞
　次に、本実施の形態に係る光モジュール１０の効果を説明する。
　従来の光モジュールの作製過程においては、図４に示すように、ファイバブロック１１端面の周辺部のみが外気に接するので、この周辺部からポリシラザンの硬化が始まる。ここで、図４に硬化領域１７を示す。そこで、ファイバブロック１１端面の中央部はボイドが生じやすい。これは未硬化のポリシラザンが、硬化の進行が速い部分に向かって収縮するためである。
　その結果、ファイバブロック１１端面の中央部の光ファイバ１３とＰＬＣ１２の光導波路１６との光接続部にはボイドが発生する状態でＳｉＯ２が充填されるので、均質なガラス層１５が形成されない。
　一方、本実施の形態に係る光モジュール１０では、図５に示すように、ファイバブロック１１は、光ファイバ１３とＰＬＣ１２の光接続部の近傍に、外気導入用の細管１１２を備える。これにより、ファイバブロック１１端面の周辺部だけでなく、細管１１２周辺からも硬化が始まる。ここで、図５に硬化領域１７を示す。そこで、ファイバブロック１１端面の中央部におけるボイドの発生を抑制できる。
　その結果、ファイバブロック１１端面の中央部の光ファイバ１３とＰＬＣ１２の光接続部にボイドの発生が抑制されＳｉＯ２が充填されるので、均質なガラス層１５が形成される。
　ここで、外気導入用の細管１１２の位置はファイバブロック１１の大きさ、形状に依存する。本実施の形態に係る光モジュール１０に用いるファイバブロック１１の形状においては、外気導入用の細管１１２を、光ファイバ１３とＰＬＣ１２の光接続部から５０μｍ～６００μｍの範囲に配置することが効果的である。
　本実施の形態では、２本の外気導入用の細管１１２の端面を、ファイバブロック１１の端面において、光ファイバ１３の中心を通る垂直方向（図中ｚ方向）の軸１１６を対称軸として線対称の位置に配置することにより、硬化収縮により形成されるＳｉＯ２が光接続箇所に対して対称になり、ポリシラザンの硬化収縮の過程でファイバブロック１１とＰＬＣ１２にかかる力が均一になる。その結果、ファイバブロック１１の光軸とＰＬＣ１２の光軸とのずれ（光軸ずれ）が抑制される。
　本実施の形態に係る光モジュール１０の接続損失を説明する。光モジュール１０の接続損失は、図６に示すハイパワー耐性の測定系により評価される。
　光モジュール１０は、入力側と出力側それぞれのファイバブロック１１とＰＬＣ１２と光ファイバ１３とを備える。
　光モジュール１０の入力側のファイバブロック１１にレーザ１８から波長４０５ｎｍの光が光ファイバ１３を伝搬して入射され、ＰＬＣ１２を伝搬して、光モジュール１０の出力側のファイバブロック１１から出射される。この出射光の出力パワーが、パワーメータ１９で測定される。
　光モジュール１０の全体の挿入損失として３．０ｄＢが測定された。ＰＬＣ１２の透過損失は、既存の測定から１．０ｄＢと見積もられるため、入力側と出力側のファイバブロック１１とＰＬＣ１２間での接続損失はそれぞれ１．０ｄＢと推定される。
　比較のために、図６に示す測定系において、本実施の形態に係る光モジュールに代えて、従来の光モジュールを用いて測定を行った。従来の光モジュールでは、光通過部分をエアギャップとする。その結果、接続損失は１．０ｄＢであり、本実施の形態に係る光モジュールを用いた場合と同等の値が得られた。
　したがって、本実施の形態に係る光モジュール１０において、光の透過性に問題がなく、低損失の接続が確認された。
　また、本実施の形態に係る光モジュール１０の損失変動（経時変化）を測定した。波長４０５ｎｍ、２０ｍＷの光を入射して、２０００時間、光モジュール１０の損失を測定した。その結果、図７に示すように、本実施の形態に係る光モジュール１０では、２０００時間経過しても挿入損失が３ｄＢから変化しないことがわかった。
　比較のために、本実施の形態に係る光モジュールに代えて、従来の光モジュールを用いて、同様の測定を行った。その結果、従来の光モジュールでは、損失が１００時間程度で増加する。これは前述したように、集塵効果によりエアギャップに埃を集まり、それらが接続損失を増大させることが分析により確認されている。
　このように、本実施の形態に係る光モジュール１０は、信頼性に優れることがわかった。
　以上より、本実施の形態に係る光モジュール１０によれば、可視領域の高エネルギーな光に耐性のある光接続が可能になる。
　本実施の形態に係る光モジュール１０では、ファイバブロック１１が２枚のガラス板により構成される例を示したが、これに限らず、複数のガラス板により構成されてもよい。
＜変形例＞
　また、本実施の形態の変形例に係る光モジュールでは、第１の実施の形態におけるファイバブロックに代えて、複数の細管（キャピラリー）を有する基板（キャピラリー基板）を用いる。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
　本変形例に係る光モジュール２０では、図８に示すように、複数の細管（キャピラリー）を有する基板２１を用いて、１本の細管２１１に光ファイバ１３を挿入して、他の細管２１２、例えば光ファイバ１３を挿入する細管の両隣に位置する細管を、外気導入用の細管として用いることができる。
　本変形例に係る光モジュール２０によれば、光接続部の近傍に外気導入用の細管２１２を備えることにより、基板２１端面の周辺部だけでなく、細管２１２周辺からも硬化が始まるので、光接続部におけるボイドの発生を抑制できる。その結果、光ファイバとＰＬＣの光接続部にＳｉＯ２が充填されるので、均質なガラス層が形成される。
　また、本変形例に係る光モジュール２０によれば、ファイバブロックと比べて小さい接着面積でファイバとＰＬＣを接着（固着）できる。
＜第２の実施の形態＞
　次に、本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールを図９～図１０を参照して説明する。本実施の形態に係る光モジュール３０では、２台のＰＬＣがポリシラザンにより光接続される。
＜光モジュールの構成＞
　図９に、本実施の形態に係る光モジュール３０における２台のＰＬＣの接続箇所での一方のＰＬＣの端面周辺を示す。他方のＰＬＣの端面周辺も同じである。
　本実施の形態に係る光モジュール３０は、２つのＰＬＣ部品３１、３２（図示せず）を備える。ＰＬＣ部品３１は、ＰＬＣ３１３と、ヤトイ板３１４を備え、ＰＬＣ３１３とヤトイ板３１４は接着剤により固定される。ここで、ヤトイ板３１４は、他の部品（本実施の形態では、他方のＰＬＣ部品３２）と接着する側のＰＬＣ１２端部側の表面に固定される。以下、ＰＬＣ３１３とヤトイ板３１４との間の接着剤からなる層をＰＬＣ固着層３１５という。ＰＬＣ部品３２は、ＰＬＣ部品３１と同じ構成を有する。
　ＰＬＣ３１３は光導波路３１１を有する。
　ヤトイ板３１４には、２本の外気導入用の細管（Ｖ溝）３１２が、その端面がＰＬＣ部品３１の端面においてＰＬＣ３１３の光導波路３１１の中心を通る垂直方向（図中ｚ方向）の軸３１６を対称軸として線対称の位置になるように形成される。
　ヤトイ板３１４に形成される細管（Ｖ溝）３１２の形状、構成、およびＰＬＣの構成は、第１の実施の形態と同じである。
　第１の実施の形態と同様の方法で、２つのＰＬＣ部品３１、３２の間に、ガラス層と接着剤層を形成して、これらの２つのＰＬＣ部品３１、３２を接着して固着して、光モジュール３０が作製される。
　その結果、ＰＬＣ部品３１、３２の間の光接続部を含む領域にガラス層が形成され、ＰＬＣ部品３１、３２が固定される。具体的には、ＰＬＣ部品３１、３２それぞれの光の入出射面である光導波路の端面とを含む、光が伝搬する光路を含む領域にガラス層が形成される。
　ここで、ガラス層の断面が、光接続部の断面を覆うように形成される。
　また、ＰＬＣ部品３１、３２の間のガラス層が形成されない領域の少なくとも１部に接着剤層が形成され、ＰＬＣ部品３１、３２が固定される。
＜光モジュールの効果＞
　本実施の形態に係る光モジュール３０は、第１の実施の形態と同様に、ガラス層の形成過程で光接続部でのボイドの発生を抑制でき、ＰＬＣ部品３１、３２の間の光接続部にＳｉＯ２が充填されるので、均質なガラス層が形成される。
　本実施の形態に係る光モジュール３０の挿入損失について説明する。測定系は、本実施の形態と略同様であり、ＰＬＣの入射端と出射端にファイバブロックを備える第１の実施の形態に係る光モジュールに代えて、２台のＰＬＣを接続した構成の本実施の形態に係る光モジュールを用いる。
　測定の結果、２台のＰＬＣの光接続箇所における接続損失は１．０ｄＢであり、第１の実施の形態に係る光モジュールと同等である。
　また、光接続部のハイパワー耐性については、波長４０５ｎｍ、１ｍＷの光を２０００時間、光モジュール３０に透過しても、挿入損失は変動しない。このように、本実施の形態に係る光モジュール３０は、第１の実施の形態に係る光モジュールと同等のハイパワー耐性を有する。
　本実施の形態に係る光モジュール３０によれば、２台のＰＬＣを、ファイバを介さず直接接着して固定できる。また、２台のＰＬＣの光接続箇所においてハイパワーな光に対する耐性を有する。
　本実施の形態に係る光モジュール３０によれば、高温環境下でも軸ずれを抑制する小型モジュールを実現できる。
　また、本実施の形態に係る光モジュール３０によれば、ファイバを介してＰＬＣ同士を接続する構成と比較して、光接続箇所の数が半分になるので、歩留まりの向上やコストの削減を実現できる。
　本実施の形態に係る光モジュール３０では、ヤトイ板３１４にＶ溝を形成することにより外気導入用の細管３１２を設ける例を示したが、これに限らない。図１０に示すように、ＰＬＣ４１３に深溝４１２を形成することにより細管４１２を設けることができる。ここで、深溝４１２の幅は１００μｍ程度であり、深さは４０μｍ～１００μｍ程度である。
　この構成のＰＬＣの作製において、ドライエッチング等で溝を形成するプロセスを有する場合は、同時に外気導入用の深溝を形成することができ、作製プロセスにおける負荷を低減することが可能である。
　本実施の形態に係る光モジュール３０では、ＰＬＣ同士を光接続する例を示したが、一方が本実施の形態におけるＰＬＣ部品あって、他方が通常のファイバブロック（外気導入用の細管を有さないファイバブロック）であってもよい。
　本実施の形態に係る光モジュール３０では、２つのＰＬＣ部品両方に外気導入用の細管が形成される例を示したが、これに限らない。一方のＰＬＣ部品にのみ外気導入用の細管が形成されてもよい。
　本発明の実施の形態における「垂直方向」とは、光モジュールの部品、例えば、ファイバブロックやＰＬＣ部品の底面に対する垂直方向をいう。
　本発明の実施の形態では、光モジュールが外気導入用の細管を有するファイバブロックと外気導入用の細管を有さないＰＬＣ部品とを備える例を示したが、ファイバブロックとＰＬＣ部品と両方が、外気導入用の細管を有してもよい。
　本発明の実施の形態では、光モジュールの部品、例えば、ファイバブロックやＰＬＣ部品が、光接続部の近傍に、外気導入用の細管を備える例を示した。ここで、細管は、光接続部の近傍に配置される結果、細管の端面は、光接続部のガラス層（ガラス前駆体）に接することになる。ここで、「光接続部の近傍」は、光接続部から５０μｍ～６００μｍ程度の範囲である。
　本発明の実施の形態では、外気を導入するために２本の細管を設ける例を示したが、これに限らない。１本の細管を設けてもよい。また、当然、３本以上の複数の細管を設けてもよい。ガラス層の形成過程において外気を導入できる構成であればよい。
　本発明の実施の形態では、外気を導入するために２本の細管を光ファイバ又はＰＬＣの光導波路と平行に配置する例を示したが、これに限らない。細管は光ファイバ又はＰＬＣの光導波路と平行に配置されなくてもよく、屈曲していてもよい。細管の一方の端面がガラス層の近傍に配置されれば、他方の端面はファイバブロックの表面や側面など外気と接する面に配置されればよい。
　本発明の実施の形態では、外気を導入するために、２本の細管の端面を、ファイバブロックの端面において、光ファイバの中心を通る垂直方向の軸を対称軸として線対称の位置に配置する例を示したが、これに限らない。細管は対称に配置されなくてもよい。ガラス層の形成過程において外気を導入できる構成であればよい。
　本発明の実施の形態では、外気導入用の細管を、断面が三角形とであるＶ溝とする例を示したが、これに限らない。細管の断面形状は、円形、楕円、半円、矩形、多角形など他の形状であってもよい。
　本発明の実施の形態では、光モジュールの部品間、例えば、ファイバブロックとＰＬＣ部品との間、またはＰＬＣ部品同士の間において、ガラス層と接着剤層を用いて固定する例を示したが、これに限らない。光モジュールの部品を、ガラス層のみにより光軸ずれを生じさせずに固定できる場合には、例えば、固定するのに十分大きい面積のガラス層を形成する場合には、接着剤層を設けなくてもよい。
　本発明の実施の形態では、ガラス層をポリシラザンを用いて形成する例を示したが、これに限らず、他の液相合成法により形成してもよい。液相合成法としては、例えば、ゾル－ゲル法を用いてもよい。ゾル－ゲル法では、液体原料が加水分解、重合することによりゲル状になり、これを室温放置または焼成することにより硬化させてガラス層を生成する。また、液相析出法を用いてもよい。液相析出法では、液体原料を加水分解することにより硬化してガラス層を生成する。
　本発明の実施の形態では、水分との反応によりガラス層を形成するために、細管により導入する外気を、水分を含む気体とする例を示したが、これに限らない。例えば、乾燥によりガラス層を形成する場合には、外気として乾燥した気体、例えば窒素を用いればよい。例えば、酸化によりガラス層を形成する場合には、外気として酸素を含む気体を用いればよい。
　本発明の実施の形態では、光モジュールは２台の部品で構成される例を示したが、これに限らず、複数の部品で構成されてもよい。複数の部品で構成される場合、少なくとも１箇所の部品間で、本発明の実施の形態で示すガラス層と細管を有する構成を備えれればよい。
　本発明の実施の形態では、光モジュールの構成、製造方法などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。光モジュールの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。
　　本発明は、光通信・光信号処理システムや光情報伝送システムの機器、デバイスに適用することができる。
１０　光モジュール
１１　ファイバブロック
１１１　光ファイバ用Ｖ溝
１１２　細管
１２　ＰＬＣ
１３　光ファイバ
１４　接着剤層
１５　ガラス層
１６　光導波路

Claims (8)

  1. 　２台の部品が光接続される光モジュールであって、
    　前記部品間の光接続部を含む領域に、ガラス層を配し、
    　少なくとも一方の前記部品が、外気導入用の細管を備え、
    　前記細管の端面が、前記ガラス層に接する光モジュール。
  2. 　前記ガラス層の断面が、前記光接続部の断面を覆う請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　複数の前記細管が、前記光接続部の中心を通る垂直方向の軸を対称軸として線対称の位置に配置される請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
  4. 　単一の前記細管が、前記光接続部の中心を通る垂直方向の軸の近傍に配置される請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
  5. 　前記部品間に接着剤層を備え、
    　前記接着剤層が、前記光接続部に接触しない請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光モジュール。
  6. 　少なくとも一方の前記部品が、複数の基板間に光ファイバを備え、
    　前記光接続部が前記光ファイバの端面を含むファイバブロックである請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光モジュール。
  7. 　少なくとも一方の前記部品が、複数のキャピラリーを有する基板を備え、
    　少なくとも１本の前記キャピラリーに光ファイバが配置され、
    　前記光接続部が前記光ファイバの端面を含み、
    　少なくとも１本の前記キャピラリーが前記細管である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光モジュール。
  8. 　少なくとも一方の前記部品が、ＰＬＣ部品であって、
    　前記ＰＬＣ部品は、光導波路を有するＰＬＣと、ヤトイ板とを備え、
    　前記光接続部が前記光導波路の端面を含み、
    　前記ＰＬＣ又はヤトイ板に前記細管を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光モジュール。
PCT/JP2020/031584 2020-08-21 2020-08-21 光モジュール WO2022038763A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/031584 WO2022038763A1 (ja) 2020-08-21 2020-08-21 光モジュール
JP2022543238A JPWO2022038763A1 (ja) 2020-08-21 2020-08-21
US18/041,170 US20230358965A1 (en) 2020-08-21 2020-08-21 Optical Module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/031584 WO2022038763A1 (ja) 2020-08-21 2020-08-21 光モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022038763A1 true WO2022038763A1 (ja) 2022-02-24

Family

ID=80322788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/031584 WO2022038763A1 (ja) 2020-08-21 2020-08-21 光モジュール

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230358965A1 (ja)
JP (1) JPWO2022038763A1 (ja)
WO (1) WO2022038763A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077821A (en) * 1990-11-09 1991-12-31 Makel David D Means for coupling a coherent fiber-optic bundle to an electro-optical sensor
JP2004334003A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Hitachi Printing Solutions Ltd 光結合素子の製造法及び光記録装置
JP2013007854A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Furukawa Electric Co Ltd:The レーザモジュール及び製造方法
JP2014048628A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光接続部品
WO2016157301A1 (ja) * 2015-03-27 2016-10-06 オリンパス株式会社 光伝送モジュール、撮像装置および光伝送モジュール用構造体
JP2018194802A (ja) * 2017-05-22 2018-12-06 日本電信電話株式会社 光モジュールおよびその作製方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077821A (en) * 1990-11-09 1991-12-31 Makel David D Means for coupling a coherent fiber-optic bundle to an electro-optical sensor
JP2004334003A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Hitachi Printing Solutions Ltd 光結合素子の製造法及び光記録装置
JP2013007854A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Furukawa Electric Co Ltd:The レーザモジュール及び製造方法
JP2014048628A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光接続部品
WO2016157301A1 (ja) * 2015-03-27 2016-10-06 オリンパス株式会社 光伝送モジュール、撮像装置および光伝送モジュール用構造体
JP2018194802A (ja) * 2017-05-22 2018-12-06 日本電信電話株式会社 光モジュールおよびその作製方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022038763A1 (ja) 2022-02-24
US20230358965A1 (en) 2023-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4765702A (en) Glass integrated optical component
KR100389837B1 (ko) 광도파로 소자의 패키징 장치
JP3436937B2 (ja) 光導波回路及び製造方法並びに該光導波回路を有する光導波回路モジュール
JP5323646B2 (ja) ハイブリッド集積光モジュール
JP6767925B2 (ja) 光モジュールおよびその作製方法
JP2000105324A (ja) 光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法
WO2022018816A1 (ja) 光モジュール
WO2022038763A1 (ja) 光モジュール
WO2021100150A1 (ja) 光モジュール
US7620278B2 (en) Optical waveguide device
JP5039523B2 (ja) 光導波回路チップ
JP7124632B2 (ja) 光接続構造およびその形成方法
JP7124672B2 (ja) 光接続部品および光接続構造
US10338325B1 (en) Nanofiller in an optical interface
JP3450068B2 (ja) 光導波路の結合構造
JP2003149478A (ja) 光導波回路及び当該光導波回路を有する光導波回路モジュール並びに光導波回路の製造方法
WO2021033217A1 (ja) 光接続構造およびその製造方法
WO2023079720A1 (ja) 光素子、光集積素子および光集積素子の製造方法
JP7244788B2 (ja) 光ファイバ接続構造
WO2022254657A1 (ja) 集積型光デバイスおよびその製造方法
KR100393622B1 (ko) 평면 도파로 소자 모듈
WO2022102053A1 (ja) 光接続構造、光モジュールおよび光接続構造の製造方法
US20230367065A1 (en) Silicon photonics element and optical module
WO2024047727A1 (ja) 光部品、光モジュールおよび光モジュールの製造方法
WO2022130692A1 (ja) 光デバイスおよび光デバイスの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20950328

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022543238

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20950328

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1