JPH02253206A

JPH02253206A - 光導波路部品

Info

Publication number: JPH02253206A
Application number: JP1073942A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Nakahara; 基博中原; Soichi Kobayashi; 壮一小林; Fumiaki Hanawa; 文明塙
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1990-10-12
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JP2781888B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は石英ガラスからなるマウントを用いて光導波路
と光ファイバを接続・固定した光導波路部品に関するも
のであり、特に、長期信顆性に優れた光導波路部品に間
するものである。

（従来の技術）光導波路は光通信システムにおいて光の分配・合流、波
長や周波数の分離・合成用の部品として欠くべからざる
ものとして注目されている。上述のような、光に対する
機能はレンズ、ミラー、プリズムなどを組立て実現する
ことも可能であり、また光フアイバ型部品を用いても同
様である。しかし、光導波路を用いれば下記のような利
点がある。

（１）一般に光導波路は半導体用微細加工と類似の技術
で製造するため小型化が容易である。

（２）上述の　（Ｉ）と同様な理由で、同一部品の大量
生産に適しており、経済性が大である。

（３）ブレナー型であるため振動等に強く信頼性が高い
。

このため、すでに多種類の光導波路部品が提案・作製さ
れており、マルチモード用部品の一部は工業化されてい
る。

第５図に光導波路チップの一例を示す。第５図はシング
ルモード光導波路を用いた方向性結合器を示しており、
１は光導波路チップ、２および３は光導波路コア、４は
Ｓｔ基板、５はクラッド用ガラス膜である。

光導波路コア２および３はＳｉ基板４の上に形成され、
クラッド用ガラス膜５で埋め込まれている。この光導波
路チップを用いた場合、例えばコア端部２＾から入射さ
れコア２を伝搬する光は、中央部のコア２と３とが近接
した箇所でコア３にも伝搬する様になり、光導波路コア
２および３の出口側のコア端部２Ｂおよび３Ｂから入射
光の光強度の只の光がそれぞれ出射する。コア端部３Ａ
から入射されコア３を伝搬する光についても同様である
。

その他にも、光導波路のパターンを種々変えることによ
り光の分岐、合流、波長や周波数の分離および合成の機
能を光導波路チップに持たせることができる。

このような光導波路チップに光を入射させるためには光
ファイバを光導波路２７部に接続・固定する必要がある
。従来、この接続・固定の方法として以下に述べるよう
な種々の方法が提案され実施されている。

（１）　１１着剤による固定第６図は接着剤による固定例を示す。第６図において第
５図と同様の箇所には同一の符号を付す、６は光ファイ
バ、７は樹脂である。

光ファイバ６に光を通し、光ファイバ６から出射した光
を光導波路コア２に導き、さらに光導波路コア２から出
射する光のパワーをモニタしながら、光導波路コアの光
軸と光ファイバコアの光軸とを正確に位置合わせする。

その後、光硬化性または熱硬化性の樹脂７を用いて光フ
ァイバ６を光導波路チップ１に固定するという方法であ
る。適当な台座を補助的に用い、この台座に両者を固定
する場合もある。

（２）ガイド溝による固定第７図はガイド溝による固定例を示す。第７図において
第５図と同様の箇所には同一の符号を付す。８はガイド
溝である。

光導波路チップ１は通常リソグラフィーを用いた微細加
工技術で製造されるので、導波路加工に引き続いて光導
波路コア２の中心線上に光ファイバ６を導くためのガイ
ド溝８を加工し、ガイド溝８に光ファイバ６を挿入固定
するという方法である。

この挿入固定の際に、接着剤等をガイド溝８に注入しガ
イド溝８から光ファイバ６がはずれないようにすること
もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の方法（１）は最も単純な固定方法であるが、樹脂
７が硬化する際にその体積変化を伴うため、正確に位置
合わせした光導波路コアと光ファイバのコア部がずれて
しまい光損失が増大するという問題点があった。

特にシングルモード光導波路に対しては０．１μｍ以下
の精度で両者のコア部が一致することが必要であるが、
接着剤を用いた固定では光損失を低く押えるように接続
することは至難の技術であった。

また、光導波路部品の使用環境における通常の温度変動
に対しても、樹脂７の熱膨張のため位置ずれを起こすの
で、光損失が増大し信頼性を確保することが困難であっ
た。

さらに、樹脂７による固定では十分な機械的強度が得ら
れず、このため実用的な部品を作製することは困難であ
った。

上述の方法（２）によれば、接着剤のみによる方法（１
）が持つ問題点をある程度解消することが可能である。

しかし、方法（２）においては、ガイド溝８を加工する
には新たにリソグラフィー用のマスクを用意しなければ
ならず、またそのマスクを正確に光導波路のパターンに
位理合わせする必要がある。

さらに５通常の光フアイバ外径は１２５μ烏であり導波
路コア寸法はシングルモードで約８μｍであるためガイ
ド溝加工は単純ではない、すなわち、ホトマスクを正確
に合わせれば平面上の位置関係は定まるが深さ方向の位
置関係は不定であるので、クラッド用ガラスＪＩｉ５を
突き抜けたＳｉ基板４までのエツチングは深さを正確に
制御しながら行なう必要もある。

一般に、エツチング用活性イオンガスは一稀類しか用い
ることができないので、ガラスおよびＳｉのエツチング
を行なう場合は、途中でガスを交換しなければならない
、なぜなら、ガラスとＳＩのエツチング速度は極端に異
なるからである。このようなプロセスにおいて深さを０
．１μｌの精度で制御することは極めて困難であり、ま
た歩留りおよび経済性の点でも問題点があった。

本発明の目的は上述の問題点を解決し、接着剤あるいは
ガイド溝を使用せず光導波路と光ファイバを単純なマウ
ントを突合せることにより接続できるようにしたもので
あり、低損失接続ができるのみでなく、温度に対する長
期信顆性にも優れた光導波路部品を提供することにある
。

（課題を解決するための手段〕このような目的を達成１°るために、本発明は、光導波
路コアを備えた光導波路チップの、光導波路コアの端部
を有する面を除く少なくとも１面を第１の石英ガラス製
マウントに取り付けたマウント付き光導波路チップと、
光ファイバコアの端面を除く部分を第２の石英ガラス製
マウントで覆ったマウント付き光ファイバとからなり、
光導波路コアの光軸と光ファイバコアの光軸とが一致し
て対向し、第１の石英ガラス製マウントの稜線と相対す
る第２の石英ガラス製マウントの稜線のうちの少なくと
も１組が突き合わきれてマウント付き光導波路と前記マ
ウント付き光ファイバとが一体化していることを特徴と
する。

〔作　用〕

第１図は本発明による代表的な光導波路部品の一例を示
す、第１図において第５図と同様の箇所には同一の符号
を付す、９は光導波路用石英ガラス製マウントであり、
１０は光ファイバ用石英ガラス製マウ、ントである。　
５１．５２．５３および５４は稜線である。

光導波路チップ１は光導波路用石英ガラス製マウントに
固定されている。導波路コア２および３（第５図参照）
はクラッド用ガラス１ｌｉ４に覆われているので光導波
路用石英ガラス製マウント９とは接していない、光入力
用の光フアイバ用石英ガラス製マウントｌＯには２本の
光ファイバ６および６＾が固定されている。

マウント９および１０は相対する稜線５１．５２．５３
および５４の内の少なくとも一つが側面から局所的に加
熱溶着され一体として固定されている０石英ガラスの熱
膨張係数は１０−’ｃｍ／　’ｅと極めて小さいので、
光ファイバ６および６Ａと導波路コア端部２＾および３
＾との位置関係を溶着直前に正確に一致させでおけば、
溶着時にそれらが８動することによる軸ずれを起こすこ
ともなく、低損失に接続することが可能である。また、
光導波路部品全体が石英ガラスで覆われているため温度
変化等に対する信頼性も高い。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

五五里１第２図は本発明の第１の実施例のマウントに装着された
光導波路の外観を示す、第３図は光ファイバを装着する
マウントや分解図を示す、第２図および第３図において
第１図と同様の箇所には同一の符号を付す。

第２図において、１１は光導波路用石英ガラス製下側マ
ウントである。光導波路用石英ガラス製下側マウント１
１には凹部１２を有している。１３は石著ガラス製蓋で
あり、６１．６２．６３および８４は石英ガラス製蓋１
３の隅である。

第３図において、１４は光フアイバ用石英ガラス製下側
マウントであり、１５および１６は光フアイバ用石英ガ
ラス製下側マウント！４に設けられた溝である。１７は
光フアイバ用石英ガラス製上側マウントである。１８お
よび１９はそれぞれ光ファイバ川石φ 英ガラス製下側マウントの上側および光フアイバ用石英
ガラス製上側マウント１７の下側に設けられた空疎であ
る。　７１．７２．７３および７４は光フアイバ用石英
ガラス製上側マウント１７の隅である。

第２図に示すように光導波路チップをマウントに取り付
ける方法について説明する。まず、Ｓｔ基板４上に形成
された光導波路チップ１を光導波路用石英ガラス製マウ
ント１１の凹部１２に装着した。

その上に石英ガラス製蓋１３をかぶせ、加重して押さえ
た後、Ｍ２Ｓの上側４カ所の隅６１．６２．６３および
６４にＣＯ２レーザ光を照射し、石英ガラス製下側マウ
ント１１と一体になるように溶着した。

光導波路コア端部２＾および３Ａの面が完全に平面とし
て揃ってない場合には研磨し揃えた。本実施例において
は光導波路コア端部２＾および３Ａの間隔が２５０μＩ
であるものを使用した。

光ファイバは第３図に示すマウントに装着される。まず
、光フアイバ用石英ガラス製下側マウント１４に設けら
れている溝１５および１６に光ファイバ（第１図参照）
を入れた。その上に光フアイバ用石英ガラス製上側マウ
ント１７を載せ、加重した後に光フアイバ用石英ガラス
製上側マウント１７の上から隅７１．７２．７３および
７４を狙ってＣＯｚレーザ光を照射し、光フアイバ用石
英ガラス製下側マウント１４と一体となるように局所的
に加熱、溶着させた。空１１１１８および１９には接着
剤を注入し、光ファイバを補強した。

次に、光導波路コア端部２＾および３＾とマウントされ
た光ファイバのコア部とが対向するように突き合せて光
軸を正確に一致させた後、稜線５２および５４（第２図
）と５２＾粘よび５４＾（第３図）とが接する両者の境
界面の２カ所に発振波長１Ｏ９６μｍのＣ（ｈレーザ光
を照射した。数秒で石英ガラスの境界面が軟化温度に達
し、瞬時にその部分が溶着された。

光導波路コアの別の一方のコア端部に対しても、上述と
同様に石英ガラス製コネクタを溶着し、光導波路部品を
完成させた。この様な部品をさらに金属製のケースに入
れ、このケースから光ファイバのみを取り出すことによ
り取り扱い易くした部品も作製した。

本実施例による光導波路部品における光損失は０．１ｄ
Ｂであった。Ｃ０２レーザ光による固定前後の光損失増
加変化は０．０１ｄＢ以下（測定限界）であり、接着剤
固定の方法（増加は０．５ｄＢ程度）と比較して光損失
は極めて小さかった。

また、本実施例で作製した部品を恒温槽に入れ、恒温槽
の温度を一２０〜＋７０℃まで変化させ、光損失を測定
した。その結果、光損失増加量は測定限界に近く約０．
０２ｄＢ程度であることがわかフた。接着剤による固定
法では約１ｄＢも増加する場合もあるということを考慮
すると、本実施例による部品は極めて高信頼であること
を確認することができた。

なお、本実施例においては加熱溶着した個所は少数であ
ったが、さらに強度的に信頼性を高めるには、溶着個所
を増やすかまたはＣＯ２レーザ光を赤外し・ンズ等を使
用して線状のビームにし、石英ガラス製マウントの境界
面全面にわたり照射・溶着すれば良いことも確認した。

また、光ファイバを入れるための溝１５および１６は第
３図に示すように光フアイバ用石英ガラス製下側マウン
ト１４の上面側に設けたが、光フアイバ用石英ガラス製
上側マウント１７の下面側の、溝１５および１６に対応
する位置に設けたものを用いても光損失の測定について
同様の結果が得られた。

夫域■ス光導波路チシグ１を光導波路用石英ガラス製マウント９
（第１図参照）に固定する際、本実施例においては下記
の方法および構造とした。第４図は本発明の第２の実施
例を示す。ここで、２０は石英ガラス製台座である。８
１．８２．８３および８４は穴であり９１．９２．９３
および９４はピンである。

まず、光導波路チップ１の４隅に直径１）の穴Ｂ１．８
２．　ｆ１３および８４を超音波加工器で開けたものを
用意した。次に、これを直方体の石英ガラス製台座２０
に載せ、穴８１．８２．８３および８４のそれぞれに直
径が１■より僅かに小さい石英ガラス製の円筒状の４木
のピン９１．９２．９３および９４を差し込んだ。

ピン９１．９２．９３および９４を狙って上からＣＯ。

レーザ光を照射したところ、ピン９１．９２．９３およ
び９４は瞬時に軟化溶融状態になり、それぞれ穴８１、
８２．８３および８４を塞ぐとともに、ＣＯ２レーザ光
が光導波路チップ１の下側にある石英ガラス製台座２０
に到達した時点でピン９１．９２．９３および９４と台
座２０とが溶着された。

このようにして光導波路チップ１の４カ所を固定したも
のは光導波路チップ１が石英ガラス製台座２０から外れ
ることもなく強度的にも十分なものであった。

その後の加工としては、実施例１と同様でありマウント
付き光ファイバを石英ガラス製台座２０に溶着固定し光
導波路部品を完成させた。

実施例３実施例１および２において、ＣＯ２レーザ光を照射する
替わりに、注射針をノズルとして利用したマイクロ酸水
素バーナを用いてマウント付き光導波路とマウ〕ノド付
き光ファイバとを溶着した。

本実施例においても実施例１および２と同様に低損失で
かつ信頼性の高い光導波路部品を作製することができた
。

火旌■１光導波路コア２および３なＳｉ基板４上に形成する替わ
りに、厚い石英ガラス基板上に形成したものとマウント
（第３図参照）付き光ファイバとを突合せ、加熱・溶着
したところ、実施例１ないし３と同様に低損失でかつ信
頼性の高い光導波路部品を得ることができたゆ夫廠頂上実施例】におけるマウント付き光導波路とマウント付さ
光ファイバとの突合せ面を光学研磨して清浄にした後に
密着させたところ、光学接着により両面は接着し一体と
なった。光学接着は、ガラスの両面を原子の高さまで平
坦化しておいて密着させるため、空気がそのすきまに入
ることがなく光の反射損失を除去することができる（空
気による反射損失は通常３％である）。

さらに、実施例１と同様に、マカント付き光導波路とマ
ウント付き光ファイバの境界部分にＣ０２レーザ光を照
射して溶着した。本実施例による光導波路部品の光損失
は、他の実施例による光導波路部品の光損失よりもさら
に小さく　０．５ｄＢ以下であった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては、低損失である
光導波路部品が実現できるのみでなく、固定には接着剤
等を使用していないので、温度等の変化に対する長期イ
ε頼性にも優れた光導波路部品を実現することができる
。

また、接着剤等の硬化時間に較べて溶着にかかる時間も
僅かであり、マウントを作製する材料として低価格な天
然石英ガラスを使用しているので、経済効果も極めて大
きいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光導波路部品の代表的な例を示す
図、第２図は本発明の第１の実施例によるマウント付き光導
波路チップの外観図、第３図は本発明の第１の実施例による光フアイバ用マウ
ントの分解図、第４図は本発明の第２の実施例によるマウント付き光導
波路チップの外観図。第５図は光導波路チップの一例を示す図、第６図は従来
の接着剤による固定例を示す図、第７図は従来のガイド
溝による固定例を示す図である。１・・・光導波路チップ、２．３・・・光導波路コア、４・・・Ｓｉ基板、５・・・クラッド用ガラス膜、６．６＾・・・光ファイバ、９・・・光導波路用石英ガラス製マウント、ｌＯ・・・
光フアイバ用石英ガラス製マウント、１１・・・光導波
路用石英ガラス製下側マウント、１２・・・凹部、１３・・・石英ガラス製蓋、１４・・・光フアイバ石英ガラス製下側マウント、１５
、１６・・・溝、１７・・・光フアイバ石英ガラス製上側マウント、１８
、１９・・・空隙、２０・・・石英ガラス製台座、５１、５２．５３．５４・・・稜線、６１、６２．６３．６４・・・石英ガラス製蓋の隅、７
１、７２．７３．７４・・・光フアイバ用石英ガラス製
上側マウントの隅、８１、８２．８３．８４・・・穴、９１、９２．９３．９４・・・ピン。特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１）光導波路コアを備えた光導波路チップの、前記光導
波路コアの端部を有する面を除く少なくとも１面を第１
の石英ガラス製マウントに取り付けたマウント付き光導
波路チップと、光ファイバコアの端面を除く部分を第２
の石英ガラス製マウントで覆ったマウント付き光ファイ
バとからなり、前記光導波路コアの光軸と前記光ファイバコアの光軸と
が一致して対向し、前記第１の石英ガラス製マウントの
稜線と相対する前記第２の石英ガラス製マウントの稜線
のうちの少なくとも１組が突き合わされて前記マウント
付き光導波路と前記マウント付き光ファイバとが一体化
していることを特徴とする光導波路部品。２）前記マウント付き光導波路チップと前記マウント付
き光ファイバとの突き合わせ面が光学接着されているこ
とを特徴とする請求項１記載の光導波路部品。