JPH04109205A - 導波型光素子と光ファイバの結合構造 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、導波型光素子と光コアイノくの結合構造に
関し、特に、光導波路を有する導波型光素子と光ファイ
バホルダに固定された光コアイノ（の結合構造に関する
ものである。

［従来の技術］ 近年のオプトエレクトロニクス技術の進歩は目覚ましく
、オーディオ機器、通信機器等においては、チップ間、
デバイス間の光配線や、導波型光素子、光機能素子等に
形成された光導波路と光ファイバとの結合が必要となり
、既に試作段階に達していることもあって様々な試みや
提案が多数なされている。

例えば、光導波路と光ファイバを結合する方法としては
、端面直接結合（バットジヨイント）法、レンズ結合法
、プリズム結合法等がよく知られている。

特に、光導波路と光ファイバのフィールドが比較的一致
する場合、例えば、電界イオン交換もしくは熱イオン交
換等のイオン交換法を用いて溶融石英（ＳｉＯｔ）基板
等のガラス基板上に光導波路を形成したイオン交換導波
路や、高性能光制御素子用として最も多用されているニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂｏ３）光導波路等と光ファイ
バを結合する場合、一般に端面直接結合法が用いられて
いる。

第５図は端面直接結合法による光導波路と光ファイバの
結合構造の一例を示すもので、ＳｉＯ＊基板！上に形成
された光導波路２の端面と単一モード光ファイバ３のコ
ア４の端面とを双方の位置を調整して結合したものであ
る。

この方法は、入射波と導波モードの分布を整合させてパ
ラメータを最適化することにより一２ｄＢ程度の高効率
が得られ、無反射コーティング等によりフレネル反射損
を低減することができ、構造が簡単である等、様々な特
徴があることから、特に光ＩＣ等の分野においては最も
有効な方法と考えられている。

また、第６図は側面からの光の結合による光導波路と光
ファイバの結合構造の一例を示すもので、光ファイバホ
ルダ１１のＵ溝１２に埋め込まれた光ファイバ１３と、
Ｓｉｎ、基板１４に形成された光導波路１５とを結合し
たものである。

光ファイバＩ３と光導波路１５とを結合するには、まず
、光ファイバホルダ１１に形成されたし溝１２に光ファ
イバ１３を埋め込み、この光ファイバ１３及び光ファイ
バホルダ１１の一側面１６を鏡面研磨する。次に、光導
波路１５が形成されたＳ　ｒ　０２基板１４上に上記の
光ファイバホルダＩＩを載置し、光ファイバ１３のコア
１７のフィールドを一部放射させ、この放射したフィー
ルドと光導波路１５のフィールド双方を結合させる。

この方法においては、光導波路１５の端面を研磨する必
要がなく、先ファイバ１３と光導波路１５との軸合わせ
し並進２軸とあおりｌ軸の軸合わせをミクロン単位で行
うだけでよく、従来の端面直接結合法と比べて軸合わせ
作業をかなり簡略化することができる。

［発明が解決しようとする課題」 ところで、従来の端面直接結合法においては、確かに上
述した数々の利点があるものの、同時に次の様な様々な
問題点や欠点が指摘されていた。

すなわち、上述した端面同士を結合する構造では、光導
波路２の入出射端面をサブミクロンのレベルで研磨加工
する必要があるという端面作成上の問題点、光導波路２
の端面と単一モード光ファイバ３のコア４の端面とを双
方の位置を調整して結合、固定する際に結合部の断面積
が非常に小さいため接着力が極めて弱いという結合上（
固定上）の問題点、光導波路２の端面と単一モード光フ
ァイバ３のコア４の端面との軸合わせを行う際にミクロ
ン単位で並進３軸とあおり２軸（複数本の光導波路２と
単一モード光ファイバ３を結合する場合は３軸）の調整
が必要になり、この調整作業が極めて繁雑になるという
軸合わせ上の欠点等があった。

また、光ファイバホルダ１１に埋め込まれた光ファイバ
１３と、光導波路１５とを結合する構造においては、従
来の端面直接結合法と比べて軸合わせ作業がかなり簡略
化できるものの、並進２軸及びあおり１軸という軸合わ
せが残っており、軸合わせ工程自体を削除することがで
きないという欠点があった。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、軸合
わせ工程を簡単かつ高精度で行うことができる導波型光
素子と光ファイバの結合構造を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は次の様な導波型
光素子と光ファイバの結合構造を採用した。すなわち、
導波型光素子の光導波路と光ファイバのコアの一部とを
結合する構造であって、前記導波型光素子の光導波路の
一部が露出して結合部として形成され、前記光導波路の
周囲には位置決め用のマークが形成され、前記光ファイ
バは前記導波型光素子のマークと符合するマークを形成
した光ファイバホルダに固定され、前記光ファイバのコ
アの一部が露出して結合部材として形成され、前記導波
型光素子及び前記光ファイバホルダ双方のマーク同士を
一致させることにより前記光導波路と前記光ファイバと
を結合することを特徴としている。

［作用　］ この発明に係わる導波型光素子と光ファイバの結合構造
によれば、導波型光素子の光導波路の周囲に位置決め用
のマークを形成し、光ファイバホルダに前記マークと符
合するマークを形成することにより、前記光導波路と前
記光ファイバを結合する際に、導波型光素子もしくは光
ファイバホルダのいずれか一方を移動することにより、
前記導波型光素子と前記光ファイバホルダ双方のマーク
同士が互いに一致する様に位置合わせを行う。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図はこの発明に係る導波型光素子の一例を示す図で
あって、電界イオン交換直線光導波路（導波型光素子）
２１（以下、ガラス導波路と略称する）を示す図である
。

ガラス導波路２１は、電界イオン交換によりガラス基板
２２上に直線状の光導波路２３を形成したものである。

このガラス基板２２は、例えば、コーニング７０５９ガ
ラスやショットＢＫ−７ガラス等のソーダガラス基板あ
るいは溶融石英（ＳｉＯｌ）基板等が好適に用いられる
。

上記の光導波路２３は、ステップ状の屈折率分布を有す
るイオン濃度一定の光導波路で、幅ｌＯμｍの単一モー
ド光導波路である。この光導波路２３の周囲には、リフ
トオフ法により厚さ３０００人の金属アルミニウム（Ａ
ρ）からなる複数個の十字型のマーク２４．２４　、・
・　が、間隔３００μｍで光導波路２３を挟む様に、か
つ、この光導波路２３に沿って５００μｍの間隔て等間
隔に一列に並ぶように形成されている。上記のマーク２
４２４、・・・を構成する材料は紫外線硬化型接着剤（
Ｕ■接着剤）等と相互作用のないものであればよく、上
記のＡＣ以外にも、例えば、チタン（Ｔ］）、クロム（
Ｃｒ）、金（Ａｕ）等の金属や着色ガラス等が好適に用
いられる。

また、第２図はこの発明に係る光ファイバの一例を示す
図であって、光ファイバホルダ２５に固定された光ファ
イバ２６を示す図である。

光ファイバホルダ２５は、鏡面研磨した溶融石英（Ｓｉ
ｎ、）基板２７上にホトリソグラフィーにより光ファイ
バ２６挿着用の直線状のＵ溝２８を形成したものである
。

光ファイバ２６はコア径１．３μｍの単一モード光ファ
イバであり、Ｕ溝２８に挿着した後に、この光ファイバ
２６の上方の側面部２９を鏡面研磨してコア３０の一部
を露出したものである。

光ファイバホルダ２５には、ホトリソグラフィーにより
複数個の十字型のマーク３１．３＋。

が、間隔３００μｍで光ファイバ２６を挟む様に、かっ
、この光ファイバ２６に沿って５００μｍの間隔で光フ
ァイバ２６に平行になるように形成されている。これら
のマーク３１．３＋、・・・の位置は、ガラス導波路２
Ｉの対応するマーク２４．２４、・の位置とそれぞれ一
致する様に形成されている。

次に、第３図を参照してガラス導波路２１と光ファイバ
２６を結合する方法を説明する。

■［第３図（ａ）参照］ 「光ファイバホルダ２５の作成」 ５ｉｏｔ基板４１上にホトリソグラフィーにより光ファ
イバ２６挿着用の直線状のＵ溝４２を５００μｍの間隔
で複数本形成し、これらのＵ溝４２゜４２、・　それぞ
れに光ファイバ２６を挿入し、これらの光ファイバ２６
，２６．・・・の先端部４３がＳｉＯ！基板４１の側面
部４４と面一になる様に位置合わせを行い固定する。次
に、５ｉＯｙ基板４１の上面４５及び光ファイバ２６の
上方の側面部４６を、光ファイバ２６のコア３０の中心
から１１μｍの範囲まで鏡面研磨する。

■［第３図（ｂ）参照］ Ｓｉｎ、基板４Ｘの上面４５に、ホトリソグラフィーに
より大きさ１０ｘ３０μ■の複数個の十字型のマーク３
１．３１．・・・を、間隔３００μｍで光ファイバ２６
を挟む様に、かつ、この光ファイバ２６に沿って５００
μｍの間隔で光ファイバ２６と平行になる様に形成する
。

■［第３図（Ｃ）参照コ 機械加工工程を用いてＳｉｎ！基板４１を複数個に切断
することにより、光ファイバ２６が固定されたマーク３
１入りの先ファイバホルダ２５を作成することができる
。

■Ｕ第３図（ｄ）参照コ 「ガラス導波路２１の作成」 電界イオン交換によりガラス基板２２上に輻１０μｍの
直線状の光導波路２３を形成する。この光導波路２３は
、ステップ状の屈折率分布を有するイオン濃度一定の単
一モード光導波路である。

次に、この光導波路２３の周囲に、リフトオフ法により
大きさ］　ＯＸ　３０７１ｍの複数個の十字型のマーク
２４，２４．　　・を、間隔３００μｍで光導波路２３
を挟む様に、かつ、この光導波路２３に沿って５００μ
ｍの間隔で等間隔に光導波路２３と平行に並ぶ様に形成
する。これらのマーク２４２４、・・・の位置は、光フ
ァイバホルダ２５の対応するマーク３１，３１．　　　
のそれぞれの位置と一致している。マーク２４　、２４
．　、・・　を形成する方法としては、上述したリフト
オフ法以外の方法、例えば、エツチング等の方法も十分
適用可能である。

以上により、マーク２４入りのガラス導波路２１を作成
することかできる。

■「第３図（ｅ）参照書 「ガラス導波路２１と光ファイバ２６の結合−：ガラス
導波路２１上の光導波路２３に光フーｒイハ２６を載置
する。

■「第３図（Ｊ）参照Σ 光学顕微鏡を用いて光フフイバホルグ２５の垂直上方か
らマーク２４とマーク３１双方を観察し、先ファイバホ
ルダ２５を・上面」二で移動させ、これらのマーク２４
とマーク３１を完全に重ね合わせる。マーク２４とマー
ク３１か完全に重なり合い全く一つの形ど見なすことが
できる場合に位置合わせが完了したと判断する。位置合
わせ終了後、ガラス導波路２１と光フアイバボルダ２５
を仮止めする。

■［第３図（ｇ）参照］ ＴＪＶ接着剤を用いて、カラス導波路２１と光フアイバ
ボルダ２５を結合し一体化する。

この様にして結合されたガラス導波路２１と光ファイバ
２６の結合損失は、１結合あたり実測値で一２ｄＢ程度
であり、両者の結合状態が非常に良好であることがわか
る。

以上、詳細に説明した様に、上記のガラス導波路２１と
光ファイバ２６の結合構造によれば、ガラス導波路２１
の光導波路２３の周囲にマーク２４．２４　、・・・を
形成し、光ファイバ２６を固定した光ファイバホルダ２
５にガラス導波路２Ｉのマーク２４．２４　、・・・　
と符合するマーク３１．３１を形成したので、光ファイ
バ２６と光導波路２３とを結合する際に、光学顕微鏡を
用いて光ファイバホルダ２５の上部からマーク２４とマ
ーク３１双方を観察し、光ファイバホルダ２５を平面」
二で移動させ、これらのマーク２４とマーク３１を完全
に重ね合わせればよいこととなり、重ね合わせの判定が
非常に容易なものとなり、したがって、光ファイバ２６
と光導波路２３双方の位置合わせを簡単かつ高精度で行
うことができ、従来の様にミクロン単位で光ファイバと
光導波路との繁雑な軸合わせをする必要がなくなる。ま
た、この位置合わせは画像認識を用いて自動化すること
が容易に可能である。

また、マーク２４．・・　及びマーク３１．・　は、光
ファイバ２６と光導波路２３とを結合する際に、単に点
状のマーク等と比べてマーク２４とマーク３１の形状の
判別、マーク２４とマーク３１の重ね合わせ具合の判断
評価が容易になる。したがって、マーク２４とマーク３
１の位置合わせが容易になり、軸合わせ工程自体が更に
簡単になる。

なお、上記の実施例においては、マーク２４及びマーク
３１．・・−の形状を十字型からなるものとしたが、こ
の形状はマーク同士の位置合わせを正確かつ容易に行う
ことかできるものであれｆよく、例えば、第４図（ａ）
〜（ｄ）に示すように十字線のはいった円（同図（ａ）
）、１７字型状（同図（ｂ））、菱型（同図（Ｃ））あ
るいはグラブ型（同図（ｄ））等、様々な形状に変更可
能である。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明した様に、この発明によれば、導波型
光素子の光導波路と光ファイバのコアの一部とを結合す
る構造であって、前記導波型光素子の光導波路の一部が
露出して結合部として形成され、前記光導波路の周囲に
は位置決め用のマークが形成され、前記光ファイバは前
記導波型光素子のマークと符合するマークを形成した光
ファイバホルダに固定され、前記光ファイバのコアの一
部が露出して結合部材として形成され、前記導波型光素
子及び前記光ファイバホルダ双方のマーク同士を一致さ
せることにより前記光導波路と前記光ファイバとを結合
することとしたので、光導波路と光ファイバとを結合す
る際に、単に、双方のマークを完全に重ね合わせればよ
いこととなり、重ね合わせの判定が非常に容易なものと
なり、したがって、光ファイバと光導波路双方の位置合
わせを簡単かつ高精度で行うことができ、従来の様にミ
クロン単位で光ファイバと光導波路との繁雑な軸合わせ
をする必要がなくなる。また、この位置合わせは光学顕
微鏡等により非常に容易に観察及び位置合わせの判定を
することができ、画像認識を用いて自動化することが容
易に可能である。

また、導波型光素子の光導波路の周囲及び光ファイバホ
ルダに形成されたマークは、光ファイバと光導波路とを
結合する際に、これらのマークの形状の判別、マーク同
士の重ね合わせ具合の判断評価が容易になり、したがっ
て、軸合わせ工程が極めて簡単かつ容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図は導波型光素子の一例である電界イオン交換
直線光導波路の斜視図、第２図は先ファイバホルダの斜
視図、第３図（ａ）〜（ｇ）はガラス導波路と光ファイ
バの結合方法を説明する過程図、第４図（ａ）〜（ｄ）
はマークの様々な変形例を示す図、第５図及び第６図は
従来例を示す図であって、第５図は端面直接結合法によ
る光導波路と光ファイバの結合構造の斜視図、第６図は
側面からの光の結合による光導波路と光ファイバの結合
構造の斜視図である。 ２７．４．１ 電界イオン交換直線光導波路、 ガラス基板、 光導波路、　　　２４　・・・・・　マーク、光ファイ
バホルダ、 ・・光ファイバ、 溶融石英基板、 ・・　・−・Ｕ溝、 コア、 ３　Ｉ　　・・・　・ マーク。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 導波型光素子の光導波路と光ファイバのコアの一部とを
   結合する構造であって、 前記導波型光素子の光導波路の一部が露出して結合部と
   して形成され、前記光導波路の周囲には位置決め用のマ
   ークが形成され、 前記光ファイバは前記導波型光素子のマークと符合する
   マークを形成した光ファイバホルダに固定され、前記光
   ファイバのコアの一部が露出して結合部材として形成さ
   れ、 前記導波型光素子及び前記光ファイバホルダ双方のマー
   ク同士を一致させることにより前記光導波路と前記光フ
   ァイバとを結合することを特徴とする導波型光素子と光
   ファイバの結合構造。