JPH04136803A - 光ファイバとの光結合方法 - 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 本発明は光スィッチ、光変調器及び光コンピユーテイン
グ等の分野において、光フアイバ同士、又は基板に形成
された光素子と光ファイバとを光学的に結合し、光信号
を伝達し又は光素子に光信号を入出力させるための光フ
ァイバとの光結合方法に関する。

［従来の技術］ 第５図は光ファイバと基板に設けられた光素子との間の
従来の光結合方法を示す組立図である。

基板２０には所定の光素子（図示せず）が形成されてい
ると共に、この光素子と接続された複数本の光導波路（
図示せず）が基板２ｏの両端部に延出するように形成さ
れている。これらの光導波路の光入出力端部は、基板２
ｏの両端部に相互間に一定の間隔をおいて配列されてい
る。

この基板２０の両端面には夫々結合部材（Ｖ　ｌ＋’♂
。

基板）２１が接合されるようになっている。この結合部
材２１には前記端面に直交する方向に別田する複数本の
Ｖ溝が相互に平行に設けられている。

これらの■溝の間隔は、基板２０の前記端部における前
記光導波路の間隔に一致している。そして、基板２０の
光素子と接続されるべき光ファイバ２２は、これらのＶ
溝内に嵌め込まれて配置されている。

各光ファイバ２２の端部は、基板２０の前記端部に配列
された各光導波路に接合されるようになっている。そし
て、信号光は、例えば一方の結合部材２１の光ファイバ
２２から基板２０に設けられた光導波路に入射し、この
先導波路を通って光素子に到達し、光素子により変調又
はスイッチングされた後、他方の結合部材２１の光ファ
イバ２２に出射するようになっている。

なお、この■溝か設けられた結合部ｖＪ２１は、光フア
イバ同士の結合にも使用されている。

第６図は従来の他の光結合方法を示す斜視図である。

基板２５には所定の光素子及びこの光素子と接続された
先導波路２６が形成されている。この基板２５の表面」
二には、先導波路２６に整合して１対のプリズム２７ａ
、２７ｂが設けられている。

プリズム２７ａ、２７ｂの基板２５に対して傾斜する面
には、光ファイバ（図示せず）の入出射端が配置される
ようになっている。

光ファイバを介して一方のプリズム２７ａ（２７ｂ）か
ら入射した信号光は、このプリズム２７ａ　（２７ｂ）
により屈折され、基板２５に設けられた先導波路２６に
導入される。そして、信号光はこの先導波路２６に沿っ
て光素子に到達し、この光素子により例えばスイッチン
グされた後、他方のプリズム２７ｂ　（２７ａ）の下方
の導波路２６から、プリズム２７ｂ　（２７ａ）を介し
て他方の光ファイバに出射する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の光結合方法には以下に示
す問題点がある。

第５図に示すＶ溝が設けられた結合部材２１を使用する
光結合方法の場合は、光ファイバ２２のコアの端部と基
板２０に設けられた光導波路の端部とを正確に整合させ
て接合する必要があるため、結合部材２１のＶ溝の加工
精度が極めて高いことが要求される。また、この結合部
材２１を基板２０に固定する際に、光ファイバの端部の
縦（Ｘ軸）方向の位置、横（Ｙ軸）方向の位置、富さ（
Ｚ軸）方向の位置及び角度（０）を調整して光ファイバ
２２の光軸と先導波路の光軸とを厳密に合わせる必要が
あり、調整作業か煩雑である。更に、例えば複数本の光
ファイバ２２を複数本の先導波路に結合する場合は、光
軸調整に極めて時間がかかると共に、全ての光ファイバ
２２と先導波路とを高精度で結合することは極めて困難
である。更にまた、光ファイバ２２と基板２０との接合
面積が小さいため、温度の変化又は機械的応力により接
合が破壊されやすく、耐久性が低い。

一方、第６図に示すようにプリズム２７ａ、２７ｂを使
用して光ファイバと光導波路とを結合する場合は、結合
損失が大きいという欠点がある。

また、この光結合方法には、光の入射角度及び出射角度
の調整が煩雑であるという欠点もある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
光フアイバ同士又は光ファイバと基板に設けられた光素
子との間を容易に光結合することができると共に、結合
損失が小さく、確実に安定して光結合することができる
光ファイバとの光結合方法を提供するこ七を目的上する
。

［課題を解決するための手段］ 本願の第１発明に係る光ファイバとの光結合方法は、光
素子及Ｏ・この光素子に接続された先導波路が形成され
た基板の表面に光ファイバを接合し、前記光ファイバの
コアと前記先導波路とを所定の結合長に亘り平行に配置
したことを特徴とする。

本願の第２発明に係る光ファイバとの光結合方法は、２
本の光ファイバを双方の光ファイバのコアが所定の結合
長に亘り平行に配置されるように接合したことを特徴と
する特 ［作用コ 本発明においては、光ファイバがそのコアを基板に形成
された先導波路と所定の結合長に亘り平行になるように
して基板表面に接合されているか、又は２本の光ファイ
バがその端部を所定の結合長に亘り平行になるように配
置して接合されている。

この場合に、光ファイバのコア同士又は光ファイバのコ
アと先導波路との重なり部分は所定の長さ（完全結合長
）になっており、これにより方向性結合器が構成されて
いる。従って、光ファイバから光導波路へ、光導波路か
ら光ファイバへ又は−方の光ファイバから他方の光ファ
イバに信号光を略完全に移行させることができる。

つまり、本発明においては、２本の光ファイバ又は基板
に設けられた光導波路と光ファイバとを相互に平行に配
置し、結合部分の長さを調整して、光フアイバ同士又は
基板に設けられた光導波路と光ファイバとの方向性結合
器を形成する。この場合に、光フアイバ同士又は基板と
光ファイバとの結合部分の長さが比較的長いので、光フ
アイバ同士又は光ファイバと基板との間の接合面積が大
きい。従って、光フアイバ同士又は光ファイバと基板と
の間の接合部の接合強度が高く、温度変化及び機械的応
力によって接合が破壊されることを回避でき、接合部分
の耐久性が高い。また、所望の結合長で方向性結合器を
構成する場合も、結合部分の長さ（Ｘ軸）方向及び幅（
Ｙ軸）方向だけの位置調整でよいため、光フアイバ同士
又は光ファイバと光導波路との間の光結合が極めて容易
である。従って、結合すべき光ファイバ及び光導波路の
数が多い場合も、各光ファイバ及び光導波路の光結合を
低損失で行なうことができる。

なお、完全結合長を得るためには、例えば光ファイバに
強度が一定の光を入力しておき、結合部においてこの光
ファイバから出力される光の強度が最小になる結合長を
求める。このときの結合長が完全結合長である。また、
例えば光ファイバに強度が一定の光を入力しておき、こ
の光ファイバに結合された基板の先導波路又は他の光フ
ァイバから出力される光の強度が最大になるように結合
長を調整して完全結合長を求めてもよい。

また、光フアイバ同士又は光ファイバと基板とを接合す
る場合は、例えば結合部分の光ファイバの周面を部分的
に研磨又はエツチングして平坦面を設けることにより、
この平坦面において光フアイバ同士又は光ファイバと基
板とを容易に接合することができる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る光結合方法を示す
正面断面図、第２図は同じくその横断面図である。なお
、本実施例は、光ファイバと基板に設けられた光素子と
を光結合するものである。

光ファイバ３は、コア５及びこのコア５の周囲に配置さ
れたクラッド４により構成されている。

光ファイバ３には、その端部の周面がコア５が露出する
まで部分的に研磨又はエツチングされて平坦化されてお
り、これにより、この端部に平坦面が設けられている。

一方、基板１には先導波路２が設けられており、この光
導波路２は基板１に形成された光素子（図示せず）に接
続されている。

光ファイバ３は、前記平坦面を基板１に接触させ、コア
５を光導波路２上に整合させて平行に配置して、基板１
の表面上に接合されている。そして、基板１における接
合部の端面と光ファイバ３の前記平坦面の端部との間に
は、クラッド４と路間等の屈折率を有する例えばシリコ
ン樹脂等の充填材６が充填されている。

光導波路２の幅は例えば１０μｍである。また、光ファ
イバ３は、例えばその外径が１２５μｍであり、コア５
の直径力月θμｍである。この場合に、光ファイバ３を
その外周面から半径方向に中心に向かって約６０μｍだ
け研磨又はエツチングすることにより、幅が約１２４μ
ｍの平坦面を得ることができる。この平坦面にはコア５
が露出しており、この露出部分のコア５の幅は約８乃至
９μｍである。この平坦面は、光ファイバ３に入力すべ
き光の波長と同程度、より好ましくはこの波長のｌ／１
０程度の表面粗さに鏡面研磨されている。

なお、基板１と光ファイバ３とは、ＵＶ架橋型の有機系
接着剤又はガラス等の接合部により接合する。このため
、光導波路２とコア５との間隔は、その間に接合部が入
るので、約１乃至５μｍになるが、この間隔は可及的に
狭いことが好ましい。

しかし、光導波路２とコア５との間隔がこの範囲から外
れていても、光導波路２とコア５との結合部分の長さ及
び幅を調整することにより、後述するように、完全結合
長を得ることができ、光ファイバ３から光導波路２へ又
は光導波路２から光ファイバ３へ、信号光を略完全に移
行させることができる。

光ファイバ３と基板１との接合は、以下に示すようにし
て行う。先ず、端部に平坦面が設けられた光ファイバ３
をそのコア５が導波路２と平行なるようにして基板１の
表面上に配置する。次に、この光ファイバ３に強度が一
定の光を入力する。

そして、この光ファイバ３の基板１上の端部から出射す
る光の出力が最小になるように、コア５と基板１の光導
波路２との重なり部の長さ、即ち結合長を調整する。次
いで、この光ファイバ３の端部から出射する光の出力が
最小になる位置で、光ファイバ３を基板１に接合して固
定する。

第３図は横軸に基板１と光ファイバ３との間の結合部の
長さをとり、縦軸に光出力をとって、両者の関係を示す
グラフ図である。この第３図において、実線は光ファイ
バ３に強度が一定の光を入力し、その結合部側において
、光ファイバ３の端部から外部に出射する先の出力を調
べたものである。破線は光導波路２から出力される光出
力を示し、従って、光ファイバ３の結合部側端部から出
射する光の出力がＯになったときには、光ファイバ３か
ら光導波路２に光が完全に移行して先導波路２からの出
力が最大になる。これと反対に、光ファイバ３の端部か
ら出射する光の出力が最大の場合は、光導波路２には殆
ど光が移行せず、光導波路２の光の出力は最小になる。

即ち、光ファイバ３のコア５と基板１の光導波路２との
結合長を調整することにＪこり、基板１に設けられた先
導波路２から光ファイバ３へ又は光ファイバ３から光導
波路２へ、信号光を選択的に、且つ、略完全に移行させ
ることができる。このときの長さ、即ち完全結合長は、
通常、数ｍｍ乃至２ｃｍである。

このように、従来は結合損失を低減するために光ファイ
バの端部の縦（Ｘ軸）方向、横（Ｙ軸）方向、高さ（Ｚ
軸）方向及び角度（θ）の調整が必要であったのに対し
て、本実施例においては縦（Ｘ軸）方向及び横（Ｙ軸）
方向の調整だけでよいため、光導波路２と光ファイバ３
との光結合が極めて容易である。なお、本実施例におい
て、各寸法及び形状が上述の範囲にある場合の結合損失
は、約１ｄＢ以下である。

また、従来のＶ溝が設けられた結合部側（第５図参照）
においては、例えば８０本の光ファイバと８０本の先導
波路とを夫々良好な精度で結合することは極めて困難で
あった。しかし、本実施例の構造とすることにより、こ
のような多数の光結合においても、各結合部の結合損失
を抑制することができる。更に、本実施例においては、
光ファイバと基板との接合部は、例えば前述の如く、幅
が約１２４μｍ１長さが数ｍｍ乃至２ｃｍであり、従来
に比して接合面積が著しく広いため、光ファイバと基板
との接合強度が高く、耐久性が高い。

第４図は本発明の第２の実施例を示す正面断面図である
。この実施例は光フアイバ同士を光結合するものである
。

本実施例においては、２木の光ファイバ１１゜１２はい
ずれも端部の周面が研磨又はエツチングされて平坦面が
設けられている。そして、この平坦面同士を接触させて
両者が接合されている。また、光ファイバ１１．１２の
端部のコア１３，１４の露出部分には、充填材１５が充
填されている。

この場合に、第１の実施例と同様に、双方の光ファイバ
１１．１２のコア１３．１４の結合長を調節することに
より、一方の光ファイバ１１（１２）の光を略完全に他
方の光ファイバ１２（１１）に移行させることができる
。本実施例において、光ファイバ１１．１２の寸法等が
第１の実施例と同様の場合における結合損失は、約０．
３ｄＢである。

本実施例においては、光フアイバ同士を容易に結合する
ことができると共に、結合損失が小さいという長所があ
る。また、光フアイバ同士の接合面積が大きいため、結
合部分の耐久性が高い。

なお、上述の実施例は、光ファイバのコアと基板の先導
波路又は一方の光ファイバのコアと他方の光ファイバの
コアとが接触している場合についてのものであるが、両
者の間が離隔していてその間をクラツド材が占めていて
もよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、光フアイバノコア
ト光導波路又は２本の光ファイバのコア同士を所定の結
合長で平行に配置したがら、結合部の長さの調整だけで
光ファイバから光導波路、光導波路から光ファイバ又は
一方の光ファイバから他方の光ファイバに信号光を略完
全に移行させることができる。また、接合すべき光ファ
イバ及び光導波路の数が多い場合も、結合部の長さの調
整及び幅の調製だけでよいため、結合が容易である。更
に、光フアイバ同士又は光ファイバと基板との接合面積
が大きいため、接合部の接合強度が高く、耐久性が優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る光結合方法を示す
正面断面図、第２図は同じくその横断面図、第３図は基
板と光ファイバとの間の結合部の長さと光出力との関係
を示すグラフ図、第４図は本発明の第２の実施例を示す
正面断面図、第５図は従来の光結合方法を示す組立図、
第６図は従来の他の光結合方法を示す斜視図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光素子及びこの光素子に接続された光導波路が形
   成された基板の表面に光ファイバを接合し、前記光ファ
   イバのコアと前記光導波路とを所定の結合長に亘り平行
   に配置したことを特徴とする光ファイバとの光結合方法
   。
2. （２）２本の光ファイバを双方の光ファイバのコアが所
   定の結合長に亘り平行に配置されるように接合したこと
   を特徴とする光ファイバとの光結合方法。
3. （３）前記所定の結合長は、前記光ファイバに光を入射
   したときに前記光ファイバの結合部側の端部から出力さ
   れる光の強度が最小になるように設定されたものである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバと
   の光結合方法。
4. （４）前記所定の結合長は、前記光ファイバに光を入射
   したときにこの光ファイバに結合された前記光導波路又
   は前記光ファイバに接合された他の光ファイバから出力
   される光の強度が最大になるように設定されたものであ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ
   との光結合方法。