JPH0415603A - 光分岐・合波回路の製造方法 - 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】 〔概要〕 光分岐・合波回路の製造方法に関し、 −枚の基板上に位置合わせが容易で、かつ、挿入損失が
低い光分岐・合波回路を構成することを目的とし、 基板上に相交わる複数のファイバ固定溝と複数のガイド
ピン用溝を形成する工程と、前記複数のファイバ固定溝
に光ファイバ　を嵌合固定する工程と、前記光ファイバ
の交点を通り、かつ、前記複数のガイドピン用溝と交わ
る直線に沿って前記基板を切断する工程と、前記基板の
切断面の少なくとも一方の面に光機能膜を形成する工程
と、前記切断された基板のいずれか一方のガイドピン用
溝に前記がイドピン用溝の長さよりも短いガイドピンを
切断面から一部突出するごとくに嵌合固定する工程と、
前記切断された基板の一方の切断面から一部突出したカ
イトピンを他方のガイドピン用溝に嵌合し、切断された
基板の双方の切断面を光学接着剤層を挟んで密着固定す
る工程とを少なくとも含むように光分岐・合波回路の製
造方法を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光分岐・合波回路、と（に、波長多重通信や双
方向通信など大容量光ファイバ通信に使用する小型・高
性能の光分岐・合波回路の製造方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

第３図は従来の光分岐・合波回路の例を示す図（その１
）である。

図中、１００は光学プリズムで透明なガラスからなり所
要の頂角をなして光学面加工されている。

光学面、たとえば、相対する平面には光機能膜５０〜５
３が形成されている。光機能膜５０〜５３に近接してそ
れぞれ光ファイバ４０ａ、　４０ｂ、　４０ｃ、　４０
ｄが所要の入射角、屈折角１反射角あるいは出射角にな
るように光軸調整されて配置されている。

いま、たとえば、光ファイバ４０ａから波長λ１゜λ２
．λ３の３つの波長が混合した光を光機能膜５２゜たと
えば、反射防止膜に入射させ、光学プリズム１００内に
屈折させて他の面に形成された光機能膜５０、たとえば
、波長λ１の光は透過しλ２．λ３の光は反射する波長
選択フィルタ膜に入射させると波長λ１の光だけが光学
プリズム１００から出射して光ファイバ４０ｂに分岐伝
送される。一方、波長λ２．λ、の光は反射し、再び第
１面に戻って光機能膜５１．たとえば、波長λ２の光は
透過しλ３の光は反射する波長選択フィルタ膜に入射さ
せると波長λ２の光だけが光学プリズム１００から出射
して光ファイバ４０ｃに分岐伝送される。一方、波長λ
、の光は反射し光学プリズム１００内を通過して第２面
に形成された光機能膜５３．たとえば、反射防止膜を透
過して光学プリズム１００を出射し光ファイバ４０ｄに
導かれ分岐伝送される。すなわち、波長λ１．λ２．λ
３の３つの波長が混合した光が、それぞれ別々の光ファ
イバ４０ｂ、　４０ｃ、　４０ｄに分岐される。なお、
合波の場合には上記と全（反対の方向に別々の光を入射
させれば、光の逆進性により光ファイバ４０ａから合波
された光が得られる。

なお、図は原理的な構成を示しておりパッケージなどは
省略しである。

以上の方法は従来の個別光学部品を組み合わせて構成す
ることができる利点があるが、その反面、光軸の調整、
たとえば、入射角、屈折角１反射角あるいは出射角など
の調整が非常に難しく、かつ、熟練と長時間を必要とす
る難点がある。

これに対して、最近になって一枚の基板上に複数の光フ
ァイバを近接させ光機能部品と結合させる構成のものが
提案されている。

第４図は従来の光分岐・合波回路の例を示す図（その２
）である。図中、ｌは基板で、その表面に溝を形成し、
複数の、たとえば、２本の光ファイバ４ａ、　４ｂが所
定の角度、たとえば、θをなすように嵌合固定されたの
ち、前記２本の光ファイバ４ａ、　４ｂの交点を通り所
定の角度、たとえば、φて部品挿入溝８を形成する。そ
の部品挿入溝８に光機能部品９を嵌挿固定してパッケー
ジを施せば一枚の基板上に一体に構成された固体化され
た光分岐・合波回路が得られ、光軸調整は極めて容易と
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の第４図に示した従来例（その２）により光軸調整
などは容易になったが、使用する光機能部品９は透明基
板１０．たとえば、ガラス基板の片面あるいは両面に光
機能膜５“を形成して構成されるので、その厚さは少な
くとも０．３〜０．５ｍｍを必要とし、したがって、部
品挿入溝８の両端面に露出した光フアイバ間の間隔が大
きくなり、とくに、最近のシングルモード光ファイバの
場合にはコア径が１０μｍ程度と極めて細く両ファイバ
間の結合損失が重大な問題となっており、その解決が必
要となっていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、基板１上に相交わる複数のファイバ固定
溝２と複数のカイトピン用溝３を形成する工程と、前記
複数のファイバ固定溝２に光ファイバ４を嵌合固定する
工程と、前記光ファイバ４の交点を通り、かつ、前記複
数のガイドピン用溝３と交わる直線に沿って前記基板ｌ
を切断する工程と、前記基板１の切断面の少なくとも一
方の面に光機能膜５を形成する工程と、前記切断された
基板ｌのいずれか一方のガイドピン用溝３に前記ガイド
ピン用溝３の長さよりも短いガイドピン６を切断面から
一部突出するごとくに嵌合固定する工程と、前記切断さ
れた基板ｌの一方の切断面から一部突出したガイドピン
６を他方のガイドピン用溝３に嵌合し、切断された基板
ｌの双方の切断面を光学接着剤層７を挟んで密着固定す
る工程とを少な（とも含むように構成した光分岐・合波
回路の製造方法により解決することができる。

〔作用〕

本発明方法によれば、基板ｌの切断面に光機能膜５を直
接形成しているので、切断面に露出した光ファイバの端
面間のキャップを極めて小さくすることができる。しか
も、切断された側基板を接合する際にガイドピン用溝３
とカイトピン６との嵌合により位置決めするので、光軸
調整は不要であり極めて簡易に組立てを行うことができ
るのである。

〔実施例〕

第１４．図−一荘纂＋−一は本発明実施例の主な工程を
示す図で、以下に主要な工程を順を追って説明する。

工程（１）二基板ｌとして、たとえば、厚さ０．７ｍｍ
１面方位Ｃ１００）のシリコン基板を使用する。公知の
ごとくシリコン基板はその面方位によって特有な形の異
方性エツチングが行われ、長方形やＶ字型などのシャー
プな形状の穴あるいは溝が形成される。

たとえば、この方位のシリコン基板では＜　１００〉方
向のエツチング速度が非常に速く、＜ｌｉｔ＞方向では
逆に遅いので、その結果として、角度α−３５，４°の
２つの斜面（何れも［１１１］面）を持つＶ字型のファ
イバ固定溝２ｂとガイドピン用溝３ａ、３ｂ、およびそ
れらの溝と垂直な方向で相対する垂直な２つの側面（何
れも［１１１］面）を持つ長方形のファイバ固定溝２ａ
を形成することができる。

これらの溝を形成するための具体的なプロセスとしては
ホトエツチング技術を使用する。たとえば、先ず、面方
位（１００）のシリコン板からなる基板１の表面に厚さ
５００ｎｍのＳｉＯ□膜を公知の熱酸化法で形成し９次
に、その上にホトレジストを塗布して、同図（１）のパ
ターン配置になるようにマスクをかけて露光、現像した
のち、前記熱酸化シリコン膜をフッ化アンモニウム５対
フツ酸１の割合で混合した液の中で室温で４分間エツチ
ングして除去する。次いで、残った熱酸化５ｉ０２膜を
マスクとして、１１０°ＣのＥＰＷ液（エチレンジアミ
ン。

カテコール水混合液）の中で４時間エツチングする。こ
の際のそれぞれのエツチング速度を比較すると、１時間
当たり５ｉ（Ｌ膜：　ＩＯＡ、（１１１）Ｓｉ：０．８
μｍ、　（１００）Ｓｉ：３０μｍとなり、極めてシャ
ープな異方性エツチングが行なわれることがわかる。

以上の５ｉｎ２膜をマスクとした異方性エツチングによ
り、深さ１２０μｍで巾が１３０μｍのＶ字型のファイ
バ固定溝２ｂとガイドピン用溝３ａ、　３ｂ、およびそ
れらの溝と垂直な方向（θ＝９０°）で相対する２つの
斜面（何れも［１１１］面）を持つＶ字形のファイバ固
定溝２ａを形成することができる。なお、それぞれの溝
の巾や深さは熱酸化５１０２膜マスクの寸法やエツチン
グ時間により任意に調整すればよい。

工程（２）：前記処理基板のファイバ固定溝２ａ、　２
ｂに、たとえば、外径１２５μｍのシングルモード光フ
ァイバ４ａ、　４ｂを嵌合し、必要に応じて接着剤で固
定する。

工程（３）：前記処理基板の前記光ファイバ４ａ、　４
ｂの交点を通り、かつ、前記複数のガイドピン用溝３ａ
、　３ｂと交わる直線（たとえば、光ファイバ４ａと角
度φをなす）に沿って前記基板１を、たとえば鏡面切断
可能なダイヤモンドブレードを用いて切断する。

工程（４）：前記処理基板の切断面の少なくとも一方の
面に光機能膜５．たとえば、ＳｉＯ２，ＴｉＯ□、　Ｍ
ｇＯなどの誘電体多層膜を波長選択性を持たせて形成す
る。これら波長選択性、たとえば、特定の波長の光に対
して透過あるいは反射する性質を付与する方法はすでに
公知であり、角度θやφ、各誘電体膜の屈折率や厚さ層
数などを選択して設計できる。また、−誘電体多層膜の
形成は公知の蒸着法やスパッタ法を使用すればよい。

工程（５）：前記処理基板のいずれか一方、たとえば、
図（５）では光機能膜５が形成されている方の基板にガ
イドピン用溝３ａ、　３ｂの長さよりも短い。

たとえば、外径１２５μｍのガラスロッドからなるガイ
ドピン６ａ、　６ｂを切断面から一部突出させて嵌合し
接着剤で固定する。ガイドピンの長さをガイドピン用溝
の長さよりも短か（しであるので邪魔になることはなく
切断面は元の配置で固定される。

工程（６）：前記処理基板の一方の切断面から一部突出
したガイドピン６ａ、　６ｂを他方の基板ｌに残ったガ
イドピン用溝３ａ、　３ｂに嵌合し、切断された基板Ｉ
の双方の切断面を光学接着剤層７を挟んで密着し、たと
えば、エポキシ系光学接着剤で接着固定する。なお、こ
の際ガイドピンとガイドピン用溝との間も接着剤で固定
する。

以上の処理を済ませたあとパッケージを施せば本発明方
法による光分岐・合波回路が完成する。

第２図は本発明方法による実施例素子の外観を示す斜視
図で、全体の素子構成を理解し易いように図示したもの
である。たとえば、波長λ１．λ２の混合光を光ファイ
バ４ａに入射させると、光機能膜５で分波されて光ファ
イバ４ｂの一方、たとえば右側に波長λ、の光が、他方
、すなわち、左側の光ファイバ４ｂに波長λ２の光が出
射されるように構成することができる。

本発明方法による素子は全体が極めてコンパクトで堅牢
であり、かつ、光ファイバ４の切断面のギャップは光機
能膜５と光学接着剤層７の合計厚さだげになっているの
で、高々数ｌＯμｍに過ぎず従来例（その２）に比較し
て１／ＩＯ以下と薄＜、シたがって、挿入損失が１／２
以下に低減される。

なお、上記実施例では基板ｌとしてシリコン基板を用い
たが、これに限定されるものでなく他の基板、たとえば
、カラス、セラミック２金属などを使用してもよく、溝
形成も異方性エツチングでなくとも通常のホトエツチン
グ技術を使用すればよい。

また、上記実施例では光ファイバ４の交点が１箇所の場
合を示したが、複数箇所に設けて同様に切断し切断面に
光機能膜を形成して素子作製すれば、３つ以上の波長の
光が混合した光を分岐したり、あるいは、３つ以上の波
長の光を合波したりする光分岐・合波回路を形成するこ
とができる。

さらに、ガイドピン用溝３は２箇所とは限らず３箇所以
上にしてもよく、その方向も平行でな（適当に傾けて形
成してもかまわない。

上記実施例は一例を示したものであり、本発明の趣旨に
添うものであれば、使用する素材やそれらの組み合わせ
、あるいは、各プロセスの構成などは適宜最適なものを
選択使用してよいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明方法によれば基板ｌの切断
面に光機能膜５を直接形成しているので、切断面に露出
した光ファイバの端面間のギャップを極めて小さくする
ことができる。しかも、切断された側基板を接合する際
にガイドピン用溝３とガイドピン６との嵌合により位置
決めするので、光軸調整は不要であり極めて簡易に組立
てを行うことができ、光分岐・合波回路の性能９品質の
向上と価格の低下ならびに光回路の組立て作業性の改善
に寄与するところが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１４−回軸一び蘂＋−一は本発明実施例の主な工程を
示す図、 第２図は本発明方法による実施例素子の外観を示す斜視
図、 第３図は従来の光分岐・合波回路の例を示す図（そのｌ
）、 第４図は従来の光分岐・合波回路の例を示す図（その２
）である。 図において、 ｌは基板、 ２（２ａ、　２ｂ）はファイバ固定溝、３（３ａ、　３
ｂ）はガイドピン用溝、４（４ａ、４ｂ）は光ファイバ
、 ５は光機能膜、 ６（６ａ、　６ｂ）はガイドピン、 ７は接着剤層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基板（１）上に相交わる複数のファイバ固定溝（２）
   と複数のガイドピン用溝（３）を形成する工程と、前記
   複数のファイバ固定溝（２）に光ファイバ（４）を嵌合
   固定する工程と、 前記光ファイバ（４）の交点を通り、かつ、前記複数の
   ガイドピン用溝（３）と交わる直線に沿って前記基板（
   １）を切断する工程と、 前記基板（１）の切断面の少なくとも一方の面に光機能
   膜（５）を形成する工程と、 前記切断された基板（１）のいずれか一方のガイドピン
   用溝（３）に前記ガイドピン用溝（３）の長さよりも短
   いガイドピン（６）を切断面から一部突出するごとくに
   嵌合固定する工程と、 前記切断された基板（１）の一方の切断面から一部突出
   したガイドピン（６）を他方のガイドピン用溝（３）に
   嵌合し、切断された基板（１）の双方の切断面を光学接
   着剤層（７）を挟んで密着固定する工程とを少なくとも
   含むことを特徴とした光分岐・合波回路の製造方法。