JPH04315109A - 光接続器及びその加工方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はニオブ酸リチウム結晶を
はじめとする基板に形成された光導波路と光ファイバと
を効率的に接続する光接続器及び加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術の発展に伴って、さらに大容
量や多機能を持つ高度のシステムが求められており、よ
り高度の光信号の発生や光伝送路の切り替え，交換など
の新たな機能の付加が必要とされている。例えば、光伝
送路の切り替えやネットワークの交換機能を得るために
は、高機能な光スイッチ等の光制御デバイスが必要とな
る。

【０００３】現在実用されている光制御デバイスは主と
して、プリズム，レンズ，ミラー，ファイバなどを使っ
たバルク形のものであり、低速であること、信頼性が不
十分、形状が大きくマトリクス化に不適当である等の欠
点がある。これを解決する手段として開発が進められて
いるものは、光導波路を用いた導波形の光制御デバイス
であり、高速，多素子の集積化が可能、高信頼等の特長
がある。特にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶等
の強誘電体材料を用いたものは、光吸収が小さく低損失
であること、大きな電気光学効果を有しているため、高
効率である等の特長があり、従来からも方向性結合器型
光変調器や光スイッチ、全反射型光スイッチ又はマッハ
ツエンダ型光変調器等の種々の方式の光制御デバイスが
報告されている。

【０００４】このような導波形の光制御デバイスを実際
の光通信システムに適用する場合、各デバイスの入出力
部にあたる光導波路の接続端面を光ファイバを介して相
互に接続することが実用上不可欠である。接続部におい
て光学的な結合を低損失に達成するためには、基板上に
形成された光導波路及び光ファイバの接続端面を高精度
な面に加工し、かつ光導波路と光ファイバの光透過方向
の中心軸を高精度に合致させて接続する必要がある。

【０００５】従来、光導波路及び光ファイバの接続は、
砥石を用いた機械的切断加工と遊離砥粒を用いた研磨に
より光ファイバと光導波路の接続端面を高精度に鏡面加
工した後、光透過方向の中心軸が合致するように精密な
位置調整を行って、接着剤等で固着する方法がとられて
いる（例えば、女鹿田ほか８９年電子情報通信学会春大
会論文集４−２７８）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特にシングルモードの
光導波路と光ファイバを接続する場合、光導波路や光フ
ァイバの光フィールド分布の広がりは１０μｍ以下であ
ることが多い。このため、低損失な光接続を達成するに
は、両者の光透過方向の中心軸は１μｍ以下程度の精度
で一致するように位置調整を行う必要がある。

【０００７】従来の技術によれば、上述のように高精度
な光接続を達成するには、多くの調整工数と長い調整時
間を要するという課題があった。また位置調整の後、光
導波路と光ファイバの接続端面を完全に固着するまでの
間に中心軸の位置ずれが生じやすく、接続損失の増加が
発生しやすいという課題があった。

【０００８】本発明の目的は、上述の従来の光導波路と
光ファイバの光接続の課題を解決し、ニオブ酸リチウム
結晶をはじめとする基板に形成された光導波路と光ファ
イバの光接続を容易に、また短時間で効率的に行えるよ
うにし、さらに接続損失の低減に適した光接続器とその
加工方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明に係る光接続器においては、基板上に形成され
た光導波路と光ファイバを光学的に結合する光接続器で
あって、前記基板上に前記光導波路の光透過方向の中心
軸が一致して前記光ファイバの半径と等しい深さを有し
、かつ断面形状が半円形の光ファイバの案内溝を設け、
該案内溝に光ファイバを配置，加圧，固着して前記光導
波路の光接続端面と光ファイバの光接続端面を接続する
ものである。

【００１０】前記光接続器は、基板上に形成された光導
波路と光ファイバを光学的に結合する光接続器の加工方
法であって、円板状の回転砥石の外周面を用いた研削加
工法により、前記基板上の光ファイバ設置位置を断面形
状が半円形状となるように研削加工し、基板の光ファイ
バ設置位置に、光導波路の光透過方向の中心軸が一致し
光ファイバの半径と等しい深さをもつ光ファイバの案内
溝を形成することにより製造されるものである。

【００１１】また、前記光ファイバの案内溝は、少なく
とも該案内溝の一端にテーパ部を有するものであり、該
テーパ部は、光ファイバを案内溝に誘導案内する作用を
するものであり、また、前記光ファイバの案内溝は、該
案内溝の長さ方向の中央部に該案内溝より深い逃げ部を
有するものである。

【００１２】また、本発明に係る光接続器においては、
基板と、板状体と、案内溝とを有し、光導波路と光ファ
イバを光学的に結合する光接続器であって、基板は、光
導波路が形成されたものであり、板状体は、基板より対
加工特性が良好な異種材料からなり、基板の光導波路の
光接続端面に隣接して配置されたものであり、案内溝は
、板状体に形成され、基板の光導波路の光透過方向の中
心軸が一致し光ファイバの半径と等しい深さをもち、断
面形状が半円形状のものであり、光ファイバを光導波路
に対向させて保持するものである。

【００１３】前記光接続器は、基板上に形成された光導
波路と板状体に保持された光ファイバとを光学的に結合
する光接続器の加工方法であって、光導波路が形状され
た基板より対加工性が良好な異種材料からなる板状体を
、前記基板上の光導波路の光接続端面に隣接して固定し
、該板状体に、前記光導波路の接続端面を目印として光
ファイバを挿入保持する案内孔を機械的ドリル加工法に
よって形成することにより製造されるものである。

【００１４】

【作用】第１の発明の光接続器では図１（ａ）に示すよ
うに、光導波路１２及び１３の接続端面２４が形成され
たニオブ酸リチウム結晶基板１１と同一基板上に、光導
波路１２及び１３の光透過方向と中心軸が一致し、かつ
基板１１に対する深さが光ファイバ１７の半径と等しい
案内溝１４が形成されている。このため、光ファイバ１
７を案内溝１４に配置して、光ファイバの接続端面２５
が予め形成した光導波路の接続端面２４に接するまで光
ファイバ１７をスライドさせることで、容易に光接続で
きる。

【００１５】ここで、案内溝１４の断面形状は図１（ｂ
）に示すように半円形であり、曲率半径は光ファイバ１
７の半径以上としている。この形状には、光ファイバ１
７を固着するために塗布する接着剤１５が硬化するまで
の間に、接着剤１５の表面張力によって光ファイバ１７
の位置が、自動的に案内溝１４の中心に調整される作用
がある。接着剤１５が硬化するまでの間、光ファイバ１
７を適切な荷重Ｐで加圧すれば、光ファイバ１７と光導
波路１２及び１３の接続端面の光軸を高精度に一致させ
て接続できる。

【００１６】さらに半円形の案内溝１４は、接着剤１５
を介して光ファイバ１７の位置を拘束するため、硬化に
伴う接着剤１５の体積変化による光ファイバ１７の位置
ずれは生じにくい。よって、接続損失の増加が生じるこ
とはない。第２の発明の光接続器の加工方法では、図２
（ａ），（ｂ）に示すように、円柱状の回転砥石１６の
外周部全面あるいは砥石１６を傾斜させて先端部の外周
面を用いて案内溝１４を形成する。光導波路１２及び１
３が形成されたニオブ酸リチウム結晶基板１１は、難エ
ッチング材料であり、ドライエッチングやウェットエッ
チングによって案内溝１４を形成することは困難である
。微小径の回転砥石１６を用いた機械的研削加工手段に
よってのみ、半円形の断面形状を有する案内溝１４を効
率的に形成できる。

【００１７】また案内溝１４を研削加工するには、図２
（ｂ）に示すように光導波路１２及び１３に沿って砥石
１６を移動すればよい。こうすることで、光導波路１２
及び１３の光透過方向と中心軸の一致した案内溝１４が
容易に形成できる作用もある。第２の発明において案内
溝１４を形成する際、図２（ｂ）に示すように、距離セ
ンサ１８によって基板１１の表面との距離ｄを計測して
、基板１１の表面に対する砥石１６の切込み深さを算出
しながら研削加工する方法をとれば研削加工時の抵抗で
砥石１６に弾性変形が発生して、実際の切込み量が設定
した切込み量より小さくなることを防止できる。

【００１８】距離センサ１８で計測した砥石１６の切込
み量を基に砥石１６を保持するｚ軸テーブル１９の移動
量を制御することで、案内溝１４の深さを光ファイバ１
７の半径と等しく形成することが可能となる。

【００１９】次に、第３及び第４の発明の作用について
図３を参照して説明する。第１の発明において形成した
半円形の案内溝１４に光ファイバ１７を配置する工程は
、シングルモード光ファイバ１７の径が高々０．１３ｍ
ｍであることから、従来は困難な作業であった。そこで
、第３の発明では案内溝１４の少なくとも一方の端をテ
ーパ状に形成している。この発明には、テーパ部２１に
光ファイバ１７を沿わせることで、光ファイバ１７を案
内溝１４に簡略に配置することができる作用がある。

【００２０】また、第４の発明では、案内溝１４の中央
部に案内溝１４より深い逃げ部２２を設けている。この
逃げ部２２は通常の粗研削による溝入れ加工で容易に形
成することが可能であり、案内溝１４の生産性を向上す
る作用がある。すなわち、案内溝１４は光ファイバ１７
の正確な位置調整と確実な固着のためにある一定以上の
長さを必要とするが、案内溝１４の両端部分が高精度に
形成されていれば中央部は必ずしも必要でない。よって
、予め逃げ部２２を設けることで、案内溝１４の研削加
工に要する時間を大幅に低減することができる。

【００２１】第５の発明の光接続器では図４に示すよう
に、光導波路の接続端面２４にニオブ酸リチウム結晶基
板１１より対エッチング加工特性や対機械的研削加工特
性が良好な板状の材料２３を、基板１１が固定されてい
る固定用基板２６に固定する。その上で、この板状の材
料２３に光ファイバ１７を配置、固着するための案内溝
１４を設ける。その際、板状の材料２３を固定するため
の工程・時間が新たに必要となる。しかし、図４に示す
ように、例えば案内溝１４を円柱状の回転砥石１６を用
いた研削加工によって形成する場合、板状の材料２３の
対研削加工特性が良好であるため、加工速度は向上し、
案内溝１４の形成に要する時間は短縮することができる
。

【００２２】第６の発明の光接続器の加工方法では、図
５に示すように透明なガラス２７を固定用基板２６に固
定し、光フアイバ１７を挿入するための案内孔３０をド
リル２８を用いた機械的な孔加工法によって形成する。 ここで案内孔３０は、ガラス２７を通して見える光導波
路の接続端面２４を目印にして加工することで、容易に
光導波路１２及び１３と案内孔３０の光透過方向の中心
軸を一致させることができる。

【００２３】また光ファイバ１７を案内孔３０に挿入，
固着する際、硬化前の接着剤の表面張力によって、光フ
ァイバ１７は自動的に案内孔３０の中心軸に調整できる
作用もある。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。

【００２５】（実施例１）図１（ａ）及び（ｂ）は、本
発明による光接続器及び加工方法の実施例１を示す図で
あり、（ａ）は案内溝１４に光ファイバ１７を配置した
状態の斜視図を示し、（ｂ）は案内溝１４の断面図を示
す。

【００２６】図において、ニオブ酸リチウム結晶基板１
１の−ｚ面上に、チタン拡散による光導波路１２及び１
３が形成されている。光導波路の幅及び深さは共に８μ
ｍ程である。光導波路１２及び１３の上面には光導波路
の接続端面２４を機械的な研削溝入れ加工によって高精
度に鏡面加工する際、発生するチッピングが光導波路の
接続端面２４を損傷することを抑制するため、図１（ｂ
）に示すように、予め１μｍ厚程のＳｉＯ２蒸着膜３２
による保護膜が設けられている。保護膜はＳｉＯ２蒸着
膜３２のほかにスパッタ膜やＡｌ２Ｏ３の蒸着膜，スパ
ッタ膜でも同様の効果が得られる。

【００２７】まず光導波路１２及び１３の接続端面２４
を、研削溝入れ加工法によって形成した。加工は、ダイ
ヤモンド砥粒径約３μｍ，外径７６ｍｍ，幅０．５ｍｍ
の砥石を用いて行った。切込み約１ｍｍ，送り速度は６
ｍｍ／ｍｉｎとし、光導波路１２及び１３が形成された
−ｚ面を上面としてダウンカット研削法でニオブ酸リチ
ウム結晶基板１１の結晶軸の−ｙから＋ｙ方向に溝入れ
加工した。

【００２８】次に砥粒径約６μｍ，砥石径１５０μｍの
円柱状の回転砥石１６を用いて案内溝１４を研削加工し
た。本実施例では第２の発明の光接続器の加工方法に従
い、図２（ｂ）に示すように回転砥石１６を傾斜させ、
送りテーブル２０によって光導波路１２及び１３の光中
心軸方向に２ｍｍ／ｍｉｎの速度で基板１１を移動させ
て、案内溝１４を形成した。

【００２９】ここで、砥石１６の切込み量は、図２（ｂ
）に示すように距離センサ１８を用いて基板１１の表面
に対する砥石１６の切込み深さを計測しながら研削加工
した。すなわち光学的な距離センサ１８を用いて、０．
１μｍ以下の精度で計測した距離ｄを基に、砥石１６の
弾性変形量を差し引いた砥石１６の実際の切込みを算出
し、インプロセスで砥石１６を保持するｚ軸テーブル１
９の移動量を制御することで、案内溝１４の深さを一定
に形成できた。

【００３０】以上の実施例によってニオブ酸リチウム結
晶基板１１に、基板１１に対する深さ６３μｍ，幅１３
６μｍ，長さ４ｍｍの半円形の断面形状を有する案内溝
１４を２本形成した。案内溝１４の加工に要した時間は
４分程であった。例えば従来のエッチング技術では、案
内溝１４を半円形に形成することは極めて困難である。 なお、案内溝１４は図２（ａ）に示すように、円柱状の
砥石１６を外周面全面を用いても上記の実施例と同様に
、加工時間４分程度で形成することが可能であった。 以上の後、図１（ａ）に示すように、案内溝１４の中に
直径１２６μｍのシングルモード光ファイバ１７を配置
し、光ファイバの接続端面２５が光導波路の接続端面２
４に接するまでスライドさせて、接着剤１５を塗布した
。そして接着剤１５が固着するまでの間、１ｇの荷重Ｐ
で光ファイバ１７を加圧し、案内溝１４に固着した。

【００３１】案内溝１４は、光ファイバ１７と光導波路
１２，１３の光透過方向の中心軸が一致するように形成
されている。このため従来の技術では必要であった光フ
アイバ１７の位置調整が不用となり、光接続に要する時
間を大幅に低減できた。また、光ファイバ１７を接着剤
で固着する際、従来の技術ではたびたび発生していた光
ファイバ１７の位置ずれを防止でき、位置ずれによって
発生する接続損失も低減できた。

【００３２】（実施例２）図３は、本発明の実施例２を
示す図である。本実施例では、実施例１と同様のニオブ
酸リチウム基板１１に、両端にテーパ部２１を有する案
内溝１４を、実施例１と同様に円柱状の回転砥石を用い
た研削加工によって形成した。また案内溝１４を形成す
る前に、予め砥石厚さ２ｍｍの粗砥粒砥石を用いた研削
溝入れ加工の手段によって、深さ１ｍｍ程の逃げ部２２
を形成した。

【００３３】テーパ部２１は、案内溝１４の両端部を加
工する際、円柱状の回転砥石を意図的に光透過方向の中
心軸からずらして、基板１１を研削加工することで容易
に形成することができた。以上の実施例の後、実施例１
と同様に案内溝１４の中に直径１２６μｍのシングルモ
ード光ファイバ１７を配置，加圧，固着し、光導波路の
接続端面２４と光ファイバの接続端面２５を接続した。 その結果、従来必要であった光軸調整は不用になり、光
ファイバ１７の位置ずれによる接続損失も防止すること
ができた。なお本実施例において、従来は困難であった
案内溝１４に光ファイバ１７を配置する作業は、テーパ
部２１に光フアイバ１７を沿わせて配置することで、極
めて簡略に達成できるようになった。また、４ｍｍの案
内溝１４の長さに対して約２ｍｍ幅の逃げ部２２を設け
ることにより、案内溝１４の研削加工に要する時間を半
減することができた。

【００３４】（実施例３）図４，図５は、本発明の実施
例３を示す図である。本実施例では、実施例１と同様の
ニオブ酸リチウム基板１１を用い、光導波路１２及び１
３の接続端面２４を、研削切断加工法によって形成した
。そして接続端面２４が形成された基板１１を固定用基
板２６に固定し、さらに基板１１より対研削加工特性が
良好な板状のガラス材料２３を、接着剤を用いて固定用
基板２６に接続端面２４に隣接して固定した。

【００３５】しかる後に、砥粒径約６μｍ，砥石径１５
０μｍの円柱状の砥石１６を用いて板状の材料２３に光
ファイバの案内溝１４を研削加工した。本実施例では実
施例１と同様に円柱状の砥石１６を傾斜させ、送りテー
ブル２０によって光導波路１２及び１３の光軸方向に４
ｍｍ／ｍｉｎの速度で基板１１を移動させて、断面形状
が半円形の案内溝１４を形成した。その際、砥石１６を
板状の材料２３に切り込む位置は、基板１１の光導波路
１２及び１３の延長上として、案内溝１４と光導波路１
２及び１３の光透過方向の中心軸が一致するようにした
。

【００３６】その結果、板状の材料２３を固定するため
の工程・時間が増加したものの、板状の材料２３の対研
削加工特性が良好であるため、送りテーブル２０の速度
は向上でき、案内溝１４の形成に要する時間は短縮する
ことができた。

【００３７】なお板状の材料２３として、例えば対エッ
チング加工特性がニオブ酸リチウム基板１１よりも良好
な基板等を使用し、フォトリソグラフィー法やレーザエ
ッチング法によって、光ファイバ１７の案内を形成する
ことも可能である。

【００３８】また本実施例では、対ドリル加工特性が良
好で、かつ透明な板状のガラス２７を固定用基板２６に
固定した後、光導波路１２及び１３の反対側の接続端面
２４から可視光源３１を用いて光を入射させた。そして
ガラス２７を通して見える光導波路の接続端面２４を目
印にして、直径が１３０μｍのドリル２８を用いて、光
透過方向の中心軸が一致した案内孔３０を加工した。

【００３９】以上の後、案内孔３０に光ファイバ１７を
挿入し、光導波路の接続端面２４と光ファイバの接続端
面２５を接続し、接着剤を用いて光ファイバ１７を案内
孔３０に固定した。光ファイバ１７は接着剤の表面張力
によって、案内孔３０の中心軸に自動的に調整され、固
定された。従来必要であった光軸調整は実施例１と同様
に不用となり、光ファイバ１７の位置ずれによる接続損
失も防止することができた。

【００４０】以上の実施例においては、光導波路が形成
された基板としてニオブ酸リチウム基板を用いたが、ガ
ラス基板や半導体基板などの他の基板を使用しても本発
明を適用できる。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光接続器及
び加工方法によれば、ニオブ酸リチウム結晶をはじめと
する基板に形成された光導波路と光ファイバの光接続端
面の接続が従来より容易に短時間で行え、かつ接続損失
を低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例１を示す
図であり、（ａ）は光接続方法を示す斜視図、（ｂ）は
、同案内溝の断面図である。

【図２】（ａ）は、本発明の実施例１における案内溝の
加工部を示す断面図、（ｂ）は、同加工部の斜視図であ
る。

【図３】本発明の実施例２に係る光接続器による案内溝
の形状を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例３に係る案内溝加工部を示す断
面図である。

【図５】本発明の実施例３に係る案内溝の加工方法を示
す断面図である。

【符号の説明】

１１　　基板 １２，１３　　光導波路 １４　　案内溝 １５　　接着剤 １６　　砥石 １７　　光ファイバ １８　　距離センサ １９　　ｚ軸テーブル ２０　　送りテーブル ２１　　テーパ部 ２２　　逃げ部 ２３　　板状の材料 ２４　　光導波路の接続端面 ２５　　光ファイバの接続端面 ２６　　固定用基板 ２７　　ガラス ２８　　ドリル ２９　　案内溝の端面 ３０　　案内孔 ３１　　光源 ３２　　保護膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に形成された光導波路と光ファ
   イバを光学的に結合する光接続器であって、前記基板上
   に前記光導波路の光透過方向の中心軸が一致して前記光
   ファイバの半径と等しい深さを有し、かつ断面形状が半
   円形の光ファイバの案内溝を設け、該案内溝に光ファイ
   バを配置，加圧，固着して前記光導波路の光接続端面と
   光ファイバの光接続端面を接続することを特徴とする光
   接続器。
2. 【請求項２】　　基板上に形成された光導波路と光ファ
   イバを光学的に結合する光接続器の加工方法であって、
   円板状の回転砥石の外周面を用いた研削加工法により、
   前記基板上の光ファイバ設置位置を断面形状が半円形状
   となるように研削加工し、基板の光ファイバ設置位置に
   、光導波路の光透過方向の中心軸が一致し光ファイバの
   半径と等しい深さをもつ光ファイバの案内溝を形成する
   ことを特徴とする光接続器の加工方法。
3. 【請求項３】　　前記光ファイバの案内溝は、少なくと
   も該案内溝の一端にテーパ部を有するものであり、該テ
   ーパ部は、光ファイバを案内溝に誘導案内する作用をす
   るものであることを特徴とする請求項１に記載の光接続
   器。
4. 【請求項４】　　前記光ファイバの案内溝は、該案内溝
   の長さ方向の中央部に該案内溝より深い逃げ部を有する
   ものであることを特徴とする請求項１に記載の光接続器
   。
5. 【請求項５】　　基板と、板状体と、案内溝とを有し、
   光導波路と光ファイバを光学的に結合する光接続器であ
   って、基板は、光導波路が形成されたものであり、板状
   体は、基板より対加工特性が良好な異種材料からなり、
   基板の光導波路の光接続端面に隣接して配置されたもの
   であり、案内溝は、板状体に形成され、基板の光導波路
   の光透過方向の中心軸が一致し光ファイバの半径と等し
   い深さをもち、断面形状が半円形状のものであり、光フ
   ァイバを光導波路に対向させて保持するものであること
   を特徴とする光接続器。
6. 【請求項６】　　基板上に形成された光導波路と板状体
   に保持された光ファイバとを光学的に結合する光接続器
   の加工方法であって、光導波路が形状された基板より対
   加工性が良好な異種材料からなる板状体を、前記基板上
   の光導波路の光接続端面に隣接して固定し、該板状体に
   、前記光導波路の接続端面を目印として光ファイバを挿
   入保持する案内孔を機械的ドリル加工法によって形成す
   ることを特徴とする光接続器の加工方法。