JPH0593820A - 光導波路と光フアイバの結合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路と光ファイバの結合構造に関し、光
結合損失が小さい光導波路と光ファイバの結合構造を提
供することを目的とする。 【構成】 光ファイバ１の端面を光回路基板20に形成し
た光導波路５の端面に当接して、光ファイバ１と光導波
路５とを光結合させる光装置において、中心を所望に外
れた位置に偏心孔31が穿孔され、偏心孔31に光ファイバ
１の端末を挿着した円柱体30と、円柱体30を回動調整自
在に保持するガイド部41を、光導波路５に対向する位置
に有するファイバ保持台40と、ファイバ保持台40と光回
路基板20とを、上面に対向して搭載する基台21とを具備
し、ファイバ保持台40は、基台21上を移動調整した後基
台21に固着されるものであり、円柱体30は、端面を光回
路基板20の端面に当接し回動調整した後、ファイバ保持
台40に固着されるものであるという構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路と光ファイバ
の結合構造に関する。半導体技術の進歩に伴い、光回路
基板に光導波路を並設し、光回路基板上に配設した発光
素子，受光素子等の光学素子とそれぞれの光導波路とを
光結合させた光装置が提供されている。

【０００２】また、光回路基板に所望に複数の光導波路
を設けて光カプラを構成した光装置も提供されている。
このために，これらの光装置の光導波路と光ファイバと
を、高い結合度で接続する、光導波路と光ファイバの結
合構造が要求されている。

【０００３】

【従来の技術】図４は従来例の斜視図であり、図５は他
の従来例の斜視図である。図４において、10-1は、シリ
コン等の基台11-1の表面に石英ガラスを堆積した光回路
基板であって、表面には細幅の光導波路５と、光導波路
５を光回路基板10-1のほぼ中央部で二股に分岐して構成
した光導波路6-1,6-2 とを設けてある。

【０００４】これらの光導波路は、フォトリソグラフィ
手段により、光回路基板10-1の表面に高精度のマスクを
設け、マスクの並行した帯状の窓よりイオンを注入する
等して、帯状に部分的に屈折率を大きくして形成したも
のである。

【０００５】光導波路５, 光導波路6-1,6-2 の深さは、
シングルモード光ファイバのコアの直径にほぼ等しくて
10μm 程度であり、その幅もコアの直径にほぼ等しい。
そして光回路基板10には、光導波路５の延長線上及び光
導波路6-1 ,6-2の延長線上に、それぞれに凹溝16-1を設
けている。

【０００６】これらの凹溝16-1は、フォトリソグラフィ
手段によりケミカルエッチング等すれば、高精度のチャ
ンネル形に形成し得ることは公知のことである。そし
て、光導波路５の凹溝16-1に光ファイバ１を、光導波路
6-1 の凹溝16-1に光ファイバ2-1 を、光導波路6-2の凹
溝16-1に光ファイバ2-2 をそれぞれ挿入し、光ファイバ
端面を光導波路の端面に当接した後に、例えば紫外線硬
化型接着剤等のような接着剤９を用いて、光ファイバ
１,2-1,2-2を光回路基板10-1に固着している。

【０００７】したがって、光ファイバ１より光信号を伝
送すると、光導波路５を進行して、光導波路6-1 と光導
波路6-2 とに分岐する。そして、対向するそれぞれの光
ファイバ2-1 ，2-2 に光結合して伝送される。

【０００８】図５において、10-2は、例えばニオブ酸リ
チウム等の光回路基板であって、ステンレス鋼板等の角
板状の基台11-2の上面に接着剤を用いて固着されてい
る。光回路基板10-2の表面には細幅の複数の光導波路5-
1,5-2,5-3 が平行に等ピッチに形成されている。これら
の光導波路は、チタン等を拡散させて光屈折率を大きく
したもので、その断面はシングルモード光ファイバのコ
アの直径にほぼ等しくて、10μm 程度であり、その幅も
コアの直径にほぼ等しい。

【０００９】なお、光回路基板10-2表面には、それぞれ
の光導波路5-1,5-2,5-3 に接続された発光素子，受光素
子等の光学素子が搭載されたり、或いは光集積回路等が
実装されている。

【００１０】15は、例えばシリコン等よりなる直方体状
のファイバ保持台であって、その厚さは光回路基板10-2
の板厚にほぼ等しい。ファイバ保持台15の表面には、光
導波路5-1,5-2,5-3 の並列ピッチに等しいピッチで、Ｖ
溝16-2を光導波路に対応して並列に設けてある。このＶ
溝16-2はフォトリソグラフィ手段によりケミカルエッチ
ングして形成したものである。

【００１１】それぞれのＶ溝16-2の内壁に、例えばエポ
キシ樹脂等の接着剤を塗布した後に、光ファイバ1-1,1-
2,1-3 のそれぞれの端末部を挿入し、光ファイバをこれ
らのＶ溝16-2に固着している。

【００１２】なお精密研磨加工等して、光ファイバの端
面とファイバ保持台15の端面とを一致させてある。上述
のように形成したファイバ保持台15の端面を、光回路基
板10-2端面に密着させ、光ファイバ1-1 の端面を光導波
路5-1 の端面に、光ファイバ1-2 の端面を光導波路5-2
の端面に、光ファイバ1-3 の端面を光導波路5-3 の端面
に位置合わせした状態で、ファイバ保持台15の底面を基
台11-2に接着等している。

【００１３】したがって、光導波路と光ファイバとの間
で、光信号の授受が行われる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者即ち光
回路基板に凹溝を設け、この凹溝に光ファイバを挿着し
たものは、堆積したガラスの板厚( 光回路基板の板厚)
にばらつきがあり、また凹溝のエッチングの深さにばら
つきがある。したがって、光ファイバの軸心と光導波路
の軸心とが、高さ方向では一致しないことが多くて光結
合損失が比較的大きいという問題点があった。

【００１５】一方、後者即ち光ファイバをファイバ保持
台に固着したものは、光導波路の並列ピッチとファイバ
保持台に配列したＶ溝の並列ピッチにピッチ誤差があ
り、且つファイバ保持台に形成した個々のＶ溝の高さに
ばらつきがある。

【００１６】したがって、ファイバ保持台を左右方向に
微細に移動して光ファイバのＹ軸方向の位置調整をして
も、Ｚ軸方向（高さ方向）の位置調整が出来ず、光導波
路の軸心と光ファイバの軸心の高さが一致しない。よっ
て、光結合損失が大きいという問題点があった。

【００１７】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、光結合損失が小さい光導波路と光ファイバの結
合構造を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１に図示したように、光ファイバ１の
端面を光回路基板20に形成した光導波路５の端面に当接
して、光ファイバ１と光導波路５とを光結合させる光装
置において、中心を所望に外れた位置に偏心孔31が穿孔
され、偏心孔31に光ファイバ１が挿着された円柱体30
と、光導波路５に対向する個所に、円柱体30を回動調整
自在に保持するガイド部41を有するファイバ保持台40
と、上面にファイバ保持台40と光回路基板20とを対向し
て搭載する基台21とを備え、ファイバ保持台40は、基台
21上を移動調整した後に基台21に固着し、円柱体30は、
端面を光回路基板20の端面に当接した状態で回動調整し
た後に、ファイバ保持台40に固着する構成とする。

【００１９】また、図２に例示したように円柱体及びフ
ァイバ保持台の材料をそれぞれ金属材とし、ガイド部を
貫通孔51とする。そして、ファイバ保持台50を基台21-1
にレーザー溶接し、円柱体30をファイバ保持台50にレー
ザー溶接した構成とする。

【００２０】或いはまた図３に例示したように、円柱体
及びファイバ保持台の材料をセラミックスまたはシリコ
ンとし、ガイド部をガイド溝61とする。そして、ファイ
バ保持台60を基台21-2に紫外線硬化型接着剤で固着し、
円柱体70をファイバ保持台60に紫外線硬化型接着剤で固
着した構成とする。

【００２１】

【作用】本発明は、中心より外れた位置に穿孔した円柱
体の偏心孔に光ファイバを挿着し、その円柱体をファイ
バ保持台のガイド部内で回動し得るようになっている。

【００２２】したがって、円柱体を回動するとともに、
ファイバ保持台を左右方向に移動することで、偏心孔の
偏移量を半径とする円内の所望の位置に、光ファイバの
中心が移動する。

【００２３】即ち、光ファイバの軸心を光導波路の軸心
に一致させることができるので、光ファイバと光導波路
との光結合効率が高い。

【００２４】

【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００２５】図１は、本発明の原理を示す図、図２は本
発明の実施例の斜視図、図３は本発明の他の実施例の斜
視図である。図１において、20は、例えばニオブ酸リチ
ウム等の光回路基板であって、ステンレス鋼板等の角板
状の基台21の上面に接着剤を用いて固着されている。

【００２６】この光回路基板20の表面に光導波路５を形
成している。この光導波路５は、チタン等を拡散させて
光屈折率を大きくしたもので、その断面はシングルモー
ド光ファイバのコアの直径にほぼ等しくて、10μm 程度
であり、その幅もコアの直径にほぼ等しい。

【００２７】30は、直径が２mm程度の例えばステンレス
鋼等よりなる円柱体であって、中心より所望量（例えば
10μm ) 偏移した位置に軸心に平行する偏心孔31を穿孔
し、この偏心孔31に光ファイバ１（外径は約125 μ）を
挿入し、接着剤等を用いて固着している。

【００２８】なお、光ファイバ１を円柱体30に挿着した
後にその端面を研磨等して、光ファイバ１の端面と円柱
体30の端面とを、同一平面になるように仕上げている。
40は、例えばステンレス鋼等よりなる、横に長い直方体
状のファイバ保持台であって、その中心にガイド部41を
設けている。図に示したガイド部41は上方が開口したレ
ーザー加工等した角溝であって、その溝幅は円柱体30の
外径よりわずかに大きい。

【００２９】円柱体30を水平にしてファイバ保持台40の
ガイド部41に挿入した後に、ファイバ保持台40を基台21
に載せ、その端面を光回路基板20の端面に当接し、ファ
イバ保持台40を左右方向に微細に移動調整するととも
に、円柱体30を回動調整して、光ファイバ１の軸心を光
導波路５の軸心に一致させ、その後ファイバ保持台40を
基台21にレーザー溶接し、円柱体30をファイバ保持台40
にレーザー溶接して固着している。

【００３０】上述のように、光ファイバの軸心と光導波
路の軸心が一致した状態で双方の端面が当接し固着され
ているので、光導波路と光ファイバとの間で光信号の授
受が行われ、且つその光結合度が高い。

【００３１】なお、双方の軸心の位置合せは、光導波路
５に発光素子が光結合されている場合は、光ファイバ１
を光パワーメータに接続し、光パワーメータの指針が最
大となるように、保持台40を左右方向に微細に移動調整
するとともに、円柱体30を回動調整するものである。

【００３２】また、光導波路５に受光素子が光結合され
ている場合は、光ファイバ１から光を伝送し、受光素子
の出力をモニタして、その指示値が最大になるように、
保持台40を左右方向に微細に移動調整するとともに、円
柱体30を回動調整するものとするものである。

【００３３】図２において20-1は、シリコン基板の表面
に石英ガラスを堆積した光回路基板であって、表面には
２本の平行した光導波路5-1,5-2 が形成され、これらの
光導波路5-1,5-2 は光回路基板20-1のほぼ中央部で一本
化されて光導波路６となっている。

【００３４】またこの光導波路5-2 に平行して他の第３
の光導波路5-3 を設け、その端末を光導波路６に近接し
て平行させさている。したがって、光回路基板20-1の一
方の端面には、等ピッチで光導波路5-1,5-2,5-3 の端面
が並列して形成され、他方の端面に光導波路６の端面が
形成されている。なお、これら光導波路は、フォトリソ
グラフィ手段により、光回路基板20-1の表面に高精度の
マスクを設け、マスクの並行した帯状の窓よりイオンを
注入する等して、帯状に部分的に屈折率を大きくして形
成したものである。

【００３５】したがって、光導波路６に光信号を伝送す
ると、波長1.3μm の光は直進して光導波路5-1,5-2 に
分岐して進行して、光回路基板20-1の端末に進む。また
波長1.55μm の光は光導波路5-3 に乗り移り進行して光
回路基板20-1の端末に進む。

【００３６】21-1は、ステンレス鋼板よりなる光回路基
板20-1よりも大きい角板上の基台であって、光回路基板
20-1は、この基台21-1の上面の中央部に接着剤を用いて
固着されている。

【００３７】30は、直径が２mm程度の例えばステンレス
鋼等よりなる円柱体であって、中心より所望量（例えば
10μm ) 偏移した位置に軸心に平行する偏心孔31を穿孔
し、この偏心孔31に光ファイバ２（外径は約125 μ）を
挿入し、接着剤等を用いて固着している。

【００３８】また、他の３つの円柱体30の偏心孔31のそ
れぞれに、光ファイバ1-1,1-2,1-3挿着した後にその端
面を研磨等して、それらの光ファイバの端面と円柱体30
の端面とを、同一平面になるように仕上げている。

【００３９】50-1は、ステンレス鋼よりなる正面視が凸
型で、光回路基板20-1の光導波路６の端面側に設置する
ファイバ保持台である。ファイバ保持台50-1の中心に円
柱体30がしっくりと嵌入する貫通孔51を水平にレーザー
加工等して穿孔してある。

【００４０】一方、50-2はステンレス鋼よりなる正面視
が凸型で、光回路基板20-1の光導波路5-1,5-2,5-3 の端
面側に設置するファイバ保持台である。ファイバ保持台
50-2には、光導波路5-1,5-2,5-3 の並列ピッチに等しい
ピッチで、円柱体30がしっくりと嵌入する貫通孔51を３
つ水平に平行に穿孔してある。

【００４１】そして、光ファイバ２を挿着した円柱体30
をファイバ保持台50-1の貫通孔51にに挿入した後に、フ
ァイバ保持台50-1を基台21-1に載せ、その端面を光回路
基板20-1の光導波路６側の端面に当接し、ファイバ保持
台50-1を左右方向に微細に移動調整するとともに、円柱
体30を回動調整して、光ファイバ２の軸心を光導波路６
の軸心に一致させ、その後ファイバ保持台50-1を基台21
-1にレーザー溶接（黒点で示す）し、円柱体30をファイ
バ保持台50-1にレーザー溶接（黒点で示す）して固着し
ている。

【００４２】一方、ファイバ保持台50-2の光導波路5-1
に対向する貫通孔51に光ファイバ1-1 を挿着した円柱体
30を、光導波路5-2 に対向する貫通孔51に光ファイバ1-
2 を挿着した円柱体30を、光導波路5-3 に対向する貫通
孔51に光ファイバ1-3 を挿着した円柱体30を、それぞれ
挿入している。

【００４３】そして、ファイバ保持台50-2を基台21-1に
載せ、その端面を光回路基板20-1の光導波路5-1,5-2,5-
3 側の端面に当接し、ファイバ保持台50-2を左右方向に
微細に移動調整するとともに、それぞれの円柱体30を回
動調整して、光ファイバ1-1の軸心を光導波路5-1 の軸
心に、光ファイバ1-2 の軸心を光導波路5-2 の軸心に、
光ファイバ1-3 の軸心を光導波路5-3 の軸心に、それぞ
れ一致させ、その後ファイバ保持台50-2を基台21-1にレ
ーザー溶接（黒点で示す）し、それぞれの円柱体30をフ
ァイバ保持台50-2にレーザー溶接（黒点で示す）して固
着している。

【００４４】上述の調整順序は、先ず光ファイバ２に半
導体レーザー等の発光素子を接続して、他方の光ファイ
バ1-1,1-2,1-3 のそれぞれに光パワーメータに接続す
る。そして、ファイバ保持台50-2を光回路基板20-1の端
面に合わせて仮固定した後に、光ファイバ１-1に接続し
た光パワーメータの指針が最大となるように、ファイバ
保持台50-1を左右方向に微細に移動調整するとともに、
円柱体30を回動調整して、先にファイバ保持台50-1側を
固着する。

【００４５】次に、ファイバ保持台50-2側の調整を行
う。この際メインとなる光ファイバ、実施例においては
光ファイバ1-1 を最初に位置合わせを行う。即ち、光フ
ァイバ1-1 に接続した光パワーメータの指針が最大とな
るように、ファイバ保持台50-2を左右方向に微細に移動
調整するとともに、円柱体30を回動調整してファイバ保
持台50-2を基台21-1に固着し、また光ファイバ1-1 が挿
着された円柱体30をファイバ保持台50-2に固着する。

【００４６】次に、光ファイバ1-2 に接続した光パワー
メータの指針が最大となるように、ファイバ光ファイバ
1-2 を挿着した円柱体30を所望に回動して、その円柱体
30を保持台50-2に固着する。そして同様にして光ファイ
バ1-3 側の円柱体30を固着する。

【００４７】なお、前述のような調整順序であるので、
光ファイバ1-1の軸心と光導波路5-1 の軸心とは高精度
に一致しているが、他の光ファイバ１-2, 1-3 は対応す
る光導波路5-2,5-3 とは、多少の軸心の不一致は避けら
れない。

【００４８】上述のようにファイバ保持台, 円柱体及び
基台をそれぞれ金属としたことにより、レーザー溶接手
段で固着することができるようになり、簡単に且つ位置
ずれすることなく、円柱体をファイバ保持台に、ファイ
バ保持台を基台にそれぞれ固着し得るという利点があ
る。

【００４９】図３において、20-2は、例えばニオブ酸リ
チウム等の光回路基板であって、例えばジルコニア等の
セラミックスの基台21-2の上面に接着剤を用いて固着さ
れている。

【００５０】光回路基板20-2の表面には細幅の複数の光
導波路5-1,5-2,5-3 が平行に等ピッチに形成されてい
る。これらの光導波路は、チタン等を拡散させて光屈折
率を大きくしたもので、その断面はシングルモード光フ
ァイバのコアの直径にほぼ等しくて、10μm 程度であ
り、その幅もコアの直径にほぼ等しい。

【００５１】60は、例えばシリコン等よりなる直方体状
のファイバ保持台である。そして、ファイバ保持台60の
表面には、光導波路5-1,5-2,5-3 の並列ピッチに等しい
ピッチで、ガイド溝（Ｖ溝）61を光導波路に対応して並
列に設けてある。

【００５２】このガイド溝61は、フォトリソグラフィ手
段によりケミカルエッチングして形成したものである。
70は、ジルコニア等のセラミックスよりなる、直径が２
mm程度の円柱体であって、中心より所望量（例えば10μ
m ) 偏移した位置に軸心に平行する偏心孔71を穿孔し、
この偏心孔71に光ファイバ（外径は約125 μ）を挿入
し、接着剤等を用いて固着し、その端面を研磨等して、
光ファイバの端面と円柱体70の端面とを、同一平面にな
るように仕上げている。

【００５３】円柱体70は、光導波路数に等しい数量で、
図においては３つあり、光導波路5-1 に対応するガイド
溝61に挿入する円柱体70には光ファイバ1-1 を、光導波
路5-2 に対応するガイド溝61に挿入する円柱体70には光
ファイバ1-2 を、光導波路5-3 に対応するガイド溝61に
挿入する円柱体70には光ファイバ1-3 をそれぞれ挿着し
ている。

【００５４】そして、ファイバ保持台60を基台21-2に載
せ、その端面を光回路基板20-2の端面に当接し、ファイ
バ保持台60を左右方向に微細に移動調整するとともに、
それぞれの円柱体70を回動調整して、光ファイバ1-1 の
軸心を光導波路5-1 の軸心に、光ファイバ1-2 の軸心を
光導波路5-2 の軸心に、光ファイバ1-3の軸心を光導波
路5-3 の軸心に、それぞれ一致させ、その後ファイバ保
持台60を基台21-2に紫外線硬化型接着剤を用いて固着
し、それぞれの円柱体70をファイバ保持台60に紫外線硬
化型接着剤を用いて固着している。

【００５５】上述のようにファイバ保持台をシリコンと
することで、フォトリソグラフィ手段によりガイド溝
（Ｖ溝）を形成することができ、得られるＶ溝の形状及
びその並列ピッチが高精度であるという利点がある。

【００５６】また、紫外線硬化型接着剤は、一分程度紫
外線を照射することで、簡単に硬化する。したがって、
硬化時間が長い他の例えばエポキシ系樹脂接着剤に等に
較べて、接着剤が硬化する間に円柱体やファイバ保持台
が、位置ずれしないという利点がある。

【００５７】上述のような１基のファイバ保持台に複数
のガイド溝を設けたものは、まず中央部の光ファイバを
調整してその円柱体とをファイバ保持台に、ファイバ保
持台を基台に固着し、その後左右に配列した円柱体を回
動調整して、それぞれの光ファイバを調整することが好
ましい。

【００５８】このような調整順とすることで、ガイド溝
の累積配列ピッチ誤差が小さくできる。なお、すべての
光ファイバを対応する光導波路に極めて高精度に軸心を
一致させるには、ファイバ保持台60を図１に図示したよ
うに単独のガイド溝を有するファイバ保持台に分割する
ものとする。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、中心を所
望に外れた位置に偏心孔を穿孔し、その偏心孔に光ファ
イバを挿着した円柱体を、ファイバ保持台のガイド部内
で回動しうるように構成した光導波路と光ファイバの結
合構造であって、光ファイバの軸心を光導波路の軸心に
高精度に一致させることができ、光ファイバと光導波路
との光結合効率が高いという実用上で優れた効果を有す
る。

【００６０】また、光ファイバアレイと光導波路アレイ
に適用して、調整作業が比較的簡単で、且つそれぞれの
光ファイバと光導波路との光結合効率が比較的に高いと
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理を示す図

【図２】 本発明の実施例の斜視図

【図３】 本発明の他の実施例の斜視図

【図４】 従来例の斜視図

【図５】 他の従来例の斜視図

【符号の説明】 １，1-1,1-2,1-3,２,2-1,2-2 光ファイバ ５, 5-1,5-2,5-3,６,6-1,6-2 光導波路 10-1,10-2,20,20-1,20-2 光回路基板 11-1,11-2,21,21-1,21-2 基台 15,40,50-1,50-2,60 ファイバ保持台 16-1 凹溝 16-2 Ｖ溝 30,70 円柱体 31,71 偏心孔 41 ガイド部 51 貫通孔 61 ガイド溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ(1) の端面を光回路基板(20)
   に形成した光導波路(5) の端面に当接して、該光ファイ
   バ(1) と該光導波路(5) とを光結合させる光装置におい
   て、 中心を所望に外れた位置に偏心孔(31)が穿孔され、該偏
   心孔(31)に該光ファイバ(1) の端末を挿着した円柱体(3
   0)と、 該円柱体(30)を回動調整自在に保持するガイド部(41)
   を、該光導波路(5) に対向する位置に有するファイバ保
   持台(40)と、 該ファイバ保持台(40)と該光回路基板(20)とを、上面に
   対向して搭載する基台(21)とを具備し、 該ファイバ保持台(40)は、該基台(21)上を移動調整した
   後該基台(21)に固着されるものであり、 該円柱体(30)は、端面を該光回路基板(20)の端面に当接
   し回動調整した後、該ファイバ保持台(40)に固着される
   ものであることを特徴とする光導波路と光ファイバの結
   合構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の円柱体及びファイバ保持
   台が、それぞれ金属で、ガイド部が貫通孔(51)であり、 該ファイバ保持台(50)が基台(21-1)に、該円柱体(30)が
   該ファイバ保持台(50)に、それぞれレーザー溶接されな
   ることを特徴とする光導波路と光ファイバの結合構造。 【請求項3 】 請求項１記載の円柱体及びファイバ保持
   台が、それぞれセラミックスまたはシリコンで、ガイド
   部がガイド溝(61)であり、 該ファイバ保持台(60)が基台(21-2)に、該円柱体(70)が
   該ファイバ保持台(60)に、それぞれ紫外線硬化型接着剤
   で固着されてなることを特徴とする光導波路と光ファイ
   バの結合構造。