JPH08248262A

JPH08248262A - 光導波路基板と光ファイバー保持基板との結合体および光ファイバジャイロスコープ

Info

Publication number: JPH08248262A
Application number: JP8017648A
Authority: JP
Inventors: Takenori Ichiki; 武典一木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 1996-09-27
Also published as: US5625726A; EP0726475A1

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路型部品と光ファイバー保持基板とを結
合し、各光ファイバーと各光導波路とを結合した後に、
大きな温度変化が生じても、これによる伝搬損失の変化
を防止し、減少させること。【解決手段】光導波路基板１４が分岐型の光導波路１７
を備え、光導波路１７が、基板１４の一方の端面１４ａ
と他方の端面１４ｂとの間に設けられた茎部１７ａと複
数列の枝部１７ｄとを備える。光導波路基板１４の一方
の端面１４ａに対して光ファイバー保持基板７が結合さ
れている。茎部１７ａに対応する光ファイバー３Ａおよ
び複数の枝部１７ｄにそれぞれ対応する各光ファイバー
３Ｂ、３Ｃが基板７によって保持され、各光ファイバー
と茎部および枝部とがそれぞれ端面結合されている。茎
部１７ａ内を伝搬する光を反射し、枝部１７ｄの方へと
伝搬させるための反射手段１８を、光導波路基板１４の
他方の端面１４ｂ側に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバジャイロ用
の光変調器等に対して好適に使用することができる、光
導波路基板と光ファイバー保持基板との結合体に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光計測システム、光通信システム等にお
いて、各種の電気光学単結晶、ガラス、樹脂基板上に三
次元光導波路を形成し、光導波路型部品を製造すること
が知られている。こうした光導波路型部品としては、光
分岐素子、光変調素子、光偏向素子、光スイッチ、マル
チプレクサー等が知られている。こうした光導波路型の
デバイスは、小型で安定性が良く、少ない電力で駆動さ
せることができ、高速で信号が伝達できるという利点を
有しており、注目されている。

【０００３】本発明者は、いわゆるＹ分岐形の三次元光
導波路を、例えばＬｉＮｂＯ₃からなる基板上に形成し
て光導波路型部品を製造し、これを、光ファイバジャイ
ロスコープ用の変調器として使用することを研究してい
た。これは、光ファイバーコイルに回転を与えたときに
生ずるSagnac効果を測定する装置であり、この用途とし
ては、以下のような用途がある。

【０００４】（１）自動車、航空機、船舶などの移動体
用の航行制御システム（ナビゲーションシステム）に使
用する。（２）移動体の姿勢変化を計測するための傾きセンサお
よび回転センサに使用する。移動体の姿勢変化として
は、自動車のサスペンションの沈み込みによる傾き、航
空機の回転などが挙げられる。

【０００５】図１に、こうした光ファイバージャイロス
コープの一例について、その概念図を示す。光源１から
光ファイバー３によって光を伝搬する。この光は、ファ
イバーカップラー４内を通過し、矢印Ａのように伝搬
し、光導波路基板５内に入射する。この光導波路基板５
内に入射した光は、このＹ分岐部で２つの光導波路に分
岐し、光導波路基板５を出射し、ファイバーコイル６内
へと入射する。この際、分岐型の光導波路のうち、一方
の枝部から出射した光は、矢印Ｂ方向に伝搬してファイ
バーコイル６内へと入射し、他方の枝部から出射した光
は矢印Ｃ方向に伝搬する。これらの両者の光は、ファイ
バーコイル６を通過した後、再び各枝部へと入射し、も
との経路を逆方向に伝搬してファイバーカップラー４へ
と戻り、ここから検出器２へと入射する。この際、光導
波路基板５においては、偏光子、光の分岐器、位相変調
器を、１個のチップ形状の光導波路基板に集積してい
る。これによって、光ファイバージャイロスコープの全
製造コストを減少させ、高性能化することができる。

【０００６】図２は、こうした光導波路型部品の構成を
例示する平面図である。光導波路型部品５の基板８の端
面８ａと８ｂとの間に、分岐型の、いわゆるＹ字形光導
波路１０を設ける。光導波路１０では、端面８ａ側から
見て、茎部１０ａ、分岐点１０ｂ、枝部１０ｃが連続的
に形成されており、端面８ｂに枝部１０ｃが面してい
る。茎部１０ａ上には偏光子９が形成されている。各枝
部１０ｃを挟むように、それぞれ制御用の電極１１、１
２が形成されている。

【０００７】入射側の光ファイバー３Ａの端面と茎部１
０ａの端面とを位置決めし、結合するために、光ファイ
バー３Ａの末端部分を光ファイバー保持基板７Ａによっ
て保持、固定し、保持基板７Ａの端面を光導波路型部品
５の端面８ａに対して接着する。これと同様にして、出
射側の光ファイバー３Ｂ、３Ｃの端面と枝部１０ｃの端
面とを位置決めし、結合するために、光ファイバー３
Ｂ、３Ｃの末端部分を光ファイバー保持基板７Ｂによっ
て保持、固定し、保持基板７Ｂの端面を光導波路型部品
５の端面８ｂに対して接着する。

【０００８】光ファイバージャイロスコープの作動時に
は、その作動方法によって変化するが、もっとも一般的
な方法では、光導波路１０の茎部１０ａから光を入れ、
分岐点１０ｂにおいて光を５０：５０（％）の割合で分
岐させ、分岐した光の一方に、所定の電圧を加えて位相
変調する。目的とする光学系６の回転によって生ずる、
Ｓａｇｎａｃ効果による位相差を、この光導波路型部品
において検出する。こうして検出した位相差を、光学系
の回転角速度と位相差との関係式に代入し、回転速度を
算出する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】しかし、本発明者が、こ
うした光導波路型部品の研究を進めるのにつれて、次の
問題点が判明してきた。まず、図２に示すような光導波
路型部品を、他の光学部品と結合させ、動作させるため
には、光ファイバーを各光導波路に対して結合する必要
があり、光ファイバー保持基板に対して、各光導波路基
板を接合する必要がある。こうした工程は、光導波路型
部品から引き出された光ファイバーが豚の尻尾を連想さ
せることから、「Pigtailing」と呼ばれている。

【００１０】この際、光ファイバの端面と光導波路の端
面との間に隙間があったり、両者の光軸が位置ズレして
いると、光の伝播損失が大きくなるので、端面結合を精
度よく行わなければならない。具体的には、対応する各
光ファイバーの中心と各光導波路の中心とを、それぞれ
０．５μｍ以下の精度で位置合わせすることが必要であ
る。しかし、これほど高精度の位置決め工程には、きわ
めて高度の熟練と時間とを必要とする。実際には、光導
波路と光ファイバーとの端面結合の段階で、両者に実際
にレーザー光を通し、この伝播光量が最大となるように
光軸合わせを行っていたが、非常に困難で、時間のかか
る作業である。従って、この工程がもっともコストのか
かる工程になっている。

【００１１】また、光導波路型部品と光ファイバー保持
基板とを結合した後に、これらをパッケージ内に収容す
るが、光ファイバーと光導波路とを結合した段階で精度
良く光学結合を行っても、周囲温度が大きく変動する
と、光の伝搬損失が変動する場合があり、このような伝
搬損失の変動を防止する必要があった。しかし、このよ
うな伝搬損失の変動は、主として温度変化に伴う各部材
の熱膨張率の差に起因しているので、対策が困難なもの
であった。

【００１２】また、光導波路基板自体は、通常、半導体
基板と同様に、ホトリソグラフィー法によって製造して
いる。具体的には、例えばチタン内拡散法によって光導
波路を形成する場合には、ＬｉＮｂＯ₃単結晶からなる
３インチウエハー基板上に所定パターンのホトマスクを
設け、チタン堆積膜を形成し、次いでホトマスクを除去
し、次いでこのウエハーを熱処理してチタン内拡散光導
波路を形成している。この後、略円形のウエハーを切断
し、所定個数のチップ形状の光導波路基板を切り出す。
従って、光導波路型部品の製作コストを減少させるため
には、ウエハー１枚当たりから採取できる光導波路基板
の数を、できるだけ多くすることが必要であり、このた
めには光導波路基板の長さを短くすることが必要であ
る。

【００１３】しかし、各光導波路基板の長さとしては、
後述するような理由から、どうしても２７〜５０ｍｍ程
度は必要であり、その長さをある程度以上短くすること
は困難である。このため、１枚のウエハーから少数の光
導波路基板しか採取することができない。

【００１４】本発明の目的は、分岐型の光導波路を備え
ている光導波路型部品の光導波路の端面と、光ファイバ
ーの端面とを結合するのに際して、この結合工程を従来
よりも容易に行えるようにし、コストを減少させること
である。

【００１５】また、本発明の目的は、光導波路型部品と
光ファイバー保持基板とを結合し、各光ファイバーと各
光導波路とを結合した後に、大きな温度変化が生じて
も、これによる伝搬損失の変化を防止することである。

【００１６】また、本発明の目的は、分岐型の光導波路
を備えている光導波路型部品において、その長さを短く
できるようにすることであり、これによって、ウエハー
１枚当たりから採取できる光導波路型部品の個数を飛躍
的に増大させることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、光導波路基板
と光ファイバ保持基板との結合体であって、光導波路基
板が分岐型の光導波路を備えており、この光導波路が、
光導波路基板の一方の端面と他方の端面との間に設けら
れた茎部と複数列の枝部とを備えており、光導波路基板
の前記一方の端面に対して光ファイバー保持基板が結合
されており、茎部に対応する光ファイバーおよび複数の
枝部にそれぞれ対応する各光ファイバーが光ファイバー
保持基板によって保持されており、これらの各光ファイ
バーと茎部および枝部とがそれぞれ端面結合されてお
り、茎部内を伝搬してくる光を反射して枝部の方へと伝
搬させるための反射手段が光導波路基板の他方の端面側
に設けられていることを特徴とする、光導波路基板と光
ファイバー保持基板との結合体に係るものである。

【００１８】また、本発明は、前記の結合体と、茎部に
対して光ファイバーを通して結合されている光源と、茎
部に対して光ファイバーを通して結合されている受光素
子と、枝部に対して光ファイバーを通して結合されてい
るファイバーコイルとを備えていることを特徴とする、
光ファイバージャイロスコープに係るものである。

【００１９】本発明者は、光導波路基板の一方の端面か
ら光を入射させた後、他方の端面から出射させることな
く、他方の端面側に反射部を形成し、かつこの反射部の
近傍に折曲部を形成することによって、茎部から入射し
た光を反射部によって反射させ、この際折曲部に沿って
光を伝搬させ、枝部から反射光を出射させることに想到
した。そして、更に、前記の「Pigtailing」を行う際
に、光導波路基板の一方の端面側のみに光ファイバー保
持基板を結合し、光ファイバーと光導波路との結合を行
うことを想到した。これによって、１回の「Pigtailin
g」工程によって、茎部および各枝部に対応するすべて
の光導波路に対して、対応する光ファイバーを結合でき
るようになった。従って、「Pigtailing」工程が１回で
終了するので、これに必要な手間が半分となり、これに
必要なコストも半分にすることができた。

【００２０】本発明者は、更に、こうして得た光導波路
型部品と光ファイバー保持基板との結合体について結合
実験を行い、いったん光ファイバーと光導波路とを精度
良く結合させると、この後に周囲温度が、−４０℃〜８
０℃で大きく変動しても、これによる伝搬損失が顕著に
減少することを発見し、本発明に到達するに至った。

【００２１】この原因は、次のように考えられる。図２
に示す光導波路型部品と光ファイバー保持基板との結合
体によれば、光ファイバー３Ａと光導波路型部品５とを
結合し、この反対側から、光ファイバー３Ｂ、３Ｃと光
導波路型部品５とを結合しているので、温度変化による
光ファイバーと光導波路基板との熱膨張の差によって、
各光ファイバーと光導波路との結合部分に引っ張り応力
が発生する。この引っ張り応力が、この部分での伝搬損
失の原因となっていたものと考えられる。しかし、本発
明では、光導波路型部品の一方の端面側に、すべての光
ファイバーを結合するので、光導波路基板の方が収縮し
たとしても、光ファイバーの結合されている端面側は移
動はせず、この収縮によって微小な移動をするのは、他
方の端面側である。従って、光ファイバーと光導波路と
の結合部分に引っ張り応力は発生しない。

【００２２】しかも、本発明の結合体によれば、一方の
端面から入射した光は、他方の端面側にある反射部で反
射され、次いで各枝部側をそれぞれ伝搬し、もとの端面
へと戻ってここから出射する。即ち、図２の光導波路基
板と比較すると、光導波路基板の長さを半分にしても、
茎部の長さ、枝部の長さは、図２のものと同程度とする
ことができる。従って、必要な長さの茎部、枝部の寸法
を確保しつつ、かつ光導波路型部品の長さを、図２のも
のと比較して半分程度にすることができる。このように
光導波路型部品の寸法を小さくすることによって、１個
のウエハーから採取できる部品の個数を大きく増加させ
ることができる。この際、光導波路基板の長さを半分に
すると、単に２倍の個数の基板を採取できるだけでな
く、従来は基板をとることができず、無駄になっていた
部分も利用できる。

【００２３】更に、図２の光導波路基板と比較して、光
導波路基板の長さを同程度にすると、今度は茎部および
各枝部の光路長を、図２のものの２倍程度確保すること
ができる。また、分岐部の光路長についてもまったく同
様である。従って、同じ寸法の光導波路基板を使用した
場合でも、光導波路型部品の光路長を長くし、その用途
を拡大することができる。

【００２４】更には、光導波路に、茎部および枝部に対
してそれぞれ連続している分岐部を設け、かつ、茎部と
枝部とを接続するための折曲部を分岐部に設けることに
よって、茎部内を伝搬してくる光を分岐部に通し、この
折曲部で反射させ、枝部の方へと伝搬させることが好ま
しい。

【００２５】

【発明の実施形態】最初に、図３〜図５を参照しなが
ら、本発明について更に詳細に説明していく。図３の光
導波路型部品１３は、光導波路基板１４および反射材１
８からなっている。光導波路基板１４には、連続した分
岐型の光導波路１７が形成されている。光導波路基板１
４の一方の端面１４ａから、他方の端面１４ｂへと向か
って、茎部１７ａと、２列の枝部１７ｄとが、互いに並
行して設けられている。本実施例では、茎部１７ａと各
枝部１７ｄとは、互いにほぼ平行である。茎部１７ａの
上には偏光子９が設けられている。茎部１７ａの末端に
分岐点１７ｂが設けられており、分岐点１７ｂの右側に
分岐部１７ｃが連続している。本実施例では、分岐部１
７ｃは、他方の端面１４ｂへと向かって延び、他方の端
面１４ｂの近傍に折曲部４５が設けられている。他方の
端面１４ｂ上には反射材１８が設けられている。分岐部
１７ｃはそれぞれ枝部１７ｄに対して連続しており、枝
部１７ｄを制御する制御用電極１５、１６が設けられて
いる。制御用電極１５、１６には、図示しない電力供給
機構が接続されており、制御用電極１５、１６に対し
て、所望の時に所望の電圧を印加できるようになってい
る。

【００２６】光ファイバーを光導波路１７に対して結合
するためには、図４に示すように、光導波路基板１４の
一方の端面１４ａに対して光ファイバー保持基板７を接
触させ、これらの両者を接着する。この際、光ファイバ
ー保持基板７には、光ファイバー３Ａ、３Ｂおよび３Ｃ
が保持され、固定されている。こうした保持基板におい
ては、典型的には、各光ファイバーがＶ字形状の溝内に
設置されており、接着剤によって固定されているが、こ
うした光ファイバー保持基板ないし光ファイバーアレイ
自体は公知なので、説明を省略する。

【００２７】光ファイバー３Ａと茎部１７ａとの端面を
結合し、また光ファイバー３Ｂ、３Ｃと各枝部１７ｄの
端面とを結合する。この際、結合時の光の損失を最小に
するために、通常、実際にこれらの各結合部分に対して
光を透過させ、その透過量が最大となるように、両者の
位置を微調整する。こうして光導波路型部品１３と光フ
ァイバー保持基板７との結合体１９を作成する。

【００２８】図２の光導波路型部品５に対する、図３、
４の光導波路型部品の特徴点について、図５を参照しつ
つ、更に説明する。

【００２９】図５（ａ）には、図２の光導波路型部品５
の全体の形状を示してある。ここで、光ファイバーから
光導波路の茎部１０ａに光が入射すると、その入射光の
内の一部のモードがいったん端面で乱れてしまう。しか
し、茎部１０ａ内を光が透過する間に、いったんは乱れ
た光のモードが、単一基本モードとなり、安定する。こ
こで、もしも光のモードが、単一基本モードとなる前に
分岐点１０ｂに入射すると、この部分での光の散乱が、
単一基本モードのみを分岐点に入射させた場合に比べ
て、大きくなる。また、このＹ分岐部分は、本来は、あ
る一定のパワー比率（出力比率）で、入射光を分岐させ
るように設計されている。しかし、もし光が安定な単一
基本モードとなる前に、このＹ分岐部分に入射すると、
この分岐光の出力比率が変動することになる。

【００３０】これらの理由から、分岐点前の茎部１０ａ
においては、光のモードが単一基本モードとなるよう
に、十分な光路長を確保する必要がある。このため、こ
の茎部１０ａの長さとしては、一般的には、５ｍｍ以上
が必要である。

【００３１】次に、Ｙ分岐部分については、その分岐角
度としては１〜５°とする必要がある。また、分岐後の
各枝部１０ｃは、端面８ｂでそれぞれ各光ファイバーと
結合されるが、２本の光ファイバーに対して結合するた
めには、枝部１０ｃ間に２５０μｍ程度の間隔ｔが必要
である。以上の条件を満足するために、Ｙ分岐部分の長
さは３ｍｍ以上とすることが必要である。

【００３２】次に、光導波路基板の制御用電極１１、１
２の長さは、それぞれ用途によって異なる。しかし、い
わゆる電気光学定数は各基板材料ごとに一定であるの
で、光の位相等を所定の仕様に従って変化させるために
必要な制御用電極の最低長さを、算出することができ
る。例えば、光ファイバージャイロスコープ用の光導波
路基板の場合には、光導波路上で光の位相を２π（３６
０度）回転させると共に、位相変調器の駆動電圧Ｖ（２
π）を５Ｖ以下とするためには、制御用電極１１、１２
の有効長さｐを１５〜３０ｍｍ以上とすることが必要で
ある。むろん、駆動電圧を一層上昇させることも考えら
れるが、これは消費電力の関係から減少させることが望
まれており、５Ｖを越えて更に上昇することは一層好ま
しくない。

【００３３】更に、枝部１０ｃの全長に制御用電極を設
けることはできず、Ｙ分岐部分を出射した光や、端面か
ら入射してくる光を、単一基本モードを保持しつつ、制
御用電極の部分へと伝搬させるためには、制御用電極の
前後に、各々２ｍｍ程度の直線形状の部分を設けること
が必要である。

【００３４】以上の理由から、光ファイバージャイロス
コープ用の光導波路型部品の場合には、光導波路基板の
長さｌを、２７〜５０ｍｍとすることが必要であり、そ
の長さを短縮する余地はほとんどない。他の用途におい
ても、基本的には同様である。

【００３５】これに対して、図５（ｂ）の部品１３Ａに
示すように、光導波路基板１４Ａの長さｌを、図２ない
し図５（ａ）の光導波路基板と同程度にした場合には、
茎部１７ａ、分岐部１７ｃおよび枝部１７ｄの長さを、
それぞれきわめて長くとることができ、基本的にはそれ
ぞれ２倍とることが可能である。この結果、制御用電極
１５Ａ、１６Ａの長さｐを非常に大きくすることができ
る。この結果、制御用電極の駆動電圧Ｖ（２π）を減少
させることができ、きわめて有利である。

【００３６】また、分岐部１７ｃの全長を、図５（ａ）
のものの２倍とすると、結果的に各枝部１７ｄの間隔を
２倍にすることができ、従って各枝部１７ｄに対応する
各制御用電極の間隔ｔを増大させることができる。この
結果、各制御用電極１５Ａ、１６Ａが、隣の制御用電極
１５Ａ、１６Ａに対して印加された信号の影響を受ける
おそれがまったくなくなり、光導波路型部品の信頼性が
一層向上する。

【００３７】また、図５（ｃ）の部品１３Ｂに示すよう
に、本発明の光導波路基板１４Ｂの長さｌを、図５
（ａ）の光導波路基板よりもはるかに小さくした場合に
も、前述したように、茎部１７ａ、分岐部１７ｃおよび
枝部１７ｄの長さを、それぞれ図５（ａ）のものと同程
度確保することができる。この結果、制御用電極１５
Ｂ、１６Ｂの長さも、図５（ａ）のものと同程度確保す
ることができる。従って、性能は完全に保持しつつ、光
導波路基板の寸法を、最小で１／２まで減少させること
ができる。

【００３８】図３〜図５の例に示したように、本発明
を、能動型の光導波路型部品であって、枝部内を透過す
る光を変調するための光変調用電極が枝部に沿って設け
られている結合体に適用した場合には、前述した本発明
の効果に加えて、更に制御用電極の長さを大きくして、
必要な駆動電圧を減少させたり、制御用電圧の間隔を大
きくすることによって、制御用信号のクロストークに関
する信頼性を一層向上させることができる。

【００３９】なお、光導波路基板の幅については、通常
２ｍｍ程度の大きさであるのに対して、枝部の間隔は、
従来の光導波路基板では２５０μｍ程度であり、本発明
でも５００μｍ程度であって、光導波路基板の幅と比較
すると、非常に小さい。しかし、実際の寸法の比率に対
して忠実に図示すると、光導波路基板に比べて光導波路
および制御用電極の方が非常に小さくなり、きわめてわ
かりにくくなるので、便宜上光導波路および制御用電極
の寸法比率を大きくして、図示してある。従って、図５
（ａ）と（ｂ）（ｃ）とを比較すると、本発明の光導波
路基板の方が、光導波路基板の幅が大きくなっているよ
うに見えるが、これは図面上の都合であって、光導波路
基板の幅は光導波路の寸法よりもはるかに大きく、その
寸法の影響は受けない。

【００４０】なお、上記の実施例からも判るように、茎
部、枝部および反射材の位置関係は、茎部からの光が反
射した後に枝部に入射するような幾何学的関係であるこ
とが必要である。特に、枝部および茎部に対して分岐部
を連続させ、分岐部に折曲部を設けた場合には、枝部側
の分岐部と茎部側の分岐部とが、反射面に垂直な直線に
対して線対称であることが必要である。

【００４１】本発明の光導波路型部品においては、光導
波路基板の他方の端面上に、直接に反射材を形成するこ
とができる。

【００４２】また、光導波路基板の他方の端面側に溝を
設け、この溝の茎部側の端面に反射材を設けることがで
きる。

【００４３】この反射材は、金属または誘電体の蒸着膜
によって形成することができる。この場合には、制御用
電極を蒸着法によって形成する場合には、その後に連続
的に、反射材を形成することができるので、製造上有利
である。

【００４４】また、反射材を、反射性材料からなる板状
体によって構成することができる。この場合には、光導
波路基板上に光導波路と、必要に応じて制御用電極およ
び偏光子を形成した段階では、反射材を設けず、この段
階で、光導波路基板に対して光ファイバー保持基板を接
合し、各光ファイバーから光を入射し、一方の端面から
光を基板内へと入射させ、他方の端面からの出射光を観
測することができる。これによって、各光ファイバーと
各光導波路との各端面結合部分について、すべて直接に
光を透過させて端面の位置を微調整することができる。
このようにして、光ファイバーと光導波路との結合が終
了した後に、他方の端面上に、反射材からなる板状体を
固定することができる。

【００４５】また、反射材によって、他方の端面または
溝の茎部側の端面の全体を被覆することができる。しか
し、必ずしもこれらの端面の全体を被覆する必要はな
く、折曲部の周辺を少なくとも被覆し、その周囲から所
望の偏光が漏れないようにすれば、十分である。

【００４６】特に、光導波路が、プロトン交換法によっ
て形成された光導波路である場合には、他方の端面、ま
たは溝の茎部側の端面のうち、折曲部ないし光導波路の
露出面を含む一部領域を反射材によって被覆し、残りの
領域を被覆しないことが好ましい。なぜなら、この型の
光導波路の場合には、単一基本モードの偏光のみが光導
波路内を伝搬するので、偏光子は不要であり、不要な偏
光成分は基板の内部に向かって放射され、他方の端面へ
と達する。そこで、この他方の端面のうち、折曲部周辺
の必要な領域を被覆し、残りの領域から不要な偏光成分
を基板の外へと放射できるようにすれば、この不要な偏
光が再び光ファイバーに対して再結合するおそれもなく
なる。

【００４７】なお、図４に示す光導波路基板１４におい
ては、その一方の端面１４ａが、茎部１７ａに対して直
角から、所定角度傾斜しているが、これは、一方の端面
１４ａにおいては、光導波路と光ファイバーとの屈折率
が相違しているからである。この場合には、他方の端面
１４ｂは、茎部に対して垂直にすることができる。しか
し、この場合には、一方の端面と他方の端面とが平行で
はないので、ウエハーから各光導波路基板を切り出すと
きに、工程数が多くなる。

【００４８】この観点からは、一方の端面が茎部に対し
て直角から所定角度傾斜しているときには、他方の端面
を一方の端面に対してほぼ平行とすることが好ましい。
なぜなら、このように平行四辺形をした光導波路基板
は、ウエハーから少ない工程数で容易に切り出すことが
できるからである。

【００４９】本発明において、光導波路基板は、強誘電
性単結晶から構成することができる。こうした強誘電性
単結晶としては、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、Ｌｉ
（Ｎｂ_x，Ｔａ_1-x）Ｏ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＺｎＯ、Ｎ
Ｈ₄Ｈ₂ＰＯ₄、ＫＨ₂ＰＯ₄及びＫＴｉＯＰＯ₄等か
らなる群より選ばれた一種以上の強誘電性単結晶が好ま
しい。更には、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃及びＬｉ
（Ｎｂ_x，Ｔａ _1-x）Ｏ₃からなる群より選ばれた一種
以上の強誘電性単結晶が好ましい。この場合には、光導
波路の種類としては、次の（１）、（２）のものが好ま
しい。

【００５０】（１）強誘電性単結晶内にチタン、銅等を
熱により内拡散させて形成した光導波路。（２）ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、Ｌｉ（Ｎｂ_x，Ｔ
ａ_1-x）Ｏ₃結晶のＬｉ原子を水素原子と交換させるプ
ロトン交換法により、形成された光導波路。その他、リッジ型の光導波路、誘電体装荷型光導波路、
金属装荷型光導波路等に対しても、本発明は適用でき
る。

【００５１】また、光導波路基板としては、ガラス基板
の内部で金属イオン交換法によって光導波路を形成する
ことができるし、更に樹脂基板に光導波路を形成するこ
とができるが、これらの光導波路基板に対しても本発明
は有用である。

【００５２】本発明の光導波路型部品では、光導波路が
複数列に分岐しているが、光導波路の茎部、枝部の平面
形状は、直線状であってもよく、曲線状であってもよ
い。

【００５３】光導波路の分岐部分は、いわゆるＹ字状分
岐部であってよい。また、光導波路の分岐部分を、いわ
ゆる方向性結合器の形態にしてもよい。方向性結合器
は、隣り合う光導波路を近接して配置し、光導波路間で
導波光を移行させるものである。従って、入力側の光を
方向性結合器の部分で分岐させ、入力光の出力を分配す
ることができる。むろん、上記したＹ字状分岐部と方向
性結合器とを併用することもできる。

【００５４】本発明の光導波路型部品は、能動素子、受
動素子として使用することができる。この受動素子とし
ては、光分波素子がある。この能動素子としては、位相
変調器、光スイッチング素子、光音響素子、光コンピュ
ーターの論理素子（ＡＮＤ素子、ＯＲ素子）等がある。
更に、光導波路基板において、複数の分岐部のカスケー
ド構造からなる光導波路を有するものに対しても、本発
明を適用できる。これには、スターカプラー、スターカ
プラーに光変調用電極を配置した多重変調素子、スター
カプラーにスイッチング機能を付与した多重スイッチン
グ素子等を例示できる。

【００５５】図３、４に示す光導波路型部品の製造方法
について述べる。まず、図６（ａ）に示すようなアセン
ブリ２０を製造する。この段階では、前述したような所
定の材料からなるウエハー上に、光導波路１７、制御用
電極１５、１６、偏光子９を形成し、ウエハーからアセ
ンブリ２０を切り出す。こうした各工程自体は、公知の
方法によって実施することができる。

【００５６】次いで、１つの方法では、図６（ｂ）に示
すように、光ファイバー保持基板７を一方の端面１４ａ
に対して接合する。この際、各光ファイバーと各光導波
路とを、前述したように精密に位置決めすることが必要
であるが、本例では、各光ファイバー３Ａ、３Ｂ、３Ｃ
に対してそれぞれ光源２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを接続
し、他方の端面１４ｂの方に受光素子２２を設置する。
そして、光源２１Ｂを発光させると、この光は、光ファ
イバー３Ｂ、枝部１７ｄおよび分岐部１７ｃを伝搬し、
折曲部４５を透過して矢印Ｅのように受光素子２２へと
入る。この受光光量を測定しながら、光ファイバー２１
Ｂと光導波路との接続部分を微調整する。これと同様の
手順を、光ファイバー３Ｃについても実施し、矢印Ｆの
ように折曲部４５から出てくる光の光量を測定する。更
に、光ファイバー３Ａについては、光源２１Ａからの光
は、分岐点１７ｂで分岐するので、矢印Ｅおよび矢印Ｆ
のように２箇所から発光するので、各々の発光の光量を
測定する。むろん、この際に各光源２１Ａ、２１Ｂ、２
１Ｃとして同じ光源を使用することも可能である。

【００５７】このようにアセンブリ２０と光ファイバー
保持基板７とを結合し、位置決めした後に、他方の端面
１４ｂに反射材を設けることによって、図３、図４に示
す結合体１９を得ることができる。

【００５８】また、他の方法としては、図６（ａ）に示
すようなアセンブリ２０を製造した後に、図７に示すよ
うに、このアセンブリの端面１４ｂ上に反射材１８を形
成して光導波路型部品４１を製造し、この後で光導波路
型部品４１に対して光ファイバー保持基板７を結合し、
結合体４０を作成することができる。この場合には、制
御用電極１５、１６を蒸着法によって形成する場合に
は、反射材１８として、金属または誘電体の蒸着膜を適
用することが好ましい。しかし、一般的には、反射材１
８として、反射材からなる板状体を使用できる。

【００５９】この場合には、次のようにして各光ファイ
バーと光導波路との位置決めを行うことができる。即
ち、各光ファイバーに対してそれぞれ受光素子付きの光
源２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを結合する。そして、光源２
３Ｂを発光させると、この光は、光ファイバー３Ｂ、光
導波路１７および光ファイバー３Ａを伝搬する。光源２
３Ｃを発光させると、この光は、光ファイバー３Ｃ、光
導波路１７および光ファイバー３Ａを伝搬する。光源２
３Ａを発光させると、この光は、光ファイバー３Ａおよ
び茎部１７ａを透過し、、分岐点１７ｂで分岐し、それ
ぞれ枝部１７ｄを透過し、光ファイバー３Ｂまたは３Ｃ
を透過する。そして、これらの各受光光量が全体として
最大となる位置関係で、保持基板と光導波路基板とを固
定し、接着する。

【００６０】図８においては、ウエハーから切り出す光
導波路基板２６の形状を変更した。即ち、一方の端面２
６ａと他方の端面２６ｂとをほぼ平行とし、これによっ
て光導波路基板２６の形状を平行四辺形とした。そし
て、ウエハーからこの光導波路基板２６を切り出した
後、茎部１７ａに対してほぼ直角方向に延びる溝２８を
形成し、この溝２８の茎部側の端面２８ａ上の全体にわ
たって、反射材２９を設けた。これによって、光導波路
型部品２４および結合体２５を製造した。

【００６１】このように、光導波路基板２６の平面的形
状を平行四辺形とすると、図９に模式的に示すように、
ウエハー３０から各基板を切り出すのに際して、各基板
の各端面２６ａを直線状に連続させることができ、かつ
端面２６ｂも直線状に並べることができる。このように
して形成された各直線を切断線５０Ａ、５０Ｂとして利
用し、この各切断線に沿ってウエハーを切断すれば、少
ない切断回数で多くの基板を切り出すことができる。

【００６２】また、図１０に示す実施例においては、光
導波路基板３３として、単一基本モード光導波路基板を
使用した。こうした光導波路としては、プロトン交換光
導波路が好ましい。ここで、この光導波路３４は、単一
基本モードであり、茎部３４ａ、分岐点３４ｂ、分岐部
３４ｃおよび一対の枝部３４ｄを備えている。一方の端
面３３ａは茎部３４ａに直角な面に対して傾斜してお
り、他方の端面３３ｂは茎部３４ａに対してほぼ垂直で
ある。他方の端面３３ｂ上では、各折曲部４５の近傍お
よびその周辺を被覆するように、それぞれ反射材３５が
設けられており、各反射材３５はそれぞれ独立してい
て、互いに接触ないし連続はしていない。これらの反射
材３５によって被覆されていない領域３６では、他方の
端面３３ｂがそのまま露出している。これによって光導
波路型部品３２および結合体３１を製造した。

【００６３】むろん、図１０に示すような結合体に対し
て、図６〜図９に示したような変形を加えることもでき
る。

【００６４】更に具体的な製造例を述べる。図３および
図４に示す光導波路型部品および結合体を製造した。ま
ず、Ｘ軸結晶断面を有するＬｉＮｂＯ₃からなる、直径
３インチ、厚さ１ｍｍの円盤状ウエハーを用意した。フ
ォトリソグラフィー技術を用いて、ウエハーに幅３μ
ｍ、厚さ５００オングストロームのチタン薄膜を形成
し、電気炉内にウエハーを収容し、温度１０００°Ｃ、
保持時間６時間の条件でＬｉＮｂＯ₃ウエハー中にチタ
ンを内拡散させ、チタン拡散光導波路１７を形成した。
この際、光導波路のパターン自体は、フォトリソグラフ
ィー用のマスクを変更することによって、変更できる。

【００６５】この際、光導波路基板の幅は１ｍｍとし、
長さを、例１では３２ｍｍとし、例２では２０ｍｍとし
た。光導波路１７を形成した後、金薄膜からなる電極１
５、１６をそれぞれ形成した。この電極の厚さは、２５
００オングストロームとした。例１では、各電極の長さ
を１５ｍｍとし、隣り合う電極のギャップ間隔は２５０
μｍとした。例２では、各電極の長さを１５ｍｍとし、
隣り合う電極のギャップ間隔は２５０μｍとした。

【００６６】各アセンブリをウエハーから切り出し、図
６に示す方法で結合体を製造した。ただし、光源として
８３０ｎｍ帯のレーザーダイオードを使用した。また、
反射材１８としては、誘電体多層膜を使用した。

【００６７】これを光ファイバージャイロスコープに設
置し、作動を確認した。また、各光ファイバーからレー
ザー光を入射させ、−４０°〜８０°の温度範囲で周囲
温度を変化させたが、その光量損失の変化は−１ｄＢ以
下であった。

【００６８】また、図７に示すように、アセンブリの他
方の端面に対して金属蒸着膜を形成し、これを反射材と
して使用した。他は上記と同様にして光導波路型部品を
製造し、図７に示す方法で結合体を製造した。ただし、
光源として８３０ｎｍ帯のレーザーダイオードを使用し
た。

【００６９】これを光ファイバージャイロスコープに設
置し、作動を確認した。また、各光ファイバーからレー
ザー光を入射させ、−４０°〜８０°の温度範囲で周囲
温度を変化させたが、その光量損失の変化は−０．８ｄ
Ｂ以下であった。

【００７０】上記の記載においては、本発明を特定の好
適例に関して説明したけれども、例示した特定の詳細は
単に例示的なものであり、本発明を、次の請求の範囲の
範囲およびその思想から離れることなく、他の方法で実
施できることを理解するべきである。

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、分
岐型の光導波路を備えている光導波路型部品の光導波路
の端面と、光ファイバーの端面とを結合するのに際し
て、この結合工程を従来よりも容易に行うことができ、
コストを減少させることができる。また、光導波路型部
品と光ファイバー保持基板とを結合し、各光ファイバー
と各光導波路とを結合した後に、大きな温度変化が生じ
ても、これによる伝搬損失の変化を防止し、あるいは著
しく減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバージャイロスコープの主要部品とし
て、従来の光導波路型部品を使用した状態を、図式的に
示す概略図である。

【図２】従来の光導波路型部品によって構成した、光フ
ァイバージャイロスコープ用の光変調器を示す平面図で
ある。

【図３】本発明の実施例で使用する光導波路型部品１３
を示す平面図である。

【図４】図３の光導波路型部品１３の端面１４ａに対し
て光ファイバー保持基板７を結合し、各光ファイバー３
Ａ、３Ｂ、３Ｃと茎部、枝部とを結合して作成した、光
導波路型部品１３と光ファイバー保持基板７の結合体１
９を示す平面図である。

【図５】（ａ）は、図２の光導波路型部品５について、
各部分の寸法を説明するための平面図であり、図５
（ｂ）は、図３の光導波路型部品について、その長さ方
向の寸法を、図２のものと同程度とした場合の各部分の
寸法を説明するための平面図であり、図５（ｃ）は、図
３の光導波路型部品について、その長さ方向の寸法を、
図２のものよりも顕著に小さくした場合の各部分の寸法
を説明するための平面図である。

【図６】（ａ）は、図３の光導波路型部品１３を製造す
るために、ウエハーから切り出した基板チップないしア
センブリ２０を示す平面図であり、図６（ｂ）は、この
基板チップ２０に対して光ファイバー保持基板７を結合
して、各光ファイバーと各光導波路との結合部分におけ
る光の結合損失を測定する工程を概略的に示す平面図で
ある。

【図７】光導波路基板１４の端面１４ｂに金属または誘
電体の蒸着膜３７を形成して作成した光導波路型部品４
１と、光ファイバー保持基板７との結合体４０を示す平
面図である。

【図８】光導波路基板２６の端面２６ｂ側に溝２８を形
成し、この溝２８の茎部１７ａ側の端面２８ａに、反射
材２９を形成して作成した光導波路型部品２５を示す平
面図である。

【図９】ウエハー３０内から光導波路基板２６を採取す
る際の分割方法を説明するための平面図である。

【図１０】光導波路基板３３の他方の端面３３ｂの所定
領域に反射材３５を設け、それ以外の領域３６を被覆し
ない、光導波路型部品３２を使用した結合体を示す平面
図である。

【符号の説明】

３Ａ、３Ｂ、３Ｃ光ファイバー７光ファイバ
ー保持基板９偏光子１３、１３Ａ、１３Ｂ、
２４、４１光導波路型部品１４、２６光導波路基板１４ａ、２６ａ光導
波路基板１４、２６の一方の端面１４ｂ、２６ｂ
他方の端面１５、１５Ａ、１５Ｂ、１６、１６Ａ、
１６Ｂ制御用電極１７、３４光導波路１７
ａ、３４ａ茎部１７ｂ分岐点１７ｃ分岐部１７ｄ、３４ｄ
２列の枝部１８反射材１９、２５光導波
路型部品と光ファイバー保持基板との結合体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ光源２２受光素子
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ受光素子付きの光源
２８茎部１７ａに対してほぼ直角方向に延びる溝
２９溝２８の茎部側の端面２８ａ上の反射材３０
ウエハー４５折曲部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路基板と光ファイバ保持基板との結
合体であって、前記光導波路基板が分岐型の光導波路を備えており、こ
の光導波路が、前記光導波路基板の一方の端面と他方の
端面との間に設けられた茎部と複数列の枝部とを備えて
おり、前記光導波路基板の前記一方の端面に対して前記
光ファイバー保持基板が結合されており、前記茎部に対
応する光ファイバーおよび前記複数の枝部にそれぞれ対
応する各光ファイバーが前記光ファイバー保持基板によ
って保持されており、これらの各光ファイバーと前記茎
部および前記枝部とがそれぞれ端面結合されており、前
記茎部内を伝搬してくる光を反射して前記枝部の方へと
伝搬させるための反射手段が前記光導波路基板の他方の
端面側に設けられていることを特徴とする、光導波路基
板と光ファイバー保持基板との結合体。
【請求項２】前記枝部内を透過する光を変調するための
光変調用電極が前記光導波路基板に前記枝部に沿って設
けられている、請求項１記載の光導波路基板と光ファイ
バー保持基板との結合体。
【請求項３】前記反射手段として反射材が前記光導波路
基板の前記他方の端面上に設けられている、請求項１ま
たは２記載の光導波路基板と光ファイバー保持基板との
結合体。
【請求項４】前記光導波路基板の前記他方の端面側に溝
が設けられており、この溝の前記茎部側の端面に前記反
射手段として反射材が設けられている、請求項１または
２の光導波路基板と光ファイバー保持基板との結合体。
【請求項５】前記反射材が前記他方の端面または前記溝
の前記茎部側の端面の全体を被覆している、請求項３ま
たは４記載の光導波路基板と光ファイバー保持基板との
結合体。
【請求項６】前記光導波路が、プロトン交換法によって
形成された光導波路であり、前記反射材が前記他方の端
面または前記溝の前記茎部側の端面のうち前記光導波路
の露出部分を含む一部領域を被覆している、請求項３ま
たは４記載の光導波路基板と光ファイバー保持基板との
結合体。
【請求項７】光ファイバージャイロスコープ用の光変調
器である、請求項２記載の光導波路基板と光ファイバー
保持基板との結合体。
【請求項８】請求項７記載の光導波路基板と光ファイバ
ー保持基板との結合体と、前記茎部に対して前記光ファ
イバーを通して結合されている光源と、前記茎部に対し
て前記光ファイバーを通して結合されている受光素子
と、前記枝部に対して前記光ファイバーを通して結合さ
れているファイバーコイルとを備えていることを特徴と
する、光ファイバージャイロスコープ。