(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路（１３）の端面（１６）と、光ファイバアレイの端面（２３）を調芯して接続する方法であって、
前記光導波路のコア層の端面を含む面を、光導波路の光軸方向に対して傾斜面とするとともに、前記光ファイバアレイの光ファイバの端面を含む面を、前記光導波路の傾斜面と接続可能に傾斜面とし、
前記光導波路の端面と前記光ファイバの端面とを対向配置し、
前記光導波路のコア層を被覆するように紫外線硬化樹脂（３０）を仮塗布せしめた後、前記光導波路のコア層の端面と前記光ファイバの端面との調芯を行い、
前記光導波路の上部全面に紫外線硬化樹脂を流し込み、この紫外線硬化樹脂によりコア層を含め光導波路の表面を覆うとともに、前記コア層と前記光ファイバの端面との間隙を充填し、
前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させ、前記紫外線硬化樹脂を前記光導波路の上部クラッド層となし、
この硬化した紫外線硬化樹脂により前記光導波路と前記光ファイバとを固着接続することを特徴とする光導波路と光ファイバの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、光導波路端面に、入出力用の光ファイバアレイを調芯接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光導波路素子の中で石英ガラスを主成分とした石英ガラス系光導波路素子は、光伝送損失が低く、石英ガラス系光ファイバとの低損失な接続が可能であること、また、多くの光機能を集積できることから、将来光通信網の構築に大量に使用されるとが期待されている。
この石英系光導波路の製造方法としては、例えば河内正夫、「石英系光導波路と集積光部品への応用」光学第１８巻第１２号（１９８９年１２月）ｐ６８１−６８６に示すように、火炎堆積法（FHD：Flame  Hydrolysis  Deposition）によるガラス膜形成と反応性イオンエッチング（RIE：Reactive  Ion  Etching）によるガラス膜形成とを組合わせた方法がもっとも一般的である。
【０００３】
具体的には、図３に示すように、まず、バーナ１にＳｉＣｌ4  、ＴｉＣｌ4等のガラス原料を供給し、酸水素火炎２中で加水分解反応及び酸化反応によりガラス微粒子３を得、これをＳｉウエハなどの基板４上に堆積させて、屈折率の異なるガラス微粒子膜５ａ、５ｂを順次形成する（同図(ａ)）。ここでガラス微粒子膜５ａ、５ｂの両者の組成は異なるものとする（屈折率が異なる）。
【０００４】
そして、上述した工程で順次形成したガラス微粒子膜５ａ、５ｂを高温に加熱することにより、ガラス微粒子膜５ａ、５ｂを透明ガラス化して下部クラッド層６ａ及びコア層６ｂとする（同図(ｂ)）。以上が火炎堆積法である。
次に、反応性エッチングにより、コア層６ｂの不要な部分を除去してリッジ状のコア部６ｃを残し（同図(ｃ)）、再び火炎堆積法によりコア部６ｃを覆うように上部クラッド層６ｄを形成することにより、埋め込み型の石英系光導波路を形成する。以上の工程により、基板上に複数の繰り返し光導波路パターンが形成されているので、各導波路パターン毎に基板を切分ければ、光導波路チップ７が完成する。
【０００５】
次に、光導波路素子に、光を入力させあるいは出力光を取り出すため、導波路のそれぞれに入出力のための光ファイバ、すなわち光ファイバアレイを接続する。光ファイバとの接続には、レーザ光による融着、接着剤による接着、光路端間の機械的圧接など、種々の方法が採られている。光導波路素子への光ファイバアレイの接続は多芯接続になるので、光損失が少ない、精度の高い接続を低コストで行うことができる、などの理由から接着剤による接続が主流となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の光ファイバアレイと接続された光導波路チップ、すなわち光部品においては、導波路チップの製作および導波路チップと光ファイバアレイとの接続共に、時間を要するという欠点があった。
すなわち、導波路チップの作成において、従来はＦＨＤ、焼結の工程を下部クラッド層とコア層の形成、および上部クラッド層の形成のために２度用いている。ＦＨＤは焼結を含めて、１度で数時間を要する工程であり光導波路チップの製作には長時間が必要であった。  また石英ガラス系の下部クラッド層とコア層、および上部クラッド層の焼結には高い温度が適用されるため、例えば、シリコンを基板として用いると、焼結後、基板と石英ガラスとの高温からの収縮差のため反りを生じ、光導波路チップ内の光損失、あるいは入出力光ファイバアレイとの接続の精度が損なわれる問題もあった。
【０００７】
また、光導波路断面積および光ファイバのコア断面積は共に極めて小さく（１０μｍ2）、位置合わせが困難であり、しかも光ファイバからの光が光導波路内に到達しているか否かを確かめにくいため、肉眼による手動の粗調芯は困難で、時間のかかる作業であった。また、微小な断面積の光導波路と光ファイバの接続部は、僅かな外力による位置ズレのため、接続損失が増加したり、光ファイバが破損するなどの問題もあった。
【０００８】
さらに、光導波路素子は小型化が要請され、その保護具は小さくなる傾向にあるので、脆性材料である石英ガラスで構成された光導波路素子は靱性が低く、僅かな衝撃で破損するという問題も内蔵していた。
このような背景の下になされたもので、光信号の入出力のための光ファイバアレイの端面を光導波路端面とを精密に、かつ低コストで接続する接続方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために本発明の光導波路と光ファイバの接続方法は、光導波路（１３）の端面（１６）と、光ファイバアレイの端面（２３）を調芯して接続する方法であって、前記光導波路のコア層の端面を含む面を、光導波路の光軸方向に対して傾斜面とするとともに、前記光ファイバアレイの光ファイバの端面を含む面を、前記光導波路の傾斜面と接続可能に傾斜面とし、  前記光導波路の端面と前記光ファイバの端面とを対向配置し、前記光導波路のコア層を被覆するように紫外線硬化樹脂（３０）を仮塗布せしめた後、前記光導波路のコア層の端面と前記光ファイバの端面との調芯を行い、前記光導波路の上部全面に紫外線硬化樹脂を流し込み、この紫外線硬化樹脂によりコア層を含め光導波路の表面を覆うとともに、前記コア層と前記光ファイバの端面との間隙を充填し、前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させ、前記紫外線硬化樹脂を前記光導波路の上部クラッド層となし、この硬化した紫外線硬化樹脂により前記光導波路と前記光ファイバとを固着接続することを特徴としている。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して、この発明の方法の１実施例について説明する。
図１はこの発明の一実施例による光部品の構成を説明するための図である。図において、１８は光導波路半製品チップ、２５は光ファイバアレイである。光部品４０は、図２（ｂ）に示す光導波路半製品チップ１８の上部クラッド層３７が紫外線硬化樹脂３５により構成され、さらにコア層１３の両接続端面１６ａ、１６ｂに、図２（ｃ）に示される光ファイバアレイ２５、２５の光ファイバ接続端面２３、２３が紫外線硬化樹脂３５により接続されて構成されている。
【００１１】
図２（ａ）、（ｂ）は、光導波路半製品チップの構成が示されている。光導波路半製品チップ１８は、基板１１上の下部クラッド層１２と、光導波路が形成されたコア層１３、さらに、基板の底面にガラス製補強体１４が接着されたチップ１５の、コア層１３の接続端面１６ａ、１６ｂを含む両面１７ａ、１７ｂが斜め下方を向く傾斜する接続面とされた構成である。
【００１２】
図２（ｃ）は、入出力光ファイバアレイの概略の構成を示す。光ファイバアレイ２５は、２枚のガラス板２１、２２の下部ガラス板２１の上面に形成された微細な溝中に光ファイバ２０を配置し、その上に上部ガラス板２２により蓋をし、接着剤により光ファイバ２０および両ガラス板２１、２２を接着固定した後、光ファイバ２０の接続端面２３を含む面２４を、光導波路半製品チップ１８の接続面と接続可能に斜め上方へ傾斜する接続面２４とされた構成である。
【００１３】
図２（ｄ）は、上述のように構成された光導波路半製品チップおよび光ファイバアレイを光部品の作製のために配置した図である。この図で、光導波路半製品チップ１８のコア層１３の両接続端面１６ａ、１６ｂと、２つの光ファイバアレイ２５、２５の接続端面２３、２３が調芯台（図示されていない）上に一定の間隔を隔てて対向配置されている。粘性体の紫外線硬化樹脂３０はノズル３１から、供給される。
図２（ｅ）は、光部品の構成を示している。３０は流し込まれた紫外線硬化樹脂、３３は紫外線光源、３５は固体の紫外線硬化樹脂である。光導波路半製品チップ１８のコア層１３の上面を被覆した固体の紫外線硬化樹脂３５は上部クラッド層３７を構成し、コア層１３の両接続部１６ａ、１６ｂと光ファイバの接続端面２３、２３は、固体の紫外線硬化樹脂３５によって接続され、光部品４０が構成されている。
【００１４】
次に、光部品４０の作製方法を、主として図２（ａ）ー（ｅ）によって説明する。
光導波路半製品チップ１８は、シリコン基板１１上に下部クラッド層１２およびコア層を火炎堆積、焼結によって作製し（図３（ｂ））、ついで、反応性イオンエッチング法により光導波路部分のみを残したコア層１３を形成する（図３（ｃ））。これに補助ガラス体１４を接着しチップ１５とする（図２（ａ））。さらに、光導波路半製品チップ１８は、チップ１５のコア層１３の両接続端面１６ａ、１６ｂを含む接続面１７ａ、１７ｂを斜め下方に傾斜する接続面に加工し研磨して作製する。（図２（ｂ））。
【００１５】
一方、光ファイバアレイ２５は、２枚のガラス板２１、２２の合わせ面に微細孔を穿設し、その微細孔中に光ファイバを挿入し、光ファイバは合わせ面と共に、接着剤により固定した後、光ファイバの接続端面２３を含む面を斜め上方に向く傾斜する接続面２４に加工し研磨して作製する（図２（ｃ））。
ついで、上述のように作製された光導波路半製品チップ１８のコア層１３の両接続面１７ａ、１７ｂのコア層１３の接続端面１６ａ、１６ｂに、２個の入出力光ファイバアレイ２５、２５の光ファイバ接続端面２３、２３を対向させ、調芯装置（図示していない）上に設置する（図２（ｄ））。
【００１６】
そこで、コア層１３と光ファイバ２０の両光路の調芯は、第一回の粗調芯、第二回目以降の自動調芯の順序により次のように行なう。粗調芯は、大まかな調心であって、光信号が入力ファイバからコア層へ、またコア層から出力ファイバへと透過する位置を手動により探知することである。まず、粘性体の紫外線硬化樹脂３０によりコア層１３の表面が薄く被覆された状態とする。この状態では、コア層１３中に光は閉じこめられ、コア層１３からの光の滲み出し、または外部からコア層１３中への光の浸入はない。また、被覆層が薄い状態では、コア層１３中に入射した信号光は、肉眼で確認することができる。従って、入力および出力光ファイバ２０、２０からの光信号がコア層１３に透過することを確認することにより粗調芯を短時間で完了できる。
【００１７】
自動調芯は、光信号を入力光ファイバから入射しコア層１３中を透過し出力光ファイバから出力する光量が最大となる最適の接続位置を機械的に探索する方法である。本実施例においては、粘性体の紫外線硬化樹脂３０により光導波路１３の端面（１６ａ、１６ｂ）と光ファイバ２０の接続面２３、２３間を接着した状態で、機械的に、両光路端面の相対位置を僅かずつ変動させて、最適接続位置の探索を行ない、調芯終了後、紫外線照射により紫外線樹脂を固体化し、自動調芯された最適位置に両光路端面を固着し接続する。この結果、第一回目の調心に比較して、より精密な接続が可能であり、かつ最適な接続位置を安定に保持することが可能である。なお、コア層１３および光ファイバ２０の接続面１６ａ、１６ｂ、２３、２３が傾斜面に加工されており接続面積を大きくし接続強度が高いことも、接続位置の安定な保持に有効に作用する。
【００１８】
その後、光導波路半製品チップ１８の上表面に、さらに粘性体の紫外線硬化樹脂３０を流し込む。粘性体の紫外線硬化樹脂は流動し、コア層１３を含め光導波路半製品チップ１８の表面を覆い、さらにコア層１３と光ファイバ２０の接続面間の間隙を充填する。
次いで、この粘性体の紫外線硬化樹脂３０に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を固体に転換する。固体の紫外線硬化樹脂３５を上部クラッド層３７とし、かつ同樹脂３５によって入出力光ファイバアレイ２５が固着接続された光導波路素子４０が完成する。
【００１９】
紫外線硬化樹脂３０は、その屈折率をクラッド層３７として必要な値に調整可能である。従って、屈折率が所定の値になるよう調整された紫外線硬化樹脂３５を用いることにより、必要な光学特性を具備した上部クラッド層３７が得られる。
また、固体の紫外線硬化樹脂３５は、石英ガラスに比して高い靱性をもち、衝撃に強い。従って、上部クラッド層３７が同樹脂３５により構成された光部品は、耐衝撃性に優れ、破損の危険が少ない。そして、この光導波路素子４０の保護具は小型化が可能である。
【００２０】
以上のように作製された光ファイバアレイ２５を接続した光導波路素子４０は、次のような特徴を持つ。すなわち、
光導波路素子４０の作成時間を大幅に短縮することができる。すなわち上部クラッド層３７を紫外線硬化樹脂３５により作製するので、作製時間が短縮できる。また、光ファイバアレイ２５とコア層１３との接続を上部クラッド層３７の作製と同時に行う、粗調芯の時間が短縮できる、等の効果を加算すると光部品４０の作製時間は大幅に短縮できる。
【００２１】
また、紫外線硬化樹脂３５による上部クラッド層３７の作製には、高い温度を必要としない。従って、火炎堆積、焼結による熱影響は一度となり、基板１１の反りは半減され、光導波路素子特性への影響が防止できる。
さらに、光導波路チップ１８と光ファイバアレイ２５との接続において、粗調芯および自動調芯が精密に行われ、調芯後両光路の接続が固定されるので、コア層１３と光ファイバアレイ２５とが精度良く、安定に接続された光導波路素子の作製ができる。
【００２２】
また、上記実施例においては、光導波路チップ１８はシリコン基板を用いて構成されているが、特に限定するものではなく、例えば、石英ガラス、多成分ガラスなどを用いても、同様の効果が発揮できる。
なお、本発明において、各調心工程は、必ずしも時間的連続性を必要としない。すなわち、例えば、第一回目の粗調心が数回に分かれて行われていても、全体としては第一回目の調心を意味するものである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、固体化された状態で必要な屈折率を持つ紫外線硬化樹脂を光導波路のクラッド層として用いることにより、一度に数時間を要するＦＨＤ、焼結による作製法に比して、約半分の時間で光導波路チップを作成することができる。また、ガラス系材料に比して高い靱性を持つ紫外線硬化樹脂を上部クラッド層として用い、かつコア層と光ファイバアレイを接続面間の接続とすることにより、得られた光部品の耐衝撃性は高く、保護具の小型化が可能となる。
【００２４】
また、上部クラッド層の作製と光ファイバアレイとの接続を同時に行なっている。上述のクラッド層を紫外線硬化樹脂とすることによる製作時間短縮効果を含め、本方法によれば光部品の製作時間を大幅に短縮することができ、大幅にコストを低減することができる。
また、上部クラッド層を紫外線硬化樹脂により形成することにより、基板に対する熱影響による基板の反りは軽減され、反りによる光部品特性の劣化が軽減される効果が得られた。
【００２５】
さらに、コア層を薄く被覆することにより、光導波路中に光を閉じこめ、しかも、被覆層が薄い場合光導波路中の光が肉眼で視認できるので、従来困難で長時間を要した粗調芯が、入力および出力光ファイバからの光信号がコア層に透過することを視認するのみで容易に行うことができる。また、粘性流体の紫外線硬化樹脂が接続面を接着している状態で自動調芯により精密に調芯した後、紫外線照射を行って紫外線硬化樹脂を固体化することにより、精密に調芯された両光路の接続位置が固定され、精密で安定に光ファイバアレイの接続位置が固定された光部品が得られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の光導波路端面に光ファイバアレイ端面が接続された光導波路素子の概略構成図である。
【図２】  本発明の光導波路端面と光ファイバアレイ端面の接続方法を示す説明図である。
【図３】  従来の光導波路チップの作製方法の説明図である。
【符号の説明】
１３    光導波路をなすコア層
１６ａ  光導波路の一端面
１６ｂ  光導波路の他端面
２０    光ファイバ
２３    光ファイバ端面
３０    粘性体の紫外線硬化樹脂
４０    入出力光ファイバを接続した光導波路素子
【図１】
0003681439.tif 000002
【図２】
0003681439.tif 000003
【図３】
0003681439.tif 000004