(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裸光ファイバを被覆した複数本の光ファイバを帯状に並設してなるテープ型多芯光ファイバと、
前記テープ型多芯光ファイバの一部の裸光ファイバを横一列に配置させる光ファイバ配列具と、
前記光ファイバ配列具に配置された裸光ファイバを押しあてて固着させるための光ファイバ押さえ板とを有してなり、
前記光ファイバ配列具は、前記各裸光ファイバを所定の間隔に整列させるためのＶ字形の溝を設けたＶ溝付き固定部と、前記テープ型多芯光ファイバの被覆部分を固定するための被覆固定部とを具備し、
前記テープ型多芯光ファイバの先端被覆部分を除去して露出させた各裸光ファイバを前記Ｖ溝に固定し、且つ、前記光ファイバ押さえ板により前記裸光ファイバを押しあてたのち接着剤により固着させ、且つ、前記テープ型多芯光ファイバの被覆部分を前記被覆固定部に接着剤により固定してなる光ファイバアレイ装置であって、
前記光ファイバ配列具には、深さの異なる２つのＶ溝が交互に形成され、
前記ファイバ押え板には、前記各裸光ファイバが前記深さの異なる各Ｖ溝内にほぼ一様に押し当てられるように、前記Ｖ溝の異なる深さに対応して設けられた溝と突条とが形成され、
前記テープ型多芯光ファイバは、その長手方向における両端部の被覆を除去するとともに、該テープ型多芯光ファイバをその全長の中央付近で曲げ損失が生じない程度に緩く折り曲げるようにして前記両端部を重ね合わせ、且つ、前記両端部において露出した裸光ファイバを前記光ファイバ配列具のＶ溝に交互に配置してなることを特徴とする光ファイバアレイ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバアレイ装置において、
前記光ファイバ押さえ板は、前記光ファイバ配列具と全く同一のＶ溝構造を有することを特徴とする光ファイバアレイ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光ファイバアレイ装置において、
基板の厚さ方向に２つの光波回路形成層を設けてなる導波路型多層光波回路基板の各入出力チャネルポート端面に突き合わせられるように、もしくは一括固着接続できるように前記Ｖ溝の間隔と深さを予め設定してなることを特徴とする光ファイバアレイ装置。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載の光ファイバアレイ装置と、基板の厚さ方向に２つの光波回路形成層を設けてなる導波路型多層光波回路基板とで接続構成することを特徴とする導波路型多層光波回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバアレイ装置およびそれを用いた導波路型多層光波回路モジュールに関するものであり、さらに詳細には多層構造を有する光導波路基板または光波回路基板と、１本または複数本のテープ型多芯光ファイバとを簡便かつ精度よく高密度に接続する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信をはじめとする光産業の進展に伴い、光信号の分岐、合分波および波長フィルタ等の機能を実現する経済的な各種の光部品が要求されている。該光部品を作製・実現する形態としては、プリズム、レンズおよびミラー等の個別の光部品を高精度に調芯・組立てて作るバルク型光部品、単芯または２本以上の光ファイバ素線を融着・延伸加工等によって組み合わせ、且つ、各々を接続して作るファイバ型部品、光信号を伝搬する光導波路または光導波回路を形成したシリコン基板やガラス基板等の入出力ポート端面に単心光ファイバまたは多芯光ファイバアレイを接続して作る導波路型光部品に概ね分類され、これらの形態順に高機能・低コストの各種光部品が提案・実用化されてきた。特に、導波路型光部品にあっては、複雑な光回路を１チップ化でき、しかも、大量生産向きのＬＳＩ製造プロセスを利用しているので、マルチメディア光回路ネットワークの実現を推進していく高機能・低コストのキーデバイスとして大いに注目されている。
【０００３】
近年の光導波路作製技術の進展に伴って、光波回路チップ自体の導波路型光部品モジュール単体に占めるコストは相対的に下がってきており、現在では、組立・実装工程等、とりわけ、光波回路チップと多心光ファイバとの接続におけるコストが目立ってきた。また、高機能で複雑かつ大規模な光波回路チップは、一般的に多数の入出力ポートを有するため、多条の光ファイバを接続する必要があり、多大な時間と労力を要していた。このため、高機能の導波路型光部品モジュールの高歩留まり化・経済化を実現するには、光波回路チップと多心光ファイバとの接続をいかに高密度・高精度かつ安価に実現するかにかかっていた。
【０００４】
図１１は従来の多心光ファイバアレイとしての一般的なテープ型多心（８心）光ファイバの断面図である。この図１１から明らかなように、従来のテープ型多心光ファイバ１０００は、光パワーを閉じこめて伝搬させる外径約１２５μｍの裸光ファイバ１００１と、該裸光ファイバ１００１の周りを覆う一次被覆１００２とからなる光ファイバ心線１００５を、横一列に複数本（図示例では８本）並べて二次被覆１００３で覆うという構造を有している。光ファイバ心線１００５の外径は例えば約２５０μｍであり、裸光ファイバ１００１の外径の約２倍に形成されている。したがって、裸光ファイバ１００１の中心にあるガラスコア１００４同士の距離（ピッチ）は約２５０μｍとなっている。また、テープ型多心光ファイバ１０００の厚さｈはｈ＝０．４ｍｍのものが一般的であるが、最近ではｈ＝０．３ｍｍのものも開発され、既に実用化されている。
【０００５】
図１２はテープ型多心光ファイバを用いた光ファイバアレイ装置に関する第１の従来例（特開平５−３４１１５８号公報）を説明するための図であり、図１２（ａ）は光ファイバアレイ装置の斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。この図１２に示すテープ型多心（８心）光ファイバの光ファイバ心線２００１は、裸光ファイバ径すなわち光ファイバガラス（クラッド）径が１２５μｍ、被覆の外径が２５０μｍを有している。該テープ型多心光ファイバを用いた光ファイバアレイ装置は、図１２（ａ）に示すように先端のプラスチック被覆を一部除去したテープ型多心（８心）光ファイバ２組を２段に整列させるように、上下それぞれに２ｍｍ幅の角形溝を直接形成し、さらに、図１２（ｂ）の断面図に示すように光ファイバ心線２００１を互い違いに噛み合わせることにより、特別なピッチ間隔整列用部品を用いることなく、水平方向の光ファイバコア間隔が１２５μｍに設定できるというものである。
【０００６】
図１３はテープ型多心光ファイバを用いた多心光コネクタと称する光ファイバアレイ装置に関する第２の従来例（特開平９−６８６２９号公報）を説明するための図である。当該多心光コネクタ３０００は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように複数の光ファイバ心線３００１がほぼ２５０μｍピッチで横一列に並設された４心あるいは８心のテープ型多心光ファイバ３００２を２枚重ね合わせ、約１２５μｍピッチの光ファイバ挿通孔が備えられた位置決め用フェルール（光ファイバ搭載用部材）３００３に、重ね合わせたテープ型多心光ファイバ３００２の裸光ファイバ先端部３００４を挿入・固定して、従来の約２倍の高密度で光ファイバアレイ装置を実現するというものである。
【０００７】
図１４はテープ型多心光ファイバを用いた光ファイバアレイ装置に関する第３の従来例（特開平１０−２４６８３８号公報）を説明するための図であり、図１４（ａ）には光ファイバアレイ装置を用いた光スプリッタモジュールを示し、図１２（ｂ）には光ファイバアレイ装置を示し、図１２（ｃ）には光スプリッタ回路チップを示す。図１２（ｂ）に示すように、重ね合わせられた２本のテープ型多心光ファイバ４０００の各裸光ファイバ４００１の先端部を所定のピッチ間隔に整列させるために、上記第１従来例では角形溝付き配列具を備え、上記第２従来例では挿通孔付き配列具を備えているのに対し、本第３従来例ではＶ溝付きの配列具４００２を備えることにより、低コストで高精度かつ高密度な光ファイバアレイ装置を提供できるというものである。
【０００８】
図１５はテープ型多心光ファイバを用いた光ファイバアレイ装置に関する第４の従来例（特開平９−５５７６号公報）を説明するための図であり、図１５（ａ）には光ファイバアレイ装置の端面を示し、図１５（ｂ）には図１５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。同図に示すように光ファイバ固定部材基板５００２には複数本の平行な所定の間隔で配置されたＶ溝５００３が形成されている。これらのＶ溝５００３は両側に位置するもの程その深さが深く形成され、且つ、中央へ行く程その深さが浅くなるように形成されている。一方、テープ型多心光ファイバの裸光ファイバ５００４を押さえ付けて固定するための光ファイバ固定蓋体５００５の下面には、基板５００２のＶ溝５００３に対応して裸光ファイバ５００４を固定するための突条５００６やＶ溝５００７が、中央に位置するもの程その深さが深く形成されている。これらの部材から構成された多心光伝送体端末部は、例えば反りが生じた光波回路基板端面の入出力チャネル導波路と光ファイバとの光学的な接続を損失が増大することなく達成できるというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第１〜第３の従来例に関する説明から明らかなように、これまでの光ファイバアレイ装置に具備された角形溝や挿通孔やＶ溝は、配列固定される各裸光ファイバのコアの位置がすべて同じ高さになるように形成されていた。このような光ファイバアレイ装置では、単層の光回路層または光導波路層を有する光波回路チップの入出力チャネル導波路（ポート）に接続する場合にしか適用することができなかった。すなわち、例えば基板に対して垂直方向に複数の光回路層または光導波路層を有する高機能な多層光波回路チップの多数の入出力チャネル導波路と光ファイバアレイ装置とを接続する場合には、各チャネル同士間で深さ方向に段差があるため、従来の光ファイバアレイ装置をそのままでは適用できないという問題があった。
【００１０】
また、上述した第４の従来例に関する説明から明らかなように、この従来発明の光ファイバアレイ装置では、あくまでも反りのある光波回路基板と１本のテープ型多心光ファイバとの接続を良好にするために深さの異なるＶ溝構造を採用しているのに対し、後述するように、本発明の光ファイバアレイ装置では、多層構造を有する高機能な光波回路基板と、１本または複数本のテープ型多心光ファイバとの接続を良好にするために深さの異なるＶ溝構造を採用しており、両者の目的は全く異にしている。また、この従来発明では、多層光波回路基板への適用方法や、具体的な多層光波回路基板に関する実施例の記述は一切なされていない。さらにまた、本発明の実施例の中で後述されるであろう、複数のテープ型多心光ファイバを重ね合わせて光ファイバアレイ装置を実現するといった具体的な作製方法の記述も一切見あたらない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、基板に対して垂直方向に複数の光回路層または光導波路層を有する高機能な多層光波回路基板（チップ）における多数の入出力チャネル導波路（ポート）に対して、低コスト、高精度、高密度な接続が可能な光ファイバアレイ装置を提供することにある。
また、本発明のその他の目的は、基板に対して垂直方向に複数の光回路層または光導波路層を有する高機能な多層光波回路基板（チップ）における多数の入出力チャネルポートに本発明の光ファイバアレイ装置を接続することによって、安価で高機能な導波路型多層光波回路モジュールを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では次のような構成により課題を解決するための手段としている。すなわち、
（１）裸光ファイバを被覆した複数本の光ファイバを帯状に並設してなるテープ型多芯光ファイバと、
前記テープ型多芯光ファイバの一部の裸光ファイバを横一列に配置させる光ファイバ配列具と、
前記光ファイバ配列具に配置された裸光ファイバを押しあてて固着させるための光ファイバ押さえ板とを有してなり、
前記光ファイバ配列具は、前記各裸光ファイバを所定の間隔に整列させるためのＶ字形の溝を設けたＶ溝付き固定部と、前記テープ型多芯光ファイバの被覆部分を固定するための被覆固定部とを具備し、
前記テープ型多芯光ファイバの先端被覆部分を除去して露出させた各裸光ファイバを前記Ｖ溝に固定し、且つ、前記光ファイバ押さえ板により前記裸光ファイバを押しあてたのち接着剤により固着させ、且つ、前記テープ型多芯光ファイバの被覆部分を前記被覆固定部に接着剤により固定してなる光ファイバアレイ装置であって、
前記光ファイバ配列具には、深さの異なる２つのＶ溝が交互に形成され、
前記ファイバ押え板には、前記各裸光ファイバが前記深さの異なる各Ｖ溝内にほぼ一様に押し当てられるように、前記Ｖ溝の異なる深さに対応して設けられた溝と突条とが形成され、
前記テープ型多芯光ファイバは、その長手方向における両端部の被覆を除去するとともに、該テープ型多芯光ファイバをその全長の中央付近で曲げ損失が生じない程度に緩く折り曲げるようにして前記両端部を重ね合わせ、且つ、前記両端部において露出した裸光ファイバを前記光ファイバ配列具のＶ溝に交互に配置してなることを特徴とする。
【００１３】
（２）前述した（１）に記載の光ファイバアレイ装置において、
前記光ファイバ押さえ板は、前記光ファイバ配列具と全く同一のＶ溝構造を有することを特徴とする。
【００１４】
（３）前述した（１）または（２）に記載の光ファイバアレイ装置において、
基板の厚さ方向に２つの光波回路形成層を設けてなる導波路型多層光波回路基板の各入出力チャネルポート端面に突き合わせられるように、もしくは一括固着接続できるように前記Ｖ溝の間隔と深さを予め設定してなることを特徴とする。
【００１５】
（４）前述した（１），（２）または（３）に記載の光ファイバアレイ装置と、基板の厚さ方向に２つの光波回路形成層を設けてなる導波路型多層光波回路基板とで接続構成することを特徴とする導波路型多層光波回路モジュール。
【００２０】
［作用］
前述した（１）〜（３）の手段によれば、基板に対して垂直方向に複数の光回路層または光導波路層を有する高機能な多層光波回路基板（チップ）における多数の入出力チャネルポートに対して、低コスト、高精度、高密度な接続が可能な光ファイバアレイ装置を提供することができる。
【００２１】
また、前述した（４）の手段によれば、これらの高機能な多層光波回路基板（チップ）に本発明の光ファイバアレイ装置を接続することによって、低コストで高機能な導波路型多層光波回路モジュールを提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１参考例を示しており、図１（ａ）は本第１参考例の光ファイバアレイ装置の斜視図、図１（ｂ）は該光ファイバアレイ装置端面の中央付近の拡大図である。
【００２４】
図１（ａ）において、１および２は各々第１および第２のテープ型多心（８心）光ファイバであり、１１，１２，…，１８および２１，２２，…，２８は各々第１のテープ型多心（８心）光ファイバ１および第２のテープ型多心（８心）光ファイバ２を構成する光ファイバ心線であり、３１，３２，…，３８および４１，４２，…，４８は各々光ファイバ心線１１，１２，…，１８および２１，２２，…，２８を構成する裸光ファイバである。テープ型多心（８心）光ファイバ１，２としては、裸光ファイバ径すなわち光ファイバガラス（クラッド）径が約１２５μｍ、一次被覆の外径が約２５０μｍ、ファイバコアのピッチが約２５０μｍ、二次被覆（テープ）の厚みが約０．４ｍｍを有する最も一般的な市販製のテープ型８心光ファイバを用いている（図１１参照）。
【００２５】
光ファイバ配列具（Ｖ溝基板）である光ファイバ搭載用部材１０は、パイレックスガラスや石英ガラス等のガラス材料、あるいはアルミナ等のセラミックス材料等からできており、一端部にＶ溝５１，５２，…，５８およびＶ溝６１，６２，…，６８が設けられているＶ溝領域（Ｖ溝付き固定部）１０ａと、他端部にテープ型多心光ファイバ１および２の被覆部を紫外線硬化樹脂や熱硬化性接着剤等で配設固定するための平坦領域（被覆固定部）１０ｂとから構成されている。Ｖ溝領域１０ａと平坦領域１０ｂとの間には、Ｖ溝領域１０ａに配列した各裸光ファイバ３１，３２，…，３８および４１，４２，…，４８に不要な応力が加わらないように、２本のテープ型８心光ファイバ１，２の被覆の厚み程度の段差１０ｃを設けている。
【００２６】
これら２本のテープ型８心光ファイバ１，２の先端部分を被覆除去後薬品等で剥き出しになった裸光ファイバ表面を清掃・乾燥させたのち、テープ型８心光ファイバ２の上にテープ型８心光ファイバ１を重ねるようにし、且つ、裸光ファイバ３１，３２，…，３８を裸光ファイバ４１，４２，…，４８の間に配置して両者を交互に配列するようにして、裸光ファイバ４１，４２，…，４８をＶ溝６１，６２，…，６８の中へ、裸光ファイバ３１，３２，…，３８をＶ溝５１，５２，…，５８の中へ配列する。さらに、これらの裸光ファイバを固定するために、矩形断面構造を有する矩形溝（凹部）７１，７２，…，７８および矩形突条（凸部）８１，８２，…，８８が形成された溝付き押さえ板（光ファイバ押さえ板）９を被せ、Ｖ溝と押さえ板付近およびテープファイバの根元被覆に紫外線硬化性あるいは熱硬化性等の接着剤を塗布して固化する。
【００２７】
すなわち、裸光ファイバ３１，３２，…，３８および４１，４２，…，４８を、溝付き押さえ板９によりＶ溝５１，５２，…，５８および６１，６２，…，６８を押しあてた状態で前記接着剤によりＶ溝領域（Ｖ溝付き固定部）１０ａに固定し、テープ型多心光ファイバ１，２（光ファイバ心線１１，１２，…，１８および２１，２２，…，２８）の被覆部分を、前記接着剤により平坦領域（被覆固定部）１０ｂに固定する。その後、裸光ファイバ端面近傍を一括切断し、例えば、その端面を光信号の反射戻り光を防止するために斜めに研磨を施して、本参考例の光ファイバアレイ装置が完成する。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、Ｖ溝５１，５２，…，５８および６１，６２，…，６８の水平方向ピッチ、すなわち、これらのＶ溝に配列した裸光ファイバ３１，３２，…，３８および４１，４２，…，４８の水平方向ピッチは、従来例と同様、すべて裸光ファイバ径（約１２５μｍ）よりもわずかに大きい１２７μｍとしている。これは、光ファイバを製造する際のロット間で裸光ファイバの外径がバラツくことを見込んで取った措置である。すなわち、裸光ファイバをＶ溝に配列固定する際に、隣接する裸光ファイバ同士が接触するのを避けるために必要十分なＶ溝ピッチとして、１２７μｍを採用した。従って、Ｖ溝ピッチの値はこれに限定されるものではなく、例えば、１２８μｍあるいは１２９μｍあるいは１３０μｍといった１２７μｍ以上の任意の値に設定しても構わないことは勿論である。ただし、Ｖ溝ピッチをあまり大きく設定すると裸光ファイバの根元に不要な応力がかかり、断線や破損等の原因になりやすいため、１２７μｍ以上のＶ溝ピッチを設定する場合には上記の事項に留意することが肝要である。
【００２９】
そして、本第１参考例の最大の特徴は、同じ深さを有するＶ溝５１，５２，…，５８と、該深さと異なる深さを有し且つ互いに同じ深さを有するＶ溝６１，６２，…，６８が交互に配設されている点であり、並設するすべてのＶ溝の深さが一定となっている従来例と比べて、この点が大きく異なる。本第１参考例では、後述する第１応用例を実現するために、Ｖ溝５１，５２，…，５８とＶ溝６１，６２，…，６８との垂直（深さ）方向の段差（深さの差）を１５μｍと設定している。このような一連のＶ溝５１，５２，…，５８および６１，６２，…，６８は、従来の同一深さを有するＶ溝を連続的に形成する工程において、各Ｖ溝を１本ずつ形成する毎にダイシング装置の回転する切削刃を、最初のＶ溝を形成した深さ位置から垂直方向にちょうど１５μｍずつ増減を繰り替えして加工すれば容易に実現できる。
【００３０】
矩形溝７１，７２，…，７８および矩形突条８１，８２，…，８８は、裸光ファイバ３１，３２，…，３８および４１，４２，…，４８を所望のＶ溝５１，５２，…，５８および６１，６２，…，６８に押し当てるために、溝付き押さえ板９に設けられている。本参考例では、Ｖ溝５１，５２，…，５８および６１，６２，…，６８に配列された裸光ファイバ３１，３２，…，３８および４１，４２，…，４８と溝付き押さえ板９との間に間隙が生じないように、この溝付き押さえ板９の矩形溝７１，７２，…，７８と矩形突条８１，８２，…，８８の段差を、Ｖ溝５１，５２，…，５８とＶ溝６１，６２，…，６８との垂直（深さ）方向の段差と同一の１５μｍとし、ピッチを約１２７μｍと設定している。
【００３１】
このような矩形溝７１，７２，…，７８および矩形突条８１，８２，…，８８は、例えばシリコン単結晶基板の異方性エッチングの性質を利用して、フォトリソグラフィ技術と、ＫＯＨ等のアルカリ系薬品によるウェットエッチング法を組み合わせることにより精度良く大量かつ容易に作製できる。ただし、シリコン基板の結晶方位の選び方により出来上がった溝断面形状や突条断面形状は一般に矩形ではなく、例えば台形等その他の形状になることがあるが、要は裸光ファイバ３１，３２，…，３８および４１，４２，…，４８と、溝付き押さえ板９とが接する箇所での段差が一様に精度良く実現できてさえいればよいため、溝及び突条の断面形状は問わないことは勿論である。
【００３２】
図２は本発明の上記第１参考例の光ファイバアレイ装置を適用した導波路型多層光波回路モジュールに関する第１の応用例を説明するための斜視図である。なお、本第１応用例では、上下層の光波回路同士の光学的な結合や接続等はチップ内において一切無く、２種類の光機能回路が上層および下層において独立に構成されているものとする。図２には、第１参考例の光ファイバアレイ装置２００ａおよび２００ｂが、多層導波路構造を有する中央の光波回路基板（チップ）２０１の入出力チャネル導波路（コア）端面２０８，２０９，２１０，２１１に突き合わせられ、且つ、光学的に接続固着される直前の様子を示している。光ファイバアレイ装置２００ａは、図１で示した第１参考例の光ファイバアレイ装置と全く同じものである。光ファイバアレイ装置２００ｂは浅い溝と深い溝の位置関係がちょうど逆に設定されている点が異なる他は図１で示した第１参考例の光ファイバアレイ装置と同じものである。
【００３３】
各導波路層において描かれている光波回路は、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating:ＡＷＧ）型（Ｎ×Ｎ、ここではＮ＝８）光波長合分波器と呼ばれ、光波長分割多重（Wavelength Division Multi/demultiplexing：ＷＤＭ）通信システムにおけるキーデバイスとして実用化されている。ここでは、全く同一のＡＷＧ型光波長合分波器が２個、層状に形成されており、実線は上層のＡＷＧ型光波回路を、一点鎖線は下層のＡＷＧ型光波回路を示している。これらの光波回路は、シリコン基板２０２（またはガラス基板や半導体基板等）の上に、光信号パワーの大部分が伝搬するコア層と、それより屈折率がわずかに低いクラッド層とからなる石英系ガラス導波路成膜技術、およびＬＳＩ製造における微細加工技術を組み合わせた公知の技術（例えば、Kawachi et al.,J.Quantum Electronics,22,pp391,1990）により作製することができる。
【００３４】
ここで、ＡＷＧ型光波長合分波器について簡単に説明しておく。このＡＷＧ型光波長合分波器は、入力用チャンネル導波路２０３と、入力側扇形スラブ導波路２０４と、チャネル導波路アレイ２０５と、出力側扇形スラブ導波路２０６と、出力用チャネル導波路２０７とから構成されている。入力側扇形スラブ導波路２０４は入力用チャネル導波路２０３とチャネル導波路アレイ２０５との間に配置され、出力側扇形スラブ導波路２０６はチャネル導波路アレイ２０５と出力用チャネル導波路２０７との間に配置されている。チャネル導波路アレイ２０５は、互いに光路長の異なる複数本のチャネル導波路から成っている。出力用チャネル導波路２０７は、分波される波長ごとに複数本用意されている。また、入力用チャネル導波路２０３は複数本あってもよい。
【００３５】
このような構成において、入力用チャネル導波路２０３の任意の１本に波長多重（λ１，λ２，…，λｎ）された光信号が入力されると、この光信号は入力側扇形スラブ導波路２０４によりビーム拡大して、チャネル導波路アレイ２０５を構成する各チャネル導波路に導入される。これらのチャネル導波路を通過して出力側扇形スラブ導波路２０６に到達したときの光信号の位相は、光信号に含まれる波長ごとに異なる。つまり、出力側扇形スラブ導波路２０６に入力されるときの波面の傾きが波長によって異なるので、光信号は出力側扇形スラブ導波路２０６により波長に応じた角度に集光される。
【００３６】
チャネル導波路アレイ２０５を構成する各チャネル導波路の光路長は、各チャネル導波路を通過してきて集光された光信号が、波長ごとに異なった位置（出力側扇形スラブ導波路２０６の出力端の位置）で干渉により強められるように設定されている。各出力用チャネル導波路２０７は所望の波長（λ１，λ２，…，λｎ）が強められる位置に配置されているので、出力用チャネル導波路２０７のそれぞれから波長ごとに分離された光信号を取り出すことができる。
【００３７】
図３は図２で示した光波回路の詳細を説明する図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）および図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ′およびＤ′−Ｄにおける断面図である。図３（ａ）に示すように、光波回路基板２０１には、ＡＷＧ型（Ｎ×Ｎ）光波長合分波器の全く同じ光波回路が上層および下層に構成されており、且つ、入出力チャネル導波路の位置が上下層においてちょうど半ピッチずれるように構成されている。なお、マスク作製時において、アレイ導波路格子型（８×８）光波長合分波器の入出力チャネル導波路のピッチを、予め２５４μｍ（光ファイバアレイ装置のＶ溝ピッチ１２７μｍの２倍）と設定しておくものとする。
【００３８】
図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、入出力チャネル導波路の位置は上下層においてちょうど半ピッチずらして構成されているが、さらに上下層にあるコアの垂直方向の段差が約１５μｍとなるように光波回路基板２０１を作製した。これは、上下層に位置する概ね直下または直上の位置関係にある一部の導波路同士において、光パワーが結合して所望の光学特性が得られなくなることを防ぐためである。すなわち、概ね１５μｍの段差があれば、例え下層の一部の導波路の真上に上層の一部の導波路が配置されたとしても、結合長が極端に長くなければ光結合の問題は生じないことが実験的に確認されている。なお、結合長が長くなり光結合等の問題が無視し得ない場合には、例えば、上下層のコアの垂直方向の段差を約２０μｍ等と増やしたり、あるいは光結合等の問題が生じないように光波回路のレイアウトを変更すればよいことは勿論である。
【００３９】
図４は本発明の光ファイバアレイ装置に関する第２参考例を示す斜視図である。本光ファイバアレイ装置は、２本のテープ型８心光ファイバ１，２をその厚み方向に重ね合わせ、それらの裸光ファイバ３１，３２，…，３８及び４１，４２，…，４８を交互に配列してなっている点では上記第１参考例と同様であるが、その２本のテープ型８心光ファイバ１，２で構成されているテープ型８心光ファイバ束を２束並列に配置し、且つ、１個のＶ溝基板１０及び１個の溝付き押さえ板９により一体となって構成されている点が大きく異なる。
【００４０】
このように構成された光ファイバアレイ装置は、上記第１参考例のものに比べて、より多数の入出力チャネル導波路を備える大規模な導波路型光波回路チップに適用することができる。なお、本第２参考例では、並列配置した２束のテープ型８心光ファイバ束の間には、Ｖ溝あるいは矩形溝あるいは裸光ファイバが一切無い平坦な領域８が設けられているが、これに限定されるものではなく、該平坦領域８が無く連続的にＶ溝及び矩形溝及び裸光ファイバが構成されている光ファイバアレイ装置についても本参考例に含まれることは勿論である。
【００４１】
また、図４に示した形態を発展させて、例えば、上記２本のテープ型８心光ファイバ１，２で構成されているテープ型８心光ファイバ束を３束、４束、５束、…というように、より多くのテープ型８心光ファイバ束を並列に配置し、且つ、１個のＶ溝基板及び１個の溝付き押さえ板により一体となって構成してもよい。さらに、例えば、３本以上のテープ型８心光ファイバで構成されるテープ型８心光ファイバ束を１束、２束、３束、…というように、あるいはそれらの組み合わせにより、より多くのテープ型８心光ファイバ束を並列に配置し、且つ、１個のＶ溝基板及び１個の溝付き押さえ板により一体となって構成してもよい。当然のことながら、これらの光ファイバアレイ装置に接続される導波路型多層光波回路チップの入出力チャネル導波路は、光ファイバアレイ装置に配列した裸光ファイバコア端面に付き合わせられるように、それらの段差や配置が予めレイアウト設計されていることは勿論である。
【００４２】
図５は上記第１参考例及び後述する本発明の第３参考例の光ファイバアレイ装置を適用した導波路型多層光波回路モジュールに関する第２の応用例を説明するための図であり、図５（ａ）は光波回路チップの平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は図５（ａ）のＥ−Ｅ′およびＦ′−Ｆにおける断面図である。
【００４３】
図５（ａ）に示すように光波回路基板（チップ）２０１において、上層にはＡＷＧ型（１×８）光波長分波回路が、下層には４連（１×２）スプリッタ回路が構成されている。なお、本第２応用例では、上下層の光波回路同士の光学的な結合や接続等はチップ内において一切無く、２種類の光機能回路が上層および下層において独立に構成されているものとする。
【００４４】
図５（ｂ）に示すように、下層の４連（１×２）スプリッタ回路の各入力チャネル導波路ピッチを２５０μｍとし、かつ上層のＡＷＧ型（１×８）光波長分波回路の入力チャネル導波路を、スプリッタ回路の最右端の入力チャネル導波路から５００μｍ（２５０μｍ×２）離れてなるように構成されている。さらに上下層のコアの垂直方向の段差は、上記の第１応用例と同様、約１５μｍと設定した。このような段差を有する入力チャネル導波路に光学的に接続できる光ファイバアレイ装置を実現するには、例えば、図６に示すような構造を持つ光ファイバアレイ装置を用いればよい。
【００４５】
図６は図５（ｂ）に示した入力チャネル導波路端面に適用され得る本発明の第３参考例を説明するための図である。なお、図６において、光ファイバアレイ装置は図面の手前側に、光波回路基板（チップ）は図面の向こう側にあるものとする。図６において、一般に市販されているテープ型８心光ファイバ（２５０μｍピッチ）の裸光ファイバ６０１，６０２，…，６０８がピッチ２５０μｍ間隔のＶ溝６１１，６１２，…，６１８の上に配列されている。Ｖ溝６１７の深さは他のＶ溝の深さより１５μｍだけ浅く形成され、且つ、裸光ファイバ６０７を固定するための溝付き押さえ板９には、深さ１５μｍの概ね矩形状とみなせる溝８０が形成されている。これらのＶ溝および矩形溝は、上記第１参考例で説明した方法で容易に形成することができる。
【００４６】
また、図６において網掛けで示した裸光ファイバ６０１，６０６，６０８に対しては、これらに付き合わせられるべき入出力チャネル導波路コアが光波回路基板側に存在しないため、これらの裸光ファイバ６０１，６０６，６０８には光信号を通さないものとする。このように、いくつかの未使用裸光ファイバがあったとしても、使用するチャネル導波路の間隔を予め２５０μｍピッチまたは１２７μｍピッチの倍数にレイアウト設計しておけば、市販されている通常のテープ型８心光ファイバを用いることができるので、経済的で高精度な光ファイバアレイ装置を実現することができる。
【００４７】
他方、光波回路基板２０１の出力側では、図５（ｃ）に示すように、上層のＡＷＧ型（１×８）光波長分波回路および下層の４連（１×２）スプリッタ回路の出力チャネル導波路ピッチを、すべて２５４μｍに設定しており、且つ、各出力チャネル導波路の位置が上下層においてちょうど半ピッチ（１２７μｍ）ずらして構成している。このような段差を有する出力チャネル導波路に光学的に接続できる光ファイバアレイ装置を実現するには、例えば、図１（ａ）で示した上記第１参考例の光ファイバアレイ装置をそのまま適用することができる。
【００４８】
従って、上記第２応用例の説明から明らかなように、図６で示した本第３参考例の光ファイバアレイ装置では、入出力光ファイバとしてテープ型多心光ファイバをほぼそのまま使用できるため、煩雑で折れやすい多数本の単芯光ファイバ等を収容する必要がなく、接続対象となる光波回路チップが有する高機能な光学特性を、容易に、コンパクトに、十分に引き出すことができる。
【００４９】
図７は後述する本発明の第４参考例及び本発明の実施例の光ファイバアレイ装置を適用した導波路型多層光部品モジュールに関する第３の応用例を説明する図であり、図７（ａ）は本第３応用例で光ファイバアレイ装置との接続対象となる光波回路チップの平面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は図７（ａ）のＧ−Ｇ′およびＨ−Ｈ′における断面図である。
【００５０】
図７（ａ）に示すように光波回路基板２０１において、上層にはＡＷＧ型（１×８）光波長分波回路が、下層には８連（１×２）スプリッタ（または３ｄＢカプラ）回路が構成されている。前者は上記第２応用例の場合と同一の回路構成であるが、後者は（１×２）スプリッタ回路数が２倍に高密度化されており、光の進行方向が上記第２応用例の場合と逆で、且つ、上層のＡＷＧ型（１×８）光波長分波回路の出力チャネル導波路と、下層の８連（１×２）スプリッタの入力チャネル導波路とを光学的に接続することを想定している点が大きく異なっている。なお、本第３応用例では、上下層の光波回路同士の光学的な結合はチップ内において一切無く、２種類の光機能回路が上層および下層において互いに影響を及ぼさないものとする。
【００５１】
図７（ｂ）に示すように、下層に形成された８連（１×２）スプリッタ回路の各出力チャネル（左側）導波路のピッチを１２７μｍとし、且つ、上層のＡＷＧ型（１×８）光波長分波回路の入力チャネル導波路（図７（ａ）の左側１本のみ）を、隣接する下層のスプリッタ回路の出力チャネル導波路から１２７μｍだけ離れてなるように構成されている。さらに上下層に形成されたコアの垂直方向の段差が約２０μｍとなるように光波回路基板（チップ）２０１を作製した。このような段差を有する左側チャネル導波路に光学的に接続できる光ファイバアレイ装置を実現するには、例えば、図８（ａ）に示すような構造を持つ光ファイバアレイ装置を用いればよい。
【００５２】
図８（ａ）は図７（ｂ）に示したチャネル導波路端面に適用され得る本発明の第４参考例を説明するための図である。なお、図８（ａ）において、光ファイバアレイ装置は図面の手前側に、光波回路基板（チップ）は図面の向こう側にあるものとする。
【００５３】
図８（ａ）において、テープ型８心光ファイバ（２５０μｍピッチ）の裸光ファイバ８０２，８０４，８０６，…，８１６（ただし８０４，８０６，…，８１４の裸光ファイバは図示省略）を、まず、Ｖ溝基板１０に形成されたＶ溝のうちのピッチ２５４μｍ間隔の偶数番号が付与されているＶ溝８２２，８２４，…，８３４，８３６（ただし８２４，８２６，…，８３４のＶ溝は図示省略）上に配列させる。次に、予め準備しておいたテープ型９心光ファイバ（２５０μｍピッチ）の裸光ファイバ８０１，８０３，８０５，…，８１５，８１７（ただし８０３，８０５，…，８１５の裸光ファイバは図示省略）を、ピッチ２５４μｍ間隔の奇数番号が付与されているＶ溝８２１，８２３，…，８３５，８３７（ただし８２３，８２５，…，８３５のＶ溝は図示省略）上に配列させる。ただし、Ｖ溝８３７の深さは他のＶ溝の深さより２０μｍだけ浅く形成され、且つ、裸光ファイバ８１７を固定するための押さえ板９には、深さ２０μｍの概ね矩形状とみなせる溝（凹部）９０が構成されている。これらのＶ溝および矩形溝は、上記第１参考例で説明した方法で容易に形成することができる。
【００５４】
また、図７（ｃ）に示すように、上層に形成されたＡＷＧ型（１×８）光波長分波回路および下層に形成された８連（１×２）スプリッタ回路の右側チャネル導波路ピッチはすべて２５４μｍに設定しており、且つ、各右側チャネル導波路の位置が上下層においてちょうど半ピッチ（１２７μｍ）ずらして構成している。このような段差を有して各上下層にあるチャネル導波路（右側）同士を光学的に接続できる光ファイバアレイ装置を実現するには、例えば、図８（ｂ）に示すような上下層接続用光ファイバアレイ装置を適用することが好適である。
【００５５】
図８（ｂ）は図７（ｃ）に示したチャネル導波路端面に適用され得る本発明の実施例を説明するための図である。すなわち、上記第１参考例（図１参照）では、２本のテープ型多心（８心）光ファイバ１，２を重ねて１２７μｍピッチの光ファイバアレイ装置を実現していたが、ここでは、適当な長さに切られた１本のテープ型多心（８心）光ファイバ１の両端部、すなわち、最先端部１ａと最後尾部１ｂの一部を被覆除去後に清掃乾燥させた後、テープ型多心（８心）光ファイバ１をほぼ真ん中で折り曲げるようにして重ね合わせ、且つ、剥き出しになった最先端部１ａと最後尾部１ｂの多心（８心）裸光ファイバ３１，３２，…，３８をＶ溝基板（光ファイバ配列具）１０のＶ溝５１，５２，…，５８及び６１，６２，…，６８に交互に配列してなるところが大きな特徴である。
【００５６】
ただし、この際にはテープ型多心（８心）光ファイバ１の曲げ損失をできるだけ抑えるため、折り返してできた曲がりの最小曲率半径ｒを概ね３０ｍｍ以上にすることが肝要である。なお、Ｖ溝基板１０や光ファイバ押さえ板９の構造、あるいはその他の作製方法は、上記第１参考例（図１）で説明した内容と全く同一とした。このように、上下層接続用光ファイバアレイ装置を用いることによって、光波回路の高機能化や多チャネル化に伴うチップの大型化を大幅に軽減でき、導波路型多層光波回路モジュールの小型化や高集積化、あるいは経済化を大幅に実現することができる。
【００５７】
従って、本第３応用例の説明から明らかなように、図８（ａ）および図８（ｂ）に示した光ファイバアレイ装置（第４参考例および実施例）では、入出力光ファイバとしてテープ型多心光ファイバをほぼそのまま使用できるため、煩雑で折れやすい多数本の単芯光ファイバ等を苦労して部品収納ケースに収容する必要がなく、接続対象となる光波回路チップが有する高機能な光学特性を、容易に、生産性良く、コンパクトに、効率よく引き出すことができる。
【００５８】
図９は本発明の光ファイバアレイ装置に関する第５参考例を示しており、図９（ａ）は該光ファイバアレイ装置の斜視図、図９（ｂ）は該光ファイバアレイ装置端面の中央付近の拡大図である。ここで用いた光ファイバ押さえ板９は、上記第１参考例で述べた光ファイバ配列具と同じ材料（例えば、パイレックス等のガラス材料）、および同じＶ溝構造で構成されていることを特徴としている。
【００５９】
すなわち、これらの図面から明らかなように、２本のテープ型８芯光ファイバ１，２の先端部の裸光ファイバ３１，３２，…，３８及び４１，４２，…，４８を、段差のあるＶ溝基板１０のＶ溝５１，５２，…，５８及び６１，６２，…，６８に交互に配列する点は上記第１参考例と同様であるが、裸光ファイバを押さえるための光ファイバ押さえ板９に形成されている溝１１１，１１２，…，１１８および１２１，１２２，…，１２８の形状が、前記段差のあるＶ溝基板１０に形成されているＶ溝５１，５２，…，５８及び６１，６２，…，６８と全く同じ材料及び同じ断面形状から構成してなっており、この点が図１（ａ）および図１（ｂ）に示した上記第１参考例の光ファイバアレイ装置と比べて大きく異なる。このようなＶ溝付き押さえ板（光ファイバ押さえ板）９は、例えば、前記段差のあるＶ溝基板（光ファイバ配列具）１０を切削加工法で作製した際に、そのＶ溝基板の一部を切り出すことによって、簡単に作製することができ、量産性に適している。
【００６０】
あるいは、Ｖ溝基板１０の一部を切り出して作製したＶ溝付き押さえ板９の代わりに、前記段差のあるＶ溝基板（光ファイバ配列具）１０と同じもの光ファイバ押さえ板として用いることも可能である。図１０は本発明の第６参考例を説明するための図である。すなわち、図１０に示すように前記段差のあるＶ溝基板（光ファイバ配列具）１０を２個用意して、交互に配列された２本のテープ型８芯光ファイバ１，２の先端部の裸光ファイバ３１，３２，…，３８及び４１，４２，…，４８を挟むように固定すれば、目的とする光ファイバアレイ装置を簡単に作製することができる。このように、ここでのＶ溝基板１０は一種類のみを大量に作製しておけばよく、生産コストの低減や大量生産に極めて適している。
【００６１】
以上、これまでに詳述した本発明の実施例では、テープ型多心光ファイバとして８本の光ファイバ心線からなるテープ型８心光ファイバを主に用いた場合について具体的に説明してきたが、本発明はテープ型８心光ファイバのみの実施例のみに限定されるものではなく、例えば、１心、２心、４心、（８心）、１６心、３２心、…は言うに及ばず、３心、５心、６心、７心、９心、１０心、…など、一般にテープ型Ｎ心光ファイバ（Ｎは自然数）を用いた場合の実施例をも含まれることは勿論である。
【００６２】
また、これまでに詳述した本発明の応用例で示した多層光波回路基板では、上下層に位置する概ね直下または直上の位置関係にある一部の導波路同士において、光パワーが結合して所望の光学特性が得られなくなることを防ぐために、概ね１５μｍ以上のコア段差を設けて光結合の問題を生じないようにしていた。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、３μｍ程度のコア段差を設け、且つ、上下層に位置する概ね直下または直上の位置関係にある一部の導波路同士間で積極的に光結合を生じせしめ、例えば、上下層間で光方向性結合器やリング共振器等の光波回路を内包した多層光波回路基板を用いた場合の実施例をも含まれることは勿論である。
【００６３】
さらに、本発明を上記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００６４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００６５】
（１）基板に対して垂直方向に複数の光回路層または光導波路層を有する高機能な多層光波回路基板（チップ）における多数の入出力チャネルポートに対して、低コスト、高精度、高密度な接続が可能な光ファイバアレイ装置を提供することができる。
【００６６】
（２）基板に対して垂直方向に複数の光回路層または光導波路層を有する高機能な多層光波回路基板（チップ）における多数の入出力チャネルポートに、前記本発明の光ファイバアレイ装置を接続することによって、低コストで高機能な導波路型多層光波回路モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例を示す図であり、図１（ａ）はその斜視図、図１（ｂ）はその中央付近の拡大図である。
【図２】  本発明の第１参考例を適用した導波路型多層光波回路モジュールに関する第１の応用例を説明するための斜視図である。
【図３】  図２で示した光波回路２０１の詳細を説明する図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）および図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ′およびＤ′−Ｄにおける断面図である。
【図４】  本発明の第２参考例を示す斜視図である。
【図５】  本発明の第１参考例及び第３参考例を適用した導波路型多層光波回路モジュールに関する第２の応用例を説明するための図であり、図５（ａ）は光波回路チップの平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は図５（ａ）のＥ−Ｅ′およびＦ′−Ｆにおける断面図である。
【図６】  図５（ｂ）に示した入力チャネル導波路端面に適用される得る本発明の第３参考例を説明するための図である。
【図７】  図７は本発明の第４参考例及び本発明の実施例を適用した導波路型多層光部品モジュールに関する第３の応用例を説明する図であり、図７（ａ）は本第３応用例で光ファイバアレイ装置との接続対象となる光波回路チップの平面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は図７（ａ）のＧ−Ｇ′およびＨ−Ｈ′における断面図である。
【図８】  図８（ａ）は図７（ｂ）に示したチャネル導波路端面に適用され得る本発明の第４参考例を説明するための図であり、図８（ｂ）は図７（ｃ）に示したチャネル導波路端面に適用されうる本発明の実施例を説明するための図である。
【図９】  本発明の光ファイバアレイ装置に関する第５参考例を示しており、図９（ａ）は該光ファイバアレイ装置の斜視図、図９（ｂ）は該光ファイバアレイ装置端面の中央付近の拡大図である。
【図１０】  本発明の第６参考例を説明するための図である。
【図１１】  従来の多心光ファイバアレイとしての一般的なテープ型多心（８心）光ファイバの断面図である。
【図１２】  テープ型多心光ファイバを用いた光ファイバアレイ装置に関する第１の従来例を説明するための図である。
【図１３】  テープ型多心光ファイバを用いた多心光コネクタと称する光ファイバアレイ装置に関する第２の従来例を説明するための図である。
【図１４】  テープ型多心光ファイバを用いた光ファイバアレイ装置に関する第３の従来例を説明するための図である。
【図１５】  テープ型多心光ファイバを用いた光ファイバアレイ装置に関する第４の従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
１  第１のテープ型多心（８心）光ファイバ
２  第２のテープ型多心（８心）光ファイバ
９  溝付き押さえ板（光ファイバ押さえ板）
１０  光ファイバ搭載用部材（光ファイバ配列具（Ｖ溝基板））
１１〜１８  テープ型多（８）心光ファイバ１を構成する光ファイバ心線
２１〜２８  テープ型多（８）心光ファイバ２を構成する光ファイバ心線
３１〜３８  各光ファイバ心線１１〜１８を構成する裸光ファイバ
４１〜４８  各光ファイバ心線２１〜２８を構成する裸光ファイバ
５１〜５８  （浅い）Ｖ溝
６１〜６８  （深い）Ｖ溝
７１〜７８  各裸ファイバ３１〜３８を固定する矩形溝（凹部）
８０  矩形溝（凹部）
８１〜８８  各裸ファイバ３４〜４８を固定する矩形突条（凸部）
９０  矩形溝（凹部）
１１１〜１１８  （浅い）Ｖ溝
１２１〜１２８  （深い）Ｖ溝
２００ａ，２００ｂ  本発明の第１参考例の光ファイバアレイ装置
２０１  多層導波路構造を有する光波回路基板（チップ）
２０２  シリコン基板
２０３  入力用チャネル導波路
２０４  入力側扇形スラブ導波路
２０５  チャネル導波路アレイ
２０６  出力側扇形スラブ導波路
２０７  出力用チャネル導波路
２０８〜２１１  入出力チャネル導波路
６０１〜６０８  裸光ファイバ
６１１〜６１８  Ｖ溝
８０１〜８１７  裸光ファイバ
８２１〜８３７  Ｖ溝
１００１  裸光ファイバ
１００２  一次被覆
１００３  二次被覆
１００４  光ファイバのコア
【図１】
0003722353.tif 000002
【図２】
0003722353.tif 000003
【図３】
0003722353.tif 000004
【図４】
0003722353.tif 000005
【図５】
0003722353.tif 000006
【図６】
0003722353.tif 000007
【図７】
0003722353.tif 000008
【図８】
0003722353.tif 000009
【図９】
0003722353.tif 000010
【図１０】
0003722353.tif 000011
【図１１】
0003722353.tif 000012
【図１２】
0003722353.tif 000013
【図１３】
0003722353.tif 000014
【図１４】
0003722353.tif 000015
【図１５】
0003722353.tif 000016