(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと光導波路の端面とを結合するための光導波路結合器を形成するにあたり、
共通基板に前記光ファイバを固定するためのＶ溝と、凸型または凹型の光導波路形成部とを、同一のプレス加工により一度に形成する工程と、
前記Ｖ溝及び前記光導波路形成部を含む前記共通基板の上面に光導波層含有層を形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記光導波路形成部との境界の、少なくとも光導波層含有層をダイシングして、前記光導波路および光導波路端面と、当該光導波路端面と対向するＶ溝端面とを形成する工程とを含み、
前記Ｖ溝及び前記光導波路形成部を形成する工程は、前記プレス加工により、前記Ｖ溝上に前記光導波層含有層が形成された状態で前記光ファイバと前記光導波路の端面とが正しく結合するように、Ｖ溝の形成される深さが調整される工程であること
を特徴とする光導波路結合器形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路結合器形成方法において、
前記共通基板を結晶化ガラスまたはセラミックとし、前記光導波層含有層を、ＳｉＯ2 薄膜からなるクラッド層と、ＳｉＯ2 に不純物を添加した材料を用いて前記クラッド層よりも屈折率を最大でも３％高くしてある薄膜からなる光導波層との多層膜で以て構成すること
を特徴とする光導波路結合器形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光導波路結合器形成方法において、
前記共通基板を結晶化ガラスまたはセラミックとし、前記光導波層含有層を、前記共通基板よりも屈折率が最大でも３％高いポリマーからなる光導波層とすること
を特徴とする光導波路結合器形成方法。
【請求項４】
光ファイバと光導波路の端面とを結合するための光導波路結合器を形成するにあたり、
共通基板の上面に均一な膜厚で光導波層を形成する工程と、
該光導波層が設けられた共通基板に、前記光ファイバを固定するためのＶ溝と凸型または凹型の光導波路形成部とを、同一のプレス加工により、一度に形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記光導波路形成部との境界の、少なくとも光導波層をダイシングして、前記光導波路および光導波路端面と、当該光導波路端面と対向するＶ溝端面とを形成する工程とを含み、
前記Ｖ溝及び前記光導波路形成部を形成する工程は、前記プレス加工により、前記光導波路を前記光導波路形成部の凸型の上部または凹型の底部に形成し、前記光導波層を有する前記Ｖ溝を形成する工程であること
を特徴とする光導波路結合器形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光導波路結合器形成方法において、
前記共通基板をガラス、結晶化ガラス、またはセラミックを材料として形成し、前記光導波層を前記共通基板よりも屈折率を最大でも３％高くしたガラスを材料として形成すること
を特徴とする光導波路結合器形成方法。
【請求項６】
請求項４に記載の光導波路結合器形成方法において、
前記共通基板をプラスチックを材料として形成し、前記光導波層を前記共通基板よりも屈折率を最大でも３％高くした材料を用いて形成すること
を特徴とする光導波路結合器形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光素子の光導波路結合器の構造およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光素子における光導波路結合器の構造としては、文献（文献：１９９５年電子情報通信学会総合大会  予稿集Ｃ−２１３  光平面実装用Ｓｉ基板へのファイバの無調整高精度実装用細分化Ｓｉ−Ｖ溝の検討  水田聡等）に記載されているものがあった。この光導波路結合器によれば、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉＯ2 薄膜からなる光導波路と光ファイバのコア部分との位置合わせの調整をする必要がないように、Ｓｉ基板上に光ファイバ固定用の溝が設けられている。この溝に光ファイバを固定すれば、光軸の位置合わせがなされ、さらに高精度実装することができる。このような接続部の構造を形成するには、少なくとも、Ｓｉ基板に光導波層を設ける工程と、この光導波層をチャネル化して光導波路を形成する工程と、この光導波路の端面と光ファイバとが結合するように位置合わせをして、Ｓｉ基板にエッチングにより光ファイバ固定用の溝を形成する工程とを含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような形成方法を用いて光導波路結合器を形成すると、形成に時間がかかり、工程数も多く、量産性が低い。
【０００４】
しかも、光ファイバと光導波路との光軸の位置合わせを、形成する光導波路結合器１つ１つに対して、いちいち行わなければならないために形成作業が困難であった。
【０００５】
このため、光導波路へ光ファイバを高精度に実装することができる光導波路結合器と、この光導波路結合器を容易に形成できる方法の出現が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明の光導波路結合器の形成方法によれば、光ファイバと光導波路の端面とを結合するための光導波路結合器を形成するにあたり、共通基板に光ファイバを固定するためのＶ溝と、凸型または凹型の光導波路形成部とを、同一のプレス加工により一度に形成する工程と、Ｖ溝及び光導波路形成部を含む共通基板の上面に光導波層含有層を形成する工程と、Ｖ溝と光導波路形成部との境界の、少なくとも光導波層含有層をダイシングして、光導波路および光導波路端面と、この光導波路端面と対向するＶ溝端面とを形成する工程とを含んでいるのがよい。このとき、Ｖ溝及び光導波路形成部を形成する工程は、プレス加工により、Ｖ溝上に光導波層含有層が形成された状態で光ファイバと光導波路の端面とが正しく結合するように、Ｖ溝の形成される深さが調整される工程とするのがよい。プレス加工によって、共通基板に、光ファイバと光導波路との位置を決定するＶ溝と光導波路形成部とを一度に形成することができる。このような簡易な工程で、光導波路形成部の上側に光導波路を形成することができ、かつ滑らかな導波路端面を形成することができる。よって、工程数を減らし、かつ簡易な処理によって光導波路結合器を形成することができる。しかも、プレス加工の型の寸法を最初に設定してあるために、この型を用いてプレス加工を行えば、同一の光導波路結合部を形成する場合には、いちいち光ファイバと光導波路の位置合わせを行う必要がなくなる。したがって困難な位置合わせの手間を省くことができる。
【００１８】
また、共通基板を結晶化ガラスまたはセラミックとし、光導波層含有層をＳｉＯ2 薄膜からなるクラッド層と、ＳｉＯ2 に不純物を添加した材料を用いてクラッド層よりも屈折率を高くしてある薄膜からなる光導波層との多層膜で以て構成するのがよい。クラッド層によって光導波層への光の閉じ込め効果をより向上させることができる。また共通基板に用いられるセラミックは、例えばジルコニアのようなプレス加工が可能なものを用いる。
【００１９】
また、共通基板を結晶化ガラスまたはセラミックとし、光導波層含有層を、共通基板よりも屈折率の高いポリマーからなる光導波層としてもよい。このとき用いるポリマーとしてはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等が好ましい。
【００２０】
また、光導波路結合器を形成するにあたり、好ましくは、共通基板の上面に均一な膜厚で光導波層を形成する工程と、光導波層が設けられた共通基板に、光ファイバを固定するためのＶ溝と凸型または凹型の光導波路形成部とを、同一のプレス加工により、一度に形成する工程と、Ｖ溝と光導波路形成部との境界の、少なくとも光導波層をダイシングして、光導波路および光導波路端面と、当該光導波路端面と対向するＶ溝端面とを形成する工程とを含み、Ｖ溝及び光導波路形成部を形成する工程は、プレス加工により、光導波路を光導波路形成部の凸型の上部または凹型の底部に形成し、光導波層を有するＶ溝を形成する工程とするのがよい。光導波層を共通基板上に均一の膜厚で堆積した後、プレス加工を行うので、光導波層の基板上における部分的な膜厚の差がなくなる。このため、さらに光ファイバと光導波路との位置合わせの精度が向上することが期待できる。この形成方法においてもまた、従来よりも工程数を減らすことができ、各工程での処理も簡易な処理にすることができる。また、光ファイバと光導波路との位置もプレス加工の型の寸法を設定するときに決められるので、同一の光導波路結合器を形成するときに、いちいち位置決めをしてＶ溝を設けたりする必要はなくなる。
【００２１】
また、上述した方法で光導波路結合器を形成する場合、好ましくは、共通基板をガラス、結晶化ガラス、またはセラミックを材料として形成し、光導波層を共通基板よりも屈折率を高くしたガラスを材料として形成するのがよい。共通基板および光導波層はプレス加工に適した上記の材料とするのがよい。
【００２２】
また、共通基板をプラスチックを材料として形成し、光導波層を共通基板よりも屈折率を高くした材料を用いて形成してもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明を図示例に限定するものではない。また、図において、図を分かり易くするために断面を示すハッチング（斜線）は一部分を除き省略してある。
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、例えば、共通基板上に一本の直線形状の光導波路を具え、この光導波路の両端に光ファイバを接続させるような光導波路結合器につき、図を参照して説明する。図２〜図４は、この発明の光導波路結合器を形成する主要な工程を概略的に示す図で、図２（Ａ）〜（Ｄ）は光導波路結合器を上から見た平面図で示してあり、図３（Ａ）〜（Ｄ）は、図２（Ａ）〜（Ｄ）のＸ−Ｘ線に沿って切った切り口を示す断面図である。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、図２（Ａ）〜（Ｄ）のＹ−Ｙ線に沿って切った切り口を示す断面図である。
【００２５】
この光導波路結合器は以下のようにして形成する。
【００２６】
まず、プレス加工を用いて、共通基板１１にＶ溝１３と光導波路形成部１５とを形成する。
【００２７】
この実施の形態では、まず、光ファイバと光導波路とが好ましく接続するように、光ファイバが固定されるＶ溝１３と光導波路が形成される部分１５（光導波路形成部と称する。）とを共通基板１１に同一工程で形成する。この例では、図２（Ａ）および図３（Ａ）に示すように、共通基板１１に、凸型の直線形状の光導波路形成部１５と、この光導波路形成部１５の直線の両端（端部１５ａおよび端部１５ｂ）とそれぞれつながるＶ溝１３とを形成する。
【００２８】
光ファイバと光導波路とは光の接続ロスをできるだけ低減させるように接続する必要がある。このため、ここでは光ファイバのコア端面が光導波路端面に５０〜１００％重なるような位置に、光ファイバおよび光導波路が設けられるように、プレス加工の型の寸法を定める。最終的な型の寸法は実験を繰り返すことによって決められる。なお、この実施の形態では、光導波路の直線に沿った方向の共通基板１１の長さＬを２ｃｍ、光導波路の幅の方向の共通基板１１の長さＭを１ｃｍ、Ｖ溝１３の長さＮを５ｍｍ、Ｖ溝１３の幅Ｏを１５０μｍ（図２（Ａ）参照。）、Ｖ溝１３の深さＰを１２９μｍ、共通基板１１の底面からＶ溝１３の上側までの高さＱを６００μｍ、共通基板１１の底面から凸状の光導波路形成部１５の下側までの高さＲを５００μｍ（図３（Ａ）参照。）、光導波路形成部１５の高さＳを６μｍ（図４（Ａ）参照。）、光導波路形成部１５の幅Ｔを４μｍ（図３（Ａ）参照。）、光導波路形成部１５の長さＵを１ｃｍ（図４（Ａ）参照。）となるようにプレス加工の型の寸法を定めた。また、共通基板１１の材料として結晶化ガラスを使用し、ここでは、日本ガイシ株式会社製のミラクロンＰＰあるいはミラクロンＰＨを使用した。また、プレス加工処理において、共通基板１１の材料を型に入れた後、加圧することによって成形する（図２（Ａ）、図３（Ａ）および図４（Ａ）参照。）。
【００２９】
次に、共通基板の上面に光導波層含有層を形成する。
【００３０】
この実施の形態では、光導波層含有層１７を、クラッド層とこのクラッド層よりも屈折率を１％高くしてある光導波層との多層膜とで構成する（図示せず。）。この実施の形態では、光導波路を単一モードにするために、クラッド層と光導波層との屈折率差を１％にしている。クラッド層はＳｉＯ2 薄膜とし、光導波層は屈折率を高くするためにＳｉＯ2 にＧｅを混入させた膜とする。プレス加工された共通基板１１の上面にこの光導波層含有層１７である多層膜を４μｍの厚さでＣＶＤ法を用いて形成する（図２（Ｂ）、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）参照。）。
【００３１】
次に、Ｖ溝と光導波路形成部との境界の、少なくとも光導波層含有層をダイシングして、光導波路および光導波路端面と、この光導波路端面と対向するＶ溝端面とを形成する。
【００３２】
ここでは、Ｖ溝１３と光導波路形成部１５との境界の、光導波層含有層１７をダイシングするが、このダイシングを少し過剰に行うために光導波層含有層１７の下にある共通基板１１に数十μｍ程度の溝１９が形成される。この溝１９の幅Ｖは４０μｍとする。ダイシングによって光導波路２１および光導波路端面２１ａが形成される（図２（Ｃ）、図３（Ｃ）および図４（Ｃ）参照。）。この光導波路２１はチャネル型光導波路となっている。
【００３３】
以上の工程で、光導波路結合器を形成することができる。
【００３４】
これにより、光ファイバと光導波路との位置合わせと、共通基板へのＶ溝の形成と、共通基板への光導波路形成部の形成を、同一の工程で行うことができるために、光導波路結合器を形成するための工程数を減らし、かつ簡易な処理によって光導波路結合器を形成することができる。しかも、プレス加工の型の寸法を最初に設定してあるために、この型を用いてプレス加工を行えば、同一の光導波路結合部を形成する場合には、いちいち光ファイバと光導波路の位置合わせを行う必要がなくなる。したがって困難な位置合わせの手間を省くことができる。
【００３５】
上述した工程で形成した光導波路結合器の構造の一例を、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態の光導波路結合器の概略的な斜視図である。
【００３６】
この光導波路結合器は、共通基板１１と、この共通基板１１に形成されたＶ溝１３と、共通基板１１に形成されていて、Ｖ溝１３の一端と対向する端部（１５ａまたは１５ｂ）を有する凸型の光導波路形成部１５と、この光導波路形成部１５に形成されているチャネル型光導波路２１とを具えている。
【００３７】
なお、共通基板１１の材料は結晶化ガラスであり、チャネル型光導波路２１は、クラッド層と光導波層との多層膜で以て構成してあり、このクラッド層はＳｉＯ2 薄膜からなり、光導波層は、ＳｉＯ2 にＧｅを添加してクラッド層よりも屈折率を１％高くしてある薄膜からなっている。また、凸型の光導波路形成部１５は、その断面形状が四角形となるようにしてある。また、溝１９は光導波路２１と光導波路端面を形成するためのダイシングにより形成されたものである。
【００３８】
共通基板１１に光ファイバを固定するためのＶ溝１３と、光導波路形成部１５が形成されているために、この光導波路形成部１５の上に光導波層含有層１７（あるいは光導波層３１）を設ければ、容易に光導波路２１を形成することができる。また、この光導波路結合器のＶ溝１３に光ファイバを固定するだけで、光ファイバのコア端面と光導波路端面とが対向して光軸の位置合わせがなされる。よって、光導波路への光ファイバの実装は容易でかつ高精度に行うことができる。
【００３９】
この光導波路結合器に光ファイバ２３を接続すると、図２（Ｄ）、図３（Ｄ）および図４（Ｄ）に示されるような構造体が得られる。この実施の形態の光導波路結合器に接続させる光ファイバ２３は、例えば、直径が１２５μｍ、コア２５の直径が８μｍのものを使用する。また、光ファイバ２３のＶ溝１３への固定は、ここではエポキシ樹脂を接着剤として用いて行う。
【００４０】
この光ファイバ２３のコア端面２５ａはチャネル型光導波路２１の光導波路端面２１ａと対向していて、この光導波路端面２１ａのコア端面２５ａと対向する面積が、コア端面２５ａの全面積の５０％以上となっている。
【００４１】
この結果、共通基板の材料に結晶化ガラスを用いているので、誤差が１μｍ以下という精度でプレス加工による成形を行うことができる。
【００４２】
また、チャネル型光導波路は、光導波層の周囲にクラッド層があるという構造であるため、光導波層への光の閉じ込め効果を向上させることができる。
【００４３】
また、光導波路端面の、コア端面と対向する領域の面積がコア端面の全面積の少なくとも５０％以上となっている。これにより、この実施の形態の光導波路結合器においては、光の接続ロスは少ないとされ、光導波路へ光ファイバを高精度に実装することができているといえる。
【００４４】
また、この実施の形態の光導波路結合器において、共通基板には、プレス加工の可能な、セラミック、プラスチックおよびガラスを用いてもよい。また、チャネル型光導波路には、共通基板よりも屈折率の高い、ポリメタクリル酸メチル等のポリマーを用いてもよい。
【００４５】
また、光導波路形成部は、凸型でなくて凹型としてもよい。この場合、少なくとも凹部内に光導波層を形成して、この光導波層がチャネル型光導波路となる。また、この凸型もしくは凹型の光導波路形成部の断面形状は、三角形でも四角形でも台形でも半円形としてもよい。
【００４６】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態として、光導波路形成部の断面形状が凹型の四角形となっている他は第１の実施の形態で説明した光導波路結合器と同じ構造の光導波路結合器につき、図５を参照して説明する。図５は、第１の実施の形態の図３に対応する、主要工程段階での概略的な断面図である。
【００４７】
以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００４８】
まず、共通基板の上面に光導波層を形成する。
【００４９】
この実施の形態では、共通基板１１の材料としてガラスを用いる。この共通基板１１の平坦な上面に均一な膜厚で、例えば共通基板１１とは組成を変えることにより共通基板１１よりも屈折率を高くしてあるガラスで以て光導波層３１を形成する（図５（Ａ））。この光導波層３１はゾルゲル法やスパッタ法を用いて形成するのがよい。
【００５０】
次に、光導波層３１が設けられた共通基板１１に対してプレス加工を行って、Ｖ溝１３と光導波路形成部１５とを形成する。
【００５１】
光導波路形成部１５は、その断面形状が凹型の四角形となっている。このプレス加工の型は、光導波路形成部１５の凹型部分内の光導波層３１とＶ溝１３に固定する光ファイバのコアとが良好な接続となるように、予め実験を行って寸法を決めてある。このプレス加工によって共通基板１１および光導波層３１にＶ溝１３と光導波路形成部１５が形成される（図５（Ｂ））。
【００５２】
次に、第１の実施の形態と同様にして、Ｖ溝１３と光導波路形成部１５との境界の、少なくとも光導波層３１をダイシングして、光導波路２１および光導波路端面と、この光導波路端面と対向するＶ溝端面とを形成する。
【００５３】
このダイシングによって滑らかな光導波路端面が形成される。また、共通基板１１に溝１９が形成される。
【００５４】
以上の工程で光導波路結合器が形成されて、この光導波路結合器のＶ溝１３に光ファイバ２３をエポキシ樹脂等で固定すると、図５（Ｃ）に示すような断面の構造体が得られる。この光ファイバのコア２５と光導波路端面とは、プレス加工の型で位置合わせがなされているため、光接続ロスが低減された、良好な接続となっている。
【００５５】
上述した形成方法で光導波路結合器を形成すれば、光導波層を共通基板上に均一の膜厚で堆積した後、プレス加工を行うので、光導波層の基板上における部分的な膜厚の差がなくなる。このため、さらに光ファイバと光導波路との位置合わせの精度が向上することが期待できる。
【００５６】
この形成方法においてもまた、従来よりも工程数を減らすことができ、各工程での処理も簡易な処理にすることができる。また、光ファイバと光導波路との位置もプレス加工の型の寸法を設定するときに決められるので、同一の光導波路結合器を形成するときに、いちいち位置決めをしてＶ溝を設けたりする必要はなくなる。
【００５７】
また、この実施の形態の光導波路結合器において、好ましくは、共通基板を、結晶化ガラス、またはセラミックを材料として形成してもよい。また、光導波層を共通基板よりも屈折率を高くしたガラスを材料として形成してもよい。これらの共通基板および光導波層の材料はプレス加工に適している。
【００５８】
また、共通基板をプラスチックを材料として形成し、光導波層を共通基板よりも屈折率を高くした材料を用いて形成してもよい。
【００５９】
また、光導波路形成部は凸型としてもよく、凹型または凸型の断面の形状は、三角形、四角形、台形または半円形とするのがよい。
【００６０】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の光導波路結合器によれば、共通基板と、この共通基板に形成されたＶ溝と、共通基板に形成されていて、Ｖ溝の一端と対向する端部を有する凸型または凹型の光導波路形成部と、この光導波路形成部に形成されているチャネル型光導波路とを具えていることを特徴とする。
【００６１】
共通基板に光ファイバを固定するためのＶ溝と、光導波路形成部が形成されているために、この光導波路形成部上に光導波層を設ければ、容易に光導波路を形成することができる。また、この光導波路結合器のＶ溝に光ファイバを固定するだけで、光ファイバのコア端面と光導波路端面とが対向して光軸の位置合わせがなされる。よって、光導波路への光ファイバの実装は容易でかつ高精度に行うことができる。
【００６２】
また、この光導波路結合器を形成するにあたり、プレス加工を用いて、共通基板にＶ溝と光導波路形成部とを形成する工程と、共通基板の上面に光導波層含有層を形成する工程と、Ｖ溝と光導波路形成部との境界の、少なくとも光導波層含有層をダイシングして、光導波路および光導波路端面と、この光導波路端面と対向するＶ溝端面とを形成する工程とを含んでいるのがよい。
【００６３】
プレス加工によって、共通基板に、光ファイバと光導波路との位置を決定するＶ溝と光導波路形成部とを一度に形成することができる。次に、この共通基板上にＣＶＤ等で設定された膜厚で光導波層含有層を設けた後、Ｖ溝と光導波路形成部との境界の光導波層含有層をダイシングするという簡易な工程で、光導波路形成部の上側に光導波路を形成することができ、かつ滑らかな導波路端面を形成することができる。よって、工程数を減らし、かつ簡易な処理によって光導波路結合器を形成することができる。しかも、プレス加工の型の寸法を最初に設定してあるために、この型を用いてプレス加工を行えば、同一の光導波路結合器を形成する場合には、いちいち光ファイバと光導波路の位置合わせを行う必要がなくなる。したがって困難な位置合わせの手間を省くことができる。
【００６４】
このため、光導波路へ光ファイバを高精度に実装することができる光導波路結合器で、しかも、この光導波路結合器を容易に、かつ工程数を減らして形成することができる。したがって、量産性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の説明に供する、光導波路結合器の概略的な斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の説明に供する、光導波路結合器を上から見た平面図であり、概略的な工程図である。
【図３】第１の実施の形態の説明に供する、光導波路結合器の概略的な工程断面図（その１）である。
【図４】第１の実施の形態の説明に供する、光導波路結合器の概略的な工程断面図（その２）である。
【図５】第２の実施の形態の説明に供する、図３に対応する光導波路結合器の概略的な工程断面図である。
【符号の説明】
１１：共通基板
１３：Ｖ溝
１５：光導波路形成部
１５ａ，１５ｂ：光導波路形成部の直線の端部
１７：光導波層含有層
１９：溝
２１：光導波路、チャネル型光導波路
２１ａ：光導波路端面
２３：光ファイバ
２５：コア
２５ａ：コア端面
３１：光導波層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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