(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路チップと光ファイバとを接続するための光ファイバアレイにおいて、
前記光ファイバを配設するためのアレイ本体を有し、
前記アレイ本体に前記光ファイバが樹脂層により固着され、
前記樹脂層には、直径の総和が１０μｍ〜５００μｍの範囲内にある１または２以上の空洞部を有することを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバアレイにおいて、
前記アレイ本体は、前記光ファイバを挟持して配設するための２枚の基板を有し、
前記２枚の基板のうちの少なくとも１枚には前記光ファイバを保持して固定するための溝部が形成されていることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項３】
請求項２記載の光ファイバアレイにおいて、
前記光ファイバアレイは、前記光導波路チップと前記光ファイバとを偏波面を一定の方向に保持して接続するための偏波面保存光ファイバアレイであり、
前記２枚の基板のうちの少なくとも１枚には前記光ファイバの偏波面を一定の方向に保持して固定するための溝部が形成されていることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項４】
請求項２又は３記載の光ファイバアレイにおいて、
前記溝部はＶ字状の所定長に形成されるとともに、該溝部に延在して溝部より幅広の座繰り部が形成され、
前記光ファイバが前記樹脂層により前記溝部に固着されることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項５】
請求項４記載の光ファイバアレイにおいて、
前記光ファイバは、楕円コアファイバ、パンダファイバ、楕円ジャケットファイバ、棒帯ファイバのうちのいずれか１つであることを特徴とする光ファイバアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路チップと光ファイバとを接続するための光ファイバアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路チップと光ファイバとを接続するために光ファイバアレイが一般的に用いられている。この光導波路チップには、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系の半導体導波路チップ、Ｓｉ上に酸化膜を形成したり、ガラス基板を用いる誘電体（ガラス）導波路チップ、ＬｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 結晶で構成した強誘電体結晶導波路チップ等、多数の種類がある。その応用として、例えば、光ファイバジャイロ等のセンサ・計測関係、高速変調器等の光ファイバ通信関係、Ａ／Ｄ変換器等の光情報処理関係、レーザダイオードアレイ等の光源・光変換関係での多岐にわたる用途が検討されている。
【０００３】
前記のような光ファイバジャイロを製造する場合、長尺の光ファイバを円筒の物体に巻き付けて作成したファイバコイルから導出された光ファイバの２本の端部と位相変調器が組み込まれた光導波路チップとを、偏波面を一定の方向に保持して接続するために、偏波面保存光ファイバアレイが用いられている。
【０００４】
前記偏波面保存光ファイバアレイは、例えば、２枚の基板からなり、そのうちの１枚には溝部が形成され、該溝部に光ファイバを偏波面を一定の方向に保持するように埋設した後２枚の基板を重ね合わせ、該溝部と光ファイバとの隙間にエポキシ等の室温硬化型、若しくは熱硬化型樹脂、または、アクリル系等の紫外線硬化型樹脂を充填して硬化することにより樹脂層を形成し、光ファイバをアレイの溝部に固定することによって形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光ファイバアレイにおいて、樹脂の充填量のばらつきや樹脂層各部での硬化の進行度のばらつき等によって、樹脂層に空洞部が生じることがある。このような空洞部があると、光ファイバを取り扱う際の曲げやねじれによる応力が発生し易く、これによって光ファイバが断線するおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、光ファイバの断線を生じることがなく、また、光導波路の偏光クロストークの劣化の小さい光ファイバアレイを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバアレイは、光導波路チップと光ファイバとを接続するための光ファイバアレイにおいて、前記光ファイバを配設するためのアレイ本体を有し、前記アレイ本体に前記光ファイバが樹脂層により固着され、前記樹脂層には、直径の総和が１０μｍ〜５００μｍの範囲内にある１または２以上の空洞部を有することを特徴とする。なお、アレイ本体としては、前記光ファイバを挟持して配設するための２枚の基板を有し、前記２枚の基板のうちの少なくとも１枚には前記光ファイバを保持して固定するための溝部が形成されていてもよい。
【０００８】
これにより、光ファイバの断線を生じることがなく、また、光導波路の偏光クロストークの劣化の小さい光ファイバアレイを得ることができる。ここで、空洞部の直径の総和が１０μｍ未満では、樹脂層の残留応力によって光導波路の偏光クロストークの劣化が大きくなり、一方、空洞部の直径の総和が５００μｍを超えると、光ファイバの断線を生じることが多くなる。なお、空洞部の直径の総和は、１００μｍ〜４５０μｍの範囲内にあると一層好適である。したがって、本発明に係る光ファイバアレイは、光導波路チップと光ファイバとを偏波面を一定の方向に保持して接続するための偏波面保存光ファイバアレイであって、前記２枚の基板のうちの少なくとも１枚には前記光ファイバの偏波面を一定の方向に保持して固定するための溝部が形成されていると一層好適である。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバアレイにおいて、前記溝部はＶ字状の所定長に形成されるとともに、該溝部に延在して溝部より幅広の座繰り部が形成され、前記光ファイバが樹脂層により前記溝部に固着されることを特徴とする。ここで、座繰り部は、ファイバ被覆コート部を逃がすための逃げ溝をいう。
【００１０】
ファイバ芯線部を固定することにより、ファイバの偏波面を固定することができる。
【００１１】
またさらに、本発明に係る光ファイバアレイにおいて、前記光ファイバは、楕円コアファイバ、パンダファイバ、楕円ジャケットファイバ、棒帯ファイバのうちのいずれか１つであることを特徴とする。
【００１２】
これにより、前記した本発明の効果を好適に発揮することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバアレイを、例えば、光導波路チップと光ファイバとを偏波面を一定の方向に保持して接続するための偏波面保存光ファイバアレイに適用した実施の形態例を図１〜図４を参照しながら以下に説明する。
【００１４】
本実施の形態に係る光ファイバアレイは、図１に示すように、光ファイバ１０、１２と光導波路チップ１４とが接合方向を規制するように固着される第１および第２のアレイ１６、１８から構成される。この光導波路チップ１４は、例えばＬｉＮｂＯ3 基板２０に所定形状の光導波路（例えば、Ｙ字光導波路）２２が形成されて構成され、該光導波路２２上には位相変調器２４と偏光子２６とが配設されている。
【００１５】
図２に示すように、光ファイバ１０の２つの端部（例えば、光ファイバジャイロのファイバコイルに接続される始端部１０ａと終端部１０ｂ）は、光導波路チップ１４との接合方向を規制する第１のアレイ１６に固着され、また、図３に示すように、光ファイバ１２の１つの端部（例えば、光源に接続される光ファイバ１２の端部１２ａ）は、光導波路チップ１４との接合方向を規制する第２のアレイ１８に固着され、これら第１及び第２のアレイ１６、１８を通じて上記各光ファイバ１０、１２のそれぞれの端部１０ａ、１０ｂ及び１２ａが光導波路チップ１４と光学的に結合されるようになっている。
【００１６】
具体的には、上記第１のアレイ１６は、図２に示すように、一主面に一方の端面に向かって延びる２本のＶ字状の溝３０ａ、３０ｂと他方の端面に向かって延びる幅広の座繰り部（接着用の逃げ溝）３２が連続して形成された基板１６Ａと、該基板１６Ａの各溝３０ａ、３０ｂ、３２を塞ぐための蓋基板１６Ｂとで構成されている。上記２本のＶ字状の溝３０ａ、３０ｂは、その間隔が図１に示す光導波路２２における２本の分岐路の光軸に合致する間隔と同じとされている。
【００１７】
そして、第１のアレイ１６を組み立てる場合は、まず、図２に示すように、上記基板１６ＡのＶ字状の溝３０ａ、３０ｂに光ファイバ１０の２本の端部１０ａ及び１０ｂを這わせた後、光ファイバ１０の偏波保存面を光導波路２２を伝搬する光の偏波面の方向に合わせる。その後、上方から蓋基板１６Ｂを被せてエポキシ樹脂をＶ字状の溝３０ａ、３０ｂと光ファイバ１０との隙間に充填し、６０℃の温度で加熱して両者を接着・固定し、上記第１のアレイ１６の端面中、光ファイバ１０の自由端側端面１６ａを研磨することによって光ファイバ１０への第１のアレイ１６の固着作業が終了することとなる。
【００１８】
第２のアレイ１８は、図３に示すように、一主面の一方の端面に向かって延びる１本のＶ字状の溝３４と他方の端面に向かって延びる幅広の座繰り部（接着用の逃げ溝）３６が連続して形成された基板１８Ａと、該基板１８Ａの各溝３４、３６を塞ぐための蓋基板１８Ｂとで構成されている。
【００１９】
そして、この第２のアレイ１８を組み立てる場合は、まず、上記基板１８ＡのＶ字状の溝３４に光ファイバ１２の１本の端部１２ａを這わせた後、光ファイバ１２の偏波保存面を光導波路２２を伝搬する光の偏波面の方向に合わせる。その後、その上方から蓋基板１８Ｂを被せて接着剤にて接着し第２のアレイ１８の端面中、光ファイバ１２の自由端側端面１８ａを研磨することによって光ファイバ１２への第２のアレイ１８の固着作業が終了する。
【００２０】
上記した光ファイバ１０、１２を第１および第２のアレイ１６、１８に樹脂を用いて固着する際、樹脂としてエポキシ樹脂（セメダイン社製  商品名ＥＰ００１）を使用し、固化して形成した樹脂層に下記の所定条件の空洞部が形成されるように、ディスペンサの吐出速度として０．００１６ｇ／ｓｅｃ以下の速度で樹脂を吐出し、光ファイバ１０、１２の偏波面を調整してアレイ１６、１８で固定し、室温で１時間放置した後６０℃の温度で樹脂を加熱、硬化させた。
【００２１】
前記した所定条件の空洞部とは、直径の総和が１０μｍ〜５００μｍの範囲内にある１または２以上の空洞部であり、この空洞部の作用効果については以下の実験により見出した。
【００２２】
すなわち、光ファイバをアレイに樹脂を用いて固着する際のディスペンサの吐出速度あるいは室温での放置時間を変化させて、固化した樹脂層に種々のサイズの空洞部が形成されたアレイを作製した。アレイは、樹脂層の空洞部のサイズが同一のものについてそれぞれ１０個ずつ作製した。作製したアレイの座繰り部を透過顕微鏡で観察することにより、個々の空洞（部）の円相当直径を計測し、空洞部の直径の総和を求めた。
【００２３】
これら種々のサイズの空洞部が形成された樹脂層によってアレイに接合された光ファイバについて、光ファイバの断線率と偏光クロストークとを求めた。その結果を図４に示す。ここで、断線率（単位％）は、温度が−４０℃と８０℃の熱衝撃試験機内へ交互に６０分間毎にアレイ１６、１８を投入し、このサイクルを１００回繰り返した後、樹脂の熱応力により断線した試料数の同一条件の全試料数に対する比率である。なお、図４中、断線率が０％のものではサイクルを１３００回繰り返しても断線を生じなかった。また、偏光クロストーク（単位ｄＢ）は、後述する光軸調整と同様の方法により、光軸に対して横方向の偏波（Ｐｘ）と縦方向の偏波（Ｐｙ）とを測定し、−１０×ｌｏｇ（Ｐｙ／Ｐｘ）で表したものである。
【００２４】
図４に示すように、断線率は、空洞部の直径の総和が４５０μｍまでは０％であり、５００μｍを超えると断線が発生するとともにその後急激に断線率が増加し、空洞部の直径の総和が１０００μｍのものでは断線率が４０％に達した。一方、偏光のクロストークは、空洞部の直径の総和が１００μｍ以上であれば約２５ｄＢ程度が確保されるが、空洞部の直径の総和が１００μｍより小さくなると急激に劣化して１０μｍで約２０ｄＢ程度となり、空洞部の直径の総和が１０μｍより小さくなると空洞部のないものを含めて偏光のクロストークは１５ｄＢまで劣化した。したがって、断線率と偏光クロストークのバランスを考慮して、空洞部の直径の総和が１０μｍ〜５００μｍの範囲内に収まるように、前記した条件で光ファイバ１０、１２を第１および第２のアレイ１６、１８に樹脂を用いて固着した。
【００２５】
一方、光導波路チップ１４は、以下のようにして作製する。まず、例えば３ｉｎｃｈウェーハ（例えば、ＬｉＮｂＯ3 基板）の一主面（機能面）に、例えば真空蒸着等によって所定形状の光導波路２２を形成すると同時に、該光導波路２２上に偏光子２６及び位相変調器２４を形成して１枚のウェーハ上に多数の光ＩＣパターンを形成する（図示せず）。次いで、数個の光ＩＣパターンを一組として、ウェーハから組単位に光ＩＣパターンを例えばダイヤモンドカッターを有するダイシング装置を用いて切り出した後、各組の端面、特に上記第１及び第２のアレイ１６、１８が接合される面を研磨処理する。その後各組から各々光ＩＣパターンを同じくダイシング装置を用いて切断して多数の光導波路チップに分離した後、個々に分離された１つの光導波路チップ１４が得られる（図１参照）。
【００２６】
そして、１つの光導波路チップ１４に対して、すでに光ファイバ１０、１２が固着された第１及び第２のアレイ１６、１８がそれぞれ接合される。光導波路チップ１４の両端面のうち、偏光子２６近傍の端面に第２のアレイ１８が、位相変調器２４近傍の端面に第１のアレイ１６が光軸を合わせてそれぞれ接合される。
【００２７】
各アレイ１６、１８の接合においては、光出力が最も強くなるように光軸調整がとられながら接着剤による接着が行われる。
【００２８】
具体的には、まず、光導波路チップ１４における一方の端面に第２のアレイ１８が例えば接着剤にて接着される。このとき、光ファイバ１２の開放端側に光源を設け、一方、光導波路２２の他の端面側に光検出器を配置し（図示せず）、該光導波路２２の２本の分岐路を通じて出力される光源からの光を上記光検出器にて計測しながら光ファイバ１２の偏波保存面が光導波路２２の偏波方向と一致するように、図１中、ＸＹＺの直交３軸方向についての光軸調整を行う。該光軸調整が済んだ段階で、これら第２のアレイ１８と光導波路チップ１４とが接着剤により接合される。
【００２９】
上記第２のアレイ１８と光導波路チップ１４との接合が終了すると、今度は、光導波路チップ１４の他方の端面に第１のアレイ１６が例えば接着剤にて接着される。このとき、光導波路２２を通じて伝搬される光源からの光を光検出器（図示せず）にて計測しながら光ファイバ１０の偏波保存面が光導波路２２の偏波方向と一致するように、図１中、ＸＹＺの直交３軸方向と光ファイバ１０の２芯（始端部１０ａと終端部１０ｂ）の回転方向についての光軸調整を行う。該光軸調整が済んだ段階で、これら第１のアレイ１６と光導波路チップ１４とが接着剤により接合される。これにより、本実施の形態に係る光ファイバアレイ１６、１８および該光ファイバアレイ１６、１８によって接合された光導波路チップ１４および光ファイバ１０、１２が完成する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光ファイバアレイは、光導波路チップと光ファイバとを接続するための光ファイバアレイにおいて、前記光ファイバを挟持して配設するための２枚の基板を有し、前記２枚の基板のうちの少なくとも１枚には前記光ファイバを保持して固定するための溝部が形成され、前記溝部に前記光ファイバが樹脂層により固着され、前記樹脂層は、直径の総和が１０μｍ〜５００μｍの範囲内にある１または２以上の空洞部を有する。
【００３１】
このため、光ファイバの断線を生じることがなく、また、光導波路の偏光クロストークの劣化の小さい光ファイバアレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る光ファイバアレイにより接続された光ファイバと光導波路チップの斜視図である。
【図２】端部が分岐した光ファイバが光ファイバアレイに固着された状態を示す分解斜視説明図である。
【図３】端部が１本である光ファイバが光ファイバアレイに固着された状態を示す分解斜視説明図である。
【図４】光ファイバアレイの樹脂層の空洞部の直径の総和と、光ファイバの断線率および偏光のクロストークとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０、１２…光ファイバ        １４…光導波路チップ
１６、１８…アレイ            ２０…ＬｉＮｂＯ3 基板
２２…光導波路                ２４…位相変調器
２６…偏光子                  ３０ａ、３０ｂ、３４…Ｖ字状の溝
３２、３６…座繰り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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