(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定位置に形成されたコアとクラッドによって構成される光導波路を有しかつ該光導波路に沿う第１の基準面を有する導波路ディバイスと、
所定位置に複数の光ファイバを保持するための互いに平行な複数のＶ溝が形成されかつ上記第１の基準面に重ねられる第２の基準面を有するＶ溝基板と、
上記第１の基準面に上記光導波路の上記コアおよびクラッドと同一材質によって形成されていて上記第１の基準面の厚み方向に突出する凸部と、
上記第２の基準面に形成されていて上記凸部が上記第１の基準面に沿う方向から噛み合うことのできる形状でかつ上記凸部と噛み合った状態において上記光導波路と上記光ファイバの光軸が合う位置に設けられた凹部と、
上記Ｖ溝基板に設けられて上記光ファイバを上記Ｖ溝に押し付けるカバープレートと、
を具備したことを特徴とする光ガイドの接続構造。
【請求項２】
所定位置に形成されたコアとクラッドによって構成される光導波路を有しかつ該光導波路に沿う第１の基準面を有する導波路ディバイスと、
所定位置に複数の光ファイバを保持するための互いに平行な複数のＶ溝が形成されかつ上記第１の基準面に重ねられる第２の基準面を有するＶ溝基板と、
上記第１の基準面に上記光導波路の上記コアおよびクラッドと同一材質によって形成されていて上記第１の基準面の厚み方向に突出する凸部と、
上記第２の基準面に形成されていて上記凸部が上記第１の基準面に沿う方向から噛み合うことのできる形状でかつ上記凸部と噛み合った状態において上記光導波路と上記光ファイバの幅方向の位置が合うように設けた凹部と、
上記Ｖ溝基板に設けられて上記光ファイバを上記Ｖ溝に押し付けるカバープレートとを有し、
上記第１の基準面と第２の基準面を互いに接するように重ねた状態において上記光導波路の光軸に対し上記光ファイバの光軸が僅かに高くなるように形成されており、かつ、
上記凸部または凹部に、この凹部に対する凸部の軸線方向の移動量に応じて上記導波路ディバイスと上記Ｖ溝基板を厚み方向に相対変位させる形状の部分を設けたことを特徴とする光ガイドの接続構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに使われる信号光伝送用の光ファイバと導波路ディバイスとの接続あるいは光ファイバどうしなどの接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信などに使われる光ファイバや平板光導波路等に代表される光ガイドは、高屈折率のコアと、コアを包囲する低屈折率のクラッドなどからなり、コアの内部を光線が導波するようにしている。また複数の光ガイドの接続部において両者を互いに光学的に接続するために従来より種々の接続構造が考えられてきた。
【０００３】
例えば図１０に示す従来の接続構造では、導波路ディバイス１に入力用光ファイバ２と出力用光ファイバ３を接続するためにＶ溝基板４，５を用いている。この場合、Ｖ溝基板４，５に形成したＶ溝に光ファイバ２，３を整列させたのち、接着剤６とカバープレート７などを用いて光ファイバ２，３をＶ溝基板４，５に固定することにより、入力側ファイバアレイ８と出力側ファイバアレイ９を製作する。
【０００４】
そして導波路ディバイス１とファイバアレイ８，９の接続端面を各々光学研磨したのち、導波路ディバイス１とファイバアレイ８，９の接続端面を光軸調芯用の治具を用いて互いに突き合わせ、導波路ディバイス１に光を通しながら光検出器などを用いて出射光の強さを測定することにより、導波路ディバイス１に対するファイバアレイ８，９の光軸調整を行う。そして光軸調整後に接着剤等によって導波路ディバイス１とファイバアレイ８，９を互いに固定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構造のように導波路ディバイスとファイバアレイの光軸調芯を行う場合、光軸の調芯精度の点では性能的に満足できるレベルにあるが、光軸調整を行う作業に長時間と細心の注意および高度の熟練が必要があり、コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、比較的簡単な作業によって光ガイドどうしの光軸を正確に合わせることができ、低コスト化が図れるような光ガイドの接続構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすために開発された第１の観点による本発明は、請求項１に記載したように、所定位置に形成されたコアとクラッドによって構成される光導波路を有しかつ該光導波路に沿う第１の基準面を有する導波路ディバイスと、所定位置に複数の光ファイバを保持するための互いに平行な複数のＶ溝が形成されかつ上記第１の基準面に重ねられる第２の基準面を有するＶ溝基板と、上記第１の基準面に上記光導波路の上記コアおよびクラッドと同一材質によって形成されていて上記第１の基準面の厚み方向に突出する凸部と、上記第２の基準面に形成されていて上記凸部が上記第１の基準面に沿う方向から噛み合うことのできる形状でかつ上記凸部と噛み合った状態において上記光導波路と上記光ファイバの光軸が合う位置に設けられた凹部と、上記Ｖ溝基板に設けられて上記光ファイバを上記Ｖ溝に押し付けるカバープレートとを具備している。
【０００８】
このような本発明の接続構造においては、導波路ディバイスの第１の基準面とＶ溝基板の第２の基準面を互いに重ねることにより、導波路ディバイスとＶ溝基板の厚み方向の相対位置が決まる。そしてこの状態で凸部と凹部を基準面に沿う方向からくさびのように噛み合わせることにより、導波路ディバイスとＶ溝基板の幅方向の位置決めがなされるとともに、光導波路と光ファイバの端面同志が互いに対向することにより両者の光軸が合う。
【０００９】
また第２の観点による本発明は、請求項２に記載したように、上記第１の基準面と第２の基準面を互いに接するように重ねた状態において上記光導波路の光軸に対し上記光ファイバの光軸が僅かに高くなるように形成されており、かつ、上記凸部または凹部に、この凹部に対する凸部の軸線方向の移動量に応じて上記導波路ディバイスとＶ溝基板とを厚み方向に相対変位させる形状の部分（斜面あるいはテーパ形状等）を設けたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成の本発明であれば、凸部と凹部を基準面に沿う方向から噛み合わせたときに導波路ディバイスとＶ溝基板の幅方向の位置決めがなされ、さらに凸部を前進させると、その移動量に応じて凸部の一部が凹部の内面あるいは両側縁などに少しずつ乗り上げてゆき、光導波路の光軸と光ファイバの光軸が基準面の厚み方向に変位することにより、光導波路の光軸と光ファイバの光軸を合わせることができる。
【００１１】
上記凸部は、導波路ディバイスの製造プロセスにおいて光導波路のコアを形成する際に用いるマスクを使って光導波路と同時に形成できるため、凸部を形成するのに必要なコストがきわめて僅かですむとともに、凸部と光導波路との相対位置を正確に設定できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す接続構造の一例は、第１の接続部材として機能する導波路ディバイス１１と、第２の接続部材として機能するＶ溝基板１２を備えている。導波路ディバイス１１の所定位置に第１の光ガイドとして機能する光導波路１３が形成されているとともに、導波路ディバイス１１の表面（図１，図２において下面側）に光導波路１３に沿うフラットな形状の第１の基準面１４が設けられている。
【００１３】
導波路ディバイス１１の光導波路１３は、図２等に示すように高屈折率のコア２０と、コア２０を覆う低屈折率のクラッド２１，２２などによって構成されている。コア２０およびクラッド２１，２２は、後述する製造プロセスによって導波路基板２３上に形成されている。図示例の光導波路１３は分岐結合器等に使われる平板導波路であり、クラッド２２のフラット面が上記基準面１４として利用されるようになっている。
【００１４】
導波路ディバイス１１に左右一対の凸部３０が設けられている。凸部３０は基準面１４に沿って光導波路１３の光軸方向に延びている。図示例の凸部３０は導波路ディバイス１１の端面１１ａに向かって先端側の幅が狭くなるようなくさび状をなしている。この凸部３０の下面は基準面１４の厚み方向に突出し、その突出高さと光導波路１３のクラッド２２の突出高さが互いに揃っている。
【００１５】
上記凸部３０は導波路ディバイス１１の製造工程（成膜プロセス）において、光導波路１３のコア２０およびクラッド２２と同時に成膜される。このため凸部３０の材質は光導波路１３のコア２０およびクラッド２２と同一である。以下に上記光導波路１３と凸部３０の製造工程の一例について、図３を参照しながら説明する。
【００１６】
図３（ａ）に示すようにＳｉウエハあるいは石英等からなる導波路基板２３の表面に、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ：化学気相蒸着法）などの膜形成方法によって、ＳｉＯ２  を主成分とする低屈折率の下部クラッド２１を形成する。また、図３（ｂ）に示すように下部クラッド２１の上に、ＳｉＯ２  にドープ剤を添加するなどの手段によって屈折率をクラッド２１よりも高めたコア２０を形成する。なお、屈折率を下げるドープ剤をクラッド２１に添加することによって、クラッド２１の屈折率を下げる方法をとってもよい。
【００１７】
図３（ｃ）に示すようにスパッタリング法などによりＷＳｉ（タングステンシリサイド）の薄膜３５を形成したのち、図３（ｄ）に示すように露光マスクとフォトレジストを用いて所定の導波路パターンのエッチングマスク３６を形成するとともに、凸部３０を形成すべき箇所に上記導波路パターンと同じ露光マスクとフォトレジストを用いて凸部３０用のエッチングマスク３７を形成する。
【００１８】
そして図３（ｅ）に示すように、ドライエッチング（反応性イオンエッチング等）を行うことにより、所定パターンの導波路コア２０を形成するとともに凸部３０用のコア２０ａを形成する。その後、図３（ｆ）に示すようにＣＶＤ法などによりコア２０，２０ａを覆うように上部クラッド２２を成膜する。こうして光導波路１３が形成されるとともに、凸部３０が同時に形成される。
【００１９】
このような導波路ディバイス１１の製造工程において、凸部３０は導波路コア２０と同じマスクに描画されるため、両者間の寸法ずれは問題にならないほど小さい。また、クラッド２１，２２の成膜制御によってクラッド２１，２２の膜厚が精度よくコントロールされるため、導波路ディバイス１１の基準面１４とコア２０との相対位置についても高精度に規制できる。
【００２０】
一方、Ｖ溝基板１２に第２の光ガイドとして機能する複数本の光ファイバ４０が互いに平行に整列した状態で保持されている。これらの光ファイバ４０は、光線が通る高屈折率のコア４１と、コア４１の外周を覆う低屈折率のクラッド４２を有している。
【００２１】
Ｖ溝基板１２には互いに平行な複数条のＶ溝４５が形成されており、各々のＶ溝４５にそれぞれ光ファイバ４０を乗せた状態で、Ｖ溝基板１２の上方に突出する光ファイバ４０の上面をカバープレート４６の下面４６ａによってＶ溝４５側に押し付けるようにしている。このカバープレート４６には光ファイバ４０をまたぐ姿勢でＶ溝基板１２に接する脚部４６ｂが設けられている。
【００２２】
上記のようにしてＶ溝基板１２の所定位置に全ての光ファイバ４０が一例に整列した状態で保持されるとともに、Ｖ溝基板１２に対する光ファイバ４０の光軸位置が定まる。このＶ溝基板１２には凸部３０と対応する位置に左右一対の凹部５０が形成されており、この凹部５０に対して凸部３０が基準面１４に沿う方向（図１に示すＺ軸方向）から噛み合うことができるようになっている。
【００２３】
Ｖ溝基板１２の材料はＳｉ基板，石英基板，ガラス基板等であり、凹部５０はエッチング，ガラスモールド等の加工技術によってＶ溝４５との位置関係を高精度に保って加工することができる。あるいはＶ溝４５を機械加工する際に用いる工具を使ってＶ溝状の凹部５０を成形すれば、加工コストを安くすることができる。
【００２４】
Ｖ溝基板１２に第２の基準面５１が設けられている。この第２の基準面５１は光ファイバ４０に沿う平坦な形状であり、この基準面５１に第１の基準面１４を重ねるようになっている。図４に示されるように基準面１４，５１を互いに重ねて密接させた状態において、導波路コア２０の中心Ｃ１  と光ファイバ４０のコア４１の中心Ｃ２  の位置が合致するようにしている。
【００２５】
次に上記凸部３０と凹部５０を用いた接続構造の作用について説明する。
導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２は、基準面１４，５１を互いに重ねたときに、導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の厚み方向（Ｙ軸方向）の相対位置が決まる。また、凸部３０と凹部５０を光導波路１３の光軸方向（−Ｚ方向）から噛み合わせることにより、導波路ディバイス１１に対するＶ溝基板１２の幅方向（Ｘ軸方向）の位置決めがなされるとともに、光導波路１３の端面１３ａと光ファイバ４０の前端面４０ａが互いに接することにより両者の軸線方向（Ｚ軸方向）の相対位置が決まる。
【００２６】
Ｖ溝基板１２上の光ファイバ４０は上記位置決めが終了するまではカバープレート４６等でＶ溝４５に押し付けられており、Ｖ溝４５の長手方向（軸線方向）に摺動するようになっている。しかも各光ファイバ４０は図示しない付勢手段によって＋Ｚ方向に押されており、導波路ディバイス１１をＶ溝基板１２に対して−Ｚ方向に相対移動させることに伴い、光ファイバ４０の前端面４０ａが光導波路１３の端面１３ａと密接した状態が保たれるようになっている。
【００２７】
上記のように光導波路１３と光ファイバ４０とのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置合わせがなされた状態で、導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２を適宜の固定手段によって固定する。例えばコア２０，４１の屈折率に近い屈折率をもった接着剤で固定するとか、クランプ部材あるいは接続補強材によって導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２およびカバープレート４６等を固定する。
【００２８】
図５および図６に示す実施形態では、先端側の幅が狭くなるようなテーパ状の凹部５０の内面両側に、先端側に向って深さが減少する斜面６０が形成されており、凹部５０に対して凸部３０を軸線方向（−Ｚ方向）に前進させたときにその移動量に応じて凸部３０の先端部が斜面６０を少しずつ乗り上げることにより、前記導波路ディバイス１１の基準面１４がＶ溝基板１２の基準面５１から浮き上がる方向（Ｙ軸方向）に変位するようにしている。
【００２９】
この場合、前記基準面１４，５１を互いに密接させた状態において前記光ファイバ４０の中心が前記光導波路１３の中心よりも僅かに（数μｍ程度）高くなるように、光導波路１３と光ファイバ４０のＹ軸方向の位置が設定されている。
【００３０】
この場合、凸部３０と凹部５０を−Ｚ方向から噛み合わせたときに、導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の幅方向（Ｘ軸方向）の位置決めがなされる。凸部３０と凹部５０は導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の左右対称位置に一対設けられているので、凸部３０をさらに−Ｚ方向に前進させると、凸部３０と凹部５０とのＸ軸方向の位置が定まったまま導波路ディバイス１１が上方（図６において矢印Ｙ１  で示す方向）に少しずつ変位する。
【００３１】
上記のようにしてＹ軸方向の高さを調整しながら、光ファイバ４０を介して光導波路１３に光を入射し、光導波路１３を導波した出射光を光検出器で測定しながら、最大光強度になる位置まで導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２とのＺ軸方向の位置を調整する。こうして導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の各光軸の高さを合わせたのち、接着剤等によって導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２およびカバープレート４６を固定する。このような接続構造によれば、光導波路１３と光ファイバ４０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対位置を正確かつ容易に設定できる。
【００３２】
なお、図７に示す実施形態の凸部３０は、基部側の幅Ｗ１  に比べて先端側の幅が狭くなるようなテーパ状をなしており、この凸部３０の両側部に下面側の幅が狭くなる斜面７０を形成している。この凸部３０の基部側の幅Ｗ１  は、凹部５０の幅Ｗ２  よりも大きい。従って凸部３０を凹部５０に向って−Ｚ方向に前進させたときにその移動距離に応じて斜面７０が凹部５０の両側縁５０ａを乗り上げてゆくことにより、前述のＹ軸方向の高さ調整を行うことができる。
【００３３】
あるいは図８に示すように凹部５０の入口（挿入手前側）に凹部５０よりも幅の広い幅広部５０ｂを設けてもよい。この場合、凸部３０を幅広部５０ｂに挿入したときに凸部３０のＸ軸方向のおおまかな位置決めがなされ、凸部３０をさらに凹部５０に挿入すると、凸部３０の−Ｚ方向の移動距離に応じて斜面７０が凹部５０の両側縁５０ａに乗り上げることにより、Ｙ軸方向に高さを変化させることができる。
【００３４】
また図９に示す実施形態では、Ｖ形の断面を有する凹部５０の入口（挿入手前側）に幅広部５０ｂを設けている。凸部３０は先端側の幅が狭くなるようなテーパ状をなしており、凸部３０の両側部に下面側の幅が狭くなる斜面７０が形成されている。この場合も、凸部３０を幅広部５０ｂに挿入したときに凸部３０のＸ軸方向のおおまかな位置決めがなされ、凸部３０の先端をさらに凹部５０に挿入したときに凸部３０の前進距離に応じて斜面７０が凹部５０の両側縁５０ａに乗り上げ、Ｙ軸方向の光軸高さを変化させることができる。上記いずれの実施形態においても、凸部３０の基部側の幅Ｗ１  は、凹部５０の幅Ｗ２  よりも大きくなっている。
【００３５】
要するに凸部３０と凹部５０は、これらを互いに噛み合わせたときに、まず第１の接続部材（例えば導波路ディバイス１１）と第２の接続部材（例えばＶ溝基板１２）のＸ軸方向の位置が規制され、さらに凸部３０をＺ軸方向に移動させることによって凸部３０がＹ軸方向に相対変位する形状であればよく、凸部３０や凹部５０の形状・寸法等は前記実施形態に制約されるものでない。
【００３６】
なお、凸部３０をＶ溝基板１２側に設けかつ凹部５０を導波路ディバイス１１側に設けてもよい。また光ファイバどうしを接続する場合に、一方の光ファイバを固定する基板（Ｖ溝基板等）の基準面に前記各実施形態と同様の凸部３０を設けるとともに、他方の光ファイバを固定する基板（Ｖ溝基板等）の基準面に前記各実施形態と同様の凹部５０を設けるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、互いに噛み合う凸部と凹部を有する導波路ディバイスとＶ溝基板を用いることにより、光導波路と光ファイバの光軸調芯を行う作業を容易かつ短時間に行うことができ、接続部の低コスト化に寄与できる。
【００３８】
そして上記凸部は導波路ディバイスの製造プロセスにおいて光導波路用のマスクを使って光導波路と同時に形成することができるため、凸部を形成するためのコストを大幅に下げることができるとともに、光導波路と凸部との相対位置関係を正確に保つことができるから、凸部と凹部を噛み合わせたときに両者の光軸をさらに正確に合わせることができる。
【００３９】
しかも光導波路の成膜プロセスにおいて正確な厚さに形成されるクラッドのフラット面を基準面として用いることができるため、光ガイドとして機能するコアの中心と基準面との位置関係も正確なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す光ガイドの接続部の分解斜視図。
【図２】図１に示された接続部の断面図。
【図３】光導波路と凸部を形成する工程を工程順に示す断面図。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ  に沿う断面図。
【図５】凸部と凹部の形状例を示す斜視図。
【図６】図５に示す凸部が凹部に対して変位した状態を示す斜視図。
【図７】凸部と凹部の変形例を示す斜視図。
【図８】凸部と凹部の他の変形例を示す斜視図。
【図９】凸部と凹部の更に別の変形例を示す斜視図。
【図１０】従来の光ガイドの接続構造を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
１１…導波路ディバイス（第１の接続部材）
１２…Ｖ溝基板（第２の接続部材）
１３…光導波路（第１の光ガイド）
１４…第１の基準面
２０…コア
２１，２２…クラッド
３０…凸部
４０…光ファイバ（第２の光ガイド）
４５…Ｖ溝
５０…凹部
５１…第２の基準面
６０，７０…斜面
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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