(57)【要約】【課題】機械的可動部を有さない簡単な構造の光路変換機能素子を考案することにより、長期にわたり安定した動作が可能な光路変換機能素子を提供する【解決手段】端部が斜状面に形成された溝を設けたアレイ基板と、溝に保持し先端が斜めに成形された光ファイバと、斜状面に形成した反射部と、光ファイバが保持された溝を覆うと共に受光素子を有することで受光部を複数備えた上蓋基板、及び上蓋基板に設けられて光ファイバ先端を接触止めすることにより光ファイバをコア軸方向で位置決めするストッパとを備え、光ファイバ先端から出射された光を反射部で反射し、光路変換して受光素子で受光すると共に、光ファイバを回転させることにより反射部で反射した光の伝搬位置を変え、その異なる伝搬位置を異なる受光部で受光するように光路変換機能素子を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部が斜状面に形成された溝が設けられたアレイ基板と、前記溝に保持され先端が斜めに成形された光ファイバと、前記斜状面に形成された反射部と、前記光ファイバが保持された溝を覆うと共に受光素子を有することで受光部を複数備えた上蓋基板、及び前記上蓋基板に設けられて前記光ファイバ先端を接触止めすることにより前記光ファイバをそのコア軸方向で位置決めするストッパとを備え、前記光ファイバ先端から出射された光が前記反射部で反射され、光路変換されて前記受光素子で受光されると共に、前記光ファイバを回転させることにより前記反射部で反射された光の伝搬位置を変え、その異なる伝搬位置を異なる受光部で受光することを特徴とする光路変換機能素子。
【請求項２】
前記アレイ基板がガラス又はポリマーで形成されると共に、前記上蓋基板と前記ストッパとが前記アレイ基板と共に一体にモールド成形されることを特徴とする請求項１記載の光路変換機能素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に光ファイバと、その光ファイバと光結合する光素子とが実装されて構成される光路変換機能素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（WDM）方式のような現代の光通信システムでは、伝搬光の経路をスイッチングすることがしばしば必要となる。これを実現するために多くのアプローチが考案されており、例えば特許文献１に記載されているような、光ミラー部が弾性的に支持された静電アクチュエータを用いた光路変換機能素子が考案されている。このような光ミラー部が弾性的に支持された静電アクチュエータを用いた光路変換機能素子は、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）として知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３００４１号公報（第６−８頁、第１図）
【０００４】
一方、特許文献２には、N×Mマトリクス可動ミラーによるマルチ・マトリクス・光路変換機能素子が記載されている。
【０００５】
【特許文献２】特開２０００−２５８７０５号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のMEMSによる光路変換機能素子は、金属マイクロミラー部を支持する機械的可動部が、機械的運動による繰り返し曲げを受けるため金属疲労を生じ易く、例えば数十年の長期にわたる信頼性に欠ける傾向があった。この問題は、インフラに使用される光路変換機能素子の重大な欠点となる。
【０００７】
一方、特許文献２記載のマルチ・マトリクス・光路変換機能素子も、気泡の不安定によるスイッチング動作の不良や、要蓄熱補正／ヒーター故障、スイッチングの高密度化に不都合、及び長期にわたる耐久性が機械的可動部の疲労により低下するといった欠点を有している。
【０００８】
本発明は上記各課題に鑑みて成されたものであり、その主たる目的は、機械的可動部を有さない簡単な構造の光路変換機能素子を考案することにより、長期にわたり安定した動作が可能な光路変換機能素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１記載の発明は、端部が斜状面に形成された溝が設けられたアレイ基板と、前記溝に保持され先端が斜めに成形された光ファイバと、前記斜状面に形成された反射部と、前記光ファイバが保持された溝を覆うと共に受光素子を有することで受光部を複数備えた上蓋基板、及び前記上蓋基板に設けられて前記光ファイバ先端を接触止めすることにより前記光ファイバをそのコア軸方向で位置決めするストッパとを備え、前記光ファイバ先端から出射された光が前記反射部で反射され、光路変換されて前記受光素子で受光されると共に、前記光ファイバを回転させることにより前記反射部で反射された光の伝搬位置を変え、その異なる伝搬位置を異なる受光部で受光することを特徴とする光路変換機能素子である。
【００１０】
更に、本発明の請求項２記載の発明は、前記アレイ基板がガラス又はポリマーで形成されると共に、前記上蓋基板と前記ストッパとが前記アレイ基板と共に一体にモールド成形されることを特徴とする光路変換機能素子である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光路変換機能素子に依れば、光路変換を反射部における伝搬光の反射のみで実現しているので、光路変換を容易に行うことが可能となる。更に、光ファイバを回転させることにより反射部からの反射光の検出位置を変更することが可能となる。よって、従来のように機械的可動部を有さずに、光路変換機能素子をより簡単な構造で構成することが出来るため、低コストで長期にわたり安定した動作が可能な光路変換機能素子を実現することが可能となる。
【００１２】
又、光ファイバの回転角と、前記反射光の伝搬位置とが対応するため、反射光を受光した受光素子の配置位置によって光ファイバの回転角を検出することも可能となる。
【００１３】
更に、ガイド基板をガラスやポリマーなどで形成する場合は、ガイド基板と上蓋基板及びストッパとをモールドによって一体化パッケージとして作製することが可能となり、光路変換機能素子全体の製造工数の削減と部品点数・製造コストの削減を進めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る光路変換機能素子１を、図１〜図５を参照して説明する。図１は本実施の形態における光路変換機能素子１の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ一点鎖線での側断面図である。更に、図３は図１の光路変換機能素子１において、後述する光ファイバ配列用のアレイ基板２のみを抜粋した平面図であり、図４は図１のＢ−Ｂ一点鎖線での断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように光路変換機能素子１は、光ファイバ配列用のアレイ基板２、上蓋基板３、受光素子4a、4b、4c（以下、必要に応じて受光素子４と総称する）、光ファイバ５、及び光路変換用の反射部６とから構成されている。アレイ基板２と上蓋基板３とが光ファイバ５を挟んだ状態で貼り合わされている。
【００１６】
上蓋基板３の表面には凹部3aが形成されており、この凹部3aの底面に図示しない受光素子４実装用パッド及び配線がパターニングされている。そして図２に示すように、凹部3aの内部において前記受光素子実装用パッドの上に、受光素子４がフリップチップ実装されて設けられる。受光素子４としてはフォトダイオード等が挙げられる。複数の受光素子4a、4b、4cを有することによって、上蓋基板３は複数の受光部を備えることになる。
【００１７】
一方、アレイ基板２の表面には、図３及び図４に示すようにＶ溝2aが設けられている。このＶ溝2aは一端がアレイ基板２の側面まで達し、基板の内方で直線状に形成されて、他端部が斜状面になっている。このＶ溝2a内で光ファイバ５を保持し、更にその状態でＶ溝2aを覆うように上蓋基板３を貼り合わせることによって、Ｖ溝2aと上蓋基板３の平坦表面との間に光ファイバ５を挟持し、Ｖ溝2aの両側壁と上蓋基板３の平坦表面との計３点で接触支持する。アレイ基板２と上蓋基板３とを貼り合わせる際に、受光素子4aが前記斜面の真上付近に来るように位置決めする。
【００１８】
Ｖ溝2aは、図４に示すように光ファイバ５を全て収納するためにかなり深く形成する必要がある。Ｖ溝の傾斜角αを、
【００１９】
【数１】
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【００２０】
より、54.73度と設定し、更にＶ溝2aの幅を165μｍに設定すると、クラッド径125μｍの光ファイバが完全にＶ溝2aに収納される設計となる。
【００２１】
そのＶ溝2aは、異方性エッチングによって（100）シリコン（Si）基板の（111）面に形成される。エッチング液にKOHやTMAH（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）等を用い、SiO2ないしSiNをレジストとする。
【００２２】
更に、前記斜状面を鏡面加工することにより反射部６を形成する。又、光ファイバ５の先端を斜めに研磨成形する。一方、前記凹部3a内には円弧状にストッパ3bを設け、図２に示す通り、そのストッパ3b側面に光ファイバ５の先端を接触止めさせて、光ファイバ５をＶ溝2aに収納する。ストッパ3bの形成位置は、光ファイバ５が反射部６に乗り上げない位置とし、乗り上げ位置よりも後方58.4μｍ以内とすることが望ましい。これによって、光ファイバ５先端をそのコア軸方向で位置決めする。
【００２３】
次に、光路変換機能素子１の動作について説明する。図２において、光ファイバ５からの出射光はその先端面の斜め研磨角度によって、反射部６に向かって屈折しながら出射される。コア軸に対する光放射角が19.47度となるように、光ファイバ５先端面の斜め研磨角度を調整することにより、反射部６に入射した光は、反射部６での反射によって図２の上下方向にその光路が変換され、受光素子4aの受光部で受光される。このように、光路変換を反射部６での伝搬光の反射のみで実現しているので、光路変換を容易に行うことが可能となる。
【００２４】
更に、前記の通り、光ファイバ５先端面で出射光は屈折するので、光ファイバ５自体を回転させることにより、その回転角に応じて光ファイバ５からの出射光の反射部６への入射方向、角度、及び位置が変わり、それに伴って反射部６で反射された反射光の伝搬位置が図５(a)及び(b)に示すように連続的に変化する。従って、予め光結合させたい位置に受光素子4b、4cを配置し、光ファイバ５の回転角に応じて異なる伝搬位置を、異なる受光素子4a、4b、4cの各受光部で受光することにより、光の伝搬経路を切り替える光路変換機能素子１を構成することが出来る。このように、光ファイバ５を回転させることにより反射部６からの反射光の検出位置を変更することが可能となる。従って、従来のように機械的可動部を有さずに、光路変換機能素子をより簡単な構造で構成することが出来るため、低コストで長期にわたり安定した動作が可能な光路変換機能素子を実現することが可能となる。
【００２５】
又、前記のように光ファイバ５の回転角と伝搬位置とが対応するため、反射光を受光した受光素子4a、4b、4cによって光ファイバ５の回転角を検出することも可能となる。なお受光素子4a、4b、4cとして、フォトダイオードの換わりに平面光導波路等を上蓋基板３に形成しても良いし、受光部を複数備えた１個のアレイ形受光素子を用いても良い。
【００２６】
以上から、本発明では反射部６を有していれば、光ファイバ５保持用の溝断面形状は実施例のＶ形に限定されず、例えば凹形であっても良いことが分かる。更に、反射部６の形成方法は鏡面加工に限らず、例えば斜状面に反射膜を形成しても良い。
【００２７】
図５からも分かるように、光ファイバ５は180度回転させるため、前記ストッパ3bも180度に亘って円弧状に設け、常に光ファイバ５先端が接触するように構成する。ストッパ3bを設けることによって、光ファイバ５の搭載位置に関して横方向と縦方向に加えコア軸方向にも高精度で搭載することが可能になる。従って、光ファイバ５、ガイド基板２、上蓋基板３におけるコア軸方向の相対位置が一義的に決定するために高精度となり、受光素子４に対して良好な光結合が得られる。
【００２８】
なお、本実施の形態はその技術的思想に基づいて種々変更可能であり、例えば反射部６以外のガイド基板２はSiのみならずガラスやポリマーなどで構成しても良い。
【００２９】
又、ガイド基板２をガラスやポリマーなどで構成する場合は、ガイド基板２と上蓋基板３及びストッパ3bとをモールドによって一体成形のパッケージとして作製することが可能となり、光路変換機能素子１全体の製造工数の削減と部品点数・製造コストの削減を進めることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の光路変換機能素子を、光通信、光演算、光記憶装置、光プリンタ、画像表示装置などの光伝搬経路のスイッチング装置として使用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における光路変換機能素子の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ一点鎖線での側断面図。
【図３】図１の光路変換機能素子のうちアレイ基板のみを抜粋した平面図。
【図４】図１のＢ−Ｂ一点鎖線での断面図。
【図５】光ファイバの回転により反射部で反射された反射光の伝搬位置が変化する          状態を示す部分平面図。
【符号の説明】
【００３２】
１               光路変換機能素子
２               アレイ基板
３               上蓋基板
4a、4b、4c        受光素子
５               光ファイバ
６               反射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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