(57)【要約】      （修正有）【課題】ハイパワーな光に耐性があり、かつ熱耐性がある光モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ１０１と、平面光波回路１０２と、前記光ファイバ１０１が挿入・固定されたファイバブロック１０３と、前記ファイバブロック１０３と前記平面光波回路１０２とを接着・固定するＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４と、前記ファイバブロック１０３と前記平面光波回路１０２とを接着・固定するガラス層１０５とを備えた光モジュール１００であって、前記ＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４は、前記ファイバブロック１０３と前記平面光波回路１０２との接続端面間において、前記光ファイバ１０１と前記平面光波回路１０２との間で入力又は出力される光が通過しない部分に設けられ、前記ガラス層１０５は、前記接続端面間において前記光ファイバ１０１と前記平面光波回路１０２との間で入力又は出力される光が通過する部分に設けられることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数の光ファイバと、
前記１又は複数の光ファイバと光接続される平面光波回路と、
前記１又は複数の光ファイバが挿入・固定されたファイバブロックと、
前記ファイバブロックと前記平面光波回路とを接着・固定するＵＶ硬化樹脂接着剤層と、
前記ファイバブロックと前記平面光波回路とを接着・固定するガラス層と、
を備えた光モジュールであって、
前記ＵＶ硬化樹脂接着剤層は、前記ファイバブロックと前記平面光波回路との接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が通過しない部分に設けられ、
前記ガラス層は、前記接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が通過する部分に設けられていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記ＵＶ硬化樹脂接着剤層は、耐熱温度が２００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記ファイバブロック又は前記平面光波回路には、前記ＵＶ硬化樹脂接着剤層を構成するＵＶ硬化樹脂接着剤が前記光が通過する部分に侵入することを防止するための接着剤堰き止め用溝が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
【請求項４】
ファイバブロックに挿入・固定された１又は複数の光ファイバと平面光波回路とが光接続された光モジュールを作製する方法であって、
微動調心装置を用いて、前記ファイバブロックに挿入・固定された前記光ファイバと前記平面光波回路との接続位置を調整するステップと、
前記ファイバブロックと前記平面光波回路との接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が伝搬しない部分にＵＶ硬化樹脂接着剤を塗布するステップと、
前記ＵＶ硬化樹脂接着剤にＵＶ光を照射して、前記ファイバブロックと前記平面光波回路とを接着・固定するステップと、
前記接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が伝搬する部分にガラス前駆体材料を充填し、液相合成法によって前記ガラス前駆体材料を硬化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記ガラス前駆体材料を硬化させるステップは、室温で前記ガラス前駆体材料を放置することにより前記ガラス前駆体材料を硬化させることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＵＶ硬化樹脂接着剤は、耐熱温度が２００℃以上であり、
前記ガラス前駆体材料を硬化させるステップは、前記ガラス前駆体材料を加熱することにより前記ガラス前駆体材料を硬化させることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光センシングに用いられる可視光などの高エネルギーな光に耐性がある、平面光波回路と光ファイバとが光接続された光モジュール及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンの普及だけでなく、ＩｏＴ（Internet of Things）を利用したサービスの拡大により、通信トラフィックの増大が顕著である。この大容量光通信を支える部品の１つに平面光波回路（ＰＬＣ）がある。ＰＬＣは、現在の通信網で実際に利用されており、光を分岐するスプリッタや、光信号の経路を切り替える光スイッチ、また光源となるレーザや変調器なども広義のＰＬＣで実現される。ＰＬＣは、石英系材料、シリコン系材料、半導体系材料などで構成される。ＰＬＣは通常、単一では用いられず、ほとんどの場合、ＰＬＣにおける入出力光を光ファイバに結合することにより用いられる。
【０００３】
図１を用いて、ＰＬＣと光ファイバを接続する方法の一例を説明する。図１には、レーザ光源（ＬＤ）１と、ＬＤ１に接続された光ファイバ２と、光ファイバ２から入力された光を伝搬して出力するＰＬＣ３と、光ファイバ２をＰＬＣ３に固定するためのファイバブロック４と、を備えた光モジュールが示されている。ＰＬＣ３から出力された光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）５は光ファイバ６に接続されており、ＰＬＣ３とファイバブロック４との間は、ＵＶ硬化樹脂接着剤７で接着されている。
【０００４】
ファイバブロック４は、ＰＬＣ３に対して接着面積を得るために光ファイバ２の先端に設置される。ファイバブロック４としては、Ｖ溝基板やマイクロキャピラリ等のガラス部材を用いるのが一般的である。
【０００５】
光ファイバ２とＰＬＣ３との位置は、ＰＬＣ３と光ファイバ２及び６とを微動調心装置に固定した後、光ファイバ２が挿入されたファイバブロック４をＰＬＣ３に近接させた状態でＵＶ硬化樹脂接着剤７を接続隙間に塗布した後に、ＰＤ５の受光強度が最大になるようにサブミクロンオーダーの精度で調整することによって決定される。その後、ＵＶ光を照射してＵＶ硬化樹脂接着剤７を硬化させることにより、光ファイバ２及びＰＬＣ３を固定する。
【０００６】
ここで、必要に応じて、ＰＤ５に代えて、ＰＬＣ３の出力端に光ファイバを直接接続し、この光ファイバをパワーメータに接続して出力光強度を測定して、パワーメータで測定した出力光強度が最大になるように微動調心装置により光ファイバ２とＰＬＣ３との位置を調整してもよい。また、光ファイバ２及びＰＬＣ３の接続に限らず、ＰＬＣ３と別のＰＬＣを接続してもよい。
【０００７】
このように、光ファイバとＰＬＣとの接続には、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。光ファイバとＰＬＣの光接続においてＵＶ硬化樹脂接着剤を用いる利点としては、次の３点が挙げられる。
【０００８】
１つ目の利点は、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いた場合、相対位置精度よく光ファイバをＰＬＣに固定することができるという点である。仮に熱硬化型接着剤を用いて光接続する場合、熱硬化型接着剤を硬化するために加熱すると、ファイバブロックを押圧・固定するための治具の熱膨張により光ファイバとＰＬＣの相対位置がずれ、光ファイバが微動調心装置上から動いてしまうため、精度良く固定することが難しい。また、室温硬化型接着剤を用いた場合には、室温硬化型接着剤が硬化するのに時間がかかってしまい、硬化中に治具自体の相対位置が保てなくなる。そのため、光接続における光ファイバとＰＬＣとの相対位置がずれ、光ファイバが微動調心装置上から動いてしまうことが予想される。
【０００９】
一方で、ＵＶ硬化樹脂接着剤は硬化時間が短いため、光ファイバとＰＬＣとの相対位置を維持した状態のまま接続することができる。したがって、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いる場合には、光ファイバを微動調心装置上から動かすことなくＰＬＣに接続することができるため、相対位置精度の良好な光接続が可能となる。
【００１０】
２つ目の利点は、ＰＬＣを含むデバイスの量産性を考えた時、生産スループット良く光ファイバとＰＬＣとを接続することができるという点である。
【００１１】
微動調心装置を用いた光接続工程は、サンプル一つ一つについて実施するため、サンプル一つについての微動調心装置の占有時間が長ければ生産スループットが劣化する。スループットを上げるためには光接続工程の並列処理が考えられるが、光接続に用いられるＬＤ、パワーメータ及び微動調心装置等は安価なものでないため、これらの複数台用意することによる設備投資が多くなるという課題がある。
【００１２】
この点、ＵＶ硬化樹脂接着剤はＵＶ光を照射して数分程度で硬化するため、数時間放置して硬化する室温硬化型接着剤や２液性接着剤に比べて硬化時間がはるかに短い。従って、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いることにより、生産スループットが良好な光接続が可能となる。
【００１３】
３つ目の利点は、ＵＶ硬化樹脂接着剤は樹脂であるため、光接続損失に大きく影響するＵＶ硬化樹脂接着剤の屈折率をＰＬＣの出射端面におけるコア層の屈折率に整合するように調整することができるという点である。
【００１４】
レンズを用いて空間を介して光ファイバとＰＬＣとを光接続する場合など、反射の影響を無くすためにＰＬＣの出射端面にＡＲ（アンチリフレクション）処理を実施したりするが、これらはコスト増につながる。一方で、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いてその屈折率を調整することにより、安価に低損失な光接続が実現可能である。
【００１５】
このような利点から、多くの場合、光ファイバとＰＬＣとの光接続にはＵＶ硬化樹脂接着剤が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１４−０４８６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
今まで、ＰＬＣは主に光通信用の部品として用いられていたが、最近では光プローブ型センサ等へも適応先が拡大している。また、ＰＬＣは、調芯工数が少なく、振動にも強いことから、ＲＧＢ三原色光源を合分波するプロジェクタ内の光学部品として用いられることも期待されている。
【００１８】
このように、ＰＬＣの適応先拡大に伴って、ＰＬＣに伝搬させる光も通信波長帯の光だけでなく、可視光波長帯の光を用いることも増えてきた。従って、ＰＬＣや光ファイバ等、光モジュールを構成する部品だけでなく、それらを接続する光接続部分についても可視光を伝搬させるための対策が必要である。
【００１９】
先に説明したように、従来の光接続技術では、光接続部分にＵＶ硬化型接着剤を用いている。しかし、このＵＶ硬化樹脂接着剤は、高エネルギーな可視光を吸収して劣化してしまうことが知られている。この現象は、通信波長帯であっても数ｍＷ級のハイパワーな光をＵＶ硬化樹脂接着剤に伝搬させることで生じてしまう。
【００２０】
図２は、ＰＬＣと光ファイバを接続する方法の他の例を示す。図２に示す構成では、ＰＬＣ３及びファイバブロック４間において光が通過する部分が空隙となっている。このように、ＵＶ硬化樹脂接着剤の劣化を避けるために、ＰＬＣ３及びファイバブロック４間において光が通過しない部分のみをＵＶ硬化樹脂接着剤７で固定しておき、光が通過する部分を空隙にしておく接続方法が取られることもある。しかし、この接続方法では、光が通過する空隙部分に集塵現象が生じ、接続損失が増大してしまうという問題がある。
【００２１】
さらに、ＰＬＣを通信用に用いる場合には通常室温下で使用されているが、光センサとして用いる場合には、さらに過酷な温度条件下、例えば車のエンジンルーム内や、鉱山における地熱高温下など常時２００℃程度の環境下での利用等も想定される。しかし、光接続に一般的に用いられているＵＶ硬化樹脂接着剤は、８５℃以上の耐熱性が担保されていないため、このようなＵＶ硬化樹脂接着剤を用いて光接続した光モジュールを２００℃程度の環境下においた場合、ＵＶ硬化樹脂接着剤が軟化し、光接続位置がずれて接続損失が増加してしまう。
【００２２】
最近では、２００℃程度の高温で加熱しても軟化しない耐熱性の高いＵＶ硬化樹脂接着剤が現れている。しかし、このような耐熱性の高いＵＶ硬化樹脂接着剤を用いて光接続した光モジュールを２００℃程度の環境下においた場合、熱によってＵＶ硬化樹脂接着剤は軟化しないものの、湿度等の要因によってＵＶ硬化樹脂接着剤の経時的劣化が生じ、ＰＬＣと光ファイバとの相体位置がずれて接続損失が増加してしまう。このため、従来、耐熱性の有する光接続を実現できていなかったため、ＰＬＣと光ファイバとを光接続した光モジュールを高温環境下で使用できなかった。
【００２３】
以上のように、従来の光接続技術では、可視光などの高エネルギーな光を伝搬させたり、過酷な温度条件下においたりすると、光接続部に用いるＵＶ硬化樹脂接着剤が劣化してしまうため、安定でかつ長期信頼性のある光接続が実現できないという課題があった。
【００２４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ハイパワーな光に耐性があり、かつ熱耐性がある光モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の一態様に係る光モジュールは、１又は複数の光ファイバと、前記１又は複数の光ファイバと光接続される平面光波回路と、前記１又は複数の光ファイバが挿入・固定されたファイバブロックと、前記ファイバブロックと前記平面光波回路とを接着・固定するＵＶ硬化樹脂接着剤層と、前記ファイバブロックと前記平面光波回路とを接着・固定するガラス層と、を備えた光モジュールであって、前記ＵＶ硬化樹脂接着剤層は、前記ファイバブロックと前記平面光波回路との接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が通過しない部分に設けられ、前記ガラス層は、前記接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が通過する部分に設けられていることを特徴とする。
【００２６】
本発明の一態様に係る光モジュールの製造方法は、ファイバブロックに挿入・固定された１又は複数の光ファイバと平面光波回路とが光接続された光モジュールを作製する方法であって、微動調心装置を用いて、前記ファイバブロックに挿入・固定された前記光ファイバと前記平面光波回路との接続位置を調整するステップと、前記ファイバブロックと前記平面光波回路との接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が伝搬しない部分にＵＶ硬化樹脂接着剤を塗布するステップと、前記ＵＶ硬化樹脂接着剤にＵＶ光を照射して、前記ファイバブロックと前記平面光波回路とを接着・固定するステップと、前記接続端面間において、前記１又は複数の光ファイバと前記平面光波回路との間で入力又は出力される光が伝搬する部分にガラス前駆体材料を充填し、液相合成法によって前記ガラス前駆体材料を硬化させるステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ハイパワーな光に耐性があり、かつ熱耐性がある光モジュール及びその作製方法を提供することが可能となり、ＰＬＣの適応先拡大に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＰＬＣと光ファイバを接続する方法の従来例を説明するための図である。
【図２】ＰＬＣと光ファイバを接続する方法の他の従来例を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１に係る光モジュールを例示する図である。
【図４】本発明の実施例１に係る光モジュールにおけるＰＬＣとファイバブロックを接続する前の状態の斜視図である。
【図５】本発明に係る光モジュールについてのハイパワー耐性の測定系を示す図である。
【図６】本発明に係る光モジュールの経時的な損失変動の測定結果を示す図である。
【図７】本発明に係る光モジュールの信頼性試験の結果を示す図である。
【図８】本発明に係る光モジュールの耐熱性試験の結果を示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係る光モジュールを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施例１）
図３は、本発明の実施例１に係る光モジュールの上面断面図を示す。図３には、光ファイバ１０１と、光ファイバ１０１と光接続されるＰＬＣ１０２と、光ファイバ１０１を挿入・固定するファイバブロック１０３と、ＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３との接続端面間において光ファイバ１０１及びＰＬＣ１０２間で入出力される光が通過しない部分を接着・固定するＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４と、ＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３との接続端面間において光ファイバ１０１及びＰＬＣ１０２間で入出力される光が通過する部分を接着・固定するガラス層１０５と、を備えた光モジュール１００が示されている。図３に示されるように、ファイバブロック１０３には、接着剤堰き止め用溝１０６が設けられている。
【００３０】
ガラス層１０５は、液相合成法で生成される。液相合成法としては、例えば、液体原料が重合することによりゲル状になりこれを室温放置または焼成することにより硬化させてガラスを生成するゾル−ゲル法や、ゾル−ゲル法の一種でありポリシラザンを室温放置又は焼成することにより硬化させてガラスを生成するポリシラザン法や、液体原料が加水分解することにより硬化してガラスを生成する液相析出法を用いることができる。
【００３１】
ここで、本実施例では、ガラス層１０５の前駆体材料は、ポリシラザンを用いる。以下、ポリシラザンについて簡単に説明する。ポリシラザンは、ＳｉＨ2ＮＨを基本ユニットとする無機ポリマー材料であり、水と反応させることにより硬化して高純度なシリカ膜を形成する。硬化後のシリカ膜は、無色透明であり、可視光に対して吸収端を持たず、高い透明性を有する。また、ポリシラザンは、硬化後に無機のＳｉＯ2となるため、高エネルギーな光への耐性もあり、さらには１０００℃程度の耐熱性も有する。さらに、ポリシラザンは、一液タイプの溶液であるため、接続端面の微小な隙間にも容易に充填させることができる。
【００３２】
ポリシラザンには、シリカへの転化温度を下げるために、脱水素及び酸化触媒であるＰｂ化合物や水分との反応を促進させるアミン系の触媒がドーパントとして添加されていることが多い。ポリシラザンの硬化速度、反応速度はポリシラザンに含まれるドーパントや硬化温度、高湿雰囲気中で硬化するなどの硬化環境によって異なる。
【００３３】
液相合成法で生成されるガラス層１０５の前駆体材料としては、ポリシラザンのようなＳｉＨ2ＮＨを基本ユニットとする無機ポリマー材料の他に、例えば、シリコンアルコシドＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）4を主成分とするものやケイフッ化水素（Ｈ2ＳｉＦ6）を主成分にするものなどを用いることができる。
【００３４】
図４は、本発明の実施例１に係る光モジュールにおけるＰＬＣとファイバブロックを接続する前の状態の斜視図である。図４では、簡略化のため、ＰＬＣの出力側のみにファイバブロックを接続する際の構成を示している。
【００３５】
図４に示されるように、ＰＬＣ１０２は、Ｓｉ基板上でコア層をクラッド層で埋め込んだ埋め込み型導波路構造を有することができる。ＰＬＣ１０２の入出力端の間は、コア層をＳ字状に形成することによって構成されたＳ字状の曲げ導波路によって接続されている。
【００３６】
以下、本発明に係る光モジュールの作製方法を説明する。ＰＬＣ１０２は、例えば、次の手順で作製することができる。Ｓｉ基板上に厚さ２０μｍの石英ガラスで構成されたアンダークラッド層と、Ｇｅドープにより屈折率を高めた厚さ２μｍの石英ガラスで構成されたコア層と、を順に堆積する。一般的な露光現像技術及びエッチング技術により、コア層を光導波路のパターンに成形する。その後、石英ガラスで構成されたオーバークラッド層を１５μｍ積層して光導波路を形成した後に、ウエハをカットし、５．０×１０．０ｍｍのサイズのチップを切り出すことにより、石英系のＰＬＣ１０２を作製した。石英系のＰＬＣ１０２は、耐熱温度が５００℃を超えている。
【００３７】
ファイバブロック１０３は、例えば、Ｖ溝基板やマイクロキャピラリを用いることができる。ファイバブロック１０３は、Ｖ溝基板を用いた例では、次の手順で作製することができる。
【００３８】
厚さ１ｍｍ、５×５ｍｍのサイズのガラス板にφ１２５μｍのファイバ固定用のＶ溝を機械加工により形成する。当該Ｖ溝が形成されたＶ溝基板に光ファイバ１０１をセットし、Ｖ溝基板にセットされた光ファイバ１０１を厚さ１ｍｍ、５ｍｍ×３ｍｍのサイズのガラス板で挟み込む。２枚のガラス板とこれらのガラス板に挟み込まれた光ファイバ１０１とをＵＶ硬化樹脂接着剤で接着し、ＵＶ光を照射して固定した後、端面を研磨する。このようにして組み立てたファイバブロック１０３の接続端面に、幅１５０μｍ、深さ５００μｍの接着剤堰き止め用溝１０６を、接続端面の中心部分から左右２箇所に形成する。
【００３９】
このように接着剤堰き止め用溝１０６を形成することにより、ＵＶ硬化樹脂接着剤が接続端面における光通過部分に侵入することを防止することができる。そのため、ＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４を接続端面において光が通過しない部分のみに設けつつ、ガラス層１０５を光通過部分にのみ設けながら、ファイバブロック１０３とＰＬＣ１０２とを接着固定することが可能となる。接着剤堰き止め用溝１０６は、例えば、幅１００μｍ以上、深さ１００μｍ以上あればよい。
【００４０】
次に、ＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３とを微動調心装置に固定し、ＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３との接続端面を１μｍ程度離した状態で接続位置を調整した後、ＵＶ硬化樹脂接着剤を接続端面間において光が通過しない部分に塗布する。このとき、ＵＶ硬化樹脂接着剤は毛細管現象により接続端面全体に広がろうとするが、接着剤堰き止め用溝１０６によってＵＶ硬化樹脂接着剤が堰き止められ、接続端面における光通過部分にＵＶ硬化樹脂接着剤が達しない。その後、ＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３との接続端面に広がったＵＶ硬化樹脂接着剤に対してＵＶ光を照射して硬化させることによりＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４を形成し、ＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３とを接着・固定する。
【００４１】
接着固定したＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３とを微動調心装置から取り外した後、接続端面間における光通過部分の空隙にポリシラザンを充填し、室温で１２時間放置することによってポリシラザンを硬化させることにより、ガラス層１０５を光通過部分に形成する。以上のようにして、本発明の実施例１に係る光モジュール１００を作製した。
【００４２】
このようにして作製した本発明の実施例１に係る光モジュール１００に対して接続損失を評価した。図５は、本の実施例１に係る光モジュール１００についてのハイパワー耐性の測定系を示す。図５に示されるように、光モジュール１００の入力端にはＬＤ１１０から波長４０５ｎｍの光が入射され、光モジュール１００の出力端から出射された光の出力パワーをパワーメータ１２０で測定した。
【００４３】
光モジュール１００全体の挿入損失は３．０ｄＢであった。ＰＬＣ１０２の透過損失は既存の測定から１．０ｄＢと見積もられるため、入出力端の２か所の接続損失はそれぞれ１．０ｄＢと考えられる。
【００４４】
一方、図５に示す測定系において、光モジュール１００に代えて、光通過部分を空隙にした従来の光モジュールを用いてその接続損失を同様に測定した場合、接続損失が１．０ｄＢであった。従って、ポリシラザンを光通過部分に充填しても光の透過性に問題がなく、損失の少ない接続が実現できていることが確認できた。
【００４５】
図６は、波長４０５ｎｍ、２０ｍＷの光を入射した時の実施例１に係る光モジュール１００の損失変動を２０００時間測定し続けた時の結果を示す。図６に示すように、実施例１に係る光モジュール１００では、２０００時間経過しても出力パワーが３ｄＢで変化しないことが分かった。
【００４６】
一方、光通過部分を空隙にした図２に示す従来の光モジュールの接続損失を同様に測定すると、１００時間程度で出力パワーが劣化する。これは前述したように、集塵効果により空隙に埃を集めてしまい、それらが透過損失を増大させてしまうことで出力パワーが劣化することが分析により確認されている。
【００４７】
次に、図７（ａ）は、本発明の実施例１に係る光モジュール１００を湿度８５％、温度８５℃の高温高湿試験に２０００時間かけた時の接続損失の経時的変化を示し、図７（ｂ）は、−４０℃〜７０℃のヒートサイクル試験を行った時の接続損失の経時的変化を示す。
【００４８】
図７（ａ）に示すように、本発明の実施例１に係る光モジュール１００では、高温高湿条件下で２０００時間経過しても出力パワーが３ｄＢで変化しないことが分かった。また、図７（ｂ）に示すように、本発明の実施例１に係る光モジュール１００では、−４０℃〜７０℃のヒートサイクルを与えた場合であっても、出力パワーが３ｄＢで変化しないことが分かった。したがって、本発明の実施例１に係る光モジュール１００では、光伝搬特性の経時的劣化は生じなかった。
【００４９】
従って、図７（ａ）及び（ｂ）に示した結果から、ポリシラザンを用いた本発明の実施例１に係る光モジュール１００は信頼性試験にも耐えることが分かった。このことから、本実施例のように、ポリシラザンを用いて光ファイバ１０１とＰＬＣ１０２とを光接続した場合、可視領域の高エネルギーな光に耐性のある光接続が可能であることが示された。
【００５０】
実施例１に係る光モジュール１００について光接続部の耐熱性を評価した。図８は、実施例１に係る光モジュール１００を、室温下、１００℃、２００℃、３００℃で１時間加熱したときの接続損失を示す。図８では、図５に示す測定系と同様の測定系を用いて、一方の光ファイバ１０１にＬＤ１１０から波長１５５０ｎｍの光を入射し、他方の光ファイバ１０１から出力された光の出力パワーをパワーメータ１２０で測定することで接続損失を評価した。図８に示されるように、実施例１に係る光モジュール１００を１００℃〜３００℃の高温下で加熱し続けても接続損失が変化しないことが示された。
【００５１】
このように、本発明では、ＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４を構成するＵＶ硬化樹脂接着剤を微動調心装置上での接続位置の仮固定のために使用し、その後にガラス層１０５を形成して接続位置を本固定している。そのため、たとえＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４が熱により劣化したとしても、ガラス層１０５で接続位置、接続強度、透明性、信頼性を担保できることから、常時高温環境下でも耐え得る耐熱性を有する光接続が実現可能である。
【００５２】
本発明の実施例１に係る光モジュール１００の製造方法の量産性について考えた時、実施例１に係る光モジュール１００の製造方法では、光が通過しない部分をＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４で固定しておき、光通過部分をガラス前駆体材料で充填するため、図１に示すような従来の光モジュールの製造方法に比べて、ガラス前駆体材料を充填させて室温に長時間放置して硬化させる分だけ製造工程が増えてしまう。
【００５３】
しかしながら、この充填工程は、微動調心装置を用いたサンプル一つ一つ実施する工程ではなく、多数光モジュールの接続端面にまとめてガラス前駆体材料を充填して硬化させればよいので、量産性が大きく低下するものではない。
【００５４】
よって、本発明の実施例１に係る光モジュール１００の製造方法により、従来のＵＶ硬化樹脂接着剤を用いた光接続の利点を生かしつつ、高エネルギーな光に耐性のあり、かつ熱耐性がある光接続が実現できた。従って、本発明は、ＰＬＣの適応先拡大に大きく貢献するものである。
【００５５】
なお、本実施例１では、簡略化のため、入出力端にそれぞれ１本の光ファイバ１０１を接続した構成を例示しているが、これに限定されず、ファイバブロック１０３に複数の光ファイバ１０１を挿入・固定するための複数のＶ溝を形成し、ＰＬＣ１０２に複数本の光導波路を形成して、その入出力端にそれぞれ複数の光ファイバ１０１を接続した構成とすることができる。以下の実施例２でも同様である。
【００５６】
（実施例２）
以下、本発明の実施例２に係る光モジュールについて説明する。本実施例２に係る光モジュールでは、光が通過しない部分を接着するＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４を構成するＵＶ硬化樹脂接着剤として、２００℃程度で加熱しても軟化しないＵＶ硬化樹脂接着剤を使用し、ガラス前駆体材料を加熱することによって硬化させてガラス層１０５を形成している。
【００５７】
ポリシラザンなどのガラス前駆体材料は、加熱すると酸素や水と反応が早く進み、室温放置した場合に比べて硬化にかかる時間を短縮することができることが知られている。本実施例２に係る光モジュールでは、ＵＶ硬化樹脂接着剤層１０４を構成するＵＶ硬化樹脂接着剤として２００℃以上で加熱しても軟化しないＵＶ硬化樹脂接着剤を使用することにより、ガラス前駆体材料の充填後に加熱処理によってガラス前駆体材料を硬化させてガラス層１０５を形成することを可能にしている。そのため、本実施例２に係る光モジュールによると、ポリシラザンを室温での１２時間放置によって硬化させる実施例１に比べて、硬化時間をはるかに短縮することができることから、量産スループットの向上を実現することが可能となる。
【００５８】
実施例２では、ファイバブロックの組み立て時に用いるＵＶ硬化樹脂接着剤として２００℃で加熱しても剥離や劣化が生じないＵＶ硬化樹脂接着剤を用いたことを除き、ＰＬＣ１０２とファイバブロック１０３を実施例１と同様の手順で作製した。また、実施例２では、接続端面において光が通過しない部分の接続に用いるＵＶ硬化樹脂接着剤として２００℃で１時間加熱しても軟化しないＵＶ硬化樹脂接着剤を用いたこと、ポリシラザンとして２００℃で加熱すると１時間で硬化可能なものを用いたこと、及び、ポリシラザンを充填後に、室温で１２時間放置せずに、２００℃程度で１時間加熱することによってポリシラザンを硬化させたこと、を除き、実施例１と同様の手順でこれらを接続した。
【００５９】
このようにして作製した実施例２に係る光モジュールについて接続損失を評価したところ、接続損失は１．０ｄＢで実施例１と同等であった。また、光接続部のハイパワー耐性を評価するために、波長４０５ｎｍ、１ｍＷの光を２０００時間、光モジュールに透過し続けたが、出力パワーに変動は生じなかった。実施例２に係る光モジュールの耐熱性を評価したところ、実施例１に係る光モジュール１００と同様に、１００℃〜３００℃の高温下で加熱し続けても接続損失が変化しなかった。よって、実施例２でも、実施例１と同様に、ハイパワー耐性及び耐熱性のある光接続を実現することができた。
【００６０】
以上のように、実施例２では、ポリシラザンを室温での１２時間放置によって硬化させる実施例１に比べ、硬化時間を１/１２にすることができるため、ハイパワー耐性及び耐熱性のある光接続を実現しつつ、量産スループットの向上を実現することが可能となる。
【００６１】
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３に係る光モジュールを示す。図９には、光ファイバ２０１と、光ファイバ２０１と光接続されるＰＬＣ２０２と、光ファイバ２０１を挿入・固定するマイクロキャピラリ２０３と、ＰＬＣ２０２とマイクロキャピラリ２０３との接続端面間において光が通過しない部分を接着・固定するＵＶ硬化樹脂接着剤層２０４と、ＰＬＣ２０２とマイクロキャピラリ２０３との接続端面間において光が通過する部分を接着・固定するガラス層２０５と、を備えた光モジュール２００が示されている。図９に示されるように、マイクロキャピラリ２０３には、接着剤堰き止め用溝２０６が設けられている。
【００６２】
ＰＬＣ２０２は、実施例１及び２と同様の手順で作製した。
【００６３】
マイクロキャピラリ２０３は、例えば、φ０．１２６ｍｍの穴が開いたφ１ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状のガラス部材で構成することができる。このようなガラス製のマイクロキャピラリ２０３は、耐熱温度が５００℃を超えている。マイクロキャピラリ２０３にポリイミド被覆の耐熱温度３００℃の光ファイバ２０１を挿入し、２００℃の耐熱性を有するＵＶ硬化樹脂接着剤を用いて固定した。
【００６４】
ＰＬＣ２０２と、光ファイバ２０１を挿入・固定したマイクロキャピラリ２０３との接続手順は実施例２と同様である。
【００６５】
本実施例３でも実施例２と同様に、ハイパワー耐性及び耐熱性のある光接続を実現しつつ、量産スループットの向上を実現することが可能となる。
【００６６】
ここで、本実施例３では、簡略化のため、入出力端にそれぞれ１本の光ファイバ２０１を接続した構成を例示しているが、これに限定されず、マイクロキャピラリ２０３ととして複数の光ファイバ２０１を挿入可能な多芯マイクロキャピラリを使用し、ＰＬＣ２０２に複数本の光導波路を形成することにより、その入出力端にそれぞれ複数の光ファイバ２０１を接続した構成とすることができる。
【００６７】
なお、上記実施例では、ＰＬＣとファイバブロック又はマイクロキャピラリとの接続について説明したが、本発明の原理は、ＰＬＣ同士の接続、ファイバ同士の接続など、光導波路デバイス全般に応用することが可能である。また、ＰＬＣの材料は石英系に限らず、シリコン系、半導体系など、どのような材料であってもよい。さらに、上記実施例では、接着剤堰き止め用溝をファイバブロック又はマイクロキャピラリに設けた構成を示しているが、接着剤堰き止め用溝をＰＬＣに設けてもよい。
【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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