(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座上に板面を平行に対向して立設された２枚の保持部品であって、
各々の対向板面上に各々対向して形成された複数の溝を有してなる保持部品と、
対向する前記溝により幅方向両端部が挟持されて積層された複数の光導波路チップとを有する光信号処理装置であって、
前記光導波路チップは基板と光導波路層とからなり、前記光導波路層が形成された面を台座側に向けて積層されており、
少なくとも前記光導波路チップの表面の一部と前記保持部品の溝の台座側の側面の一部とが接しており、
前記光導波路チップの前記光導波路層は、光導波路チップの幅方向の両端部において、前記保持部品の溝の深さよりも少ない幅で除去されており、
前記光導波路チップの前記光導波路層が除去された部分の基板の表面の一部と、前記保持部品の溝の台座側の側面の一部が接しており、
前記光導波路チップの前記光導波路層が除去された部分に接する前記光導波路層の側面と前記保持部品の前記溝に隣接する前記対向板面の一部がさらに接しており、
双方の保持部品を台座に固定し、一方の保持部品の溝の底部に設けられた貫通穴を介して押圧用部品により前記光導波路チップを押圧可能とした
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
複数の前記光導波路チップには、前記基板と前記光導波路層を貫通する１つ以上の貫通穴が同じ位置に形成されており、柱状部品が前記貫通穴を通って固定されている
ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理装置。
【請求項３】
前記保持部品に形成された複数の溝は、溝に沿った方向がすべて平行となる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記保持部品に形成された複数の溝は、溝に沿った方向の延長線がすべて一点で交わる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ネットワークに用いられる波長選択スイッチなどの平面光波回路型光部品を使用した光信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の大容量化が進展し、伝送容量が波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）方式により増大する一方で、ノードにおける経路切換機能のスループットの増大が強く求められている。
【０００３】
従来、光信号の経路切換は、伝送されてきた光信号を電気信号に変換した後に、電気スイッチにより行う方法が主流であったが、近年、高速で広帯域であるという光信号の特徴を生かして、光スイッチ等を用いて光信号のまま、アド・ドロップ等の経路切換を行う、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）システムが導入されてきている。
【０００４】
このＲＯＡＤＭシステムでは具体的には、ネットワークをリング型として各ノードで波長分割多重（ＷＤＭ）された光信号のアド（Ａｄｄ：合流）・ドロップ（Ｄｒｏｐ：分岐）を行うとともに、その必要がないものは光信号のまま通過させるため、ノード装置が小型で低消費電力化するという利点がある。それらＲＯＡＤＭシステムの将来的な展開に必要な光信号処理装置・デバイスとして、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｗｉｔｃｈ）モジュールが求められている。
【０００５】
従来、このような波長選択スイッチ（ＷＳＳ）としては、例えば平面光波回路系と接続する空間光学系にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーアレイを用いたＷＳＳが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１に、そのような従来の光信号処理装置の例として、ＭＥＭＳミラーアレイを用いたＷＳＳの構成を示す。図１（ａ）は、複数の平面光波回路基板８００、８００’を積み重ねた平面光波回路系と、ＭＥＭＳミラーアレイ８４０を含む空間光学系を接続したＷＳＳの、中層の基板８００における平面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
【０００７】
図１に示すＷＳＳでは、図１（ａ）左端中央の入力側の光ファイバより平面光波回路系の基板８００の入力ポートにＺ方向で、波長分割多重（ＷＤＭ）化された光信号（波長λ1，λ2，…λ5）が入力信号として入力される。入力信号は、基板８００上に複数構成された波長分波器の中央の１つにより、互いに波長の異なるチャネル光信号ごとに分波されて基板８００右端より出力される。
【０００８】
波長分波器は、例えば、基板８００上に石英ガラス系のスラブ導波路８０１およびアレイ導波路８０２を備えた光導波路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、平面光波回路）で作製されたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）とすることができる。
【０００９】
このようなＡＷＧは受動素子のみで構成されているため光信号の進行方向は可逆であり、スラブ導波路８０１側から入力したＷＤＭ光信号をアレイ導波路８０２側より波長ごとに分波して＋Ｚ方向に出力するほか、逆にアレイ導波路８０２側から入力した各波長の光信号をスラブ導波路８０１側から合波したＷＤＭ光信号として−Ｚ方向に出力することもできる。
【００１０】
分波されたチャネル光信号は、このＰＬＣチップである基板８００の右端中央より出射されて、空間光学系にあるレンズ（シリンドリカルレンズ８１０、主レンズ８３０）により、図１右端のＭＥＭＳミラーアレイを構成するＭＥＭＳミラー８４０に集光される。ここでＭＥＭＳミラーアレイは、各々のミラー８４０に各波長チャネルの光信号が各々入力するように配置されている。
【００１１】
したがって、この各ＭＥＭＳミラー８４０の角度を調整することにより、各波長チャネルの光信号を任意の方向に向きを変えて反射することができる。例えば、図１（ａ）に示すＷＳＳにおいて光軸Ｚに対して基板８００の面内の方向（±Ｘ方向）にミラーを振ることにより、同一基板８００上の他のＡＷＧに逆向き（−Ｚ方向）に光を入力することが可能である。
【００１２】
また、図１（ｂ）の側面図に示すように、この従来例のＷＳＳは、平面光波回路系の部分において、入力ポートを含む中央のアレイ導波路回折格子基板８００（ＰＬＣチップ）の上下に、複数の出力ポートのみを有するアレイ導波路回折格子基板８００’（ＰＬＣチップ）を複数積み重ねた多段構成のＷＳＳである。
【００１３】
したがって、各ＭＥＭＳミラー８４０の角度を光軸Ｚに対して基板面上下の方向（±Ｙ方向）に反射するように振り、さらに調整することにより、積み重ねられた他のＰＬＣチップ８００’のＡＷＧに光信号を逆向き（−Ｚ方向）に入力することも可能である。
【００１４】
図１に示すＷＳＳにおいて、反射されて再度ＡＷＧに逆向きに入力された各波長チャネルの光信号（波長λ1，λ2，…λ5）は、出力ポートに接続された各ＡＷＧにより合波され、図１左端の各出力ポートから再びＷＤＭ信号として−Ｚ方向に出力される。
【００１５】
例えば図１では１枚のＰＬＣチップ上に５個のＡＷＧが設けられているから、１つの入力側のアレイ導波路格子に対して、４個の出力側のアレイ導波路格子を配置すれば、ＰＬＣチップ８００のみで１入力４出力（１×４）のＷＳＳとして機能し、これに出力ポートのみの同様なＰＬＣチップ８００’を上下に各２枚、あわせて５枚、積層すれば、全体として１×２４のＷＳＳを構成することができる。
【００１６】
なお、ここでは、ＰＬＣ回路基板（ＰＬＣチップ）上に設けられたアレイ導波路格子（ＡＷＧ）で各波長光を分波させているが、ＡＷＧを用いずにファイバアレイを多段に並べる、或いは、単にＰＬＣチップによりビームを出力する構成とし、空間光学系側に回折格子を設けて波長を分波させるＷＳＳなども一般的に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特表２００５−５２６２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、図１に示すような複数のＰＬＣチップを積層したＷＳＳでは従来、平面光波回路系と空間光学系の間の位置あわせに際して、平面光波回路系の複数のＰＬＣチップに対して、空間光学系の入射／出射光の光ビームの位置もしくはＰＬＣチップの位置をモニタしながらＰＬＣチップの位置などを調節して、アクティブ調心する等、精密に位置合わせする必要があり、手間がかかり製造スループットが上がらないという課題があった。
【００１９】
特に、ＰＬＣチップの垂直方向、すなわち図１（ｂ）においてＹ軸方向に関する位置合わせは、非常に高い精度が求められる。これはＰＬＣチップから出力されるビーム径がＹ軸方向で数μｍ程度である一方で、ＰＬＣチップの入出力部の光コアの結合部においては、その数分の１〜１０分の１のサブミクロン程度のアライメント精度が要求されるためである。
【００２０】
また、ＰＬＣチップはＸ軸方向に数ｃｍサイズの幅を有しており、光信号の入出力する個々のコアのＰＬＣチップ内での位置、間隔等はリソグラフィにより正確に決められるものの、ＰＬＣチップ全体としてのＸ方向の位置は、その全域にわたってＹ方向と同様にサブミクロンの精度で位置合わせする必要がある。
【００２１】
また、光軸であるＺ軸方向には空間光学系の設計次第ではあるが、Ｘ軸Ｙ軸に比べて多少マージンが広く、数μｍ〜数１０μｍ程度でよいが、やはり位置合わせが必要である。
【００２２】
また、空間光学系に対する光ビームの出射、入射方向を規定するＰＬＣチップの向き、たとえばＸ、Ｙ、Ｚの各軸の周りの回転方向（θｘ、θｙ、θｚ）で規定される向き・方向についても、相対的に角度で数十ミリ度程度の位置合わせ精度が要求される。
【００２３】
さらに、レンズなどを複数のＰＬＣチップで共用している場合には、光導波路のコアやＰＬＣチップ間のＸ，Ｙ軸方向の距離を、レンズなどの光軸（Ｚ軸）に極力近接して配置する必要がある。しかし、近接した複数のＰＬＣチップをアクティブ調心するためには、ＰＬＣチップの把持部品の干渉や、調心のための装置可動範囲などの観点で調心装置の実現が困難、或いは非常に複雑な機構が必要となるという課題がある。
【００２４】
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光導波路を含む複数のＰＬＣチップ（平面光波回路基板）を精密に積層する光信号処理装置の構造であって、特に、ＰＬＣが３つ以上からなる際に各ＰＬＣチップの導波路コアの位置について、各軸或いは複数軸一括で簡易にかつ精密に位置あわせ（アライメント）して実装可能とした光信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００２６】
（発明の構成１）
台座上に板面を平行に対向して立設された２枚の保持部品であって、
各々の対向板面上に各々対向して形成された複数の溝を有してなる保持部品と、
対向する前記溝により幅方向両端部が挟持されて積層された複数の光導波路チップとを有する光信号処理装置であって、
前記光導波路チップは基板と光導波路層とからなり、前記光導波路層が形成された面を台座側に向けて積層されており、
少なくとも前記光導波路チップの表面の一部と前記保持部品の溝の台座側の側面の一部とが接しており、
前記光導波路チップの前記光導波路層は、光導波路チップの幅方向の両端部において、前記保持部品の溝の深さよりも少ない幅で除去されており、
前記光導波路チップの前記光導波路層が除去された部分の基板の表面の一部と、前記保持部品の溝の台座側の側面の一部が接しており、
前記光導波路チップの前記光導波路層が除去された部分に接する前記光導波路層の側面と前記保持部品の前記溝に隣接する前記対向板面の一部がさらに接しており、
双方の保持部品を台座に固定し、一方の保持部品の溝の底部に設けられた貫通穴を介して押圧用部品により前記光導波路チップを押圧可能とした
ことを特徴とする光信号処理装置。
【００３１】
（発明の構成２）
複数の前記光導波路チップには、前記基板と前記光導波路層を貫通する１つ以上の貫通穴が同じ位置に形成されており、柱状部品が前記貫通穴を通って固定されている
ことを特徴とする発明の構成１記載の光信号処理装置。
【００３２】
（発明の構成３）
前記保持部品に形成された複数の溝は、溝に沿った方向がすべて平行となる
ことを特徴とする発明の構成１または２に記載の光信号処理装置。
【００３３】
（発明の構成４）
前記保持部品に形成された複数の溝は、溝に沿った方向の延長線がすべて一点で交わる
ことを特徴とする発明の構成１または２に記載の光信号処理装置。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、複数のＰＬＣチップの入出力端面のコアに関する少なくともＹ軸方向の位置について、アクティブな調節を必要としないパッシブアライメントにより、簡易にかつ所望の精度に実装された、複数ＰＬＣチップが一体化された光信号処理装置を提供することが可能である。特に、３つ以上からなるＰＬＣチップを積層配置させ、高精度、かつ高密度にパッシブ実装することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の光信号処理装置であるＭＥＭＳミラーアレイを用いたＷＳＳの構成を示す平面図と側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光信号処理装置の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光信号処理装置の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る保持部品の単体の斜視図である。
【図５】比較例として示すＰＬＣチップの単純積層構造を説明する断面図である。
【図６】本発明の実施形態１の実装工程の一部を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態１の実装工程の一部を示す他の例の斜視図である。
【図８】本発明の実施形態１の実装工程において、保持部品の溝とＰＬＣチップとの接合部を拡大した正面図である。
【図９】本発明の実施形態１の実装工程において、空間側への光入出力端面に反射防止膜および補強板を形成した例を示す正面図である。
【図１０】本発明の実施形態１において、複数のＰＬＣチップを積層配置した光信号処理装置の保持部品の溝におけるＹ−Ｚ断面図である。
【図１１】本発明の実施形態１の他の例において、複数のＰＬＣチップを積層配置した光信号処理装置の保持部品の溝におけるＹ−Ｚ断面図である。
【図１２】本発明の実施形態１の他の例において、複数のＰＬＣチップを積層配置した光信号処理装置の保持部品の溝におけるＹ−Ｚ断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るＰＬＣチップのＸ−Ｙ断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る光信号処理装置の正面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る光信号処理装置の部分斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態２の光信号処理装置の実装工程の例を示す正面図である。
【図１７】本発明の実施形態２の光信号処理装置の実装工程の他の例を示す正面図である。
【図１８】本発明の実施形態３の光信号処理装置の実装例を示す正面図である。
【図１９】本発明の実施形態３の光信号処理装置のＰＬＣチップの基板の厚みと撓み量の関係を計算した例を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態４の光信号処理装置のＰＬＣチップの斜視図である。
【図２１】本発明の実施形態４の光信号処理装置の実装例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施形態においては、光信号処理装置を構成するＰＬＣチップとして、シリコン（Ｓｉ）基板上に形成されたガラス薄膜の平面光波回路（ＰＬＣ）を例に説明するが、ＰＬＣチップ内に光導波路などの光回路を有する構造で、それらが一体化された構造であれば、これに限らない。例えば、基板や導波路として、石英ガラスのほか、有機物からなるポリマーや、Ｓｉ、インジウムリン（ＩｎＰ）等の半導体あるいは化合物半導体導波路、リチウムナイトライド（ＬＮ）等の誘電体を用いてもよい。
【００３７】
また、ＰＬＣの光導波路層には、コアとクラッドが形成されており、信号を処理するための各種回路が搭載されているが、本発明の解決すべき課題からして当然、本発明の形態はＰＬＣの回路構成や回路の機能によらない。また、ＰＬＣには保持部品の溝に当たる部分を避けるように適切な光回路が形成されているが、上述のとおり、回路の構成によるものでないため、説明の簡略化のため、以下の図面では省略している。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３９】
（第１の実施形態）
図２、図３に、本発明の第１の実施形態に係る光信号処理装置を示す。
【００４０】
本発明の実施形態１において光信号処理装置は、長方形板状で同形同大の複数の光導波路（ＰＬＣ）チップを、ＰＬＣチップ保持用の溝を有する２枚の保持部品により台座上に挟持し、積層して一体化した構成であって、図２にＰＬＣチップのＺ軸方向（空間光学系側）から見た正面図を示し、図３に斜視図を示す。
【００４１】
図２にあるように、代表例として説明する最上部のＰＬＣチップ１００は、長方形板状のＳｉ基板１０１上に堆積された薄膜ガラスからなる光導波路層１０２が形成されている。本発明の光信号処理装置としての実装時には、ＰＬＣチップはすべて、光導波路層１０２が形成された面がＳｉ基板１０１の下（台座３０側）になる向きに設置されている。
【００４２】
ＰＬＣチップ１００の光導波路層１０２には、光信号が伝搬、入出力する中心となるコア１０３と、その周囲にクラッドが形成されており、前述の様にＰＬＣチップの空間光学系側端面において光信号が入出力するコア１０３の、Ｘ−Ｙ面内方向のアライメントが特に重要である。
【００４３】
ＰＬＣチップ１００は、台座３０の上面の両脇に板面を対向して立設された２枚の直方体または板形状の保持部品１０、２０に挟まれて、それぞれの保持部品の対向面に形成された溝１１，溝２１によってチップの幅方向両端部が挟持されて、積層して搭載されている。
【００４４】
なお、説明および図面には、ＰＬＣチップ１００とそれに対応する溝１１，２１について代表して説明するが、複数個の他のＰＬＣチップ１００’、・・・、１００’’も基本、ＰＬＣ１００と同形同大であり、２つの保持部品１０、２０の形状、大きさとそれに対応する溝１１’、・・・、１１’’および溝２１’、・・・、２１’’についても同様である。
【００４５】
２つの溝１１および２１の溝幅は、ＰＬＣチップ１００の基板１０１及び光導波路層１０２を含む全体のチップ厚さよりも大きく形成されている。これらの溝は、図３に示すように、長手方向（Ｚ軸方向）に沿って形成され、かつＹ軸方向に複数個形成されており、複数のＰＬＣチップは、その幅方向（Ｘ方向）の両端部が長手方向に沿って対向する２枚の保持部品の対向する各溝によって保持され、積み重ねられて搭載されて光信号処理装置を構成している。
【００４６】
なお、図３の光信号処理装置のＰＬＣチップ奥行き方向（Ｚ軸方向奥行き側）に見える光ファイバアレイ３００は、光信号処理装置の入出力ポートに光信号を入出力する複数の光ファイバを平面状に束ねたものである。
【００４７】
（保持部品）
図４に、溝１１を有する保持部品１０の単体の斜視図を示す。保持部品１０は、直方体または板状のガラス基板からなり、フォトリソグラフィとエッチング処理によって、板面上に所定のパターンに複数の溝１１、１１’、・・・、１１’’が形成されており、その溝幅、溝深さ、および溝の間隔がリソグラフィ精度で精密に制御されている。溝のある面で対向する保持部品２０も同様の構成である。
【００４８】
なお、ここでは、保持部品がガラス基板からフォトリソグラフィで形成された例を示したが、同様の高精度な溝を形成する手段であれば、例えば精密機械加工でもかまわない。また、保持部品の材料はガラス基板の例を示したが、Ｓｉなどの半導体やポリマー、金属などの基板を用いても良い。
【００４９】
ＰＬＣチップの材料としては、前述の通り、種々の材料が適用可能であるが、好ましくは、光導波路層１０２は石英ガラス、基板１０１はシリコン（Ｓｉ）からなることが、導波路の低損失性、長期的な安定性の観点から優れている。この点を考慮すると、保持部品のガラス基板は、ＰＬＣチップの基板１０１と熱膨張係数が近い材料、例えばコーニング社製テンパックスガラスなどを用いることが好ましい。金属を用いる場合は、基板１０１と熱膨張係数が近いコバールを用いることが好ましい。
【００５０】
保持部品の溝の形状は図４に示すように矩形に近い物が好ましいが、ＰＬＣチップを搭載可能な形状であればこれに限定しない。ただし、溝の側面のうち立設時に台座側となる側の溝側面１１ａは、保持部品の板面に直角に精密に位置決めされる必要がある。保持部品１０及び保持部品２０は、図４と同じパターンの溝が形成された大型の基板上から切り出すことで、同一のパターンをもつ基板として複製することが可能であり、溝幅、溝形状、溝の配置がほぼ同一の形状となっている。
【００５１】
これを図２、図３に示すように、台座３０の上面のＸ方向両側に、保持部品１０と保持部品２０の溝のある板面が対向し、溝の深さ方向（図２でＸ軸方向）と、前記ＰＬＣチップ１００の厚み方向（図２でＹ軸方向）が直交するように立設して配置し、溝１１および２１によって、前記ＰＬＣチップ１００の両端を挟んで支える役割を持たせている。このとき、ＰＬＣチップ１００の光導波路層１０２のある側の面を下向きに配置しているので、溝１１および溝２１の各々の下側（台座３０側）の溝側面１１ａ、２１ａの一部とＰＬＣチップ１００の光導波路層１０２の表面の一部が接している。
【００５２】
一般にバルクの基板１０１の厚みよりも光導波路層１０２の厚みは精度よく形成可能なので、このような構成とすることにより本実施形態１においては、各々のＰＬＣチップの入出力コアの配置が、Ｙ軸方向において前記保持部品の溝の位置とＰＬＣチップの光導波路層の厚みによって精密に位置決めされ、Ｙ軸方向のアクティブなアライメントが不要になる、という効果を奏する。
【００５３】
従来は、各々のＰＬＣチップを把持して、適切な位置になるようアクティブアライメントを行い、Ｙ軸方向に固定位置決めする必要があったが、この工程を大幅に簡易化し、パッシブ実装により、Ｙ軸方向の位置決めを行う事が可能となる。
【００５４】
（比較例との対比）
また、比較例として図５に示すＰＬＣチップの単純積層構造のように、保持部品を用いずに、複数のＰＬＣチップを直接搭載、或いはスペーサ、接着剤５０１等を介して単純に積層配置する方法も考えられる。しかしながら、この比較例の場合は、そのＹ軸方向のコア間距離は、接合部の実装精度などのほかに、基板１０１も含めたチップ全体の厚み精度も影響することとなり、基板の厚み１０１も高精度に制御する必要がある。
【００５５】
さらに、特に３つ以上のＰＬＣチップの場合では、比較例のように単純に積層してゆくと、１つ目のＰＬＣチップ１００を基準にして、そのＹ軸方向のコア間距離の誤差が累積していくことになる。すなわち１個目のＰＬＣチップとｎ個目のＰＬＣチップとのＹ方向のコア間距離の誤差には、２個目、３個目、・・・、ｎ−１個目の搭載誤差全てが累積されていくことになる。
【００５６】
本発明の構成を用いることにより、ＰＬＣチップの基板１０１も含めたＰＬＣチップ全体の厚みを考慮することなく、光導波路層１０２における光導波路層表面からコア位置までの距離のみを考慮すればよい、という第１の効果が得られる。
【００５７】
一般に、光導波路層１０２は高精度に積層されており、基板の厚みに比べて、精度良く厚み制御が可能となる。このとき、複数の溝１１、１１’、・・・、１１’’の相対的な位置誤差と、溝幅の誤差も影響することとなるが、本発明では保持部品もリソグラフィにより形成されており、これらの誤差は、リソグラフィ精度で決まるため、無視できるほど小さく出来る。
【００５８】
また本発明の構成を用いることにより、Ｙ軸方向のコア間距離について、個別の前述の溝位置と溝幅、光導波路層厚みで決まることから、例えば図５の従来の単純に積層して搭載していく比較例の構成と比べて、誤差が累積することない、という第２の効果も得られる。
【００５９】
そのため、ＰＬＣチップを３個以上の多数、例えば２０個積層配置した際も、個別の溝とチップの光導波路層の厚みのみを考慮すればよく、かつこれらは非常に高精度に制御できることから、全てのＰＬＣチップのＹ軸方向のコア間距離について、高精度に固定した光信号処理装置をパッシブ実装により簡易に提供することが出来る。
【００６０】
また、光軸（Ｚ軸）周りの回転方向の角度θｚの実装精度についても、２つの保持部品の溝の位置関係のみで決まることから、元々同一の高精度パターンの溝が形成された保持部品１０，２０を用いて台座３０の平面に正しく立設固定することにより、複数のチップ同士の相対的なθｚの誤差を非常に小さく抑えて、実装することが可能となる。
【００６１】
以上が、本発明の第１の実施形態における効果であるが、次に、本発明の実装方法を述べる。
【００６２】
（実施形態１の実装工程）
図６〜図１２に本発明の実施形態１の実装工程の例を示す。
【００６３】
図６に示すように、保持部品１０、２０は、ガラスなどからなる台座３０の上に対向する板面を平行にして垂直に立てるようにして、接着剤６０１，６０２により接着固定されている。
【００６４】
保持部品１０，２０の厚みが薄く、自立させることが困難な場合は、図６に示すように、別途必要に応じて補強板６１０，６２０を用いて、台座とほぼ垂直になるよう立てて接着固定させてもよい。このとき、対向する２枚の保持部品１０、２０の対向する板面の間の距離は、間に積層配置されるＰＬＣチップのＸ軸方向長さ、幅よりやや小さく設定し、溝の深さを加えた２枚の保持部品の対向する溝の底面の間の距離は、ＰＬＣチップの幅よりやや大きくなるように設定し、平行に配置しておく。
【００６５】
保持部品の平行配置には、必要に応じて図７に示すように、適宜、スペーサ部品７００などを用いるか、台座３０にＺ軸長手方向に平行な２つの切り欠き（溝）７０１，７０２を設けるなどすればよい。
【００６６】
その後図８に示すように、各々のＰＬＣチップ１００ほかを、光導波路層１０２の側の表面を台座３０側（下側）に向けて、個々挿入させる。このとき、ＰＬＣチップ１００の自重により、光導波路層１０２の表面の一部は、前記保持部品１０、２０の溝１１、２１の下側（台座側）の溝側面１１ａ、２１ａと各々接することになる。
【００６７】
その後、複数のＰＬＣチップの空間側への光入出力端面（Ｚ方向手前側のＸ−Ｙ面）が一致するよう、Ｚ方向手前側に平面板などに突き当てた状態で、前記溝と前記ＰＬＣチップの間などに接着剤８０８、８０９を浸透させる。
【００６８】
さらに、Ｘ軸方向のコア位置に関しては、画像観察などにより、アクティブアライメントとして最適な位置に調整した後に、接着剤を硬化して固定させる。
【００６９】
図８には、保持部品１０，２０の一部の溝１１，２１とＰＬＣチップ１００との接合部を拡大したＺ軸方向から見た正面図を示す。前述の様に接着部は、ＰＬＣチップの側面と溝底面の間に接着剤８０８、８０９を充填させ、Ｚ軸長手方向に浸透させている。また、接着強度を強固にするために、溝部以外についても外周部或いは、ＰＬＣチップ間隙部に適宜接着剤を用いてもよい。
【００７０】
その後、ビーム光を、空間側へ入出力するＰＬＣチップの光入出力端面（Ｚ方向手前側のＸ−Ｙ面）には、必要に応じて複数チップの一括研磨処理を施すこともできる。これにより、複数のＰＬＣチップの光入出力端面の、Ｚ方向の相対位置精度を更に高めることが可能である。
【００７１】
図９に示すように、空間側への光入出力端面には、反射防止膜が形成された薄型ガラス板９００などを適宜貼り付けることで、コアから空気へ直接ビームが入出力される際に生じるフレネル反射を防止することが可能である。
【００７２】
また接着強度の補強として、図９のように、入出力端面のコアがない位置に対して、共通のガラス板などの補強板９０１、９０２で、複数のチップと保持部品とを連結させるように接着固定して適宜補強しても良い。
【００７３】
（光ファイバアレイとの接続部）
前述の図３に示すように、ＰＬＣチップには、空間側への光入手力端面の他に、Ｚ軸方向奥行き方向の反対側に、ＰＬＣチップと光ファイバアレイ３００とを光学的に接続する入出力端、ポートとを備えている。これは、通常のＰＬＣチップ部品と同様に、光ファイバを一体化した光ファイバアレイ３００等を各々のＰＬＣチップに接着固定することで実現される。
【００７４】
予め、各々の光ファイバアレイと各々のＰＬＣチップとが一体化した状態で、チップを保持部品に搭載していくこともできる。或いは、保持部品に搭載後に、各々のＰＬＣチップに光ファイバアレイを接着固定しても良い。
【００７５】
その際は、各々のＰＬＣチップに接続される光ファイバアレイ同士が干渉しないように、光ファイバアレイを適切に配置する。干渉を避ける手段しては、ＰＬＣチップに切り欠きを設ける方法などがある。
【００７６】
或いは、ＰＬＣチップの光ファイバアレイを接続する端面は、保持部品と干渉しない領域であれば、同一面上に限らない。すなわち、保持部品のＺ軸方向の長さをＰＬＣチップのＺ軸方向の長さよりも短く設定し、ＰＬＣチップのＸ軸方向の端面（側面、Ｙ−Ｚ面）を露出した状態として、１つのＰＬＣチップに対して２つ以上のファイバアレイ接続端面を設け、そのうちの２つはそれぞれＰＬＣチップの相対する端面（側面）方向に配置しても良い。また、光ファイバアレイ自体を複数の光ファイバを２次元配置した状態で作成しておき、一括に複数のＰＬＣチップと接続させても良い。
【００７７】
以上のような手順で、本実施形態の構成を実装・製造することが可能であり、従来図１で用いていたようなＭＥＭＳスイッチとの組合せによるスイッチ機能等を実現することが可能である。
【００７８】
（ＰＬＣチップの方向）
なお、本実施形態では、全てのＰＬＣチップの基板面がほぼ平行、すなわち各ＰＬＣチップの基板面のＺ軸周りの角度方向θｚの相対角度Δθｚがほぼ０となるように配置しているが、保持部品１０と２０を同一基板から切り出さずに、別部品から、別の溝位置となるように配置することで、各々のΔθｚを０以外の任意の角度に設定することも可能である。以降の実施形態の説明でも同様である。
【００７９】
なお、複数のＰＬＣチップのＸ軸周りの回転角度方向θxに関しては、保持部品上の溝１１、２１のパターン次第で任意に決定できる。例えば、図４のように、溝１１と溝１１’、溝１１’’などを平行に作製することで、各チップのθxの相対角度はゼロに設定できる。
【００８０】
図１０に複数のＰＬＣチップを積層配置した際の、光信号処理装置の保持部品の溝部分におけるＸ軸に垂直なＹ−Ｚ断面図（側面）を示す。図のように、（１）各々のＰＬＣチップの空間への光入出力端面を同一面にそろえ、または平行にし、（２）ＰＬＣチップの基板面の傾きθx（Ｘ軸周りの回転角度）の相対角度はゼロとすることで、全てのＰＬＣチップから入出力される光ビームを平行にするこができる。
【００８１】
この場合、保持部品の溝に沿った方向がすべて平行となること、およびＰＬＣチップの空間への光入出力端面とＰＬＣチップの基板面のなす角は、必ずしも直角である必要は無いことに留意されたい。
【００８２】
一方、図１１のように、（１）各々のＰＬＣチップの入出力端面を、それぞれのＰＬＣチップで基板面に対して直角以外も含む所定の角度に異ならせて形成することで、各々のＰＬＣチップから、Ｘ軸周りの回転角度方向θxに対して任意の相対角度で、ビームを出力させることが可能である。
【００８３】
また、同様に図１２のように、（２）θｘの相対角度を所定の範囲になるように、予め保持部品の溝の方向を形成して配置すると、各々のＰＬＣチップから、Ｘ軸周りの回転角度方向θxに対して任意の相対角度で、ビームを出力させることが可能である。
特に、図１２のように空間側の左端で、各ビームが１点に集光するように溝の方向を配置する、すなわち溝に沿った方向の延長線がすべて一点で交わるように構成することで、例えば実効的な焦点距離を短くして空間光学系を小型化することが可能になるなど、空間光学系の光学レイアウト上の様々な利点を奏することが可能となる。また、図では、各々のチップと保持部品の端面が面一になっていない例を示しているが、前述のようにAR板などの実装のために適宜、端面一括研磨を施すなどして、各々のチップと保持部品の端面をそろえてもよい。
【００８４】
(第２の実施形態)
図１３は本発明の第２の実施形態に係る、ＰＬＣ（光導波路）チップ１３００のＸ−Ｙ断面図であり、図１４は本発明の第２の実施形態に係る複数の光導波路チップを実装した光信号処理装置であって、溝を有する保持部品１０，２０により挟持され、積層して一体化されたＰＬＣチップのＺ軸方向から見た正面図であり、図１５は、その搭載部を部分的に拡大した斜視図である。
【００８５】
図１３の実施形態２のＰＬＣチップ１３００の断面図では、実施形態１と同様にコア１０３を含む光導波路層１０２が基板１０１上に形成されているが、光信号処理装置として実装されるときの向きに合わせ、光導波路層１０２が下になるように記載している。
【００８６】
図１３にしめす実施形態２のＰＬＣチップ１３００の、実施形態１のＰＬＣチップ１００との相違点は、ＰＬＣチップ１３００では基板１０１のＸ軸方向（幅方向）の両端において、薄膜ガラスからなる光導波路層１０２が所定の幅で除去されており、基板１０１が剥き出しになっている点である。
【００８７】
図１３で点線で示すこの導波路層除去部１３０１ａ、１３０１ｂは、ＰＬＣチップ１３００の基板１０１のＸ軸方向の両端であって光回路パターンがない場所に、保持部品の溝の深さよりも少ない幅で、フォトリソグラフィと化学エッチングにより形成されており、かつ上記導波路層除去部１３０１ａ、１３０１ｂは、チップ長手方向（Ｚ軸方向）に貫通するように、形成されている。
【００８８】
この導波路層除去部１３０１ａ、１３０１ｂによって、ＰＬＣチップ１３００の基板１０１の一部は基板がむき出しとなって基板むき出し面１３０２ａ、１３０２ｂを形成しており、この導波路層除去部１３０１ａ、１３０１ｂに隣接する光導波路層１０２の側面は、導波路層側面１３０３ａ、１３０３ｂを形成している。
【００８９】
図１４の正面図に示すように、保持部品１０，２０は、実施形態１と同様の部品からなり、台座３０の上に、溝１１，２１のある板面を平行に対向して立設され、保持部品の各々の対向する溝１１，２１に各々のＰＬＣチップ１３００が挟持されて積層されて搭載されている。
【００９０】
このとき図１４に示すように、ＰＬＣチップ１３００の導波路層側が下に搭載されるため、Ｙ方向では保持部品の溝１１，２１の下側（台座側）側面１１ａ、２１ａの一部と、ＰＬＣチップ１３００の表面となる前記基板むき出し面１３０２ａ、１３０２ｂの一部が接している。
【００９１】
そして、Ｘ方向では、光導波路層１０２の導波路層除去部に隣接する側面の少なくとも一方（例えば導波路層側面１３０３ｂ）は、少なくともいずれか一方の保持部品の溝に隣接する対向板面（例えば２１ｂ）の一部と接する構造となっている。
【００９２】
図１４の正面図および図１５の部分斜視図に示すように、左右の保持部品１０，２０の対向する溝１１，２１に幅方向端部が収容・挟持されたＰＬＣチップ１３００は、全体としてＸ方向右側に寄って位置しており、右側の保持部品２０の溝２１に隣接する対向板面の一部２１ｂとＰＬＣチップの導波路層側面１３０３ｂは接しているのに対し、左の保持部品１０との間には隙間があることに注目されたい。
【００９３】
このような構造とすることで、パッシブ実装する上で、以下の２点の顕著な効果を奏する。
（１）ＰＬＣチップの入出力部のコア位置の厚み方向（Ｙ方向）の精度については、第１の実施形態と同じく、誤差が累積することなく、各々の溝の位置誤差と幅誤差、光導波路層の厚み誤差で決まる。さらに、光導波路層の厚み誤差については、第１の実施形態では、光導波路層の表面からコア位置までの距離で決まっていたのに対して、第２の実施形態では、剥き出しになった基板の表面からコア位置までの距離で決まることとなる。
【００９４】
光導波路層は、基板表面から、アンダークラッド層、コア層、オーバークラッド層の順で形成されていき、精密にその厚みが制御されているが、このプロセスの順序の観点で、アンダークラッド層からコア層までの距離の方が、前段階のプロセスで形成される分、コア層からオーバークラッド層表面までの距離に比べて、より精密に厚み精度が担保されている。これにより、本実施形態２の構造では、実施形態１よりも更なる高精度で、コア位置の厚み方向（Ｙ軸方向）の位置決め制御がパッシブアライメントで実現されている。
（２）また、前述の実施形態１においてはＸ方向の位置決め制御はアクティブアライメントであったが、本実施形態２では、各々のＰＬＣチップの光導波路層の除去部に接する側面が、少なくともいずれか一方の保持部品の溝に隣接する対向板面の一部と接することにより、全てのチップが除去部の導波路層側面を基準にＸ軸方向に保持部品に突き当てられた構成とすることができ、コア位置の面内方向（Ｘ軸方向）の位置決めについても、光学的に調心することなく、パッシブに実装することが可能である。
【００９５】
このとき、ＰＬＣチップの光導波路層側面とコア位置までの距離が、Ｘ方向の実装精度に影響することとなるが、前述のように、ＰＬＣチップの光導波路層の除去位置および除去幅は、フォトリソグラフィにより形成されるため、非常に高精度にパターニングされており、結果、Ｘ軸方向についても高い実装精度が実現されている。
【００９６】
（実施形態２の実装工程）
実施形態２の実装方法は、基本的には第１の実施形態と同様の手順で実現されるが、全てのＰＬＣチップにおいて、Ｙ方向では保持部品の溝の下側の側面とＰＬＣチップの前記光導波路層が除去されてむき出しとなった基板上面が接して、かつＸ方向では光導波路層の側面１３０３ｂと保持部品の溝に隣接する対向板面の一部分（２１ｂ）が接するようにする必要がある。
【００９７】
このために、実装時にＰＬＣチップを溝に全て装着後、接着剤などで固定する前に装置全体を一旦、例えば右斜め４５°程度に傾けてＰＬＣチップの自重を利かすことによって、全てのＰＬＣチップを１回の操作で、ＸＹ方向に同時に位置あわせをすることができる。
【００９８】
更に図１６のように、このような装置全体を傾ける位置あわせとは別に、あるいはこれに加えて、最初にいずれか一方の保持部品を台座上に固定し（例えば、右側の保持部品２０を接着剤１６０１で台座３０に固定する）、ついでもう一方の保持部品（例えば、左側の保持部品１０）を台座３０上で固定せず、平行にスライド可能な構造として仮止めし、この状態でＰＬＣチップ１３００ほかを搭載した後に、仮止めした左側の保持部品１０をＸ軸方向に右に押圧して台座面上で平行移動させてスライドさせ、ＰＬＣチップの導波路層側面１３０３ａ、１３０３ｂと保持部品１０、２０の溝に隣接する板面の一部１１ｂ、２１ｂとを押し当てた後に、保持部品１０および各ＰＬＣチップを固定させるなどの方法をとることができる。
【００９９】
また、或いは、図１７のように、一方ないし両方の保持部品を接着剤で台座３０に固定した状態でＰＬＣチップ１３００を搭載後、さらに、例えば左側の保持部品１０の溝１１の底部に設けられた貫通穴を介して、押圧用部品１７００によって搭載されたＰＬＣチップ１３００を右に向けて押圧し、ＰＬＣチップの導波路層側面１３０３ｂと保持部品２０の面２１ｂを、接触して突き当てた状態で、接着剤などで固定させてもよい。
【０１００】
(第３の実施形態)
図１８は本発明の第３の実施形態に係る、複数の光導波路チップが搭載された光信号処理装置である。この実施形態３では、各々のＰＬＣチップの基板が薄型化されており、実施形態１，２よりも多数のＰＬＣチップ１８００が、左右の溝を有する保持部品１０，２０により挟持され、積層して一体化して光信号処理装置を構成している。図１８はそのＰＬＣチップのＺ軸方向から見た正面図である。
【０１０１】
本実施形態３のＰＬＣチップ１８００は、基板１０１が薄くなっていることを除けば、図１３の第２の実施形態のＰＬＣチップ１３００と同様な、幅方向の両端に導波路層除去部を有するＰＬＣチップである。通常のＰＬＣチップの基板は１ｍｍ程度の厚みがあるが、このまま、第1、第２の実施形態に従ってＰＬＣチップを多数、積層配置していくと、全体の光信号処理装置としての厚み方向（Ｙ軸方向）の全長が大きくなる。
【０１０２】
しかし、本実施形態３の構成に依れば、ＰＬＣチップ１８００の基板方向の厚みは研磨或いは、エッチング処理により、薄型化されており、０．３ｍｍ以下となっている。これにより、積層するチップ数を増やしていった場合でも、Ｙ軸方向の厚み、高さを抑制することが出来、全体として小型の光信号処理装置を実現する事が可能となる、という効果を奏する。
【０１０３】
また、本発明の構成であれば、前述のように基板厚み自体の精度は、コア位置のＹ軸の相対実装位置精度に依存しないため、基板薄型化の際に、精度を厳密に気にすることなく、簡易に薄型化を実現する事が出来る。但し、本実施形態３では、ＰＬＣチップの基板薄型化による反りの増加を考慮する必要がある。
【０１０４】
一般に、基板の上に薄膜が堆積された場合、各々に圧縮、または引張り応力が加わり、結果として反りが生じる。圧縮(引張り)応力の値をσとし、基板の厚みをｔ1、薄膜の厚みをｔ2、基板のヤング率とポアソン比をそれぞれＥ,νと書くと、円形基板の曲率半径Ｒは近似的に下記式（１）で表せる
Ｒ＝Ｅ×ｔ12／（６×（１−ν）×σ×ｔ2）    ・・・式（１）
【０１０５】
すなわち、曲率半径Ｒは基板厚みｔ1の２乗に比例し、基板厚みｔ1が小さくなると曲率半径Ｒが小さく、すなわち反りが大きくなる。反りが大きすぎると、空間光学系での制約が生じるほか、ハンドリングが困難になる。
【０１０６】
例えば図１９に、実際に幅２０ｍｍのＰＬＣチップでシリコンから成る基板の、厚みとチップ撓み量（反りによって生じる最大高さと最小高さの差）の関係を、上記式により計算した例を示す。
【０１０７】
図１９によれば基板厚みが0.1ｍｍ以下となると、10μｍ以上の反りが生じることとなるため、この場合の基板厚みは0.1ｍｍ以上、好ましくは0.3ｍｍ以上は確保することが好ましい。これらの値は、実際には基板材料や応力により異なるため、基板厚みは上記反りの影響を考慮して、適宜の厚みに設定する。
【０１０８】
(第４の実施形態)
図２０は本発明の第４の実施形態に係るＰＬＣ（光導波路）チップ２０００の斜視図であり、図２１は第４の実施形態に係る複数の光導波路チップが搭載された光信号処理装置の斜視図であり、溝を有する保持部品１０，２０により、積層して一体化したＰＬＣチップ２０００が搭載されている。
【０１０９】
図２０に示す実施形態４のＰＬＣチップ２０００は、実施形態１のＰＬＣチップ１００と基本的には同様であって、実施形態２、３のような導波路層除去部（図１３の１３０１ａ，ｂ）は無い。その代わりに、少なくともＸ軸方向のアライメントのため、基板１０１の上面から光導波路層１０２の下面まで垂直に貫通する１つないし複数の貫通穴（ビア）２００１が、各ＰＬＣチップ２０００、２０００’、２０００”の同じ位置に１つ以上形成されている。この貫通穴（ビア）は、フォトリソグラフィ技術によって形成されており、光回路に影響が無い領域で、所望の位置に形成されている。
【０１１０】
図２１に示すように、実施形態４では実施形態１と同様に、複数のＰＬＣチップ２０００、２０００’、２０００’’は、その導波路層表面が、保持部品１０、２０の溝１１，２１の側面と接するよう積層配置されており、これにより、ＰＬＣチップの光入出力部のコア位置のＹ方向距離が、累積誤差無く高精度に配置されている。
【０１１１】
さらに、実施形態４では図２１のように、ＰＬＣチップ２０００、２０００’、２０００’’の対応する貫通穴２００１を各々貫通する柱状部品２１００が挿入され、複数のＰＬＣチップはこの柱状部品２１００と貫通穴２００１により、Ｘ軸及びＺ軸方向に位置決めされている。このような構造とすることで、複数のＰＬＣチップのＸ方向のコア位置およびＺ軸方向のＰＬＣ端面の位置は、ビア配置とビア穴精度および円筒部品の径で決まり、Ｙ軸方向のみならず、Ｘ軸及びＺ軸方向にも所定の位置に高精度にパッシブ実装することが可能となっている。
【０１１２】
このとき、柱状部品２１００はある一定以上の剛性を有していることが好ましく、φ１００μｍ以上のガラスロット部品或いは、金属ロットが用いられる。また貫通穴２００１の形状は、柱状部品２１００とほぼ同じかわずかに大きい円形ビアとなっている。好ましくは、φ５００μｍ程度が安定性の観点から望ましい。
【０１１３】
この柱状部品と貫通穴は、少なくとも１つあればよいが、好ましくは図のように、３つ或いはＰＬＣチップの４隅に４つ有ることが好ましい。また、貫通穴２００１および柱状部品２１００の形状、断面は円形に限らないことはもちろんである。
【０１１４】
これらの構成により本実施形態４では、Ｘ、Ｙ及びＺの全ての方向にパッシブ調心が可能となり、アライメントされた後に柱状部品と貫通穴とは接着固定により一体化され、複数の光導波路チップを簡易に高精度に積層配置して光信号処理装置を構成することが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上の様に本発明は、複数のＰＬＣチップの空間光学系側の入出力端面のコア位置を、少なくともＹ軸方向にアクティブな調節を必要としないパッシブアライメントにより、簡易に所望の精度で実装することが可能であり、複数ＰＬＣチップが一体化された光信号処理装置を提供することが可能である。特に、３つ以上からなるＰＬＣチップを積層配置させ、高精度、かつ高密度にパッシブ実装することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１６】
８００、８００’、１００、１００’、１００’’、１３００、１３００’、１３００’’、１８００、２０００、２０００’、２０００’’ ＰＬＣチップ（平面光波回路基板）  
８０１  スラブ導波路
８０２  アレイ導波路
８１０  シリンドリカルレンズ
８３０  主レンズ
８４０  ＭＥＭＳミラー
１０１  Ｓｉ基板
１０２  光導波路層
１０３  コア
３０    台座
１０、２０  保持部品
１１，２１、１１’、１１’’、２１’、２１’’ 溝
３００  光ファイバアレイ
１１ａ、２１ａ  溝側面
１１ｂ、２１ｂ  溝に隣接する板面
５０１、６０１，６０２、８０８、８０９，１６０１  接着剤
６１０，６２０、９０１、９０２  補強板
７００  スペーサ
７０１，７０２  切り欠き
９００  反射防止膜付ガラス板
１３０１ａ、１３０１ｂ  導波路層除去部
１３０２ａ、１３０２ｂ  基板むき出し面
１３０３ａ、１３０３ｂ  導波路層側面
１７００  押圧用部品
２００１  貫通穴（ビア）
２１００  柱状部品
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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