(57)【要約】 【課題】  より多くの光ファイバを同時に溶着することができる融着接続方法を提供することを目的とする。【解決手段】  先ず、平面導波路２０の一端面２０ａにおける複数のコア２３ａ〜２３ｈそれぞれの光軸方向と光ファイバアレイ１０の一端面１０ａにおける複数本の光ファイバ１３ａ〜１３ｈのそれぞれの光軸方向とを一致させる。次に、平面導波路２０の一端面２０ａ付近の上面におけるレーザ光照射面積が平面導波路２０の上面位置でのレーザ光の断面積の半分より小さくなるようにレーザ光を照射し、平面導波路２０と光ファイバアレイ１０とを溶着する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面導波路の一端面における複数のコアそれぞれの光軸方向と光ファイバアレイの一端面における複数本の光ファイバのそれぞれの光軸方向とを一致させる位置調整工程と、
前記平面導波路の一端面付近の上面におけるレーザ光照射面積が前記平面導波路の上面位置でのレーザ光の断面積の半分より小さくなるようにレーザ光を照射し、前記平面導波路と前記光ファイバアレイとを溶着するレーザ光照射工程と、
を備える融着接続方法。
【請求項２】
前記平面導波路の上面位置において、前記平面導波路の長手方向における前記レーザ光のビーム幅が前記平面導波路の長手方向に直交する方向における前記レーザ光のビーム幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の融着接続方法。
【請求項３】
前記レーザ光のビーム断面の形状が楕円であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の融着接続方法。
【請求項４】
前記位置調整工程後かつ前記レーザ光照射工程前に、前記平面導波路の一端面と前記光ファイバアレイの一端面との間の間隔が間隔Ｌになるように前記平面導波路と前記光ファイバアレイとの間隔を調整する間隔調整工程を更に備え、
前記レーザ光照射工程において、前記平面導波路と前記光ファイバアレイとが前記間隔Ｌで互いに離れた状態でレーザ光照射が開始され、レーザ光照射の開始後に前記光ファイバアレイを移動させ前記平面導波路側に近づけることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の融着接続方法。
【請求項５】
前記間隔Lが、前記平面導波路の上面位置での前記平面導波路の長手方向における前記レーザ光のビーム幅の半分より大きいことを特徴とする請求項４に記載の融着接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のコアを有する平面導波路及び光ファイバアレイのそれぞれの端面を互いに溶着する融着接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面導波路と光ファイバとの接続には、一般に使用波長帯での透過率が高いＵＶ硬化樹脂のような接着剤が用いられている。しかし、長期信頼性などを考慮すると、平面導波路のコア及び光ファイバのコアそれぞれの端面同士を突き合わせて接続させる融着接続は、融着接続面における光の損失が少なく信頼性が高いため有効である。これは、複数のコアを有する平面導波路と複数本の光ファイバからなる光ファイバアレイとの接続においても同様である。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載された多芯光導波路と複数本の光ファイバとの融着接続方法では、ＣＯ２レーザ照射による加熱溶融が用いられている。また、特許文献１に記載された融着接続方法では、光導波路と光ファイバとの熱容量の差による影響を少なくするため、レーザ光照射の際に、平面導波路側の照射面積を大きくする方法が用いられている。
【特許文献１】特許第２９５８０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数本の光ファイバからなる光ファイバアレイと光導波路とを溶着する場合、図６（ａ）に模式的に示すように、光ファイバアレイ１０と光導波路２０との接触面付近におけるレーザ光照射面積４０ｐのうち光ファイバアレイ側を照射するレーザ光照射面積を小さくしてしまうと、光ファイバアレイ１０の両端付近におけるレーザ光の照射量が不十分となり、光ファイバアレイ１０うちで同時に溶着できる光ファイバの数が少なくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、より多くの光ファイバを同時に溶着することができる融着接続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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明にかかる融着接続方法は、（１）平面導波路の一端面における複数のコアそれぞれの光軸方向と光ファイバアレイの一端面における複数本の光ファイバのそれぞれの光軸方向とを一致させる位置調整工程と、（２）平面導波路の一端面付近の上面におけるレーザ光照射面積が平面導波路の上面位置でのレーザ光の断面積の半分より小さくなるようにレーザ光を照射し、平面導波路と光ファイバアレイとを溶着するレーザ光照射工程と、を備える。
【０００７】
本発明に係る融着接続方法では、平面導波路の一端面付近の上面におけるレーザ光照射面積が平面導波路の上面位置でのレーザ光の断面積の半分より小さくなるようにレーザ光を照射する。これにより、光ファイバアレイ側のレーザ光の照射領域を大きくすることができる。その結果、光ファイバアレイの両端部のレーザ照射量が十分となり、より多くの光ファイバを同時に溶着することができる。
【０００８】
また、平面導波路の上面位置において、平面導波路の長手方向におけるレーザ光のビーム幅が平面導波路の長手方向に直交する方向におけるレーザ光のビーム幅より小さいことが好ましい。これにより、複数本の光ファイバを同時に溶着することができるとともに、光ファイバアレイの複数本の光ファイバ間におけるレーザ光の照射量の差を低減することができる。
【０００９】
また、レーザ光のビーム断面の形状が楕円であることが好ましい。
【００１０】
また、位置調整工程後かつレーザ光照射工程前に、平面導波路の一端面と前記光ファイバアレイの一端面との間の間隔が間隔Ｌになるように平面導波路と光ファイバアレイとの間隔を調整する間隔調整工程を更に備え、レーザ光照射工程において、平面導波路と光ファイバアレイとが間隔Ｌで互いに離れた状態でレーザ光照射が開始され、レーザ光照射の開始後に光ファイバアレイを移動させ平面導波路側に近づけることが好ましい。これにより、光ファイバアレイより熱容量が大きい平面導波路へのレーザ光の照射量は十分となる。一方、熱容量が小さい光ファイバアレイにはレーザ光の照射時間が短いためレーザ光の照射量は少なくなるが、広い範囲にレーザ光が照射される。その結果、両者間の熱容量の差により生じる悪影響を抑制することができ、低い接続損失及び高い接続強度の融着接続を一括で達成することができる。
【００１１】
また、間隔Lが、平面導波路の上面位置での複数のコアの光軸方向におけるレーザ光のビーム幅の半分より大きいことが好ましい。これにより、レーザ光照射による熱容量が小さい光ファイバアレイの光ファイバの先端部の変形を効果的に抑制することができ、接続損失の低減及び接続強度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より多くの光ファイバを同時に溶着することができる融着接続方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
先ず、第1実施形態に係る融着接続方法を好適に適用することができる融着接続装置１について説明する。図１（ａ）は、融着接続装置１の説明図である。この図１（ａ）に示す融着接続装置１は、基台１Ａ、移動ステージ１２、モニタ光源３０、集光レンズ３２、検出部３４、光源４０、反射ミラー４２及び集光レンズ４４を備える。この融着接続装置１により、光ファイバアレイ１０と平面導波路２０とが溶着される。
【００１４】
光ファイバアレイ１０は、図１（ｂ）に示されている。光ファイバアレイ１０は、複数本（ここでは８本）の光ファイバ１３ａ〜１３ｈの端面位置を揃えてそれぞれの端面位置を含む一定範囲を密接して並列配置したものである。具体的には、例えば、光ファイバ挿入用Ｖ溝が平行かつ等間隔に形成されている基板上に複数本の光ファイバ１３ａ〜１３ｈが挿入用Ｖ溝に挿入されて接着されたものである。複数本の光ファイバ１３ａ〜１３ｈそれぞれの一端面は基板の側面から突出して揃っており、研磨加工等がなされ先端面が揃っている。光ファイバアレイ１０は、平面導波路２０と対向している一端面１０ａ及び平面導波路２０と対向していない他端面１０ｂを有している。
【００１５】
平面導波路２０は、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示されている。平面導波路２０は、例えば、石英基板２１、石英基板２１上に複数のコア２３ａ〜２３ｈからなるコア部２３を有している。複数のコア２３ａ〜２３ｈは、その延在方向に沿って光を伝搬させる導波経路であって、コアよりも屈折率が低いクラッド２５により覆われている。コア部２３の複数のコア２３ａ〜２３ｈは、例えば石英（ＳｉＯ２）中にゲルマニウム（Ｇｅ）を添加して形成されている。複数のコア２３ａ〜２３ｈの配列間隔は全て等しい。平面導波路２０は、光ファイバアレイ１０と対向する一端面２０ａ及び光ファイバアレイ１０と対向しない２０ｂを有している。光ファイバアレイ１０の複数本の光ファイバ１３ａ〜１３ｈの配列間隔と平面導波路２０の複数のコア２３ａ〜２３ｈの配列間隔とは同一である。なお、図中に示されているような直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を考え、光ファイバアレイ１０及び平面導波路２０のそれぞれの長手方向に平行な方向をｚ軸方向、平面導波路２０の上面に垂直な方向をｙ軸方向、ｚ軸方向及びｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向とする。
【００１６】
移動ステージ１２は、基台１Ａ上に配置されており、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に移動できるように設けられている。移動ステージ１２は、光ファイバアレイ１０を移動ステージ１２上に固定するための固定部が設けられていることが好ましい。
【００１７】
モニタ光源３０、集光レンズ３２及び検出部３４は、平面導波路２０と光ファイバアレイ１０との位置調整を行う際に用いられる。モニタ光源３０は、集光レンズ３２を介して光ファイバアレイ１０の他端面１０ｂの前に配置されている。モニタ光源３０から出力されたレーザ光は集光レンズ３２により集光される。その集光されたレーザ光は、光ファイバアレイ１０の他端面１０ｂに入力される。検出部３４は、例えばパワーメータであり、平面導波路２０の他端面２０ｂのコア部２３の前に配置されている。検出部３４は、モニタ光源３０から出力されたレーザ光のうち光ファイバアレイ１０及び平面導波路２０を経て、平面導波路２０の他端面２０ｂに到達する光の強度を検出する。
【００１８】
光源４０、反射ミラー４２及び集光レンズ４４は、平面導波路２０の一端面２０ａの付近及び光ファイバアレイ１０の一端面１０ａの付近を加熱し溶融する際に用いられる。光源４０は、出力レーザ光の進行方向がｚ軸方向と平行な方向になるように配置されている。集光レンズ４４は、平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近に焦点を有するように配置されている。反射ミラー４２は、光源４０から出力されるレーザ光が入射角４５°を持って入射し、反射した後は集光レンズ４４の光軸方向に沿って集光レンズ４４に入射するように配置されている。これにより、光源４０から出力されたレーザ光は、集光レンズ４４を通過して集光レンズ４４により集光され、平面導波路２０の一端面２０ａの付近を照射することになる。
【００１９】
光源４０は例えばＣＯ２レーザであり、光源４０の出力パワーは例えば１５Ｗである。光源４０から出力されたレーザ光の平面導波路２０の上面位置におけるビーム断面の形態は、例えば楕円である。そのレーザ光は、平面導波路２０の上面位置において、ｚ軸方向におけるビーム幅が例えば３００μｍで、長手方向に直交する方向（ｘ軸方向）におけるビーム幅が例えば２ｍｍである。また、そのレーザ光は、その断面の長軸方向がｘ軸方向に平行で、その断面の長軸が平面導波路２０の一端面２０ａから例えば５０μｍ程度光ファイバアレイ１０側へ移動した位置にある。
【００２０】
この融着接続装置１を用いた第1実施形態に係る融着接続方法を説明する。図２は、本実施形態に係る融着接続方法を説明するフローチャートである。図３（ａ）〜図３（ｂ）は、第1実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。
【００２１】
先ず、図３（ａ）に示されるように、平面導波路２０及び光ファイバアレイ１０の位置調整を行う（ステップ１１）。この位置調整工程においては、先ず平面導波路２０の一端面２０ａと光ファイバアレイ１０の一端面１０ａとがほぼ接触するように互いに対向させる。その後、平面導波路２０の複数のコア２３ａ〜２３ｈそれぞれの光軸と光ファイバアレイ１０の複数本の光ファイバ１３ａ〜１３ｈのそれぞれコアの光軸とが一致するように、移動ステージ１２を移動させる。これは、検出部３４が受光する光の強度が最大になるように移動ステージ１２を調整することで行う。
【００２２】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、平面導波路２０と光ファイバアレイ１０との接触面の付近に光源４０から出力されたレーザ光を照射する（ステップ１２）。このレーザ光照射工程では、光源４０から出力されたレーザ光が、集光レンズ４４により集光され、平面導波路２０の一端面２０ａと光ファイバアレイ１０の一端面１０ａとの接触面の付近（点線領域４０ｐ）に１２秒間照射される。その結果、その接触面を含む一定範囲の領域が溶融され、平面導波路２０と光ファイバアレイ１０とが溶着される。これにより、第1実施形態に係る融着接続方法による融着接続作業が終了する。
【００２３】
本実施形態に係る融着接続方法では、平面導波路２０の一端面２０ａ付近の上面におけるレーザ光照射面積が平面導波路２０の上面位置でのレーザ光の断面積の半分より小さい。これにより、光ファイバアレイ１０側のレーザ光の照射領域をより大きくすることができる。その結果、光ファイバアレイ１０の両端部のレーザ照射量が十分となり、多数の光ファイバを同時に溶着することができる。また、照射されるレーザ光は、平面導波路２０の上面位置において、平面導波路２０の長手方向におけるビーム幅（３００μｍ）が長手方向に直交する方向におけるビーム幅（２ｍｍ）より小さく、その断面形状が楕円である。これにより、複数本の光ファイバを同時に溶着することができるとともに、複数本の光ファイバ１３ａ〜１３ｈ間のレーザ光の照射量の差を少なくすることができる。
【００２４】
また、光源４０から出力されたレーザ光は、平面導波路２０の上面位置において、その断面の長軸方向がｘ軸方向に平行で、図３（ｂ）に示されるようにその断面の長軸（Ｉ−Ｉ’）が平面導波路２０の一端面２０ａから例えば５０μｍ程度光ファイバアレイ１０側へ移動した位置にある。これにより、図６（ｂ）に示されるように、照射されるレーザ光の断面の長軸方向が平面導波路２０上に位置する図６（ａ）の場合に対比して、より多くの光ファイバにレーザ光が照射される。従って、より多くの光ファイバを同時に溶着することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る融着接続方法を好適に適用できる融着接続装置は図１に示されたものと同様である。図４は、本実施形態に係る融着接続方法を説明するフローチャートである。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。第２実施形態に係る融着接続方法は、第１実施形態に係る融着接続方法に対比して、位置調整工程（ステップ２１）後かつレーザ光照射工程（ステップ２３）前に更に間隔調整工程（ステップ２２）を備える点で相違する。また、レーザ光照射工程（ステップ２３）が、第１実施形態に係るレーザ光照射工程（ステップ１２）に対比して具体的な内容の点について多少異なる。以下、その相違点を中心に第２実施形態に係る融着接続方法を説明する。
【００２６】
先ず、図５（ａ）に示されるように、光ファイバアレイ１０と平面導波路２０との位置調整を行う（ステップ２１）。この位置調整工程は、第１実施形態のステップ１１と同様である。続いて、平面導波路２０の一端面２０ａと光ファイバアレイ１０の一端面１０ａと間の間隔の調整を行う（ステップ２２）。この間隔調整工程においては、移動ステージ１２をｚ軸方向に沿って平面導波路２０に遠ざける方向に移動させ、光ファイバアレイ１０の一端面１０ａと平面導波路２０の一端面２０ａとの間の間隔が例えば２５０μｍになるように調整する。
【００２７】
続いて、図５（ｃ）に示されるように、平面導波路２０の上面の一端面２０ａ付近（点線領域４０ｐ）にレーザ光を照射する（ステップ２３）。このレーザ光照射工程においては、光ファイバアレイ１０の一端面１０ａと平面導波路２０の一端面２０ａとの距離を間隔調整工程（ステップ２２）において調整した間隔２５０μｍを維持した状態でレーザ光照射を開始する。その後、図５（ｄ）に示されるように、光ファイバアレイ１０が平面導波路２０側に近づき接触するように移動ステージ１２を移動させる。これにより、光ファイバアレイ１０と平面導波路２０とが溶着される。このレーザ光照射工程において、移動ステージ１２の移動の開始は、レーザ光の照射を開始してから例えば１０秒後であり、移動ステージ１２の移動速度は例えば５００μｍ／ｓｅｃである。また、レーザ光照射はレーザ光照射の開始から１２秒後に停止される。これにより、第２実施形態に係る融着接続方法による融着接続作業が終了する。
【００２８】
本実施形態に係る融着接続方法では、平面導波路２０と光ファイバアレイ１０とが平面導波路２０の上面位置でのｚ軸方向におけるレーザ光のビーム幅の半分より大きい間隔２５０μｍで互いに離れた状態でレーザ光照射が開始され、移動ステージ１２の移動の開始までは平面導波路２０の一端面２０ａ付近にのみレーザ光が照射される。これにより、光ファイバアレイ１０より熱容量が大きい平面導波路２０へのレーザ光の照射量は十分となる一方で、熱容量が小さい光ファイバアレイ１０にはレーザ光照射時間が短いためレーザ光の照射量は少なくなる。
【００２９】
しかし、図５（ｄ）に示されるように、平面導波路２０と光ファイバアレイ１０とが溶着される際には、平面導波路２０の上面位置におけるレーザ光の断面の長軸（Ｉ−Ｉ’）が光ファイバアレイ１０側に位置するため、光ファイバアレイ１０の一端面１０ａ付近の広い範囲にレーザ光が照射されることとなる。その結果、レーザ光照射量が大きい場合に生じやすい光ファイバの先端部での曲がり等、両者間の熱容量の差により生じる悪影響を抑制することができると共に、より多くの光ファイバを同時に溶着することができる。更に、光ファイバの先端部での曲がり等が抑制されるため、接続損失の低減及び接続強度の向上を図ることもできる。
【００３０】
以上、本発明をその２つの実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記２つの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、平面導波路２０が基台１Ａ上に固定されているが、平面導波路２０が移動ステージなどに固定され移動可能な状態であってもよい。かかる場合、反射ミラー２４及び集光レンズ４４も平面導波路２０の移動と共に移動できる状態であることが好ましい。
【００３１】
本実施形態において、光源４０はＣＯ２レーザであるが、平面導波路２０及び光ファイバアレイ１０を十分溶融することができる他の種類のレーザを用いてもよい。本実施形態に係る融着接続装置１において、光ファイバアレイ１０と平面導波路２０との位置調整には、モニタ光源３０、集光レンズ３２及び検出部３４が用いられるが、ＣＣＤカメラなどが用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る融着接続装置の説明図である。
【図２】第１実施形態に係る融着接続方法を説明するフローチャートを示す図である。
【図３】第１実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。
【図４】第２実施形態に係る融着接続方法を説明するフローチャートを示す図である。
【図５】第２実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。
【図６】融着接続部の付近におけるレーザ光の照射領域による融着接続できる光ファイバの本数の変化の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…融着接続装置、１Ａ…基台、１０…光ファイバアレイ、１０ａ…一端面、１０ｂ…他端面、１２…移動ステージ、２０…平面導波路、２０ａ…一端面、２０ｂ…他端面、２１…石英基板、２３…コア、２５…クラッド層、３０…モニタ光源、３２…集光レンズ、３４…検出部、４０…光源、４２…反射ミラー、４４…集光レンズ。
【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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