(57)【要約】【課題】光軸をあわせるための調心工程を簡単に行うことができ、低損失で良好なコリメート状態を実現することが可能な導波路型光部品を提供する。【解決手段】コリメータレンズ４は、Ｖ溝基板５上に整列され、光合分波器１の出力端において出力用光導波路１１に接続されている。出力用光導波路１１の出力端での間隔は、コリメータレンズ４の直径を超えた値に設定されている。このコリメータレンズ４とＶ溝基板５の加工は、コリメータレンズ４をＶ溝基板５に接着固定した後、グラインダとラッピングマシンなどの研削、研磨加工機等を用いて適切な長さに一括加工することにより行う。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された入力用光導波路と出力用光導波路とを有する導波路型光部品において、
出力用光導波路の間隔より小さい直径を有するコリメータレンズが複数個整列して該出力用光導波路に結合されていることを特徴とする導波路型光部品。
【請求項２】
Ｖ溝基板上に前記コリメータレンズが整列固定され、このＶ溝基板と、前記出力用光導波路が形成されている基板とが接着固定されることによって、前記コリメータレンズが前記出力用光導波路に結合されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光部品。
【請求項３】
前記出力用光導波路が形成されている基板上にＶ溝が形成され、このＶ溝上に前記コリメータレンズが整列固定されることによって、前記コリメータレンズが前記出力用光導波路に結合されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光部品。
【請求項４】
前記コリメータレンズ端面が前記出力用光導波路端面と光透明性接着剤で接着固定されていることを特徴とする請求項２または３記載の導波路型光部品。
【請求項５】
石英系ガラス材料からなる導波路型光部品であって、前記出力用光導波路と前記コリメータレンズとが融着接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の導波路型光部品。
【請求項６】
前記出力用光導波路の出力端での間隔が、０．２５ｍｍを超えた値であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の導波路型光部品。
【請求項７】
前記出力用光導波路の出力端近傍をテーパ状の形状として、前記出力用光導波路から出力される光のモードフィールド径を拡大したことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の導波路型光部品。
【請求項８】
請求項１から７記載の導波路型光部品を複数枚積層したものと、光路切り換え手段とを有することを特徴とする光クロスコネクト装置。
【請求項９】
Ｖ溝基板にコリメータレンズを整列固定し、この整列されたコリメータレンズ端面に対して一括して、研削加工と研磨加工の一方または両方を行ってコリメータレンズアレイを作製し、このコリメータレンズアレイと出力用光導波路とを接合して導波路型光部品を製造することを特徴とする導波路型光部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信分野において使用される導波路型光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光合分波器としてアレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ：以下「ＡＷＧ」と略記する）が多く用いられている。このＡＷＧからの出力光が良好なコリメート状態で出力されるようにするために、ＡＷＧの出力用光導波路にコリメータレンズを接続したものが用いられている。
図４は、シリコンウエハ上に作製されたＡＷＧ２１を積層してなる光導波路積層体２４と、２次元マイクロコリメータレンズアレイ２２とからなる３次元ＭＥＭＳ光スイッチの一例を示している。
この３次元ＭＥＭＳ光スイッチは、ＡＷＧ２１を積層したものと、２次元マイクロコリメータレンズアレイ２２とを一個の硬いマウントに固定し、このマウントをマイクロミラーアレイに対して適切な位置となるよう設置して形成されており、光クロスコネクト装置として使用することができる。
【０００３】
この３次元ＭＥＭＳ光スイッチは、２００１年９月３０日から１０月４日にかけて開催された“２７ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”（ＥＣＯＣ’０１）のＴｈ．Ｆ．４．Ｐｏｓｔ−Ｄｅａｄｌｉｎｅ　Ｓｅｓｓｉｏｎ　２で発表された、Ｒ．Ｒｙｆ他“Ｓｃａｌａｂｌｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ｃｒｏｓｓｃｏｎｎｅｃｔ　ｓｗｉｔｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＥＭＳ　ａｎｄ　ｐｌａｎａｒ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”において開示されたものである。
この３次元ＭＥＭＳ光スイッチにおいては、図５に示すように、光導波路積層体２４の任意のＡＷＧの出力端から出力された光は、２次元マイクロコリメータレンズアレイ２２によってコリメートされて、マイクロミラーアレイ２３に対して放射される。この光はマイクロミラーアレイ２３によって反射され、ミラー２５によって反射された後、再びマイクロミラーアレイ２３によって反射され、出力されたＡＷＧとは異なるＡＷＧへ入力されて光路の切替えが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、光通信用部品においては挿入損失の低減が重要な課題であり、上述した光部品については、ＡＷＧ２１と２次元マイクロコリメータレンズアレイ２２とマイクロミラーアレイ２３との位置関係が重要である。このうち、ＡＷＧ２１と２次元マイクロコリメータレンズアレイ２２との位置関係の精度については、従来技術ではマウントの形状精度で保証される程度でしかなく、また光軸をあわせるための調心工程などの微妙な調整を行うことも困難である。また、マウントが温度変化あるいは外力の影響を受けることによる影響も無視できない。さらに、ＡＷＧ２１と２次元マイクロコリメータレンズアレイ２２との間での反射を抑止するために、互いの端面に反射抑止膜を形成することも必要である。
このように、従来の３次元ＭＥＭＳ光スイッチにおいては、挿入損失の低減を実現するためには、克服すべき問題点が多い。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、光軸をあわせるための調心工程を簡単に行うことができ、低損失で良好なコリメート状態を実現することが可能な導波路型光部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基板上に形成された入力用光導波路と出力用光導波路とを有する導波路型光部品において、出力用光導波路の間隔より小さい直径を有するコリメータレンズが複数個整列して該出力用光導波路に結合されていることを特徴とする導波路型光部品である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の導波路型光部品において、Ｖ溝基板上に前記コリメータレンズが整列固定され、このＶ溝基板と、前記出力用光導波路が形成されている基板とが接着固定されることによって、前記コリメータレンズが前記出力用光導波路に結合されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の導波路型光部品において、前記出力用光導波路が形成されている基板上にＶ溝が形成され、このＶ溝上に前記コリメータレンズが整列固定されることによって、前記コリメータレンズが前記出力用光導波路に結合されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の導波路型光部品において、前記コリメータレンズ端面が前記出力用光導波路端面と光透明性接着剤で接着固定されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項５記載の発明は、請求項２または３記載の導波路型光部品において、石英系ガラス材料からなる導波路型光部品であって、前記出力用光導波路とコリメータレンズとが融着接続されていることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の導波路型光部品において、前記出力用光導波路の出力端での間隔が、０．２５ｍｍを超えた値であることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の導波路型光部品において、前記出力用光導波路の出力端近傍をテーパ状の形状として、前記出力用光導波路から出力される光のモードフィールド径を拡大したことを特徴とする。
【０００８】
請求項８記載の発明は、請求項１から７記載の導波路型光部品を複数枚積層したものと、光路切り換え手段とを有することを特徴とする光クロスコネクト装置である。
請求項９記載の発明は、Ｖ溝基板にコリメータレンズを整列固定し、この整列されたコリメータレンズ端面に対して一括して、研削加工と研磨加工の一方または両方を行ってコリメータレンズアレイを作製し、このコリメータレンズアレイと出力用光導波路とを接合して導波路型光部品を製造することを特徴とする導波路型光部品の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の導波路型光部品の第１の例について説明する。
図１に、本発明の導波路型光部品の第１の例を示す。
図１中、符号１は光合分波器であり、一例として、ＡＷＧ型の光合分波器を示している。符号２は入力側光ファイバアレイであり、この入力側光ファイバアレイ２は、光合分波器１の入力端に接続されている。符号３は、入力側光ファイバアレイ２に接続された入力用光ファイバである。符号４はコリメータレンズであり、このコリメータレンズ４は、Ｖ溝基板５上に整列され、光合分波器１の出力端に接続されている。
この光合分波器１においては、シリコンウエハ等からなる基板６上に入力用光導波路７と、この入力光を複数の導波路に分岐させるための展開用スラブ光導波路８と、その後段に配置された長さの異なる複数本のアレイ光導波路９と、このアレイ光導波路９から放射された光を互いに干渉させるためのスラブ光導波路１０と、複数の出力用光導波路１１とが形成されている。このような構成とすることにより、入力される光の波長に応じて、出力される光導波路が選択され、波長多重された光が入力されると、出力用光導波路１１に各波長に分波された光が出力される。
【００１０】
図２は、この光合分波器１において、Ｖ溝基板５上にアレイ状に配列されているコリメータレンズ４の断面を示す。
このように、本発明のこの例においては、マイクロコリメータアレイを使用するかわりに、微小なコリメータレンズを光合分波器１に調心接続して固定する。特願２００１‐１０４９２９号に、その直径が０．３ｍｍである石英ガラスを主成分としたコリメータレンズが開示されている。ＡＷＧ型光合分波器は、例えば厚さ１ｍｍのシリコンウエハに形成されるので、ＡＷＧ型光合分波器に０．３ｍｍのコリメータレンズを実装することが可能である。
【００１１】
以下に、導波路型光部品の製造方法について説明する。
まず、使用するＡＷＧ型光合分波器を設計、製作する際に、出力用光導波路１１の出力端での間隔を、使用するコリメータレンズの直径を超えた値に設定する。通常のＡＷＧ型光合分波器では、出力用光導波路１１の間隔は０．１２７ｍｍまたは０．２５０ｍｍであることが多いが、これを、例えば、直径０．３ｍｍのコリメータレンズを使用する場合は、０．３ｍｍを超える値とする。ＭＥＭＳマイクロミラーの制御に適切な間隔とすることが好ましい。一例として、前述のＲ，Ｒｙｆらの従来技術では、１．２５ｍｍ間隔とされている。
次に、シリコンウエハまたは石英ガラス基板、パイレックス（登録商標）ガラス基板等で、出力用光導波路１１の間隔と同間隔のＶ溝基板５を作製し、コリメータレンズ４を接着固定する。この時、Ｖ溝基板５もコリメータレンズ４を接着固定しておいてから、グラインダとラッピングマシンなどの研削、研磨加工機等を用いて適切な長さに一括加工する。これにより、特性が揃い接合面が平坦なコリメータレンズアレイが得られる。
最後に、適切なコリメート光が低損失で出射されるように、光源と光パワーメータを接続したアクティブ調心工程によって、出力用光導波路１１とコリメータレンズ４との位置および角度を調整し、ＡＷＧ型光合分波器とコリメータレンズ４およびＶ溝基板５とを接着固定する。接着剤は、屈折率の整合を考慮し、光通信で使用される波長帯域において光透過率の高いものを使用する。
【００１２】
このように、研削加工によってＶ溝基板５を製作すると、Ｖ溝間隔の誤差が±０．５μｍ以下と大変精度良く作製することができ、よって複数のコリメータレンズ４を精度良く整列させることができる。また、整列させ接着固定した後に研削、研磨加工すると、さらに長さが均一で端面が平坦なコリメータレンズ整列Ｖ溝基板が得られる。
これをＡＷＧ型光合分波器に接着固定したものは、マウントで保持したよりも位置精度の点で優れており、さらにアクティブ調心工程で位置、角度等を調整することにより、最良の状態に調整することができる。このような接着剤による固定によると、簡単な工程で、自由度の高い調心が可能であり、アクティブ調心の結果多少接続部位に隙間や角度ずれがあっても固定可能である。
その結果、挿入損失を低減することができる。また、マウントよりも温度や外力の影響をうけにくく、外力に起因する挿入損失増も抑止できる。さらに、ＡＷＧ型光合分波器の出力用光導波路１１の出射端面とコリメータレンズ４との間には接着剤層があるため、反射防止膜を端面に設けることは不要となる。
【００１３】
次に、本発明の導波路型光部品の第２の例について説明する。
図３に、本発明の導波路型光部品の第２の例を示す。
この例の導波路型光部品においては、Ｖ溝基板５を用いずに、光合分波器１の出力用光導波路１１の延長線上の領域にＶ溝を一体として形成し、このＶ溝上にコリメータレンズ４をアレイ状に配置している。このように、光合分波器１の基板６上にＶ溝を形成するのは、例えば、シリコンウエハの異方性エッチング技術にて可能である。
この例の導波路型光部品は、光合分波器１の基板上にＶ溝を一体として形成しているため、機械的強度に優れ、信頼性が向上し、使用時における外力の影響を小さくすることができる。
【００１４】
次に、本発明の導波路型光部品の第３の例について説明する。
この例の導波路型光部品は、図１または図３に示す構造の導波路型光部品において、ＡＷＧ型光合分波器を石英系ガラス導波路で作製し、石英ガラスを主成分としたコリメータレンズと直接融着して形成されている。
この例の導波路型光部品は、出力用光導波路１１とコリメータレンズ４とが融着接続され、光路中に接着剤が存在しないため、耐光性に優れ、高強度の光を扱う場合の信頼性を改善することができる。また、接着剤の劣化による光学特性の劣化の懸念が無い分信頼性が高い。ＡＷＧ型光合分波器の出力用光導波路１１の出射端面とコリメータレンズ４のＡＷＧ型光合分波器側の端面に、反射防止膜を設けることは不要である。接着剤固定の場合よりもさらに外力の影響を受けにくく、特に角度精度に優れている。
なお、この場合にも、コリメータレンズ４をＶ溝基板５に固定するためには接着剤を用いてよい。
【００１５】
次に、本発明の導波路型光部品の第４の例について説明する。
この例の導波路型光部品は、ＡＷＧ型光合分波器の出力用光導波路１１の出力端面近傍をテーパ形状として、出力端面からの光のモードフィールド径（ＭＦＤ）が拡大するようにしたものである。具体的には、この出力用光導波路１１は、コアの幅及び高さが出力端に近くなるに従って徐々に大きくなるようにして形成されている。
このように、出力用光導波路１１の出力端面近傍をテーパ形状とすることにより、コリメータレンズ４から出射された光が良好にコリメートされた状態で長距離伝播することが可能となる。また、このような良好なコリメート状態を強度に優れた信頼性の高い構造で実現することができる。
このような良好なコリメート状態を実現するためには、出力用光導波路１１の出力端面とコリメータレンズ４とを密着させて固定するのではなく、両者を離した状態とすることによっても実現できるが、第１の例において出力用光導波路１１の出力端面とコリメータレンズ４との間を離して接着固定すると、その間隔が温度に依存して変化するため好ましくない。また、第３の例では、出力用光導波路１１の出力端面とコリメータレンズ４との間を離して融着することは不可能である。
この例の導波路型光部品によると、このような問題を生じることなく良好なコリメート状態を実現することができる。
【００１６】
次に、本発明の光クロスコネクト装置について説明する。
本発明の光クロスコネクト装置は、上述した導波路型光部品を複数枚積層し、この導波路型光部品から出力される出力光の光路を切り換えるための光路切り換え手段とを有している。光クロスコネクト装置とは、複数の入出力光伝送路を収容し、任意の入力光伝送路から入ってきた光信号を、所望の出力光伝送路にルーチングする装置である。
この例の光クロスコネクト装置は、例えば、図４に示す光クロスコネクト装置において、２次元マイクロコリメータレンズアレイ２２に替えて、図１または図３に示すように、Ｖ溝基板５上に整列固定されたコリメータレンズ４を用い、ＡＷＧ２１の出力端からの出力光をコリメートして、マイクロミラーアレイ２３によって光路の切替えを行うものである。
なお、ここに示した例は一例であって、本発明の導波路型光部品と、他の光路切り換え手段とを用いて光クロスコネクト装置を形成することも可能である。
本発明の光クロスコネクト装置は、本発明の導波路型光部品を用いて光信号の入出力を行うため、コリメート状態が良好で、低損失で光路の切替えを行うことが可能な光クロスコネクト装置を実現することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、Ｖ溝基板上にコリメータレンズが整列固定され、このＶ溝基板と、出力用光導波路が形成されている基板とが接着固定されてコリメータレンズが出力用光導波路に結合されることにより、簡単な工程で、自由度の高い調心を行って結合することができ、挿入損失の小さい導波路型光部品を実現することができる。
また、出力用光導波路が形成されている基板上にＶ溝が形成され、このＶ溝上にコリメータレンズが整列固定されて、コリメータレンズが出力用光導波路に結合されることにより、機械的強度に優れ、信頼性が向上し、使用時における外力の影響を小さくすることができる。
また、石英系ガラス材料からなる導波路型光部品を形成し、出力用光導波路とコリメータレンズとを融着接続することにより、耐光性に優れ、高強度の光を扱う場合の信頼性を向上することができる。
また、出力用光導波路の出力端近傍をテーパ状の形状として、出力用光導波路から出力される光のモードフィールド径を拡大したことにより、コリメータレンズから出射された光が良好にコリメートされた状態で長距離伝播することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の導波路型光部品を複数枚積層したものと、光路切り換え手段とを有する光クロスコネクト装置によると、コリメート状態が良好で、低損失で光路を切替えることが可能な光クロスコネクト装置を実現することができる。
また、本発明によると、Ｖ溝基板にコリメータレンズを整列固定し、この整列されたコリメータレンズ端面に対して一括して、研削加工と研磨加工の一方または両方を行ってコリメータレンズアレイを作製し、このコリメータレンズアレイと出力用光導波路とを接合して導波路型光部品を製造することにより、複数のコリメータレンズを精度良く整列させることができ、長さが均一で端面が平坦なコリメータレンズ整列Ｖ溝基板が得られるため、低損失で光学特性に優れた導波路型光部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導波路型光部品の一例を示す図である。
【図２】本発明の導波路型光部品の一例について、Ｖ溝基板上でのコリメータレンズの配列の様子を示す図である。
【図３】本発明の導波路型光部品の他の例を示す図である。
【図４】３次元ＭＥＭＳ型光スイッチを用いた光クロスコネクト装置の一例を示す図である。
【図５】光クロスコネクト装置の動作の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…光合分波器、２…入力側光ファイバアレイ、３…入力用光ファイバ、４…コリメータレンズ、５…Ｖ溝基板、６…基板、７…入力用光導波路、８、１０…スラブ光導波路、９…アレイ光導波路、１１…出力用光導波路、２１…ＡＷＧ、２２…２次元マイクロコリメータレンズアレイ、２３…マイクロミラーアレイ、２４…光導波路積層体、２５…ミラー。
【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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