(57)【要約】【課題】光デバイスと光ファイバの結合方法及び光デバイスにおいて、コア結合の簡単化、迅速かつ高精度化を図る。【解決手段】光ファイバ１のコア２を導出して光ファイバ先端を凸形状にし、その光ファイバコア側面部に金属薄膜８を形成し、光ファイバコア２の端面２ａを光デバイスを構成するポリマー導波路基板４の導波路コア５に突き当てて光ファイバ１を光デバイスに結合する。光ファイバコア２のみを突出させ導波路コア５に確実に当てる。また、導出した光ファイバコア２の先端に先細りとなるテーパ角度をもたせ、ポリマー導波路基板の結合部の導波路コアをエッチングして凹形状に加工した後、光ファイバコアを凹部に挿入し突き当てて結合してもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイス入出光部のポリマー導波路基板端面と光ファイバとの相対位置を光デバイス又は光ファイバの一方から他方へ入射する光量が最大光量になる相対位置に位置決めして光デバイスと光ファイバとを固定する結合方法であって、
光ファイバのコアを導出して光ファイバ先端を凸形状にし、その光ファイバコア側面部に金属薄膜を形成し、その光ファイバコアの端面をポリマー導波路基板の導波路コアに突き当てて光ファイバを光デバイスに結合することを特徴とする光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項２】
前記光ファイバコアの導出部の長さを該光ファイバ中を伝搬する光の全反射周期長の１／４以下とすることを特徴とする請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項３】
前記ポリマー導波路基板の結合部の導波路コアを切り欠いた後、前記光ファイバコアを突き当てて結合することを特徴とする請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項４】
前記ポリマー導波路基板の結合部の導波路コアをエッチングして、凹形状に加工した後、前記光ファイバコアを突き当てて結合することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項５】
前記光ファイバのコアは酸化ゲルマニウムをドープした石英からなり、該光ファイバのクラッド部をフッ酸を水で希釈したエッチング液を用いてデイッピングによりエッチングして当該光ファイバコアを導出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項６】
前記導出した光ファイバコアの先端に光伝搬モードの変化が発生することがない程度に先細りとなるテーパ角度をもたせることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項７】
前記導出した光ファイバコアの長さを前記エッチングして凹形状に加工した導波路コアの凹部の深さより、長くすることを特徴とする請求項４記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項８】
前記光ファイバのクラッドの先端に先細りとなるテーパ角度を設定することを特徴とする請求項１又は請求項３又は請求項７記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項９】
前記導波路基板はポリカーボネート、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学樹脂から成ることを特徴とする請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１０】
前記金属薄膜はアルミニューム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項６記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１１】
前記導波路基板端面にファイバを固定するＶ字型溝を有するステージを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１２】
前記Ｖ字型溝を有するステージは導波路基板と共に一体成形されていることを特徴とする請求項１１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１３】
前記金属薄膜は導出した光ファイバコアをコア軸回りに回転させながら０．０５〜０．２μｍの厚さに蒸着して形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１４】
光ファイバ巻き取り治具を用いて、光ファイバを真空槽内に設置することを特徴とする請求項１２記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１５】
光ファイバの被覆の部分にマスクをすることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１６】
前記光ファイバと前記導波路基板との結合部を樹脂封止して結合部を固定することを特徴とする請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１７】
前記樹脂封止はＵＶ硬化性樹脂で封止して紫外線照射して固形化するか、又は熱硬化性樹脂で封止し加熱硬化するものであることを特徴とする請求項１６記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１８】
光ファイバのクラッド部を優先的に除去し、光ファイバコアを導出させた後、前記金属薄膜を形成する前に、導出した光ファイバコアの表面を該光ファイバに導波させる光の波長の１／１０以下の表面粗さにすることを特徴とする請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項１９】
光デバイスに結合する光ファイバの光デバイス側でない一端からレーザ光を入光させ、光ファイバの３軸平行移動及び２軸回転を行い、光デバイスの導波路基板から出力される光が最大光量になる位置に光ファイバの位置調整を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光デバイスと光ファイバの結合方法。
【請求項２０】
光デバイス入出光部のポリマー導波路基板の光ファイバとの結合部の導波路コア端面を凹形状に加工し、光ファイバの先端のクラッドをエッチングにより除去して光ファイバコアを導出させ、前記導出した光ファイバコアの先端に光伝搬モードの変化が発生することがない程度に先細りとなるテーパ角度を設定し、該導出した光ファイバコア側面に金属薄膜を蒸着させ、その光ファイバコアの端面を前記ポリマー導波路基板の導波路コアに突き当てて結合したことを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光デバイスと光ファイバの結合方法及び光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光デバイスとして光スプリッタや光スイッチが知られている。図１２に従来の光デバイスの一例を示す。この光デバイス１００は、ポリマーで形成されたコア１１０、クラッド１２１，１２２により分岐した光導波路を形成してなるポリマー導波路基板である。この光デバイス１００を光スプリッタとして用いる場合、コア１１０の一端１０１から光を入射すると、コア１１０が分岐した他端１０２、１０３の両方から出射される。光の波長は１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍが多く使われる。また、光デバイス１００を光スイッチとして用いる場合、コア１１０の一端１０１から光を入射すると、光スイッチのスイッチがＯＦＦの場合、例えばコア１１０が分岐した他端１０２から光が出射されるが、もう一方の他端１０３からは光が出射されず、また逆に、光スイッチがＯＮの場合は、他端１０３から光が出射されるが、もう一方の他端１０２からは光が出射されない。
【０００３】
このような光デバイスには、図１３（ａ）に示されるように、その入出光部であるポリマー導波路基板端面においてコア１１０の端面に光信号を入射するため、又は光信号を受光するために光ファイバ１３０が結合される。一般的に光ファイバとポリマーでできた光導波路を結合する場合、光ファイバ１３０のコアの中心と光導波路基板のコア１１０の中心を合わす方法が取られてきた。ポリマー光導波路のコア１１０の断面形状は、図１３（ｂ）に示されるように、長方形又は台形であり、光ファイバのコア１３１の断面形状は円径である。そのため、形状の異なることによる損失を最小にするために両者を１μｍ以下の精度で軸合わせして端面同士を向き合わせて結合する必要がある。
【０００４】
上述のような結合方式を直接結合といい、フレネル散乱による損失、コアの面積比による損失、及び光ファイバコアの偏芯による損失が発生する。フレネル散乱による損失について、図１４を用いて説明する。コア１１０、１３１の対面するところに発生する間隙には屈折率の違いによる反射損失を抑えるため屈折率整合用にマッチングオイル１４０が充填される。この場合、マッチングオイルの屈折率をｎ２、光ファイバコア１３１の屈折率をｎ１、導波路コア１１０の屈折率をｎ３とすると、フレネル散乱による損失は２箇所の界面で発生し、
Ｐ１＝（（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２））２・Ｐｏ
Ｐ２＝（（ｎ２−ｎ３）／（ｎ２＋ｎ３））２・Ｐｏ
と表され、通常１〜２％程度の損失である。
【０００５】
また、コアの面積比による損失ηは、図１５（ａ）（ｂ）に示されるコア形状に、導波路コア１１０の断面下辺ａ、上辺ｂ、及び高さｈ、光ファイバコア半径ｒについて、ファイバコア断面積Ｓｆ、導波路基板コア断面積Ｓｇとして
Ｓｆ＝πｒ×ｒ
Ｓｇ＝（ａ＋ｂ）ｈ／２
η＝Ｓｆ／Ｓｇ＝πｒ×ｒ／（ａ＋ｂ）ｈ／２
と表される。例えば、ｒ＝９μｍ、ａ＝７μｍ、ｂ＝５μｍ、ｈ＝６μｍとして、通常１％程度の損失である。
【０００６】
また、光ファイバコアと導波路コアとの偏芯による損失χは、光ファイバコアのスポット径をω１、導波路コアのスポット径をω２、偏芯をｄ、またＱ＝ω１×ω１＋ω２×ω２として、
χ＝（２ω１×ω２／Ｑ）ｅｘｐ（−２ｄ／Ｑ）
と表される。例えば、ｄ＝０．５μｍの場合２％程度、ｄ＝１μｍの場合５％程度の損失である。
【０００７】
以上、総合して５％〜８％の損失が発生する。また、調芯した後のコア同士の固着のときに軸ずれが発生し、さらに５％程度の損失が発生する。
【０００８】
このようにコア端面と光ファイバの結合の善し悪しによって、この結合部における光伝送の効率が大きく左右される。調芯方法の従来例として、図１６（ａ）（ｂ）に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１、２，３参照）。導波路基板２００の上下クラッド２０１，２０２から導波路コア２０３を一部導出し、下部クラッド２０２の端面に、Ｖ字型溝２０４を有する光ファイバ載置用のステージ２０５を備えたものである。Ｖ字型溝２０４に光ファイバ２０６を載置することにより光ファイバの端面と導波路のコアの端面が結合されるようにしたものである。また、上記例とは別に、図１７に示すように、光ファイバ３００と光導波路４００との結合部のコア３０１、４０１を共に太くして一方のコア、例えば光ファイバコアの先端に突起部３０２を設け、他方の導波路コアの端面に凹部４０２を設けて互いに嵌合させて結合するものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５７−１１９３１４号公報
【特許文献２】特許２７５１６６３号公報
【特許文献３】特開２００１−１８８１４４号公報
【特許文献４】特開平９−１６６７２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の図１６に示されるような機械的な加工精度によるものは、アライメント精度が悪いという問題点がある。高精度の機械加工精度が要求されるのに対しサブミクロンのアライメントの精度を確保することが困難なことによる。また、上述の図１７に示されるような先端のコアを太くする方法は、加工に手間がかかるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な方法により、光デバイスと光ファイバの結合に際して、コア結合を簡単に、迅速、かつ高精度にできる方法及びその方法により光ファイバを結合した光デバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、光デバイス入出光部のポリマー導波路基板端面と光ファイバとの相対位置を光デバイス又は光ファイバの一方から他方へ入射する光量が最大光量になる相対位置に位置決めして光デバイスと光ファイバとを固定する結合方法であって、光ファイバのコアを導出して光ファイバ先端を凸形状にし、その光ファイバコア側面部に金属薄膜を形成し、その光ファイバコアの端面をポリマー導波路基板の導波路コアに突き当てて光ファイバを光デバイスに結合するものである。
【００１３】
上記結合方法においては、光ファイバのコアを導出して光ファイバ先端を凸形状にし、その光ファイバコア側面部に金属薄膜を形成し、その光ファイバコアの端面をポリマー導波路基板の導波路コアに突き当てて光ファイバを光デバイスに結合するので、コア同士が直接光結合され、フレネル散乱による損失を低減することができ、またコアの面積比の違いによる損失をなくすことができ、さらにファイバの偏芯の影響をなくすることができる。また、光ファイバコア側面部に金属薄膜を形成するので、伝送損失を低く保って光ファイバ先端の径を細くでき、光ファイバコアのみを突出させて導波路コアに確実に当たるようにできる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記光ファイバコアの導出部の長さを該光ファイバ中を伝搬する光の全反射周期長の１／４以下とするものである。
【００１５】
上記結合方法においては、光ファイバコアの導出部長さを光の全反射周期長の１／４以下にするので、光ファイバコア中を伝搬するレーザ光が導出部で反射する回数を１回以下にでき、導出部における損失を低減して導出部の長さを最適な短さにすることができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記ポリマー導波路基板の結合部の導波路コアを切り欠いた後、前記光ファイバコアを突き当てて結合するものである。この結合方法においては、導波路コアを切り欠いた後、切り欠き部分に光ファイバコアを突き当てて結合するので、光ファイバコアの挿入により光ファイバコアと導波路コアとの調芯を行うことができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、ポリマー導波路基板の結合部の導波路コアをエッチングして、凹形状に加工した後、前記光ファイバコアを突き当てて結合するものである。この結合方法においては、前記同様の効果が得られると共に、さらに光ファイバコアを導波路コアと調芯した挿入が容易であり、また挿入後の光ファイバと導波路の固着が容易である。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、光ファイバのコアは酸化ゲルマニウムをドープした石英からなり、該光ファイバのクラッド部をフッ酸を水で希釈したエッチング液を用いてデイッピングによりエッチングして当該光ファイバコアを導出するものである。この結合方法においては、ウエットエッチングにより、容易に所望の光ファイバコア形状にエッチングができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１又は請求項３記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記導出した光ファイバコアの先端に光伝搬モードの変化が発生することがない程度に先細りとなるテーパ角度をもたせるものである。この結合方法においては、導出した光ファイバコアの先端に先細りとなるテーパ角度をもたせるのでポリマー導波路のコアに光ファイバコアの挿入が容易になる。コアの先端を導波する光の波長より小さくせずに、例えば、使用する波長が１．３μｍ〜１．５μｍの場合、先端の径を２μｍ以上とすることで、光伝搬モードの変化が発生することがない。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項４記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記導出した光ファイバコアの長さを前記エッチングして凹形状に加工した導波路コアの凹部の深さより、長くするものである。この結合方法においては、光ファイバのクラッドが導波路クラッドに当たることなく、光ファイバコアと導波路コアとを完全に突き当てることができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１又は請求項３又は請求項７記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記光ファイバのクラッドの先端に先細りとなるテーパ角度を設定するものである。この結合方法においては、前記の効果に加えて、結合後の固着が容易になる効果がある。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記導波路基板はポリカーボネート、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学樹脂から成るものである。この結合方法においては、導波路基板材料として透明で柔らかいポリカーボネート、ＰＭＭＡなどを使用することにより、これらよりも硬い石英からなる光ファイバコアを突き当てたときに、導波路のコアに間隙無く容易に結合でき、結合効率が高まる
【００２３】
請求項１０の発明は、請求項１又は請求項２又は請求項６記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記金属薄膜はアルミニューム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）から成るものである。この結合方法においては、金属薄膜による被覆により光ファイバコア側面表面における反射率を高めて、光漏洩損失を低減することができる。使用する光の波長が１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍの場合、これらの波長の光の反射率の高い金属として、Ａｇ及びＡｌがあり、Ａｇの場合、反射率約９７％、Ａｌの場合約９５％となる。
【００２４】
請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記導波路基板端面に光ファイバを固定するＶ字型溝を有するステージを設けたものである。この結合方法においては、光ファイバの実装が容易になる。
【００２５】
請求項１２の発明は、請求項１１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記Ｖ字型溝を有するステージは導波路基板と共に一体成形されているものである。この結合方法においては、上記効果に加え、ステージのＶ字型溝とコア凹部の間の寸法、位置精度のばらつきを小さくすることができ、光ファイバ実装を確実に行える。
【００２６】
請求項１３の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記金属薄膜は導出した光ファイバコアをコア軸回りに回転させながら０．０５〜０．２μｍの厚さに蒸着して形成するものである。この結合方法においては、経済的合理性をもって均一膜厚で高反射面を形成できる。
【００２７】
請求項１４の発明は、請求項１２記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、光ファイバ巻き取り治具を用いて、光ファイバを真空槽内に設置するものである。この結合方法においては、長さに関係なく光ファイバを真空槽内への設置が容易になる。
【００２８】
請求項１５の発明は、請求項１２又は請求項１３記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、光ファイバの被覆の部分にマスクをするものである。この結合方法においては、金属膜が被覆に蒸着するのを防ぐことができる。
【００２９】
請求項１６の発明は、請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記光ファイバと前記導波路基板との結合部を樹脂封止して結合部を固定するものである。この結合方法においては、結合部を十分な強度で密着・固定させ、かつ金属薄膜の腐食を防止でき、安定して光デバイスを使用できる。
【００３０】
請求項１７の発明は、請求項１６記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、前記樹脂封止はＵＶ硬化性樹脂で封止して紫外線照射して固形化するか、又は熱硬化性樹脂で封止し加熱硬化するものであるものである。この結合方法においては密着強度、金属薄膜保護など半永久的な耐久性を維持可能である。
【００３１】
請求項１８の発明は、請求項１記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、光ファイバのクラッド部を優先的に除去し、光ファイバコアを導出させた後、前記金属薄膜を形成する前に、導出した光ファイバコアの表面を該光ファイバに導波させる光の波長の１／１０以下の表面粗さにするものである。この結合方法においては、導出した光ファイバコアの表面を平滑性に優れたものにでき、乱反射による結合ロスを防止できる。
【００３２】
請求項１９の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光デバイスと光ファイバの結合方法において、光デバイスに結合する光ファイバの光デバイス側でない一端からレーザ光を入光させ、光ファイバの３軸平行移動及び２軸回転を行い、光デバイスの導波路基板から出力される光が最大光量になる位置に光ファイバの位置調整を行うものである。この結合方法においては、位置決めの精度を向上させて確実に光結合をさせることができる。
【００３３】
請求項２０の発明は、光デバイス入出光部のポリマー導波路基板の光ファイバとの結合部の導波路コア端面を凹形状に加工し、光ファイバの先端のクラッドをエッチングにより除去して光ファイバコアを導出させ、前記導出した光ファイバコアの先端に光伝搬モードの変化が発生することがない程度に先細りとなるテーパ角度を設定し、該導出した光ファイバコア側面に金属薄膜を蒸着させ、その光ファイバコアの端面を前記ポリマー導波路基板の導波路コアに突き当てて結合した光デバイスである。
【００３４】
上記光デバイスにおいては、凹形状に加工した結合部の導波路コア端面に、光ファイバコアを導出して先細りとなるテーパ角度を設定した光ファイバコア端面を突き当てているので、コア同士が直接光結合され、結合部におけるフレネル散乱による損失を低減することができ、またコアの面積比の違いによる損失をなくすことができ、さらにファイバの偏芯の影響をなくすことができる。また、上記光デバイスは光ファイバコア側面部に金属薄膜を形成するので、伝送損失を低く保って光ファイバを結合したものとなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光デバイスと光ファイバの結合方法及び光デバイスについて、図面を参照して説明する。光ファイバコアを光デバイスの導波路コアに、コアの端面同士の間にすき間なく接触させて、光結合するには、図１（ａ）（ｂ）に示されるように、光ファイバ１の光ファイバコア２を光ファイバ１のクラッド３から導出させて凸形状に突出することで実現できる。光デバイスの導波路基板４の基板材としてポリカーボネート、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学樹脂を用いるポリマー導波路基板４の場合、透明で柔らかいポリカーボネート、ＰＭＭＡなどに対し、これらよりも硬い石英からなる光ファイバコア２の端面２ａを導波路コア５の端面５ａに突き当てることにより、導波路のコア５に間隙なく容易に光結合できる。
【００３６】
上述の光ファイバコア２を導出した導出部７の側面表面にはクラッド３がなく、露出しているため、反射膜となる金属薄膜８を付着させて側面からの光損失を防止する。金属薄膜８として、アルミニューム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）から成る金属薄膜を用いることで、光ファイバコア側面表面における反射率を高めて、光漏洩損失を効率よく低減することができる。例えば、通常光デバイスに使用される光の波長１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍの場合、これらの波長の光に対してＡｇの場合反射率約９７％、Ａｌの場合約９５％と高い反射率が得られる。金属薄膜８の形成については後述される。
【００３７】
上述の前記光ファイバコア２の導出部７の長さについて説明する。光ファイバコア２の内部における光は、図２（ａ）に示されるように、クラッド３と光ファイバコア２の境界において全反射を繰り返しながら伝搬する。図２（ｂ）に示される光ファイバコア２の導出部７の寸法（導出部長さ）ｓは、光ファイバコア２内の全反射の周期長ｄの１／４以下にするのが望ましい。光ファイバコア２の導出部長さを光の全反射周期長の１／４以下にすることで、光ファイバコア２中を伝搬するレーザ光が導出部７で反射する回数を１回以下にでき、導出部７における損失を低減できる。
【００３８】
また、図３（ａ）（ｂ）と図４（ａ）（ｂ）に示されるように、導波路コア５の端面に切り欠き９やエッチングにより形成した凹部１０を設けて、この切り欠き９や凹部１０に光ファイバコア２の導出部７を突き当てて結合することで、導出部７の挿入により光ファイバコア２と導波路コア５との調芯ができる。また、この場合、導出部７の長さｓを切り欠き９や凹部１０の深さより、長くすることで光ファイバのクラッドが導波路クラッドに当たることなく、光ファイバコアと導波路コアとを完全に突き当てることができる。
【００３９】
また、導出部７の形状として、図５（ａ）（ｂ）に示されるように、先細りとなるテーパ角度θを設定することで、前記導波路コアの切り欠き９や凹部１０への導出部７の挿入が容易となる。この場合、テーパ角度θは導出した光ファイバコアの先端に光伝搬モードの変化が発生することがない程度の先細りとする必要がある。コアの先端の直径Ｄを導波する光の波長より小さくせずに、例えば、使用する波長が１．３μｍ〜１．５μｍの場合、先端の径を２μｍ以上とすると、光伝搬モードの変化が発生することがない。
【００４０】
上述の光ファイバコアを導波路コアに突き当てて結合した光ファイバの固定について説明する。図６（ａ）に示されるように、光ファイバ１のクラッド３と導波路基板４のクラッド６のすき間に封止樹脂１１を充填して光ファイバ１を固定する。光ファイバ１と導波路基板４との結合部を樹脂封止して結合部を固定することで結合部を十分な強度で密着・固定させ、かつ金属薄膜の腐食を防止でき、安定して光デバイスを使用できる。封止樹脂１１はＵＶ硬化性樹脂又は熱硬化樹脂を用い、それぞれ紫外線照射して固形化するか、熱硬化性樹脂で封止し加熱硬化する。これらの樹脂封止により十分な密着強度で金属薄膜を保護して半永久的な耐久性を維持可能である。また、図６（ｂ）（ｃ）に示されるように、光ファイバ１のクラッド３の先端に先細りとなるテーパ角度φを設定することで結合後の固着が容易となり、固着強度も上がる。
【００４１】
光ファイバコアを導波路コアに突き当てる実装について説明する。図７及び図８に示されるように、導波路基板４の端面にファイバを固定するＶ字型溝１２ａを有するステージ１２を設けることにより光ファイバ１の実装が容易になる。図７（ａ）に示すステージ１２は導波路基板４とは別体であり、図８に示すステージ１２は導波路基板４と共に一体成形されているものである。一体成形型では、ステージのＶ字型溝１２ａとコア凹部１０の間の寸法、位置精度のばらつきを小さくすることができ、光ファイバ実装を確実に行える。
【００４２】
次に、光ファイバの先端加工について説明する。光デバイスで通常用いられる石英光ファイバは、シングルモードファイバの場合、クラッド径１２５μｍ、コア径７〜１０μｍ程度であり、光ファイバコアは酸化ゲルマニウムをドープしてクラッドよりも屈性率を０．３％程度大きくしてある。このような光ファイバを、図９（ａ）に示されるように、フッ酸を水で希釈したエッチング液（エッチャント）２４にディッピングすると、
ＳｉＯ２＋６ＨＦ＝Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ
ＧｅＯ２＋６ＨＦ＝Ｈ２ＧｅＦ６＋２Ｈ２Ｏ
の化学反応により光ファイバ１の端面がエッチングされる。光ファイバの先端をエッチャント２４の中にディッピングする時間を調整して、先端を加工すると、図９（ｂ）に示されるように、光ファイバコア２の先端が導出した形状が得られる。本方式では、鉛筆のようにクラッドからコア先端にかけて、テーパ角度φ、θをもった形状となる。導出したコアの先端径は、導波する光の波長よりも大きくする。先端径を光の波長より小さくすると近接場光が発生して光伝達効率が低下する。また、このようなエッチングによると、コアの表面粗さは、λ／１０（λ：光波長）以下とすることができる。コアの導出長は約３ｍｍとした。
【００４３】
次に、光ファイバコア導出部への金属膜形成について説明する。光ファイバの先端のコアが導出した部分に、例えば、図１０（ａ）〜（ｄ）に示されるような真空蒸着装置及び方法を用いて金属薄膜を形成する。光ファイバ１は、巻き取り治具１８に巻き取った状態とし、光ファイバ末端には被服部にマスク２０をかぶせて、光ファイバコアの導出部７のみを露出させる。光ファイバをこのような取り治具１８に巻き取った状態で真空槽１３の内部に入れ、回転装置の回転軸１７に取付けて、真空槽１３の外に設けられた回転駆動モータ１９で回転させる。回転は、光ファイバコア軸回りに行う。真空槽１３の中に設けられた坩堝１４に入った蒸着金属材料１５、例えばアルミニューム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などを蒸発手段（不図示）によって蒸発させ、金属蒸気１６を光ファイバの露出した導出部７に蒸着させる。金属薄膜は０．０５μｍ〜０．２μｍの厚さとする。
【００４４】
次に、光ファイバコアと導波路コアとの調芯について説明する。図１１はコア接合部における調芯状況を示す。光ファイバ１と光導波路基板４の結合は、結合するコア軸同士をサブミクロン以下という精度で一致させなければならない。光ファイバ１の光軸を調整して結合する技術である調芯の方法は、光デバイスの導波路コア５に結合する光ファイバ１の導波路コア５側でない一端（ピグテイル）からレーザダイオード（ＬＤ）等により、レーザ光２１を入光させ、光ファイバの３軸平行移動及び２軸回転を行い、光デバイスの導波路コア５から出力される光２２をモニタ２３により測定して最大光量になる位置に光ファイバの位置調整を行う。光ファイバ１の光軸の座標系としてＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚがあるが、光ファイバ１には異方性がないのでθｚ（光軸回りの回転）を除いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙの５つの運動の自由度について最適な位置にあわせる必要がある。光導波路側のコア結合部は、結合が容易になるように端面にを切り欠き９を設けている。光ファイバ１の移動は、ステッピングモータ（不図示）で行う。移動の分解能は１ステップ０．５μｍとしてコアの調芯を行ったところ、接合部の光伝送損失は０．２ｄＢ以下になった。
【００４５】
次に、Ｖ字型溝ステージを用いた結合方法の実施結果を示す。ポリマー平面導波路基板の材質は、ポリカーボネートＰＭＭＡなど透明光学樹脂を使用して、上部クラッドと下部クラッドを形成する。下部クラッドは、Ｖ字型溝を有するステージと一体となった構成とする。コア導出部に金属薄膜形成したファイバをＶ字型溝ステージに実装する。導波路基板のコアの結合部は、凹形状にに約２ｍｍ程度エッチングされており、ファイバのコアが挿入可能な形状としている。ファイバをＶ字型溝に載置し、次に、凹形状に中空となった部分に挿入して導波路基板のコア端面に光ファイバコア端面を突き当てる。このように結合したところ、結合後の損失は０．２ｄＢ以下となった。
【００４６】
次に、光ファイバと平面導波路基板を結合後、樹脂封止として紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂で封止した。その後、紫外線ランプにより、紫外線照射して固形化した。樹脂封止として熱硬化性樹脂を用いて加熱硬化してもよい。この光ファイバと導波路基板は、凹凸型で結合されているため、結合後に結合部分を固着するときに軸ずれを発生することがない。これは、Ｖ字型溝を用いた結合方式でも同様である。
【００４７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコアと導波路コアの結合部の断面図。
【図２】（ａ）は光の伝搬を説明する光ファイバの断面図、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコア導出部の断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコアと導波路コアの結合部の断面図。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコアと導波路コアの結合部の断面図。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコアと導波路コアの結合部の断面図。
【図６】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコアと導波路コアの結合部の断面図、（ｂ）は同光ファイバコア導出部の断面図、（ｃ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコアと導波路コアの結合部の断面図。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態に係るステージを備えたポリマー導波路基板の斜視図、（ｂ）は同断面図。
【図８】本発明の一実施形態に係るステージを備えたポリマー導波路基板の斜視図。
【図９】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバコア導出を説明する断面図、（ｂ）は導出された光ファイバコアの断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る金属膜蒸着を説明する断面図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る調芯を説明する断面図。
【図１２】光デバイスの斜視図。
【図１３】（ａ）は光ファイバを結合した光デバイスの斜視図、（ｂ）は導波路コアと光ファイバコアの斜視図。
【図１４】従来の光ファイバコアと導波路コアとの結合を示す断面図。
【図１５】（ａ）は導波路基板の断面図。（ｂ）は光ファイバの断面図。
【図１６】（ａ）は従来の光ファイバコアと導波路コアとの結合を示す断面図、（ｂ）はＶ字型溝上の光ファイバの断面図。
【図１７】従来の光ファイバコアと導波路コアとの結合を示す断面図。
【符号の説明】
１  光ファイバ
２  光ファイバコア
３、６  クラッド
４  導波路基板
５  導波路コア
７  導出部
８  金属薄膜
９  切り欠き
１０  凹部
１１  封止樹脂
１２  ステージ
１２ａ  Ｖ字型溝
θ、φ  テーパ角度
【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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