(57)【要約】【課題】本発明は、光ファイバアレイ部と光導波路素子との接合方法において、位置ずれが少なく信頼性の高い接合方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、光ファイバアレイ部と光導波路素子の接合面の非光伝搬領域にＹＡＧレーザ吸収部材を形成し、前記接合面を、該接合面内の非光伝搬部に形成したＹＡＧレーザ吸収部材が、前記光ファイバアレイ部もしくは前記光導波路素子の側面から入射し、前記光ファイバアレイ部もしくは前記光導波路素子を透過させたＹＡＧレーザの照射、或いは前記光ファイバアレイ部に予め設けられたＹＡＧレーザ伝搬用の光ファイバを用いたＹＡＧレーザ照射により溶着固定することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ独立した半導体レーザから発したビームを光ファイバにカップリングした半導体レーザモジュール部と、前記光ファイバの光出射端を複数本互いに近接させて配列した光ファイバアレイ部とを有し、該光ファイバアレイ部の光出射端面には複数の光導波路を有する光導波路素子の光入射端面が高精度に位置合わせして接合されており、該接合面の非光伝搬領域にはＹＡＧレーザ吸収部材が形成されており、前記接合面を、該接合面内の非光伝搬部に形成されたＹＡＧレーザ吸収部材が、前記光ファイバアレイ部もしくは前記光導波路素子の側面から入射し、前記光ファイバアレイ部もしくは前記光導波路素子を透過させたＹＡＧレーザの照射、或いは前記光ファイバアレイ部に予め設けられたＹＡＧレーザ伝搬用の光ファイバを用いたＹＡＧレーザ照射により溶着固定することを特徴とする光結合素子の製造方法。
【請求項２】
前記光ファイバにカップリングする半導体レーザ光の発振波長が４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光結合素子の製造方法。
【請求項３】
前記光ファイバアレイ部と前記光導波路素子との接合面が、光ファイバ配列方向に対して傾斜しており、その傾斜角が次式を満足していることを特徴とする請求項１記載の光結合素子の製造方法。
ｓｉｎφ＞（１／ｎ）・ｓｉｎ（ｓｉｎ−１（ＮＡ）／２）
但し、φは光ファイバアレイ部と光導波路素子の接合面の光ファイバ配列垂直方向に対してなす角、ｎは光ファイバアレイを形成する各光ファイバのコアの屈折率、ＮＡは光ファイバアレイを形成する各光ファイバの開口数である。
【請求項４】
前記光ファイバアレイ部と前記光導波路素子との接合界面には、ポリシラザン溶液、珪素化合物溶液、或いはシロキサン溶液等の無機ポリマーが充填されていることを特徴とする請求項１記載の光結合素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の方法によって製造した光結合素子を備えた光記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光計測、光記録などの分野に用いられる光ファイバアレイ、光導波路素子などの光結合素子の製造方法及び光記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバアレイと光導波路チップとの接合方法に関する従来の技術として、光ファイバアレイと光導波路チップとの接合面に所定の幅の間隙を設け、この間隙間に紫外線硬化型の接着剤を充填した後、紫外線を照射することによって樹脂を硬化させ、光ファイバアレイと光導波路チップとを接合している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、上記の方法によると、接合面には樹脂が介在するため信頼性が低いという問題があった。また、光ファイバと光導波路の光路間、すなわち光ファイバと光導波路の光伝搬領域であるコア部の接合領域に接着剤である紫外線硬化樹脂が介在しているために、高強度の光エネルギーをもつレーザ光、特に紫外域に近い波長をもつ短波長のレーザ光を用いた場合には、紫外線硬化樹脂が変質したり、光損傷したりするという問題がある。このため、樹脂の劣化による光強度の変動や、光ファイバアレイと光導波路接合面での光結合効率の変動が生じやすく、信頼性の高い装置は実現できないという困難があった。
【０００４】
他の例として、光ファイバアレイブロックと光素子ブロックの側面に金属薄膜を形成し、光ファイバアレイブロックと光素子ブロックと境界部に小スポットのＹＡＧレーザを照射して光ファイバアレイブロックと光素子ブロックを接合している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、上記の方法によると、金属薄膜が形成されているのは光ファイバアレイブロックと光素子ブロックの側面であり、光ファイバアレイブロックと光素子ブロックと境界部にＹＡＧレーザを照射する際に、光ファイバアレイブロックのエッジと光素子ブロックのエッジが完全に一致していないと光素子の光軸と垂直方向に位置ずれが発生し易く、光ファイバアレイから光素子への結合効率が劣化しやすいという問題があった。
【０００６】
また、光ファイバアレイ基板と光導波路基板との結合方法に関するものとして、光ファイバアレイ基板と光導波路基板の接合面を熱線吸収性ガラスで構成し、この部分をＹＡＧレーザ照射することで上記光ファイバアレイ基板と光導波路基板とを接合している（例えば、特許文献３参照。）。しかし、本例においてはＹＡＧレーザの照射部位、およびＹＡＧレーザ照射方法に関しては何も言及していない。
【特許文献１】
特開平６−３３１８５６号公報
【特許文献２】
特開平８−２１１５３号公報
【特許文献３】
特開平８−１５５３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、光ファイバアレイ部と光導波路素子との接合の際に、位置ずれが少なく信頼性の高い接合方法を提供すること、また、光ファイバ及び光導波路伝搬光として高強度のレーザ光、あるいは短波長のレーザ光を用いたとしても光ファイバアレイと光導波路界面の状態が劣化しない高信頼性を有する光学部品接合方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、それぞれ独立した半導体レーザから発したビームを光ファイバにカップリングした半導体レーザモジュール部と、前記光ファイバの光出射端を複数本互いに近接させて配列した光ファイバアレイ部とを有し、該光ファイバアレイ部の光出射端面には複数の光導波路を有する光導波路素子の光入射端面が高精度に位置合わせして接合されており、該接合面の非光伝搬領域にはＹＡＧレーザ吸収部材が形成されており、前記接合面を、該接合面内の非光伝搬部に形成されたＹＡＧレーザ吸収部材が、前記光ファイバアレイ部もしくは前記光導波路素子の側面から入射し、前記光ファイバアレイ部もしくは前記光導波路素子を透過させたＹＡＧレーザの照射、或いは前記光ファイバアレイ部に予め設けられたＹＡＧレーザ伝搬用の光ファイバを用いたＹＡＧレーザ照射により溶着固定することによって解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施例を説明する。
【００１０】
図１は接合前の光ファイバアレイ部１と光導波路部２の外観である。
【００１１】
光ファイバアレイ１を構成している各々の光ファイバの入射端は、それぞれ独立した図示しない半導体レーザから発したビームを光ファイバにカップリングした半導体レーザモジュール部が設けられている。
【００１２】
光ファイバアレイ部１の光出射端は図２に示すように、各々の光ファイバ３〜７（図２では５本としている）の光出射端がＶ溝状の基板８上に複数本、互いに隣接し、近接させて配列させたのち固定された光素子であり、各光ファイバは、中心の光伝搬領域であるコア部とその周りのクラッド部から構成される。また、光ファイバアレイ部１の光出射端面において、非光伝搬領域、つまりコア部以外にはＹＡＧレーザ吸収部材９が形成されている。一方、光導波路２の端面は図３に示すように、光学結晶、あるいは光学ガラスを用いた光導波路基板１０に複数の導光路１１〜１５がパターニングされて製作された光素子であり、この端面の非導光路部分（図３の斜線部）にもＹＡＧレーザ吸収部材９が形成されている。これらの光ファイバアレイ部１と光導波路２との接合の際には、各光ファイバのコア部と各導光路とが高精度に位置合わせされ、調芯される。調芯後は、図４に示すように光ファイバアレイ部１、もしくは光導波路素子２の側面からＹＡＧレーザ光１６を入射し、光ファイバアレイ部１、もしくは光導波路素子２を透過させたのち光ファイバアレイ部１と光導波路２の接合面に照準を合わせ、ＹＡＧレーザ吸収部材９を照射し、ＹＡＧレーザ吸収部材９を溶融固化させることで接合面の固定を行う。このように、ＹＡＧレーザを光素子部材の接合面内に照射することで、ＹＡＧレーザ吸収部材９の溶融固化の際に発生する応力により生じる位置ずれ（図４のｘｙ方向の位置ずれ）を、従来のように接合部材の側面からのＹＡＧレーザ照射の場合よりも小さく抑えることができるため、光利用効率の高い光素子を実現することができる。
【００１３】
光ファイバアレイ部１、もしくは光導波路素子２の側面からＹＡＧレーザ光を入射する方法とは異なった方法を、図５、図６に示す。この方法は、光ファイバアレイ部１に光導波路結合用の光ファイバとは別に予めＹＡＧレーザ伝搬用の光ファイバ１７を用いてアレイを作製しておくもので、ＹＡＧレーザ伝搬用の光ファイバ１７の光出射面にはＹＡＧレーザ吸収部材９が形成されている。こうすることで、図６に示すように、光ファイバアレイ部１と光導波路２の位置合わせ調芯ののち、ＹＡＧレーザ伝搬用の光ファイバ１７を伝搬させてＹＡＧレーザを照射し接続界面のＹＡＧレーザ吸収部材９を溶着固定することで同様の効果が得られる。ＹＡＧレーザ照射後のＹＡＧレーザ伝搬用の光ファイバ１７は、アレイ部を残してカットする。
【００１４】
なお、上記実施例において、図９に示すように、光ファイバアレイ部と光導波路素子との接合面は、光ファイバ配列方向に対して斜面を形成し、その斜面の傾斜角が次式を満足させるようにしても良い。
ｓｉｎφ＞（１／ｎ）・ｓｉｎ（ｓｉｎ−１（ＮＡ）／２）  …（１）
但し、φは光ファイバアレイ部と光導波路素子の接合面の光ファイバ配列垂直方向に対してなす角、ｎは光ファイバアレイを形成する各光ファイバのコアの屈折率、ＮＡは光ファイバアレイを形成する各光ファイバの開口数である。
【００１５】
図９に示すように、光ファイバアレイ部１と光導波路素子２の接合面の光ファイバ配列垂直方向、即ちｘｙ面に対してなす角をφ、光ファイバアレイ部１出射光の光ファイバアレイ部１出射面および光導波路素子２入射面の垂線に対する角度をφ’とすると、屈折の法則より次式が成り立つ。
ｎ・ｓｉｎφ＝１・ｓｉｎφ’  …（Ａ）
ここで、図９より光導波路素子２入射面からの反射戻り光が光ファイバアレイ部１出射光となす角は２φ’であるから、この角度が光ファイバアレイを構成する各光ファイバの開口数ＮＡよりも大きければ、即ち、次式を満足していれば光導波路素子２入射面で反射戻り光が生じても、光ファイバにはカップリングされることはない。
ｓｉｎ（２φ’）＞ＮＡ  …（Ｂ）
上記（Ａ）式を（Ｂ）式に代入すれば、（１）式が得られ、これを満足させることにより光素子結合面における反射戻り光を防止できるので安定した素子を実現できる。
【００１６】
ここで、光ファイバアレイ部１の各光ファイバから出射し、光導波路にカップリングされる光の強度を５ｍＷ、各光ファイバのコア部の大きさをφ４μｍとして、光ファイバ出射端における光エネルギー密度を算出すると、次式のように非常に高エネルギーになる。
【００１７】
光エネルギー密度＝５  （ｍＷ）／（π・（４／２）２）  （μｍ２）＝０．４  （ｍＷ／μｍ２）＝４００（Ｗ／ｍｍ２）  …（２）
このため、光ファイバアレイ部１と光導波路２との接合面に、通常の紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いると、光ファイバから出射する高エネルギー光によって、変質したり光損傷したりしてしまうため使用することができない。特に、光源である半導体レーザとして、最近開発が進んでいる４００ｎｍ付近の紫外域に近い波長の光を発する紫色半導体レーザを用いる場合には、接合部材として用いる紫外線硬化性樹脂材料の光透過率も低下するため、樹脂の変質、光損傷はより顕著になることが予想される。しかし、光ファイバアレイ部１と光導波路２との接合面に何も用いない場合は、光入出射面における反射戻り光が生じる。特に反射戻り光が光源である半導体レーザにまで戻る場合、レーザの発振が不安定になるので特性にばらつきが生じる原因となる。
【００１８】
そこで、本発明の別の実施例では、図７に示すように、図４、図６で説明した光ファイバアレイ部１と光導波路２との接合面に、ポリシラザン溶液、あるいは珪素化合物溶液、あるいはシロキサン溶液等の無機ポリマー１８を使用する。上記の溶液は、例えば、ポリシラザン溶液の場合、Ｓｉ−Ｎ（珪素と窒素）結合をもつ化合物を基本ユニットとした有機溶剤に可溶な無機ポリマーで、塗布後に常温環境下に放置することで高純度シリカ（アモルファスＳｉＯ２）膜を形成する。これらの材料はすでに数社から製品化されており、最近では電子線や遠紫外線を照射するだけで完全に非晶質シリカ膜を形成することができる感光性珪素化合物溶液も開発されているので、このような溶液を界面に充填すれば、従来の樹脂材料を用いた場合のような不具合を解消することが出来る。
【００１９】
以上説明した光ファイバアレイと光導波路素子を接合した光結合素子の使用例を図８に示す。
【００２０】
それぞれ独立した複数の半導体レーザ光源１９〜２３（図中では５個にしている）から出射したレーザ光は、非図示のカップリングレンズを介して、それぞれに対応する複数本の光ファイバ２４〜２８に入射する。これらの半導体レーザ１９〜２３、カップリングレンズ、光ファイバ２４〜２８の各々は、半導体レーザの発光部、レンズの光軸、光ファイバの光伝搬部（以下、コア部）が同一軸上に位置調整されパッケージ化された半導体レーザモジュール部２９〜３３を構成している。光ファイバの光出射端は、互いに近接させ等間隔で配置固定された光ファイバアレイ部１を形成しており、この光ファイバアレイ１の光出射端は、上記した結合手段により、複数本の光導波路を持つ光導波路素子２端面に接合されている。光導波路素子２の光出射端部は、光導波路を互いに平行に一列に配列した光導波路アレイ部を形成している。
【００２１】
光導波路部２を出射した光はその後、光学系３４を介して回転多面鏡３５、走査レンズ３６により光記録部材３７上に複数の光スポットとして結像し、これらの光スポットを光変調して走査することにより光記録部材３７には印字・画像情報が記録される。
【００２２】
この際、光記録部材３７上の光スポット列の位置精度は、大元の光出射部の位置精度によって決まる。大元の光出射部に光ファイバアレイを用いる場合には光ファイバ自身の形状精度などの限界によりファイバ配列精度にも限界があるが、光導波路はリソグラフィープロセス等を用いた高精度のパターニング技術を用いることにより高精度のアレイ配列が容易に得られるので、上述のように光出射部として光ファイバアレイ先端に光導波路を接合することで高画質の光記録装置が実現できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光ファイバアレイ部と光導波路素子との接合の際に、位置ずれが少なく信頼性の高い接合方法を提供すること、また、光ファイバ及び光導波路伝搬光として高強度のレーザ光、あるいは短波長のレーザ光を用いたとしても光ファイバアレイと光導波路界面の状態が劣化しない高信頼性を有する光学部品接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である光結合素子の外観図。
【図２】本発明の実施例における光ファイバアレイの光出射端面の説明図。
【図３】本発明の実施例における光導波路素子の光入射端面の説明図。
【図４】本発明の実施例における光結合素子の組立方法の説明図。
【図５】本発明の他の実施例における光ファイバアレイの光出射端面の説明図。
【図６】本発明の他の実施例における光結合素子の組立方法の説明図。
【図７】本発明の更に他の実施例における光結合素子の構造説明図。
【図８】本発明の光結合素子を用いた光記録装置の概略図。
【図９】本発明の更に他の実施例における光結合素子の側面図。
【符号の説明】
１…光ファイバアレイ部、２…光導波路素子部、３〜７…光ファイバ、８…Ｖ字形状基板、９…ＹＡＧレーザ吸収部材、１０…光導波路基板、１１〜１５…光導波路、１６…ＹＡＧレーザ光、１７…ＹＡＧレーザ伝搬用光ファイバ、１８…無機ポリマー材、１９〜２３…半導体レーザ光源、２４〜２８…光ファイバ、２９〜３３…半導体レーザモジュール、３４…光学系、３５…回転多面鏡、３６…走査レンズ、３７…光記録部材。
【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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