(57)【要約】      （修正有）【課題】光導波路と光ファイバの接続方法において、安価に挿入損失が低くリターンロスも低い光導波路と光ファイバとの接続方法及び光モジュールを提供する。【解決手段】光導波路と光ファイバの接続方法において、単芯の光ファイバ及び２芯以上のテープファイバの光ファイバが光導波路基板上に形成されたＶ溝２４に固定された光回路で、光ファイバの先端端面２６が光軸に対して斜めに一定の角度に形成されており、光導波路基板の端部には光ファイバと同じ数かそれ以上のＶ溝が形成されており、少なくとも１本のＶ溝の延長線上に該Ｖ溝に載置した光ファイバの光軸が光導波路の光軸とほぼ一直線になるように光導波路コア２５が形成されており、Ｖ溝端部には光軸に対して垂直方向に光ファイバと光軸のなす角度とほぼ同じ角度をなす面を有する溝を形成し、光ファイバを光導波路に突き当て接着剤で固定する、光導波路と光ファイバの接続方法。【選択図】図６
2007171553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と光ファイバの接続方法において、単芯の光ファイバ及び２芯以上のテープファイバの光ファイバが光導波路基板上に形成されたＶ溝に固定された光回路で、光ファイバの先端端面が光軸に対して斜めに一定の角度に形成されており、光導波路基板の端部には光ファイバと同じ数かそれ以上のＶ溝が形成されており、少なくとも１本のＶ溝の延長線上に該Ｖ溝に載置した光ファイバの光軸が光導波路の光軸とほぼ一直線になるように光導波路コアが形成されており、Ｖ溝端部には光軸に対して垂直方向に光ファイバと光軸のなす角度とほぼ同じ角度をなす面を有する溝を形成し、光ファイバを光導波路に突き当て接着剤で固定する、光導波路と光ファイバの接続方法。
【請求項２】
隣接するＶ溝が位置を一定量ずつ光軸方向に沿ってずらして形成されており、Ｖ溝端に沿ってダイサー溝を作製することにより、光軸と所定の角度をなす溝を形成した後、Ｖ溝に、先端が前記角度を有するテープファイバの芯線を載置することを特徴とする、請求項１記載の光導波路と光ファイバの接続方法。
【請求項３】
テープファイバホルダ先端の被覆を除去したテープファイバを固定し、テープファイバ長手方向と直交するファイバ整列方向とＶ溝の長手方向と直交するＶ溝整列方向を平行にし、平行を保持した状態で光ファイバをＶ溝に載置し光ファイバを光導波路に突き当て接着剤で固定する請求項１または２記載の光導波路と光ファイバとの接続方法。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の光導波路と光ファイバとの接続方法を利用したことを特徴とする、光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を有する光回路と光ファイバとを接続し光学的に結合する方法及び、その方法を利用した光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいては受信感度、送信出力ともに高い方が信号伝達の信頼性が高くなり、遠方へ通信も可能になるが、技術的な限界があり、またコストも高くなる。現状の技術力を勘案し規格によってもその値は規定されている。システムのコストを考えると受信感度、送信出力とも低い方が安価であるが、低い受信感度、送信出力の機器を使うためには使用される光ファイバと光デバイスの接続損失は可能な限り低いことが求められる。      
【０００３】
またシステムを構築するためのコストの面からは各部材は出来るだけ安価であることが求められる。
【０００４】
また送信された信号が経路中で反射し送信機に影響を与えることも極力抑える必要があり、従って各部材のリターンロスを低く抑える必要がある。
【０００５】
この中で、光ファイバと光導波路との接合方法が重要であるが、この接合方法に関しては、光接続ブロックと光導波路をアクティブに調芯して、接着剤で固定し接続する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、Ｓｉの異方性エッチングにより形成されたＶ溝の端部に溝を形成し光ファイバをＶ溝に載置し光導波路と結合させる方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００７】
また光導波路端面と光ファイバ端面を光の進行方向に対して所定の角度でカットし両者を該カット面で結合固定する方法も知られている（特許文献３，４参照）。
【特許文献１】特開２０００―１９３４６号公報
【特許文献２】特許第２７７１１６７号公報
【特許文献３】特開平４−１８０００４号公報
【特許文献４】特開平１−２６１６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４に示すような、ファイバアレイ１６（光接続ブロック）と光導波路１９をアクティブ調芯して接続する前述の従来広く使用されている方法ではファイバアレイ１６端面と光デバイス１８端面をそれぞれ傾斜させることによりリターンロスを抑えることは可能であるが、光ファイバ１７の光軸と光導波路の光軸を一致させるために高価な自動調芯機が必要で、接続にも時間を要しコスト高になる。また結合損失を下げるために両者の表面を研磨する必要がありこれもコスト増の一因になる。
【０００９】
また例えば図５に示すように、前記特許第２７７１１６７のＳｉの異方性エッチングにより形成されたＶ溝２０の端部に溝を形成し光ファイバ２２をＶ溝２０に載置し光導波路２１と結合させる方法では受動的に光ファイバ２２と光導波路２１を結合させることが出来るので上記方法よりは効率的であるが、光ファイバ２２端面と光導波路２１端面がともに光軸に対して垂直なため、光導波路２１と光ファイバ２２の接合面で反射が生じリターンロスが十分低くならない欠点がある。
【００１０】
また、前記特開平４−１８０００４の方法では光導波路端面と光ファイバ端面を光の進行方向に対して所定の角度でカットし両者を該カット面で結合固定するためリターンロスは抑えられるが、光ファイバの斜めの面と導波路端の斜めの面を一致させることが非常に難しいため、接合に時間を要し挿入損失も悪くなる。
【００１１】
さらに、前記特開平１−２６１６０４のファイバ先端に先球レンズを形成する方法では先球レンズの加工が難しくコストと時間がかかり、システムの低コスト化の要求を満たさない。またファイバ先端とＶ溝先端を斜めに加工し両者を接合する方法はＶ溝に光ファイバを設置するこの方法においても両者の斜めの面を一致させることは特開平４−１８０００４の方法と同じく非常に難しいため、接合に時間を要し挿入損失も悪くなる。
【００１２】
テープファイバを使用する方法においても光ファイバ先端の斜めの面とＶ溝先端の斜めの面を一致させることは難しく、作製に時間がかかり損失も大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、光導波路と光ファイバの接続方法において、単芯の光ファイバ及び２芯以上のテープファイバの光ファイバが光導波路基板上に形成されたＶ溝に固定された光回路で、光ファイバの先端端面が光軸に対して斜めに一定の角度に形成されており、光導波路基板の端部には光ファイバと同じ数かそれ以上のＶ溝が形成されており、少なくとも１本のＶ溝の延長線上に該Ｖ溝に載置した光ファイバの光軸が光導波路の光軸とほぼ一直線になるように光導波路コアが形成されており、Ｖ溝端部には光軸に対して垂直方向に光ファイバと光軸のなす角度とほぼ同じ角度をなす面を有する溝を形成し、光ファイバを光導波路に突き当て接着剤で固定する、光導波路と光ファイバの接続方法である。
【００１４】
また、隣接するＶ溝が位置を一定量ずつ光軸方向に沿ってずらして形成されており、Ｖ溝端に沿ってダイサー溝を作製することにより、光軸と所定の角度をなす溝を形成した後、Ｖ溝に、先端が前記角度を有するテープファイバの芯線を載置することを特徴とする、上記の光導波路と光ファイバの接続方法である。
【００１５】
また、テープファイバホルダ先端の被覆を除去したテープファイバを固定し、テープファイバ長手方向と直交するファイバ整列方向とＶ溝の長手方向と直交するＶ溝整列方向を平行にし、平行を保持した状態で光ファイバをＶ溝に載置し光ファイバを光導波路に突き当て接着剤で固定する上記の光導波路と光ファイバとの接続方法である。
【００１６】
さらに、上記の光導波路と光ファイバとの接続方法を利用したことを特徴とする、光モジュールである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光ファイバと光導波路との結合面を光軸に対して斜めにすることによりリターンロスを抑え、また２本以上の光ファイバから成るテープファイバを使用することにより光ファイバの斜めになった先端面と光導波路の斜めになった端面を容易に一致させることができ、安価に挿入損失が低くリターンロスも低い光導波路と光ファイバとの接続方法及び光モジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、光導波路と光ファイバの接続方法において、単芯の光ファイバ及び２芯以上のテープファイバの光ファイバが光導波路基板上に形成されたＶ溝に固定された光回路で、光ファイバの先端端面が光軸に対して斜めに一定の角度に形成されており、光導波路基板の端部には光ファイバと同じ数かそれ以上のＶ溝が形成されており、少なくとも１本のＶ溝の延長線上に該Ｖ溝に載置した光ファイバの光軸が光導波路の光軸とほぼ一直線になるように光導波路コアが形成されており、Ｖ溝端部には光軸に対して垂直方向に光ファイバと光軸のなす角度とほぼ同じ角度をなす面を有する溝を形成し、光ファイバを光導波路に突き当て接着剤で固定する、光導波路と光ファイバの接続方法である。
【００１９】
図６及び７に示すように、光導波路側の斜め面２６を、ダイサーのブレードと基板とに角度を持たせＶ溝２４長手方向と垂直な溝を形成することにより、Ｖ溝２４に設置されるテープファイバ３０の複数の光ファイバ２９の光軸に対して一意の角度を有する斜面を形成する。光ファイバ２９先端の斜面を、テープファイバ３０の先端から光ファイバ２９を突き出し、所定角度にカットすることにより形成し、両者を接合する。
【００２０】
この方法としては、Ｖ溝２４を形成した治具にテープファイバ３０のテープ部とファイバ部を抑え金具で固定するかワックスで固定し所定角度で研磨することにより形成する、あるいはテープファイバ３０のファイバ２９を所定角度でカットできる治具を使用しカットする、あるいはダイサーで斜めにカットする方法などが考えられる。
【００２１】
また本発明は、隣接するＶ溝が位置を一定量ずつ光軸方向に沿ってずらして形成されており、Ｖ溝端に沿ってダイサー溝を作製することにより、光軸と所定の角度をなす溝を形成した後、Ｖ溝に、先端が前記角度を有するテープファイバの芯線を載置することを特徴とする、上記の光導波路と光ファイバの接続方法である。
【００２２】
この場合には、図８のように、隣接するＶ溝３１の位置を一定量ずつ光軸方向に沿ってずらして作製する。Ｖ溝３１端に沿ってダイサー溝を作製する。この形態ではこの際形成される導波路端３３は斜面である必要はない。光ファイバについては、図９のようにテープファイバ３５の先端から光ファイバ３４を突き出しステージにワックスで固定し、テープファイバ３５長手方向に対し所定角度でダイサーでカットすることにより、光軸に対して所定角度を持つ斜面を形成することが出来る。
【実施例１】
【００２３】
以下、実施例により説明する。
【００２４】
まず、Ｖ溝付き導波路を作製した。４インチの熱酸化膜付き（１μｍ）シリコン基板上の熱酸化膜をフォトリソグラフィとウェットエッチングによりＶ溝パターンの形状に加工した後、シリコンの異方性を利用し、ウェットエッチングによりＶ溝を作製した。次に、フォトリソグラフィによりＶ溝部及びマーカー部以外をフォトレジストでカバーし、この基板にＡｌを１μｍ蒸着した。その後レジストを剥離しＶ溝部とマーカー部のみにＡｌ膜を残した。次にフッ素化ポリイミドとシリコン基板の密着性を向上させるために密着改良剤をスピンコート法で成膜後焼成した。
【００２５】
続いて光導波路を作製した。光導波路に用いた樹脂はフッ素化ポリイミドである。密着層を形成した上記基板に、クラッド用のフッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して下部クラッド層を１５μｍ成膜し、次にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成し、コア層を７μｍ成膜した。使用したコア層は屈折率が（１．５１）であり、コア−クラッドの比屈折率差は０．３３％とした。
【００２６】
このコア層上にフォトレジスト層を成膜し、ピッチが２５０μｍ、長さ１ｃｍの４チャンネルの直線導波路のパターンをフォトマスクを用い、アライナによって露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。次にレジスト層に保護されていないコア層をＲＩＥ装置を用いて、Ｏ２ガスを流入させながらエッチングした。その後レジストを剥離し乾燥後、さらに下部クラッドと同種のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、厚さ１８ミクロンの上部クラッド層を形成した。コアのサイズは７×７μｍである。
【００２７】
次にＶ溝領域に形成された樹脂層（下部クラッド、コア、上部クラッド層）を除去した。
【００２８】
レジスト層をスピンコーティング装置により成膜しプリベーク後、フォトマスクを用い、アライナによって露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。レジスト層はＶ溝領域以外に形成した。次にレジスト層に保護されていないＶ溝領域の樹脂層をエッチングにより除去した。この際、少なくともシリコン基板の表面が露出するまでエッチングを行った。次に、基板を塩酸を含有する剥離液に浸漬し、Ｖ溝中のポリイミドを除去した。
【００２９】
この基板にダイサーを用いてＶ溝端にＶ溝長手方向と垂直の溝を、導波路端が基板上面に対して８２度の傾斜を持つ斜面になるように形成した。
【００３０】
テープファイバの加工については、４芯テープファイバの先端を加熱式のストリッパを用いて光ファイバを露出させ、８度研磨用の治具に固定し先端を８度研磨した。
【００３１】
次に、光ファイバと光導波路との接合については、６軸ステージに、先端の被覆を除去し先端を一定角度にカットしたテープファイバを固定したテープファイバホルダをセットし、Ｖ溝付き導波路を試料ステージに取り付け、テープファイバ長手方向と直交するファイバ整列方向とＶ溝の長手方向と直交するＶ溝整列方向を平行になるように６軸ステージの各軸を調整し、テープファイバ長手方向と直交するファイバ整列方向とＶ溝の長手方向と直交するＶ溝整列方向を平行に保持した状態で光ファイバをＶ溝に載置し、光ファイバを光導波路に突き当てファイバの上に紫外線を透過するリッドをのせ紫外線硬化接着剤で固定した。
【００３２】
光ファイバをＶ溝に載置するときはテープファイバホルダをＶ溝付き光導波路にたいして斜めに傾け、光ファイバをＶ溝に当てた後、ファイバホルダを押し下げることにより光ファイバがＶ溝全体に渡って接触させることが出来る。
結合した図を図１に示す。両者の結合損失は４チャンネルとも０．５ｄＢ以下で、リターンロスも４チャンネルとも５０ｄＢ以上であった。
【実施例２】
【００３３】
実施例１と同様にＶ溝付き基板に光導波路を形成した。マスクパターンはＸ字光導波路のフォトマスクを使用し形成した。形成された光導波路の分岐部にフィルタ挿入用の溝をダイサーで形成し誘電体多層膜フィルタを挿入しＵＶ接着剤を流し込みＵＶ光を照射し硬化させた。使用したフィルタは１．３μｍ、１．４９μｍの波長の光を透過し、１．５５μｍの波長の光を反射する特性のものである。
【００３４】
入射側、出射側ともに４本のＶ溝を形成し、それぞれ、その中の２つのＶ溝の先にＸ字導波路の２つのポートを配置した。光ファイバと光導波路の斜面の形成及び両者の接続は実施例１と同様な方法で行った。
【００３５】
得られたピグテイル付きのＷＤＭを図２に示す。この特性は各波長とも挿入損失１．５ｄＢ以下、１．３μｍのアイソレーションは３５ｄＢ以上、１．４９μｍのアイソレーションは２２ｄＢ、１．５５μｍのアイソレーションは４０ｄＢ以上、リターンロス５０ｄＢ以下であった。
【実施例３】
【００３６】
実施例１と同様にＶ溝付き光導波路基板を作製した。光導波路パターンは１×８スプリッタのフォトマスクを使用し形成した。入射側には４本のＶ溝を形成し、その中の１つのＶ溝の先に１×８スプリッタの入射側の光導波路を配置した。出射側については８ポートの各ポートに対応した８本のＶ溝を形成した。入射側、出射側のＶ溝ともＶ溝端を結ぶ線が光軸に対して８度になるように形成した。Ｖ溝端に沿ってダイサー溝を形成した。
テープファイバの加工については、４芯および８芯のテープファイバをダイサーステージにワックスで固定し、テープファイバ長手方向と８度の角度をなすように先端をカットし、テープファイバ被覆を加熱式のストリッパを用いて除去し、超音波洗浄機を用いて光ファイバに付着した汚れを除いた。光ファイバと光導波路の斜面の形成及び両者の接続は実施例１と同様な方法で行った。
【００３７】
結合した図を図３に示す。１×８スプリッターの挿入損失は１１ｄＢ以下で、リターンロスも５０ｄＢ以上であった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１を示す側面図及び上面図である。
【図２】本発明の実施例２を示す図である。
【図３】本発明の実施例３を示す図である。
【図４】従来の光ファイバと光デバイスの接続方法の概略構成を示す図である。
【図５】従来の光ファイバと光デバイスの接続方法の概略構成を示す図である。
【図６】光導波路端に形成する溝を示す上面図及び側面図である。
【図７】テープファイバと光ファイバを示す図である。
【図８】光導波路端に形成する溝を示す上面図及び側面図である。
【図９】テープファイバと光ファイバを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  光導波路（コア）
２  光ファイバ
３  テープファイバ
４  リッド
５  押さえ板
６  テープファイバホルダ
７  光ファイバ
８  リッド
９  ４芯テープファイバ
１０  誘電体多層膜フィルタ
１１  フィルタ溝
１２  光ファイバ
１３  リッド
１４  ４芯テープファイバ
１５  ８芯テープファイバ
１６  ファイバアレイ
１７  光ファイバ
１８  光デバイス
１９  光導波路（コア）
２０  Ｖ溝
２１  光導波路（コア）
２２  光ファイバ
２３  光導波路基板
２４  Ｖ溝
２５  光導波路（コア）
２６  溝の斜面
２９  光ファイバ
３０  テープファイバ
３１  Ｖ溝
３２  光導波路（コア）
３３  溝の斜面
３４  光ファイバ
３５  テープファイバ
【図１】
2007171553.tif 000003
【図２】
2007171553.tif 000004
【図３】
2007171553.tif 000005
【図４】
2007171553.tif 000006
【図５】
2007171553.tif 000007
【図６】
2007171553.tif 000008
【図７】
2007171553.tif 000009
【図８】
2007171553.tif 000010
【図９】
2007171553.tif 000011