(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板表面に形成された光導波路の端面と、光ファイバを貫通させるための細孔が形成された補強用小片の端面とを面接触させ、かつ前記光導波路と前記補強用小片の細孔を貫通させた光ファイバとを、互いの光軸が一致するようにして接続した光導波路と光ファイバとの接続構造であって、
前記補強用小片の端面における前記細孔の位置が、前記細孔の中心を通るとともに、前記細孔の中心及び前記補強用小片の中心を結ぶ線に対して垂直な分割線により前記補強用小片の端面を２分割した場合において、前記分割線により分けられた各分割部の面積が等しくならないように、かつ、前記細孔の中心と前記補強用小片の中心とが一致しないように設定されており、
前記補強用小片の端面における前記分割線により分けられた分割部のうち、広い側の分割部を前記光導波路の端面と接触させることにより、
前記補強用小片の端面と前記光導波路の端面との接触面積が、前記補強用小片の端面の面積の１／２よりも大きいことを特徴とする、光導波路と光ファイバとの接続構造。
【請求項２】
前記補強用小片の端面と前記光導波路の端面との接触面積が、前記補強用小片の端面の面積の３／５よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光導波路と光ファイバとの接続構造。
【請求項３】
光学基板表面に形成された光導波路の端面と、光ファイバを貫通させるための細孔が形成された補強用小片の端面とを面接触させ、かつ前記光導波路と前記補強用小片の細孔を貫通させた光ファイバとを、互いの光軸が一致するようにして接続した光導波路と光ファイバとの接続構造であって、
前記補強用小片の端面の形状が、前記補強用小片の端面と前記光導波路の端面とを接触した際に、その接触面積が前記補強用小片の端面の面積の１／２よりも大きくなるように成形されており、
前記補強用小片の前記光導波路の端面と接触する側に切り欠き部が設けられ、該切り欠き部の端面に形成された細孔から光ファイバが導き出されて光導波路と接続されるようにしたことを特徴とする、光導波路と光ファイバとの接続構造。
【請求項４】
前記補強用小片には、この補強用小片を掴持するための突起状部材が設けられていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の光導波路と光ファイバとの接続構造。
【請求項５】
請求項４に記載の光導波路と光ファイバとの接続構造を実現する方法において、
前記光ファイバを前記補強用小片に設けられた細孔中に貫通させて、前記光導波路と前記光ファイバとを互いの光軸が一致するように接続した後、前記補強用小片に設けられた、該補強用小片を移動させるための突起状部材を掴持することにより、前記光導波路の端面と前記補強用小片の端面との面接触を行うことを特徴とする、光導波路と光ファイバとの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路と光ファイバとの接続構造及び接続方法に関し、さらに詳しくは、高速かつ大容量の光ファイバ通信システムなどに好適に使用することのできる光導波路と光ファイバとの接続構造及び接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の急速なマルチメディア社会の発展を背景として、高速かつ大容量の光ファイバ通信システムに対するニーズはますます増大している。光ファイバ通信システムにおいては、導波路型光変調器がキーデバイスとなっており、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）などの電気光学効果を有する基板を使用することにより、既に実用化の段階に到達している。
また、導波路型光変調器の実用化にともなって、かかる導波路型光変調器のコスト高が問題となってきており、光学基板上への光導波路素子の製造歩留まり向上や、素子実装方法の開発などが早急に望まれている。
【０００３】
特に、素子実装方法の１つである光導波路と光ファイバの接続においては、光ファイバの直径が約１２５μｍと非常に小さいため、この光ファイバを直接光導波路と接続しただけでは十分な強度を確保することができず、振動、衝撃、及び温度変化などの外部因子の影響によって破壊し易いものとなっている。このため、十分に信頼性の高い導波路型光変調器を得ることができず、上記コスト高の問題を解消できないでいた。
【０００４】
かかる問題に鑑みて、特開平９−１０１４３１号公報においては、図１に示すように、光導波路２が形成された電気光学効果を有する基板１上に、保持ブロック５を取り付け、光ファイバ３の終端面を、透明な接着剤４により基板１と保持ブロック５との双方にまたがるように接続する方法が開示されている。
しかしながら、実際の接続は、サブミクロンオーダでの精度が要求され、ＣＣＤカメラなどを用いることにより、基板１の上方より光導波路２と光ファイバ３とを観察しながらアライメントして行うが、上記方法では、図１に示すように、基板１上に保持ブロック５が設けられているため、光導波路２を直接観察することができず、上記アライメントを正確に行えないため、上記コスト高の問題を解決できないでいた。
【０００５】
かかる点に鑑みて、特開平１−３０２２１１号公報においては、図２に示すように、光ファイバ３と光ファイバ３が貫通した補強用小片７とを一体として端面６に接触させ、光導波路２と光ファイバ３を接続する方法が開示されている。
この方法によれば、上記アライメントの際に、光導波路２を直接観察することができるため、上記アライメントの精度は著しく向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法によって、光導波路２と光ファイバ３とを接続することによって得た導波路型光変調器を、実際に使用環境下において起こり得る温度変化を推定して行われる熱サイクル試験、例えば、−２０〜７０℃、５００回といった条件におくと、挿入損失が増大してしまう。
したがって、上記方法により、導波路型光変調器の製造時における歩留まりを向上させることはできるが、信頼性の高い導波路型光変調器を得ることは困難であり、上記コスト高という問題を解決することができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、光導波路と光ファイバとの接続におけるアライメントを高精度に行うことができるとともに、挿入損失の増大が極めて小さく、信頼性の高い導波路型光変調器を得ることが可能な、光導波路と光ファイバとの接続構造及び接続方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点に鑑みて鋭意検討した結果、光導波路の端面と、光ファイバとを接続する際の補強用小片の端面との接触部の面積を、前記補強用小片の端面の面積に対して所定の大きさにすることによって、さらには、前記補強用小片に、この補強用小片を掴持するするための突起状部材を設け、これを掴持して光導波路の端面と、光ファイバとを接続することにより、上記問題を解決できることを見い出し、本発明をするに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、光学基板表面に形成された光導波路の端面と、光ファイバを貫通させるための細孔が形成された補強用小片の端面とを面接触させ、かつ前記光導波路と前記補強用小片の細孔を貫通させた光ファイバとを、互いの光軸が一致するようにして接続した光導波路と光ファイバとの接続構造であって、前記補強用小片の端面における前記細孔の位置が、前記細孔の中心を通るとともに、前記細孔の中心及び前記補強用小片の中心を結ぶ線に対して垂直な分割線により前記補強用小片の端面を２分割した場合において、前記分割線により分けられた各分割部の面積が等しくならないように、かつ、前記細孔の中心と前記補強用小片の中心とが一致しないように設定されており、前記補強用小片の端面における前記分割線により分けられた分割部のうち、広い側の分割部を前記光導波路の端面と接触させることにより、前記補強用小片の端面と前記光導波路の端面との接触面積が、前記補強用小片の端面の面積の１／２よりも大きいことを特徴とする、光導波路と光ファイバとの接続構造である。また、本発明は、光学基板表面に形成された光導波路の端面と、光ファイバを貫通させるための細孔が形成された補強用小片の端面とを面接触させ、かつ前記光導波路と前記補強用小片の細孔を貫通させた光ファイバとを、互いの光軸が一致するようにして接続した光導波路と光ファイバとの接続構造であって、前記補強用小片の端面の形状が、前記補強用小片の端面と前記光導波路の端面とを接触した際に、その接触面積が前記補強用小片の端面の面積の１／２よりも大きくなるように成形されており、前記補強用小片の前記光導波路の端面と接触する側に切り欠き部が設けられ、該切り欠き部の端面に形成された細孔から光ファイバが導き出されて光導波路と接続されるようにしたことを特徴とする、光導波路と光ファイバとの接続構造である。
【００１０】
また、本発明は、
前記光ファイバを前記補強用小片に設けられた細孔中に貫通させて、前記光導波路と前記光ファイバとを互いの光軸が一致するように接続した後、前記補強用小片に設けられた、該補強用小片を移動させるための突起状部材を掴持することにより、前記光導波路の端面と前記補強用小片の端面との面接触を行うことを特徴とする、光導波路と光ファイバとの接続方法である。
【００１１】
本発明の光導波路と光ファイバの接続構造及び接続方法によれば、光導波路と光ファイバとのアライメントを高精度に行うことができるとともに、挿入損失の増大が極めて小さく、信頼性の高い導波路型光変調器を得ることができる。
【００１２】
図３は、本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造の一例を示す図である。図３においては、補強用小片１１の細孔１２を、前記補強用小片１１の中心軸１０よりも上方に設けることによって、本発明の接続構造を形成している。
図３に示すように、本発明の接続構造により、光導波路２と光ファイバ３とを接続する際のアライメント時において、光導波路２を直接観察することができるため、アライメント精度を著しく向上させることができる。
図１４は、補強用小片に突起状部材を設けた場合の例を示す図である。
突起状部材１５を掴持して、補強用小片１１の端面１３と光導波路２の端面６との接続を行なうことにより、光ファイバ３を破断させることなく、前記接続を容易に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の接続構造においては、光ファイバを貫通させるための細孔が設けられた補強用小片の端面と、光学基板表面に形成された光導波路の端面との接触面積が、前記補強用小片の端面の面積の１／２よりも大きいことが必要であり、好ましくは、３／５以上、さらに好ましくは、４／５以上である。前記接触面積が前記補強用小片の端面の面積の１／２以下であると、本発明の目的を達成することができない。
【００１４】
前記接触面積を前記補強用小片の端面の面積の１／２よりも大きくするための方法については、特に限定されるものではないが、図３に示すように、補強用小片１１の細孔１２を、前記補強用小片１１の中心軸１０よりも上方に設ける方法を採用することにより、簡易に行うことができる。
【００１５】
光学基板１としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）などを使用することができるが、キュリー温度が高いこと及び結晶品質の観点より、ニオブ酸リチウムを用いることが好ましい。また、光学基板１には、光学基板１のＸ板、Ｙ板、及びＺ板のいずれをも使用することができる。
【００１６】
光導波路２は、プロトン交換法及びチタン内部拡散法などの方法を用いて、幅３〜１０μｍとなるように形成する。
さらに、図３では示していないが、光変調器として使用する場合は、蒸着法及び電界メッキ法などを併用することによって、光導波路２の上に金などの電極を厚さ３〜３０μｍの範囲内で設置する。
その後、ダイサーなどの方法によって、光学基板１の側面を切断研磨し、端面６を形成する。
【００１７】
補強用小片１１には、ガラスなどの材料を用いることができ、また、その大きさは、長さ２〜４ｍｍであり、直径又は高さ５００〜１５００μｍである。
また、光ファイバ３の直径は通常１２５μｍであるため、光ファイバ３を貫通させるための細孔１２は直径１３０〜２００μｍの大きさに形成する。
【００１８】
本発明の補強用小片１１の端面１３の形状は特に限定されるものではなく、円形状、半円形状、４角形状、多角形状、及びその他いかなる形状のものをも使用することができるが、補強用小片１１の加工がし易すいとともに、端面１３の形状を補強用小片１１の中心軸１０に対して対称性良く形成することができ、本発明の目的を容易に達成できること、さらには、比較的ハンドリングが容易であるとの観点から、図４に示すような円形状、図５に示すような半円形状、及び図６に示すような４角形状であることが好ましい。
なお、上記及び下記に示す斜視図においては、接続構造を明確にすべく、接着剤４については省略している。
【００１９】
さらに、図７〜１２に示すように、補強用小片の光導波路の端面と接触する側において、切り欠き部を設けることにより、上記同様に、挿入損失の増大を低減することができる。
【００２０】
図７は、補強用小片１７の細孔１８を、この補強用小片１７の中心軸２０に一致させて設け、補強用小片１７の光導波路２の端面６と接触する側において、切り欠き部２１を設けたものである。この場合において、補強用小片１７の端面１９と光導波路２の端面６との接触面積は、補強用小片１７の端面１９の面積と一致する。したがって、前記接触面積が補強用小片１７の端面１９の面積の１／２よりも大きいという条件を当然に満足するものである。
【００２１】
図８は、図３と同様に、補強用小片１１の細孔１２を、補強用小片１１の中心軸１０より上方に形成した接続構造に対して、補強用小片１１の光導波路２の端面６と接触する側において、切り欠き部１４を設けたものである。図８に示すように、細孔１２を中心軸１０よりも上方に設けるとともに、切り欠き部１４を設けることにより、本発明の目的をより効率的に達成することができる。
【００２２】
切り欠き部の断面形状は、特に限定されるものではなく、補強用小片１１の端面１３の形状に応じて、図９に示すような半円形状、図１０に示すような略矩形状、及び図１１に示すような矩形状などとすることができる。
さらには、図１２に示すように、光学基板１の端面６に向かって斜行するようにしても良い。
【００２３】
本発明において、光導波路２と光ファイバ３との接続は、以下のようにして行う。
図１３は本発明において、光導波路２と光ファイバ３との接続方法を説明するための図である。
まず最初、図１３（ａ）に示すように、補強用小片１１の中心軸１０よりも上方に設けられた細孔１２内に光ファイバ３を貫通させた状態にする。
次に、図１３（ｂ）に示すように、光導波路２と光ファイバ３とを、図には示していないが、ＣＣＤカメラなどにより光学基板１の上方より観察しながら、互いの光軸が一致するように、接着剤４を用いて仮固定する。
次に、図１３（ｃ）に示すように、補強用小片１１を光学基板１の端面６に接触させ、図１３（ｄ）に示すように、補強用小片１１の端面１３と光導波路２の端面６とを接着剤４を用いて固定する。
【００２４】
この場合において、切り欠き部１４及び２１を設けると、図７及び図８に示すように、上記仮固定した際の接着剤４は、切り欠き部１４の部分に露出するため、前記接着剤４によって、端面１３と端面６との接着の際に、端面１３と端面６との接触状態を確認すことができ、十分に接触しないという問題を回避することもできる。
【００２５】
接着剤４として紫外線硬化性樹脂を用いた場合、上記のように、光導波路２と光ファイバ３との仮固定の際、又は端面１３と端面６との固定の際に使用する紫外線は、１〜１０Ｊ／ｃｍ2 のエネルギーを有する紫外線であって、これを光学基板１の上方から、数秒から１分間程度照射させることによって、前記紫外線硬化性樹脂を硬化させて、前記固定を行う。
【００２６】
また、図１４に示すように、補強用小片１１に突起状部材１５を設け、この突起状部材１５を掴持して、補強用小片１１の端面１３と光導波路２の端面６との接続を行うことが好ましい。これにより、図１３（ｂ）に示すように、光導波路２と光ファイバ３とを仮固定した状態から、図１３（ｃ）に示すように、補強用小片１１を光導波路２の端面６へ接触させる際に、補強用小片１１により光ファイバ３に対するせん断応力が発生して、光ファイバ３を破断させてしまうようなことを防ぐことができ、上述した光導波路２と光ファイバ３との接続をより簡易に行うことができる。
【００２７】
突起状部材１５の形状、位置、及び材質などは特に限定されるものではなく、上記光導波路２と光ファイバ３との接続の作業性、及び強度などを考慮することにより、任意に決定することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
実施例
光学基板１には、厚さ１ｍｍのニオブ酸リチウムのＸ板を用い、チタン内部拡散法により、幅８μｍの光導波路２を形成した。
次に、上述の図１３に示す接続方法によって、直径１２５μｍの光ファイバ３を、ガラスからなる直径１ｍｍ、長さ３ｍｍの円柱状の補強用小片１１の中心軸よりも２５０μｍだけ上方に設けられた、直径１３５μｍの細孔１２内を貫通させ、図３及び図４に示す光導波路２と光ファイバ３との接続構造からなる光変調器を完成させた。
この場合における補強用小片１１の端面１３と光導波路２の端面６との接触面積は、端面１３の４／５であった。
同様な光変調器を２０台製造し、−２０〜７０℃で５００回の熱サイクル試験を行い、試験前後の挿入損失の変動を調べた。結果を図１５に示す。
【００２９】
比較例
実施例と同様にして光導波路２を形成した後、図１３と同様な手法を用いて、図２に示すような光導波路２と光ファイバ３との接続構造からなる光変調器を完成させた。
この場合における補強用小片７の端面１６と光導波路２の端面６との接触面積は、端面１６の１／２であった。
実施例と同様に、このようにして製造した光変調器を２０台用意して、実施例と同様な熱サイクル試験前後の挿入損失の変動を調べた。結果を図１５に示す。
【００３０】
以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明の接続構造及び接続方法にしたがって製造した実施例に示す光変調器は、損失変動量が−０．２５〜０ｄＢ及び０〜０．２５ｄＢの部分にピークを示しており、損失変動量の絶対値が大きくなるにつれて、その数が減少していることが分かる。
一方、比較例に示す従来の接続構造及び接続方法にしたがって製造した光変調器は、０．２５〜０．５ｄＢの部分にピークを示しており、損失変動量の値が増大した部分においても、かなりの数が存在していることが分かる。
したがって、本発明の接続構造及び接続方法によれば、熱サイクル試験後の挿入損失の増大を極めて小さくすることができ、実際の使用環境下においても安定な光変調器を提供できることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造及び接続方法を用いることにより、光導波路と光ファイバとの接続時のアライメントを高精度に行うことができるとともに、実際の使用環境下においても挿入損失の増大がなく、信頼性の高い導波路型光変調器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光導波路と光ファイバとの接続構造を示す断面図である。
【図２】従来の他の光導波路と光ファイバとの接続構造を示す断面図である。
【図３】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造の一例を示す断面図である。
【図４】図３に示す接続構造の斜視図である。
【図５】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造において、補強用小片の断面形状を変化させた例を示す斜視図である。
【図６】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造において、補強用小片の断面形状を変化させた他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造において、補強用小片に切り欠き部を設けた場合の例を示す断面図である。
【図８】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造において、補強用小片に切り欠き部を設けた場合の他の例を示す断面図である。
【図９】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造における、補強用小片の切り欠き部の断面形状を変化させた例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造における、補強用小片の切り欠き部の断面形状を変化させた他の例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造における、補強用小片の切り欠き部の断面形状を変化させたさらに他の例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造における、補強用小片の切り欠き部に勾配を持たせた場合の例を示す断面図である。
【図１３】本発明における光導波路と光ファイバとの接続方法を説明するための工程図である。
【図１４】本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造において、補強用小片に突起状部材を設けた場合の例を示す図である。
【図１５】本発明の実施例における熱サイクル試験前後の損失変動量を示す図である。
【符号の説明】
１                      光学基板
２                      光導波路
３                      光ファイバ
４                      接着剤
５、７、１１、１７      補強用小片
６、１３、１６、１９    端面
８、１２、１８          細孔
９、１０、２０          中心軸
１４、２１              切り欠き部
１５                    突起状部材
【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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【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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