(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させることができる光デバイス及び光デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】内部に気体を導通させる経路１２、１３を備える基板１００を用い、基板とＰＬＣ５０の間に接着剤を介した状態で気圧でＰＬＣの平面垂直方向（ｚ方向）に直接力を与えて浮上させ、ＰＬＣを容易に位置決めする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
互いの光軸が直角又は平行となるように前記基板に搭載される２個又は３個のＬＤユニットと、
前記基板に搭載され、それぞれの前記ＬＤユニットからの光が光入力端を介して直接結合される光導波路を有する平面型光導波回路（ＰＬＣ）と、
を備える光デバイスであって、
前記ＰＬＣを前記光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体と見たとき、
前記光入力端は、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
平面型光導波回路（ＰＬＣ）が搭載される基板と、
前記基板の前記ＰＬＣが搭載される領域の表面に、気圧で前記ＰＬＣを吸引又は浮上させる空孔と、
を有することを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
浮上した前記ＰＬＣを制止する部材をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体であり、前記光導波路の光入力端が、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないＰＬＣを、互いの光軸が直角又は平行となるように２個又は３個のＬＤユニットが搭載された基板に、それぞれの前記ＬＤユニットからの光が前記光入力端を介して前記光導波路に直接結合されるように搭載する光デバイス製造方法であって、
第１のＬＤユニットからの第１光を対応する第１の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第１光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第１アライメント工程と、
第１のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第１の光入力端をずらさないようにしつつ、第２のＬＤユニットからの第２光を対応する第２の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第２光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第２アライメント工程と、
第３のＬＤユニットがある場合に行う、第１のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第１の光入力端をずらさない、且つ第２のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第２の光入力端をずらさないようにしつつ、第３のＬＤユニットからの第３光を対応する第３の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第３光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第３アライメント工程と、
を行うことを特徴とする光デバイス製造方法。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の光デバイスに、互いの光軸が直角又は平行となるように２個又は３個のＬＤユニットを搭載するＬＤ搭載工程と、
前記基板の前記空孔の周囲に樹脂を同心円状に塗布する樹脂塗布工程と、
光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体であり、前記光導波路の光入力端が、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないＰＬＣを前記基板の前記領域に接着させる密着工程と、
前記空孔からの気圧で前記ＰＬＣを浮上させる浮上工程と、
前記基板に搭載された前記ＬＤユニットの光軸と前記ＰＬＣの前記光入力端がそれぞれ一致するように位置決めする位置決め工程と、
を行う光デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、平面型光導波回路（ＰＬＣ）を搭載する基板、当該基板上にＰＬＣを搭載した光デバイス、当該基板上でＰＬＣを位置合わせする位置合わせ方法、及び当該光デバイスを製造する光デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーダイオード（ＬＤ）等と光導波路とを光学的結合させるには、先ず放熱が必要なＬＤ等をヒートシンク等に実装固定し、その後に光導波路（あるいはレンズ）を微動させて、最適な光学結合位置に調整する手法が一般的である。複数のＬＤ等と単一の平面導波回路（ＰＬＣ）を結合する場合も、同様な手法が一般的で、先ず各ＬＤとＰＬＣを固定し、両者の中間にレンズを配して、レンズを調整して光学的に結合している（例えば、非特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ａ  ４×２５Ｇｂｐｓ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ＥＭＬ  ｍｏｄｕｌｅ  ｆｏｒ  １００ＧｂＥ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｌｅｎｓ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｂｙ  Ｌａｓｅｒ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、複数のＬＤと単一のＰＬＣを同一基板上に配置する光デバイスは、結合損失低減のためＬＤとＰＬＣとの間にレンズを介した構造となっている。しかし、この構造であると、レンズを精密に位置決めして固定する機構が必要となり、光デバイスのコストアップの主要因となっていた。レンズを介さずにＬＤとＰＬＣの導波路とを光学結合することができればコストアップは回避できる。しかし、これまでは、製造コスト以上に結合損の低減を優先させていたため、ＬＤとＰＬＣとを直接光学結合させることは行われていなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させることができる光デバイス、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを位置合わせして直接光学結合させた光デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
レンズを介さずにＬＤとＰＬＣの導波路とを光学結合する手段（基板とＰＬＣとの位置決めする手段）としては、無調芯で行う手法と調芯して行う手法に大別できる。前者は、例えば、ＰＬＣを基板の基準面（点）に突き当てて位置決め（無調心）後に接着剤固定を行う手法である。一方、後者は、ＰＬＣを最大６軸（ｘｙｚαβγ）軸の調整駆動アームに固定して位置決め（調心）し、基板に接着剤固定を行う手法である。
【０００７】
ところが、前者の無調芯の位置決め固定手法は、ＰＬＣを移動させるのに基準面（点）まで押すだけであるが、基板に基準面（点）の設置を高精度に行わないとＰＬＣの位置精度が低下することになる。特に複数のＬＤと１つのＰＬＣとの位置合わせの場合、空間的（ｘｙｚαβγの６軸）に精度良く位置決めする必要があり、この６個の基準面（点）を精度良く基板に設置することは実質的に不可能であった。また、ＰＬＣの平面方向（ｘｙ方向）は突き当て基準面に押付ければよいが、垂直方向（ｚ方向）は固定のための接着剤が基板上にあるために基準点へ押付けて位置決めすることは実質的に不可能であった。
【０００８】
また、後者の調芯位置決め固定手法は、６軸調整駆動アームによりＰＬＣの空間的な位置決めを精度よく行うことはできるが  調整駆動アームへＰＬＣを把持する工程、基板接着後に把持を解除する工程が必要であり、生産のスループットの課題があった。また、６軸調整駆動アームがＰＬＣを把持する部分もＰＬＣに形成する必要があり光デバイスの小型化の障壁にもなっていた。
【０００９】
そこで、上記目的を達成するために、本発明は、内部に気体を導通させる経路を備える基板を用い、当該基板とＰＬＣの間に接着剤を介した状態で気圧でＰＬＣの平面垂直方向（ｚ方向）に直接力を与えて浮上させ、ＰＬＣを容易に位置決めすることとした。
【００１０】
具体的には、本発明に係る光デバイスは、平面型光導波回路（ＰＬＣ）が搭載される基板と、前記基板の前記ＰＬＣが搭載される領域の表面に、気圧で前記ＰＬＣを吸引又は浮上させる空孔と、を有することを特徴とする。
【００１１】
前記空孔から空気を圧送し、基板上のＰＬＣを浮上させることで容易にＰＬＣの位置を調整できる。そして、当該基板を用いれば、ＰＬＣとＬＤとを直接結合しても結合損を低減できるまで調整が可能となる。このため、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させることができる光デバイスを提供することができる。
【００１２】
本発明に係る光デバイスは、浮上した前記ＰＬＣを制止する部材をさらに有することを特徴とする。気圧によるＰＬＣの浮上し過ぎを防止でき、ＰＬＣの高さ調整のための気圧の微調整が不要となる。
【００１３】
このような基板を使い、次のように光デバイスを製造する。つまり、本発明に係る光デバイス製造方法は、前記基板に、互いの光軸が直角又は平行となるように２個又は３個のＬＤユニットを搭載するＬＤ搭載工程と、
前記基板の前記空孔の周囲に樹脂を同心円状に塗布する樹脂塗布工程と、
光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体であり、前記光導波路の光入力端が、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないＰＬＣを前記基板の前記領域に接着させる接着工程と、
前記空孔からの気圧で前記ＰＬＣを浮上させる浮上工程と、
前記基板に搭載された前記ＬＤユニットの光軸と前記ＰＬＣの前記光入力端がそれぞれ一致するように位置決めする位置決め工程と、
を行う。
【００１４】
本発明に係る光デバイス製造方法は、ＰＬＣとＬＤとを直接結合しても結合損を低減できるまで調整が可能となる。このため、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させた光デバイスの製造方法を提供することができる。
【００１５】
ここで、前記位置決め工程は、以下のような位置合わせ方法で位置決めするとよい。
当該位置合わせ方法は、
光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体であり、前記光導波路の光入力端が、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないＰＬＣを、互いの光軸が直角又は平行となるように２個又は３個のＬＤユニットが搭載された基板に、それぞれの前記ＬＤユニットからの光が前記光入力端を介して前記光導波路に直接結合されるように搭載する際の位置合わせ方法であって、
第１のＬＤユニットからの第１光を対応する第１の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第１光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第１アライメント工程と、
第１のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第１の光入力端をずらさないようにしつつ、第２のＬＤユニットからの第２光を対応する第２の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第２光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第２アライメント工程と、
第３のＬＤユニットがある場合に行う、第１のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第１の光入力端をずらさない、且つ第２のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第２の光入力端をずらさないようにしつつ、第３のＬＤユニットからの第３光を対応する第３の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第３光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第３アライメント工程と、
を行うことを特徴とする。
従って、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを位置合わせさせる位置合わせ方法を提供することができる。
【００１６】
前記光デバイス製造方法で製造した本発明に係る光デバイスは、
基板と、
互いの光軸が直角又は平行となるように前記基板に搭載される２個又は３個のＬＤユニットと、
前記基板に搭載され、それぞれの前記ＬＤユニットからの光が光入力端を介して直接結合される光導波路を有するＰＬＣと、
を備える光デバイスであって、
前記ＰＬＣを前記光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体と見たとき、
前記光入力端は、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないことを特徴とする。
このように、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させた光デバイスを提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させることができる光デバイス、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを位置合わせして直接光学結合させた光デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る基板を説明する図である。
【図２】本発明に係る基板を説明する図である。
【図３】本発明に係る位置合わせ方法を説明する図である。
【図４】本発明に係る光デバイス製造方法の硬化工程を説明する図である。
【図５】本発明に係る光デバイス製造方法を説明する図である。
【図６】本発明に係る光デバイス製造方法を説明する図である。
【図７】本発明に係る光デバイスを説明する図である。
【図８】本発明の位置合わせ方法で調整するＰＬＣの６軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，α，β，γ）を説明する図である。
【図９】本発明に係る基板に搭載するＰＬＣを説明する図である。
【図１０】本発明に係る光デバイス製造方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態は、ＰＬＣに対し垂直方向（ｚ方向）に直接圧力を加え、ＰＬＣを浮上させてＰＬＣのｚ方向の位置決めを行う方法である。樹脂が塗布してある固定面とＰＬＣとの樹脂接着力とバランスの取れる圧力をＰＬＣのｚ方向に与えることにより、ＰＬＣのｚ方向の位置を調整する。したがって、本実施形態により、光学結合をモニタしながらｘｙｚαβγ６軸に対する微調整を容易に行えるため、レンズを介さずともＰＬＣを最適な空間位置に容易に固定することができ、生産性を向上させることができる。なお、図８は、６軸の説明である。
【００２１】
図１は、ＰＬＣが搭載された本実施形態の基板１００の斜視図で、図２は基板１００の側面図である。基板１００は、ＰＬＣ５０が搭載される基板であって、ＰＬＣ５０が搭載される領域の表面に、気圧でＰＬＣ５０を吸引又は浮上させる空孔１１を有することを特徴とする。本実施形態では、空孔１１は、１つであり、前記領域の中心にある。
【００２２】
図２は基板１００の断面図である。基板１００は、鉛直方向（ｚ方向）と水平方向（ｘ軸方向又はｙ軸方向）に空洞（１２、１３）を有する。鉛直方向の空洞１２の開口部（空孔１１）はＰＬＣが搭載される面にあり、空孔１１はＰＬＣの中心（対角線の交点）と一致する位置に有る。鉛直方向の空洞１２と水平方向の空洞１３とはその端部で連結しＬ字形状を成しており、水平方向の空洞１３の開口部１５（入口）は基板１００の側面にある。空洞１３の開口部１５から流入する空気は、連結部を通過し、空洞部１２の開口部（空孔１１）から放出される。
【００２３】
続いて図１０の光デバイス製造方法のフローチャートを用いてＰＬＣの位置決め方法について説明する。
まず、基板１００に、互いの光軸が直角又は平行となるように２個又は３個のＬＤユニットを搭載する（ＬＤ搭載工程）。
次に、基板１００の空孔１１の周囲に樹脂３０を塗布する（樹脂塗布工程）。
光導波路を有するＰＬＣ５０は光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体であり、光導波路の光入力端は、１つの角を形成する２つの側面の端部の一方の側面に配置される。光導波路の光入力端は角の近傍、すなわち側面の端近傍に配置され、側面の中心付近には配置されない。
次に、ＰＬＣ５０を基板１００の所定の位置に搭載し、樹脂と密着させる（密着工程）。
位置決めは、空孔１１からの気圧でＰＬＣ５０を浮上させておき（浮上工程）、微動アームでｘｙ方向を調整し、空孔１１からの気圧でＰＬＣ５０のｚ方向を調整して行い、基板１００に搭載されたＬＤユニットの光軸上にＰＬＣ５０の光入力端が位置するように位置決めされる（位置決め工程）。
【００２４】
［ＬＤ搭載工程］
続いて、それぞれの工程について説明する。
基板１００の所定位置に２個又は３個のＬＤユニットを固定する。２個又は３個の前記ＬＤユニットは、予め一体化されていることが好ましい。１つづつＬＤユニットを基板１００の所定位置に精度よく配置するより、予め一体化されたＬＤユニットを基板１００に配置する方が、作業工程を低減することができる。
【００２５】
［樹脂塗布・密着工程］
まず、樹脂３０を輪状に塗布した基板１００上にＰＬＣ５０を載せる。基板１００とＰＬＣ５０は樹脂３０の粘着力により密着するが樹脂３０はまだ硬化されない。樹脂は硬化時間が調整しやすいＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂が良い。基板１００とＰＬＣ５０とは粘着状態で位置決めされた後、樹脂は硬化させるので、位置決め段階では硬化せず、位置決め後には短い時間で硬化できる樹脂が良い。樹脂の塗付は空孔１１の周りに閉曲線が良く、ＰＬＣ５０と基板１００と樹脂３０により閉空間が形成されるように塗布する。樹脂の塗付は輪状や同心円状が望ましいが、空孔１１中心に対し点対称となるように塗布しても良い。空気圧によるＰＬＣ５０のｚ方向移動に対し、水平性が保持されるので、位置決めをより容易に行える。ＰＬＣ５０の中心と基板１００表面の空孔１１の中心が一致するようにＰＬＣ５０が搭載されている。図１の例では、樹脂３０は空孔１１を中心として基板１００に同心円状に塗布されている。余分な樹脂３０が空孔１１を塞がないため、空孔１１とその近傍には樹脂３０は塗布しない。樹脂３０の塗付された同心円の内側には、樹脂が塗布されていない同心円状の領域が配置されている。基板１００上の予め決められた位置と向きにＰＬＣ５０を搭載する。ＰＬＣ５０と基板１００とは樹脂の粘着力で樹脂を介して密着する。
【００２６】
［浮上工程］
次に、空洞１３の開口部１５（入口）に、一定のゲージ圧を加える。空洞（１２、１３）を通じて空孔１１には入口と同じゲージ圧が加わりＰＬＣ５０にｚ方向の力が加わる。基板１００とＰＬＣ５０とは樹脂３０の粘着力で接着している。空洞１３の入口に加える圧力は、ＰＬＣ５０の浮上で形成される空間の外方向に均等にかかる。空洞１３の入口に加える圧力によりＰＬＣ５０を幾分浮上させる。基板１００とＰＬＣ５０との間には、空洞１３の入口への加圧により、柱状の空間ができる。柱状空間の上面はＰＬＣ５０で下面は基板１００、側面は樹脂である。前記ゲージ圧は樹脂の接着力と同程度とし、形成される空間が側方へ限界以上伸びないように調整する。
【００２７】
樹脂３０を塗布する際に、樹脂を挟むように樹脂塗布面の内側と外側に、樹脂の濡れ性を阻害する表面処理を施しても良い。この表面処理により樹脂３０は環状に形状が保持されやすくなるため、塗布される樹脂３０の形状維持や塗布量の均一性を高めることができる。塗布面に対する樹脂量（単位量）は一定であることが望ましい。接着剤の単位量が均一でないと、基板１００とＰＬＣ５０の密着力に不均衡が生じ、加圧により浮上するＰＬＣ５０に傾きが生じ、位置調整の障害となる可能性があるためである。また、樹脂量の少ない部分があると、加圧により形成される空間の樹脂側壁に亀裂が生じ、空気が漏れＰＬＣの浮上維持が困難になる可能性もある。樹脂の粘着力はＰＬＣ５０の浮上が維持できる特性のものを用いる。場合によっては、紫外線照射や熱を加えるなどして粘性を調整しても良い。
【００２８】
空孔１１は複数でも良い。この場合、ＰＬＣ５０のｚ方向ばかりでなく光導波路の向きの微調整が空気圧のみで行えるため、より精度の高い位置合わせが容易となる。樹脂３０はそれぞれの空孔１１の周りに個別に塗布される。ＰＬＣの水平バランスがとりやすいように、それぞれの出口周囲に塗布される樹脂の単位量と粘着力は同一であるのが望ましい。また、空孔１１が３以上の場合は、空孔１１の配置はＰＬＣ５０の中心を多角形の中心としたときの頂点の位置に配置するのが望ましい。空孔１１が２つの場合は、２つの空孔１１の中心を結ぶ線上の中心にＰＬＣ５０の中心が位置するように配置する。空孔１１が３つの場合は、三角形の３つの頂点に空孔１１が配置され、三角形の中心とＰＬＣ５０の中心が一致するような配置とする。空孔１１が４つの場合は、長方形の４つの頂点に空孔１１を配置し、長方形の中心とＰＬＣ５０の中心が一致するように配置とする。どのような空孔１１の配置の場合も水平面においてＰＬＣ５０のバランスがとりやすい配置が良い。
【００２９】
また、空孔１１と空洞１３の開口部１５の関係は、複数の空孔１１に１対１に連結した複数の開口部１５の形態であっても、複数の空孔１１に連結した１つの開口部１５であっても良い。開口部１５と空孔１１が１対１に対応した形態では、それぞれの空孔１１で個別に圧力調整が可能なので、ＰＬＣ５０の傾きが調整できるため位置決めを精度高く行うことができる。
【００３０】
図３は、基板１００に搭載されるＬＤユニットが２つの場合であり、それぞれＬＤユニットが２つの半導体レーザを持つ半導体レーザアレイの場合である。また、基板１００は３つの空孔１１を備え、それぞれの空孔１１は三角形の頂点に位置しており、当該三角形の中心とＰＬＣ５０の中心は一致している。３つの空孔１１に対応する３つの空洞１３の入口は基板１００の一側面に一列に配置してある。空洞１３の入口は一列でなくとも、基板１００を位置決め機構にセットしやすい位置に配置されていれば良い。
【００３１】
ＬＤ搭載工程で、設計上決められた位置と向きに、２つの半導体レーザアレイＬＤ１（波長λ１、λ２）とＬＤ２（波長λ３、λ４）は実装される。ＰＬＣ５０が設計上決められた位置に実装された際に、ＬＤ１とＬＤ２のそれぞれの光軸が光導波路の光入力端のそれぞれの位置にあるようにＬＤ１とＬＤ２は固定される。図３の例では、２つの半導体レーザアレイＬＤ１とＬＤ２との光軸は互いに直交しており、１つの半導体レーザアレイを構成する２つの半導体レーザの光軸は平行している。ＰＬＣ５０は光導波路としてアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：ａｒｒａｙｅｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｇｒａｔｉｎｇ）が形成されている。
【００３２】
ＰＬＣ５０に形成される光導波路の光入力端は、ＰＬＣ５０の側面の端に形成される角の近傍に配置される。図９はＰＬＣ５０の光入力端の位置を説明する図である。ＰＬＣ５０を光導波路に平行な上面５１と底面５２を持つ直方体と見たとき、光入力端５３は、２つの側面５４から形成される１つの角の近傍に配置され、中心線５５付近には配置されない。一つの角を成す２つの側面５４が接する稜線を挟んで、稜線近傍の両面に配置されることもない。簡単に説明すると、光入力端５３は、ＰＬＣ５０の１つの角の近傍には１つのみ配置されている。また、光入力端５３が配置されない角もあってもよい。光入力端５３は側面の一方の端部に配置されても、両端の端部に配置しても良い。１つの角の近傍に配置される光入力端は１つでも良いし、図９のようにアレイ状の複数の導波路からなる複数の光入力端でも良い。光入力端が多い程、結合損が大きくなるため光入力端の数は多くとも３つが良い。さらに、光入力端はＰＬＣ５０の４つの角の内、多くとも３つの角に配置される。ＰＬＣ５０の微動による光軸調整は、最大３カ所であるためである。
【００３３】
図３の例では、光入力端５３が配置される２つの位置は、ＰＬＣ５０の４つの角の内、隣接する２つの角の近傍である。２つの角に配置される光入力端につながる光導波路は概９０度を成している。
【００３４】
２つのＬＤユニットＬＤ１とＬＤ２は基板１００の所定の位置に固定されている。ＬＤユニットの固定位置はＰＬＣ５０の光入力端５３の位置により決められる。ＬＤユニットはＰＬＣ５０の予想実装位置を基に、ＬＤ１とＬＤ２のそれぞれの光軸が、予想される各光入力端５３に位置にあるように固定される。本実施形態の方法はレンズを介さず、ＰＬＣをｘｙｚαβγ６軸で微調整でき、実装時のＬＤの向きや位置ずれによる光結合低下を防止することができる、
【００３５】
基板１００は側面に開口部１５、上面に空孔１１を有する。図３では、３本の空洞が設けられており、各空洞は開口部１５と空孔１１を備え、空洞どうしは連結していない。３本の空洞それぞれはＬ字形状である。３つの空孔１１は三角形の頂点に位置し、当該三角形の中心とＰＬＣ５０の中心は一致している。
【００３６】
ＬＤユニット（ＬＤ１、ＬＤ２）からの出力光はＰＬＣ５０のそれぞれ光入力端（Ｍ１とＭ２とする）に光結合し、ＰＬＣ５０内のＡＷＧを透過し、光出力端から出力される。光出力端からの出力光をスペクトラムアナライザ等でモニタしながら、幾分浮いたＰＬＣ５０を微動アームＦ等で動かし、光入力端の位置を調整し位置決めする。
【００３７】
［位置決め工程］
位置決め工程の具体的な作業を説明する。それぞれの空洞には、圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が個別に加えられる。
＜第１アライメント工程＞
初めに、所定の位置に載置されたＰＬＣ５０の各光入力端の最も光出力が大きいｚ軸方向の位置を決定する。ＬＤ１に相対する位置にある光入力端Ｍ１に最も近い空孔１１に圧力Ｐ１を加え、光入力端Ｍ１をｚ軸方向（上方向）に微動させ、光入力端Ｍ１の光出力が最大になる位置を決定する。圧力Ｐ１を維持し、光入力端Ｍ１のｚ軸方向の位置を保持する。同様にＬＤ２に相対する位置にある光入力端Ｍ２に最も近い空孔１１に圧力Ｐ２を加え、光入力端Ｍ２のｚ軸方向を調整し、光出力が最大となる位置を決定する。圧力Ｐ２は維持し光入力端Ｍ２の位置を保持する。同様に、Ｐ３に圧力を加え、光入力端Ｍ１とＭ２からの光出力が最大となるＰ３を決定し、Ｐ３を維持する。
続いて、微動アームＦを用いてＰＬＣ５０の水平方向（ｘｙ方向）、向き（γ）を調整し、光入力端Ｍ１の中心がＬＤの光軸上にあるように位置合わせをする。光出力が最大の時ＬＤの光軸上に光入力端Ｍ１の中心は位置している。図１のように、空孔１１が一つの場合は、圧力では光入力端のｚ軸方向のみを調整し、光導波路の向きは微動アームＦにより調整する。
＜第２アライメント工程＞
第２アライメント工程により、光入力端Ｍ２の中心がＬＤの光軸上にあるように位置決めを行う。光入力端Ｍ１の位置を中心として、光入力端Ｍ２の位置を調整駆動アームＦによりＰＬＣ５０の水平方向（ｘｙ方向）、向き（γ）を調整し、光出力端Ｍ２からの光出力が最大となる位置を最適位置とする。この時、ＬＤの光軸上に光入力端Ｍ１の中心があるように、光入力端Ｍ２の位置は調整される。この際、光入力端Ｍ１につながる光導波路の向きや光入力端Ｍ１とＬＤとの距離が変化しても良い。すなわち、光入力端Ｍ１の結合損が増大しても構わない。ＰＬＣ５０はこの位置で保持する。
次に、位置決めした光入力端Ｍ２を中心として、光入力端Ｍ１の位置決めを再度行う。これにより、光入力端Ｍ１と光入力端Ｍ２の位置決めをより精度高く行える。場合によっては、光入力端Ｍ１と光入力端Ｍ２の位置決めを交互に何度か行うことでより精度高い位置決めができる。
【００３８】
［硬化工程］
ＰＬＣ５０の位置が決定した後、硬化工程で接着剤を硬化させる。図４は、硬化工程を説明する図である。位置決め工程後、ＵＶランプを点灯して接着剤の樹脂３０を硬化させ、ＰＬＣ５０を基板１００に固定する。図４では上部からＵＶ照射を行っているが、基板１００が透明な材料からなれば、下方からＵＶ照射しても良い。最適な位置に決定したＰＬＣ５０と基板１００との距離が大きくなった場合には、硬化前に樹脂３０を補充してもよい。ＰＬＣ５０と基板１００との距離が大きいと樹脂３０に穴など開口部が発生する場合や樹脂３０の壁が薄くなり強度が不足する場合があるためである。
樹脂３０が熱硬化樹脂の場合には、熱を加えて硬化させる。
【００３９】
このようにＬＤ搭載工程、樹脂塗布工程、接着工程、浮上工程、位置決め工程、及び硬化工程を行うことで、基板１００にＬＤユニット（ＬＤ１、ＬＤ２）とＰＬＣ５０が搭載された光デバイス３００が完成する。
【００４０】
そして、光デバイス３００のＬＤユニット（ＬＤ１、ＬＤ２）は、一体化されていることが好ましい。また、ＬＤユニット（ＬＤ１、ＬＤ２）は、半導体レーザアレイであり、前記光入力端は、複数のポートを持ち、前記半導体レーザアレイの光がそれぞれの前記ポートに光結合されることであってもよい。
【００４１】
（実施形態２）
図３及び図４では、ＬＤユニットが２つである場合を説明した。本実施形態では、ＬＤユニットが３つである場合を説明する。図７は、本実施形態のＰＬＣ位置合わせ方法で製造した光デバイスを説明する図である。本光デバイスは、基板１００、ＰＬＣ５０、及び３つのＬＤブロック（ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３）を備える。
【００４２】
ＰＬＣ５０には光導波路への光入力部として光入力導波路（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）が形成されている。ＰＬＣ５０は４つの角を持つ。１つの角を形成する２つの側面の内、一方の側面の端に１つの入力導波路の光入力端が配置されている。つまり、ＰＬＣ５０の４つの角の３つにはそれぞれ１つの光入力端が配置され、１つの角に光入力端が２つ配置されることはない。
【００４３】
基板１００には、予め設定された場所に３つのＬＤブロック（ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３）が配置されている。ＰＬＣ５０のそれぞれの光入力端５３（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）は各ＬＤブロックから出力される光の光軸上に配置されるが、ＬＤブロックから出力される光の光軸と光入力導波路（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）の光軸とは必ずしも一致していない。本実施形態の光デバイスは、ある程度の結合損失は生じるが、レンズを介さず複数のＬＤブロックとＰＬＣ５０の複数の光入力導波路とを直接光結合できる点が特徴である。
【００４４】
このような光デバイスを製造する工程において、３つのＬＤブロックと３つの光入力導波路を有するＰＬＣ５０とを容易に位置合わせできる位置合わせ方法を説明する。
【００４５】
［ＬＤ搭載工程］
まず、３つのＬＤブロック（ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３）がそれぞれ、基板１００表面の所定位置に固定される。基板１００は熱伝導率が高い材料からなる基板である。それぞれのＬＤブロックは、光出射口がＰＬＣ５０の各光入力導波路（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）の光入力端（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）と相対する所定の位置、所定の向きに搭載固定される。ＰＬＣ５０とＬＤブロックとが正確に所定の位置に所定の向きで搭載固定できれば、ＬＤブロックの光軸と光入力導波路の光軸が一致する位置となり、ＬＤブロックとＰＬＣ５０の各光入力導波路との結合は最小の結合損で実現できる。しかし、実際はＬＤブロックの搭載の際に、ＬＤブロックの位置や向きが微妙にずれて固定されてしまう。そのため、従来では結合損が大きくならないように、レンズを用いてそのずれを補正していたが、レンズの位置合わせの工程が煩雑となりコストアップの要因となっていた。レンズを介さず光結合させる本実施形態では、ある程度の結合損を許容し、工程の簡易化と部品点数削減によるコスト低下が可能となる。
【００４６】
［樹脂塗布工程〜浮上工程］
ＰＬＣ５０を実施形態１で説明したように接着剤を環状に塗布した基板１００の所定位置に配置し、ＰＬＣ５０と基板１００とを密着する。次に、空孔（図９には図示せず）に圧力を加え、ＰＬＣ５０を浮上させる。
【００４７】
［位置決め工程］
＜第１アライメント工程＞
気圧を用いてＰＬＣ５０を浮上させ、各光入力導波路の入力端のｚ軸方向の位置決めを行う。ＬＤブロックＬＤ１を動作させ、光入力導波路を透過してＰＬＣ５０の光出力端から出力する光をスペクトラムアナライザ等でモニタする。それぞれの光導波路からの出力が高い位置で、気圧を保持し、ＰＬＣ５０のｚ軸方向の位置を維持する。
３つの光入力端のｚ軸方向の位置が決められ保持された段階で、光入力導波路の１つの光入力端（Ｍ１）の中心がＬＤ１光軸上にあるように、微動アームＦを用いて調整する。ＰＬＣ５０の光出力端から出力する光をスペクトラムアナライザ等でモニタし、光入力端Ｍ１からの光出力が最大となる位置でＰＬＣ５０を保持する。
＜第２アライメント工程＞
次に、第２の光入力端Ｍ２の位置決めを行う。第１の光入力端Ｍ１の中心位置がＬＤ１の光軸上にあるように、第２の光入力端Ｍ２の位置を水平、垂直方向に微動させ、第２の光入力端Ｍ２から入射した光の光出力が最大となる位置で第２の光入力端Ｍ２を保持する。この際、光導波路Ｗ１の向きや光入力端Ｍ１とＬＤ１との距離が変わるなどして、光導波路Ｗ１とＬＤ１との結合損が増大する場合もあるが、レンズを介さず簡便に光結合できるという利点がある。
＜第３アライメント工程＞
次に、第１と第２の光入力端（Ｍ１，Ｍ２）と同様に、第３の光入力端（Ｍ３）の位置決めを行い、その位置を保持する。この段階で、各ＬＤに対応する各光入力端の位置決めは完了するが、より精度の高い位置決めを行うため、第１〜第３のアライメント工程を何度か繰り返しても良い。
【００４８】
この位置合わせの特徴は、光入力導波路の光入力端の中心が常にＬＤの光軸上にあるようにＰＬＣ５０を微動する点にある。光入力端の中心が常にＬＤの光軸上にあるように位置合わせしたとしても、位置合わせの際に光軸と光導波路の方向が変化するため、１つの光入力導波路からの光出力は、他の光導波路の位置調整の際に変動する。したがって、ＬＤに対して位置決めした光入力導波路の位置が光結合最大となる位置ではない場合もあるが、３つのＬＤブロックと３つの光入力導波路をレンズを介さず簡易な工程で光結合できるという優れた利点を有する。
【００４９】
［硬化工程］
ＰＬＣ５０の位置が決定した後、硬化工程で接着剤を硬化させ、光デバイスを完成させる。
【００５０】
なお、ＬＤブロックは単一の半導体レーザではなく、複数の半導体レーザが一列に配列する半導体レーザアレイであってもよい。アレイを構成する半導体レーザの光軸はそれぞれ平行で、活性層も一定であるため、ＰＬＣ５０の光入力導波路も半導体レーザアレイの光軸に合わせて形成する。つまり、ＰＬＣ５０の基板の四隅の各隅に１つの光入力導波路群が配置される。位置合わせ工程は上述の通りであるが、アレイを構成する半導体レーザの数が多い程、結合損が大きくなる。アレイを構成する半導体レーザのそれぞれと、それに相対する光入力導波路の位置関係が調芯ごとに異なってしまうためである。したがって、第２アライメント工程、第３アライメント工程では、アレイ中心に近い光入力導波路の光入力端がそれに相対するアレイ中心付近の半導体レーザの光軸上にあるように調芯する。
【００５１】
（実施形態３）
実施形態１では、気圧（ゲージ圧）の大きさと樹脂の接着力とを調整して、ＰＬＣをｚ方向に上下させ微動を行う方法であり、気圧の微調整が必要である。本実施形態は、実施形態１に比べ気圧調整が容易である。
【００５２】
図５は、本実施形態の光デバイス製造方法を説明する図である。本実施形態では、基板１００の基板に、ＰＬＣストッパ６０が備わっている。図５の例では、ＰＬＣストッパ６０が１箇所でＰＬＣ５０を支持しているが、複数点で支持しても良い。この場合、ＰＬＣストッパ６０の支持点は、ＰＬＣ５０の中心に対して点対称の位置、あるいは支持点を頂点とする多角形の中心とＰＬＣ５０の中心とが一致する位置とする。
【００５３】
実施形態１と同様に空洞１３の開口部１５から気体を導入し、ＰＬＣ５０を浮上させてＰＬＣストッパ６０の支持部に押付ける。支持部にＰＬＣ５０が押し付けられ、ＰＬＣ５０が支持部で固定された段階で気体の気圧を保持する。ＰＬＣ５０を適当な高さに保持するための気圧の微調整は不要である。ＰＬＣストッパ６０の支持部を微動することによりｚ方向位置の微動を行う事ができる。水平方向に移動する場合や向きを変える場合は、ＰＬＣ５０に横方向から調整駆動アームＦにより力を加えればよく、高さ方向の調整は支持部を微動させればよい。複数の支持部を備える場合は、それらの支持部を調整すればＰＬＣ５０の傾きをも容易に調整できる。調整位置を保持し紫外線を照射し接着剤を固化させてＰＬＣ５０と基板１００とを固定できる。
【００５４】
（実施形態４）
実施形態３のＰＬＣストッパの支持部は微調機構を備えるものの、支持部の位置は固定されている。本実施形態のＰＬＣストッパは弾性変形する支持部を備えている点が実施形態３のＰＬＣストッパと異なる。このため、本実施形態ではＰＬＣに対する支持部の圧力は穏やかに変化するため、ＰＬＣの支持部接点に過剰の負荷が加わることを防止することができる。
【００５５】
図６は、本実施形態の光デバイス製造方法を説明する図である。本実施形態では、弾性変形する支持部を備えるＰＬＣストッパ６５を使用する。図６のＰＬＣストッパ６５は、渦巻き状ばねの支持部を備えるが、弾性変形するゴムや空気ばねの支持部でも良い。支持部の数が複数である場合、支持部は、ＰＬＣ５０の中心に対して点対称の位置、あるいは支持点を頂点とする多角形の中心とＰＬＣ５０の中心とが一致する位置とする。
【００５６】
本実施形態の光デバイス製造方法は実施形態３と同様である。なお、ＰＬＣストッパ６５の支持部の弾性変形する力は、樹脂の表面張力と同等か、それより小さめが良い。弾性力が大きいと、ＰＬＣ５０のｚ方向の調整に過剰な気圧を要することになり、空間側面の樹脂膜に亀裂が生じる可能性があるためである。調整位置を保持し紫外線を照射し接着剤を固化させてＰＬＣ５０と基板１００とを固定する。
【００５７】
（本発明の効果）
本発明に係る光デバイス製造方法は、ＰＬＣが硬化前の粘性液体の樹脂を介して基板上に浮いている状況であるので、面内方向の移動（ｘｙγ軸調整）が側面を調整駆動アームＦで押すことにより可能であり、面垂直方向の移動（ｚαβ軸調整）が気圧調整やＰＬＣストッパの調整で可能となる。したがって、基板に対するＰＬＣの空間的な位置決めを完全に行える。
【００５８】
本発明に係る位置合わせ方法は、例えば、２つの２ｃｈの半導体レーザアレイ（２つのＬＤブロック）を図３のように配置し実装した後で、各半導体レーザを発光させつつＰＬＣの当該導波路との結合をモニタしながら、４つすべての光学結合が最適になるように、ＰＬＣの空間的な位置決めできる。このため、従来は困難であったレンズを介さない直接結合による複数の半導体レーザアレイと単一のＰＬＣの実装（例えば、１００Ｇ−ＴＯＳＡ等の実装）が可能となる。
【００５９】
［付記］
以下は、本実施形態の基板、光デバイス、位置合わせ方法、及び光デバイス製造方法を説明したものである。
＜課題＞
複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させる光デバイスを容易に製造できる基板、基板とＰＬＣとの位置合わせ方法、光デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
＜手段＞
【００６０】
上記目的を達成するために、本発明は、内部に気体を導通させる経路を備える基板を用い、当該基板とＰＬＣの間に接着剤を介した状態で気圧でＰＬＣの平面垂直方向（ｚ方向）に直接力を与えて浮上させ、ＰＬＣを容易に位置決めすることとした。
【００６１】
具体的には、本発明に係る基板は、平面型光導波回路（ＰＬＣ）が搭載される基板であって、前記ＰＬＣが搭載される領域の表面に、気圧で前記ＰＬＣを吸引又は浮上させる空孔を有することを特徴とする。
【００６２】
前記空孔から空気を圧送し、基板上のＰＬＣを浮上させることで容易にＰＬＣの位置を調整できる。そして、当該基板を用いれば、ＰＬＣとＬＤとを直接結合しても結合損を低減できるまで調整が可能となる。このため、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させることができる基板を提供することができる。
【００６３】
本発明に係る基板の前記空孔は、１つであり、前記領域の中心にある。
【００６４】
また、本発明に係る基板の前記空孔が複数であってもよい。
【００６５】
この場合、本発明に係る基板の前記空孔は互いに独立していることが好ましい。それぞれの空孔の気圧を調整することでＰＬＣの基板に対する角度を調整することができ、６軸調整駆動アームを使用せずに位置合わせを完了することができる。
【００６６】
さらに、本発明に係る基板の前記空孔の位置を多角形の頂点、又は線分の両端とした時、前記多角形の重心又は線分の中心が前記領域の中心となる位置に前記空孔が配置されていることが好ましい。
【００６７】
このような基板を使い、次のように光デバイスを製造する。つまり、本発明に係る光デバイス製造方法は、前記基板に、互いの光軸が直角又は平行となるように２個又は３個のＬＤユニットを搭載するＬＤ搭載工程と、
前記基板の前記空孔の周囲に樹脂を同心円状に塗布する樹脂塗布工程と、
光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体であり、前記光導波路の光入力端が、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないＰＬＣを前記基板の前記領域に接着させる接着工程と、
前記空孔からの気圧で前記ＰＬＣを浮上させる浮上工程と、
前記基板に搭載された前記ＬＤユニットの光軸と前記ＰＬＣの前記光入力端がそれぞれ一致するように位置決めする位置決め工程と、
を行う。
【００６８】
本発明に係る光デバイス製造方法は、ＰＬＣとＬＤとを直接結合しても結合損を低減できるまで調整が可能となる。このため、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させた光デバイスの製造方法を提供することができる。
【００６９】
ここで、前記位置決め工程は、以下のような本発明に係る位置合わせ方法で位置決めするとよい。
当該位置合わせ方法は、
光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体であり、前記光導波路の光入力端が、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないＰＬＣを、互いの光軸が直角又は平行となるように２個又は３個のＬＤユニットが搭載された基板に、それぞれの前記ＬＤユニットからの光が前記光入力端を介して前記光導波路に直接結合されるように搭載する際の位置合わせ方法であって、
第１のＬＤユニットからの第１光を対応する第１の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第１光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第１アライメント工程と、
第１のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第１の光入力端をずらさないようにしつつ、第２のＬＤユニットからの第２光を対応する第２の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第２光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第２アライメント工程と、
第３のＬＤユニットがある場合に行う、第１のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第１の光入力端をずらさない、且つ第２のＬＤユニットが出力する光の光軸上から第２の光入力端をずらさないようにしつつ、第３のＬＤユニットからの第３光を対応する第３の光入力端に結合し、前記ＰＬＣから出力される第３光の強度が最大となるように前記ＰＬＣを移動させる第３アライメント工程と、
を行うことを特徴とする。
従って、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを位置合わせさせる位置合わせ方法を提供することができる。
【００７０】
前記光デバイス製造方法で製造した本発明に係る光デバイスは、
基板と、
互いの光軸が直角又は平行となるように前記基板に搭載される２個又は３個のＬＤユニットと、
前記基板に搭載され、それぞれの前記ＬＤユニットからの光が光入力端を介して直接結合される光導波路を有するＰＬＣと、
を備える光デバイスであって、
前記ＰＬＣを前記光導波路に平行な上面と底面を持つ直方体と見たとき、
前記光入力端は、１つの角を形成する２つの側面の一方の側面で、該一方の側面の中心線から前記角側に配置され、前記角から見て該一方の側面の中心線より遠方側には配置されていないことを特徴とする。
このように、本発明は、レンズを廃し、複数のＬＤと１つのＰＬＣとを直接光学結合させた光デバイスを提供することができる。
【００７１】
本発明に係る光デバイスの２個又は３個の前記ＬＤユニットは、一体化されていることを特徴とする。
【００７２】
本発明に係る光デバイスの前記ＬＤユニットは、半導体レーザアレイであり、前記光入力端は、複数のポートを持ち、前記半導体レーザアレイの光がそれぞれの前記ポートに光結合されてもよい。
【００７３】
なお、本発明に係る光デバイスの前記基板は、前述の本発明に係る基板である。
【符号の説明】
【００７４】
１１：空孔
１２、１３：空洞
１５：開口部
３０：樹脂（接着剤）
５０：ＰＬＣ
５１：上面
５２：底面
５３：光入力端
５４：側面
５５：中心線
６０、６５：ＰＬＣストッパ
１００：基板
ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３：ＬＤブロック
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３：光入力導波路
【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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