(57)【要約】【課題】光デバイスの光導波路と光ファイバとが簡便且つ確実に高精度で光結合された信頼性の高い光結合装置を実現する。【解決手段】光結合装置では、光導波路１２を備えた光デバイス１と、光ファイバ１１を収納しており、光ファイバ１１の中心軸の光デバイス１への投影線Ｌに対して斜めとなる第１の端面２ａ，２ｂを有するフェルール２と、光デバイス１に配置されており、投影線Ｌに対して斜めとなる第２の端面１４ａ，１４ｂを有する複数のガイドチップ１４とを含み、フェルール２の第１の端面２ａ，２ｂとガイドチップ１４の第２の端面１４ａ，１４ｂとが当接し、光ファイバ１１と光導波路１２とが光結合されている。【選択図】図１
2017161826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を備えた光デバイスと、
光ファイバを収納しており、前記光ファイバの中心軸の前記光デバイスへの投影線に対して斜めとなる第１の端面を有するフェルールと、
前記光デバイスに配置されており、前記投影線に対して斜めとなる第２の端面を有する複数のガイドチップと
を含み、
前記フェルールの前記第１の端面と前記ガイドチップの前記第２の端面とが当接し、前記光ファイバと前記光導波路とが光結合されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
前記光導波路の端部にグレーティングカプラが設けられており、
前記光ファイバと前記グレーティングカプラとが光結合されていることを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】
前記フェルールは、前記光ファイバの中心軸が前記光デバイスの表面と非平行となるように配されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光結合装置。
【請求項４】
前記複数のガイドチップのうち、前記投影線の両側のうち一方側に第１のガイドチップが、他方側に第２のガイドチップがそれぞれ配されており、
前記第１のガイドチップの前記第２の端面の角度と、前記第２のガイドチップの前記第２の端面の角度とが、前記投影線に対して非対称であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光結合装置。
【請求項５】
前記ガイドチップは、１つの前記第２の端面が対応する１つの前記第１の端面と当接していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光結合装置。
【請求項６】
前記ガイドチップは、２つの前記第２の端面が対応する２つの前記第１の端面と当接していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光信号は、高速で大容量の信号伝送に適しており、長距離の基幹通信システムでは既に実用化されている。コンピュータ等の情報系装置でも、近時における信号の高速化により、装置間では既に光信号が実用化されており、装置内及びボード内への光信号の導入が検討されている。
【０００３】
離れた位置を接続する配線部材としては、光ファイバが性能面及び価格面の双方で優れている。一方、光信号を加工する部分、例えば光トランシーバー、光カプラ・スプリッタ、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）等は、光導波路として形成することが望ましい。更に最近では、シリコンフォトニクスも用いられつつある。これは、シリコンを半導体製造プロセスで微細加工することにより、同じ機能を微細な領域に形成することができるという長所がある。これらの基板上に形成した光導波路部品単独では、用途が限られており、前述の光ファイバと接続することにより、光導波路で加工した光信号を目的の場所に伝達することができる。
【０００４】
従来の光導波路は、光デバイスの基板端面まで到達しており、ここで光ファイバを接続しており、言わば基板端面への接続形態となっていた。一方、シリコンフォトニクスのファイバインターフェースは、グレーティングカプラ（ＧＣ：Grating Coupler）が主流である。これは、光導波路の表面に回折格子を形成して、光導波路中を伝搬する光を上方に放射するものである。そのため、基板表面への接続形態となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３００５４６号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０５９５１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光デバイスの光導波路と光ファイバとの接続には、高い位置精度が求められる。シングルモードで１μｍ程度、マルチモードでも数μｍである。一般的には、光パワーを観察しながら最適場所を探索するアクティブアライメントを行っている。しかしながら、これには専用装置と長い作業時間を必要とするため、光ファイバの接続を簡便に実現したいという要求がある。従来の光導波路では、光デバイス側と光ファイバ側とに篏合する凹凸を形成し、これを合わせることで位置決めを可能としている（特許文献１，２を参照）。しかし、グレーティングカプラでは、基板端面に凹凸を形成しても光ファイバ接続には適用できなかった。
【０００７】
本発明は、光デバイスの光導波路と光ファイバとが簡便且つ確実に高精度で光結合された信頼性の高い光結合装置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】
【０００８】
１つの態様では、光結合装置は、光導波路を備えた光デバイスと、光ファイバを収納しており、前記光ファイバの中心軸の前記光デバイスへの投影線に対して斜めとなる第１の端面を有するフェルールと、前記光デバイスに配置されており、前記投影線に対して斜めとなる第２の端面を有する複数のガイドチップとを含み、前記フェルールの前記第１の端面と前記ガイドチップの前記第２の端面とが当接し、前記光ファイバと前記光導波路とが光結合されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光デバイスの光導波路と光ファイバとが簡便且つ確実に高精度で光結合された信頼性の高い光結合装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態による光結合装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】第１の実施形態による光結合装置の構成を示す模式図である。
【図３】第２の実施形態による光結合装置の構成を示す概略斜視図である。
【図４】第２の実施形態による光結合装置の構成を示す模式図である。
【図５】第３の実施形態による光結合装置の構成を示す概略斜視図である。
【図６】第３の実施形態による光結合装置の構成を示す概略平面図である。
【図７】第４の実施形態による光結合装置の構成を示す模式図である。
【図８】第４の実施形態の他の例による光結合装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、シリコンフォトニクスチップに代表される、表面に光ファイバを接続するための素子が形成されている光デバイスに光ファイバが接続されてなる光結合装置の諸実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による光結合装置の構成を示す概略斜視図であり、（ａ）がフェルールの装着前の状態を、（ｂ）がフェルールの装着後の状態をそれぞれ示している。図２は、第１の実施形態による光結合装置の構成を示す模式図であり、（ａ）が概略平面図、（ｂ），（ｃ）が概略断面図である。
この光結合装置は、光デバイス（光導波路基板）１と、光ファイバ１１を収納したフェルール２とを備えて構成されている。
【００１３】
光デバイス１は、その表面に光導波路１２が形成されており、光導波路１２の端部にグレーティングカプラ１３が設けられている。光デバイス１の表面には、複数個、ここでは光導波路１２の両側に２個のガイドチップ１４が配置されている。ガイドチップ１４は、例えばシリコン等により正方形に形成されており、２つの端面１４ａ，１４ｂが光ファイバ１１の中心軸の光デバイス１の表面への投影線Ｌ（図２（ａ）中、一点鎖線で示す）に対して斜めに、ここでは４５°，１３５°に傾いて配置固定されている。２つの端面１４ａ，１４ｂがガイドチップ１４の後述する当接面（有効辺）となる。ガイドチップ１４としては、正方形以外でも、有効辺が直線状であれば良く、長方形、平行四辺形、菱形、台形の四角形系のみならず、三角形等でも良い。
【００１４】
ガイドチップ１４は、フリップチップ実装（ＦＣＢ）により光デバイス１の表面に配置される。ＦＣＢ装置を用いて、ガイドチップ１４に設けられた所定のマーク又はエッジを認識して、高精度に、光デバイス１の所定の位置に実装することができる。
【００１５】
フェルール２は、樹脂の精密成型で作製されており、Ｖ溝２Ａが形成されている。Ｖ溝２Ａに光ファイバ１１が挿通されて接着固定される。フェルール２には、ガイドチップ１４の端面１４ａ，１４ｂに対応した端面２ａ，２ｂが２箇所に形成されている。端面２ａ，２ｂは、投影線Ｌに対して斜めに、ここでは４５°，１３５°に傾いて配置されている。光ファイバ１１の先端部には、グレーティングカプラ１３からの放射光を反射するミラー１５を有しており、ミラー１５を用いることで光ファイバ１１を水平に配置することができる。
【００１６】
図１（ａ）のように、光デバイス１に対してフェルール２を対向配置する。光ファイバ１１が光デバイス１の表面に対して平行ではない場合もあり得るため、光ファイバ１１の中心軸の当該表面への投影線Ｌに沿って、フェルール２をガイドチップ１４に対して押し付けてゆく。図１（ｂ）のように、フェルール２は、その端面２ａ，２ｂがガイドチップ１４の有効辺である端面１４ａ，１４ｂに接触し、ガイドチップ１４の端面１４ａ，１４ｂがフェルール２の端面２ａ，２ｂに嵌合し当接して停止する。このとき、光ファイバ１１の先端部のミラー１５がグレーティングカプラ１３に位置整合して光結合する。ガイドチップ１４の端面１４ａ，１４ｂは、フェルール２の装着方向に対して斜めの角度を有しているため、回転補正も自然に行われて、必要な位置精度を実現することができる。以上のように光デバイス１に対するフェルール２の位置決めが完了し、両者が固定される。
【００１７】
本実施形態では、グレーティングカプラ１３のような光デバイス１の表面の光ファイバ１１のインターフェース素子に対して、簡便であるも、高精度に光ファイバ１１を搭載することができる。複数のガイドチップ１４を別部品として実装することで、数１００μｍの高さが得られるため、フェルール２の光デバイス１に対する篏合当接を確実に行うことができる。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態によれば、光デバイス１の光導波路１２と光ファイバ１１とが簡便且つ確実に高精度で光結合された信頼性の高い光結合装置が実現する。
【００１９】
（第２の実施形態）
本実施形態による光結合装置は、第１の実施形態と同様の構成を有するが、光ファイバの配置角度が異なる点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態による光結合装置と同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２０】
図３は、第２の実施形態による光結合装置の構成を示す概略斜視図であり、（ａ）がフェルールの装着前の状態を、（ｂ）がフェルールの装着後の状態をそれぞれ示している。図４は、第２の実施形態による光結合装置の構成を示す模式図であり、（ａ）が概略平面図、（ｂ），（ｃ）が概略断面図である。
この光結合装置は、光デバイス（光導波路基板）１と、光ファイバ１１を収納したＭＴ（Mechanically Transferable）に類似した形状のフェルール２１とを備えて構成されている。
【００２１】
フェルール２１は、樹脂の精密成型で作製されており、光ファイバ１１が挿通されて接着固定される。フェルール２１には、ガイドチップ１４の端面１４ａ，１４ｂに対応した端面２１ａ，２１ｂが２箇所に形成されている。端面２１ａ，２１ｂは、光ファイバ１１の中心軸の光デバイス１の表面への投影線Ｌ（図４（ａ）中、一点鎖線で示す）に対して斜めに、ここでは４５°，１３５°に傾いて配置されている。
【００２２】
本実施形態では、グレーティングカプラ１３からの放射光は、光ファイバ１１の表面の真上ではなく、１０°程度傾くように設計される。そのため、光ファイバ１１の角度が当該設計に合わせて光ファイバ１１の表面に垂直な方向から１０°程度傾斜するように、フェルール２１が配置される。
【００２３】
図３（ａ）のように、光デバイス１に対してフェルール２１を対向配置する。本実施形態では、光ファイバ１１の中心軸が光デバイス１の表面に対して非平行であるため、光ファイバ１１の中心軸の当該表面への投影線Ｌに沿って、フェルール２１をガイドチップ１４に対して押し付けてゆく。図３（ｂ）のように、フェルール２１は、その端面２１ａ，２１ｂがガイドチップ１４の有効辺である端面１４ａ，１４ｂに接触し、ガイドチップ１４の端面１４ａ，１４ｂがフェルール２１の端面２１ａ，２１ｂに嵌合し当接して停止する。このとき、光ファイバ１１の先端部がグレーティングカプラ１３に位置整合して光結合する。ガイドチップ１４の端面１４ａ，１４ｂは、フェルール２１の装着方向に対して斜めの角度を有しているため、回転補正も自然に行われて、必要な位置精度を実現することができる。以上のように光デバイス１に対するフェルール２１の位置決めが完了し、両者が固定される。
【００２４】
本実施形態では、グレーティングカプラ１３のような光デバイス１の表面の光ファイバ１１のインターフェース素子に対して、簡便であるも、高精度に光ファイバ１１を搭載することができる。複数のガイドチップ１４を別部品として実装することで、数１００μｍの高さが得られるため、フェルール２１の光デバイス１に対する篏合当接を確実に行うことができる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、光デバイス１の光導波路１２と光ファイバ１１とが簡便且つ確実に高精度で光結合された信頼性の高い光結合装置が実現する。
【００２６】
（第３の実施形態）
本実施形態による光結合装置は、第１の実施形態と同様の構成を有するが、ガイドチップの１つの端面のみが有効辺とされている点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態による光結合装置と同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２７】
図５は、第３の実施形態による光結合装置の構成を示す概略斜視図である。図６は、第３の実施形態による光結合装置の構成を示す概略平面図である。
この光結合装置は、光デバイス（光導波路基板）１と、光ファイバ１１を収納したフェルール３１とを備えて構成されている。
【００２８】
ガイドチップ１４は、例えばシリコン等により正方形に形成されており、１つの端面１４ａが光ファイバ１１の中心軸の光デバイス１の表面への投影線Ｌ（図２（ａ）中、一点鎖線で示す）に対して斜めに、ここでは４５°に傾いて配置固定されている。端面１４ａがガイドチップ１４の当接面（有効辺）となる。
【００２９】
フェルール３１は、樹脂の精密成型で作製されており、光ファイバ１１が挿通されて接着固定される。フェルール３１には、ガイドチップ１４の端面１４ａに対応した端面３１ａが２箇所に形成されている。端面３１ａは、投影線Ｌに対して斜めに、ここでは４５°に傾いて配置されている。
【００３０】
第１の実施形態で説明したように、ガイドチップはＦＣＢにより光デバイスの表面に搭載される。ガイドチップのマークはフォトリソグラフィーで高精度に形成することができるが、ガイドチップの外形は、フォトリソグラフィーほどの切断の位置精度は期待できない。マークに対する端面の位置が不定の状態で、ガイドチップの２つの端面を必要な精度で合わせ込むのはかなり難しい。本実施形態では、ガイドチップ１４の１つの端面１４ａのみを有効辺として用いる。これにより、ガイドチップ１４を光デバイス１の表面に搭載する際に、ガイドチップ１４の端面１４ａを必要な精度で合わせ込むことができる。
【００３１】
光デバイス１にフェルール３１を搭載するには、先ず、光デバイス１に対してフェルール３１を対向配置する。光ファイバ１１が光デバイス１の表面に対して平行ではない場合もあり得るため、光ファイバ１１の中心軸の当該表面への投影線Ｌに沿って、フェルール３１をガイドチップ１４に対して押し付けてゆく。フェルール３１は、その端面３１ａがガイドチップ１４の有効辺である端面１４ａに接触し、ガイドチップ１４の端面１４ａがフェルール３１の端面３１ａに当接して停止する。このとき、光ファイバ１１の先端部がグレーティングカプラ１３に位置整合して光結合する。ガイドチップ１４の端面１４ａは、フェルール３１の装着方向に対して斜めの角度を有しているため、回転補正も自然に行われて、必要な位置精度を実現することができる。以上のように光デバイス１に対するフェルール３１の位置決めが完了し、両者が固定される。
【００３２】
本実施形態では、グレーティングカプラ１３のような光デバイス１の表面の光ファイバ１１のインターフェース素子に対して、簡便であるも、高精度に光ファイバ１１を搭載することができる。複数のガイドチップ１４を別部品として実装することで、数１００μｍの高さが得られるため、フェルール３１の光デバイス１に対する当接を確実に行うことができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、光デバイス１の光導波路１２と光ファイバ１１とが簡便且つ確実に高精度で光結合された信頼性の高い光結合装置が実現する。
【００３４】
（第４の実施形態）
本実施形態による光結合装置は、第１の実施形態と同様の構成を有するが、ガイドチップの１つの端面のみが有効辺とされている点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態による光結合装置と同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３５】
図７は、第４の実施形態による光結合装置の構成を示す模式図であり、（ａ）が概略斜視図、（ｂ）が概略平面図である。図８は、第４の実施形態の他の例による光結合装置の構成を示す模式図であり、（ａ）が概略斜視図、（ｂ）が概略平面図である。
以下、図７の光結合装置について説明する。この光結合装置は、光デバイス（光導波路基板）１と、光ファイバ１１を収納したフェルール４１とを備えて構成されている。
【００３６】
ガイドチップ４２，４３は、例えばシリコン等により正方形に形成されている。光ファイバ１１の中心軸の光デバイス１の表面への投影線Ｌ（図７（ｂ），図８（ｂ）中、一点鎖線で示す）の両側のうち一方側にガイドチップ４２が、他方側にガイドチップ４３が配置されている。本実施形態では、ガイドチップ４２の１つの端面４２ａが当接面（有効辺）とされ、ガイドチップ４３の１つの端面４３ａが当接面（有効辺）とされており、ガイドチップ４２の端面４２ａの角度と、ガイドチップ４３の端面４３ａの角度とが、投影線Ｌに対して非対称とされている。具体的には、端面４２ａの角度が投影線Ｌに対して直交に近く、端面４３ａの角度が投影線Ｌに対して平行に近い。ガイドチップ４２，４３の形状としては、正方形以外でも、有効辺が直線状であれば良く、長方形、平行四辺形、菱形、台形の四角形系のみならず、三角形等でも良い。
【００３７】
フェルール４１は、樹脂の精密成型で作製されており、光ファイバ１１が挿通されて接着固定される。フェルール２には、ガイドチップ４２の端面４２ａに対応した端面４１ａと、ガイドチップ４３の端面４３ａに対応した端面４３ａとが形成されている。端面４１ａの角度と、端面４１ｂの角度とが、投影線Ｌに対して非対称とされている。具体的には、端面４１ａの角度が投影線Ｌに対して直交に近く、端面４１ｂの角度が投影線Ｌに対して平行に近い。
【００３８】
ガイドチップは、ＦＣＢにより光デバイスの表面に搭載される。ガイドチップのマークはフォトリソグラフィーで高精度に形成することができるが、ガイドチップの外形は、フォトリソグラフィーほどの切断の位置精度は期待できない。マークに対する端面の位置が不定の状態で、ガイドチップの２つの端面を必要な精度で合わせ込むのはかなり難しい。本実施形態では、ガイドチップ４２，４３について、それぞれ１つの端面のみを有効辺として用いる。これにより、ガイドチップ４２，４３を光デバイス４１の表面に搭載する際に、ガイドチップ４２，４３の端面４２ａ，４３ａを必要な精度で合わせ込むことができる。
【００３９】
光デバイス１にフェルール４１を搭載するには、先ず、光デバイス１に対してフェルール４１を対向配置する。光ファイバ１１が光デバイス１の表面に対して平行ではない場合もあり得るため、光ファイバ１１の中心軸の当該表面への投影線Ｌに沿って、フェルール４１をガイドチップ４２，４３に対して押し付けてゆく。フェルール４１は、その端面４１ａ，４１ｂがガイドチップ４２，４３の有効辺である端面４２ａ，４３ａに接触し、ガイドチップ４２，４３の端面４２ａ，４３ａがフェルール４１の端面４１ａ，４１ｂに当接して停止する。このとき、光ファイバ１１の先端部がグレーティングカプラ１３に位置整合して光結合する。ガイドチップ４２，４３の端面４２ａ，４３ａは、フェルール４１の装着方向に対して斜めの角度を有しているため、回転補正も自然に行われる。光デバイス１の表面にフェルール４１を装着した際に、直交に近い配置のガイドチップ４２が主にストッパーとして機能し、平行に近いガイドチップ４３が主に横方向を規定し、必要な位置精度が確保される。以上のように光デバイス１に対するフェルール３１の位置決めが完了し、両者が固定される。
【００４０】
本実施形態では、グレーティングカプラ１３のような光デバイス１の表面の光ファイバ１１のインターフェース素子に対して、簡便であるも、高精度に光ファイバ１１を搭載することができる。ガイドチップ４２，４３を別部品として実装することで、数１００μｍの高さが得られるため、フェルール４１の光デバイス１に対する当接を確実に行うことができる。
【００４１】
本実施形態の他の例を図８に示す。本例では、フェルール４１の形状及びガイドチップ４２，４３の配置箇所が、投影線Ｌに対して図７とは真逆となっている。この場合でも、本実施形態で説明したものと同様の作用・効果を得ることができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、光デバイス１の光導波路１２と光ファイバ１１とが簡便且つ確実に高精度で光結合された信頼性の高い光結合装置が実現する。
【００４３】
上述した第１〜第４の実施形態による光結合装置は、高速で大容量の信号伝送を要する基幹通信システム等に好適に適用され、光ファイバを用いて離れた位置を接続する際に、容易に高信頼性の光結合を得ることができる。
【００４４】
以下、光結合装置の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
【００４５】
（付記１）光導波路を備えた光デバイスと、
光ファイバを収納しており、前記光ファイバの中心軸の前記光デバイスへの投影線に対して斜めとなる第１の端面を有するフェルールと、
前記光デバイスに配置されており、前記投影線に対して斜めとなる第２の端面を有する複数のガイドチップと
を含み、
前記フェルールの前記第１の端面と前記ガイドチップの前記第２の端面とが当接し、前記光ファイバと前記光導波路とが光結合されていることを特徴とする光結合装置。
【００４６】
（付記２）前記光導波路の端部にグレーティングカプラが設けられており、
前記光ファイバと前記グレーティングカプラとが光結合されていることを特徴とする付記１に記載の光結合装置。
【００４７】
（付記３）前記フェルールは、前記光ファイバの中心軸が前記光デバイスの表面と非平行となるように配されることを特徴とする付記１又は２に記載の光結合装置。
【００４８】
（付記４）前記複数のガイドチップのうち、前記投影線の両側のうち一方側に第１のガイドチップが、他方側に第２のガイドチップがそれぞれ配されており、
前記第１のガイドチップの前記第２の端面の角度と、前記第２のガイドチップの前記第２の端面の角度とが、前記投影線に対して非対称であることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の光結合装置。
【００４９】
（付記５）前記ガイドチップは、１つの前記第２の端面が対応する１つの前記第１の端面と当接していることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の光結合装置。
【００５０】
（付記６）前記ガイドチップは、２つの前記第２の端面が対応する２つの前記第１の端面と当接していることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の光結合装置。
【００５１】
（付記７）２つの前記第１の端面はＶ字状に接続されており、２つの前記第２の端面は前記ガイドチップの角部で接続されていることを特徴とする付記６に記載の光結合装置。
【符号の説明】
【００５２】
１  光デバイス
２，２１，３１，４１  フェルール
２ａ，２ｂ，１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４３ａ  端面
１１  光ファイバ
１２  光導波路
１３  グレーティングカプラ
１４，４２，４３  ガイドチップ
１５  ミラー
【図１】
2017161826.tif 000003
【図２】
2017161826.tif 000004
【図３】
2017161826.tif 000005
【図４】
2017161826.tif 000006
【図５】
2017161826.tif 000007
【図６】
2017161826.tif 000008
【図７】
2017161826.tif 000009
【図８】
2017161826.tif 000010