JP2004212774A

JP2004212774A - 光導波路を用いた光結合方法

Info

Publication number: JP2004212774A
Application number: JP2003001091A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shioda; 剛史塩田
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】本発明の目的は、上記の問題を回避すべく集光機能を用いず、基板などを加工することなく低コストで結合損失の小さな光結合を行える方法を提供することにある。
【解決手段】コアの上面に導光方向に延伸する凹みを有する光導波路１を光学部品２と光結合するため、光学部品と近接した光導波路端部の凹み部の底部６の位置を認識することにより出射端のコア位置を特定して、光学部品との位置合わせをすることを特徴とする光結合方法である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光部品の結合方法に関し、光導波路を用いた特に光合分波器、波長フィルタ、光集積回路、光インターコネクション用光学部品、光電気混載配線板等を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光部品、あるいは光ファイバの基材としては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れていることから、光導波路用材料として注目されている。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波路が作製されている（特開平３−１８８４０２号）。これに対して耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミドを用い低損失の平板型光導波路が実現されている（特開平２−１１０５００号）。コストなどの要求から光インターコネクション分野において、面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）が搭載されようとしているが、基板に対して垂直に出射するレーザ光を基板に対して水平な光導波路に入射するとき、約９０°の光路変換が必要となる。高分子光導波路では、ダイシングソーによって、約４５°に切削し、９０°光路変換を可能にしている（特開平１０−３００９６１）。しかしながら、ダイシングソーで切削する場合、必要な場所以外も４５°に切削してしまうこと、切削時に汚染の恐れがあること、更には、受発光素子との間隔を５０μｍ以下にすることは難しく、切削だけでは集光機能が無いため光が発散してしまい損失の原因になるなどの問題がある。
【０００３】
マイクロレンズを用いることも考えられるが、そのような場合、レンズ用樹脂の粘度、導波路表面の濡れ性管理などコスト高になってしまう。また、空気中を伝搬するため、反射が起こり入出力強度も小さくかつ不安定になるなどの問題があった。可とう性を有するプラスチック光導波路を曲げて受発光素子に結合する方法が提案されている（特開平５−２８１４２８）。しかしながら、基板を精度良く穴加工や曲面加工しなければならなく、コスト高になってしまう。また、そのような加工をすることにより電気配線の場所も制限されてしまう。更に、合分波器や波長フィルタなどの光導波路部品においても、光導波路と光ファイバの間の結合が必要となる。通常は半導体レーザから出射された光を光ファイバに通し光導波路に突き当て、光導波路からの出射光強度を測定しながら最大になるまで調心し結合するために時間もかかり、コスト高になってしまっていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３００９６１号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平５−２８１４２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題を回避すべく集光機能を用いず、基板などを加工することなく低コストで結合損失の小さな光結合を行える方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討した結果、コア部に凹みが存在する光導波路の端面を観察することにより、前記課題を解決できることを見出し本発明を完成させた。すなわち本発明は、コアの上面に導光方向に延伸する凹みを有する光導波路を光学部品と光結合するため、光学部品と近接した光導波路端部の凹み部の位置を認識することにより出射端のコア位置を特定して、光学部品との位置合わせをすることを特徴とする光結合方法である。
【０００８】
ここで光結合される光学部品としては発光素子または受光素子であり、また光ファイバーや光導波路素子にも有効である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の光結合方式について説明する。ここでは、ポリイミド光導波路、面発光型あるいは面受光型光素子を例に挙げて説明するが、光導波路の材料としてポリイミド以外の光学用材料の樹脂、各種光素子、および光素子の代わりに光ファイバなどを用いて光結合することももちろん可能である。図１に本発明の光結合方法の一例を示す。
【００１０】
まず、フォトリソグラフィとドライエッチング技術あるいは成形により、クラッド材にコアパターンとなる溝形状を形成する。溝にコアとなる樹脂を流し込む。このとき、ポリアミド酸溶液のような溶剤を多く含む溶液の場合には、溶剤の蒸発後、コアが凹んだ形状になる。その上から溶剤を多く含むクラッド材料をスピンコートし、高分子光導波路を作製する。このとき、上部クラッドは下の形状をほぼ忠実に再現し、溝部には凹みが形成される。この光導波路を、所望の形状にダイシングソー等で切り出す。得られた光導波路フィルムを面発光型あるいは面受発光型の光素子に直接結合する。このとき、光導波路断面をカメラ等で観察することにより、図２に模式的に示したようにコアの存在する場所に凹み形状がはっきりと見える。クラッド凹みの底６からコア８の中心までの距離１０をあらかじめ見積もっておくことにより、コアの位置が認識できる。同様にカメラを用い、面発光型または面受光型の光素子のそれぞれ出射口または受光口を観察し、位置を記憶させる。もしくは、上からカメラ等で観察することにより、光学部品と近接した光導波路端部の凹み部と発光素子、受光素子などの光学部品の位置が一度に観察できることになる。このとき、発光素子および受光素子はそれぞれ駆動（発光、受光）する必要が無く低コストかつ高生産で実装可能となる。最後に両者の中心位置を合わせる形で、導波路を光素子に近づけ、エポキシ系接着材を用いて接着することで結合が完成する。
【００１１】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路型光部品および光電気混載配線板が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１２】
（実施例１）
４インチシリコンウェハ上に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’ −ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）からなるフッ素化ポリイミドをクラッドとし、６ＦＤＡとＴＦＤＢ、４，４’ −オキシジアニリン（ＯＤＡ）からなる共重合フッ素化ポリイミドをコアとして光導波路をフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングによって作製した。図２に示すように下部クラッド７に幅４０μｍ、深さ４０μｍの溝を形成し、コア８を埋め込み、上部クラッド９をコートすることにより光導波路を作製した。コアとクラッドの比屈折率差を１％とした。コアサイズは幅４０μｍ、高さ２０μｍである。このとき光導波路断面を観察したとき、コア部に約１５μｍの凹みが観測された。凹み底からコア中心までの距離１０は２０μｍであった。
その後、このシリコンウェハ上の光導波路を５ｗｔ％のフッ酸水溶液中に浸漬させ、シリコンウェハから光導波路を剥し、フィルム光導波路を作製した。長さ７ｃｍ、幅５ｍｍになるように光導波路をダイシングソーにより切り出した。
【００１３】
このようにして得られた光導波路１を真空チャック付の冶具（図示せず）にとりつけ、図１（ａ）に示すように面発光素子２と結合する端部をＣＣＤカメラ３で斜め上から観察した。凹み断面形状がはっきりと観察でき凹み底部６が認識できた。図２に示すように凹み底部６から２０μｍ下側の位置をコアの中点としゼロ点として記憶させた。
【００１４】
次に面発光素子の１０μｍ径の発光部５をＣＣＤカメラで観察し同様に中心位置を記憶させた。この時発光素子は発光させていない。導波路のコアと面発光素子のそれぞれ中心が合うように光導波路を降下させ、ＵＶ硬化型エポキシ接着材４で結合させた（図１（ｂ））。このようにして形成された結合の結合損失は０．５ｄＢであった。
【００１５】
（実施例２）
実施例１と同様に作製した幅５ｍｍ、長さ７ｃｍの光導波路フィルムを真空チャック付の冶具にとりつけ、受光素子に近接した光導波路の端部の凹み部と受光素子の受光部を同時にＣＣＤカメラで上から観察した。凹み底と受光径８０μｍの端を合わせるように光導波路を移動した。その後、受光口中心方向に２０μｍ光導波路を精密に移動させた。このとき、受光素子は駆動していない。その後光導波路を降下させ、ＵＶ硬化型エポキシ接着材で結合させた。このようにして形成された結合の結合損失は０．１ｄＢであった。
【００１６】
（実施例３）
実施例１と同様に作製した幅５ｍｍ、長さ７ｃｍの光導波路フィルムを真空チャック付の冶具にとりつけ、接合相手であるコア径が５０μｍの光ファイバーの端部に近接させた。光ファイバーに近接した光導波路の端部の凹み部と光ファイバのコアとを同時にＣＣＤカメラで上から観察した。凹みの底と光ファイバコアの端を合わせるように光導波路を移動した。その後、光ファイバコア中心方向に５μｍ光導波路を精密に移動させた。その後光導波路を降下させて端面同士を接触させ、ＵＶ硬化型エポキシ接着材で結合させた。このようにして形成された結合の結合損失は０．２ｄＢであった。
【００１７】
（実施例４）
実施例１と同様に作製した幅５ｍｍ、長さ７ｃｍの光導波路フィルム２枚を真空チャック付の冶具にそれぞれとりつけ、互いに近接した二つの光導波路の端部の凹み部を同時にＣＣＤカメラで上から観察した。上側の凹み底と下側の凹み底をあわせるように上側の光導波路を移動した。その後上側の光導波路を降下させて端面同士を接触させて、ＵＶ硬化型エポキシ接着材で結合させた。このようにして形成された結合の結合損失は０．２ｄＢであった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による光導波路と光受発光素子または光ファイバ、あるいは光導波路同士との結合構造を用いることにより、結合効率が良好でかつ量産性の優れた光部品や光電気混載配線板などが製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光導波路と面発光素子の結合方法の一例を示す図。
【図２】本発明による光導波路の端面形状を模式的に示す図。
【符号の説明】
１：光導波路、２：面発光素子、３：カメラ、４：接着剤、
５：発光部、６：凹み底部、７：下部クラッド、
８：コア、９：上部クラッド

Claims

コアの上面に導光方向に延伸する凹みを有する光導波路を光学部品と光結合するため、光学部品と近接した光導波路端部の凹み部の位置を認識することにより出射端のコア位置を特定して、光学部品との位置合わせをすることを特徴とする光結合方法。
光学部品が発光素子または受光素子であることを特徴とする請求項１に記載の光結合方法。
光学部品が光ファイバーまたは光導波路素子であることを特徴とする請求項１に記載の光結合方法。