JP2004212774A - 光導波路を用いた光結合方法 - Google Patents
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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
【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
【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 (3)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003001091A JP2004212774A (ja) | 2003-01-07 | 2003-01-07 | 光導波路を用いた光結合方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003001091A JP2004212774A (ja) | 2003-01-07 | 2003-01-07 | 光導波路を用いた光結合方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004212774A true JP2004212774A (ja) | 2004-07-29 |
Family
ID=32819205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003001091A Pending JP2004212774A (ja) | 2003-01-07 | 2003-01-07 | 光導波路を用いた光結合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004212774A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7171066B1 (en) | 2005-09-07 | 2007-01-30 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical module and optical transmission device |
US7394952B1 (en) | 2005-01-18 | 2008-07-01 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical transmission device and optical module |
-
2003
- 2003-01-07 JP JP2003001091A patent/JP2004212774A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7394952B1 (en) | 2005-01-18 | 2008-07-01 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical transmission device and optical module |
US7171066B1 (en) | 2005-09-07 | 2007-01-30 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical module and optical transmission device |
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