JP3591967B2

JP3591967B2 - Light guide connection structure

Info

Publication number: JP3591967B2
Application number: JP03664596A
Authority: JP
Inventors: 弘明西隈
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: JPH09230167A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに使われる信号光伝送用の光ファイバと導波路ディバイスとの接続あるいは光ファイバどうしなどの接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信などに使われる光ファイバや平板光導波路等に代表される光ガイドは、高屈折率のコアと、コアを包囲する低屈折率のクラッドなどからなり、コアの内部を光線が導波するようにしている。また複数の光ガイドの接続部において両者を互いに光学的に接続するために従来より種々の接続構造が考えられてきた。
【０００３】
例えば図１０に示す従来の接続構造では、導波路ディバイス１に入力用光ファイバ２と出力用光ファイバ３を接続するためにＶ溝基板４，５を用いている。この場合、Ｖ溝基板４，５に形成したＶ溝に光ファイバ２，３を整列させたのち、接着剤６とカバープレート７などを用いて光ファイバ２，３をＶ溝基板４，５に固定することにより、入力側ファイバアレイ８と出力側ファイバアレイ９を製作する。
【０００４】
そして導波路ディバイス１とファイバアレイ８，９の接続端面を各々光学研磨したのち、導波路ディバイス１とファイバアレイ８，９の接続端面を光軸調芯用の治具を用いて互いに突き合わせ、導波路ディバイス１に光を通しながら光検出器などを用いて出射光の強さを測定することにより、導波路ディバイス１に対するファイバアレイ８，９の光軸調整を行う。そして光軸調整後に接着剤等によって導波路ディバイス１とファイバアレイ８，９を互いに固定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構造のように導波路ディバイスとファイバアレイの光軸調芯を行う場合、光軸の調芯精度の点では性能的に満足できるレベルにあるが、光軸調整を行う作業に長時間と細心の注意および高度の熟練が必要があり、コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、比較的簡単な作業によって光ガイドどうしの光軸を正確に合わせることができ、低コスト化が図れるような光ガイドの接続構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすために開発された第１の観点による本発明は、請求項１に記載したように、所定位置に形成されたコアとクラッドによって構成される光導波路を有しかつ該光導波路に沿う第１の基準面を有する導波路ディバイスと、所定位置に複数の光ファイバを保持するための互いに平行な複数のＶ溝が形成されかつ上記第１の基準面に重ねられる第２の基準面を有するＶ溝基板と、上記第１の基準面に上記光導波路の上記コアおよびクラッドと同一材質によって形成されていて上記第１の基準面の厚み方向に突出する凸部と、上記第２の基準面に形成されていて上記凸部が上記第１の基準面に沿う方向から噛み合うことのできる形状でかつ上記凸部と噛み合った状態において上記光導波路と上記光ファイバの光軸が合う位置に設けられた凹部と、上記Ｖ溝基板に設けられて上記光ファイバを上記Ｖ溝に押し付けるカバープレートとを具備している。
【０００８】
このような本発明の接続構造においては、導波路ディバイスの第１の基準面とＶ溝基板の第２の基準面を互いに重ねることにより、導波路ディバイスとＶ溝基板の厚み方向の相対位置が決まる。そしてこの状態で凸部と凹部を基準面に沿う方向からくさびのように噛み合わせることにより、導波路ディバイスとＶ溝基板の幅方向の位置決めがなされるとともに、光導波路と光ファイバの端面同志が互いに対向することにより両者の光軸が合う。
【０００９】
また第２の観点による本発明は、請求項２に記載したように、上記第１の基準面と第２の基準面を互いに接するように重ねた状態において上記光導波路の光軸に対し上記光ファイバの光軸が僅かに高くなるように形成されており、かつ、上記凸部または凹部に、この凹部に対する凸部の軸線方向の移動量に応じて上記導波路ディバイスとＶ溝基板とを厚み方向に相対変位させる形状の部分（斜面あるいはテーパ形状等）を設けたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成の本発明であれば、凸部と凹部を基準面に沿う方向から噛み合わせたときに導波路ディバイスとＶ溝基板の幅方向の位置決めがなされ、さらに凸部を前進させると、その移動量に応じて凸部の一部が凹部の内面あるいは両側縁などに少しずつ乗り上げてゆき、光導波路の光軸と光ファイバの光軸が基準面の厚み方向に変位することにより、光導波路の光軸と光ファイバの光軸を合わせることができる。
【００１１】
上記凸部は、導波路ディバイスの製造プロセスにおいて光導波路のコアを形成する際に用いるマスクを使って光導波路と同時に形成できるため、凸部を形成するのに必要なコストがきわめて僅かですむとともに、凸部と光導波路との相対位置を正確に設定できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す接続構造の一例は、第１の接続部材として機能する導波路ディバイス１１と、第２の接続部材として機能するＶ溝基板１２を備えている。導波路ディバイス１１の所定位置に第１の光ガイドとして機能する光導波路１３が形成されているとともに、導波路ディバイス１１の表面（図１，図２において下面側）に光導波路１３に沿うフラットな形状の第１の基準面１４が設けられている。
【００１３】
導波路ディバイス１１の光導波路１３は、図２等に示すように高屈折率のコア２０と、コア２０を覆う低屈折率のクラッド２１，２２などによって構成されている。コア２０およびクラッド２１，２２は、後述する製造プロセスによって導波路基板２３上に形成されている。図示例の光導波路１３は分岐結合器等に使われる平板導波路であり、クラッド２２のフラット面が上記基準面１４として利用されるようになっている。
【００１４】
導波路ディバイス１１に左右一対の凸部３０が設けられている。凸部３０は基準面１４に沿って光導波路１３の光軸方向に延びている。図示例の凸部３０は導波路ディバイス１１の端面１１ａに向かって先端側の幅が狭くなるようなくさび状をなしている。この凸部３０の下面は基準面１４の厚み方向に突出し、その突出高さと光導波路１３のクラッド２２の突出高さが互いに揃っている。
【００１５】
上記凸部３０は導波路ディバイス１１の製造工程（成膜プロセス）において、光導波路１３のコア２０およびクラッド２２と同時に成膜される。このため凸部３０の材質は光導波路１３のコア２０およびクラッド２２と同一である。以下に上記光導波路１３と凸部３０の製造工程の一例について、図３を参照しながら説明する。
【００１６】
図３（ａ）に示すようにＳｉウエハあるいは石英等からなる導波路基板２３の表面に、ＣＶＤ法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相蒸着法）などの膜形成方法によって、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率の下部クラッド２１を形成する。また、図３（ｂ）に示すように下部クラッド２１の上に、ＳｉＯ_２にドープ剤を添加するなどの手段によって屈折率をクラッド２１よりも高めたコア２０を形成する。なお、屈折率を下げるドープ剤をクラッド２１に添加することによって、クラッド２１の屈折率を下げる方法をとってもよい。
【００１７】
図３（ｃ）に示すようにスパッタリング法などによりＷＳｉ（タングステンシリサイド）の薄膜３５を形成したのち、図３（ｄ）に示すように露光マスクとフォトレジストを用いて所定の導波路パターンのエッチングマスク３６を形成するとともに、凸部３０を形成すべき箇所に上記導波路パターンと同じ露光マスクとフォトレジストを用いて凸部３０用のエッチングマスク３７を形成する。
【００１８】
そして図３（ｅ）に示すように、ドライエッチング（反応性イオンエッチング等）を行うことにより、所定パターンの導波路コア２０を形成するとともに凸部３０用のコア２０ａを形成する。その後、図３（ｆ）に示すようにＣＶＤ法などによりコア２０，２０ａを覆うように上部クラッド２２を成膜する。こうして光導波路１３が形成されるとともに、凸部３０が同時に形成される。
【００１９】
このような導波路ディバイス１１の製造工程において、凸部３０は導波路コア２０と同じマスクに描画されるため、両者間の寸法ずれは問題にならないほど小さい。また、クラッド２１，２２の成膜制御によってクラッド２１，２２の膜厚が精度よくコントロールされるため、導波路ディバイス１１の基準面１４とコア２０との相対位置についても高精度に規制できる。
【００２０】
一方、Ｖ溝基板１２に第２の光ガイドとして機能する複数本の光ファイバ４０が互いに平行に整列した状態で保持されている。これらの光ファイバ４０は、光線が通る高屈折率のコア４１と、コア４１の外周を覆う低屈折率のクラッド４２を有している。
【００２１】
Ｖ溝基板１２には互いに平行な複数条のＶ溝４５が形成されており、各々のＶ溝４５にそれぞれ光ファイバ４０を乗せた状態で、Ｖ溝基板１２の上方に突出する光ファイバ４０の上面をカバープレート４６の下面４６ａによってＶ溝４５側に押し付けるようにしている。このカバープレート４６には光ファイバ４０をまたぐ姿勢でＶ溝基板１２に接する脚部４６ｂが設けられている。
【００２２】
上記のようにしてＶ溝基板１２の所定位置に全ての光ファイバ４０が一例に整列した状態で保持されるとともに、Ｖ溝基板１２に対する光ファイバ４０の光軸位置が定まる。このＶ溝基板１２には凸部３０と対応する位置に左右一対の凹部５０が形成されており、この凹部５０に対して凸部３０が基準面１４に沿う方向（図１に示すＺ軸方向）から噛み合うことができるようになっている。
【００２３】
Ｖ溝基板１２の材料はＳｉ基板，石英基板，ガラス基板等であり、凹部５０はエッチング，ガラスモールド等の加工技術によってＶ溝４５との位置関係を高精度に保って加工することができる。あるいはＶ溝４５を機械加工する際に用いる工具を使ってＶ溝状の凹部５０を成形すれば、加工コストを安くすることができる。
【００２４】
Ｖ溝基板１２に第２の基準面５１が設けられている。この第２の基準面５１は光ファイバ４０に沿う平坦な形状であり、この基準面５１に第１の基準面１４を重ねるようになっている。図４に示されるように基準面１４，５１を互いに重ねて密接させた状態において、導波路コア２０の中心Ｃ１と光ファイバ４０のコア４１の中心Ｃ２の位置が合致するようにしている。
【００２５】
次に上記凸部３０と凹部５０を用いた接続構造の作用について説明する。
導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２は、基準面１４，５１を互いに重ねたときに、導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の厚み方向（Ｙ軸方向）の相対位置が決まる。また、凸部３０と凹部５０を光導波路１３の光軸方向（−Ｚ方向）から噛み合わせることにより、導波路ディバイス１１に対するＶ溝基板１２の幅方向（Ｘ軸方向）の位置決めがなされるとともに、光導波路１３の端面１３ａと光ファイバ４０の前端面４０ａが互いに接することにより両者の軸線方向（Ｚ軸方向）の相対位置が決まる。
【００２６】
Ｖ溝基板１２上の光ファイバ４０は上記位置決めが終了するまではカバープレート４６等でＶ溝４５に押し付けられており、Ｖ溝４５の長手方向（軸線方向）に摺動するようになっている。しかも各光ファイバ４０は図示しない付勢手段によって＋Ｚ方向に押されており、導波路ディバイス１１をＶ溝基板１２に対して−Ｚ方向に相対移動させることに伴い、光ファイバ４０の前端面４０ａが光導波路１３の端面１３ａと密接した状態が保たれるようになっている。
【００２７】
上記のように光導波路１３と光ファイバ４０とのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置合わせがなされた状態で、導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２を適宜の固定手段によって固定する。例えばコア２０，４１の屈折率に近い屈折率をもった接着剤で固定するとか、クランプ部材あるいは接続補強材によって導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２およびカバープレート４６等を固定する。
【００２８】
図５および図６に示す実施形態では、先端側の幅が狭くなるようなテーパ状の凹部５０の内面両側に、先端側に向って深さが減少する斜面６０が形成されており、凹部５０に対して凸部３０を軸線方向（−Ｚ方向）に前進させたときにその移動量に応じて凸部３０の先端部が斜面６０を少しずつ乗り上げることにより、前記導波路ディバイス１１の基準面１４がＶ溝基板１２の基準面５１から浮き上がる方向（Ｙ軸方向）に変位するようにしている。
【００２９】
この場合、前記基準面１４，５１を互いに密接させた状態において前記光ファイバ４０の中心が前記光導波路１３の中心よりも僅かに（数μｍ程度）高くなるように、光導波路１３と光ファイバ４０のＹ軸方向の位置が設定されている。
【００３０】
この場合、凸部３０と凹部５０を−Ｚ方向から噛み合わせたときに、導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の幅方向（Ｘ軸方向）の位置決めがなされる。凸部３０と凹部５０は導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の左右対称位置に一対設けられているので、凸部３０をさらに−Ｚ方向に前進させると、凸部３０と凹部５０とのＸ軸方向の位置が定まったまま導波路ディバイス１１が上方（図６において矢印Ｙ１で示す方向）に少しずつ変位する。
【００３１】
上記のようにしてＹ軸方向の高さを調整しながら、光ファイバ４０を介して光導波路１３に光を入射し、光導波路１３を導波した出射光を光検出器で測定しながら、最大光強度になる位置まで導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２とのＺ軸方向の位置を調整する。こうして導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２の各光軸の高さを合わせたのち、接着剤等によって導波路ディバイス１１とＶ溝基板１２およびカバープレート４６を固定する。このような接続構造によれば、光導波路１３と光ファイバ４０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対位置を正確かつ容易に設定できる。
【００３２】
なお、図７に示す実施形態の凸部３０は、基部側の幅Ｗ１に比べて先端側の幅が狭くなるようなテーパ状をなしており、この凸部３０の両側部に下面側の幅が狭くなる斜面７０を形成している。この凸部３０の基部側の幅Ｗ１は、凹部５０の幅Ｗ２よりも大きい。従って凸部３０を凹部５０に向って−Ｚ方向に前進させたときにその移動距離に応じて斜面７０が凹部５０の両側縁５０ａを乗り上げてゆくことにより、前述のＹ軸方向の高さ調整を行うことができる。
【００３３】
あるいは図８に示すように凹部５０の入口（挿入手前側）に凹部５０よりも幅の広い幅広部５０ｂを設けてもよい。この場合、凸部３０を幅広部５０ｂに挿入したときに凸部３０のＸ軸方向のおおまかな位置決めがなされ、凸部３０をさらに凹部５０に挿入すると、凸部３０の−Ｚ方向の移動距離に応じて斜面７０が凹部５０の両側縁５０ａに乗り上げることにより、Ｙ軸方向に高さを変化させることができる。
【００３４】
また図９に示す実施形態では、Ｖ形の断面を有する凹部５０の入口（挿入手前側）に幅広部５０ｂを設けている。凸部３０は先端側の幅が狭くなるようなテーパ状をなしており、凸部３０の両側部に下面側の幅が狭くなる斜面７０が形成されている。この場合も、凸部３０を幅広部５０ｂに挿入したときに凸部３０のＸ軸方向のおおまかな位置決めがなされ、凸部３０の先端をさらに凹部５０に挿入したときに凸部３０の前進距離に応じて斜面７０が凹部５０の両側縁５０ａに乗り上げ、Ｙ軸方向の光軸高さを変化させることができる。上記いずれの実施形態においても、凸部３０の基部側の幅Ｗ１は、凹部５０の幅Ｗ２よりも大きくなっている。
【００３５】
要するに凸部３０と凹部５０は、これらを互いに噛み合わせたときに、まず第１の接続部材（例えば導波路ディバイス１１）と第２の接続部材（例えばＶ溝基板１２）のＸ軸方向の位置が規制され、さらに凸部３０をＺ軸方向に移動させることによって凸部３０がＹ軸方向に相対変位する形状であればよく、凸部３０や凹部５０の形状・寸法等は前記実施形態に制約されるものでない。
【００３６】
なお、凸部３０をＶ溝基板１２側に設けかつ凹部５０を導波路ディバイス１１側に設けてもよい。また光ファイバどうしを接続する場合に、一方の光ファイバを固定する基板（Ｖ溝基板等）の基準面に前記各実施形態と同様の凸部３０を設けるとともに、他方の光ファイバを固定する基板（Ｖ溝基板等）の基準面に前記各実施形態と同様の凹部５０を設けるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、互いに噛み合う凸部と凹部を有する導波路ディバイスとＶ溝基板を用いることにより、光導波路と光ファイバの光軸調芯を行う作業を容易かつ短時間に行うことができ、接続部の低コスト化に寄与できる。
【００３８】
そして上記凸部は導波路ディバイスの製造プロセスにおいて光導波路用のマスクを使って光導波路と同時に形成することができるため、凸部を形成するためのコストを大幅に下げることができるとともに、光導波路と凸部との相対位置関係を正確に保つことができるから、凸部と凹部を噛み合わせたときに両者の光軸をさらに正確に合わせることができる。
【００３９】
しかも光導波路の成膜プロセスにおいて正確な厚さに形成されるクラッドのフラット面を基準面として用いることができるため、光ガイドとして機能するコアの中心と基準面との位置関係も正確なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す光ガイドの接続部の分解斜視図。
【図２】図１に示された接続部の断面図。
【図３】光導波路と凸部を形成する工程を工程順に示す断面図。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶに沿う断面図。
【図５】凸部と凹部の形状例を示す斜視図。
【図６】図５に示す凸部が凹部に対して変位した状態を示す斜視図。
【図７】凸部と凹部の変形例を示す斜視図。
【図８】凸部と凹部の他の変形例を示す斜視図。
【図９】凸部と凹部の更に別の変形例を示す斜視図。
【図１０】従来の光ガイドの接続構造を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
１１…導波路ディバイス（第１の接続部材）
１２…Ｖ溝基板（第２の接続部材）
１３…光導波路（第１の光ガイド）
１４…第１の基準面
２０…コア
２１，２２…クラッド
３０…凸部
４０…光ファイバ（第２の光ガイド）
４５…Ｖ溝
５０…凹部
５１…第２の基準面
６０，７０…斜面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection structure between an optical fiber for signal light transmission used for optical communication and the like and a waveguide device or between optical fibers.
[0002]
[Prior art]
Optical guides such as optical fibers and flat optical waveguides used for optical communication, etc., consist of a core with a high refractive index and a cladding with a low refractive index surrounding the core, and light rays are guided inside the core. Like that. In addition, various connection structures have conventionally been considered in order to optically connect the light guides to each other at the connection portions of the plurality of light guides.
[0003]
For example, in the conventional connection structure shown in FIG. 10, V-groove substrates 4 and 5 are used to connect an input optical fiber 2 and an output optical fiber 3 to a waveguide device 1. In this case, after aligning the optical fibers 2 and 3 in the V-grooves formed in the V-groove substrates 4 and 5, the optical fibers 2 and 3 are attached to the V-groove substrates 4 and 5 using an adhesive 6 and a cover plate 7. By fixing, the input fiber array 8 and the output fiber array 9 are manufactured.
[0004]
After the connection end faces of the waveguide device 1 and the fiber arrays 8 and 9 are optically polished, the connection end faces of the waveguide device 1 and the fiber arrays 8 and 9 are abutted to each other by using a jig for optical axis alignment. The optical axes of the fiber arrays 8 and 9 with respect to the waveguide device 1 are adjusted by measuring the intensity of the emitted light using a photodetector or the like while passing the light through the waveguide device 1. After the optical axis adjustment, the waveguide device 1 and the fiber arrays 8 and 9 are fixed to each other by an adhesive or the like.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the optical axis alignment of the waveguide device and the fiber array is performed as in the conventional structure described above, the alignment accuracy of the optical axis is at a level satisfactory in performance, but the work of adjusting the optical axis takes a long time. It requires careful attention and a high degree of skill, and there is a problem that the cost is high.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a connection structure of light guides that can accurately align the optical axes of the light guides with a relatively simple operation and can reduce the cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical waveguide having a core and a clad formed at a predetermined position, the optical waveguide comprising: first and waveguide devices having a reference surface, a plurality of mutually parallel multiple V-grooves for holding an optical fiber is formed and a second reference that is superimposed on the first reference surface at a predetermined position along the a V-groove substrate having a surface, and a protrusion protruding be formed by the core and cladding of the same material of the optical waveguide in the thickness direction of the first reference surface to the first reference plane, the second A position where the optical waveguide and the optical fiber are aligned with each other in a shape formed on the reference surface so that the protrusions can be engaged from the direction along the first reference surface and in a state in which the protrusions are engaged. Provided in And recesses, provided in the V-groove substrate and a cover plate for pressing the optical fiber to the V groove.
[0008]
In such a connection structure of the present invention, the first reference plane of the waveguide device and the second reference plane of the V-groove substrate are overlapped with each other, so that the relative position of the waveguide device and the V-groove substrate in the thickness direction is adjusted. Decided. Then, in this state, the waveguide device and the V-groove substrate are positioned in the width direction by engaging the convex portion and the concave portion from the direction along the reference surface like a wedge, and the end faces of the optical waveguide and the optical fiber are aligned. By opposing each other, both optical axes are aligned.
[0009]
The present invention according to the second aspect, as described in claim 2, the light in a stacked state so as to be in contact with each other the first reference plane and the second reference plane relative to the optical axis of the optical waveguide The optical axis of the fiber is formed so as to be slightly higher, and the waveguide device and the V-groove substrate are provided with a thickness corresponding to the amount of movement of the convex portion relative to the concave portion in the axial direction. It is characterized in that a portion (slope, taper, or the like) having a shape relatively displaced in the direction is provided.
[0010]
According to the present invention having such a configuration, when the convex portion and the concave portion are engaged with each other from the direction along the reference plane, the waveguide device and the V-groove substrate are positioned in the width direction, and when the convex portion is further advanced, Depending on the amount of movement, a part of the convex portion gradually climbs on the inner surface or both side edges of the concave portion, and the optical axis of the optical waveguide and the optical axis of the optical fiber are displaced in the thickness direction of the reference surface, so that the light guide is formed. The optical axis of the wave path and the optical axis of the optical fiber can be aligned.
[0011]
Since the convex portion can be formed simultaneously with the optical waveguide by using a mask used when forming the core of the optical waveguide in the manufacturing process of the waveguide device, the cost required for forming the convex portion is extremely small, The relative position between the projection and the optical waveguide can be set accurately.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The example of the connection structure shown in FIG. 1 includes a waveguide device 11 functioning as a first connection member and a V-groove substrate 12 functioning as a second connection member. An optical waveguide 13 functioning as a first optical guide is formed at a predetermined position of the waveguide device 11, and a flat surface along the optical waveguide 13 is provided on the surface (the lower surface side in FIGS. 1 and 2) of the waveguide device 11. A first reference surface 14 having a shape is provided.
[0013]
The optical waveguide 13 of the waveguide device 11 includes a core 20 having a high refractive index and claddings 21 and 22 having a low refractive index covering the core 20, as shown in FIG. The core 20 and the clads 21 and 22 are formed on the waveguide substrate 23 by a manufacturing process described later. The illustrated optical waveguide 13 is a flat waveguide used for a branch coupler or the like, and the flat surface of the clad 22 is used as the reference surface 14.
[0014]
A pair of left and right convex portions 30 is provided on the waveguide device 11. The protrusion 30 extends in the optical axis direction of the optical waveguide 13 along the reference plane 14. The convex portion 30 in the illustrated example has a wedge shape such that the width of the distal end side decreases toward the end surface 11a of the waveguide device 11. The lower surface of the protrusion 30 protrudes in the thickness direction of the reference surface 14, and the protrusion height thereof and the protrusion height of the clad 22 of the optical waveguide 13 are aligned.
[0015]
The protrusion 30 is formed simultaneously with the core 20 and the clad 22 of the optical waveguide 13 in the manufacturing process (film forming process) of the waveguide device 11. For this reason, the material of the protrusion 30 is the same as the core 20 and the clad 22 of the optical waveguide 13. Hereinafter, an example of a manufacturing process of the optical waveguide 13 and the projection 30 will be described with reference to FIG.
[0016]
As shown in FIG. 3A, SiO ₂ as a main component is formed on the surface of a waveguide substrate 23 made of Si wafer or quartz by a film forming method such as a CVD method (Chemical Vapor Deposition). The lower cladding 21 having a low refractive index is formed. Further, as shown in FIG. 3B, a core 20 having a refractive index higher than that of the clad 21 is formed on the lower clad 21 by means such as adding a dopant to SiO ₂ . Note that a method of lowering the refractive index of the clad 21 by adding a dopant for lowering the refractive index to the clad 21 may be adopted.
[0017]
After forming a thin film 35 of WSi (tungsten silicide) by a sputtering method or the like as shown in FIG. 3C, etching of a predetermined waveguide pattern using an exposure mask and a photoresist as shown in FIG. 3D. A mask 36 is formed, and an etching mask 37 for the projection 30 is formed at a position where the projection 30 is to be formed, using the same exposure mask and photoresist as the above-mentioned waveguide pattern.
[0018]
Then, as shown in FIG. 3E, by performing dry etching (reactive ion etching or the like), the waveguide core 20 having a predetermined pattern and the core 20a for the convex portion 30 are formed. Thereafter, as shown in FIG. 3F, an upper clad 22 is formed so as to cover the cores 20 and 20a by a CVD method or the like. Thus, the optical waveguide 13 is formed, and the projection 30 is formed at the same time.
[0019]
In the manufacturing process of such a waveguide device 11, the projection 30 is drawn on the same mask as that of the waveguide core 20, so that the dimensional deviation between the two is so small that it does not matter. Further, since the film thickness of the claddings 21 and 22 is accurately controlled by controlling the film formation of the claddings 21 and 22, the relative position between the reference surface 14 of the waveguide device 11 and the core 20 can be regulated with high accuracy.
[0020]
On the other hand, a plurality of optical fibers 40 functioning as a second light guide are held on the V-groove substrate 12 in a state of being aligned in parallel with each other. These optical fibers 40 have a high-refractive-index core 41 through which light beams pass, and a low-refractive-index cladding 42 that covers the outer periphery of the core 41.
[0021]
A plurality of parallel V-grooves 45 are formed in the V-groove substrate 12, and the optical fibers 40 projecting above the V-groove substrate 12 with the optical fibers 40 mounted on the respective V-grooves 45 are provided. The upper surface is pressed against the V groove 45 by the lower surface 46a of the cover plate 46. The cover plate 46 is provided with a leg 46b that is in contact with the V-groove substrate 12 so as to straddle the optical fiber 40.
[0022]
As described above, all the optical fibers 40 are held in a predetermined position on the V-groove substrate 12 in an example, and the optical axis position of the optical fiber 40 with respect to the V-groove substrate 12 is determined. A pair of left and right concave portions 50 are formed in the V-groove substrate 12 at positions corresponding to the convex portions 30, and the convex portions 30 extend along the reference surface 14 with respect to the concave portions 50 (the Z-axis direction shown in FIG. 1). ) Can be engaged.
[0023]
The material of the V-groove substrate 12 is a Si substrate, a quartz substrate, a glass substrate, or the like, and the concave portion 50 can be processed while maintaining the positional relationship with the V-groove 45 with high precision by a processing technique such as etching or glass molding. Alternatively, if the V-groove-shaped concave portion 50 is formed using a tool used for machining the V-groove 45, the processing cost can be reduced.
[0024]
A second reference surface 51 is provided on the V-groove substrate 12. The second reference surface 51 has a flat shape along the optical fiber 40, and the first reference surface 14 overlaps the reference surface 51. As shown in FIG. 4, in a state where the reference surfaces 14 and 51 are placed close to each other, the center C1 of the waveguide core 20 and the center C2 of the core 41 of the optical fiber 40 are aligned.
[0025]
Next, the operation of the connection structure using the protrusions 30 and the recesses 50 will be described.
When the reference planes 14 and 51 overlap each other, the relative position of the waveguide device 11 and the V-groove substrate 12 in the thickness direction (Y-axis direction) of the waveguide device 11 and the V-groove substrate 12 is determined. In addition, by engaging the convex portion 30 and the concave portion 50 from the optical axis direction (−Z direction) of the optical waveguide 13, the V-groove substrate 12 is positioned relative to the waveguide device 11 in the width direction (X-axis direction). When the end face 13a of the optical waveguide 13 and the front end face 40a of the optical fiber 40 are in contact with each other, the relative position in the axial direction (Z-axis direction) is determined.
[0026]
The optical fiber 40 on the V-groove substrate 12 is pressed against the V-groove 45 by the cover plate 46 or the like until the positioning is completed, and slides in the longitudinal direction (axial direction) of the V-groove 45. . Further, each optical fiber 40 is pushed in the + Z direction by a biasing means (not shown), and the front end face 40 a of the optical fiber 40 is moved with the movement of the waveguide device 11 in the −Z direction with respect to the V-groove substrate 12. Is kept in close contact with the end face 13a of the optical waveguide 13.
[0027]
With the optical waveguide 13 and the optical fiber 40 aligned with each other in the X, Y, and Z-axis directions as described above, the waveguide device 11 and the V-groove substrate 12 are fixed by appropriate fixing means. For example, the waveguide device 11, the V-groove substrate 12, the cover plate 46, and the like are fixed with an adhesive having a refractive index close to the refractive index of the cores 20, 41, or with a clamp member or a connection reinforcing material.
[0028]
In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, a slope 60 whose depth decreases toward the distal end side is formed on both inner surfaces of the tapered concave portion 50 whose width on the distal end side is reduced. When the convex portion 30 is advanced in the axial direction (-Z direction), the tip of the convex portion 30 rides on the slope 60 little by little according to the amount of movement, so that the reference surface of the waveguide device 11 is adjusted. 14 is displaced in a direction (Y-axis direction) in which it rises from the reference surface 51 of the V-groove substrate 12.
[0029]
In this case, the optical waveguide 13 and the optical fiber 40 are arranged such that the center of the optical fiber 40 is slightly (about several μm) higher than the center of the optical waveguide 13 when the reference surfaces 14 and 51 are in close contact with each other. Are set in the Y-axis direction.
[0030]
In this case, when the convex part 30 and the concave part 50 are engaged with each other from the −Z direction, the positioning in the width direction (X-axis direction) of the waveguide device 11 and the V-groove substrate 12 is performed. Since the convex portion 30 and the concave portion 50 are provided in a pair at the left-right symmetric positions of the waveguide device 11 and the V-groove substrate 12, when the convex portion 30 is further advanced in the −Z direction, the X of the convex portion 30 and the concave portion 50 is reduced. While the position in the axial direction is fixed, the waveguide device 11 is displaced little by little upward (in the direction indicated by arrow Y1 in FIG. 6).
[0031]
While adjusting the height in the Y-axis direction as described above, light is incident on the optical waveguide 13 via the optical fiber 40, and the output light guided through the optical waveguide 13 is measured with a photodetector. The positions of the waveguide device 11 and the V-groove substrate 12 in the Z-axis direction are adjusted until the light intensity is reached. After adjusting the heights of the optical axes of the waveguide device 11 and the V-groove substrate 12, the waveguide device 11, the V-groove substrate 12, and the cover plate 46 are fixed with an adhesive or the like. According to such a connection structure, the relative positions of the optical waveguide 13 and the optical fiber 40 in the X, Y, and Z axis directions can be accurately and easily set.
[0032]
The convex portion 30 of the embodiment shown in FIG. 7 has a tapered shape such that the width on the distal end side is smaller than the width W1 on the base side. Is formed. The width W1 of the convex portion 30 on the base side is larger than the width W2 of the concave portion 50. Therefore, when the convex portion 30 is advanced in the −Z direction toward the concave portion 50, the slope 70 rides on both side edges 50a of the concave portion 50 in accordance with the moving distance, whereby the above-described height adjustment in the Y-axis direction is performed. It can be performed.
[0033]
Alternatively, as shown in FIG. 8, a wide portion 50b wider than the concave portion 50 may be provided at the entrance of the concave portion 50 (on the front side of the insertion). In this case, when the projection 30 is inserted into the wide portion 50b, the projection 30 is roughly positioned in the X-axis direction. When the projection 30 is further inserted into the recess 50, the movement distance of the projection 30 in the -Z direction is obtained. The slope 70 rides on both side edges 50a of the concave portion 50 according to the above, so that the height can be changed in the Y-axis direction.
[0034]
In the embodiment shown in FIG. 9, a wide portion 50b is provided at the entrance (on the near side of insertion) of the concave portion 50 having a V-shaped cross section. The convex portion 30 has a tapered shape such that the width on the distal end side is reduced, and a slope 70 whose width on the lower surface side is reduced is formed on both sides of the convex portion 30. Also in this case, when the convex portion 30 is inserted into the wide portion 50b, rough positioning of the convex portion 30 in the X-axis direction is performed, and when the tip of the convex portion 30 is further inserted into the concave portion 50, the forward distance of the convex portion 30 Accordingly, the slope 70 rides on both side edges 50a of the concave portion 50, and the optical axis height in the Y-axis direction can be changed. In any of the above embodiments, the width W1 on the base side of the convex portion 30 is larger than the width W2 of the concave portion 50.
[0035]
In short, when the protrusion 30 and the recess 50 are engaged with each other, first, the positions of the first connection member (for example, the waveguide device 11) and the second connection member (for example, the V-groove substrate 12) in the X-axis direction are set. Any shape may be used as long as the protrusion 30 is relatively displaced in the Y-axis direction by moving the protrusion 30 in the Z-axis direction. Not restricted.
[0036]
Note that the protrusion 30 may be provided on the V-groove substrate 12 side, and the recess 50 may be provided on the waveguide device 11 side. Further, when connecting optical fibers, a substrate (V-groove substrate or the like) for fixing one of the optical fibers is provided with a projection 30 similar to that of each of the above embodiments on the reference surface, and a substrate for fixing the other optical fiber. The same concave portion 50 as in each of the above embodiments may be provided on a reference surface of a (V-groove substrate or the like).
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a waveguide device having a convex portion and a concave portion and a V-groove substrate that mesh with each other, it is possible to easily and quickly perform optical axis alignment of an optical waveguide and an optical fiber , This can contribute to cost reduction of the connection part.
[0038]
And since the above-mentioned convex part can be formed simultaneously with the optical waveguide by using the mask for the optical waveguide in the manufacturing process of the waveguide device, the cost for forming the convex part can be greatly reduced and the optical waveguide can be formed. Since the relative positional relationship between the projection and the projection can be accurately maintained, the optical axes of the projection and the projection can be more accurately aligned when the projection and the recess are engaged with each other.
[0039]
In addition, since the flat surface of the clad formed to the correct thickness in the optical waveguide film forming process can be used as the reference surface, the positional relationship between the center of the core functioning as an optical guide and the reference surface is also accurate. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a connection portion of a light guide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the connection section shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step of forming an optical waveguide and a projection in the order of steps.
FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 2;
FIG. 5 is a perspective view showing an example of the shape of a convex portion and a concave portion.
FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the protrusion shown in FIG. 5 is displaced with respect to the recess.
FIG. 7 is a perspective view showing a modified example of a convex portion and a concave portion.
FIG. 8 is a perspective view showing another modified example of the convex portion and the concave portion.
FIG. 9 is a perspective view showing still another modified example of the convex portion and the concave portion.
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a conventional light guide connection structure.
[Explanation of symbols]
11 Waveguide device (first connection member)
12 V-groove substrate (second connection member)
13. Optical waveguide (first optical guide)
14 first reference plane 20 cores 21 and 22 clad 30 convex part 40 optical fiber (second optical guide)
45 V-groove 50 recess 51 second reference plane 60, 70 slope

Claims

所定位置に形成されたコアとクラッドによって構成される光導波路を有しかつ該光導波路に沿う第１の基準面を有する導波路ディバイスと、
所定位置に複数の光ファイバを保持するための互いに平行な複数のＶ溝が形成されかつ上記第１の基準面に重ねられる第２の基準面を有するＶ溝基板と、
上記第１の基準面に上記光導波路の上記コアおよびクラッドと同一材質によって形成されていて上記第１の基準面の厚み方向に突出する凸部と、
上記第２の基準面に形成されていて上記凸部が上記第１の基準面に沿う方向から噛み合うことのできる形状でかつ上記凸部と噛み合った状態において上記光導波路と上記光ファイバの光軸が合う位置に設けられた凹部と、
上記Ｖ溝基板に設けられて上記光ファイバを上記Ｖ溝に押し付けるカバープレートと、
を具備したことを特徴とする光ガイドの接続構造。 A waveguide device having an optical waveguide constituted by a core and a clad formed at a predetermined position, and having a first reference plane along the optical waveguide ;
A V-groove substrate having a plurality of parallel V-grooves for holding a plurality of optical fibers at predetermined positions and having a second reference surface overlapped with the first reference surface;
A convex portion formed on the first reference surface with the same material as the core and the clad of the optical waveguide and protruding in a thickness direction of the first reference surface;
The optical waveguide and the optical axis of the optical fiber are formed on the second reference surface and have a shape in which the protrusions can be engaged from a direction along the first reference surface and are engaged with the protrusions. A concave portion provided at a position where
A cover plate provided on the V-groove substrate to press the optical fiber against the V-groove;
A connection structure for a light guide, comprising:

所定位置に形成されたコアとクラッドによって構成される光導波路を有しかつ該光導波路に沿う第１の基準面を有する導波路ディバイスと、
所定位置に複数の光ファイバを保持するための互いに平行な複数のＶ溝が形成されかつ上記第１の基準面に重ねられる第２の基準面を有するＶ溝基板と、
上記第１の基準面に上記光導波路の上記コアおよびクラッドと同一材質によって形成されていて上記第１の基準面の厚み方向に突出する凸部と、
上記第２の基準面に形成されていて上記凸部が上記第１の基準面に沿う方向から噛み合うことのできる形状でかつ上記凸部と噛み合った状態において上記光導波路と上記光ファイバの幅方向の位置が合うように設けた凹部と、
上記Ｖ溝基板に設けられて上記光ファイバを上記Ｖ溝に押し付けるカバープレートとを有し、
上記第１の基準面と第２の基準面を互いに接するように重ねた状態において上記光導波路の光軸に対し上記光ファイバの光軸が僅かに高くなるように形成されており、かつ、
上記凸部または凹部に、この凹部に対する凸部の軸線方向の移動量に応じて上記導波路ディバイスと上記Ｖ溝基板を厚み方向に相対変位させる形状の部分を設けたことを特徴とする光ガイドの接続構造。 A waveguide device having an optical waveguide constituted by a core and a clad formed at a predetermined position, and having a first reference plane along the optical waveguide ;
A V-groove substrate having a plurality of parallel V-grooves for holding a plurality of optical fibers at predetermined positions and having a second reference surface overlapped with the first reference surface;
A convex portion formed on the first reference surface with the same material as the core and the clad of the optical waveguide and protruding in a thickness direction of the first reference surface;
The width direction of the optical waveguide and the optical fiber in a state in which the convex portion is formed on the second reference surface so that the convex portion can be engaged from a direction along the first reference surface and is engaged with the convex portion. A recess provided to match the position of
A cover plate provided on the V-groove substrate to press the optical fiber against the V-groove;
In a state where the first reference plane and the second reference plane are overlapped so as to be in contact with each other , the optical axis of the optical fiber is formed to be slightly higher than the optical axis of the optical waveguide , and
An optical guide, wherein the convex portion or the concave portion is provided with a portion configured to relatively displace the waveguide device and the V-groove substrate in a thickness direction in accordance with an amount of movement of the convex portion relative to the concave portion in the axial direction. Connection structure.