JPH063538A

JPH063538A - 光導波路

Info

Publication number: JPH063538A
Application number: JP16591692A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本; Hiroyuki Hoshino; 弘之星野; Yorio Ando; 順夫安藤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】光導波路端面を鏡面・垂直研磨せずに、光部品
との接続強度を増大でき、低損失接続を実現し、融着時
のオフセットもなく、光軸調整を容易にする。【構成】光導波路１はガラス基板４上のクラッド５１に
コア３を設け、コア３表面をクラッド５２で覆った埋め
込み型光導波路とする。コア３の屈折率ｎ_wはクラッド
５１および５２の屈折率ｎ_cよりも大きい。光導波路１
の両端に、光ファイバを挿入してコア３内に光を結合す
るための円形の光ファイバ挿入穴２１および２２を形成
する。挿入穴２１および２２は光導波路１の上面から基
板４の下面まで貫通し、コア３を分断する。穴２１、２
２はともに光導波路上面及び基板下面に対して垂直にあ
けられる。この挿入穴２１及び２２の形成は、炭酸ガス
レーザ光の照射による。形成した穴２１、２２への光フ
ァイバの挿入によって、光信号は光ファイバ−光導波路
１−光ファイバ間を伝搬する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光部品の接続に適した光
導波路ないし光部品を結合した光導波路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光導波路の実用化に備えて、光ファイバ
を始めとする光部品と光導波路との接続方法が重要な開
発課題となってきた。光ファイバと光導波路の接続方法
として、炭酸ガスレーザによる融着接続装置が知られて
いる。図７は、この方法を実装するための従来の融着接
続装置を示す。光導波路３１の端面に光ファイバ３２の
端面を圧着した状態で、その圧着端面に上方から炭酸ガ
スレーザ３３のレーザ光をレンズ３８で集光して照射
し、光ファイバ３２と光導波路３１とを融着接続する。
この際、両者のコア軸が一致するように、レンズダイオ
ード３４、パワメータ３５、受光器３６、テレビモニタ
３７等により構成されるパワモニタ装置により、接続部
を通過する光パワが最大となるように監視する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の炭酸ガスレーザによる光ファイバと光導波路の融着接
続方法には、次のような問題点があった。

【０００４】（１）光導波路端面を鏡面状態に、かつ垂
直性良く研磨しておかないと光ファイバ端面との接続強
度の増大、低損失接続を実現することができない。しか
し、光導波路のサイズが小型化されてくると、研磨に特
殊な高精度保持治具が必須になってくること、研磨時間
が長くかかること、端面を垂直性良く研磨することがむ
ずかしいこと、生産性が悪いこと、高価であることなど
の問題点が生じてくる。また光導波路および光ファイバ
の両端面のわずかな非垂直性が接続強度の劣化は勿論の
こと、融着時のオフセットをもたらし、結果的に接続損
失を増大させる。さらに光軸調整に多大の時間を要する
といった問題点もあった。

【０００５】（２）炭酸ガスレーザは一方から照射され
るので、非融着部が生じやすい。例えば、上方部から照
射すると、光ファイバと光導波路の両端面の上方部だけ
が融着され易く、レーザの照射されなかった下方部は融
着されにくい。そのため、接続損失が大きく接続部の引
っ張り及び圧縮強度は弱くなる。これを強くしようとす
ると、レーザの照射パワの増大や、照射時間を長くしな
ければならないが、これは両端面の形状変化を招き、結
果的に接続損失を増大させることになる。

【０００６】（３）融着部が端面付近のみであるため、
機械的に接続強度が弱い。

【０００７】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、光導波路に光ファイバ、レンズなどの光部品
を低接続損失、高強度特性で接続することができ、かつ
上記光部品をガイドに沿って挿入できるようにすること
により、光学的アライメントを単時間、容易に行え、再
現性良く接続できる光導波路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、基板上の
低屈折率ｎ_cのクラッド内に高屈折率ｎ_w（ｎ_w＞
ｎ_c）のコアが埋め込まれた光導波路において、光ファ
イバ、レンズなどの光部品を挿入するための穴が少なく
とも１個光導波路上面から基板下面まで貫通するように
設けられた光導波路である。光部品挿入穴の形状は、光
部品の形状に合せて決められる。

【０００９】第２の発明は、光部品挿入穴として炭酸ガ
スレーザ光の照射により形成され、光導波路のコアを分
断する穴をもつ光導波路である。

【００１０】第３の発明は、光部品挿入穴はコア軸に対
して垂直か、あるいは傾斜をもつように形成されている
光導波路である。

【００１１】第４の発明は、光部品挿入穴の中に、先端
を斜めに研磨した光ファイバまたは１／４ピッチロッド
レンズを挿入して、光ファイバまたは１／４ピッチロッ
ドレンズの斜めに研磨された端面での反射により光導波
路のコア内に光を結合するようにした光導波路である。

【００１２】第５の発明は、光導波路に先端を挿入した
光ファイバまたは１／４ピッチロッドレンズの基端に、
光ファイバまたは１／４ピッチロッドレンズに対して光
を入射あるいは受光するためのレンズ、半導体レーザま
たは受光素子を取り付けた光導波路である。

【００１３】

【作用】発明によれば、光導波路端面を鏡面状態に、か
つ垂直性良く研磨する必要がない、ただ単にダイサによ
り切断するだけでよいため、研磨用の特殊な高精度保持
治具、研磨材などが不要となり、製造コストを低減する
ことができる。また大幅な時間短縮を図ることができる
ため、生産性も向上し、これによる製造コストの低減を
行うことができる。さらに、炭酸ガスレーザ光により穴
を形成すれば、研磨時の機械的破損、汚染などの心配が
ないため、製造歩留り向上、光導波路の低損失化などを
達成することができる。炭酸ガスレーザ光照射によって
形成した穴は光エネルギーの吸収によって得られるの
で、穴内面は鏡面状態にあり、光ファイバレンズなどを
スムースに挿入できる。

【００１４】また、この穴径は炭酸ガスレーザ光のビー
ムスポット径、パワ、照射時間によって精密に制御でき
るため、光部品のガイドとしての役目をする。さらに、
この穴径はその深さ方向に沿ってテーパ状に細くするこ
とも容易にできるので、光部品のガイドとしての役目が
一層増してくる。したがって、光学的アライメントが容
易となり、このアライメントに要する時間短縮も図れ
る。また、低接続特性も実現することができる。さらに
穴内周面と光部品（光ファイバ、１／４ピッチロッドレ
ンズ（以下、セルフォックレンズ（日本板硝子（株）の
商標）という）などの円柱状部品）の外周面とが面接触
しているので、これらの僅かのすき間面に、たとえば接
着剤を塗布することにより、高機械強度の接続を行うこ
とができる。また環境変化などに対しても光学的オフセ
ットが生じにくいため、信頼性の高い接続が可能とな
る。さらに、光部品を面的に実装することができるの
で、組立、実装が容易となり、生産性を上げることがで
きる。

【００１５】

【実施例】図１に本発明の光導波路の第１の実施例を示
す。同図（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面
図を示したものである。光導波路１はガラス基板４上に
形成されたクラッド５１の上に断面略矩形状のコア３を
設け、そのコア３表面全体をクラッド５２で覆った構造
のいわゆる埋め込み型光導波路である。ガラス基板４に
は、石英ガラス、バイコールガラス（コーニングガラス
社の商品名）などの石英系ガラス、多成分系ガラス（た
とえば、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラ
ス、アルミノケイ酸ガラスなど）などを用いる。クラッ
ド５１および５２には、ＳｉＯ₂、あるいはＳｉ０₂に
Ｂ、Ｆ、Ｐ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｋなどの
屈折率制御用ドーパントを少なくとも１種含んだものを
用いることができる。コア３もクラッド５１および５２
と同様な材料を用いることができるが、その屈折率ｎ_w
はクラッド５１および５２の屈折率ｎ_cよりも大きくな
るように設定される。なお、コア３中には、Ｅｒ、Ｎ
ｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｙｂ、などの希土類元素が含まれてい
てもよい。この実施例ではコア３のパターンは直線パタ
ーンであるが、これに限ることなく、曲線パターンを用
いて光合分波回路、光スターカプラ、光フィルタ、光方
向性結合回路、光リング共振回路などを形成することが
できる。

【００１６】このような光導波路１の両端に、光ファイ
バを挿入してコア３内に光を結合するための円形の光フ
ァイバ挿入穴２１および２２が形成されている。これら
光ファイバ挿入穴２１および２２は光導波路１の上面か
ら基板４の下面まで貫通しており、コア３を分断するよ
うな位置に明けられている。穴２１、２２はともに光導
波路上面及び基板下面に対して垂直に、より正しくはコ
ア３の光軸に対して垂直に明けられる。この挿入穴２１
及び２２の形成は、機械加工や超音波加工によることも
できるが、研磨することなく穴内壁面がより平滑で、穴
径のより均一なものを作ることができることから、炭酸
ガスレーザ光の照射による方が好ましい。形成した穴２
１、２２への光ファイバの挿入によって、光信号は光フ
ァイバ−光導波路１−光ファイバ間を伝搬する。

【００１７】図２は本発明の光導波路の第２の実施例を
示したものである。これは光導波路１内に１入力２出力
の光合分波回路６を構成し、その回路の入力側に円形の
光ファイバ挿入穴２を設け、分岐した２本の出力側に同
じく円形で光ファイバ挿入穴２よりも大径のセルフォッ
クスレンズ挿入穴７１および７２をそれぞれ光導波路面
に対して垂直に設けたものである。なお、同図（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示したもので
ある。

【００１８】図３は、図１に示した光導波路１に光ファ
イバ８１及び８２を接下面から挿入続した実施例を示し
たものである。光ファイバ８１及び８２は、コア１２１
とクラッド１３１、及びコア１２２とクラッド１３２を
それぞれ有し、それらの先端は、この実施例では４５°
斜め研磨された端面９１及び９２を全反射面として持つ
ように加工されている。このような光ファイバ８１及び
８２の先端を光ファイバ挿入穴２１、２２内に挿入し固
定する。先端の向きは、図示するように、端面９１、９
２を光導波路１の端面側に向けて穴２１、２２間で分断
された光導波路１のコア３内に光を結合するようにす
る。

【００１９】その結果、光ファイバ８１に入射した入力
光信号１０は光ファイバ８１のコア１２１内を伝搬し、
光ファイバ４５°斜め端面９１で全反射されて光導波路
１のコア３内に結合され、コア３内を伝搬し、光ファイ
バ８２の光ファイバ４５°斜め端面９２で全反射されて
光ファイバ８２のコア１２２内に結合され、出力光信号
１１として光ファイバ８２より取り出される。

【００２０】図４は図２の光導波路１に光ファイバ８１
とセルフォックレンズ１５１および１５２、半導体レー
ザ１６（受光素子１７）を接続した実施例である。セル
フォックレンズ１５１の先端は、光ファイバ８１と同様
に、この実施例では４５°斜め研磨された端面１４を全
反射面として持つように加工されている。光ファイバ８
１の先端は光ファイバ挿入穴２内に、またセルフォック
レンズ１５１の先端はセルフォックレンズ挿入穴７１
（７２）内にそれぞれ挿入固定する。光ファイバ８１及
びセルフォックレンズ１５１の先端の向きは、図示する
ように、端面９１及び１４を光導波路１の端面側に向け
て穴２、７１間で分断された光導波路１のコア３内に光
を結合するようにする。セルフォックレンズ１５１の基
端側にセルフォックレンズ１５２、半導体レーザ１６
（受光素子１７）を取り付ける。

【００２１】その結果、半導体レーザ１６からの波長λ
₁の光信号はセルフォックレンズ１５２で平行光に変換
され、その先端が一方の穴７１内に挿入されたセルフォ
ックレンズ１５１内に入射されることによって集光さ
れ、その集光された光信号（波長λ₁）はセルフォック
レンズ４５°斜め端面１４で全反射されて光導波路１の
コア３内に結合されて伝搬していき、光ファイバ８１よ
り出力光信号１１として取り出される。逆に、光ファイ
バ８１のコア１２１内に入射した光信号（波長λ₂）
は、光ファイバ４５°斜め端面９１で全反射されてコア
３内に結合されて伝搬していき、セルフォックレンズ４
５°斜め端面１４で全反射されて、その先端が他方の穴
７２に挿入されたセルフォックレンズ１５１内に入り、
ここで平行光に変換され、ついでセルフォックレンズ１
５２で集光されて受光素子１７で受光される。

【００２２】図５は図４において、半導体レーザ１６と
挿入穴７１に挿入したセルフォックレンズ１５１との間
に設けたセルフォックレンズ１５２の代わりに球レンズ
２０を用いたものである。なお、球レンズではなく、半
球レンズでもよい。またセルフォックレンズ１５１の４
５°斜め端面１４に干渉膜フィルタ１８を形成した構成
としてある。この干渉膜フィルタ１８は半導体レーザ１
６からの波長λ₁の光信号は全反射させるが、光ファイ
バ８１に入射してコア３を伝搬して来た波長λ₂の光信
号１０に対しては通過させ、しゃへい板にあけたしゃへ
い窓１９を通して受光素子１７で受光させるようにした
ものである。その結果、合分波回路６（図２参照）の分
岐回路の一方のみの使用で送受信が行える。

【００２３】図６は本発明の光導波路１に光ファイバ８
１および８２を接続する方法の別の実施例を示したもの
である。これは光導波路断面図を示しており、光ファイ
バ挿入穴２１および２２を基板４の下面に対して垂直で
はなく、斜め（角度θ）に設けて、これらの挿入穴２
１、２２に挿入した光ファイバ８１、８２を丁度八の字
形に組んだ構成である。この角度θとしては９０°から
１５０°の範囲が好ましい。その理由は光ファイバ８
１、８２と光導波路１との結合効率、および偏波依存に
よる結合損失の変動などの点からである。

【００２４】本発明は上記実施例において挿入穴に光部
品を接続固定するために次のような手法を取ることがで
きる。まず、図３において、光導波路１の下面と光ファ
イバ８１および８２の接触面２１１〜２１４には接着剤
を塗布してもよいし、あるいは炭酸ガスレーザで融着し
てもよい。また図４の光導波路１の下面とセルフォック
レンズ１５１との接触面２２１および２２２も接着剤で
固定してもよい。また、接触面を接着剤で固定する代り
に、挿入穴２１、２２、２、７１、７２のすき間に接着
剤を流し込んでもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明は次のような効果がある。

【００２６】（１）請求項１に記載の光導波路によれ
ば、光導波路端面に光部品を接続する代りに、光導波路
に設けた挿入穴に光部品を挿入接続するようにしたの
で、光導波路端面を研磨する必要がない。そのため、材
料費、加工費などを大幅に低減することができる。また
低接続損失と接続時間の短縮化により、生産性を向上さ
せることができる。さらに再現性良く接続することがで
きる。また、光導波路と光部品とが面接触するので、高
機械強度の接続を行うことができ、環境変化に対しても
信頼性を高めることができる。

【００２７】（２）請求項２に記載の光導波路によれ
ば、炭酸ガスレーザ光によって穴を形成するので、穴内
壁面が平滑で、高精度な穴径のものを作ることができ
る。そのため、穴がガイドとなって光部品の挿入が容易
となり、また光学的アライメントも簡単に実現できる。
さらに機械的破損、汚染などの心配がないため、製造歩
留りの向上、光導波路の低損失化を達成することができ
る。

【００２８】（３）請求項４に記載の光導波路によれ
ば、光部品挿入穴をコア軸に対して垂直か、あるいは傾
斜をもつように形成したので、光導波路平面の延長上に
接続していた従来の面的な光導波路と異なり、立体化に
より小型化が図れる。

【００２９】（４）請求項４に記載の光導波路によれ
ば、光ファイバまたはセルフォックレンズの斜めに研磨
された端面での反射により光導波路のコア内に光を結合
するようにしたので、端面の傾斜角度に応じた反射量の
光をコア内に有効に結合できる。（５）請求項５に記載の光導波路によれば、光ファイバ
またはセルフォックレンズに対して光を入射あるいは受
光するためのレンズ、半導体レーザまたは受光素子を取
り付けたので、実用性のある光部品一体化光導波路を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光ファイバ挿入穴を２個
設けた光導波路の構成図。

【図２】本発明の実施例による１個の光ファイバ挿入穴
と２個のセルフォックレンズ挿入穴を設けた光導波路の
構成図。

【図３】本発明の実施例による２本の光ファイバを接続
した光導波路の構成図。

【図４】本発明の実施例による光ファイバとセルフォッ
クレンズを接続した光導波路の構成図。

【図５】本発明の実施例による図４のセルフォックレン
ズの一方を球レンズに代えた光導波路の構成図。

【図６】本発明の実施例による２本の光ファイバを傾斜
して接続した光導波路の構成図。

【図７】従来の光導波路と光ファイバとの融着接続方法
を説明する融着接続装置の概略図。

【符号の説明】

１光導波路３コア４ガラス基板１４セルフォックレンズ４５°斜め端面１６半導体レーザ１７受光素子１８干渉膜フィルタ１９しゃへい窓２０球レンズ２１光ファイバ挿入穴２２光ファイバ挿入穴５１クラッド５２クラッド７１セルフォックレンズ挿入穴７２セルフォックレンズ挿入穴８１光ファイバ８２光ファイバ９１光ファイバ４５°斜め端面９２光ファイバ４５°斜め端面１２１コア１２２コア１３１クラッド１３２クラッド１５１セルフォックレンズ１５２セルフォックレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の屈折率ｎ_cのクラッド内にこれよ
りも高い屈折率ｎ_wのコアが埋め込まれた光導波路に、
光ファイバ、レンズなどの光部品の挿入穴が少なくとも
１個光導波路の厚さ方向に貫通して形成されていること
を特徴とする光導波路。
【請求項２】上記光部品挿入穴は炭酸ガスレーザ光の照
射により形成され、光導波路のコアを分断する穴である
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】上記光部品挿入穴はコア軸に対して垂直
か、あるいは傾斜をもつように形成されていることを特
徴とする請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】上記光部品挿入穴の中に、先端を斜めに研
磨した光ファイバまたは１／４ピッチロッドレンズを挿
入して、光ファイバまたは１／４ピッチロッドレンズの
斜めに研磨された端面での反射により光導波路のコア内
に光を結合するようにしたことを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項５】上記光導波路に先端を挿入した光ファイバ
または１／４ピッチロッドレンズの基端に、光ファイバ
または１／４ピッチロッドレンズに対して光を入射ある
いは受光するためのレンズ、半導体レーザまたは受光素
子を取り付けたことを特徴とする請求項４に記載の光導
波路。