JPH0664217B2 - フアイバ・ガイド付光導波路 - Google Patents

フアイバ・ガイド付光導波路

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JPH0664217B2
JPH0664217B2 JP10153085A JP10153085A JPH0664217B2 JP H0664217 B2 JPH0664217 B2 JP H0664217B2 JP 10153085 A JP10153085 A JP 10153085A JP 10153085 A JP10153085 A JP 10153085A JP H0664217 B2 JPH0664217 B2 JP H0664217B2
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fiber
optical waveguide
optical
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waveguide
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泰文 山田
正夫 河内
明 姫野
盛男 小林
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光通信において必要な光ファイバと光導波路と
の直接接続を容易としたファイバ・ガイド付光導波路に
関するものである。
[開示の概要] 本発明はファイバ・ガイド付光導波路において、ファイ
バ・ガイドの間隔を光導波路端部に近い側で広く、遠い
側で狭いテーパ状とすることにより、ファイバ・導波路
間の精密位置合せを容易に達成する技術を開示するもの
である。
なお、この概要はあくまでも本発明の技術内容に迅速に
アクセスするためにのみ供されるものであって、本発明
の技術的範囲および権利解釈に対しては何の影響も及ぼ
さないものである。
[従来の技術] 光導波回路は、光合分波器、光スイッチ等の光通信、光
信号処理用回路への適用が期待されるが、このためには
これら光回路と光ファイバとの容易で、かつ信頼性の高
い接続法が求められている。従来は第2図のようにただ
単に光ファイバ端面と光導波路端面とを直接つき合わせ
て接続する方法が用いられてきた。図中、1はファイ
バ、2は基板、3は光導波路である。しかし、この方法
には (i) 接続に先立ち導波路端面の切断ならびに研磨が
必要であること、 (ii) 光ファイバと光導波路との精密位置合せが必要
であること、 (iii)接続部の機械的信頼性に欠けること、 等の欠点があった。特に単一モード系光導波路と単一モ
ード系光ファイバとの接続を行う場合、位置合せ精度1
μm以内、角度合わせ精度1゜以内の極めて高精度の位
置合せが必要であり、したがって、従来の直接つき合わ
せ法では光ファイバと光導波路との位置合せに非常に長
い時間を要する。さらに、仮に、精密位置合せが達成で
きたとしても次の段階のファイバと光導波路との、固定
の際に軸ずれが生じる可能性は大である。つまり、ファ
イバと光導波路との固定には、接着剤が用いられること
が一般的であるが、従来方法では、接着剤が固まる際に
軸ずれが生じやすいのである。以上のように、従来の端
面接続法では実用性のある光導波回路を製作するのは困
難である。
これら従来の直接つき合わせ法の問題点を解決する方法
として、光導波路基板上に光ファイバ位置合せ用の2本
の平行なガイドを形成し、このガイドを利用して接続を
行う接続法がある[特願昭58−125699号及びY.Yamada e
t al, Electron. Letl. 20(1984)313]。
第3図は、この方法の説明図であり、1はファイバ、2
は基板、3は光導波路、4はファイバ・ガイドである。
第4図はファイバ挿入時の光ファイバ1、光導波路3、
ファイバ・ガイド4の位置関係を示す断面図である。3a
は光導波路コア層、3bはバッファ層、1aは光ファイバ・
コア部、1bはクラッド層であり、光ファイバを挿入すれ
ば光ファイバのコア部1aと光導波路のコア層3aとが一致
するように製作してある。したがって、この方法によれ
ば従来の直接つき合せ法の問題点が解決でき、光導波路
端面の切断・研磨および光ファイバと光導波路の位置合
せの工程なしに、光ファイバと光導波路との高効率、か
つ信頼性の高い接続が可能となる。ところで、今、光導
波路のバッファ層厚d、コア層厚dとすると、この
ガイドの間隔wは、次の寸法に設定する必要がある。
w=2(d+d/2) (1) したがって、製作した光導波路の膜厚(dまたは
)が異なると、それに応じてガイド間隔を変える必
要がある。通常、ガイド間隔wは、フォトマスク・パタ
ンの寸法できまり、調整できないので、この場合は光導
波路の膜厚を常に一定にしておかなくてはならない。し
たがって、ファイバ・ガイド付光導波路を製作する場
合、光導波路及びガイドの寸法精度を高めなくてはなら
ない。特に単一モード系光導波路の場合、寸法誤差の許
容量は1μm以下と小さいので極めて高精度の加工を行
う必要があり、光回路製作の歩留りが低くなるという問
題がある。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、ファイバ・ガイド付光導波路の許容寸
法誤差が極めて小さいという問題点を解決し、単一モー
ド系光回路製作時にも寸法誤差許容量が大きくとれ、歩
留りの高いファイバ・ガイド付光導波路を提供すること
にある。
[問題点を解決するための手段] そのために本発明はファイバ・ガイド付光導波路におい
て、ファイバ位置決め用のガイドの間隔にテーパを付け
光導波路端部に近い側のガイド間隔を遠い側のファイバ
・ガイド間隔より広くしたものである。
[作用] 本発明ではファイバ・ガイドの中心線が光導波路の中心
と一致し、かつ光ファイバ・ガイド間隔が光導波路端部
に近い側では光ファイバ径より小さくなく、光導波路端
部より遠い側では光ファイバ径より小さくしてあるの
で、このガイドによって光ファイバを案内すれば、光フ
ァイバと光導波路の中心を容易に一致させることができ
る。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例であるファイバ・ガイド付光
導波路を説明する斜視図であって、1は光ファイバ、2
は基板、3は光導波路、4はファイバ・ガイドである。
ファイバ・ガイド4の間隔は光導波路3に近い側で広く
反対側で狭いテーパ状になっている。第5図はこのテー
パ構造を製作するために用いるフォトマスクパタンの一
例を示す。なお、同図中の一点鎖線00′はファイバ及び
ガイド間隔の中心線を示す。ファイバ・ガイド間隔は広
い部分をWμm,狭い部分をWμmとする。また間隔
μmの部分の長さはlμm、間隔Wμmの部分
の長さはlμm、テーパ部の長さはltμmとする。さ
らに、光導波路3の幅はWoμmとする。次に、第6図を
用いて、このテーパ状ファイバ・ガイドの機能を説明す
る。第6図において1aはファイバ・コア部、1bはファイ
バ・クラッド層、3aは導波路コア層、3bは導波路バッフ
ァ層である。また図中の記号のDは、光ファイバ1の
外径、Dは光ファイバのコア直径である。dは、光
導波路3のバッファ層厚、dは光導波路3のコア層厚
である。ファイバ外径Dは導波路3のコア層3a及びバ
ッファ層3bの厚さに合わせて、あらかじめ D=2(d+d/2) (2) に設定しておく。このDの値はW<D≦Wの範
囲とする。このファイバをガイド中に挿入すると、以下
のようにしてファイバ・導波路間の位置決めができる。
第6図(a)はファイバがガイド間隔Wμmの狭い領
域にある時を示している。ファイバ外径Dはガイド間
隔Wより大きいので、ファイバは同図のようにガイド
の上に乗った状態となっている。しかし、ファイバのコ
ア中心の位置は第5図の中心線00′上にある。第6図
(b)はガイドのテーパ領域においてガイド間隔がD
に一致した時の状態を示している。この時、ファイバは
ガイド中に収まる。コア中心は、やはり、第5図の中心
線00′上にのっている。第6図(c)はガイド間隔W
の領域を示している。この領域では、ファイバ3は基板
に接触する。Dは(2)式のように設定しているの
で、高さ方向はファイバのコアと導波路のコアとが一致
する。一方、ガイド幅Wがファイバ外径Dより広い
場合、この領域では横方向の位置決め作用がない。しか
し、第6図(a),(b)に示したように、これらの領
域でファイバ・コアの中心が中心線00′上にのるように
なっているので、第6図(c)の状態においても、ファ
イバ中心は中心線00′上にのる。したがって、同図のよ
うにファイバ・コア1aと導波路コア3との位置合せがで
きる。以上のような機能により、ファイバの位置決めが
なされるので、本実施例のガイドを用いればファイバ外
径DがW<D≦Wをみたす範囲で第5図のマス
クパタンが適用できる。したがって(2)式から、この
範囲で導波路膜厚d及びdの設定許容度が広がるわ
けである。
このようなファイバ・ガイド付光導波路を石英系光導波
路を用いて形成するには例えば次のようにすればよい。
はじめにSi基板上に、バッファ層,コア層,クラッド層
の3層構造の石英系光導波膜を形成する。これには例え
ばSiCl,GeCl,TiClの火炎加水分解反応によりSiO
,GeO,TiO等のガラス微粒子を基板上に堆積した
後、透明化して光導波膜とする火炎直接堆積法[M.Kawa
chi et al, Jpn. J. Appl. Phys.22(1983),1932]を
用いればよい。次に、第5図にようなフォトマスクパタ
ンを用いた反応性イオンエッチングにより、不要部分の
石英系光導波膜を除去し、第4図のような光回路パタン
を形成する。なお、Si基板が露出すると、それ以上エッ
チングは進まなくなる。次に、形成した石英系光導波路
の膜厚に合わせて(2)式に従って接続するファイバの
外径を決定し、ファイバ外径をこの値に設定する。この
ためには通常のファイバの端部をフッ酸につけてエッチ
ングすればよい。この際、ファイバ外径は線径モニタ等
の使用により、1μm以内の精度で所望の値に設定でき
る。次に、このような方法で製作したファイバ・ガイド
付石英系光導波路を用いた接続実験の結果を述べる。用
いたフォトマスクの寸法は第5図において、w=6μ
m,l=1000μm、lt=3500μm,l=500μm、w=7
0μm,w=50μmと設定した。3種類の光導波路を製作
した。その膜厚は i) バッファ層d=25μm ii) d=27μm iii) d=30μmでありコア層厚dは3種類とも
=6μmとした。これに対応して用いた光ファイバ
はコア径r=6μmであり、その外径は(2)式に従
って、i)D=56μm,ii)D=60μm,iii)D=6
6μmとした。これらを用いた結果、3種類とも0.5dB程
度の接続損失でファイバ導波路間の接続ができた。
このように、本発明によれば、1枚のフォトマスクに対
して、導波路の膜厚の設定値の許容範囲が大きくとれる
というメリットがある。上記実施例の場合、単一モード
系の光ファイバと光導波路の接続に際して導波路の膜厚
の許容設定範囲は少なくとも10μmはとれることがわか
る。また、本発明によれば、反応性イオンエッチングに
より光導波路を製作する工程で生じることがあるパタン
やせ(仕上りパタン幅が設計値より狭くなること)に対
しても許容度が大きくなるという効果がある。何故なら
ばパタンやせの結果、ファイバ・ガイド間隔がフォトマ
スクパタンより広くなったとしても第6図に示した状況
は変わらないので、常にファイバ・コア部は中心線上に
来るからである。
これに対して、従来のファイバ・ガイドの場合、特にこ
れを単一モード系に適用する場合は、導波路厚さ、パタ
ンやせともに許容範囲は著しく狭くなる。例えばフォト
マスクパタンでファイバ・ガイド間隔を60μmに設定
し、単一モード光導波路を製作する場合、光導波路コア
層を6μmとすれば、バッファ層は27±1μmの範囲に
設定しなくてはならない。また、パタンやせも1μm以
下に抑える必要があり、極めて高い加工精度が要求され
る。
第7図は、本発明の別の実施例であり、埋め込み導波路
に適用した例である。4aは本発明のテーパ状ファイバ・
ガイドであって、光導波路のクラッド層の一部をファイ
バ・ガイドとしたものである。このタイプのファイバ・
ガイド付埋め込み導波路を形成するには、例えば、第8
図のようにすればよい。この図はSi基板上に形成した石
英光導波路の例である。はじめに火炎直接堆積法とそれ
にひきつづく反応性イオンエッチングにより第8図
(a)のパタンを形成する。このとき、バッファ層厚d
、コア層厚dとする。次いで、第8図(b)のよう
に再び火炎直接堆積法を行い、クラッド層3cによりコア
層3aを埋め込む。次いで、第8図(c)のようなフォト
マスクを用いて反応性イオンエッチングを行うことによ
り第8図に示したファイバ・ガイド付光導波路が形成で
きる。このガイド中に外径を2(d+d/2)に設
定した光ファイバを挿入することにより、前記実施例の
第6図と全く同様の原理で自動的に光ファイバ・光導波
路間の位置合せが達成できる。また、この光導波路加工
に要求される導波路膜厚の設定値の許容範囲が大きくと
れること、反応性イオンエッチングに伴うパタンやせ許
容量が大きくなるというメリットがあることも、前記実
施例と同様である。なお、このタイプのファイバ・ガイ
ド付光導波路は、石英光導波路以外の材質の導波路、例
えば、イオン拡散型多成分ガラス光導波路、LiNbO
導波路等、各種導波路に対しても適用可能である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明のテーパ状のファイバ・ガ
イドを用いれば光ファイバをファイバ・ガイドに挿入す
るだけでファイバ・導波路間の精密位置合せが達成でき
る。しかも、この際、光導波路膜圧の設定時の許容誤差
範囲が大きくとれ、しかも加工時のパタンやせに対して
もその許容量が大きくなるという利点がある。したがっ
て、本発明のファイバ・ガイド付光導波路を、単一モー
ド系に適用すれば、歩留りよく、ファイバ接続容易な単
一モード光導波路が製作できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のファイバ・ガイド付光導波路の実施例
の斜視図、 第2図は従来の端面つき合せによる接続法を示す斜視
図、 第3図は従来のファイバ・ガイド付光導波路の斜視図、 第4図は第3図の接続部の断面図、 第5図は第1図のパタンを形成するために用いるフォト
マスクパタンの図、 第6図は本発明のファイバ・ガイドの作用を示す説明用
断面図、 第7図は本発明の別の実施例の斜視図、 第8図は第7図の実施例の光導波路の製作寸法を示す図
である。 1……光ファイバ、 1a……光ファイバ・コア部、 1b……光ファイバ・クラッド層、 2……基板、 3……光導波路、 3a……光導波路コア層、 3b……光導波路バッファ層、 3c……光導波路クラッド層、 4,4a……ファイバ・ガイド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 姫野 明 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (72)発明者 小林 盛男 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された光導波路と、該光導波
    路の端部に形成され光ファイバを嵌合,固定して該光フ
    ァイバと前記光導波路を光学的に接続するファイバ・ガ
    イドを有するファイバ・ガイド付光導波路において、フ
    ァイバ・ガイドの間隔がテーパを有し光導波路端部に近
    い側ではファイバ径より小さくなく、光導波路端部より
    遠い側では光ファイバ径より小さいことを特徴とするフ
    ァイバ・ガイド付光導波路。
JP10153085A 1985-05-15 1985-05-15 フアイバ・ガイド付光導波路 Expired - Lifetime JPH0664217B2 (ja)

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