JPH10282355A - 光部品の接続方法および接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光部品端面を高精度に接続する方法およびそ
の装置を提供するものである。 【解決手段】 複数本の光路を有する２つの光部品２−
３ａと２−３ｂを当該光部品の接合端面間に所定の間隙
ｄを設けて配置し、接合端面を平行に調整してから接近
して接続する方法において、接合端面を観察するカメラ
３−１、３−２と、光部品を保持すると共に直線あるい
は回転可能なステージ５−１、５−２と、光源９および
光を受光し、波長スペクトルを測定する光スペクトルア
ナライザー４とを備えた装置を用いて、連続的に波長が
変化する光を光部品に入射して光部品２−３ａと２−３
ｂの間隙部に多重反射を生じせしめ、当該各波長の多重
反射によって形成される波長スペクトルを観察し、波長
スペクトルのピッチによって、接合端面の間隙を修正す
る方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の光部品の接
合端面を高精度に接続する方法およびその接続装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信では光ファイバ、光導波路、半導
体レーザなどの光部品が数多く接続され、しかもミクロ
ンオーダで位置決めして接続する必要がある。このため
光部品相互間の接続作業は高精度に光軸を調整すること
が基本となる。

【０００３】このような光軸の調整に関する従来例とし
ては、例えば図８に示すように顕微鏡２４を用いて光導
波路２３からの出射光を観察して行なう方法が方法あ
る。即ち、（１）レーザ光源２１から出射した光を光フ
ァイバ２２を通して固定ステージ２７上の光導波路２３
の一方の端面にあてながら光ファイバ２２を６軸微動ス
テージ２６を用いて走査する。（２）光導波路２３を伝
搬して光導波路２３の他の端面から出射する光を顕微鏡
２４とＣＣＤカメラ２５を用いて観察する。この手順に
より、接続点２９での光軸位置調整をコントローラ２８
を介して行うものである（特開平８−１７９１４８号公
報）。

【０００４】一方、光部品の構成内容が複雑となり、入
出力端の光導波路の数が多くなると接合端面間のあおり
に関する回転軸（θx、θy）方向でより精密な調整が必
要となる。光軸（θx、θy）の調整に関する従来例とし
ては、図９に示すように光導波路３７を有する基板２６
の端面３９と光ファイバ３２を有する光ファイバアレイ
３１Ａ、３１Ｂとの端面３８とを当接させ、接触圧が等
しくなるように加圧することによって、端面３８と３９
とを平行に調節する方法である（特開平８−２０１６５
０号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光導波路端の出射光を
観察する従来法は、入出力端の光導波路の数が多くなる
と端面長が増大し調整が困難となり、また端面の接触の
方向に圧力を加えてこれを平行に調整する従来法は装置
が複雑となりコスト高となる。

【０００６】そこで本発明の目的は、かかる問題を解決
して光部品端面を高精度に接続する方法およびその装置
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる光部品の
接続方法は、複数本の光路を有する２つの光部品を対向
して配置し、当該光部品の接合端面を介して接続する光
部品の接続方法において、光部品の接合端面を所定の間
隙を設けて配置する第１工程と、光部品の１つの光路に
連続的に波長が変化する光を入射して光部品の接合端面
間で多重反射を生じせしめ、出力側では各波長の多重反
射光によって形成される第１波長スペクトルを観察する
と共に、光部品の他の１つの光路に光を入射して光部品
の接合端面間に形成される第２波長スペクトルを観察す
る第２工程と、第１波長スペクトルの周期的パワー変動
のピッチと第２波長スペクトルの周期的パワー変動のピ
ッチとが等しくなるように接合端面の間隙を調整する第
３工程と、光部品の接合端面を接近して接合せしめる第
４工程とを備えることを特徴とし、第２工程の第１波長
スペクトルと第２波長スペクトルの観察は光部品の接合
端面において両外周部に形成された光路について観察す
る工程であることが好ましい。

【０００８】本発明に係わる光部品の接続方法によれ
ば、接続される光部品の接合端面間に波長が変化する光
を入射して多重反射を生じせしめ、各波長の多重反射光
を合成して形成される波長に対するパワーの周期変動の
ピッチを測定して間隔を調整するので、理論的には波長
の１／１０、実際には３μｍ程度の精度で調整できる。
また、本発明に係わる光部品の接続装置は、ｚ軸を光軸
とし、ｘ方向に並べられた複数本の光路を有する２つの
光部品を当該光部品の接合端面間に所定の間隙を設けて
配置し、接合端面を平行に調整してから接近して接続す
る光部品の接続装置において、接合端面の上面および側
面を観察するカメラと、光部品を保持すると共にｘ軸、
ｚ軸およびこれらと直交するｙ軸方向とθ_x、θ_yおよび
θ_z方向に移動あるいは回転可能なステージと、光部品
に入射する光を発振する光源と、この光源からの光を受
光し、波長スペクトルを測定する光スペクトルアナライ
ザーと、を備えることを特徴とする。

【０００９】本発明に係わる光部品の接続装置によれ
ば、接合端面間に設けた間隙に多重反射を発生させ、多
重反射による波長スペクトルを測定する方式を採用して
いるので、格別に設計された装置を用いることなく幅広
い接合端面を有する光部品についても高精度に調整して
接続することができる。したがって、装置が簡単であ
り、安価となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明に
おいて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明
を省略する。 （実施形態１）図１は本発明の実施形態１に係わる光部
品の接続装置を示す全体図であり、本実施形態の光部品
は、１×１６（１入力、１６出力）分岐光導波路を有す
る導波路型光部品１と、導波路型光部品１の入出力端面
にそれぞれ配置された１本あるいは１６本の光ファイバ
を保持する入射側光ファイバ保持部材２−１と出射側光
ファイバ保持部材２−２とで形成される。導波路型光部
品１と入射側光ファイバ保持部材２−１および出射側光
ファイバ保持部材２−２の光軸を調整ために、これら各
部材を保持すると共に、ｘ、ｙ、ｚ軸方向ならびに、θ
_x、θ_y、θ_z方向に移動可能の機能を有 するステージ５
−１、５−２を備えている。さらに、光ファイバ保持部
材２−１と導波路型光部品１および導波路型光部品１と
光ファイバ保持部材２−２の接合端面を観察する上面観
察用ＣＣＤカメラ３−１と側面観察用ＣＣＤカメラ３−
２とを備え、受像機７を介してコントローラ８と接続さ
れる。ここでは、図１に示すようにｚ軸を光軸とし、複
数本の光路はｘ軸方向に並べられ、ｙ軸はこれらと直交
する方向に定義する。

【００１１】図１に示す装置において、光源９からの光
は、入射側の光ファイバ保持部材２−１に導入され、導
波路型光部品１を通過した光は出射側の光ファイバ保持
部材２−２を通過して光スペクトルアナライザー４に導
入され、波長スペクトルが測定される。

【００１２】図２は、図１に示す１×１６分岐光導波路
を有する導波路型光部品１を示す平面図である。図２に
おいて、石英ガラス基板上にはコア、およびコアより低
屈折率のクラッドからなる光導波路１ａが１個の入力ポ
ートを有し、出力側は１６個の出力ポートからなる光導
波路１ｂを備えている。入力端１−１から入射した光は
１６分割されて出力端１−２から出射される。

【００１３】図３は、図１に示す入射側光ファイバ保持
部材２−１を示す斜視図である。図３において、１心の
光ファイバ１０が光ファイバ整列基板２−１ａの内表面
に形成されたＶ溝２−１ｂに保持され、押え板２−１ｃ
によって押さえ付け、高分子樹脂によって固着されたも
のである。

【００１４】図４は、図１に示す出射側光ファイバ保持
部材２−２を示す斜視図である。図４において、１６心
の光ファイバ１０をテープ状に配置して全体を被覆した
リボン型光ファイバ１１が光ファイバ整列基板２−２ａ
の内表面に形成されたＶ溝２−２ｂに保持され、押え板
２−２ｃによって押さえ付け、高分子樹脂によって固着
されたものである。

【００１５】光ファイバ１０は、外径が数十μｍのコア
と、コアの周りに設けられた外径１２５μｍのクラッド
からなる石英系ガラスのマルチモード光ファイバ、ある
いは外径が数μｍのコアと、コアの周りに設けられた外
径１２５μｍのクラッドからなる石英系ガラスのシング
ルモード光ファイバが使用される。

【００１６】次に、導波路型光部品１、入射側光ファイ
バ保持部材２−１および出射側光ファイバ保持部材２−
２を接続する場合の従来の手順について説明する。最初
に、入射側光ファイバ保持部材２−１を導波路型光部品
の入力端１−１に接近させ、ビジコンカメラでモニタし
ながら軸合わせをする。

【００１７】次いで、出射側光ファイバ保持部材２−２
を導波路型光部品の出力端１−２に接近させ、ビジコン
カメラでモニタしながら軸合わせをする。次に、出射側
光ファイバ保持部材２−２をｚ軸にそって移動し、端面
距離が１μｍ程度まで接近させると共に、θxとθy方向
の平行度を調整する。最後に、入射側光ファイバ保持部
材２−１に光を入射し、出射側光ファイバ保持部材２−
２の両側に配置された２心の出力パワーをパワーメータ
でモニタし、これらのパワーが最大となるように出射側
光ファイバ保持部材２−２および入射側光ファイバ保持
部材２−１を調整して、接合端面を樹脂で固着する。

【００１８】このような方法によって光軸を調整して接
続した場合、出射側光ファイバ保持部材２−２の接合端
面には１６本の光ファイバ１０が平面状に配列している
ので、特にθy方向に誤差が現われやすい。その原因は
目視調整による精度は経験上０．３゜が限界であり、そ
のために接合端面に配置される光ファイバ数が増加する
に比例して、両端で大きい差が生じることになる。仮
に、θy 方向に０．３゜のずれが生じたとし、各光ファ
イバ１０が１２５μｍのピッチで配列されているとする
と、第１心と第１６心とでは約２０μｍの差が生じるこ
とになる。これは接続損失で０．２ｄＢの誤差に相当す
る。

【００１９】本発明はこのような接合端面間の平行度の
ずれを軽減することを目的としてなされたものであり、
図１に示した装置を参照しながら接続方法について説明
する。

【００２０】第１工程：入射側光ファイバ保持部材２−
１と導波路型光部品の入力端１−１との接続は、接合端
面の光路が１つなので上述した従来の方法によって軸調
整をする。

【００２１】第２工程： 次いで、出射側光ファイバ保
持部材２−２を導波路型光部品の出力端１−２に接近さ
せ、上面および側面観察用ＣＣＤカメラ３−１、３−２
で受像機７に映し出された画像を見ながら端面の平行度
（θ_xとθ_y）を合わせる。次に、出射側光ファイバ保持
部材２−２を保持しているステージ５−２をｚ軸にそっ
て移動し、接合端面の距離を所定の間隙ｄ、例えば１５
μｍ程度まで接近させると共に、出射側光ファイバ保持
部材２−２の第１心の光ファイバは切替スイッチ６によ
って光スペクトラムアナライザー４に接続する。

【００２２】光源９から所定の波長帯域（例えば、１５
５０ｎｍ±１００ｎｍ程度）の光が入射側光ファイバ保
持部材２−１に入射され、導波路型光部品１によって分
割され、出射側光ファイバ保持部材２−２の第１心の光
ファイバを通過した光は光スペクトラムアナライザー４
に導入されて波長スペクトルが測定される。この時、出
射側光ファイバア保持部材２−２と導波路型光部品１と
の接合端面の間隙では多重反射が発生し、図５に示する
ような波長に対して周期的にパワー変動する波長スペク
トルが形成される。

【００２３】この波長スペクトルは、接合端面の間隙が
ｄ、周期的パワー変動の山と山あるいは谷と谷の波長が
λ₁、λ₂（λ₂＞λ₁）、ピッチがΔλ＝λ₂−λ₁、屈折
率がｎの場合、次の関係が成立する。

【００２４】 ｄ＝｛λ₁／Δλ＋１｝λ₁／２ｎ＝｛λ₂／Δλ−１｝λ₂／２ｎ・・・（１） （１）式から、第１心側の間隙ｄ1を求めることができ
る。この方法を用いると、理論上は波長の１／１０、実
際には３μｍ程度の精度で調整することができる。

【００２５】次に、切替えスイッチ６を第１６心側に切
替え、同様の方法によって接合端面の第１６心側の間隙
ｄ16を調整する。第１心と第１６心の出力光の波長スペ
クトルを光スペクトラムアナライザー４によって観測
し、両者のΔλが等しくなるように、あおり角θyを調
整することによって、接合端面を平行に配置することが
できる。

【００２６】第１波長スペクトルと第２波長スペクトル
の観察は光部品の接合端面において両外縁に形成された
光路のように離れた光路について観察すると、高精度に
調整することができるので好ましい。このように調整し
た後、ステージ５−２をｚ方向に移動して光部品１の出
力端１−２に接近させ、紫外線硬化型樹脂で接着する。

【００２７】（実施形態２）図６は、１６心の光ファイ
バ１０を保持した光ファイバ保持部材２−３ａと２−３
ｂを接合端面で固着した光部品を示す図であり、この光
部品を図７に示した接続装置を用いて接続する方法を詳
細に説明する。

【００２８】まず、光ファイバ保持部材２−３ａと２−
３ｂを保持したステージ５−１と５−２を対向して配置
し、上面および側面観察用ＣＣＤカメラ３−１、３−２
で受像機７に映し出された画像を見ながらθ_xおよびθ_y
方向の平行度を調整した。

【００２９】次に、光ファイバ保持部材２−３ａを保持
しているステージ５−１をｚ軸にそって移動し、接合端
面の距離を１５μｍ程度まで接近させ、光ファイバ保持
部材２−３ａの第１心の光ファイバから、１５５０ｎｍ
±１００ｎｍ程度の波長の広がりを有する光を入射し
た。また、光ファイバ保持部材２−３ｂの第１心の出力
光の第２波長スペクトルを光スペクトラムアナライザー
４で測定した。この時、光ファイバ保持部材２−３ａ、
２−３ｂの接合端面の間に多重反射が発生し、図５に示
するような周期的にパワー変動する波長スペクトルが測
定された。図５に示す波長スペクトルにおいて、山部の
波長はλ₁が１５１１ｎｍ、λ₂が１５９５ｎｍであるの
で、（１）式から第１心側の間隙ｄ₁は１４．３μｍで
あった。

【００３０】次に、切替えスイッチ６を第１６心側に切
替え、同様の方法によって第１６心側の間隙ｄ₁₆を決定
した。第１心と第１６心の出力光の波長スペクトルを光
スペクトラムアナライザー４によって測定し、両者のΔ
λが等しくなるように、第１心と第１６心の接合端面の
距離を調整することによって、接合端面距離ｄ₁とｄ_{1 6}
を等しく調整 することができ、接合端面が平行に配置
することができた。このように調整した後、ステージ５
−１をｚ方向に移動して光部品１の出力端１−２に接近
させ、紫外線硬化型樹脂で接着した。このように接続し
た光部品について第１心の接合端面と第１６心の接合端
面との間隙の差を顕微鏡で調べた結果、誤差は３μｍで
あった。この差は０．０５°の精度に相当する。

【００３１】（比較例）因みに、実施形態２と同様の方
法で作成した光ファイバ保持部材２−３ａ、２−３ｂを
図７に示した接続装置を用いて通常の方法で接続した。

【００３２】接続方法は、ステージ５−１、５−２に保
持した光ファイバ保持部材２−２ａと２−３ｂとを接近
させ、上面および側面観察用ＣＣＤカメラ３−１、３−
２で受像機７に映し出された画像を見ながら端面の平行
度（θ_xとθ_y）を合わせた。次に、光ファイバ保持部材
２−３ａを保持しているステージ５−１をｚ軸にそって
移動し、接合端面の距離を１μｍ程度まで接近させると
共に、この光ファイバ保持部材２−３ａの光軸が光ファ
イバ保持部材２−３ｂの光軸と略一致するように仮調整
した。

【００３３】最後に、光ファイバ保持部材２−３ａに光
を入射し、他方の光ファイバ保持部材２−３ｂの出力パ
ワーをモニタし、これらのパワーが最大となるように調
整すると共に、接合端面を樹脂で固着した。このように
接続した光部品について第１心側の接合端面と第１６心
の接合端面との間隙の差を顕微鏡で調べた結果、誤差は
２０μｍであり、高精度の接続は困難であった。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３５】本発明の接続方法によれば、接続される光
部品の接合端面間に多重反射を生じせしめ、各波長の多
重反射光を合成して形成される波長スペクトルのピッチ
を測定して間隔を調整するので、接続される光部品の幅
が広い場合でも高精度に調整して接続することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係わる光部品の接続装置を示す全
体図である。

【図２】本実施形態に係わる導波路型光部品の平面図で
ある。

【図３】本実施形態に係わる光ファイバ保持部材の斜視
図である。

【図４】本実施形態に係わる他の光ファイバ保持部材の
斜視図である。

【図５】接合端面間に形成された波長スペクトルの測定
例を示すグラフである。

【図６】実施形態２によって接続された光部品を示す斜
視図である。

【図７】実施形態２に係わる光部品の接続装置を示す全
体図である。

【図８】従来の接続方法を説明するための図である。

【図９】従来法によって接続された光部品を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１・・・導波路型光部品、１ａ、１ｂ・・・光導波路、１−１
・・・入力端、１−２・・・出力端、２−１、２−２、 ２−
３ａ、２−３ｂ・・・光ファイバ保持部材、２−１ａ、２
−２ａ・・・基板、２−１ｂ、２−２ｂ・・・Ｖ溝、２−１
ｃ、２−２ｃ・・・押え板、３・・・観察用カメラ、 ４・・・光
スペクトラムアナライザー、５・・・ステージ、６・・・切替
スイッチ、７・・・受像機、８・・・コントローラ、９・・・光
源、１０・・・光ファイバ、１１・・・リボン型光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂原 政一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の光路を有する２つの光部品を対
   向して配置し、当該光部品の接合端面を介して接続する
   光部品の接続方法において、 前記光部品の接合端面を所定の間隙を設けて配置する第
   １工程と、 前記光部品の１つの光路に連続的に波長が変化する光を
   入射して前記光部品の接合端面間で多重反射を生じせし
   め、出力側では前記各波長の多重反射光によって形成さ
   れる第１波長スペクトルを観察すると共に、前記光部品
   の他の１つの光路に前記光を入射して前記光部品の接合
   端面間に形成される第２波長スペクトルを観察する第２
   工程と、 前記第１波長スペクトルの周期的パワー変動のピッチと
   前記第２波長スペクトルの周期的パワー変動のピッチと
   が等しくなるように前記接合端面の間隙を調整する第３
   工程と、 前記光部品の接合端面を接近して接合せしめる第４工程
   とを備えることを特徴とする光部品の接続方法。
2. 【請求項２】 前記第２工程の波長スペクトルは、接合
   端面の間隙がｄ、周期的パワー変動の山と山あるいは谷
   と谷の波長がλ₁、λ₂（λ₂＞λ₁）、ピッチがΔλ＝λ
   ₂−λ₁、屈折率がｎの場合、 ｄ＝｛λ₁／Δλ＋１｝λ₁／２ｎ＝｛λ₂／Δλ−１｝
   λ₂／２ｎ の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の光部品
   の接続方法。
3. 【請求項３】 前記第２工程の第１波長スペクトルと第
   ２波長スペクトルの観察は前記光部品の接合端面におい
   て両外周部に形成された光路について観察する工程であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の光部品の接続方
   法。
4. 【請求項４】 ｚ軸を光軸とし、ｘ方向に並べられた複
   数本の光路を有する２つの光部品を当該光部品の接合端
   面間に所定の間隙を設けて配置し、前記接合端面を平行
   に調整してから接近して接続する光部品の接続装置にお
   いて、 前記接合端面の上面および側面を観察するカメラと、前
   記光部品を保持すると共にｘ軸、ｚ軸およびこれらと直
   交するｙ軸方向とθx、θyおよびθz方向に移動あるい
   は回転可能なステージと、前記光部品に入射する光を発
   振する光源と、前記光を受光し、波長スペクトルを測定
   する光スペクトルアナライザーとを備えることを特徴と
   する光部品の接続装置。