JP2012058410A

JP2012058410A - 光部品

Info

Publication number: JP2012058410A
Application number: JP2010200183A
Authority: JP
Inventors: Takao Fukumitsu; 高雄福滿; Takeshi Tsuzuki; 健都築; Yoshiyuki Doi; 芳行土居; Takashi Saida; 隆志才田; Takashi Go; 隆司郷; Yasushi Yamazaki; 裕史山崎; Shinji Mino; 真司美野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-22

Abstract

【課題】複数の導波路型光素子で構成されたチップの一部がマウントの凸部に固定された光部品において、熱応力および機械的外力による光学特性の劣化を抑制すること。
【解決手段】光部品２００は、ＬＮ導波路等の第１の導波路型光素子２０１と、第１の導波路型光素子２０１の両端に突き合わせ接続された、ＰＬＣ等の第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３と、第１の導波路型光素子２０１が固定された凸部２１１を有するマウント２１０とを備える。第２の導波路型光素子２０２は、マウント２１０に固定された下部支持部材２２０と、下部支持部材２２０に固定された上部支持部材２３０とにより支持される。下部支持部材２２０は、第１及び第２の下部支持部材２２０Ａ、２２０Ｂで構成され、それぞれ、マウント２１０と対向する、第２の導波路型光素子２０２の下面２０２Ａの縁部と線状に接触するように傾斜した面を有する。上部支持部材２３０も同様である。
【選択図】図２

Description

本発明は、光部品に関し、より詳細には、導波路型光素子を備える光部品に関する。

光通信システムの高度化に伴い、高機能な光モジュール（光部品）の需要が高まっている。導波路型光素子は、基板上に光導波路を形成することによって様々な光波回路を実現することができ、光モジュールの構成部品として用いられている。光モジュールの更なる高機能化のために、異なる機能を有する導波路型光素子を集積化したり、レンズ・空間位相変調器等の空間光学系部品と導波路型光素子とを集積化したハイブリッド光モジュールが実現されている。具体的な光モジュールの例としては、（１）アレイ導波路格子（ＡＷＧ）と可変光減衰器（ＶＯＡ）を異なる平面光波回路（ＰＬＣ）基板上に形成した後、それらを光結合したＶ−ＡＷＧモジュール、（２）石英系ガラスとニオブ酸リチウム（ＬＮ）のように異なる材料で構成された導波路型光素子を光結合したＲＺ−ＤＱＰＳＫ（ＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）モジュール、（３）空間位相変調器であるＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）とＰＬＣとを光結合したＴＯＤＣ（ＴｕｎａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）モジュール等が挙げられる。

ハイブリッド光モジュールは、機械的な振動や衝撃などの外力による影響を低減するため、ＰＬＣ等の導波路型光素子をマウント上に固定して作製されるが、導波路型光素子・マウント間の熱膨張係数の差により発生する熱応力の問題がある。特許文献１には、複数のＰＬＣチップが接続された素子をマウントに固定した光モジュールにおいて、ＰＬＣチップ接続部に対する熱応力を軽減する技術が開示されている。図１（特許文献１の図１に対応）を参照して説明すると、特許文献１のハイブリッド光モジュールは、ＰＬＣチップ２とＰＬＣチップ３が突き合わせ接続（バットジョイント）されており、ＰＬＣチップ２がマウント１の凸部に直接固定されている。ＰＬＣチップ３はマウント１から浮いており、これにより、ＰＬＣチップ３とマウント１との間の熱膨張の差に起因する熱応力を抑制し、ＰＬＣチップ接続部における結合損失を低減している。ＰＬＣチップ３とマウント１との間には充填材１４が充填されており、ＰＬＣチップ３は、マウント１に設けられた保持用凸部１０の側面に塗布された弾性接着剤９ａ、９ｂによりさらに保持されている。当該構成により、ＰＬＣチップ接続部の結合損失に最も影響する方向である、基板に垂直な方向に対して機械的な振動や衝撃が加わっても、ＰＬＣチップ３が上下方向に変動しないようにしている。

特開２００９−１７５３６４号公報

しかしながら、ＰＬＣチップ３に対して機械的な振動等が加わった場合に光モジュールの光学特性を劣化させないように弾性接着剤９ａ、９ｂ及び充填材１４を最適化するのは容易でなく、さらなる改善が望まれている。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の導波路型光素子で構成されたチップの一部がマウントの凸部に固定された光部品において、熱応力および機械的外力による光学特性の劣化を抑制することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、凸部を有するマウントと、前記凸部に固定された第１の導波路型光素子と、前記第１の導波路型光素子の一端に突き合わせ接続された第２の導波路型光素子と、前記マウントに固定された第１及び第２の下部支持部材と、前記第１及び第２の下部支持部材にそれぞれ固定された第１及び第２の上部支持部材とを備え、前記第１及び第２の下部支持部材は、それぞれ、前記マウントと対向する、前記第２の導波路型光素子の下面の縁部と線状または面状に接触し、前記第１及び第２の上部支持部材は、それぞれ、前記下面と対向する、前記第２の導波路型光素子の上面の縁部と線状または面状に接触し、前記第２の導波路型光素子は、前記第１の導波路型光素子と前記第２の導波路型光素子との接続面に対して垂直方向に摺動可能であることを特徴とする光部品である。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１及び第２の下部支持部材ならびに前記第１及び第２の上部支持部材が、それぞれ、前記第２の導波路型光素子の縁部に対して凹状に湾曲していることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記第２の導波路型光素子の縁部がそれぞれ面取りされており、前記接触が面状の接触であることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１〜第３のいずれかの態様において、前記第１の下部支持部材と前記第１の上部支持部材が一体化され、前記第２の下部支持部材と前記第２の上部支持部材が一体化されていることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、第１〜第３のいずれかの態様において、前記第１の下部支持部材と前記第２の下部支持部材が一体化されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の導波路型光素子で構成されたチップの一部をマウントの凸部に固定し、残りの部分を摺動可能に支持する支持構造を備えることにより、熱応力および機械的外力による光学特性の劣化を抑制することができる。

従来のハイブリッド光モジュールを示す図である。（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光部品の側面図であり、（ｂ）は、ｂ−ｂ線に沿った断面図である。第１の実施形態の変形形態を示す図である。第１の実施形態の変形形態を示す図である。第２の実施形態に係る光部品を示す図である。第２の実施形態に係る光部品を示す図である。第２の実施形態に係る光部品を示す図である。第３の実施形態に係る光部品を示す図である。第３の実施形態に係る光部品を示す図である。第３の実施形態に係る光部品を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図２に、第１の実施形態に係る光部品を示す。光部品２００は、ＬＮ導波路等の第１の導波路型光素子２０１と、第１の導波路型光素子２０１の両端に突き合わせ接続された、ＰＬＣ等の第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３と、第１の導波路型光素子２０１が直接固定された凸部２１１を有するマウント２１０とを備える。このような構成により、第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３とマウント２１０との間の熱膨張の差に起因する、導波路型光素子の接続部や、第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３自体に対する熱応力を抑制している。ここで「ＬＮ導波路」とは、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板上にチタン（Ｔｉ）拡散を用いて光導波路を形成したものを言い、「ＰＬＣ」とは、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂系ガラスを主成分とする光導波路を形成した石英系平面光波回路（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）を言う。

本実施形態に係る光部品２００では、第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３の保持に弾性接着剤や充填材を用いていない。図２（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である図２（ｂ）を参照して、第２の導波路型光素子２０２の支持構造を説明する。第２の導波路型光素子２０２は、マウント２１０に固定された下部支持部材２２０と、下部支持部材２２０に固定された上部支持部材２３０とにより支持される。下部支持部材２２０は、第１の下部支持部材２２０Ａ及び第２の下部支持部材２２０Ｂで構成され、それぞれ、マウント２１０と対向する、第２の導波路型光素子２０２の下面２０２Ａの縁部と線状に接触するように傾斜した面を有する。図２（ｂ）の断面図でみると点接触している状態である。同様に、上部支持部材２３０は、第１の上部支持部材２３０Ａ及び第２の上部支持部材２３０Ｂで構成され、それぞれ、第２の導波路型光素子２０２の上面２０２Ｂの縁部と線状に接触するように傾斜した面を有する。

このような支持構造により、第２の導波路型光素子２０２は、マウント２１０に平行な方向、つまり、第１の導波路型光素子２０１と第２の導波路型光素子２０２との接続面に垂直な方向に摺動可能であり、第２の導波路型光素子２０２とマウント２１０との間に熱膨張の差が存在しても導波路型光素子の接続部や、第２の導波路型光素子２０２自体に対する熱応力を大幅に抑制することができる。さらに、第２の導波路型光素子２０２は、下部支持部材２２０及び上部支持部材２３０に固定はされないが、熱応力・外力などによる第２の導波路型光素子２０２の動きを抑制できる程度にこれらの支持部材に挟まれ、接触しているため、マウント２１０に垂直な方向に対して機械的な振動や衝撃が加わっても、第２の導波路型光素子２０２が上下方向に変動して、導波路型光素子の接続部に応力がかかることはない。第３の導波路型光素子２０３についても同様である。

なお、第１の導波路型光素子２０１の両端に他の導波路型光素子が突き合わせ接続された構造を例に説明してきたが、これはあくまで例示であり、本実施形態による下部支持部材２２０及び上部支持部材２３０は、第１の導波路型光素子２０１の一端にのみ他の導波路型光素子が突き合わせ接続されている場合にも適用可能であることに留意されたい。

また、マウント２１０と下部支持部材２２０との間や下部支持部材２２０と上部支持部材２３０との間は、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤等によって固定することができる。

また、第２の導波路型光素子２０２と、下部支持部材２２０及び上部支持部材２３０との間隙に潤滑オイルを充填してもよい。

また、下部支持部材２２０及び上部支持部材２３０を、第２の導波路型光素子２０２の熱膨張係数にほぼ等しい材料で作製してもよい。第２の導波路型光素子２０２がＰＬＣの場合、ＰＬＣに熱膨張係数を合わせた材料として、シリコン、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス（パイレックスガラス）などが適用できる。

次に、本実施形態に係る光部品の作製方法を説明する。まず、第１の導波路型光素子２０１と第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３とを光結合するように突き合わせ接続する。次いで、第１の導波路型光素子２０１を、マウント２１０の凸部２１１に固定する。次に、マウント２１０から浮いている第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３の側壁近傍に、それぞれ下部支持部材２２０を配置して、下部支持部材２２０と第２及び第３の導波路型光素子２０２、２０３の下面の縁部とが線状に接触するように位置を調整し、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤等によって固定する。下部支持部材２２０を、あらかじめマウント２１０に固定しておいてもよいが、第１の導波路型光素子２０１を凸部２１１に固定した後に位置を調整して固定した方が精度がよい。最後に、上部支持部材２３０を下部支持部材２２０に固定する。

第１の実施形態に係る光部品２００の支持部材の変形形態として、図３及び４に示すものが挙げられる。図３に示す光部品３００では、図２に示した光部品２００とほぼ同様であり、下部支持部材２２０及び上部支持部材２３０が第２の導波路型光素子２０２の縁部と線状に接触する点も同じであるが、線状に接触する面が、第２の導波路型光素子２０２の縁部に対して凹状に湾曲している点が異なる。このような下部支持部材２２０及び上部支持部材２３０を用いると、光部品の幅を狭くし、小型化することができる利点がある。

図４に示す光部品４００では、図２に示した光部品２００とほぼ同様であるが、下部支持部材２２０及び上部支持部材２３０が第２の導波路型光素子２０２の縁部と線状ではなく面状に接触する点が異なる。第２の導波路型光素子２０２の縁部の角を研磨等により面取りして滑らかにし、接触面積を大きくすることにより、マウント２１０に平行な方向の摺動の安定性を向上することができる。

（第２の実施形態）
図５〜７に、第２の実施形態に係る光部品を示す。図５〜７の光部品５００、６００、７００は、それぞれ図２〜４の光部品２００、３００、４００の変形形態であり、左右の支持部材が一体化した構造を有する。つまり、第１の下部支持部材と第１の上部支持部材、第２の下部支持部材と第２の上部支持部材が一体化されている。このような構造とすることにより、第１の下部支持部材と第１の上部支持部材を一括して配置し固定できる。第２の下部支持部材と第２の上部支持部材も同様である。このことにより製作時の工程数を減少させることができる。

なお、第２の実施形態に係る光部品の作製においては、支持部材は、第１の導波路型光素子をマウントの凸部に固定した後に配置することになる。

（第３の実施形態）
図８〜１０に、第３の実施形態に係る光部品を示す。図８〜１０の光部品８００、９００、１０００は、それぞれ図２〜４の光部品２００、３００、４００の変形形態であり、下部支持部材が一体化した構造を有する。このような構造とすることにより、第１の下部支持部材と第２の下部支持部材を一括して配置し固定できる。このことにより製作時の工程数を減少させることができる。

なお、第３の実施形態に係る光部品の作製においては、下部支持部材は、第１の導波路型光素子２０１を凸部２１１に固定する前にマウントに固定することになる。

２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００光部品
２０１第１の導波路型光素子
２０２第２の導波路型光素子
２０２Ａ下面
２０２Ｂ上面
２０３第３の導波路型光素子
２１０マウント
２１１凸部
２２０下部支持部材
２２０Ａ第１の下部支持部材
２２０Ｂ第２の下部支持部材
２３０上部支持部材
２３０Ａ第１の上部支持部材
２３０Ｂ第２の上部支持部材

Claims

凸部を有するマウントと、
前記凸部に固定された第１の導波路型光素子と、
前記第１の導波路型光素子の一端に突き合わせ接続された第２の導波路型光素子と、
前記マウントに固定された第１及び第２の下部支持部材と、
前記第１及び第２の下部支持部材にそれぞれ固定された第１及び第２の上部支持部材と
を備え、
前記第１及び第２の下部支持部材は、それぞれ、前記マウントと対向する、前記第２の導波路型光素子の下面の縁部と線状または面状に接触し、
前記第１及び第２の上部支持部材は、それぞれ、前記下面と対向する、前記第２の導波路型光素子の上面の縁部と線状または面状に接触し、
前記第２の導波路型光素子は、前記第１の導波路型光素子と前記第２の導波路型光素子との接続面に対して垂直方向に摺動可能であることを特徴とする光部品。
前記第１及び第２の下部支持部材ならびに前記第１及び第２の上部支持部材は、それぞれ、前記第２の導波路型光素子の縁部に対して凹状に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
前記第２の導波路型光素子の縁部はそれぞれ面取りされており、前記接触が面状の接触であることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
前記第１の下部支持部材と前記第１の上部支持部材が一体化され、
前記第２の下部支持部材と前記第２の上部支持部材が一体化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光部品。
前記第１の下部支持部材と前記第２の下部支持部材が一体化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光部品。