JP2958305B2 - 光繊維手動整列方法 - Google Patents
光繊維手動整列方法Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
-
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
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- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光集積回路用の光導
波路及び光繊維を整列する方法に係り、特に、平面基板
上に種々の機能を有する光導波路素子を一枚の基板上に
集積して製作する集積光学素子の入出力光導波路に光繊
維を手動整列して結合する光繊維手動整列方法に関す
る。
波路及び光繊維を整列する方法に係り、特に、平面基板
上に種々の機能を有する光導波路素子を一枚の基板上に
集積して製作する集積光学素子の入出力光導波路に光繊
維を手動整列して結合する光繊維手動整列方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、光導波路素子に光繊維を付着す
る方法は２種類が挙げられる。まず、光繊維若しくは素
子に入力光を導波させた後に、光繊維の位置を精密に調
整し、光導波路や光繊維の出力導波路における光パワー
を測定して、光繊維と光導波路間の結合が光パワーの最
大となる状態で光繊維及び光導波路を固定させる方法で
あり、この方法を能動整列方法と呼ぶ。次に、これとは
異なり、光繊維と光導波路との結合時に光を導波するこ
となく、単に結合部の形態や構造により自動で光繊維と
光導波路とを精密に整列されるようにする方法であっ
て、この方法を手動整列方法と呼ぶ。
る方法は２種類が挙げられる。まず、光繊維若しくは素
子に入力光を導波させた後に、光繊維の位置を精密に調
整し、光導波路や光繊維の出力導波路における光パワー
を測定して、光繊維と光導波路間の結合が光パワーの最
大となる状態で光繊維及び光導波路を固定させる方法で
あり、この方法を能動整列方法と呼ぶ。次に、これとは
異なり、光繊維と光導波路との結合時に光を導波するこ
となく、単に結合部の形態や構造により自動で光繊維と
光導波路とを精密に整列されるようにする方法であっ
て、この方法を手動整列方法と呼ぶ。
【０００３】一方、光導波路と光繊維とを結合する方法
としては、主に能動整列方法が汎用されている。ところ
で、前記能動整列方法は、光繊維と光導波路との整列時
に光源及び光検出器を必要とし、6本の自由度を有する
整列軸（三本の垂直な直線軸と三本の直線軸に対し回転
を必要とする）に対し、光繊維及び光導波路を同時にサ
ブミクロン（submicron）程度の精度にて精密に整列す
ることが求められる。従って、整列が難しく、所要時間
が多くなる。
としては、主に能動整列方法が汎用されている。ところ
で、前記能動整列方法は、光繊維と光導波路との整列時
に光源及び光検出器を必要とし、6本の自由度を有する
整列軸（三本の垂直な直線軸と三本の直線軸に対し回転
を必要とする）に対し、光繊維及び光導波路を同時にサ
ブミクロン（submicron）程度の精度にて精密に整列す
ることが求められる。従って、整列が難しく、所要時間
が多くなる。
【０００４】図4(A)及び図4(B)は、既存の手動整列方法
の一例を説明するための立体図及び断面図である。同図
において、平面基板100上に光繊維110が実装される部分
の導波路層101を除去して、光導波路のコア中心と光繊
維のコア中心とを一致させるために、V-溝状の光繊維実
装部103を形成する。そして、光繊維110が光導波路に対
して水平を保ちながら密着できるよう前記V-溝と垂直の
溝105を形成した後に、光繊維の断面を精密に研磨し
て、前記V-溝に光繊維110を実装して光導波路の断面と
密着させ、光学用接着剤を使用して光繊維110と光導波
路とを付着する。
の一例を説明するための立体図及び断面図である。同図
において、平面基板100上に光繊維110が実装される部分
の導波路層101を除去して、光導波路のコア中心と光繊
維のコア中心とを一致させるために、V-溝状の光繊維実
装部103を形成する。そして、光繊維110が光導波路に対
して水平を保ちながら密着できるよう前記V-溝と垂直の
溝105を形成した後に、光繊維の断面を精密に研磨し
て、前記V-溝に光繊維110を実装して光導波路の断面と
密着させ、光学用接着剤を使用して光繊維110と光導波
路とを付着する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記手動整
列方法は、光繊維のコア径と光導波路のコアサイズが数
ミクロン内外であるために、結合損を減らすには極めて
精密な結合部の形や構造、光繊維の末端の的確な位置選
定、光繊維の末端の精密な断面研磨が要求される。した
がって、この手動整列方法方法も多くの時間や費用を必
要とするものであった。
列方法は、光繊維のコア径と光導波路のコアサイズが数
ミクロン内外であるために、結合損を減らすには極めて
精密な結合部の形や構造、光繊維の末端の的確な位置選
定、光繊維の末端の精密な断面研磨が要求される。した
がって、この手動整列方法方法も多くの時間や費用を必
要とするものであった。
【０００６】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、その目的は、集積光学素子の入出
力光導波路に光繊維を手動整列して、結合損の水平変位
依存度を減らし、光繊維の的確な位置選定が不要にする
光繊維手動整列装置を提供することにある。
なされたものであり、その目的は、集積光学素子の入出
力光導波路に光繊維を手動整列して、結合損の水平変位
依存度を減らし、光繊維の的確な位置選定が不要にする
光繊維手動整列装置を提供することにある。
【０００７】また、本発明の他の目的は、集積光学素子
の入出力光導波路に光繊維を手動整列して、結合損の水
平変位依存度を減らし、光繊維の的確な位置選定が不要
にする光繊維手動整列方法を提供することにある。
の入出力光導波路に光繊維を手動整列して、結合損の水
平変位依存度を減らし、光繊維の的確な位置選定が不要
にする光繊維手動整列方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の第１の発明に係る光繊維手動整列方
法は、集積光学素子の入出力光導波路に光繊維を手動整
列する光繊維手動整列方法において、平面基板上に長手
方向に重合される光導波路を形成する段階と、前記光繊
維と光導波路とを結合するため、前記平面基板上に当該
光繊維の実装される光繊維実装部を形成する段階と、前
記光繊維実装部に、前記光繊維を前記光導波路に近接し
て実装した後に、当該光繊維を固定させる段階と、前記
光繊維及び光導波路の断面を同時に研磨するため、前記
光導波路に近接して前記光繊維実装部に実装された光繊
維及び光導波路の一部を前記平面基板の長手方向に対し
て垂直方向に切り出し、当該光繊維実装部と光導波路と
の間に所定間隔の溝を形成する段階と、前記溝に紫外線
の照射により屈折率が増加する物質を収納する段階と、
前記溝に充填される物質に紫外線を照射し、前記光繊維
と光導波路とを結合する段階とを有することを要旨とす
る。従って、集積光学素子の入出力光導波路に光繊維を
手動整列して、結合損の水平変位依存度を減らし、光繊
維の的確な位置選定が不要にできる。
に、請求項１記載の第１の発明に係る光繊維手動整列方
法は、集積光学素子の入出力光導波路に光繊維を手動整
列する光繊維手動整列方法において、平面基板上に長手
方向に重合される光導波路を形成する段階と、前記光繊
維と光導波路とを結合するため、前記平面基板上に当該
光繊維の実装される光繊維実装部を形成する段階と、前
記光繊維実装部に、前記光繊維を前記光導波路に近接し
て実装した後に、当該光繊維を固定させる段階と、前記
光繊維及び光導波路の断面を同時に研磨するため、前記
光導波路に近接して前記光繊維実装部に実装された光繊
維及び光導波路の一部を前記平面基板の長手方向に対し
て垂直方向に切り出し、当該光繊維実装部と光導波路と
の間に所定間隔の溝を形成する段階と、前記溝に紫外線
の照射により屈折率が増加する物質を収納する段階と、
前記溝に充填される物質に紫外線を照射し、前記光繊維
と光導波路とを結合する段階とを有することを要旨とす
る。従って、集積光学素子の入出力光導波路に光繊維を
手動整列して、結合損の水平変位依存度を減らし、光繊
維の的確な位置選定が不要にできる。
【０００９】請求項２記載の第２の発明は、前記光繊維
実装部を形成する段階は、前記光繊維と光導波路とを結
合するため、前記平面基板上に形成された前記光導波路
の一部を当該平面基板の長手方向に切り出すことを要旨
とする。
実装部を形成する段階は、前記光繊維と光導波路とを結
合するため、前記平面基板上に形成された前記光導波路
の一部を当該平面基板の長手方向に切り出すことを要旨
とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
好適な実施の形態について詳細に説明する。
好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】図1(A)は、本発明に係る光繊維手動整列装
置に光繊維が実装された状態を示す立体図であり、同図
(B)は同図(A)の断面図である。前記光繊維手動整列装置
は、光導波路240と、光繊維実装部210と、溝220とから
なる構成である。
置に光繊維が実装された状態を示す立体図であり、同図
(B)は同図(A)の断面図である。前記光繊維手動整列装置
は、光導波路240と、光繊維実装部210と、溝220とから
なる構成である。
【００１２】前記光導波路240は、平面基板230の長手方
向に当該平面基板230の長手方向の長さより短い光導波
路コア200を形成し、当該平面基板230上に重合される。
即ち、光導波路240は、光が導波する通路を提供し、光
導波路コア200は平面基板230上において当該平面基板23
0の長手方向に、当該平面基板230の長さよりも短く形成
されている。前記光導波路240はシリコン平面基板230上
にシリカなどで塗布し光導波路層を形成する。
向に当該平面基板230の長手方向の長さより短い光導波
路コア200を形成し、当該平面基板230上に重合される。
即ち、光導波路240は、光が導波する通路を提供し、光
導波路コア200は平面基板230上において当該平面基板23
0の長手方向に、当該平面基板230の長さよりも短く形成
されている。前記光導波路240はシリコン平面基板230上
にシリカなどで塗布し光導波路層を形成する。
【００１３】前記光繊維実装部210は、前記平面基板230
上に重合された光導波路に前記光導波路コア200と光繊
維コア252との中心が一致するよう、当該平面基板230の
長手方向に前記光繊維250の実装される部分を所定の長
さ分だけ除去して形成される。即ち、前記光繊維実装部
210は、前記光繊維250が実装される部分であって、前記
平面基板230上に形成され、前記光導波路240と前記光繊
維250とが接続できるよう、前記平面基板230の長手方向
に所定の長さ分だけ形成されている。また、光繊維実装
部210は、前記形成された光導波路層より光繊維250の実
装される部分を除去した後に、KOH（水酸化カリウム）
などを用いたSi結晶基板の異方性蝕刻により、光繊維コ
ア252の中心と光導波路コア200の中心とが一致するよう
V-溝を形成する。
上に重合された光導波路に前記光導波路コア200と光繊
維コア252との中心が一致するよう、当該平面基板230の
長手方向に前記光繊維250の実装される部分を所定の長
さ分だけ除去して形成される。即ち、前記光繊維実装部
210は、前記光繊維250が実装される部分であって、前記
平面基板230上に形成され、前記光導波路240と前記光繊
維250とが接続できるよう、前記平面基板230の長手方向
に所定の長さ分だけ形成されている。また、光繊維実装
部210は、前記形成された光導波路層より光繊維250の実
装される部分を除去した後に、KOH（水酸化カリウム）
などを用いたSi結晶基板の異方性蝕刻により、光繊維コ
ア252の中心と光導波路コア200の中心とが一致するよう
V-溝を形成する。
【００１４】前記溝220は、前記光繊維実装部210と前記
光導波路コア200との間に形成され、前記光繊維コア252
の屈折率と実質的に差が出ない程度に、紫外線（UV光）
の照射により屈折率の増加する物質（UV-curable Resi
n）が満たされている。前記溝220の断面は三角形、長方
形、半円及びその他の光繊維実装が可能な形態なら良
く、シリコン基板の食刻、機械的な精密加工、精密金型
のうちいずれかの方法により製作される。
光導波路コア200との間に形成され、前記光繊維コア252
の屈折率と実質的に差が出ない程度に、紫外線（UV光）
の照射により屈折率の増加する物質（UV-curable Resi
n）が満たされている。前記溝220の断面は三角形、長方
形、半円及びその他の光繊維実装が可能な形態なら良
く、シリコン基板の食刻、機械的な精密加工、精密金型
のうちいずれかの方法により製作される。
【００１５】図2(A)は、光導波路及び光繊維の結合のた
めの光導波路と光繊維の手動整列装置及び手動整列方法
の他の実施の形態を説明するための立体図であり、同図
(B)は、同図(A)の断面図である。すなわち、前記図2(A)
は、光導波路上にV-溝を形成した後に、光繊維を実装し
て固定し、光繊維及び光導波路の断面を同時に垂直にす
るためにダイシングしたことを示す。
めの光導波路と光繊維の手動整列装置及び手動整列方法
の他の実施の形態を説明するための立体図であり、同図
(B)は、同図(A)の断面図である。すなわち、前記図2(A)
は、光導波路上にV-溝を形成した後に、光繊維を実装し
て固定し、光繊維及び光導波路の断面を同時に垂直にす
るためにダイシングしたことを示す。
【００１６】図2(A)に示すように、シリコン基板300上
にシリカ等で塗布して光導波路層310を形成した後、光
繊維320が実装される部分の導波路層を除去する。そし
て、KOHなどを用いたSi結晶基板の異方性蝕刻により光
繊維コア322の中心と光導波路コア330の中心とが一致す
るようV-溝340を形成して、光繊維320を実装する。その
次に、刃（Blade）の厚みが数十ミクロンのダイシング
機械360により、UV光の照射により屈折率が増加する物
質を収納する溝350を掘る。これにより、結果的に光繊
維及び光導波路を同時に研磨する効果がある。
にシリカ等で塗布して光導波路層310を形成した後、光
繊維320が実装される部分の導波路層を除去する。そし
て、KOHなどを用いたSi結晶基板の異方性蝕刻により光
繊維コア322の中心と光導波路コア330の中心とが一致す
るようV-溝340を形成して、光繊維320を実装する。その
次に、刃（Blade）の厚みが数十ミクロンのダイシング
機械360により、UV光の照射により屈折率が増加する物
質を収納する溝350を掘る。これにより、結果的に光繊
維及び光導波路を同時に研磨する効果がある。
【００１７】一方、上記方法により形成された光繊維及
び光導波路の手動整列装置を利用して、光繊維及び光導
波路をマニュアルで整列する方法は以下の通りである。
まず、前記手動整列装置の溝、すなわち、実装された光
繊維と光導波路との間に、UV光の照射により屈折率が増
加する物質を収納する。次に、光繊維にUV光を入射させ
る。前記UV光が入射されると、UV光の照射される領域が
硬化して、硬化した部分の屈折率が硬化されていない領
域よりも増加し、結果的に光繊維コア322のサイズが段
々拡大される形の光導波路が形成された効果がある。最
適の光導波路の形成された効果は、光繊維に入射される
UV光の強度や、UV光の照射時間を調節することにより可
能になる。前記光繊維コア322が段々拡大される形の光
導波路が形成されることで、結局、光繊維と光導波路と
の結合損は、水平変位（光繊維のコア中心軸及び光導波
路のコア中心軸間のずれ度）による影響が相対的に小さ
くなる。
び光導波路の手動整列装置を利用して、光繊維及び光導
波路をマニュアルで整列する方法は以下の通りである。
まず、前記手動整列装置の溝、すなわち、実装された光
繊維と光導波路との間に、UV光の照射により屈折率が増
加する物質を収納する。次に、光繊維にUV光を入射させ
る。前記UV光が入射されると、UV光の照射される領域が
硬化して、硬化した部分の屈折率が硬化されていない領
域よりも増加し、結果的に光繊維コア322のサイズが段
々拡大される形の光導波路が形成された効果がある。最
適の光導波路の形成された効果は、光繊維に入射される
UV光の強度や、UV光の照射時間を調節することにより可
能になる。前記光繊維コア322が段々拡大される形の光
導波路が形成されることで、結局、光繊維と光導波路と
の結合損は、水平変位（光繊維のコア中心軸及び光導波
路のコア中心軸間のずれ度）による影響が相対的に小さ
くなる。
【００１８】一方、図3はモードフィールド半径（Mode
Field Radius）及び水平変位による結合損の変化を示す
ものであり、UV光により形成された光導波路のモードフ
ィールド半径が大きくなるにつれて結合損の水平変位依
存度は次第に減っていく。本発明におけるコアが次第に
拡大される形の光導波路が形成された効果を一層明らか
にするため、光繊維と光導波路のモードフィールドをガ
ウシアン又はガウス（Gaussian）分布とし、光繊維と光
導波路との間隔及び傾きを0として重複積分を取ると、
光繊維と光導波路間の結合損は次の数1になる。
Field Radius）及び水平変位による結合損の変化を示す
ものであり、UV光により形成された光導波路のモードフ
ィールド半径が大きくなるにつれて結合損の水平変位依
存度は次第に減っていく。本発明におけるコアが次第に
拡大される形の光導波路が形成された効果を一層明らか
にするため、光繊維と光導波路のモードフィールドをガ
ウシアン又はガウス（Gaussian）分布とし、光繊維と光
導波路との間隔及び傾きを0として重複積分を取ると、
光繊維と光導波路間の結合損は次の数1になる。
【００１９】
【数１】 ここで、W１、W２はそれぞれ光繊維と光導波路のモード
フィールド半径（1／eパワー半径）であり、dは光繊維
と光導波路間の水平変位である。
フィールド半径（1／eパワー半径）であり、dは光繊維
と光導波路間の水平変位である。
【００２０】従って、図3に示すように、モードフィー
ルド半径が大きくなるにつれ水平変位による結合損の変
化率が減少する。ここで、光導波路のモードフィールド
半径は4μmと仮定する。
ルド半径が大きくなるにつれ水平変位による結合損の変
化率が減少する。ここで、光導波路のモードフィールド
半径は4μmと仮定する。
【００２１】一方、詳述した説明において使用される光
繊維は単芯あるいは多芯であり、便宜上、上述の説明に
おいては単芯の光繊維を使用したが、これにより本発明
が制限されることはない。
繊維は単芯あるいは多芯であり、便宜上、上述の説明に
おいては単芯の光繊維を使用したが、これにより本発明
が制限されることはない。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一般にコアの直径が大きくなるに従いモードフィールド
半径も大きくなる。したがって、本発明によると、コア
が次第に拡大される形の光導波路の形成による効果は、
結合損の水平変位依存度を減少させる結果をもたらす。
これにより、精密な結合部の形態や構造の製作が相対的
に不要になる。特に、本発明の他の実施の形態において
は、光導波路と単芯あるいは多芯の光繊維の断面とを同
時に垂直にし、同時に光導波路と単芯あるいは多芯の光
繊維間に、UV光の照射により屈折率の増加する物質が収
納する溝を作るために、光繊維を実装した後に機械的な
精密加工を行なうので、別途、独立に光繊維の断面を研
磨する必要がない。また、コアが次第に拡大される形の
光導波路の形成される効果を用いるので、光繊維の的確
な位置選定も相対的に不要になる。
一般にコアの直径が大きくなるに従いモードフィールド
半径も大きくなる。したがって、本発明によると、コア
が次第に拡大される形の光導波路の形成による効果は、
結合損の水平変位依存度を減少させる結果をもたらす。
これにより、精密な結合部の形態や構造の製作が相対的
に不要になる。特に、本発明の他の実施の形態において
は、光導波路と単芯あるいは多芯の光繊維の断面とを同
時に垂直にし、同時に光導波路と単芯あるいは多芯の光
繊維間に、UV光の照射により屈折率の増加する物質が収
納する溝を作るために、光繊維を実装した後に機械的な
精密加工を行なうので、別途、独立に光繊維の断面を研
磨する必要がない。また、コアが次第に拡大される形の
光導波路の形成される効果を用いるので、光繊維の的確
な位置選定も相対的に不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(A)は本発明に係る光繊維手動整列装置に光繊
維が実装された状態の立体図であり、(B)は同図(A)の断
面図である。
維が実装された状態の立体図であり、(B)は同図(A)の断
面図である。
【図２】(A)は光導波路及び光繊維の結合のための光導
波路と光繊維の手動整列装置及び手動整列方法の他の実
施の形態を説明するための立体図であり、(B)は同図(A)
の断面図である。
波路と光繊維の手動整列装置及び手動整列方法の他の実
施の形態を説明するための立体図であり、(B)は同図(A)
の断面図である。
【図３】モードフィールド半径及び水平変位による結合
損の変化を示す図である。
損の変化を示す図である。
【図４】既存の手動整列方法の一例を説明するための立
体図及び断面図である。
体図及び断面図である。
200 光導波路コア 210 光繊維実装部 220 溝 230 平面基板 240 光導波路 250 光繊維 252 光繊維コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 賢 洙 大韓民国京畿道城南市盆唐区二梅洞111 番地振興アパート801棟1002号 (72)発明者 李 相 潤 大韓民国京畿道龍仁市器興邑農書里山14 番地ビ棟320号 (56)参考文献 特開 昭63−24204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−173508（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−134220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/43
Claims (2)
- 【請求項１】 集積光学素子の入出力光導波路に光繊維
を手動整列する光繊維手動整列方法において、 平面基板上に長手方向に重合される光導波路を形成する
段階と、 前記光繊維と光導波路とを結合するため、前記平面基板
上に当該光繊維の実装される光繊維実装部を形成する段
階と、 前記光繊維実装部に、前記光繊維を前記光導波路に近接
して実装した後に、当該光繊維を固定させる段階と、 前記光繊維及び光導波路の断面を同時に研磨するため、
前記光導波路に近接して前記光繊維実装部に実装された
光繊維及び光導波路の一部を前記平面基板の長手方向に
対して垂直方向に切り出し、当該光繊維実装部と光導波
路との間に所定間隔の溝を形成する段階と、 前記溝に紫外線の照射により屈折率が増加する物質を収
納する段階と、 前記溝に充填される物質に紫外線を照射し、前記光繊維
と光導波路とを結合する段階と、 を有することを特徴とする光繊維手動整列方法。 - 【請求項２】 前記光繊維実装部を形成する段階は、前
記光繊維と光導波路とを結合するため、前記平面基板上
に形成された前記光導波路の一部を当該平面基板の長手
方向に切り出すことを特徴とする請求項１に記載の光繊
維手動整列方法。
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