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WO2022018816A1 - 光モジュール - Google Patents

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Publication number
WO2022018816A1
WO2022018816A1 PCT/JP2020/028177 JP2020028177W WO2022018816A1 WO 2022018816 A1 WO2022018816 A1 WO 2022018816A1 JP 2020028177 W JP2020028177 W JP 2020028177W WO 2022018816 A1 WO2022018816 A1 WO 2022018816A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguide
optical
optical module
fiber
plc
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/028177
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕士 藤原
亮一 笠原
啓 渡邉
信建 小勝負
里美 片寄
克彦 平林
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to JP2022538521A priority Critical patent/JP7372578B2/ja
Priority to PCT/JP2020/028177 priority patent/WO2022018816A1/ja
Priority to US18/004,811 priority patent/US20230251432A1/en
Publication of WO2022018816A1 publication Critical patent/WO2022018816A1/ja

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Classifications

    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • 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
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3632—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
    • G02B6/3636—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means the mechanical coupling means being grooves
    • 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
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
    • G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
    • G02B6/3897—Connectors fixed to housings, casing, frames or circuit boards

Definitions

  • the present invention relates to an optical module device, and more particularly, an optical module in which a planar optical wave circuit and an optical fiber are optically connected, which is resistant to high-energy light such as visible light used for optical communication and optical sensing. Regarding the manufacturing method.
  • a planar lightwave circuit (PLC) has been mainly used for optical communication / optical signal processing systems.
  • the PLC is actually used in the current communication network, and a splitter for branching light, an optical switch for switching the path of an optical signal, a laser and a modulator as a light source, and the like are also realized by the PLC in a broad sense.
  • PLC is composed of quartz-based material, silicon-based material, semiconductor-based material, etc.
  • the PLC is usually not used alone, but in most cases in the form of an optical module connecting the PLC and an optical fiber.
  • a fiber block made of glass or the like is used in order to widen the bonding cross-sectional area and increase the mechanical strength of the bonded portion.
  • a V-groove glass substrate V-groove fiber block
  • a microcapillary a ferrule, or the like
  • An optical fiber is fixed to such a fiber block, and then the fiber block is bonded and fixed to the PLC.
  • the bonding and fixing of the PLC and the fiber block to which the optical fiber is fixed is performed by applying a UV curable resin adhesive to the gap between the connection surface of the PLC and the connection surface of the fiber block.
  • UV curable resin adhesive By filling and then aligning with a fine-moving alignment device so that the optical coupling ratio between the PLC and the optical fiber is maximized, and then irradiating with UV light to cure the UV curable resin adhesive. It will be done. Since the UV curable resin adhesive cures in about a few minutes by irradiating it with UV light, the curing time is much shorter than that of a room temperature curable adhesive or a two-component adhesive that cures after being left for several hours. Therefore, the use of UV curable resin adhesives and fiber blocks provides good production throughput for bonding PLCs and optical fibers.
  • PLC devices are expected to be used as video / sensor devices because the number of steps for alignment is small and they are resistant to vibration.
  • the light input to the PLC is also expanding from the communication wavelength band to the shorter wavelength visible light band. Therefore, it is necessary to take measures to propagate visible light not only to the components constituting the optical module such as PLC and optical fiber but also to the optical connection portion connecting them.
  • Patent Document 2 a method of filling a portion of the bonded portion through which light passes with quartz-based glass has also been proposed.
  • one of the simple methods is to use polysilazane as a glass precursor.
  • SiO 2 glass Compared to resin materials such as UV curable resin, SiO 2 glass has lower photoreactivity and is less likely to be deteriorated by the input / output light of the optical connection part, and it is also less likely to soften even in a high temperature environment, so the shaft of the optical connection part. It can also be expected to suppress the deviation.
  • polysilazane has a very large curing shrinkage rate, air gaps and voids are generated by the curing shrinkage, and it is difficult to fill the optical axis with SiO 2 glass.
  • One embodiment of the present invention is an optical module in which a planar light wave circuit having a first waveguide and a second waveguide different from the first waveguide are optically connected via a glass layer.
  • the glass layer is input or output between the first waveguide and the second waveguide in the gap between the connecting end face of the first waveguide and the connecting end face of the second waveguide.
  • It further comprises one or more thin tubes for supplying outside air, provided in a region comprising at least a portion through which light passes, one end of which is located in said region of the gap.
  • voids generated in the process in which one or more thin tubes provided in an optical module supply outside air to an optical connection point and form a glass layer from a glass precursor are on the optical axis. It makes it possible to suppress the occurrence. As a result, it becomes possible to efficiently fill the glass layer between the waveguides or in the region including the portion through which the output light (optical axis) passes, and the optical module resistant to high-energy light has a high yield. It will be possible to provide.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of an upper surface of an optical module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view and a bird's-eye view of the fiber block in the optical module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of an end face of a fiber block in an optical module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state of formation of a glass layer at a connection end face of a fiber block in a general optical module.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of formation of a glass layer on a connection end face of a fiber block in an optical module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of a connection end face of a fiber block configured by using a capillary in an optical module according to a modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an outline of a high power resistance measurement system in an optical module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a measurement result of loss fluctuation of the optical module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an outline of a connection end face of a planar light wave circuit in an optical module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing an outline of a connection end surface of a planar light wave circuit in an optical module according to a modified embodiment of another embodiment of the present invention.
  • the waveguide included in the PLC also referred to as a first waveguide
  • the waveguide different from the first waveguide also referred to as a second waveguide
  • An optical module optically connected via a layer is illustrated.
  • the glass layer is the light input or output between the first waveguide and the second waveguide in the gap between the connecting end face of the first waveguide and the connecting end face of the second waveguide. It is provided in the area including at least the portion through which the light passes.
  • the optical module comprises one or more tubules, one end of which is located in that region of the gap.
  • the second waveguide may be an optical fiber inserted and fixed in a fiber block (ie, the PLC waveguide and the optical fiber are optically connected), or the PLC on which the first waveguide is formed. It may be a waveguide formed on a PLC different from the above (that is, the waveguides formed on the two PLCs are optically connected to each other).
  • the PLC may be equipped with a yatoi plate.
  • One or more tubules may be formed on at least one of the components of the fiber block or PLC or Yatoi plate.
  • FIG. 1 shows an outline of the upper surface of the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • This embodiment exemplifies an optical module in which a PLC waveguide and an optical fiber are optically connected.
  • the optical module shown in FIG. 1 is between an optical fiber 10, a fiber block 30 into which the optical fiber 10 is inserted and fixed, a PLC 20 connected to the optical fiber 10, and a connection end surface of the PLC 20 and a connection end surface of the fiber block 30.
  • the PLC 20 includes a waveguide 21 made on the substrate.
  • the optical fiber 10 and the waveguide 21 are aligned so as to be optically coupled (optically coupled), and the PLC 20 and the fiber block 30 are bonded and fixed.
  • the fiber block 30 includes two glass substrates 35 (for example, a V-groove substrate).
  • the fiber block 30 has two glass substrates 35, an optical fiber 10 inserted and fixed between the two glass substrates 35, and an adhesive layer 36 for bonding the two glass substrates 35 to each other. Be prepared.
  • a V-groove 33 for fixing the optical fiber 10 is formed on one of the two glass substrates 35.
  • Two V-grooves 34 are formed on the other of the two glass substrates 35.
  • the two V-grooves 34 form a thin tube.
  • the V-groove 33 and the V-groove 34 are each formed on opposite surfaces of the two glass substrates 35.
  • FIG. 2 shows a perspective view and a bird's-eye view of the fiber block 30 in the optical module according to the present embodiment.
  • the fiber block 30 is generally formed by laminating two or more glass substrates 35 and sandwiching the optical fiber 10 (or inserting the optical fiber 10 between the two glass substrates 35). It has a structure for fixing, and has a structure in which a V groove 33 is carved (that is, formed) in one of two glass substrates 35 for fixing the optical fiber 10.
  • the fiber block 30 is assembled by fitting (or inserting) the optical fiber 10 into the V-groove 33 and fixing it with an adhesive.
  • the fiber block 30 is formed by digging a V-groove 45 extending from the connection end face to the other end face in the other glass substrate 35 different from the glass substrate 35 in which the V-groove 33 is carved.
  • the V-groove 45 provides a thin tube extending in the longitudinal direction of the optical fiber 10.
  • One V-groove 33 may be carved on each of the two opposing surfaces of the two glass substrates 35, and the optical fiber 10 may be fitted between the two V-grooves 33 and fixed with an adhesive.
  • two V-grooves 34 and one V-groove 33 between the two V-grooves 34 may be carved on the upper glass substrate 35 of FIG.
  • only one of the two glass substrates 35 may be carved with two V-grooves 34 and one V-groove 33 between the two V-grooves 34. good.
  • FIG. 3 schematically shows the end face of the fiber block 30 of the present embodiment.
  • two thin tubes V-grooves 34 described above are provided, and are arranged so as to sandwich the optical fiber 10.
  • two thin tubes are provided in the fiber block 30, but at least one is sufficient. Further, the thin tube does not have to be parallel to the optical fiber 10.
  • One end of the thin tube provided in the fiber block 30 is on the end face of the fiber block 30 (the end face of the connection facing the PLC), and the other end is on the other end face of the fiber block 30 (the end face other than the connection end face facing the PLC). It may be a structure.
  • the V-groove 34 may be carved so that the thin tube branches and extends to a plurality of other ends.
  • the outside air is passed through the thin tube at the connection point between the fiber block 30 and the PLC 20 (that is, the position where the optical fiber 10 and the waveguide 21 face each other (the optical or optical axis is). It can be introduced at the passing position) and its surroundings).
  • a thin tube penetrating the fiber block 30 is provided by digging a V groove 34 in the glass substrate 35 constituting the fiber block 30, but a thin tube is provided in the fiber block 30 by providing a through hole by machining. You may.
  • the UV curable resin adhesive layer 31 is provided so as not to straddle the optical axis so as not to be deteriorated by the light input / output between the optical fiber 10 and the waveguide 21 of the PLC 20. It is provided in the area other than the area through which the optical axis passes and its surroundings). In the present embodiment, the distance between the optical fiber 10 of the optical connection portion and the waveguide 21 of the PLC 20 is kept constant and the filling amount of the adhesive is controlled to prevent the resin from flowing out to the optical axis. If a sufficient area of the end face of the fiber block 30 can be secured, a groove for damming the adhesive may be provided on the end face of the fiber block 30 as shown in Patent Document 2.
  • the glass layer 32 is provided so as to cover the optical axis at the connection point between the optical fiber 10 and the waveguide 21 of the PLC 20 (that is, at and around the position where the optical fiber 10 and the waveguide 21 face each other).
  • the optical fiber 10 and the waveguide 21 of the PLC 20 are optically connected via the glass layer 32. Therefore, it is possible to suppress the dust collecting effect as shown in Patent Document 2 and suppress the increase in loss of the optical connection point with time.
  • the glass layer 32 is produced by a liquid phase synthesis method.
  • a liquid phase synthesis method for example, it is a kind of a sol-gel method or a sol-gel method in which a liquid raw material is polymerized to form a gel and then left at room temperature or baked to be cured to form a glass.
  • a method using polysilazane to form glass by allowing polysilazane to stand at room temperature or baking it, or a liquid phase precipitation method using polysilazane to cure by hydrolyzing a liquid raw material to form glass can be used.
  • polysilazane can be used as the precursor material of the glass layer 32. The following is a brief description of polysilazane.
  • Polysilazane is an inorganic polymer material containing SiH2NH as a basic unit, and is cured by reacting with water to form a high-purity silica film.
  • the cured silica film is colorless and transparent, has no absorption edge for visible light, and has high transparency.
  • polysilazane becomes inorganic SiO 2 after curing, it has resistance to high-energy light and also has heat resistance of about 1000 ° C.
  • polysilazane is a one-component type solution, it can be easily filled even in a minute gap at a connection point between the optical fiber 10 and the waveguide 21 of the PLC 20.
  • polysilazane was used as the glass precursor, but one containing silicon alcoholic Si (OC2H5) 4 as a main component, one containing hydrogen silicate (H2SiF6) as a main component, or the like can be used.
  • the waveguide 21 of the optical fiber 10 and the PLC 20 can be fixed so as not to cause an optical axis shift by providing the glass layer 32 having a sufficient area at the connection point, the UV curable resin adhesive layer 31 described above is provided. It does not have to be.
  • the PLC 20 can be manufactured, for example, by the following procedure.
  • An underclad layer made of quartz glass having a thickness of 20 ⁇ m and a core layer made of quartz glass having a thickness of 2 ⁇ m whose refractive index is increased by Ge-doping are sequentially deposited on a Si substrate.
  • the core layer is formed into the pattern of the waveguide 21 by general exposure development technology and etching technology.
  • the wafer is cut and a chip having a height of 5 mm and a width of 10 mm is cut out.
  • the PLC 20 is completed by the above procedure, but in order to expand the bonding area with the fiber block 30, a SiO 2 substrate (Yatoi plate 90) having a height of 5 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 1 mm is attached to the end of the PLC 20 chip to be bonded to the fiber block 30.
  • a SiO 2 substrate (Yatoi plate 90) having a height of 5 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 1 mm is attached to the end of the PLC 20 chip to be bonded to the fiber block 30.
  • a UV curable resin adhesive was bonded with a UV curable resin adhesive.
  • the fiber block 30 can be manufactured, for example, by the following procedure. First, two glass substrates 35 (SiO 2 substrate) having a thickness of 1 mm and an area of 5 mm ⁇ 5 mm are prepared. A V-groove 34 for fixing a fiber having a diameter of 125 ⁇ m is formed on one of the glass substrates 35 by machining, and the optical fiber 10 is fitted into the V-groove 34. The optical fiber 10 is sandwiched between another glass substrate 35, and the two glass substrates 35 and the optical fiber 10 sandwiched between these glass substrates 35 are bonded with a UV curable resin adhesive (UV curable resin adhesive). The layer 31 is formed), and finally the end face of the fiber block 30 is polished.
  • a UV curable resin adhesive UV curable resin adhesive
  • the conventional fiber block 30 is completed by the above procedure, but the fiber block 30 in the present embodiment is used to fix the optical fiber 10 before laminating the two glass substrates 35 (SiO 2 substrate).
  • Two V-grooves 34 for introducing outside air are formed by machining on the other glass substrate 35 different from the glass substrate 35 on which the V-groove 33 is carved.
  • the two V-grooves 34 are formed so as to be symmetrical with respect to the optical fiber 10 when the two glass substrates 35 are stacked and bonded as described above. It is necessary to adjust the coating amount of the adhesive used for bonding the glass substrates 35 and the pressing pressure at the time of bonding so that the two V-grooves 34 are not filled with the UV curable resin adhesive.
  • the PLC 20 and the fiber block 30 manufactured as described above are fixed to the fine adjustment centering device, and the connection position is adjusted with the connection end face of the PLC 20 and the connection end face of the fiber block 30 separated by about 1 ⁇ m, and then UV curing is performed.
  • the PLC 20 and the fiber block 30 are bonded and fixed using a resin adhesive. Adhesion and fixing with the UV curable resin adhesive are performed in a portion where the input or output light does not pass between the optical fiber 10 and the waveguide 21 of the PLC 20. Therefore, a gap is formed in the portion through which the light input or output passes between the optical fiber 10 and the waveguide 21 of the PLC 20.
  • polysilazane which is a glass precursor, is placed in the gap of the light passing portion between the connection end face of the PLC 20 and the connection end face of the fiber block 30.
  • the polysilazane is cured by filling and allowing it to stand at room temperature for several days to form a glass layer 37 in the light-passing portion.
  • the optical module of the present embodiment was produced.
  • FIG. 4 shows the formation of the glass layer 37 on the connection end face of the fiber block 30 in a general optical module
  • FIG. 5 shows the glass layer on the connection end face of the fiber block 30 in the optical module according to the embodiment of the present invention.
  • the state of formation is shown.
  • the glass layer 37 shows a portion where polysilazane is hardened (hatched portion), and the inside thereof shows a portion where polysilazane is not hardened (hatched portion).
  • FIGS. 4 and 5 show an example in which only polysilazane is used without using a UV curable resin adhesive when adhering and fixing the PLC 20 and the fiber block 30.
  • the UV curable resin adhesive layer 31 is formed in a portion through which light does not pass, as described above.
  • the end portion of the thin tube is provided by providing the thin tube (V groove 34) for introducing the outside air (that is, the optical fiber 10). Since the curing of polysilazane also starts from the position near the end), the glass layer 37 (SiO 2) is also filled (formed) in the optical connection portion (light passing portion) of the waveguide 21 of the optical fiber 10 and the PLC 20. Ru).
  • the position where the end portion of the thin tube should be arranged depends on the area of the connection end surface of the fiber block 30, but in the fiber block 30 shape as shown in the present embodiment, from the optical connection portion (end portion of the optical fiber 10). It is effective to arrange it within 600 ⁇ m.
  • two V-grooves 34 for introducing outside air are arranged so as to sandwich the optical fiber 10, so that the glass layer 37 formed by the curing shrinkage of polysilazane is symmetrical with respect to the optical connection point. This is to make the force applied to the PLC 20 and the fiber block 30 uniform in the process of curing and shrinking polysilazane.
  • the glass layer 37 is asymmetrically formed at the optical connection point, there is a concern that the optical axis may shift in the process of hardening and shrinking of polysilazane. Therefore, in this embodiment, two thin tubes (V-grooves 34) are provided.
  • the fiber block 30 in which two glass substrates 35 (SiO 2 substrate) are laminated is used, but as an alternative, a capillary provided with a plurality of capillaries may be used.
  • FIG. 6 shows an outline of the connection end face of the capillary 40 constituting the fiber block 30 in the optical module according to the modified embodiment of the present invention.
  • a capillary 40 having a plurality of capillaries 44 (three in FIG. 6) is prepared, and the optical fiber 10 is inserted into one of the plurality of capillaries 44 (the central capillary in FIG. 6).
  • Any of the remaining capillaries 44 (two capillaries on the left and right in FIG. 6) can be used as the capillaries for introducing outside air.
  • the thin tubes 44 used for introducing the outside air may be located on both sides of the thin tubes into which the optical fibers 10 are inserted so as to be close to the optical connection point and symmetrical. Since the optical fiber 10 and the PLC 20 can be bonded with a smaller bonding area than the fiber block 30, it is effective to configure the fiber block 30 by using the capillary 40 when sufficient bonding strength can be secured.
  • FIG. 7 shows a high power resistance measurement system 70 for the optical module according to the present embodiment.
  • light having a wavelength of 405 nm is incident from the input end of the optical module 50 from the input end of the optical module 50 via the optical fiber 10 inserted and fixed to the fiber block 30 connected to the PLC 20, and the optical module 50 is used.
  • the output power of the light emitted from the output end of the above was measured by an optical power meter 72.
  • the insertion loss of the entire optical module was 3.0 dB. Since the transmission loss of the PLC 20 is estimated to be 1.0 dB from the existing measurement, the connection loss at the two input / output ends is considered to be 1.0 dB, respectively.
  • connection loss was 1.0 dB, which was the same as the measurement result of the embodiment. Therefore, it was confirmed that even if polysilazane is filled in the light passing portion, there is no problem in light transmission and a connection with low loss can be realized.
  • FIG. 8 shows the result when the loss fluctuation of the optical module according to the present embodiment was continuously measured for 2000 hours when light having a wavelength of 405 nm and 20 mW was incident. As shown in FIG. 8, in the optical module according to the present embodiment, it was found that the insertion loss did not change from 3 dB even after 2000 hours.
  • the optical module according to the present embodiment using polysilazane can withstand the reliability test. From this, when the optical fiber 10 and the waveguide 21 of the PLC 20 are optically connected by using polysilazane as in the present embodiment, it is possible to perform an optical connection that is resistant to high-energy light in the visible region. Shown.
  • a second embodiment of the present invention relates to an optical module in which the waveguides 21 of two planar lightwave circuits (PLCs) 20 are optically connected to each other using polysilazane, and a method for producing the same.
  • PLCs planar lightwave circuits
  • FIG. 9 shows an overview of the connection end face of the PLC 20 in the optical module of the present embodiment.
  • the yatoi plate 90 is adhered to each PLC 20.
  • At least one of the two facing Yatoi plates 90 has two V-grooves 34 dug in a surface facing the PLC 20.
  • the V-groove 34 constitutes a thin tube for introducing outside air in a state where the yatoi plate 90 is adhered to the PLC 20.
  • One end of the thin tube is on the connecting end face of the yatoi plate 90, and the other end is on the other end face of the yatoi plate 90 (end face other than the connecting end face).
  • the V-groove 34 may be carved so that the thin tube branches and extends to a plurality of other ends. At the connecting end faces of the yatoi plate 90 and the PCL 20, one end of the two thin tubes is located close to and symmetrical to the waveguide 21 of the PLC 20.
  • the optical module of this embodiment can be manufactured by aligning, adhering and fixing two PLC20s to which a yatoi plate 90 is adhered, as described in the first embodiment. ..
  • the connection loss at the optical connection point between the PLCs was 1.0 dB, which was equivalent to that of the first embodiment. Further, in order to evaluate the high power resistance of the optical connection portion, light having a wavelength of 405 nm and 1 mW was continuously transmitted to the optical module for 2000 hours, but the insertion loss fluctuated. Therefore, the optical module of the present embodiment can also realize an optical connection having high power resistance as in the first embodiment.
  • two PLC20s can be directly bonded and fixed without an optical fiber, and the optical connection point thereof is resistant to high-power light, and a small module that is less likely to cause axial misalignment even in a high temperature environment. Can be realized. Further, as compared with the case where two PLCs are connected to each other via an optical fiber, the optical module of the present embodiment has half the number of optical connection points, which contributes to improvement of yield and cost reduction.
  • a thin tube for introducing outside air is provided by digging a V groove 34 in the yatoi plate, but as a modified form of the present embodiment, a deep groove is formed when the PLC 20 is manufactured. It may be dug or a thin tube may be provided.
  • FIG. 10 shows an outline of the connection end face of the plane light wave circuit in the optical module according to the modified form of the present embodiment.
  • a deep groove 38 is dug in the surface of the PLC 20 facing the yatoi plate 90, and the deep groove 38 constitutes a thin tube for introducing outside air in a state where the yatoi plate 90 is adhered to the PLC 20. You may do so. If there is a process of digging a groove by dry etching or the like at the time of manufacturing the PLC 20, it is possible to dig a deep groove 38 for introducing outside air at the same time, and it is possible to reduce the process load.
  • one end of the two thin tubes is on the connecting end face of the PLC 20, and the other end is on the other end face of the PLC 20 (end face other than the connecting end face).
  • the deep groove 38 may be carved so that the thin tube branches and extends to a plurality of other ends.
  • one end of the two thin tubes is located close to and symmetrical to the waveguide 21 of the PLC 20.
  • the optical module of FIG. 10 can also be manufactured by aligning, adhering and fixing two PLC20s to which a yatoi plate 90 is adhered, respectively, as described in the first embodiment.
  • An optical module can also be manufactured by aligning, adhering, and fixing the connection end face of the fiber block 30 into which the optical fiber 10 is inserted and fixed. Alternatively, it does not have the connection end face of the PLC20 to which the Yatoi plate 90 described with reference to FIGS. 9 and 10 is bonded and the general thin tube described with reference to FIG. 4 (V-groove 34 is not formed). An optical module can also be manufactured by aligning, adhering, and fixing the connection end face of the fiber block 30 into which the optical fiber 10 is inserted and fixed.
  • outside air is supplied to the optical connection point by the thin tube provided in the fiber block, and the generation of voids due to the hardening shrinkage of polysilazane is suppressed on the optical axis. do.
  • SiO 2 As a result, it becomes possible to efficiently fill the optical axis with SiO 2, and it becomes possible to provide an optical module resistant to high-energy light with a high yield.

Landscapes

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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

光ファイバと光接続される平面光波回路と、光ファイバが固定されたファイバブロックと、ファイバブロックと平面光波回路とを接着および固定するガラス層と、を備えたで光モジュールが提供される。ガラス層は、ファイバブロックの接続端面と平面光波回路の接続端面との間の間隙において、光ファイバと平面光波回路との間で光が通過する部分に設けられる。光モジュールは、細管をさらに備える。細管は、ファイバブロックを貫通するように設けられ得る。細管は、平面光波回路または平面光波回路に装着されたヤトイ板を貫通するように設けられ得る。

Description

光モジュール
　本発明は、光モジュール装置に関し、より詳細には、光通信や光センシングに用いられる可視光などの高エネルギーな光に耐性がある、平面光波回路と光ファイバとが光接続された光モジュール及びその作製方法に関する。
　従来、平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ；ＰＬＣ）は、光通信・光信号処理システムを中心に用いられてきた。ＰＬＣは、現在の通信網で実際に利用されており、光を分岐するスプリッタや、光信号の経路を切り替える光スイッチ、また光源となるレーザや変調器なども広義のＰＬＣで実現される。
　ＰＬＣは、石英系材料、シリコン系材料、半導体系材料などで構成される。ＰＬＣは通常、単一では用いられず、ほとんどの場合、ＰＬＣと光ファイバを接続した光モジュールの形で用いられる。
　ＰＬＣを、光ファイバと調心して接着固定する際、その接着断面積を広くして接着部の機械的強度を高めるために、ガラスなどで作られたファイバブロックが用いられている。例えば、Ｖ溝ガラス基板（Ｖ溝ファイバブロック）、マイクロキャピラリ、またはフェルール等が、ＰＬＣと光ファイバとを接着および固定する際に用いられている。こうしたファイバブロックに光ファイバが固定されて、次いでファイバブロックがＰＬＣに接着および固定される。特許文献１に示されているように、ＰＬＣと光ファイバが固定されたファイバブロックとの接着および固定は、ＵＶ硬化樹脂接着剤をＰＬＣの接続面とファイバブロックの接続面との間の間隙に充填し、次いで微動調芯装置を用いてＰＬＣと光ファイバとの間の光結合率が最大になるように調芯を行い、次いでＵＶ光を照射してＵＶ硬化樹脂接着剤を硬化させることにより行われる。ＵＶ硬化樹脂接着剤はＵＶ光を照射して数分程度で硬化するため、数時間放置して硬化する室温硬化型接着剤や２液性接着剤に比べて硬化時間がはるかに短い。従って、ＵＶ硬化樹脂接着剤およびファイバブロックを用いることは、ＰＬＣと光ファイバとを接着することについて良好な生産スループットをもたらす。
特開２０１４－０４８６２８号公報 特開２０１８－１９４８０２号公報 特開２０１３－１７２１号公報
　近年、ＰＬＣデバイスは、調芯のための工程の数が少なく、振動にも強いことから、映像・センサデバイスとして用いられることも期待されている。ＰＬＣの適応先の拡大に伴って、ＰＬＣに入力する光も通信波長帯からより短波長な可視光帯まで拡大している。従って、ＰＬＣや光ファイバ等の光モジュールを構成する部品だけでなく、それらを接続する光接続部分についても可視光を伝搬させるための対策が必要である。
　従来の樹脂接着剤は、紫外光等の高エネルギーの光を吸収して劣化してしまう場合があることが知られている。この樹脂の劣化による接続損失の増加を抑制するため、ＰＬＣと光ファイバとの間の接着部において、光が通過しない部分のみを樹脂接着剤で固定しておき、光が通過する部分を空隙(エアギャップ)にしておく接続方法が取られる。しかし、特許文献２に示されているように、この接続方法では、光が通過する空隙部分に集塵現象が生じ、接続損失が増大してしまうという問題がある。
　また、特許文献２に示されているように、接着部の光が通過する部分に石英系ガラスを充填する方法も提案されている。例えば、簡単な方法の一つとして、ポリシラザンをガラス前駆体として用いる方法などがある。ポリシラザンは［（Ｒ１）（Ｒ２）Ｓｉ－Ｎ（Ｒ３）］（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３＝水素、アルキル基、ビニル基）を基本ユニットとするポリマー材料であり、水と反応することによりＳｉＯ２ガラスに転化する。ＳｉＯ２ガラスはＵＶ硬化樹脂に代表される樹脂系材料と比較して光反応性が小さく光接続部の入出力光によって劣化しにくいほか、高温環境下においても軟化しにくいため光接続部の軸ずれの抑制も期待できる。しかし、ポリシラザンは特許文献３に示されているように非常に硬化収縮率が大きく、硬化収縮によってエアギャップやボイドが発生し、光軸にＳｉＯ２ガラスを充填することが困難であった。
　本発明の一実施形態は、第１の導波路を有する平面光波回路と第１の導波路と異なる第２の導波路とが、ガラス層を介して、光接続された光モジュールであって、ガラス層は、第１の導波路の接続端面と第２の導波路の接続端面との間の間隙のうちの、第１の導波路と第２の導波路との間で入力又は出力される光が通過する部分を少なくとも含む領域に設けられており、一端が間隙の前記領域に位置する、外気を供給するための１つ又は複数の細管をさらに備える。
　本発明の一実施形態によれば、光モジュールに備えられた１つまたは複数の細管が、光接続点に外気を供給し、ガラス前駆体からガラス層を形成する過程で生じるボイドが光軸に発生することを抑制することを可能にする。結果、導波路間に又は出力される光（光軸）が通過する部分を含む領域に効率的にガラス層を充填することが可能になり、高エネルギーな光に耐性がある光モジュールを歩留まり良く提供することが可能になる。
図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの上面の概略を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る光モジュールにおけるファイバブロックの透視図的および鳥瞰的な概略図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る光モジュールにおけるファイバブロックの端面の概略を示す図である。 図４は、一般的な光モジュールにおけるファイバブロックの接続端面におけるガラス層の形成の様子を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る光モジュールにおけるファイバブロックの接続端面におけるガラス層の形成の様子を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態の変形形態に係る光モジュールにおけるキャピラリーを用いて構成されたファイバブロックの接続端面の概略を示す図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る光モジュールにおけるハイパワー耐性の測定系の概略を示す図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの損失変動の測定結果を示す図である。 図９は、本発明の他の一実施形態に係る光モジュールにおける平面光波回路の接続端面の概略を示す図である。 図１０は、本発明の他の一実施形態の変形形態に係る光モジュールにおける平面光波回路の接続端面の概略を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一または類似の符号は同一または類似の要素を示す、繰り返しの説明を省略する場合がある。また、以下の説明における数値および材料名は、例示であり、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、他の数値および材料を用いて実施することができる。
　以下に説明される本発明の種々の実施形態は、ＰＬＣが有する導波路（第１の導波路ともいう）と第１の導波路と異なる導波路（第２の導波路ともいう）とがガラス層を介して光接続された光モジュールを例示する。ガラス層は、第１の導波路の接続端面と第２の導波路の接続端面との間の間隙のうちの第１の導波路と第２の導波路との間で入力又は出力される光が通過する部分を少なくとも含む領域に設けられている。光モジュールは、一端が当該間隙の当該領域に位置する１つ又は複数の細管を備えている。第２の導波路は、ファイバブロックに挿入および固定された光ファイバとしてもよく（すなわち、ＰＬＣの導波路と光ファイバとが光接続される）、あるいは、第１の導波路が形成されたＰＬＣと異なるＰＬＣ上に形成された導波路としてもよい（すなわち、２つのＰＬＣにそれぞれ形成された導波路同士を光接続される）。ＰＬＣはヤトイ板が装着されていてもよい。１つ又は複数の細管は、ファイバブロックの構成部品またはＰＬＣまたはヤトイ板の少なくとも１つに形成されうる。
（第１の実施形態）
　図１に、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの上面の概略を示す。本実施形態は、ＰＬＣの導波路と光ファイバとが光接続された光モジュールを例示する。図１に示す光モジュールは、光ファイバ１０と、光ファイバ１０を挿入および固定するファイバブロック３０と、光ファイバ１０と接続されるＰＬＣ２０と、ＰＬＣ２０の接続端面とファイバブロック３０の接続端面との間における光が通過しない部分を接着および固定するＵＶ硬化樹脂接着剤層３１と、ＰＬＣ２０の接続端面とファイバブロック３０の接続端面との間における光が通過する部分を接着および固定するガラス層３２と、を備えている。
　ＰＬＣ２０は基板上に作製された導波路２１を含む。光ファイバ１０と導波路２１とが光結合する（光学的に結合する）ように調心されて、ＰＬＣ２０とファイバブロック３０とが接着および固定される。
　ファイバブロック３０は、２枚のガラス基板３５（例えばＶ溝基板）を含む。ファイバブロック３０は、２枚のガラス基板３５と、２枚のガラス基板３５の間に挿入および固定された光ファイバ１０と、２枚のガラス基板３５同士を張り合わせるための接着剤層３６とを備える。２枚のガラス基板３５のうちの一方に、光ファイバ１０を固定するためのＶ溝３３が形成されている。２枚のガラス基板３５のうちの他方に、２本のＶ溝３４が形成されている。２本のＶ溝３４は、細管を構成する。Ｖ溝３３およびＶ溝３４はそれぞれ２枚のガラス基板３５の対向する面に形成されている。
　図２に、本実施形態に係る光モジュールにおけるファイバブロック３０の透視図的および鳥瞰的な概略を示す。図２に示すように、ファイバブロック３０は一般的に２枚以上のガラス基板３５を張り合わせて光ファイバ１０を挟み込んで（または、２枚のガラス基板３５の間に光ファイバ１０を挿入して）固定する構造となっており、光ファイバ１０を固定するために２枚のガラス基板３５のうち一方にＶ溝３３が彫られた（すなわち、形成された）構造となっている。このＶ溝３３に光ファイバ１０をはめ込み（または、挿入し）、接着剤で固定することでファイバブロック３０を組み立てる。また、本実施形態では、Ｖ溝３３が彫られたガラス基板３５とは別のもう一方のガラス基板３５に、接続端面から他の端面に延伸するＶ溝４５を掘ることで、ファイバブロック３０を組み立てた際にＶ溝４５により光ファイバ１０の長手方向に伸びる細管が提供されるようにしている。なお、２枚のガラス基板３５の対向する２つの面の各々に１つずつＶ溝３３を彫って、２つのＶ溝３３の間に光ファイバ１０をはめ込み接着剤で固定してもよい。例えば、図２の上側のガラス基板３５に２つのＶ溝３４および当該２つのＶ溝３４の間の１つのＶ溝３３を彫ってもよい。あるいは、２枚のガラス基板３５のうち一方のみ（例えば、図２の上側のガラス基板３５）に、２つのＶ溝３４および当該２つのＶ溝３４の間の１つのＶ溝３３を彫ってもよい。
　図３に、本実施形態のファイバブロック３０の端面を模式的に示す。図３に示すように、本実施形態では、上述した細管（Ｖ溝３４）は２本設けられており、光ファイバ１０を挟むように配置されている。本実施形態では、２本の細管をファイバブロック３０に設けたが、少なくも１本あればよい。また細管が光ファイバ１０と並行である必要はない。ファイバブロック３０に設けられた細管の一端がファイバブロック３０の端面（ＰＬＣと対向する接続端面）にあり、他端がファイバブロック３０の他の端面（ＰＬＣと対向する接続端面以外の端面）にある構造であればよい。細管が分岐して複数の他端に延伸するようにＶ溝３４が彫られてもよい。この細管を設けることによって、ファイバブロック３０とＰＬＣ２０を接続した際に、細管を通して外気をファイバブロック３０とＰＬＣ２０の接続点（すなわち、光ファイバ１０と導波路２１が対向する位置（光または光軸が通過する位置）およびその周囲）に導入することが可能となる。本実施形態では、ファイバブロック３０を構成するガラス基板３５にＶ溝３４を掘ることでファイバブロック３０を貫通する細管を設けたが、機械加工により貫通穴を設けることでファイバブロック３０に細管を設けてもよい。
　ＵＶ硬化樹脂接着剤層３１は、光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１との間で入出力される光によって劣化を起こさないように、光軸をまたがないように設けられている（光または光軸が通過する領域およびその周囲以外の領域に設けられている）。本実施形態では、光接続部の光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１との距離を一定とし接着剤の充填量を制御することで、光軸まで樹脂が流出することを防いでいる。十分にファイバブロック３０の端面の面積が確保できる場合は、特許文献２に示されているようにファイバブロック３０端面に接着剤をせき止めるための溝を設けてもよい。
　ガラス層３２は、光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１との間の接続点において光軸を覆うように（すなわち、光ファイバ１０と導波路２１とが対向する位置およびその周囲に）設けられており、光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１とはガラス層３２を介して光接続されている。そのため、特許文献２に示されているような集塵効果を抑制し、光接続点の経時的な損失増加を抑制することが可能である。このガラス層３２は、液相合成法で生成される。液相合成法としては、例えば、液体原料が重合することによりゲル状になりこれを室温放置または焼成することにより硬化させてガラスを生成するゾル－ゲル法や、ゾル－ゲル法の一種でありポリシラザンを室温放置又は焼成することにより硬化させてガラスを生成するポリシラザンを用いる手法や、液体原料が加水分解することにより硬化してガラスを生成する液相析出法を用いることができる。一実装例として、ガラス層３２の前駆体材料にポリシラザンを用いることができる。以下に、ポリシラザンについて簡単に説明する。
　ポリシラザンは、ＳｉＨ２ＮＨを基本ユニットとする無機ポリマー材料であり、水と反応させることにより硬化して高純度なシリカ膜を形成する。硬化後のシリカ膜は、無色透明であり、可視光に対して吸収端を持たず、高い透明性を有する。また、ポリシラザンは、硬化後に無機のＳｉＯ２となるため、高エネルギーな光への耐性もあり、さらには１０００℃程度の耐熱性も有する。さらに、ポリシラザンは、一液タイプの溶液であるため、光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１との間の接続点の微小な間隙にも容易に充填させることができる。本実装例では、ガラス前駆体としてポリシラザンを用いたが、シリコンアルコシドＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を主成分とするものやケイフッ化水素（Ｈ２ＳｉＦ６）を主成分にするものなどを用いることができる。また、十分な面積のガラス層３２を接続点に設けることにより光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１が光軸ずれを起こさないように固定できる場合は、上述したＵＶ硬化樹脂接着剤層３１を設けなくてもよい。
　以下、本実施形態の光モジュールの作製方法を説明する。ＰＬＣ２０は、例えば、次の手順で作製することができる。Ｓｉ基板上に厚さ２０μｍの石英ガラスで構成されたアンダークラッド層と、Ｇｅドープにより屈折率を高めた厚さ２μｍの石英ガラスで構成されたコア層と、を順に堆積する。一般的な露光現像技術及びエッチング技術により、コア層を導波路２１のパターンに成形する。その後、石英ガラスで構成されたオーバークラッド層を２０μｍ堆積して導波路２１を形成した後に、ウエハをカットし、高さ５ｍｍ×幅１０ｍｍのサイズのチップを切り出す。ＰＬＣ２０は以上の手順で完成するが、ファイバブロック３０との接着面積を拡大するためファイバブロック３０と接着するＰＬＣ２０チップの端に高さ５ｍｍ×幅２ｍｍ×厚み１ｍｍのＳｉＯ２基板（ヤトイ板９０）をＵＶ硬化樹脂接着剤で接着した。
　ファイバブロック３０は、例えば、次の手順で作製することができる。まず厚さ１ｍｍ、面積５ｍｍ×５ｍｍのサイズのガラス基板３５（ＳｉＯ２基板）を２枚用意する。ガラス基板３５の一方にφ１２５μｍのファイバ固定用のＶ溝３４を機械加工により形成し、このＶ溝３４に光ファイバ１０をはめ込む。この光ファイバ１０をもう一枚のガラス基板３５で挟み込み、２枚のガラス基板３５とこれらのガラス基板３５に挟み込まれた光ファイバ１０とをＵＶ硬化樹脂接着剤で接着し（ＵＶ硬化樹脂接着剤層３１が形成され）、最後にファイバブロック３０の端面を研磨する。従来のファイバブロック３０は以上の手順で完成するが、本実施形態におけるファイバブロック３０は、２枚のガラス基板３５（ＳｉＯ２基板）を張り合わせる前に、光ファイバ１０を固定するのに用いたＶ溝３３が彫られたガラス基板３５とは別のもう一方のガラス基板３５に外気導入用の２本のＶ溝３４を機械加工により形成する。本実施形態のファイバブロック３０では、この２本のＶ溝３４は上述したように２枚のガラス基板３５を重ねて接着した際に光ファイバ１０を挟んで対称になるように形成されている。この２本のＶ溝３４がＵＶ硬化樹脂接着剤で埋まらないように、ガラス基板３５を張り合わせる際に用いる接着剤の塗布量と接着時の押し付け圧力を調整する必要がある。
　上述したように作製されたＰＬＣ２０とファイバブロック３０とを微動調心装置に固定し、ＰＬＣ２０の接続端面とファイバブロック３０の接続端面とを１μｍ程度離した状態で接続位置を調整した後、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いてＰＬＣ２０とファイバブロック３０とを接着および固定する。ＵＶ硬化樹脂接着剤による接着および固定は、光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１との間で入力又は出力される光が通過しない部分において行われる。したがって、光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１との間で入力又は出力される光が通過する部分に空隙が形成される。
　その後、接着および固定したＰＬＣ２０とファイバブロック３０とを微動調心装置から取り外した後、ＰＬＣ２０の接続端面とファイバブロック３０の接続端面との間における光通過部分の空隙にガラス前駆体であるポリシラザンを充填し、室温で数日放置することによってポリシラザンを硬化させて、ガラス層３７を光通過部分に形成する。以上のようにして、本実施形態の光モジュールを作製した。
　図４に一般的な光モジュールにおけるファイバブロック３０の接続端面におけるガラス層３７の形成の様子を示し、図５に本発明の一実施形態に係る光モジュールにおけるファイバブロック３０の接続端面におけるガラス層の形成の様子を示す。ガラス層３７はポリシラザンが硬化した部分（ハッチングされた部分）を示し、その内側はポリシラザンが硬化していない部分（ハッチングされていない部分）を示す。なお、図４および図５は、ＰＬＣ２０とファイバブロック３０とを接着および固定する際に、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いずに、ポリシラザンのみを用いる例を示している。ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いる場合には、上述したように、光が通過しない部分にＵＶ硬化樹脂接着剤層３１が形成される。
　図４に示すように、一般的なファイバブロック３０では、外気が供給されやすいファイバブロック３０の接続端面の端からポリシラザンの硬化が始まるため、ファイバブロック３０の接続端面の中央部（光が通過する部分およびその周囲）はボイドができやすい。これは未硬化のポリシラザンが、硬化の進行が速い部分に向かって収縮していくためである。結果、ファイバブロック３０の接続端面の中央にある光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１の光接続部はガラス層３７（ＳｉＯ２層）が充填されない（形成されない）。
　一方、図５に示すように、本実施形態のファイバブロック３０では、外気を導入するための細管（Ｖ溝３４）を設けることで細管の端部が設けられた位置（すなわち、光ファイバ１０の端部に近隣する位置）からもポリシラザンの硬化が始まるため、光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１の光接続部（光通過部分）にもガラス層３７（ＳｉＯ２）が充填される（形成される）。細管の端部を配置すべき位置はファイバブロック３０の接続端面の面積にも左右されるが、本実施形態に示すようなファイバブロック３０形状では、光接続部（光ファイバ１０の端部）から６００μｍ以内に配置するのが効果的である。本実施形態では光ファイバ１０を挟むように外気導入用の２本のＶ溝３４を配置したが、これはポリシラザンの硬化収縮により形成されるガラス層３７が光接続点に対して対称になるようにし、ポリシラザンの硬化収縮の過程でＰＬＣ２０とファイバブロック３０にかかる力が均一になるようにするためである。ガラス層３７が光接続点に非対称的に形成される場合、ポリシラザンの硬化収縮の過程で光軸ずれを起こす懸念があるため、本実施形態では２本の細管（Ｖ溝３４）を設けた。
　また、本実施形態では２枚のガラス基板３５（ＳｉＯ２基板）を張り合わせたファイバブロック３０を用いたが、その代替として、複数本の細管が設けられているキャピラリーを用いてもよい。
　図６に、本発明の一実施形態の変形形態に係る光モジュールにおけるファイバブロック３０を構成するキャピラリー４０の接続端面の概略を示す。図６に示すように、複数（図６では３つ）の細管４４を持つキャピラリー４０を用意し、複数の細管４４のうちのいずれか（図６では中央の細管）に光ファイバ１０を挿入し、残りの細管４４のいずれか（図６では左右の２つ細管）を外気導入用の細管として用いることができる。外気導入用に用いる細管４４は、光接続点に近接しかつ対称になるように、光ファイバ１０を挿入した細管の両隣に位置するとよい。ファイバブロック３０と比べ小さい接着面積で光ファイバ１０とＰＬＣ２０を接着できるため、充分な接着強度が確保できる場合はキャピラリー４０を用いてファイバブロック３０を構成することが有効である。
　上述したように作製した本実施形態に係る光モジュールに対して接続損失を評価した。図７に、本実施形態に係る光モジュールについてのハイパワー耐性の測定系７０を示す。図７に示されるように、ＰＬＣ２０に接続されたファイバブロック３０に挿入および固定された光ファイバ１０を介して、光モジュール５０の入力端からレーザ７１から波長４０５ｎｍの光が入射され、光モジュール５０の出力端から出射された光の出力パワーを光パワーメータ７２で測定した。
　光モジュール全体の挿入損失は３．０ｄＢであった。ＰＬＣ２０の透過損失は既存の測定から１．０ｄＢと見積もられるため、入出力端の２か所の接続損失はそれぞれ１．０ｄＢと考えられる。
　一方、図７に示す測定系において、本実施形態の光モジュールに代えて、光通過部分をエアギャップにした（すなわち、ガラス層３７の無い）従来の光モジュールの挿入損失を測定した結果、本実施形態の測定結果と同じく接続損失は１．０ｄＢであった。従って、ポリシラザンを光通過部分に充填しても光の透過性に問題がなく、損失の少ない接続が実現できていることが確認できた。
　図８は、波長４０５ｎｍ、２０ｍＷの光を入射した時の本実施形態に係る光モジュールの損失変動を２０００時間測定し続けた時の結果を示す。図８に示すように、本実施形態に係る光モジュールでは、２０００時間経過しても挿入損失が３ｄＢから変化しないことが分かった。
　一方、光通過部分をエアギャップにした（すなわち、ガラス層３７の無い）従来の光モジュールの挿入損失を同様に測定すると、１００時間程度で挿入損失が増加する。これは前述したように、集塵効果によりエアギャップに埃を集めてしまい、それらが接続損失を増大させてしまうことが分析により確認されている。
　従って、図８に示した結果から、ポリシラザンを用いた本実施形態に係る光モジュールは信頼性試験にも耐えることが分かった。このことから、本実施形態のように、ポリシラザンを用いて光ファイバ１０とＰＬＣ２０の導波路２１とを光接続した場合、可視領域の高エネルギーの光に対する耐性がある光接続が可能であることが示された。
（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態は、ポリシラザンを用いて２つの平面光波回路（ＰＬＣ）２０の導波路２１同士を光接続した光モジュールおよびその作成方法に関する。
　図９に、本実施形態の光モジュールにおけるＰＬＣ２０の接続端面の概観を示す。第１の実施形態で説明したのと同様に、それぞれのＰＬＣ２０にヤトイ板９０が接着されている。対向する２つのヤトイ板９０の少なくとも一方は、ＰＬＣ２０と対向する面に掘られた２本のＶ溝３４を有している。Ｖ溝３４は、ヤトイ板９０をＰＬＣ２０に接着した状態で、Ｖ溝３４は、外気導入用の細管を構成する。細管の一端は、ヤトイ板９０の接続端面にあり、他端がヤトイ板９０の他の端面（接続端面以外の端面）にある。細管が分岐して複数の他端に延伸するようにＶ溝３４が彫られてもよい。ヤトイ板９０およびＰＣＬ２０の接続端面において、２本の細管の一端は、ＰＬＣ２０の導波路２１に近接しかつ対称になる位置にある。本実施形態の光モジュールは、各々にヤトイ板９０が接着された２つのＰＬＣ２０を、第１の実施形態で説明したのと同様に、調芯し、接着および固定することで作製することができる。
　このように作製した本実施形態に係る光モジュールについて挿入損失を評価したところ、ＰＬＣ同士の光接続点における接続損失は１．０ｄＢで第１の実施形態と同等であった。また、光接続部のハイパワー耐性を評価するために、波長４０５ｎｍ、１ｍＷの光を２０００時間、光モジュールに透過し続けたが、挿入損失は変動しかなった。よって、本実施形態の光モジュールも、第１の実施形態と同様に、ハイパワー耐性のある光接続を実現することができた。
　本実施形態によれば、２つのＰＬＣ２０を、光ファイバを介さず直接接着および固定でき、またその光接続点がハイパワーな光に対する耐性を有し、高温環境下でも軸ずれを起こしにくい小型モジュールを実現することが可能となる。また、光ファイバを介して２つのＰＬＣ同士を接続した場合と比較して、本実施形態の光モジュールは、光接続点の数が半分になることから、歩留まりの向上やコストの削減に資する。
　図９を参照して説明した本実施形態の光モジュールは、ヤトイ板にＶ溝３４を掘ることで外気導入用の細管を設けたが、本実施形態の変形形態として、ＰＬＣ２０を作製時に深溝を掘ることでも細管を設けてもよい。
　図１０に、本実施形態の変形形態に係る光モジュールにおける平面光波回路の接続端面の概略を示す。図１０に示すように、ＰＬＣ２０の作製時に、ヤトイ板９０と対向するＰＬＣ２０の面に深溝３８を掘り、ヤトイ板９０をＰＬＣ２０に接着した状態で、深溝３８が、外気導入用の細管を構成するようにしてもよい。ＰＬＣ２０の作製時にドライエッチング等で溝を掘るプロセスがある場合は、同時に外気導入用の深溝３８を掘ることができプロセス負荷を低減することが可能である。図１０の光モジュールにおいて、２本の細管の一端は、ＰＬＣ２０の接続端面にあり、他端がＰＬＣ２０の他の端面（接続端面以外の端面）にある。細管が分岐して複数の他端に延伸するように深溝３８が彫られてもよい。ヤトイ板９０およびＰＣＬ２０の接続端面において、２本の細管の一端は、ＰＬＣ２０の導波路２１に近接しかつ対称になる位置にある。図１０の光モジュールもまた、第１の実施形態で説明したのと同様に、各々にヤトイ板９０が接着された２つのＰＬＣ２０を調芯し、接着および固定することで作製することができる。
　なお、図９および図１０を参照して説明したヤトイ板９０を接着したＰＬＣ２０の接続端面と、図１、２、３、５、６を参照して説明した第１の実施形態で説明したような光ファイバ１０が挿入および固定されたファイバブロック３０の接続端面とを調芯し、接着および固定することで、光モジュールを作製することもできる。あるいは、図９、１０を参照して説明したヤトイ板９０を接着したＰＬＣ２０の接続端面と、図４を参照して説明した一般的な細管を有していない（Ｖ溝３４が形成されていない）光ファイバ１０が挿入および固定されたファイバブロック３０の接続端面とを調芯し、接着および固定することで、光モジュールを作製することもできる。
　以上説明したように、本発明の種々の実施形態によれば、ファイバブロックに設けた細管によって光接続点に外気を供給し、ポリシラザンの硬化収縮に起因するボイドが光軸に発生することを抑制する。結果、効率的にＳｉＯ２を光軸に充填することが可能になり、高エネルギーな光に耐性がある光モジュールを歩留まり良く提供することが可能になる。

Claims (7)

  1. 　第１の導波路を有する平面光波回路と前記第１の導波路と異なる第２の導波路とが、ガラス層を介して、光接続された光モジュールであって、
    　前記ガラス層は、前記第１の導波路の接続端面と前記第２の導波路の接続端面との間の間隙のうちの、前記第１の導波路と前記第２の導波路との間で入力又は出力される光が通過する部分を少なくとも含む領域に設けられており、
    　一端が前記間隙の前記領域に位置する、外気を供給するための１つ又は複数の細管をさらに備えた、光モジュール。
  2. 　ファイバブロックをさらに備え、
    　前記第２の導波路は前記ファイバブロックに挿入および固定された光ファイバであり、
    　前記１つ又は複数の細管は前記ファイバブロックに設けられている、請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記ファイバブロックはＶ溝基板またはマイクロキャピラリを用いて構成されている、請求項２に記載の光モジュール。
  4. 　前記第２の導波路を有する前記平面光波回路と異なる導波路を有する第２の平面光波回路をさらに備え、
    　前記第２の導波路は、前記第２の導波路が有する導波路であり、
    　前記１つ又は複数の細管は前記平面光波回路または前記第２の平面光波回路の少なくとも１つに設けられている、請求項１に記載の光モジュール。
  5. 　前記平面光波回路に装着されたヤトイ板をさらに備え、
    　前記１つ又は複数の細管は、前記ヤトイ板に設けられている、請求項１に記載の光モジュール。
  6. 　前記ガラス層の材料が石英系ガラス材料である、請求項１から５のいずれか１項に記載の光モジュール。
  7. 　前記細管の前記一端が、前記第１の導波路の接続端面と前記第２の導波路の接続端面において、前記第１の導波路または前記第２の導波路から６００μｍ以内の位置に配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光モジュール。
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