JP2007233079A - 光部品および光部品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所期の特性を有することができる光部品および光部品製造方法を提供する。
【解決手段】光部品１は、第１部材１０、第２部材２０および光フィルタ３０を備える。第１部材１０は、第１光導波路１１および第２光導波路１２が端面に達するまで形成されている。第２部材２０は、第３光導波路２１が端面に達するまで形成されている。光フィルタ３０は、第１部材１０の端面と第２部材２０の端面との間に挟まれている。設計反射面Ｓと端面１０Ａとの間の距離をＬとし、第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の接着層４１の厚みをＤ１としたとき、厚みＤ１と距離Ｌとの差（Ｄ１−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下である。
【選択図】図４

Description

本発明は、光導波路が形成された部材と光フィルタとを備える光部品、および、このような光部品を製造する方法に関するものである。

複数波長の信号光を伝送する光伝送システムでは、これら複数波長の信号光を合波または分波する光合分波器が用いられる。特に、端局と加入者宅との間の光伝送システム（ＦＴＴＨ: fiber to the home）では、光合分波器は小型で安価であることが要求される。

例えば非特許文献１に記載された光合分波器は、互いに交差するように２本の光導波路が形成された１つの部材において、当該交差部を通るようにＶ溝が形成され、そのＶ溝内に光フィルタが挿入されて接着剤で固定されたものである。この光合分波器では、一方の光導波路を導波して来てＶ溝に達した光のうち、或る波長の光は光フィルタを透過して更に該光導波路を導波していき、他の波長の光は光フィルタにより反射されて他方の光導波路を導波していく。

また、他の構成の光合分波器は、各々光導波路が形成された第１部材および第２部材と、これら第１部材および第２部材それぞれに形成された光導波路の端面間に設けられた光フィルタとを備える。
M. Yanagisawa, et al., "Low-loss and compact TFF-embeddedsilica-waveguide WDM filter for video distribution services in FTTHsystems", OFC2004, TuI4

上記のような光合分波器を含め、光導波路が形成された部材と光フィルタとを備える光部品では、光導波路と光フィルタとの間の相対的位置関係によっては、所期の特性を有しないことがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所期の特性を有することができる光部品および光部品製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光部品は、第１光導波路および第２光導波路が端面に達するまで形成された第１部材と、第１部材の端面に接着層を介して固定された光フィルタとを備え、第１光導波路により導波されて来て光フィルタで反射した光を第２光導波路により導波させる光部品であって、第１部材の端面の近傍における第１光導波路および第２光導波路それぞれの光軸の交点と第１部材の端面との間の距離をＬとし、第１部材の端面と光フィルタとの間の接着層の厚みをＤ１としたときに、厚みＤ１と距離Ｌとの差（Ｄ１−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る光部品は、第３光導波路が端面に達するまで形成された第２部材を更に備え、第１部材の端面と第２部材の端面との間に光フィルタが挟まれており、第１光導波路により導波されて来て光フィルタで透過した光を第３光導波路により導波させるのが好適である。

本発明に係る光部品製造方法は、第１光導波路および第２光導波路が端面に達するまで形成された第１部材と、第１部材の端面に接着層を介して固定された光フィルタとを備え、第１光導波路により導波されて来て光フィルタで反射した光を第２光導波路により導波させる光部品を製造する方法であって、第１部材の端面の近傍における第１光導波路および第２光導波路それぞれの光軸の交点が第１部材の外部にあり、第１光導波路および第２光導波路それぞれの光軸が第１部材の端面に対して互いに同じ角度となるように、第１部材の端面を形成する第１工程と、第１部材の端面に光フィルタを接着層により固定する第２工程とを備え、この第２工程において、第１部材の端面の近傍における第１光導波路および第２光導波路それぞれの光軸の交点と第１部材の端面との間の距離をＬとし、第１部材の端面と光フィルタとの間の硬化前の接着層の厚みをＤ０とし、接着層の一軸方向の硬化収縮率をαとしたときに、厚みＤ０と硬化収縮率αとの積と距離Ｌとの差（αＤ０−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下となるように第１部材および光フィルタを配置した後に、接着層を硬化させることを特徴とする。

本発明に係る光部品製造方法は、第３光導波路が端面に達するまで形成された第２部材の当該端面と第１部材の端面との間に光フィルタを挟み、これらを固定する第３工程を更に備え、第１光導波路により導波されて来て光フィルタで透過した光を第３光導波路により導波させる光部品を製造するのが好適である。

本発明に係る光部品製造方法は、第１部材の前記端面を形成する第１工程において、切断された第１部材の当該切断面を研磨して端面を形成するのが好適である。

本発明によれば、所期の特性を有することができる光部品を容易に実現することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の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。

先ず、図１〜図５を用いて、光導波路と光フィルタとの間の相対的位置関係によって光部品の特性が異なることについて説明する。

設計どおりに製造されて所期の特性を有する光部品では、図１（ａ）に示されるように、光導波路１１により導波されて来て光フィルタ３０に入射した光のうち該光フィルタ３０により反射された光は、光導波路１２へ効率よく結合されて、光導波路１２により導波されて行く。しかし、設計どおりには製造される所期の特性を有していない光部品では、図１（ｂ）に示されるように、光導波路１１により導波されて来て光フィルタ３０に入射した光のうち該光フィルタ３０により反射された光は、光導波路１２への結合効率が悪い。

このように、光導波路と光フィルタとの間の相対的位置関係が設計どおりで無いと、光部品の特性が劣化する。また、通常、光導波路が形成された部材と光フィルタとは接着剤により固定されるが、部材の加工が最適であったとしても、接着剤による固定の際に、光導波路と光フィルタとの間の相対的位置関係が設計どおりで無くなって、光部品の特性が劣化することもある。

図２は、光部品１の平面図である。この図に示される光部品１は、第１部材１０、第２部材２０および光フィルタ３０を備える。第１部材１０は、第１光導波路１１および第２光導波路１２が端面に達するまで形成されている。その端面近傍における第１光導波路１１および第２光導波路１２それぞれの光軸は、その端面の垂線（図中において点線で示される線）に対して同じ角度θをなしている。第２部材２０は、第３光導波路２１が端面に達するまで形成されている。第１部材１０および第２部材２０それぞれは、例えば石英基板からなる。

光フィルタ３０は、第１部材１０の端面と第２部材２０の端面との間に挟まれている。第１部材１０の端面と光フィルタ３０とは接着層４１により固定されており、第２部材２０の端面と光フィルタ３０とは接着層４２により固定されている。光フィルタ３０は、例えば、誘電体多層膜からなり、反射波長帯域に含まれる波長λＲ（例えば波長１５５０ｎｍ）の光を反射させ、透過波長帯域に含まれる波長λＴ（例えば波長１３１０ｎｍ）の光を透過させる。

この光部品１では、光導波路１１により導波されて来て光フィルタ３０に入射した光のうち、光フィルタ３０により反射された波長λＲの光は、光導波路１２へ結合されて光導波路１２により導波されて行き、一方、光フィルタ３０により透過された波長λＴの光は、光導波路２１へ結合されて光導波路２１により導波されて行く。逆に、光導波路１２により導波されて来て光フィルタ３０に入射した波長λＲの光は、光フィルタ３０により反射され、また、光導波路２１により導波されて来て光フィルタ３０に入射した波長λＴの光は、光フィルタ３０により透過され、共に光導波路１１へ結合されて光導波路１１により導波されて行く。このように、この光部品１は光合分波器として用いられ得る。

図３は、光部品１の設計について説明する図である。設計どおりに製造された理想的な場合には、光導波路１１の光軸Ｃ１と光導波路１２の光軸Ｃ２との交点は設計反射面Ｓ上に存在し、この設計反射面Ｓと光フィルタ３０の面とは互いに一致する。更に厳密に設計する場合には、光フィルタ３０の構造まで考慮してビーム伝搬解析などを行って、光導波路１１，１２と光フィルタ３０との相対的位置関係を設計する。

図４は、光部品１における光導波路１１，１２と光フィルタ３０との相対的位置関係を示す図である。図５は、光部品１における光導波路１１と光導波路１２との間の反射結合効率を示すグラフである。図４に示されるように、設計反射面Ｓと端面１０Ａとの間の距離をＬとする。第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の接着層４１の厚みをＤ１とする。図５は、距離Ｌの各値について、光導波路１１，１２間の反射結合効率と接着層４１の厚みＤ１との関係を示している。なお、距離Ｌは、例えば、光導波路１１，１２それぞれとクラッドとの境界が互いに交わる点Ｐと端面１０Ａとの間の距離から求められ、或いは、第１部材１０上に設けた計測用のマークにより求められる。

この図から判るように、接着層４１の厚みＤ１が厚くなると、第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の間隔が広くなるので、光導波路１１から光導波路１２への光結合効率が劣化する。しかし、第１部材１０の端面１０Ａを設計反射面Ｓより後退させて、設計反射面Ｓと端面１０Ａとの間の距離Ｌを長くすることにより、光結合効率の劣化を抑制することができる。

設計反射面Ｓと端面１０Ａとの間の距離Ｌと、接着層４１の厚みＤ１とは、互いに等しいことが好ましい。ただし、接着層４１の硬さ等の様々なパラメータを考慮すると、第１部材１０と完全に等しい屈折率を有する接着層４１を実現することは難しく、また、接着層４１において若干の光の拡がり等が生じて、それ故、厚みＤ１と距離Ｌとを完全に等しくすることは困難である。しかし、厚みＤ１と距離Ｌとの差（Ｄ１−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下であれば、光導波路１１から光導波路１２への光結合効率の変動が０.０１ｄＢ以下であるので、実用上において問題ない。また、接着層４１の厚みＤ１は、使用する接着剤の強度や熱膨張係数などを考慮して設定されるのが好ましい。

図６は、本実施形態に係る光部品製造方法の工程を説明する図である。ここでは、硬化後の接着層４１の所望の厚みＤ１に対して、接着剤の一軸方向の硬化収縮率αを考慮した硬化前の接着剤の厚みＤ０（＝Ｄ１／α）を３μｍとする。

初めに、石英基板上に光導波路１１，１２が形成された第１部材１０を用意する（同図（ａ））。この第１部材１０に対して、設計反射面Ｓと端面１０Ａとの間の距離Ｌが３μｍ程度となるように、切断および研磨を行う（同図（ｂ）、（ｃ））。また、切断で１μｍ以下の精度が得られる場合には、同図（ａ）に示された第１部材１０に対して、設計反射面Ｓと端面１０Ａとの間の距離Ｌが３μｍ程度となるように、切断のみを行って、研磨を行わなくてもよい（同図（ｄ））。

このようにして用意された第１部材１０では、端面１０Ａの近傍における光導波路１１および光導波路１２それぞれの光軸の交点が第１部材１０の外部にあり、光導波路１１および光導波路１２それぞれの光軸が第１部材１０の端面１０Ａに対して互いに同じ角度となっている。ここで、それぞれの光軸と第１部材１０の端面１０Ａとのなす角度は理想的には完全に一致することが望ましいが、両者の差は少なくとも±１.０度以下、好ましくは０.５度以下であれば、導波路間の結合損失は実用上問題ない範囲内に抑えることができる。

続いて、第１部材１０の端面１０Ａに接着剤を盛り、これに対して光フィルタ３０を所定の位置に配置して接着剤を硬化させ、第１部材１０の端面１０Ａに光フィルタ４０を接着層４１により固定する。このとき、第２部材２０または他の部材により光フィルタ３０を第１部材１０へ押し当て、また、第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の距離を側方からＣＣＤカメラでモニタすることで、第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の距離を所定値（接着剤の厚みＤ０）とする。

一般に接着剤は硬化することにより収縮する。そこで、差（αＤ０−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下となるように第１部材１０および光フィルタ３０を配置して、その後に接着剤を硬化させる。そして、第２部材２０の端面と第１部材１０の端面との間に光フィルタ３０を挟んで固定することで、光部品１を製造する。

図７は、他の実施形態に係る光部品製造方法の工程を説明する図である。初めに、石英基板上に光導波路１１，１２が形成された第１部材１０を用意する（同図（ａ））。この第１部材１０に対して、切断（または、切断に加えて研磨）を行って、第１部材１０の端面１０Ａを設計反射面Ｓより後退させる（同図（ｂ））。その後、顕微鏡を用いて、第１部材１０上の点Ｐから端面１０Ａまでの距離を測定し、或いは、第１部材１０上に設けた計測用のマークから端面１０Ａまでの距離を測定することにより、第１部材１０の端面１０Ａと設計反射面Ｓとの間の距離Ｌ（＝ΔＬ１−ΔＬ２）を求める。

続いて、第１部材１０の端面１０Ａに接着剤を盛り、これに対して光フィルタ３０を所定の位置に配置して接着剤を硬化させ、第１部材１０の端面１０Ａに光フィルタ４０を接着層４１により固定する。このとき、第２部材２０または他の部材により光フィルタ３０を第１部材１０へ押し当て、また、第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の距離を側方からＣＣＤカメラでモニタすることで、第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の距離を所定値（接着剤の厚みＤ０）とする。

一般に接着剤は硬化することにより収縮する。そこで、差（αＤ０−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下となるように第１部材１０および光フィルタ３０を配置して、その後に接着剤を硬化させる。そして、第２部材２０の端面と第１部材１０の端面との間に光フィルタ３０を挟んで固定することで、光部品１を製造する。この方法は、切断や研磨の精度が充分でない場合に有効である。

以上のような製造方法により製造された光部品１では、光導波路１１から光フィルタ３０に入射して反射した光は、光導波路１２へ高効率に結合される。このように、本実施形態によれば、所期の特性を有することができる光部品１を容易に実現することができる。

なお、上記の実施形態では、第１部材１０に１対の光導波路１１，１２が形成され、第２部材２０に１本の光導波路２１が形成されていた。しかし、第１部材１０にＮ対の光導波路１１，１２が形成され、第２部材２０にＮ本の光導波路２１が形成されていて、Ｎ個の光合分波器が構成されていてもよい。ただし、Ｎは２以上の整数である。

なお、光部品１において差（Ｄ１−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下であることが要求されるものの、第１部材１０の端面１０Ａと光フィルタ３０との間の接着層４１の厚みＤ１は１５μｍ以下であることが好ましい。接着層４１において光が広がるので、接着層４１の厚みＤ１が厚くなると結合効率が低下する。ＦＴＴＨ用途などを考えると、光部品１全体での損失は１ｄＢ以下であることが望ましく、設計時での効率劣化は接着剤厚０に対して０.０５ｄＢ以下であることが望ましい。このことから、厚みＤ１は１５μｍ以下であることが好ましい。

また、接着剤の硬化収縮率（体積）は１７％以下であり、一軸方向の硬化収縮率αは６％以下であることが好ましい。上述のように接着層４１の厚みＤ１が１５μｍ以下であって、接着剤の一軸方向の硬化収縮率αが６％以下であれば、硬化時の厚みの減少量（Ｄ１−Ｄ０）は１μｍ以下となる。

また、使用波長（ＦＴＴＨ用途では１２６０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）での各光導波路のコアの屈折率に対する接着剤の屈折率とコアの屈折率差は５.５％%以下であることが好ましい。屈折率１.４５の石英導波路の場合は、接着層の屈折率は１.３７から１.５３の間であるのが好ましい。接着層と光導波路との屈折率差が大きくなると、端面での不要な反射が大きく、光フィルタで反射させたくない波長の光も結合してしまうからである。ＦＴＴＨ用途などを考えると、端面での反射は−２０ｄＢ以下であるのが望ましい。

光導波路と光フィルタとの間の相対的位置関係によって光部品の特性が異なることについて説明する図である。 光部品１の平面図である。 光部品１の設計について説明する図である。 光部品１における光導波路１１，１２と光フィルタ３０との相対的位置関係を示す図である。 光部品１における光導波路１１と光導波路１２との間の反射結合効率を示すグラフである。 本実施形態に係る光部品製造方法の工程を説明する図である。 他の実施形態に係る光部品製造方法の工程を説明する図である。

符号の説明

１…光部品、１０…第１部材、１１…第１光導波路、１２…第２光導波路、２０…第２部材、２１…第３光導波路、３０…光部品、４１，４２…接着層。

Claims (5)

1. 第１光導波路および第２光導波路が端面に達するまで形成された第１部材と、前記第１部材の前記端面に接着層を介して固定された光フィルタとを備え、前記第１光導波路により導波されて来て前記光フィルタで反射した光を前記第２光導波路により導波させる光部品であって、
   前記第１部材の前記端面の近傍における前記第１光導波路および前記第２光導波路それぞれの光軸の交点と前記第１部材の前記端面との間の距離をＬとし、前記第１部材の前記端面と前記光フィルタとの間の前記接着層の厚みをＤ１としたときに、前記厚みＤ１と前記距離Ｌとの差（Ｄ１−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下である、
   ことを特徴とする光部品。
2. 第３光導波路が端面に達するまで形成された第２部材を更に備え、
   前記第１部材の前記端面と前記第２部材の前記端面との間に前記光フィルタが挟まれており、
   前記第１光導波路により導波されて来て前記光フィルタで透過した光を前記第３光導波路により導波させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の光部品。
3. 第１光導波路および第２光導波路が端面に達するまで形成された第１部材と、前記第１部材の前記端面に接着層を介して固定された光フィルタとを備え、前記第１光導波路により導波されて来て前記光フィルタで反射した光を前記第２光導波路により導波させる光部品を製造する方法であって、
   前記第１部材の前記端面の近傍における前記第１光導波路および前記第２光導波路それぞれの光軸の交点が前記第１部材の外部にあり、前記第１光導波路および前記第２光導波路それぞれの光軸が前記第１部材の前記端面に対して互いに同じ角度となるように、前記第１部材の前記端面を形成する第１工程と、
   前記第１部材の前記端面に光フィルタを接着層により固定する第２工程と、
   を備え、
   前記第２工程において、前記第１部材の前記端面の近傍における前記第１光導波路および前記第２光導波路それぞれの光軸の交点と前記第１部材の前記端面との間の距離をＬとし、前記第１部材の前記端面と前記光フィルタとの間の硬化前の前記接着層の厚みをＤ０とし、前記接着層の一軸方向の硬化収縮率をαとしたときに、前記厚みＤ０と前記硬化収縮率αとの積と前記距離Ｌとの差（αＤ０−Ｌ）の絶対値が１μｍ以下となるように前記第１部材および前記光フィルタを配置した後に、前記接着層を硬化させる、
   ことを特徴とする光部品製造方法。
4. 第３光導波路が端面に達するまで形成された第２部材の当該端面と前記第１部材の前記端面との間に前記光フィルタを挟み、これらを固定する第３工程を更に備え、
   前記第１光導波路により導波されて来て前記光フィルタで透過した光を前記第３光導波路により導波させる光部品を製造する、
   ことを特徴とする請求項３記載の光部品製造方法。
5. 前記第１部材の前記端面を形成する第１工程は、切断された前記第１部材の当該切断面を研磨して端面を形成する、ことを特徴とする請求項３記載の光部品製造方法。
   
   

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