特許 6341788 光ファイバ接続器、光モジュールおよび製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6341788

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月13日

(54)【発明の名称】光ファイバ接続器、光モジュールおよび製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/32 20060101AFI20180604BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20180604BHJP

   G02B 6/04 20060101ALI20180604BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20180604BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20180604BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/32

   G02B6/42

   G02B6/04 B

   G02B6/02 461

   H01S5/022

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-153241(P2014-153241)

(22)【出願日】2014年7月28日

(65)【公開番号】特開2016-31438(P2016-31438A)

(43)【公開日】2016年3月7日

【審査請求日】2017年5月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100119987

【弁理士】

【氏名又は名称】伊坪 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100161089

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 良一

(72)【発明者】

【氏名】井出 昌史

(72)【発明者】

【氏名】依田 薫

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１７８６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０８２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２２１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０５１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２１２７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１７３２７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５４５３８２７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／０４，６／３２，６／４２

Ｈ０１Ｓ ５／０２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

実装基板と、
同一平面上に配列した複数のコアを含むマルチコアファイバと、
前記マルチコアファイバの端部を固定し、前記実装基板上に接合される第１のサブ基板と、
少なくとも前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと同じ本数を含む複数のシングルモードファイバと、
前記複数のシングルモードファイバの端部を固定し、前記実装基板上に接合される第２のサブ基板と、を有し、
前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと当該複数のコアに対応する本数の前記複数のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板の相対位置が定められており、
前記第２のサブ基板は、隣接する２本のシングルモードファイバの端部が、前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアから複数のビームが出射されたときの当該複数のビームの広がり角に対応する大きさの角をなすように、前記複数のシングルモードファイバの端部を固定することを特徴とする光ファイバ接続器。

【請求項2】

前記マルチコアファイバの前記端部と前記複数のシングルモードファイバの前記端部にはそれぞれ屈折率分布型レンズが設けられている、請求項１に記載の光ファイバ接続器。

【請求項3】

実装基板と、
同一平面上に配列した複数のコアを含むマルチコアファイバと、
前記マルチコアファイバの端部を固定し、前記実装基板上に接合される第１のサブ基板と、
少なくとも前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと同じ本数を含む複数のシングルモードファイバと、
前記複数のシングルモードファイバの端部を固定し、前記実装基板上に接合される第２のサブ基板と、を有し、
前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと当該複数のコアに対応する本数の前記複数のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板の相対位置が定められており、
前記複数のシングルモードファイバは、赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ導波する３本のシングルモードファイバであり、
前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアは３本のコアであり、当該３本のコアにより赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ導波する、
ことを特徴とする光ファイバ接続器。

【請求項4】

前記第１のサブ基板は、前記同一平面上の複数のコアが前記実装基板の上面に平行に配列するように前記マルチコアファイバの端部を固定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ接続器。

【請求項5】

実装基板と、
同一平面上に配列した複数のコアを含むマルチコアファイバと、
前記マルチコアファイバの端部を固定し、前記実装基板上に接合される第１のサブ基板と、
少なくとも前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと同じ本数を含む複数のシングルモードファイバと、
前記複数のシングルモードファイバの端部を固定し、前記実装基板上に接合される第２のサブ基板と、
前記マルチコアファイバおよび前記複数のシングルモードファイバが導波する赤色、緑色および青色のレーザ光を発光する光源部と、を有し、
前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと当該複数のコアに対応する本数の前記複数のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板の相対位置が定められていることを特徴とする光モジュール。

【請求項6】

同一平面上に配列した複数のコアを含むマルチコアファイバの端部を第１のサブ基板に固定し、
少なくとも前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと同じ本数を含む複数のシングルモードファイバの端部を、隣接する２本のシングルモードファイバの端部が前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアから複数のビームが出射されたときの当該複数のビームの広がり角に対応する大きさの角をなすように、第２のサブ基板に固定し、
前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板を実装基板上に配置し、
前記マルチコアファイバの前記同一平面上の複数のコアと当該複数のコアに対応する本数の前記複数のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板の相対位置を定め、
相対位置が定められた前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板を前記実装基板上に接合する、
ステップを有することを特徴とする光ファイバ接続器の製造方法。

【請求項7】

前記相対位置を定めるステップでは、前記複数のシングルモードファイバのうちの一のファイバと当該一のファイバに対応する前記マルチコアファイバのコアとの光結合効率に基づいて、前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板の相対位置を定める、請求項６に記載の製造方法。

【請求項8】

同一平面上に配列した３本のコアを含み当該３本のコアにより赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ導波するマルチコアファイバの端部を、第１のサブ基板に固定し、
赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ導波する３本のシングルモードファイバの端部を第２のサブ基板に固定し、
前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板を実装基板上に配置し、
前記マルチコアファイバの前記３本のコアと前記３本のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板の相対位置を定め、
相対位置が定められた前記第１のサブ基板と前記第２のサブ基板を前記実装基板上に接合する、
ステップを有することを特徴とする光ファイバ接続器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバ接続器、光モジュールおよび製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マルチコアファイバとシングルモードファイバとを光学的に接続させる技術として、両者のファイバ間に複数のレンズを配置したレンズ系を使用する方式や、コネクタを使用する方式が知られている。例えば、特許文献１では、マルチコアファイバに含まれる複数のコアからの出射光が入射する第１のレンズと、第１のレンズからの出射光が入射する第２のレンズと、第２のレンズからの出射光が入射するレンズアレイとを有し、レンズアレイに含まれる構成レンズからの出射光が対応するシングルモードファイバへ入射することでマルチコアファイバとシングルモードファイバとを光学的に接続する光接続器が記載されている。また、非特許文献１，２では、１心に複数のコアが設けられているマルチコアファイバを複数のシングルコアファイバに分離する機能を果たすファンアウト機能部品について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１４／０３８５１４号

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】田中正敏、八若正義、谷口浩一著，「次世代光通信を担うマルチコアファイバおよびファンアウト機能部品の開発」，三菱電線工業時報第１０９号，２０１２年９月

【非特許文献2】島川修、荒生肇、塩崎学、佐野知巳、井上享著，「マルチコアファイバ用コネクタ型光分岐部品」，ＳＥＩテクニカルレビュー第１８３号，２０１３年７月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のような複数のレンズを用いた空間光学系では、各レンズ間のアライメント（調芯）が必要であるため、調芯箇所が多く、光ファイバ接続器の製造に手間がかかる。また、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のレーザ光の合波器として使用するためには、光ファイバ接続器の一層の小型化が求められるが、特許文献１のようなレンズ系では小型化に限界がある。また、非特許文献１，２のようなコネクタによる接続方式では、量産性に向かない特殊加工をシングルモードファイバに施す必要があるため、光ファイバ接続器の製造コストを抑えることが難しい。

【0006】

そこで、本発明は、本構成を有しない場合と比べてファイバ間の調芯工程が簡略化されかつ小型化した、マルチコアファイバと複数のシングルモードファイバの接続器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の光ファイバ接続器は、実装基板と、同一平面上に配列した複数のコアを含むマルチコアファイバと、マルチコアファイバの端部を固定し、実装基板上に接合される第１のサブ基板と、少なくともマルチコアファイバの同一平面上の複数のコアと同じ本数を含む複数のシングルモードファイバと、複数のシングルモードファイバの端部を固定し、実装基板上に接合される第２のサブ基板とを有し、マルチコアファイバの同一平面上の複数のコアとその複数のコアに対応する本数の複数のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、第１のサブ基板と第２のサブ基板の相対位置が定められていることを特徴とする。

【0008】

上記の光ファイバ接続器では、マルチコアファイバの端部と複数のシングルモードファイバの端部にはそれぞれ屈折率分布型レンズが設けられていることが好ましい。
上記の光ファイバ接続器では、第２のサブ基板は、隣接する２本のシングルモードファイバの端部が、マルチコアファイバの同一平面上の複数のコアから複数のビームが出射されたときの当該複数のビームの広がり角に対応する大きさの角をなすように、複数のシングルモードファイバの端部を固定することが好ましい。
上記の光ファイバ接続器では、複数のシングルモードファイバは、赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ導波する３本のシングルモードファイバであり、マルチコアファイバの同一平面上の複数のコアは３本のコアであり、当該３本のコアにより赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ導波することが好ましい。
上記の光ファイバ接続器では、第１のサブ基板は、同一平面上の複数のコアが実装基板の上面に平行に配列するようにマルチコアファイバの端部を固定することが好ましい。

【0009】

また、本発明の光モジュールは、実装基板と、同一平面上に配列した複数のコアを含むマルチコアファイバと、マルチコアファイバの端部を固定し、実装基板上に接合される第１のサブ基板と、少なくともマルチコアファイバの同一平面上の複数のコアと同じ本数を含む複数のシングルモードファイバと、複数のシングルモードファイバの端部を固定し、実装基板上に接合される第２のサブ基板と、マルチコアファイバおよび複数のシングルモードファイバが導波する赤色、緑色および青色のレーザ光を発光する光源部とを有し、マルチコアファイバの同一平面上の複数のコアとその複数のコアに対応する本数の複数のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、第１のサブ基板と第２のサブ基板の相対位置が定められていることを特徴とする。

【0010】

また、本発明の光ファイバ接続器の製造方法は、同一平面上に配列した複数のコアを含むマルチコアファイバの端部を第１のサブ基板に固定し、少なくともマルチコアファイバの同一平面上の複数のコアと同じ本数を含む複数のシングルモードファイバの端部を第２のサブ基板に固定し、第１のサブ基板と第２のサブ基板を実装基板上に配置し、マルチコアファイバの同一平面上の複数のコアとその複数のコアに対応する本数の複数のシングルモードファイバとがそれぞれ光結合するように、第１のサブ基板と第２のサブ基板の相対位置を定め、相対位置が定められた第１のサブ基板と第２のサブ基板を実装基板上に接合するステップを有することを特徴とする。
上記の製造方法の相対位置を定めるステップでは、複数のシングルモードファイバのうちの一のファイバと当該一のファイバに対応するマルチコアファイバのコアとの光結合効率に基づいて、第１のサブ基板と第２のサブ基板の相対位置を定めることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、本構成を有しない場合と比べてファイバ間の調芯工程が簡略化されかつ小型化した、マルチコアファイバと複数のシングルモードファイバの接続器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】光モジュール１の斜視図である。

【図2】光モジュール１の上面図および側面図、ならびにサブ基板２３の裏面図である。

【図3】マルチコアファイバ３の断面図である。

【図4】カラーコンバイナ２の構造を説明するための図である。

【図5】カラーコンバイナ２の製造工程の例を示したフロー図である。

【図6】光モジュール１Ａの斜視図である。

【図7】光モジュール１Ａの上面図および側面図である。

【図8】光モジュール１Ｂの斜視図である。

【図9】光モジュール１Ｂの上面図および側面図、ならびにサブ基板２３Ｂの裏面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ、光ファイバ接続器とその製造方法、およびその光ファイバ接続器を用いた光モジュールについて説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

【0014】

図１は、光モジュール１の斜視図である。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、それぞれ、光モジュール１の上面図および側面図、ならびにサブ基板２３の裏面図である。光モジュール１は、互いに別体となっているカラーコンバイナ２と光源部５を有するマルチコアファイバモジュールである。光モジュール１は、例えばレーザプロジェクタやファイバスキャナなどの光源に用いられる。

【0015】

カラーコンバイナ２は、光ファイバ接続器の一例であり、マルチコアファイバ３と３本のシングルモードファイバ（シングルコアファイバ）４とを光学的に接続する。シングルモードファイバ４は、光源部５が発光した赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各色レーザ光をそれぞれ導波し、カラーコンバイナ２の一端に接続された出射端部から各色レーザ光を出射する。その各色レーザ光は、カラーコンバイナ２の他端に接続されたマルチコアファイバ３の入射端部に入射する。以下では、ＲＧＢの各色レーザ光を導波するシングルモードファイバ４のことを、それぞれ「Ｒファイバ４Ｒ」、「Ｇファイバ４Ｇ」、「Ｂファイバ４Ｂ」ともいう。

【0016】

カラーコンバイナ２は、実装基板２１と、サブ基板２２と、サブ基板２３とを有する。図２（Ａ）では、サブ基板２２，２３などの各サブ基板の内部も破線により示している。

【0017】

図２（Ａ）に示すように、マルチコアファイバ３の入射端部と３本のシングルモードファイバ４の出射端部には、屈折率分布型レンズの一例として、ＧＩ（グレーデッドインデックス）レンズ３０，４０がそれぞれ設けられている。カラーコンバイナ２は、シングルモードファイバ４の出射端部（ＧＩレンズ４０の端部）とマルチコアファイバ３の入射端部（ＧＩレンズ３０の端部）との間の空間２１０で、コリメータレンズや集光レンズなどのレンズを介さずに、両者のファイバを直接光結合させる。また、カラーコンバイナ２は、３本のシングルモードファイバ４から出射されたＲＧＢの各色レーザ光を合波する合波器としても機能する。マルチコアファイバ３は、カラーコンバイナ２により合波され入射端部に入射した各色レーザ光をそれぞれ異なるコアで導波し、その各色レーザ光は、例えば、投射光学系を介してスクリーン上に投射される。

【0018】

実装基板２１は、代表的な大きさとして一辺の長さが２〜５ｍｍ程度の大きさを有するシリコン製の基板であり、Ｓｉプラットフォームとも呼ばれる。実装基板２１上には、両者のファイバが効率よく光結合するように相対位置が調整された２つのサブ基板２２，２３を用いて、ＧＩレンズ３０，４０付きのマルチコアファイバ３およびシングルモードファイバ４がそれぞれ実装される。図１および図２（Ａ）に示すように、実装基板２１の上面においてサブ基板２２，２３が接合される部分と、サブ基板２２とサブ基板２３の間は、マルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４の高さを調整し、ＧＩレンズ４０からのコリメート光を空間で導波できる逃げを形成するための溝部２１１が形成されている。溝部２１１の深さは、実装基板２１上で一定である。また、溝部２１１の幅は、サブ基板２２が接合される部分ではマルチコアファイバ３に合わせた同じ大きさであるが、ＧＩレンズ３０の端部からサブ基板２３側に向かうにつれて、次第に広くなる。

【0019】

サブ基板２２は、マルチコアファイバ３の入射端部を収容するための溝部２２１がドライエッチングにより中央に形成された「コ」の字型の基板である。サブ基板２２には、例えばシリコン基板またはガラス基板が用いられる。サブ基板２２は、第１のサブ基板の一例であり、マルチコアファイバ３の入射端部を実装基板２１上に固定する。

【0020】

サブ基板２３は、シングルモードファイバ４の出射端部をそれぞれ収容するための３本の溝部２３１がドライエッチングにより中央に形成された基板である。サブ基板２３には、例えばシリコン基板またはガラス基板が用いられる。サブ基板２３は、第２のサブ基板の一例であり、隣接する２本のシングルモードファイバ４の端部が予め定められた大きさの角をなすように、シングルモードファイバ４の出射端部を実装基板２１上に固定する。

【0021】

図２（Ｃ）に示すように、３本の溝部２３１は、サブ基板２３の下面中央を横切る溝部２３１Ｇと、溝部２３１Ｇに関して互いに対称な溝部２３１Ｒ，２３１Ｂとで構成される。溝部２３１Ｒ，２３１Ｇ，２３１Ｂには、Ｒファイバ４Ｒ、Ｇファイバ４Ｇ，Ｂファイバ４Ｂの出射端部がそれぞれ収容される。溝部２３１Ｒ，２３１Ｂは、図２（Ｃ）に示すサブ基板２３の左端では、溝部２３１Ｇが設けられている中央付近に近付き、サブ基板２３の右端に行くにつれて溝部２３１Ｇから遠ざかるように、溝部２３１Ｇに対して斜め方向に形成される。溝部２３１Ｒ，２３１Ｇがなす角θと溝部２３１Ｇ，２３１Ｂがなす角θは同じであり、溝部２３１Ｒ，２３１Ｇ，２３１Ｂの深さと幅もそれぞれ同じである。

【0022】

また、実装基板２１の上面においてサブ基板２２，２３が接合される部分には、それぞれ溝部２２１，２３１に向かい合う部分を挟んだ両側に、実装基板２１とサブ基板２２，２３とを表面活性化接合するためのマイクロバンプが形成されている。図２（Ａ）では、マイクロバンプが形成された領域を符号２１２，２１３で示している。このマイクロバンプは、例えば金（Ａｕ）などの金属材料で構成された、数μｍ程度の大きさの多数の小突起である。

【0023】

また、サブ基板２２，２３には、実装基板２１との接合面（図示された状態での下面）上に、例えば金（Ａｕ）により、表面活性化接合用の金属膜２２２，２３２がそれぞれ形成されている。金属膜２２２，２３２は、図２（Ａ）においてマイクロバンプが形成された領域２１２，２１３と重ねて表示されている。実装基板２１の上面のマイクロバンプとサブ基板２２，２３の下面の金属膜は、接合前にＡｒ（アルゴン）プラズマによって洗浄されて、それぞれの表面が活性化される。サブ基板２２，２３を実装基板２１の上に載せてそれぞれに常温で荷重を加えると、マイクロバンプと金属膜がそれぞれ接触し、マイクロバンプがつぶれることにより、マイクロバンプの金属原子と金属膜の金属原子が相互に相手方に拡散する。これにより、サブ基板２２，２３は、原子間の凝着力を利用して、実装基板２１の上面に表面活性化接合される。

【0024】

表面活性化接合は加熱を要しないことから、熱膨張係数差の残留応力による各素子の位置ずれが発生しにくく、接合物を高精度に位置決めして実装することができる。また、例えば絶縁体上シリコンのストッパ層を使用することにより、溝部２２１，２３１の深さは、サブ基板２２，２３が実装基板２１に接合されたときに実装基板２１の上面に対して予め定められた高さにマルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４の各コアが位置するように、厳密に制御されている。これにより、垂直方向に関して、マルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４とは厳密に調芯される。

【0025】

図３は、マルチコアファイバ３の断面図である。図３では、マルチコアファイバ３の長手方向に垂直な断面を模式的に示している。マルチコアファイバ３は、一例として、７本のコア３１と、各コア３１の周囲を覆うクラッド３２と、クラッド３２を覆う樹脂製の被覆３３とを有する。例えば、各コア３１の直径は数μｍ程度、隣接するコア３１の間隔ｄ１は２０〜３０μｍ程度であり、クラッド３２の直径は８０μｍ程度である。

【0026】

マルチコアファイバ３では、７本のコア３１のうち、実装基板２１の上面に対して水平に並ぶ３本のコア３１のみが使用され、その３本のコア３１が３本のシングルモードファイバ４にそれぞれ光結合される。この３本のコア３１は、図３において破線Ａと重なるコアである。すなわち、マルチコアファイバ３は、同一平面上に配列した３本のコア３１を用いて、ＲＧＢの各色レーザ光をそれぞれ導波する。これらの３本のコア３１のことを、以下ではそれぞれ「コア３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ」ともいう。マルチコアファイバ３の入射端部は、破線Ａと重なる３本のコア３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂが実装基板２１の上面に平行に配列するように、サブ基板２２により固定される。

【0027】

図４は、カラーコンバイナ２の構造を説明するための図である。図４では、カラーコンバイナ２の上面図を示している。図４に示すように、実装基板２１の面内にｘ，ｙ軸をとり、実装基板２１の面に垂直な方向にｚ軸をとる。

【0028】

上記の通り、カラーコンバイナ２で固定されるマルチコアファイバ３の入射端部と複数のシングルモードファイバ４の出射端部には、それぞれＧＩレンズ３０，４０が設けられる。ＧＩレンズ３０，４０に用いるマルチモードファイバとしては、ＮＡ（開口数）の値が例えば０．４４などの比較的高いものを使用する。ＧＩレンズ３０の先端とＧＩレンズ４０の先端との間隔Ｌ１は、例えば１４００μｍ程度である。また、例えば、ＧＩレンズ３０，４０の直径ｄ２，ｄ３は１２５μｍ程度、長さＬ２，Ｌ３は６００μｍ程度である。このＧＩレンズ３０，４０の長さは、ＧＩレンズの屈折率分布や屈折率の大きさによって最適化する必要がある。ＧＩレンズ４０の長さは、各シングルモードファイバ４のコアからＧＩレンズ４０に結合し空間２１０への放出ビームをコリメートするように選ばれる。また、ＧＩレンズ３０の長さは、このコリメート光がマルチコアファイバ３の各コア３１に高効率に集光・結合するように選ばれる。レンズ系による光ファイバ接続器の場合には少なくとも２０ｍｍ角程度の大きさが必要であるが、カラーコンバイナ２は、全体を２〜３ｍｍ角程度の大きさに小型化することが可能である。

【0029】

図４では、マルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４の間で光結合される３本のビーム６０も、模式的に示している。マルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４のどちらが出射側であっても同様であるため、ここでは、マルチコアファイバ３の３本のコア３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂの端部から３本のビーム６０が出射されたものとして説明する。ＧＩレンズ３０の長さＬ２を調整しておけば、各ビーム６０は、ＧＩレンズ３０によりコリメートされ、概略平行光としてＧＩレンズ３０から出射される。また、各ビーム６０を出射するマルチコアファイバ３の３本のコア３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂがｙ方向にずれていることに起因して、両端のコア３１Ｒ，３１Ｂからのビーム６０は、ＧＩレンズ３０から出射された後に、中央のコア３１Ｇからのビーム６０に対して斜めの方向に進む。３本のビーム６０はそれぞれコリメートされているため、各ビーム６０の延長線上にＧＩレンズ４０としてＧＩレンズ３０と同じものを配置すれば、各ビーム６０は、ＧＩレンズ４０を通り抜けた後に、各シングルモードファイバ４のコアで１点に集束する。

【0030】

上記の寸法・仕様でカラーコンバイナ２を構成した場合には、中央のＧＩレンズ４０に対して両端のＧＩレンズ４０がなす角θは、ともに６°程度が最適である。この角度θは、シングルモードファイバ４のクラッド径およびＧＩレンズ４０の径で決まる隣接するシングルモードファイバ４同士の最小コアピッチよりも、ＧＩレンズ４０の端部での各ビーム６０の間隔が大きくなるように、決定される。また、この角度θは、マルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４の間の空間部分のコリメート距離（間隔Ｌ１）も考慮して決定される。角度θの最適値は、光結合に使用されるマルチコアファイバ３のコア間隔やＧＩレンズ３０の仕様によって異なる。例えば、カラーコンバイナ２では、ＧＩレンズ３０，４０を構成するマルチモードファイバのＮＡを０．４４と比較的大きなものを使用し、コア間隔は約２３μｍとする。このとき、空間２１０からＧＩレンズ３０に異なる角度で入射した３つのコリメート光は、ＧＩレンズ３０の作用により角度・位置変換されるため、マルチコアファイバ３の異なる３つのコア３１の位置にそれぞれ結合される。

【0031】

なお、３つのＧＩレンズ４０がなす角θがこの値からずれると、各ビーム６０が入射側のファイバのコア位置に収束しなくなるため、光結合効率が急激に低下する。すなわち、この光学系では、角度誤差がファイバ間の光結合効率に大きく影響する。一方、ｘ，ｙ方向の平行移動に伴うずれに対しては、空間ビームをコリメート（平行化）しているため、位置ずれの許容範囲を比較的大きくできる。しかしながら、角度ずれを小さくするために、サブ基板２３の製造時には、ドライエッチングにより各溝部２３１の向きをサブミクロンオーダの高精度で制御し、角度θを高精度に維持した構造とすることが可能である。

【0032】

以上のことから、カラーコンバイナ２では、サブ基板２３の溝部２３１Ｒ，２３１Ｇがなす角と溝部２３１Ｇ，２３１Ｂがなす角をともにθ＝６°とする。この角θは、マルチコアファイバ３の３本のコア３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂから複数のビーム６０が出射されたときの、当該複数のビーム６０の広がり角に対応する大きさの角である。そして、各シングルモードファイバ４は、マルチコアファイバ３側の各ＧＩレンズ４０の端部が同一円周上に載るようにサブ基板２３に固定される。

【0033】

これにより、３本のシングルモードファイバ４は、その端部におけるＧＩレンズ４０のなす角が精度よく一定に保たれたまま、サブ基板２３と一体になって移動可能になる。したがって、例えば、複数のシングルモードファイバ４のうち中央に位置するＧファイバ４Ｇについて、対応するマルチコアファイバ３の中央のコア３１Ｇとの間で調芯を行えば、残りのＲファイバ４ＲとＢファイバ４Ｂについても、自動的に調芯されることになる。そこで、カラーコンバイナ２では、Ｇファイバ４Ｇとそれに対応するマルチコアファイバ３の中央のコア３１Ｇとの間でアクティブアライメントを行い、両者の光結合効率に基づいて、サブ基板２２，２３の相対位置を定める。このようにして、複数のシングルモードファイバ４とそれらに対応するマルチコアファイバ３の複数のコア３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂとをそれぞれ光結合させる。

【0034】

カラーコンバイナ２では、ＧＩレンズを用いたＳｉプラットフォーム型のデバイスとすることにより、調芯の自由度を減らすことが可能である。複数のレンズを用いた空間光学系による光ファイバ接続器の場合には、ｘ，ｙ，ｚ方向の自由度に加えて回転の自由度もあるが、カラーコンバイナ２では、実装基板２１の上面が参照平面となるので、回転の自由度とｚ方向の自由度はなくなる。したがって、カラーコンバイナ２の調芯工程では、ｘ，ｙ方向だけについて調芯を行えばよい。

【0035】

また、カラーコンバイナ２では、前述したようにマルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４の間の空間２１０において各ビーム６０がコリメートしているため、ｘ，ｙ方向については、位置ずれに対する許容誤差（トレランス）が比較的大きい。すなわち、各ビーム６０は概略平行光であるため、ｘ方向については、各ファイバ（ＧＩレンズ３０，４０）の相対位置が多少ずれても、光結合効率の変動は少ない。また、各ビーム６０はｙ方向に広がっているので、ｙ方向についても、集束ビームをアライメントする場合とは異なり、各ファイバ（ＧＩレンズ３０，４０）の相対位置が多少ずれても、光結合効率の変動は少ない。このため、Ｓｉプラットフォームにより、フラット型の光ファイバ接続器を容易に製造することが可能である。

【0036】

図５は、カラーコンバイナ２の製造工程の例を示したフロー図である。

【0037】

まず、高ＮＡのＧＩレンズ（コリメータ）３０が先端に予め接続された可視光用のマルチコアファイバ３と、マルチコアファイバ３を固定するための溝部２２１が予め形成されたサブ基板２２（第１のサブ基板）を用意しておく。また、同様に、高ＮＡのＧＩレンズ（コリメータ）４０が先端に予め接続された可視光用の３本のシングルモードファイバ４と、シングルモードファイバ４をそれぞれ固定するための溝部２３１が予め形成されたサブ基板２３（第２のサブ基板）も用意しておく。サブ基板２３には、溝部２３１として、一方の端部で中央付近に近付き、互いにθ＝６°の角をなす３本の溝部２３１Ｒ，２３１Ｇ，２３１Ｂを予め形成しておく。

【0038】

そして、ＧＩレンズ３０付きのマルチコアファイバ３の端部を、サブ基板２２の溝部２２１に固定する（ステップＳ１）。また、ＧＩレンズ４０付きの３本のシングルモードファイバ４の端部を、サブ基板２３の溝部２３１にそれぞれ固定する（ステップＳ２）。そして、サブ基板２２とサブ基板２３を実装基板２１上に配置する（ステップＳ３）。

【0039】

続いて、３本のシングルモードファイバ４のうち中央に位置するＧファイバ４Ｇと、Ｇファイバ４Ｇに対応するマルチコアファイバ３の中央のコア３１Ｇとの間でアクティブアライメントを行って、サブ基板２２とサブ基板２３の相対位置を定める（ステップＳ４）。その際は、例えば、サブ基板２２を実装基板２１上に固定し、制御部、光検出器および移動機構を有する図示しない調芯装置を使用して、マルチコアファイバ３の中央のコア３１ＧとＧファイバ４Ｇとの間の光結合効率に基づきサブ基板２３の位置を調整する。具体的には、例えば、光源部５を発光させてＧファイバ４Ｇからレーザ光を出射させ、調芯装置の制御部が、フォトダイオードなどの光検出器を用いて、マルチコアファイバ３の中央のコア３１Ｇに結合されるレーザ光の強度に応じた出力電圧をモニタする。そして、調芯装置の制御部が、移動機構を用いてサブ基板２３の位置をｘ，ｙ方向にサブミクロンオーダで微調整しながら、光検出器の出力電圧が最大となるときのサブ基板２３の位置を決定する。なお、上記とは逆に、先にサブ基板２３を実装基板２１上に固定し、サブ基板２２の位置を調整してもよい。

【0040】

最後に、相対位置が定められたサブ基板２２，２３に荷重を加えて、これらのサブ基板を表面活性化接合により実装基板２１上に接合する（ステップＳ５）。以上で、カラーコンバイナ２の製造工程は終了する。

【0041】

再び図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、光源部５について説明する。光源部５は、実装基板５１と、レーザ素子５２と、サブ基板５３と、ドライバＩＣ５４とを有する。光源部５は、３本のシングルモードファイバ４およびマルチコアファイバ３が導波する赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各色レーザ光を発光する。

【0042】

実装基板５１は、その上面にレーザ素子５２、サブ基板５３およびドライバＩＣ５４が実装されるシリコン製の基板である。実装基板５１には上面から底面に貫通するシリコン貫通電極が設けられており、実装される各素子の配線は、その貫通電極により実装基板５１の裏面に引き回されている。実装基板５１は、図示しない回路基板の上に搭載され、その回路基板から、貫通電極を通してレーザ素子５２とドライバＩＣ５４に電気信号が供給される。

【0043】

レーザ素子５２は、ＲＧＢの各色レーザ光をそれぞれ発光する３個のレーザダイオードである。図２（Ａ）では、３個のレーザ素子５２を、発光色のＲＧＢで区別して、それぞれ「レーザ素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂ」と示している。レーザ素子５２は、半田実装などでドライバＩＣ５４が実装された後に、表面活性化接合で実装基板５１の上面に実装される。また、レーザ素子５２は、放熱特性を改善し実装基板５１の表面を基準面として高精度に位置決めするために、活性層が実装基板５１側に位置するように、フェイスダウン（ジャンクションダウン）で実装される。

【0044】

サブ基板５３は、サブ基板２２と同様の「コ」の字型のシリコン基板またはガラス基板であり、集束用のＧＩレンズを先端に設けたシングルモードファイバ４の入射端部（レーザ素子５２側の端部）を固定する。集束用のＧＩレンズは省略することが可能であるが、直接結合（Butt Coupling）の場合には、シングルモードファイバ４の端面とレーザ素子５２の端面とをμオーダで近接させる必要があるため、ＧＩレンズを用いて空間を空け、調芯の許容値を拡げることが望ましい。光源部５には、３本のシングルモードファイバ４にそれぞれ対応する３個のサブ基板５３が設けられている。

【0045】

なお、レーザ素子５２と対応するシングルモードファイバ４の間でも、カラーコンバイナ２とは独立に、アクティブアライメントが行われる。その際は、レーザ素子５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂのそれぞれについて、対応するシングルモードファイバ４に結合される光強度に基づき、実装基板５１上におけるサブ基板５３の位置が個別に調整される。そして、各サブ基板５３は、アクティブアライメントにより定められた位置で、表面活性化接合により実装基板５１の上面に接合される。

【0046】

ドライバＩＣ５４は、レーザ素子５２を駆動する機構であり、光源部５の制御部として機能する。ドライバＩＣ５４は、デジタルインタフェースを実装していることが好ましく、制御部としてＣＰＵやメモリなどのコア部分を含んでいればなおよい。ドライバＩＣ５４は、実装基板５１上に半田で実装される。

【0047】

図６は、光モジュール１Ａの斜視図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、それぞれ、光モジュール１Ａの上面図および側面図である。光モジュール１Ａは、同一基板上に搭載されたカラーコンバイナ２Ａと光源部５Ａを有するマルチコアファイバモジュールである。

【0048】

光モジュール１Ａの構成は、光モジュール１の実装基板２１と実装基板５１が一体の実装基板２１Ａになったことを除いて光モジュール１の構成と同様であるため、重複する説明を省略する。実装基板２１Ａは、実装基板２１，５１と同様のシリコン製の基板であり、光モジュール１Ａ内で共通のＳｉプラットフォームとなる。このように、カラーコンバイナと光源部を同じＳｉプラットフォーム上に一体で搭載してもよい。

【0049】

図８は、光モジュール１Ｂの斜視図である。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、それぞれ、光モジュール１Ｂの上面図および側面図、ならびにサブ基板２３Ｂの裏面図である。光モジュール１Ｂも、光モジュール１Ａと同様に、同一基板上に搭載されたカラーコンバイナ２Ｂと光源部５Ｂを有するマルチコアファイバモジュールである。

【0050】

光モジュール１Ｂの構成も光モジュール１の構成と同様であるため、光モジュール１と異なる部分のみを以下で説明する。まず、光モジュール１Ｂでも、光モジュール１Ａと同様に、光モジュール１の実装基板２１，５１が一体の実装基板２１Ｂになっている。実装基板２１Ｂは、実装基板２１，５１と同様のシリコン製の基板であり、光モジュール１Ｂ内で共通のＳｉプラットフォームとなる。

【0051】

また、光モジュール１Ｂでは、光モジュール１のサブ基板２３，５３が一体のサブ基板２３Ｂになっている。図９（Ｃ）に示すように、サブ基板２３Ｂには、サブ基板２３と同様に、一方の端部で中央付近に近付き、互いにθ＝６°の角をなす３本の溝部２３１Ｒ’，２３１Ｇ’，２３１Ｂ’が形成されている。光モジュール１Ｂでは、これらの溝部により、光源部５Ｂにおいても、各シングルモードファイバ４の入射端部が互いにθ＝６°の角をなすように配置される。このため、光モジュール１Ｂでは、両端のレーザ素子５２Ｒ，５２Ｂも、各シングルモードファイバ４の設置角度に合わせて、中央のレーザ素子５２Ｇに対して斜めに配置される。

【0052】

なお、光モジュール１Ｂの場合、レーザ素子５２とシングルモードファイバ４の間の調芯は、３つの光源について同時に行われる。例えば、光モジュール１の場合と同様にしてサブ基板２２に対するサブ基板２３Ｂの位置が定められたときに、各レーザ素子５２と対応するシングルモードファイバ４の間の光結合効率が最大になるように、各レーザ素子５２のｘ、ｙ方向の位置がそれぞれ調整される。そして、それぞれ定められた位置において、サブ基板２２，２３Ｂと各レーザ素子５２は、実装基板２１Ｂ上に表面活性化接合される。この場合も、調芯を容易とするために、シングルモードファイバ４の端面には集束用のＧＩレンズを接続して、レーザ素子５２との間に空間を設け、間隔を空ける構造とすることが望ましい。

【0053】

以上説明したカラーコンバイナ２，２Ａ，２Ｂでは、Ｓｉプラットフォーム型のデバイスとして構成することにより、例えば複数のレンズを用いた空間光学系による光ファイバ接続器と比べて、調芯が必要な箇所が少なくなるため、調芯工程が簡略化される。また、カラーコンバイナ２，２Ａ，２Ｂにより、従来のものより小型化したＲＧＢレーザ光の合波器が提供される。カラーコンバイナ２，２Ａ，２Ｂを用いた光モジュール１，１Ａ，１Ｂは、例えばレーザプロジェクタやファイバスキャナなどの光源として応用可能である。

【0054】

なお、上記した光モジュール１，１Ａ，１Ｂでは、いずれもシングルモードファイバ４側に光源部５があるが、例えばマルチコアに対応した発光点を持つマルチエミッタ型のレーザ素子を光源に使用すれば、マルチコアファイバ３の側に光源部があってもよい。すなわち、カラーコンバイナ２，２Ａ，２Ｂでは、マルチコアファイバ３とシングルモードファイバ４の間で、入射側と出射側が逆になってもよい。

【0055】

また、シングルモードファイバの本数は、３本に限らず、何本でもよい。例えば、ＲＧＢの各色レーザ光を導波するファイバが色ごとに多重化されていてもよいし、ＲＧＢ用のファイバに加えて赤外線などの他の波長の光を導波するファイバがあってもよい。あるいは、複数のシングルモードファイバで同じ波長（同色）の光を導波してもよい。また、シングルモードファイバの本数は、マルチコアファイバの同一平面上に配列したコアの総数と異なっていてもよいし、マルチコアファイバについては、同一平面上に配列した複数のコアのうちの一部のみを使用してもよい。それらの場合でも、光結合に使用するマルチコアファイバの同一平面上の複数のコアとそれらに対応する本数のシングルモードファイバとを２つのサブ基板によりそれぞれ横一列に並べて固定して、両者を同様に光結合させることが可能である。

【符号の説明】

【0056】

１，１Ａ，１Ｂ 光モジュール
２，２Ａ，２Ｂ カラーコンバイナ
２１，２１Ａ，２１Ｂ 実装基板
２２，２３，２３Ｂ サブ基板
３ マルチコアファイバ
３０ ＧＩレンズ
４，４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ シングルモードファイバ
４０ ＧＩレンズ
５，５Ａ，５Ｂ 光源部
５２，５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂ レーザ素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】