JP2018189875A - 光接続構造およびその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光デバイス間を、樹脂による光導波路で端面接続できるようにする。【解決手段】第１光デバイス１０１と、第２光デバイス１０２と、光導波路１０３とを備える。光導波路１０３は、第１光デバイス１０１の光入出力部１０１ａと、第２光デバイス１０２の光入出力部１０２ａとを光学的に接続（光接続）する。また、光導波路１０３は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０４より構成されている。樹脂コア１０４は、例えば、Ｕ字状などの折り返しの構造に形成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの光デバイスを樹脂による光導波路で接続する光接続構造およびその形成方法に関する。

光通信ネットワークの進展に伴い、光通信用デバイスの集積度を向上させ、光デバイスの小型化することが強く求められている。光通信用デバイスとして用いられる光回路では、従来、ガラスをコアとする石英ガラス系からなる平面光波回路（Planar Lightwave Circuit；ＰＬＣ）が広く用いられている。これは、光ファイバとの結合に優れ、材料としての信頼性も高いため、スプリッタ、波長合分波器、光スイッチ、偏波制御素子など光通信用の多種多様な機能素子へ応用されている。

近年では、前述の光回路の小型化に対応するために、コアの屈折率を大きくし、クラッドとの屈折率差を大きくすることで最小曲げ径を小さく設計する高屈折率差の光回路の研究が進んでいる。また、近年では、光の閉じ込めの強いシリコンをコアとしたシリコンフォトニクス技術が進展し、ガラス系よりもより小型な光回路が実現されている。シリコンフォトニクス技術には、電子部品などで一般に用いられているシリコンプロセスが適用できる。

また、透明な高分子重合体などの樹脂からなる樹脂導波路などもよく知られている。また、光変調素子や波長変換素子、増幅素子としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）などに代表される強誘電体材料をコアとする光回路なども広く利用されている。また、発光素子や受光素子、光変調素子としては、インジウムリン（ＩｎＰ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などに代表されるＩＩＩ−Ｖ族半導体も実用化されており、これらに光の導波機構を有する光回路集積型の発光素子、受光素子、光変調素子なども広く応用がなされている。これら強誘電体系や半導体系の光導波路に関しても、ガラスよりも屈折率が大きいことから、光の閉じ込めが強く、回路の小型化が期待できる。以上をまとめて、単に光デバイスと呼ぶこととする。

上記のような、光デバイスの小型化に合わせて、光導波路の光入出力部の小型化の需要が増大している。従来、石英ガラス系ＰＬＣの光入出力部での光学的な接続（光接続）の例では、光ファイバのクラッド径以下に接続ピッチを小さくできないことから、光回路上で接続ピッチを広げたのちに、光ファイバと光接続することが一般的である。この接続ピッチが制限となり、光入出力部を含めると光デバイス全体が小型化できないという課題がある。このため、光ファイバのクラッド径で制限されるピッチ以下で光接続する技術が求められている。

一般に、上記光ファイバ間、光ファイバと光デバイスとの間、光デバイス同士の間の光接続においては、光デバイスの光軸に直交する接続端面同士を向かい合う状態に配置し、お互いのコア位置の軸ずれがないよう位置決めして光接続するバッドカップリング技術が知られている。他方、光デバイスの光軸に直交する接続端面から出射した光ビームをレンズなどの空間光学系を介して、集光するなどして、再度光デバイスに接続する空間系接続なども広く用いられている。

上記のバッドカップリング技術では、必ず光デバイスの光接続面同士を向かい合わせて配置しなければいけないことや、熱膨張係数や導波光のモード径の整合性の観点などから実装上の制約が大きいという課題がある。また、空間光学系結合においても、ビーム径の広がりによる制約や、微小のレンズ、ミラーなどの製造上の制約があり、接続ピッチの小型化や量産性向上に技術限界がある。

上述した限界を打破する技術として、上記素子間を樹脂導波路で接続する技術が提案されている。例えば、自己形成導波路を用いた光接続や、非特許文献１に記載のように２光子吸収を用いたナノレベルの光造形技術により、任意の光立体配線パターンを作製し、樹脂内に光を導波させて前記光ファイバ間、光ファイバと光デバイスとの間、および光デバイス同士の間を光学的に接続（光接続）する方法がある。

これは、基板上に樹脂の原材料となるレジスト液などを浸漬させ、レーザからの光ビームをレンズなどにより集光させ、前記光ビームの集光部に２光子吸収を誘起させることにより集光部の樹脂のみを硬化させ、更に、このレーザを走査することにより集光部を任意に動かし、結果として、光造形を行う技術であり、光造形型の３次元プリンタとしても知られている。

特に、２光子吸収を用いた光造形の技術は、よく知られているように、集光サイズが極微小であることから、微小駆動する走査部と組み合わせることにより、ナノレベルの光造形が可能である。

N. Lindenmann et al., "Photonic wire bonding: a novel concept for chipscale interconnects", Optics Express, vol. 20, no. 16, pp. 17667-17677, 2012.

しかしながら、上述した光造形による光学的な接続は、作製上の特徴から、形成できる配線パターンに制限がある。光造形では、一度空間上に広がった光ビームをレンズにより集光して対象となる樹脂を光硬化させている。この際に、光ビームを遮る物体がある場合は、造形ができない。例えば、造形起点となる基板から造形用レーザまでの方向を高さとすると、高さ方向の像側、あるいは、物体側のレーザ光を遮る構造物がある場合、その付近では光造形物を形成できないという課題がある。

例えば、図１４に示すように、光ファイバ６０１ａと光ファイバ６０１ｂとを光接続する場合を考える。光造形では、レンズ６０２と造形用レーザビーム６０３による露光系を用い、集光部６０４の樹脂を硬化させることで、樹脂配線を形成する。ここで、光ファイバ６０１ａ，６０１ｂは、光を導波するコア６１１の上下がクラッド６１２，６１３に挾まれている。この場合、造形用レーザビーム６０３の照射側から見て、コア６１１の位置は、クラッド６１３よりも深い位置にある。

このため、端面が相対する光ファイバ６０１ａのコア６１１と、光ファイバ６０１ｂのコア６１１とを光接続しようとすると、造形用レーザビーム６０３が上側のクラッド６１３に遮られる。この結果、光ファイバ６０１ａのコア６１１および光ファイバ６０１ｂのコア６１１の端面に直接接続する樹脂の配線パターンが形成できない。

例えば、リブ型導波路などのように、上側クラッドが空気など、構造物が無い状態、すなわちコアがむき出しになった光デバイスであれば、図１５に示すように、光デバイス７０１ａのコア７０２、および光デバイス７０１ｂのコア７０２の光軸に沿った方向に、樹脂導波路７０３が形成できる。例えば、光軸に沿った方向に光造形を行い、コア７０２の導波方向に沿って這わせるようにして樹脂を硬化させれば、樹脂導波路７０３が形成できる。樹脂導波路７０３を用いることで、コア７０２を導波する導波光のしみ出しによるエバネッセント結合により光接続する断熱的が光回路間の樹脂配線が実現できる。

しかしながら、この光接続は、コアがむき出しになっている場合に適用可能であり、前述のような埋め込み型の光導波路に対応できない。また、エバネッセント結合による光接続では、端面接続に比べて、光の接続損失が大きいという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光デバイス間を、樹脂による光導波路で端面接続できるようにすることを目的とする。

本発明に係る光接続構造の形成方法は、第１光デバイスの光入出力部の端面および第２光デバイスの光入出力部の端面をそれぞれ第１端面および第２端面とし、第１端面および第２端面を露光のための露光光の照射方向に対して垂直にかつ露光光が照射される側に向けて配置する第１工程と、露光光を照射することにより光硬化樹脂を硬化することで、第１端面から第２端面にかけて光硬化樹脂が光硬化した樹脂コアを形成し、第１端面および第２端面を樹脂コアによる光導波路で光学的に接続する第２工程とを備える。光硬化樹脂は、光硬化により光が透過する樹脂となる。

上記光接続構造の形成方法において、第２工程では、樹脂コアをＵ字状に形成して第１端面と第２端面とを光学的に接続すればよい。

上記光接続構造の形成方法において、第１工程では、第１端面および第２端面が同一の平面上に配置された状態とするとよい。

上記光接続構造の形成方法において、第１工程では、第１端面の中心部と第２端面の中心部との距離が０．３ｍｍ以下の状態とすればよい。

本発明に係る光接続構造は、第１光デバイスと、第２光デバイスと、第１光デバイスの光入出力部と第２光デバイスの光入出力部とを光学的に接続する樹脂からなる樹脂コアによる光導波路とを備え、第１光デバイスの光入出力部の端面と、第２光デバイスの光入出力部の端面とは同一の方向を向いて配置され、樹脂は、光が透過するものである。

上記光接続構造において、樹脂コアは、Ｕ字状に形成されていればよい。

上記光接続構造において、第１光デバイスの光入出力部の端面および第２光デバイスの光入出力部の端面は、同一の平面上に配置されているとよい。

上記光接続構造おいて、第１光デバイスの光入出力部の端面の中心部と第２光デバイスの光入出力部の端面の中心部との距離は、０．３ｍｍ以下とされていればよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、光デバイス間を、樹脂による光導波路で端面接続できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１における光接続構造の構成を示す断面図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１における光接続構造の形成方法を説明するための各工程における状態を示す説明図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態１における光接続構造の形成方法を説明するための各工程における状態を示す説明図である。 図３は、本発明の実施の形態１における光接続構造の他の構成を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２における光接続構造の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態３における光接続構造の構成を示す斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態３における光接続構造の構成を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態３における光接続構造の他の構成を示す斜視図である。 図８は、樹脂コアの構成例を示す平面図である。 図９は、本発明の実施の形態４における光接続構造の構成を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態４における光接続構造の構成を示す斜視図である。 図１１は、本発明の実施の形態５における光接続構造の構成を示す断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態５における光接続構造の構成を示す斜視図である。 図１３は、本発明の実施の形態６における光接続構造の構成を示す斜視図である。 図１４は、光接続構造の形成方法を説明するための説明図である。 図１５は、光接続構造の構成を示す平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における光接続構造について、図１を用いて説明する。この光接続構造は、第１光デバイス１０１と、第２光デバイス１０２と、光導波路１０３とを備える。第１光デバイス１０１は、例えば、コア１０５を備える光ファイバである。また、第２光デバイス１０２は、例えば、コア１０６を備える光ファイバである。

光導波路１０３は、第１光デバイス１０１の光入出力部１０１ａと、第２光デバイス１０２の光入出力部１０２ａとを光学的に接続（光接続）する。また、光導波路１０３は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０４より構成されている。樹脂コア１０４は、例えば、Ｕ字状などの折り返しの構造に形成されている。実施の形態１では、樹脂コア１０４の周囲の空気をクラッドとしている。

ここで、第１光デバイス１０１の光入出力部１０１ａの第１端面１２１と、第２光デバイス１０２の光入出力部１０２ａの第２端面１２２とは、同一の方向を向いて配置されている。第１端面１２１におけるコア１０５の端面と、第２端面１２２におけるコア１０６端面とを、Ｕ字状などの適切な曲率で折り返された樹脂コア１０４により接続している。

例えば、第１光デバイス１０１を伝搬してきた光が、光入出力部１０１ａの第１端面１２１において、光導波路１０３に入力される。第１端面１２１において光導波路１０３に入力された光は、光導波路１０３を伝搬し、光入出力部１０２ａの第２端面１２２において、第２光デバイス１０２に入力される。

また、例えば、第２光デバイス１０２を伝搬してきた光は、光入出力部１０２ａの第２端面１２２において、光導波路１０３に入力される。第２端面１２２において光導波路１０３に入力された光は、光導波路１０３を伝搬し、光入出力部１０１ａの第１端面１２１において、第１光デバイス１０１に入力される。

次に、本発明の実施の形態１における光接続構造の形成方法について、図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。

まず、図２Ａに示すように、第１光デバイス１０１の光入出力部１０１ａの第１端面１２１、および第２光デバイス１０２の光入出力部１０２ａの第２端面１２２を、露光のための露光光１５１が照射される方向に向けて配置する。また、第１端面１２１および第２端面１２２は、露光光１５１が照射される方向（露光光１５１の光軸１５２）に対して垂直となるように配置する（第１工程）。露光光１５１は、レーザなどの光源（不図示）から出射され、レンズなどによる光学系１５３で集光される。

次に、図２Ｂに示すように、露光光１５１を照射することにより光硬化樹脂を硬化することで、第１端面１２１から第２端面１２２にかけて光硬化樹脂が光硬化した樹脂コア１０４を形成する。光硬化樹脂は、光硬化により光が透過する樹脂となるものを用いる。例えば、樹脂コア１０４を、Ｕ字状に形成する。樹脂コア１０４を形成することで、第１端面１２１および第２端面１２２を、樹脂コア１０４による光導波路１０３で光学的に接続する（第２工程）。この工程において、樹脂を形成するための露光光学系の軌道は、３Ｄプリンタなどで用いられるいずれの技術でもよく、例えば、第１端面と第２端面の各々から樹脂を積み上げるように形成していき、頂点付近でお互いの樹脂を結合させるなどすればよい。

従来、図１４を用いて説明したように、光接続する光デバイスの端面同士を面と向かい合わせて配置している。この場合、前述したように、光造形時のレーザ光を遮る構造物による造形不良が発生し、コア端面に樹脂による光導波路を適切に接続した状態で形成することができない。

これに対し、上述した実施の形態によれば、第１光デバイス１０１の光入出力部１０１ａの第１端面１２１、および第２光デバイス１０２の光入出力部１０２ａの第２端面１２２を、露光光１５１が照射される方向に向け、かつ、光軸１５２に対して垂直に配置する。この状態で、樹脂による光導波路１０３を形成する工程を実施する。これらにより、２つの光デバイス間を、折り返し構造を有する樹脂による光導波路で接続する光接続構造を実現することが可能となる。

上述した樹脂による光導波路１０３の形成工程（第２工程）において、レーザ（露光光）とレンズ（光学系）に対し、光造形の起点となる接続端面（第１端面１２１、第２端面１２２）が容易に観察できる。またこの場合、遮蔽物の影響がない。これらのことから、２つの光デバイス間を、高効率かつ微小領域での樹脂配線を形成することが可能となる。

上述では、光デバイスが光ファイバの場合を例に説明したが、これに限るものではない。光デバイスは、光を伝搬し、また入出力するデバイスであればよい。例えば、光ファイバの他に、レーザなどの発光素子、フォトダイオードなどの受光素子、光変調器などでもよい。また、光デバイスは、アイソレータ、偏波回転、偏波分離素子、光減衰器などの任意の光機能デバイスであっても当然適用可能である。

次に、光造形の方法について、より詳細に説明する。

第１の方法としては、まず、紫外線（ＵＶ）硬化型の樹脂やＳＵ８などに代表されるフォトレジストの膜を、塗布することで光デバイスの端面に形成する。あるいは、フォトレジストを充填した容器に、光デバイスの端面を浸漬させる。

次に、所定の光学系を介し、導波路形成用のレーザからのＵＶ光を集光して照射する。この照射位置を走査して、所望とする任意の樹脂導波路を形成する。ＵＶ光が照射されたフォトレジストは、光硬化するので、照射位置を走査することで、走査の軌跡に沿って樹脂が硬化して樹脂導波路が形成できる。例えば、光源および光学系を、モータあるいはピエゾステージなどを用いて走査させればよい。

第２の方法としては、レーザとして、光硬化する樹脂が硬化する波長よりも長い波長のフェムト秒レーザを用い、光造形を行う方法がある。この方法では、集光することで一定の光強度とされた箇所に、非線形効果により、樹脂が硬化する波長の２光子吸収を発生させる。この２光子吸収が発生する集光箇所を、前述同様に走査することで、樹脂導波路を形成する。この方法によれば、よく知られているように、高精度、かつ、ナノレベルの光造形を行うことが可能である。

上述したように、光硬化により造形したのちに、未硬化領域の樹脂を除去すれば、樹脂導波路が形成できる。なお、ここで、樹脂としては、伝搬距離が微小ではあるが、光デバイスに入出力する光の波長において、透過率が高いことが好ましい。

樹脂導波路（樹脂コア）は、光を伝搬するサイズ（径）であれば、任意であるが、空気層をクラッド層にシングルモードとして伝搬する径であることが、接続損失の低減と曲げロスの低減の観点から好ましい。このシングルモードの条件は、樹脂の屈折率から計算することが可能である。更に、微小曲げを行う観点から、樹脂コアの径は小さいほど好ましい。上記２点の観点から、樹脂コアの径は、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下であること良い。

空気クラッドで閉じ込めが不可能な場合などは、図３に示すように、樹脂コア１０４を覆うクラッド層１０７を形成してもよい。上述したように、光硬化による造形で樹脂コア１０４を形成した後、樹脂コア１０４をクラッド材で埋め込んで、クラッド層１０７を形成すればよい。クラッド材は、樹脂コア１０４よりも屈折率が小さい材料とする。クラッド層１０７を形成することで、樹脂コア１０４の機械的な強度を補強できる。

ところで、光造形を実施する装置の精度上、第１端面の中心部と第２端面の中心部との距離は、０．３ｍｍ以下の状態とするとよい。光造形を行う装置の操作を行うステージの位置精度は、市販されている高精度なピエゾモータによる駆動の場合、非常に高精度であるが、その精度を担保する可動範囲は０．３ｍｍ程度である。このため、上述した距離は、装置の位置精度の範囲とした方がよい。この精度保障の可動範囲によって決定される第１端面の中心部と第２端面の中心部との距離により、樹脂コアの折り返し部の曲率を任意に決めることができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における光接続構造について、図４を用いて説明する。この光接続構造は、第１光デバイス１０１と、第２光デバイス１０２と、光導波路１０３とを備える。第１光デバイス１０１は、例えば、コア１０５を備える光ファイバである。また、第２光デバイス１０２は、例えば、コア１０６を備える光ファイバである。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。

実施の形態２では、第１端面１２１および第２端面１２２が、同一の平面１２３上に配置された状態としている。この構成とすることで、前述した実施の形態１と比較し、樹脂コア１０４を形成するための光造形の起点/終点となる第１端面１２１，第２端面１２２が、更に容易に観察可能となる。

一般に、光造形の起点/終点は、光学系による焦点位置を、観察により決定する。前述した実施の形態１では、第１端面１２１と第２端面１２２とで、焦点位置が異なることになり、焦点位置を各々決定することになる。これに対し、実施の形態２によれば、第１端面１２１と第２端面１２２とが、同一の平面１２３にあるので、焦点位置がほぼ同じであり、第１端面と第２端面の各々から樹脂を積み上げながら形成していく場合などにおいては、より容易に樹脂コア１０４の光造形ができるようになる。

第１端面１２１および第２端面１２２の位置については、機械的な実装精度で、ほぼ同一の高さとなるように配置すればよい。あるいは、より高精度に第１端面１２１および第２端面１２２の位置を決定するために、第１光デバイス１０１および第２光デバイス１０２を固定（実装）した後に、ダイシング加工あるいは、研磨加工により、第１端面１２１および第２端面１２２の位置が、より高い精度で同一となるように加工してもよい。この後に、前述と同様に、光造形を行うことで、より簡易に樹脂コア１０４が形成できるようになる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３における光接続構造について、図５、図６，図７を用いて説明する。この光接続構造は、第１光デバイス２０１と、第２光デバイス２０２と、光導波路１０３とを備える。光導波路１０３は、第１光デバイス２０１の光入出力部と、第２光デバイス２０２の光入出力部とを光学的に接続（光接続）する。また、光導波路１０３は、図６に示すように、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０４より構成されている。

第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２は、シリコン細線をコアとした光導波路を備えるデバイスである。これは、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板などを用いて作製可能である。公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術などにより、ＳＯＩ基板の表面シリコン層をパターニングし、光導波路（光回路）を構成するコア層を形成する。次に、例えば、プラズマＣＶＤ法などのよく知られた堆積法により、酸化シリコンを堆積して上部クラッド層を形成する。これらのことにより、埋め込み絶縁層を下部クラッド層とし、この上に形成されたシリコン細線によるコア層を上部クラッド層で覆った光導波路が形成できる。

ここで、光デバイスは、例えばシリコン基板上に堆積して形成された石英ガラス薄膜からなる平面光波回路でもよい。また、導波機構を有する光導波路デバイスであれば、これに限らない。例えば、基板や光導波路として、石英ガラスの他、有機物からなる樹脂や、Ｓｉ、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、ガリウムヒ素、インジウムリン（ＩｎＰ）などの半導体あるいは化合物半導体導波路、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）などの誘電体を用いてもよい。

また、光デバイスには、信号を処理するための各種信号処理光回路や、発光・受光・変調・制御などするための各種光機能素子が集積されていてもよい。光デバイスは、この接続部（接続端面）にその特徴を有するのであって、光デバイスの回路構成や回路の機能によらない。従って、以下では、光デバイスの光接続端面について説明する。

図５に示すように、光接続構造は、光造形により形成した光導波路１０３を複数本備えている。各々の光導波路１０３は、第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２の各々に形成されている各光導波路に光学的に接続されている。

第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２について、図６を用いてより詳細に説明する。第１光デバイス２０１は、コア２０５による複数の光導波路が形成された光導波路層であり、基板２１１の上に形成されている。第１光デバイス２０１の一方の光入出力部２０１ａにおける端面において、コア２０５の端面と樹脂コア１０４とが光接続される。また、第１光デバイス２０１の他方の光入出力部２０１ｂには、光ファイバ２１２が光接続されている。光ファイバ２１２は、固定部品２１３により、基板２１１に固定されている。固定部品２１３は、接着剤による接着層２１４で、基板２１１の１端面に接着されている。

また、第２光デバイス２０２は、コア２０６による複数の光導波路が形成された光導波路層であり、基板２２１の上に形成されている。第２光デバイス２０２の一方の光入出力部２０２ａにおける端面において、コア２０６の端面と樹脂コア１０４とが光接続される。また、第２光デバイス２０２の他方の光入出力部２０２ｂには、光ファイバ２２２が光接続されている。光ファイバ２２２は、固定部品２２３により、基板２２１に固定されている。固定部品２２３は、接着剤による接着層２２４で、基板２２１の１端面に接着されている。

光導波路１０３で接続された第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２は、光ファイバ伝送用の光デバイスとして機能している。

上述した光デバイスは、複数の光導波路１０３により、第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２における複数の光導波路からなる光導波路アレイ間を、微小ピッチでの光接続できる。更に、他の部品との機械干渉などから、第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２の光導波路の端面同士を向かい合わせて配置できないような場合であっても、光学接続でき、様々な光接続構造の制約を緩和することができる。

なお、第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２は、図７に示すように、側部で隣り合うように配置して、光導波路１０３で接続する構成としてもよい。この構成では、光導波路１０３は、第１光デバイス２０１および第２光デバイス２０２の平面方向に折り返されている。

次に、樹脂コアの折り返し構造について、図８を用いて説明する。例えば、図８の（ａ）に示すように、樹脂コアは、Ｕ字状の折り返し部１４１から構成することができる。また、図８の（ｂ）に示すように、樹脂コアは、Ｕ字状の折り返し部１４１と直線部１４２とから構成することができる。直線部１４２を設けることで、樹脂コアのレイアウトの設計が簡易になる。また、光デバイスとの接続性の観点からも、直線部１４２を備えている方が、光デバイス側の光軸と、形成する樹脂コアの光軸とを一致させることが容易であり、低損失に接続することができる。

更に、図８の（ｃ）や（ｄ）に示すように、先細りのテーパ部１４３、先太りのテーパ部１４４を設けてもよい。これらテーパ部により、モードフィールドを変換するようなスポットサイズ変換機能を、樹脂コアによる光導波路に設けることが可能である。このようなスポットサイズ変換機能を備えることで、各部分のモード径に合わせて低損失に接続することが可能となる。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４における光接続構造について、図９を用いて説明する。この光接続構造は、第１光デバイス３０１と、第２光デバイス３０２と、光導波路１０３とを備える。光導波路１０３は、第１光デバイス３０１の光入出力部と、第２光デバイス３０２のと光入出力部を光学的に接続（光接続）する。また、光導波路１０３は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０４より構成されている。

第１光デバイス３０１は、コア３０５を備える光ファイバである。例えば、図１０に示すように、複数の光ファイバからなる第１光デバイス３０１が、保持基板３１１の上に固定されている。また、第２光デバイス３０２は、例えば、よく知られた半導体レーザを備える。例えば、複数の半導体レーザからなる第２光デバイス３０２は、基板３２１の上に固定されている。また、基板３２１は、レーザ発振波長を安定化するための温調装置３２２の上に配置されている。

第１光デバイス３０１の各光ファイバと、第２光デバイス３０２の各レーザとが、各々樹脂コア１０４による光導波路１０３で光学的に接続されている。なお、基板の厚さ方向について、第１光デバイス３０１形成側と第２光デバイス３０２形成側とが向かい合うように配置してもよく、また、第１光デバイス３０１形成側と基板３２１側とが向かい合うように配置してもよい。ただし、樹脂コア１０４による接続する２つのデバイス間隔をより小さくするという観点からは、第１光デバイス３０１形成側と第２光デバイス３０２形成側とが向かい合うように配置した方がより好ましい。

半導体レーザは、例えば、ＩｎＰ基板やＳｉ基板などに、結晶成長あるいは貼りあわせられたＩＩＩ−Ｖ族の半導体層からなる分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザや、回折格子構造などを集積した分布反射型（Distributed Bragg Reflector:ＤＢＲ）レーザである。例えば１．３μｍ近傍や１．５５μｍ近傍で単一モード発信するＩｎＰ系の半導体を活性層とした半導体レーザが好ましい。

半導体レーザは、電流注入により閾値以上の電流で発振してレーザ光を出力し、第２光デバイス３０２の光出力部３０２ａの端面から出射し、光導波路１０３を伝搬し、第１光デバイス３０１の光入力部３０１ａより光ファイバに入射し、光出力部３０１ｂより出力される。なお、第２光デバイス３０２の半導体レーザには、図示していないが、ワイヤボンディングあるいはフリップチップ接続などにより電源あるいはドライバ回路などが接続されている。

一般に、レーザから光ファイバに光出力する際は、レーザの出力端面と光ファイバの接続端面を向かい合わせて配置し、バッドカップリングあるいは、レンズなどを介して空間系接続することになる。この光接続では、光ファイバアレイとレーザアレイとを結合するうえでは、前述の通り、バッドカップリングあるいは空間系いずれでも光ファイバのクラッド径や空間のビーム径とレンズのサイズなどに合わせ、レーザアレイを配置する必要があり、接続構成上の制約があった。

一方、この実施の形態によれば、端面同士を向かい合わせて配置することなく、レーザアレイと光ファイバアレイとの間の複数の光接続の間隔を、微小ピッチで実装することができる。このため、上述した実施の形態によれば、他の部品との機械干渉などから、光導波路同士を向かい合わせて配置できないような場合であっても、光学接続でき、様々な配置上の制約を緩和することができる。

また、複数の光ファイバの配置間隔は、クラッド径によるが、半導体レーザは、光ファイバの配置間隔にかかわらず、端面において出射端のピッチを狭めておいてもよい。上述した実施の形態によれば、複数の光導波路１０３において、半導体レーザ側の間隔を、光ファイバの間隔に変換する変換部が構成されることになる。これにより、レーザ回路自体の小型化や低損失化が実現できる。

また、樹脂コア１０４は、図８を用いて説明したように、様々な形態とすることが可能である。第１光デバイス３０１および第２光デバイス３０２における各々のモード径に合わせるように、適宜テーパ形状などを変化させることで、光導波路１０３にスポットサイズ変換機能も組み込むことが可能であり、より低損失な接続が実現できる。なお、実施の形態４においても、図７を用いて説明したように、第１光デバイス３０１および第２光デバイス３０２は、側部で隣り合うように配置して、光導波路１０３で接続する構成としてもよい。

［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５における光接続構造について、図１１、図１２を用いて説明する。この光接続構造は、第１光デバイス４０１と、第２光デバイス３０２と、光導波路１０３とを備える。光導波路１０３は、第１光デバイス４０１の光入出力部と、第２光デバイス３０２の光入出力部とを光学的に接続（光接続）する。また、光導波路１０３は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０４より構成されている。光導波路１０３、第２光デバイス３０２は、前述した実施の形態４と同様である。

この実施の形態において、第１光デバイス４０１は、コア４０５による光導波路を複数備える。また、第１光デバイス４０１は、基板４１１の上に形成されている。第１光デバイス４０１は、前述した実施の形態２の第１光デバイス２０１と同様であり、例えば、シリコン細線をコアとした光導波路を備えるデバイスである。また、第１光デバイス４０１は、例えばシリコン基板上に堆積して形成された石英ガラス薄膜からなる平面光波回路でもよい。

なお、第２光デバイス３０２は、前述した実施の形態４と同様であり、例えば、よく知られた複数の半導体レーザを備え、基板３２１の上に固定され、また、基板３２１は、レーザ発振波長を安定化するための温調装置３２２の上に配置されている。例えば、複数の樹脂コア１０４の各々が、第１光デバイス４０１の各光導波路と、第２光デバイス３０２の各半導体レーザとを接続している。半導体レーザは、電流注入により閾値以上の電流で発振してレーザ光を出力し、第２光デバイス３０２の光出力部３０２ａの端面から出射し、光導波路１０３を伝搬し、第１光デバイス４０１の光入力部４０１ａより光導波路に入射し、光出力部４０１ｂより出力される。

一般に、レーザから光導波路に光出力する際は、レーザの出力端面と光導波路の接続端面を向かい合わせて配置し、バッドカップリングあるいは、レンズなどを介して空間系接続することになる。この光接続では、光導波路アレイとレーザアレイとを結合するうえでは、前述の通り、バッドカップリングあるいは空間系いずれでも光導波路のクラッド径や空間のビーム径とレンズのサイズなどに合わせ、レーザアレイを配置する必要があり、接続構成上の制約があった。

一方、この実施の形態によれば、端面同士を向かい合わせて配置することなく、レーザアレイと光導波路アレイとの間の複数の光接続の間隔を、微小ピッチで実装することができる。このため、上述した実施の形態によれば、他の部品との機械干渉などから、光導波路同士を向かい合わせて配置できないような場合であっても、光学接続でき、様々な配置上の制約を緩和することができる。

また、複数の光導波路の配置間隔、および各半導体レーザの出射端のピッチは、いずれも小さく設定することが可能であり、光デバイス間の接続部の小型化が実現できる。

また、樹脂コア１０４は、図８を用いて説明したように、様々な形態とすることが可能である。第１光デバイス４０１および第２光デバイス３０２における各々のモード径に合わせるように、適宜テーパ形状などを変化させることで、光導波路１０３にスポットサイズ変換機能も組み込むことが可能であり、より低損失な接続が実現できる。なお、実施の形態４においても、図７を用いて説明したように、第１光デバイス４０１および第２光デバイス３０２は、側部で隣り合うように配置して、光導波路１０３で接続する構成としてもよい。

更に、第２光デバイス３０２における各半導体レーザを、各々異なる発振波長とし、これらに、光導波路１０３で光接続する第１光デバイス４０１の各光導波路に波長合分波素子など形成することで、波長多重光源を実現することも可能である。あるいは、第２光デバイス３０２における各半導体レーザに半導体光増幅素子（ＳＯＡ）を配置し、第１光デバイス４０１の光導波路でリング型共振器を構成することで、共振器長を長延化し、発振波長間隔の狭いレーザ装置を実現することも可能である。

［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態６における光接続構造について、図１３を用いて説明する。この光接続構造は、第１光デバイス５０１ａと、第２光デバイス５０１ｂと、第３光デバイス５０１ｃと、光導波路１０３ａ，１０３ｂとを備える。第１光デバイス５０１ａは、第１基板５１１ａの上に形成されている。第２光デバイス５０１ｂは、第２基板５１１ｂの上に形成されている。第３光デバイス５０１ｃは、第３基板５１１ｃの上に形成されている。光導波路１０３ａは、第１光デバイス５０１ａの光入出力部と、第２光デバイス５０１ｂの光入出力部とを光学的に接続（光接続）する。また、光導波路１０３ｂは、第２光デバイス５０１ｂの光入出力部と、第３光デバイス５０１ｃの光入出力部とを光学的に接続（光接続）する。なお、光導波路１０３ａ，１０３ｂは、光が透過する樹脂からなる樹脂コアより構成されている。光導波路１０３ａ，１０３ｂ、および各光デバイスは、前述した実施の形態と同様である。

３つの第１光デバイス５０１ａと、第２光デバイス５０１ｂと、第３光デバイス５０１ｃは、各々の光入出力部の端面が、露光のための露光光の照射方向に対して垂直にかつ露光光が照射される側に向いて配置されている。また、第１光デバイス５０１ａと、第２光デバイス５０１ｂと、第３光デバイス５０１ｃは、各々の光入出力部の端面は、同一の平面上に配置されている。

このように、３つの光デバイスであっても、前述した実施の形態と同様である。また、３つの光デバイスに限らず、４つ以上の光デバイスの場合も同様であり、光接続する光デバイスの個数に制約はなく、複数個の光デバイスを順々に樹脂による光導波路で接続することや、マトリックス配線として接続することもでき、より機能的な光デバイスを実現することが可能である。

以上に説明したように、本発明では、第１光デバイスの光入出力部の第１端面および第２光デバイスの光入出力部の第２端面を、露光のための露光光の照射方向に対して垂直にかつ露光光が照射される側に向いて配置し、第１端面および第２端面を樹脂コアによる光導波路で光学的に接続するようにした。この結果、本発明によれば、光デバイス間を、樹脂による光導波路で端面接続できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…第１光デバイス、１０１ａ…光入出力部、１０２…第２光デバイス、１０２ａ…光入出力部、１０３…光導波路、１０４…樹脂コア、１０５…コア、１０６…コア、１２１…第１端面、１２２…第２端面。

Claims (8)

1. 第１光デバイスの光入出力部の端面および第２光デバイスの光入出力部の端面をそれぞれ第１端面および第２端面とし、前記第１端面および前記第２端面を露光のための露光光の照射方向に対して垂直にかつ前記露光光が照射される側に向けて配置する第１工程と、
   前記露光光を照射することにより光硬化樹脂を硬化することで、前記第１端面から第２端面にかけて前記光硬化樹脂が光硬化した樹脂コアを形成し、前記第１端面および前記第２端面を前記樹脂コアによる光導波路で光学的に接続する第２工程と
   を備え、
   前記光硬化樹脂は、光硬化により光が透過する樹脂となることを特徴する光接続構造の形成方法。
2. 請求項１記載の光接続構造の形成方法において、
   前記第２工程では、前記樹脂コアをＵ字状に形成して前記第１端面と前記第２端面とを光学的に接続することを特徴とする光接続構造の形成方法。
3. 請求項１または２記載の光接続構造の形成方法において、
   前記第１工程では、前記第１端面および前記第２端面が同一の平面上に配置された状態とすることを特徴とする光接続構造の形成方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光接続構造の形成方法において、
   前記第１工程では、前記第１端面の中心部と前記第２端面の中心部との距離が０．３ｍｍ以下の状態とすることを特徴とする光接続構造の形成方法。
5. 第１光デバイスと、
   第２光デバイスと、
   前記第１光デバイスの光入出力部と前記第２光デバイスの光入出力部とを光学的に接続する樹脂からなる樹脂コアによる光導波路と
   を備え、
   前記第１光デバイスの光入出力部の端面と、前記第２光デバイスの光入出力部の端面とは同一の方向を向いて配置され、
   前記樹脂は、光が透過する
   ことを特徴する光接続構造。
6. 請求項５記載の光接続構造において、
   前記樹脂コアは、Ｕ字状に形成されていることを特徴とする光接続構造。
7. 請求項５または６記載の光接続構造において、
   前記第１光デバイスの光入出力部の端面および前記第２光デバイスの光入出力部の端面は、同一の平面上に配置されていることを特徴とする光接続構造。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の光接続構造おいて、
   前記第１光デバイスの光入出力部の端面の中心部と前記第２光デバイスの光入出力部の端面の中心部との距離は、０．３ｍｍ以下とされていることを特徴とする光接続構造。

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