光耦合装置以及光耦合装置的制造方法与流程

本发明涉及光耦合装置以及其制造方法。

背景技术：

已知有用于连接光元件阵列与光纤的光耦合装置(例如，参照专利文献1。)。专利文献1的光耦合装置在光回路的端面和光纤之间介入有短光纤以实现高效率的光耦合。

专利文献1的光耦合装置进行使光纤与短光纤的纤芯间无间隙面接触的物理接触连接。为了使此时的光纤以及短光纤的光轴一致，专利文献1的光耦合装置在v型槽基板上固定了微型毛细管。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2000-121871号

技术实现要素：

从光模块的小型化和零件数量削减的观点来看，期望省略v型槽基板。另一方面，还要求在光回路的端面与光纤之间实现高效率的光耦合。

因此，本发明的目的在于实现不使用v型槽基板且在光回路的端面与光纤之间的高效率的光耦合。

本发明涉及的光耦合装置包括：光纤；高na光导波路，具有比所述光纤更高的数值孔径；模场变换部，具有比所述高na光导波路的另一端更大的模场直径，使所述光纤与所述高na光导波路耦合；以及毛细管，具有保持所述高na光导波路以及所述模场变换部的贯通孔，在所述贯通孔的端部配置所述高na光导波路的另一端。

本发明涉及的光耦合装置的制造方法依次具有：熔融连接工序，将光纤以及数值孔径比所述光纤更高的高na光导波路的连接部分加热熔融之后，将所述光纤以及所述高na光导波路向拉开的方向拉伸；配置工序，将所述高na光导波路的另一端从构成毛细管的贯通孔的2个开口之中的内径较大的开口插入，以所述连接部分配置在所述贯通孔内且所述高na光导波路的另一端配置在所述贯通孔的端部的方式，将所述高na光导波路以及所述连接部分配置在所述贯通孔内；以及固定工序，使用粘合剂将所述连接部分固定在所述贯通孔内。

按照本发明，可以实现不使用v型槽基板而实现光回路与光纤之间的高效率的光耦合。

附图说明

图1是表示实施方式1涉及的光耦合装置的构成例。

图2是表示配置工序的说明图。

图3是表示实施方式1涉及的模场变换部的放大图。

图4是表示实施方式1涉及的光耦合装置的另一个实施方式。

图5是表示向光回路的连接例。

图6是表示实施方式2涉及的光耦合装置的构成例。

图7是表示实施方式2涉及的光耦合装置的构成例。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，本发明不限于以下所示的实施方式。这些实施例仅为示例，本发明可以根据本领域技术人员的知识以实施了多种变更、改良的方式实施。此外，在本说明书以及附图中符号相同的构成要素表示相同的构成要素。

(实施方式1)

图1是表示公开的光耦合装置的构成例。公开的光耦合装置具备光纤11、作为高na光导波路发挥功能的高na光纤12、模场变换部ps以及毛细管13。在本实施方式中，对光纤11以及高na光纤12的材料为石英玻璃的情况进行说明。

高na光纤12是数值孔径(na：numericalaperture)比光纤11高的光纤。高na光纤12的另一端即端部123与光回路(在后述的图5中表示的符号15)连接。通过在光纤11与光回路之间介入高na光纤12，可以使来自光纤11的光低损失地耦合到光回路。高na光纤12的端部123为了避免在端部123中的反射，优选实施8°研磨或者防反射膜。

为了提高折射率，高na光纤12的掺杂剂至少包括一种物质，作为这样的物质例如可以是ta、ge、ti以及zr。由于少量添加ta、ti、zr可以提高折射率，所以通过至少添加ta、ti或者zr中的一个，可以进一步减小在端部123中的高na光纤12的模场直径。另外，高na光纤12为了抑制由于添加物质导致热膨胀系数增大而引起的歪斜增加，也可以至少包括一种具有负热膨胀系数的物质，作为这样的物质，例如可以是sn以及hf。

光纤11与高na光纤12的组合虽然是任意的，但是优选高na光纤12的模场直径与光回路15的模场直径大体一致。例如，在模场直径为10μm的单模光纤且光回路(后述图5所示的符号15)的模场直径为3.2μm的情况下，作为高na光纤12，可以使用模场直径为3.2μm的高na单模光纤。

光纤11以及高na光纤12的na不是限定性的，例如，在光纤11的na为0.13的情况下，高na光纤12的na是0.41～0.72的任意的值。此外，光纤11以及高na光纤12既可以是单模光纤，也可以是多模光纤。此外，光纤11以及高na光纤12的包层直径既可以相同也可以不同。

模场变换部ps是高na光纤12的一端与光纤11连接的部分，具有比高na光纤12的另一端更大的模场直径。模场变换部ps的模场直径优选为连接部分中的光纤11以及高na光纤12的模场直径相等，其模场直径虽然可以是光纤11与高na光纤12的另一端的中间的模场直径，但是优选为与光纤11的模场直径相等或者比光纤11的模场直径大。

模场变换部ps优选由将光纤11与模场直径相等的高na光纤12熔融连接形成。当进行熔融连接时，通过局部加热，纤芯中添加的掺杂剂扩散，纤芯呈吊钟状分布放大。因此，模场变换部ps的模场直径成为比高na光纤12的另一端更大的模场直径，可以将异种光纤即光纤11与高na光纤12以低损失连接，并且可以扩大轴偏移的允许范围。

毛细管13具有贯通孔，在贯通孔内配置模场变换部ps。毛细管13优选为保持高na光纤12的全体。在这种情况下，优选高na光纤12的端部123与毛细管13的端部133配置在同一面上。由此，将公开的光耦合装置连接到光回路时的对准变得容易。

高na光纤12的端部123附近的内径w133优选为与高na光纤12的包层直径大致相等。例如，在高na光纤12的包层直径为125μm的情况下，内径w133优选为126≦w133≦127μm。

模场变换部ps的内径w134优选为比高na光纤12的端部123附近的内径w133大。这是为了即使进行了熔融连接的部分的包层直径变大也可以收容。例如，在高na光纤12的长度为l12，高na光纤12的包层直径为125μm的情况下，从端部134到l134的距离中的内径w134优选为127μm＜w134≦152μm。

在贯通孔的内壁面与光纤11以及高na光纤12之间的间隙填充粘合剂。由此，可以使用毛细管13保护模场变换部ps。在这种情况下，优选为端部134侧的内径比端部133侧的内径更大。特别地，虽然在图1中没有明示，但优选为从模场变换部ps到端部134侧，贯通孔的内径渐渐变大。由此，向毛细管13的贯通孔的内壁面与光纤11以及高na光纤12之间的间隙填充粘合剂变得容易。例如，即使填充到如图3所示的凹陷的部分的粘合剂中形成气泡的情况下，也可以容易除去气泡。此外，即使在光纤11以及高na光纤12的延伸径中出现偏差，也可以将模场变换部ps配置到贯通孔内。

具有内径w133以及内径w134的贯通孔可以通过扩大内径w133的贯通孔的内径的加工来形成。例如，可以举例使用钻头掘凿贯通孔内或者通过使用氟酸的蚀刻溶融贯通孔的内壁。通过使用钻头可以使贯通孔的内径一定。通过使用蚀刻，可以做到随着靠近端部134扩大贯通孔的内径。

对光耦合装置的制造方法进行说明。本发明涉及的光耦合装置的制造方法依次具有连接工序、配置工序以及固定工序。

在连接工序中，将光纤11与高na光纤12熔融连接。在这里，通常进行熔融连接，如图2所示，模场变换部ps的直径变粗。因此，在本发明的连接工序中优选对模场变换部ps中的光纤11以及高na光纤12进行加热，在光纤11以及高na光纤12熔融之后，如图2所示，将光纤11以及高na光纤12向拉开的方向拉伸。由此，可以防止模场变换部ps的直径变粗。在这种情况下，如图3所示，在模场变换部ps中的包层112以及122会凹陷。

在配置工序中，向构成毛细管13的贯通孔的2个开口中的端部134侧的开口中插入高na光纤12的开放的端部123，将模场变换部ps配置到贯通孔内。

在固定工序中，使用粘合剂将模场变换部ps固定在贯通孔内。例如，从端部134侧向图1所示的间隙131中注入紫外线硬化性树脂，从毛细管13的侧面135照射紫外线。由此可以将模场变换部ps固定在贯通孔内。

固定工序之后，将高na光纤12的端部123的长度与毛细管13的端部133的位置对齐，研磨高na光纤12的端部123。此时，优选为对端部123实施8°研磨或者防反射膜。

在图4中表示了发明涉及的光耦合装置的另一个实施方式。发明涉及的光耦合装置在毛细管13内配置了光纤11的覆层113。毛细管13具有在贯通孔内用于配置覆层113的锥度。

在光耦合装置的另一个实施方式的情况下，在连接工序中，使从覆层113到模场变换部ps为止的光纤11的长度短于从端部134到模场变换部ps为止的距离l134。

图5表示了发明涉及的光耦合装置向光回路的连接例。毛细管13的端部133连接到光回路15。由于模场直径小的高na光纤12配置在毛细管13的端部133，可以使来自光纤11的光容易耦合到玻璃材料的光导波路中。由此，本发明涉及的光耦合装置可以做到不使用v型槽基板而容易实现在玻璃材料的光导波路与光纤11之间的高效率的光耦合。

光回路15例如是使用了石英玻璃(sio2)的plc(planarlightwavecircuit：平面光波回路)芯片。本发明由于毛细管13的端部133中的模场直径小，可以将具有比折射率差为0.3％且模场直径为10μm的光导波路的plc芯片或者将具有比折射率差为1.2％且模场直径为2～5μm的光导波路的小型plc芯片适用于光回路15。

光回路15不限于使用了石英玻璃(sio2)的plc芯片，也可以是在基板上使用了硅(si)的plc芯片。另外，光回路15不限于plc芯片，也可以是光纤或任意的光学元件。例如，代替光回路15也可以用于向半导体激光器等发光元件或pd(photodiode：光电二极管)等受光元件的耦合。

此外，在高na光纤12配置在端部123的状态下光纤11保持在毛细管13内，可以通过密封筐体14与毛细管13的间隙141，进行筐体14内的密封。因此可以用于微型icr(integratedcoherent：集成相干接收机)或微型itla(integrabletunablelaserassembly：集成可调谐激光器组件)的密封。

此外，光纤11以及高na光纤12的材料也可以是塑料。在高na光纤12是塑料光纤的情况下，使用模场变换部ps的模场直径比端部123的模场直径更大的高na光纤12。另外，在连接工序中，不使用熔融连接而使用任意的粘合剂进行粘接。

(实施方式2)

图6表示了本发明涉及的光耦合装置的构成例。发明涉及的光耦合装置具备光纤11、作为高na光导波路发挥功能的plc22以及毛细管23。

plc22的na比光纤11更高。plc22的端部223与图5所示的高na光纤12相同，与光回路15连接。通过使plc22介入光纤11与光回路之间，可以使来自光纤11的光低损失地耦合到光回路15。plc22的端部223为了避免在端部223中的反射，优选实施8°研磨或防反射膜。以下，说明与实施方式1不同的点。

模场变换部ps是plc22的一端与光纤11连接的部分，具有比plc22的另一端更大的模场直径。模场变换部ps的模场直径优选为与在连接部分中的光纤11以及plc22的模场直径相等，该模场直径虽然也可以是在光纤11与plc22的另一端中间的模场直径，但是优选为与光纤11的模场直径相等或者比光纤11的模场直径更大。此外，由于plc22的模场直径依赖于正方形或长方向等纤芯的形状，plc22优选为具有使在模场变换部ps中的模场直径成为期望的值的折射率和纤芯形状。

光纤11以及plc22的材料既可以是石英玻璃也可以是塑料。在光纤11以及plc22的材料为石英玻璃的情况下，作为plc22的掺杂剂可以使用与实施方式1相同的物质。此外，plc22也可以是在硅(si)基板上层积石英玻璃。

在光纤11以及plc22的材料为石英玻璃的情况下，与实施方式1相同，模场变换部ps也可以通过将光纤11与模场直径相等的plc22熔融连接来形成。

图7是表示光纤11以及plc22的形状的一个例子。如图7的(a)所示，光纤11的直径w11也可以与plc22的对角线的长度相等。此外，如图7的(b)以及图7的(c)所示，光纤11的直径w11也可以与plc22的高w22l相等。如图7的(b)所示，光纤11的直径w11也可以与plc22的宽w22h相等。如图7的(c)所示，plc22的宽w22h也可以比光纤11的直径w11大。此外，plc22的高w22l也可以比光纤11的直径w11大。plc22的高w22l的中心或者宽w22h的中心也可以与光纤11的中心不一致。

此外，在前述的各实施方式中，高na光纤12或者plc22的光回路15侧的端部也可以连接到偏振保持光纤。由此，在光纤11与偏振保持光纤连接时可以改善消光比。

此外，在本发明中，为了便于理解，仅对一条光纤11的情况进行了说明，但是也可以是2条以上的光纤11排列的多通道的情况。在这种情况下，光纤11以及高na光纤12或者plc22既可以是1维排列也可以是2维排列。

此外，毛细管13或23的外形不限于圆形或方形，也可以是任意形状。例如，为了使高na光纤12或plc22与其他的光学零件的连接变得容易，也可以在毛细管13或23的外侧设置套管。

工业实用性

本发明可以适用于信息通信产业。

附图标记说明

11光纤

111纤芯

112包层

113覆层

12高na光纤

22plc

121、221纤芯

122、222包层

123高na光纤的端部

13毛细管

131、231间隙

133、134、233、234端部

135、235侧面

14筐体

141间隙

15光回路