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発明の名称 光集積装置及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−51142(P2001−51142A)
公開日 平成13年2月23日(2001.2.23)
出願番号 特願平11−227397
出願日 平成11年8月11日(1999.8.11)
代理人 【識別番号】100091823
【弁理士】
【氏名又は名称】櫛渕 昌之 (外1名)
【テーマコード(参考)】
2H047
4E353
5E338
【Fターム(参考)】
2H047 KA02 KA03 KA12 KB10 LA18 MA05 MA07 TA01 
4E353 AA11 BB05 CC20 CC32 DD01 EE03 GG11 GG30
5E338 AA15 CC10 EE23 EE32
発明者 井本 克之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 基板上に、導波路コア及びクラッド層を備えて成る光導波路が一体に設けられた光集積装置において、上記光導波路の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバが固定して構成されたことを特徴とする光集積装置。
【請求項2】 上記光ファイバは、光導波路の表面に形成された溝内に配設されて固定されたことを特徴とする請求項1に記載の光集積装置。
【請求項3】 上記光ファイバは、紫外線硬化接着剤により光導波路の表面に固定されたことを特徴とする請求項1または2に記載の光集積装置。
【請求項4】 上記光ファイバは、その断面形状が円形、楕円形、略半円形、または対向位置に直線部を備えた偏平形であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光集積装置。
【請求項5】 上記光ファイバは、クラッド層と導波路コアのサイズ比が、シングルモード伝送用の場合に3〜20の範囲にあり、マルチモード伝送用の場合に2〜10の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光集積装置。
【請求項6】 上記基板は、ガラス、磁性体、半導体、高分子材料、またはこれらの組合せ材料にて構成されたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光集積装置。
【請求項7】 上記光ファイバは、光導波路に形成された光回路、上記光導波路に実装された光部品の少なくとも一つと有機的に光接続されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光集積装置。
【請求項8】 上記光導波路または基板には、電気回路、電子部品または電気配線の少なくとも一つが設けられたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の光集積装置。
【請求項9】 電気回路が形成されたプリント基板に、光回路と光部品の少なくとも一つが融合して設置され、上記光回路、上記光部品が光ファイバにより光接続された光集積装置において、上記光ファイバが上記プリント基板に固定して構成されたことを特徴とする光集積装置。
【請求項10】 上記光ファイバは、紫外線硬化接着剤によりプリント基板の表面に固定されたことを特徴とする請求項9に記載の光集積装置。
【請求項11】 基板に一体化された光導波路に光回路と光部品の少なくとも一つを予め設け、上記基板または上記光導波路に電気回路、電子部品または電気配線の少なくとも一つを予め設け、その後、上記光導波路の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバを固定することを特徴とする光集積装置の製造方法。
【請求項12】 上記光ファイバを、基板上に設けられた光導波路表面の最適位置に保持し、次に、この光ファイバに紫外線硬化接着剤を塗布し、その後、この接着剤に紫外線を照射して固化させて、上記光ファイバを上記導波路表面に固定することを特徴とする請求項11に記載の光集積装置の製造方法。
【請求項13】 上記導波路の表面に溝を形成し、光ファイバを上記溝内で最適位置に保持することを特徴とする請求項11または12に記載の光集積装置の製造方法。
【請求項14】 上記光ファイバの最適位置は、光導波路に形成された光回路または上記導波路に実装された光部品の近傍に上記光ファイバの一端部を位置づけ、次に、上記光回路または上記光部品から上記光ファイバへ光信号を伝搬させて、この光ファイバの他端部にて上記光信号をモニタしながら、上記光ファイバと上記光回路または上記光部品との光軸を一致させることにより実施することを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の光集積装置の製造方法。
【請求項15】 電気回路が形成されたプリント基板に光回路と光部品の少なくとも一つを予め設置し、上記プリント基板に電子部品と電気配線の少なくとも一つを予め設置し、その後、上記プリント基板の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバを固定することを特徴とする光集積装置の製造方法。
【請求項16】 上記光ファイバを、プリント基板の表面の最適位置に保持し、次に、この光ファイバに紫外線硬化接着剤を塗布し、その後、この接着剤に紫外線を照射して固化させて、上記光ファイバを上記プリント基板表面に固定することを特徴とする請求項15に記載の光集積装置の製造方法。
【請求項17】 上記光ファイバの最適位置は、プリント基板に設置された光回路または光部品の近傍に上記光ファイバの一端部を位置づけ、次に、上記光回路または上記光部品から上記光ファイバへ光信号を伝搬させて、この光ファイバの他端部にて上記光信号をモニタしながら、上記光ファイバと上記光回路または上記光部品との光軸を一致させることにより実施することを特徴とする請求項15または16に記載の光集積装置の製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に一体に設けられた光導波路を有する光集積装置、電気回路が形成されたプリント基板に光回路、光部品等が設置された光集積装置、及びこれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信の普及のために、光回路の集積化や低価格化が要請されている。これらを実現するために、基板上に光導波路を一体に設け、この光導波路内に光回路を形成した導波路型光回路や、この導波路型光回路に光部品を実装した光集積装置(第一光集積装置)、または電気回路が形成されたプリント基板に光回路や光部品が融合して設置された光集積装置(第二光集積装置)が提案されている。
【0003】図8及び図9は、上記後者の第二光集積装置を示したものである。このうち図8の光集積装置100は、図示しないプリント基板にDFB(Distributed−feedback)レーザアレイ101、光変調器アレイ102、光合波器103、光合分波器104、ハイブリッドゲートアレイ105、光フィルタ106及びフォトディテクタ107が設置され、DFBレーザアレイ101と光変調器アレイ102が光ファイバアレイ108により、光変調器アレイ102と光合波器103が光ファイバアレイ109によりそれぞれ光接続され、光合波器103と光合分波器104が光ファイバ110により、光合分波器104とハイブリッドゲートアレイ105が光ファイバアレイ111及び112によりそれぞれ光接続され、更に、光合分波器104と光フィルタ106、光フィルタ106とフォトディテクタ107が光ファイバ113、114によりそれぞれ光接続されて構成されたものである。
【0004】ここで、上記光合波器103及び光合分波器104は導波路型光回路であり、光合分波器104及びハイブリッドゲートアレイ105がプリント基板115に設置され、このプリント基板115が上記図示しないプリント基板に取り付けられている。
【0005】このような光集積装置100では、DFBレーザアレイ101から出力された波長λ1、λ2、λ3、λ4の光信号は、光変調器アレイ102に入力されてそれぞれの光強度が変調され、次に光合波器103へ入力されて合波され、波長多重される。この光合波器103にて波長多重された光信号は光合分波器104に入力されて分波され、それぞれの波長の光信号がハイブリッドゲートアレイ105を経て再び光合分波器104に入力され合波される。この光合分波器104にて合波された光信号は、光フィルタ106にて所望の波長の光信号が選択され、フォトディテクタ107にて受光される。
【0006】また、図9に示す光集積装置120は、波長多重された光信号のうち、所望の波長の光信号を選択する光フィルタ装置であり、図示しないプリント基板に、光分波器121、光分岐回路122、光ゲート回路123、光合波器124、ドロップ受信回路125及びアッド送信回路126が設置され、光分波器121と光分岐回路122が光ファイバアレイ127により接続され、光分岐回路122と光ゲート回路123が光ファイバアレイ128により接続され、光ゲート回路123と光合波器124、ドロップ受信回路125、アッド送信回路126とがそれぞれ光ファイバアレイ129、130、131により接続されて構成されたものである。
【0007】ここで、光分波器121、光分岐回路122、光ゲート回路123、光合波器124、ドロップ受信回路125及びアッド送信回路126は、例えば導波路型光回路である。
【0008】このような光集積装置120では、波長λ1、λ2、λ3、λ4の波長多重された光信号が光分波器121の入力端132に入力されると、この光信号は、当該光分波器121にてそれぞれの波長の光信号に分波され、次に、光分岐回路122へ入力されて分岐され、その後光ゲート回路123へ入力される。この光ゲート回路123は、いずれかの光ゲートをONまたはOFF操作することによって、所望の波長の光信号を選択して光合波器124へ出力させ、またはドロップしてドロップ受信回路125に受信させる。光合波器124に入力された光信号は、この光合波器124にて合波されて、光合波器124の出力端133から出力される。また、光ゲート回路123から光合波器124へ出力された光信号に新たな光信号を追加したいときには、アッド送信回路126を駆動させることによって、このアッド送信回路126から追加すべき波長の光信号を光合波器124へ出力し、この光合波器124がこれらの波長の光を合波して出力端133から出力する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記光合波器103及び光合分波器104などの導波路型光回路や、この導波路型光回路に光部品を実装した前述の第一光集積装置には、次のような課題■〜■がある。
【0010】■ 導波路型光回路又は上記第一光集積装置における光導波路の導波路コアのパターンを小さな曲率半径(例えば5mm以下)に設定すると、導波路コアにおける光伝送損失が大幅に増大してしまうので、上記導波路コアを大きな曲率半径(例えば5mm以上)に設定しなければならない。このため、コンパクトで高集積な導波路型光回路や、コンパクトな第一光集積装置を実現することができない。
【0011】そこで、例えば図8の光集積装置100に示すように、光合波器103や光合分波器104のような単機能の光回路を個別に製作し、これらを光ファイバアレイ108、109、光ファイバ110・・・等で接続して第二光集積装置を構成しているが、これは第二光集積装置の大型化を招く。
【0012】■ 導波路型光回路や、この導波路型光回路に光部品を実装した第一光集積装置がコンパクトに製作できないことから、これらの光導波路と一体化される基板のサイズも大きくなり、低コスト化が困難となる。このように基板サイズが大きくなると、基板の反りが無視できないものとなり、この基板上に設けられる、クラッド層や、この基板上に設けられる、導波路コアを形成するためのコア層の膜厚が不均一なものとなり、導波路コアを形成するためのパターニングの寸法精度も低下してしまう。これらを回避するためには、サイズの大きな基板の表面を高寸法精度に研磨する研磨装置や、大規模な成膜装置、上記パターニングのための大規模なドライエッチング装置が必要となり、導波路型光回路や第一光集積装置のコストアップが避けられない。
【0013】■ 図9に示す光集積装置120のように、特に光ゲート回路123、光合波器124、ドロップ受信回路125、アッド送信回路126間の光伝送路は、互いに交差する箇所が多いために光ファイバアレイ129、130、131にて構成されているが、これらの光伝送路を光導波路における導波路コアによって形成しようとすると、製造が困難となるばかりか、これらの光伝送路に伝搬される光信号間においてクロストークの劣化が発生してしまう。
【0014】更に、図8及び図9に示す光集積装置100、光集積装置120(第二光集積装置)には、次の課題■がある。
【0015】■ 例えば光集積装置100においてDFBレーザアレイ101、光変調器アレイ102、光合波器103、光合分波器104・・・を光ファイバアレイ108、109、光ファイバ110・・・を用いて光接続した後、上記DFBレーザアレイ101、光変調器アレイ102、光合波器103、光合分波器104・・・を図示しないプリント基板に設置し、光ファイバアレイ108、109、光ファイバ110・・・を上記プリント基板に固定しないことから、DFBレーザアレイ101、光変調器アレイ102、光合波器103、光合分波器104・・・のプリント基板への設置の作業性を良好にするため、DFBレーザアレイ101、光変調器アレイ102、光合波器103、光合分波器104・・・は、光接続のために必要な長さ以上の長さに設定されている。図9に示す光集積装置120の光ファイバアレイ127、128、129・・・についても同様である。このため、光集積装置100や光集積装置120のコンパクト化を図ることができない。
【0016】本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、装置をコンパクト化できる光集積装置及びその製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明は、基板上に、導波路コア及びクラッド層を備えて成る光導波路が一体に設けられた光集積装置において、上記光導波路の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバが固定して構成されたことを特徴とするものである。
【0018】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記光ファイバが、光導波路の表面に形成された溝内に配設されて固定されたことを特徴とするものである。
【0019】請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記光ファイバが、紫外線硬化接着剤により光導波路の表面に固定されたことを特徴とするものである。
【0020】請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、上記光ファイバの断面形状が円形、楕円形、略半円形、または対向位置に直線部を備えた偏平形であることを特徴とするものである。
【0021】請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、上記光ファイバにおけるクラッド層と導波路コアのサイズ比が、シングルモード伝送用の場合に3〜20の範囲にあり、マルチモード伝送用の場合に2〜10の範囲にあることを特徴とするものである。
【0022】請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、上記基板が、ガラス、磁性体、半導体、高分子材料、またはこれらの組合せ材料にて構成されたことを特徴とするものである。
【0023】請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、上記光ファイバが、光導波路に形成された光回路、上記光導波路に実装された光部品の少なくとも一つと有機的に光接続されたことを特徴とするものである。
【0024】請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、上記光導波路または基板には、電気回路、電子部品または電気配線の少なくとも一つが設けられたことを特徴とするものである。
【0025】請求項9に記載の発明は、電気回路が形成されたプリント基板に、光回路と光部品の少なくとも一つが融合して設置され、上記光回路、上記光部品が光ファイバにより光接続された光集積装置において、上記光ファイバが上記プリント基板に固定して構成されたことを特徴とするものである。
【0026】請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、上記光ファイバが、紫外線硬化接着剤によりプリント基板の表面に固定されたことを特徴とするものである。
【0027】請求項11に記載の発明は、基板に一体化された光導波路に光回路と光部品の少なくとも一つを予め設け、上記基板または上記光導波路に電気回路、電子部品または電気配線の少なくとも一つを予め設け、その後、上記光導波路の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバを固定することを特徴とするものである。
【0028】請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の発明において、上記光ファイバを、基板上に設けられた光導波路表面の最適位置に保持し、次に、この光ファイバに紫外線硬化接着剤を塗布し、その後、この接着剤に紫外線を照射して固化させて、上記光ファイバを上記導波路表面に固定することを特徴とするものである。
【0029】請求項13に記載の発明は、請求項11または12に記載の発明において、上記導波路の表面に溝を形成し、光ファイバを上記溝内で最適位置に保持することを特徴とするものである。
【0030】請求項14に記載の発明は、請求項11乃至13のいずれかに記載の発明において、上記光ファイバの最適位置は、光導波路に形成された光回路または上記導波路に実装された光部品の近傍に上記光ファイバの一端部を位置づけ、次に、上記光回路または上記光部品から上記光ファイバへ光信号を伝搬させて、この光ファイバの他端部にて上記光信号をモニタしながら、上記光ファイバと上記光回路または上記光部品との光軸を一致させることにより実施することを特徴とするものである。
【0031】請求項15に記載の発明は、電気回路が形成されたプリント基板に光回路と光部品の少なくとも一つを予め設置し、上記プリント基板に電子部品と電気配線の少なくとも一つを予め設置し、その後、上記プリント基板の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバを固定することを特徴とするものである。
【0032】請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の発明において、上記光ファイバを、プリント基板の表面の最適位置に保持し、次に、この光ファイバに紫外線硬化接着剤を塗布し、その後、この接着剤に紫外線を照射して固化させて、上記光ファイバを上記プリント基板表面に固定することを特徴とするものである。
【0033】請求項17に記載の発明は、請求項15または16に記載の発明において、上記光ファイバの最適位置は、プリント基板に設置された光回路または光部品の近傍に上記光ファイバの一端部を位置づけ、次に、上記光回路または上記光部品から上記光ファイバへ光信号を伝搬させて、この光ファイバの他端部にて上記光信号をモニタしながら、上記光ファイバと上記光回路または上記光部品との光軸を一致させることにより実施することを特徴とするものである。
【0034】請求項1、5、6、7、8に記載の発明には、次の作用がある。
【0035】基板上に一体化された光導波路の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバが固定して構成されたことから、光導波路内に形成された光回路同士、光導波路に実装された光部品同士、または上記光回路と上記光部品とを上記光ファイバを用いて、小さな曲率半径で光接続できるので、光集積装置をコンパクト化できる。
【0036】また、光導波路の表面に固定された光ファイバは互いに交差して実装できるので、光導波路内に形成された光回路や、光導波路に実装された光部品を高密度に配置した光集積装置を、光導波路の寸法を大きくすることなく実現でき、従って、光集積装置のコンパクト化を図ることができる。
【0037】更に、光ファイバは光導波路の導波路コアに比べて光伝送損失が低いことから、光導波路内に形成された光回路同士、光導波路に実装された光部品同士、または上記光回路と上記光部品とを、光導波路表面に固定された光ファイバを用いて、低い伝送損失の下で光接続できる。
【0038】請求項2に記載の発明には、次の作用がある。
【0039】光導波路表面上の光ファイバが、光導波路の表面に形成された溝内に配設されて固定されたことから、光ファイバを光導波路の表面に確実に固定することができる。
【0040】請求項3に記載の発明には、次の作用がある。
【0041】光ファイバが、紫外線硬化接着剤を用いて光導波路の表面に固定されることから、光ファイバの固定を容易に実施できるので、光集積装置を安価に製作できる。
【0042】請求項4に記載の発明には、次の作用がある。
【0043】断面楕円形状の光ファイバは断面円形状の光ファイバよりも光導波路の表面に固定されやすく、また、断面略半円形状の光ファイバは断面楕円形状の光ファイバよりも光導波路の表面に固定されやすい。更に、対向位置に直線部を備えた偏平形状の光ファイバは、いずれの直線部においても光導波路の表面に良好に固定できるので、光ファイバ固定の作業性を向上させることができる。
【0044】請求項9に記載の発明には、次の作用がある。
【0045】プリント基板に設置された光回路、光部品を光接続する光ファイバが、プリント基板に固定して構成されたことから、光回路、光部品を光ファイバを用いて接続した後、これらの光回路等をプリント基板に設置し、光ファイバをプリント基板に固定しない場合に比べ、光ファイバを短く構成できる。このため、光集積装置をコンパクト化できる。
【0046】請求項10に記載の発明には、次の作用がある。
【0047】光ファイバが、紫外線硬化接着剤を用いてプリント基板に固定されることから、光ファイバの固定を容易に実施できるので、光集積装置を安価に製作できる。
【0048】請求項11、13,14に記載の発明には、次の作用がある。
【0049】基板上に一体化された光導波路の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバが固定して構成されたことから、光導波路内に形成された光回路同士、光導波路に実装された光部品同士、または上記光回路と上記光部品とを光ファイバを用いて、小さな曲率半径で光接続できるので、光集積装置をコンパクト化できる。
【0050】また、光導波路の表面に固定された光ファイバは互いに交差して実装できるので、光導波路内に形成された光回路や、光導波路に実装された光部品を高密度に配置した光集積装置を、光導波路の寸法を大きくすることなく実現でき、従って、光集積装置のコンパクト化を図ることができる。
【0051】更に、光ファイバは光導波路の導波路コアに比べて光伝送損失が低いことから、光導波路内に形成された光回路同士、光導波路に実装された光部品同士、または上記光回路と上記光部品とを、光導波路表面に固定された光ファイバを用いて、低い伝送損失の下で光接続できる。
【0052】請求項12に記載の発明には、次の作用がある。
【0053】光ファイバが、紫外線硬化接着剤を用いて光導波路の表面に固定されることから、光ファイバの固定を容易に実施できるので、光集積装置を安価に製作できる。
【0054】請求項15,17に記載の発明には、次の作用がある。
【0055】電気回路が形成されたプリント基板に光回路、光部品、電子部品、電気配線を設置した後に、光ファイバを最適位置に位置づけてプリント基板に固定し、この光ファイバにて光回路、光部品を光接続することから、光回路、光部品に光ファイバを光接続した後に、これらの光回路等をプリント基板に設置し、光ファイバをプリント基板に固定しない場合に比べ、光ファイバを短く構成できる。このため、光集積装置をコンパクト化できる。
【0056】請求項16に記載の発明には、次の作用がある。
【0057】光ファイバが、紫外線硬化接着剤を用いてプリント基板に固定されることから、光ファイバの固定を容易に実施できるので、光集積装置を安価に製作できる。
【0058】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0059】[A]第一の実施の形態(図1、図2)
図1は、本発明に係る光集積装置の第一の実施の形態を示し、(A)が平面図、(B)が図1(A)のI−I線に沿う断面図である。
【0060】この図1に示す光集積装置10は、基板11上に、導波路コア12及びクラッド層13を備えてなる光導波路14が一体に設けられ、この光導波路14の表面に、光信号を伝搬可能な光配線ファイバ15が固定して構成されたものである。
【0061】上記基板11は、ガラス(例えば石英系ガラス、多成分系ガラス等)、磁性体(例えばアルミナ、ルミセラム等のセラミックス)、半導体(Si、GaAs等)、高分子材料(例えばポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等)或いはこれらの組み合わせ材料(例えばガラスーエポキシ混合型プリント基板、積層構造型基板等)等によって構成されている。
【0062】上記光導波路14は、低屈折率のクラッド層13内に高屈折率の導波路コア12が埋設されて構成され、この導波路コア12内を光信号が伝搬可能とされる。この導波路コア12により光分岐結合回路、光スターカプラ回路、光合分波回路、光フィルタ回路、光スイッチ回路、光変調回路等の図示しない光回路が、光導波路14内に少なくとも一つ形成されている。
【0063】また、基板11の表面、裏面もしくは内部、または光導波路14の表面、裏面もしくは内部に図示しない電気回路、電子部品、電気配線の少なくとも一つが設けられていても良い。
【0064】上記光配線ファイバ15は、低屈折率のクラッド16内に高屈折率のコア17が収納されて構成される。このコア17は、ガラス(例えば石英系ガラス、多成分系ガラス等)またはプラスチック(非晶質透明フッ素系樹脂、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、フッ素樹脂、架橋アクリル樹脂等)により構成される。また、クラッド16は、コア17におけると同種のプラスチックにて構成される。
【0065】この光配線ファイバ15におけるクラッド16とコア17のコア比(クラッド/コア)は、光配線ファイバ15がシングルモード伝送用光ファイバの場合には、コア17の直径が数μm〜10数μm(例えば5〜10μm)、クラッド16の直径が数10μmとなるので3〜20の範囲に設定され、マルチモード伝送用光ファイバの場合には、コア17の直径が10数μm〜50μm(例えば50μm)、クラッド16の直径が60〜80μmとなるので、2〜10の範囲に設定される。
【0066】上述のように、光配線ファイバ15の外径(つまりクラッド16の直径)は、コア17内を伝搬する光信号がクラッド16の外周面から漏れ出ない程度に小さく構成されている。このため、光配線ファイバ15は、容易に屈曲可能な可撓性の確保と、この屈曲時における光の伝送損失の増大防止が図られている。例えば、この光配線ファイバ15は曲率半径が1〜3mm程度に設定されて、直角コーナ部18が形成された場合にも、光伝送損失が良好な範囲に設定される。
【0067】ちなみに、上記直角コーナ部18を光導波路内の導波路コアにて実現しようとすると、導波路コアとクラッド層との比屈折率が1%の場合、導波路コアの屈曲による光伝送損失を許容範囲に収めるためには曲率半径5mm程度が限界である。また、導波路コアとクラッド層との比屈折率差が通常の0.3〜0.5%の場合、同様に、導波路コアの屈曲による光伝送損失を許容範囲に収めるためには曲率半径10mm程度が限界となる。
【0068】これに対し、本実施の形態では、光配線ファイバ15の曲率半径が1〜3mm程度に設定しても、この屈曲による光伝送損失を許容範囲に収めることができることから、光配線ファイバ15を可能な限り狭い領域内で配線して直角コーナ部18を形成できる。
【0069】この光配線ファイバ15は、通常、図2(A)に示す断面円形状の光ファイバ15Aが採用されるが、図2(B)に示す断面略半円形状の光ファイバ15B、図2(C)に示す断面扁平形状の光ファイバ15C、図2(D)に示す断面楕円形状の光ファイバ15Dであっても良い。断面楕円形状の光ファイバ15Dは、断面円形状の光ファイバ15Aに比べ、後述の光導波路14の表面への接着性が優れる。また、断面略半円形状の光ファイバ15Bは、直線部19に相当する平面部を光導波路14の表面に接着させることによって、断面円または楕円形状の光ファイバ15A、15Dよりも、光導波路14表面への接着性が優れる。更に、図2(C)に示す断面扁平形状の光ファイバ15Cは、光ファイバ15Bの直線部19を対向位置にそれぞれ設けたものであり、これら直線部19に相当する平面部のいずれかを光導波路14の表面に接着させることによって光導波路14表面に接着固定される。
【0070】また、この光配線ファイバ15は、光導波路14の表面との間に紫外線硬化接着剤20を塗布し、その後、この紫外線硬化接着剤20に紫外線を照射して固化させることにより、光導波路14の表面に固定される。この光配線ファイバ15は、紫外線硬化接着剤20を用いて、軸方向の少なくとも2箇所が光導波路14に固定されていればよい。この光配線ファイバ15の固定は、光導波路14に図示しない光回路または光部品を実装し、または、基板11または光導波路14に図示しない電気回路、電子部品、電気配線が実装された後の最終工程で実施される。
【0071】次に、光配線ファイバ15を光導波路14の表面に固定して、光集積装置10を製造する製造方法について説明する。
【0072】まず、基板11に電気回路、電子部品または電気配線を必要に応じて形成または実装する。次に、光導波路14を基板11に形成する際に、この光導波路14内に光回路を形成し、必要に応じてこの光導波路14内に電気回路、電子部品または電気配線を実装する。次に、光導波路14に、必要に応じて光部品や他の光回路を実装する。
【0073】その後、XYZ光軸調整器に装備された真空吸着ピンセット(共に図示せず)を用いて光配線ファイバ15の一端部21を把持し、この光配線ファイバ15の一端部21を上記光回路や光部品の近傍に位置付ける。次に、これらの光回路または光部品から光配線ファイバ15へ光信号を伝搬させ、この光信号を光配線ファイバ15の他端部22にてモニタしながら、光配線ファイバ15の一端部21と上記光回路または光部品との光軸が一致する最適位置を決定する。
【0074】次に、光配線ファイバ15を上記最適位置に保持した状態で、光配線ファイバ15と光導波路14の表面との間に紫外線硬化接着剤20を塗布する。その後、紫外線硬化接着剤20に紫外線を照射してこの紫外線硬化接着剤20を固化させ、光配線ファイバ15を光導波路14表面に固定して光集積装置10を製造する。
【0075】光配線ファイバ15が光導波路14表面に固定された段階で、この光配線ファイバ15と、光導波路14内の光回路または光導波路14に実装された他の光回路もしくは光部品とは、これらの光軸が一致しているため良好且つ有機的に光接続される。
【0076】従って、上記第一の実施の形態の光集積装置10によれば、次の効果(1)〜(4)を奏する。
【0077】(1) 基板11に一体化された光導波路14の表面に、光信号を伝搬可能な光配線ファイバ15が固定して構成されたことから、光導波路14内に形成された光回路同士、光導波路14に実装された光部品同士、または上記光回路と上記光部品とを上記光配線ファイバ15を用いて、小さな曲率半径で光接続できるので、光集積装置10をコンパクト化できる。
【0078】(2) 光配線ファイバ15は光導波路14の導波路コア12に比べて光伝送損失が低いことから、光導波路14内に形成された光回路同士、光導波路14に実装された光部品同士、または上記光回路と上記光部品とを、光導波路14に固定された光配線ファイバ15を用いて、低い伝送損失の下で光接続できる。
【0079】(3) 光配線ファイバ15が、紫外線硬化接着剤20を用いて光導波路14の表面に固定されることから、光部品や電子部品を光導波路14に設置した後に光配線ファイバ15を容易に固定できるので、光集積装置10を安価に製作できる。
【0080】(4) 断面楕円形状の光ファイバ15Dを採用した光配線ファイバ15は、断面円形状の光ファイバ15Aを採用した光配線ファイバ15よりも光導波路14の表面に固定されやすく、また、断面略半円形状の光ファイバ15Bを採用した光配線ファイバ15は、断面楕円形状の光ファイバ15Dを採用した光配線ファイバ15よりも光導波路14の表面に固定されやすい。更に、対向位置に直線部19を備えた扁平形状の光ファイバ15Cを採用した光配線ファイバ15は、いずれの直線部19に相当する平面部においても光導波路14の表面に良好に固定できるので、例えば光配線ファイバ15を捻って固定するなどの必要が無く、光配線ファイバ15の固定作業性を向上させることができる。
【0081】[B]第二の実施の形態(図3)
図3は、本発明に係る光集積装置の第二の実施の形態を示し、(A)が平面図、(B)が図3(A)のIII−III線に沿う断面図である。この第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0082】この第二の実施の形態の光集積装置30は、光導波路14の表面に溝31が形成されたものであり、この溝31内に光配線ファイバ15が収納され、紫外線硬化接着剤20の固化により、光配線ファイバ15が溝31に収納された状態で、光導波路14の表面に固定されたものである。上記溝31は、光配線ファイバ15を光導波路14表面に位置付ける前に、ドライエッチング、ウエットエッチング、レーザビーム照射加工、または超硬刃もしくはダイヤモンド刃による切削加工によって形成される。
【0083】そして、光配線ファイバ15を光導波路14に固定する際には、真空ピックアップなどを用いて、光配線ファイバ15を溝31に収納した状態で最適位置に位置付け、この状態で、紫外線硬化接着剤20を光配線ファイバ15と光導波路14表面との間に塗布して固化させ、光配線ファイバ15を光導波路14の表面に固定する。
【0084】従って、この第二の実施の形態の光集積装置30によれば、前記光集積装置10の効果(1)〜(4)に加え、次の効果(5)を奏する。
【0085】(5) 光導波路14の表面上の光配線ファイバ15が、光導波路14の表面に形成された溝31内に配設されて固定されたことから、光配線ファイバ15を光導波路14の表面に確実に固定することができる。
【0086】[C]第三の実施の形態(図4)
図4は、本発明に係る光集積装置の第三の実施の形態を示し、(A)が平面図、(B)が図4(A)のIV−IVに沿う断面図である。この第四の実施の形態において、前記第一の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0087】この第三の実施の形態の光集積装置40は、光導波路14の表面に複数本の光配線ファイバ15が互いに交差して縦横に配置され(交差部41)、紫外線硬化接着剤20を用いて光導波路14の表面に固定されたものである。
【0088】従って、この第三の実施の形態の光集積装置40によれば、第一の実施の形態の光集積装置10の効果(1)〜(4)に加え、次の効果(6)を奏する。
【0089】(6) 光導波路14の表面に固定された光配線ファイバ15を互いに交差して実装しても、これらの交差した光配線ファイバ15に伝搬される光信号間にクロストークの劣化が発生しない。このため、光導波路14内に形成された光回路や、光導波路14に実装された光部品を高密度に配置した光集積装置40を、光導波路14の寸法を大きくすることなく実現でき、従って、光集積装置40のコンパクト化を図ることができる。
【0090】[D]第四の実施の形態(図5)
図5は、本発明に係る光集積装置の第四の実施の形態を示す斜視図である。この第四の実施の形態において、前記第一の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0091】この第四の実施の形態の光集積装置50は、第一の実施の形態の光集積装置10に、光部品が具体的に実装された実施の形態である。つまり、この光集積装置50では、基板11に一体化された光導波路14内に、断面矩形上の導波路コア12(図5には図示せず)が形成され、この導波路コア12が光分岐結合回路、光合分波回路、光フィルタ回路などの光回路を構成する。また、光導波路14の前方端面51における導波路コア12のポート52、53、54、55に、複数本の光ファイバ56がそれぞれ1本ずつ接続される。更に、光導波路14の後方端面57における導波路コア12の単一のポート(図示せず)に光ファイバ58が接続される。
【0092】また、この光集積装置50では、光導波路14の図5における左方端面59付近がエッチングされ、このエッチングにより形成された凹部67に、光部品としての第一半導体レーザ61及び第二半導体レーザ62が実装されている。更に、光導波路14の表面における前方端面51側に光部品としての第一フォトダイオード63が、後方端面57側に光部品としての第二フォトダイオード64がそれぞれ実装されている。
【0093】そして、第一半導体レーザ61と第一フォトダイオード63とは、紫外線硬化接着剤20を用いて光導波路14表面に固定された第一光配線ファイバ65により有機的に光接続されている。また、第二半導体レーザ62と第二フォトダイオード64とは、紫外線硬化接着剤20を用いて光導波路14表面に固定された第二光配線ファイバ66により有機的に光接続されている。つまり、第一半導体レーザ61から出射された光信号は、第一フォトダイオード63内を伝搬して第一フォトダイオード63により受光される。また、第二半導体レーザ62から出射された光信号は、第二光配線ファイバ66内を伝搬して第二フォトダイオード64により受光される。尚、第一光配線ファイバ65と第二フォトダイオード64は交差して配置される。
【0094】従って、第四の実施の形態の光集積装置50によれば、次の効果(7)〜(10)を奏する。
【0095】(7) 基板11上に一体化された光導波路14の表面に、光信号を伝搬可能な第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66が固定して構成されたことから、光導波路14に実装された第一半導体レーザ61と第一フォトダイオード63を、また第二半導体レーザ62と第二フォトダイオード64をそれぞれ第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66を用いて、小さな曲率半径で光接続できるので、光集積装置50をコンパクト化できる。
【0096】(8) 光導波路14の表面に固定された第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66を互いに交差して実装しても、第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66に伝搬される光信号間にクロストークの劣化が発生しない。このため、光導波路14内に形成された光回路や、光導波路14に実装された第一半導体レーザ61、第二半導体レーザ62、第一フォトダイオード63、第二フォトダイオード64等の光回路を高密度に配置した光集積装置50を、光導波路14のサイズを大きくすることなく実現でき、従って、光集積装置50のコンパクト化を図ることができる。
【0097】(9) 第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66は光導波路14の導波路コア12に比べて光伝送損失が低いことから、光導波路14に実装された第一半導体レーザ61と第一フォトダイオード63とを、または第二半導体レーザ62と第二フォトダイオード64とを、光導波路14に固定されたそれぞれ第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66を用いて、低い伝送損失の下で光接続できる。
【0098】(10) 第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66が、紫外線硬化接着剤20を用いて光導波路14の表面に固定されることから、第一半導体レーザ61、第二半導体レーザ62、第一フォトダイオード63及び第二フォトダイオード64を光導波路14に実装した後に、第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66を容易に固定できるので、光集積装置50を安価に製作できる。
【0099】[E]第5の実施の形態(図6)
図6は、本発明に係る光集積装置の第五の実施の形態を示す斜視図である。この第五の実施の形態において、前記第一及び第四の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0100】この第五の実施の形態の光集積装置70も、第一の実施の形態の光集積装置10に、光部品が具体的に実装された実施の形態である。つまり、この光集積装置70では、基板11の表面、裏面または内部に電気回路、電子部品、電気配線の少なくとも一つが設けられる。また、光導波路14内には、光集積装置50と同様に、光回路を構成する断面矩形上の導波路コア12(図6には図示せず)が形成されている。
【0101】光導波路14の後方端面57における複数の導波路コア12のポート(不図示)に、複数本の光ファイバ58のそれぞれが一本ずつ接続される。また、光導波路14の左方端面59にも複数の導波路コア12のポート(不図示)が形成され、これらの各ポートに光ファイバ71が接続される。更に、光導波路14の図6における右方端面72に図示しない単一のポートが形成され、このポートに光ファイバ73が接続されている。
【0102】また、第一半導体レーザ61に光接続されると共に光導波路14表面に固定された第一光配線ファイバ65は、ポート74に接続されて光導波路14内部の光回路に接続される。このポート74は、光導波路14の図6における前右方側に形成されたエッチング凹部76に設けられる。
【0103】更に、第一フォトダイオード63は、光導波路14の表面の後方側に実装される。そして、この第一フォトダイオード63は、光導波路14表面に紫外線硬化接着剤20を用いて固定された第三光配線ファイバ75により、光導波路14の左方端面59に設けられた図示しないポートに接続されて、光導波路14内部の光回路に光接続される。ここで、第一光配線ファイバ65は、第二光配線ファイバ66及び第三光配線ファイバ75と交差して配設される。
【0104】第一半導体レーザ61から出射された光信号は、第一光配線ファイバ65内を伝搬してポート74に至り、光導波路14内の光回路へ伝送される。また、第二半導体レーザ62から出射された光信号は、第二光配線ファイバ66内を伝搬して第二フォトダイオード64により受信される。更に、光導波路14内の光回路からの光信号は、第三光配線ファイバ75内を伝搬して第一フォトダイオード63に受信される。このように、光導波路14内に形成された光回路、光導波路14に実装された第一半導体レーザ61、第二半導体レーザ62、第一フォトダイオード63、第二フォトダイオード64が、第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66、第三光配線ファイバ75を用いて有機的に光接続される。
【0105】従って、上記実施の形態の光集積装置70によれば、次の効果(11)〜(14)を奏する。
【0106】(11) 基板11上に一体化された光導波路14の表面に、光信号を伝搬可能な第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66、第三光配線ファイバ75が固定して構成されたことから、光導波路14に実装された第二半導体レーザ62と第二フォトダイオード64が第二光配線ファイバ66を用いて、光導波路14に形成された光回路と第一半導体レーザ61が第一光配線ファイバ65を用いて、または光導波路14に形成された光回路と第一フォトダイオード63が第三光配線ファイバ75を用いて、それぞれ小さな曲率半径で光接続できるので、光集積装置70をコンパクト化できる。
【0107】(12) 光導波路14の表面に固定された第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66、第三光配線ファイバ75は互いに交差して実装できるので、光導波路14内に形成された光回路や、光導波路14に実装された第一半導体レーザ61、第二半導体レーザ62、第一フォトダイオード63、第二フォトダイオード64を高密度に配置した光集積装置70を、光導波路14のサイズを大きくすることなく実現でき、従って、光集積装置70のコンパクト化を図ることができる。
【0108】(13) 第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66、第三光配線ファイバ75は光導波路14の導波路コア12に比べて光伝送損失が低いことから、第二半導体レーザ62と第二フォトダイオード64を第二光配線ファイバ66を用いて、また、光導波路14に形成された光回路と第一半導体レーザ61を第一光配線ファイバ65を用いて、更に、光導波路14に形成された光回路と第一フォトダイオード63とを第三光配線ファイバ75を用いて、それぞれ低い伝送損失の下で光接続できる。
【0109】(14) 第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66、第三光配線ファイバ75が紫外線硬化接着剤20を用いて光導波路14の表面に固定されることから、第一半導体レーザ61、第二半導体レーザ62、第一フォトダイオード63及び第二フォトダイオード64を光導波路14に設置した後に、第一光配線ファイバ65、第二光配線ファイバ66、第三光配線ファイバ75を容易に固定できるので、光集積装置70を安価に製作できる。
【0110】[F]第六の実施の形態(図7)
図7は、本発明に係る光集積装置の第六の実施の形態を示す平面図である。
【0111】この第六の光集積装置80は、電気回路が形成されたプリント基板81に、各種の光回路、光部品及び電子部品等が融合して配置され、各光回路と光部品を光接続する光配線ファイバがプリント基板81に固定されたものである。
【0112】つまり、光集積装置80は、プリント基板81にDFB(Distributed−feedback)レーザアレイ82、光変調器アレイ83、導波路型光回路84、ハイブリッドゲートアレイ85、光フィルタ86、フォトディテクタ87、レーザアレイ駆動回路88及び光ゲートアレイ駆動装置89が設置され、光変調器アレイ83と導波路型光回路84が光配線ファイバアレイ90により光接続され、導波路型光回路84とハイブリッドゲートアレイ85が光配線ファイバアレイ91及び92により光接続され、更に、導波路型光回路84と光フィルタ86、また、光フィルタ86とフォトディテクタ87がそれぞれ光配線ファイバ93、94により光接続されて構成されたものである。
【0113】また、レーザアレイ駆動回路88は、DFBレーザアレイ82と電気配線95Aにより接続されて、DFBレーザアレイ82を駆動させる。また、光ゲートアレイ駆動装置89は、ハイブリッドゲートアレイ85と電気配線95Bにより接続されて、ハイブリッドゲートアレイ85の各ゲートをON、OFF駆動させる。
【0114】上記導波路型光回路84は、基板96上に一体に設けられた光導波路97に光合波回路98及び光合分波回路99が形成されたものであり、光導波路97内の導波路コア45Aを介して、これらの光合波回路98と光合分波回路99が光接続される。同様に、光導波路97内の導波路コア45Bを介して、光配線ファイバアレイ90と光合波回路98が光接続される。また、光導波路97内の導波路コア45Cを介して光配線ファイバアレイ91と光合分波回路99が、また導波路コア45Dを介して光配線ファイバアレイ92と光合分波回路99がそれぞれ光接続される。更に、光導波路97内の導波路コア45Eを介して、光合分波回路99と光フィルタ86が光接続される。
【0115】このような光集積装置80では、DFBレーザアレイ82から出力された波長λ1、λ2、λ3、λ4の光信号は、光変調器アレイ83に入力されてそれぞれ光強度が変調され、次に、導波路型光回路84の光合波回路98へ入力されて分波され、波長多重される。この光合波回路98にて波長多重された光信号は、同じく導波路型光回路84の光合分波回路99に入力されて分波され、それぞれの波長の光信号がハイブリッドゲートアレイ85を経て再び光合分波回路99に入力され合波される。この光合分波回路99にて合波された光信号は、光フィルタ86にて所望の波長の光信号が選択され、フォトディテクタ87に受光される。
【0116】上記光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94は、DFBレーザアレイ82、光変調器アレイ83、導波路型光回路84、ハイブリッドゲートアレイ85、光フィルタ86、フォトディテクタ87、レーザアレイ駆動回路88及び光ゲートアレイ駆動装置89をプリント基板81に予め設置した後、まず、それぞれを最適位置に保持し、次に、これら光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94とプリント基板81との間に紫外線硬化接着剤46を塗布し、その後、この紫外線硬化接着剤46に紫外線を照射して固化させることにより、プリント基板81に固定される。
【0117】光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94の上述の最適位置は次のようにして決定する。
【0118】まず、XYZ光軸調整器に装備された真空吸着ピンセット(共に図示せず)を用いて、光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94のそれぞれの一端部を把持し、この一端部を、当該一端部に接続する光回路(光変調器アレイ83、導波路型光回路84、光フィルタ86)や光部品(DFBレーザアレイ82、、ハイブリッドゲートアレイ85、フォトディテクタ87)の近傍に位置付ける。次に、これらの光回路や光部品から、光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94へ光信号を伝搬させ、この光信号を、これらの光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94の他端部にてモニタしながら、これらの光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94の一端部と、この一端部に接続される光回路、光部品との光軸を一致させる。光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94の他端部と、これらに接続する光回路、光部品についても同様にして光軸を一致させる。このようにして、光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94の最適位置を順次設定する。
【0119】尚、電気配線95Aと95Bについても、紫外線硬化接着剤46を用いてプリント基板81に固定しても良い。
【0120】従って、上記第六の実施の形態の光集積装置80によれば、次の効果(15)及び(16)を奏する。
【0121】(15) 電気回路が形成されたプリント基板81に光回路(光変調器アレイ83、導波路型光回路84、光フィルタ86)、光部品(DFBレーザアレイ82、ハイブリッドゲートアレイ85、フォトディテクタ87)、電子部品(レーザアレイ駆動回路88、光ゲートアレイ駆動装置89)、電気配線95A及び95Bを設置した後に、光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93、94を順次最適位置に位置付けてプリント基板81に固定し、この光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93、94にて光回路、光部品を接続する。従って、図8に示す従来例の如く、光回路、光部品に光ファイバアレイ108、109、111、112及び光ファイバ110、113、114を接続した後に、これらの光回路や光部品をプリント基板に設置し、光ファイバアレイ108等及び光ファイバ110等をプリント基板に固定しない場合に比べ、光集積装置80は、光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93及び94を短く構成できるため、コンパクト化できる。
【0122】(16) 光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93、94が、紫外線硬化接着剤46を用いてプリント基板81に固定されることから、導波路型光回路84などの光回路、DFBレーザアレイ82などの光部品及びレーザアレイ駆動回路88などの電子部品を設置した後に、光配線ファイバアレイ90、91、92、光配線ファイバ93、94をプリント基板81に容易に固定できるので、光集積装置80を安価に製作できる。
【0123】以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0124】例えば、上記第一〜第六実施の形態において、接着剤は紫外線硬化接着剤20、46に限らず、他の接着剤であっても良い。また、図5に示す第四の実施の形態における光集積装置50、及び図6に示す第五の実施の形態における光集積装置70においては、光導波路14内の光回路同士を光配線ファイバを用いて接続しても良い。
【0125】
【発明の効果】以上のように、請求項1に記載に発明に係る光集積装置によれば、基板上に一体に設けられた光導波路の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバが固定して構成されたことから、装置をコンパクト化できる。
【0126】請求項9に記載の発明に係る光集積装置によれば、電気回路が形成され、光回路と光部品が設置されたプリント基板に、これらの光回路、光部品を光接続する光ファイバが固定して構成されたことから、装置をコンパクト化できる。
【0127】請求項11に記載の発明に係る光集積装置の製造方法によれば、基板に一体化された光導波路に光回路と光部品の少なくとも一つを予め設け、基板または光導波路に電気回路、電子部品または電気配線の少なくとも一つを予め設け、その後、光導波路の表面に光信号を伝搬可能な光ファイバを固定することから、装置をコンパクト化できる。
【0128】請求項15に記載の発明に係る光集積装置の製造方法によれば、電気回路が形成されたプリント基板に光回路と光部品の少なくとも一つを予め設置し、プリント基板に電子部品と電気配線の少なくとも一つを予め設置し、その後、プリント基板の表面に、光信号を伝搬可能な光ファイバを固定することから、装置をコンパクト化することができる。




 

 


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