JP2000266942A

JP2000266942A - 光通信デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000266942A
Application number: JP11073217A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Sakamoto; 明彦坂本; Takahiro Matano; 高宏俣野; Hirokazu Takeuchi; 宏和竹内
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光部品の特性を損なうことなく接着固定で
き、かつ長期の安定性に優れ、しかも安価に製造可能な
温度補償機能付き光通信デバイスとその製造方法を提供
する。【解決手段】無機粉末とアルカリ珪酸塩水溶液からな
る接着剤３を用いて、負の熱膨張係数を有する基材２に
正の熱膨張係数を有する光部品１を固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負の熱膨張係数を有す
る基材に正の熱膨張係数を有する光部品を接着させてな
る光通信デバイスと、その製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術の進歩に伴い、光ファイバを
用いたネットワークが急速に整備されつつある。ネット
ワークの中では、複数の波長の光を一括して伝送する波
長多重技術が用いられるようになり、波長フィルタやカ
プラ、導波路等が重要なデバイスになりつつある。

【０００３】この種のデバイスの中には、温度によって
特性が変化し、屋外での使用に支障をきたすものがある
ため、このようなデバイスの特性を温度変化によらずに
一定に保つ技術、いわゆる温度補償技術が必要とされて
いる。

【０００４】温度補償を必要とする光通信デバイスの代
表的なものとして、ファイバブラッググレーティング
（以下、ＦＢＧという）がある。ＦＢＧは、光ファイバ
のコア内に格子状に屈折率変化を持たせた部分、いわゆ
るグレーティングを形成したデバイスであり、下記の式
１に示した関係に従って、特定の波長の光を反射する特
徴を有している。このため、波長の異なる光信号が１本
の光ファイバを介して多重伝送される波長分割多重伝送
方式の光通信システムにおける重要な光デバイスとして
注目を浴びている。

【０００５】λ＝２nΛ …（式１）

【０００６】ここで、λは反射波長、nはコアの実効屈
折率、Λは格子状に屈折率に変化を設けた部分の格子間
隔を表す。

【０００７】しかしながら、このようなＦＢＧは、温度
が変化すると反射波長が変動するという問題がある。反
射波長の温度依存性は、式１を温度Ｔで微分して得られ
る下記の式２で示される。

【０００８】 ∂λ／∂Ｔ＝２｛（∂n／∂Ｔ）Λ＋n（∂Λ／∂Ｔ）｝＝２Λ｛（∂n／∂Ｔ）＋n（∂Λ／∂Ｔ）／Λ｝ …（式２）

【０００９】この式２の右辺第２項の（∂Λ／∂Ｔ）／
Λは光ファイバの熱膨張係数に相当し、その値はおよそ
０．６×１０−６／℃である。一方、右辺第１項は光フ
ァイバのコア部分の屈折率の温度依存性であり、その値
はおよそ７．５×１０−６／℃である。つまり、反射波
長の温度依存性はコア部分の屈折率変化と熱膨張による
格子間隔の変化の双方に依存するが、大部分は屈折率の
温度変化に起因していることが分かる。

【００１０】このような反射波長の変動を防止するため
の手段として、温度変化に応じた張力をＦＢＧに印加し
格子間隔を変化させることによって、屈折率変化に起因
する成分を相殺する方法が知られている。

【００１１】この具体例として、予め板状に成形した原
ガラス体を結晶化して得られる負の熱膨張係数を有する
ガラスセラミック基板に、所定の張力を印加したＦＢＧ
を固定することによって、ＦＢＧの張力をコントロール
したデバイスがＷＯ９７／２８４８０やＷＯ９７／２８
４８０に示されている。ここではＦＢＧの固定のため
に、ガラス、ポリマー、または金属が使用されている。

【００１２】上記デバイスは、温度が上昇するとガラス
セラミック基板が収縮し、光ファイバのグレーティング
部分に印加されている張力が減少する。一方、温度が低
下するとガラスセラミック基板が伸長して光ファイバの
グレーティング部分に印加されている張力が増加する。
この様に、温度変化によってＦＢＧにかかる張力を変化
させることによってグレーティング部の格子間隔を調節
することができ、これによって反射中心波長の温度依存
性を相殺することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような方法で温
度補償された光通信デバイスの最大の問題点は、光部品
の接着固定時の温度と、接着部分の長期安定性にある。
つまり、接着温度が高すぎると接着される光部品の特性
が熱によって劣化し所定の性能が維持できなくなるほ
か、製造プロセスが複雑になりコストが高くなる。一
方、接着部分の長期安定性が悪いと、接着が外れたり緩
んだりして温度補償機能の喪失や劣化をまねく。

【００１４】例えばＷＯ９７／２８４８０等に記載され
ているポリマー系接着剤は、低温で接着できるメリット
がある一方、特に高温高湿環境での長期の使用によって
接着が緩む、いわゆるクリープ現象を起こしやすく、温
度補償機能を長期にわたって維持することが困難であ
る。またガラスや金属系の接着剤を使用する場合、長期
の接着安定性には優れるものの、接着温度が高いという
欠点がある。

【００１５】このように、この種のデバイスには長期の
接着安定性と低温での接着性を兼ね備えたものがないの
が現状である。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、光部品の特性を損なうことなく接着固定でき、か
つ長期の安定性に優れ、しかも安価に製造可能な温度補
償機能付き光通信デバイスとその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の実験
を行った結果、無機粉末とアルカリ珪酸塩水溶液からな
る接着剤を用いることによって、上記目的が達成できる
ことを見出し、本発明として提案するものである。

【００１８】即ち、本発明の光通信デバイスは、正の熱
膨張係数を有する光部品が負の熱膨張係数を有する基材
に固定されてなる光通信デバイスにおいて、該光部品
が、無機粉末とアルカリ珪酸塩からなる接着剤で固定さ
れてなることを特徴とする。また本発明の光通信デバイ
スの製造方法は、負の熱膨張係数を有する基材に正の熱
膨張係数を有する光部品を固定するに当たり、無機粉末
とアルカリ珪酸塩水溶液からなる接着剤を用いることを
特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明において使用する接着剤
は、無機粉末とアルカリ珪酸塩水溶液からなる。この系
の接着剤は、２００℃以下の温度で固化可能であり、ガ
ラスや金属に比べ低温での接着が可能でありながら、ポ
リマーに見られるようなクリープ変形性を有さないの
で、長期にわたる接着信頼性が確保でき、光通信デバイ
スの製造において著しい改善効果をもたらす。

【００２０】以下、この接着剤について詳細に説明す
る。

【００２１】無機粉末には、種々の材料を単独又は混合
して使用できるが、Ｌｉを多く含むものほどアルカリ珪
酸塩との固化反応を低温で進行させることができる。こ
のため、Ｌｉを含有する無機粉末を使用することが好ま
しい。特にβ−スポジュウメン、β−スポジュウメン固
溶体、β−ユークリプタイト、β−石英固溶体はその効
果が顕著であり、室温で水に不溶性の強固な結合を生じ
させることさえ可能である。なお無機粉末の平均粒径
は、作業性、接着部分の形態等によって適宜選択可能で
あるが、通常は平均粒径で１００μｍ以下のものが好適
である。

【００２２】またアルカリ珪酸塩としては、珪酸ナトリ
ウムや珪酸カリウム等が使用可能である。アルカリ珪酸
塩は、無機粉末と反応して水に不溶性の強固な結合を生
じて固化する。この固化反応は、前述の通り、無機粉末
中のＬｉ含有量が多いほど低温で進行する。

【００２３】この接着剤は、無機粉末やアルカリ珪酸塩
水溶液の濃度や種類を選択することによって固化後の接
着剤の熱膨張係数を制御できるという利点がある。例え
ばアルカリ珪酸塩の濃度を高くしたり、アルカリ成分の
含有量を多くすると熱膨張係数を大きくできる。このよ
うに、接着剤の熱膨張係数を適宜調整できるために、基
材と光部品との接着性の熱的安定度を高めることが可能
である。

【００２４】次に、上記接着剤を用いて光通信デバイス
を製造する方法を述べる。

【００２５】まず、正の熱膨張係数を有する光部品を用
意する。なお光部品としてＦＧＢが好適に使用できる
が、これ以外の光部品にも適用可能である。

【００２６】また負の熱膨張係数を有する基材を用意す
る。基材にはガラス、ガラスセラミックス、セラミック
ス等種々の材料が使用できる。特にβ−ユークリプタイ
トやβ−石英固溶体を含むガラスセラミックやセラミッ
クスが大きな負の熱膨張性（−２０〜−１２０×１０^-7
／℃程度）を有するために好適である。しかもこれらの
材料のように、Ｌｉを含むものは、基材とアルカリ珪酸
塩との間においても強固で水に不溶性の結合を低温で形
成させることができ、理想的な接着信頼性が得られる。

【００２７】また上記した特徴を有する接着剤を用意す
る。この接着剤は、塗布前に、所定の組成・濃度に調整
したアルカリ珪酸塩水溶液に無機粉末を混練し、ペース
ト状にして使用すればよい。

【００２８】続いて、基材と光部品とを上記接着剤で接
着固定する。接着固定するに当たっては、基材の所定位
置に光部品を配置し、その接着部分に接着剤を塗布した
後、乾燥固化させることによって接着固定を完了する。
なおこの方法の代わりに、基材の所定位置に予め接着剤
を塗布した後、光学部品を配置して乾燥させる方法や、
基材に、予め接着剤を塗布した光部品を配置した後、乾
燥させる方法を採用しても差し支えない。また固化時間
を短縮するために、２００℃以下、好ましくは６０〜１
３０℃程度の温度に加温してもよい。

【００２９】このようにして、正の熱膨張係数を有する
光部品が負の熱膨張係数を有する基材に固定されてなる
光通信デバイスを得ることができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。

【００３１】（実施例１）まず、ＦＢＧ１と基材２を用
意した。基材２は、β−ユークリプタイトから成り、長
さが４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍの寸法を有し、全
長にわたって深さ０．６ｍｍのスリット２ａが形成され
ている（図１）。

【００３２】またβ−スポジュウメン固溶体を析出した
結晶化ガラスを粉砕することによって、平均粒径が１０
μｍ以下の無機粉末を得た。その後、この粉末１重量部
に対して０．７重量部の濃度２５ｗｔ％の珪酸ナトリウ
ム（ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏモル比が３．２）水溶液を加え、
十分に混練して接着剤３を得た。続いて基材２のスリッ
ト２ａ中に、ＦＢＧ１を挿入し、基材１の両端付近の２
点を上記接着剤３で接着固定することで光通信デバイス
１０を作製した（図２）。なおＦＢＧと基材との接着固
定条件は表１に示すとおりである。

【００３３】（実施例２）平均粒径が５０μｍであるβ
−ユークリプタイト粉末を準備し、この粉末１重量部に
対して１重量部の濃度３０ｗｔ％の珪酸ナトリウム（Ｓ
ｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏモル比が２．２）水溶液を加えて十分に
混練し、接着剤を得た。次いで実施例１と同じ形状を有
するβ−石英固溶体からなる負膨張性基材を準備し、基
材に設けられたスリット中にＦＢＧを実施例１と同様に
して接着固定することで光通信デバイスを作製した。

【００３４】（実施例３）平均粒径が５０μｍであるβ
−ユークリプタイト粉末を準備し、この粉末１重量部に
対して１重量部の濃度３０ｗｔ％の珪酸ナトリウム（Ｓ
ｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏモル比が２．２）水溶液を加えて十分に
混練し、接着剤を得た。次いで実施例１と同じ形状を有
するＰｂ_0.9Ｃａ_0.1（Ｆｅ_0.5Ｎｂ_0.5）_0.5Ｔｉ_0.5Ｏ₃
結晶からなる負膨張性基材を準備し、スリット中にＦＢ
Ｇを実施例１と同様にして接着固定することで光通信デ
バイスを作製した。

【００３５】（実施例４）まずコーディエライト結晶を
粉砕し、平均粒径が１０μｍ以下の無機粉末を得た。次
いでこの粉末１重量部に対して０．７重量部の濃度３０
ｗｔ％の珪酸カリウム（ＳｉＯ₂／Ｋ₂Ｏモル比が３．
５）水溶液を加えて十分に混練し、接着剤を得た。次い
でβ−石英固溶体から成り、実施例１と同じ形状を有す
る負の熱膨張性基材を準備し、ＦＢＧを実施例１と同様
にして接着固定することで光通信デバイスを作製した。

【００３６】（比較例１）実施例１と同じ負の熱膨張性
基材にエポキシ系のポリマーからなる接着剤を用いてＦ
ＢＧを接着固定することで光通信デバイスを作製した。

【００３７】（比較例２）実施例１と同じ負の熱膨張性
基材に、主成分として、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、
Ｎａ₂Ｏを含有するガラスフリットを加熱溶融すること
でＦＢＧを接着固定し、光通信デバイスを作製した。

【００３８】こうして作製した実施例と比較例の光通信
デバイスについて、ＦＢＧを基材に接着するのに必要で
あった温度と時間、初期のデバイス特性と長期安定性
（高温高湿試験後の温度補償機能の変化）を評価し、そ
の結果を表１に示した。

【００３９】

【表１】

【００４０】表から明らかなように、実施例の各光通信
デバイスは、ＦＢＧの低温接着が可能であるためＦＢＧ
の特性を損なうことなく、かつ、長期安定性が良好であ
るため、高温高湿環境下に長時間さらされても温度補償
機能が変化しなかった。これに対し、比較例１では、低
温での接着が可能であったが、高温高湿試験後には接着
剤のクリープ変形によって明らかに温度補償機能が劣化
していた。また、比較例２においては、接着に高温を必
要とするため接着直後にＦＢＧの特性が不良化してい
た。

【００４１】なお初期特性は、基材への接着固定後の所
定波長におけるＦＢＧの光の反射強度を評価したもので
あり、設計値通りの反射強度を示したものを「良」、設
計値と異なる値を示したものを「不良」とした。長期安
定性は、８０℃、相対湿度８５％環境下での高温高湿試
験を行った後の温度補償機能の変化を測定した。ここで
温度補償機能とは、反射中心波長の温度依存性を評価し
たものであり、温度依存性が小さいほど好ましい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光通信デ
バイスは、無機粉末とアルカリ珪酸塩を主成分とする接
着剤を用いて低温で接着固定されるために、初期特性が
良好である。しかも長期安定性に優れているため、特に
温度補償機能付きＦＢＧとして好適である。

【００４３】また本発明の製造方法によれば、光部品を
容易に低温で接着固定することができ、長期安定性に優
れる光通信デバイスが得られる。このため光通信システ
ムの構築、特に温度補償機能付きＦＢＧの製造技術とし
て極めて利用価値が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】基材の斜視図である。

【図２】光通信デバイスを上方から見た説明図である。

【符号の説明】

１ＦＧＢ２基材３接着剤１０光通信デバイス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正の熱膨張係数を有する光部品が負の熱
膨張係数を有する基材に固定されてなる光通信デバイス
において、該光部品が、無機粉末とアルカリ珪酸塩から
なる接着剤で固定されてなることを特徴とする光通信デ
バイス。
【請求項２】光部品がファイバブラッググレーティン
グであることを特徴とする請求項１の光通信デバイス。
【請求項３】無機粉末が、Ｌｉを含有する粉末からな
ることを特徴とする請求項１の光通信デバイス。
【請求項４】基材が、−２０〜−１２０×１０^-7／℃
の熱膨張係数を有するガラス、ガラスセラミック又はセ
ラミックスからなることを特徴とする請求項１の光通信
デバイス。
【請求項５】基材が、Ｌｉを含有するガラス、ガラス
セラミック又はセラミックスからなることを特徴とする
請求項１又は４の光通信デバイス。
【請求項６】負の熱膨張係数を有する基材に正の熱膨
張係数を有する光部品を固定するに当たり、無機粉末と
アルカリ珪酸塩水溶液からなる接着剤を用いることを特
徴とする光通信デバイスの製造方法。
【請求項７】基材に光部品を配置し、接着剤を塗布し
た後、乾燥することを特徴とする請求項６の光通信デバ
イスの製造方法。
【請求項８】光部品がファイバブラッググレーティン
グであることを特徴とする請求項６の光通信デバイスの
製造方法。
【請求項９】接着剤が、２００℃以下の温度で固化可
能であることを特徴とする請求項６の光通信デバイスの
製造方法。
【請求項１０】無機粉末として、Ｌｉを含有する粉末
を使用することを特徴とする請求項６の光通信デバイス
の製造方法。
【請求項１１】基材として、−２０〜−１２０×１０
^-7／℃の熱膨張係数を有するガラス、ガラスセラミック
又はセラミックスを使用することを特徴とする請求項６
の光通信デバイスの製造方法。
【請求項１２】基材として、Ｌｉを含有するガラス、
ガラスセラミック又はセラミックスからなることを特徴
とする請求項６又は１１の光通信デバイスの製造方法。