JP2001194623A

JP2001194623A - ファイバスタブ型光デバイス及びそれを用いた光モジュール

Info

Publication number: JP2001194623A
Application number: JP2000329632A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sato; 恭史佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】小型でアライメントが容易であり、ＬＤとの
アライメントによって、光アイソレータ部の結合状態が
変化しない、優れたファイバスタブ型光デバイス及びそ
れを用いた光モジュールを提供すること。【解決手段】フェルール３に形成した溝７により分断
された２つの貫通孔３ａ，３ａのそれぞれに光ファイバ
５，５を配設し、各光ファイバの一端部を溝７内に突出
させるとともに、各光ファイバの一端部側面を各光ファ
イバを構成するクラッド部より屈折率の高い保護部材１
１で覆い、且つ各光ファイバの一端部どうしを、溝７内
に配設した光アイソレータ２を介して光接続させるファ
イバスタブ型光デバイスＳ１とした。また、基板１４上
に、ファイバスタブ型光デバイスＳと、ファイバスタブ
型光デバイスＳに光接続させるための受光または発光す
る光素子１５を、それぞれ配設して成る光モジュールＭ
とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信機器，セン
サー等に好適に使用される光モジュールに関する。ま
た、この光モジュールに搭載され、光モジュール外部か
らの反射戻り光を遮断する光アイソレータを内蔵した、
ファイバスタブ型光デバイス及びそれを用いた光モジュ
ールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信の光源に用いられるレーザーダイ
オード（以下、ＬＤともいう）は、出射した光がある箇
所で反射し、再びＬＤの活性層に戻ると発振状態が乱
れ、出射パワーの変動や波長ずれ等が生じ、これにより
信号が劣化する。

【０００３】このような反射戻り光の問題を防止するた
めに、通常、ＬＤは光を一方向のみに透過させる光アイ
ソレータと同じパッケージ内に搭載され、光モジュール
の一種であるＬＤモジュールを構成している。

【０００４】特に、アナログ信号は上記反射戻り光によ
って劣化し易く、また、高密度な信号ほど反射戻り光の
影響を受け易いため、ＣＡＴＶ等のアナログ伝送データ
の増加、大容量化、高速化に伴い、光アイソレータは不
可欠な構成要素となってきている。

【０００５】以下に、光アイソレータの一般的な動作に
ついて簡単に説明する。図８に示すように、光アイソレ
ータ２は二つの偏光子１９Ａ、１９Ｂでファラデー回転
子２０を挟むようにして構成されている。このような構
成において、順方向光２２はそのまま透過し、逆方向光
２５は遮断される。なお、ファラデー回転子２０は外部
から磁界を印加することでファラデー効果を得るもの
と、自発磁化により外部磁界なしでファラデー効果を持
つものがあるが、ここでは特に磁界を印加するための磁
石は図示しないものとする。

【０００６】次に、従来のＬＤモジュールの一例につい
て説明する。図１２に示すように、ＬＤモジュールＪ１
は、パッケージ１８内に少なくともＬＤ１５、レンズ６
Ａ，６Ｂ，光アイソレータ２、シングルモード光ファイ
バ４の一端部等が収納されている。なお、図中１６は受
光素子（以下、ＰＤともいう）、１７はペルティエクー
ラー、３２は光ファイバ余長部を保護するためのラバー
ブーツである。

【０００７】ＬＤ１５から出射された光は、レンズ６Ａ
でコリメートされ光アイソレータ２を通過し、レンズ６
Ｂで集光されシングルモードファイバ４に入射される。
全体は外部の環境から遮断するためパッケージ１８に内
蔵される。レンズ６Ａ，６Ｂにはボールレンズ，両凸レ
ンズ，非球面レンズ，グレイデッドインデックスレンズ
（以下ＧＲＩＮレンズという）等が用いられる。

【０００８】このような光モジュールＪ１では、光アイ
ソレータ２，レンズ６Ａ，６Ｂ等は独立した部品とし
て、それぞれが別々にホルダーに固定された後にアライ
メントされるので、部品点数が多く調整も煩雑で、大型
化するといった問題があった。

【０００９】また、光モジュール全体を小型化し、アラ
イメントを容易にするために、図１３に示すように、レ
ンズを用いずコア拡大ファイバを使ってファイバスタブ
に光アイソレータを実装した光デバイスＪ２も提案され
ている（特開平１０−６８９０９号公報等を参照）。

【００１０】光デバイスＪ２は、光の結合を向上させる
ために光ファイバのコアを拡大したコア拡大ファイバ５
を用い、反射を防ぐために光軸に対し光アイソレータ２
を斜めに挿入している。また、先球９を中心に保持した
フェルール３に光アイソレータ２が配設され、全体がス
リーブ１３内に固定されている。この光デバイスＪ２で
は、フェルール３は同軸の精度が高いので軸ずれが生じ
ない。また、光アイソレータ付きのモジュールが光アイ
ソレータの無いモジュールと同等の工数で組み立てが可
能で簡便である。

【００１１】このようなコア拡大ファイバは、一般的な
シングルモード光ファイバを局所的に加熱して作られ
る。シングルモード光ファイバを加熱し、コアにドープ
されているＧｅ等のドーパントを拡散させ、ドーパント
の拡散領域を広くするとともに比屈折率差を小さくして
いる。

【００１２】光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差
が変らないままコア径が大きくなると、シングルモード
条件が崩れマルチモードが励振されてしまう。コア拡大
ファイバの場合は、熱によるドーパントの拡散のため、
コアの拡大と比屈折率差の低下が同時に起こり、自動的
にｒ×（Ｄ）^1/2が一定に保たれる。ここで、ｒは光フ
ァイバのコアの半径、Ｄはコアとクラッドの比屈折率
差、ｒ×（Ｄ）^1/2は規格化周波数に比例する量であ
り、これが一定ならばシングルモード条件は保たれる。

【００１３】図９にコア拡大ファイバを用いた光結合の
特性を示す。横軸にファイバ間の距離（＝コア拡大部に
形成する溝の幅）、縦軸に光の結合損失（回折損失）を
示す。ｗはそれぞれのモードフィールド径を示し、各曲
線に対応する。なお、光の波長は光通信で一般に使われ
る１．３１μｍとし、溝（ファイバ間）は空気（屈折率
ｎ＝１）で満たされていることとした。

【００１４】モードフィールド径が１０μｍのコアを拡
大していない場合は、ファイバ間距離が７０μｍで１ｄ
Ｂ以上の損失があるのに対し、モードフィールド径が４
０μｍの場合は、ファイバ間が８００μｍでも損失が１
ｄＢ以下であることがわかり、明らかに結合特性が改善
されることがわかる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のコア拡
大ファイバには以下のような問題がある。

【００１６】・軸ずれに対しトレランスが緩和される利
点があるが、コア径を徐々に拡大していくテーパ部が必
要となる。このテーパ部を作製するためには大きな温度
差が必要で局所加熱しなければならない。

【００１７】・テーパ部を含みながら長いコア拡大部を
作製するためには、急激な温度勾配が必要なテーパ部に
均一な温度が必要な長いコア拡大領域を隣接させること
になり、実際には作製が困難である。また、テーパ部の
長さ，角度は制御の難しい温度勾配で決定されてしまう
が、この長さ，角度で損失が変化する。すなわち、テー
パ部を含むコア拡大ファイバの形成は制御が非常に困難
となる。

【００１８】・局所的に作製するため効率が悪い。コア
拡大部は数ｍｍであるためデバイス１個につき必ず１回
はこの熱加工が必要になる。電気炉で加熱する場合数時
間から数十時間が必要となる。このように、局所的にひ
とつずつ、長時間かけて作製せざるを得ないことがコア
拡大ファイバの最大の問題点である。

【００１９】・光学素子を挿入するための溝を形成する
場合、テーパ部に溝がかかると異なるモードフィールド
径どうしの結合になるため損失が大きくなる。

【００２０】・図１３に示す例では、フェルール３ごと
コア拡大ファイバ５を分断する溝７を形成している。こ
れは、コア拡大ファイバ５の軸が分断後もずれないとい
うメリットを有するが、以下のような問題がある。

【００２１】・フェルールには、通常、耐摩耗性，強
度，精度の点で優れるアルミナやジルコニア等のセラミ
ックスを用いているが、光ファイバと硬度，弾性が著し
く異なるため、セラミックスを切削するブレードではフ
ァイバの切断面は荒れてしまう。端面が荒れると光が散
乱し損失となる。

【００２２】・フェルール３内にコア拡大ファイバ５が
完全に埋め込まれているため、ファイバ端面が確認しに
くく組立が難しい。

【００２３】・コア拡大ファイバ５の間に挿入する光ア
イソレータ２からの反射がＬＤに戻らないように、光ア
イソレータ２を傾けて設置している。最も高性能な反射
防止膜でも反射率は０．１％である。ｄＢに換算すれば
反射減衰量３０ｄＢに相当する。ここで、反射減衰量と
は、入射した光がデバイス内部から反射光として戻って
くる光量と、入射光量の比の逆数をｄＢで表わし、この
値が大きいほど戻り光量が少ない。一般に光通信に用い
られ、特にＬＤに近いデバイスでは反射減衰量が５５ｄ
Ｂ程度以上要求されるため、反射防止膜のみでは対応で
きない。

【００２４】従って、図１３に示すように、光アイソレ
ータ２を斜めに設置することにより、僅かに反射した光
もコア拡大ファイバ５の光軸と異なった角度を持つこと
になり、再度、光ファイバのコアに結合して逆方向に伝
搬することを防止する設計となっている。しかし、反射
したあと、一部の光はクラッドに入りクラッド内を伝搬
してＬＤの方向へ向かうもの（クラッドモードという）
も生じてしまう。

【００２５】また、図１２に示すように、個々の部品を
大きな空間内で組み立てる場合は、レンズや光アイソレ
ータの間に十分な空間があるため、斜め方向に反射した
光はほとんどＬＤに戻らないが、小型の部品を集約しか
つファイバに密着したデバイスの場合は、クラッドモー
ドの影響が大きい。

【００２６】そこで本発明は、上述の諸問題を解消し、
小型でアライメントが容易であり、ＬＤとのアライメン
トによって、光アイソレータ部の結合状態が変化しな
い、優れたファイバスタブ型光デバイス及びそれを用い
た光モジュールを提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のファイバスタブ型光デバイスは、フェルー
ルに貫通孔と該貫通孔を横切る溝を形成し、溝により分
断された２つの貫通孔のそれぞれに光ファイバを配設
し、各光ファイバの一端部を溝内に突出させるととも
に、各光ファイバの一端部側面を各光ファイバを構成す
るクラッド部より屈折率の高い保護部材で覆い、且つ各
光ファイバの一端部どうしを、溝内に配設した光アイソ
レータを介して光接続させるようにした。

【００２８】また特に、光ファイバのモードフィールド
径は、光ファイバに光接続させる伝送用シングルモード
ファイバのモードフィールド径より大きいものとする。

【００２９】また、光ファイバの少なくとも一方が、シ
ングルモードファイバとモードフィールド径を変換する
ためのグレイデッドインデックスファイバとが縦列に接
続されていることを特徴とする。

【００３０】また、少なくとも前記保護部材の周囲が光
吸収性部材で覆われていることを特徴とする。

【００３１】また、前記光ファイバのモードフィールド
径は２０μｍ以上とする。

【００３２】また、溝内に配設した光アイソレータの光
入出射面は光軸を法線とする面に対して傾斜して設置さ
れているものとする。この傾斜は±４°以内であり、よ
り好適には１．５〜３．５°とする。

【００３３】また、光ファイバとフェルールは光硬化性
樹脂で固定され、かつ、フェルールは光硬化性樹脂を硬
化させる波長の光を透過する材質からなるものとする。
すなわち、例えば、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、アル
ミノホウ珪酸ガラス、鉛ガラス等の石英系ガラスからな
る。

【００３４】また、本発明の光モジュールは、基板上
に、上記のファイバスタブ型光デバイスと、該ファイバ
スタブ型光デバイスに光接続させるための受光または発
光する光素子を、それぞれ配設して成るものとする。

【００３５】また、本発明のファイバスタブ型光デバイ
スは、光ファイバをフェルール内に挿入固定する際に、
少なくともフェルールに形成した溝内に露出した光ファ
イバの外周を光ファイバのクラッドより屈折率の大きい
接着剤で固定し、その後、光ファイバを分断する溝を形
成するとともに、溝内に光アイソレータを固定し、さら
に溝内に光吸収の大きい部材で被覆するようにしてもよ
い。

【００３６】また、少なくとも片側のフェルール端部の
光ファイバが気密封止されているようにしてもよい。す
なわち、本発明のファイバスタブ型光デバイスをＬＤモ
ジュールに設ける場合、少なくとも光入射側か光出射側
のどちらかが気密封止されていれば、モジュール内を外
気と遮断することが可能となり、ＬＤの劣化を極力防止
できる。

【００３７】また、光アイソレータは、偏光面が互いに
４５度傾いた一対の偏光子の間に偏光面を４５度回転さ
せるファラデー回転子を配し一体化して構成される。こ
の場合、ファラデー回転子が自発磁化を有するものであ
れば、ファラデー回転子に磁界を印加する磁石を省くこ
とができる。

【００３８】これにより、ファイバスタブ内に光アイソ
レータ等の光素子をほぼアライメントフリーで実装した
コンパクトな構成とすることができ、光ファイバを分断
する際に滑らかな端面を形成するため、散乱損失を防
ぎ、且つ、光ファイバのクラッドを伝わるクラッドモー
ドを除去し、反射減衰量の大きな優れたファイバスタブ
型光デバイスが実現できる。さらに、光素子の結合状態
の安定した光モジュールを容易に構成できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る実施形態につ
いて模式的にあらわした図面に基づき詳細に説明する。
なお、各図において同一部材については、同一符号を付
し説明を省略するものとする。

【００４０】図１（ａ）に示すように、ファイバスタブ
型光デバイスＳ１は、フェルール３内に、モードフィー
ルド径を例えば４０μｍ以上に拡大したコア拡大ファイ
バ（光ファイバ）５と、これより小さなモードフィール
ド径（例えば約１０μｍ）を有する伝送用シングルモー
ドファイバ（不図示）に光接続するために、モードフィ
ールドを変換するＧＩ（グレイデッドインデックス）フ
ァイバ８を一端部に収容して成る。

【００４１】ここで、溝７により分断された２つの貫通
孔（貫通路）３ａのそれぞれにコア拡大ファイバ５，５
を配設し、各コア拡大ファイバ５の一端部を溝７内に突
出させている。そして、各コア拡大ファイバ５の一端部
側面を各コア拡大ファイバ５を構成するクラッド部より
屈折率の高い保護部材１１で覆い、各コア拡大ファイバ
５の一端部どうしを、溝７内に配設した光アイソレータ
２を介して光接続させるようにしている。なお、上記の
ようにモードフィールド径を４０μｍ以上に拡大する理
由は、光ファイバ間（溝）に挿入する光学素子として最
も薄い光アイソレータを想定した場合、厚さは７００μ
ｍ程度になるため、溝幅は最低でも８００〜８５０μｍ
は必要であり、１ｄＢ以下の損失で接合するためには、
モードフィールド径は４０μｍ必要であるためである。

【００４２】また、貫通孔３ａ内に収容されているコア
拡大ファイバ５の少なくとも一方が、シングルモードフ
ァイバとモードフィールド径を変換するためのＧＩファ
イバ８とが縦列に接続されているものとする。

【００４３】上記コア拡大ファイバ５をフェルール３内
に挿入する前に、予め貫通孔３ａを横切る溝７を形成し
た後に、貫通孔３ａに挿入固定する。そして、コア拡大
ファイバ５の溝７内の露出部（ファイバ側面）をコア拡
大ファイバ５のクラッド部より屈折率の高い保護部材１
１で覆った後に、溝７の部分で一端部に上記保護部材１
１を設けたコア拡大ファイバ５を分断し、溝７内に形成
された溝１０に光アイソレータ２を配設する。

【００４４】具体的には、例えば直径１．２５ｍｍ，長
さ１２ｍｍ程度のフェルール３の中央部に、フェルール
３の先端面（＝光軸を法線とする面にほぼ平行な面）３
ｂに対し２°の角度で、貫通孔３ａを横切るように幅
１．５ｍｍ程度の溝７を形成する。

【００４５】次に、モードフィールド径が例えば４０μ
ｍで、モードフィールド径が変化しないコア拡大ファイ
バ５と、レンズ効果を持つＧＩファイバ８を放電により
融着接続し、ＧＩファイバ８の長さが２６０μｍになる
よう研磨して調整する。なお、ＧＩファイバ８は長さ２
６０μｍで１０μｍのビームをほぼ４０μｍに拡大す
る。

【００４６】次に、コア拡大ファイバ５とＧＩファイバ
８を融着したものを貫通孔３ａから挿入し、ＧＩファイ
バ８の端面とフェルール３の後端面３ｃが一致するよう
に固定する。さらに、コア拡大ファイバ５のフェルール
３の先端面３ｂから突出した部分を切断後、放電や研磨
により先球部９を形成する。さらに、先にフェルール３
に形成した溝７の部分で溝７と平行に（２°の角度）、
幅８００μｍでコア拡大ファイバ５を分断する溝１０を
形成する。

【００４７】そして、この溝１０内に、偏光子１９Ａ，
１９Ｂとファラデー回転子２０を一体成形後、切断して
作製した光アイソレータ２を設置するとともに、光アイ
ソレータ２の偏光子１９Ａ，１９Ｂの光入出射面とコア
拡大ファイバ５の一端部との間に透光性の接着材２１を
設ける。なお、前述のようにここでは磁界印加手段は省
略する。

【００４８】一方のコア拡大ファイバ５の先球部９から
入った光は、溝１０で光アイソレータ２を通過し、他方
のコア拡大ファイバ５内を伝搬し、ＧＩファイバ８によ
りビーム径を１０μｍに収束させられ出射する。このフ
ァイバスタブ型光デバイスＳ１は、後端面３ｃにおいて
フェルール３と同一形状で、中心部に伝送用のシングル
モード光ファイバを保持したフェルールをもつコネクタ
（図示せず）と接続される。

【００４９】ところで、実際にコア拡大ファイバを切削
する場合、ジルコニアのフェルールと同時に加工する
と、例えばダイサーのブレードはＤＩＳＣＯ製のＳＤＣ
３２０Ｒ１０ＭＢ０１（３２０番）を用いる必要があ
る。これは硬度が高くより加工が困難なジルコニアに合
わせるためである。

【００５０】図９から、理論上はモードフィールド径が
４０μｍでファイバ間が８００μｍの場合は、０．７ｄ
Ｂ以下の損失が予測されるが、このブレードでコア拡大
ファイバを切断すると、端面の粗さが著しく大きく５ｄ
Ｂを超えてしまうことが判明した。

【００５１】一方、同じくＤＩＳＣＯ製のＮＢＣ−Ｚ２
０５０（２０００番）を用いれば、損失は１．５ｄＢ程
度に抑えることができる。最終的には、溝は屈折率を整
合させた接着材２１で充填されるため１ｄＢ以下の損失
に抑えることが可能である。

【００５２】また、クラッドの側面が空気とやクラッド
より屈折率の低い部材と接触していると、クラッドに漏
れた光はクラッドと外部との境界で反射し、クラッドを
伝搬してしまう。一方、クラッドより屈折率の高い部材
が接触していると光はクラッドの外部に逃げる。従っ
て、コア拡大ファイバ５をフェルール３に固定する場合
は慎重に接着材を選定する必要がある。

【００５３】図１から明らかなように、フェルール３に
コア拡大ファイバ５を挿入する前に溝７を形成しようと
すれば、コア拡大ファイバ５の側部が一部露出する。従
って、溝７で露出したコア拡大ファイバ５の側部をクラ
ッドより屈折率の高い接着材の保護部材１１で固定して
おき、コア拡大ファイバ５を分断する溝１０を形成する
とクラッドモードを除去できる。

【００５４】このように、クラッドモードを除去できる
ので、フェルール３とコア拡大ファイバ５の他の接触部
では、任意の特に屈折率よりは熱膨張や硬化後収縮等の
特性に考慮した接着材を選定することができる。

【００５５】図１０に、斜めに８５０μｍ幅の溝を形成
し、厚さ７５０μｍの光アイソレータを挿入した場合
の、コア拡大ファイバの各モードフィールド径における
端面角度（溝角度：光軸を法線とする面に対する角度）
と結合損失の関係を示す。また、図１１に、同様に斜め
に幅８５０μｍの溝を形成し、厚さ７５０μｍの光アイ
ソレータを挿入した場合の、コア拡大ファイバの各モー
ドフィールド径における端面角度（溝角度：光軸を法線
とする面に対する角度）と反射減衰量の関係を示す。た
だし、反射減衰量とは、反射後にコアに再結合するもの
をいい、クラッドを伝搬する光、所謂クラッドモードは
含まない。また、光アイソレータとコア拡大ファイバ間
は、屈折率をコア拡大ファイバのコアを整合させた接着
材で充填されているものとする。また、光アイソレータ
表面は反射量０．２％以下の反射防止膜が形成されてい
るものとする。

【００５６】図１０に示すように、２０μｍ→３０μｍ
→４０μｍとなるにしたがって結合損失が小さくなり、
溝を斜めに設けても、モードフィールド径が４０μｍで
角度が２°であれば、１ｄＢ以下の損失で結合できるこ
とがわかる。一方、図１１からは、モードフィールド径
が大きく、角度が大きいほど反射減衰量が大きくなるこ
とがわかり、モードフィールド径が４０μｍならば、角
度が２°で７０ｄＢの反射減衰量が得られ、十分である
ことがわかる。

【００５７】しかし、実際は斜めに設置した光アイソレ
ータ表面から僅かに反射した光がクラッドを伝わってＬ
Ｄの方へ戻る可能性があり、実用上は本発明のようにク
ラッドモードの対策をしなければ設計通りの特性は得ら
れない。

【００５８】さらに、保護部材の周囲を光吸収部材（例
えばエポキシ樹脂に黒鉛微粒子を３０重量％程度分散さ
せたものや、エポキシテクノロジー社製熱硬化型エポキ
シ接着剤エポテックH６２等）で覆えば外部に導かれた
クラッドモードの光を吸収することで、完全に影響を除
去することができるため、反射減衰特性が向上する。

【００５９】かくして本発明によれば、伝送路中に光学
素子を挿入する構成であっても、ほぼアライメントフリ
ーとなる。また、コア拡大ファイバを用いるが従来より
遥かに簡略な工程、時間で実現可能となる利点はそのま
まに、損失の増大しないファイバ切断加工と反射減衰量
の向上が可能となる。

【００６０】また、本発明は光ファイバとフェルールは
光硬化性樹脂で固定され、かつ、フェルールは光硬化性
樹脂を硬化させる波長の光を透過する材質からなるもの
とするすることもできる。この場合具体的にはフェルー
ルは石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガ
ラス、鉛ガラス等の石英系ガラスや透光性アルミナ等を
用い、また光硬化性樹脂は例えば、NTTアドバンストテ
クノロジー社の紫外線硬化型エポキシ接ｈ着剤＃９５３
９、エポキシテクノロジー社の熱硬化型エポキシ接着
剤、エポテックＯＧ１２５、住友スリーエム製のアクリ
ル系接着剤ＬＩＧＨＴ−ＷＥＬＤ４２５等からなること
とする。光硬化性樹脂は短時間に硬化できるため工数を
大幅に短縮させることが可能である。

【００６１】なお、本実施形態ではファイバスタブ型光
デバイスとこれにに光接続させるための発光素子（Ｌ
Ｄ）を設けた光モジュールについて説明したが、発光素
子の代わりに受光素子を設けるようにしてもよく、ま
た、発光素子と受光素子とファイバスタブ型光デバイス
を同一基板上に配設するようにした光モジュールにも適
用可能であることはもちろんである。

【００６２】また、ここでは光ファイバを分断する溝内
に特に光アイソレータを用いる例を示したが、波長板や
波長フィルターといった光学素子でも適用できるのは言
うまでもない。これらの光学素子の中には１００μｍ程
度の厚さのものがあるが、その場合はファイバを分断す
る溝幅は１５０μｍ程度で良く、モードフィールド径は
２０μｍで十分である。モードフィールド径を２０μｍ
以上とすることにより実用的に損失の少ないデバイスが
可能である。

【００６３】また、アイソレータに限らず、波長板や波
長フィルターも光軸を法線とする面に対し斜めに設置す
る必要がある。図１４に一定の反射減衰量（５０ｄＢ、
および６０ｄＢ）を得るための、モードフィールド径と
角度の関係を示す。必要十分である反射減衰量６０ｄB
を確保するためにはモードフィールド径２０μｍでも
３．３°である。角度を大きくすればするほど反射減衰
量は大きくなるが、結合損失は低下し、光学素子も大型
化する必要が生じるため、上限値は光軸を法線とする面
を中心に±４°とするのが良い。図１４から明らかなよ
うに、実用的な反射減衰量（５０〜６０ｄＢ）を確保す
る上でより好適な角度範囲は、光軸を法線とする面を中
心に±１．５〜±３．５°である。なお、一般の光ファ
イバの端面は反射を防ぐために斜め研磨されていること
が多いが６〜８°の角度を有している。

【００６４】このように、モードフィールド径を２０μ
ｍ以上とすることにより上記±４°以内の角度で実用的
な反射減衰量を確保することが可能である。

【００６５】

【実施例】以下に、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。

【００６６】〔例１〕図２（ａ），（ｂ）に示すよう
に、直径１．２５ｍｍ，長さ１２ｍｍのジルコニアフェ
ルール３の中央部に、フェルール３の端面に対し２°の
角度で、貫通孔３ａを横切るように幅１．５ｍｍの溝７
を形成した。なお、この加工にはＤＩＳＣＯ製ダイサー
ブレードＳＤＣ３２０Ｒ１０ＭＢ０１を用いた。

【００６７】次に、図２（ｃ）に示すように、モードフ
ィールド径が４０μｍでコアがストレートの（テーパ部
がない）コア拡大ファイバ５とレンズ効果を持つＧＩフ
ァイバ８を放電により融着接続し、ＧＩファイバは長さ
が２６０μｍになるよう研磨して調整した。なお、ＧＩ
ファイバは長さが２６０μｍで１０μｍのビームをほぼ
４０μｍに拡大するものである。

【００６８】次に、図２（ｄ）に示すように、コア拡大
ファイバ５とＧＩファイバ８を融着したものを貫通孔３
ａから挿入し、ＧＩファイバ８の端面とフェルール３の
後端面３ｃが一致するように固定し、さらに、コア拡大
ファイバ５のフェルール３の先端面３ｂから突出した部
分を切断後、放電や研磨により先球部９を形成した。

【００６９】さらに、図２（ｅ）に示すように、コア拡
大ファイバ５の溝７内の露出部（光ファイバの露出側
面）にエポキシ系の紫外線硬化型光学接着剤などの接着
材である保護部材１１で覆い、溝７の部分で溝７と平行
に（２°の角度）、幅８００μｍでコア拡大ファイバ５
を分断する溝１０を形成した。ここではＤＩＳＣＯ製の
ダイサーブレードＮＢＣ−Ｚ２０５０を用いた。

【００７０】そして、図２（ｆ）に示すように、この溝
１０内において、偏光子１９Ａ，１９Ｂ，ファラデー回
転子２０を一体成形後、切断して作製した光アイソレー
タ２を設置した。ここで、コア拡大ファイバ５と屈折率
を整合させた紫外線硬化型接着剤や熱硬化型の接着材２
１で固定した。

【００７１】光アイソレータ２は、偏光子１９Ａ，１９
Ｂ（厚さ２００μｍ、屈折率１．５）、ファラデー回転
子２０（磁性ガーネット、厚さ３５０μｍ、屈折率２．
２）から成り、各々の光透過面は反射防止膜を形成した
後に、エポキシ系の透光性の接着剤で接合されている。
なお、光アイソレータ２は１０ｍｍ角以上の大型の素子
で一括アライメントを行い接着した後に、４００μｍ角
に切断されている。厚さは７５０μｍとなる。また、こ
こでは自発磁化型のガーネットを用いるため磁石は不要
である。

【００７２】なお、本発明のファイバスタブ型光デバイ
スにおいては、ＬＤモジュールに実装する際に、ＬＤ側
のコア拡大ファイバの端面は、反射を防ぎ結合効率も同
時に向上させるため先球部９としている。また、光モジ
ュールの設計によっては、図１（ｂ）に示すように、Ｌ
Ｄ、コア拡大ファイバ結合用のレンズ６Ｃをレンズホル
ダー１２に固定し、フェルール３の先端面３ｂに設けた
ファイバスタブ型光デバイスＳ２としてもよい。

【００７３】なお、フェルール３内に、コア拡大ファイ
バ５、ＧＩファイバ８を固定し、溝１０を形成した後に
アイソレータ２を挿入、固定する工程については、前記
図１（ａ）と同一である。この場合、ＬＤ（図示せず）
とコア拡大ファイバ５の結合に最適なレンズを選択する
ことが可能なのでさらに効率が向上する。

【００７４】〔例２〕上記例１のファイバスタブ型光デ
バイスにおいて、ＧＩファイバ８の後端にさらに伝送用
のシングルモードファイバ４を接続し、フェルール３に
内蔵して成る構成のファイバスタブ型光デバイスＳ３と
した。

【００７５】図３に示すように、コア拡大ファイバ５に
ＧＩファイバ８を融着接続し、ＧＩファイバ８の長さを
２６０μｍに調整した後、伝送用シングルモードファイ
バ４を融着接続した。

【００７６】このファイバは予め幅１．５ｍｍでフェル
ール３の端面に対し２度の角度をもつ溝７が形成された
フェルール３に挿入固定し、上記例１と同様にして、さ
らにコア拡大ファイバ５を分断する溝１０を幅８００μ
ｍに形成し、偏光子１９Ａ，１９Ｂ，ファラデー回転子
２０を一体化した光アイソレータ２を溝１０に例１と同
様にして設置固定し、ファイバスタブ型光デバイスＳ３
を構成した。なお、例１と同様にＬＤとの結合効率を高
めるため、コア拡大ファイバ５の端部は先球９に放電ま
たは研磨により形成した。

【００７７】このファイバスタブ型光デバイスＳ３は、
後端面３ｃにおいてフェルール３と同一形状で、中心部
に伝送用のシングルモード光ファイバを保持したフェル
ールをもつコネクタ（図示せず）と接続される。ＧＩフ
ァイバ８と伝送用シングルモードファイバ４が融着され
フェルール３の中に保持されているため、外部のコネク
タとの接続は同一の伝送用シングルモードファイバどう
しの結合になる。これにより、ＧＩファイバと伝送用シ
ングルモードファイバが着脱の境界面になる例１よりも
接続特性は安定する。

【００７８】〔例３〕例１，例２のファイバスタブ型光
デバイスにおいて、反射減衰量を向上させるため以下の
ようなファイバスタブ型光デバイスＳ４とした。

【００７９】この作製方法について図２を用いて説明す
る。直径１．２５ｍｍ，長さ１２ｍｍのジルコニアフェ
ルール３の中央部に、フェルール３の端面に対し２度の
角度で、貫通孔３ａを横切るように幅１．５ｍｍの溝７
を形成した。なお、加工にはＤＩＳＣＯ製ダイサーブレ
ードＳＤＣ３２０Ｒ１０ＭＢ０１を用いた。

【００８０】次に、モードフィールド径が４０μｍでコ
アがストレートのコア拡大ファイバ５とレンズ効果を持
つＧＩファイバ８を放電により融着接続し、ＧＩファイ
バは長さが２６０μｍに成るよう研磨して調整した。な
お、ＧＩファイバは長さが２６０μｍで１０μｍのビー
ムをほぼ４０μｍに拡大するものとした。

【００８１】コア拡大ファイバ５とＧＩファイバ８を融
着したものを貫通孔３ａから挿入し、ＧＩファイバ８の
端面とフェルール３の後端面３ｃが一致するように固定
する場合に、溝７においてコア拡大ファイバ５が露出し
た部分に、屈折率がクラッドより大きな接着材、すなわ
ち、エポキシ系の紫外線硬化型接着剤などの保護部材１
１で被覆固定した。また、貫通孔３ａ内部は硬化収縮等
の少ない別の接着材を用いた。

【００８２】さらに、コア拡大ファイバ５のフェルール
３の先端面３ｂから突出した部分を切断後、放電や研磨
により先球部９を形成した。先にフェルール３に形成し
た溝７の部分で溝７と平行に（２度の角度）、幅８００
μｍでコア拡大ファイバ５を分断する溝１０を形成し
た。ここではＤＩＳＣＯ製のダイサーブレードＮＢＣ−
Ｚ２０５０を用いた。

【００８３】そして、この溝１０内に、偏光子１９Ａ，
１９Ｂとファラデー回転子２０を一体成形後、切断して
作製した光アイソレータ２を設置した。ここではコア拡
大ファイバ５と屈折率を整合させたエポキシ系の紫外線
硬化型接着剤等で固定した。

【００８４】図４にこの溝７の近傍を拡大した図を示
す。コア拡大ファイバ５の外周はクラッド２４より屈折
率の高い接着材の保護部材１１で覆われているため、ク
ラッド２４に漏れた光は外部に向かって放射される。コ
ア拡大ファイバ５の間には光アイソレータ２が固定さ
れ、コア拡大ファイバ５との間隙には、コア拡大ファイ
バ５と屈折率を整合させた接着材２１が充填されてい
る。なお、２３はコアを示す。

【００８５】〔例４〕例３において、光アイソレータ２
を固定した後に、溝７全体を光吸収性部材で覆えば、ク
ラッドから外部に向かって放射された光が予期しない箇
所で反射し迷光に成ることを防ぐことができる。それに
加え光結合部全体が覆われる構造になるために信頼性が
向上する。

【００８６】図５はこのようにして構成したファイバス
タブ型光デバイスＳ５における溝７近傍の拡大図であ
る。コア拡大ファイバ５のクラッド２４の外周は、例３
と同様にクラッド２４より屈折率の高い紫外線硬化型接
着剤である保護部材１１で覆われ、また、コア拡大ファ
イバ５の間には光アイソレータ２が固定され、コア拡大
ファイバ５との間隙には、コア拡大ファイバ５と屈折率
を整合させた接着材２１が充填されている。さらに、光
アイソレータ２を含む全体が光吸収性部材２７で覆われ
ている。

【００８７】〔例５〕例１，例２のファイバスタブ型光
デバイスにおいて、作製工程を簡略化するためファイバ
スタブ型光デバイスＳ３とした。

【００８８】この作製方法について図２を用いて説明す
る。直径１．２５ｍｍ，長さ１２ｍｍの石英ガラス製フ
ェルール３の中央部に、フェルール３の端面に対し２度
の角度で、貫通孔３ａを横切るように幅１．５ｍｍの溝
７を形成した。なお、加工にはＤＩＳＣＯ製ダイサーブ
レードＮＢＣ−Ｚ２０５０を用いた。

【００８９】次に、モードフィールド径が４０μｍでコ
アがストレートのコア拡大ファイバ５とレンズ効果を持
つＧＩファイバ８を放電により融着接続し、ＧＩファイ
バは長さが２６０μｍに成るよう研磨して調整した。な
お、ＧＩファイバは長さが２６０μｍで１０μｍのビー
ムをほぼ４０μｍに拡大するものとした。

【００９０】フェルール３の貫通孔３ａ内に光硬化性樹
脂、例えばダイキン工業製、紫外線硬化接着剤オプトダ
イン（ＴＭ）を塗布し、コア拡大ファイバ５とＧＩファ
イバ８を融着したものに、同じくオプトダインを塗布し
貫通孔３ａに挿入した。さらに、ＧＩファイバ８の端面
とフェルール３の後端面３ｃが一致するように固定しＵ
Ｖ光を２分照射し硬化させた。またさらに、溝７におい
てもコア拡大ファイバ５が露出した部分に、屈折率がク
ラッドより大きな接着材、すなわち、エポキシ系の紫外
線硬化型接着剤などの保護部材１１で被覆固定した。

【００９１】そして、コア拡大ファイバ５のフェルール
３の先端面３ｂから突出した部分を切断後、放電や研磨
により先球部９を形成した。先にフェルール３に形成し
た溝７の部分で溝７と平行に（２°の角度）、幅８００
μｍでコア拡大ファイバ５を分断する溝１０を形成し
た。ここではＤＩＳＣＯ製のダイサーブレードＮＢＣ−
Ｚ２０５０を用いた。

【００９２】そして、この溝１０内に、偏光子１９Ａ，
１９Ｂとファラデー回転子２０を一体成形後、切断して
作製した光アイソレータ２を設置した。ここではコア拡
大ファイバ５と屈折率を整合させたエポキシ系の紫外線
硬化型接着剤等で固定した。透光性の材質でフェルール
を形成したため、光硬化性樹脂にてフェルール、光ファ
イバの固定が可能になり、熱硬化型樹脂による固定に比
べ大幅に工数が短縮できる。

【００９３】図４にこの溝７の近傍を拡大した図を示
す。コア拡大ファイバ５の外周はクラッド２４より屈折
率の高い接着材の保護部材１１で覆われているため、ク
ラッド２４に漏れた光は外部に向かって放射される。コ
ア拡大ファイバ５の間には光アイソレータ２が固定さ
れ、コア拡大ファイバ５との間隙には、コア拡大ファイ
バ５と屈折率を整合させた接着材２１が充填されてい
る。なお、２３はコアを示す。また、石英ガラスをフェ
ルールに用いた場合、その機械的特性は光ファイバとほ
とんど同一のため、予め溝７を設けることなく、ファイ
バをフェルール３に接着後、フェルールごと分断しても
良い。この場合はＤＩＳＣＯ製のダイサーブレードＮＢ
Ｃ−Ｚ２０５０を用いることが可能である。

【００９４】〔例６〕図６に示すファイバスタブ型光デ
バイスＳ６は、例１〜４におけるファイバスタブ型光デ
バイスにおいて、フェルール３の先端面３ｂを気密封止
したものである。フェルール３の先端面３ｂに、接合剤
充填用の窪み２６を形成し、コア拡大ファイバ５とＧＩ
ファイバ８を融着接続した後、貫通孔３ａに挿入して固
定する際、窪み２６に低融点ガラス２８（またはハン
ダ）を配設し加熱溶融させた。

【００９５】なお、ハンダの場合は超音波ハンダ付けと
いう方法があり、表面に金属めっきが施されていない場
合でもガラス、セラミックスに直接ハンダ付けが可能で
ある。これにより、フェルール３の先端面３ｂは無機質
の接合材にて気密封止される。溝７においては気密接合
の後に、例３や例４のように紫外線硬化型接着剤で固定
すればよい。コア拡大ファイバ５に挟まれ固定される光
アイソレータ２の接合も、例１〜４に準ずる。

【００９６】これにより、本発明のファイバスタブ型光
デバイスを実装し、光モジュールを形成する場合、ファ
イバスタブ型光デバイス部からの外気の侵入が無い。ま
た、長期間に渡っては接着剤からガスが発生する懸念が
あるが、フェルール３の先端面３ｂで気密が確保されて
いるため、モジュール内のＬＤに影響を与える心配が無
い。

【００９７】〔例７〕上記例１〜５で形成したファイバ
スタブ型光デバイスを用いてＬＤモジュールＭを構成し
た例を図７に示す。基板であるＳｉプラットフォーム１
４のＶ型の溝に、ＬＤ側端面を先球ファイバにしたファ
イバスタブ型光デバイスＳを固定した。Ｓｉプラットフ
ォーム１４をペルティエクーラー１７に載置することに
より、ＬＤ１５は一定の温度に保持され安定した状態で
動作した。ＰＤ１６は光強度を安定化するためにＬＤ１
５の光をモニターする。スリーブ１３は外部からコネク
タ（図示せず）を嵌合し光結合させる。全体はパッケー
ジ１８内に気密封止されている。

【００９８】以上のような構成により、ＬＤ１５と先球
ファイバをアライメントするだけで、ＬＤモジュールの
光学的調整は全て完了する。また、光学系の全てがフェ
ルール３内にあるため、小型化を図ることができ、極め
て安定し経時変化が少ないＬＤモジュールが提供でき
た。

【００９９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のファイバ
スタブ型光デバイス及び光モジュールによれば、以下の
顕著な効果を奏することができる。

【０１００】・ファイバスタブ型光デバイス自体の作製
は、ＧＩファイバとコア拡大ファイバの接続部の調整の
みでよく、後の光アイソレータの挿入はほぼアライメン
トフリーで行うことができる。さらに、光アイソレータ
を挿入する前に光結合系のみを組み立てておくことが可
能であり、大幅な工程の低減が可能である。

【０１０１】・光ファイバとしてコア拡大ファイバを用
いる場合、そのテーパ部を不要とする（ストレートであ
る）ため、コア拡大ファイバ作製時に厳密な温度勾配の
制御が不要な上に、一括して大量のファイバスタブ型光
デバイスを作製することが可能である。

【０１０２】・コア拡大ファイバのテーパ部が不要であ
るため、テーパ部長さ，テーパ角等の特性に大きな影響
を与えるパラメータの部品毎の変動を考慮する必要が無
くなり、信頼性の高いファイバスタブ型光デバイスを提
供できる。

【０１０３】・分断された光ファイバに挿入する素子を
斜めに設置することにより、反射減衰量を大きくするこ
とができる。また素子の角度を４度以内に最適化するこ
とで、実用上十分な反射減衰量を確保しながら挿入損失
の低い構造とすることが可能になる。

【０１０４】・フェルールの溝加工とコア拡大ファイバ
の切断加工を分け、それぞれ最適なブレードを用いるこ
とができるため、コア拡大ファイバの面荒れによる損失
の増大を最低限に抑えることができ、信頼性の高いファ
イバスタブ型光デバイスを提供できる。

【０１０５】・フェルール溝加工とコア拡大ファイバ切
断加工を分けることで、フェルール溝内に露出したコア
拡大ファイバの側部を利用し、クラッドモードを除去す
ることができ、これにより反射減衰量の大きな優れた特
性のファイバスタブ型光デバイスを提供できる。

【０１０６】・保護部材を光吸収性部材で覆うことによ
り、クラッドモードを吸収することが可能で反射減衰特
性が更に向上する。

【０１０７】・透光性のある材質でフェルールを構成す
ることにより、ほぼ全ての固定が光硬化性樹脂で行うこ
とができ、大幅に工程の短縮化が可能になる。さらに石
英ガラス、ホウ珪酸ガラスに代表される石英系のガラス
をフェルールに使用すれば、前記の様に光硬化性樹脂で
組み立てできることに加え、光ファイバと同様の機械的
性質を示すため、２段階に溝を形成する必要がなく、同
一のブレードで一度に溝加工が可能になり、さらに工数
が低減できる。

【０１０８】・小型で作製容易、安価で経時変化の少な
い優れたＬＤモジュールを提供することができる。

【０１０９】・ファイバスタブ型光デバイスとＬＤの位
置関係が変動しても、ファイバスタブ内の光結合状態は
変化しない優れた光モジュールを提供できる。

【０１１０】・ＬＤとファイバスタブ型光デバイスの位
置調整のみでＬＤモジュールの光学調整が可能であり、
組み立てが容易なＬＤモジュールを提供できる。

【０１１１】・気密封止が容易で確実に行うことがで
き、信頼性の高い光モジュールを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｂ）は、本発明に係るファイバスタ
ブ型光デバイスを模式的に説明する断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明に係るファイバスタブ
型光デバイスの作製工程を模式的に説明する断面図であ
る。

【図３】本発明に係るファイバスタブ型光デバイスの実
施例を模式的に示す断面図である。

【図４】本発明に係るファイバスタブ型光デバイスの実
施例を模式的に示す断面図である。

【図５】本発明に係るファイバスタブ型光デバイスの実
施例を模式的に示す断面図である。

【図６】本発明に係るファイバスタブ型光デバイスの実
施例を模式的に示す断面図である。

【図７】本発明に係る光モジュールを模式的に説明する
ための断面図である。

【図８】光アイソレータの動作を模式的に説明する斜視
図である。

【図９】コア拡大ファイバの対向間隔と回折損失の関係
を示す線図である。

【図１０】コア拡大ファイバ間の溝、及び光アイソレー
タを斜めに設置した場合の、斜め角度と損失の関係を示
す線図である。

【図１１】コア拡大ファイバ間の溝及び光アイソレータ
を斜めに設置した場合の、端面角度と反射減衰量の関係
を示す線図である。

【図１２】従来の光モジュールを説明する一部断面図で
ある。

【図１３】従来のコア拡大ファイバに光アイソレータを
実装したデバイスを説明する断面図である。

【図１４】一定の反射減衰量を得るためのモードフィー
ルド径と光学素子の斜め設置角度の関係を示す線図であ
る。

【符号の説明】

２：光アイソレータ３：フェルール３ａ：貫通孔４：シングルモードファイバ５：コア拡大ファイバ（光ファイバ）６Ａ，６Ｂ，６Ｃ：レンズ７，１０：溝８：ＧＩ（グレイデッドインデックス）ファイバ９：先球１１：保護部材１３：スリーブ１４：Ｓｉプラットフォーム（基板）１５：ＬＤ（発光素子）１６：ＰＤ（受光素子）１７：ペルティエクーラー１８：パッケージ１９Ａ，１９Ｂ：偏光子２０：ファラデー回転子２１：接着材２２：順方向入射光２３：コア２４：クラッド２５：逆方向入射光２６：窪み２７：光吸収性部材３２：ラバーブーツＭ：ＬＤモジュール（光モジュール）Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６：ファイバスタブ
型光デバイス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェルールに貫通孔と該貫通孔を横切る
溝を形成し、前記溝により分断された２つの貫通孔のそ
れぞれに光ファイバを配設し、各光ファイバの一端部を
前記溝内に突出させるとともに、前記各光ファイバの一
端部側面を各光ファイバを構成するクラッド部より屈折
率の高い保護部材で覆い、且つ前記各光ファイバの一端
部どうしを、前記溝内に配設した光アイソレータを介し
て光接続させるようにしたファイバスタブ型光デバイ
ス。
【請求項２】前記光ファイバのモードフィールド径
は、前記光ファイバに光接続させる伝送用シングルモー
ドファイバのモードフィールド径より大きいことを特徴
とする請求項１に記載のファイバスタブ型光デバイス。
【請求項３】前記光ファイバの少なくとも一方が、シ
ングルモードファイバとモードフィールド径を変換する
ためのグレイデッドインデックスファイバとが縦列に接
続されていることを特徴とする請求項１に記載のファイ
バスタブ型光デバイス。
【請求項４】少なくとも前記保護部材の周囲が光吸収
性部材で覆われていることを特徴とする請求項１に記載
のファイバスタブ型光デバイス。
【請求項５】前記光アイソレータの光入出射面は、光
軸を法線とする面を中心にして±４°以内に傾斜してい
ることを特徴とする請求項１に記載のファイバスタブ型
光デバイス。
【請求項６】前記フェルールの貫通孔と前記光ファイ
バの側面との間に、前記フェルールを透過する光で硬化
する光硬化性樹脂を介在させたことを特徴とする請求項
１に記載のファイバスタブ型光デバイス。
【請求項７】基板上に、請求項１乃至６に記載のいず
れかのファイバスタブ型光デバイスと、該ファイバスタ
ブ型光デバイスに光接続させるための受光または発光す
る光素子を、それぞれ配設して成る光モジュール。