JP2001512243A

JP2001512243A - 光学装置および融着シール

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Publication number: JP2001512243A
Application number: JP2000505532A
Authority: JP
Inventors: ブックバインダー，ダナ; カーベリー，ジョエル; ディマーティノ，スティーヴン; フランシス，ゲイロード; グレースマン，スコット; モレナ，ロバート; ウェディング，ブレント
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2001-08-21
Also published as: EP1004043A1; KR20010022454A; AU743494B2; AU8597898A; CA2296523A1; CN1283277A; WO1999006859A1; US6122430A; US5926599A

Abstract

(57)【要約】光学装置（２０）とこの装置（２０）の製造方法が開示されている。装置（２０）は、基板（２２）と、この基板の空所内に形成されかつ係止されたガラスフリット融着シール（３０）によって基板に付着された光導波路部品（２４）とを備え、ガラスフリット融着シールは低融点ガラスフリットの溶融された製品である。基板内の空所は、光導波路部品（２４）を受け入れる領域と、ガラスフリット融着シール（３０）の配設を確実にする交差領域とを備えている。光導波路部品（２４）は温度によって変わる上記部品の光学的特性を調節するために、基板に付着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の技術分野本発明は、負またはゼロに近い熱膨脹係数を有する基板と、この基板に融着シ
ールでシールされた光学部品とを備えた光学装置に関するものである。

【０００２】発明の背景複数の構成部品を結合して複合物品を形成する手段として、融着シールが一般
に用いられている。従来、融着シールは電球、陰極線管およびその他の表示装置
のような物品に用いられてきた。

【０００３】これら物品の製造において主として考慮されたのは熱膨張係数（ＣＴＥ）整合
であった。理想的なシールは、シールされる部品のＣＴＥに整合した適度に近い
ＣＴＥを備えていることが要求されてきた。例えば陰極線管では、ガラス部品は
慣習的に９５〜１０５×１０^７／℃の範囲のＣＴＥを有する。

【０００４】本発明は、プレーナ型導波路、導波路格子、カプラ、フィルタのような光学物
品または光学装置に関するものである。かかる物品においては、ゼロに近い、ま
たはむしろ相対的に負のＣＴＥを有する基板に光ファイバが取り付けられる。こ
の目的のためには、融着シールは基板とファイバとの双方にしっかりと接着され
なければならない。この接着力は、フリットシール、すなわち基板とファイバと
の間のシールを横切る応力の伝達が可能なように、十分大きくなければならない
。シリカとゲルマニア・シリカとからなる光ファイバにおいては、紫外光によっ
て屈折率変化が生じる。このように屈折率が変化したファイバは、フィルタおよ
びチャンネル追加／削除装置のような複合狭帯域光学部品の製造に有用である。
このような装置は、多波長遠隔通信システムの重要な部分となり得る。屈折格子
（またはブラッグ格子）は狭い波長帯域に亘る光を反射させる感光装置である。
典型的に、これら装置はナノメートルで測定されるチャンネル占有域を有する。

【０００５】波長選択濾波のためのブラッグ効果を利用した光学フィルタの種々の構成が知
られている。フィルタの作成方法の１つには、光ファイバのコアに少なくとも１
個の周期格子を形成することが含まれる。コアは、クラッドを通して２本の紫外
線ビームの干渉パターンにさらされる。その結果、ファイバの軸線に垂直な方向
を指向する反射格子が生じる。

【０００６】シリカとゲルマニア・シリカとからなる光ファイバの反射格子においては、中
心波長の変化は、温度による屈折率の変化に支配される。ファイバ格子によって
反射された光の周波数は、格子領域の温度によって変化する。したがって、かか
るフィルタは、反射光の周波数が温度とは無関係でなければならないような用途
には使用できない。

【０００７】温度変化に反応しないシステムの案出が要望されていることは明らかである。
１９９６年１月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／０１０,０５８号に
は、負のＣＴＥを有する基板の上面の２つの離れた場所に、正のＣＴＥを有する
感熱性部品が付着された非感熱性装置が記載されている。リチア・アルミノ珪酸
塩ガラスセラミック、すなわちベータ・ユークリプタイト（beta-eucryptite ）
をこのような装置に用いることが提唱されている。また、上記基板に付着されれ
る光ファイバのような部材を、有機ポリマーセメント、無機フリット又は金属に
よって取り付け得ることも教示されている。

【０００８】本発明の目的は、ゼロに近いかまたは負のＣＴＥを有する基板に組み合わせら
れた正のＣＴＥを有する光学部品を備えた光学装置を提供することにある。さら
なる目的は、上記光学部品が融着シールによって上記基板に付着された物品を提
供することにある。他の目的は、低いＣＴＥを有し、かつ上記光学部品と上記基
板との間に接着性シールを形成する良好なシール特性を備えたシール材料を提供
することにある。さらに他の目的は、融着シールを実施したかかる光学装置を生
産する方法を提供することにある。

【０００９】発明の概要本発明の物品は、ゼロに近いかまたは負のＣＴＥを有する基板と、融着シール
で上記基板に付着された光学部品とを備えた光学装置であり、上記シールは、正
のＣＴＥを有する低融点ガラスフリットと、負のＣＴＥを有するガラスセラミッ
クのミル添加物とからなる溶融された製品である。

【００１０】本発明はさらに、かかる光学装置の製造方法に関し、この方法は、正のＣＴＥ
を有する低融点ガラスフリットと、負のＣＴＥを有するガラスセラミックのミル
添加物とを調合して、調合されたシール用ペーストを形成し、このペーストを基
板の表面に施し、光学部品を上記ペースト上に配置し、このペーストを、ある時
間に亘りある温度まで加熱して上記部品と上記基板との間にシールを形成する各
工程を含む。

【００１１】発明の詳細な説明本発明は、光ファイバを、より低いＣＴＥを有する基板に付着させる効果的な
手段を作成することに関するものである。したがって、本発明は、このような物
品およびその開発に関して記載される。しかしながら、本発明はそれに限定され
るものではなく、一般的に光学装置における融着シールに適用されることが明ら
かである。

【００１２】融着形式のシールの作成においては、シール面を濡らしかつ接着性接合を形成
するのに十分な程度に軟化する温度にシール材料が加熱されなければならない。
多くの目的に対しては、シール温度をできるだけ低く保つことが望ましい。した
がって、５００℃よりも低い温度で、好ましくは４００〜５００℃でシールを形
成するガラスフリットが、低融点シール用ガラスまたは中間温度シール用ガラス
として引合いに出されることが多い。

【００１３】融着シールの作成に用いられるガラス質材料は、慣習的に粉末の形態で用いら
れ、ガラスフリットと呼ばれる。シール用ガラスフリットは、一般にアミルアセ
テートのような有機ビヒクルと混合されて流動性または押出し可能なペーストを
形成する。このペースト状混合物は、シール面に、この場合は光学装置の基板に
施される。シールされる部品のＣＴＥとガラスフリットのＣＴＥとの間には差が
あることが多い。フリットと部品との間の膨脹を整合させるため、ミル添加物を
加えるのがよい。

【００１４】流動性および膨脹融和性に加えて、シール用ガラスフリットは、その他の多く
の好ましい特性を備えていることが望ましい。これらの特性には、シールされる
部品に対する良好な湿潤性と、有機ビヒクルとの相溶性がある。特に、このフリ
ットは、ニトロセルロースおよびアミルアセテートからなる慣習的なビヒクルお
よびバインダと相溶性でなければならない。

【００１５】結晶化または非結晶化鉛・硼酸塩からなるシール用ガラスが長い間融着ガラス
の生産に商業的に用いられてきた。一般に、このガラス族は、６８〜８２％のＰ
ｂＯと、８〜１６％のＺｎＯと、６〜１２％のＢ_２Ｏ_５と、必要に応じての５％
までのＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_５とから実質的になる。このようなガラスは、シール温度が４３０〜５００℃の範囲のため一般的に有用である。

【００１６】近来、鉛を含まない錫・亜鉛・燐酸塩からなるシール用ガラスが開発された。
このようなガラスは、米国特許第５,２４６,８９０号（Aitken他）および米国特
許第５,２８１,５６０号（Francis他）に詳細に開示されている。これら特許に開示されたガラスは、鉛を含まず、シール温度はいくらか低い４００〜４５０℃
の範囲である。

【００１７】上記米国特許第５,２４６,８９０号に開示されたガラスは、酸化錫の含有量が
比較的少ないために、陰極線管のガラス容器におけるシールの形成に用いるのに
特に適している。鉛を含まないことに加えて、これらのガラスは、２５〜５０モ
ル％のＰ_２Ｏ_５およびＳｎＯとＺｎＯとをＳｎＯ：ＺｎＯのモル比が１：１ない
し５：１の範囲で含む組成を有する。これらのガラス組成物は、さらに５モル％
までのＳｉＯ_２と、２０モル％までのＢ_２Ｏ_３と、５モル％までのＡｌ_２Ｏ_３とを含む２０モル％までの改質用酸化物を含む。これらのガラス組成物はまた、
１ないし５モル％のジルコンおよび／または酸化ジルコニウムと、１〜１５モル
％のＲ_２Ｏとから選ばれた一種類またはそれ以上の結晶化促進剤を含む。さらにこれらの組成物は、５モル％までのＷＯ_３、５モル％までのＭｏＯ_３、０．１
０モル％までのＡｇ金属および混合物から選ばれたシール接着促進剤を含む。

【００１８】米国特許第５,２８１,５６０号に開示されたガラスは、モル比で５：１よりも
大きいＳｎＯとＺｎＯを用いている。これらのガラスは、その組成中に、２５％
までのＲ_２Ｏと、２０％までのＢ_２Ｏ_３と、５％までのＡｌ_２Ｏ_３と、５％までのＳｉＯ_２と、５％までのＷＯ_３とからなる群から選ばれた少なくとも一種類の安
定化用酸化物を含む。

【００１９】本発明の目的のために、シール用ガラスフリットは、適当な組成を有するガラ
スバッチを溶かすことによって調製することができる。このガラス溶融物は冷却
され、好ましくは冷硬によって割れた小片とされ、次いで粉砕されてガラス粉末
（フリット）を形成する。このガラスフリットは、本発明によりミル添加物と調
合される。この調合により、ビヒクルおよびバインダと混合されて、シール面に
施すのに適した粘度を有するペーストが形成される。

【００２０】陰極線管をシールするのに用いられて来た古典的なビヒクルおよびバインダは
、ニトロセルロースとアミルアセテートとの混合物である。近年、有機化合物の
蒸発を回避したビヒクルが開発されている。このビヒクル、セルロースポリマー
の水溶液は、米国仮特許出願第６０／０１２,３３０号に開示されている。この
出願は１９９６年２月２７日付けで出願され、本発明と同じ譲受人に譲渡された
ものであり、引用することによって本発明に組み入れられる。他の適当なビヒク
ルと同様に、本発明の実施に際しては、どちらのビヒクルも採用することができ
る。

【００２１】本発明は、ゼロに近いまたは負の膨脹係数を有する基板に接着された、格子の
ような導波路の用途に用いるために開発された。ゼロに近いとは、ＣＴＥの値が
、０〜３００℃の温度範囲に亘って±１０×１０^−７／℃であることを意味する
。典型的な材料はシリカである。負のＣＴＥとは、膨脹が負の勾配を有すること
を意味する。

【００２２】この基板は、ベータ・ユークリプタイト・ガラスセラミックから作成すること
もできる。その場合、用いられるミル添加物は少なくともピロ燐酸塩が主成分で
ある。適当なピロ燐酸塩は、一般式２（Ｃｏ，Ｍｇ）Ｏ／Ｐ_２Ｏ_５を有する。こ
の結晶は、７０〜３００℃の温度範囲で転相を生じる。正確な温度はＣｏのレベ
ルに依存する。

【００２３】この材料は、転相がなければ０〜３００℃の温度範囲で正のＣＴＥを有する。
しかしながら、転相の結果、容積が変化する。このことは、その系のＣＴＥを負
の方向に深く変化させるという正味の効果を奏する。本発明者等がベータ・ユー
クリプタイト基板とともに採用した特徴ある材料は、２８陽イオン％のＣｏＯを
含んでいる。

【００２４】これに代わり、基板は溶融シリカであってもよい。その場合、シール用ガラス
調合は、ミル添加物としてピロ燐酸塩を、極めて低い、または負の膨脹係数を有
する材料とともに用いることができる。この材料は、シール内において基板に対
する不整合が小さいかまたはゼロに近い実効ＣＴＥを有する例えばベータ・ユー
クリプタイト、ベータ・スポーデュミーン（beta-spodumene）またはベータ石英
である。これら材料は、通常の添加物感覚で実効ＣＴＥを低くする。ベータ・ユ
ークリプタイトは好ましい添加物であり、混合物の大部分を占める。この材料は
、適当なガラスを１２５０〜１３５０℃の温度範囲で４時間焼成することによっ
て生成される。測定されたＣＴＥは、−５０〜−７０×１０^−７／℃の範囲であ
る。

【００２５】双方のミル添加物はガラスセラミックである。これらはガラスとして、伝統的
なガラス溶融手法によって溶融され、結晶化され、ボールミルによって２０〜２
５ミクロンの粉末に挽かれる。ボールミルで挽かれた後、大きな粒子は空気選別
により、または４００メッシュの篩でふるうことによって除かれる。

【００２６】本目的のためには、鉛・亜鉛・硼酸塩フリットまたは錫・亜鉛・燐酸塩フリッ
トのいずれか、あるいはその他の低融点ガラス、例えば硼酸鉛ガラスを用いるこ
とができる。しかしながら、多くの用途においてシール目的のためのペーストの
レーザー加熱が必要である。その場合、鉛を含まない錫・亜鉛・燐酸塩フリット
を含む調合物がより良好に機能し、好ましいフリットである。

【００２７】錫・亜鉛・燐酸塩ガラス族は、前述の米国特許第５,２４６,８９０号および第
５,２８１,５６０号に記載されている。これらの特許の教示内容はそれらの全体
に及んでいる。本目的のためには、オルト燐酸塩の理論量とピロ燐酸塩の理論量
の間の値を有するガラス組成物、すなわち、２５〜３３モル％のＰ_２Ｏ_５と、０
〜１５モル％のＺｎＯと、０〜５モル％の、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｂ_２Ｏ_３を含む随意的な酸化物と、ＳｎＯ：ＺｎＯのモル比が１〜１０：１であることが
好ましい残りのＳｎＯとを含むガラス組成物を本発明者等は好む。

【００２８】本発明者等の開発作業においては、オルト燐酸塩に近い主成分を有するガラス
を用いた。このガラス組成物は、実質的に２８．５％のＰ_２Ｏ_５と、１％のＢ_２Ｏ_３と、０．５％のＡｌ_２Ｏ_３とを含み、ＳｎＯ：ＺｎＯのモル比は１０：１で
ある。このガラスを９５０℃で溶かし、ロール作業により冷却し、次いでボール
ミルで平均粒径が２０〜〜２５ミクロンの粉末にした。

【００２９】計量した粉末をロールミルで乾式混合して種々の主成分ガラスおよび充填剤の
調合物を調製した。これら調合物を荒い篩でふるってさらなる混合を行なった。
ハンドプレスで６グラムの円筒状の流動性テストペレットを作成し、このペレッ
トを顕微鏡のスライド上に置き、所望の温度サイクルで焼成して流動性を評価し
た。アミルアセテートおよびニトロセルロースを含むガラスフリット調合物のペ
ーストから不整合サンプルを作成することによって熱膨張特性を測定した。この
ペーストを、２枚の溶融シリカ基板とともに逆サンドイッチを用意するのに用い
た。この不整合サンプルを所望の熱サイクルで焼成した。基板内の膨脹不整合応
力を旋光計で測定した。

【００３０】下記の表は、数種類のフリット調合物のデータを示す。また、張力または圧縮
力の代わりに、溶融シリカとの逆サンドイッチ内の各調合物で観察された室温不
整合も示してある。熱サイクルは４２５℃を１時間保つものを用いた。各調合物
の組成は重量％で表されている。フリット調合物１および３は、溶融シリカに対
し中立もしくは極めて穏やかな張力を示している。このサンプルで用いられるシ
ール温度４２５℃における調合物１および３の流動性は極めて良好である。これ
らの調合物は溶融シリカ基板のシールに有用と見受けられる。

【００３１】フリット調合物５および６は、溶融シリカサンドイッチシール内に極めて高い
圧縮力を発生する。これらの調合物は、より低い膨脹特性を有するベータ・ユー
クリプタイト基板のシールに有用である。

【００３２】これらフリットを用いて格子装置を調製した。フリット６を用いてある長さの
ファイバを４５０℃でベータ・ユークリプタイト基板にシールした。導波路ファ
イバを旋光計で測定した。この測定により、フリット６がベータ・ユークリプタ
イト基板に良好に接着されて、不整合応力を負の膨脹特性を有する基板から正の
膨脹特性を有するファイバへ移すことが判明した。

【００３３】

【表１】添付図面中の図１は、本発明による、熱の影響を受けない光ファイバ格子装置
２０の概略図である。装置２０は、ベータ・ユークリプタイトのような負の膨脹
係数を有する材料の平らなブロックから形成された基板２２を備えている。紫外
線で誘起された少なくとも１つの格子２６が書き込まれた光ファイバ２４は、基
板２２の表面２８上に取り付けられている。ファイバ２４は、表面２８の両端部
の点３０および３２において表面２８に取り付けられている。点３０および３２
におけるファイバ２４の取付けは、本発明によるシール用ガラス材料の小さいボ
タンによって行なわれている。

【００３４】図示された格子装置においては、ファイバ２４が常に一直線で、かつ負の膨脹
特性から生じる圧縮力を受けないことが重要である。したがって、ファイバ２４
は常時張力を受けた状態で取り付けられている。取付け前にファイバ２４は、概
略的に示されているように、重り３４により調節された張力がかけられた状態で
配置される。張力が適性に選択されると、予想されたすべての温度においてファ
イバが圧縮力を受けないことが保証される。

【００３５】本発明による装置の他の用途は光波用光学回路である。これは、いくつかの光
学的機能を備えた、溶融シリカ基板を有する装置である。各機能は、電気コネク
タが集積回路で要求されるのと同様の態様で、独立した外部ファイバとの接続を
提供しなければならない。各接続用ファイバは、少量の本発明によるシール材料
によってシールされ、かつ整列状態に保たれなければならない。表の調合物１お
よび３はこの用途に使用できるであろう。

【００３６】このような光学装置における融着シールは極めて小さくなる傾向がある。した
がって。従来のバーナの炎よりも、レーザーのような調節可能な熱源を用いる方
が望ましいことが多い。そこで、レーザービームは焦点が外される。すなわち目
標から、あるいは目標の正面から僅かの距離離れた点に焦点が合わされる。これ
により、点焦点がもたらす過熱を避けることができる。

【００３７】本発明者等はまた、多くの用途に関して間接過熱が望ましいことを発見した。
例えば、ファイバを基板に付着させる際に、１滴またはそれ以上のシール用ペー
ストを基板の上面に施す。次にファイバを、例えば図１に示されているように取
り付ける。

【００３８】次に、バーナの炎またはレーザービームからなる熱源を、基板の裏面、すなわ
ち反対側の面に当てる。この方法で、シール用ペーストは、直接過熱でなく、基
板を通過した熱によって軟化する。これにより、シール工程の制御性が改良され
、かつ装置を損傷させる危険性がより少なくなる。レーザーを用いる場合、基板
の損傷を避けるために焦点を外すのがよい。

【００３９】図２は、溶融シリカとサンドイッチシールの作成に２種類の異なる調合物を用
いた場合に起こる不整合を示す。温度は横軸にプロットされ、ｐｐｍで表される
基板に対する不整合は縦軸にプロットされている。フリット調合物の不整合値は
、基板の不整合値と同様に絶対値であるが、符号が正から負に変わっている。図
２における正の値は、基板については張力、フリット調合物については圧縮力を
示している。

【００４０】曲線Ａは、種々の温度で測定した調合物１と溶融シリカとの間のシールの不整
合値を示す。曲線Ｂは、調合物６と溶融シリカとの間で測定した甚だしい不整合
を示し、ここではフリットが高い圧縮力を受けている状態である。調合物６は、
溶融シリカよりもずっと低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板に用いるように
意図したものである。この調合物は、ほぼ−５０×１０^−７／℃のＣＴＥを有す
るベータ・ユークリプタイト基板に用いられる。

【００４１】本発明はさらに、関連技術の制約と欠点による１つまたはそれ以上の問題点を
を実質的に除去した、光学装置とこのような光学装置の製造方法に関するもので
ある。

【００４２】本発明のさらなる特徴と効果は本明細書で説明され、一部はその記載から明ら
かであり、または本発明の実施の形態によって分かれるであろう。本発明の目的
およびその他の効果は、添付図面は勿論、この記載および特許請求の範囲で特に
指摘された機器、装置、構造および方法によって具現化され、達成される。

【００４３】本発明の目的に従ってこれらおよびその他の効果を達成するために、実施の形
態で示され、かつ広く記述されているように、本発明は、格子を包含する光導波
路ファイバを備えた光学装置を含み、このファイバは、温度とともに変化する格
子を包含するファイバの、温度とともに変化する光学的特性を調節するために基
板に付着されている。上記基板は第１の長手方向チャンネルを画成している。こ
の基板はさらに、上記第１の長手方向チャンネルとともに第１の空所交差部を形
成する第１の横断空所を備えている。格子を包含する光導波路ファイバは上記第
１の長手方向のチャンネルに沿って配置され、上記第１の空所交差部において基
板に付着されている。

【００４４】他の態様においては、本発明は、光導波路ファイバ格子および基板を備えた光
学装置の製造方法を含み、上記基板は、光導波路ファイバ格子の温度によって変
化する特性を調節する。この方法は、基板を提供する工程を含む。次の工程は、
基板に空所を形成して、長手方向領域と、少なくとも１個の横断領域とを備えた
空所が画成されるようにすることである。次の工程は、上記光導波路ファイバを
、基板の空所の長手方向領域に沿って配置することである。さらに次の工程は、
流動性を備えた、好ましくは液状の接着剤を上記空所の長手方向領域および横断
領域に流すことであり、そこで流動性接着剤が凝固して、配置されている光導波
路ファイバを上記空所の横断領域と長手方向領域との直ぐ近くに付着させる固体
状接着剤になる。

【００４５】他の態様では、本発明は、低融点ガラスからなることが好ましいガラスフリッ
ト融着シールで基板に付着された光導波路を備えた光学装置を含む。

【００４６】他の態様では、本発明は光導波路ファイバ格子を備えた光学装置を含み、この
光導波路ファイバ格子は、温度で変化する光導波路ファイバ格子の特性を調節す
るために基板が上記ファイバに力を加えるように基板に取り付けられ、この光導
波路ファイバ格子は接着剤で基板に付着され、基板は接着剤を受け入れるための
空所を画成し、この空所は、中央領域と、この中央領域から延びる指状領域とを
備え、液状の上記接着剤が上記中央領域および指状領域に流れ、そこで凝固して
固体状接着剤となって、前記空所に物理的に固着される。

【００４７】他の態様では、本発明は光導波路ファイバ格子を備えた光学装置を含み、この
光導波路ファイバ格子は、温度で変化する光導波路ファイバ格子の特性を調節す
るために基板が上記ファイバに力を加えるように基板に取り付けられ、この光導
波路ファイバ格子はガラスフリット融着シールで基板に付着される。

【００４８】前述した概略的な記載と、後述する詳細な記載とは、例示的および説明的であ
って、特許請求の範囲に示された本発明のさらなる説明を提供するものであるこ
とを理解されたい。

【００４９】添付図面は、本発明のさらなる理解のために用意されたもので、本明細書に組
み入れられ、かつ本明細書の一部をなし、本発明の実施例を示し、記載内容とと
もに本発明の精神の説明に資するものである。

【００５０】本発明の光学装置は、格子を包含する光導波路ファイバを備え、この光導波路
ファイバは、温度で変化する光導波路ファイバ格子の光学的特性を調節するため
に基板にに付着されている。この装置は、第１の長手方向チャンネルと、第１の
横断空所とを有する基板を備え、上記横断空所は、上記第１の長手方向のチャン
ネルとともに第１の空所交差部を形成している。光導波路ファイバは、上記第１
の長手方向チャンネルに添わされ、上記第１の空所交差部において基板に付着さ
れている。この基板は、長さと、幅と、高さと、上面となる第１に表面と、底面
になる第２の表面とを備えている。基板は、幅および高さよりも長さが長い細長
い形状を有しているのが好ましい。上記第１の長手方向チャンネルは、一直線で
基板の長手方向に沿っているのが好ましい。上記第１の長手方向チャンネルは、
基板の上記第１の表面に画成されているのが好ましい。上記第１の横断空所は、
基板の上記第１の表面において、上記第１の長手方向チャンネルを横切る横断空
所チャンネルであることが好ましい。

【００５１】この光学装置は、好ましくは基板の上記第１の表面に、上記第１の長手方向チ
ャンネルとともに第２の空所交差部を形成する第２の横断空所をさらに備えてお
り、この第２の空所交差部において上記光導波路ファイバが基板に付着されてい
る。この第２の空所交差部を形成する第２の横断空所は、第１の横断空所の好ま
しい構造と同様の構造を有することが好ましい。

【００５２】基板の２つの横断空所チャンネルは第１の長手方向チャンネルに対して実質的
に垂直であることが好ましい。第１の長手方向チャンネルを画成している基板の
第１の表面は、上記第１の横断空所を、上記第１の長手方向チャンネルに対して
実質的に垂直な第２のチャンネルとして画成しているのが好ましい。

【００５３】この光学装置は、上記光導波路ファイバを上記構成物に付着させための接着剤
をさらに備えており、この付着用接着剤は、凝固する流動性接着剤からなること
が好ましい。この光学装置は、シール用低融点ガラスから形成されているガラス
フリット融着シールを備えていることがより好ましく、このガラスフリット融着
シールは、上記第１の空所交差部を実質的に満たし、かつ上記第１の横断空所内
に延出し、上記光導波路ファイバが上記第１の空所交差部において上記ガラスフ
リット融着シールにより基板に付着されている。このガラスフリット融着シール
は、上記第１の長手方向チャンネル内に延出しているのが好ましい。

【００５４】本発明における上記横断空所は、鳩尾形状または円錐形のような、テーパーリ
ーマーで形成されたテーパー状断面を有するのが好ましい。

【００５５】上記基板は、単一の構造と組成とを有する単一材料からなることが好ましい。
この単一材料は、微小亀裂の入ったリチア・アルミノ珪酸塩・ベータユークリプ
タイト・ガラスセラミックに見られるような、自然に、かつ本来的に負の膨脹特
性を有することが好ましい。

【００５６】また、上記基板は、少なくとも２種類の異なる材料からなる複合基板であって
もよい。２種類の異なる材料は、異なる熱膨脹係数を有し、かつ一体に連結され
て、材料の不同性と連結とにより負の実効熱膨脹係数を有する複合基板を形成す
る。

【００５７】上記第１の長手方向チャンネルは、第１の端部と、この第１の端部から離れた
第２の端部とを備えており、第１の長手方向チャンネルとともに上記第１の空所
交差部を形成する上記第１の横断空所は、上記第１および第２の端部の内側にあ
る。さらに、第１の長手方向のチャンネルとともに上記第２の空所交差部を形成
する上記第２の横断空所は、上記第１および第２の端部の内側にあり、かつ上記
第１の空所交差部から離れていることが好ましい。

【００５８】添付図面に示されている具体例を参照して、本発明の好ましい実施の形態につ
いて詳細に説明する。本発明による光学装置の一つの実施の形態が図３および図
４に符号５０によって示されている。ここに示されているように、光学装置５０
は、屈折率の周期的変化からなるのが好ましい、すなわちブラッグ格子であるこ
とが好ましい格子５４を包含する光導波路ファイバ５２を備えている。光導波路
ファイバ５２は基板５６に付着されている。第１の横断空所６０は、第１の長手
方向チャンネル５８とともに第１の空所交差部６２を形成し、光導波路ファイバ
５２は、第１の長手方向チャンネル５８に添わされて、第１の空所交差部６２に
おいて基板５６に付着されている。第２の横断空所６４は第１の長手方向チャン
ネル５８とともに第２の空所交差部６６を形成し、ファイバ５２は第２の空所交
差部６６に付着されている。基板の第１の表面６８には、第１の長手方向チャン
ネル５８と第１および第２の横断空所６０，６４が画成され、チャンネル状をな
す第１および第２の横断空所６０，６４は、第１の長手方向チャンネル５８と実
質的に直交している。光導波路ファイバ５２を基板５６に付着させる手段７０は
接着剤であることが好ましく、ガラスフリット融着シール７２であることが最も
好ましく、このガラスフリット融着シール７２は、空所交差部６２，６６を満た
し、かつこれら空所交差部の近傍の横断空所領域７４内に延出し、さらに空所交
差部の近傍の長手方向チャンネル領域７６にも延出している。

【００５９】図５は、本発明における好ましい基板５６を示し、負の熱膨脹係数を有する単
一かつ一体の材料からなる。

【００６０】図６は、基板５６に形成された横断空所６０および６４がテーパー状断面形状
を有する本発明の実施の形態を示す。鳩尾状のようなテーパー状断面は、空所交
差部６２および６６に施された接着剤がここに結合されて、基板に対する相対移
動が不可能になることが保証される。さらに、長手方向チャンネル５８がテーパ
ー状断面を有するようにしてもよい。このようなテーパー状断面は、空所交差部
６２および６６に形成されたガラス質融着シールが基板５６に対して結合状態を
保つことを確実にする。図７に示されているように、横断凹穴８８は円錐形にな
るようにテーパーリーマによって形成されたテーパー状断面形状７８を有する。

【００６１】図５に示されているように、第１の長手方向チャンネル５８は、第１の端部８
０と第２の端部（末端部）８２とを備え、これら第１および第２の端部８０，８
２の内側に、第１の横断空所６０と、第１の空所交差部６２と、第２の横断空所
６４と、第２の空所交差部６６とを備えている。

【００６２】本発明はさらに、光導波路ファイバ格子と、この光導波路ファイバ格子の温度
による変化を調節する基板とを備えた光学装置の製造方法を含み、この方法は、
基板を提供する工程と、長手方向空所領域と少なくとも１つの横断領域とを有す
る空所が形成されるように基板に空所を形成する工程とを含む。この方法はさら
に、形成された空所の長手方向空所領域に沿って光導波路ファイバを配置する工
程と、液状の接着剤を、それが上記空所の長手方向領域および横断領域に流れる
ように施して、長手方向領域および横断領域の底面を実質的に覆い、そこで流動
性の接着剤を固体状の接着剤に凝固させて、上記空所の横断領域と長手方向領域
との交差部の直ぐ近くで光導波路ファイバを基板に付着させる工程とを含む。上
記接着剤は、上記交差部から交差部の直ぐ近くの空所領域に延出するように施す
のが好ましい。

【００６３】格子を備えた光導波路ファイバからなる光学装置５０の作成方法において、基
板５６を提供する工程は、単一材料からなる基板５６を提供する工程を含む。こ
の基板５６は、ゼロに近いかまたは負の熱膨張係数を有することが好ましい。こ
の方法は、異なる熱膨張係数を有する少なくとも２種類の異なる材料からなる複
合基板である基板５６を提供する工程を含んでもよい。

【００６４】基板５６に空所８４を形成する工程は、基板にスロットを刻設して空所８４の
長手方向領域５８を形成することを含むのが好ましい。空所８４を形成する工程
はさらに、長手方向領域５８と実質的に垂直なスロットを刻設して横断領域６０
および６４を形成することを含む。空所８４の形成は、テーパー状空所を形成す
ることを含むのが好ましい。

【００６５】長手方向領域５８と横断領域６０および６４とを有する空所８４を形成する工
程は、テーパー状横断領域７８が形成されるように、好ましくはテーパリーマー
を用いて基板５６に穴開けを行なう工程を含んでもよい。

【００６６】光導波路ファイバ５２を空所８４の長手方向領域５８に沿って配置する工程は
、ファイバ５２を空所８４の内部に配置することを含むことが好ましく、さらに
、ファイバ５２に張力を加えることを含んでもよい。

【００６７】液状の接着剤を、それが空所８４の長手方向領域５８および横断領域６０に流
れるように施す工程はさらに、好ましくは約５００℃よりも低い溶融／シール温
度を有するシール用低融点ガラスからなることが好ましいガラスフリットを空所
８４内および直ぐ近くの光導波路ファイバ５２に配置し、上記ガラスフリットを
溶融させて液状にし、この液状ガラスフリットを冷やして、光導波路ファイバ５
２を基板５６に付着させるガラスフリット融着シール７２を上記長手方向領域５
８および横断領域６０ならびにそれらの交差部に形成することを含む。

【００６８】本発明のさらなる実施の形態は、ガラスフリット融着シールで基板に付着され
た光導波路を備えた光学装置を含む。ガラスフリット融着シールはシール用低融
点ガラスからなることが好ましい。好ましいガラスフリット融着シールは錫・亜
鉛・硼酸塩を含む。これに代わる好ましいガラスフリット融着シールは鉛・亜鉛
・硼酸塩を含む。ガラスフリット融着シールはガラス質または失透されたもので
よい。光学装置５０は、ガラスフリット融着シール７２で基板５６に付着された
光導波路５２を備え、温度で変化する光導波路の光学的特性を基板５６が調節す
ることが好ましい。光導波路５２は光導波路ファイバからなることが好ましい。
光導波路ファイバは格子を備えていることが好ましい。光導波路５２は、横断チ
ャンネル６０，６４とこれに交差するチャンネル５８とを有する空所８４内にお
いてガラスフリット融着シール７２で基板５６の付着されているのが好ましい。
基板５６は、ゼロに近いかまたは負の熱膨脹係数を有する、そして好ましくは単
一材料からなることが好ましい。異なる熱膨張係数を有する少なくとも２種類の
異なる材料からなる複合基板であってもよい。

【００６９】本発明のさらなる実施の形態は、光ファイバ格子５２および５４の、温度で変
化する光学的特性を調節するために基板がファイバに力を加えるように、基板５
６に付着された光ファイバ格子５２および５４を備えた光学装置５０を含み、上
記光ファイバ格子５２および５４は接着剤で基板５６に付着され、この基板５６
は、上記接着剤を受け入れるための空所８４を画成し、この空所８４は、中央の
交差領域６２および６６と、これら中央の交差領域から延出する指状領域７４お
よび７６を有し、上記接着剤は、中央の交差領域６２および６６ならびに指状領
域７４および７６に流入してそこで固体状接着体７０に凝固し、この固体状接着
体７０が上記空所内に物理的に結合される。この空所内の物理的結合は、前記固
体状接着体がくさびを形成するように、テーパー状断面７８により得てもよい。

【００７０】本発明のさらなる実施の形態は、温度で変化する光ファイバ格子の光学的特性
を制御するために基板がファイバに力を加えるように、基板に付着された光ファ
イバ格子を備えた光学装置を含み、上記光ファイバ格子はガラスフリット融着シ
ールで基板に付着される。

【００７１】図８は、本発明のさらなる実施の形態を示し、長手方向チャンネル５８と交差
してそれを横切る第１の横断空所６０および第２の横断空所６４が、穴開けによ
って形成された穴からなる。

【００７２】図７および図９は、基板５６が、その長手方向に沿って内部に延びる孔９８を
備えた細長い管体８６からなる。横断孔８８は管体８６を貫通して長手方向孔９
８を横断し、交差部６２および６６を形成し、これら交差部６２および６６を実
質的に満たし、かつ交差部６２および６６から横断孔８８および長手方向孔９８
内に延出する接着剤７０によって、ファイバ５２が管体８６および長手方向孔９
８に付着されている。

【００７３】光学装置５０は、負の熱膨張係数を有する、細かい亀裂の入ったリチアアルミ
ノ珪酸塩・ベータユークリプタイト・ガラスセラミックからなる単一材料基板５
６を用いて作成した。この基板は、長さ約５２mm、幅約４mm、高さ（垂直方向の
厚さ）約２mmの細長い四角形の板部材であった。幅１／３２インチ（０．８mm）
の薄いダイヤモンド研削ホイールを用いて、図３および図４に示されているよう
に、板状基板５６の上面に、深さ約０．０４０インチ（１mm）のチャンネル５８
，６０，６４および中央横断チャンネル９０を切った。ブラッグ格子５４を備え
た光導波路ファイバ５２を、長手方向チャンネル５８の底面から僅か上方に配設
し、約１０Kpsi（６．９Ｍｐａ）の張力を加えた。ニューヨーク州所在のコーニ
ング社から市販されているのテレビジョンバルブシール用のガラスフリットペー
スト（コーニング７５８０番）を空所交差部６２および６６に配設し、空所交差
部６２および６６の直ぐ近くの光ファイバ５２を囲み、かつ覆った。

【００７４】ＣＯ_２レーザーを用いてシール用ガラスフリットを溶かして可流動状態にし、次いで、可流動状態のシール用ガラスフリットが固体状接着性ガラスフリット
融着シールに凝固するようにレーザーを取り除いた。ガラスフリット融着シール
７２は、機械的および物理的に基板５６と結合し、ファイバ５２を基板５６にシ
ールした。この構造および作成方法により、機械的および物理的に基板に結合さ
れた光導波路ファイバが提供され、ガラスフリット融着シールは基板および凹チ
ャンネル内に閉じ込められた。中央横断チャンネル９０内におけるファイバおよ
び格子の光学的応力測定により、ファイバが１４等級の張力に保たれていること
が示された。光学装置５０の取扱い時に、ファイバとガラスフリット融着シール
との境界に明らかなエッジがあると、ファイバ５２がガラスフリット融着シール
７２に対し相対的に移動したときに歪みを受けたり破壊されたりするために、エ
ポキシ樹脂９２を用いて３点接続歪み開放手段を構成した。さらに、光ファイバ
５２の保護被覆にエポキシ樹脂９２が接着され、かつ、ファイバ５２の保護被覆
を剥がされた領域にガラスフリット融着シールが接着されるように、装置の形成
時に、ファイバの内方の長さ部分とエポキシ樹脂に触れる領域間の光ファイバ５
２の保護被覆を剥がした。ダウ・コーニングの誘電体フルオロゲルブランドのＱ
−３６６７９タイプゲルのような保護ゲルを用いてチャンネル５８を満たしてフ
ァイバ５２を囲み、ファイバ５２を汚染およびその他の危害から保護した。この
光学装置は特に頑強な構造を備え、ガラスフリット融着シールは滑動または移動
が不可能で、その自らの物理的形状によって適切に付着された。固体状ガラスフ
リット融着シールは基板に物理的に結合された。横断チャンネルと長手方向チャ
ンネルとの交差部はガラスフリット融着シール体を制止して、これらシール体の
光導波路ファイバの長さ方向に沿った移動および滑動を阻止した。

【００７５】本発明の精神や範囲から逸脱することなく本発明に幾多の修正および変更を加
え得ることは当業者に明らかである。よって、本発明の修正および変更が添付の
請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内で、本発明がこれらの修正および変更
に及ぶことが意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した典型的な光学装置を示す側面図

【図２】シールに生じる不整合を示すグラフ

【図３】本発明を実施した装置の斜視図

【図４】図３に示された装置の平面図

【図５】本発明を実施した装置の斜視図

【図６】本発明を実施した装置の斜視図

【図７】本発明を実施した装置の斜視図

【図８】本発明を実施した装置の斜視図

【図９】本発明を実施した装置の側面図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ディマーティノ，スティーヴンアメリカ合衆国ニューヨーク州 14802 エルミラコールマンアヴェニュー 64 (72)発明者フランシス，ゲイロードアメリカ合衆国ニューヨーク州 14870 ペインテッドポストオーヴァーブルックロード 33 (72)発明者グレースマン，スコットアメリカ合衆国ニューヨーク州 14830 コーニングジョンヒルロード 1039 (72)発明者モレナ，ロバートアメリカ合衆国ニューヨーク州 14858 リンリーブラウンタウンロード 438 (72)発明者ウェディング，ブレントアメリカ合衆国ニューヨーク州 14830 コーニングイーストサードストリート３Ｆターム(参考） 2H038 BA25 CA52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】格子を包含する光導波路ファイバを備え、該格子を包含する
光導波路ファイバの、温度とともに変化する光学的特性を調節するために、該光
導波路ファイバが基板に付着されてなる光学装置において、第１の長手方向チャンネルを画成した基板と、該基板において前記第１の長手方向チャンネルとともに第１の空所交差部を形
成する第１の横断空所とを備え、前記光導波路ファイバが前記第１の長手方向チャンネルに沿って配設され、か
つ前記第１の空所交差部において前記基板に付着されていることを特徴とする光
学装置。
【請求項２】前記第１の長手方向チャンネルとともに第２の空所交差部を
形成する第２の横断空所を備え、前記光導波路ファイバが前記第２の空所交差部
において前記基板に付着されていることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】前記基板が、前記第１の長手方向チャンネルを画成した第１
の表面を備え、前記第１の横断空所が、前記基板の第１の表面における第２のチ
ャンネルを構成し、該第２のチャンネルが前記第１の長手方向チャンネルと実質
的に垂直であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項４】ガラスフリット融着シールをさらに備え、該ガラスフリット
融着シールが前記第１の空所交差部を実質的に満たし、かつ前記第１の横断空所
内に延出し、前記光導波路ファイバが、前記第１の空所交差部において前記ガラ
スフリット融着シールにより前記基板に付着されていることを特徴とする請求項
１記載の光学装置。
【請求項５】前記第１の横断空所がテーパー状断面を有することを特徴と
する請求項１記載の光学装置。
【請求項６】前記基板が単一材料からなることを特徴とする請求項１記載
の光学装置。
【請求項７】前記基板が、少なくとも二種類の異なる材料からなる複合基
板であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項８】前記第１の長手方向チャンネルが第１の端部と第２の遠方側
端部とを備え、前記第１の横断空所が、前記第１の端部と前記第２の端部との内
側で前記第１の長手方向チャンネルとともに第１の空所交差部を形成しているこ
とを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項９】前記第１の長手方向チャンネルが第１の端部と第２の遠方側
端部とを備え、前記第１および第２の空所交差部が、前記第１の端部と前記第２
の端部との内側にあることを特徴とする請求項２記載の光学装置。
【請求項１０】格子を包含する光導波路ファイバと基板とを備え、該基板
が、前記格子を包含する光導波路ファイバの、温度とともに変化する光学的特性
を調節するように構成された光学装置の作成方法であって、基板を提供し、該基板に、長手方向領域と少なくとも１つの横断領域とを有する空所を形成し
、該空所の前記長手方向領域に沿って光導波路ファイバを配置し、前記長手方向領域および横断領域内に流入する接着剤を提供し、該接着剤が固
体に凝固して前記光導波路ファイバを、前記空所の前記横断領域および前記長手
方向領域の直ぐ近くで前記基板に付着させる、各工程を含むことを特徴とする光学装置の作成方法
【請求項１１】前記基板を提供する工程が、単一材料からなる基板を提供
する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】前記単一材料からなる基板を提供する工程が、ゼロに近い
かまたは負の熱膨張係数を有する単一材料からなる基板を提供する工程をさらに
含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】前記基板を提供する工程が、異なる熱膨張係数を有する少
なくとも二種類の異なる材料からなる複合基板を提供する工程をさらに含むこと
を特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１４】長手方向領域と少なくとも１つの横断領域とを備えた空所
を前記基板に形成する工程が、前記基板にスロットを切って前記空所の前記長手
方向領域を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１５】前記基板に空所を形成する工程が、テーパー状空所を形成
する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１６】長手方向領域と少なくとも１つの横断領域とを備えた空所
を前記基板に形成する工程が、前記長手方向領域に対し実質的に垂直なスロット
を前記基板に切って前記横断領域を形成する工程をさらに含むことを特徴とする
請求項１０記載の方法。
【請求項１７】前記基板に空所を形成する工程が、前記基板に穴を開ける
工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１８】前記基板に穴を開ける工程が、テーパーリーマで前記基板
に穴を開ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】前記長手方向領域に沿って光導波路ファイバを配置する工
程が、前記ファイバを前記空所内に配置する工程をさらに含むことを特徴とする
請求項１０記載の方法。
【請求項２０】光導波路ファイバに張力を加える工程をさらに含むことを
特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項２１】前記空所の前記長手方向領域および横断領域内に流入する
接着剤を提供する工程が、前記空所と前記光導波路ファイバの直ぐ近くとにガラ
スフリットを配置し、該ガラスフリットを溶融させ、かつ該ガラスフリットを冷
却して、前記光導波路ファイバを前記基板に機械的に付着させるガラスフリット
融着シールを前記長手方向領域および横断領域内に形成する工程をさらに含むこ
とを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項２２】ガラスフリット融着シールで基板に付着された光導波路を
備えていることを特徴とする光学装置。
【請求項２３】前記ガラスフリット融着シールがシール用低融点ガラスを
含むことを特徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項２４】前記基板が、温度とともに変化する前記光導波路の光学的
特性を調節することを特徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項２５】前記光導波路が、前記基板に形成された空所内にガラスフ
リット融着シールで付着され、前記空所が交差チャンネルを備えていることを特
徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項２６】前記ガラスフリット融着シールが錫・亜鉛・燐酸塩を含む
ことを特徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項２７】前記ガラスフリット融着シールが鉛・亜鉛・燐酸塩を含む
ことを特徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項２８】前記ガラスフリット融着シールがガラス質であることを特
徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項２９】前記ガラスフリット融着シールが失透されていることを特
徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項３０】前記光導波路が光導波路ファイバを含むことを特徴とする
請求項２２記載の光学装置。
【請求項３１】前記光導波路ファイバが格子を備えていることを特徴とす
る請求項３０記載の光学装置。
【請求項３２】前記基板がゼロに近いかまたは負の熱膨張係数を有するこ
とを特徴とする請求項２２記載の光学装置。
【請求項３３】前記基板が単一材料からなることを特徴とする請求項３２
記載の光学装置。
【請求項３４】前記基板が、異なる熱膨張係数を有する少なくとも二種類
の異なる材料からなる複合基板であることを特徴とする請求項３２記載の光学装
置。