JP2003161837A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単にフェルールに設けた素子体実装溝内に磁
石を備えた光学素子体を接着剤で充填固定した光デバイ
スでは、接着剤の硬化収縮による応力が働きフェルール
が湾曲して、その結果、光軸ズレを生じてしまい、結合
ロスが増加するとともに、接着剤の硬化時に光学素子体
を構成している光学素子へ硬化収縮時の応力が加わり、
これが原因となり光学素子体の特性劣化を招き、ひいて
は光デバイスの光学特性が劣化する。 【解決手段】 磁石１３を備えた光学素子体Ｋ１の光入
出射端に光導波体を配設した光デバイスＭ１であって、
保護体１内に光導波体を設け、光導波体を分断する素子
体実装溝７内に光学素子体Ｋ１を接着剤８で充填固定す
るとともに、光学素子体Ｋ１の少なくとも上面を含む外
周側面が磁石１３で一体的に包囲されて成ることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信機器や光計
測用センサー等に好適に適用され、光ファイバと光アイ
ソレータ等の磁石を備えた光学素子体とを光結合（光接
続）させた光デバイスに関し、特にこの光デバイスの応
力緩和構造に関する。

【０００２】

【発明の背景】近年、光技術の発達と共に、光通信や光
計測等の分野において、光ファイバを用いた光信号や光
エネルギーの伝送手段が盛んに利用されている。このよ
うなシステムでは、光源や受光器、波長フィルタやセン
シングのための光学素子、及び光ファイバを光結合させ
る必要がある。

【０００３】そして、波長フィルタやセンシングのため
の光学素子を光ファイバの伝送路中に挿入する場合は結
合損失を極小にし、かつこの結合状態を外力の影響なく
保持しなければならない。また、光学素子を光ファイバ
の伝送路中に挿入した光デバイスの小型化の要求によ
り、光学素子と光ファイバの結合部をできるだけ小型化
にしなければならない。

【０００４】以下に、光ファイバと光アイソレータ等の
磁石を備えた光学素子（以下、光学素子体ともいう）と
を光結合（光接続）させた光デバイスの一例について説
明する。

【０００５】まず、図３に模式的な断面図（光軸を含む
面で切断した断面図）にて示すような光ファイバ体Ｆ１
を作製する。すなわち、第１シングルモードファイバ２
ａ（以下、「シングルモードファイバ」を「ＳＭファイ
バ」ともいう）の一端に第１グレーデッドインデックス
ファイバ３ａ（以下、「グレーデッドインデックスファ
イバ」を「ＧＩファイバ」ともいう）の一端を接続し、
この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、焦点距離調節用の
コアレスファイバ４の一端を接続し、さらにこのコアレ
スファイバ４の他端に第２ＧＩファイバ３ｂの一端を接
続し、この第２ＧＩファイバ３ｂの他端に第２ＳＭファ
イバ２ｂの一端を接続して光ファイバ体Ｆ１とする。

【０００６】次に、図４に模式的な断面図にて示すよう
に、前記光ファイバ体Ｆ１をフェルール１内部に配設・
固定し、コアレスファイバ４を分断する素子体実装溝７
を形成して、コアレスファイバ４を第１コアレスファイ
バ４ａ, 第２コアレスファイバ４ｂに分離する。

【０００７】そして、図５（ａ），（ｂ）のそれぞれ
に、図４における拡大断面図，光出射側の正面図にて示
すように、偏光子１０及び検光子１１と、これら偏光子
１０と検光子１１の間に配置されたファラデー回転子１
２と、このファラデー回転子１２の両側の側面に配置さ
れ、ファラデー回転子１２に磁界を与える２つの磁石１
４とで構成された光学素子体Ｋ２を、図４に示す素子体
実装溝７内に接着剤８で充填固定して光デバイスＭ２と
することができる。なお、図４に示したＰ１は光入射方
向を示し、Ｐ２は光出射方向を示す。

【０００８】このような光デバイスＭ２においては光学
調芯が不要で、フェルール１内に全ての構成部品が固定
され、さらに第１及び第２コアレスファイバ４ａ,４ｂ
が空気（屈折率：ｎ＝１）より高い屈折率を有し、ビー
ムの広がりが少ないため、結合効率を高くできる上に、
小型でしかも安価に作製が可能であると考えられる。

【０００９】しかしながら、このような光デバイスＭ２
の構成では、素子体実装溝７に光学素子体Ｋ２を接着剤
８で充填固定した際に、接着剤８の硬化収縮による応力
が作用することでフェルール１が湾曲し、その結果、光
軸ズレを生ぜしめ、結合ロスが増加するという問題点が
考えられる。

【００１０】また、接着剤８の硬化時において光学素子
体Ｋ２を構成している光学素子の偏光子１０、検光子１
１、及びファラデー回転子１２へ硬化収縮時の応力が加
わり、これが原因となって光学素子の特性劣化を招き、
ひいては光デバイスＭ２の光学特性が劣化してしまうこ
とが考えられる。

【００１１】また、磁石１４を光学素子体Ｋ２の両側に
分離して配置する構成では、光学素子体Ｋ２の外周部側
面を一体的に包囲することができないことから、必ず開
口部が存在してしまう。この開口された部分では素子体
実装溝部７に充填される接着剤８と接することになり、
硬化収縮時の応力の影響を受けて、光学素子体Ｋ２その
ものが特性劣化するという問題があった。加えて２体の
磁石を精度よく組み立てる際の工程も複雑であり、コス
トが高くなる問題もあった。

【００１２】そこで本発明では、安定した光学特性が得
られ、しかも簡便に作製が可能な優れた光デバイスを提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光デバイスは、
磁石を備えた光学素子体の光入出射端に光導波体を配設
した光デバイスであって、保護体内に前記光導波体を設
け、該光導波体を分断する素子体実装溝内に前記光学素
子体を接着剤で充填固定するとともに、前記光学素子体
の少なくとも上面を含む外周側面が前記磁石で一体的に
包囲されて成ることを特徴とする。

【００１４】また特に、前記光導波体は、少なくともコ
アレスファイバ、またはモードフィールド径がシングル
モードファイバより大きな光ファイバから成ることを特
徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光デバイスの
実施形態を模式的に示した図面に基づいて詳細に説明す
る。図１に本発明の光デバイスＭ１の光軸を含む面で切
断した断面図を模式的に示す。また、図２（ａ）に光デ
バイスＭ１を構成する光学素子体Ｋ１の図１における拡
大断面図を、図２（ｂ）に光学素子体Ｋ１の光出射端に
おける正面図を示す。なお、既に説明した同様な部材に
は同一符号を付すものとする。

【００１６】図３にて既に説明したように、まず、光フ
ァイバ体Ｆ１を作製する。すなわち、モードフィールド
径（以下、ＭＦＤともいう）が１０μｍ程度の光伝送用
の第１ＳＭファイバ２ａの一端に、直径が第１ＳＭファ
イバ２ａとほぼ同一の第１ＧＩファイバ３ａの一端を接
続し、この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、これと直径
がほぼ同一で焦点距離調節用のコアレスファイバ（また
はＧＩファイバ３ａを光が伝搬することにより拡大され
たＭＦＤを安定させるための大口径ＳＭファイバ）４を
接続し、さらに、このコアレスファイバ（または大口径
ＳＭファイバ）４の他端に第１ＧＩファイバ３ａと同様
な第２ＧＩファイバ３ｂの一端を接続し、この第２ＧＩ
ファイバ３ｂの他端に第１ＳＭファイバ２ａと同様な第
２ＳＭファイバ２ｂの一端を接続して全体が１本の光フ
ァイバ体Ｆ１を作製する。

【００１７】次に、図１に示すように、この光ファイバ
体Ｆ１を例えばジルコニア等のセラミックスから成る筒
状保護体であるフェルール１の内部に配設・固定し、コ
アレスファイバ（または、大口径ＳＭファイバ）４を分
断して、第１及び第２コアレスファイバ（または、大口
径ＳＭファイバ）４ａ,４ｂに分離する素子体実装溝７
を形成する。

【００１８】そして、図２に示される偏光子１０及び検
光子１１と、偏光子１０と検光子１１の間に配置された
ファラデー回転子１２と、このファラデー回転子１２の
外周に配置され、ファラデー回転子１２に磁界を与える
磁石１３とで構成された光アイソレータである光学素子
体Ｋ１を、図１に示すように素子体実装溝７内に接着剤
８を用い充填固定する。

【００１９】ここで、フェルール１はセラミックス以外
に、所望の特性が得られれば金属、ガラス、モールド樹
脂等であってもよい。

【００２０】また、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ,３
ｂは、ファイバの中心軸から離れるにしたがって徐々に
屈折率が下がる軸対称の屈折率分布を持つ光ファイバで
ある。ほとんどのＧＩファイバはほぼ２乗の屈折率分布
を持ちレンズ効果を有するため、適当な屈折率分布のＧ
Ｉファイバを適当な長さで用いれば好適な結合光学系を
構成することができる。

【００２１】ＧＩファイバの端面に点光源がある場合に
コリメート光にする条件は、ＧＩファイバの長さが４分
の１周期になる長さ（光線の周期に対応させてピッチ
（Ｐ）で表すとＰ＝０．２５）であるが、実際に結合効
率が最も高くなるのは、端面が対向するＧＩファイバか
らのビームウェスト位置が一致するときである。Ｐ＝
０．２５におけるビームウェスト位置は、ＧＩファイバ
の出射端面に位置することになり、第１ＧＩファイバ３
ａ−第２ＧＩファイバ３ｂ間に光学素子体Ｋ１を挿入す
る場合は、ビームウェストの位置は一致しない。そのた
め、ＧＩファイバの出射端面から離れた位置にビームウ
ェストを形成するためには、４分の１周期になる長さよ
りも長く（Ｐ＞０．２５）する条件が必要になる。そこ
で、第１及び第２コアレスファイバ４ａ,４ｂの長さ
は、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ,３ｂによるビーム
スポットが中央で一致するように調整されている。光フ
ァイバ体Ｆ１は１本の光ファイバであるのでこれを分断
した場合、２本の光ファイバ間の軸ズレを防止すること
ができる。また、単に第１及び第２ＳＭファイバ２ａ,
２ｂどうしを対向させた場合よりも結合効率が良い。

【００２２】また、光学素子体Ｋ１において、偏光子１
０及び検光子１１は結合効率の優れた熱吸収型の薄い平
板状のものを用いることが望ましいが、楔形状、凹形
状、凸形状等の平板以外の形状としてもよい。なお、光
学素子体Ｋ１は所望の光学特性（アイソレーション、挿
入損失）が得られるのであれば、これら偏光子１０及び
検光子１１の代わりに複屈折板を用いたサーキュレータ
を構成してもよい。

【００２３】また、磁石１３は特に素子体実装溝７に充
填される接着剤８の量を極力少なくし、接着剤８の硬化
収縮により保護体であるフェルール１の湾曲を防止でき
るように、光学素子体Ｋ１の外周側面に配置させ、光学
素子体Ｋ１の少なくとも上面を含む外周側面を包囲す
る、例えばＵ字状とするのが望ましい。さらに、磁石１
３は一体的に構成されているので、作製の容易性及び十
分な磁界エネルー特性を有する点で望ましい。本実施形
態では、図２に示すように偏光子１０、検光子１１、及
びファラデー回転子１２で構成された直方体状の素子体
の上面を含む少なくとも３つの外周側面を包囲するよう
にしている。なお、磁石材料としてサマリウム−コバル
ト系や鉄‐ネオジウム−ボロン系などのエネルギー積が
大きな材料を使用すれば小型化等の点で好ましい。ま
た、プラスチック磁石を用いることで光学素子体Ｋ２を
一体成形で安価に製造できるメリットがある。また、磁
石１３の形状は前記以外に光学素子体Ｋ１を構成する光
学素子の少なくとも上面を含む外周側面を包囲できる形
状であれば、１つの開口部を有する馬蹄形状や半円形状
等でもよい。

【００２４】光デバイスＭ１の一端から入射された光信
号は、先端に集光機能を有する第１ＳＭファイバ２ａを
伝搬し、第１ＧＩファイバ３ａにてビーム径が拡大さ
れ、第１コアレスファイバ４ａから出射される。そし
て、素子体実装溝７に配置された光学素子体Ｋ１を通過
して、第２コアレスファイバ４ｂに入射され、第２ＧＩ
ファイバ３ｂにて集光され、第２ＳＭファイバ２ｂを介
して外部へ出射される。一方、第２ＳＭファイバ２ｂか
ら入射される戻り光は、光アイソレータである光学素子
体Ｋ１により遮断され、第１コアレスファイバ４ａ側に
入射されることが極力防止される。

【００２５】かくして、光デバイスＭ１によれば、フェ
ルール１内に光導波体を設け、この光導波体を分断する
素子体実装溝７内に光学素子体Ｋ１を接着剤８で充填固
定する構成において、一体構造の磁石１３を用い、光学
素子体Ｋ１の少なくとも上面を含む外周側面が磁石１３
で一体的に包囲されていることにより、光学素子体Ｋ１
の体積が大きくなり、その結果として素子体実装溝７内
に充填固定される、接着剤８の量を大幅に減少すること
が可能となる。これにより、接着剤８の硬化収縮による
応力が大幅に緩和されてフェルール１が湾曲し光軸ズレ
を生ぜしめることがなく、さらに、接着剤８の硬化時に
おいて光学素子体Ｋ１を構成している光学素子の偏光子
１０、検光子１１、及びファラデー回転子１２へ硬化収
縮時の応力が加わることがない。したがって、安定した
光学特性が得られ、信頼性に優れた光デバイスを供給で
きる。また、光学素子体Ｋ１を構成する磁石１３を一体
構造にすることにより、光学素子体Ｋ１及び光デバイス
Ｍ１の組立工数及び部品点数の削減がはかられ、低コス
トでの供給が実現可能となる。

【００２６】なお、本発明の実施形態は前述の構成に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で適宜変更し実施が可能である。

【００２７】

【実施例】次に、本発明をより具体化した実施例につい
て説明する。

【００２８】まず図３に示すように、ＭＦＤが約１０μ
ｍの石英系の第１ＳＭファイバ２ａの先端に、屈折率差
△が０．８５％、コア径が約１０５μｍの第１ＧＩファ
イバ３ａを放電による融着加工で接続し、約７８０μｍ
の長さにカットした後、この第１ＧＩファイバ３ａの他
端に、ｎ＝１．４６の屈折率を持つコアレスファイバ４
を放電による融着加工で接続し１６００μｍの長さにカ
ットし、さらにコアレスファイバ４の他端に第１ＧＩフ
ァイバ３ａと同様な第２ＧＩファイバ３ｂ、第１ＳＭフ
ァイバ２ａと同様な第２ＳＭファイバ２ｂを、この順で
融着接続して光ファイバ体Ｆ１を作製した。

【００２９】次に、図１に示すように、この光ファイバ
体Ｆ１を直径約１．２５ｍｍのジルコニアのフェルール
１の内部にエポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定し、コ
アレスファイバ４を分断して第１及び第２コアレスファ
イバ４ａ,４ｂに分離すべく、素子体実装溝７（幅９０
０μｍ、深さ８００μｍ）をダイサーにより切削加工で
形成した。

【００３０】そして、厚さ８５０μｍの光学素子体（光
アイソレータ）Ｋ１を適当な磁界を与えながら偏光子１
０、検光子１１、ファラデー回転子１２を適当な特性が
得られるように光学調整してエポキシ系の熱硬化型接着
剤の接着剤にて固定したものを、さらにサマリウム−コ
バルト系から成る磁石１３とエポキシ系樹脂の熱硬化型
接着剤で固定した後に、素子体実装溝７に設置した。そ
の後、光学素子体Ｋ１を透光性のエポキシ系樹脂である
紫外線硬化型接着剤８で固定して光デバイスＭ１を作製
した。また同時に、同様な手順にて比較例として光デバ
イスＭ２を作製した。

【００３１】ここで、光デバイスＭ１に搭載した磁石１
３は光デバイスＭ２に搭載した磁石１４より体積の大き
いものを使用した。これは、素子体実装溝７に充填する
紫外線硬化型接着剤８の充填量を減少させることが可能
となり、硬化収縮時に発生する応力を緩和させることを
目的としている。また、光デバイスＭ１に搭載した磁石
１３を一体構造とすることにより、光学素子体Ｋ１を構
成している光学素子である偏光子１０、検光子１１、フ
ァラデー回転子１２へ働く応力を物理的に遮断できるこ
とから、特性劣化に対して緩和される効果も期待でき
る。

【００３２】次に、このようにして作製した光デバイス
Ｍ１，Ｍ２の各光学特性の評価結果を下記に示す。サン
プル数Ｎ＝１５にて、挿入損失およびアイソレーション
の測定を、光伸光学(株)社製ＴＵＮＡＢＬＥ ＬＤＬＩ
ＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥ（型番ＬＳ―６０１Ａ）を光源と
して用い、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製のディ
テクター（型番 ８１５３Ａ）を、組み合わせて光学評
価系を構築して測定を行った。また、フェルール湾曲角
度は(株)島津製作所製の抗折強度試験器（型番ＡＧＳ−
５００Ａ）を用いて、フェルール１の長手方向の反りを
測定した。具体的には、フェルール１の長手方向一端を
治具に保持し、フェルール１の外周部の複数箇所を円周
測定してその中心を求め、回転基準軸に対し中心のずれ
量をフェルール湾曲角度として測定した。

【００３３】本測定結果は、光デバイスＭ２における挿
入損失，アイソレーション，フェルール湾曲角度の各平
均は、１．７８ｄＢ，２６．７ｄＢ，０．７４度であっ
たのに対し、光デバイスＭ１における平均は、０．４５
ｄＢ，４１．６ｄＢ，０．０１度であった。このよう
に、フェルール１の湾曲がほとんど生じなかったので、
光デバイスＭ１は光デバイスＭ２に対して格段に改善さ
れていることを確認し、挿入損失及びアイソレーション
といった光学特性が使用上全く問題のないレベルの特性
であったことも確認した。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光デバイ
スによれば、保護体内に光導波体を設け、この光導波体
を分断する素子体実装溝内に光学素子体を接着剤で充填
固定する構成において、一体構造の磁石を用い、光学素
子体の少なくとも上面を含む外周側面が磁石で一体的に
包囲されていることにより、安定した光学特性が得ら
れ、信頼性に優れた光デバイスを供給できる。

【００３５】また、光学素子体を構成する磁石を一体構
造にすることにより、光学素子体及び光デバイスの組立
工数及び部品点数の削減がはかられ、低コストでの供給
が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光デバイスの実施形態を模式的に
説明する断面図である。

【図２】図１における光デバイスを構成する光学素子体
を模式的に説明する図であり、（ａ）は拡大断面図、
（ｂ）は正面図である。

【図３】光ファイバ体を模式的に説明する側面図であ
る。

【図４】光デバイスの一例を模式的に説明する断面図で
ある。

【図５】図４における光デバイスを構成する光学素子体
を模式的に説明する図であり、（ａ）は拡大断面図、
（ｂ）は正面図である。

【符号の説明】

１：基体 ２ａ：第１ＳＭファイバ ２ｂ：第２ＳＭファイバ ３ａ：第１ＧＩファイバ ３ｂ：第２ＧＩファイバ ４：コアレスファイバ（または、大口径ＳＭファイバ） ４ａ：第１コアレスファイバ（または、第１大口径ＳＭ
ファイバ） ４ｂ：第２コアレスファイバ（または、第１大口径ＳＭ
ファイバ） ７：素子体実装溝 ８：接着剤 １０：偏光子 １１：検光子 １２：ファラデー回転子 １３,１４：磁石 Ｍ１,Ｍ２：光デバイス Ｆ１：光ファイバ体 Ｋ１，Ｋ２：光学素子体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁石を備えた光学素子体の光入出射端に
   光導波体を配設した光デバイスであって、保護体内に前
   記光導波体を設け、該光導波体を分断する素子体実装溝
   内に前記光学素子体を接着剤で充填固定するとともに、
   前記光学素子体の少なくとも上面を含む外周側面が前記
   磁石で一体的に包囲されて成ることを特徴とする光デバ
   イス。
2. 【請求項２】 前記光導波体は、少なくともコアレスフ
   ァイバ、またはモードフィールド径がシングルモードフ
   ァイバより大きな光ファイバから成ることを特徴とする
   請求項１に記載の光デバイス。