JP2003161838A

JP2003161838A - 光デバイス

Info

Publication number: JP2003161838A
Application number: JP2001361550A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Fukuchi; 洋介福地; Yasushi Sato; 恭史佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子実装溝が形成された光デバイスで
は、光学素子実装溝部でフェルールの厚さが薄くなり、
光学素子実装溝の深さ方向において外力に弱いという問
題点が考えられる。【解決手段】光導波体Ｆ１の外周を覆う保護体１に、
光導波体の光軸を横切る溝７を形成し、この溝７に光導
波体Ｆ１に光結合させる光学素子５を配設して成る光デ
バイスＭ１において、保護体１の外周部に補強用環状部
材６及び／または補強用凹部９が設けられていることを
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
ソレータや波長フィルタ等の光学素子とが光結合（光接
続）される光デバイスに関し、特に、この光デバイスの
補強構造に関する。

【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装置の小型化の動きにより、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や波
長フィルタ等の光学素子とが光結合される光デバイスの
一例について説明する。

【０００５】まず、図４に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５に示すように、前記光ファイバ体
Ｆ１をフェルール１の内部に配設・固定し、コアレスフ
ァイバ４を分断する光学素子実装溝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。そして、例えば偏光子及
び検光子と、これら偏光子と検光子の間に配置されたフ
ァラデー回転子と、このファラデー回転子の両側の側面
に配置され、ファラデー回転子に磁界を与える磁石とで
構成された光学素子５を光学素子実装溝７内に接着剤８
で充填固定して光デバイスＪ１とすることができる。な
お、図５に示したＰ１は光入射方向を示し、Ｐ２は光出
射方向を示す。

【０００７】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,４
ｂ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。

【０００８】しかしながら、光学素子実装溝７が形成さ
れているため、この光学素子実装溝７部ではフェルール
１の厚さが薄く、光学素子実装溝７における深さ方向の
外力に強度的に弱いと考えられる。

【０００９】そのため、図６に示す光デバイスＪ１の片
端を保持部材１０に保持して実装した場合、外力１１に
よる影響を考慮する必要があり、実装設計に制約が生じ
る。また、保持部材１０に光デバイスＪ１を接着剤で固
定する場合、この接着剤が光学素子実装溝７にまで回り
込み、特にこの接着剤が光学素子５の固定用の接着剤８
と異なる場合に、温度変化が生じたときに膨張係数の相
違による応力が発生することがある。

【００１０】さらに、光学素子５が特に光アイソレータ
等の磁石を備えたものである場合、この磁石を光学素子
実装溝７部に配置する必要があるため、光学素子実装溝
７が大きくなり、これによりさらに外力の影響を受けや
すくなったり、磁石による影が発生して紫外線硬化型樹
脂等の光硬化型の接着剤を硬化させるための時間がかか
るという問題も考えられる。

【００１１】そこで本発明では、外力の影響を極力防止
することができ、信頼性が高く小型化が容易な優れた光
デバイスを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光デバイスは、光導波体の外周を覆う保護
体に、前記光導波体の光軸を横切る溝を形成し、該溝に
前記光導波体に光結合させる光学素子を配設して成る光
デバイスであって、前記保護体の外周部に補強用環状部
材及び／または補強用凹部が設けられていることを特徴
とする。

【００１３】また、前記補強用環状部材が、前記光学素
子に磁界を印加するための磁石であることを特徴とす
る。

【００１４】なお、補強用環状部材の「環状」とは連続
体に限定されるものではなく、環状になっていれば分離
した複数の部材で構成されているものも含むものとす
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図示した図面に基づいて詳細に説明
する。図１〜図３に本発明の実施形態である光デバイス
の断面図（光軸を含む面で切断した断面図）を示す。

【００１６】まず、図４に示す光導波体である光ファイ
バ体Ｆ１を作製する。すなわち、既に説明したように、
モードフィールド径（以下、ＭＦＤともいう）が１０μ
ｍ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Ｓ
Ｍ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】そして、光ファイバ体Ｆ１をその保護体で
ある例えばジルコニアから成るフェルール１の内部に固
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に分離させる光学
素子実装溝７をダイシングにより形成し、この光学素子
実装溝７に、波長フィルタや光アイソレータ等の光学素
子５を光硬化型の接着剤８で配置固定し、さらにジルコ
ニアから成る円筒状で厚さ０．１ｍｍ程度の補強用環状
部材６に圧入により光学素子実装溝７部に固定して光デ
バイスＭ１を作製する。

【００１８】ここで、補強用環状部材６を例えばジルコ
ニアとし、フェルール１の材質と同一にしたのは膨張係
数をあわせることにより、不要な応力が生じさせないよ
うにしたからである。

【００１９】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。

【００２０】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５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。

【００２１】なお、補強用環状部材の「環状」とは連続
体に限定されるものではなく、環状になっていれば分離
した複数の部材で構成されているものも含むものとす
る。

【００２２】かくして、この光デバイスＭ１によれば、
フェルール１の外周部、特に光学素子実装溝７に補強用
環状部材６が設けられているので、フェルール１の一端
部に外力が加わっても挿入損失変動を極力小さく抑える
ことができる。

【００２３】次に、本発明の他の実施形態について図２
に基づいて説明する。まず、光デバイスＭ１と同様にし
て、光ファイバ体Ｆ１を作製した後に、この光ファイバ
体Ｆ１を前記と同様にしてフェルール１内に固定し、コ
アレスファイバ（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（大口径ＳＭファイバ）４
ａ，４ｂに分離する光学素子実装溝７を形成し、これに
波長フィルタや光アイソレータ等の光学素子５を接着剤
８で配置固定する。また、補強用環状凹部９は光ファイ
バ体Ｆ１固定前にフェルール１に形成し、フェルール１
の一端側を保持部とし、この保持部において他の部材
（図示せず）に接着剤で固定する場合に、接着剤が光学
素子実装溝７まで到達しないように、接着剤を均一に溜
める環状の補強用凹部９が形成された光デバイスＭ２と
する。なお、補強用凹部９は接着剤が均一に溜まるよう
に環状にするのが応力を均一にする上で望ましい。ま
た、フェルール１の外周部に光デバイスＭ１と同様に補
強用環状部材６を設けるのがさらに望ましい。

【００２４】かくして、この光デバイスＭ２によれば、
フェルール１の外周部に補強用凹部９を形成したので、
フェルール１の一端側を他の部材に接着剤で固定する場
合に、その接着剤が光学素子実装溝７まで到達すること
がなく、温度変化が生じたときに不要な応力が発生する
ことがない。

【００２５】次に、本発明のさらに他の実施形態につい
て図３に基づいて説明する。図３に示すように、光デバ
イスＭ３においても、光デバイスＭ１，Ｍ２と同様にし
て、光ファイバＦ１を作製し、コアレスファイバ（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（大口径ＳＭファイバ）４ａ，４ｂに分離する光
学素子実装溝７を形成し、この光学素子実装溝７部に光
アイソレータである光学素子５を接着剤８で配置固定す
る。すなわち、光アイソレータを構成する偏光子、ファ
ラデー回転子、検光子を接着剤８で配置固定し、さら
に、円筒状の磁石から成る補強用環状部材６を接着剤に
より固定して光デバイスＭ３とした。

【００２６】かくして、光デバイスＭ３によれば、補強
用環状部材６を光学素子に磁界を印加するための磁石と
したので、光学素子実装溝７が大型化することがなく、
また、磁石の影により光硬化型の接着剤が硬化しにくく
なるという問題を解消できる。

【００２７】なお、本発明の実施形態は前述の態様に限
定されるものではなく、例えば、以下のような変更実施
が可能である。

【００２８】フェルール１の材質はジルコニアや磁石
以外でも良いが、その場合の補強用環状部材６の材質
は、それと膨張係数を同一にするためにフェルール１の
材質と同一にすることが望ましい。

【００２９】補強用環状部材６を円筒状としたが、光
デバイスＭ２を固定可能で所望の強度の補強が可能であ
れば別の形状でも良い。

【００３０】補強用環状部材６へのフェルール１を圧
入し、樹脂から成る接着剤にて固定したが、半田や低融
点ガラスを使用しても良い。

【００３１】フェルール１または補強用環状部材６に
偏波方向がわかるマーキングを設けても良い。

【００３２】

【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。

【００３３】〔例１〕図４に示すように、ＭＦＤが約１
０μｍ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１０５μｍの第１ＧＩフ
ァイバ３ａを放電による融着加工で接続し、約７８０μ
ｍ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
なるようにカットし、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３
ｂ、第１ＳＭファイバ２ａと同様な第２ＳＭファイバ２
ｂを、この順に融着接続して光ファイバ体１を作製し
た。

【００３４】次に、図１に示すように、この光ファイバ
体Ｆ１をφ１．２５ｍｍのジルコニアのフェルール１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、光学素子実装溝７（幅９００
μｍ、深さ８００μｍ）をダイサーにより切削加工で形
成した。そして、厚さ８５０μｍの光学素子５（光アイ
ソレータ）を光学素子実装溝７に設置し、透光性のエポ
キシ系樹脂である紫外線硬化型接着剤８で固定した。

【００３５】さらに、フェルール１の外周部にジルコニ
ア製の補強用環状部材６（外径φ１．３５ｍｍ、長さ３
ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのジルコニアスリーブ）に光学素
子５を覆うまで圧入・固定して光デバイスＭ１を作製し
た。

【００３６】なお、補強用環状部材６の外径をφ１．２
５ｍｍまたはφ２．５ｍｍとし、一般的なフェルールと
同じにしても良い。

【００３７】次に、光デバイスＭ１の片端を固定して、
逆端を光学素子実装溝７の深さ方向に加重を加えた。こ
の時の挿入損失変動が１ｄＢとなる加重は１０Ｎである
ことを確認した。補強部材６がない場合に対して約２倍
もの強度となったことを確認した。

【００３８】〔例２〕例１と同様な光ファイバ体１を作
製した。そして、例１と同様にして光学素子実装溝７
（幅９００μｍ、深さ８００μｍ）をダイサーにより切
削加工で形成した。そして、厚さ８５０μｍの光学素子
５（光アイソレータ）を光学素子実装溝７に設置し、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
定した。

【００３９】さらに、図２に示すように、フェルール１
の一端側（保持側）に固定用溝である補強用凹部９（幅
０．５ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）をフェルール１の上下に
作製し、補強用凹部９側を円筒形の保持部材（図示せ
ず）にエポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定した。

【００４０】補強用凹部９を形成したことにより、光デ
バイスＭ２を保持部材に固定した時、固定用のエポキシ
系の熱硬化型接着剤は光学素子実装溝７まで到達しない
ことを確認し、熱サイクル試験（−４０℃〜８５℃）に
おける挿入損失の変動は０．２ｄＢ以下であり、補強用
凹部９が無い場合に対して挿入損失の変動が半分とな
り、その顕著な効果を確認した。

【００４１】〔例３〕光デバイスＭ１，Ｍ２と同様な光
ファイバ体１を作製し、図３に示すように、この光ファ
イバ体Ｆ１をφ１．２５ｍｍのジルコニアのフェルール
１内部にエポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定し、光学
素子実装溝７（幅８００μｍ、深さ７２５μｍ）をダイ
サーにより切削加工で形成した。そして、厚さ７５０μ
ｍの光学素子５（光アイソレータ）を光学素子実装溝７
に設置し、透光性のエポキシ系樹脂である紫外線硬化型
接着剤８で固定した。

【００４２】ここで、光学素子実装溝７内に磁石が無い
ことにより、光学素子実装溝７の幅を狭く且つ浅くする
ことが可能となり、１方向から紫外線を照射するだけ
で、接着剤８の硬化が可能であったことを確認した。

【００４３】さらに、図３に示すように、フェルール１
にサマリウム−コバルト系の磁石から成る補強部材６
（外径φ２ｍｍ、長さ１ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍ）に光
学素子５を覆うまで圧入し固定して光デバイスＭ３を作
製した。

【００４４】次に、光デバイスＭ３の片端を固定して、
逆端を光学素子実装溝７の深さ方向に加重を加えた。こ
の時の挿入損失変動が１ｄＢとなる加重は１０Ｎである
ことを確認した。さらに磁石の補強用環状部材６がない
場合に対して２倍の強度となっており、補強用環状部材
６の顕著な効果を確認した。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光デバイ
スによれば、光導波体の外周を覆う保護体に、光導波体
の光軸を横切る溝を形成し、この溝に光導波体に光結合
させる光学素子を配設して成る光デバイスにおいて、保
護体の外周部に補強用凹部及び／または補強用環状部材
が設けられているので、外力の影響を極力防止すること
ができ、信頼性の高い優れた光デバイスを提供できる。
さらに、外力の影響を低減可能としたことにより、光デ
バイスの実装設計の自由度を増すことができる。

【００４６】また、補強用環状部材を光学素子に磁界を
印加するための磁石と兼用するようにすることにより、
小型で低コストの光デバイスを提供できる。

【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】本発明に係る光デバイスの他の実施形態を模式
的に説明する断面図である。

【図３】本発明に係る光デバイスのさらに他の実施形態
を模式的に説明する断面図である。

【図４】光ファイバ体を模式的に説明する断面図であ
る。

【図５】光デバイスの一例を模式的に説明する断面図で
ある。

【図６】光デバイスの他の例を模式的に説明する断面図
である。

【符号の説明】

１：フェルール（保護体）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４ｂ：第２コアレスファイバ５：光学素子６：補強用環状部材７：光学素子実装溝８：接着剤９：補強用凹部１０：保持部材１１：外力Ｍ１〜Ｍ３：光デバイスＪ１：光デバイスＦ１：光ファイバ体（光導波体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波体の外周を覆う保護体に、前記光
導波体の光軸を横切る溝を形成し、該溝に前記光導波体
に光結合させる光学素子を配設して成る光デバイスであ
って、前記保護体の外周部に補強用環状部材及び／また
は補強用凹部が設けられていることを特徴とする光デバ
イス。
【請求項２】前記補強用環状部材が、前記光学素子に
磁界を印加するための磁石であることを特徴とする請求
項１に記載の光デバイス。