JP2003255270A - 光アイソレータ付光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】専用金属部材６を用いることなく光アイソレー
タ素子１を光ファイバ９９一端部へ保持固定することが
でき、且つ光アイソレータ素子１と光ファイバ９素線部
９ａ先端９ｂの間に空間的距離を有する構造とし、接続
部剥離などによる光学的結合ずれがなく、高信頼性を確
保する。 【解決手段】偏光子２、４およびファラデー回転子３か
ら成る光アイソレータ素子１が、光ファイバ９素線部９
ａを保持したキャピラリ７と接着固定されている光アイ
ソレータ付光ファイバにおいて、光ファイバ素線部先端
９ｂと光アイソレータ素子１を未固定とし、光ファイバ
素線部先端９ｂと光アイソレータ素子１の間に空気層を
設けた。

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、光情報処
理などに使用する光アイソレータ付光ファイバ及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信用に使用される光モジュールに
は、光信号を送信するＬＤモジュール、及び光信号を受
信するＰＤモジュールがあり、大容量、高速、長距離無
中継通信が要求されるシステムに対して、ＬＤモジュー
ル内部に実装されるＯ/Ｅ変換用の発光素子には、分布
帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ）が使用され
る。ＤＦＢレーザの特徴は、発振スペクトルが狭く分散
特性に優れる一方、反射戻り光に対しては非常に敏感で
あり、光ファイバへの結合端面やその他の不連続界面か
らの反射光が素子へ戻ると、ＤＦＢレーザは不安定状態
となってしまう。

【０００３】そこで、上記モジュールには、反射光が発
光素子へ戻るのを防止するため、発光素子と光フィアバ
との間に、順方向の光は透過し、逆方向の光は遮断する
機能を有する光アイソレータ素子１を配置する。これに
より、光ファイバ９から発光素子方向への反射戻り光は
光アイソレータ素子１部で遮断され、発光素子は常に安
定動作を行うことが可能となる。

【０００４】光アイソレータ素子１の構造は、２枚の偏
光子２、４の相対角を約４５度とし、それらの間にファ
ラデー回転子３を設置固定し、周囲に永久磁石５を配置
して構成される。ファラデー回転子３は永久磁石５から
印加される磁界により、光信号の偏波面を回転させる作
用を有し、偏光子２、４はある一定方向の偏光のみ通過
させる作用を有する。

【０００５】これら光アイソレータ素子１に対して要求
される項目は、小型化、高信頼性、低コスト化があり、
このため光ファイバ９へ光アイソレータ素子１を組み合
わせ、一体化した光アイソレータ付光ファイバが提案さ
れている。これは光アイソレータ素子１を、光ファイバ
９端部へ配置、一体化する構造であるため、従来使用さ
れているバルク型光アイソレータに比較すると、光アイ
ソレータ素子１が集光位置である光ファイバ９端部へ配
置されるため、光アイソレータ素子１を通過する光ビー
ム径が小さくなり、よって光アイソレータ素子１サイズ
も小さくすることが可能であり、小型化、低コスト化が
可能である。また、バルク型光アイソレータは、ＬＤモ
ジュール部へ接続する工程が必要であるが、光アイソレ
ータ付光ファイバは光アイソレータ素子１と光ファイバ
９が一体化されているため、発光素子と光ファイバ９を
調芯、固定するだけでよく、製造工程が短縮化できる。

【０００６】例えば図７（ａ）の特開平９−３２５２９
９号で示されたように、光アイソレータ素子１、永久磁
石５と光ファイバ９端部を一体化するために、光アイソ
レータ素子１固定用の金属部材６を用いて、フェルール
８周辺部に接続固定する構造が提案されている。また、
図７（ｂ）の特開平１０−１３３１４６号で示されたよ
うに、フェルール８内のキャピラリ７研磨端面へ直接光
アイソレータ素子１を接着固定する構造が提案されてい
る。

【０００７】

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光アイソレータ付光ファイバにおいては、図７（ａ）に
示したように、光アイソレータ素子をフェルールへ固定
するための専用金属部材が必要になり、その小型化と低
コスト化が難しくなるという問題点や、図７（ｂ）に示
したように、キャピラリ研磨面へ直接光アイソレータ素
子を接着固定する場合においては、光アイソレータ素子
とキャピラリ内で接着固定されている光ファイバとの接
着面を外観的に検査するのが難しく、また、接着部に剥
離が生じると、光アイソレータ素子と光ファイバとの間
に空気層が発生してしまうことから、発光素子と光ファ
イバの光学的結合にずれが生じ、これに伴い光ファイバ
出力が低下してしまうため、長期信頼性を保証すること
が困難であるという問題点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで上記問題を解決す
るために、偏光子およびファラデー回転子から成る光ア
イソレータ素子が、光ファイバ素線部を保持したキャピ
ラリと接着固定されている光アイソレータ付光ファイバ
において、上記光ファイバ素線部の先端と光アイソレー
タ素子の間に空間を設けたことを特徴とする。

【０００９】上記キャピラリの端面に孔部を設け、上記
光ファイバ素線部の先端及び側面の周囲に空間を形成し
たことを特徴とする。

【００１０】上記キャピラリ先端部に凹部を設け、該凹
部に上記光アイソレータ素子を挿入して固定したことを
特徴とする。

【００１１】上記キャピラリの先端部に、切込み部を形
成したことを特徴とする。

【００１２】キャピラリをフェルールへ圧入固定し、先
端部の外被を除去し素線部が露出した光ファイバをフェ
ルール孔部より挿入し、光ファイバ素線部先端を斜めに
劈開切断した後、光ファイバ素線部をキャピラリ端面よ
り内部へ引込んで、接着剤を注入し硬化した後、光アイ
ソレータ素子とキャピラリ端面を接着剤にて固定するこ
とを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。図１は本発明の光アイソレータ付光ファイ
バの一実施形態を示す断面図であり、光コネクタ部は省
略してある。

【００１４】図１（ｂ）は光アイソレータ素子１部分を
拡大して示す図である。偏光子２、４およびファラデー
回転子３から成る光アイソレータ素子１が、光ファイバ
９の素線部９ａを保持したキャピラリ７と接着固定され
ている光アイソレータ付光ファイバにおいて、光ファイ
バ素線部９ａの先端９ｂと、光アイソレータ素子１の出
射側に位置する偏光子４の間に空間が形成され、両者が
直接接着されず未固定となっている。また、素線部９ａ
の側面の周囲にも空間が形成されている。そのため、例
えば光アイソレータ素子１とキャピラリ７との接合界面
に剥離などが生じても、光アイソレータ素子１と光ファ
イバ素線部９ａの先端９ｂとの間には、剥離が進行して
光路部にまで至るような変化などがなく、このため発光
素子と光ファイバ９との光学的結合にも影響を与えない
ため、安定した光ファイバ出力を得ることが可能にな
る。さらに、光アイソレータ素子１を固定するための特
別な専用金属部材も必要としないことから、小型化、高
信頼性を満たすことが可能となる。

【００１５】上記構造において、光アイソレータ素子１
は偏光子２、４と磁性ガーネットからなるファラデー回
転子３より構成されており、各々ウェハの状態にて接着
剤を用いて固定する。偏光子は一定の入射偏波方向があ
り、入射側偏光子２と出射側偏光子４の入射偏波方向
は、約４５度の相対角度をもって位置調整される。ま
た、入射側偏光子２の入射面、ファラデー回転子３両面
および出射側偏光子４の出射面には、反射防止のためＡ
Ｒコートを施しておくことが重要であり、使用波長によ
ってコーティング材料を選択する。ウェハ状態にて接着
張合わせ後は、所定の外形寸法になるよう超音波加工機
やダイシングなどを用いて加工する。

【００１６】フェルール８はＬＤモジュールに接続固定
されるが、一般的にはＹＡＧ溶接を用いて固定するた
め、溶接性の良好なＳＵＳ系金属を用いることが多く、
光ファイバ９挿入固定用の孔部８ａと、光ファイバ９の
素線部９ａを固定保持するキャピラリ７固定のための孔
部８ｂを有する。さらに、光ファイバ９及びその素線部
９ａは接着剤１０にて固定するが、その接着剤１０注入
用の孔部８ｃを有する。

【００１７】フェルール８に使用する材料に関しては、
上述のように溶接性の良好な金属材料でればよく、一般
的にはＳＵＳ３０３，３０４などが好ましい。さらに低
コスト化のために、快削材料であるＳＦ２０Ｔなどが使
用可能である。

【００１８】図２はキャピラリを示す断面図であり、そ
れぞれ素線部９ａを保持固定する孔部７ａ、素線部９ａ
へクラック発生などを防止するためのテーパー部７ｂ、
および素線部９ａ先端９ｂを空間的に保護する孔部７ｃ
を有している。特に、孔部７ｃ寸法は重要であり、後述
する製造工程にて接着剤１０充填時に、接着剤１０が素
線部９ａ先端９ｂへ付着しないよう考慮しなければなら
ず、外形は芯線部外形の２倍程度である２５０μｍ程
度、深さ１．０〜１．５ｍｍ程度であることが好まし
い。極端に外形寸法を大きくしてしまうと、光アイソレ
ータ接着面積が小さくなってしまい、その機械的強度が
低下してしまうため、注意が必要である。

【００１９】キャピラリ７の材料には、セラミックを用
いるのが好ましく、その中でもコネクタ側に最も多く使
用されるジルコニアセラミックがコスト上有利である。
また、図中では光アイソレータ素子１接着面に角度を設
けているが、これはＬＤモジュールにおける光アイソレ
ータ素子１入射面での反射戻り光対策であり、その角度
は４〜８度程度が好ましい。

【００２０】接着剤１０の選定に際しては、高耐湿性、
高強度が必要であり、さらに低硬化収縮率、低ヤング率
材料を選択し、硬化後の残留応力低減を行って、長期信
頼性を確保する必要があり、また、製造工程として硬化
条件や接着面洗浄条件にも十分な配慮と管理を行う必要
がり、例えば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３５３ＮＤが一般的に好ましく、さ
らに高耐湿性接着剤などが開発されているため、要求さ
れる試験条件に対して適時使用する接着剤を選択しなけ
ればならない。

【００２１】次に、本発明の光アイソレータ付光ファイ
バの実装工程を以下説明する。図３は光アイソレータ付
光ファイバの実装工程であって、図３（ａ）ではキャピ
ラリ７をフェルール８へ圧入固定した後、図３（ｂ）で
は先端部の外被を除去し、素線部９ａが露出している状
態の光ファイバ９をフェルール８孔部８ａより挿入し、
素線部９ａがキャピラリ７端部より充分に飛び出した状
態にて、素線部９ａ先端９ｂを斜めに劈開切断し、図３
（ｃ）では光ファイバ９を引込み、素線部９ａがキャピ
ラリ７端面より内部へ引込んだ状態を保持したまま、フ
ェルール８孔部８ｃより接着剤１０を注入し、充分に光
ファイバ９とフェルール８孔部８ａや、素線部９ａとキ
ャピラリ７孔部７ａとの間に接着剤１０が充填された状
態にて接着硬化した後、予め準備しておいた光アイソレ
ータ素子１とキャピラリ７端面、及び永久磁石５とフェ
ルール９を接着剤にて固定する。尚、素線部９ａの先端
９ｂは斜め劈開切断するが、これはＬＤモジュールにお
ける光ファイバ９結合面の反射戻り光対策であり、その
角度は４〜８度程度が好ましい。また、素線部９ａ先端
９ｂと光アイソレータ素子１の実装角度については、特
に関連なく任意に設定することが出来る。

【００２２】上記工程において実装された光アイソレー
タ付光ファイバの素線部９ａ部における、光アイソレー
タ素子１と素線部９ａの先端９ｂの距離は空間が存在す
る範囲内であればよく、キャピラリ７の孔部７ｃ形状に
よるが、光ファイバ９の引き込み精度を考えると、上記
距離は０．１〜０．５ｍｍ程度が最適である。また、素
線部９ａの側面９ｃも接着剤１０が付着しない未固定部
となっているが、その未固定部長さについても同様であ
り、固定に使用する接着剤１０が、素線部９ａ先端９ｂ
へ回り込まない範囲でよく、接着剤１０充填工程、およ
びキャピラリ７孔部７ｃ深さを考慮すると、未固定部長
さは０．１〜１．４ｍｍ程度が最適である。

【００２３】また、接着剤１０の充填に関しては、光フ
ァイバ９の長期信頼性を確保するため、内部にボイドや
空気の回り込みなど無く、さらにキャピラリ７孔部７
ａ、７ｂおよびフェルール８孔部８ａと光ファイバ９と
の間に完全に充填されるものとし、フェルール８と光フ
ァイバ９外被部分には完全にフレットが形成される状態
が必要である。

【００２４】上記工程により、素線部９ａ先端９ｂは、
キャピラリ７孔部７ｃに空間的に保護され、さらに光ア
イソレータ素子１と空間的に距離を有することが可能で
あるため、専用金具部材６を用いることもなく、小型で
高信頼性を有する光アイソレータ付光ファイバを提供す
ることが可能になる。

【００２５】更に、本発明による他の実施形態について
説明する。図４は本発明の光アイソレータ付光ファイバ
のその他の実施形態を示す断面図であり、光コネクタ部
は省略してある。構造的に大きく異なる点は、図５に示
したようにキャピラリ７へ光アイソレータ素子１を保持
する凹部７ｄを設けることによって、より安定して光ア
イソレータ素子１を保持固定することが可能である。

【００２６】凹部寸法は、接着する光アイソレータ素子
１側面と凹部との間に、接着剤が充分回り込むことが出
来ればよく、さらに光アイソレータ素子１のバリや寸法
公差を考慮するものであり、光アイソレータ素子１最大
外形寸法より０．１〜０．２ｍｍ程度大きいことが好ま
しい。

【００２７】また、図５では、凹部７ｄの形状を円形と
したが、特に限定するものではなく、四角などその他の
形状に対しても対応可能であるのは云うまでもない。

【００２８】更に、本発明による他の実施形態について
説明する。図６は本発明の光アイソレータ付光ファイバ
のその他の実施形態におけるキャピラリ７の断面図であ
り、光ファイバ９とフェルール８およびキャピラリ７を
接着固定する際に、接着剤１０の過充填により、接着剤
１０が素線部９ａ先端９ｂへ回込み付着してしまうのを
防止するために、キャピラリ７孔部７ｃ、７ｄ部に切込
み部１１を設けている。これにより、素線部９ａとキャ
ピラリ７孔部７ａへ充分に接着剤１０が充填され、さら
に過充填になってしまった場合は、余分な接着剤１０は
切込み部１１より外側へ流れ出ることが可能になるた
め、接着剤１０が素線部９ａ先端９ｂへ回込み付着する
ことを防止できる。

【００２９】また、上記切込み部１１の幅に関しては、
余分な接着剤が充分流動可能なものであればよく、２０
００〜５０００ｃｐｓ程度の一般的な粘度を有する接着
剤であれば、０．１ｍｍ程度あれば好ましい。

【００３０】

【実施例】次いで、本発明の実施例を具体的に説明す
る。光アイソレータ素子１は、ウェハ状の偏光子２、４
（１０×１０×０．２ｍｍ）とファラデー回転子３（１
０×１０×０．３ｍｍ）を重ね合わせ、入射側偏光子２
および出射側偏光子４は、その入射偏波方向が互いに約
４５度の相対角度になるよう位置決めを行い、それぞれ
エポキシ系接着剤を用いて張合わせた。偏光子の入射
面、出射面およびファラデー回転子両面には、１３１０
μｍ波長用のＡＲコートを施した。硬化後、０．５×
０．６ｍｍサイズにダイシング加工を行って、光アイソ
レータ素子１の光学特性として挿入損失とアイソレーシ
ョン測定を行い、アイソレータとしての特性確認を行っ
た。

【００３１】光ファイバ側は、ＳＵＳ３０４製段付き金
属フェルール８（φ２．５ｍｍ、Ｌ＝１３ｍｍ）を用意
し、ジルコニアセラミック製キャピラリ７（φ１．４ｍ
ｍ、Ｌ＝３ｍｍ）を圧入固定した。このキャピラリ７の
光アイソレータ素子１接着面は、約８度にダイシング加
工し、さらに素線部９ａ先端９ｂを空間保持するため、
φ０．３ｍｍ、深さ約１ｍｍ程度の孔部７ｃを形成し
た。

【００３２】光ファイバ９には、外形φ０．９ｍｍのシ
ングルモードファイバを用い、光ファイバ９の外被をス
トリッパにて除去し、素線表面に付着しているプライマ
リーコートをアルコールにて拭取った。外被除去部長さ
は約３０ｍｍ程度とし、後工程にてファイバカット可能
な長さを確保する。先にキャピラリ７を圧入したフェル
ール８孔部８ａへ、光ファイバ９の素線部９ａ先端９ｂ
より光ファイバ９外被部分がキャピラリ７へ付当たるま
で挿入し、素線部９ａがキャピラリ７より突出た状態に
て、ファイバカッタを用いて斜め劈開切断した。斜め角
度は約８度とし、素線部９ａ切断後、光ファイバ９を挿
入方向と逆へ引き、素線部９ａ先端９ｂがキャピラリ７
の光アイソレータ素子１接着面より約０．５ｍｍ程度引
き込んだ関係になるようにした。フェルール８に設けて
ある接着剤１０注入用孔部８ｃよりエポキシ系接着剤を
フェルール８内部に充填後、硬化を行った。

【００３３】次ぎに、光アイソレータ素子１を光ファイ
バ９一端部であるキャピラリ７端面へ、エポキシ系接着
剤を用いて固定後、ファラデー回転子３磁界印加用永久
磁石５をフェルール８端面へ、エポキシ系接着剤を用い
て固定する。接着表面は、接着強度に大きく影響するた
め、充分に洗浄を行っておく必要があり、キャピラリ７
表面は酢酸ブチル、ＩＰＡ、エタノールの順で超音波洗
浄を実施した。永久磁石５材料にはＳｍＣｏを用い、外
形φ２．５ｍｍのリング状に固め、さらに表面にＮｉ無
電界メッキを約５μｍ程度施したものを今回使用した。

【００３４】このようにして作製した光アイソレータ付
光ファイバの光学特性を測定したところ、測定波長：１
３１０μｍ、測定温度：２５℃にて、挿入損失：０．３
ｄＢ以下、アイソレーション：３０ｄＢ以上の良好な特
性を確認することが出来た。寸法に関しては、素線部９
ａ先端９ｂが光学的結合位置であるため、これより光ア
イソレータ素子１側への長さ寸法：Ｌが重要であり、こ
れを基準として本発明構造と、従来構造である専用金属
部材６を使用していた構造を比較した。従来構造を１０
０％とした時の本発明品比率は、表１に示すように約４
４％程度であり、小型化することが出来た。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】本発明の光アイソレータ付光ファイバに
よれば、偏光子およびファラデー回転子から成る光アイ
ソレータ素子が、光ファイバ素線部を保持したキャピラ
リと接着固定されている光アイソレータ付光ファイバに
おいて、上記光ファイバ素線部の先端と光アイソレータ
素子の間に空間を設けたことにより、専用金属部材を用
いることなく光アイソレータを光ファイバ一端部へ保持
固定することができ、且つ光アイソレータと光ファイバ
素線部先端の間に空間的距離を有する構造としているた
め、接続部剥離などによる光学的結合ずれがなく、高信
頼性を確保することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光アイソレータ付光ファイバ
を示す断面図、（ｂ）はその拡大図である。

【図２】本発明の光アイソレータ付光ファイバに用いる
キャピラリを示す端面図と断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光アイソレータ付光
ファイバの製品工程を示す断面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の光アイソレータ付光
ファイバによる他の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明の光アイソレータ付光ファイバによる他
の実施形態に用いるキャピラリを示す端面図と断面図で
ある。

【図６】本発明の光アイソレータ付光ファイバによる他
の実施形態に用いるキャピラリを示す端面図と断面図で
ある。

【図７】（ａ）、（ｂ）は従来の光アイソレータ付光フ
ァイバを示す断面図である。

【符号の説明】

１：光アイソレータ素子 ２：入射側偏光子 ３：ファラデー回転子 ４：出射側偏光子 ５：永久磁石 ６：専用金属部材 ７：キャピラリ ７ａ：光ファイバ素線部分 ７ｂ：テーパー部 ７ｃ：空間保護用孔部 ７ｄ：光アイソレータ保持部 ８：フェルール ８ａ：光ファイバ挿入固定用孔部 ８ｂ：キャピラリ挿入固定用孔部 ８ｃ：接着剤注入用孔部 ９：光ファイバ ９ａ：光ファイバ素線部 ９ｂ：光ファイバ素線部先端 ９ｃ：光ファイバ素線部側面 １０：接着剤 １１：切込み部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H038 BA35 2H099 AA02 BA02 CA11 DA05 DA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光子およびファラデー回転子から成る
   光アイソレータ素子が、光ファイバ素線部を保持したキ
   ャピラリと接着固定されている光アイソレータ付光ファ
   イバにおいて、上記光ファイバ素線部の先端と光アイソ
   レータ素子の間に空間を設けたことを特徴とする光アイ
   ソレータ付光ファイバ。
2. 【請求項２】 上記キャピラリの端面に孔部を設け、上
   記光ファイバ素線部の先端及び側面の周囲に空間を形成
   したことを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ付
   光ファイバ。
3. 【請求項３】 上記キャピラリ先端部に凹部を設け、該
   凹部に上記光アイソレータ素子を挿入して固定したこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の光アイソレータ付光
   ファイバ。
4. 【請求項４】 上記キャピラリの先端部に、切込み部を
   形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の光アイソレータ付光ファイバ。
5. 【請求項５】 キャピラリをフェルールへ圧入固定し、
   先端部の外被を除去し素線部が露出した光ファイバをフ
   ェルール孔部より挿入し、光ファイバ素線部先端を斜め
   に劈開切断した後、光ファイバ素線部をキャピラリ端面
   より内部へ引込んで、接着剤を注入し硬化した後、光ア
   イソレータ素子とキャピラリ端面を接着剤にて固定する
   ことを特徴とする光アイソレータ付光ファイバの製造方
   法。