JP2003279790A

JP2003279790A - 光デバイス

Info

Publication number: JP2003279790A
Application number: JP2002086755A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sato; 恭史佐藤; Tomoyuki Masui; 朋行増井; Takayoshi Morooka; 高義諸岡; Mikio Kyomasu; 幹雄京増
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP3906104B2

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
変せず、且つ長期信頼性に優れた光デバイスを提供する
こと。【解決手段】光半導体素子に光結合させる光ファイバ
体Ｆ１をフェルール３内に収容して成り、光ファイバ体
Ｆ１はフェルール３に形成した凹部７で２つに分断され
たコアレスファイバ５を含む複数の光ファイバを縦列接
続して成り、フェルール３に形成した凹部７内に光学素
子４を配設するとともに、光学素子４の底面と凹部７の
底面とを固定用接着部材８ａで接着し、且つ光学素子４
の光透過部と凹部７との間を固定用接着部材８ａよりガ
ラス転移点温度が低い充填用接着部材８ｂで充填したこ
とを特徴とする光デバイスＳ２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
サー等に使用される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
と光学系を一体化した光デバイスに関する。

【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９に示すように、光アイソレ
ータ４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
２３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１０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４、シングルモードファイバ
１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。また、１２は気密窓であり、パッケージ１
８内部の気密を損なうことなく光線を通す機能を有して
いる。

【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４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１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４、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】このような問題を解決し、光モジュール全
体を小型化して、アライメントを容易にするために、図
１１に示すように、ファイバスタブ型光デバイスＳ１が
提案されている（特開２００１−４４５５３号公報を参
照）。

【００１０】この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が異なる複数の光
ファイバを収容して成り、フェルール３にモードフィー
ルド径が最大の光ファイバを２つに分断する凹部７を形
成するともに、凹部７内に光アイソレータ４を配設した
構成を有するものである。

【００１１】フェルール３内に収容されるファイバは、
モードフィールド径１０μｍのシングルモードファイバ
１ａ、モードフィールド径を１０μｍから４０μｍに拡
大するレンズ効果をもったＧＩ（グレイデッドインデッ
クス）ファイバ２ａ、モードフィールド径４０μｍのコ
ア拡大ファイバ１０、ＧＩファイバ２ｂ、シングルモー
ドファイバ１ｂの順に融着され固定する。これにより、
モードフィールド径を１：４に変換し、シングルモード
ファイバ１ａ，１ｂとコア拡大ファイバ１０を高効率で
結合する。フェルール端面から数百μｍ突出することに
なるが端面を研磨により成形する。

【００１２】このようなコア拡大ファイバは、焦点ずれ
（光軸と平行方向でコア拡大ファイバどうしの距離に相
当）のトレランスが大きいため、光ファイバどうしを離
して、その間に光アイソレータ等の光学素子を設置して
も結合損失が少ないという利点がある。

【００１３】また、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。コア拡大ファイバは、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のまま、
モードフィールド径が拡大できる。

【００１４】図１２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
に形成する凹部の幅）、縦軸に光の結合損失を示す。ｗ
はそれぞれのモードフィールド径（以下、ＭＦＤと記
述）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、凹部（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。ＭＦＤ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１ｄＢ以上の損失があるの
に対し、ＭＦＤが４０μｍの場合は、ファイバ間が８０
０μｍでも損失が１ｄＢ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】ここでＧＩファイバとは、ファイバの中心
軸から徐々に屈折率が下がるような軸対称の屈折率分布
を持つ光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送用
に用いられている。ほとんどのＧＩファイバはほぼ２乗
の屈折率分布を持つ。この屈折率分布はＧＲＩＮレンズ
と同様にレンズ効果をもつため、適当な屈折率分布のＧ
Ｉファイバを適切な長さで用いれば結合光学系を構成す
ることができる。また、ＧＩファイバの特性を示すパラ
メータとしては、クラッドとコア中心の屈折率差Δ、コ
ア径Ｄ、収束パラメータＡがある。

【００１６】さらに、ＧＩファイバ中の光線は図１３に
示すようなサインカーブの挙動を示すため、その長さを
その光線挙動の周期に対応させてピッチ（Ｐ）で表す。
図１３の横軸はピッチを表し、縦軸はＧＩファイバ内で
の光線の位置を示し、光が最も広がった個所を１として
相対的に図示したものである。なおＰ＝１はサインカー
ブの１周期（２π）に相当する。幾何光学的に点光源か
ら入射した光がコリメート光といわれる条件になるのは
Ｐ＝０．２５＋０．５×ｍであり、再度、点に収束する
のはＰ＝０．５＋０．５×ｍ（ｍは整数）である。すな
わち０．５Ｐごとに同一の挙動を示す。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の光
モジュールＪ１では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。また、この点を改善する
ために提案された光デバイスＳ１では全体を小型に集約
することが可能であり、予め光学的に調整された光ファ
イバの間に光アイソレータを挿入し、作製するため、ア
ライメントが容易で工数が非常に少なく、これを用いた
光モジュールも小型で、容易に構成できるという利点が
あった。

【００１８】しかし、光デバイスＳ１では、フェルール
３に形成した凹部７に光アイソレータ４を接着部材８に
より固定している。一定の温度、湿度状態での使用であ
れば、接着部材８は屈折率と光透過率等の光学特性、接
着強度で選定すれば良い。実際には、光デバイスＳ１を
用いるような分野では−４０℃〜８５℃の幅広い温度範
囲で、動作、保存が求められており、厳しい信頼性が要
求される。

【００１９】さらに、接着部材の硬化による収縮、温度
変動による膨張、収縮は接着部材層の厚さが比較的薄い
（１０μｍ以下）場合では影響は少ないが、厚くなるほ
ど大きな応力を蓄積し、信頼性や、光学的歪に影響を及
ぼす。

【００２０】光デバイスＳ１では、フェルール３に形成
した凹部７にアイソレータ等の光学素子４を設置し、隙
間に接着部材８を充填するが、光学素子の厚みの公差、
凹部の加工公差、凹部内で光学素子４の位置調整するこ
とを考慮して、光学素子の厚さより数十μｍ〜数百μｍ
大きな凹部を形成する必要がある。

【００２１】特に光アイソレータは前述のようにファラ
デー回転子を２枚の偏光子で挟むように構成されている
が、例えば波長１３１０μｍ用の光アイソレータでは偏
光子が２００±５０μｍ、ガーネットが３１０±３０μ
m、の寸法であり、公差の最大値の合計は１００μm以上
になる。従ってアイソレータチップ厚さの設計値の合計
７１０μｍに対して実際は９００μｍ程度の凹部を形成
することになる。

【００２２】凹部の中央にアイソレータを設置した場
合、アイソレータの片面側に最大で９０μｍ程度の隙間
が生じるが、ここに接着部材を充填するので、最大で９
０μｍ程度の接着層の厚みが生じることになる。隙間が
大きいほど、熱膨張係数は一定でも、収縮の絶対量は大
きく、充填された部位の接着部材と各部材の界面に発生
する応力は大きくなる。

【００２３】従って、光路上のすき間に充填するという
特殊な構造の場合は、光学素子の固定と、すき間の充
填、応力の吸収緩和（熱による歪が発生し、変形、破損
の可能性があるばかりでなく、応力複屈折が発生するた
め、外観上の変形が顕著でなくても光学特性は大きく変
化している場合がある）、さらには屈折率のマッチン
グ、光透過性に加え、−４０〜８５℃の範囲で長期に安
定した多くの機能が必要とされる。一般に接着部材はガ
ラス転移点温度（Ｔｇ）が高いほど、耐熱性、信頼性が
高いとのイメージがある。しかし、光学素子の位置移動
や角度ズレは光学特性を変化させるため、強固に接着し
た方が良いが、隙間無く充填し各部材の膨張収縮を吸収
するためには伸縮性や弾性が必要になるという矛盾する
要素を含む。このような多様な機能を要求される接着に
対し言及しているものは少ない。

【００２４】そこで本発明は、上述の諸問題を解消し、
小型で集約され、受発光素子とのアライメントが容易で
光モジュールに好適な光デバイスであって、長期信頼性
に優れた光デバイスを提供することを目的とする。

【００２５】

【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、光半導体素子に光結合させ
る光ファイバ体をフェルール内に収容して成る光デバイ
スであって、前記光ファイバ体は前記フェルールに形成
した凹部で２つに分断されたコアレスファイバを含む複
数の光ファイバを縦列接続して成り、前記フェルールに
形成した凹部内に光学素子を配設するとともに、該光学
素子の底面と前記凹部の底面とを固定用接着部材で接着
し、且つ前記光学素子の光透過部と前記凹部との間を前
記固定用接着部材よりガラス転移点温度が低い充填用接
着部材で充填したことを特徴とする（基本構成）。

【００２６】また特に、前記充填用接着部材のショア硬
度が前記固定用接着部材より低いことを特徴とする。特
に、ショア硬度で４０以下であって、かつガラス転移点
温度が本光デバイスの使用温度下限より低いこととす
る。また、固定用接着部材のガラス転移点温度が５０℃
以上とするとよい。

【００２７】また、上記基本構成において、前記光ファ
イバ体は、前記光半導体素子に光結合させる側から、シ
ングルモードファイバ、マルチモードファイバ、２つに
分断されたコアレスファイバ、マルチモードファイバ、
シングルモードファイバの順に配設されて成ることを特
徴とする。

【００２８】また、上記基本構成において、前記光ファ
イバ体は、前記光半導体素子に光結合させる側から、マ
ルチモードファイバ、２つに分断されたコアレスファイ
バ、マルチモードファイバ、シングルモードファイバの
順に配設されて成ることを特徴とする。

【００２９】また、上記いずれかの構成において、前記
充填用接着部材の表面に耐湿コートを施したことを特徴
とする。特に透湿率が１％以下の耐湿コートとするとよ
い。

【００３０】

【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。

【００３１】図１に示すように、本発明の光デバイスＳ
２は、フェルール３内に、シングルモードファイバ１
ａ、ＧＩファイバ２ａ、凹部７により２つに分断された
コアを持たないコアレスファイバ５、ＧＩファイバ２
ｂ、シングルモードファイバ１ｂを順に順列に接続した
光ファイバ体Ｆ１（図２（ｄ）を参照）を収容してな
る。フェルール３から突出したシングルモードファイバ
の一端は、光受発光素子と結合するために先球９が加工
されており、他端はシングルモードファイバを一定長備
えた形の所謂ピグテイル形状としている（図示せず）。
フェルール３内で分断されたファイバは、凹部７内に配
設した光学素子（例えば、光イソレータ４、波長フィル
タ、光減衰器等）介して光接続させるようにしている。

【００３２】なお、上記コアレスファイバ５の長さは２
つのＧＩファイバ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。そして光アイソレータ４は底
部を固定用接着部材８ａで接着した後に、凹部７の隙間
に充填用接着部材８ｂを充填し硬化している。

【００３３】具体的には、図２（ａ）〜（ｄ）に示すよ
うに、ＭＦＤが例えば１０μｍの第１のシングルモード
ファイバ１ａ、Ｐ（ピッチ）＞０．２５の第１のＧＩフ
ァイバ２ａ、ＧＩファイバ２ｂから出射される光のビー
ムウエストとＧＩファイバ２ａの出射端面の距離をｄと
して、長さ２ｄのコアレスファイバ５、第１のＧＩファ
イバ２ａと同じ長さの第２のＧＩファイバ２ｂ、伝送用
シングルモードファイバ１ｂを縦列に接続し、第１のシ
ングルモードファイバ１ａの先端を先球９に加工し光フ
ァイバ体Ｆ１とした。さらに、図２（ｅ）に示すよう
に、例えば直径１．２５ｍｍ，長さ１２ｍｍ程度のフェ
ルール３の貫通孔３ａに光ファイバ体Ｆ１を挿入し、固
定する。

【００３４】さらに、図２（ｆ）に示すように、コアレ
スファイバ５の部分で貫通孔３ａを横切るように幅９０
０μｍ程度の凹部７を形成する。第２のシングルモード
ファイバ１ｂはフェルール３の後端面３ｃが一致するよ
うに研摩されるか、そのままファイバの余長をもったピ
グテイル形状にされる。そして、この凹部７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４を設置するとと
もに、その底部を固定用接着部材８ａにて接着し、光ア
イソレータ４の偏光子１９ａ，１９ｂの光入出射面とコ
アレスファイバ５の一端部との隙間に屈折率をコアレス
ファイバ５に整合させた透光性の充填用接着部材８ｂ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。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。なお、固
定用接着部材はアクリル系の接着部材でＵＶと熱併用型
接着部材（ガラス転移点７５℃、ショア硬度７５、硬化
収縮率０．３％、熱膨張係数５×１０^-5のものを用い
た。一方充填用接着部材にはエポキシ系のＵＶ、熱併用
型接着部材（ガラス転移点温度−６３．９℃、ショア硬
度２９、硬化収縮率１．２％）を用いた。

【００３５】また、ＧＩファイバ端面に点光源があった
ときのコリメート条件はＰ＝０．２５だが、実際に結合
効率が最も高いのは２つのＧＩファイバからのビームウ
ェストが一致する場合である。Ｐ＝０．２５ではビーム
ウェストはちょうどＧＩファイバの出射端面に位置する
ことになり、ＧＩファイバ間に光学素子を挟む場合はビ
ームウェストは一致しない。従ってＧＩ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Ｐ＞
０．２５の条件が必要になる。

【００３６】シングルモードファイバ１ａの先球部９か
ら入った光は、第１のＧＩファイバ２ａによってビーム
径を拡大され、コアレスファイバ５の中央でビームウェ
ストをもつビームとなって光アイソレータ４を通過し、
再びコアレスファイバ５内を通過し、ＧＩファイバ２ｂ
によりビーム径を１０μｍに収束させられ第２のシング
ルモードファイバ１ｂに伝播する。この光デバイスＳ２
は、後端においてはシングルモードファイバを一定長備
えた形の所謂ピグテイル形状としている（図示せず）。
または、フェルール３の後端部を研磨して、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と接続され
る構造にしても良い。

【００３７】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、ＧＩファイバを用いているが焦点距離
はコアレスファイバ５の長さで調整済みで光ファイバ体
組み立て時点で保証されており、素子実装後に調整する
必要がない。これは工程の簡略化ばかりでなく、工程の
初期段階で、即ち光学素子等を固定する前に結合効率の
不具合が確認できるため、工程トータルの効率化と不良
による損害を大幅に減らすことが可能になる。

【００３８】さらに加えて、−４０℃から８５℃までの
温度範囲で安定した作動、保存が可能な信頼性の高い光
デバイスとすることができる。

【００３９】また、ここでは光ファイバを分断する凹部
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他の光学素子でも適用できる
のは言うまでもない。

【００４０】

【実施例】以下に、本発明のより具体的な実施例を説明
する。

【００４１】〔例１〕以下のような実験を行い、接着部
材の諸特性から、最適な条件を見出した。なお接着部材
は１２種類をテストした。それぞれ、ガラス転移点、硬
化収縮率、熱膨張係数、ショア硬度に着目したが、それ
ぞれは独立して調整可能ではなく、例えば、ガラス転移
点温度のみ異なり、他の特性が同一というような接着部
材は実際上存在しないため、相互比較試験となる。

【００４２】図２（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。図
２（ａ）に示すように、ＭＦＤが約１０μｍの石英系シ
ングルモードファイバ１ａの先端に、Δ＝０．８５％、
コア径が１０５μｍ、収束パラメータＡ＝３．３７×１
０^-6μｍ^-2、ＧＩファイバ２ａを放電加工により融着
し、Ｐ＝０．２５８（６５３μｍ）になるようＧＩファ
イバ２ａを切断した。

【００４３】周囲の媒質がｎ＝１．４６（コアレスファ
イバ５の屈折率に相当）であれば、ＧＩファイバ２ａの
端面１５から、このＧＩファイバで形成される出射光の
ビームウェストまでの距離は５５０μｍとなる。

【００４４】次に図２（ｂ）に示すように、ｎ＝１．４
６の屈折率をもつコアレスファイバ５をＧＩファイバ２
ａに放電加工により融着し、１１００μｍの長さで切断
した。次いで図２（ｃ）に示すように、ＧＩファイバ２
ａと同じＧＩファイバ２ｂ、シングルモードファイバ１
ｂをこの順に融着接続し、最後に図２（ｄ）のようにシ
ングルモードファイバ１ａの一端に放電加工によりＲ＝
１２μｍの先球部９を形成した。

【００４５】次に図２（ｅ）のように、直径１．２５ｍ
ｍ，長さ１２ｍｍのジルコニアフェルール３の貫通孔３
ａに挿入固定した。固定にはエポキシテクノロジー社製
熱硬化型エポキシ接着部材エポテック３５３ＮＤを用い
た。さらに、コアレスファイバ５の部分で貫通孔３ａを
横切るように幅１ｍｍの凹部７を形成した。なお、この
加工にはＤＩＳＣＯ製ダイサーブレードＳＤＣ３２０Ｒ
１０ＭＢ０１を用いた。

【００４６】そして、図２（ｆ）に示すように、この凹
部７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４を設置した。

【００４７】ここで光アイソレータ４を接着固定するに
あたり、まず１種類の接着部材８で全体を充填し、−４
０℃３０分、８５℃３０分、温度変化時間５分の計７０
分１サイクルの温度サイクル試験に投入し、接着部材の
外観上、剥離の有無を判定した。図６にその結果を示
す。サンプル数は各１１個とし、接着部の端部に剥離が
入ったものも不合格とした。○は合格で×は不合格の接
着部材である。図中の点線は実用上の動作温度の範囲で
あって温度サイクル条件の範囲（−４０℃〜８５℃）を
示すが、温度サイクル条件の下限よりガラス転移点温度
の低い値のものが合格で（図中Ａ，Ｂ）、あとは全て少
量であっても剥離が生じている。また図中Ｃから、ガラ
ス転移点温度が−４５℃近傍であってもショア硬度が高
いと不合格であることが判明した。

【００４８】これは、温度サイクルによって各部に膨張
収縮が生じるが、接着力が強固であっても膨張収縮によ
る力が（隙間が大きい為に）接着力を上回ったためであ
る。ガラス転移点以上では接着部材では伸縮性が大きく
なり、応力を緩和できる。また、動作温度範囲よりガラ
ス転移点温度が下回った方が良いが、硬度が高いと応力
の緩和にも限度が生じる。従ってガラス転移点、硬度と
も低い方が、温度サイクルに対する耐剥離性に優れる。
ただし、このような接着部材は所謂「柔らかい」ことを
意味しており、光学素子の位置を強固に固定する機能は
弱くなる。

【００４９】そこで次に、フェルール３の凹部７の底部
を一種類の接着部材８のみで固定し前述の温度サイクル
と同様の条件で１００サイクル後の挿入損失の変動を確
認した。サンプル数は各１１個とし、変動の基準値は±
０．３ｄＢ、１１個中１個でも基準値をはずしたものは
不合格とした。図７にその結果を示す。同様に○が合格
で×が不合格である。ガラス転移点温度５０℃以下では
ほとんど不合格である。また線膨張係数は低いほど良
く、６×１０^-5（℃^-1）以下がさらに好適であることが
判る。すなわち図中Ｆ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌである。

【００５０】以上から、光学素子の位置固定と充填では
全く適する接着部材が異なり、単一の接着部材では、光
学特性の変動量と、温度サイクルによる耐剥離性の両者
を満たすものがないことが判った。

【００５１】そこで、図１に示すように、光アイソレー
タ４とフェルール３の凹部７の底部を接着するための固
定用接着部材８ａと隙間に充填する充填用接着部材８ｂ
をそれぞれに好適なものにすることで改善を図った光デ
バイスＳ２を構成した。図１の全体の横方向断面に加
え、図５に凹部７近傍の拡大断面を示す。光ファイバ体
は前述と同様にシングルモードファイバ１ａ、ＧＩファ
イバ２ａ、コアレスファイバ５、ＧＩファイバ２ｂ、シ
ングルモードファイバ１ｂを縦列に放電融着加工にて接
続し構成した。この光ファイバ体をジルコニアフェルー
ル３に接着固定し、コアレスファイバ５を横切るように
凹部７を形成した。その後、偏光子１９ａ、１９ｂとフ
ァラデー回転子２０からなる光アイソレータ４を接着す
る。ここで固定用接着部材に８ａ前述の実験にて使用し
たＩ（アクリル系の接着部材でＵＶと熱併用型、ガラス
転移点７５℃、ショア硬度７５、硬化収縮率０．３％、
熱膨張係数５×１０^-5）を、充填用接着部材８ｂとして
前記実験でのＡ（エポキシ系熱硬化型接着部材、ガラス
転移点温度−６３．９℃、ショア硬度２９、硬化収縮率
１．２％）を用いた。接着部材８ａとしてＩを凹部７に
滴下後、光アイソレータ４を設置し、１００Ｔｏｒｒ以
下で１０分、真空吸引し、１０分常圧放置して脱泡を行
った。その後ＵＶ光を３００ｍＷ／ｃｍ²の強度で２０
秒照射し、仮固定した。さらに光アイソレータ４と凹部
７の隙間に充填用接着部材８ｂとしてＡを充填し、再び
前記と同一条件にて脱泡を行い、９０℃３時間熱硬化し
た。図８（ａ）にこのようにして構成した光デバイスＳ
２の温度サイクルによる挿入損失変動を示す。なお、初
期値を０として、実験と同様に−４０〜８５℃にサイク
ルを用いた。温度サイクル５００サイクルと超えるま
で、変動量は±０．３ｄＢ以内で全く問題ない。また、
外観上の剥離も全く見られない。さらに、図８（ｂ）に
示すように、アイソレーション値も±１ｄＢを超えるこ
となく安定して３５ｄＢ以上を示した。

【００５２】以上のように、固定用接着部材と充填用接
着部材を異なる特性をもつものの組み合わせにすること
により、相反する要求特性を満たし、信頼性の高い光デ
バイスとすることができた。

【００５３】なお、光アイソレータ４は、偏光子１９
ａ，１９ｂ（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３１０μｍ、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部材（例えば
エポキシテクノロジー社製熱硬化型接着部材エポテック
３５３ＮＤ）で接合されている。なお、光アイソレータ
４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７１０μｍ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。

【００５４】なお、本発明の光デバイスＳ２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としているが、光モジュールの設計に
よっては、レンズを設けても良い。

【００５５】〔例２〕次に光ファイバ体を前記実施例１
とは別の光ファイバを用いて構成した例を示す。図４を
用いて説明する。光ファイバ体は７９００μｍの長さの
ＧＩファイバ２ａ、１６００μｍのコアレスファイバ
５、７８１μｍのＧＩファイバ２ｂ、シングルモードフ
ァイバ１ｂを縦列に接続してなる。なお、ＧＩファイバ
２ｂはＰ＝０．２７５にすることによりコアレスファイ
バ長１６００μｍを可能にしている。ＧＩファイバ２ａ
は約２．５ピッチ＋０．２７５ピッチになっており、先
球９は半径２０μｍの曲面を放電加工にて形成してい
る。なお、前述したように、ＧＩファイバは０．５ピッ
チ毎に同様の集光特性を示す為、本実施例ではＰ＝０．
２７５のＧＩファイバでコアレスファイバを挟んだもの
と等しくなっている。丁度２．５ピッチの差になってい
ないのはシングルモードファイバ無しに先球が存在する
ため、補正されているからである。

【００５６】このようにして形成した光ファイバ体をフ
ェルール３に挿入固定し、コアレスファイバ５を分断す
るように凹部７を形成し、その後、偏光子１９ａ、１９
ｂとファラデー回転子２０からなる光アイソレータ４を
接着する。ここで固定用接着部材に８ａ前述の実験にて
使用したＩを、充填用接着部材８ｂにＡを用いた。接着
部材８ａとしてＩを凹部７に滴下後、光アイソレータ４
を設置し、１００Ｔｏｒｒ以下で１０分、真空吸引し、
１０分常圧放置して脱泡を行った。その後ＵＶ光を３０
０ｍＷ／ｃｍ²の強度で２０秒照射し、仮固定した。さ
らに光アイソレータ４と凹部７の隙間に充填用接着部材
８ｂとしてＡを充填し、再び前記と同一条件にて脱泡を
行い、９０℃３時間熱硬化し、光デバイスＳ３とした。

【００５７】本発明のように、先球９をシングルモード
ファイバを用いずに直接形成すれば、シングルモードフ
ァイバとＧＩファイバの融着点が１点減少し、工数や部
品点数が減るばかりか融着を原因とする不良率を下げる
ことが可能になる。温度サイクル等の外部環境に対する
信頼性は実施例１と同様優れたものとすることが可能で
ある。

【００５８】〔例３〕さらに別の実施例を図５の凹部近
傍拡大図を用いて示す。光ファイバ体は前述の実施例１
若しくは実施例２と同様に形成し、フェルール３に接着
固定した。その後コアレスファイバ５を横切るように凹
部７を形成し、偏光子１９ａ、１９ｂ、ファラデー回転
子２０からなる光アイソレータ４を設置した。なお、接
着は前述の実施例１と同様に、凹部７底部には固定用接
着部材８ａを用い、凹部７と光アイソレータ４の間にで
きる隙間には充填用接着部材８ｂを用いた。

【００５９】８ａにはアクリル系の接着部材でＵＶと熱
併用型接着部材（ガラス転移点７５℃、ショア硬度７
５、硬化収縮率０．３％、熱膨張係数５×１０^-5のもの
を用いた。一方充填用接着部材８ｂにはエポキシ系のＵ
Ｖ、熱併用型接着部材（ガラス転移点温度−６３．９
℃、ショア硬度２９、硬化収縮率１．２％）を用いて光
デバイスＳ４を作製した。

【００６０】その後、さらにその外周部に耐湿コート１
１を被覆した。具体的には耐湿コートは透湿率０．４％
以下のＵＶ硬化型のエポキシ樹脂で、外周に塗布したあ
と、２００ｍＷ／ｃｍ²の強度のＵＶ光（メタルハライ
ドランプ）で４０秒照射し、硬化させた。この光デバイ
スは前述と同様の−４０℃〜８５℃の温度サイクルにお
いて１５００サイクル以上で挿入損失の変動量を０．３
ｄＢ以下にすることができた。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光デバイ
スよれば、以下の顕著な効果を奏することができる。

【００６２】請求項１の光デバイスによれば、光ファイ
バ体はフェルールに形成した凹部で２つに分断されたコ
アレスファイバを含む複数の光ファイバを縦列接続して
成り、フェルールに形成した凹部内に光学素子を配設す
るとともに、該光学素子の底面と凹部の底面とを固定用
接着部材で接着し、且つ光学素子の光透過部と凹部との
間を固定用接着部材よりガラス転移点温度が低い充填用
接着部材で充填したので、小型でアライメントが容易で
かつ正確に行なうことができ、また光学素子の位置変動
が生じにくく安定であり、しかも接着部材の剥離のない
長期信頼性に優れた光デバイスを提供できる。

【００６３】また、請求項２の光デバイスによれば、充
填用接着部材のショア硬度が固定用接着部材より低いの
で、温度サイクルに対する耐剥離性に優れた光デバイス
を提供できる。

【００６４】また、請求項３の光デバイスによれば、光
ファイバ体は、光半導体素子に光結合させる側から、シ
ングルモードファイバ、マルチモードファイバ、２つに
分断されたコアレスファイバ、マルチモードファイバ、
シングルモードファイバの順に配設されて成るので、バ
ルクのレンズを用いずにファイバの長さのみで光学調整
が可能で、容易に結合効率の優れた光学系を提供でき
る。

【００６５】また、請求項４の光デバイスによれば、光
ファイバ体は、光半導体素子に光結合させる側から、マ
ルチモードファイバ、２つに分断されたコアレスファイ
バ、マルチモードファイバ、シングルモードファイバの
順に配設されて成るので、上記構成より融着点とファイ
バ点数が少ないので、さらに簡便・小型で結合効率の優
れた光デバイスを提供できる。

【００６６】さらに、請求項５の光デバイスによれば充
填用接着部材の表面に耐湿コートを施したので、より長
期信頼性に優れた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Ｓ２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】本発明に係る光デバイスＳ２の溝部近傍の拡大
した断面図である。

【図４】本発明に係る光デバイスＳ３の実施例を示すと
断面図である。

【図５】本発明に係る光デバイスＳ４を模式的に説明す
るための断面図である。

【図６】各接着部材の特性と温度サイクル後の剥離結果
の関係を説明する為のグラフである。

【図７】各接着部材の特性と温度サイクル後の挿入損失
変動の関係を説明する為のグラフである。

【図８】本発明に係る光デバイスＳ２の長期信頼性試験
結果を示すグラフである。

【図９】光アイソレータの動作を模式的に示す斜視図で
ある。

【図１０】従来の光モジュールを説明する一部断面図で
ある。

【図１１】従来の光デバイスＳ１を模式的に示す断面図
である。

【図１２】コア拡大ファイバの結合間隔と結合損失の関
係を示すグラフである。

【図１３】ＧＩファイバ内の光の挙動を説明する模式図
である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ：シングルモードファイバ２ａ、２ｂ：ＧＩファイバ３：フェルール４：光アイソレータ（光学素子）５：コアレスファイバ６ａ，６ｂ：レンズ７：凹部８ａ：固定用接着部材８ｂ：充填用接着部材９：先球１０：コア拡大ファイバ１１：耐湿接着部材１２：気密窓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２２：順方向入射光２３：逆方向入射光３２：ラバーブーツＪ１：光モジュールＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４：光デバイスＦ１：光ファイバ体

フロントページの続き (72)発明者京増幹雄北海道北見市豊地30番地京セラ株式会社北海道北見工場内Ｆターム(参考） 2H036 MA11 2H037 AA01 BA04 BA31 CA08 DA03 DA04 DA06 DA15 DA37 2H038 AA21 BA35 2H099 AA01 BA02 CA11 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体素子に光結合させる光ファイバ
体をフェルール内に収容して成る光デバイスであって、
前記光ファイバ体は前記フェルールに形成した凹部で２
つに分断されたコアレスファイバを含む複数の光ファイ
バを縦列接続して成り、前記フェルールに形成した凹部
内に光学素子を配設するとともに、該光学素子の底面と
前記凹部の底面とを固定用接着部材で接着し、且つ前記
光学素子の光透過部と前記凹部との間を前記固定用接着
部材よりガラス転移点温度が低い充填用接着部材で充填
したことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】前記充填用接着部材のショア硬度が前記
固定用接着部材より低いことを特徴とする請求項１に記
載の光デバイス。
【請求項３】前記光ファイバ体は、前記光半導体素子
に光結合させる側から、シングルモードファイバ、マル
チモードファイバ、２つに分断されたコアレスファイ
バ、マルチモードファイバ、シングルモードファイバの
順に配設されて成ることを特徴とする請求項１または２
に記載の光デバイス。
【請求項４】前記光ファイバ体は、前記光半導体素子
に光結合させる側から、マルチモードファイバ、２つに
分断されたコアレスファイバ、マルチモードファイバ、
シングルモードファイバの順に配設されて成ることを特
徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
【請求項５】前記充填用接着部材の表面に耐湿コート
を施したことを特徴とする請求項１乃至４に記載の光デ
バイス。