JP2004086151A - Optical fiber array substrate and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber array substrate with which a lightweight and compact high-reliability optical device having high accuracy adaptive to uses for high-speed and large-capacity optical communication and giving no damage to a packaged optical fiber can be realized and a manufacturing method for the optical fiber array substrate which has high production efficiency. <P>SOLUTION: The optical fiber array substrate 10 is made of glass or crystallized glass obtained by precipitating crystal in amorphous glass and has on one surface a plurality of V-shaped grooves 12 for optical fiber fixation, and has side faces 10a and 10b with convex R shaped-sections. In this manufacturing method, a base material which is provided with a plurality of linear base material groove parts on one surface and whose side faces have convex R-shaped sections is prepared, clamped by clamping portion of a sending means, sent to a heating furnace wherein the base material is heated at specified temperature, drawn by a drawing means, and cut to a specified length to obtain a molding of a dimension within a desired range which is similar to the base material; and the molding is cut to a desired length. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数本の光ファイバを接続する光デバイスに用いられるものであり、複数本の光ファイバを収容して位置決めするための溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信網の大容量化及び高速化の要求が高まり、光ファイバアレイ型の光デバイスが注目されている。一般に、このような複数本の光ファイバのアライメントには直線状のＶ溝を有する基板が用いられており、その作製には、板状材料の研削・研磨加工、ガラス材料やプラスチック材料のプレス加工、またはシリコン単結晶板状材料の異方性エッチング加工等の方法により作製されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１３９１３号公報（第３−５頁、第２−３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の研削・研磨加工方法により光ファイバアレイ用基板に要求される厳しい寸法精度を満足するためには、高い角度精度のＶ溝を一本ずつ精密に研削し、互いのＶ溝を所要の間隔及び高さに仕上げる必要があるので、加工工数が多くかつ煩雑であり、良品率が上がらずコスト高になるという問題がある。
【０００５】
また、上記の研削・研磨加工方法で作製された光ファイバアレイ用基板の場合、直線状のＶ溝の表面が粗くなること、Ｖ溝の形状が非常にシャープになり過ぎるため光ファイバを装着する際に光ファイバを傷つけること、光ファイバアレイ用基板自身にも傷や欠けが発生しやすく、そのため抗折強度が低下して折れる虞等が生じる。その上、労力をかけて仕上がったＶ溝を、加工中やその後の洗浄工程中に傷つけてしまう場合もあり、さらには、Ｖ溝の底部及び頂上部に研削工程等でクラックが入り、抗折強度が小さくなっており、光ファイバアレイ用基板を取り扱う場合には、しばしば破損し、歩留まりの低下により生産効率が低く、大量生産に不適であるという問題もある。
【０００６】
また、ガラス材料やプラスチック材料のプレス加工方法により作製された光ファイバアレイ用基板は、そのままでは寸法公差が大容量で高速の光通信に使用するための規格を満たさず、所定の寸法公差に入るまでＶ溝を精密研磨仕上げする必要がありコスト削減が不十分であるという問題がある。
【０００７】
さらに、シリコン単結晶板状材料の異方性エッチング加工方法により作製された光ファイバアレイ用基板は、材料そのものが高価な上に、加工設備も高価であり、その上、加工に要する時間も長くなるので、工業的量産には不適であるという問題がある。
【０００８】
さらに、図８（Ａ）に示すように、従来の光ファイバアレイ用基板１は、光ファイバ固定用Ｖ溝２のうち、外側のＶ溝２ａ、２ｂを形成する外側の山部２ｄ、２ｅが内側の山部２ｃと形状が大きく異なるので、光ファイバアレイ用基板１に熱硬化性接着剤を使用して光ファイバ４を固着する際や、光ファイバアレイとなった後に、外側の光ファイバ４ａ、４ｂと内側の光ファイバ４ｃとでＶ溝２内に支持されている山部２ｄ、２ｅと山部２ｃとの熱容量の差により、熱履歴に差が生じ、光ファイバアレイの信頼性が劣る要因になるという問題がある。
【０００９】
さらに、図８（Ｂ）に示すように、従来の光ファイバアレイ用基板１では、光ファイバ４を板５で押さえて接着剤６で固定する際、接着剤の量が少ない場合は、すべての光ファイバを固定するのに接着剤６がいき渡らず全ての光ファイバ４が完全に固定されないという問題点がある。逆に接着剤６の量が多過ぎる場合は、図８（Ｃ）に示すように、基板１の側面から接着剤６がはみ出してしまい、所定の寸法を満たすために、はみ出した接着剤６ａを後に拭き取るか光ファイバアレイ用基板１の側面を研磨しなければならないといった手間のかかる作業を要するため、接着剤量を厳しく管理しなければならないという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献１には、ガラス母材を加熱・軟化させて１／１０の寸法に線引き（延伸成形と同じ意味）する光ファイバアレイ用基板の作製方法が記載されているが、実際には延伸成形の際に母材を軟化変形させるので、形状の維持及び寸法精度の制御が困難であり、Ｖ溝の形状が変形し、特に、外側のＶ溝の形状が大きく変形する他、それぞれのＶ溝の高さにばらつきが生じて一様にならず、高い精度が要求される用途に用いられる光ファイバアレイ用基板としては使用に耐えないものである。具体的には、従来の延伸成形方法により成形される基板は、Ｖ溝を形成した母材の表面が加熱されて軟化するときに若干引き延ばされ、その中央部分が数μｍ凹状に変形する。この変形によって中央部のＶ溝が、周辺部のＶ溝に対して高さが数μｍ低くなり、このようなＶ溝に光ファイバを並べると、光ファイバのコア中心の高さが数μｍばらつくことになるので、高精度のＶ溝基板を作製が極めて困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高速大容量光通信用途に対応可能な高精度を有し、かつ装着される光ファイバにダメージを与えることがない光ファイバアレイ用基板、及び生産効率が高く大量生産に適する光ファイバアレイ用基板の製造方法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】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、複数の光ファイバ固定用の溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板であって、前記基板の溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形であることを特徴とする。
【００１３】
本発明で基板の側面の断面形状が凸Ｒ形であるとは、連続的で不規則な凹み等がないＲ状の凸形であれば使用可能であり、寸法管理の便宜上、部分円柱面等が適している。このように基板の側面の断面形状が凸Ｒ形とすることで、約９０°の角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、基板の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落とした場合でもカケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生も激減し、光デバイスを組み立てる際の歩留まりを向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、基板の内部に前記溝部に略平行な孔部を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、基板の内部に溝部に略平行な孔部を有することで、光デバイスを組み上げる際に、この孔部にガイドピンを挿入させることや、接着剤、半田等を嵌入させることで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に対して最小の掴み代で容易かつ強固に組み付けることができる。さらに光ファイバを熱硬化型接着剤等で接着硬化させる際に、光ファイバアレイ用基板全体の温度の均質化が容易となり、接着剤硬化時の応力が光ファイバの一部に集中することもなく、光学特性を劣化させることもない。
【００１６】
本発明の光ファイバアレイ用基板に設ける孔部としては、略楕円形の孔、略円形の孔、または略円形の複数個の孔等が使用可能であり、本体を貫通する断面積がほぼ一定の孔部であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板では、孔部の断面形状が略楕円形等であると、光ファイバを熱硬化型接着剤で接着硬化させる際、基板全体の温度の均質化がさらに計られ、光ファイバの一部に接着剤硬化時の応力集中がなくなり、光学特性を劣化させることもない。
【００１８】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板では、孔部の断面形状が略円形であり、複数の該孔部を有することで、光デバイスを組み上げる際に、それぞれの孔部に断面形状が円形で所定直径のガイドピンを挿入することで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に対して容易かつ安定して正確に組み付けることができる。
【００１９】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状であることを特徴とする。
【００２０】
光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の上側が内側の山部の上側とが異なる高さである場合や、前記光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の外側にある底部の高さが溝部を形成する稜線と光ファイバとの接点の高さより低い位置にない場合には、光ファイバと溝部との接点よりも上の部分における外側の山部の形状が内側の山部の形状と異なり、光ファイバアレイ用基板に熱硬化性接着剤を使用して光ファイバを固着する際や、光ファイバアレイとなった後に、外側の光ファイバと内側の光ファイバとで溝内に支持されている山部の熱容量の差により熱履歴に差が生じ、光ファイバアレイの信頼性が劣る要因になる。本発明の光ファイバアレイ用基板では、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の上側が内側の山部の上側とほぼ同じ高さに位置し、前記光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の外側にある底部の高さが溝部を形成する稜線と光ファイバとの接点の高さより低い位置にあるので作製した光ファイバアレイは溝内に支持されている外側の光ファイバと内側の光ファイバとの間で山部の熱容量の差による熱履歴の差が大きく生じることがない。
【００２１】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部が内側の山部と略同形状であるので、作製した光ファイバアレイは溝内に支持されている外側の光ファイバと内側の光ファイバとの間で山部の熱容量の差による熱履歴の差がほとんど生じることがない。
【００２２】
さらに、本発明の光ファイバアレイ用基板は、前記外側の山部の外側に、所定容積の溝部を設けているので、その溝部が光ファイバ固定用の溝部の外側に光ファイバを固着する際に用いる接着剤の溜まりしろとなり、光ファイバを接着剤で固着させる際、接着剤量が少々多くなっても光ファイバアレイ用基板の側面から接着剤がはみ出る心配がなく、接着剤量を厳しく管理する必要がない。従って接着固定させる作業が容易になり、歩留まりを上げることができる。
【００２３】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、溝部を形成する山部の頂上が平面であることを特徴とする。
【００２４】
光ファイバを装着して位置決めするための光ファイバ固定用溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板の山部の頂上が平面であるので、溝部に光ファイバを装着するときや光ファイバアレイ用基板の端面を研磨するときに固定用溝の山部に欠け等の欠陥が発生することがなく、さらには、欠けによって発生する微細な破片の生成もなくなる。
【００２５】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であることを特徴とする。
【００２６】
石英系光ファイバの直径は１２５μｍであり、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から上方向に５２．５μｍを超える距離となる場合は、山部の頂上から石英系光ファイバの外周が山部の頂上よりも１０μｍ未満の突出または溝部中に位置するので、溝部に装着され固定される光ファイバの高さを一定に保持するため上から押し当てる平面板の表面粗さや平面度によっては、光ファイバを溝部の側面に押し当てて固定することができなくなり、結果として光ファイバの高さにばらつきが発生することがある（後述の図４を参照）。他方、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から下方向に５２．５μｍを超える距離となる場合は、直径が１２５μｍである石英系光ファイバの外周が溝部に１０μｍ未満しか嵌入しておらず、石英系光ファイバに対して溝部が浅くなりすぎて溝部に光ファイバを装着して固定するときに光ファイバがＶ溝に収まらずに外れてしまう可能性が高くなる。従って、光ファイバをＶ溝に収容する上で、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から下方向に約４０μｍ以内であることが好ましい。このように本発明の光ファイバアレイ用基板では、光ファイバを溝部に装着して安定して固定する上で、山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であることが重要である。また、光ファイバの中心を結ぶ線と下方向の距離は、４０μｍ以内であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなることが重要である。ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなる光ファイバアレイ用基板は、光ファイバと研磨特性が近いので、光ファイバを固着した後に、光ファイバの端面を容易に高精度に研磨仕上げすることができる。また、紫外線等に対して透明なガラスからなる光ファイバアレイ用基板は、Ｖ溝に光硬化性樹脂を塗布して光ファイバを配置し、光ファイバアレイ用基板を透過させて紫外線等を照射させることにより、光ファイバを固着させることが可能である。
【００２８】
本発明の光ファイバアレイ用基板は、母材を延伸成形することより作製されてなることが好ましい。本発明の光ファイバアレイ用基板では、切削等によって直線状の溝部を加工した母材を熱軟化させ、延伸成形させることで直線状の溝部が熱軟化し、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなる。さらに光ファイバを光ファイバアレイ用基板に装着する際に、光ファイバにも傷がつき難い。
【００２９】
これは、成形される光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍以上の大きな断面寸法の母材を延伸成形するため、予め母材に施す直線状の溝部に要求される寸法精度が光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍緩和され、特別な加工装置等を使用することなく簡単に母材を加工することができるので、加工にかかる手間やコストを著しく低減することができる。さらに延伸成形時に縮小比を変化させることで、直線状の溝部間隔を自在に変えることもできる。
【００３０】
また、延伸成形によって作製された光ファイバアレイ用基板の表面は、ファイヤポリッシュされた滑らかな表面であり、後に光ファイバを装着するときに、光ファイバ表面に傷がつき難く、さらに基板表面に切削等で発生した傷もなくなり、光ファイバアレイ用基板自体が折れるなどのトラブルもほとんどなくなる。
【００３１】
また、母材から延伸成形して作製された本発明の光ファイバアレイ用基板は、電気炉内で熱軟化し引き延ばされ、その後、急冷されるため、表面に１０ＭＰａ程度の応力値を有する圧縮応力層が形成されている。そのために強度が増し、光ファイバが溝部分を繰り返し移動する場合でも十分な強度を有している。
【００３２】
このように圧縮応力層により機械強度を強化させることによって、たとえ光ファイバアレイ用基板が多少のキズ等を有するものであっても、激しい熱ショックがかかった際や、取り扱い時に外力がかかった際にも破損が起こらず、欠けることもなく、容易に取り扱うことが可能となる。
【００３３】
母材から延伸成形して作製された好ましい光ファイバアレイ用基板は、基板内部にある前記溝部に略平行な孔部の大きさが、溝部が形成されている一面に垂直方向（高さ）の１０％以上となっているものである。
【００３４】
１０％未満の場合は、孔部内を高圧にしても延伸成形時に溝部を有する一面の凹みを十分に解消することができない。
【００３５】
より好ましい光ファイバアレイ用基板は、基板内部にある溝部に略平行な孔部の内径は、基板断面で溝部が形成されている表面に水平方向の大きさが、複数の溝部が形成されている幅寸法の２０％以上となっているものである。
【００３６】
基板断面において、孔部の内径は溝部を有する一面に平行で溝部の幅方向において、複数の溝部全体の幅寸法（例えば、０．２５０ｍｍピッチの８芯光ファイバ用の場合、０．２５０×８＝２．０ｍｍ）の２０％以上が必要になる。また、孔部が複数個の場合は、溝部の幅方向と平行なそれらの内径の合計が２０％以上である。２０％未満の場合、溝部を有する一面の十分な範囲に亘って凹みを補正することができず、結果として溝部の高さのばらつきを小さくすることができない。
【００３７】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に複数の直線状の母材溝部が設けられたガラス、又は結晶化ガラスからなる母材を準備し、該母材を送り込み手段の固定部に固定し、該母材を加熱炉に送り込むことにより母材を所定の温度に加熱し、該母材の下方を引張手段で延伸成形して母材と略相似形の成形体を得、該成形体を所定長さに切断する光ファイバアレイ用基板の製造方法において、前記母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備することを特徴とする。
【００３８】
本発明で母材の側面の断面形状が凸Ｒ形であるとは、連続的で不規則な凹み等がないＲ状の凸形であれば使用可能であり、寸法管理の便宜上、部分円柱面等が適している。延伸成形を行う際に、母材の側面が平面であると不均一に加熱されることにより平面内に大きい温度分布が生じて成形体の断面形状が変形する。そこでこのように母材側面の断面形状を凸Ｒ形とすることで、母材の側面が均一に加熱され易くなり、軟化した際に表面張力が母材の側面に働いた場合でも、成形体の精密な寸法安定化が可能となり先記の高精度な基板を高い効率で製造することができる。また、延伸成形を行う際に、母材側面の断面形状を凸Ｒ形とすることで、成形体の側面間の最大寸法を管理することで、寸法管理が可能となり先記の高精度な基板を高い効率で製造することができる。さらに、先記の基板と同様に約９０°の角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、母材の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落とした場合でもカケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生も激減し、母材当たりの延伸成形される基板の歩留まりを向上させることができる。
【００３９】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備することを特徴とする。
【００４０】
本発明の製造方法は、予め延伸成形される母材の内部に、長さ方向に沿った母材孔部を形成しておき、延伸成形により本発明の光ファイバアレイ基板を効率的に作製することができるものである。本発明では、母材内部に断面が略円形等の母材孔部を設けてあることが重要であり、断面が略楕円、断面が略円または略円の複数個の母材孔部であれば使用可能であり、一端に開口して母材本体内で断面積がほぼ一定の母材孔部であることが光ファイバアレイ用基板の孔部の寸法制御する上で好ましい。
【００４１】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時に母材孔部の内径を変化させることを特徴とし、延伸成形時に母材孔部内の気圧を制御することが好ましい。
【００４２】
予め内部に断面積がほぼ一定の貫通する母材孔部を有する母材を準備し、延伸成形時に母材孔部を任意の大きさに変化させることで、溝部が形成された表面の凹みを修正することができる。特に、延伸成形中に母材孔部内を大気圧よりも高圧に加圧することで、内孔径が大きくなり、溝部を有する一面の孔部に直線距離で最も近い部分を中心にして凹みを修正することができる。さらに減圧することで逆に内孔径を小さくすることもできる。このため、光ファイバアレイ基板の高さを自在に変えることができ、溝部の高さのばらつきを小さくすることができ、寸法精度のよい光ファイバアレイ基板を作製することができる。
【００４３】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形するので、光ファイバ固定用の外側の溝部が変形することなく中央部の溝部と同様に高い精度が要求される用途に耐え得る光ファイバアレイ用基板が得られる。また、母材の一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が、内側の山部と略同形状であることが好ましい。
【００４４】
さらに、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させるので、光ファイバアレイ用基板の溝部の間隔を変えることができ、装着される光ファイバに要求される様々な間隔についても金型等の新しい設備が必要なく、簡単に早く安価に作製することができる。また、延伸成形時に母材の温度を調整して粘度を制御することにより、溝部の形状及び間隔を微小に変化させることもできる。
【００４５】
本発明の製造方法では、光ファイバアレイ用基板に比べて断面積が数十倍以上の大きな寸法の母材を延伸成形するので、予め母材に施す直線状の溝部に要求される寸法精度が光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍緩和され、特別な加工装置等を使用することなく簡単に加工することができるので、加工にかかる手間やコストを低減することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板の一例を、図を用いて説明する。
【００４７】
図１は本発明に係る光ファイバアレイ用基板の説明図であって、１０は透明なホウケイ酸ガラスからなり、８本の光ファイバを整列させて固定する光ファイバアレイ用基板を、１０ａ、１０ｂは断面形状が凸Ｒ形の側面を、１１は光ファイバアレイ用基板１０の内部に形成された孔部を、１２は光ファイバ固定用の８本のＶ溝をそれぞれ示している。
【００４８】
光ファイバアレイ用基板１０は、間隔が０．２５０ｍｍで８個のＶ溝１２が設けてあり、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、側面１０ａ、１０ｂは、光ファイバアレイ用基板１０の中心に曲率中心Ｍが位置する部分円柱面である。また、図１（Ｃ）のように側面１０ａ、１０ｂのそれぞれの曲率中心Ｍが光ファイバアレイ用基板１０内に位置するもの、図１（Ｄ）のように側面１０ａ、１０ｂのそれぞれの曲率中心Ｍが光ファイバアレイ用基板１０外に位置するもの等が使用可能であり、図示は省略するが、曲率が単一のＲ面だけでなく複合Ｒ面でもよい。
【００４９】
また、Ｖ溝１２に略平行な孔部１１として、図１（Ｂ）のような断面形状が略楕円形のもの、図１（Ｃ）のような溝部に略平行な断面形状が略円形の３個の孔部をＶ溝１２下方の中央部分に集中して配設したもの、図１（Ｄ）のような溝部に略平行な断面形状が略円形の３個の孔部をＶ溝１２下方の中央部に１個と両端にそれぞれ一つずつ配設したものがある。
【００５０】
図１（Ｂ）、（Ｃ）は共に延伸成形される際に孔部１１を加圧することによりＶ溝１２を有する一面が修正されて実質的に凹みが形成されておらず、また、図１（Ｄ）は延伸成形される際に中央部の孔部を加圧し、両端の２個の孔部をそれぞれ減圧することによりＶ溝１２を有する一面が修正されているものである。測定は光ファイバアレイ用基板１０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバを固定する直線状のＶ溝１２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝１２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝１２間の間隔は図１（Ｂ）〜（Ｄ）共に、２５０μｍ±０．３μｍであり、Ｖ溝１２の高さのばらつきは図１（Ｂ）が±０．６μｍ以内。図１（Ｃ）が±０．５μｍ以内。図１（Ｄ）が±０．５μｍ以内であった。
【００５１】
また、他の光ファイバアレイ用基板２０は、図２（Ａ）に示すように、側面２０ａ、２０ｂは、光ファイバアレイ用基板２０の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、上面にＶ溝２２と、Ｖ溝２２を構成する頂上に平面２２ｂが形成された山部２２ａと、Ｖ溝２２の外側に形成された側溝部２３とからなり、外側の山部２２ｃ、２２ｄの頂点は内側の山部２２ａの頂点と同じ高さにあり、図１（Ｂ）の拡大図で示すように、側溝部２３の底部２３ａの高さはＶ溝２２の稜線と光ファイバ１４との接点２２ｅよりも低い位置にある。また、Ｖ溝２２に略平行な断面形状が略円形の孔部２１が設けられている。
【００５２】
図２（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板２０の側面寸法の測定を行った。測定方法は光ファイバアレイ用基板２０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバ１４を固定する直線状のＶ溝２２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝２２の谷の角度、及びＶ溝２２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝２２の谷の角度は９６°で、Ｖ溝２２間の間隔は１２７μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝２２の高さのばらつきは±０．５μｍ以内であった。また、側溝部２３は、谷の角度は９８°であった。
【００５３】
また、光ファイバアレイ用基板２０は、図２（Ｃ）に示すように、断面を約２５０倍に拡大して見たところ、Ｖ溝２２の山部２２ａ頂上に形成された平面２２ｂの長さは約１０μｍであった。
【００５４】
また、他の光ファイバアレイ用基板３０は、図３（Ａ）に示すように、側面３０ａ、３０ｂは、光ファイバアレイ用基板３０の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、上面にＶ溝３２と、Ｖ溝３２を構成する頂上に平面３２ｂが形成された山部３２ａと、Ｖ溝３２の外側に形成された側溝部３３とからなり、外側の山部３２ｃ、３２ｄの形状は内側の山部３２ａと略同じ寸法形状に形成されているものである。また、Ｖ溝３２に略平行な断面形状が略円形の孔部３１が設けられている。
【００５５】
図３（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３０の側面寸法の測定を行った。測定方法は光ファイバアレイ用基板３０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバ１４を固定する直線状のＶ溝３２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝３２の谷の角度、及びＶ溝３２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝３２の谷の角度は９６°で、Ｖ溝３２間の間隔は１２７μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝３２の高さのばらつきは０．５μｍ以内であった。また、側溝部３３は、谷の角度は９８°であった。
【００５６】
また、光ファイバアレイ用基板３０は、図３（Ｃ）に示すように、断面を約２５０倍に拡大して見たところ、Ｖ溝３２の山部３２ａ頂上に形成された平面３２ｂの長さは約２０μｍであった。
【００５７】
また、図４（Ａ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３５は、Ｖ溝１２間の間隔Ｐが１２７μｍ±０．３μｍであり、Ｖ溝１２に間隔Ｐで固定された光ファイバ１４の中心１４ａを結ぶ線と山部１２ａの平面１２ｂとの距離Ｌが５２．５μｍ以内の２０μｍである。
【００５８】
また、図４（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３６は、Ｖ溝１２の谷の角度が９６°であり、Ｖ溝１２の間隔Ｐが２５０μｍのＶ溝１２に固定された光ファイバ１４の中心１４ａを結ぶ線と山部１２ａの平面１２ｂとの距離Ｌが５２．５μｍ以内の３０μｍである。
【００５９】
次に、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法の一例を、図を用いて説明する。
【００６０】
発明者らは、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の一例として、予めホウケイ酸ガラス製の円柱材を加工して、図５（Ａ）に示すように部分円柱面である側面４１ａ、４１ｂを残して互いに平行な二つの平面４１ｃ、４１ｄを形成したガラス板４１を作製した。その後、一面４１ｃに加工を施すことにより、図５（Ｂ）に示すように、一面４２ｃに、成形後に光ファイバ固定用のＶ溝となる直線状で谷の角度が９０°である８本の母材溝部４２ｅ及びその外側に母材側溝部４２ｆの加工を施し、母材溝部４２ｅに略平行な断面形状が略円形の母材孔部４２ｄを設けた凸Ｒ形の側面４２ａ、４２ｂを有する母材４２を準備した。
【００６１】
次に、母材４２を、図６に示すような延伸成形装置５０に取り付けて、パイプ５１から母材孔部４２ｄ内を加圧しながら電気炉５２によって加熱し、電気炉５２からでてきた延伸成形部４２ｇを図示しない駆動ローラーで引っ張り、図示しないレーザー光によって延伸成形部４２ｇの側面の直径を測定しながら一定の外径に制御することで、所定寸法の直線状の溝部を有する光ファイバアレイ用基板の断面を有する長尺体４３を形成する。
【００６２】
この延伸成形の時に、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、測定器６０のレーザー光Ｌによって延伸成形部４２ｇの側面の幅（部分円柱面の直径）Ｗを受光部の信号６０ａにより測定するが、延伸成形部４２ｇの側面の断面形状が凸Ｒ形であり、特に部分円柱面であると、延伸成形中に延伸成形部４２ｇが多少斜めになった場合でも、幅（部分円柱面の直径）Ｗが正確に測定されるため、幅（部分円柱面の直径）Ｗ寸法を正確に制御することで光ファイバアレイ用基板の寸法を正確に制御することができる。
【００６３】
これに対して、図７（Ｃ）に示すように、断面形状が略矩形で延伸成形部４２ｈの側面が平面の場合には、延伸成形中に延伸成形部４２ｈが多少でも斜めになると、図７（Ｄ）に示すように、幅Ｗが大きくＷ＋ΔＷに変動するので、正確な寸法情報が得られず、制御が困難でなり、歩留まりが極端に低下する。
【００６４】
その後、形成部をカッター５３により長さ２５０ｍｍに切断し成形体として長尺材４３を得る。このようにして得られた長尺材４３を所定の長さに精密切断することにより、先記の図２（Ａ）に示すような光ファイバアレイ用基板２０の作製を行った。
【００６５】
このように作製した光ファイバアレイ用基板２０のＶ溝１２の表面粗さを測定したところ、表面粗さのＲａ値が、０．０４μｍであった。これは、熱軟化によって光ファイバアレイ用基板の表面がファイヤポリッシュされ、表面が滑らかになったことを示している。
【００６６】
次に、光ファイバアレイ用基板の表面に急冷法（クエンチング）によって圧縮応力層を形成する場合、炉から出てきた所定の断面寸法・形状を有する光ファイバアレイ用基板用の長尺材４３に冷風や冷媒を吹き付けて急冷することによりガラス表面に圧縮応力層を発生させる。
【００６７】
また、イオン交換により強化する場合、約２５０ｍｍの光ファイバアレイ用基板の長尺材をイオン交換槽内の約４００°Ｃに保持されたＫＮＯ３の溶融塩中に約１０時間浸漬する。その後、洗浄によりＫＮＯ３を除去し、機械強度として３点曲げによる抗折強度が未処理のものに比べて２倍以上に増加した光ファイバアレイ用基板長尺材を得る。このイオン交換処理では、ガラスを除冷温度よりも低い温度でガラス中のアルカリイオン（Ｎａ＋）を、それよりもイオン半径の大きいアルカリイオン（Ｋ＋）で置換することにより、ガラス表面に１００ＭＰａ程度の圧縮応力層を発生させて実用強度を増大させることができる。
【００６８】
次に、図６に示すように、延伸成形装置５０の図示しない駆動ローラーの回転速度を変えることで、同じ母材４２からＶ溝の間隔が１２７μｍと２５０μｍの２種類の光ファイバアレイ用基板３５及び３６を作製した。
【００６９】
先記の図４（Ａ）に示すような、Ｖ溝１２間の間隔Ｐが１２７μｍ±０．３μｍで山部１２ａの平面１２ｂ部分が１０μｍ、Ｖ溝１２に固定された光ファイバ１４の高さのばらつきは±０．５μｍ以内である光ファイバアレイ用基板３５を作製することができた。
【００７０】
また、同じ母材３２から、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の他の例として、図４（Ｂ）に示すようなＶ溝１２の谷の角度が９６°で、Ｖ溝１２の間隔Ｐが２５０μｍ±０．３μｍ、山部１２ａの平面１２ｂ部分が２０μｍ、Ｖ溝１２に固定された光ファイバ１４の高さのばらつきは±０．５μｍ以内である光ファイバアレイ用基板３６を作製することができた。
【００７１】
次いで、本発明に係る他の実施の形態として、表１に示す結晶化ガラスからなり、上記実施の形態と同様な寸法形状を有する母材を作製し、このような母材を用いて光ファイバアレイ用基板の作製を行った。
【００７２】
【表１】

Figure 2004086151
【００７３】
この場合も、上記実施の形態と同様なＶ溝の間隔が１２７μｍと２５０μｍである２種類の結晶化ガラス製の光ファイバアレイ用基板をＶ溝の間隔Ｐが２５０μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝に固定された光ファイバの高さのばらつきが±０．５μｍ以内である高い寸法精度で作製することができた。また、結晶化ガラス製の光ファイバアレイ用基板は、ガラス製のものに比べて抗折強度が向上していたが、その研磨性は石英系光ファイバに近い優れたものであった。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、光ファイバ固定用の溝部の外側に側溝部を形成することにより外側の山部の形状を内側の山部と略同じ寸法に形成しているが、これに限らず、Ｖ溝の外側を全て平らに下げた形状としてもよい。また、谷の角度が９０°であるＶ溝を有する母材から、Ｖ溝の谷の角度が９８°及び９６°の光ファイバアレイ用基板を作製しているが、光ファイバアレイ用基板のＶ溝の角度は９０°や１００°でもよく、また、光ファイバ固定用の溝部の断面形状もＶ溝に限らず、矩形状その他の形状でもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、複数の光ファイバ固定用の溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板であって、前記基板の溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形であるので、角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、基板の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落としたりした場合でも、カケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生もなくなり、デバイスを組み立てる際の歩留まりを向上させることができる。
【００７６】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、前記基板の内部に前記溝部に略平行な孔部を有するので、光デバイスを組み上げる際に、孔部にガイドピン等を挿入することで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に容易且つ安定して組み付けることができる。さらに光ファイバを熱硬化型接着剤等で接着硬化させる際に、基板全体の温度の均質化が容易となり、接着剤硬化時の応力が光ファイバの一部に集中することもなく、光学特性を劣化させることもないため、従来にない高い信頼性を有する光デバイスを作製することができる。
【００７７】
発明の光ファイバアレイ用基板は、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状であり、好ましくは母材の一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が、内側の山部と略同形状であるので、作製した光ファイバアレイは外側の光ファイバと内側の光ファイバとで溝内に支持されている山部の熱容量の差による熱履歴に差が大きく生じることがなく、光信号の安定性及び信頼性の高いものとなる。
【００７８】
発明の光ファイバアレイ用基板は、側の山部の外側に、所定容積の溝部を設けたので、この溝部が光ファイバ固定用の溝部の外側に光ファイバを固着する際に用いる接着剤の溜まりしろとなり、光ファイバを接着剤で固着させる際、接着剤量が少々多くなっても光ファイバアレイ用基板の側面から接着剤がはみ出る心配がなく、接着剤量を厳しく管理する必要がない。従って接着固定させる作業が容易になり、歩留まりを上げることができる。
【００７９】
光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、溝部を形成する山部の頂上が平面であるので、溝部に光ファイバを装着するときや光ファイバアレイ用基板の端面を研磨するときに固定用溝の山部に欠け等の欠陥が発生することがなく、欠けによって発生する微細な破片の生成もなくなる。
【００８０】
本発明の光ファイバアレイ用基板は山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であるので、光ファイバを溝部に装着して安定して固定することが可能となる。
【００８１】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなるので、光ファイバの端面を容易に高精度に研磨仕上げすることができ、反射減衰量等の光学特性に優れた光ファイバアレイを作製することが可能となる。
【００８２】
本発明の光ファイバアレイ用基板は、母材を延伸成形することより作製されてなるので、切削によって直線状の溝部を加工した母材を熱軟化させ、延伸成形させることで直線状の溝部部分が熱軟化し、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなり、光ファイバを装着する際に、光ファイバに傷がつき難い。さらに、過去にない高い生産効率で、上記特性を備える光ファイバアレイ用基板が得られ安価となる。
【００８３】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板は、表面に圧縮応力層が形成されてなるので、多少のキズ等を有するものであっても、激しい熱ショックがかかった際や、取り扱い時に外力がかかった際にも破損が起こらず、欠けることもなく、容易に取り扱うことが可能となり、信頼性が高くなる。
【００８４】
以上のように、光ファイバを装着して各々位置決めする複数の直線状の溝部を有し、光ファイバを各々の溝部に装着した際に、光ファイバ相互のコア同士の間隔や高さにばらつきが生じず、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなり、厳しい要求寸法精度及び信頼性を満足することができる。
【００８５】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備するので、延伸成形時にレーザー光線等によって延伸成形部の凸Ｒ形側面の幅（直径）を測定しながら一定値に制御することで、所定寸法の直線状の溝部を有する光ファイバアレイ用基板の断面を有する延伸形成部を形成する。この時に側面が凸Ｒ形で延伸成形中に延伸形成部が多少斜めになった場合でも、幅（直径）が正確に測定されるため、正確に測定された幅（直径）寸法を制御することが可能となり、光ファイバアレイ用基板の断面を有する延伸形成部の寸法を正確に制御することができる。そのために高精度の光ファイバアレイ基板を大量かつ安価に作製することができる。
【００８６】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備して延伸成形するので、延伸成形時に孔部を任意の大きさに変化させることで、延伸成形によってＶ溝を有する面が熱軟化されるときに若干引き延ばされ、面の中央部分が数μｍ凹状に変形することを修正することができる。そのため、Ｖ溝の高さのばらつきを１μｍ以下におさえることができ、高精度な光ファイバアレイ用基板を作製することができる。
【００８７】
また本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形するので、光ファイバ固定用の外側の溝部形状が変形することなく中央部の溝部と同様であり、高い精度が要求される用途に耐え得る光ファイバアレイ用基板が再現性よく安定して得られる。
【００８８】
さらに、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させるので、光ファイバアレイ用基板の溝部の間隔を変えることができ、装着される光ファイバに要求される様々な間隔についても金型等の新しい設備が必要なく、簡単に早く安価に作製することができる。
【００８９】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形によって縮小されるので、母材に要求される寸法精度が緩和され、加工にかかる手間やコストを大幅に低減することができ、高精度な光ファイバアレイ用基板を短時間で大量に生産することが可能となる。
【００９０】
以上のように、本発明の光ファイバアレイ用基板及びその製造方法によれば、高速大容量光通信用途に対応可能な高精度及び高強度を有し、かつ安価な光ファイバアレイを実現することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本説明に係る光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は基板の中心に曲率中心が位置する部分円筒面である光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｂ）は基板の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、断面形状が略楕円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｃ）は側面のそれぞれの曲率中心が基板内に位置し、Ｖ溝の中央付近に３個の断面形状が略円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｄ）は側面のそれぞれの曲率中心が基板外に位置し、Ｖ溝の中央付近に１個、Ｖ溝の両端に一つずつの断面形状が略円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図。
【図２】本発明に係る他の光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶ溝部拡大写真。
【図３】本発明に係る他の光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶ溝部拡大写真。
【図４】本発明の光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）はＶ溝の間隔Ｐが１２７μｍの光ファイバアレイ用基板の説明図、（Ｂ）はＶ溝部間の間隔Ｐが２５０μｍの光ファイバアレイ用基板の説明図。
【図５】母材の説明図であって、（Ａ）は母材の材料の説明図、（Ｂ）は母材の説明図。
【図６】母材を延伸成形する説明図。
【図７】母材から成形された延伸成形体の寸法測定の説明図。
【図８】従来の光ファイバアレイ用基板の説明図。
【符号の説明】
１０、２０、３０、３５、３６　光ファイバアレイ用基板
１０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ　側面
１１、２１、３１　孔部
１２、２２、３２　Ｖ溝
１２ａ、２２ａ、３２ａ　山部
２２ｃ、２２ｄ、３２ｃ、３２ｄ　外側の山部
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ　平面
１４　光ファイバ
１４ａ　光ファイバの中心
２３、３３　側溝部
４１　ガラス板
４１ａ、４１ｂ　ガラス板の側面
４１ｃ、４１ｄ　ガラス板の平面
４２　母材
４２ａ　母材の一面
４２ｂ、４２ｃ　母材の側面
４２ｄ　母材孔部
４２ｅ　母材溝部
４２ｆ　母材側溝部
４２ｇ、４２ｈ　延伸成形部
４３　長尺材
５０　延伸成形装置
５１　パイプ
５２　電気炉
５３　カッター
６０　測定器
６０ａ　受光部の信号
Ｌ　レーザー光[0001]
[Industrial applications]
The present invention is used in an optical device for connecting a plurality of optical fibers, and relates to an optical fiber array substrate having a groove for accommodating and positioning a plurality of optical fibers, and a method of manufacturing the same. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, demands for increasing the capacity and speed of optical communication networks have been increasing, and optical fiber array type optical devices have attracted attention. Generally, a substrate having a linear V-groove is used for alignment of such a plurality of optical fibers, and the production thereof is performed by grinding and polishing a plate-like material, and pressing a glass material or a plastic material. Or anisotropic etching of a silicon single crystal plate material.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2-13913 (page 3-5, FIG. 2-3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to satisfy the strict dimensional accuracy required for the optical fiber array substrate by the above-mentioned grinding and polishing method, V-grooves with high angular accuracy are precisely ground one by one, and V-grooves of each other are required. Since it is necessary to finish at intervals and heights, there is a problem that the number of processing steps is large and complicated, and that the yield rate is not increased and the cost is increased.
[0005]
In the case of an optical fiber array substrate manufactured by the above-mentioned grinding / polishing method, an optical fiber is mounted because the surface of the linear V-groove becomes rough and the shape of the V-groove becomes too sharp. At this time, the optical fiber may be damaged, and the substrate for the optical fiber array itself may be easily damaged or chipped, so that the bending strength may be reduced to cause breakage. In addition, the V-groove, which has been worked out, may be damaged during processing or in the subsequent cleaning process. In addition, cracks are formed in the bottom and top of the V-groove in the grinding process and the like. When the substrate for optical fiber array is handled because of its low strength, it is often broken, and the production efficiency is low due to a decrease in yield, which is not suitable for mass production.
[0006]
In addition, a substrate for an optical fiber array manufactured by a pressing method of a glass material or a plastic material does not satisfy a standard for use in large-capacity, high-speed optical communication, and falls within a predetermined dimensional tolerance as it is. However, there is a problem that the V-groove needs to be precisely polished and finished, and the cost reduction is insufficient.
[0007]
Furthermore, the substrate for an optical fiber array manufactured by the anisotropic etching method of a silicon single crystal plate-like material is expensive in material itself, expensive in processing equipment, and requires a long processing time. Therefore, there is a problem that it is not suitable for industrial mass production.
[0008]
Further, as shown in FIG. 8A, in the conventional optical fiber array substrate 1, the outer ridges 2d and 2e forming the outer V grooves 2a and 2b among the optical fiber fixing V grooves 2 are formed. Since the shape of the outer optical fiber 4a is significantly different from that of the inner ridge 2c, the outer optical fiber 4a is fixed when the optical fiber 4 is fixed to the optical fiber array substrate 1 using a thermosetting adhesive or after the optical fiber array is formed. , 4b and the inner optical fiber 4c, the difference in heat capacity between the peaks 2d, 2e supported in the V-groove 2 and the peak 2c causes a difference in heat history, and the reliability of the optical fiber array is inferior. There is a problem that becomes a factor.
[0009]
Further, as shown in FIG. 8 (B), in the conventional optical fiber array substrate 1, when the optical fiber 4 is held down by the plate 5 and fixed with the adhesive 6, if the amount of the adhesive is small, all There is a problem that the adhesive 6 does not spread to fix the optical fibers and all the optical fibers 4 are not completely fixed. Conversely, if the amount of the adhesive 6 is too large, the adhesive 6 protrudes from the side surface of the substrate 1 as shown in FIG. 8C, and the protruding adhesive 6a is removed to satisfy a predetermined size. Since a laborious operation such as wiping or polishing the side surface of the optical fiber array substrate 1 is required later, there is a problem that the amount of the adhesive must be strictly controlled.
[0010]
Patent Document 1 describes a method for manufacturing an optical fiber array substrate in which a glass base material is heated and softened and drawn to a size of 1/10 (the same meaning as stretch molding). Since the base material is softened and deformed during the stretch forming, it is difficult to maintain the shape and control the dimensional accuracy, and the shape of the V-groove is deformed, and in particular, the shape of the outer V-groove is greatly deformed. The height of the V-groove varies and is not uniform, so that it cannot be used as an optical fiber array substrate used in applications requiring high precision. Specifically, the substrate formed by the conventional stretch forming method is slightly stretched when the surface of the base material on which the V-groove is formed is heated and softened, and the central portion is deformed into a concave shape of several μm. . Due to this deformation, the height of the V-groove at the center becomes lower than that of the V-groove at the periphery by several μm. When optical fibers are arranged in such a V-groove, the height of the core center of the optical fiber varies by several μm. Therefore, there is a problem that it is extremely difficult to manufacture a highly accurate V-groove substrate.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a high precision for high-speed and large-capacity optical communication applications, and does not damage an optical fiber to be mounted. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a substrate and an optical fiber array substrate having high production efficiency and suitable for mass production.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The optical fiber array substrate according to the present invention is an optical fiber array substrate formed of glass, or crystallized glass in which crystals are precipitated in amorphous glass, and in which a plurality of optical fiber fixing grooves are formed. The cross section of the side surface parallel to the groove of the substrate is a convex R-shape.
[0013]
In the present invention, that the cross-sectional shape of the side surface of the substrate is a convex R-shape can be used as long as it is a continuous R-shaped convex shape having no irregular dents and the like. Is suitable. By making the cross-sectional shape of the side surface of the substrate a convex R-shape in this manner, since there is no angular corner of about 90 °, there is no stress concentration portion, and the bending strength of the substrate is improved. Similarly, chipping and cracking are less likely to occur even when bumped or dropped during handling. Further, the occurrence of defects due to chips and scratches at the corners is drastically reduced, and the yield when assembling the optical device can be improved.
[0014]
Further, the substrate for an optical fiber array of the present invention is characterized in that the substrate has a hole substantially parallel to the groove inside the substrate.
[0015]
The present invention has a hole substantially parallel to the groove inside the substrate, and when assembling the optical device, by inserting a guide pin into this hole, by inserting an adhesive, solder, etc. It is possible to easily and firmly assemble the optical fiber array substrate and the waveguide on the other side with a minimum gripping margin. Furthermore, when the optical fiber is bonded and cured with a thermosetting adhesive or the like, the temperature of the entire substrate for the optical fiber array can be easily homogenized, and the stress at the time of curing the adhesive does not concentrate on a part of the optical fiber. Also, the optical characteristics are not deteriorated.
[0016]
As the hole provided in the optical fiber array substrate of the present invention, a substantially elliptical hole, a substantially circular hole, or a plurality of substantially circular holes can be used, and the cross-sectional area penetrating the main body is substantially constant. The hole is preferably.
[0017]
In the optical fiber array substrate of the present invention, if the cross-sectional shape of the hole is substantially elliptical or the like, the temperature of the entire substrate can be further homogenized when the optical fiber is bonded and cured with a thermosetting adhesive. As a result, there is no stress concentration at the time of curing the adhesive in a part of the optical fiber, and the optical characteristics are not deteriorated.
[0018]
Further, in the optical fiber array substrate of the present invention, the cross-sectional shape of the hole is substantially circular, and by having the plurality of holes, when assembling the optical device, the cross-sectional shape of each hole is circular. By inserting the guide pin having a predetermined diameter, it is possible to easily and stably and accurately assemble the optical fiber array substrate and the waveguide on the other side.
[0019]
In the optical fiber array substrate of the present invention, the tip of the outer ridge forming the outer groove for fixing the optical fiber at least from the contact with the optical fiber is more distal than the contact with the optical fiber of the inner ridge. It is characterized by having substantially the same shape as the side.
[0020]
When the upper side of the outer ridge forming the outer groove for fixing the optical fiber has a different height from the upper side of the inner ridge, or the outer ridge forming the outer groove for fixing the optical fiber. If the height of the bottom outside is not lower than the height of the contact between the optical fiber and the ridge forming the groove, the shape of the outer peak at the portion above the contact between the optical fiber and the groove Is different from the shape of the inner ridge, when the optical fiber is fixed to the optical fiber array substrate using a thermosetting adhesive, or after the optical fiber array is formed, the outer optical fiber and the inner optical fiber The difference between the heat capacities of the peaks supported in the grooves causes a difference in the heat history, which is a factor of deteriorating the reliability of the optical fiber array. In the optical fiber array substrate of the present invention, the upper side of the outer ridge forming the outer groove for fixing the optical fiber is located at substantially the same height as the upper side of the inner ridge, and The optical fiber array produced is supported in the groove because the height of the bottom portion outside the outer peak portion forming the groove portion is lower than the height of the contact point between the ridge line forming the groove portion and the optical fiber. There is no large difference in heat history between the outer optical fiber and the inner optical fiber due to the difference in heat capacity of the peaks.
[0021]
Further, in the optical fiber array substrate of the present invention, the outer ridge forming the outer groove for fixing the optical fiber has substantially the same shape as the inner ridge, so that the manufactured optical fiber array is supported in the groove. There is almost no difference in thermal history between the outer optical fiber and the inner optical fiber due to the difference in heat capacity of the peaks.
[0022]
Furthermore, since the optical fiber array substrate of the present invention is provided with a groove having a predetermined volume outside the outer ridge, when the groove fixes the optical fiber to the outside of the optical fiber fixing groove. When the optical fiber is fixed with the adhesive, there is no risk of the adhesive protruding from the side surface of the optical fiber array substrate even when the amount of the adhesive is slightly increased, and the amount of the adhesive is strictly controlled. No need. Therefore, the work of bonding and fixing becomes easy, and the yield can be increased.
[0023]
Further, the optical fiber array substrate according to the present invention is characterized in that the top of the crest forming the groove is flat.
[0024]
The top of the crest of the optical fiber array substrate, in which the optical fiber fixing groove for mounting and positioning the optical fiber is formed, is a flat surface. When the end face is polished, defects such as chipping do not occur in the ridges of the fixing groove, and fine chips generated by chipping are also eliminated.
[0025]
The optical fiber array substrate of the present invention is characterized in that the distance between the top of the peak and the line connecting the center of the optical fiber mounted in the groove is within 52.5 μm.
[0026]
If the diameter of the silica-based optical fiber is 125 μm, and if the top of the peak is more than 52.5 μm upward from the line connecting the centers of the optical fibers mounted in the grooves, the quartz-based optical fiber is Since the outer periphery of the optical fiber is located in the protrusion or groove less than 10 μm from the top of the peak, the surface roughness of the flat plate pressed from above to keep the height of the optical fiber mounted and fixed in the groove constant. Depending on the degree of flatness, the optical fiber cannot be fixed by pressing it against the side surface of the groove, and as a result, the height of the optical fiber may vary (see FIG. 4 described later). On the other hand, when the top of the crest has a distance exceeding 52.5 μm downward from the line connecting the center of the optical fiber mounted in the groove, the outer circumference of the quartz optical fiber having a diameter of 125 μm is less than 10 μm in the groove. However, the groove is too shallow with respect to the quartz optical fiber, and when the optical fiber is mounted and fixed in the groove, there is a high possibility that the optical fiber does not fit in the V-groove and comes off. Therefore, when accommodating the optical fiber in the V-groove, it is preferable that the top of the peak be within about 40 μm downward from the line connecting the centers of the optical fibers mounted in the groove. Thus, in the optical fiber array substrate of the present invention, in mounting the optical fiber in the groove and stably fixing the optical fiber, the distance between the top of the mountain and the line connecting the center of the optical fiber mounted in the groove is different. It is important that it is within 52.5 μm. Further, the distance between the line connecting the center of the optical fiber and the downward direction is preferably within 40 μm.
[0027]
It is important that the optical fiber array substrate of the present invention is made of glass or crystallized glass in which crystals are precipitated in amorphous glass. An optical fiber array substrate made of glass or crystallized glass in which crystals are precipitated in amorphous glass has a polishing characteristic similar to that of an optical fiber, so that the end face of the optical fiber can be easily raised after the optical fiber is fixed. Polishing can be performed with high precision. Further, an optical fiber array substrate made of glass transparent to ultraviolet rays or the like is coated with a photocurable resin in a V-groove, an optical fiber is arranged, and transmitted through the optical fiber array substrate and irradiated with ultraviolet rays or the like. Thus, the optical fiber can be fixed.
[0028]
The substrate for an optical fiber array of the present invention is preferably produced by stretching a base material. In the optical fiber array substrate of the present invention, the base material having the linear groove processed by cutting or the like is thermally softened and stretch-molded, so that the linear groove is thermally softened, and the optical fiber array substrate is damaged or chipped. It is less likely to break and is less likely to break. Further, when the optical fiber is mounted on the optical fiber array substrate, the optical fiber is not easily damaged.
[0029]
This is because the base material having a cross section several tens of times or more larger than that of the optical fiber array substrate to be formed is stretch-formed. Since the base material can be easily processed without using a special processing device or the like by several tens of times less than the substrate for use, the labor and cost for processing can be significantly reduced. Further, by changing the reduction ratio at the time of stretch molding, the interval between the linear grooves can be freely changed.
[0030]
In addition, the surface of the optical fiber array substrate produced by stretch molding is a fire-polished smooth surface, which makes it difficult for the optical fiber surface to be scratched later when the optical fiber is mounted, and further cuts the substrate surface. And the like, and there is almost no trouble such as breakage of the optical fiber array substrate itself.
[0031]
In addition, the substrate for an optical fiber array of the present invention, which is formed by stretching from a base material, is thermally softened and stretched in an electric furnace and then rapidly cooled, so that the surface has a stress value of about 10 MPa. A compression stress layer is formed. Therefore, the strength is increased, and the strength is sufficient even when the optical fiber repeatedly moves in the groove portion.
[0032]
By strengthening the mechanical strength by the compressive stress layer in this way, even if the optical fiber array substrate has some scratches or the like, when a severe heat shock is applied or when an external force is applied during handling. It is easy to handle without any breakage or chipping.
[0033]
In a preferred optical fiber array substrate manufactured by stretching from a base material, the size of the hole substantially parallel to the groove inside the substrate is in the direction (height) perpendicular to the surface on which the groove is formed. 10% or more.
[0034]
If it is less than 10%, even if the inside of the hole is set to a high pressure, the dent on one surface having the groove cannot be sufficiently eliminated at the time of stretch molding.
[0035]
In a more preferable optical fiber array substrate, the inner diameter of the hole substantially parallel to the groove inside the substrate has a horizontal size on the surface where the groove is formed in the cross section of the substrate, and a plurality of grooves are formed. It is 20% or more of the width dimension.
[0036]
In the cross section of the substrate, the inner diameter of the hole is parallel to one surface having the groove, and in the width direction of the groove, the entire width of the plurality of grooves (for example, 0.250 × 8 for an 8-core optical fiber having a pitch of 0.250 mm). = 2.0 mm) or more. When there are a plurality of holes, the sum of the inner diameters of the grooves parallel to the width direction is 20% or more. If it is less than 20%, the dent cannot be corrected over a sufficient range of one surface having the groove, and as a result, the variation in the height of the groove cannot be reduced.
[0037]
In the method for manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention, a base material made of glass or crystallized glass provided with a plurality of linear base material grooves on one surface is prepared, and the base material is fixed to a feeding means. The base material is heated to a predetermined temperature by feeding the base material into a heating furnace, and the lower part of the base material is stretched and formed by a tensile means to obtain a formed body having a substantially similar shape to the base material, In a method for manufacturing an optical fiber array substrate for cutting the molded body into a predetermined length, a base material having a convex R-shaped cross section on a side surface parallel to the base material groove is provided.
[0038]
In the present invention, the cross-sectional shape of the side surface of the base material is a convex R-shape, it can be used as long as it is a continuous R-shaped convex shape without irregular dents and the like. Etc. are suitable. When the stretch molding is performed, if the side surface of the base material is a plane, the base material is heated unevenly, so that a large temperature distribution is generated in the plane and the cross-sectional shape of the molded body is deformed. Thus, by making the cross-sectional shape of the base material side surface convex R-shaped, the side surface of the base material is easily heated uniformly, and even when surface tension acts on the side surface of the base material when softened, the molded body Dimensions can be precisely stabilized, and the above-described high-precision substrate can be manufactured with high efficiency. In addition, when performing stretch molding, the cross-sectional shape of the base material side surface is made to be a convex R shape, so that the maximum dimension between the side surfaces of the molded body can be controlled, thereby enabling dimensional control. Can be manufactured with high efficiency. Further, since there is no angular corner of about 90 ° as in the case of the above-mentioned substrate, there is no stress concentration portion, and the bending strength of the base material is improved. Similarly, chipping and cracking are less likely to occur even when bumped or dropped during handling. In addition, the occurrence of defects due to chips or scratches at the corners can be drastically reduced, and the yield of the stretch-formed substrate per base material can be improved.
[0039]
Further, a method of manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention is characterized in that a base material having therein a base material hole substantially parallel to the base material groove is prepared.
[0040]
According to the manufacturing method of the present invention, a base material hole is formed in the base material to be stretch-formed in advance in the length direction, and the optical fiber array substrate of the present invention is efficiently manufactured by the stretch forming. Is what you can do. In the present invention, it is important that a base material hole having a substantially circular cross section is provided inside the base material, and a plurality of base material holes having a substantially elliptical cross section and a substantially circular or substantially circular cross section may be provided. It is preferable to use a base material hole which is open at one end and has a substantially constant cross-sectional area in the base material main body in order to control the size of the hole of the optical fiber array substrate.
[0041]
Further, the method for producing an optical fiber array substrate of the present invention is characterized in that the inner diameter of the base material hole is changed during stretch forming, and it is preferable to control the air pressure in the base material hole during stretch forming.
[0042]
A base material having a base material hole having a substantially constant cross-sectional area therein is prepared in advance, and the base material hole is changed to an arbitrary size at the time of stretch molding, so that the recess on the surface where the groove is formed is formed. Can be modified. In particular, by pressurizing the inside of the base material hole during the stretch molding to a pressure higher than the atmospheric pressure, the inner hole diameter increases, and the dent is corrected centering on the portion closest to the one-side hole having the groove in a linear distance. be able to. Conversely, by further reducing the pressure, the inner hole diameter can be reduced. Therefore, the height of the optical fiber array substrate can be freely changed, the variation in the height of the groove can be reduced, and an optical fiber array substrate with good dimensional accuracy can be manufactured.
[0043]
Further, in the method for manufacturing an optical fiber array substrate of the present invention, at least a tip side of a contact portion with an optical fiber of an outer crest that forms an outer groove portion that is provided on one surface and becomes an optical fiber fixing portion after molding is formed on an inner side. Since the base material, which is approximately the same shape as the tip side from the point of contact with the optical fiber at the peak, is stretch-formed, the outer groove for fixing the optical fiber is not deformed and high precision is required as well as the groove at the center. Thus, an optical fiber array substrate that can withstand various uses can be obtained. Further, it is preferable that an outer peak formed on one surface of the base material to form an outer groove for fixing the optical fiber after molding has substantially the same shape as the inner peak.
[0044]
Further, in the method for manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention, the width of the optical fiber fixing groove is arbitrarily changed by changing the reduction ratio of the cross-section of the formed body with respect to the cross-section of the base material during stretch forming. The distance between the grooves of the substrate for the optical fiber array can be changed, and the various intervals required for the optical fiber to be mounted can be easily, quickly and inexpensively manufactured without the need for new equipment such as a mold. . In addition, by adjusting the temperature of the base material during the stretch molding to control the viscosity, the shape and interval of the groove can be minutely changed.
[0045]
In the manufacturing method of the present invention, since the base material having a cross-sectional area larger than that of the optical fiber array substrate by several tens times or more is stretch-formed, the dimensional accuracy required for the linear groove portion to be applied to the base material in advance is reduced. This is several tens of times less than that of the optical fiber array substrate, and can be easily processed without using a special processing device or the like. Therefore, the labor and cost for processing can be reduced.
[0046]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An example of an optical fiber array substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0047]
FIG. 1 is an explanatory view of an optical fiber array substrate according to the present invention, wherein 10 is made of transparent borosilicate glass, and optical fiber array substrates for aligning and fixing eight optical fibers are denoted by 10a and 10b. Denotes a side surface having a convex R-shaped cross section, 11 denotes a hole formed inside the optical fiber array substrate 10, and 12 denotes eight V grooves for fixing the optical fiber.
[0048]
The optical fiber array substrate 10 is provided with eight V-grooves 12 at intervals of 0.250 mm. As shown in FIGS. 1A and 1B, the side surfaces 10a and 10b are formed on the optical fiber array substrate. 10 is a partial cylindrical surface where the center of curvature M is located at the center of 10. Also, the center of curvature M of each of the side surfaces 10a and 10b is located within the optical fiber array substrate 10 as shown in FIG. 1C, and the center of curvature of each of the side surfaces 10a and 10b as shown in FIG. A substrate in which M is located outside the optical fiber array substrate 10 or the like can be used. Although not shown, the curvature may be not only a single R surface but also a composite R surface.
[0049]
The hole 11 substantially parallel to the V groove 12 has a substantially elliptical cross section as shown in FIG. 1B, and has a substantially circular cross section substantially parallel to the groove as shown in FIG. 1C. The three holes are disposed in a central portion below the V-groove 12, and the three holes substantially parallel to the groove as shown in FIG. One is provided at the lower central part and one is provided at each end.
[0050]
1 (B) and 1 (C) show that one surface having a V-shaped groove 12 is modified by pressurizing a hole portion 11 when both are stretch-formed, so that substantially no dent is formed. (D) is one in which the surface having the V-grooves 12 is modified by pressurizing the central hole and depressurizing the two holes at both ends during stretch molding. The measurement was performed by fixing the end face of the optical fiber array substrate 10 so that it could be observed from directly in front of the measuring microscope, and on a screen viewed through a microscope equipped with a CCD camera, a linear V-groove for fixing the optical fiber. The shape of No. 12 was image-recognized, and the interval between the linear V grooves 12 was measured. As a result, the spacing between the V-grooves 12 is 250 μm ± 0.3 μm in each of FIGS. 1B to 1D, and the variation in the height of the V-grooves 12 is within ± 0.6 μm in FIG. FIG. 1 (C) is within ± 0.5 μm. FIG. 1 (D) was within ± 0.5 μm.
[0051]
As shown in FIG. 2A, the other side 20a, 20b of the other substrate 20 for optical fiber array is a partial cylindrical surface where the center of curvature is located at the center of the substrate 20 for optical fiber array. A V-groove 22, a peak 22 a having a flat surface 22 b formed on the top of the V-groove 22, and a side groove 23 formed outside the V-groove 22. The vertices of the outer peaks 22 c and 22 d are As shown in the enlarged view of FIG. 1B, the height of the bottom portion 23a of the side groove portion 23 is the same as the height of the apex of the inner crest portion 22a, and the height of the bottom portion 23a of the side groove portion 23 is the contact point 22e between the ridge line of the V groove 22 and the optical fiber 14. Is lower than Further, a hole 21 having a substantially circular cross section substantially parallel to the V groove 22 is provided.
[0052]
As shown in FIG. 2B, the side dimensions of the optical fiber array substrate 20 were measured. The measuring method is such that the end face of the optical fiber array substrate 20 is fixed so that the end face can be observed from directly in front of the measuring microscope, and the optical fiber 14 is fixed on a screen viewed through a microscope equipped with a CCD camera. The shape of the V-groove 22 was image-recognized, and the angle of the valley of each linear V-groove 22 and the interval between the V-grooves 22 were measured. As a result, the angle of the valley of the V groove 22 was 96 °, the interval between the V grooves 22 was 127 μm ± 0.3 μm, and the variation in the height of the V groove 22 was within ± 0.5 μm. In the side groove 23, the angle of the valley was 98 °.
[0053]
As shown in FIG. 2C, when the cross section of the optical fiber array substrate 20 is enlarged by about 250 times, the length of the flat surface 22b formed on the top of the peak 22a of the V groove 22 is determined. Was about 10 μm.
[0054]
As shown in FIG. 3A, the other side 30a, 30b of the other substrate 30 for optical fiber array is a partial cylindrical surface where the center of curvature is located at the center of the substrate 30 for optical fiber array. The V-groove 32 includes a V-groove 32, a peak 32 a having a flat surface 32 b formed on the top thereof, and a side groove 33 formed outside the V-groove 32. It is formed to have substantially the same size and shape as the inner ridge 32a. A hole 31 having a substantially circular cross section substantially parallel to the V groove 32 is provided.
[0055]
As shown in FIG. 3B, the side dimensions of the optical fiber array substrate 30 were measured. The measuring method is such that the end face of the optical fiber array substrate 30 is fixed so that it can be observed from directly in front of the measuring microscope, and the linear fiber that fixes the optical fiber 14 on a screen viewed through a microscope equipped with a CCD camera. The shape of the V-grooves 32 was image-recognized, and the angle of the valley of each linear V-groove 32 and the interval between the V-grooves 32 were measured. As a result, the angle of the valley of the V groove 32 was 96 °, the interval between the V grooves 32 was 127 μm ± 0.3 μm, and the variation in the height of the V groove 32 was within 0.5 μm. In the side groove 33, the angle of the valley was 98 °.
[0056]
As shown in FIG. 3 (C), when the cross section of the optical fiber array substrate 30 is enlarged by about 250 times, the length of the flat surface 32b formed on the top of the peak 32a of the V groove 32 is determined. Was about 20 μm.
[0057]
Also, as shown in FIG. 4A, the optical fiber array substrate 35 has an interval P between the V grooves 12 of 127 μm ± 0.3 μm. The distance L between the line connecting the center 14a and the plane 12b of the peak 12a is 20 μm within 52.5 μm.
[0058]
Further, as shown in FIG. 4B, in the optical fiber array substrate 36, the angle of the valley of the V-groove 12 is 96 °, and the distance P between the V-grooves 12 is 250 μm. The distance L between the line connecting the center 14a of the fiber 14 and the plane 12b of the peak 12a is 30 μm within 52.5 μm.
[0059]
Next, an example of a method for manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0060]
As an example of the substrate for an optical fiber array according to the present invention, the inventors previously processed a borosilicate glass columnar material to form side surfaces 41a and 41b which are partial cylindrical surfaces as shown in FIG. A glass plate 41 having two planes 41c and 41d parallel to each other was formed. Thereafter, by processing the one surface 41c, as shown in FIG. 5B, eight straight valleys having an angle of 90 ° are formed on the one surface 42c as V-grooves for fixing the optical fiber after molding. The base material groove 42e and the outside of the base material side groove 42f are processed to have convex R-shaped side surfaces 42a and 42b provided with a base material hole 42d having a substantially circular cross section substantially parallel to the base material groove 42e. A base material 42 was prepared.
[0061]
Next, the base material 42 is attached to a stretch forming device 50 as shown in FIG. An optical fiber array having a linear groove having a predetermined dimension by pulling the molded portion 42g with a driving roller (not shown) and controlling the outer diameter to a constant value while measuring the diameter of the side surface of the stretch molded portion 42g with a laser beam (not shown). A long body 43 having a cross section of the substrate for use is formed.
[0062]
At the time of this stretch molding, as shown in FIGS. 7A and 7B, the width (diameter of the partial cylindrical surface) W of the side surface of the stretch molded portion 42g is changed by the laser beam L of the measuring device 60 to the signal 60a of the light receiving portion. When the cross-sectional shape of the side surface of the stretch-molded portion 42g is a convex R-shape, and particularly when the stretch-molded portion 42g is slightly inclined during the stretch molding, the width (partial cylinder) Since the surface diameter W is accurately measured, the dimensions of the optical fiber array substrate can be accurately controlled by accurately controlling the width (diameter of the partial cylindrical surface) W dimension.
[0063]
On the other hand, as shown in FIG. 7C, in the case where the cross-sectional shape is substantially rectangular and the side surface of the stretch-formed portion 42h is flat, if the stretch-formed portion 42h becomes slightly inclined during the stretch-forming, As shown in FIG. 7 (D), since the width W greatly fluctuates to W + ΔW, accurate dimensional information cannot be obtained, control becomes difficult, and the yield is extremely reduced.
[0064]
Thereafter, the formed portion is cut into a length of 250 mm by the cutter 53 to obtain a long material 43 as a molded body. The long member 43 thus obtained was precisely cut into a predetermined length to produce the optical fiber array substrate 20 shown in FIG. 2A described above.
[0065]
When the surface roughness of the V-groove 12 of the optical fiber array substrate 20 manufactured as described above was measured, the Ra value of the surface roughness was 0.04 μm. This indicates that the surface of the optical fiber array substrate was fire polished by thermal softening, and the surface became smooth.
[0066]
Next, when a compressive stress layer is formed on the surface of the optical fiber array substrate by a quenching method (quenching), a long material 43 for the optical fiber array substrate having a predetermined cross-sectional dimension and shape coming out of the furnace. Compressed stress layer is generated on the glass surface by spraying cold air or refrigerant onto the glass and quenching.
[0067]
In the case of strengthening by ion exchange, a long material of an optical fiber array substrate of about 250 mm is immersed in a molten salt of KNO 3 kept at about 400 ° C. in an ion exchange tank for about 10 hours. After that, KNO 3 is removed by washing to obtain an optical fiber array substrate long material whose bending strength by three-point bending as mechanical strength is more than twice as large as that of the untreated one. In this ion exchange treatment, the glass surface is replaced with an alkali ion (K + ) having a larger ionic radius at a temperature lower than the cooling temperature by replacing the alkali ion (Na + ) in the glass with 100 MPa. A practical compressive stress layer can be generated to increase the practical strength.
[0068]
Next, as shown in FIG. 6, by changing the rotation speed of a drive roller (not shown) of the stretch forming apparatus 50, two types of optical fiber array substrates 35 having V-groove intervals of 127 μm and 250 μm from the same base material 42. And 36 were produced.
[0069]
As shown in FIG. 4A, the distance P between the V-grooves 12 is 127 μm ± 0.3 μm, the plane 12b of the peak 12a is 10 μm, and the height of the optical fiber 14 fixed to the V-groove 12 The optical fiber array substrate 35 having a variation of ± 0.5 μm or less could be manufactured.
[0070]
Further, as another example of the optical fiber array substrate according to the present invention, the valley angle of the V-groove 12 is 96 ° and the interval P To produce an optical fiber array substrate 36 having a thickness of 250 μm ± 0.3 μm, a flat portion 12 b of the peak 12 a of 20 μm, and a variation in height of the optical fiber 14 fixed to the V-groove 12 within ± 0.5 μm. Was completed.
[0071]
Next, as another embodiment according to the present invention, a preform made of crystallized glass shown in Table 1 and having the same dimensions and shape as in the above embodiment was manufactured, and an optical fiber was produced using such a preform. An array substrate was manufactured.
[0072]
[Table 1]
Figure 2004086151
[0073]
Also in this case, two types of crystallized glass optical fiber array substrates having the same V-groove spacing of 127 μm and 250 μm as in the above-described embodiment are provided with V-groove spacing P of 250 μm ± 0.3 μm and V-grooves. It was possible to manufacture the optical fiber with high dimensional accuracy in which the variation in the height of the fixed optical fiber was within ± 0.5 μm. Also, the optical fiber array substrate made of crystallized glass had a higher transverse rupture strength than that made of glass, but had an excellent polishing property close to that of a quartz optical fiber.
[0074]
In the above-described embodiment, the shape of the outer ridge is formed to have substantially the same size as the inner ridge by forming the side groove outside the groove for fixing the optical fiber. However, the present invention is not limited to this. , V-grooves may have a shape in which all the outsides are lowered flat. Further, a substrate for an optical fiber array in which the valley angles of the V-grooves are 98 ° and 96 ° is manufactured from a base material having a V-groove whose valley angle is 90 °. The angle of the groove may be 90 ° or 100 °, and the cross-sectional shape of the groove for fixing the optical fiber is not limited to the V-shaped groove, but may be rectangular or other shapes.
[0075]
【The invention's effect】
The optical fiber array substrate according to the present invention is an optical fiber array substrate formed of glass, or crystallized glass in which crystals are precipitated in amorphous glass, and in which a plurality of optical fiber fixing grooves are formed. In addition, since the cross-sectional shape of the side surface parallel to the groove of the substrate is a convex R-shape, since there is no angular corner, there is no stress concentration portion, and the bending strength of the substrate is improved. Similarly, chipping and cracking are unlikely to occur even when bumped or dropped during handling. In addition, the occurrence of defects due to chips and scratches at the corners is eliminated, and the yield when assembling the device can be improved.
[0076]
Further, since the substrate for an optical fiber array of the present invention has a hole substantially parallel to the groove inside the substrate, when assembling an optical device, a guide pin or the like is inserted into the hole so that the other side can be assembled. Can be easily and stably assembled to the optical fiber array substrate and the waveguide. Furthermore, when the optical fiber is bonded and cured with a thermosetting adhesive or the like, the temperature of the entire substrate is easily homogenized, and the stress at the time of curing the adhesive is not concentrated on a part of the optical fiber, and the optical characteristics are improved. Since there is no deterioration, an optical device having unprecedented high reliability can be manufactured.
[0077]
In the optical fiber array substrate of the invention, the tip of the outer ridge forming the outer groove for fixing the optical fiber is at least closer to the tip than the contact with the optical fiber and the tip is closer to the tip than the contact with the optical fiber of the inner ridge. Since the outer ridges, which are preferably formed on one surface of the base material and form the outer grooves for fixing the optical fiber after molding, have substantially the same shape as the inner ridges, the optical fiber produced The array does not have a large difference in heat history due to the difference in heat capacity of the ridge supported in the groove between the outer optical fiber and the inner optical fiber, and has high optical signal stability and reliability. Become.
[0078]
Since the optical fiber array substrate of the present invention has a groove having a predetermined volume on the outer side of the crest on the side, the groove accumulates an adhesive used when the optical fiber is fixed to the outer side of the groove for fixing the optical fiber. At the same time, when the optical fiber is fixed with the adhesive, even if the amount of the adhesive slightly increases, there is no fear that the adhesive protrudes from the side surface of the optical fiber array substrate, and it is not necessary to strictly control the amount of the adhesive. Therefore, the work of bonding and fixing becomes easy, and the yield can be increased.
[0079]
The optical fiber array substrate is made of glass or crystallized glass in which crystals are precipitated in amorphous glass, and the top of the crest forming the groove is a flat surface. When the end face of the optical fiber array substrate is polished, defects such as chipping do not occur at the peaks of the fixing groove, and generation of fine fragments caused by chipping is also eliminated.
[0080]
In the optical fiber array substrate of the present invention, since the distance between the top of the crest and the line connecting the center of the optical fiber mounted in the groove is within 52.5 μm, the optical fiber is mounted in the groove and stably fixed. It is possible to do.
[0081]
Further, since the optical fiber array substrate of the present invention is made of glass or crystallized glass in which crystals are precipitated in amorphous glass, the end face of the optical fiber can be easily polished and finished with high accuracy. An optical fiber array having excellent optical characteristics such as return loss can be manufactured.
[0082]
Since the optical fiber array substrate of the present invention is manufactured by stretching the base material, the base material obtained by processing the linear grooves by cutting is heat-softened and stretched to form the linear groove portions. Is softened, and the optical fiber array substrate is less likely to be scratched or chipped and hardly broken. When the optical fiber is mounted, the optical fiber is hardly damaged. Further, an optical fiber array substrate having the above characteristics can be obtained at a high production efficiency that has never been seen before, and the cost is low.
[0083]
Further, since the substrate for an optical fiber array of the present invention has a compressive stress layer formed on the surface, even if the substrate has some scratches or the like, when a severe heat shock is applied or an external force is applied during handling. In the event of damage, no damage occurs, no chipping occurs, handling becomes easy, and reliability is increased.
[0084]
As described above, it has a plurality of linear grooves for mounting and positioning the optical fibers, and when the optical fibers are mounted in the respective grooves, there is a variation in the interval and height between the cores of the optical fibers. This does not occur, and the optical fiber array substrate is less likely to be scratched or chipped and hardly broken, thereby satisfying strict required dimensional accuracy and reliability.
[0085]
In the method for manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention, a base material having a convex R-shaped cross section on a side surface parallel to the base material groove is prepared. By controlling the width (diameter) of the side surface to a constant value while measuring the width, a stretch forming portion having a cross section of the optical fiber array substrate having a linear groove having a predetermined dimension is formed. At this time, even if the stretch forming portion is slightly inclined during the stretch forming due to the convex R-shaped side surface, the width (diameter) is accurately measured, so that the width (diameter) dimension measured accurately is controlled. This makes it possible to accurately control the size of the stretch forming section having the cross section of the optical fiber array substrate. Therefore, a high-precision optical fiber array substrate can be manufactured in large quantities at low cost.
[0086]
In the method for manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention, a base material having a base material hole substantially parallel to the base material groove is prepared and stretch-molded. By changing the size, it is possible to correct that the surface having the V-shaped groove is slightly stretched when the surface having the V-groove is thermally softened by the stretch molding, and the central portion of the surface is deformed into a concave shape of several μm. Therefore, variation in the height of the V-groove can be suppressed to 1 μm or less, and a highly accurate optical fiber array substrate can be manufactured.
[0087]
Further, in the method for manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention, at least the tip of the outer ridge forming the outer groove that is provided on one surface and forms an outer groove for fixing the optical fiber with respect to the contact point with the optical fiber is formed on the inner side. Since the base material, which is almost the same shape as the tip side from the contact point with the optical fiber at the peak, is stretch-formed, the shape of the outer groove for fixing the optical fiber is the same as the groove at the center without deformation, and high accuracy Can be stably obtained with good reproducibility.
[0088]
Further, in the method for manufacturing an optical fiber array substrate according to the present invention, the width of the optical fiber fixing groove is arbitrarily changed by changing the reduction ratio of the cross-section of the formed body with respect to the cross-section of the base material during stretch forming. The distance between the grooves of the substrate for the optical fiber array can be changed, and the various intervals required for the optical fiber to be mounted can be easily, quickly and inexpensively manufactured without the need for new equipment such as a mold. .
[0089]
Further, since the method for manufacturing an optical fiber array substrate of the present invention is reduced by stretching, the dimensional accuracy required for the base material is relaxed, and labor and cost required for processing can be greatly reduced. High-precision optical fiber array substrates can be mass-produced in a short time.
[0090]
As described above, according to the substrate for an optical fiber array and the method of manufacturing the same of the present invention, it is possible to realize an inexpensive optical fiber array having high precision, high strength, and being applicable to high-speed, large-capacity optical communication applications. It has an excellent effect that it can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of an optical fiber array substrate according to the present description, wherein (A) is a cross-sectional view of the optical fiber array substrate, which is a partial cylindrical surface where the center of curvature is located at the center of the substrate, and (B). Is a partial cylindrical surface where the center of curvature is located at the center of the substrate, and is a cross-sectional view of an optical fiber array substrate having a hole having a substantially elliptical cross-sectional shape. FIG. A sectional view of an optical fiber array substrate having three substantially circular holes in the vicinity of the center of the V-groove, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical fiber array substrate having a hole having a substantially circular cross-section, one near the center and one at each end of a V-groove.
2A and 2B are explanatory views of another optical fiber array substrate according to the present invention, wherein FIG. 2A is a perspective view, FIG. 2B is a side view, and FIG. 2C is an enlarged photograph of a V-groove portion of FIG.
3A and 3B are explanatory views of another optical fiber array substrate according to the present invention, wherein FIG. 3A is a perspective view, FIG. 3B is a side view, and FIG. 3C is an enlarged photograph of a V-groove portion of FIG.
4A and 4B are explanatory diagrams of an optical fiber array substrate according to the present invention, wherein FIG. 4A is an explanatory diagram of an optical fiber array substrate in which a distance P between V grooves is 127 μm, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view of an optical fiber array substrate having a thickness of 250 μm.
5A and 5B are explanatory diagrams of a base material, wherein FIG. 5A is an explanatory diagram of a material of the base material, and FIG.
FIG. 6 is an explanatory view for drawing and stretching a base material.
FIG. 7 is an explanatory diagram of measuring the dimensions of a stretched molded product molded from a base material.
FIG. 8 is an explanatory view of a conventional optical fiber array substrate.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30, 35, 36 Substrates for optical fiber array 10a, 10b, 20a, 20b, 30a, 30b Sides 11, 21, 31 Holes 12, 22, 32 V-grooves 12a, 22a, 32a Crests 22c, 22d , 32c, 32d Outer crests 12b, 22b, 32b Plane 14 Optical fiber 14a Center 23, 33 of optical fiber Side groove 41 Glass plate 41a, 41b Glass plate side surface 41c, 41d Glass plate plane 42 Base material 42a Base material One surface 42b, 42c Side surface 42d of base material 42d Base material hole 42e Base material groove 42f Base material side groove 42g, 42h Stretch forming section 43 Long material 50 Stretch forming apparatus 51 Pipe 52 Electric furnace 53 Cutter 60 Measuring instrument 60a Light receiving section Signal L Laser light

Claims (15)

ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、複数の光ファイバ固定用の溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板であって、前記基板の溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形であることを特徴とする光ファイバアレイ用基板。Glass, or an optical fiber array substrate formed of crystallized glass obtained by depositing crystals in amorphous glass, and having a plurality of optical fiber fixing grooves formed thereon, wherein a side surface parallel to the grooves of the substrate. Wherein the cross-sectional shape of the substrate is a convex R-shape. 基板の内部に溝部に略平行な孔部を有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイ用基板。2. The optical fiber array substrate according to claim 1, wherein the substrate has a hole substantially parallel to the groove. 光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバアレイ用基板。At least the tip of the outer crest forming the outer groove for fixing the optical fiber from the contact with the optical fiber is substantially the same shape as the tip of the inner crest with the optical fiber. The substrate for an optical fiber array according to claim 1 or 2. 光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部が内側の山部と略同形状であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板。The optical fiber array substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer ridge forming the outer groove for fixing the optical fiber has substantially the same shape as the inner ridge. 前記外側の山部の外側に、所定容積の溝部を設けたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板。The optical fiber array substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein a groove having a predetermined volume is provided outside the outer ridge. 溝部を形成する山部の頂上が平面であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板。The optical fiber array substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein the peaks of the ridges forming the grooves are flat. 山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板。7. The optical fiber array substrate according to claim 1, wherein a distance between a top of the mountain and a line connecting the center of the optical fiber mounted in the groove is within 52.5 [mu] m. ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなる母材を延伸成形することより作製されてなることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板。The optical fiber array according to any one of claims 1 to 7, wherein the optical fiber array is produced by stretching and forming a base material made of glass or crystallized glass in which crystals are precipitated in amorphous glass. Substrate. 一面に複数の直線状の母材溝部が設けられたガラス、又は結晶化ガラスからなる母材を準備し、該母材を送り込み手段の固定部に固定し、該母材を加熱炉に送り込むことにより母材を所定の温度に加熱し、該母材の下方を引張手段で延伸成形して母材と略相似形の成形体を得、該成形体を所定長さに切断する光ファイバアレイ用基板の製造方法において、前記母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備することを特徴とする光ファイバアレイ用基板の製造方法。Preparing a base material made of glass or crystallized glass provided with a plurality of linear base material grooves on one surface, fixing the base material to a fixing portion of a feeding means, and sending the base material to a heating furnace The base material is heated to a predetermined temperature, and the lower part of the base material is stretched and formed by a tension means to obtain a formed body substantially similar in shape to the base material, and the formed body is cut into a predetermined length for an optical fiber array. A method of manufacturing a substrate for an optical fiber array, comprising preparing a base material having a convex R-shaped cross section on a side surface parallel to the base material groove. 内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備することを特徴とする請求項９に記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。The method of manufacturing an optical fiber array substrate according to claim 9, wherein a base material having a base material hole substantially parallel to the base material groove is prepared. 延伸成形時に母材孔部の内径を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。The method for manufacturing an optical fiber array substrate according to claim 10, wherein the inner diameter of the base material hole is changed during the stretch molding. 延伸成形時に母材孔部内の気圧を制御することを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。12. The method of manufacturing an optical fiber array substrate according to claim 11, wherein the air pressure in the base material hole is controlled during the stretch molding. 一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形することを特徴とする請求項１０から１２の何れかに記載光ファイバアレイ用基板の製造方法。The outer crest, which is provided on one surface and forms an outer groove for fixing the optical fiber after molding, has a shape substantially the same as that of the tip of the inner crest with respect to the optical fiber at least at the contact with the optical fiber. The method for producing an optical fiber array substrate according to any one of claims 10 to 12, wherein the base material is stretch-formed. 一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が内側の山部と略同形状である母材を延伸成形することを特徴とする請求項１０から１３の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。14. The base material according to claim 10, wherein a base material having an outer crest provided on one surface and forming an outer groove for fixing the optical fiber after forming has substantially the same shape as the inner crest. The method for producing an optical fiber array substrate according to any one of the above. 延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させることを特徴とする請求項１０から１４の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。The width of a groove for fixing an optical fiber is arbitrarily changed by changing a reduction ratio of a cross section of a formed body with respect to a cross section of a base material at the time of stretch forming. A method for manufacturing an optical fiber array substrate.
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