JP2004157200A

JP2004157200A - 光学素子

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Publication number: JP2004157200A
Application number: JP2002320638A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hori; 雅宏堀; Koichiro Nakamura; 浩一郎中村; Kenji Mori; 健次森; Kentaro Fukuda; 健太郎福田; Toshiaki Anzaki; 利明安崎
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】少なくとも表面近傍の屈折率が実質的に等しい２つの光学部品を接着剤によって接着固定し、一方の光学部品から他方の光学部品に光を入射させる構造を有している光学素子において、光通信において要求される温度範囲で、接合する光部品の各界面での反射率を低減した光学素子を提供する。また、この目的を達成するために適した接着剤を提供する。
【解決手段】本発明の光学素子は、−２０℃〜８５℃の温度範囲で、接着剤の屈折率と少なくとも一方の光学部品の屈折率の差を０．０２以下とする。これを達成できる接着剤は、エポキシ基などの重合性有機基を含む流動性組成物であり、これに熱および紫外線の付与により重合硬化できるものとし、硬化後のガラス転移温度が８５℃以上であることが望ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、その他の分野で使用される光学素子に関し、とくに２つの光学部品を接着剤により接合し、その一方から他方に光を入射させる構造を有する光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野等で使用される光学素子は多くの場合、光ファイバやレンズ、その他複数の光学部品を接合して構成される。その際、接合する光学部品間に屈折率の不整合があると、接合部分で反射が生じ光の損失が生じるという問題があることはよく知られている。従来、２つの光学部品を接着剤で接合する際、接合面での反射を低減する技術としては、例えば、次に挙げるものがある。
【０００３】
特許文献１には、２つのプリズムにそれぞれ形成された反射防止膜同士を接着剤で接合する場合に、反射防止膜の屈折率値をプリズムと接着剤の中間の値とする構成が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、第１のガラス板表面に形成した２層膜からなる反射防止膜と第２のガラス板とを、第２のガラス板との屈折率の差が０．１以内の接着剤で接合した光学部品が記載され、また第１のガラス板表面に形成した反射防止膜と第２のガラス板表面に形成した反射防止膜とを接着剤で接合した光学部品も記載されている。
【０００５】
この他、屈折率分布型ロッドレンズの端面に形成された反射防止膜と光ファイバとを光ファイバに近い屈折率をもつ接着剤で結合した光学部品や、屈折率分布型ロッドレンズの端面に、ロッドレンズと光ファイバあるいは接着剤の中間の屈折率をもつ層を設けた光学部品などが知られている。
【０００６】
なお、石英系光ファイバのような光学部品を接着する際に屈折率を整合させ、かつ低温で硬化させることができる低屈折率接着剤が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２７３０１号公報
【特許文献２】
特開平７−２２５３０１号公報
【特許文献３】
特開平１−２３４４８６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の技術には次のような問題点がある。
上記特許文献１に記載の光学部品では、プリズムと接着剤の中間の屈折率の反射防止膜を形成しても、反射防止膜と接着剤あるいはプリズムとの間にそれぞれ屈折率差がある程度存在するため、反射防止性能は十分ではない。すなわち、反射防止膜と接着剤あるいはプリズムとの各界面での反射を十分に低減できない。
【０００９】
また特許文献２に記載の光学部品のように、数層程度の反射防止膜を設けた場合、設計波長における反射は十分低減できるが、設計波長以外での反射は大きく、反射防止の波長帯域が狭い。このことは、温度変化によって接着剤の屈折率が変化すると反射が大きくなることを意味する。
【００１０】
このような問題点は屈折率分布型ロッドレンズ端面に反射防止膜を形成した場合でも同様に生じる。光ファイバと接着剤の屈折率は近いが、ロッドレンズは屈折率が高いため、接着剤と反射防止膜の界面では、屈折率の不整合により反射が発生する。
【００１１】
さらにこの屈折率分布型ロッドレンズの端面に、ロッドレンズと光ファイバあるいは接着剤の中間の屈折率をもつ層を設けた場合も、設計波長以外での反射が大きくなってしまい、温度変化によって接着剤の屈折率が変化すると反射が大きくなる。
【００１２】
このため、光ファイバと反射防止膜を設けた屈折率分布型ロッドレンズとを接合して使用する場合には、入射光が光ファイバと反射防止膜の界面で反射して光源側に戻る反射戻り光をなくすための反射戻り光防止対策が別途必要になる。例えば、ロッドレンズ端面を斜めに研磨するなどの対策がとられるが、そのための加工工程、作業を追加する必要がある。
【００１３】
光通信分野で上記のような屈折率整合を行う場合は、−２０℃〜８５℃の温度範囲において、要求特性を満足させる必要がある。ところが、上記特許文献３に記載の接着剤のガラス転移温度は３０〜７０℃であるため、この温度を境に屈折率が急激に変化するため、反射率が増大し、要求特性を満足できない。
【００１４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、光通信において要求される全温度範囲（−２０℃〜８５℃）において、接合する光部品の各界面での反射率を許容できる範囲に低減された光学素子を提供することにある。また、この目的を達成するために適した接着剤を提供することをも目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学素子は、少なくとも表面近傍の屈折率が実質的に等しい２つの光学部品を接着剤によって接着固定し、一方の光学部品から他方の光学部品に光を入射させる構造を有していることを前提とする。このような光学素子において、−２０℃〜８５℃の温度範囲で、接着剤の硬化後の屈折率と少なくとも一方の前記光学部品の屈折率の差を０．０２以下とする。
【００１６】
このような特性を有する接着剤を使用することで、光通信分野で要求される温度変動範囲内で、光学部品の接合界面における反射の増大を防止できる。
【００１７】
また、本発明の光学素子は、２０±５℃の温度範囲で、接着剤の硬化後の屈折率と少なくとも一方の光学部品の屈折率の差が０．００５以下で、かつ接着剤の屈折率の温度依存性を−２００ｐｐｍ／℃以上とする。この温度依存性は−１５０ｐｐｍ／℃以上であればより好ましく、−１２０ｐｐｍ／℃以上であればさらに好ましい。
【００１８】
硬化後の接着剤の室温付近での屈折率と、屈折率の温度依存性の値の範囲は、光通信分野で要求される温度変動範囲内で、光学部品の接合界面における反射の増大を防止するために、接着剤を選択する際の実際的な指針となる。
【００１９】
このような光学部品の接合を行うための接着剤は、硬化後の接着剤のガラス転移温度が８５℃以上であることが好ましい。樹脂の屈折率の温度依存性はガラス転移温度を境界として変化する場合があり、ガラス転移温度が使用温度範囲外にある樹脂を使用すれば屈折率変動を小さく抑えることができる。
【００２０】
硬化前の接着剤は、重合性有機基を含む流動性組成物であることが望ましく、これを光または熱のエネルギーにより重合硬化させる。光重合あるいは熱重合は、付加重合であり、そのため脱水縮合反応に比べ収縮が小さい。したがって光重合または熱重合を用いることにより、光学素子に要求される寸法精度を満たすことができるという効果がある。
【００２１】
上記の重合性有機基はエポキシ基であり、流動性組成物は成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）を次に示す範囲で含有することが望ましい。
（Ａ）非フッ素化エポキシ化合物２０〜７９．９重量％
（Ｂ）重合開始剤０．１〜７重量％
（Ｃ）フッ素化エポキシ化合物２０〜７９．９重量％
（Ｄ）シランカップリング剤０〜２０重量％
また、成分（Ａ）は脂環エポキシ化合物であることが好ましい。
上記重合性有機基は、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、およびビニル基の中から選ぶこともできる。
【００２２】
上記流動性組成物の粘度は１０Ｐａ・ｓ以下であることが望ましい。このような粘度範囲であれば、光学部品を接合し接着剤を硬化させる前に、光学部品間の調芯、位置調整を容易に行うことができる。
【００２３】
なお、接着剤によって接着固定した２つの光学部品の表面のうち少なくとも一方は、上記光学部品の一方から他方へ入射する光線の光軸に対して略垂直であることが望ましい。
【００２４】
接着剤の屈折率の温度依存性を上記のように規定することにより、接着した光学部品と接着剤の界面での反射が低減される。このため、従来、反射防止のために必要であった光学部品表面を光軸に対して斜め加工する必要がなくなる。斜め面を形成するための加工工程を省くことができるだけでなく、ロッドレンズ端面等においてはレンズの収差の増大を防止することができるという効果も生じる。
【００２５】
また、本発明の光学素子が、２つの屈折率の異なる光学部品を含む場合には、その一方の光学部品の表面を薄膜で被覆し、この薄膜の光学部品との界面での屈折率を光学部品の屈折率と実質的に等しくする。その界面から薄膜の厚さ方向に沿って薄膜の屈折率を連続的もしくは段階的に変化させ、薄膜の表面における屈折率を他方の光学部品の屈折率と実質的に等しくする。これにより、２つの光学部品の表面近傍の屈折率を実質的に等しくできる。この薄膜の厚みは１μｍ〜１０μｍの範囲の値であることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、両光学部品の表面で屈折率が一致するので、この屈折率に整合した接着剤を用いて接合することにより、光学部品界面での反射の発生を低減できる効果がある。
【００２７】
なお、ここにいう「光学部品」とは石英ガラス、その他のガラス、樹脂、半導体、誘電体で形成された光ファイバ、ロッドレンズ、ロッドレンズ以外の各種レンズ、プリズム等の各種光学部品の他に、液体や気体の媒質を含む概念で用いる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の光学素子は、図１に示すように、屈折率の異なる少なくとも２つの光学部品１、２を接合して構成されるものを対象とする。光学部品１、２の屈折率をそれぞれｎ_１、ｎ_２とする。屈折率が異なる界面では反射が生じてしまうので、一方の光学部品、例えば光学部品１の表面に反射防止膜３を設けて屈折率を整合させる。
【００２９】
この反射防止膜３は光学部品１との界面で、その光学部品１の屈折率ｎ_１とほぼ等しい屈折率をもち、かつその表面３ａでは、光学部品２の屈折率ｎ_２とほぼ等しい屈折率をもつようにする。すなわち、この反射防止膜３では図１中に示すように膜厚方向に屈折率が変化している。屈折率変化は図のように連続的であるのが望ましいが、異なる屈折率をもつ複数の薄膜を積層させた場合のように段階的な変化であってもよい。
【００３０】
さらに、この反射防止膜３の表面３ａの屈折率と等しい屈折率の接着剤４により光学部品２と接合して光学素子を構成する。ただし本発明が対象とする光学素子は、図のように光学部品１から光学部品２に、またはその逆に、光５を入射させる構造を有する光学素子である。すなわち、光路が接合界面を横切っている光学素子が対象となる。
【００３１】
接着剤４の組成物は重合性有機基を含み、流動性を有する化合物を重合硬化させて形成する。両光学部品１、２の内、一方の部品に接着剤を塗布しもう一方の部品と密着させて膜状に挟持し、ついで熱および紫外線の一方あるいは両方のエネルギーによってこれを重合硬化させる。その後に必要に応じて加熱することにより、挿入損失の少ない光学素子が作製される。
【００３２】
上記のように接着剤を構成する化合物は、その分子内に少なくとも１つの重合性有機基を有していることが必要である。光重合は、重合開始剤の光分解によって生成したラジカルまたはカチオンの重合性有機基への付加重合によって引き起こされる。そのため脱水縮合反応に比べ収縮が小さく、化学的に結合した均一な膜を瞬時に形成させることができる。熱重合の場合は、重合開始剤の熱分解による。よって重合性有機基は、光あるいは熱で重合する有機基を用いる。
【００３３】
光重合性有機基としては、エポキシ基、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、ビニル基、およびこれらを含有する有機基を例示することができる。また熱重合性有機基としては、エポキシ基、ビニル基、およびこれらを含有する有機基を例示することができる。重合性有機基がエポキシ基である場合は前記化合物の分子内に少なくとも１つ含まれる必要があるが、アクリロキシ基、メタクリロキシ基またはビニル基は前記化合物の分子内に少なくとも２つ含まれている必要がある。
【００３４】
エポキシ基を有する重合性化合物としては、脂環式エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物、フッ素化エポキシ化合物などの液状エポキシ化合物を例示できる。脂環式エポキシ化合物としては、つぎの化学式（化１〜化７）で表される化合物があげられる。
【００３５】
これらの中でも、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（３，４−エポキシシクロヘキサン）カルボキシレート（化１）、
【化１】

ビニルシクロヘキセンジエポキシド（化２）、
【化２】

３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキサンカルボキシレート（化３）、
【化３】

ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート（化４）、
【化４】

ジシクロペンタジエンオキシド（化５）、
【化５】

ビス（２，３−エポキシシクロペンチル）エーテル、リモネンジオキシド（化６）
【化６】

が、耐熱性、耐薬品性、液の粘度の点で取り扱いが容易なこと、硬化性、また原料の入手のし易さの観点から好ましく用いられる。
【００３６】
その他、一群の化学式（化７）で示される化合物も使用できる。
【化７】

【００３７】
芳香族エポキシ化合物としては、一般式（化８）
【化８】

におけるＸがつぎの化学式（化９〜化１４）で表される化合物を例示できる。
【００３８】
これらの中でも、ビスフェノールＡ型（化９）、
【化９】

ビフェニル型（化１０）、
【化１０】

ビスフェノールＦ型（化１１）、
【化１１】

ジフェニルエーテル型（化１２）、
【化１２】

ビスフェノールＳ型（化１３）、
【化１３】

その他の化合物（化１４）
【化１４】

などが、耐熱性、耐薬品性、液の粘度の観点で取り扱いが容易性、硬化性、また原料の入手のし易さの観点から好ましく用いられる。
【００３９】
フッ素化エポキシ化合物としては一般式（化１５）
【化１５】

におけるＸｆがつぎの化学式（化１６、化１７）で表される化合物群が挙げられる。
【化１６】

【化１７】

【化１８】

Ｚ：アルキル基
【化１９】

【化２０】

【００４０】
またつぎの一般式（化２１）におけるＲがつぎの化学式（化２２）で表される化合物群が挙げられる。
【化２１】

【化２２】

【００４１】
またつぎの一般式（化２３）におけるＲがつぎの化学式（化２４、２５）で表される化合物群が挙げられる。
【化２３】

【化２４】

【化２５】

【００４２】
これらのフッ素化エポキシ化合物は、その硬化物の屈折率を、脂環式エポキシ化合物や芳香族エポキシ化合物の硬化物に比べて、下げることができるため、屈折率調整のために、他の液状エポキシ化合物と混合して用いられる。また、フッ素化エポキシ化合物の硬化物は、撥水性、撥油性を有することから、耐湿性、耐薬品性を向上させることができる。これらのエポキシ化合物は、単独で用いてもよく、また２種類以上のエポキシ化合物を混合した組成物であってもよい。
【００４３】
また、基板との密着性、耐湿性を向上させるため、シランカップリング剤を添加してもよい。シランカップリング剤としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（化２６）、
【化２６】

あるいは、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシルエチルトリエトキシシラン（以上、化２７）を用いることができる。
【化２７】

シランカップリング剤は、流動性組成物の全重量に対して１０重量％以下で添加してもよい。
【００４４】
アクリロキシ基を含有する有機基としては、アクリロキシプロピル基のようなアクリロキシ基置換アルキル基、アクリロキシ基置換ヒドロキシアルキル基等を例示することができる。メタクリロキシ基を含有する有機基としては、メタクリロキシ基置換アルキル基、メタクリロキシエトキシ基、メタクリロキシポリエチレン基、等を例示することができる。
【００４５】
また、ビニル基を含有する有機基としては、ビニルベンジルオキシ基、Ｎ−ビニルホルムアミド基、ビニロキシ基等を例示することができる。さらに、エポキシ基を含有する有機基としては、エポキシ基置換プロポキシ基、エポキシシクロヘキシルエチル基、エポキシエチルフェニル基等を例示することができる。また、上記有機基の水素原子をフッ素化することで、光学素子の耐水性、耐熱性を高めることができる。
【００４６】
流動性組成物に含有される重合性有機基が光重合性である場合には、光重合開始剤を添加する。ラジカル光重合開始剤としては、［２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン］（Ｓ１と略称する。以下同様）、［１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン］（Ｓ２）、［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−プロピルケトン］（Ｓ３）、［２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン］（Ｓ４）、［１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン］（Ｓ５）、［２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン］（Ｓ６）、［ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド］（Ｓ７）、［２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１］（Ｓ８）を例示することができる。
【００４７】
また、カチオン光重合開始剤としては、フェニル−［ｍ−（２−ヒドロキシテトラデシクロ）フェニル］ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート（Ｓ９）、ジフェニルヨードニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート（Ｓ１０）等が例示できる。光重合開始剤の量は、液組成物の全重量に対して、０．１〜７重量％が好ましい。
【００４８】
［接着剤組成物の調合］
つぎに具体的な接着剤組成物の実施例について説明する。
（実施例１）
非フッ素化エポキシ化合物として、脂環族エポキシ化合物（化１）を４０重量部、フッ素化エポキシ化合物（化２３、化２４）を６０重量部、重合開始剤としてカチオン系開始剤（Ｓ９）を１重量部、混合して組成物Ａを得た。この組成物の粘度は０．１２Ｐａ・ｓであった。
【００４９】
この組成物のガラス転移温度Ｔｇは表１に示すように１３０℃である。また室温（２０℃）における屈折率ｎは１．４６３で波長依存性は１３１０ｎｍから１５５０ｎｍの間では無視できる。屈折率の温度依存性ｄｎ／ｄＴは、上記波長範囲で−９０〜−１２０ｐｐｍ／℃程度である。
【００５０】
（実施例２）
非フッ素化エポキシ化合物として、脂環族エポキシ化合物（化１）を５０重量部、フッ素化エポキシ化合物（化２３、化２４）を４９重量部、シランカップリング剤としてγグリシジルエポキシシランを１重量部、重合開始剤としてカチオン系開始剤（Ｓ９）を１重量部、混合して組成物Ｂを得た。この組成物の粘度は０．１５Ｐａ・ｓであった。
【００５１】
この組成物のガラス転移温度Ｔｇは表１に示すように１２５℃である。また室温（２０℃）における屈折率ｎは１．４６２で波長依存性は１３１０ｎｍから１５５０ｎｍの間では無視できる。屈折率の温度依存性ｄｎ／ｄＴは、上記波長範囲で−１２０ｐｐｍ／℃程度である。
【００５２】
（実施例３）
非フッ素化エポキシ化合物として、脂環族エポキシ化合物（化１）を２０重量部、フッ素化エポキシ化合物（化２３、化２４）を６０重量部、シランカップリング剤としてγグリシジルエポキシシランを２０重量部、重合開始剤としてカチオン系開始剤（Ｓ９）を１重量部、混合して組成物Ｃを得た。この組成物の粘度は０．１３Ｐａ・ｓであった。
【００５３】
この組成物のガラス転移温度Ｔｇは表１に示すように１１０℃である。また室温（２０℃）における屈折率ｎは１．４６４で波長依存性は１３１０ｎｍから１５５０ｎｍの間では無視できる。屈折率の温度依存性ｄｎ／ｄＴは、上記波長範囲で−１００〜−１３０ｐｐｍ／℃程度である。
【００５４】
（比較例）
フッ素化エポキシ化合物（化１７）を４０重量部、フッ素化エポキシ化合物（化）を４０重量部、反応性希釈剤としてフッ素化エポキシ化合物（化）を１５重量部、重合開始剤として熱硬化触媒である三フッ化ホウ素モノエチルアミン錯体を５重量部、混合して組成物Ｄを得た。この組成物の粘度は０．３０Ｐａ・ｓであった。
【００５５】
この組成物のガラス転移温度Ｔｇは表１に示すように３２℃である。また室温（２０℃）における屈折率ｎは１．４６２で波長依存性は１３１０ｎｍから１５５０ｎｍの間では無視できる。屈折率の温度依存性ｄｎ／ｄＴは、上記波長範囲で−１０００ｐｐｍ／℃程度である。
【００５６】
［光学素子の組立］
本発明の光学素子の一例として図２に示す光ファイバコリメータを作製した。その組立方法について以下に説明する。
この光ファイバコリメータは単一モード光ファイバ１２の端面から出射する光を屈折率分布型ロッドレンズ１１によって平行光束に変換する、または逆にレンズ１１端面に入射する平行光束を光ファイバ１２の端面に集光し結合する機能をもつ光学素子である。
【００５７】
屈折率分布型ロッドレンズ１１は両端面とも光軸に垂直であり、斜め加工は施していない。その一方の端面にすでに説明したような屈折率が段階的に変化する反射防止膜１３を形成した。この屈折率分布をもつ反射防止膜１３は、ロッドレンズ１１の中心軸上屈折率１．５９にほぼ等しい値から光ファイバのコアの屈折率１．４６にほぼ等しい値まで屈折率が膜厚方向に対して段階的に変化する屈折率分布をもつように形成された誘電体多層膜である。
【００５８】
本発明において用いる反射防止膜は、通常１〜１０μｍであることが望ましい。この構成によれば、反射防止膜の膜厚はほぼ１μｍ以上あればその効果が得られる。また、その膜厚がほぼ１０μｍを超えると、短波長域で異常な反射が発生するおそれがあるとともに、成膜に時間を要するため、それ以上の厚さにすることは好ましくない。
ロッドレンズのもう一方の端面にも反射防止膜１５として単一の屈折率をもつ通常の誘電体多層膜が成膜されている。
【００５９】
つぎにロッドレンズ１１の反射防止膜１３を設けた端面と光ファイバ１２の端面を対向させて微動台上に固定する。図示はしていないが、光ファイバ先端部は保護のために円筒状部材に挿入固定しておくことが望ましい。つぎに上記実施例１〜３と比較例のいずれかの接着剤組成物をレンズ端面の反射防止膜１３の表面に塗布する。この状態で光ファイバ１２をレンズ端面に接近させ、上記接着剤組成物と接触させる。
【００６０】
この状態で、光ファイバ１２に波長１．５５μｍの光を伝搬させたとき、ロッドレンズ端面から平行光がもっとも効率よく出射されるように光ファイバ１２の位置を調芯する。この調芯方法としては、例えばロッドレンズ端面に対向して反射鏡を設置する方法がある。ロッドレンズ１１から出射した光束が反射鏡によって反射され、その反射光がもっとも光ファイバ側へ戻るように調芯する。
【００６１】
調芯が完了した時点で、接着剤組成物に紫外光を照射し、これを硬化させる。以上によって、ロッドレンズ１１から反射防止膜１３、硬化した接着剤層１４を介して光ファイバ１２に至る光路が完成する。補強のため外側に円筒状チューブを挿入し、接合部分を保護するのが望ましい。
【００６２】
［光学素子の反射損失特性］
上記のように組み立てた光ファイバーコリメータを用いて戻り光反射率の測定を行った。
戻り光反射率（バックリフレクション）の測定は、バックリフレクション測定装置（ＪＤＳ−ＦＩＴＥＬ製ＲＭ２０５０Ｂ）を使用して行った。同装置に１．５５μｍ光源あるいは１．３１μｍ光源と光ファイバを接続し、戻り光反射率の測定を行った。
【００６３】
上記実施例１〜３のいずれの接着剤組成物Ａ、Ｂ、Ｃを用いた場合においても、表１に示すように、１．５５μｍ帯および１．３１μｍ帯での戻り光反射率が全温度範囲においてそれぞれ−４５ｄＢ以下であった。したがって、実施例１〜３の接着剤組成物を硬化することにより、それぞれ上記光通信分野における反射率の要求特性を満たすことができる。
【００６４】
実施例の組成物は２０℃で光ファイバとの屈折率差がいずれも０．００５以下に設定されている。このなかで屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴの絶対値がもっとも小さいのは組成物Ａである。その値は絶対値で１２０ｐｐｍ／℃以下で、負の符号をもつ。この場合、室温と８５℃の間の約７０℃の温度変化で、屈折率変化の絶対値は計算上０．００８４である。戻り光反射率は−４９ｄＢ以下であり、ｄｎ／ｄＴ≧−１２０ｐｐｍ／℃の組成物では優れた結果が得られている。
【００６５】
組成物ＢとＣのｄｎ／ｄＴの値は−１００〜−１５０ｐｐｍ／℃の範囲にある。−１５０ｐｐｍ／℃で７０℃の温度変化があると屈折率変化の絶対値は約０．０１となるが、戻り光反射率は−４５ｄＢ以下であり、十分要求範囲に入る。
【００６６】
さらに戻り光反射率が−４０ｄＢ程度でも許容される場合であれば、ｄｎ／ｄＴが−２００ｐｐｍ／℃程度までの組成物であれば使用できる。
【００６７】
以上をまとめると、室温（２０±５℃）で接着する光学部品との屈折率差が０．００５以下となるように調整した樹脂組成物であって、その屈折率の温度係数が−２００ｐｐｍ／℃以上であれば、−２０〜８５℃の温度範囲で戻り光反射率を−４０ｄＢ以下に抑えることができる。屈折率の温度係数が−１５０ｐｐｍ／℃以上であれば、戻り光反射率を−４５ｄＢ以下に抑えることができるのでより好ましい。さらに屈折率の温度係数が−１２０ｐｐｍ／℃以上であれば、戻り光反射率を−４９ｄＢ以下に抑えることができるのでさらに好ましい。
【００６８】
換言すれば、屈折率の温度係数が−２００ｐｐｍ／℃のとき、７０℃の温度変化による屈折率変化の絶対値は０．０１４であるので、室温における光部品と樹脂組成物の屈折率差を０，００５以下に見込めば、−２０〜８５℃の温度変化で、光部品と樹脂組成物との屈折率差は最大で０．０２以下に抑えることができる。この条件が満たされることにより、戻り光反射率を小さくすることができる。
【００６９】
これに対して、上記比較例の組成物Ｄでは、２０℃での戻り光反射率は−４５ｄＢ以下であったが、３２℃のガラス転移点を越えると急激に反射率が増大して８５℃での反射率は−３０ｄＢ以上となった。したがって、この比較例では、光通信分野における反射率の要求特性を満たすことができない。
【００７０】
組成物Ｄの屈折率の温度係数の絶対値が実施例の組成物Ａ〜Ｃに比べて１桁大きい。すなわち、７０℃の温度変化で屈折率変化の絶対値は０．０７にも及ぶことになる。さらにガラス転移温度を超える温度域での屈折率の温度変化が大きいことから、要求される温度範囲の上限である８５℃以下にガラス転移点がある樹脂組成物は好ましくないことがわかる。
【００７１】
【表１】

【００７２】
以上、屈折率分布型ロッドレンズと光ファイバを接合する例について説明したが、光学素子はこれに限られない。球面レンズ、非球面レンズ、プリズム、平板光導波路などの光学部品を接合して光学素子を構成する場合にも本発明は適用できる。ただし、球面レンズ等は一方の面が平面であるいわゆる平凸型のレンズである方が、反射防止膜を形成するうえで望ましい。
【００７３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、２つの光学部品を接着剤を用いて接合した光学素子において、光通信分野で要求される所定温度範囲内での戻り光反射率の値を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子の基本構成を示す模式図である。
【図２】本発明の光ファイバコリメータの一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１、２光学部品
３、１３、１５反射防止膜
４、１４接着剤
５光線
１１屈折率分布型ロッドレンズ
１２光ファイバ

Claims

少なくとも表面近傍の屈折率が実質的に等しい２つの光学部品を接着剤によって接着固定し、一方の光学部品から他方の光学部品に光を入射させる構造を有する光学素子において、−２０℃〜８５℃の温度範囲で、前記接着剤の硬化後の屈折率と少なくとも一方の前記光学部品の屈折率の差が０．０２以下であることを特徴とする光学素子。
２０±５℃の温度範囲で、前記接着剤の硬化後の屈折率と少なくとも一方の前記光学部品の屈折率の差が０．００５以下であり、かつ前記接着剤の屈折率の温度依存性が−２００ｐｐｍ／℃以上あることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記接着剤の屈折率の温度依存性が−１５０ｐｐｍ／℃以上である請求項２に記載の光学素子。
前記接着剤の屈折率の温度依存性が−１２０ｐｐｍ／℃以上である請求項３に記載の光学素子。
前記接着剤の硬化後のガラス転移温度が８５℃以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
前記接着剤は、硬化前においては重合性有機基を含む流動性組成物であり、これに熱および紫外線の少なくとも一方を付与して重合硬化できることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子。
前記重合性有機基がエポキシ基よりなることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
前記流動性組成物が、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）を次に示す範囲で含有する組成物を用いてなる請求項７に記載の光学素子。
（Ａ）非フッ素化エポキシ化合物２０〜７９．９重量％
（Ｂ）重合開始剤０．１〜７重量％
（Ｃ）フッ素化エポキシ化合物２０〜７９．９重量％
（Ｄ）シランカップリング剤０〜２０重量％
前記成分（Ａ）が脂環エポキシ化合物である請求項８に記載の光学素子。
前記重合性有機基は、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、およびビニル基よりなる群から選ばれた少なくとも一つの基である請求項６に記載の光学素子。
前記流動性組成物の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の光学素子。
前記接着剤によって接着固定した２つの光学部品の表面のうち少なくとも一方が、前記一方の光学部品から他方の光学部品に入射する光線の光軸に対して略垂直であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
２つの屈折率の異なる光学部品の一方の表面を薄膜で被覆し、該薄膜の前記光学部品との界面での屈折率を該光学部品の屈折率と実質的に等しくし、前記界面から前記薄膜の厚さ方向に沿って前記薄膜の屈折率を連続的もしくは段階的に変化させ、前記薄膜の表面における屈折率を他方の光学部品の屈折率と実質的に等しくすることにより、前記２つの光学部品の表面近傍の屈折率を実質的に等しくしたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学素子。
前記薄膜の厚みが１μｍ〜１０μｍの範囲の値であることを特徴とする請求項１３に記載の光学素子。