JP2004271618A

JP2004271618A - 光ファイバアレイの製造方法

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Publication number: JP2004271618A
Application number: JP2003058629A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Yomo; 朋子四方; Shibun Ishikawa; 紫文石川; Takeshi Fukuda; 武司福田; Takeshi Sakuma; 健佐久間; Hideyuki Hosoya; 英行細谷
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP4263506B2

Abstract

【課題】本発明は、低損失で光結合できるモード変換部などの屈折率増加領域を精度良く、かつ容易に形成できる光ファイバアレイなどの光導波路部品の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、光ファイバ２を固定用部材４に固定し、光ファイバ２の一端部にフェムト秒パルスレーザを集光照射して屈折率増加領域８ｂを形成した後に、屈折率増加領域８ｂが形成された光ファイバ２の一端部の端面を傾斜面とする。光ファイバ２の上方に矩形状の押さえ部材１を設け、また光ファイバ２の上方よりフェムト秒パルスレーザを集光照射することが好ましい。更に、固定用部材４が複数のＶ溝を有するＶ溝基板であることが好ましい。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光接合部付近の光ファイバコアに屈折率増加領域を形成して、モード変換部などを有する光ファイバアレイを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバアレイは、複数の光ファイバを基板上に正確なピッチで整列配置したものであり、半導体レーザや光導波路部品との光接合部として適用されている。
【０００３】
図６は、光ファイバアレイの概略斜視図を示す。光ファイバアレイは、高精度なＶ溝加工が施された固定用部材２４、光ファイバテープ心線２５から引き出されＶ溝上に整列配置された裸光ファイバ２２、裸光ファイバ２２を押さえる押さえ部材２１、隙間に充填された接着剤２３から構成されている。
光ファイバアレイを製造する際は、まず固定用部材２４上に裸光ファイバ２２を配列し、上部から押さえ部材２１で押圧し、隙間に接着剤２３を充填し硬化させて接着一体化するものである。接着後、接続端面は例えば８°の角度となるように斜めに研磨される。
【０００４】
図７は、図６における線分Ｄ−Ｄ’と線分Ｅ−Ｅ’で囲まれた部分の断面図を示す。このような光ファイバアレイにおいて、線分Ｄ−Ｄ’側の端面が、他の光導波路部品などと接続する際の接続端面となる。この線分Ｄ−Ｄ’側の端面は、押さえ部材２１の上面の垂直方向に対して、約８°程度の傾斜角αをもった傾斜面になっており、信号光の一部が、裸光ファイバ２２の端面で反射されて送信側に伝搬することを防止するようになっている。
【０００５】
近年、コアを高屈折率化することにより、小型化・高集積化した光導波路部品が広く利用されている。このような光導波路部品と、通常広く利用されている単一モードファイバとでは、比屈折率差、コア径が異なるため、モードフィールド径が異なってしまう。このため、光ファイバを光導波路部品に接続した場合、モードフィールド径の差によって接続損失が生じる。
【０００６】
従って、このモードフィールド径の差によって生じる不具合を抑えるためには、光ファイバの接合部分にモード変換部を形成する必要がある。
モード変換部とは、接続部でのモードフィールド径が、接続する光導波路部品のものと同等となるように、コア・クラッド間の比屈折率差、コア径が調整され、更にこの比屈折率差、コア径が光の伝搬方向に徐々に変化し、光ファイバの値となるように形成されたものである。これにより光導波路部品に接続するとき、モードフィールド径の差によって生じる接続損失を低減することができる。
【０００７】
例えば、ガラスなどの透明材料の内部にフェムト秒パルスレーザを集光照射することにより、屈折率増加領域を形成する方法が開示されている（特許文献１参照。）。
この方法を利用して、光導波路部品のコアの一端からフェムト秒パルスレーザを入射させて、一方端側の屈折率が高く、この一方端側からコアの光の伝搬方向に沿って徐々に屈折率が減少してコアの屈折率となるような屈折率勾配を形成し、モード変換部とする光導波路部品の製造方法が提案されている（特許文献２参照。）。
また、コアの側方よりフェムト秒パルスレーザを集光照射し、モード変換部を形成する光導波路部品の製造方法も提案されている（特願２００２−２４７４０４号参照。）。
【０００８】
しかしながら、図６，７に示された光ファイバアレイに対して、前記した特許文献１，２や特願２００２−２４７４０４号で提案された方法を用いてモード変換部などを形成する場合、以下に示すように、裸光ファイバ２２に対して所望の屈折率増加領域を形成できない問題がある。
【０００９】
図８（ａ）は、光ファイバの端面が、フェムト秒パルスレーザの入射側と反対側に面した場合であって、対物レンズを用いて、この端面にフェムト秒パルスレーザを集光照射した状態を示す。このような場合、誤って、フェムト秒パルスレーザの集光点３３を光ファイバの端面３４ａの表面に近接しすぎると、アブレーションが発生し、この光ファイバの端面３４ａの表面近傍のガラスが吹き飛び、窪みができてしまい、接続損失が増大することとなる。
【００１０】
図８（ｂ）は、光ファイバの端面が、フェムト秒パルスレーザの入射側に面した場合であって、この光ファイバにフェムト秒パルスレーザを集光照射した状態を示す。フェムト秒パルスレーザ４２ｂは、図８（ｂ）（ｉｉ）で示されたように、光ファイバ４４内を透過するとき、この光ファイバ４４内で屈折される。このため、通常、フェムト秒パルスレーザ４２ｂを集光照射するとき、この光ファイバ４４による屈折の影響を考慮して、フェムト秒パルスレーザの集光点４３ｂの深さ方向の位置を調整する。
【００１１】
図８（ｂ）（ｉ）は、フェムト秒パルスレーザの集光点４３ａが、光ファイバの端面４４ａ近傍にフェムト秒パルスレーザ４２ａを集光照射した状態を示す。このときフェムト秒パルスレーザ４２ａは、光ファイバ４４内を透過しないため、光ファイバ４４によって屈折されず、その集光点４３ａの深さ方向の位置が変化してしまう。
このようにフェムト秒パルスレーザの集光点４３ａを走査する際、その集光点４３ａの深さ方向の位置が変動するため、屈折率増加領域が光ファイバ４４のコアの中心からずれた位置に形成されたり、また図８（ｂ）（ｉ）のように、フェムト秒パルスレーザ４２ａが、光ファイバ４４内に集光されず、光ファイバ４４のコアに屈折率増加領域が形成できないなどの問題が生じる。
【００１２】
この上記した問題点を解決するために、フェムト秒パルスレーザの集光点４３ａ、４３ｂの深さ方向の位置を調整しながら、その集光点４３ａ，４３ｂを走査する方法もあるが、光ファイバの接続端面４４ａの表面状態や傾斜角度から、集光点４３ａ，４３ｂの深さ方向の位置の変動量を推定することは難しく、精度良く集光点４３ａ，４３ｂの深さ方向に位置を調整できていないのが現状である。
そのため、光ファイバ４４内部から一端面まで連続的に加工できないか、あるいは端面４４ａ部分にアブレーションを生じさせてしまう結果になる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平９−３１１２３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８２０４５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち低損失で光結合できるモード変換部などの屈折率増加領域を精度良く、かつ容易に形成できる光ファイバアレイの製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、光ファイバを固定用部材に固定し、該光ファイバの一端部にフェムト秒パルスレーザを集光照射して、屈折率増加領域を形成した後に、該屈折率増加領域が形成された光ファイバの一端部の端面を傾斜面とすることを特徴とする光ファイバアレイの製造方法である。
【００１６】
請求項２にかかる発明は、光ファイバの一端部にフェムト秒パルスレーザを集光照射して、屈折率増加領域を形成した後に、前記光ファイバを固定用部材に固定し、前記屈折率増加領域が形成された光ファイバの一端部の端面を傾斜面とすることを特徴とする光ファイバアレイの製造方法である。
【００１７】
請求項３にかかる発明は、光ファイバの上方に矩形状の押さえ部材を設けて、前記光ファイバを固定用部材に固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバアレイの製造方法である。
【００１８】
請求項４にかかる発明は、光ファイバの上方よりフェムト秒パルスレーザを集光照射し、屈折率増加領域を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバアレイの製造方法である。
【００１９】
請求項５にかかる発明は、前記固定用部材が、複数のＶ溝を有するＶ溝基板であり、該Ｖ溝の各々に光ファイバを固定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバアレイの製造方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。本実施形態の光ファイバアレイの製造方法は、まず、固定用部材に裸光ファイバを固定し、この裸光ファイバの一端部に、屈折率増加領域を形成する。
図１は、光ファイバが固定用部材に固定された状態の光ファイバアレイの斜視図を示す。符号４は固定用部材であり、この固定用部材４は、少し厚めの前部と、それよりやや薄めの後部が一体となった矩形状の石英ガラスからなり、上面に複数のＶ溝を有するものである。このＶ溝には、光ファイバテープ心線５，５より引き出された裸光ファイバ２が収容されて、光学接着剤３によって固定されている。
【００２１】
また、裸光ファイバ２の上方には、矩形状の石英ガラスからなる押さえ部材１が設けられており、裸光ファイバ２と、この押さえ部材１とは、光学接着剤３によって固定されている。この裸光ファイバ２は、Ｖ溝によって平行で等間隔に配列され、またＶ溝と押さえ部材１とによって固定されている。
ここで、光ファイバテープ心線５は、裸光ファイバ２が被覆樹脂６で被覆されたものであり、また、裸光ファイバ２は、コア８とクラッド７からなる石英系光ファイバである。
【００２２】
図２は、図１における線分Ａ−Ａ’と線分Ｂ−Ｂ’で囲まれた部分の断面図を示す。裸光ファイバ２を固定用部材４に固定する方法としては、少し厚めの前部とそれよりやや薄めの後部が一体となっており、この前部に所望の間隔でＶ溝が設けられた矩形状の固定用部材４を用意し、この固定用部材４の各Ｖ溝に裸光ファイバ２を配置し、肉厚部分とそれより薄い部分との段差に、テープ心線５の先端部分を押し付けるように配置する。更に、裸光ファイバ２の上方に押さえ部材１を設け、隙間に光学接着剤３を充填して接着する。
【００２３】
図３は、本実施形態の光導波路部品の製造方法において使用される製造装置の一例を示す概略構成図である。符号１１は、チタンサファイアレーザなどを用いたレーザ装置を示す。本実施形態では、このレーザ装置１１を制御し、中心波長８００ｎｍ，パルス幅２００ｆｓ，繰り返し周波数２００ｋＨｚのフェムト秒パルスレーザ１３が出射されるようになっている。
また、このレーザ装置１１のレーザ出射口と対向するように、ＮＤフィルタ１２が設置されており、レーザ装置１１から出射されたフェムト秒パルスレーザ１３の平均出力を調整できるようになっている。
【００２４】
ＮＤフィルタ１２を透過したフェムト秒パルスレーザ１３の経路上には、ミラー１４が設置されており、フェムト秒パルスレーザ１３の進行経路を調整できるようになっている。また、対物レンズ１６は、ミラー１４にて進行経路が調整されたフェムト秒パルスレーザ１３を集光するものである。
【００２５】
このミラー１４の後方には、ＣＣＤカメラ１５などが設置され、位置合わせ用のマーキング（図示省略）を観察したり、フェムト秒パルスレーザの集光点１７付近で発生する発光中に含まれる可視光をモニタできるようになっている。
固定用部材４に裸光ファイバ２が固定された状態の光ファイバアレイ１０は、ＸＹＺステージ１８に固定されている。このＸＹＺステージ１８をＸ，Ｙ，Ｚ方向の任意方向に動かすことにより、この集光点１７を光ファイバ内部で精密に移動できるようになっている。
【００２６】
この光導波路部品の製造装置では、レーザ装置１１から出射されたフェムト秒パルスレーザ１３は、ＮＤフィルタ１２を透過し、ミラー１４にて反射され、更に対物レンズ１６にて集光され、光ファイバアレイ１０の裸光ファイバ２のコア８内部に照射される。
【００２７】
フェムト秒パルスレーザ１３をコア８内部の所望の位置に集光照射する方法としては、特願２００２−８１９２７号のように、押さえ部材１上面にフェムト秒パルスレーザ１３を集光照射してアブレーション跡を発生させ、このアブレーション跡を基準位置とする。そして、押さえ部材１や裸光ファイバ２内部におけるフェムト秒パルスレーザ１３の屈折の影響により、実際の集光点１７の深さが変動することを考慮し、集光点１７の深さ方向の位置を調整して、裸光ファイバ２内部の所望の深さにフェムト秒パルスレーザ１３を集光照射する。
【００２８】
そして、特願２００２−２４７４０４号に記載されたようにして、裸光ファイバ２のコア８に屈折率増加領域を形成する。まず、裸光ファイバの端面８ａの位置を確認し、フェムト秒パルスレーザの集光点１７がくるようにする。
【００２９】
次にレーザ装置１１を固定した状態で、ＸＹＺステージ１８を光ファイバの長手方向に沿って一定の加速度で駆動することにより、集光点１７をファイバコア８内部で、相対的に移動させ、裸光ファイバの端面８ａから内部に向かって屈折率増加領域を形成していく。
図４は、フェムト秒パルスレーザ１３が照射された部分の屈折率増加量と、ＸＹＺステージ１８の走査速度との関係の一例を示す。ＸＹＺステージ１８の走査速度が速いほど、単位面積あたりのフェムト秒パルスレーザ１３の照射回数が減少するため、誘起される屈折率変化量が小さくなることがわかる。従って、一定の加速度でＸＹＺステージ１８を走査すると、裸光ファイバの端面８ａから内部に向かって、比屈折率差が徐々に低減し、コア８の比屈折率差に十分近くなる。
実際には、後の研磨工程により、取り除かれる部分もあることを考慮して、はじめは加速度０、すなわち一定の走査速度でＸＹＺステージ１８を移動させて、比屈折率差が一定の領域を所望の長さだけ形成しておき、途中から加速度を変化させることによって、連続的に比屈折率差が変化する領域を形成する。
【００３０】
図５は、光ファイバのコアに屈折率増加領域が形成された光ファイバアレイにおいて、その端面を傾斜面とした状態を示す断面図である。符号８ｂは、形成された屈折率増加領域を示す。
上記したように、この屈折率増加領域８ｂを、端面８ａ近傍のコア８である裸光ファイバ２の一端部に形成した後、この裸光ファイバの端面８ａと共に、押さえ部材１と固定用部材４の側面も研磨する。そして図５中、線分Ｃ−Ｃ’に示されたように、押さえ部材１の上面の垂直方向に対して約８°程度の傾斜角をもった傾斜面とする。
【００３１】
本実施形態では、裸光ファイバ２の一端部のコア８にフェムト秒パルスレーザ１３を集光照射して、屈折率増加領域８ｂを形成した後に、この屈折率増加領域８ｂが形成された裸光ファイバの端面８ａを傾斜面とする。このため、フェムト秒パルスレーザ１３を集光照射する際、裸光ファイバの端面８ａは、傾斜面ではなく、裸光ファイバ２の側面に対して垂直な面とすることができる。
【００３２】
これにより、従来の技術で述べたように、端面８ａが傾斜面である裸光ファイバ２に屈折率増加領域８ｂを形成する場合のように、フェムト秒パルスレーザの集光点１７を裸光ファイバの端面８ａ付近から走査する際、集光点１７の深さ方向の位置が変化することがなく、本実施形態では、所望の屈折率増加領域８ｂが形成でき、光の接続損失を低減できる。
【００３３】
また、裸光ファイバ２の上方に、矩形状の押さえ部材１を設けて、この押さえ部材１側からフェムト秒パルスレーザ１３を集光照射する。このため、円筒状の裸光ファイバ２の側面に、直接フェムト秒パルスレーザ１３を集光照射する場合に比べて、押さえ部材１の上面は平面であり、照射の目標位置を決定しやすく、作業性に優れる。
更に、押さえ部材１を介して、フェムト秒パルスレーザ１３を集光照射するため、裸光ファイバ２の側面の表面にアブレーション跡が残ることがない。このため、アブレーション形成による強度劣化を抑えることができる。
【００３４】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、フェムト秒パルスレーザ１３をコア８内部の所望の位置に集光照射する方法としては、特願２００２−５４４５５号のように、ＣＣＤカメラ１５により、フェムト秒パルスレーザ１３の集光照射によってコア８内部に発生する発光をモニタし、この発光がコア８内部の光の伝搬方向に最大の光量で導波されるようにして集光照射位置を決めることもできる。
【００３５】
また、集光点１７は、複数回走査しても構わない。フェムト秒パルスレーザ１３を集光照射したコア８に、再度フェムト秒パルスレーザ１３を集光照射することによって、コア８に再び屈折率変化を誘起させることが可能である。走査回数を増やすことによって、コア８の屈折率を増加させることができる。このため所望の回数走査することで、コア８の屈折率を所望の値として、屈折率増加領域８ｂを形成できる。
【００３６】
屈折率増加領域８ｂは、前述したもの以外に、例えば光ファイバグレーティングのように一定の周期で屈折率変調を与えたものであっても構わない。更に、屈折率増加領域はコア８だけでなく、クラッド７に設けても構わない。
【００３７】
また、裸光ファイバ２の一端部に、フェムト秒パルスレーザ１３を集光照射して、屈折率増加領域８ｂを形成した後に、裸光ファイバ２を固定用部材４に固定しても構わない。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１及び２に係る発明によれば、光ファイバの一端部に、フェムト秒パルスレーザを集光照射して、屈折率増加領域を形成した後に、この屈折率増加領域が形成された光ファイバの端面を傾斜面とする。このため、フェムト秒パルスレーザを集光照射する際、光ファイバの端面は、傾斜面ではなく、その側面に対して垂直な面とすることができる。
これにより、フェムト秒パルスレーザの集光点を光ファイバの端面付近から走査する際、集光点の深さ方向の位置が変化することがなく、所望の屈折率増加領域が形成でき、光の接続損失を低減できる。
【００３９】
また請求項３に係る発明では、直接、円筒状の光ファイバの側面にフェムト秒パルスレーザを集光照射する場合に比べて、押さえ部材の上面は平面であり、照射の目標位置を決定しやすく、優れた作業性で光導波路部品を製造できる。
更に、押さえ部材を介して、フェムト秒パルスレーザを集光照射するため、光ファイバの側面の表面にアブレーション跡が残ることが無い。このため、アブレーション形成による強度劣化を抑えることができる。
【００４０】
また、請求項４に係る発明では、例えば、光ファイバの端面のみからフェムト秒パルスレーザを集光照射する場合のように、光ファイバの端面の表面にアブレーション跡が残ることが無く、他の光導波路部品との接続面となる端面での接続損失を低減できる。
【００４１】
更に、請求項５に係る発明では、固定用部材が、複数のＶ溝を有するＶ溝基板であり、このＶ溝の各々に光ファイバを固定するようになっており、光ファイバを所望の間隔で、所望の位置に容易に配列させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】屈折率増加領域を形成する前の光ファイバアレイの一例を示す概略斜視図である。
【図２】図１における線分Ａ−Ａ’と線分Ｂ−Ｂ’で囲まれた部分を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態の光導波路部品の製造方法において使用される製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】フェムト秒パルスレーザが照射された部分の屈折率増加量と、ＸＹＺステージの走査速度との関係の一例を示す図である。
【図５】屈折率増加領域が形成された一端部の端面を傾斜面とした光ファイバアレイを示す概略断面図である。
【図６】光ファイバアレイを示す概略斜視図である。
【図７】図６における線分Ｄ−Ｄ’と線分Ｅ−Ｅ’で囲まれた部分を示す概略断面図である。
【図８】光ファイバの接続端面にフェムト秒パルスレーザ３２を集光照射した状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・押さえ部材、２・・・光ファイバ、４・・・固定用部材、８ａ・・・光ファイバの端面、８ｂ・・・モード変換部となる屈折率増加領域、１３・・・フェムト秒パルスレーザ

Claims

光ファイバを固定用部材に固定し、該光ファイバの一端部にフェムト秒パルスレーザを集光照射して、屈折率増加領域を形成した後に、
該屈折率増加領域が形成された光ファイバの一端部の端面を傾斜面とすることを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
光ファイバの一端部にフェムト秒パルスレーザを集光照射して、屈折率増加領域を形成した後に、前記光ファイバを固定用部材に固定し、
前記屈折率増加領域が形成された光ファイバの一端部の端面を傾斜面とすることを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
光ファイバの上方に矩形状の押さえ部材を設けて、前記光ファイバを固定用部材に固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバアレイの製造方法。
光ファイバの上方よりフェムト秒パルスレーザを集光照射し、屈折率増加領域を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバアレイの製造方法。
前記固定用部材が、複数のＶ溝を有するＶ溝基板であり、
該Ｖ溝の各々に光ファイバを固定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバアレイの製造方法。