JP2005181899A - Optical fiber coupler and its manufacturing method - Google Patents
Optical fiber coupler and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
本発明は、単一波長もしくは複数波長の光を分岐あるいは結合する、または複数波長の光を合波あるいは分波させる融着延伸型光ファイバカプラと、その製造方法に関する。 The present invention relates to a fusion-stretching optical fiber coupler that branches or combines light of a single wavelength or a plurality of wavelengths, or combines or demultiplexes light of a plurality of wavelengths, and a method for manufacturing the same.
近年、光通信システム、光伝送技術の進展に伴い、作製方法が容易であり、量産性の高い融着延伸型光ファイバカプラあるいは融着延伸型光合分波器等がさまざまな光通信システム、光計測システム等で利用されている。ここで、光ファイバカプラとは単一波長もしくは複数波長の光を分岐あるいは結合するものであり、また光合分波器とは複数波長の光を合波あるいは分波させるものであるが、以下本発明では両者を総称して光ファイバカプラという。 In recent years, with the progress of optical communication systems and optical transmission technologies, fabrication methods are easy, and high-productivity fusion-stretching optical fiber couplers or fusion-stretching optical multiplexers / demultiplexers are used in various optical communication systems, It is used in measurement systems. Here, an optical fiber coupler is for branching or coupling light of a single wavelength or multiple wavelengths, and an optical multiplexer / demultiplexer is for multiplexing or demultiplexing light of multiple wavelengths. In the invention, both are collectively referred to as an optical fiber coupler.
融着延伸型光ファイバカプラは、図1に示すような構造をなし、まず、各光ファイバ10、20の端部の被覆を除去し、芯線部1、2をアルコール等で洗浄する。次に、芯線部1、2を整列し、その中央部を酸素−プロパン、もしくは水素等のバーナで加熱しながら、光ファイバ10、20を長方向に左右に延伸し、芯線部1、2の中央部に融着延伸部3を形成する。このように作製された光ファイバ10、20および融着延伸部3からなるカプラ本体4を石英ガラス等の基板5に載置し、紫外線や可視光線等のエネルギ−線にて硬化する接着剤6を介して接合する。
The fusion-stretching optical fiber coupler has a structure as shown in FIG. 1. First, the coating of the end portions of the
この接合箇所は、基板5の両端部Aが一般的であるが、さらに融着延伸部3の両端部Bで芯線部1、2と基板5を接合することも行われている。また図示していないが、この基板5の上に基板5と同様な材質である石英ガラス等の基板で蓋をし、さらに金属、セラミック、ガラス等の筒状体で覆うことにより、光ファイバカプラの補強構造が完成する。
The joint portion is generally at both end portions A of the substrate 5, but the
ところで、近年光ファイバカプラの使用数量の増加に伴い、特性変動や断線不良等の問題が少なくはない。その原因の一端として接着剤の塗布状態が大きく影響していることが挙げられる。 By the way, with the increase in the number of optical fiber couplers used in recent years, there are not a few problems such as characteristic fluctuations and disconnection failures. One of the causes is that the application state of the adhesive greatly affects.
そこで、特許文献1には、図3に示すように、基板5に凹溝5aを設け、この凹溝5aにカプラ本体4を収容し、カプラ本体4と基板5とを接着固定する。固定に際しては、まず、粘度の高い接着剤7を用いて、カプラ本体4と基板5内壁とを仮固定する。接着剤7は、後の工程で用いられる他の接着剤8によってカプラ本体4と基板5とが本接着される接着箇所の両側、即ち図3に示すように、基板5の両端部で芯線部1、2の被覆部と光ファイバ10、20の境界を覆うように塗付され、硬化される。
Therefore, in Patent Document 1, as shown in FIG. 3, the substrate 5 is provided with a
ここに用いられる接着剤7は、基板5の内壁の隙間に充分に入り込ませるために粘度を1000〜500000cps程度とし、硬化所要時間の短いものが用いられており、この接着剤7をシリンジ等によって塗布し、接合した。 The adhesive 7 used here has a viscosity of about 1000 to 500,000 cps and has a short curing time so that it can sufficiently enter the gap between the inner walls of the substrate 5. Applied and joined.
さらに1000〜500000cps程度の高粘度の接着剤7ですでにカプラ本体4と基板5内壁とが仮固定されており、そのため接着剤7はダムの役割がなされ、その後低粘度の接着剤8によって本接着する。これによって、仮固定に用いる接着剤7によって予め接着箇所を所定位置に限定することができ、本接着に用いる接着剤8の選択の幅を広げ、光ファイバカプラの耐環境特性を向上できることが提案されている。(特許文献1参照)。
Further, the coupler main body 4 and the inner wall of the substrate 5 are already temporarily fixed with the high-viscosity adhesive 7 of about 1000 to 500,000 cps. For this reason, the adhesive 7 serves as a dam, and then the low-viscosity adhesive 8 Glue. As a result, it is proposed that the adhesive portion used for temporary fixing can be used to limit the bonding location to a predetermined position in advance, the range of selection of the
また、特許文献2には、図4に示すように、カプラ本体4の融着延伸部3と芯線部1、2との境界部を覆うようにスポット状に接着剤7で接合した後、接着剤7を覆うとともに、基板5の凹溝5a内に、ヤング率の低い他の接着剤8を備え、境界部の一部のみが接着剤7でスポット状に形成されており、一部のみが強固に固定され、保護性を高めることができる。そして他部は他の接着剤8で基板5全体に充填されているため、偏波特性の変動を低減することができる。上記他の接着剤8のヤング率は200N/mm2未満であることを特徴とするものであり、光ファイバ10,20の引張り時にもカプラ本体4の破断なしに、目標の偏波特性をもつ光ファイバカプラを提供することが可能となる。(特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1の提案では、線膨張係数等適正な特性を持った接着剤を選定すればある程度の信頼性の確保は可能かもしれないが、過酷な環境下やテルコディアの過酷信頼性試験に合格することは非常に困難である。 However, in the proposal of Patent Document 1, it may be possible to secure a certain degree of reliability if an adhesive having an appropriate characteristic such as a linear expansion coefficient is selected. However, in a harsh environment or a severe reliability test of Telcodia. It is very difficult to pass.
第一に、接着剤7、8によりカプラ本体4を基板5に接着固定するが、性質が異なる接着剤7、8を接合させると、その境界面で収縮、膨張差によるストレスが発生し、カプラ本体4にもそのストレスが伝搬し、最悪の場合断線してしまい高信頼性は確保できないという問題があった。
First, the coupler body 4 is bonded and fixed to the substrate 5 by the
第二に、仮固定に用いる接着剤7によって予め接着箇所を所定位置に限定することはできるものの、接着剤7の間に他の接着剤8を塗布して本接着するため、接着剤8の塗布体積が大きくなりやすく、より大きい収縮、膨張が発生しやすく、カプラ本体4にストレスが発生して高信頼性は確保できない。この場合、塗布体積が約9.6〜11.2mm3と大きくなり、さらに本接着に用いる接着剤8の幅を広げるため、粘度を1000cps程度の低粘度としているため、接着剤7と基板5の間から毛細管現象によりカプラ本体4の中央部に染み出してしまい、分岐比変動、過剰損失増加等の不具合が発生するという問題があった。
Second, although the bonding location can be limited to a predetermined position in advance by the adhesive 7 used for temporary fixing, since the
また、特許文献2では、引張強度の面のみが考慮された提案であり、このような接着剤の塗布方法では特許文献1の提案と同様に過酷な環境下やテルコディアの過酷信頼性試験に合格することは非常に困難である。
Further,
第一に、カプラ本体4は接着剤7と他の接着剤8との双方に接触していることから、特許文献1と同様、基本的に性質が異なる接着剤同士を接合させるとその境界面で収縮、膨張差によるストレスが発生し、カプラ本体4にもそのストレスが伝搬してしまい高信頼性は確保できないという問題があった。
First, since the coupler main body 4 is in contact with both the adhesive 7 and the
第二に、接着剤7の塗布量が多いほど引っ張り強度が向上するという考えにより接着剤7、8が融着延伸部3以外の全てに塗布されているため塗布体積が大きくなってしまい、逆により大きい収縮、膨張が発生しカプラ本体4にストレスが発生してしまい高信頼性は確保できないという問題があった。
Secondly, the adhesive volume is increased because the
本発明の光ファイバカプラは、被覆を除去した複数本の光ファイバの芯線部を融着、延伸し、基板上に接着剤を介して接合してなる光ファイバカプラであって、上記接着剤の引張剪断接着強度が5MPa以上であり、その総塗布体積が0.36〜5.6mm3であることを特徴とする。 An optical fiber coupler of the present invention is an optical fiber coupler obtained by fusing and stretching the core portions of a plurality of optical fibers from which the coating has been removed, and bonding them onto a substrate via an adhesive. The tensile shear bond strength is 5 MPa or more, and the total application volume is 0.36 to 5.6 mm 3 .
また、本発明の光ファイバカプラは、上記接着剤は、上記基板の両端部および融着延伸部の両端部に塗布され、且つ上記光ファイバの境界部の1ヶ所あたりの塗布体積が0.16〜1.6mm3であり、融着延伸部の両端部の1ヶ所あたりの塗布体積が0.02〜1.2mm3であることを特徴とする。 In the optical fiber coupler of the present invention, the adhesive is applied to both end portions of the substrate and both end portions of the fusion stretched portion, and the coating volume per one boundary portion of the optical fiber is 0.16. It is -1.6mm < 3 >, The application | coating volume per location of the both ends of a melt | fusion extension part is 0.02-1.2mm < 3 >, It is characterized by the above-mentioned.
さらに、本発明の光ファイバカプラは、上記基板の両端部における接着剤が、基板の端面から光ファイバの長手方向に2〜4mmの範囲で光ファイバ全周面を覆うように塗布され、且つ光ファイバの被覆部と芯線部の境界が上記接着剤の中央部に位置することを特徴とする。 In the optical fiber coupler of the present invention, the adhesive at both ends of the substrate is applied so as to cover the entire peripheral surface of the optical fiber in the range of 2 to 4 mm from the end surface of the substrate in the longitudinal direction of the optical fiber. The boundary between the fiber coating portion and the core wire portion is located at the center of the adhesive.
またさらに、本発明の光ファイバカプラは、上記融着延伸部の両端部における接着剤が、融着延伸部の基点から長手方向に±0.5〜±1.5mmの範囲で光ファイバ全周面を覆うように塗布されたことを特徴とする。 Furthermore, the optical fiber coupler of the present invention is such that the adhesive at both ends of the fusion stretched portion is within the range of ± 0.5 to ± 1.5 mm in the longitudinal direction from the base point of the fusion stretched portion. It is applied so as to cover the surface.
また、本発明の光ファイバカプラの製造方法は、上記基板に光ファイバを配置し、上記接着剤をその粘度が50000mPa・s〜200000mPa・sの状態で所定位置に塗布した後、粘度30000mPa・s以上の状態で硬化開始させて接合することを特徴とする。 Further, in the method for producing an optical fiber coupler of the present invention, an optical fiber is disposed on the substrate, and the adhesive is applied to a predetermined position in a state where the viscosity is 50000 mPa · s to 200000 mPa · s, and then the viscosity is 30000 mPa · s. In the above state, curing is started and bonding is performed.
本発明の光ファイバカプラによれば、被覆を除去した複数本の光ファイバの芯線部を融着、延伸し、基板上に接着剤を介して接合してなる光ファイバカプラであって、上記接着剤の引張剪断接着強度が5MPa以上であり、その総塗布体積が0.36〜5.6mm3であることから、接着後の環境変化によるストレスを最小限にすることができ、高強度の補強構造とすることができ、硬化後の残留応力を極めて少なくすることができるため、カプラ本体に与える応力等ストレスはほとんどなくなり、光ファイバカプラの経時的劣下を防止して、過酷な環境下においても高信頼の光ファイバカプラを提供することができる。 According to the optical fiber coupler of the present invention, an optical fiber coupler in which the core portions of a plurality of optical fibers from which the coating has been removed is fused and stretched, and bonded onto a substrate via an adhesive, Since the tensile shear bond strength of the agent is 5 MPa or more and the total application volume is 0.36 to 5.6 mm 3 , stress due to environmental changes after bonding can be minimized, and high strength reinforcement Since it can be structured and residual stress after curing can be extremely reduced, there is almost no stress such as stress applied to the coupler body, preventing deterioration of the optical fiber coupler over time, and under severe conditions In addition, a highly reliable optical fiber coupler can be provided.
また、本発明の光ファイバカプラによれば、上記接着剤は、上記基板の両端部および融着延伸部の両端部に塗布され、且つ上記光ファイバの境界部の1ヶ所あたりの塗布体積が0.16〜1.6mm3であることから、光ファイバと基板との間で適正な保持力を得ることができ、融着延伸部の両端部の1ヶ所あたりの塗布体積が0.02〜1.2mm3であることから、強度的に弱い融着延伸部の両端部を適正な強度で補強することとなる。 Further, according to the optical fiber coupler of the present invention, the adhesive is applied to both ends of the substrate and both ends of the fusion stretched portion, and the coating volume per one point of the boundary portion of the optical fiber is 0. .16 to 1.6 mm 3 , an appropriate holding force can be obtained between the optical fiber and the substrate, and the coating volume per one end of both ends of the fusion stretched part is 0.02 to 1. Since it is .2 mm 3 , both ends of the fusion-stretched portion that is weak in strength are reinforced with appropriate strength.
さらに、本発明の光ファイバカプラによれば、上記基板の両端部における接着剤が、基板の端面から光ファイバの長手方向に2〜4mmの範囲で光ファイバ全周面を覆うように塗布され、且つ光ファイバの被覆部と芯線部の境界が上記接着剤の中央部に位置することから、光ファイバと基板の間でさらに強度な保持力を得ることができる。 Furthermore, according to the optical fiber coupler of the present invention, the adhesive at both ends of the substrate is applied so as to cover the entire peripheral surface of the optical fiber in the range of 2 to 4 mm from the end surface of the substrate in the longitudinal direction of the optical fiber, In addition, since the boundary between the coating portion of the optical fiber and the core wire portion is located at the central portion of the adhesive, a stronger holding force can be obtained between the optical fiber and the substrate.
またさらに、本発明の光ファイバカプラは、上記融着延伸部の両端部における接着剤が、融着延伸部の基点から長手方向に±0.5〜±1.5mmの範囲で光ファイバ全周面を覆うように塗布されたことから、強度的に弱い融着延伸部の両端部をさらに適正な強度で補強され、耐環境性に優れた補強となる。 Furthermore, the optical fiber coupler of the present invention is such that the adhesive at both ends of the fusion stretched portion is within the range of ± 0.5 to ± 1.5 mm in the longitudinal direction from the base point of the fusion stretched portion. Since it was applied so as to cover the surface, both ends of the fusion-stretched portion that is weak in strength are further reinforced with appropriate strength, and the reinforcement is excellent in environmental resistance.
また、本発明の光ファイバカプラの製造方法は、上記基板に光ファイバを配置し、上記接着剤をその粘度が50000mPa・s〜200000mPa・sの状態で所定位置に塗布した後、粘度30000mPa・s以上の状態で硬化開始させて接合することから、1種類の接着剤を用いて、接着個所、塗布体積を調整して接着することができるため、信頼性の高い光ファイバカプラを得ることができる。 Further, in the method for producing an optical fiber coupler of the present invention, an optical fiber is disposed on the substrate, and the adhesive is applied to a predetermined position in a state where the viscosity is 50000 mPa · s to 200000 mPa · s, and then the viscosity is 30000 mPa · s. Since curing is started in the above-described state and bonding can be performed by using one type of adhesive to adjust the bonding location and the coating volume, it is possible to obtain a highly reliable optical fiber coupler. .
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
光通信システム、光伝送技術の進展に伴い、作製方法が容易であり、量産性の高い融着延伸型光ファイバカプラあるいは融着延伸型光合分波器等がさまざまな光通信システム、光計測システム等で利用されている。光ファイバカプラとは、単一波長もしくは複数波長の光を分岐あるいは結合するものであり、また光合分波器とは複数波長の光を合波あるいは分波させるものであるが、ここでは両者を総称して光ファイバカプラという。 With the development of optical communication systems and optical transmission technologies, various optical communication systems and optical measurement systems, such as fusion-stretching type optical fiber couplers or fusion-stretching type optical multiplexer / demultiplexers, which are easy to manufacture and have high productivity Etc. are used. An optical fiber coupler is for branching or coupling light of a single wavelength or multiple wavelengths, and an optical multiplexer / demultiplexer is for multiplexing or demultiplexing light of multiple wavelengths. Collectively called an optical fiber coupler.
本発明の光ファイバカプラは、図1に示すような構造をなし、被覆された光ファイバ10、20の被覆部を除去し、露出された芯線部1、2をアルコール等で洗浄する。その後、芯線部1、2を整列治具等で並行もしくはクロスさせることにより密着整列し、酸素−プロパン、もしくは水素等のバーナにより加熱しながら、光ファイバ10、20を長手方向に左右に延伸しテーパ状の融着延伸部3を形成する。このようにして得られたカプラ本体4を石英ガラス等の基板5に設けられた凹溝5a上に載置し、紫外線や可視光線等のエネルギ−線にて硬化する接着剤6を介して接合する。
The optical fiber coupler of the present invention has a structure as shown in FIG. 1, removes the coated portions of the coated
このような光ファイバカプラによれば、高信頼性を得るためには接着剤6の塗布仕様が重要となってくる。光ファイバカプラの使用環境の変化により接着剤も膨張、収縮するため光ファイバカプラ本体も膨張収縮の影響を受けやすくなる。そこで接着剤の諸特性、塗布量、塗布位置、硬化状態等さまざまな条件が重要となってくる。 According to such an optical fiber coupler, in order to obtain high reliability, the coating specification of the adhesive 6 becomes important. Since the adhesive also expands and contracts due to changes in the use environment of the optical fiber coupler, the optical fiber coupler body is also susceptible to expansion and contraction. Therefore, various conditions such as various characteristics of the adhesive, application amount, application position, and curing state are important.
ここで、本発明の光ファイバカプラは、上記接着剤6の引張剪断接着強度が5MPa以上であり、その総塗布体積が0.36〜5.6mm3であることに特定される。 Here, in the optical fiber coupler of the present invention, the adhesive 6 has a tensile shear adhesive strength of 5 MPa or more and a total coating volume of 0.36 to 5.6 mm 3 .
上記接着剤6の引張剪断接着強度を5MPa以上とすることにより、カプラ本体4と基板5との保持力が高いものとなり、引張強度の強い光ファイバカプラを得ることができる。引張剪断接着強度が5MPa未満となると、カプラ本体4と基板5との保持力が低下し、光ファイバカプラに引張が作用すると破断する恐れがある。同時に、総塗布体積を0.36〜5.6mm3にすることにより、接着剤の塗布量が最適となり耐環境性に優れた光ファイバカプラを得ることができる。総塗布体積が0.36mm3未満となると、カプラ本体4と基板5との接着力が小さく、光ファイバ10、20を長手方向に引っ張る等の負荷がかかってしまうと接着剤6が基板5から剥離してしまいカプラ本体4は破壊されてしまう。特に、カプラ本体4はフィールドにおいて光ファイバ10,20を誤って引っかけてしまい強い引張ストレスが加わる場合が多々ある。その場合塗布体積が少なすぎると簡単にカプラ本体4は破壊してしまう。一方、5.6mm3を越えると、使用環境の温度変化により接着剤が膨張、収縮するためカプラ本体4も膨張、収縮の影響を受けやすくなり、塗布体積が多いほどそのストレスは大きくなる。あまりにも塗布体積が多い場合はストレスが大きくカプラ本体4は破壊してしまう。特に、塗布体積は0.8〜4mm3であることがより好ましい。ここでは、接着剤6の引張剪断接着強度と総塗布体積を同時に特定することで、引っ張り強度と耐環境性の双方を満足できるカプラ本体4を得ることができる。
By setting the tensile shear adhesive strength of the adhesive 6 to 5 MPa or more, the holding power between the coupler body 4 and the substrate 5 becomes high, and an optical fiber coupler having a high tensile strength can be obtained. When the tensile shear bond strength is less than 5 MPa, the holding force between the coupler body 4 and the substrate 5 is reduced, and there is a possibility that the optical fiber coupler may be broken when tension is applied. At the same time, by setting the total application volume to 0.36 to 5.6 mm 3 , an optical fiber coupler having an optimum environment resistance and an optimum application amount of the adhesive can be obtained. When the total coating volume is less than 0.36 mm 3 , the adhesive force between the coupler body 4 and the substrate 5 is small, and the adhesive 6 is removed from the substrate 5 when a load such as pulling the
なお、上記接着剤6の引張剪断接着強度とは、JIS K 6850に規定されている方法によるが、寸法が規定された同材質の試験片どうしで規定部分を接着し、引張試験機によって測定するものである。 The tensile shear adhesive strength of the adhesive 6 is determined according to the method specified in JIS K 6850. The specified portion is bonded between test pieces of the same material whose dimensions are specified, and measured by a tensile tester. Is.
基板5は、光ファイバ10、20と線膨張係数が同等である石英ガラスから成ることが好ましいが、金属や結晶化ガラス、セラミックスを使用してもよい。
The substrate 5 is preferably made of quartz glass having a linear expansion coefficient equivalent to that of the
また、上記接着剤6の総塗布体積とは、高性能な重量計で接着剤6の塗布前後の重量を比較することで測定されるものである。 The total application volume of the adhesive 6 is measured by comparing the weight before and after the application of the adhesive 6 with a high-performance weight scale.
このように、接着剤6の塗布体積を調整するには、詳細を後述するように、接着剤6の粘度を調整して塗布、接合することによって得ることができる。 As described above, the application volume of the adhesive 6 can be adjusted by adjusting the viscosity of the adhesive 6 and applying and bonding the adhesive 6 as will be described in detail later.
さらに、上記接着剤6は、図1に示すように基板5の両端部Aおよび融着延伸部3の両端部Bに塗布され、且つ上記基板5の両端部Aの1ヶ所あたりの塗布体積が0.16〜1.6mm3であり、融着延伸部3の両端部Bの1ヶ所あたりの塗布体積が0.02〜1.2mm3であることが好ましい。
Further, the adhesive 6 is applied to both end portions A of the substrate 5 and both end portions B of the fusion stretched
カプラ本体4を基板5に接合する箇所は、基板5の両端部Aのみが一般的であるが、さらに融着延伸部3の両端部Bで光ファイバ10、20の芯線部1、2と基板5を接合することによって、芯線部1、2が分岐、結合している強度的に弱い境界部分を補強することができる。
The coupler body 4 is generally joined to the substrate 5 only at both ends A of the substrate 5. Further, the
ここで、基板5の両端部Aとは、光ファイバ10、20の芯線部1、2と被覆部の境界と基板5とを接合するようにするものであり、基板5の両端部Aの1ヶ所あたりの塗布体積が0.16〜1.6mm3とすることで、カプラ本体4と基板5との間で適正な保持力を得ることができ、カプラ本体4と基板5との間で熱膨張や熱収縮によるストレスが生じた場合にも保持力を適性な範囲にできるため、カプラ本体4に応力が付加されて断線することを有効に防止できる。塗布体積が0.16mm3未満となると、カプラ本体4と基板5間の保持力が低下し、一方、1.6mm3を越えると、接着剤6の量が多くなりすぎるため、膨張、収縮ストレスが大きくなりカプラ本体4に応力が付加されて断線する恐れがある。
Here, the both ends A of the substrate 5 are intended to join the boundary between the
また、融着延伸部3の両端部Bの1ヶ所あたりの塗布体積が0.02〜1.2mm3とすることで、強度的に弱い融着延伸部3の両端部Bを適正な強度で補強することができる。
Further, by coating volume per one place the ends B of the fused and
塗布体積が0.02mm3未満となると、補強が不十分であり断線する場合がある。一方、1.2mm3を越えると、接着剤6の量が多く膨張、収縮ストレスが大きくなりカプラ本体4に応力が付加され信頼性が低下する。 If the coating volume is less than 0.02 mm 3 , reinforcement may be insufficient and disconnection may occur. On the other hand, when the thickness exceeds 1.2 mm 3 , the amount of the adhesive 6 is increased and the expansion and contraction stress is increased, so that stress is applied to the coupler body 4 and the reliability is lowered.
なお、上記各部位の接着剤6の塗布体積は、上述と同様に高性能な重量計で接着剤6の塗布前後の重量比較により測定される。また、接着剤6の塗布体積を調整するには、詳細を後述するように、接着剤6の粘度を調整して塗布、接合することによって得ることができる。 In addition, the application volume of the adhesive 6 in each part is measured by comparing the weight before and after the application of the adhesive 6 with a high-performance weighing scale as described above. Moreover, in order to adjust the application volume of the adhesive 6, it can obtain by adjusting the viscosity of the adhesive 6 and apply | coating and joining so that a detail may mention later.
また、上記基板5の両端部Aにおける接着剤6が、図2(a)に示すように基板5の端面から光ファイバ10、20の長手方向に2〜4mmの範囲で光ファイバ10、20、芯線部1,2の全周面を覆うように塗布され、且つ光ファイバ10、20の被覆部と芯線部1、2の境界が上記接着剤6の中央部に位置することが好ましい。
Further, as shown in FIG. 2A, the adhesive 6 at both ends A of the substrate 5 is in the range of 2 to 4 mm from the end surface of the substrate 5 in the longitudinal direction of the
図2(a)に示すように、基板5の端面から接着剤6の塗布長が2〜4mmの範囲で設けられており、ここで光ファイバ10、20の長手方向とは、基板の長辺に平行な方向を示す。
As shown in FIG. 2 (a), the application length of the adhesive 6 from the end face of the substrate 5 is set in the range of 2 to 4 mm. Here, the longitudinal direction of the
この接着剤6の塗布領域が2〜4mmとすることにより、カプラ本体4と基板5との保持力が高くなり、引張強度が強い光ファイバカプラを得ることができる。接着剤6の塗布領域が2mm未満の場合、少なく接着強度が弱くなり、一方、4mmを越えた場合、接着剤6が多すぎるため膨張、収縮の影響を受けやすくなる。さらに、2.5〜3.5mmとすることがより好ましい。 By setting the application area of the adhesive 6 to 2 to 4 mm, the holding force between the coupler body 4 and the substrate 5 is increased, and an optical fiber coupler having a high tensile strength can be obtained. When the application area of the adhesive 6 is less than 2 mm, the adhesive strength is small, and when it exceeds 4 mm, the adhesive 6 is too much and is easily affected by expansion and contraction. Furthermore, it is more preferable to set it as 2.5-3.5 mm.
同時に、光ファイバ10、20の被覆部と芯線部1、2の境界1a、2aが上記接着剤6の中央部に位置することで、カプラ本体4と基板5との接着力を大きいものにでき、カプラ本体4と基板5との保持力を非常に高いものとなり、引張強度がさらに強い光ファイバカプラを得ることができる。なお、接着剤6の中央部とは光ファイバカプラを基板5の主面に対向する側から見た際の接着剤6の軸C方向の長さの中心から±10%、この軸Cに直交する方向の中心から±10%の範囲を示す。
At the same time, since the
カプラ本体4と基板5との接着力はこの基板5の両端部Aの接着仕様に大きく影響され、光ファイバ10、20の被覆部はアクリレート系樹脂で構成されている場合が多く、基板5の両端部Aにこの被覆部しかなく芯線部1、2がない場合は接着剤6と被覆部との境界で滑りが生じてしまい接着力は低下する。逆に被覆部が基板5の外部にある場合は石英ガラス等基板5の端部のエッジ部が芯線部1、2と接触し断線する恐れが生じる。例えば、接着剤6の塗布領域が2mmの場合は芯線部1、2と被覆部の境界は基板5の端面から1mm±0.5mmの範囲にあることが好ましい。
The adhesive strength between the coupler body 4 and the substrate 5 is greatly influenced by the adhesion specifications of the both ends A of the substrate 5, and the covering portions of the
また、融着延伸部3の両端部Bにおける接着剤6が、図2(b)に示すように融着延伸部3の基点3aから長手方向、即ち軸Cの方向に±0.5〜±1.5mmの範囲で光ファイバ1、2全周面を覆うように塗布されたことが好ましい。
Further, the adhesive 6 at both ends B of the fusion stretched
ここで、融着延伸部3の基点3aとは、カプラ本体4の融着延伸部3と芯線部1、2との境界付近を軸Cに対して垂直な方向の断面を取り、その断面が(1)〜(3)に示すような場合において、光ファイバ10、20の芯線部1、2の重なりがなく、隙間のない(2)の位置を融着延伸部3の基点3aとした。
Here, the base point 3a of the fusion stretched
そして、接着剤6が融着延伸部3の基点3aから±0.5〜±1.5mmの範囲で光ファイバ1、2全周面を覆うように塗布されたことから、強度的に弱い基点3aを適正な強度で補強することができる。塗布領域が±0.5mm未満となると基点3aの補強が不十分であり断線する恐れがある。一方、±1.5mmを越えると接着剤6の量が多く膨張、収縮ストレスが大きくなりカプラ本体4に応力が付加され信頼性が低下する。
Since the adhesive 6 is applied so as to cover the entire circumference of the
なお、接着剤6の塗布範囲を調整するには、接着剤6の粘度を調整して塗布、接合することによって得ることができる。
In addition, in order to adjust the application | coating range of the
ここで、上述のように接着剤6の塗布条件を種々調整する方法について説明する。 Here, a method for variously adjusting the application condition of the adhesive 6 as described above will be described.
先ず、基板5の凹溝5aにカプラ本体4を配置する。この時、基板5の中心から左右対称となるように注意して配置する。
First, the coupler body 4 is disposed in the
そして、接着剤6をその粘度が50000〜200000mPa・sの状態で所定位置に塗布する。この接着剤6を所定位置に塗布するには、空気圧によって接着剤を押出す高粘度用、微量用のディスペンサーを利用することで制御が容易に可能である。
And the
塗布時の接着剤6の粘度が50000mPa・s未満の場合、粘度が低く基板5の軸C方向への接着剤6のダレが大きくなり、カプラ本体4への塗布面積が大きくなるため、膨張、収縮の影響を受けやすくなる。一方、接着剤6の粘度が200000mPa・sを越えた場合、粘度が高くなりすぎるため接着剤6と基板5との間で濡れが生じにくくなり接着力が低下する恐れがあるとともに、塗布量の管理が非常に困難となり、塗布量がばらつき特性変動の要因になってしまう。 When the viscosity of the adhesive 6 at the time of application is less than 50000 mPa · s, the viscosity is low, the sagging of the adhesive 6 in the direction of the axis C of the substrate 5 is increased, and the application area to the coupler body 4 is increased. Be susceptible to shrinkage. On the other hand, when the viscosity of the adhesive 6 exceeds 200,000 mPa · s, the viscosity becomes too high, so that the adhesive 6 and the substrate 5 are less likely to be wetted and the adhesive force may be reduced. Management becomes very difficult, and the coating amount becomes a factor of variation characteristic variation.
ここで用いられる接着剤6は、主にエポキシ系やアクリレート系の可視光硬化型、紫外線硬化型等樹脂が用いられることが多く、保管温度が低い場合には粘度は高くなり、保管温度が高い場合には粘度が低くなる。従って、接着剤6の粘度は温度を調整することによって所望の値に調整することができる。 The adhesive 6 used here is mainly an epoxy-based or acrylate-based visible light curable resin, ultraviolet curable resin, etc., and when the storage temperature is low, the viscosity is high and the storage temperature is high. In some cases, the viscosity is low. Therefore, the viscosity of the adhesive 6 can be adjusted to a desired value by adjusting the temperature.
接着剤6の塗布を開始してから、硬化を開始するまでには塗布作業に要する時間が経過するため、接着剤6の粘度が室温等に影響され時間の経過とともに低くなる傾向がある。 Since the time required for the application work elapses from the start of application of the adhesive 6 to the start of curing, the viscosity of the adhesive 6 tends to be affected by the room temperature or the like and becomes lower with the passage of time.
そこで、粘度が30000mPa・s以上の状態で硬化開始することが好ましく、基板5への接着剤6のダレが少なくなり接着剤6の塗布位置を管理することができる。塗布した接着剤6の粘度が30000mPa・s未満となると、ダレが大きくなり芯線部1、2への接着剤6の接触面積が大きくなり膨張、収縮の影響が大きくなる。
Therefore, it is preferable to start curing in a state where the viscosity is 30000 mPa · s or more, and the sagging of the adhesive 6 to the substrate 5 is reduced, and the application position of the adhesive 6 can be managed. When the viscosity of the applied adhesive 6 is less than 30000 mPa · s, the sagging increases and the contact area of the adhesive 6 with the
なお、低温時、常温時でも粘度の変化が生じない接着剤6の場合には、接着剤6の温度管理は必要ない。 In the case of the adhesive 6 in which the viscosity does not change even at a low temperature or at a normal temperature, temperature management of the adhesive 6 is not necessary.
このように、接着剤6の粘度が50000mPa・s〜200000mPa・sの状態で接着塗布を行い、時間の経過とともに粘度が低下することを考慮して、30000mPa・s以上の粘度状態で接着剤6を硬化開始することにより接着剤6を所定個所に所定量塗布することができ、接着剤6のダレが接着剤6の塗布直後と硬化後との比較において1mm以下であることが好ましい。 Thus, the adhesive 6 is applied in a state where the viscosity of the adhesive 6 is 50000 mPa · s to 200000 mPa · s, and considering that the viscosity decreases with the passage of time, the adhesive 6 in a viscosity state of 30000 mPa · s or more. By starting curing, a predetermined amount of the adhesive 6 can be applied to a predetermined location, and the sagging of the adhesive 6 is preferably 1 mm or less in comparison between immediately after application of the adhesive 6 and after curing.
なお、接着剤6を融着延伸部3の基点3aに塗布する際は、光ファイバカプラを観察しても見つけるのは非常に困難である。この基点3aは、融着延伸条件を一定に光ファイバカプラを作製できれば殆ど再現性があり、位置ずれはほとんど生じることはない。特に、延伸長に大きく影響されるため、延伸長が変化したとしてもその時点での基点3aを予め解体調査を行い、延伸長と基点3aの位置関係を把握しておくことで正しい境界点を常に把握することができる。
In addition, when applying the adhesive 6 to the base point 3a of the fusion stretched
また、上記接着剤6は、そのヤング率が1000〜6000MPa、硬化収縮率が1%以下、および線膨張係数がガラス転移温度以下で1×10−5/℃以下であることが好ましい。ヤング率が1000MPa未満の場合は接着剤6が柔らかすぎて引張ストレスに弱く、6000MPaを越える場合は硬すぎて振動、衝撃時に脆い傾向がある。硬化収縮率が1%を超える場合には、硬化時の収縮が大きく光ファイバカプラに引張ストレスがかかり破壊の原因となる。また、線膨張係数がガラス転移温度以下で1×10−5/℃を越える場合、使用環境下で温度が変化した際膨張、収縮によりストレスがかかり破壊の原因となる。 The adhesive 6 preferably has a Young's modulus of 1000 to 6000 MPa, a curing shrinkage of 1% or less, and a linear expansion coefficient of 1 × 10 −5 / ° C. or less at the glass transition temperature or lower. When the Young's modulus is less than 1000 MPa, the adhesive 6 is too soft and weak against tensile stress, and when it exceeds 6000 MPa, it is too hard and tends to be brittle during vibration and impact. When the curing shrinkage rate exceeds 1%, the shrinkage during curing is large, and tensile stress is applied to the optical fiber coupler, causing damage. Further, when the linear expansion coefficient is below the glass transition temperature and exceeds 1 × 10 −5 / ° C., when the temperature changes in the use environment, stress is applied due to expansion and contraction, which causes destruction.
次いで、本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
図1に示すような光ファイバカプラ試料を接着剤の塗布体積を種々変更して作製した。 Optical fiber coupler samples as shown in FIG. 1 were prepared by changing the adhesive application volume in various ways.
先ず、カプラ本体を波長帯が1550nm、分岐比が50±3%、過剰損失が0.1dB以下として作製した。 First, a coupler body was manufactured with a wavelength band of 1550 nm, a branching ratio of 50 ± 3%, and an excess loss of 0.1 dB or less.
先ず、接着剤のエポキシ成分を変更することによって引張剪断接着強度を3〜9MPaとした接着剤を準備した。そして、カプラ本体を石英からなる基板の凹溝上に、各接着剤の温度を調整することで粘度を表1に示す如く種々に調整した状態で、基板の両端部A、融着延伸部の両端部Bの塗布体積を種々変更して塗布し、硬化させることで接合した。 First, an adhesive having a tensile shear adhesive strength of 3 to 9 MPa was prepared by changing the epoxy component of the adhesive. Then, the coupler main body is placed on the concave groove of the substrate made of quartz and the temperature of each adhesive is adjusted so that the viscosity is variously adjusted as shown in Table 1, and both ends A of the substrate and both ends of the fusion stretched portion are formed. It joined by changing and changing the application | coating volume of the part B variously.
また、基板の両端部Aの接着剤の塗布位置は、基板の端面から2〜4mmとして光ファイバの被覆部、芯線部の境界が接着剤の中央部に来るように調整して接合し、融着延伸部
の端面を中心に±0.5〜1.5mmの範囲となるように調整して接合した。
Also, the adhesive application position at both end portions A of the substrate is 2 to 4 mm from the end surface of the substrate, and is adjusted and bonded so that the boundary between the coated portion of the optical fiber and the core portion comes to the central portion of the adhesive. It adjusted and joined so that it might become the range of +/- 0.5-1.5mm centering on the end surface of a stretched part.
なお、引張剪断接着強度は、JIS K 6850よって、塗布体積を高精度重量計によって測定した。 In addition, the tensile shear adhesive strength measured the application | coating volume with the high precision weight scale according to JISK6850.
そして、得られた光ファイバカプラ試料に、230g、1分間の引張り試験を実施した。 Then, a tensile test of 230 g for 1 minute was performed on the obtained optical fiber coupler sample.
ここでは断線の有無のみを確認することとした。 Here, only the presence or absence of disconnection was confirmed.
また、引っ張り試験にて断線しなかったサンプルに熱衝撃試験として、85℃で30分間キープ、−40℃で30分間キープ、温度の変更に5分間、これを1サイクルとして2000サイクル実施した。そして、実験前後での挿入損失の最大変動量を測定した。 In addition, as a thermal shock test, samples that were not disconnected in the tensile test were kept at 85 ° C. for 30 minutes, kept at −40 ° C. for 30 minutes, and the temperature was changed for 5 minutes. Then, the maximum fluctuation amount of the insertion loss before and after the experiment was measured.
その結果は表1に示す通りであった。
表1の結果より、引張剪断接着強度を5MPa以上の接着剤を用いて、粘度を50000〜200000mPa・sで塗布し、30000mPa・sで硬化させて接合し、総塗布体積を0.36〜5.6mm3とした試料(No.5、6、8〜20)は、引っ張り試験で断線が生じることはなく、挿入損失の変動量も0.21dB以下と小さくすることができた。
From the results of Table 1, using an adhesive having a tensile shear adhesive strength of 5 MPa or more, the viscosity is applied at 50000-200000 mPa · s, cured at 30000 mPa · s and bonded, and the total applied volume is 0.36-5 In the samples (Nos. 5, 6 , 8 to 20) of .6 mm 3 , disconnection did not occur in the tensile test, and the variation in insertion loss could be reduced to 0.21 dB or less.
特に、基板の両端部Aの1ヶ所あたりの塗布体積が0.16〜1.6mm3であり、融着延伸部の両端部Bの1ヶ所あたりの塗布体積が0.02〜1.2mm3の試料(No.5、6、8、9、11、12、14〜17、19)は、引っ張り試験で断線せず、挿入損失の変動量も0.08dB以下とより小さくすることができた。 In particular, the coating volume per location on both ends A of the substrate is 0.16 to 1.6 mm 3 , and the coating volume per location on both ends B of the fusion stretched portion is 0.02 to 1.2 mm 3. The samples (Nos. 5, 6, 8, 9, 11, 12, 14-17, and 19) were not disconnected in the tensile test, and the variation in insertion loss was 0.08 dB or less. .
これに対し、引張剪断接着強度が5MPa未満の接着剤を用いた試料(No.1、2、3)は引っ張り試験で断線してしまった。総塗布体積を0.3mm3とした試料(No.4、7)は挿入損失変動が大きくなった。 On the other hand, the samples (Nos. 1, 2, and 3) using an adhesive having a tensile shear adhesive strength of less than 5 MPa were broken in the tensile test. Samples (Nos. 4 and 7) having a total coating volume of 0.3 mm 3 had a large insertion loss fluctuation.
また、総塗布体積が5.6mm3を越える試料(No.21、22)も、挿入損失変動が大きかった。 In addition, the samples (No. 21, 22) having a total application volume exceeding 5.6 mm 3 also had large insertion loss fluctuations.
1、2:芯線部
3:融着延伸部
4:カプラ本体
5:基板
5a:凹溝
6:接着剤
7:接着剤
8:他の接着剤
10、20:光ファイバ
A、B:接着剤の位置
1, 2: Core wire part 3: Fusion stretch part 4: Coupler body 5:
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WO2018225554A1 (en) | 2017-06-06 | 2018-12-13 | タツタ電線株式会社 | Optical fiber coupler |
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2003
- 2003-12-22 JP JP2003425760A patent/JP2005181899A/en active Pending
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