JP2006065166A - 光ファイバの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＤからの光に関する高精度な位置決め処理を実行可能な光通信装置の構成に最適となるように、端面におけるコアとクラッドの境界を明確に区別して加工することができる光ファイバの加工方法を提供すること。
【解決手段】 光ファイバの加工方法は、二つの端面を有する光ファイバの加工方法で、所定の曲率半径を持つように光ファイバを少なくとも一箇所曲げた状態で固定する固定工程と、第一の端面における少なくともコア全域にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、第二の端面側から光ファイバ内を通して特定の波長の光を所定時間照射することにより、第一の端面におけるコアに塗布されたレジストのみを露光、現像する露光／現像工程と、露光／現像工程によって残存するレジストを使用してコアとクラッド間に段差を形成する段差形成工程と、を含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光通信装置に使用される光ファイバの加工方法に関する。

光通信装置は、ＬＤで発光し情報による変調を施された光を光ファイバに伝達させる為の装置であり、ＬＤ、ＬＤからの光を集光させるレンズ、光ファイバ等の光学部品から構成される。光ファイバー通信を加入者宅内に引き込む回線終端装置（ＯＮＵ；Optical Network Unit）として使用される光通信モジュールでは、一般的に、送受信を一本の光ファイバで行う双方向型の通信に対応するため、光通信モジュール内にさらに受光素子や、異なる波長の光を分離するためのＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）フィルタ等が備えられる。

上記のような光通信モジュールでは、ＬＤからの信号光を光ファイバを介して送受信するため、該光をコアの略中心に入射させる必要がある。つまり、ＬＤは、コア径が数μｍの光ファイバに対して高精度で位置決めされなければならない。従来の位置決め方法は、光ファイバから射出された光の光量を検出し、該光量が所定レベル以上に達した状態をもって、コアの略中心にＬＤからの光が入射していると判断する。そして通常、これらの光学部品は、位置決め後、溶着あるいは接着剤を用いて堅固に固定される。

しかしながら、上記従来の位置決め方法では、射出された光の光量が所定レベルに達していない場合、ＬＤからの光の入射位置がコアの中心に対してどちらの方向にどれだけずれているのか判別することができない。そのため、光ファイバから射出された光の光量が所定レベルに達するまでＬＤからの光の入射位置と光ファイバのコア中心との相対的な位置合わせを試行錯誤で繰り返さなければならず非常に手間がかかり、時間的負担が大きかった。

さらに、上記位置決め方法によって位置合わせが完了した後、接着剤を用いて部品の相互位置を位置決め固定することによって光通信モジュールを構成したとしても、次のような問題点が残される。第１に、上記のように光通信モジュールを製造した場合、接着剤の収縮や加工による部品の変形や破壊等がありうるため、接着後、乾燥した後でなければ製品の良否を判定できない点である。また、このような光通信モジュールで高い歩留まりを達成することは比較的難しいと考えられる。第２に、性能に経時変化があった場合、修正することが不可能で、高精度での位置決めを維持することができないという点である。

上記の各問題点を解決するためには、光ファイバ入射端面におけるＬＤからの光の入射位置を実際に検出して該入射位置がコア中心と一致するように位置決めすること、そしてＬＤからの光に関する位置決め処理が常時行われるように光通信モジュールを構成すること等が提案できる。この提案を実現するためには、ＬＤからの光の光ファイバ入射端面における入射位置を高精度で検出できるとともに、光ファイバの入射端面におけるコアとクラッドの境界を明確に判別することができるように該入射端面を加工しなければならない。

ここで、従来の光ファイバの入射端面を加工する方法として、下記の特許文献１や特許文献２に開示される内容が知られている。

特開平５−１０７４２８号公報 特開２００１−３０５３８２号公報

上記各特許文献１、２は、光ファイバを光導波路等の他の光学部材と光学的に接続する際の光の伝播効率の向上を目的とするものである。そのため、各特許文献１、２は、光ファイバの一面におけるコア端部自体を凸形状にしたり、コア端部近傍に凸状部材を形成したりする加工方法について開示している。すなわち、該加工方法は、他の光学部材と対向して位置する射出端面、すなわち他の光学部材と光学的接続を行うための端面を加工する場合には好適である。

しかし、特許文献１によるコア端部自体を凸形状にする加工方法は、コアとクラッドの組成の違いによるエッチング速度の差を利用するものなので、コアとクラッドを高精度に区別して加工することは困難である。従って、該加工法により加工された光ファイバを使用してもＬＤからの入射位置を高精度で検出することができない。また、特許文献２によるコア近傍に凸状部材を形成する加工法では、所定の範囲にのみ露光するために用いられるマスクとファイバのアライメントが非常に困難なので、特許文献２の方法ではコアとクラッドの境界を明確に区別し加工することが不可能である。従って、各特許文献１、２に記載の加工方法は、高精度な位置検出および位置決めに最適な入射端面を加工する方法として使用することはできない。

以上の諸事情に鑑み、本発明は、ＬＤからの光に関する高精度な位置決め処理を実行することのできる光通信装置の構成に最適となるように、端面におけるコアとクラッドの境界を明確に区別して加工することができる光ファイバの加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本願発明に係る光ファイバの加工方法は、第一の端面と第二の端面とを有する光ファイバの加工方法であって、所定の曲率半径を持つように光ファイバを少なくとも一箇所曲げた状態で固定する固定工程と、第一の端面における少なくともコア全域を含む領域に、レジストを塗布するレジスト塗布工程と、第二の端面側から光ファイバ内を通して特定の波長の光を所定時間照射することにより、第一の端面におけるコアに塗布されたレジストのみを露光した後、現像する露光／現像工程と、露光／現像工程によって残存するレジストを使用してコアとクラッドとの間に段差を形成する段差形成工程と、を含む。

請求項１に記載の発明によれば、所定の曲率半径をもつように光ファイバを曲げることにより、第二の端面側から光ファイバ内を通した光のうち、クラッドに入射した光は、複数回の減衰を経ることにより、たとえ第一の端面に入射しても露光に殆ど寄与しない。これに対し、コアに入射した光は、コア内で全反射を繰り返して第一の端面のコアに塗布されたレジストのみに入射する。結果として本発明によれば、コアに塗布されたレジストのみを極めて高精度で露光することができる。

従って、請求項１に記載の発明によれば、第一の端面におけるコアとクラッドの境界を明確に区別する加工、換言すれば第一の端面におけるコアとクラッドとの光学的な性能差を顕著にする加工をすることが可能となる。このように加工された光ファイバを使用すれば、上記の性能差に基づいて光源からの光の第一の端面における位置を検出することが可能となる。そしてその検出結果に基づいて光源からの光の入射位置をコア中心に決定する負帰還制御が可能となる。本発明に係る光ファイバを上記第一の端面が光源からの光の入射端面となるように配置した光通信装置であれば、常時あるいは任意のタイミングで、位置決め処理を実行することができるため、環境変化や経時変化があっても高性能を維持することができる。

請求項２に記載の発明によれば、上記クラッド層の外面は、粗面として加工しておくことが望ましい。これにより、クラッドの外壁における散乱による減衰効果をより一層高いものとすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、上記クラッドの外側に少なくとも一層の被覆をすることにより、クラッドと被覆との境界面における散乱による減衰効果をより一層高いものとすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、上記クラッドの更に外側に二層以上の被覆をし、被覆層間の境界面の少なくとも一面を粗面として加工することにより、被覆層間の境界面における散乱による減衰効果をより一層高いものとすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、上記特定の波長の光として紫外線である場合、上記被覆の少なくとも一層に紫外線吸収材を用いれば、該紫外線吸収材層内の吸収損失による減衰効果をより一層高いものとすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の構成において、該紫外線吸収材層の紫外線に対する屈折率を、該紫外線吸収材層の内側に接する層の紫外線に対する屈折率より高くすれば、紫外線吸収材層内に上記内側層からより多くの光線が放出される。これにより、紫外線吸収材層内の吸収損失による減衰効果をより一層高いものとすることができる。

請求項７に記載の発明によれば、紫外線吸収材は紫外線に対して不透明なナイロン製とすることができる。

なお、光ファイバのクラッドの外側は、例えばＵＶ硬化樹脂によってコーティングされていることが望ましい。これにより光ファイバの強度を高めることができる。

請求項８に記載の発明によれば、所定の曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）は以下の条件（１）、
２０≦Ｒ≦２００・・・（１）
を満たすとよい。

請求項９に記載の発明によれば、レジスト塗布工程において、第一の端面全域にレジストを塗布することができる。また、レジストは、ネガタイプを使用しても良く（請求項１０）、ポジタイプを使用しても良い（請求項１１）。

例えば、ネガタイプのレジストを使用した場合、クラッドの少なくともコア近傍領域を、該コアとは異なる反射率を有するように表面処理する表面処理工程と、該表面処理工程によって表面処理された第一の端面に残存するレジストを剥離するレジスト剥離工程とを含む段差形成工程を採用することができる（請求項１２）。

請求項１２に記載のような段差形成工程を経て加工される光ファイバの第一の端面は、コアが凹んだ状態になる。そのため、コアとクラッドに入射した光に回折現象を発生させることができる。従って、第一の端面で反射した光の強度分布から位置決め処理を行うことができる。

さらに、表面処理工程においてコアとクラッドで反射率に差を設けることにより、コアで反射した光とクラッドで反射した光との光量差に基づく位置決め処理も可能になる。より具体的には、表面処理工程は、第一の端面におけるクラッドの少なくともコア近傍領域に金属材料を薄膜状に蒸着させる蒸着工程である（請求項１３）。

また、第一の端面においてレジストが残存していない領域をエッチングするエッチング工程と、該エッチング工程後に第一の端面に残存するレジストを剥離するレジスト剥離工程と、を含む段差形成工程も採用することが可能である（請求項１４）。該段差形成工程は、ネガ、ポジいずれのタイプのレジストであっても使用することができる。

詳しくは、ネガタイプのレジストを使用した場合、コアにレジストが残存する。従って、クラッドが上記エッチング工程によってエッチングされる。つまりコアが突出した状態になる。また、ポジタイプのレジストを使用した場合、クラッドにレジストが残存する。従って、コアが凹んだ状態になる。いずれの状態であっても、コアとクラッドに入射した光に回折現象を発生させることができるため、第一の端面で反射した光の強度分布から位置決め処理を行うことができる。

レジスト塗布工程において、ポジタイプのレジストを使用した場合には、第一の端面においてレジストが残存していない領域に光ファイバと略同一の屈折率を有する材料を充填する充填工程と、該充填工程後に第一の端面に残存するレジストを剥離するレジスト剥離工程とを含む段差形成工程を採用することも可能である（請求項１５）。このような段差形成工程によっても、コアを突出させた状態にすることが可能である。

以上説明したように本発明によれば、最外周を第一の材料で被覆した光ファイバを条件を満たすように曲げた状態で第二の端面側から露光することにより、クラッドに入射した光を効果的に減衰させることができる。従って、第一の端面において、コアに塗布されたレジストのみを高い精度をもって露光、現像することができる。結果として、本発明によれば、端面におけるコアとクラッドの境界を明確に区別して加工することができる

つまり、本発明によれば、光ファイバの、光通信装置に搭載されるときにＬＤからの光が入射する側の端面に、該光の入射位置に関する高精度な位置決め処理を可能とする段差を形成することができる。別の観点からは、本発明の光ファイバの加工方法は、常時、ＬＤからの光に関する位置決め処理を実行して、振動等の機械的条件の変化等の環境変化があっても高い性能を維持することのできる光通信装置の構成に最適な光ファイバを提供することができる。

以下、本発明の光ファイバの加工方法に関する実施形態をいくつか説明する。なお、第一実施形態および後述する第二、第三の各実施形態の光ファイバの加工方法によって加工される光ファイバ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、どれもＬＤからの信号光を伝送する手段として光通信モジュールに実装される。本発明の光ファイバの加工方法は、加工対象となる光ファイバの入射端面におけるコアとクラッドの光学的な性能を明確化するための所定の段差を高い精度をもって設ける工程を取り入れている。そのため、該光ファイバを実装する光通信モジュールでは、該段差によって得られた光学的な性能差に基づいて、常時、ＬＤからの光の位置に関する高い精度での位置決めが可能となる。

図１は、各実施形態の光ファイバの加工方法によって加工される前の光ファイバ（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）を示す。図１に示すように、光ファイバ３Ａ〜３Ｄは、クラッド３２とコア３３からなる本体を有する。光ファイバ３Ａ〜３Ｄは、第一の端面３１および、該端面３１の反対側の端面である第二の端面３４を有する。また該本体は、保護のため、周囲をＵＶ硬化樹脂製の膜３５によって被覆されている。なお、ＵＶ硬化樹脂膜３５は、紫外光に対する屈折率がクラッド３２以上のものが使用される。なお、以下の本文において単に屈折率と記した場合には、紫外光に対する屈折率をさすものとする。また、ＵＶ硬化樹脂膜３５は、予め、外側の面、つまり表面が粗面として加工される。表面を加工する方法としては、該表面をヤスリがけする等が例示される。ここで、上記の通り、屈折率がクラッド３２以上のＵＶ硬化樹脂膜３５を使用しているため、紫外光がクラッド３２とＵＶ硬化樹脂膜３５の界面において全反射することはない。

各実施形態の加工方法は、まず、光ファイバ３Ａ〜３ＤのＵＶ硬化樹脂膜３５の表面をさらに光吸収率の高い材料、本実施形態では光ファイバの加工時に紫外線を使用するため、紫外線に対して不透明な材料によって被覆する（被覆工程）。ここでは、紫外線に対して不透明な材料としてナイロン３６を使用する。ナイロン３６は、屈折率が、光ファイバの最も外側にある部位、ここではファイバ保護用のＵＶ硬化樹脂膜３５以上になっている。つまり、光ファイバ３Ａ〜３Ｄにおいて、クラッド３２、ＵＶ硬化樹脂膜３５、ナイロン３６は、クラッド３２から外側（空気側）に向かうにつれて屈折率が徐々に大きくなる状態にある。あるいはクラッド３２、ＵＶ硬化樹脂膜３５、ナイロン３６は、屈折率が略同一の状態にある。なお、図１において、第一の端面３１、ＵＶ硬化樹脂膜３５の該端面３１側端部、ナイロン３６の該端面３１側端部は、互いにずらして図示しているが、これは説明の便宜上である。本発明に係る加工方法においては、ＵＶ硬化樹脂膜３５の該端面３１側端部、ナイロン３６の該端面３１側端部は、第一の端面３１に揃えられる。後に説明する図３、図４においても同様である。

ナイロン３６による被覆が行われると、光ファイバ３Ａ〜３Ｄは次いで所定の曲率半径Ｒを持つように一箇所曲げられた状態で固定される（固定工程）。曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）は、以下の条件（１）を満たすように設定される。
２０＜Ｒ＜２００・・・（１）

条件（１）は、光ファイバに無用の負荷を与えて破損させることなく、かつ該光ファイバの第一の端面を高い精度をもって露光するための条件である。条件（１）において、上限を超えると、後述の露光工程において、クラッドに入射した紫外光を散乱する効果が薄れてしまい好ましくない。また、下限を下回ると、光ファイバに必要以上の負荷がかかり、折れや断線が発生するおそれがあるため好ましくない。

但し、光ファイバ３Ａ〜３Ｄの構造や材質によっては、下限をさらに上げる、例えば５０ｍｍにする必要がある。本実施形態では、曲率半径Ｒを約１００ｍｍに設定している。

各実施形態の加工方法は、上述した被覆工程、固定工程を経て、実施形態毎に異なる工程を光ファイバに施す。以下、実施形態毎に説明する。

図２は、第一実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。図２Ａは、被覆工程および固定工程を経た状態の光ファイバ３Ａを示す。所定の曲率半径Ｒを持つ状態で曲げて固定された光ファイバ３Ａは、図２Ｂに示すように、第一の端面３１全域にわたって略均一な厚みでレジストｒが塗布される（レジスト塗布工程）。レジストを略均一な厚みで塗布する方法としては、スピンコータを使用する方法やレジストｒをスプレーする方法等の周知の方法を使用する。なお、第一実施形態で使用されるレジストｒは、ネガタイプである。

第一の端面３１の全域にレジストｒが均一に塗布されると、次いで、露光／現像工程が実行される。露光／現像工程では、まず図２Ｃに示すように、第二の端面３４側から紫外光を照射する。該紫外光は、第二の端面３４に入射し、コア３３内を通って、レジストｒに入射する。このように紫外光をレジストが塗布された第一の端面３１側から照射するのではなく、第二の端面３４側から照射することにより、第一の端面３１にマスクを生成する工程が省略され、簡易かつ短時間での加工を実現している。

図３は、上記被覆工程と固定工程を経た光ファイバ３Ａを露光する状態を、紫外光の成分である光線Ｌ１〜Ｌ３を用いて模式的に示す図である。光線Ｌ１は第二の端面３４に対して略直角に入射しコア３３内を進む光線を、光線Ｌ２は第二の端面３４に対して略直角に入射しクラッド３２内を進む光線を、光線Ｌ３は第二の端面３４のクラッド部に対して斜めに入射する光線を、それぞれ表す。

図３に示すように、第一実施形態の加工方法の露光工程時、光線Ｌ１は、コア３３の直径が数μｍと非常に微細であるため、ファイバーの曲げによる影響をほとんど受けることなく、コア３３内を全反射しつつ進む。そして、光線Ｌ１は強度が弱まることなく第一の端面３１に入射する。これに対して、光線Ｌ２、Ｌ３は、光ファイバ３Ａが上記固定工程において曲げられた状態にあるため、ＵＶ硬化樹脂膜３５とナイロン３６の界面で反射を繰り返しつつ、第一の端面３１に入射する。図３中、光線Ｌ２、Ｌ３の該界面における入射位置を点Ｐで示す。ここで、上記の通り光ファイバ３Ａは、ナイロン３６がＵＶ硬化樹脂膜３５以上の屈折率を有するように設計されている。従って、光線Ｌ２、Ｌ３は、点Ｐにおいて反射する際、全反射の臨界角を越えて一部成分が外界に漏れ出す。より具体的には、光線Ｌ２やＬ３は、点Ｐにおいて、散乱や透過、ナイロン３６への吸収といった光の減衰現象を発生させる。これを曲げによる光の放射損失という。なお、上記のようにＵＶ硬化樹脂膜３５の表面は粗面に加工されているため、より効果的に光を減衰させることができる。

このように、光線Ｌ１以外の光線Ｌ２やＬ３は、ＵＶ硬化樹脂膜３５とナイロン３６の界面で減衰しつつ反射する現象を複数回繰り返して第一の端面３１に入射する。そのため、第一の端面３１に入射時の光線Ｌ２やＬ３は、光線Ｌ１よりも遙かに強度が弱くなっている。よって、たとえクラッド３２に塗布されたレジストｒに入射したとしても該レジストｒの露光に殆ど寄与することがない。これに対し、コア３３を介して第一の端面３１に入射する光線Ｌ１は、殆ど減衰されることなく、コア３３に塗布されたレジストｒを十分な強度をもって露光する。

なお、紫外光の照射時間は、コア３３に塗布されたレジストｒが十分に露光される最適な時間に設定される。露光が終了すると、次いで現像を行い露光されていないレジスト、換言すればクラッド３２に対応する領域にあるレジストｒを溶かし去る。

図２Ｄは、現像後の光ファイバ３Ａを示す。上記のようにして第二の端面３４から紫外光を照射して露光しているため、図２Ｄに示すように、コア３３に対応する領域にあるレジストｒのみがコア３３を底面とする略円柱状に残存することがわかる。

続いて、現像後の第一の端面３１に金属材料ｍを均一の厚みで蒸着し、鏡面を形成する（蒸着工程）。図２Ｅは、光ファイバ３Ａの第一の端面３１に金属材料ｍ（図中、斜線領域で示す）を蒸着した状態を示す。金属材料ｍとしては、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ等といった高反射率のものが例示される。なお金属材料ｍを第一の端面３１に成膜する場合、蒸着以外にも、スパッタリングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着法）等の手法を用いることができる。このように金属材料ｍを薄膜状に蒸着させることにより、第一の端面３１におけるクラッドは鏡面となる。第一の端面３１上に金属材料ｍを蒸着すると、残存していたレジストｒを該レジストｒ上に蒸着された金属材料ｍとともに第一の端面３１からリフトオフし、コア３３を露出させる（レジスト剥離工程）。残存するレジストｒの剥離にはアセトン等の溶液を使用する。図２Ｆは、レジストｒを剥離した光ファイバ３Ａを示す。これにより光ファイバ３Ａは、図４に示す構造を有する。

図４に示すように、光ファイバ３Ａの第一の端面３１は、コア３３以外の領域、すなわちクラッド３２の略全域がコアとは異なる反射率を有するように表面処理されている。より具体的には、第一実施形態の加工方法によれば、第一の端面３１は、金属材料ｍをクラッド３２の略全域に薄膜状にコーティングするため、クラッド３２よりもコア３３が凹んだ状態の段差が形成される。

図４に示す光ファイバ３Ａを使用すれば、クラッド３２に何ら加工を施さない従来の光ファイバよりも、第一の端面３１の反射率を高めることが可能となる。従って、第一の端面３１をＬＤからの光の入射端面として、光ファイバ３Ａを光通信モジュールに配設すれば、クラッド３２に入射して反射した光の光量を検出することが可能になる。これにより入射端面（第一の端面３１）における光の入射位置を高精度でコア３３中心に合わせることが可能になる。

以上が第一実施形態の光ファイバの加工方法である。なお、上記説明では、第一の端面３１全域に鏡面を形成している。しかし、加工された光ファイバを組み込む光通信装置、より具体的には該装置における位置検出システムの仕様によっては、鏡面はコア３３の近傍にのみ施されていればよい場合もありうる。このような場合には、図５に示すようなコア３３近傍のクラッド３２のみに金属材料ｍによる成膜を施すことにより、ちょうどコア３３を囲むドーナツ状の鏡面領域を備えた光ファイバ３Ａ’を提供することも可能である。

また、第一実施形態では、Ｃｒ等の高反射率の材料ｍを蒸着させることにより段差を設け、第一の端面３１の場所によって反射率を変える加工を施している。しかし、薄膜状にコーティングする材料は、Ｃｒ等のような金属材料でなくてもよい。該材料は、第一の端面３１での反射光を用いて少なくともコア３３とクラッド３２との境界を明確に検出するために必要なコアとクラッドの反射率差を発生させる材料であればよい。例えば、少なくともコア以上の反射率を有する材料であればクラッド３２を滑らかに光らせることが可能となり上記と略同様の効果を得ることができる。なお、金属材料ｍ以外の材料を使用する場合であっても、光ファイバ３Ａは、図２に示す工程と略同様の工程を経て加工されるため、具体的な加工方法についてここでの説明は省略する。

図６は、第二実施形態の光ファイバの加工方法によって加工された光ファイバ３Ｂを示す。なお、光ファイバ３Ｂにおいて上記光ファイバ３Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。図６に示すように、光ファイバ３Ｂは、第一の端面３１においてコア３３が光ファイバ３Ｂの光軸方向に所定量突出し、かつ突出したコア３３の面とクラッド３２の面とが略平行になるような段差を形成される。上記所定量は、突出したコア３３の面とクラッド３２の面の双方に光が入射した場合に、回折現象が起こるようにλ／４よりも小さい値に設定される。但し、λは入射する光の波長である。本実施形態では、コア３３に入射して反射した光とクラッド３２に入射して反射した光との光強度差が最大となるように、上記所定量をλ／８に設定している。

このように段差形成された光ファイバ３Ｂを、第一の端面３１がＬＤからの光の入射端面となる状態で光通信モジュールに配設すれば、コア３３からの反射光と、クラッド３２からの反射光との光強度分布を検出することができる。そして、該光強度分布に基づいて、入射端面（第一の端面３１）における光の入射位置を高精度でコア３３中心に合わせることが可能になる。

上記のような入射端面における光の光強度分布に基づく位置検出は、何ら加工を施さない従来の光ファイバを使用した光通信モジュールでは実行できない。また、特許文献１、２の加工方法によってレンズを一体形成された光ファイバでは、加工した面（射出端面）においてコア（コア近傍）が凸レンズ状になっている。そのため、仮に加工した面を入射端面として光通信モジュールに配設しても上記のような回折効果を有効に得ることができないため、やはり光の光強度分布に基づく高精度な位置検出および位置決めができない。より詳しくは、特許文献１に開示される製造方法は、クラッドとコアの溶解差を利用している為、本来溶解すべきではないコアも溶解されてしまう。そのため該製造方法による光ファイバは、光伝送効率が悪くなり、通常の光通信には適していない。特許文献２に開示される製造方法は工程が煩雑であり、コストがかさむだけでなくになるだけでなく、結果物の歩留まりも悪いという欠点も残している。これら従来の問題点を第二実施形態の光ファイバの加工方法は、以下の工程を経ることにより解決している。

図７は、第二実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。第二実施形態の加工方法において使用するレジストｒも、上記第一実施形態と同様にネガタイプである。また、第二実施形態の加工方法において、被覆工程と固定工程を経て露光／現像工程を行うまでは、上記第一実施形態と同様である。従って、図７Ａに示す光ファイバ３Ｂの状態は、図１に示す状態にあり、図７Ａ〜図７Ｄまでに示す光ファイバ３Ｂの加工状態は、図２Ａ〜図２Ｄに示すものと同一である。

図７Ｄに示すように、露光／現像工程が終了し、コア３３に対応する領域にのみレジストが残存した状態の光ファイバ３Ｂは、次いでレジストｒが残存していないクラッド３２をエッチングされる（エッチング工程）。一般にエッチングには、ウェット式とドライ式があり、どちらを使用することも可能である。本実施形態では、光の高精度な位置検出に必要な光強度分布を明確に検出するために、コア３３とクラッド３２との段差を高い精度を持って形成すべく、ドライ式のエッチング処理を採用している。本実施形態に好適なドライエッチング装置としては、異方性エッチングに優れる、高速原子線加工装置が挙げられる。図７Ｅは、コアの面３３とクラッド３２との段差がλ／８になるまで、クラッド３２がエッチングされた光ファイバ３Ｂの状態を示す。図７Ｆは、レジストｒを剥離した光ファイバ３Ｂを示す。これにより光ファイバ３Ｂは、図６に示す構造を有する。

以上が第二実施形態の光ファイバの加工方法の説明である。第二実施形態ではネガタイプのレジストを使用しているが、ポジタイプのレジストを使用しても光ファイバ３Ｂと同様の効果を奏する光ファイバ３Ｃを提供することができる。

図８は、第三実施形態の光ファイバの加工方法によって加工された光ファイバ３Ｃを示す。なお、光ファイバ３Ｃにおいても上記光ファイバ３Ａや３Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。図８に示すように、光ファイバ３Ｃは、第一の端面３１においてコア３３が光ファイバの光軸方向に沿って所定量凹んでおり、かつ凹んだコア３３の面とクラッド３２の面とが略平行になるように加工される。上記所定量は、λ／４よりも小さい値に設定されることが好ましく、光ファイバ３Ｂと同様、光ファイバ３Ｃもλ／８に設定している。

図９は、第三実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。第三実施形態の加工方法では、レジスト塗布工程においてポジタイプのレジストｒを使用する点以外は、被覆工程と固定工程を経て露光／現像工程を行うまで上記第二実施形態における加工方法と略同様である。従って、図９Ａに示す光ファイバ３Ｃの状態は、図１に示す状態にあり、図９Ａ〜図９Ｃまでに示す光ファイバ３Ｃの加工状態は、図７Ａ〜図７Ｃに示す光ファイバ３Ｂの加工状態と略同一である。

図９Ｄは、露光／現像工程終了後の光ファイバ３Ｃの状態を示す。上記のように、第三実施形態の加工方法ではポジタイプのレジストｒを使用している。そのため、図９Ｄに示す光ファイバ３Ｃは、上記二つの光ファイバ３Ａ、３Ｂの加工時とは異なり、露光されたコア３３に対応する領域にあるレジストｒのみが除去されている。

図９Ｅは、図９Ｄに示す状態の光ファイバ３Ｃに対してエッチングをした状態を示す。第三実施形態の加工方法におけるエッチング工程も上記第二実施形態と同様にドライ式のエッチングを採用する。図９Ｅに示す光ファイバ３Ｃにおいて、コア３３は、コアの面３３とクラッド３２との段差がλ／８になるまでエッチングされている。図９Ｆは、エッチング工程後にレジストｒを剥離してクラッド３２が露出した光ファイバ３Ｃを示す。これにより光ファイバ３Ｃは、図８に示す構造を有する。

第二実施形態および第三実施形態の光ファイバの加工方法では、エッチングすることによって第一の端面３１におけるコア３３とクラッド３２に段差を形成している。しかし、エッチング工程以外の工程であっても段差を形成することが可能である。図１０は、第四実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。第四実施形態の加工方法では、露光／現像工程まで上記第三実施形態における加工方法と略同様である。従って、図１０Ａに示す光ファイバ３Ｄの状態は、図１に示す状態にあり、図１０Ａ〜図１０Ｃまでに示す光ファイバ３Ｄの加工状態は、図９Ａ〜図９Ｃに示す光ファイバ３Ｃの加工状態と略同一である。

第四実施形態の加工方法では、図１０Ｄに示す状態の光ファイバにおけるコア３３に対応する領域に所定の材料ｇを充填することにより段差を形成している（図１０Ｅ）。所定の材料ｇは、光伝送を妨げることがないように、コア３３と略同一の屈折力を有する材料が選択される。例えば、ガラス（ＳｉＯ_２）等が好適である。なお所定の材料ｇは、段差の寸法分、すなわちλ／８の厚みを有するまで充填される。次いで図１０Ｆに示すように、レジストを剥離（リフトオフ）することにより、図６に示す光ファイバ３Ｂと略同形状の光ファイバ３Ｄが提供される。

第四実施形態では、ポジタイプのレジストｒを使用しているため、コア３３に対応する領域に所定の材料を充填することにより段差を形成している。第四実施形態の変形例として、ネガタイプのレジストを使用することも可能である。この変形例の場合、レジストが除去された領域、つまりクラッド３２に対応する領域にクラッド３２と同一材料、または略同一の屈折率を有する材料をλ／８の高さまでコーティングする。

上記のように加工された光ファイバ３Ａ〜３Ｄを、例えば以下のような光通信モジュールに搭載することにより、該光通信モジュールは、ＬＤからの光の第一の端面３１における入射位置をコア３３の中心に高精度で合わせる位置決め処理を常時実行可能になる。

以下、光通信モジュール１０における、光ファイバ３Ａの入射端面３１に入射する送信用の信号光の位置決め処理に関して概説する。図１１は、光ファイバ３Ａを搭載した光通信モジュール１０の構成を表す図である。光通信モジュール１０は、光ファイバー通信を加入者宅内に引き込むＯＮＵとして用いられる。例えば光通信モジュール１０は、一本の光ファイバで上り信号として波長１．３μｍを送信し、下り信号として１．５μｍの信号を受信するように構成された、双方向のＷＤＭ伝送に対応した光通信モジュールである。

図１１に示す光通信モジュール１０は、レーザＬＤ、第一集光レンズ２、光ファイバ３Ａ、第二集光レンズ４、光検出器５、コントローラ６、アクチュエータ７を備える。

送信用の信号光の光源であるレーザＬＤは面発光レーザであり、送信用の情報によって変調されるように構成されている。レーザＬＤ、第一集光レンズ２、および光ファイバ３Ａは、光軸が同一直線上にあるように配置される。光ファイバ３Ａは、第一の端面３１が第一集光レンズ２と対向するように配設される。つまり、第一の端面３１はＬＤからの光が入射する面に相当する。レーザＬＤで発光された波長１．３μｍの送信光は、第一集光レンズ２によって光ファイバ３の入射端面（第一の端面）３１に向けて集光される。集光された送信光は、光ファイバ３を介して受信側の光通信モジュール（不図示）に伝送される。これにより光通信が実現される。

光通信モジュール１０において位置決め処理を行う場合、入射端面３１によって反射した反射光を第二集光レンズ４に導く。ここで、光ファイバ端面３１を光軸に対して傾くような面に加工することにより、該反射光を第二集光レンズ４に導くための手段が不要となり、部品点数の削減が達成される。第二集光レンズ４は、該反射光を集光し、光検出器５に導く。光検出器５は、入射端面３１と共役な位置に配設されている。つまり、光ファイバの中心で反射した反射光は光検出器５の受光面の略中心に入射する。

光検出器５は、受光面が該受光面の中心で互いに直交して延出する２本の境界線によって４つのエリアに等分割された４分割フォトダイオードである。光検出器５は、入射する光の光量変化をエリアごとの光量データとしてコントローラ６に送信する。

なお、コア３３の反射率はクラッド３２（鏡面ｍ）の反射率よりも極めて低い。従って、コア３３で反射した光に関する受光量は微量であるために正確に検出できないおそれがある。そこで、本実施形態の光検出器５は、受光面において、コア３３で反射した光が入射する領域の感度を高めてコア３３で反射した光の光量を高精度で検出可能にしている。

コントローラ６は、各エリアの光量データを受信すると、各光量データに基づいてＬＤからの光がコア３３の中心に入射するように負帰還制御する。具体的には、コントローラ６は、各エリアに入射した光の光量差がなくなるまで、アクチュエータ７を介して第一集光レンズ２を駆動して、入射端面３１上において光源からの光の入射位置を移動させる。各エリアに入射した光の光量差がなくなれば、ＬＤからの光がコア３３の中心位置に入射している。

なお、上述した位置決め処理は、光通信モジュール１０製造時の初期の位置調整で行われるだけでなく、光通信モジュール１０の電源投入後、光通信を行っている間も常時実行される。すなわち、光検出器５は、光通信が実行されている間は常にＬＤからの光を受光する。そのため、コントローラ６は、光検出器５から常時、または定期的に送信される光量データに基づいて各エリアの光量差がなくなるような負帰還制御を実行することができる。

以上が、光ファイバ３Ａを搭載した光通信モジュール１０の位置決め処理の説明である。なお、光通信モジュール１０の構成は、光ファイバ３Ａのかわりに光ファイバ３Ｂ〜３Ｄを搭載することによっても、上記と同様の位置決め処理を実行することができる。但し、光ファイバ３Ｂ〜３Ｄを使用した場合、コントローラ６は、受光面における各エリアの光量差をなくすように負帰還制御するのではない。コントローラ６は、入射端面３１で反射した光の光強度分布が、コア３３中心にＬＤからの光が入射したときに得られる所定の分布と一致するように負帰還制御する。

以上が本発明の実施形態である。なお、上記の各実施形態では、いずれの実施形態も被覆工程、固定工程、そしてレジスト塗布工程の順に行うと説明した。しかし、本発明に係る加工方法において、被覆、固定、レジスト塗布の各工程は必ずしもこの順に従う必要はない。例えば、被覆工程とレジスト塗布工程を行った後、固定工程を行ってもよい。

また、上記実施形態では、図１に示すように、固定工程において光ファイバを曲げる箇所を一箇所に設定している。ここで、曲率半径に関する条件さえ満足するのであれば、固定工程において、光ファイバを複数箇所曲げた状態で固定することも可能である。複数回曲げることにより、第二の端面３４のクラッドに入射する光（例えば、光線Ｌ２やＬ３）がＵＶ硬化樹脂膜３５とナイロン３６の界面で入射する回数（つまり、点Ｐの数）が増えることになるため、減衰現象を上記実施形態よりも多く起こすことができる。つまり、第一の端面３１においてコアとクラッドの境界を明確に区別するような、より高精細な露光が可能になる。

また、上記実施形態では、光ファイバの強度を高めるためにＵＶ硬化樹脂膜３５をクラッドの外側に設けているが、光ファイバ自体に十分な強度が保証されるのであれば、ＵＶ硬化樹脂膜３５は必ずしも設けるに及ばない。この場合、クラッドの外側には、ナイロン３６がコートされることになる。従って、クラッドの外側の面を粗面に加工することにより、光の減衰効果を高めることができる。

さらに、本発明によれば、ナイロン３６のコートを設けることなく光ファイバを曲げることによってのみでも光線Ｌ２やＬ３に対する減衰効果を得ることができる。従って、光ファイバの加工に要する時間やコストと、コアとクラッドの境界の区別の精度とのバランスを考慮して適切な加工方法を採ることができる。

なお、上記の各実施形態では、いずれもレジストｒは第一の端面３１の略全域に塗布すると説明した。しかし、ネガタイプのレジスト使用時は、第一の端面において少なくともコア３３全域を含む領域に塗布されていれば段差形成は可能である。

本発明の各実施形態の光ファイバの加工方法によって加工される前の光ファイバを示す。 第一実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。 被覆工程と固定工程を経た光ファイバを露光する状態を模式的に示す図である。 第一実施形態の光ファイバの加工方法によって加工された光ファイバを示す。 第一実施形態の光ファイバの加工方法によって加工された光ファイバの変形例を示す。 第二実施形態の光ファイバの加工方法によって加工された光ファイバを示す。 第二実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。 第三実施形態の光ファイバの加工方法によって加工された光ファイバを示す。 第三実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。 第四実施形態の光ファイバの加工方法に関する各工程を説明するための図である。 第一実施形態の加工方法により加工された光ファイバを搭載した光通信モジュールの構成を表す図である。

符号の説明

３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 光ファイバ
３１ 第一の端面（入射端面）
３２ クラッド
３３ コア
３４ 第二の端面
３５ ＵＶ硬化樹脂膜
３６ ナイロン
ｒ レジスト
ｍ 鏡面
１０ 光通信モジュール

Claims (15)

1. 第一の端面と第二の端面とを有し、コア層とクラッド層を有する光ファイバの加工方法であって、
   所定の曲率半径を持つように前記光ファイバを少なくとも一箇所曲げた状態で固定する固定工程と、
   前記第一の端面における少なくともコア層全域を含む領域に、レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
   前記第二の端面側から光ファイバ内を通して特定の波長の光を所定時間照射することにより、前記第一の端面におけるコア層に塗布されたレジストのみを露光した後、現像する露光／現像工程と、
   前記露光／現像工程によって残存するレジストを使用して前記コア層とクラッド層との間に段差を形成する段差形成工程と、を含む光ファイバの加工方法。
2. 前記クラッド層の外面は、粗面として加工される請求項１に記載の光ファイバの加工方法。
3. 前記クラッド層の外側に少なくとも一層の被覆をする被覆工程を含む請求項１または２に記載の光ファイバ加工方法。
4. 前記クラッド層の外側に二層以上の被覆をする被覆工程を含み、被覆層間の境界面の少なくとも一面は、粗面として加工される請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバの加工方法。
5. 前記特定の波長の光は紫外線であり、前記被覆の少なくとも一層に用いられる材料は、紫外線吸収材である請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバの加工方法。
6. 前記紫外線吸収材層の紫外線に対する屈折率は、該紫外線吸収材層の内側に接する層の紫外線に対する屈折率より大きいことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバの加工方法。
7. 前記紫外線吸収材は、紫外線に対して不透明なナイロン製である請求項５または請求項６に記載の光ファイバの加工方法。
8. 前記所定の曲率半径をＲ（単位：ｍｍ）とすると、Ｒは以下の条件（１）、
   ２０≦Ｒ≦２００・・・（１）
   を満たす請求項１から請求項７のいずれかに記載の光ファイバの加工方法。
9. 前記レジスト塗布工程において、前記第一の端面全域にレジストを塗布する請求項１から請求項８のいずれかに記載の光ファイバの加工方法。
10. 前記レジストはネガタイプである請求項１から請求項９のいずれかに記載の光ファイバの加工方法。
11. 前記レジストはポジタイプである請求項１から請求項９のいずれかに記載の光ファイバの加工方法。
12. 請求項１０に記載の光ファイバの加工方法において、前記段差形成工程は、
    前記クラッドの少なくともコア近傍領域を、該コアとは異なる反射率を有するように表面処理する表面処理工程と、
    前記表面処理工程によって表面処理された前記第一の端面に残存するレジストを剥離するレジスト剥離工程と、を含む光ファイバの加工方法。
13. 請求項１２に記載の光ファイバの加工方法において、
    前記表面処理工程は、前記第一の端面における前記クラッドの少なくともコア近傍領域に、金属材料を薄膜状に蒸着させる蒸着工程である光ファイバの加工方法。
14. 請求項１０または請求１１に記載の光ファイバの加工方法において、前記段差形成工程は、
    前記第一の端面において前記レジストが残存していない領域をエッチングするエッチング工程と、
    前記エッチング工程後に前記第一の端面に残存する前記レジストを剥離するレジスト剥離工程と、を含む光ファイバの加工方法。
15. 請求項１１に記載の光ファイバの加工方法において、前記段差形成工程は、
    前記第一の端面において前記レジストが残存していない領域に前記光ファイバと略同一の屈折率を有する材料を充填する充填工程と、
    前記充填工程後に前記第一の端面に残存する前記レジストを剥離するレジスト剥離工程と、を含む光ファイバの加工方法。

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