JP2007148450A

JP2007148450A - 光デバイスおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2007148450A
Application number: JP2007061362A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Fukuchi; 洋介福地; Yasushi Sato; 恭史佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】外力の影響を極力防止することができ、信頼性が高く小型化が容易な優れた光デバイスを提供する。
【解決手段】端面同士が間隔をあけて対向するように配置された一対の光導波体と、一対の前記光導波体の外周を覆うとともに、一対の前記光導波体の端面間に形成された溝７を有する保護体１と、溝７に配設され、前記光導波体に光結合される光アイソレータ５と、磁石から成り、保護体１上から光アイソレータ５を覆うように設けられた補強用環状部材６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信機器や光計測用センサー等に好適に適用され、光ファイバと光アイソレータとが光結合（光接続）される光デバイスに関する。

近年、光技術の発達と共に、光通信や光計測等の分野において、光ファイバを用いた光信号や光エネルギーの伝送手段が盛んに利用されている。このようなシステムでは、光源や受光器、波長フィルタやセンシングのための光学素子、及び光ファイバを光結合させる必要がある。

そして、波長フィルタやセンシングのための光学素子を光ファイバの伝送路中に挿入する場合は、結合損失を極小にし、かつこの結合状態を外力の影響なく保持しなければならない。また、光学素子を光ファイバの伝送路中に挿入した装置の小型化の動きにより、光学素子と光ファイバの結合部をできるだけ小型化にしなければならない。

以下に、光ファイバと光アイソレータや波長フィルタ等の光学素子とが光結合される光デバイスの一例について説明する。

まず、図３に示すような光ファイバ体Ｆ１を作製する。すなわち、第１シングルモードファイバ２ａ（以下、「シングルモードファイバ」を「ＳＭファイバ」ともいう）の一端に第１グレーデッドインデックスファイバ３ａ（以下、「グレーデッドインデックスファイバ」を「ＧＩファイバ」ともいう）の一端を接続し、この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、焦点距離調節用のコアレスファイバ４の一端を接続し、さらにこのコアレスファイバ４の他端に第２ＧＩファイバ３ｂの一端を接続し、この第２ＧＩファイバ３ｂの他端に第２ＳＭファイバ２ｂの一端を接続して光ファイバ体Ｆ１とする。

次に図４に示すように、前記光ファイバ体Ｆ１をフェルール１の内部に配設・固定し、コアレスファイバ４を分断する光学素子実装溝７を形成して、コアレスファイバ４を第１コアレスファイバ４ａ,第２コアレスファイバ４ｂに分離する。そして、例えば偏光子及び検光子と、これら偏光子と検光子の間に配置されたファラデー回転子と、このファラデー回転子の両側の側面に配置され、ファラデー回転子に磁界を与える磁石とで構成された光学素子５を光学素子実装溝７内に接着剤８で充填固定して光デバイスＪ１とすることができる。なお、図４に示したＰ１は光入射方向を示し、Ｐ２は光出射方向を示す。

このような光デバイスＪ１においては、光学調芯が不要で、フェルール１内に全ての構成部品が固定され、さらに第１及び第２コアレスファイバ４ａ,４ｂが空気（屈折率：ｎ＝１）より高い屈折率を有し、ビームの広がりが少ないため、結合効率を高くできる上に、小型でしかも安価に作製が可能であると考えられる。

しかしながら、光学素子実装溝７が形成されているため、この光学素子実装溝７部ではフェルール１の厚さが薄く、光学素子実装溝７における深さ方向の外力に強度的に弱いと考えられる。

そのため、図５に示す光デバイスＪ１の片端を保持部材１０に保持して実装した場合、外力１１による影響を考慮する必要があり、実装設計に制約が生じる。また、保持部材１０に光デバイスＪ１を接着剤で固定する場合、この接着剤が光学素子実装溝７にまで回り込み、特にこの接着剤が光学素子５の固定用の接着剤８と異なる場合に、温度変化が生じたときに膨張係数の相違による応力が発生することがある。

さらに、光学素子５が特に光アイソレータ等の磁石を備えたものである場合、この磁石を光学素子実装溝７部に配置する必要があるため、光学素子実装溝７が大きくなり、これによりさらに外力の影響を受けやすくなったり、磁石による影が発生して紫外線硬化型樹脂等の光硬化型の接着剤を硬化させるための時間がかかるという問題も考えられる。

そこで本発明では、外力の影響を極力防止することができ、信頼性が高く小型化が容易な優れた光デバイス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、本発明の光デバイスは、端面同士が間隔をあけて対向するように配置された一対の光導波体と、一対の前記光導波体の外周を覆うとともに、一対の前記光導波体の端面間に形成された溝を有する保護体と、前記溝に配設され、前記光導波体に光結合される光アイソレータと、磁石から成り、前記保護体上から前記光アイソレータを覆うように設けられた補強用環状部材と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明において、好ましくは前記保護体の一端部に保護部材を設けるとともに、前記保護体が前記溝と前記保護部材との間に、外方に向かって開口する環状の凹部を有することを特徴とする。

また、本発明において、前記光導波体は、グレーデッドインデックスファイバと、該グレーデッドインデックスファイバの一端に接続されたシングルモードファイバと、前記グレーデッドインデックスファイバの他端に接続されたコアレスファイバと、を有することを特徴とする。

また、本発明において、一対の前記光導波体は、対向する各々の端部にコアレスファイバが設けられていることを特徴とする。

本発明の光デバイスの製造方法は、第１シングルモードファイバの一端に第１グレーデッドインデックスファイバの一端を接続し、該第１グレーデッドインデックスファイバの他端にコアレスファイバの一端を接続した後に、前記コアレスファイバの他端に第２グレーデッドインデックスファイバの一端を接続し、該第２グレーデッドインデックスファイバの他端に第２シングルモードファイバの一端を接続して光ファイバ体を形成する工程と、前記光ファイバ体を前記保護体の内部に固定する工程と、前記保護体に前記コアレスファイバを分断する溝を形成する工程と、前記溝に光アイソレータを配置して固定する工程と、前記保護体上から前記光アイソレータを覆うように、磁石からなる補強用環状部材を設ける工程と、を含んでなることを特徴とする。

本発明の光デバイスによれば、保護体の溝に配置された光アイソレータを覆うように、保護体の外周部に設けた補強用環状部材を磁石で構成したことにより、外力の影響を極力防止することができ、信頼性の高い優れた光デバイスを提供できる。さらに、本発明では、補強用環状部材を光学素子（光アイソレータ）に磁界を印加するための磁石と兼用するようにすることにより、小型で低コストの光デバイスを提供できる。

以下、本発明に係る光デバイスの実施形態を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。図１、２に本発明の実施形態である光デバイスの断面図（光軸を含む面で切断した断面図）を示す。

まず、図３に示す光導波体である光ファイバ体Ｆ１を作製する。すなわち、既に説明したように、モードフィールド径（以下、ＭＦＤともいう）が１０μｍ程度の光伝送用の第１ＳＭファイバ２ａの一端に、直径が第１ＳＭファイバ２ａとほぼ同一の第１ＧＩファイバ３ａの一端を接続し、この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、これと直径がほぼ同一で焦点距離調節用のコアレスファイバ（またはＧＩファイバ３ａを光が伝搬することにより拡大されたＭＦＤを安定させるための大口径ＳＭファイバ）４を接続し、さらに、このコアレスファイバ（または大口径ＳＭファイバ）４の他端に第１ＧＩファイバ３ａと同様な第２ＧＩファイバ３ｂの一端を接続し、この第２ＧＩファイバ３ｂの他端に第１ＳＭファイバ２ａと同様な第２ＳＭファイバ２ｂの一端を接続して全体が１本の光ファイバ体Ｆ１を作製する。

そして、光ファイバ体Ｆ１をその保護体である例えばジルコニアから成るフェルール１の内部に固定し、コアレスファイバ（または、大口径ＳＭファイバ）４を分断して第１及び第２コアレスファイバ（または、大口径ＳＭファイバ）４ａ，４ｂに分離させる光学素子実装溝７をダイシングにより形成し、この光学素子実装溝７に、光アイソレータを構成する偏光子、ファラデー回転子、検光子を接着剤８で配置固定し、さらに、円筒状の磁石から成る補強用環状部材６を接着剤により固定して光デバイスＭ１とした。

かくして、光デバイスＭ１によれば、補強用環状部材６を光学素子（光アイソレータ）に磁界を印加するための磁石としたので、フェルール１の一端部に外力が加わっても挿入損失変動を極力小さく抑えることができるとともに、光学素子実装溝７が大型化することがなく、また、磁石の影により光硬化型の接着剤が硬化しにくくなるという問題を解消できる。

また、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ,３ｂは、ファイバの中心軸から離れるにしたがって徐々に屈折率が下がる軸対称の屈折率分布を持つ光ファイバである。ほとんどのＧＩファイバはほぼ２乗の屈折率分布を持ちレンズ効果を有するため、適当な屈折率分布のＧＩファイバを適当な長さで用いれば好適な結合光学系を構成することができる。

ＧＩファイバの端面に点光源がある場合にコリメート光にする条件は、ＧＩファイバの長さが４分の１周期になる長さ（光線の周期に対応させてピッチ（Ｐ）で表すとＰ＝０．２５）であるが、実際に結合効率が最も高くなるのは、端面が対向するＧＩファイバからのビームウェスト位置が一致するときである。Ｐ＝０．２５におけるビームウェスト位置は、ＧＩファイバの出射端面に位置することになり、第１ＧＩファイバ３ａ−第２ＧＩファイバ３ｂ間に光学素子５を挿入する場合は、ビームウェストの位置は一致しない。そのため、ＧＩファイバの出射端面から離れた位置にビームウェストを形成するためには、４分の１周期になる長さよりも長く（Ｐ＞０．２５）する条件が必要になる。そこで、第１及び第２コアレスファイバ４ａ,４ｂの長さは、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ,３ｂによるビームスポットが中央で一致するように調整されている。光ファイバ体Ｆ１は１本の光ファイバであるのでこれを分断した場合、２本の光ファイバ間の軸ズレを防止することができる。また、単に第１及び第２ＳＭファイバ２ａ,２ｂどうしを対向させた場合よりも結合効率が良い。

なお、補強用環状部材の「環状」とは連続体に限定されるものではなく、環状になっていれば分離した複数の部材で構成されているものも含むものとする。

次に、本発明の他の実施形態について図２に基づいて説明する。まず、光デバイスＭ１と同様にして、光ファイバ体Ｆ１を作製した後に、この光ファイバ体Ｆ１を前記と同様にしてフェルール１内に固定し、コアレスファイバ（大口径ＳＭファイバ）４を分断して第１及び第２コアレスファイバ（大口径ＳＭファイバ）４ａ，４ｂに分離する光学素子実装溝７を形成し、これに波長フィルタや光アイソレータ等の光学素子５を接着剤８で配置固定する。また、補強用環状凹部９は光ファイバ体Ｆ１固定前にフェルール１に形成し、フェルール１の一端側を保持部とし、この保持部において他の部材（図示せず）に接着剤で固定する場合に、接着剤が光学素子実装溝７まで到達しないように、接着剤を均一に溜める環状の補強用凹部９が形成された光デバイスＭ２とする。なお、補強用凹部９は接着剤が均一に溜まるように環状にするのが応力を均一にする上で望ましい。なお、フェルール１の外周部には、光デバイスＭ１と同様に補強用環状部材６を設けている（図示なし）。

かくして、この光デバイスＭ２によれば、フェルール１の外周部に補強用凹部９を形成したので、フェルール１の一端側を他の部材に接着剤で固定する場合に、その接着剤が光学素子実装溝７まで到達することがなく、温度変化が生じたときに不要な応力が発生することがない。

なお、本発明の実施形態は前述の態様に限定されるものではなく、例えば、以下のような変更実施が可能である。

(1)補強用環状部材６を円筒状としたが、光デバイスＭ２を固定可能で所望の強度の補強が可能であれば別の形状でも良い。

(2)補強用環状部材６へフェルール１を圧入し、樹脂から成る接着剤にて固定したが、半田や低融点ガラスを使用しても良い。

(3)フェルール１または補強用環状部材６に偏波方向がわかるマーキングを設けても良い。

次に、本発明をより具体化した実施例について説明する。

〔例１〕図３に示すように、ＭＦＤが約１０μｍの石英系の第１ＳＭファイバ２ａの先端に、屈折率差△が０．８５％、コア径が１０５μｍの第１ＧＩファイバ３ａを放電による融着加工で接続し、約７８０μｍの長さにカットした後、この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、ｎ＝１．４６の屈折率を持つコアレスファイバ４を放電による融着加工で接続し１６００μｍの長さになるようにカットし、さらにコアレスファイバ４の他端に第１ＧＩファイバ３ａと同様な第２ＧＩファイバ３ｂ、第１ＳＭファイバ２ａと同様な第２ＳＭファイバ２ｂを、この順に融着接続して光ファイバ体１を作製した。

次に、図１に示すように、この光ファイバ体Ｆ１をφ１．２５ｍｍのジルコニアのフェルール１内部にエポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定し、光学素子実装溝７（幅８００μｍ、深さ７２５μｍ）をダイサーにより切削加工で形成した。そして、厚さ７５０μｍの光学素子５（光アイソレータ）を光学素子実装溝７に設置し、透光性のエポキシ系樹脂である紫外線硬化型接着剤８で固定した。

ここで、光学素子実装溝７内に磁石が無いことにより、光学素子実装溝７の幅を狭く且つ浅くすることが可能となり、１方向から紫外線を照射するだけで、接着剤８の硬化が可能であったことを確認した。

さらに、図１に示すように、フェルール１にサマリウム−コバルト系の磁石から成る補強部材６（外径φ２ｍｍ、長さ１ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍ）に光学素子５を覆うまで圧入し固定して光デバイスＭ１を作製した。

次に、光デバイスＭ１の片端を固定して、逆端を光学素子実装溝７の深さ方向に加重を加えた。この時の挿入損失変動が１ｄＢとなる加重は１０Ｎであることを確認した。

さらに磁石の補強用環状部材６がない場合に対して２倍の強度となっており、補強用環状部材６の顕著な効果を確認した。

〔例２〕例１と同様な光ファイバ体１を作製した。そして、例１と同様にして光学素子実装溝７（幅９００μｍ、深さ８００μｍ）をダイサーにより切削加工で形成した。そして、厚さ８５０μｍの光学素子５（光アイソレータ）を光学素子実装溝７に設置し、透光性のエポキシ系樹脂である紫外線硬化型接着剤８で固定した。

さらに、図２に示すように、フェルール１の一端側（保持側）に固定用溝である補強用凹部９（幅０．５ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）をフェルール１の上下に作製し、補強用凹部９側を円筒形の保持部材（図示せず）にエポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定した。

補強用凹部９を形成したことにより、光デバイスＭ２を保持部材に固定した時、固定用のエポキシ系の熱硬化型接着剤は光学素子実装溝７まで到達しないことを確認し、熱サイクル試験（−４０℃〜８５℃）における挿入損失の変動は０．２ｄＢ以下であり、補強用凹部９が無い場合に対して挿入損失の変動が半分となり、その顕著な効果を確認した。

本発明に係る光デバイスの実施形態を模式的に説明する断面図である。本発明に係る光デバイスの他の実施形態を模式的に説明する断面図である。光ファイバ体を模式的に説明する断面図である。光デバイスの一例を模式的に説明する断面図である。光デバイスの他の例を模式的に説明する断面図である。

符号の説明

１：フェルール（保護体）
２ａ：第１ＳＭファイバ
２ｂ：第２ＳＭファイバ
３ａ：第１ＧＩファイバ
３ｂ：第２ＧＩファイバ
４：コアレスファイバ（または、大口径ＳＭファイバ）
４ａ：第１コアレスファイバ
４ｂ：第２コアレスファイバ
５：光学素子（光アイソレータ）
６：補強用環状部材
７：光学素子実装溝
８：接着剤
９：補強用凹部
１０：保持部材
１１：外力
Ｍ１、Ｍ２：光デバイス
Ｊ１：光デバイス
Ｆ１：光ファイバ体（光導波体）

Claims

端面同士が間隔をあけて対向するように配置された一対の光導波体と、
一対の前記光導波体の外周を覆うとともに、一対の前記光導波体の端面間に形成された溝を有する保護体と、
前記溝に配設され、前記光導波体に光結合される光アイソレータと、
磁石から成り、前記保護体上から前記光アイソレータを覆うように設けられた補強用環状部材と、を備えた光デバイス。
前記保護体の一端部に保護部材を設けるとともに、前記保護体が前記溝と前記保護部材との間に、外方に向かって開口する環状の凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記光導波体は、グレーデッドインデックスファイバと、該グレーデッドインデックスファイバの一端に接続されたシングルモードファイバと、前記グレーデッドインデックスファイバの他端に接続されたコアレスファイバと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
一対の前記光導波体は、対向する各々の端部にコアレスファイバが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
第１シングルモードファイバの一端に第１グレーデッドインデックスファイバの一端を接続し、該第１グレーデッドインデックスファイバの他端にコアレスファイバの一端を接続した後に、前記コアレスファイバの他端に第２グレーデッドインデックスファイバの一端を接続し、該第２グレーデッドインデックスファイバの他端に第２シングルモードファイバの一端を接続して光ファイバ体を形成する工程と、
前記光ファイバ体を前記保護体の内部に固定する工程と、
前記保護体に前記コアレスファイバを分断する溝を形成する工程と、
前記溝に光アイソレータを配置して固定する工程と、
前記保護体上から前記光アイソレータを覆うように、磁石からなる補強用環状部材を設ける工程と、を含んでなる光デバイスの製造方法。