JP2007271674A

JP2007271674A - Optical device

Info

Publication number: JP2007271674A
Application number: JP2006093825A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Takei; 裕介武井; Tetsuya Suga; 哲也菅
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device that has a high thermal resistance, wherein positional relation between an optical fiber and an optical element is not varied even if the device is used under a high temperature environment. <P>SOLUTION: The optical device includes a tubular body with an optical fiber inserted in the bore, an optical element with one end face arranged oppositely facing one end face of the optical fiber, and a joining material in which the circumferential face at the one end of the optical fiber and the one end face of the optical element are integrally joined with the tubular body. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信や光ファイバセンサに用いる、光デバイスに関するものであり、特に耐熱性を要する用途に用いられる光デバイスに関するものである。 The present invention relates to an optical device used for optical communication and an optical fiber sensor, and more particularly to an optical device used for an application requiring heat resistance.

光通信は光ファイバを用いる通信であり、メタルケーブルと比較し大容量・長距離の伝送に優位であり、近年のデータ伝送の増大に伴い、急激な普及を示している。最近までは、幹線網や中継網といった分野が主流であったが、近年は加入者網への普及が増大してきた。こうした光通信において、光ファイバと並んで、送受信を担うＬＤ光源モジュールや受光モジュールは最重要部品であるが、加入者網への普及に伴い、大量生産に適した製法として表面実装技術が検討されている。表面実装技術は電子部品の実装で確立した技術であり、リフロー炉を通して半田実装される。このため局所的な加熱ではなく、実装部品全体が２００℃以上の高熱に曝される。このため、実装部品に高温耐熱が要求され始めている。 Optical communication is communication using an optical fiber, which is superior to transmission of a large capacity and a long distance as compared with a metal cable, and has been rapidly spread along with an increase in data transmission in recent years. Until recently, fields such as trunk networks and relay networks were mainstream, but in recent years the spread to subscriber networks has increased. In such optical communication, the LD light source module and light receiving module responsible for transmission and reception are the most important components along with optical fibers. However, with the spread to subscriber networks, surface mounting technology has been studied as a manufacturing method suitable for mass production. ing. The surface mounting technology is a technology established by mounting electronic components, and is solder mounted through a reflow furnace. For this reason, instead of local heating, the entire mounted component is exposed to high heat of 200 ° C. or higher. For this reason, high-temperature heat resistance has begun to be required for mounted components.

光ファイバセンサは、系の経路が主に光ファイバからなり、感知部が光ファイバ、あるいは光学デバイスからなるセンサであり、感知部に加わる外力を光学的な特性変化として検知するものである。
このように光ファイバセンサの感知方法は光学特性の変化を利用するため、感知部に給電を必要とせず、感知部が強電磁界下にあっても測定が可能となる。また、光ファイバ自体の材質は耐熱、耐食性に優れる溶融石英からなるため、感知部の構造により、耐熱、耐食性を要する環境での測定が可能とある。さらに経路に用いる光ファイバは伝送損失が小さいため、遠隔での計測に利点を有し、さらに光ファイバ通信分野で発達した、時分割多重伝送や波長多重伝送といった多重化技術を応用させることで、一本の光ファイバで多点計測が可能といった利点も有する。光ファイバセンサはこれらの特長を活かし、発電施設、土木構造物、海底地震計、製造プロセスラインといった分野での計測が実施されている。 The optical fiber sensor is a sensor in which the path of the system is mainly an optical fiber and the sensing part is an optical fiber or an optical device, and detects an external force applied to the sensing part as an optical characteristic change.
As described above, since the sensing method of the optical fiber sensor uses a change in optical characteristics, it is not necessary to supply power to the sensing unit, and measurement is possible even when the sensing unit is in a strong electromagnetic field. In addition, since the material of the optical fiber itself is made of fused silica having excellent heat resistance and corrosion resistance, measurement in an environment that requires heat resistance and corrosion resistance is possible depending on the structure of the sensing section. Furthermore, the optical fiber used for the path has small transmission loss, so it has advantages for remote measurement, and by applying multiplexing technology such as time division multiplex transmission and wavelength multiplex transmission developed in the field of optical fiber communication, Another advantage is that multipoint measurement is possible with a single optical fiber. Taking advantage of these features, optical fiber sensors are being measured in fields such as power generation facilities, civil engineering structures, submarine seismometers, and manufacturing process lines.

特許文献１では、光通信機器や光ファイバセンサに適用されるピグテイル型の光デバイスが紹介されている。特にＬＤ光源モジュールに用いる光アイソレータを例に挙げている。
図４は特許文献１に示す光デバイス１００を示す断面図である。
光デバイス１００は光ファイバ１０１、フェルール（ジルコニア製キャピラリ）１０２、接着剤１０３ａ、接着剤１０３ｂ、光アイソレータ１０４、金具１０５、磁石１０６からなる。接着剤１０３ａはエポキシ系熱硬化型であり、接着剤１０３ｂはアクリル系紫外線硬化型である。 Patent Document 1 introduces a pigtail type optical device applied to an optical communication device or an optical fiber sensor. In particular, an optical isolator used in an LD light source module is taken as an example.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the optical device 100 shown in Patent Document 1. As shown in FIG.
The optical device 100 includes an optical fiber 101, a ferrule (capillary made of zirconia) 102, an adhesive 103a, an adhesive 103b, an optical isolator 104, a metal fitting 105, and a magnet 106. The adhesive 103a is an epoxy thermosetting type, and the adhesive 103b is an acrylic ultraviolet curable type.

光ファイバ１０１はフェルール１０２に挿入され、接着剤１０３で接合される。この光ファイバ１０１が挿入されたフェルール１０２の先端部は、光ファイバ１０１の先端部と同時に所定の角度で研磨される。この研磨角度は６度にしているが、これは光アイソレータを構成する素子であるファラデー回転子の屈折率が約２．３と高く、屈折率が１．５前後の光ファイバ等との界面で発生する反射を防止するためである。光アイソレータ１０４は接着剤１０３ｂで光ファイバ１０１とフェルール１０２と接続される。磁石１０４は金具１０５と接続される。
特許文献１では特に接着剤１０３ｂを光アイソレータ１０４の側面に覆う形にし、その量を制限することで光路上への水の浸入を防ぎ、耐湿性を高める構成である。
特開２００４−２９５６８号公報 The optical fiber 101 is inserted into the ferrule 102 and bonded with an adhesive 103. The tip of the ferrule 102 into which the optical fiber 101 is inserted is polished at a predetermined angle simultaneously with the tip of the optical fiber 101. This polishing angle is set to 6 degrees. This is because the Faraday rotator, which is an element constituting the optical isolator, has a high refractive index of about 2.3, and is at the interface with an optical fiber having a refractive index of about 1.5. This is to prevent the generated reflection. The optical isolator 104 is connected to the optical fiber 101 and the ferrule 102 by an adhesive 103b. The magnet 104 is connected to the metal fitting 105.
In Patent Document 1, in particular, the adhesive 103b is covered on the side surface of the optical isolator 104, and the amount thereof is limited to prevent water from entering the optical path and to improve moisture resistance.
JP 2004-29568 A

しかしながら、従来の光デバイスは耐熱性という観点で特性が劣っていた。たとえば、特許文献１に示された光デバイスでは、光ファイバ１０１と光アイソレータ１０４が互いに異なる接着剤で接合固定されているため、接着剤の温度特性に差異が生じている。そのため、従来の光デバイスは高温環境で使用すると、接着剤の耐熱温度が異なっているため、光ファイバ１０１と光アイソレータ１０４の位置関係が変化し、光学特性が悪化するという問題があった。
したがって、従来の光デバイスは、耐熱性を要する、半田リフロー対応のＬＤ光源モジュールや光ファイバセンサに用いることができないという問題があった。 However, conventional optical devices have poor characteristics from the viewpoint of heat resistance. For example, in the optical device disclosed in Patent Document 1, since the optical fiber 101 and the optical isolator 104 are bonded and fixed with different adhesives, there is a difference in the temperature characteristics of the adhesives. For this reason, when the conventional optical device is used in a high temperature environment, the heat resistance temperature of the adhesive is different, so that the positional relationship between the optical fiber 101 and the optical isolator 104 is changed and there is a problem that the optical characteristics are deteriorated.
Therefore, the conventional optical device has a problem that it cannot be used for an LD light source module or an optical fiber sensor that requires heat resistance and is compatible with solder reflow.

そこで、本発明は、耐熱性が高く、高温環境下で使用されても光ファイバと光学素子の位置関係が変化することのない光デバイスを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical device that has high heat resistance and does not change the positional relationship between an optical fiber and an optical element even when used in a high temperature environment.

以上の目的を達成するために、本発明に係る光デバイスは、光ファイバが内孔に挿入された筒体と、一端面が前記光ファイバの一端面と対向して配置された光学素子と、前記光ファイバの一端部の周面および前記光学素子の一端面を前記筒体と一体的に接合させた接合材と、を備えたことを特徴とする。
また、前記筒体は、前記光学素子側の端面に、前記内孔に連通するとともに前記光ファイバの一端部が埋入された凹部を有し、該凹部内に前記接合材が充填されていることが好ましい。
また、前記光学素子は、前記凹部の開口領域内に配置されていることが好ましい。
また、前記接合材は、ガラスから構成されていることが好ましい。
さらに、少なくとも前記光ファイバの一端部の周面に金属部を被覆させるとともに、該金属部と同材質の金属を含んでなる前記接合材を介して前記光ファイバの金属部と前記筒体とを接合させることが好ましい。
さらに、前記光ファイバの一端部に、屈折率分布型ファイバを設けることが好ましい。
また、前記光学素子は、入射される光の偏波状態を４５度回転させるファラデー回転素子を含んでなることが好ましい。
また、前記光学素子は、対向して配置される一対の部分反射ミラーと、該一対の部分反射ミラー間に介在され、かつ入射光を多重干渉させる導光体と、を備えてなる光センサであることが好ましい。 In order to achieve the above object, an optical device according to the present invention includes a cylindrical body in which an optical fiber is inserted into an inner hole, an optical element in which one end surface is disposed to face one end surface of the optical fiber, And a bonding material obtained by integrally bonding the peripheral surface of the one end portion of the optical fiber and the one end surface of the optical element to the cylindrical body.
In addition, the cylindrical body has a recess in the end face on the optical element side that communicates with the inner hole and in which one end of the optical fiber is embedded, and the bonding material is filled in the recess. It is preferable.
Moreover, it is preferable that the said optical element is arrange | positioned in the opening area | region of the said recessed part.
Moreover, it is preferable that the said joining material is comprised from glass.
Further, at least a peripheral surface of one end of the optical fiber is covered with a metal part, and the metal part of the optical fiber and the cylindrical body are interposed via the bonding material including the same material as the metal part. It is preferable to join.
Furthermore, it is preferable to provide a gradient index fiber at one end of the optical fiber.
The optical element preferably includes a Faraday rotation element that rotates the polarization state of incident light by 45 degrees.
The optical element is an optical sensor comprising a pair of partially reflecting mirrors arranged opposite to each other and a light guide that is interposed between the pair of partially reflecting mirrors and that causes multiple interference of incident light. Preferably there is.

以上のように構成された本発明に係る光デバイスは、光ファイバと光学素子とを同一接合材で一体的に接合することができ、たとえば温度変化によって接合材に膨張や収縮が生じても、光ファイバと光学素子とが同時に動くようになるため、光ファイバと光学素子との相対的な位置関係が維持され、光ファイバと光学素子との位置ずれによって生じる光の挿入損失、不要反射を低減できる。
したがって、本発明は、耐熱性が高く、高温環境下で使用されても光ファイバと光学素子の位置関係が変化することのない光デバイスを提供することができる。 The optical device according to the present invention configured as described above can integrally bond an optical fiber and an optical element with the same bonding material. For example, even if expansion or contraction occurs in the bonding material due to a temperature change, Since the optical fiber and the optical element move simultaneously, the relative positional relationship between the optical fiber and the optical element is maintained, and light insertion loss and unnecessary reflection caused by the positional deviation between the optical fiber and the optical element are reduced. it can.
Therefore, the present invention can provide an optical device that has high heat resistance and does not change the positional relationship between the optical fiber and the optical element even when used in a high temperature environment.

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の光デバイスについて説明する。 Hereinafter, an optical device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態１．
図１Ａは、本発明に係る実施の形態１の光デバイスの構成を示す断面図である。
この実施の形態１の光デバイス１０ａは、石英やガラス材等からなる光ファイバ１１と、ジルコニアやアルミナ等セラミックス、ガラス材、ニッケル等の金属からなり先端部に凹部１２ａを有するフェルール１２と、例えば、ガラス材からなる接合剤１３と、光学素子１４とからなる。光学素子１４には、たとえば透過する光の偏波面を回転させるファラデー回転素子、ＬiＮｂＯ_３等の誘電体結晶からなり電場の強さに比例して屈折率が変化するポッケルス素子、ファラデー回転素子の両側面に偏光子が配されてなり、順方向の光を透過し、逆方向からの光を遮断するような光アイソレータ素子、あるいは、以下に詳述するエタロンフィルタ等の光学特性を有するものが使用される。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the optical device according to Embodiment 1 of the present invention.
The optical device 10a according to the first embodiment includes an optical fiber 11 made of quartz, glass, or the like, a ferrule 12 made of a metal such as ceramics, glass material, nickel, or the like such as zirconia or alumina, and a recess 12a at the tip, for example, And a bonding agent 13 made of a glass material and an optical element 14. The optical element 14 includes, for example, a Faraday rotator that rotates the plane of polarization of transmitted light, a Pockels element that is made of a dielectric crystal such as LiNbO ₃ and has a refractive index that changes in proportion to the strength of the electric field, and both sides of the Faraday rotator. An optical isolator element that has a polarizer on the surface, transmits light in the forward direction, and blocks light from the reverse direction, or has an optical characteristic such as the etalon filter described in detail below. Is done.

実施の形態１の光デバイス１０ａにおいて、光ファイバ１１はフェルール１２の内孔に挿入され、一端部が凹部１２ａに充填された接合材１３により、固定される。また、光学素子１４は、光ファイバ１１の端部に対向するようにフェルール１２の端面に設けられ、その外周面で接合材１３により保持されている。尚、光ファイバ１１の端部は研磨等により鏡面状態にされている。 In the optical device 10a of the first embodiment, the optical fiber 11 is inserted into the inner hole of the ferrule 12, and is fixed by the bonding material 13 having one end filled in the recess 12a. The optical element 14 is provided on the end surface of the ferrule 12 so as to face the end portion of the optical fiber 11, and is held by the bonding material 13 on the outer peripheral surface thereof. Note that the end of the optical fiber 11 is mirror-finished by polishing or the like.

ここで、特に、本実施の形態１の光デバイスでは、光ファイバ１１と光学素子１４が同一の接合材１３により一体化されるように固定されていることを特徴とし、これにより、接着剤の膨張又は収縮により互いの位置関係が変化することなく安定して保持できるので、光ファイバと光学素子との位置ずれによって生じる挿入損失や不要反射を低減できる。 Here, in particular, the optical device according to the first embodiment is characterized in that the optical fiber 11 and the optical element 14 are fixed so as to be integrated by the same bonding material 13, and thereby, the adhesive Since the mutual positional relationship is not changed by expansion or contraction and can be stably held, insertion loss and unnecessary reflection caused by the positional deviation between the optical fiber and the optical element can be reduced.

本発明は、このように、光ファイバ１１と光学素子１４が同一の接合材１３により一体化されるように固定されていることにより特有の効果が得られるものであるが、本発明では、実施の形態１に示したように、フェルール１２の一端部に凹部を備えることが望ましく、これにより、より確実に光ファイバ１１と光学素子１４の好ましい相対位置が維持できる。すなわち、凹部１２ａ内に接合材１３を充填するようにすると、フェルール１２および接合材により光ファイバを十分に固定できる。また、フェルールとともに光ファイバの端面を研磨することが容易になり、光ファイバと光学素子との接続損失を低減できる。 In the present invention, a specific effect is obtained by fixing the optical fiber 11 and the optical element 14 so as to be integrated by the same bonding material 13 as described above. As shown in the first embodiment, it is desirable to provide a concave portion at one end of the ferrule 12, whereby the preferable relative position between the optical fiber 11 and the optical element 14 can be more reliably maintained. That is, when the bonding material 13 is filled in the recess 12a, the optical fiber can be sufficiently fixed by the ferrule 12 and the bonding material. Further, it becomes easy to polish the end face of the optical fiber together with the ferrule, and the connection loss between the optical fiber and the optical element can be reduced.

また、本実施の形態１において、接合材１３は、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂等からなる有機接合材、あるいはガラスからなるような無機接合材を用いることができる。この接合材１３においては、耐熱性を向上させるという観点では、２００℃以上の転移点を有する低融点ガラスと呼ばれる無機接合材を用いることが好ましい。本実施の形態１に示すように、フェルール１２の一端部に凹部１２ａが形成されていると、低融点ガラスは予めプリフォーム化されたものを用いることができる。例えば、このプリフォーム化された低融点ガラスをフェルール１２の凹部１２ａに設置した後、３００℃以上で溶融させることで、光ファイバ１１の一端部を凹部１２ａに充填された接合材１３により固定し、かつ光学素子１４がその一端面で接合材１３により固定される。 In the first embodiment, the bonding material 13 can be an organic bonding material made of epoxy resin, acrylic resin, or the like, or an inorganic bonding material made of glass. In this bonding material 13, it is preferable to use an inorganic bonding material called low-melting glass having a transition point of 200 ° C. or higher from the viewpoint of improving heat resistance. As shown in the first embodiment, when the concave portion 12a is formed at one end of the ferrule 12, a low-melting glass preliminarily formed can be used. For example, this preformed low melting point glass is placed in the recess 12a of the ferrule 12 and then melted at 300 ° C. or higher, so that one end of the optical fiber 11 is fixed by the bonding material 13 filled in the recess 12a. The optical element 14 is fixed by the bonding material 13 at one end face thereof.

この無機接合材である低融点ガラスの熱膨張係数は、フェルール１２より小さく、光ファイバ１１より大きいことが好ましく、この範囲の熱膨張係数を有する低融点ガラスを用いると、溶融した低融点ガラスを硬化させるときに、ガラス材にはフェルール１２により、圧縮応力が掛かり、光ファイバ１１はガラス材により圧縮応力が掛かることで接着強度を高くすることができる。具体的に、このような熱膨張係数を有する部材の組合せの一例としては、たとえば光ファイバ１１が石英（熱膨張係数：０．５×１０^−６／℃）、フェルール１２がジルコニア（熱膨張係数：１０×１０^−６／℃）、接合材１３が、酸化鉛、酸化ホウ素、および酸化ビスマス材料を含んでなる低融点ガラス（熱膨張係数：８×１０^−６／℃、ガラス転移点：２１５℃）が挙げられる。 The thermal expansion coefficient of the low-melting glass as the inorganic bonding material is preferably smaller than that of the ferrule 12 and larger than that of the optical fiber 11. When a low-melting glass having a thermal expansion coefficient in this range is used, When cured, the glass material is subjected to compressive stress by the ferrule 12, and the optical fiber 11 can be increased in adhesive strength by being subjected to compressive stress by the glass material. Specifically, as an example of a combination of members having such a thermal expansion coefficient, for example, the optical fiber 11 is quartz (thermal expansion coefficient: 0.5 × 10 ⁻⁶ / ° C.), and the ferrule 12 is zirconia (thermal expansion coefficient). : 10 × 10 ⁻⁶ / ° C.), low melting point glass in which the bonding material 13 contains lead oxide, boron oxide and bismuth oxide materials (thermal expansion coefficient: 8 × 10 ⁻⁶ / ° C., glass transition point: 215 ° C).

光学素子１４は、光ファイバ１１と接触するように、フェルール１２の凹部の開口端部に位置合わせされて接合材１３により接続されるが、上述したように、光ファイバ１１をフェルール１２に固定する際に同時に固定するようにしてもよいし、別々に固定するようにしてもよい。 The optical element 14 is aligned with the opening end of the concave portion of the ferrule 12 so as to be in contact with the optical fiber 11 and connected by the bonding material 13. As described above, the optical element 11 is fixed to the ferrule 12. It may be fixed at the same time, or may be fixed separately.

また、光学素子１４が、凹部１２ａの開口端部（開口領域）に配置されていれば、接合材１３に膨張や収縮が生じても、光学素子１４は光ファイバ１１の変動に追従でき、挿入損失や不要反射の増大を防止でき、さらに光学素子１４の剥離などの欠陥の発生を防止できる。 Further, if the optical element 14 is arranged at the opening end (opening region) of the recess 12a, the optical element 14 can follow the fluctuation of the optical fiber 11 even if the bonding material 13 expands or contracts, and the insertion is possible. It is possible to prevent an increase in loss and unnecessary reflection, and it is possible to prevent the occurrence of defects such as peeling of the optical element 14.

一般に、光ファイバ１１は、外径が１２５μｍと小さいものが主流となっており、光学素子１４は、数百μｍから１ｍｍ角程度の大きさであるため、低融点ガラスを溶融したときに動いてしまうおそれがある。したがって、低融点ガラスを溶融させる際には、光ファイバ１１をフェルール１２とともに治具で固定し、光学素子１４も治具で固定して行う。また凹部１２ａ又はその周辺に光学素子１４が動かないように固定するガイドを形成するようにしてもよい。 In general, the optical fiber 11 has a small outer diameter of 125 μm, and the optical element 14 has a size of about several hundred μm to 1 mm square, and therefore moves when the low-melting glass is melted. There is a risk that. Therefore, when melting the low melting point glass, the optical fiber 11 is fixed together with the ferrule 12 with a jig, and the optical element 14 is also fixed with a jig. Moreover, you may make it form the guide which fixes so that the optical element 14 may not move in the recessed part 12a or its periphery.

以上のように本実施の形態１の光デバイスでは、光学素子１４と光ファイバ１１とを同一の接合材１３で一体的に固定することで、光学素子１４と光ファイバ１１との熱膨張差による、接合材１３からの剥離を防止できる。 As described above, in the optical device according to the first embodiment, the optical element 14 and the optical fiber 11 are integrally fixed with the same bonding material 13, thereby causing a difference in thermal expansion between the optical element 14 and the optical fiber 11. Further, peeling from the bonding material 13 can be prevented.

以上の実施の形態１では、凹部の形状を円形状とした。このように凹部１２ａを円形状にすると、特にフェルール（筒体）１２の熱膨張係数が接合材１３より大きく、接合材１３の熱膨張係数が光ファイバ１１より大きい場合、接合後の冷却時に熱収縮により、光ファイバを締め付けることができ、光ファイバの接合強度を高めることができる。 In Embodiment 1 described above, the shape of the recess is circular. When the concave portion 12a is thus circular, particularly when the thermal expansion coefficient of the ferrule (tubular body) 12 is larger than that of the bonding material 13 and the thermal expansion coefficient of the bonding material 13 is larger than that of the optical fiber 11, heat is generated during cooling after bonding. By contraction, the optical fiber can be tightened, and the bonding strength of the optical fiber can be increased.

接合時に光ファイバ１１をより強固に締め付けるためには、円形状の凹部１２ａに代えて、例えば、図１Ｂに示すように、２段になった凹部１２ｂを設けるようにすればよい。
このようにすると、凹部１２ｂの径の小さくする領域において、フェルール（筒体）の熱収縮がより大きく光ファイバに作用するため、さらに接合強度を高めることができる。 In order to tighten the optical fiber 11 more firmly at the time of joining, instead of the circular concave portion 12a, for example, a two-step concave portion 12b may be provided as shown in FIG. 1B.
In this way, in the region where the diameter of the recess 12b is reduced, the thermal contraction of the ferrule (cylinder) acts more on the optical fiber, so that the bonding strength can be further increased.

また、本発明では、円筒形状の凹部１２ａに代えて、図１Ｃに示すような、開口部に向かって径が徐々に大きくなるようなテーパ形状の凹部１２ｃを設けてもよい。このようなテーパ形状の凹部１２ｃは、加工が容易で、かつ筒体の熱収縮による締め付けが光ファイバに作用しやすくなるため、接合強度を高めることができる。 In the present invention, instead of the cylindrical recess 12a, a tapered recess 12c whose diameter gradually increases toward the opening as shown in FIG. 1C may be provided. Such a tapered recess 12c is easy to process, and tightening due to thermal contraction of the cylindrical body easily acts on the optical fiber, so that the bonding strength can be increased.

さらに、本発明では、光ファイバ１１に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属被膜１５（金属部）が施されていてもよい。この金属被膜１５は、光ファイバ１１を保護するとともに、接合剤１３としてロウ材を用いることを可能とする。ロウ材はＡｕＳｎやＡｕＧｅ等共晶点を持つものは３００℃程度で溶融するためガラス材に代えて用いることができる。接合剤１３としてロウ材を用いる場合、フェルール１２の内孔にはめっき、蒸着等の金属膜が成膜される。
このように構成しても、構成材料のすべてを比較的耐熱性を有する材料で形成することができるため、耐熱性を向上させることができる。 Furthermore, in the present invention, the optical fiber 11 may be provided with a metal coating 15 (metal part) of Ni, Cu, Au, or the like. The metal coating 15 protects the optical fiber 11 and makes it possible to use a brazing material as the bonding agent 13. A brazing material such as AuSn or AuGe that has a eutectic point melts at about 300 ° C., so that it can be used instead of a glass material. When a brazing material is used as the bonding agent 13, a metal film such as plating or vapor deposition is formed in the inner hole of the ferrule 12.
Even if comprised in this way, since all the constituent materials can be formed with the material which has comparatively heat resistance, heat resistance can be improved.

また、光ファイバ１１に金属被膜１５を施し、その金属被膜と同材質の金属を含む接合材１３を用いて光ファイバ１１の金属被膜１５とフェルール１２とを接合させると、接合材１３と金属被膜１５の熱膨張係数が近似した構成とすることができるため、接合強度を向上させることが可能となる。 Moreover, when the metal film 15 is applied to the optical fiber 11 and the metal film 15 of the optical fiber 11 and the ferrule 12 are bonded using the bonding material 13 containing the same metal as the metal film, the bonding material 13 and the metal film are bonded. Since it can be set as the structure with which the thermal expansion coefficient of 15 approximated, it becomes possible to improve joining strength.

以上説明したように、本実施の形態１の光デバイスは、光ファイバ１１と光学素子１４が同一の接合材１３により一体化されるように固定されているので、温度変化のある、あるいは高温の環境で使用した場合であっても、接着剤の膨張又は収縮により互いの位置関係が変化することなく安定して保持できる。従って、本実施の形態１の光デバイスによれば、低温から常温域、常温域から２００℃以上の高温域で使用した場合であっても、光学素子１４と光ファイバ１１の位置ずれに起因する剥離を抑制することによって、高い信頼性を有する光デバイスを提供することができる。 As described above, since the optical device of the first embodiment is fixed so that the optical fiber 11 and the optical element 14 are integrated by the same bonding material 13, there is a temperature change or a high temperature. Even when it is used in the environment, it can be stably held without changing the positional relationship with each other due to expansion or contraction of the adhesive. Therefore, according to the optical device of the first embodiment, even when it is used in a high temperature range from a low temperature to a normal temperature range and from a normal temperature range to 200 ° C. or more, it is caused by a positional shift between the optical element 14 and the optical fiber 11. By suppressing peeling, an optical device having high reliability can be provided.

実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の光デバイスは、図２に示すように、光ファイバ１１の先端部に、レンズ効果を持つグレーデッドインデックスファイバ２７を融着し、さらにそのグレーデッドインデックスファイバ２７に光学距離調整用の純石英ファイバ２８を融着している。これ以外の部分は、実施の形態１（図１Ｃに示した構造）と同様に構成される。
グレーデッドインデックスファイバ２７は、石英にＧｅＯ_２を添加して拡散させることで、光ファイバの軸中心に高い屈折率を持たせ、外周に向かうほど屈折率が低くなるように、屈折率に分布を持たせた光ファイバである。グレーデッドインデックスファイバ２７に入射されて伝送する光は、ファイバ内の屈折率に応じて屈曲して進行するため、レンズのような集光機能を有する。
純石英ファイバ２８は、グレーデッドインデックスファイバ２７の光学的特性および機械的特性を保護する機能を有するものであり、グレーデッドインデックスファイバ２７と同等な外径で構成され、グレーデッドインデックスファイバ２７とは、たとえば融着等で容易に接合が可能である。また、純石英ファイバ２８は、純粋な石英からなるため、ファイバ内はほぼ同一の屈折率を有しているため、屈折率が変化する界面で生じる不要反射を低減させている。尚、純石英ファイバとは、屈折率の異なるコアを持たず、屈折率分布のないいわゆるコアレスファイバのことである。 Embodiment 2. FIG.
As shown in FIG. 2, the optical device according to the second embodiment of the present invention fuses a graded index fiber 27 having a lens effect to the tip of the optical fiber 11, and further attaches the graded index fiber 27 to the graded index fiber 27. A pure silica fiber 28 for adjusting the optical distance is fused. The other parts are configured in the same manner as in the first embodiment (structure shown in FIG. 1C).
The graded index fiber 27 has a refractive index distribution such that GeO ₂ is added to quartz and diffused to give a high refractive index at the axial center of the optical fiber and the refractive index decreases toward the outer periphery. It is an optical fiber. Since the light that is incident on the graded index fiber 27 and transmits is bent according to the refractive index in the fiber and travels, it has a condensing function like a lens.
The pure silica fiber 28 has a function of protecting the optical characteristics and mechanical characteristics of the graded index fiber 27 and is configured with an outer diameter equivalent to that of the graded index fiber 27. What is the graded index fiber 27? For example, it can be easily joined by fusion or the like. Further, since the pure silica fiber 28 is made of pure quartz and has almost the same refractive index in the fiber, unnecessary reflection occurring at the interface where the refractive index changes is reduced. The pure silica fiber is a so-called coreless fiber having no core having a different refractive index and no refractive index distribution.

この実施の形態２のように、光ファイバ１１を、グレーデッドインデックスファイバ２７と純石英ファイバ２８を介して光学素子１４に結合させるようにすると、ほぼ１００％の結合効率を達成することができる。また、光ファイバ１１とグレーデッドインデックスファイバ２７及びグレーデッドインデックスファイバ２７と純石英ファイバ２８を融着による接続ができるため耐熱性を保てる。
したがって、本実施の形態２により、実施の形態１と同様の効果を有し、かつ結合効率の高い光デバイスを提供することができる。 When the optical fiber 11 is coupled to the optical element 14 via the graded index fiber 27 and the pure silica fiber 28 as in the second embodiment, a coupling efficiency of almost 100% can be achieved. Further, since the optical fiber 11 and the graded index fiber 27 and the graded index fiber 27 and the pure silica fiber 28 can be connected by fusion, heat resistance can be maintained.
Therefore, according to the second embodiment, an optical device having the same effects as those of the first embodiment and having high coupling efficiency can be provided.

実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の光デバイスは、実施の形態２の光デバイスにおいて光学素子としてファラデー回転素子を用いて構成したファラデー回転ミラー３０である（図３Ａ）。
このファラデー回転ミラー３０において、ファラデー回転素子は、純石英ファイバ２８の先端に接合されたファラデー回転子３４と、その一端面に蒸着されたミラー３７と、フェルールの外周に取り付けられた磁石３８により構成されている。 Embodiment 3 FIG.
The optical device according to the third embodiment of the present invention is a Faraday rotating mirror 30 configured using a Faraday rotating element as an optical element in the optical device according to the second embodiment (FIG. 3A).
In this Faraday rotating mirror 30, the Faraday rotating element is composed of a Faraday rotator 34 bonded to the tip of a pure silica fiber 28, a mirror 37 deposited on one end face thereof, and a magnet 38 attached to the outer periphery of the ferrule. Has been.

このファラデー回転素子は、磁石３８で飽和磁界を発生させ、ファラデー回転子３４内を往復することで偏波状態が９０度回転されるような厚みに設計されている。つまり、ファラデー回転子を透過する光は、偏波状態が４５度回転されるということである。たとえば１５５０ｎｍ近傍で使用する場合は４００〜６００μｍの厚みになる。ここではファラデー回転ミラー３０を構成したが、光アイソレータを構成することもできるし、その他の光デバイスを構成することもできる。 The Faraday rotator is designed to have such a thickness that the polarization state is rotated 90 degrees by generating a saturation magnetic field with the magnet 38 and reciprocating in the Faraday rotator 34. That is, the light passing through the Faraday rotator is rotated by 45 degrees in the polarization state. For example, when used near 1550 nm, the thickness is 400 to 600 μm. Although the Faraday rotation mirror 30 is configured here, an optical isolator can be configured, and other optical devices can be configured.

実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の光デバイスは、実施の形態２の光デバイスにおいて光学素子としてエタロンフィルタ４４を用いて構成した光ファイバセンサ４０である（図３Ｂ）。 Embodiment 4 FIG.
The optical device according to the fourth embodiment of the present invention is an optical fiber sensor 40 configured using an etalon filter 44 as an optical element in the optical device according to the second embodiment (FIG. 3B).

エタロンフィルタ４４は、例えば、１００μｍの石英ブロックの両端面に部分反射膜４７ａ、４７ｂを形成したものである。石英は約１０ｐｐｍ／℃の光路長変化率を有しており、これをエタロンフィルタに用いると透過または反射波長が温度に応じて変化し、温度センサとして機能するというものである。尚、本実施の形態４では反射波長を利用している。部分反射膜４７ａ、４７ｂは、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５やＳｉＯ_２とＴｉＯ_２からなる誘電体多層膜で構成することができる。これらのエタロンフィルタ４４を構成する部材は、いずれも耐熱性を有しているので、本発明に係る実施の形態１及び２の構造とともにもちいることで、耐熱性が高く、高温の温度測定の可能な光ファイバセンサを提供できる。
ここで部分反射膜４７ａは、石英ブロックに形成されるより、純粋石英ファイバ２８の石英ブロックに対向する端面に形成してもよい。このような構成によれば、接合材１３の部分反射膜４７ａとの接触を防止することができるため、石英ブロックの一表面とフェルール１２とを、接合材１３を介して強固に接合することができる。一方で、石英ブロックの一表面に部分反射膜４７ａが形成されると、接合材１３と部分反射膜４７ａが接触するため、接合材１３と部分反射膜４７ａの熱膨張差によって部分反射膜４７ａに剥離が生じて、エタロンフィルタ４４と純粋石英ファイバ２８との接合強度が劣化する場合がある。 The etalon filter 44 is formed by, for example, forming partial reflection films 47a and 47b on both end faces of a 100 μm quartz block. Quartz has an optical path length change rate of about 10 ppm / ° C., and when this is used for an etalon filter, the transmission or reflection wavelength changes according to the temperature and functions as a temperature sensor. In the fourth embodiment, the reflection wavelength is used. The partial reflection films 47a and 47b can be formed of a dielectric multilayer film made of SiO ₂ and Ta ₂ O ₅ or SiO ₂ and TiO ₂ . Since all the members constituting the etalon filter 44 have heat resistance, the heat resistance is high by using the structure of the first and second embodiments according to the present invention, and high temperature measurement is possible. A possible optical fiber sensor can be provided.
Here, the partial reflection film 47a may be formed on the end face of the pure silica fiber 28 facing the quartz block, rather than being formed on the quartz block. According to such a configuration, since the contact of the bonding material 13 with the partial reflection film 47 a can be prevented, one surface of the quartz block and the ferrule 12 can be firmly bonded via the bonding material 13. it can. On the other hand, when the partial reflection film 47a is formed on one surface of the quartz block, the bonding material 13 and the partial reflection film 47a come into contact with each other, so that the difference in thermal expansion between the bonding material 13 and the partial reflection film 47a results in the partial reflection film 47a. Separation may occur and the bonding strength between the etalon filter 44 and the pure silica fiber 28 may deteriorate.

本発明に係る実施例として、図３Ｂに示す光ファイバセンサを作製した。
エタロンフィルタ４４は、約１００μｍの石英体ブロックの両端面に、ＳｉＯ_２膜とＴａ_２Ｏ_５膜とを相互に積層させて合計２０層積層し、各部分反射膜４７ａ、４７ｂを作製した。
光ファイバ１１はポリイミド樹脂がコートされたシングルモードファイバを用い、フェルール１２との接続部における被覆を除去し、その先端部にはグレーデッドインデックスファイバ２７と純石英ファイバ２８を融着接続した。
フェルール１２はΦ２．５ｍｍのジルコニア製であり、フェルール１２の先端の凹部の開孔径はφ１ｍｍとした。
接合剤１３はガラス転移点２５０℃以上、溶融点３５０℃以上の鉛−ホウ素−ケイ素等からなる低融点ガラスを用いた。この低融点ガラスはフェルール１２先端の凹部の形状に合致するように、予め、成形して焼き固めたガラス体として用い、その内径がΦ２００μｍ、外径がφ１ｍｍとした。 As an example according to the present invention, an optical fiber sensor shown in FIG. 3B was manufactured.
In the etalon filter 44, SiO ₂ films and Ta ₂ O ₅ films were laminated on both end faces of a quartz block having a thickness of about 100 μm, and a total of 20 layers were laminated to produce partial reflection films 47a and 47b.
A single mode fiber coated with polyimide resin was used as the optical fiber 11, the coating at the connection portion with the ferrule 12 was removed, and a graded index fiber 27 and a pure silica fiber 28 were fused and connected to the tip portion.
The ferrule 12 is made of zirconia having a diameter of 2.5 mm, and the opening diameter of the recess at the tip of the ferrule 12 is 1 mm.
As the bonding agent 13, a low melting glass made of lead-boron-silicon or the like having a glass transition point of 250 ° C. or higher and a melting point of 350 ° C. or higher was used. This low-melting glass was used as a glass body that was previously molded and baked to match the shape of the recess at the tip of the ferrule 12, and had an inner diameter of Φ200 μm and an outer diameter of Φ1 mm.

本実施例では、まず、ガラス体をフェルール１２の凹部内に設置し、光ファイバ１１をフェルール１２とガラス体（接合体１３）に挿入し、焼成炉にて約４００℃で１０分間加熱処理した。次いで、光ファイバ１１の端面が露出したフェルール１２の端面部を鏡面研磨した。
次に、フェルール１２と該フェルールの一端から突出する余剰分の光ファイバ１１をセラミック製の治具で固定し、鏡面研磨されたフェルール１２の端部にエタロンフィルタ４４を設置し、セラミック製の治具で固定し、約４００℃で１０分間加熱処理することにより、エタロンフィルタ４４を接合材１３でフェルール１２の端面部に接合した。 In this example, first, the glass body was placed in the recess of the ferrule 12, the optical fiber 11 was inserted into the ferrule 12 and the glass body (joined body 13), and heat-treated at about 400 ° C. for 10 minutes in a firing furnace. . Next, the end surface portion of the ferrule 12 where the end surface of the optical fiber 11 was exposed was mirror-polished.
Next, the ferrule 12 and the excess optical fiber 11 projecting from one end of the ferrule are fixed with a ceramic jig, and an etalon filter 44 is installed at the end of the mirror-polished ferrule 12 to make a ceramic jig. The etalon filter 44 was bonded to the end surface portion of the ferrule 12 with the bonding material 13 by fixing with a tool and heat-treating at about 400 ° C. for 10 minutes.

作製した光ファイバセンサを−４０℃から３００℃の間でエタロンフィルタ４４からの反射ピーク波長の温度特性を確認し、温度センサとして問題ないことを確認した。また、反射点測定装置にて光ファイバ１１と光学素子１４との界面に空隙発生による反射点がないことを確認した。 The temperature characteristic of the reflection peak wavelength from the etalon filter 44 was confirmed between −40 ° C. and 300 ° C. of the manufactured optical fiber sensor, and it was confirmed that there was no problem as a temperature sensor. Further, it was confirmed by the reflection point measuring device that there is no reflection point due to the generation of a gap at the interface between the optical fiber 11 and the optical element 14.

本発明に係る実施の形態１の光デバイスの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the optical device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 実施の形態１の変形例（１）の光デバイスの構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical device according to a modification (1) of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の変形例（２）の光デバイスの構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical device according to a modification (2) of the first embodiment. 実施の形態１の変形例（３）の光デバイスの構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical device according to a modification (3) of the first embodiment. 本発明に係る実施の形態２の光デバイスの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the optical device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態３の光デバイスの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the optical device of Embodiment 3 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態４の光デバイスの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the optical device of Embodiment 4 which concerns on this invention. 従来の光デバイスの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional optical device.

Explanation of symbols

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ光ファイバ、１１光デバイス、１２フェルール、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ凹部、１３接着剤、１４光学素子、１５金属被膜、２７グレーデッドインデックスファイバ、２８純石英ファイバ、３０ファラデー回転ミラー、３４ファラデー回転子、３７ミラー、３８磁石、４０光ファイバセンサ、４４エタロンフィルタ、４７ａ、４７ｂ部分反射膜。
10a, 10b, 10c, 10d optical fiber, 11 optical device, 12 ferrule, 12a, 12b, 12c recess, 13 adhesive, 14 optical element, 15 metal coating, 27 graded index fiber, 28 pure quartz fiber, 30 Faraday rotation Mirror, 34 Faraday rotator, 37 Mirror, 38 Magnet, 40 Optical fiber sensor, 44 Etalon filter, 47a, 47b Partial reflection film.

Claims

A cylinder with an optical fiber inserted into the inner hole;
An optical element having one end face opposed to one end face of the optical fiber;
An optical device comprising: a bonding material in which a peripheral surface of one end of the optical fiber and one end surface of the optical element are integrally bonded to the cylindrical body.

The cylindrical body has a recess in the end face on the optical element side that communicates with the inner hole and in which one end of the optical fiber is embedded, and the recess is filled with the bonding material. The optical device according to claim 1.

The optical device according to claim 2, wherein the optical element is disposed in an opening region of the concave portion.

The optical device according to claim 1, wherein the bonding material is made of glass.

At least a peripheral surface of one end of the optical fiber is covered with a metal part, and the metal part of the optical fiber and the cylindrical body are bonded via the bonding material including a metal of the same material as the metal part. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is an optical device.

6. The optical device according to claim 1, wherein a refractive index distribution type fiber is provided at one end of the optical fiber.

The optical device according to claim 1, wherein the optical element includes a Faraday rotation element that rotates a polarization state of incident light by 90 degrees.

The optical element is an optical sensor comprising a pair of partially reflecting mirrors arranged opposite to each other and a light guide that is interposed between the pair of partially reflecting mirrors and causes multiple interference of incident light. An optical device according to any one of claims 1 to 6.