JP2008083372A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造を用いて温度変化による影響を小さくすることができる光デバイスを提供する。
【解決手段】本発明による光デバイス(1)は、光導波路(2)と、光導波路(2)を支持する光導波路支持部(4)と、光導波路(2)に光学的に接続され且つ長手方向(A)に延びる光ファイバー(6,8)と、これらを収容する筐体(10)を有する。光ファイバー(6,8)は、その先端から延び且つ被覆を除去した裸線部分(14)と、この裸線部分(14)に隣接し且つ被覆を残した被覆部分(16)を有する。光デバイス(1)は、更に、裸線部分(14)の先端部を支持し且つ光導波路支持部(4)に固定された裸線支持部(18)と、裸線支持部(14)と間隔をおいて被覆部分(16)を支持し且つ筐体(10)に固定された被覆支持部(22)と、裸線支持部(18)と被覆支持部(22)との間を橋渡しするように固定されたダミー光ファイバー(32)を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光デバイスに関し、更に詳細には、筐体に収納された光デバイスに関する。

シリコン上にポリマーで形成された光導波路部と光ファイバー部とを組合せた光モジュールを、金属等で形成された筐体に収納した光デバイスが知られている。また、かかる光デバイスにおいて、周囲温度が変化したとき、光モジュールの線膨張係数と筐体の線膨張係数の違いにより、光デバイス内に歪が生じ、光デバイスの性能に影響を及ぼす場合があることが知られている（特許文献１〜３等参照）。

この影響を小さくするために、光ファイバーを引張った状態で筐体内に固定する光デバイス（特許文献１参照）、筐体内に樹脂を充填する光デバイス（特許文献２参照）、及び、筐体の線膨張係数を光モジュールの線膨張係数に一致させるように構成された光デバイス（特許文献３参照）等が知られている。

特開２００６−３０５５２号公報 特開平５−９３８１９号公報 特開２００５−１４８４８１号公報

特許文献１に開示された光デバイスを発明者が検証したところ、特許文献１に記載されたほどの効果が得られなかった。また、特許文献２に開示された光デバイスでは、使用する樹脂の量が多くなるのでコスト高になり、特許文献３に開示された光デバイスでは、筐体及び光モジュールに使用する材料が限定される。

そこで、本発明の目的は、簡単な構造を用いて、温度変化による影響を小さくすることができる光システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による光デバイスは、光導波路と、光導波路を支持する光導波路支持部と、光導波路に光学的に接続され且つ長手方向に延びる光ファイバーと、光導波路、光導波路支持部及び光ファイバーを収容する筐体と、を有し、光ファイバーは、その先端から延び且つ被覆を除去した裸線部分と、この裸線部分に隣接し且つ被覆を残した被覆部分と、を有し、更に、裸線部分の先端部を支持し且つ光導波路支持部に固定された裸線支持部と、裸線支持部と間隔をおいて被覆部分を支持し且つ筐体に固定された被覆支持部と、裸線支持部と被覆支持部との間を橋渡しし且つそれらに固定された橋渡し部材と、を有することを特徴としている。

このように構成された光デバイスでは、筐体の線膨張係数が光導波路支持部、裸線支持部及び被覆支持部の線膨張係数よりも大きい場合、周囲温度が例えば室温から零下まで下降すると、裸線支持部と被覆支持部との間の光ファイバーに押圧力がかかる。それにより、被覆部分よりも強度の弱い裸線部分が撓み、光デバイスを伝搬する光の損失が増大する傾向がある。しかしながら、本発明の光デバイスでは、裸線支持部と被覆支持部との間に橋渡し部材が追加されているので、裸線支持部と被覆支持部との間に働く押圧力が光ファイバーと橋渡し部材とに分配される。それにより光ファイバーに作用する押圧力が減少し、光デバイスを伝搬する光の損失の変動を抑制することができる。その結果、簡単な構造を用いて、光デバイスにおける温度変化による影響を小さくすることができる。

本発明による光デバイスの実施形態において、好ましくは、橋渡し部材は、ダミー光ファイバーである。

橋渡し部材をダミー光ファイバーで構成することにより、橋渡し部材を固定するための裸線支持部及び被覆支持部の寸法を、光ファイバーを固定するためのそれらの寸法と共通化することができる。また、光ファイバーリボンを使用することにより、組立工程の簡単化を図ることも可能である。

本発明による光デバイスの実施形態において、更に好ましくは、光ファイバー及びダミー光ファイバーは、引張り状態で裸線支持部と被覆支持部とに固定される。

本発明による光デバイスの実施形態において、更に好ましくは、裸線支持部と被覆支持部との間の光ファイバー及びダミー光ファイバーは、樹脂で被覆される。

本発明による光デバイスの実施形態において、光導波路支持部と裸線支持部とが一体に形成された基板であってもよいし、裸線支持部と光ファイバーとが光ファイバーアレイを構成してもよい。

以上説明したように、本発明による光デバイスは、簡単な構造を用いて、温度変化による影響をで小さくすることができる。

まず、図１及び図２を参照して、本発明による光デバイスの第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である光デバイスの平面断面図であり、図２は、図１の光デバイスの正面断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態である光デバイス１は、光導波路２と、光導波路２を支持する光導波路支持部４と、光導波路２の一方の側に光学的に接続され且つ長手方向Ａに延びる光ファイバー６と、光導波路２の他方の側に光学的に接続され且つ長手方向Ａに延びる２本の光ファイバー８と、光導波路２、光導波路部４及び光ファイバー６、８を収容する筐体１０とを有している。

光導波路２は、光導波路支持部４の上に積層されている。光導波路支持部４は、例えば、シリコンで形成され、光導波路２は、互いに屈折率が僅かに異なるフッ素化ポリイミド等のポリマーで形成されたコア２ａとクラッド２ｂとを有している。シリコンの線膨張係数は、３．２ｐｐｍ／℃である。

コア２ａの一方の側のポート２ｃの個数及び他方の側のポート２ｄの個数は任意である。以下、例示として、一方の側のポート２ｃの個数が１つであり、他方の側のポート２ｄの個数が２つある場合を説明する。なお、ポート２ｃ、２ｄの個数及びポートの接続の仕方に応じて、光デバイスは、光スプリッタ、光結合器等を構成する。コア２ａの分岐部２ｅには、所定の光を反射したり透過したりする光フィルタ１２が配置されてもよい。本実施形態では、光ファイバー６から入射した光が光フィルタ１２を透過して光ファイバー８の一方（図１の上側の光ファイバー８）に伝搬されるように、コア２ａが構成されている。

光ファイバー６、８はそれぞれ、コア６ａ、８ａと、クラッド６ｂ、８ｂと、被覆部６ｃ、８ｃとを有し、その先端から延び且つ被覆部６ｃ、８ｃを除去した裸線部分１４と、この裸線部分１４に隣接し且つ被覆部６ｃ、８ｃを残した被覆部分１６と、を有している。シングルモードファイバでは、裸線部分１４の径が１２５μｍであることが一般的である。

光デバイス１は、更に、裸線部分１４の先端部を支持する裸線支持部１８と、この裸線支持部１８との間に光ファイバー６、８を挟むように配置された押えブロック２０と裸線支持部１８と間隔をおいて被覆部分１６を支持する被覆支持部２２とを有している。裸線支持部１８は、光導波路支持部４に固定されており、本実施形態では、裸線支持部１８は、光導波路支持部４と一体に形成された基板である。従って、裸線支持部１８は、例えば、シリコンで形成される。被覆支持部２２も、裸線支持部１８と同じ材料で作られることが好ましい。

光ファイバー６、８の裸線部分１４はそれぞれ、そのコア６ａ、８ａと光導波路２のコア２ａとが整列するように裸線支持部１８及び押えブロック２０に接着剤２４によって固定されている。具体的には、裸線支持部１８及び押えブロック２０はそれぞれ、光ファイバー６を固定するための溝１８ａ、２０ａを有している。裸線部分１４は、溝１８ａ、２０ａに位置決めされ、裸線部分１４と溝１８ａ、１８ｂとの間及び裸線支持部１８と押えブック２０との間に接着剤２４が充填されている。接着剤２４は、紫外線硬化型樹脂であることが好ましい。

被覆支持部２２は、光ファイバー６、８の被覆部分１６を支持する上面２２ａを有している。また、光ファイバー６、８の裸線部分１４と被覆部分１６との間の境界部分１５は、被覆支持部２２の上に位置しており、境界部分１５は、被覆支持部２２の上面２２ａに接着剤２６によって固定されている。接着剤２６の弾性率は１〜４ＧＰａが好ましく、例えば、紫外線硬化型エポキシ系樹脂であり、その具体例は、協立化学産業製ＷＲ８７７４Ｎ（弾性率２．５ＧＰａ）やＮＴＴ−ＡＴ製ＡＴ３９２５Ｍ(弾性率１ＧＰａ)である。

また、光導波路支持部４及び被覆支持部２２はそれぞれ、筐体１０に接着剤２８、３０によって固定されている。接着剤２８の弾性率は、１０〜５０００ＫＰａが好ましく、例えば、信越化学工業製紫外線硬化型シリコーン系樹脂のＫＪＣ７８１０（弾性率２５ＫＰａ）や、信越化学工業製室温硬化型シリコーン系樹脂のＢＦ５００（弾性率３０００ＫＰａ）である。接着剤３０の弾性率は１〜４ＧＰａが好ましくは、例えば、室温硬化型エポキシ系樹脂のチバガイギー製アラルダイト（弾性率３．９ＧＰａ）や、熱硬化型エポキシ系樹脂の協立化学産業製ＸＯＣ−０３Ｈ２（弾性率１．２ＧＰａ）である。

なお、接着剤２６と３０は、光ファイバ６，８が引張の外力を受けても筐体１０から抜けない様にする必要があり、弾性率を大きく設定している。一方、接着剤２８は、光導波路部４を筐体１０に保持するだけで良いので弾性率を小さく設定している。

筐体１０は、筐体本体１０ａと筐体蓋１０ｂとを有している。筐体本体１０ａは、光ファイバー６、８の被覆部６ｃ、８ｃを受入れる切欠き１０ｃを有し、筐体蓋１０ｂは、切欠き１０ｃを塞ぐ塞ぎ部１０ｄを有している。筐体本体１０ａと筐体蓋１０ｂとは、シール用接着剤（図示せず）によって固定されている。筐体１０と光ファイバー６とは、シール用接着剤３１等によって支持されている。シール用接着剤３１は、例えば、常温硬化型シリコーン系樹脂であり、その具体例は、ＮＴＴ−ＡＴ製ＢＦ５００(弾性率３ＭＰａ)である。筐体１０は、好ましくは、金属で形成され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄合金、ステンレス、スチール等で形成される。中でも鉄、ニッケル、コバルトの合金であるコバールが線膨張係数の観点から好ましい。コバールの線膨張係数は、４．７ｐｐｍ／℃である。

光デバイス１は、更に、裸線支持部１８と被覆支持部２２との間を橋渡しし且つそれらに固定された橋渡し部材３２を有している。具体的には、橋渡し部材３２は、コア２ａと光学的に接続されていない光ファイバーであるダミー光ファイバー３２で構成されている。光ファイバー６、８と同様、ダミー光ファイバー３２も、その先端から延び且つ被覆部を除去した裸線部分１４’と、この裸線部分１４’に隣接し且つ被覆部を残した被覆部分１６’とを有していることが好ましい。本実施形態では、光導波路２の一方の側には、２本のダミー光ファイバー３２が設けられ、他方の側には、１本のダミー光ファイバーが設けられている。温度変化により裸線支持部１８と被覆支持部２２との間に作用する応力を光ファイバー６、８とダミー光ファイバー３２に分配させるために、一方の側又は他方の側における光ファイバー６、８とダミー光ファイバー３２の本数の合計は３本以上であることが好ましい。また、光ファイバー６、８及びダミー光ファイバー３２は、光ファイバーリボンから一体に構成されることが好ましい。

また、光ファイバー６、８及びダミー光ファイバー３２は、引張り状態で裸線支持部１８と被覆支持部２２とに固定されることが好ましい。

次に、本発明の第１の実施形態である光デバイスの作用について説明する。

光ファイバー６から入射した光は、光フィルタ１２を透過して光ファイバー８の一方（図１の上側の光ファイバー８）に伝搬される。以下、光ファイバー６から入射した光の強さに対する光ファイバー８から出射される光の強さのデシベル値を損失という。従って、損失は、０に近いほど好ましい。

光デバイス１において、筐体１０の線膨張係数は、光導波路支持部４、裸線支持部１８及び被覆支持部２２の線膨張係数よりも大きい。従って、周囲温度が、例えば、＋２５℃から＋８５℃まで上昇した場合、光ファイバー６、８に引張り力が作用し、周囲温度が、例えば、＋２５℃から−４０℃まで下降した場合、特に裸線支持部１８と被覆支持部２２との間の光ファイバー６、８の裸線部分１４に押圧力が作用する。光ファイバー６、８に引張り力が作用する場合、光ファイバー６，８は単に引張られるだけで、撓みは生じない。その結果、損失の変動は小さくなる。これに対して、光ファイバー６、８に押圧力が作用する場合、特に裸線支持部１８と被覆支持部２２との間に押圧力がかかる。それにより、被覆部分１６よりも強度の弱い裸線部分１４が撓み、損失の変動が大きくなる傾向がある。しかしながら、本発明の光デバイス１では、裸線支持部１８と被覆支持部２２との間にダミー光ファイバー３２が追加されているので、裸線支持部１８と被覆支持部２２との間に働く押圧力が光ファイバー６、８とダミー光ファイバー３２とに分配される。結果として、光ファイバーに作用する押圧力が減少し、それにより、光デバイスの損失の変動を抑制することができる。

次に、図３〜図５を参照して、本発明による光デバイスの第２の実施形態を説明する。図３は、本発明の第２の実施形態である光デバイスの平面断面図であり、図４は、図３の光デバイスの正面断面図である。図５は、図３の線Ｖ−Ｖにおける断面図である。

図３〜図５に示すように、本発明の第２の実施形態である光デバイス５０は、裸線支持部１８と被覆支持部２２との間の光ファイバー６及びダミー光ファイバー３２の部分の周りに保護用の樹脂５２を塗布したこと以外、上述した第１の実施形態である光デバイスと同様の構成を有している。従って、第１の実施形態である光デバイス１と同様である第２の実施形態である光デバイス５０の構成要素については、光デバイス１と同じ参照番号を付し、その説明を省略する。

光デバイス５０において、一方の側の光ファイバー６及びダミー光ファイバー３２の周りに塗布される保護用の樹脂５２の弾性率は、１〜１０ＭＰａであることが好ましく、例えば、シリコーン系樹脂である信越化学製紫外線硬化型のＯＦ２０７(弾性率２．２ＭＰａ）や、アクリル系樹脂であるノーランド製紫外線硬化型のＮＯＡ７６(弾性率７ＭＰａ)である。また、樹脂５の厚さは、５０〜１００μｍであることが好ましい。

第２の実施形態である光デバイス５０の作用は、第１の実施形態である光デバイス１の作用と同様である。

次に、入口側に１本の光ファイバーと２本のダミーファイバーとを有する本発明による光デバイス１の損失の変動と、入口側に１本の光ファイバーだけを有する比較例の光デバイス６０の損失の変動との比較テストを行った。図５は、比較例の光デバイスの平面断面図である。なお、出口側には、２本の光ファイバー８と１本のダミー光ファイバー３２が設けられている。

光ファイバー６及び光導波路２に伝搬させる光の波長は、１５５０ｎｍでテストを行い、周囲温度の変化は、＋２５℃から−４０℃まで変化させた場合と、＋２５℃から＋８５℃まで変化させた場合の２種類についてテストを行った。また、光ファイバー６、８及びダミー光ファイバー３２に引張り荷重をかけてそれらを固定した場合についてもテストを行った。表１に、損失変動のテスト結果を示す。引張り荷重の値は、光ファイバー６，８及びダミー光ファイバー３２の１本当りのものである。

表１から分かるように、引張り荷重をかけない場合において、特に周囲温度を＋２５℃から−４０℃まで変化させたときに、本発明による光デバイス１は、比較例の光デバイス６０と比較して損失の変動が著しく減少した。また、引張り荷重をかけた場合において、本発明による光デバイスでは、引張り荷重をかけると更に損失の変動が減少したが、比較例の光デバイス６０では、引張り荷重をかけても損失の変動にあまり変化が見られなかった。

次に、本発明による第１の実施形態である光デバイス１と第２の実施形態である光デバイス５０との比較を行った。光デバイス５０については、異なる弾性率を有する３種類の保護用の樹脂５２について比較した。樹脂の弾性率は、２．２ＭＰａ（例えば、信越化学工業製シリコーン系紫外線硬化型樹脂「ＯＦ２０７」）と、８０ＭＰａ（例えば、ＮＴＴ−ＡＴ製アクリル系紫外線硬化型樹脂「ＡＴ６３９０」）と、６９０ＭＰａ（例えば、ダイキン工業性エポキシ系紫外線硬化型樹脂「ＵＶ４０００」）であった。弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ７１２７「プラスチックフィルム及びシートの引張試験方法」に従って測定した。
表２に、損失の変動のテスト結果を示す。

表２から分かるように、弾性率の小さい保護用樹脂を採用することにより、周囲温度が＋２５℃から−４０℃まで変化したときの損失の変動を更に減少させることができた。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

上記実施形態では、裸線支持部１４と光導波路支持部１２とが一体に形成され、基板を構成したけれども、裸線支持部１４が光ファイバー６と押えブロックと共に光ファイバーアレイを構成してもよい。

また、橋渡し部材３２は、ダミー光ファイバーに限らず、その他の材料のものを使用してもよい。

また、第２の実施形態の光デバイス５０において、保護用の樹脂５２を一方の側の光ファイバ６及びダミー光ファイバー３２の周りだけでなく、他方の側の光ファイバ８及びダミー光ファイバー３２の周りに塗布してもよい。

本発明の第１の実施形態による光デバイスの平面断面図である。 図１の光デバイスの正面断面図である。 本発明の第２の実施形態による光デバイスの平面断面図である。 図３の光デバイスの正面断面図である。 図３の線Ｖ−Ｖにおける断面図である。 比較例の光デバイスの正面断面図である。

符号の説明

１ 光デバイス
２ 光導波路
４ 光導波路支持部
６、８ 光ファイバー
１０ 筐体
１４ 裸線部分
１６ 被覆部分
１８ 裸線支持部
２０ 押えブロック
２２ 被覆部分
３２ ダミー光ファイバー
５２ 保護樹脂
Ａ 長手方向

Claims (6)

1. 光導波路と、
   前記光導波路を支持する光導波路支持部と、
   前記光導波路に光学的に接続され且つ長手方向に延びる光ファイバーと、
   前記光導波路、前記光導波路支持部及び前記光ファイバーを収容する筐体と、を有し、
   前記光ファイバーは、その先端から延び且つ被覆を除去した裸線部分と、この裸線部分に隣接し且つ被覆を残した被覆部分と、を有し、
   更に、前記裸線部分の先端部を支持し且つ前記光導波路支持部に固定された裸線支持部と、
   前記裸線支持部と間隔をおいて前記被覆部分を支持し且つ前記筐体に固定された被覆支持部と、
   前記裸線支持部と前記被覆支持部との間を橋渡しし且つそれらに固定された橋渡し部材と、を有することを特徴とする光デバイス。
2. 前記橋渡し部材は、ダミー光ファイバーであることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記光ファイバー及び前記ダミー光ファイバーは、引張り状態で裸線支持部と被覆支持部とに固定されることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 裸線支持部と被覆支持部との間の光ファイバー及びダミー光ファイバーは、樹脂で被覆されることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
5. 前記光導波路支持部と裸線支持部とは、一体に形成された基板であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
6. 前記裸線支持部と、前記光ファイバーとが光ファイバーアレイを構成することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

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