JP2008250183A

JP2008250183A - 光デバイス

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Publication number: JP2008250183A
Application number: JP2007094094A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shimozu; 臣一下津
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】光導波路および、その端部を接着固定して保持する保持部材を備えてなる光デバイスにおいて、それら両者を固定している接着剤の劣化を防止する。
【解決手段】入射した光Ｂを伝搬させる光ファイバ等の光導波路１０と、この光導波路１０の端面１０ｃに近い部分の側面が接着されて、該光導波路１０を保持する保持部材１２とを備えてなる光デバイスにおいて、光導波路１０の側面と保持部材１２とを、前記光Ｂに対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤１１によって接着する。
【選択図】図１

Description

本発明は光デバイス、特に詳細には、光ファイバ等の光導波路の端部が保持部材に接着固定された構造を有する光デバイスに関するものである。

従来、通信等の広範な分野において、レーザ光等の光の伝搬用に光ファイバが広く利用されている。この光ファイバは、例えば特許文献１に示されているように、端部に取り付けられたコネクタ部品同士を接続することによって他の光ファイバと接続されることが多い。そして、そのように光ファイバの端部にコネクタ部品を取り付ける場合、上記特許文献１にも示されているように、光ファイバの端部がフェルールと称される筒状の保持部品内に固定保持され、このフェルールごと光ファイバが取り扱われることが多い。

上記フェルールはガラスや金属等から形成され、その内部に光ファイバ端部を固定する際には、該フェルールの内周面と、素線状態とされた光ファイバの端部外周面（クラッド外周面）とが接着固定されるのが一般的である。
特開２００５−３００５９６号公報

上述のように光ファイバ端部をフェルール内に接着固定した構造を有する光デバイスにおいては、使用を重ねるうちに光ファイバ端部がフェルールから突出して来るという問題が認められる。これは両者を接着固定している接着剤が劣化することに起因していると考えられが、このような現象が起きると、例えばその光ファイバとオプティカルコンタクトで接続している別の光ファイバとの間で光の伝搬損が生じる等の問題を招く。

図６は以上の問題を分かりやすく示すものである。ここに示すようにコア１０ａおよびその周囲に配されたクラッド１０ｂからなる光ファイバ１０の一端面（出射端面）１０ｃに近い部分の周面が、接着剤層５によって円筒状のフェルール１２の内周面に固定保持されている。なお２０は、光ファイバ１０を他の光ファイバと接続するためのコネクタハウジングである。正常の状態は同図（１）に示す通りであるが、接着剤層５が劣化して光ファイバ１０の動きを許してしまうと、同図（２）に示すように光ファイバ１０の先端部がフェルール１２から突出してしまう。劣化した接着剤層５は、フェルール１２が透明なガラス等からなるものである場合は、黄変して認められる。

以上、光ファイバの端部をフェルールに固定した構造を有する光デバイスにおける問題を説明したが、光ファイバ以外の光導波路と、この光導波路の端面に近い部分の側面が接着されて該光導波路を保持する保持部材とを備えてなる光デバイスにおいては、同じような問題が発生し得る。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、光導波路および、その端部を接着固定して保持する保持部材を備えてなる光デバイスにおいて、それら両者を固定している接着剤の劣化を防止することを目的とする。

本発明による光デバイスは、前述したように、
入射した光を伝搬させる光導波路と、
この光導波路の端面に近い部分の側面が接着されて、該光導波路を保持する保持部材とを備えてなる光デバイスにおいて、
前記光導波路の側面と前記保持部材とが、前記光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって接着されていることを特徴とするものである。

なお、上記光導波路の「端面」とは入射端面あるいは出射端面を指すものであって、本発明の光デバイスにおいては、そのような入射端面および／または出射端面に近い部分の側面が保持部材に接着される。一方上記「側面」とは、上記「端面」と交差して延びる面、つまり大略光の導波方向に沿って延びる面を指すものである。

また本発明の光デバイスにおいては、光導波路が光ファイバであり、前記保持部材が筒状に形成されたものであり、この保持部材の内周面に光ファイバのクラッド外周面が前記側面として接着されていることが望ましい。そして、そのように光ファイバが適用される場合は、その光ファイバの少なくとも一方の端部にコネクタ部品が取り付けられて、該コネクタおよび光ファイバにより光ファイバパッチコードが構成されていることが好ましい。

また本発明の光デバイスは、光導波路としてマルチモード光導波路が適用されていることを前提として構成されることが特に望ましい。

さらに本発明の光デバイスは、波長４５０ｎｍ以下の光を伝搬させる光導波路が適用されていることを前提として構成されることが特に好ましい。

また、本発明の光デバイスで用いられる接着剤の屈折率は、該接着剤が接する光導波路の部分の屈折率より大であることが望ましい。

また、本発明の光デバイスを構成する光導波路の入射端面および出射端面の少なくとも一方には、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されていることが特に望ましい。

本発明者の研究によると、前述したように光ファイバ等の光導波路と保持部材とを接着固定している接着剤が劣化する問題は、主に光導波路の端面で散乱した光がこの接着剤の部分に照射されることによって起きていることが判明した。

すなわち、上述の接着剤としては一般に熱硬化型のものが多く使用され、硬化した接着剤層には、接着の際に受けた熱応力が残留しやすい。この状態で光デバイスが使用されて接着剤層に前述のような光が照射されると、そのとき熱も加わるので、その熱によって残留応力が解放されて接着剤層が動いてしまい、その結果光導波路が保持部材から突出してしまうと考えられる。従来は、光導波路と保持部材とを接着固定する接着剤として、導波する光に対する吸収率が９０％前後程度のものが多く用いられて来たので、以上説明した不具合が発生しやすくなっている。例えば、通信等で標準的に用いられているエポテック社製の熱硬化接着剤３５３ＮＤは、図１５に示す通り、約６００ｎｍ以下の波長の光をほぼ１００％吸収する。また同社製熱硬化接着剤３１４は、図１６に示す通り、約４００ｎｍ以下の波長の光をほぼ１００％吸収する。

なお、接着剤が熱硬化型のものではない場合も、上述のような光が照射されることによって接着剤が光化学的に劣化したり、熱によって劣化したりして、光導波路の突出を招くことがある。

本発明の光デバイスは、この新しい知見に基づいて得られたものであり、光導波路を導波する光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって該光導波路および保持部材が接着されているので、硬化している接着剤層が極めて光を吸収し難くなっている。そこで、接着剤層が光を吸収して熱等によって劣化することが起こり難くなり、よって光ファイバ等の光導波路が動いてしまうことが効果的に防止される。

なお、以上説明した接着剤の劣化は、そこに照射される光のエネルギーが高いほどより起きやすくなる。光導波路が特にマルチモード光導波路である場合はシングルモード光導波路と比べて一般に高出力の光が入力されることが多く、また波長４５０ｎｍ以下の比較的短波長の光はそれ自体、長波長の光よりも高エネルギー状態にある。したがって、このようにマルチモード光導波路が適用された光デバイスや、導波する光の波長が４５０ｎｍ以下である光デバイスに本発明が適用された場合は、接着剤の劣化を防止する効果がより顕著なものとなる。

他方、光導波路と保持部材とを接着固定している接着剤の屈折率が、該接着剤が接する光導波路の部分の屈折率より大である場合は、特に入射端面側において、端面で散乱した光が接着剤の層を導波モードで伝搬することがある。このように接着剤層を光が導波する場合は、そこに単純に光が照射される場合と比べて、接着剤層はより大きいエネルギーを受けることとなる。したがって、このように接着剤の屈折率が、該接着剤が接する光導波路の部分の屈折率より大になっている光デバイスに本発明が適用された場合は、接着剤の劣化を防止する効果がより顕著なものとなる。

また、本発明の光デバイスを構成する光導波路の入射端面および出射端面の少なくとも一方に、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されている場合は、その端面を別の光導波路等の光学部材とオプティカルコンタクトをさせたときに発生する、両者に含まれる酸化物（石英、ＳｉＯ_２）の反応を防ぐことができる。特に、導波する光がエネルギー密度の高い光の場合や短波長光の場合は、酸化物の反応箇所において光導波路と上記光学部材とが一体化し、両者を離したときに反応箇所が損傷して、再使用不能、あるいは光伝搬損失の増大という問題が生じやすいが、保護膜体によって上記反応を防ぐことができれば、このような問題を防止して、性能が安定した光デバイスを実現できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による光デバイスを示すものである。ここで用いられている光ファイバ１０は、コア１０ａおよびその周囲に配されたクラッド１０ｂからなるマルチモード光ファイバであり、光ファイバ１０の両端面１０ｃの各々に近い部分の外周面（より詳しくはクラッド外周面）が、それぞれ接着剤層１１によって円筒状のフェルール１２の内周面に接着固定されている。そして光ファイバ１０の両端面１０ｃの各々には、後に詳述する保護膜体１３が形成されている。

なお２０は、光ファイバ１０を他の光ファイバと接続するためのコネクタハウジングである。本実施形態の光デバイスは、上記光ファイバ１０およびその両端部に取り付けられたコネクタハウジング２０により、特に光ファイバパッチコードを構成している。

この光デバイスにおいては、一例として波長が４０５ｎｍ、出力が２００ｍＷのレーザビームＢが、一方の光ファイバ端面１０ｃ側からコア１０ａに入射される。なおここでは特に図示していないが、この光入射は、公知の一般的な入射光学系を用いて行えばよい。同図では、左側の端面１０ｃが入射端面であり、そこからコア１０ａに入射したレーザビームＢはコア１０ａを導波して、図中右側の端面１０ｃつまり出射端面から出射する。

本実施形態では、接着剤層１１となる接着剤として、例えば米国エポキシテクノロジー社製の熱硬化型接着剤モデル３１４を用いて、光ファイバ１０の外周面とフェルール１２の内周面とが接着されている。この接着剤は、波長４０５ｎｍのレーザビームＢに対する透過率が２８％／ｍｍ程度のものである。

レーザビームＢはコア１０ａに入射する際やそこから出射する際に、図中左側の端面（入射端面）１０ｃや右側の端面（出射端面）１０ｃにおいて一部が散乱し、その散乱光が接着剤層１１を照射することもある。しかし本実施形態では、上述のように吸収率が低い接着剤が用いられていることにより、接着剤層１１は上記散乱光を吸収し難くなっている。そこで、この接着剤層１１が光を吸収して熱等によって劣化することが起こり難くなり、よって光ファイバ１０がフェルール１２に対して動いて、そこから突出してしまうことが防止される。

なお本実施形態では、光ファイバ１０としてマルチモード光ファイバが適用されて、そこに２００ｍＷと高出力のレーザビームＢが入力されるようになっている。また、レーザビームＢは４０５ｎｍと短波長であって、赤外域や近赤外域のレーザビームと比べるとより高エネルギーのものである。このような場合、接着剤層１１はより高エネルギーの散乱光を受けて本来劣化しやすくなっているで、劣化防止の効果は特に顕著なものとなる。

なお保護膜体１３は、光ファイバ１０と、それにオプティカルコンタクトする別の光ファイバ（図示せず）同士の化学反応を抑止する膜体であり、常温での両者の物理的当接下においてその化学反応を抑止する。そのような膜体として具体的には、フッ化物（ＬｉＦ、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２）等を含む膜体が挙げられる。この保護膜体１３が形成されていることにより、光ファイバ１０と別の光ファイバとを離したときに、両光ファイバに含まれる酸化物の反応箇所が損傷して、再使用不能、あるいは光伝搬損失の増大といった問題を招くことを防止できる。

ここで保護膜体１３は、光ファイバ１０と別の光ファイバとを１ｋｇ重以下（より望ましくは５００ｇ重以下）で５０ｇ重以上の荷重で圧着した後に両光ファイバを引き離しても、該保護膜体１３および両光ファイバの損傷が最低限であって、両光ファイバが再使用可能な状態を維持できるものであることがさらに望ましい。

なお保護膜体１３は、単層膜、多層膜のいずれでもよい。多層膜の場合は、多層膜の最表面（最上層）の膜が光ファイバ１０に含まれる石英やＳｉＯ_２と容易に反応しないものであることが望ましい。また、保護膜体１３としては、後述で詳細に説明する形態を適用することができる。

次に図２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。

図２の光デバイスは、図１に示したものと比べると基本的に、右側のコネクタハウジング２０が省かれている点が異なるものである。この構成の光デバイスにおいては、例えば光ファイバ１０の右側の端面（出射端面）１０ｃからレーザビームＢが出射し、そのレーザビームが所定の用途に用いられる。

この第２の実施形態でも、接着剤層１１となる接着剤として第１実施形態で用いられたものと同じものが適用され、それにより本実施形態でも該接着剤層１１の劣化が防止される。また、保護膜体１３が形成されていることにより、これも第１実施形態におけるのと同様の効果が得られる。

次に図３を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。この図３の光デバイスは、図１に示したものと比べると、２本の光ファイバ１０が適用され、そして右側つまり光出射側のコネクタハウジングとして、２つのフェルール１２を保持するコネクタハウジング２１が適用されている点が異なるものである。コネクタハウジング２１は図示外のコネクタ部品と係合して、該コネクタ部品が保持する、光ファイバ１０よりも大径の１つの光ファイバと２本の光ファイバ１０とを、例えばオプティカルコンタクトにより接続する。この構成においては、２本の光ファイバ１０を各々伝搬したレーザビームＢを上記大径の光ファイバにおいて合波して、１本のより高出力のレーザビームを得ることが可能となる。

この第３の実施形態でも、接着剤層１１となる接着剤として第１実施形態で用いられたものと同じものが適用され、それにより本実施形態でも該接着剤層１１の劣化が防止される。また、保護膜体１３が形成されていることにより、これも第１実施形態におけるのと同様の効果が得られる。

次に図４を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。この図４の光デバイスは、光ファイバ１０とファイバスタブ３０とが共通の円筒状スリーブ３１内に保持され、互いに光学的に接続されてなるものである。ファイバスタブ３０は、光ファイバ１０と同様の光ファイバの先端部を切り取った形のものであり、短いコア３０ａの周囲にクラッド３０ｂが形成されてなる。このファイバスタブ３０および光ファイバ１０は、前述したフェルール１２と同様に概略同筒形状とされたコネクタ部品３２に、接着剤層１１を介して接着されている。そしてこれら２つのコネクタ部品３２は、円筒状スリーブ３１内に着脱自在にして収容される。

この光デバイスにおいては、光ファイバ１０のコア１０ａに入射したレーザビームＢがそこを伝搬した後、オプティカルコンタクトしているファイバスタブ３０のコア３０ａに入射し、そこをさらに伝搬した後、デバイス外に出射する。発散光状態で出射したレーザビームＢは、例えばコリメーターレンズ３３によって平行光化された後、所定の用途に用いられる。

この第４の実施形態でも、接着剤層１１となる接着剤として第１実施形態で用いられたものと同じものが適用され、それにより本実施形態でも該接着剤層１１の劣化が防止される。また、保護膜体１３が形成されていることにより、これも第１実施形態におけるのと同様の効果が得られる。

次に図５を参照して、本発明の第５の実施形態について説明する。この図５の光デバイスは、図２に示した光ファイバ１０の右側の端部が、図２の場合とは逆に入射端部として用いられるように構成されたものである。すなわちこの場合は、平行光状態のレーザビームＢが集光レンズ４０により集光されて、光ファイバ１０の端面１０ｃからコア１０ａに入力されるようになっている。

この第５の実施形態でも、接着剤層１１となる接着剤として第１実施形態で用いられたものと同じものが適用され、それにより本実施形態でも該接着剤層１１の劣化が防止される。また保護膜体１３はこの場合は一般的な保護膜として機能するが、省かれても構わない。

以上のようにして光ファイバ端面１０ｃからコア１０ａにレーザビームＢを入力させる場合、光ファイバ１０のクラッド１０ｂよりも接着剤層１１の屈折率が大きいと、端面１０ｃで散乱した光が、この接着剤層１１を導波モードで伝搬することがある。このように接着剤層１１を光が導波する場合は、そこに単純に光が照射される場合と比べて、接着剤層１１はより大きいエネルギーを受けることになるので、本来劣化しやすくなっている。したがって、このような構成において、接着剤層１１となる接着剤として低吸収のものを適用しておけば、接着剤層１１の劣化を防止する効果がより顕著なものとなる。

[接続構造及び保護膜体]
次に、本発明の光デバイスを他の光デバイスと接続する構造の例について説明する。図７はこの種の接続構造の一例を示すものである。ここに示す接続構造５０は、例えば図１や図２に示したように光ファイバ１０に保持部材としてのフェルール１２が接着固定されてなる光デバイスと、同様の別の光デバイスとを光学的に接続するものである。なお上記別の光デバイスも、基本的にはこれまで説明したものと同様の光ファイバ１０およびフェルール１２からなるものであるが、区別するためにそれらは各々１０′、１２′として示す。またここでは、フェルール１２、１２′の端部が半球面状に研磨されている場合について説明するが、これらの端部は図１や図２に示したように光ファイバ軸に対して垂直に形成されていても構わない。

フェルール１２の端面１２ｃおよび光ファイバ１０の端面１０ｃには、前述したような保護膜体１３が成膜されている。この保護膜体１３の材質は、短波長領域（１９０〜５３０ｎｍ）で高い透明性を持つ材質であり、例えばフッ化物（ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２およびＡｌＦ_３）等を含む膜体が好ましい。また、フェルール１２、１２′の先端形状は曲率半径が７〜２５ｍｍであり、外径は１．２５ｍｍまたは２．５ｍｍとする。そしてフェルール１２と１２′の当接部における接圧は４．９Ｎ〜１１．８Ｎ程度とすることが望ましい。

端面１２ｃに保護膜体１３が成膜されたフェルール１２とフェルール１２′は、保護膜体１３の最表面とフェルール１２′（光ファイバ１０′）とが当接するようにスリーブ５１内に挿入される。

従来、このような構造において光ファイバ同士を光学的に接続するためには、オプティカルコンタクトが用いられていた。導光する光が長波長帯域の光である場合やエネルギー密度がそれ程高くない場合は、オプティカルコンタクトを採用することによって光伝搬効率が良くなることが知られている。

しかし、導光する光がエネルギー密度の高い光の場合や短波長光の場合は、光ファイバ同士の当接部における酸化物が反応を起こして反応部分が一体化し、該反応後にフェルールをスリーブから抜くと、反応を起こした部分が破損して光コネクタとして再使用不能になったり、光損失が増大するといった問題が生じていた。特に、導光する光が短波長の場合、導光する光に有機物が反応することによって光ファイバの端部が汚染されることを防ぐためにＵＶクリーニングを行うと、光ファイバ同士の接着が生じて問題となることを、以下のようにして本出願人が確認した。

図９に、光ファイバとガラスをＵＶクリーニングした後、該光ファイバの断面とガラスを約５００ｇの荷重で当接させ、約１００時間放置したときの光ファイバ９０の当接面を概略的に示す。ここで９１はクラッド、９２はコアである。９９は、洗浄後に光ファイバ９０とガラス（不図示）とを当接、圧着させたことによって、光ファイバ９０とガラスに含まれる石英や酸化物が反応を起こして、光ファイバ９０とガラスとが一体化した部分を示す。

このように反応箇所が一体化すると、光ファイバ９０とガラスとを離間させたときに反応箇所が大きく損傷してしまい、あるいは反応箇所が光ファイバ９０の断面またはガラスに付着してしまうことが分かった。なお、当接前のファイバの表面粗さはＲａ＝２ｎｍである。このような現象が、光ファイバ同士をオプティカルコンタクトによって当接させた場合においても発生していた。また上記現象は、表面粗さＲａが５ｎｍ以下の場合に生じやすく、また、エネルギー密度の高い短波長の光が光ファイバを導光した場合に生じやすい。

それに対して、図７に示した接続構造５０におけるように、フェルール１２および光ファイバ１０の端面に短波長領域において透明性の高い保護膜体１３を成膜することにより、光ファイバ１０と１０′は直接当接せずに保護膜体１３を介して当接するようになる。したがって、光ファイバ１０と１０′の当接部における酸化物（石英、ＳｉＯ₂等）の反応を防いで、当接部の損傷をなくし、安定した性能を持つ接続構造５０を実現することができる。

ここで保護膜体１３とは、光ファイバ１０と１０′の当接部における両者の化学反応を抑止する膜体であり、より詳しくは、常温での物理的当接下で光ファイバ１０と１０′同士の化学反応を抑止するものである。具体的には上述したフッ化物（ＬｉＦ、ＢａＦ₂、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂）等を含む膜体が挙げられる。

さらに望ましくは、保護膜体１３は、光ファイバ１０と１０′の当接部に対して１ｋｇ重以下（より望ましくは５００ｇ重以下）で５０ｇ重以上の荷重で圧着した後に、フェルール１２および／またはフェルール１２′をスリーブ５１から抜いても、保護膜体１３および／または光ファイバ１０、１０′の損傷が最低限であって、光ファイバ１０および１０′が再使用可能な状態を維持する膜体であると望ましい。上記構成とすることで、フェルール１２および１２′をスリーブ５１に挿入して接続する際に、それらが１ｋｇ重以下（より望ましくは５００ｇ重以下）で５０ｇ重以上の荷重で圧着されることがあっても、光ファイバ１０と１０′の当接部における損傷を防ぐことができる。

なお保護膜体１３は、単層膜、多層膜の何れであってもよい。多層膜の場合は、多層膜の最表面（最上層）の膜が、光ファイバに含まれる石英やＳｉＯ₂と容易に反応しないものであることが望ましい。また保護膜体１３は、フェルール１２の端面１２ｃおよび光ファイバ１０の端面１０ｃに直接成膜されてもよいし、端面１２ｃ、１０ｃにアシスト膜が成膜された後に保護膜体１３が成膜されてもよい。

また保護膜体１３の膜厚は、大きな光損失を招かない程度の膜厚とする。光ファイバ１０の屈折率と保護膜体１３の屈折率は異なるため、保護膜体１３の光導波方向の膜厚ｄ１と保護膜体の屈折率Ｎと導波光波長λの関係は、
ｄ１×Ｎ＝（λ／２）×ｎ・・・（１）
（ただし、ｎは１以上の整数）
であることが望ましい。

また図８に示す接続構造６０のように、以上説明した保護膜体１３を設けた上でさらに、フェルール１２′の端面１２ｃ（勿論光ファイバ１０′の端面を含む）に保護膜体１３′を成膜してもよい。この場合、保護膜体１３、１３′の当接部において反応や一体化が発生しないように、それらの最表面の膜は容易に反応が起こらない異種材料によって構成されることが望ましい。また、保護膜体１３、１３′の膜厚の合計は前記式（１）を満足することが望ましい。つまり例えば、保護膜体１３、１３′の膜厚がそれぞれｄ２で等しく、各膜体の屈折率もそれぞれＮで等しい場合、導波光波長λとの関係は、
ｄ２×Ｎ＝（λ／４）×ｎ・・・（２）
（ただし、ｎは１以上の整数）
を満足することが望ましい。一方、保護膜体１３、１３′の膜厚がそれぞれ異なり、かつそれらが異種材料によって構成されて屈折率も異なる場合、保護膜体１３の膜厚をｄ２ａ、屈折率をＮａ、保護膜体１３′の膜厚をｄ２ｂ、屈折率をＮｂとしたとき、導波光波長λとの関係は、
（ｄ２ａ×Ｎａ）＋（ｄ２ｂ×Ｎｂ）＝（λ／２）×ｎ・・・（３）
を満足することが望ましい。

各保護膜体の膜厚を上記の方法で設定する他に、保護膜体の膜厚をλ／２未満のフッ化物膜とすることによって、膜質の経時変化を少なくすることができ、長時間に渡ってレーザ光を入射したときの光損失増大を抑えることができることを出願人は確認した。以下、その点について詳しく説明する。蒸着法で膜厚λ／２、λ／４、λ／６のＭｇＦ₂膜をそれぞれフェルール端面１２ｃに成膜してなる３種類の接続構造５０（図７参照）を用意した。そして、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させ、そのとき別の光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した結果を図１０に示す。なおこの場合、レーザ光は保護膜体１３の直径約３０μｍの領域を通過する。

ここに示すｇ１、ｇ２、ｇ３がそれぞれ、膜厚がλ／２、λ／４、λ／６の場合の特性である。なおこの図１０のグラフの縦軸は、入射光出力を１としたときの出射光の相対出力を示している。すなわち、この光出力が小さいほど光損失が大きいことになる。ここに示される通り、膜厚が小さいほど出射光の光出力の低下が少ない、つまり光損失が少ないことが分かる。

また、実験後のそれぞれの保護膜体１３を顕微鏡観察したところ、膜厚λ／６の膜の外観変化はほとんど見られなかったが、膜厚λ／４およびλ／２の膜はレーザ光の通過部分と思われる領域の変色が確認された。さらに、膜厚λ／２の膜は、変色した部分の周辺に膜のひび割れが確認された。膜厚λ／２とλ／４の膜に見られた変色は、レーザ光の熱によって膜が融解したためと考えられる。この結果より、保護膜体１３の膜厚が大きいほど、膜によるレーザ光のエネルギー吸収が大きく、この吸収によって膜質が変化し、光損失が大きくなると考えられる。

また本出願人は、蒸着法よりもイオンアシスト法で成膜した膜の方が、光損失をより低減できることを確認した。以下、この点について詳しく説明する。蒸着法とイオンアシスト法のそれぞれの方法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜をフェルール端面１２ｃに成膜した２種類の接続構造５０（図７参照）を用意し、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させ、そのとき別の光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した。図１１はその測定結果を示すグラフであり、ｇ４が蒸着法、ｇ５がイオンアシスト法で成膜した場合の測定結果を示している。

この図１１より、蒸着法よりイオンアシスト法で成膜した膜を用いた方が、光出力の低下が少ないことが分かる。また、曲線ｇ４よりより曲線ｇ５の方が傾きがやや小さいので、図示はしていないが、１０００時間以上経過した後は両成膜法における光出力の差が拡大しているであろうと推察される。

なおイオンアシスト法の場合、成膜前にイオンビーム等でターゲット（光ファイバ１０の端面）をクリーニング処理することができる。このため、ターゲットと膜の界面における損失を少なくでき、蒸着法よりも光損失を低減させることができたと考えられる。さらに、蒸着法よりイオンアシスト法の方がより緻密な膜質の膜を成膜することができる。したがって、イオンアシスト法による膜の方がレーザ光のエネルギー吸収による膜質変化が少なく、光損失を低減させることができたと考えられる。成膜前にターゲットのクリーニングが可能で、蒸着法より緻密な膜質の膜を成膜可能な方法としては、イオンアシスト法の他にイオンプレーティング法、スパッタリング法等が挙げられる。

また、イオンアシスト法で膜厚λ／６、λ／１２のＭｇＦ_２膜をフェルール端面１２ｃにそれぞれ成膜した２種類の接続構造５０（図７参照）を用意し、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させた。そのとき光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した。図１２はそのときの測定結果を示すものであり、ｇ６が膜厚λ／６、ｇ７が膜厚λ／１２の場合を示している。この図１２より、膜厚λ／６と膜厚λ／１２の膜とで、光出力の変化の様子がほぼ同じであることが分かる。したがって、レーザ光の条件が光出力＝１６０ｍＷでλ＝４０５ｎｍであって、膜厚がλ／６以下であれば、経時による出射光の出力変化特性はほぼ同じになると考えられる。

また本出願人は、吸収係数の低い材料を使用した膜の方が光損失の低減化を図れることを確認した。図１３は波長２４８ｎｍのパルスレーザによる膜の吸収係数と損傷閾値の関係を示したグラフである（"High damage threshold fluoride UV mirrors made by Ion Beam Sputtering",J.Dijion,et.,al.,SPIE Vol.3244,pp406-418,1998より引用）。このグラフより、フッ化物膜は損傷閾値が高く、フッ化物膜の中でもＭｇＦ_２に比べてＹＦ₃３やＬｉＦの方が損傷閾値が高いことが分かる。

そこで、蒸着法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜、ＹＦ₃膜をフェルール端面１２ｃにそれぞれ成膜した２種類の接続構造５０（図７参照）を用意し、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させ、そのとき光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した。この測定結果を図１４に示す。このグラフにおいてｇ８がＭｇＦ_２膜、ｇ９がＹＦ₃膜を用いた場合の特性を示している。この図１４より、ＭｇＦ_２膜よりＹＦ₃膜の方が光出力の低下が少ないことが分かる。また、ＭｇＦ_２膜の場合ＹＦ₃膜の場合の方がグラフの傾きがやや小さいため、図示していないが、１０００時間以上経過した後は両膜における光出力の差が拡大しているであろうと推察される。したがって、光損失を低減するためには、フッ化物膜（例えばＹＦ₃、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ₃、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２およびＡｌＦ₃の何れか）を用いることが好ましく、さらには吸収係数の小さいＹＦ₃等を用いることがより好ましい。

以上より、光出力＝１６０ｍＷ、波長＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に１０００時間以上に渡って入射させたとき、入射直後の出射光の光出力に対する１０００時間後の出射光の光出力の低下率を１０％未満に抑えるためには、光ファイバ１０の端面に成膜する膜の膜厚はλ／６以下であることが望ましい。さらに、成膜方法はイオンアシスト法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等、成膜前にターゲットのクリーニングが可能であって、膜質の緻密な膜を成膜可能な方法を用いることが望ましい。さらに、レーザ光のエネルギー吸収が少ない膜であることが望ましい。

また、導波する光の波長が短波長領域（１９０〜５３０ｎｍ）の場合には、有機物による汚染を防ぐため、図７の構成において、保護膜体１３が成膜されていないフェルール１２′の端面および／またはフェルール１２の端面１２ｃにＵＶクリーニングを施してもよい。上述したフッ化物（ＹＦ₃、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ₃、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２およびＡｌＦ₃の何れか）を含む膜体はＵＶ領域（１９０〜４１０ｎｍ）の光に不活性であり、フェルール１２に上記フッ化物からなる保護膜体１３が成膜されているため、光ファイバ１０と１０′の当接部における酸化物（石英、ＳｉＯ_２等）の反応を防いで、当接部の損傷を抑制することができる。また、図８の構成において有機物による汚染を防ぐために、フェルール１２′および／または１２の端面１２ｃにＵＶクリーニングを施す場合も、光ファイバ１０および１０′同士の当接部における化学反応を抑止することができる。

本発明の第１の実施形態による光デバイスを示す概略側面図本発明の第２の実施形態による光デバイスを示す概略側面図本発明の第３の実施形態による光デバイスを示す概略側面図本発明の第４の実施形態による光デバイスを示す概略側面図本発明の第５の実施形態による光デバイスを示す概略側面図従来技術の問題を説明する図本発明の光デバイスを用いた導波路接続構造の一例を示す概略側断面図本発明の光デバイスを用いた導波路接続構造の別の例を示す概略側断面図当接部が破損した光ファイバを示す概略断面図蒸着法で膜厚λ／２、λ／４、λ／６のＭｇＦ_２膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフ蒸着法とイオンアシスト法のそれぞれの方法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜を成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフイオンアシスト法で膜厚λ／６、λ／１２のＭｇＦ_２膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフ波長２４８ｎｍのパルスレーザによる膜の吸収係数と損傷閾値の関係を示すグラフ蒸着法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜、ＹＦ_３膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフ熱硬化接着剤の吸収特性の一例を示すグラフ熱硬化接着剤の吸収特性の別の例を示すグラフ

符号の説明

１０光ファイバ
１０ａ光ファイバのコア
１０ｂ光ファイバのクラッド
１０ｃ光ファイバの端面
１１接着剤層
１２フェルール
１３保護膜体
２０、２１コネクタハウジング
３０ファイバスタブ
３１スリーブ
３２コネクタ部品
３３コリメーターレンズ
４０集光レンズ
Ｂレーザビーム

Claims

入射した光を伝搬させる光導波路と、
この光導波路の端面に近い部分の側面が接着されて、該光導波路を保持する保持部材とを備えてなる光デバイスにおいて、
前記光導波路の側面と前記保持部材とが、前記光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって接着されていることを特徴とする光デバイス。
前記光導波路が光ファイバであり、
前記保持部材が筒状に形成されたものであり、
この保持部材の内周面に、前記光ファイバのクラッド外周面が前記側面として接着されていることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
前記光ファイバの少なくとも一方の端部にコネクタ部品が取り付けられて、該コネクタおよび光ファイバにより光ファイバパッチコードが構成されていることを特徴とする請求項２記載の光デバイス。
前記光導波路がマルチモード光導波路であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光デバイス。
使用波長が４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光デバイス。
前記接着剤の屈折率が、該接着剤が接する光導波路の部分の屈折率より大であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の光デバイス。
前記光導波路の入射端面および出射端面の少なくとも一方に、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の光デバイス。