JP2008293001A - 光ファイバアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤の熱伸縮や硬化収縮の影響を受けず、光ファイバの固定位置の変動や剥離・断線を防ぎ、出射光のＦＦＰが変動しない光ファイバアレイの提供。
【解決手段】被覆を除去した複数本の光ファイバを並べて配列する複数のＶ溝加工部を有するアレイ基板と、前記Ｖ溝加工部の複数のＶ溝に配列した光ファイバと、前記Ｖ溝加工部に配列した光ファイバを押える弾性部材と、該弾性部材が当接する中央部に溝が設けられ、その両側が凸部とされた溝加工蓋とを有してなり、前記溝加工蓋のうち凸部のみが接着剤でアレイ基板に固定されたことを特徴とする光ファイバアレイ。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信において光伝送路を結合させる光コネクタやセンサにおいて、変位や圧力などを検知するセンシング部などに使用され、光ファイバを任意位置に整列させて固定する光ファイバアレイに関する。

従来、光ファイバアレイは光伝送において結合素子として広く使用されており、光導波路スプリッタやアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、光スイッチなどに応用されている。光ファイバアレイは、Ｖ溝加工を施した基板に複数本の光ファイバを整列させ、平面板により光ファイバを上から抑えて挟み込むことで固定する構造となっており、非常に高密度かつ高精度な配列を実現することが可能である。図１は、従来の光ファイバアレイの一般的な構造を示す図であり、図１（ａ）は光ファイバアレイ１の正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側図である。

この光ファイバアレイ１は、一端側に光ファイバ被覆除去部４を位置決めするＶ溝加工部６が設けられたＶ溝加工基板５と、先端部に光ファイバ被覆除去部４が設けられ、この先端部をＶ溝加工基板５のＶ溝加工部６に配置し、光ファイバ被覆部３をＶ溝加工基板５の他端側上面に載せた状態で並べられた複数本の光ファイバ２と、Ｖ溝加工部６に光ファイバ被覆除去部４を配置した状態でＶ溝加工部６の上面に接着剤８によって接着された平面板９と、この平面板９接着部分を除くＶ溝加工基板５上面全域に設けられた光ファイバ保護用の接着剤８とから構成されている。Ｖ溝加工基板５や平面板９は、シリカガラスやパイレックス（登録商標）ガラス、セラミック、シリコン、ジルコニアなどの材料で作製される。また光ファイバ２は、Ｖ溝加工部６のＶ溝加工基板５と平面板９の間に、ＵＶ硬化や熱硬化の樹脂、またはシリコーン樹脂などの接着剤８を充填し固定され、端面はカットまたは研磨によって加工される。光ファイバ２は、単心だけでなくテープ状の多心も使用されることが多く、アレイ後部は剥離や断線を防ぐために、弾性の大きな接着剤８を用いて保護されることが多い。

通常、光ファイバアレイは、アレイ端面を結合対象物と付き合わせた状態で利用されることが多く、それぞれの光ファイバから出射した光は調心された対象物と結合する。よって結合効率を良くするには、高度な位置精度と配列および接着技術が不可欠となる。また別の用途としては、光ファイバアレイの１つ以上の出射ポートから測定対象物に光を出射し、測定対象物で反射された光を、それ自身またはその他の光ファイバで受光し検知することで、その対象物の変位や、それにかかる圧力、ひずみなどのセンシングに応用されている。この光センシングにおける測定方法としては、光強度測定法や干渉測定法などがあるが、結合素子として使用する場合とは異なり、対象物との距離が長く、端面から出射された光は空間伝搬して受光ポートと結合する。よってセンシングに使用する場合は、高度な位置精度と配列および接着技術などに加え、出射光の分布であるファーフィールドパターン（以下、ＦＦＰと略記する。）が変形しないことが非常に重要となる。

光ファイバの固定に接着剤を使用するアレイでは、環境温度の変化によって接着剤が膨張・収縮し、光ファイバと石英基板との剥離や光ファイバの断線を引き起こすという問題があり、その問題に対する対策が多く行われている。この対策としては、構造を工夫したもの（特許文献１，２参照。）や、接着剤の弾性やガラス転移温度などの特性を調整したもの（特許文献３〜５参照。）、また先端部を接着剤で固定し、光ファイバの根元をメタライズしてから半田で固定したもの（特許文献６参照。）などが提案されている。
特開２００３−２５５１７１号公報 特開２００５−２５１３５号公報 特開２００２−３５７７３６号公報 ＷＯ２００３／０８７９１１号パンフレット 特開２００５−１４１０８２号公報 特開２００３−１６１８５４号公報 特開平６−２２２２４６号公報 特許第３３０５２７号公報 特開２００３−１１４３５１号公報 特開２００３−３２２７４４号公報

しかしながら、特許文献１〜１０に開示された従来のアレイは、接着剤が光ファイバ被覆除去部に直接付着する構造であり、接着剤の熱伸縮による光ファイバの位置変動や引き込み、出っ張り、破断、剥離の可能性がある。特にＶ溝加工部に使用する接着剤は、光ファイバの変動や剥離がないように、弾性が小さく硬めの接着剤が使用されることが多く、この接着剤の熱伸縮や硬化収縮による光ファイバへの歪みの影響は非常に大きい。また作製するときに、接着剤がＶ溝に沿ってＶ溝加工部後方に流れてしまうと、図１中符号７で示すエッジ部に多量の接着剤が付着してしまい、エッジ部を支点とした熱伸縮や硬化収縮による光ファイバへの歪みはさらに大きくなる。

また、接着剤の熱伸縮や硬化収縮による光ファイバへの歪みは、光損失やクラッドモード結合というような光伝搬の問題を引き起こし、その結果アレイ端面から出射されるＦＦＰの変形をまねいてしまう。光ファイバにかかる歪み量は、環境温度変化による接着剤の熱伸縮によって歪みがかかり変化する場合や、硬化収縮によってあらかじめかかっていた歪みが熱伸縮によって緩和される場合があり、このような歪み量の変化によって、光ファイバから出射した光のＦＦＰが変動することになる。その結果、結合素子で使用する場合には結合効率が変動することになり、特にセンシングに使用する場合には測定精度が著しく悪化してしまう。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、接着剤の熱伸縮や硬化収縮の影響を受けず、光ファイバの固定位置の変動や剥離・断線を防ぎ、出射光のＦＦＰが変動しない光ファイバアレイの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、被覆を除去した複数本の光ファイバを並べて配列する複数のＶ溝加工部を有するアレイ基板と、前記Ｖ溝加工部の複数のＶ溝に配列した光ファイバと、前記Ｖ溝加工部に配列した光ファイバを押える弾性部材と、該弾性部材が当接する中央部に溝が設けられ、その両側が凸部とされた溝加工蓋とを有してなり、前記溝加工蓋のうち凸部のみが接着剤でアレイ基板に固定されたことを特徴とする光ファイバアレイを提供する。

本発明の光ファイバアレイにおいて、複数本の光ファイバが、互いに交差する角度で配置されている構成としてもよい。

本発明の光ファイバアレイにおいて、押え込む前の状態での弾性部材の厚さをａ、溝加工蓋の溝の深さをｂ、溝加工蓋の凸部とアレイ基板とを固定する接着剤の厚さをｃとすると、使用環境温度範囲内においてａ＞（ｂ＋ｃ）の関係を満たすことが好ましい。

本発明の光ファイバアレイにおいて、押え込む前の状態での弾性部材の厚さをａ、溝加工蓋の溝の深さをｂとすると、使用環境温度範囲内において０．６ｂ＜ａ＜０．９ｂの関係を満たすことが好ましい。

本発明の光ファイバアレイにおいて、弾性部材がシリコーン系ゴムからなることが好ましい。

本発明の光ファイバアレイは、被覆を除去した複数本の光ファイバを並べて配列する複数のＶ溝加工部を有するアレイ基板と、Ｖ溝加工部の複数のＶ溝に配列した光ファイバと、Ｖ溝加工部に配列した光ファイバを押える弾性部材と、該弾性部材が当接する中央部に溝が設けられ、その両側が凸部とされた溝加工蓋とを有してなり、溝加工蓋のうち凸部のみが接着剤でアレイ基板に固定された構成としたものなので、Ｖ溝内の光ファイバが弾性部材により押圧状態で保持され、使用環境温度の変化に伴う接着剤等の熱収縮に起因した歪みを弾性部材で吸収し、光ファイバに加わる歪み量を小さくすることができるので、接着剤の熱伸縮や硬化収縮の影響を受けず、光ファイバの固定位置の変動や剥離・断線を防ぎ、出射光のＦＦＰが変動しない光ファイバアレイを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の光ファイバアレイの実施形態を説明する。
図２は、本発明の光ファイバアレイの第１実施形態を示す図であり、図２（ａ）は光ファイバアレイ１０の正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。図２中、符号１０は光ファイバアレイ、１１は光ファイバ、１２は光ファイバ被覆部、１３は光ファイバ被覆除去部、１４はアレイ基板、１５はＶ溝加工部、１６は溝加工蓋、１７はエッジ部、１８は光ファイバ固定用の接着剤、１９は溝加工蓋固定用の接着剤、２０は弾性部材である。

本実施形態の光ファイバアレイ１０は、先端部の被覆を除去した複数本の光ファイバ１１を並べて配列する複数のＶ溝加工部１５を有するアレイ基板１４と、前記Ｖ溝加工部１５の複数のＶ溝に配列した光ファイバ１１と、前記Ｖ溝加工部１５に配列した光ファイバ１１を押える弾性部材２０と、該弾性部材２０が当接する中央部に溝が設けられ、その両側が凸部とされた溝加工蓋１６とを有してなり、溝加工蓋１６のうち凸部のみが接着剤１９でアレイ基板１４に固定されたことを特徴としている。光ファイバ被覆部１２の一部は、接着剤１８によってアレイ基板１４の上面に固定されている。

本実施形態の光ファイバアレイ１０は、被覆除去された光ファイバ１１をＶ溝加工部１５に整列した状態で、弾性部材２０を介し溝加工蓋１６によって押圧状態で固定されている。このとき、弾性部材２０の厚さは、アレイ使用環境温度範囲において、光ファイバ１１を押えることを前提に決定されており、特に低温時、弾性部材２０が収縮した状態においても、光ファイバ１１を十分に押圧していることが必須となる。よって弾性部材２０の厚さは、溝加工蓋１６の溝深さとＶ溝からの光ファイバ突出量によって決定され、溝加工蓋１６を上部より押え付け、弾性部材２０を押しつぶした状態で、溝加工蓋１６の両脇の凸部のみで接着固定するのが望ましい。

実際には、弾性部材２０の厚さは、溝加工蓋１６の溝深さよりも厚めに設計することが望ましいが、厚すぎると、弾性部材を押しつぶせずに接着ができないか、弾性部材２０を押しつぶすのに大きな圧力が必要となり、溝加工蓋１６や光ファイバ被覆除去部１３に大きな歪みがかかり特性が悪くなるばかりでなく、凸部固定用の接着剤１９の接着力よりも、弾性部材２０が元の厚さに戻ろうとする反発力が大きくなり、溝加工蓋１６が剥離するという問題が発生するため、使用する接着剤１９と弾性部材２０、溝加工蓋１６によって適当に調整することが望ましい。

ここで弾性部材２０は、光ファイバ１１に十分に当接して押えることができ、かつ温度変化によって光ファイバ１１に歪みをかけない材質であれば良く、特にシリコーン系やフッ素系のゴムを使用することが望ましい。弾性部材幅ｄは、弾性部材２０がつぶれた状態で、押えるべき複数本の光ファイバ１１を覆い、かつ溝加工蓋１６の溝側面に接触しないように調整する。また弾性部材長ｅは、弾性部材２０がつぶれた状態で、弾性部材２０がアレイ先端面より突出し、光ファイバ端面に被らず、かつ後方が溝加工蓋１６から突出しないことが望ましい。溝加工蓋１６の両脇の凸部を接着剤１９によってアレイ基板１４に接着するとき、接着剤１９が凸部領域よりはみ出すと、光ファイバ被覆除去部１３に付着する恐れがあるため、接着剤１９のはみ出しは好ましくない。ここで溝加工蓋１６の固定は接着剤１９に限定されず、低融点半田やホットワックスなど、溝加工蓋１６とアレイ基板１４との密着性が良いものであれば利用することができる。

また、図２に示すように、押え込む前の状態での弾性部材２０の厚さをａ（図中には記載なし）、溝加工蓋１６の溝深さをｂ、溝加工蓋凸部とアレイ基板を固定する接着剤１９の厚さをｃとすると、使用環境温度範囲内においてａ＞（ｂ＋ｃ）の関係を満たすことが望ましい。前記関係を満たすことによって、使用環境温度変化によって、各部が伸縮したとしても、弾性部材２０の厚さが大きいため、弾性部材２０と光ファイバ１１との間に隙間が出来ることはなく、光ファイバ１１の浮きや変動を防ぎ、精度が良好なアレイを実現することが可能となる。

本実施形態の光ファイバアレイ１０は、被覆を除去した複数本の光ファイバ１１を並べて配列する複数のＶ溝加工部１５を有するアレイ基板１４と、Ｖ溝加工部１５の複数のＶ溝に配列した光ファイバ１１と、Ｖ溝加工部１５に配列した光ファイバ１１を押える弾性部材２０と、弾性部材２０が当接する中央部に溝が設けられ、その両側が凸部とされた溝加工蓋１６とを有してなり、溝加工蓋１６のうち凸部のみが接着剤１９でアレイ基板１４に固定された構成としたものなので、Ｖ溝内の光ファイバ１１が弾性部材２０により押圧状態で保持され、使用環境温度の変化に伴う接着剤等の熱収縮に起因した歪みを弾性部材２０で吸収し、光ファイバ１１に加わる歪み量を小さくすることができるので、接着剤１９の熱伸縮や硬化収縮の影響を受けず、光ファイバ１１の固定位置の変動や剥離・断線を防ぎ、出射光のＦＦＰが変動しない光ファイバアレイを提供することができる。

図３は、本発明の光ファイバアレイの第２実施形態を示す図であり、図３（ａ）は光ファイバアレイ５０の正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。図３中、符号５０は光ファイバアレイ、１１は光ファイバ、１２は光ファイバ被覆部、１３は光ファイバ被覆除去部、１４はアレイ基板、１５はＶ溝加工部、１６は溝加工蓋、１７はエッジ部、１８は光ファイバ固定用の接着剤、１９は溝加工蓋固定用の接着剤、２０は弾性部材である。

本実施形態の光ファイバアレイ５０は、先端部の被覆を除去した複数本の光ファイバ１１を並べて配列する複数のＶ溝加工部１５を有するアレイ基板１４と、前記Ｖ溝加工部１５の複数のＶ溝に配列した光ファイバ１１と、前記Ｖ溝加工部１５に配列した光ファイバ１１を押える弾性部材２０と、該弾性部材２０が当接する中央部に溝が設けられ、その両側が凸部とされた溝加工蓋１６とを有してなり、溝加工蓋１６のうち凸部のみが接着剤１９でアレイ基板１４に固定されたことを特徴としている。光ファイバ被覆部１２の一部は、接着剤１８によってアレイ基板１４の上面に固定されている。

本実施形態の光ファイバアレイ５０は、前述した第１実施形態の光ファイバアレイ１０のように整列する複数本の光ファイバ１１が平行となっているものに限られるものではなく、図３のように、複数本の光ファイバ１１が、互いに交差する角度で配置されている構成とすることもできる。特に、光センシングなどの用途として、ある１つ以上の任意ポートから出射した光を、１つ以上の任意ポートで受光する場合は、角度のついた状態で使用されることがある。つまり、複数本の光ファイバ１１の内に、互いに平行配置ではなく、交差配置されているものを含んで使用される。

さらに具体的には、図３（ｂ）に示すように、アレイの長手方向に対して光ファイバ角度θをなして出射ポートとなる１本の光ファイバ１１と、この出射ポートとθよりも大きな交差角度で配置されて受光ポートとなり、互いに平行に配置された２本の光ファイバ１１が設けられる。

本実施形態の光ファイバアレイ５０は、被覆除去されて交差角度で配置された光ファイバ１１をＶ溝加工部１５に整列した状態で、弾性部材２０を介し溝加工蓋１６によって押圧状態で固定されている。このとき、弾性部材２０の厚さは、アレイ使用環境温度範囲において、光ファイバ１１を押えることを前提に決定されており、特に低温時、弾性部材２０が収縮した状態においても、光ファイバ１１を十分に押圧していることが必須となる。よって弾性部材２０の厚さは、溝加工蓋１６の溝深さとＶ溝からの光ファイバ突出量によって決定され、溝加工蓋１６を上部より押え付け、弾性部材２０を押しつぶした状態で、溝加工蓋１６の両脇の凸部のみで接着固定するのが望ましい。

実際には、弾性部材２０の厚さは、溝加工蓋１６の溝深さよりも厚めに設計することが望ましいが、厚すぎると、弾性部材を押しつぶせずに接着ができないか、弾性部材２０を押しつぶすのに大きな圧力が必要となり、溝加工蓋１６や光ファイバ被覆除去部１３に大きな歪みがかかり特性が悪くなるばかりでなく、凸部固定用の接着剤１９の接着力よりも、弾性部材２０が元の厚さに戻ろうとする反発力が大きくなり、溝加工蓋１６が剥離するという問題が発生するため、使用する接着剤１９と弾性部材２０、溝加工蓋１６によって適当に調整することが望ましい。

弾性部材２０は、光ファイバ１１に十分に当接して押えることができ、かつ温度変化によって光ファイバ１１に歪みをかけない材質であれば良く、特にシリコーン系やフッ素系のゴムを使用することが望ましい。弾性部材２０の幅をｄとすると、弾性部材幅ｄは、弾性部材２０がつぶれた状態で、押えるべき複数本の光ファイバ１１を覆い、かつ溝加工蓋１６の溝側面に接触しないように調整する。例えば、出射ポート１本と受光ポート２本の計３本の光ファイバを設ける構成では、平行に４本以上の光ファイバを設ける構成よりも、弾性部材幅ｄを小さくできる。

また、弾性部材２０の長さをｅとすると、弾性部材長ｅは、弾性部材２０がつぶれた状態で、弾性部材２０がアレイ先端面より突出し、光ファイバ端面に被らず、かつ後方が溝加工蓋１６から突出しないことが望ましい。溝加工蓋１６の両脇の凸部を接着剤１９によってアレイ基板１４に接着するとき、接着剤１９が凸部領域よりはみ出すと、光ファイバ被覆除去部１３に付着する恐れがあるため、接着剤１９のはみ出しは好ましくない。ここで溝加工蓋１６の固定は接着剤１９に限定されず、低融点半田やホットワックスなど、溝加工蓋１６とアレイ基板１４との密着性が良いものであれば利用することができる。

また、押え込む前の状態での弾性部材２０の厚さをａ、溝加工蓋１６の溝深さをｂ、溝加工蓋凸部とアレイ基板を固定する接着剤１９の厚さをｃとすると、使用環境温度範囲内においてａ＞（ｂ＋ｃ）の関係を満たすことが望ましい。前記関係を満たすことによって、使用環境温度変化によって、各部が伸縮したとしても、弾性部材２０の厚さが大きいため、弾性部材２０と光ファイバ１１との間に隙間が出来ることはなく、光ファイバ１１の浮きや変動を防ぎ、精度が良好なアレイを実現することが可能となる。

以上のように、本実施形態の光ファイバアレイ５０によれば、出射ポートと受光ポートのように互いに交差配置された光ファイバを含む複数本の光ファイバ１１が弾性部材２０により押圧状態で保持され、使用環境温度の変化に伴う接着剤等の熱収縮に起因した歪みを弾性部材２０で吸収し、光ファイバ１１に加わる歪み量を小さくすることができるので、接着剤１９の熱伸縮や硬化収縮の影響を受けず、光ファイバ１１の固定位置の変動や剥離・断線を防ぎ、出射光のＦＦＰが変動しない光ファイバアレイを提供することができる。

（本発明の第１実施形態についての実験Ａ）
図１に示す従来構造の光ファイバアレイ１のサンプルＡ２と、図２に示す本発明に係る光ファイバアレイ１０のサンプルＡ１とをそれぞれ作製し、光ファイバ端面からの出射光のＦＦＰを測定し比較を行った。

従来例のサンプルＡ２の作製方法は、８心Ｖ溝加工を施した石英ガラス基板に、シングルモード（ＳＭ）の光ファイバ８本の被覆除去した先端部を整列させ、平面板により光ファイバを上から押え、挟み込むことで把持した。その後、Ｖ溝加工部全体に接着剤を充填して硬化した。固定用接着剤として、硬度が８５±５（ショアＤ）程度のエポキシ系ＵＶ硬化樹脂を使用し、ＵＶ照射条件は、波長３００〜３７０ｎｍ、照度１５０〜２００ｍＷ／ｃｍ^２で２分間程度とした。樹脂硬化後、サンプルＡ２ではアレイ端面に研磨処理を施した。

本発明のサンプルＡ１の作製方法は、光ファイバ１１としてサンプルＡ２と同等のＳＭ光ファイバを使用し、端面をクリープした光ファイバ１１を、８心Ｖ溝加工を施した石英ガラス製のアレイ基板１４に整列させ、光ファイバ上部にシリコーンゴムからなる弾性部材２０を載せ、その上部から溝加工蓋１６により押え、両脇凸部のみを接着剤１９で固定した。接着剤はサンプルＡ２で用いたものと同等のものを使用した。

ここでクリープ端面が斜めであったり、欠けていたりすると、それが要因で出射光のＦＦＰが変化してしまうため、Ｖ溝に整列する前に光ファイバ単体でＦＦＰの変形がないかを確認した。
ＦＦＰの測定は、室温環境で行われ、上記のアレイの任意ポートと、端面をクリープカットされた１本の受光用ＳＭ光ファイバを、アレイ端面から２ｍｍ程度離した位置で対向させ設置し、アレイからの出射光強度を検出しながら、アレイの光ファイバ中心軸を基準に±１００μｍスキャンすることでＦＦＰを確認した。

図４にＦＦＰ測定結果を示す。従来例のサンプルＡ２（点線）と本発明のサンプルＡ１（実線）のそれぞれの結果を比較すると、サンプルＡ２ではＦＦＰが変形していることが明らかに確認できる。それに対し、本発明のサンプルＡ１ではＦＦＰの変形はなく、きれいなガウシアン形状となった。
以上より、光ファイバ１１を弾性部材２０を介して押圧保持する構造の本発明の光ファイバアレイにおいて、ＦＦＰ変形を抑制できることが確認された。

（本発明の第２実施形態に関連する実験Ｂ）
使用環境温度範囲において、光ファイバ１１と弾性部材２０との隙間ができることでの変動や、光ファイバ１１への歪が生じることでの損失変動やＦＦＰ変形がないかを確認した。確認方法としては、図３に示すように、角度θで３本の光ファイバ１１を固定した光ファイバアレイ５０のサンプルＢ１を作製し、図５に示すようにアレイ端面に対向させて反射板２４を設置した状態で、出射ポート２３から光を出射させ、第１受光ポート２１と第２受光ポート２２で受光し、光強度をモニタした。なお、図５中、符号２５は反射光、２６は出射光である。

この状態でアレイに温度変化を与え、もし光ファイバ１１が変動したり、ＦＦＰが変形したりすれば、光強度が変化するはずである。ここで出射光２６の光源による光強度変動の影響を除くため、受光は、第１受光ポート２１と第２受光ポート２２の２ポートで行い、それらの光強度Ｐ１とＰ２の比であるＦ＝（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）を計算し、このＦの各温度における平均値からのばらつきを求めることで評価した。

図３に示すように、サンプルＢ１の作製は、光ファイバ３本で、出射ポート１本、受光ポート２本とし、角度θ＝６゜で固定した。各光ファイバは、後方の被覆上部一箇所を、光ファイバ固定用のエポキシ系ＵＶ硬化樹脂で固定した。この実施例２の光ファイバアレイは溝加工蓋の深さｂ＝０．２３ｍｍ、シリコーンゴムの厚さ０．３ｍｍのものを使用した。また、図８に示す比較例の光ファイバアレイのサンプルＤ２についても併せて評価した。

図８は、比較例の光ファイバアレイ（サンプルＤ２）を示す図であり、図８（ａ）は光ファイバアレイ１００の正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。図８中、符号１００は比較例の光ファイバアレイ、１１１は光ファイバ、１１２は光ファイバ被覆部、１１３は光ファイバ被覆除去部、１１４はアレイ基板、１１５はＶ溝加工部、１１６は平面板、１１７はエッジ部、１１８は光ファイバ固定用の接着剤、１１９は溝加工蓋固定用の接着剤である。

図８に示す比較例のアレイ１００（サンプルＤ２）は、サンプルＤ１において、光ファイバ１１１の先端を平面板１１６で押さえた状態でエポキシ系樹脂を充填し、樹脂硬化後、アレイ先端面を研磨処理した構成である。

図６に評価結果を示す。温度変化条件としては−１０℃から６０℃の範囲で１０サイクル変化させ、−１０℃、１５℃、４０℃、６０℃の４点で光強度測定を行った。これら各温度の測定値の平均値と各温度の測定値の差をとり、フルスパン０．８に対しての変動量を算出した。この結果、図６のように、比較例のサンプルＤ２では±１％Ｆ．Ｓ．以上の変動が見られるが、本発明のサンプルＢ１の構造とすることで±０．１％Ｆ．Ｓ．以下となり、精度として１０倍以上の改善が確認された。

（本発明の第２実施形態に関連する実験Ｃ）
実験Ｂで作製したサンプルＢ１の構造において、シリコーンゴムの厚さを０．３ｍｍで一定としたサンプルＣ１を使用し、このサンプルＣ１の溝加工蓋の蓋深さを変えていったときの、精度を確認した。精度の算出方法は実験Ｂと同様の方法で行った。

図７に結果を示す。図７の結果から、溝深さ０．２〜０．２６ｍｍのとき、精度は±０．１％Ｆ．Ｓ．を満たすことが確認された。溝深さが０．２８ｍｍの場合、低温時にシリコーンゴムが収縮し、光ファイバとシリコーンゴムの間に隙間が発生することで、光ファイバが変動し、精度が悪化する。また溝深さが０．１８ｍｍの場合は、高温時にシリコーンゴムが膨張することに加え、溝加工蓋を固定している接着剤が柔らかくなることで、溝加工蓋が動き、それに伴い、押えつけている光ファイバも変動するため、精度が悪化してしまう。これらの結果から、シリコーンゴムの厚さ０．３ｍｍに対しては、溝厚さ０．２〜０．２６ｍｍが最適である。

ここで、押え込む前の状態での弾性部材の厚さａ＝０．３ｍｍ、溝加工蓋凸部とアレイ基板を固定する接着剤の厚さはｃ＝０．０１〜０．０２ｍｍ程度であり、溝加工蓋の溝深さｂ＝０．１８〜０．２８ｍｍに対してｃは非常に小さく、影響は小さいと考えられる。
よって使用環境温度範囲内において、弾性部材と溝加工深さの関係が、０．６ｂ＜ａ＜０．９ｂを満たすとき、良好な精度を得ることが可能となる。

（本発明の第２実施形態に関連する実験Ｄ）
環境温度−１５℃〜６０℃で長期センシングした場合、光ファイバアレイにおいて、光ファイバと弾性部材との隙間ができることの変動や、光ファイバへの歪が生じることでの損失変動やＦＦＰ変形などによる測定精度悪化がないことを確認した。

評価サンプルとして、図３に示す角度θで３本の光ファイバ１１を固定した光ファイバアレイ５０（サンプルＤ２）と、図８に示す比較例の光ファイバアレイ１００（サンプルＤ２）とを使用する。

図３に示すように、サンプルＤ１は、出射ポート１本、受光ポート２本の全３本で、各々をＶ溝加工板１４のＶ溝加工部１５に整列させて、出射ポートと受光ポートのそれぞれを光ファイバ角度θ＝６゜で固定した。ここで、各光ファイバは、後方の被覆上部一箇所を、光ファイバ固定用のエポキシ系ＵＶ硬化樹脂で固定している。また、各光ファイバの先端は、厚さ０．３ｍｍのシリコーンゴムを介して、深さｂ＝０．２３ｍｍの溝加工蓋１６で押さえ、この溝加工蓋１６の両脇凸部にエポキシ系樹脂を塗布し、固定した。

評価方法について説明する。図５に示すようにアレイ端面に対向させて反射板２４を状態で、出力ポート光ファイバから光を出射させ、受光ポート光ファイバで受光し、光強度をモニタした。この状態でアレイに温度変化を与え、もし光ファイバが変動したり、ＦＦＰが変形したりすれば、光強度が変化するはずである。ここで、出射光の光源により光強度変動の影響が考えられるが、実施例４のアレイ構造は、第１受光ポート２１と第２受光ポート２２の２ポートで受光する構造であり、それぞれの受光ポートの光強度Ｐ１とＰ２の比であるＦ＝（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）を計算することで、光源による光強度変動の影響は相殺される。

長期ヒートサイクル試験の条件は、温度範囲−１５℃から６０℃まで、各温度１時間保持で１０００サイクルとした。各保持温度で光強度を測定し、各温度における測定値Ｆの平均値と各温度の測定値Ｆの差をとり、フルスパン０．８で割ることにより、フルスパンに対する変動量を算出した。

図９に評価結果を示す。図９に示すように、サンプルＤ２では、１０００サイクル後で１０％Ｆ．Ｓ．程度の精度変動が見られるが、サンプルＤ１では、±０．１％Ｆ．Ｓ．以下とほとんど変動せず、長期の温度変化に対しても非常に安定していることを確認した。

従来の光ファイバアレイの一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。 本発明の光ファイバアレイの第１実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。 本発明の光ファイバアレイの第２実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。 実験Ａの比較結果を示すグラフである。 実験Ｂで用いた光ファイバアレイの構成を示す平面図である。 実験Ｂの比較結果を示すグラフである。 実験Ｃの測定結果を示すグラフである。 比較例の光ファイバアレイを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。 実験Ｄの評価結果を示すグラフである。

符号の説明

１０…光ファイバアレイ、１１…光ファイバ、１２…光ファイバ被覆部、１３…光ファイバ被覆除去部、１４…アレイ基板、１５…Ｖ溝加工部、１６…溝加工蓋、１７…エッジ部、１８，１９…接着剤、２０…弾性部材、２１…第１受光ポート、２２…第２受光ポート、２３…出射ポート、２４…反射板、２５…反射光、２６…出射光、５０…光ファイバアレイ。

Claims (5)

1. 被覆を除去した複数本の光ファイバを並べて配列する複数のＶ溝加工部を有するアレイ基板と、前記Ｖ溝加工部の複数のＶ溝に配列した光ファイバと、前記Ｖ溝加工部に配列した光ファイバを押える弾性部材と、該弾性部材が当接する中央部に溝が設けられ、その両側が凸部とされた溝加工蓋とを有してなり、前記溝加工蓋のうち凸部のみが接着剤でアレイ基板に固定されたことを特徴とする光ファイバアレイ。
2. 複数本の光ファイバが、互いに交差する角度で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイ。
3. 押え込む前の状態での弾性部材の厚さをａ、溝加工蓋の溝の深さをｂ、溝加工蓋の凸部とアレイ基板とを固定する接着剤の厚さをｃとすると、使用環境温度範囲内においてａ＞（ｂ＋ｃ）の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバアレイ。
4. 押え込む前の状態での弾性部材の厚さをａ、溝加工蓋の溝の深さをｂとすると、使用環境温度範囲内において０．６ｂ＜ａ＜０．９ｂの関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバアレイ。
5. 弾性部材がシリコーン系ゴムからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバアレイ。
   

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