JP2011118066A - 光ファイバ調整固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバを取付けられる機器に対して高精度に位置決め調整すると共に固定することのできる方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ６の保持部材６ａは、機器に設けられる固定面１２の最表面と同種の金属からなる最表面を有し光ファイバの光軸と直交する方向に伸びる取付面３２を備えた調整部材５に対して取付けられ、機器の固定面１２には、固定面及び取付面の最表面と同種の金属材からなる微粒子８を塗布して微粒子層９を形成し、微粒子層を形成した固定面１２に対して調整部材５の取付面３２を押し当て、押し当てた状態のまま調整部材５を光ファイバの光軸と直交する方向に移動させて、光ファイバ６の機器内における位置調整を行い、位置調整が完了したら微粒子層９を加熱及び加圧して固定面１２と取付面３２を接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバを機器の所定位置に位置決め調整すると共に固定する方法に関し、特に金属の微粒子を用いて接合をなす光ファイバ調整固定方法に関する。

従来、光ファイバを用いる機器として、各種のものが知られている。特に、光通信の分野においては、光ファイバを機器に位置決め固定することが不可欠である。ここで、実際の幹線網における光ファイバ通信では、コア径φ９．５μｍのシングルモードファイバが採用されており、波長が１．３１μｍ及び１．５５μｍ付近のコヒーレントな光が使用される。

光ファイバを用いた光通信において、レーザーダイオードの光をレンズで集光し、光ファイバに結合する発光モジュールが、一つの機器として使用される。この発光モジュールにおいては、光ファイバをレーザーダイオード及びレンズに対して高精度に位置決めする必要があり、上記の光ファイバ通信では、光軸のずれの許容誤差が、１μｍ以下であり、この許容誤差以下となるように光ファイバを機器の所定位置に位置決め調整し、固定する必要がある。

光ファイバの位置決め調整は、レーダーダイオード及びレンズを予め機器内に固定しておくと共に、光ファイバの焦点方向について固定する調整部材に対して光ファイバを固定しておき、調整部材を機器内の所定の固定面に対して当接させて光軸と直交する方向の位置決めを行う。このとき、レーザーダイオードを発光させて、光ファイバに結合される光の出力を監視しながら位置調整し、出力が最大になったところで、調整部材を機器に対してレーザー溶接により接合する方法が一般的である。このような光ファイバ調整固定方法としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開平７−９８４２６号公報

調整部材を機器に対してレーザー溶接接合した場合、両部材の接触状態に対してレーザーが大きな影響を与えてしまい、調整された位置からずれが生じることがある。溶接は、調整部材の周方向に沿う複数箇所、例えば３か所に行われるが、それぞれの溶接固化の際に大きな収縮が発生する。この収縮力が均等となるように溶接を行う必要があるが、収縮力の発生度合いには様々な要因が関係するため、上記の許容誤差以下となるように溶接を行うことは、かなり困難である。

また、近年、波長の短い光を光通信に用いることが増加しており、使用波長が短いほど、光の漏れを防ぐために光ファイバのコア径を小さくすることが必要となる。上記の光通信の例では、ファイバコア径は９．５μｍであるが、青色光を用いた光通信においては、ファイバコア径が４μｍ程度となり、より高精度な光ファイバの位置決め調整が求められている。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、光ファイバを取付けられる機器に対して高精度に位置決め調整すると共に固定することのできる方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る光ファイバ調整固定方法は、光ファイバを機器の所定位置に位置決め調整すると共に固定する光ファイバ調整固定方法において、
前記光ファイバには端部に所定径を有する保持部材が設けられ、該保持部材は、前記機器に設けられる固定面の最表面と同種の金属からなる最表面を有し前記光ファイバの光軸と直交する方向に伸びる取付面を備えた調整部材に対して取付けられ、
前記機器の固定面には、該固定面及び前記取付面の最表面と同種の金属材からなる粒径が略揃った球形の微粒子を塗布して微粒子層を形成し、該微粒子層を形成した固定面に対して前記調整部材の取付面を押し当て、該押し当てた状態のまま前記調整部材を前記光ファイバの光軸と直交する方向に移動させて、前記光ファイバの機器内における位置調整を行い、該位置調整が完了したら前記微粒子層を加熱及び加圧して前記固定面と取付面を接合することを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光ファイバ調整固定方法は、前記調整部材の取付面を機器の固定面に対して押し当てた状態は、原子間吸着力により前記微粒子が規則的配列を維持したまま前記微粒子層の任意な移動が可能な状態であることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光ファイバ調整固定方法は、前記取付面の最表面と前記固定面の最表面は金メッキされ、前記微粒子は金からなることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光ファイバ調整固定方法は、前記取付面の最表面と前記固定面の最表面はニッケルメッキまたはニッケルを含む鉄系金属メッキされ、前記微粒子は前記取付面の最表面及び前記固定面の最表面と同種の金属からなることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係る光ファイバ調整固定方法は、前記取付面の最表面と前記固定面の最表面は金、銀、銅、ニッケル、スズないしこれらの合金によりメッキされ、前記微粒子は前記取付面の最表面及び前記固定面の最表面と同種の金属からなることを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光ファイバ調整固定方法は、前記調整部材の取付面と機器の固定面との間に通電することによって、前記取付面と固定面との接合の際の加熱をなすことを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光ファイバ調整固定方法は、前記調整部材の取付面と機器の固定面との間を高周波誘導加熱することによって、前記取付面と固定面との接合の際の加熱をなすことを特徴として構成されている。

本発明に係る光ファイバ調整固定方法によれば、極めて小さい直径を有する微粒子を塗布して微粒子層とし、接合に用いたことにより、調整部材を本体部に押し当てた状態で位置調整のために移動させることができ、また比較的低温の加熱により微粒子層を溶融させ接合することができる。微粒子層の溶融の際には、溶接の場合のように熱収縮等は発生しないので、光ファイバの位置ずれを生じることを防止することができる。

本実施形態における光ファイバ調整固定方法を用いる機器の断面図である。 光ファイバの位置調整を行う前の状態における部品の配置図である。 微粒子層の模式的な拡大図である。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における光ファイバ調整固定方法を用いる機器の断面図を示している。本実施形態においては、レーザーダイオードからの光をレンズで光ファイバに結合する発光モジュールについて、光ファイバの位置調整及び固定を行う方法について説明する。

図１に示すように、発光モジュールは、金属材からなる略筒状の本体部１内に、レーザーダイオード３や鏡筒付レンズ４を配置した基板２を納めると共に、本体部１に対して接合され光ファイバ６を保持する金属製の調整部材５を設けて構成されている。調整部材５に保持される光ファイバ６は、光軸がレーザーダイオード３の光軸上となるように、位置決め調整がなされる。

本体部１は、上下方向に貫通する空間部１１を有し、空間部１１は光の通り道となると共に、前述のように基板３等を納めることができるように、複数の段差を有して構成されている。本体部１には、基板３を納める基板保持部１０が形成されており、この部分の内径が最も大きい。空間部１１の基板保持部１０より光ファイバ６側は、基板保持部１０よりも小径状であって、鏡筒付レンズ４が納められる空間となる。空間部１１のさらに光ファイバ６側は、さらに小径状となっていて、光ファイバ６に結合される光が通る空間となっている。

本体部１のうち、調整部材５が載置される面は、レーザーダイオード３や光ファイバ６の光軸とは直交する方向に伸びる平面状に形成されており、固定面１２を構成している。後述のように、この固定面１２に対し調整部材５が押し当てられて位置調整及び固定が行われる。

基板３上には、レーザーダイオード３が配置されると共に、このレーザーダイオード３を覆うように鏡筒付レンズ４が配置される。鏡筒付レンズ４は、鏡筒２０内にレンズ２３を保持して構成したものであり、鏡筒２０及びレンズ２３によってレーザーダイオード３を密封する。

鏡筒２０は、基板３に載置するための載置部２１が下端部に形成されている。載置部２１は、鏡筒２０の下端部が外周方向に伸びる鍔状に形成されており、下面２１ａが基板３に当接し、接合されている。この接合は、レーザーダイオード３が配置される領域について密封するため、全周に渡ってなされている。

鏡筒２０の上部は、内径が小さく形成されたレンズ保持部２２とされており、レンズ保持部２２の内周面にはレンズ２３が保持されている。レンズ２３は、光軸がレーザーダイオード３及び光ファイバ６と一致するように配置されており、レーザーダイオード３からの光を光ファイバ６の端面に集光し、光学的に結合する機能を有している。

レーザーダイオード３とレンズ２３を介して対向する光ファイバ６は、シングルモードの光ファイバであって、光を通すコア部４０と、コア部４０の周囲を取り囲むクラッド部４１とからなっている。コア部４０は径が９．５μｍであり、クラッド部４１は径が１２５μｍである。また、光ファイバ６の端部付近には、取付けがし易いようにクラッド部４１よりも大径である所定径を有する保持部材６ａが設けられている。

光ファイバ６は、保持部材６ａを調整部材５に取付けることによって、調整部材５に対して位置決め固定される。調整部材５は、保持部材６ａの径に略適合する内径を有するファイバ保持部３０を有しており、ここに保持部材６ａが保持固定される。また、調整部材５の下端部は、外周方向に向かって伸びる鍔部３１が形成されており、この鍔部３１の下面が、本体部１の固定面１２に対して接合される平面状の取付面３２とされる。光ファイバ６が調整部材５に位置決めされた状態で、調整部材５の取付面３２を本体部１の固定面１２に載置することで、光ファイバ６のレーザーダイオード３に対する光軸方向の位置決めがなされる。

互いに接合される本体部１の固定面１２と調整部材５の取付面３２は、いずれも金メッキが施されて、最表面は同じ金属からなるように構成されている。これらを接合する接合材７も、金によって構成されている。

次に、光ファイバ６をレーザーダイオード３及びレンズ２３に対して位置調整し固定する方法について詳細に説明する。図２には、光ファイバ６の位置調整を行う前の状態における部品の配置図を示している。この図に示すように、光ファイバ６の位置調整を行うにあたっては、予め本体部１にレーザーダイオード３及び鏡筒付レンズ４を配置した基板３を取付けておき、また光ファイバ６を保持部材６ａを介して調整部材５に取付けておく。

レーザーダイオード３と鏡筒付レンズ４は、基板３に対して高精度に位置決めされ固定がなされる。したがって、レーザーダイオード３とレンズ２３との位置関係は、予め所定のものとなっているものとする。また、光ファイバ６を調整部材５に取付けた状態においては、取付面３２と光ファイバ６の端部の光軸方向における位置関係は、所定のものとなるように高精度に位置決めされており、調整部材５を本体部１の固定面１２に載置することで、光ファイバ６の光軸方向における位置決めは高精度になされる。一方、光ファイバ６の光軸と直交する平面方向については、調整部材５を本体部１に対して移動させながら位置調整を行う必要がある。

図２に示すように、本体部１の固定面１２には、接合に用いる金属の微粒子８が塗布された微粒子層９が形成される。微粒子８は、素材が金からなり、直径が数μｍ以下であって、より好ましくは直径０．１〜０．５μｍの粒径が略揃った球形に形成されたものであり、これを水またはアルコールなどの液体に浸して液状としたものを、印刷形成の手法により固定面１２の全周に渡って塗布し、液体については乾燥除去することで、微粒子層９が形成される。

図３には、微粒子層９の模式的な拡大図を示している。実際には、微粒子層９は極めて多数の微粒子８によって構成される。微粒子８は極めて小さく、また粒径の略揃った球形に形成されているので、固定面１２に塗布された微粒子８は、図３に示すように規則的に層をなして配列された状態となる。各層において微粒子８は隙間なく並んでおり、また隣り合う層とは互い違い状となるようになっており、全体としては千鳥状の配列となっている。

この場合において、微粒子８の直径は数μｍ以下と極めて小さいので、微粒子間において原子間吸引力（ファンデルワールス力）が働く。原子間吸引力は、粒径が小さいほど微粒子８に働く力において支配的となる。本実施形態において直径は数μｍ以下としたことで、微粒子８に働く力は、重力よりも原子間吸引力の方が支配的となり、塗布された微粒子８は図３に示す状態を維持することができる。

次に、本体部１の固定面１２に対して調整部材５の取付面３２を押し当てる。このとき、調整部材５は本体部１の固定面１２に対して適度な圧力を加えるようにする。いずれも金からなる微粒子８と固定面１２あるいは取付面３２の表面との間の原子間吸引力は、互いに球形である微粒子８間に働く原子間吸引力よりも小さいため、適度な圧力により、微粒子８の規則的配列は維持したまま、微粒子層９の固定面１２及び取付面３２に対する境界面を滑らせ、任意の方向に移動させることができる。すなわち、調整部材５の固定面１２に対する圧力は、かかる状態を実現するように設定される。

この状態で、調整部材５を光ファイバ６の光軸方向とは直交する方向に移動させ、位置調整を行う。位置調整は、レーザーダイオード３を発光させ、レンズ２３によって光ファイバ６の端面に光を結合させるようにして、光ファイバ６からの出力を計測し、この出力値が最大値となるように調整部材５を移動させる。あるいは、光ファイバ６からの出力値が所定以上となるまで調整部材５を移動させるようにしてもよい。

光ファイバ６の位置調整が完了したら、調整部材５の本体部１に対する位置を維持したまま、微粒子層９を加圧及び加熱して接合材７に変化させる。微粒子層９の加圧は、調整部材５の固定面１２に対する圧力を増加させることによりなされる。また、微粒子層９の加熱は、本体部１と調整部材５の間に通電することによってなされる。

微粒子層９を加熱することにより、微粒子８同士が結合し、また微粒子８と固定面１２あるいは取付面３２との間も結合し、微粒子層９は固定面１２と取付面３２とを接合する接合材７へと変化する。金の融解温度は約１０６４℃であるが、微粒子８の粒径を小さくすることにより、溶融開始温度が低くなることが知られている。本実施形態のように、粒径が数μｍ以下であれば、融解温度よりも低い温度で溶融させることができ、例えば粒径が０．３μｍの場合には、２００℃に加熱することで接合をなすことができる。また、微粒子層９を加圧することで、接合のための温度をより低下させたり、あるいは接合強度を向上させたりすることができる。

これらの工程により、光ファイバ６を保持した調整部材５が機器を構成する本体部１に固定され、光ファイバ６は所定位置に精度良く位置決めされると共に固定される。極めて小さい直径を有する微粒子８を塗布して微粒子層９とし、接合に用いたことにより、調整部材５を本体部１に押し当てた状態で位置調整のために移動させることができ、また比較的低温の加熱により微粒子層９を溶融させ接合することができる。微粒子層９の溶融の際には、溶接の場合のように熱収縮等は発生しないので、光ファイバ６の位置ずれを生じることはなく、またロウ付けの技術を用いた場合のように、フラックス材を用いる必要もないので、周辺部品を汚したりすることもない。

本発明において、微粒子８の材質と固定面１２及び取付面３２の最表面の材質は、同種の金属であることが必要である。本実施形態では、いずれも金を用いているが、その他の金属を用いてもよい。例えば、固定面１２及び取付面３２の最表面をニッケルメッキまたはニッケルを含む鉄系金属メッキし、微粒子８を同じ金属で形成するようにしてもよいし、また固定面１２及び取付面３２の最表面を金、銀、銅、ニッケル、スズないしこれらのいずれか２つ以上を主成分とする合金によりメッキし、微粒子８を同じ金属で形成するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、微粒子層９の加熱方法として、調整部材５の取付面３２と本体部１の固定面１２の間に通電し、加熱することとしたが、その他の方法を用いてもよい。例えば、固定面１２と取付面３２の間を高周波誘導加熱により、部分的に加熱することができる。また、本体部１と調整部材５の全体を加熱するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では本体部１の固定面１２に微粒子８を塗布して微粒子層９を形成したが、調整部材５の取付面３２側に微粒子８を塗布して微粒子層９を形成し、本体部１の固定面１２に押し当てるようにしてもよい。

１ 本体部
２ 基板
３ レーザーダイオード
４ 鏡筒付レンズ
５ 調整部材
６ 光ファイバ
６ａ 保持部材
７ 接合材
８ 微粒子
９ 微粒子層
１０ 基板保持部
１１ 空間部
１２ 固定面
２０ 鏡筒
２１ 載置部
２２ レンズ保持部
２３ レンズ
３０ ファイバ保持部
３１ 鍔部
３２ 取付面
４０ コア部
４１ クラッド部

Claims (7)

1. 光ファイバを機器の所定位置に位置決め調整すると共に固定する光ファイバ調整固定方法において、
   前記光ファイバには端部に所定径を有する保持部材が設けられ、該保持部材は、前記機器に設けられる固定面の最表面と同種の金属からなる最表面を有し前記光ファイバの光軸と直交する方向に伸びる取付面を備えた調整部材に対して取付けられ、
   前記機器の固定面には、該固定面及び前記取付面の最表面と同種の金属材からなる粒径が略揃った球形の微粒子を塗布して微粒子層を形成し、該微粒子層を形成した固定面に対して前記調整部材の取付面を押し当て、該押し当てた状態のまま前記調整部材を前記光ファイバの光軸と直交する方向に移動させて、前記光ファイバの機器内における位置調整を行い、該位置調整が完了したら前記微粒子層を加熱及び加圧して前記固定面と取付面を接合することを特徴とする光ファイバ調整固定方法。
2. 前記調整部材の取付面を機器の固定面に対して押し当てた状態は、原子間吸着力により前記微粒子が規則的配列を維持したまま前記微粒子層の任意な移動が可能な状態であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ調整固定方法。
3. 前記取付面の最表面と前記固定面の最表面は金メッキされ、前記微粒子は金からなることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ調整固定方法。
4. 前記取付面の最表面と前記固定面の最表面はニッケルメッキまたはニッケルを含む鉄系金属メッキされ、前記微粒子は前記取付面の最表面及び前記固定面の最表面と同種の金属からなることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ調整固定方法。
5. 前記取付面の最表面と前記固定面の最表面は金、銀、銅、ニッケル、スズないしこれらの合金によりメッキされ、前記微粒子は前記取付面の最表面及び前記固定面の最表面と同種の金属からなることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ調整固定方法。
6. 前記調整部材の取付面と機器の固定面との間に通電することによって、前記取付面と固定面との接合の際の加熱をなすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ調整固定方法。
7. 前記調整部材の取付面と機器の固定面との間を高周波誘導加熱することによって、前記取付面と固定面との接合の際の加熱をなすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ調整固定方法。

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