JP2015200749A - 光ファイバ接続部品 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭＦとＰＬＣとの接続を容易にし、ＰＭＦのコアとＰＬＣの光導波路との接続特性を改善することができる光ファイバ接続部品を提供する。【解決手段】偏波保持ファイバ２０を平面光波回路に接続するための光ファイバ接続部品において、偏波保持ファイバ２０が挿入される貫通孔を備え、偏波保持ファイバ２０の光軸と垂直な断面形状が五角形であり、五角形の一辺４１が偏波保持ファイバの低速軸と垂直であり、一辺４１に対向する頂点４２を通る一辺の垂線Ａと低速軸とが一致するように偏波保持ファイバ２０が挿入される。【選択図】図４

Description

本発明は、光ファイバ接続部品に関し、より詳細には、光ファイバと平面光波回路における光導波路とを光学的に結合するための光ファイバ接続部品に関する。

従来、シリコン（Ｓｉ）基板上にＳｉＯ_２系ガラスを主成分とする光導波路を形成した平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）が知られている。平面光波回路における光導波路と光ファイバとを光学的に結合するための部材として、Ｖ溝ファイバブロック、キャピラリなどの部材が知られている。

図１に、従来のキャピラリを用いた光ファイバ接続方法を示す。Ｓｉ基板１１上にＰＬＣ１２が形成されている。光導波路の入出射端面には、光ファイバ１５を内挿するキャピラリ１４が固定されている（例えば、特許文献１参照）。また、キャピラリ１４が固定される入出射端面には、ＰＬＣ１２の上面に入出射端面と面一になるように、補強ガラス板（やとい）１３が設置されている。

最初に、光ファイバ１５を、キャピラリ１４の貫通孔に挿入して、接着剤により固定する。次に、光ファイバ１５の端面が露出しているキャピラリ１４の端面、または光導波路の端面が露出しているＰＬＣ１２とやとい１３の端面に接着剤を塗布しておく。光ファイバ１５のコアと、ＰＬＣ１２の光導波路のコアの位置を調節して、キャピラリ１４をＰＬＣ１２およびやとい１３に固定する。

従来のキャピラリ１４は、円筒形の形状をしており、円形の断面形状の円の中心と光ファイバ１５の光軸とが一致している。キャピラリは、石英系ガラス材料からなり、中空の円筒形のプリフォームを線引きすることによって作製される。この方法は、寸法精度が高く、作製が容易なので、一般的に、キャピラリの形状は円筒形となる。

特開２０１２−６８５３２号公報

荒井慎一他、「偏波保持ファイバ」、古河電工時報、第１０９号、第５−１０頁、平成１４年１月

シングルモード光ファイバは、断面形状が円形であり、どのような偏光状態の光でも伝送することができる。しかしながら、ＰＬＣ１２が偏光依存性を有する光変調器などと組み合わされている場合、ＰＬＣ１２の光導波路には、一定の偏光状態の光信号を入力する必要がある。そこで、光ファイバ１５として、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）が用いられる。代表的なＰＭＦは、応力付与型ＰＭＦと呼ばれ、複屈折を誘起するように、光ファイバのコアに対して光軸に平行に応力付与部が形成されている。

図２に、従来のＰＭＦの断面構造を示す。ＰＡＮＤＡ（Polarization maintaining AND Absorption reducing）ファイバ２０とも呼ばれ（例えば、非特許文献１参照）、ＧｅＯ_２＋ＳｉＯ_２からなるコア２１、ＳｉＯ_２からなるクラッド２２に加えて、Ｂ_２Ｏ_２＋ＳｉＯ_２からなる応力付与部２３が形成されている。光軸に対して直交する２つの軸は、光の群速度が異なり、図のように高速軸と低速軸と呼ばれている。

例えば、基板１１の鉛直方向に電界軸が配置された光変調器を、ＰＬＣ１２と組み合わせた場合には、ＰＭＦと光変調器が形成されたＰＬＣの光導波路とを接続する際には、ＰＭＦの低速軸と光導波路の高速軸とを一致させて接続しなければならない。そこで、図３に示すようなＤカット型キャピラリが用いられていた。Ｄカット型キャピラリ３０は、円筒形の外周面の一部が研削加工された平面（Ｄカット面）３１を有している。この平面と、ＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸が垂直なるようにして、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＤカット型キャピラリ３０を固定する。

ＰＬＣの光導波路は、基板平面と低速軸が垂直（基板平面と高速軸が平行）なので、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＰＬＣの光導波路との接続は、Ｄカット型キャピラリ３０のＤカット面３１と、ＰＬＣの基板平面とが平行になるようにして接続する。

しかしながら、Ｄカット型キャピラリ３０の外径は１ｍｍ程度と小さいため、Ｄカット面３１の幅が狭く、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＰＬＣとの接続工程においては、ＰＬＣの基板平面に対してＤカット面３１を、傾くこと無く平行に調心することは困難である。また、Ｄカット型キャピラリ３０は、元々の断面形状が円形であるため、円周方向をクランプする際には、ＰＡＮＤＡファイバ２０の光軸方向にＤカット型キャピラリ３０とクランプ用の治具とが線接触することになる。従って、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＰＬＣとを調心して接続するための押圧力を付与するために、およびＤカット面を一意の方向に揃えるためにＤカット型キャピラリ３０を回転させるために、十分な固定強度を得ることが困難である。

本発明の目的は、ＰＭＦとＰＬＣとの接続を容易にし、ＰＭＦのコアとＰＬＣの光導波路との接続特性を改善するための光ファイバ接続部品を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の実施態様は、偏波保持ファイバを平面光波回路に接続するための光ファイバ接続部品において、前記偏波保持ファイバが挿入される貫通孔を備え、前記偏波保持ファイバの光軸と垂直な断面形状が五角形であり、該五角形の一辺が前記偏波保持ファイバの低速軸と垂直であり、前記一辺に対向する頂点を通る前記一辺の垂線と前記低速軸とが一致するように前記偏波保持ファイバが挿入されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、五角形の一辺と、この一辺に対向する頂点を通る一辺の垂線とを手がかりに、偏波保持ファイバの位置を容易に調整することができる。また、この一辺と接する両側の二辺は、この一辺と垂直で互いに平行であり、クランプ用の治具を用いて両側の二辺をクランプすれば、強固に固定することができ、調心接続のための押圧力、回転調心にも十分に耐える固定強度を得ることができる。従って、ＰＭＦとＰＬＣとの接続を容易にし、ＰＭＦのコアとＰＬＣの光導波路との接続特性を改善することができる。

従来のキャピラリを用いた光ファイバ接続方法を示す図である。 従来のＰＭＦの断面構造を示す図である。 従来のＤカット型キャピラリの構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかる光接続部品を示す図である。 本発明の第３の実施形態にかかる光接続部品を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図４に、本発明の第１の実施形態にかかる光接続部品を示す。図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は接続端面の配置を示している。キャピラリ４０は、ＰＡＮＤＡファイバ２０が挿入される貫通孔を有し、ＰＡＮＤＡファイバ２０の光軸と垂直な断面形状が五角形である。断面形状は、いわゆるホームベース型の形状を有し、その一辺がＰＡＮＤＡファイバ２０の高速軸と平行となるように、ＰＡＮＤＡファイバ２０が固定されている。すなわち、高速軸が、上部平面４１と平行（低速軸と垂直）となるように、低速軸が、上部平面４１と対向する下部の頂点４２を通る上部平面４１の垂線Ａと一致するように挿入されている。

キャピラリ４０は、石英系ガラスからなり、溶融石英ガラスの線引きにより形成される。石英ガラス母材を融点近傍の温度まで加熱し、五角形の抜き型を通過させることにより所望の外径形状を得る。また、中心のファイバ穴は、ホーリーファイバの作製と同様に、中心にガスを流しながら線引きすることにより高精度に形成される。このようにして断面形状が五角形で、中心にファイバ穴を持つ長いガラス棒とし、その後ダイヤモンドカッター等により奥行き数ｍｍ程度にカットして、個別のキャピラリ部品とする。

このようにして作製されたキャピラリ４０に、ＰＡＮＤＡファイバ２０を挿入する。このとき、ＰＡＮＤＡファイバ２０の断面形状は、目視により確認できるので、上部平面４１と頂点４２とを手がかりにＰＡＮＤＡファイバ２０の位置を調整することができる。手動による調整であっても、垂線Ａに対するＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸の傾きは、５度以内に調整することができるので、実用上の接続特性を損なうことなく、固定することができる。

次に、キャピラリ４０とＰＬＣとの接続について説明する。最初に、ＰＡＮＤＡファイバ２０の端面が露出しているキャピラリ４０の端面、または光導波路の端面が露出しているＰＬＣとやといの端面に接着剤を塗布しておく。次に、キャピラリ４０の上部平面４１とＰＬＣの基板平面とが平行となるように、キャピラリ４０とＰＬＣとを配置する。ＰＡＮＤＡファイバ２０のコアと、ＰＬＣの光導波路のコアの位置を調節して、キャピラリ４０をＰＬＣおよびやといに固定する。

このように、キャピラリ４０の上部平面４１とＰＬＣの基板平面とが平行となるように固定すれば、ＰＬＣの光導波路の低速軸と、ＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸とが、基板平面に対して垂直方向に一致する。

キャピラリ４０は、断面形状がホームベース型なので、上部平面４１と接する２つの側面は上部平面４１と垂直、すなわちＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸と平行である。そこで、キャピラリ４０とＰＬＣとの接続の際に、キャピラリ４０をクランプする治具は、この２つの側面を把持する。ＰＬＣを載置する定盤の平面と、キャピラリ４０をクランプする治具の把持面とが垂直の関係にあるように、光ファイバ接続装置を構成することにより、より正確にキャピラリ４０とＰＬＣとを接続することができる。

また、上部平面４１と接する２つの側面を、クランプ用の治具でクランプすれば、キャピラリ４０を強固に固定することができ、調心接続のための押圧力、回転調心にも十分に耐える固定強度を得ることができる。

（第２の実施形態）
上述したように、ＰＡＮＤＡファイバ２０をキャピラリに固定する際に、手動による調整であっても、実用上の接続特性を確保することができる。しかしながら、接続特性を向上させるために、キャピラリとＰＬＣとの接続の際に、ＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸の傾きを補正する。

第１の実施形態のキャピラリ４０は、断面形状がホームベース型なので、上部平面４１と接する２つの側面は上部平面４１と垂直、すなわちＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸と平行である。この２つの側面を挟持する治具を用いると、断面形状が円形であるキャピラリに比べて、キャピラリ４０を強固に固定することができる。また、五角形のうち最も長い辺を基準に視認することができるので、キャピラリ４０の向き（ＰＡＮＤＡファイバ２０の向き）を容易に合わせることが可能となる。従って、キャピラリ４０を回転させての調心にかかる時間を大幅に減らすことができ、製造コストを低減することができる。

（効果の確認）
第１および第２の実施形態の光接続部品を用いて、ＰＬＣとＰＡＮＤＡファイバとを接続して、ヒートサイクル試験（−４５〜８５℃、１００回）を行った。それぞれＰＬＣとキャピラリとの間に形成された接着層の剥離によって生じる光学特性の劣化が減少した。図１に示した従来のキャピラリを用いた光ファイバ接続方法と比較して、光挿入損失、光反射損失ともに数％程度の向上が見られた。

（第３の実施形態）
図５に、本発明の第３の実施形態にかかる光接続部品を示す。図５（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）は接続端面の配置を示している。キャピラリ５０は、ＰＡＮＤＡファイバ２０が挿入される貫通孔を有し、ＰＡＮＤＡファイバ２０の光軸と垂直な断面形状が三角形である。断面形状は、その一辺がＰＡＮＤＡファイバ２０の高速軸と平行となるように、ＰＡＮＤＡファイバ２０が固定されている。すなわち、高速軸が、上部平面５１と平行（低速軸と垂直）となるように、低速軸が、上部平面５１と対向する下部の頂点５２を通る上部平面５１の垂線Ｂと一致するように挿入されている。

このようにして作製されたキャピラリ５０に、ＰＡＮＤＡファイバ２０を挿入する。このとき、ＰＡＮＤＡファイバ２０の断面形状は、目視により確認できるので、上部平面５１と頂点５２とを手がかりにＰＡＮＤＡファイバ２０の位置を調整することができる。手動による調整であっても、垂線Ｂに対するＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸の傾きは、５度以内に調整することができるので、実用上の接続特性を損なうことなく、固定することができる。

１１ Ｓｉ基板
１２ ＰＬＣ
１３ 補強ガラス板（やとい）
１４，４０，５０ キャピラリ
１５ 光ファイバ
２０ ＰＡＮＤＡファイバ
２１ コア
２２ クラッド
２３ 応力付与部
３０ Ｄカット型キャピラリ
３１ Ｄカット面

Claims (3)

1. 偏波保持ファイバを平面光波回路に接続するための光ファイバ接続部品において、
   前記偏波保持ファイバが挿入される貫通孔を備え、
   前記偏波保持ファイバの光軸と垂直な断面形状が五角形であり、該五角形の一辺が前記偏波保持ファイバの低速軸と垂直であり、前記一辺に対向する頂点を通る前記一辺の垂線と前記低速軸とが一致するように前記偏波保持ファイバが挿入されることを特徴とする光ファイバ接続部品。
2. 前記偏波保持ファイバは、応力付与型偏波保持ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ接続部品。
3. 石英系ガラスからなることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ接続部品。

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