JP2017068052A - Manufacturing method of glass member with optical fiber, and glass member with optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバー付きガラス部材の製造方法及び光ファイバー付きガラス部材に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a glass member with an optical fiber and a glass member with an optical fiber.
従来、光ファイバー付きガラス部材が光通信の分野などに用いられている。例えば、下記の特許文献1では、光ファイバーがフェルールの貫通孔内において接着剤により固定されたファイバースタブが開示されている。
Conventionally, glass members with optical fibers have been used in the field of optical communications. For example,
特許文献2に記載のファイバースタブでは、段落[0043]に記載されているように、光ファイバーとフェルールとが加熱によって相互に融着されることにより、光ファイバーがフェルール内に固定されている。
In the fiber stub described in
特許文献1のファイバースタブを長期間用いた場合には、光ファイバーを固定していた接着剤が劣化することがあった。そのため、信頼性を高めることは困難であった。
When the fiber stub of
他方、特許文献2のファイバースタブは、フェルールとともに光ファイバーも加熱溶融されるため、光ファイバーの性能が劣化することがあった。
On the other hand, in the fiber stub of
本発明の目的は、性能の劣化を招くことなく、信頼性を高めることができる光ファイバー付きガラス部材の製造方法及び光ファイバー付きガラス部材を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of the glass member with an optical fiber which can improve reliability, and the glass member with an optical fiber which can raise reliability, without causing deterioration of a performance.
本発明の光ファイバー付きガラス部材の製造方法は、光ファイバーと、少なくとも光ファイバーを保持する部分がガラスからなる保持部材とを備えた光ファイバー付きガラス部材を製造する方法であって、保持部材に対して、光ファイバーが固定される位置に光ファイバーを配置する工程と、保持部材にレーザー光を照射することにより、保持部材のガラスを加熱して、光ファイバーと保持部材の間に上記ガラスからなる溶着部を形成する工程とを備え、レーザー光の波長が、上記ガラスに含まれるOH基に吸収される波長であることを特徴としている。 The method for producing a glass member with an optical fiber according to the present invention is a method for producing a glass member with an optical fiber comprising an optical fiber and a holding member at least at which a portion for holding the optical fiber is made of glass, A step of arranging the optical fiber at a position where the optical fiber is fixed, and a step of irradiating the holding member with laser light to heat the glass of the holding member to form a welded portion made of the glass between the optical fiber and the holding member. The wavelength of the laser beam is a wavelength that is absorbed by the OH group contained in the glass.
レーザー光の波長が2.8±0.1μmであることが好ましい。 The wavelength of the laser beam is preferably 2.8 ± 0.1 μm.
保持部材は、例えば、フェルールであってもよい。この場合、フェルールの貫通孔に光ファイバーを挿入し、フェルールの貫通孔の内壁にレーザー光を集光して照射することにより、溶着部を形成することが好ましい。 The holding member may be a ferrule, for example. In this case, it is preferable to form the welded portion by inserting an optical fiber into the through-hole of the ferrule and condensing and irradiating the inner wall of the through-hole of the ferrule.
本発明の光ファイバー付きガラス部材は、光ファイバーと、少なくとも光ファイバーを保持する部分がガラスからなる保持部材とを備え、保持部材のガラスは、光ファイバーよりも高いβ−OH値を有し、光ファイバーと保持部材の間に設けられた上記ガラスからなる溶着部により、光ファイバーが固定されていることを特徴とする。 The glass member with an optical fiber of the present invention includes an optical fiber and a holding member in which at least a portion for holding the optical fiber is made of glass. The glass of the holding member has a β-OH value higher than that of the optical fiber, and the optical fiber and the holding member. An optical fiber is fixed by a weld portion made of the glass provided between the two.
本発明においては、光ファイバーの外周面の一部が溶着部により固定されていてもよい。 In the present invention, a part of the outer peripheral surface of the optical fiber may be fixed by the welded portion.
ガラスのβ−OH値は、0.3/cm以上、33/cm以下であることが好ましい。 The β-OH value of the glass is preferably 0.3 / cm or more and 33 / cm or less.
保持部材は、例えば、フェルールであってもよい。この場合、フェルールの貫通孔に光ファイバーが挿入されており、貫通孔と光ファイバーの外周面の間に、溶着部が設けられていることが好ましい。 The holding member may be a ferrule, for example. In this case, it is preferable that an optical fiber is inserted into the through hole of the ferrule, and a welded portion is provided between the through hole and the outer peripheral surface of the optical fiber.
本発明によれば、性能の劣化を招くことなく、信頼性を高めることができる光ファイバー付きガラス部材の製造方法及び光ファイバー付きガラス部材を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the glass member with an optical fiber which can improve reliability, and the glass member with an optical fiber can be provided, without causing deterioration of a performance.
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。 Hereinafter, preferred embodiments will be described. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each drawing, the member which has the substantially the same function may be referred with the same code | symbol.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光ファイバー付きガラス部材の長さ方向(Y方向)に沿う断面図である。図2は、図1中のA−A線に沿う断面図であり、X方向に沿う断面図である。なお、X方向はY方向に垂直な方向である。光ファイバー付きガラス部材1は、Y方向に延びる光ファイバー2と、光ファイバー2を保持する保持部材としてのフェルール3とを備えている。本実施形態において、フェルール3はガラスからなる。フェルール3は、Y方向に延びる貫通孔3aを有する。光ファイバー2は、フェルール3の貫通孔3aに挿入されており、フェルール3の貫通孔3a内に保持されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the length direction (Y direction) of the glass member with an optical fiber according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and is a cross-sectional view taken along the X direction. Note that the X direction is a direction perpendicular to the Y direction. The glass member with an
本実施形態において、光ファイバー2は、フェルール3の貫通孔3aの内壁3a1に形成された溶着部3a2により固定されている。本実施形態においては、フェルール3の貫通孔3aの内壁3a1が、光ファイバー2を保持する部分となる。溶着部3a2は、フェルール3を構成するガラスが溶融することにより形成されている。したがって、光ファイバー2は、ガラスからなる溶着部3a2により固定されているので、樹脂等からなる接着剤で固定される場合に比べて、高い信頼性を得ることができる。また、溶着部3a2が形成される際、光ファイバー2は実質的に溶融されないので、光ファイバー2の性能を低下させることなく、溶着部3a2を形成することができる。したがって、より高い信頼性を有する光ファイバー付きガラス部材1にすることができる。
In the present embodiment, the
図1に示すように、本実施形態において、溶着部3a2は、貫通孔3aの長さ方向(Y方向)の一部に設けられている。また、図2に示すように、本実施形態において、溶着部3a2は、光ファイバー2の外周面に連続して形成されている。したがって、光ファイバー2の外周面全体を覆うように、溶着部3a2が形成されている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the welded portion 3a2 is provided in a part of the length direction (Y direction) of the through
上述のように、本実施形態のフェルール3はガラスからなる。フェルール3を構成するガラスは、光ファイバー2を構成する材料より高いβ−OH値を有している。フェルール3を構成するガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラスなどが好ましく用いられる。
As described above, the
一般的に光ファイバー2を構成する材料は、伝送損失を低減させるため、極めて低いβ−OH値となっている。フェルール3を構成するガラスより低いβ−OH値を有する材料であれば、特に限定されるものではない。光ファイバー2を構成する好ましい材料としては、石英ガラスが挙げられる。石英ガラスは、一般的なガラスよりも低いβ−OH値を有している。光ファイバー2とフェルール3の熱膨張係数の差を小さくする観点からは、フェルール3を、光ファイバー2を構成する石英ガラスより高いβ−OH値を有する石英ガラスから構成してもよい。
In general, the material constituting the
図3は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る光ファイバー付きガラス部材の図2に相当する横断面図である。図3に示すように、光ファイバー2を固定する溶着部33a2は、光ファイバー2の外周面においてスポット状に形成されている。この変形例では、Z方向に対向する2箇所と、X方向に対向する2箇所の合計4箇所にそれぞれ溶着部33a2が形成されている。なお、Z方向は、X方向及びY方向に垂直な方向である。また、溶着部33a2は、Y方向に連続して形成されていてもよいし、不連続に形成されていてもよい。溶着部33a2をY方向に不連続に形成する場合、溶着部33a2はY方向にスポット状に形成されていてもよい。また、溶着部33a2をY方向に連続して形成する場合、溶着部33a2はY方向に直線状に延びるように形成されていてもよい。また、例えば光ファイバー2の外周面に沿って螺旋状に延びるように形成されていてもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of a glass member with an optical fiber according to a modification of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the welded portion 33 a 2 for fixing the
(製造方法)
図4は、第1の実施形態における溶着部を形成する方法を説明するための、光ファイバーの長さ方向に沿う拡大断面図である。本実施形態の光ファイバー付きガラス部材1の製造方法は、以下の通りである。
(Production method)
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view along the length direction of the optical fiber for explaining the method of forming the welded portion in the first embodiment. The manufacturing method of the
光ファイバー2をフェルール3の貫通孔3aに挿入する。次に、フェルール3において溶着部3a2を形成する領域の内壁3a1の部分にレーザー光Lを集光して照射する。このレーザー光Lは、フェルール3を構成するガラスに含まれるOH基に吸収される波長を有している。より具体的には、レーザー光Lの波長は、2.8μmである。なお、レーザー光Lの波長は、2.8±0.1μmの範囲内であれば、OH基に充分に吸収される。
The
上述したように、フェルール3を構成するガラスのβ−OH値は、光ファイバー2を構成する材料のβ−OH値よりも高い。よって、レーザー光Lの照射に際し、フェルール3の方が光ファイバー2よりも高温になる。これにより、フェルール3のみが溶融し、溶着部3a2が形成される。必要に応じてレーザー光Lを走査させて照射し、溶着部3a2を形成する。レーザー光Lを照射する際のレーザー光Lと、光ファイバー2及びフェルール3との位置関係は、レーザー光Lの光源(図示せず)を移動させて調整してもよいし、光ファイバー2及びフェルール3を移動させて調整してもよい。また、光源と光ファイバー2及びフェルール3の両方を移動させて調整してもよい。光ファイバー2及びフェルール3は、Y方向の軸を回転軸にして回転させたり、Y方向に移動させたりすることにより、レーザー光Lの照射位置を調整することができる。
As described above, the β-OH value of the glass constituting the
以上のようにして、溶着部3a2が、フェルール3の貫通孔3aと光ファイバー2との間に形成され、溶着部3a2によって光ファイバー2がフェルール3の貫通孔3a内に固定される。フェルール3の貫通孔3aの内壁3a1と光ファイバー2との間の間隔は、0.1μm〜2μm程度であることが好ましい。
As described above, the welded portion 3a2 is formed between the through
光ファイバー2を構成する材料のβ−OH値は、0.3/cm以下であることが好ましい。光ファイバー2を構成する材料のβ−OH値が低いと、レーザー光Lの照射において、光ファイバー2の温度上昇は小さくなる。そのため、光ファイバー2は溶融せず、フェルール3を構成するガラスのみから溶着部3a2を形成することができる。したがって、光ファイバー2の性能の劣化を招くことなく、光ファイバー2にフェルール3を溶着することができる。
The β-OH value of the material constituting the
フェルール3のβ−OH値は、0.3/cm以上、33/cm以下であることが望ましい。それによって、上記レーザー光Lの照射により、フェルール3の内壁3a1を容易に溶融させることができる。フェルール3のβ−OH値は、より好ましくは、1.0/cm以上、33/cm以下である。それによって、フェルール3の内壁3a1をより容易に溶融させることができる。
The β-OH value of the
なお、ガラスのβ−OH値の測定は、以下のように行う。FT−IRを用いて、ガラスの透過率の参照値(波数3846cm−1の光の透過率)と、OH基の吸収波長の透過率(3600cm−1付近の波数の光の最小透過率)の測定を行う。3846cm−1の光の透過率をT1%、3600cm−1付近の波数の光の最小透過率をT2%、ガラスの厚みをXmmとしたときに、下記の式1によりβ−OH値を求めることができる。
Note that the β-OH value of the glass is measured as follows. Using FT-IR, the reference value of the transmittance of the glass (transmittance of light having a wave number of 3846 cm −1 ) and the transmittance of the absorption wavelength of the OH group (minimum transmittance of light having a wave number of around 3600 cm −1 ) Measure. When the transmittance of light of 3846 cm −1 is T 1 %, the minimum transmittance of light having a wave number in the vicinity of 3600 cm −1 is T 2 %, and the thickness of the glass is X mm, the β-OH value is expressed by the following
β−OH値=(1/X)log10(T1/T2)…式1
β-OH value = (1 / X) log 10 (T 1 / T 2 )...
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る光ファイバー付きガラス部材の横断面図である。図6は、本発明の第2の実施形態に係る光ファイバー付きガラス部材の平面図である。本実施形態の光ファイバー付きガラス部材11は、複数の溝部13aを有する保持部材13と、それぞれの溝部13aに保持された光ファイバー2とを備える。保持部材13は、第1の実施形態のフェルール3と同様の材料から形成することができる。光ファイバー2も、第1の実施形態の光ファイバー2と同様の材料から形成することができる。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a glass member with an optical fiber according to the second embodiment. FIG. 6 is a plan view of a glass member with an optical fiber according to the second embodiment of the present invention. The
保持部材13の複数の溝部13aは、Y方向に延びるように形成されている。また、複数の溝部13aは、X方向に配列されている。溝部13aの横断面は、図5に示すように、三角形の形状を有する。なお、溝部13aの横断面の形状は特に限定されず、例えば、三角形以外の多角形の形状であってもよく、あるいは曲面を有する形状であってもよい。溝部13aの個数も特に限定されない。
The plurality of
各溝部13aに、各光ファイバー2がそれぞれ保持されている。本実施形態においては、溝部13aの壁面が、光ファイバー2を保持する部分となる。光ファイバー2は、溝部13aの壁面に形成された溶着部13a2によって保持部材13に固定されている。溶着部13a2は、第1の実施形態と同様に、保持部材13を構成するガラスが溶融することにより形成されている。したがって、本実施形態においても、高い信頼性を有する光ファイバー付きガラス部材11にすることができる。
Each
本実施形態において、光ファイバー2のZ方向の上部は、溝部13aから外側に突き出た状態になっている。しかしながら、これに限定されるものではなく、光ファイバー2全体が保持部材13の溝部13a内に埋まるように配置されていてもよい。
In the present embodiment, the upper portion of the
本実施形態における溶着部13a2は、第1の実施形態の製造方法と同様に、溶着部13a2を形成する領域の溝部13aの壁面近傍にレーザー光を集光して照射することにより、保持部材13を構成するガラスを溶融して形成することができる。なお、レーザー光は、保持部材13側から照射してもよいし、光ファイバー2側から照射してもよい。
As in the manufacturing method of the first embodiment, the welding portion 13a2 in the present embodiment collects and irradiates the laser beam near the wall surface of the
(第3の実施形態)
図7は、第3の実施形態に係る光ファイバー付きガラス部材の横断面図である。光ファイバー付きガラス部材21は、保持部材13上に設けられている蓋部24を備えている。蓋部24は、例えば、保持部材13と同様の材料から形成することができる。本実施形態の光ファイバー付きガラス部材21は、蓋部24を備えていること以外は、第2の実施形態と同様の構成を有する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a glass member with an optical fiber according to the third embodiment. The
蓋部24には、複数の溝部24aが設けられている。各光ファイバー2は、保持部材13の溝部13a及び蓋部24の溝部24aにより囲まれた空間内に保持されている。蓋部24の溝部24aには、溶着部24a2が形成されており、溶着部24a2により光ファイバー2が固定されている。本実施形態では、これによって、より一層強固に光ファイバー2を固定することができる。加えて、蓋部24を有することにより、光ファイバー2はより一層破損し難い。
The
蓋部24は、保持部材13に溶着されていてもよいし、接着剤などにより接合されていてもよい。なお、このように蓋部24が保持部材13に溶着または接合されている場合は、蓋部24は、溶着部24a2を有しなくともよい。また、蓋部24は保持部材13と同様の材料でなくともよい。
The
また、蓋部24が本実施形態のように溶着部24a2を有する場合は、蓋部24は必ずしも保持部材13に接合されていなくともよい。
Moreover, when the
図8は、本発明の第3の実施形態の変形例に係る光ファイバー付きガラス部材の横断面図である。図8に示すように、蓋部44は、溝部を有しなくともよい。また、図8に示すように、蓋部44は、接着剤層45により光ファイバー2及び保持部材13に接合されていてもよい。この場合においても、光ファイバー2は、保持部材13により溶着部13a2において固定されている。したがって、光ファイバー付きガラス部材41の信頼性を高めることができる。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a glass member with an optical fiber according to a modification of the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the
上記各実施形態では、保持部材全体がガラスから形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、少なくとも溶着部が形成される部分、すなわち少なくとも光ファイバーを保持する部分が所定のβ−OH値を有するガラスから形成されていればよく、他の部分は他の材料から形成されていてもよい。 In each said embodiment, although the example in which the whole holding member was formed from glass was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, at least the portion where the welded portion is formed, that is, at least the portion that holds the optical fiber may be formed from glass having a predetermined β-OH value, and the other portion is formed from another material. May be.
1…光ファイバー付きガラス部材
2…光ファイバー
3…フェルール
3a…貫通孔
3a1…内壁
3a2…溶着部
11…光ファイバー付きガラス部材
13…保持部材
13a…溝部
13a2…溶着部
21…光ファイバー付きガラス部材
24…蓋部
24a…溝部
24a2…溶着部
33a2…溶着部
41…光ファイバー付きガラス部材
44…蓋部
45…接着剤層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記保持部材に対して、前記光ファイバーが固定される位置に前記光ファイバーを配置する工程と、
前記保持部材にレーザー光を照射することにより、前記保持部材の前記ガラスを加熱して、前記光ファイバーと前記保持部材の間に前記ガラスからなる前記溶着部を形成する工程とを備え、
前記レーザー光の波長が、前記ガラスに含まれるOH基に吸収される波長である、光ファイバー付きガラス部材の製造方法。 A method for producing a glass member with an optical fiber comprising an optical fiber and a holding member comprising at least a portion for holding the optical fiber made of glass,
Arranging the optical fiber at a position where the optical fiber is fixed to the holding member;
Irradiating the holding member with laser light to heat the glass of the holding member to form the welded portion made of the glass between the optical fiber and the holding member,
The manufacturing method of the glass member with an optical fiber whose wavelength of the said laser beam is a wavelength absorbed by OH group contained in the said glass.
少なくとも前記光ファイバーを保持する部分がガラスからなる保持部材とを備え、
前記保持部材の前記ガラスは、前記光ファイバーよりも高いβ−OH値を有し、
前記光ファイバーと前記保持部材の間に設けられた前記ガラスからなる溶着部により、前記光ファイバーが固定されている、光ファイバー付きガラス部材。 With optical fiber,
A holding member made of glass, at least a portion holding the optical fiber,
The glass of the holding member has a higher β-OH value than the optical fiber,
A glass member with an optical fiber, wherein the optical fiber is fixed by a welding portion made of the glass provided between the optical fiber and the holding member.
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