JP3747382B2 - フェルール、該フェルールを利用した光導波路モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、光ファイバの一端を保持するフェルールと、該フェルールとは異なる材料から構成された基板上に光導波路を有する光部品としての導波路部品とを、少なくとも備えた光導波路モジュールに関し、特に、該基板材料との関係で優れた温度及び湿熱特性が得られるフェルール、このフェルール及び導波路型光部品を利用した光導波路モジュール及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信技術の発展にともない、所定波長の光を分岐あるいは合波する分岐素子、合分波素子等に対する需要が高まってきている。また、これらの光部品の高密度化の要求を満たすために、石英ガラス系の光平面導波回路（導波路部品）が用いられてきている。この平面光導波路は低い導波損失（光分岐等にともなう伝送損失）を有し、また光ファイバとの低損失な接続を可能にする。
【０００３】
上記平面光導波路として、例えば、特開昭５８−１０５１１１号公報には、火炎加水分解法（ＦＨＤ法）などによりガラス膜を成膜した後、半導体技術の応用である反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により回路パターンを形成し、クラッド部を成膜する手法によって得られる埋め込み型の石英系光導波路が開示されている。
【０００４】
このような導波路部品を光部品（例えば、光導波路モジュール）に利用する場合、この導波路部品に作り込まれた光導波路に入出力用の光ファイバを接続する構成が一般的である。導波路部品と光ファイバとの接続には、例えばＩＥＥＥ Photonic Technology Letters, vol.4, No.8, (1992), pp906-908 に示されているように、精密加工され、光ファイバが配列固定された石英系フェルールが用いられ、この石英系フェルール端面を紫外線硬化型接着剤を用いて上記導波路部品端面に接着固定する方法が一般に用いられている。
【０００５】
また、例えば特開平６−５１１５５号公報には、紫外線を透過する石英ガラスでフェルールを構成し、むらなくかつ短時間に上記フェルール端面と導波路部品端面を固化させることにより、作業時間を短縮しこれら各端面がずれる可能性を低減する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバと導波路部品に作り込まれた光導波路とを光学的に接続する際に最も重要なことは、その接続部の位置ずれ（光ファイバのコア端面と、このコア端面に接着剤を介して対向する光導波路端面の位置ずれ）による伝送損失（以下、この接続部分の伝送損失を結合損失という）を小さくする必要があるということである。例えば、導波路部品に作り込まれた光導波路の径（コア径）は１０μｍ以下であり、このような光導波路と光ファイバ（光ファイバのコア）との結合損失を０．３ｄＢ未満にするためには、接続部における位置ずれ量を１μｍ以内に抑えなければならない。一方、熱膨張係数の異なる材料でそれぞれ構成された導波路部品（特に、導波路基板）とフェルールを所定強度の接着剤により接着固定した光導波路モジュールの場合、使用環境の温度変動により上記接続部における各コア端面のずれが生じてしまう。
【０００７】
そこで、苛酷な環境での使用が可能な光導波路モジュール（室内で使用する部品の温度特性仕様としては−１０℃〜６０℃の温度変動で１０サイクル（４８時間）が一般的であり、例えばＢｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＲ−ＮＷＴ−００１２０９の温度特性仕様では、−４０℃〜７５℃の温度変動で４２サイクル（３３６時間））を得るためには、上述のように光ファイバ端部を保持するフェルールを導波路基板の構成材料と熱膨張係数のほぼ等しい石英ガラスで構成し、所望の温度特性及び湿熱特性を得るのが一般的である。なお、図２９は、モードフィールド径が１０μｍの単一モード光導波路について、該光導波路端面と光ファイバのコア端面との位置ずれ量と、その伝送損失との関係を示した図である。
【０００８】
しかしながら、フェルールの製造技術のみに着目すると、上述の石英ガラスによってフェルールを製造する場合、上述の文献にも開示されているように、ガラスのような加工が困難な材料を１μｍ以内という高精度で加工する必要があり （光ファイバ用の位置固定溝の加工）、さらには光ファイバ端部を把持するために複数の構成部材により構成する必要がある（光ファイバの端部を上下２枚の石英ガラス板で挟み込む）。一方、例えばプラスチック材料によりフェルールを構成する場合、例えば"DEVELOPMENT OF 16-FIBER CONNECTORS FOR HIGH-SPEED LOW-LOSS CABLE CONNECTION" （INTERNATIONAL WIRE AND CABLE SYMPOSIUM PROCEEDINGS 1993, pp.244-249 ）に示されているように、プラスチック成形により一工程で成形が可能で、かつ光ファイバ端部を挿入することでその設置位置を規定する貫通孔（連続する内壁を有する）もこのプラスチック成形時に高精度に作り込むことができる。このようにプラスチック材料によりフェルールを構成すると、光ファイバ端部の把持構造を得るために、複数の部材を用意して該ファイバ端部を把持させる必要はなく（プラスチック成形時に同時に光ファイバ端部の設置位置を精密に規定できる貫通孔が形成できるため、光ファイバの先端を位置決めした状態で上下から挟み込んで把持する必要はない）、また高精度の加工技術も必要としないため（貫通孔は各光ファイバごとに高精度に作り込まれるので、把持部材に光ファイバ用の位置固定溝を形成する等の精密加工は必要はない）、該プラスチック材料がフェルールの構成材料として適している。
【０００９】
この発明は、上述の諸事情に鑑み、ガラス等の加工が困難な材料の代わりに低コストで、連続成形及び高精度加工が容易なプラスチック材料からなるフェルールを利用する一方、それぞれ熱膨張係数の異なる材料から構成された導波路部品（特に、導波路基板）とフェルールを備え、かつ苛酷な使用環境においても安定した温度特性、湿熱特性を有する光導波路モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る光導波路モジュールは、第１の材料から構成された導波路基板上に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一部を構成する光導波路が設けられた導波路部品（第１の材料としては、例えばシリコン又は石英ガラスが適している）と、第２の材料から構成され、前記伝送路の少なくとも一部を構成する光ファイバの一端と前記光導波路の一端とを光学的に結合すべく、該光ファイバの一端を保持した状態（光ファイバ端部は連続する内壁を有する貫通孔に挿入された状態で設置されている）で、所定強度の接着剤によりその端面が前記導波路部品の端面に対向するよう固定された、フェルール（第２の材料としては、例えばプラスチック材料が適している）を備える。さらに、当該光導波路モジュールは、上記フェルールの貫通孔にその端部が挿入された状態で該フェルールに接着固定された入出力用の光ファイバを備えている。この構成により既存の伝送路からの信号光の分岐、あるいは該伝送路への合波を容易に実現する。なお、この光ファイバは、所定波長の光を伝搬するためのコアと、このコアを覆うクラッドから構成されるが、通常は、このクラッド表面をアクリレート樹脂で被覆するか、さらにはその表面をプラスチックで被覆した状態で利用に供される。また、この光ファイバは単芯ファイバには限定されず、複数の光ファイバ（各光ファイバはそれぞれ異なる色に着色されたアクリレート樹脂でコーティングされたものでもよい）をプラスチック材料で一体的に被覆したテープ型ファイバも含まれる。
【００１１】
特に、苛酷な温度変動下（例えば−４０℃〜＋７５℃の範囲での温度変動）においてもその結合損失が０．３ｄＢ以下である光導波路モジュールを実現すべく、上記導波路部品の基板部分を構成する第１の材料と、上記フェルールを構成し、上記第１の材料とは異なる第２の材料は、第１の材料の熱膨張係数と第２の材料の熱膨張係数との差をΔＬ、第１の材料の弾性率をＥ_１、第２の材料の弾性率をＥ_２とし、上記光ファイバのコア列の両端の間隔が３．７５ｍｍ以下である場合、
｜ΔＬ／（Ｅ_１／Ｅ_２）｜＜３．０×１０^−６（℃^−１）…（１）
なる関係を満たしている。
【００１２】
上記フェルールを構成するプラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有されたフェノール系エポキシ樹脂の場合、その熱膨張係数は１０×１０^−６（℃^−１）以下でよいが、さらに優れた温度特性を得るためには、その熱膨張係数を６×１０^−６（℃^−１）以下とするのが好ましい。
【００１３】
また、このフェノール系エポキシ樹脂に含まれる石英フィラーの含有量は、８５重量％以上、９５重量％以下であればよいが、さらに優れた湿熱特性を得るためには、その含有量を９０重量％以上、９５重量％以下とするのが好ましい。このとき、上述のフェノール系エポキシ樹脂の弾性率は５０００（ｋｇ／ｍｍ² ）以下である。
【００１４】
なお、上記光導波路端面と光ファイバ端面とを接着固定する接着剤は、その接着強度が石英ガラスに対して５０（ｋｇ／ｃｍ² ）以上の紫外線硬化型、熱硬化型接着剤、あるいは双方の硬化性（光に反応して固化する性質と熱に反応して固化する性質）を兼ね備えた接着剤を使用する。
【００１５】
次に、請求項１０に係る発明は、上記請求項１に係る光導波路モジュールの製造方法であり、この製造方法では、まず、第１の材料から構成された導波路基板上に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一部を構成する光導波路が設けられた導波路部品と、該伝送路の少なくとも一部を構成する光ファイバ（入出力用光ファイバを含む）の端部を連続した内壁を有する貫通孔に挿入した状態で、接着剤により該光ファイバ端部に接着固定された、上記第１の材料とは異なる第２の材料から構成されたフェルールを用意する。このとき、上記光ファイバのコア列の両端の間隔が３．７５ｍｍ以下である場合、導波路部品の導波路基板を構成する第１の材料（例えばシリコン又は石英ガラスが適している）に対するフェルールを構成する第２の材料（例えばプラスチック材料が適している）の上記実効熱膨張係数（｜ΔＬ／（Ｅ１／Ｅ２）｜）は、３．０×１０^−６（℃^−１）未満である。
【００１６】
そして、これら導波路部品の端面とフェルールの端面とを突き合せた状態で、石英ガラスに対して５０（ｋｇ／ｃｍ² ）以上の接着強度を有する接着剤、例えば紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤により接着し、この導波路部品の光導波路端面とフェルールの貫通孔でその端部の設置位置が規定された光ファイバのコア端面との位置合せ（アライメント）を行う。その後、この接着部分に紫外線を所定時間照射するか、あるいはこの接着部分を所定温度に加熱することにより上記接着剤を固化させる。
【００１７】
なお、この発明に係るフェルールは、上述したように、所定量の石英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が１０×１０^-6（℃^-1）以下、好ましくは６×１０^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂である。また、石英フィラーの含有量は、８５重量％以上、９５重量％以下であり、好ましくは９０重量％以上、９５重量％以下がよい。さらに、このフェルールを構成するプラスチック材料は、その弾性率が５０００（ｋｇ／ｍｍ² ）以下のフェノール系エポキシ樹脂がよい。
【００１８】
【作用】
シリコンまたは石英ガラスから構成された導波路基板とプラスチック材料から構成されたフェルールのように、異なる材料から構成される各構成部材を利用して当該光導波路モジュールを構成する場合、上記式（１）で示されるように導波路基板の構成材料に対するフェルール構成材料の実効熱膨張係数を３×１０^-6 （℃^-1）未満とすることにより、温度変動に起因して生じる各コア端面のずれ量を１μｍ以下、すなわち結合損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができる。少なくとも発明者らは上記導波路部品の一部を構成する石英ガラス基板に適応可能なフェルールを得るためには（上記条件を満たすためには）、少なくとも７５重量％以上の石英フィラーを含有するプラスチック材料（熱膨張係数は３×１０^-6℃^-1以上、１０×１０^-6℃^-1以下）により構成し、シリコン基板に適応可能なフェルールを得るためには、少なくとも８５重量％以上の石英フィラーを含有するプラスチック材料（熱膨張係数は３×１０^-6℃^-1以上、６×１０^-6℃^-1以下）により構成する必要があることを確認した。このとき、上記構成の光導波路モジュールは良好な温度特性が得られることも確認した。
【００１９】
一方、プラスチック材料に含有可能な石英フィラーの理論限界値は、工業材料１９９４年１２月号（Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．１５、ｐｐ．１１２〜１１６）に９６体積％であることが示されており、発明者らは、既に９４重量％の石英フィラーが含有されたプラスチック・フェルールを得ている。さらに、石英ガラス製導波路基板とプラスチック・フェルールからなる光導波路モジュールについて、所定の条件下でその湿熱特性を評価したところ、該プラスチック材料に含有される石英フィラーの下限値が８０重量％〜９０重量％の間に存在することも確認している。また、石英フィラー含有量の理論限界値が９６体積％であることから、フェルール構成材料としてのプラスチック材料の熱膨張係数の下限値は、３×１０^-6（℃^-1）である（図１９参照）。なお、体積％と重量％はほぼ一致する。
【００２０】
したがって、シリコン基板及び石英ガラス基板のいずれを利用する場合でも、少なくとも８５重量％〜９５重量％の石英フィラーを含有するプラスチック材料をフェルール構成材料として適用することで、温度特性及び湿熱特性のいずれにおいても良好な光導波路モジュールが得られる。
【００２１】
特に、石英ガラス基板に対して上記フェルールの構成材料を、所定量の石英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が１０×１０^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂とすることで、また、シリコン基板に対して上記フェルールの構成材料を、所定量の石英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が６×１０^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂とすることで、上述の室内で使用される部品の温度特性仕様（−１０℃〜６０℃の温度変動で１０サイクル（４８時間））、さらにはＢｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＲ−ＮＷＴ−００１２０９の温度特性仕様（−４０℃〜７５℃の温度変動で４２サイクル（３３６時間））を満足する光導波路モジュールが得られる。
【００２２】
また、上記石英フィラーの含有量を、９０重量％以上、９５重量％以下に調整することにより、Ｂｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＡ−ＮＷＴ−００１２２１の湿熱特性仕様（７５℃、９０±５ＲＨ、５００時間）を確実に満足する光導波路モジュールが得られる。
【００２３】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図１乃至図２９を用いて説明する。なお、図中同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図１は、この発明に係る光導波路モジュールの組み立て工程を説明するための図であり、図２はこの発明に係る光導波路モジュール全体の構成を示す斜視図である。この発明に係る光導波路モジュールの製造方法では、まず、入出力用の光ファイバ４の端部を貫通孔に挿入した状態で接着剤５により接着固定されたフェルール３と、導波路基板上に所定波長の光を伝搬する光導波路（コア）を有する導波路部品１とを用意する。さらに、これらフェルール３と導波路部品１との十分な接着強度を得るため、補強部材２を用意する。なお、この補強部材２は、上記導波路部品１の上面１ｂに接着剤により接着固定される底面２ｂと、フェルール３の接着端面３ｃと対向する側面２ａを有する。
【００２５】
次に、この補強部材２が上面１ｂに既に接着固定されている導波路部品１の接着端面１ａと、光ファイバ４の端部を保持したフェルール３の接着端面３ｃとをそれぞれ以下の各工程を順に行うことで光学研磨する。なお、補強部材２の接着面（側面）２ａは上記導波路部品１の端面研磨の際に同時に研磨され、また光ファイバ４のコア端面も上記フェルール３の端面研磨の際に同時に研磨される。
【００２６】
第１工程（粗研磨工程）：８００〜２０００＃の粗い研磨紙で各端面を露出させる
第２工程（中研磨工程）：６〜９μｍのダイヤモンド砥粒で各端面の表面傷を除去する
第３工程（仕上研磨工程）：１〜３μｍのダイヤモンド砥粒でさらに各端面の表面傷を除去する
第４工程（バフ研磨工程）：０．３μｍ以下の酸化セシウム砥粒あるいは二酸化圭素砥粒で各端面の表面加工変質層を除去する
なお、これら研磨工程で、端面反射による光減衰量の低減等の必要に応じて、接着部１３における光の伝搬方向（この方向はフェルール３への光ファイバ４の挿入方向と一致している）に対して、各端面の角度を９０度からずらしてもよい。この場合の角度調整は、上記第１工程で行う。また、上述した研磨方法以外の研磨方法も知られているので、必要に応じてその研磨方法は選択する。
【００２７】
続けて、上記導波路部品１の入出力端面１ａとフェルールの接着端面３ｃを突き合せた状態で接着剤６により接着した後、導波路部品１に作り込まれた光導波路端面と光ファイバ４のコア端面のアライメントを行う。なお、この時光ファイバ４は既にフェルール３に所定強度の接着剤５により既に固定されている。また、補強部材２の底面２ｂと導波路部品１の上面１ａとの間、補強部材２の接着面２ａ及び導波路部品１の接着面１ａとフェルール３の接着面３ｃとの間は、石英ガラスに対して５０ｋｇ／ｃｍ² 以上、好ましくは１００ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤により接着されている。
【００２８】
上記導波路部品１の光導波路端面と光ファイバ４のコア端面のアライメントは、例えば米国特許第４，７４４，６１９号公報に示されているように、導波路部品１を精密移動ステージで支持した状態で、該導波路部品１の光導波路の一方の入出力端面から所定波長の光を入射し、他方の入出力端に上記接着剤を介して光学的に接続されている光ファイバ４から出射された光の強度をモニタしながら行われる。すなわち、この出射光の光強度が最大になるよう導波路部品１あるいはフェルールを移動させ、アライメントを行っている。
【００２９】
そして、上記導波路部品１の光導波路端面（導波路部品１の入出力端面の一部を構成している）と光ファイバ４のコア端面（フェルール３の接着端面３ｃの一部を構成している）のアライメントが完了した段階で、接着部に紫外線を照射するかあるいは所定温度に加熱することにより上記接着剤を固化させる。この一連の作業（接着部１３における各端面の接着−アライメント−接着剤の固化）を上記導波路部品１の両入出力端面について行うことにより、図２に示すようなこの発明の第１の実施例に係る光導波路モジュールを得る。
【００３０】
次に、フェルール３の構造を図３〜５を用いて説明する。図３は、このフェルール３の構造を示すための展開図である。図中、３ａはフェルール３の上面、３ｂは側面、３ｃは前面（接着面）、３ｄは底面、３ｅは裏面（光ファイバ４が挿入される側）を示している。このフェルール３の上面３ａには光ファイバ４の先端をフェルール３に予め窓３１０が設けられている。この窓３１０から見える台座部分３３０には光ファイバ４の先端を貫通孔３４０に挿入しやすくするため、予めガイド溝３３０ａが設けられている。また、光ファイバ４の先端とフェルール３はこの台座部分で接着固定するため、この窓３１０は接着剤の投入口としても機能する。フェルール３の裏面３ｅには光ファイバ４の先端部分を該フェルール内部に挿入するための開口部３２０が設けられている。また、フェルール３の前面３ｃ（導波路部品１の入出力端面１ａに直接向い合う面）には、予め作り込まれた貫通孔３４０の開口部３４０ａが位置する。
【００３１】
なお、図４は図３に示した上記フェルール３のＣ−Ｃ線に沿った断面を示す図であり、光ファイバ４の先端部分は裏面３ｅから前面３ｃに向かって矢印Ｈの方向から当該フェルール内部に挿入される。また、図５は図４に示したフェルール断面図のうち、特に貫通孔３４０の断面を拡大表示した図であり、この図からも分るように貫通孔３４０の内部は光ファイバ４の先端部分を挿入しやすくするため、該光ファイバの直径よりもかやり大きな直径を有する部分３４０ｂと、該光ファイバ４の先端部分の設置位置のずれ（前面３ｃに対する水平方向の位置ずれ）を防止すべく該光ファイバ４の直径にほぼ一致した直径を有する部分３４０ｃから構成されている。
【００３２】
既に述べたように、上記導波路部品１の基板を構成するのに適した第１の材料（例えばシリコン、石英ガラス等）と、フェルール３を構成するのに適した第２の材料（例えばプラスチック材料）とは異なっている。したがって、正確にアライメントと行って導波路部品１とフェルール３の接着固定を行ったとしても、例えば−４０℃〜＋７５℃程度の温度変動が生じる環境においては各材料の熱膨張係数の差に起因して、導波路部品１の光導波路端面と光ファイバ４のコア端面との位置ずれが生じてしまう（結合損失が増大する）。
【００３３】
そこで、この発明では、上述の温度変動下においてもその結合損失が０．３ｄＢ以下にすべく、上記フェルールを、上記導波路部品１の導波路基板に適した第１の材料に対する実効熱膨張係数｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜の値が３×１０^-6℃^-1未満である第２の材料で構成している。なお、上記実効熱膨張係数を示す式中ΔＬは第１の材料の熱膨張係数と第２の材料の熱膨張係数の差、Ｅ₁ は第１の材料の弾性率、Ｅ₂ は第２の材料の弾性率である。
【００３４】
特に、発明者らは、シリコン又は石英ガラスから構成された導波路基板と、その熱膨張係数が１０×１０^-6℃^-1以下のフェノール系エポキシ樹脂（所定量の石英フィラーを含む）、さらにはその熱膨張係数が６×１０^-6℃^-1以下のフェノール系エポキシ樹脂（所定量の石英フィラーを含む）から構成されたフェルール３との組合わせにより、優れた温度特性を有する光導波路モジュールを得た。また、フェノール系エポキシ樹脂によりフェルール３を構成する場合、上記石英フィラーの含有量は、８５重量％〜９５重量％であることが好ましいが、さらに湿熱特性に優れた光導波路モジュールを得るためには、石英フィラーの含有量が９０重量％〜９５重量％であることがよいことも確認した。なお、これらフェノール系エポキシ樹脂の弾性率は５０００ｋｇ／ｍｍ² 以下である。
【００３５】
以上のような材料から構成されるフェルール３は、例えば"DEVELOPMENT OF 16-FIBER CONNECTORS FOR HIGH-SPEED LOW-LOSS CABLE CONNECTION" （INTERNATIONAL WIRE AND CABLE SYMPOSIUM PROCEEDINGS 1993, pp.244-249 ）などに示されるように、プラスチック成形法により得られる。すなわち、所定形状の凹みを有する上下２枚の金型を用意し、フェルール３の貫通孔を形成するための金属製コアピンをこれら金型で挟み込んだ状態で、上記各金型の凹みによって定義されるキャビティ内に上述の樹脂を注入することにより得る。
【００３６】
一方、このような材料で図３〜図５に示す構造を有するフェルール３と紫外線硬化型接着剤を利用して図２に示す光導波路モジュールを製造した場合、上述の特開平６−５１１５５号公報でも指摘されているように、光導波路１３０端面と光ファイバ４のコア端面の位置ずれを生じることなく接着部１３における各端面を均一に接着することが難しくなる。しかしながら、このような場合でも、このフェルール３に図６に示すようなガイドピン用の穴３５０を予め作り込むことにより、上述のアライメント作業を省略することができ、さらには接着剤の固化に長時間を要したとしても、導波路部品１の光導波路端面とフェルール３に保持されている光ファイバ４のコア端面との位置ずれを回避することも可能である。このガイドピン用の穴を有するプラスチック・フェルールの製造方法は、例えば、"HIGH FIBER COUNT OPTICAL CONNECTORS" （INTERNATIONAL WIRE AND CABLE SYMPOSIUM PROCEEDINGS 1993, pp.238-243 ）などに開示されている。この場合、ガイドピン１００の両端を、それぞれ導波路部品１（特に導波路基板）に設けられた穴とフェルール３に設けられた穴３５０にそれぞれ差込み、これら導波路部品１の接着端面１ａとフェルール３の接着端面３ｃとを、上述の接着剤（石英ガラスに対して少なくとも５０ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤）により接着することによりアライメント作業が不用となる。なお、このガイドピンを利用したアライメント方法は、例えば特開平２−１２５
２０８号公報、特開平５−３３３２３１号公報などに開示されている。また、図６に示したフェルール３のＤ−Ｄ線に沿った断面は、図４に示したフェルール断面と一致している。
【００３７】
このフェルール３の貫通孔３４０にその端部が挿入された状態で保持される光ファイバ４は、一般に所定波長の光を伝搬するコアと、このコアを覆い、該コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドから構成されている。この実施例では、図７及び８に示されるような、複数の光ファイバをプラスチック被覆したテープ型ファイバを利用している。この場合、各裸ファイバ４１０（コア４１０ａとクラッド４１０ｂから構成）は個々にアクリレート樹脂４２０によりされており、このようにアクリレート樹脂により被覆されたファイバを一列に束ねたリボン部分４３０はプラスチックで被覆して構成している。この光ファイバ４をフェルール３に接着固定する際は、該光ファイバ４の先端部分のプラスチック被覆４３０を剥がし（さらにはアクリレート被覆４２０も剥がし）、フェルール３の裏面３ｅに設けられた開口部３２０から各光ファイバに対応して設けられている貫通孔３４０に装着し、フェルール３の台座部３３０において接着剤５により接着固定する。なお、このフェルール３には、他の伝送路を構成する光ファイバを直接取り付けてもよく、また、予め他の伝送路との接続を考慮して、別途入出力用光ファイバを取り付けておいてもよい。いずれの場合も、該フェルール３に取り付けられた光ファイバは伝送路の一部を構成する。
【００３８】
導波路部品１の構造を図９に示す。この図は図１に示した光導波路モジュールのＡ−Ａ線に沿った導波路部品１の断面に相当する。この導波路部品１はシリコン又は石英ガラスから構成される導波路基板１１０、この導波路基板１１０上に形成された下側クラッド層１２０（ガラス材料層）、この下側クラッド層１２０上に所定形状に加工された光導波路１３０（コア、ガラス材料層）、及びこの光導波路１３０を覆う上側クラッド層１４０（ガラス材料層）を備えており、これらクラッド層１２０、１４０は光導波路１３０の屈折率よりも低い屈折率を有する。なお、当該光導波路モジュールに利用される導波路部品１の構造は図９に示すような埋め込み型導波路には限定されず、例えば光集積回路（オーム社発行、昭和６０年２月２５日、ｐ．２０４）に開示されているような種々の構造の導波路部品（例えば、リッジ型導波路等）が適応可能である。
【００３９】
このように、図９に示す断面構造の埋め込み型導波路部品１と上述の構造を有するフェルール３との接続部１３の拡大した断面図を図１０に示す。なお、この断面図は図２に示したＢ−Ｂ線に沿った断面と一致している。この図に示すように、導波路部品１の上面１ｂと補強部材２の底面２ｂとの間、導波路部品１の接着面１ａとフェルール３の接着面３ｃ（光ファイバ４のコア端面を含む面）との間、及び補強部材２の側面２ａと上記フェルール３の接着面３ｃとの間は、それぞれ石英ガラスに対して５０ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤６により接着固定されている。上述したアライメントは、フェルール３によってその先端が保持されている光ファイバ４のコア４１０ａの端面と光導波路１３０の端面とを光の伝搬方向に一致させる作業であり、図中、１１で示される領域は上記光ファイバ４と光導波路１３０とが光学的に接続される部位を示している。
【００４０】
さらに、当該光導波路モジュールにおける導波路部品１とフェルール３との接続部１３は図１及び２に示すように、補強部材２によって構造的に補強されているが、この補強構造はこの第１の実施例のみに限定されるものではなく、例えば図１１及び１２に示すように導波路部品１を支持部材１０に固定することにより、フェルール３との接着部１３の強度補強を行ってもよい。この支持部材１０も導波路基板１１０と同じ材料、例えばシリコン又は石英ガラスから構成されている。なお、この図におけるＦ−Ｆ線に沿った導波路部品１の断面は、図９に示した埋め込み型導波路部品の断面と一致している。
【００４１】
また、図１２に示したこの発明の第２の実施例に係る光導波路モジュールの接続部１３の構造を説明するため、図中Ｇ−Ｇ線に沿った断面図を図１３に示す。この第２の実施例では導波路部品１と支持部材１０は接着剤６により接着固定されており、この支持部材１０の接着端面１０ａは、上述した導波路部品１の端面研磨の際に同時に研磨れれる。
【００４２】
さらに、上記導波路部品１に作り込まれる、種々の光導波路１３０の形状を図１４〜図１６に示す。なお、これらの図は上側クラッド層１４０が取り除かれた導波路部品１を上方から見た状態を示している。このように、導波路部品１に作り込まれる光導波路１３０の形状としては、１対多（図１４）、多対多（図１５）、あるいは２対多（図１６）等の種々の態様における光通信（光分岐、光結合機能を含む）を実現するための光導波路パターンがある。
【００４３】
当該光導波路モジュールは、当然のことながら光通信システムの一部として機能する。したがって、当該光導波路モジュールは図１７に示すように、他の伝送路２０ａ、２０ｂとの光学的な結合を容易に実現するため、入出力用光ファイバ４を備えている。この場合、当該光導波路モジュールは、上述の導波路部品１と、この導波路部品１と接着固定されたフェルール３と、このフェルール３の貫通孔３４０にその先端が挿入された状態で接着剤５により接着固定された入出力用光ファイバ４（この実施例では多芯のテープ型ファイバ）を備えている。特に、各入出力用光ファイバ４の他端は、他の伝送路２０ａ，２０ｂとの光学的な結合を可能にするため、別のフェルール３０に接着剤５０により接着固定されている。なお、これら伝送路２０ａ、２０ｂは、それぞれ光信号を伝搬させるための光ファイバ２１０、２２０を備えているが、この他、送信器、光増幅器、光合分波器、受信器等の要素を含んで構成されている。
【００４４】
以上のように他の伝送路２０ａ、２０ｂに光学的に結合された光導波路モジュールは、伝送路の一部を構成する。また、このように伝送路の一部として設置された光導波路モジュールは、その接続部１３を保護するため、例えば、特開昭６２−７３２１０号公報に開示されているように、所定形状のケースに収納される。また、この光導波路モジュールは、欧州特許公開公報第０４２２４４５Ａ１号に開示されているように、樹脂モールドして保護してもよい。
【００４５】
次に、導波路部品１の一部を構成する導波路基板１１０とフェルール３のそれぞれを構成する材料、特に、これらの材料の熱膨張係数及び弾性率を中心に説明する。
【００４６】
まず、導波路部品１と光ファイバ４の先端部分を保持するフェルール３の接続部１３の各材料の熱膨張に起因する結合損失の変動について説明する。なお、ここでは光導波路１３０に起因する損失変動（光分岐等に起因する伝送損失）を考えなくてすむよう、シリコン（Ｓｉ）基板上に２５０μｍのピッチで８本の直線光導波路（コア径：７μｍ×７μｍ、比屈折率差：０．３％）が形成された平面導波路部品を用意した。この導波路部品における光導波路形状を図１８に示す。このシリコン基板を有する導波路部品１と熱膨張係数の異なるプラスチック材料から構成されたフェルール３を用意し、このフェルール３で保持されている光ファイバのコアを光導波路１３にと対向させて調芯した後、紫外線硬化型接着剤で固定して数種類の試料（特性比較用の光導波路モジュール）を制作した。接着剤の強度不足による変動は極力避けるべく、接着剤の破断強度は石英ガラスに対して１００Ｋｇ／ｃｍ² 以上のものを用いた。なお、接着強度としては少なくとも５０Ｋｇ／ｃｍ² あればよい。
【００４７】
表１に、作成したフェルール３に使用した材料及びその物性値を示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
この表１に示したプラスチック１〜４の物性値を図１９及び図２０に示す。特に、図１９において、横軸は含有される石英フィラーの量（重量％、図中、ｗｔ％で示す）、縦軸はプラスチック材料の熱膨張係数（／℃）の関係を示し、図２０は、含有される石英フィラーの量（重量％、図中、ｗｔ％で示す）、縦軸はプラスチック材料の弾性率（ｋｇ／ｍｍ² ）を示す。これらの図から分るように、石英フィラーの含有量が増加するとプラスチック材料の熱膨張係数が下がる一方、その弾性率は増加する傾向がある。また、図２１は、含有される石英フィラーの量（重量％）に対する上記各プラスチック材料の実効熱膨張係数｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜を示している。なお、図中の曲線５０１（●印でプロット）はシリコン（Ｓｉ）に対する各プラスチック材料の実効熱膨張係数を示し、曲線５０２（○印でプロット）は石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）に対する各プラスチック材料の実効熱膨張係数を示す。また、上記実効熱膨張係数を示す関係式中、ΔＬはシリコン又は石英ガラス（導波路基板の構成材料）と各プラスチック材料（フェルールの構成材料）の熱膨張係数の差、Ｅ₁ はシリコン又は石英ガラスの弾性率、Ｅ₂ は各プラスチック材料の弾性率である。したがって、この図から、シリコン基板に対して上記実効熱膨張係数を３×１０^-6℃^-1未満にするプラスチック材料を得るためには、石英フィラーを８５重量％以上含有させる必要があり、また、石英ガラス基板に対して上記実効熱膨張係数を３×１０^-6℃^-1未満にするプラスチック材料を得るためには、石英フィラーを７５重量％以上含有させる必要があることが分る。
【００５０】
なお、石英フィラーを７５重量％以上を含有するプラスチック材料の熱膨張率は１０×１０^-6℃^-1以下となり、石英フィラーを８５重量％以上を含有するプラスチック材料の熱膨張係数は６×１０^-6℃^-1以下となる。一方、先にも述べたように石英フィラーの含有量の理論限界値は９６体積％（重量％とほぼ一致）であるので、上記各プラスチック材料の熱膨張係数は３×１０^-6℃^-1以上である（図１９参照）。
【００５１】
温度変動による損失の変化は、図２２に示す測定系を用いて評価した。測定される光導波路モジュール１２３は環境装置２００内の恒温槽２５０に収容されており、ＬＥＤ２３０から一定強度の光を一方の入出力用光ファイバ（光導波路の入力側端面に光学的に接続されてる）に供給しつつ、光導波路を通過してさらに他方の入出力用光ファイバ（光導波路１３０の出力端面に光学的に接続されている）を通過した光の強度を光パワーメータ２２０で測定することにより、温度変動に起因する結合損失の変動量を測定する。なお、この光パワーメータ２２０はパーソナルコンピュータ２１０によって制御されている。恒温槽２５０内の温度は、図２３に示すような変化をするよう温度制御手段によって調整される。この温度制御手段２４０もパーソナルコンピュータ２１０によって制御されている。すなわち、温度は−４０℃から＋７５℃の間で変化し、変化速度は±１．５℃／ｍｉｎである。表２に、導波路部品とフェルールとの結合損失について、上記の温度変化による変動量を示す。
【００５２】
なお、この測定のために用意した試料は、各材料組合わせごとにそれぞれ４個ずつである。
【００５３】
【表２】

【００５４】
導波路基板１１０とフェルール３の構成材料が同一の場合（例えば、Ｓｉ／Ｓｉ：基板材料がシリコンでフェルール材料もシリコンとした場合）は温度変動による熱膨張の大きさに差がないため理想的であるが、このような場合には結合損失の変動量は概ね０．１ｄＢ未満になるはずである。かかる場合の一例として表２に示した「Ｓｉ／Ｓｉ」の場合には、結合損失の変動量は０．０８ｄＢとなっている。また、材料間の熱膨張係数の差が大きい場合、例えば表２に示した「Ｓｉ／プラスチック１」の場合には、当然のことながら結合損失の変動量が著しく大きくなることがわかる。
【００５５】
この結合損失の変動量に基づいて計算によって得られる光導波路１と光ファイバ４のコアの位置ずれ量を、熱膨張係数との関係で示したグラフを図２４に示す。この図２４においては、位置ずれ量の計算値をプロットした線分を５０３で示し、実験値をプロットした線分を５０４で示している。この図からも分るように、実際の位置ずれ量は計算から得られる値よりも小さくなる。これは、導波路基板材料とフェルール材料の両方の弾性変形によって相対的に位置ずれ量が小さくなることに起因すると考えられる。
【００５６】
弾性変形に起因して位置ずれ量が抑制される割り合いは、導波路基板１１０の構成材料と、この導波路部品１に接続されるフェルール３も構成材料との弾性率の比で決まる。そこで、これら導波路基板１１０とフェルール３の各構成材料の弾性率の比を考慮して計算される位置ずれ量を図２５に示す。この図２５においては、位置ずれ量の計算値をプロットした線分を５０５で示し、実験値をプロットした線分を５０６で示している。このように弾性変形を考慮することにより、計算から得られる位置ずれ量は実際の値とよく一致するようになる。なお、図２５において横軸は、上述した実効熱膨張係数（導波路基板材料とフェルール構成材料の各熱膨張係数の差と、導波路基板材料の弾性率及びフェルール材料の弾性率の比との比である）である。
【００５７】
以上の検討結果より、導波路基板１１０を構成する材料とは熱膨張係数の異なる材料を用いてフェルール３を構成する場合でも、各材料の弾性変形を活用すれば実際の位置ずれを小さくすることが可能であることがわかる。したがって、図２９に示した関係により、位置ずれ量が１μｍ程度であれば、結合損失の変動量が０．３ｄＢ程度に抑えることが可能となる。
【００５８】
位置ずれの許容量は、フェルール３に保持された光ファイバ４（この実施例では多芯テープ型ファイバ）の各コアの間隔にもよる。例えば、コアが２５０μｍピッチで１６芯並んだものについては、両端のコアの間隔は３．７５ｍｍになり、例えば１００℃の温度差がある環境下で位置ずれ量を１μｍ以内に抑えるためには、既に言及している条件が満足されることが必要になる。すなわち、導波路基板１１０の構成材料の熱膨張係数とフェルール３の構成材料の熱膨張係数との差をΔＬ、導波路基板１１０の構成材料の弾性率をＥ₁ 、フェルール３の構成材料の弾性率をＥ₂ としたときに、導波路基板１１０の構成材料に対するフェルール３の構成材料の実効熱膨張係数｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜の値を、３．０×１０^-6℃^-1未満とする必要がある。望ましくは、２．７×１０^-6℃^-1未満とするのがよい。
【００５９】
導波路部品１の一部を構成する導波路基板１１０の構成材料としてはシリコン又は石英ガラスを用いるのが一般的である。そして、この導波路基板上に埋め込み型の石英ガラス系導波路を形成したものは、光ファイバとの結合損失が低く内部における伝送損失も小さいため、現在開発が盛んに進められている。これらの材料の物性は、前述の表１に示されている。
【００６０】
一方、フェルール３を製造する際によく使用される材料として、石英ガラスフィラーを含有させたフェノール系エポキシ樹脂がある。この材料の熱膨張係数はフィラーの含有量等を変えることによって変えることができ、また、この含有量の調整によりエポキシ樹脂の弾性率は１５００〜５０００Ｋｇ／ｍｍ² 範囲で調整可能となる。導波路基板１をシリコンまたは石英ガラスで構成する場合を想定し、その弾性率が上述の実効熱膨張係数の範囲内にある材料を用いてフェルール３を製造するとすれば、この材料の熱膨張係数は１０×１０^-6℃^-1以下とする必要がある。
【００６１】
また、この検討結果より、前述のフェノール系エポキシ樹脂だけでなく、その他の樹脂でも弾性率が十分小さければ、例えば５００Ｋｇ／ｍｍ² 以下であれば熱膨張係数が比較的大きい材料（例えば２０×１０^-6℃^-1）であっても、温度変動に起因するコアの位置ずれを十分抑制できることがわかる。例えば、導波路基板１１０を石英ガラスで製造する場合に、フェルール３を構成する材料の弾性率が５０Ｋｇ／ｍｍ² 以下であるとして、この材料の熱膨張係数と石英ガラスの熱膨張係数との差が４×１０^-4℃^-1程度あったとしても、実際の弾性変形を考慮した実効的な熱膨張の差は３×１０^-6℃^-1未満となる。この程度の熱膨張差を有する樹脂としては、例えば、ＩＣＩ社製のＬＣＲ３０５がある。
【００６２】
このような樹脂を利用してフェルール３を構成したが場合に予測される問題としては、材料自体の弾性率が低いため、アライメント時の治具等への固定によって弾性変形が生じ、コアの位置がずれていまう可能性があるということである。なお、このような場合には、ハンドリング手法を改良することにより（例えば、治具への面固定）、解決できると考える。
【００６３】
以上の検討に基づいて製造した複数の光導波路モジュールについて、以下詳細に説明する。
【００６４】
試料１
この試料１において、フェルール３の構成材料としては、熱膨張係数が６．０×１０^-6℃^-1、弾性率が２５００Ｋｇ／ｍｍ² のフェノール系エポキシ樹脂材料を用いた。この材料のシリコンに対する実効的な熱膨張係数は２．２５×１０^-6℃^-1である。また、導波路部品１は、シリコン基板１１０上にＦＨＤ法とＲＩＥ法を組み合わせて形成した８分岐のシングルモード光導波路１３０を形成したものとした。製造した光導波路１３０の導波路形状を図２６に示す。次に、１芯の光ファイバを保持したフェルール３（該光ファイバの先端部分は接着剤により該フェルールに固定されている）と、８芯の光ファイバを２５０μｍピッチに配列固定したテープ型ファイバを保持したフェルール３（該テープ型ファイバの先端部分は接着剤により該フェルールに固定されている）とをそれぞれ導波路部品１の入出力端面１ａ、１ｃに接続して試料１の光導波路モジュールを５個作成した。なお、アライメントは既に説明した方法により行われている。また、導波路部品１と各フェルール３の接着に使用した接着剤には、石英ガラスに対して１００ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型接着剤に熱硬化性触媒を添加して熱硬化性を付与したものを使用した。
【００６５】
以上のようにして得られた光導波路モジュール（試料１）の挿入損失は平均で１０．１ｄＢで過剰損失（光導波路１３０内における分岐損失等を含めた合計の伝送損失）は１．１ｄＢであった。また、これら試料１の光導波路モジュールを図２２に示す測定系を用いて−４０℃〜７５℃の温度範囲において、図２３に示す温度変化パターンにより測定した。なお、測定光としては波長１．３μｍの光を使用した。このような測定を行った結果、試料１の各光導波路モジュールは、結合損失の平均変動量が０．２ｄＢ、最大変動量でも０．３ｄＢと良好な温度特性を有することを確認した。
【００６６】
試料２
次に、上記試料１のフェルールとは異なる物性値を有するプラスチック材料を利用して製作した試料２の光導波路モジュールの場合について説明する。
【００６７】
この試料２において、フェルール３の構成材料としては、熱膨張係数が４．５×１０^-6℃^-1、弾性率が３３００Ｋｇ／ｍｍ² のフェノール系エポキシ樹脂材料を用いた。この材料のシリコンに対する実効的な熱膨張係数は１．７４×１０^-6℃^-1である。また、導波路部品１は、シリコン基板１１０上にＦＨＤ法とＲＩＥ法を組み合わせて形成した８分岐のシングルモード光導波路１３０を形成したものとした。製造した光導波路１３０の導波路形状を図２６に示す。次に、１芯の光ファイバを保持したフェルール３（該光ファイバの先端部分は接着剤により該フェルールに固定されている）と、８芯の光ファイバを２５０μｍピッチに配列固定したテープ型ファイバを保持したフェルール３（該テープ型ファイバの先端部分は接着剤により該フェルールに固定されている）とをそれぞれ導波路部品１の入出力端面１ａ、１ｃに接続して試料２の光導波路モジュールを５個作成した。なお、アライメントは既に説明した方法により行われている。また、導波路部品１と各フェルール３の接着に使用した接着剤には、石英ガラスに対して１００ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型接着剤に熱硬化性触媒を添加して熱硬化性を付与したものを使用した。
【００６８】
以上のようにして得られた光導波路モジュール（試料２）の挿入損失は平均で１０．０ｄＢで過剰損失は１．０ｄＢであった。また、これら試料２の光導波路モジュールを図２２に示す測定系を用いて−４０℃〜７５℃の温度範囲において、図２３に示す温度変化パターンにより測定した。なお、測定光としては波長１．３μｍの光を使用した。このような測定を行った結果、試料２の各光導波路モジュールは、結合損失の平均変動量が０．２ｄＢ、最大変動量でも０．２５ｄＢと良好な温度特性を有することを確認した。
【００６９】
試料３
次に、石英ガラス基板により構成される導波路部品１に以下のプラスチック・フェルール３を接着固定した光導波路モジュールについて説明する。
【００７０】
この試料３において、フェルール３の構成材料としては、熱膨張係数が４．５×１０^-6℃^-1、弾性率が３３００Ｋｇ／ｍｍ² のフェノール系エポキシ樹脂材料を用いた。この材料の石英ガラスに対する実効的な熱膨張係数は１．８９×１０^-6℃^-1である。また、導波路部品１は、石英ガラス基板１１０上にＦＨＤ法とＲＩＥ法を組み合わせて形成した８分岐のシングルモード光導波路１３０を形成したものとした。製造した光導波路１３０の導波路形状を図２６に示す。次に、１芯の光ファイバを保持したフェルール３（該光ファイバの先端部分は接着剤により該フェルールに固定されている）と、８芯の光ファイバを２５０μｍピッチに配列固定したテープ型ファイバを保持したフェルール３（該テープ型ファイバの先端部分は接着剤により該フェルールに固定されている）とをそれぞれ導波路部品１の入出力端面１ａ、１ｃに接続して試料３の光導波路モジュールを５個作成した。なお、アライメントは既に説明した方法により行われている。また、導波路部品１と各フェルール３の接着に使用した接着剤は、石英ガラスに対して１００ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型接着剤を使用した。
【００７１】
以上のようにして得られた光導波路モジュール（試料３）の挿入損失は平均で１０．６ｄＢで過剰損失は１．６ｄＢであった。また、これら試料２の光導波路モジュールを図２２に示す測定系を用いて−４０℃〜７５℃の温度範囲において、図２３に示す温度変化パターンにより測定した。なお、測定光としては波長１．３μｍの光を使用した。このような測定を行った結果、試料３の各光導波路モジュールは、結合損失の平均変動量が０．１１ｄＢ、最大変動量でも０．１８ｄＢと良好な温度特性を有することを確認した。この試料３の温度特性は、上述した試料１及び２に場合と比較してさらに優れた結果となっているが、これは導波路基板１１０として石英ガラスを使用したことにより、該導波路基板１１０と導波路ガラス層（１２０、１３０、１４０）に加わる応力が低減したためと考えられる。
【００７２】
以上の結果から、これら試料１〜３はいずれも上述の室内で使用する部品の温度特性仕様（−１０℃〜６０℃の温度変動で１０サイクル（４８時間））、さらにはＢｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＲ−ＮＷＴ−００１２０９の温度特性仕様（−４０℃〜７５℃の温度変動で４２サイクル（３３６時間））を満たしている。
【００７３】
次に、比較例について説明する。この比較例におけるフェルールの構成材料は熱膨張係数が１５．２×１０^-6℃^-1で、弾性率が２０００Ｋｇ／ｍｍ² のプラスチック材料とした。この材料のシリコン（基板材料）に対する実効的な熱膨張係数は６．６×１０^-6℃^-1であり、３．０×１０^-6℃^-1を超えている。前述の例と同様に、８分岐の光導波路１３０を有する導波路部品１と上記プラスチック材料から構成されたフェルールとを接着固定して５個の光導波路モジュールを製作した。この場合の室温における挿入損失は１０．０ｄＢ、過剰損失は１．０ｄＢとなり、低い損失特性を示した。ところが、この光導波路モジュールを先の例と同様の温度が変動する環境下に置いたところ、損失変動量は、最大で０．８ｄＢとなり、先の例と比較して２倍以上となった。これは、温度変動による熱膨張のためにコアの位置ずれが大きくなったことによると考えられる。
【００７４】
次に、この発明に係る光導波路モジュールの湿熱特性について説明する。先にも言及したように、フェルール３の構成材料として適しているプラスチック材料に含有可能な石英フィラーの理論限界値は、工業材料１９９４年１２月号（Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．１５、ｐｐ．１１２〜１１６）に９６体積％であることが示されている。図２７は、球形フィラーによる充填モデルを模式的に示した概念図であり、最大径の１次球６００ａによって形成される隙間に順次、２次球６００ｂ、３次球６００ｃ、４次球６００ｄが充填されている。したがって、上記理論値９６体積％はフィラーの間隙にプラスチック等の樹脂を埋め込むことが出来る限界値を意味する。
【００７５】
発明者らは、石英フィラーの含有量が７０重量％、８０重量％、９０重量％、９４重量％であるフェノール系エポキシ樹脂によりフェルール３を用意し、それぞれを石英ガラス基板１１０を有する１×８分岐の導波路部品１に接着固定して試料となる光導波路モジュールを製作した。これら各光導波路モジュールを温度７５℃、相対湿度（ＲＨ）９５％の環境下でその湿熱特性を測定したところ（Ｂｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＡ−ＮＷＴ−００１２２１の湿熱特性仕様は７５℃、９０±５ＲＨ、５００時間）、各光導波路モジュールについて図２８に示す結果を得た。この結果からも分るように、特に、石英フィラー含有量が９０重量％〜９５重量％の材料を利用したフェルールの場合、良好な結果が得られた。なお、伝送損失が大きな試料はその接着部１３で剥離が生じていることが確認された。
【００７６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、フェルールの構成材料として、ガラス等の加工が困難な材料の代わりに、低コストかつ連続成形可能なプラスチック材料であって熱膨張係数及び弾性率が導波路基板の構成材料との間に一定の関係を有する材料を用いたので、温度変動に対する十分な特性を有する光導波路モジュールが得ることができる。
【００７７】
また、上記プラスチック材料への石英フィラー含有量を調節することにより、さらに湿熱特性にも優れた光導波路モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例に係る光導波路モジュールの組み立て工程を説明するための図である。
【図２】この発明の第１の実施例に係る光導波路モジュールの構造を示す斜視図である。
【図３】フェルールの構造を説明するための、該フェルールの展開図である。
【図４】図３に示されたフェルールの、Ｃ−Ｃ線に沿った断面構造を示す図である。
【図５】図４に示されたフェルール断面の要部拡大図である。
【図６】この発明における光導波路モジュールのアライメント方法を説明するための図である。
【図７】テープ型ファイバの先端部分の構造を説明するための斜視図である。
【図８】図７に示されたテープ型ファイバの、Ｅ−Ｅ線に沿った断面構造を示した図である。
【図９】図１及び２に示された導波路部品の、Ａ−Ａ線に沿った断面構造を示す図である。
【図１０】図２に示された光導波路モジュールの、Ｂ−Ｂ線に沿った断面構造を示す図である。
【図１１】この発明の第２の実施例に係る光導波路モジュールの組み立て工程を説明するための図である。
【図１２】この発明の第２の実施例に係る光導波路モジュールの構造を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示された光導波路モジュールの、Ｇ−Ｇ線に沿った断面構造を示す図である。
【図１４】導波路部品に作り込まれる導波路パターンを示す図である（その１）。
【図１５】導波路部品に作り込まれる導波路パターンを示す図である（その２）。
【図１６】導波路部品に作り込まれる導波路パターンを示す図である（その３）。
【図１７】この発明に係る光導波路モジュールを備えた光通信システムの全体構成を示す図である。
【図１８】実験用試料として製作した導波路部品の導波路パターンを示す図である。
【図１９】フェルールの構成材料（プラスチック）の物性値として、石英フィラー含有量（重量％）と熱膨張係数（／℃）の関係を示した図である。
【図２０】フェルールの構成材料（プラスチック）の物性値として、石英フィラー含有量（重量％）と弾性率（ｋｇ／ｍｍ² ）の関係を示した図である。
【図２１】フェルールの構成材料（プラスチック）の物性値として、石英フィラー含有量（重量％）と実効熱膨張係数（｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜）の関係を示した図である。
【図２２】この発明に係る光導波路モジュールの温度特性を測定するための測定系の構成を示す図である。
【図２３】図２２に示された測定系での温度変動パターンを示す図である。
【図２４】導波路基板の構成材料及びフェルールの構成材料における熱膨張係数の差（計算値と実測値）と、これらを用いて構成された光導波路モジュールの接着部におけるコア位置ずれ量との関係を示す図である。
【図２５】導波路基板の構成材料に対するフェルールの構成材料の実効熱膨張係数（計算値と実測値）と、これらを用いて構成された光導波路モジュールの接着部におけるコア位置ずれ量との関係を示す図である。
【図２６】この発明に係る光導波路モジュールの実施例として、製作した導波路部品の導波路パターンを示す図である。
【図２７】石英フィラーの充填モデルを模式的に示した概念図である。
【図２８】この発明に係る光導波路モジュールの湿熱特性を測定した結果を示す図である。
【図２９】光ファイバと光導波路との位置ずれに起因する結合損失を示した図である。
【符号の説明】
１…導波路基板、３…フェルール、４…入出力用光ファイバ（テープ型ファイバ）、６…接着剤、１１０…導波路基板、１３０…光導波路、４１０…光ファイバ、４１０ａ…コア、６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ…石英フィラー。

Claims (18)

1. 第１の材料から構成された導波路基板上に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一部を構成する光導波路が設けられた導波路部品と、
   前記第１材料とは異なる第２の材料から構成され、前記伝送路の少なくとも一部を構成する光ファイバの一端と前記光導波路の一端とを光学的に結合すべく該光ファイバ端部の設置位置を規定する貫通孔が設けられ、該光ファイバの一端を保持した状態で、所定強度の接着剤によりその端面が前記導波路部品の端面に対向するよう固定されたフェルールであって、
   前記第２の材料は、前記導波路基板を構成する第１の材料に対し、該第１の材料の熱膨張係数と該第２の材料の熱膨張係数との差をΔＬ、該第１の材料の弾性率をＥ１、該第２の材料の弾性率をＥ２とし、前記光ファイバのコア列の両端の間隔が３．７５ｍｍ以下である場合、
   ｜ΔＬ／（Ｅ１／Ｅ２）｜＜３．０×１０^−６（℃^−１）
   なる関係を満たすフェルールと、
   を備えた光導波路モジュール。
2. 前記第１の材料は、シリコン又は石英ガラスであることを特徴とする請求項１記載の光導波路モジュール。
3. 前記第２の材料は、プラスチック材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路モジュール。
4. 前記プラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が１０×１０^−６（℃^−１）以下のフェノール系エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項３記載の光導波路モジュール。
5. 前記プラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が６×１０^−６（℃^−１）以下のフェノール系エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項３記載の光導波路モジュール。
6. 前記石英フィラーの含有量は、８５重量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の光導波路モジュール。
7. 前記石英フィラーの含有量は、９０重量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の光導波路モジュール。
8. 前記プラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有され、かつその弾性率が５０００（ｋｇ／ｍｍ^２）以下のフェノール系エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項記載の光導波路モジュール。
9. 前記光導波路端面と前記光ファイバ端面とを接着固定する接着剤は、少なくとも紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤であって、その接着強度が石英ガラスに対して５０（ｋｇ／ｃｍ^２）以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の光導波路モジュール。
10. 第１の材料から構成された導波路基板上に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一部を構成する光導波路が設けられた導波路部品の端面と、該伝送路の少なくとも一部を構成する光ファイバ端部を貫通孔に挿入した状態で、該光ファイバ端部に接着固定され、かつ前記第１材料とは異なる第２の材料から構成されたフェルールの端面とを、それぞれ突き合せた状態で所定強度の接着剤により接着し、
    前記光導波路端面と前記フェルールに保持された光ファイバのコア端面との位置合せを行った後、前記接着剤を固化させる、光導波路モジュールの製造方法であって、
    前記フェルールを構成する第２の材料は、前記導波路基板を構成する第１の材料に対し、該第１の材料の熱膨張係数と該第２の材料の熱膨張係数との差をΔＬ、該第１の材料の弾性率をＥ１、該第２の材料の弾性率をＥ２とし、前記光ファイバのコア列の両端の間隔が３．７５ｍｍ以下である場合、
    ｜ΔＬ／（Ｅ１／Ｅ２）｜＜３．０×１０^−６（℃^−１）
    なる関係を満していることを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。
11. 前記第１の材料は、シリコン又は石英ガラスであることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路モジュールの製造方法。
12. 前記第２の材料は、プラスチック材料であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光導波路モジュールの製造方法。
13. 前記プラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が１０×１０^−６（℃^−１）以下のフェノール系エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１２に記載の光導波路モジュールの製造方法。
14. 前記プラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が６×１０^−６（℃^−１）以下のフェノール系エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１２に記載の光導波路モジュールの製造方法。
15. 前記石英フィラーの含有量は、８５重量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光導波路モジュールの製造方法。
16. 前記石英フィラーの含有量は、９０重量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光導波路モジュールの製造方法。
17. 前記プラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有され、かつその弾性率が５０００（ｋｇ／ｍｍ^２）以下のフェノール系エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項記載の光導波路モジュールの製造方法。
18. 前記接着剤は、少なくとも紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤であって、その接着強度が石英ガラスに対して５０（ｋｇ／ｃｍ^２）以上であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか一項記載の光導波路モジュールの製造方法。

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