JP3747927B2 - 光ファイバ整列部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバと光導波路とを低損失かつ安定に接続するための光ファイバ整列部品の製造方法に関する。

従来、光導波路と複数の光ファイバを接続する場合、光ファイバの端末部は、光ファイバ整列部品のＶ字状の溝により、所定のピッチに整列したのち、多心光ファイバを一括して光導波路基板の導波路と接続する（例えば、特許文献１参照）。Ｖ字状の溝は、シリコンや石英材の研削により形成している。光ファイバ整列部品と光導波路基板とを接着する方法としては、紫外線硬化型樹脂を塗布して、紫外線に照射することにより硬化する方法が用いられるが、紫外線が届かない位置の接着については、加熱により硬化するのが一般的である。

特開平６−５１１５５号公報

しかし、前記従来法の、研削によるＶ字状の溝の加工では、加工が困難でコストが高くなるという問題がある。また、技術的にも、研削ブレードが磨耗するので、経時的に、研削したＶ字状の溝の形状、深さ等が変化し、光ファイバの位置決め精度が劣化するという問題がある。紫外線が届かない位置での接着剤による接着には、加熱等により接着するのが一般的であるが、この場合時間がかかり、この間の光ファイバと導波路との微小な位置ずれにより、接続損失が生じるという問題がある。

このような問題を解決する試みとして、透明なプラスチックにより細孔を形成した光ファイバ整列部品が提案されている。（ＷＯ ９４／２３３２１）。しかし、この細孔を有する型の光ファイバ整列部品では、形状が複雑であるので、プラスチック成形時の樹脂の流れが複雑となり、成形温度から常温までの冷却時の熱収縮の不均一により成形精度を高くできない。従って、また成形後も歪みが残り、使用期間中の長期にわたり変形が生じ、光損失の原因となる。

本発明は、光ファイバの位置を決めるためのＶ溝部材のＶ字状の溝を、微細なＶ字状の溝を有する金型にプラスチック成形材料を注入してＶ字状の溝を転写する方法により成形する。この成形方法では、前記細孔型の光ファイバ整列部品を成形する方法に比較して、形状が単純で、本質的には平板の表面に微細なＶ字状の溝が形成されたものであり、熱収縮も比較的均一でかつ残留歪みも少ないので、成形精度が高いＶ溝部材を得ることができる。従って、光ファイバを高精度に位置決めし、各光導波路コアと、光軸を正確に揃えて光学的、機械的に接続することが可能となるとともに、残留歪みが少ないのでその後の変形も少なくでき、それによる光損失も小さく出来る。

以上説明したように、本発明は、光導波路と接続すべき光ファイバの位置を決めるためのＶ溝部材のＶ字状の溝を、Ｖ字状の溝を有する金型を転写する方法により高精度に成形するので、光ファイバを正確に位置決めすることが可能になる。更に、上記高精度に成形したＶ溝部材と板状部材を、透明なガラス状のシリカ粉末を混入した、熱膨張率、屈折率ともに石英に近いプラスチック等を用いて成形するので、これらが透明となり、光ファイバ整列部品と光導波路基板との各突合端面に塗布した接着剤層の全面に紫外線が到達できるようにして、短時間に接着できるので、この間の微小な位置ずれを防止して、接続損失を小さくできる。また、光導波路基板との熱膨張差が小さいので、熱膨張による位置ずれを抑制して使用期間中の長期にわたり光損失が小さく、かつ安定な光導波路との接続が実現できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第１の実施例について説明する。図１は、本発明にかかる光ファイバ整列部品の形状を示す。図２は、図１に示す光ファイバ整列部品のうち、Ｖ溝部材を形成するためのプラスチック用金型を示す図である。図３は、図１に示す光ファイバ整列部品のうち、板状部材を予め金型内に固定しておくことにより、Ｖ溝部材と板状部材とが一体となった一体型のものを成形するための金型を示す。図４は、図１に示す光ファイバ整列部品と光導波路基板との接続構造である。

本発明の光ファイバ整列部品の形状を、図１に基づいて説明する。２はＶ溝部材であり、光導波路と接続すべき光ファイバを所定の間隔に整列させるためのＶ字状の溝３を有している。５は光導波路と接続すべき光ファイバであり、Ｖ溝部材に接着、固定するために先端部の被覆が剥がしてある。４は、Ｖ字部材のＶ字状の溝３に、接着剤を塗布した光ファイバ５を載置し、その上から加圧して接着固定するとともに、その後は機械的に保護するための蓋の機能を有する板状部材である。１は、Ｖ溝部材２、光ファイバ５、板状部材４を組み合わせて組み立てた状態の光ファイバ整列部品を示すもので、光導波路基板と接着、固定して接続するための突合端面１５を有している。

Ｖ溝部材１は、熱膨張と収縮による光損失を抑制することを目的として、熱膨張係数を、光導波路基板のシリコンのそれとほぼ一致させるため、熱硬化性樹脂である線膨張係数が３４．４×１０^−６／℃のエポキシ樹脂１７．５体積％に対し、線膨張係数が約２．４×１０^−６／℃のガラス状のシリカ粉８２．５体積％を混合して、線膨張係数を約８×１０^−６／℃に調整したプラスチック成形材料を用いる。この場合、気泡などの混入によりV溝部材の成形後の透明度を低下させないため、屈折率１．４５８４のガラス状のシリカ粉末を、十分洗浄した後、真空乾燥し不純物、湿度などを完全に排除したのち、着色剤その他の添加剤を含まない純粋な屈折率１．４６０のエポキシ樹脂とを上記配合比で十分混合し、平均屈折率１．４５８７の透明なプラスチック成形材料とする。

なお、本実施例に用いたプラスチック成形材料は、エポキシ樹脂にガラス状のシリカ粉末を用いたものを用いたが、これに限るものではなく、ポリエステル、ポリカーボネートなどの透明な熱可塑性プラスチックを用いることもできる。

Ｖ溝部材１の成形は、図２に示す金型を用いて成形加工することにより行う。まず、上金型７と、Ｖ字状の溝１１を有する下金型６を密着させ、成形温度に加熱した後、前記シリカ紛を含む予熱した熱硬化性樹脂を樹脂注入孔１０から所定圧力で注入する。放冷後に金型６、７を分解してＶ溝部材２を取り出す。この方法で、金型６の高精度のＶ字状の溝１１を樹脂成形により転写できるので、高精度のＶ溝部材を安定して製作することができ、光ファイバの高精度な整列が可能となる。

板状部材４は、石英ガラスを研削することにより作成したものを用いる。

光ファイバ整列部品１の組み立ては、Ｖ溝部材２の前記Ｖ字状の溝３に、先端に紫外線硬化型接着剤を塗布した光ファイバ５を載置して接着し、更に前記板状部材４を用いてその光ファイバの上部から加圧、固定することにより組立てる。また、本実施例では透明な石英製の板状部材４を用いたので、この板状部材４の上部から紫外線を照射して、Ｖ字状の溝３への光ファイバ５の接着を短時間で完了することもできる。

光ファイバ整列部品１と接続すべき光導波路基板１００は、図４の一部に示すように、シリコン基板２１の上に、光導波路コア２０を含む約２００μｍの石英層から成る光導波路２２と、その上に透明な石英ガラスから成る補強板２３を積層したものを用いる。

本実施例の光ファイバ整列部品１は、全体が透明であるので、図４に示す光導波路基板１００との接続構造からわかるように、各突合端面の紫外線硬化樹脂層２４の全面を紫外線２５で照射可能となる。従って、紫外線により短時間で、強固に、光ファイバ整列部品１と光導波路基板１００を接着できる。

光ファイバ整列部品１の光ファイバ５と、光導波路基板１００の光導波路コア２０との機械的、光学的結合は、光ファイバ整列部品１の突合端面１５と光導波路基板の突合端面２６に、紫外線硬化樹脂２５が光学的に透明であって、その屈折率の値が、光ファイバ５のコアの屈折率１．４６６２と光導波路コア２０の屈折率１．４５８４とほぼ同じ屈折率１．４５６０のものを用いて、透過光量が最大となるように位置決めして、紫外線を１０分間照射して接着固定した。この場合、光損失を避けるためには、紫外線硬化樹脂２４の屈折率は、光ファイバ５のコアと光導波路コア２０の各屈折率と±１０％以内で一致することが望ましい。

本実施例による光ファイバ整列部品１と光導波路基板１００との接続に関する温度の影響を調べたところ、−４０〜＋８０℃の範囲の温度変化に対して熱膨張の違いによる光損失は０．２ｄＢ以下と極めて低くすることができた。前記Ｖ溝部材の熱膨張係数を光導波路基板の熱膨張係数なみに小さくしたことと、若干の熱膨張係数差は強固な接着によりその影響を抑制したことのためである。

本実施例では、板状部材４として石英ガラスから成るものを用いたが、これに限られるものではなく、前記Ｖ溝部材の成形に用いたガラス状のシリカを混入した透明な樹脂を材料とするものであってもよい。

なお、Ｖ溝部材２を成形する際、図３に示すように、金型内に予め板状部材４を入れた状態で成形加工することにより、Ｖ溝部材２と板状部材４とが一体となった部材を使用することもできる。この場合、図３に示すように板状部材４を下金型６のキャビティ８に挿入し、その上の所定位置にＶ溝状の溝を形成するための金型１２を載置し、これらと図示しない上金型７の下部に取付けられたＶ溝部材の外部を形成するための金型とによって、Ｖ溝部材２と板状部材４とが一体となった部材が成形される。但し、金型内に入れる板状部材４は、その材質が、成形加工に用いる原材料樹脂の軟化温度よりもかなり高いものである必要がある。この場合の、光ファイバ整列部品１の組立は、光ファイバ５の先端の被覆を剥離した部分に紫外線硬化樹脂を塗布した状態で、上記一体型の部材に挿入し板状部材４の上部から紫外線を照射して接着固定することにより行う。

上記Ｖ溝部材２と板状部材４とが一体となった部材は、金型内に板状部材４を予め挿入し一体として成形したものの他、Ｖ溝部材２と板状部材４を接着剤により接着して製作したものでもよい。

なお、本実施例で用いた光ファイバ整列部品１の突合端面１５は、光ファイバ５の光軸に直角なものを用いたが、直角方向に対し５°乃至は１５°、望ましくは８°傾斜していてもよい。この場合、光ファイバ整列部品と光導波路基板との接続部で生ずる戻り光を効果的に抑制でき、この結果ノイズを減らすことが出きる。

第２の実施例について説明する。図５に、本実施例にかかる光ファイバ整列部品１と光導波路基板１００との接続構造を示す。本実施例では、光ファイバ整列部品１のＶ溝部材２と板状部材４を透明なガラス状のシリカ粉末を混入したエポキシ樹脂で構成し、光導波路基板１００の部材の材料をすべて透明な石英で構成することにより、熱膨張差が比較的大きくなるケースである。即ち、前記Ｖ溝部材２と板状部材４の熱膨張係数は８×１０^−６／℃であり、光導波路基板を構成する石英の熱膨張係数は２．４×１０^−６／℃であり、その熱膨張差を５．６×１０^−６／℃と比較的大きくしたケースである。勿論、この場合も紫外線により各突合端面の全面を照射することができるので、光ファイバ整列部品１と光導波路基板１００を短時間で強固に接着することが可能である。

具体的には、実施例１において、光導波路基板１００の基板２１としてはシリコンを用いたが、本実施例では石英ガラスを用いる。これにより光導波路基板１００の全体が透明な石英で構成される。また、実施例１では、光ファイバ整列部品１の板状部材４の材料として石英ガラスを用いたが、本実施例では、前記のガラス状のシリカを混入した透明なエポキシ樹脂を用いる。これにより、光ファイバ整列部品１のＶ溝部材２と板状部材４がこの樹脂で構成される。

本実施例による、光ファイバ整列部品１と光導波路基板１００との接続に関する温度の影響を調べたところ、−４０〜＋８０℃の範囲の温度変化に対して熱膨張の違いによる光損失は０．３ｄB以下と極めて低くすることができた。前記V溝部材２と板状部材４の熱膨張係数８×１０^−６／℃と光導波路基板を構成する石英の熱膨張係数２．４×１０^−６／℃との熱膨張差を５．６×１０^−６／℃と、実施例１の場合よりはかなり大きいが、絶対値としてはかなり小さいことと、若干の熱膨張差は強固な接着によりその影響を抑制したことのためである。

この熱膨張差が１．４×１０^−５／℃を超えると−４０〜＋８０℃の範囲の温度変化に対して熱膨張の違いによる光損失は０．５ｄＢ以上となるので、熱膨張差は１．４×１０^−５／℃とすることが望ましい。

本発明の光ファイバ整列部品の製造方法にかかる光ファイバ整列部品とその構成部品の形状を示す図である。 図１に示す光ファイバ整列部品のうち、Ｖ溝部材を成形するためのプラスチック用金型を示す図である。 図２示す金型内に予め板状部材を固定しておき、Ｖ溝部材と板状部材とが一体となった一体型の部材を成形するための金型を示す図である。 実施例１の光ファイバ整列部品と光導波路基板との接続構造を示す図である。 実施例１の光ファイバ整列部品と光導波路基板との接続構造を示す図である。

符号の説明

１ 光ファイバ整列部品
２ Ｖ溝部材
３ Ｖ字状の溝
４ 板状部材
５ 光ファイバ
６ 下金型
７ 上金型
８ キャビティ
９ ゲート
１０ 樹脂注入孔
１１、１２ Ｖ字状の溝の金型
１３ Ｖ溝収納溝
１５ 光ファイバ整列部品の突合端面
２０ 光導波路コア
２１ 基板
２２ 光導波路
２３ 補強板
２４ 紫外線硬化型樹脂層
２５ 紫外線
２６ 光導波路基板の突合端面
１００ 光導波路基板

Claims (1)

1. 光導波路と光学的に結合すべき光ファイバの位置を決める為のＶ字状の溝を設けた、透明な熱硬化性又は熱可塑性のプラスチックから成る光ファイバ整列部品の製造方法であって、金型内に透明な板状部材を固定した状態で、熱硬化性又は熱可塑性のプラスチックを成形し前記金型に設けたＶ字状の溝を転写することにより、転写したＶ字上の溝を有するＶ溝部材と転写したＶ字状の溝の上に接合する前記板状部材を一体構造に成形する工程と、転写したＶ字状の溝に光ファイバを接着固定する工程を有することを特徴とする光ファイバ整列部品の製造方法。

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