JP3801933B2 - 光学部材の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で用いられる光ファイバの接続用コネクタ部品、アイソレータ、サーキュレータ、スプリッター、光導波路、熱光学スイッチや光スイッチなどの光通信デバイスにおいて、光ファイバを寸法精度および平行度よく配列させた光学部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において、光ファイバの接続用コネクタやアイソレータやサーキュレータ内における光軸設定や、ＡＷＧ導波路との接続などに用いられる光ファイバ用のフェルールやファイバアレイは、主に酸化ジルコニウムセラミックスや結晶化ガラスを用いた１芯もしくは2芯のフェルールや、結晶化ガラス、石英ガラスやシリコンの基板にＶ溝加工を施した図５に示すようなファイバアレイ等の光ファイバ用コネクタ部品が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光通信用フェルールおよびファイバアレイ等の光ファイバ用コネクタ部品においては、材質がジルコニアセラミックスであるとフェルールおよびファイバアレイに機械的応力がかかる場合セラミックスの結晶構造が正方晶から単斜晶に転移し、この相変化によりセラミックスの寸法が増大してしまい、フェルールにおける穴間距離やV溝型ファイバアレイのＶ溝間距離が変化し、高精度な光接続を長期に維持できない。
【０００４】
また、フェルールおよびファイバアレイの材質が、光ファイバの材質と異なると熱膨張率の違いにより、環境温度の変化により寸法が変化し、フェルールまたはファイバアレイと光ファイバの接着面に応力がかかるとともに接着強度の劣化が生じる可能性があり信頼性に欠ける。さらに、Ｖ溝アレイの場合、2つから３つの石英基板を組み合わせて光ファイバを固定するために工数がかかる。また、高価な接着剤も2種類から3種類を使用するため組立てに手間がかかりコストの向上の要因となっており、光通信普及の障害となっている。
【０００５】
本発の目的は、光ファイバを寸法精度および平行度よく配列させた光学部材の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、光ファイバ用コネクタ部品に光ファイバを固定した光学部材の製造方法であって、
当該光ファイバ用コネクタ部品は、少なくとも 2 つ以上の光ファイバを挿入固定するための穴が設けられ、
且つ、当該光ファイバ用コネクタ部品の基材を石英ガラスで形成することを特徴とし、
先ず、光ファイバ用コネクタ部品の外周形状を成形するための金型内に、ファイバ挿入用の穴を形成するための中子の位置を 2 μｍ以下の寸法精度で、さらに前記ファイバ挿入用の穴間のピッチを 1 μｍ以下の寸法精度で配置し、
次に、当該金型内に、ＳｉＯ 2 を９９．９％以上含む石英粉末と樹脂バインダと分散剤と水と硬化剤から構成されるスラリーを、真空下で攪拌脱泡して気泡をなくした後、流しこみ硬化させ、
その後、真空下で加熱処理することによりガラス化して光ファイバと熱膨張率が同じの石英ガラス製の光ファイバ用コネクタ部品を製造し、
続いて、この光ファイバ用コネクタ部品のファイバ挿入用の穴に接着剤を充填し、この穴に光ファイバを挿入し固定することを特徴とする。
【０００７】
さらに、請求項１に記載の光学部材の製造方法において、光ファイバ用コネクタ部品の基材である石英ガラスの紫外線透過率は、３５６ｎｍの波長の紫外線で９０％以上であり、光ファイバ用コネクタ部品と光ファイバーとをこの紫外線を照射して固定する。
【０００８】
光ファイバの芯線露出部をキャピラリの孔に挿通し、接着剤を充填した後、この接着剤に所定の作用光を照射することにより接着剤が固化し、キャピラリと光ファイバとの間が相互に固着される。この場合、キャピラリ中を照射光が透過することから、外装材によって外周側が覆われていても、キャピラリの端面部から作用光を内部に照射することができる。また、光ファイバの露出部が挿通されたキャピラリの穴内についても光固化された接着剤により確実に接着固定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記技術思想に基づき具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。本発明のファイバアレイの正面図（ａ）と断面図（ｂ）を図１に、フェルールの正面図（ａ）、断面図（ｂ）、背面図（ｃ）を図２に示す。
【００１０】
図１において、ファイバアレイ１は、角柱状の基材３に複数の光ファイバ挿入孔５…を、例えば、８列８段の格子状に配列し、各光ファイバ挿入孔５…の一端側にＲ面取り５ａを形成する。また、図２において、フェルール１１は、円柱上の基材１３に複数の光ファイバ挿入孔１５…を、例えば、２列２段の格子状に配列し、フェルール１１の一端側にすべての光ファイバ挿入孔１５…と連通するすり鉢状穴１３ａを形成する。
【００１１】
つぎに、本発明の方法で製造した光ファイバ用コネクタ部品を適用した光学部材について説明する。
上記ファイバアレイを用いたジャンパーケーブルの構成図を図３に、また、上記フェルールを用いたジャンパーケーブルの構成図を図４に示す。
図３において、ジャンパーケーブル２１は、上記ファイバアレイ１に光ファイバケーブル２３を用いて構成する。また、また、図４において、ジャンパーケーブル３１は、上記ファイバアレイ１１に光ファイバケーブル３３を用いて構成する。
【００１２】
上記構成の光ファイバ用コネクタ部品は、光ファイバと組み合わせた場合に、光ファイバの組成と光ファイバ用コネクタ部品の組成が同じで、熱膨張率がほぼ同じであるために環境温度変化による寸法のズレによる接着部への応力負荷の増大が無く接着特性の信頼性が高くなる。
【００１３】
【実施例】
純度99.9％の石英粉末（平均粒径 0.5μｍ）を有機バインダとしてエポキシ樹脂と有機分散剤とともにアルカリ溶液中で分散させ、200メッシュの篩を通した後、硬化剤を添加した後、真空下で撹拌脱泡したスリップを用いて、光ファイバ用コネクタ部品の外周形状を成形するための金型内に光ファイバ挿入用の穴を形成するための12本の中子を2μｍ以下の寸法精度で外周形状を成形するための金型内に配置し、その金型内にスリップを流しこみ、硬化させて成形体を得た。得られた成形体を１晩自然乾燥した後、850℃で1時間仮焼結後、真空雰囲気下（10-2Torr以下）で焼結を行った。
【００１４】
得られた焼結体は、無色透明のガラス状態（本明細書において「高純度石英ガラス」と称する。）であった。得られたガラスの穴をPCワイヤーとダイヤモンドスラリーを用いて所定の穴径になるように研磨加工したのち、洗浄を行い所望のファイバアレイを得た。得られたファイバアレイの光ファイバ挿入用の穴の精度は、表１の１２芯ファイバアレイの穴間距離の測定結果に示すように個々の穴間距離は、設計値250μｍに対して250μｍ±1μｍの精度で配置することが出来た。
【００１５】
【表１】
【００１６】
また、得られたファイバアレイの熱膨張率は、0.45 〜 0.6×10-6／℃であり、光ファイバの素材である石英ガラスの熱膨張率（0.5×10-6／℃）とほぼ同じ値が得られた。また、紫外線の透過率は、356nmの波長で92％であった。
このガラス製ファイバアレイの光ファイバ挿入用の穴に、紫外線硬化型の接着剤を充填した後、シングルモード光ファイバを挿入し、紫外線を15分照射して光ファイバを固定した。
シングルモード光ファイバの他端にはSC型の単芯フェルールを熱硬化性接着剤用いて固定した。ファイバアレイ端面とSC型単芯フェルール端面を光学研磨して光ファイバケーブルとした。
【００１７】
この光ファイバケーブルを８５℃の温度で湿度85％の雰囲気下で２０００時間保持した後、ファイバアレイ側の接着強度を測定した結果、12〜34N以上の強度を維持しており、接着特性において信頼性の高いことが確認できた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の光学部材の製造方法は、以下の効果が期待できる。
本発明方法で光ファイバ用コネクタ部品を製造すると製品中に気泡がないこと及び高度な寸法精度で作製でき、石英ガラスの欠損がないことから、極めて商用ベースの光学部材を生産できる。
また、本発明方法で製造した光ファィバ用コネクタ部品は、光ファイバと組み合わせた場合に、光ファイバの組成と光ファイバ用コネクタ部品の組成が同じで、熱膨張率がほぼ同じであるために環境温度変化による寸法のズレによる接着部への応力負荷の増大が無く接着特性の信頼性が高くなる。近年、アレイのサイズアップによる益々有効である。一方、石英フェルール、石英ファイバアレイを用いた光学部材および光学部品は、光学設計面で波長板による偏波無依存化、ＡＷＧの低損失化、光ファイバの分散特性と伝送距離などの種々の特性が極めて設計どおり得られることが上げられる。
【００１９】
さらに、上記効果とともに、紫外線が透過しうる材料を用いてキャピラリを形成したことから、キャピラリの端面部から９０％以上透過する紫外線（波長３５６ｎｍ）を照射することにより接着剤が速やかに固化し、キャピラリと光ファイバとの間が相互に安定的に固着される。
【００２０】
したがって、本発明の光ファイバ用コネクタ部品を光ファイバと組み合わせて成す端末構造は、接着剤の固化に必要な煩わしい工程、たとえば、必要な反応時間を放置待機したり、加熱処理したりすることを要することなく、所定の照射工程によって光ファイバの端末処理工程を容易に管理することができる。その結果、組み付け工程における流れが円滑化され、能率向上を図ることができ、製造コストの削減が大幅に出来るので量産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のファイバアレイの正面図（ａ）と縦断面図（ｂ）
【図２】 本発明のフェルールの正面図（ａ）、縦断面図（ｂ）、背面図（ｃ）
【図３】 図１のファイバアレイを用いたジャンパーケーブルの構成図
【図４】 図２のフェルールを用いたジャンパーケーブルの構成図
【図５】 従来のＶ溝アレイ
【符号の説明】
１ ファイバアレイ
３ 基材
５ 光ファイバ挿入孔
１１ フェルール
１３ 基材
１５ 光ファイバ挿入孔
２１ ジャンパーケーブル
２３ 光ファイバケーブル
３１ ジャンパーケーブル
３３ 光ファイバケーブル

Claims (2)

  1. 光ファイバ用コネクタ部品に光ファイバを固定した光学部材の製造方法であって、
    当該光ファイバ用コネクタ部品は、少なくとも2つ以上の光ファイバを挿入固定するための穴が設けられ、
    且つ、当該光ファイバ用コネクタ部品の基材を石英ガラスで形成することを特徴とし、
    先ず、光ファイバ用コネクタ部品の外周形状を成形するための金型内に、ファイバ挿入用の穴を形成するための中子の位置を2μｍ以下の寸法精度で、さらに前記ファイバ挿入用の穴間のピッチを1μｍ以下の寸法精度で配置し、
    次に、当該金型内に、ＳｉＯ 2 を９９．９％以上含む石英粉末と樹脂バインダと分散剤と水と硬化剤から構成されるスラリーを、真空下で攪拌脱泡して気泡をなくした後、流しこみ硬化させ、
    その後、真空下で加熱処理することによりガラス化して光ファイバと熱膨張率が同じの石英ガラス製の光ファイバ用コネクタ部品を製造し、
    続いて、この光ファイバ用コネクタ部品のファイバ挿入用の穴に接着剤を充填し、この穴に光ファイバを挿入し固定することを特徴とする光学部材の製造方法。
  2. 前記光ファイバ用コネクタ部品の基材である石英ガラスの紫外線透過率は、３５６ｎｍの波長の紫外線で９０％以上であり、光ファイバ用コネクタ部品と光ファイバーとをこの紫外線を照射して固定することを特徴とする請求項１に記載の光学部材の製造方法。
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