JP3802766B2

JP3802766B2 - 光デバイス製造方法と光デバイス

Info

Publication number: JP3802766B2
Application number: JP2001041835A
Authority: JP
Inventors: 哲郎和田; 俊宏三上
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2001337232A; US6666587B2; US20010051025A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、図５に示すようにフェルール４に挿通・固定されたファイバ素線１の端面２がフェルール４の端面５から突出し、突出したファイバ素線１の端面２に反射防止膜その他の膜３が成膜されている光デバイス（通称「レンズドファイバ」）の製造方法に関するものである。この種の光デバイス６は例えば図６に示すように、通信光源や光増幅器の励起光源として用いられるレーザモジュール７において、レーザダイオード８から出射された光を低反射でファイバ素線１内に導くために使用される。この場合、ファイバ素線１の端面２にはレンズ加工がされた上で、膜３として反射防止膜が成膜されている。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図５に示す光デバイス６を製造するには、長手方向一端側の側面１２に金属膜を成膜し（メタライズ加工を施し）、同加工部分よりさらに端部側にくさび加工（図７ａ）、鏡面加工（図７ｂ）又は曲面加工（図７ｃ）を施して該端部を同図に示す形状に成形したファイバ素線１を図５に示すようにフェルール４に挿通して該ファイバ素線１の端面２をフェルール４の端面５から突出させ、そのファイバ素線１を前記金属膜が成膜された側面１２の部分で半田９によってフェルール４に固定する。その後、該フェルール付きのファイバ素線１を成膜装置の真空チャンバにセットして、各種ＰＶＤ法（イオンアシスト法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、ＭＢＥ法）や各種ＣＶＤ法（ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法）によってフェルール４の端面５から突出しているファイバ素線１の端面２に成膜原料の蒸発原子又は分子を蒸着させて反射防止膜その他の膜３を成膜する。尚、前記PVDはPhysical Vapor Depositionの略であり、以下同様にCVDはChemical Vapor Deposition、MBEはMolecular Beam Epitaxy、ECRはElectron Cyclotron Resonance、MOCVDはMetal Organic Chemical Vapor Depositionの略である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光デバイス製造方法及びそれによって製造された従来の光デバイスには次のような課題があった。
（１）図５に示すフェルール４の端面５とそこから突出しているファイバ素線１の端面２までの距離Ｌ（突出長Ｌ）を例えば0.5mm未満と短くすると、両端面２、５が極めて近接するため、成膜装置の真空チャンバ内において成膜対象であるファイバ素線１の端面２に向かう蒸発原子又は分子がフェルール４の端面５に衝突して跳ね返ってきた蒸発原子又は分子と衝突して、ファイバ素線１の端面２に十分に蒸着されない。従って、形成された膜３の膜厚が設計値よりも薄くなってしまい、所期の光学特性（反射率や透過率等）を備えた光デバイスを得ることができない。
（２）図５に示すファイバ素線１の突出長Ｌを例えば1.0mm以上と長くすれば前記課題は解決されるが、突出長Ｌが長過ぎると、フェルール４の端面５から突出したファイバ素線１の中心とフェルール４の中心とのズレ量が大きくなり、図６に示すモジュールの組立が困難となる。特にファイバ素線１とＬＤ８との光軸合せが困難となる。例えば、前記光軸合せはフェルール６の中心とＬＤ８の中心を合わせることによって行われるので、フェルール４の端面５から突出したファイバ素線１の中心とフェルールの中心とがＬＤ８の発光面に平行な方向へ±0.3μｍズレていると、結合効率が±５％変動する。尚、許容される変動量は±２％程度である。
（３）図５に示す光デバイス６を用いて図６に示すモジュールを組立てるためには、筐体３０と一体化されている固定部材３２にＹＡＧレーザーを使用して光デバイス６（詳しくはフェルール４）を溶着させる必要がある。しかし、従来の製造方法によって製造された光デバイス６では、フェルール４の側面に成膜原料の蒸発原子又は分子が付着しているため、その付着物によって溶着が阻害され、十分な固定強度が得られない。この場合、モジュール組立の後工程において固定部３４に割れ等の不良が発生する虞がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、ファイバ素線の端面に設計値通りの膜厚の膜が成膜され、モジュール化も容易な光デバイスを製造可能な光デバイス製造方法及び光デバイスを提供することにある。
【０００５】
本件出願の第１の光デバイス製造方法は、ファイバ素線の側面に金属膜を成膜すると共に、該ファイバ素線の端面に膜を成膜し、その後、このファイバ素線をフェルールに挿通して、前記膜を成膜済みの端面をフェルールの端面から突出させ、そのファイバ素線をフェルールに固定するものである。
【０００６】
本件出願の第２の光デバイス製造方法は、フェルールの端面とそこから突出するファイバ素線の端面との距離ＬがＬ＜４・ｄ（ｄは側面に金属膜が成膜されたファイバ素線の外径）となるように、ファイバ素線をフェルールに挿通・固定するものである。
【０００７】
本件出願の光デバイスは、金属製フェルール４に挿通する前に側面１２に金属膜が成膜され、端面２に膜３が成膜されたファイバ素線１が金属製フェルール４に挿通されて、ファイバ素線１の前記成膜済み端面２がフェルール４の端面５から外側まで突設し、前記成膜済み端面２とフェルール４の端面５間の距離ＬをＬ＜４・ｄ（ｄは側面に金属膜が成膜されたファイバ素線１の外径）にして前記ファイバ素線１が金属製フェルール４に固定され、金属製フェルール４の側面に成膜原料の蒸発原子又は分子が付着していないものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の光デバイス製造方法の第１の実施形態を説明する。この製造方法は、前記図５に示す光デバイス６を製造するための方法であって、ファイバ素線１の端面２に予め反射防止膜（AR膜）３を成膜してから、そのファイバ素線１をフェルール４に挿通・固定するものであり、具体的には次の通りである。
【０００９】
図１に示すように光ファイバ１０の軸方向一端側の樹脂被覆（外部被覆）１１を除去してファイバ素線（裸ファイバ）１を露出させる。露出したファイバ素線１の端部の側面１２にメッキ、蒸着、スパッタリング等によって金属膜を成膜する。金属膜の成膜が終了したらファイバ素線１の先端に前記くさび加工（図７ａ）、鏡面加工（図７ｂ）、曲面加工（図７ｃ）の何れかを施して同図に示すような端部形状とする。
【００１０】
次に、図２に示すようにファイバ素線１の端面２が成膜装置の真空チャンバ１５内に露出するように該ファイバ素線１を該真空チャンバ１５にセットして、同端面２にシリカ（SiO₂）とタンタルオキサイド（Ta₂O₅）が交互に積層された反射防止膜３（図３）を成膜する。このときファイバ素線１はフェルール４に挿通されていないため、真空チャンバ１５内においてファイバ素線１の端面２に蒸着されるべきSiO₂やTa₂O₅の蒸発原子又は分子がフェルール４の端面５に衝突して跳ね返ってくる同原子又は分子と衝突してファイバ素線１の端面２に十分に蒸着されないといった不都合が発生する虞はなく、所定量のSiO₂及びTa₂O₅が確実に蒸着される。これによって、設計値通りの膜厚の反射防止膜３が成膜され、所期の光学特性を備えた光デバイス６が製造される。ちなみに、反射減衰量の設計値が−４０dBである場合、本発明の製造方法によって製造された光デバイス６の980nm帯の光に対する反射率及び反射減衰量を測定した結果、反射率は0.015％以下、反射減衰量は３８dBであった。一方、前記従来の製造方法によって製造された光デバイスについて同様の測定を行った結果、反射減衰量は３０dBであった。尚、前記反射減衰量は反射率０％を基準としている。
【００１１】
前記成膜装置は従来からこの種の成膜に使用されているものと同一のものである。具体的には図２に示すように２つの電子銃１６、２つのシャッター１７、回転するドーム１８、イオンアシスト装置１９が設けられた真空チャンバ１５を備え、前記ドーム１８に設置されたホルダ２０に蒸着対象（本実施形態では前記ファイバ素線１の端部）をセットし、ドーム１８を回転させながら一方の電子銃１６から出射される電子ビームを成膜原料（本実施形態ではSiO₂又はTa₂O₅）２１の表面に照射して同成膜原料２１を溶融し、その原子又は分子を蒸発させ、ファイバ素線１の端面２にSiO₂膜又はTa₂O₅膜を所定の膜厚だけ成膜後にシャッター１７で成膜原料２１を覆う（シャッター１７を閉じる）。その後、他方の電子銃１６から出射される電子ビームを成膜原料（本実施形態ではTa₂O₅又はSiO₂）２２の表面に照射して同成膜原料２２を溶融し、その原子又は分子を蒸発させ、ファイバ素線１の端面２にTa₂O₅膜又はSiO₂膜を所定の膜厚だけ成膜後に他方のシャッター１７で成膜原料２２を覆う（シャッター１７を閉じる）。即ち、蒸着対象に２種類の成膜原料を交互に蒸着させるものである。尚、前記イオンアスト装置１９はより緻密な膜を形成するために、蒸着対象に向けてO₂活性分子を照射又は加速して成膜原料の原子又は分子にエネルギーを付与するものである。もっとも、照射又は加速される活性分子は、Ar活性分子、He活性分子、H₂活性分子、CO₂活性分子、H₂O活性分子、N₂活性分子等であってもよい。
【００１２】
以上のようにして、端面２に反射防止膜３が成膜されたファイバ素線１を得たら、図３（ａ）に示すようにそのファイバ素線１を金属製のフェルール４に挿通し、図３（ｂ）に示すように前記成膜済みの端面２をフェルール４の端面５から突出させ、その状態で同フェルール４に半田付けする。このとき、ファイバ素線１の端面２には既に反射防止膜３が成膜されているので、ファイバ素線１の端面２に蒸着されるべきSiO₂やTa₂O₅の蒸発原子又は分子がフェルール４の端面５に衝突して跳ね返ってきた同原子又は分子と衝突して、ファイバ素線１の端面２に十分に蒸着されないといった不都合が発生する可能性はなく、ファイバ素線１の端面２とフェルール４の端面５との距離Ｌ（突出長Ｌ）を大きくする必要もない。ここで、本件発明者らの検討によれば、突出長Ｌと側面に金属膜が成膜されたファイバ素線１の外径ｄとが、Ｌ＜４・ｄ（ファイバ素線１の外径の４倍未満）の関係を満たしていれば、前記ＬＤ８とファイバ素線１との光軸合わせを容易に行うことが可能となる。そこで、本実施形態では外径ｄが0.125mmのファイバ素線１に対し、突出長Ｌを0.5mm未満（ここでは0.4mm）とし、この突出長Ｌが維持されるようにしてファイバ素線１を前記金属膜が成膜された側面１２の部分でフェルール４に半田付けして図５に示す光デバイス６を製造した。これによって、前記の通り所期の光学特性を備え、さらにモジュール化し易い本発明の光デバイス６が製造される。
【００１３】
以上のようにして製造された光デバイス６を用いて図６に示すモジュールを組立てる場合、ＹＡＧレーザーによって当該光デバイス６（詳しくはフェルール４）と筐体３０に一体化された固定部材３２との溶着させる場合がある。しかし、この時に前記半田９が再溶融し、ファイバ素線１が位置ずれを生じる虞がある、従って、かかる不都合を防止する観点からは、図４に示すように、フェルール４の先端部を他の部分よりも太くして、熱容積の拡大を図ることが望ましい。
【００１４】
（実施形態２）
前記実施形態ではファイバ素線の端面に反射防止膜を成膜したが、本発明の光デバイス製造方法によればファイバ素線の端面にSWPF（Short Wavelength Pass Filter）、LWPF（Long Wavelength Pass Filter）、バンドパスフィルタといった膜が成膜された光デバイスを製造することもでき、何れの場合にもこれら膜の膜厚を設計値通りにすることができる。尚、前記SWPF（Short Wavelength Pass Filter）、LWPF（Long Wavelength Pass Filter）、バンドパスフィルタといった膜が成膜された光デバイスも本発明の光デバイスに含まれる。
【００１５】
ファイバ素線の端面への成膜方法は前記各種PVD法や各種CVD法の何れであってもよく、何れの成膜方法の場合も設計値通りの膜厚の膜が成膜され、所期の光学特性を備えた光デバイスを製造することができる。
【００１６】
【発明の効果】
本件出願の第１の光デバイス製造方法は次のような効果を有する。
（１）ファイバ素線の端面に膜を成膜してから、そのファイバ素線をフェルールに挿通・固定するので、ファイバ素線の端面への成膜に際し、成膜原料の蒸発原子又は分子がフェルールの端面に衝突して跳ね返ってきた蒸発原子又は分子と衝突して、ファイバ素線の端面に十分に積層されないといった不都合が発生する可能性がない。従って、設計値通りの膜厚の膜が確実に成膜され、設計値通りの光学特性を備えた光デバイスが容易且つ確実に製造される。
（２）ファイバ素線の端面に膜を成膜してから、そのファイバ素線をフェルールに挿通・固定するので、フェルールの側面に成膜原料の蒸発原子又は分子が付着することがない。従って、本発明の光デバイス製造方法によって製造された光デバイス６を用いて図５に示すモジュールを組立てれば、ＹＡＧレーザーによる光デバイス６（フェルール４）と固定部材３２との溶着がフェルール４の側面に付着した成膜原料の蒸発原子又は分子によって阻害されることがなく、十分な固定強度を得られる。この結果、光デバイス６と固定部材３２とを固定してから、固定部３４を支点として当該光デバイス６をてこ調心しても、固定部３４に割れ等の不良が発生する虞がない。尚、実際のモジュール化にあたっては、てこ調心された光デバイスを図示されていない別の固定部材にも固定して位置決めを行う。（３）ファイバ素線の端面に向かう蒸発原子又は分子がフェルールの端面に衝突して跳ね返ってきた蒸発原子又は分子と衝突する虞がないので、フェルール端面とそこから突出するファイバ素線の端面との距離を可及的に小さくすることが可能となる。従って、モジュール化の際の組立が容易で、長期信頼性も高い光デバイスを製造することができる。
【００１７】
本件出願の第２の光デバイス製造方法は、次のような効果を有する。
（１）フェルール端面とそこから突出するファイバ素線の端面との距離LがL＜４・ｄ（ｄは側面に金属膜が成膜されたファイバ素線の外径）となるように、ファイバ素線をフェルールに挿通・固定するので、モジュールの組立がより一層容易な光デバイスを製造することができる。特に、フェルールから突出したファイバ素線先端の中心とフェルールの中心とのズレ量を小さくできるので、図６に示すようなモジュールの組立に際して、ファイバ素線１とＬＤ８との光軸合わせの精度が向上し、結合効率の変動を許容値内に抑えることができる。また、長期信頼性もより一層向上し、特に高温放置又は低温放置時の光軸ズレに強い光デバイスを製造することができる。
【００１８】
本件出願の光デバイスは、次のような効果を有する。
フェルールの端面とそこから突出したファイバ素線の端面との間の距離ＬがL＜４・ｄ（ｄは側面に金属膜が成膜されたファイバ素線の外径）の関係を満たすので、フェルールから突出したファイバ素線先端の中心とフェルールの中心とのズレ量が小さい。従って、例えば、本発明の光デバイスを使用して図６に示すモジュールを組立てる際、ファイバ素線１とＬＤ８との光軸合わせの精度が向上し、結合効率の変動を許容値内に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成膜前のファイバ素線を示す説明図。
【図２】成膜装置の真空チャンバの一例を示す説明図。
【図３】（ａ）は成膜済みのファイバ素線をフェルールに挿通する工程を示す説明断面図、（ｂ）は成膜済みのファイバ素線をフェルールに挿通した後の状態を示す説明断面図。
【図４】光デバイスの一例を示す説明断面図。
【図５】光デバイスの他例を示す説明断面図。
【図６】光デバイスの使用例の一例を示す説明図。
【図７】（ａ）はくさび加工されたファイバ素線の端面を示す説明図、（ｂ）は鏡面加工されたファイバ素線の端面を示す説明図、（ｃ）曲面加工されたファイバ素線の端面を示す説明図。
【符号の説明】
１ファイバ素線
２ファイバ素線の端面
３膜
４フェルール
５フェルールの端面

Claims

ファイバ素線（１）の側面に金属膜を成膜すると共に、該ファイバ素線（１）の端面（２）に膜（３）を成膜し、その後、このファイバ素線（１）をフェルール（４）に挿通して、前記膜（３）を成膜済みの端面（２）をフェルール（４）の端面（５）から突出させ、そのファイバ素線（１）をフェルール（４）に固定することを特徴とする光デバイス製造方法。
フェルール（４）の端面（５）とそこから突出するファイバ素線（１）の端面（２）との距離（Ｌ）がＬ＜４・ｄ（ｄは側面に金属膜が成膜されたファイバ素線１の外径）となるように、ファイバ素線（１）をフェルール（４）に挿通・固定することを特徴とする請求項１記載の光デバイス製造方法。
金属製フェルール（４）に挿通する前に側面（１２）に金属膜が成膜され、端面（２）に膜（３）が成膜されたファイバ素線（１）が金属製フェルール（４）に挿通されて、ファイバ素線（１）の前記成膜済み端面（２）がフェルール（４）の端面（５）から外側まで突設し、前記成膜済み端面（２）とフェルール（４）の端面（５）間の距離（Ｌ）をＬ＜４・ｄ（ｄは側面に金属膜が成膜されたファイバ素線１の外径）にして前記ファイバ素線（１）が金属製フェルール（４）に固定され、金属製フェルール（４）の側面に成膜原料の蒸発原子又は分子が付着していないことを特徴とする光デバイス。