JP3931940B2 - 光ファイバアレイ素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバアレイの製作方法に属し、 例えばレーザビームプリンタのマルチビーム光源として使用される光ファイバアレイ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として知られている光ファイバアレイ製作方法の一例として特開平5-224097がある。
【０００３】
この特許に記載されている光ファイバアレイは、それぞれ独立した被覆付きの光ファイバを使用し、被覆が除去されクラッドが露出した先端を、複数のＶ字型の溝が形成された基板の各々の溝に落とし込む。被覆が除去された各々の光ファイバの構造は周知のごとく、光伝搬領域であるコア部とクラッド部からなっている。光ファイバの溝に落とし込まれた部分には、その後、上方から蓋となる平板があてがわれて光ファイバを挟み込み、接着剤により固化される。 光ファイバの光出射端面は研磨される。
【０００４】
上述した一連の製作プロセスにおいて、光ファイバアレイの性能として重要になるのは、個々の光ファイバの配列精度であり、具体的には光ファイバのコア間の配列間隔と直線性である。しかし、光ファイバアレイ部の配列精度に関して言えば、配列精度を決定するのは各々の光ファイバの製作精度、つまりクラッド外径寸法のばらつき、クラッドの真円度、クラッド中心とコア中心とのずれ（偏心量）、Ｖ字型の溝が形成された基板の製作精度、そして光ファイバを上方から押さえ込む平板の平面度である。このため、これら諸々のファクターが最終的な精度に累積して影響してくるので、サブミクロンオーダーの配列誤差しか許容できないようなより高精度な光ファイバ配列を実現させるのは困難であった。
もう一つ、別の例としては、 U.S.P. Number4,875,969がある。
【０００５】
この特許に記載されている光ファイバアレイは、それぞれ独立した被覆付きの光ファイバを使用し、各々の光ファイバの一方の端面からは半導体レーザ等の光源から光が入射される。一方、反対側の光ファイバ端は基板上に一列に整列され光ファイバアレイを形成する。光ファイバアレイを形成している各光ファイバの先端部分は被覆が取り除かれ、光ファイバが剥き出しの状態になっている。この先端が露出した各光ファイバは、さらに先端の数センチの部分がフッ酸によって光ファイバの径方向にエッチングされ、クラッド外径（最初は１２５ミクロン）は数十ミクロンまで小さくされている。このような先端加工が施された各々の光ファイバは、図２に示すような表面に溝が形成された基板上に配列される。この基板は、端部にＵ字型の溝がアレイ化する光ファイバの本数分だけ形成されており、この部分に光ファイバの被覆がついた部分を保持する。一方、基板の反対側の端部にはＶ字型の溝が形成されており、この部分にはエッチングによって外径が細くなった光ファイバの先端部分が落し込まれる。次に、光ファイバの上方からガラス板があてがわれ、ガラス板と基板により光ファイバを挟み込む。その後、ガラス板と基板との間は紫外線硬化樹脂等の接着剤を充填したのち硬化され、光ファイバの光出射端面は研磨される。
【０００６】
しかし、本引例の光ファイバアレイにおいても、最終的に出来上がった光ファイバアレイの精度は、前例と同じく各光ファイバの製作精度、Ｖ字型溝部の製作精度、そして光ファイバを上方から押さえ込む平板の平面度など複数の要素に依存することには変わりない。これら諸々のファクターが最終的な精度に累積して影響してくるので、精度向上を図るためには各要素の誤差を最小限にしていかなければならないが、これらには物理的に限界があるため、より高精度な光ファイバ配列を実現させるのは困難となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされたもので、基板上に配列された複数の光ファイバの配列精度を向上させることができる光ファイバアレイ素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光ファイバアレイ素子は、光源から発した光を入射して伝搬させる複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの先端部を光ファイバ配列方向に等間隔で配置させるための第一の光ファイバ保持部材と、平板部材と、接合材とで構成される光ファイバアレイに於いて、前記複数の光ファイバの光出射端部での光ファイバ配列方向の配置位置精度に関しては、前記第一の光ファイバ保持部材の製作精度により決定される構造を有し、なおかつ、前記複数の光ファイバの光出射端部での光ファイバ配列方向に対して垂直方向の配置位置精度に関しては、前記複数の光ファイバの光出射端面位置を光ファイバの配列方向に対して垂直方向に上下から挟み込む平板部材の製作精度により決定される構造とする。
【０００９】
このとき、前記光ファイバアレイに於いて、第一の光ファイバ保持部材上に等間隔で配列された複数の光ファイバを、上下方向に均一に配置せしめるために前記第一の光ファイバ保持部材上もしくは平板部材上にに複数本の補助光ファイバを配置する。
【００１０】
また、前記光ファイバアレイに於いて、光ファイバアレイの構成部品の一つである第一の光ファイバ保持部材は、表面に等間隔で形成された複数のＶ字型の溝構造を有するＶ溝基板であり、Ｖ溝基板のＶ字型溝構造は、Ｓｉウェハの異方性エッチング、或いはダイヤモンドブレードソーを用いたＳｉウェハ、セラミック、ガラス材のダイシング加工によって作製する。
【００１１】
また、前記光ファイバアレイに於いて、複数の光ファイバの被覆におおわれた部分から第一の光ファイバ保持部材上に保持された部分までの光ファイバ露出部分は、紫外線硬化性樹脂あるいは接着剤あるいはシール剤をポッティングされ、かつ固化されることにより外気から遮断する。
【００１２】
また、前記光ファイバアレイに於いて、平板部材の材質はガラス、あるいはセラミックを使用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１から図８に示した一連の光ファイバアレイ製作プロセスにより本発明の第1の実施例を説明する。
【００１４】
光ファイバアレイの構成部品である第一の光ファイバ保持部材１は、表面に等間隔で形成された複数のＶ字型の溝構造を有するＶ溝基板であり、このＶ溝基板のＶ字型溝構造は、Siウェハの異方性エッチング、或いはダイヤモンドブレードソーを用いたSiウェハ、セラミック、ガラス材のダイシング加工などによって作製されている。Ｖ溝基板１上に形成されたＶ溝間の間隔は、通常数十ミクロン〜数百ミクロンである。
【００１５】
このＶ溝基板１は、図１（ａ）に示すように、ガラス、あるいはセラミックを材質とする平板部材２上に、平板部材２のエッジとＶ溝の方向が平行になるように貼り付けられる。次に、図１（ｂ）に示すように、それぞれ独立した複数の光ファイバ３（図中では５本）を用意し、各々の光ファイバの先端部は被覆部６を除去しクラッド部７を露出させる。先端部が露出した各光ファイバは、互いに隣接するように配列し、被覆に覆われている部分の一部が前記平板部材２の端に固定され、一方、Ｖ溝上に導かれた先端部分の光ファイバはＶ溝基板上のほぼ中央に等間隔で配列され1つのＶ溝に1本の光ファイバが落し込まれる（図１（ｃ））。
その後、配列された複数の光ファイバを、上下方向に均一に配置せしめるために、図２に示すようにＶ溝基板の両端に２本以上（図中では２本）の補助光ファイバ５が配置される。 次に、図３に示すように、光ファイバの上方から平板部材８があてがわれ、平板部材８とＶ溝基板との間は紫外線硬化樹脂等の接合部材が充填されたのち、平板部材とＶ溝基板により加圧されながら光ファイバを挟み込んで硬化される。
【００１６】
この際、図４に示した光ファイバアレイ部断面拡大図において、光ファイバアレイの製作精度である光ファイバのコア間の配列間隔と直線性を決めるのは、
（１）各々の光ファイバの製作精度、つまりクラッド外径寸法のばらつき、クラッドの真円度、クラッド中心とコア中心とのずれ（偏心量）、（２）Ｖ字型の溝が形成された基板の製作精度、つまりＶ溝間隔、Ｖ溝の深さ、Ｖ溝の角度、そして（３）光ファイバを上方から押さえ込む平板の平面度であることがわかる。
【００１７】
これら諸々のファクターが最終的な光ファイバアレイの製作精度として累積して影響してくるので、サブミクロンオーダーの配列誤差しか許容できないようなより高精度な光ファイバ配列を実現させるには、誤差要素である上記した種々のファクターの数を減らすことがなによりも大切である。
【００１８】
そこで、この問題点を解決するために本実施例では、図５に示すようにＶ溝基板上の各Ｖ溝に配列され上方から平板部材８によって固定された光ファイバアレイの先端部分を下方から別の平板部材９によって挟み込み、接着固定し、その後、上下から平板部材８と平板部材９によって保持された部分（図６の点線部分）を切断し、切断した端面を研磨する。こうすることによって、図７に示した光ファイバアレイ部光出射部分の断面のように光ファイバの配列精度を決定するファクターは光ファイバ単体の製作精度と上下から挟み込む平板の平面度のみに依存することになり、Ｖ溝基板の製作誤差を丸々無くすことができるようになる。これは、光ファイバの配列方向の配置精度に関してはＶ溝基板に形成されたＶ溝の製作精度により決定され、光ファイバの配列方向に対して垂直方向の配置精度に関しては上下から挟み込む平板の平面度により決定されることを意味している。平板部材８および平板部材９の平面度を実現するのはＶ溝基板を高精度に製作するのに比べ格段に簡単である。これにより、従来型の光ファイバアレイよりも精度の高い光ファイバアレイを容易に実現することができる。
【００１９】
なお、上述した光ファイバアレイ製作工程を行う際に留意しなければならないことは、図８に示すように、上下から光ファイバを挟み込む平板の切断面、すなわち光出射面までの距離がＶ溝基板の端から距離があると、光ファイバの配列方向に対して垂直方向の精度が十分であるにもかかわらず、光ファイバ配列方向の精度が可撓性材質である光ファイバが湾曲により達成できなくなってしまうことである。この問題を解決するには、光ファイバアレイの切断面をＶ溝基板近傍にとればよい。
【００２０】
以上の工程によって製作された光ファイバアレイは、その後、光ファイバの被覆におおわれた部分からＶ溝基板上に保持された部分までの光ファイバ露出部分は、紫外線硬化性樹脂あるいは接着剤あるいはシール剤をポッティングされ、かつ固化されることにより外気から遮断される。最後に、光ファイバの光出射端面が研磨され完成となる。
【００２１】
以上のように、光ファイバアレイ製作時に光ファイバ配列精度を決める要素の数を減らすことにより、各構成部品の製作誤差の累積を少なくできるので、より一層の光ファイバ配列精度向上を実現させることができるようになる。
（実施例２）
図９から図１２に示した一連の光ファイバアレイ製作プロセスにより本発明の第２の実施例を説明する。
【００２２】
図９（ａ）に示すように、ガラス、あるいはセラミックを材質とする平板部材２と、それぞれ独立した複数の光ファイバ３（図中では５本）を用意する。各々の光ファイバの先端部は被覆部６が除去されクラッド部７を露出している。先端部が露出した各光ファイバは、互いに隣接させて被覆に覆われている部分の一部を前記平板部材２の端に固定する。
【００２３】
一方、Ｖ溝上に導かれた先端部分の光ファイバはＶ溝基板上のほぼ中央に等間隔で配列される。次に、図９（ｂ）に示すように、Ｖ溝基板上に等間隔で配列された光ファイバの上方から中央に円形あるいは矩形の穴が貫通している第一の光ファイバ保持部材１を配置する。第一の光ファイバ保持部材１は、表面（図９（ｃ）では下面）に等間隔で形成された複数のＶ字型の溝構造を有するＶ溝基板であり、このＶ溝基板のＶ字型溝構造は、Siウェハの異方性エッチング、或いはダイヤモンドブレードソーを用いたSiウェハ、セラミック、ガラス材のダイシング加工などによって作製されている。Ｖ溝基板１上に形成されたＶ溝間の間隔は、通常数十ミクロン〜数百ミクロンである。このＶ溝基板１の各溝には、図１０に示すように1つのＶ溝に1本の光ファイバが入れ込まれた後、図１２に示すように配列された複数の光ファイバを上下方向に均一に配置せしめるために、Ｖ溝基板の両端に２本以上（図中では２本）の補助光ファイバ５が配置される。その後、平板部材２とＶ溝基板１の間には接着剤が充填され、平板部材２のエッジとＶ溝の方向が平行になるようにして接着される。
【００２４】
この際、光ファイバアレイの製作精度である光ファイバのコア間の配列間隔と直線性を決めるのは、（１）各々の光ファイバの製作精度、つまりクラッド外径寸法のばらつき、クラッドの真円度、クラッド中心とコア中心とのずれ（偏心量）、（２）Ｖ字型の溝が形成された基板の製作精度、つまりＶ溝間隔、Ｖ溝の深さ、Ｖ溝の角度、そして（３）光ファイバを下方から押さえ込む平板の平面度であることがわかる。
【００２５】
これら諸々のファクターが最終的な光ファイバアレイの製作精度として累積して影響してくるので、サブミクロンオーダーの配列誤差しか許容できないようなより高精度な光ファイバ配列を実現させるには、誤差要素である上記した種々のファクターの数を減らすことがなによりも大切である。
【００２６】
そこで、この問題点を解決するために本実施例では、図９（ｃ）に示すように、Ｖ溝基板中央で貫通している穴の部分に上方から平板部材８を差し入れて、平板部材２上で配列された光ファイバを上方から押し当て、接着剤を充填した後、平板部材８と平板部材２とにより加圧しながら光ファイバを挟み込んで硬化する。その後、上下から平板部材８と平板部材２とによって保持された部分（図１０の点線部分）を切断し、切断した端面を研磨する。
【００２７】
こうすることによって、図１１に示した光ファイバアレイ部光出射部分の断面のように光ファイバの配列精度を決定するファクターは光ファイバ単体の製作精度と上下から挟み込む平板の平面度のみに依存することになり、Ｖ溝基板の製作誤差を丸々無くすことができるようになる。また、光ファイバは平板部材８により加圧される部分以外は、完全にＶ溝に保持されているので可撓性材質である光ファイバが湾曲して光ファイバ配列方向の精度を落としてしまうことも無い。これは、光ファイバの配列方向の配置精度に関してはＶ溝基板に形成されたＶ溝の製作精度により決定され、光ファイバの配列方向に対して垂直方向の配置精度に関しては上下から挟み込む平板の平面度により決定されることを意味している。平板部材２および平板部材８の平面度を実現するのはＶ溝基板を高精度に製作するのに比べ格段に簡単である。これにより、従来型の光ファイバアレイよりも精度の高い光ファイバアレイを容易に実現することができる。
【００２８】
以上の工程によって製作された光ファイバアレイは、その後、光ファイバの被覆におおわれた部分からＶ溝基板上に保持された部分までの光ファイバ露出部分は、紫外線硬化性樹脂あるいは接着剤あるいはシール剤をポッティングされ、かつ固化されることにより外気から遮断される。最後に、光ファイバの光出射端面が研磨され完成となる。
【００２９】
【発明の効果】
光ファイバアレイ製作時に光ファイバ配列精度を決める要素の数を減らすことにより、各構成部品の製作誤差の累積を少なくできるので、より一層の光ファイバ配列精度向上を実現させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光ファイバアレイ製作工程を示す模式図である。
【図２】 光ファイバアレイと補助光ファイバとのＶ溝上の配置関係を示す模式図である。
【図３】 光ファイバアレイ製作工程を示す模式図である。
【図４】 光ファイバアレイ各要素部品の誤差要因を示す模式図である。
【図５】 光ファイバアレイ製作工程を示す模式図である。
【図６】 光ファイバアレイの光出射端面位置を示す模式図である。
【図７】 光ファイバアレイの端面を示す模式図である。
【図８】 光ファイバアレイ先端の光ファイバの湾曲を示す模式図である。
【図９】 光ファイバアレイ製作工程を示す模式図である。
【図１０】 光ファイバアレイの光出射端面位置を示す模式図である。
【図１１】 光ファイバアレイの端面を示す模式図である。
【図１２】 光ファイバアレイと補助光ファイバとのＶ溝上の配置関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１…第一の光ファイバ保持部材、２…平板部材、３…光ファイバ、５…補助光ファイバ、６…光ファイバの被覆部、７…光ファイバのクラッド部、８…平板部材、９…平板部材

Claims (10)

1. 光源から発した光を入射して伝搬させる複数の光ファイバ（３）と、
   前記複数の光ファイバ（３）を配列する第一の光ファイバ保持部材（１）と、
   第一の平板部材（２）と、第二の平板部材（８）と、第三の平板部材（９）と、
   前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部と、第一の光ファイバ保持部材（１）と、第二の平板部材（８）と、第三の平板部材（９）とを接合する接合材とで構成される光ファイバアレイ素子において、
   前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部は、前記第一の平板部材（２）に接合された前記第一の光ファイバ保持部材（１）に等間隔で配列され、
   また、前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部は、前記第一の光ファイバ保持部材（１）と前記第二の平板部材（８）により光ファイバ配列方向に対して垂直方向から挟み込まれ、
   更に、前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部は、前記第一の光ファイバ保持部材（１）に隣接する部分を前記第二の平板部材（８）と第三の平板部材（９）により光ファイバ配列方向に対して垂直方向から挟み込まれて接合された構造を有し、
   前記複数の光ファイバ（３）の光出射端面は、前記第一の光ファイバ保持部材（１）と前記第三の平板部材（９）の隣接部近傍を切断、研磨した位置に配置されることを特徴とする光ファイバアレイ素子。
2. 前記第一の光ファイバ保持部材は、表面に等間隔で形成された複数のＶ字型の溝構造を有するＶ溝基板であり、前記Ｖ字型の溝構造は、Ｓｉウェハの異方性エッチング、或いはダイヤモンドブレードソーを用いたＳｉウェハ、セラミック、ガラス材のダイシング加工によって作製されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバアレイ素子。
3. 複数の光ファイバの被覆におおわれた部分から前記第一の光ファイバ保持部材上に保持された部分までの光ファイバ露出部分は、紫外線硬化性樹脂あるいは接着剤あるいはシール剤をポッティングされ、かつ固化されることにより外気から遮断されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバアレイ素子。
4. 前記平板部材の材質はガラス、あるいはセラミックを使用していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光ファイバアレイ素子。
5. 光源から発した光を入射して伝搬させる複数の光ファイバ以外に前記第一の光ファイバ保持部材上に複数本の補助光ファイバを配置したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光ファイバアレイ素子。
6. 光源から発した光を入射して伝搬させる複数の光ファイバ（３）と、
   前記複数の光ファイバ（３）を配列する第一の光ファイバ保持部材（１）と、
   第一の平板部材（２）と、第二の平板部材（８）と、第三の平板部材（９）と、
   前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部と、第一の光ファイバ保持部材（１）と、第二の平板部材（８）と、第三の平板部材（９）とを接合する接合材とで構成される光ファイバアレイ素子の製造方法において、
   前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部を、前記第一の平板部材（２）に接合された前記第一の光ファイバ保持部材（１）に等間隔で配列する工程と、
   前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部を、前記第一の光ファイバ保持部材（１）と前記第二の平板部材（８）により光ファイバ配列方向に対して垂直方向から挟み込む工程と、
   前記複数の光ファイバ（３）の光出射端部を、前記第一の光ファイバ保持部材（１）に隣接する部分を前記第二の平板部材（８）と第三の平板部材（９）により光ファイバ配列方向に対して垂直方向から挟み込み接合する工程と、
   前記第一の光ファイバ保持部材（１）と前記第三の平板部材（９）の隣接部近傍を切断、研磨する工程とを経て、前記複数の光ファイバ（３）の光出射端面を形成することを特徴とする光ファイバアレイ素子の製造方法。
7. 前記第一の光ファイバ保持部材は、表面に等間隔で形成された複数のＶ字型の溝構造を有するＶ溝基板であり、前記Ｖ字型の溝構造は、Ｓｉウェハの異方性エッチング、或いはダイヤモンドブレードソーを用いたＳｉウェハ、セラミック、ガラス材のダイシング加工によって作製されていることを特徴とする請求項６記載の光ファイバアレイ素子の製造方法。
8. 複数の光ファイバの被覆におおわれた部分から前記第一の光ファイバ保持部材上に保持された部分までの光ファイバ露出部分は、紫外線硬化性樹脂あるいは接着剤あるいはシール剤をポッティングされ、かつ固化されることにより外気から遮断されていることを特徴とする請求項６又は７記載の光ファイバアレイ素子の製造方法。
9. 前記平板部材の材質はガラス、あるいはセラミックを使用していることを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の光ファイバアレイ素子の製造方法。
10. 光源から発した光を入射して伝搬させる複数の光ファイバ以外に前記第一の光ファイバ保持部材上に複数本の補助光ファイバを配置したことを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の光ファイバアレイ素子の製造方法。

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