JP4069343B2

JP4069343B2 - 光ファイバアレイおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4069343B2
Application number: JP34321398A
Authority: JP
Inventors: 隆佐々木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JP2000171656A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光導波路などに接続される光ファイバアレイおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低コスト導波路実装技術として、光ファイバアレイが用いられる。図２は、光ファイバアレイの一例を説明するためのもので、図２（Ａ）は光ファイバ心線を配置する前の斜視図、図２（Ｂ）は光ファイバを把持した状態の斜視図、図２（Ｃ）は光ファイバの軸方向の縦断面図である。図中、１は整列部材、１ａはＶ溝、１ｂは被覆載置部、２は押さえ部材、３は光ファイバ心線、３ａは裸ファイバ、３ｂは被覆部、４は接着剤である。なお、図２（Ｂ）では接着剤の図示を省略した。
【０００３】
図２（Ａ）に示すように、整列部材１には、前方に上面にＶ溝１ａが形成された光ファイバ配置部が設けられ、後方に段差をもって被覆載置部１ｂが形成されている。光ファイバ心線３の被覆を除去して露出させた裸ファイバ３ａを裸ファイバ配列部に形成されたＶ溝１ａに配列させて、図２（Ｂ）に示すように、上から押さえ部材２によって押さえつけた状態で、Ｖ溝１ａと押さえ部材２との間の裸ファイバ３ａの周囲、ならびに、被覆載置部１ｂに載置された裸ファイバ３ａおよび被覆部３ｂの先端部の近傍に、接着剤４を注入して、光ファイバ心線３を固定する。例えば、裸ファイバ３ａの外径は１２５μｍ、被覆部３ｂの外径は２５０μｍである。Ｖ溝１ａに載置されている裸ファイバ３ａの中心と被覆載置部１ｂの上面との段差は１２５μｍであり、Ｖ溝１ａに載置された裸ファイバ３ａから被覆部３ｂにかけて、整列部材１に固定された状態においては、図２（Ｃ）に示すように、光ファイバの中心はほぼ直線となるように位置されている。なお、前端の端面は、導波路等と接続するために研磨される。通常は、反射戻り光を低減させるため例えば８゜の角度に斜め研磨される。
【０００４】
接着剤４は、狭い隙間に入り込んで、接着する必要があるから、接着剤の硬化前の粘度は低いことが好ましい。しかし、粘度が低い接着剤は、塗布後すぐに塗布部から広がるため、裸ファイバが露出し易い。裸ファイバは、僅かな接触で容易に破断することが知られており、接着剤から露出してしまうことは問題である。裸ファイバの露出を防止するために、接着剤の塗布量を多くすると、接着剤が整列部材の外側にはみ出して硬化するため、外観不良となり、光導波路などに接続する治具に精度よくセッティングできなくなることもある。
【０００５】
また、接着剤の硬化後に、光ファイバ心線の被覆部が整列部材に対して動いたりしたとき、損失増が生じたり、断線に至ることがある。このような損失増や断線を防止するため、接着剤に要求される特性として、光ファイバを整列部材に固定するという観点からは、接着剤の硬化後のヤング率は大きい方が望ましい。しかし、整列部材の線膨張係数に対して、硬化後の接着剤の線膨張係数は一般に大きいので、裸ファイバを十分に保護するために必要な量の接着剤が用いられた光ファイバアレイにおいては、接着剤のヤング率が大きいと、整列基板に変形が生じる。
【０００６】
図３に低温時と高温時における光ファイバアレイの変形の様子を模式図で示す。図中、図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。低温時には、接着剤４が収縮し、図３（Ａ）に示すように、押さえ部材２の後方の角部であるＡ部において、裸ファイバ３ａに局所的な応力が加えられる。また、高温時には、図３（Ｂ）に示すように、Ｖ溝の角部であるＢ部において、裸ファイバ３ａに局所的な応力が加えられる。このような応力は、Ｖ溝後部の接着剤の量が多いと大きくなる。モデル計算によると、室温から６０℃の温度変化があるとＡ部またはＢ部で約２ｋｇ／ｍｍ²の応力が裸ファイバ３ａに加わることが分かった。実際には、接着剤の一般的な特性から、低温になるほどヤング率は大きくなるので、低温時と高温時とでは発生する応力は、ヤング率が大きい低温時の方が、裸ファイバに加えられる応力が大きくなる。
【０００７】
このように接着剤に対する要求は、塗布の容易さからみれば硬化前の粘度は低い方がよいが、裸ファイバを十分に覆って保護をするためには、必要量の量が要求される。しかし、硬化前の粘度が低い接着剤では、流れ出しが生じて、塗布が困難となる。
【０００８】
また、光ファイバ心線の固定という観点からは、硬化後のヤング率が大きい方が望ましいが、温度変化に対する損失増の観点からはヤング率が小さい方が望ましい。したがって、接着剤の硬化前の粘度には、相反する条件が要求され、また、接着剤の硬化後のヤング率についても、相反する条件が要求される。
【０００９】
特に、倍密度の光ファイバアレイでは、多少なりとも上側の裸ファイバが持ち上がっているため、それらを固定するためには、相対的に接着剤の量が多く必要となるから、上記の傾向が大きいといえる。倍密度光ファイバアレイは、例えば「１９９７年電子通信情報学会総合大会」予講集、高木他、Ｃ−３−１５「ＰＬＣ型高密度２連２×１６スプリッタモジュールの作製」に記載されており、光ファイバの配列密度を従来の倍密度に設定した高密度の光ファイバアレイである。
【００１０】
図４は、倍密度光ファイバアレイの一例の斜視図である。図中、図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。１ｃは凸状部、５，６はテープ状光ファイバ心線、５ａ，６ａは裸ファイバ、５ｂ，６ｂは被覆部である。
【００１１】
整列部材１には、裸ファイバが位置される裸ファイバ配列部の両側に凸状部１ｃが形成されている。凸状部１ｃによって、裸ファイバを位置決めして整列基板１に搭載することができるものである。凸状部１ｃを整列基板１に設ける代わりに、押さえ部材２に凸状部が設けられてもよく、あるいは、凸状部を設ける代わりに、図３で説明したように、Ｖ溝が設けられてもよい。
【００１２】
光ファイバ心線には、テープ状光ファイバ心線５，６が用いられている。２本のテープ状光ファイバ心線５，６を１／２ピッチずらせて重ねて裸ファイバ５ａ，６ａが交互に配置されるように組み合わせて整列部材１の凸状部１ｃの間に配置する。整列部材１がＶ溝を有している場合には、裸ファイバは１本ずつＶ溝に位置決めされる。
【００１３】
テープ状光ファイバ心線５，６は、一例では、外径１２５μｍの裸ファイバの周囲に外径２５０μｍの保護被覆が施された光ファイバ心線を複数本並べて共通被覆でテープ状にしたものである。したがって、共通被覆と保護被覆を除去した状態では、裸光ファイバの間の隙間は１２５μｍとなり、上下のテープ状光ファイバ心線５，６を１／２ピッチずらして被覆部５ｂ，６ｂを重ねると、上下の裸ファイバ５ａ，６ａが丁度相互に入り込む位置となる。整列された裸ファイバ５ａ，６ａの中心と被覆載置部１ｂの上面との段差は被覆部の厚み、すなわち、一例では０．４ｍｍである。裸ファイバ５ａ，６ａは、平面的にみれば、並行して交互に組み合わされた状態で並んでいるが、側面からみれば、曲げられて先端部が押さえ部材２で押さえられた状態で接着剤で整列部材１に固定される。このようにして、図３で説明した光ファイバアレイに対して２倍の密度の光ファイバアレイが得られる。
【００１４】
図４では、上下１組のテープ状光ファイバ心線を整列部材に取り付けるようにしたが、２組以上のテープ状光ファイバ心線を整列部材に取り付けて光ファイバアレイを作製してもよい。
【００１５】
図５は、上下に重ねられた２本のテープ状光ファイバ心線から構成される光ファイバアレイを２組用いた。図中、図４と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。図では、４心のテープ状光ファイバ心線を２本用いて構成した光ファイバアレイを２組並べて、１６心の光ファイバアレイを構成したが、８心のテープ状光ファイバ心線を用いれば、３２心の２組の光ファイバアレイが作製できる。相互の接触とコネクタ基板５との位置決めを確実にするために、図４で説明した凸状部５ａを設けたコネクタ基板５を用いたが、Ｖ溝基板を用いてもよいことは図４で説明したと同様である。
【００１６】
図５の光ファイバアレイでも、裸ファイバ５ａ，６ａは、平面的にみれば、並行して交互に組み合わされた状態で並んでいるが、側面からみれば、曲げられて先端部が押さえ部材２で押さえられた状態で接着剤で整列部材１に固定される。
【００１７】
図６は、図４の光ファイバアレイにおける裸ファイバの固定状態を説明するためのもので、図６（Ａ）は接着剤を塗布する前の光ファイバの軸方向の断面図、図６（Ｂ）は接着剤を塗布した状態の同様の断面図、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。図中、図１，図４と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００１８】
上下のテープ状光ファイバ心線５，６の裸ファイバ５ａ，６ａの先端は、被覆部５ｂ，６ｂの接触面の高さの位置に延びているから、図６（Ａ）に示すように、下側のテープ状光ファイバ心線５の裸ファイバ５ａは、上方に反りながら裸ファイバ配列部に配列され、上側のテープ状光ファイバ心線６の裸ファイバ６ａは下方に反りながら裸ファイバ配列部に配置される。裸ファイバ配列部から被覆部５ｂ，６ｂまでの間における裸ファイバ５ａ，６ａの長さは、上述した反りが生じることから、ある程度の長さが必要である。
【００１９】
このような状態にあるテープ状光ファイバ心線５，６に接着剤４を塗布する。接着剤４に対する要求は、図１〜図３で説明したとおりであるが、倍密度光ファイバアレイの場合には、被覆載置部１ｂの段差が大きく、被覆載置部１ｂの上面に対して裸ファイバ５ａ，６ａが高い位置となる。さらに、上側の裸ファイバ６ａはより高い位置にあるから、図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、裸ファイバが接着剤４から露出する可能性が大きくなり、裸ファイバの表面を接着剤で覆うことは難しかった。特に、硬化前の粘度が３０００ｃｐｓ以下の接着剤を使用する場合には、粘度が低いために接着剤が塗布後すぐに塗布部から広がり、裸ファイバが露出してしまうため、マイクロベンドの影響を抑制しながら、同時に裸ファイバの露出を防止することは技術的に困難であった。
【００２０】
そのため、接着剤から露出された裸ファイバの保護のために、上面に蓋を被せる方法や、表面にカーボンなどを薄くコーティングした特殊な光ファイバを使用する方法が採用されている。しかし、これらの方法は、材料コストが上昇するという問題がある。接着剤を十分に塗布する方法もあるが、上述したように、接着剤のはみ出しや、温度環境下で樹脂の膨張，収縮の問題があり、得策とはいえない。なお、このような問題点は、図５の光ファイバアレイでも同様である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、裸ファイバを保護でき、損失増も押さえることができる光ファイバアレイおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、先端の被覆を除去して裸ファイバを露出させた光ファイバ心線を整列部材に接着固定する光ファイバアレイの製造方法において、前記裸ファイバを接着する接着剤は、第１の接着剤と、該第１の接着剤を覆うように該第１の接着剤に重ねて塗布する第２の接着剤との２層の接着剤よりなり、かつ、前記第１の接着剤は硬化前の粘度が低い接着剤であり、前記第２の接着剤は硬化後のヤング率が前記第１の接着剤の硬化後のヤング率より小さい接着剤であるとともに、硬化前の粘度が前記第１の接着剤の硬化前の粘度より高いことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ファイバアレイの製造方法において、前記第１の接着剤の硬化前の粘度が３０００ｃｐｓ以下であり、前記第２の接着剤の硬化後のヤング率が１０ｋｇｆ／ｍｍ²以下であることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光ファイバアレイの製造方法において、前記第１の接着剤の硬化後のヤング率が１００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光ファイバアレイの製造方法において、前記第２の接着剤の硬化前の粘度が５０００ｃｐｓ以上であることを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ファイバアレイの実施の形態をその製造方法とともに説明するためのもので、図１（Ａ）は接着剤を塗布する前の光ファイバの軸方向の断面図、図１（Ｂ）は、第１の接着剤を用いた状態の光ファイバの軸方向の断面図、図１（Ｃ）は、第２の接着剤を用いた状態の光ファイバの軸方向の断面図、図１（Ｄ）は図１（Ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。図中、図１，図４と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。７は第１の接着剤、８は第２の接着剤である。この実施の形態では、図４で説明した倍密度の光ファイバアレイに本発明を適用した場合について説明するが、図５で説明したような複数組のテープ状光ファイバ心線を用いた倍密度の光ファイバアレイにおいても同様である。また、本発明は、図４，図５で説明したような倍密度の光ファイバアレイに適用されるものに限られるものではない。
【００３１】
図１（Ａ）に示したように、下側のテープ状光ファイバ心線５の裸ファイバ５ａは、上方に反りながら裸ファイバ配列部に配列され、上側のテープ状光ファイバ心線６の裸ファイバ６ａは下方に反りながら裸ファイバ配列部に配置される。裸ファイバ配列部に配列された裸ファイバ５ａ，６ａは押さえ部材２で押圧される。
【００３２】
図１（Ｂ）に示すように、先ず、第１の接着剤７が用いられる。第１の接着剤７は、硬化前の粘度が低い接着剤を用いる。下側のテープ状光ファイバ心線５の被覆部５ｂを被覆載置部１ｂに接着し、上側のテープ状光ファイバ心線６の被覆部６ｂを被覆部５ｂとともに被覆載置部１ｂに接着する。また、裸ファイバ配列部に配列された裸ファイバを押さえ部材２とともに接着する。硬化後の接着状態では、裸ファイバ５ａ，６ａの一部、または、裸ファイバ６ａの一部が、第１の接着剤７から露出されていてもよい。むしろ、第１の接着剤７を上述した接着を行ないながら可能な限り少量にする観点からは、裸ファイバ５ａ，６ａの一部が露出することは許容される。また、第１の接着剤７の塗布量を少なくすることにより、はみ出しの問題も生じない。また、第１の接着剤７の硬化前の粘度が低いことにより、接着すべき部位に接着剤を塗布できる。第１の接着剤７を接着剤を塗布すべき部位の隙間にまで行き渡らせるために、第１の接着剤７の硬化前の粘度は、３０００ｃｐｓ以下であるのが好ましい。
【００３３】
また、第１の接着剤７は、被覆部５ｂ，６ｂの固定を確保するために、硬化後のヤング率は大きい方がよい。ヤング率が大きいと、図３で説明した温度変化による整列部材１の変形の問題が生じるが、接着剤の量を少なくすることにより、変形量を抑えることができる。第１の接着剤７の硬化後のヤング率は、１００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であるのが好ましい。
【００３４】
さらに、第１の接着剤７は、硬化収縮率が小さいことが望ましい。硬化収縮率が大きいと、硬化収縮により整列基板に変形を与えるからである。硬化収縮率は１０％以下であることが好ましい。
【００３５】
次に、図１（Ｃ），（Ｄ）に示すように、第２の接着剤８が用いられる。第２の接着剤８は、硬化後のヤング率が小さい接着剤を用いる。第２の接着剤８を第１の接着剤７の少なくとも裸ファイバが露出された部分において、第１の接着剤７を覆うように用いることによって接着剤の総量が多くなる。それにより、温度変化による整列部材１の変形が問題となるが、第２の接着剤８のヤング率が小さいことによって、温度変化によって接着剤が膨張または収縮しても、整列基板１に与える変形の影響を小さくできる。第２の接着剤８の硬化後のヤング率は１０ｋｇｆ／ｍｍ²以下であることが好適である。
【００３６】
第２の接着剤８は、第１の接着剤７を覆うように第１の接着剤７に重ねて塗布される。したがって、第２の接着剤８の硬化前の粘度は、第１の接着剤７の硬化前の粘度より高いことが望ましい。それにより、第２の接着剤８の塗布の際にはみ出しを防止できる。この理由から、第２の接着剤は硬化前の粘度が５０００ｃｐｓ以上の接着剤であることが好適である。
【００３７】
このように、第１および第２の接着剤を用いたことにより、裸ファイバの中央部分での露出がなく、第１の接着剤の樹脂量を少なくしても、光ファイバアレイ強度の劣化（テープ状光ファイバ心線の引っ張り強度、等）がない。それにより信頼性が高い光ファイバアレイを得ることができ、熱温度環境下でも損失の変動の少なく、−４０〜８５°Ｃの温度範囲で、損失変動量０．２ｄＢ以下の光ファイバアレイを構成することも可能である。
【００３８】
なお、上述した実施の形態では、図４，図５で説明した光ファイバアレイに本発明を適用したものについて説明したが、図１で説明したような光ファイバアレイを含め、整列基板に被覆が除去されて露出された裸ファイバを接着剤で固定する光ファイバアレイについては、本発明が適用できるものであることは明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、裸ファイバが露出することなく、第１の接着剤の硬化前の粘度が低いことにより、塗布が容易である。そして、第２の接着剤の硬化後のヤング率が小さいことにより、熱環境下での損失変動の影響が小さい光ファイバアレイを得ることができる。また、第２の接着剤は硬化後のヤング率が第１の接着剤の硬化後のヤング率より小さいことにより、光ファイバ心線を整列部材に強固に接着固定することができる。さらに、第２の接着剤は硬化前の粘度が第１の接着剤の硬化前の粘度より高いことにより、第２の接着剤がひろがらずに厚く塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバアレイの実施の形態をその製造方法とともに説明するためのもので、図１（Ａ）は接着剤を塗布する前の光ファイバの軸方向の断面図、図１（Ｂ）は、第１の接着剤を用いた状態の光ファイバの軸方向の断面図、図１（Ｃ）は、第２の接着剤を用いた状態の光ファイバの軸方向の断面図、図１（Ｄ）は図１（Ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】光ファイバアレイの一例を説明するためのもので、図２（Ａ）は光ファイバ心線を配置する前の斜視図、図２（Ｂ）は光ファイバを把持した状態の斜視図、図２（Ｃ）は光ファイバ軸方向の縦断面図である。
【図３】低温時と高温時における光ファイバアレイの変形の様子を模式図で示す。
【図４】倍密度光ファイバアレイの一例の斜視図である。
【図５】倍密度光ファイバアレイの他の一例の斜視図である。
【図６】図４の光ファイバアレイにおける裸ファイバの固定状態を説明するためのもので、図６（Ａ）は接着剤を塗布する前の光ファイバの軸方向の断面図、図６（Ｂ）は接着剤を塗布した状態の同様の断面図、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１…整列部材、１ａ…Ｖ溝、１ｂ…被覆載置部、１ｃ…凸状部、２…押さえ部材、３…光ファイバ心線、３ａ…裸ファイバ、３ｂ…被覆部、４…接着剤、５，６…テープ状光ファイバ心線、５ａ，６ａ…裸ファイバ、５ｂ，６ｂ…被覆部、７…第１の接着剤、８…第２の接着剤。

Claims

先端の被覆を除去して裸ファイバを露出させた光ファイバ心線を整列部材に接着固定する光ファイバアレイの製造方法において、前記裸ファイバを接着する接着剤は、第１の接着剤と、該第１の接着剤を覆うように該第１の接着剤に重ねて塗布する第２の接着剤との２層の接着剤よりなり、かつ、前記第１の接着剤は硬化前の粘度が低い接着剤であり、前記第２の接着剤は硬化後のヤング率が前記第１の接着剤の硬化後のヤング率より小さい接着剤であるとともに、硬化前の粘度が前記第１の接着剤の硬化前の粘度より高いことを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
前記第１の接着剤の硬化前の粘度が３０００ｃｐｓ以下であり、前記第２の接着剤の硬化後のヤング率が１０ｋｇｆ／ｍｍ²以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイの製造方法。
前記第１の接着剤の硬化後のヤング率が１００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバアレイの製造方法。
前記第２の接着剤の硬化前の粘度が５０００ｃｐｓ以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光ファイバアレイの製造方法。