JP4525635B2 - 光ファイバアレイの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の板状部材間に整列保持された複数の光ファイバ素線を備え、光ファイバ素線の軸線方向に対向して配置される接続対象（例えば、光回路基板上の光ファイバ列、光導波路列若しくは光学素子等）と上記光ファイバ素線との光学的および機械的結合作業を容易にさせる光ファイバアレイの製造方法に係り、特に、光ファイバ素線における整列間隔の精度を低下させずに光ファイバアレイを安価に製造できる光ファイバアレイの製造方法に関するものである。

アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）や光スターカプラといった平面光回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）と光ファイバを接続するためには、従来、複数の光ファイバ素線（外被が剥されて露出した光ファイバ自体すなわちコアとクラッドで構成されたものを光ファイバ素線と称するが、狭義には光ファイバ心線の先端側外被が剥されて露出した部位を称する）を整列させた光ファイバアレイが用いられている。

そして、この種の光ファイバアレイには、主として光ファイバ素線のコアのピッチが２５０μｍのノーマルピッチと１２７μｍのハーフピッチの２種類があり、ＰＬＣの多心化が進むにつれ、導波路基板の大型化を避ける観点からハーフピッチの光ファイバアレイが望まれている。

この様なハーフピッチの光ファイバアレイを製造する方法として、本出願人は図３〜図４に示す光ファイバアレイの製造方法を既に提案している（特許文献１参照）。

すなわち、この製造方法は、複数の案内溝が形成された光ファイバ素線整列治具１３に複数の光ファイバ素線１４を整列させる第一工程と（図３Ａ参照）、上記光ファイバ素線整列治具１３により整列された光ファイバ素線１４に、平坦面に仮固定用樹脂材料１２が塗布された仮固定用基板１１の上記仮固定用樹脂材料１２側を接触させ、仮固定用基板１１に光ファイバ素線１４を仮固定する第二工程と（図３Ａ〜図３Ｂ参照）、仮固定用基板１１に仮固定された光ファイバ素線１４を、平坦面を有する光ファイバ固定基板１５に固定用樹脂材料１６を介して固定する第三工程と（図３Ｃ〜図３Ｄ参照）、上記仮固定用基板１１をその平坦面に設けた仮固定用樹脂材料１２と共に光ファイバ素線１４から分離する第四工程と（図４Ａ参照）、上記光ファイバ固定基板１５に固定された光ファイバ素線１４の仮固定用基板１１が分離された側に、補強用樹脂材料１７を介し平坦面を有するカバー板１８を固定する第五工程（図４Ｂ〜図４Ｃ参照）とで構成される方法であった。

ところで、この製造方法を実施する際、上記仮固定用基板の選定を誤り、あるいは、近年の光ファイバアレイにおける厚さ寸法の低減化要求に対応させて上記光ファイバ固定基板やカバー板の厚さを小さく設定した場合、以下のことが原因となって光ファイバアレイにおける光ファイバ素線の整列精度が低下し易い問題が存在した。

例えば、弾性変形を起こすような材料にて上記仮固定用基板を構成した場合、光ファイバ素線１４が仮固定された仮固定用基板１１を光ファイバ素線整列治具１３から分離した際（図３Ｃ参照）、仮固定用樹脂材料１２の硬化収縮を原因として、上記光ファイバ素線整列治具１３により抑制されていた仮固定用基板１１の湾曲現象が、光ファイバ素線１４の仮固定面を凹としその反対側面を凸とする向きに発生し易く、これに伴い光ファイバ素線の整列精度が低下する問題が存在した。

また、上記光ファイバ固定基板の厚さを小さく設定した場合、光ファイバ素線１４を固定した光ファイバ固定基板１５から仮固定用基板１１を分離した際（図４Ａ参照）、上記固定用樹脂材料１６の硬化収縮を原因として、上記仮固定用基板１１により抑制されていた光ファイバ固定基板１５の湾曲現象が、光ファイバ素線１４の固定面を凹としその反対側面を凸とする向きに発生し易く、これに伴い光ファイバ素線の整列精度が同様に低下する問題が存在した。更に、上記カバー板の厚さを小さく設定した場合も、上記補強用樹脂材料１７の硬化収縮を原因として、カバー板１８の湾曲現象が、光ファイバ素線１４の固定面を凹としその反対側面を凸とする向きに発生し易かった。

そして、光ファイバ素線の整列精度が低下してしまうと、対向して配置される平面光回路等との接続に際し光学信号の著しい損失が生ずる問題が存在した。

このような技術的背景の下、本出願人は、以下の（１）〜（３）に記載された少なくとも一つの手段を採用することにより、仮固定用基板１１、光ファイバ固定基板１５あるいはカバー板１８の少なくとも一つの湾曲現象が回避され、結果として光ファイバ素線１４が高い精度で配列される光ファイバアレイの製造方法も提案している（特許文献２参照）。
（１）仮固定用基板を実質的に弾性変形および塑性変形を生じない剛体で構成すること。
（２）光ファイバ固定基板の光ファイバ素線が固定されている側とは反対側の面に光ファイバ固定基板の変形を防止する第一補強板を分離可能に仮固定すること。
（３）カバー板の光ファイバ素線が固定される側とは反対側の面にカバー板の変形を防止する第二補強板を分離可能に仮固定すること。
国際公開 ＷＯ ２００５／４７９４９号公報 特願２００５−０４５８０６号明細書

ところで、特許文献２に記載された製造方法は、上記固定用樹脂材料と光ファイバ固定基板あるいは補強用樹脂材料とカバー板との間に、これ等樹脂材料の硬化収縮に起因する剥離応力が潜在するため、最終的に光ファイバ固定基板と固定用樹脂材料との界面あるいはカバー板と補強用樹脂材料との界面で剥離が生じ易い問題が存在した。

すなわち、上記固定用樹脂材料や補強用樹脂材料の硬化収縮率が大きい場合、あるいは、これ等樹脂材料と光ファイバ固定基板若しくはカバー板との接着力が充分に得られないような場合、光ファイバアレイの製造工程段階が進むにつれて上記剥離応力が加算される結果、最終的に光ファイバ固定基板と固定用樹脂材料との界面あるいはカバー板と補強用樹脂材料との界面で剥離が生じてしまう問題があった。

また、上記第一補強板や第二補強板を用いる特許文献２に記載の製造方法では、これ等補強板の仮固定と分離の各工程が追加されるため、その分、製造コスト増の要因となる問題があった。

本発明はこの様な問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、光ファイバ素線列の湾曲が問題にならない程小さく、しかも、光ファイバ固定基板と固定用樹脂材料およびカバー板と補強用樹脂材料の剥離が生じ難いハーフピッチの光ファイバアレイを安価に製造できる方法を提供することにある。

そこで、上記課題を解決するため、本発明者が鋭意改良を重ねた結果、光ファイバ固定基板と固定用樹脂材料およびカバー板と補強用樹脂材料間の剥離応力が最も加算される製造工程の最終段階である補強用樹脂材料の硬化工程において、補強用樹脂材料の厚み方向における硬化収縮量が最も大きい光ファイバ素線の整列方向外側に位置する領域の補強用樹脂材料を優先的に硬化させ、次に光ファイバ素線列と接する領域の補強用樹脂材料を硬化させた場合、光ファイバアレイの一体化時における湾曲現象が減少し、これにより上記剥離応力の発生が抑制されることを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見により完成されている。

すなわち、請求項１に係る発明は、
平坦面を有する一対の板状部材間に複数の光ファイバ素線が整列して配置され、かつ、各光ファイバ素線間および板状部材間に充填された樹脂材料により光ファイバ素線および板状部材が固定されていると共に、各光ファイバ素線の先端が対向して配置される接続対象の光路と同一の間隔で配列されて露出する光ファイバアレイを製造する方法であって、
複数の案内溝が長さ方向に亘り上記間隔を介し形成されている光ファイバ素線整列治具に複数の光ファイバ素線を整列させる第一工程と、
上記光ファイバ素線整列治具により整列された光ファイバ素線に、平坦面に仮固定用樹脂材料が塗布された仮固定用基板の上記仮固定用樹脂材料側を接触させ、仮固定用基板に光ファイバ素線を仮固定する第二工程と、
仮固定用基板に仮固定された光ファイバ素線を、平坦面を有する光ファイバ固定基板に固定用樹脂材料を介して固定する第三工程と、
上記仮固定用基板をその平坦面に設けた仮固定用樹脂材料と共に光ファイバ素線から分離する第四工程と、
上記光ファイバ固定基板に固定された光ファイバ素線の仮固定用基板が分離された側に、補強用樹脂材料を介し平坦面を有するカバー板を固定する第五工程、
の各工程を具備する光ファイバアレイの製造方法を前提とし、
上記第五工程の補強用樹脂材料を紫外線硬化エポキシ樹脂で構成すると共に、この補強用樹脂材料を硬化させる際、補強用樹脂材料の厚み方向における硬化収縮量が最も大きい光ファイバ素線の整列方向外側に位置する領域の補強用樹脂材料を優先的に硬化させ、次に光ファイバ素線列と接する領域の補強用樹脂材料を硬化させることを特徴とするものである。

本発明に係る光ファイバアレイの製造方法によれば、
第五工程の補強用樹脂材料（紫外線硬化エポキシ樹脂）を硬化させる際、補強用樹脂材料の厚み方向における硬化収縮量が最も大きい光ファイバ素線の整列方向外側に位置する領域の補強用樹脂材料を優先的に硬化させ、次に光ファイバ素線列と接する領域の補強用樹脂材料を硬化させていることから、光ファイバ固定基板と固定用樹脂材料およびカバー板と補強用樹脂材料間の剥離応力が最も加算される製造工程の最終段階である補強用樹脂材料の硬化工程において剥離応力の発生を抑制することができるため、補強板等を用いること無く光ファイバ固定基板と固定用樹脂材料およびカバー板と補強用樹脂材料の剥離を回避することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

この実施の形態に係る光ファイバアレイの製造方法は、特許文献１に記載された発明と同様に光ファイバ素線整列治具を用いる。

まず、図１（Ａ）に示すように仮固定用基板１の平坦面上に仮固定用樹脂材料２から成る層を一様に形成する一方、ハーフピッチの光ファイバアレイのコア間隔である１２７μｍ間隔で複数の案内溝が長さ方向に亘り形成されている光ファイバ素線整列治具３の各案内溝内に光ファイバ素線４を収容する。尚、上記仮固定基板１はその厚さが２ｍｍ以上の剛性のある材質のものが用いられている。

そして、図１（Ｂ）に示すように光ファイバ素線４が整列された光ファイバ素線整列治具３に対し、上記仮固定用樹脂材料２から成る層が一様に形成された仮固定用基板１をその仮固定用樹脂材料２側が内側になるようにして重ね合せると共に、各光ファイバ素線４と上記仮固定用基板１との接触を維持したまま仮固定用樹脂材料２を硬化させる。

次に、上記光ファイバ素線整列治具３を取り外すことにより、図１（Ｃ）に示すように１２７μｍ間隔で各光ファイバ素線４が仮固定用基板１に仮固定される。尚、上記仮固定基板１については、その厚さが２ｍｍ以上の剛性のある材質のものが適用されているため、光ファイバ素線整列治具３を取り外して光ファイバ素線整列治具３の拘束力が解放されても、仮固定用樹脂材料の硬化収縮に起因する応力による仮固定基板１の湾曲量は小さい。

次に、図１（Ｃ）に示すように光ファイバ固定基板５の平坦面上に固定用樹脂材料６から成る層を一様に形成しておき、図１（Ｄ）に示すように固定用樹脂材料６から成る層が形成された光ファイバ固定基板５を、仮固定用基板１に仮固定された光ファイバ素線４に対し位置を制御しつつ押し付け、光ファイバ素線４を仮固定用基板１と光ファイバ固定基板５間に保持し、この状態で上記固定用樹脂材料６を硬化させる。

次いで、図２（Ａ）に示すように上記仮固定用基板１をその平坦面に設けた仮固定用樹脂材料２から成る層と共に光ファイバ素線４から分離することにより、１２７μｍ間隔で光ファイバ素線４が光ファイバ固定基板５に整列した状態で固定される。

次に、図２（Ｂ）に示すように、光ファイバ素線４が固定された光ファイバ固定基板５の仮固定用基板１が分離された側に、補強用樹脂材料（紫外線硬化エポキシ樹脂）７から成る層が形成されたカバー板８を重ね合せて、光ファイバ素線４を光ファイバ固定基板５およびカバー板８からなる一対の板状部材により保持した後、補強用樹脂材料７を硬化させることにより、光ファイバ素線４と光ファイバ固定基板５との間並びに光ファイバ素線４とカバー板８との間に固定用樹脂材料６と補強用樹脂材料７から成る十分な樹脂層を存在させることができる（図２Ｃ参照）。

尚、上記補強用樹脂材料（紫外線硬化エポキシ樹脂）７を硬化させる際、図２（Ｃ）の補強用樹脂材料７における図面上下方向（補強用樹脂材料７の厚み方向）の硬化収縮量に着目すると、光ファイバ素線４の整列方向外側に位置する領域９と比較して光ファイバ素線４列と接する領域１０の硬化収縮量が小さい。換言すると、上記光ファイバ素線４列が、補強用樹脂材料７における上記領域９の硬化収縮に起因したカバー板８の変位を妨げることになるため剥離応力が発生するが、本発明においては、光ファイバ素線４の整列方向外側に位置する領域９の補強用樹脂材料７を優先的に硬化させ、次に光ファイバ素線４列と接する領域１０の補強用樹脂材料７を硬化させているため、上記剥離応力の発生が抑制される。

最終工程として、光ファイバ固定基板５とカバー板８から成る一対の板状部材の端面を研磨により平坦化し、光ファイバ素線４の先端側を露出させることにより光ファイバアレイが得られる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

まず、図１（Ａ）に示すように平板からなる仮固定用基板１上に紫外線硬化エポキシ樹脂（仮固定用樹脂材料）を塗布し、厚さ約５μｍの仮固定用樹脂材料２から成る層を形成した。尚、この仮固定用樹脂材料２から成る層の厚さを均一にするため、仮固定用基板１上に紫外線硬化エポキシ樹脂を一旦過剰に付着させ、その後、金属製のブレードを仮固定用基板１の表面上から５μｍの距離を維持した状態で水平移動させることにより塗り広げて均一に調整した。また、上記仮固定用基板１には、樹脂の硬化収縮による基板の湾曲を避けるため、厚さが２ｍｍ以上の実質的に弾性変形および塑性変形を生じない強度を有する剛体（ガラス）を用いた。また、完成時の幅が５ｍｍとなる光ファイバアレイを組立てるため、仮固定基板１の幅寸法を同一の５ｍｍとした。

次に、断面Ｖ字形状の案内溝を上側にして予め配置されている光ファイバ素線整列治具３の近傍に、上記仮固定用樹脂材料２から成る層を下側にして仮固定用基板１を配置した。ここで、案内溝の配置間隔は１２７μｍであり、かつ、光ファイバ素線整列治具３の幅寸法は、光ファイバ素線４を搭載するため１０ｍｍとした。

そして、上記光ファイバ素線整列治具３の上側から光ファイバ素線４を載置してその先端側を光ファイバ素線整列治具３の案内溝内に収容する。この時点では、仮固定用基板１の仮固定用樹脂材料２から成る層が光ファイバ素線４に接触しない程度に光ファイバ素線整列治具３に対し仮固定用基板１を若干上方側に配置している。

次に、図１（Ｂ）に示すように、仮固定用基板１を下方側へ移動させてその平坦面上に形成した仮固定用樹脂材料２から成る層を光ファイバ素線４に密着させる。この状態で上記仮固定用基板１を透して紫外線を照射し仮固定用樹脂材料２を硬化させると、仮固定層が形成されて光ファイバ素線４が仮固定用基板１に仮固定される。

尚、ここで、仮固定用樹脂材料２は完全には硬化させず、光ファイバ素線４を１２７μｍ間隔で仮固定用基板１上に保持するには十分であるが、後の工程において仮固定用基板１を光ファイバ素線４から分離する際に障害とならない程度に硬化させる。この作業により、光ファイバ素線４が仮固定用基板１に接着される。

次に、上記光ファイバ素線整列治具３と光ファイバ素線４が仮固定された仮固定用基板１とを分離する一方、図１（Ｃ）に示すように光ファイバアレイの構成部品となる厚さ０．７ｍｍでかつ幅寸法が５ｍｍの光ファイバ固定基板５について、その平坦面上に光ファイバ素線４を本固定するための固定用樹脂材料（紫外線硬化エポキシ樹脂）６を滴下して固定用樹脂材料６から成る層を一様に形成しておく。

次に、図１（Ｄ）に示すように固定用樹脂材料（紫外線硬化エポキシ樹脂）６から成る層が形成された光ファイバ固定基板５を、仮固定用基板１に仮固定された光ファイバ素線４に対し位置を制御しつつ押し付け、光ファイバ素線４を仮固定用基板１と光ファイバ固定基板５間に保持し、この状態で上記固定用樹脂材料６に対し仮固定用基板１側から紫外線を照射して硬化させ、光ファイバ固定基板５に光ファイバ素線４を固定する。

そして、仮固定用基板１をその平坦面に設けた仮固定用樹脂材料２と共に光ファイバ素線４から分離することにより、図２（Ａ）に示すように１２７μｍ間隔で光ファイバ素線４が光ファイバ固定基板５に整列した構造体が得られる。

次に、光ファイバ素線４が固定された光ファイバ固定基板５の仮固定用基板１が分離された側に、図２（Ｂ）に示すように補強用樹脂材料（紫外線硬化エポキシ樹脂）７から成る層が形成されたカバー板８を重ね合せて光ファイバ素線４を光ファイバ固定基板５およびカバー板８からなる一対の板状部材により保持した後、図２（Ｃ）に示すように補強用樹脂材料７に対し上下方向から遮光板１９を介して紫外線を照射し、光ファイバ素線４の整列方向外側に位置する領域９の補強用樹脂材料７を優先的に硬化させた後、光ファイバ素線４列と接する領域１０の補強用樹脂材料７を硬化させている。このような硬化方法を採ることにより、剥離応力の発生が抑制された状態で光ファイバ素線４が光ファイバ固定基板５とカバー板８とで挟持された構造体（図２Ｃ参照）を得ることができる。ここで、カバー板８の厚さは０．７ｍｍ、幅寸法は５ｍｍとした。

そして、光ファイバ素線４が光ファイバ固定基板５とカバー板８とで挟持された構造体（図２Ｃ参照）の厚さ寸法は１．６ｍｍとなり、この構造体（図２Ｃ参照）の数値が光ファイバアレイの完成品の厚みとなる。

最後に、光ファイバ固定基板５とカバー板１から成る一対の板状部材の端面を研磨により平坦化し、光ファイバ素線４の先端側を露出させることにより光ファイバアレイが得られる。

本発明の製造方法により得られた光ファイバアレイは、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）や光スターカプラなどの平面光回路（ＰＬＣ）と光ファイバとの接続に利用することができ、平面光回路モジュールの低コスト化、小型化に貢献できる産業上の利用可能性を有している。

図１（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係る光ファイバアレイの製造方法についてその工程を示す説明図。 図２（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る光ファイバアレイの製造方法についてその工程を示す説明図。 図３（Ａ）〜（Ｄ）は従来法に係る光ファイバアレイの製造方法についてその工程を示す説明図。 図４（Ａ）〜（Ｃ）は従来法に係る光ファイバアレイの製造方法についてその工程を示す説明図。

符号の説明

１ 仮固定用基板
２ 仮固定用樹脂材料
３ 光ファイバ素線整列治具
４ 光ファイバ素線
５ 光ファイバ固定基板
６ 固定用樹脂材料
７ 補強用樹脂材料
８ カバー板
９ 光ファイバ素線の整列方向外側に位置する補強樹脂材料の領域
１０ 光ファイバ素線列と接する補強樹脂材料の領域
１９ 遮光板

Claims (1)

1. 平坦面を有する一対の板状部材間に複数の光ファイバ素線が整列して配置され、かつ、各光ファイバ素線間および板状部材間に充填された樹脂材料により光ファイバ素線および板状部材が固定されていると共に、各光ファイバ素線の先端が対向して配置される接続対象の光路と同一の間隔で配列されて露出する光ファイバアレイを製造する方法であって、
   複数の案内溝が長さ方向に亘り上記間隔を介し形成されている光ファイバ素線整列治具に複数の光ファイバ素線を整列させる第一工程と、
   上記光ファイバ素線整列治具により整列された光ファイバ素線に、平坦面に仮固定用樹脂材料が塗布された仮固定用基板の上記仮固定用樹脂材料側を接触させ、仮固定用基板に光ファイバ素線を仮固定する第二工程と、
   仮固定用基板に仮固定された光ファイバ素線を、平坦面を有する光ファイバ固定基板に固定用樹脂材料を介して固定する第三工程と、
   上記仮固定用基板をその平坦面に設けた仮固定用樹脂材料と共に光ファイバ素線から分離する第四工程と、
   上記光ファイバ固定基板に固定された光ファイバ素線の仮固定用基板が分離された側に、補強用樹脂材料を介し平坦面を有するカバー板を固定する第五工程、
   の各工程を具備する光ファイバアレイの製造方法において、
   上記第五工程の補強用樹脂材料を紫外線硬化エポキシ樹脂で構成すると共に、この補強用樹脂材料を硬化させる際、補強用樹脂材料の厚み方向における硬化収縮量が最も大きい光ファイバ素線の整列方向外側に位置する領域の補強用樹脂材料を優先的に硬化させ、次に光ファイバ素線列と接する領域の補強用樹脂材料を硬化させることを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。

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