JP4821158B2 - Optical module manufacturing method and optical module manufacturing apparatus - Google Patents
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本発明は、光硬化性樹脂溶液と光を用いて作製されるコアを有する光モジュールの製造方法及び製造装置に関する。本発明は、光ファイバ通信における安価で低損失な光送受信器、光インタ−コネクション、光分波器あるいは合波器等の光モジュールに適用できる。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an optical module having a core manufactured using a photocurable resin solution and light. The present invention can be applied to an optical module such as an inexpensive optical transmitter / receiver, optical interconnection, optical demultiplexer, or multiplexer in optical fiber communication.
本発明者らは、共同発明者らとともに、いわゆる自己形成型のコアを有する光導波路を開発し、出願している。自己形成型のコアとは、未硬化の液状の光硬化性樹脂に、例えば光ファイバから硬化波長の光をビーム状に照射することで、当該ビーム状に照射した光路部分の樹脂のみを硬化させて軸状の硬化物(コア)を形成し、その後例えばより屈折率の低い樹脂で周囲を取り囲み、光導波路を形成するものである(特許文献1参照)。また、屈折率と硬化波長の異なる2つの光硬化性樹脂を用いることで、高屈折率側の樹脂のみを時間をかけて硬化させる場合(特許文献2参照)や、低屈折率側の樹脂のみを短時間に硬化させる場合(特許文献3参照)においては、その後未硬化の残余の樹脂溶液を硬化させることで、特異な屈折率分布を有する2種類の光導波路をそれぞれ形成できることを示した。
特許文献1に記載された技術を、図4を用いて説明する。図4は、特許文献1に記載された、受光素子と発光素子を1つずつ有する光モジュールの製造工程を示す工程図である。
The technique described in
図4.Aのように、上面の無い、透明樹脂から成る筐体91を用意し、光ファイバ92のコアの端面921を当該筐体91の内部に導入して固着部材93にて固定する。次に筐体91にハーフミラー又はダイクロイックミラー(波長選択性ミラー)94を固定する。ハーフミラー又はダイクロイックミラー(波長選択性ミラー)94は、筐体91の底面に対して45度傾いた状態で固定される。この後、コア部材を形成するため、高屈折率の未硬化の光硬化性樹脂液95を筐体91の内部に充填する。
FIG. A
次に、光ファイバ92により、硬化波長の光を端面921から筐体91に充填された光硬化性樹脂液95に照射すると、当該光の光路に沿って硬化物95cが軸状に形成される(図4.B)。今回はハーフミラー又はダイクロイックミラー(波長選択性ミラー)94を用いたので、硬化物95cは分岐を有することとなる。この後、未硬化の光硬化性樹脂液95を除去する(図4.C)。次に、クラッドとなるべき低屈折率の未硬化の硬化性樹脂液96を筐体91の内部に充填する。硬化性樹脂液96の硬化方法は光硬化、熱硬化、その他任意である。こうして筐体91の内部に充填した硬化性樹脂液96は全て硬化して硬化物96cとなり、高屈折率の硬化物95cをコア、低屈折率の硬化物96cをクラッドとする光導波路が形成される(図4.D)。
Next, when light having a curing wavelength is irradiated from the
この後、コアである硬化物95cと透明樹脂から成る筐体91との接合部分付近に、例えば発光素子97と受光素子98を装着して、単線双方向光通信が可能な光モジュール900を完成させることができる(図4.E)。
Thereafter, a
図4.Eの光モジュール900においては、発光素子97と受光素子98とは透明樹脂から成る筐体91を介してコアである硬化物95cと面している。この構造では、いわゆる加速試験によりモジュールとしての寿命及び特性劣化を評価したところ、85℃常湿、或いは75℃相対湿度95%といった負荷を掛けた状態では、数時間でコアである95cと光素子97、98との結合が悪化し、光の伝送損失が増大することが判明した。これは、硬化樹脂の筐体からの剥離が主な原因である。
FIG. In the
そこで本発明者らは、図4のような構成とは異なる形で自己形成形のコアを有する光モジュールを鋭意検討し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明の目的は、硬化樹脂から成るコアと光素子との結合が容易には劣化しない光モジュールの製造装置及び製造方法を提供することである。 Therefore, the present inventors have intensively studied an optical module having a self-forming core different from the configuration shown in FIG. 4 and completed the present invention. That is, an object of the present invention is to provide an optical module manufacturing apparatus and manufacturing method in which the coupling between a core made of a cured resin and an optical element is not easily deteriorated.
請求項1に記載の発明は、コアを形成する光を放射するためのプラスチック製の光ファイバと、1又は複数個の光素子と、光ファイバと光素子との間の光路に設けられた任意個数のミラー、ハーフミラー、又は、波長選択性ミラーから成る光学部品を、光硬化性樹脂を用いて形成したコアで接続し、それらをクラッド材で覆った光モジュールの製造方法において、上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、光ファイバが着脱自在に支持され、光学部品及び光素子と光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型を用いて、光ファイバの一端を型に水平方向にその中に差し込んで、光ファイバを型に着脱自在に支持する工程と、1又は複数個の光素子及び光学部品を型の開口部から挿入して仮固定する工程と、型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入する工程と、光ファイバの他端から光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を、未硬化の光硬化性樹脂に出射して、光硬化性樹脂を軸状に硬化させて、光ファイバの光出射面に連続して接合され、光学部品に接合され、光学部品を経由して、光素子に接合される軸状のコアを形成する工程と、型の底部をスライドさせて、底部の排出口を開いて当該排出口から未硬化の光硬化性樹脂を排出する工程と、コアで接続された1又は複数個の光素子及び光学部品の仮固定を解除し、型の底部を元の方向にスライドさせて、排出口を閉じて型内にクラッド材を導入する工程と、クラッド材を硬化させる工程と、光ファイバの型に対する支持を解除して、硬化したクラッド材にて一体となった、光ファイバと1又は複数個の光素子及び光学部品とを有する光モジュールを型から取りだす工程とを有することを特徴とする光モジュールの製造方法である。
ここで光素子が複数個である場合は、当該光素子の個数よりも1つ少ない分岐がコアに必要なことが導かれる。また、ミラーを用いることで任意個数の屈曲部を形成することもできる。光素子とは発光素子、受光素子、光変調素子、カプラその他の素子を言う。
The invention according to
Here, when there are a plurality of optical elements, it is derived that the core needs one branch less than the number of the optical elements. Moreover, Ru is also possible to form the bent portion of any number by using the mirror. An optical element means a light emitting element, a light receiving element, a light modulation element, a coupler, or other elements.
請求項2に記載の発明は、コアを形成する光を放射するためのプラスチック製の光ファイバと、1又は複数個の光素子と、光ファイバと光素子との間の光路に設けられた任意個数のミラー、ハーフミラー、又は、波長選択性ミラーから成る光学部品を、光硬化性樹脂を用いて形成したコアで接続し、それらをクラッド材で覆った光モジュールの製造装置であって、上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、光ファイバが着脱自在に支持され、光学部品及び光素子と光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型と、光ファイバを型に着脱自在に支持する支持手段と、1又は複数個の光素子及び光学部品を型の開口部から挿入して仮固定するための治具と、型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入するための手段と、光ファイバの他端から光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を導入する手段と、型内にクラッド材を導入するための手段と、クラッド材を硬化させる手段とを有することを特徴とする光モジュールの製造装置である。
The invention according to
本発明により、自己形成形型のコアを用い、当該コアと光素子とが容易には剥離しない光モジュールを提供することが可能となった。本発明によれば光素子は予め位置決めしておけるので、工程を簡略化し、コストを低減することができる。また、コア形成のための光硬化性樹脂の樹脂溜めと、クラッド形成のため型を共通としているので、工程を簡略化できる。また、筐体を介さずに直接光素子にコアを結合させるので結合効率が向上し、素子寿命を長くでき、且つ特性劣化を抑制させることができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical module that uses a self-forming core and the core and the optical element do not easily peel off. According to the present invention, since the optical element can be positioned in advance, the process can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since the resin reservoir for the photocurable resin for forming the core and the mold for forming the clad are used in common, the process can be simplified. Further, since the core is directly coupled to the optical element without using the housing, the coupling efficiency can be improved, the element life can be extended, and the characteristic deterioration can be suppressed.
本発明を実施するための光学部品等は任意のものを使用することができる。光ファイバ(POF、GOF)を好適に用いることができる。このうち、POFのようにクラッド部分の加工が容易なものを用いると、後述する通り、自己形成型光導波路のクラッド材で当該加工されたPOFのクラッド部分を覆うことで、POFが光モジュールから抜けにくくすることが容易である。 Any optical component for carrying out the present invention can be used. An optical fiber (POF, GOF) can be preferably used. Among these, when a material that can easily process the clad portion such as POF is used, the POF is removed from the optical module by covering the clad portion of the processed POF with the clad material of the self-forming optical waveguide as will be described later. It is easy to make it difficult to come off.
コアを形成するための光硬化性樹脂は入手可能な任意のものを用いることができる。例えば特許文献2、3には、2液の混合液として用いる例として、ラジカル重合系、カチオン重合系の光硬化性樹脂及び重合開始剤を列挙しているが、本願のコアを形成するための光硬化性樹脂としては、それら特許文献2、3に記載された光硬化性樹脂の任意の1種類を単独で用いることが可能である。光ファイバのコア端面や光素子の素子面との接着を補強するため、特許文献1のようにシランカップリング材を光硬化性樹脂液に溶解又は分散させて用いても良い。クラッド材についても同様に、特許文献2、3に記載された光硬化性樹脂及び重合開始剤の任意の1種類を単独で用いることが可能であり、その他熱硬化性樹脂を用いても良い。
Any available photocurable resin for forming the core can be used. For example,
図1は本発明の製造方法を概念的に示す工程図である。まず、プラスチック製光ファイバ(POF)1、緑色PD(受光素子)2、赤色LED(発光素子)3及び波長選択性ミラー4を用意する。波長選択性ミラー4は赤色光を反射し、緑色光を透過するものを用いた。型5によりPOF1のコア端面11を固定し、図示しない治具により受光素子2の受光面、発光素子3の発光面、波長選択性ミラー4の反射面を仮固定して型5内部に各部品を配置する。尚、図4が水平方向から工程を示した側面図であるのに対し、図1の各図は上部から示した平面図である。図1で点線で示した型5の内部には、コアとなる光硬化性樹脂液6を配置することが可能となっている。尚、以下に示す通り、自己形成的に硬化して形成されるコア6cは、POF1のコア端面11と波長選択性ミラー4の左下面との間、波長選択性ミラー4の右上面と受光素子2の受光面との間、波長選択性ミラー4の左下面と発光素子3の発光面との間に形成される。これらを概念的に図1.Aのように示す。型5全体の形状については、図2以降で一例を説明することとし、図1においては概念的に示すに留める。
FIG. 1 is a process chart conceptually showing the production method of the present invention. First, a plastic optical fiber (POF) 1, a green PD (light receiving element) 2, a red LED (light emitting element) 3 and a wavelength
POF1としてはコア径980μm、NAが0.30のものを用いた。光硬化性樹脂液6として、アクリル樹脂である東亞合成社製「UVX−4037」を用い、波長458nmのレーザ光をPOF1から光硬化性樹脂液6中に照射すると、波長選択性ミラー4の前後で分岐を有する軸状の硬化物6cが形成される。軸状の硬化物6cは、POF1のコア端面11と波長選択性ミラー4の左下面との間、波長選択性ミラー4の右上面と受光素子2の受光面との間、波長選択性ミラー4の左下面と発光素子3の発光面との間をそれぞれ連結するように形成される(図1.B)。軸状に硬化する要因は、光硬化性樹脂液6が硬化により屈折率が上昇することである。実際、「UVX−4037」は硬化前屈折率は1.471、硬化後屈折率は1.491である。
POF1 having a core diameter of 980 μm and NA of 0.30 was used. When UVX-4037 manufactured by Toagosei Co., Ltd., which is an acrylic resin, is used as the
この後、型5の底部の排出口を開き、未硬化の光硬化性樹脂液6を除去する(図1.C)。この後、洗浄を行って、クラッド材7を型5内に充填し、硬化させれば単線双方向光通信可能な光モジュール100を容易に形成できる(図1.D)。なお、クラッド材7としては、光硬化性フッ素化アクリル樹脂である大日本インキ化学工業社製「OP−38ZT」を用いた。硬化後の屈折率は1.380である。
Thereafter, the outlet at the bottom of the
型5としては、図2に示す、上面が無く、開口部を上方に有する概略矩形状のものを用いることができる。型5は底部5Bが長手方向にスライド式となっており、型内部の底面が全面開放されうる構成である。型5はその正面の一部分5’が着脱自在となっている。型5は正面に半円柱側面状の溝部1Hを有し、部分5’の半円柱側面状の溝部1H’と共に、POF1の支持部を形成する。溝部1Hと溝部1H’の円柱側面状は半径Rの円柱側面であり、POF1の外周面と一致するように形成されている。また、型5とその部分5’とは、その接続面がパッキンとなっており、組み合わせた際、型5内部に充填した樹脂液が漏れださない構成となっている。
As the
図2の型5を用いた場合の工程図を、側面図(断面図)として示す。図3.Aは、型5の底部5Bを閉じ、着脱自在の部分5’によりPOF1を固定し、治具2H、3H及び4Hにより緑色PD(受光素子)2、赤色LED(発光素子)3及び波長選択性ミラー4を仮固定して、未硬化の光硬化性樹脂6を充填した状態を示す。図3.Aは図1.Aに対応する。尚、緑色PD(受光素子)2及び赤色LED(発光素子)3の配線電極は省略した。
A process diagram in the case of using the
図3.Bは、型5の底部5Bをスライドさせて開放し、未硬化の樹脂を除去した図である。図3.Bは、図1.Cに対応する。
FIG. B is a view in which the bottom 5B of the
図3.Cは、型5の底部5Bをスライドさせて閉じ、クラッド材7を充填した図である。図3.Cののち、クラッド材7を硬化させると、図1.Dの光モジュール100を形成できる。図2に示した通り、着脱自在の部分5’を取り外すことで、型5から光モジュール100は容易に取りだすことができる。
FIG. C is a view in which the bottom 5B of the
上記実施例においては、底部5Bがスライド式の型5を用いたが、型としては未硬化の光硬化性樹脂を除去できる手段が底部に設けられていれば良い。尚、排出口としては、ノズルから上方向に吸い出す形でも良い。仮固定のための治具は各光素子、光学部品の位置決めができるような、任意の物を用いることができる。当該治具は、未硬化の光硬化性樹脂の除去に先立って取り外しても、クラッド材を充填する途中で取り外しても良い。
In the above embodiment, the bottom 5B uses the
上記実施例においては波長選択性フィルタを1個、発光素子及び受光素子を各々1個としたが、波長選択性フィルタを複数個用いることで、任意個数の発光素子からの光を集約してPOF等に導く光モジュールとすることも、POF等から任意個数の受光素子に波長を選択し又は選択しないで入射光を分岐させる構成としても良い。 In the above embodiment, one wavelength selective filter and one light emitting element and one light receiving element are used. However, by using a plurality of wavelength selective filters, light from an arbitrary number of light emitting elements can be aggregated and POF. It is also possible to adopt an optical module that guides incident light to a desired number of light receiving elements from a POF or the like with or without selecting a wavelength.
上記の光モジュール100の緑色PD(受光素子)2と赤色LED(発光素子)3とを、緑色LED(発光素子)と赤色PD(受光素子)とに置き換えた光モジュールを構成し、これらの光モジュールを組み合わせて用いることで、上り及び下り通信に2波長の光を使い分ける、相互光通信モジュールを容易に形成することができる。尚、受光素子及び発光素子の波長特性、波長選択性ミラーの波長特性は任意に選択して用いることができる。
An optical module in which the green PD (light receiving element) 2 and the red LED (light emitting element) 3 of the
1:POF
2:受光素子
3:発光素子
4:波長選択性フィルタ
5:型
6:光硬化性樹脂液
6c:硬化した光硬化性樹脂から成るコア
7:クラッド材
1: POF
2: Light receiving element 3: Light emitting element 4: Wavelength selective filter 5: Mold 6:
Claims (2)
上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、前記光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、前記光ファイバが着脱自在に支持され、前記光学部品及び前記光素子と前記光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型を用いて、
前記光ファイバの一端を前記型に水平方向にその中に差し込んで、前記光ファイバを前記型に着脱自在に支持する工程と、
前記1又は複数個の光素子及び前記光学部品を前記型の前記開口部から挿入して仮固定する工程と、
前記型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入する工程と、
前記光ファイバの他端から前記光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を、未硬化の前記光硬化性樹脂に出射して、前記前記光硬化性樹脂を軸状に硬化させて、前記光ファイバの光出射面に連続して接合され、前記光学部品に接合され、前記光学部品を経由して、前記光素子に接合される軸状のコアを形成する工程と、
前記型の底部をスライドさせて、前記底部の前記排出口を開いて当該排出口から未硬化の前記光硬化性樹脂を排出する工程と、
前記コアで接続された前記1又は複数個の光素子及び前記光学部品の仮固定を解除し、前記型の底部を元の方向にスライドさせて、前記排出口を閉じて前記型内にクラッド材を導入する工程と、
前記クラッド材を硬化させる工程と、
前記光ファイバの前記型に対する支持を解除して、硬化した前記クラッド材にて一体となった、前記光ファイバと前記1又は複数個の光素子及び前記光学部品とを有する光モジュールを前記型から取りだす工程と
を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。 An optical fiber made of plastic for radiating light forming a core , one or a plurality of optical elements, and an arbitrary number of mirrors, half mirrors provided in an optical path between the optical fibers and the optical elements; Or, in an optical module manufacturing method in which an optical component composed of a wavelength selective mirror is connected by a core formed using a photo-curable resin, and these are covered with a clad material,
It has an opening at the top, the bottom is slidable, and uncured resin can be discharged from a discharge port formed by opening the bottom , and one end of the optical fiber is inserted into it horizontally. In this state, the optical fiber is detachably supported, and using a mold for resin formation that can be removed while the optical component and the optical element and the optical fiber are connected,
Plug the one end of the optical fiber therein in the horizontal direction in the mold, a step of detachably supporting the optical fiber in the mold,
Inserting and temporarily fixing the one or more optical elements and the optical component from the opening of the mold;
Introducing a photocurable resin for forming a core in the mold;
Light having a wavelength for curing the photocurable resin from the other end of the optical fiber is emitted to the uncured photocurable resin, and the photocurable resin is cured in an axial shape, so that the optical fiber is cured. A step of forming a shaft-shaped core that is continuously bonded to the light emitting surface, bonded to the optical component, and bonded to the optical element via the optical component ;
Sliding the bottom of the mold, opening the outlet of the bottom and discharging the uncured photocurable resin from the outlet;
The temporary fixing of the one or more optical elements and the optical components connected by the core is released, the bottom of the mold is slid in the original direction, the discharge port is closed, and the clad material is placed in the mold A process of introducing
Curing the clad material;
An optical module including the optical fiber, the one or a plurality of optical elements, and the optical component integrated with the hardened clad material after releasing the support of the optical fiber from the mold. And a step of taking out the optical module.
上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、前記光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、前記光ファイバが着脱自在に支持され、前記光学部品及び前記光素子と前記光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型と、
前記光ファイバを前記型に着脱自在に支持する支持手段と、
前記1又は複数個の光素子及び前記光学部品を前記型の前記開口部から挿入して仮固定するための治具と、
前記型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入するための手段と、
前記光ファイバの他端から前記光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を導入する手段と、
前記型内にクラッド材を導入するための手段と、
前記クラッド材を硬化させる手段と
を有することを特徴とする光モジュールの製造装置。 An optical fiber made of plastic for radiating light forming a core , one or a plurality of optical elements, and an arbitrary number of mirrors, half mirrors provided in an optical path between the optical fibers and the optical elements; Alternatively, an optical module manufacturing apparatus in which an optical component composed of a wavelength selective mirror is connected by a core formed using a photocurable resin, and these are covered with a clad material,
It has an opening at the top, the bottom is slidable, and uncured resin can be discharged from a discharge port formed by opening the bottom , and one end of the optical fiber is inserted into it horizontally. In this state, the optical fiber is detachably supported, and the mold for resin formation that can be removed while the optical component and the optical element and the optical fiber are connected,
Support means for detachably supporting the optical fiber to the mold;
A jig for inserting and temporarily fixing the one or more optical elements and the optical component from the opening of the mold;
Means for introducing a photocurable resin for forming a core in the mold;
Means for introducing light of a wavelength for curing the photocurable resin from the other end of the optical fiber;
Means for introducing a cladding material into the mold;
And a means for curing the clad material.
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