JP5135513B2 - 光ファイバアレイ - Google Patents

Description

本発明は光ファイバアレイ、特に光ファイバの端部の構造に関するものである。

近年において、光ファイバ通信の進展による光通信網の大容量化や高速化が図られている。このような動向に伴って、１本の光ファイバを複数本（例えば８本）に分岐させる光スプリッターや、光を波長領域毎に分波する光分波器、更に光の方向を変換する光スイッチ等を構築する構成要素として、光ファイバアレイが高頻度で使用されている。光ファイバアレイは、光導波路部品や光分波器において、光学的な結合手段として使用されている。

このような光ファイバアレイの一例をその使用例を参照しながら説明する。光伝送体を構成する物の一つに光導波路部品がある。この光導波路部品は図１３に示すように、導波路基板101及びその導波路基板101上に配置されたカバー102等を有する。更に、他の光伝送体の端末部との接続端面となる導波路基板端末部104には、複数のコア103が所定の位置、所定の間隔で露出した状態に配置されている。上記の導波路基板101からなる光導波路部品100に接続されるものとして、同じく図１３に示す光ファイバアレイ105がある。この光ファイバアレイ105は複数の光ファイバ106と基板107から成り、基板107には光ファイバ106の端末を保持するＶ溝108が一直線上に所定間隔で配置されている。このＶ溝108に複数の光ファイバ106が所定本数配列されて接着剤で固着されてカバー109により固定されている。

光導波路部品100と光ファイバアレイ105との接続は、光ファイバアレイ105と前記コア103とを対向して突き合わせ、調心を行った後で両端末を接着、固定することで行われる。また、光伝送体を構成する光ファイバどうしの接続は多心光コネクタを用いるのが一般的である。

また、光ファイバアレイのその他の使用例の一つとして、光分波器の構成を説明する。図１４に波長多重信号を波長単位で多重スペクトルチャネルに分離して、対応するチャネルマイクロミラー111の配列に焦点を合わせる回折格子114を用いた光分波器110が示されている。チャネルマイクロミラー111は、スペクトルチャネルを多重出力ポート112に反射するように個々に制御可能であって、連続的に回転可能である。光分波器110は、波長毎を基本としてスペクトルチャネルを経路指定でき、任意のスペクトルチャネルを任意の出力ポート112の１つに結合することができる。更に光分波器110は、サーボ制御及びスペクトル出力管理能力を備えており、それによって出力ポート112に対するスペクトルチャネルの結合効率を目標値に維持する。このような光分波器110は、波長分割多重化(WDM）光ネットワーキングアプリケーションで新しい種類の動的に再構成可能な光アドドロップ多重化装置（Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer：ROADM）を構成するために用いられる。

波長多重信号は入力ポート113から出射された後に、回折格子114に入射して回折される。回折格子114の作用により、回折光の回折角度は波長に応じた角度となるため、回折光はレンズ115を透過した後、波長に応じてチャネルマイクロミラー111で反射され、それぞれの出力ポート112に結合する。この入力ポート113と出力ポート112を構成する光導波路部品として光ファイバアレイが用いられる。

図１３で示した光導波路部品100は、例えば導波路基板101にコア103及びこれを覆うクラッドが積層されたものである。この導波路基板101とコア103及びクラッドを形成する各材料は異なるため、線膨張率に違いが生ずる。その結果、この線膨張係数の違いにより光導波路部品100に反りが発生する。このため、接続端面におけるコア103の軸心を結ぶ線分は所定の曲線となってしまうことが多い。従って、図１３に示すように、直線状に形成したＶ溝108に、光ファイバ106を直線配列して固定した光ファイバアレイ105と、光導波路部品100との接続では、コア103と光ファイバ106を同軸状に接続できないため、接続損失が大きくなり問題となっていた。

また、図１４の光分波器110の分解能は、レンズ115の焦点距離と回折格子114の分解能（具体的には回折格子の波長−角度分散量）で決定される。しかしながら、図１７に示すように、入力ポート113が複数設けられる場合、外側に配列されたポートの光ファイバ113から入射される光信号ほど、傾斜角度が付いて回折格子114に入射される。回折格子114に対する光信号の入射角度は、前記の理由によりポートごとに異なるため（図１７ではα1からα2へと変化）、回折格子114からの回折角度も各ポートの光信号ごとに異なってしまう（図１７ではβ1からβ2へと変化）。なお、α1及びα2は図１７中においてY軸方向に対する角度であり、一方のβ1及びβ2はX軸方向に対する角度である。回折格子114からの回折角度がポートごとに変わってしまうと、前記チャネルマイクロミラー111上における回折光の集光位置がポートごとにずれてしまう。このような集光位置のずれの影響により、チャネルマイクロミラー111での回折光の反射角度も、ポートごとに異なってしまう。

従って、光ファイバ112及び113を直線状に配列すると、上記のような理由により、チャネルマイクロミラー111で反射された回折光を直線状に接続できないため、出力ポート112への結合時に損失が発生してしまう。

それらの問題点を解決する手段として、アレイ状の光ファイバを直線状に配列するのではなく、任意の位置に配列可能な構造を有する光ファイバアレイが提案されている。その一例として、カバーの光ファイバ接触面に光ファイバのクラッド径に応じた段差を設けた光ファイバアレイが考案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２−４０２８４（第５−６頁、第１図）

図１５に特許文献１の光ファイバアレイを示す。図１５の光ファイバアレイ122では、光ファイバ配列用のＶ溝106、107の形成角度が全てのＶ溝で一定に設定されており、更にＶ溝106、107の深さが上下に異なるように設定されている。更に、カバー118の光ファイバ121接触面に、Ｖ溝106、107の深さに応じた矩形溝（凹部）119及び矩形突条（凸部）120が設けられている。また、厚み方向に重ね合わせたテープ型多心光ファイバ束を、横方向に並列に配置している。

又、マルチポート波長選択光スイッチに使用される光ファイバアレイの一例として、弓状に配列された光ファイバアレイが考案されている（例えば特許文献２の図１４（本明細書の図１８）を参照）。図１８より、弓状に磨かれた内部表面を有するアレイ押さえ部材130a，130bにより、上下から光ファイバアレイ131が挟持されることで、光ファイバアレイ131が弓状に配列される。前記弓状配列の湾曲は、斜めに伝搬する光信号の損失を低減するように設定される。

ＵＳ７１６２１１５

又、別形態の光ファイバアレイとして、Ｖ溝の形成角度が一定で、任意の深さに設定されたＶ溝を形成するものが考案されている（例えば、特許文献３を参照）。

特開平０９−５５７６（第２−３頁、第１図）

図１６に特許文献３の光ファイバアレイを示す。図１６の光ファイバアレイ123では、基板124の上面にＶ溝125が複数本平行に所定の一定間隔で配置されている。Ｖ溝125のうち両側に位置するものが一番深く形成され、中央に行くほどその深さが浅くなる。カバー126の下面の両側には突条127が、更に突条127の内側にはＶ溝128が設けられている。カバー126の中央に位置するＶ溝128ほどその深さが深くなっている。露出した光ファイバ129をそれぞれの並び順に従い、光ファイバアレイ123の基板124のＶ溝125に配置して接着剤を塗布した後、カバー126を被せて各光ファイバ129を一括して固着する。

この光ファイバアレイ123は、Ｖ溝125の深さが両側に位置するものほど深く、中央に行くほど浅くなっているので、結果的に光ファイバ129の端面のファイバ中心を結ぶ線分が所定の曲線となるように配置されることになる。よって、ファイバ中心を結んだ曲線が、接続対象である光伝送体の端面の光路の軸心を結ぶ曲線（例えば光導波路部品100のコア103軸心を結ぶ曲線）と同一となり、各光ファイバ129はその軸心が接続する相手の各光伝送体と一致する。従って、光ファイバアレイと光伝送体との接続が改善され、接続損失を低減することが出来る。

しかしながら、特許文献１の光ファイバアレイ122を実際に製造することは、以下の理由により困難である。

第１に、光ファイバ121をＶ溝116又は117に固定する時は紫外線硬化型接着剤を使用するため、光ファイバアレイ122を構成する材料には、光透過性材料（ガラスなど）を使用する必要がある。しかし、図15に示すような矩形凹凸を持つガラスを製造するため用いるドライエッチングのエッチングレートは遅いため、光ファイバアレイの製造時間が冗長化してしまう。またガラスのウェットエッチングでは図15に示すような形状を作製することが不可能である。

第２に、カバー118の光ファイバ121接触面に、前記矩形溝（凹部）119と矩形突条（凸部）120を形成するためには、多段エッチングを行う必要がある。しかしながら、プロセス数が増加すると共に、高精度な製造が困難ということもあり、Ｖ溝106又は107の設置位置と、矩形溝119と矩形突条120の設置位置との間に位置ずれが発生し易くなり、精度を出すことが困難となる。

第３に、カバー118の前記矩形溝119及び矩形突条120と、Ｖ溝106及び107を、紫外線硬化型接着剤で貼り合わせるとき、μm単位で位置出しを行うことが極めて困難であるため、正確な位置決めが出来なかった。

又、特許文献２の光ファイバアレイ131では、アレイ押さえ部材130a，130bの内部表面の弓状加工が困難である。

一方、特許文献３の光ファイバアレイ123では、主にダイシングによりＶ溝125及び128を製造するため、Ｖ溝125又は128の底部がR≧30μmの円弧形状に形成されてしまう。従って、細径化した光ファイバ129をＶ溝125及び128内に配列すると、前記円弧形状部分に光ファイバ129が接してしまい、光ファイバ129を点接触により保持できなくなるため、正確な光ファイバ129の位置決めが出来なくなってしまう。

そこで本発明の目的は、光ファイバを任意の位置に配列することが可能であると共に、光ファイバの正確な位置決めも可能な光ファイバアレイを実現することである。

本発明の請求項１に記載の光ファイバアレイは
互いに平行に配列されるｍ本（ｍ：０を含まない自然数）の光ファイバと、
面上に少なくともｍ本の溝が平行に形成された光ファイバ整列部材と、
カバーとを備え、
配列された前記光ファイバの端部が、前記光ファイバ整列部材の各々の前記溝内に配列されて、前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持され、
前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持される際、ｍ本の前記光ファイバの前記カバーに接する外周の一点を結んだ線分が一直線状に設定されて前記光ファイバは溝と前記カバーとで３点支持され、
前記溝の形成角度が全ての前記溝で一定に設定されると共に、前記溝の深さは異なるように任意に設定され、
更に、前記溝内に配列される前記光ファイバのクラッド径が任意に設定されることで、前記溝内に配列されたｍ本の前記光ファイバの各々のファイバ中心を結んだ線分が、非一直線状の任意の形状に設定されることを特徴とする光ファイバアレイである。

又、請求項２に記載の光ファイバアレイは
一定のピッチP1で配列されるｍ本（ｍ：０を含まない自然数）の光ファイバと、
面上に少なくともｍ本の溝が、前記ピッチP1より狭いピッチで平行に形成された光ファイバ整列部材と、
カバーとを備え、
前記光ファイバは、その端部に向かうにつれて前記ピッチP1が漸次狭められ、前記光ファイバの端部では前記ピッチP1より狭いピッチで配列され、
配列された前記光ファイバの端部が、前記光ファイバ整列部材の各々の前記溝内に配列されて、前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持され、
前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持される際、ｍ本の前記光ファイバの前記カバーに接する外周の一点を結んだ線分が一直線状に設定されて前記光ファイバは溝と前記カバーとで３点支持され、
前記溝の形成角度が全ての前記溝で一定に設定されると共に、前記溝の深さは異なるように任意に設定され、
更に、前記溝内に配列される前記光ファイバのクラッド径が任意に設定されることで、前記溝内に配列されたｍ本の前記光ファイバの各々のファイバ中心を結んだ線分が、非一直線状の任意の形状に設定されることを特徴とする光ファイバアレイである。

更に、請求項３に記載の光ファイバアレイは、
最も内側に形成される前記溝の深さが最も浅く、外側に形成される前記溝ほど深さが深く形成されていき、最も外側に形成される前記溝の深さが最も深く設定されると共に、
最も内側に形成される前記溝に配列される前記光ファイバの前記クラッド径が最も細く、外側に形成される前記溝に配列される前記光ファイバの前記クラッド径ほど太く形成されていき、最も外側に形成される前記溝に配列される前記光ファイバの前記クラッド径が最も太く設定されることにより、
ｍ本の前記光ファイバの各々のファイバ中心を結んだ線分が、所定の曲線形状に設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバアレイである。

更に、請求項４に記載の光ファイバアレイは、
前記光ファイバ整列部材の材料が単結晶シリコンであり、異方性エッチングにより前記溝を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光ファイバアレイである。

本発明に係る光ファイバアレイに依れば、アプリケーションの光結合系に応じて、溝の深さと光ファイバのクラッド径を調整することにより、アレイ状の複数の光ファイバを任意の位置に配列することが可能である。

又、ｍ本の光ファイバを、光ファイバ整列部材の溝の２点と、カバーの表面上の一点の３点で保持するため、光ファイバの正確な位置決めが可能な光ファイバアレイを実現することが出来る。

更に、ｍ本の光ファイバの、カバーに接する外周の一点を結ぶ線分が一直線状となるように設定することにより、平板のカバーによって光ファイバを挟持することが出来る。従って、溝に対するカバーの位置決めが簡略化されると共に、カバーの製造時間の短縮化も図れる。

又、異方性エッチングにより溝を形成することにより、形成角度が一定で任意の異なる深さを有する溝を容易に製造することが可能となる。

＜実施例１＞
以下、本発明に係る光ファイバアレイを、図１〜図７を参照しながら説明する。図１に示すように、実施例１の光ファイバアレイ１は、多芯光伝搬用の複数の光ファイバ２と、基板13と、カバー10を備えて構成される。

光ファイバ２は、コア2a（図２(a)参照）の周りを、コア2aの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド2bが包囲するシングルモード光ファイバからなる。光ファイバ２は所定寸法分だけ被覆2cが剥ぎ取られ、更に、被覆2cを取り除いたクラッド2b部分の端部付近が、図５に示すように、そのコアの軸cと平行方向に端部に向かってテーパ状に細径化される。細径化手段としてはエッチング等が挙げられ、コア2aを非エッチング箇所とすることで、コア径はそのままに維持しながらクラッド径のみエッチングして細径化を行う。

光ファイバ２の本数ｍは、０を含まない自然数に設定され、本実施の形態ではｍ＝10とした。各光ファイバ２は、それぞれのコア軸が平行となるように互いに平行に配列される。

基板13は、面上に少なくともｍ本のＶ字形の溝９（以下、必要に応じてＶ溝９と表記）が平行に形成された光ファイバ整列部材13aと、光ファイバ整列部材13に一体化して形成されＶ溝９の底部よりも低い平面13’を有するテラス部13bから構成される。

Ｖ溝９の形成角度θは、全てのＶ溝９で一定に設定される。更に、それぞれのＶ溝９の深さは異なるように任意に設定される。図２に示す構成例では、最も内側に形成されるＶ溝９の深さが最も浅く、外側に形成されるＶ溝９ほど深さが深く形成されていき、最も外側に形成され両側に位置するＶ溝９の深さが最も深く設定される。

更に、Ｖ溝９内に配列される光ファイバ２のクラッド径は任意に設定される。図２(a)に示す構成例では、Ｖ溝９の深さに合わせるように、最も内側に形成されるＶ溝９に配列される光ファイバ２が最も細く、外側に形成されるＶ溝９に配列される光ファイバ２ほど太く形成されていき、最も外側に形成されるＶ溝９に配列される光ファイバ２が最も太く設定される。このように光ファイバ２のクラッド径を設定することにより、光ファイバ整列部材８とカバー10によって挟持される際、カバー10に接するｍ本の光ファイバ２の外周の一点（点H1）を結んだ線分が、一直線状に設定される。

このようなＶ溝９と光ファイバ２の構成により、Ｖ溝９内に配列されたｍ本の光ファイバ２の各々のファイバ中心を結んだ線分が、図２(b)に一点鎖線Ｂで示すように非一直線状の任意の形状に設定される。今回の実施例では光ファイバ２の端面のファイバ中心を結ぶ線分が一定の曲率半径を有する所定の曲線形状となるように、光ファイバ２が配列されることした。

光ファイバ２のエッチングによる細径化は、光ファイバ２をエッチング液中に浸漬させることで行う。図３に示すとおり、クラッド径Dとエッチング時間ｔとは、ほぼ比例関係を示すため、エッチング時間を各光ファイバ２毎に調整することによって、任意のクラッド径を有する光ファイバを作製することが出来る。エッチング液には、一例として、フッ化アンモニウム（NH4F）・フッ酸（HF）・純水（H2O）の混合水溶液を用いるとするが、更に過酸化水素水（H2O2）を混合したものを使用しても良い。エッチング液に浸漬される光ファイバ部分2eのクラッドがエッチング液によって溶解され、次第に細径化される。浸漬される光ファイバ部分2eには、その長さ寸法に亘って伝搬損失が発生する。

次に、エッチングが施された光ファイバ２について、図４に示すような減衰変化量−直径（クラッド径）寸法のグラフを参照しながら説明を行う。なお、光ファイバ２に伝搬させる信号光の波長は、1550nmとした。図４のグラフより、直径寸法が約30μmを切るあたりまでは信号光の伝搬パワーの減衰値はほぼ一定を維持し、約30μmを切るあたりから変化が現れ始めることが分かる。従って、直径寸法約30μmが、光ファイバ２のエッチング部分の伝搬限界点と見なせることが明らかなため、クラッド径は最小30μmとして設計した。

次に、光ファイバ整列部材13a面上にＶ溝９を製造する製造工程を、図６を参照して説明する。なお図６では、図１の光ファイバ整列部材13aの左側半分のみを図示している。光ファイバ整列部材13aの材料には単結晶シリコン(Si)を用いる（以下、必要に応じて、シリコン部材13aと表記）。図６(a)に示すようにシリコン部材13aの(100)方向の一面に(110)方向に対して平行にマスク12を被覆する。

次に、フォトリソ工程によって作製されたマスク12が被覆された状態で、シリコン部材13aを図示しないエッチング液中に浸漬する。エッチング液には、水酸化カリウム（KOH）や水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）を用いる。マスク12にはシリコン部材13aの異方性の軸に対応してエッチング孔が形成してあり、エッチング液中に浸漬されたシリコン部材13aは、これらのエッチング孔を経て侵入するエッチング液により、各エッチング孔相当部分において図６(b)のように、(111)面の異方性エッチングが開始される。つまり、(111)面によって画成されたＶ字状のエッチング溝が形成される。

(111)方向と(100)方向のエッチング速度比は大きく異なるので、異方性エッチングは図６(b)及び(c)に示すように、シリコン部材13aの表面に対し、所定の角度を成して傾斜する傾斜面に沿って進行する。この進行が傾斜面で形成される頂点に達することで、Ｖ溝９が形成される。又、Ｖ溝９の深さは、エッチング孔の大きさを所望の大きさに設定することにより、所定の深さに設定される。従って図２(a)で示したように、最も内側に形成されるＶ溝（図６では、一番右側のＶ溝９）が最も早く形成され、最も内側のＶ溝９のエッチングが頂点まで達しているとき、その他のＶ溝は図６(c)に示すように、まだ頂点に到達していない。

異方性エッチングが更に進行することで、図６(d)に示すように内側に形成されるＶ溝９から順次、頂点に達することでＶ溝９が形成され、最後に、図６(e)に示すように最も外側のＶ溝９が形成される。異方性エッチングによりＶ溝９を形成することにより、形成角度が一定で、任意の異なる深さを有するＶ溝を容易に製造することが可能となる。

次に、図１と図２より、光ファイバ２の端部を、上下から挟み込むように光ファイバ整列部材13及び光ファイバ整列部材用のカバー10を設置する。図１(b)の矢印A1方向から見た光ファイバ端部の部分拡大図を図２(a)に示す。各光ファイバ２は１本ずつ、１つのＶ溝９とカバー10の表面によって上下から押さえ込まれるように、各々のＶ溝９内に配列される。これにより、細径化されたｍ本の光ファイバ部分2eが、各々のＶ溝９内に配列される。各光ファイバ２は、光ファイバ整列部材13aとカバー10とで挟持されることにより、各Ｖ溝９とカバー10の表面との３つの接触点H1〜H3によって３点支持される。

接着剤をＶ溝９と光ファイバ２との間隙、及び光ファイバ整列部材13aとカバー10との間の空間に充填することによって、光ファイバ２と光ファイバ整列部材13a及びカバー10とを固定する。更に、光ファイバ２の端部を、光ファイバ整列部材13a及びカバー10ごと研磨して、各光ファイバ２の端部の長さを一様に揃える。或いは、光ファイバ２の端部のみを平坦に研磨して、ｍ本の光ファイバ２の各端部の長さを一様に揃えても良い。

次に、光ファイバアレイ１を使用したアプリケーションの一例を、図７を参照して説明する。図７は光ファイバアレイ１を適用する光分波器の構成を示す概念図であり、入出力ポートを構成する光ファイバアレイに、実施例１に係る光ファイバアレイ１を用いる。図２(a)で示す光ファイバアレイ１の端部を、回折格子４に向けて配置する。

光ファイバアレイ１の１ポートを入力ポートとし、波長多重信号をその入力ポートから回折格子４に出射して、波長多重信号を波長毎に回折する。回折光の回折角度は波長に応じた角度となるため、回折光はレンズ５を透過した後、波長に応じてMEMSミラーアレイ６で反射され、光ファイバアレイ１のそれぞれの出力ポートに結合される。

光ファイバアレイ１の出力ポートに結合された光は、各光ファイバ２に光学的に結合され、伝搬されていく。

図７の光分波器において、光ファイバアレイ１から出射される各入力ポートの光信号が、回折格子４に対して異なる角度で入射することにより、回折光が非一直線状になったとしても、図２(b)に示す一点鎖線の曲線Ｂを回折光の非一直線状態に合致するように、Ｖ溝９の深さと光ファイバ２のクラッド径を調整することにより、回折光と出力ポートとの接続損失を低減することが可能となる。

このように本発明に係る光ファイバアレイ１では、アプリケーションの光結合系に応じて、Ｖ溝９の深さと光ファイバ２のクラッド径を調整することにより、アレイ状の複数の光ファイバ２を任意の位置に配列することが可能である。

又、ｍ本の光ファイバ２を、光ファイバ整列部材13aのＶ溝９の２点（点H2、H3）と、カバー10の表面上の一点H1の３点で保持するため、光ファイバ２の正確な位置決めが可能な光ファイバアレイ１を実現することが出来る。

更に、ｍ本の光ファイバ２の、カバー10に接する外周の一点H1を結ぶ線分が一直線状となるように設定することにより、平板のカバー10によって光ファイバ２を挟持することが出来る。従って、Ｖ溝９に対するカバー10の位置決めが簡略化されると共に、カバー10の製造時間の短縮化も図れる。

なお、光ファイバアレイ１を使用したアプリケーションとしては、図７で説明した光合分波器の他に、図１３に示すような光導波路部品100と光学的に接続する光ファイバアレイ105に実施例１に係る光ファイバアレイ１を用いても良い。

＜実施例２＞
次に、本発明に係る光ファイバアレイの実施例２を、図８〜図１０を参照しながら説明する。なお、実施例１の光ファイバアレイ１と同一箇所には同一番号を付し、説明を省略又は簡略化する。図８に示すように、本実施の形態の光ファイバアレイ14は、多芯光伝搬用の複数の光ファイバ２と、ガイドを設けた基板３（以下、ガイド基板３）と、面上に複数の溝が形成された光ファイバ整列部材８（図１０参照）と、光ファイバ整列部材８を覆うカバー10、及び前記ガイド基板３を保持するホルダー11を備えて構成される。

光ファイバ２の始端側（図８及び図９の矢印s側）から端部（図８及び図９の矢印t側）に向かって、所定寸法分だけ被覆2cが剥ぎ取られ、更に、被覆2cを取り除いたクラッド2b部分の端部付近がエッチングによって、図５に示すようにテーパ状に細径化される。

各光ファイバ２の非エッチング箇所（被覆2c部分を含む）のコア間隔は250μmなので、始端側における各光ファイバ２はピッチP1＝250μmで一定に配列される。

ガイド基板３は融点が230℃を超えるシリコン（Si）、又は、ガラス転移温度が230℃を超えるプラスチックや、同じくガラス転移温度が230℃を超える感光性ガラスから構成される。更に、その面上には図９に示すように、光ファイバ２の本数ｍと同数の溝3aから構成されるガイドが形成される。各溝3aは、ガイド基板３の一端側（矢印s側）では一定のピッチP1で平行に形成され、前記一端側と反対方向である端部側（矢印t側）に進むにつれて、ピッチP1は漸次狭められるように形成されていく。

ガイド基板３の各々の溝3aに、図８に示すように各光ファイバ２を挿入し、その状態でガイド基板３の上から、押さえ部材７を被せて各光ファイバ２を堅固に保持する（図８では、光ファイバ２の視認性確保のため、押さえ部材７は透過図としている）。次に、紫外線硬化性の樹脂接着剤を流し込んで固定することにより、10本の光ファイバ２から構成されるアレイ状の光ファイバが形成される。

光ファイバ２の固定に紫外線硬化接着剤を用いる理由は、熱硬化性接着剤と云った他の接着剤に比べて固定に要する時間（タスク時間）が、紫外線照射時間だけで済み、短時間で工程を終了することが出来るからである。紫外線硬化接着剤は、エポキシ系かアクリル系、又はシリコン系で、ガラス転移温度60℃〜150℃程度のものを使用すれば良い。

前述の通り、各溝3aはガイド基板３の端部側（矢印t側）に進むにつれてピッチP1が漸次、狭まるように形成されている。従って、その溝3aに挿入された各光ファイバ２も、前記一端側（矢印s側）ではピッチP1で配列され、光ファイバ２の端部（矢印ｔ側）に向かうに従い、ピッチP1が漸次狭められていく。よって、端部側での光ファイバ２の各コア2aの軸間距離（ピッチ）は、矢印ｔ側の端部に近づくにつれて徐々にピッチP1よりも狭められる。そして、図１０(b)に示すように、各光ファイバ2dの端部は、ピッチP1よりも狭いピッチP2〜P6で一列状に集束、配列されて、集束部2dを形成する。

ガイドが漸次狭められるように形成されているため、溝3a内で各光ファイバ２は彎曲する。従って、ガイドの彎曲形状は、光ファイバ２の曲げに伴って発生する伝搬損失を考慮して決定される。

次に、図８と図１０より、光ファイバ２の端部の集束部2dを、上下から挟み込むように光ファイバ整列部材８及び光ファイバ整列部材用のカバー10を設置する。図８のA2−A2線で示す断面の拡大図を図１０(a)に示す。光ファイバ整列部材８の面上には少なくとも光ファイバ２の本数ｍの溝９が、前記ピッチP1より狭いピッチP2〜P6で平行に形成され、各光ファイバ２は１本ずつ、１つの溝９とカバー10の表面によって上下から押さえ込まれるように、各々の溝９内に配列される。これにより、細径化されたｍ本の光ファイバ部分2eが、各々の溝９内に配列される。各溝９の断面形状は図１０に示すようにＶ字形に形成されている（以下、Ｖ溝９と表記）ので、集束部2dの各光ファイバ２は、光ファイバ整列部材８とカバー10とで挟持されることにより、各Ｖ溝９とカバー10の表面との３つの接触点H1〜H3によって３点支持される。

Ｖ溝９の形成角度θは、全てのＶ溝９で一定に設定される。更に、それぞれのＶ溝９の深さは異なるように任意に設定される。図１０に示す構成例では、最も内側に形成されるＶ溝９の深さが最も浅く、外側に形成されるＶ溝９ほど深さが深く形成されていき、最も外側に形成される（即ち、両側に位置する）Ｖ溝９の深さが最も深く設定される。

更に、Ｖ溝９内に配列される光ファイバ２のクラッド径は任意に設定される。図１０に示す構成例では、Ｖ溝９の深さに合わせるように、最も内側に形成されるＶ溝９に配列される光ファイバ２が最も細く、外側に形成されるＶ溝９に配列される光ファイバ２ほど太く形成されていき、最も外側に形成されるＶ溝９に配列される光ファイバ２が最も太く設定される。このように光ファイバ２のクラッド径を設定することにより、光ファイバ整列部材８とカバー10によって挟持される際、カバー10に接するｍ本の光ファイバ2dの外周の一点（点H1）を結んだ線分が、一直線状に設定される。

このようなＶ溝９と光ファイバ２の構成により、Ｖ溝９内に配列されたｍ本の光ファイバ２の各々のファイバ中心を結んだ線分が、図１０(b)に一点鎖線Ｂで示すように非一直線状の任意の形状に設定される。結果的に光ファイバ２の端面のファイバ中心を結ぶ線分が一定の曲率半径を有する所定の曲線形状となるように、光ファイバ２が配列されることになる。

次に、接着剤をＶ溝９と光ファイバ２との間隙及び光ファイバ整列部材８とカバー10との間の空間に充填する。更に、光ファイバ２の端部を、光ファイバ整列部材８及びカバー10ごと研磨して、各光ファイバ２の端部の長さを一様に揃える。或いは、光ファイバ２の端部のみを平坦に研磨して、ｍ本の光ファイバ２の各端部の長さを一様に揃えても良い。

光ファイバ整列部材８面上にＶ溝９を製造する製造工程は、前述の図６の通りである。

光ファイバアレイ14を使用したアプリケーションの一例としては、前述の図７に示す光分波器の入出力ポートを構成する光ファイバアレイに、実施例２に係る光ファイバアレイ14を用いることが挙げられる。図８で示す光ファイバアレイ14の端部を、回折格子４に向けて配置する。又、光合分波器の他に、図１３に示すような光導波路部品100と光学的に接続する、光ファイバアレイ105に実施例２に係る光ファイバアレイ14を用いても良い。

なお、本発明はその技術的思想により種々変更可能であり、例えば光ファイバアレイ１又は14の光ファイバ２端面構造を、図２又は図１０に代えて図１１に示すような構造に変更しても良い。図１１の光ファイバ２端面構造は、大小二通りのクラッド径を有する光ファイバ２を交互に、それぞれ深さの異なるＶ溝９に配列した構造である。従って、ｍ本（ｍ＝９）の光ファイバ２の各々のファイバ中心を結んだ線分は、図１１(b)に一点鎖線Ｂで示すように非一直線状の折れ線状に設定される。又、ｍ本の光ファイバ２の各々のファイバ中心を結んだ線分の形状は、他にも非球面曲線に設定しても良い。

又、Ｖ溝９は、図１２に示すように光ファイバ２の配列に支障を来さなければ、頂点まで形成されていなくても良い。又、光ファイバ２にはテープ型光ファイバを用いることも可能である。

本発明の光ファイバアレイは、光通信システムの配線部や、光分波器に用いることが出来る。

(a) 本発明の実施例１の光ファイバアレイの構成を示す斜視図。 (b) 同図(a)に示される各構成部品を組み立てることで構成される光ファイバアレイを示す斜視図。 (a) 図１(b)のA1方向から見た光ファイバ端部の部分拡大図。 (b) 同図(a)の光ファイバの各々のファイバ中心を結ぶ線分の状態を示す説明図。 光ファイバのクラッド径とエッチング時間との関係を示すグラフ。 エッチングが施された光ファイバの、減衰変化量−直径（クラッド径）寸法グラフ。 図１又は図８の光ファイバアレイに使用される光ファイバの部分拡大図。 図１又は図８の光ファイバアレイの光ファイバ整列部材の製造工程を示す説明図。 図１又は図８の光ファイバアレイが使用される一例のアプリケーションの構成を示す概念図。 本発明の実施例２の光ファイバアレイを示す平面図。 図８の光ファイバアレイの構成部品であるガイド基板を示す平面図。 (a) 図８のA2−A2拡大部分断面図。 (b) 同図(a)の光ファイバの各々のファイバ中心を結ぶ線分の状態を示す説明図。 (a) 本発明に係る光ファイバアレイの変更例における光ファイバ端面構造を示す部分拡大断面図。 (b) 同図(a)の光ファイバの各々のファイバ中心を結ぶ線分の状態を示す説明図。 光ファイバ整列部材の溝形状の変更例を示す拡大部分断面図。 光導波路部品と光ファイバアレイの接続状態を説明する斜視図。 光分波器の構成を示す斜視図。 (a) 従来の光ファイバアレイの一例を示す斜視図。 (b) 同図(a)の一点鎖線の楕円部の部分拡大図。 従来の他の光ファイバアレイの一例を示す正面図。 図１４の光分波器において、入力ポートが複数設けられた場合の光信号の伝搬状態を模式的に示す斜視図。 他の従来の光ファイバアレイの一例を示す部分拡大図。

符号の説明

１、14 光ファイバアレイ
２ 光ファイバ
2a コア
2b クラッド
2c 被覆
2d 集束部
2e 細径化された光ファイバ部分
３ ガイド基板
3a 溝
４ 回折格子
５ レンズ
６ MEMSミラーアレイ
７ 押さえ部材
８ 光ファイバ整列部材
９ Ｖ溝
10 カバー
11 ホルダー
12 マスク
13 基板
13a 光ファイバ整列部材
13b テラス部
13’ 平面
ｃ コアの軸
H1、H2、H3 接触点
P1 光ファイバ始端側のピッチ
P2,P3,P4,P5,P6 光ファイバ端部のピッチ
ｓ 光ファイバの始端側
ｔ 光ファイバの端部

Claims (4)

1. 光ファイバアレイは
   互いに平行に配列されるｍ本（ｍ：０を含まない自然数）の光ファイバと、
   面上に少なくともｍ本の溝が平行に形成された光ファイバ整列部材と、
   カバーとを備え、
   配列された前記光ファイバの端部が、前記光ファイバ整列部材の各々の前記溝内に配列されて、前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持され、
   前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持される際、ｍ本の前記光ファイバの前記カバーに接する外周の一点を結んだ線分が一直線状に設定されて前記光ファイバは溝と前記カバーとで３点支持され、
   前記溝の形成角度が全ての前記溝で一定に設定されると共に、前記溝の深さは異なるように任意に設定され、
   更に、前記溝内に配列される前記光ファイバのクラッド径が任意に設定されることで、前記溝内に配列されたｍ本の前記光ファイバの各々のファイバ中心を結んだ線分が、非一直線状の任意の形状に設定されることを特徴とする光ファイバアレイ。
2. 光ファイバアレイは
   一定のピッチP1で配列されるｍ本（ｍ：０を含まない自然数）の光ファイバと、
   面上に少なくともｍ本の溝が、前記ピッチP1より狭いピッチで平行に形成された光ファイバ整列部材と、
   カバーとを備え、
   前記光ファイバは、その端部に向かうにつれて前記ピッチP1が漸次狭められ、前記光ファイバの端部では前記ピッチP1より狭いピッチで配列され、
   配列された前記光ファイバの端部が、前記光ファイバ整列部材の各々の前記溝内に配列されて、前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持され、
   前記光ファイバ整列部材と前記カバーによって挟持される際、ｍ本の前記光ファイバの前記カバーに接する外周の一点を結んだ線分が一直線状に設定されて前記光ファイバは溝と前記カバーとで３点支持され、
   前記溝の形成角度が全ての前記溝で一定に設定されると共に、前記溝の深さは異なるように任意に設定され、
   更に、前記溝内に配列される前記光ファイバのクラッド径が任意に設定されることで、前記溝内に配列されたｍ本の前記光ファイバの各々のファイバ中心を結んだ線分が、非一直線状の任意の形状に設定されることを特徴とする光ファイバアレイ。
3. 最も内側に形成される前記溝の深さが最も浅く、外側に形成される前記溝ほど深さが深く形成されていき、最も外側に形成される前記溝の深さが最も深く設定されると共に、
   最も内側に形成される前記溝に配列される前記光ファイバの前記クラッド径が最も細く、外側に形成される前記溝に配列される前記光ファイバの前記クラッド径ほど太く形成されていき、最も外側に形成される前記溝に配列される前記光ファイバの前記クラッド径が最も太く設定されることにより、
   ｍ本の前記光ファイバの各々のファイバ中心を結んだ線分が、所定の曲線形状に設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバアレイ。
4. 前記光ファイバ整列部材の材料が単結晶シリコンであり、異方性エッチングにより前記溝を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光ファイバアレイ。

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