JP5166295B2 - 光ファイバアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信等で使用される光スイッチ、アイソレータ、光コネクション装置の入出力部、半導体レーザ、フォトダイオードと光ファイバとの光結合部品、あるいは多芯光コネクタを構成す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。

基幹ネットワークは、データトラヒックの急激な増大に伴い、大容量化が強く求められている。この基幹ネットワークにおいて、伝送路部分には、ＷＤＭ（wavelength division multiplexing）技術を利用した大容量光ネットワークが既に導入されている。しかしながら、ノード部分は、光信号を電気信号に一旦変換し、電気スイッチで方路の切り替えを行った後、光信号に再び変換して伝送路部分に戻す方式となっている。

このような光信号と電気信号とを変換する装置は、信号帯域の向上に伴って、コストや消費電力が大幅に上昇することが指摘されている（非特許文献１参照）。このため、光信号をそのままの状態でスイッチングする光スイッチを利用することが検討されている。特に、光スイッチ内の配線に光導波媒体を用いることなく、光ビームをスイッチ内部の結線（光接続）やスイッチ間の結線に利用するフリースペース型の光スイッチは、小型化が可能であるため大規模ルータのスイッチ部への実用化が検討されている。

このようなフリースペース型の従来の光スイッチ（非特許文献２参照）の概略構成を図９に示す。同図に示す光スイッチ１１０は、光ファイバアレイ１１１、マイクロレンズアレイ１１２、マイクロ可動ミラーアレイ１１３、固定ミラー１１４から構成されたものである。光ファイバアレイ１１１はファイバ整列用部材を用いることで、光ファイバがある一定の間隔をあけて二次元的あるいは一次元的に整列配置されたものである。マイクロレンズアレイ１１２はマイクロレンズが空間光ビーム接続装置と同様にある一定の間隔をあけて二次元的あるいは一次元的に整列配置されたものである。

また、マイクロ可動ミラーアレイ１１３は、マイクロマシン技術を用いて半導体基板上に形成された能動素子であるマイクロ可動ミラー１１５が、一次元的あるいは二次元的に複数配列されたものであり、ミラー面の傾き角度θが動的に各々変化可能とされている。なお、同図において、各部分は煩雑化を避けるために、一次元の配列として各々記載している。

このようなフリースペース型の従来の光スイッチ１１０では、光ファイバアレイ１１１の各光ファイバから出射した光信号１１６は、マイクロレンズアレイ１１２の各マイクロレンズで平行光に変換されてから、マイクロ可動ミラーアレイ１１３の各マイクロ可動ミラーで反射された後、固定ミラー１１４で反射され、マイクロ可動ミラーアレイ１１３のマイクロ可動ミラーで再度反射されて、マイクロレンズアレイ１１２のマイクロレンズを介して光ファイバアレイ１１１の光ファイバへ最終的に集光される。

このように構成された光スイッチ１１０では、マイクロ可動ミラーアレイ１１３のマイクロ可動ミラーの傾き角度θを調整することにより、光信号１１６の進行方向を切り替え、光信号１１６を光ファイバアレイ１１１の目的とする光ファイバへ案内している。ここで示した光ファイバとマイクロレンズとから構成される光ファイバと光ビームとの変換あるいは結合に用いられる光学系は、一般に光コリメータとよばれる。

上記光スイッチ１１０においては、入出力光ファイバ間の接続損失は、各光学部品と空隙との間に生じる屈折率境界面における反射損失に加え、光コリメータを構成する光ファイバとマイクロレンズとの光軸ずれにより生じた光ビームの光軸傾きに起因する光ビームと出力光ファイバとの結合損失、レンズ開口からのケラレ損失、及びマイクロ可動ミラーにおけるケラレ損失が支配的である。さらに、上記光軸ずれにより光軸傾きを引き起こした光ビームは、隣接チャンネルに対してクロストークを発生させ、光通話路品質の劣化を引き起こす。

特に、二次元光コリメータアレイにおいては、各光ファイバとレンズとの光軸ずれ量は、光ファイバアレイにおけるファイバ配列誤差により大きく影響される。このため、二次元光コリメータアレイでは、アレイ作製精度の向上が強く求められている。なお、ここに示した光コリメータアレイが用いられる装置は、光スイッチに限定されず、同様に光ビームを結線に用いる光アイソレータや光インタコネクション装置に適用されている。また、半導体レーザやフォトダイオードと光ファイバとの結合部にも適用されている。

ここで、フリースペース型の光スイッチに用いられる二次元の光ファイバアレイの従来の一例の概略構造を図１０に示す。同図に示すように、二次元光ファイバアレイ１２０は、光ファイバ１２１がＶ溝基板１２２のＶ字溝部にそれぞれ挿入されて整列され、ファイバ抑え板１２３でそれぞれ仮固定されると共に、これら部品の間に生じる空隙に充填された接着剤で固定され、Ｖ溝基板１２２を複数積層されて接着されたものである。Ｖ溝基板１２２には、セラミック、ガラス、シリコンなどの基板に、精密加工技術を用いてＶ字形の溝部を形成されたものが広く使われており、基板面に対して水平方向の光ファイバ配列誤差を１μｍ以下に抑えることが可能とされている。

また、二次元の光ファイバアレイの従来の他の例（ＭＴ型の光コネクタのフェルール）の概略構造を図１１に示す。同図に示すように、二次元の光ファイバアレイ１３０は、光ファイバ１３１がフェルール１３２の整列用のガイド孔１３２ａ内に各々挿入され、接着剤の充填用孔１３２ｂから注入された接着剤で固定されている。上記フェルール１３２は、熱収縮時や成型後に生じる変形量が小さいポリマ系熱可塑性材料（熱可塑性樹脂）が使用され、加熱された当該材料を金型内に押し出して冷却して成型するトランスファー成型法により作製されている。一般に、トランスファー成型法に代表されるプラスチック成形技術は、大量生産に適しており、高精度な光ファイバアレイを低コストに作成することを可能としている。
A.S.Morris III，"In search of transparent networks",IEEE Spectrum,pp47-51(Oct.2001) D. T. Neilson, et. al., "Fully provisioned 112x112 micro-mechanical optical cross connect with 35.8Tb/s demonstrated capacity", OFC2000. paper-PD12-1, (2000)

ところが、図１０に示したような二次元の光ファイバアレイ１２０においては、以下のような問題があった。なお、以下の説明では、光ファイバの光軸をＺ方向、Ｖ溝基板の積層方向をＹ方向、Ｚ軸およびＹ軸に対してそれぞれ垂直な光ファイバの配列方向をＸ方向と定義する。
（１）まず、Ｖ溝基板１２２を積層する場合、同基板上に配列された光ファイバ１２１の中心位置を、上下の基板間で基板に対し水平な方向（Ｘ方向）について±１〜２μｍ以内の精度で位置合わせする必要がある。このため、Ｖ溝基板１２２の外形精度を前記と同程度に高めて基板端部を治具等に当接させるか、そうでない場合はＶ溝基板１２２そのものに何らかの位置決め機構を設け、あるいは光ファイバ１２１の端面が露出する側のＶ溝基板端面を観察しながら同基板間の相対位置を微調整して位置合わせを行うことになり、高精度な機械加工あるいは実装技術が要求される。さらに、位置合わせした後に同基板間を接着固定するため、接着材による硬化収縮の影響を考慮する必要があり、この収縮による位置の制御は困難である。また、Ｖ溝を作製する基板自体にも±３〜５μｍ程度の厚さのバラツキが存在する。このため、二次元の光ファイバアレイ１２０では、光ファイバ１２１の配列精度、特にＶ溝基板の積層方向（Ｙ方向）に対する前記配列精度の向上に限界がある。
（２）また、規模の拡大に伴って、光ファイバ１２１の数をＶ溝基板１２２と平行な方向（Ｘ方向）に増やすと、Ｖ溝基板１２２の反りによって光ファイバ１２１の配列誤差が生じやすくなり、また、Ｖ溝基板１２２の積層数を増やすと、Ｖ溝基板１２２の厚さや接着剤の厚さのバラツキに起因して光ファイバ１２１の配列誤差が生じやすくなってしまう。Ｖ溝基板１２２を高い寸法精度で形成したとしても、接着剤の厚さバラツキや硬化収縮により、全体の配列誤差が大きくなってしまう。接着剤層を薄くして厚さバラツキや硬化収縮の影響を抑制したとしても、適切な厚みを保持しなければ接着特性が不十分になって長期信頼性を確保できなくなることがあり、その厚みの制御は容易ではない。
（３）一般に、Ｖ溝基板１２２は、半導体やガラスやセラミックス等の基板に精密機械加工やエッチングプロセスでＶ字形の溝部を形成することにより作製されるが、このような高精度な機械加工やプロセスを伴う製造方法は、大量生産に適さず、製造コストの低減を図ることが困難である。
（４）また、Ｖ溝基板１２２に整列させる光ファイバ１２１の外径は５０μｍ〜１２５μｍと非常に細く、かつ表面を保護する被覆が取り除かれた状態であるため破断しやすい。あるいは破断しないまでも微小な傷が表面に付いて将来的に断線の原因となることがあるため、取り扱いには注意を要する。また、Ｖ溝基板１２２の外側に引き出された光ファイバには、一般に外径２５０μｍの一次被覆が施されており表面は保護されているが、機械強度が低いため、わずかな張力が掛かったり、Ｖ溝基板１２２の端部に応力が集中したりするだけで折れることがある。このため、光ファイバ１２１をアレイ化した後に断線が発生するなどして製造歩留まりを下げることがあり、図１０に示す二次元の光ファイバアレイ１２０の組み立てコストの削減は難しい。
（５）また、反射損失を十分小さくするためには、斜め研磨コネクタのように光ファイバ端面を光軸に対して斜めにし、反射戻り光が光ファイバコアへ結合することを防ぐ方法が有効であるが、先に述べたような細い外径の光ファイバ１２１を個々に斜め研磨することは、光ファイバ先端に欠け等が発生しやすく非常に困難である。個々に斜め研磨された光ファイバの研磨方向を全て揃えてアレイ化することは、光ファイバ単体の取り扱い、および研磨面を揃えて組み立てる実装の観点から、さらに困難であることは明らかである。この問題を回避するため、光ファイバ１２１をＶ溝基板１２２に整列・固定して一次元の光ファイバアレイ化した後に、Ｖ溝基板毎同基板を積層する方向（Ｙ方向）に所定の角度を成すよう光ファイバ端面を斜め研磨し、それを積層して二次元化する方法も提案されている。しかしながら、二次元の光ファイバアレイ１２０に配列された光ファイバ１２１の配列間隔は、可能な限りの高密度化に対応できることが望ましく、このためＶ溝基板１２２の積層方向（Ｙ方向）に対する光ファイバ配列間隔を制約するＶ溝基板１２２の厚みは、５００μｍ〜１ｍｍにすることが要求される。このように薄い基板の研磨は、基板の保持や研磨時の押圧力の調整が難しい。さらに、積層する複数のＶ溝基板を同時に斜め研磨しない限り、斜め研磨面の傾斜角度（Ｙ−Ｚ平面上でＹ軸に対し研磨面が成す傾き）や、当該研磨面の端面角度誤差（理想的な研磨においてはＸ−Ｚ平面上で研磨端面とＺ軸が垂直となる）がＶ溝基板毎にばらつくため、安定した光学特性を保証することが難しくなる。
以上の理由により、図１０に例示した二次元の光ファイバアレイ１２０について、反射損失を防止するための傾斜端面を設けることは技術的に困難である。

他方、図１１に示したような二次元の光ファイバアレイ１３０においては、以下のような問題があった。一般に、光コリメータを構成する光ファイバ及びレンズと空気との屈折率境界面には、反射の影響を避けるため、誘電体多層膜から構成される無反射コート膜を形成するようにしている。この無反射コート膜の形成には、多くの場合蒸着法が用いられるが、蒸着法では、一般的に膜の形成過程において、形成対象が数百℃以上の高温環境下に晒されることになる。

図１１に示すフェルール１３２を用いる場合、複数の光ファイバ１３１が各々ガイド孔１３２ａ内に挿入され、各光ファイバ１３１がフェルール１３２により保持された状態で、各光ファイバ１３１の光入出射端面の研磨や、研磨した光入出射端面に対する無反射コート膜の形成を行う。ところが、フェルール１３２を構成する熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度が１８０〜２００℃近辺にあり、フェルール１３２とともに蒸着法を用いて無反射コート膜を形成することは、耐熱性の点で困難である。

また、仮に無反射コート膜を形成したとしても、通信波長帯で必要とされる数十ｎｍの波長範囲に亘って反射を抑制するためには、その反射率を最小でも０.０５％程度とするのが限界であり、これを反射損失に換算すると概ね−３３ｄＢとなる。従って、通常の通信デバイスで求められているような−４０ｄＢ以下の反射損失を無反射コート膜だけで実現することは非常に困難である。この問題を解消する手段としては、光ファイバ１３１の光入出射端面に無反射コート膜を形成する代わりに、フェルール１３２および前記フェルール内に保持された複数の光ファイバ１３１を、一般にＭＰＯコネクタと称される多心の斜め研磨光コネクタと同様に研磨することにより、前記光ファイバ端面を光軸に対して斜めにし、反射戻り光が光ファイバコアへ結合することを防ぐ方法を容易に挙げることができる。

この手段によれば、図１０で示したような二次元の光ファイバアレイ１２０で問題となる光ファイバの配列誤差や、斜め研磨面の傾斜角度バラツキ等を、光学特性上無視できる程度に収めることが可能である。しかしながら、図１１に示したような二次元の光ファイバアレイ１３０では、光ファイバ１３１を被覆のない状態でフェルール１３２に挿入するため、光ファイバの配列数が増えるほど組立が難しくなる問題があった。具体的には、フェルールのガイド孔１３２ａの内部で光ファイバ１３１が破断しガイド穴を詰まらせてしまう、あるいは、全てのガイド孔１３２ａに光ファイバ１３１を通して固定する前に一部の光ファイバが抜けてしまい、挿入済みの光ファイバの根元をかき分けながら抜けたガイド穴へ再挿入する等の問題がある。このため、組立の歩留まり低下や組立時間の増加を引き起こし、組立コスト削減には限界がある。また、被覆のない光ファイバを取り扱うため、組立時に光ファイバ表面に傷を付けて、長期信頼性の低下を招く恐れもあった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、十分小さい反射減衰量を確保した配列誤差の極めて小さい二次元の光ファイバアレイを、簡易な製造方法を用いて低コストで提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、複数の光ファイバと、これら光ファイバのそれぞれが嵌入されて保持される光ファイバ用貫通孔が中心に設けられ、前記光ファイバを保持するフェルールとこのフェルールを保護するフランジとによって構成された複数の光ファイバ継ぎ口手段と、これら光ファイバ継ぎ口手段のそれぞれが嵌合される複数の貫通ガイド孔が設けられた整列基板とを備え、前記光ファイバの前記整列基板から露出した光入出射端面が光ファイバの中心軸と直交する面に対して所定角度だけ傾斜され、前記光ファイバ継ぎ口手段のフランジは、その外周部の一部を平面で切り落とした形状の平坦部が設けられ、前記整列基板は、前記光ファイバ継ぎ口手段との間で前記各光ファイバの光入出射端面の傾きの方向を揃えるため前記フランジの平坦部と係合する長方形の孔が設けられた配向基板と、前記光ファイバ継ぎ口手段のそれぞれが嵌合される貫通孔を有し前記各光ファイバを配列する貫通孔基板とからなるものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記光ファイバの光入出射端面を無反射コート膜で被覆したものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記整列基板をトランスファー成型法によって形成したものである。

本発明によれば、配向基板における長方形の孔に対して、外周部の一部を平面で切り落とした形状の平坦部が設けられたフランジが容易に係合した後、フェルールが貫通孔基板の貫通孔に嵌合されるだけで、各光ファイバの光入出射端面の傾きの方向が揃えられるため、高精度な光ファイバアレイを低コストで提供できるようになる。

加えて、光ファイバ継ぎ口手段に保持された状態で、光ファイバ継ぎ口手段の先端とともに光ファイバの光入出射端面に無反射コートを取り付けることができるようになる。これにより、反射損失をさらに向上させることが可能になる。あるいは、無反射コート処理により斜め研磨角度を小さくすることも可能になる。さらに、光ファイバの光入出射端面の斜め研磨角度が小さいほど、光ファイバから出射するビームが傾斜面において屈折することにより生じるビームの角度ずれが小さくなり、フェルール端面の斜め方向の配向精度を緩和することが可能であるため、組立コストを低減する効果もある。このように、光ファイバ継ぎ口手段の先端部に無反射コートが形成されていれば、本発明の光ファイバアレイを、光通信等で使用される空間光学系光スイッチの入出力部や、半導体レーザに代表される発光素子との光結合部等に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［第１の実施の形態］
図１に全体を符号１で示す光ファイバアレイは、複数の光ファイバ２と、各光ファイバ２を保持するフェルール３およびフランジ４からなる光ファイバ継ぎ口手段５と、フェルール３を介して光ファイバ２を互いに平行にかつ所定の間隔をおいて保持する整列基板６とによって概ね構成されている。図２に示すように、フェルール３には、光ファイバ２の先端部の被覆が取り除かれて、コアとクラッドとからなる導波路の露出した部分が嵌入されている。また、フェルール３の光ファイバ２が挿入される側には、フェルール３から光ファイバ２にかけてこれらを保護するフランジ４が設けられている。フランジ４の中心に設けられた貫通孔は内径の太い部分と細い部分とから構成され、内径の太い部分にフェルール３の一部が嵌入され、細い部分に被覆付きの光ファイバ２が嵌入されている。

光ファイバ２は、フェルール３の貫通孔に嵌入され、光コネクタの組立に広く用いられている熱硬化型接着剤により固定されてフェルール３内部に保持される。フェルール３の貫通孔の入口には光ファイバ２を孔に導入するためのテーパが設けられており、被覆のない状態の光ファイバ表面に傷を付けることなく嵌入することができる。光ファイバ２は、フェルール３の貫通孔の入口から、フランジ４が装着される側のフェルール端部にかけて、概ね直径２５０μｍの一次被覆により表面を保護され、さらにフランジ４の内部で概ね直径５００〜９００μｍの二次被覆を重ねることにより機械強度を確保されている。このため、光ファイバ２を保持したフェルール３を後述する整列基板６に配列された貫通ガイド孔６ａに差し込む際に、光ファイバ２に破断や傷などを与えることなく、簡易に取り扱うことができる。

整列基板６には、図３に示すように複数の貫通ガイド孔６ａがマトリックス状に設けられており、この貫通ガイド孔６ａの内形形状はフェルール３の外形形状と略同じ形状に形成されている。したがって、この貫通ガイド孔６ａに光ファイバ２の先端部分に設けられた円筒形状のフェルール３を差し込むことで、このフェルール３を介して複数の光ファイバ２が互いに平行となるように整列基板６に取り付けられる。光ファイバ２は、フェルール３の中心を貫通する貫通孔に嵌入され、光ファイバ２の光入出射端面２ａは、フェルール３の端面３ａ側に露出しており、その各端面２ａ，３ａは斜め研磨により傾斜面とされている。また、複数の光ファイバ２の光入出射端面２ａは互いに平行になるよう整列されている。

一般的に、光ファイバアレイは、反射減衰量を一般的な通信デバイスの要求値である−４０ｄＢ以下にするため、光ファイバの光入出射端面、およびそれが露出する側のフェルール端面は、光ファイバの光軸方向に対し所定角度を成す傾斜面とする。傾斜面は、光ファイバをフェルールに固定する工程に続いてフェルール単体を研磨することにより形成してもよく、また、光ファイバを固定したフェルールを整列基板に挿入した後に整列基板ごと研磨するか、あるいはフェルールを整列基板より突き出させ、フェルール先端のみを研磨することにより形成してもよい。光ファイバから出射するビームの光路長ばらつきが光学特性に悪影響を及ぼす場合は、例えばフェルールを整列基板に挿入した後に、フェルール先端をオプティカルフラット等の平滑面に当接させることにより、それらのフェルール先端位置を光ファイバの光軸方向（Ｚ方向）に揃えることもできる。

フェルール３は、光ファイバの保持部品であり、現在一般に市販されている。この一般に市販されているフェルールは、内径の中心と外径の中心とのずれ量である偏芯量が１μｍ以下と、極めて高い精度を有している。なお、フェルール３に嵌入している光ファイバ２の光入出射端面２ａは、フェルール３の端面と共に斜め研磨され、あるいは斜め研磨面にさらに無反射コート膜が形成されている。また、光入出射端面２ａは、フェルール３の端面３ａと同一平面を形成する状態となっている。

ここで、本実施の形態では、例えばジルコニア等の耐熱性の高い材料によってフェルール３を構成しているので、上述したように光ファイバ２をフェルール３に保持した状態で、光ファイバ２の光入出射端面２ａに蒸着法による無反射コート膜を形成することが可能となる。なお、フェルール３はジルコニアの他、アルミナや金属、結晶化ガラス等の他の材料で構成してもよい。

また、整列基板６は、例えば、ポリマ系熱可塑性材料（熱可塑性樹脂）から構成されたものであり、図３に示すように複数の貫通ガイド孔６ａが配列して形成されている。貫通ガイド孔６ａの内径は、フェルール３の外径に対応し、かつその孔形状はフェルール３の外形形状に略等しいものとなっている。なお、整列基板６はポリマ系熱可塑性材料の他、金属やセラミック、またガラスから構成してもよい。これらの材料を機械加工、あるいは金型を用いて成型することにより、各々のガイド孔の位置を、例えば１０行１０列の二次元アレイの全領域において±２μｍ以下の高精度で配列させることが可能である。特に、整列基板６を熱可塑性樹脂から構成する場合、トランスファー成型法により高い精度を保ちつつ安価に作製することが可能である。

上述した第１の実施の形態における光ファイバアレイ１では、例えば、整列基板６の貫通ガイド孔６ａの位置や形状等を高い寸法精度で形成する。また、フェルール３の外形や、貫通ガイド孔６ａの内径および偏心等を高い精度で形成すれば、フェルール３を介して整列基板６に固定される複数の光ファイバ２が、極めて誤差の小さい状態で二次元に配列されるようになる。このように、この第１の実施の形態によれば、高い精度で形成されたフェルール３および整列基板６の貫通ガイド孔６ａを用いることで、配列誤差の極めて小さい状態となる二次元の光ファイバアレイを得ることが可能となる。この光ファイバアレイ１は、整列基板６に配列された貫通ガイド孔６ａの配置精度と、フェルール４の寸法精度とにより、光ファイバ２の配列精度が決定される。

光ファイバ端面は斜め研磨した後、無反射コート処理を施してもよい。これにより反射損失をさらに向上させることが可能になる。あるいは、無反射コート処理により斜め研磨角度を小さくすることも可能になる。実際に、光ファイバ２をフェルール３に嵌入し、それらを２°の傾斜角度に端面研磨して、通常の品質の無反射コート膜（反射率０.１％）を形成したところ、無反射コート膜がない場合は概ね−１７ｄＢである反射減衰量を−４０ｄＢ以下にするとともに、傾斜面において光ファイバから出射するビームが屈折することによって生じるビームの角度ずれθ´を１°未満とすることができた。また、ビームの角度ずれが小さいほどフェルール端面の斜め方向の配向精度を緩和することが可能であるため、組立コストを低減する効果も得ることができた。

なお、フェルールの傾斜面の角度は、前記の反射減衰量の要求値を満たすためには概ね８°以上あればよい。しかしながら、光ファイバの光入出射端面が傾斜面である場合、光ファイバから出射するビームの光軸は光ファイバコアと空気との界面における屈折により傾くことになる。例えば、光ファイバ端面の傾斜角度θを８°、光ファイバコアの屈折率を１.４６とすると、光ファイバから出射するビームが光ファイバの光軸に対して成す角度θ´は、スネルの公式より導かれる下記の計算式を用いて、概ね３.７°と算出される。
θ´＝｜ｓｉｎ^-1（１.４６×ｓｉｎθ）−θ｜

本発明に係る光ファイバアレイを、例えば斜め研磨光コネクタ同士を嵌合させるように傾斜面同士が接するように光軸を合わせて光接続させる場合や、片面に本発明に係る光ファイバアレイと等しい傾斜面を有し、もう一方の面は平面上に光ファイバコアと等しい間隔でマイクロレンズが配列する平板マイクロレンズアレイと間隙を設けずに組み合わせるような場合、光ファイバコアと空気層との間隙がほとんど存在しないため、前記の出射ビームの光軸傾きを考慮する必要はない。

ところが、光ファイバと例えばレンズとを空間を介して光結合させるような空間光学系に本発明に係る光ファイバアレイを適用する場合、光ファイバから出射するビームの光軸傾きθ´は、そのままビームの角度ずれとなり、さらに一定距離を伝搬した後のビーム中心位置のずれとなって、光結合損失を増加させることになる。特に、ビームの角度ずれθ´は空間光学系における損失要因の主因となるため、できる限り小さくすることが望ましい。この観点から、本発明に係る光ファイバアレイでは、光ファイバの光入出射端面に傾斜面を形成し、さらに当該傾斜面上に無反射コート膜を形成して、より小さい傾斜角度においても反射減衰量を要求値の−４０ｄＢ以下に抑制し、同時に光ファイバから出射するビームの光軸傾きを小さくすることを実現した。

次に、図４を用いてこのように構成された第１の実施の形態における光ファイバアレイ１の組立方法を説明する。まず、同図（ａ）に示すように、突当て部材としての基準盤（オプティカルフラット）７にスペーサ８を介して、整列基板６を仮固定する。つぎに、同図（ｂ）に示すように、予めファイバが保持された後に端面３ａが斜め研磨され、あるいは斜め研磨面にさらに無反射コート膜が形成されたフェルール３の先端を、基準盤７の上面に当接させるように、フェルール３を整列基板６の貫通ガイド孔６ａに圧力を加えながら各々差し込む。

次いで、同図（ｃ）に示すように、フェルール３と整列基板６との接合部に接着剤９を塗布し、整列基板６にフェルール３を各々固定する。この後、基準盤７から整列基板６を取り外す。これにより、光ファイバアレイ１を作製することができる。このように、予めフェルールに保持された光ファイバを単心単位で端面処理し、その後アレイ化することで、光ファイバの破断や研磨における光ファイバ端面の傷等を組込前に確認して取り除くことが可能となり、光ファイバアレイ作製の歩留まりを上げることができる。また、上記のような組立法により、各光ファイバの端面位置を、光ファイバ光軸方向（Ｚ方向）に高精度に揃えたファイバアレイ作製が可能になる。

さらに、同図（ｄ）のように基準盤７に各フェルール３の斜め端面に合わせた傾斜面７ａを予め設けておき、この傾斜面７ａに突き当てるようにフェルール３を回転、差し込むことにより、各フェルール３の傾斜方向を合わせることが可能になる。なお、整列基板６が十分な耐熱性を有する材料で構成されている場合、斜め研磨したフェルール３を上記のような組立法により整列基板６に整列し固定した後、各々のフェルール３の端面３ａを含む整列基板６の端面に蒸着法による無反射コート膜を一括形成してもよい。

このように、この第１の実施の形態の光ファイバアレイ１は、容易に作製することが可能である。したがって、この第１の実施の形態によれば、高い寸法精度で形成されたフェルール３および整列基板６の貫通ガイド孔６ａを用いることで、配列誤差の極めて小さい状態となる二次元の光ファイバアレイを、低コストで得ることが可能となる。

なお、この第１の実施の形態では、基準盤７とスペーサ８とを重ねた構造のものを用いることにより、整列基板６からフェルール３の先端を突き出させて光ファイバアレイ１を作製するようにしたが、これに限るものではない。例えば、スペーサ８を省き、基準盤７のみを使用すれば、フェルール３の先端が、整列基板６の表面に配置された、言い換えると、フェルール３の端面３ａと配列基板６の表面とが同一の平面を形成した状態の光ファイバアレイを作製することができる。

次に、図５を用いて第１の実施の形態の光ファイバアレイ１の他の組立方法について説明する。まず、同図（ａ）に示すように、整列基板６の貫通ガイド孔６ａの軸線に対し所定の角度だけ斜めに傾斜した傾斜面１０ａを有する基準盤（オプティカルフラット）１０にスペーサ１１を介して、整列基板６を仮固定する。つぎに、同図（ｂ）に示すように端面を斜め研磨する前のファイバ２を保持したフェルール３の先端を基準盤１０の傾斜面１０ａに突き当てるように、フェルール３を整列基板６の貫通ガイド孔６ａに圧力を加えながら各々差し込む。

続いて、同図（ｃ）に示すように、整列したフェルール３およびフェルール３に保持された光ファイバ２を光ファイバの光軸に対し斜めになる所定角度で研磨する。次に、同図（ｄ）に示すように、フェルール３の先端３ａを整列基板６の貫通ガイド孔６ａの軸線に対し垂直な上面を有する基準盤７の上面にフェルール３を圧接することにより、フェルール３の先端３ａの整列基板６からの突出長さを揃えた後、整列基板６との接合部に接着剤９を塗布し、整列基板６にフェルール３を各々固定する。このようにファイバをアレイ化した後に斜め研磨処理をすることで、各光ファイバの傾斜方向を合わせる必要がなくなり、組立を簡便にすることができる。

なお、同図（ｃ）の工程の後、整列基板６とフェルール３を接着固定し、同図（ｄ）の工程を省略してファイバアレイを製作してもよい。また、整列基板６が十分な耐熱性を有する材料で構成されている場合、斜め研磨したフェルール３を整列基板６に接着固定した後、各々のフェルール端面３ａを含む整列基板６の端面に蒸着法による無反射コート膜を一括形成してもよい。

［第２の実施の形態］
フェルール単体に予め傾斜面を形成して置き、整列基板に挿入する場合、各々のフェルールの傾斜面を同一の方向に揃える必要が生じるが、これについては、フェルールに傾斜面の方向を示す突起状のキーあるいはキー溝を設け、整列基板のガイド孔に、前記キーあるいはキー溝に適合するキー溝あるいはキーを設けて、両者が嵌合するよう挿入することで容易に解決することができる。なお、フェルールの傾斜面の方向を示す突起状のキーあるいはキー溝はフランジに設けてもよく、この場合、整列基板と概ね等しい配置で、前記キーあるいはキー溝を設けたフランジの外形状に適合するキー溝あるいはキーを備えたガイド孔を有する基板を用意し、これを前記フェルールの傾斜面が露出する面と反対側の面に装着して、フェルールを整列基板のガイド孔に挿入する際のガイドとしてフェルールの傾斜面を揃えることもできる。

これを、図６に示す本発明の第２の実施の形態を用いて説明する。なお、同図において、上述した図１ないし図５に示す第１の実施の形態において説明した同一または同等の部材については同一の符号を付し詳細な説明は省略する。図６に示すように、フェルール３には端面３ａの傾斜方向を示すため、外周の円形部分の一部を切り落としたキー手段を構成する切欠部３ｂが設けられている。このフェルール３については、例えば前記切欠部３ｂを傾斜面の向きを決める基準とし、これを含むフェルール外周を保持する研磨用治具に取り付けて斜め研磨を実施することにより、切欠部３ｂと研磨面の方向を、複数のフェルール間で精度よく揃えることができる。また、研磨用治具は、単心のフェルールを研磨する構成でも、一度に複数のフェルールを同時に研磨する構成であってもよい。さらに、キー構造が特に複雑でなければ、円筒形のフェルールを斜め研磨した後に、例えば研磨面の方向を、上述した第１の実施の形態と同様に所定の角度だけ斜めに設置した基準盤（オプティカルフラット）に当接させて傾斜面の方向を固定し、所定の方向のフェルール外形を切削加工するなどして切欠部３ｂを作製しても構わない。

また、整列基板６の貫通ガイド孔６ａの内周部の一部には、フェルール３の切欠部３ｂが係合するキー手段を構成する平坦部６ｂが設けられており、この平坦部６ｂは各貫通ガイド孔６ａの円周方向において同一位置に設けられている。このように平坦部６ｂが各貫通ガイド孔６ａの円周方向において同一位置に設けられていることにより、整列基板６の貫通ガイド孔６ａに各フェルール３を挿入することで、それぞれの光ファイバ端面３ａの方向を容易に揃えることが可能になり、ファイバアレイからの各光ビーム出射方向を平行にすることができる。

この第２の実施の形態では、フェルール３の円筒部分の一部に切欠部３ｂを設け、整列基板６の貫通ガイド孔６ａの内周部の一部に平坦部６ｂを設けるようにしたが、この構造に限定されるものではなく、例えばフェルール３の外周部の一部に凸条体を設け、貫通ガイド孔６ａの内周部の一部に凸条体が係合する溝を設けるようにしてもよく、本実施例における内容を損なわない範囲であれば、適宜の設計変更が可能である。

また、この第２の実施の形態では、フェルール３にキー手段を設けたが、整列基板６の貫通ガイド孔６ａにフランジ４を圧入するようにし、フランジ４にキー手段を設けるようにしてもよい。フェルールは円筒形状のものが通常品として市販されているため、フェルールにキー手段を設けるような追加工をするより、フランジにキー構造を設けた方が高精度な加工を安価に実現可能となる。

この第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な作用効果を得ることができるのはもちろんのこと、キー手段を設けたことによりフェルール３の整列をより簡易な作業で実現することができ、第１の実施の形態よりもさらにコストを削減することが可能となる。

[第３の実施の形態］
次に、図７を用いて本発明の第３の実施の形態における光ファイバアレイについて説明する。なお、同図において、上述した図１ないし図６に示す第１および第２の実施の形態において説明した同一または同等の部材については同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

この第３の実施の形態では、図７に示すように、フェルール３を保持するフランジ４の外周部の一部に、各フェルール３の端面３ａの傾きの方向を揃えるキー手段としての凸条体４ａが設けられている。また、整列基板１８を、フェルール３との間で当該フェルール３の端面３ａの傾きの方向を揃えるキー手段を有する配向基板１６と、フェルール３のそれぞれが嵌合される貫通孔１７ａを有し各フェルール３を配列する貫通孔基板１７とからなることを特徴としている。

配向基板１６にはフランジ４が嵌入する複数の嵌入孔１６ａが設けられており、これら嵌入孔１６ａの内周部の一部には、キー手段を構成するキー溝１６ｂが設けられ、この配向基板１６は貫通孔基板１７のフェルール３を挿入する側に固定される。一方、貫通孔基板１７にはフェルール３が嵌合される複数の貫通孔１７ａが設けられている。このような構成において、配向基板１６の嵌入孔１６ａに嵌入されたフランジ４は、凸条体４ａをキー溝１６ｂに係合させることにより回転方向が決められ、フェルール３を貫通孔１７ａに嵌合させることにより貫通孔基板１７に取り付けられる。したがって、配向基板１６とフランジ４との間にキー手段を設けたことにより、貫通孔基板１７に取り付けられた各フェルール３は端面３ａの傾きが揃えられる。

この第３の実施の形態では、フランジ４にキー手段としての凸条体４ａを設けているため安価に加工が可能である。また、凸条体４ａとキー手段を構成するキー溝１６ｂを配向基板１６という別部品に設けることで、極めて高精度な加工精度が要求される整列基板の貫通ガイド孔を円筒形状という簡易形状にすることができ、高精度加工が容易にできるとともに低コスト化も期待できる。なお、配向基板１６は組立後に貫通孔基板１７から取り外すようにしてもよい。

[第４の実施の形態］
次に、図８を用いて本発明の第４の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態でも、上述した第３の実施の形態と同様に、整列基板２１を、フェルール３との間で当該フェルール３の端面３ａの傾きの方向を揃えるキー手段を有する配向基板２０と、フェルール３のそれぞれが嵌合される貫通孔１７ａを有し各フェルール３を配列する貫通孔基板１７とからなることを特徴としている。そして、図８に示すように、この第３の実施の形態では、フェルール３の端面３ａの傾きを揃えるキー手段として、フランジ４の外周部の一部を平面で切り落とした形状の平坦部４ｂを設けている。一方、配向基板２０には、フランジ４の平坦部４ｂが係合する図中左右方向に延在するキー手段としての長方形の孔２０ａが上下に四段設けられている。このようなキー手段の構造では、配向基板２０の孔２０ａの形状が簡易となり、かつ行単位当たり一つの孔２０ａを形成すればよいから、加工の簡略化が可能になる。 また、上述した光ファイバアレイのいずれかの構成において、整列基板がトランスファー成型法により作製すれば、光ファイバの配列誤差を低コストで極めて小さくすることが容易である。

なお、本実施の形態では、フェルール３とフランジ４とを別部材で形成したが、一つの部材によって形成してもよい。

本発明に係る光ファイバアレイの第１の実施の形態を示す斜視図である。 本発明に係る光ファイバアレイの第１の実施の形態における光ファイバ組立体を示す斜視図である。 本発明に係る光ファイバアレイの第１の実施の形態を分解して示す斜視図である。 本発明に係る光ファイバアレイの第１の実施の形態の組み立て方法を説明するための平面図である。 本発明に係る光ファイバアレイの第１の実施の形態において、他の組み立て方法を説明するための平面図である。 本発明に係る光ファイバアレイの第２の実施の形態を分解して示す斜視図である。 本発明に係る光ファイバアレイの第３の実施の形態を分解して示す斜視図である。 本発明に係る光ファイバアレイの第４の実施の形態を分解して示す斜視図である。 フリースペース型の従来の光スイッチの概略的な構成を示す構成図である。 従来の二次元の光ファイバアレイの概略的な構造を示す斜視図である。 従来の二次元の光ファイバアレイの概略的な構造を示す斜視図である。

１…光ファイバアレイ、２…光ファイバ、２ａ…光入出射端面、３…フェルール、３ａ…端面、３ｂ…平坦部（キー手段）、４…フランジ、４ａ…凸条体（キー手段）、５…光ファイバ継ぎ口手段、６，１８，２１…整列基板、６ａ…貫通ガイド孔、６ｂ…平坦部（キー手段）、７，１０…基準盤（突当て部材）、１６，２０…配向基板、１６ａ…嵌入孔、１６ｂ…キー溝（キー手段）、２０ａ…孔（キー手段）。

Claims (3)

1. 複数の光ファイバと、
   これら光ファイバのそれぞれが嵌入されて保持される光ファイバ用貫通孔が中心に設けられ、前記光ファイバを保持するフェルールとこのフェルールを保護するフランジとによって構成された複数の光ファイバ継ぎ口手段と、
   これら光ファイバ継ぎ口手段のそれぞれが嵌合される複数の貫通ガイド孔が設けられた整列基板とを備え、
   前記光ファイバの前記整列基板から露出した光入出射端面が光ファイバの中心軸と直交する面に対して所定角度だけ傾斜され、
   前記光ファイバ継ぎ口手段のフランジは、その外周部の一部を平面で切り落とした形状の平坦部が設けられ、
   前記整列基板は、前記光ファイバ継ぎ口手段との間で前記各光ファイバの光入出射端面の傾きの方向を揃えるため前記フランジの平坦部と係合する長方形の孔が設けられた配向基板と、前記光ファイバ継ぎ口手段のそれぞれが嵌合される貫通孔を有し前記各光ファイバを配列する貫通孔基板とからなることを特徴とする光ファイバアレイ。
2. 請求項１記載の光ファイバアレイにおいて、
   前記光ファイバの光入出射端面を無反射コート膜で被覆したことを特徴とする光ファイバアレイ。
3. 請求項１または２記載の光ファイバアレイにおいて、
   前記整列基板をトランスファー成型法によって形成したことを特徴とする光ファイバアレイ。

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