JP5635454B2

JP5635454B2 - 光導波路、光ファイバおよび光ファイバコネクタを用いた光減衰器

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Inventors: 信建小勝負; 阿部　宜輝; 宜輝阿部
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Description

本発明は、光導波路、また光ファイバおよび光ファイバコネクタに関し、より詳細には、光導波路および光ファイバのコア周辺に空孔構造を備えた光導波路および光ファイバに関する。

従来、光通信システムや高速信号伝送装置の光通信媒体として、光ファイバが使用されている。

これまで光通信用として最も一般的に使用されている光ファイバは、使用光波長帯において、コアにゲルマニウムなどの添加物を加えて屈折率を上げ、そのコア周囲を覆うクラッドとの屈折率差を設けることで、コアに光を閉じ込める光導波路構造を有し、かつ一般的には材質が石英であるシングルモードファイバ(Single-Mode-Fiber: SMF)である。

シングルモードファイバの許容曲げ直径は、これまで光学的な問題や、機械的な問題から６０ｍｍ程度に制限されていたため、光ファイバの敷設、曲げや余長処理などの配線作業の簡便化にとって課題となっていた。

そこで近年、従来の光ファイバとは異なった光導波路構造を有する空孔構造光ファイバが開発されており、曲げに対する光損失特性が飛躍的に向上したり、周波数が数１００ＴＨｚにもおよぶ広い光波長域での単一伝播モードの光ファイバの実現や、光ファイバの幅広い光波長分散特性の制御やモードフィールド径の制御などが可能となることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

清水正利著『FTTHの更なる発展に向けた光アクセスネットワーク技術（光媒体技術）の展開』NTT技術ジャーナル 2008年3月号 pp.42-47 大薗和正ら『ホールアシスト型ホーリーファイバ用コネクタ技術の開発』電子情報通信学会論文誌Ｃ Vol. 191-C No.5 pp.288-296 山田裕介、保苅和男『空孔アシスト光ファイバを用いたMT コネクタ組立に関する一検討』2010 年電子情報通信学会総合大会通信講演論文集2 pp.504

しかし、このような空孔構造を有する光ファイバの端部を光コネクタとして加工する場合には、先端研磨時に空孔部に研磨剤やゴミなどが入り込み、研磨の加工精度の劣化や光学特性が悪化する（例えば、非特許文献２参照）。したがって、空孔構造に硬化性樹脂の前駆体溶液を充填、硬化させてから研磨し光コネクタ加工しているのが現状である（例えば、非特許文献２、３参照）。

さらに、その空孔構造に充填する樹脂の屈折率は、空孔構造光ファイバの光伝送特性を悪化させないために、実用使用温度領域において、光ファイバクラッドの屈折率とほぼ同等か、クラッドの屈折率以下になることが必要となる（例えば、非特許文献２参照）。

また一方で、光機能素子の一つである光減衰器は、現在小型のものとして、光コネクタとほぼ同じ大きさのプラグイン型のものが開発されるなど、様々な光減衰器が市販されているが、光ファイバケーブル以外に、別途、光減衰器を光伝送路上に設置する必要がある上に、可変光減衰器の場合には、電力等の駆動力が必要であり、固定減衰器の場合には必要とされる光減衰量に応じた固定減衰器の種類をあらかじめ揃えておく必要がある。

本発明は、このような目的を達成するために、光ファイバにおける空孔構造に光減衰器として機能を持たせたことを特徴とする。空孔構造は、選択的に充填材を充填することで、駆動力が不要な、所望の減衰特性を有する光減衰器として作用させることが可能となり、さらに、先端研磨時に研磨剤やごみの空孔への侵入を遮る機能は維持される。本願発明は、光ファイバに限定されず、同様の構造を有する光導波路として実施することが可能である。これにより、光減衰器としての機能を備えた光導波路を提供することが可能となる。さらに、本願発明は、光ファイバコネクタとして実施することもでき、光減衰器としての機能を備えた光ファイバコネクタを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態は、コアと平行かつコアを中心として対称に配置された２つ以上の空孔構造を有する光導波路、光ファイバおよび光ファイバコネクタであって、使用光波長および使用温度範囲におけるコアの屈折率よりも高い屈折率の充填物を空孔構造に充填したことを特徴とする。

使用光波長および使用温度範囲においてコア屈折率よりも高い屈折率の充填物を空孔構造に充填することにより、光ファイバのコアの光伝搬状態が乱され、光ファイバのクラッド部分、つまり充填された空孔構造中に伝播光が洩れて、光ファイバのコアの伝搬光強度が減少し、光減衰器としての機能を持たせることが可能となる。

なお、本願における孔構造は、充填物を充填しない状態では、通常、クラッド材料の屈折率より非常に小さな屈折率が約１．０の空気が含まれることになる。したがって、コアと平行に１本のみ空孔構造を作製した場合には、コアとコア周囲の実効屈折率分布は極端な非対称となる。このため、空孔構造の一部にコアの屈折率よりも高い充填物を充填することにより、コアを伝播する伝播光は、コアとコア周囲の実効屈折率分布の極端な非対称変動により、コアと空孔構造の中心で構成される平面状を振動するようになり、振動の状態により前記クラッド部分や充填物を充填した空孔構造中に洩れる伝播光の強度が変動することになり、安定した光減衰器とはなりえない。

そのため、空孔構造はコアと平行かつコアを中心として対称に２つ以上配置する構造であることが必要となる。これにより空孔構造に充填物を充填した部分と空孔のままの部分の境界において、光導波路および光ファイバの実効屈折率分布が変動しても対称中心が同じコア中心となるため、安定した光減衰器の構造となる。

さらに、一実施形態では、光ファイバの先端加工により作製したコネクタの作製時に使用光波長および使用温度範囲で、先端の研磨加工前に空孔に充填する充填物の屈折率がコアの屈折率よりも高いことを特徴としている。これにより、前記の光減衰器としての機能を有しながら、光コネクタ加工時の研磨剤の空孔への侵入を遮る構造材料としての機能も併せ持つことが可能となり、従来の空孔構造を有する光ファイバの端部を光コネクタとして加工する場合に、同じ手法で光減衰器としての機能を持たせることが可能となる。

本発明の一実施形態では、空孔構造に充填する充填物として、使用光波長域および使用温度範囲における屈折率が、光ファイバのクラッド屈折率よりも６．８％以上高い屈折率を有することを特徴としている。

また、一実施形態では、空孔構造に充填する充填物は、使用光波長域および使用温度範囲における屈折率が、光導波路および光ファイバのコア１０２の屈折率よりも６．４％以上高い屈折率を有することを特徴としている。

さらに、一実施形態では、空孔構造に充填する充填物は、硬化前は液状の性質を有し、充填後、前記充填物を固体化させることにより、光ファイバのコアの周囲にある空孔構造に当該充填物を固定させることを特徴としている。

本発明によれば、簡便な方法により、空孔構造を有する光導波路、光ファイバおよび光ファイバコネクタに光減衰器としての機能を持たせることができる。また、光ファイバコネクタは、空孔構造光ファイバの光コネクタ加工において、孔構造内部へのごみの侵入防止のために必要となる空孔への充填作業を利用しつつ光減衰器の機能を持たせることを可能とするという利点を有する。

さらに本発明によれば、光導波路、光ファイバ、もしくは光コネクタ部に、充填物に応じた任意の光減衰量の光減衰器の機能を組み込むことが可能となるため、光強度の調節が簡便になるともに、別途、光減衰器を光配線中に組み込む必要がなくなり、光配線実装の高密度化や、低コスト化が図れ、光通信産業を中心として、その産業上の利用価値は極めて大きい。

本発明の解析モデルのコア断面図である。本発明の解析モデルの光伝搬方向の断面図である。光損失の充填物屈折率に対する依存性を示す図である。光損失平均値の光波長依存性を示す図である。屈折率１．４６５１１の充填材料を充填した場合の光損の光波長依存性を示す図である。屈折率１．４６５８４の充填材料を充填した場合の光損の光波長依存性を示す図である。屈折率１．５２０の充填材料を充填した場合の光損の光波長依存性を示す図である。屈折率１．５８０の充填材料を充填した場合の光損の光波長依存性を示す図である。屈折率１．６００の充填材料を充填した場合の光損の光波長依存性を示す図である。コアに対称の空孔構造を有する光導波路の作製方法を説明するための図である。コアに対称の空孔構造を有する光ファイバおよび光ファイバコネクタの作製方法を説明するための図である。ホールアシストファイバの断面図である。充填長の充填時間依存性を示す図である。光損失の充填長依存性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

はじめに、本発明を得るに到ったＦＤ−ＢＰＭ（有限差分ビーム伝搬法）による光導波路解析について説明する。

図１と図２に、等方性３次元ＦＤ−ＢＰＭを用いて計算解析を行った解析モデルを示す。

図１に解析モデルのコア断面図を示す。図１の断面図のように解析モデルは、中心に直径９μｍの円形断面のコア１０２を配置し、その周囲１２μｍの位置（コアの中心からの距離が１２μｍの円上）に等間隔の６つの直径１０μｍの円形断面の空孔構造１０６を配置した。

図２に解析モデルの光伝搬方向の断面図を示す。Ｚ＝０μｍの位置より光入射し、光伝搬方向：Ｚ＝０〜５００μｍの領域は、シングルモードの光導波構造領域（ＳＭ領域）であり、Ｚ＝５００〜５５００μｍに空孔構造１０６に充填物（充填材料）１０８を充填した領域を作成し、光伝搬方向：Ｚ＝５５００〜６０００μｍでは空孔構造に空気（屈折率≒１．０）を充填した構造を作成して、光伝搬させ入射時のコアの定常光と伝搬光パワーの違いから光損失を算出した。この解析モデルを用い、空孔構造に充填する屈折率をパラメータとして解析を行った。解析の際は、光伝搬方向：Ｚ＝１０００と５５００の位置を境に、光導波構造変わりコアの光伝搬定数が変化するため、光損失は光伝搬方向：Ｚ＝１０００〜４５００μｍの範囲で評価した。また、使用光波長：λ＝１５５０ｎｍとし、使用光波長１５５０ｎｍにおけるコアの屈折率は１．４６５１１、コア周囲のクラッド部分の屈折率を１．４６００とし、コアとクラッドの比屈折率差は０．３５％とした。

図３に光伝搬方向：Ｚ＝１０００〜４５００μｍの領域における光損失の前記空孔構造に充填した充填物の屈折率に対する依存性のグラフを示す。それぞれ、平均値と最大値、最小値の変化を示す。充填物の屈折率がクラッドの屈折率１．４６００より小さ場合には、殆ど光損失の増加は見られず、また、コアの光伝播状態の変化も殆ど見られなかった。しかし、充填物の屈折率がコアの屈折率１．４６５１１前後の場合には、光損失が急激に増加する。また、充填物の屈折率が１．４７５付近になると光損失が一旦減少するが、充填物の屈折率が１．４７５〜１．５６０の領域において、再び光損失の増加を起こすことが分かる。充填物の屈折率が１．４６００〜１．５６０の領域に見られる光損失の増加は、光伝播距離：Ｚに応じて周期的に変動する。光（電磁界）強度の光伝播方向であるＺ軸断面分布を評価すると、コア周囲の空孔構造に屈折率１．４６００〜１．５６０の充填物を充填することにより、コア周辺に平行に、空孔構造を擬似的なコア（以下、擬似的コアともいう。）とする光導波路が作られることになり、これらコアと擬似的コアの間で、光方向性接合器のような光（伝播）モード結合が起こり、コアと前記空孔構造の擬似的コアの間で、伝播光が互いに遷移し、コアの光損失となる現象が生じることがＦＤ−ＢＰＭ解析によるシミュレーション結果として得られた。

このことより、前記空孔構造の擬似的コアとコアとの光モード結合を起こすためには、前記空孔構造の擬似的コアとコアの光伝搬定数が近い値を有する方が望ましく、また、空孔構造の直径がコア直径と近い値を持つ、具体的には、少なくとも同じ桁の値であることが望ましい。

また、空孔構造の充填物の屈折率が１．５６０以上の領域では、コアを伝播する光強度の低下は少なかったが、明らかにコア周囲の空孔構造に充填された屈折率の影響を受けた伝播定数の変動により、コア中を伝播する光強度分布が微小振動する現象が見られ、空孔構造中の充填物の影響をうける傾向が見られた。

次に図４に、光波長１３００ｎｍ〜１６７５ｎｍにおける光損失変動平均値の波長依存性を示す。充填物１０８の屈折率としては、コアと同じ屈折率の１．４６５１１、コアの屈折率よりも約０．０５％高い１．４６５８４、前記境界条件の中間である１．５２０、前記境界条件より大きな１．５８０と１．６００の５つを用いてシミュレーションを行った。その結果、充填物の屈折率が、１．４６５１１、１．４６５８４、１．５２０の場合は、２０ｄＢ以上の非常に大きな光損失を示し、特に充填物の屈折率が１．５２０の場合は、光波長の波長変化によって平均光損失が約１ｄＢから１０ｄＢ以上の範囲で非常に大きく変化する。

一方、充填物の屈折率が１．５８０と１．６００の場合には、光波長の長波長化によって、少しずつ平均光損失が増加する傾向は見られるが、両者とも平均光損失１．６ｄＢ以下で比較的小さいままであり、かつ充填物の屈折率の違い（１．５８０と１．６００）に拘わらず全く同じ安定した変化を示した。

次に図５〜図９に、充填物１０８の屈折率が１．４６５１１、１．４６５８４、１．５２０、１．５８０、および１．６００の場合の光損失の平均値、最大値、最小値をそれぞれ示す。

図５および６からは、充填物の屈折率が１．４６５１１および１．４６５８４の場合は、最大値が約１２〜約３３ｄＢおよび約４〜約１４．６ｄＢの範囲でそれぞれ変化し、最低値が０．５ｄＢ以下であるため、光波長による損失変動が１０ｄＢ以上あり、非常にばらつきが大きいことが分かる。

図７からは、充填物の屈折率が１．５２０の場合は、光波長の変化によって最低値は約２ｄＢ程度しか変動しないが、最大値は約３〜約２２ｄＢまで変動し、光損失の波長依存性が激しくし変動することが分かる。

一方、図８および９からは、充填物の屈折率が１．５８０および１．６００の場合（ｎＤ表記で１．５８０以上の場合）は、光波長が長くなるにしたがって、光損失の変動幅や平均値が増加するが、どちらも光損失のばらつきは１．５ｄＢ以下であり、他の充填物の屈折率の場合と比較して安定していることが分かる。

以上説明したように、ＦＤ−ＢＰＭによるシミュレーションにより、空孔構造を有する光導波路もしくは光ファイバの場合、クラッド１０４の屈折率に対して６.８％高い、もしくは、コア１０２の屈折率より６.４％高い屈折率１．５６０が、コア中の光伝播状態を変化させる充填物１０８の屈折率の境界条件となることが分かった。

クラッドの屈折率に対して６.８％高い、もしくはコアの屈折率より６.４％高い充填物の屈折率についての境界条件より小さく、クラッドの屈折率より大きな屈折率範囲を持つ充填物で空孔構造を充填した場合は、前記の通り光モード結合による光損失変動の影響が大きいため、使用光波長、使用温度、光モード結合の相互作用長となる充填物の充填長に敏感に変動を起こし、固定光減衰器などの光部品は安定しなくなる。

しかし更なる検討の結果、実施例として後述するが、境界条件であるクラッドの屈折率よりも６.８％以上高く、もしくは、コアの屈折率より６.４％以上高い屈折率を有する材料を空孔構造に充填した場合、空孔構造に充填した充填物の充填長に比例して、固有の光減衰率を有する光部品が作製できることを見出した。

光導波路および光ファイバの光閉じ込め構造は、用途や使用光波長に応じてコアとクラッドの比屈折率差やコア幅（コア径）を変更するため、同じクラッド屈折率の光導波路や光ファイバでもコアの屈折率が異なる場合がある。

したがって、一実施形態では、空孔構造に充填する充填物は、クラッド１０４の屈折率を基準として、６.８％以上の屈折率を有する材料することとしている。

これは、ＦＤ−ＢＰＭのシミュレーションによって得られたコアの屈折率と空孔構造への充填物の屈折率との関係により得られる充填物の屈折率条件であり、屈折率分布型（ＧＩ）ファイバのようにコアとクラッドの境界が分布を持つ場合はコアを基準として充填物の屈折率を考える必要があるためである。

光導波路もしくは光ファイバのコア径はシングルモード導波構造の場合、数μｍオーダーであり、マルチモード導波構造の場合でも、数十μｍオーダーのコア径の光導波路、光ファイバが多い。従って、光導波路の厚やファイバの直径の制約から、コアと平行かつコアを中心として対称の配置で２つ以上空孔構造を作製するためには、空孔構造の断面直径は、数十μｍオーダーであることが望ましい。そのため、前記充填材料としては、直径数ミクロンの穴構造に充填するため粘度が低く、あるいは流動性が高く、また、充填後に空孔構造から充填物が流失しないように充填前後で粘度が増加させることが可能な材料であることが望ましい。

充填材料の流動性を変化させる方法としては、高温加熱により粘度低下、もしくは軟化させ流動状態となり、再び温度を下げることにより粘度上昇もしくは固体化する熱可塑性樹脂が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリブタジエン、天然ゴム等のポリジエン、ポリイソブレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸ドデシル、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニド等のビニル重合体、直鎖オレフィン系のポリエーテルや、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、およびその共重合体やブレンド体、エーテル基とスルホン基を混在させたポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、エーテル基とカルボニル基を混在させたポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、チオエーテル基を持つポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリスルホン（ＰＳＯ）等のポリエーテル、およびその共重合体やブレンド体、またポリオレフィンの末端にＯＨ基、チオール基、カルボニル基、ハロゲン基などの置換基を少なくとも一つ有するもの、例えば、ＨＯ−（Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−）ｎ−（Ｃ−Ｃ（Ｃ−Ｃ−）ｍ）−ＯＨなど、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン等のポリオキシドやポリイソシアネート誘導体、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂や、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６８、ナイロン６１０などの脂肪族ポリアミドや、芳香族ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、熱可塑性ゴムなどがある。

また、充填材料の流動性を変化させる他の方法としては、硬化反応前は流動性の液体状態であって、熱反応開始剤による熱反応や紫外線反応開始剤による紫外線硬化反応、また反応性物質混合による硬化化学反応によって固体状態に硬化する硬化性樹脂を用いることができる。

前記硬化樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性ポリイミドや感光性ポリイミドなどのレジスト材料がある。

充填材料の流動性を変化させるさらに別の方法としては、溶媒や可塑剤などに希釈可能な固体状態の高分子材料や無機塩などの材料を、溶媒希釈や可塑剤混合により粘度を低下させ、溶媒や可塑剤の揮発によって粘度上昇もしくは固化させる方法が挙げられ、具体的には、有機溶媒に溶解する前記熱可塑性樹脂や、可塑剤と相溶性を有する前記熱可塑性樹脂や水や極性溶媒に溶解するイオン結晶、無機塩や有機塩、錯体が挙げられる。

前記水に溶解できる有機材料としては、例えばフェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリビニルエーテル、ポリビニルアルコール、デキストリン、グルー、カゼインなどがある。また前記有機溶媒に溶解できる有機材料としては、例えば、ゴム、アクリル、ウレタン、アミド、フェノール、酢酸ビニル系のポリマーなどがある。

また前記可塑剤としては、例えば、フタル酸ジメチル（ＤＭＰ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジ−２−エチルへシル（ＤＯＰ）、フタル酸ジノルマルオクチル（ＤｎＯＰ）、フタル酸ジノニル（ＤＮＰ）、フタル酸ジイソデシル、フタル酸エステル、フタル酸ブチルベンジル（ＢＢＰ）などのフタル酸エステルや、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、アジピン酸ジイソノニル（ＤＩＮＡ）、アジピン酸ジノルマルアルキル、アジピン酸アルキル、アゼライン酸ジオクチル（ＤＯＺ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＢＳ）、リン酸トリクレシル（ＴＣＰ）、アセチルクエン酸トリブチル（ＡＴＢＣ）、エポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ）、トリメリット酸トリオクチル（ＴＯＴＭ）、ポリエステル、塩素化パラフィンなどがある。

（第１の実施の形態）
図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態である光導波路を説明する。
本実施形態の光導波路は、コア１０２と、クラッド１０４と、コアの周囲にコアと平行かつコアを中心として対称に配置された２つ以上の空孔構造１０６とを備え、空孔構造１０６一部に充填材料１０８が充填されている。図１０（Ｄ）、（Ｆ）は、光導波路の断面図である。以下に本実施形態の光導波路の作製方法を例示する。

本実施形態の光導波路は、通常の平面光導波路の形成方法と同様に、Ｓｉ基板などの基板１１０上にクラッド層を形成し、クラッド層の上部にコア層を形成し、フォトリソグラフィ法により、レジストや金属膜などのエッチングマスクをコア層上面に作製し、プラズマエッチングなどにより光導波路コアを形成し、その上部をクラッド層で覆うことにより、平面光導波路（図１０（Ａ））を作製する。

次に図１０（Ｂ）に示すように、平面光導波路の上面にフォトリソグラフィ法によりエッチング用のマスクパターンをレジストや金属薄膜等で作製する。

その後、図１０（Ｃ）で示すように、エッチング加工により溝構造１１４を作製する。例えば反応性イオンエッチング装置を用いて、石英系光導波路の場合は、フッ素プラズマ、酸素プラズマでエッチングしてコア周囲に溝構造を作製する。また、ポリイミドやＰＭＭＡなど有機材料系光導波路の場合は、酸素プラズマなどなどのプラズマでエッチングすることによって、コア周囲に溝構造を加工する。

次に、図１０（Ｄ）のように溝構造を充填材料で充填することにより、光導波路を作製することができる。この場合は溝構造であり、厳密には空孔構造ではないが、図１０（Ｅ）に示すように、図１０（Ｃ）のクラッドの上部の表面にクラッド材料で作製した平板を接着剤や陽極接合などで接着固定することにより、図１０（Ｅ）のように空孔構造１０６を作製できる。但し、図１０（Ｃ）から（Ｅ）への工程において接着剤を用いる場合には、低粘度の溶液状の接着剤は用いず、クラッド材料の平板の表面にシート状接着剤や、空孔構造を埋めてしまわない程度の高粘度の接着剤が必要となる。

最後に、図１０（Ｆ）のように空孔構造に充填材料を充填することにより、本実施形態の光導波路を得ることができる。その際、最終的に充填材料を固化させるため、熱や紫外線により硬化反応させても良い。

図１０（Ｇ）は図１０（Ｄ）の光導波路の別の形態の光導波路を示す。図１０（Ｇ）に示すように、光導波路基板を用いず、平面光導波路のコアの上下表面に凹面構造を形成し、上下表面に充填材料層をスピンコートなど薄膜の作製方法を用いて形成することによっても、図１０の（Ｈ）のように本発明の形態の光導波路を作製することが可能である。

図１０（Ｉ）はさらに別の形態の光導波路を示す。図１０（Ｇ）の状態で、クラッド１０４の上下表面にクラッド材料の平板を接着剤や陽極接合などで接着固定することにより、図１０（Ｉ）に示すような空孔構造１０６を作製できる。この空孔構造に充填材を充填することで、本発明の形態の光導波路を作製することが可能である。

さらに、図１０（Ｊ）は、別の形態の光導波路を示す。図１０（Ｊ）に示すように、前記図１０（Ｅ）と（Ｉ）の構造を組み合わせることにより、すなわち、図１０（Ｇ）に示す構造中のコア１０４の左右に間隔を開けてクラッド材料を配置して上下にそれぞれクラッド材料の平板を固定することで、空孔構造１０６を配置した光導波路を作製することもできる。この空孔構造に充填材を充填することで、本発明の形態の光導波路を作製することが可能である。

（第２の実施の形態）
図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態である光ファイバを説明する。
本実施形態の光ファイバは、コア１０２と、クラッド１０４と、クラッド内のコアの周囲にコアと平行かつコアを中心として対称に配置された２つ以上の空孔構造１０６とを備え、空孔構造１０６一部に充填材料が充填されている。図１１（Ｄ）は、本実施形態の光ファイバの光伝搬方向の断面図である。以下に本実施形態の光ファイバの作製方法を例示する。

はじめに、ホールアシストファイバの作製方法と同様に、延伸可能な母材（コア材料とクラッド材料とからなる。）にコアを中心とした空孔構造をあらかじめ形成して作製し、線引きして空孔構造１０６を有する光ファイバを作製する（図１１（Ａ））。次にその端部から、液状の充填材料を毛細管現象により、空孔構造内に充填する（図１１（Ｂ））。このとき、後述するが、液状の充填材料の充填長は、液状の充填材料に端部を液浸する時間によって制御可能となる。その後、充填材料を空孔構造内部に押し込むために、揮発性溶液１１６を毛細管現象や加圧により空孔構造１０６に充填し（図１１（Ｃ））、揮発性溶液を揮発させて充填材料部分を内部に閉じ込めることができる（図１１（Ｄ））。その後、充填材料を固化させるため、熱や紫外線により硬化反応させる。このようにして、本実施形態の光ファイバを作製することができる。

また、充填材料を端部に充填した後（図１１（Ｂ））、充填材料を固化させるため、熱や紫外線により硬化反応させ、図１１(Ｅ)に示すように、光コネクタのフェルールに挿入し、接着剤によって接着固定させる。その後、通常のコネクタ先端の研磨と同様に、研磨盤、研磨シート、砥粒、研削液などを用いて先端研磨することにより、図１１(Ｆ)に示すように、光コネクタを作製することができる。

（実施例）
上記第２の実施の形態で示した光ファイバは、例えば、日立電線社製のホールアシスト光ファイバを使用して作製することができる。

図１２は同ホールアシスト光ファイバの断面図である。同ホールアシスト光ファイバには、コア１０２の周囲にコアと平行かつコアを中心として対称の配置で６つの空孔構造１０６が作製されている。空孔構造１０６は、穴径１２μｍの円断面であり、光の伝搬方向に長い構造を有している。しかし本発明は本実施例にのみ限定されるものではなく、光導波路もしくは光ファイバのコアの周囲にコアと平行かつコアを中心として対称の配置で２つ以上の空孔構造を作製した断面構造を有する全ての光導波路もしくは光ファイバに適用できることは言うまでもない。

図１２には、端面より顕微鏡により測定した同ホールアシストファイバの断面構造の実測値も示している。

図１２に示したホールアシスト光ファイバを、図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｅ）および（Ｆ）で示した工程で、光コネクタに加工して、シングルモード光ファイバと光コネクタ接続を行って、光損失測定を行った。充填材料としては、ＮＴＴアドバンステクノロジ社製のＵＶ硬化樹脂Ｅ３７１９を用いた。このＵＶ硬化樹脂は、硬化前でｎＤ＝１．６０８であり、硬化後の光波長１３００ｎｍ付近では約１．５９０の屈折率を持つため、クラッド屈折率に対して６.８％高く、もしくはコア屈折率より６.４％高い屈折率の上記境界条件よりも高い屈折率を有している。

ＵＶ硬化樹脂Ｅ３７１９を空孔構造１０６に充填する方法は、硬化前の液状のＵＶ硬化樹脂中にホールアシストファイバ（図１１（Ａ））の先端を液浸し、空孔構造部分の毛細管現象により、ホールアシストファイバ中の空孔構造部分（ホール）に充填させた。また、硬化方法は、液状のＵＶ硬化樹脂を充填した後、波長３００〜４００ｎｍを有する水銀キセノンランプの紫外光を、光波長３６５ｎｍ、光強度３０ｍＷで、１０分間照射し、紫外光硬化反応を起こさせ充填した樹脂を固化した。その後、光コネクタの組み立て方法と同様に、ＳＣ光コネクタのフェルール１１８に接着固定し、図１１中(Ｆ)のように、先端研磨をおこなって、本発明の構造を有する光ファイバコネクタを作製した。

図１３にＵＶ硬化樹脂の硬化前の液状状態での充填時間と充填長の測定結果を示す。
充填方法は、上述した通り、空孔構造１０６を有する光ファイバ先端を液状の充填樹脂に液浸し、毛細管現象によって、空孔構造中に充填する。このとき充填時間に対する充填材料の充填長は、時間の増加に従って、充填長の増加率が減少する挙動を示すが、液浸する時間によって、充填長が１対１で制御可能であることがわかる。

図１４にＵＶ硬化樹脂硬化後に測定した充填長に対する光波長１．３μｍでの透過光損失の測定結果を示す。

これは、上記のように作製した光コネクタと、シングルモード光ファイバのＳＣコネクタとを接続して、充填材料の充填長に対して光損失がどのように変化するか測定したものである。

図１４に示す結果より、光損失は充填長の対して線形増加を示し、充填長を制御することによって、任意の光損失値を有する光減衰器が作製できることがわかる。本結果の線形相関係数は、０．９７３であって、充填長によってばらつきが少なく、高精度な光損失を持たせる光減衰器を作製できることがわかる。

１０２コア
１０４クラッド
１０６空孔構造
１０８充填材料
１１０基板
１１２エッチングマスクパターン
１１４溝構造
１１６揮発性溶液
１１８フェルール

Claims

コアと、クラッドと、前記クラッド内に前記コアと平行かつ前記コアを中心として対称に配置された２つ以上の空孔構造とを備えた光ファイバであって、
前記空孔構造内に充填物が充填されており、使用光波長および使用温度範囲において、前記充填物の屈折率は、前記コアの屈折率よりも６．４％以上高いことを特徴とする光ファイバ。
コアと、クラッドと、前記クラッド内に前記コアと平行かつ前記コアを中心として対称に配置された２つ以上の空孔構造とを備えた光ファイバであって、
前記空孔構造内に充填物が充填されており、使用光波長および使用温度範囲において、前記充填物の屈折率は、前記コアの屈折率よりも高く、前記クラッドの屈折率よりも６．８％以上高いことを特徴とする光ファイバ。
前記充填物は、前記孔空構造に液状材料を充填した後に固体化することで前記空孔構造に固定された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。
コアと、クラッドと、前記クラッド内に前記コアと平行かつ前記コアを中心として対称に配置された２つ以上の空孔構造とを備えた光導波路であって、
前記空孔構造内に充填物が充填されており、使用光波長および使用温度範囲において、前記充填物の屈折率は、前記コアの屈折率よりも６．４％以上高いことを特徴とする光導波路。
コアと、クラッドと、前記クラッド内に前記コアと平行かつ前記コアを中心として対称に配置された２つ以上の空孔構造とを備えた光導波路であって、
前記空孔構造内に充填物が充填されており、使用光波長および使用温度範囲において、前記充填物の屈折率は、前記コアの屈折率よりも高く、前記クラッドの屈折率よりも６．８％以上高いことを特徴とする光導波路。
前記充填物は、前記孔空構造に液状材料を充填した後に固体化して前記空孔構造に固定されたことを特徴とする請求項４または５に記載の光導波路。