JP5723335B2

JP5723335B2 - 光ファイバ接続部材

Info

Publication number: JP5723335B2
Application number: JP2012194057A
Authority: JP
Inventors: 荒武　淳; 淳荒武; 土居　芳行; 芳行土居; 石井　元速; 元速石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: JP2014048628A

Description

本発明は、光ファイバ接続部材に関し、より詳細には、導波路型光素子に光ファイバを接続した光接続部品のうちの光ファイバが固定された光ファイバ接続部材に関する。

光ファイバを、平面光波回路（ＰＬＣ）等の基板上に光導波路を設けた導波路型光素子と調心して接着固定する際、その接着断面積を広くして接着部の機械的強度を高めるために、ガラスなどで作られた光ファイバ接続部材が用いられている。例えば、Ｖ溝ガラス基板（Ｖ溝ファイバブロック）、フェルール等がある。こうした光ファイバ接続部材に光ファイバを固定し、光ファイバ接続部材を導波路型光素子に接着する。

この際、光ファイバ端面と導波路型光素子の光導波路端面との接続面に十分な量の接着剤が存在しないと接着剤の剥離が生じ、その結果、光ファイバ端面と光導波路端面との間に空気等による隙間が発生してしまう。空気のように光ファイバコア部分と屈折率の整合しない隙間が光路上にあると光学特性の劣化につながる。

光路結合用接着剤 http://keytech.ntt-at.co.jp/optic2/prd_10011.html

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、導波路型光素子に接着剤により光ファイバを接続した光接続部品において、導波路型素子の光導波路端面と光ファイバ端面との間に隙間が発生するのを抑制することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光ファイバが固定された光ファイバ接続部材であって、導波路型光素子の基板上に設けられた光導波路と前記光ファイバとを接続するための光ファイバ接続部材において、前記導波路型光素子との接続面において、前記光ファイバの端面の周囲に配置されたスペーサと、前記光ファイバの端面を覆う接着剤層を構成し、前記スペーサが形成する凹部に充填された接着剤とを備え、前記スペーサは、前記接着剤よりも小さいヤング率を有することを特徴とする光ファイバ接続部材である。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記凹部の厚さが２μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１または２の態様において、前記凹部の表面積が、前記光ファイバ接続部材の前記導波路型光素子との前記接続面の面積の２／３以上であることを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバ接続部材と導波路型光素子とを接続する接着剤が光ファイバの端面を覆う接着剤層を構成することにより、導波路型素子の光導波路端面と光ファイバ端面との間に隙間が発生するのを抑制することができる。

第１の実施形態に係る光接続部品を示す図である。第２の実施形態に係る光接続部品を示す図である。第２の実施形態の変形形態を示す図である。第３の実施形態に係る光接続部品を示す図である。（ａ）〜（ｅ）は、第１−３の実施形態に係る光接続部品の接着部位を示す図である。第１−３の実施形態に係る光接続部品の接着面積を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る光接続部品を示す。光接続部品１００は、光ファイバ１０１と、光ファイバ１０１が固定された光ファイバ接続部材１０２と、光ファイバ接続部材１０２が接続された導波路型光素子１１０とを備える。導波路型光素子１１０は、基板１１１上に光導波路１１２が設けられている。導波路型光素子１１０と光ファイバ接続部材１０２との接続面積を大きくするために、導波路型光素子１１０には、光導波路１１２の上にガラスブロック（ヤトイ）１１３を配置することができる。

光ファイバ接続部材１０２と導波路型光素子１１０とは、接着剤１０３で接着する。本実施形態に係る光接続部品１００では、光ファイバ接続部材１０２の導波路型光素子１１０との接続面１０２Ａにおいて、光ファイバ１０１の端面１０１Ａの周囲にスペーサ１０２Ｂを設ける。こうすることで、光ファイバ１０１の端面と光導波路１１２の端面との間に十分な厚さを有する接着剤層が、スペーサ１０２Ｂが形成する凹部に得られ、光ファイバ１０１の端面１０１Ａを覆うので、剥離による空気等の隙間の発生を抑止することができる。スペーサ１０２Ｂを設けずに光ファイバ接続部材１０２と導波路型光素子１１０との間に接着剤１０３を塗布して接着固定を行うと、調心の際の押しつけにより接着剤１０３が接続面１０２Ａから逃げてしまう。その結果、剥離が生じやすくなり光路上に隙間ができ、光学特性を劣化させる。

スペーサ１０２Ｂの厚さは、２μｍ以上４０μｍ以下程度であることが好ましい。接着剤層が２μｍ未満になると、接着部への外的ストレスに対し、接着剤による応力緩和効果が不十分な上、２μｍ未満のスペーサ１０２Ｂを導波路型光素子１１０と光ファイバ接続部材１０２との間に挿入することは実装上困難である。また、４０μｍを超える接着剤層を設けると、一般的なモードフィールドを持つ光ファイバでは光が拡散してしまい大きな結合損失が発生してしまう。

また、接続用の接着剤１０３として、例えばエポキシ系硬化樹脂を用いるのであれば、スペーサ１０２Ｂもエポキシ薄膜にするなど、スペーサ１０２Ｂの材質としては接着剤１０３と同系統の材料を用いることがより望まれる。同系統の材料を用いると、より接着剤の接着性がよく接着強度を上げることができるからである。逆に、異種材料を用いた場合、接着後に温度変化などの外的ストレスが与えられるとスペーサ１０２Ｂと接着剤１０３との界面部分に熱膨張係数の違いによる歪が集中し、剥離が発生する等、信頼性に影響を与えることが懸念される。

さらに、スペーサ１０２Ｂとしては、接着剤１０３よりヤング率の小さいものを用いることで、更なる信頼性向上を図ることができる。これは、接着剤１０３が硬化する際に硬化収縮による内部応力が発生するが、スペーサ１０２Ｂのヤング率が接着剤より小さい場合、この内部応力を緩和する緩衝材の役割をするからである。

以上、スペーサ１０２Ｂと接着剤１０３との材料の同一性については言及したが、接着剤１０３の材料そのものについては限定していない。すなわち、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系、オレフィン系、塩化ビニル系、シアノアクリレート系、セルロース系等の一般的に用いられる光学的に透明な接着剤であれば、その材料を限定するものではない。

スペーサについては、複数配置することで、接着層を均一に保つことができる。その配置については、図５（ａ）に示すように、スペーサ１０２Ｂ−１，２を垂直方向に配置することや、図５（ｂ）のように、スペーサ１０２Ｂ−３，４を水平方向に配置することが可能である。また、図５（ｃ）のように、スペーサ１０２Ｂ−５〜８を四隅に配置してもよいが、いずれにしても光ファイバ接続部材の端面外形に近い位置に配置することで、より接着層の均一性を上げることができる。また、スペーサを光導波路素子に予め配置する場合には、スペーサが光ファイバ接続部材の端面外形からはみ出すことが予想される。この場合には、図５（ｄ）及び図５（ｅ）のように、スペーサ１０２Ｂ−１１，１２またはスペーサ１０２Ｂ−１３〜１６が光ファイバ接続部材の端面外形からはみ出していてもよく、工程を精緻化／複雑化させることなくスペーサを配置することが可能となる。

（第２の実施形態）
図２に、第２の実施形態に係る光接続部品を示す。光接続部品２００は、第１の実施形態に係る光接続部品１００と接着剤層をどこに形成するかを除いて同一である。第１の実施形態では、光ファイバ接続部材１０２の接続面１０２Ａにスペーサ１０２Ｂを設けることにより、接着剤層を形成するが、本実施形態では、光ファイバ接続部材２０２の接続面２０２Ａにおいて、光ファイバ１０１の端面１０１Ａの周囲に凹部２０２Ｂを設けている。これにより、光ファイバ接続部材２０２を導波路型光素子１１０に接続した際に接着剤層が当該凹部２０２Ｂに確保される。

凹部２０２Ｂの厚さは、第１の実施形態と同様の理由から２μｍ以上４０μｍ以下程度であることが好ましい。

また、図２では、接着剤１０３が凹部２０２Ｂのみに存在するが、凹部２０２Ｂの外部にも塗布してもよい。

図３に、第２の実施形態の変形形態を示す。光接続部品３００は、光ファイバ接続部材３０２の接続面３０２Ａにおいて、光ファイバ１０１の端面１０１Ａの周囲に凹部３０２Ｂを設けている点で図２と同様であるが、その形状が円盤状ではなく、円錐台状である点で異なる。このような円錐台状に加工されていると、接着剤の層厚が接続中心から連続的に変化していることから、外的ストレスが加わった場合に接着剤層内で応力集中点がなくなり、より信頼性の高い接続を行なうことができる。

（第３の実施形態）
図４に、第３の実施形態に係る光接続部品を示す。第１及び第２の実施形態では、光ファイバ接続部材側に凹部を設けたが、第３の実施形態に係る光接続部品４００では、導波路型光素子側に凹部を設ける。光接続部品４００は、光ファイバ４０１と、光ファイバ光ファイバ４０１が固定された光ファイバ接続部材４０２と、光ファイバ接続部材４０２が接続された導波路型光素子４１０とを備える。導波路型光素子４１０は、基板４１１上に光導波路４１２が設けられている。導波路型光素子４１０と光ファイバ接続部材４０２との接続面積を大きくするために、導波路型光素子４１０には、光導波路４１２の上にガラスブロック（ヤトイ）４１３を配置することができる。

光ファイバ接続部材４０２と導波路型光素子４１０とは、接着剤１０３で接着する。本実施形態に係る光接続部品４００では、導波路型光素子４１０の光ファイバ接続部材４０２との接続面４１０Ａにおいて、光ファイバ４０１の端面４０１Ａの周囲に凹部４１０Ｂを設ける。こうすることで、光ファイバ４０１の端面と光導波路４１２の端面との間に十分な厚さを有する接着剤層が形成され、剥離による空気等の隙間の発生を抑止することができる。

凹部４１０Ｂの厚さは、第１の実施形態と同様の理由から２μｍ以上４０μｍ以下程度であることが好ましい。

（その他）
以上、３つの実施形態について説明したが、これらの構造を有すると、導波路型光素子と光ファイバ接続部材との間の接着剤を介した接着面積が従来構造より小さくなり、接着強度が取れなくなる。第２の実施形態で説明したように凹部の外部にも接着剤を塗布することがあるが、主に接着剤が塗布される凹部の面積を上記接着面積と考えると、図６に示すように光ファイバ接続部材１０２の導波路型光素子１１０との接続面の面積をＳとして、凹部の面積は２Ｓ／３以上であることが望ましい。

また「導波路型光素子」と「接着層を確保するためのスペーサまたは光ファイバ接続部材の導波路型光素子に対する最近接部分」は実装工程時に密着しているが、接着剤塗布後は必ずしもその必要はなく、例えば層厚１μｍ程度の接着剤の浸み込みがあっても差し支えない。

１００、２００、３００、４００光接続部品
１０１、４０１光ファイバ
１０１Ａ、４０１Ａ端面
１０２、２０２、３０２、４０２光ファイバ接続部材
１０２Ａ、２０２Ａ、３０２Ａ接続面
１０２Ｂスペーサ
２０２Ｂ、３０２Ｂ凹部
１１０、４１０導波路型光素子
１１１、４１１基板
１１２、４１２光導波路
１１３、４１３ガラスブロック
４１０Ａ接続面
４１０Ｂ凹部

Claims

光ファイバが固定された光ファイバ接続部材であって、導波路型光素子の基板上に設けられた光導波路と前記光ファイバとを接続するための光ファイバ接続部材において、
前記導波路型光素子との接続面において、前記光ファイバの端面の周囲に配置されたスペーサと、
前記光ファイバの端面を覆う接着剤層を構成し、前記スペーサが形成する凹部に充填された接着剤とを備え、
前記スペーサは、前記接着剤よりも小さいヤング率を有することを特徴とする光ファイバ接続部材。
前記凹部は、厚さが２μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ接続部材。
前記凹部の表面積は、前記光ファイバ接続部材の前記導波路型光素子との前記接続面の面積の２／３以上である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接続部材。