JPH01163709A - 光ファイバ多心コネクタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多心の光ファイバを同時に接続する光ファイバ
多心コネクタに係り、特に単一モード光ファイバの低損
失な接続に好適な光ファイバ多心コネクタの製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

光ファイバ多心コネクタでは、接続低損失化のためにコ
ネクタ内で光ファイバを高精度に配列し固定することが
必要である。一般的なコア径５０μｍの多心モード光フ
ァイバの多心コネクタでは′ミクロンオーダの精度で充
分である。しかし、単一モード光ファイバの場合はコア
径１０μｍ程度のファイバ同士を接続しなければならな
いので。

１桁高い精度が必要となり、各光ファイバ毎にサブミク
ロンオーダの位置精度が要求される。第１３図は、単一
モード光ファイバ同士を結合させた時の、ファイバ間の
位置ずれに対する光結合効率の変化を示す０図から明ら
かなように、単一モード光ファイバ多心コネクタの実用
上充分な接続損失０．５　ｄ　Ｂを実現するには、ファ
イバの位置ずれを±１．６μｍ以内に抑えなければなら
ないことが解る。これは、接合し合う２個のコネクタの
一方について、±１．６／２＝±０．８μｍ以内のサブ
ミクロンオーダの精度で光ファイバを配列する必要があ
ることを示している。

従来の光ファイバ多心コネクタは、例えば特開昭６２−
１９８２１号に記載のような方法で製造されていた。第
１４．１５，１６．１７図によ本方法を説明する。１０
１は光ファイバ、１０２は光ファイバ心線、１０３は光
ファイバ用多条Ｖ溝。

用霊型ビン、ＬＵｂ＆工１父型、１０７は上４Ｌ１０８
は金型キャビティ、１０９は光ファイバ心線固定部、１
１０は光ファイバ及びガイドピン固定部、１１１は配列
板、１１２はスリット、１１３は光ファイバ多心コネク
タである。この光ファイバ多心コネクタ１１３を製造す
るには、まず下金型１０６の光ファイバ用多条Ｖ溝１０
３の端部に配列板１１１を仮固定する。次に、光ファイ
バ１０１を１本ずつスリット１１２に添わせて、光ファ
イバ用多条Ｖ溝１０３と光ファイバ及びガイドビン固定
部１１０との間にできたｖ型形状部分に光ファイバ１０
１を挿入しつつ、光ファイバ用多条Ｖ溝１０３に添わせ
設置する６全ての光ファイバ１０１を同様に設置した後
、光ファイバ心線固定部１０９にて光ファイバ心線１０
２を固定する。光ファイバ１０１を配列板１１１に接着
剤で仮固定し、光ファイバ１０１を所定の間隔に保つ、
上金型１０６を下金型１０７に組み合わせ、金型キャビ
ティ１０８内に樹脂を注入し成形する。

最後に成形品の端面を研磨して光ファイバ多心コネクタ
１１３を得る。

従来は以上のような方法で製造されていた。

（発明が解決しようとする問題点〕 上記従来方法は、配列板１１１の加工にエツチング技術
を用いていた。スリット１１２のＵ字形の曲線形状から
明らかなように、これは金属板などの等方的なウェット
エツチングまたはドライエツチングによって加工された
ものである。しかし、通常の等方的なウェットエツチン
グによって１μｍ以下の加工精度を得ることは非常に困
難である。ドライエツチングではサブミクロンオーダ精
度の加工が行なえるが、高価な装置を必要とするうえス
ルーブツトが悪いので、これは経済性と量産性の点で問
題があった。

従来の配列板１１１はスリット形状をしており。

光ファイバ１０１は第１６図の上下方向に関して位置決
めされないので、光ファイバ１０１の位置が上下方向に
数μｍ程度ばらついて接続損失が大きいという問題があ
った。

また配列板１１１の固定位置が光ファイバ多心コネクタ
１１３の端面から離れているので、端面での光ファイバ
１１１の配置が配列板の通りに決まらず、結局、接続損
失が大きくなるという問題があった。

以上から、従来の製造方法では多心光ファイバをサブミ
クロンオーダの位置精度で配列させることができない、
すなわち、従来方法は多モード光ファイバには適用でき
るが（従来方法に示されている接続損失の値は多モード
光ファイバのものである）、単一モードの光ファイバ同
士を低損失で接続することは不可能であった。従来の方
法で単一モード光ファイバ同士を接続した場合、損失が
１ｄＢよりも大きくなってしまい、実用上問題がある。

本発明の目的は、特に単一モード光ファイバ同士の低損
失接続が可能な、光ファイバの配列位置精度に優れた光
ファイバ多心コネクタを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、結晶異方性エツチングにより穴を加工した
光ファイバ位置決め用ガイドを用い、該穴に光ファイバ
を挿入し、光ファイバ多心コネクタの端面近傍で光ファ
イバをガイドすることにより、達成される。

〔作用〕

結晶異方性エツチングによればサブミクロンオーダ精度
の穴加工が行なえる。加工にはエツチングマスクのパタ
ーンニング精度が忠実に反映されるので、非常に精度が
良い。この穴に多心の光ファイバを挿入すれば、光ファ
イバの配列に関してサブミクロン精度の位置決めが行な
える。穴形状なので、従来のスリット形状のように上下
方向に位置がばらつくこともない。コネクタの端面近傍
でガイドされているから、コネクタ端面においてサブミ
クロンオーダの配列精度が得られる。すなわち、多心の
単一モード光ファイバ同士の低損失接続が可能になる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１．２，３，４，５，６．７図は本発明の実施例の光
ファイバ多心コネクタの製造方法を説明する製造工程図
、第８図は本実施例に用いたガイドの正面図、第９図は
このガイドの断面図、第１０図はこのガイドに光ファイ
バを挿入した所の拡大図、第１１図は本実施例のガイド
の製造工程図、第１２図は本実施例の光ファイバ多心コ
ネクタの接続損失の度数分布である。

本発明の実施例の光ファイバ多心コネクタは、５心の単
一モード光ファイバを低損失で接続するものである。

第１．２，３，４，５，６．７図の製造工程図にしたが
って１本実施例の光ファイバ多心コネクタの製造方法を
説明する。第１図は光ファイバ被覆除去工程、第２図は
ビン嵌合工程、第３図は光ファイバ挿入工程、第４図は
ガイド挿入・光ファイバ接続工程、第５図は光ファイバ
切断工程、第６１！Ｉはフェルール接着工程、第７図は
光ファイバ端面研磨工程を説明する図である。

（ａ）光ファイバ被覆除去工程（第１図）本実施例のテ
ープ型光ファイバ心線１は、５本の光ファイバ２を平面
テープ状に２５０μｍピッチで平行に並べ、これに−括
して被覆を施して５心１組にしたものである。光ファイ
バ２は、外径１２５μｍ、コア径９μｍ、スポットサイ
ズ５μｍの石英系単一モード光ファイバである。

第１図の光ファイバ被覆除去工程では、光ファイバ多心
コネクタ製造の準備として、テープ型光ファイバ心線１
の被覆を剥ぎ、５本の光ファイバ２を露出させた。露出
した光ファイバ２は、被覆が残らないように有機溶剤に
より充分清掃した。

（ｂ）ピン嵌合工程（第２図） キャピラリ３は特殊樹脂製で、精密金型成形によって製
造した。キャピラリ３には穴４と穴５が形成されている
。５個の円筒状の穴４は、５本の光ファイバ２の配列位
置を概ね決めるためにある。

穴径は１３０μｍ、穴のピッチは２５０μｍである。２
個の円筒状の穴５は、２本のピン６が正確に嵌合するよ
うに開けられている。高精度金属加工によって作られた
ピン６は１本実施例の光ファイバ多心コネクタ同士を接
続する時にガイドとして働く。ピン６の直径は０　、７
　＋ｕｓφである。

第２図のピン嵌合工程では、上記のキャピラリ３に２本
のピンを嵌合させておく。

（ｅ）光ファイバ挿入工程（第３１！Ｉ）第３図の光フ
ァイバ挿入工程では、キャピラリ３の穴４に５本の光フ
ァイバ２を挿入する（図面の矢印方向）、この工程によ
って光ファイバ２の位置は、配列ピッチ２５０±２．５
μｍの精度で概ね決まる。

（ｄ）ガイド挿入・光ファイバ接着工程（第４図）第４
１ｉ！！ｌのガイド挿入・光ファイバ接着工程では、ま
ず５本の光ファイバ２と２本のピン６をガイド７に開け
られた穴に挿入する。ガイド７の穴は結晶異方性エツチ
ングによって精密加工されているので、光ファイバ２の
位置は、サブミクロンオーダの精度で正確に決まる。よ
り正確を期すために、ガイ下７を複数枚重ねて用いるこ
ともある。ガイド７については後で詳述する。

次に一５本の光ファイバ２をキャピラリ３から少し引き
出し、光ファイバ２の接着剤塗布部８に樹脂系の接着剤
を塗る。そしてテープ型光ファイバ心線１を図面矢印方
向に出し入れし、光ファイバ２をキャピラリ３の穴４の
中で動かして、接着剤を穴４全体に広げる。このどき光
ファイバ２がガイド７の穴から常に突き出ているように
気を付けた。

接着剤が穴４全体に行きわたったら、そのままの状態で
放置し接着剤を硬化させる。硬化時間は常温で８時間で
あった。

（ｅ）光ファイバ切断工程（第５図） 第５図の光ファイバ切断工程では、上記接着剤が完全に
硬化したのちガイド７を抜き取りピン６を穴５から外し
て、キャピラリ３の端面において５本の光ファイバ２を
切断する０図はキャピラリ３の端面に光ファイバ２が並
んでいるところを示す。ここで場合によっては、ガイド
７を抜き取らずにそのまま残しておくこともある。

（ｆ）フェルール接着工程（第６図） 第６図のフェルール接着工程では、前工程（ｅ）まで出
来たものを２分割のフェルール９，１０で挟み込み、樹
脂系の接着剤によって接着する。このとき生じる隙間に
も接着剤を充填しておく。そして接着剤を硬化させ、テ
ープ型光プアイバ心線１及び光ファイバ２、フェルール
９．ＩＯ、キャピラリ３を一体成形した。

（ｇ）光ファイバ端面研磨工程（第７図）第７図の光フ
ァイバ端面研磨工程では、光ファイバ多心コネクタの接
続損失を・低減化するために、前工程（ｆ）で一体化し
たフェルール１１の端面１２、すなわち光ファイバ２の
端面を鏡面研磨した。

以上の工程に従う製造方法により１本実施例の光ファイ
バ多心コネクタ１３が完成する。

本実施例に用いたガイド７の正面図を第８図に。

断面図を第９図に示す、ガイド７は、厚さ３００μｍ、
結晶面方位（１００）のシリコン板から成る６面積は７
Ｘ１０ｍａ＋２である。シリコン結晶の異方性エツチン
グによって、ガイド７の表面２４から５個の穴２１と２
個の穴２２を開け、裏面２５から穴２３を開けた。これ
らの穴はいずれも四角錐台の形状である。ガイド７の製
造工程は後で詳しく述べる。

穴２１は、第４図の工程（ｄ）において５本の光ファイ
バ２がそれぞれ挿入される穴である。この穴によって、
光ファイバ２の位置決めがサブミクロンオーダの精度で
行われる。第１０図に光ファイバ２が穴２１に挿入され
た所の拡大図を示す。

このようにして光ファイバ２のコア３０が規則正しく配
列される。穴２１のテーパ角度 ０＝７０．５”　、穴径ｄ＝１２６±０．５ｐｍ、穴の
配列ピッチｐ＝２５０±０．５μｍである。

穴２２は、第４図の工程（ｄ）において２本のビン６が
それぞれ挿入される穴である。この穴２２と穴２１の相
対的な位置は±０．５μｍ以内の精度で合っており、５
個の穴２１は２個の穴２２の間の中心にある。穴２２の
テーバ角度は穴２１と同じ７０．５＠、穴径Ｄ＝７０１
±０．５μｍ、穴の間隔は３゜６’ａｍである。

穴２３は、穴２１．穴２２が開いている領域全体をおお
うように裏面２５から加工されている。

穴２３がある部分のガイド７の厚さは８３．５μｍであ
る。

第１１図にガイド７の製造工程を示す６以下、図面にし
たがって工程を説明する。

（ａ）Ｓｉ（＞２膜形成工程 第１１図（ａ）ｓｉｏ□膜形成工程では、３００μｍ厚
のシリコン板４１　（結晶面方位（１００））の表面に
熱酸化によってＳｉＯ２膜４２．４３を形成させた。熱
酸化条件は、熱酸化炉の温度１１００℃、炉への０２送
気量１１／ｍｉｎとし、８時間はど湿式酸化を行なった
。５ｉ０２膜４２，４３の膜厚は、１．５μｍであった
。

（ｂ）表側フォトリソグラフィ工程 第１１図（ｂ）表側フォトリソグラフィ工程では、フォ
トリソグラフィによってシリコン板４１の表側のＳｉＯ
２膜４２をパターンニングした。

まず、レジストを５ｉ０２膜４２の上面に塗布したあと
、フォトマスクを用いてレジストにパターンを露光する
。露光後レジストを現像し、このレジストをマスクとし
てＳｉ○２膜４２をエッチングする。エツチング液には
緩衝弗酸液を使った。

こうして５ｉ０２膜４２がパターンニングされる。

パターンニング精度は、フォトマスク精度で決まるので
、±０．２μｍであった。

（ｃ）表側エツチング工程 第１１図（ｅ）表側エツチング工程では、上記の５ｉ０
２膜４２をエツチングマスクとして、シリコン板４１の
表側をＫＯＨ４０ｗｔ％水溶液（温度６０℃）により約
４時間エツチングした。

ＫＯＨ水溶液を使うと結晶面（１１１）は侵食されずに
残るので、結晶面（１００）（シリコン板４１の表面と
平行な面）のエツチングが進み、結晶面（１１１）に囲
まれた四角錐台の形状の穴４４．４５が形成される（穴
４４は第８，９図の穴２１、穴４５は第８，９図の穴２
２に相当する）。

このような結晶の面方位に依存したエツチングすなわち
結晶異方性エツチングによれば、エツチングマスクのパ
ターンニング精度をそのまま反映したサブミクロンオー
ダの超精密加工が行なえる。

エツチングが終わったのちは、緩衝弗酸液によ）ＪＳｉ
０２膜４２，４３を除去した。

（ｄ）ＳｉＯ２膜再形成工程 第１１図（ｄ）Ｓｉ０２膜再形成工程では、第１１図（
ａ）ＳｉＯｚ膜形成工程と同様の熱酸化条件で５ｉ０２
膜４６．４７を形成させた。

（ａ）裏側フォトリソグラフィ工程 第１１図（ｅ）ｍ側フォトリソグラフィ工程では、第１
１図（ｂ）表側フォトリソグラフィ工程と同様の手順で
、シリコン板４１の裏側の５ｉ０２膜４７をパターンニ
ングした。シリコン板４１の表側に形成された穴４４，
４５と裏側の５ｉ０２膜４７のパターンとの位置合わせ
精度は、±５μｍ程度で充分である。

（ｆ）裏側エツチング工程 第１１図（ｆ）裏側エツチング工程では、上記の５ｉ０
２膜４７をエツチングマスクとして、シリコン板４１の
開側をＫＯＨ４０ｗｔ％水溶液（温度６０℃）により約
９時間エツチングした６第１１図（ｃ）表側エツチング
工程と同様に結晶異方性エツチングが行なわれ、結晶面
（１１１）が残り、結晶面（１００）のエツチングが進
んで穴４８が形成される（穴４８は第８，９図の穴２３
に相当する）。このとき穴４８と穴４４や六４５とが貫
通する。貫通した穴４４．４５　（すなわち第２図の穴
２１．２２）の穴径は、穴４８のエツチング深さによっ
て決まるので、深さの制御には充分注意を払った。穴４
８の深さ方向（面方位（ｌ　ＯＯ）方向）のエツチング
レートは約０．４μｍ／ｍｉｎなので、サブミクロンオ
ーダの精度で第２図の穴２１．２２の加工が行なえた。

エツチングが終了したら、緩衝弗酸液により５ｉｎ２膜
４６，４７を除去する。最後にシリコン板４１をダイシ
ングソーによって７ｍｍＸ　１０＋ｍｍの大きさに切り
出した。

こうして、サブミクロンオーダの高い精度で穴２１．２
２が加工されたガイド７が完成する。

第１２図は、実際に第１１図の工程により製造したガイ
ド７を用いて、第１〜７図の製造工程により組み立てた
光ファイバ多心コネクタ１３の接続損失の測定結果を示
す。４０個の光ファイバ多心コネクタ１３を作り、互い
に２個ずつを繋ぎ合わせて２０組のコネクタ接続を行な
った。そのとき、光ファイバ２それぞれについて接続損
失を測定し、結果を度数分布に表わしたのが第１２図で
ある。測定数ｎ＝１００について、接続損失の平均値ｍ
＝０．３７ｄＢ、標準偏差σ＝０．０２７ｄＢが得られ
た。この接続損失の値は実用的に充分良好である。また
結果から考察して、光ファイバ２の配列精度は±０．７
μｍであることが解った。

本実施例の光ファイバ多心コネクタの製造方法によれば
、光ファイバを±０，７μｍというサブミクロンオーダ
の高い精度で配列できるので、多心の単一モード光ファ
イバを低損失で一括して接続することが可能になる効果
がある。また光ファイバの位置決めに用いたガイドはシ
リコンをウェットエツチングして製造されるので、材料
費が安価なうえバッチ処理による量産が可能であり、経
済的に優れている。さらにコネクタの製造工程は非常に
簡単なので、作業性の点で有利である。

なお、本発明のポイントは結晶異方性エツチングによっ
て加工したガイドを用いたことにあるのであって、本発
明は本実施例で述べた材料、形状。

寸法によって限定されるものではない。例えば、本実施
例では単一モード光ファイバを用いたが、多モード光フ
ァイバに対しても本発明を実施し得ることは言うまでも
ない。またテープ型光ファイバ心線でなくとも、複数の
光ファイバ心線に対しても本発明は実施し得る。ガイド
の材料は、結晶異方性エツチング精密加工が行なえる材
料であれば良＜、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの結晶材料を使
うことがある。本実施例では心線数を５心としたが。

この数は光ファイバ多心コネクタの仕様によって増減で
き変更可能である。ガイドの光ファイバの位置決め部分
以外の加工には、等方的なエツチング加工や、マイクロ
ラッピング、ダイシングソー等の精密機械加工を利用す
ることも勿論可能である。ガイドの構造を設計変更する
ことも場合によっては有り得る。第５図の工程（ｅ）で
述べたようにガイドを取らずに、そのままコネクタに埋
め込むという方法もある。本実施例のキャピラリ。

フェルールの形状を変えたり、これらを一体化したもの
を用いることも考えられる。生産上の都合から、光ファ
イバ多心コネクタやガイドの製造工程の手順を入れ替え
たり、改変することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多心の光ファイバ同士、特に単一モー
ド光ファイバ同士を一括して低損失で接続できるので、
光情報通信における高速・大容量の並列伝送が可能にな
る効果がある。また経済性′　に優れるので、特に低価
格化が必須条件である光加入者系システムにおいて本発
明の普及効果は非に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１．２，３，４，５，６．７図は本発明の実施例の光
ファイバ多心コネクタの製造方法を説明する製造工程図
、第８図は本実施例に用いたガイドの正面図、第９図は
このガイドの断面図、第１０図はこのガイドに光ファイ
バを挿入した所の拡大図、第１１図は本実施例のガイド
の製造工程図、第１２図は本実施例の光ファイバ多心コ
ネクタの接続損失の度数分布、第１３図は単一モード光
ファイバの位置ずれに対する光結合効率の変化を示す図
、第１４．１５，１６．１７図は従来の光ファイバ多心
コネクタの製造方法を説明する図である。 秒、符号の説明 １・・・テープ型光ファイバ心線 ２・・・光ファイバ ３・・・キャピラリ ４．５・・・穴 ６・・・ビン ７・・・ガイド ８・・・接着剤塗布部 ９．１０．１１・・・フェルール １２・・・端面 １３・・・光ファイバ多心コネクタ ２１．２２，２３・・・穴 ′＄７ノ　図 つ朽　　ノ２　　η口 搏琥ル去〔ゐジ 禿　　　゛ 緘鵜今諜命ｉ ３四　）４　圓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、結晶異方性エッチングにより加工したガイドに形成
   された複数の穴に多心の光ファイバを挿入し、該光ファ
   イバを所定の位置に配列させてなる光ファイバ多心コネ
   クタの製造方法。 ２、上記ガイドが結晶面方位（１００）のシリコン板か
   ら成り、上記穴が結晶面方位（１１１）の結晶面より構
   成される四角錐台の形状を為すことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光ファイバ多心コネクタの製造方
   法 ３、複数の穴が形成されたキャピラリに多心の光ファイ
   バを挿入し概ね所定の位置に配列させる工程と、上記ガ
   イドの穴に更に前記光ファイバを挿入し所定の位置に配
   列させる工程と、前記キャピラリに前記光ファイバを接
   着する工程と、該キャピラリと光ファイバをフェルール
   によって覆い隙間を接着剤で充填し成形する工程と、該
   フェルールの端面すなわち前記光ファイバの端面を研磨
   する工程とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光ファイバ多心コネクタの製造方法。 ４、上記ガイドを光ファイバ多心コネクタ製造時に埋め
   込むことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光フ
   ァイバ多心コネクタの製造方法。