JPH0213913A - 光カップラー - 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］ 本発明は光デバイスに係わり、特に光カップラーおよび
この光カップラーの製造方法と製造装置に関する。

［従来の技術および解決しようとする課題］光カップラ
ーは光通信システムで使用される基本的なデバイスであ
り、例えばデイ・ドメニコ（Ｄｉ　Ｄｏｍｅｎｉｃｏｌ
　らの米国特許筒４，１６５．４９６号（本出願人の子
会社に譲渡された）に示されたものが知られる。この光
カップラーは、当接端部を有する２つのエンド・トウ・
エンド（端と端がつながれた）光ファイバーで構成され
、これらの端部は成る角度で切り出されて多層誘電体又
は金属の膜のような部分反射コーチングを施されている
。２本の光ファイバー間のある角度で設けられた境界面
は部分反斜面を構成し、この反射面により２本のファイ
バーに沿って伝搬する光が一部除去される。この除去さ
れた一部の光は元の光源の制御、中継器の制御など一連
の目的に使用することができる。また上記境界面はファ
イバーの１方に光波情報を導入するためにも使用される
。

当接した２本の光ファイバーは、光カップラーが適切に
動作するように、正確に整合を取らなければならない。

このような整合はシリコン基板を用いてなされ、このシ
リコン基板は一方の面に■溝を形成して当接する２本の
ファイバ一端部を支承するように構成される。光波シス
テムでは複数の平行ファイバーに対して複数のカップラ
ーを必要とする場合が多く、これはシリコン基板に複数
の平行Ｖ溝を使用して実施することができる。この場合
、■溝に複数の光ファイバーが平行配置され、更に個別
の光検出器を使用して各々のカップラーからの部分反射
出力を検出するようにしている。

シリコンはファイバーの支承と整合に必要な小さな溝の
形成材料として、適している。これは、溝の画定に、フ
ォトリソグラフ（写真平版）技術のマスキングおよびエ
ツチングプロセス等の衆知の方法を利用できることによ
る。シリコンの結晶構造の性質から、異方性エツチング
により高精度でＶ字状１−ラフを形成することができる
か、これはそれぞれのファイバーの径かわずか約１２５
ミクロンに過ぎない点を考えると重要である。

しかしながら上記の目的のためにシリコン基板を用いる
と、シリコンの屈折率と熱膨張係数とかガラスのものと
異なるという問題点か生じる。即ち、ガラス製光ファイ
バーとシリコン基板の間に熱膨張の差かあると、小さい
が、有害な不整合かもたらされ、接着剤の選択か制限さ
れる。また、シリコンとガラスの間の屈折率の差により
、望ましくない反射か惹起されることとなる。

（課題を解決するための手段および作用）上記の従来の
光カップラーの問題点およびその他の問題点を解決する
ため、本発明は、基板をガラスプリフォームから（好適
には石英から）形成する。即ち、基板は、このプリフォ
ームを適切な大きさの基板を与えるべく軟化させ線引き
することにより、形成される。ガラスプリフォームには
、基板の所望の溝の大きさよりはるかに大きな支承溝が
形成される。ガラスプリフォームの所定の部分は十分高
温に加熱され、ガラスのりフロー（ｒｅ　ｆ　ｌｏｗ）
従って再流をもたらすようにされる。次に、衆知の光フ
ァイバー線引き法により、プリフォームのリフロ一部分
は、基板の溝が光ファイバーの装着に適した大きさにな
るように、Ｆ分車さな径に線引きされる。このプリフォ
ームの線引きされた部分は、冷却後切断され、ガラスフ
ァイバーとほぼ同じ熱膨張係数と屈折率を有する基板と
して用いられる。

ガラスは非晶質なので、シリコンエッチンク法により必
要な精度の溝を形成することはできない。しかし、本発
明の方法によれば、従来の方法゛Ｃプリフォームにより
大きな溝を形成し、次にその大きさを小さくし、必要な
溝を設けることかできる。光ファイバーを線引きしこれ
らの光ファーイハーの径を制御するための従来の方法は
、支承溝を所望の大きさに低減させるのに適しているこ
とか見出されている。

本発明の他の特徴によれば、基板により支承されるべき
複数の光ファイバーを収容する光ファイバーリボンが、
このリボンの光ファイバーの全てを同時に切断し研磨す
るための取付具内に配置される。同じ取１寸具が、１８
０°回転されたリボンと共に使用される。このように両
リボンに対して同一の取付具を使用することにより、一
方のリボンの端部を角度αで研磨し、他方のリボンの端
部を１８０°−αで研磨できるようになる。光カップラ
ーに載置されるべきファイバーリボンの２端部からリボ
ンコーチングが剥離され、成分光ファイバーが基板溝に
当接される。各々のリボンの所定部分はそのままにされ
て、各々の成分ファイバーの相対的な角度配置が維持さ
れるようになされる。

［実施例］ 第１図は、ここで光カップラーと呼ぶデバイスを概略図
示したもので、この光カップラーはビームスプリッタ−
１方向性結合器、光ファイバータップ、双方向性結合器
などとしても知られている。この光カップラーは境界面
１３を形成する整合された傾斜端部を有する２本の端と
端をっないた光ファイバー１１．１２から構成される。

上記の界面はファイバーの１方を角度αて、他方を１８
０　°−αて研磨することにより形成される。

例えば、光ファイバー１２の端部は４５６で研削、研磨
されるか、光ファイバー１１の整合端部は１３５’で研
削される。矢印により示されるように、光ファイバーに
沿っ゛Ｃ伝搬する光は界面１３により−・部反射され、
従ってファイバーから光の一部か除去され、残部か光フ
ァイバー１２に沿って伝搬される。光ファイバーから反
射された光の一部は光検出器１５により検出され、電気
工ネルキーに変換される。

光ファイバー１１としては、例えば上記のデイ・ドメニ
コ（Ｄｉ　ＤｏＩｌｅｎｉｃｏ）の特許に示されたよう
に、適切に整合されることか重要であり、このために−
面にＶ溝を有する多結晶シリコン部材か支承基板として
使用される。

最近の光学システムの場合、１つの部位に複数の光カッ
プラーが必要な場合か多く、このため、第２図に示した
ように一連のＶ溝１８が形成されている基板１７が使用
される。これらのＶ溝は、正確に所定の形状のＶ溝を与
えるように、衆知の異方性エツチングの原理によりシリ
コン部材の表面をマスクしてこれを結晶面に沿いエツチ
ングすることにより、高精度で形成される。光ファイバ
ー１９は図示のようにＶ溝１８の各々に支承され、また
各々の光ファイバー１９は第１図に示したように光カッ
プラーを形成するように他の光ファイバーに当接するこ
とが理解される。

シリコンよりガラスから基板１７を形成した方が多くの
利点が得られる。先ず、グラスファイバーと基板との熱
的整合が改善され、これにより熱膨張と熱収縮の差によ
る不整合の心配が排除される。更に、基板を光ファイバ
ーと同じ材料で形成すれば、屈折率の急激な変化により
望ましくない界面が形成されることはなくなり、従って
見かけの反射のおそれがなくなる。ここでガラスの屈折
率は１．４５であるが、シリコンは３．２である。但し
、ガラスは非晶質なので、異方性エツチングに対応する
何らかの手法により必要なＶ溝形状を得ることはできな
い。

本発明の一つの側面によれば、基板１７は初めは、基板
に要求されるものよりはるかに大きな寸法のガラスプリ
フォームの一部をなしており、例えばプリフォームの寸
法は対応する基板の寸法の１０倍をなしてし）る。この
ガラスプリフォームには、従来の技術により一つの表面
に一連の溝が形成される。これらの溝は最終製品に必要
な大きさよりはるかに大きく形成されるので、これらの
溝は機械加工またはその他の従来のガラス成形法により
容易に形成され、例えばプリフォームの溝は対応する基
板溝より１０倍大きく形成される。

次に、このガラスプリフォームは衆知のガラス線引き法
により、小さな径に（例えば元の寸法の１／１０に）加
熱、線引きされ、これに対応して溝の寸法を含む全ての
寸法が低減される。ここで第３図は、本出願人の会社の
子会社に譲渡されたアンドレコ（ＡｎｄｒｅｊｃｏＪら
の米国特許第４．４５０．３３３号に詳細に示されたガ
ラス線引き炉を示したものである。この炉は二酸化ジル
コニウムの環状部２３を囲繞、加熱する高周波加熱コイ
ル２２からなる。

次に、ガラスプリフォーム２４は炉内にその中心軸線に
沿って降下され、これによりプリフォームの一部は「ホ
ットゾーン」内に配置されて、その結果軟化またはりフ
ロー（ｒｅｆｌｏｗ）される。プリフォームの下端部は
工具により係合され、点線２６により示したように炉外
に引き出される。炉の中心軸線に沿って引き出された軟
化ガラスは元の軟化前のプリフォームのスケールを縮少
した複製品をなすものである。線引きされたガラスは周
囲大気により硬化され、その後プリフォームの残部から
切断される。本発明によれば、この硬化した切断部分は
光ファイバーを支承するために使用される基板を構成す
る。プリフォームの表面の溝は線引き中もその後もそれ
らの相対的な比例関係を維持し、従って元のプリフォー
ムなその径の１／１０の径にする線引きにより元のプリ
フォームの溝の大きさの１７１０の寸法の溝が与えられ
る。

パート（Ｂｉｒｄ）らの米国特許第３，４９８，７７１
号、クラーク（Ｃ１ａｒｋｌ　らの米国特許第４，６３
１，０７９号、およびアウリッヒ（Ａｕｌｉｃｈｌらの
米国特許第４．４１０．３４６号には、プリフォームか
ら線引きされたガラスの直径をモニターして制御する方
法が示されている。また衆知のように、オハイオ州デイ
トン（Ｄａｙｔｏｎｌ、システム・リサーチ・ラボ社（
Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｌａｂｓ、Ｉｎｃ
、）から市販されている商標名モデル１１６０Ａレーザ
ーマイク（Ｌａｓｅｒｍｉｋｅ”）のレーザマイクロメ
ーターは、線引きされたガラスの寸法をモニターするた
めに使用することができる。製造手順を設定する場合、
所望の寸法の溝を形成する前に多数の線引きを実施する
必要があるが、−度適切な線引きが得られれば、何度で
も複写することができ、また上記の方法は十分正確であ
り、さらに実験を行わなくても適切な寸法が得られるも
のである。

直径１２５ミクロンの光ファイバーを使用する場合には
、溝の深さは１２５ミクロンとしてよい。初期のプリフ
ォームの溝の深さは１２５０ミクロンである。このプリ
フォームに使用するガラスには、光ファイバーを形成す
る材料と同じ溶融石英が好適に用いられる。一実施例に
おいては、プリフォームの寸法は１．２ｘ０．４インヂ
ｆ３．０４８ｘ　１．０１６ｃｍ１であり、基板の寸法
は０．１２０ｘＯ，０４インチ（ｏ、３ｏ４８　ｘＯ，
１０１６ｃｍ１　であった。

第１図から明らかなように、２本の光ファイバーの傾斜
した端部は整合されて、適切に動作するようにされなけ
ればならない。即ち、一方の光ファイバーを角度αで、
他方を１８０°−αで傾に切り出しくつまり傾斜させ）
、両者が同一の角度配置となるようにしなければならな
い。第４図および５図に示したように、光ファイバーリ
ボン２９の構成光ファイバーの端部は、取付具３０を使
用し、適切な角度で研削、研磨する。取付具３０は部材
３１と３２からなり、これらは、その間にリボン２９を
固定するようにポルト３３により結合される。部材３１
と３２は、リボンに対して一定角度αをなす共通平面の
下部表面３５を画定するように、ポルト３３および部材
３２中のガイ１くスロワ１−により整合される。図示の
ようにリボンを装着した後、第５１２１に示したように
、取付具の下部表面から突出するリボンの端部は取付具
の下部表面３５と共平面をなすように研削、研磨される
。研磨後、リボン２９の構成ファイバーの全ては、リボ
ンの中心軸線に対して角度αになるように画定される。

角度１８０　°−αも同じ取付具を用いて他のリボンに
対して画定される。２つのリボンの構成ファイバーを適
当な角度て傾めに切り出した後、光カップラーとして動
作させるために必要な要件は、適切な角度配置をなすよ
うに各々の光ファイバーを維持することである。これは
、第６図に示したように、リボン２９の一部をそのまま
にすることにより実現される。このようにして、構成光
ファイバー３８は、基板３７に装着する前に、基板３７
の溝へのファイバーの個々の装着を可能にするのに必要
な距離たけリボン２９から隔置される。リボン２９の残
部をそのままにすることにより、構成ファイバー３８の
みかけの相対角度変位が防止される。当然のことながら
、この手法を適切に使用するには、リボン２９の構成フ
ァイバーの間隔は基板３７の表面の溝の間隔にほぼ等し
くなるようにしなければならない。リボン中のファイバ
ーおよび基板溝の通常の中心間距離は２５０ミクロンで
ある。光ファイバーを保持するリボンは通常はマイラー
で形成され、これは望みに応じた量だけファイバーから
容易に剥離できるものである。

第６図および７図に示したように、２つのりポン２９．
２９′の構成ファイバー３８．３８′は基板３７を含む
光カップラーに装着される。リボン２９′はりボン２９
に対して１８０°をなして装着され、従ってファイバー
３８が角度αで傾めに切り出されるとすると、ファイバ
ー３８′の端部は角度１８０　°−αをなすことになる
。ファイバー３８．３８′の境界面４１上にわたってガ
ラスカバー４０が配置される。各々の光ファイバー３８
．３８′間の各々の境界面４１に対しては個別の光検出
器４２が配置される。衆知のように、光検出器には共融
混合物のグイポンディングにより載置された光ダイオー
ドが使用される。例えば、これには融点が３８０°Ｃの
金・ゲルマニウム共融混合物が知られる。一方、これも
衆知のように、各種光ファイバーに光波情報を導入する
ための装置が使用されてもよい。また、光ファイバーは
、熱膨張係数と屈折率とがガラスのものに整合されたエ
ポキシによって溝に保持されることが望ましい。

以上のように本発明は、複数本の光ファイバーを支承す
る光ファイバーカップラーの場合について示されたが、
第１図に示したように、基板に唯−本の溝を有していて
光ファイバー間で唯一っの境界面を持つ単一光チャネル
を与えるカップラーに適用することが可能である。また
、基板に小さな溝を与えるガラス線引きを行い、且つ線
引きの程度をモニターするためには、従来の多くの方法
を使用してもよい。本発明は、整合に高精度を必要とし
、従って熱的な不整合に敏感な単一モード光ファイバー
に対して特に適している。本発明の精神と範囲から逸脱
することなく、上記実施例の各種の変形が当業者により
可能となるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は光カップラーの概略図であり、第２間は光ファ
イバー用支承基板の概略図であり、 第３図は本発明の一実施例で使用されるガラス線引き装
置の概略図であり、 第４図および５図は本発明の一実施例に従って光ファイ
バーリボンを切断、研磨する取付具をそれぞれ示す分解
斜視図および側面図であり、第６図は光ファイバーリボ
ンの光ファイバーを支承する基鈑の概略斜視図であり、 第７図は本発明の一実施例に従って形成された光ファイ
バーカップラーの概略図である。 ［主要部分の符号の説明１ １１、１２．１９．３Ｌ３８　’−−−−〜光ファイバ
ー＋３−−−一境界面 ＋５−−−一光検出器 １７．３７−−−−−基板 １８−一−〜Ｖ溝 ２４〜−−〜ガラスプリフォーム ２９．２９　　’−−−−リボン ３０〜−ｍ−取付具 ４２−−−一光検出器 ＦＴＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ ＦＴＧ、　　５ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ・６　　　　　　　　。９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の上面に所定の大きさの少なくとも１つの溝を
   形成するステップと、この溝に光ファイバーを載置する
   ステップと、更に、この基板内の溝を使用して光ファイ
   バーを支承し、位置決めし、整合させるステップとから
   なる光ファイバー用デバイスの製造方法において、 前記基板の形成は、第１に、ガラスプリフォームに、所
   望の溝の所定の大きさよりはるかに大きな溝を形成し、 第２に、ガラスプリフォームの一部を十分高温に加熱し
   てこれをリフローさせ、 更に第３に、このリフローされた部分を、 その溝が光ファイバーを載置するための所定の大きさに
   なるよう十分小さな径に線引きすることにより達成され
   ることを特徴とする光ファイバー用デバイスの製造方法
   。 ２、前記ガラスプリフォームは中心軸線を有し、且つ前
   記プリフォームの溝は前記中心軸線に平行な方向に延在
   するように形成されることを特徴とする請求項１に記載
   の製造方 法。 ３、同じ大きさの複数の平行する溝がプリフオームに形
   成され且つ線引き部分で大きさが低減され、更に該複数
   の溝に複数の光ファイバーが載置されることを特徴とす
   る請求項２に記載の製造方法。 ４、前記複数の光ファイバーは光ファイバーリボンの構
   成部分をなし、このリボンの第１端部における光ファイ
   バーはこのような光ファイバーを個別に溝に載置できる
   ように相互に分離され、ファイバーリボンの逆端部は分
   離されず、これにより溝に載置された光ファイバーの相
   対的な角度配置が保持されることを特徴とする請求項３
   に記載の製造方法。 ５、前記光ファイバーリボンの第１端部は、その分離前
   に鋭角をなすように研磨され、これにより溝に載置され
   たファイバーの端部の全てが同じ角度で研削、研磨され
   ることを更に特徴とする請求項４に記載の製造方法。 ６、前記基板の溝は、載置された光ファイバーの研削、
   研磨端部を、同じ溝に装着された第２光ファイバーの対
   応する端部と整合させるために使用されることを特徴と
   する請求項５に記載の製造方法。 ７、光ファイバーの端部と第２の光ファイバーの端部と
   のそれぞれの境界面上に光検出器が装着されることを特
   徴とする請求項６に記載の製造方法。 ８、前記基板は複数の平行する支承用溝を有し、 第１光ファイバーリボンが、このリボンの端部が切り出
   される角度αを定める取付具内に配置され、第２光ファ
   イバーリボンが同じ取付具内に配置されると共に一端部
   が角度１８０°−αで切り出され、 これらの切り出された端部を含む第１および第２テープ
   の構成光ファイバーの一部が第１および第２テープから
   分離され、更にこれらの第１および第２テープの分離さ
   れた光ファイバーが基板の支承用溝内に載置されること
   を特徴とする請求項２に記載の製造方法。 ９、前記取付具は、底面から角度αをなして延在する第
   １傾斜面を有する第１部材と底面から角度１８０°−α
   をなして延在する第２傾斜面を有する第２部材とを備え
   、前記第１および第２傾斜面は光ファイバーリボンの対
   向側面に当接され、前記第１および第２部材はそれらの
   底面が共平面をなすように固定され、更に光ファイバー
   リボンが基準面として第１および第２部材の共平面をな
   す底面を用いて切り出され、研磨されることを特徴とす
   る請求項８記載の方法。