JPH031113A - 光結合装置 - 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、光源及び光導波路を結合する光結合装置、特
に、マルチモード・レーザと共に使用される光結合装置
に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ＬＥＤ
　（発光ダイオード）及びレーザ・ダイオードなどの光
源からの出力光を光ファイバなどの光導波路に結合する
ために、光結合装置が使用される。この光結合装置は、
光学ピッグティル（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｉｇｔａｉｌ）
と呼ばれる。この光結合装置内部で光源から光導波路に
結合する光パワーが最大になるように、光導波路の位置
が定められる。

代表的なシングルキード・レーザの光結合装置では、通
常、し、−ザ・ダイオードは、金属ケースに収納されて
いる。このレーザ・ダイオードは、ベース部に、半田付
け、又は、レーザ融着されている。平凸レンズ又は平手
レンズのようなグラジェント・インデックス・レンズ（
Ｇｒａｄｉｅｎｔ　ＩｎｄｅｘＬｅｎｓ）は、レーザ・
ダイオードのケースの中の窓に近接して固定されている
。平凸レンズを使用した場合、レーザ・ダイオードの出
力光を拡大して集束するため、この平凸レンズの凸面の
先端は、レーザ・ダイオードに対向している。レーザ・
ダイオード及びグラジェント・インデックス・レンズの
上に、キャップ部は、配置される。キャップ部の中央に
は、光ファイバを導入する開口がある。

キャップ部の開口には、光ファイバを直接挿入すること
ができる。また、その代わりに、光ファイバをフェルー
ルを通してからキャップ部の開口に導入することもでき
る。レーザ・ダイオードから光ファイバに結合する光パ
ワーが最大となるように、レーザ・ダイオードの出力光
に対して垂直及び水平方向に、光ファイバ及びキャップ
部の位置が定められて固定される。

このような光結合装置の他の製造方法では、光結合装置
の部品を組み立てるため、エポキシ樹脂の硬化に長い時
間を要する。その製造方法の過程は、最大光出力を得る
ため、し・−ザ・ダイオードに対して光ファイバを位置
決めする際の半田付は又はレーザ融着の工程に類似して
いる。この工程は、エポキシ樹脂の硬化に長い時間を要
する。この工程では、組み立てる部品間に５０μｍ程度
の厚さのエポキシ樹脂層を塗布する。次に、エポキシ樹
脂が硬化するまで、組み立てた部品を放置する。夫々の
組立工程でエポキシ樹脂の硬化時間が必要となる。従っ
て、この製造方法の欠点の１つは、生産性の低いことで
ある。更に、エボキシ工程及びレーザ融着工程の両方と
も、大きな設備投資が必要となる。即ち、エボキシ工程
のためには、湿度及び振動が管理された部屋が必要であ
り、方、レーザ融着工程のためには、高価なレーザ融着
装置が必要となる。

従って、本発明の目的は、高い光結合効率及び良好な熱
特性を有する光結合装置を提供することにある。また、
本発明の他の目的は、生産性が高い、且つ、大きな設備
投資を必要としない安価な製造方法で製造できる光結合
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用コ本発明に関わる
光結合装置は、紫外線硬化型エポキシ樹脂を使用して製
造される。この製造方法では、接合する部材間の紫外線
硬化型エポキシ樹脂の厚みは１０μｍ程度である。そし
て、各工程の後で、紫外線硬化型エポキシ樹脂に紫外線
光を照射して硬化を促進させる。レーザ・ダイオードな
どの光源を支持部に固定する。光源からの出力光が、グ
ラジェント・インデックス・レンズなどの集光部を通過
するように、光源に対して動かないように集光部の位置
を定める。キャップ部には、その中央に開口（以下中央
開口という）があり、また、中央開口に対して垂直な位
置関係となる取付は面がある。キャップ部の取付は面が
支持部に接触した状態で、光源及び集光部の上にキャッ
プ部の位置を定める。キャップ部の中央開口内部に光フ
ァイバなどの光導波路本導入する。光源から光導波路に
結合する光パワーが最大となるように、キャップ部及び
その内部にある光導波路の位置を定める。そして、光源
から集光部を通過して出力する光に対して動かないよう
にキャップ部及び光導波路の位置を定める。

本発明の好適実施例では、光源は、支持部に固定されて
いる。集光部の片面には平面、反対面には凸面が夫々形
成されている。この集光部の平面に光源からの出力光が
当たるように、集光部を位置決めする。そして、光源に
対して動かないように集光部の平面の位置を定める。キ
ャップ部には、取付は面及びそれと垂直な中央開口があ
る。中央開口内部には、光導波路を導入する。キャップ
部の取付は面が支持部に接触する状態で、光源及び集光
部の上にキャップ部の位置を定める。光源から光導波路
に結合する光パワーが最大となるように、光源から集光
部を通過して出力される光に対してキャップ部及びその
中の光導波路の位置を定める。

本発明の目的、効果及び新規な特徴は、以下の説明及び
添付の図面を読むことにより明らかとなろう。

［実施例］ 図は、本発明に関わる光結合装置の部分断面図である。

図示するように、光結合装置（１０）には、レーザ・ダ
イオード、発光ダイオードなどの光源（１２）が支持部
（１４）に動かないように位置決めされている。光源（
１２）は金属ケースに収納されている。金属ケースから
レーザ光が出力できるように、金属ケースには窓がある
。光通信の伝送において、光源（１２）の出力光の波長
は、通常、シングルモード通信では１３００ｎｍ及び１
５５０ｎｍであ咀　マルチモード通信では８５０ｎｍで
ある。グラジェント・インデックス・レンズなどの集光
部（１６）には、片面に平面が、反対面に凸面が、夫々
形成されている。光源（１２）からの出力光が集光部（
１６）を通過するように、集光部（１６）に対して光源
（１２）の位置を定める。好適実施例では、光源（マル
チモード・レーザ）（１２）からの出力光を集光部（１
６）に当てるため、光源（１２）と集光部（１６）の平
面とが対向するように、集光部（１６）の位置を定める
。この構成により、光源（１２）の出力光は、約１倍の
線形拡大率で拡大され、僅かな球面収差が生じる。また
、マルチモード・レーザ（光源）（１２）と、光導波路
（２４）との結合効率が改善される。この光導波路（２
４）は、シングルモード及びマルチモードどちらの光フ
ァイバでもよい、従来のシングルモード・レーザの光結
合装置では、集光部（１６）の凸面は、光源（１２）に
対向している。この構成により、光源（１２）の出力光
陽、線形にほぼ４倍に拡大される。このように線形に拡
大することは、光源（１２）からの出力光をシングルモ
ード光ファイバの中に投光するときに有利である。

キャップ部（１８）には、取付は面（２０）及びそれと
垂直な中央開口（２２）がある、キャップ部（１８）の
取付は面（２０）が支持部（１４）に接触するようにレ
ーザ・ダイオード（１２）及び集光部（１６）の上にキ
ャップ部（１８）の位置を定める。光ファイバなどの光
導波路（２４）は、フェルール（２６）内に保持される
と共に、キャップ部（１８）の中央開口（２２）内に位
置決めされる。光導波路（２４）をフェルール（２６）
内に保持するため、光導波路（２４）周囲の保護被覆材
を除去し、光導波路（２４）の端部と、フェルール（２
６）の端部とが同位置となるように光導波路（２４）を
フェルール（２６）内に位置決めする。キャップ部（１
８）及び中央開口（２２）内の光導波路（２４）を光源
（１２）の出力光に対して位置決めする場合には、３つ
の自由度、即ち、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に基づい
て位置決めを行う、Ｘ及びＹ方向は、取付は面（２０）
の平面に含まれる方向であり、Ｚ方向は、中央開口（２
２）の中心軸と平行な方向である。

上記位置決めは、光［（１２）から光導波路（２４）に
結合する光パワーが最大となるように行う。

シングルモード・レーザの光結合装置で使用されるシン
グルモード光ファイバの直径が、６μｍ程度であるのに
対して、マルチモードの光結合装置で使用されるマルチ
モード光ファイバの直径は、６２μｍ程度である。

上述した光結合装置の製造工程では、隣接する部品を互
いに接合するために、紫外線硬化型エポキシ樹脂を使用
する。紫外線硬化型エポキシ樹脂を使用することにより
、他の組立方法に比べて顕著な利点がある。隣接する部
品間のエポキシ樹脂層の厚さは％　ｌＯμｍ程度である
。エポキシ樹脂の厚さが１０μｍ程度の場合には、その
他の種類のエポキシ樹脂で生じる問題２例えば、水分吸
収やその他周辺環境による問題の影響を受けにくい。

更に、エポキシ樹脂硬化期間が長いときにみられるよう
な部品間のエポキシ樹脂の収縮は、発生しない。この製
造工程では、部品を互いに密接した接触状態にしておく
ことが必要である。更に、紫外線硬化型エポキシ樹脂の
使用は、光結合装置の大量生産に適している。なぜなら
ば、紫外線硬化型エポキシ樹脂の硬化時間は１５分程度
であり、他の種類のエポキシ樹脂の場合と違って１６時
間も必要としないからである。この製造工程は、組立作
業のための、周辺環境が制御された部層又は高価な装置
も必要としない。

製造工程は、光源（１２）を支持体（１４）に固定した
状態で開始する。支持体（１４）は、４１６ステンレス
鋼で形成されている。このステンレス鋼の熱伝導度は、
光結合装置の他の部品に使用されているホウケイ酸ガラ
スの熱伝導度に非常に近い値である。ステンレス鋼で形
成された支持体（１４）を使用する場合、光源（Ｉ２）
は、長い硬化時間を要するエポキシ樹脂を月いて支持体
（１４）に固定される。このエポキシ樹脂は、例えば、
航空機産業で使用されるジャイロ・グレードのエポキシ
樹脂である０組み立てた部品は、エポキシ樹脂硬化のた
めに摂氏９５度の温度環境に２時間さらされる。もし、
支持体（１４）が、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材
で形成されていれば、光源（１２）を支持体（１４）に
固定するために紫外線硬化型エポキシ樹脂を使用するこ
とが可能である。この場合には、紫外線硬化型エポキシ
樹脂を硬化させる工程のため、これらの部品に紫外線を
照射する０次に、光源（１２）の出力光が集光部（１６
）を通過するように集光部（１６）の位置を定める。そ
して、光源（１２）に対して動かないように集光部（１
６）の位置を定める。マルチモード・レーザの光結合装
置の場合、光源（１２）の窓上面に、集光部（１６）の
平面側を直接エポキシ樹脂で接着する。

次に、光導波路（２４）をキャップ部（１８）の中央開
口（２２）に挿入するための準備を行う。

光導波路（２４）周囲の保護被覆を除去し、この光導波
路（２４）をホウケイ酸ガラス製のフェルール（２６）
に挿入してエポキシ樹脂で接着する。

フェルール（２６）の端面には、フェルール（２６）内
部にある光導波路（２４）の端面が面している０次に、
このフェルール（２６）及び光導波路（２４）の端面を
研磨する１次に、光導波路（２４）を内部に保持したフ
ェルール（２６）をキャップ部（１８）の中央開口（２
２）内に位置決めする。キャップ部（１８）の取付は面
（２０）を支持体（１４）に接触させた状態で、光源（
１２）及び集光部（１６）の上にキャップ部（１８）の
位置を定める。光導波路（２４）から出力される光パワ
ー・レベルを測定するため、フェルール（２６）が装着
されている側と反対側の光導波路（２４）の端部を適切
な試験装置に結合する。光源（１２）に電源を印加する
。試験装置で光パワー・レベルを測定しながら、光！Ｋ
　（１２）から光導波路（２４）への結合効率が最大と
なるようにキャップ部（１８）内の光導波路（２４）の
位置を定める０次に、光導波路（２４）を内部に保持し
たフェルール（２６）を取り外す、そして、フェルール
（２６）にエポキシ樹脂を塗布し、光パワー・レベルが
最大となるように上述の位置決め工程を繰返す、光導波
路（２４）の位置を適切に定めたとき、組み立てた部品
に紫外線を照射し紫外線硬化型エポキシ樹脂を硬化させ
る０代わりに、フェルール（２６）を中央開口（２２）
内に初めて挿入する前に、紫外線硬化型エポキシ樹脂を
塗布することができる。また、光パワーの結合効率が最
大となるように光導波路（２４）の位置を定めると共に
、紫外線を照射することができる。従って、　１つの工
程を省くことができる。

キャップ部（１８）内の光導波路（２４）の位置決め及
び接合に続いて、エポキシ樹脂をキャップ部（１８）の
取付は面（２０）に塗布する。光ＩＫ　（１２）及び集
光部（１６）に対して光導波路（２４）をほぼ−Ｉａ上
に配置する。この状態で、支持体（１４）上でキャップ
部（１８）の位置決めを行う、試験装置で測定しながら
、光源（１２）から光導波路（２４）への結合光パワー
が最大となるように、支持体（１４）上で水平方向に、
キャップ部（１６）の位置を定める０次に、エポキシ樹
脂に紫外線を照射することにより、キャップ部（１８）
を支持体（１４）に接合する。

上述した光結合装置の製造方法は、種々の組立部品を接
合する作用物として、紫外線硬化型エポキシ樹脂を使用
した。紫外線硬化型エポキシ樹脂を使用することにより
、このような組立に要する製造時間を短縮した。また、
このような組立工程は、周辺環境が及ぼす影響を受けに
くくなった。

更に、マルチモード・レーザ・ダイオードを使用する光
結合装置では、ゲラジエント・インデックス・レンズの
方向が逆になる。従って、通常の製造方法や製造者の推
奨と違って、レンズの平面側が、レーザに対向する。こ
の配置により、球面収差が減少すると共に、マルチモー
ド・レーザ・ダイオード及び光導波路間の結合効率が増
大する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の光結合装置によれば、平
面及び凸面を有した集光部の平面側が、光源に対向する
。これにより、球面収差が減少するため、光源から光導
波路への光結合効率が改苦される。

また、集光部、光導波路、及びキャップ部を固定する際
に、紫外線硬化型エポキシ樹脂を使用することにより、
組立工程での硬化時間を短縮することができる。従って
、生産性が高い、且つ、大きな設備投資を必要としない
安価な製造方法で光結合装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明に関わる光結合装置の断面図であ（１６）
　　：

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの出力光を光導波路に結合する光結合装
   置において、 上記光源を固定する支持部と、 平面及び凸面を有し、上記光源からの上記出力光が上記
   平面に当たるように固定され、上記光源からの上記出力
   光を集束して上記光導波路に結合させる集光部と、 上記支持部に固定され、上記光源から上記集光部を介し
   て上記光導波管に結合する上記出力光の光パワーが最大
   となるように上記光導波管を固定するキャップ部と を具えること特徴とする光結合装置。
2. （２）上記集光部、上記光導波路、及び上記キャップ部
   は、夫々の固定位置に、紫外線硬化型エポキシ樹脂を使
   用して固定されることを特徴とする特許請求項第１項記
   載の光結合装置。