JPH04166804A - 光ファイバ加工方法 - 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、光ファイバと光デバイスを光結合するため、
光ファイバ先端に先球レンズを形成する光ファイバ加工
方法に係り、特に多心光ファイバへの先球レンズ形成に
適した加工方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の光ファイバ加工方法として、例えば特開昭６２−
１６９１０９号公報に記載のような方法が知られている
。従来は、光ファイバ先端を研削などの方法により円錐
状に加工し、この円錐の先端を回転させながら繰返し放
電により加熱溶融させて先球レンズを形成していた。回
転させるのは、先球レンズの偏心を防ぐためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、光ファイバ先端の円錐加工の精度につ
いて配慮されていない。円錐先端の位置が光ファイバ中
心軸（光軸）に対してずれることがあり、溶融後に先球
レンズが偏心する問題があった。さらに円錐加工角度に
よって先球レンズ半径がばらつく問題があった。先球レ
ンズの偏心や半径ばらつきは、光デバイスとの光結合効
率を低下させる大きな原因となっていた。効率の低下を
防ぐためには加工精度を厳しくするか、または加工後に
選別を行わねばならず、加工コストが高くつくという問
題があった。

ところで、光ファイバの心線数は、光デバイスの並列化
に伴って多心化する方向にある。しかし、上記従来技術
は単心光ファイバの先球レンズ加工は行えるが、多心光
ファイバに対しては配慮されていなかった。通常、多心
光ファイバは外径１２５μｍの光ファイバ心線が２５０
μｍという狭い間隔で並んでいるので、研削などの方法
では円錐加工が行えないという問題があった。また、多
心光ファイバの心線それぞれを回転させて加熱溶融する
ことは現実的に不可能であり、従来技術では先球レンズ
の偏心を防止できなかった。

さらに、並列光デバイスに対して多心ファイバを光結合
させる場合、均一な光結合効率を得ることが要求される
。このためには、各光ファイバの先球レンズ先端の光軸
方向位置が等しいことが必要になるが、上記従来技術は
この点について全く配慮されていない。

本発明の目的は、光ファイバに高精度且つ生産性良く先
球レンズを形成することが可能な光ファイバ加工方法を
提供することにある。

本発明の他の目的は、多心光ファイバへ適用可能な光フ
ァイバ加工方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、第１の工程で光ファイバ先
端を円筒形状に加工し、次に第２の工程でこの先端を円
筒形状のまま均一に細径化加工し、最後に第３の工程で
細径化された先端を加熱溶融させて先球レンズを形成し
たものである。

上記側の目的を達成するために、第１の工程は切断加工
により行ったものである。望ましくは、光ファイバをガ
イドにより配列固定した後、第１の工程を行う。

第２の工程は化学エツチング加工により行ったものであ
る。望ましくは、所望の先球レンズ半径をＲとして、直
径がＲ〜２Ｒになるまで円筒形状のまま細径化する。

第３の工程は放電により行ったものである。望ましくは
、放電の等温線上に光ファイバ先端を配置する。または
、放電の中心軸に対して光ファイバの光軸を垂直にとり
、中心軸と光ファイバ先端を所定距離だけ離したもので
ある。または、放電中心軸に対して相対向する位置に２
組の光ファイバ先端を配置する。さらに望ましくは、光
ファイバの光軸が重力方向に平行になるように配置した
ものである。

〔作用〕

上記第１の工程および第２の工程により細径化された円
筒形状の光ファイバ先端は、第３の工程により加熱され
、溶融部分の表面張力により半球形状の先球レンズが形
成される。円筒形状の細径化加工は、従来の円錐加工に
比べて加工制御性が良いので、先球レンズの偏心が防止
できる。先球レンズ半径は、光ファイバ先端直径の細径
化の度合いによって調節できる。

上記第１の工程における切断加工、第２の工程における
化学エツチング加工、第３の工程における放電加工は、
いずれも多心ファイバの加工に対して適用できる。

第１の工程以前に多心光ファイバをガイドで配列固定す
ることにより、以後の工程において光ファイバ先端の位
置は等しく保たれるので、先球レンズ先端の光軸方向位
置が不揃いになることはない。また、ガイドの配列間隔
を並列光デバイスの各デバイスの配列間隔と等しくする
ことにより、このガイドを用いて並列光デバイスと多心
光ファイバを高効率に光結合させ得る。

第２の工程を化学エツチング加工することにより、多心
光ファイバを一括して均一に細径化できるので、加工コ
ストが高くつくことはない。また、細径化する際の直径
の制御が行いやすく、直径Ｒ〜２Ｒの円筒形状に細径化
加工しておけば、第３の工程において所望の先球レンズ
半径Ｒが得られる。

第３の工程において、多心光ファイバの先端を放電の等
温線上に配置する、または放電中心軸に対して所定の距
離に配置することにより、各光ファイバ心線に対して等
しく加熱溶融が行えるので、先球レンズ半径がばらつく
ことはない。また、放電中心軸に対して相対向する位置
に２組の光ファイバを配置することにより、同時に２組
加工できるうえ、放電の対称性が改善されて加工精度が
上がる。さらに、光ファイバの光軸を重力方向と平行に
配置することにより、溶融した先端に均等に表面張力が
加わるので、先球レンズの偏心をいっそう抑止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面とともに説明する。

［実施例１］ 第１図は、本発明の第１実施例による光ファイバ加工工
程のフロー図である。第１図（ａ）に各工程における光
ファイバの構造図、第１図（ｂ）゛に各工程の番号およ
び名称を示した。第２図は、第１実施例の全工程後に完
成した光ファイバ心線の断面図である。第１実施例の加
工には、多心テープ光ファイバ１００を用いた。この多
心テープ光ファイバ１００は、外径１２５μｍの石英系
単一モード光ファイバ心線（コア１０５、クラッド１０
６）から成り、樹脂被覆１０１により２５０μｍ間隔で
配列されてテープ状になっている。

まず、第１の工程において、多心テープ光ファイバ１０
０の先端の被覆１０１を剥ぎ、光ファイバ心線１０２の
先端を露出させた後、円筒形状に加工した。この加工は
切断や研削などにより行えるが、本第１実施例では心線
１０２の一部に刃で傷入れした後に曲げて折るという簡
便な切断加工を用いた。

次に、第２の工程において、光ファイバ心線１０２の先
端部分１０３を円筒形状のまま均一に細径化加工した。

この加工は溶融延伸法や種々のエツチングにより行うこ
とができる。本第１実施例では、複数の多心光ファイバ
のバッチ処理が可能であり且つ加工コストが安い化学エ
ツチングを採用した。具体的には、５０％フッ酸水溶液
と４０％フッ化アンモニウム水溶液をに６で混合した緩
衝フッ酸液の中に先端部分１０３を浸して等方性エツチ
ングを行った。エツチングする必要のない部分は、ホト
レジストなどの耐エツチング材により保護した。第３図
に、−例として、常温におけるエツチング時間に対する
先端部分１０３の直径の変化を示す。第３図の横軸は、
エツチングにより先端部分の直径がＯとなる時間を１と
して規格化している。図から、時間調節により制御性良
く細径化加工できることがわかる。なお、エツチング速
度は緩衝フッ酸液の温度を上げれば速くできる。しかし
、温度が高過ぎると先端部分１０３の表面が荒れること
があるので注意を要する。このように化学エツチングに
よれば、多心光ファイバを一括して高精度に細径化でき
る。

最後に、第３の工程において、先端部分１０３を加熱溶
融させて先球レンズ１０４を形成し、第２図に示した完
成品を仕上げた。加熱方法には、火炎、レーザ照射、放
電などがあるが、加工制御性と装置コストの点から本第
１実施例では放電加工を選んだ。ここでは、放電加工条
件として、放電時間を３ｓｅｃ、放電電流を１３ｍＡ、
電極間隔を４　ｍ　ｍとし、先端部分１０３を放電の中
心軸（］１） （電極同士を結ぶ軸）から所定の距離前した（第６図で
詳述）。加工後、光ファイバ心線１０２を通じて先球レ
ンズ１０４から光を出射させ、この出射光のＦ　Ｆ　Ｐ
　（Ｆａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐａｔｔｅｒｎ）を測定して
先球レンズ１０４を評価した。ＦＦＰ半値全幅により先
球レンズ半径（第２図の矢印Ｒ）、光ファイバ心線１０
２の光軸（第２図の１点鎖線）からのＦＦＰ偏り角度に
より偏心量を求めた。本第１実施例により加工した１０
０組の多心テープ光ファイバを評価した結果、先球レン
ズ半径±１μｍ以下、偏心量±１μｍ以下の高い精度で
加工できたことがわかった。

以上から、本第１実施例によれば、高精度且つ生産性良
く光ファイバに先球レンズを形成し得る効果がある。

［実施例２］ 第４図は、本発明の第２実施例による加工工程の説明図
である。本第２実施例では、上記第１実施例に示した第
１の工程以前に、第４図のガイド２００．２０１によっ
て各光ファイバ心線１０２を配列させ固定する工程を加
え、以後第１実施例と同様の工程を行った。

ガイド２００，２０１の材料にはＳｉを選んだ。

ガイド２００には、水酸化カリウム水溶液などを用いた
結晶異方性エツチングにより、結晶面＜１１１＞から成
るＶ溝２０２を形成しである。

■溝２０２の深さは約１５０μｍ、配列間隔は２５０μ
ｍとした。このＶ溝２０２に各光ファイバ心線１０２を
載せた後、平板のガイド２０１により押えて固定した。

固定材には半田または樹脂を用いた。

本第２実施例によれば、第１の工程以後、光ファイバ心
線１０２の先端部分１０３の位置が保たれ、各先球レン
ズ１０４の光軸方向位置が等しくなる。第２実施例の工
程を行わない場合、被覆１０１への熱・機械的ストレス
によって先球レンズ１０４各々の光軸方向位置は±２０
μｍ程度ばらついていた。本第２実施例を行うと、ばら
つきを±１μｍ以内に抑えることができた。

第５図は、上記第１実施例の第２の工程における細径化
と先球レンズ半径の関係を示す図である。

横軸は細径化した先端部分１０３の直径Ｄ、縦軸は先球
レンズ１０４の半径Ｒである。図から、ＤとＲはほぼ比
例関係にあることがわかる（Ｄ＝ＡＸＲ，Ａは比例定数
）。Ａの値は主に第３の工程の放電加工条件に依存する
が、はぼ１から２の範囲内にあった。第１実施例の加工
条件では、Ａ＃１．５であった。例えば、先球レンズ半
径２０μｍの光ファイバを得るためには、第２の工程で
３０μｍに細径化しておけば良い。以上から、第２の工
程において直径Ｒから２Ｒになるまで細径化することに
より、所望の先球レンズ半径Ｒに加工し得ることが判明
した。

第６図は、上記第１実施例の第３の工程のより詳細な説
明図である。第６図において、電極６０１゛　（＋側）
と電極６０２（−側）の間で放電を行った。６０３は放
電の中心軸、６０４は放電時の等温線である。等温線６
０４は、ＴＶモニタ画面の輝度信号などによって知るこ
とができる。第１実施例の放電加工条件において、中心
軸６０３に対する先端部分１０３の距離を変化させた場
合の先球レンズ半径Ｒの変化を第７図に、先球レンズ偏
心量の変化を第８図に示した。第７図、第８図の横軸は
、所定の間隔を１として規格化している。

第７図および第８図かられかるように、中心軸６０３か
ら所定の距離−１だけ先端部分１０３を離して配置する
ことによって、先球レンズ１０４の半径精度を改善し、
偏心を抑制することができる。前記所定の距離は、放電
加工条件によって最適値を選ぶ必要がある。なお、第６
図によれば、所定の距離に配置することは、等混線６０
４上に各光ファイバ心線１０２の先端部分１０３を配置
することと等価である。

なお、第６図の放電中心軸６０３に対して、図の右側に
ある多心テープ光ファイバ１００と相対向する左側の位
置にもう一つの多心テープ光ファイバ６０５（図中の点
線）を配置することにより、放電を左右対称に行わせる
ことができる。したがって、加工精度を更に改善するこ
とができ、しかも２組同時に加工できる利点が得られた
。

光ファイバ心線１０２の光軸を重力方向（第６図に示し
た矢印）と平行にすると、特に偏心をいっそう防ぐこと
が可能になる。これは、溶融時に先端部分１０３に重力
が均等に加わるからである。

加工完成品の評価結果によれば、第１実施例に比べて、
偏心を±０．５μｍ以下に改善できた。

第９図は、本発明により先球レンズを加工した多心光フ
ァイバと並列光デバイスを実装した並列光モジュールの
一例の断面図を示す。第９図において、第３図で説明し
た工程と第１実施例の工程によって加工した多心テープ
光ファイバ１００が、並列光デバイス９０１に光結合さ
れている。ここでは、並列光デバイス９０１として発振
波長１．３μｍの半導体レーザアレイ（第９図の奥行き
方向にアレイ間隔２５０μｍで配列）を用いた。。

上記並列光モジュールの実装プロセスの概略を以下に説
明する。まず、並列光デバイス９０１をサブマウンＩ−
９０２に固着し、配線ワイヤ９０３を接続した。次に、
このサブマウンＩへ９０２とガイド２００，２０１を保
持しながら、並列光デバイス９０１と多心テープ光ファ
イバ１００の光軸合わせを行った後、これらをマウント
９０４に固定材９０５により固定した。マウント９０４
を固定材９０７によりパッケージ９０８内部に固定し、
配線ワイヤ９０９を電極ピン９１０に接続した。

最後に、光ファイバ心線１０２をホルダ部９１１におい
て固定材９１２により固定し、蓋９１３をパッケージ９
０８に被せて気密封止した。ここでは、固定材９０５，
９０７，９１２として半田を選んだ。

先述した工程により、多心光ファイバ１００に先球レン
ズ１０４が半径、偏心、光軸方向位置共に高精度に加工
されているので、並列光デバイス９０１と５０％以上の
高い効率で光結合させ得た。

また、ガイド２００の配列間隔が並列光デバイス９０１
の配列間隔に等しく設定されているので、先球レンズ加
工に用いたガイド２００，２０１をモジュール部品とし
てそのまま使用することができた。ここでは、ガイド配
列間隔を２５０μｍとしたが、並列光デバイスの配列間
隔に合わせて変更可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以上説明したように高精度且つ生産性
良く光ファイバに先球レンズを加工できるので、従来よ
り加工作業の効率が向上し、加工コストを大幅に低減で
きる経済的な効果がある。

また、多心光ファイバの加工が可能なことから、並列光
デバイスに対して高効率且つ均一に光結合を行うことが
できるので、並列光情報装置の高性能化に大いに寄与す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の光ファイバ加工工程のフ
ロー図、第２図は第１実施例による光ファイバ加工完成
品の断面図、第３図は第１実施例の第２の工程の細径化
加工時間と光ファイバ先端部分の直径の関係を示す図、
第４図は本発明の第２実施例の加工工程の説明図、第５
図は第１実施例の第２の工程の細径化と先球レンズ半径
の関係を示す図、第６図は第１実施例の第３の工程の説
明図、第７図は第３の工程と先球レンズ半径の関係を示
す図、第８図は第３の工程と先球レンズ偏心の関係を示
す図、第９図は本発明の第１実施例と第２実施例を用い
た並列光モジュールの断面図を示す図である。 １００・・・多心テープ光ファイバ、１０１・・・被覆
、１０２・・・光ファイバ心線、１０３・・・光ファイ
バ先端部分、１０４・・・先球レンズ、２００．２０１
・・ガイド、６０１．６０２・・・放電電極、９０１・
・・並ρ、ｌ　　　ρ・７１１．８／ エツチンフ゛”ｒｆ’ｅ”ｒ　（奸ｂｒ　ｔ・ｕｙｔｉ
ｔ）２θ２ 第５図 ＡらｇＩ／４イ］イヒ、ＬＣノｔ、７マイバ６つ厘γ子
ンＤ（μ）η）−ｌ　　　　　　　　θ　　　　　　　
　／放電宇ｌも軸（・姐すゐ 光ツマ情死立命のイ４（久ヒｂ’＋Ｌｖη１ｔ）−／　
０　ノ 族１Ｃ中・４１！１（て文ホする 尤）ｍ＜’ｌＡ＋（ｈ４１１ｍ−ｂｒｔ、ｔｔｙｔ’ｉ
ｔ）箭ｑ　飼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１本の光ファイバの先端に先球レンズを
   形成する光ファイバ加工方法において、光ファイバの先
   端を円筒形状に加工する第１の工程と、該先端を円筒形
   状のまま均一に細径化加工する第２の工程と、該細径化
   した円筒形状の先端を加熱溶融させる第３の工程により
   光ファイバ先端に先球レンズを形成したことを特徴とす
   る光ファイバ加工方法。 ２、請求項１記載の光ファイバ加工方法の第１の工程に
   おいて、上記光ファイバを光軸に対して垂直に切断加工
   したことを特徴とする光ファイバ加工方法。 ３、請求項１記載の光ファイバ加工方法の第２の工程に
   おいて、上記光ファイバ先端を化学エッチングしたこと
   を特徴とする光ファイバ加工方法。 ４、請求項１記載の光ファイバ加工方法の第３の工程に
   おいて、上記光ファイバ先端を放電により加熱溶融させ
   たことを特徴とする光ファイバ加工方法。 ５、請求項１または請求項２記載の光ファイバ加工方法
   において、上記光ファイバをガイドにより配列させ固定
   した後、上記第１の工程を行ったことを特徴とする光フ
   ァイバ加工方法。 ６、請求項１または請求項３記載の光ファイバ加工方法
   の第２の工程において、所望の先球レンズ半径をＲとし
   て、上記光ファイバ先端を直径が概ねＲ〜２Ｒの円筒形
   状になるまで均一に細径化したことを特徴とする光ファ
   イバ加工方法。 ７、請求項４記載の光ファイバ加工方法の第３の工程に
   おいて、上記放電の等温線上に上記光ファイバ先端を配
   置したことを特徴とする光ファイバ加工方法。 ８、請求項４記載の光ファイバ加工方法の第３の工程に
   おいて、上記放電の中心軸に対して上記光ファイバの光
   軸を垂直にとり、前記中心軸と光ファイバ先端を所定距
   離だけ離して配置したことを特徴とする光ファイバ加工
   方法。 ９、請求項８記載の光ファイバ加工方法において、上記
   放電中心軸に対して相対向する位置に２組の光ファイバ
   先端を配置したことを特徴とする光ファイバ加工方法。 １０、請求項４記載の光ファイバ加工方法の第３の工程
   において、上記光ファイバの光軸が重力方向に平行にな
   るように配置したことを特徴とする光ファイバ加工方法
   。 １１、請求項５記載の光ファイバ加工方法によって加工
   された多心光ファイバと該多心光ファイバと光結合され
   る並列光デバイスとから成る並列光モジュールにおいて
   、上記ガイドによって配列固定された前記多心光ファイ
   バの各心線の配列間隔が、前記並列光デバイスの各光デ
   バイスの配列間隔に等しいことを特徴とする並列光モジ
   ュール。