JPH0815548A - 光ファイバ整列用部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低コストで小型化可能かつ、温度安定性および
組立作業性に優れた光ファイバ整列用部材の製造方法を
提供する。 【構成】アレイの光ファイバ同士または光ファイバと光
導波路とを光学的に接続するための光ファイバ整列用部
材の製造方法において、第１のガラス板またはシリコン
板に溝加工を施して所定の間隔と深さの溝を設ける工程
と、溝加工された第１のガラス板またはシリコン板に第
２のガラス板またはシリコン板を接合する工程と、接合
された板を必要な大きさに切断する工程と、必要な大き
さに切断した後で、接合された板の端面の一方または両
方に化学エッチングを施して前記溝の出入口部分をテー
パー化する工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバを用いる光通
信・計測用の部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信等の分野で光部品が数多く
使われるようになってきて１つのボード上で複数の光部
品を相互に接続するような必要性が生じてきた。従来、
光ファイバを信号伝達に使う光部品相互の接続には光コ
ネクタが用いられてきたが、従来の光コネクタでは光部
品に比べて光コネクタの占める容積が大きく、無視でき
なくなってきた。また光コネクタではその製造上ある程
度のファイバ余長が必要でありこのファイバ余長処理も
実装上大きな問題となってきている。また精度の良い部
品を使っているためにかなりのコスト高となっている。

【０００３】簡便かつコンパクトにファイバを接続する
手段としてはガラスキャピラリーを使って接続する方法
がある。図１０はガラスキャピラリーを使用した従来の
ファイバ接続部の構成を示す側方の断面図であり、１は
光ファイバ、２はガラスキャピラリー、３は空気抜きの
穴、４はテーパー加工部分、５は光学接着剤固定部、で
ある。

【０００４】これを組み立てるには、あらかじめ光学接
着剤を注入したキャピラリーに劈開した光ファイバを両
側から挿入し、突き合わせたところで光または熱を加え
て接着剤を硬化させればよい。

【０００５】ここでポイントになるのはガラスキャピラ
リーの内径精度であり、一般に使用するファイバ外径に
合わせて１μｍ毎に分別されている。従ってファイバに
合ったキャピラリーを使うことでファイバ同士の軸ずれ
は１μｍ以下に抑えられる。この軸ずれ量は通常の１．
３μｍ通信用の光ファイバでは０．２ｄＢ以下の接続ロ
スに相当するので実用上問題ないレベルといえる。

【０００６】また、図１１、１２は従来のアレイ光ファ
イバ用の光コネクタの構造を説明する図面であって、１
は光ファイバ、６はプラスチック整形フェルール、７は
ゴムブーツ、８は接着剤埋込み部、９はガイドピン差し
込み穴、である。

【０００７】このコネクタは精密に加工・整形されたプ
ラスチックのフェルールにアレイ光ファイバを差し込み
接着剤で埋込んだ後、端面を研磨し、位置合せ用のガイ
ドピンを相互に差し込んでファイバの光軸合わせをする
構成になっている。

【０００８】また、図１３、１４は従来の光導波路と光
ファイバとの接続構造を説明する上面図と側方断面図で
あって、１，５は図９、１０と同じ、１０はＶ溝加工し
たシリコン（Ｓｉ）基板、１１はガラスの押さえ板、１
２は光導波路、１３は光導波路の基板、４は補強用ガラ
ス板、である。

【０００９】これを組み立てるには、まず、上部に補強
用のガラス板を接着した光導波路をダイシングソー等に
より切断して端面を出す。一方、光ファイバ（この図で
は４心アレイファイバ）をＳｉ基板上に加工したＶ溝に
装着し、上方より押さえ板で押さえながら接着固定した
後、端面を研磨して光導波路端面に突き当てて光軸調整
し、光学接着剤で固定する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した図１０に示す
従来のファイバ接続部の構成において、ガラスキャピラ
リーは太いガラス管を延伸してから短尺に切り出し両端
をエッチングしてから内径を選別して製作している。こ
のため基本的には単心用しかできない。外径の小さいキ
ャピラリーを並べて多心化したものもあるが、このキャ
ピラリーを整列するための部品がさらに外側に必要とな
るので形状が大きくなりがちであった。また本来このよ
うな用途では光ファイバに合わせキャピラリー材質も石
英ガラスでできていることが望ましいが、石英ガラスで
は延伸温度が高くなってしまうため実際には多成分ガラ
スで作られている。このため線膨張係数が異なるので広
範囲の温度特性に対しては問題が残っていた。

【００１１】また、上記した図１１、１２に示す従来の
アレイ光ファイバ用の光コネクタは、プラスチックフェ
ルールにすべての位置精度が依存しているので、その製
造には非常に高い精度の型と加工技術が要求され、これ
よりコストが上昇して自由な形状で作ることは困難であ
った。また端面研磨のためにある程度のファイバ余長が
必要であり、ボード上に部品を配置した後で、自由に配
線するというようなことはできない。

【００１２】また、上記した図１３、１４に示す従来の
接続構造においては一旦ファイバを光導波路に付けてし
まうと以降長いファイバを破損しないよう操作に注意を
要し、複数のファイバアレイを接続する場合や他の部品
を光導波路に搭載する場合に非常に邪魔になるため実装
手順が制約されるという欠点があった。

【００１３】本発明の光ファイバ整列用部材の製造方法
は上記のような課題に着目してなされたものであり、ア
レイの光ファイバ同士または光ファイバと光回路部品と
を相互に光接続するために、低コストで小型化可能か
つ、温度安定性および組立作業性に優れた光ファイバ整
列用部材の製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、アレイの光ファイバ同士または光ファ
イバと光導波路とを光学的に接続するための光ファイバ
整列用部材の製造方法において、第１のガラス板または
シリコン板に溝加工を施して所定の間隔と深さの溝を設
ける工程と、溝加工された第１のガラス板またはシリコ
ン板に第２のガラス板またはシリコン板を接合する工程
と、接合された板を必要な大きさに切断する工程と、必
要な大きさに切断した後で、接合された板の端面の一方
または両方に化学エッチングを施して前記溝の出入口部
分をテーパー化する工程とを具備する。

【００１５】

【作用】すなわち、本発明の光ファイバ整列用部材の製
造方法は、まず、第１のガラス板またはシリコン板に溝
加工を施して所定の間隔と深さの溝を設け、次に、溝加
工された第１のガラス板またはシリコン板に第２のガラ
ス板またはシリコン板を接合する。その後、接合された
板を必要な大きさに切断した後で、接合された板の端面
の一方または両方に化学エッチングを施して前記溝の出
入口部分をテーパー化する。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は第１の実施例を説明するための上面
図であり、図２は第１の実施例を説明するための側方断
面図である。さらに、図３はファイバに対して垂直方向
の断面図である。参照数字は基本的に前述のものと共
通、１５は溝加工した第１のガラス板、１６は押さえ用
の第２のガラス板、１７はオプティカルコンタクト面、
である。第１実施例は光ファイバ同士を相互に接続する
ためのものである。

【００１７】以下に上記構成の製造方法を述べる。まず
第１のガラス板に精密なダイシングソーでアレイ溝加工
する。ここでは通信用アレイ光ファイバにあわせて２５
０μｍピッチで１２５μｍφのファイバが入るように刃
先角６０度のブレードで溝切りしている。これに第２の
ガラス板をオプティカルコンタクト（鏡面研磨したガラ
ス板を重ねあわせて加熱するだけで接合する方法）で接
合した後、適当な形状に切り出す。次に、これの端面を
フッ酸を含んだ液にさらすと角が優先的にエッチングさ
れるので自然にテーパー形状ができる。

【００１８】次に外径の判っているファイバまたは金属
ワイヤーを何種類か準備し、それが通るか通らないかで
溝の「内径」（いわゆる内径とは異なるので以後「」を
付けて表記する）として判定する。その判定結果から実
際に使用するファイバ外径より僅かに大きい「内径」を
持った部材を選別し、両側から先端を斜めに劈開した２
対の光ファイバアレイを先端に光硬化型の光学接着剤を
塗布して挿入して突き合わせ、最後に上部より光を照射
して接着剤を硬化させ光ファイバを固定する。

【００１９】本実施例では溝とファイバ間に隙間が空く
のであえて空気抜き穴は必要としないが、余分な接着剤
を抜いたり、ファイバを挿入した後で接着剤を注入する
などのため第２のガラス板の中央に空気抜き溝を切って
おくことも有効である。このような溝はガラス板を小さ
く切り出す前に一括して加工すれば容易にできる。

【００２０】本実施例によれば基本的にガラス板の材質
は自由に選べるので、ファイバと熱膨張係数の等しい石
英ガラスやＳｉに近いパイレックスガラス等を用いるこ
とで組立後の温度特性の安定化が計れる。

【００２１】前記工程で、ファイバアレイ端面を斜めに
劈開するのはファイバに軸方向に捻り応力を加えながら
劈開する事で簡便にできる。この場合高い角度精度を出
すことは難しいが、本実施例のように間隙をガラスの屈
折率に近い光学接着剤で充填すれば出射光は屈折しない
ので角度ずれによるロスはほとんど無視でき、したがっ
て多少ばらついていても全く問題はない。

【００２２】その一方で端面を斜め化することで接着剤
の屈折率条件を大幅に緩和することができる上、長期使
用時に接着面が剥離したような場合にも高い反射減衰量
が得られる利点がある。

【００２３】計算によれば６°の斜め端面同士の結合時
の損失≦０．１ｄＢとなる屈折率範囲は、１．３８〜
１．５２と非常に広い。そして接着面が剥離した時で
も、６°斜め端面にしてあれば最悪でも３９ｄＢ以上の
反射減衰量が確保される。

【００２４】これに対し、垂直端面で４０ｄＢ以上の高
い反射減衰量を得ようとすれば接着剤の屈折率は、１．
４２〜１．４８の範囲になければならない。しかも接着
面剥離時には反射減衰量が最悪１２ｄＢまで劣化する。

【００２５】ただしそれ程高い反射減衰量や安定性を要
求されない場合にはファイバは垂直端面で十分であり、
基本構成は本実施例がそのまま適用できることはいうま
でもない。

【００２６】本発明の主眼である整列用部材の組立コス
トは第１、第２のガラス板をできるだけ大きな部材で作
り、後で切り出すことで１個当たりのコストダウンが計
れる。また部材を穴径で選別するコストも、最初に溝加
工した段階で表面段差測定器で溝の深さを測っておくこ
とで検査数を省略することが可能である。さらに、長尺
のものから短尺にカットした際の両端部に位置した部材
のみを「内径」判定し、その内側の部材については値を
内挿して算出すれば通常は十分であるので、検査数を格
段に減らすことができる。

【００２７】なお、本実施例では４心アレイファイバを
用いているが、心数やファイバ間隔は任意に選べること
は自明である。またアレイファイバでなく単心ファイバ
を組み合わせて接続する場合にも使用可能である。

【００２８】図４は第２の実施例を説明するためのファ
イバ垂直方向断面図であって、参照数字はこれまでと共
通である。第２実施例は第２のガラス板にも溝加工を施
した例である。この場合、ガラス板とファイバの間隙が
小さくなるので接着強度は上がるが、２枚のガラス板を
貼り合わせる際に位置合せが必要になる。それには顕微
鏡で見て位置合せする方法もあるが、本実施例では適当
な溝にダミーファイバを置きそれを挟むことで位置合せ
を行っている。

【００２９】本実施例の場合、接合後に「内径」を評価
するので多少位置ずれしても使えなくなるわけではない
ので、ガラス板の外形合わせでラフに行うような方法も
採れる。

【００３０】逆に、図５のようにどちらか一方の板の溝
を大きめに形成しておいて、ダミーファイバに合わせる
ように平行位置をずらすことで「内径」を調整すること
も可能である。この方法を使う場合は、溝とファイバと
の接点がファイバ中心に対してなるべく均等に位置する
よう、この図に示したような非対称形状の溝にした方が
安定になる。このような形状も溝切り用の刃先形状を変
えることで簡単に対応できる。

【００３１】図６は第３の実施例を説明するためのファ
イバ垂直方向断面図であって、参照数字はこれまでのも
のと共通、１８はハンダ接合面、である。第３実施例は
第１、第２のガラス板の代わりにＳｉ基板を用いた例で
ある。

【００３２】Ｓｉの場合、オプティカルコンタクトは使
えないので、あらかじめＳｉ基板表面にＡｕを蒸着して
加熱した時にＳｉと合金化させＡｕＳｉハンダとして接
合している。接合方法はこれ以外にも、普通のＰｂＳｎ
ハンダや超音波ハンダ、低融点ガラス、アノディックボ
ンディング（電界をかけてドーパントイオンを移動させ
て接合する方法）といった手段で接合することができ
る。テーパー加工も水酸化カリウムや硝酸によるエッチ
ングで簡単にできる。

【００３３】Ｓｉを基板とした場合、溝の加工方法とし
て水酸化カリウム等のアルカリ性溶液による選択エッチ
ング法が適用でき、サブミクロン精度の溝を再現性良く
一括して製造できる。このため溝の選別を大幅に省略す
ることも可能になる。ただしこの場合は必然的に溝の角
度が決まってしまうため、狭ピッチのアレイ化のために
は第２の板側にも溝加工が必要となる。

【００３４】また、Ｓｉは光硬化接着剤用の紫外線や青
色光は透過しない点と、石英ガラスとは熱膨張係数が少
し異なるので広範囲の温度安定性を求める用途では注意
を要する。それでも光学接着剤として自然硬化または熱
硬化型のものを用いれば十分使用可能である。

【００３５】図７は本発明を光導波路と光ファイバとの
接続に適用した第４実施例を説明する側方断面図であっ
て、参照数字はこれまでのものと共通、１９は整列用部
材の接着剤固定部、である。

【００３６】以下に上記した構成の製造方法を述べる。
まず、整列用部材を第１の実施例と同様に作成する。た
だし本実施例はテーパーを片端のみに付ければ十分であ
る。次に、光導波路側に補強用ガラス板１４を接着し、
ダイシングソーで切断し端面を出す。しかるのち、端面
を垂直に劈開した調整用光ファイバに整列用部材を通し
て導波路に突き当て部材の位置を調整して光ファイバと
光導波路との光軸調整を行う。光軸があったところで整
列用部材を接着剤やハンダで導波路に固定し、調整用光
ファイバを抜く。最後に先端を斜めに劈開した光ファイ
バの先端に光学接着剤を塗布して整列用部材に差し込ん
で無調整で固定する。

【００３７】このような組立法によれば光軸調整時は垂
直端面の光ファイバが使えるので従来の光軸調整法や装
置がそのまま使える上、光軸調整と光ファイバの固定を
別プロセスで行えるので、整列用部材を固定した後でも
光導波路の取り扱いが楽にできるという利点がある。

【００３８】図８、９は第５の実施例を説明するための
側方断面図および整列用部材のファイバ垂直方向断面図
であって、参照数字はこれまでと共通、２０は固定用金
属枠、２１、２１′は固定用金属板、２２はレーザ溶接
固定部分、である。

【００３９】以下に上記した構成の製造方法を述べる。
まず、整列用部材をこれまでの実施例と同様に作製し、
これに固定用金属枠を圧入で取り付け、端面を斜めに切
り出す。次に、光導波路側に固定用金属板をハンダで取
付け、ダイシングソーで部材の角度と同じ角度で斜めに
切断し端面を出す。しかるのち、端面を垂直に劈開した
調整用光ファイバの先端にマッチングオイルを付けて整
列用部材に通して導波路に突き当て光軸調整する。光軸
があったところで金属枠と金属板をＹＡＧレーザ溶接し
て固定し、調整用光ファイバを抜く。マッチングオイル
を有機溶剤で洗い流した後、先端を斜めに劈開した光フ
ァイバの先端に光学接着剤を塗布して整列用部材に差し
込んで無調整で固定する。

【００４０】なお、枠や金属板の取付にはマッチングオ
イル洗浄用の有機溶媒に耐えるものであれば低融点ガラ
スやハンダ、接着剤等も使用可能である。また整列用部
材の固定にＹＡＧレーザ溶接を行ったが、これも有機溶
剤に耐えるものであれば接着剤を用いて固定しても良
い。この場合はこれまでの実施例同様、固定用の金属板
等はなくても組み立てられる。

【００４１】または本来の光信号用接続とは別に光軸調
整用のポートを導波路中に作成しておけばマッチングオ
イルが残っていても構わないので、この場合も固定用金
属板は不要になり、接着剤による整列用部材の固定が可
能になる。

【００４２】上記した実施例によれば、板に溝加工する
ので任意のピッチ・外径の光ファイバアレイに対応で
き、小形化も可能である。また、板の材質としては機械
加工で行うことを考えれば、適用する光ファイバや部品
に合ったものを広い幅で選択できるので温度等に対する
安定性にも優れる。加工精度に関しては後で選別するこ
とで加工時には特に高い絶対精度は必要としない。むし
ろ光ファイバ径にあわせて何種類か準備する必要がある
ので全体での歩留りを悪くする心配はない。

【００４３】さらに一枚の大きな板から小さく切り出す
ことによって部品および選別にかかるコストは１個あた
りでは低く抑えられ、低価格化が可能となる。また、モ
ジュール組立においては組立途中ではファイバを固定せ
ず、最後にファイバを溝穴に挿入すれば作業の邪魔にも
ならず、操作性が改善される。

【００４４】なお実施例では接着剤によって半永久固定
する例を記したが、バネやハンダ・ワックス等によって
機械的にファイバを保持し、挿抜可能とすることもでき
る。また、上記した実施例では溝加工をダイシングソー
で行う例を示したが、これを超音波加工で行うことも可
能である。

【００４５】超音波加工は最初に所望のアレイ溝に合わ
せた加工治具を準備すれば全溝一括作製できるので、加
工時間は少なくて済み量産化に適する。また、超音波加
工の場合ピッチに関しては簡単に毎回変更するという訳
にはいかないが、反面、溝のピッチや深さの相対精度に
関してはダイシングソーよりも安定する利点もある。板
の固定についても、実施例で用いたオプティカルコンタ
クトや金属ハンダの他モジュールの構成や材料に応じ
て、低融点ガラス、接着剤、アノディックボンディン
グ、圧入、レーザ溶接といった手段によっても製造可能
である。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば以下のような利点があ
る。 １）量産化可能で低コスト化できる。 ２）基板材質を自由に選定できるので温度等に対する特
性安定化が計れる。

【００４７】３）ファイバを後付けできるので実装作業
が楽になる。 ４）基本的に機械加工なので部品形状に自由度があり応
用範囲が広く小形化も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例を説明するための上面図である。

【図２】第１の実施例を説明するための側方断面図であ
る。

【図３】ファイバに対して垂直方向の断面図である。

【図４】第２の実施例を説明するためのファイバ垂直方
向断面図である。

【図５】第２の実施例の応用例を説明するためのファイ
バ垂直方向断面図である。

【図６】第３の実施例を説明するためのファイバ垂直方
向断面図である。

【図７】第４の実施例を説明するための側方断面図であ
る。

【図８】第５の実施例を説明するための側方断面図であ
る。

【図９】整列用部材のファイバ垂直方向断面図である。

【図１０】従来のファイバ接続部の構成を示す側方の断
面図である。

【図１１】、従来のファイバアレイ用光コネクタの構造
を示す斜視図である。

【図１２】従来のファイバアレイ用光コネクタの構造を
示す断面図である。

【図１３】従来の光導波路と光ファイバとの接続構造を
説明する上面図である。

【図１４】従来の光導波路と光ファイバとの接続構造を
説明する側方断面図である。である。

【符号の説明】

１…（アレイ）光ファイバ、２…ガラスキャピラリー、
３…空気抜きの穴、４…テーパー加工部分、５…光学接
着剤固定部、６…プラスチック整形フェルール、７…ゴ
ムブーツ、８…接着剤埋込み部、９…ガイドピン差し込
み穴、１０…Ｖ溝加工したＳｉ基板、１１…ガラスの押
さえ板、１２…光導波路、１３…光導波路の基板、１４
…補強用ガラス板、１５…溝加工した第１のガラス（Ｓ
ｉ）板、１６…第２のガラス（Ｓｉ）板、１７…オプテ
ィカルコンタクト面、１８…ハンダ接合面、１９…整列
用部材の接着固定部、２０…固定用金属枠、２１，２
１′…固定用金属板、２２…溶接固定部分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アレイの光ファイバ同士または光ファイ
   バと光導波路とを光学的に接続するための光ファイバ整
   列用部材の製造方法において、 第１のガラス板またはシリコン板に溝加工を施して所定
   の間隔と深さの溝を設ける工程と、 溝加工された第１のガラス板またはシリコン板に第２の
   ガラス板またはシリコン板を接合する工程と、 接合された板を必要な大きさに切断する工程と、 必要な大きさに切断した後で、接合された板の端面の一
   方または両方に化学エッチングを施して前記溝の出入口
   部分をテーパー化する工程と、を具備することを特徴と
   する光ファイバ整列用部材の製造方法。
2. 【請求項２】 溝加工された前記第１のガラス板または
   シリコン板に前記第２のガラス板またはシリコン板を接
   合するに先だって、前記第２のガラス板またはシリコン
   板に前記第１のガラス板またはシリコン板と同間隔で溝
   を設ける工程をさらに具備することを特徴とする請求項
   １記載の光ファイバ整列用部材の製造方法。