JPH08220374A - 光ファイバと光導波路との接続構造 - Google Patents

光ファイバと光導波路との接続構造

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JPH08220374A
JPH08220374A JP7025633A JP2563395A JPH08220374A JP H08220374 A JPH08220374 A JP H08220374A JP 7025633 A JP7025633 A JP 7025633A JP 2563395 A JP2563395 A JP 2563395A JP H08220374 A JPH08220374 A JP H08220374A
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optical fiber
connection structure
hole
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optical
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JP7025633A
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Toshiya Yuhara
敏哉 油原
Toshio Iizuka
寿夫 飯塚
Kazuyuki Fukuda
和之 福田
Makoto Shimaoka
誠 嶋岡
Tetsuo Kumazawa
鉄雄 熊沢
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏波面保存ファイバを使用した場合における
偏光クロストーク特性劣化の抑制、あるいは不均一な応
力の付与により複屈折性を顕しやすいプラスチック光フ
ァイバを使用した場合の複屈折性の抑制、光導波路との
接続損失の温度変化による変動の抑制、接続構造の信頼
性向上とを同時に達成できる光ファイバと光導波路との
接続構造を提供する。 【構成】 本発明は、光ファイバ１と基体に形成された
光導波路とが光学的に結合するように、基体の光導波路
の端面と光ファイバの端面とが直接対向固着されてなる
光ファイバと光導波路との接続構造において、断面が円
形状である部分を有する貫通穴４を設けた光ファイバ保
持部材３に、光導波路端面に接続するよう光ファイバ１
の保護コーティング除去部２を挿入保持したことを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバジャイロ、
光変調器、光スイッチ等に用いられる光ファイバと光導
波路との接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来例を、楕円コア型偏波面保存光ファ
イバと光導波路との接続構造を例にとって説明する。図
８に示すように、その断面がＶ字形状の溝７を形成した
光ファイバ保持部材６に、楕円コア型光ファイバ１の端
部の保護コ−ティングを除去し、その保護コ−ティング
除去部分２を溝７に沿って配し、その上から平板状のカ
バ−部材８を載置し、樹脂（図示せず）を溝７の隙間に
充填して固定している。
【０００３】また、他の例においては、図９に示すよう
に光ファイバ保持部材９に形成された矩形状の溝１０に
保護コ−ティング除去部分２を溝１０に沿って配し、樹
脂（図示せず）を溝１０の隙間に充填して固定してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の図８及び図９の
例では、楕円コア型光ファイバ１の保護コ−ティング除
去部分２を固定すると、コ−ティング除去部分２の断面
形状と溝７、１０の断面形状が異なるために、樹脂の硬
化収縮のためにコ−ティング除去部分２に不均一な応力
が付与されるので光ファイバ１の偏光クロストークが劣
化する問題がある。
【０００５】また、この不均一な応力の付加により、複
屈折性を顕しやすいプラスチック光ファイバを使用した
場合は接続部において複屈折を生じるという問題があっ
た。
【０００６】例えば、偏光クロストークが−３５ｄＢの
楕円コア型光ファイバに硬化後のショアＤ硬度が８３の
樹脂を使用して、図８あるいは図９に示したような接続
構造を構成した場合、偏光クロストークが樹脂硬化後に
は−３ｄＢに劣化してしまう。この劣化を抑制するため
に硬化後のショアＤ硬度が４５と低い樹脂を使用する
と、偏光クロストークは−３０〜８０℃の温度範囲で−
１５ｄＢ以下にすることができたが、溝内で光ファイバ
が動いてしまうために、光導波路との接続損失の温度変
化による変動が−３０〜８０℃の温度範囲で２ｄＢと大
きくなってしまうと同時に、接続構造の信頼性も低下す
る。
【０００７】このように従来の技術では、偏光クロスト
ーク特性劣化の抑制と光導波路との接続損失の温度変化
による変動の抑制を同時に達成することは困難であっ
た。
【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決し、偏波
面保存ファイバを使用した場合における偏光クロストー
ク特性劣化の抑制、あるいは不均一な応力の付与により
複屈折性を顕しやすいプラスチック光ファイバを使用し
た場合の複屈折性の抑制、光導波路との接続損失の温度
変化による変動の抑制、接続構造の信頼性向上とを同時
に達成できる光ファイバと光導波路との接続構造を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、光ファイバと基体に形成された光
導波路とが光学的に結合するように、基体の光導波路の
端面と光ファイバの端面とが直接対向固着されてなる光
ファイバと光導波路との接続構造において、断面が円形
状である部分を有する貫通穴を設けた光ファイバ保持部
材に、光導波路端面に接続するよう光ファイバの保護コ
ーティング除去部を挿入保持したことを特徴とする光フ
ァイバと光導波路との接続構造である。
【００１０】請求項２及び３の発明は、光ファイバ保持
部材の外形が略円柱状、あるいは略３角柱、略４角柱な
どの略多角柱であり、貫通穴の一端を含む側面が、略円
柱あるいは、略角柱の１つの底面または、底面の中央部
であることを特徴とする請求項１記載の接続構造であ
る。
【００１１】請求項４及び５の発明は、その外形が、略
円柱であり、貫通穴の一端を１つの底面の略中央部に設
け、その側面の一部を長さ方向に切り取り、側面の一部
に平面を設けた略半円柱の形状である光ファイバ保持部
材を、その側面に設けた平面同士が対向するよう２個配
置し、または、その外形が略３角柱、略４角柱などの略
多角柱であって、貫通穴の一端を１つの底面の中央から
外れた位置に設けた光ファイバ保持部材を、貫通穴が近
接するように２個配置し基体に並設された２本の光導波
路と、光学的に結合するように、各貫通穴に光ファイバ
を挿入保持したことを特徴とする請求項１記載の接続構
造である。
【００１２】請求項６の発明は、光ファイバ保持部材の
基体の側面に対向する貫通穴の内径が、光ファイバの保
護コーティング除去部分の外径よりも１０μｍ以下の範
囲で大きな部分を少なくとも１００μｍ以上の長さにわ
たって有することを特徴とする請求項１記載の接続構造
である。
【００１３】請求項７の発明は、光ファイバ保持部材の
基体の側面と対向しない貫通穴の端部に、光ファイバの
保護コーティングの外径よりも１０μｍ以上大きい内径
あるいは内接円の径を有する中空柱状の光ファイバ挿入
開口部を設けたことを特徴とする請求項６記載の接続構
造である。
【００１４】請求項８の発明は、光ファイバの貫通穴
が、基体の側面と対向しない貫通穴の端部に向かって末
広がりのテーパ形状を有することを特徴とする請求項６
記載の接続構造である。
【００１５】請求項９の発明は、基体の側面と対向しな
い貫通穴の端部の内径あるいは内接円の径が保護コーテ
ィングの外径よりも大きく、光ファイバ保護コーティン
グが端部に挿入保持されていることを特徴とする請求項
７または請求項８記載の接続構造である。
【００１６】請求項１０及び１１の発明は、光ファイバ
保持部材の貫通穴に、硬化後のショアＤ硬度が４５以上
である樹脂を用いる、または紫外線硬化型の樹脂を用い
て、光ファイバを接着固定することを特徴とする請求項
１記載の接続構造である。
【００１７】請求項１２の発明は、樹脂の硬化に有効な
紫外線の波長帯に対する吸収係数が１０００ｍ-1以下で
ある材料から、光ファイバ保持部材を構成し、光ファイ
バを光ファイバ保持部材の貫通穴に固定する材料とし
て、あるいは基体の側面と光ファイバ及び光ファイバ保
持部材とを固着する材料として、紫外線硬化型樹脂を用
いたことを特徴とする請求項１記載の接続構造である。
【００１８】請求項１３の発明は、光ファイバ保持部材
が線膨張率が０．４×１０-6〜３００×１０-6／℃の範
囲の材料で構成されていることを特徴とする請求項１記
載の接続構造である。
【００１９】
【作用】上記構成によれば、光ファイバ保持部材に設け
られた貫通穴の形状が円形状であるため、硬化後のショ
アＤ硬度が高い樹脂を用いても、硬化収縮による応力が
光ファイバの周方向に均一化される。また硬化後の樹脂
の硬度が高いため、貫通穴内で光ファイバが動き難くな
る。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
【００２１】図１は、偏波面保存ファイバの光導波路と
の接続構造を示したものである。長さ約５ｍｍの円柱状
の保持部材３に、断面が円形状の貫通穴４が形成されて
いる。貫通穴４は円柱の底面中央部を貫通し、内径が光
ファイバ１の保護コーティング除去部２の外径より１０
μｍ大きくなるように設けた。
【００２２】この保持部材３に石英ガラス製光ファイバ
１の保護コーティング除去部２を挿入し、硬化後のショ
アＤ硬度８３の紫外線硬化型樹脂５を、光ファイバ保持
部材３と光ファイバの保護コーティング除去部２の隙間
に充填した後、光ファイバ１の端面と光ファイバ保持部
材３の側面が一つの平面を形成するように研磨を行っ
た。
【００２３】上記構成の光ファイバ保持部材３に設けら
れた貫通穴４と光ファイバ保護コーティング除去部分２
との径の差は１０μｍと小さいため光ファイバ保護コー
ティング除去部分２は貫通穴４のほぼ中央に位置し、貫
通穴４の形状は円形状であるため硬化後のショアＤ硬度
が高い樹脂を用いても、硬化収縮による応力が光ファイ
バの周方向に均一化される。このため偏光クロストーク
の劣化は抑制され、硬化後の樹脂の硬度が高く、貫通穴
４内で光ファイバが動き難くなるため、挿入損失の温度
変化による変動も小さくなる。
【００２４】図２に図１の偏波面保存ファイバの光導波
路との接続構造を用いた、光ファイバピグテール付き光
導波路の一例を示した。
【００２５】基体１２はニオブ酸リチウム基板より構成
し、基板平面に平行なＸ面上にＹ分岐光導波路１３、直
線導波路１４，１５ａ，１５ｂの光の伝搬方向がｙ軸に
一致するよう（ｙ伝搬）Ｔｉ拡散法により作製し、光導
波路１４、１５ａ，１５ｂの端面が露出する基板１２の
２つの側面は、３つの直線光導波路１４，１５ａ，１５
ｂの端面におけるフレネル反射光が導波モードに結合し
て光導波路を伝搬することがないよう、直線光導波路１
４，１５ａ，１５ｂ内の光の伝搬方向の法線に対して１
０°傾斜して形成されている。
【００２６】次に、基体１２の直線光導波路１４の端面
が露出する側面側（１ポート側）において、図１に示し
た保持部材３に挿入した楕円コア型偏波面保存ファイバ
１の端面を直線光導波路１４の端面と光学的に結合する
よう接続する。この場合光ファイバ１端面と保持部材３
の底面は同一平面を成し、光ファイバ１の端面における
フレネル反射光が導波モードに結合して光ファイバ１を
伝搬することがないよう、光ファイバ１の光の伝搬方向
に対する法線に対して１５°傾斜を設けた。これは、ス
ネルの法則を満たし、光ファイバ１と直線光導波路１４
との界面において、光を光ファイバ１から直線光導波路
１４へ、あるいはその逆へと光学的に一直線に伝搬させ
るためである。
【００２７】さらに、基体１２の２つの直線光導波路１
５ａ，１５ｂの端面が露出する側面側（２ポート側）に
おいて、図１に示した保持部材３が互いに干渉しないよ
う、側面の一部を長さ方向に切り取り平面を設けた半円
柱の保持部材１１ａ，１１ｂを、その平面が対向するよ
う２個並置し、各貫通穴に光ファイバの保護コーティン
グ除去部を挿入し２本の光ファイバ２１ａ，２１ｂの端
面が直線光導波路１５ａ，１５ｂの端面と光学的に結合
するよう接続する。１ポート側と同様に、光ファイバ２
１ａ，２１ｂのそれぞれの端面と保持部材１１ａ，１１
ｂの底面は同一平面を成しながら、光ファイバ２１ａ，
２１ｂの光の伝搬方向に対する法線に対して１５°傾斜
している。
【００２８】ここで、楕円コア型偏波面保存光ファイバ
の２つ複屈折主軸は、楕円形のコアの長軸及び短軸にそ
れぞれ一致している。一方、ニオブ酸リチウム基板１２
のｘ面上に形成された光導波路の２つ複屈折主軸は、光
の伝搬方向と直交し、かつ一方は基板１２の主平面に平
行であり、他方は基板１２の厚み方向に平行である。こ
のため、偏波面保存ファイバの短軸と光導波路の厚み方
向を平行に直接対向すれば、直線偏光が偏波面保存ファ
イバから接続構造を介して光導波路へ伝搬する際、偏波
面を保存することができる。
【００２９】つまり、基体側面に偏波面保存光ファイバ
１，２１ａ，２１ｂを接続する場合、光ファイバの楕円
コアの短軸と、直線光導波路の厚み方向が平行になるよ
う接続固定すればよい。特に２ポート側については光フ
ァイバを保持部材に挿入する際あらかじめ、図３に示す
ように楕円コア１６の短軸の方向１７と保持部材１１ａ
の側面に形成された平面１８とが平行になるよう挿入固
定し、稜線１９と光導波路の端面が露出してない基板１
２の側面とを平行に配置することにより、偏波面保存フ
ァイバの楕円コアの短軸と、直線光導波路の厚み方向を
平行にした。
【００３０】なお、光ファイバ１，２１ａ，２１ｂを保
持部材３，１１ａ，１１ｂの貫通穴に固定する材料とし
て、及び基体の光導波路の端面と光ファイバの端面とを
固着する材料として、光ファイバと略等しい屈折率を有
する紫外線硬化型樹脂を用いた。
【００３１】上記構成の偏波面保存ファイバピグテール
付きＹ分岐光導波路の温度変化時の挿入損失変動と偏光
クロストークを測定したところ、−３０〜８０℃の温度
範囲において挿入損失変動は図４に示すように変動幅
０．５ｄＢ以下であり、偏光ストロークも図５に示すよ
うに全温度範囲で−２０ｄＢ以下であり、図８あるいは
図９に示す構造を採用した場合に比べて大幅に改善され
た。
【００３２】なお、基体の材料としてタンタル酸リチウ
ムやガラスの誘導体、Ｓｉ，Ｇｅ等の元素半導体、Ｇａ
Ａｓ，ＩｎＰ等の化合物半導体、ポリマーを用いてもよ
い。また、保持部材の材料としては、線膨脹率が例えば
石英製光ファイバを使用する場合には、石英、樹脂と光
導波路が作製された基体の線膨張率の最大値と最小値の
間であることが望ましく、一般に０．４×１０-6〜３０
０×１０-6／℃の範囲であればよい。これらの条件を満
たす材料としては石英ガラスの他に、多成分ガラスやプ
ラスチックが挙げられる。
【００３３】更に他の実施例として、複屈折性を有する
光ファイバとして、楕円ジャケット型偏波面保存光ファ
イバなどの複屈折性を有する光ファイバを用いても、複
屈折性の低下を抑制し、温度変化による挿入損失変動の
小さな、信頼性の高い接続構造が得られる。また、複屈
折性を顕しやすいプラスチック光ファイバを用いれば、
接続部における複屈折性発生の抑制に有効である。
【００３４】また、図６に示した接続構造は、光ファイ
バ１の保護コーティング除去部２の外径より１０μｍ以
下の範囲で大きい内径を持つ貫通穴４と、光ファイバの
挿入側の貫通穴４の端部に光ファイバ１の保護コーティ
ングより大きな内径を有する中空円柱状の光ファイバ挿
入開口部２３を設けた保持部材２０に、光ファイバ１の
保護コーティング除去部２を貫通穴４に挿入し、開口部
２３に光ファイバ１を嵌合し、光ファイバ１と保持部材
２０の隙間と保護コーティング除去部２と保持部材２０
の隙間に紫外線硬化樹脂５を充填し固定した構成からな
る。
【００３５】更に図７に示したように、光ファイバ１の
保護コーティング除去部２の外径より１０μｍ以下の範
囲で大きい内径を持つ貫通穴４が光ファイバの挿入側に
向かうにつれテーパー状に広がり、挿入側の端部では光
ファイバ１の保護コーティングより大きな内径である形
状を有する保持部材２２に、光ファイバ１の保護コーテ
ィング除去部２を貫通穴４に挿入し、光ファイバ１の保
護コーティング部分を貫通穴４のテーパー部に挿入し、
光ファイバ１と保持部材２２の隙間、保護コーティング
除去部２と保持部材２２の隙間にに紫外線硬化樹脂５を
充填し固定した接続構造を用いることもできる。
【００３６】図６及び図７の構成による接続構造は、光
ファイバ１を保持部材２０，２２に挿入する際の作業性
が向上し、保護コーティングも樹脂５により固定される
ので接続部の信頼性も向上する。
【００３７】上記実施例では貫通穴の内径を光ファイバ
の保護コーティング除去部の外径より１０μｍ以下の範
囲で大きくしたが、光ファイバを安定に保持するために
は、光ファイバの保護コーティング除去部の外径より１
０μｍ以下の範囲で大きな部分を少なくとも１００μｍ
の長さにわたって有する貫通穴であればよい。
【００３８】また、光ファイバを保持部材の貫通穴に固
定する材料として、あるいは基体の光導波路の端面と光
ファイバの端面とを固着する材料として紫外線硬化型樹
脂を使用する際、保持部材に、樹脂の硬化に有効な波長
帯の紫外線に対する吸収係数が１０００ｍ-1以下である
材料を用いることもできる。
【００３９】これは、例えば吸収係数が５００ｍ-1の材
料中を紫外線が１ｃｍ（０．０１ｍ）進むと紫外線のパ
ワーはｅ-500×0.01 ＝０．００６７と約１／１５０に
低下し樹脂の硬化に長時間を要する。そこで上記材料を
用いることにより樹脂硬化時間の短縮をすることができ
る。
【００４０】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、偏波面保
存光ファイバを光導波路と接続する際の接続構造におけ
る偏光クロストーク特性の劣化の抑制、あるいは不均一
な応力の付与により複屈折性を顕しやすいプラスチック
光ファイバを、光導波路と接続する際の接続構造におけ
る複屈折性発生の抑制と、光導波路との接続損失の温度
変化による変動の抑制と、接続構造の信頼性向上とを同
時に達成することが可能となる。
【００４１】また、２本の光導波路が近接している基板
に２本の光ファイバを接続する場合、側面に平面を設け
た円柱状の保持部材や、貫通穴の一端を底面の中央から
外れた位置に設けた多角柱状の保持部材を用いれば、保
持部材の大きさに関係なく接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバと光導波路の接続構造を示
す図である。
【図２】図１の光ファイバと光導波路の接続構造を用い
た、偏波面保存光ファイバピグテール付き光導波路を示
す図である。
【図３】円柱の側面にその長さ方向に平面を設けた保持
部材に偏波面保存光ファイバを挿入固定した本発明の接
続構造を示す図である。
【図４】図２に示した偏波面保存光ファイバピグテール
付き光導波路の温度変化による挿入損失変動特性を示す
図である。
【図５】図２に示した偏波面保存光ファイバピグテール
付き光導波路の温度変化による偏光クロストーク特性を
示す図である。
【図６】本発明による光ファイバと光導波路の接続構造
の他の実施例を示す図である。
【図７】本発明による光ファイバと光導波路の接続構造
の他の実施例を示す図である。
【図８】従来の光ファイバと光導波路の接続構造を示す
図である。
【図９】従来の光ファイバと光導波路の接続構造を示す
図である。
【符号の説明】
１ 楕円コア型偏波面保存光ファイバ ２ 光ファイバ保護コーティング除去部 ３ 光ファイバ保持部材 ４ 断面円形状の貫通穴 ５ 紫外線硬化型樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 和之 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 嶋岡 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 熊沢 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ファイバと基体に形成された光導波路
    とが光学的に結合するように、基体の光導波路の端面と
    光ファイバの端面とが直接対向固着されてなる光ファイ
    バと光導波路との接続構造において、断面が円形状であ
    る部分を有する貫通穴を設けた光ファイバ保持部材に、
    光導波路端面に接続するよう光ファイバの保護コーティ
    ング除去部を挿入保持したことを特徴とする光ファイバ
    と光導波路との接続構造。
  2. 【請求項２】 光ファイバ保持部材の外形が略円柱状、
    あるいは略３角柱、略４角柱などの略多角柱であり、貫
    通穴の一端を含む側面が、略円柱あるいは、略角柱の１
    つの底面であることを特徴とする請求項１記載の接続構
    造。
  3. 【請求項３】 貫通穴の一端を１つの底面の略中央部に
    設けたことを特徴とする請求項２記載の接続構造。
  4. 【請求項４】 外形が、略円柱であり、貫通穴の一端を
    １つの底面の略中央部に設け、その側面の一部を長さ方
    向に切り取り、側面の一部に平面を設けた略半円柱の形
    状である光ファイバ保持部材を、その側面に設けた平面
    同士が対向するよう２個配置し、基体に並設された２本
    の光導波路に、光学的に結合するように、各貫通穴に光
    ファイバを挿入保持したことを特徴とする請求項１記載
    の接続構造。
  5. 【請求項５】 光ファイバ保持部材の外形が略３角柱、
    略４角柱などの略多角柱であって、貫通穴の一端を１つ
    の底面の中央から外れた位置に設け、この光ファイバ保
    持部材を貫通穴が近接するように２個配置し、基体に並
    設された２本の光導波路に、光学的に結合するように、
    各貫通穴に光ファイバを挿入保持したことを特徴とする
    請求項１記載の接続構造。
  6. 【請求項６】 光ファイバ保持部材の基体の側面に対向
    する貫通穴の内径が、光ファイバの保護コーティング除
    去部分の外径よりも１０μｍ以下の範囲で大きな部分を
    少なくとも１００μｍ以上の長さにわたって有すること
    を特徴とする請求項１記載の接続構造。
  7. 【請求項７】 光ファイバ保持部材の基体の側面と対向
    しない貫通穴の端部に、光ファイバの保護コーティング
    除去部の外径よりも１０μｍ以上大きい内径あるいは内
    接円の径を有する中空柱状の光ファイバ挿入開口部を設
    けたことを特徴とする請求項６記載の接続構造。
  8. 【請求項８】 光ファイバの貫通穴が、基体の側面と対
    向しない貫通穴の端部に向かって末広がりのテーパ形状
    を有することを特徴とする請求項６記載の接続構造。
  9. 【請求項９】 基体の側面と対向しない貫通穴の端部の
    内径あるいは内接円の径が保護コーティングの外径より
    も大きく、光ファイバ保護コーティングが端部に挿入保
    持されていることを特徴とする請求項７または請求項８
    記載の接続構造。
  10. 【請求項１０】 光ファイバ保持部材の貫通穴に、硬化
    後のショアＤ硬度が４５以上である樹脂を用いて、光フ
    ァイバを接着固定することを特徴とする請求項１記載の
    接続構造。
  11. 【請求項１１】 樹脂が紫外線硬化型であることを特徴
    とする請求項１０記載の接続構造。
  12. 【請求項１２】 樹脂の硬化に有効な紫外線の波長帯に
    対する吸収係数が１０００ｍ-1以下である材料から、光
    ファイバ保持部材を構成し、光ファイバを光ファイバ保
    持部材の貫通穴に固定する材料として、あるいは基体の
    側面と光ファイバ及び光ファイバ保持部材とを固着する
    材料として、紫外線硬化型樹脂を用いたことを特徴とす
    る請求項１記載の接続構造。
  13. 【請求項１３】 光ファイバ保持部材が線膨張率が０．
    ４×１０-6〜３００×１０-6／℃の範囲の材料で構成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の接続構造。
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