JPH0886934A - フェルール、該フェルールを利用した光導波路モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 苛酷な使用環境においても安定した温度及び
湿熱特性を有する光導波路モジュールを提供する。 【構成】 第１の材料としてシリコン又は石英ガラスか
ら構成された導波路基板上に光導波路を有する導波路部
品と、第２の材料としてプラスチック材料から構成さ
れ、光ファイバの端部を保持した状態で所定強度の接着
剤によりその端面が導波路部品の端面に対向するよう固
定される、光ファイバの保持部材であって、この第２の
材料は第１の材料に対し、第１の材料の熱膨張係数と第
２の材料の熱膨張係数との差をΔＬ、前記第１の材料の
弾性率をＥ₁ 、前記第２の材料の弾性率をＥ₂ としたと
き、 ｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜＜３．０×１０^-6（℃^-1） なる関係を満たすフェルールとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバの一端を
保持するフェルールと、該フェルールとは異なる材料か
ら構成された基板上に光導波路を有する光部品としての
導波路部品とを、少なくとも備えた光導波路モジュール
に関し、特に、該基板材料との関係で優れた温度及び湿
熱特性が得られるフェルール、このフェルール及び導波
路型光部品を利用した光導波路モジュール及びその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の光通信技術の発展にともない、所
定波長の光を分岐あるいは合波する分岐素子、合分波素
子等に対する需要が高まってきている。また、これらの
光部品の高密度化の要求を満たすために、石英ガラス系
の光平面導波回路（導波路部品）が用いられてきてい
る。この平面光導波路は低い導波損失（光分岐等にとも
なう伝送損失）を有し、また光ファイバとの低損失な接
続を可能にする。

【０００３】上記平面光導波路として、例えば、特開昭
５８−１０５１１１号公報には、火炎加水分解法（ＦＨ
Ｄ法）などによりガラス膜を成膜した後、半導体技術の
応用である反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）によ
り回路パターンを形成し、クラッド部を成膜する手法に
よって得られる埋め込み型の石英系光導波路が開示され
ている。

【０００４】このような導波路部品を光部品（例えば、
光導波路モジュール）に利用する場合、この導波路部品
に作り込まれた光導波路に入出力用の光ファイバを接続
する構成が一般的である。導波路部品と光ファイバとの
接続には、例えばＩＥＥＥPhotonic Technology Letter
s, vol.4, No.8, (1992), pp906-908 に示されているよ
うに、精密加工され、光ファイバが配列固定された石英
系フェルールが用いられ、この石英系フェルール端面を
紫外線硬化型接着剤を用いて上記導波路部品端面に接着
固定する方法が一般に用いられている。

【０００５】また、例えば特開平６−５１１５５号公報
には、紫外線を透過する石英ガラスでフェルールを構成
し、むらなくかつ短時間に上記フェルール端面と導波路
部品端面を固化させることにより、作業時間を短縮しこ
れら各端面がずれる可能性を低減する技術が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光ファイバと導波路部
品に作り込まれた光導波路とを光学的に接続する際に最
も重要なことは、その接続部の位置ずれ（光ファイバの
コア端面と、このコア端面に接着剤を介して対向する光
導波路端面の位置ずれ）による伝送損失（以下、この接
続部分の伝送損失を結合損失という）を小さくする必要
があるということである。例えば、導波路部品に作り込
まれた光導波路の径（コア径）は１０μｍ以下であり、
このような光導波路と光ファイバ（光ファイバのコア）
との結合損失を０．３ｄＢ未満にするためには、接続部
における位置ずれ量を１μｍ以内に抑えなければならな
い。一方、熱膨張係数の異なる材料でそれぞれ構成され
た導波路部品（特に、導波路基板）とフェルールを所定
強度の接着剤により接着固定した光導波路モジュールの
場合、使用環境の温度変動により上記接続部における各
コア端面のずれが生じてしまう。

【０００７】そこで、苛酷な環境での使用が可能な光導
波路モジュール（室内で使用する部品の温度特性仕様と
しては−１０℃〜６０℃の温度変動で１０サイクル（４
８時間）が一般的であり、例えばＢｅｌｌｃｏｒｅ社製
ＴＲ−ＮＷＴ−００１２０９の温度特性仕様では、−４
０℃〜７５℃の温度変動で４２サイクル（３３６時
間））を得るためには、上述のように光ファイバ端部を
保持するフェルールを導波路基板の構成材料と熱膨張係
数のほぼ等しい石英ガラスで構成し、所望の温度特性及
び湿熱特性を得るのが一般的である。なお、図２９は、
モードフィールド径が１０μｍの単一モード光導波路に
ついて、該光導波路端面と光ファイバのコア端面との位
置ずれ量と、その伝送損失との関係を示した図である。

【０００８】しかしながら、フェルールの製造技術のみ
に着目すると、上述の石英ガラスによってフェルールを
製造する場合、上述の文献にも開示されているように、
ガラスのような加工が困難な材料を１μｍ以内という高
精度で加工する必要があり（光ファイバ用の位置固定溝
の加工）、さらには光ファイバ端部を把持するために複
数の構成部材により構成する必要がある（光ファイバの
端部を上下２枚の石英ガラス板で挟み込む）。一方、例
えばプラスチック材料によりフェルールを構成する場
合、例えば"DEVELOPMENT OF 16-FIBER CONNECTORS FOR
HIGH-SPEED LOW-LOSS CABLE CONNECTION" （INTERNATIO
NAL WIRE AND CABLE SYMPOSIUM PROCEEDINGS 1993, pp.
244-249 ）に示されているように、プラスチック成形に
より一工程で成形が可能で、かつ光ファイバ端部を挿入
することでその設置位置を規定する貫通孔（連続する内
壁を有する）もこのプラスチック成形時に高精度に作り
込むことができる。このようにプラスチック材料により
フェルールを構成すると、光ファイバ端部の把持構造を
得るために、複数の部材を用意して該ファイバ端部を把
持させる必要はなく（プラスチック成形時に同時に光フ
ァイバ端部の設置位置を精密に規定できる貫通孔が形成
できるため、光ファイバの先端を位置決めした状態で上
下から挟み込んで把持する必要はない）、また高精度の
加工技術も必要としないため（貫通孔は各光ファイバご
とに高精度に作り込まれるので、把持部材に光ファイバ
用の位置固定溝を形成する等の精密加工は必要はな
い）、該プラスチック材料がフェルールの構成材料とし
て適している。

【０００９】この発明は、上述の諸事情に鑑み、ガラス
等の加工が困難な材料の代わりに低コストで、連続成形
及び高精度加工が容易なプラスチック材料からなるフェ
ルールを利用する一方、それぞれ熱膨張係数の異なる材
料から構成された導波路部品（特に、導波路基板）とフ
ェルールを備え、かつ苛酷な使用環境においても安定し
た温度特性、湿熱特性を有する光導波路モジュール及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る光導波路
モジュールは、第１の材料から構成された導波路基板上
に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一部を
構成する光導波路が設けられた導波路部品（第１の材料
としては、例えばシリコン又は石英ガラスが適してい
る）と、第２の材料から構成され、前記伝送路の少なく
とも一部を構成する光ファイバの一端と前記光導波路の
一端とを光学的に結合すべく、該光ファイバの一端を保
持した状態（光ファイバ端部は連続する内壁を有する貫
通孔に挿入された状態で設置されている）で、所定強度
の接着剤によりその端面が前記導波路部品の端面に対向
するよう固定された、フェルール（第２の材料として
は、例えばプラスチック材料が適している）を備える。
さらに、当該光導波路モジュールは、上記フェルールの
貫通孔にその端部が挿入された状態で該フェルールに接
着固定された入出力用の光ファイバを備えている。この
構成により既存の伝送路からの信号光の分岐、あるいは
該伝送路への合波を容易に実現する。なお、この光ファ
イバは、所定波長の光を伝搬するためのコアと、このコ
アを覆うクラッドから構成されるが、通常は、このクラ
ッド表面をアクリレート樹脂で被覆するか、さらにはそ
の表面をプラスチックで被覆した状態で利用に供され
る。また、この光ファイバは単芯ファイバには限定され
ず、複数の光ファイバ（各光ファイバはそれぞれ異なる
色に着色されたアクリレート樹脂でコーティングされた
ものでもよい）をプラスチック材料で一体的に被覆した
テープ型ファイバも含まれる。

【００１１】特に、苛酷な温度変動下（例えば−４０℃
〜＋７５℃の範囲での温度変動）においてもその結合損
失が０．３ｄＢ以下である光導波路モジュールを実現す
べく、上記導波路部品の基板部分を構成する第１の材料
と、上記フェルールを構成する第２の材料は、第１の材
料の熱膨張係数と第２の材料の熱膨張係数との差をΔ
Ｌ、第１の材料の弾性率をＥ₁ 、第２の材料の弾性率を
Ｅ₂ としたとき、 ｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜＜３．０×１０^-6（℃^-1） …（１） なる関係を満たしている。

【００１２】上記フェルール（請求項１０に係るフェル
ール）を構成するプラスチック材料は、所定量の石英フ
ィラーが含有されたフェノール系エポキシ樹脂の場合、
その熱膨張係数は１０×１０^-6（℃^-1）以下のでよい
が、さらに優れた温度特性を得るためには、その熱膨張
係数を６×１０^-6（℃^-1）以下とするのが好ましい。

【００１３】また、このフェノール系エポキシ樹脂に含
まれる石英フィラーの含有量は、８５重量％以上、９５
重量％以下であればよいが、さらに優れた湿熱特性を得
るためには、その含有量を９０重量％以上、９５重量％
以下とするのが好ましい。このとき、上述のフェノール
系エポキシ樹脂の弾性率は５０００（ｋｇ／ｍｍ² ）以
下である。

【００１４】なお、上記光導波路端面と光ファイバ端面
とを接着固定する接着剤は、その接着強度が石英ガラス
に対して５０（ｋｇ／ｃｍ² ）以上の紫外線硬化型、熱
硬化型接着剤、あるいは双方の硬化性（光に反応して固
化する性質と熱に反応して固化する性質）を兼ね備えた
接着剤を使用する。

【００１５】次に、請求項１５係る発明は、上記請求項
１に係る光導波路モジュールの製造方法であり、この製
造方法では、まず、第１の材料から構成された導波路基
板上に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一
部を構成する光導波路が設けられた導波路部品と、該伝
送路の少なくとも一部を構成する光ファイバ（入出力用
光ファイバを含む）の端部を連続した内壁を有する貫通
孔に挿入した状態で、接着剤により該光ファイバ端部に
接着固定された、第２の材料から構成されたフェルール
を用意する。このとき、導波路部品の導波路基板を構成
する第１の材料（例えばシリコン又は石英ガラスが適し
ている）に対するフェルールを構成する第２の材料（例
えばプラスチック材料が適している）の上記実効熱膨張
係数（｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜）は、３．０×１０^-6
（℃^-1）未満である。

【００１６】そして、これら導波路部品の端面とフェル
ールの端面とを突き合せた状態で、石英ガラスに対して
５０（ｋｇ／ｃｍ² ）以上の接着強度を有する接着剤、
例えば紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤により接着
し、この導波路部品の光導波路端面とフェルールの貫通
孔でその端部の設置位置が規定された光ファイバのコア
端面との位置合せ（アライメント）を行う。その後、こ
の接着部分に紫外線を所定時間照射するか、あるいはこ
の接着部分を所定温度に加熱することにより上記接着剤
を固化させる。

【００１７】なお、この発明に係るフェルールは、上述
したように、所定量の石英フィラーが含有され、かつそ
の熱膨張係数が１０×１０^-6（℃^-1）以下、好ましくは
６×１０^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂で
ある。また、石英フィラーの含有量は、８５重量％以
上、９５重量％以下であり、好ましくは９０重量％以
上、９５重量％以下がよい。さらに、このフェルールを
構成するプラスチック材料は、その弾性率が５０００
（ｋｇ／ｍｍ² ）以下のフェノール系エポキシ樹脂がよ
い。

【００１８】

【作用】シリコンまたは石英ガラスから構成された導波
路基板とプラスチック材料から構成されたフェルールの
ように、異なる材料から構成される各構成部材を利用し
て当該光導波路モジュールを構成する場合、上記式
（１）で示されるように導波路基板の構成材料に対する
フェルール構成材料の実効熱膨張係数を３×１０^-6（℃
^-1）未満とすることにより、温度変動に起因して生じる
各コア端面のずれ量を１μｍ以下、すなわち結合損失を
０．３ｄＢ以下に抑えることができる。少なくとも発明
者らは上記導波路部品の一部を構成する石英ガラス基板
に適応可能なフェルールを得るためには（上記条件を満
たすためには）、少なくとも７５重量％以上の石英フィ
ラーを含有するプラスチック材料（熱膨張係数は３×１
０^-6℃^-1以上、１０×１０^-6℃^-1以下）により構成し、
シリコン基板に適応可能なフェルールを得るためには、
少なくとも８５重量％以上の石英フィラーを含有するプ
ラスチック材料（熱膨張係数は３×１０^-6℃^-1以上、６
×１０^-6℃^-1以下）により構成する必要があることを確
認した。このとき、上記構成の光導波路モジュールは良
好な温度特性が得られることも確認した。

【００１９】一方、プラスチック材料に含有可能な石英
フィラーの理論限界値は、工業材料１９９４年１２月号
（Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．１５、ｐｐ．１１２〜１１６）
に９６体積％であることが示されており、発明者らは、
既に９４重量％の石英フィラーが含有されたプラスチッ
ク・フェルールを得ている。さらに、石英ガラス製導波
路基板とプラスチック・フェルールからなる光導波路モ
ジュールについて、所定の条件下でその湿熱特性を評価
したところ、該プラスチック材料に含有される石英フィ
ラーの下限値が８０重量％〜９０重量％の間に存在する
ことも確認している。また、石英フィラー含有量の理論
限界値が９６体積％であることから、フェルール構成材
料としてのプラスチック材料の熱膨張係数の下限値は、
３×１０^-6（℃^-1）である（図１９参照）。なお、体積
％と重量％はほぼ一致する。

【００２０】したがって、シリコン基板及び石英ガラス
基板のいずれを利用する場合でも、少なくとも８５重量
％〜９５重量％の石英フィラーを含有するプラスチック
材料をフェルール構成材料として適用することで、温度
特性及び湿熱特性のいずれにおいても良好な光導波路モ
ジュールが得られる。

【００２１】特に、石英ガラス基板に対して上記フェル
ールの構成材料を、所定量の石英フィラーが含有され、
かつその熱膨張係数が１０×１０^-6（℃^-1）以下のフェ
ノール系エポキシ樹脂とすることで、また、シリコン基
板に対して上記フェルールの構成材料を、所定量の石英
フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が６×１０^-6
（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂とすること
で、上述の室内で使用される部品の温度特性仕様（−１
０℃〜６０℃の温度変動で１０サイクル（４８時
間））、さらにはＢｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＲ−ＮＷＴ−
００１２０９の温度特性仕様（−４０℃〜７５℃の温度
変動で４２サイクル（３３６時間））を満足する光導波
路モジュールが得られる。

【００２２】また、上記石英フィラーの含有量を、９０
重量％以上、９５重量％以下に調整することにより、Ｂ
ｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＡ−ＮＷＴ−００１２２１の湿熱
特性仕様（７５℃、９０±５ＲＨ、５００時間）を確実
に満足する光導波路モジュールが得られる。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１乃至図２９
を用いて説明する。なお、図中同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。

【００２４】図１は、この発明に係る光導波路モジュー
ルの組み立て工程を説明するための図であり、図２はこ
の発明に係る光導波路モジュール全体の構成を示す斜視
図である。この発明に係る光導波路モジュールの製造方
法では、まず、入出力用の光ファイバ４の端部を貫通孔
に挿入した状態で接着剤５により接着固定されたフェル
ール３と、導波路基板上に所定波長の光を伝搬する光導
波路（コア）を有する導波路部品１とを用意する。さら
に、これらフェルール３と導波路部品１との十分な接着
強度を得るため、補強部材２を用意する。なお、この補
強部材２は、上記導波路部品１の上面１ｂに接着剤によ
り接着固定される底面２ｂと、フェルール３の接着端面
３ｃと対向する側面２ａを有する。

【００２５】次に、この補強部材２が上面１ｂに既に接
着固定されている導波路部品１の接着端面１ａと、光フ
ァイバ４の端部を保持したフェルール３の接着端面３ｃ
とをそれぞれ以下の各工程を順に行うことで光学研磨す
る。なお、補強部材２の接着面（側面）２ａは上記導波
路部品１の端面研磨の際に同時に研磨され、また光ファ
イバ４のコア端面も上記フェルール３の端面研磨の際に
同時に研磨される。

【００２６】第１工程（粗研磨工程）：８００〜２００
０＃の粗い研磨紙で各端面を露出させる 第２工程（中研磨工程）：６〜９μｍのダイヤモンド砥
粒で各端面の表面傷を除去する 第３工程（仕上研磨工程）：１〜３μｍのダイヤモンド
砥粒でさらに各端面の表面傷を除去する 第４工程（バフ研磨工程）：０．３μｍ以下の酸化セシ
ウム砥粒あるいは二酸化圭素砥粒で各端面の表面加工変
質層を除去する なお、これら研磨工程で、端面反射による光減衰量の低
減等の必要に応じて、接着部１３における光の伝搬方向
（この方向はフェルール３への光ファイバ４の挿入方向
と一致している）に対して、各端面の角度を９０度から
ずらしてもよい。この場合の角度調整は、上記第１工程
で行う。また、上述した研磨方法以外の研磨方法も知ら
れているので、必要に応じてその研磨方法は選択する。

【００２７】続けて、上記導波路部品１の入出力端面１
ａとフェルールの接着端面３ｃを突き合せた状態で接着
剤６により接着した後、導波路部品１に作り込まれた光
導波路端面と光ファイバ４のコア端面のアライメントを
行う。なお、この時光ファイバ４は既にフェルール３に
所定強度の接着剤５により既に固定されている。また、
補強部材２の底面２ｂと導波路部品１の上面１ａとの
間、補強部材２の接着面２ａ及び導波路部品１の接着面
１ａとフェルール３の接着面３ｃとの間は、石英ガラス
に対して５０ｋｇ／ｃｍ² 以上、好ましくは１００ｋｇ
／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型あるいは
熱硬化型接着剤により接着されている。

【００２８】上記導波路部品１の光導波路端面と光ファ
イバ４のコア端面のアライメントは、例えば米国特許第
４，７４４，６１９号公報に示されているように、導波
路部品１を精密移動ステージで支持した状態で、該導波
路部品１の光導波路の一方の入出力端面から所定波長の
光を入射し、他方の入出力端に上記接着剤を介して光学
的に接続されている光ファイバ４から出射された光の強
度をモニタしながら行われる。すなわち、この出射光の
光強度が最大になるよう導波路部品１あるいはフェルー
ルを移動させ、アライメントを行っている。

【００２９】そして、上記導波路部品１の光導波路端面
（導波路部品１の入出力端面の一部を構成している）と
光ファイバ４のコア端面（フェルール３の接着端面３ｃ
の一部を構成している）のアライメントが完了した段階
で、接着部に紫外線を照射するかあるいは所定温度に加
熱することにより上記接着剤を固化させる。この一連の
作業（接着部１３における各端面の接着−アライメント
−接着剤の固化）を上記導波路部品１の両入出力端面に
ついて行うことにより、図２に示すようなこの発明の第
１の実施例に係る光導波路モジュールを得る。

【００３０】次に、フェルール３の構造を図３〜５を用
いて説明する。図３は、このフェルール３の構造を示す
ための展開図である。図中、３ａはフェルール３の上
面、３ｂは側面、３ｃは前面（接着面）、３ｄは底面、
３ｅは裏面（光ファイバ４が挿入される側）を示してい
る。このフェルール３の上面３ａには光ファイバ４の先
端をフェルール３に予め窓３１０が設けられている。こ
の窓３１０から見える台座部分３３０には光ファイバ４
の先端を貫通孔３４０に挿入しやすくするため、予めガ
イド溝３３０ａが設けられている。また、光ファイバ４
の先端とフェルール３はこの台座部分で接着固定するた
め、この窓３１０は接着剤の投入口としても機能する。
フェルール３の裏面３ｅには光ファイバ４の先端部分を
該フェルール内部に挿入するための開口部３２０が設け
られている。また、フェルール３の前面３ｃ（導波路部
品１の入出力端面１ａに直接向い合う面）には、予め作
り込まれた貫通孔３４０の開口部３４０ａが位置する。

【００３１】なお、図４は図３に示した上記フェルール
３のＣ−Ｃ線に沿った断面を示す図であり、光ファイバ
４の先端部分は裏面３ｅから前面３ｃに向かって矢印Ｈ
の方向から当該フェルール内部に挿入される。また、図
５は図４に示したフェルール断面図のうち、特に貫通孔
３４０の断面を拡大表示した図であり、この図からも分
るように貫通孔３４０の内部は光ファイバ４の先端部分
を挿入しやすくするため、該光ファイバの直径よりもか
やり大きな直径を有する部分３４０ｂと、該光ファイバ
４の先端部分の設置位置のずれ（前面３ｃに対する水平
方向の位置ずれ）を防止すべく該光ファイバ４の直径に
ほぼ一致した直径を有する部分３４０ｃから構成されて
いる。

【００３２】既に述べたように、上記導波路部品１の基
板を構成するのに適した第１の材料（例えばシリコン、
石英ガラス等）と、フェルール３を構成するのに適した
第２の材料（例えばプラスチック材料）とは異なってい
る。したがって、正確にアライメントと行って導波路部
品１とフェルール３の接着固定を行ったとしても、例え
ば−４０℃〜＋７５℃程度の温度変動が生じる環境にお
いては各材料の熱膨張係数の差に起因して、導波路部品
１の光導波路端面と光ファイバ４のコア端面との位置ず
れが生じてしまう（結合損失が増大する）。

【００３３】そこで、この発明では、上述の温度変動下
においてもその結合損失が０．３ｄＢ以下にすべく、上
記フェルールを、上記導波路部品１の導波路基板に適し
た第１の材料に対する実効熱膨張係数｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／
Ｅ₂ ）｜の値が３×１０^-6℃^-1未満である第２の材料で
構成している。なお、上記実効熱膨張係数を示す式中Δ
Ｌは第１の材料の熱膨張係数と第２の材料の熱膨張係数
の差、Ｅ₁ は第１の材料の弾性率、Ｅ₂ は第２の材料の
弾性率である。

【００３４】特に、発明者らは、シリコン又は石英ガラ
スから構成された導波路基板と、その熱膨張係数が１０
×１０^-6℃^-1以下のフェノール系エポキシ樹脂（所定量
の石英フィラーを含む）、さらにはその熱膨張係数が６
×１０^-6℃^-1以下のフェノール系エポキシ樹脂（所定量
の石英フィラーを含む）から構成されたフェルール３と
の組合わせにより、優れた温度特性を有する光導波路モ
ジュールを得た。また、フェノール系エポキシ樹脂によ
りフェルール３を構成する場合、上記石英フィラーの含
有量は、８５重量％〜９５重量％であることが好ましい
が、さらに湿熱特性に優れた光導波路モジュールを得る
ためには、石英フィラーの含有量が９０重量％〜９５重
量％であることがよいことも確認した。なお、これらフ
ェノール系エポキシ樹脂の弾性率は５０００ｋｇ／ｍｍ
² 以下である。

【００３５】以上のような材料から構成されるフェルー
ル３は、例えば"DEVELOPMENT OF 16-FIBER CONNECTORS
FOR HIGH-SPEED LOW-LOSS CABLE CONNECTION" （INTERN
ATIONAL WIRE AND CABLE SYMPOSIUM PROCEEDINGS 1993,
pp.244-249 ）などに示されるように、プラスチック成
形法により得られる。すなわち、所定形状の凹みを有す
る上下２枚の金型を用意し、フェルール３の貫通孔を形
成するための金属製コアピンをこれら金型で挟み込んだ
状態で、上記各金型の凹みによって定義されるキャビテ
ィ内に上述の樹脂を注入することにより得る。

【００３６】一方、このような材料で図３〜図５に示す
構造を有するフェルール３と紫外線硬化型接着剤を利用
して図２に示す光導波路モジュールを製造した場合、上
述の特開平６−５１１５５号公報でも指摘されているよ
うに、光導波路１３０端面と光ファイバ４のコア端面の
位置ずれを生じることなく接着部１３における各端面を
均一に接着することが難しくなる。しかしながら、この
ような場合でも、このフェルール３に図６に示すような
ガイドピン用の穴３５０を予め作り込むことにより、上
述のアライメント作業を省略することができ、さらには
接着剤の固化に長時間を要したとしても、導波路部品１
の光導波路端面とフェルール３に保持されている光ファ
イバ４のコア端面との位置ずれを回避することも可能で
ある。このガイドピン用の穴を有するプラスチック・フ
ェルールの製造方法は、例えば、"HIGH FIBER COUNT OP
TICAL CONNECTORS" （INTERNATIONAL WIRE AND CABLE S
YMPOSIUM PROCEEDINGS 1993, pp.238-243 ）などに開示
されている。この場合、ガイドピン１００の両端を、そ
れぞれ導波路部品１（特に導波路基板）に設けられた穴
とフェルール３に設けられた穴３５０にそれぞれ差込
み、これら導波路部品１の接着端面１ａとフェルール３
の接着端面３ｃとを、上述の接着剤（石英ガラスに対し
て少なくとも５０ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する
紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤）により接着する
ことによりアライメント作業が不用となる。なお、この
ガイドピンを利用したアライメント方法は、例えば特開
平２−１２５２０８号公報、特開平５−３３３２３１号
公報などに開示されている。また、図６に示したフェル
ール３のＤ−Ｄ線に沿った断面は、図４に示したフェル
ール断面と一致している。

【００３７】このフェルール３の貫通孔３４０にその端
部が挿入された状態で保持される光ファイバ４は、一般
に所定波長の光を伝搬するコアと、このコアを覆い、該
コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドから構
成されている。この実施例では、図７及び８に示される
ような、複数の光ファイバをプラスチック被覆したテー
プ型ファイバを利用している。この場合、各裸ファイバ
４１０（コア４１０ａとクラッド４１０ｂから構成）は
個々にアクリレート樹脂４２０によりされており、この
ようにアクリレート樹脂により被覆されたファイバを一
列に束ねたリボン部分４３０はプラスチックで被覆して
構成している。この光ファイバ４をフェルール３に接着
固定する際は、該光ファイバ４の先端部分のプラスチッ
ク被覆４３０を剥がし（さらにはアクリレート被覆４２
０も剥がし）、フェルール３の裏面３ｅに設けられた開
口部３２０から各光ファイバに対応して設けられている
貫通孔３４０に装着し、フェルール３の台座部３３０に
おいて接着剤５により接着固定する。なお、このフェル
ール３には、他の伝送路を構成する光ファイバを直接取
り付けてもよく、また、予め他の伝送路との接続を考慮
して、別途入出力用光ファイバを取り付けておいてもよ
い。いずれの場合も、該フェルール３に取り付けられた
光ファイバは伝送路の一部を構成する。

【００３８】導波路部品１の構造を図９に示す。この図
は図１に示した光導波路モジュールのＡ−Ａ線に沿った
導波路部品１の断面に相当する。この導波路部品１はシ
リコン又は石英ガラスから構成される導波路基板１１
０、この導波路基板１１０上に形成された下側クラッド
層１２０（ガラス材料層）、この下側クラッド層１２０
上に所定形状に加工された光導波路１３０（コア、ガラ
ス材料層）、及びこの光導波路１３０を覆う上側クラッ
ド層１４０（ガラス材料層）を備えており、これらクラ
ッド層１２０、１４０は光導波路１３０の屈折率よりも
低い屈折率を有する。なお、当該光導波路モジュールに
利用される導波路部品１の構造は図９に示すような埋め
込み型導波路には限定されず、例えば光集積回路（オー
ム社発行、昭和６０年２月２５日、ｐ．２０４）に開示
されているような種々の構造の導波路部品（例えば、リ
ッジ型導波路等）が適応可能である。

【００３９】このように、図９に示す断面構造の埋め込
み型導波路部品１と上述の構造を有するフェルール３と
の接続部１３の拡大した断面図を図１０に示す。なお、
この断面図は図２に示したＢ−Ｂ線に沿った断面と一致
している。この図に示すように、導波路部品１の上面１
ｂと補強部材２の底面２ｂとの間、導波路部品１の接着
面１ａとフェルール３の接着面３ｃ（光ファイバ４のコ
ア端面を含む面）との間、及び補強部材２の側面２ａと
上記フェルール３の接着面３ｃとの間は、それぞれ石英
ガラスに対して５０ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有す
る紫外線硬化型あるいは熱硬化型接着剤６により接着固
定されている。上述したアライメントは、フェルール３
によってその先端が保持されている光ファイバ４のコア
４１０ａの端面と光導波路１３０の端面とを光の伝搬方
向に一致させる作業であり、図中、１１で示される領域
は上記光ファイバ４と光導波路１３０とが光学的に接続
される部位を示している。

【００４０】さらに、当該光導波路モジュールにおける
導波路部品１とフェルール３との接続部１３は図１及び
２に示すように、補強部材２によって構造的に補強され
ているが、この補強構造はこの第１の実施例のみに限定
されるものではなく、例えば図１１及び１２に示すよう
に導波路部品１を支持部材１０に固定することにより、
フェルール３との接着部１３の強度補強を行ってもよ
い。この支持部材１０も導波路基板１１０と同じ材料、
例えばシリコン又は石英ガラスから構成されている。な
お、この図におけるＦ−Ｆ線に沿った導波路部品１の断
面は、図９に示した埋め込み型導波路部品の断面と一致
している。

【００４１】また、図１２に示したこの発明の第２の実
施例に係る光導波路モジュールの接続部１３の構造を説
明するため、図中Ｇ−Ｇ線に沿った断面図を図１３に示
す。この第２の実施例では導波路部品１と支持部材１０
は接着剤６により接着固定されており、この支持部材１
０の接着端面１０ａは、上述した導波路部品１の端面研
磨の際に同時に研磨れれる。

【００４２】さらに、上記導波路部品１に作り込まれ
る、種々の光導波路１３０の形状を図１４〜図１６に示
す。なお、これらの図は上側クラッド層１４０が取り除
かれた導波路部品１を上方から見た状態を示している。
このように、導波路部品１に作り込まれる光導波路１３
０の形状としては、１対多（図１４）、多対多（図１
５）、あるいは２対多（図１６）等の種々の態様におけ
る光通信（光分岐、光結合機能を含む）を実現するため
の光導波路パターンがある。

【００４３】当該光導波路モジュールは、当然のことな
がら光通信システムの一部として機能する。したがっ
て、当該光導波路モジュールは図１７に示すように、他
の伝送路２０ａ、２０ｂとの光学的な結合を容易に実現
するため、入出力用光ファイバ４を備えている。この場
合、当該光導波路モジュールは、上述の導波路部品１
と、この導波路部品１と接着固定されたフェルール３
と、このフェルール３の貫通孔３４０にその先端が挿入
された状態で接着剤５により接着固定された入出力用光
ファイバ４（この実施例では多芯のテープ型ファイバ）
を備えている。特に、各入出力用光ファイバ４の他端
は、他の伝送路２０ａ，２０ｂとの光学的な結合を可能
にするため、別のフェルール３０に接着剤５０により接
着固定されている。なお、これら伝送路２０ａ、２０ｂ
は、それぞれ光信号を伝搬させるための光ファイバ２１
０、２２０を備えているが、この他、送信器、光増幅
器、光合分波器、受信器等の要素を含んで構成されてい
る。

【００４４】以上のように他の伝送路２０ａ、２０ｂに
光学的に結合された光導波路モジュールは、伝送路の一
部を構成する。また、このように伝送路の一部として設
置された光導波路モジュールは、その接続部１３を保護
するため、例えば、特開昭６２−７３２１０号公報に開
示されているように、所定形状のケースに収納される。
また、この光導波路モジュールは、欧州特許公開公報第
０４２２４４５Ａ１号に開示されているように、樹脂モ
ールドして保護してもよい。

【００４５】次に、導波路部品１の一部を構成する導波
路基板１１０とフェルール３のそれぞれを構成する材
料、特に、これらの材料の熱膨張係数及び弾性率を中心
に説明する。

【００４６】まず、導波路部品１と光ファイバ４の先端
部分を保持するフェルール３の接続部１３の各材料の熱
膨張に起因する結合損失の変動について説明する。な
お、ここでは光導波路１３０に起因する損失変動（光分
岐等に起因する伝送損失）を考えなくてすむよう、シリ
コン（Ｓｉ）基板上に２５０μｍのピッチで８本の直線
光導波路（コア径：７μｍ×７μｍ、比屈折率差：０．
３％）が形成された平面導波路部品を用意した。この導
波路部品における光導波路形状を図１８に示す。このシ
リコン基板を有する導波路部品１と熱膨張係数の異なる
プラスチック材料から構成されたフェルール３を用意
し、このフェルール３で保持されている光ファイバのコ
アを光導波路１３にと対向させて調芯した後、紫外線硬
化型接着剤で固定して数種類の試料（特性比較用の光導
波路モジュール）を制作した。接着剤の強度不足による
変動は極力避けるべく、接着剤の破断強度は石英ガラス
に対して１００Ｋｇ／ｃｍ² 以上のものを用いた。な
お、接着強度としては少なくとも５０Ｋｇ／ｃｍ² あれ
ばよい。

【００４７】表１に、作成したフェルール３に使用した
材料及びその物性値を示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】この表１に示したプラスチック１〜４の物
性値を図１９及び図２０に示す。特に、図１９におい
て、横軸は含有される石英フィラーの量（重量％、図
中、ｗｔ％で示す）、縦軸はプラスチック材料の熱膨張
係数（／℃）の関係を示し、図２０は、含有される石英
フィラーの量（重量％、図中、ｗｔ％で示す）、縦軸は
プラスチック材料の弾性率（ｋｇ／ｍｍ² ）を示す。こ
れらの図から分るように、石英フィラーの含有量が増加
するとプラスチック材料の熱膨張係数が下がる一方、そ
の弾性率は増加する傾向がある。また、図２１は、含有
される石英フィラーの量（重量％）に対する上記各プラ
スチック材料の実効熱膨張係数｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）
｜を示している。なお、図中の曲線５０１（●印でプロ
ット）はシリコン（Ｓｉ）に対する各プラスチック材料
の実効熱膨張係数を示し、曲線５０２（○印でプロッ
ト）は石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）に対する各プラスチック
材料の実効熱膨張係数を示す。また、上記実効熱膨張係
数を示す関係式中、ΔＬはシリコン又は石英ガラス（導
波路基板の構成材料）と各プラスチック材料（フェルー
ルの構成材料）の熱膨張係数の差、Ｅ₁ はシリコン又は
石英ガラスの弾性率、Ｅ₂は各プラスチック材料の弾性
率である。したがって、この図から、シリコン基板に対
して上記実効熱膨張係数を３×１０^-6℃^-1未満にするプ
ラスチック材料を得るためには、石英フィラーを８５重
量％以上含有させる必要があり、また、石英ガラス基板
に対して上記実効熱膨張係数を３×１０^-6℃^-1未満にす
るプラスチック材料を得るためには、石英フィラーを７
５重量％以上含有させる必要があることが分る。

【００５０】なお、石英フィラーを７５重量％以上を含
有するプラスチック材料の熱膨張率は１０×１０^-6℃^-1
以下となり、石英フィラーを８５重量％以上を含有する
プラスチック材料の熱膨張係数は６×１０^-6℃^-1以下と
なる。一方、先にも述べたように石英フィラーの含有量
の理論限界値は９６体積％（重量％とほぼ一致）である
ので、上記各プラスチック材料の熱膨張係数は３×１０
^-6℃^-1以上である（図１９参照）。

【００５１】温度変動による損失の変化は、図２２に示
す測定系を用いて評価した。測定される光導波路モジュ
ール１２３は環境装置２００内の恒温槽２５０に収容さ
れており、ＬＥＤ２３０から一定強度の光を一方の入出
力用光ファイバ（光導波路の入力側端面に光学的に接続
されてる）に供給しつつ、光導波路を通過してさらに他
方の入出力用光ファイバ（光導波路１３０の出力端面に
光学的に接続されている）を通過した光の強度を光パワ
ーメータ２２０で測定することにより、温度変動に起因
する結合損失の変動量を測定する。なお、この光パワー
メータ２２０はパーソナルコンピュータ２１０によって
制御されている。恒温槽２５０内の温度は、図２３に示
すような変化をするよう温度制御手段によって調整され
る。この温度制御手段２４０もパーソナルコンピュータ
２１０によって制御されている。すなわち、温度は−４
０℃から＋７５℃の間で変化し、変化速度は±１．５℃
／ｍｉｎである。表２に、導波路部品とフェルールとの
結合損失について、上記の温度変化による変動量を示
す。

【００５２】なお、この測定のために用意した試料は、
各材料組合わせごとにそれぞれ４個ずつである。

【００５３】

【表２】

【００５４】導波路基板１１０とフェルール３の構成材
料が同一の場合（例えば、Ｓｉ／Ｓｉ：基板材料がシリ
コンでフェルール材料もシリコンとした場合）は温度変
動による熱膨張の大きさに差がないため理想的である
が、このような場合には結合損失の変動量は概ね０．１
ｄＢ未満になるはずである。かかる場合の一例として表
２に示した「Ｓｉ／Ｓｉ」の場合には、結合損失の変動
量は０．０８ｄＢとなっている。また、材料間の熱膨張
係数の差が大きい場合、例えば表２に示した「Ｓｉ／プ
ラスチック１」の場合には、当然のことながら結合損失
の変動量が著しく大きくなることがわかる。

【００５５】この結合損失の変動量に基づいて計算によ
って得られる光導波路１と光ファイバ４のコアの位置ず
れ量を、熱膨張係数との関係で示したグラフを図２４に
示す。この図２４においては、位置ずれ量の計算値をプ
ロットした線分を５０３で示し、実験値をプロットした
線分を５０４で示している。この図からも分るように、
実際の位置ずれ量は計算から得られる値よりも小さくな
る。これは、導波路基板材料とフェルール材料の両方の
弾性変形によって相対的に位置ずれ量が小さくなること
に起因すると考えられる。

【００５６】弾性変形に起因して位置ずれ量が抑制され
る割り合いは、導波路基板１１０の構成材料と、この導
波路部品１に接続されるフェルール３も構成材料との弾
性率の比で決まる。そこで、これら導波路基板１１０と
フェルール３の各構成材料の弾性率の比を考慮して計算
される位置ずれ量を図２５に示す。この図２５において
は、位置ずれ量の計算値をプロットした線分を５０５で
示し、実験値をプロットした線分を５０６で示してい
る。このように弾性変形を考慮することにより、計算か
ら得られる位置ずれ量は実際の値とよく一致するように
なる。なお、図２５において横軸は、上述した実効熱膨
張係数（導波路基板材料とフェルール構成材料の各熱膨
張係数の差と、導波路基板材料の弾性率及びフェルール
材料の弾性率の比との比である）である。

【００５７】以上の検討結果より、導波路基板１１０を
構成する材料とは熱膨張係数の異なる材料を用いてフェ
ルール３を構成する場合でも、各材料の弾性変形を活用
すれば実際の位置ずれを小さくすることが可能であるこ
とがわかる。したがって、図２９に示した関係により、
位置ずれ量が１μｍ程度であれば、結合損失の変動量が
０．３ｄＢ程度に抑えることが可能となる。

【００５８】位置ずれの許容量は、フェルール３に保持
された光ファイバ４（この実施例では多芯テープ型ファ
イバ）の各コアの間隔にもよる。例えば、コアが２５０
μｍピッチで１６芯並んだものについては、両端のコア
の間隔は３．７５ｍｍになり、例えば１００℃の温度差
がある環境下で位置ずれ量を１μｍ以内に抑えるために
は、既に言及している条件が満足されることが必要にな
る。すなわち、導波路基板１１０の構成材料の熱膨張係
数とフェルール３の構成材料の熱膨張係数との差をΔ
Ｌ、導波路基板１１０の構成材料の弾性率をＥ₁ 、フェ
ルール３の構成材料の弾性率をＥ₂ としたときに、導波
路基板１１０の構成材料に対するフェルール３の構成材
料の実効熱膨張係数｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜の値を、
３．０×１０^-6℃^-1未満とする必要がある。望ましく
は、２．７×１０^-6℃^-1未満とするのがよい。

【００５９】導波路部品１の一部を構成する導波路基板
１１０の構成材料としてはシリコン又は石英ガラスを用
いるのが一般的である。そして、この導波路基板上に埋
め込み型の石英ガラス系導波路を形成したものは、光フ
ァイバとの結合損失が低く内部における伝送損失も小さ
いため、現在開発が盛んに進められている。これらの材
料の物性は、前述の表１に示されている。

【００６０】一方、フェルール３を製造する際によく使
用される材料として、石英ガラスフィラーを含有させた
フェノール系エポキシ樹脂がある。この材料の熱膨張係
数はフィラーの含有量等を変えることによって変えるこ
とができ、また、この含有量の調整によりエポキシ樹脂
の弾性率は１５００〜５０００Ｋｇ／ｍｍ² 範囲で調整
可能となる。導波路基板１をシリコンまたは石英ガラス
で構成する場合を想定し、その弾性率が上述の実効熱膨
張係数の範囲内にある材料を用いてフェルール３を製造
するとすれば、この材料の熱膨張係数は１０×１０^-6℃
^-1以下とする必要がある。

【００６１】また、この検討結果より、前述のフェノー
ル系エポキシ樹脂だけでなく、その他の樹脂でも弾性率
が十分小さければ、例えば５００Ｋｇ／ｍｍ² 以下であ
れば熱膨張係数が比較的大きい材料（例えば２０×１０
^-6℃^-1）であっても、温度変動に起因するコアの位置ず
れを十分抑制できることがわかる。例えば、導波路基板
１１０を石英ガラスで製造する場合に、フェルール３を
構成する材料の弾性率が５０Ｋｇ／ｍｍ² 以下であると
して、この材料の熱膨張係数と石英ガラスの熱膨張係数
との差が４×１０^-4℃^-1程度あったとしても、実際の弾
性変形を考慮した実効的な熱膨張の差は３×１０^-6℃^-1
未満となる。この程度の熱膨張差を有する樹脂として
は、例えば、ＩＣＩ社製のＬＣＲ３０５がある。

【００６２】このような樹脂を利用してフェルール３を
構成したが場合に予測される問題としては、材料自体の
弾性率が低いため、アライメント時の治具等への固定に
よって弾性変形が生じ、コアの位置がずれていまう可能
性があるということである。なお、このような場合に
は、ハンドリング手法を改良することにより（例えば、
治具への面固定）、解決できると考える。

【００６３】以上の検討に基づいて製造した複数の光導
波路モジュールについて、以下詳細に説明する。

【００６４】試料１ この試料１において、フェルール３の構成材料として
は、熱膨張係数が６．０×１０^-6℃^-1、弾性率が２５０
０Ｋｇ／ｍｍ² のフェノール系エポキシ樹脂材料を用い
た。この材料のシリコンに対する実効的な熱膨張係数は
２．２５×１０^-6℃^-1である。また、導波路部品１は、
シリコン基板１１０上にＦＨＤ法とＲＩＥ法を組み合わ
せて形成した８分岐のシングルモード光導波路１３０を
形成したものとした。製造した光導波路１３０の導波路
形状を図２６に示す。次に、１芯の光ファイバを保持し
たフェルール３（該光ファイバの先端部分は接着剤によ
り該フェルールに固定されている）と、８芯の光ファイ
バを２５０μｍピッチに配列固定したテープ型ファイバ
を保持したフェルール３（該テープ型ファイバの先端部
分は接着剤により該フェルールに固定されている）とを
それぞれ導波路部品１の入出力端面１ａ、１ｃに接続し
て試料１の光導波路モジュールを５個作成した。なお、
アライメントは既に説明した方法により行われている。
また、導波路部品１と各フェルール３の接着に使用した
接着剤には、石英ガラスに対して１００ｋｇ／ｃｍ² 以
上の接着強度を有する紫外線硬化型接着剤に熱硬化性触
媒を添加して熱硬化性を付与したものを使用した。

【００６５】以上のようにして得られた光導波路モジュ
ール（試料１）の挿入損失は平均で１０．１ｄＢで過剰
損失（光導波路１３０内における分岐損失等を含めた合
計の伝送損失）は１．１ｄＢであった。また、これら試
料１の光導波路モジュールを図２２に示す測定系を用い
て−４０℃〜７５℃の温度範囲において、図２３に示す
温度変化パターンにより測定した。なお、測定光として
は波長１．３μｍの光を使用した。このような測定を行
った結果、試料１の各光導波路モジュールは、結合損失
の平均変動量が０．２ｄＢ、最大変動量でも０．３ｄＢ
と良好な温度特性を有することを確認した。

【００６６】試料２ 次に、上記試料１のフェルールとは異なる物性値を有す
るプラスチック材料を利用して製作した試料２の光導波
路モジュールの場合について説明する。

【００６７】この試料２において、フェルール３の構成
材料としては、熱膨張係数が４．５×１０^-6℃^-1、弾性
率が３３００Ｋｇ／ｍｍ² のフェノール系エポキシ樹脂
材料を用いた。この材料のシリコンに対する実効的な熱
膨張係数は１．７４×１０^-6℃^-1である。また、導波路
部品１は、シリコン基板１１０上にＦＨＤ法とＲＩＥ法
を組み合わせて形成した８分岐のシングルモード光導波
路１３０を形成したものとした。製造した光導波路１３
０の導波路形状を図２６に示す。次に、１芯の光ファイ
バを保持したフェルール３（該光ファイバの先端部分は
接着剤により該フェルールに固定されている）と、８芯
の光ファイバを２５０μｍピッチに配列固定したテープ
型ファイバを保持したフェルール３（該テープ型ファイ
バの先端部分は接着剤により該フェルールに固定されて
いる）とをそれぞれ導波路部品１の入出力端面１ａ、１
ｃに接続して試料２の光導波路モジュールを５個作成し
た。なお、アライメントは既に説明した方法により行わ
れている。また、導波路部品１と各フェルール３の接着
に使用した接着剤には、石英ガラスに対して１００ｋｇ
／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型接着剤に
熱硬化性触媒を添加して熱硬化性を付与したものを使用
した。

【００６８】以上のようにして得られた光導波路モジュ
ール（試料２）の挿入損失は平均で１０．０ｄＢで過剰
損失は１．０ｄＢであった。また、これら試料２の光導
波路モジュールを図２２に示す測定系を用いて−４０℃
〜７５℃の温度範囲において、図２３に示す温度変化パ
ターンにより測定した。なお、測定光としては波長１．
３μｍの光を使用した。このような測定を行った結果、
試料２の各光導波路モジュールは、結合損失の平均変動
量が０．２ｄＢ、最大変動量でも０．２５ｄＢと良好な
温度特性を有することを確認した。

【００６９】試料３ 次に、石英ガラス基板により構成される導波路部品１に
以下のプラスチック・フェルール３を接着固定した光導
波路モジュールについて説明する。

【００７０】この試料３において、フェルール３の構成
材料としては、熱膨張係数が４．５×１０^-6℃^-1、弾性
率が３３００Ｋｇ／ｍｍ² のフェノール系エポキシ樹脂
材料を用いた。この材料の石英ガラスに対する実効的な
熱膨張係数は１．８９×１０^-6℃^-1である。また、導波
路部品１は、石英ガラス基板１１０上にＦＨＤ法とＲＩ
Ｅ法を組み合わせて形成した８分岐のシングルモード光
導波路１３０を形成したものとした。製造した光導波路
１３０の導波路形状を図２６に示す。次に、１芯の光フ
ァイバを保持したフェルール３（該光ファイバの先端部
分は接着剤により該フェルールに固定されている）と、
８芯の光ファイバを２５０μｍピッチに配列固定したテ
ープ型ファイバを保持したフェルール３（該テープ型フ
ァイバの先端部分は接着剤により該フェルールに固定さ
れている）とをそれぞれ導波路部品１の入出力端面１
ａ、１ｃに接続して試料３の光導波路モジュールを５個
作成した。なお、アライメントは既に説明した方法によ
り行われている。また、導波路部品１と各フェルール３
の接着に使用した接着剤は、石英ガラスに対して１００
ｋｇ／ｃｍ² 以上の接着強度を有する紫外線硬化型接着
剤を使用した。

【００７１】以上のようにして得られた光導波路モジュ
ール（試料３）の挿入損失は平均で１０．６ｄＢで過剰
損失は１．６ｄＢであった。また、これら試料２の光導
波路モジュールを図２２に示す測定系を用いて−４０℃
〜７５℃の温度範囲において、図２３に示す温度変化パ
ターンにより測定した。なお、測定光としては波長１．
３μｍの光を使用した。このような測定を行った結果、
試料３の各光導波路モジュールは、結合損失の平均変動
量が０．１１ｄＢ、最大変動量でも０．１８ｄＢと良好
な温度特性を有することを確認した。この試料３の温度
特性は、上述した試料１及び２に場合と比較してさらに
優れた結果となっているが、これは導波路基板１１０と
して石英ガラスを使用したことにより、該導波路基板１
１０と導波路ガラス層（１２０、１３０、１４０）に加
わる応力が低減したためと考えられる。

【００７２】以上の結果から、これら試料１〜３はいず
れも上述の室内で使用する部品の温度特性仕様（−１０
℃〜６０℃の温度変動で１０サイクル（４８時間））、
さらにはＢｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＲ−ＮＷＴ−００１２
０９の温度特性仕様（−４０℃〜７５℃の温度変動で４
２サイクル（３３６時間））を満たしている。

【００７３】次に、比較例について説明する。この比較
例におけるフェルールの構成材料は熱膨張係数が１５．
２×１０^-6℃^-1で、弾性率が２０００Ｋｇ／ｍｍ² のプ
ラスチック材料とした。この材料のシリコン（基板材
料）に対する実効的な熱膨張係数は６．６×１０^-6℃^-1
であり、３．０×１０^-6℃^-1を超えている。前述の例と
同様に、８分岐の光導波路１３０を有する導波路部品１
と上記プラスチック材料から構成されたフェルールとを
接着固定して５個の光導波路モジュールを製作した。こ
の場合の室温における挿入損失は１０．０ｄＢ、過剰損
失は１．０ｄＢとなり、低い損失特性を示した。ところ
が、この光導波路モジュールを先の例と同様の温度が変
動する環境下に置いたところ、損失変動量は、最大で
０．８ｄＢとなり、先の例と比較して２倍以上となっ
た。これは、温度変動による熱膨張のためにコアの位置
ずれが大きくなったことによると考えられる。

【００７４】次に、この発明に係る光導波路モジュール
の湿熱特性について説明する。先にも言及したように、
フェルール３の構成材料として適しているプラスチック
材料に含有可能な石英フィラーの理論限界値は、工業材
料１９９４年１２月号（Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．１５、ｐ
ｐ．１１２〜１１６）に９６体積％であることが示され
ている。図２７は、球形フィラーによる充填モデルを模
式的に示した概念図であり、最大径の１次球６００ａに
よって形成される隙間に順次、２次球６００ｂ、３次球
６００ｃ、４次球６００ｄが充填されている。したがっ
て、上記理論値９６体積％はフィラーの間隙にプラスチ
ック等の樹脂を埋め込むことが出来る限界値を意味す
る。

【００７５】発明者らは、石英フィラーの含有量が７０
重量％、８０重量％、９０重量％、９４重量％であるフ
ェノール系エポキシ樹脂によりフェルール３を用意し、
それぞれを石英ガラス基板１１０を有する１×８分岐の
導波路部品１に接着固定して試料となる光導波路モジュ
ールを製作した。これら各光導波路モジュールを温度７
５℃、相対湿度（ＲＨ）９５％の環境下でその湿熱特性
を測定したところ（Ｂｅｌｌｃｏｒｅ社製ＴＡ−ＮＷＴ
−００１２２１の湿熱特性仕様は７５℃、９０±５Ｒ
Ｈ、５００時間）、各光導波路モジュールについて図２
８に示す結果を得た。この結果からも分るように、特
に、石英フィラー含有量が９０重量％〜９５重量％の材
料を利用したフェルールの場合、良好な結果が得られ
た。なお、伝送損失が大きな試料はその接着部１３で剥
離が生じていることが確認された。

【００７６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フェル
ールの構成材料として、ガラス等の加工が困難な材料の
代わりに、低コストかつ連続成形可能なプラスチック材
料であって熱膨張係数及び弾性率が導波路基板の構成材
料との間に一定の関係を有する材料を用いたので、温度
変動に対する十分な特性を有する光導波路モジュールが
得ることができる。

【００７７】また、上記プラスチック材料への石英フィ
ラー含有量を調節することにより、さらに湿熱特性にも
優れた光導波路モジュールが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係る光導波路モジュ
ールの組み立て工程を説明するための図である。

【図２】この発明の第１の実施例に係る光導波路モジュ
ールの構造を示す斜視図である。

【図３】フェルールの構造を説明するための、該フェル
ールの展開図である。

【図４】図３に示されたフェルールの、Ｃ−Ｃ線に沿っ
た断面構造を示す図である。

【図５】図４に示されたフェルール断面の要部拡大図で
ある。

【図６】この発明における光導波路モジュールのアライ
メント方法を説明するための図である。

【図７】テープ型ファイバの先端部分の構造を説明する
ための斜視図である。

【図８】図７に示されたテープ型ファイバの、Ｅ−Ｅ線
に沿った断面構造を示した図である。

【図９】図１及び２に示された導波路部品の、Ａ−Ａ線
に沿った断面構造を示す図である。

【図１０】図２に示された光導波路モジュールの、Ｂ−
Ｂ線に沿った断面構造を示す図である。

【図１１】この発明の第２の実施例に係る光導波路モジ
ュールの組み立て工程を説明するための図である。

【図１２】この発明の第２の実施例に係る光導波路モジ
ュールの構造を示す斜視図である。

【図１３】図１２に示された光導波路モジュールの、Ｇ
−Ｇ線に沿った断面構造を示す図である。

【図１４】導波路部品に作り込まれる導波路パターンを
示す図である（その１）。

【図１５】導波路部品に作り込まれる導波路パターンを
示す図である（その２）。

【図１６】導波路部品に作り込まれる導波路パターンを
示す図である（その３）。

【図１７】この発明に係る光導波路モジュールを備えた
光通信システムの全体構成を示す図である。

【図１８】実験用試料として製作した導波路部品の導波
路パターンを示す図である。

【図１９】フェルールの構成材料（プラスチック）の物
性値として、石英フィラー含有量（重量％）と熱膨張係
数（／℃）の関係を示した図である。

【図２０】フェルールの構成材料（プラスチック）の物
性値として、石英フィラー含有量（重量％）と弾性率
（ｋｇ／ｍｍ² ）の関係を示した図である。

【図２１】フェルールの構成材料（プラスチック）の物
性値として、石英フィラー含有量（重量％）と実効熱膨
張係数（｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜）の関係を示した図
である。

【図２２】この発明に係る光導波路モジュールの温度特
性を測定するための測定系の構成を示す図である。

【図２３】図２２に示された測定系での温度変動パター
ンを示す図である。

【図２４】導波路基板の構成材料及びフェルールの構成
材料における熱膨張係数の差（計算値と実測値）と、こ
れらを用いて構成された光導波路モジュールの接着部に
おけるコア位置ずれ量との関係を示す図である。

【図２５】導波路基板の構成材料に対するフェルールの
構成材料の実効熱膨張係数（計算値と実測値）と、これ
らを用いて構成された光導波路モジュールの接着部にお
けるコア位置ずれ量との関係を示す図である。

【図２６】この発明に係る光導波路モジュールの実施例
として、製作した導波路部品の導波路パターンを示す図
である。

【図２７】石英フィラーの充填モデルを模式的に示した
概念図である。

【図２８】この発明に係る光導波路モジュールの湿熱特
性を測定した結果を示す図である。

【図２９】光ファイバと光導波路との位置ずれに起因す
る結合損失を示した図である。

【符号の説明】

１…導波路基板、３…フェルール、４…入出力用光ファ
イバ（テープ型ファイバ）、６…接着剤、１１０…導波
路基板、１３０…光導波路、４１０…光ファイバ、４１
０ａ…コア、６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ
…石英フィラー。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の材料から構成された導波路基板上
   に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一部を
   構成する光導波路が設けられた導波路部品と、 第２の材料から構成され、前記伝送路の少なくとも一部
   を構成する光ファイバの一端と前記光導波路の一端とを
   光学的に結合すべく該光ファイバ端部の設置位置を規定
   する貫通孔が設けられ、該光ファイバの一端を保持した
   状態で、所定強度の接着剤によりその端面が前記導波路
   部品の端面に対向するよう固定された、該光ファイバの
   保持部材であって、 前記第２の材料は、前記導波路基板を構成する第１の材
   料に対し、該第１の材料の熱膨張係数と該第２の材料の
   熱膨張係数との差をΔＬ、該第１の材料の弾性率を
   Ｅ₁ 、該第２の材料の弾性率をＥ₂ としたとき、 ｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜＜３．０×１０^-6（℃^-1） なる関係を満たすフェルールと、を備えた光導波路モジ
   ュール。
2. 【請求項２】 前記第１の材料は、シリコン又は石英ガ
   ラスであることを特徴とする請求項１記載の光導波路モ
   ジュール。
3. 【請求項３】 前記第２の材料は、プラスチック材料で
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路モ
   ジュール。
4. 【請求項４】 前記プラスチック材料は、所定量の石英
   フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が１０×１０
   ^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂であること
   を特徴とする請求項３記載の光導波路モジュール。
5. 【請求項５】 前記プラスチック材料は、所定量の石英
   フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が６×１０^-6
   （℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂であることを
   特徴とする請求項３記載の光導波路モジュール。
6. 【請求項６】 前記石英フィラーの含有量は、８５重量
   ％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求項
   ４又は５記載の光導波路モジュール。
7. 【請求項７】 前記石英フィラーの含有量は、９０重量
   ％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求項
   ４又は５記載の光導波路モジュール。
8. 【請求項８】 前記プラスチック材料は、所定量の石英
   フィラーが含有され、かつその弾性率が５０００（ｋｇ
   ／ｍｍ² ）以下のフェノール系エポキシ樹脂であること
   を特徴とする請求項３〜７のいずれか一項記載の光導波
   路モジュール。
9. 【請求項９】 前記光導波路端面と前記光ファイバ端面
   とを接着固定する接着剤は、少なくとも紫外線硬化型あ
   るいは熱硬化型接着剤であって、その接着強度が石英ガ
   ラスに対して５０（ｋｇ／ｃｍ² ）以上であることを特
   徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の光導波路モ
   ジュール。
10. 【請求項１０】 伝送路の少なくとも一部を構成する光
    ファイバと所定機能を実現する光機能部品とを光学的に
    結合するための光導波路モジュールに利用可能であり、
    プラスチック材料から構成されるとともに、該光ファイ
    バ端部の設置位置を規定する貫通孔が設けられた、該光
    ファイバの保持部材であって、 前記プラスチック材料は、所定量の石英フィラーが含有
    されたフェノール系エポキシ樹脂から構成され、その熱
    膨張係数が１０×１０^-6（℃^-1）以下であることを特徴
    とするフェルール。
11. 【請求項１１】 前記プラスチック材料は、所定量の石
    英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が６×１０
    ^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂であること
    を特徴とする請求項１０記載のフェルール。
12. 【請求項１２】 前記石英フィラーの含有量は、８５重
    量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求
    項１０又は１１記載のフェルール。
13. 【請求項１３】 前記石英フィラーの含有量は、９０重
    量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求
    項１０又は１１記載のフェルール。
14. 【請求項１４】 前記プラスチック材料は、所定量の石
    英フィラーが含有され、かつその弾性率が５０００（ｋ
    ｇ／ｍｍ² ）以下のフェノール系エポキシ樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項記載の
    フェルール。
15. 【請求項１５】 第１の材料から構成された導波路基板
    上に、所定波長の光を伝搬する伝送路の少なくとも一部
    を構成する光導波路が設けられた導波路部品の端面と、
    該伝送路の少なくとも一部を構成する光ファイバ端部を
    貫通孔に挿入した状態で、該光ファイバ端部に接着固定
    され、かつ第２の材料から構成されたフェルールの端面
    とを、それぞれ突き合せた状態で所定強度の接着剤によ
    り接着し、 前記光導波路端面と前記フェルールに保持された光ファ
    イバのコア端面との位置合せを行った後、前記接着剤を
    固化させる、光導波路モジュールの製造方法であって、 前記フェルールを構成する第２の材料は、前記導波路基
    板を構成する第１の材料に対し、該第１の材料の熱膨張
    係数と該第２の材料の熱膨張係数との差をΔＬ、該第１
    の材料の弾性率をＥ₁ 、該第２の材料の弾性率をＥ₂ と
    したときに、 ｜ΔＬ／（Ｅ₁ ／Ｅ₂ ）｜＜３．０×１０^-6（℃^-1） なる関係を満していることを特徴とする光導波路モジュ
    ールの製造方法。
16. 【請求項１６】 前記第１の材料は、シリコン又は石英
    ガラスであることを特徴とする請求項１５記載の光導波
    路モジュールの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記第２の材料は、プラスチック材料
    であることを特徴とする請求項１５又は１６記載の光導
    波路モジュールの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記プラスチック材料は、所定量の石
    英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が１０×１
    ０^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項１７記載の光導波路モジュールの
    製造方法。
19. 【請求項１９】 前記プラスチック材料は、所定量の石
    英フィラーが含有され、かつその熱膨張係数が６×１０
    ^-6（℃^-1）以下のフェノール系エポキシ樹脂であること
    を特徴とする請求項１７記載の光導波路モジュールの製
    造方法。
20. 【請求項２０】 前記石英フィラーの含有量は、８５重
    量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求
    項１８又は１９記載の光導波路モジュールの製造方法。
21. 【請求項２１】 前記石英フィラーの含有量は、９０重
    量％以上、９５重量％以下であることを特徴とする請求
    項１８又は１９記載の光導波路モジュールの製造方法。
22. 【請求項２２】 前記プラスチック材料は、所定量の石
    英フィラーが含有され、かつその弾性率が５０００（ｋ
    ｇ／ｍｍ² ）以下のフェノール系エポキシ樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一項記載の
    光導波路モジュールの製造方法。
23. 【請求項２３】 前記接着剤は、少なくとも紫外線硬化
    型あるいは熱硬化型接着剤であって、その接着強度が石
    英ガラスに対して５０（ｋｇ／ｃｍ² ）以上であること
    を特徴とする請求項１５〜２２のいずれか一項記載の光
    導波路モジュールの製造方法。