JPS6041007A - 光フアイバを長手方向で研削する方法及び研削した製品 - 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】 ！ψ業上の利用分野 本発明は、広義には光ファイバからの結合、詳ｄずれば
光ファイバのクラッドを４Ｋ確に研削する方法及び該方
法を使用して得られた製品に関する。

従来技術 牢−モード光ファイバの開発は近年一層公知になったが
、四重化は１．小々の理由のうちでも、ファイバーツー
ファイバ接続又はファイバ間の結合又は極（一般的には
ファイバと光導波体との間の結合によって生じる問題に
より、ｔｄれている。多数の技術が提案されたか、これ
らは大抵実験段階の域を出でいない、それというのもこ
れらは高精度の装置及び高い技術を持つ人１４．を必要
とするからである。ファイバーツーファイバ接続は軸合
せ及び幾何学的適合の極めて）（１＋’ｈな条件に左右
されるが、実際に満足に行なうことができる。しかしな
がら、これはあらゆる１４合に有効な解決末にはならな
い、それと（・うのも出力、偏向、モード及び波長の点
で剋択的結合を行なうことができないからである。光フ
ァイバとその他の導波体との間の選択的結鐸をｒｉなう
ためには、直径が数ミクロンにずぎす、かつ直径数６ミ
クロンのシェル（又はクラッド）によって保護されたフ
ァイバのコアのｈ　接ｉ’ｔｌ１分に接近することを必
要条件とす。例えば以Ｆの技術を挙げることができる：
ファイバのクラッドを部分的に排除するための化学的加
工、コアとクラッドの間のインデックスプロフィールな
局所的に変性させるためのクラッドへの鉄の拡散、又は
２本以上のファイバの同時接合。これらの蹟なった技術
は適用するのが困難であるか又はコストＡ％であるか又
は精確に所定の結合比を得る。ことができない。

また、光佑合を行なうためにファイバを機械的に加工す
る２、乙の方法が公知である。そのレリとして以下の文
献を挙げることができる：１）　ｙ、Ｔ８ｕｊｉｍａｔ
Ｏｅｔ　ａｌ　二　”　Ｆａｂｒｉ　ｃａｔｉｏｎ　ｏ
ｆｌｏｗ−１ｏｓｓ　３ｄＢ　ｃｏｕｐ１ｅｒ’ｓ　ｗ
ｉｔｈ　ｍｕｌｔｉｍｏｄｅｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅ
ｒｓ”、Ｅｌｅｃ’ｔｒＯｎｉｃｅ　Ｌθｔｔｅｒｓ、
ｖｏｌ、　１４、／Ｉ６５．２．　Ｍａｒｃｈ　ｌ　９
７８２）　Ｒ，Ａ、　Ｂｅｒｇｈ　ｅｔ　ａｌ　：　”
　Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ　ｄ
ｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｕｐｌｅｒ”、Ｅ１ｅｃｔ
ｒＯｎｉＣ８Ｌｅｔｔｅｒｓ　、　ＶＯｌ、　１６、Ａ
６７．２７．　Ｍａｒｃｈ　ｌ　９０ ３）　Ｏ，Ｐａｒｒｉａｕｘ　ｅｔ　ａｌ　二　”　Ｄ
ｉｓ　ｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｏｎ　ｐｏ
ｌｉｓｈｅｄ　ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ’　ｏｐｔｉｃ
ａｌｆｉｂｅｒｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　
、ｖｏｌ、　２０、雇１４．１５．　、ｒｕｌｙ　１９
８１ ４）　８．Ａ、　Ｎｅｗｔｏｎ　ｅｔ　ａｌ　：　”　
Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ−ｆｉｂｅｒ　１）ＧＪ　ｄｉ
ｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｕｐｌｅｒ　”、０ｐｔｉｃ
ｓＬｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ、８、ａ６１、Ｊａｎ、１　
９８３文献１）に記載の方法は、ファイバを予めわん曲
させてプラスチック基体に埋込み、次いで該基体をファ
イバのコアが切込まれるまで研＋ｒｆし、こうして得ら
れた２つの基体を並べて接合し、４’７”−）カップラ
を得ることより成る。記載の方法は研磨結果を連続的に
チェックすることを必要とし、従って大量生産は不ｉｊ
Ｊ能である。

文献２）に記載の方法は、上面とＪＩＥ面が平ｆｊであ
る石英の２つのブロックを使用しかつ夫々のブロックの
一方の面に一定の１隅の溝を設け、その際線溝の底をワ
イヤンーを用いてわん曲させ、次いで溝の夫々にファイ
バを同定しかつ次いで２つのブロックの相応する面をフ
ァイバのクララｒが所望の厚さ以上に研削されるまで研
磨することより成る。この方法では前記方法よりも大量
生産が困難である。

文献３）には、侵入深さをチェックしながら単一モード
光ファイバのクララｒを研削する方法が記載されている
。この方法は、光ファイバな平凸レンズに接合しかつフ
ァイバに対する接平面で研磨ペーストによるファイバの
、研磨を行うこと なへより成る。この場合には、ファイバは研磨が行なわ
れている間中ファイバ内への侵入深さをチェックするた
めに励起される。

前記の３種頌の方法においては、所望の加エイ、を度を
得るためには連続的にチェックすることが必要であり、
このことがたとえこれらの方法をｔｉ　染上適用するこ
との妨害にはならないとしても１つの困難な構成する。

文献４）に記載の方法は、数本のファイバの同時加工法
を提供する。この方法では、シリコン基体を使用し、該
基体にシリコンの異方性エツチング法に基づき一定幅の
平行な仮数のＶ字型溝を形成する。次いで、該基体を石
英ブロックのわん曲表面に盛合する。次いで、石英のブ
ロックの４つのコーナに同様に石英から成る４つの脚を
取付ける、該脚の端部は／ＪＯ工面を規定する。次いで
、４つの脚から成るユニットを全てのファイバが所望の
深さまで＋ｄＦ削されるまで研磨する。この方法は複数
の研磨したファイバ区分の同時製造の問題を解決しよう
としているにもかかわらず、この方法自体は工梁的に適
用するには好ましくない。実際に、石英のベースブロッ
クは複雑であり、高画であり、かさはり、結極は早急に
シリコン基板に帰さざるを寿ない。

更に、石英支持体は丸形であるので、ファイバの研磨を
停止させる寸法又は形状を規定することができず、従っ
てそれらのいくつかについて連続的に光によってチェッ
クすることが心安である。

更に、前記方法はそうして製造したカッ７０うの容易な
分離を可能にせずかつ実際の使ｉｔｔ　ｒ＝注にあるフ
ァイバ、すなわちスリーブ又はコーチングが施されたフ
ァイバの取扱いの間、１只に対する解決策な提供しない
。

従って、本発明の目的は、前記欠点を伴わなない研謔に
よる光ファイバの研削法を提供することである。

本発明のも５１つの目的は、ズリーブ又はコーチングを
剥離した複数の光ファイバを同時に研削することができ
る工業的に適用０Ｔ能である方法を提供することである
。

本発明のもう１つの目的は、本発明方法を使用すること
によりイ４）られた映品である。

前記本発明により、光ファイバを長手方向で研削する方
法において、 （イ）枚数の平行スリット１を有し、該スリットのエツ
ジが凹面形状を有しかつその中央部分の・；ち６か明確
に規定された値を有する写真平版エツチングマスクを製
作し、 （口ｌ　上記マスクを用いて、上面及び底面を予めグし
、該異方性エツチングによって上記研磨面から出発して
上記基板に榎々の深さのｉＨｉ　ｏ　。

を形成し、 （／−１基板内の上記溝の長さに相応する長さにわたっ
てファイバを裸にしかつ裸にした区分５０を上に溝に固
定し、 に）上記基板の研磨面を越えて突出するファイバ部分を
除去するためにファイバを研磨することにより解決され
る。

実施例 次に図面に示した実施例につき本＋ｈ明の別の目的、特
徴及び利点を詳細に説明する。

本発明方法は主として十分な硝度で基板に深さの異なっ
た溝を形成することを基礎とする。

この目的のために、支持板としては、大きな４８度の幾
何学的構造を形成するために異方性化学エツチング技術
を適用するのが極めて好ましい単結晶シリコンの支持板
を選択する。支持机内の溝の種々の深さは、繍々の幅の
スリットを再生する写真平版印刷用マスクから得られる
。このようなマスクは第１図に示されており、該図面か
ら多数のスリットを見ることができる。これらのスリッ
トはその全長の少なくとも一部分に凹面形状のエツジ１
０を有する。この凹面形状により化学エツチングの時点
で化学エツチングの所定の方向での一定の角度を基準と
することにより種々の深さの溝を得ることができる。

第２図はスリット１のパラメータを規定している。重要
なパラメータはスリットのエツジ１０間の最小距離Ｄ１
エツジ１０のわん曲の形状及び長さｌである。距離りは
ファイバのエツチング深さを規定しかつエツジ１０の凹
形はファイバがエツチングされる領域の面積を規定する
。

これらの２つのパラメータは極めて重要であると理解さ
れるべきである、それというのもこれらは加工された光
ファイバからの接続特性を直接規定するからである。ま
た、第１図には、直線形状のスリット１２が示きれてお
り、該スリットはスリット１０間に設げることかできか
つ以下に説明するようにあとからの切断を容易にするた
めに基体にノツチな形成するために役立つ。また、第１
図には基体を構成゛する踏晶の方向に対してマスクの位
置決めを容易に′１−るために設計された位置決めガイ
ド又はマーク２０が示されている。第１図のマスクは単
結晶シリコンの基体の化学エツチングを規定するために
使用される。ケンネット・イー・ビーン（Ｋθ１ｌ−ｎ
ｅｔｈ　Ｅ、　Ｂｅａｎ　）によって”　ＡｎｉｓＯｔ
ｒｏｐｉｃｅｔｃｈｉ８ｎｇ　Ｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ”
の表ｉ隠で”　ＩｇＥＥＴｒａｎｓ。

ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　’　ＷＣＥ
Ｄ　−２５蓚、１６１［Ｊ。

１９７８年１０月に発表された文献には、基体の配向及
びマスクの位置決めを適当に選択することによりシリコ
ン基体を所定の方向でエツチングすることが可能である
と記載された。特に前記事項に関する第４図は、単結晶
シリコンの板面に対して垂直なエツチング方向＜１００
＞は板面と５４．７４°の角度を形成する方向の而＜１
１１＞によって制限されることを示す。この場合には、
エツチングの深さはそれを：Ｉｌ＋１　シて行なわれる
開口幅に直接依存することは明りかである。第１図のマ
スクはスリット１０艮−Ｐ方向軸線１１が結晶の方向＜
１１０＞に対して平行又は垂直であるように基板に対し
て位置決めされるべきである。ファイバを受容するため
のに設けられた溝の形状はマイクロメータよリモ高いか
又はそれに等しい精度を有すべきであるので、シリコン
基板の結晶方向＜１１０＞に対するマスクの配向精度は
０．１°のオーダであるべきである。この精度はＸ線を
使用するアライメントにより容易に行なわれる。その際
には、夫々のシリコン板又は基板上にアライメントマー
クを配列すべきである。これらのマーク、すなわちマス
ク上に設ゆられたマーク２０は所望の精度でのマスクの
位置決めを可能にする。

シリコンウェハに集積′４子回路を製造するためには、
一方の面が研磨された平坦な基板が必要とされる。この
ようなウェハで本発明の要求は（ｐ’Ｊ４足されるが、
しがしながら一般に使用されるよりも著しく大きい厚さ
Ｑ　（４３図）（典型的には２．５ｍｔｔｔ）を有する
板４ｏを使用するのが有利である。この大きな厚さによ
り、適当な機械的強度を得ることができかつ以下に説明
するようにファイバのカバリングを確保することができ
る。必要であれば、板の研磨されていない面４２を平坦
な表面に相当する一方の面と曲刃の面が同じになるよう
に研削することもできる。

２つの面が平行である必要はない。次いで、溝１００及
び１２０を形成するために常法で板４０を処理する、こ
の場合ＫＧｉ第１工程で仮の表面を酸化させる（すなわ
ち、５ｉｏ２のコーチング又は皮膜４１を形成させる）
、次いで感光性　′コーチングを施し、該コーチングを
第１図のマスクを通して露光し、現像しかっこうして形
成された窓を通して酸化物コーチング、次いでシリコン
をエツチングする。板４ｏが比較的厚い場合には、核部
の両者に引続いての切取り又は分割を容易にするために
ノツチ１２０及び１５を設けることが必要である。ノツ
チ１２０は溝１００と同時にがり同じ方法で製造される
。板４０上の背面４２上のノツチ１５は例えばワイヤソ
ー又はその他の任意の適当な手段により形成することが
できる。しかしながら、仔利にはこれらのノツチ１２０
及び１５は必須のものではなくかつ特に４１．ａのファ
イバから成る装置を製作することが所望される場合には
省くことができる。溝１００及び予備カッティングノツ
チ１２０及び１５を製作した後、のこ引きによって寸法
ＡＸＢの長方形の支持体（第１図）を得るために仮４０
を切断する。

第４図は溝１００内のその中心又は換言すれば最小幅り
の溝１００の領域への位置決めを示す。研磨加工を実施
する場合には、ファイバだけに作用しかつ板４０の上面
と同じ高さで停止すべきである。従って、溝の最小幅り
はファイバの所望の研削深ざの関数、いわば接続の所望
の係数の関数として決定されるべきである。ファイバの
クラッド５２のみを研削すべき場合には、研削は板４０
の酸化物コーチング４１と同じ高さ、すなわちファイバ
５０のコア５１から゛数ミクロン離れた位置で停止すべ
きである。

第５図は（搏１００に取付ける準備のできた裸のファイ
バを示しかつ第６図はこうして準備したファイバを基板
４０に取付けた状態を示す。

ファイバ５０は溝１００の長さに相当する（モさｌの区
分だけが保にされている。この区分の外側のファイバは
常法で被覆（マイクロジャケット）５３及びスリーブ（
コーチング）５４で包囲されている。＄６図はファイバ
を基板上りこ支持させるためにどのようにしてファイバ
のスリーブを利用するかを示す。このために、既述のよ
うに、溝１００の形成後に、該面の両側にがつその延長
線上にスリーブを備えたファイバ５４を受容するように
設計されたスリット４３を形成する。同様にして、スリ
ット４６を溝１゜Ｏかも分離するために凹所４４を設け
る。スリット４３と凹所４４は溝１００程の精度を必四
としない。従って例えば研削により調造１−ることかで
きる。従って、同じ基板上で通常のＪＪＨ工技術と化学
的マイクロ加工技術を組合せることもできる。次いで、
ファイバを基板４ｏに対してそれらの裸区分５ｏが溝１
０’　０内にｖｔ、会しかつスリーブ又は被覆が施され
た区分５４かスリシト４乙に係合するように取付ける。

ファイバの基板に対する固定は接合によるか又はその他
の適当な手段により行なう。

第７図は研磨加工を説明づ−る線図である。この際には
、基板４０を研磨支持台７０の平坦な底面７１に対して
取付ける。この研磨支持台７０は中央区分５０を研磨し
ようとするファイバの端部５７の開放及び／又は包囲を
行なうべきである。基板４０と支持体７０から成るアセ
ンブリは、同様に台を成す研磨面６０上に配置する。支
持台７０と研磨表面６０との間に例えば板４０のスクラ
ップから製造した支持片又はブロック７２を設けること
もできる。適当な研磨材を用いた研磨により、支持板４
０内の溝１００から突出したファイバ区分を研削しかつ
該研削はシリコン基板４０の平坦なイυｔｓ面で制限す
る。該研磨面は実際にストッパ面を構成する、それとい
うのも元ファイバの研削速度と、基板の研削速＋ｆとの
間には大きな不連続性があるからである。この不連続性
は基板４０に固定した全てのファイバに関してＭｄＨな
かつ同一の寸法又は形状を得るために利用できる程に４
ｎ確である。この不連続性を強化し、ひいては本発明方
法の精度を高めるために、ファイバを所定の位置に配置
する前に、シリコン基板に数ミクロンの硬質の耐摩耗性
コーチング（例えば窒化珪素Ｓｉ３Ｎ、のコーチング）
を施すことができる。

大きな精度は前記方法の固有の特性であるが、しかしな
がらトランスミッタ５５を用いて１７１（以上のファイ
バを励起しかつレシーバ５６を用いてファイバの出力側
に伝送されたエネルギを測定することによって作業の進
行状態をチェックすることもできる。

従って、本発明方法は高解像力の写真平版印刷において
固有の千青度を唯一の機械・装置として良好な研磨平面
の存在下に全てのファイバの形状を研削するために転用
することをａエロヒにする。

このようにして、鞘密、イメ雑かつ副側な製作１幾械に
頼らずに十分に制御されかつ経済的な技術によって工業
的に実施することが可能である。

′研）加工後、基板４０を予１１＝カテイングノツチを
利用して切離しかつそうして得られる装置のインテグラ
ルパーツが残り、該パーツは光通信システム又は吻理的
もしくは化学的光フアイバ検出又はセンサシステムにお
ける光エネルギーの入力文゛は出力素子として開用する
ことができる。

前記方法は集積電子回路の技術で適用される写真平版技
術によって著しく旨精度の幾何学的旬Ｉ造を製造するこ
とができる単結晶シリコンのシ１（板を使用することを
基礎としている。しかしプよがら、この方法の１変更形
として、シリコンよりも廉価な材料、例えばプラスチッ
ク材料でコピーを製造するための型として役立つカウン
タパーツを得るためのマスターとしてシリコン基板を使
用することも可ｉ目であり、該方法は特に大−１１５生
腫の分野において有利である。本発明の技術は基礎シリ
コンオリジナルの４８凝を維持した上で成形によりその
コピーを得る可能性を示唆する。この際には、これらの
コピーを本発明方法で単結晶シリコンの基板の代りに使
用することができる。

これまで１実施例の範囲内で本発明を説明して来てたが
、本発明は前記実施例に限定されるものではなくかつそ
の範囲から４”れることな（調整又は変更できることは
自明のことである。

特に本発明はマルチモードファイバにも４１１４される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は深さの異なったイＩメを得るための１４．−Ａ
：平版マスクの１実施例を示す平面図、Ｍ４２図は溝の
形状の中央区分を詳細に示す千りｎ］図、第６図は深さ
の異なった溝及び予備カッティングノツチを有する基板
の横断面図、第４図はノー；板の溝に配置したファイバ
の横断面図、第５図は端板の溝に配置するために準備し
た裸ファイバを示す側面図、第６図は研磨加工前の基板
と沫ファイバのｉ１１断面図及び第７図は＜ｄｆ　ｍ加
工を説明する線図である。 １・・・スリット　１２・・・スリット　４０・・・基
板４２・・・未研磨面　４６・・・スリット　５ｏ・・
・裸区分　５４・・・未剥離区分　７ｏ・・・支持台　
１ｏ。 ・・・Ｃ′υ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、５ ＦＩｏ、６ ＦＩＧ、　７ 第１頁の続き ０発　明　者　モーリス・オリヴイ エΦパリョ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　光ファイバを長手方向で研削する方法において、 （イ）複数の平行スリット（１）を有し、該スリットの
   エツジが凹面形状を有しかつその中央部分の幅が明確に
   規定された値を有する写真平版エツチングマスクを製作
   し、 （ロ）上記マスクを用いて、上面及び底面を土性エツチ
   ングし、該異方性エツチングマスクて上記研磨面から出
   発して上記基板に種々の深さの溝（１００）を形成し、 ゛　（ハ）基板内の上記溝の長さに相応する長さにわた
   ってファイバを裸にしかつ裸にした区分（５０）を上記
   溝に固定し、 に）上記基板の研磨面を越えて突出するファイバ部分を
   除去するためにファイバを研磨する８＼ ととを特徴とする、光ファイバを長手方向で研削する方
   法。 ２、基板の結晶配向軸＜１００＞を正確に規定しかつエ
   ツチングマスクを平行スリットの艮手軸線が基板の方向
   ＜１１０＞に対して平ｆテ又は垂直になるように位置決
   めする、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　エツチングマスクが更に直線状エツジを有するス
   リット（１２）を有し、該スリットが凹面形状のエツジ
   を有するスリット（１）を互いに分離しかつ基板に予備
   カツテングノツチを形成するのを容易にする、特１ｆ’
   ｆ　請求の・ｈｉ）間第１項又は第２項記載の方法。 ４、基板の背面のかつ上記第１０ノツチの反対側に第２
   の予備カツテングノツチを設け、該基板を研磨加工後に
   上記ノツチに旧ってψ月ｉ、ｌｉする、特許請求の範囲
   第３項記載の方法。 ５、　基板にファイバの６Ｋにされていない端部（５４
   ）を支持及び固定するために設計されたスリン）（４３
   ）を形成するために基板をエツチングし、その際上記ス
   リットの軸線が４（１００）の端部の軸線の延長線上に
   あるように１−る、特許請求の・値間第１項から第４項
   までのいずれか１項に記載の方法。 ６、　基板の異方性エツチング後に、基板の前記研磨面
   に耐摩耗性コーチングを施す、特ＦＮ請求の１１１旧７
   ｆｌ第１項から第５項までのいずれか１項に記載の方法
   。 ７、ｔｆｉｔ摩耗性コーチングが窒化珪素のコーチン。 グである、特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、　研磨加工のために、基板の研磨されていない而（
   ４２）を平坦な研磨支持体（７０）の上に、研塘した面
   が研磨のための平坦なストッパ１笛を成すように目装置
   する、什塚訂６信瓢くの範囲ｆＪ１項から第７項までの
   いずれか１項に記載の方法。 ９　異方性エツチング後に、シリコン基板をプラスチッ
   ク材料から成るコピーを成形によって得るためのマスタ
   ーとして使用する、”ｒ’ｆ　＃’Ｆ請求の範囲第１項
   から第５項までのいずれか１項に記載の方法。 １０、（イ）複数の平行スリット（１）を有し、該スリ
   ットのエツジが凹面形状を有しかつその中央部分の幅が
   明確に規定された１同をイＴする写真平版エツチングマ
   スクを製作し、 （ロ）　上記マスクを用いて、上面及び底面を予め研削
   しかつ核部の少なくとも一方を研１ｙ４　Ｌを た単結晶シリコンの平坦な基板（４０）異）５性エツチ
   ングし、該異方性エツチングによって上記研磨面から出
   発して上記塞板に＋Ｉｉｔ々の保さの溝（Ｉ　ＤＯ）を
   形成し、 （ノー　基板内の上記溝の長さに相応する長さにわたっ
   てファイバを裸にしかつ保にした区分（５０）を上記溝
   に固定し、 に）　上記基板の研磨面を越えて突出するファイバ部分
   を除去するためにファイバを研磨することにより得られ
   た製品において、単結晶シリコンの平坦な支持体（４０
   ）がその面の一方に異なった深さを有する複数の溝（１
   ００′）を有しかつ破面に光ファイバが嵌合しかつ固定
   されておりかつ該部分のクラッドが、上記ファイバと別
   の光素子との間を光結合するために切込まれていること
   を９徴とする研削した製品。 １１　基板が１つだけの溝及び１つだけの光ファイバを
   有する、特許請求の範囲第１０項記載の製品。