JPWO2002023239A1 - 光ファイバアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

下基板の上面に形成したＶ溝に光ファイバを配置して、該下基板及び光ファイバを上基板で覆い、これら下基板、光ファイバ、上基板を相互に接着剤で固定してなる光ファイバアレイにおいて、下基板上基板との接着が良好で、且つ光ファイバに応力集中が発生しないようにするため、前記上基板の下面と前記Ｖ溝の間で形成される内接円直径より光ファイバの直径が小さく、且つ下基板と上基板の対向する平面間の距離が１μｍ〜光ファイバ直径の略２分の１とした。

Description

技術分野
本発明は、複数の光ファイバを下基板と上基板とで整列固定して成る光ファイバアレイに関し、特に、下基板と上基板との接着が良好で、且つ光ファイバに応力集中が発生しない光ファイバアレイ、及びその簡易な製造方法に関する。
背景技術
複数の光ファイバを整列固定した従来の光ファイバアレイは、図５に示すように形成されている。図５は正面拡大図であり、図に示すように通常下基板１３に等間隔で複数形成したＶ溝１１に光ファイバ１２を当接させて２点接触にてＶ溝精度を転写する形態で光ファイバアレイの精度を確保し、上基板１４で下基板１３及び光ファイバ１２の上部を覆うと共に接着剤を充填して３者を固着し、光ファイバ１２を整列固定している。
また、光ファイバの１つである偏波保持ファイバは外部からの圧力により、その偏波特性が影響を受けるため、支持具等で保持する場合等、局部的に圧力が加わらないような保持構造とする必要がある。そのため、特開平５−２６４８４３号公報に示すような構造が採用されている。これは、図７の概略断面図に示すように、下基板の上面を連ねる仮想平面とＶ溝１１で形成する内接円直径Ａが偏波保持ファイバ１５と同等或いはそれより大きくなるよう形成し、偏波保持ファイバ１５をＶ溝１１に収納するような構造となっている。
図７では、偏波保持ファイバ１５は下基板１３に形成されたＶ溝１１に配置され、上下基板１３，１４の間に充填された接着剤１６により固着され固定されている。Ｖ溝１１は、配置された偏波保持ファイバ１５が基板表面から突出しない深さで形成され、偏波保持ファイバ１５を直接Ｖ溝に当接させず、周囲に接着剤を介在させて応力集中が発生しないようにして、所定位置に固定していた。尚、複数のＶ溝１１から成る光ファイバ保持部の左右端部に設けた平面部１３ａ，１４ａは、下基板１３と上基板１４接着する接着面となっている。
しかし、上記図５に示すように２点接触させて光ファイバを整列させる場合、光ファイバはＶ溝に接触するので、図６の光ファイバアレイ側面図に示すＭ部付近である光ファイバ挿入側のＶ溝後端部に応力集中が発生し、長期的な信頼性を損ねる恐れがあり、例えば光ファイバへの傷の発生による断線等が懸念されている。また、２点接触させる図５の場合光ファイバ１２とＶ溝１１の接触部、或いは光ファイバ１２と上基板１４との間に接着剤１６の層が殆ど無いため、光ファイバ１２の保持固定が充分とはいえないし、図７のＶ溝の内接円直径を光ファイバ直径より大きくした場合は、平面部１３ａ，１４ａの接着剤１６の層が殆ど無くなるため基板同士の接着が十分とは言えなかった。
接着剤１６の層が無くなる理由を更に説明すると、基板同士は寸法精度を確保するために、通常所定量の荷重をかけて接着固定する。接着剤は粘性を有しているが、光ファイバ固定部は非常に狭い領域なので、気泡等の発生が無いように接着固定する為に粘性の低い接着剤を用いている。そのため、接着剤を充分添付してＶ溝に浮いた状態に基板を合わせても、接着時に印加する荷重により接着剤は押し出され、最終的に基板間或いは基板と光ファイバの接着材層は１μｍ未満となり０μｍに近い状態となっていた。
そして、この状態で接着剤を硬化させると、接着層が０μｍに近い状態では接着力が弱く、また接着剤の硬化収縮により接着層に巣が発生することもあり、十分な信頼性を得ることが難しかった。
そのため、この平面部或いは基板と光ファイバ間の接着層は、ある程度の接着剤層が必要であるが、その厚みを精度良く作成することは低粘度の接着剤では難しいものとなっていた。
発明の開示
本発明に係る光ファイバアレイは、下基板の上面に形成したＶ溝に光ファイバを配置して、該下基板及び光ファイバを上基板で覆い、これら下基板，光ファイバ，上基板を相互に接着剤で固定して成る光ファイバアレイであって、前記上基板の下面と前記Ｖ溝の間で形成される内接円直径より光ファイバの直径が小さく、且つ下基板と上基板の対向する平面間の距離が１μｍ〜光ファイバ直径の略２分の１であることを特徴とするものである。
また、上記上基板の下面には下基板のＶ溝に対応する位置に略同一形状のＶ溝を有する場合は、該Ｖ溝と下基板のＶ溝の間で形成される内接円直径より光ファイバの直径を小さくすると良く、何れも内接円直径に対してＶ溝に配置する光ファイバの直径が９９．９％〜９７％であると良い。
上記構成とすることで、基板間の接着剤厚が１μｍ以上あるので、接着剤硬化の際に巣が発生することがなく、良好な接着状態を保つことができるし、光ファイバ径の２分の１以下とすることで、接着剤による調芯作用が働きＶ溝内への光ファイバの整列を容易に行うことができる。
また、光ファイバとＶ溝との間に接着剤層を形成させることができ、その緩衝作用によりＶ溝の端部で光ファイバに応力集中が発生することを無くすことができる。
特に、下基板に形成したＶ溝と下基板の上面を連ねる仮想平面とで形成される内接円直径より光ファイバの直径を大きくすれば、所望する接着剤厚を容易に確保できる。
また、本発明に係る光ファイバアレイの製造方法は、下基板の上面に形成したＶ溝に光ファイバを配置して、該下基板及び光ファイバを上基板で覆い、これら下基板，光ファイバ，上基板を紫外線硬化型接着剤で固定して成る光ファイバアレイの製法であって、３０００ｃｐ以下の粘度の接着剤が存在するＶ溝に光ファイバを埋設するか、Ｖ溝に光ファイバを埋設後に前記粘度の接着剤を充填する埋設工程と、紫外線照射により、接着剤粘度を増加せしめる粘度調整工程と、上基板を所定の荷重で下基板に押圧後、紫外線を照射して接着剤を硬化させ、下基板，光ファイバ，上基板の三者を完全に結合させる硬化工程とを有することを特徴とする。
この方法によれば、上基板を載置して押圧する前に粘度調整工程を設けて接着剤の粘度を上昇させるので、上下基板間の接着剤厚を１μｍ以上に容易に設定でき、硬化させた際に巣が発生することがなくなる。そのため、簡易な方法で下基板と上基板の良好な接着を得ることができ、耐候性を向上できる。また、最初の紫外線照射で接着剤は初期収縮するので、硬化後の収縮応力が小さくなり良好な接着状態を維持できる。
更に、初期の低粘度の接着剤により調芯作用が働くので、光ファイバの位置精度を確保できるし、基板と光ファイバ間に接着剤層を確保でき、光ファイバに対する応力集中を防ぐことが可能となる。
また、上記方法において、粘度調整工程と硬化工程の間に偏波保持ファイバの角度を調整する調光工程を設ければ、光ファイバが偏波保持ファイバであっても、調光した偏波光ファイバアレイを容易に作成できる。
発明を実施するための最良の形態
本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ファイバアレイの１例を示す断面説明図であり、光ファイバ１は下基板２に形成されたＶ溝３内に配置され、その上部は上基板４により押さえ込まれて保持され、３者の間には紫外線硬化型接着剤５が充填されて互いに接着固定されている。
下基板２及び上基板４は、セラミック或いはガラス等の非金属無機質材料または寸法及び熱的に安定なエンジニアリングプラスチック等で形成され、下基板２は直線状にＶ溝３が所定の開き角、例えば７０°で収納する光ファイバ数に合わせて複数隣接して形成され、さらに、光ファイバ１を完全に収納するよう、Ｖ溝と下基板上面の仮想平面との間に形成される内接円Ａの直径が、収容する光ファイバ１の直径より大きくなるように形成されている。
そして、上基板４は、下基板２及び光ファイバ１上部に接着して光ファイバを保持する平坦な下面を有し、下基板２と上基板４の間、或いは光ファイバ１と上下基板２，４との隙間は紫外線硬化型接着剤５が隙間無く充填され、３者が接着剤層を介して互いに固着されている。下基板２と上基板４の間の接着剤層の厚みｔは、例えば８μｍで形成され、この程度の接着剤厚は、後述する作成方法により容易に形成することができる。尚、下基板２と上基板４の間の接着剤層の厚みｔは１μｍ以上であれば接着剤硬化後、巣が発生するようなことがなく好ましい。
こうすることで、光ファイバはＶ溝内で接着剤による調芯作用を受けて精度良くＶ溝内に配置されるし、光ファイバとＶ溝の間にも１μｍ以上の接着剤層を形成することができ、巣が発生することが無く良好な接着状態を得ることができる。
次に、上記光ファイバアレイの作成手順を説明する。まず、下基板２のＶ溝３に光ファイバ１を配置すると共に気泡が発生することのない低粘度、例えば２０００ｃｐの紫外線硬化型接着剤を充填する。このときの接着剤充填の順序は光ファイバ１を収納した後でも良いし、先に接着剤を充填してから光ファイバ１を配置しても良い。何れの手順でもＶ溝３と光ファイバ１の隙間に接着剤は充填されるし、光ファイバ１は接着剤の調芯作用により、Ｖ溝３内の所定位置に整列させることができる。
そして、所定量の紫外線を照射して接着剤の粘度を適度に上昇させる。上昇後の粘度は例えば３０００ｃｐを越える粘度とすると良く、上基板４を載置した後、確実に接着させる為に所定の圧力で押圧して余分な接着剤を周囲に放出させる。こうして、均一にした上下基板間の接着剤厚ｔはその粘度の上昇により１〜１０μｍ程度の範囲で確保することが容易となり、１μｍ以下になること無く希望する厚みで一定にできるし、光ファイバ１と上下基板との間の接着剤層も１μｍ以上を確保できる。また、このように粘度を上げても接着剤はまだ完全に硬化しておらず、光ファイバ１の回転操作が可能であり、光ファイバ１が偏波保持ファイバの場合は、粘度上昇後に調光操作すればよい。
そして、必要な調整を終了後、再度紫外線を照射して、接着剤を完全硬化させて完成となる。尚、接着剤の１例を示すと、粘度２０００ｃｐ、硬化収縮２％、完全硬化に必要なエネルギー５０００ｍＪ／ｃｍ^２のエポキシ接着剤を使用した場合、初期硬化に５０ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギーを照射して適度に粘度を上昇させることができた。
このように、光ファイバ１をＶ溝３に配置した後に紫外線を照射する粘度調整工程を設けて接着剤の粘度を上げるので、初期の低粘度時に接着剤の調芯作用の働きにより、光ファイバ１の位置精度を確保できるし、上基板４を下基板２に所定圧で加圧接着するだけの簡易な方法で容易に良好な接着剤層を有する光ファイバアレイを形成することができる。また、最初の紫外線照射で、接着材は初期収縮するので、完全硬化後の収縮が少なくなり、接着後の収縮応力が小さく、良好な接着状態を維持できるし、耐候性も増加する。
更に、光ファイバ１が偏波保持ファイバの場合には、Ｖ溝３に配置後、光ファイバ周囲は接着剤で保護され、直接基板に接して支持されるようなことはないので、接着剤が緩衝材となって特定方向の応力が加わることがなく偏波特性が劣化することがないし、偏波角度を調整する調光作業も容易に行うことができる。
図２，図３は本発明の光ファイバアレイの他の例を示し、光ファイバ１の直径がＶ溝３の内接円Ａの直径より大きい場合を示し、図２は隣接するＶ溝間の陵７が基板面と同一の場合、図３は基板面より低く形成した場合を示している。尚、Ｂは上基板４の下面と下基板２のＶ溝３間で形成される内接円を示している。
上述するように上基板４，下基板２間の接着剤厚ｔは１μｍ以上あれば良好な接着状態を得ることができるが、光ファイバの信頼性の点から接着剤厚ｔは５μｍ〜４０μｍが好適である。そのため、図２，図３に示すように下基板２のＶ溝と下基板上面の仮想平面との間で形成される内接円Ａの径より光ファイバ径を大きくすることで、所望する接着剤厚ｔを容易に確保できる。例えば接着剤厚ｔを３０μｍに設定した場合、光ファイバ周囲の接着剤層を１μｍとすると、光ファイバがＶ溝に直接当接することで得られる上下基板間の隙間が２８μｍとなるように内接円Ａと光ファイバ径の関係を設定すれば良く、接着剤を充填し、紫外線照射による粘度調整工程を経ることで光ファイバ周囲の接着層を１μｍ確保することが容易となり、光ファイバ上下の各１μｍの接着剤層を確保することで上記２８μｍを合わせて３０μｍを容易に得ることができる。
尚、上基板４の下面と下基板２のＶ溝３間で形成される内接円Ｂの直径に対し、光ファイバ１の直径を９９．９％〜９７．０％となるように形成するのが好ましく、更には９９．０％が好適である。また、光ファイバ径が例えば１２５μｍの場合、上下基板間の接着剤厚ｔは最高その２分の１の６２．５μｍ程度まで厚くしても良く、この厚みであっても接着剤の調芯作用を働かせることができる。　更に、何れの実施形態の場合でも、光ファイバが偏波保持ファイバであっても良く、光ファイバの周囲に接着剤層を有するので容易に調光操作できるし、図４に示すように、上基板４の固着面に下基板２と同様にＶ溝８を設けて光ファイバ１を挟持するようにしても良く、接着剤厚ｔを確保できるし例えば接着剤厚ｔを１０μｍとすることも容易である。
【図面の簡単な説明】
図１は、光ファイバアレイの正面拡大図である。
図２は、光ファイバアレイの他の形態を示す正面拡大図である。
図３は、光ファイバアレイの他の形態を示す正面拡大図である。
図４は、光ファイバアレイの他の形態を示す正面拡大図である。
図５は、従来の光ファイバアレイの正面拡大図である。
図６は、図５の光ファイバアレイの側面図である。
図７は、従来の光ファイバアレイの他の例を示す正面拡大図である。
１・・光ファイバ、２・・下基板、３・・Ｖ溝、４・・上基板、５・・接着剤、Ａ・・下基板のＶ溝と下基板上面の仮想平面との間に形成される内接円，Ｂ・・上基板の下面と下基板のＶ溝間で形成される内接円。

Claims (6)

1. 下基板の上面に形成したＶ溝に光ファイバを配置して、該下基板及び光ファイバを上基板で覆い、これら下基板，光ファイバ，上基板を相互に接着剤で固定して成る光ファイバアレイであって、
   前記上基板の下面と前記Ｖ溝の間で形成される内接円直径より光ファイバの直径が小さく、且つ下基板と上基板の対向する平面間の距離が１μｍ〜光ファイバ直径の略２分の１である光ファイバアレイ。
2. 請求項１において、上基板の下面には下基板のＶ溝に対応する位置に略同一形状のＶ溝を有し、該Ｖ溝と下基板のＶ溝の間で形成される内接円直径より光ファイバの直径が小さいことを特徴とする光ファイバアレイ。
3. 請求項１又は２において、内接円直径に対してＶ溝に配置する光ファイバの直径が９９．９％〜９７％であることを特徴とする光ファイバアレイ。
4. 請求項１において、下基板に形成したＶ溝と下基板の上面を連ねる仮想平面とで形成される内接円直径より光ファイバの直径が大きいことを特徴とする光ファイバアレイ。
5. 下基板の上面に形成したＶ溝に光ファイバを配置して、該下基板及び光ファイバを上基板で覆い、これら下基板，光ファイバ，上基板を紫外線硬化型接着剤で固定して成る光ファイバアレイの製法であって、３０００ｃｐ以下の粘度の接着剤が存在するＶ溝に光ファイバを埋設するか、Ｖ溝に光ファイバを埋設後に前記粘度の接着剤を充填する埋設工程と、紫外線照射により、接着剤粘度を増加せしめる粘度調整工程と、上基板を所定の荷重で下基板に押圧後、紫外線を照射して接着剤を硬化させ、下基板，光ファイバ，上基板の三者を完全に結合させる硬化工程とを有することを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
6. 請求項５において、光ファイバが偏波保持ファイバであって、粘度調整工程と硬化工程の間に偏波保持ファイバの角度を調整する調光工程を有することを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。

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