WO2002079831A1

WO2002079831A1 - Reseau de fibres optiques et son procede de fabrication

Info

Publication number: WO2002079831A1
Application number: PCT/JP2002/002278
Authority: WO
Inventors: Takenori Ichigi; Akiyoshi Ide; Kazutoshi Tohyama; Katsunori Matsuura
Original assignee: Ngk Insulators,Ltd.; Ngk Opt Ceramics Ltd.
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2002-10-10
Also published as: JPWO2002079831A1

Description

明細書光ファイバ一アレイ及びその製造方法技術分野

本発明は、 V溝に光ファイバ一を整列させて固定した光ファイバ一アレイ

、及び、その製造方法に関する。より詳細には、光ファイバ一通信や光ファィバ一センサ分野で使用され、接続にガイドピンを用い、ガイドピン用の溝にガイドピンを固定し、 V溝に光ファイバ一を整列させて固定した光フアイパ一アレイ、及び、その製造方法に関する。背景技術

近年、光ファイバ一の高密度化に伴い、平面導波路（P L C ) の多芯化が進んでいる。この多芯化に伴って、導波路素子の大型化を回避し、更に高密度化を図るため、従来の標準的な導波路ピッチを短縮化する方向で、 P L C の開発が進められている。そして、このような光ファイバ一の高密度化、導波路ピッチの短縮化に合わせて、光ファイバ一に接続する光ファイバ一ァレィのファイバ一間ピッチも短縮する方向で開発が進んでおり、その中で如何に高い信頼性を保持するかが課題となっている。

図 3は、従来の光ファイバ一アレイの一例を示す断面図である。光フアイバーアレイ 3 3の V溝基板 2には V溝 7が形成されており、多芯の、例えば、 4芯の光ファイバ一 8がそれぞれ V溝 7上に配置される。又、 V溝基板 2 には V溝 7の両端の外側にガイドビンを配置する導溝であるガイドピン用 U 溝 5も形成されていて、ガイドピン 6がそれぞれガイドピン用 U溝 5に配置される。ガイドピン 6は、光ファイバ一アレイ 3 3と、他の光ファイバ一ァレイや M Tコネクタ等の光コネクタ、あるいは光導波路部品とを、より確実に接続し、より効率よく光を伝達させるための位置決めの役割を果たす部品である。

上蓋基板 2 1は、整列して配置された光ファイバ一 8及びガイドビン 6を中に挟むようにして、 V溝基板 2に載せられ接着剤により固定される。上蓋基板 2 1には、ガイドピン 6を固定するためのガイドピン用 U溝 3が形成されている。図 3に示されるように、光ファイバ一 8もガイドピン 6も、 V溝基板 2及び上蓋基板 2 1に挟まれ、 3点にて固定されている。

上蓋基板 2 1は、ガイドピン用 U溝 3を、例えば研削を行い、あるいはプレスする等の加工を施して、成形することが出来る。又、 V溝基板 2においても、光ファイバ一用の V溝 7とガイドピン用 U溝 5とを、研削あるいはプレス等により加工により成形し、製造することが出来る。上蓋基板 2 1と V 溝基板 2の間に光ファイバ一 8、ガイドピン 6が挿入された後、これら上蓋基板 2 1、 V溝基板 2及び光ファイバ一 8の間隙に紫外線硬化性接着剤を注入し、次いで、紫外線を照射して紫外線硬化性接着剤を硬化させて、各部材を固定し光ファイバ一アレイ 3 3として完成する。

ところが、この光ファイバ一アレイ 3 3には、加工精度のばらつきによつて上蓋基板 2 1において、光ファイバ一押さえ基準面 2 4と、ガイドピン押さえ基準面 1 3、即ち、ガイドピン用 U溝 3の底面との相対位置がばらつくという問題があった。

これは、換言すれば、上蓋基板 2 1と光ファイバ一 8とが当接する面と、上蓋基板 2 1とガイドピン 6とが当接する面との相対位置が一定ではないということであるから、光ファイバ一アレイ 3 3を組み立てたときに、光ファィパ一 8が押さえられず浮いた状態になったり、逆に、上蓋基板 2 1のガイドピン用 U溝 3が大きすぎて、ガイドピン 6が緩いという状態が生じることがある。このような光ファイバ一アレイ 3 3を用いる光ファイバ一あるいは光導波路では、効率よく光を伝達することが出来ない。

又、上蓋基板 2 1の成形において、光ファイバ一押さえ基準面 2 4とガイドピン押さえ基準面 1 3以外の面も平滑性が良すぎる場合には、面の接着性が低下し接着強度が出なくなるといった問題が生じる。

上記したように、光ファイバ一アレイどうし、又は、光コネクタ、あるいは、光導波路部品と接続するために、ガイドピンを用いる光ファイバ一ァレィにおいて、上蓋基板の光ファイバ一押さえ基準面と、ガイドピン押さえ基準面（図 3に示す光ファイバ一アレイ 3 3におけるガイドビン用 U溝 3の底面）との、相対位置精度が良く、且つ、上蓋基板と V溝基板の接着性において長期にわたり信頼性が高い光ファイバ一アレイが求められていた。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、他の光ファイバ一アレイや M Tコネクタをはじめとする光コネクタあるいは光導波路部品と、ガイドピンを使用した確実な位置決めにより固定出来ていて、且つ、上蓋基板と V溝基板とを強固に接着可能であり、その結果、光ファイバ一アレイの使用環境温度の変化に伴う接着剤の膨張収縮による歪み応力が低減された信頼性に優れる光ファイバ一アレイ、及び、その製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するために、光ファイバ一アレイの構造や製造方法について種々検討した結果、ガイドピンと接する面、及び、光フアイパーと接する面をプレスにより面整形し成形した上蓋基板を備えた光フアイバーアレイの提供により上記の目的を達成出来ることを見出した。発明の開示

即ち、本発明によれば、ガイドピン用導溝と光ファイバ一用 V溝とが形成された V溝基板と、ガイドピン用導溝上に配置されるガイドピンと V溝上に配置される光フアイバーとを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバ一アレイであって、上蓋基板のガイドピン及び光ファイバ一との当接面の表面粗さが、当接面以外の表面粗さよりも、小さいことを特徴とする光ファイバ一アレイが提供される。尚、 V溝基板に備わるガイドピン用導溝とはガイドピンを配置するための溝であって、最深部に向けて先細の溝であり断面において少な'くとも 2点でガイドビンと接していればよく、その断面形状は V字状でも U字状でもその他でもよく限定されない。

上蓋基板のガイドピン及び光ファイバ一との当接面が、プレスにより成形された面であることが好ましい。

又、上蓋基板のガイドピン及び光ファイバ一との当接面の表面粗さは、 1 m以下であることが好ましく、上蓋基板のガイドピン及び光ファイバ一との当接面以外の表面粗さは、概ね 1 . 5 m〜3 0 mであることが好ましい。

本発明によれば、上記した上蓋基板をプレス成形する光ファイバ一アレイ用金型が提供される。

又、本発明によれば、ガイドピン用導溝と光ファイバ一用 V溝とが形成された V溝基板と、ガイドピンと光ファイバ一とを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバ一アレイの製造方法であって、プレス成形により、前記上蓋基板にガイドピン用 U溝及び光ファイバ一用 U溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバ一アレイの製造方法も提供される。

更には、ガイドピン用導溝と光ファイバ一用 V溝とが形成された V溝基板と、ガイドビンと光ファイバ一とを押さえるための上蓋基板を備えた光ファィパーアレイの製造方法であって、プレス成形により、上蓋基板にガイドピン用 U溝を形成する工程を含むとともに、プレス成形により、上蓋基板における V溝基板の光ファイバ一配置面と対向する面に光ファイバ一に非当接な擬溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバ一アレイの製造方法が提供される。尚、上蓋基板に備わる擬溝とは、光ファイバ一に当接せず光ファイバーを押さえる上では機能しない溝であるが、この擬溝が形成されるプレス成形時に、擬溝となる部分がプレス金型凸部に押されることにより、光ファイバ一に非当接である擬溝以外の部分、即ちプレス金型凹部に相対する光ファイバ一との当接面を形成する部分に、上蓋基板を構成する材料がはみ出し、結果的にその当接面を精度よくプレスし、その当接面を滑らかにし得るものである。このとき、上蓋基板を構成する材料が光ファイバ一との当接面を形成する部分に充分にはみ出すためには、上記プレス金型凸部（擬溝を形成する部分) の体積が、上記プレス金型凹部の体積（即ち、上蓋基板において光ファイバ一との当接面を形成する凸部分）以上に大きいことが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の光ファイバ一アレイの一実施形態を示す断面図である。図 2は、本発明の光ファイバ一アレイの他の実施形態を示す断面図である図 3は、従来の光ファイバ一アレイの一例を示す断面図である。

図 4は、本発明の光ファイバ一アレイの一実施形態を示す図であり、光フアイパー押さえ基準面と光ファイバ一中心までの距離のばらつきの一例を示す説明図である。

図 5は、従来の光ファイバ一アレイの一実施形態を示す図であり、光ファィバー押さえ基準面と光ファィバー中心までの距離のばらつきの一例を示す説明図である。

図 6は、本発明の光ファイバ一アレイの更に他の実施形態を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明の光ファイバ一アレイ及び製造方法について、実施の形態を具体勺に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

図 1は、本発明の一実施形態を示す光ファイバ一アレイ 3 1の断面図である。光ファイバ一アレイ 3 1は、先に図 3に示した従来の光ファイバーァレィ 3 3と同様に、 V溝 7、及び、ガイドピンを配置する導溝であるガイドピン用 U溝 5、が形成された V溝基板 2と、ガイドピン用 U溝 3が形成されていて、且つ、 V溝 7上に整列して配置される光ファイバ一 8を押さえるためのファイバ一押さえ基準面 4を有する上蓋基板 1を備えている。図 1に示されるように、光ファイバ一 8もガイドピン 6も、従来と同じく、 V溝基板 2 、及び、上蓋基板 1に挟まれ 3点にて固定されている。

このように配置された上盖基板 1、 V溝基板 2、及び、光ファイバ一 8の間隙に、種々の接着剤を注入し、硬化させて光ファイバ一アレイ 3 1が作製される。

本発明においては、上蓋基板 1において、光ファイバ一用 U溝 9が形成されていて、この光ファイバ一用 U溝 9とガイドピン用 U溝 3とがプレスにより成形されることに大きな特徴がある。

先ず、光ファイバ一用 U溝 9とガイドピン用 U溝 3とが同じくプレスで成形されることによって、上蓋基板 1と光ファイバ一 8とが当接する面、即ち、光ファイバ一押さえ基準面 4と、上蓋基板 1とガイドピン 6とが当接する面、即ち、ガイドピン押さえ基準面 1 3との間の相対位置が、ほぼ一定になる。このことから従来問題であった、光ファイバ一アレイを組み立てたときの、光ファイバ一若しくはガイドビンのがたつきを解消出来る。

プレスすることによって得られる光ファイバ一押さえ基準面 4とガイドピン押さえ基準面 1 3との間の相対位置の精度は、 1 m以下であることが好ましい。

次いで、光ファイバ一用 U溝 9を新たに設け、この部分とガイドピン用 U 溝 3のみをプレスで成形されることによる結果、上蓋基板 1と光ファイバ一 8とが当接する面、即ち、光ファイバ一押さえ基準面 4の表面粗さと、上蓋基板 1とガイドピン 6とが当接する面、即ち、ガイドピン押さえ基準面 1 3 の表面粗さとを、上蓋基板 1のガイドピン 6及び光ファイバ一 8と当接しない面の表面粗さよりも小さくすることが出来る。

尚、ここで、表面粗さとは、 J I S B 0 6 0 1 " 表面粗さ一定義及び表示" による表面粗さを指し、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定し、この値をマイクロメートル（ m) で表した.ものをいう。換言すれば、上記したように光ファイバ一押さえ基準面 4とガイドピン押さえ基準面 1 3との間の相対位置の精度を上げながら、上蓋基板 1と V溝基板 2の接着する面として、プレスされていない表面の粗い部分を残すことが出来る。このことによって、多くの接着剤を要することなく、長期にわたり信頼性の得られる接着性を確保することが出来る。

プレスずることによって得られる光ファイバ一押さえ基準面 4及びガイドピン押さえ基準面 1 3の表面粗さは、最大で l m、好ましくは 0 . 5 x m である。それ以外の接着性に寄与するプレスされていない面の表面粗さは、概ね 1 . 5〜3 0 m、好ましくは 5〜2 0 mである。

図 2は、本発明の他の一実施形態を示す光ファイバ一アレイ 3 2の断面図である。光ファイバ一アレイ 3 2は、図 3に示した従来の光ファイバーァレィ 3 3や図 1に示した光ファイバ一アレイ 3 1と同様に、 V溝 7、及び、ガィドピンを配置する導溝であるガイドピン用 U溝 5、が形成された V溝基板 2と、ガイドピン用 U溝 3が形成されていて、且つ、 V溝 7上に整列して配置される光ファイバ一 8を押さえるためのファイバ一押さえ基準面 1 4を有する上蓋基板 1 1から構成され、光ファイバ一 8もガイドピン 6も、 V溝基板 2、及び、上蓋基板 1 1に挟まれ 3点にて固定されている。

光ファイバ一アレイ 3 2では、光ファイバ一用 U溝 1 9が、図 1に示すような多芯光ファイバ一と当接する面を 1つの光ファイバ一用 U溝 9の底面で形成するのではなく、図 2に示すように、多芯光ファイバ一の 1本毎のファィパーが上蓋基板 1 1と当接する面を、他のファイバーとは区切って 1つずつの光ファイバ一用 U溝 1 9を形成している。その結果、図 2に示す光ファィバーアレイ 3 2は、図 1に示す光ファイバ一ァレイ 3 1よりも、接着性に寄与するプレスされていない面、つまり、表面粗さが大きな面の面積を広げていて、アンカ一効果により接着強度を大きくすることが出来る。本接着力強化によりファイバアレイの信頼性を向上することが可能となる。

この点で、光ファイバ一アレイ 3 2は、光ファイバ一アレイ 3 1よりも、より好ましい本発明の実施形態である。上蓋基板に形成する光ファイバ一用 U溝 1 9は光ファイバ一用 U溝 9よりも複雑になるが、プレス金型の形状変更だけで対応出来、大きなコスト増にはならない。

図 6は、本発明の更に他の実施形態を示す光ファイバ一アレイ 3 4の断面図である。光ファイバ一アレイ 3 4は、図 3に示した従来の光ファイバーァレイ 3 3や図 1、図 2に示した光ファイバ一アレイ 3 1 , 3 2と同様に、 V 溝 7、及び、ガイドピンを配置する導溝が形成された V溝基板 1 2を有するが、ガイドピンを配置する導溝は断面が V字状のガイドピン用 V溝 1 5である。又、光ファイバ一アレイ 3 4は、ガイドピン用 U溝 3が形成されていて、且つ、 V溝 7上に整列して配置される光ファイバ一 8を押さえるためのフアイパー押さえ基準面 2 5を有する上蓋基板 2 2から構成され、光ファイバ —8もガイドピン 6も、 V溝基板 1 2、及び、上蓋基板 2 2に挟まれ 3点にて固定されている。

光ファイバ一アレイ 3 4では、光ファイバ一アレイ 3 1， 3 2のように光ファイバー 8と当接する面を有する光ファイバ一用 U溝が形成されているのではなく、図 6に示すように、上蓋基板 2 2における V溝基板 1 2の光ファィバ一 8が配置される面と対向する面に、光ファイバ一 8に当接しない擬溝 2 9を形成している。

光ファイバ一アレイ 3 4においてファイバー押さえ基準面 2 5はプレス金型凸部で形成される面ではなく、又、プレス金型凸部で形成される擬溝 2 9 は光ファイバ一に当接せず光フアイパーを押さえる上では機能しない。しかしながら、プレス成形時において、擬溝 2 9となる部分がプレス金型凸部に押され、擬溝 2 9以外の部分、即ちプレス金型凹部に相対する光ファイバ一 8との当接面を形成する部分に、上蓋基板 2 2を構成する材料がはみ出すことにより、その当接面は精度よくプレスされ得るのである。その結果、光フアイバー 8との当接面、即ち光ファイバ一アレイ 3 4におけるファイバ一押さえ基準面 2 5は、滑らかで、表面粗さの小さい面になり得る。

尚、光ファイバ一アレイ 3 4においては、擬溝の形成により光ファイバ一と当接するファイバ一押さえ基準面の表面粗さを小さくしているが、同様の方法で、ガイドピン押さえ基準面の表面粗さを小さくすることが可能である。即ち、ガイドピン押さえ基準面をプレス金型凸部で形成せず、ガイドピン押さえ基準面に隣接して擬溝をプレス金型凸部で形成し、ガイドピン押さえ基準面に、上蓋基板を構成する材料をはみ出させることにより、ガイドピン押さえ基準面の表面粗さを小さくすることが出来る。

光ファイバ一アレイ 3 4は、光ファイバ一アレイ 3 2と同様に、上蓋基板と V溝基板とに優れた接着性を有する。表面粗さが同等であれば、接着強度は接着面積で決まるから、仮に光ファイバ一アレイ 3 2における光ファイバ —用 U溝 1 9と光ファイバ一アレイ 3 4における擬溝 2 9とが、同じ形状の凹部であるとすれば、光ファイバ一アレイ 3 4と光ファイバ一アレイ 3 2とにおける上蓋基板と V溝基板との接着面積は同等になり、接着強度も概ね等しくなる。

又、光ファイバ一アレイ 3 4は、光ファイバ一アレイ 3 1に比較して、上蓋基板の形状が、より複雑になるが、プレス金型の形状変更だけで対応出来、大きなコスト増にはならない。

このような上蓋基板を得るためのプレス成形には、溶融物（流動体）を直接に成形プレスする場合と、一定形状に成型された部品を再加熱しながら再プレスするプレス成形の両方が含まれる。上記した本発明の光ファイバーァレイ 3 1， 3 2， 3 3等を形成する上蓋基板 1 , 1 1 , 2 2及び V溝基板 2 , 1 2は、光を透過する材料で構成されており、例えば、ガラス材料やブラスチック材料を用いることが出来る。従って、上蓋基板 1， 1 1， 2 2と溝基板 2， 1 2及び光ファイバ一 8の間隙に紫外線硬化性接着剤を充填し、紫外線を当てて硬化を行うことが容易である。紫外線の照射方向に限定はないが、発明者らが、先に特願平 1 1 _ 5 4 5 3 5号に開示しているように、光ファイバ一の光ファイバ一アレイへの挿入方向と平行となるように行うことが、接着剤の発生により生ずる収縮応力自体を低減することが出来て好ましい。

(実施例）以下、本発明を、実施例に基づいて更に具体的に説明する。 Pyrex (コ一ニング社製のガラス材料) を用いて、 3心の光ファイバーァレイを作製した。

先ず、加工されたウェハを準備し、プレス成形により上面に光ファイバ一用 V溝及びガイドピン用導溝（U溝とした）を形成し V溝成形ウェハを得た。このウェハをそれぞれチップに切断を行い V溝基板を得た。

次いで、別のウェハを用いて、上面に光ファイバ一用 U溝及びガイドピン用 U溝をプレス成形して上蓋成形ウェハを得た。このウェハをそれぞれチップに切断を行い上蓋基板を得た。

得られた V溝基板チップ上において、 V溝に光ファイバ一を、ガイドピン用導溝にガイドピンを、それぞれに搭載させた後、溝が形成された面が向き合うようにして、上蓋基板により光ファイバ一及びガイドピンを押さえ、接着剤にて硬化し、端面を研磨して、光ファイバ一アレイを得た（実施例 1 ) このような製造工程の途中で、 3心の光ファイバ一と当接する上蓋基板の 3つの光ファイバ一用 U溝において、その底面の長手方向 1 i m毎に、上蓋基板のガイドピン用 U溝の底面中心との相対位置 Z 0値を形状測定機によつて測定した。その結果は、図 4に示されるように相対位置の差が、ほぼ 1 m以内で収まっていて優れた精度であることが確認出来た。又、 1つ毎の上盖基板の光ファイバ一用 U溝の Z 0値の振れも 1 Ai m以内であり表面粗さも小さいことが確認出来た。

上篕基板に光ファイバ一用 U溝を形成しなかったこと以外は、実施例 1と同様にして光ファイバ一アレイを作製した（比較例 1 ) 。

製造工程の途中で、上蓋基板の 3本の光ファイバ一と当接する面において、実施例 1に相当する位置で 1 m毎に、上蓋基板のガイドピン用 U溝の底面中心との相対位置 Z 0値を形状測定機によって測定した。その結果は、図 5に示されるように相対位置の差は、最大 7 / m程度認められ、又、表面粗さも大きいことが確認された。産業上の利用可能性 '

以上説明したように、本発明の光ファイバ一アレイ及び製造方法によれば、ガイドビンを使用して光コネクタあるいは光導波路部品と確実に光フアイバーを位置決めして固定出来ることと、上盖基板と V溝基板とを強固に接着することが両立されるので、光ファイバ一アレイの使用環境温度の変化に伴う接着剤と上蓋及び V溝基板との剥離を防止出来、光ファイバ一アレイの長期における信頼性がより高まるという優れた効果が得られる。

Claims

請求の範囲

1 . ガイドピン用導溝と光ファイバ一用 V溝とが形成された V溝基板と、前記導溝上に配置されるガイドビンと前記 V溝上に配置される光ファイバ一とを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバ一アレイであって、前記上蓋基板の前記ガイドピン及び前記光ファイバ一との当接面の表面粗さが、前記当接面以外の表面粗さよりも、小さいことを特徴とする光フアイバーアレイ。

2 . 前記上蓥基板の前記ガイドピン及び前記光ファイバ一との当接面が、プレスにより成形された面である請求項 1に記載の光ファイバ一アレイ。

3 . 前記上蓋基板の前記ガイドピン及び前記光ファイバ一との当接面の表面粗さが、 1 m以下である請求項 1に記載の光ファイバ一アレイ。

4 . 前記上蓋基板の前記ガイドビン乃び前記光ファイバ一との当接面以外の表面粗さが、略 1 . 5 jLi m乃至 3 0 x mである請求項 1に記載の光フアイバーアレイ。

5 . 請求項 1に記載の前記上蓋基板をプレス成形する光ファイバ一アレイ用金型。

6 . ガイドビン用導溝と光ファイバ一用 V溝とが形成された V溝基板と、ガイドピンと光ファイバ一とを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバ —アレイの製造方法であって、

プレス成形により、前記上蓋基板にガイドビン用 U溝及び光ファイバ一用 U溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバ一アレイの製造方法

7 . ガイドピン用導溝と光ファイバ一用 V溝とが形成された V溝基板と、ガイドピンと光ファイバ一とを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバ一アレイの製造方法であって、

プレス成形により、前記上蓋基板にガイドピン用 U溝を形成する工程を含むとともに、

プレス成形により、前記上蓋基板における前記 V溝基板の光ファイバ一配置面と対向する面に光ファイバ一に非当接な擬溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバ一アレイの製造方法。