(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの先端面と光導波路の端面とを接着剤で固着した光部品において、光ファイバの光軸および光導波路の光軸の双方を含む平面で見て、前記接着剤と接する光ファイバの中心と前記接着剤と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さが５μｍ  以上で１０μｍ  以下となるように接着層を構成するとともに、光ファイバの前記中心と光導波路の前記中心とを結ぶ線分を含み、前記平面に垂直な分割面で分割される接着層の第１および第２の部分の体積の差が接着層全体の体積の１／２．５  以下となるように接着したことを特徴とする光ファイバおよび光導波路を具える光部品。
【請求項２】
光ファイバの先端面と光導波路の端面とを接着剤で固着した光部品において、光ファイバの光軸および光導波路の光軸の双方を含む平面で見て、前記接着剤と接する光ファイバの中心と前記接着剤と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さが５μｍ  以上で１０μｍ  以下となるように接着層を構成するとともに、光ファイバの前記中心と光導波路の前記中心とを結ぶ線分で分割される接着層の第１および第２の部分の面積の差が接着層全体の面積の１／２．５  以下となるように接着したことを特徴とする光ファイバおよび光導波路を具える光部品。
【請求項３】
前記接着剤を、使用する波長領域での屈折率が１．４  〜１．５  の接着剤としたことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の光部品。
【請求項４】
前記接着剤の線熱膨張係数を１  ×１０−４〜１  ×１０−６〔℃−１〕の接着剤としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光部品。
【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の先端面と、光導波路の端面とを接着剤で固着した光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述したように光ファイバの先端面と光導波路の端面とを接着剤と固着した光部品は光通信や光計測などの多くの分野において用いられている。図１はこのように光ファイバの先端面と光導波路の側面とを固着して形成した光ファイバジャイロの位相変調器を示すものである。この位相変調器においては、１本の光ファイバ３１の先端部を挟持して固定した光ファイバブロック３２を光導波路基板３３の一方の端面に固着している。この光導波路基板には光導波路３４を形成し、この光導波路の途中に偏光子３５を形成するとともにＹ分岐３６によって二つに分岐し、それぞれの光導波路３７の両側に位相変調用の電極３８を形成している。光導波路基板３３の他方の端面には２本の光ファイバ３９，  ４０の先端部を挟持固定した光ファイバブロック４１を固着している。このような光ファイバジャイロの位相変調器においては、光導波路基板３３の両端面に光ファイバブロック３２および４１が接着により固着されている。
【０００３】
このような光部品においては、光ファイバブロックと光導波路基板との機械的なアライメントが伝送損失に大きな影響を与えている。このため、光ファイバブロックおよび光導波路基板をそれぞれ治具に装填し、実際に光ビームを伝達させながら３次元的な位置の調整を行ってから接着剤によって両者を固着するようにしている。
しかしながら、このような位置の調整には誤差が混入し、伝送損失が起こる。例えば、光ファイバの光軸と光導波路の光軸とが、それらの接触面内でずれると、伝送損失に著しく大きくなる。このずれを極力小さくするための種々の提案がなされており、ある程度の成果が挙がっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバの光軸と光導波路の光軸との接着面でのずれをなくしても、これら光ファイバの先端面と光導波路の端面とが平行でないと伝送損失が現れる。そのため、光ファイバの先端面と光導波路の端面とを接着する場合、両者を平行と思われる状態に設定して固定した後、接着剤を供給し、紫外線を照射して接着することが行われている。しかしながら、製造機械のミクロなガタツキや製造機械の動作時の振動などに起因する機械的精度の限界のために平行からずれることがある。
このように光ファイバの先端面と光導波路の端面とが傾斜して接着されると、−４０〜８５℃の広い使用環境温度の変化によって伝送特性が大きく変動してしまう欠点がある。特に上述した光ファイバジャイロのように分岐部を持ち、その分岐比の変動を５％以内に保たねばならない場合には、影響が大きい。
【０００５】
本発明の目的は、光ファイバと光導波路との接着面の傾斜による伝送損失を実用的な値以下とし、特に使用環境温度範囲における伝送損失の変動が少ない光ファイバと光導波路とを具える光部品を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバの先端面と光導波路の端面とを接着剤で固着した光部品において、光ファイバの光軸および光導波路の光軸の双方を含む平面で見て、前記接着剤と接する光ファイバの中心と前記接着剤と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さが５μｍ  以上で１０μｍ  以下となるように接着層を構成するとともに、光ファイバの前記中心と光導波路の前記中心とを結ぶ線分を含み、前記平面に垂直な分割面で分割される接着層の第１および第２の部分の体積の差が接着層全体の体積の１／２．５  以下となるように接着したことを特徴とするものである。ここで、前記接着層全体の体積に対する前記体積差の比を体積比という。したがって、本発明は、体積比が１／２．５  以下となるように接着したことを特徴とするものである。
【０００７】
さらに、本発明は、光ファイバの先端面と光導波路の端面とを接着剤で固着した光部品において、光ファイバの光軸および光導波路の光軸を含む平面で見て、前記接着剤と接する光ファイバの中心と前記接着剤と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さが５μｍ  以上で１０μｍ  以下となるように接着層を構成するとともに、光ファイバの前記中心と光導波路の前記中心とを結ぶ線分で分割される接着層の第１および第２の部分の面積の差が接着層全体の面積の１／２．５  以下となるように接着したことを特徴とするものである。ここで、前記接着層全体の面積に対する前記面積差の比を面積比という。したがって、本発明は、面積比が１／２．５  以下となるように接着したことを特徴とするものである。
本発明による光部品の好適な実施例においては、前記接着剤としては、使用する波長領域での屈折率が１．４  〜１．５  で、線熱膨張係数が１  ×１０−４〜１  ×１０−６〔℃−１〕の接着剤を使用するのが好適である。
【０００８】
【作用】
上述した本発明による光部品においては、光ファイバの光軸および光導波路の光軸を含む平面で見て、前記接着剤と接する光ファイバの中心と前記接着剤と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さが５μｍ  以上で１０μｍ  以下となるように接着層を構成するとともに、光ファイバの前記中心と光導波路の前記中心とを結ぶ線分を含み、前記平面に垂直な分割面で分割される接着層の第１および第２の部分の体積の差を接着層全体の体積の１／２．５  以下となるように接着するか、または光ファイバの前記中心と光導波路の前記中心とを結ぶ線分で分割される接着層の第１および第２の部分の面積の差が接着層全体の面積の１／２．５  以下となるように接着する。このような条件は理論的に導き出されたものではなく、多くの実験と解析によって初めて明らかとなったものである。接着剤と接する光ファイバの中心と前記接着剤と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さが５μｍ  以上で１０μｍ  以下となるように接着層を構成するとともに、光ファイバの中心と光導波路の中心とを結ぶ線分を含み、前記平面に垂直な分割面で分割される接着層の第１および第２の部分の体積の差を接着層全体の体積の１／２．５  以下となるように接着するか、または前記光ファイバの光軸および光導波路の光軸を含む平面において、光ファイバの中心と光導波路の中心とを結ぶ線分で分割される接着層の第１および第２の部分の面積の差が接着層全体の面積の１／２．５  以下となるように接着することによって、伝送損失そのものが小さくなるとともに−４０〜８５℃の広い使用環境温度範囲における伝送損失の変動もきわめて小さくなり、優れた光学特性を有する光部品を得ることができる。
【０００９】
本発明において、接着剤と接する光ファイバの中心と前記接着剤と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さを５μｍ  よりも小さくすると、熱膨張率の異なる材質から作成された物品を接合する場合、熱膨張差に伴う応力が接着面に発生する。このとき、内部応力が大きくなり塑性変形領域またはそれに近い領域で変形する場合、長期の信頼性が低下することになる。また、光が広がっていないため、十分正確に（  例えば０．２  μｍ  程度の精度で）  光導波路と光ファイバとの位置合わせをする必要がある。また、前記線分の長さが１５μｍ  よりも長くなるように接着層を厚くすると、光の広がりが大きくなり、結合損失が許容できないほど大きくなるとともに接着層の不均一な硬化や大きな熱膨張係数の影響を受ける欠点がある。
【００１０】
【実施例】
図２は本発明による光ファイバと光導波路とを具える光部品の一実施例の構成を示す断面図である。光ファイバ１１は、コア１２，  クラッド１３および保護被覆１４を具えており、先端部分のクラッドおよび保護被覆を剥しコアのみを光学部材間に挟持して光ファイバブロック１５を構成している。光ファイバ１１のコア１２の先端面が露出する光ファイバブロック１５の端面は、光導波路１６の端面に接着層１７を介して固着されている。図面を明瞭とするために図２では断面表示のハッチングは省略してある。
図２は光ファイバ１１の光軸と光導波路１６の光軸１８との双方を含む平面における断面を示すものである。本発明においては、接着層１７と接する光ファイバ１１の中心と接着層１７と接する光導波路１５の中心とを結ぶ線分１９の長さＤを５μｍ  以上で１０μｍ  以下とする。また、この線分１９を含み、図２の紙面に垂直な平面で接着層１７を分割するものとする。説明の便宜上、この平面の上側の部分を上半部１７Ｕ  とし、下側を下半部１７Ｌ  とし、それぞれの体積をＶ１およびＶ２とする。
【００１１】
実際の接着層１７の形状は矩形ではないが、矩形に近い形状をしているので、ここでは接着剤の形状を矩形であると仮定する。したがって、上半部１７Ｕ  の体積  ＶＵ  および下半部１７Ｌ  の体積  ＶＬ  は図２に示す平面におけるそれぞれの半部の面積に比例するものとなる。ここで、図２の平面において、上半部１７Ｕ  の面積を  ＳＵ  とし、下半部１７Ｌ  の面積を  ＳＬ  とすると、本発明においては、これら上半部１７Ｕ  の面積  ＳＵ  と下半部１７Ｌ  の面積  ＳＬ  との差（ΔＳ  ＝  ＳＵ  −  ＳＬ  ）が、全体の面積（Ｓ  ＝  ＳＵ  ＋  ＳＬ  ）の１／２．５  以下となるようにすることによって上述した効果を達成することができる。すなわち、ΔＳ／Ｓ  ≦１／２．５  となるように構成する。
【００１２】
上述したように、接着層１７の図２に示す平面における面積は線分１９を含み図２の平面に垂直な平面で分割した部分の体積にほぼ比例するので、上述した面積の差ΔＳ  は、接着層１７の、線分１９を含み図２の平面に垂直な平面で分割された２つの部分の体積の差ΔＶ  にほぼ比例することになる。したがって、本発明においては、上述したように接着層１７の線分１９の長さＤを５  μｍ  以上で１０μｍ  以下とするとともに線分１９を含み図２の平面に垂直な平面で分割された２つの部分の体積の差ΔＶ  が、接着層１７の全体の体積Ｖの１／２．５  以下となるように構成する。すなわち、ΔＶ／Ｖ  ≦１／２．５  となるように構成する。
【００１３】
このような条件を満足するように接着すると、光ファイバ１１の先端面と光導波路１６の端面との傾斜の影響は小さくなり、結合効率を高く保ったままで信頼性を向上することができる。多くの実験を行った結果、上述した本発明の条件を満足するように接着した場合には、図３の曲線Ａで示すように伝送損失が小さくなるとともに−４０〜８５℃に亘る使用環境温度範囲における伝送損失の変動も非常に小さなものとなり、優れた特性を有する光部品が得られることが実験的に確認できた。なお、図３には従来の光部品の伝送損失特性も曲線Ｂで示した。これによると、或る温度での伝送損失は実用的な低い値となっているが、温度がこれから外れると伝送損失は急激に大きくなり、使用環境温度範囲での伝送損失の変動が大きいものである。
【００１４】
上述したように本発明においては、光ファイバ１１の光軸および光導波路１６の光軸１８を含む平面において、光ファイバの中心と光導波路の中心とを結ぶ線分１９で分割される接着剤１７の第１および第２の部分の面積の差ΔＳ  を接着剤全体の面積Ｓ  の１／２．５  以下となるように接着したものであるが、この条件は、光ファイバの先端面と光導波路の端面との間の線分１９の長さＤを長くすることによって達成されることになる。すなわち、この線分１９の長さＤを長くすることによって光ファイバ１１の先端面が露出する光ファイバブロック１５の端面と光導波路１６の端面との傾斜角の影響が軽減されることになる。本発明の一実施例では、光ファイバ１１の直径を２ｍｍ  とするとき、光ファイバ１１の先端面と光導波路１６の端面との線分１９の長さＤを５  μｍ  以上とする。一方、この線分１９の長さＤを余り長くすると、接着層１７での光の損失が増大してしまうので、１０μｍ  以下とする。
【００１５】
また、接着剤の特性も伝送特性に影響するが、接着剤としては、使用する波長、例えばレーザダイオードから放射される０．８５μｍ  の波長領域における屈折率が１．４  〜１．６  の範囲にあり、線熱膨張係数が１  ×１０−４〜１  ×１０−６    ℃−１〕の範囲にあるものを使用するのが好適である。
次に本発明による光部品および比較例の光部品の各種寸法および動作特性を下表に示す。
【００１６】
【表１】
0003588392.tif 000002
【００１７】
上述した表１において、本発明で規定する上半部１７Ｕ  および下半部１７Ｌ  の面積の差ΔＳ  が全面積Ｓ（＝ＳＵ  ＋ＳＬ  ）  の１／２．５  以下の範囲を外れた場合には、温度特性や信頼性が不良となり、また上述した線分１９の長さＤが１０μｍ  を越える場合には、損失が大きくなることが確認された。以下、表１に示すサンプル１〜６の構成を表２に示す。
【００１８】
【表２】
0003588392.tif 000003
【００１９】
サンプル１
このサンプル１では面積比ΔＳ／Ｓ  を１／２．０  とし、線分１９の長さＤを３μｍ  としたものである。このような条件のサンプルを２個製作した後に、挿入損失と２芯に別れる分岐比とを測定したところ、低温側で挿入損失が２ｄＢ  および８．５ｄＢ  だけ増加した。また、さらに挿入損失および分岐比は、温度変化に対してヒステリシスを示した。仕様として挿入損失の変動を±０．５ｄＢ  以下としたため、このサンプル１は使用不可能であると判断された。
【００２０】
サンプル２
このサンプル２では、面積比ΔＳ／Ｓ  を１／７．５  とし、線分１９の長さＤを３μｍ  とした。このような条件のサンプルを２個作製した後に、挿入損失と２芯に別れる分岐比とを測定したところ、低温側で挿入損失が０．３ｄＢ  および０．５ｄＢ  だけ増加した。仕様として挿入損失の変動を±０．５ｄＢ  以下としたため、このサンプル２は使用可能である。しかし、このサンプルを−４０  ℃〜＋８５  ℃の熱衝撃試験にかけ２００  サイクル過ぎたところで再度温度特性を測定したところ、低温側の損失が１．３ｄＢ  および１．１ｄＢ  に増加する温度特性に変化していた。したがって、選別すれば使用可能な光部品を選べることがわかったが、実際の製品としての使用は難しいので、本発明では使用不能と判断された。
【００２１】
サンプル３
このサンプル３では、面積比ΔＳ／Ｓ  を１／５．８  とし、線分１９の長さＤを１５μｍ  とした。このような条件のサンプルを２個作製した後に、挿入損失と２芯に別れる分岐比とを測定したところ、高温側での挿入損失の増加は０．１ｄＢ  および０．３ｄＢ  と小さいものであった。しかし、室温での挿入損失は線分１９の長さＤが７μｍ  以下のものと比較して１ｄＢ  程度大きかったので、２個作製したサンプルはともに使用不能であると判定された。
【００２２】
サンプル４
このサンプル４では、面積比ΔＳ／Ｓ  を１／２．９  とし、線分１９の長さＤを５μｍ  とした。このような条件のサンプルを２個作製した後に、挿入損失と２芯に別れる分岐比とを測定したところ、低温側で挿入損失が０．７ｄＢ  だけ増加し、高温側で０．５ｄＢ  だけ低下した。２個作製したサンプルはともに仕様範囲内であり、サンプル４は使用可能であると判定された。
【００２３】
サンプル５
このサンプル５では、面積比ΔＳ／Ｓ  を１／２．４  とし、線分１９の長さＤを５μｍ  とした。作製後に、挿入損失と２芯に別れる分岐比とを測定したところ、低温側で挿入損失が４．５ｄＢ  だけ増加した。さらに、この幾何学的条件下で硬化させる紫外線の照射手順を変更したところ、挿入損失の変動は−４０  ℃〜＋８５  ℃の範囲で１ｄＢ  となり、この条件で製作した光部品は使用不能であると判定された。
【００２４】
サンプル６
このサンプル６では、面積比ΔＳ／Ｓ  を１／３．２  とし、線分１９の長さＤを１０μｍ  とした。作製後に、挿入損失と２芯に別れる分岐比とを測定したところ、高温側で挿入損失が０．１ｄＢ  だけ低下したものと０．２ｄＢ  だけ増加したものができた。室温での挿入損失は線分１９の長さＤを７μｍ  としたものに比べて０．５ｄＢ  程度しか大きくなかったので、製作した２個のサンプルは共に仕様範囲内であり、使用可能であると判定された。
【００２５】
【発明の効果】
上述したように、本発明の光部品においては、光ファイバの先端面と光導波路の端面とを接着層で接合したものにおいて、光ファイバおよび光導波路の光軸を含む平面で見て、接着層と接する光ファイバの中心と接着層と接する光導波路の中心とを結ぶ線分の長さが５μｍ  以上で１０μｍ  以下となるように接着層を構成するとともに、前記線分で接着層を二分した場合、これら２つの部分の面積の差を、接着層の全体の面積の１／２．５  以下とするか、または前記の線分を含み、光ファイバおよび光導波路の光軸を含む平面に垂直な分割面で分割される接着層の第１および第２の部分の体積の差が接着層全体の体積の１／２．５  以下となるように接着することにより、伝送損失を低減することができるとともに−４０〜８５℃と言った広い使用環境温度範囲において伝送損失の変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による光部品を使用するのに好適な光ファイバジャイロの位相変調器の構成を示す線図である。
【図２】図２は、本発明による光部品の接着層近傍の部分だけを取り出して示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の光部品の伝送損失特性を従来のものと対比して示すグラフである。
【符号の説明】
１１    光ファイバ、１２    コア、１３    クラッド、１４    保護被覆、１５    光ファイバブロック、１６    光導波路、１７    接着層、１７Ｕ，  １７Ｌ    接着層の上、下半部、１８    光導波路の光軸
【図１】
0003588392.tif 000004
【図２】
0003588392.tif 000005
【図３】
0003588392.tif 000006