(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバアレイの製造方法、光ファイバアレイ製造装置、及び、光ファイバアレイに関し、コア位置ずれがより小さい、低コストな光ファイバアレイを提供する。【解決手段】整列固定された複数の光ファイバの端面に垂直に、レーザ光を集中して照射して、レーザ光の照射位置のクラッド３の屈折率を増大させることによってコア１の位置を設計位置に近付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバを固定基板に整列固定する工程と、
固定された前記光ファイバの端面に垂直に、前記光ファイバのコアの設計位置にレーザ光のスポット中心が位置するように前記レーザ光を集中して照射して、前記レーザ光の照射位置のクラッドの屈折率を増大させることによってコア位置を設計位置に近付けるレーザ光照射工程と
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。
【請求項２】
前記レーザ光のスポットのピークパワー強度が、１０５Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイの製造方法。
【請求項３】
前記光ファイバの前記レーザ光の照射前のモードフィールド径が、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバアレイの製造方法。
【請求項４】
整列固定された複数の光ファイバの端面にレーザ光を照射するレーザと、
前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記レーザ光のスポット中心を前記各光ファイバのコアの設計位置として、前記光ファイバの端面に垂直にレーザ光を照射するように前記光ファイバの位置と角度を調整する移動ステージと、
前記移動ステージの移動を制御する制御コントローラと
を有することを特徴とする光ファイバアレイ製造装置。
【請求項５】
複数の光ファイバと
前記複数の光ファイバを整列固定する固定基板と
を備え、
前記各光ファイバのコアの中心位置が所定の誤差内に整列しており、且つ、前記各光ファイバの端面を含む端面近傍におけるモードフィールド径が５μｍより大きく、端面近傍以外の部分のモードフィールド径が５μｍ以下であり、端面を含む端面近傍におけるモードフィールドのクラッドの中心に対する偏心位置と、端面近傍以外の部分におけるコアのクラッドの中心に対する偏心位置とが異なっていることを特徴とする光ファイバアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバアレイの製造方法、光ファイバアレイ製造装置、及び、光ファイバアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信モジュールや光インターコネクト部品等において、並列した光導波路と光ファイバとを一括接続するために、光ファイバをガラスやシリコンの基板内に配列させた光ファイバアレイが広く使用されている。
【０００３】
図７は、従来の光ファイバアレイの構成説明図であり、主に光ファイバと、ガラスもしくはシリコンで作製されたＶ溝基板７１と、ガラス平板７２から構成される。作製手順は、Ｖ溝基板７１に対して被覆部６４を剥いでクラッド６３が露出した光ファイバ素線部６１を収容し、ガラス平板７２で押圧しながら間に充填した接着剤７３で固定し、保護用接着剤７４で光ファイバ素線部６１の露出部を埋めるというものが一般的である。
【０００４】
図８は従来の光ファイバアレイにおけるコア位置ずれの説明図であり、図８（ａ）に示すように、理想的には各光ファイバ素線部６１のコア６２の位置が同じ水平位置に整列していることが望まれる。しかし、図８（ｂ）に示すように、実際には、Ｖ溝の加工誤差や、光ファイバのコア偏心、クラッド外径誤差などにより、各光ファイバのコア６２の位置が図において×印で示したコア設計位置７５からの位置ずれが生じる。なお、図８（ｂ）の左端から順に、Ｖ溝の位置誤差、Ｖ溝の深さ誤差、コアの偏心及びクラッド外径誤差によるコア位置ずれを示している。
【０００５】
このコア位置ずれは、光導波路などとの接続において損失の要因となる。近年では、光通信モジュールの低消費電力化が進んでいるため、コア位置ずれの許容範囲は１μｍ以下まで狭くなってきている。特に、断面サイズがガラス導波路やポリマー導波路より小さいシリコン導波路との接続においては、コア位置ずれの接続損失に対する影響が大きいため、より狭い許容範囲が要求されている。
【０００６】
これに対し、作製された光ファイバアレイや光コネクタのコア位置を高精度で測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。これらの方法を用いて、製造した光ファイバアレイのうち、コア位置ずれが許容範囲内のものを選定することで、光導波路との接続損失を低減することができる。
【０００７】
また、コア偏心方向を示す印を光ファイバ端面のクラッドにレーザで刻印し、光ファイバの偏心方向が配列方向に一致するように光ファイバを配列することで、コア位置ずれを低減させる方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３０２３０７号公報
【特許文献２】特開平０６−０７４８６３号公報
【特許文献３】特開２００４−２８６８９９号公報
【特許文献４】特開平０９−３１１２３７号公報
【特許文献５】特開２００５−２０５４６４号公報
【特許文献６】特開２００２−１８２０４５号公報
【特許文献７】特開２００４−２７１６１８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】三浦清貴及び平尾一之著，レーザ研究，第２６巻，第２号，ｐｐ．１５０〜１５４，１９９８年２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の製造した光ファイバアレイの中からコア位置ずれが許容範囲内にある光ファイバアレイを選定する方法では、コア位置ずれ許容範囲を狭く設定すると、予め膨大な数の光ファイバアレイを製造しておく必要がある。そのため、製造時間が長くなるとともに製造コストが高くなるという問題がある。
【００１１】
一方、特許文献３で提案されているコア偏心方向を示す刻印を元に配列する方法では、コア偏心による位置ずれは低減できるものの、Ｖ溝加工誤差やファイバ外径誤差による位置ずれを低減することができないという問題がある。
【００１２】
したがって、光ファイバアレイにおいて、コア位置ずれがより小さい光ファイバアレイを低コストで実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
開示する一観点からは、複数の光ファイバを固定基板に整列固定する工程と、固定された前記光ファイバの端面に垂直に、前記光ファイバのコアの設計位置にレーザ光のスポット中心が位置するように前記レーザ光を集中して照射して、前記レーザ光の照射位置のクラッドの屈折率を増大させることによってコア位置を設計位置に近付けるレーザ光照射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が提供される。
【００１４】
また、開示する別の観点からは、整列固定された複数の光ファイバの端面にレーザ光を照射するレーザと、前記レーザ光を集光する集光レンズと、前記レーザ光のスポット中心を前記各光ファイバのコアの設計位置として、前記光ファイバの端面に垂直にレーザ光を照射するように前記光ファイバの位置と角度を調整する移動ステージと、前記移動ステージの移動を制御する制御コントローラとを有することを特徴とする光ファイバアレイ製造装置が提供される。
【００１５】
また、開示するさらに別の観点からは、複数の光ファイバと前記複数の光ファイバを整列固定する固定基板とを備え、前記各光ファイバのコアの中心位置が所定の誤差内に整列しており、且つ、前記各光ファイバの端面を含む端面近傍におけるモードフィールド径が５μｍより大きく、端面近傍以外の部分のモードフィールド径が５μｍ以下であり、端面を含む端面近傍におけるモードフィールドのクラッドの中心に対する偏心位置と、端面近傍以外の部分におけるコアのクラッドの中心に対する偏心位置とが異なっていることを特徴とする光ファイバアレイが提供される。
【発明の効果】
【００１６】
開示の光ファイバアレイの製造方法、光ファイバアレイ製造装置、及び、光ファイバアレイによれば、コア位置ずれがより小さい光ファイバアレイを低コストで実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の光ファイバアレイの製造工程の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の光ファイバアレイ製造装置の原理的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の光ファイバアレイ製造工程を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施例１の光ファイバアレイの製造方法に用いる光ファイバアレイ製造装置の概念的構成図である。
【図５】本発明の実施例１の光ファイバアレイの製造工程におけるレーザ照射工程の途中までの説明図である。
【図６】本発明の実施例１の光ファイバアレイの製造工程におけるレーザ照射工程の図５以降の説明図である。
【図７】従来の光ファイバアレイの構成説明図である。
【図８】従来の光ファイバアレイにおけるコア位置ずれの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態の光ファイバアレイの製造方法を説明する。本発明の実施の形態の光ファイバアレイの製造工程の説明図である。まず、複数、例えば、２本〜１２８本程度の光ファイバを固定基板に整列固定する。この時、図１（ａ）に示すように、コア１の位置がクラッド３の中心から偏心しており、固定基板（図示は省略）に固定した状態でコアの設計位置４が位置ずれしているとする。なお、図１（ａ）における符号２は光ファイバ中を伝搬する光エネルギーの分布から求めた実効的な直径であるモードフィールドである。ここでは、高Δｎ（比屈折率差）の光ファイバを想定しているので、５μｍ以下、例えば、３μｍ〜５μｍのモードフィールド径の光ファイバを用いることが望ましい。
【００１９】
次いで、図１（ｂ）に示すように、固定された光ファイバの端面に垂直に、光ファイバのコアの設計位置４にレーザ光のスポット５の中心が位置するようにレーザ光を集中して照射する。その結果、図１（ｃ）に示すように、レーザ光の照射位置のクラッド３の屈折率が増大して、レーザ光のスポット５の中心を中心とするモードフィールド６が形成されることによってコアの位置をコアの設計位置４に近付けることができる。
【００２０】
この時、照射後のモードフィールド６の径が照射前のモードフィールド２の径より拡大するようにレーザ光のスポット５のサイズを設定することにより、端部近傍のモードフィールド６と内部のモードフィールド２とをスムーズに接続することができる。
【００２１】
また、光ファイバの端面とスポット中心の焦点位置との距離が連続的に近接するように光ファイバの端面を移動させながらレーザ光を照射して光ファイバの端面から内部までクラッドの屈折率を増大させる。光ファイバの端面から数１００μｍの範囲、典型的には、５００μｍ以下の範囲のクラッドの屈折率を増大させる。
【００２２】
その結果、光ファイバアレイにおける各光ファイバの端面を含む端面近傍におけるモードフィールド径が５μｍより大きく、端面近傍以外の部分のモードフィールド径が５μｍ以下となる。また、端面を含む端面近傍におけるモードフィールドのクラッドの中心に対する偏心位置と、端面近傍以外の部分におけるコアのクラッドの中心に対する偏心位置とが異なった光ファイバアレイが得られる。
【００２３】
ここで、レーザ光照射によるガラスの屈折率増大現象について説明する。ピークパワー強度が大きいフェムト秒レーザのような超短パルスレーザをガラスに集光照射して高電場を与えると、１０−２〜１０−３オーダーの屈折率増大が起きる（例えば、非特許文献１参照）。また、この屈折率増大は高電場強度下で生じる非線形相互作用の結果として起こることから、一定の閾値が存在する。そのため、超短パルスレーザの集光スポットに限定して屈折率増大を誘起することができる。
【００２４】
この現象を利用して、ガラスに対して超短パルスレーザの集光スポットを走査することによってガラス内部に二次元もしくは三次元の光導波路を形成できることが知られている（例えば、特許文献４或いは特許文献５参照）。また、光ファイバコアに超短パルスレーザを集光照射することによって、コアの屈折率を増大させ、モードフィールドの異なる光導波路とのモード整合部を光ファイバ端部近傍に形成できることが知られている（例えば、特許文献６或いは特許文献７参照）。
【００２５】
したがって、レーザとしては、超短パルスレーザ、例えば、２０ｆ秒乃至３００ｆ秒の超短パルス光で発振するレーザを用いることが望ましい。このように、超短パルスレーザ光とすることにより、レーザ光のスポット５のピークパワー強度を、１０５Ｗ／ｃｍ２以上にすることができる。
【００２６】
図２は本発明の実施の形態の光ファイバアレイ製造装置の原理的構成図である。整列固定された複数の光ファイバ１１の端面にレーザ光１７を照射するレーザ１５と、レーザ光１７を集光する集光レンズ１６とを備えている。また、レーザ光１７のスポット中心を光ファイバ１１のコアの設計位置として、光ファイバ１１の端面に垂直にレーザ光１７を照射するように光ファイバ１１の位置と角度を調整する移動ステージ１４を備えている。この移動ステージ１４の移動は制御コントローラにより制御する。
【００２７】
また、光ファイバ１１のコアの位置や、レーザ光１７のスポットの位置を目視的に観察するためには、撮像素子や光学顕微鏡等の観察装置１９を設けることが望ましい。このような装置構成にするためには、レーザ光１７をビームスプリッタ１８を介して光ファイバ１１の端面に照射すれば良い。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態の光ファイバアレイの製造工程を示すフロー図である。
Ｓ１：まず、光ファイバアレイのコア位置を計測する。
Ｓ２：次いで、光ファイバアレイのコア設計位置を取得する。
Ｓ３：次いで、超短パルスレーザのスポット調整を行う。
Ｓ４：次いで、未処理のチャネル（光ファイバ）があるか否かを判定する。
Ｓ５：未処理のチャネルがある場合にはＳ３に戻る。
Ｓ６：未処理のチャネルがなくなれば、光ファイバアレイの端面を研磨して一連のフローを終了する。
【００２９】
上述のように、本発明によれば、光ファイバアレイのコア位置ずれを低コストで低減でき、それによって、光導波路との接続損失を低減でき、光モジュール等の省電力化が可能となる。
【実施例１】
【００３０】
次に、図４乃至図６を参照して、本発明の実施例１の光ファイバアレイの製造工程を説明する。図４は本発明の実施例１の光ファイバアレイの製造方法に用いる光ファイバアレイ製造装置の概念的構成図である。光ファイバアレイ２１自体は、図７に示したように、従来方法で製造されたものであり、心（ＣＨ）数が例えば１２心でコアピッチが例えば２５０μｍになるようにＶ溝基板２２に配列固定され、平板２３で蓋をされたものである。また、光ファイバは、モードフィールド径が例えば４．０μｍの高Δｎファイバを用いる。
【００３１】
この光ファイバアレイ２１は、直動３軸、角度３軸の６軸自動ステージ２４に搭載され、ステージ制御コントローラ２５およびコンピュータ３２によって位置と角度を制御される。超短パルスレーザ２６は、波長が８００ｎｍのチタンサファイアレーザであり、繰り返し周波数は２００ｋＨｚ、パルス幅は１３０ｆ秒、平均パワーは最大８５０ｍＷである。
【００３２】
この超短パルスレーザ２６から出射されたレーザ光２７は、焦点距離が４ｍｍの集光レンズ２８で集光され、ビームスプリッタ２９で反射され、光ファイバアレイ２１の端面に照射される。集光レンズ２８は手動ステージ（図示を省略）により、レーザ光軸方向に位置を調節できる。超短パルスレーザ２６の照射パワーは、レーザコントローラ３０およびコンピュータ３２によって所望の値に制御される。レーザ光２７の集光スポット位置と光ファイバのコアの位置は、ビームスプリッタ２９を透して撮像装置３１で観察され、コンピュータ３２によって画像処理などが行なわれる。
【００３３】
光ファイバのコアを一般的なＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサを有した撮像装置３１で観察できるように、光ファイバアレイ２１の反対側の端面からＬＥＤ光源３３により各光ファイバに可視光が入射される。
【００３４】
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施例１の光ファイバアレイの製造工程を説明するが、基本的なステップは図３において示したＳ1〜Ｓ６の手順で行う。まず、図５（ａ）に示すように、一般的な方法で製造された光ファイバアレイの各光ファイバ４０のコア４１の位置を計測する。各コア４１の位置は、例えば、図４に示した撮像装置３１の視野中央に各コア４１が来るように６軸自動ステージ２４の直動ステージで光ファイバアレイ２１を順次移動させ、各移動距離から求める。なお、ここでは、Ｖ溝基板、ガラス平板及び接着剤等の図示は省略する。
【００３５】
次いで、図５（ｂ）に示すように、光ファイバアレイの各コア４１の設計位置を取得する。この時、計測した両端の光ファイバＣＨ１，ＣＨ１２のコア４１の位置を結ぶ直線を基準線４４とし、その中点を基準点４３とし、各コアの設計位置４５を、基準線４４上で、基準点４３から左右に１２５μｍ、３７５μｍ、…、１３７５μｍ離れた位置とする。そして、各コアの設計位置４５の自動ステージ座標系における各座標に変換し、コンピュータ３２に記録する。
【００３６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、最初のチャンネルＣＨ１において、超短パルスレーザ２６の集光スポットを調整する。集光スポット位置は、中心がコンピュータ３２に記録しておいたコアの設計位置４５となるように６軸自動ステージ２４で光ファイバアレイ２１の位置を調整する。また、光ファイバ端面で集光するように、集光レンズ２８の位置を調整する。更に、レーザ光２７が光ファイバ端面に垂直に照射されるように、光ファイバアレイ２１の角度を調整する。なお、これらの調整は、超短パルスレーザ光の平均パワーを撮像装置３１でスポットが観察できる範囲で十分下げて行うことが好ましい。
【００３７】
次いで、最初のチャンネルＣＨ１において、超短パルスレーザ２６の平均パワーを所望の値に上げ、光ファイバアレイ２１に集光してレーザ光スポット４６として照射し、コア４１の近傍のクラッド４２の屈折率を増大させる。ここでは、例えば、図６（ｄ）に示すモードフィールド４７の径が１０μｍとなるように、レーザ光２７の平均パワーを設定する。この時、集光点が光ファイバ端面から徐々にクラッド４２の内部になるように、光ファイバアレイ２１をレーザ光軸方向に連続的に動かしていき、屈折率が増大された領域が光ファイバ端面から数百μｍ程度内部、例えば、５００μｍまで形成されることが好ましい。
【００３８】
次いで、図６（ｄ）に示すように、上述のレーザの調整と照射を他の光ファイバに対しても順次行い、光ファイバアレイ内の全ての光ファイバのコア４１の位置をコアの設計位置４５に近付ける。最後に、光ファイバアレイ２１の端面を研磨し、レーザ光２７による光ファイバ端面の損傷などを除去する。
【００３９】
以上の方法で説明した光ファイバアレイは、各光ファイバのモードフィールド径が１０μｍで、従来方法の光ファイバアレイよりもコア位置が設計位置に近い。そのため、この光ファイバアレイを用いることで、光導波路等との接続において、コア位置ずれによる損失を低減でき、光モジュール等の低電力化に貢献できる。
【００４０】
ここで、実施例１を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）複数の光ファイバを固定基板に整列固定する工程と、固定された前記光ファイバの端面に垂直に、前記光ファイバのコアの設計位置にレーザ光のスポット中心が位置するように前記レーザ光を集中して照射して、前記レーザ光の照射位置のクラッドの屈折率を増大させることによってコア位置を設計位置に近付けるレーザ光照射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。
（付記２）前記レーザ光照射工程において、前記光ファイバの端面と前記スポット中心の焦点位置との距離が連続的に近接するように前記光ファイバの端面を移動させながらレーザ光を照射して前記光ファイバの端面から内部までクラッドの屈折率を増大させることを特徴とする付記１に記載の光ファイバアレイの製造方法。
（付記３）前記クラッドの屈折率を増大させる範囲が、前記端面から５００μｍ以下の範囲であることを特徴とする付記１または付記２に記載の光ファイバアレイの製造方法。
（付記４）前記レーザ光の照射により、照射後のモードフィールド径が照射前のモードフィールド径より拡大していることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載の光ファイバアレイの製造方法。
（付記５）前記レーザ光のスポットのピークパワー強度が、１０５Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１に記載の光ファイバアレイの製造方法。
（付記６）前記レーザ光が、パルス幅が２０ｆ秒乃至３００ｆ秒の超短パルスレーザ光であることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の光ファイバアレイの製造方法。
（付記７）前記光ファイバの前記レーザ光の照射前のモードフィールド径が、５μｍ以下であることを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１に記載の光ファイバアレイの製造方法。
（付記８）整列固定された複数の光ファイバの端面にレーザ光を照射するレーザと、前記レーザ光を集光する集光レンズと、前記レーザ光のスポット中心を前記各光ファイバのコアの設計位置として、前記光ファイバの端面に垂直にレーザ光を照射するように前記光ファイバの位置と角度を調整する移動ステージと、前記移動ステージの移動を制御する制御コントローラとを有することを特徴とする光ファイバアレイ製造装置。
（付記９）前記各光ファイバの端面におけるコア位置と前記レーザ光の照射位置とを観察する撮像装置を備えていることを特徴とする付記８に記載の光ファイバアレイ製造装置。
（付記１０）複数の光ファイバと前記複数の光ファイバを整列固定する固定基板とを備え、前記各光ファイバのコアの中心位置が所定の誤差内に整列しており、且つ、前記各光ファイバの端面を含む端面近傍におけるモードフィールド径が５μｍより大きく、端面近傍以外の部分のモードフィールド径が５μｍ以下であり、端面を含む端面近傍におけるモードフィールドのクラッドの中心に対する偏心位置と、端面近傍以外の部分におけるコアのクラッドの中心に対する偏心位置とが異なっていることを特徴とする光ファイバアレイ。
【符号の説明】
【００４１】
１  コア
２  モードフィールド
３  クラッド
４  コアの設計位置
５  レーザ光のスポット
６  モードフィールド
１１  光ファイバ
１２  固定基板
１３  平板
１４  移動ステージ
１５  レーザ
１６  集光レンズ
１７  レーザ光
１８  ビームスプリッタ
１９  観察装置
２１  光ファイバアレイ
２２  Ｖ溝基板
２３  平板
２４  ６軸自動ステージ
２５  ステージ制御コントローラ
２６  超短パルスレーザ
２７  レーザ光
２８  集光レンズ
２９  ビームスプリッタ
３０  レーザコントローラ
３１  撮像装置
３２  コンピュータ
３３  ＬＥＤ光源
４０  光ファイバ
４１  コア
４２  クラッド  
４３  基準点
４４  基準線
４５  コアの設計位置
４６  レーザ光スポット
４７  モードフィールド
６１  光ファイバ素線部
６２  コア
６３  クラッド
６４  被覆部
７１  Ｖ溝基板
７２  ガラス平板
７３  接着剤
７４  保護用接着剤
７５  コア設計位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015232627.tif 000008
【図７】
2015232627.tif 000009
【図８】
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