(57)【要約】【課題】単にフェルールに設けた素子体実装溝内に磁石を備えた光学素子体を接着剤で充填固定した光デバイスの構成では、素子体実装溝に光学素子体を接着剤で充填固定した際に、接着剤の硬化収縮による応力が作用することで光学素子体を構成している光学素子の偏光子、検光子、及びファラデー回転子へ硬化収縮時の応力が角稜に集中的に加わるため、これが原因となって光学素子の面内特性が劣化し、光デバイスの光学特性が劣化する問題があった。これを考慮して一回り大きなサイズの光学素子体を使用せざるを得なく、小型化・安価の実現に向けて支障をきたしていた。【解決手段】本発明の光デバイスは、光導波体を備えた保護体に、上記光導波体を分断する素子体実装溝を形成し、該素子体実装溝に円形状の光学素子を載置するとともに接着剤を充填固定して上記光導波体と光学素子とを光学的に接続したことを特徴とする。【選択図】図１
2004233469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波体を備えた保護体に、上記光導波体を分断する素子体実装溝を形成し、該素子体実装溝に円形状の光学素子を載置するとともに接着剤を充填固定して上記光導波体と光学素子とを光学的に接続したことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
上記光導波体が少なくともコアレスファイバまたはモードフィールド径がシングルモードファイバより大きな光ファイバからなることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信機器や光計測用センサー等に好適に適用され、光ファイバと光アイソレータ等の光学素子体とを光結合（光接続）させた光デバイスに関し、特にこの光デバイスの応力緩和構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光技術の発達と共に、光通信や光計測等の分野において、光ファイバを用いた光信号や光エネルギーの伝送手段が盛んに利用されている。このようなシステムでは、光源や受光器、波長フィルタやセンシングのための光学素子、及び光ファイバを光結合させる必要がある。
【０００３】
そして、波長フィルタやセンシングのための光学素子を光ファイバの伝送路中に挿入する場合は結合損失を極小にし、かつこの結合状態を外力の影響なく保持しなければならない。また、光学素子を光ファイバの伝送路中に挿入した光デバイスの小型化の要求により、光学素子と光ファイバの結合部をできるだけ小型化しなければならない。
【０００４】
以下に、光ファイバと光アイソレータ等の磁石を備えた光学素子（以下、光学素子体ともいう）とを光結合（光接続）させた光デバイスの一例について説明する。
【０００５】
まず、図３に模式的な断面図（光軸を含む面で切断した断面図）にて示すような光導波体Ｆ１を作製する。すなわち、第１シングルモードファイバ２ａ（以下、「シングルモードファイバ」を「ＳＭファイバ」ともいう）の一端に第１グレーデッドインデックスファイバ３ａ（以下、「グレーデッドインデックスファイバ」を「ＧＩファイバ」ともいう）の一端を接続し、この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、焦点距離調節用のコアレスファイバ４の一端を接続し、さらにこのコアレスファイバ４の他端に第２ＧＩファイバ３ｂの一端を接続し、この第２ＧＩファイバ３ｂの他端に第２ＳＭファイバ２ｂの一端を接続して光導波体Ｆ１とする。
【０００６】
次に、図４（ａ）、（ｂ）に模式的な断面図にて示すように、前記光導波体Ｆ１を保護体１の貫通孔内に配設し、この光導波体Ｆ１の一部であるコアレスファイバ４を分断する素子体実装溝７を形成して、コアレスファイバ４を第１コアレスファイバ４ａ，  第２コアレスファイバ４ｂに分離して、光デバイスＭ２とする。
【０００７】
そして、図５（ａ）に拡大断面図を，図５（ｂ）に正面図をそれぞれ示すように、偏光子１０及び検光子１１の間に配置されたファラデー回転子１２からなる光学素子体Ｋ２を、ファラデー回転子１２に磁界を与える２つの磁石１４とで構成した光学ブロック体Ｂ２を作製し、図４（ｂ）に示す素子体実装溝７内にこの光学ブロック体Ｂ２を載置し、接着剤８で充填固定して光デバイスＭ３とする。
【０００８】
なお、図４（ａ）、（ｂ）に示したＰ１は光入射側を示し、Ｐ２は光出射側を示す。
【０００９】
このような光デバイスＭ３においては、光学ブロック体Ｂ２とコアレスファイバ４の光学調芯が不要で、保護体１内に全ての構成部品が固定され、さらに第１及び第２コアレスファイバ４ａ，４ｂが空気（屈折率：ｎ＝１）より高い屈折率を有し、ビームの広がりが少ないため、結合効率を高くできる上に、小型でしかも安価に作製が可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光デバイスＭ３の構成では、素子体実装溝７に光学ブロック体Ｂ２を載置し、接着剤８を充填して固定した際に、接着剤８の硬化収縮による応力が生じ、光学ブロック体Ｂ２を構成している光学素子体Ｋ２の偏光子１０、検光子１１、及びファラデー回転子１２が角型であるため、その角稜に集中的に応力が加わる。これが原因となって光学素子体Ｋ２の面内特性の劣化を招き、ひいては光デバイスＭ３の光学特性が劣化してしまうという問題があった。また、このため、この光学特性の劣化を考慮して一回り大きなサイズの光学素子体を使用せざるを得なく、小型化・安価の実現に向けて支障をきたすという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光デバイスは、光導波体を備えた保護体に、上記光導波体を分断する素子体実装溝を形成し、該素子体実装溝に円形状の光学素子を載置するとともに接着剤を充填固定して上記光導波体と光学素子とを光学的に接続したことを特徴とする。
【００１２】
また、上記光導波体が少なくともコアレスファイバまたはモードフィールド径がシングルモードファイバより大きな光ファイバからなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光デバイスの実施形態を模式的に示した図面に基づいて詳細に説明する。図１に本発明の光デバイスＭ１の光軸を含む面で切断した断面図を模式的に示す。また、図２（ａ）に光デバイスＭ１を構成する光学ブロック体Ｂ１の拡大断面図を、図２（ｂ）に光学ブロック体Ｂ１の光出射端における正面図を示す。
【００１４】
図３にて既に説明したように、まず、光波導体Ｆ１を作製する。すなわち、モードフィールド径（以下、ＭＦＤともいう）が１０μｍ程度の光伝送用の第１ＳＭファイバ２ａの一端に、これと直径がほぼ同一の第１ＧＩファイバ３ａの一端を接続し、この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、これと直径がほぼ同一で焦点距離調節用のコアレスファイバ４（または第一ＧＩファイバ３ａを光が伝搬することにより拡大されたＭＦＤを安定させるための大口径ＳＭファイバ）を接続し、さらに、このコアレスファイバ４（または大口径ＳＭファイバ）の他端に第１ＧＩファイバ３ａと同様な第２ＧＩファイバ３ｂの一端を接続し、この第２ＧＩファイバ３ｂの他端に第１ＳＭファイバ２ａと同様な第２ＳＭファイバ２ｂの一端を接続して、全体で１本の光導波体Ｆ１を作製する。
【００１５】
次に、図４（ａ）に示すように、この光導波体Ｆ１を例えばジルコニア等のセラミックスから成る筒状保護体である保護体１の貫通孔の内部に配設し、コアレスファイバ４を分断して、第１及び第２コアレスファイバ４ａ，４ｂに分離する素子体実装溝７を形成する。
【００１６】
そして、図２に示される偏光子１０及び検光子１１と、偏光子１０と検光子１１の間に配置されたファラデー回転子１２からなる光学素子体Ｋ１の外周に配設された磁石１３を有する光アイソレータである光学ブロック体Ｂ１を、図１に示すように素子体実装溝７内に載置し、隙間に接着剤８を充填して固定する。
【００１７】
ここで図２（ｂ）に示すように、光学素子を円形状とすることで、接着剤８の硬化時における応力集中を防止することができる。
【００１８】
なお、円形状とは、完全な円形だけではなく、楕円や長円など、角稜のないなめらかな外周面を有するものを含むものである。
【００１９】
このような円形状の光学素子を複数互いに貼り合わせることにより、光学素子体Ｋ１を得ることができる。
【００２０】
貼り合わせはエポキシ系樹脂やアクリル系紫外線硬化樹脂、ホットメルト系樹脂等の接着剤に限らず、光学素子を互いに密着させることができる手段であればよいが、光学素子に応力が掛からず、また、光学的損失が生じないことが好ましい。
【００２１】
また、光学ブロック体Ｂ１において、偏光子１０及び検光子１１は結合効率の優れた熱吸収型の薄い平板状のものを用いることが望ましいが、楔形状、凹形状、凸形状等の平板以外の形状としてもよい。なお、光学素子体Ｋ１は所望の光学特性（アイソレーション、挿入損失）が得られるのであれば、これら偏光子１０及び検光子１１の代わりに複屈折板を用いたサーキュレータを構成してもよい。
【００２２】
また、磁石１３は特に図１の素子体実装溝７に充填される接着剤８の量を極力少なくし、接着剤８の硬化収縮により保護体１の湾曲を防止できるように、光学素子体Ｋ１の外周側面に配設させ、光学素子体Ｋ１の少なくとも上面を含む外周側面を包囲することが好ましい。本実施形態では、図２に示すように偏光子１０、検光子１１、及びファラデー回転子１２で構成された円形状の光学素子体Ｋ１の外周側面を包囲するようにしているが、磁石１３の形状は前記以外に光学素子体Ｋ１を構成する光学素子の少なくとも上面を含む外周側面を包囲できる形状であれば、１つの開口部を有する馬蹄形状や半円形状等でもよい。
【００２３】
さらに、磁石１３は一体的に構成されているので、作製の容易性及び十分な磁界エネルギー特性を有する点で望ましい。なお、磁石材料としてサマリウム−コバルト系や鉄‐ネオジウム−ボロン系などのエネルギー積が大きな材料を使用すれば、小型化等の点で好ましい。また、プラスチック磁石を用いることで、光学ブロック体Ｂ１を一体成形で安価に製造できるメリットがある。
【００２４】
また、光導波体Ｆ１を分断する素子体実装溝７の加工形状を楕円形状やＶ溝形状にすることにより、円形状をした光学素子体Ｋ１の位置決めを容易にすることが可能となる。
【００２５】
ここで、保護体１をなすフェルールはセラミックス以外に、所望の特性が得られれば金属、ガラス、モールド樹脂等であってもよい。またファラデー回転子１２には磁石不要型を使用してもよい。その際に、磁石１３には安価な金属の筒状部材を代替えとして使用してもよいし、所望の特性が得られれば前記筒状部材を使用しなくてもかまわない。
【００２６】
また、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ，３ｂは、ファイバの中心軸から離れるにしたがって徐々に屈折率が下がる軸対称の屈折率分布を持つ光ファイバである。ほとんどのＧＩファイバは、ほぼ２乗の屈折率分布を持ちレンズ効果を有するため、適当な屈折率分布のＧＩファイバを適当な長さで用いれば、好適な結合光学系を構成することができる。
【００２７】
ＧＩファイバの端面に点光源がある場合に、コリメート光にする条件は、ＧＩファイバの長さが光線軌跡の４分の１周期になる長さ（光線の周期に対応させてピッチ（Ｐ）で表すとＰ＝０．２５）であるが、実際に第１ＧＩファイバ３ａと第２ＧＩファイバ３ｂとの結合効率が最も高くなるのは、第１ＧＩファイバ３ａの端面と対向する第２ＧＩファイバ３ｂのビームウェスト位置が一致するときである。
【００２８】
ここでビームウェスト位置とは基本モードのガウスビームで、等位相面の曲率がゼロの波面で、ビーム径が最小となる点のことである。
【００２９】
Ｐ＝０．２５におけるビームウェスト位置は、ＧＩファイバの出射端面に位置することになり、第１ＧＩファイバ３ａ−第２ＧＩファイバ３ｂ間に光学素子体Ｋ１を挿入する場合は、ＧＩファイバの端面とビームウェストの位置は一致しない。そのため、ＧＩファイバの出射端面から離れた位置にビームウェストを形成するためには、４分の１周期になる長さよりも長く（Ｐ＞０．２５）する条件が必要になる。そこで、第１及び第２コアレスファイバ４ａ，４ｂの長さは、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ，３ｂによるビームスポットが中央で一致するように調整されている。光導波体Ｆ１は１本の光ファイバであり、これを固定したまま分断して２本の光ファイバ間の軸ズレを防止することができる。また、この方が単に第１及び第２ＳＭファイバ２ａ，２ｂどうしを対向させた場合よりも結合効率が良い。
【００３０】
光デバイスＭ１の一端Ｐ１端から入射された光信号は、先端に集光機能を有する第１ＳＭファイバ２ａを伝搬し、第１ＧＩファイバ３ａにてビーム径が拡大され、第１コアレスファイバ４ａから出射される。そして、素子体実装溝７に配置された光学ブロック体Ｂ１を通過して、第２コアレスファイバ４ｂに入射され、第２ＧＩファイバ３ｂにて集光され、第２ＳＭファイバ２ｂを介して他端Ｐ２から外部へ出射される。
【００３１】
一方、第２ＳＭファイバ２ｂからの戻り光は、光アイソレータである光学ブロック体Ｂ１により遮断され、第１コアレスファイバ４ａに入射されることが極力防止される。
【００３２】
かくして、本発明の光デバイスＭ１によれば、保護体１内に光導波体Ｆ１を設け、この光導波体Ｆ１を分断する素子体実装溝７内に光学素子体Ｋ１を接着剤８で充填固定する構成において、前記素子体実装溝７に実装される光学素子体Ｋ１の断面形状が円形状であることにより、接着剤の硬化収縮により光学素子体Ｋ１に発生する応力を一様に分散させることが可能となる。したがって、応力が局所的に集中することがなく光学素子の有効領域にて安定した光学特性が得られ、信頼性に優れた光デバイスを供給できる。また、光学素子体Ｋ１の外周側面に配置される磁石１３を例えば安価な金属の筒状部材に変更することにより、光デバイスＭ１の低コストでの供給が実現可能となる。
【００３３】
なお、本発明の実施形態は前述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明をより具体化した実施例について説明する。
【００３５】
まず図３に示すように、ＭＦＤが約１０μｍの石英系の第１ＳＭファイバ２ａの先端に、クラッドとコアの屈折率差Δが０．８５％、コア径が約１０５μｍの第１ＧＩファイバ３ａを放電による融着加工で接続し、約７８０μｍの長さにカットした後、この第１ＧＩファイバ３ａの他端に、ｎ＝１．４６の屈折率を持つコアレスファイバ４を放電による融着加工で接続し、１６００μｍの長さにカットし、さらにコアレスファイバ４の他端に第１ＧＩファイバ３ａと同様な第２ＧＩファイバ３ｂ、第１ＳＭファイバ２ａと同様な第２ＳＭファイバ２ｂを、この順で融着接続して光導波体Ｆ１を作製した。
【００３６】
次に、図１に示すように、この光導波体Ｆ１を直径約１．２５ｍｍのジルコニアフェルールである保護体１の内部にエポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定し、コアレスファイバ４を分断して第１及び第２コアレスファイバ４ａ，４ｂに分離するために、素子体実装溝７（幅９００μｍ、深さ８００μｍ）をダイサーにより切削加工で形成した。
【００３７】
そして、厚さ８５０μｍの光アイソレータである光学素子体Ｋ１を適当な磁界を与えながら、偏光子１０、検光子１１、ファラデー回転子１２を適当な特性が得られるように光学調整して、エポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定して直径０．５ｍｍの光学素子体Ｋ１とした。
【００３８】
さらに磁石１３とエポキシ系樹脂の熱硬化型接着剤で固定した後に、素子体実装溝７に設置した。その後、この光学素子体Ｋ１を透光性のエポキシ系樹脂である紫外線硬化型接着剤８で固定して光デバイスＭ１を作製した。ここで、光デバイスＭ１に搭載した磁石１３は材質サマリウムコバルトで、内径φ０．５５ｍｍ、外径φ１．０ｍｍ、高さ１．０ｍｍの筒形状を使用した。
【００３９】
また、面内の光学特性確認用として、光学素子体Ｋ１の固定位置を基準位置から左右方向に０．１、０．１５、０．２ｍｍ、素子体実装溝７の上方へ０．１ｍｍ、０．２ｍｍズラした光デバイスＭ１を作成した。
【００４０】
また同時に、比較例として同様な手順にて、縦０．７ｍｍ、横０．６ｍｍの角型の光学素子体Ｋ２を用いた光デバイスＭ３を作製した。この際、磁石１４には材質サマリウムコバルトで縦０．８ｍｍ、横０．３ｍｍ、奥行き１．０ｍｍを使用した。
【００４１】
次に、このようにして作製した光デバイスＭ１，Ｍ３の各光学特性の面内分布の評価結果を下記に示す。サンプル数Ｎ＝３にて、挿入損失およびアイソレーションの測定を、光伸光学（株）社製ＴＵＮＡＢＬＥ  ＬＤＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥ（型番ＬＳ―６０１Ａ）を光源として用い、ＨＥＷＬＥＴＴ  ＰＡＣＫＡＲＤ社製のディテクター（型番８１５３Ａ）を組み合わせて光学評価系を構築して測定を行った。
【００４２】
結果は表１に示すとおりである。
【００４３】
【表１】
2004233469.tif 000003
【００４４】
表１に示す様に、本発明の光デバイスＭ１における挿入損失，アイソレーションの各平均は０．４１ｄＢ、４３．２ｄＢとなり、比較例の光デバイスＭ３の各平均０．４７ｄＢ、３２．８ｄＢに対して格段に改善されていることを確認し、挿入損失及びアイソレーションといった光学特性が、使用上全く問題のないレベルの特性であったことを確認した。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光デバイスによれば、光導波体を備えた保護体に、上記光導波体を分断する素子体実装溝を形成し、該素子体実装溝に円形状の光学素子を載置するとともに接着剤を充填固定して光学的に接続したことにより、工学素子の面内で安定した光学特性が得られ、信頼性に優れた光デバイスを供給できる。
【００４６】
また、光学素子体の小型化がはかられ光デバイスの低コストでの供給が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光デバイスの実施形態を模式的に説明する断面図である。
【図２】図１における光デバイスを構成する光学素子体を模式的に説明する図であり、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】本発明の光デバイスに用いる光導波体を模式的に説明する側面図である。
【図４】従来の光デバイスを模式的に説明する断面図であり、（ａ）は素子体実装溝加工断面図、（ｂ）は光学素子体実装断面図である。
【図５】図４における光デバイスを構成する従来の光学素子体を模式的に説明する図であり、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１：保護体
２ａ：第１ＳＭファイバ
２ｂ：第２ＳＭファイバ
３ａ：第１ＧＩファイバ
３ｂ：第２ＧＩファイバ
４：コアレスファイバ
４ａ：第１コアレスファイバ
４ｂ：第２コアレスファイバ
７：素子体実装溝
８：接着剤
１０：偏光子
１１：検光子
１２：ファラデー回転子
１３，１４：磁石
Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３：光デバイス
Ｆ１：光導波体
Ｋ１、Ｋ２：光学素子体
Ｂ１、Ｂ２：光学ブロック体
【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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