(57)【要約】【課題】光ファイバと光デバイスを簡単な作業により容易に且つ損失なく結合させる。【解決手段】光ファイバ２の少なくとも一端側の端面において、擂り鉢状の凹部８がコア部３の端面３ａを底面として形成されるように、クラッド部４の端面４ａにテーパ面５を形成する。そして、この光ファイバ２を結合させる光デバイス側にも同様の擂り鉢状の結合部分を形成し、光ファイバ２のテーパ面５を形成した側の端部を光デバイスの上記結合部分に挿入して位置決めを行う。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部とクラッド部から成る光ファイバの少なくとも一端側の端面において、擂り鉢状の凹部がコア部の端面を底面として形成されるようにクラッド部の端面にテーパ面を形成し、前記テーパ面に光学薄膜を設けたことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
クラッド部のテーパ面を形成した側の先端に偏光子を設けたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
クラッド部のテーパ面を形成した側の端部の外周部分に肉盛りを施したことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ。
【請求項４】
クラッド部のテーパ面を形成した側の端部の外周面に、端側に近付くほど光ファイバの中心軸側に近付くようなテーパ角を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の光ファイバ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の光ファイバと光デバイスとを一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めして固定する光ファイバと光デバイスの結合構造であって、光デバイスに光ファイバの端部が挿入される結合部分を凹設し、前記結合部分の内面に光学薄膜を設けたことを特徴とする光ファイバと光デバイスの結合構造。
【請求項６】
請求項４記載の光ファイバと光デバイスとを一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めして固定する光ファイバと光デバイスの結合構造であって、光ファイバの端部が挿入される光デバイスの結合部分を、開口側ほど大径となるようなテーパ角を有する凹形状に形成し、前記結合部分の内面に光学薄膜を設け、光ファイバのクラッド部の外周面に設けたテーパ角と、光デバイスの結合部分のテーパ角とを、一致させたことを特徴とする光ファイバと光デバイスの結合構造。
【請求項７】
レーザ光を吸収する金属キャピラリーを光ファイバの端部に被覆することで、光ファイバの端部と光デバイスの結合部分との間に前記金属キャピラリーを介在させたことを特徴とする請求項５又は６記載の光ファイバと光デバイスの結合構造。
【請求項８】
請求項７記載の光ファイバと光デバイスの結合構造を用いて行う光ファイバと光デバイスの結合方法であって、金属キャピラリーを介して光ファイバの端部を光デバイスの結合部分に位置決めした後に、金属キャピラリーと光デバイスとの境界部分に両者に亘るマーキングを行い、その後に光ファイバと光デバイスを固着することを特徴とする光ファイバと光デバイスの結合方法。
【請求項９】
光ファイバと光デバイスの固着前後におけるマーキング部分の変化を観察することで、光ファイバと光デバイスの光軸ずれを検出することを特徴とする請求項８記載の光ファイバと光デバイスの結合方法。
【請求項１０】
検出した光軸ずれに応じて、金属キャピラリーにレーザ光を照射して光軸調芯を行うことを特徴とする請求項９記載の光ファイバと光デバイスの結合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバと光デバイスとの結合に関し、詳しくは、光ファイバの端部形状や光デバイスとの結合構造や結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光スプリッターや光スイッチといった光デバイスに光ファイバを結合させる際には、両者の光軸調芯を正確に行って損失を最小限に抑制することが重要となる。これに対して、従来の一般的な方法のように例えば単に光ファイバを溝部に配設するだけで位置決めを行っていたのでは加工寸法のばらつきや固定時に生じる光軸ずれ等によって損失が生じるといった問題があり、また、例えばアクティブアライメント法を用いて精密な位置決めを行っていたのでは作業に手間がかかってコストも高くつくといった問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な作業により容易に且つ損失なく結合させることを可能とする為の端部形状を備えた光ファイバや、光ファイバと光デバイスの結合構造や、光ファイバと光デバイスの結合方法を提供することを課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る光ファイバ２を、コア部３とクラッド部４から成る光ファイバ２の少なくとも一端側の端面において、擂り鉢状の凹部８がコア部３の端面３ａを底面として形成されるようにクラッド部４の端面４ａにテーパ面５を形成し、前記テーパ面５に光学薄膜６を設けたことを特徴とする光ファイバ２とする。このような擂り鉢状の凹部８を形成したことで、コア部３の端面３ａにはテーパ角がなく且つクラッド部４の端面４ａにはテーパ角がある形状となって、光ファイバ２から出射する光が広範に拡散することを防止することができ、更に、光学薄膜６を設けていることで凹部８内での光の損失を防止することができるので、光ファイバ２を損失なく結合させるのに都合が良い。
【０００５】
また、上記光ファイバ２において、クラッド部４のテーパ面５を形成した側の端部に偏光子３０を設けることも好ましく、このようにすることで、反射光の影響により誤作動等が生じることを回避することができる。
【０００６】
また、上記光ファイバ２において、クラッド部４のテーパ面５を形成した側の端部の外周部分に肉盛りを施すことも好ましく、このようにすることで、強度保持による端部の安定化を図ることができる。
【０００７】
また、上記光ファイバ２において、クラッド部４のテーパ面５を形成した側の端部の外周面に、端側に近付くほど光ファイバ２の中心軸側に近付くようなテーパ角αを設けることも好ましく、このようにすることで、光ファイバ２の端部を所定箇所に挿入して結合させる際に、作業が容易となる。
【０００８】
また、本願発明に係る光ファイバ２と光デバイス１の結合構造を、上記光ファイバ２と光デバイス１とを一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めして固定する光ファイバ２と光デバイス１の結合構造であって、光デバイス１に光ファイバ２の端部が挿入される結合部分２６を凹設し、前記結合部分２６の内面に光学薄膜２８を設けることを特徴としたものとすることも好ましい。このようにすることで、結合状態にある光ファイバ２と光デバイス１との間に、光ファイバ２の凹部８と光デバイス１の結合部分２６とから中空部分１０が形成されることとなり、この中空部分１０が光学薄膜６，２８で覆われることから、特に軸合わせを行わずとも光ファイバ２と光デバイス１との間で中空部分１０を介して損失無く光が導波されるものとなる。
【０００９】
また、本願発明に係る光ファイバ２と光デバイス１の結合構造を、テーパ角αを設けた上記光ファイバ２と光デバイス１とを一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めして固定する光ファイバ２と光デバイス１の結合構造であって、光ファイバ２の端部が挿入される光デバイス１の結合部分２６を、開口側ほど大径となるようなテーパ角βを有する凹形状に形成し、前記結合部分２６の内面に光学薄膜２８を設け、光ファイバ２のクラッド部４の外周面に設けたテーパ角αと、光デバイス１の結合部分２６のテーパ角βとを、一致させることを特徴としたものとすることも好ましい。このようにすることで、光ファイバ２の凹部８と光デバイス１の結合部分２６とから形成される、光学薄膜６，２８で覆われた中空部分１０を介して、特に軸合わせを行わずとも光ファイバ２と光デバイス１との間で損失無く光が導波されるものとなり、更に、テーパ角α，βの一致により、結合時の光ファイバ２と光デバイス１の密着度が良好なものとなる。
【００１０】
また、光ファイバ２と光デバイス１の上記結合構造において、レーザ光１４を吸収する金属キャピラリー１１を光ファイバ２の端部に被覆することで、光ファイバ２の端部と光デバイス１の結合部分２６との間に前記金属キャピラリー１１を介在させることも好ましく、このようにすることで、光ファイバ２と光デバイス１を固着した後であってもレーザ光１４の照射によって金属キャピラリー１１を変形させて光軸調芯を行うことができる。
【００１１】
また、本願発明に係る光ファイバ２と光デバイス１の結合方法を、光ファイバ２と光デバイス１の上記結合構造を用いて行う光ファイバ２と光デバイス１の結合方法であって、金属キャピラリー１１を介して光ファイバ２の端部を光デバイス１の結合部分２６に位置決めした後に、金属キャピラリー１１と光デバイス１との境界部分に両者に亘るマーキングを行い、その後に光ファイバ２と光デバイス１を固着することを特徴としたものとすることも好ましい。このようにすることで、マーキングを行った部分の固着前後の変化によって、光軸ずれの有無を知ることができる。
【００１２】
また、光ファイバ２と光デバイス１の上記結合方法において、光ファイバ２と光デバイス１の固着前後におけるマーキング部分１５の変化を観察することで、光ファイバ２と光デバイス１の光軸ずれを検出することも好ましく、このようにすることで、光軸のずれ方向やずれ量といった情報を確実に把握することができる。
【００１３】
また、光ファイバ２と光デバイス１の上記結合方法において、検出した光軸ずれに応じて、金属キャピラリー１１にレーザ光１４を照射して光軸調芯を行うことも好ましく、このようにすることで、固着後の光軸ずれを的確に補正することができ、更に高精度に損失無く光が導波されるものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明の実施の形態における一例の光ファイバ２を示している。光ファイバ２は、細長の円柱状を成すコア部３の外周を略均一厚のクラッド部４で被覆して形成されるものであって、コア部３とクラッド部４とで反射率の異なる材料を用いることで一端側に入射した光がコア部３内を導波されて他端側から出射するものである。そして、本例においては特徴的な構成として、光ファイバ２の少なくとも一端側の端面において、擂り鉢状の凹部８がコア部３の端面３ａを底面として形成されるようにクラッド部４の端面４ａにテーパ面５を形成している。
【００１６】
具体的には、光ファイバ２のクラッド部４の端部だけをテーパ角を設定して凹状に加工することで、コア部３の端面３ａの外周縁と接して半径方向に形成されるクラッド部４の端面４ａに、コア部３から光ファイバ２の中心軸方向に遠ざかる程にコア部３から半径方向に遠ざかるようなテーパ面５を形成し、且つ、コア部３の端部３ａにはテーパ面を形成しないことで、光ファイバ２の端部を全体として先端側から見て円錐型にエッチングしたような凹部形状にしている。
【００１７】
また、前記テーパ面５には、例えばＡｌやＡｇといった１．３〜１．５ｎｍの波長の光に対して反射率の高い金属から成る光学薄膜６を設けており、凹部８の光学薄膜６に囲まれる中空部分を、光ファイバ側中空光導波路９としている。
【００１８】
光ファイバ２のクラッド部４において、上記テーパ面５を形成した側（以下、先端加工側という）の端部の外周部分には、テーパ面５の形成により薄肉となる個所に肉盛りを施すように、全周に亘って肉盛部７を形成している。なお、この肉盛部７の外周面７ａ（即ちクラッド部４の先端加工側の端部の外周面）には、端側に近付くほど光ファイバ２の中心軸側に近付くようなテーパ角αを設けて、肉盛部７の外周面７ａの全周が端側ほど小さくなるようにしている。
【００１９】
図２には、本発明の実施の形態における一例の光デバイス１を示している。本例の光デバイス１は、光ファイバ２と同様の反射率の異なるクラッド部２０とコア部２１から成るポリマー光導波路基板２２であり、図示のようにコア部２１を途中二手に分岐させて、分岐した側の一対の端部を出力側第１端部２４、出力側第２端部２５として逆側の端部を入力側端部２３とすれば、入力側端部２３に入射した光を出力側第１端部２４と出力側第２端部２５とから分光して出射させる場合にはスプリッターとしての機能を果たし、例えばスイッチオフ時には出力側第１端部２４から出射させてスイッチオン時には出力側第２端部２５から出射させる場合には光スイッチとしての機能を果たすものである。尚、ここでの光の波長は１３１０、１５５０ｎｍである。
【００２０】
図３には、上記ポリマー光導波路基板２２における光ファイバ２との結合部分２６を示している。この結合部分２６は、ポリマー光導波路基板２２のクラッド部２０の端面２０ａにおいてコア部２１の上記入力側端部２３や出力側第１，第２端部２４，２５等の端面（以下、これらを代表して端面Ａという）の周囲部分を凹設して、内部にコア部２１の端面Ａが露出するように形成したものである。結合部分２６の具体的形状は光ファイバ２の端部に設けた凹形状と略同様であって、コア部２１の端面Ａはテーパ面とせず、且つ、このコア部２１の端面Ａが底面となる擂り鉢状の凹部が形成されるようにクラッド部２０の端面にテーパ面２７を形成することで、全体として開口側ほど大径となるようなテーパ角βを有する凹形状に形成している。
【００２１】
また、結合部分２６の内面を構成する上記テーパ面２７には光ファイバ２の光学薄膜６と同様の光学薄膜２８を設けており、結合部分２６の光学薄膜２８に囲まれる中空部分を、光デバイス側中空光導波路２９としている。
【００２２】
次に、上記光ファイバ２と光デバイス１の結合構造及び方法について説明する。図４に示すように、光デバイス１であるポリマー光導波路基板２２の結合部分２６の開口縁を、光ファイバ２の先端加工側の端部外周縁よりも一まわり大きく形成しており、光ファイバ２の先端加工側をポリマー光導波路基板２２の結合部分２６内に挿入すると、嵌合により光ファイバ２のコア部３とポリマー光導波路基板２２のコア部２１とが同軸上に位置決めされるようになっている。そして、上記位置決め状態において、光ファイバ２のコア部３とポリマー光導波路基板２２のコア部２１との間には、光ファイバ側中空光導波路９と光デバイス側中空光導波路２９から成る中空部分１０が形成され、この中空部分１０の内面が前述の光学薄膜６，２８により覆われた状態になることから、光ファイバ２とポリマー光導波路基板２２との間で光軸ずれが生じていても、中空部分１０を介して光は損失なく導波される。
【００２３】
つまり、本例の結合構造においては、光ファイバ２とポリマー光導波路基板２２とを、特に軸合わせ作業を行わずとも一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めして固定することができるものである。
【００２４】
なお、本例においては光ファイバ２に肉盛部７を設けていることで端部の強度保持による安定化が図られており、加えて、この肉盛部７の外周面７ａにテーパ角αを設けたことでポリマー光導波路基板２２の結合部分２６への挿入による結合が容易となっている。更に、光ファイバ２のテーパ角αとポリマー光導波路基板２２のテーパ角βとを一致させた場合には、更に結合の密着度を向上させることができるものである。
【００２５】
また、図５に示すように、光ファイバ２の先端加工側の先端に、凹部８の開口を塞ぐように偏光子３０を設けても良く、この場合は、結合状態において中空部分１０内で光ファイバ側中空光導波路９側と光デバイス側中空光導波路２９側とを仕切るように偏光子３０が介在し、光ファイバ２とポリマー光導波路基板２２の間で生じる反射光の影響により誤作動等が生じることを回避することができる。
【００２６】
また、光ファイバ２の端部形状として、図６に示すように肉盛部７の外周面７ａにテーパ角αを設けないものであっても、更に、図７（ａ）、（ｂ）に示すように肉盛部７を形成しないものであっても、同様の結合構造により、光デバイス１に対して一方から他方に入射する光量が最大光量となる相対位置に位置決めして固定することができる。
【００２７】
次に、上記の位置決め及び固定後に更に光軸調芯を行う場合について説明する。この場合、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ステンレス等のレーザ光１４を吸収する材質から成る金属キャピラリー１１を光ファイバ２の先端加工側の端部に被覆しておき、この状態で光ファイバ２の先端加工側をポリマー光導波路基板２２の結合部分２６に挿入することで、金属キャピラリー１１の介在した状態で光ファイバ２の先端加工側の端部を結合部分２６内に位置決めする。そして、ＵＶ光で硬化する光学接着剤１２を金属キャピラリー１１と結合部分２６との間に塗布してＵＶ光を照射することで、金属キャピラリー１１を介して光ファイバ２の先端加工側の端部を結合部分２６に固着させる。
【００２８】
この固着時に生じる光軸ずれを調整するために、図９に示すように、まず上記位置決めを行った後に金属キャピラリー１１とポリマー光導波路基板２２との境界部分の複数箇所に両者に亘るマーキングを行い、その後に光ファイバ２とポリマー光導波路基板２２との上記固着を行う。そして、ＣＣＤカメラ等の撮影手段１３を用いて、マーキングにより複数形成したマーキング部分１５の固着前後の変化を観察することで、光ファイバ２とポリマー光導波路基板２２の固着後の光軸ずれ（光軸のずれ方向やずれ量等）を検出することができる。
【００２９】
そして、検出した光軸ずれに応じてレーザフォーミングによる光軸調芯を行うのであるが、このレーザフォーミングの原理は図１１（ａ）〜（ｃ）に示す通りである。つまり、レーザフォーミングの加工メカニズムは、ＴＧＭ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を利用したものであって、図１１（ａ）のように例えば金属板４０の表面４０ａにレーザ光１４を照射して厚み方向に温度勾配を有する温度分布（図中の斜線部）を生じさせると、表面４０ａ側と裏面４０ｂ側とがそれぞれの温度に応じて膨張することで金属板４０の全体が図１１（ｂ）に示すように表面４０ａ側が凸となるように屈曲する。このときに表面４０ａ側での引張り力で裏面４０ｂ側が塑性変形し、温度低下した後に裏面４０ｂ側の塑性変形が残存することで、結果として図１１（ｃ）に示すように裏面側４０ｂ側が凸となるように屈曲するものである。
【００３０】
上記原理のレーザフォーミングを用いた光軸調芯の様子を図１０に示している。この光軸調芯はレーザ光照射手段（図示せず）から金属キャピラリー１１にレーザ光１４を照射し、ＴＧＭを利用して金属キャピラリー１１を微小に変形させて行うものであり、検出した光軸ずれに応じて上記作業を行うことで、精密な光軸調芯が可能となるものである。
【００３１】
なお、本例の金属キャピラリー１１は円筒形状を成すものになっているが、円錐台形状等の他の形状であっても構わない。また、場合によっては金属キャピラリー１１の表面をコーティング材により黒色にしても良い。また、反射光の影響を回避するために、図８（ａ）のように金属キャピラリー１１の先端に偏光子３０を設けることも好適である。
【００３２】
【発明の効果】
上記のように請求項１記載の発明にあっては、擂り鉢状の凹部を形成したことで、コア部の端面にはテーパ角がなく且つクラッド部の端面にはテーパ角がある形状となって、光ファイバから出射する光が広範に拡散することを防止することができ、更に、光学薄膜を設けていることで凹部内での光の損失を防止することができるので、光ファイバを損失なく結合させるのに都合が良いものになるという効果がある。
【００３３】
また、請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明の効果に加えて、反射光の影響により誤作動等が生じることを回避することができるという効果がある。
【００３４】
また、請求項３記載の発明にあっては、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、強度保持による端部の安定化を図ることができるという効果がある。
【００３５】
また、請求項４記載の発明にあっては、請求項１〜３のいずれか記載の発明の効果に加えて、光ファイバの端部を所定箇所に挿入して結合させる際に、作業が容易となるという効果がある。
【００３６】
また、請求項５記載の発明にあっては、結合状態にある光ファイバと光デバイスとの間に、光ファイバの凹部と光デバイスの結合部分とから中空部分が形成されることとなり、この中空部分が光学薄膜で覆われることから、特に軸合わせを行わずとも光ファイバと光デバイスとの間で中空部分を介して損失無く光が導波されるという効果がある。
【００３７】
また、請求項６記載の発明にあっては、光ファイバの凹部と光デバイスの結合部分とから形成される、光学薄膜で覆われた中空部分を介して、特に軸合わせを行わずとも光ファイバと光デバイスとの間で損失無く光が導波され、更に、テーパ角の一致により結合時の光ファイバと光デバイスの密着度が良好になるという効果がある。
【００３８】
また、請求項７記載の発明にあっては、請求項５又は６記載の発明の効果に加えて、光ファイバと光デバイスを固着した後であってもレーザ光の照射によって金属キャピラリーを変形させて光軸調芯を行うことができるという効果がある。
【００３９】
また、請求項８記載の発明にあっては、固着前後のマーキング部分の変化によって光軸ずれの有無を知ることができるという効果がある。
【００４０】
また、請求項９記載の発明にあっては、請求項８記載の発明の効果に加えて、光軸のずれ方向やずれ量といった情報を確実に把握することができるという効果がある。
【００４１】
また、請求項１０記載の発明にあっては、請求項９記載の発明の効果に加えて、固着後の光軸ずれを的確に補正することができ、更に高精度に損失無く光が導波されるものにすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における一例の光ファイバを示す概略断面図である。
【図２】同上の光デバイスを示す説明図である。
【図３】同上の光デバイスを示す概略断面図である。
【図４】同上の光ファイバと光デバイスの結合方法を示す説明図である。
【図５】同上の光ファイバに偏光子を設けた場合を示す説明図である。
【図６】同上の光ファイバの外周面にテーパ角を設けない場合を示す概略断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は同上の光ファイバに肉盛部を設けない場合を示す説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は同上の金属キャピラリーを介在させる場合の結合方法を示す説明図である。
【図９】同上のマーキング部分の観察方法を示す説明図である。
【図１０】同上の固着後の光軸調芯方法を示す説明図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）はレーザフォーミングの原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１　光デバイス
２　光ファイバ
３　コア部
４　クラッド部
５　テーパ面
６　光学薄膜
８　凹部
１１　金属キャピラリー
１４　レーザ光
２６　結合部分
２８　光学薄膜
３０　偏光子
α　テーパ角
β　テーパ角
【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】
2004086050.tif 000008
【図７】
2004086050.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004086050.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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