(57)【要約】【課題】通常の光ファイバはその外径寸法に一定の公差を有するため、複数の光ファイバを束ねて光ファイバアレイを構成すると、光軸間距離にばらつきを生じる。本発明では、多本数の光ファイバを１次元または２次元に高精度かつ高密度で配列した光ファイバアレイを提供し、またこれを用いた組立の容易な光モジュールを提供する。【解決手段】本発明の光ファイバアレイは、複数本の光ファイバを、束ねるように互いに隣接する光ファイバを接触させて固定した光ファイバアレイである。本発明では、各光ファイバの少なくとも互いに接触する部分の外径を、液相エッチングにより他の部分の外径に比べて小さくする。これにより、配列した光ファイバの光軸間隔が５０〜１２０μｍでかつ高精度な光ファイバアレイが実現できる。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の光ファイバを、束ねるように互いに隣接する光ファイバを接触させて固定した光ファイバアレイにおいて、前記各光ファイバの少なくとも互いに接触する部分の外径が、その他の部分の外径に比べて小さいことを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項２】
前記光ファイバの外径が１２２μｍ以上１２８μｍ以下であり、前記光ファイバの少なくとも互いに接触する部分の外径は５０μｍ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。
【請求項３】
前記配列した光ファイバの軸間隔が５０μｍ以上１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバアレイ。
【請求項４】
前記光ファイバの少なくとも互いに接触する部分は、その他の部分の外径に比べて外径が小さくなるように液相化学エッチングによって加工されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光ファイバアレイ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバアレイにおける各光ファイバと、複数の光素子とを光学的に結合させたことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に光通信分野で使用される光ファイバアレイおよびそれを用いた光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信においては多数の光信号を並列的に処理することが必要とされる。このような場合、多数の光素子間を光ファイバで接続するために光ファイバアレイが用いられる。光ファイバの本数が増加すると、それぞれを個別に他の光素子と調芯、結合したのでは、作業が極めて煩雑になる。そこで、各光ファイバ先端を互いに高い位置精度で固定し、他の光素子との結合を容易にする光ファイバアレイは極めて有用である。
【０００３】
１次元配列の光ファイバアレイは、図８（ａ）に示すように、断面形状がＶ字状の溝（いわゆるＶ溝）５０を平板状基板５２に複数形成し、そこに光ファイバ２０を配列することによって形成される場合が多い（例えば、特許文献１参照）。各光ファイバ２０はＶ溝５０を形成した基板５２の上面に押え板５４を密着させることによって固定する。なお、各光ファイバの端面２０ａは通常、基板表面５２ａと面一になるよう研磨加工される。
【０００４】
さらに、複数本の光ファイバを縦方向および横方向に整列した２次元配列の光ファイバアレイは、図８（ｂ）に示すように上記のＶ溝５０を形成した基板５２を複数積層し、これに光ファイバ２０を並べることによって形成できる（特許文献２参照）。ただし下段の基板については、その直上の基板の底面を利用して光ファイバを固定することにより、押え板５４を省くことができる。
【０００５】
また、図９に示すように、平板状基板５８に円形断面の貫通孔６２を２次元配列し、これによって光ファイバ２０の先端を位置決めする光ファイバアレイも知られている（例えば、特許文献３参照）。貫通孔は、レーザ加工、ドリル等による機械加工、あるいはエッチング等の加工方法により形成される。上記Ｖ溝を形成した複数の基板を積層する必要がなく、単一の貫通孔アレイを有する１枚の基板によって光ファイバを位置決め固定することができる。
【０００６】
ところが貫通孔アレイ基板を用いて光ファイバを位置決めする上記従来の２次元光ファイバアレイでは、貫通孔の径と光ファイバの外径との差が生じ、これが光ファイバアレイの配列間隔の精度を悪化させる大きな要因となっていた。
【０００７】
そこで、貫通孔アレイを使用せずに光ファイバを高密度に２次元配列させるため、光ファイバ裸線を直接束ねて光ファイバアレイを製作した例が開示されている（特許文献４および５参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２２４０９７号公報
【特許文献２】
特開平１０−２０１４１号公報
【特許文献３】
特開平１０−２６８１４５号公報
【特許文献４】
特開平８−２２０３８２号公報
【特許文献５】
特開平８−２８６０８１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単一モード光ファイバの外径は日本工業規格（ＪＩＳ−Ｃ６８３５）にφ１２５±３μｍと定めてあるようにばらつきが許容されている。実際にはこの規格を十分満たす高精度のものが販売されているが、光ファイバの製造ロットが異なると光ファイバ径が変動することがある。このため、光ファイバ裸線を直接束ねて光ファイバアレイを形成した場合においても、光ファイバの光軸間隔にばらつきを生じてしまうという問題点がある。
【００１０】
また、近年の半導体デバイスと光ファイバの光結合においては、より配列間隔の小さい光ファイバアレイが求められている。しかし、Ｖ溝や貫通孔アレイを用いる場合はもちろん、光ファイバを直接束ねる場合でも、隣り合う光ファイバの光軸間隔はおよそ１２５μｍより小さくすることができない。
【００１１】
本発明は、このような従来技術に存在する問題に着目してなされたもので、その目的は多本数の光ファイバを１次元または２次元に高精度かつ高密度で配列した光ファイバアレイを提供し、さらにこれを用いて複数の光素子と光ファイバを結合する光モジュールを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバアレイは、複数本の光ファイバを、束ねるように互いに隣接する光ファイバを接触させて固定した光ファイバアレイである。上記目的を達成するため、この光ファイバアレイにおいて、各光ファイバの少なくとも互いに接触する部分の外径を、その他の部分の外径に比べて小さくする。
【００１３】
上記光ファイバの外径が１２２μｍ以上１２８μｍ以下である場合、この光ファイバの少なくとも互いに接触する部分の外径は５０μｍ以上であることが望ましい。また配列した光ファイバの光軸間隔が５０μｍ以上１２０μｍ以下であることが望ましい。
【００１４】
上記光ファイバの少なくとも互いに接触する部分は、その他の部分の外径に比べて外径が小さくなるように液相化学エッチングによって加工する。
上記本発明の光ファイバアレイにおける各光ファイバと、複数の光素子と光学的に結合させることにより光モジュールを提供できる。
【００１５】
上記発明によれば、液相化学エッチングにより外径を高精度で調整した光ファイバを用いることにより、光ファイバアレイの光ファイバ配列精度を向上させることが可能になる。
また、光ファイバを小径化することにより光ファイバアレイの光ファイバ間隔を大幅に小さくすることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（光ファイバの加工方法）
本発明の重要な点は、光ファイバの外径を調整することにある。はじめに光ファイバの加工方法の例を以下に示す。
【００１７】
被加工光ファイバとしては、古河電気工業製の単一モード光ファイバを用いた。この光ファイバの先端部の被覆を除去し、エッチング液に浸漬する液相化学エッチングを行った。エッチング槽の概要を図１に示す。複数の光ファイバ２０を先端から所定の長さのところで保持具３によって保持する。エッチング液容器２に一定量のエッチング液５を入れ、保持具３をこの容器上部で保持することにより、先端から一定の長さだけ光ファイバ２０をエッチング液５に浸漬する。エッチング液容器２は水槽１内に置き、エッチング液５の温度を水槽１の水６の温度を制御することによって一定に保つ。
【００１８】
本実施形態においては、フッ酸４．５重量％とフッ化アンモニウム６０重量％を１：３の重量比で混合したエッチング液を用い、液温を３８℃に保ってエッチングを行った。その場合の光ファイバ径は図２に示すようにエッチング時間とともに線形に減少し、その傾きから求められるエッチング速度は７．２μｍ／ｈであった。この光ファイバ径の変化の直線性がよいため、光ファイバの外径はエッチング時間により管理することが可能である。得られる光ファイバ径は、目標とする光ファイバ径に対して±０．５μｍ以下の精度で制御することが可能である。
【００１９】
さらに、予めモニタ用の光ファイバを同時にエッチング槽に入れておき、エッチング中に取り出してその外径を測定する。その結果に基づいてその後のエッチング時間を調整することにより、光ファイバの外径精度をさらに向上させることが可能である。このように光ファイバ径を監視し、エッチング時間を調整した場合の光ファイバ径のばらつきは±０．３μｍ以下であった。
【００２０】
光ファイバが有する外径の公差を吸収するためには少なくとも外径を１２２μｍ以下、実際的には１２０μｍ以下とすればよい。なお、図２に示した光ファイバ径の最小値は約８０μｍであるが、エッチング時間をさらに長くすることにより、光ファイバ径はほぼ上記のエッチング速度を保ったままさらに細く加工できる。しかし強度上、５０μｍよりも細くなると取り扱いが困難になる。
【００２１】
（２次元配列光ファイバアレイ）
以下に高密度２次元配列高密度ファイバアレイの製作例について説明する。
上記の光ファイバの加工方法により外径を６０±０．３μｍに加工した光ファイバを１６本製作した。この光ファイバ先端部を互いに接しさせた状態で束ねて４×４の２次元配列をさせ、枠材により接着固定することで光軸間隔が６０±０．６μｍの高密度光ファイバアレイを製作した。図３に光ファイバの光軸方向の断面模式図、図４に光軸に垂直な方向の光ファイバアレイの正面模式図を示す。
【００２２】
従来の方法では光ファイバ径である１２５μｍピッチでしか製作することができないが、本発明によれば、外径が５０〜１２０μｍの範囲の光ファイバを自在に製作できるため、容易に５０〜１２０μｍの範囲の光軸間隔をもつ高密度光ファイバアレイを製作できることがわかる。また、上記のように光ファイバ径は±０．３μｍと極めて高い精度で加工できるため、光ファイバの光軸間隔も高精度に配列できる。
【００２３】
なお、上記のように加工したファイバを図５に端部断面を示すように俵積みに配列し、枠体１２により固定すれば、より高密度化した光ファイバアレイを構成できる。また図６のように光ファイバを直線状に配列し、枠体１４で固定した１次元光ファイバアレイにも本発明は適用できる。
【００２４】
（光モジュール）
つぎに上記同様に光ファイバを束ねた光ファイバアレイを用いて光モジュールを作製した例について説明する。図７は面発光型の半導体レーザアレイからの出射光を光ファイバに結合する光モジュールの一例の断面図である。
【００２５】
この光モジュールは、面発光レーザアレイ、平板状マイクロレンズアレイ、先端から所定の長さだけ外径を細く加工した光ファイバ、および筐体からなる。面発光レーザアレイは縦横等間隔で４×４＝１６素子の面発光型半導体レーザ８２が配列されたものである。発光領域は円形で、隣り合う素子の発光領域の中心間距離は６０μｍである。平板状マイクロレンズアレイはガラス基板に面発光レーザアレイと同一の配列のレンズ素子７２が４×４＝１６個形成されている。
【００２６】
光ファイバアレイは上記の４×４のものを使用する。マイクロレンズアレイ基板７０のレンズ形成面７０ａと反対側の面７０ｂと光ファイバアレイの枠体１０とを各レンズ７２の光軸と光ファイバ２０の光軸が一致するように貼り合わせる。
この光ファイバ付きマイクロレンズアレイを筐体９０内に固定する。次いで面発光レーザアレイ基板８０をマイクロレンズアレイ基板７０に対向させて筐体９０に接触させて配置する。
【００２７】
つぎに面発光レーザを動作させ、その出射光８４が光ファイバ２０にもっともよく入射するように面発光レーザアレイ基板８０とマイクロレンズアレイ基板７０の相対位置をレンズの光軸と垂直方向に調整し、面発光レーザアレイ基板８０を筐体９０に固定する。光ファイバの光軸間隔のばらつきが１μｍ未満（±０．６μｍ程度）であるため、上記調整は容易である。
【００２８】
以上によって高密度で組立が容易な面発光レーザモジュールを形成することができる。ここでは光素子として面発光レーザアレイを用いた例について説明したが、光素子は発光ダイオードなど他の発光素子、フォトダイオードなどの受光素子、その他の光機能素子のアレイであってもよい。光素子の間隔が５０〜１２０μｍであれば、それに合わせて光ファイバの外径を加工することにより、容易に光素子アレイと光ファイバアレイを結合する光モジュールを構成することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光ファイバの外径を正確に制御できるために光ファイバアレイ製作の際に光ファイバの間隔精度を大幅に向上させることが可能になる。また、光ファイバが小径化されることにより、光ファイバの間隔を小さくし配列を高密度化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの加工用エッチング槽の概要を示す図である。
【図２】エッチング時間に対する光ファイバの外径の変化を示す図である。
【図３】本発明の２次元光ファイバアレイを示す断面模式図である。
【図４】本発明の２次元光ファイバアレイの正面模式図である。
【図５】他の光ファイバ配列を有する２次元光ファイバアレイを示す正面模式図である。
【図６】本発明の１次元光ファイバアレイの正面模式図である。
【図７】本発明の光ファイバアレイを用いた光モジュールの一例を示す断面模式図である。
【図８】従来のＶ溝を用いた光ファイバアレイの斜視図である。
【図９】従来の貫通孔を用いた２次元光ファイバアレイの斜視図である。
【符号の説明】
１　　水槽
２　　エッチング液容器
５　　エッチング液
１０、１２，１４　枠体
２０　光ファイバ
２０ａ　光ファイバ端面
２０ｂ　光ファイバ先端部
７０　平板レンズアレイ基板
７２　レンズ素子
８０　面発光レーザ基板
８２　面発光半導体レーザ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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