(57)【要約】【課題】形状精度の高いテーパ付き光ファイバを提供し、それを用いて容易にかつ精度良く位置決めができる光ファイバの固定構造を提供することを目的とする。【解決手段】本発明における光ファイバは、その外径の一部分が長手方向に沿って変化しているテーパ部分１４を有する光ファイバ１０であり、２以上の異なる、少なくともコア径より大きい一定外径部分１２、１６を有する。この異なる一定外径部分をつなぐ部位において、光ファイバの外径が長手方向に沿って一方の一定外径から他方の一定外径に向かって連続的に変化させる。このテーパ部分を有する光ファイバを、平板状の基板に設けた貫通孔の一方の開口から挿入し、その先端部分を他方の開口から突出させることにより、この光ファイバのテーパ部が貫通孔の開口部に接触し、支持される光ファイバの固定構造が形成できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの外径の一部分が長手方向に沿って変化しているテーパ部分を有する光ファイバにおいて、前記光ファイバが２以上の異なる、少なくともコア径より大きい一定外径部分を有し、異なる一定外径部分をつなぐ部位において、前記光ファイバの外径が長手方向に沿って一方の一定外径から他方の一定外径に向かって連続的に変化していることを特徴とするテーパ部分を有する光ファイバ。
【請求項２】
前記光ファイバの複数の一定外径部分のうちの最小径がコア径より２μｍ以上大きいことを特徴とする請求項１に記載のテーパ部分を有する光ファイバ。
【請求項３】
前記光ファイバの一定外径部分の中心軸と、外径が連続的に変化している部分の中心軸との変位量が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のテーパ部分を有する光ファイバ。
【請求項４】
前記光ファイバの外径が連続的に変化している部分のテーパ角が２度から６０度の範囲である請求項１、２または３に記載のテーパ部分を有する光ファイバ。
【請求項５】
光ファイバの所定部位のクラッド外周面を露出させ、その他の部位に、該光ファイバをエッチングするのに使用するエッチング液に対して耐性を有する被覆を施したのち、該被覆を施した部位を含めて前記光ファイバを前記エッチング液に浸漬し、該光ファイバのクラッド外周面をエッチングすることを特徴とするテーパ部分を有する光ファイバの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のテーパ部分を有する光ファイバが、平板状基板に設けた、前記光ファイバ先端の第１の一定外径部分の外径より大きく、かつ該第１の一定外径部分とテーパ部分を挟んで隣り合う第２の一定外径部分の外径より小さい内径を有する貫通孔の一方の開口から挿入され、前記光ファイバの先端部分が前記貫通孔の他方の開口から突出して固定されていることを特徴とする光ファイバ固定構造。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のテーパ部分を有する光ファイバを、平板状基板に設けた、前記光ファイバ先端の第１の一定外径部分の外径より大きく、かつ該第１の一定外径部分とテーパ部分を挟んで隣り合う第２の一定外径部分の外径より小さい内径を有する貫通孔の一方の開口から挿入し、該光ファイバ先端部分を前記貫通孔の他方の開口から突出させた後、突出した該光ファイバ先端部分を掴み、光ファイバのテーパ部分が貫通孔の開口部にて支持されるところまで引き出し、その状態で接着固定することを特徴とする光ファイバ固定構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信分野で使用される光ファイバに関し、とくにテーパ部分を有する光ファイバおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の普及に伴って、光ファイバと受発光素子、光導波路もしくは光ファイバ同士を効率よく、光学的に結合する技術の重要性が高まっている。このような効率的な光の結合を行うためには、接続対象素子と光ファイバの位置および角度の関係をそれぞれ正確に制御する必要がある。とくに光ファイバは可撓性を有し、また外径が円形のため、高い位置精度で固定することが容易でないため、簡易でかつ高精度を実現できる固定方法が求められている。
【０００３】
このような光ファイバを固定する方法として、基板上に断面がＶ字状の溝（Ｖ溝）を設け、これに光ファイバを収容し、固定する方法が確立している。しかし光ファイバの外径にはばらつきがあり、Ｖ溝が高精度に形成されていても光ファイバのコアの位置は必ずしも位置精度が高くならない。Ｖ溝による固定以外に基板に貫通孔を設け、これに光ファイバを挿入して固定する方法もある。しかし上記のように光ファイバの外径にはばらつきがあるため、貫通孔の径はこのばらつきを吸収できるようにしなければならず、光ファイバの位置精度は高くできない。
【０００４】
これに対して、図７に示すようにテーパ状に成形された光ファイバ先端部１１４と、これと同様の角度で平板状基板１５０に形成されたテーパ形状の貫通孔１４０の内面を接触させて固定する方法がある（例えば特許文献１参照）。光ファイバ１１０の位置決めは貫通孔内部の側面および貫通孔出口側の最小径の部位１４２においてなされるので、上記のような光ファイバの外径のばらつきの問題は解消される。
【０００５】
また複数の光ファイバを高い密度で整列させるために光ファイバをテーパ状に加工する手法が開示されている（例えば特許文献２参照）。この方法ではテーパ部分は光ファイバの強度を増加させ、光ファイバが突然に屈曲することを防止する目的で設けられており、光ファイバの固定は先端部分の外径が一定となっている部分を固定することにより位置決めを行っている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第４８１２００２号明細書
【特許文献２】
特開平８−１７１０２６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
貫通孔の穴あけ加工は、ドリル等を用いる機械加工またはレーザ加工によって行われるが、いずれの場合も削孔が開始される基板面側の開口部の基板面に対する位置精度が高い。したがって光ファイバの固定をこの側の開口部を利用して行うことが望ましい。しかし特許文献１の例においては、光ファイバの位置決めは貫通孔１４０内部の側面および貫通孔出口側の最小径の部位１４２においてなされる。通常テーパ孔は加工が開始された側の開口径が大きいから、径の小さい側を基準にすることは光ファイバ位置決め精度低下の原因となる。
【０００８】
さらに、光ファイバ外周面と貫通孔内側面の面接触により固定を行うため、光ファイバ先端部のテーパ角と、貫通孔内側面のテーパ角を正確に合わせることが必要で、高い精度でのテーパ加工が要求される。
【０００９】
また、貫通孔を形成した基板１５０から光ファイバが突出する長さは、テーパ部先端の一部分に限られるために、これを利用して光ファイバの傾きを見積もることが困難で、光ファイバの中心軸と貫通孔を形成した基板の面のなす角度を正確に制御することが困難である。
【００１０】
特許文献２の加工法では光ファイバの直線部分の中心軸とテーパ部分の中心軸の変位量は考慮されていない。文献に開示された方法によりエッチング処理を行うと、光ファイバの円周方向に対してエッチング除去量に不均一が生じ、テーパの部位によっては、その中心軸がエッチング前の中心軸に対して数μｍから数１０μｍも変位してしまう場合がある。このように不均一にエッチングがなされた光ファイバでは、光ファイバの固定部において中心軸と、光ファイバコアの中心との変位量が大きくなり、正確な光ファイバの位置決めを行うことは困難となる。
【００１１】
さらにファイバ先端部の細径化した一定外径部分はクラッド部が全て除去され、コアが露出している。この細径部に光を導波伝搬させるためにはこの部分を固定保持する材料の屈折率等、光学特性を考慮する必要がある。またこの場合、光ファイバを極端に細径化させているために光ファイバの強度低下も懸念される。
【００１２】
本発明はこのようなテーパ状に成形された光ファイバによる光ファイバの固定における問題点を解決するためになされたもので、形状精度の高いテーパ付き光ファイバを提供し、それを用いて容易にかつ精度良く位置決めができる光ファイバの固定構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明における光ファイバは、その外径の一部分が長手方向に沿って変化しているテーパ部分を有する光ファイバであり、２以上の異なる、少なくともコア径より大きい一定外径部分を有する。この異なる一定外径部分をつなぐ部位において、光ファイバの外径が長手方向に沿って一方の一定外径から他方の一定外径に向かって連続的に変化させる。
【００１４】
この光ファイバの複数の一定外径部分のうちの最小径は、コア径より２μｍ以上大きいことが望ましい。この外径範囲、すなわちクラッドの厚みが１μｍ以上であれば、クラッドがその機能を発揮し、伝搬光をコアに閉じ込めることができる。
【００１５】
また、光ファイバの一定外径部分の中心軸と、外径が連続的に変化している部分の中心軸との変位量は１μｍ以下であることが望ましい。これによってテーパ部分を利用して光ファイバを高精度で固定できる。
さらに、光ファイバのクラッド径が連続的に変化している部分のテーパ角が２度から６０度の範囲であることが望ましい。
【００１６】
上記のようなテーパ部分を有する光ファイバは、次のような方法で製作する。まず光ファイバの所定部位のクラッド外周面を露出させ、その他の部位に、光ファイバをエッチングするのに使用するエッチング液に対して耐性を有する被覆を施す。この被覆を施した部位を含めた光ファイバ全体をエッチング液に浸漬し、クラッド外周面をエッチングする。
【００１７】
この方法においては、エッチング液が光ファイバに接触した部分のエッチングが進むにつれて、保護されている部分においても被覆の内側が次第にエッチングされるため、保護部境界にテーパ部分を形成することができる。
【００１８】
上記のテーパ部分を有する光ファイバを、平板状の基板に設けた貫通孔の一方の開口から挿入し、その先端部分を他方の開口から突出させることにより、この光ファイバのテーパ部が貫通孔の開口部に接触し、支持される光ファイバの固定構造が形成できる。
もちろん、貫通孔の内径は、光ファイバ最先端部（第１の一定外径部分）の外径より大きく、かつこの第１の一定外径部分とテーパ部分を挟んで隣り合う第２の一定外径部分の外径より小さいことが必要である。
【００１９】
ここで光ファイバのテーパ部は前述したように最も位置精度の良い貫通孔の開口部にて支持できるために、より正確な光ファイバの位置決めが可能である。また貫通孔より突出した部分の光ファイバを観測することにより光ファイバの基板面に対する傾きを測定することが可能であり、光ファイバが貫通孔より突出した部分が基板面に対して垂直になるように調整した後に接着固定をすることにより、光ファイバの正確な位置決めが可能となる。
【００２０】
また光ファイバを貫通孔に挿入し突出させた後、突出した光ファイバ先端部分を掴み、光ファイバのテーパ部が貫通孔の開口部にて支持されるところまで引き出したところで接着固定する方法によっても、光ファイバを位置決めする固定構造を製造することが可能である。
【００２１】
このように光ファイバを引き出す手法をとることによって、光ファイバの組み立ての際に、押し込み圧力によって生じる光ファイバの座屈を防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
本発明に使用したテーパ部分を有する光ファイバ（以下、テーパ部付き光ファイバという）は液相化学エッチングにより作製した。図１は本発明のテーパ部付き光ファイバの外観を示す概略図である。
【００２３】
加工した光ファイバ２０としては古河電工社製の直径１２５μｍの石英ガラス製光ファイバを用い、この光ファイバ２０に対して、図２に示すように、その先端部２０ａから距離１０ｍｍの位置から５０ｍｍの位置までの外周部に被覆３を施す。この被覆３は下記のような光ファイバのエッチング液に対して十分な耐性をもつ材質で形成する必要がある。フォトレジストのような樹脂被膜を形成してもよいし、治具を被せて覆いを設けてもよい。
【００２４】
使用したエッチング液は５０℃に保持した２％フッ酸と３０％フッ化アンモニウム混合水溶液である。このエッチング液５中に、図３に示すように光ファイバ１０をその端部より２０ｍｍの位置まで、すなわち光ファイバ先端から被覆した部分の一部までがエッチング液５に浸漬するように固定し、一定時間保持した。エッチング液の温度を保つため、水槽６中の温水にエッチング槽１を浸漬してエッチングを行った。
【００２５】
図４に示すようにエッチング液に対して暴露した部分はエッチング液により侵食されエッチング時間が３０分、６０分、１８０分のとき、直径がそれぞれ１１４μｍ、１０２μｍ、５７μｍになり、ほぼ一定速度で減少するが、長手方向に沿って外径はほぼ一定に保たれる（第１の一定外径部分１６）。また被覆３が施された部分では光ファイバの外径に変化が現れず外径は一定のままである（第２の一定外径部分１２）。
【００２６】
一方、光ファイバ端部１０ａより１０ｍｍ付近の被覆３による保護部分と露出部分の境界１８では光ファイバの光軸に対して対称な傾斜を持つように、テーパ部１４が形成される。これは、上記のように第１の一定外径部分がエッチングされると、被覆３の端部３ａから被覆の内部へ向かってエッチングが進むためである。対称な傾斜を得るためには、被覆３の端部３ａが光ファイバの中心軸に対して垂直な面から傾斜しないようすることが必要である。また端部３ａは平坦であって凹凸等がないようにすることも必要である。
【００２７】
ここで光ファイバの中心軸に対して向かい合うそれぞれの傾斜がなす角度θ（この角度をテーパ角と呼ぶこととする）はそれぞれ４度、７度、１４度であった。エッチング時間が長くなるにつれて、テーパ角は大きくなることがわかる。被覆３を除去すると図１に示すようなテーパ部を有する光ファイバ１０が得られる。
【００２８】
またエッチングに対する保護の方法、エッチングの条件を調整することで最大６０度の角度を持つテーパが得られた。このように２度から６０度の範囲のテーパ角の製作が容易である。
【００２９】
なお、被覆を設けた上記の位置はもちろん一例であって、任意に選ぶことができる。また一旦、エッチングにより細径化した部分に再度被覆を施し、さらにエッチングを行うことにより、図５に示すように１本の光ファイバ３０に複数の外径の異なる部分３１、３２、３３およびその間をつなぐテーパ部分３４、３５を形成することも可能である。
またドライエッチングによる方法、もしくはラッピング等の機械加工による方法によってもテーパ部分を形成する加工が可能である。
【００３０】
つぎにこのテーパ付き光ファイバを高い位置精度で固定する光ファイバ固定構造について説明する。
上記光ファイバの細径部（第１の一定外径部）１６の外径が１０２μｍのものを、図６に示すように内径１１０μｍの貫通孔４０を設けた基板５０に基板面５２側から挿入する。なお、基板の材質としてはマシナブルセラミクスを用いたが、金属等であってもよい。貫通孔４０はこの基板面５２側から加工されたものとする。
【００３１】
光ファイバ１０を貫通孔４０内にテーパ部分１４まで押し込み、貫通孔４０の基板面５２側の開口部５６とテーパ部分１４を接触させ支持させる。光ファイバ先端の一定外径部１６は基板の厚みより長くとり、貫通孔の反対側の基板面５４より突出させる。上記のように光ファイバのテーパ部分のテーパ角はエッチング条件により制御できる。このとき光ファイバのテーパ部は前述のように位置精度の良い加工を開始した側の貫通孔の開口部５６によって支持できるために、より正確な光ファイバの位置決めが可能である。
【００３２】
テーパ角１４度のテーパ部分を有する光ファイバを用い、これを貫通孔へ挿入した結果、光ファイバの調心、固定を容易に達成することができた。また光ファイバの加工を施していない部分のコアの中心軸に対するテーパ状に加工した部分の中心軸の変位が０．３μｍ以下の光ファイバを用いた結果、光ファイバのコア中心と、貫通孔の中心軸との変位量を０．５μｍ以下にすることができた。
【００３３】
このように光ファイバの位置精度は、貫通孔基板の孔位置精度と、光ファイバの一定外径部分の中心軸に対するテーパ部分の中心軸との変位量（テーパ部の偏芯量）に影響される。このためコア位置を高い精度で固定するためにはテーパ部の偏芯量が１μｍ以下であることが望ましい。
【００３４】
この貫通孔の基板厚を大きくとることにより、光ファイバの接着面積を大きくすることが可能となるため、光ファイバの固定強度を高くすることができる。また貫通孔より突出した部分の光ファイバを観測することにより光ファイバの基板面に対する傾きを測定することが可能である。光ファイバの第２の一定外径部１２の中心軸と貫通孔基板５０より突出した第１の一定外径部分１６の中心軸とがともに基板面に垂直になるように調整した後に接着固定をすることにより、光ファイバの正確な位置決めが可能となる。
【００３５】
また光ファイバを貫通孔に挿入し突出させた後、貫通孔とテーパ部分が接触する前に突出した光ファイバを掴み、光ファイバのテーパ部が貫通孔の開口部にて支持されるところまで引き出したところで接着固定することができる。
このように光ファイバを引き出す手法をとることによって、光ファイバ固定構造の組立の際に生じる押し込み圧力によって生じる光ファイバの座屈を防止することができる。ただし、光ファイバ先端部分を基板の厚みより長く細径化しておくことが必要である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のテーパ部分を有する光ファイバを用いることにより、簡便な方法で光ファイバの位置決めを高精度で行うことができる。特に従来のテーパ付き光ファイバに比べて固定強度が高く、また光ファイバの中心軸が貫通孔を形成した基板面に対してなす角度の精度を高くすることができる。これにより光機能素子アレイと光ファイバとを光接続する光モジュール等において結合効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のテーパ付き光ファイバを示す模式図である。
【図２】被覆を施した光ファイバを示す模式図である。
【図３】光ファイバの液相エッチング装置を示す模式図である。
【図４】エッチング処理後の光ファイバを示す模式図である。
【図５】本発明の複数のテーパ部を有する光ファイバを示す模式図である。
【図６】本発明のテーパ付き光ファイバを用いた光ファイバ固定構造を示す断面模式図である。
【図７】従来の先端にテーパをもつ光ファイバを用いた光ファイバの固定方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１  エッチング槽
３  被覆
５  エッチング液
１０、３０  テーパ部を有する光ファイバ
１２  第２の一定外径部
１４、３４、３５  テーパ部
１６  第１の一定外径部
２０  光ファイバ
４０  貫通孔
５０  基板
【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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