(57)【要約】【課題】従来のＶ溝を用いて光ファイバを固定した２次元光ファイバアレイでは、高精度で加工したＶ溝付き基板を複数枚用意し、かつそれらを積層するため、部材数が多く構造が複雑であるため、製作が容易でなく、コストが高いという問題があった。【解決手段】本発明の光ファイバアレイは、複数の光ファイバ１０を板状基板の所定位置に設けた複数の貫通孔２２にそれぞれ通して固定した構造を有する。この光ファイバアレイにおいて、貫通孔２２は基板表面の開口部に面取り部２４を有し、光ファイバは長手方向に沿って外径が変化するテーパ部１４を有するものとする。この貫通孔に面取り部側から光ファイバがそれぞれ挿入され、貫通孔内側面と面取り部との境界部分２６に光ファイバのテーパ部１４を密着固定する。貫通孔基板の貫通孔と面取り部との境界に光ファイバのテーパ部を押しつけることにより光ファイバを高い精度で位置決めすることが可能である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバを板状基板の所定位置に設けた複数の貫通孔にそれぞれ通して固定した光ファイバアレイにおいて、前記貫通孔は基板表面の開口部に面取り部を有し、前記光ファイバは長手方向に沿って外径が変化するテーパ部を有しており、前記貫通孔に面取り部側から前記光ファイバが挿入され、前記貫通孔内側面と面取り部との境界部分に前記光ファイバのテーパ部が密着固定されている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する光ファイバであって、異なる一定外径部分をつなぐ部位が、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請求項１に記載の光ファイバアレイ。
【請求項３】
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同光ファイバのコア径より２μｍ以上大きい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】
前記光ファイバの一定外径部分の中心軸に対する、外径が連続的に変化している部分の中心軸の変位量が１μｍ以下であ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】
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１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバアレイ。
【請求項６】
前記光ファイバの端面を前記貫通孔基板表面と面一にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバアレイ。
【請求項７】
板状基板の所定位置に設けた複数の貫通孔の、前記基板の一方の表面側の開口部に面取りを施す工程と、該貫通孔の面取りを施した側から長手方向に沿って外径が変化するテーパ部を有する光ファイバを挿入し、前記貫通孔内側面と面取り部との境界部分に前記光ファイバのテーパ部を密着させて位置決めする工程と、該光ファイバと基板とをその接触部において接着固定する工程と、前記基板より突き出した前記光ファイバを除去する工程と、前記光ファイバの端面を前記基板表面と面一になるように研磨仕上げする工程とからな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８】
前記研磨仕上げをする工程において、前記光ファイバと基板とを、それらが接触した部位まで除去するように、光ファイバ端面を研磨仕上げすることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に光通信分野の使用される光ファイバアレイ、およびその製造方法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ため、複数の光ファイバの先端部分を高い位置精度で固定した光ファイバアレイは、複数の光ファイバと光学素子とを一括して結合するのを容易にするために有用である。さらに、近年の光通信需要の増大に伴ってより高密度の実装が求められているため、多数本の光ファイバを固定する必要があり、従来の１次元配列に留まらず２次元配列の光ファイバアレイの開発が進められている。
【０００３】
２次元配列の光ファイバアレイは、図９に示すように、断面形状がＶ字状の溝（いわゆるＶ溝）５２を複数個形成した平板状基板５０を複数枚使用し、光ファイバ１１０をそれぞれのＶ溝５２に収容した構造のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、図１０に示すように、平板状基板５８に円形貫通孔６２を２次元配列で形成し、これに光ファイバ１１０の先端を通して位置決めする例もある（例えば特許文献２参照）。しかしながら、この手法では貫通孔と光ファイバの隙間が必要であり、そのため光ファイバの位置決め精度が十分に確保できない問題がある。そのため、貫通孔を形成した基板を複数枚使用して貫通孔の実質的な大きさを調整することで光ファイバを位置決めする構造も提示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２０１４１号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５０８３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来のＶ溝を用いた光ファイバアレイでは、高精度で加工したＶ溝付き基板を複数枚用意し、かつそれらを積層するため、部材数が多く構造が複雑であるため、製作が容易でなく、コストが高いという問題がある。
【０００７】
また貫通孔を形成した基板を使用する場合は、これを複数枚使用して光ファイバの位置を調整する必要があり、この場合も部材数が多く構造が複雑であるため、製作が容易でないという共通の問題がある。
【０００８】
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ある。その目的とするところは、多本数の光ファイバを高い位置精度で２次元配列した光ファイバアレイの製造を容易にし、低コストで提供することにある。
【０００９】
【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、複数の光ファイバを板状基板の所定位置に設けた複数の貫通孔にそれぞれ通して固定した構造を有する。この光ファイバアレイにおいて、貫通孔は基板表面の開口部に面取り部を有し、光ファイバは長手方向に沿って外径が変化するテーパ部を有するものとする。この貫通孔に面取り部側から光ファイバがそれぞれ挿入され、貫通孔内側面と面取り部との境界部分に光ファイバのテーパ部を密着固定する。
【００１０】
貫通孔内側面と面取り部との境界に光ファイバのテーパ部を押しつけることにより光ファイバと基板は線で接触した状態となるため、光ファイバを容易に高い精度で位置決めすることが可能である。
【００１１】
上記の光ファイバは、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光ファイバであって、異なる一定外径部分をつなぐ部位の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が望ましい。
【００１２】
このとき光ファイバの複数の一定外径部分のうちの最小径がこの光ファイバのコア径より２μｍ以上大きいことが望ましい。また、光ファイバの一定外径部分の中心軸に対する、外径が連続的に変化している部分の中心軸の変位量が１μｍ以下であることが望ましい。さらに、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度の範囲であることが好ましい。
【００１３】
本発明の光ファイバアレイは、その光ファイバ端面を貫通孔基板表面と面一で、とくに貫通孔の内径が、挿入された光ファイバ端部側の板状部材表面で最小となり、貫通孔の該板状部材表面の開口部内周と光ファイバとが接触するように加工することが望ましい。
【００１４】
本発明の光ファイバアレイは、
（１）板状基板の所定位置に設けた複数の貫通孔の、基板の一方の表面側に面取りを施す工程、
（２）この貫通孔の面取りを施した側から長手方向に沿って外径が変化するテーパ部を有する光ファイバを挿入し、貫通孔内側面と面取り部との境界部分に光ファイバのテーパ部を密着させて位置決めする工程、
（３）光ファイバと基板とをその接触部において接着固定する工程、
によって製造される。
さらに、
（４）基板より突き出した光ファイバを除去する工程、
（５）光ファイバの端面を基板表面と面一になるように研磨仕上げする工程、
を加えることが望ましい。
【００１５】
また、研磨仕上げをする工程（５）において、光ファイバと基板とが接触した部位まで光ファイバと基板とを除去するように、光ファイバ端面を研磨仕上げすることが好ましい。
以上の方法で高精度に光ファイバを配列させた光ファイバアレイを製作することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、光ファイバアレイの製作方法を図に従って説明する。本実施例においては、単一モード光ファイバを使用した、４×４＝１６チャンネルの２次元配列光ファイバアレイを製作した。光ファイバの間隔は２５０μｍとした。
個別部品製作のための加工および光ファイバアレイの組立について以下に具体的に説明する。
【００１７】
［光ファイバ］
本発明に使用したテーパ部付き光ファイバ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を示す図である。
光ファイバ１０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１０に対して、その端部１０ａから距離１０ｍｍの位置から５０ｍｍの位置までの外周部に被覆を施す。この被覆は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。なお、この被覆の端部は光ファイバの中心軸に垂直な面に対して傾斜しないようにすることが重要である。また、端部は平坦で凹凸がないことが必要である。
【００１８】
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２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３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、エッチング槽１を水槽６中の温水に浸漬した状態でエッチングを行った。
【００１９】
本実施形態で製作したテーパ部付き光ファイバは概略図１に示すような外形をもち、小径部１６の外径は９６μｍ、テーパ角は１２度であり、テーパ部１４とエッチングされていない部分１２との中心軸の変位量は０．２μｍ以下であった。ここでテーパ角は図示したようにテーパ部１４の中心軸に対して向かい合う光ファイバ外形部の傾斜がなす角度θで定義する。
【００２０】
［貫通孔基板］
本実施形態で使用する貫通孔を形成した基板（以下、貫通孔基板という）の貫通孔中心軸上の断面を図３に示す。
基板２０としては０．５ｍｍ厚みの住金セラミックス製マシナブルセラミックスを使用し、高精度数値制御加工装置により貫通孔２２を２５０μｍ間隔で４×４孔、ドリル加工により作製した。この貫通孔２２の基板２０の一方の面２０ａ側の開口部には、深さは１５０μｍ、角度は６０度の面取り部２４を設けた。
【００２１】
本貫通孔２２の孔径はφ１０２μｍ、孔の設計上の位置からのズレは最大０．８μｍ、平均０．５μｍであった。
本実施例においてはドリル加工により面取り部付き孔の加工をおこなったが、レーザによる加工やサンドブラスト等と組み合わせて加工することも可能である。
【００２２】
［光ファイバアレイの製作］
光ファイバアレイの製作方法を図４、５に基づいて説明する。ただし図４は光ファイバアレイの一部の１本の光ファイバ周辺のみを示す断面図である。
図４（ａ）に示すように、拡大光学系等で観察しながら、紫外線硬化接着剤を塗布したテーパ部付き光ファイバ１０を前記貫通孔基板２０の面取りを施した側から挿入する。
【００２３】
テーパ部付き光ファイバ１０の端部１０ａ側の外径は貫通孔２２の内径よりも小さく、テーパ部１４の角度は前記貫通孔２２の面取り角度よりも小さいため、同図（ｂ）のように両者を押し当てると光ファイバのテーパ部１４は、貫通孔２２内の貫通孔内側面２３と面取り部２４の境界部分２６で基板２０と接触する。その際、光ファイバ１０の軸心は貫通孔２２の軸心に一致するように自動的に導かれる。
【００２４】
上記手法により調芯した後、紫外光を照射して接着剤を硬化する工程を繰り返して図５（ａ）に示すような４×４＝１６チャンネルの光ファイバアレイを組み立てた。
【００２５】
本光ファイバアレイを組み立てる際、光ファイバ先端側に一定外径部を持たない、すなわち先端がテーパ状の光ファイバを使用することも可能であるが、予め接着剤を光ファイバ先端に塗布しようとした場合に、表面張力等によって接着剤が一定外径部分に移動してしまうために接合箇所に十分な接着剤が供給されない場合がある。
【００２６】
これに対し、光ファイバ先端側に一定外径部を持つ光ファイバを使用して先端側の一定外径部に接着剤を塗布すれば塗布した位置に接着剤が留まるため、テーパ部付き光ファイバを貫通穴に挿入する際に、十分な量の接着剤を両者の接触部に供給することが可能になる。
【００２７】
光ファイバのテーパ部と、貫通孔内の貫通孔部と面取り部の境界で両者を接触させるためには、貫通孔の面取り角度がテーパ角より大きいことが必要である。また、光ファイバのテーパ角をなるべく小さくした方が両者を隙間無く接触させる方向にはたらく分力、すなわち光ファイバの軸心を貫通孔の軸心に一致するように自動的に導く作用が大きくなるので好ましい。しかし、テーパ角が小さすぎるとテーパ部に隣接する一定外径部の外径差が小さくなるため、貫通孔径のトレランスが小さくなる問題や、テーパ部の軸方向の長さが長くなる問題が発生する。以上の結果、テーパ角が２度から６０度の範囲であることが好ましい。
【００２８】
その後、図５（ｂ）に示すように光ファイバ端部側から貫通孔とテーパ部付き光ファイバの接触部である貫通孔基板２０の面取り部２４の下部までをラップにより除去し、光ファイバ端面１０ｃを基板面と面一に研磨仕上げすることにより２次元配列の光ファイバアレイ３０を製作した。
【００２９】
本実施形態による２次元配列の光ファイバアレイの各コア位置を設計上に理想的な位置に対して評価したところ、最大ズレ量０．９μｍ、平均０．６μｍであった。
【００３０】
板状基板に複数孔を加工する場合、特にドリル加工等で貫通孔を加工する場合はドリルが入る側の開口位置精度が良い特徴がある。本発明の光ファイバアレイではドリルが入る側を基準としたため、高精度の光ファイバアレイの製作が可能になった。
【００３１】
以上の実施例に示したように、本発明による２次元配列光ファイバアレイの配列精度は、貫通孔アレイ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。このためコア位置の精度が高い光ファイバアレイを製作するためにはテーパ部の偏芯量がが１μｍ以下であることが必要である。
【００３２】
本実施形態においては貫通孔基板の面取り部までをラップにより除去したが、図６に示すように、貫通孔基板２０より突き出たファイバ部のみを除去し、研磨仕上げした光ファイバアレイ３２を製作することも可能であり、場合によっては突き出した光ファイバをそのまま残すこともできる。
【００３３】
この場合は光ファイバ先端側の一定外径部を残すことになるため、該当部分に光ファイバとしての機能を残す必要がある。伝搬光をコアに閉じこめるためにはクラッド部分の厚みを１μｍ以上残す必要がある。すなわち、テーパ部付き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以上大きいことが必要である。
【００３４】
本実施例においては２つの異なる外径を持つように光ファイバを加工したが、図７に示すように光ファイバの端部１０ｂ側に一定外形部を持たない光ファイバ１０を使用することも可能である。
また、図８に示すように、段付き孔２８に加工された貫通孔基板２０を使用して光ファイバアレイ３４を製作することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な加工工程により製作できる少数の構成部品を用い、光ファイバの調芯を簡単にかつ高精度で行える。したがって光ファイバの間隔精度の高い光ファイバアレイを簡単に低コストで提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明でテーパ部付き光ファイバの外形を示す模式図である。
【図２】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３】本発明の貫通孔アレイ基板の断面模式図である。
【図４】本発明の光ファイバアレイの組立方法を説明する図である。
【図５】本発明の光ファイバアレイの仕上げ工程を示す図である。
【図６】本発明の光ファイバアレイの他の構成例を示す図である。
【図７】本発明の光ファイバアレイの他の仕上げ工程を示す図である。
【図８】本発明の光ファイバアレイの他の仕上げ工程を示す図である。
【図９】従来のＶ溝を用いた２次元光ファイバアレイの斜視図である。
【図１０】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    エッチング槽
３    被覆
５    エッチング液
６    水槽
１０、１１０  光ファイバ
１４    テーパ部
２０    貫通孔アレイ基板
２２  貫通孔
２４  面取り部
３０、３２、３３、３４    光ファイバアレイ
【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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【図１０】
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