(57)【要約】【課題】寸法精度が高くかつ加工が容易で安価な、多芯化された光通信用ファイバアレイを提供するとともに、光ファイバを基材に固定する際の接着剤の使用量を低減できる光通信用ファイバアレイを提供する。【解決手段】光ファイバを挿入するための基材と、挿入された前記光ファイバを押圧固定するための押さえ板とからなる光通信用ファイバアレイであって、前記基材が、前記光ファイバを挿入するための複数の溝を有し、隣接する前記溝間の中心間距離の精度が±０．５μｍ以内であり、隣接する前記溝間の溝長さ方向の平行度が±０．１°以内であることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを挿入するための基材と、挿入された前記光ファイバを押圧固定するための押さえ板とからなる光通信用ファイバアレイであって、前記基材が、前記光ファイバを挿入するための複数の溝を有し、隣接する前記溝間の中心間距離の精度が±０．５μｍ以内であり、隣接する前記溝間の溝長さ方向の平行度が±０．１°以内であることを特徴とする、光通信用ファイバアレイ。
【請求項２】
前記溝の断面形状が、Ｕ字形またはＶ字形である、請求項１に記載の光通信用ファイバアレイ。
【請求項３】
前記溝の断面形状が、半円形であり、前記押さえ板にも、前記基材と対応した部分に半円断面形状の溝が形成されてなる、請求項１に記載の光通信用ファイバアレイ。
【請求項４】
前記基材および前記押さえ板の基材が、酸化珪素を主成分とするガラス、ガラスセラミックおよび石英ガラス、透光性アルミナ、ならびに酸化ジルコニウムからなる群より選択されたものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光通信用ファイバアレイ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光通信用ファイバアレイの製造方法であって、
前記光ファイバを基材に挿入するための溝を、パルスレーザ加工により形成し、
形成された前記溝に光ファイバを挿入し、
光ファイバが挿入された基材と押さえ板とを接合する、
工程を含むことを特徴とする、光通信用ファイバアレイの製造方法。
【請求項６】
前記パルスレーザが、フェムト秒レーザである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザ加工後、形成された溝の内壁をエッチング処理する工程を含む、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチング処理を、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸からなる群より選択される少なくとも１種以上の無機酸により行う、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを接続するために用いられる光通信用ファイバアレイに関し、特に多芯光通信用ファイバアレイに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、情報伝達の高速化・大容量化から、光ファイバを用いた情報通信が広く行われるようになってきている。これらの光ファイバを用いた情報通信では、光ファイバ同士、または光ファイバと光情報機器とを接続する必要があり、かかる接続には、光通信用フェルールや光通信用ファイバアレイ等の光コネクタが使用されている。また、小型化・高集積化の要請により、これらの光コネクタは、多芯のものが使用されるようになってきている。
【０００３】
光コネクタは、基材に形成した挿入孔に光ファイバを挿入し固定した構造を有するため、光ファイバの接続損失を防ぐためには、光ファイバの光軸がずれないように挿入孔の寸法精度をサブミクロンのオーダで制御する必要がある。上記のように光コネクタが多芯化や小型化されることにより、更なる寸法精度が求められるようになっている。
【０００４】
射出成形や押し出し成形により成形を行い、焼成、加工の工程をへて製造される従来のファイバアレイやフェルールでは、光ファイバを挿入させるための挿入孔の寸法精度を、その工程上、１μｍ以下にすることが困難である。
【０００５】
そのため、例えば特開平１１−１７４２７４号公報に記載されているように、二酸化珪素やシリコン基板等の基板にＶ字溝を形成し、押さえカバーにより光ファイバを挟持して固定する構造のものが用いられている。この加工方法では、上記の成型技術を用いる場合と異なり、切削加工により基材にＶ字溝を形成し、砥石により仕上げ加工を行うことにより、形成したＶ字溝の寸法精度は、０．５μｍ以下にすることが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｖ字溝の寸法精度を一定に保つためには、常に砥石の形状補正を行う必要があるため、生産性が劣るという問題があった。また、押さえカバーを使用するため、Ｖ字溝を多重配列とする場合では、配列毎に押さえカバーを必要とするため、光通信用アレイを小型化・集積化する上で限界があった。さらに、従来のＶ字溝では、光ファイバを挿入し押さえ板で押圧固定した時に、基材と光ファイバとの隙間が大きいため、接着剤の使用量が多く、接着剤が凝固する際に光ファイバに応力がかかり、光伝送特性の劣化の原因となっていた。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、寸法精度が高くかつ加工が容易で安価な、多芯化された光通信用ファイバアレイを提供するとともに、光ファイバを基材に固定する際の接着剤の使用量を低減できる光通信用ファイバアレイを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光通信用ファイバアレイは、光ファイバを挿入するための基材と、挿入された前記光ファイバを押圧固定するための押さえ板とからなる光通信用ファイバアレイであって、前記基材が、前記光ファイバを挿入するための複数の溝を有し、隣接する前記溝間の中心間距離の精度が±０．５μｍ以内であり、隣接する前記溝間の溝長さ方向の平行度が±０．１°以内であることを特徴とする。このような寸法精度の溝を形成することにより、結合損失の少ない光コネクタを提供することができる。
【０００９】
また、好ましい態様としては、前記溝の断面形状が、Ｕ字形またはＶ字形であり、別の好ましい態様としては、前記溝の断面形状が、半円形であり、前記押さえ板にも、前記基材と対応した部分に半円断面形状の溝が形成されているものである。このようにＶ字またはＵ字形の溝とすることにより、光ファイバを基材に挿入する際、簡易に光ファイバの位置決めを行うことができる。また、基材と押さえ板との双方に、半円形の断面形状の溝を形成することにより、光ファイバを基材に挿入し押さえ板で押圧固定する際、接着剤の使用量を低減することができる。
【００１０】
さらに、前記基材および前記押さえ板の基材が、酸化珪素を主成分とするガラス、ガラスセラミックおよび石英ガラス、透光性アルミナ、ならびに酸化ジルコニウムからなる群より選択されたものであることがより好ましい。このように透明性の基材を用いることにより、レーザ加工時の基材の熱損傷を避けることができる。
【００１１】
本発明の別の態様として、上記の光通信用ファイバアレイの製造方法は、光ファイバを基材に挿入するための溝を、パルスレーザ加工により形成し、形成された前記溝に光ファイバを挿入し、光ファイバが挿入された基材と押さえ板とを接合する、工程を含むことを特徴とするものである。好ましくは、前記パルスレーザが、フェムト秒レーザである。
【００１２】
また、本発明の態様として、前記レーザ加工後、形成された溝の内壁をエッチング処理する工程を含むことが好ましく、特に、前記エッチング処理を、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸からなる群より選択される少なくとも１種以上の無機酸により行うことがより好ましい。このようにエッチング処理することにより、さらに加工精度を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の光通信用ファイバアレイおよびその製造方法について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態を示す、光通信用ファイバアレイの概略図である。まず、基材となる矩形基材１を準備する。基材は、酸化珪素を主成分とするガラス、ガラスセラミック、石英ガラス、透光性アルミナ、酸化ジルコニウム等の透明材料を用いる。後に説明するレーザ加工の際の基材の熱損傷を防ぐためである。したがって、基材に含まれるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ等の不純物は、５０ｐｐｍ以下にしておくことが好ましい。不純物が５０ｐｐｍよりも多くなると、基材の透明性が損なわれる。また、基材は、孔空け加工する前に端面を光学研磨しておく。
【００１５】
基材の溝は、パルスレーザ加工により行う。基材を保持し、レーザ照射軸と基材との位置合わせを行う。対物レンズにより、所定のスポット径になるように調整を行う。なお、スポット径は、使用する光ファイバの外径により適宜調整される。
【００１６】
基材の孔空け加工の際、基材としてガラス等を用いた場合、高出力のレーザ光を連続照射すると、基材中のレーザ照射された部分が急激に温度上昇を起こし、ヒートショックにより基材にクラックを発生させてしまう。そのため、レーザ加工は、パルスレーザにより加工を行うのが好ましい。加工に使用するパルスレーザとしては、特に限定するものではなくＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等の公知のものを使用することができるが、特にアルゴンイオン励起Ｔｉ−サファイヤレーザが好ましい。なお、本発明において好適に用いられる「フェムト秒レーザ」とは、レーザパルス幅が、１ｐｓ以下のものを意味する。
【００１７】
このようにパルスレーザ加工で溝を形成することにより、基材上に複数の溝を平行して形成した場合であっても、隣接する各溝の中心間距離の精度を±０．５μｍ以下にすることができ、溝形成後に、精度向上のための仕上げ加工を行う必要がなくなる。また、各挿入孔の中心間距離の精度が向上するだけでなく、複数の挿入孔の軸方向の平行度±を０．１°以下とすることができ、非常に高精度な加工が可能となる。なお、各挿入孔の中心間距離とは、図２に示すように、隣接する各挿入孔端部の中心を結んだ直線距離の平均値からのずれをいい、また、軸方向の平行度とは、基準軸（基材のレーザ照射面と垂直な軸方向）と各挿入孔の軸とのなす角度を意味する。
【００１８】
溝は従来のようにＶ字形になるように加工しても良いが、図３に示すようにＵ字形、更には、図４に示すように基材側に半円形の溝を形成し、押さえ板２側にも半円形の溝を形成することにより、光ファイバを挿入固定する際の、接着剤の使用量を低減することができる。接着剤の使用量を減らすことにより、接着剤が収縮凝固する際に光ファイバにかかる応力を低減することができ、光伝送特性の劣化を低減することができる。また、溝の断面形状をＵ字形や半円形とすることにより、隣接する溝と溝との間隔を狭くすることが可能となるため、より高密度に光ファイバを敷設することができる。なお、溝の断面形状は、レーザ加工の加工条件（出力、パルス幅およびスキャン速度等）を適宜調節することにより、任意の形状とすることができる。予想外のことに、隣接する溝間の間隔を狭め、光ファイバを高密度化すると、光ファイバの結合損失を低減できるとの知見を得た。これは、複数の溝を形成した場合に、隣接する各溝の間隔を狭めることにより両端の溝間距離を短縮でき、それにより各溝の寸法精度が向上するためと考えられる。図５に示すように、孔ピッチをさらに狭くするために、断面形状を完全な円形ではなく、隣接する孔が繋がるように、基材１および押さえ板２の溝を形成しても良い。
【００１９】
なお、上記のようなＵ字形および半円形の溝は、当然のことながら、従来の方法である、射出成形、押し出し成形、スリップキャスト法プレス成形等の金型技術を用いても、また研削加工によっても形成することができる。
【００２０】
パルスレーザ加工は基材を熱溶融させて加工を行うため、形成された溝はその壁面がなめらかであることが特徴であるが、レーザ加工時に溝の壁面に結晶粒が形成されることもあるため、パルスレーザ加工後に、溝壁面をエッチング処理して、結晶粒を取り除くことが好ましい。エッチング処理液としては、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸からなる群より選択される少なくとも１種以上の無機酸を使用することができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ、中心波長が８００ｎｍのＬＤ励起Ｔｉサファイアパルスレーザを５倍の対物レンズで集光し、スポット径を１２５μｍに調節し、レーザ照射面を光学研磨した厚さ３ｍｍの矩形上の石英ガラス製基材（材料のバンドギャップが７．９ｅＶ）に、レーザ照射を行った。照射条件および加工速度は、パルス幅１３０フェムト秒以下、１００ｍＷの出力で、スキャン速度が１００μｍであった。基材に２５０μｍ間隔で８本の溝を形成した。次に、溝が形成された基材を、４ｗｔ％のフッ酸水溶液に１時間浸漬し、超音波洗浄器を用いてエッチング処理を行うことにより、Ｕ字形の溝が形成されているのを確認した。隣接する各溝間の寸法精度は、１２５μｍ±０．５μｍであり、各溝のＺ軸方向（溝の長軸方向）の平行度は±０．０５°であった。また、両端の溝の中心間距離は、１９０５μｍ＋０．４μｍであった。
【００２２】
得られたＵ字形溝に光ファイバを各溝に敷設し、紫外線硬化型の接着剤を塗布して、基材と同じ材質の押さえ板で光ファイバを押圧し、紫外線照射することにより固定し、光通信用アレイを得た。
【００２３】
得られた光通信用アレイを、コリメータを用いて結合損失を測定した。溝間隔が２５０μｍのアレイでは結合損失が、０．２６ｄＢであった。
【００２４】
実施例２
実施例１と同様の条件で、溝間隔を１２５μｍにして、Ｕ字形溝を基材に形成した。隣接する各溝間の寸法精度は、１２５μｍ±０．５μｍであり、各溝のＺ軸方向（溝の長軸方向）の平行度は±０．０５°であった。また、両端の溝の中心間距離は、１０００μｍ＋０．４μｍであった。
【００２５】
次に、実施例１と同様にして光ファイバを基材に敷設して光通信用アレイを得、コリメータを用いて結合損失を測定したところ、溝間隔が１２５μｍのアレイでは、結合損失が、０．１６ｄＢであった。
【００２６】
比較例１
基本波１０６４ｎｍ（倍波５３２ｎｍ、三倍波３５５ｎｍ）のＹＡＧレーザを、５倍の対物レンズで集光し、スポット径１２５μｍに調整し、レーザ照射面を光学研磨した厚さ５ｍｍの矩形の石英ガラス製基材（材料のバンドギャップが７．９ｅＶ）に、レーザ照射を行った。照射条件および加工速度は、パルスエネルギーが５ｍＪ、スキャン速度が１００μｍであった。
【００２７】
その結果、基材の表面が僅かに窪んだだけで、Ｖ字型溝は形成されなかった。また、レーザを照射した基材表面とその裏面とには、マイクロクラックの発生が観測された。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、寸法精度が高くかつ加工が容易で安価な、多芯化された光通信用フェルールが得られ、また、光ファイバを基材に固定する際の接着剤の使用量を低減できる光通信用ファイバアレイが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す、光通信用ファイバアレイの概略図を示したものである。
【図２】本発明の光通信用ファイバアレイのＶ字形溝部分を拡大した図である。
【図３】本発明の光通信用ファイバアレイの別の態様を示した図である。
【図４】本発明の光通信用ファイバアレイの別の態様を示した図である。
【図５】本発明の光通信用ファイバアレイの別の態様を示した図である。
【符号の説明】
１　基材
２　押さえ板
【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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