(57)【要約】【課題】光ファイバを挿通した光フェルールに、前記光ファイバの光軸上に光学素子やフィルタ等の光学部品を配設する為の台座が形成された光デバイスにおいて、抗折強度の強い光デバイスを提供する。【解決手段】光ファイバを挿通した光フェルールに、前記光ファイバの光軸上に光学素子を配設する為の台座が形成された光デバイスにおいて、前記台座が前記光フェルール外周から角形状もしくは丸形状の座ぐり部で形成され、且つ座ぐりの底面が平坦で、座ぐりの各面が交差する角部は曲率半径０．２ｍｍ以下の形状であることを特徴とする光デバイス。【選択図】図１
2005181901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを挿通した光フェルールに、前記光ファイバの光軸上に光学素子を配設する為の角形状もしくは丸形状の座ぐり部を形成し、該座ぐり部の底面が平坦で、座ぐり部の各面が交差する角部は曲率半径０．２ｍｍ以下であることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記光フェルールの外周に、少なくとも座ぐり部の裏側を覆う補強用環状部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
前記補強用環状部材の材質は、前記光フェルールと同材質であることを特徴とする請求項２記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信機器や光計測用センサ等に好適に適用され、本デバイス内で光ファイバと波長フィルタや光アイソレータ等の光学素子を搭載するための台座を設けた光デバイスに関し、特に、この光デバイスの補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光技術の発達と共に、光通信や光計測等の分野において、光ファイバを用いた光信号や光エネルギの伝送手段が盛んに利用されている。
【０００３】
このようなシステムでは、光源や受光器、波長フィルタやセンシングのための光学素子と光ファイバを光結合させる必要があり、更に部品の小型化が要求される。
【０００４】
その対応策として、光ファイバの伝送路中に形成した台座に、光アイソレータや光フィルタ等の光学素子を配設することで、光ファイバとの好適な光結合（光接続）を、コンパクトな部品構成で実現していた。
【０００５】
このような光デバイスの一例として、図９及び図１０の構造について説明する（特許文献１参照）。
【０００６】
まず、図４に示すような光ファイバ体Ｆ１を作製する。すなわち、第１シングルモード光ファイバ２ａ（以下、ＳＭファイバともいう）の一端に第１グレーテッドインデックス光ファイバ３ａ（以下、ＧＩファイバともいう）の一端を融着し、この第１ＧＩファイバ３ａの逆端に、焦点距離調節用のコアレス光ファイバ（以下、ＣＬファイバともいう）４の一端を融着し、更にこのＣＬファイバ４の逆端に第２ＧＩファイバ３ｂの一端を融着し、この第２ＧＩファイバ３ｂの逆端に第２ＳＭファイバ２ｂを融着して光ファイバ体Ｆ１とする。
【０００７】
次に図５に示すように、前記光ファイバ体Ｆ１を光フェルール１の内径１ａに挿通し固定した後、図７もしくは図８に示すように、ダイシング加工等によって、ＣＬファイバ４を分断する方向に、光学素子を搭載するためのスリット台座７ａを形成し、ＣＬファイバ４を第１ＣＬファイバ４ａ、第２ＣＬファイバ４ｂに分離する。
【０００８】
ここで形成されるスリット台座７ａの形状は、主に２種類の形状があり、図７に示すように、スリットの底面１３は平坦で、且つスリットの底面１３とスリットの側面１４が交わる角１２がエッヂの場合と、図８に示すように、スリット台座７ａの第１ＣＬファイバ４ａ側と第２ＣＬファイバ４ｂ側の近傍だけが深く彫り込まれた形状で、且つ角１２に角Ｒが形成された形状とがある。
【０００９】
次に図９もしくは図１０に示すように、例えば偏光子及び検光子と、これら偏光子と検光子の間に配設されたファラデー回転子（不図示）と、このファラデー回転子の両側の側面に配設され、ファラデー回転子に磁界を与える磁石（不図示）とで構成された光学素子５をスリット台座７ａに接着剤８で充填固定して光デバイスＪ１とする。
【００１０】
図９の形状の場合において、角１２をエッジにしているのは、仮に角１２にＲが付いていた場合に光学素子５が角Ｒに乗り上げて、光路から外れてしまう（不図示）等といった不具合が発生する場合があるからである。
【００１１】
また、図１０に示す形状の場合において、スリット台座７ａの第１ＣＬファイバ４ａ側と第２ＣＬファイバ４ｂ側の近傍だけを深く彫り込んだ形状で、角１２に角Ｒを形成しているのは、角Ｒを逃げて光学素子５の乗り上げを防止すると共に、角Ｒを付けることによって破断起点を無くし、出来る限りフェルール１の強度を確保する為である。
【００１２】
以上のように、スリツト台座７ａの形状により、それぞれ特有の特徴がある。
【００１３】
一方で、フェルール１にスリット台座７ａを形成することにより、フェルール１自体の強度が低下するのは否めないため、図１１に示すように、フェルール１外周に環状補強部材６を圧入固定し、フェルール１の抗折強度アップを図った光デバイスＪ２の構造等が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１１８５１
【特許文献２】特開２００３−１６１８３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図９のような形状の場合には、角１２がエッヂのため、この部分が破断起点となり、弱い力でフェルール１が折れてしまうという問題があった。
【００１５】
逆に、図１０のような形状の場合には、光学素子５のＲに乗り上げによる光路遮断はないが、第１ＣＬファイバ４ａ側と第２ＣＬファイバ４ｂ側の近傍が深く彫り込まれていることにより、余肉９の肉薄部分が局所的に存在するため、強度が極端に低下し、その結果フェルール１が折れてしまうという問題があった。
【００１６】
すなわち、フェルール１の強度確保と、光学素子５の配置による光路確保の両立が非常に困難であった。
【００１７】
また、図１１に示す構造においては、補強用環状部材６を配設することにより強度は格段に上がるが、フェルール１を補強用環状部材６に圧入する際に、余肉９から破断し易いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光ファイバを挿通した光フェルールに、前記光ファイバの光軸上に光学素子を配設する為の角形状もしくは丸形状の座ぐり部を形成し、該座ぐり部の底面が平坦で、座ぐり部の各面が交差する角部は曲率半径０．２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記光フェルールの外周に、少なくとも座ぐり部の裏側を覆う補強用環状部材を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、前記補強用環状部材の材質は、前記光フェルールと同材質であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば光ファイバを挿通した光フェルールに、前記光ファイバの光軸上に光学素子を配設する為の台座が形成された光デバイスにおいて、前記台座が前記光フェルール外周から角形状もしくは丸形状の座ぐり部を形成し、且つ座ぐり部の底面が平坦で、座ぐり部の各面が交差する角部は曲率半径０．２ｍｍ以下にすることで、抗折強度の非常に強い光デバイスを提供できる。
【００２２】
更に、前記光フェルールの外周に、前記光フェルールの少なくとも座ぐり部の裏側を覆う補強用環状部材を設けることにより、前述のフェルール抗折強度より更に強い光デバイスを供給することが可能である。
【００２３】
更にまた、前記補強用環状部材の材質は、前記光フェルールと同材質にすることで、抗折強度の強い光デバイスを供給することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に関わる光デバイスの実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の完成図を示す平面図及び断面図であり、図２は、本発明の補強用環状
部材６を使用したタイプの完成図を示した平面図及び断面図である。
【００２６】
また、図４〜図６は、本発明品が完成するまでの過程を示す平面図及び断面図である。
【００２７】
まず、図４に示す光ファイバ体Ｆ１を作製する。すなわち、既に説明したように、モードフィールド径（以下、ＭＦＤともいう）が１０μｍ程度の光伝送用の第１ＳＭファイバ２ａの一端に、直径が第１ＳＭファイバ２ａとほぼ同一の第１ＧＩファイバ３ａの一端を融着し、この第１ＧＩファイバ３ａの逆端に、これと直径がほぼ同等で、焦点距離調節用のＣＬファイバ４（または大口径ＳＭファイバ）を融着し、さらに、このＣＬファイバ４（または大口径ＳＭファイバ）の逆端に第１ＧＩファイバ３ａと同等な第２ＧＩファイバ３ｂの一端を融着し、この第２ＧＩファイバ３ｂの逆端には第１ＳＭファイバ２ａ同等の第２ＳＭファイバ２ｂの一端を融着して全体が一本の光ファイバ体Ｆ１を作製する。
【００２８】
次に、図５に示すように、光ファイバ体Ｆ１をその保護体である例えばジルコニアから成る光フェルール１の内径１ａに接着剤を充填した後、前記光ファイバ体Ｆ１をその内径１ａ内に挿通し、熱硬化させて固定する。
【００２９】
次に、図６に示すように、光フェルール１の外周から超音波加工等により角形状もしくは丸形状で、前記光ファイバ体Ｆ１を構成するＣＬファイバ４を分断する方向に、座ぐり７ｂを形成する。
【００３０】
ここで形成する座ぐり７ｂの底面１０は、平坦な形状とし、深さは光ファイバ体Ｆ１の光軸から０．３ｍｍ程度深い深さで、底面１０と側面１１が交わる角１２に至っては、曲率半径０．２ｍｍ以下の形状とする。
【００３１】
また、幅及び長さは、光学素子５を入れることが可能な大きさとし、約０．７〜１．０ｍｍ角もしくは約０．７〜１．０ｍｍ径の丸形状が望ましい。
【００３２】
次に、図１に示すように、座ぐり７ｂ上に光学素子５を搭載した後、光硬化型接着剤８で固定し、光デバイスＭ１を作製する。
【００３３】
ここで、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ、３ｂは、光ファイバの中心軸から離れるに従って徐々に屈折率が軸対象の屈折率分布を持つ光ファイバである。殆どのＧＩファイバはほぼ２乗の屈折率分布を持ちレンズ効果を有するため、適当な屈折率分布のＧＩファイバを適当な長さで用いれば好適な結合光学系を構成することができる。
【００３４】
ＧＩファイバの端面に点光源がある場合にコリメート光にする条件は、ＧＩファイバの長さが４分の１周期になる長さ（光線の周期に対応させてピッチ（Ｐ）で表すとＰ＝０．２５）であるが、実際に結合効率が最も高くなるのは、端面が対向するＧＩファイバからのビームウェスト位置が一致するときである。
【００３５】
Ｐ＝０．２５におけるビームウェスト位置は、ＧＩファイバの出射端面に位置することになり、第１ＧＩファイバ３ａ−第２ＧＩファイバ３ｂ間に光学素子５を挿入する場合は、ビームウェスト位置は一致しない。そのため、ＧＩファイバの出射端面から離れた位置にビームウェストを形成するには、４分の１周期になる長さよりも長く（Ｐ＞０．２５）する条件が必要になる。
【００３６】
そこで、第１及び第２ＣＬファイバ４ａ、４ｂの長さは、第１及び第２ＧＩファイバ３ａ、３ｂによるビームスポットが中央で一致するように調整されている。
【００３７】
光ファイバ体Ｆ１は１本の光ファイバであるので、これをフェルール１に挿入固定後、図１のようにコアレス光ファイバ４の部分で分断した場合、２本の光ファイバ間の軸ズレを防止することが出来、単に第１及び第２ＳＭファイバ２ａ、２ｂ同士を突き合わせた場合よりも結合効率を良くすることが可能である。
【００３８】
また、フェルール１に施した座ぐり７ｂの底面１０は、平坦な面を有しており、図１０に示す従来品のように、局所的に深い部位がないため、フェルール１の強度が確保される。
【００３９】
更に、角１２について曲率半径０．２ｍｍ以下の形状にしたのは、曲率半径０．２ｍｍより大きい場合には、光学素子５が角Ｒに乗り上げて光路から外れてしまうからである。
【００４０】
また逆に、曲率半径０．２ｍｍ以下ようなエッヂでも良い理由は、通常の材料強度は、断面積の２乗に比例すると言われているため、座ぐり形状にすることにより余肉９の断面積が増えることによって、図９や図１０に示す従来のスリット構造より遙かに強度が確保されることとなり、角１２をエッジ形状にしたとしてもフェルール１の強度は充分に確保されるからである。
【００４１】
すなわち、フェルール１の強度確保と光学素子５の配置による光路確保の両立が可能となる。
【００４２】
ここで、前述したように、本発明品は座ぐり形状にすることで、角１２がエッヂでも使用上問題ない強度を確保できるが、更に安定した強度を保つためには出来るだけエッジ部の少ない形状で、破断の起点を出来る限り減らした形状が望ましい。
【００４３】
従って、フェルール１に加工する座ぐり７ｂの形状は、図１に示すような角１５をＲ取りした角形状、もしくは、丸形状とする。
【００４４】
但し、丸形状の場合のには、光学素子５を搭載しずらいため、作業性を考慮した場合には、角形状の方が望ましい。
【００４５】
また、座ぐり７ｂを形成する方法としては、超音波加工が有効な加工方法である。その理由としては、上記角１２や角１５のような角を所望のＲ形状に加工することが可
能であり、更に、従来のダイシング加工より加工面が滑らかな面での加工が可能になるからである。
【００４６】
更にまた、光ファイバ体Ｆ１及び補強用環状部材６を固定する際に使用する接着剤は、熱硬化型接着剤に限らず、低融点ガラスや半田での固定でも何ら問題ない。
【００４７】
次に本発明の他の実施形態について、図２を用いて説明する。
【００４８】
本発明品は、前述した図１に示す光デバイスＭ１を作成し、フェルール１の外周に厚さ０．１ｍｍ以上の円筒で、且つフェルール１と同材質でジルコニア材のセラミックから成る補強用環状部材６を、圧入もしくは接着固定して光デバイスＭ２を作成する。ここで、図２に示した補強用環状部材６の形状は円筒形状としたが、その目的がフェルール１の補強用とのことより、少なくとも座ぐり７ｂの裏側の補強が可能な形状で有れば良いため、図３に示すような半円形状のものをフェルール１の座ぐり７ｂの裏面に貼りつけた形状でも何ら問題ない。
【００４９】
また、補強用環状部材６の材質をフェルール１と同材質とした理由として、異材質の場合には、光デバイスＭ２の完成体になった後、光デバイスＭ２に熱負荷がかかった際に、膨張係数の違いによりフェルール１に応力が加わり、フェルール１が破断する危険性があるからである。
【００５０】
今回は、フェルール１の材質として代表的なセラミックを例にとったが、金属でも何ら問題なく使用可能である。
【００５１】
更にまた、前述したように光デバイスＭ１は、図９や図１０に示す従来品のスリット台座７ａを、座ぐり７ｂで形成しているので、フェルール１の強度が非常に強い。
【００５２】
従って、補強用環状部材６にフェルール１を圧入する際に、フェルール１が破断する等といったことが無くなる。
【実施例】
【００５３】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００５４】
本発明の実施例として図１及び図２に示す光デバイスと、比較例として、図１０に示す従来の光デバイスをそれぞれ１０個ずつ作製し、各々のフェルール抗折強度を測定した。
【００５５】
本発明の実施例、従来例ともにフェルール１の外径は１．２４９ｍｍ径の物を使用し、光ファイバ体Ｆ１をエポキシ系の熱硬化型接着剤にて固定した。
【００５６】
また、従来品におけるスリット台座７ａは、ダイシング加工にて光ファイバ体Ｆ１を分断する深さで、且つフェルール１の余肉９が０．４５ｍｍ残る深さとし、幅は０．８ｍｍの形状で作製した。
【００５７】
本発明品の場合には、０．８ｍｍ角で四隅が曲率半径０．１ｍｍの角型の座ぐり７ｂを、超音波加工にて従来品と同じ深さまで加工した物を使用した。
【００５８】
また更に、従来品のスリット台座７ａ及び本発明品の座ぐり７ｂの上には、厚さ０．６ｍｍの光学素子５（光アイソレータ）を配設し、透光性のエポキシ接着剤８で固定した。
【００５９】
更に、補強用環状部材６は、材質がジルコニアで、肉厚が０．１ｍｍのものを接着固定した。
【００６０】
抗折強度の測定方法は図１２に示すように、まず、光デバイスＭ１やＭ２、もしくはＪ１の片端より１ｍｍの範囲を万力１６に固定し、逆端から１ｍｍの位置をスリット台座７ａ及び座ぐり７ｂの深さ方向にプッシュプルゲージ１７にて１０ｍｍ／ｍｉｎのスピードで荷重を加えて測定した。
【００６１】
以上のサンプルでの評価結果を表１に示す。
【表１】
2005181901.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、従来の光デバイスの抗折強度最大値３．２１（Ｎ）、平均値２．９８（Ｎ）だったのに対し、図１に示す本発明品は最大値６．３２（Ｎ）、最小値５．４９（Ｎ）、平均値５．９５（Ｎ）となり、本発明品の最小値が従来品の最大値をも上回るとともに、平均値で約倍近い結果となった。
【００６３】
また、図２に示す本発明品に至っては、最大値１２．３５（Ｎ）、最小値９．６１（Ｎ）、平均値１１．２０（Ｎ）と更に高い抗折強度を有していた。
【００６４】
以上より、座ぐり７ｂを座ぐり形状にすることで、フェルール１の抗折強度が格段に上がることを確認した。
【００６５】
また、補強用環状部材６をつけることにより、更に強い抗折強度になることを確認した。
【００６６】
次に、フェルール１と補強用環状部材６の材質を変えた場合の抗折強度の比較として、上述した図２に示す光デバイスＭ２と、その光デバイスＭ２にステンレスの補強用環状部材６を設けたものを各々１０個ずつ作成し、熱を加えて抗折強度を測定した。
【００６７】
測定方法は上述同様の図１２に示す方法で、且つサンプルの温度が＋１２０℃になるように、オーブンの中で測定した。
【００６８】
以上のサンプルでの評価結果を表２に示す。
【表２】
2005181901.tif 000004
【００６９】
表２に示すように、補強用環状部材６がフェルール１と同じジルコニアの場合は、最大値１１．９８（Ｎ）、平均値１０．８８（Ｎ）だったのに対し、ステンレスの場合には、最大値９，８０（Ｎ）、平均値９．１０（Ｎ）となり、平均値で１．７８（Ｎ）もの差が有った。
【００７０】
以上より、補強用環状部材６とフェルール１を同材質にすることにより、より強い抗折強度を確保することが可能であることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に関わる光デバイスの実施形態であり（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は中央部での横断面図である。
【図２】本発明に関わる光デバイスのその他の実施形態であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】本発明に関わる光デバイスのその他の実施形態であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】光ファイバ体を示す縦断面図である。
【図５】光デバイス作製における中間工程品の縦断面図である。
【図６】光デバイス作製におけるその他の中間工程品であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図７】光デバイス作製におけるその他の中間工程品であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図８】光デバイス作製におけるその他の中間工程品であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図９】従来の光デバイスであり（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】従来のその他の光デバイスであり（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１１】従来のその他の光デバイス（ａ）は上面透視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１２】フェルール抗折強度測定方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    ：光フェルール
１ａ  ：内径
２ａ  ：第１シングルモード光ファイバ
２ｂ  ：第２シングルモード光ファイバ
３ａ  ：第１グレーテッドインデックス光ファイバ
３ｂ  ：第２グレーテッドインデックス光ファイバ
４    ：コアレス光ファイバ
４ａ  ：第１コアレス光ファイバ
４ｂ  ：第２コアレス光ファイバ
５    ：光学素子
６    ：補強用環状部材
７ａ  ：スリット台座
７ｂ  ：座ぐり
８    ：接着剤
９    ：余肉
１０  ：（座ぐり部の）底面
１１  ：（座ぐり部の）側面
１２  ：角
１３  ：（スリットの）底面
１４  ：（スリットの）側面
１５  ：角
１６  ：万力
１７  ：プッシュプルゲージ
Ｊ１  ：従来の光デバイス
Ｊ２  ：従来の他の光デバイス
Ｍ１  ：本発明の光デバイス
Ｍ２  ：本発明の他の光デバイス
【図１】
2005181901.tif 000005
【図２】
2005181901.tif 000006
【図３】
2005181901.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005181901.tif 000011
【図８】
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【図９】
2005181901.tif 000013
【図１０】
2005181901.tif 000014
【図１１】
2005181901.tif 000015
【図１２】
2005181901.tif 000016