(57)【要約】【課題】低コストで精度良く製造でき、小型化及びアレイ化が可能であり、更に光監視機能を付与することも可能な固定減衰器を提供する。【解決手段】Ｖ溝１０が１以上形成された基板２０と、Ｖ溝１０に固定された１以上の光伝達部材３０とを備え、光伝達部材３０の少なくとも１つに、光軸に対して斜めにギャップ３６が形成された固定減衰器１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ溝が１以上形成された基板と、前記Ｖ溝に固定された１以上の光伝達部材とを備え、
前記光伝達部材の少なくとも１つに、光軸に対して斜めにギャップが形成された固定減衰器。
【請求項２】
前記ギャップに対応する位置の前記基板に、光軸に対して斜めにスリットが形成された請求項１に記載の固定減衰器。
【請求項３】
前記ギャップ内に、屈折率整合層を備える請求項１又は２に記載の固定減衰器。
【請求項４】
前記ギャップ内に、前記光伝達部材中の光導波路を構成する部材と実質的に同一の材質の部材を備える請求項１〜３の何れかに記載の固定減衰器。
【請求項５】
前記基板とともに前記光伝達部材を押圧する蓋基板が無い請求項１〜４の何れかに記載の固定減衰器。
【請求項６】
複数の前記光伝達部材を備え、一の光伝達部材に形成されたギャップの長さと、他の一の光伝達部材に形成されたギャップの長さが異なる請求項１〜５の何れかに記載の固定減衰器。
【請求項７】
複数の前記光伝達部材を備え、一の光伝達部材に形成されたギャップの光軸方向の位置と、他の一の光伝達部材に形成されたギャップの光軸方向の位置が異なる請求項１〜６の何れかに記載の固定減衰器。
【請求項８】
前記基板上において、一の光伝達部材の前記ギャップとは別の位置に、ギャップが形成され、該ギャップ内部に光分岐フィルタを備える請求項１〜７の何れかに記載の固定減衰器。
【請求項９】
一の光伝達部材の前記ギャップ内に、光分岐フィルタを備える請求項１〜７の何れかに記載の固定減衰器。
【請求項１０】
前記分岐フィルタにより分岐された光を検知する受光素子を備える請求項８又は９に記載の固定減衰器。
【請求項１１】
Ｖ溝が１以上形成された基板と、前記Ｖ溝に固定された１以上の光伝達部材とを備え、前記光伝達部材の少なくとも１つに、光軸に対して斜めにギャップが形成された光デバイスを固定減衰器として用いる光デバイスの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等に用いる光信号を所定の光量に減衰させることが出来る固定減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
末端での光ファイバ敷設では光受光素子感度の関係から適正な光量に光を調整して（減衰させて）信号を送信する必要がある。そこで、光固定減衰器と呼ばれる製品が多く用いられている。また、近年敷設光ファイバに対して光出力監視機能を付与する要求が高まっている。これは純粋にファイバ内部を伝搬する光出力の検出にとどまらず、例えば断検出や、配線確認としての意味も持つ。こうした固定減衰機能や、光監視機能には小型、低コスト化への要求が高まっている。
【０００３】
従来の固定減衰器は主として光ファイバコネクタ用レセプタクル内部に光吸収体を配したものが挙げられる。また、光ファイバ間にギャップを形成することにより、光量を減衰させる手段として、コネクタ用フェルール内部で光ファイバのギャップを調整して、光減衰素子を得る手段（特許文献１参照）、及びフェルール内部に固定した光ファイバを一括してギャップ加工する手段（特許文献２参照）が開示されている。
【０００４】
しかし、この様な手段を用いる場合、各コネクタに同機能が付与されるために、小型化、特にアレイ（２５０μｍピッチ）化することが困難となる。更に減衰器に対して光監視機能を付与する場合、種々方式はあるが、低コストでの同機能集積は現実的に困難であった。
【特許文献１】特開平５−１００１１７号公報
【特許文献２】実公平７−４６８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、低コストで精度良く製造でき、小型化及びアレイ化が可能であり、更に光監視機能を付与することも可能な光固定減衰器に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって以下の固定減衰器が提供される。また、本発明によって、以下の光デバイスを固定減衰器に使用する使用方法が提供される。
【０００７】
［１］  Ｖ溝が１以上形成された基板と、前記Ｖ溝に固定された１以上の光伝達部材とを備え、前記光伝達部材の少なくとも１つに、光軸に対して斜めにギャップが形成された固定減衰器。
【０００８】
［２］  前記ギャップに対応する位置の前記基板に、光軸に対して斜めにスリットが形成された［１］に記載の固定減衰器。
【０００９】
［３］  前記ギャップ内に、屈折率整合層を備える［１］又は［２］に記載の固定減衰器。
【００１０】
［４］  前記ギャップ内に、前記光伝達部材中の光導波路を構成する部材と実質的に同一の材質の部材を備える［１］〜［３］の何れかに記載の固定減衰器。
【００１１】
［５］  前記基板とともに前記光伝達部材を押圧する蓋基板が無い［１］〜［４］の何れかに記載の固定減衰器。
【００１２】
［６］  複数の前記光伝達部材を備え、一の光伝達部材に形成されたギャップの長さと、他の一の光伝達部材に形成されたギャップの長さが異なる［１］〜［５］の何れかに記載の固定減衰器。
【００１３】
［７］  複数の前記光伝達部材を備え、一の光伝達部材に形成されたギャップの光軸方向の位置と、他の一の光伝達部材に形成されたギャップの光軸方向の位置が異なる［１］〜［６］の何れかに記載の固定減衰器。
【００１４】
［８］  一の光伝達部材の前記ギャップとは別の位置にギャップが形成され、該ギャップ内部に光分岐フィルタを備える［１］〜［７］の何れかに記載の固定減衰器。
【００１５】
［９］  一の光伝達部材の前記ギャップ内に、光分岐フィルタを備える［１］〜［７］の何れかに記載の固定減衰器。
【００１６】
［１０］  前記分岐フィルタにより分岐された光を検知する受光素子を備える［８］又は［９］に記載の固定減衰器。
【００１７】
［１１］  Ｖ溝が１以上形成された基板と、前記Ｖ溝に固定された１以上の光伝達部材とを備え、前記光伝達部材の少なくとも１つに、光軸に対して斜めにギャップが形成された光ディバイスを固定減衰器として用いる光デバイスの使用方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の固定減衰器は、光ファイバアレイに精密加工を施すことにより製造が可能となるため、低コストで製造でき、小型化及びアレイ化が可能である。更に、その構造上、光監視機能を容易に付与することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を基に具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２０】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の固定減衰器の一実施形態を模式的に示す図であり、図１（ａ）は模式的な平面図、図１（ｂ）は模式的な正面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＣ−Ｃ断面を示す模式的な断面図である。
【００２１】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す固定減衰器１は、Ｖ溝１０が形成された基板（Ｖ溝基板）２０と、Ｖ溝１０に固定された光伝達部材３０とを備える。この実施形態において、光伝達部材３０は光ファイバ３２と被覆部３９とを備えるリボンファイバであり、光ファイバ３２がＶ溝基板２０に固定されている。
【００２２】
光伝達部材３０には、光軸に対して斜めに加工されたギャップ３６が存在する。このギャップ３６を介して出力側光ファイバへ光が再結合されることで、光伝達部材３０を通過する光が所定量減衰される。このようにＶ溝基板を用いて光伝達部材を固定し、固定された光伝達部材にギャップ３６を形成することで、精度の良い減衰器とすることが出来る。また、ギャップ３６の形成は容易であるので、低コスト化を図ることが出来る。更に、従来の光コネクタによる減衰器で困難であったアレイ化が可能となり極めて小型な製品となる。
【００２３】
特開平５−１００１１７号公報（特許文献１）及び実公平７−４６８８１号公報（特許文献２）に開示された手段では、例えば前者の場合は光をファイバに入力した状態で光出力を確認しつつギャップを調整してやる必要があり、この調整コストが大きなものとなってしまう。また後者の場合、フェルールとファイバを一括して加工してやる必要があるために高精度に加工することが困難となる。そのために目的の減衰量を高精度に実現することが難しい。一方、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す形態の固定減衰器は、Ｖ溝基板２０に光ファイバ３２を固定した状態で、ギャップ３６を形成することが出来る。従って、上述のような問題が解決され、且つ低コストにて固定減衰器を製造することが出来る。
【００２４】
図２に示すように、ギャップ３６は、光軸に対して斜めに形成されたものである。光ファイバ３２の光軸に対して、垂直に形成されたギャップの場合には、ギャップを形成する面（ギャップ面）３７における反射戻り光が発生する問題が生じるが、ギャップ面３７に傾斜を持たせることにより、反射戻り光を低減することが出来る。光軸に垂直な面に対する傾斜角θは５°以上であることが好ましく、７°以上であることが更に好ましい。一方、傾斜角θは、４５°以下であることが好ましく、３０°以下であることが更に好ましい。傾斜角が大きすぎると出力側ファイバとの再結合損失が過剰となりすぎるために減衰量の制御が困難となる。またギャップ加工の精度悪化の観点からも傾斜角度を大きくとりすぎない方が良い。なお、図２において、符号３３及び３４は、各々光導波路となるコア及びその外側のクラッドを示す。
【００２５】
また、対向するギャップ面３７，３８は、互いに平行であっても良いが、１°以上、特に２°以上の角度差をもたせることも好ましい。これはギャップ面３７，３８が平行の場合、ギャップ面３７，３８での反射光がそれぞれ干渉し特性上問題を与える場合があるためである。従って、ギャップ面３７，３８の傾斜角θに差をもたせることにより、こうした影響を低減させることが可能となる。
【００２６】
ギャップ３６内には、特に何も充填しなくても良い。即ち、ギャップ３６内に空気層が存在している状態でも所定の減衰率で、光量を減衰させることが出来る。但し、図３に示すように、ギャップ３６内に屈折率整合層４０を備えることも好ましい。屈折率整合層とは、光導波路となる部材、例えばコア３３、との屈折率差が、光導波路となる部材とほぼ同等の屈折率を有する層を意味する。例えば光ファイバのコア部分の屈折率が１．４４９である場合、該屈折率整合層は１．４３〜１．４７であることが望ましい。これ以上の屈折率差が生じると光ファイバから出射された光が屈折率界面での屈折により大きく曲げられてしまい、再結合損失が過剰になるため減衰量の正確な調整が困難なものとなる。
【００２７】
ギャップ３６内が空気層の場合、例えばコア３３を通ってギャップ３６に進入した光は、回折により広がるとともに、コア３３と空気層との屈折率差により屈折する。この回折や屈折はコアとの屈折率差が大きいほど顕著となってしまう。即ちギャップ３６内が屈折率整合剤によって充填されている場合より空気層である場合の方が顕著となる。従って、ギャップ３６による減衰率は、ギャップ３６の長さｄによって、大きく変化する。即ちギャップ長ｄの加工精度誤差許容量が厳密に要求されることを意味する。これに対して、ギャップ３６内に屈折率整合層が存在する場合、ギャップ長ｄの加工精度は空気における加工精度よりも緩和されることになる。またこの場合、ギャップ面３７での反射の影響を小さくすることも可能となる。
【００２８】
屈折率整合層は、屈折率整合剤をギャップ内に充填することにより形成することが出来る。好ましい具体的な屈折率整合剤としては、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂材料等が挙げられる。
【００２９】
また、ギャップ内に光伝達部材中の光導波路を構成する部材と実質的に同一の材質の部材を備えることも好ましい。例えば、図４において、光導波路となるコア３３を構成する部材が石英ガラスの場合、石英ガラス４１をギャップ内に嵌合できる寸法に加工してギャップ内に挿入し、屈折率整合剤４２で固定することも好ましい。特に屈折率整合剤の光吸収が大きい場合にはこの方法を用いることで高い信頼性を得ることが可能となる。なお、実質的に同一の材質とは、添加剤等の微量な成分まで同一であることを意味するものではなく、８０質量％以上の成分が同一であれば良い。例えば上述のように、コアが石英ガラスであれば、屈折率がほぼ同一の範囲内で、添加剤等の微量な成分の有無、量、種類が異なる石英ガラスであっても、これをギャップ内に備えていれば良い。
【００３０】
ギャップの長さｄに特に制限は無く、ギャップ内に存在する物質と、必要とする減衰率から導き出すことが出来る。
【００３１】
減衰機能を付与する光ファイバアレイに関しては、Ｖ溝基板とともに光伝達部材を押圧して固定する蓋基板を備えていても良い。しかし、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す形態のように、蓋基板を備えない形態も、本発明においては好ましい。光ファイバアレイを作製した後、これを加工してギャップを形成する場合に、蓋基板が無いことにより、加工が容易となり、そのまま製品とすることが出来る。なお、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す形態は、蓋基板がまったく無い形態であり、例えば後述するモニタ機能を、この固定減衰器に付加するような場合には、この形態が好ましい。但し、ギャップ３６の上方が開放されていれば加工が容易であるため、この部分の蓋基板が無ければ、他の部分に蓋基板があっても良い。
【００３２】
本発明の固定減衰器は、光伝達部材を１つ備えていれば良いが、複数の光伝達部材をコンパクトにまとめて、アレイ化した状態で、一部又は全部の光伝達部材の光量の調節を行うことが出来る点で、複数の光伝達部材を備えていても良い。
【００３３】
また、固定減衰器が複数の光伝達部材を備えている場合、図５に示すように、ギャップ３６の長さｄが異なることも好ましい。複数の光伝達部材各々に要求される減衰率が異なる場合もあるからである。この場合、長さｄの同じギャップ３６が複数形成されていても良く、ギャップが形成されてない光伝達部材があっても良い。また、図６に示すように、光軸方向の位置が互いに異なるギャップ３６が形成されていても良い。
【００３４】
複数の光伝達部材に、ギャップを形成する具体的な好ましい方法としては、Ｖ溝に光伝達部材を固定した後に、例えばダイヤモンド砥石による研削加工、エキシマレーザ等のレーザーによる溝加工、又は酸によるエッチング加工等が挙げられる。
【００３５】
研削加工は、低コストで行うことが出来る点で好ましい。この場合、通常Ｖ溝基板も研削される。従って、図１（ｂ）に示すように、Ｖ溝基板２０にもギャップ３６に対応する位置にスリット３５が形成されていることも好ましい形態である。但し、レーザー加工等により、光伝達部材のみを加工し、ギャップを形成することも可能である。また、スリット３５が形成されている場合に、図１（ｂ）に示すスリット３５の長さＤと、図２に示すギャップ３６の長さｄが同じであっても、異なっていても良い。またスリット３５の形状は、対向する面が該平行となる形状でも良いが、例えばＶ形状であってもよい。
【００３６】
なお、複数の光伝達部材において、同じ長さで、同じ位置にギャップを形成する場合には、研削加工やレーザー加工によってギャップを形成することが好ましく、異なる長さのギャップを形成する場合や異なる位置にギャップを形成する場合には、レーザー加工や、酸によるエッチング加工によりギャップを形成することが好ましい。
【００３７】
図７に示す固定減衰器１は、ギャップ３６とは別の位置に光分岐フィルタ１２を備え、更に分岐された光を検出する受光素子１６を備える。図７に示す固定減衰器１において、光分岐フィルタ１２は、光軸上に斜めに挿入されている。更に、サブマウント１４を備え、サブマウント１４に受光素子１６が実装されている。このような構成により、光分岐フィルタ１２によって分岐された光を受光素子１６が受け、光出力の監視や断線検出、配線確認等を行うことが出来る。従って、図７に示す固定減衰器１は、光量を減衰させるとともに光出力の監視等を行うことが出来る。なお、サブマウント１４に光受光素子を実装する場合には、光受光素子は、実装面とは反対側の面に入射する光を感知する素子、即ち裏面入射構造の素子であることが好ましい。
【００３８】
光分岐フィルタ１２を光軸上に斜めに挿入する方法としては、ギャップ３６と同様の方法で、モニタ用ギャップを形成し、そのモニタ用ギャップに光分岐フィルタ１２を挿入し固定する方法が好ましい。この際形成されるモニタ用ギャップの２つのギャップ面は平行であっても良いが、互いの傾斜角に１°以上の差があると好ましい。各々の面での反射光の干渉を抑制するためである。また傾斜角度に関しては８°〜３０°の傾斜であることが望ましい。傾斜角度が８°未満である場合、反射光の広がりが大きすぎる為受光素子での光電変換効率が低下してしまう。また３０°より大きな角度とすると分岐フィルタの設計が困難なものとなる。
【００３９】
光分岐フィルタを備える固定減衰器の別の好ましい形態は、図８に示すように、光減衰用のギャップ３６内に、光分岐フィルタ１２を備える形態である。このように、光減衰と光分岐を一箇所で行うことも可能であり、より簡単な構造とすることが出来る。
【００４０】
図７及び図８に示す形態において、光分岐フィルタ１２の構成に特に制限はない。例えば、光分岐フィルタ１２の基板材料としては、ハンドリング等を考慮した場合、有機材料、例えばポリイミド基板等を用いることも出来る。また、基板の屈折率と光導波路の屈折率差を大きく取るように基板材料を選択してやることで、特に基板への機能性薄膜を形成しなくとも光出力分岐を行うことも可能である。石英製のフィルタ基板１９にフィルタ多層膜１８を備えるものも好ましい。これは多層膜によって光分岐を実施する場合、基板材料が導波路材料と近い屈折率を持つことが望ましいためである。フィルタ多層膜１８としては、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等から選ばれた複数の材料をフィルタ基板上に蒸着することにより形成された多層膜を用いることが好ましい。ここで光分岐フィルタの機能としては、単に光出力を分岐する機能の他に、たとえば波長によって透過率を変化させる等の機能を用いても良い。また光出力の分岐の場合、更に、屈折率整合層１５を光分岐フィルタ１２の両側に備えることも好ましい。屈折率整合層１５としては、上述と同様のものが好ましい。また、受光素子１６としては、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）が挙げられる。アレイとして用いる場合、ＰＤアレイを用いることが好ましい。このような光分岐フィルタの構成は、特願２００３−２７３２０２号出願（２００３年７月１１日出願）の明細書に記載されており、同明細書の記載の全部を本明細書に引用する。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
光モニタ機能付き固定減衰器の試作を実施した。仕様は、２５０μｍピッチ、１０チャンネル、減衰量は全チャンネルとも−６ｄＢとした。即ち、光伝達部材として、光ファイバを用い、これを２５０μｍ間隔で１０本備える光ファイバアレイをベースとして試作を実施した。
【００４３】
Ｖ溝基板はホウケイ酸ガラス基板に研削加工にて２５０μｍピッチで１０本のＶ溝を形成して作製した。これにリボンファイバをフッ素樹脂コート済み基板にて仮固定し、接着剤を充填、硬化させて、光ファイバをＶ溝基板に固定し、最後に仮基板を外して上部基板無し光ファイバアレイを作製した。
【００４４】
得られた上基板無し光ファイバアレイに減衰用ギャップとモニタ用ギャップをそれぞれ研削加工にて形成した。モニタ用ギャップを形成するために、光軸に垂直な面に対する傾斜角が２０°、幅３０μｍの溝を、Ｖ溝ピッチ方向に、上基板無し光ファイバアレイに形成した。即ち、この溝により形成されたモニタ用ギャップは、図２における傾斜角θが２０°、長さｄが３０μｍの形状であった。減衰用ギャップを形成するために、傾斜角が８°、幅２７０μｍの溝を、Ｖ溝ピッチ方向に、上基板無し光ファイバアレイに更に形成した。即ち、この溝により形成された減衰用ギャップは、図２における傾斜角θが８°、長さｄが２７０μｍの形状であった。
【００４５】
石英ガラス基板上に分岐比７％となるよう設計した分岐用多層膜を付し、基板厚が２５μｍになるように加工した光分岐フィルタをモニタ用ギャップを形成する溝に挿入し、屈折率整合接着剤にて固定した。この際、分岐用多層膜の面の傾斜角と、これと対向する面の傾斜角との角度差が２°になるように固定した。減衰用ギャップを形成する溝には屈折率整合剤を充填した。
【００４６】
次にモニタ用ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）アレイを実装した。ＰＤは裏面入射構造とした。実装はＰＤ両端チャンネルの電流出力が最大となるよう位置決めを行いＰＤ表面とファイバの間に屈折率整合接着剤を充填して固定した。
【００４７】
最後に得られた光モニタ機能付き減衰器をパッケージへ実装し製品とした。特性評価の結果、減衰量−６ｄＢ、モニタ電流７０ｍＡ／Ｗと設計仕様通りとなった。また減衰量のチャンネル間バラツキも０．５ｄＢ以下と小さな値を示した。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の固定減衰器は、低コストで精度良く製造でき、小型化及びアレイ化が可能であり、更に光監視機能を付与することも可能である。従って、固定減衰器として、又は光監視機能付き固定減衰器として、広い範囲に適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の固定減衰器の一実施形態を模式的に示す図であり、図１（ａ）は模式的な平面図、図１（ｂ）は模式的な正面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＣ−Ｃ断面を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に係るギャップの一実施形態を示す、模式的な一部拡大断面図である。
【図３】本発明に係るギャップの別の実施形態を示す、模式的な一部拡大断面図である。
【図４】本発明に係るギャップの更に別の実施形態を示す、模式的な一部拡大断面図である。
【図５】本発明に係るギャップの更に別の実施形態を示す、模式的な一部拡大平面図である。
【図６】本発明に係るギャップの更に別の実施形態を示す、模式的な一部拡大平面図である。
【図７】本発明の固定減衰器の別の実施形態を示す模式的な正面図である。
【図８】本発明の固定減衰器の更に別の実施形態を示す模式的な一部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…固定減衰器、１０…Ｖ溝、１２…光分岐フィルタ、１４…サブマウント、１５…屈折率整合層、１６…受光素子、１８…フィルタ多層膜、１９…フィルタ基板、２０…基板（Ｖ溝基板）、３０…光伝達部材、３２…光ファイバ、３３…コア、３４…クラッド、３５…スリット、３６…ギャップ、３７，３８…ギャップ面、３９…被覆部、４０…屈折率整合層、４１…石英ガラス、４２…屈折率整合剤。
【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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