(57)【要約】【課題】光ファイバ端部の位置決め固定において、光ファイバ端面への物理的衝合がなく、軸方向座標を一意に決定するパッシブな位置決めの手段を提供する。【解決手段】光ファイバ端部のベア部３の中間部には、クラッドの外周をエッチングしてなる細径部４が設けられ、その固定相手である固定基板１０には、ベア部３が収容される溝１１と、その溝１１の内部に形成されて細径部４に嵌合する凸部１２とが設けられる。光ファイバ端部は、その細径部４の光ファイバ端面に近い側と遠い側との２点における凸部１２への係止によって、軸方向いずれの向きにも動くことがない。【選択図】図１
2007271993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの軸方向に関してそのクラッド外径を変化させた光ファイバ端部であって、
軸方向の定められた範囲においてクラッドの外周をエッチングして形成される細径部と、その細径部と光ファイバ端面との間に存してクラッドの外径が原径を有する原径部とを少なくとも備えることを特徴とする光ファイバ端部。
【請求項２】
請求項１に記載される光ファイバ端部を固定基板に固定してなる光ファイバ端部の固定構造であって、
固定基板に、前記光ファイバ端部の原径部が固定できる断面形状を有する溝と、その溝の内部に形成されて光ファイバ端部の前記細径部に嵌合する凸部とが設けられ、前記光ファイバ端部は、その溝上にその前記細径部を溝の前記凸部に嵌合させて固定され、その細径部の光ファイバ端面に近い側と遠い側との２点における前記凸部への係止によって、光ファイバ端部の軸方向の位置決めがされていることを特徴とする光フアイバ端部の固定構造。
【請求項３】
請求項２に記載される光ファイバ端部を複数本アレイ状に固定基板に固定してなるアレイ状の光ファイバ端部の固定構造であって、
固定基板に、各々前記光ファイバ端部の原径部が固定できる断面形状を有するアレイ状の複数本の溝と、それらの溝の各々の内部に形成されて各光ファイバ端部の前記細径部に嵌合する凸部とが設けられ、前記複数本の前記光ファイバ端部は、各々、それらの各溝上にその前記細径部を各溝の前記凸部に嵌合させて固定され、その各細径部の光ファイバ端面に近い側と遠い側との２点における前記凸部への係止によって、各光ファイバ端部の軸方向の位置決めがされていることを特徴とするアレイ状の光ファイバ端部の固定構造。
【請求項４】
請求項２または請求項３の何れかに記載される光ファイバ端部の固定構造であって、
前記固定基板に設けられる前記溝は断面矩形溝であり、前記凸部は、その断面矩形溝の溝幅の変化により形成されていることを特徴とする光ファイバ端部の固定構造。
【請求項５】
請求項２または請求項３の何れかに記載される光ファイバ端部の固定構造であって、
前記固定基板に設けられる溝は断面Ｖ字溝であり、前記凸部は、その断面Ｖ字溝の溝幅及び深さの変化により形成されていることを特徴とする光ファイバ端部の固定構造。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５の何れかに記載される光ファイバ端部の固定構造を用いて、光ファイバと他の光学素子または光ファイバとを結合している光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの端部を固定する技術に関し、特に、光ファイバ端部の軸方向位置を１点に束縛するパッシブな位置決めを可能にした光ファイバ端部および光ファイバ端部の固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバと他の光学素子や他の光ファイバとの結合をはかるために、光ファイバ端部を位置決め固定するに当たっては、基板の表面に断面Ｖ字溝や断面矩形溝などの溝を設けて、その溝上に光ファイバ端部を載置することで、光ファイバ端部の軸に垂直な面内方向の位置決めを行うことが多くなされている。そのような方法によって光ファイバ端部を固定し光導波路と接続する例が、特許文献１に記載される。このような光ファイバ載置用の溝においては、光ファイバ端部は，その軸に垂直な面内方向についてはパッシブな位置決めがなされるが、溝に沿う軸方向の位置決めに関しては、これをパッシブに決定する手段を欠いており、通常、その光ファイバに実際に光を通して結合光量をモニタするなどのアクティブな位置決めが実行されることが多い。
【０００３】
これに対し、光ファイバ端部の軸方向の位置をもバッシブに位置決めする方法としては、その光ファイバの端面を、基板上に形成される壁面等に突き当てる手段が考えられる。そのような手段で、光ファイバ端部を軸方向にも位置決めして光素子との結合をはかっているモジュールの例が、特許文献２に記載される。この他、光ファイバの端面を利用する以外に、光ファイバ端部にその端面に近づくほど細径化するテーパを設けて、そのテーパ部分を基板の貫通孔の開口などに突き当て係止することで、光ファイバの軸方向の位置が決定される手段が、特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特開平５−１８８２３４号公報
【特許文献２】特開平９−６１６７４号公報
【特許文献３】特開２００４−２５２２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバ端部を実際に光を通すなどしてアクティブに位置決めすることは、パッシブに位置決めすることに比べ、その工数および設備について甚だしく不利であり、光ファイバの軸方向についても、可能であればパッシブな位置決め手段を講じることが望ましいことは言うまでもない。
ところが上述の、特許文献２や特許文献３に記載されるような、光ファイバの端面あるいはテーパ部分を突き当てに利用する方法においては、その光ファイバ端部の移動に関し、光ファイバの壁面や開口などの突き当て手段から引き離す向きの軸方向の運動にはなお自由度が存するので、完全な安定性、信頼性を確保した位置決めをパッシブに完了することはできない。加えて、なかでも光ファイバ端面を突き当てに利用する方法においては、その突き当てによって信号光が人出射する光ファイバ端面を傷つける恐れがあり、これによる光特性劣化がさらに問題となる。
【０００５】
これらの問題は特に、光ファイバ端面が結合光軸に偏向の存する斜め端面とされている場合や、光ファイバが偏波面保存光ファイバであって偏波固有軸の整合を必要とする場合などの、光ファイバ端部の軸回り方位の整合を要する位置決めにおいて、顕著に重大となる。すなわちこれらの場合には、光ファイバ端部のｘ、ｙ、ｚ３方向座標（zを光ファイバ軸方向とする）の他に、ｚ軸回りの回転方位であるθ成分の位置決めも要求されるので、ｚ方向を含む３方向座標を基板の溝あるいは貫通孔および何らかの突き当て手段を利用してパッシブに位置決めした後、光ファイバ端部を、その溝や貫通孔の内部でｚ軸回りに回転して、通常はアクティブに、θの調整を行うことになる。しかるに、この最後のθ調整の際に、ｘ−ｙ座標のみを束縛する従来の溝や貫通孔では、一意的な位置決め手役を欠如するｚ方向について、再度わずかなズレを生じてしまうという問題がある。またθ調整後にｚを再調整すると、こんどはその過程で調整済みのθに再びわずかなズレを生じる。このようにして、最終的な位置決めは結局何らかの不正確を残さざるを得ず、位置決めの精度には限界がある。
【０００６】
また加えて、光ファイバ端面を壁面に突き当てる方法においては、特にこのθ調整の回転に伴う突き当て手段との衝合や摩擦を伴う過程で、しばしば光学薄膜等も具備して光学的に影響の大きいデリケートな端面に、損傷を与える恐れが大きい。
本発明は、これらの事情に鑑み、他の光学要素との結合を図るための光ファイバ端部の位置決め固定において、損傷を嫌う端面への物理的衝合がなく、また光ファイバへの軸方向の押圧やテンションの適用も要しないで、ｚ座標を一意に決定し束縛する作用を果たし、高精度の位置決めを可能にする、パッシブな位置決めの手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため本発明は、光ファイバの軸方向に関してそのクラッド外径を変化させた光ファイバ端部であって、軸方何の定められた範囲においてクラッドの外周をエッチングして形成される細径部と、その細径部と光ファイバ端面との間に存してクラッドの外径が原径を有する原径部とを備えることを特徴とする。
また、その光ファイバ端部を固定基板に固定してなる光ファイバ端部の固定構造であって、固定基板に、前記光ファイバ端部の原径部が固定できる断面形状を有する溝と、その溝の内部に形成されて光ファイバ端部の前記細径部に嵌合する凸部とが設けられ、前記光ファイバ端部は、その溝上にその前記細径部を溝の前記凸部に嵌合させて固定され、その細径部の光ファイバ端面に近い側と遠い側との２点における前記凸部への係止によって、光ファイバ端部の軸方向の位置決めがされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、他の光学要素との結合を図るための光ファイバ端部の位置決め固定において、損傷を嫌う端面への物理的衝合がなく、また光ファイバへの軸方向の押圧やテンションの適用も要しないで、光ファイバ軸方向の座標を一意に決定し束縛する作用を果たし、高精度の位置決めを可能にする、パッシブな位置決めの手段が提供される。
さらに、特に具体的な発明の利用の形態として、光ファイバ端部の位置決めにおいて軸回り方位の調整（θ調整）を必要とする場合には、端面への突き当て手段の摩擦等もなく、ｘ、ｙ、ｚ３座標成分の完全な位置決め固定を確保した状態での光ファイバ端部の回転調整という、従来の構成ではなし得なかった操作が実現できる。
【０００９】
その他、θ調整を必要としない場合には、光ファイバ端部はｘ、ｙ、ｚ３座標成分についてパッシブに完全な位置決めが達成される。その場合においては、本発明に係る光ファイバの端部の溝に対する圧入によって、事実上固定が達成される。
また、上述のθ調整を必要とする場合または必要としない場合において、これに従来技術同様の押え板を付加し、接着剤を適用して固定を完了するにしても、従来であれば、接着剤を押え板についてのみならず、光ファイバ端部の軸方向（ｚ方向）の固定のために必ず光ファイバと溝との間にも及ぼして適用する必要があったところ、本発明においてはその必妻がなく、接着剤は例えば押え板と固定基板間にのみ適用してもよい。この利用の形態では、適用すべき接着剤を少量化するとともに不要部位への流出を防ぎ、特にその光ファイバ端面への回り込み等の危険をなくすという効果がある。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明の実施形態につき説明する。この実施形態では、シングルモード光ファイバについて例示するが、コア径の異なるマルチモード光ファイバについても適応することができる。
〔実施形態〕
図１及び図２は、光ファイバ素線（以下素線という）１にあって、その軸方向端部の被覆材２を剥ぎ取り、この剥ぎ取ったベア部３の中間部にて光ファイバのクラッド外周の一部表層を除去して細径部４を形成した光ファイバ端部の構造を示す。すなわち、素線１は、光ファイバのクラッドの外側に、例えば紫外線硬化型樹脂からなる被覆材（以下ＵＶコートという）２が覆われている。この素線１の軸方向端部でのＵＶコート２が剥ぎ取られて露出されたベア部３には、クラッド外周の一部表層厚みをエッチング除去した細径部４が形成されている。ベア部３において、細径部４と端面との間は、光ファイバのクラッド径が原径を有する原径部となっている。この細径部４の除去深さは、光の伝送に影響ない範囲で、後述するような原径部との段差による相手部材との係止具合等の使用条件に応じるように決められる。また、細径部４の軸方向長さも上記使用条件によって決められる。
【００１１】
この図１及び図２に示す例では、素線１は、具体的にＵＶコート２の径が２５０μｍであり、ベア部３の径が１２５μｍ長さが６ｍｍであり、細径部４の径が８５μｍ長さが２ｍｍその位置が素線１の光ファイバ端面とＵＶコート２の端部との中央部分に存在する構造となっている。ＵＶコート２を剥ぎ取るベア部３は、ガラス等からなり損傷を受けやすいので、なるべく短いほうが良い。このため、図１及び図２に示す例では素線１の軸方向端部に露出されるベア部３の長さを６ｍｍとしたが、使用状況によっては更に短いベア部３もありうる。
【００１２】
このような短小なベア部３において、細径部４を形成するに当たっては、次のようにガラスのベア部３に対してフッ酸溶液によるウエットエッチングにてクラッド外周の一部表層厚みを除去する。すなわち、このウエットエッチングは、まず、レジスト塗布装置により、半導体のフォトリソグラフィ技術にて使われるものと同様のレジストをベア部３に塗布する。具体的には図３に示すスプレーコーターノズル２０によって一定速度にて回転する素線１のベア部３にレジストを一様に塗布する。この後、オーブンにてプレベークを行い、図４（ａ）（ｂ）に示す、細径部４の軸方向長さに応じた開口幅を有するパターンが形成されたマスク２１を光源と素線１のベア部３との間に介在させ、露光装置を用いてベア部３を一定回転させながら例えばＵＶ露光し、ベア部９には細径部４の軸方向長さに当たるパターニングを施す。この後、現像液にて現像後、オーブンにてポストベークを行う。ついで、ベア部３のパターニングされた部分をフッ酸溶液中に一定時間浸漬し、次いでフッ酸溶液を洗浄して乾燥する。このような工程を採ることにより、図５に示すように角部に丸みを有する細径部４がベア部３に形成される。この場合、細径部４の径方向に形成された軸方向両端の対向壁面４１、４２は、等方性のウエットエッチングにより形成されるので細径部４の軸心のコアに近づくに従い互いに近づくような丸みを帯びた曲面となっている。本実施形態においては、この互いに対向する２つの曲面で、後述する相手部材の凸部との係止がなされる。また、この図３、図４の細径部４の形成工程は、多数本の素線１を同時に加工する場合に有利であり、殊に図４（ｂ）の工程は一つのマスクの下に多数本の素線１を平行に配置して同時に回転させつつ露光することができ、コスト面で有利である。
【００１３】
細径部４のエッチング深さについては、この細径部４は、後述する固定の相手部材である固定基板の溝内に形成された凸部に係止するものであるので、その係止によって素線１が溝内で軸方向に動かないで固定される程の深さの凹部となっていればよい。ただし、この凹部すなわち細径部４の形成は、光ファイバのクラッドの厚さを減少させることになるのだから、その深さはコア内の伝送光を安定に閉じ込めるために十分な厚みを残す範囲でなければならない。図１及び図２に例示する２０μｍのエッチング深さは、コア径１０μｍ、クラッド原径１２５μｍのシングルモード光ファイバにおいて、この使用条件を満たすものである。
【００１４】
なお、この細径部４の形成位置については、素線１の端面の位置が正確に固定されるために、基本的にはその端面に近い位置であることが好ましいと言える。ここで素線１の端面は、固定基板の溝内に存在する場合もあるし、溝から突出して位置する場合もある。
図６は、素線１の光ファイバ端部が位置決め固定される溝１１が形成された位置決め固定の相手部材である固定基板１０について、その溝がアレイ状に形成された実施形態を図示する。この固定基板１０は、光源素子や受光素子、光導波路素子やその配列などと光ファイバ（素線１）との結合をはかる光モジュール（図示省略）の一部として、あるいは他の光ファイバやその配列などとの結合をはかる光コネクタモジュール（図示省略）の一部として構成され、溝１１は、溝１１内に収容された素線１の端面がこれらの結合相手の素子に適切に対向するように固定基板１０に形成される。溝１１は、矩形断面を有し、固定基板１０の端部において素線１のベア部３の原径部が収容される幅を有し、その深さもベア部３の原径部と同じあるいはわずかに浅い寸法となるように形成される。固定基板１０の端面より隔てた溝１１内には、素線１のベア部３に形成された細径部４に対応するように凸部１２が形成されている。この凸部１２は、固定基板１０に対して素線１のベア部３を位置決めした状態で細径部４の位置に当たる溝１１に形成されるもので、細径部４と略同じ長さを有し細径部４の凹みが嵌る厚みを有する。すなわち、ベア部３の細径部４が溝１１内に収容されて凸部１２にて係止されるように、溝１１が狭い幅に形成される。溝１１および凸部１２の形成に当たっては、好適には例えば、シリコンでなる固定基板１０に対して異方性ドライエッチング（反応性イオン・エッチング）による深堀技術で、断面矩形の溝１１及び断面矩形の凸部１２を形成する。図６に示す溝１１は、３本が配列されているが、素線１の本数に応じて溝１１の本数は適宜変えられる。
【００１５】
これまでの説明は、図１及び図２に示す素線構造を前提に述べてきたのであるが、図７に示すようなベア部３の先端にレンズ部５が設けられた光ファイバ端部に対しても、またそれらの端面に反射防止膜などの光学薄膜が形成された光ファイバ端部に対しても、あるいはそれらの端面が図９に示す例のように斜め研磨された端面とされる光ファイバ端部であっても、本発明は変わらず適用することができる。特に端面に光学薄膜が形成されている場合は、従来技術における突き当て手段との衝合や摩擦による損傷を嫌うので、本発明の利用は有利である。また、端面が斜め研磨されている場合も、通常、後述するようにその光ファイバ端部の軸周り方位の調整（θ調整）が必要になるので、本発明の利用は極めて有用である。
【００１６】
図８は、固定基板１０に３本の溝１１をアレイ状に形成し、このアレイ状の溝１１に３本の素線１の光ファイバ端部をアレイ状に配列させた状態を示し、溝１１の凸部１２にベア部３の細径部４挿入した状態を示す。図８（ａ）の平面、図８（ｂ）の断面にて明らかなように、凸部１２が、光ファイバ端部の細径部４の上述した互いに対向する２つの曲面に対して接触して係止する作用をし、軸方向の位置決めが一意に決まって、素線１は軸方向のいずれの向きにも動かない。このように素線１の光ファイバ端部を溝１１内に収容するには、固定基板の溝１１の上に素線１の光ファイバ端部を置いてから適宜調整しつつ押さえ板で上方から圧入すればよい。
【００１７】
押さえ板３０を接着固定して最終的に固定を完了した状態の断面図を図１０に示す。ここで従来であれば、接着剤を押さえ板についてのみならず、光ファイバ端部の軸方向（ｚ方向）の固定のために必ず光ファイバと溝との間にも及ぼして適用する必要があったところ、本発明においてはその必要がないので、接着剤は、図示のように押さえ板と固定基板間にのみ適用してもよい。
図９は、素線１の光ファイバ端部の軸回り方位を回転調整（θ調整）する場合を例示する。ここでは、端部にスペーサ６を介してロッドレンズ５を備え、このロッドレンズ５を斜め端面とした構造の光ファイバ端部を位置決めする。この場合、スペーサ６は、ロッドレンズの出射光プロファイルの設計自由度を拡大するために設けられてあり、ロッドレンズ５の斜め端面は、端面での反射戻り光を防ぐためである。このような斜め端面からは、光が軸に対して振れ角を持って偏向して入出射するので、光ファイバ端部の位置決めにおいては、軸回り方位（θ）の調整も必要となる。ところが本発明を適用すると、図９に示す実施形態のように、光ファイバ端部の細径部４と溝１１の凸部１２とは、おのおのの、対向壁面４１、４２の曲面と凸部の切り立った軸方向両端角部分の壁面とで線接触にて係止することになり、このため、軸方向には細径部４と凸部１２とが位置決め固定状態となる反面、軸方向周りには容易に回動可能となる。
【００１８】
そこで、例えば固定基板１０の上方から顕微鏡で斜め端面を観察したり、あるいは光を通して結合相手への結合光量をモニタするアクティブアライメントを行ったりして、軸方向の位置ずれを一切生じることなく、θ成分のみ調整することができるのである。
これまでの説明は、固定基板１０の溝１１を矩形断面に形成した場合につき説明してきたが、図１１に示すようにその断面をＶ字形に形成することも可能である。すなわち、図１１（ａ）（ｂ）のようにシリコン単結晶基板でなる固定基板１０に、異方性ウエットエッチングによって形成される断面Ｖ字溝としてこれらを構成することができる。この場合凸部は、断面Ｖ字溝の、幅及び深さの相対的に小さく形成された部分として作製される。すなわち結晶異方性のウエットエッチングは、マスクの開口の幅に応じて深さも一意に決定するので、開口幅を変化させたマスクより、断面Ｖ字溝の軸方向の一部において相対的に他より幅の狭い断面Ｖ字溝を形成すれば、その部分は深さも浅い溝となり、図示のような凸部１２を得ることができる。利用方法は、上述の断面矩形溝の場合と変らない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】光ファイバ素線の端部正面図である。
【図２】光ファイバ素線の端部斜視図である。
【図３】レジスト塗布工程を示す説明図である。
【図４】露光工程を示す説明図である。
【図５】細径部の一例の詳細構成図である。
【図６】ファイバ溝の一例の斜視図である。
【図７】レンズ部を備えた光ファイバ素線の端部正面図である。
【図８】光ファイバ素線の配列状態図である。
【図９】光ファイバ素線のθ調整状態図である。
【図１０】光ファイバ素線の固定状態図である。
【図１１】ファイバ溝の他の例の構成図である。
【図１】
2007271993.tif 000003
【図２】
2007271993.tif 000004
【図３】
2007271993.tif 000005
【図４】
2007271993.tif 000006
【図５】
2007271993.tif 000007
【図６】
2007271993.tif 000008
【図７】
2007271993.tif 000009
【図８】
2007271993.tif 000010
【図９】
2007271993.tif 000011
【図１０】
2007271993.tif 000012
【図１１】
2007271993.tif 000013