(57)【要約】【課題】コア部形成用およびクラッド部形成用の光硬化性樹脂を混合させたハイブリッド樹脂における樹脂同士の相溶性に起因して使用可能な原料が制限され、また、経時に伴って白濁化を起こす欠点を解決すること。【解決手段】接続しようとする光ファイバ１，２を間隙を隔てて略対向するように配置し、各光ファイバ１，２の一端同士の間に光重合開始剤および熱重合開始剤を配合した硬化性樹脂１１を充填し、コア部硬化用光源５から光ファイバ２を介して硬化性樹脂１１の硬化開始波長の光を該硬化性樹脂１１中に入射して硬化させ、コア部１３を形成し、熱源１２により硬化性樹脂１１の未硬化部分全体に熱硬化に必要な量の熱を加えて未硬化の硬化性樹脂１１中の熱重合開始剤と樹脂の主材とを反応させて硬化させ、クラッド部１４を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品とを、各光ファイバの一端同士の間もしくは光ファイバの一端と光部品との間に硬化性樹脂を充填し、当該硬化性樹脂を硬化させて所望の比屈折率差を有するコア部およびクラッド部からなる自己形成光導波路を形成することにより接続する方法において、
２つの異なる架橋密度を実現する材料を配合した硬化性樹脂を用い、当該架橋密度の違いにより前記所望の比屈折率差を達成する
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバの接続方法において、
２つの異なる架橋密度を実現する材料とは、２種類の異なる硬化開始剤である
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光ファイバの接続方法において、
２種類の異なる硬化開始剤とは、光硬化開始剤および熱硬化開始剤である
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項４】
光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品とを接続する方法であって、
光ファイバ同士のそれぞれの一端もしくは光ファイバの一端と光部品とを間隙を隔てて略対向するように配置し、
前記各光ファイバの一端同士の間もしくは光ファイバの一端と光部品との間に光硬化開始剤および熱硬化開始剤を配合した硬化性樹脂を充填し、
前記硬化性樹脂の硬化開始波長に対応する波長の光を少なくとも一方の光ファイバから前記硬化性樹脂中に入射して硬化性樹脂を硬化させ、前記各光ファイバの一端同士の間もしくは光ファイバの一端と光部品との間にコア部を形成し、
前記硬化性樹脂の未硬化部分に熱を加えて硬化性樹脂を硬化させ、クラッド部を形成する
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信ネットワークを構築する際に有用な、光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品との接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多数のユーザに繋がるアクセス系通信ネットワークへの光ファイバ網の導入展開（ＦＴＴＨ：Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）とともに、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）に代表される光ＬＡＮ技術の進展に伴い、ユーザ自身が構築するユーザ系通信ネットワークへの光ファイバ網の導入も大きな広がりを見せている。これらの領域では、１．３ミクロン帯零分散シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）等の光ファイバが用いられるが、これらの光ファイバの接続工事の需要が急激に増加している。また、安価な光伝送システムを構築するために、光ファイバと光源や光波長フィルタ等の光部品との接続技術の経済化も課題となっている。
【０００３】
従来、光ファイバ同士の接続には、各種の光コネクタやメカニカルスプライス技術が用いられ、また、光ファイバと光部品との接続には、レンズ系による調心を用いた接続技術が用いられてきた。しかし、上記の背景を反映して、より簡易で調心を不要化できる経済的な光接続技術の侯補として、自己形成光導波路技術に注目が集まってきている。
【０００４】
自己形成光導波路接続とは、接続しようとする光ファイバの一端同士の間、もしくは接続しようとする光ファイバの一端と光部品との間に、硬化後の屈折率が異なるコア部形成用の第１の硬化性樹脂およびクラッド部形成用の第２の硬化性樹脂によるコア部およびクラッド部を形成して簡易な光接続を可能とするものである。
【０００５】
図１は自己形成光導波路接続技術を適用して光ファイバ同士を接続する場合の例を示すもので、まず、同図（ａ）に示すように、所定の間隙を隔てて対向させた光ファイバ１，２の一端同士の間に、コア部形成用の第１の光硬化性樹脂およびクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の混合溶液（ハイブリッド樹脂）３もしくはコア部形成用の第１の光硬化性樹脂（の溶液）４を充填し、少なくとも一方の光ファイバの他端、ここでは光ファイバ２の他端にコア部硬化用光源５からの第１の光硬化性樹脂の硬化開始波長の光を入射する。前記光は光ファイバ２を伝搬し、その一端から前記ハイブリッド樹脂３又は樹脂４中に出射されるが、第１の光硬化性樹脂は光に照射された部分が硬化するとともにその屈折率が上昇するため、この硬化部分が光の閉じ込め機能を有する導波路（構造）を構成する。この導波路は光の照射中に連続的に形成され、長手方向に成長するため、同図（ｂ）に示すように、光ファイバ１，２のコア同士を接続する導波路（コア部）６となる。次に、コア部６の形成を確認した後、ハイブリッド樹脂３を用いた場合はそのまま、また、樹脂４を用いた場合は光ファイバ１，２の一端同士の間から当該樹脂４を除去するとともにクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂（の溶液）７を充填した後、同図（ｃ）に示すように、前記形成されたコア部６の周囲にクラッド部硬化用光源８からの第２の光硬化性樹脂の硬化開始波長の光を照射することで第２の光硬化性樹脂を硬化させ、クラッド部９を形成する。
【０００６】
また、図２は自己形成光導波路接続技術を適用して光ファイバと光部品とを接続する場合の例を示すもので、まず、同図（ａ）に示すように、所定の間隙を隔てて対向させた光ファイバ２の一端と光部品１０との間に、コア部形成用の第１の光硬化性樹脂およびクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の混合溶液（ハイブリッド樹脂）３もしくはコア部形成用の第１の光硬化性樹脂（の溶液）４を充填し、光ファイバ２の他端にコア部硬化用光源５からの第１の光硬化性樹脂の硬化開始波長の光を入射する。前記光は光ファイバ２を伝搬し、その一端から前記ハイブリッド樹脂３又は樹脂４中に出射されるが、第１の光硬化性樹脂は光に照射された部分が硬化するとともにその屈折率が上昇するため、この硬化部分が光の閉じ込め機能を有する導波路（構造）を構成する。この導波路は光の照射中に連続的に形成され、長手方向に成長するため、同図（ｂ）に示すように、光ファイバ２および光部品１０のコア同士を接続する導波路（コア部）６となる。次に、コア部６の形成を確認した後、ハイブリッド樹脂３を用いた場合はそのまま、また、樹脂４を用いた場合は光ファイバ２の一端と光部品１０との間から当該樹脂４を除去するとともにクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂（の溶液）７を充填した後、同図（ｃ）に示すように、前記形成されたコア部６の周囲にクラッド部硬化用光源８からの第２の光硬化性樹脂の硬化開始波長の光を照射することで第２の光硬化性樹脂を硬化させ、クラッド部９を形成する。
【０００７】
前述した接続に用いられる光硬化性樹脂は、硬化時に架橋することによって導波路となるオリゴマー等の主材、入射光によって主材が硬化を開始するためのラジカルの発生やイオンを放出する光重合開始剤、粘度調整のためのモノマーやその他の添加剤等から構成されている。特に、ラジカルにより硬化する光硬化性樹脂はラジカル硬化性樹脂、陽イオンにより硬化する樹脂はカチオン硬化性樹脂、陰イオンにより硬化する樹脂はアニオン硬化性樹脂と呼称される。
【特許文献１】特許第３４４４３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、自己形成光導波路技術において用いる樹脂は、コア部形成用およびクラッド部形成用の光硬化性樹脂を混合させ、一液化（ハイブリッド化）させて用いていた（特許文献１参照）。しかし、一液化するためには樹脂同士の相溶性が良好である必要があり、樹脂原料の選定時点で使用可能な原料が限られるという問題があった。また、相溶性が良好な樹脂同士であっても、一液化の後、経時に伴って白濁化を起こす可能性が非常に高いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、前述した問題を解決するために、光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品との簡易な接続を自己形成光導波路技術によって行う際に、接続を行う間隙に光重合開始剤および熱重合開始剤を配合した硬化性樹脂を充填し、当該樹脂の硬化開始波長の光を入射してコア部を形成した後、未硬化樹脂に熱を加えて硬化させ、クラッド部を形成する。この時、光により硬化した部分は熱により硬化した部分と比べて架橋密度が高いため屈折率がより高くなり、コアの役割を果たすことができる。同様に熱により硬化した部分は低屈折率のクラッドとしての機能を有する。
【００１０】
光硬化と熱硬化とによって比屈折率差ができる理由としては、光硬化においては光エネルギーが光重合開始剤に有効に働き、ラジカルおよびイオンの発生が効率良く誘起され、樹脂材料同士の重合反応が効率良く起こるため、図３（ａ）に示すように架橋密度が高まり、硬化時の屈折率が高くなり、一方、熱硬化による重合反応では、光硬化に比べて相対的にラジカルおよびイオンの発生の効率が低くなるため、図３（ｂ）に示すように架橋密度が低くなり、光硬化に比べて屈折率も低くなるからである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品との自己形成光導波路技術による接続を効率化し、前述した従来の自己形成光導波路技術に用いる樹脂の課題を大幅に緩和することが可能となる。
【００１２】
具体的には、ハイブリッド樹脂を用いる場合における樹脂同士の相溶性と一液化後の経時に伴う白濁化の問題について、本発明で用いる樹脂においては、硬化性樹脂の主材と微量成分である重合開始剤との相溶性を良好にすれば良く、ハイブリッド樹脂で問題になる樹脂の主材同士を混合した際に比べて、相溶性の向上および白濁化の緩和ははるかに容易で、樹脂組成の選択肢の幅を広げることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
図４は本発明の光ファイバの接続方法の第１の実施の形態、ここでは光ファイバ同士を接続する場合の例を示すもので、図中、１，２は光ファイバ、５はコア部硬化用光源、１１は光硬化開始剤（光重合開始剤）および熱硬化開始剤（熱重合開始剤）を配合した硬化性樹脂（の溶液）、１２は熱源である。
【００１４】
光ファイバ１，２としては、ＰＯＦ，ＭＭＦ，ＳＭＦ等が挙げられるが、これに限定されず、１．５５μｍ帯分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）、フォトニック結晶光ファイバ（ＰＣＦ）、空孔アシスト型光ファイバ（ＨＡＦ）等についても適用することができる。
【００１５】
最初に、硬化後の比屈折率差および硬化開始波長（反応波長）をそれぞれ調整した、光重合開始剤および熱重合開始剤を配合した硬化性樹脂１１を用意する。
【００１６】
ここで述べる硬化後の比屈折率差の調整とは、光硬化および熱硬化が完了した後のコア部とクラッド部との比屈折率差を調整することを指す。具体的な調整方法としては、例えば、ゲルマニウム等を添加すると樹脂全体の屈折率を上昇させ、フッ素を添加すると樹脂全体の屈折率を低下させることが可能である。さらに、重合開始剤の種類や配合量等に依存して比屈折率差は変化させることが可能である。また、硬化開始波長の調整とは、コア部硬化用光源５からの光によって前記硬化性樹脂１１が硬化反応を開始するように、樹脂（の主材）、各重合開始剤および光源の波長を選択することを指す。
【００１７】
光硬化と熱硬化とによって比屈折率差ができる理由としては、光硬化においては光エネルギーが光重合開始剤に有効に働き、ラジカルおよびイオンの発生が効率良く誘起され、樹脂材料同士の重合反応が効率良く起こるため、図３（ａ）に示すように架橋密度が高まり、硬化時の屈折率が高くなり、一方、熱硬化による重合反応では、光硬化に比べて相対的にラジカルおよびイオンの発生の効率が低くなるため、図３（ｂ）に示すように架橋密度が低くなり、光硬化に比べて屈折率も低くなるからである。
【００１８】
以下、本実施の形態における光ファイバ同士の接続工程を説明する。
【００１９】
まず、図４（ａ）に示すように、各光ファイバ１，２を、それぞれの接続すべき一端が所定の間隙を隔てて略対向するように配置するとともに、光ファイバ１，２の少なくとも一方、ここでは光ファイバ２の他端にコア部硬化用光源５を接続する。
【００２０】
この時の各光ファイバの詳細な配置としては、光源５を光ファイバの一方のみに接続するか、両方に接続するかによって２通りの配置が考えられる。
【００２１】
即ち、光ファイバの一方のみに光源５を接続する場合は、間隙を隔ててそれぞれの中心軸が一致するように配置する必要がある（第１の配置）。また、光ファイバの両方に光源５を接続する場合は、中心軸を必ずしも一致させて配置せず、自己形成導波路技術における「光はんだ効果」によって、ある程度の軸ずれがあった場合においても低損失で接続が可能になるという作用を用いる（第２の配置）。しかし、より低損失で接続するためには、各光ファイバの両方に光源を接続した場合でも中心軸を一致させて接続を行うことが望ましい。
【００２２】
なお、各光ファイバ１，２は図示しない保持手段、例えばＶ溝を有する支持台とこの台にファイバを固定する押さえ板からなる保持手段により保持され、前述した配置関係は接続作業の終了時まで維持されるものとする。また、前述した各光ファイバ間の中心軸の関係は、接続すべき一端付近において保たれていれば良く、各光ファイバの全長の全てにおいてそのような関係にあることを必要とするものでないことは言うまでもない（この点は本発明の全ての実施の形態において共通する。）。
【００２３】
次に、光ファイバ１，２の一端同士の端面間に前記光重合開始剤および熱重合開始剤を配合した硬化性樹脂１１を充填し、光ファイバ２の他端に接続した光源５を動作させ、該他端から前記硬化性樹脂１１の硬化開始波長に対応する波長の光を入射する。すると、光ファイバ２の一端から前記波長の光が硬化性樹脂１１中に出射されるが、硬化性樹脂１１は光に照射された部分が硬化するとともにその屈折率が上昇するため、この硬化部分が光の閉じ込め機能を有する導波路（構造）を構成する。この導波路は光の照射中に連続的に形成され、長手方向に成長するため、図４（ｂ）に示すように、光ファイバ１，２のコア同士を接続する導波路（コア部）１３となる。
【００２４】
なお、各光ファイバ１，２の端面間に硬化性樹脂１１を充填する具体的な方法としては、例えば、前述した保持手段を構成する支持台の各光ファイバ１，２の一端同士が対向する位置に液溜め用の陥没部を設けておき、該陥没部に硬化性樹脂１１を滴下すれば良い。
【００２５】
次に、光ファイバ１，２の端面間にコア部１３が確実に形成されていることを確認した後、熱源１２により硬化性樹脂１１の未硬化部分全体に熱硬化に必要な量の熱を加える。すると、未硬化の硬化性樹脂１１中の熱重合開始剤が同樹脂１１中の樹脂の主材と反応を起こして硬化し、図４（ｃ）に示すように、クラッド部１４を形成する。
【００２６】
以上より、光硬化した部分がコア部となり、熱硬化した部分がクラッド部となる導波路を形成することができる。
【００２７】
＜第２の実施の形態＞
図５は本発明の光ファイバの接続方法の第２の実施の形態、ここでは光ファイバと光部品とを接続する場合の例を示すもので、図中、２は光ファイバ、５はコア部硬化用光源、１０は光部品、１１は光硬化開始剤（光重合開始剤）および熱硬化開始剤（熱重合開始剤）を配合した硬化性樹脂（の溶液）、１２は熱源である。
【００２８】
光部品１０としては、半導体レーザ等の発光素子や各種の受光素子が挙げられるが、これに限定されず、石英系プレーナ光波回路（ＰＬＣ）等の光回路素子についても適用することができる。
【００２９】
最初に、硬化後の比屈折率差および硬化開始波長（反応波長）をそれぞれ調整した、光重合開始剤および熱重合開始剤を配合した硬化性樹脂１１を用意する。
【００３０】
ここで述べる硬化後の比屈折率差の調整とは、光硬化および熱硬化が完了した後のコア部とクラッド部との比屈折率差を調整することを指す。具体的な調整方法としては、例えば、ゲルマニウム等を添加すると樹脂全体の屈折率を上昇させ、フッ素を添加すると樹脂全体の屈折率を低下させることが可能である。さらに、重合開始剤の種類や配合量等に依存して比屈折率差は変化させることが可能である。また、硬化開始波長の調整とは、コア部硬化用光源５からの光によって前記硬化性樹脂１１が硬化反床を開始するように、樹脂（の主材）、各重合開始剤および光源の波長を選択することを指す。
【００３１】
光硬化と熱硬化とによって比屈折率差ができる理由としては、光硬化においては光エネルギーが光重合開始剤に有効に働き、ラジカルおよびイオンの発生が効率良く誘起され、樹脂材料同士の重合反応が効率良く起こるため、図３（ａ）に示すように架橋密度が高まり、硬化時の屈折率が高くなり、一方、熱硬化による重合反応では、光硬化に比べて相対的にラジカルおよびイオンの発生の効率が低くなるため、図３（ｂ）に示すように架橋密度が低くなり、光硬化に比べて屈折率も低くなるからである。
【００３２】
以下、本実施の形態における光ファイバと光部品との接続工程を説明する。
【００３３】
まず、図５（ａ）に示すように、光ファイバ２および光部品１０を、光ファイバ２の一端と光部品１０の接続すべき一端とが間隙を隔てて略対向するように配置するとともに、光ファイバ２および光部品１０の少なくとも一方、ここでは光ファイバ２の他端に光源５を接続する。なお、光部品１０の他端に光源５を接続できるのは、当該光部品１０がＰＬＣのような光回路素子であって、光源５からの光が一端と他端との間を透過可能な場合のみに限られる。
【００３４】
この時の光ファイバおよび光部品の詳細な配置としては、光源５を光ファイバのみに接続するか、光ファイバおよび光部品の両方に接続するかによって２通りの配置が考えられる。
【００３５】
即ち、光ファイバのみに光源５を接続する場合は、間隙を隔ててその中心軸が一致するように配置する必要がある（第１の配置）。また、光ファイバおよび光部品の両方に光源５を接続する場合は、中心軸を必ずしも一致させて配置せず、自己形成導波路技術における「光はんだ効果」によって、ある程度の軸ずれがあった場合においても低損失で接続が可能になるという作用を用いる（第２の配置）。しかし、より低損失で接続するためには、光ファイバおよび光部品の両方に光源を接続した場合でも中心軸を一致させて接続を行うことが望ましい。
【００３６】
なお、光ファイバ２および光部品１０は図示しない保持手段、例えばＶ溝および光部品に適合した溝を有する支持台とこの台にファイバおよび光部品を固定する押さえ板からなる保持手段により保持され、前述した配置関係は接続作業の終了時まで維持されるものとする。また、前述した光ファイバおよび光部品間の中心軸の関係は、接続すべき一端付近において保たれていれば良く、光ファイバの全長の全てにおいてそのような関係にあることを必要とするものでないことは言うまでもない（この点は本発明の全ての実施の形態において共通する。）。
【００３７】
次に、光ファイバ２と光部品１０との端面間に前記光重合開始剤および熱重合開始剤を配合した硬化性樹脂１１を充填し、光ファイバ２の他端に接続した光源５を動作させ、該他端から前記硬化性樹脂１１の硬化開始波長に対応する波長の光を入射する。すると、光ファイバ２の一端から前記波長の光が硬化性樹脂１１中に出射されるが、硬化性樹脂１１は光に照射された部分が硬化するとともにその屈折率が上昇するため、この硬化部分が光の閉じ込め機能を有する導波路（構造）を構成する。この導波路は光の照射中に連続的に形成され、長手方向に成長するため、図５（ｂ）に示すように、光ファイバ２および光部品１０のコア同士を接続する導波路（コア部）１３となる。
【００３８】
なお、光ファイバ２と光部品１０との端面間に硬化性樹脂１１を充填する具体的な方法としては、例えば、前述した保持手段を構成する支持台の光ファイバ２および光部品１０の一端同士が対向する位置に液溜め用の陥没部を設けておき、該陥没部に硬化性樹脂１１を滴下すれば良い。
【００３９】
次に、光ファイバ２と光部品１０との端面間にコア部１３が確実に接続されていることを確認した後、熱源１２により硬化性樹脂１１の未硬化部分全体に熱硬化に必要な量の熱を加える。すると、未硬化の硬化性樹脂１１中の熱重合開始剤が同樹脂１１中の樹脂の主材と反応を起こして硬化し、図５（ｃ）に示すように、クラッド部１４を形成する。
【００４０】
以上より、光硬化した部分がコア部となり、熱硬化した部分がクラッド部となる導波路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】自己形成光導波路技術による光ファイバ同士の接続例を示す工程図
【図２】自己形成光導波路技術による光ファイバと光部品との接続例を示す工程図
【図３】光硬化開始剤により硬化した樹脂と熱硬化開始剤により硬化した樹脂との架橋密度の違いを表す模式図
【図４】本発明の光ファイバの接続方法の第１の実施の形態を示す工程図
【図５】本発明の光ファイバの接続方法の第２の実施の形態を示す工程図
【符号の説明】
【００４２】
１，２：光ファイバ、３：第１および第２の光硬化性樹脂の混合溶液（ハイブリッド樹脂）、４：第１の光硬化性樹脂（の溶液）、５：コア部硬化用光源、６，１３：導波路（コア部）、７：第２の光硬化性樹脂（の溶液）、８：クラッド部硬化用光源、９，１４：クラッド部、１０：光部品、１１：光硬化開始剤（光重合開始剤）および熱硬化開始剤（熱重合開始剤）を配合した硬化性樹脂（の溶液）、１２：熱源。
【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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