(57)【要約】本発明の光ファイバアレイは、上基板５と、上面にＶ溝３が形成されるとともに、Ｖ溝３の長さ方向に対して垂直方向の両端に平面を有する下基板２と、Ｖ溝３内に挿入、配置された状態で、上基板５と下基板２との間に挟持される光ファイバ４と、を備えた光ファイバアレイ１であって、下基板の両端の平面が、下基板の上面又はＶ溝３の頂部２１よりも下方位置に形成されていることを特徴とし、構成部材の相互間に十分な接着信頼性を有し、他の光学部品との接着性も良好であるとともに、光ファイバに過度の応力が負荷されずに良好な精度で配置されてなるものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上基板と、上面にＶ溝が形成されるとともに、前記Ｖ溝の長さ方向に対して垂直方向の両端に平面を有する下基板と、前記Ｖ溝内に挿入、配置された状態で、前記上基板と前記下基板との間に挟持される光ファイバと、を備えた光ファイバアレイであって、
前記下基板の両端の平面が、前記下基板の上面又は前記Ｖ溝の頂部よりも下方位置に形成されてなることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項２】
前記下基板の上面又は前記Ｖ溝の頂部が上下同一位置である請求項１に記載の光ファイバアレイ。
【請求項３】
前記Ｖ溝の斜面角度が２段以上の多角を有する請求項１又は２に記載の光ファイバアレイ。
【請求項４】
前記光ファイバが偏波ファイバ及び／又はレンズドファイバである請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバアレイ。
【請求項５】
前記下基板の上面又は前記Ｖ溝の頂部が、前記光ファイバの最上部よりも上方位置に形成されてなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバアレイ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、Ｖ溝に光ファイバを挿入、配置してなる光ファイバアレイに関する。
背景技術
近年、光ファイバの高密度化に伴い、平面導波路（ＰＬＣ）の多心化が進んでいる。そして、多心化に合わせ、導波路素子が大型化するのを避け、更に高密度化を図るため、従来の標準的な導波路ピッチ（２５０μｍ）を短縮化（例えば、約半分の１２７μｍ）する方向で開発が進められている。そして、このような光ファイバの高密度化、導波路ピッチの短縮化に合わせて、光ファイバに接続する光ファイバアレイ（ＦＡ）のファイバ間ピッチも短縮する方向で開発が進んでいる。
また、光導波路に偏波依存性がある場合や、波長多重（ＷＤＭ）通信において四波混合を防止するために特殊な導波路型合分波器（ＡＷＧ）を用いる場合には、偏波ファイバを使用し、単一偏波を導波路に入光させることが行われている。このとき、導波路に入光させる偏波は、必要な偏波の向きが決まっているため、偏波光ファイバアレイ中の偏波ファイバの端面をこの偏波の向きに調整することが必要である。
図４は、従来の光ファイバアレイの構造の一例を示す説明図である。光ファイバアレイ１は、通常、下基板２上に形成されたＶ溝３内に光ファイバ４が配置され、これが上基板５で挟み込まれる。このとき、下基板２の両端に設けられた平面（両端平面６）と上基板５との間には接着層７が設けられ、光ファイバ４の周辺の空間８、及び前記接着層７に、光ファイバ４を固定するための接着剤が充填されることにより、光ファイバアレイ１が構成される。ここで、接着剤が接着特性を発揮し、光ファイバアレイ１に十分な信頼性を付与するためには、数十μｍ、少なくとも１０μｍの厚さｄを有する接着層７が必要である。
図４に示す接着層７は、良好な接着性を発揮させるために、通常数μｍ〜２０μｍ程度までの厚さｄを有することが好ましい。しかし、厚さｄをそのような数値範囲に設定すると、空間８に充填される接着剤の厚さは５０μｍ程度になる場合が多い。このとき、接着剤が１〜１０体積％程度の硬化収縮を起こすため、収縮応力が残留し、また、熱変動による収縮・膨張差等による応力が発生するために、光ファイバアレイの長期的信頼性の低下が引き起こされる一因となっていた。
図７は、光ファイバアレイと導波路チップとの接着状態を示す説明図である。光ファイバアレイ１と導波路チップ１１は、接着剤を用いた接着層１２が形成されることにより接着されることが一般的である。このとき、接着剤によって形成される光ファイバアレイ１の端面１３は、図４に示す空間８に充填された接着剤と接触するが、空間８に充填された接着剤の形状が不均一であったり、また、接着剤に不純物が付着し易いために、両者の接着状態が均一とならず、接着劣化が発生する恐れがある。このとき、空間８に充填された接着剤は光ファイバ４に密着しており、光ファイバ４のコア部と近距離にある。従って、接着劣化が拡大した場合、光ファイバ４のコア部にその接着劣化が影響を及ぼす可能性が高く、反射や損失等が発生する恐れもある。
更に、図４に示す空間８に充填された接着剤と、図７に示す端面１３は、接着剤同士の接触となるため、両者の形状同士の相性によっても接着状態の良・不良が発生する場合もあり、一般的に、安定した接着状態を確保することは困難である。
なお、光ファイバアレイを導波路チップ等と接続後に、外部環境の一要因として湿度が加わった場合を想定する。この場合、湿度が光ファイバアレイにまで到達することがあり、図４に示す空間８に充填された接着剤は膨潤し、接着剤の突出現象が発生する場合がある。接着剤の突出によって、図７に示す端面１３に不要の応力が負荷され、端面１３中の空間８に充填された接着剤との接触部分に接着劣化が起こる恐れがある。
一方、多心構造の偏波光ファイバアレイを作製するためには、極力応力が加わらないように、偏波ファイバをＶ溝に搭載するとともに、多心の偏波ファイバ全てについて、正確に角度調整が可能な構造と方法が必要となる。これは、偏波ファイバが僅かな外応力によってその偏波特性が劣化してしまう恐れがあるとともに、偏波に対しても非常に敏感な光学部品であることによる。
通常、光ファイバアレイを構成するためには、これに配置される光ファイバの配置精度を確保するために、Ｖ溝に光ファイバを当接させ、上基板にて光ファイバをＶ溝に押さえ付けて搭載する、いわゆる３点接触型構造が採用される。図５は、従来の偏波光ファイバアレイの構造の一例を示す説明図である。即ち、偏波光ファイバアレイ１６を作製するために、３点接触型構造を採用すると、下基板２や上基板５からの応力、又は接着剤の収縮等による応力が偏波ファイバ１７に集中する恐れがあり、稀に偏波特性を劣化させてしまう場合がある。
また、偏波ファイバ１７を３点接触させた後は、偏波ファイバ１７を回転させることが不可能となる。従って、上基板５を浮かせた状態で角度微調整を行った後、上基板５を偏波ファイバ１７に当接させ、次いで、接着剤を充填して接着固定するという手順が必要であった。しかしながら、上基板５を偏波ファイバ１７に当接する際に、偏波ファイバ１７が微妙に回転してしまい、調整した角度からずれてしまうという問題が発生する場合もある。
これらの問題を解決するために、図６に示すように、偏波光ファイバアレイ１６の構造を３点接触型構造とせず、Ｖ溝の内接円の直径を偏波ファイバ１７の直径に対して＋０．５μｍ程度の大きさ、即ち、非常に小さなクリアランスを設け、偏波ファイバ１７の配置精度を確保するという方法がある。しかし、この方法によれば、上基板５は下基板２の両端平面６に当接するために、両基板間に十分な接着層の厚さｄが確保されず、また、偏波ファイバ１７がＶ溝３内に潜るような構造（以下、「ファイバ潜り型構造」と記す。）であるために、所望の接着層を確保することは困難である。即ち、ファイバ潜り型構造の偏波光ファイバアレイに関しては、接着信頼性が不十分である可能性があった。
また、先端がレンズド加工された、いわゆるレンズドファイバを整列させる場合においても、特にレンズドファイバの前後（長手）方向の位置を数μｍのオーダーで微調整する必要がある。ここで、光ファイバアレイを、Ｖ溝にレンズドファイバを位置調整を行いつつ当接させ、上基板でレンズドファイバをＶ溝に押さえ付けて搭載してなる、３点接触型構造とする場合を想定する。この場合、Ｖ溝内でレンズドファイバの位置調整を行う際には、Ｖ溝は上方向に開放された状態であるため、レンズドファイバを前後（長手）方向に動かすと、レンズドファイバが微妙に浮き上がることもある。即ち、レンズドファイバは前後（長手）方向のみの動きをするわけではないために、数μｍのオーダーで微調整する際の障害となっていた。
このような障害を解決するために、レンズド光ファイバアレイを、図６に示す偏波光ファイバアレイ１６のような、いわゆるファイバ潜り型構造とすることが考えられる。しかし、この場合、予め上基板を設けた状態でレンズドファイバの前後（長手）方向の位置を微調整することはできるが、既述の如く、接着層の厚さが十分に確保されなくなるために、得られるレンズド光ファイバアレイの接着信頼性が不十分である可能性があった。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成部材の相互間に十分な接着信頼性を有し、他の光学部品との接着性も良好であるとともに、光ファイバに過度の応力が負荷されずに良好な精度で配置されてなる光ファイバアレイを提供することにある。
発明の開示
即ち、本発明によれば、上基板と、上面にＶ溝が形成されるとともに、前記Ｖ溝の長さ方向に対して垂直方向の両端に平面を有する下基板と、前記Ｖ溝内に挿入、配置された状態で、前記上基板と前記下基板との間に挟持される光ファイバと、を備えた光ファイバアレイであって、前記下基板の両端の平面が、前記下基板の上面又は前記Ｖ溝の頂部よりも下方位置に形成されてなることを特徴とする光ファイバアレイが提供される。
本発明においては、下基板の上面又はＶ溝の頂部が上下同一位置であることが好ましく、また、Ｖ溝の斜面角度が２段以上の多角を有することが好ましい。
更に、本発明においては、光ファイバが偏波ファイバ及び／又はレンズドファイバであることが好ましい。なお、本発明においては、下基板の上面又はＶ溝の頂部が、光ファイバの最上部よりも上方位置に形成されてなることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
図１は本発明の光ファイバアレイの一実施形態を示す説明図であり、上基板５と、上面にＶ溝３が形成されるとともに、Ｖ溝３の長さ方向に対して垂直方向の両端に平面（両端平面６）を有する下基板２を備えており、Ｖ溝３内には光ファイバ４が挿入、配置された状態で挟持されている状態を示している。ここで、本実施の形態の光ファイバアレイ１は、両端平面６が、下基板２の上面（図示せず）又はＶ溝３の頂部２１よりも下方位置に形成されている。
このように、本発明においては、両端平面６が、下基板２の上面又はＶ溝３の頂部２１よりも下方位置に形成されているために、光ファイバ４の周辺の空間８に充填される接着剤の量が低減される。従って、光ファイバ４にかかる、接着剤の硬化収縮、又は熱変動等に伴って発生する応力が低減されることとなるため、本発明の光ファイバアレイには、損失等の不具合が発生し難く、長期間の信頼性が付与されている。更に、接着剤の使用量を低減することは、膨潤による接着剤の突出に伴って発生する応力も軽減されることにもなるため、導波路チップ等と光ファイバアレイとの接着劣化防止にも効果を奏する。
また、Ｖ溝３の頂部２１の上下位置と、下基板２の両端平面６の上下位置との差に対応した厚さｄを有する接着層７が確保されており、構成部材の相互間に十分な接着信頼性を有している。なお、接着層７の厚さｄは各構成部材の大きさ等にも左右されるが、十分な接着性を発揮させるとともに接着剤の使用量を低減する観点からは１０〜５０μｍであることが好ましく、１０〜４０μｍであることが更に好ましい。
なお、接着剤の使用量が低減されることにより、この接着剤によって形成される光ファイバアレイの端面、即ち、導波路チップ等の他の光学部品との接着面の状態が改善されるだけでなく、膨潤による接着剤の突出に伴って発生する応力も軽減されるため、導波路チップ等と光ファイバアレイとの接着劣化防止にも効果を奏し、長期信頼性を有している。
なお、図１においては、上基板５にＶ溝３の頂部２１と光ファイバ４が、同時に接触する構造を示しているが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、Ｖ溝の頂部、又は光ファイバのいずれか一方が上基板と接触する構造としてもよい。更に、Ｖ溝の頂部と上基板を接触させる構造とする場合、Ｖ溝の頂部を鋭角に形成せず、平面、曲面とすることが好ましい。このことにより、光ファイバをＶ溝内に載せ、整列させる際に、光ファイバとＶ溝の頂部とが衝突しても、Ｖ溝の頂部が尖っていないため、ファイバに傷や欠けが発生せず、しかも下基板にも欠けは生じない。
また、本発明においては、下基板の上面又はＶ溝の頂部を上下同一位置に形成することが好ましい。このことにより、複数の光ファイバをＶ溝内へ配置、整列する際に偏在することなく均一に配置でき、例えば、接着剤を用いて固定する際には、接着剤の厚みが一定となり、接着剤の硬化収縮や熱膨張による応力分布が均一となり、非常に安定した品質を実現できるために好ましい。応力分布が不均一の場合には、部分的に剥離が生じたり、品質の劣化を招く恐れがある。
図２は、本発明の光ファイバアレイの別の実施形態を示す説明図である。本実施の形態においては、Ｖ溝３の斜面角度が２段以上の多角を有することが好ましい。Ｖ溝形状をこのような多角を有する構造とすることにより、接着剤の使用量を低減することができ、接着剤の硬化収縮や熱膨張による応力の発生が抑制され、光ファイバへの影響が軽減されるために好ましい。
また、接着剤の使用量が低減されることにより、この接着剤によって形成される光ファイバアレイの端面、即ち、導波路チップ等の他の光学部品との接着面の状態が改善されるとともに、膨潤による接着剤の突出に伴って発生する応力も軽減されるため、導波路チップ等と光ファイバアレイとの接着劣化防止にも効果を奏し、長期信頼性が付与されている。なお、これまで下基板の断面形状がＶ字型であることを例に挙げて述べてきたが、本発明はこのような実施の形態に限られることはなく、例えば断面形状がＵ字型等の形状であってもよい。
一方、本発明においては、光ファイバが偏波ファイバであることが好ましい。本発明の光ファイバアレイは、接着剤使用量の低減がなされているとともに、十分な接着信頼性を具備しているために、光ファイバに過度の応力が負荷され難い構造を有している。従って、光ファイバとして偏波ファイバを用いた場合であっても、偏波特性の劣化等の不具合が生じ難いために好ましい。
また、本発明においては、下基板の上面又はＶ溝の頂部が、光ファイバの最上部よりも上方位置に形成された、いわゆるファイバ潜り型構造であることが好ましい。更なる詳細について、光ファイバが偏波ファイバである場合を例に挙げ、図面に基づき説明する。
図３は、本発明の光ファイバアレイの更に別の実施形態を示す説明図であり、Ｖ溝３の頂部２１の上下位置が、偏波ファイバ１７の最上部２２よりも上方位置に形成されてなる偏波光ファイバアレイ１６を示している。即ち、最上部２２が上基板５に接触せず、偏波ファイバ１７がＶ溝３内に潜り込むいわゆる、ファイバ潜り型構造であることが好ましい。このような構造とすると、上基板５をＶ溝３の頂部２１に当接し、偏波ファイバ１７を回転して角度調整を行った後に、接着剤を硬化することができる。従って、本実施の形態である光ファイバアレイにおいては、従前の光ファイバアレイにおいて生じていた、上基板と光ファイバとの接触に起因する角度のズレ等の発生が容易に回避される。
更に、光ファイバを上基板によって押さえ込まないために、光ファイバへの応力の負荷が抑制され、また、接着層も十分に確保されるといった効果をも奏する。
図１０は、本発明の光ファイバアレイの更に別の実施形態を示す説明図であり、Ｖ溝３の頂部２１の上下位置が、レンズドファイバ１９の最上部２２よりも上方位置に形成された状態を示している。即ち、この光ファイバアレイ（レンズド光ファイバアレイ１８）は、最上部２２が上基板５に接触せず、レンズドファイバ１９がＶ溝３内に潜り込む、いわゆるファイバ潜り型構造である。このような構造においては、予め下基板２のＶ溝３の頂部２１に接するように上基板５を載置して狭空間（Ｖ溝３）を形成するため、この挟空間がレンズドファイバの前後（長手）方向の位置調整のガイドとしての役割を果たすこととなる。従って、本発明の光ファイバアレイ（レンズド光ファイバアレイ１８）は、レンズドファイバ１９の位置の微調整が容易になされるとともに、十分な厚さｄの接着層７を有するため、優れた接着信頼性をも具備している。
次に、本発明の光ファイバアレイに用いる下基板の作製方法について説明する。光ファイバアレイを構成する上基板、下基板などは、光を透過するガラス材料やプラスチック材料で形成されているが、光透過性が良好で、熱膨張率が小さい点から、ガラス材料が好ましい。ガラス材料を用いて本発明のような特定構造を有する下基板を作製するには、研削加工による方法、又はプレス成形（リヒートプレス成形）による方法等がある。
研削加工方法の場合には、所定の大きさに切断したガラス材料をグラインダーに固定して、その表面にＶ溝形状を研削加工する。
また、プレス成形方法の場合も、同様に所定の大きさに切断したガラス材料を用いて、Ｖ字凸形状を有する金型でプレス成形を行い、ガラス材料にＶ溝形状を転写すればよい。
次に、本発明の光ファイバアレイに用いる接着剤について説明する。本発明の光ファイバに用いる接着剤は、短時間の固化が可能であることが好ましい。これは、接着剤の硬化に時間がかかると、回転調整した状態からファイバが動いてしまい、調整ファイバ角がずれる危険があるからである。
このため、少なくとも１０分以内で硬化する接着剤が好ましい。一例を挙げると、ＵＶ接着剤等の光硬化型の接着剤を用いれば、５分以下と非常に短時間の硬化が可能であり、且つ熱硬化型接着剤を用いた場合に懸念される加熱中の接着剤の粘度変化による調整ファイバ角への悪影響がないため、より好ましく、また、通常の被覆であるウレタンアクリレート樹脂等を使用することが特に好ましい。
実施例
以下、本発明を実施例に基づき、更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
（実施例）
図２に示すような、Ｖ溝３の角度αが７０°であるとともに、Ｖ溝３の底部２３が平面状であり、接着層７の厚さｄが３０μｍ、Ｖ溝３の頂部２１と上基板５の距離ｔが５μｍ、即ち、Ｖ溝３の頂部２１が上基板５に接触しない構造である１６心光ファイバアレイ用の下基板２を作製し、これを用いて、光ファイバアレイ１を作製した。なお、下基板２は、研削加工方法、及びプレス成形方法によって作製した。以下、下基板の作製方法について説明する。
（研削加工方法）
ガラス材料を用いて、常法に従ってＶ溝加工を施した後、両端平面となる部分を、＃８００番のダイヤモンド砥石を備えた平面研削盤を使用して加工し、所定形状を有する下基板を得た。
（プレス成形方法）
まず、プレス成形に使用するＶ溝金型の作製方法について説明する。
１．Ｖ溝金型の作製：図８（ａ）〜（ｃ）に示す工程によってＶ溝金型２６を作製した。まず、超硬の金型材料２７（図８（ａ））を用意し、＃１２００のメタル砥石を使用して、溝部２８を研削して設けた後（図８（ｂ））、同じく両端平面当接部２９を研削して設けた（図８（ｃ））。なお、両端平面当接部２９は溝部最深部３０よりも２５μｍ高い位置となるよう加工した。次いで、この型に保護膜として貴金属薄膜を約３μｍ形成して、Ｖ溝金型２６を作製した。
２．プレス成形：図９に示すように、上金型３１、及び前記Ｖ溝金型２６を使用して、Ｎ２雰囲気下、７００℃で、上下方向から４ＭＰａの圧力をかけてガラス材料３２をプレス成形することにより、所定形状を有する下基板を得た。
（光ファイバアレイの作製）
前述の研削加工方法、及びプレス成形方法によって得られた下基板を切断してチップ化した後、常法に従って組立、研磨を行うことにより光ファイバアレイを作製した。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の光ファイバアレイは、下基板の両端の平面が、下基板の上面又はＶ溝の頂部よりも下方位置に形成されているために、接着剤の使用量が低減されながらも、構成部材の相互間に十分な接着信頼性を有しているとともに、他の光学部品との接着性にも優れている。また、搭載される光ファイバには過度の応力が負荷されずに良好な精度で配置されるために、光ファイバとして偏波ファイバを搭載した場合であっても、偏波特性の劣化等の不具合が生じ難いといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の光ファイバアレイの一実施形態を示す説明図である。図２は、本発明の光ファイバアレイの別の実施形態を示す説明図である。図３は、本発明の光ファイバアレイの更に別の実施形態を示す説明図である。図４は、従来の光ファイバアレイの構造の一例を示す説明図である。図５は、従来の偏波光ファイバアレイの構造の一例を示す説明図である。図６は、従来の偏波光ファイバアレイの構造の、別の例を示す説明図である。図７は、光ファイバアレイと導波路チップとの接着状態を示す説明図である。図８は、金型を作製する例を示す説明図である。図９は、本発明の光ファイバアレイに用いる下基板をプレス成形により作製する例を示す説明図である。図１０は、本発明の光ファイバアレイの更に別の実施形態を示す説明図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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