JP2005157088A - 光導波路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は光ファイバアレイと高分子光導波路素子とが接着された構成の光導波路モジュールにおいて、接着剤の定位化が図られた構造を実現することを目的とする。
【解決手段】 光ファイバアレイ４０のベース部材４１の端面４１ｂは、平均粗さＲａが０．２μｍ±０．１μｍの粗面である。高分子光導波路素子５０の基板５１の端面５１ａは、平均粗さＲａが０．２μｍ±０．１μｍの粗面である。粗面である端面４１ｂと粗面である端面５１ａとの間に隙間が形成され、接着剤が定位され、理想的な形状の接着剤部７０が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は光導波路モジュールに係り、特に、光導波路素子と光ファイバの端の光ファイバアレイとが接着剤によって光学的及び機械的に接続してある構成の光導波路モジュールに関する。

この光導波路モジュールは、光が光導波路素子と光ファイバアレイとの接続部分を伝播されるときに受ける光学的損失が小さいという光学的特性を有することが不可欠である。このためには、接着後も、光ファイバの芯線と光導波路素子の光導波路とは調芯された状態に維持されていること必要である。

ここで、接着は、光ファイバの芯線と光導波路素子の光導波路との調芯状態を乱す要因である。接着剤は硬化する過程で収縮を起こし、且つ、接着剤の拡がり状況が製品によって相違して硬化した接着剤よりなる接着剤部の形状等にばらつきが発生し易いという不安定要素を含んでいるからである。しかも、光導波路モジュールのうち光導波路素子の端面と光ファイバアレイの端面との突き合わされている部分は狭い面積の部分であり、接着剤部の形状等のばらつきが調芯に及ぼす影響は大きい。

そこで、接着剤が、定まった量、定まった位置に落ち着くようにして、接着剤部の形状を出来るだけ理想の形状として接着状態の安定化を図る必要がある。

ここで、接着剤を、定まった量、定まった位置に落ち着かせることを接着剤を定位させるという。

図１３及び図１４は従来の光導波路モジュール１を示す。複数本の光ファイバ２の端の部分が光ファイバアレイ１０によって整列されて固定してある。光ファイバアレイ１０は、上面にＶ溝が並んで形成してあるベース部材１１とカバー１２とよりなり、光ファイバ２の芯線２ａの端の部分が、ベース部材１１上のＶ溝１１ａに嵌合して位置決めされた状態で、接着されたカバー１２によって覆われて固定してある。１３は接着層である。高分子光導波路素子５は、基板６の上面に高分子層による光導波路７が形成してある構成である。ベース部材１１の端面１１ｂ及び基板６の端面６ａは共に平面であり鏡面である。

光ファイバアレイ１０と高分子光導波路素子５とは、芯線２ａと光導波路７とが調芯された状態で、ベース部材１１の端面１１ｂと基板６の端面６ａとを突き合わして端面１１ｂと端面６ａとが硬化した接着剤よりなる接着剤部２０によって接着されている。

理想的な接着剤部は、突き合わされている端面１１ｂと端面６ａとの間の全面を占め、且つ、突き合わされている部分の上辺、下辺、右辺、左辺に沿って一様にはみ出ている構成である。このはみ出している部分をフィレットという。
特開平５−１９６８３８号公報

ベース部材１１の端面１１ｂ及び基板６の端面６ａは共に鏡面で且つ平面に仕上げられている。このため、ベース部材１１の端面１１ｂと基板６の端面６ａとが突き合わされた状態で、端面１１ｂと端面６ａとの間に接着剤が留まる空間は形成されにくい。このように端面１１ｂと端面６ａとの間に接着剤が留まる空間が形成されにくい状況にあるため、突き合わせ時に作用させる荷重の方向の理想方向に対する僅かのずれがあっても、接着剤の定位が乱されて接着剤部の形状は変化してしまう。即ち、従来は接着剤を定位化させにくい構造であった。

よって、接着作業時の状況によって、接着剤部の形状が図１５（Ａ），（Ｂ）及び図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように多様となってしまう。図１５（Ａ），（Ｂ）は、接着剤が上方にかたよってしまった場合であり、接着剤部２０Ａは、端面１１ｂと端面６ａとの間の部分２０Ａ１については不足しており、且つ、高分子光導波路素子５の上面側に多くはみ出したフィレット２０Ａ２を有している。図１６（Ａ），（Ｂ）は、接着剤が逆に下方にかたよってしまった場合であり、接着剤部２０Ｂは、端面１１ｂと端面６ａとの間の部分２０Ｂ１ついては不足しており、且つ、高分子光導波路素子５の下面側に多くはみ出したフィレット２０Ｂ１を有している。図１５（Ａ），（Ｂ）の場合には、光ファイバアレイ１０と高分子光導波路素子５とは逆Ｖ字状に反る傾向になり、図１６（Ａ），（Ｂ）の場合には、光ファイバアレイ１０と高分子光導波路素子５とはＶ字状に反る傾向になる。また、接着剤が左側或いは右側にかたよってしまう場合もある。よって、組立てた光導波路モジュールのなかには調芯状態が乱されて光学的損失が大きいものもできてしまい、歩留まりが良くなく、信頼性もよくなかった。

そこで、本発明は、上記課題を解決した光導波路モジュールを提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解決するため、本発明は、光導波路素子の光導波路の端が露出している端面と、光ファイバの複数の芯線の端が露出している光ファイバアレイの端面とが、その間に介在する接着剤部によって接着されている構成の光導波路モジュールにおいて、光導波路素子の端面（５１ｂ）及び光ファイバアレイの端面（４１ｂ）が共に粗面である構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、対向している粗面同士の間に、極く狭い隙間であって、対向している端面の全周に亘って開放されている定まった間隔の隙間が形成される。この隙間は、接着剤が留まることができる部分を提供し、接着剤の定位化が促される。これによって、理想的な形状の接着剤部を安定に形成することが出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図１及び図３は本発明の実施例１になる光導波路モジュール３０を示す。図１は斜視図、図３は接続部分を断面して示す縦断正面図であり、図２は光導波路素子と光ファイバケーブルとの接続される部分を対向させて示す。Ｚ１−Ｚ２は長手方向、Ｘ１−Ｘ２は幅方向、Ｙ１−Ｙ２は高さ方向である。

複数本の光ファイバ２の端の部分が光ファイバアレイ４０によって整列されて固定してある。光ファイバアレイ４０は、上面にＶ溝が並んで形成してあるベース部材４１とカバー４２とよりなり、光ファイバ２の芯線２ａの端の部分が、ベース部材４１上のＶ溝４１ａに嵌合して位置決めされた状態で、接着されたカバー４２によって覆われて固定してある。４３は接着層である。

高分子光導波路素子５０は、基板５１の上面に樹脂材料からなる高分子層による光導波路５２が形成してある構成である。

光ファイバアレイ４０のベース部材４１の端面４１ｂ及び高分子光導波路素子５０の基板５１の端面５１ａは、平面であり、且つ、平均粗さＲａが例えば０．２μｍ±０．１μｍの粗面である。カバー４２の端面４２ａも粗面である。これらの粗面は、ラップ研磨である機械加工を施すことによって形成される。なお、粗面は、機械加工に代えて、イオンミリング、プラズマエッチング等のドライエッチングを施すことによっても形成することが出来、或いは、ＮＦ又はＮＨ４Ｆを使用したケミカルウェットエッチングを施すことによっても形成することが出来る。

光ファイバアレイ４０と高分子光導波路素子５０とは、芯線２ａと光導波路５２とが調芯された状態で、ベース部材４１の端面４１ｂと基板５１の端面５１ａとを突き合わして端面４１ｂと端面５１ａとが接着剤部７０によって接続固定されている。接着剤部７０は、紫外線硬化型の接着剤であり、粘度が約３０ｃｐと低く、硬化した状態で光学的透明性を有し且つ所定の屈折率及びヤング率を有するものである。

端面４１ｂ及び端面５１ｂが共に粗面であるため、端面４１ｂと端面５１ａとは概略的にみると凸部同士が突き合わされ凹部同士が対向するようになって、突き合わされている端面４１ｂと端面５１ａとの間には、極く薄い空間（隙間）が形成される。この極く薄い空間は、突き合わされている端面４１ｂ、５１ａの上辺、下辺、右辺、左辺の全周に亘って外部に開放されている。即ち、端面４１ｂと端面５１ａとが突き合わされている内部から端面４１ｂ、５１ａの周囲に到る無数の通路が形成されている状態となる。

よって、突き合わせ時に作用させる荷重の方向が理想方向である場合は勿論、この荷重の方向が理想方向に対してずれたとしても、接着剤は、毛細管現象によって端面４１ｂと端面５１ａとの間に全面にしみ込み拡がってここに介在して留まり、且つ、余分な接着剤の端面４１ｂ、５１ａの周囲へのはみ出しは、端面４１ｂ、５１ａの全周に亘って一様な状態となる。即ち、接着剤は、端面４１ｂと端面５１ａとの間の極く薄い空間によって定位化を促されて定位される。接着剤はこの状態で硬化され、接着剤部７０が形成される。なお、本発明者は、実験から端面４１ｂ及び端面５１ａの平均粗さＲａが０．１μｍ以上であれば、接着剤が毛細管現象を生じることを見出している。

接着剤部７０は、図４に示すようになり、端面４１ｂと端面５１ａとの間の全体を占める大きさの層状の部分７０ａと、端面４１ｂ、５１ａの周囲をその全周に亘って一様に取り巻くフィレット７０ｂよりなる。

ここで、層状の部分７０ａが端面４１ｂ、５１ａの全面に形成してあるため、光ファイバアレイ４０と高分子光導波路素子５０とは十分な強度で接着されている。更に、端面４１ｂ及び端面５１ｂが共に粗面であるため、層状の部分７０ａと端面４１ｂ、５１ａとの接着されている面積が、端面が鏡面である場合に比較して広くなっており、所謂アンカー効果が得られており、接着強度は更に高くなっている。

また、フィレット７０ｂは端面４１ｂ、５１ａの上辺、下辺、右辺、左辺よりなる周辺をその全周に亘って一様に形成されるため、この部分が発生する収縮力は、端面４１ｂ、５１ａの全周に亘って一様に発生し、光ファイバアレイ４０と高分子光導波路素子５０とはＶ字状に反らす方向、即ち、光ファイバの芯線と光導波路素子の光導波路との調芯状態を乱すようには、作用しない。よって、光ファイバアレイ４０と高分子光導波路素子５０とは調芯状態を維持する。

図５乃至図７は本発明の実施例２になる光導波路モジュール３０Ａを示す。図５は斜視図、図７は接続部分を断面して示す縦断正面図であり、図６は光導波路素子と帯状光ファイバケーブルとの接続される部分を対向させて示す。

光ファイバアレイ４０Ａは、光ファイバ２の芯線２ａの端が露出している側に端面４０Ａａを有する。端面４０Ａａは、ベース部材４１Ａの端面４１Ａｂ、カバー４２Ａの端面４１Ａｂ、芯線２ａの端面、接着層４３Ａの端面４３Ａａよりなる。この端面４０Ａａは、図６（Ｂ）中、線８０で示すような形状を有する。図６（Ｂ）の線８０は、図６（Ａ）中、光ファイバアレイ４０Ａの端面４０ＡａをＹ１側からＹ２方向に、線８１に沿って表面粗さ測定器の針先を相対的にトレースさせた場合の測定結果である。図６（Ｂ）中の線８２は、図１４に示す従来の光ファイバアレイの対応する端面の形状である。

端面４０Ａａは、芯線２ａの端面が最も突き出しており、ベース部材４１Ａの端面４１Ａｂ及びカバー４２Ａの端面４２Ａｂは、芯線２ａの端面に対して、−０．１〜−０．２μｍ／ｍｍの割合で傾斜して芯線２ａの端面に対してＺ１方向に後退している緩傾斜主面である。芯線２ａの端面は、端面４１Ａｂのうち芯線２ａ側の位置より、寸法Ａ（０．２μｍ程度）Ｚ２方向に突き出している。

この端面４０Ａａ（４１Ａｂ、４２Ａｂ）は、研磨処理する際の光ファイバアレイに作用させる荷重の状態及び光ファイバアレイを固定する方法を制御することによって形成することが可能である。

光ファイバアレイ４０Ａと高分子光導波路素子５０とは、芯線２ａと光導波路５２とが調芯された状態で、ベース部材４１の端面４１ｂと基板５１の端面５１ａとが接着剤部７０Ａによって接続されている。

端面４１Ａｂが芯線２ａの端面に対してＺ１方向に後退している緩傾斜主面であるので、調芯された状態で、端面４１Ａｂと端面５１ｂとの間に極薄い空間が形成される。よって、接着剤部７０Ａは、図８に示すようになり、端面４１Ａｂと端面５１ａとの間の全体を占める大きさの層状の部分７０Ａａと、端面４１Ａｂ、５１ａの周囲をその全周に亘って一様に取り巻くフィレット７０Ａｂよりなる。

層状の部分７０ａが端面４１ｂ、５１ａの全面に形成してあるため、更には、部分７０Ａａが端面４１Ａｂ、５１ａの周囲をその全周に亘って形成してあるため、光ファイバアレイ４０と高分子光導波路素子５０とは充分な強度で接着されている。また、フィレット７０Ａｂは端面４１Ａｂ、５１ａの周囲をその全周に亘って一様に形成されるため、この部分が発生する収縮力は、端面４１Ａｂ、５１ａの全周に亘って一様に発生し、光ファイバアレイ４０と高分子光導波路素子５０とはＶ字状に反らす方向、即ち、光ファイバの芯線と光導波路素子の光導波路との調芯状態を乱すようには、作用しない。よって、光ファイバアレイ４０Ａと高分子光導波路素子５０とは調芯状態を維持する。

また、芯線２ａの端面と光導波路５２の端面とは、従来に比べて接近しており、光学的損失は低くなっている。

図９及び図１１は本発明の実施例３になる光導波路モジュール３０Ｂを示す。図９は斜視図、図１１は接続部分を断面して示す縦断正面図であり、図１０は光導波路素子と帯状光ファイバケーブルとの接続される部分を対向させて示す。

光ファイバアレイ４０Ｂは、光ファイバ２の芯線２ａの端が露出している側に端面４０Ｂａを有する。端面４０Ｂａは、ベース部材４１Ｂの端面４１Ｂｂと、カバー４２Ｂの端面４２Ｂｂと、芯線２ａの端面と、接着層４３Ｂの端面４３Ｂａとよりなる。端面４１Ｂｂ、４２Ｂｂは共に鏡面であり平面である。この端面４０Ａａは、接着層４３Ｂの端面４３Ｂａだけが、図１４に示す従来の光ファイバアレイの対応する端面の形状とは相違する。

接着層４３Ｂの端面４３Ｂａは、芯線２ａの端面よりも０．１〜０．３μｍＺ１方向に後退している。

端面４１Ｂｂ、４２Ｂｂは共に平面状の鏡面であり、接着層４３Ｂの端面４３Ｂａが芯線２ａの端面よりも凹んでいる状態は、接着層４３Ｂの研磨レートがベース部材４１Ｂ、カバー４２Ｂ、芯線２ａの研磨レートに比べて高いことを利用して、接着層４３Ｂが過研磨状態となるようにすることによって形成される。即ち、特別な加工工程を行わずに形成される。

光ファイバアレイ４０Ｂと高分子光導波路素子５０とは、芯線２ａと光導波路５２とが調芯された状態で、ベース部材４１Ｂの端面４１Ｂｂと基板５１の端面５１ａとが接着剤部７０Ｂによって接続されている。

光ファイバアレイ４０Ｂと高分子光導波路素子５０を突き合せて芯線２ａと光導波路５２とを調芯させた状態において、接着層４３Ｂの端面４３Ｂａと基板５１の端面５１ａとの間には、狭い空間９０が形成される。しかも、この空間９０は、Ｙ１側及びＸ１，Ｘ２側でもって外部と連通している。

この空間９０は接着剤を留めるという役割を果たし、接着剤はこの空間９０に留まることによって、定位される。

接着剤部７０Ｂは、図１２に示すようになり、端面４１Ａｂと端面５１ａとの間の全体を占める大きさの層状の部分７０Ｂａと、主に端面４１Ａｂ、５１ａの周囲のうち接着層４３Ｂの端面４３Ｂａの周りの部分にはみ出て上側の部分を取り巻くフィレット７０Ｂｂよりなる。

よって、光ファイバアレイ４０と高分子光導波路素子５０とは充分な強度で接着されており、且つ、光ファイバアレイ４０Ａと高分子光導波路素子５０とは調芯状態を維持する状態となる。

なお、上記第１実施例の特徴部分である面を粗面とした構成と、第２実施例の特徴部分である芯線２ａの端面が突き出ている構成と、第２実施例の特徴部分である接着層４３Ｂの端面４３Ｂａを凹ませた構成とを適宜組合わせることも可能である。

本発明の実施例１になる光導波路モジュールを示す斜視図である。 図１中の、光ファイバアレイと高分子光導波路素子とを対向させて示す斜視図である。 図１の光導波路モジュールの断面図である。 図１の光導波路モジュールの接着剤部を示す斜視図である。 本発明の実施例２になる光導波路モジュールを示す斜視図である。 図４中の、光ファイバアレイと高分子光導波路素子とを対向させて示すと共に、光ファイバアレイの端面の形状を示す図である。 図４の光導波路モジュールの断面図である。 図４の光導波路モジュールの接着剤部を示す斜視図である。 本発明の実施例３になる光導波路モジュールを示す斜視図である。 図９中の、光ファイバアレイと高分子光導波路素子とを対向させて示す斜視図である。 図９の光導波路モジュールの断面図である。 図９の光導波路モジュールの接着剤部を示す斜視図である。 従来の光導波路モジュールを示す斜視図である。 図１３中の、光ファイバアレイと高分子光導波路素子とを対向させて示す斜視図である。 図１３の光導波路モジュールの接着剤部の一の不具合例を示す図である。 図１３の光導波路モジュールの接着剤部の別の不具合例を示す図である。

符号の説明

２ 光ファイバ
３０、３０Ａ、３０Ｂ 光導波路モジュール
４１、４１Ａ，４１Ｂ ベース部材
４１ｂ、４１Ａｂ，４１Ｂｂ 端面
４３、４３Ａ，４３Ｂ 接着層
４３ａ、４３Ａａ，４３Ｂａ 端面
５０ 高分子光導波路素子
５１ 基板
５１ａ 端面
７０，７０Ａ，７０Ｂ 接着剤部
７０ａ，７０Ａａ，７０Ｂａ 層状の部分
７０ｂ，７０Ａｂ，７０Ｂｂ フィレット

Claims (4)

1. 光導波路素子の光導波路の端が露出している端面と、光ファイバの複数の芯線の端が露出している光ファイバアレイの端面とが、その間に介在する接着剤部によって接着されている構成であり、
   光導波路素子の端面及び光ファイバアレイの端面が共に粗面である構成としたことを特徴とする光導波路モジュール。
2. 請求項１記載の光導波路モジュールにおいて、
   上記光導波路素子の端面及び光ファイバアレイの端面が、平均粗さＲａが０．１μｍ以上のオーダの粗面である構成としたことを特徴とする光導波路モジュール。
3. 光導波路素子の光導波路の端が露出している端面と、光ファイバの複数の芯線の端が露出している光ファイバアレイの端面とが、その間に介在する接着剤部によって接着されている構成であり、
   光ファイバアレイの端面は、光ファイバの複数の芯線の端が突き出している構成としたことを特徴とする光導波路モジュール。
4. 光導波路素子の光導波路の端が露出している端面と、光ファイバの複数の芯線の端が露出している光ファイバアレイの端面とが、その間に介在する接着剤部によって接着されている構成であり、
   該光ファイバアレイは、その上記端面に、上記光ファイバの複数の芯線を接着している接着層の端面が露出している構成である光導波路モジュールにおいて、
   上記光ファイバアレイは、上記接着層の端面が芯線の端よりも凹んでいる構成としたことを特徴とする光導波路モジュール。

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