JP3821971B2 - 光ファイバーアレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバーアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバーの高密度化に伴い、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、さらに高密度化を図るため、従来の標準的な導波路ピッチ（２５０μｍ）を約半分の１２７μｍにする方向に開発が進められている。
このような光ファイバーの高密度化、導波路ピッチの短縮化にあわせて、光ファイバーに接続するファイバーアレイのファイバー間ピッチも１２７μｍに短縮する開発が進められている。
【０００３】
従来から進められているファイバーのピッチ短縮化の技術としては、図７に示すように、標準的なテープファイバー１３の光ファイバー１４を２段に重ね合わせ、上下の各ファイバー１４が互い違いにＶ溝基板１０のＶ溝１６上に整列された形状が一般的に提案され、検討されている（文献：１９９７年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、Ｃ−３−１１３「１２７μｍピッチ光ファイバアレイを用いたＰＬＣ型スプリッタモジュール」を参照）。
【０００４】
しかしながら、上記の形状の場合には、図６のように、上下に重ねるためのテーパが必要となり、裸ファイバー１４を押さえる基板１１の端部から被覆光ファイバー１３までの距離を所定以上確保しないと、このテーパ角が大きくなって損失の発生や断線等の不具合を招く。そこで、損失をできるだけ小さくする観点から、裸ファイバー１４の曲げ半径は２０ｍｍ以上としている。
【０００５】
また、上記した従来文献のファイバーアレイにおいては、図７に示すように、Ｖ溝基板１０はＶ溝と被覆光ファイバーを搭載するための段差部１２が形成されたものである。
このようなＶ溝基板１０を有するファイバーアレイでは、通常のテープファイバーが２５０μｍピッチであるため、例えば、８心テープファイバーでは両端のファイバー間隔は１．７５ｍｍである。しかしながら、製造上０．１ｍｍ程度の誤差があるため、段差部１２に被覆光ファイバー１３が接するように配置すると、裸ファイバー１４に大きなテーパがついて断線等を招来する危険性が増す。これを回避するため、裸ファイバー１４を少し後ろ側に引いた状態にすれば、テーパが小さくなり断線の問題はないが、接着剤応力の増大や、この調整作業が必要となる。ファイバーの曲げ半径２０ｍｍを確保するためには２ｍｍ程度ファイバーを後ろに引いた状態にする必要があり、この部分の接着剤応力による光ファイバー特性の劣化の原因となる懸念がある。
【０００６】
図５に、従来のピッチ２５０μｍを約半分に短縮したハーフピッチファイバーアレイの一例を示す。
図５において、Ｖ溝を有する下基板（Ｖ溝基板）１０と、該Ｖ溝基板１０の段差部１２の上方から被覆ファイバー収納基板１５とが接着固定されている。次いで、被覆ファイバー収納基板１５に形成された被覆収納溝１７からテープファイバー（被覆ファイバー）１３ａ、１３ｂが２段に重ね合わせて挿入され、上下の各ファイバーが互い違いにＶ溝に整列される。次いで、Ｖ溝基板１０のＶ溝の上方から上基板（ファイバー押さえ基板）１１が設置され、固定されることにより、光ファイバーアレイ２２としていた。
【０００７】
なお、図５においては、重ねたファイバーのテーパ角を緩やかにするため、ファイバーを少し後ろ側に引いた状態としている。
しかしながら、この場合には、重ねたファイバー部分２１に接着剤が充填されるため、接着剤の熱膨張によってファイバーに応力が発生し、光ファイバーアレイ２２の損失の発生など特性の劣化を招く恐れがあった。
【０００８】
又、ファイバーを少し後ろ側に引いた状態とすると、調整が必要で、例えば４．９ｍｍ程度後ろ側に引くとファイバーの曲げ半径も確保でき、損失の発生を回避できる。しかしながら、調整が不十分で引く距離が短くなるとファイバーの曲げ半径が小さくなってテーパ角が大きくなり、一方、引く距離が長く成り過ぎると接着剤の充填量が多くなり、光ファイバーアレイ２２の特性の劣化という問題が発生する可能性が高くなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被覆なしの光ファイバーと被覆光ファイバーの位置関係が正確に設定され、その結果、特性の劣化がなく、且つファイバーの断線等の問題を回避できる光ファイバーアレイを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、上基板と、Ｖ溝が形成された下基板とを備え、該Ｖ溝上に光ファイバーが挿入、配置され、接着剤で固化して形成されてなる光ファイバーアレイであって、該下基板は、光ファイバーを整列配置するためのＶ溝を有するＶ溝部と、被覆光ファイバーを支持するための被覆光ファイバー支持部と、該Ｖ溝部と該被覆光ファイバー支持部との間にあって、光ファイバーを整列配置に位置規制することのない自由緩衝部を備え、該自由緩衝部と該被覆光ファイバー支持部が、段差をもって連続してなり、該被覆光ファイバーが該段差により位置決めされ、該Ｖ溝の底面と該自由緩衝部の上面とが同一平面上に位置するように形成されたことを特徴とする光ファイバーアレイ、が提供される。
本発明においては、下基板の自由緩衝部に対向する上基板の面にテーパを形成することが好ましく、本発明の対象がテープファイバーを２段重ねしたハーフピッチの光ファイバーアレイであることが好ましい。
また、自由緩衝部のＶ溝への接続部にテーパを形成することは、Ｖ溝のエッジにおけるファイバーへの応力集中を回避できるため、好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。
図１は本発明のハーフピッチ光ファイバーアレイの一実施態様を示す概略正面図である。
図１において、フェルール３０は、Ｖ溝３３を有する下基板（Ｖ溝基板）３１と、Ｖ溝基板３１のＶ溝３３の上方に位置し接合された上基板（ファイバー押さえ基板）３２とから構成されており、Ｖ溝基板３１は、Ｖ溝３３とともに、自由緩衝部である１段目段差部３４と、被覆光ファイバー支持部である２段目段差部３５を、上基板３２に面する側に有している。このフェルール３０は、１段目段差部３４と２段目段差部３５の上方が開放された形状を呈するものである。そして、このフェルール３０に２段に重ねた被覆光ファイバー（テープファイバー）３６ａ、３６ｂが挿入、配置され、先端部の被覆なしの光ファイバー３８が、Ｖ溝３３と上基板３２とから形成されるファイバー挿入孔に挿入された後、接着剤３７によって被覆光ファイバー（テープファイバー）３６ａ、３６ｂ、及び被覆なしの光ファイバー３８が固定される。
【００１２】
このように、フェルール３０のＶ溝基板３１は、自由緩衝部３４と被覆光ファイバー支持部３５とが、段差をもって連続していることから、被覆光ファイバー支持部である２段目段差部３５に被覆光ファイバー（テープファイバー）３６ａ、３６ｂのための位置決め段差３５ａが設置でき、裸の光ファイバーを後ろ側に引く距離を正確に設定することができる。しかも、自由緩衝部である１段目段差部３４を設けており、この１段目段差部３４は、Ｖ溝が存在せず、光ファイバーを整列配置するように位置規制をすることがないため、被覆光ファイバー（テープファイバー）３６ａ、３６ｂのピッチ誤差が存在してもテーパを確保することが可能となり、断線などの問題を回避できる。
【００１３】
また、図２は本発明のハーフピッチ光ファイバーアレイの他の実施態様を示す概略正面図であり、図１の実施態様とは異なって、Ｖ溝基板の２段目段差部の上方に、被覆ファイバー収納基板を載置したものである。
図２において、下基板（Ｖ溝基板）４１は、Ｖ溝４３とともに、１段目段差部（自由緩衝部）４４と、２段目段差部（被覆光ファイバー支持部）４５を、上基板４２に面する側に有している。Ｖ溝基板４１の２段目段差部４５の上部には、被覆ファイバー収納基板４９が載置、固定され、このＶ溝基板４１と被覆ファイバー収納基板４９との接着固定により被覆ファイバー収納溝５４が形成されている。
そして、この被覆ファイバー収納溝５４に、２段に重ねた被覆光ファイバー（テープファイバー）４６ａ、４６ｂが挿入、配置され、先端部の被覆なしの光ファイバー４８が、Ｖ溝基板４１のＶ溝４３に配置された後、Ｖ溝基板４１のＶ溝４３及び１段目段差部４４の上方から上基板（ファイバー押さえ基板）４２を設置して、光ファイバー４８を押さえ、固定する。なお、４５ａは被覆光ファイバー４６ａ、４６ｂのための位置決め段差である。
【００１４】
図２に示す実施態様の場合には、図５に示す従来例と比較して、１段目段差部４４の上方部における領域５１の部分は接着剤の量を低減できるため、接着剤の熱膨張・収縮による応力が小さく、良好な特性を示すことになる。
また、上基板（ファイバー押さえ基板）４２の１段目段差部４４に対向する面にテーパ５０を形成することにより、上段側のテープファイバー４６ａのファイバー４８に接して応力を加えることを回避することができる。なお、このテーパ５０の開始位置は、Ｖ溝４３上であることが好ましい。
【００１５】
図２に示す光ファイバーアレイにおいて、ファイバーの曲がりの許容量を考慮すると、厚み０．３ｍｍ、比屈折率差０．２％のテープファイバーを使用した場合、損失を０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑えるとすると、１段目段差部４４の長さは４．９ｍｍが下限値となる。ただし、損失要求は使用形態によって異なるため、これに限定されるものではない。一方、１段目段差部４４の長さの上限は、特性上樹脂等の接着剤に覆われている長さは短い程好ましいため、１０ｍｍ以下が好ましい。
また、図５のように、従来の光ファイバーアレイでは、被覆ファイバー収納基板１５に接着剤塗布時の空気抜け穴２４を垂直方向に設けていた。そして、この空気抜け穴２４にも接着剤は充填されるため、この空気抜け穴２４は設けない方が好ましい。一方、図２に示す本発明の実施態様では、１段目段差部４４の側面部に穴が形成されており、この部分が従来の空気抜け機能を果たすので、特に、空気抜け穴を設ける必要はない。
さらに、この１段目段差部４４のＶ溝４３への接続部にテーパ５２を形成することが、Ｖ溝４３のエッジにおけるファイバーへの応力集中を回避できるため、好ましい。
【００１６】
以上説明したように、図１〜２に示すごとき構成を有する本発明の光ファイバーアレイによれば、組立作業性に優れ、特性などの信頼性が向上したハーフピッチの光ファイバーアレイを提供することができる。
なお、本発明は、図１〜２に示すハーフピッチの光ファイバーアレイのみでなく、２５０μｍピッチの標準品たる光ファイバーアレイに対しても、当然適用できるものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の光ファイバーアレイについて、実施例に基づいてより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１）
図３(a)(b)(c)に示す１６心のハーフピッチの光ファイバーアレイを作製した。
材料としては、ＰＬＣが石英導波路（熱膨張係数：５×１０^-7／℃）であり、基板が石英又はＳｉなので、熱膨張が小さく、かつ市場で安価に入手できるガラス材料であるパイレックス（商品名：コーニング社製、熱膨張係数：３２．５×１０^-7／℃）を用いた。
【００１８】
まず、５０×５０ｍｍのウエハーに１６心×８群の１２８心Ｖ溝をマイクログラインダーで研削加工した。Ｖ溝６３の深さは、ファイバーの上端が５μｍ出る設定とし、確実にファイバーがＶ溝に２点接触するようにした。
Ｖ溝６３に直交する段差溝をスライサーにて加工した。１段目の段差部６４は、深さがファイバーの下部が接する程度の上面から０．１４ｍｍとし、２段目の段差部６５は、下側の被覆光ファイバー（テープファイバー）６６ａの下部が接する程度の上面から０．２ｍｍとした。
【００１９】
次いで、１段目段差部６４に対応する被覆ファイバー収納基板６９を準備し、Ｖ溝基板６１の１段目段差部６４上に載置し、横方向に正確に合わせるとともに、長手方向には２段目段差部６５と長さを合わせて接着固定した。次に、ダイシングマシンにより、Ｖ溝基板６１のＶ溝６３の長さが４ｍｍ、１段目段差部６４の長手方向の長さが６ｍｍ、２段目段差部６５の長手方向の長さが３ｍｍとなるよう、各チップに切断加工した。
また、ファイバー押さえ基板６２も、Ｖ溝基板６１のＶ溝６３の長さ、幅に合わせて準備した。ファイバー押さえ基板６２のファイバー押さえ面後部はファイバーに過度の荷重集中がないように、テーパを形成し、かつエッジが立たないようにＲ取りを行った。
【００２０】
次いで、光ファイバーアレイの組立を行った。
組立は、先ず、厚み０．３ｍｍの下段のテープファイバー６６ｂを、Ｖ溝基板６１と被覆ファイバー収納基板６９との接着固定により形成された被覆ファイバー収納溝７０の片側の壁に沿わせて、２段目段差部６５の端部にテープファイバー６６ｂが当たるまで挿入した。ここで、被覆ファイバー収納溝７０とＶ溝６３の相対位置を合わせておけば、テープファイバー６６ｂにおけるそれぞれの裸ファイバーがそれぞれのＶ溝６３上に配置されることになる。この状態で、光ファイバーアレイ外部でテープファイバー６６ｂを仮止めした。このとき、裸ファイバーはＶ溝の一つおきに配置されている。
【００２１】
次に、厚み０．３ｍｍの上段のテープファイバー６６ａを、上記と逆側の被覆ファイバー収納溝７０の片側の壁に沿わせて、下段と同じ位置まで挿入し、テープファイバー６６ａを仮止めした。これにより、上記と同様にして、空いたＶ溝上に裸ファイバーが配置される。尚、被覆ファイバー収納基板６９の被覆ファイバー収納溝７０に段差を設け、上段のテープファイバー６６ａの挿入位置を正確に設定することがより好ましい。
次いで、ファイバー押さえ基板６２をＶ溝６３の上部に設置し、治具により荷重を掛けた。ファイバー押さえ基板６２は、被覆ファイバー収納基板６９の側壁に押し当てるようにすれば、長手方向の位置と平行は自然に決定される。
【００２２】
次に、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂からなる接着剤を被覆ファイバー収納溝７０の側から塗布、導入し、Ｖ溝６３の隙間から出てきた後、硬化させた。その後、端面を光学研磨して、光ファイバーアレイを完成した。なお、最終の寸法は、図３(a)(b)(c)に示す通りである。
【００２３】
（実施例２）
図４(a)(b)(c)に示す標準型光ファイバーアレイを作製した。
この実施例２が実施例１と相違するのは、ファイバーを２段重ねにせず、１段のファイバーを用いた点である。
以下、上記の実施例１と相違する点を中心として説明する。
【００２４】
標準型光ファイバーアレイの場合には、１段のファイバーであるため、２段重ねのようなテーパ角が大きくなることを防ぐという観点は必要なく、従って、１段目段差部８４の長さは実施例１に比べて短くてよい。しかし、テープファイバーのピッチ誤差が通常０．１ｍｍ程度存在するので、片側０．０５ｍｍづつの誤差を緩和するために、この実施例２では２ｍｍとした。ファイバーの曲げ半径は２０ｍｍとなり、良好な特性を得た。
実施例２においては、Ｖ溝基板８１の２段目段差部８５に対応する被覆ファイバー収納基板８９を準備し、Ｖ溝基板８１の２段目段差部８５上に載置し、横方向及び長さ方向を正確に合わせて接着固定した。次に、ダイシングマシンにより、図４(a)(b)(c)に示す寸法となるよう、各チップに切断加工した。
また、ファイバー押さえ基板８２も、Ｖ溝基板８１のＶ溝６３及び１段目段差部８４の長さ、幅に合わせて準備した。
【００２５】
次いで、光ファイバーアレイの組立を行った。
組立は、厚み０．３ｍｍのテープファイバー８６を、Ｖ溝基板８１と被覆ファイバー収納基板８９との接着固定により形成された被覆ファイバー収納溝９０の壁に沿わせて、２段目段差部８５の端部に当たるまで挿入した。この状態で、光ファイバーアレイ外部でテープファイバー６６を仮止めした。
次に、ファイバー押さえ基板８２をＶ溝８３及び１段目段差部８４の上部に設置し、治具により荷重を掛けた。次いで、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂からなる接着剤を被覆ファイバー収納溝９０の側から塗布、導入し、Ｖ溝８３の隙間から出てきた後、硬化させた。その後、端面を光学研磨して、光ファイバーアレイを完成した。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被覆なしの光ファイバーと被覆光ファイバーの位置関係が正確に設定され、その結果、特性の劣化がなく、且つファイバーの断線等の問題を回避できる光ファイバーアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のハーフピッチ光ファイバーアレイの一実施態様を示す概略正面図である。
【図２】 本発明のハーフピッチ光ファイバーアレイの他の実施態様を示す概略正面図である。
【図３】 実施例１で作製したハーフピッチの光ファイバーアレイを示し、(a)は左側面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。
【図４】 実施例２で作製した標準型光ファイバーアレイを示し、(a)は左側面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。
【図５】 従来のハーフピッチファイバーアレイの一例を示す正面図である。
【図６】 テープファイバーを２段重ねした場合のテーパの概略図である。
【図７】 従来の２段重ね光ファイバーアレイの一構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３０…フェルール、３１，４１…下基板（Ｖ溝基板）、３２、４２…上基板（ファイバー押さえ基板）、３３，４３…Ｖ溝、３４，４４…１段目段差部（自由緩衝部）、３５，４５…２段目段差部（被覆光ファイバー支持部）、３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂ…被覆光ファイバー（テープファイバー）、３７…接着剤、３８，４８…被覆なしの光ファイバー。

Claims (4)

1. 上基板と、Ｖ溝が形成された下基板とを備え、該Ｖ溝上に光ファイバーが挿入、配置され、接着剤で固化して形成されてなる光ファイバーアレイであって、
   該下基板は、光ファイバーを整列配置するためのＶ溝を有するＶ溝部と、被覆光ファイバーを支持するための被覆光ファイバー支持部と、該Ｖ溝部と該被覆光ファイバー支持部との間にあって、光ファイバーを整列配置に位置規制することのない自由緩衝部を備え、
   該自由緩衝部と該被覆光ファイバー支持部が、段差をもって連続してなり、
   該被覆光ファイバーが該段差により位置決めされ、
   該Ｖ溝の底面と該自由緩衝部の上面とが同一平面上に位置するように形成されたことを特徴とする光ファイバーアレイ。
2. 該下基板の自由緩衝部に対向する上基板の面にテーパを形成した請求項１記載の光ファイバーアレイ。
3. テープファイバーを２段重ねしたハーフピッチの光ファイバーアレイである請求項１又は２記載の光ファイバーアレイ。
4. 該自由緩衝部のＶ溝への接続部にテーパを形成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバーアレイ。

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