JP4090915B2 - ファイバコリメータ、光部品、光部品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田を用いて光部品用筐体に実装できるファイバコリメータ、及びそれを用いた光部品とその光部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバコリメータは、光ファイバとレンズを有するものであり、光ファイバ伝搬から空間伝播への切り替えを必要とする光回路部分を有する光部品に利用される。例えば、２つのファイバコリメータを対向配置させ、このファイバコリメータ間の空間を光が伝播できるようにし、この光が伝播する空間にフィルタなどの光学部品を配置した構成とすることによって、光分岐器，光分波器，光スイッチなどが形成される。このようなファイバコリメータが２つ対向配置された光部品は、通常、円筒状の光部品用筐体の２つの開口端部側にそれぞれファイバコリメータを固定することによって製造される。
【０００３】
前記ファイバコリメータを用いた光部品では、光が伝播する空間に湿気などが侵入することをなくする必要があり、光部品内を気密封止しなければならない。
例えば、前記したファイバコリメータが２つ対向配置された光部品の場合、半田を用いて、ファイバコリメータを光部品用筐体内に固定することによって、ファイバコリメータと筐体間の隙間を完全に封止でき、光部品内部に外気が侵入することをなくすることができる。このため、耐環境性に優れ、安定した光学特性が得られる光部品が実現できる。
【０００４】
しかし、半田を用いてファイバコリメータを固定する際、半田を溶融するために約２５０℃に加熱する必要があり、熱がファイバコリメータに伝わることになる。このため、従来のファイバコリメータでは以下に示すような不具合が生じることとなる。
図４は、従来のファイバコリメータ４１の一例を示す概略断面図である。光ファイバ４が挿入固定されたキャピラリ４０と、レンズ４３と、筐体４２からなり、キャピラリ４０とレンズ４３は、それぞれ筐体４２に接着剤４７で固定されている（特許文献１参照。）。このキャピラリ４０とレンズ４３との間は空気層となっている。
このファイバコリメータ４１を半田によって光部品用筐体内に固定する場合、半田を溶融するために加熱すると、ファイバコリメータ４１も加熱されることとなり、ファイバコリメータ４１の筐体４２内の空気が膨張する。２５０℃では常温に比べて体積が約１．６倍になるため、ファイバコリメータ４１内の圧力が上昇し、この圧力によってレンズ４３やキャピラリ４０が筐体４２から外れる場合がある。
【０００５】
そこで、前記キャピラリ４０とレンズ４３との間に接着剤を充填し、空気層を無くした構成とすることによって、ファイバコリメータ４１が加熱されてもファイバコリメータ４１の筐体４２内の圧力が上昇することを抑えることができる。
しかし、光の伝播経路に接着剤が存在することとなり、接着剤中の気泡による光の損失の増加や、接着剤による耐光パワー特性の低下などにより光学特性が悪化してしまう。更に、接着剤は高温多湿の条件では劣化しやすいために、耐環境性が悪い。
このように、図４に示された従来の構成では、優れた光学特性を有し、かつ半田を用いて光部品用筐体に実装できるファイバコリメータ４１は実現できていない。
【０００６】
また、耐熱性に優れたファイバコリメータを用いて、半田によって光部品用筐体内に固定できるようにすることも考えられる。このようなファイバコリメータとしては、例えばキャピラリとレンズとが透明のスペーサを介して接続され、キャピラリの先端部の光ファイバが通る部分近傍を光ファイバと同程度の低熱膨張率材料で形成したものが提案されている（特許文献２参照。）。
キャピラリの先端部、光ファイバ、スペーサの熱膨張係数がほぼ同等であるため、熱膨張係数の差によって熱応力がほとんど生じず、高温度下、キャピラリとスペーサ間や、キャピラリと光ファイバ間の接着面の熱応力による剥離が生じることがない。
しかし、このファイバコリメータは、１８０℃程度までは、優れた熱安定性が得られるが、半田を溶融するために２５０℃以上に加熱した場合、図４に示されたファイバコリメータと同様に、ファイバコリメータ内の圧力が上昇し、この圧力によってレンズやキャピラリが筐体から外れる場合がある。
【０００７】
図５は、従来のファイバコリメータ５１の他の一例を示す概略断面図である。このファイバコリメータ５１では、非球面レンズ５３が金属製の筐体５２と一体モールドで成形されている。また光ファイバ４は金属製ファイバホルダ５０の挿入孔に挿入、固定され、この光ファイバ４が固定された金属製ファイバホルダ５０と筐体５２とはＹＡＧ溶接によって固定されている（符号５２ａは溶接点を示す。）。このため、レンズ５３とファイバホルダ５０とは、それぞれ筐体５２に強固に固定されている。
このようなファイバコリメータ５１は、半田を溶融するために加熱した場合、ファイバコリメータ５１の筐体５２内の空気が膨張し、内圧が上昇しても、この圧力によってレンズ５３とファイバホルダ５０が筐体５２から外れることを防止できる。
しかし、溶接により接続する方法は、製造に係る装置が非常に高価であり、製造コストが高くなってしまう。また非球面レンズ５３は、金属製の筐体５２と一体モールドで成形されており、高い加工精度を必要とし、製造コストが更に高くなってしまう問題がある。
【０００８】
以上のように、従来のファイバコリメータでは、半田により光部品用筐体に実装することができないか、又は接着剤の高温多湿条件下での劣化などの問題があるため、このようなファイバコリメータを用いて製造された光部品は、気密密封が十分でなく、光学特性の耐環境信頼性に劣る。また、耐光パワー特性や光損失などの光学特性が十分でなく、また製造コストが高価となるなどの問題がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１９６１８０号公報
【特許文献２】
特許第２５０９５８２号公報
【特許文献３】
特開平７−１５１９３４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち半田を用いて光部品用筐体に実装でき、かつ優れた光学特性を有するファイバコリメータ、及びこのファイバコリメータを用い、半田により実装され、耐環境性に優れた光部品と、その光部品を安価で容易に製造できる方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、光ファイバが接続されたレンズと、筐体を備え、レンズが筐体に固定されたファイバコリメータにおいて、気体抜け機構が設けられ、ファイバコリメータ内の気体が外方に流出できるようにし、前記筐体が開口部を有し、光ファイバ通し穴が設けられたブーツが筐体の前記開口部側に固定され、光ファイバ通し穴より光ファイバが外方に引き出され、前記気体抜け機構が光ファイバ通し穴と光ファイバとの隙間であり、該隙間から、ファイバコリメータ内の気体が外方に流出できるようにしたことを特徴とするファイバコリメータである。
請求項２に係る発明は、前記レンズと前記筐体とが、軟化点が半田の融点よりも高い材料により接合されたことを特徴とする請求項または１に記載のファイバコリメータである。
請求項３に係る発明は、前記軟化点が半田の融点よりも高い材料が、低融点ガラスであることを特徴とする請求項２に記載のファイバコリメータである。
請求項４に係る発明は、前記光ファイバと前記レンズとが融着接続されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のファイバコリメータである。
請求項５に係る発明は、前記光ファイバが、その先端周辺の被覆層が剥離され、裸光ファイバが露出した状態でレンズと融着接続された後に、前記裸光ファイバに接着剤が被覆されたものであることを特徴とする請求項４に記載のファイバコリメータである。
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のファイバコリメータが２つ対向配置された状態で半田にて光部品用筐体に固定されたことを特徴とする光部品である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本実施形態のファイバコリメータ１の一例を示す概略断面図である。本実施形態のファイバコリメータ１は、円筒状の筐体２、ＧＲＩＮレンズ３、光ファイバ４からなる。
ＧＲＩＮレンズ３と光ファイバ４とは融着接続されている。通常、ＧＲＩＮレンズ３と光ファイバ４との融着接続は、光ファイバ４の先端から２〜３ｍｍ程度に渡って被覆層１４が剥離されて裸光ファイバ２４が露出した状態で行われる。この裸光ファイバ２４が露出した部分には、融着接続後、耐熱性に優れた接着剤５が被覆されている。この接着剤５としては、シリコン系接着剤などが使用できる。
【００１３】
また、ＧＲＩＮレンズ３と筐体２は、筐体２の一方の端部側で低融点ガラス６により接合されている。この低融点ガラス６は、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｂ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｆｅ等の酸化物を含む材料であり、軟化点が半田の融点よりも高いものである。
低融点ガラス６は、ＧＲＩＮレンズ３と筐体２との間の空間を気密封止するように設けられている。このような低融点ガラス６をＧＲＩＮレンズ３と筐体２との間の空間に設ける方法としては、例えば特願２００２−３６８３１１号に記載された方法を適用できる。
【００１４】
光ファイバ４は、筐体２の他方の端部側より外部に引き出されている。この状態で、光ファイバ４と筐体２とは接着剤７により固定されている。この接着剤７は、光ファイバ４と筐体２との間の空間を気密封止するように設けられている。
筐体２は、その側壁に気体抜け用の貫通孔８が設けられたものであり、この貫通孔８を介して気体がファイバコリメータ１の内部と外部とを流通できるようになっている。この貫通孔８が気体抜け機構となる。
【００１５】
本実施形態のファイバコリメータ１は、筐体２に気体抜け用の貫通孔８が設けられており、ファイバコリメータ１が加熱されて筐体２内の気体が膨張しても、前記貫通孔８から筐体２内の気体が筐体２の外方に流出するようになっている。これにより、ファイバコリメータ１が加熱されても、筐体２内の気体の圧力は上昇することが無く、外気とほぼ同じとなる。このため、従来のように筐体２内の気体の圧力上昇によりＧＲＩＮレンズ３が筐体２から外れることがなく、半田を用いて、このファイバコリメータ１を光部品用筐体内に固定することができる。
【００１６】
また、ＧＲＩＮレンズ３と筐体２とは、低融点ガラス６により接合されているため、例えば半田を溶融するために２５０℃以上に加熱しても低融点ガラス６は軟化することが無く、ＧＲＩＮレンズ３が筐体２から外れることがない。このように優れた熱安定性が得られる。
【００１７】
また、従来のようにＧＲＩＮレンズ３と光ファイバ４との間に空気層やスペーサが設けられておらず、ＧＲＩＮレンズ３と光ファイバ４とが直接融着接続されている。このＧＲＩＮレンズ３と光ファイバ４は、共に石英ガラスから構成されているため熱膨張係数が同一であり、接続界面にて熱膨張による光軸の軸ズレが生じることが無く、温度変化による光学特性の変動を非常に小さく抑えることができる。
更に、ＧＲＩＮレンズ３と光ファイバ４とを融着接続後、光ファイバ４のうち裸光ファイバ２４が露出した部分には、耐熱性に優れた接着剤５が被覆されており、これにより裸光ファイバ２４が外気と直接接触することが無く、外気中の湿気により裸光ファイバ２４の光学特性や機械強度が劣化することを防止できる。
【００１８】
このような本実施形態のファイバコリメータ１を用いることによって、半田にてファイバコリメータ１を光部品用筐体に固定して光部品とすることができる。このため、ファイバコリメータ１と光部品用筐体間の隙間を完全に封止でき、容易に光部品内を気密封止できる。また、半田を用いた製造工程では、製造に係る装置も安価で、複雑な作業工程が無く、安価で簡便に光部品を製造できる。
【００１９】
前記したように光部品内を気密封止できるため、ファイバコリメータ１が２つ対向配置した状態で半田にて光部品用筐体に固定された光部品は、光が伝播する空間に湿気などが侵入することをなくすることができ、光学特性の耐環境信頼性に優れた光部品が実現できる。
【００２０】
［第２の実施形態］
図２は、本実施形態のファイバコリメータ１１の一例を示す概略断面図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、光ファイバ４と筐体１２とを固定するための接着剤７によって、光ファイバ４と筐体１２との間の空間が完全に封止されておらず、開口部９が設けられている点である。この開口部９が気体抜け機構となり、筐体１２内の気体が筐体１２の外方に流出するようになっている。
これにより、第１の実施形態と同様に、ファイバコリメータ１１が加熱されても、筐体１２内の気体の圧力は上昇することが無い。このため、従来のように筐体１２内の気体の圧力上昇によりＧＲＩＮレンズ３が筐体１２から外れることがなく、半田を用いて、このファイバコリメータ１１を光部品用筐体内に固定することができる。
【００２１】
［第３の実施形態］
第３の実施形態が第２の実施形態と異なる点は、光ファイバ通し穴が設けられたゴム製のブーツが筐体１２の他方の端部側に固定され、光ファイバ通し穴より光ファイバ４が外方に引き出されている点である。光ファイバ通し穴において、光ファイバ４はブーツに固定されておらず、光ファイバ通し穴と光ファイバ４との隙間から、ファイバコリメータ内の気体が外方に流出できるようになっている。
このため、ファイバコリメータが加熱されて筐体１２内の気体が膨張しても、筐体１２内の気体の圧力は上昇することが無いため、半田を用いて、このファイバコリメータを光部品用筐体内に固定することができる。
【００２２】
［第４の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態のファイバコリメータを用いて、偏波保持型光部品を製造する方法を説明する。
ファイバコリメータは、光ファイバとして偏波保持光ファイバを使用する以外は、第１の実施形態と同一であるため詳細の説明は省略する。偏波保持型光部品としては、ファイバコリメータが２つ対向配置され、このファイバコリメータ間の空間を光が伝播できるようにしたものである。このような偏波保持型光部品では、２つのファイバコリメータの偏波軸Ｐを一致させる必要があり、ファイバコリメータの調芯工程が必要となる。
【００２３】
図３は、本実施形態における調芯工程を示す図である。２つのファイバコリメータ２１，３１を対向配置し、一方のファイバコリメータ２１を固定し、他方のファイバコリメータ３１を回転させて、最も損失の小さい回転角（最小損失角度）を探してψ角調芯を行う。
このとき回転角は、双方のファイバコリメータ２１，３１に設けられた貫通孔２８，３８の相対位置として求める。例えば貫通孔３８が、貫通孔２８の長手方向に対して一致する位置２８’にあるときを回転角が０°の位置とし、この位置２８’から他方のファイバコリメータ３１を回転させた角度αを回転角としてもよい。
このように、ψ角調芯した後、最小損失角度を貫通孔２８，３８の相対位置として見出す。この後の工程では、２つのファイバコリメータ２１，３１の貫通孔２８，３８の相対位置を前記最小損失角度に合わせるだけでψ角調芯を行う。
【００２４】
次に、円筒状の光部品用筐体内にファイバコリメータ２１，３１を実装する。まず、光部品用筐体内に２つのファイバコリメータ２１，３１を対向配置する。そして、２つのファイバコリメータ２１，３１の貫通孔２８，３８の相対位置を前記最小損失角度に合わせる。この状態でファイバコリメータ２１，３１を仮固定し、半田を用いてファイバコリメータ２１，３１を光部品用筐体に固定する。このときファイバコリメータ２１，３１と光部品用筐体との隙間が、半田によって完全に気密封止された状態とする。
【００２５】
本実施形態では、最小損失角度を貫通孔の相対位置として見出すことによって、この後の工程では、２つのファイバコリメータ２１，３１の貫通孔２８，３８の相対位置を前記最小損失角度に合わせるだけで容易にψ角調芯を行うことができる。このため、調芯に係る作業が簡略化でき、安価に偏波保持型光部品を製造することができる。
例えばψ角調芯の後に、θ角、φ角の調芯なども行う場合、θ角、φ角の調芯の後、再度ψ角のずれを補正するとき、貫通孔２８，３８の相対位置を前記最小損失角度に合わせるだけで再びψ角調芯が行える。このように、複数回ψ角調芯を行う場合も、貫通孔２８，３８の相対位置を前記最小損失角度に合わせるだけでよく、調芯に係る作業が大幅に簡略でき、安価に偏波保持型光部品を製造することができる。
【００２６】
なお、本実施形態は、偏波保持型光部品に限定されず、ファイバコリメータが２つ対向配置された光部品に適用できる。例えばψ角調芯を高精度に行い、低損失の光部品を歩留まり良く製造できるようにする場合に、本実施形態は好ましく適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１乃至７に係る発明によれば、気体抜け機構が設けられており、例えばファイバコリメータが加熱された場合のように、ファイバコリメータ内の気体が膨張しても、気体抜け機構から気体がファイバコリメータの外方に流出できるようになっている。これにより、ファイバコリメータが加熱されても、ファイバコリメータ内の気体の圧力上昇によりレンズが筐体から外れることがなく、半田を用いて、このファイバコリメータを光部品用筐体内に固定することができる。
【００２８】
特に請求項４及び５に係る発明によれば、ＧＲＩＮレンズと筐体とは、低融点ガラスのように軟化点が半田の融点よりも高い材料により接合されているため、例えば半田を溶融するために２５０℃以上に加熱しても低融点ガラスは軟化することが無く、ＧＲＩＮレンズが筐体から外れることがない。このように優れた熱安定性が得られる。
【００２９】
更に請求項６に係る発明によれば、レンズと光ファイバとが直接融着接続されることによって、接続界面にて熱膨張による光軸の軸ズレが生じることが無く、温度変化による光学特性の変動を非常に小さく抑えることができる。これに加えて，請求項７に係る発明によれば、裸光ファイバが露出した部分に、耐熱性に優れた接着剤が被覆されたことによって、裸光ファイバが外気と直接接触することが無く、外気中の湿気により裸光ファイバの光学特性や機械強度が劣化することを防止できる。
【００３０】
また、請求項８に係る発明では、本発明のファイバコリメータを使用し、このファイバコリメータが半田を用いて光部品用筐体内に固定されたことによって、光部品の光路を完全に封止でき、これにより光が伝播する空間に湿気などが侵入することをなくすることができ、光学特性の耐環境信頼性に優れた光部品が実現できる。
【００３１】
また、請求項９に係る発明によれば、本発明のファイバコリメータを使用することによって、半田にてファイバコリメータを光部品用筐体に固定して光部品とすることができる。このため、ファイバコリメータと光部品用筐体間の隙間を完全に封止でき、容易に光部品の光路部分を気密封止できる。また、半田を用いた製造工程では、製造に係る装置も安価で、複雑な作業工程が無く、安価で簡便に光部品を製造できる。
【００３２】
これに加えて、請求項１０に係る発明によれば、最小損失角度を貫通孔の相対位置として見出すことによって、この後の工程では、２つのファイバコリメータの貫通孔の相対位置を前記最小損失角度に合わせるだけで容易にψ角調芯を行うことができる。このため、調芯に係る作業が簡略化でき、安価に偏波保持型光部品等の光部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態のファイバコリメータを示す概略断面図である。である。
【図２】 第２の実施形態のファイバコリメータを示す概略断面図である。である。
【図３】 第４の実施形態における調芯工程を示す図である。
【図４】 従来のファイバコリメータの一例を示す概略断面図である。
【図５】 従来のファイバコリメータの他の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１‥‥ファイバコリメータ、２，１２‥‥筐体、３‥‥レンズ、４‥‥光ファイバ、５‥‥接着剤、６‥‥低融点ガラス、８，２８，３８‥‥貫通孔、９‥‥開口部、１４‥‥光ファイバの被覆層、２４‥‥裸光ファイバ

Claims (6)

1. 光ファイバが接続されたレンズと、筐体を備え、レンズが筐体に固定されたファイバコリメータにおいて、
   気体抜け機構が設けられ、ファイバコリメータ内の気体が外方に流出できるようにし、
   前記筐体が開口部を有し、光ファイバ通し穴が設けられたブーツが筐体の前記開口部側に固定され、光ファイバ通し穴より光ファイバが外方に引き出され、
   前記気体抜け機構が光ファイバ通し穴と光ファイバとの隙間であり、該隙間から、ファイバコリメータ内の気体が外方に流出できるようにしたことを特徴とするファイバコリメータ。
2. 前記レンズと前記筐体とが、軟化点が半田の融点よりも高い材料により接合されたことを特徴とする請求項１に記載のファイバコリメータ。
3. 前記軟化点が半田の融点よりも高い材料が、低融点ガラスであることを特徴とする請求項２に記載のファイバコリメータ。
4. 前記光ファイバと前記レンズとが融着接続されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のファイバコリメータ。
5. 前記光ファイバが、その先端周辺の被覆層が剥離され、裸光ファイバが露出した状態でレンズと融着接続された後に、前記裸光ファイバに接着剤が被覆されたものであることを特徴とする請求項４に記載のファイバコリメータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のファイバコリメータが２つ対向配置された状態で半田にて光部品用筐体に固定されたことを特徴とする光部品。

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