JP4554067B2

JP4554067B2 - 光部品とその製造方法

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Publication number: JP4554067B2
Application number: JP2000394538A
Authority: JP
Inventors: 隆明松浦; 卓広中村; 賢治西脇; 仁博百津; 健一郎浅野; 英行細谷
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002196284A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の光を合波または分離する光増幅器、合波器、分波器などに適用される光合分波器などの光部品の製造方法に関し、光学特性および機械的強度特性の安定化に有効なグリンレンズと誘電体多層膜またはキャピラリを接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光部品としては、波長の異なる複数系統の光を合成（合波）したり、分離（分波）する特性を備えた光合分波器などが挙げられ、例えば図４に示すような構造の光合分波器が提案されている。
この光合分波器においては、円柱状の２つの０．２５ピッチグリンレンズ１、１の間に誘電体多層膜２が挟まれ、これらが接着剤などで固定されている。
０．２５ピッチグリンレンズ１は円柱状で、レンズに入射した光線は、正弦波状の光路をとって進む。また、０．２５ピッチグリンレンズ１とは、円柱状のレンズの長さをｌとし、正弦波の１周期の長さをｐとしたときに、レンズの長さｌが０．２５ｐとなるレンズのことである。
【０００３】
一方、入射ポート６用と反射ポート７用の光ファイバ素線３、３は、その先端の被覆層３ｂ、３ｂが除去されることにより露出した光ファイバ裸線３ａ、３ａが、円柱状のキャピラリ４内に設けられた二つの細孔４ａ、４ａに、それぞれ挿入され、接着剤４ｂにて固定されている。そして、このキャピラリ４が、０．２５ピッチグリンレンズ１に接着剤９で固定されている。
また、出射ポート８用の光ファイバ素線３は、同様にしてキャピラリ５の細孔５ａに挿入され、接着剤５ｂにて固定され、０．２５ピッチグリンレンズ１に、接着剤９で固定されている。
【０００４】
次に、図５を用いて、従来の光部品の製造方法を、光合分波器を例として示す。図５（ａ）は従来の光合分波器の接合方法の概略を示す正面図、図５（ｂ）は従来の光合分波器の接合方法の概略を示す側面図である。ここでは、グリンレンズ１と誘電体多層膜２とグリンレンズ１からなるフィルタモジュールの接合方法を示す。
フィルタモジュールを構成するグリンレンズ１、１と誘電体多層膜２とを接着剤で接合する際には、接着剤層の厚さを一定にするために、所定の力をグリンレンズ１、１の円筒軸方向に加えながら、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を硬化させなければならない。
【０００５】
先ず、フィルタモジュール固定治具１１のＶ字溝１２に、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２を配し、押え蓋１３で固定する。Ｖ字溝１２は固定治具１１の長手方向の中央部に、直線状に形成されたものである。次に、グリンレンズ１、１の端面１ａ、１ａに、加圧装置１４、１４によりグリンレンズ１、１の円筒軸方向に力を加える。この状態で、押え蓋１３の中心孔１３ａの中央で、誘電体多層膜２の上方に配置されており、紫外線光源に接続されている紫外線照射用ライトガイド１５から発せらた紫外線は、フィルタモジュールの長手方向に対して垂直にフィルタモジュールの接合部に入射し、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤が硬化する。
【０００６】
このような方法で、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２を紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を用いて接合すると、この接着剤が硬化してなる接着剤層には、以下に示すような不具合が生じる。
上記接着剤層をなす接着剤は、その外周から紫外線が入射するため、外周部は中央部よりも先行して硬化し、体積収縮する。このため、中央部の未硬化の接着剤を外周方向に引張る応力が発生する。また、中央部は、自らの硬化による体積収縮により、さらに引張り応力が増加する。このように、硬化後の接着剤層には、残留応力が生じ、接着強度が低下する。
また、接着剤層をなす接着剤は、上記のように外周部が中央部よりも先行して硬化するために、中央部では、未硬化状態のまま残る部分があったり、硬化後の接着剤層に気泡を巻き込み易い。ところで、グリンレンズ１、１および誘電体多層膜２の接合界面では、光が通過する光路は、接着剤層の中央部となる。したがって、接着剤の硬化状態が不均一であったり、接着剤層における気泡の巻き込みなどにより、フィルタモジュールの光学特性、特に光の挿入損失が増加する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、光合分波器などの光部品の光学特性および機械的強度特性の安定化に有効なグリンレンズと誘電体多層膜またはキャピラリを接合する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の請求項１記載の光部品の製造方法は、２つのコリメータレンズの間に、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して誘電体多層膜を挿入し、
前記コリメータレンズの両端面から、前記コリメータレンズと前記誘電体多層膜の接合部に紫外線を入射し、前記接着剤を硬化するものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載の光部品の製造方法は、コリメータレンズとキャピラリを、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して接触し、
前記コリメータレンズの端面から、前記コリメータレンズと前記キャピラリの接合部に紫外線を入射し、前記接着剤を硬化するものである。
【００１０】
そして、本発明の請求項３記載の光部品は、２つのコリメータレンズの間に、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して誘電体多層膜を挿入し、
前記コリメータレンズの両端面から、前記コリメータレンズと前記誘電体多層膜の接合部に紫外線を入射し、前記接着剤を硬化したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１を用いて本発明の光部品の製造方法の第１の実施例を詳しく説明する。図１（ａ）は本発明の光部品の製造方法の第１の実施例の概略を示す正面図、図１（ｂ）は本発明の光部品の製造方法の第１の実施例の概略を示す側面図である。なお、先に説明した従来の光部品の製造方法に用いられる治具などと同一構成部分については、同一符号を付した。
本発明の光部品の製造方法による、フィルタモジュールの製造方法を示す。
先ず、フィルタモジュール固定治具１１のＶ字溝１２に、グリンレンズ１、１が誘電体多層膜２を紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して挟み込むように配し、押え蓋１３で固定する。次に、グリンレンズ１、１の端面１ａ、１ａに、加圧治具１６、１６によりグリンレンズ１、１の円筒軸方向に力を加える。この状態で、加圧治具１６、１６の中央部付近を挿通して設けられ、紫外線光源に接続されている紫外線照射用ライトガイド１７、１７から発せらた紫外線は、グリンレンズ１、１を透過して、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２の接合部に入射し、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を硬化し、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２を接合する。
【００１２】
固定治具１１は、フィルタモジュール固定用基台で、その上面側の長手方向の中央部には、直線状のＶ字溝１２が形成されている。このようにＶ字溝１２が形成されていることにより、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２が一直線上に接合され、この接合部における光の挿入損失を低減することができる。
押え蓋１３は、平板状のものであって、固定治具１１のＶ字溝１２にグリンレンズ１、１と誘電体多層膜２を置いた後に、これらを上方から押さえ、固定するためのものである。
【００１３】
加圧治具１６は、その接触面１６ａが、グリンレンズ１の端面１ａと同一角度で斜めに形成されており、端面１ａと密着するようになっている。
また、加圧治具１６の中央部には、紫外線照射用ライトガイド１７の挿入孔１６ｂが、加圧治具１６の接触面から反対側の面に貫通するように形成されている。この挿入孔１６ｂに紫外線照射用ライトガイド１７が挿通され、固定されている。
【００１４】
紫外線照射用ライトガイド１７は、ライトガイド、グレイディッドインデックス型ファイバ、ポリマー光ファイバなどからなり、紫外線光源に接続されている。また、紫外線照射用ライトガイド１７、１７は、グリンレンズ１、１の端面１ａ、１ａの中心部に接触するように設けられている。これにより、紫外線照射用ライトガイド１７、１７から発せられた紫外線は、図２の点線で示すように、グリンレンズ１、１内を透過し、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２との接合面に塗布されている接着剤の中央部から外周部まで、ほぼ均一に入射する。したがって、接着剤は均一に硬化する。
このように、接着剤が均一に硬化するため、硬化後の接着剤層に残留応力が生じることなく、接着強度が向上する。そして、接着剤層に空気が巻き込まれないから、光の挿入損失が増加することはない。
【００１５】
次に、このようにして作製されたフィルタモジュールを用いて、光部品を製造する。ここでは、光部品の一例として、光合分波器を示す。フィルタモジュールのグリンレンズ１、１の端面１ａ、１ａに、光ファイバ素線が挿入、固定されているキャピラリが接着剤により接合されて、図４に示したような光合分波器となる。
【００１６】
次に、図３を用いて本発明の光部品の製造方法の第２の実施例を示す。
なお、先に説明した本発明の光部品の製造方法の第１の実施例に用いられる治具などと同一構成部分については、同一符号を付した。
先ず、フィルタモジュール固定治具１１のＶ字溝１２に、光ファイバ素線２３の先端の被覆層２３ｂが除去されることにより露出した光ファイバ裸線２３ａが挿入され、接着剤２２ｂにて固定されているキャピラリ２２と、グリンレンズ１を紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して接触した状態で配し、押え蓋１３で固定する。次に、グリンレンズ１の端面１ｂに、加圧治具１８によりグリンレンズ１の円筒軸方向に力を加える。この状態で、加圧治具１８の中央部付近に挿通して設けられ、紫外線光源に接続されている紫外線照射用ライトガイド１９から発せらた紫外線は、グリンレンズ１を透過して、グリンレンズ１とキャピラリ２２との接合部に入射し、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を硬化し、グリンレンズ１キャピラリ２２を接合する。
【００１７】
紫外線照射用ライトガイド１９は、ライトガイド、グレイディッドインデックス型ファイバ、ポリマー光ファイバなどからなり、紫外線光源に接続されている。また、紫外線照射用ライトガイド１９は、グリンレンズ１の端面１ｂの中心部に接触するように設けられている。これにより、紫外線照射用ライトガイド１９から発せられた紫外線は、接着剤の中央部から外周部まで、ほぼ均一に入射するため、接着剤は均一に硬化する。
このように、接着剤が均一に硬化するため、硬化後の接着剤層に残留応力が生じることなく、接着強度が向上する。そして、接着剤層に空気が巻き込まれないから、光の挿入損失が増加することはない。
【００１８】
次に、このようにして作製されたグリンレンズ１とキャピラリ２２とからなる光コリメータを用いて光部品を製造する。
ここでは、光部品の一例として、光合分波器を示す。上述した本発明の光部品の製造方法の第１の実施例などを用いて、２つの光コリメータのそれぞれを構成するグリンレンズ１、１の端面１ｂ、１ｂの間に、誘電体多層膜２を挿入し、接着剤などで固定し、図４に示したような光合分波器を得る。
【００１９】
ところで、本発明の光部品の製造方法により製造される光合分波器で用いられる０．２５ピッチグリンレンズ１は、アルカリガラスなどからなり、径方向、軸方向に屈折率分布を持つものである。
また、グリンレンズ１は円柱状で、キャピラリ４、５との接合面となる端面１ａは、斜めに形成されており、寸法は外径１．８ｍｍ、長さ４．７ｍｍとなっている。端面１ａを斜めに形成する方法は、グリンレンズ１の末端をその長手方向に対して垂直に研磨した後、その垂直面と６〜８度の角度をなすように斜めに研磨する。
グリンレンズ１の外径は、この他に１．０ｍｍ、２．０ｍｍから適宜選択可能である。また、グリンレンズ１の長さは、この他に４．６ｍｍ、４．８ｍｍから適宜選択可能である。このように寸法が適宜選択可能であるのは、０．２５ピッチに対応する長さが、グリンレンズ１の屈折率分布や材質などによって異なるためである。
【００２０】
誘電体多層膜２は、例えば、石英ガラスなどの基板上に、シリカ（ＳｉＯ₂）やチタニア（ＴｉＯ₂）などの屈折率の異なる薄膜を積層してなるものであって、材質や厚さなどは光の波長などによって適宜選択する。この例においてはＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅からなる薄膜を交互に積層した厚さ約２０μｍ、１．３ｍｍ×１．３ｍｍのものを用いている。
【００２１】
キャピラリ４、５および２２は、Ｂ₂Ｏ₅を含有する石英、ホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる円柱状で、グリンレンズ１との接合面は、キャピラリ４、５の長手方向に対する垂直面と６〜８度の角度をなすように斜めに形成されており、寸法は外径１．８ｍｍ、長さ１０ｍｍとなっている。
また、細孔４ａ、５ａおよび２２ａは、キャピラリ４、５および２２の中心部に、キャピラリ４、５および２２を貫通するように形成されている。細孔４ａ、５ａおよび２２ａの開口部の形状は、正方形、長方形、菱形などであり、寸法が０．１２６〜０．２１７ｍｍ×０．２１４〜０．２５２ｍｍ程度となっている。
また、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２との接合に用いられる接着剤は、エポキシ系、アクリレート系などの紫外線硬化型樹脂からなり、エポキシ系紫外線硬化型樹脂を用いることが望ましい。
【００２２】
また、光ファイバ素線３、２３は、シングルモード光ファイバまたは偏波保持光ファイバのどちらであってもよく、これらを組合わせて用いてもよい。
シングルモード光ファイバは、石英ガラスなどからなる光ファイバ裸線の上に、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層が設けられた構造となっている。また、偏波保持光ファイバは、石英ガラスなどからなる光ファイバ裸線３ａ、２３ａを挟むように、Ｂａ₂Ｏ₃をドープしたシリカガラスなどからなる応力付与部材を配置し、これらの上に紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層が設けられた構造となっている。
この例において、光ファイバ裸線３ａ、２３ａの外径は１２５μｍ、光ファイバ素線、２３の外径は２５０μｍである。
【００２３】
なお、この例の光合分波器の入射用、反射用、出射用のポート数は、それぞれ少なくとも１つ以上設けられていれば特に限定せず、必要に応じて２つ以上設けることもできる。なお、光合分波器は、ひとつのポートに複数の信号光の合波光を入射し、複数のポートのそれぞれから信号光を出射する場合は光分波器として働き、反対に複数のポートのそれぞれから信号光を入射し、ひとつのポートからこれらの信号光の合波光を出射する場合は光合波器として働くものである。
【００２４】
また、本発明の光部品の製造方法によれば、図４に示す光合分波器において、誘電体多層膜２の代わりに、アイソレータ素子、サーキュレータ素子などの光学素子を用いた光部品なども製造できる。アイソレータ素子をグリンレンズ１、１の間に組み込むことにより光アイソレータを、また、サーキュレータ素子をグリンレンズ１、１の間に組み込むことにより光サーキュレータを製造することができる。また、誘電体多層膜２とアイソレータ素子またはサーキュレータ素子の両方を組み込んだ複合素子の作製も可能である。
また、図４に示したようなキャピラリ４、５の代わりに、光ファイバアレイを用いたものなども製造できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光部品の製造方法にあっては、グリンレンズ１、１と誘電体多層膜２が一直線上に接合され、この接合部における光の挿入損失が増加することはない。また、接着剤が均一に硬化するため、硬化後の接着剤層に残留応力が生じることなく、接着強度が向上する。そして、接着剤層に空気が巻き込まれないから、光の挿入損失が増加することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の光部品の製造方法の第１の実施例の概略を示す正面図、図１（ｂ）は本発明の光部品の製造方法の第１の実施例の概略を示す側面図である。
【図２】本発明の光部品の製造方法の第１の実施例において、グリンレンズの端面から入射した紫外線が、グリンレンズを透過する経路を示す概略図である。
【図３】本発明の光部品の製造方法の第２の実施例を示す正面図である。
【図４】光合分波器の一例を示す図である。
【図５】図５（ａ）は従来の光合分波器の接合方法の概略を示す正面図、図５（ｂ）は従来の光合分波器の接合方法の概略を示す側面図である。
【符号の説明】
１…グリンレンズ、２…誘電体多層膜、１１…固定治具、１２…Ｖ字溝、１３…押え蓋、１６，１８…加圧治具、１７，１９…紫外線照射用ライトガイド、２２…キャピラリ、２２ｂ…接着剤、２３…光ファイバ素線

Claims

２つのコリメータレンズの間に、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して誘電体多層膜を挿入し、
前記コリメータレンズの両端面から、前記コリメータレンズと前記誘電体多層膜の接合部に紫外線を入射し、前記接着剤を硬化することを特徴とする光部品の製造方法。
コリメータレンズとキャピラリを、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して接触し、
前記コリメータレンズの端面から、前記コリメータレンズと前記キャピラリの接合部に紫外線を入射し、前記接着剤を硬化することを特徴とする光部品の製造方法。
２つのコリメータレンズの間に、紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して誘電体多層膜を挿入し、
前記コリメータレンズの両端面から、前記コリメータレンズと前記誘電体多層膜の接合部に紫外線を入射し、前記接着剤を硬化したことを特徴とする光部品。