JP4821158B2

JP4821158B2 - 光モジュールの製造方法及び光モジュールの製造装置

Info

Publication number: JP4821158B2
Application number: JP2005095568A
Authority: JP
Inventors: 和宏寺田; 幸利伊縫
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006276462A

Description

本発明は、光硬化性樹脂溶液と光を用いて作製されるコアを有する光モジュールの製造方法及び製造装置に関する。本発明は、光ファイバ通信における安価で低損失な光送受信器、光インタ−コネクション、光分波器あるいは合波器等の光モジュールに適用できる。

本発明者らは、共同発明者らとともに、いわゆる自己形成型のコアを有する光導波路を開発し、出願している。自己形成型のコアとは、未硬化の液状の光硬化性樹脂に、例えば光ファイバから硬化波長の光をビーム状に照射することで、当該ビーム状に照射した光路部分の樹脂のみを硬化させて軸状の硬化物（コア）を形成し、その後例えばより屈折率の低い樹脂で周囲を取り囲み、光導波路を形成するものである（特許文献１参照）。また、屈折率と硬化波長の異なる２つの光硬化性樹脂を用いることで、高屈折率側の樹脂のみを時間をかけて硬化させる場合（特許文献２参照）や、低屈折率側の樹脂のみを短時間に硬化させる場合（特許文献３参照）においては、その後未硬化の残余の樹脂溶液を硬化させることで、特異な屈折率分布を有する２種類の光導波路をそれぞれ形成できることを示した。
特開２００２−３６５４５９特開２００２−１６９０３８特開２００４−１４９５７９

特許文献１に記載された技術を、図４を用いて説明する。図４は、特許文献１に記載された、受光素子と発光素子を１つずつ有する光モジュールの製造工程を示す工程図である。

図４．Ａのように、上面の無い、透明樹脂から成る筐体９１を用意し、光ファイバ９２のコアの端面９２１を当該筐体９１の内部に導入して固着部材９３にて固定する。次に筐体９１にハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）９４を固定する。ハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）９４は、筐体９１の底面に対して４５度傾いた状態で固定される。この後、コア部材を形成するため、高屈折率の未硬化の光硬化性樹脂液９５を筐体９１の内部に充填する。

次に、光ファイバ９２により、硬化波長の光を端面９２１から筐体９１に充填された光硬化性樹脂液９５に照射すると、当該光の光路に沿って硬化物９５ｃが軸状に形成される（図４．Ｂ）。今回はハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）９４を用いたので、硬化物９５ｃは分岐を有することとなる。この後、未硬化の光硬化性樹脂液９５を除去する（図４．Ｃ）。次に、クラッドとなるべき低屈折率の未硬化の硬化性樹脂液９６を筐体９１の内部に充填する。硬化性樹脂液９６の硬化方法は光硬化、熱硬化、その他任意である。こうして筐体９１の内部に充填した硬化性樹脂液９６は全て硬化して硬化物９６ｃとなり、高屈折率の硬化物９５ｃをコア、低屈折率の硬化物９６ｃをクラッドとする光導波路が形成される（図４．Ｄ）。

この後、コアである硬化物９５ｃと透明樹脂から成る筐体９１との接合部分付近に、例えば発光素子９７と受光素子９８を装着して、単線双方向光通信が可能な光モジュール９００を完成させることができる（図４．Ｅ）。

図４．Ｅの光モジュール９００においては、発光素子９７と受光素子９８とは透明樹脂から成る筐体９１を介してコアである硬化物９５ｃと面している。この構造では、いわゆる加速試験によりモジュールとしての寿命及び特性劣化を評価したところ、８５℃常湿、或いは７５℃相対湿度９５％といった負荷を掛けた状態では、数時間でコアである９５ｃと光素子９７、９８との結合が悪化し、光の伝送損失が増大することが判明した。これは、硬化樹脂の筐体からの剥離が主な原因である。

そこで本発明者らは、図４のような構成とは異なる形で自己形成形のコアを有する光モジュールを鋭意検討し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明の目的は、硬化樹脂から成るコアと光素子との結合が容易には劣化しない光モジュールの製造装置及び製造方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、コアを形成する光を放射するためのプラスチック製の光ファイバと、１又は複数個の光素子と、光ファイバと光素子との間の光路に設けられた任意個数のミラー、ハーフミラー、又は、波長選択性ミラーから成る光学部品を、光硬化性樹脂を用いて形成したコアで接続し、それらをクラッド材で覆った光モジュールの製造方法において、上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、光ファイバが着脱自在に支持され、光学部品及び光素子と光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型を用いて、光ファイバの一端を型に水平方向にその中に差し込んで、光ファイバを型に着脱自在に支持する工程と、１又は複数個の光素子及び光学部品を型の開口部から挿入して仮固定する工程と、型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入する工程と、光ファイバの他端から光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を、未硬化の光硬化性樹脂に出射して、光硬化性樹脂を軸状に硬化させて、光ファイバの光出射面に連続して接合され、光学部品に接合され、光学部品を経由して、光素子に接合される軸状のコアを形成する工程と、型の底部をスライドさせて、底部の排出口を開いて当該排出口から未硬化の光硬化性樹脂を排出する工程と、コアで接続された１又は複数個の光素子及び光学部品の仮固定を解除し、型の底部を元の方向にスライドさせて、排出口を閉じて型内にクラッド材を導入する工程と、クラッド材を硬化させる工程と、光ファイバの型に対する支持を解除して、硬化したクラッド材にて一体となった、光ファイバと１又は複数個の光素子及び光学部品とを有する光モジュールを型から取りだす工程とを有することを特徴とする光モジュールの製造方法である。
ここで光素子が複数個である場合は、当該光素子の個数よりも１つ少ない分岐がコアに必要なことが導かれる。また、ミラーを用いることで任意個数の屈曲部を形成することもできる。光素子とは発光素子、受光素子、光変調素子、カプラその他の素子を言う。

請求項２に記載の発明は、コアを形成する光を放射するためのプラスチック製の光ファイバと、１又は複数個の光素子と、光ファイバと光素子との間の光路に設けられた任意個数のミラー、ハーフミラー、又は、波長選択性ミラーから成る光学部品を、光硬化性樹脂を用いて形成したコアで接続し、それらをクラッド材で覆った光モジュールの製造装置であって、上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、光ファイバが着脱自在に支持され、光学部品及び光素子と光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型と、光ファイバを型に着脱自在に支持する支持手段と、１又は複数個の光素子及び光学部品を型の開口部から挿入して仮固定するための治具と、型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入するための手段と、光ファイバの他端から光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を導入する手段と、型内にクラッド材を導入するための手段と、クラッド材を硬化させる手段とを有することを特徴とする光モジュールの製造装置である。

本発明により、自己形成形型のコアを用い、当該コアと光素子とが容易には剥離しない光モジュールを提供することが可能となった。本発明によれば光素子は予め位置決めしておけるので、工程を簡略化し、コストを低減することができる。また、コア形成のための光硬化性樹脂の樹脂溜めと、クラッド形成のため型を共通としているので、工程を簡略化できる。また、筐体を介さずに直接光素子にコアを結合させるので結合効率が向上し、素子寿命を長くでき、且つ特性劣化を抑制させることができる。

本発明を実施するための光学部品等は任意のものを使用することができる。光ファイバ（ＰＯＦ、ＧＯＦ）を好適に用いることができる。このうち、ＰＯＦのようにクラッド部分の加工が容易なものを用いると、後述する通り、自己形成型光導波路のクラッド材で当該加工されたＰＯＦのクラッド部分を覆うことで、ＰＯＦが光モジュールから抜けにくくすることが容易である。

コアを形成するための光硬化性樹脂は入手可能な任意のものを用いることができる。例えば特許文献２、３には、２液の混合液として用いる例として、ラジカル重合系、カチオン重合系の光硬化性樹脂及び重合開始剤を列挙しているが、本願のコアを形成するための光硬化性樹脂としては、それら特許文献２、３に記載された光硬化性樹脂の任意の１種類を単独で用いることが可能である。光ファイバのコア端面や光素子の素子面との接着を補強するため、特許文献１のようにシランカップリング材を光硬化性樹脂液に溶解又は分散させて用いても良い。クラッド材についても同様に、特許文献２、３に記載された光硬化性樹脂及び重合開始剤の任意の１種類を単独で用いることが可能であり、その他熱硬化性樹脂を用いても良い。

図１は本発明の製造方法を概念的に示す工程図である。まず、プラスチック製光ファイバ（ＰＯＦ）１、緑色ＰＤ（受光素子）２、赤色ＬＥＤ（発光素子）３及び波長選択性ミラー４を用意する。波長選択性ミラー４は赤色光を反射し、緑色光を透過するものを用いた。型５によりＰＯＦ１のコア端面１１を固定し、図示しない治具により受光素子２の受光面、発光素子３の発光面、波長選択性ミラー４の反射面を仮固定して型５内部に各部品を配置する。尚、図４が水平方向から工程を示した側面図であるのに対し、図１の各図は上部から示した平面図である。図１で点線で示した型５の内部には、コアとなる光硬化性樹脂液６を配置することが可能となっている。尚、以下に示す通り、自己形成的に硬化して形成されるコア６ｃは、ＰＯＦ１のコア端面１１と波長選択性ミラー４の左下面との間、波長選択性ミラー４の右上面と受光素子２の受光面との間、波長選択性ミラー４の左下面と発光素子３の発光面との間に形成される。これらを概念的に図１．Ａのように示す。型５全体の形状については、図２以降で一例を説明することとし、図１においては概念的に示すに留める。

ＰＯＦ１としてはコア径980μm、NAが0.30のものを用いた。光硬化性樹脂液６として、アクリル樹脂である東亞合成社製「ＵＶＸ−４０３７」を用い、波長４５８ｎｍのレーザ光をＰＯＦ１から光硬化性樹脂液６中に照射すると、波長選択性ミラー４の前後で分岐を有する軸状の硬化物６ｃが形成される。軸状の硬化物６ｃは、ＰＯＦ１のコア端面１１と波長選択性ミラー４の左下面との間、波長選択性ミラー４の右上面と受光素子２の受光面との間、波長選択性ミラー４の左下面と発光素子３の発光面との間をそれぞれ連結するように形成される（図１．Ｂ）。軸状に硬化する要因は、光硬化性樹脂液６が硬化により屈折率が上昇することである。実際、「ＵＶＸ−４０３７」は硬化前屈折率は1.471、硬化後屈折率は1.491である。

この後、型５の底部の排出口を開き、未硬化の光硬化性樹脂液６を除去する（図１．Ｃ）。この後、洗浄を行って、クラッド材７を型５内に充填し、硬化させれば単線双方向光通信可能な光モジュール１００を容易に形成できる（図１．Ｄ）。なお、クラッド材７としては、光硬化性フッ素化アクリル樹脂である大日本インキ化学工業社製「ＯＰ−３８ＺＴ」を用いた。硬化後の屈折率は1.380である。

型５としては、図２に示す、上面が無く、開口部を上方に有する概略矩形状のものを用いることができる。型５は底部５Ｂが長手方向にスライド式となっており、型内部の底面が全面開放されうる構成である。型５はその正面の一部分５’が着脱自在となっている。型５は正面に半円柱側面状の溝部１Ｈを有し、部分５’の半円柱側面状の溝部１Ｈ’と共に、ＰＯＦ１の支持部を形成する。溝部１Ｈと溝部１Ｈ’の円柱側面状は半径Ｒの円柱側面であり、ＰＯＦ１の外周面と一致するように形成されている。また、型５とその部分５’とは、その接続面がパッキンとなっており、組み合わせた際、型５内部に充填した樹脂液が漏れださない構成となっている。

図２の型５を用いた場合の工程図を、側面図（断面図）として示す。図３．Ａは、型５の底部５Ｂを閉じ、着脱自在の部分５’によりＰＯＦ１を固定し、治具２Ｈ、３Ｈ及び４Ｈにより緑色ＰＤ（受光素子）２、赤色ＬＥＤ（発光素子）３及び波長選択性ミラー４を仮固定して、未硬化の光硬化性樹脂６を充填した状態を示す。図３．Ａは図１．Ａに対応する。尚、緑色ＰＤ（受光素子）２及び赤色ＬＥＤ（発光素子）３の配線電極は省略した。

図３．Ｂは、型５の底部５Ｂをスライドさせて開放し、未硬化の樹脂を除去した図である。図３．Ｂは、図１．Ｃに対応する。

図３．Ｃは、型５の底部５Ｂをスライドさせて閉じ、クラッド材７を充填した図である。図３．Ｃののち、クラッド材７を硬化させると、図１．Ｄの光モジュール１００を形成できる。図２に示した通り、着脱自在の部分５’を取り外すことで、型５から光モジュール１００は容易に取りだすことができる。

上記実施例においては、底部５Ｂがスライド式の型５を用いたが、型としては未硬化の光硬化性樹脂を除去できる手段が底部に設けられていれば良い。尚、排出口としては、ノズルから上方向に吸い出す形でも良い。仮固定のための治具は各光素子、光学部品の位置決めができるような、任意の物を用いることができる。当該治具は、未硬化の光硬化性樹脂の除去に先立って取り外しても、クラッド材を充填する途中で取り外しても良い。

上記実施例においては波長選択性フィルタを１個、発光素子及び受光素子を各々１個としたが、波長選択性フィルタを複数個用いることで、任意個数の発光素子からの光を集約してＰＯＦ等に導く光モジュールとすることも、ＰＯＦ等から任意個数の受光素子に波長を選択し又は選択しないで入射光を分岐させる構成としても良い。

上記の光モジュール１００の緑色ＰＤ（受光素子）２と赤色ＬＥＤ（発光素子）３とを、緑色ＬＥＤ（発光素子）と赤色ＰＤ（受光素子）とに置き換えた光モジュールを構成し、これらの光モジュールを組み合わせて用いることで、上り及び下り通信に２波長の光を使い分ける、相互光通信モジュールを容易に形成することができる。尚、受光素子及び発光素子の波長特性、波長選択性ミラーの波長特性は任意に選択して用いることができる。

本発明の製造方法を概念的に示す工程図（平面図）。本発明で用いる型の一例を示した斜視図。図２の型を用いた場合の、製造方法の一部を示す工程図（側面図）。特許文献１に記載された光モジュールの製造工程を示す工程図（側面図）。

１：ＰＯＦ
２：受光素子
３：発光素子
４：波長選択性フィルタ
５：型
６：光硬化性樹脂液
６ｃ：硬化した光硬化性樹脂から成るコア
７：クラッド材

Claims

コアを形成する光を放射するためのプラスチック製の光ファイバと、１又は複数個の光素子と、前記光ファイバと前記光素子との間の光路に設けられた任意個数のミラー、ハーフミラー、又は、波長選択性ミラーから成る光学部品を、光硬化性樹脂を用いて形成したコアで接続し、それらをクラッド材で覆った光モジュールの製造方法において、
上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、前記光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、前記光ファイバが着脱自在に支持され、前記光学部品及び前記光素子と前記光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型を用いて、
前記光ファイバの一端を前記型に水平方向にその中に差し込んで、前記光ファイバを前記型に着脱自在に支持する工程と、
前記１又は複数個の光素子及び前記光学部品を前記型の前記開口部から挿入して仮固定する工程と、
前記型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入する工程と、
前記光ファイバの他端から前記光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を、未硬化の前記光硬化性樹脂に出射して、前記前記光硬化性樹脂を軸状に硬化させて、前記光ファイバの光出射面に連続して接合され、前記光学部品に接合され、前記光学部品を経由して、前記光素子に接合される軸状のコアを形成する工程と、
前記型の底部をスライドさせて、前記底部の前記排出口を開いて当該排出口から未硬化の前記光硬化性樹脂を排出する工程と、
前記コアで接続された前記１又は複数個の光素子及び前記光学部品の仮固定を解除し、前記型の底部を元の方向にスライドさせて、前記排出口を閉じて前記型内にクラッド材を導入する工程と、
前記クラッド材を硬化させる工程と、
前記光ファイバの前記型に対する支持を解除して、硬化した前記クラッド材にて一体となった、前記光ファイバと前記１又は複数個の光素子及び前記光学部品とを有する光モジュールを前記型から取りだす工程と
を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
コアを形成する光を放射するためのプラスチック製の光ファイバと、１又は複数個の光素子と、前記光ファイバと前記光素子との間の光路に設けられた任意個数のミラー、ハーフミラー、又は、波長選択性ミラーから成る光学部品を、光硬化性樹脂を用いて形成したコアで接続し、それらをクラッド材で覆った光モジュールの製造装置であって、
上部に開口部を有し、底部がスライド可能であって、底部が開放されて形成される排出口から未硬化の樹脂が排出可能であり、前記光ファイバの一端が水平方向にその中に差し込まれた状態で、前記光ファイバが着脱自在に支持され、前記光学部品及び前記光素子と前記光ファイバとを接続したまま取りし外すことができる樹脂形成のための型と、
前記光ファイバを前記型に着脱自在に支持する支持手段と、
前記１又は複数個の光素子及び前記光学部品を前記型の前記開口部から挿入して仮固定するための治具と、
前記型内にコアを形成するための光硬化性樹脂を導入するための手段と、
前記光ファイバの他端から前記光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を導入する手段と、
前記型内にクラッド材を導入するための手段と、
前記クラッド材を硬化させる手段と
を有することを特徴とする光モジュールの製造装置。