JP5755783B2 - 端面近接多芯光ファイバーの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信および光情報伝送分野において、熱レンズ方式光制御式光スイッチなどに用いられる端面近接多芯光ファイバーの製造装置に関する。

伝搬特性がシングルモード、あるいは、マルチモードにかかわらず、近年、複数の光ファイバーを細密充填で例えば７本束ねることで、出力に制限のあるレーザー光源７基の出力光を結束し、実効出力を７倍にする技術が実用化されている。

また、光情報通信分野や光ファイバーセンシングの分野では、シングルモード光ファイバー多芯化の研究が進められている。

通常のシングルモード光ファイバーは屈折率の異なるコアとクラッドからなり、相対的に屈折率の高いコア材からなるコアを、相対的に屈折率の低いクラッド材からなるクラッドで覆った構成である。従って、コアの断面は円形であり、またクラッドの断面はドーナッツ型である。また、屈折率の異なるコアとクラッドを用いる代わりに、光が進行する実質的コア部分の周辺を「空孔（ホール；屈折率は極めて低い）」で取り囲んだ「ホーリーファイバー」の開発も進められている。このような「コア・クラッド型シングルモード光ファイバー」および「ホーリーファイバー」ともに、光の透過するコア部分の直径約数μｍないし１０μｍに対して、１本の光ファイバー全体としての外径・直径は、通常１００μｍ以上である（非特許文献１）。この直径は、光学的な要請でなく、製造上、断線を避けるための強度を維持するために大きさが定められており、１本の光ファイバーとして、非常に注意深く製造する場合、直径８０μｍ程度までは小さくすることができるとされている。

一方、光通信および光情報伝送分野において、通常、「多芯光ファイバー」とは、通常の光ファイバーを、単純に束ねたものをいう。一般にシングルモードあるいはマルチモードにかかわらず、個々のクラッド直径１２５μｍの多芯光ファイバーが広く用いられている。特許文献１には、光ケーブルのコンパクト性を改善することを可能とするとともに通信ケーブル用の多重導波路型光伝導体の製造を容易にする製造方法を提供することを目的として、前記伝導体が、円筒形シリカブロック内に埋設された複数の円筒形基本光ファイバーを有し、各々の円筒形基本ファイバーがコアおよびクラッドにより形成され、前記基本ファイバーのすべてのコアが前記円筒形ブロックと同じ軸線を有する円筒体の母線上に規則的に配置される方法において、前記方法が以下の段階：複数の円筒形基本プレフォームと共に円筒形シリカロッドからプレフォ−ムを形成する段階であって、前記円筒形シリカロッドはその外側表面上の母線に沿って走る複数の溝を有し、前記円筒形基本プレフォームの各々がクラディングガラスにより囲まれたコアガラスから形成され、かつ部分的に前記円筒形シリカロッド内に収容されており、前記プレフォームが、形成されるべき基本ファイバーと同数の基本プレフォームを含み、かつ製造されるべき伝導体と同一の形状を有する段階と、この方法で形成された前記プレフォームにプラズマ技術被覆方法を用いてシリカ粒子を加えることにより均一な円筒形外側表面形状を与える段階と、このように得られたアセンブリからファイバー線引作業を行い、前記ファイバー線引作業の後、基本ファイバーが前記シリカブロックに埋設された前記伝導体を得る段階とからなる通信ケーブル用の多重導波路型円筒形光伝導体の製造方法が開示されており、コアおよびクラッドの直径としては、ファイバー線引作業の後、コアが約８μｍから１０μｍの直径を有し、クラッドが２５μｍから３５μｍの範囲にある外径を有する基本ファイバ−を得るように基本プレフォームの横断寸法を選択する、と記載されている。この製造方法で作成される多芯光ファイバー（特許文献１においては「多重導波路型円筒形光伝導体」と記載されている）は、その製法から明らかなように両端面が束ねられた状態で製造されるため、一方の端面において個々の光ファイバー（導波路型円筒形光伝導体）を１本ずつ独立させて取り扱うこと、例えば、１本ずつ別々の単独光ファイバーに接続させることは事実上不可能である。

特許文献２には、コアと、直径が約４０μｍ以下のクラッドとを有し、コアとクラッドの比が約１対３以上である複数本の光ファイバーと、少なくとも先端部を集束することにより該複数本の光ファイバーを所定の位置関係でフェルールに収納固定した集束部と、を備えることを特徴とするバンドルファイバーが開示されている。

特許文献３，４および５においては、一方の端面において複数の隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離を特定の値以下（４０μｍ程度）に接近させて並行に束ねて配置し、一方から制御光を、他方から信号光を出射させることによって、熱レンズ方式光制御式光路偏向光路偏向スイッチを極めて効率的に動作させることができることが開示されている。

特許第２７８１７１０号明細書 特開２００６−２０１２９４号公報 特開２００７−２２５８２５号公報 特開２００７−２２５８２６号公報 特開２００７−２２５８２７号公報

末松安晴、伊賀健一、「光ファイバ通信入門（改訂第３版）」、株式会社オーム社（１９８９）

本発明は、特許文献２に記載のような、外径が約４０μｍ以下の光ファイバーを複数本、例えば、細密充填の７本、束にしてフェルールに収納し接着剤で固定する場合に起こりえる複数の好ましくない事象、即ち、光ファイバーの周辺に接着剤が浸入することで、７本の光ファイバーの平行度、即ち、平行ビーム出射特性が損なわれる現象、個々の光ファイバーが接着剤の硬化収縮の影響で微細に蛇行し、光透過喪失が大きくなる現象、および、結束した端面を光学研磨する際、研磨の応力で光ファイバー間に浸入した接着剤が収縮する結果、多芯光ファイバー個々の端面が均一に研磨されない現象を解決し、透過波長特性および／または伝搬モード特性の異なる２種類以上の光ファイバーの少なくとも３本以上が確実に結束された、透過喪失の少ない、平行ビーム出射特性に優れた、端面が均一に研磨された端面近接光ファイバーの製造装置を提供することを課題とする。

本発明は、１つ以上の案内溝が形成された溝基板が載置される基板固定用架台と、前記基板固定用架台上の溝基板の案内溝に順次光ファイバーを配置する１つ以上の光ファイバー押しつけ治具と、前記案内溝内に光ファイバーを２段以上積み重ねるために前記押しつけ治具を微動移動可能に駆動させる微動機構と、光ファイバーの結束端側に設けられ、光ファイバーの非結束端に接続されるレーザー光源から出力された光に対する光ファイバーの光透過特性を測定する受光測定器と、前記光ファイバーの結束端側に設けられ、前記案内溝と光ファイバーとの隙間に接着剤を注入する注入ノズルとを有し、前記受光測定器で測定された前記光のパワーに応じて、微動機構による１つ以上の光ファイバー押しつけ治具の押しつけ力とその分布を調整し、注入ノズルから注入された接着剤により１つ以上の光ファイバーを案内溝内に固定することを特徴とする。

本発明によれば、透過喪失の少ない、平行ビーム出射特性に優れた、端面が均一に研磨された端面近接多芯光ファイバーを製造することができる。

本発明の第１の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 比較実施例２の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 本発明の第３の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 比較実施例３の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーのファイバー被覆部をバンドルした部分の概念構成図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの一例を示す光学研磨面から見た構成図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの一例であって、図８ａのＡ部分の拡大模式図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの一例の側面図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの一例の上面図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーに用いられる上側Ｗ字型溝基板と下側Ｗ字型溝基板を石英基板上に複数形成した後、切り出す製法を表す概念図であり、（Ａ）は切り出す前の平面図であり、（Ｂ）は切り出し前の（Ａ）の側面図であり、（Ｃ）は切り出し後の上側Ｗ字型溝基板の斜視図であり、（Ｄ）は切り出し後の下側Ｗ字型溝基板の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーに用いられる上側Ｗ字型溝基板と下側Ｗ字型溝基板を石英基板上に複数形成した構造の一例の斜視図である。 本発明の第５の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 本発明の第６の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 本発明の第７の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 本発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造工程の一部を表す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造工程の一部を表す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造工程の一部を表す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造工程の一部を表す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造工程の一部を表す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造に用いられる製造装置を表す概念構成図である。 図１５ａ内の鎖線１４１１で囲った部分を拡大した図であり、図１５ｃのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 図１５ａ内の鎖線１４１１で囲った部分を拡大した図であり、図１５ｂのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 比較実施例１の端面近接多芯光ファイバー断面の光学顕微鏡写真をトレースした図である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

［第１の実施の形態］
図１、図１４ａ〜１４ｅ、図１５ａ〜１５ｃを用いて、本発明の第１の実施形態に係る端面近接多芯光ファイバーの構成の一例を以下に説明し、併せて端面近接多芯光ファイバーの製造方法を説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー１００の概略構成図であり、下側Ｖ字型溝基板１０１に設けられたＶ字型断面の案内溝１１に、実線、鎖線および点線で表示される３種類の光ファイバー、各々、６本（１２１，１２２，１３１，１３３，１４２，１４３）、３本（１１１，１４１，１４４）および１本（１３２）の合計１０本、および上側平面基板１０２のすべてが組み立てられた状態を表している。ここでは載置される光ファイバーが３種類の場合を例示したが、載置される３本以上の光ファイバーの種類が同一であっても差し支えない。

図１４ａ〜１４ｅは、端面近接多芯光ファイバー１００の製造工程の要点を表す概念図である。また、図１５ａは本発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造に用いられる製造装置を表す概念構成図であり、図１５ｂおよび１５ｃは図１５ａの一部を拡大した断面図である。

端面近接多芯光ファイバー１００の製造工程の第１段階では、図１４ａに示す加工前の基板１３０１の表面に、図１４ｂに示すように、切削加工により案内溝１１を形成し、下側Ｖ字型溝基板１０１を作成する。基板１３０１の材質としては石英ガラス（天然石英ガラス、合成石英ガラスなど）を好適に使用することができる。外径が同一の光ファイバーを複数結束・載置するにあたり、Ｖ字型断面の案内溝１１を構成する案内壁１５１および１５２のなす角は幾何学的な考察から正確に６０度であることが好ましい。この角度のＶ字型溝を切削加工するためのダイアモンド・ダイス（図示せず）の切削部分の角度６０度に許される公差は、＋０.０１度〜−０度以下であることが推奨される。言うまでもなく、この角度の公差が上記よりも大きいと、光ファイバーを数段重ねて載置したとき、光ファイバー中心間隔が所定の値よりも大きくなり、一方、角度の公差が上記の値よりも小さいと、溝の間隔が狭くなって、光ファイバーを数段、積み重ねることができなくなる。このダイスの先端は例えば、半径ｒの円に内接する曲面であることが好ましい。ダイス先端の半径ｒは、載置する光ファイバーの外径を２Ｒとすると、ｒ：Ｒは１：２〜３程度であることが好ましい。例えば、光ファイバーの外径が３０μｍの場合、ダイス先端の半径ｒは１０〜１５μｍであることが好適である。この値よりも小さいとダイス先端の損耗が激しくなり、一方、大きいと第１層に載置する光ファイバー１１１と接触する案内壁１５１および１５２の精度が悪化するおそれがある。Ｖ字型断面の案内溝１１の切削精度（進直度）を３次元で表示するにあたり、案内溝の中心線１１（図１および図１３ｂにおける縦方向の一点破線）をｙ軸、このｙ軸に垂直で図１の平面に平行な方向をｘ軸、同じく図１の平面に垂直な方向をｚ軸と定義し、案内溝１１に載置される光ファイバー（例えば１１１）の中心のｘ軸方向の変位をｄx、また、ｙ軸方向の変位をｄyと表記し、載置する光ファイバーの外径を２Ｒとすると、ｄx：Ｒまたはｄy：Ｒは１：３０ないし３００であることが好ましい。ｄx：Ｒまたはｄy：Ｒが３０よりも小さいと、光ファイバーを案内壁に押しつけて接着するとき光ファイバーが小さな屈曲を起こし、光の透過損失が大きくなってしまう。一方、ｄx：Ｒまたはｄy：Ｒの上限は加工精度の上限に依存する。Ｖ字型断面の案内溝１１の進直度に加え、案内壁１５１および１５２の表面粗さについては、通常の光学研磨された石英基板表面と同程度であれば好適である。

基板１０１の寸法としては、案内溝の中心線１１（図１および図１４ｂにおける縦方向の一点破線）をｙ軸、このｙ軸に垂直で図１の平面に平行な方向をｘ軸、同じく図１の平面に垂直な方向をｚ軸と定義したとき、例えば、載置する光ファイバーの長手方向（ｚ軸方向）において、案内溝１１の全長は２〜１０ｍｍ、クラッド径が太くなる部分までの長さ５〜２０ｍｍ、更に光ファイバー被覆部分までの長さ８〜２０ｍｍ、合計１５〜５０ｍｍである。幅（ｘ軸方向の長さ）については例えば１〜１０ｍｍ、案内溝のない部分の厚さ（ｙ軸方向の長さ）は例えば０．５〜５ｍｍである。

基板１０１の案内溝１１に複数本数、載置される光ファイバーは、＜外径が同一＞という条件さえ満足すれば、任意の組成および伝搬特性のものを使用することができる。また、組成および伝搬特性の異なる複数種類の光ファイバーを所望の配置で載置することができる。例えば、コアおよびクラッドが石英製のシングルモードまたはマルチモードの光ファイバー、透過波長特性の異なる石英製シングルモードまたはマルチモードファイバー、プラスチック製光ファイバー、などを任意の所望の配置で載置可能である。更にまた、一部のファイバーを、光伝送には用いず、単にその他の光ファイバーの配置を維持するためのダミーファイバーとして載置することもできる。例えば、端面近接多芯光ファイバー１００を熱レンズ方式１×７型光制御光スイッチとして利用する場合、中心に位置する光ファイバー１３２として透過波長特性が１３１０〜１５５０ｎｍの光通信帯域に適したシングルモード光ファイバーを用い、その周辺の６本のファイバー１２１，１２２，１３１，１３３，１４２，１４３として透過波長特性が９６０〜１０６０ｎｍの熱レンズ制御光に適したシングルモード光ファイバーを用い、更に、光ファイバー１１１，１４１，１４４を、全体の位置決めのためのダミーファイバーとすることができる。

基板１０１の案内溝１１に載置される光ファイバーは、＜外径が同一＞という条件を満足する必要がある。ここで、当該外径を＜２Ｒ＞で表した場合、基板１０１の案内溝１１に載置される光ファイバーは以下の基準で選別される。なお、案内溝の中心線１１（図１および図１３ｂにおける縦方向の一点破線）をｙ軸、このｙ軸に垂直で図１の平面に平行な方向をｘ軸、同じく図１の平面に垂直な方向をｚ軸と定義する。

（１）案内溝１１の長さ方向（ｚ軸方向）において、外径が２Ｒ以内であること；２Ｒを越えるものは一切使用してはならない。

（２）案内溝１１の長さ方向（ｚ軸方向）において、外径が２Ｒよりも小さい場合、その公差をｒで表すと、公差ｒの設定次第で、端面近接多芯光ファイバー１００全体の精度および製造上の歩留まりが決定される。即ち、公差ｒの設定は必須条件ではなく、設計条件である。例えば、端面近接多芯光ファイバー１００を熱レンズ方式１×７型光制御光スイッチとして利用する場合、公差ｒはできる限り小さいことが好ましく、ｒ：Ｒは１：１００以下であれば好適である（例えば、光ファイバー外径３０．０μｍの場合、公差＋０、−０．３μｍ）。一方、光パワーコンバイナーとして、光ファイバーを結束する場合であれば、ｒ：Ｒは１：１０であっても差し支えない場合もある。

以上のように、用途・目的に応じて選別された光ファイバーを、以下、３本以上、案内溝１１へ載置する。

図１４ｃは、下側Ｖ字型溝基板１０１の案内溝１１へ、第１層（最下層）の光ファイバー１１１を載置する際の概念図である。光ファイバー１１１は矢印１１１１および１１１２の指示する２点（断面図上は点であるが、実際は２本の線）で各々案内壁１５１および１５２に直接、接触する。この接触を案内溝１１の全長に渡って確実に達成するため、本発明の製造方法においては、光ファイバー押しつけ治具１０６の先端部分１０５を介して、光ファイバー１１１を案内溝１１へ押しつける方法を採用している。光ファイバー押しつけ治具１０６は、例えば内径が３０．２μｍの金属パイプ内を前後に移動可能な直径３０．０μｍの金属棒を微細電磁石によって前後に移動するものであって、光ファイバー１１１の押しつけ応力を電流量で監視することによって、過度な押しつけによって光ファイバー１１１が破損することを避けながら、最適な応力で押しつけを可能とするものである。光ファイバー押しつけ治具１０６の先端部分１０５は、治具１０６の動作を忠実に光ファイバー１１１へ伝えるための重要な部材である。先端部分１０５の材質としては、フッ素化ポリエチレン誘導体、架橋シリコーン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂などの、強度を持った合成ゴムを好適に用いることができる。また、先端部分１０５の断面形状は、図１４ｃに示すような逆Ｖ字型が好ましい。このような断面形状によって、光ファイバー押しつけ治具１０６の押しつける力を忠実に光ファイバー１１１へ伝達することができる。なお、光ファイバー押しつけ治具１０６を複数用いて、光ファイバー１１１の微細屈曲を避けて、正しく載置・接着する方法および装置については、後に詳しく述べる。

図１４ｄに示すように、案内溝１１の全長に渡って、光ファイバー１１１が正しく載置・接着された後、第２層の第１番目の光ファイバー１２１が、案内壁１５１と第１層に載置された光ファイバー１１１の側面に対し、各々矢印１２１１および１２１２の指示する位置で直接接触するよう、光ファイバー押しつけ治具１０６の先端部分１０５によって位置を確定され、載置される。ここで、光ファイバー押しつけ治具１０６の中心軸は、先に定義した基板１０１の方位ｘ，ｙ，ｚのｙ軸に対し、１５度傾けることによって、押しつける力を有効に作用させることができる。

図１４ｅに示すように、案内溝１１の全長に渡って、光ファイバー１２１が正しく載置・接着された後、第２層の第２番目の光ファイバー１２２が、案内壁１５２と第１層に載置された光ファイバー１１１の側面に対し、各々矢印１２２１および１２２２の指示する位置で直接接触するよう、光ファイバー押しつけ治具１０６の先端部分１０５によって位置を確定され、載置される。ここで、光ファイバー押しつけ治具１０６の中心軸は、先に定義した基板１０１の方位ｘ，ｙ，ｚのｙ軸に対し、１５度傾けることによって、押しつける力を有効に作用させることができる。

以下、案内壁１５１と光ファイバー１２１の側面を基準として光ファイバー１３１を、光ファイバー１２１と１２２の側面を基準として光ファイバー１３２を、光ファイバー１２２と案内壁１５２を基準として光ファイバー１３３を載置・固定し、更に、同様にして、光ファイバー１４１〜１４４を載置・固定する。

以上のようにして、配置を規定して載置・固定、結束した多芯光ファイバーは、通常、結束した側の端面の出射面の各々を整え、かつ、個々の光ファイバー端面を同一平面に揃えるため、端面研磨工程にかけられる。端面研磨を行う場合、研磨の際に個々の光ファイバーにかかる応力に耐え、光ファイバーの位置が変化しないようにするため、最上層の光ファイバー１４１〜１４４および下側Ｖ字型溝基板１０１の上面へ、上側平面基板１０２を強固に接着することが強く推奨される。さもないと、研磨の応力に負けて光ファイバーが脱落したり、光ファイバー端面が同一にならなかったりする。なお、研磨を行う必要がない用途の場合、上側平面基板１０２は無用である。

図１５ａは発明の第１の実施の形態における端面近接多芯光ファイバーの製造に用いられる製造装置を表す概念構成図であり、図１５ｂおよび１５ｃは図１５ａの鎖線１４１１で囲われた部分を拡大した断面図である。剛性の高い光学基盤１４０１の上に、下側基板固定用架台１４０２を介して、下側基板１４１０（これは図１および図１４ｂ〜１４ｄにおける下側Ｖ次型溝基板１０１に相当する）を確実かつ堅固に固定する。また、光学基盤１４０１の上に、架台１４０４および１４０５を介して取り付けられた、光ファイバー押しつけ治具の微動機構１４０６から下方に伸びた光ファイバー結束部分用押しつけ治具１４５１と１４５２，１４５３および１４５４（これらは図１４ｃ〜１４ｄにおける光ファイバー押しつけ治具１０６に相当する）は、光ファイバー結束部分１４４１、同クラッド径拡大部分１４４２、同被覆部分１４４３を下側基板１４１０へ押しつけるものである。なお、光ファイバー結束部分１４４１を押しつける治具は１４５１と１４５２の２基のみ図示しているが、例えば０．５ｍｍ間隔で多数設けても良い。図１５ｂに示すように、光ファイバー結束部分用押しつけ治具１４５１と１４５２，１４５３および１４５４は、各々の先端に取り付けられた光ファイバー押しつけ治具の先端部分１４６１，１４６２，１４６３，１４６４（これらは図１４ｃ〜１４ｄにおける光ファイバー押しつけ治具の先端部分１０５に相当する）を介して、光ファイバー結束部分１４４１、同クラッド径拡大部分１４４２、同被覆部分１４４３を下側基板１４１０へ押しつける。光ファイバー押しつけ治具の微動機構１４０６は、例えば前述のように磁力によって、光ファイバー結束部分用押しつけ治具１４５１〜１４５４（図１４ｃ〜１４ｄにおける光ファイバー押しつけ治具１０６に相当する）を精密に駆動する。また、光ファイバーを下側基板１４１０の案内溝へ最初に載置するにあたり、上方に引き上げられた光ファイバー結束部分用押しつけ治具１４５３と１４５４、および、各々の先端部分１４６３と１４６４の内部に各々設けられた吸気孔（図示せず）を用い、エアーチャッキング方式にて光ファイバークラッド径拡大部分１４４２および同被覆部分１４４３を吸引・固定した後、光ファイバーを下方に移動させることによって、光ファイバーの取り付けを円滑に行うことができる。

図１５ａに示すように、架台１４０５には紫外線硬化樹脂を硬化させるための紫外線光源１４８０、および、光ファイバーの載置状況を監視するための顕微鏡１４７０が取り付られている。

以上の工程において、光ファイバー相互および案内壁の固定に用いられる接着材としては、例えば、光ファイバー接着用として公知の紫外線硬化樹脂を任意に使用することができる。ここで、接着される光ファイバー相互および案内壁は空間を介さず、直接（２本の線）で密着しているため、紫外線硬化樹脂の硬化収縮に対する配慮は、ほぼ無用である（硬化収縮が大きく、接着層にひび割れが起こることは避ける必要がある）。ここで、光ファイバーと下側基板の案内溝との隙間、例えば隙間１４４０の内部へ接着剤を注入するには、後工程で重要となる案内壁および光ファイバー側面を汚染しないよう、注入方法および注入量には細心の注意が必要である。具体的には、粘度が低く流動性の高い接着剤を、位置を精密に移動可能な注入ノズル１４３０から毛管現象を利用して浸透させた後、光源１４８０から紫外線を照射し、硬化させる方法が有効である。

図１５ａに示すように、光ファイバーの非結束端は、当該光ファイバーの透過波長特性に応じたレーザー光源１４２０へ接続され、以下のようにして、光透過特性および出射ビームの方位を確認しながら、光ファイバー結束部分１４４１を下側基板１４１０へ押しつける力と分布を微調整し、接着剤注入ノズル１４３０から注入される紫外線硬化樹脂を紫外線で硬化させることによって載置・固定される。光透過特性については、光学基盤１４０１へ光検出器用微動架台１４０３を介して取り付けられた光パワーメーター受光器（またはビームプロファイラー受光器）１４２１によって、光ファイバーを透過してくる光パワーを監視し、光ファイバーの押しつけ具合によって光ファイバーが屈曲して光透過損失が増大することを避けるよう、光ファイバー結束部分用押しつけ治具１４５１〜１４５４に対する微動機構１４０６の出力を調整する。

光パワーメーター受光器またはビームプロファイラー受光器１４２１は、１つのセンサーで受光パワーの定量と、光強度の分布が測定できると、センサーを取り替える手間が省ける。ビームプロファイラー受光器１４２１の受光波長特性は、使用する光ファイバーの透過波長特性に対応する必要がある。光検出器用微動架台１４０３は光ファイバー１４４１からの出射ビーム（光ファイバーの開口数に応じて、拡散しながら出射する）をビームプロファイラー受光器１４２１が垂直方向に受光し、かつ、出射端面と受光器の距離を、距離Ｌ１と距離Ｌ２の２水準に規定してビーム中心位置を３次元空間中の特定位置として計測するに足る、調整機能（ｘ，ｙ，ｚ軸方向の直進移動およびｘ，ｙ，ｚ軸を中心とする回転を可能とする）を有するものとする。受光器と出射端面の距離Ｌ１は例えば１．００ｍｍ、距離Ｌ２は例えば１１．００ｍｍで実施される。図１５ａにおいて矢印で示すような、出射端面から距離Ｌ１およびＬ２の平面（ｚ軸１４に直交）を通過する出射ビームの光パワーの強度分布を解析することによって、＜ビーム中心＞の位置を３次元空間上、距離Ｌ２−Ｌ１離れた位置で把握し、これによって出射ビームの出射方位を、光ファイバー１４４１の中心軸となす角度θとして測定することが可能となる。この角度θの値を公差として設定し、例えば＜±０．０１度＞の範囲に収まるよう、光ファイバー結束部分１４４１を下側基板１４１０へ押しつける力と分布を微調整することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態の端面近接光ファイバー（結束部分を含め全長１ｍ）の透過損失を測定した一例を表１に示す（ダミーファイバー１１１，１４１，１４４を除く）。優れた透過特性が達成されていることが判る。

本発明の第１の実施の形態の端面近接光ファイバー結束端面から出射するビーム７本各々の中心位置を、出射端面から１．００ｍｍおよび１１．００ｍｍの位置で前記の方法で計測し、出射ビームの傾きを計算した結果を表２に示す。出射ビームの傾きが個々の光ファイバーにおいて、同時に、０．１度以内に調整されていることが判る。

（比較実施例１）
特許文献２に記載の方法に従い、クラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバーのクラッドをフッ化水素水溶液にてエッチングし、クラッド外径３９．０μｍのものを選別した。これを７本束ね、エポキシ樹脂とともに、孔径１１８．０μｍ（クラッド外径３９．０の３倍の１１７．０μｍに１．０μｍを加えた値）のセラミック製フェルールへ挿入し、樹脂を硬化させた。硬化完了後、出射端の光学研磨を行った。図１６は、このようにして製造された、比較実施例１の端面近接光ファイバー１５００の出射端面の光学顕微鏡写真（光ファイバーの非結束末端からも光照射）をトレースしたものである。一見すると７本の光ファイバーはきれいに整列しているように見えるが、詳細に観察すると、例えば矢印１５２１〜１５２５の指示する部位において、光ファイバー間およびフェルール内壁との間に、ランダムに、隙間が存在することが判る。従来の方法＜孔に光ファイバー束を挿入＞においては、この隙間をゼロにすることは不可能である。

比較実施例１の端面近接光ファイバー（結束部分を含め全長１ｍ）の透過損失を測定した一例を表３に示す。通常の光ファイバーであれば、長さ１ｍの透過損失は０．００ｄＢに限りなく近い。比較実施例１の端面近接光ファイバーにおいては、長さ１ｍにもかかわらず、１ｄＢを超える透過損失が観測された。これは、結束部分の光ファイバーがエポキシ樹脂の硬化収縮または光ファイバーの捻れによって、微細な屈曲を起こしていることに起因するものと推測される。光ファイバーの周辺に＜隙間＞が存在することが、このような不具合の根本原因である。

比較実施例１の端面近接光ファイバーの結束側端面から出射するビームの進行方向が所定の直進方向から傾いている角度を測定した結果（例）を表４に示す。一部のファイバーにおいて、１度を超える大きな偏向が観察された。これは、当該光ファイバーの出射端面近傍における光ファイバーの屈曲および／または出射端面研磨の不備によるものと推測される。いずれにしても、光ファイバーの周辺に＜隙間＞が存在することが、このような不具合の根本原因となることは言うまでもない。

［第２の実施の形態］
図２は本発明の第２の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー２００の概略構成図であり、下側Ｗ字型溝基板２０１に設けられた第１のＶ字型断面の案内溝２１に光ファイバー２１１を、隣接する第２のＶ字型断面の案内溝２２に光ファイバー２１２を載置し、その上に第１の実施の形態と同様に光ファイバー２２１〜２２３、２３１〜２３４および上側平面基板２０２のすべてが組み立てられた状態を表している。

２つのＶ字型断面の案内溝２１と２２は、合わせてＷ字型断面の案内溝を形成している。

最初に切削されて形成される第１のＶ字型断面の案内溝２１に隣接して、第２のＶ字型断面の案内溝２２を形成することは容易であるため、本発明の第１の実施の形態における第１層の光ファイバー１１１をダミーファイバーとして使用する場合は、本発明の第２の実施の形態の下側Ｗ字型溝基板２０１を採用することで、ダミーファイバーを削減することがきる。

（比較実施例２）
本発明の第１の実施の形態におけるＶ字型断面の案内溝の代わりに、矩形の案内溝を用いる方法について比較すると、図３に例示する場合、第１層に載置する光ファイバー３１１は、案内壁３５１，３５２，３５３の内、底面の案内壁３５２を必須として、光ファイバー外径の公差を考慮すると、案内壁３５１または３５３の、どちらか１つとしか接触できず、結果的に、載置位置を特定することはできない。

更に、第２層以降においては、各層の両端に位置する光ファイバー３２１，３２２，３３１，３３３，３４１，３４４は、矩形の案内壁、例えば３６１および３６２の他、下層の光ファイバー３１１の側面と接触する可能性があり、結果的に、載置位置を特定することはできない。

以上のような、幾何学的考察に加え、Ｖ字型断面の溝を掘削するよりも、矩形断面の溝を掘削することは容易でない。これは、切削で生じた屑をＶ字型断面では２つの壁に沿って左右対称に排出可能であることに対し、矩形断面の切削では、底辺で発生した切削屑を排出する方向が定まらず、切削治具の左右の位置が不定期に変動しやすい、という実施上の制約である。

（比較実施例３）
本発明の第１の実施の形態におけるＶ字型断面の案内溝の代わりに、矩形の案内溝を用いる方法の、もう１つの可能性について比較すると、図６に例示する場合、第１層に載置する光ファイバー６１１および６１２は、各々、案内壁６４１と６４２、および同６４３と６４２の＜２つ＞のみで位置が決定される。しかしながら、第２層以降では、比較実施例２の場合と同様な制約が生じる。

いずれにしても、本発明のＶ字ないしＷ字型断面の案内壁に比べ、矩形の案内壁は切削加工の面において利点がない。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー４００の概念構成図である。

本発明の第１および第２の実施の形態では、下側基板に対して接着される上側基板は平面であったが、本発明の第３の実施の形態における下側基板４０１に対向する上側基板４０２は同一の断面を有している。

上側基板４０２の案内溝は、本発明の第３の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの載置が完了した後、端面研磨に際しての剛性を高めるために載置されるものである。

即ち、第３層の光ファイバー４３１，４３２，４３３の上に第４層の光ファイバー４４１，４４２、次いで第５層の光ファイバー４５１を載置するには、下層の光ファイバー側面を基準とすれば良い。しかるに、結束された光ファイバー末端を光学研磨するにあたっては、個々の光ファイバーを高い剛性で保持する必要がある。本実施の形態における上側Ｖ字型溝基板４０２はこの目的に最も適するものである。

第５層の光ファイバー４５１を載置した後、上側Ｖ字型溝基板４０２を載置し、下側Ｖ字型溝基板４０１と既に載置された光ファイバーと接着することで、端面近接多芯光ファイバー４００の端面研磨に際して、全体の剛性を高めることができる。

［第４の実施の形態］
図５は、本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー５００の概念構成図である。

本発明の第１および第２の実施の形態では、下側基板に対して接着される上側基板は平面であったが、本発明の第４の実施の形態における下側基板５０１に対向する上側基板５０２は同一の断面を有している。

上側基板５０２の案内溝は、本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの載置が完了した後、端面研磨に際しての剛性を高めるために載置されるものである。

即ち、第２層の光ファイバー５２１，５２２，５２３の上に第３層の光ファイバー５３１および５３２を載置するには、下層の光ファイバー側面を基準とすれば良い。しかるに、結束された光ファイバー末端を光学研磨するにあたっては、個々の光ファイバーを高い剛性で保持する必要がある。本実施の形態における上側Ｗ字型溝基板５０２はこの目的に最も適するものである。

第３層の光ファイバー５３１および５３２を載置した後、上側Ｗ字型溝基板５０２を載置し、下側Ｖ字型溝基板５０１と既に載置された光ファイバーと接着することで、端面近接多芯光ファイバー５００の端面研磨に際して、全体の剛性を高めることができる。

本発明の第４の実施の形態では、結束される光ファイバーの一端だけでなく、結束される光ファイバー部分に隣接し、例えば、クラッド径が大きくなる部分（即ち、クラッドがエッチングされていない部分）および、クラッドが被覆されている部分をも考慮した下側基板について、以下に記述する。

いうまでもなく、クラッド径を４０μｍ以下にエッチングした光ファイバーは非常に脆弱なもので、破損しやすい。また、簡単に屈曲し、光透過損失を招く。これらの不都合を避けるためには、被覆された光ファイバー部分から、被覆を除いた光ファイバー部分（クラッド径の大きい部分）を経由し、光ファイバー結束部分までを、緩やかな曲線で配置し、固定する必要がある。そのため、被覆された光ファイバー部分は、例えば、図７に示すような、余裕のある固定溝で緩やかに結束・固定することが好適である。

また、被覆を除去した光ファイバーをエッチングすることなく、通常のクラッド径１２５μｍのまま、Ｗ字型案内溝を設けた基板で載置する例を図８ａから図８ｄに示す。図８ｃおよび図８ｄに示す端面近接多芯光ファイバーにおいて、下側Ｗ字型溝基板８０１の上面、および上側Ｗ字型溝基板８０２の光学研磨面８１０に対する裏面側における網線で示した部分は、硬化収縮のない紫外線硬化樹脂で、むき出しのクラッド部分を保護・固定したものである。

図９は、本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーに用いられる上側Ｗ字型溝基板９０２と下側Ｗ字型溝基板９０１を石英基板上に複数形成した後、切り出す製法を表す概念図である。特に、図９（Ａ）は切り出す前の平面図であり、図９（Ｂ）は切り出し前の（Ａ）の側面図であり、図９（Ｃ）は切り出し後の上側Ｗ字型溝基板の斜視図であり、図９（Ｄ）は切り出し後の下側Ｗ字型溝基板の斜視図である。また、図１０は、本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーに用いられる上側Ｗ字型溝基板と下側Ｗ字型溝基板を石英基板上に複数形成した構造の一例の斜視図である。大きな石英基板の所定の位置に、被覆された光ファイバーを載置する部分と被覆のない光ファイバーを載置するＷ字型案内溝９１０を切削加工した後、図９（Ａ）に示す一点鎖線で示す個所で切り離し、更に、上側Ｗ字型溝基板８０２と下側Ｗ字型溝基板８０１を、図９（Ａ）に示す一点鎖線で切り離すことにより、高い精度で、図９（Ｃ）に示す上側Ｗ字型溝基板８０２と図９（Ｄ）に素雌下側Ｗ字型溝基板８０１とを１単位として、複数単位のＷ字型溝基板を作成することができる。

［第５の実施の形態］
図１１は、本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー１００１に隣接して設けられた２筋のＶ字型断面の案内溝１０１１および１０１２にダミーファイバーを載置することで、下側および上側のＷ字型案内溝基板の接合を、より確実に行うための、本発明の第５の実施の形態を表したものである。

図１１に示すような端面形状を採用することで、端面研磨の際の剛直性を担保し、優れた端面研磨精度を達成することができる。

［第６の実施の形態］
図１２は本発明の第６の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。ここで、下側基板と上側基板については案内溝部分のみ表示している。

本発明の第６の実施の形態においては、下側基板に７筋のＶ字型断面案内溝を設け、第１層に７本、第２層に８本、第３層に９本、第４層に８本、第５層に７本、合計３９本を結束したものである。これを用いることで、例えば、熱レンズ方式１×７光制御光スイッチを３系列独立に束ねた動作が可能である。

［第７の実施の形態］
図１３は本発明の第７の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー３組を、並列配置したものである。

本発明の端面近接多芯光ファイバーおよびその製造方法は、光通信分野および光情報処理分野において有効に用いることができる。

本発明の端面近接多芯光ファイバーを用いることで、例えば、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーを用い、１本から制御光を、隣接するもう１本から信号光を出射させることによって、熱レンズ方式光制御式光路偏向光路偏向スイッチを極めて効率的に動作させることができる。

１１，２１，２３ Ｖ字型断面の案内溝およびその中心線（ｙ軸）、１２ 案内溝１１の中心線に直交し図１の平面に平行な線（ｘ軸）、１４ Ｖ字型断面の案内溝に載置される光ファイバーの中心軸（ｚ軸）、２２ Ｗ字型断面の案内溝の中心線、１００ 本発明の第１の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー、１０１ 下側Ｖ字型溝基板、１０２，２０２，３０２，６０２ 上側平面基板、１０５ 光ファイバー押しつけ治具の先端部分、１０６ 光ファイバー押しつけ治具、１１１ 第１層（最下層）に載置された光ファイバー、１２１，１２２ 第２層に載置された光ファイバー、１３１〜１３３ 第３層に載置された光ファイバー、１４１〜１４４ 第４層に載置された光ファイバー、１５１，１５２ Ｖ字型断面の案内溝１１を構成する案内壁、１６１，２６１，３９１ 上側平面基板の平面壁、２００ 本発明の第２の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー、２０１ 下側Ｗ字型溝基板、２１１，２１２ 第１層（最下層）に載置された光ファイバー、２２１〜２２３ 第２層に載置された光ファイバー、２３１〜２３４ 第３層に載置された光ファイバー、２５１〜２５４ Ｗ字型断面の案内溝を構成する案内壁、３００ 比較実施例１の端面近接多芯光ファイバー、３０１ 下側角型溝基板、３１１ 第１層（最下層）に載置された光ファイバー、３２１，３２２ 第２層に載置された光ファイバー、３３１〜３３３ 第３層に載置された光ファイバー、３４１〜３４４ 第４層に載置された光ファイバー、３５１〜３５３，３６１〜３６４，３７１〜３７４，３８１〜３８４ 角型断面の案内溝を構成する案内壁、４００ 本発明の第３の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー、４０１ 下側Ｖ字型溝基板、４０２ 上側Ｖ字型溝基板、４１１ 第１層（最下層）に載置された光ファイバー、４２１，４２２ 第２層に載置された光ファイバー、４３１〜４３３ 第３層に載置された光ファイバー、４４１，４４２ 第４層に載置された光ファイバー、４５１ 第５層に載置された光ファイバー、４６１，４６２，４７１，４７２ Ｖ字型断面の案内溝を構成する案内壁、５００，８００ 本発明の第４の実施の形態の端面近接多芯光ファイバー、５０１，８０１，９０１ 下側Ｗ字型溝基板、５０２，８０２，９０２ 上側Ｗ字型溝基板、５１１，５１２ 第１層（最下層）に載置された光ファイバー、５２１〜５２３ 第２層に載置された光ファイバー、５３１，５３２ 第３層に載置された光ファイバー、５４１〜５４４，５５１〜５５４ Ｗ字型断面の案内溝を構成する案内壁、６００ 比較実施例２の端面近接多芯光ファイバー、６０１ 下側角型溝基板、６１１，６１２ 第１層（最下層）に載置された光ファイバー、６２１〜６２３ 第２層に載置された光ファイバー、６３１〜６３４ 第３層に載置された光ファイバー、６４１〜６４３，６５１〜６５４，６６１〜６６４ 角型断面の案内溝を構成する案内壁、８１０ 光学研磨面、９１０ Ｗ字型案内溝、１００１ 本発明の第５の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーのファイバーバンドル部分、１０１１，１０１２ ダミーファイバーおよびＶ字型断面案内溝、１１１１，１１１２ 光ファイバー１１１側面と案内壁１５１または１５２の接点を指示する矢印、１２１１ 光ファイバー１２１側面と案内壁１５１の接点を指示する矢印、１２１２ 光ファイバー１２１側面と光ファイバー１１１側面の接点を指示する矢印、１２２１ 光ファイバー１２２側面と案内壁１５２の接点を指示する矢印、１２２２ 光ファイバー１２２側面と光ファイバー１１１側面の接点を指示する矢印、１３０１ 加工前の基板、１４００ 端面近接多芯光ファイバー結束装置、１４０１ 光学基盤、１４０２ 下側基板固定用架台、１４０３ 光検出器用微動架台、１４０４，１４０５ 架台、１４０６ 光ファイバー押しつけ治具の微動機構、１４１０ 下側基板、１４２０ レーザー光源、１４２１ 光パワーメーター受光器またはビームプロファイラー受光器、１４３０ 接着剤注入ノズル、１４４０ 案内溝とそこに載置される光ファイバーの間の隙間、１４４１ 光ファイバー結束部分、１４４２ 光ファイバークラッド径拡大部分、１４４３ 光ファイバー被覆部分、１４５１，１４５２ 光ファイバー結束部分用押しつけ治具、１４５３ 光ファイバークラッド径拡大部分用押しつけ治具、１４５４ 光ファイバー被覆部分用押しつけ治具、１４６１，１４６２，１４６３，１４６４ 光ファイバー押しつけ治具の先端部分、１４７０ 顕微鏡、１４８０ 紫外線硬化樹脂用紫外線光源、１５００ 比較実施例１の端面近接光ファイバー、１５０１ セラミック製フェルールの孔、１５１０ シングルモード光ファイバーのコア部分、１５１１ シングルモード光ファイバーのクラッド部分、１５２１〜１５２５ 光ファイバー周辺の隙間を示す矢印。

Claims (1)

1. １つ以上の案内溝が形成された溝基板が載置される基板固定用架台と、
   前記基板固定用架台上の溝基板の案内溝に順次光ファイバーを配置する１つ以上の光ファイバー押しつけ治具と、
   前記案内溝内に光ファイバーを２段以上積み重ねるために前記押しつけ治具を微動移動可能に駆動させる微動機構と、
   光ファイバーの結束端側に設けられ、光ファイバーの非結束端に接続されるレーザー光源から出力された光に対する光ファイバーの光透過特性を測定する受光測定器と、
   前記光ファイバーの結束端側に設けられ、前記案内溝と光ファイバーとの隙間に接着剤を注入する注入ノズルと、
   を有し、
   前記受光測定器で測定された前記光のパワーに応じて、微動機構による１つ以上の光ファイバー押しつけ治具の押しつけ力とその分布を調整し、注入ノズルから注入された接着剤により１つ以上の光ファイバーを案内溝内に固定することを特徴とする端面近接多芯光ファイバーの製造装置。

Images