JP6904213B2

JP6904213B2 - 光ファイバ保持具

Info

Publication number: JP6904213B2
Application number: JP2017207820A
Authority: JP
Inventors: 原　裕貴; 裕貴原; 新海　正博; 正博新海; 菊川　隆; 隆菊川; 正美佐々木; 亮平福▲崎▼; 基博中原; 哲雄宮; 修司田地; 有島　功一; 功一有島
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: JP2019078969A

Description

本開示は、光ファイバが保持されている光ファイバ保持具に関する。

光通信分野においてＳｉ−Ｐは従来のものと比較し小型、低コスト、低消費電力であり、Ｄａｔａｃｏｍ分野での活躍が期待されている。Ｓｉを使用することで光導波路の小型化が実現可能であり、また光／電子回路を同一基板上に積層できるため、さらに小型化が可能となるためである。

シリコン導波路と光ファイバの接続方法の一つが表面結合（グレーティングカップリング）である。表面結合は導波路面に格子形状を形成し、光の干渉により上方に光線を導き、導波路面に接続した光ファイバに入光させる。または、光ファイバから光を導波路へと入光させる。

表面結合の長所としてはスポット径が９μｍ程度となるため通常の光ファイバを使用し接続させることができる点である。

特開２０１６−０７１０２５号公報ＷＯ２０１７−０２２０２６号公報

表面結合のデメリットとして、光ファイバ保持具がシリコン導波路上を突き出た形状となるため実装を考えると低背が好ましい。低背や小型化を図るには、光ファイバの曲げ加工が必要である。この問題の解決策として特許文献１の方法で挙げられる課題が、この方法では曲げ半径の制御ができないという課題が存在する。また、特許文献２は、光ファイバを保持している部品を回転させるための装置が必要であり、光ファイバのＲ曲げ部分が光ファイバ保持具の外側となるため大型になるという課題が存在する。

そこで、本開示は、光ファイバを固定している部品を大型化せずに曲げ半径の制御を可能にすることを目的とする。

本開示の光ファイバ保持具は、
一端に光ファイバの端部が配置され、他端において前記光ファイバが延在するように配置される第１の保持部材と、
前記第１の保持部材と共に前記光ファイバを挟持する第２の保持部材と、
を備え、
前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材は、前記光ファイバの素線を挟持する光ファイバ保持部を前記一端に備え、
前記第１の保持部材の前記他端は、前記光ファイバの延在方向に沿った予め定められた曲率半径で湾曲する湾曲部を備え、
前記光ファイバ保持部と前記湾曲部を接続する、前記第１の保持部材に備わる第１の平面、或いは前記光ファイバを挟んで前記第１の平面と対峙する、前記第２の保持部材に備わる第２の平面、の少なくともいずれか一方に、凹部が設けられている。

本開示によれば、光ファイバを固定している部品を大型化せずに曲げ半径の制御を可能にすることができる。

第１の実施形態の光ファイバ保持具の光回路への接続例である。第１の実施形態の光ファイバ保持具の第１の形態例を示す側面図及び断面図である。第１の実施形態の光ファイバ保持具の第２の形態例を示す側面図及び断面図である。第１の実施形態の光ファイバ保持具の第３の形態例を示す側面図及び断面図である。押圧面が湾曲している第１の実施形態の光ファイバ保持具の形態例である。第２の実施形態の光ファイバ保持具の第１の形態例である。第２の実施形態の光ファイバ保持具の第２の形態例である。第２の実施形態の光ファイバ保持具の第３の形態例である。第３の実施形態の光ファイバ保持具の光回路への接続例である。第３の実施形態の光ファイバ保持具の第１の形態例を示す側面図及び断面図である。第３の実施形態の光ファイバ保持具の第２の形態例を示す側面図及び断面図である。第４の実施形態の光ファイバ保持具の光回路への第１の接続例である。第４の実施形態の光ファイバ保持具の光回路への第２の接続例である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
図１に、本実施形態に係る光ファイバ保持具の一例を示す。本実施形態に係る光ファイバ保持具は、光ファイバ２６を挟持する２つの保持部材２３、２４と、スペーサ２１と、を備える。保持部材２３は、光ファイバ２６の延在する方向Ｄ１に配置され、第１の保持部材として機能する。保持部材２４は第２の保持部材として機能する。

本開示は、保持部材２３の一端である端面２３Ａと保持部材２４の一端である端面２４Ａに挟まれる形で光ファイバ２６の端面２６Ａが配置され、保持部材２３の他端である端面２３Ｂに光ファイバ２６が湾曲して延在する。例えば、図１のように、光ファイバ２６の端面２６Ａが光回路３の上面３Ａに接続される場合、光ファイバ２６の方向Ｄ１は光回路３の上面３Ａに沿った方向となる。ここで、方向Ｄ１は、一例として上面３Ａに平行方向な方向が例示できるが、本開示はこれに限らず、上面３Ａに垂直な方向を除く任意の方向とすることができる。また光回路３は、例えば、光導波路や光カプラを備えるフォトニック光回路（以下光回路と称す）である。

保持部材２３の端面２３Ａは、光回路３の上面３Ａに接合されている。接合は紫外線硬化樹脂等の光硬化樹脂を用いることが好ましい。保持部材２３の端面２３Ａと保持部材２４の一端である端面２４Ａとが同一面上に配置され、光回路３の上面３Ａに接合されることが好ましい。光回路３の上面３Ａとの接合面積が大きくなるため、接合強度を補強することができる。保持部材２４は、光ファイバ２６および光ファイバ２６を固定した保持部材２３と共に端面研磨されてもよい。

光ファイバ２６の端面２６Ａでの光軸と保持部材２３の端面２３Ａとのなす角度αは、９０°ではないことが好ましく、これにより端面２６Ａでの反射による減衰を防ぐことができる。また、角度αは、光回路３からの光入出射方向に合わせた角度であることが好ましい。

保持部材２３及び２４は、Ｖ溝を用いた保持部材であり、保持部材２３及び２４の少なくともいずれかにＶ溝が形成されている。例えば、図２に示すように保持部材２３のみにＶ溝が形成されていてもよいし、図３に示すように保持部材２４のみにＶ溝が形成されていてもよいし、図４に示すように保持部材２３及び２４の両方にＶ溝が形成されていてもよい。光ファイバ２６のうちの保持部材２３及び２４のＶ溝で挟持される部分は被覆２６Ｂが除去された素線２６Ｃとなっている。保持部材２３にＶ溝が形成される場合、素線２６Ｃを保持する部分のみにＶ溝が形成されていてもよいが、湾曲部２３ＥにもＶ溝が形成されていてもよい。

保持部材２３及び２４の挟持する光ファイバの本数は、任意の数とすることができる。例えば、図２（ａ）、図３（ａ）及び図４（ａ）に記載のように１本であってもよいし、図２（ｂ）、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に記載のように４本であってもよい。保持部材２３及び２４の挟持する光ファイバの本数が複数本の場合、本開示の光ファイバ保持具は、ファイバアレイを構成することができる。

保持部材２３は、光ファイバ２６の方向Ｄ１に沿った予め定められた曲率半径で湾曲する湾曲部２３Ｅを備える。予め定められた曲率半径は、光ファイバ２６が過剰に曲がって折れることを防止することの可能な値であり、且つ光回路３の上面３Ａに沿った方向へ引き出すことが可能な値である。光ファイバ２６は湾曲部２３Ｅに接着剤により固定されていることが好ましい。

スペーサ２１は、光ファイバ２６が湾曲部２３Ｅに沿って湾曲するよう、光ファイバ２６を湾曲部２３Ｅに押さえる機能を有する。これにより、光ファイバ２６の端面２６Ａを光回路３に固定した状態で、光ファイバ２６を方向Ｄ１に延在させることができる。

スペーサ２１は、柱状又は筒状の構造体であり、柱状又は筒状の断面形状は任意である。例えば、図１〜図４に示すような方形断面であってもよいし、円形断面であってもよい。光ファイバ２６と接する押圧面２１Ｄの少なくとも一部は、湾曲部２３Ｅに沿って配置されていることが好ましく、例えば、図５に示すように、湾曲部２３Ｅの曲率半径に応じて湾曲していることが好ましい。

保持部材２３，２４及びスペーサ２１の素材は任意であるが、例えば、ガラスや樹脂のほか、金属を用いることができる。保持部材２３，２４及びスペーサ２１が金属である場合は、熱硬化樹脂を用いて保持部材２３とスペーサ２１との間に光ファイバ２６を固定することができる。保持部材２３，２４及びスペーサ２１がＵＶに対して透明であるガラスや樹脂の場合は、ＵＶ硬化樹脂を用いて保持部材２３とスペーサ２１との間に光ファイバ２６を固定することができる。このように、保持部材２３，２４及びスペーサ２１がＵＶを透過することで、ＵＶ硬化樹脂で固定ができ、製造が簡便化される。

以上説明したように、本実施形態は、湾曲部２３Ｅにスペーサ２１を用いて光ファイバ２６を押し当てることで、湾曲部２３Ｅの曲率半径で光ファイバの曲げを制御することができる。ここで、本実施形態は、保持部材２３が湾曲部２３Ｅを有し、これによって保持部材２３と保持部材２４との間に生じた空隙にスペーサ２１を設けている。このため、本実施形態は、光ファイバ２６を固定している部品保持部材２３、２４及びスペーサ２１を大型化せずに光ファイバ２６の曲げ半径の制御を行うことができる。

（第２の実施形態）
図６に、本実施形態に係る光ファイバ保持具の一例を示す。光ファイバ２６の曲げ応力の負荷によって、光ファイバ２６が保持部材２３から離れる方向にスペーサ２１が押し上げられ、スペーサ２１が剥離する可能性がある。そこで、本実施形態に係る光ファイバ保持具は、スペーサ２１が押し上げられないよう、スペーサ２１と保持部材２４とが平面２１Ｃと側面２４Ｃで固定されている。

本実施形態では、スペーサ２１と保持部材２４とが接着剤で接合できるよう、光回路３の上面３Ａから端面２４Ｅまでの高さＨ_２４は、光回路３の上面３Ａから光ファイバ２６までの高さＨ_２６よりも高いことが好ましい。また、図６では、スペーサ２１の断面形状が楔形状である例を示したが、本実施形態においても第１の実施形態と同様にスペーサ２１の断面形状は任意の形状とすることができる。

スペーサ２１と保持部材２４との固定は強固であることが好ましく、保持部材２４とスペーサ２１は面で接触することが好ましい。そこで、本実施形態は、保持部材２４と当接する平面２１Ｃがスペーサ２１に設けられ、保持部材２４のうちの保持部材２３側の側面２４Ｃが平坦面となっている。このように、平面同士で接合することで、保持部材２３、２４とスペーサ２１の接触面積を増加させることができる。これにより、本実施形態は、光ファイバ２６の曲げの応力負荷によるスペーサ２１の剥離を防止することができる。

ここで、本実施形態においても、スペーサ２１の押圧面２１Ｄは、図７に示すように、湾曲部２３Ｅの曲率半径に応じて湾曲していることが好ましい。

さらに、図８に示すように、スペーサ２１の面２１Ｅは、保持部材２４の端面２４Ｅと固定されていることが好ましい。これにより、保持部材２４とスペーサ２１との接着面積が増えるため、光ファイバ２６を湾曲部２３Ｅへより効率よく押し当てることができる。また、製造の際に保持部材２３、２４とスペーサ２１の位置固定を簡便化することができる。さらに、保持部材２４とスペーサ２１は、一体に形成されていてもよい。

また、スペーサ２１は、光ファイバ２６が方向Ｄ１に延在する程度に、十分な長さを有することが好ましい。例えば、図７及び図８に示すように、光ファイバ２６の端面２６Ａを基準とした距離Ｄ_２１と距離Ｄ_２３を比較することによって定めてもよい。ここで、距離Ｄ_２１は、保持部材２３のうちの光ファイバ２６の端面２６Ａの位置から方向Ｄ１へのスペーサ２１の端部までの方向Ｄ１上での距離である。距離Ｄ_２３は、保持部材２３のうちの光ファイバ２６の端面２６Ａの位置から方向Ｄ１への保持部材２３の端部までの方向Ｄ１上での距離である。例えば、スペーサ２１に備わる押圧面２１Ｄと光ファイバ２６とが接触する長さが、保持部材２３に備わる湾曲部２３Ｅと光ファイバ２３とが接触する長さよりも長い。

また、図８に示すように、保持部材２４の端面２４Ｅをスペーサ２１と平面同士で接合する場合、光回路３の上面３Ａから端面２４Ｅまでの高さＨ_２４は、第２の実施形態の記載に関わらず、光回路３の上面３Ａから光ファイバ２６までの高さＨ_２６と同程度とすることができ、光回路３の上面３Ａから光ファイバ２６までの高さＨ_２６よりも低くてもよい。

（第３の実施形態）
図９に、本実施形態に係る光ファイバ保持具の一例を示す。本実施形態に係る光ファイバ保持具は、光ファイバ２６を挟持する２つの保持部材２３、２４を備える。本実施形態に係る光ファイバ保持具は、保持部材２３、２４を用いて、光ファイバ２６の端面２６Ａを光回路３の上面３Ａに接続する。保持部材２３は、光ファイバ２６の延在する方向Ｄ１に配置され、第１の保持部材として機能する。保持部材２４は第２の保持部材として機能する。保持部材２３の他端２３Ｂは、方向Ｄ１に沿った予め定められた曲率半径で湾曲する湾曲部２３Ｅを備える。

光ファイバ２６と保持部材２３及び２４は接着剤で固定される。この固定の際に、接着剤が湾曲部２３Ｅへ流入すると、湾曲部２３Ｅの形状が変化したり、湾曲部２３Ｅで湾曲させる光ファイバ２６に接着剤が付着したりするなどして、光ファイバ２６に破断が生じる可能性がある。そこで、湾曲部２３Ｅへの接着剤の流入を防ぐため、保持部材２４は、光ファイバ２６の固着に用いた接着剤を流入させるための凹部３１を備える。本実施形態では、一例として、凹部３１が保持部材２４のみに設けられる例を示すが、本開示は、これに限らず、凹部３１は、保持部材２３に設けても同様の効果を得ることが可能であり、保持部材２３及び２４の両方に設けられていてもよい。

図１０及び図１１に、本実施形態に係る光ファイバ保持具の詳細構造の第１例及び第２例を示す。保持部材２３は第３の平面として機能する平面２３Ｃを備え、保持部材２４は光ファイバ２６の素線２６Ｃを保持するための溝３３を備える。光ファイバ２６の素線２６Ｃは、平面２３Ｃ及び溝３３に挟持される。光ファイバ２６の素線２６Ｃが挟持されている部分を光ファイバ保持部２７とする。

本実施形態では、溝３３が保持部材２４に備わる例を示すが、溝３３は、第１及び第２の実施形態と同様に、保持部材２３及び２４の少なくともいずれかに形成されていればよい。すなわち、光ファイバ保持部２７の構成は、第１の実施形態で示した図２、図３及び図４のいずれの構成も採用しうる。

保持部材２３は第１の平面として機能する平面２３Ｄを備え、保持部材２４は第２の平面として機能する平面２４Ｄを備える。平面２３Ｄは、湾曲面２３Ｅに接続する平面である。平面２４Ｄは、光ファイバ２６を挟んで平面２３Ｄと対峙する平面である。このように、平面２３Ｄ及び平面２４Ｄは、光ファイバ保持部２７の端面２４Ｅ側に配置されている。

凹部３１は、平面２３Ｄ又は２４Ｄの少なくともいずれか一方に設けられている。これによって、湾曲部２３Ｅへの接着剤の流入を防ぐ。また光ファイバ２６の素線２６Ｃと光ファイバの被覆２６Ｂの端部２６Ｅが直線状に保たれるよう、平面２３Ｄと平面２３Ｃは平行であることが好ましく、さらに平面２３Ｄと平面２４Ｄは平行であることが好ましい。

凹部３１は、光ファイバ２６の保持に用いられる接着剤を流入させることの可能な任意の形状を採用しうる。例えば、図９及び図１０（ｃ）に示すような溝形状である。凹部３１の幅Ｗ_３１は、任意であり、図１１（ｃ）に示すように、保持部材２４の端面２４Ｅに達する段差形状を構成していてもよい。

本開示は、光ファイバ２６が湾曲部２３Ｅで湾曲される。このときに光ファイバ２６の素線２６Ｃが湾曲部２３Ｅで湾曲されると、光ファイバ２６の素線２６Ｃが曲げ応力に耐えられずに破断することがある。そこで、湾曲部２３Ｅでの曲げ応力が光ファイバ２６の素線２６Ｃに加わらないよう、光ファイバ２６の被覆２６Ｂの端部２６Ｅは、平面２３Ｄ及び平面２４Ｄで挟持されていることが好ましい。

光ファイバ２６の素線２６Ｃ部分は折れやすい傾向にある。そのため、光ファイバ２６の被覆２６Ｂの端部２６Ｅは、平面２３Ｄと平面２４Ｄに接着剤で固定されていることが好ましい。そのため、凹部３１は、光ファイバ２６の被覆２６Ｂの端部２６Ｅよりも保持部材２４の端面２４Ｅ側に配置されていること、即ち凹部３１は光ファイバの被覆の配置されている部分に設けられていることが好ましい。これにより、光ファイバ２６の素線２６Ｃの全体が接着剤で固定され、さらに光ファイバ２６の被覆２６Ｂまで接着剤で固定されるため、光ファイバ２６の素線２６Ｃの破断を防ぐことができる。

光ファイバ保持部２７は光ファイバ２６の素線２６Ｃを挟持し、平面２３Ｄ及び２４Ｄは光ファイバ２６の被覆２６Ｂを挟持する。そのため、光ファイバ保持部２７と平面２３Ｄとの間には、光ファイバ２６の被覆２６Ｂの厚みに応じた段差が設けられていることが好ましい。例えば、平面２３Ｃ及び平面２３Ｄは平行であり、これらの面の距離が光ファイバ２６の被覆２６Ｂの厚みに略等しい。これにより、光ファイバ保持部２７は、光ファイバ２６の素線２６Ｃに曲げ応力を与えることなく、光ファイバ２６の被覆２６Ｂの端部２６Ｅを挟持することができる。このような光ファイバ２６の被覆２６Ｂの厚みに応じた段差は、保持部材２３に限らず、保持部材２４に設けられていてもよいし、保持部材２３及び２４の両方に設けられていてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバ保持具は、湾曲部２３Ｅを備えるため、光ファイバ２６を固定している部品を大型化せずに曲げ半径の制御を可能にすることができる。また本実施形態に係る光ファイバ保持具は、凹部３１を備えるため、湾曲部２３Ｅへの接着剤の流入を防ぐことができる。また本実施形態に係る光ファイバ保持具は、光ファイバ保持部２７で光ファイバ２６の素線２６Ｃを挟持し、光ファイバ２６の被覆２６Ｂの端部２６Ｅが光ファイバ保持部２７の近傍まで配置されているため、光ファイバ２６の素線２６Ｃへの曲げ応力を防ぐことができる。

（第４の実施形態）
本実施形態に係る光ファイバ保持具は、第３の実施形態で説明した光ファイバ保持具に、さらに、第１及び第２の実施形態で説明したスペーサ２１をさらに備える。図１２は図１０に示す光ファイバ保持具の第３の実施形態への適用例を示し、図１３は図１１に示す光ファイバ保持具の第３の実施形態への適用例を示す。

本実施形態では、光ファイバ２６の被覆２６Ｂの端部２６Ｅが平面２３Ｄと平面２４Ｄで挟持され、平面２４Ｄに凹部３１が設けられている。

保持部材２３及び２４並びにスペーサ２１は、光ファイバ２６を挟持して接着剤で固定されている。本開示は、凹部３１を備えるため、光ファイバ保持部２７の接着剤の湾曲部２３Ｅへ流入を防ぎ、これにより光ファイバ２６を適切な位置に配置した状態でスペーサ２１の接着を行うことができる。

凹部３１が図１１に示すような段差形状の場合、図１３に示す凹部３１の端面２４Ａ側の端部から端面２４Ｅまでの寸法Ｈ_３１は、スペーサ２１の凸部の寸法Ｈ_２１と同じでもよいが、Ｈ_２１よりも大きい寸法の形態を採用しうる。これにより、凹部３１の端面２４Ａ側の端部とスペーサ２１との間に、接着剤を流入させるための空隙を設けることができる。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

２１：スペーサ
２３、２４：保持部材
２６：光ファイバ
３：光回路
２７：光ファイバ保持部
３１：凹部
３３：溝

Claims

一端に光ファイバの端部が配置され、他端において前記光ファイバが延在するように配置される第１の保持部材と、
前記第１の保持部材と共に前記光ファイバを挟持する第２の保持部材と、
を備え、
前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材は、前記光ファイバの素線を挟持する光ファイバ保持部を前記一端に備え、
前記第１の保持部材の前記他端は、前記光ファイバの延在方向に沿った予め定められた曲率半径で湾曲する湾曲部を備え、
前記湾曲部と接続する、前記第１の保持部材に備わる第１の平面、或いは前記光ファイバを挟んで前記第１の平面と対峙する、前記第２の保持部材に備わる第２の平面、の少なくともいずれか一方に、凹部が設けられている、
光ファイバ保持具。
前記凹部は、前記光ファイバの被覆の配置されている部分に設けられている、
請求項１に記載の光ファイバ保持具。
前記光ファイバ保持部は、前記第１の保持部材に備わる第３の平面及び前記第２の保持部材に備わる溝を用いて、前記光ファイバの素線を挟持している、
請求項１又は２に記載の光ファイバ保持具。
前記第３の平面は、前記第１の平面に略平行である、
請求項３に記載の光ファイバ保持具。
前記第２の平面は、前記第１の平面に略平行である、
請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ保持具。
前記第１の保持部材の前記他端に前記光ファイバを固定するスペーサをさらに備え、
前記湾曲部と前記スペーサの間に前記光ファイバが固定されている、
請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ保持具。