JP7087330B2

JP7087330B2 - 光ファイバー保持具

Info

Publication number: JP7087330B2
Application number: JP2017193440A
Authority: JP
Inventors: 健司長瀬; 肇宇都宮; 侑希木内
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2037-10-03
Also published as: JP2019066728A

Description

本開示は、光ファイバー保持具に関する。

波長多重化、デジタルコヒーレント化、多チャンネル化等により、一つの光学部材に複数の光ファイバーが接続される。接続される光学部材は光導波路のピッチが決まっており、このピッチに合わせて正確に光ファイバーを接続する必要がある。近年では光学部材の小型化やシリコンフォトニクスの進展により、より高いピッチ精度（ファイバー間隔の位置精度）が要求されている。

従来より、Ｖ溝基板を用いて、光ファイバーを整列保持させる方法が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしこの方法ではＶ溝基板とリッドでファイバーを挟み込んで接着させるため、手間がかかり、小型化が困難であった。一方で、近年では、ガラス毛細管（ガラスキャピラリー）等を使用し、複数の光ファイバーを予め整列保持させた光ファイバー保持具が検討されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし特許文献２に記載の方法では、光ファイバーを隣接させることはできるが、ある一定の間隔を保って光ファイバーを配列させることは困難である。

これらの課題を解決するために、ガラスキャピラリーに複数の貫通孔を設けて、ファイバーアレイを作成する試みがなされている。しかし、特許文献２にも記載されているとおり、光ファイバーを挿入するためには貫通孔のクリアランスが必要となる。

仮に直径が１２５μｍの光ファイバーを挿入する場合、ファイバーコアピッチ精度として１μｍ以下（サブミクロン）を要求される。この要求に応じるためには、貫通孔のクリアランスと、貫通孔のピッチ精度を精密に制御する必要が生じる。

このためガラスキャピラリーの貫通孔のクリアランスと間隔を精密に制御する必要があり、非常に高価なものになってしまう。しかもクリアランスと間隔に許容以上の誤差が発生した場合は当該ガラスキャピラリーは使用できず、大きな歩留り損失が発生してしまう。

特許第４０５６１４３号公報特許第４０１９４２８号公報

そこで、本開示は、歩留まりを低下させることなく、精度よく光ファイバーの配列を制御することの可能な構造を有する光ファイバー保持具を提供することを目的とする。

本開示の光ファイバー保持具は、
複数の貫通孔が設けられているキャピラリーと、
前記キャピラリーの各貫通孔に１本ずつ挿入されている光ファイバーと、
を備える光ファイバー保持具であって、
前記光ファイバーの長手方向に垂直な断面における前記複数の貫通孔の断面形状は短軸に対する長軸の軸比が異なり、
前記複数の貫通孔の長軸が略平行である。

本開示の光ファイバー保持具は、貫通孔内の長軸方向にゆとりがあるため、貫通孔内への光ファイバーの配置が容易である。また、本開示の光ファイバー保持具は、光ファイバーを配置する貫通孔の断面形状の縦横比が異なるため、貫通孔内への光ファイバーの配置後に、貫通孔の短軸方向での光ファイバーの移動を制限しつつ、貫通孔の長軸方向への位置合わせを行うことができる。したがって、本開示によれば、歩留まりを低下させることなく、精度よく光ファイバーの配列を制御することの可能な構造を有する光ファイバー保持具を提供することができる。

本開示に係る光ファイバー保持具の概略構成を示す。光ファイバー保持具の断面の第１例を示す。貫通孔の断面形状の形態例を示す。光ファイバー保持具の断面の第２例を示す。貫通孔内での光ファイバーの配置例を示す。キャピラリーがＤカット形状を有する光ファイバー保持具の断面の一例を示す。キャピラリーがダブルＤカット形状を有する光ファイバー保持具の断面の一例を示す。光ファイバーの配置が２次元配置の光ファイバー保持具の断面の一例を示す。キャピラリーにおける接着剤の浸透時間の測定方法の説明図である。貫通孔の断面形状の長軸と短軸の軸比に対する接着剤の浸透速度の測定例を示す。図１０に示す軸比１．００００付近における接着剤の浸透速度の拡大図を示す。

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は、本実施形態に係る光ファイバー保持具の概略構成図である。本実施形態に係る光ファイバー保持具は、複数の貫通孔２２－１、２２－２が設けられているキャピラリー２１と、各貫通孔２２に１本ずつ挿入されている光ファイバー１１－１、１１－２と、を備える。

図２は、本実施形態の一例を示す断面図である。図２に示す断面は、光ファイバー１１－１及び１１－２の長手方向に垂直な断面を示す。本実施形態の貫通孔２２の断面形状は、長軸と短軸の軸比が異なる。これにより、本開示は、貫通孔２２－１及び２２－２の短軸方向への光ファイバー１１－１及び１１－２の移動を制限しつつ、貫通孔２２－１及び２２－２の長軸方向での光ファイバー１１－１及び１１－２の移動を可能とする。

図３に、貫通孔の断面形状の形態例を示す。本実施形態の貫通孔２２の断面形状は、長軸方向の長径ＤＬと短軸方向の短径ＤＳとが異なる。例えば、図３（ａ）に示すような長円形、図３（ｂ）に示すような長軸方向が直線状であり長軸方向の両端が円弧状になっている形状、図３（ｃ）に示すような楕円形、図３（ｄ）に示すような長方形が例示できる。短径ＤＳは、貫通孔２２－１及び２２－２内に光ファイバー１１－１及び１１－２が配置されうる任意の値とすることができる。

貫通孔２２と光ファイバー１１との間隙には接着剤が充填される。そのため、貫通孔２２の断面形状は、接着剤が流れやすい角のない湾曲形状であることが好ましい。例えば、図３（ｄ）に示すような長方形の場合、角に丸みを持たせていることが好ましい。

図２に示すように、光ファイバー１１－１、１１－２のファイバーコアピッチＰＡは、予め定められた値に調整される。ここで、光ファイバー１１－１、１１－２は、任意の光ファイバーであり、シングルモードファイバー、マルチモードファイバー、偏波保持ファイバーを含む。光ファイバー１１－１、１１－２及びキャピラリー２１の組成は任意であるが、例えばガラスを用いることができる。ファイバーコアピッチＰＡは、光ファイバー１１－１、１１－２やキャピラリー２１の種類のほか、光ファイバーが接続される光導波路のピッチ等から要求される光ファイバー保持具の仕様によって定められる任意の値とすることができる。

本開示の貫通孔２２－１及び２２－２は、貫通孔２２－１及び２２－２の長軸方向が略平行である。このように、本開示は、貫通孔２２－１における光ファイバー１１－１の可動方向と貫通孔２２－２における光ファイバー１１－２の可動方向を揃えるため、長軸ＡＬ１及びＡＬ２の方向を用いてファイバーコアピッチＰＡを調整することで、高精度な光ファイバー保持具を提供することができる。なお、貫通孔２２－１及び２２－２の形状は、キャピラリー２１の仕様に依る。このため、長軸ＡＬ１及びＡＬ２は、キャピラリー２１の仕様の範囲で平行であればよい。

貫通孔２２－１及び２２－２の長軸方向は、任意の方向に設定することができる。例えば、図２に示すように、貫通孔２２－１の長軸ＡＬ１及び２２－２の長軸ＡＬ２が略直線ＡＡ上に配置されている。この場合、直線ＡＡに対する上下方向への光ファイバー１１－１及び１１－２の移動が制限されるため、光ファイバー１１－１及び１１－２のピッチ調整が容易になる。

ここで、直線ＡＡは、貫通孔２２－１及び２２－２の中心を結ぶ直線である。貫通孔２２－１及び２２－２の中心は、例えば、図３に示すＤＬ／２とＤＳ／２の交点である。貫通孔２２－１及び２２－２の中心位置は、キャピラリー２１の仕様に依る。このため、貫通孔２２－１及び２２－２の中心位置は必ずしも幾何学的に直線ＡＡ上に配置されるわけではなく、直線ＡＡの近傍に配置されていればよい。

貫通孔２２－１の長軸ＡＬ１及び２２－２の長軸ＡＬ２の方向は、図４に示すように、直線ＡＡに対して略垂直であってもよい。この場合、図４に示すように、貫通孔２２－１及び２２－２の中心に光ファイバー１１－１及び１１－２を配置すると、貫通孔２２－１及び２２－２のピッチＰＨに等しい、最小のファイバーコアピッチＰＡになる。一方、図５に示すように、貫通孔２２－１及び２２－２の端に光ファイバー１１－１及び１１－２を配置すると、貫通孔２２－１及び２２－２のピッチＰＨよりも長い、最大のファイバーコアピッチＰＡになる。このように、直線ＡＡに対する任意の方向の長軸ＡＬ１及びＡＬ２について、ファイバーコアピッチＰＡの調整が可能である。

キャピラリー２１の断面形状は、円形に限らず、任意の形状とすることができる。例えば、四角形などの多角形であってもよいし、円形や多角形の一部に突起や切り欠きが設けられていてもよい。

図６及び図７に、キャピラリー２１の断面形状の第１例及び第２例を示す。キャピラリー２１の断面形状の第１例は、キャピラリー２１が平坦部２３を備えるＤカット形状である。キャピラリー２１の断面形状の第２例は、キャピラリー２１が平坦部２３及び２４を備えるダブルＤカット形状である。

直線ＡＡと平坦部２３とは略平行であり、直線ＡＡと平坦部２３との距離ＤＡは予め定められた値を有する。これにより、図６及び図７に示す光ファイバー保持具は、平坦部２３を光学部材との接合基準面に用い、光ファイバー保持具の実装を行うことができる。なお、平坦部２３に代えて、又は平坦部２３に加えてさらに、キャピラリー２１の断面形状に、任意の形状の基準部が設けられていてもよい。

ここで、貫通孔２２－１及び２２－２の中心位置は必ずしも幾何学的に直線ＡＡ上に配置されるわけではない。このため、貫通孔２２－１及び２２－２の中心位置を用いて求められる直線ＡＡと平坦部２３とは必ずしも幾何学的に平行とはなる必要はなく、本開示に係る光ファイバー保持具の仕様等で定められる範囲で平行であればよい。

本開示に係る光ファイバー保持具の製造方法は任意である。例えば、キャピラリー２１を用意し、貫通孔２２－１及び２２－２に光ファイバー１１－１及び１１－２を配置する。次に、貫通孔２２－１及び２２－２の隙間に接着剤を充填させて硬化させる。接着剤の硬化は、例えば、光硬化を用いて行う。この工程において、接着剤を充填させる前、或いは接着剤を硬化する前に、光ファイバー１１－１及び１１－２の位置を調整する。

本実施形態では、２本の光ファイバー１１－１及び１１－２が直線ＡＡ上に配置される例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、直線ＡＡ上に３本以上の光ファイバーが配置されていてもよい。また、光ファイバーの配置は、１次元配置に限らず、２列以上の２次元配置であってもよい。例えば、図８に示すように、平坦部２３からの距離ＤＡ１の直線ＡＡ１上に光ファイバー１１－１及び１１－２が配置され、平坦部２３からの距離ＤＡ２の直線ＡＡ２上に光ファイバー１１－３及び１１－４が配置され、平坦部２３からの距離ＤＡ３の直線ＡＡ３上に光ファイバー１１－５が配置されている２次元配置であってもよい。

（第２の実施形態）
キャピラリー２１の貫通孔のクリアランスを大きくすると、位置精度が得られないという問題が生じる。一方でクリアランスが小さくなると、ファイバーを固定するための樹脂が貫通孔と光ファイバーの隙間に入りづらくなり生産性が低下するという問題が生じる。そこで、発明者らは、適切な長軸方向の長径ＤＬと短軸方向の短径ＤＳとの軸比すなわちＤＬ／ＤＳを検討した。

図９に、本実施形態で用いた測定系の模式図を示す。貫通孔２２内に光ファイバーを配置したキャピラリー２１を用意し、ニードル６１から供給された接着剤６２とキャピラリー２１の端部が接してから、毛細管現象により貫通孔２２内の隙間を通る液体が所定位置に達するまでの時間を測定した。接着剤６２は、貫通孔２２への光ファイバーの固定に一般的に用いられるものとして、粘度４００ｍＰａ・ｓのものと粘度２９０ｍＰａ・ｓのものを用いた。

図１０に、接着剤の浸透速度の一例を示す。横軸は軸比すなわちＤＬ／ＤＳを示し、縦軸は１ｍｍあたりの接着剤の浸透時間を示す。軸比ＤＬ／ＤＳが１．００００のとき、浸透速度は２３２ｓｅｃ／ｍｍであった。これに対し、軸比ＤＬ／ＤＳを１．００００より大きくすることで、浸透速度は漸近的に低下した。このように、軸比が異なることで、貫通孔２２内への接着剤の浸透時間を非常に短縮することができることが分かる。一方で、軸比ＤＬ／ＤＳが１．２０００以上では浸透時間を短縮する効果は小さくなる。また、軸比の大きく異なる貫通孔を形成することは容易でない。したがって、軸比ＤＬ／ＤＳは、１．００００より大きくかつ１．２０００より小さいことが好ましい。

光ファイバー保持具の製造工程においては、光ファイバーの配置された貫通孔２２内に、適切な時間で接着剤６２を浸透させる必要がある。この時間はキャピラリー２１の長さに依存するが、１ｍｍあたり５０ｓｅｃ以下であることが好ましい。

図１１に、軸比ＤＬ／ＤＳ１．００００付近の領域Ａ_Ｃの拡大図を示す。この拡大図に示すように、軸比ＤＬ／ＤＳが１．００２４のとき、いずれの接着剤についても浸透速度は５０ｓｅｃ／ｍｍ以下まで低下した。さらに、軸比ＤＬ／ＤＳが１．００７５のとき、いずれの接着剤についても浸透速度は４０ｓｅｃ／ｍｍ以下まで低下した。さらに、軸比ＤＬ／ＤＳが１．０１６０のとき、いずれの接着剤についても浸透速度は３０ｓｅｃ／ｍｍ以下まで低下した。特に、粘度２９０ｍＰａ・ｓの接着剤６２を用いれば、軸比ＤＬ／ＤＳを１．００７０にすることで、浸透速度を３０ｓｅｃ／ｍｍ以下にすることができることが分かった。

以上説明したように、本開示は、貫通孔２２の断面形状の軸比が異なることで、光ファイバーの配置された貫通孔２２内に、適切な時間で接着剤６２を浸透させることができる。したがって、本実施形態は、本実施形態に係る光ファイバー保持具は、生産性を低下させることなく、貫通孔のクリアランスを小さくすることができる。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１１－１、１１－２：光ファイバー
２１：キャピラリー
２２－１、２２－２：貫通孔
６１：ニードル
６２：接着剤

Claims

複数の貫通孔が設けられているキャピラリーと、
前記貫通孔に１本ずつ挿入されている光ファイバーと、
を備える光ファイバー保持具であって、
前記光ファイバーの長手方向に垂直な断面における前記複数の貫通孔の断面形状は、短軸に対する長軸の軸比が異なり、かつ前記貫通孔の長軸方向に延びる直線部を有し、
前記複数の貫通孔の長軸が互いに平行であり、
前記複数の貫通孔の長軸が、前記複数の貫通孔の中心を結ぶ直線に対して垂直であり、
前記直線部同士の間隔で定められる前記貫通孔の短径は、前記光ファイバーの配置可能な値を有し、
前記キャピラリー及び前記光ファイバーの組成はガラスであり、
前記光ファイバーは、前記キャピラリーの端部から前記貫通孔に接着剤を浸透させることで、前記貫通孔内で固定され、
前記軸比は、１．０１６以上かつ１．２未満である、
光ファイバー保持具。