JPH087297B2 - 光回路と光ファイバの接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高信頼にしてファイバアレイの接続にも適
用できる多様性をもった光回路と光ファイバの接続方法
に関するものである。

〔従来技術・発明が解決しようとする問題点〕

光回路と光ファイバの接続技術は、（１）光軸調整技
術、（２）固定技術、（３）端面処理技術の３つから構
成される。これらのうち端面処理技術は接続作業に対す
る前処理に相当し、他の２つと分離することができる。
従って、光軸調整技術と固定技術の観点から光回路と光
ファイバを接続する従来の技術を分類すると２つに大別
できる。それぞれの概念図を第３図（ａ），（ｂ）と第
４図（ａ），（ｂ）とに示す。

第３図（ａ）は光軸調整に重点をおいた方法を示す図
である。図において11は光ファイバ、12は光導波路13と
光回路基板14とからなる光回路である。この図に示す方
法は、光回路12を定位置に保持した状態で、微動台に保
持した光ファイバ11の端面を光回路12の入力端（又は出
力端）に対向させ、微動台により光ファイバ11と光回路
12との光軸を調整する。そしてその後、光ファイバ11の
端面と光回路12の端面とを接着剤15で固定する。この方
法をここでは端面接着型と呼ぶ。

また、第４図（ａ），（ｂ）は固定に重点をおいた方
法を示す図である。この方法では、光ファイバ11と正確
に嵌合するＶ溝16を有するアレイ17を用いる。まず、光
回路12を保持板18に固定し、光ファイバ11をアレイ17の
溝16内に固定する。そしてアレイ17を保持板18上に載置
し、光ファイバ11を光回路12の入力端（又は出力端）に
対向させる。その後、微動台でアレイ17を動かして光フ
ァイバ11と光回路12との光軸調整を行い、この調整を行
った後に接着剤15でアレイ17を保持板18に固定する。こ
の方法をここではアレイ接着型と呼ぶ。

両方法とも光回路との光軸調整した後、固定するので
あるが、微動台で精密な作業を行うものが光ファイバか
アレイかの差がある。そのため、接着技術においてそれ
ぞれ固有の問題点があった。

すなわち、端面接着型では光ファイバと光回路との光
軸調整を直接行うため、光軸調整は正確であるが、光フ
ァイバの外径が約125μｍと細く、また弾力があるた
め、接着剤を端面に塗布する時、または、接着剤が硬化
する時、光ファイバが動きやすく軸ずれが生じやすいと
いう問題点があった。この問題を改善する方法として
は、第３図（ｂ）に示すように光ファイバ11の端部にフ
ァイバ保持部19を設ける方法がある。しかしながら、こ
の方法では、ファイバ保持部19があるため、多数のファ
イバをアレイ状に接続する際、光ファイバの間隔がファ
イバ保持部の大きさで決まり、狭くできないという新た
な問題点が生じた。さらに、端面接着型では、光ファイ
バと光回路の接続端面に接着剤が存在するため、導波光
が接着剤を通過する。従って、接続損失を増大させない
ために使用できる接着剤に制限があった。すなわち、導
波光の波長で吸収がなく、光ファイバの屈折率とほぼ等
しい屈折率をもつ接着剤しか使用できない。また、接着
剤は一般的に温度による特性変化が大きいため、端面接
着型では信頼性に問題があった。

一方、アレイ接着型では端面接着型で問題であった固
定技術の諸問題は基本的にない。しかし、各光ファイバ
と光回路との光軸調整を間接的に行うため、光軸調整の
問題が原理的にある。すなわち、アレイの溝構造の加工
精度と光ファイバの構造精度により接続損失の最低値が
決定される。従って導波構造から決定できる最小接続損
失値にすることが困難であるという問題点があった。特
に、光ファイバと光回路のコア直径が小さくなる単一モ
ードの場合、光ファイバの間隔が広くなる場合に光軸調
整の問題が顕著になった。

以上述べたように、従来技術は端面接着型とアレイ接
着型に大別でき、それぞれ固定技術と光軸調整技術に原
理的な問題点があった。そこで、本発明は端面接着型と
アレイ接着型の長所のみを取り入れることで固定と光軸
調整に原理的な問題がなく、高信頼で多様性のある光回
路と光ファイバの接続方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来技術の端面接着剤とアレイ接着剤を詳
細に検討し、接着剤を塗布する場所により、接続技術上
生じる問題が固定かまたは光軸調整かに分れることを見
い出し、さらに従来技術では接着剤の流動特性を積極的
に利用していないことを見い出したことを基礎にしてい
る。すなわち、微動台で光軸調整後、接着剤を塗布する
場所が光ファイバ−光回路接続端面から近いか遠いかに
より接続技術上の問題が固定か光軸調整かに分れる。さ
らに、従来技術では接着剤を塗布する場所と接着剤が硬
化する場所がほぼ一致するため固定と光軸調整を両立さ
せることが困難であった。

そこで、本発明は、光ファイバ外径より大きい溝を有
した接着剤ガイドブロックと光回路とを、該光回路の入
力端又は出力端が上記溝の端面に来るように設置し、光
ファイバを上記溝の中で光回路と光軸調整した後、接着
剤を光ファイバ端面より手前の溝部分に点滴し、界面張
力により接着剤を所定位置流動させてこれを硬化させる
ようにした。

〔実施例〕

実施例１ 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例を説明するた
めの図である。この図において21は光ファイバ、22は光
導波路23と光回路基板24とからなる光回路、25は溝26を
有する接着剤ガイドブロック、27は保持板、28は接着剤
である。

接着剤ガイドブロック25と溝26は断面矩形の溝であっ
て、その深さ寸法および幅寸法は光ファイバ21の径より
大きく設定されている。したがって、光ファイバ21を溝
26内に挿通した場合に、光ファイバ21は溝26内において
溝26の幅方向および深さ方向に一定寸法自由に動くこと
ができる。

光ファイバ21と光回路21との接続は次の手順で行われ
る。

まず、保持板27の上面に光回路22と接着剤ガイドブロ
ック25とを固定する。この場合、接着剤ガイドブロック
25の溝26が光導波路23の延長線上に来るように位置させ
る。すなわち、接着剤ガイドブロック25と光回路22と
を、光回路22の入力端（又は出力端）が溝26の端面に来
るように位置させる。次に、光ファイバ21を保持してこ
れを溝26内に挿入し、この光ファイバ21の端面を光導波
路23の端面と突き合わせる。この場合、光ファイバ21は
溝26内において溝26の深さ方向および幅方向に移動する
ことができる。次いで、光ファイバ21を溝26内で動かす
ことによりこの光ファイバ21と光回路22との光軸調整を
行う。そして次に、光ファイバ21の端面より手前の溝26
内部に接着剤28を点滴する（第１図（ｃ）参照）。この
ようにすると接着剤28は界面張力により溝26内を流動す
る（第１図（ｄ）参照）。そして、接着剤28が所定位置
まで流動したときに同接着剤28を固化させる。かくして
光ファイバ21と光回路22との接続が完了する（第１図
（ａ），（ｂ）参照）。

上記の接続方法においては、光ファイバ21が接着剤ガ
イドブロック25の溝26内で自由に動くことができるの
で、光ファイバ21と光回路22との光軸調整を直接行うこ
とができる。また、接着剤28の流動特性を積極的に利用
しているので固定の問題が原理的にない。すなわち、接
着剤を光ファイバ21と光回路22との端面から遠い場所に
点滴するため接着剤塗布による軸ずれが生じない。接着
剤28は接着剤ガイドブロック25の溝26に沿って光ファイ
バ21と光回路22との接合面方向へ流動するが、この流動
を支配しているのが界面張力であるため光ファイバ21に
非対称な力を与えない。従来技術が接着剤を塗布する場
所と硬化する場所がほぼ一致していたことと異なり、上
記の接続方法では接着剤の流動を利用するため、光ファ
イバ−光回路接続端面まで、又は近傍まで軸ずれなく接
着剤を塗布、硬化できる。

以上のように、上記の接続方法は、光ファイバ外径よ
り大きい溝を有する接着剤ガイドブロックを用い、接着
剤の流動特性を利用するために、端面接着型とアレイ接
着型の長所のみを取り入れた接続方法であると言える。

次に、この実施例をより具体的に説明する。

第２図は、この発明の実施に用いる接続装置の概略構
成を示す図である。図において31は光ファイバ21を保持
する５軸微動台、32は光回路22と接着剤ガイドブロック
25を搭載した保持板27を保持する３軸微動台である。微
動台31,32は各々駆動系33,34に駆動されて光ファイバ2
1、保持板27の位置を制御するものである。駆動系33,34
は制御系35に制御されるようになっている。微動台31,3
2の近傍にはUV光源36、撮像管37、接着剤点滴装置38が
設置されている。UV光源36は制御系35に制御されるよう
になっており、撮像管37の出力は画像処理系39を介して
制御系35に入力されるようになっている。接着剤点滴装
置38は駆動装置40に駆動されるようになっており、駆動
装置40は制御系35に制御される。一方、光ファイバ21に
はレーザ光源41からHe−Neレーザが入射されるようにな
っている。また、保持板21上の光回路22には後述するよ
うにレーザ光が入射されるが、この光は受光用多モード
光ファイバ42を通して受光器43で受光され、その出力は
制御系35に入力されるようになっている。光回路22は石
英製光回路で、２本の直線導波路からなる。コア部分は
10μｍ口からなるリッジ形単一モード光導波路で導波路
間隔は500μｍである。

第３図（ａ）に示すように、光回路22の端面に長さ5m
m、幅3mm、厚さ1mの石英板に幅300μｍ、深さ500μｍの
矩形の溝26を500μｍ間隔で機械加工した接着剤ガイド
ブロック25を溝中心と導波路が一致するようにセラミッ
ク製保持板27に固定した。光回路22と接着剤ガイドブロ
ック25を搭載した保持板27を３軸微動台32に真空チャッ
クにより取り付けた。外径125μｍの単一モード石英系
光ファイバ21の一端を回転機構を有した５軸精密微動台
31に真空チャックで保持するとともに、他端にはレーザ
光源41からのHe−Neレーザ光を入射した。撮像管37と画
像処理系39により光ファイバ21を接着剤ガイドブロック
25の溝26部分に設置した後、光導波路23の他端からの出
力光を受光用多モード光ファイバ42と受光器43でモニタ
ーしながら光ファイバ21と光導波路23の光軸調整を精密
に行った。UV光硬化性接着剤28を点滴装置38に入れ、駆
動装置40により第１図（ｃ）に示すように接着剤ガイド
ブロック25の溝26部分に接着剤28を一滴たらした。撮像
管37、画像処理系39により溝26部分に沿った接着剤28の
流動を計測し、光回路22−光ファイバ21接続端面から10
μｍの位置に接着剤28がきた時、UV光を照射した。その
結果、第１図（ｄ）に示すように接着剤28が硬化し、光
ファイバ21を固定できた。その際、光軸調整後の光回路
22からの出力光強度と接着剤硬化後の出力光強度は一致
しており、接続による過剰損失がなかった。以上の説明
で明らかなように、接着剤ガイドブロック25の役割りは
溝部分で光ファイバ21を光軸調整できることと接着剤を
流動させることである。従って接着剤ガイドブロックの
構造としては光ファイバ外径より大きい溝を有すること
が必要である。

本実施例では、接着剤ガイドブロックとして光ファイ
バと同材質の石英ガラスを用いたため、溝表面の限界表
面張力と光ファイバ表面の限界表面張力がほぼ等しく第
１図（ｄ）に示すように溝表面に沿った接着剤の流動速
度と光ファイバ表面に沿った接着剤の流動速度がほぼ等
しくなり、接着剤の流動特性を制御しやすくなった。

本実施例では接着剤の硬化速度を速くできる光硬化性
接着剤を用いて接着剤の流動特性の制御性を向上させた
が、接着剤として熱硬化性または２液混合型を用いても
接着剤の流動特性の制御性のみが変化し、本発明の本質
に変更を加えるものではない。

実施例２ 実施例１において、接着剤ガイドブロックとしてテフ
ロン（限界表面張力γ_ｃ＝18.5ダイン/cm）、エポキシ
樹脂（γ_ｃ＝50）、酸化チタン（γ_ｃ＝110）を使い、
光ファイバとして石英系光ファイバ（γ_ｃ＝78）を使っ
た場合の接着剤の流動特性を調べた。その結果、光ファ
イバ表面の限界表面張力との差が多くなる程、光ファイ
バ表面もしくは、溝表面にそった接着剤の流れが速くな
り、光回路・光ファイバ接続界面に接着剤をぬらさずに
光ファイバを固定することが困難であった。上記接着剤
ガイドブロックのうちエポキシ樹脂、酸化チタンはなん
とか光ファイバを固定できたが、テフロンは全く使用で
きなかった。この結果から明らかなように、接着剤ガイ
ドブロックの溝表面の限界表面張力と光ファイバ表面の
限界表面張力との差が30ダイン/cm以内であれば、接続
界面に接着剤をぬらさず光ファイバを固定できる。

実施例３ 実施例１において、接着剤として屈折率が1.45の接着
剤を用い、光回路の接続端面を研磨しなしものを使って
本発明による接続を行った。その結果、接着剤を接続界
面までぬらした後硬化した場合、接続界面直前で硬化し
た場合に比べて、接続損失を約2dB改善できた。これは
石英の屈折率1.46とほぼ等しい屈折率を有した接着剤を
用いたため、接続界面のマチング、オイルとしての効果
が作用したためである。この結果から明らかなように、
本発明は端面処理技術を補足できる光回路光ファイバ接
続方法である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、接着剤の流動を利用できる本発
明によれば光軸調整と固定とを相反するものとしていた
従来技術と異なり、光ファイバ外径より大きい溝をもつ
構造をした接着剤ガイドブロックを利用するため光軸調
整と固定との整合をとることができる。また、接着剤を
塗布する場所を制御できるから、接続に対する信頼性向
上に利点があるとともに、接続界面の構造不整による損
失を低減できるという利点もある。すなわち、本発明は
接続する光ファイバと光回路の状態に応じて最適な接着
剤ガイドブロック、接着剤を選択することで種々の接続
に対する要求条件に対応できる多様性をもっているとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例を示す図であ
って、光回路と光ファイバの接続方法を示す工程図、第
２図は同実施例に使用する接続装置の概略構成図、第３
図（ａ），（ｂ）は従来の端面接着型の接続方法を示す
概念図、第４図（ａ），（ｂ）は従来のアレイ接着型の
接続方法を示す概念図である。 21……光ファイバ、 22……光回路、 25……接着剤ガイドブロック、 26……溝、 28……接着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 盛男 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−95410（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバ外径より大きい溝を有した接着
   剤ガイドブロックと光回路とを、該光回路の入力端又は
   出力端が上記溝の端面に来るように設置し、光ファイバ
   を上記溝の中で光回路と光軸調整した後、接着剤を光フ
   ァイバ端面より手前の溝部分に点滴し、界面張力により
   接着剤を所定位置流動させてこれを硬化させることを特
   徴とする光回路と光ファイバの接続方法。
2. 【請求項２】上記接着剤ガイドブロックとして、溝表面
   の限界表面張力が光ファイバ表面の限界表面張力に対し
   て±30ダイン/cmになることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光回路と光ファイバの接続方法。
3. 【請求項３】上記接着剤ガイドブロックとして、石英系
   光ファイバの限界表面張力とほぼ等しくなる石英を用い
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光回路
   と光ファイバの接続方法。
4. 【請求項４】上記接着剤として、光回路の屈折率との差
   が0.01以内の屈折率を有する接着剤を使用することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光回路と光ファイ
   バの接続方法。
5. 【請求項５】上記接着剤として、光硬化性接着剤を使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光回
   路と光ファイバの接続方法。