JP2958060B2 - 光導波路と光ファイバの融着接続方法 - Google Patents

光導波路と光ファイバの融着接続方法

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ガラス光導波路端面に光ファイバを突き合
わせた状態で、該突き合わせ部上面にCO2レーザビーム
を照射して光ファイバと光導波路を融着接続する方法に
関するものである。
[従来の技術] 一般に、低損失な光ファイバを用いた高能率の光伝送
方式には、光の分岐・分波等の機能を有する素子が必要
であり、いろいろと開発検討されている。特に、石英光
導波路型の光回路素子では、良好な光機能特性と共に光
ファイバとの結合が重要な検討課題であった。
従来、第5図に示すように、光ファイバa,a同志の融
着接続に関しては、電気によるアーク放電cを利用する
方法が主流である。しかし石英系平板状光導波路体と光
ファイバとの融着接続にアーク放電方法を用いる方法で
は、接続させるべき部材の形状が互いに異形であり、お
互いの熱容量も相違することから、その融着接続に困難
さがあり、また放電領域でも問題があった。そこで現在
では、石英系平板状光導波路体と光ファイバとの接続に
は、CO2レーザによる方式が検討されている。
第3図にCO2レーザによる融着接続方法とその装置の
概略を示す。
先ず、光ファイバaと光導波路体1とを微動台上にセ
ットし、光ファイバaと光導波路bとの光軸合わせを行
い結合させた後、CO2レーザ光は目に見えないのでHe−N
eレーザ光を参照光としてCO2レーザの照射位置に結合部
を移動させる。その後、CO2レーザのビーム光を集光レ
ンズ8で最適なスポット径に絞り、照射して融着接続を
する。このときの融着接続条件は、ビームスポット径が
約150μm、CO2レーザ出力は1.2wである。この方法を用
いて第4図に示すような円形をスポット形状で光導波路
bと光ファイバaを溶融させ、1本ずつ接続を行ってい
る。
[発明が解決しようとする課題] ところで、光導波路と光ファイバとの接続では、低損
失で高信頼性のある接続が望まれる。この高信頼性を得
るためには、接合部がいかに高強度に融着接続されたか
に因って決定される。そこで接合部を高強度で接続する
には、光導波路体と光ファイバの熱容量の違いを考慮し
ながら、光導波路体の接合部分を十分に溶融させること
が重要であり、そのためには、できるだけ大きなスポッ
ト径を用いて広範囲を平均的に加熱する必要がある。
しかし、多分岐・多分波素子の光導波路体では、その
光導波路間隔が250μmと設定されているので、隣接さ
れている光ファイバや光導波路を加熱・変形させるた
め、スポット径にも上限で限界があった。
また、コア層上を被覆しているクラット層の膜質・膜
厚によって、CO2レーザ出力を変える度に、スポット径
を最適なものに合わせなければならない。現在のレーザ
出力1.2w付近では、膜厚が厚くなるほど、また膜質の溶
融点が低くなるほど、クラット層が穴を形成して、低損
失の接続ができない。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、
隣接する光ファイバ及び光導波路に何等外敵悪影響を与
えること無く、光導波路と光ファイバを低損失且つ高信
頼性をもって融着接続する方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の光導波路と光ファイバの融着接続方法は、光
導波路が形成されたガラス光導波路体の端面に光ファイ
バを突き合わせた状態で、該突き合わせ部にCO2レーザ
ビームを照射して光ファイバと光導波路を融着接続する
方法において、光ファイバよりも光導波路体側の照射領
域を多くするものである。
なお、上記突き合わせ部に照射するCO2レーザビーム
のスポット形状が楕円形としてもよい。
[作用] 光ファイバよりも光導波路体側の照射領域の方が多い
ため、光ファイバよりも熱容量の大きい光導波路体側を
より多く加熱することとなり、低損失で高信頼の接続を
得ることができる。
また、突き合わせ部に照射するCO2レーザビームのス
ポット形状を楕円形にすることにより、第1図に示すよ
うに、隣接する他の光ファイバや光導波路に影響を与え
ないで、より大きなスポットで光導波路と光ファイバを
融着接続することができる。
[実施例] 以下、本発明を図面を参照しながら説明する。
第1図において、1は石英系平板状光導波路体であ
り、複数個の光導波路b及び光の分岐・分波等の機能素
子を形成した光回路素子を構成している。光導波路体1
の端面2側には光ファイバアレイ3が位置しており、そ
れら個々の光ファイバaは、ガラス光導波路bの端面に
突き合わせられた状態で、該突き合わせ部上面にCO2
ーザビームのスポット4を照射することにより融着接続
される。
このレーザビームのスポット4の形状は、従来の第4
図に示した円形ではなく、それより横に広がった楕円形
に制御されている。このようにCO2レーザビームのスポ
ット4の形状を楕円形にすることにより、第1図に示す
ように、隣接する他の光ファイバaや光導波路体1に影
響を与えないで、より大きなスポットとすることがで
き、光導波路bと光ファイバaへの加熱配分を適切に制
御することが可能になり、低損失で高信頼の融着接続を
達成することができる。
CO2レーザによる融着接続装置の基本的構成は、第3
図で既に説明したところとほぼ同じである。即ち、先
ず、光ファイバaと光導波路体1とを微動台上にセット
し、光ファイバaと光導波路bとの光軸合わせを行い結
合させる。CO2レーザ6は光は目に見えないので、まずH
e−Neレーザ7の光を参照光として、CO2レーザの照射予
定位置に結合部を移動させる。その後、CO2レーザ6の
ビーム光を照射して融着接続をする。
但し、従来の場合と異なり、CO2レーザ6から出射さ
れたビームは、ビームスプリッタ,反射ミラー等を通過
した後、ビーム形状を任意に制御可能な集光レンズ8に
よって比較的大きい楕円形状スポットとされ、適切な照
射パワーによって、光ファイバと光導波路の結合部に照
射される。
この楕円形状スポット4の照射領域は、石英系平板状
光導波路体1と光ファイバaとの形状及びお互いの熱容
量の違いを考慮して、第1図の如く、光導波路体1側が
より多く照射されるように位置制御される。これによ
り、光導波路体1も大きなスポット径で且つ広範囲に平
均的に加熱され、このため光導波路体1の接合部分も十
分に溶融される。しかも、隣接されている光ファイバa
への照射領域は小さいので、光ファイバaを加熱変形さ
れるることがない。従って、光ファイバaと光導波路b
との低損失且つ信頼性の高い融着接続が可能となる。
上記のようにCO2レーザビームを楕円形スポットとし
て突き合わせ部上面に集光させる方法としては幾つかの
方法があるが、最も簡便な方法は、集光レンズ8の位置
をずらせることによって実現させる方法である。詳述す
るに、一般にCO2レーザ融着装置に使用されているビー
ム用集光レンズは、ZnSe製の凸型レンズであるため、ビ
ームスポット形状は円形状に集光される。そこで、この
CO2レーザ光のビームを、集光レンズの中央部より周辺
部に移動させることにより、楕円形状に最適スポット形
にして利用する。このため本実施例の場合、融着接続装
置は、集光レンズ8をX,Y,Z方向に偏位される装置を具
備しており、これによりレーザビームを楕円形スポット
にしている。
しかし、凸型レンズの代りに、シリカドリカレンズの
ように円柱の屈折面を持ち、レンズの屈折率方向にのみ
集光し長さ方向には作用しないカマボコ型レンズを利用
することによっても、楕円形状が達成される。要する
に、レンズの形状,曲率,屈折率などを適宜設計するこ
とにより、任意の形状のビームスポットを得ることがで
きる。
第2図は、複数の光ファイバa1〜anと光導波路b1〜bn
とを、1つのレーザービームスポットで同時に融着接続
する実施例を示す。この場合、図示するように、より細
長いビームスポット5にすることで、多芯ファイバと光
導波路とを一括して融着することができ、非常に能率良
い接続方法が可能となる。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、次のような優れ
た効果を発揮する。
(1)光ファイバよりも光導波路体側の照射領域の方が
多いため、光ファイバよりも熱容量の大きい光導波路体
側をより多く加熱することとなり、低損失で高信頼の接
続を得ることができる。
(2)細長い楕円形状のビームスポットにすることによ
り、光導波路部が広範囲で平均的に加熱され、最適溶融
条件の下で高強度に融着接続されるので信頼性の向上が
図れる。
(3)多ポートの光導波路体に光ファイバを複数本接続
するとき、隣接する光ファイバや光導波路に影響しない
幅で、長手方向には広いビームスポットにすることによ
り、低損失で信頼性のある融着接続が可能となる。
(4)小さい円形状のスポットでは、どうしても部分的
な加熱方式となるため、光導波路部に急峻な構造上の変
化、又は性質的な変動、例えば光導波路部を溶かしてし
まったり急激な屈折率の変化を与え特性上問題があった
が、本発明では広い範囲を滑らかに加熱することができ
るので、特性に余り悪影響を与えずず低損失の接続が可
能である。
(5)多芯光導波路と複数本の光ファイバとを一括融着
接続することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光導波路と光ファイバの融着接続
方法の実施例を示す図、第2図は本発明の他の実施例を
示す図、第3図はCO2レーザによる融着接続装置を示し
た概略図、第4図は従来の融着接続方法を示す図、第5
図は従来のアーク放電による光ファイバ同志の融着接続
方法を示した略図である。 図中、1は石英系平板状光導波路体、2は光導波路体の
端面、3は光ファイバアレイ、4,5はCO2レーザビームの
スポット、6はCO2レーザ、7はHe−Neレーザ、8は集
光レンズ8、aは光ファイバ、bは光導波路を示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光導波路が形成されたガラス光導波路体の
    端面に光ファイバを突き合わせた状態で、該突き合わせ
    部にCO2レーザビームを照射して光ファイバと光導波路
    を融着接続する方法において、光ファイバよりも光導波
    路体側の照射領域を多くすることを特徴とする光導波路
    と光ファイバの融着接続方法。
  2. 【請求項2】上記突き合わせ部に照射するCO2レーザビ
    ームのスポット形状が楕円形であることを特徴とする請
    求項1に記載の光導波路と光ファイバの融着接続方法。
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