JP4380463B2 - 光導波路、光導波路用フェルール、及び光コネクタ - Google Patents
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Description
この多芯光コネクタを多芯光ファイバコネクタに接続する。このとき、多芯光コネクタの光導波路の光軸と、多芯光ファイバコネクタの導波路の光軸とを調芯して同芯とする必要がある。この調芯方法として、例えば、多芯光ファイバコネクタの導波路を発光させた状態で、多芯光コネクタの光導波路に最も強い光が入射するように、多芯コネクタに対して光導波路を移動させて位置調整するアクティブアライメントがある。
本発明の目的は、サイズが小さく、十分な強度を有する光導波路用フェルール、これに嵌合する光導波路、及びこれらを一体化した光コネクタを提供することにある。
前記<1>に記載の発明によれば、光導波路コアは板状のクラッド部に取り囲まれており、クラッド部の少なくともいずれか一方の表面には光導波路コアの延伸方向から0.1〜15°傾いた方向に伸びる直線状凹部が設けられている。この直線状凹部が、光導波路用フェルール(後述)に設けられた直線状凸部に係合し、光導波路を光導波路用フェルールの開口部へ挿入するに従い、凹凸の係合が傾斜を持つため、光導波路が光導波路用フェルールの開口部側壁に当接して、光導波路側面と光導波路用フェルールの開口部側壁の間隙がなくなり、光導波路の光導波路用フェルールに対する挿入量が規制されるので、光導波路コアが光導波路用フェルールに対して位置決めされる。
前記<2>に記載の発明によれば、直線状凹部の断面の形状を矩形状とすることで、直線状凹部を形成する金型の加工が容易となる。これにより、製造コストの削減に繋がる。
前記<3>に記載の発明によれば、直線状凹部の断面形状を略V字状とすることで、光導波路の直線状凹部を光導波路コネクタのV字状の直線状凸部に係合させるとき、直線状凹部は直線状凸部に2面で支持されることになるので、位置合わせの精度が出し易い。
また、矩形状の直線状凹部に比べて略V字状の直線状凹部の場合、直線状凹部を形成する金型に抜きテーパをつける必要がない。これにより、型構造が簡単になり、また、離形不良などの成形不良の発生率を低くすることができるので、製造コストの削減に繋がる。
前記<4>に記載の発明によれば、光導波路コアとクラッド部の少なくともいずれか一方を、シリコン基板やガラス基板等で形成せずに高分子化合物で形成することで、材料費を低く抑えることができ、製造コスト削減に繋がる。また、高分子化合物、例えばプラスチック材を用いることで、光導波路コア及びクラッド部を成形するにあたって、任意の形状を得ることが容易となる。
前記<5>に記載の発明によれば、光導波路と凹凸の関係をなす形状の開口部を有することで、前記光導波路が当該光導波路用フェルールと係合し、光導波路の光導波路用フェルールに対する位置決めを容易に行うことができる。
前記<6>に記載の発明によると、光導波路用フェルールの直線状凸部に係合して位置決めを行う直線状凹部を光導波路に形成することで、光導波路と光導波路用フェルールとの間に接着剤を侵入させ硬化固定し硬化収縮が生じても、変位しないよう固定された箇所がないので、硬化収縮で光導波路と光導波路用フェルールを近づける力が均等に働き、撓みが発生しにくくなる。これにより、光軸ズレ等の光接続損失の増大を抑えることができる。
前記<7>に記載の発明によれば、光導波路用フェルールには開口部が形成されており、この開口部には光導波路に設けられた直線状凹部と係合して光導波路用フェルールに光導波路コアを位置決めするための直線状凸部が形成されている。これにより、光導波路コネクタを光ファイバコネクタに接続するだけで、光導波路コアの光軸と光ファイバコネクタのコネクタ光導波路コアの光軸が一致するため、調芯作業が不要となる。このため、接続作業が複雑にならず、コストを低く抑えることができる。
1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、コア凸部に対応する凹部を有する鋳型を準備する工程
鋳型の作製は、光導波路コア(以下「コア」とする)に対応する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。
コアに対応する凸部12を形成した原盤10(図1(A)に示す)の作製には、従来の方法、たとえばフォトリソグラフィー法やRIE法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により光導波路を作製する方法(特開2002−333538号)も、原盤10を作製するのに適用することができる。
次に、鋳型20の作製の工程について説明する。
上記のようにして作製した原盤10のコアに対応する凸部12が形成された面に、図1(B)に示すように、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布又は注型して硬化性樹脂層20aを形成し、必要に応じ乾燥処理をして硬化性樹脂層20aを硬化させる。そして、この硬化した硬化性樹脂層20aを原盤10から剥離することで、凸部12に対応する凹部22が形成された鋳型20が作製される。
なお、進入口26及び排出口28は、鋳型20に打ち抜きによって予め設ける構成以外にも、種々の方法を用いることができる。その他の方法として、例えば、原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層を形成した後、硬化性樹脂層を原盤から剥離して鋳型を作製し、その後、鋳型の両端を凹部が露出するように切断することにより進入口及び排出口を形成する方法が挙げられる。このように、進入口26及び排出口28の形成方法は特に制限されない。
鋳型20の表面粗さ(二乗平均粗さ(RMS))は、0.5μm以下、好ましくは0.1μm以下、より好ましくは0.05μm以下にすることで、形成されたコアの光導波特性において光損失を大幅に低減できる。表面粗さは、使用する光の波長の2分の1以下が好ましく、10分の1以下になるとその光のコア表面粗さによる導波損失は殆ど無視できるレベルになる。
さらに、鋳型20が紫外領域において光透過性であることが好ましいのは、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型20を透して紫外線硬化を行うためである。従って、鋳型20の、紫外領域(300nm〜400nm)における透過率が80%以上であることが好ましい。
さらに、硬化樹脂層、とりわけ硬化樹脂層がゴム弾性を有する場合、硬化樹脂層の一部すなわち原盤10の凸部12を転写する部分以外の部分を他の剛性材料に置き換えることができ、この場合、鋳型20のハンドリング性が向上する。
鋳型20にクラッド用基材30を密着させる。クラッド用基材30としては、ガラス基材、セラミック基材、プラスチック基材等のものが制限なく用いられる。クラッド用基材30にプラスチック基材等の高分子化合物を用いることで、クラッド部を成形するにあたって、任意の形状を得ることが容易となる。
また、フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には0.1mm〜0.5mm程度が好ましい。
図1(D)に示すように、凹部22の一端に形成された進入口26にコア形成用硬化性樹脂を注入し、凹部22の他端に形成された排出口28から減圧吸引して、凹部22にコア形成用硬化性樹脂を充填する。
なお、凹部22にコア形成用硬化性樹脂を充填する方法は、上記方法に限定されない。例えば、進入口26にコア形成用硬化性樹脂を少量垂らし毛細管現象を利用して充填したり、進入口26から凹部22にコア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、排出口28から凹部22内を減圧吸引したり、あるいは加圧充填と減圧吸引の両方を行うなどにより、凹部22にコア形成用硬化性樹脂を充填する方法がある。加圧充填と減圧吸引を併用する場合はこれらを同期して行うことが好ましい。これにより、鋳型20が安定して固定された状態で、加圧充填において圧力を段階的に増加させ、減圧吸引において圧力を段階的に減少させることで、コア形成用硬化性樹脂をより高速に注入する相反則を両立させることができる。また、毛細管現象を利用して、凹部22にコア形成用硬化性樹脂を充填する場合には、充填を促進するために凹部22内を0.1〜100kPa程度に減圧することが好ましい。さらに、充填を促進するために、凹部22内の減圧に加えて、鋳型20の進入口26から充填するコア形成用硬化性樹脂を加熱することで、より低粘度化することも有効な手段である。
前記3)の工程において、凹部22に充填したコア形成用硬化性樹脂を、硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
前記4)の工程の後、鋳型20をクラッド用基材30から剥離する。図1(E)に示すように、剥離したクラッド用基材30の上には、コア32と進入口26及び排出口28内において硬化した樹脂部分が形成される。そして、図1(F)に示すように、進入口26及び排出口28内において硬化した樹脂部分を、研削等によって除去する。これにより、コア32(光導波路コア)とする。なお、コア32の端面は、鏡面平滑性を有している。
また、前記1)〜4)の工程で用いる鋳型20は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用する。この場合、鋳型とコア材料の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。
図1(G)に示すように、コア32が形成されたクラッド用基材30の上にクラッド層34を形成する。クラッド層34としては、フィルム(たとえば前記2)の工程で用いたようなクラッド用基材が同様に用いられる)や、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
クラッド層34としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率がフィルムの屈折率と近いことが望ましい。用いる接着剤は紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。また、このフィルムにも、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするために、クラッド層34に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。
前記6)の工程のクラッド層34である、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層と高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜を、クラッド用基材フィルムを貼り合わせる接着剤等(紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂)を用いて貼り合わせ、硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が行われる。
以上の工程によって、光導波路38が形成される。
図1(H)に示すように、上記工程によって形成された光導波路38のクラッド用基材30に、直線状凹部36を研磨等の機械加工によって形成する。
なお、直線状凹部36の形成方法は、機械加工に限定されない。例えば、クラッド用基材30の成形時に凹形状を形成しておいてもよい。この場合、クラッド用基材30に直線状凹部36を形成する方法として、前記1)工程等と同様に、凸形状を設けた鋳型を形成し、その上面にクラッド用基材の材料をスピンコート法により塗布し、その後硬化させ剥離して得る方法がある。また、圧延ロールに凸形状を設けて、クラッド用基材を圧延ロールで押圧して凸形状を形成する方法もある。
直線状凹部の光導波路の延伸方向からの傾きが0.1°未満では、光導波路が光導波路用フェルールの開口部側壁に当接した際に、光導波路又は光導波路用フェルールの弾性等により光導波路の光導波路用フェルールに対する挿入量規制にズレが生じやすく位置決めがなされない。15°以上では、光導波路用フェルールの開口部が幅方向に長くなるように作製する必要が生じるため、光導波路用フェルールを薄肉とすると強度が低下し、強度を確保するには、フェルールを大きく作製する必要が生じる。直線状凹部の光導波路の延伸方向からの傾きは0.5〜10°が好ましく、1〜5°がより好ましい。
本発明の光導波路用フェルールは、前記本発明の光導波路と凹凸の関係をなし、該光導波路が嵌合する開口部を有することを特徴としている。
また、本発明の光コネクタは、前記光導波路に、該光導波路と凹凸の関係をなし、該光導波路が嵌合する開口部を有する光導波路用フェルールが嵌合してなることを特徴としている。
そして、光導波路用フェルール70と光ファイバコネクタ41を図示しないばねクランプを用いて固定する。
<原盤の作製>
シリコン基板52に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像した。これにより、図6(A)に示すように、断面が正方形の8本のコア用の凸部54(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:150mm、近接幅250μm)が形成された。これを120℃でポストベークして、コア作製用の原盤56を作製した。
次に、原盤56に離形材を塗布した後、図6(B)に示すように、鋳型の材料として熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム(ダウコーニングアジア社製:SYLGARD184、粘度5000mPa・s)及びその硬化剤を混合したもの(鋳型材58)を流し込み、120℃で30分間加熱して硬化させる。そして、原盤56から鋳型材58を剥離して、図6(C)に示すように、コア用の凹部62が形成された鋳型60(型の厚さ3mm)を作製する。次に、コア用の凹部62の両端が露出するように、紫外線硬化性樹脂を充填するための進入口(図1(C)参照)及び、この樹脂(紫外線硬化性樹脂)を排出させるための排出口を形成した。
図6(D)に示すように、鋳型60より一回り大きい厚膜188μmのクラッド用基材64(JSR(株)社製、アートンフィルム、屈折率1.510)を、鋳型60に密着させた。
次に、図6(G)に示すように、クラッド用基材64のコア66が形成された面に、クラッド層68を貼り合わせた。クラッド層68は、硬化後の屈折率がクラッド用基材64と同じ1.510となる紫外線硬化性接着剤(JSR(株)社製)が用いられる。そして、50mW/cm2のUV光を、鋳型60を通して5分間照射して、クラッド用基材64にクラッド層68を接着した。このようにして、光導波路38が形成された。
次に、ダイシングソー((株)ディスコ社製、DAD321、ブレード幅0.10mm)を用いて、図6(H)に示すように、最外郭のコア66からそれぞれ100μmの位置で、光導波路38をコア66の延伸方向と平行に研削し、コア66の延伸方向と直交する方向(幅方向)の寸法を2mmにする。また、コア66の延伸方向の寸法は100mmとなるように研削した。
光導波路用フェルール70は、石英ガラス粉末を添加したエポキシ樹脂をトランスファ成形法で形成した。光導波路用フェルール70には開口部44が形成されており、一方向から見て略矩形状になっている。図4に示すように、開口部44には光導波路38が嵌合されるようになっており、光ファイバコネクタと光接続される側の開口部44の底面44Aに光導波路38のコア66の延伸方向に対し、1°の傾きで、幅0.1mm、高さ0.1mmの直線状凸部46が形成されている。また、光導波路38の直線状凹部36と光導波路用フェルール70の直線状凸部46を係合して挿入するに従い、光導波路38が傾斜に沿って押付けられる開口部44の側面と、光ファイバコネクタと光接続される側の直線状凸部46の幅中心が1mmとなるように、直線状凸部46が形成されている。そのようにして光導波路38と光導波路コネクタ70を係合させ、開口部77の側面と光導波路38の側面との間に紫外線硬化性接着剤(JSR(株)社製)を垂らし、50mW/cm2のUV光を5分間照射して紫外線硬化性接着剤を硬化させ、光導波路38を光導波路コネクタ70に固定した。
この製造方法によって作製された光導波路38及び光導波路フェルール70において、直線状凹部36及び直線状凸部46を、コア66の延伸方向と傾きをもって形成することで、光導波路用フェルール70に光導波路38を組立てる際、光導波路38の直線状凹部36を光導波路用フェルールの直線状凸部46に係合させ、開口部44に挿入すれば、光導波路38は、光導波路用フェルール70の直線状凸部46から反作用を受けて、開口部44の側面に光導波路38を押付け、コア66の延伸方向、及びコア66の延伸方向と直交する方向に位置決めがされる。これにより、光導波路38を光導波路用フェルール70に接続するだけで、光導波路38のコア66の光軸と、光導波路用フェルール70に接続する光ファイバコネクタ41の光導波路67の光軸が一致するので、調芯作業が不要となる。このため、接続作業が複雑にならず、コストを低く抑えることができる。
まず、実施例1と同様に、光導波路38を作製した。
<直線状凹部の形成>
実施例1と同様に、ダイシングソー((株)ディスコ社製、DAD321、ブレード幅0.10mm)を用いて、最外郭のコア66からそれぞれ100μmの位置で、光導波路38をコア66の延伸方向と平行に研削し、コア66の延伸方向と直交する方向(幅方向)の寸法を2mmにする。また、コア66の延伸方法の寸法が100mmとなるように研削した。
図7に示すように、光導波路用フェルール70には、材料にポリフェニレンサルファイドを用いて射出成形法により、一方向から見て略矩形状となるように開口部44を形成した。図7に示すように、開口部44は光導波路38が嵌合されるように設定されており、光ファイバコネクタと光接続される側の開口部44の底面44Aに光導波路38のコア66の延伸方向に対し、1°の傾きで、幅0.1mm、高さ0.1mm、先端角90°のV字状の直線状凸部46が形成されている。開口部44の大きさは、上下方向の寸法は光導波路78の厚さよりも数μm大きい寸法とし、幅方向の寸法は、2.18mmで形成した。また、光導波路38のV字状の直線状凹部36と光導波路用フェルール70の直線状凸部46とを係合して挿入するに従い、光導波路38が傾斜に沿って押付けられる開口部44の幅方向側面と、光ファイバコネクタと光接続される側の直線状凸部46の幅中心が1mmとなるように、V字状の直線状凸部46が形成されている。そのようにして、光導波路38と光導波路用フェルール70とを係合させ、開口部44の側面と光導波路38の側面との間に紫外線硬化性接着剤(JSR(株)社製)を垂らし、50mW/cm2のUV光を5分間照射して紫外線硬化性接着剤を硬化させ、光導波路38を光導波路用フェルール70に固定した。
そして、光導波路用フェルール70と光ファイバコネクタ41を図示しないばねクランプを用いて固定した。
36 直線状凹部
38 光導波路
41 光ファイバコネクタ
44 開口部
46 直線状凸部
50 光コネクタ
66 コア(光導波路コア)
67 光導波路(コネクタ光導波路コア)
70 光導波路用フェルール
Claims (7)
- 光信号を伝達する光導波路コアと、該光導波路コアを取り囲む板状のクラッド部と、を有する光導波路であって、
前記クラッド部の少なくともいずれか一方の表面に、前記光導波路コアの延伸方向から0.1〜15°傾いた方向に伸びる直線状凹部を有することを特徴とする光導波路。 - 前記直線状凹部の断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。
- 前記直線状凹部の断面形状が略V字状であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。
- 前記光導波路コアと前記クラッド部との少なくとも一方が、高分子化合物で形成されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光導波路。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の光導波路を嵌め込む開口部を有し、前記光導波路が前記開口部に挿入された際に、前記光導波路の直線状凹部に嵌合する直線状凸部を有することを特徴とする光導波路用フェルール。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の光導波路の直線状凹部と請求項5に記載の光導波路用フェルールの直線状凸部が係合して、前記光導波路が前記光導波路用フェルールの開口部に嵌合してなることを特徴とする光コネクタ。
- 前記光導波路を前記光導波路用フェルールに嵌合させたとき、前記光導波路の先端面と前記光導波路用フェルールの先端面とが面一となることを特徴とする請求項6に記載の光コネクタ。
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