專利名稱：纖維陣列及其制造方法以及采用纖維陣列的光學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將單個(gè)或多個(gè)光纖排列固定用于和光學(xué)元件連接的纖維陣列將其制造方法以及采用纖維陣列的光學(xué)器件。
現(xiàn)有技術(shù)過(guò)去的纖維陣列主要用作將光纖與光學(xué)元件的波導(dǎo)的結(jié)合，如俯視3(a)，側(cè)視3(b)及作為用雙點(diǎn)劃線表示的圓形部分的部分放大圖的圖4所示，纖維陣列F和波導(dǎo)基板的兩個(gè)端面利用端面用粘合劑A進(jìn)行光學(xué)固定，該光纖與波導(dǎo)D的兩個(gè)端面的距離從基本上接觸的狀態(tài)相距10μm左右。另一方面，如正視4(a)，從其上面觀察時(shí)所看到的剖視4(c)所示，在V形槽基板1上裝載裸纖維8，纖維固定基板2將裸纖維8固定在V形槽7的中心上的同時(shí)，利用位于裸纖維8周面處的周面用粘合劑B將裸纖維8固定，所以，V形槽7與裸纖維8的間隙、即纖維周邊被周面用粘合劑B所覆蓋。同時(shí)，被覆纖維9由上基板3收存用粘合劑加以固定。此外，纖維固定基板2用于將裸纖維8可靠地固定在V形槽7的中心內(nèi)，在有些情況下也可以不用。
V形槽基板1由上部平面4以及中間經(jīng)過(guò)階梯5與之相連接的下部平面6構(gòu)成，位于上部平面4上的容納裸纖維8用的V形槽7借助利用砂輪等的機(jī)械加工法或硅腐蝕加工法形成。階梯5的高度大約為光纖的被覆部的外徑尺寸的一半左右，在把光纖的被覆部載置于下部平面6上時(shí)，可對(duì)該高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以便使裸纖維8位于V形槽7的中心處。此外，纖維固定基板2緊靠在V形槽基板1的上部平面4的上表面上，將裸纖維8固定在V形槽7的中心處。同時(shí)，在上基板3的下表面上形成槽，載置于V形槽基板1的下部平面6上。
這種纖維陣列的制造方法是，首先把上基板3載置于V形槽基板1的下部平面6上，把上基板3的端面緊貼在V形槽基板1的階梯5上。借此，對(duì)兩個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度反向進(jìn)行定位，利用下部平面6與上基板3的下表面的槽形成隧道狀的孔。如果把光纖從外側(cè)插入到該孔的內(nèi)部的話，光纖的裸纖維8與形成于V形槽基板1的上部平面4上的V形槽7的中心板一致。這里，由于被覆容納部是進(jìn)行精密加工使下表面槽與纖維被覆相一致，所以一旦被插入的光纖就一直維持其插入時(shí)的狀態(tài)。因此，在把纖維固定基板2載置于V形槽基板1的上部平面4上、把裸纖維8壓緊之后，注入熱固化或紫外線固化性樹脂粘合劑B充填到裸纖維8的周面上粘接固定。
接著，在將接合到波導(dǎo)D上的面研磨之后，利用端面用粘合劑A將纖維陣列F與波導(dǎo)D基板的兩個(gè)端面進(jìn)行光學(xué)式固定。
然而，當(dāng)覆蓋纖維陣列中纖維周邊的周面用粘合劑B經(jīng)過(guò)幾年的時(shí)效變化會(huì)引起膨脹增大體積，如圖4(b)所示向前方突出而推壓端面用粘合劑A一側(cè)時(shí)，在粘接到纖維端面上的端面用粘合劑A與纖維端面的粘接交界面上施加很強(qiáng)的剝離應(yīng)力，在有些情況下會(huì)產(chǎn)生剝離8b的現(xiàn)象。特別是，由于裝載纖維的空隙如圖4(c)所示，變成三角柱狀，纖維周邊的周面用粘合劑B從相當(dāng)于三個(gè)頂角的部分圍繞纖維向長(zhǎng)度方向突出，從而應(yīng)力局部地相對(duì)于纖維端面與端面用粘合劑A的粘接面集中，很容易開(kāi)始發(fā)生纖維端面與端面用粘合劑A的粘接面的局部剝離。即使這些纖維端面的剝離十分微小，如果在纖維的芯部產(chǎn)生剝離的話，也會(huì)立即產(chǎn)生反射返回光，會(huì)招致對(duì)光源的傳輸信號(hào)的惡化。周面用粘合劑B的容量從纖維陣列及波導(dǎo)的總體來(lái)看很小，但由于存在于纖維的周邊，所以除導(dǎo)致局部剝離之外還很容易產(chǎn)生反射返回光這種大問(wèn)題。
此外，如果纖維芯的剝離程度大的話，除反射之外還會(huì)導(dǎo)致傳輸光損失，這也成為很大的問(wèn)題。
進(jìn)而，在通過(guò)使纖維陣列與波導(dǎo)的端面板材接觸、使兩者進(jìn)行接合時(shí)，隨著周面用粘合劑B隨時(shí)間的變化造成的膨潤(rùn)引起的體積增大在纖維周邊產(chǎn)生直接擴(kuò)充端面的力成為導(dǎo)致粘接惡化引起剝離的主要原因，所以在這種對(duì)接的情況下也存在著導(dǎo)致傳輸光的反射、損失的問(wèn)題。
因此，為了用加速試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，制造長(zhǎng)度方向的總長(zhǎng)度為12mm、具有V形槽的纖維固定部長(zhǎng)度為4mm的大小的容納48芯纖維的纖維陣列，作為組裝時(shí)使用的周面用粘合劑B，選擇固化收縮率2％，吸水率0.5％，熱膨脹系數(shù)1×10-4，硬度ShoreD85的環(huán)氧粘合劑。對(duì)該制品進(jìn)行85℃/85％RH×2周的加速試驗(yàn)，粘合劑的突出長(zhǎng)度為在端面上突出0.1～1μm。這是在常溫下測(cè)定的，而在高溫時(shí)，由于熱膨脹的影響會(huì)產(chǎn)生更大的突出量。這種突出可以認(rèn)為是由于膨潤(rùn)或高溫下再加上熱膨脹引起的，而其變化值則可以認(rèn)為除吸水率的影響之外，還受到固化收縮的影響程度、將纖維固定到V形槽上的部分的長(zhǎng)度，以及V形槽基板與纖維固定基板的粘接結(jié)構(gòu)的影響，在實(shí)際當(dāng)中已經(jīng)證明，它因所使用的粘合劑以及纖維陣列的結(jié)構(gòu)和制造條件而異。
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)存的問(wèn)題，防止由于存在于纖維周邊的周面用粘合劑B的條件增加造成的反射返回光的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，技術(shù)方案1的發(fā)明為將裸纖維容納在V形槽基板的V形槽內(nèi)、利用纖維固定基板將裸纖維固定在該V形槽內(nèi)的同時(shí)，利用位于裸纖維的周面上的周面用粘合劑B將裸纖維固定的纖維陣列，其特征為，周面用粘接B的端面相對(duì)于纖維端面相對(duì)后退。借此，即使隨著時(shí)間的變化引起膨脹造成體積增加，周面用粘合劑B的端面也不會(huì)從纖維端面上突出，所以其變形應(yīng)力在整個(gè)粘接界面上被緩和，不會(huì)發(fā)生像現(xiàn)有技術(shù)中那樣的纖維端面的局部剝離，也不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生反射返回光和損失等問(wèn)題。
技術(shù)方案2的發(fā)明是這樣一種纖維陣列，即，前述周面粘合劑B的端面相對(duì)于前述纖維端面后退的后退量x與周面用粘合劑B的吸水率φ以及光纖粘接到V形槽上的長(zhǎng)度L之間具有x＝0.1×(φ×L)/2的關(guān)系。借此，即使是任意的周面用粘合劑，也可對(duì)粘接長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整以形成適當(dāng)?shù)暮笸肆俊亩梢蕴峁?duì)于隨時(shí)間變化具有良好的接合力的纖維陣列。
其中，吸水率φ是體積增加率。
技術(shù)方案3的發(fā)明為前述周面用粘合劑B的端面相對(duì)于前述纖維端面后退的后退量x優(yōu)選地為0.1μm以上。這樣，如果后退量為0.1μm以上話，對(duì)于周面用粘合劑B即使因隨時(shí)間的變化會(huì)有體積增加，由于膨潤(rùn)的粘合劑的端部不會(huì)從纖維端面冒出，所以端面用粘合劑A不會(huì)擴(kuò)展。
技術(shù)方案4的發(fā)明為纖維端面相對(duì)于纖維陣列的端面是對(duì)齊的，或比纖維陣列的端面更突出。從而，纖維端面相對(duì)于纖維陣列的端面至少是不后退凹入的，所以，通過(guò)在與波導(dǎo)粘接前進(jìn)行的清洗，可以很簡(jiǎn)單地除去纖維端面的污物，不存在使不純物附著在周面用粘合劑B的端面上與波導(dǎo)進(jìn)行粘接而造成粘合力不強(qiáng)因而導(dǎo)致發(fā)生反射返回光和損失的問(wèn)題。
技術(shù)方案5的發(fā)明是如技術(shù)方案3或4所述的周面用粘合劑B的端面比纖維陣列端面后退10μm以下的纖維陣列。借此，當(dāng)后退量超過(guò)10μm左右、而周面用粘合劑B的端面比纖維陣列端面后退10μm以下時(shí)，即使在纖維陣列的制造工藝中灰塵等不純物進(jìn)入到凹入的后退部，由于可將纖維陣列的端面洗凈或掏出而去掉不純物，所以不會(huì)在不純物附著在粘合劑表面上的狀態(tài)下與波導(dǎo)進(jìn)行粘接而引起粘合力不強(qiáng)以及導(dǎo)致發(fā)生反射返回光和損失的問(wèn)題。
技術(shù)方案6的發(fā)明是周面用粘合劑B具有揚(yáng)氏模量0.03GPa以上的特性的如權(quán)利要求1～5中之一所述的纖維陣列。借此，在一般粘合劑中即使采用揚(yáng)氏模量高的環(huán)氧粘合劑等，可適合于沒(méi)有位置偏移地可靠地將光纖固定等。
技術(shù)方案7的發(fā)明是周面用粘合劑B的端部對(duì)于纖維端面相對(duì)地后退的纖維陣列的制造方法，是一種在把組裝好的纖維陣列的端面研磨后，對(duì)周面用粘合劑B的端部和光纖端面所處的端面進(jìn)行拋光處理或蝕刻處理的光纖陣列的制造方法。借此，殘留石英纖維及纖維陣列的基體材料，氧化除掉周面用粘合劑B可形成后退部分。特別是，如果在即將進(jìn)行光纖與波導(dǎo)的結(jié)合處理之前，與形成周面用粘合劑B的后退部的同時(shí)，也除去粘接面的有機(jī)物，可提高波導(dǎo)與纖維陣列粘接的端面用粘合劑A的粘接強(qiáng)度。
技術(shù)方案8的發(fā)明是利用端面用粘合劑A將纖維陣列的端面纖維與光學(xué)元件進(jìn)行光學(xué)連接、固定的光學(xué)器件，作為光學(xué)元件，例如，可以列舉出光波導(dǎo)，二極管，透鏡，隔離器，各種整體型濾光片，偏光片等。
如上面所說(shuō)明的，本發(fā)明的纖維陣列為將裸纖維容納在V形槽基板的V形槽內(nèi)，利用纖維固定基板將裸纖維固定到該V形槽內(nèi)的同時(shí)、利用位于裸纖維的周面處的周面用粘合劑B固定安裝裸纖維的纖維陣列，通過(guò)周面用粘合劑B的端部相對(duì)于纖維端面相對(duì)后退，即使隨著時(shí)間的變化周面用粘合劑B膨潤(rùn)、體積增大，其端面也不會(huì)從纖維端面突出，所以可緩和在整個(gè)粘接界面上的變形應(yīng)力，不會(huì)產(chǎn)生像現(xiàn)有技術(shù)那種纖維端面的局部剝離，不會(huì)導(dǎo)致反射返回光以及損失的問(wèn)題。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明實(shí)施形式的說(shuō)明圖。
圖2是表示另外一實(shí)施形式的說(shuō)明圖。
圖3是表示現(xiàn)有形式的總體圖的說(shuō)明圖。
圖4是部分放大地表示圖3中圓內(nèi)的說(shuō)明圖。
圖5是表示反射衰減量與初始凹入量之間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施形式現(xiàn)根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形式。同時(shí)，省略與圖3和圖4相同的構(gòu)件及其制造方法。
圖1和圖4一樣是表示本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的放大圖，在把裸纖維8分別裝載、定位到設(shè)置在V形槽基板1上的V形槽7內(nèi)之后，借助周面用粘合劑B加以固定。
圖1(a)是從上面觀察初始連接狀態(tài)所看到的剖面圖，裸纖維定位成相對(duì)于開(kāi)有V形槽7的V形槽基板1的端面1a突出，而粘合劑B不突出地與V形槽基板1的端面1a拉平。
同時(shí)，在處于高溫高濕的情況下，如圖1(b)所示，粘合劑B膨潤(rùn)，向長(zhǎng)度方向延長(zhǎng)，向V形槽1的端面1a及纖維陣列的端面的外側(cè)突出，但由于其前端不超越裸纖維的前端面，從而不會(huì)賦予和端面用粘合劑A的接合面產(chǎn)生剝離的應(yīng)力。
圖2是和圖1一樣地從上面觀察本發(fā)明的第二種實(shí)施形式的剖面圖，相對(duì)于圖1所示的纖維陣列中光纖比纖維陣列突出而言，圖2所示的纖維陣列是光纖與纖維陣列對(duì)齊。同時(shí)，表示初始狀態(tài)的圖2(a)中，粘合劑B相對(duì)于纖維周邊的間隙形成彎月面，彎月面的中央附近相對(duì)于纖維端面向后退并凹入0.1μm以上10μm以下。
同時(shí)，在高溫高濕的情況下，如圖2(b)所示，粘合劑B膨潤(rùn)，向長(zhǎng)度方向延長(zhǎng)，比初始狀態(tài)向外側(cè)突出，但由于其端面不超過(guò)裸纖維的前端面及V形槽1的端面1a，所以不會(huì)給予和粘合劑A的接合面產(chǎn)生剝離的應(yīng)力。
下面說(shuō)明周面用粘合劑B的端部相對(duì)于纖維端面相對(duì)后退的纖維陣列的制造方法。
首先是適合于圖1及圖2所示的纖維陣列的制造方法，在作為用通常的制造工藝構(gòu)成的纖維陣列的最后工序的研磨工序中，對(duì)固定在波導(dǎo)上的纖維陣列的端面進(jìn)行拋光處理或蝕刻處理。借此，留下石英纖維、周面用粘合劑B被氧化除掉可形成后退部。特別是在即將進(jìn)行與波導(dǎo)的結(jié)合處理之前，在形成周面用粘合劑B的后退部的同時(shí)也除去粘接面上的有機(jī)物，可提高將光波導(dǎo)等的光學(xué)元件與纖維陣列粘接的端面用粘合劑A的粘接強(qiáng)度。
另外一種方法是適合于圖2所示的纖維陣列的制造方法，在通常的最后研磨工序之前，在將裸纖維夾持在V形槽1與纖維固定基板2之間用周面粘合劑B固定的工序中，在通常的固化過(guò)程的中途，在適合于研磨時(shí)的保持及保護(hù)的固化度時(shí)暫停固化處理進(jìn)行臨時(shí)固定。然后進(jìn)行通常的研磨處理，在把粘合劑B的端面與纖維陣列的端面對(duì)齊之后，對(duì)臨時(shí)固定的粘合劑B進(jìn)行固化直到完全固化。借此，在最后工序中已經(jīng)對(duì)齊的粘合劑B固化收縮，端面被拉向內(nèi)側(cè)，對(duì)纖維端面形成后退部。
實(shí)施例制造長(zhǎng)度方向的總長(zhǎng)度12mm，V形槽的纖維固定部長(zhǎng)度4mm大小的纖維陣列，內(nèi)裝48芯的纖維。組裝用的周面用粘合劑B采用固化收縮率2％，吸水率0.5％，膨脹系數(shù)1×10-4，硬度Shore D85的環(huán)氧粘合劑。后退部的形成方法采用前面所述的方法，制造后退量不同的試驗(yàn)樣品，在85℃/85％的相對(duì)濕度下進(jìn)行兩周的加速試驗(yàn)，得到下述的試驗(yàn)結(jié)果。
根據(jù)這一結(jié)果，(后退量)優(yōu)選地為0.1μm以上，10μm以下。特別是，當(dāng)后退量為0.1μm以上時(shí)，即使周面用粘合劑B因隨時(shí)間的變化而體積增加時(shí)，由于膨潤(rùn)的粘合劑的端部不會(huì)從纖維端面冒出，所以不會(huì)擴(kuò)展端面用粘合劑A。另一方面，如果后退量在10μm以下的話，由于將纖維陣列制造工序的基準(zhǔn)面切削之后，可通過(guò)清洗纖維端面或掏出不純物將砂輪的顆粒及其它塵埃等進(jìn)入后退部?jī)?nèi)的不純物清除，所以不會(huì)導(dǎo)致因在不純物附著在粘合劑的端面上的狀態(tài)下粘接在波導(dǎo)上而造成的粘接力不強(qiáng)以及反射返回光和損失問(wèn)題。
此外，在比較不同揚(yáng)氏模量的環(huán)氧粘合劑時(shí)，可以看出，使用揚(yáng)氏模量在0.03GPa以上特性的粘合劑，只要設(shè)定后退量就可以很容易地防止在結(jié)合面處的粘接不佳。由于環(huán)氧粘合劑用于將纖維固定使之不產(chǎn)生位移，所以，揚(yáng)氏模量越高，即使存在著接觸面處的突起而產(chǎn)生的不良影響，也可以通過(guò)設(shè)定本發(fā)明的后退量而能夠更有效地使用環(huán)氧粘合劑。
此外，在考慮到后退量x與周面用粘合劑B的膨脹率φ、粘接到光纖上的長(zhǎng)度L之間的關(guān)系時(shí)，公式x＝f(φ，L)成立。利用該關(guān)系式，即使是任意的周面粘合劑，也可調(diào)節(jié)粘接長(zhǎng)度形成恰當(dāng)?shù)暮笸肆?，可以提供相?duì)于隨時(shí)間變化具有結(jié)合力的纖維陣列。
權(quán)利要求
1.一種纖維陣列，在將裸纖維容納在V形槽基板的V形槽內(nèi)、利用纖維固定基板將裸纖維固定到該V形槽內(nèi)的同時(shí)，利用位于裸纖維周面上的周面用粘合劑B將裸纖維安裝固定，其特征為，周面用粘合劑B的端面相對(duì)于纖維端面相對(duì)后退。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B的端面相對(duì)于前述纖維端面后退的后退量x與周面用粘合劑B的吸水率φ以及光纖粘接在V形槽內(nèi)的長(zhǎng)度L具有如下的關(guān)系，x＝0.1×(φ×L)/2。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B的端面相對(duì)于前述纖維端面后退的后退量x在0.1μm以上。
4.如權(quán)利要求2所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B的端面相對(duì)于前述纖維端面后退的后退量x在0.1μm以上。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)所述的纖維陣列，前述纖維端面與纖維陣列端面對(duì)齊或比后者更為突出。
6.如權(quán)利要求3或4所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B的端面比纖維陣列端面后退10μm以下。
7.如權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B具有揚(yáng)氏模量0.03GPa以上的特性。
8.一種纖維陣列的制造方法，是前述權(quán)利要求1所述的周面用粘合劑B的端部對(duì)纖維端面相對(duì)后退的纖維陣列的制造方法，在把組裝的纖維陣列的端面研磨后，對(duì)周面用粘合劑B的端部與纖維端面所處的端面進(jìn)行拋光處理或蝕刻處理。
9.一種光學(xué)器件，所述器件光學(xué)地連接到權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)所述的纖維陣列上。
全文摘要
提供一種防止由于存在于纖維周邊的周面用粘合劑B的體積增加引起的端面剝離所造成的反射返回光的發(fā)生的纖維陣列。(a)表示初始連接狀態(tài),裸纖維定位成相對(duì)于開(kāi)有V形槽7的V形槽基板1的端面1a突出,粘合劑B不突出地與V形槽基板1的端面1a形成對(duì)齊的面。同時(shí),在高溫高濕的情況下,如(b)所示,粘合劑B膨潤(rùn)、向長(zhǎng)度方向延長(zhǎng),向V形槽基板1的端面1a及纖維陣列的端面的外側(cè)突出,但由于其前端不超過(guò)裸纖維的前端面,所以不會(huì)賦予與粘合劑A的結(jié)合面產(chǎn)生剝離的應(yīng)力。
文檔編號(hào)G02B6/30GK1357771SQ0113577
公開(kāi)日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月17日
發(fā)明者松本明, 福山暢嗣 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社