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器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將單個或多個光纖排列固定用于和光學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器件。
現(xiàn)有技術過去的纖維陣列主要用作將光纖與光學元件的波導的結合，如俯視3(a)，側視3(b)及作為用雙點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和波導基板的兩個端面利用端面用粘合劑A進行光學固定，該光纖與波導D的兩個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，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，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，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)過階梯5與之相連接的下部平面6構成，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，可對該高度進行適當調整以便使裸纖維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，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，對兩個構件的長度反向進行定位，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。如果把光纖從外側插入到該孔的內部的話，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D基板的兩個端面進行光學式固定。
然而，當覆蓋纖維陣列中纖維周邊的周面用粘合劑B經(jīng)過幾年的時效變化會引起膨脹增大體積，如圖4(b)所示向前方突出而推壓端面用粘合劑A一側時，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的剝離應力，在有些情況下會產生剝離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從相當于三個頂角的部分圍繞纖維向長度方向突出，從而應力局部地相對于纖維端面與端面用粘合劑A的粘接面集中，很容易開始發(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生剝離的話，也會立即產生反射返回光，會招致對光源的傳輸信號的惡化。周面用粘合劑B的容量從纖維陣列及波導的總體來看很小，但由于存在于纖維的周邊，所以除導致局部剝離之外還很容易產生反射返回光這種大問題。
此外，如果纖維芯的剝離程度大的話，除反射之外還會導致傳輸光損失，這也成為很大的問題。
進而，在通過使纖維陣列與波導的端面板材接觸、使兩者進行接合時，隨著周面用粘合劑B隨時間的變化造成的膨潤引起的體積增大在纖維周邊產生直接擴充端面的力成為導致粘接惡化引起剝離的主要原因，所以在這種對接的情況下也存在著導致傳輸光的反射、損失的問題。
因此，為了用加速試驗進行驗證，制造長度方向的總長度為12mm、具有V形槽的纖維固定部長度為4mm的大小的容納48芯纖維的纖維陣列，作為組裝時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。對該制品進行85℃/85％RH×2周的加速試驗，粘合劑的突出長度為在端面上突出0.1～1μm。這是在常溫下測定的，而在高溫時，由于熱膨脹的影響會產生更大的突出量。這種突出可以認為是由于膨潤或高溫下再加上熱膨脹引起的，而其變化值則可以認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形槽上的部分的長度，以及V形槽基板與纖維固定基板的粘接結構的影響，在實際當中已經(jīng)證明，它因所使用的粘合劑以及纖維陣列的結構和制造條件而異。
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)存的問題，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)明內容
為了解決上述課題，技術方案1的發(fā)明為將裸纖維容納在V形槽基板的V形槽內、利用纖維固定基板將裸纖維固定在該V形槽內的同時，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的端面相對于纖維端面相對后退。借此，即使隨著時間的變化引起膨脹造成體積增加，周面用粘合劑B的端面也不會從纖維端面上突出，所以其變形應力在整個粘接界面上被緩和，不會發(fā)生像現(xiàn)有技術中那樣的纖維端面的局部剝離，也不會導致發(fā)生反射返回光和損失等問題。
技術方案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形槽上的長度L之間具有x＝0.1×(φ×L)/2的關系。借此，即使是任意的周面用粘合劑，也可對粘接長度進行調整以形成適當?shù)暮笸肆?、從而可以提供對于隨時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。
技術方案3的發(fā)明為前述周面用粘合劑B的端面相對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，對于周面用粘合劑B即使因隨時間的變化會有體積增加，由于膨潤的粘合劑的端部不會從纖維端面冒出，所以端面用粘合劑A不會擴展。
技術方案4的發(fā)明為纖維端面相對于纖維陣列的端面是對齊的，或比纖維陣列的端面更突出。從而，纖維端面相對于纖維陣列的端面至少是不后退凹入的，所以，通過在與波導粘接前進行的清洗，可以很簡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的端面上與波導進行粘接而造成粘合力不強因而導致發(fā)生反射返回光和損失的問題。
技術方案5的發(fā)明是如技術方案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，當后退量超過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，即使在纖維陣列的制造工藝中灰塵等不純物進入到凹入的后退部，由于可將纖維陣列的端面洗凈或掏出而去掉不純物，所以不會在不純物附著在粘合劑表面上的狀態(tài)下與波導進行粘接而引起粘合力不強以及導致發(fā)生反射返回光和損失的問題。
技術方案6的發(fā)明是周面用粘合劑B具有揚氏模量0.03GPa以上的特性的如權利要求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氏模量高的環(huán)氧粘合劑等，可適合于沒有位置偏移地可靠地將光纖固定等。
技術方案7的發(fā)明是周面用粘合劑B的端部對于纖維端面相對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，對周面用粘合劑B的端部和光纖端面所處的端面進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，如果在即將進行光纖與波導的結合處理之前，與形成周面用粘合劑B的后退部的同時，也除去粘接面的有機物，可提高波導與纖維陣列粘接的端面用粘合劑A的粘接強度。
技術方案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元件進行光學連接、固定的光學器件，作為光學元件，例如，可以列舉出光波導，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，利用纖維固定基板將裸纖維固定到該V形槽內的同時、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，通過周面用粘合劑B的端部相對于纖維端面相對后退，即使隨著時間的變化周面用粘合劑B膨潤、體積增大，其端面也不會從纖維端面突出，所以可緩和在整個粘接界面上的變形應力，不會產生像現(xiàn)有技術那種纖維端面的局部剝離，不會導致反射返回光以及損失的問題。
附圖的簡單說明

圖1是表示本發(fā)明實施形式的說明圖。
圖2是表示另外一實施形式的說明圖。
圖3是表示現(xiàn)有形式的總體圖的說明圖。
圖4是部分放大地表示圖3中圓內的說明圖。
圖5是表示反射衰減量與初始凹入量之間關系的曲線圖。
具體實施形式現(xiàn)根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施形式。同時，省略與圖3和圖4相同的構件及其制造方法。
圖1和圖4一樣是表示本發(fā)明的第一種實施形式的放大圖，在把裸纖維8分別裝載、定位到設置在V形槽基板1上的V形槽7內之后，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，裸纖維定位成相對于開有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，在處于高溫高濕的情況下，如圖1(b)所示，粘合劑B膨潤，向長度方向延長，向V形槽1的端面1a及纖維陣列的端面的外側突出，但由于其前端不超越裸纖維的前端面，從而不會賦予和端面用粘合劑A的接合面產生剝離的應力。
圖2是和圖1一樣地從上面觀察本發(fā)明的第二種實施形式的剖面圖，相對于圖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齊。同時，表示初始狀態(tài)的圖2(a)中，粘合劑B相對于纖維周邊的間隙形成彎月面，彎月面的中央附近相對于纖維端面向后退并凹入0.1μm以上10μm以下。
同時，在高溫高濕的情況下，如圖2(b)所示，粘合劑B膨潤，向長度方向延長，比初始狀態(tài)向外側突出，但由于其端面不超過裸纖維的前端面及V形槽1的端面1a，所以不會給予和粘合劑A的接合面產生剝離的應力。
下面說明周面用粘合劑B的端部相對于纖維端面相對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成的纖維陣列的最后工序的研磨工序中，對固定在波導上的纖維陣列的端面進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。特別是在即將進行與波導的結合處理之前，在形成周面用粘合劑B的后退部的同時也除去粘接面上的有機物，可提高將光波導等的光學元件與纖維陣列粘接的端面用粘合劑A的粘接強度。
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，在通常的固化過程的中途，在適合于研磨時的保持及保護的固化度時暫停固化處理進行臨時固定。然后進行通常的研磨處理，在把粘合劑B的端面與纖維陣列的端面對齊之后，對臨時固定的粘合劑B進行固化直到完全固化。借此，在最后工序中已經(jīng)對齊的粘合劑B固化收縮，端面被拉向內側，對纖維端面形成后退部。
實施例制造長度方向的總長度12mm，V形槽的纖維固定部長度4mm大小的纖維陣列，內裝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樣品，在85℃/85％的相對濕度下進行兩周的加速試驗，得到下述的試驗結果。
根據(jù)這一結果，(后退量)優(yōu)選地為0.1μm以上，10μm以下。特別是，當后退量為0.1μm以上時，即使周面用粘合劑B因隨時間的變化而體積增加時，由于膨潤的粘合劑的端部不會從纖維端面冒出，所以不會擴展端面用粘合劑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面切削之后，可通過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入后退部內的不純物清除，所以不會導致因在不純物附著在粘合劑的端面上的狀態(tài)下粘接在波導上而造成的粘接力不強以及反射返回光和損失問題。
此外，在比較不同揚氏模量的環(huán)氧粘合劑時，可以看出，使用揚氏模量在0.03GPa以上特性的粘合劑，只要設定后退量就可以很容易地防止在結合面處的粘接不佳。由于環(huán)氧粘合劑用于將纖維固定使之不產生位移，所以，揚氏模量越高，即使存在著接觸面處的突起而產生的不良影響，也可以通過設定本發(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、粘接到光纖上的長度L之間的關系時，公式x＝f(φ，L)成立。利用該關系式，即使是任意的周面粘合劑，也可調節(jié)粘接長度形成恰當?shù)暮笸肆浚梢蕴峁┫鄬τ陔S時間變化具有結合力的纖維陣列。
權利要求
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、利用纖維固定基板將裸纖維固定到該V形槽內的同時，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的端面相對于纖維端面相對后退。
2.如權利要求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形槽內的長度L具有如下的關系，x＝0.1×(φ×L)/2。
3.如權利要求1所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B的端面相對于前述纖維端面后退的后退量x在0.1μm以上。
4.如權利要求2所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B的端面相對于前述纖維端面后退的后退量x在0.1μm以上。
5.如權利要求1至4中任何一個所述的纖維陣列，前述纖維端面與纖維陣列端面對齊或比后者更為突出。
6.如權利要求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.如權利要求1至4中任何一個所述的纖維陣列，前述周面用粘合劑B具有揚氏模量0.03GPa以上的特性。
8.一種纖維陣列的制造方法，是前述權利要求1所述的周面用粘合劑B的端部對纖維端面相對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，對周面用粘合劑B的端部與纖維端面所處的端面進行拋光處理或蝕刻處理。
9.一種光學器件，所述器件光學地連接到權利要求1至4中任何一個所述的纖維陣列上。
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),裸纖維定位成相對于開有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形成對齊的面。同時,在高溫高濕的情況下,如(b)所示,粘合劑B膨潤、向長度方向延長,向V形槽基板1的端面1a及纖維陣列的端面的外側突出,但由于其前端不超過裸纖維的前端面,所以不會賦予與粘合劑A的結合面產生剝離的應力。
文檔編號G02B6/30GK1357771SQ0113577
公開日2002年7月10日 申請日期2001年10月17日 優(yōu)先權日2000年10月17日
發(fā)明者松本明, 福山暢嗣 申請人:日本礙子株式會社