JP5485355B2 - 光導波路部品および光導波路部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路部品および光導波路部品の製造方法に関するもので、特に光の導波方向を変換することができる光導波路部品および光導波路部品の製造方法に関する。

現在、電気回路の動作速度は光伝送回路の動作速度に近づきつつあることから、電気回路の高速動作の一部を光導波路で補うために、電気回路と光伝送路を融合させることが行われている。光導波路の一例としては光ファイバが用いられている。

具体的には、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器型表面発光レーザー）が電気回路基板に実装され、ＶＣＳＥＬから出射された光信号が光導波路に入射して伝播され、電気回路基板に実装されたＰＤ（フォトダイオード）で受光して信号伝送を行う。

電気回路基板に埋め込まれた光導波路は、電気回路基板と平行方向に光を導波するので、ＶＣＳＥＬのレーザ光を、これらの光導波路に結合されるようにするには、９０度の光導波方向の変換が必要となる。
このような９０度の光導波方向の変換方法として、光ファイバの端面を４５度に研磨し、研磨面に金属蒸着などを施してミラーとし、９０度の光導波方向の変換を行う方法や、４５度の角度を持ったミラーで光導波方向の変換を行う方法が検討されている。

そこで、９０度の光導波方向の変換を行う方法としては、所望部分を所定の曲げ半径で曲線状に曲げた光導波路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２９２７１８号公報

ところが、特許文献１に記載された本発明者らが提案した光導波路は、小さな曲げ部分を形成することはできたのであるが、小型で簡単な構造を採用することで、シングルモード光導波路だけでなく大口径のマルチモード光導波路であっても、その曲げ部分により確実に光の導波方向を変換できることが望まれている。

そこで、本発明は上記課題を解消するために、部品点数が少なく、位置合わせが不要であり、所望の半径で曲げた小さな曲げ部分でシングルモード光導波路だけでなく大口径のマルチモード光導波路であっても光の導波方向を変換することができる光導波路、光導波路部品および光導波路の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光導波路部品は、対象部分が所定の曲げ半径で曲線状に曲げられた曲げ部分を有する光導波路と、前記光導波路の少なくとも前記曲げ部分が収納される固定部材と、を備え、前記光導波路は、コアと前記コアを被覆するクラッドを有するマルチモード光ファイバであり、前記曲げ部分の前記コアと前記クラッドの断面積比が１／５以上であり、前記曲げ部分の直径が５０μｍ以上であり、前記固定部材は、前記光導波路の前記曲げ部分の両側を直接固定する固定部位と、前記曲げ部分を収納する空間部を有し、前記空間部には、前記曲げ部分の表面部の屈折率よりも小さい屈折率を有する屈折率整合剤が充填されていることを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましくは前記固定部材が、前記光導波路の前記曲げ部分の曲げ中心の方向の端面に開口部を有し、前記開口部から前記屈折率整合剤が充填可能であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましくは前記光導波路の曲げ部分の外径が、直線部分の外径よりも小さいことを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましく前記曲げ部分の前記コアの外径が３０μｍ以上であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましくは前記曲げ部分の直径が１２５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましくは前記光導波路の曲げ部分の曲げ半径が、５．０ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましくは前記光導波路が複数本並べられていることを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましくは前記屈折率整合剤が、紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品は、好ましくは前記屈折率整合剤が、熱硬化型樹脂であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品の製造方法は、光導波路の加熱対象部分を加熱し、前記加熱対象部分を所定の曲げ半径で曲線状に曲げて曲げ部分を形成する工程と、
前記光導波路の前記曲げ部分の両側を直接固定する固定部位と、前記曲げ部分を収納する空間部を有する固定部材に前記光導波路を収納する工程と、前記空間部に前記曲げ部分の表面部の屈折率よりも小さい屈折率を有する屈折率整合剤を充填する工程を有し、前記光導波路は、コアと前記コアを被覆するクラッドを有するマルチモード光ファイバであり、前記曲げ部分の前記コアと前記クラッドの断面積比が１／５以上であり、前記曲げ部分の直径が５０μｍ以上であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品の製造方法は、好ましくは前記光導波路を前記固定部材に収納する前に、前記光導波路の前記曲げ部分の外径を直線部分の外径よりも小さくする工程を有することを特徴とする。

本発明の光導波路部品の製造方法は、好ましくは前記光導波路の前記曲げ部分の外径を小さくする工程は、前記曲げ部分の前記クラッドをフッ酸で溶かす工程であることを特徴とする。

本発明の光導波路部品および光導波路の製造方法によれば、部品点数が少なく、位置合わせが不要であり、所望の半径で曲げた小さな曲げ部分で大口径のマルチモード光導波路であっても光の導波方向を変換することができ、光導波路部品の小型化が可能である。

本発明の光導波路の好ましい第１実施形態を示す斜視図である。 曲げ部分を有する光導波路の形状例を示す図である。 本発明の光導波路部品の第１実施形態と第２実施形態を示す斜視図である。 図３の光導波路部品の固定部材から光導波路とガイドピンを除いた状態を示す図である。 図４の光導波路部品のＧ―Ｇ線における断面図である。 図５に示す光導波路部品の空間部分に充填用の物質を配置した状態を示す図である。 屈折率分布の例を示す図である。 本発明の光導波路部品の第３実施形態を示す図である。 光導波路のコアとクラッドの断面を示す図である。 曲げ部分のみが細径化された状態を示す図である。 図１０の実施形態が位置決めして固定された光導波路部品の固定部材の断面を示す図である。 コア／面積比での曲げロスの測定結果例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の光導波路の好ましい実施形態を示す図である。図１（Ａ）および（Ｂ）では、光導波路１と、光導波路部品１００と、光導波路１の曲げ部分製造装置２００を示している。

図１（Ａ）に示す光導波路１は例えば石英系の光ファイバであり、全長にわたって一定のコアとクラッドの屈折率差を有している。光導波路１はコア２と、このコア２を被覆するクラッド３を有する光ファイバである。光導波路１のクラッド３の外径Ｄは、例えば１２５μｍであり、コア径Ｓが６２．５μｍであるＧＩファイバ（グレーデッドインデックス光ファイバ）である。このＧＩファイバは、外径が５０μｍ以上の光ファイバの一例である。

図１（Ａ）に示す直線状の光導波路１は、図１に示す曲げ部分製造装置２００を用いて図１（Ｂ）に示すように、曲げ部分１０を加熱することにより形成する。図１（Ｂ）に例示するように、曲げ部分製造装置２００は、２つの電極４，５と制御部６を有しており、制御部６が電極４，５に通電して電極４，５の間でアーク放電７を発生させる。このアーク放電７を、直線状の光導波路１の加熱対象部分９で発生させることで、図１（Ｂ）に示すように曲げ部分１０を形成する。

図１（Ａ）に示す直線状の光導波路１の所望の加熱対象部分９が、図１（Ｂ）に示すアーク放電７により加熱されると、加熱対象部分９は屈曲点以上、軟化点以下の範囲の温度で加熱されることになり、光導波路１の加熱対象部分９は加工状態（曲げる等の加工が可能な状態）に移行する。そして、加工状態に移行した加熱対象部分９が、図２に示す所定の曲げ半径Ｒで曲線状に曲げられて曲げ部分１０が形成され、冷却されることにより形状が安定する。

このように、曲げ部分１０が形成される際、光導波路１の曲げ部分１０は高温状態で曲げられ、曲げられた後に常温（室温）まで冷却されるので、曲げることによる歪は生じない。すなわち、光導波路１の曲げ部分１０は、屈曲点以上、軟化点以下の状態で曲げられ、この曲げられた状態が初期状態となるように加工されている。光導波路１は、屈曲点以下で変形すると歪が発生し、歪みが大きくなると破断することになるが、屈曲点以上で曲げ部分１０が加工された後は、変形することなくその形状を使用状態としている。このため、使用時には歪が発生せず破断しない。

なお、本発明の実施形態の光導波路部品１００では、微小な空間で光導波の方向を確実にかつ簡単に変換することが目的である。すなわち、本発明の実施形態の光導波路１は、小さな曲げ部分１０を用いて、曲げ損失を小さくして光の導波方向を９０度変換することができる。このため、使用する光導波路１の物理的な大きさから現実的に使用できる大きさが規定されている。

図２は、曲げ部分１０の一実施形態を示すものであるが、光導波路１の曲げ半径Ｒは、好ましくは５．０ｍｍ以下である。このように曲げ半径Ｒを５．０ｍｍ以下とすることで、光導波路１は、配置の制限がある屋内や狭い空間においても簡単に配置することができる。

曲げ半径Ｒを５．０ｍｍ以下とすることは、本発明の光導波路の製造方法を採用する利点が生かされる。すなわち、曲げ半径Ｒが５．０ｍｍを超えた場合では細径の光ファイバを用いると、曲げ半径Ｒの値によっては破断歪に至らない場合がある。

また、光導波路部品１００の他の部位のサイズは、図１（Ｂ）に示すように、光導波路１の直径（外径）Ｄが、好ましくは５０μｍ以上である。すなわち、図１（Ｂ）と図２に記載された半径Ｒと直径Ｄを考慮すると、直径Ｄが５０μｍの光導波路１に対して、単純に曲げ半径Ｒを５０μｍ未満で曲げることは物理的に不可能である。また、直径Ｄが５０μｍ未満の光導波路を取り扱うことは容易ではないことから、光導波路１の最小の外径Ｄを例えば５０μｍに規定することで取り扱いやすさを確保して、曲げ半径Ｒの数値としては、使用する光導波路１の最小直径の１０倍とすることで、物理的に曲げを実現させる構造としている。本実施形態では、直径Ｄが例えば８０μｍである光ファイバを、曲げ半径Ｒを１．０ｍｍにして、９０度の角度に曲げている。

さらに、光導波路1の直径Ｄは、好ましい一実施形態として１２５μｍとした。これは、現在一般的に光伝送用途として使用されている代表的な光導波路と互換性の高い外径と言えるからである。この直径Ｄが１２５μｍを有する光導波路を用いることで、光導波路部品の適用範囲を大幅に広げることが出来る。
次に、図３ないし図５を参照して、光導波路部品１００の光導波路１を固定する固定部材について説明する。図３は、本発明の光導波路部品の好ましい実施形態を示す斜視図であり、図４は、図３に示す光導波路部品の固定部材を示す斜視図であり、図５は、図３の光導波路部品の構造例を示す断面図である。

図３に示す光導波路部品１００は、複数本の光導波路１をアレイ化して固定部材１２０により固定したものである。固定部材１２０は、固定手段あるいはコネクタフェルールとも呼ぶことができる。なお、図３は複数本の光導波路１を固定している実施形態を示したが、光導波路１は、単数本でも構わない。
なお、複数本の光導波路１をアレイ状に配置させ、固定部材１２で固定させることにより、多チャンネルの信号光を、一括して光導波方向を９０度変換することができる。さらに、詳述はしないが、光導波路部品１００の入出力部分が、一般の光導波路とＭＦＤが同等の光導波路とすることにより、光導波路部品１００は、例えばガイドピン１９１，１９２で、はめ合わせにより他のコネクタのような外部の器具に対して精密な位置合わせにより接続が可能となる。

固定部材１２０は、第１部分１２１と第２部分１２２を有しており、第１部分１２１はＸ方向に沿って形成された板状部分であり、厚みＦ１を有している。第２部分１２２はＺ方向に沿って形成された板状部分であり、厚みＦ２を有している。第１部分１２１と第２部分１２２は、図５に示すようにＬ字型の断面を有しており、Ｘ方向はＹ方向とＺ方向に対して相互に直交している。この第１部分１２１と第２部分１２２の突合せ角度は、基本的に光導波路１の曲げ部分１０の曲げ角度と合わせればよい。

固定部材１２０の内部には、図５に示すように空間部分２００が形成されている。空間部分２００は、略断面Ｌ字型を有している。空間部分２００は、第１部分１２１の外面１６１と第２部分１２２の外面１６２において開口部１７０を通じて外部空間に通じている。なお、固定部材１２０の材質は、特に限定されていないが、金属やプラスチックあるいはセラミックスにより作られている。

また、固定部材１２０は、図３および図４に示すように、複数本の光導波路１を配置させる場合、光導波路１が平行に配置され保持できるように位置決め部１３０，１３１が設けられている。位置決め部１３０，１３１は、固定部材１２０に設けられた精密な位置決め機構の一例であり、光導波路１のガイド穴である。

位置決め部１３０は、複数の位置決め穴１４０から構成されている。位置決め機構１３１は、複数の位置決め穴１４１から構成されている。複数の位置決め穴１４０は第１部分１２１においてＸ方向に沿って形成されており、複数の位置決め穴１４０はガイドピン１９１，１９１の間にＹ方向に沿って直列に配列されている。複数の位置決め穴１４１は第２部分１２２においてＺ方向に沿って形成されており、複数の位置決め穴１４１はガイドピン１９２，１９２の間にＹ方向に沿って直列に配列されている。

複数の位置決め穴１４０は、図５に示す空間部分２００の一端部分２０１に対して接続されており、図３と図４に示す複数の位置決め穴１４１は、図５に示す空間部分２００の他端部分２０２に対して接続されている。
複数の位置決め穴１４０と空間部分２００の一端部分２０１の接続部分は、テーパー状の部分２０３を有しており、複数の位置決め穴１４１と空間部分２００の他端部分２０２の接続部分は、テーパー状の部分２０４を有している。複数の位置決め穴１４０，１４１は、光導波路１の外周部分を保持することができる内径を有している。

図５と図３に示すように、各光導波路１は、それぞれ位置決め穴１４０，１４１により挿入された状態で空間部分２００内を通るようにして確実に保持されており、各光導波路１では、入力側端部（一端部側）から出力側端部（他端部側）に対して９０度の光導波方向の変換が行われる。図５に示すように、各光導波路１の少なくとも一部分である対象部分３００が、Ｌ字型の状態で、空間部分２００内に配置されている。この対象部分３００は、上述したようにして形成された曲げ部分１０を含んでいる。

図５に示すように、各光導波路１が位置決め穴１４０，１４１により固定される固定部位１Ｐの固定長さＳは、例えば０．５ｍｍと微少な長さであるが、これに限ることはない。

なお、固定部材１２０は、図３に示すように、２本のガイドピン１９１，１９１と２本のガイドピン１９２，１９２とにより、他の固定部材あるいはコネクタのような外部要素に対して位置決め固定する機構となっている。
２本のガイドピン１９１，１９１は、第１部分１２１の第１端面１８６においてガイド穴１９３にはめ込まれており、Ｘ方向に突出して固定されている。２本のガイドピン１９２，１９２は、第２部分１２２の第２端面１８８においてガイド穴１９４にはめ込まれており、Ｚ方向に突出して固定されている。
図６は、図５に示す固定部材１２０の空間部分２００内に、充填用の屈折率整合部３５０を形成する屈折率整合剤が充填されている状態を示している。各光導波路１の対象部分３００が空間部分２００内において屈折率整合剤により覆われた状態を示している。この屈折率整合部３５０を形成する屈折率整合剤は、開口部１７０から空間部分２００内に充填あるいは注入される。

屈折率整合部３５０は、各光導波路１の固定部位１Ｐ（図５を参照）を除く各光導波路１の対象部分３００の表面上に形成されている。言い換えれば、各光導波路１の対象部分３００の表面部は、この対象部分３００の表面部（クラッド部分）の屈折率よりも小さい屈折率を有する屈折率整合剤（屈折率整合部３５０）で、覆われるようにして満たされている。なお、屈折率整合部３５０を形成する屈折率整合剤としては、例えば屈折率が約１．３２を有する熱硬化型樹脂を採用する。さらに、図６では、固定部材１２０の空間部分２００内すべてに屈折率整合剤を充填させた状態を示しているが、これに限らず、少なくとも光導波路１の対象部分３００の表面に屈折率整合部３５０が形成されていれば良い（図示しない）。

上述のような構造の光導波路部品１００では、各光導波路１（光ファイバ）の表面部１９（クラッド部分）の屈折率が例えば１．４４であるのに対し、屈折率整合部３５０の屈折率が１．３２であるため、この光導波路１の表面部１９と屈折率整合部３５０との界面では、約８．２％という大きな屈折率差がある。この屈折率差により、光導波路１の曲がり部１０を含む対象部分３００では、光の閉じ込め効果が良好となり、伝播される信号の漏れを防止することができる。

また、屈折率整合部３５０は、固定部材１２０内において各光導波路１の曲げ部分１０を含む対象部分３００を埋め込んで対象部分３００の外周囲を覆っているだけでなく、固定部材１２０内における光導波路部品１００の組み立て用接着剤としても作用することになる。この結果、光導波路部品モジュール１００の固定部材１２０内の内部が強固な構造となるメリットも生じる。

さらに、この実施形態では、各光導波路１内のＧＩ部分の屈折率分布は、コア中心屈折率（１．４７４）とクラッド屈折率差が２％である２乗分布形状であり、屈折率整合部３５０（熱硬化部分）の屈折率を基準に考えると、各光導波路（光ファイバ）１の中心は約１０％という高屈折率差であり、屈折率整合部３５０と光導波路１からなる光導波路構造は、全体としては、図７に示すような階段型（一般的にはＤｕａｌ ｓｈａｐｅと呼ばれる）屈折率分布を持った構造の光導波路として機能する。

さらに、図６に示すような光導波路部品１００は高屈折率構造を有しているので、例えばコア径１２０μｍの大口径なマルチモードの伝送光でも、この光導波路部品１００が他のモジュールと接続されて、光導波路部品１００の光導波方向を９０度変換しても、その変換部の曲げ部分１０による光信号の伝送損失が小さい。例えば、本実施形態では、光導波路１の曲げ半径が１ｍｍでは、曲げによる光信号の伝送損失は約０．５ｄＢという値になっている。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態の光導波路部品１００を説明する。
第２実施形態の光導波路部品１００は、屈折率整合部３５０の特性を除いては、第１実施形態とほぼ同じ構成である。

第２実施形態では、屈折率整合部３５０を形成する屈折率整合剤として、ＵＶ硬化型樹脂（紫外線硬化型樹脂）を使用している。この屈折率整合剤は、例えば屈折率が１．３８を有するＵＶ硬化型樹脂であり、開口部１７０を通じて外部の光照射手段により紫外線を照射し、硬化させることにより屈折率整合部３５０を形成する。

なお、第１実施形態と同様に第２実施形態においても、この屈折率整合部３５０は、固定部材１２０内における光導波路部品１００の組み立ての接着剤としても作用するので、光導波路部品１００の内部が強固な構造となるメリットがある。

第２実施形態の屈折率整合部３５０の屈折率は１．３８であり、光導波路１（光ファイバ）の表面部（クラッド部分）の屈折率は１．４４であることから、光導波路１の表面部１９と屈折率整合部３５０との界面では、屈折率差が約６．２％となる。第１実施形態よりも屈折率差は小さくなるが、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

このように、光導波路１と、屈折率整合部３５０を備えた光導波路部品１００は、高屈折率構造（屈折率整合部３５０とクラッドの屈折率差が大きい構造）を有しているので、例えばコア径１２０μｍの大口径なマルチモードの伝播光や、光導波方向を９０度変換するような漏れ光が発生しやすい構造でも、光信号の伝送損失を小さくすることができる。例えば、本実施形態では、光導波路１の曲げ半径が１ｍｍでは、曲げによる光信号の伝送損失は約０．７ｄＢという値になっている。

＜第３実施形態＞
本発明の光導波路部品の第３実施形態を、図８を参照して説明する。
第３実施形態の光導波路部品１００は、屈折率整合部３５０（図６参照）が空気（空間）であることを除いては、第２実施形態とほぼ同じ構成である。すなわち、第３実施形態の固定部材１２０の空間部分２００は、屈折率整合剤等を充填しないことから、空気が満たされた中空構造となっている。

このため、図８に示す光導波路１の対象部分３００の表面部１９は、空気界面となっている。
なお、図８の各光導波路１の固定部位１Ｐ、１Ｐは、それぞれ対応する位置決め穴１４０，１４１の内周面に対して熱硬化型樹脂を接着剤６００として用いて固定されている。

第３実施形態の光導波路部品１００では、光導波路１のクラッドを空間部分２００で覆っているため、空気の屈折率１とクラッドの屈折率１．４４および光導波路１の中心屈折率１．４７との階段型の屈折率分布を有することになり、屈折率差Δは約２７％にもなる。

このような屈折率差が大きい構造では、第１実施形態、第２実施形態と同様に、例えばコア径１２０μｍの大口径なマルチモードの伝送光でも、光導波路部品１００の光導波方向を９０度変換するような構造でも、光信号の伝送損失をより小さくすることが可能である。例えば、本実施形態では、光導波路１の曲げ半径が１ｍｍでは、曲げによる光信号の伝送損失は約０．２ｄＢという値になっている。

図９は、本発明の実施形態の光導波路の好ましい断面形状を模式的に表したものである。外側の円が光導波路１のクラッド３を示し、内側の円が光導波路１のコア２を示している。コア２の半径をa、クラッド３の半径をｂとし、a^2／b^2（＝ａ^２／ｂ^２）をコア２とクラッド３の面積比と定義する。
このコア２とクラッド３の面積比が１／５以上となる光導波路１を使用する。この面積比が大きくなることで、図１に示す曲げ部分１０でコア２からクラッド３に漏れる光のパワーが減少し、且つ、コア２からクラッド３に漏れた後、クラッド３と外部環境の境界で反射してコア２に戻ってきてコア２に再結合する光のパワーが増大し、これら複合現象の結果として、曲げ部分１０での曲げによる損失を減少させることが可能となる。

図１０は、本発明の実施形態の光導波路１の曲げ部分１０の付近を示している。光導波路１のコア２とクラッド３の面積比は、必ずしも光導波路１の全長にわたって成立している必要は無く、好ましくは曲げ加工された曲げ部分１０でのみ前記のコア２とクラッド４の面積比を成立させればよい。この理由としては、上述した光の損失低減効果は曲げ部分１０が特に有効な現象となるからである。図１０では、曲げ部分１０以外の光導波路１の面積比が、曲げ部分１０の面積比よりも小さな構造を用いている。

上述した面積比の例えば一実施例としては、例えばコア２の外径を３０μｍ、クラッド３の外径を１２５μｍの光ファイバを曲げ加工したものである、曲げ部分１０をフッ酸で溶かすことで、曲げ部分のみクラッド外径を６５μｍにまで細径化した。元々の３０μｍ／１２５μｍの径では、その面積比は３６／６２５＝０．０５７６と１／５（＝０．２）より小さい。しかしながら、クラッド外径を６５μｍに細径化することにより、曲げ部分１０での面積比は３６／１６９＝０．２１３となり、曲げ部分１０の面積比は１／５（＝０．２）より大きくなる。すなわち、曲げ部分１０のみを残部に比べて細径化してコア／クラッド比を大きくすることができる。

本発明の別の実施例としては、コア２の外径＝６２．５μｍ、クラッドの外径＝１２５μｍの光ファイバを曲げ加工し、曲げ部分１０をフッ酸で溶かすことで、曲げ部分１０のみクラッド３の外径を８５μｍにまで細径化したものである。この実施例では、細径化前の面積比が６２．５μｍ／１２５μｍなので１／４＝０．２５であり、１／５（＝０．２）より大きい。このため、コア２とクラッド３の面積比が１／５より大きいという条件を満たしている。しかしながら、クラッドをより細径化することにより、曲げ部分１０での面積比は６２５／１１５６＝０．５４１となり、１／５（＝０．２）より、非常に大きくすることができる。この結果、曲げ部分１０における曲げ損失低減効果がより顕著となる。

なお、図９、図１０に示す面積比を有する光導波路１は、第１ないし第３実施形態と同様の光導波路部品構造としても良い。具体的に説明すると、コア２とクラッド３の面積比が１／５以上の光導波路は、図１１の固定部材１２０は、図３〜図６に示す光導波路部品１００の固定部材１２０と同様な構造を有している。

図１１の固定部位１Ｐの固定長さＳは、両端とも約０．５ｍｍの長さである。好ましくは、固定部位１Ｐ以外の部分は、図１１に示すように固定部材１２０内は、屈折率が１．３８の紫外線硬化型樹脂のような屈折率整合部３５０が形成されている。固定部材１２０に設定される光導波路１の本数は、横一直線に例えば１２本であり、各光導波路１は２５０μｍ間隔で並んだものとなっており、高密度実装に対応出来るものとなっている。
図１１では、ガラスファイバのような光導波路１の全長に渡ってコアとクラッドの面積比を１／５以上とするか、または図１１に示すように曲げ部分１０のみでコアとクラッドの面積比を１／５以上とする。
図１１に示すように、固定部材１２の内にはこの紫外線硬化型樹脂のような屈折率整合部３５０が形成され、部品組み立ての接着剤としても作用するので、モジュール内部が強固な構造となるという利点がある。

なお、光導波路（光ファイバ）の表面（クラッド）の屈折率は、１．４４４であり、このファイバ表面と紫外線硬化型樹脂の界面では、約４％という大きな屈折率差を有する。
光ファイバの外径が1２５μm全体をコアとする光導波路として機能し、且つ、コアとクラッドの面積比が１／５以上であることによる、曲げ損失低減効果が働いている。
また、この実施例で光ファイバ内のコアであるＧＩ部分の屈折率分布は、コア中心屈折率（１．４７４）とクラッド屈折率差が２％である2乗分布形状であり、紫外線硬化型樹脂部分の屈折率を基準に考えると、ファイバ中心は約６％という屈折率差となっている。この実施例では、曲げ半径が１ｍｍとなっており、曲げ損失は約１．３ｄＢである。

さらに他の実施例では、コア２の外径を６２．５μｍ、クラッド３の外径を１２５μｍの曲げ部分のみを、フッ酸で溶かしてクラッド外径を８５μｍにしている。クラッド外部は屈折率１．３８の紫外線硬化型樹脂であるのは同一である。このとき、曲げ部分１０におけるコア２とクラッド３の面積比は上述のように、６２５／１１５６＝０．５４１であり、曲げ部分１０での曲げ損失低減効果が顕著に作用し、この実施例での曲げ損失は約０．２５ｄＢとなっており、フッ酸で溶かす前の実施例と比較して、約１ｄＢの低損失化が達成されている。

さらにその他の実施例では、コア２を３０μｍ、クラッド３を１２５μｍのＧＩファイバ（屈折率差Δは前実施例と同じ）を、曲げ部分のみフッ酸で溶かして、クラッド外径を６５μｍに細径化し、その外部を屈折率１．３８の紫外線硬化型樹脂で埋められている。
前述のように細径化前ではコアとクラッドの面積比は３６／６２５＝０．０５７６と１／５（＝０．２）より小さいが、曲げ部分１０では、その面積比は３６／１６９＝０．２１３となっている。細径化前では曲げ半径１ｍｍにて、曲げ損失は約２．３ｄＢであったが、細径化後には約０．７ｄＢにまで曲げ損失が低減されている。なお、この実施例でのコア／クラッド面積比０．２１３が前実施例の細径化前の面積比１／４より小さいのに、曲げ損失が小さいのは、屈折率分布、屈折率差Δが同一でコア径だけが３０μｍと６２．５μｍと異なる場合、大きい６２．５μｍのコア径の方が、光ファイバの伝送モード数が多
く、高次モードが励振された場合に、高次モードの曲げ損失耐性が低い為、損失が大きいと考えられる。

さらにその他の実施例では、コア径が５０μｍ、クラッド径が８０μｍであるＧＩファイバ（屈折率分布形状、屈折率差Δは前実施例と同一）を用いて、１２５μｍピッチで１２本を横一列に並べて光導波路部品化して、曲げ部分１０を屈折率１．３８の紫外線硬化型樹脂で埋めた。コア/クラッド面積比は、この場合には２５／６４＝０．３９１であり、曲げ半径１ｍｍでの曲げ損失は約０．２ｄＢである。
この実施例と、コア径６２．５μｍの細径化後の実施例のコア/クラッド面積比が、０．３９１と０．５４１であるのに、０．３９１の本実施例の方が曲げ損失が小さいのは、前述したコア径の大小によるモード数の違いによると考えられ、本実施例の５０μｍのコア径よりも、６２．５μｍのコア径の方がモード数が多く、高次モードが曲げ損失耐性が小さい為、曲げ損失が大きいと考えられる。

図１２には、幾つかのコア/クラッド面積比について、曲げ半径を変えて曲げ損失を測定した測定グラフを示している。図１２のグラフは右下がりの傾向を示し、直線近似すると、曲げ半径１ｍｍではコア/クラッド面積比が１／５＝０．２以上で実用的な曲げ損失である１．５ｄＢ以下を達成することが可能と見受けられる。

次に、図１１に示す光導波路部品１００の別の実施形態を説明する。図１１の光導波路部品１００の固定部材１２０は、前記のコア径６２．５μｍ、５０μｍ、３０μｍのＧＩ型屈折率分布を持つ外径ａが８０μｍ又は１２５μｍの光ファイバを位置決めして固定している。
具体的には、コア／クラッドが６２．５／１２５、曲げ部分１０のみ６２．５／８５（曲げ部分以外の残部は６２．５／１２５）、５０／８０、曲げ部分１０のみ３０／６５（曲げ部分以外の残部は３０／１２５）の合計４種類である。

固定部材１２０の固定部位１Ｐの固定長さＳは両端とも約０．５ｍｍであり、固定部位１Ｐ以外の部分固定部材１２０内は、空間となっており光導波路表面は空気界面となっている。すなわち光導波路部品１の内部が中空構造となっている。この構造では、前記の紫外線効果型樹脂を充填した構造よりもモジュールの強固度合いは弱くなるが、この構造では中空部分は空気の屈折率1とファイバクラッドの屈折率１．４４及びファイバ中心屈折率１．４７４との階段型屈折率分布の光導波路構造となり、屈折率差Δは約２７％にもなる。

このような高屈折率差では、例えばコア径１２０μｍの大口径なマルチモードの光導波路１が、本光導波路部品１と接続されて、その光導波方向を９０度変換しても、その変換部である曲げ部分１０の曲げによる伝送損失が小さい。この実施例での光ファイバにおける曲げ半径が１ｍｍの場合では、どのコア/クラッド面積比の実施例でも、曲げ損失が１ｄＢ以下という値になっている。なお、例えば光導波路の本数は横一直線に１２本が２５０μｍの間隔または１２５μｍの間隔（５０／８０の実施例）で並んだものとなっており、高密度実装に対応できるものとなっている。

各実施形態では外径が１２５μｍまたは８０μｍ、コア径が６２．５μｍ、５０μｍ、３０μｍのＧＩファイバを用いたが、これらサイズはあくまでも実施の一例であり、これらの値に限定されるものではなく、コアとクラッドの面積比が1/5以上であることが本質である。また、コアの屈折率分布も実施例のＧＩファイバに限定されるものではなく、ステップインデックスやW型など、任意の分布に適用される。屈折率差Δも同様に、実施例の屈折率差Δに限定されるものではない。

本発明の実施形態の光導波路１では、光導波路１の加熱対象部分が加熱されて加工状態に移行し、加工状態に移行した加熱対象部分９を所定の曲げ半径で曲線状に曲げることで曲げ部分１０を形成しており、曲げ部分１０は冷却されて形状が安定する。加工状態に移行する曲げ部分１０を固定部材１２０の空間部分２００に収納して、固定部材１２０に収納された曲げ部分１０において曲げ部分１０の表面部の屈折率よりも小さな光の屈折率を有する物質３５０によって表面部１９が満たされていることで形成されている。
これにより、構造が簡単であり部品点数が少なく、曲げようとする部分において光ファイバ同士の位置合わせが不要であり、所望の半径で曲げた小さな曲げ部分で大口径のマルチモード光導波路であっても光の導波方向を変換することができる。本発明の光導波路１では、曲げ部分１０を屈曲点以上、軟化点以下の範囲内の温度に加熱して、加工状態に移行させている。これにより、加熱する際に、確実に加工状態に移行させることができる。

本発明の光導波路１では、外径が５０μｍ以上のコアとコアを被覆するクラッドを有する光ファイバ、またはコアのみを有する全コア型光ファイバ、またはクラッドのみを有するガラス棒である。

本発明の光導波路は、好ましくは前記光導波路の前記曲げ半径は、５．０ｍｍ以下である。これにより、小さな空間や角部であっても光導波路が配置できる。
本発明の光導波路部品は、好ましくは光導波路が複数本アレイ状に並べられており、複数本の前記光導波路の少なくとも一部が位置決め機構を有する前記固定部材により固定されている。

本発明の光導波路部品では、光導波路の表面を覆う屈折率整合部は、光導波路の表面のクラッドよりも屈折率が低ければ良く、材質としては紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂もしくは空気であってもよい。いずれの材質でも、光導波路とクラッドとの界面における屈折率差を大きくすることが可能となり、光伝送損失を抑制することができる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用することができる。
例えば、図１の曲げ部分の製造装置２００は、光導波路１において曲げ部分１０の形成を行う際に、光導波路１の所望の加熱対象部分９を加熱するために、アーク放電による加熱を行っている。しかし、曲げ部分の製造装置２００としては、これに限らずバーナーによる加熱、炉による加熱等の各種の手段を採用できる。

上述した本発明の実施形態では、光導波路としては、例えば外径が１２５μｍのコア径６２．５μｍのＧＩファイバ（グレーデッドインデックス・マルチモード光ファイバ）を用いている。このＧＩファイバは、外径が５０μｍ以上のコアとコアを被覆するクラッドを有する光ファイバの一例である。
しかし、これに限らず、本発明の実施形態と実施例では、光導波路は、コアのみを有する全コア型光ファイバ、またはクラッドのみを有するガラス棒型の光ファイバであっても良い。本発明の各実施形態は、任意に組み合わせることができる。

本発明の光導波路は、このような種類の光導波路の外側の物質との光屈折率差を利用することで、高屈折率構造の光導波路として機能させることができることができ、光ファイバの材質、光ファイバの屈折率分布や光ファイバの外径寸法に限定されない。
光導波路の材料としては、石英系、全プラスチック、プラスチッククラッドなどがある。

図示例の光導波路１は、光の変更方向が９０度であるが、９０度に限らず任意の角度を選択できる。

１ 光導波路
１Ｐ 光導波路の固定部位
４，５ 電極
６ 制御部
９ 加熱対象部分
１０ 曲げ部分
１９ 光導波路１の表面部
１００ 光導波路部品
１２０ 固定部材
１２１ 固定部材の第１部分
１２２ 固定部材の第２部分
１３０ 位置決め部（位置決め機構）
１３１ 位置決め部（位置決め機構）
１４０ 位置決め穴
１４１ 位置決め穴
１７０ 開口部
２００ 光導波路の曲げ部分製造装置
３００ 対象部分

Claims (9)

1. 対象部分が所定の曲げ半径で曲線状に曲げられた曲げ部分を有する光導波路と、
   前記光導波路の少なくとも前記曲げ部分が収納される固定部材と、を備え、
   前記光導波路は、コアと前記コアを被覆するクラッドを有するマルチモード光ファイバであり、
   前記曲げ部分の前記コアと前記クラッドの断面積比が１／５以上であり、
   前記曲げ部分の直径が５０μｍ以上であり、
   前記固定部材は、前記光導波路の前記曲げ部分の両側を直接固定する固定部位と、前記曲げ部分を収納する空間部を有し、
   前記空間部には、前記曲げ部分の表面部の屈折率よりも小さい屈折率を有する屈折率整合剤が充填されている光導波路部品であって、
   前記固定部材は、前記光導波路の曲げの内側であって、前記光導波路の前記曲げ部分の両側の直線部分に沿った該固定部材の外面に開口部を有し、前記開口部から前記屈折率整合剤が充填可能であり、
   前記屈折率整合剤は、ＵＶ硬化型樹脂または熱硬化型樹脂であることを特徴とする光導波路部品。
2. 前記光導波路の曲げ部分の外径は、直線部分の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品。
3. 前記曲げ部分の前記コアの外径が３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路部品。
4. 前記曲げ部分の直径が１２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光導波路部品。
5. 前記光導波路の曲げ部分の曲げ半径は、５．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光導波路部品。
6. 前記光導波路が複数本並べられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光導波路部品。
7. 光導波路の加熱対象部分を加熱し、前記加熱対象部分を所定の曲げ半径で曲線状に曲げて曲げ部分を形成する工程と、
   前記光導波路の前記曲げ部分の両側を直接固定する固定部位と、前記曲げ部分を収納する空間部を有する固定部材に前記光導波路を収納する工程と、
   前記空間部に前記曲げ部分の表面部の屈折率よりも小さい屈折率を有する屈折率整合剤を充填する工程を有し、
   前記光導波路は、コアと前記コアを被覆するクラッドを有するマルチモード光ファイバであり、
   前記曲げ部分の前記コアと前記クラッドの断面積比が１／５以上であり、
   前記曲げ部分の直径が５０μｍ以上であり
   前記固定部材は、前記光導波路の曲げの内側であって、前記光導波路の前記曲げ部分の両側の直線部分に沿った該固定部材の外面に開口部を有し、前記開口部から前記屈折率整合剤が充填され、
   前記屈折率整合剤は、ＵＶ硬化型樹脂または熱硬化型樹脂である
   ことを特徴とする光導波路部品の製造方法。
8. 前記光導波路を前記固定部材に収納する前に、
   前記光導波路の前記曲げ部分の外径を直線部分の外径よりも小さくする工程を有することを特徴とする請求項７に記載の光導波路部品の製造方法。
9. 前記光導波路の前記曲げ部分の外径を小さくする工程は、前記曲げ部分の前記クラッドをフッ酸で溶かす工程であることを特徴とする請求項８に記載の光導波路部品の製造方法。
   

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