JPS60262113A - 光フアイバ位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には光ファイバを結合するために使用し
うる位置決めまたは取付装置に関し、さらに詳細には、
光ファイバ・コネクタまたはカプラのように、小径の光
ファイバを精密に整列（ａｌｉｇｎ　）させて、それら
の光フアイバ間に光エネルギの効率的な結合を確保しう
るガラス製の安価な位置決めまたは取付装置に関するも
のである。

光ファイバ・コネクタまたはカプラの特に重要な用途は
、電気通信に用いられる光導波路ファイバを結合する場
合である。その場合に重要なことは、ファイバ間あるい
はファイバと位置決めまたは取付装置との間において光
が、信号損失すなわち挿入損失を小さくして、結合され
るようにすることである。

２本の光ファイバを端合せに接合する場合には、ファイ
バ・コアの中心間ミスアラインメント（ｍｉｓａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ　）、それらのファイバの光伝送軸間におけ
る角度ミスアラインメント、ファイバの端部が離れてい
ること、およびファイバの端面が粗面であること等から
挿入損失が生じうる。コア直径が通常１０ミクロンより
小さくかつ開口数が一般に非常に小さい単一モード・フ
ァイバの場合には、このような結合の問題が特に大きく
なる。

単一モード・ファイバの場合には、１ミクロン程度のコ
ア中心間ミスアラインメントまたは３度程度のコア軸の
角度ミスアラインメントから１ｄＢのオーダの結合損失
が生しうる。

ｉ　多ファイバ・ケーブルの端部を接続するために設計
されたある種の光導波路用コネクタにおいて、ファイバ
の端部が配置される平行な■溝の一次元配列よりなるフ
ァイバ・アラインメント手段を有するコネクタを用いる
ことが提案されている。この場合、上記■溝は、挿入損
失を最小限に抑えるように、ファイバの端部を、正確な
角度アラインメントおよびコア間の合致が得られるよう
にして、保持するためのチャンネルとして作用する。

米国特許第４０．８８３８６号には、■溝型の光導波路
用コネクタが記載されており、その場合、それらの■溝
は弾性材料よりなる棒の円筒面によって形成されうる。

また、米国特許第 ４１０２５６１号にも、同様の型式のコネクタが開示さ
れているが、その場合には、溝は丸味をつけられた平行
な隆起の一体的な配列によって形成されている。この後
者の米国特許に指摘されているように、このようなコネ
クタにおける溝は厳密にＶ字状の形状を有している必要
はなく、１つのファイバの端部を、そのファイバに光を
入れるまたはそれから光を出すための他のファイバの端
部または他の装置に対して正確に位置決めするためのチ
ャンネルが形成されていさえすれば、Ｕ字状溝等のよう
な他の形状でもよい。このような溝を形成するのに適し
た方法としては、機械加工や溝付き面要素のプラスチッ
ク成形等がある。

本発明は、溝付き表面がガラスに形成された溝付き表面
型の光フアイバ位置決め装置を提供する。

１つまたは複数の所望の溝を形成する表面レリーフ・パ
ターン（ｒｅｌｉｅｆ　ｐａｔｔｅｒｎ　）は、機械加
工や成形法によるのではなく、ガラスを熱処理すること
によって形成される。その熱処理はガラスを選択的に稠
密化する作用を有し、それによって所望の溝付き表面レ
リーフ・パターンが形成される。

溝の寸法および配置について非常に精密な制御が達成さ
れうる。

広義に定義すれば、本発明は、溝付き表面型の光フアイ
バ位置決め装置、すなわち、溝付き表面ファイバ支持部
材よりなり、この溝付き表面支持部材が、ガラスの差別
稠密化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｅｎｓｉｆｉｃａ
ｔｉｏｎ　）により生じた表面レリーフ・パターンを有
するガラス要素を含むまたはそのようなガラス要素より
なる光フアイバ位置決め装置を含むものである。ガラス
要素の差別稠密化というのは、その要素の異なる領域を
、それらの領域に異なる大きさの密度を得るようにして
、稠密化することを意味する。

通常、このようなガラスにおける差別稠密化は、ガラス
要素の選択された領域だけが熱的に誘起される結晶化を
受けることによって生じ、その場合、結晶はそれらが形
成されているガラスよりも高い密度を有する。従って、
この結晶化により、結晶化された領域におけるガラスの
緻密化または収縮が生ずる。

差別的に稠密化されかつ溝付き表面レリーフ・パターン
を有するガラス要素を得るための便利な方法は、光核化
可能で熱的に不透明化しろるガラスを用いることである
。このようなガラスは、２工程法により任意のパターン
で選択的に結晶化されうる。まず最初に、そのガラスは
パターン化された化学光線（短波長可視光または紫外線
）′ｔｉ、に露光され、そのガラスの露光された部分に
結晶成長のための核化場所が選択的に発生される。次に
、そのように露光されたガラスは熱処理を施される。

この熱処理は、上述のように化学光線に露光されたガラ
ス領域に結晶相を開始させかつ発展させる作用をする。

核化可能で熱的に不透明化しうるガラスは、米国特許第
２６２８１６０号に記載されており公知であり、表面レ
リーフ・アレイ・レンズを作成するためにこのようなガ
ラスを用いることが１９８３年８月４日に出願された米
国特許出願第５２０４５６号に記載されている。

本発明に従って提供される光フアイバ位置決め装置は、
光ファイバを位置決めしかつ結合する種々の用途に有利
に用いられうる。この位置決め装置がファイバ間カプラ
に用いられるべき場合、特に多数のファイバ端部が接続
されるべき場合には、そのカプラは、位置決め装置と、
硬質材料または弾性材料で形成された保持用第２部材を
具備しろ１：　るものであり、この場合、その保持用第
２部材は、ファイバ端部を物理的接触によって溝内の所
定位置に維持するために、ファイバ上に配置されうる。

このような用途あるいは他の任意の用途において、ファ
イバ接触に対してより軟かい表面を与えるために、位置
決め装置の溝付き表面に弾性材料の被覆が添着されうる
。

レーザのような光源あるいは光検知器との結合のために
ファイバ端部を位置決めする目的でこの位置決め装置が
用いられる場合には、ファイバは接着剤またはセメント
によって溝付き表面上の所定位置に維持されさえすれば
よい。位置決め装置の溝は被覆を施されたあるいは施さ
れていない光ファイバを受容する寸法となされうるが、
非常に精度の高い位置決めのためには、それらの溝は被
覆を施されていないファイバを受容する寸法となされる
であろう。

以下図面を参照して本発明の実施例について説明しよう
。

周知のように、本質的にすべての無機ガラスが適当な熱
処理によって失透化（結晶化）されうる。

さらに、無機ガラスに形成された結晶相は、それらが形
成されているガラスよりも一般に密度が高い。すなわち
、ガラスが結晶化するときに容積の減少すなわち収縮が
生ずる。

形成された結晶が比較的均一な寸法および組成を有する
ように制御された態様でガラスを結晶化させるためには
、核化工程を実施する必要がある。

この工程では、所望の結晶相が爾後に成長される微小核
が適当な処理によってガラスに析出される。

ガラスが結晶化温度に加熱されると、それらの核で優先
的に結晶成長が生じ、従って、ガラスの核化された領域
では結晶形成が迅速に生ずるが、結晶核が形成されてい
ないガラス領域では結晶形成は遅いかあるいは全く生じ
ない。

米国特許第２５１５９４０号、同第 ２５１５９４１号、同第２５１５９４３号および同第２
６２８１６０号は、ガラスの選択された領域を化学線に
露光させ、続いてそのガラスを熱処理することによって
、それらの選択された領域だけに核化および結晶化を誘
起させうる。化学線に露光されない領域は、核化および
結晶化熱処理を施しても、結晶核を発生せず、本質的に
結晶無しのままである。

上述のように、上記米国特許に記載されているようなガ
ラスでは、結晶化された領域は結晶化されていない領域
よりも密度が高い。従って、結晶化された領域でガラス
の収縮が生し、他方、露光されず、結晶化されないガラ
ス領域では容積および密度は不変である。このようなガ
ラスに溝付き表面パターンを形成するためには、表面凹
部または溝が所望されるガラス領域が例えば適当なホト
マスクを介して化学光線に露光され、次に核化、結晶化
、および先に露光された領域に表面凹部または溝が形成
される表面レリーフ・パターンの形成を生じさせるため
に、そのガラス物体が全体として加熱される。

第１図は、光ファイバのアレイを位置決めするための溝
付き表面支持要素を与えるのに有用な形式のものとして
上述のようなガラスで作成された一部結晶化されたガラ
ス要素１０を示している。

この支持要素の結晶化された領域１１は、結晶化されて
いない領域１２の相対的に高くなされた表面に凹部また
は溝を形成するために稠密化されている。

第２図は第１図に示されたもののような要素を作成しう
る方法を示している。感光ガラス・シート２０が、コリ
メートされた紫外光源（図示せず）からフォトマスク２
２を通じて線アレイ・パターン状に選択的に露光される
。そのフォトマスクは、不透明な背景部分２４と、それ
に形成された透明な矩形状の開孔２３よりなる。この露
光工程に続いて、ガラスは核化工程により処理されるが
、この核化工程は通常、結晶成長のための核２５がガラ
スに析出される温度に加熱することを含む。最後に、ガ
ラスは結晶化工程に附され、この結晶化工程時に、核２
５を前取て含むガラスの領域内で結晶２６が成長する温
度に加熱される。結晶成長および稠密化の工程によって
、表面溝２７が現われることを特徴とする表面レリーフ
・パターンが生ずる。

鎧　！ｉ！ｉＦ！Ｉ（ＥＩｒＺ　＆　ｂ　ｆ、Ｋ　−＞
　７Ｎ　’ｌ　Ｘ。イｇ＊ｈ＜ａｒ、；ｃ、よ成する結
晶相の密度が母体ガラスよりも低くなるガラス系を生ず
ることは理論的に可能である。その場合には、ガラスに
発生される溝付き表面レリーフ・パターンは、ガラスの
結晶化されていない領域の上に溝が存在するものであり
、その場合、溝の境界は結晶化されたガラスによって形
成される。

本発明に従って溝付き表面レリーフ・パターンを提供す
るために選択的に不透明化しうる公知の感光性ガラスと
しては、リチウム・モノシリケートまたはジシリケ−１
・、バリウム・ジシリケート、および／またはアルカリ
金属フン化物結晶相が熱処理によって生成されうるある
種のケイ酸塩ガラスがある。これらのガラスは、アルカ
リ金属フン化物、Ｌ　ｒ　ｚ　Ｏおよび／またはＢａＯ
に加えて、光核化プロセスにおいて重要な役割を果たす
Ａｕ、ＡＲ，ＣｕおよびＣｅのグループから選択された
１またはそれ以上の感光性化剤を含む。感光的に不透明
化しうる種々のガラスについては、米国特許第２６２８
１６０号に記載されている。

本発明に従って光フアイバ位置決め装置が提供されうる
態様について例示する実施例について説明する。

実施例 コーニング・グラス・ワークスからコード８６０３ガラ
スとして市販されている感光的に不透明化しうる厚さ１
．５１のガラス・シートが処理のために選択される。こ
のガラスはほぼ次の組成（重量部）を有している。

ＳｉＣ２７９，Ｉ Ｌｉｚｏ　９．４ Ｎａｎｏ　１．６ に２０　４．２ Ａ　２０　：ｌ　４　、２ ＺｎＯ１，０ Ｓｂ２０３　０，４ Ａｕ　０．００１２ Ａｇ　０．１１５ ＣｅＯｚ　Ｏ，０１５ Ｓｎ○　０．００３ 幅約２印、長さ約４ｃｍのガラス・ストリップがこのシ
ートから切り取られ、そしてそのストリップが平滑な上
面を与えるように研磨される。このように研磨されたス
トリップは異物を除去するために徹底的に清浄化され、
そして光学的に不透明な背景に１０個の平行な矩形状の
透明開孔を有するフォトマスクで被われる。これらの開
孔は、長さが２ｃ＋ｎ、幅が１００ミクロンで、各開孔
の中心間の間隔は２５０ミクロンである。フォトマスク
は、上記開孔がガラス・ストリップの上面の幅を横切る
ように位置決めされる。

このようにマスクされたガラス・ストリップは、４３５
ワツト水銀アーク・ランプ（ハノビア）に、それとの間
に約４０ｃｍの間隔をもって、１００秒間露光される。

この露光の後で、マスクが除去され、そして露光された
ストリップは、ガラスに結晶核を発生するために加熱さ
れ、さらにそのガラスの核化された領域にケイ酸リチウ
ム結晶相を発生するために加熱される。核化熱処理は５
４０℃　１で１時間実施され、結晶化熱処理は５８０℃
で１時間実施される。

この熱処理が終わると、ガラス・ストリップは室温にま
で冷却されそして検査される。ストリップの上面は、一
連の１０個の千行講を画成する溝付き表面レリーフ・パ
ターンを呈し、それら溝は一連の１０個の結晶化された
帯域の上方に位置しかつそれに一致しており、そしてそ
れらの結晶化された帯域はアーク・ランプに露光される
場所におけるストリップの幅と厚さを横切ることが認め
られる。それらの表面溝は約１５ミクロンの深さを有す
る。

この溝付き表面ガラス・プレートを光導波路ファイバ・
コネクタにおける１つの要素として利用するためには、
第１の光ファイバ・ケーブルからの一連の１０個の光フ
アイバ端部（これらのファイバ端部はそれぞれ約１２５
ミクロンの外径および約６２ミクロンのコア径を存して
いる）のそれぞれが部分的に結晶化されたガラス要素の
表面における溝の１つに配置され、そして熱硬化性プラ
スチック接着剤でもってその要素に固着される。

これらのファイバ端部は溝の長さの約半分を占有しかつ
ストリップ幅のほぼ中心で終端するように位置決めされ
る。ファイバ端部には接着剤は適用されない。

第１のケーブルからのファイバ端部の位置決めに続いて
、第２の光導波路ファイバ・ケーブルからのファイバ端
部が溝内の第１のファイバ端部に当接するように位置決
めされる。第２のファイバは第１のファイバと同一外径
およびコア直径を有する。第２のファイバ端部が位置決
めされて後に、それらのファイバを溝内に保持しかつフ
ァイバ端部の相対的な位置決めを維持するために、付加
的な熱プラスチツク接着剤が適用される。このようにし
て、耐久性のある多ファイバ位置決め装置が得られる。

勿論、上述の実施例は本発明による光フアイバ位置決め
装置の１つの用途について説明したにすぎないものであ
る。他の用途としては、光ファイバ・スイッチのための
単一ファイバまたは多ファイバ位置決め装置、１つまた
は一連の半導体レーザまたは光検知器と接続するために
幾つかのファイバのうちから選択するためのファイバ位
置決め装置、および他の同様の応用がある。このような
接続装置は溝付き表面ガラス要素を取付けるためおよび
技術的に公知の再現性を存するファイバ結合のために要
素を正確に位置決めするための付加的な手段を含みうろ
ことは明らかであろう。

ガラス要素における差別稠密化の程度は、比較的顕著に
稠密化されるべき領域の完全な結晶化あるいは比較的軽
度の稠密化を受けるべき領域に結晶が完全に存在しない
ことのいずれも必要とされないようにして、所望の特定
表面レリーフ・パターンおよび溝深さに依存することも
明らかであろう。この場合に得られる差密度は、提供さ
れるべきガラス要素に所望の表面レリーフを実現するの
に十分でありさえすればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光フアイバ位置決め装置のための
ガラス要素を示す概略斜視図、第２図は本発明ニヨる光
フアイバ位置決め装置のためのガラス要素に溝付き表面
レリーフ・パターンを与えるために用いられうる露光、
核住成、および結晶化の工程を概略的に示す図である。 図面において、１０はガラス要素、１１は結晶化された
領域、１２は結晶化されていない領域、２０は感光ガラ
ス・シート、２５は核、２６は結晶、２７は表面溝をそ
れぞれ示す。 特許出願人 コーニング　グラス　ワークス 代理人 弁理士　山元俊仁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溝付き表面支持部材よりなる溝付き表面型の光フア
   イバ位置決め装置であって、光ファイバの位置が支持部
   材の表面における溝により画定される光フアイバ位置決
   め装置において、前記溝付きファイバ支持部材が少なく
   とも部分的に結晶化されたガラス要素を含んでおり、か
   つその要素における溝がガラスの差別稠密化により生じ
   た表面レリーフ・パターンによって形成されていること
   を特徴とする光フアイバ位置決め装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光フアイバ位置決め装
   置において、前記支持部材料が溝付き第１部材と保持用
   第２部材よりなり、光ファイバの端部分の位置が前記第
   １部材の表面における溝によって画定され、かつファイ
   バが前記保持用第２部材との接触によって前記溝内の所
   定位置に維持されることを特徴とする前記光フアイバ位
   置決め装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の位置決め
   装置において、前記表面レリーフ・パターンにおし１で
   、このパターンの凹状領域が比較的顕著に結晶化された
   ガラス領域に対応する前記位置決め装置。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
   位置決め装置において、複数の平行溝を含む前記位置決
   め装置。