| 【発明の名称】 |
光分岐結合器及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】高木 正人
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| 【要約】 |
【課題】光ファイバ配線形状の自由度が大きく、量産に適した光分岐結合器を得る。
【解決手段】複数に分岐した、光伝送コア用溝８とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側３，４をそれぞれ左右端部に一体に形成したクラッド体２と、前記光伝送コア用溝８に形成された光伝送コア９と、前記光伝送コア用溝８上部を覆ったクラッド材部とにより構成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数に分岐した、光伝送コア用溝とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側をそれぞれ左右端部に一体に形成したクラッド体と、前記光伝送コア用溝に形成された光伝送コアと、前記光伝送コア用溝上部を覆ったクラッド材部と、を有することを特徴とする光分岐結合器。
【請求項２】 前記クラッド体が、前記光伝送コアに対応するクラッド材から成ることを特徴とする請求項１記載の光分岐結合器。
【請求項３】 前記クラッド体の前記光伝送コア用溝内側に、前記光伝送コアに対応するクラッド材をコートしたことを特徴とする請求項１記載の光分岐結合器。
【請求項４】 複数に分岐した、光伝送コア用溝とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側をそれぞれ左右端部に一体にしたクラッド体を射出成形により形成する工程と、光伝送コア材により前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程と、前記光伝送コア用溝上部をクラッド材で覆う工程と、を有することを特徴とする光分岐結合器の製造方法。
【請求項５】 複数に分岐した、光伝送コア用溝とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側をそれぞれ左右端部に一体にしたクラッド体を射出成形により形成する工程と、クラッド材を前記光伝送コア用溝にコートする工程と、光伝送コア材により前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程と、前記光伝送コア用溝上部をクラッド材で覆う工程と、を有することを特徴とする光分岐結合器の製造方法。
【請求項６】光伝送コア材により前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程が、光伝送コア材によって重合法で前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程であることを特徴とする請求項４又は５記載の光分岐結合器の製造法。
【請求項７】前記光伝送コア材に加熱重合してポリマーとなる化合物を使用することを特徴とする請求項６記載の光分岐結合器の製造法。
【請求項８】前記光伝送コア材に紫外線または電子線照射により重合してポリマーとなる化合物を使用することを特徴とする請求項６記載の光分岐結合器の製造法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、プラスチック光ファイバを用いて伝送される光信号を分岐、結合する光分岐結合器とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光ファイバ分岐器を図４（ａ），（ｂ）に示した。このうち（ａ）は、ポリメチルメタアクリレートを材料としたプラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦと略す）２本を超音波融着によって製造された２×２光分岐結合器（特開平１１−１１９０５２号）であり、また（ｂ）はコア用のスライドピンをいれた金型をつくり、これにクラッドを射出成型して得られたクラッド片からスライドピンを抜き、空間にコア層を射出成型して作成した光分岐結合器（特開平８−３３４６４４号）である。
【０００３】（ａ）の超音波融着によって作られる光分岐結合器はその製法から分かるように同じ仕様のものを再現性良く大量生産することは困難である。
【０００４】図４の（ｃ）には、この図４（ｂ）の光分岐器を成型するための金型を示している。この図４（ｃ）からも分かるように、クラッド成型後スライドピンを抜き取るために、スライドピンは直線でなければならない。またθはより小さい角度が望ましいため、分岐後のコア導波路の間隔は、標準の２心コネクタ（ＰＮコネクタ）ピッチ間の距離１０．１６ｍｍとすることができない。なぜならこれに合わせようとすればクラッド片の長さが非実用的長さになってしまう。したがって、この方法で作成した光分岐器のコネクタはそれ自身に適用される特注品となってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＰＯＦ融着型光分岐結合器は同質のものを大量生産することに難点があり、スライドピンを使った射出法での光分岐結合器は既にＪＩＳとなっている標準のコネクタをＰＯＦ配線時に直接使用することが難しく、新たに標準コネクタを取り付けるさらなる工夫をしなければならない。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、プラスチック光ファイバの配線を分岐或いは結合する場合、標準コネクタとの結合を可能化できる等の自由な形状を得ることができ、また大量生産に適した、光分岐結合器及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、複数に分岐した、光伝送コア用溝とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側をそれぞれ左右端部に一体に形成したクラッド体と、前記光伝送コア用溝に形成された光伝送コアと、前記光伝送コア用溝上部を覆ったクラッド材部と、を有する光分岐結合器とした。これによって結合のための自由な形状を可能とし、大量生産に適した光分岐結合器ができる。
【０００８】請求項２の発明は、前記クラッド体が、前記光伝送コアに対応するクラッド材から成るものとして、さらに量産化に適するものとした。
【０００９】請求項３の発明は、前記クラッド体の前記光伝送コア用溝内側に、前記光伝送コアに対応するクラッド材をコートすることとして、クラッド体の材料の自由度を確保できるものとした。
【００１０】請求項４の発明は、複数に分岐した、光伝送コア用溝とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側をそれぞれ左右端部に一体にしたクラッド体を射出成形により形成する工程と、光伝送コア材により前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程と、前記光伝送コア用溝上部をクラッド材で覆う工程と、を有する光分岐結合器の製造方法として、量産容易で形状の自由度を確保できるものとした。
【００１１】請求項５の発明は、 複数に分岐した、光伝送コア用溝とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側をそれぞれ左右端部に一体にしたクラッド体を射出成形により形成する工程と、クラッド材を前記光伝送コア用溝にコートする工程と、光伝送コア材により前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程と、前記光伝送コア用溝上部をクラッド材で覆う工程と、を有する光分岐結合器の製造方法として、クラッド体の材質の選択をより自由にし量産に適するものとした。
【００１２】請求項６の発明は、光伝送コア材により前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程が、光伝送コア材によって重合法で前記光伝送コア用溝に光伝送コアを形成する工程であるとし、これによって結合のための自由な形状を可能とし、大量生産に適した光分岐結合器ができる。
【００１３】請求項７の発明は、光伝送コア材として加熱重合してポリマーとなる化合物を使用することにより量産化に適するものとした。
【００１４】請求項８の発明は、光伝送コア材として紫外線または電子線照射により重合してポリマーとなる化合物を使用することによりさらに量産化に適するものとした。
【００１５】なお、本発明の光伝送コアをコア材で重合法で形成する方法としては、まず予備重合を行い、そのコア用溝に注入して最終的に重合を完了させる方法がより好ましい。
【００１６】
【作用】上記の光分岐結合器のそれぞれのコネクタの雌側に、光コネクタが嵌合されて、一方の入射側コネクタからの光が、分岐または結合され、他方の出射側コネクタに出力される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】（実施の形態１）図１は、本発明による光分岐結合器１の平面中央断面図である。クラッド材としてのポリメチルメタアクリレート（以下、ＰＭＭＡと略す）を用いて２分岐で分岐結合角度が６度のクラッド体２を作成した例を示し、このクラッド体２に標準の単心プラスチックコネクタ（ＪＩＳＦ０５）の雌側３及び２心のプラスチック光コネクタ（ＰＮコネクタ）の雌側４を同時に一体成形している。クラッド体２には、光伝送コア用溝８が形成されている。この溝にはコア９が形成される。図２は、図１で示したクラッド体のコネクタの雌側３，４にそれぞれ単心プラスチック光コネクタ（ＪＩＳＦ０５）の雄側５及び２心プラスチック光コネクタ（ＰＮコネクタ）の雄側６を取り付けた図である。
【００１９】図３は、図１に示した分岐結合器の一部を断面とした立面図である。クラッド体２の上にコア用溝８を覆う、クラッド材部１０が形成されている。図３は本クラッド材部１０を一体成型されているコネクタの雌側の高さまで形成した例である。
【００２０】次に、図１乃至図３に示した光分岐結合器１の製造方法を説明する。
【００２１】複数に分岐した、光伝送コア用溝８とそれらの溝と連結して配置されたコネクタの雌側３と４とをそれぞれ左右端部に一体にしたクラッド体２を射出成形により形成する。この射出成形用材料として、上記のＰＭＭＡを用いることができる。もしクラッド材以外の射出成形に適する材料を用いる場合には、クラッド材を前記光伝送コア用溝８にコートすることが、行われる。
【００２２】次に光伝送コア材の形成については、例えばポリスチレンをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶かした溶液（６５ｗｔ％）を上面が盛り上がるように前記光伝送コア用溝８に流し込み固化させることにより可能である。
【００２３】前記光伝送コア用溝８をクラッド材部１０で覆う方法としては、クラッド材をコーティングする方法、またはクラッド材からなるクラッド片を、前記光伝送コア用溝８上に押圧して、クラッド体２にエポキシ樹脂接着剤等で固定する方法等が使用される。
【００２４】なお、光分岐結合器のコアの形状をＶ字状ではなく、出射光側端面に垂直に導波路がなるように分岐後の２本の導波路を曲線状にし、標準の２心プラスチック光コネクタ（ＰＮコネクタ）及び単心のプラスチック光コネクタ（ＪＩＳＦ０５）の雄側とバットカップリングできるように導波路間の距離を調節した。
【００２５】このようにして形成された光分岐結合器の特性評価を次のように行った。まず、１００．５０μＷ，６５０ｎｍのＬＥＤ光源及び光パワー測定器を用意する。また、両端にＪＩＳＦ０５コネクタ付き、長さ１ｍのＰＯＦ Ａ：挿入損失３．１５ｄＢとＰＯＦ Ｂ：挿入損失３．２１ｄＢの２本を用意する。次に、光源−ＰＯＦ Ａ−光分岐結合器（出射側のポート１或いはポート２）−ＰＯＦ Ｂ−パワー測定器と接続する。
【００２６】測定結果は、光分岐結合器入射側より６５０ｎｍの光を入射した場合、光分岐結合器の出射側ポート１の出力値は１０．５４μＷ（挿入損失は、９．７９ｄＢ）であり、光分岐結合器の出射側ポート２の出力値は１０．４４μＷ（挿入損失は、９．７９ｄＢ）であった。これら得られた２つの挿入損失の値から２本のＰＯＦの挿入損失、６．３６ｄＢ（＝３．１５ｄＢ＋３．２１ｄＢ）をそれぞれの測定値から差し引くと、出射側ポート１の挿入損失は３．４３ｄＢであり、出射側ポート２挿入損失は３．４３ｄＢであった。
【００２７】（実施の形態２）図１乃至図３は、実施の形態１と共通であるので、これらを用いる。
【００２８】図１は、光分岐結合器１の平面中央断面図で、ある。クラッド材としてのポリオレフィン樹脂（ＴＰＸ：三井化学株式会社製、以下ＴＰＸと略す）を用いて２分岐で分岐角度が６度のクラッド体２を作成した例を示し、このクラッド体２に標準の単心プラスチックコネクタ（ＪＩＳＦ０５）の雌側３及び２心のプラスチック光コネクタ（ＰＮコネクタ）の雌側４を同時に一体形成している。クラッド体２には、光伝送コア用溝８が形成されている。この溝にはコア９が形成される。図２には、図１で示したクラッド体のコネクタの雌側３，４にそれぞれ単心プラスチック光コネクタ（ＪＩＳＦ０５）の雄側５及び２心プラスチック光コネクタ（ＰＮコネクタ）の雄側６を取り付けた図である。
【００２９】図３は、図１に示した分岐結合器の一部を断面とした立面図である。クラッド体２の上にコア用溝８を覆う、クラッド材部１０が形成されている。図３は本クラッド材部１０を一体成型されているコネクタの雌側の高さまで形成した例である。
【００３０】次に、図１から図３に示した実施の形態２の光分岐結合器１の製造方法を説明する。
【００３１】複数に分岐した、光伝送コア用溝８とそれ等の溝と連結して配置されたコネクタの雌側３と４とをそれぞれ左右端部に一体にしたクラッド体２を射出成型により形成する。もしクラッド材以外の射出成型に適する材料を用いる場合には、クラッド材を前記光伝送コア用溝８にコートすることが、行われる。
【００３２】次に光伝送コア材の形成については、メチルメタクリル酸エステル（以下ＭＭＡと略す）２ｍｌ（１７．８ｍｍｏｌ／ｌ）に、４ｍｌのアセトンに２０ｍｇのアゾビスイソブチルニトリルを溶かした溶液０．２ｍｌ（０．００６ｍｍｏｌ／ｌ）を混ぜ、密閉中、８０℃で８時間加熱した。熱源を絶ち、室温で冷やして、コア層がクラッド層にコートされた導波路を得た。上面が盛り上がったコア層の余分なＭＭＡ重合樹脂をサンドペーパーで研磨してのぞき、ガラス板上で歯磨き用ペーストをつけて研磨し、さらに鹿皮で研磨した。
【００３３】前記光伝送コア用溝８を、ＴＰＸを使って射出成型法で作成したクラッド材部１０で覆いエポキシ接着剤で固定した。なお、光分岐結合器のコア形状をＶ字でなく、出射光側端面に垂直に導波路がなるように分岐後の２本の導波路を曲線状にし、標準の２心プラスチック光コネクタ（ＰＮコネクタ）及び単心のプラスチック光コネクタ（ＪＩＳＦ０５）の雄側とバットカップリングできるように導波路の距離を調節した。
【００３４】このようにして形成された光分岐結合器の特性評価を次のように行った。
【００３５】まず、１１０μＷ、５２０ｎｍのレーザー光源及び光パワー測定器を用意する。また両端にＪＩＳＦ０５コネクタ付き、長さ１ｍのＰＯＦ Ａ：挿入損失３．１５ｄＢとＰＯＦ Ｂ：挿入損失３．２１ｄＢの２本を用意する。次に光源−ＰＯＦ Ａ−光分岐結合器（出射側のポート１或いはポート２）−ＰＯＦ Ｂ−パワー測定器と接続する。
【００３６】測定結果は、光分岐結合器入射側より５２０ｎｍの光を入射した場合、光分岐結合器の出射側ポート１の出力値は９．７μＷ（挿入損失、１０．５４ｄＢ）であり、光分岐結合器の出射側ポート２の出力値は１１．８μＷ（挿入損失、１０．９６ｄＢ）であった。これら得られた２つの挿入損失の値から２本のＰＯＦの挿入損失、６．３６ｄＢ（＝３．１５ｄＢ＋３．２１ｄＢ）をそれぞれ差し引くと、出射側ポート１の挿入損失は４．１８ｄＢであり、出射側ポート２の挿入損失は４．６０ｄＢであった。
【００３７】（実施の形態３）実施の形態２で作成するクラッド材の前記光伝送コア用溝８にコア材として、エポキシ樹脂を次のようにコートした。
【００３８】まず、エポキシ樹脂（EPO-KWICK（商標）米国 BUEHLER 社製）５ｇと同社製の硬化剤（Hardner（商標）） １ｇを透明になるまで混合攪乱し、上記クラッド材の前記光伝送コア用溝８に注入し、６時間室温で放置した。上面が盛り上がったコア層の余分なエポキシ重合樹脂を実施の形態２と同様にしてサンドペーパーで研磨してのぞき、ガラス板上で歯磨き用ペーストをつけて研磨し鹿皮でさらに研磨した。実施の形態２と同様にして、光伝送コア用溝８を、ＴＰＸを使って射出成型法で作成したクラッド材部１０で覆いエポキシ接着剤で固定した。
【００３９】このようにして形成された光分岐結合器の特性評価を実施の形態２と全く同様にして行い次の結果を得た。
【００４０】出射側ポート１の出力値は１１．０μＷ（挿入損失、１０．９０ｄＢ）であり、光分岐結合器の出射側ポート２の出力値は１２．０μＷ（挿入損失、１０．９６ｄＢ）であった。これら得られた２つの挿入損失の値から２本のＰＯＦの挿入損失、６．３６ｄＢ（＝３．１５ｄＢ＋３．２１ｄＢ）をそれぞれ差し引くと、出射側ポート１の挿入損失は４．５４ｄＢであり、出射側ポート２の挿入損失は４．６０ｄＢであった。
【００４１】（実施の形態４）実施の形態２で作成するクラッド材の前記光伝送コア用溝８にコア材として、メチルメタクリル酸エステルにβ−メチルスチレンを３：１の割合の混合物、２ｍｌ（ＭＭＡ：１３．４ｍｍｏｌ／ｌ β−メチルスチレン：４．５ｍｍｏｌ／ｌ）に、４ｍｌのアセトンに２０ｍｇのアゾビスイソブチルニトリルを溶かした溶液０．１ｍｌ（アゾビスイソブチルニトリル：０．００３ｍｍｏｌ／ｌ）を混ぜ、密閉中、８０℃で４０分加熱した。このようにして予備重合させた混合液に、２０ｍｇの１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトンを１ｍｌのアセトンに溶かした溶液０．２ｍｌ（１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン：０．０２ｍｍｏｌ／ｌ）を混合し、前記クラッド体２のコア溝８に注入して、ＵＶランプ（BOND Wand（商標）．米国ELECTRO LIFE社製）で、約２０分間照射した。
【００４２】上面で盛り上がったコア層の余分な重合樹脂を実施の形態２と同様にしてサンドペーパーで研磨してのぞき、ガラス板上で歯磨き用ペーストをつけて研磨し鹿皮でさらに研磨した。実施の形態２と同様にして、光伝送コア用溝８を、ＴＰＸを使って射出成型法で作成したクラッド材部１０で覆いエポキシ接着剤で固定した。
【００４３】このようにして形成された光分岐結合器の特性評価を実施の形態２と全く同様にして行い次の結果を得た。
【００４４】出射側ポート１の出力値は１０．８μＷ（挿入損失、１１．００ｄＢ）であり、光分岐結合器の出射側ポート２の出力値は１１．５μＷ（挿入損失、１０．９８ｄＢ）であった。これら得られた２つの挿入損失の値から２本のＰＯＦの挿入損失、６．３６ｄＢ（＝３．１５ｄＢ＋３．２１ｄＢ）をそれぞれ差し引くと、出射側ポート１の挿入損失は４．６４ｄＢであり、出射側ポート２の挿入損失は４．６２ｄＢであった。
【００４５】この発明に用いられる合成樹脂光分岐器のクラッド材は、以下のようなアクリル系、メタアクリル系、カルボネート系、ポリオレフィン系、環状ポリオレフィン系、スルホン系、シリコーン系、ビニール系、フッソ化合物であり特にこれに限定するものではない。例えば、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（１，１，−ジヒドロパーフルオロヘキシルアクリレート）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリトリフルオロイソプロピルメタクリレート、ポリブチルアセテート、ポリエチルアクリレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、ポリメチルアクリレート、ポリイソブチルメタアクリレート、ポリモノフルオロエチルメタクリレート、ポリ（ｎ−ヘキシルメタクリレート）、ポリエチルメタクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリ（β−エトキシメタクリレート）、ポリ（ｎ−プロピルメタクリレート）、ポリ（３，３，５−トリメチルシクロヘキシルメタクリレート）、ポリメチルメタクリレート、ポリ（２−ニトロ−２−メチルプロピルメタクリレート）、ポリトリエチルカルビニルメタクリレート）、ポリ（α−メチルメタクリレート）、ポリ（３−メチルシクロヘキシルメタクリレート）、ポリ（４−メチルシクロヘキシルメタクリレート）などが挙げられる。
【００４６】また、この発明の光分岐器のコア材としては、特に限定されるものではないが、加熱或いは紫外線または電子線で重合した後に生成するポリマーの屈折率が共に使用するクラッド材よりも屈折率の高いことが必要である。アクリル系、メタアクリル系、オレフィン系、ビニール系、スチレン系、エポキシ系等の化合物が挙げられる。
【００４７】例えば、テトラフルオロエチレン、１，１，−ジヒドロパーフルオロヘキシアクリレート、クロロトリフルオロエチレン、トリフルオロイソプロピルメタクリレート、エチルアクリレート、ビニルアセテート、メチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、モノフルオロエチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、β−エトキシメタクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、３，３，５−トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、メチルメタクリレート、２−ニトロ−２−メチルプロピルメタクリレート、トリエチルカルビニルメタクリレート、α−メチルメタクリレート、３−メチルシクロヘキシルメタクリレート、４−メチルシクロヘキシルメタクリレート、スチレン、β−メチルスチレン等が挙げられる。これらの化合物のなかで室温で固体の化合物はメチルメタクリレートのような室温で液体の化合物と混合して、各種条件下での重合に使用できる。エポキシ系の化合物としては、グリシジルビスフェノールエーテル、グリシジルパルミネート、グリシジルイソシアヌレート、脂環式エポキシ化合物（アデカレジン EP-4080）等が有り、これらエポキシ化合物は、脂肪族アミン変性物（アクリロニトリルのエチレンジアミンアダクト）、メタフェニレンジアミン、無水フタール酸、等の硬化剤と共に使用する。また、二重結合を有する化合物に対しては、通常使用される重合開始剤が使用される。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の光分岐結合器によれば、量産に適するだけでなく、ＰＯＦ配線をする場合に、市販の標準コネクタの利用を可能な形とすることもできる等の自由度が大きい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２０５１２２
【氏名又は名称】大宏電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月２９日（２０００．６．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４５４４（Ｐ２００１−１９４５４４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１９５５４７（Ｐ２０００−１９５５４７） |
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