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JP2014052405A - シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法 - Google Patents

シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するにあたり、この導波路アレイコネクター同士、ないしは導波路アレイコネクターとシングルモードのファイバアレイコネクターとの接続において、ポリマー導波路アレイやファイバアレイを構成している複数のコア同士が、絶対基準位置(フェルールのガイドピン穴など)に対して高精度に位置決めできるようにすること。
【解決手段】 シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法を、プロセス全体について根本から見直している。本発明に従うことで、シングルモードのポリマー導波路アレイやシングルモードのファイバアレイを構成している複数のコア同士が高精度に位置決めできるようになる。本発明に特有の方法における複数のプロセスにおいて用いられる、複数の型の組合せ(第1の型(A)、第2の型(B))も提供される。
【選択図】 図8

Description

本発明は、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法に関するものであり、より具体的には、このシングルモードのポリマー導波路アレイコネクター同士ないしシングルモードのポリマー導波路アレイコネクターとシングルモードのファイバアレイコネクター間の接続において、ポリマー導波路アレイないしファイバアレイを構成しているところの複数のコア同士が高精度に位置決めできるようにすることを目的としている、特徴的な形成方法に関する。
光インターコネクトシステムの構築において、ポリマー導波路が注目されている。複数のファイバをアレイ状に並べて固定していく方向の試みと比較すると、ポリマー導波路ではポリマー材料を利用するプロセスに沿ってポリマー導波路アレイを一括作成することができるため、安価に信頼性の高い光信号通信路を形成することができる。
図1は、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターの構成を説明するための斜視図である。
この導波路アレイコネクターは、導波路アレイとその両端に取付けられた複数のフェルールとから成る。フェルールとは、光導波路アレイや光ファイバアレイを内蔵し、保持する、光コネクタの主要部品のことであり、形状やサイズ等についての規格があるため、その規格に従ったものになる。ここでは説明の簡単化のために、模式的に示しているにすぎない。
この導波路アレイは、複数のコアとそれを取り囲むクラッドとから成り、複数のコアの各々は一方のコネクターから入ってくるシングルモードの光を他方のコネクターへとそれぞれ別個に導くことができる。
図2は、2つのシングルモードのポリマー導波路アレイコネクター同士ないし、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターとシングルモードのファイバーアレイコネクターとが相互接続される状態を説明するための斜視図である。
2つのシングルモードのポリマー導波路アレイコネクター同士ないし、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターとシングルモードのファイバアレイコネクターとは、互いに密着接続される。フェルールとは、光コネクタ内で導波路アレイやファイバアレイを内蔵し、保持するための部品である。
このように接続されながら、複数のシングルモードのポリマー導波路アレイコネクター同士やファイバアレイコネクターが連結されていくことで、光信号伝送システム相互の接続が可能となる。
典型的な例では、図2の(A)に図示しているように、2つのフェルールに各々設けられているガイドピン穴を貫いてガイドピンが通されることによって、接続される状態が固定される。
典型的なこの例では、ガイドピン穴の中心は、2つのフェルール同士の接続において、絶対基準位置となってくる。もっとも、固定方法はかかる態様に限定されるものではない。絶対基準位置は、機械的な接続様式の違いがあればその違いに沿って異なってくるため、この例に限られることなく、異なった箇所であってもよい。
シングルモードの光は、複数のコアを通じて各々導かれる。従って、2つのフェルール同士が接続されている状態において、効率よく光信号を接続しようとすると、複数のコア同士の位置決め精度が重要となってくる。
具体的には、図2の(B)の複数のコアの接続面(2次元平面)において、絶対基準位置からコア中心までの平面的な位置決め(x、y)のずれ、すなわち、δxの誤差およびδyの誤差を、許容可能な範囲内に収めることが重要となってくる(なお単層の導波路アレイの場合、通常はy=0である)。
図3は、マルチモード光のポリマー導波路の場合における、絶対基準位置からの位置決めのずれと、コネクタ間接続による光信号の損失との関係を示すグラフである。
マルチモード光のポリマー導波路のコア(径)のスケールは、シングルモード光のポリマー導波路のコアの大きさに比較してずっと大きいことが知られている。
ここで、マルチモード光を例に引用しているのは、定性的な説明のためにすぎない。しかし、位置決めのずれ(グラフ横軸のOffsetで、単位はμm(ミクロン))が大きくなると、接続損失(グラフ縦軸のCoupling lossで、単位はdB(デシベル))が大きくなってしまうという傾向が現れることが知られている。
このグラフから接続損失を読み取る方法について説明する。プロットが別の記号になっているように、接続損失は、複数のフェルールの接続面同士に生じてしまうギャップ(図2(B)のフェルール接続面(2次元平面)に対しての、奥行き方向)の大きさ(0μm〜50μm)にも依存してしまう。
もっとも、ギャップの大きさを0μmあたりまで抑える理想的な状態として、フェルール接続面(2次元平面)の位置決めの誤差を5μmより小さくすることができれば、接続損失を0.5dBより小さくすることができる、と読み取ることができる。
しかし、シングルモード光を扱う場合には、さらに一層厳しい位置決め精度が求められることが知られている。理論的には、マルチモード光の時と同様に接続損失を0.5dB以下にするためには、図2に示しているところの、δx<0.5μm〜1.0μm、δy<0.5μm〜1.0μm、という位置決め誤差に収まるようにするという、非常に高度なレベルでの位置決めが必要となってくる。さもなければ、位置決めの誤差がそのまま直接的に、接続損失を招いてしまう。
さらには、フェルールによる接続が繰返されて延長されていくと、接続損失が累積されてしまう。
特許文献1は、コネクタ一体型高分子導波路の製造方法に関するものである。導波路の製造プロセスに関して、特許文献1のコア用凹部を形成する方法は複数の型によって挟み込むプロセスを含んでいるものではなく、本発明と相違する。
コアの位置決め精度に関して、特許文献1では「光導波路コア中心とコネクタ用スリーブ中心とが概ね同一直線上にのる状態で固定」という記載があり、「鋳型を用いる」ことについての記載があるものの、本発明のように「フェルール」との関係において規定を試みたものではない。
シングルモード導波路に求められるコアのサイズや、そこに求められる位置決め精度を示唆している記載が読み取れるという点で、精度の厳しさを理解する上では参考になる記載が見受けられる。
特許文献2は、導波路用金型および導波路の製造方法として、コア用凹部を形成する際に、凸部が形成された金型をクラッド材に「押しつける」ことによって、コア用凹部を形成している(エンボス加工法)。
ただし本発明と大きく相違する点として、上下から複数の型(樹脂型)によって挟み込んでプレスするというものではない。
特許文献3は、特許文献1とほぼ同等と言えるような、ポリマー導波路を製造するプロセスを開示しているものである。
特許文献4は、参考程度にすぎないものの、本発明の課題(光導波路のコアの位置決め精度の向上)に類似する内容が開示されている。ただし、本発明とは異なるアプローチで解決を図っているものである。
そもそも、シングルモードの光を扱うことができる光導波路アレイコネクター自体が、未だ実現されていないようである。
特開2005−3875号公報 特開2004−93989号公報 特開2004−361613号公報 特開2011−17933号公報
本発明の目的は、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するにあたり、ポリマー導波路アレイコネクター同士、ないしはポリマー導波路アレイコネクターとシングルモードのファイバアレイコネクターとの接続において、ポリマー導波路アレイおよびファイバアレイを構成している複数のコア同士が高精度に位置決めできるようにすることにある。
コア同士が高精度に位置決めできるようにするという課題を解決するために、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法を、プロセス全体について根本から見直している。具体的には、請求項1以降に具体的に記載された構成によって実現されるものである。
本発明に従うことで、コネクター同士の接続において、ポリマー導波路アレイやファイバアレイを構成している複数のコア同士が高精度に位置決めできる、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを得ることができる。
本発明に特有の方法における複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる、複数の型の組合せ(第1の型(A)、第2の型(B))も提供される。
図1は、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターの構成を説明するための斜視図である。 図2は、2つのシングルモードのポリマー導波路アレイコネクター同士ないし、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターとシングルモードのファイバーアレイコネクターとが相互接続される状態を説明するための斜視図である。 図3は、マルチモード光のポリマー導波路の場合における、絶対基準位置からの位置決めのずれと、コネクタ間接続による光信号の損失との関係を示すグラフである。 図4は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するための複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる複数の型(第1の型(A)、第2の型(B))の組合せを説明するための斜視図である。 図5は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するための複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる、第1の型(A)を形成するプロセスを説明するための斜視図である。 図6は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するための複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる、第2の型(B)を説明するための斜視図である。 図7は、本発明の方法で用いられるところの、第2の型(B)の利用法を示す断面図および斜視図である。 図8は、本発明の方法で用いられるところの、第2の型(B)の利用法を示す斜視図である。 図9は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法を説明する図である。
図4は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するための複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる複数の型(第1の型(A)、第2の型(B))の組合せを説明するための斜視図である。
第1の型(A)には、導波路アレイの複数のコアの各々に対応することになる複数の隆起部(凸部)が各々、表面に用意されている。
第2の型(B)には、第1の型(A)との組合せとして、複数の隆起部(凸部)の各々に対応して、導波路アレイのコアを取り囲むクラッドの部分に対応することになる複数の空間(凹部)が表面に用意されている。
複数の型(第1の型(A)、第2の型(B))の組合せは、クラッドを形成することになるドライフィルム(クラッド材)を、第1の型(A)と第2の型(B)との間において、前記表面を向かい合わせることによって、プレスするように構成されたものである。ドライフィルムは、ラミネートされたものであってもよい。
ドライフィルム(クラッド材)は、複数の型(第1の型(A)、第2の型(B))の組合せの構成要素ではない。この図中では、これら複数の型の間に挟まれてプレスされるという関係にあることを説明するべく、空間的な関係を記載しているにすぎない。ドライフィルム(クラッド材)は、コアを取り囲むクラッドのうちでも、主にアンダークラッドに相当する部分に成型される。
図5は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するための複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる、第1の型(A)を形成するプロセスを説明するための斜視図である。
第1の型(A)は、前記導波路アレイの複数のコアの各々に対応することになる複数の隆起部(凸部)が各々、表面に用意されているものである。第1の型(A)は、透明な樹脂から成り、前もって金型から形成されたものであってもよい。
第1の型(A)が透明な樹脂であることは必須条件ではないが、プレスされたドライフィルムにUV光をあてることによって、ドライフィルムを硬化させる(後の)プロセスにおいて、UV光を透過させることができるという点で有利となる。この点、「透明」という用語の意義については、かかる技術的効果が得られる限りにおいて、広く解釈されて然るべきである。
図示するように、樹脂を金型に流し込んで、金型から形成するのであれば、第1の型(A)を複製することは容易になる。
その際、金型の内面に対して(後の取り外しが容易になるように)離型剤(ルブリカント)を塗布するようにしてもよい。
しかし、第1の型(A)自体の材料を適切に選択するのであれば、本発明の方法を実行するにあたって、複数回のプレスに耐えるだけの耐久性をもたせることもできる。例えば、プレスされたドライフィルムと比較して、相対的に硬い材料を選ぶようにすればよい。
プレスされたドライフィルムは、上下から複数の金型(樹脂型)によって挟み込んでプレスするというプロセスの性質上、相対的に柔らかい材料を選ぶべきである。
後に詳述するが、後の図9は、図5に示している(人間の眼の方向から)側面方向から眺めたものに相当している。
図6は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するための複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる、第2の型(B)を説明するための斜視図である。
第2の型(B)は、3つの部分に分離可能にされていて、第2の型(B1)および第2の型(B3)、並びに、第2の型(B2)から成るものであってもよい。
また、第2の型(B1)および第2の型(B3)の各々と、第2の型(B2)とが、ガイドピンによって連絡されていて、形成された導波路アレイから第2の型(B2)を取り外すことが、ガイドピンをスライドさせることによって実行できるように構成することができる。
分離させるための構造、分離させるまで連絡させた状態を維持しておく構造は、本発明の方法の技術的思想に従うことで、当業者であれば様々な構造を適用することができるであろう。
本発明の形成方法に従って形成されるシングルモードのポリマー導波路アレイコネクターも、図1で説明したように、導波路アレイとその両端に取付けられた複数のフェルールとから成る。
第2の型(B1)および第2の型(B3)の各々は、ポリマー導波路アレイと一緒になって複数のフェルールの各々の複数の内面へ向かって挿入される2つの部分に相当するように構成されている。
図7は、本発明の方法で用いられるところの、第2の型(B)の利用法を示す断面図および斜視図である。
第2の型(B)の両端に位置するように、複数のフェルールが提供され、ポリマー導波路アレイを、複数のフェルールの複数の内面へ向かって挿入して、前記第2の型(B)およびその両端に提供されている複数のフェルールにわたって橋渡しするようにして利用される。
第2の型(B)は、ポリマー導波路アレイの支持体としての役割を果たしている。
図8は、本発明の方法で用いられるところの、第2の型(B)の利用法を示す斜視図である。
最終的なプロセスにおいて、ポリマー導波路アレイから、第2の型(B2)を取り外すことで、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターが完成する。
第2の型(B1)および第2の型(B3)の各々と、第2の型(B2)とが、ガイドピンによって連絡されている場合には、ガイドピンをスライドさせることによって形成された導波路アレイから第2の型(B2)を取り外せばよい。
このように、これら複数の型(第1の型(A)、第2の型(B))は、本発明の特徴的な形成方法のプロセスにおいて、重要な役割を担っている。
図9は、本発明であるところの、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法を説明する図である。
(1)導波路アレイの複数のコアの各々に対応することになる複数の隆起部(凸部)が各々、表面に用意されている、第1の型(A)を提供する。これは、図5において既に説明した内容である。
(2)第1の型(A)との組合せとして、前記複数の隆起部(凸部)の各々に対応して、前記導波路アレイのコアを取り囲むクラッドの部分に対応することになる複数の空間(凹部)が表面に用意されている、第2の型(B)を提供する。
(3)クラッドを形成することになるドライフィルムを、前記第1の型(A)と前記第2の型(B)との間に提供する。
(4)提供されたドライフィルムを、第1の型(A)と前記第2の型(B)との間において、前記表面同士を向かい合わせることによって、プレスする(ラミネーション工程)。
第1の型(A)と前記第2の型(B)との間に印加されるプレス圧力は、図2のδy誤差を調整するために(精度出しのために)重要となる。
(5)プレスされたドライフィルムにUV光をあてることによって、ドライフィルムを硬化させる。
アンダークラッド材料としてのドライフィルムの完全な硬化によって、第1の型(A)の表面に用意されているところの複数の隆起部(凸部)と、これらに対応して第2の型(B)の表面に用意されているところの複数の空間(凹部)との間の空間が、正確に型取られる(写し取られる)。
(6)硬化されたドライフィルムに形成された複数のトレンチ部(凹部)に対してコア材料(ドライフィルム)をラミネートする。複数のトレンチ部(凹部)は複数の隆起部(凸部)の型に従って形成されたものである。
コア材料としては、余分な量をラミネートしてしまってもよい。コアとクラッドとの間に空隙(ボイド)が生じることのないように、複数のトレンチ部(凹部)にコア材料がしっかり行き渡るように注意して行うことが望ましい。
(7)充填されたコア材料にUV光をあてることによって、コア材料を硬化させる。
(8)硬化されたコア材料の上面を研磨して、中間ポリマー導波路アレイを形成する。
この研磨によって、そのコア材料の高さを制御して、その材料の上面を平坦化し、複数のトレンチ部(凹部)の上端までコア材料が充填された状態にする。余分に充填されたコア材料は、この段階で除去される。
導波路の機能としてコアとクラッドとの境界における反射によって光は伝播されていくので、コアの境界を画定させるプロセスとして、図2のコアとクラッドとのy方向位置を調整するために(精度出しのために)重要なプロセスになる。
(9)硬化されたコア材料上および硬化されたアンダークラッド材料上に、オーバークラッド材料を適用する。
硬化されたコア材料上および硬化されたアンダークラッド材料上に、オーバークラッド材料を適用して硬化させる。
オーバークラッド材料には、アンダークラッド材料と同じものか、同じような屈折率(光学的特性)をもった材料を選ぶことが好ましく、さらには、硬化後のアンダークラッド材料との馴染みがよいものが好ましい。
(10)第2の型(B)の両端に位置するように、複数のフェルールを提供する。
(11)ポリマー導波路アレイを、複数のフェルールの複数の内面へ向かって挿入して、前記第2の型(B)およびその両端に提供されている複数のフェルールにわたって橋渡しする。これは図7において既に説明した内容である。
(12)形成された導波路アレイから、前記第2の型(B)のうちの第2の型(B2)を取り外す。これは、図8において既に説明した内容である。
このような本発明の特有のプロセスに従って、シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターが形成される。
石英ファイバMTの規格(IEC 1754-51996やJIS C05981 1998)では、コア数は2、4、8、10、12(、16)、ポリマー導波路MTの規格(JPCAPE03-01-07S 2006)では、コア数は8、12が定義されている。
本発明の図示では、その数は12で説明している。しかし、本発明の技術的思想を適用するにあたっては、その数は複数でありさえすれば広く適用することができるのであって、限定・特定して解釈されるべきものではない。

Claims (10)

  1. シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法であって、この導波路アレイコネクターは導波路アレイとその両端に取付けられた複数のフェルールとから成り、この導波路アレイは複数のコアとそれを取り囲むクラッドとから成り、複数のコアの各々は一方のフェルールから入ってくるシングルモードの光を他方のフェルールへとそれぞれ別個に導くことができる、前記方法であって、
    前記導波路アレイの複数のコアの各々に対応することになる複数の隆起部(凸部)が各々、表面に用意されている、第1の型(A)を提供するステップと、
    第1の型(A)との組合せとして、前記複数の隆起部(凸部)の各々に対応して、前記導波路アレイの取り囲むクラッドの部分に対応することになる複数の空間(凹部)が表面に用意されている、第2の型(B)を提供するステップと、
    クラッドを形成することになるドライフィルムを、前記第1の型(A)と前記第2の型(B)との間に提供するステップと、
    提供されたドライフィルムを、前記第1の型(A)と前記第2の型(B)との間において、前記表面同士を向かい合わせることによって、プレス(ラミネート)するステップと、
    プレスされたドライフィルムにUV光をあてることによって、ドライフィルムを硬化させるステップと、
    硬化されたドライフィルムに形成された複数のトレンチ部(凹部)に対してコアを形成することになるドライフィルムをラミネートするステップであって、複数のトレンチ部(凹部)は複数の隆起部(凸部)の型に従って形成されたものである、前記ラミネートするステップと、
    ラミネートされたコア材料にUV光をあてることによって、コア材料を硬化させるステップと、
    硬化されたコア材料の上面を研磨するステップであって、中間ポリマー導波路アレイを形成する、前記研磨するステップと、
    硬化されたコア材料上および硬化されたアンダークラッド材料上に、オーバークラッド材料を適用するステップと、
    適用されたオーバークラッド材料を硬化させるステップと、
    第2の型(B)の両端に位置するように、複数のフェルールを提供するステップと、
    ポリマー導波路アレイを、複数のフェルールの複数の内面へ向かって挿入して、前記第2の型(B)およびその両端に提供されている複数のフェルールにわたって橋渡しするステップと、
    形成された導波路アレイから、前記第2の型(B)のうちの第2の型(B2)を取り外すステップとを有する、
    前記方法。
  2. 第1の型(A)が、透明な樹脂から成り、前もって金型から形成されたものであることを特徴とする、
    請求項1に記載の方法。
  3. 第2の型(B)が3つの部分に分離可能にされていて、
    ポリマー導波路アレイと一緒になって複数のフェルールの複数の内面へ向かって挿入される2つの部分である第2の型(B1)および第2の型(B3)、並びに、第2の型(B2)から成る、
    請求項2に記載の方法。
  4. ポリマー導波路アレイと一緒になって複数のフェルールの複数の内面へ向かって挿入される2つの部分である第2の型(B1)および第2の型(B3)の各々と、第2の型(B2)とが、ガイドピンによって連絡されていて、
    形成された導波路アレイから第2の型(B2)を取り外すステップが、
    ガイドピンをスライドさせることによって実行される、
    請求項3に記載の方法。
  5. 両端のフェルールのガイドピン中心(絶対基準位置)の高さと、両端のフェルールの各々における複数のコア(中心)の高さとが、同一の高さ(0.5μm〜1μm程度以下の精度)に設置されていることを特徴とする、
    請求項1に記載の方法。
  6. シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成するための複数のプロセスの部分的なプロセスにおいて用いられる複数の型の組合せであって、この導波路アレイコネクターは導波路アレイとその両端に取付けられた複数のフェルールとから成り、この導波路アレイは複数のコアとそれを取り囲むクラッドとから成り、複数のコアの各々は一方のフェルールから入ってくるシングルモードの光を他方のフェルールへとそれぞれ別個に導くことができる、前記複数の型の組合せは、
    前記導波路アレイの複数のコアの各々に対応することになる複数の隆起部(凸部)が各々、表面に用意されている、第1の型(A)と、
    第1の型(A)との組合せとして、前記複数の隆起部(凸部)の各々に対応して、前記導波路アレイの取り囲むクラッドの部分に対応することになる複数の空間(凹部)が表面に用意されている、第2の型(B)とから成り、
    クラッドを形成することになるドライフィルムを、前記第1の型(A)と前記第2の型(B)との間において、前記表面を向かい合わせることによって、プレス(ラミネート)するように構成された、
    前記複数の型の組合せ。
  7. 第1の型(A)が、透明な樹脂から成り、前もって金型から形成されたものであることを特徴とする、
    請求項6に記載の複数の型の組合せ。
  8. 第2の型(B)が3つの部分に分離可能にされていて、
    ポリマー導波路アレイと一緒になって複数のフェルールの複数の内面へ向かって挿入される2つの部分である第2の型(B1)および第2の型(B3)、並びに、第2の型(B2)から成る、
    請求項7に記載の複数の型の組合せ。
  9. ポリマー導波路アレイと一緒になって複数のフェルールの複数の内面へ向かって挿入される2つの部分である第2の型(B1)および第2の型(B3)の各々と、第2の型(B2)とが、ガイドピンによって連絡されていて、
    ガイドピンをスライドすれば、形成された導波路アレイから第2の型(B2)を取り外すことができるように構成されている、
    請求項8に記載の複数の型の組合せ。
  10. 両端のフェルールのガイドピン中心(絶対基準位置)の高さと、両端のフェルールの各々における複数のコア(中心)の高さとが、同一の高さ(0.5μm〜1μm程度以下の精度)に設置されていることを特徴とする、
    請求項6に記載の複数の型の組合せ。
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