專利名稱：光纖固定用基板及其制造方法與光學裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及備有用于收容、固定光纖的溝的光纖固定用基板及其制法。
背景技術(shù)：
已知有種種用作固定例如直徑為125μm左右的光纖的基板。但不論在任何這樣一種基板中，一旦固定于基板上的光纖的軸偏離開預定位置，此光纖與其它傳光裝置間的傳輸損耗就會加大，因而作為光纖固定用基板中固定用溝的加工精度，例如要在0.5μm以下。
圖1(a)是示明此種光纖固定用基板的一個例子的斜視圖。此光纖固定用基板34的基板本體2是由玻璃或陶瓷等構(gòu)成。本體2的上側(cè)面有所謂V溝12從此本體2-方的端面向另一方的端面延伸，而各條V溝則相互平行。在V溝12中的峰部43與谷部11之間，構(gòu)成V溝的斜面7則基本上是沿直線而延伸。于是，V溝12的橫剖面即成為V字形，各條V溝12例如是深度約一百幾十μm的細微結(jié)構(gòu)。在制造上述光纖固定用基板時，存在有通過腐蝕硅材料來形成V溝的方法。但這種方法的加工精度受限，難以形成某種程度以上的高精度V溝。于是，為了形成上述那種高加工的精度，采用過對氧化鋁、瑪瑙、氧化鋯等陶瓷材料進行研磨加工以形成各種V溝的方法。在這類方法中，例如是把陶瓷的成形體進行燒結(jié)而制造出燒結(jié)體，再把此種燒結(jié)體進行平面研磨加工來形成平整面，繼而用鉆石等磨料將此種平整面研磨加工成各種V溝12。在此由鉆石等磨料作研磨加工時，由于研磨方向取固定方向，即如圖1(a)所示，各V溝12分別從基板本體2一方的端面向另一方端面作直線延伸，形成相互平行的各個V溝12。
當把各個光纖收容、固定于此種光纖固定用基板34的各V溝12之內(nèi)后，有必要同其它傳光裝置作光學結(jié)合。也就是說，在把光纖用作其它傳光裝置時，可準備好另外的光纖，使此另外光纖的端面與固定在V溝12內(nèi)的光纖端相對接觸，加熱此接觸部分的周邊，使兩者熔接。之后從各個定位溝中取下各光纖。
在另一種形式中，當把光波導用作為其它傳光裝置時，則準備好形成光波導的光波導基板。這樣，例如圖1(b)所示，當把光纖9分別固定于各V溝12內(nèi)后，在各光纖9的周圍形成粘合劑層8使各光纖牢靠地結(jié)合。再把蓋32合到光纖固定用基板34之上，制成組合件。然后對光纖固定用基板34的端面33作研磨加工，同時研磨光波導基板的端面，提高兩者端面的精度，將兩者的端面接合，再把各光波導的端面對合到與之相對應的各個光纖的端面，進行光學結(jié)合。
1995年，電子信息通信學會通信協(xié)會大會B-651的“光纖移動型心線選擇裝置的探討”中，載有中西等的可適用的心線選擇裝置。這里是在一條V溝的中途將光纖固定，再對此光纖的端面加以光學研磨。將主光纖收容到V溝中，并讓此主光纖對向已固定的光纖的經(jīng)光學研磨過的端面。在此狀態(tài)下，能從主光纖相對于各個光纖進行傳光。據(jù)此可以進行光纖心線。故障探測等測試。
但是本發(fā)明的申請者在就此種光纖固定用基板的形態(tài)進行研究的過程中，發(fā)現(xiàn)有以下種種問題。具體地說，當把各光纖9設(shè)定于圖1(a)所示的光纖固定用基板34的各V溝12之內(nèi)，在用掃描型電子顯微鏡作仔細觀察后，于V溝12的峰部43的頂部10或10A的表面的一部分中，將如圖1(a)加以夸大表明的那樣，會產(chǎn)生微小的缺陷乃至缺口30。這在把光纖9收容到各V溝12內(nèi)時，就有可能產(chǎn)生這種缺口30。一旦產(chǎn)生有這種缺口30，肯定會對光纖造或不良影響，從而就需將此種光纖固定用基板作為次品處理，以致有加大制造成本的問題。
特別是在把光纖與光波導相結(jié)合時，如前所述，必須對圖1(b)所示的組合件光纖固定用基板34的端面33進行研磨加工。但在加工之后觀察此研磨面時，在峰部10或10A的前端部分就會發(fā)生細微的缺口31。當把光波導基板與光纖固定用基板的各端面相結(jié)合時，因此種缺口產(chǎn)生的破片35就會降低結(jié)合部分的精度，而當把這種組合件置于嚴苛條件下長期使用時，就可以想像得到這種缺口部分將使質(zhì)量不斷下降的事實，因此同樣有必要不使此種缺口產(chǎn)生。
另外，在上述光纖移動型心線選擇裝置中，將主光纖插入到各V溝的入口直至開口部，在各V溝中使主光纖朝各光纖的方向移動，于各V溝的開口部附近各個主光纖相對于各頂部沖突，就有可能損傷主光纖。一旦這樣地損傷了光纖，就會發(fā)生不能進行檢查的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明擬解決的問題是，在把光纖設(shè)置到光纖固定于基板中的定位溝中時，或是在研磨光纖固定用基板的端面時，應不在光纖的定位溝的峰部中產(chǎn)生缺陷以至缺口，同時還應使光纖不易發(fā)生為此種缺陷或缺口造成的損傷。
作為解決上述問題的裝置的第一項發(fā)明內(nèi)容是光纖固定用基板，在此基板上形成有用來收容光纖并確定其位置的定位溝，特征在于，使此定位溝的峰部沿此定位溝橫剖面方向切開觀察時的曲率半徑，在此整個峰部上都在5μm以上。
本發(fā)明的申請人為了解決前述問題曾多次進行研究，用掃描型電子顯微鏡觀察定位溝的峰部形態(tài)并加以研討。結(jié)果是，由于定位溝的山部有尖銳的箭端，當存在有對峰部的沖擊時，在此峰部的頂端部分及其周邊中就容易發(fā)生破裂，由此便容易出現(xiàn)前述的缺口與破片等。
同時，本申請人還探討了在此種峰部的頂部附近呈尖銳化的理由，發(fā)現(xiàn)這是既有的定位溝的形成方法的必然結(jié)果。后面將對照附圖就此加以論述。
本發(fā)明的申請者基于以上認識，使定位溝的峰部沿此定位溝的橫剖面方向切斷觀察時的曲率半徑，在整個峰部上都在5μm以上，發(fā)現(xiàn)由此得以防止上述峰部的破裂與缺口等，進而得以防止生成細微碎片的現(xiàn)象，從而實現(xiàn)本發(fā)明。
此外，最好是使定位溝的谷部沿此定位溝橫剖面方向切開觀察時的曲率半徑在5μm以下。這就是說，在谷部這一方最好是使其前端取尖銳形式為好。原因在于，當光纖的尺寸與定位溝的尺寸相比而較小時，一旦在谷部中形成了上述的那種半徑，當有灰塵等障礙物存在于谷部中時，光纖便易與此類障礙物接觸。結(jié)果會使光纖的光軸偏離預定位置，加大了它與其它傳光裝置間插入損耗。
在前述的第一發(fā)明中，光纖的固定用基板最好由陶瓷或玻璃形成。此時，光纖固定用基板上的定位溝則最好由壓制成形法成形。有關(guān)理由將于以后說明。
下面簡單地說明有關(guān)附圖。
圖1(a)是示明先有光纖固定用基板34的斜視圖，圖1(b)是將蓋32接合到圖1(a)的光纖固定用基板34上獲得的組合件的正視圖。
圖2(a)是示明第一項發(fā)明的實施例的光纖固定用基板1的平面圖，圖2(b)是示明此光纖固定用基板1的橫剖面圖，圖2(c)是示明將光纖9置納于此基板1中各定位溝3內(nèi)的狀態(tài)的剖面圖。
圖3是示明先有的光纖固定用基板8的橫剖面圖。
圖4是用來制造圖2中光纖固定用基板1的模子37的剖面圖。
圖5是示明依據(jù)第一項發(fā)明的另一實施例的光纖固定用基板12的剖面圖。
圖6是示明依據(jù)第一項發(fā)明的又一實施例的光纖固定用基板45的剖面圖。
圖7(a)是示明將光纖9A與灰塵16收容于谷部尖銳的定位溝3內(nèi)的狀態(tài)的剖面圖，圖7(b)是示明將光纖9A與灰塵16收容于帶圖形的定位溝17內(nèi)的剖面圖。
圖8(a)是示明依據(jù)第二項發(fā)明的光纖固定用基板22的平面圖，圖8(b)是其中定位溝23的周邊的放剖面圖。
圖9(a)、(b)分別是示明以各種方法制作的定位溝的平面形式的示意性平面圖。
圖10中(a)、(b)分別是示明依據(jù)第二項發(fā)明的另一形式的實施例的光學裝置的平面圖，而(c)是(b)中的光學裝置的側(cè)視圖。
圖11中(a)為依據(jù)第三項發(fā)明的實施例的光纖固定用基板40的平面圖，(b)為(a)中光纖固定用基板40的側(cè)視圖。
圖12中(a)、(b)、(c)是依據(jù)各種制法制作的定位溝的端面與光波導的端面相結(jié)合部分的周邊放大的剖面圖。
圖13中(a)、(b)分別是依據(jù)第三項發(fā)明的另一實施例的光學裝置的斜視圖。
圖14是示明依據(jù)第四項發(fā)明的光學裝置的側(cè)視圖。
圖15中(a)是示明依據(jù)第五項發(fā)明的光纖固定用基板24的側(cè)視圖，(b)是示明此光纖固定用基板24的平面圖。
圖16中(a)、(c)是示意地表明將光學隔離器配置到圖15中光纖固定用基板24上的狀態(tài)的側(cè)視圖，而(b)是示意地表明在光纖固定用基板24中使光纖端面相對于垂直平傾斜時的光學裝置的側(cè)視圖。
圖17是采用了依據(jù)第五項發(fā)明的實施例的光纖固定用基板115的光學裝置一例的示意性側(cè)視圖。
圖18中(a)是示意地表明的依據(jù)另一項發(fā)明的光纖固定用基板105的側(cè)視圖，(b)是(a)中的光纖固定用基板105從一方向的端面?zhèn)扔^察時的正視圖，而(c)是其從另一方端面?zhèn)扔^察的正視圖。
圖19是示明圖6中光纖固定用基板45的定位溝的周邊的掃描型電子顯微鏡的照片圖。
圖20是圖3所示光纖固定用基板的定位溝。周邊的掃描型電子顯微鏡的照片圖。
以下是圖中標號的意義。
1、8、12、22、24、34、40、45、49、51光纖固定用基板；2基板本體；3、3A、3B、12、13、17、23、50、52、58A、58B，60定位溝；5、光銳的各部；7V溝的斜面；8粘合劑；9、9A、59A、59B、59C光纖；10、10A光銳的峰部；11、18帶圓形的谷部；14平坦的谷部；44、44A、46曲率半徑在整個峰部上在5μm以上的峰部；47峰部46的平坦面；48峰部46的平坦面47與斜面7之間的邊緣；65a光纖的垂直端面；65b光纖的傾斜端面。
具體實施例方式
下面有必要參看附圖來進一步詳述本發(fā)明，圖2(a)是根據(jù)本發(fā)明實施例的光纖固定用基板1的平面圖，圖2(b)是示明光纖固定用基板1的橫剖面的剖面圖，圖2(c)是示明將光纖收容用各定位溝3內(nèi)有關(guān)其接合狀態(tài)的平面圖。在基板本體2中形成有預定列數(shù)(在圖2中例如為6列)的定位溝3。各列定位溝3都是從本體2一方的端面2a延伸至另一方的端面2b。各列定位溝3在本實施例中是采用所謂V溝，但U溝同樣適用于本發(fā)明。
在各V溝3中分別形成有一對斜面7，在兩相對傾斜的斜面7之間形成有尖銳的谷部5。谷部5橫剖面(圖2(b)所示剖面)的曲率半徑＜5μm。從加工觀點考慮，難以使此曲率半徑＜1μm，故最好使其＞1μm。
在各定位溝3之間分別形成有峰部44，而在兩端的定位溝3的外側(cè)則形成峰部44A。將各峰部44、44A的橫剖面的曲率半徑均取作5μm以上，亦即使各個峰部中帶上細微的圓形。在本實施例中，各峰部44、44A的頂部4、4A的橫剖面的曲率半徑均必須＞5μm。各峰部44、44A的各頂部4、4A以外部分的橫剖面則呈直線狀，亦即其曲率半徑為無窮大。
當把光纖置于各定位溝3內(nèi)之后，例如可準備好另外的光纖，使其端面對向設(shè)定在圖2(b)所示各定位溝3內(nèi)各光纖9的端面，而能使此兩者的端面作熔融接合。或如圖2(c)所示，將各光纖9收容到各定位溝內(nèi)，令各光纖9與斜面7接觸而確定其位置，然后以粘合劑充填到各個光纖9與定位溝3的間隙中而形成粘合劑層8，將光纖固定。這之后相對于光波導將各光纖9的端面作光學結(jié)合。自然也可如以前所述，將主光纖插入并收容于各定位溝3內(nèi)。
如圖2所示，通過使各光纖所對應的峰部44、44A的各頂部4、4A之中形成小的園形，便可以解決各峰部的微細破損與碎片等問題。但是為了取得上述效果，對于各峰部來說，它們都得分別具有5μm以上的曲率半徑。
但就各峰部的頂部而論，若頂部的曲率半徑過大，定位溝3的斜面7就會超越與光纖相接觸的點，而不能使光纖定位。當把直徑為125μm的標準光纖按間距250μm排列時，從理論上說，可允許此種曲率半徑高達90μm。但從考慮到有誤差的實際觀點考慮，各頂部4、4A的曲率半徑最好＜80μm。
如前所述，本發(fā)明的申請人已就先有的光纖固定于基板的微觀形態(tài)作了探討，在圖3中示意地表明了這種形態(tài)。在各V溝12之中分別形成有一對斜面7，在兩相對斜面7之間形成有帶圓形的谷部11。在各定位溝3之間都形成有峰部43，而在兩端的定位溝11的外側(cè)則各形成有峰部43A。
本發(fā)明人用掃描型電子顯微鏡觀察了峰部43、43A與谷部的形狀，峰部43、43A是極其尖銳的形式，各峰部的頂部10、10A的橫剖面的曲率半徑約1μm。與此相反，在帶有微細圓形的各谷部11中，其橫剖面的曲率半徑約10μm。本發(fā)明人對這種形狀的生成理由作了探討。
在先有的制造方法中，是用鉆石研磨基板本體2的表面加工出溝，以此種鉆石磨具的根部可以進行較尖銳的磨削，結(jié)果可使各峰部10、10A尖銳化。與此相反，由于是用各磨具的刀尖來磨削各個谷部11，而刀尖部分是難以作到尖銳化的磨削的，因而可以考慮到這會在谷部11中形成圓形。
此外，本發(fā)明者曾通過腐蝕硅片來形成各列V溝。但應知在這種情形下還仍要在各峰部中形成邊緣部。
與上述相反，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過下述制造方法，可以對圖2所示形狀的峰部與谷部進行大規(guī)模制作。具體地說，首先準備好例如具有圖2(a)示明的所希望的平面形狀的模子。自然，在各光纖固定用基板中的定位溝的平面形狀可通過改變模子的平面結(jié)構(gòu)面有種種變動。
此時的模子如圖4所示，形成有與各定位溝3的形狀相對應的峰42。把此種模子37與形成為另一模子的基座相組合，在二者之間將陶瓷或玻璃壓制成形，制造出圖2所示的光纖固定用基板1。此時，各列溝38的形狀便復制成光纖固定用基板上的各個峰，而各個峰42的形狀便復制為固定用基板1的各個V溝3，同時各斜面41的形狀即復制出各斜面7。
這里的模子37的各列溝38也有必要通過磨削加工形成。但在這種磨削加工中，仍然使峰部39尖銳化，使帶圓形的谷部40、40A復制成為頂部4、4A。
當制得的成形體是由陶瓷粉末構(gòu)成時，則應使此成形體脫脂，再燒結(jié)此脫脂體而制得光纖固定用基板。而當制得的成形體是由玻璃構(gòu)成時，則可使此成形體緩慢冷卻而制得光纖固定用基板，或?qū)Υ顺尚误w進行熱處理，使玻璃結(jié)晶化，再使此結(jié)晶化玻璃組成的成形體緩慢、冷卻，由此制成光纖固定用基板。
也可在圖3所示的尖銳的峰部43形成之后，對此峰部43進行研磨加工，而使研磨加工后的各峰部的曲率半徑都在5μm以上。
此外，如圖5所示，對于光纖固定用基板12的各列定位溝13，也可使其各谷部14形成為平坦形式。
也可以制成圖6所示形狀的光纖固定用基板45。在此基板45中，谷部5的曲率半徑在5μm以下，而在此谷部所形成在的各峰部46的各斜面7之間通過粘合劑層8保持住光纖。在各峰部46的頂部均形成平坦面47，在各平坦面47的末端與各斜面7的上端部之間形成有邊緣48。各邊緣48的曲率半徑在5μm以上。
也可考慮使前述各谷部帶圓形。但在本發(fā)明中，最好是使谷部尖銳化，具體地說，最好使谷部橫剖面的曲率半徑在5μm以下?，F(xiàn)參看圖7說明其理由。
在圖7(a)中，示明了各定位溝3的谷部呈尖銳化的情形。
在圖7(a)中，當光纖9A與定位溝3的尺寸相比較小，在光纖9A與各斜面接觸保持在預定位置時，于光纖9A的下側(cè)存在有間隙。標號19表明一對接觸部。因此，細微的塵埃與碎片16之類下落時即侵入到光纖9A下側(cè)的間隙內(nèi)，而易于接觸光纖9A。結(jié)果使光纖9A與一側(cè)的斜面7接觸不良，而在標號20所示的部分處出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。
在由前述壓制成形法來形成光纖固定用基板的情形，這同通過磨削加工形成定位溝的情形不同，可以自由變更各固定用溝的平面形狀。例如能夠形成向來難以成形的從平面上看呈彎曲形的定位溝，或是從平面上看呈曲折形的定位溝。下面就應用此種成形方法的各光纖固定用基板，依次加以說明。
本申請的第二項發(fā)明是去提供形成有用以收容光纖并確定其位置的定位溝的，由壓制成形法制作的光纖固定用基板，此種基板是由陶瓷或玻璃構(gòu)成，特征在于所述定位溝從平面上看呈彎曲形。
上述彎曲部分在基板之中可以只存在一個，也可以存在兩個或兩個以上。圖8(a)是依據(jù)本發(fā)明的實施例的光纖固定用基板22的平面圖，圖8(b)是示明此定位溝一例的剖面圖。在基板本體21之上，形成有弧狀彎曲形的定位溝23。定位溝23的峰部與谷部5的形態(tài)與圖2中的相同。利用這種固定用基板，當將光纖設(shè)置到此基板的V溝中，就能使光纖正確地定位。
本申請的發(fā)明人也曾嘗試過用先有的周知方法來制作此種平面形態(tài)的光纖固定用基板，但未能由此制造出可使光纖充分正確定位的基板。例如首先如圖9(a)所示，在由磨削加工法對光纖固定用基板49的基材21加工時，是在定位溝50的端部50a與端部50b之間，令磨具的行進方向按直角方向彎曲。由于此時需使磨具橫移，在此過程中將使定位溝50的寬度增廣，于是端部50b與端部50a相比，溝寬也將加大。因此不能將光纖固定到預設(shè)位置上。
另一方面，在對硅板進行腐蝕來制造光纖固定用基板的情形，例如圖9(b)中所示，在硅基板21平面上的X方向與Y方向之間的晶體定向為各向異性，于是在定位溝52的方向緩慢變化的過程中產(chǎn)生有階差53、54。結(jié)果便難以使定位溝52內(nèi)的光纖定位到預定位置上，降低了可靠性。
與此相反，在壓制成形法的情形，是利用放電加工法將具有預定平面形狀的模子簡易地制成。
在此第二項發(fā)明中，峰部與谷部的形狀不限于圖2～圖6中所示的峰部與谷部形狀。
此外，在此第二發(fā)明中，能將和定位溝具有相同平面形狀的光纖收容并固定到定位溝中，而處于不受來此定位溝的壁面應力影響的狀態(tài)下。為此，可將具有與各定位溝的平面形態(tài)相同平面形態(tài)的光纖預先以它法制造出，再把此光纖收容用定位溝中。
作為此第二項發(fā)明的其它形式是提供這樣一種光學裝置，這是在由第一批光纖組成的第一光纖群中各光纖的間隔與由第二批光纖組成的第二光纖群中光纖的間隔不同之時，用來使第一光纖群中的各光纖與第二光纖群中相對應的光纖結(jié)合的連接裝置，特征在于，它配備有具有前述彎曲部分的光纖固定用基板，在此光纖固定用基板中形成有分別對應于第一光纖群內(nèi)的光纖與第二光纖群內(nèi)的光纖的定位溝，各定位溝一方的端部形成在與第一光纖群中各光纖相對應的位置上，各定位溝另一方的端部形成在與第二光纖群中各光纖相對應的位置上，在此種定位溝中收容并固定著第一光纖群內(nèi)的光纖與第二光纖群內(nèi)的光纖，而此第一光纖群內(nèi)的上述光纖與第二光纖群內(nèi)的上述光纖則連接成能相互傳光。
此外，上述方法適用于，當一批光纖組成的光纖群中的各光纖的間隔與備有一批光波導的光波導基板中各個光波導的間隔不同時，用來使光纖群中的各光纖與各個光波導相結(jié)合的連接裝置。
圖10(a)是示明依據(jù)上述形式一實施例的光學裝置的平面圖，圖10(b)是示明依據(jù)上述形式另一實施例的光學裝置的平面，圖10(c)是示明圖10(b)中光學裝置的側(cè)視圖。在圖10(a)中，位于對向基板57左側(cè)端面57a的第一光纖中的各光纖59A、59B是收納在單一包層55內(nèi)，故各光纖的間隔d1相對的要小。與此相反，位于對向右側(cè)端面57b的第二光纖群中的各個光纖59c，它們分別收容在包層56內(nèi)，于是各光纖59c的間隔d2便相對地大。在光纖固定用基板57的左側(cè)部分中形成有兩列定位溝58A和兩列定位溝58b，而在右側(cè)部分中形成有定位溝60。各定位溝58A、58B分別與定位溝60連接。定位溝58A、58B分別設(shè)有直線部分58a、向外側(cè)的彎曲部分58b、短的直線部分58c、向內(nèi)側(cè)的彎曲部分58d以及直線部分58e，而上述直線部分58c則由連接61與定位溝60相連。
在彎曲部分58A中收容著外側(cè)的光纖59A，而在彎曲部分59B中則收容著內(nèi)側(cè)的光纖59B。在各定位溝60之中收容著各光纖59C。各光纖59A、59B與各光纖59C相互接合。這種接合方法最好由機械加壓法進行，這種方法載于《NTT研究實用化報告第33卷第3號》，1989年第588頁上。
在圖10(b)、(c)所示的固定用基板中，基板57與光纖保持基板62按整體成形，由此可進一步使光連接裝置集成化。保持基板62的上面一側(cè)形成有用于容納各個光纖的各個包層56的溝62c。光波導基板116的端面116a與基板57的左側(cè)的端面75a連接。在光波導基板116上形成有多列的光波導117A、117B。在本實施例中，光波導的間隔為d1。各個光纖110A、110B分別收容于包層56內(nèi)，各光纖110A、110B的間隔d2則相對于d1。
在定位溝58A與60之中收容著外側(cè)的光纖110A，在定位溝58B與60之中收納著內(nèi)側(cè)的光纖110B。然后用粘合劑將各光纖固定于定位溝之中，對基板57的端面57a作光學研磨，相對于各光波導光學地結(jié)合上述研磨過的端面。此時，內(nèi)、外側(cè)光纖110A與110B分別同其所對應的光波導117A與117B作光學結(jié)合。圖中的標號118指光波導群。
如圖10(a)、(b)所示，為把各光纖收容于彎曲的定位溝中，最好是使筆直的光纖沿著此定位溝的壁面順次地彎曲而收容于其中。此時，由于定位溝58A、58B是光滑地彎曲，不用擔心定位溝中的那部分光纖會因應力集中而斷裂。
在圖10(a)、(b)的實施例中，光纖包層56的直徑通?？扇?.9mm，此時定位溝60的間隔則取0.9mm。又，對于帶狀光纖59A、59B的間隔或光波導的間隔例如為0.25mm時，此時的定位溝58a的間隔取為0.25mm。
第三項發(fā)明涉及到上面形成有用來收容光纖并使之定位的定位溝的，由壓制成形法制成的光纖固定用基板，特征在于此定位溝的至少是一方的端部從平面上看是形成在光纖固定用基板之內(nèi)，在此端部中，與光纖固定用基板的主面相對而形成為垂直的端面。
圖11(a)是示明依據(jù)本發(fā)明一實施例的光纖固定用基板40的平面圖，圖11(b)是其側(cè)視圖。至于定位溝3的峰部44、44A，頂部4、4A以及谷部5，則與圖2中的相同，各定位溝3雖然是從基板本體2一方的端面2a朝向端面2b的方向相互平行延伸，但它們大致中止于此本體2的中央部分。
此定位溝3在基板內(nèi)的端面6，如圖12(a)所示，相對于基板的主面構(gòu)成大致垂直的平面。此端面與基板主面間的角度，在用前述壓制成形法來形成定位溝時，可以達到90度±0.2度。結(jié)果在把光纖65的端面65a作為垂直面的情形下，將此光纖65的端面65a與端面6對接便能定位。
在本發(fā)明中，相對于此種定位溝的端面6能形成連續(xù)的光波導63。在此，當把收容到定位溝中光纖的幾何中心軸線與光波導63的心子定位為X方向與Y方向，并使光纖65的端面65a對接到端面6上時，就能使光纖65自動地相對于光波導63作光學結(jié)合。例如用離子交換玻璃形成基板64，并用離子交換法來形成光波導63，就能制作成這種光波導。
在由硅基板腐蝕法形成定位溝的情形中，如圖12(c)所示，在定位溝的端面上生成斜面71。這是由于硅基板69的腐蝕是在各向異性的腐蝕下進行，通常相對于基板主面形成是有54.73°角的斜面71。結(jié)果在光纖固定用基板65的端面65a與定位溝的端面71之間必然產(chǎn)生間隙。為了消除這種間隙，需如圖12(c)所示，使光纖固定用基板65b也傾斜一個與前述角度相同的角度，令斜面65b與71之間相互成無間隙的接觸。由此即可使光纖65與光波導70成無間隙的融合。
但在采用上述的光學連接方法時，當把光纖65插入定位溝中來和光波導進行光學連接時，在光纖65的端面65b和定位溝的端面71之間必須正確地調(diào)節(jié)光纖的中心軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動方向，但是對于這種可作360°旋轉(zhuǎn)的光纖65的轉(zhuǎn)動軸的方向的位置是難以確定的，而且還會成為加大成本的原因。
另外，在圖13(a)所示的光學裝置72中，是把裝置72的端面72a中例如共4列的光纖76分別收容到上述定位溝內(nèi)，并使各光纖76的垂直端面分別相對于各定位溝的基板的主面與端面6對觸定位。將裝置72另一方端面72b中所存在的例如一列光纖76收容到上述定位溝內(nèi)，令光纖76的垂直端面相對于定位溝的基板的主面與端面6對接定位。各光纖76的端面如圖13(a)所示，則是相對基板內(nèi)的光波導73的分岔部分。73a或直線部分73c作光學結(jié)合。分岔部分73a與直線部分73c則在分岔點73b結(jié)合。
在形成離子交換光波導的情形下，通常是使玻璃基板的表面進行離子交換，制成厚約10μm的光波導。于是光波導的中心位于距表面約5μm深度處的位置。因此，要使收容到定位溝內(nèi)的光纖的中心與光波導的中心相一致，需對定位溝的尺寸與形狀進行設(shè)計。通過對定位溝作出這樣的設(shè)計，就能用機械方法在基板的深度方向上進行調(diào)心。
在按上述方式使光纖與光波導相結(jié)合時，必須使定位溝的端面成為鏡面，讓光高效地透過端面。在本發(fā)明中，通過將壓制用模子中的與此端面相對應的面加工成鏡面，便可使定位溝的端面形成為鏡面。最好是使此定位溝端面的平均表面糙度Ra＜10nm。
此外，可以用火焰沉積法于玻璃基板的表面上形成光波導。
在此第三項發(fā)明的另一種形式中，可將定位溝中的光纖與光學元件相結(jié)合。在這樣的形式下，上述定位溝可在光纖固定用基板中從平面上看去的任意地方形成。這就是說，可把定位溝一方的端部設(shè)定到基板上所希望的地方，而把此定位溝另一方的端面形成在與該光學元件相對的位置上。
作為上述的光學元件，以發(fā)光元個與光接收元件最為有用。圖13(b)是本發(fā)明所適用的這種光學裝置的實施例的斜視圖。在光學裝置74的一方的端面74a上，與之相面對的形成有定位溝。此定位溝的形態(tài)與前述圖2中所示的相同。收容在此定位溝中的光纖77的端面與定位溝的端面6對接。發(fā)光二極管79的發(fā)光界面即定位在與此端面6相對的位置上。當此發(fā)光界面與光纖端面直接接觸，發(fā)光二極管就可能變質(zhì)，故在此發(fā)光界面與光纖端面(即定位溝端面)間形成有預定的間隙部80。又，標號78指發(fā)光二極管79的控制用電極。
此發(fā)光二極管例如是從距發(fā)光二極管底面(基板的表面)高10μm位置處發(fā)光。在此種下，為使收容在定位溝中的光纖中心與發(fā)光二極管中的發(fā)光位置相一致，需對定位溝的尺寸與形狀進行設(shè)計。
本發(fā)明例如適用于這樣一類光集成元件，它們載明在《信學技報》，EDM94-29，CPM94-43，OPE94-38(1994-08)“采用Si基板的半導體激光器陣列組件的混合式集成實際包裝”，佐佐木誠美等《LASER FOCUS WORID》，1991年5月號第217頁，“使激光器陣列耦合到光纖上的混合技術(shù)”，“采用石英玻璃系平面光波導的混合式光集成技術(shù)”NTT光電子研究所，山 秦文(第三屆光電子信息處理研究會資料)。
此外，在本發(fā)明中，于光纖固定用基板中定位溝兩側(cè)的端部上，能形成相對于上述基板主面垂直的端面6。這種組合件本身在現(xiàn)階段雖然還未獲得應用，但通過將這種組合件切斷，可用來生產(chǎn)使定位溝一方的端部敞開為在另一方端部上形成有端面6的基板。
第四項發(fā)明提供了上面形成有用來收容光纖并使之定位的定位溝的，由壓制成形法制成的這樣一種光纖固定用基板，特征在于此定位溝至少備有定位溝的橫剖面尺寸相對大的第一部分和橫剖面尺寸相對小的第二部分，在此第一部分與第二部分之間，使此第一部分的端面形成為相對于光纖固定用基板的主面垂直。
具體地說，例如圖14所示，在光纖固定用基板83一方的端面83a這一側(cè)上，形成有定位溝橫剖面尺寸相對大的第一部分84；而在另一方端面83b這一側(cè)上，形成有橫剖面尺寸相對小的第二部分85。在第一部分84與第二部分85之間，第一部84的端面形成位相對于光纖固定用基板83的主面垂直。在第一部分84中收容并固定著直徑相對大的被動傳光部件87，在第二部分85中收容并固定著直徑相對小的光纖65。第一部分中的傳光部件87的端面87a通過與端面86接觸而定位。結(jié)果使光纖65的端面65a能與傳光部件87的端面87a成無間隙的接觸。在此狀態(tài)下，最好是用機械加壓方式使傳光部件與光纖結(jié)合。
作為上述的傳光部件87，舉例來說，具體可有直徑相對大的光纖、透鏡[梯度析射率(GRIN)透鏡、球面透鏡等]。為將直徑相對大的被動型傳光部件與直徑相對小的光纖相結(jié)合，已有過使兩者分別固定到陣列上后再結(jié)合各個陣列上的方法。但是，在把傳光部件的陣列與光纖的陣列相結(jié)合時，在各傳光部件與光纖之間進行相互的光學調(diào)心與對準工作是很煩雜的，費用也高。
第五項發(fā)明是去提供配備有上面形成了用來收容傳光部件并使其定位的定位溝的，由壓制法制成的固定用基板的光學裝置，特征在于它包括有由第一定位溝形成的第一突出部和第二定位溝形成的第二突出部，以及連接此第一與第二突出部的連接部，從連接部表面上看過去時的第一定位溝的高度大于第二定位溝的高度，而收容并固定在第一定位溝中的傳光部件與收容并固定在第二定位溝中的傳光部件則作光學連接。
在此第五項發(fā)明的一種形式中，當把一光學元件固定到此連接部中時，從連接部的表面看過去時在光學元件中的光入射位置的高度和出射位置的高度不同，而收容并固定在第一定位溝中的傳光部件和收容并固定在第二定位溝中的傳光部件則可經(jīng)此光學元件形成光學連接。作為此種光學元件雖可使用光的入射位置高度與出射位置高度不同的任何光學元件，但以使用光學隔離器最為理想。
已知可用光纖固定用基板的V溝與光纖相對，并在所對向的光纖固定用基板之間配置上濾光片與光學隔離器(《O plus E》，1991年1月號，第124～125頁1992年電子情報通信學會秋季大會，C-229“光纖集成型與編振波無關(guān)的光學隔離器”，中善寺知廣等)。但是，它們的損耗很大。且隔離特性也不充分。為此在市售的光學隔離器中采用這樣的方式，即使兩個準直儀相對，而在這兩個準直儀之間設(shè)置光學隔離器元件(1993年電子情報通信學會秋季大會，C-216“小型的完全不含樹脂的偏振波無關(guān)型光學隔離器”，野內(nèi)知彥等1992年電子情報通信學會秋季大會，C-230“偏振面無關(guān)型光學隔離器的特性”，平井茂等)。至于準直儀是通常用于FC連接器中的，即相對于將光纖組合到管套中而組裝起的光學系統(tǒng)預先裝配上透鏡而制作成的元件。
但在上述這種形式的光學隔離器中，在對合準直儀的位置時需對X軸、Y軸這兩個軸向再加上對θX與θY的旋轉(zhuǎn)方向的調(diào)整，而這樣的準直調(diào)整是非常費對與麻煩的。
本發(fā)明是在用來使光于內(nèi)部移相而令光軸變化的光學元件(特別是光學隔離器)中，提供通過保持于光纖固定用基板上的光纖來直接對合光軸的方法。由此，就不必要進行傳統(tǒng)問題中的調(diào)整X軸、Y軸、θX軸與θY軸。
圖15(a)是本發(fā)明實施例中所用光纖固定用基板24的斜視圖，圖15(b)是此固定用基板24的平面圖?；?4具有處在較高位置的第一突出部25，從連接部27表面上看過去時處在較突出部25為低的位置上的第二突出部26，當然還包括連接此突出部25與26的連接部27。在各突出部25、26之中形成有第一定位溝3A、第二定位溝3B，各定位溝的形態(tài)與圖2所示的相同。但本發(fā)明并不限于具有上述形式的定位溝的基板，也可適用于具有其它形式的定位溝的基板。突出部25上的定位溝3A與突出部26上的定位溝3B共同按直線形式伸延，且定位溝3A與3B從平面上看是存在于同一直線上。
在壓制成形法中可用一道壓制工序來同時形成這種相對高度不同的突出部25、26以及連接部27。由磨削方法與腐蝕方法來作這樣的加工是很難的。
在突出部25、26上的各定位溝3A、3B內(nèi)分別收容著光纖并確定其位置。此時，當于連接部27上設(shè)置雙折射板或光學隔離器等入射位置與出射位置不同的光學元件時，定位溝3A內(nèi)光纖的光軸就會與定位溝3B內(nèi)光纖的光軸偏移。考慮到這種偏差，要調(diào)整定位溝3A與3B之間光軸的間隔或階差。有時，光纖端面存在傾斜，這同樣會在定位溝3A與3B之間導致各光纖的光軸錯位，而需要調(diào)整定位溝3A與3B之間的間隔或階差。
當用圖來表示此實施例時，例如圖16(a)所示，光纖65A收容并定位于第一突出部15的定位溝3A內(nèi)，而光纖65收容并定位于第二突出部26的定位溝3B內(nèi)。在突出部25的端面25a與突出部26的端面26a之間，于連接部27的表面91上設(shè)置光學隔離器90，在光學隔離器90的兩側(cè)設(shè)置透鏡92A、92B。在此種狀態(tài)下，雖然在光學隔離器90兩側(cè)的光軸93與94有偏移，但可以通過調(diào)整定位溝3A與3B間的階差來調(diào)整光軸93與94的階差。
此外，在光纖端面傾斜時，也會與上述情形相同導致定位溝3A中光纖的光軸與定位溝3B內(nèi)光纖的光軸偏移。例如圖16(b)中所示，光纖定位用的基板95包括有在較高位置的第一突出部25A，從連接部27的表面看出處于較突出部25A為低的位置處的第二突出部26A，以及這一連接著突出部25A與26A的連接部27。突出部25A內(nèi)連接部側(cè)的端面97相對于垂直面傾斜，而突出部26A內(nèi)連接部側(cè)的端面98也相對于垂直面傾斜。與此同時，各光纖65A、65B的各端面99也同樣地從垂直面傾斜。這樣的各光纖的端面的傾斜，形成了用來防止反射光再吸收到光纖中內(nèi)。突出25A的定位溝3A與突出部26A的定位溝3B共同作直線形延伸，同時定位溝3A與3B從平面上看是存在于同一直線上。
使光纖65A、65B收容并固定于定位溝3A、3B內(nèi)。在此狀態(tài)下，連接著定位溝3A內(nèi)的光纖65A與定位溝3B內(nèi)的光纖65B的光軸100雖然相對于水平面傾斜，但通過調(diào)整定位溝3A與3B間的階差，可使從光纖65A端面射出的光能入射到光纖65B內(nèi)。
還能賦予上述光學裝置以保持光纖包層的機能。由此更易使光纖安裝到光學裝置上。此外，可以通過將光學元件設(shè)置并定位到連接部表面的收容孔中，便容易正確地確定光學元件對應于各光纖的相對位置(特別是光學元件與光纖的距離、光學元件的角度)。
例如在圖16(c)所示的光學裝置中，基板112中包括有處在較高位置的第一突出部102A，從連接部27的表面觀察時處在較突出部102A為低的位置處的第二突出部102B，以及連接著突出部102A與102B的這一連接部27。在各突出部102A、102B中形成有第一定位溝3A、第二定位溝3B。光學元件90插定到設(shè)于連接部27中的收容孔104中。通過調(diào)節(jié)此收容孔104的平面位置與深度，可使定位溝3A內(nèi)的光纖與定位溝3B內(nèi)的光纖自動地作光學結(jié)合。
在設(shè)于第一突出部102A末端的定位用V溝101A中收容并固定著光纖的包層56。在設(shè)于第二突出部102B末端的定位用V溝101B中收容并固定著光纖的包層56。
上述光軸的偏移量，也即保持于第一突出部中的光纖和保持于第二突出部中的光纖的光軸偏移量，雖無具體地限制，但通常約為50～150μm。
在圖17所示的光學裝置中，基板115包括處在較高位置的第一突出部102C，從連接部27表面觀察時處在低于突出部102C位置的第二突出部102D，以及連接突出部102C與102D的這一連接部27。
在突出部102C、102D中形成有定位溝的橫剖面的尺寸相對大的第一部分84A、84B，和橫剖面尺寸相對小的第二部分85A、85B。在第一部分84A、84B與第二部分85A、85B之間，第一部分84A、84B的端面86A、86B形成為相對于基板115的主面垂直。在第一部分84A、84B之中，收容并固定著直徑相對大的被動的傳光部件87A、87B。在第二部分85A、85B之中，收容并固定著直徑相對小的光纖65A、65B。傳光部件87A、87B的端面87a與端面86A、86B相接觸，由此使位置確定。結(jié)果使光纖65A、65B的端面65a，與傳光部件87A、87B的端面87a作無間隙地接觸。
作為傳光部件87A、87B例如可以特別采用直徑相對大的光纖、透鏡(梯度折射率透鏡、球面透鏡)。
在設(shè)于第一突出部102C末端的定位用V溝101A中收容并固定著光纖的包層56。在設(shè)于第二突出部102D末端的定位用V溝101B中收容并固定著光纖的包層56。
在圖17的例子中，光纖的定位溝85A-85B的橫剖面的直徑例如為0.125mm，而透鏡的定位溝84A、84B的橫剖面的直徑例如為1mm。
圖18(a)是光纖固定用基板105的側(cè)視圖，圖18(b)是從一方的端部側(cè)來觀察光纖固定用基板105時的正視圖，圖18(c)是從與圖18(b)相反端部側(cè)觀察光纖固定用基板105時的正視圖。
在基板106的一對端面之間形成有光纖定位溝109。定位溝109在本實施例中為V溝。定位溝109的橫剖面尺寸在端部107側(cè)較小，在端部108側(cè)較大，而在端部107與108之間，此定位溝109的橫剖面面積則逐漸加大。光纖65即沿著定位溝109的底部被收容與固定。
下面說明本發(fā)明中構(gòu)成光纖固定用基板的材料。
本發(fā)明的申請人在由壓制成形法制造種種形式的光纖固定用基板的過程中，當使用以下材料時，發(fā)現(xiàn)能以極高的精度(具體地說，達到1.0μm以下的精度)來制造光纖固定用基板。
具體地說，在第六項發(fā)明中最好是使用這樣的材料，即構(gòu)成玻璃陶瓷的晶粒的平均粒徑在1.0μm以下，且主結(jié)晶層是由焦硅酸鋰(Li2O.2SiO2)相、β-鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)相或β-鋰輝石的因溶體相所占據(jù)，而具有SiO2組成的結(jié)晶相所占比例在2％(重量)以下。
“SiO2組成的結(jié)晶”雖然是指含有石英、白硅石以及其它結(jié)構(gòu)的結(jié)晶，但在本說明書的“SiO2組成的結(jié)晶”中，是把結(jié)晶結(jié)構(gòu)在石英與白硅石以外的結(jié)晶相略稱作為“SiO2結(jié)晶相”。
本發(fā)明人首先根據(jù)對種種玻璃陶瓷作多次探討的結(jié)果，限定了此種原料的比例，且在后述的溫度進行了結(jié)晶化處理，由此基本上消除了Li2O-SiO2相與SiO2組成的結(jié)晶相，同時成功地變換為Li2O、2SiO2相與β-鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)相或β-鋰輝石固溶體相。此種玻璃陶瓷的主結(jié)晶相為焦硅酸鋰相、β-鋰輝石相或β-鋰輝石固溶體相占據(jù)，且SiO2組成的結(jié)晶相所占比例在2％(重量)以下。
使用上述的玻璃陶瓷可以有效地防止前述光纖固定出現(xiàn)破片或損傷等問題。特別如實愿平4-17752號所記載的連接器，雖然具備有可裝卸的機能，但在裝卸的情形下，采用通常的玻璃陶瓷就會發(fā)生破片等問題，而最好是去采用由上述特定的玻璃陶瓷所形成的光纖固定用基板，而且還能由壓制成形法制成有極高精度光纖固定用基板。
下面說明玻璃陶瓷的組成及其制法。就玻璃陶瓷而論，SiO2組成的結(jié)晶相的重量比應在2％(重量)之下，且需使焦硅酸鋰相與β-鋰輝石相或β-鋰輝石固溶體相如上所述占有一定比例。
具體地說，在制造光纖固定用基板時，是把重量百分比組成為SiO265-85，Li2O8-15，Al2O35-8，P2O51-5；而最好為SiO275-80，LiO29-14；Al2O35-8，P2O51-3的原玻璃，加熱到820-950℃的熱處理溫度，而制成玻璃陶瓷。
在此，Al2O3是形成β-鋰輝石與β-鋰輝石固溶體的必要成分，而且是為了提高玻璃陶瓷結(jié)晶相的穩(wěn)定性所必需的，當它未達到5％(重量)時，在結(jié)晶相中就不能生成β-鋰輝石，而SiO2組成的結(jié)晶相的數(shù)量則超過2％。
為了獲得與焦硅酸鋰相同的結(jié)晶相，SiO2是不可缺少的基本成份，當它的數(shù)量＜65％(重量)，難以折出所希望的結(jié)晶相，當它的數(shù)量＞85％，玻璃就不易熔融。
本發(fā)明人觀察對上述原始玻璃熱處理的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其結(jié)晶化溫度應采用820℃-950℃。這在過去業(yè)已知道，Li2O-SiO2-Al2O3系玻璃是在700-900℃的廣范圍內(nèi)結(jié)晶化。本發(fā)明在使上述組成的原始玻璃結(jié)晶化時，最好生成30-60％(重量)的焦硅酸鋰相以及1-25％(重量)的β-鋰輝石相與β-鋰輝石的固溶體相，而且需使焦硅酸鋰相同β-鋰輝石相與β-鋰輝石的固溶體液的重量比在1.0以上。為了生成由這種特定組成的玻璃陶瓷構(gòu)成的基板，原始玻璃的結(jié)晶化溫度應取為820-950℃。
為使玻璃陶瓷的強度達到最高狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)最好是使結(jié)晶化溫度在820-920℃的范圍內(nèi)，而尤為最好是在820-900℃的范圍內(nèi)。
還需要說明的是，在對原始玻璃作熱處理時，當此熱處理溫度即結(jié)晶化溫度約為700-750℃，生成了30-50％的Li2O·SiO2相、Li2O·2SiO2相，也生成了一些SiO2組成的結(jié)晶相。此時，隨著溫度的升高，Li2O·SiO2相與Li2O·2SiO2便共同增加。在這樣的階段，基板的強度低，不能使用。
當結(jié)晶化溫度上升到約800℃，Li2O·SiO2相急劇消失，而Li2O·2SiO2相與SiO2組成的結(jié)晶相等便急劇增加。
但在達到820℃時，SiO2組成的結(jié)晶相消失，而Li2O·2SiO2相增多。進一步可知，同時急劇地生成了β-鋰輝石相。這就是說，在此溫度領(lǐng)域內(nèi)，最初是Al2O3成進行結(jié)晶化，這就意味著生成β-鋰輝石相(Li2O·Al2O3·4SiO2)或β-鋰輝石固溶體。在達到上述的(Li2O、Al2O3、4SiO2)組成之前的階段，結(jié)晶結(jié)構(gòu)雖然類似，但由于結(jié)晶相內(nèi)的Li2O，Al2O3，SiO2的比例未能正確地達到有關(guān)比例，故把它稱為β-鋰輝石固溶體。
在820-920℃的范圍內(nèi)，焦硅酸鋰相，β-鋰輝石相與β-鋰輝石固溶體相便逐漸增多。同時在此范圍內(nèi)的平均結(jié)晶粒徑在1.0μm以下，能使基板保持極高的強度。當結(jié)晶化溫度超過950℃，結(jié)晶相雖無很大變化，但基板強度有開始降低趨勢。
在本發(fā)明的基板中，β-鋰輝石相與原來的焦硅酸鋰相比一旦增加到過多，就可判定會有問題。這就是說，當焦硅酸鋰相/(β-鋰輝石英與β-鋰輝石固溶體相二者的合計值)的重量比不到1.0時，當β-鋰輝石的晶粒繼續(xù)生成時，機械強度將減少。
從上述意義上可以認識到，最好是使上述的重量比在1.0以上。且已然知道，上述的重量比達到1.3以上時，機械強度就會更好。
還有，當原始玻璃中的Al2O3成分超過8％(重量)時，這時的β-鋰輝石晶粒的生成量過多，而基板的強度便降低。于是，Al2O3的數(shù)量應該在8％(重量)以下。
在上述制造方法中將原始玻璃加熱時，最好是至少是在500℃以上的溫度區(qū)域?qū)囟鹊纳仙俣瓤刂频?0-300℃/小時來進行成核。同時最好至少是在500-580℃的溫度區(qū)域內(nèi)保持1-4小時來進行成核。
又在本發(fā)明中用作基板的玻璃陶瓷內(nèi)可以含有其它成分。首先，作為P2O5以外的成核劑，可以含有TiO2、ZrO2、SnO2等金屬氧化物或鉑等金屬的氟化物中的一種或是兩種或兩種以上的混合物。
此外，還可以含有0-7％(重量)的K2O。這可以在玻璃熔融和成形溫度低時，控制成形時玻璃發(fā)生失透。為了發(fā)揮這種作用，最好是使K2O的含量在2％(重量)以上，而當此含量超過7％(重量)，玻璃陶瓷的強度就有降低的趨向。
也可以含有AS2O3與Sb2O3中的一種或兩種，它們合計的含量為0-2％(重量)，是用作玻璃熔化時的澄清劑的。
另外還可以含有B2O30-3％(重量)；CaO0-3％(重量)；SrO0-3％(重量)；BaO0-3％(重量)。且最好是實際上不含HgO。
在制造原始玻璃時，是把含有上述各金屬元素的各種原料按上屬相應的重量比加以混合，再將此混合化熔化。作為此種原料，例如所以有各金屬元素的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽以及氫氧化物。作為熱處理原始玻璃進行結(jié)晶化的氣氛可以選用大氣氣氛、惰性氣氛。
此外，這里的構(gòu)成光纖固定用基板的材料同樣適用于與參照前述圖2-圖6所說明的光纖，固定用基板不同形式的光纖固定用基板。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，作為構(gòu)成光纖的材料以下面各種材料最為有利。
(1)BK-7光學玻璃它的紫外透過率高，熱膨脹系數(shù)約為70×10-7/℃，可以使與LiNbO3組成的基板上的光波導的熱膨脹差減小。此外，在其固定地用于球面透鏡等BK-7的制晶的情形中，由于材料相同，最為合適。而在把光纖固定用基板同光學元件作光學結(jié)合好后，在由紫外線固化樹脂粘合劑將此兩者粘合的情形中，對于光纖固定用基板的材料要有很高的透紫外性能。由于BK-7玻璃在波長入＝360nm處的透過率為90％，故極為合適。
此外，當把光纖固定用基板結(jié)合到X截割LiNbO3波導的情形下，具有X截割的LiNbO3波導的基板的熱膨脹系數(shù)在一個方向上為150×10-7/℃，在另一個方向上為40×10-7/℃。為此，考慮到在兩個方向上使熱膨脹系數(shù)相匹配，最好是使構(gòu)成光纖固定用基板的材料的熱膨脹系數(shù)約為85×10-7/℃。BK-7玻璃即具有這樣大小的熱膨脹系數(shù)。
一般，作為球面透鏡等的材料使用的是BK-7玻璃，當作為光纖固定用基板的材料用到BK-7玻璃時，球面透鏡等和光纖固定用基板之間就沒有熱膨脹差。
(2)硼硅酸鹽玻璃硼硅酸鹽玻璃具有2＝32×10-7/℃的低熱膨脹系數(shù)，這在通常市售的玻璃中是非常低的熱膨脹系數(shù)，它不作結(jié)晶化等處理也能用來制造低膨脹的光纖固定用基板。此外，由于紫外透過率高，如前所述，可以使用紫外線固化型樹脂。
(3)鈉鈣玻璃鈉鈣玻璃通過于48℃的KNO3液中浸漬，在距表面約30μm的范圍內(nèi)發(fā)生Na+與K+交換，由此使強度提高。
(4)離子交換玻璃在使用利用此種材料的光纖固定用基板時，可以在此種光纖固定用基板上直接形成光波導，而能使此光波導與前述光纖作直接結(jié)合。
下面說明更為具體的試驗結(jié)果。根據(jù)前述方法，經(jīng)壓制成形法制成了圖2所示的光纖固定用基板1與圖6所示的光纖固定用基板45。這里，作為原料使用純度為99.8％的氧化鋁粉末，作為粘合劑添加了3％的聚乙烯醇(PVA)和1％的聚乙二醇(PEG)，獲得了由噴霧干燥法造粒的成形原料。
另一方面，準備好具有圖4所示形狀的摸子37。此模子37是由超硬合金形成，用鉆石磨具對其表面作磨削加工，形成各個溝38。將前述的成形有原料充填到模子37及其下側(cè)平板形的模子之間，在2000kg/cm2的壓力下進行壓制成形。將這樣制得的成形體在氧化氣氛中于1600℃下燒結(jié)而制成光纖固定用基板。在此固定用基板的各固定用溝內(nèi)置納光纖，并使光纖相對于定位溝的峰部作強制接觸。然后觀察定位溝的周邊。
圖19是圖6所示光纖固定用基板45的定位溝3的周邊的掃描型電子顯微鏡照片。從圖中可以清楚看到，定位溝的峰部內(nèi)呈圓形，而谷部則極其尖銳。此外還可以看到在定位溝內(nèi)存在有種種突起，但特別是不存在缺口與破損處。對于圖2的光纖固定用基板也有相同結(jié)果。
將上述成形用原料成形為平板形的成形體，將此成形體在氧化氣氛中于1600℃下燒結(jié)，制成了平板形的基板本體。用鉆石磨具研磨加工此基板本體的表面，制成了圖3所示的光纖固定用基板8。將光纖置納于此固定用基板8的各定位溝12內(nèi)，并使光纖相對于定位溝的峰部作強制接觸。然后觀察這時的定位溝的周邊。
結(jié)果在一部分光纖固定用基板上觀察到有圖20所示的破損部位。看來這表明著從峰頂附近所開始的破損或龜裂結(jié)果。
此外，應用上述模子對LiO2-Al2O3-SiO2系玻璃進行加壓成形，將此成形體熱處理結(jié)晶化制成圖2與圖6所示形狀的光纖固定用基板1與45。對此種光纖固定用基板進行了與上述相同的觀察，獲得了與以上相同的結(jié)果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能在把光纖置納于光纖固定用基板的定位溝中以及在對光纖固定用基板的端面進行研磨等時，不使在其定位溝的峰部中產(chǎn)生破碎或缺口。
權(quán)利要求
1.一種上面形成有用于收容光纖并使其定位的定位溝的光纖固定用基板的制造方法，特征在于制造出具有與上述定位溝相應形狀的模子，此時是在此模子上通過磨削加工形成此種溝的，再應用此種模子將前述光纖固定用基板的材料壓制成形。
2.一種上面形成有用于收容光纖并使其定位的定位溝的光纖固定用基板的制造方法，特征在于此基板是由陶瓷或玻璃構(gòu)成，而此定位溝備有從平面上看去呈彎曲形的彎曲部分。
3.如權(quán)利要求2所述的光纖固定用基板，特征在于將具有與上述定位溝相同平面形狀的光纖在不受此定位溝的壁面的應力影響的狀態(tài)下收容并固定于此定位溝中。
4.一種光學裝置，它是在由一批光纖組成的第一光纖群中光纖的間隔與由一批光纖組成的第二光纖群中有光纖的間隔不同之時，用來使第一光纖群中的各光纖與第二光纖群中相對應的光纖結(jié)合的連接裝置，特征在于此裝置配備有權(quán)利要求8中所述的光纖固定用基板，而在此光纖固定用基板中形成有分別對應于第一光纖群內(nèi)的光纖與第二光纖群內(nèi)的光纖的定位溝，各定位溝一方的端部形成在與第一光纖群中各光纖相對應的位置上，此各定位溝另一方的端部形成或在與第二光纖群中各光纖相對應的位置上，在此種定位溝中收容并固定著第一光纖群內(nèi)的光纖與第二光纖群內(nèi)的光纖，而此第一光纖群內(nèi)的上述光纖與第二光纖群內(nèi)的上述光纖則連接成可以相互傳光。
5.一種光學裝置，它是在由一批光纖組成的光纖群中各光纖的間隔與備有一批光波導的光波導基板中各光波導的間隔不同之時，用來使上述光纖群中各光纖與上述各光波導相結(jié)合的結(jié)合裝置，特征在于此裝置備有權(quán)利要求8中所述的光纖固定用基板，而在此光纖固定用基板中形成有分別對應于上述各光纖和上述各光波導的定位溝，各定位溝一方的端部形成在與上述各光纖相對應的位置處，而此各定位溝另一方的端部則形成在與上述各光波導相對應的位置上，在這種定位溝中收容并固定著上述各光纖，且上述各光纖與上述各光波導則連接或可相互傳光。
6.一種上面形成有用于收容光纖并使其定位的定位溝的光纖固定用基板，特征在于此定位溝至少有一方的端部從平面上看是形成在此光纖固定用基板內(nèi)，而在此端部中則相對于此光纖固定用基板的主面形成有垂直的端面。
7.一種光學裝置，它對于設(shè)在所述光纖固定用基板中的光波導或光學元件，能使收容并固定于所述定位溝中的光纖的端面與此光波導或光學元件形成光學的結(jié)合。
8.一種上面形成有用于收容光纖并使其定位的定位溝的光纖固定用基板，特征在于此定位溝至少備有定位溝橫剖面尺寸相對大的第一部分和橫剖面尺寸相對小的第二部分，在此第一與第二部分之間，第一部分的端面則形成相對于上述光纖固定用基板的方向垂直。
9.備有如權(quán)利要求8所述光纖固定用基板的光學裝置，特征在于在上述第一部分中收容并固定著被動型的傳光部件，而在上述第二部分中則收容并固定著光纖，收容在第一部分中的上述傳光部件的端面和收容在第二部分中的上述光纖的端面則作光學的結(jié)合，而收容在第一部分中傳光部件的端面位置則由第一部分的端面定位。
10.一種上面形成用于收容光纖并使其定位的定位溝的光纖固定用基板，特征在于此基板備有由第一定位溝形成的第一突出部和由第二定位溝形成的第二突出部，以及連接此第一與第二突出部的連接部，而從上述連接部的表面上看過去時的上述第一定位溝的高度則大于上述第二定位溝的高度。
11.一種備有權(quán)利要求10中所述光纖固定用基板的光學裝置，特征在于收容并固定于所述第一定位溝中的光纖同收容并固定于所述第二定位溝中的光纖是作光學的結(jié)合。
12.如權(quán)利要求11所述的光學裝置，特征在于在上述連接部中固定地設(shè)置有一光學元件，從上述連接部的表面看過去時，在此光學元件中的光的入射位置的高度與發(fā)射位置的高度不同，而收容并固定在上述第一定位溝中的傳光部件同收容并固定在上述第二位溝中的傳光部件則通過此光學元件作光學的結(jié)合。
13.如權(quán)利要求11所述的光學裝置，特征在于收容在上述第一定位溝中的傳光部件和收容在上述第二定位溝中的傳光部件的各端面，均偏離相對于上述傳光部件長度方向的垂直面傾斜。
14.一種形成有用于收容光纖并使其定位的定位溝的，由壓制成形法制成的光纖固定用基板，特征在于此光纖固定用基板是由玻璃陶瓷組成，構(gòu)成此玻璃陶瓷的晶粒的平均粒徑在1.0μm之下，且主結(jié)晶層是由焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)相、β-鋰輝石(Li2O·Al2o3·4SiO2)相或β-鋰輝石固溶體相占據(jù)，同時具有SiO2組成的結(jié)晶相所占有的比例在2％(重量)之下。
全文摘要
一種光纖固定用基板。在將光纖收容到其上的定位溝中并研磨此基板的端面時,不會在此定位溝的峰部中產(chǎn)生破損與缺口。沿此定位溝的橫剖面方向切開,觀察此定位溝峰部時,在此整個峰部上各處的曲率半徑都在5μm以上;而觀察此定位溝的谷部時,相應的曲率半徑最好是在5μm之下。所述定位溝則最好由壓制成形法成形。
文檔編號G02B6/40GK1381742SQ0112601
公開日2002年11月27日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月21日
發(fā)明者太田隆, 福山暢嗣, 逢阪幸郎 申請人:日本礙子株式會社