光纤阵列用基板及其制造方法

专利名称：光纤阵列用基板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤阵列用基板及其制造方法，特别是涉及一种使用在连接多根光纤的光装置，形成有能容纳多根光纤并将其定位的固定槽的光纤阵列用基板及其制造方法。
背景技术：
近年来，光通讯网的大容量化与高速化的要求越来越高，光纤阵列型光装置引人注目。对于多根这种光纤的对准定位，一般都是采用具有直线形V形槽的基板，这种基板的制造可以采用冲压加工、板状材料的切削加工，或者可以采用对单晶硅板状材料进行方向性蚀刻加工等制造方法。
但是，在上述的制造方法中，为了满足光纤阵列用基板的严格的尺寸精度要求，必须对角度精度很高的V形槽一条一条地进行精密磨削，对V形槽与V形槽之间所需的间隔以及高度进行精加工，因此加工工序很多且相当繁杂，存在着成品率不高，生产成本却很高的问题。
另外，在采用上述方法制造光纤阵列用基板时，由于直线形的V形槽表面粗糙，V形槽之间的形状过于锐利，因此在安装光纤的时候，容易使光纤受到损伤，连光纤阵列用基板本身也容易产生损伤，因此有可能降低抗弯强度，产生折断。而且，花费劳力进行过精加工的V形槽还有可能在加工过程中或后续的清洗工序中被损伤，另外，在磨削工序中，V形槽的底部与顶部会产生裂缝，抗弯强度降低，在处理光纤阵列用基板时常常会发生破损，因成品率低，所以生产效率也低，不适合于大批量生产。
另外，日本专利早期公开特开平2-13913号公报记载了一种将玻璃母材加热、软化，按1/10的尺寸拉丝(与拉伸成形是同样的意思)，制造光纤阵列用基板的方法，但是实际上在拉伸成形时，要使母材软化变形，因此很难维持形状，控制尺寸精度，所以，V形槽的形状会产生变形，特别是外侧的V形槽的形状会产生很大的变形，另外各V形槽的高度会参差不齐，不能具有同样的高度，很难适用于具有精度要求很高用途的光纤阵列用基板。具体地说，用历来的拉伸成形法成形的基板，其形成V形槽的母材的表面在加热、软化时被拉伸一定的长度，其中央部分会有几μm左右的凹形变形。由于这样的变形，中央部的V形槽的高度就会比周边部的V形槽低几μm，在这样的V形槽里排列光纤，光纤中心部分的高度是不整齐的，因此极难制造出高精度的V形槽基板。
另外，如图9(A)所示，在历来的的光纤阵列用基板1的光纤固定用V形槽2中，形成最外侧的V形槽2a、2b的外侧隆起部2d、2e与内侧隆起部2c的形状差别很大，所以在用热硬化性粘接剂将光纤4粘接在光纤阵列用基板1上时，或在形成光纤阵列后，由于外侧隆起部2d、2e与内侧隆起部2c的热容量有差别，因此，支撑在V形槽2内的外例的光纤4a、4b与内侧的光纤4c之间的热过程有差别，这就成了光纤阵列的可靠性差的主要原因。
还有，如图9(B)所示，在历来的光纤阵列用基板1上，使用板5压押光纤4且用粘接剂6进行固定时，在粘接剂的量较少的情况下，会产生粘接剂6不能充分到达所有的光纤固定部位，一部分光纤4不能被完全固定的问题。反过来，在粘接剂6的量过多的情况下，又会如图9(C)所示，使得粘接剂6从基板1的侧面溢出，为了满足所定的尺寸，必须在以后将被溢出的粘接剂6a擦去，或者对基板1的侧面进行研磨，因为需要进行这样麻烦的作业，因此必须对粘接剂的用量加以严格的管理。
由此可见，上述现有的光纤阵列用基板及其制造方法在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决光纤阵列用基板及其制造方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的光纤阵列用基板及其制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的光纤阵列用基板及其制造方法，能够改进一般现有的光纤阵列用基板及其制造方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的目的在于，克服现有的光纤阵列用基板及其制造方法存在的缺陷，而提供一种新的光纤阵列用基板及其制造方法，所要解决的技术问题是使其具有适应高速度大容量光通讯用途的高精度，而且不会对光纤阵列用基板以及装在上面的光纤造成损坏的光纤阵列用基板，以及提供一种生产效率高、适合于大批量生产，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的光纤阵列用基板是由玻璃或在非晶体玻璃中析出结晶的晶体化玻璃制成的，形成有多条光纤固定用的沟槽部的光纤阵列用基板，其特征是形成固定光纤用的外侧沟槽部的外侧隆起部在至少其与光纤的接点以上的前端，与内侧的隆起部的与光纤的接点以上的前端形状大致相同。
在形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部的顶部与内侧隆起部的顶部高度不同的情况下，或者在形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部的外侧下端位于不低于形成沟槽部的棱线与光纤的接点的高度的情况下，光纤与沟槽部的接点以上的前端部分(上部)的外侧隆起部的形状与内侧隆起部的形状就不一样，在用热硬化粘接剂将光纤粘接在光纤阵列用基板上时，或在形成光纤阵列后，由于外侧隆起部与内侧隆起部的热容量有差别，因此，支撑在槽内的外侧光纤与内侧光纤之间的热过程有差别，这就成了光纤阵列的可靠性差的主要原因。由于本发明的光纤阵列用基板中，形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部的顶部与内侧隆起部的顶部位于大致相同的高度，形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧的隆起部的外侧下端位于低于形成沟槽部的棱线与光纤的接点的高度，因此制成的光纤阵列，支撑在槽内的外侧光纤与内侧光纤之间的热容量的差别引起的热过程不会产生很大的差别。
另外，由于本发明的光纤阵列用基板的形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部与内侧的隆起部形状大致相同，因此制成的光纤阵列，几乎不会产生因支撑在槽内的外侧光纤与内侧光纤之间的热容量的差别引起的热过程的差别。
在上述结构中，可以将与沟槽部平行的基板侧面的截面形状做成凸R形。
构成基板侧面的截面形状的凸R形可以是连续的、没有不规则的凹部等，具有曲率的凸起的形状，对其具体的形状没有特定的限定，但是，例如从尺寸大小的管理上方便考虑，可以采用部分的圆筒面。这样，通过将基板的侧面的截面形状做成凸R形，因为没有了大约90°的棱角的拐角，因此没有了应力集中的部分，基板的抗弯强度得到了提高。另外，即使基板在处理时发生碰撞或掉落，基板很难发生缺损或裂缝。还有，还可以大幅度减少拐角部分的缺损或裂纹等造成的不良情况，可以提高光装置组装时的成品率。
另外，在上述结构中，可以在基板内部设置与沟槽部大致平行的孔部。
在组装光装置时，通过将导引销插入基板内部的孔部，或者嵌入粘接剂或焊接剂，便可以用最小的连接材料方便而且牢固地与要连接的光纤阵列用基板或导波路组装在一起。还有，在用热硬化型粘接剂将光纤粘接硬化时，可以容易地让整个光纤阵列用基板的温度均匀，粘接硬化时的应力不会集中到光纤的一部分上，不会降低其光学特性。
基板内部所设的孔部，可以采用例如截面大致为椭圆形的孔，截面大致为圆形的孔。在采用截面大致为圆形的孔的情况下，可以在基板内部设置多个这样的孔部。孔部贯穿基板的内部，其一端或两端在基板的端面被开口。另外，孔部最好大致沿与基板的沟槽部平行的方向，其截面积大致保持一定。
如孔部的截面形状为椭圆形，在用热硬化型粘接剂将光纤粘接硬化时，整个基板的温度更容易均匀，粘接剂硬化时的应力不会集中到光学的某一部分，不会降低其光学特性。
另外，在设置多个截面形状为圆形的孔部的情况下，在进行光装置的组装时，通过将截面形状为圆形、具有的一定直径的导引销插入各孔部，便可以容易而且稳定地将要连接的光纤阵列用基板或导波路正确地组装在一起。
上述外侧的隆起部的外侧最好设有一定容积的侧沟槽部。该侧沟槽部作为将光纤固定在光纤固定用的沟槽部时所用的粘接剂的蓄积处，在用粘接剂粘接光纤时，即使粘接剂用量稍微多一点也不必担心粘接剂会从光纤阵列用基板的侧面溢出，可以不需要对粘接剂用量进行严格的管理。因此，粘接固定的操作很容易，成品率可以得到提高。
形成光纤固定用的沟槽部的隆起部的顶部最好为平面。让隆起部的顶部为平面，在将光纤安装在沟槽部中时，或者在对光纤阵列用基板的端面进行研磨时，隆起部不会产生缺损等缺陷，而且也就不会因缺损的发生而导致微小碎片的生成。
另外，为了让光纤能稳定地安装、固定在沟槽部，隆起部的顶部与装在沟槽部中的光纤的中心的连线的距离最好在52.5μm以内。如果隆起部的顶部从装在沟槽部中的光纤的中心的连线往上，以具有超过52.5μm的距离分离时，则由于为了使放置并固定沟槽部中的光纤的高度保持一定而从上往下压住光纤的平板的平整度，平坦度的关系，就难以将光纤压押、固定在沟槽部的侧面上，其结果是光纤的高度就会参差不齐。另一方面，如果隆起部的顶部更靠下，使得其与装在沟槽部中的光纤的中心的连线的距离超过了52.5μm，则在将光纤安装并固定在沟槽部中时，光纤有可能不能收容在沟槽部中而露在外面。
本发明的光纤阵列用基板的材质为玻璃，或在非晶体玻璃中析出结晶形成的晶体化玻璃是很重要的。玻璃，或在非晶体玻璃中析出结晶形成的晶体化玻璃构成的光纤阵列用基板与光纤的研磨特性接近，故在粘接光纤后，光纤的端面可以容易地进行高精度研磨加工。另外，对紫外线等为透明的玻璃所构成的光纤阵列用基板，在沟槽部涂抹光硬化性树脂，配置光纤，透过光纤阵列用基板，照射紫外线等，可以把光纤粘接。
本发明的光纤阵列用基板最好用将母材拉伸成形的方法制造。例如，将以切削加工出直线形沟槽部的母材热软化，拉伸成形，使得直线形的沟槽部分热软化，光纤阵列用基板上就很少有缺或裂缝，不容易折断。另外，在将光纤装上光纤阵列用基板时，光纤也不容易损伤。
因为是将截面尺寸比成形的光纤阵列用基板大几十倍的母材拉伸成形的，因此预先在母材上开的直线形沟槽部所要求的精度可以比光纤阵列用基板宽松几十倍，不需要特别的加工装置等便可以容易地对母材进行加工。因此，加工的劳力与时间以及成本均可大幅度降低。还有，还可以通过改变拉伸成形时的缩小比例，自由地改变直线形的沟槽部间隔。
另外，用拉伸成形方法制造的光纤阵列用基板的表面是经火琢的平滑表面，在以后安装光纤时，不容易对光纤表面造成损伤，更不会有因对基板表面进行切削而产生的损伤，光纤阵列用基板本身也几乎没有被折断之类的问题。
另外，在拉伸成形工序中，母材是在电炉中热软化、拉伸，然后进行骤冷，因此在成形后的光纤阵列用基板的表面形成了具有10MPa左右的应力值的压缩应力层。因此，光纤阵列用基板的强度得到了加强，即使在光纤在沟槽部分里反复移动的情况下，也仍然可以保持足够的强度。
这样，由于压缩应力层强化了机械强度，所以即使光纤阵列用基板多少有些刮痕，在碰到激烈的热碰撞或在处理过程中受到外力时，也不会发生损坏、缺损，能很容易地进行处理。
另外，本发明的光纤阵列用基板是由玻璃或在非晶体玻璃中析出结晶的晶体化玻璃构成的，形成有多条光纤固定用的沟槽部的光纤阵列用基板，其特征是基板与沟槽部平行方向的侧面的截面形状为凸R形。
本发明的光纤阵列用基板，基于上述理由，可以采用下述结构。
①在基板内部具有与沟槽部大致平行的孔部的结构。
②在形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部的外侧，设有一定容积的侧沟槽部的结构。
③形成沟槽部的隆起部的顶部是平面的结构。
④隆起部的顶部与装在沟槽部中的光纤的中心的连线的距离在52.5μm以内的结构。
⑤由玻璃或在非晶体玻璃中析出结晶的晶体化玻璃构成的母材拉伸成形制成的结构。
另外，本发明的光纤阵列用基板是由玻璃或在非晶体玻璃中析出结晶的晶体化玻璃制成的，形成有多条光纤固定用的沟槽部的光纤阵列用基板，其特征是在基板内部具有与沟槽部大致平行的孔部。
本发明的光纤阵列用基板，基于上述理由，可以采用下述结构。
①孔部的截面形状大致为椭圆形的结构。
②孔部的截面形状大致为圆形，而且设有多个孔部的结构。
③形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部的外侧设有一定容积的侧沟槽部的结构。
④形成沟槽部的隆起部的顶部是平面的结构。
⑤隆起部的顶部与装在沟槽部中的光纤的中心的连线的距离在52.5μm以内的结构。
⑥用玻璃或在非晶体玻璃中析出结晶的晶体化玻璃构成的母材拉伸成形制成的结构。
用母材拉伸成形的方法制造的光纤阵列用基板的较佳形态是在与基板上形成沟槽部的一面相垂直的方向(高度方向)上，基板内部的上述孔部的高度方向的尺寸与基板的高度方向的尺寸(从没有形成沟槽部的另一面至形成沟槽部的一面的隆起部的顶部的高度方向的尺寸)之比为10％以上的形态。
采用上述的较佳形态，在拉伸成形时，可以通过对孔部内的气压进行适当的控制，防止拉伸成形时容易产生的基板的一面的凹状变形。如果上述比例不到10％，即使孔部内是高压，有时也难以完全消除拉伸成形时基板的一面的凹状变形。
用母材拉伸成形的方法制造的光纤阵列用基板的更好的较佳形态是在上述比例的基础上，在与基板上形成沟槽部的一面相平行的方向(宽度方向)上，基板内部的上述孔部的宽度方向的尺寸与基板的一面上的沟槽部形成领域的宽度方向尺寸(从位于一端的外侧沟槽部的最外端至位于另一端的外侧沟槽部的最外端的尺寸)之比为20％以上的形态。
如果上述比例不到20％，在沟槽部的形成领域的非常广泛的领域内无法进行修正基板的一面的凹状变形，其结果是，有时难以缩小沟槽部高度的参差不齐。基板的一面上的沟槽部形成领域的宽度方向尺寸，例如在使用0.250mm间距的8芯光纤的情况下，为0.250×8＝2.0mm。另外，在形成多个孔部的情况下，孔部的宽度方向的尺寸为各孔部的宽度方向的尺寸之和。
本发明的光纤阵列用基板可以用下面的制造方法进行制造。首先，在一面上，准备设有多条直线形沟槽部的玻璃或晶体化玻璃构成的母材。这时，将设置于母材的一面、成形后形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部的至少其与光纤的接点以上的前端，做得与内侧的隆起部与光纤的接点以上的前端形状大致相同。然后，把该母材把持在传送构件的把持部，将其送入加热炉，将母材加热至所定的温度，用牵引构件牵引母材下方，拉伸成形。接着将这样拉伸成形的成形体按所定的长度切断，制得大致与母材为相似形的、尺寸在所需范围内的长条体。然后将该长条体按所需的长度切断。
由于在母材的准备工序中，将成形后形成固定光纤用的外侧沟槽部的外侧隆起部至少其与光纤的接点以上的前端，做得与内侧的隆起部与光纤的接点以上的前端形状大致相同，因此，光纤固定用的外侧沟槽部不会变形，成形时可以与内侧的沟槽部有同样的精度。较佳是将成形后形成光纤固定用的外侧沟槽部的外侧隆起部，做得与内侧的隆起部的形状大致相同。
在上述结构中，最好将与母材的沟槽部平行的侧面的截面形状做成凸R形。
母材的侧面如果为平面，则在拉伸成形时，母材的侧面加热不均匀，会在侧面内产生很大的温度分布，成形体的截面形状容易变形。而如果母材侧面的截面形状形成凸R形，则拉伸成形时母材的侧面容易均匀地进行加热，即使在软化时表面张力作用于母材的侧面，也可以稳定地保持成形体的精密尺寸，可以高效率地制造出高精度的基板。另外，还可以通过对成形体的侧面间的最大尺寸的管理，对成形体的尺寸进行高精度的管理，可以高效率地制造出高精度的基板。还有，如上所述，可以提高母材的抗弯强度，防止缺损与裂缝的产生，提高基板成品率。
另外，在上述结构中，最好在母材内部形成与沟槽部大致平行的孔部。
通过在拉伸成形的母材内部预先形成沿沟槽部的长度方向的孔部，可以高效率地制造光纤阵列用基板。
还有，最好在拉伸成形时让母材的孔部的内径变化，另外，最好在拉伸成形时对孔部内的气压进行控制。
例如，沿沟槽部的长度方向，形成截面积大致一定、并贯穿母材内部的孔部。在拉伸成形时，让该孔部改变成任意大小，这样便可以修正沟槽部被形成的基板一面的凹陷。特别是，在拉伸成形中，母材的孔部内施加比大气压更高的压力，孔部的孔径变大，在基板的一面上，能以直线距离离孔部最近的领域为中心，修正凹陷。另一方面，可以通过在孔部内减压，缩小孔部的孔径。因此，可以自由地改变光纤阵列用基板的高度，减少沟槽部高度的参差不齐，可以制造出尺寸精度高的光纤阵列用基板。
另外，还可以通过改变长条体截面与拉伸成形时的母材截面的缩小比例，任意地改变光纤固定用的沟槽部的宽度。这样，便可以改变光纤阵列用基板的沟槽部的间隔，对于要安装的光纤所要求的各种不同间隔的沟槽部，不需要添置模具等新设备，可以简单而且容易地进行制造。另外，还可以在拉伸成形时通过对温度的调整与粘度的控制，使沟槽部的形状与间隔产生微小的变化。
另外，本发明的光纤阵列用基板可以用下面的制造方法进行制造。即，在一面上，准备设有多条直线形沟槽部的玻璃或晶体化玻璃构成的母材，把该母材把持在传送构件的把持部，将其送入加热炉，将母材加热至所定的温度，用牵引构件牵引母材下方，拉伸成形，制得成形体，将成形体按所定的长度切断，制得大致与母材为相似形的、尺寸在所需范围内的长条体，将该长条体按所需的长度切断的光纤阵列用基板的制造方法，其特征是在母材的准备工序中，将母材与沟槽部平行的侧面的截面形状做成凸R形。
该制造方法，也可以采用下述构成。
①在母材内部形成与沟槽部大致平行的孔部。
②在拉伸成形时，让母材的孔部的内径发生变化，另外，在拉伸成形时，对母材的孔部内的气压进行控制。
③改变长条体截面相对于拉伸成形时的母材截面的缩小比例，使得光纤固定用的沟槽部的宽度可以任意改变。
另外，本发明的光纤阵列用基板可以用下面的制造方法进行制造。即，在一面上，准备设有多条直线形沟槽部的玻璃或晶体化玻璃构成的母材，把该母材把持在传送构件的把持部，将其送入加热炉，将母材加热至所定的温度，用牵引构件牵引母材下方，拉伸成形，制得成形体，将成形体按所定的长度切断，制得大致与母材为相似形的、尺寸在所需范围内的长条体，将该长条体按所需的长度切断的光纤阵列用基板的制造方法，其特征是在母材的准备工序中，在母材内部形成与沟槽部大致平行的孔部。
该制造方法，可以采用下述构成。
①在拉伸成形时让母材的孔部的内径变化，另外，在拉伸成形时对孔部内的气压进行控制。
②改变长条体截面相对于拉伸成形时的母材截面的缩小比例，使得固定光纤用的沟槽部的宽度可以任意改变。
由于本发明的制造方法是将截面尺寸比成形的光纤阵列用基板大几十倍的母材拉伸成形的，因此预先在母材上开的直线形沟槽部所要求的精度可以比光纤阵列用基板宽松几十倍。这样，不需要使用特别的加工装置等便可以方便地对母材进行加工，加工的劳力与时间以及成本均可降低。
如上所述，采用本发明的光纤阵列用基板及其制造方法，可以制造出具有能适应高速度大容量光通讯用途的高精度与高强度，而且能低成本制造的光纤阵列。
综上所述，本发明特殊结构的光纤阵列用基板及其制造方法，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的光纤阵列用基板及其制造方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举多个较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。


图1表示第1实施例的光纤阵列用基板，图1(A)是立体图，图1(B)是侧面图，图1(C)是V形槽的放大照片。
图2表示第2实施例的光纤阵列用基板，图2(A)是立体图，图2(B)是侧面图，图2(C)是V形槽的放大照片。
图3表示第3实施例的光纤阵列用基板，图3(A)是立体图，图3(B)是侧面图，图3(C)是表示用粘接剂将光纤粘接后的状态的示意图。
图4表示V形槽的放大侧面，图4(A)表示V形槽的间隔P为127μm的光纤阵列用基板，图4(B)表示V形沟槽部间的间隔P为250μm的光纤阵列用基板。
图5表示第4实验例的光纤阵列用基板，图5(A)-(D)分别表示部分圆筒形的侧面的曲率中心、孔部的截面形状以及个数不同的例子。
图6表示拉伸成形中所用的母材及其原材料、即玻璃板，图6(A)表示玻璃板，图6(B)表示用6(A)的玻璃板加工后制成的母材，图6(C)表示玻璃板，图6(D)表示用6(C)的玻璃板加工后制成的母材。
图7表示母材的拉伸成形工序的概念，图7(A)表示没有孔部的母材的拉伸成形工序，图7(B)表示具有孔部的母材的拉伸成形工序。
图8概念性表示由母材成形的拉伸成形体的尺寸测定的状态。
图9表示历来的光纤阵列用基板。
1基板2V形槽2a、2b最外侧的V形槽 2c内侧隆起部2d、2e外侧隆起部 4光纤4a、4b外侧的光纤 4c内侧的光纤5板 6粘接剂6a被溢出的粘接剂 11基板11a、11b基板的侧面 11’第2实施例的光纤阵列用基板12V形槽 12a内侧隆起部12b平面 12c、12d外侧隆起部12eV形槽的棱与光纤的接点 13侧沟槽部13a底部 14光纤14a光纤的中心 15第3实施例的光纤阵列用基板16粘接剂 17侧沟槽部18玻璃板 20第4实施例的光纤阵列用基板20a、20b基板20的侧面 21孔部22V形槽 23侧沟槽部31玻璃板 31a、31b部分圆筒形面的侧面31c、31d平面 32母材32a、32b凸R形的部分圆筒面 32e沟槽部32f侧沟槽部 32g、32h拉伸成形部33母材33a、33b侧面33c母材的一面 33d孔部33e沟槽部 33f侧沟槽部35长条形材料 40拉伸成形装置41管道42电炉43切割机 50测定器50a受光部 P间隔M曲率中心具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光纤阵列用基板及其制造方法其具体实施方式
、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
图1是第1实施例的光纤阵列用基板11。光纤阵列用基板11，例如由透明的硼硅酸玻璃构成，在其一面上设有将8芯光纤14互相并列地排列并固定的8条沟槽部(例如V形槽)12，以及分别形成于位于基板11的两侧面的最外侧的V形槽12的外侧的V形槽形状的侧沟槽部13。另外，在该实施例中，与沟槽部12平行的基板11的侧面11a与11b，分别成形于基板11的中心上具有曲率中心的凸形的部分圆筒形。
在形成各V形槽12的隆起部的顶部，分别形成平面12b。形成最外侧的V形槽12的外侧隆起部12c、12d的顶部与内侧的隆起部12a的顶部处于同一高度，如图1(B)的放大图所示，侧沟槽部13的底部13a的高度处于低于V形槽12的棱线与光纤14的接点12e的位置。另外，在该实施例中，侧沟槽部13的底部13a的高度处于高于V形槽12的底部的位置。由于有了侧沟槽部13，外侧隆起部12c、12d的高于与光纤14的接点12e的前端部分，与内侧的隆起部12a的高于与光纤14的接点12e的前端部分的尺寸形状大致相同。
图2表示的是第2实施例的光纤阵列用基板11’。在该实施例中，与沟槽部12平行的基板11’的侧面11a与11b分别为平整的平面。其它的结构与图1所示的实施例一样。
对图1所示的光纤阵列用基板11的尺寸进行测定。将光纤阵列用基板11固定，使得其端面对着测定用显微镜，以便从正面进行观察，在通过带CCD照相机的测定用显微镜见到的画面上，对固定光纤14的直线形V形槽12的形状进行图像识别，对各直线形V形槽12的谷的角度，以及V形槽12的间隔进行测定。测定的结果是V形槽12的谷的角度是96°，V形槽12之间的间隔为127μm±0.5μm，V形槽12的高度的偏差在0.5μm以内。另外，侧沟槽部13的谷的角度为98°。
另外，如图1(C)所示，光纤阵列用基板11，在其截面被放大约250倍看时，V形槽12的隆起部12a的顶部形成的平面12b的长度约为10μm。
还有，如图4(A)所示，光纤阵列用基板11的V形槽12之间的间隔为127μm±0.5μm，以间隔P被固定在V形槽12内的光纤14的中心14a连线与隆起部12a的平面12b的距离为52.5μm以内的20μm。
图3是第3实施例的光纤阵列用基板15。在该实施例中，在位于基板15的两侧面的最外侧的V形槽12的外侧，分别形成有V形槽形状的侧沟槽部17，侧沟槽部17的底部的高度与V形槽12的底部的高度大致相同。由于该侧沟槽部17，外侧的隆起部12c、12d与内侧的隆起部12a被形成大致相同的尺寸形状。其它的结构与实施例1所示的结构一样。
用与上述方法一样的方法对图3所示的光纤阵列用基板15的尺寸进行测定。测定的结果是，V形槽12的谷的角度是96°。V形槽12之间的间隔为250μm±0.5μm，V形槽12的高度的偏差在0.5μm以内。另外，如图4(B)所示，V形槽12之间的间隔P为250μm±0.5μm，固定在V形槽12内的光纤14的中心14a的连线与隆起部12a的平面12b的距离为52.5μm以内的30μm。
另外，如图3(C)所示，在光纤阵列用基板15上用粘接剂16将8芯光纤14予以黏着，再压上玻璃板18加以固定。还有，该光纤阵列用基板15与玻璃板18的宽度为2.8mm，纵深为10mm。这时，将8芯光纤14全部粘接起来所需的粘接剂用量约为1.0×10-3ml，但是如果用量稍多于该粘接剂16进行粘接，粘接剂16也不会从基板15的侧面溢出，可以很好地进行粘接。在没有蓄积粘接剂16的侧沟槽部17的情况下，对粘接剂的用量要进行管理，为了不让粘接剂16溢出，粘接剂的用量必须在约1.0×10-3ml以上，1.4×10-3ml以下。在粘接剂的用量少于1.0×10-3ml的情况下，粘接剂18就不能涂满全部8芯光纤，如果超过1.4×10-3ml，则粘接剂16就会从基板15的侧面溢出。也就是说，在没有蓄积粘接剂16的侧沟槽部17的情况下，必须在约0.4×10-3ml的范围内对粘接剂的用量进行管理，而设置了蓄积粘接剂16的侧沟槽部17的情况下，粘接剂的用量可以在约1.0×10-3ml以上，1.7×10-3ml以下。也就是说，粘接剂用量的管理范围可以扩大到约0.7×10-3ml。
图5表示第4实施例的光纤阵列用基板20。光纤阵列用基板20例如由透明的硼硅酸玻璃构成，在其一面上设有将8芯光纤14互相并列地排列并固定的8条沟槽部(例如V形槽)22，以及分别形成于位于基板20的两侧面的最外侧的V形槽22的外侧的V形槽形状的侧沟槽部23。例如，V形槽22相互之间的间隔，以及V形槽22与侧沟槽部23之间的间隔分别为250μm。另外，在此实施例中，与V形槽22平行的基板20的侧面20a与20b分别呈凸形的部分圆筒形。另外，基板20的内部设置有与沟槽部22大致平行的孔部21。
在图5(A)、(B)所示的例子中，侧面20a与20b的曲率中心M分别位于基板20的中心。另外，在图5(C)所示的例子中，侧面20a与20b的曲率中心M分别从基板20的中心移开，并且位于基板20的内部。还有，在图5(D)所示的例子中，侧面20a与20b的曲率中心M分别从基板20的中心移开，并且位于基板20的外部。另外，虽然在图示中被省略了，侧面20a与20b并不限于具有单一曲率的凸R面，也可以是具有不同曲率的凸R面的复合面。
另外，做为与沟槽部22大致平行的孔部21，可以采用例如图5(A)所示的截面形状大致为圆形的孔部，图5(B)所示的截面形状大致为椭圆形的孔部，图5(C)所示的集中设置于V形槽形成领域的下方中央、截面形状大致为圆形的3个孔部，以及图5(D)所示的设置于V形槽形成领域的下方中央1个、设置于下方两端部分各1个、截面形状大致为圆形的3个孔部。还有，孔部21贯穿基板20的内部，在基板的两端面开口。
例如，在图5(A)、(B)、(C)所示的例子中，通过在拉伸成形时，提高孔部21内部的气压(加压)，对基板20有V形槽22的一面进行修正，实质上消除一面的凹陷。另外，在图5(D)所示的例子中，通过在拉伸成形时，提高中央部分的孔部21内部的气压(加压)，减少两端部分的两个孔部21的气压(减压)，对基板20有V形槽22的一面进行修正，实质上消除一面的凹陷。
用与上述方法一样的方法对图5所示的光纤阵列用基板20的尺寸进行测定。测定的结果是，V形槽22之间的间隔，无论图5(A)-(D)所示形态中的哪一个，均为为250μm±0.5μm。V形槽22的高度的偏差，图5(A)与(B)所示的形态，分别在0.5μm以内，图5(C)与(D)所示的形态，分别在0.4μm以内。
下面，参照附图，对本发明的光纤阵列用基板的制造方法的实施例进行说明。
首先，对硼硅酸玻璃制的圆柱形材料进行加工，制成如图6(A)所示的，保留了部分圆筒形面的侧面31a、31b，形成了相互平行的两个平面31c、31d的玻璃板31。然后，对玻璃板31的一面31c进行加工，制成图6(B)所示的母材32。在母材32的一面32c上进行加工，以制作出成形后成为光纤固定用的V形槽的直线形、谷的角度为90°的8条沟槽部32e以及位于起外侧的侧沟槽部32f。另外，母材32的侧面32a、32b为凸R形的部分圆筒面。
接下来，如图7(A)所示，将母材32装在拉伸成形装置40中，用电炉42加热，用图中未表示出的驱动辊拉伸从电炉42出来的拉伸成形部32g，用图中未表示出的激光对拉伸成形部32g侧面的直径进行测定的同时将外径控制在一定的范围，形成具有与应当形成的光纤阵列用基板一样的截面形状与截面尺寸的成形体。
在进行该拉伸成形时，如图8(A)、(B)所示，用测定器50的激光L，通过受光部的信号50a对拉伸成形部32g的侧面的宽度(部分圆筒面的直径)W进行测定，如果拉伸成形部32g的侧面的截面形状为凸R形时，特别是为部分圆筒面时，即使在拉伸成形中，拉伸成形部32g多少有些歪斜，也因为能正确地测定宽度(部分圆筒面的直径)W而可以正确地控制宽度(部分圆筒面的直径)W的尺寸，从而可以对拉伸成形部32g，乃至光纤阵列用基板的尺寸进行正确的控制。
而如图8(C)所示，在拉伸成形部32h的侧面为平整的平面的情况下，如果在拉伸成形中，拉伸成形部32g多少有些歪斜，则如图8(D)所示，宽度W变大为(W+ΔW)，因此就不可能得到正确的信息，有时就难以进行控制，可能会降低成品率。
然后，用切割机43将拉伸成形后形成的成形体切割成长250mm的长条形材料34。再对这样制得的长条形材料34按所定长度进行精密切割，制得图1所示的光纤阵列用基板11。
另外，通过改变拉伸成形装置40的图中未表示出的驱动辊的转动速度，可以用同样的母材32制造V形槽之间的间隔为250μm的光纤阵列用基板。这样制造出来的光纤阵列用基板的V形槽的谷的角度是96°，V形槽之间的间隔为250μm±0.5μm，V形槽的高度的偏差在0.5μm以内。
另外，对这样制造出来的光纤阵列用基板的表面粗糙度进行测定，结果是表面粗糙度Ra值为0.04μm。这是显示了因为热软化使得光纤阵列用基板的表面经火琢，表面变得平滑了。
在用淬冷法(淬火)让光纤阵列用基板的表面形成压缩应力层，加以强化时，用冷风或冷媒鼓吹从电炉里出来的具有所定截面尺寸、形状的光纤阵列用基板的成形体，使其急遽冷却，在玻璃表面生成压缩应力层。
另外，在通过对光纤阵列用基板的表面进行离子交换加以强化时，将约250mm的光纤阵列用基板用的长条形材料浸渍在离子交换槽内、温度保持在400℃的KNO3的熔融盐中约10小时。然后，洗净除去KNO3，可以得到表示其机械强度的3点弯曲抗弯强度与未处理过的材料相比增加了两倍以上的光纤阵列用基板用的长条形材料。在该离子交换处理中，玻璃中的碱离子(Na+)可以在比玻璃的退火温度还低的温度下，被离子半径比其大的碱离子(K+)置换，在玻璃表面生成100MPa左右的压缩应力层，提高其实用强度。
另外，作为制造方法的另一个实验例是，对硼硅酸玻璃制的圆柱形材料进行加工，制成如图6(C)所示的，保留了部分圆筒形面的侧面31a、31b，形成了相互平行的两个平面31c、31d，并且在内部形成有贯穿其内部的截面形状大致为圆形的孔部33d的玻璃板31。然后，对玻璃板31的一面31c进行加工，制成图6(D)所示的母材33。在母材33的一面33c上进行加工，制作出成形后成为固定光纤用的V形槽的直线形、谷的角度为90°的8条沟槽部33e以及位于起外侧的侧沟槽部33f。另外，母材33的侧面33a、33b为凸R形的部分圆筒面。还有，孔部33d位于母材33的一面33c的下方中央部分。
接下来，如图7(B)所示，将母材33装在拉伸成形装置40中，一边从管道41向母材33的孔部33d供给加压气体，提高孔部33d内部的气压(加压)，一边用电炉42加热，用图中未表示出的驱动辊拉伸从电炉42出来的拉伸成形部33g，用图中未表示出的激光对拉伸成形部33g侧面的直径进行测定的同时将外径控制在一定的范围，形成具有与应当形成的光纤阵列用基板一样的截面形状与截面尺寸的成形体。然后，用切割机43将成形体切割成长250mm的长条形材料35。再对这样制得的长条形材料35按所定长度进行精密切割，制得图5(A)所示的光纤阵列用基板20。
在上述的制造方法中，玻璃板31(母材33)的材质用表1所示的晶体化玻璃，制造出V形槽的间隔为127μm与250μm的两种晶体玻璃制光纤阵列用基板。用与上述方法一样的方法这两种晶体玻璃制光纤阵列用基板的尺寸进行测定，测定的结果是，V形槽之间的间隔P，前者为127μm±0.5μm，后者为250μm±0.5μm，固定在V形槽内的光纤的高度的偏差前后者都在0.5μm以内，无论哪种光纤阵列用基板都有很高的尺寸形状精度。另外，晶体化玻璃制光纤阵列用基板比玻璃制光纤阵列用基板的抗弯强度高，而且其研磨性之好也接近石英系光纤。
在上面所说明的实施例中，是通过在固定光纤用的沟槽部的外侧形成侧沟槽部，使得沟槽部的外侧隆起部在至少其与光纤的接点以上的前端，与内侧的隆起部的与光纤的接点以上的前端形状大致相同，或者使得沟槽部的外侧隆起部的全部，与内侧的隆起部的全部形状大致相同的，但是不限于此，也可以让沟槽部的外侧隆起部的外侧下端的高度与基板的侧面持平，从外侧的隆起部到基板侧面的领域相对于隆起部的底部平滑地下降。另外，在上面所说明的实施例中，是用具有谷的角度为90°的V形槽的母材制造出V形槽的谷的角度为98°或96°的光纤阵列用基板的，但是光纤阵列用基板的形槽的角度也可以为90°或100°。还有，光纤固定用的沟槽部的截面形状并不限于V形槽，也可以为矩形等其它形状。
表1 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种光纤阵列用基板，由玻璃构成，形成有多条光纤固定用的沟槽部，其特征在于上述基板与上述沟槽部平行的侧面的截面形状为凸R形，上述隆起部的顶部与装在上述沟槽部中的光纤的中心的连线的距离在52.5μm以内。
2.根据权利要求1所述的光纤阵列用基板，其特征在于上述基板内部有与上述沟槽部大致平行的孔部。
3.根据权利要求1所述的光纤阵列用基板，其特征在于形成上述光纤固定用的外侧的沟槽部的外侧的隆起部的外侧设有一定容积的侧沟槽部。
4.根据权利要求2所述的光纤阵列用基板，其特征在于形成上述光纤固定用的外侧的沟槽部的外侧的隆起部的外侧设有一定容积的侧沟槽部。
5.根据权利要求1所述的光纤阵列用基板，其特征在于形成上述沟槽部的隆起部的顶部是平面。
6.根据权利要求2所述的光纤阵列用基板，其特征在于形成上述沟槽部的隆起部的顶部是平面。
7.根据权利要求3所述的光纤阵列用基板，其特征在于形成上述沟槽部的隆起部的顶部是平面。
8.根据权利要求4所述的光纤阵列用基板，其特征在于形成上述沟槽部的隆起部的顶部是平面。
9.根据权利要求1至8其中任一项所述的光纤阵列用基板，其特征在于由包含晶体化玻璃的玻璃材质构成的母材拉伸成形制成的。
全文摘要
本发明是关于一种光纤阵列用基板及其制造方法，光纤阵列用基板(11)，在其一面上设有将(8)芯的光纤(14)互相并列地排列并固定的(8)条V形槽(12)，以及分别形成于位于基板(11)的两侧面的最外侧的V形槽(12)的外侧的V形槽形状的侧沟槽部(13)。形成最外侧的V形槽(12)的外侧隆起部(12c)、(12d)的顶部与内侧的隆起部(12a)的顶部处于同一高度，侧沟槽部(13)的底部(13a)的高度处于低于V形槽(12)的棱线与光纤(14)的接点(12e)的位置。
文档编号C03B23/00GK1932569SQ200610150670
公开日2007年3月21日 申请日期2003年3月14日 优先权日2002年3月15日
发明者竹内宏和, 船引伸夫, 齐藤和也 申请人:日本电气硝子株式会社