JP3619873B2

JP3619873B2 - Glass composite production method and glass composite production apparatus

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Publication number: JP3619873B2
Application number: JP2001246776A
Authority: JP
Inventors: 眞市轟
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2001-08-15
Filing date: 2001-08-15
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: JP2003057482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス製光導波路型部品を作製する方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術光通信や光情報処理分野では、光ファイバや平面光波回路、レンズアレイ等のガラス製光部品が重要な役割を負っている。これらは光を閉じこめたり集光するための屈折率分布構造をガラス内部に作り込んだ受動的機能の光部品であり、発光素子、光増幅素子、光変調素子等の能動的機能の光部品間を結合・分岐する役割を果たしている。
【０００３】
情報処理の高速化およびシステムの小型化・経済化の要請から、これら能動的光部品を受動的光部品を介して効率良く結合・集積化する技術が求められており、光ファイバ型デバイスやハイブリッド平面光波回路の研究が進められている。光部品間の接合は、お互いの光軸を精密に一致させる必要があるので、製造プロセスにおける寸法制御・位置制御の容易性が経済性を左右する。既に精密な寸法制御技術が確立しているシリカガラス製光部品（光ファイバや平面光波回路）や多元半導体製光部品間の接合・集積化は比較的容易に行なわれる。
【０００４】
一方、従来の光部品では得られ難かった能動的光機能性を、新規なガラス材料で実現しようとする提案が種々なされている。Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラスやカルコゲナイド系ガラスが非線形光学効果を利用した超高速光スイッチ特性を有すること、フッ化物ガラスをホストにした光ファイバアンプが利得平坦性を有すること、テルライトガラスやＢｉ_２Ｏ_３系ガラスをホストにした光ファイバアンプが超広帯域利得を有すること、ポーリング処理したテルライトガラスが第二次高調波を発生させること、等がその例である。
【０００５】
ここで述べた様なガラスは、気相反応で合成できるシリカガラスとは異なり、古典的な熔融プロセス（原料粉体をるつぼに入れ、熔融撹拌した後、鋳型に流し込む）で合成される（以下、これらのガラスを「非シリカガラス」と総称する。）。非シリカガラスにおいては高速で経済的な厚膜形成技術がまだ確立していないので、平面光波回路を作製するのは困難であり、光導波路を作り込むのは光ファイバ化が最も現実的な手段である。
【０００６】
よって、上に述べた非シリカガラス製光部品を従来のシリカガラス製光部品に対して結合したり集積化を進めるためには、光ファイバの形か、導波構造を有しない微小なバルク型チップの形を取ることになる。
【０００７】
微小チップの場合、ミリ〜サブミリの大きさのガラス片に加工し、必要に応じて光学研磨することになる。光ファイバの場合、導波構造を有する様に屈折率の異なる二種類のガラスを熔融して、それらを同心円状に配置した棒状プリフォームを精度良く作製し線引加工することになる。そもそも、非シリカガラスはシリカガラスに比べ、熱加工時の結晶析出に対する安定性が劣るので、精密な温度・時間管理が必要である。
【０００８】
このように、厚膜形成技術を現実的に適用できないガラス組成からなる光部品を、他の光導波路型部品に対して結合したり集積化するには、結合以前の製造の段階での困難が伴う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、気相反応による厚膜形成技術を現実的に適用できないガラスを、光導波路型部品と容易に接合せしめる方法およびそのような光部品を製作する装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、接合材料の融液を微小量採取し、その融液を光導波路型部品の所定の位置に接着して後、冷却することで達成される。このためには、下記の２つの条件が満たされる必要がある。
１．光導波路型部品との接合点近傍の空間に必要十分な量の接合材料の融液を採取し、その空間に充填できる仕組みを有する。
２．接合材料の融液は採取から接着までの期間において、流動性を持つような温度に保たれる必要がある。少なくとも光導波路型部品の接合点近傍と接合材料の融液はその様な温度に熱せられる環境にある。
【００１１】
すなわち、本発明は、２本の光ファイバの先端を近づけて配置する第１工程と、その先端部分に挟まれた空間に接合材料の液滴の一部を絡め取る第２工程からなり、第１工程において、２本の該光ファイバ間の最短距離を構成する線分の両端のうち少なくとも片方が該光ファイバの側面上に位置する様に配置され、第２工程において、接合材料の液滴は加熱された融液であり、第２工程の後、絡め取った該接合材料の融液が固化する前に２本の該光ファイバの相対位置を変化させて、２本の該光ファイバの先端に挟まれた空間に該接合材料の融液を保持させる第３工程と、その後、該接合材料の融液を冷却する第４工程を有することを特徴とする２本の光ファイバを接合材料で結合した光導波路型部品からなるガラス複合体作製方法である。
【００１２】
また、本発明は、２本のファイバまたは棒の先端を近づけて配置する第１工程と、その先端部分に挟まれた空間に接合材料の液滴の一部を絡め取る第２工程からなり、第１工程において、２本の該ファイバまたは棒の最短距離を構成する線分の両端のうち少なくとも片方が該ファイバまたは棒の側面上に位置する様に配置され、第２程において、接合材料の液滴は加熱された接合材料の融液であり、第２工程の後、絡め取った該接合材料の融液が固化する前に、２本の該ファイバまたは棒の相対位置を変化させて、２本の該ファイバまたは棒の先端に挟まれた空間に該接合材料の融液を保持させる第３工程と、その後、２つの光導波路に挟まれた空間に該接合材料の融液を接触させて導入する第４工程と、その後、該空間内の該接合材料の融液を冷却する第５工程を有することを特徴とする２つの光導波路に挟まれた空間を接合材料で結合した光導波路型部品からなるガラス複合体作製方法である。
【００１３】
また、本発明は、第３工程において、絡め取った該融液を加熱することを特徴とする上記のガラス複合体作製方法である。
また、本発明は、第４工程において、該光導波路に挟まれた空間近傍を加熱することを特徴とする上記のガラス複合体作製方法である。
【００１４】
さらに、本発明は、１本のファイバまたは棒を保持し、その位置を変化させることのできる駆動装置２台を備え、それぞれに保持されたファイバまたは棒は、その先端部分において最も近接する様に配置され、ファイバまたは棒の先端部分の温度を制御する加熱器を備えたガラス複合体作製装置において、該加熱器は接合材料の融液の液滴を安定に保持する機構を有し、該駆動装置は、２本のファイバまたは棒の位置を、両者間の最短距離を構成する線分の両端のうち少なくとも片方が棒の側面上にある配置から、両端のどちらもが棒の側面上に無い配置に変化させることができ、また、該ファイバまたは棒の先端部分を該液滴に接触させる機構を有することを特徴とするガラス複合体作製装置である。
【００１５】
また、本発明は、該ファイバまたは棒がガラス製の光ファイバで構成されていることを特徴とする、上記のガラス複合体作製装置である。
また、本発明は、該駆動装置が、該ファイバまたは棒の先端部分に絡め取った融液を、２つの光導波路に挟まれた空間に導入する機構を有することを特徴とする、上記のガラス複合体作製装置である。
また、本発明は、該加熱装置が、通電することで発熱する抵抗体であって、その一部に水平面を有することを特徴とする上記のガラス複合体作製装置である。
【００１６】
また、本発明は、該加熱装置が、ファイバまたはガラス棒を保持しその位置を変化することのできる駆動装置と、該ファイバまたは棒もしくは該液滴に吸収されて発熱するような加熱光線を発する光源と、該光源からの加熱光線を該ファイバまたは棒の先端に導く光学部品から成ることを特徴とする、上記のガラス複合体作製装置である。
また、本発明は、該加熱装置と該ファイバまたは棒の先端部分との相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする、上記のガラス複合体作製装置である。
【００１７】
なお、接合材料の融液が流動性をもつような温度において、光導波路型部品は安定に存在する必要がある。すなわち、軟化変形しないこと、接合材料の融液に対して化学反応を起こさないこと、熱衝撃による破損をおこさない等である。この条件を満たす限り、接合材料は非シリカガラスに限定されず、加熱により流動性を有するようになる高分子や樹脂でもよい。また、光導波路型部品の組成もシリカガラスに限定されず、非シリカガラス製であっても良い。以下の説明では結合用材料としてガラスを用いる場合を記述するが、上記の高分子や樹脂に置き換えても、発明の効果は変わらない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
光導波路において、光を閉じ込めるコアの大きさは直径数μｍ程度であり、例えば１ｍｍの区間に占める体積を考えると、コアを包み込むクラッド部分の直径を１０倍とした場合に約７×１０^−３ｍｍ^３となる。この程度の微小量のガラス融液を取り扱う技術が必要となる。
【００１９】
これは、シリカガラス製光ファイバないしそれと同等の大きさのファイバまたは棒を２本用意し、これらのファイバまたは棒の先端部分を近づけて配置し、ファイバまたは棒の先端近傍に囲まれた空間にガラス融液を絡め取ることで実現できる。この時、ガラス融液が満たされる空間には、後で説明する様にファイバまたは棒の側面が接していることが必要である。
【００２０】
図１にその１例を示す。水平に置かれた表面が平らな加熱器４上にガラス融液３が表面張力により保持されている。ガラス融液３は、加熱器４上に平らな部分が存在するので、表面張力の働きからその液滴の形状を半球状に保って安定に保持されている。まず、第１工程として、その上方に２本の光ファイバ１，光ファイバ２を配置する。図２（１）に示す様に、光ファイバ１，光ファイバ２は、その先端付近で最も近接する様に先端を近づけて配置される。
【００２１】
次に、第２工程として、図２（２）に示す様に、この先端近傍にガラス液滴を接触させ、図２（３）に示す様に、融液を絡め取る。具体的には、図２（２）の矢印Ａ１の方向に加熱器４およびガラス融液３を移動させてファイバ先端に接触させ、ただちに元の位置に戻す。すると、ファイバ先端に挟まれた空間にガラス融液３が残る。この方法によれば、図１に示した配置や融液の温度に再現性を持たせれば、絡め取られる融液の量も再現性良く一定になる。
【００２２】
以上述べた方法では、ガラス融液が満たされる空間には光ファイバの側面が接していることが必要である。言い替えると、２本の光ファイバ間の最短距離を構成する線分を考えた場合、その線分の両端の内の少なくとも片方は光ファイバ側面上にあることが必要である。これを図３を使って説明する。この図において、２本の光ファイバの最短距離を構成する線分は点線で示してある。
【００２３】
（１）の場合、ガラス融液にファイバ先端部を接触させても、ガラス融液の表面張力が働いてその表面積が最小になる様に振舞うので、ファイバ間の距離が長い場合には、ガラス融液が両端に分離することが起こり得る。（２）の様に、点線の片方がファイバ側面上に有る場合には、ガラス融液はファイバ切断面の面積よりも広い面積を濡らすことになり、より大きな体積のガラス融液を保持できる。（３）または（４）の様に、点線の両端がファイバ側面上に有る場合には、さらに大きな体積のガラス融液を保持でき、さらにファイバ先端間の距離を調整することによって、保持するガラス融液の体積を調整することができる。
【００２４】
（１）〜（４）の例では、２本のファイバは同一平面上に配置されていたが、これに制約されることは無く、（５）の様な、ねじれの位置にファイバが配置されていても、２本の光ファイバの最短距離を構成する線分の端点が光ファイバ側面上にあれば、融液を安定に保持することができる。なお、２本の光ファイバが接している場合においても、その接点がファイバ側面上にあれば、上記の効果を得ることができる。
【００２５】
次に、第３工程として、図２（３）の段階で、ガラス融液が冷えて流動性が失われる前に矢印Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３方向に光ファイバを動かして図２（４）の配置に固定し、その後、第４工程として、ガラス融液を冷却固化すれば、光導路型部品である光ファイバと固化したガラスが光学的に結合された光部品として用いることができる。
【００２６】
ここで、加熱器４はガラス融液３と光ファイバ１，２の先端部分のみを加熱する機能を有しておれば何でも良く、例えば通電することで発熱する抵抗体でも良い。また、ガラス加熱器４と融液３との化学反応等を避けるために、加熱器の外壁がガラス融液に対して不活性な白金等の物質にしておくことが必要な場合もある。
【００２７】
また、図４（２）に示す様に、加熱器４の表面積をガラス融液３に比較して大きなものにしておき、光ファイバ先端にガラス融液を絡め取った後、加熱器４を矢印Ａ２の方向に移動させて、光ファイバ先端とガラス融液を離した図４（３）の様な配置を取らせることも有効である。この方法によれば、ファイバ先端に絡め取られたガラス融液が加熱器４の上方に配置され、効率的に加熱されるので、その後のファイバを動かす工程で冷却によるガラス固化を防ぐことができる。
【００２８】
また、加熱器４を用いる代わりに、光を照射して熱を発生させても良い。図５に示す様に、前の例と同様に配置された光ファイバ１，光ファイバ２の上方に、ガラス棒５を配置し、その先端に加熱光線７が集光される様に集光レンズ６を配置する。加熱光線７は、最も一般的には炭酸ガスレーザが用いられるが、ガラス棒５に吸収されて発熱するような波長であれば他のものでもよい。
【００２９】
この様な配置において、加熱光線７によってガラス棒５の先端を加熱すると、発熱により先端が融解する。加熱光線７のエネルギーを調整すれば、ガラス融液３の液滴の大きさを一定範囲内に制限することができる。この時、ガラス棒５が存在するために、ガラス融液３の液滴は自身に掛かる重力に反して空中に安定
に保持される。
【００３０】
この場合、必要に応じて光ファイバ先端部を加熱するために、図６に示す様に加熱器４を光ファイバ１，光ファイバ２の下に配置したり、図７（１）に示す様に光ファイバが発熱する様に加熱光線９を照射しても良い。この様な、ファイバ先端部を加熱する装置は、ガラス融液の流動性を保つ必要が無くなった時点で、加熱を停止してガラス融液を冷却固化する。これは、加熱器ないし加熱光源に対する通電を停止したり、加熱器ないし加熱光線を、加熱する領域から引き離すように移動させたりすることで実現される。
【００３１】
図８に装置構成の一例を示す。２台のファイバ固定器１１，ファイバ固定器１２を、それらに固定された光ファイバ１，光ファイバ２の先端が近接して配置される様に配置される。加熱器４は、光ファイバ１，光ファイバ２の先端部分が配置される空間の下部に配置され、加熱器４の一部にはガラス融液３を安定に保持できる部位を有する。
【００３２】
加熱器４は、光ファイバ１，光ファイバ２の軸方向に対して垂直な方向（図中矢印Ａ２）に移動できる機構を有し、それにより、光ファイバ先端直下にガラス融液を配置したり、ガラス融液を遠ざけて加熱器を配置することができる。また、加熱器４は上下に（図中矢印Ａ１）移動することができ、それにより、ガラス融液３と光ファイバ１，光ファイバ２との位置調整や、ファイバ先端部分へのガラス融液の接触動作、光ファイバ１，光ファイバ２に絡め取られたガラス融液を保温するための温度調節が可能である。
【００３３】
ファイバ固定器１１，ファイバ固定器１２は光ファイバの軸方向（図中矢印Ｂ１，Ｂ３）、および軸に対して垂直な方向（図中矢印Ｂ２）に移動できる機構を有し、それによりガラス融液を絡め取り、ファイバ先端間の空間にガラス融液を保持する動作を行うことができる。
【００３４】
図９に装置構成の別の一例を示す。前の例の加熱器４の代わりに、加熱光源１７、集光レンズ６を配置する。前の例のガラス融液３の代わりに、ガラス棒固定器１５に保持されたガラス棒５を光ファイバ１，光ファイバ２の先端部上方に配置し、加熱光源１７から発せられる加熱光線７によって注入されるエネルギーによりガラス棒５の先端を熔融して融液を得る。この時融液はガラス棒５に付着して安定に保持される。光ファイバ１，光ファイバ２の先端部を加熱するために、加熱光線７を利用しても良いし、別の加熱光源を配置して光ファイバ先端部分に集光させても良い。また、図６に示す様に、光ファイバの先端部分の下方に加熱器を配しても良い。
【００３５】
これまでの説明では、２本の光ファイバの先端部分にガラス融液を絡め取り、その後変形させることで、光ファイバとガラスが接合された光部品を作製する方法とその作製装置について述べたが、絡め取った微小量のガラス融液を、別の光部品に導入することよっても、目的を達成することができる。
【００３６】
この場合の別の光部品とは、ガラス融液を導入すべき空間と、その空間に光を導く光導波路から構成されたものである。この一例として、図１０左上に示すような、空隙１３を一部に有する平面光導波路１０を考える。この平面光導波路１０の内部には、屈折率を増加させた光導波路１４が設けられ空隙１３の壁面に接続されている。この空隙１３の入口に、前述の方法で絡め取ったガラス融液３を付着させると、毛細管現象により、ガラス融液３は空隙１３の内部に導入され、ガラス融液３と光導波路１４との光学的接続を得ることができる。
【００３７】
図１１に、光ファイバ同等の大きさのファイバを用いて２つの光導波路に挟まれた空間に接合材料の融液を導入する配置例を示す。第１工程として、２本のファイバ２１、ファイバ２２の先端部分を接近させて配置し、その上部にガラス棒５を配してその先端を集光レンズ６で集光した加熱光線７を照射することで、ガラス融液３を得る。次に、第２工程として、ガラス融液３をファイバ２１、ファイバ２２の先端部分に接触させ、微小量のガラス融液を絡め取る（図１２（１））。
【００３８】
さらに、第３工程として、絡め取ったガラス融液がその流動性を失わない様に、別に用意した集光レンズ８を通して加熱光線９をファイバ先端部に照射しておき（図１２（２））、２本のファイバを左右に移動させて（図中矢印Ｂ１，Ｂ２）、絡め取ったガラス融液をファイバ先端部分に保持する（図１２（３））。
【００３９】
次に、第４工程として、保持したガラス融液を空隙１３の入口付近に付着させ（図１２（４））、ファイバを引き離す（図１２（５））。付着したガラス融液は毛細管現象により空隙１３内部に導入される。その後、第５工程として、ガラス融液を冷却固化する。
【００４０】
２本のファイバでガラス融液を絡め取ること無しに、直接ガラス融液３を空隙１３に付着させた場合には、図１４に示した様な不都合を生じる。すなわち、ガラス棒５の先端に加熱光線７から注入されるエネルギーが大きいと、ガラス棒５の先端が重力の影響を受けて曲がり、ガラス融液３の位置を制御することが困難になる。
【００４１】
また、ガラス棒５がガラス融液３に変化する量が多くなるので、空隙１３の入口を塞いでしまい、毛細管現象により押し出される空気の逃げ場が無くなって、ガラス融液が空隙内部に入らなくなる。これらを避けるためにガラス棒５の先端に加熱光線７から注入されるエネルギーを小さくすると、ガラス融液の量が減って、毛細管現象により導入されるガラス融液の量が足りなくなることも起こり得る。２本のファイバでガラス融液を絡め取ることによって、再現性良くガラス融液を採取することが可能になる。
【００４２】
別の一例として、２本の光ファイバ対であって、その端面を空気を挟んで向かい合わせて配置したものを考えることができる。図１３（１）に示したファイバ３１、３２に対して、図１２で説明した手順と同等の操作によって、ガラス融液を両者の間の空間に満たすことができる。
【００４３】
図１５に装置構成の一例を示す。２台のファイバ固定器１１，ファイバ固定器１２を、それらに固定されたファイバ２１，ファイバ２２の先端が近接して配置される様に配置される。ファイバ２１，ファイバ２２の先端部上方に、加熱光源１７、集光レンズ６、ガラス棒固定器１５に保持されたガラス棒５を配置し、加熱光源１７から発せられる加熱光線７によって注入されるエネルギーによりガラス棒５の先端を熔融して融液を得る。この時融液はガラス棒５に対して付着して安定に保持される。ファイバ２１，ファイバ２２の先端部を加熱するために、加熱光線７を利用しても良いし、別の加熱光源を配置してファイバ先端部分に集光させても良い。また、この加熱光源を平面光導波路１０内の空隙近傍を加熱するのに用いても良い。
【００４４】
２本の光ファイバ対に挟まれた空間にガラス融液を満たす装置の場合は、図１５中の平面光導波路１０と光導波路固定器２０の代わりに、図１３（１）に示すように、光ファイバ３１，３２とその固定器が配置される。
【００４５】
以上の説明においては、ファイバは単にガラス融液を採取する用途に用いるのみであるから、その形状が同等な棒状の部品であれば、目的を達することができる。また、ガラス融液を加熱する手段は、加熱光線を用いた例で説明したが、構成要素の空間的配置に関わる制約に反しない限り、前述したような別の手段による加熱器を併用したり、代替することも可能である。例えば、図１に示した加熱器によってガラス融液を採取した後、絡め取った融液の流動性を保つための加熱を行いつつ、光ファイバ先端部を平面光導路内の空隙近傍に運搬して後、絡め取った融液を空隙部分に付着させても良い。
【００４６】
以上の説明に用いた図面には、構成要素の動きを示すための矢印を記入したが、それぞれの矢印の符号には、一貫した意味を持たせてある。すなわち、Ａ１は、安定に保持したガラス融液をファイバ先端に絡め取らせる動き、Ａ２は、絡め取ったガラス融液を保温するために加熱器を移動させる動き、Ａ３およびＡ４は、絡め取ったガラス融液を別の光部品に付着させる動き、Ｂ１、Ｂ２およびＢ３は、絡め取った融液を所望の形状に変化させるための動きである。
【００４７】
なお、ここで述べた光ファイバや平面光導波路等の光導波路型部品の材料は、導入するガラスが流動性をもつような温度に熱せられても安定であること（例えば、化学反応を起こさない、熱衝撃に強い等）、ガラスとの熱膨張率差によって発生する応力が、ガラスないし光導波路型部品の破壊に至らない程度に抑えられていることが前提である。また、ガラスと基板の界面で全反射させる必要性があるならば、光導波路型部品の屈折率はガラスよりも低い必要がある。
【００４８】
なお、以上に述べた光ファイや平面光導波路等の光導波路型部品と、ガラス融液等の結合材料の屈折率は異なるのが普通である。このような屈折率の異なる物質の界面ではスネルの法則による屈折が生じて光の進行方向が変化したり、フレネル反射による戻り光が発生する。戻り光を小さくするために、光の伝搬方向と、光導波路型部品の端面の法線とのなす角を０度以外の値を持たせることが良く行われる。それに伴い、屈折によって光の進行方向が変化する。本発明において、２つの光導波路型部品の光軸をあらかじめずらせておき、ガラス融液を満たすことで片方の光導波路型部品からもう片方の光導波路型部品へと、効率的に光が伝搬する様に設計することができる。
【００４９】
特に、２つの光導波路型部品の屈折率が同一であれば、両者の端面は平行に配置すれば良い。本発明における方法および装置においても、この様な効果を得るために、光導波路型部品の光出射端面の伝搬方向と、光導波路型部品の端面の法線とのなす角を０度以外の値を持たせたり、２つの光導波路型部品の光軸をずらせておくことができる。
【００５０】
【実施例】
実施例１
平面状の加熱部を有する白金ヒータの上面にテルライトガラス（組成：８０ＴｅＯ_２−２０ＺｎＯ［ｍｏｌ％］）の破片を置き、通電することでガラス融液の液滴を得た。光ファイバケーブルの一端の芯線を剥いたものを２本用意し、それぞれを光ファイバ固定器に固定した。
【００５１】
まず、第１工程として、両方のファイバ先端部分が液滴の上方に来るように配置した。この際、図１に示す様に、ファイバの根本から先端を眺める方向のベクトルを考えた時、２つのベクトルのなす角が１８０度となるように、かつ、ファイバ端面を含む平面が他のファイバと交わる位置関係に配置した。
【００５２】
次に、第２工程として、ヒータを上昇させてガラス融液の液滴を光ファイバの先端に接触させ、ただちに引き離した（図２（２））。すると、図２（３）に示したように、ファイバ先端部分にガラス融液が絡め取られた。絡め取られたガラス融液の流動性を失わせないために、図４（３）に示した様にヒータで加熱しておき、第３工程として、その間に２本の光ファイバを左右に引き、かつ２本のファイバの軸方向が同一の直線上に乗るようにファイバを移動させた。絡め取られた融液は２本のファイバの端面間の空間に保持された状態になった時点で、第４工程として、ヒータをファイバがら引き離して冷却した。以上により、光ファイバとテルライトガラスとが光学的に結合したガラス複合体を得ることができた。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラス複合体作製方法は、微小量のガラス融液を再現性良く採取して光導波路型部品との光学的接続点を提供するものであり、従来手間が掛かっていた両者の接続を容易に実現する効果が有る。また本発明のガラス複合体製造装置は、高温局所加熱が必要な光導波路型部品とガラス融液との光学的接合作業を、単純な制御機構で可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法および装置のうち、加熱器、ガラス融液、および２本の棒または光ファイバの位置関係を説明する配置図である。
【図２】図２は、本発明の方法のうち、二本の棒または光ファイバで加熱器上に配置されたガラス融液を微小量採取する手順を説明する工程図である。
【図３】図３は、本発明の方法および装置のうち、二本の棒または光ファイバによってガラス融液を微小量採取する際に必要な位置関係を説明する概念図である。
【図４】図４は、本発明の方法のうち、２本の棒または光ファイバによって絡め取られたガラス融液を加熱器で保温する手順を示す工程図である。
【図５】図５は、本発明の方法および装置のうち、ガラス棒の先端を加熱光線を集光することでガラス融液の液滴を得る場合の位置関係を説明する配置図である。
【図６】図６は、本発明の方法のうち、加熱器と加熱光線を併用して棒または光ファイバとガラス融液を加熱する手順を示す工程図である。
【図７】図７は、本発明の方法のうち、２系統の加熱光線を併用して棒または光ファイバとガラス融液を加熱する手順を示す工程図である。
【図８】図８は、本発明の装置のうち、加熱器を用いる場合の装置の配置図である。
【図９】図９は、本発明の装置のうち、加熱光線を用いる場合の装置の配置図である。
【図１０】図１０は、本発明の方法および装置のうち、空隙を持った平面光導波路の形状を示す三面図（上）および、毛細管現象によって空隙内にガラス融液が導入される様子を説明する工程図（下）である。
【図１１】図１１は、本発明の方法および装置のうち、ガラス棒の先端を加熱光線を集光することでガラス融液の液滴を得、平面導波路内の空隙に導入する場合の位置関係を説明する配置図である。
【図１２】図１２は、本発明の方法のうち、二本の棒または光ファイバでガラス融液を微小量採取し、平面導波路内の空隙に導入する手順を説明する工程図である。
【図１３】図１３は、本発明の方法のうち、二本の棒または光ファイバでガラス融液を微小量採取し、別の光ファイバ対に挟まれた空間に導入する手順を説明する工程図である。
【図１４】図１４は、本発明の方法および装置で用いる棒または光ファイバを用いなかった時に生じる不具合を説明する概念図である。
【図１５】図１５は、本発明の装置のうち、平面導波路を用いる場合の配置図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for producing a glass optical waveguide part.
[0002]
[Prior art]
In the conventional technical optical communication and optical information processing fields, glass optical components such as optical fibers, planar lightwave circuits, and lens arrays play an important role. These are passive-function optical components with a refractive index distribution structure for confining or condensing light inside the glass, and between active-functional optical components such as light-emitting elements, light-amplifying elements, and light-modulating elements. It plays the role of joining and branching.
[0003]
In response to demands for faster information processing and smaller and more economical systems, there is a need for technologies to efficiently combine and integrate these active optical components via passive optical components. Research on planar lightwave circuits is underway. In joining between optical components, it is necessary to precisely match each other's optical axes, so the ease of dimensional control and position control in the manufacturing process affects the economy. Joining and integration between silica glass optical components (optical fibers and planar lightwave circuits) and multi-component semiconductor optical components that have already been established with precise dimensional control technology is relatively easy.
[0004]
On the other hand, various proposals have been made to achieve active optical functionality, which has been difficult to obtain with conventional optical components, with a novel glass material. Bi ₂ O ₃ -Based glass and chalcogenide-based glass have ultrahigh-speed optical switch characteristics utilizing nonlinear optical effects, optical fiber amplifiers using fluoride glass as a host have gain flatness, tellurite glass and Bi ₂ O ₃ For example, an optical fiber amplifier having a host glass as a host has an ultra-wideband gain, and a pollen-treated tellurite glass generates second harmonics.
[0005]
Unlike the silica glass that can be synthesized by a gas phase reaction, the glass as described here is synthesized by a classic melting process (the raw material powder is put in a crucible, melted and stirred, and then poured into a mold) (below) These glasses are collectively referred to as “non-silica glass”). In non-silica glass, a high-speed and economical thick film formation technology has not yet been established, so it is difficult to fabricate a planar lightwave circuit. It is.
[0006]
Therefore, in order to combine the non-silica glass optical component described above with the conventional silica glass optical component or to promote integration, the optical fiber or the micro bulk type without the waveguide structure is used. It will take the form of a chip.
[0007]
In the case of a microchip, it is processed into a glass piece having a size of millimeter to submillimeter and optically polished as necessary. In the case of an optical fiber, two types of glasses having different refractive indexes are melted so as to have a waveguide structure, and a rod-shaped preform in which they are arranged concentrically is accurately manufactured and drawn. In the first place, non-silica glass is inferior in stability to crystal precipitation during thermal processing compared to silica glass, so precise temperature and time management is required.
[0008]
In this way, it is difficult to combine or integrate an optical component made of a glass composition, to which the thick film formation technology cannot be practically applied, with other optical waveguide type components at the manufacturing stage before the coupling. Accompany.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for easily joining a glass to which an optical waveguide type component cannot be applied, and an apparatus for manufacturing such an optical component.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Such a problem is achieved by collecting a minute amount of the melt of the bonding material, bonding the melt to a predetermined position of the optical waveguide part, and then cooling it. For this purpose, the following two conditions must be satisfied.
1. It has a mechanism in which a necessary and sufficient amount of a melt of a bonding material can be collected in a space in the vicinity of a bonding point with an optical waveguide type component and filled in the space.
2. The melt of the bonding material needs to be kept at a temperature that has fluidity during the period from collection to bonding. At least the vicinity of the joining point of the optical waveguide part and the melt of the joining material are in an environment heated to such a temperature.
[0011]
That is, the present invention comprises a first step of arranging the two optical fibers close to each other and a second step of entwining a part of the bonding material droplet in the space sandwiched between the tip portions. In one step, at least one of both ends of the line segment constituting the shortest distance between the two optical fibers is disposed on the side surface of the optical fiber, and in the second step, a droplet of bonding material is disposed. Is a heated melt, and after the second step, before the melt of the entangled bonding material is solidified, the relative positions of the two optical fibers are changed to change the two optical fibers. Two optical fibers having a third step of holding the melt of the bonding material in a space sandwiched between the tips, and then a fourth step of cooling the melt of the bonding material. This is a method for producing a glass composite comprising optical waveguide type parts bonded together.
[0012]
Further, the present invention comprises a first step of arranging the two fibers or rods close to each other and a second step of entwining a part of the droplet of the bonding material in a space sandwiched between the tip portions, In the first step, at least one of both ends of the line segment constituting the shortest distance between the two fibers or rods is disposed on the side surface of the fiber or rod, and in the second step, the bonding material The droplet is a heated melt of the bonding material, and after the second step, before the entangled melt of the bonding material solidifies, the relative position of the two fibers or rods is changed, A third step of holding the melt of the bonding material in the space sandwiched between the ends of the two fibers or rods, and then bringing the melt of the bonding material into contact with the space sandwiched between the two optical waveguides; The fourth step introduced, and then the melting of the bonding material in the space. Which is the fifth step two glass composite manufacturing method comprising the space between the optical waveguide from the optical waveguide device coupled with bonding material characterized by having a cooling.
[0013]
Moreover, this invention is said glass composite preparation method characterized by heating the entangled melt in a 3rd process.
Moreover, this invention is said glass composite preparation method characterized by heating the space vicinity pinched | interposed into this optical waveguide in a 4th process.
[0014]
In addition, the present invention includes two drive units that can hold and change the position of a single fiber or rod so that the fibers or rods held by each of them are closest to each other at the tip portion. In a glass composite manufacturing apparatus provided with a heater that is arranged and controls the temperature of the tip portion of a fiber or a rod, the heater has a mechanism that stably holds a droplet of a melt of a bonding material, and the drive The device positions the two fibers or rods so that at least one of the ends of the line segment forming the shortest distance between them is on the side of the rod, so that neither end is on the side of the rod An apparatus for producing a glass composite, which can be changed in arrangement and has a mechanism for bringing the tip portion of the fiber or rod into contact with the droplet.
[0015]
Moreover, this invention is said glass composite preparation apparatus characterized by the said fiber or rod being comprised with the optical fiber made from glass.
Further, the present invention is characterized in that the driving device has a mechanism for introducing a melt entangled in a tip portion of the fiber or rod into a space sandwiched between two optical waveguides. It is a composite production apparatus.
Further, the present invention is the above-described glass composite manufacturing apparatus, wherein the heating device is a resistor that generates heat when energized, and has a horizontal surface in a part thereof.
[0016]
The present invention also provides a driving device in which the heating device can hold a fiber or a glass rod and change its position, and a heating beam that generates heat by being absorbed by the fiber or the rod or the droplet. The glass composite manufacturing apparatus described above, characterized by comprising a light source and an optical component that guides the heating beam from the light source to the tip of the fiber or rod.
In addition, the present invention is the glass composite manufacturing apparatus described above characterized in that it has a mechanism for changing the relative position between the heating device and the tip portion of the fiber or rod.
[0017]
Note that the optical waveguide type component needs to exist stably at a temperature at which the melt of the bonding material has fluidity. That is, it does not soften and deform, does not cause a chemical reaction with respect to the melt of the bonding material, does not cause damage due to thermal shock, and the like. As long as this condition is satisfied, the bonding material is not limited to non-silica glass, and may be a polymer or resin that becomes fluid by heating. Further, the composition of the optical waveguide component is not limited to silica glass, and may be made of non-silica glass. In the following description, the case where glass is used as the bonding material will be described, but the effect of the invention does not change even if the above polymer or resin is replaced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the optical waveguide, the size of the core for confining light is about several μm in diameter. For example, considering the volume occupied in a section of 1 mm, when the diameter of the cladding portion enclosing the core is 10 times, it is about 7 × 10. ^-3 mm ³ It becomes. A technique for handling such a small amount of glass melt is required.
[0019]
This is because two silica glass optical fibers or fibers or rods of the same size are prepared, and the tips of these fibers or rods are placed close to each other in a space surrounded by the vicinity of the tips of the fibers or rods. This can be achieved by entwining the glass melt. At this time, the side of the fiber or the rod needs to be in contact with the space filled with the glass melt as described later.
[0020]
An example is shown in FIG. A glass melt 3 is held by a surface tension on a heater 4 which is placed horizontally and has a flat surface. Since the glass melt 3 has a flat portion on the heater 4, the shape of the liquid droplet is kept in a hemispherical shape from the action of surface tension and is stably held. First, as a first step, two optical fibers 1 and 2 are disposed above the first step. As shown in FIG. 2 (1), the optical fiber 1 and the optical fiber 2 are arranged with their tips close so that they are closest to each other in the vicinity of their tips.
[0021]
Next, as a second step, a glass droplet is brought into contact with the vicinity of the tip as shown in FIG. 2 (2), and the melt is entangled as shown in FIG. 2 (3). Specifically, the heater 4 and the glass melt 3 are moved in the direction of arrow A1 in FIG. 2 (2) to contact the fiber tip, and immediately returned to the original position. Then, the glass melt 3 remains in the space sandwiched between the fiber tips. According to this method, if the arrangement shown in FIG. 1 and the temperature of the melt are made reproducible, the amount of the melt entangled becomes constant with good reproducibility.
[0022]
In the method described above, it is necessary that the side surface of the optical fiber is in contact with the space filled with the glass melt. In other words, when a line segment constituting the shortest distance between two optical fibers is considered, at least one of both ends of the line segment needs to be on the side surface of the optical fiber. This will be described with reference to FIG. In this figure, the line segment constituting the shortest distance between two optical fibers is indicated by a dotted line.
[0023]
In the case of (1), even if the tip of the fiber is brought into contact with the glass melt, the surface tension of the glass melt acts to minimize the surface area. It can happen that the melt separates at both ends. As in (2), when one of the dotted lines is on the side surface of the fiber, the glass melt wets an area wider than the area of the fiber cut surface, and a larger volume of glass melt can be retained. When both ends of the dotted line are on the side of the fiber as in (3) or (4), a larger volume of glass melt can be held, and the glass held by adjusting the distance between the fiber tips. The volume of the melt can be adjusted.
[0024]
In the examples of (1) to (4), the two fibers are arranged on the same plane, but this is not restrictive, and the fibers are arranged at twisted positions as shown in (5). Even if the end point of the line segment constituting the shortest distance between the two optical fibers is on the side surface of the optical fiber, the melt can be held stably. Even when two optical fibers are in contact with each other, the above effect can be obtained if the contact points are on the side of the fiber.
[0025]
Next, as a third step, in the stage of FIG. 2 (3), the optical fiber is moved in the directions of arrows B1, B2, and B3 before the glass melt is cooled and the fluidity is lost. If the glass melt is then cooled and solidified as a fourth step, it can be used as an optical component in which the optical fiber as the optical path type component and the solidified glass are optically coupled.
[0026]
Here, the heater 4 may be anything as long as it has a function of heating only the glass melt 3 and the tip portions of the optical fibers 1 and 2, for example, a resistor that generates heat when energized. Moreover, in order to avoid a chemical reaction between the glass heater 4 and the melt 3, it may be necessary that the outer wall of the heater be made of a substance such as platinum that is inert to the glass melt.
[0027]
Further, as shown in FIG. 4 (2), the surface area of the heater 4 is made larger than that of the glass melt 3, and after the glass melt is entangled at the tip of the optical fiber, the heater 4 is moved to an arrow. It is also effective to move in the direction of A2 so that the arrangement shown in FIG. 4 (3) in which the tip of the optical fiber and the glass melt are separated. According to this method, the glass melt entangled at the tip of the fiber is arranged above the heater 4 and is efficiently heated, so that glass solidification due to cooling can be prevented in the subsequent fiber moving step. .
[0028]
Further, instead of using the heater 4, heat may be generated by irradiating light. As shown in FIG. 5, a condensing lens is arranged such that a glass rod 5 is arranged above the optical fiber 1 and the optical fiber 2 arranged in the same manner as in the previous example, and the heating light beam 7 is condensed at the tip thereof. 6 is arranged. The heating beam 7 is most commonly a carbon dioxide laser, but may be of any other wavelength as long as it is absorbed by the glass rod 5 and generates heat.
[0029]
In such an arrangement, when the tip of the glass rod 5 is heated by the heating beam 7, the tip is melted by heat generation. If the energy of the heating beam 7 is adjusted, the size of the droplets of the glass melt 3 can be limited within a certain range. At this time, since the glass rod 5 is present, the droplet of the glass melt 3 is stable in the air against the gravity applied to itself.
Retained.
[0030]
In this case, in order to heat the tip of the optical fiber as necessary, the heater 4 is disposed under the optical fiber 1 or 2 as shown in FIG. 6, or as shown in FIG. 7 (1). The heating light beam 9 may be irradiated so that the optical fiber generates heat. Such an apparatus for heating the tip of the fiber stops heating and cools and solidifies the glass melt when it is no longer necessary to maintain the fluidity of the glass melt. This is realized by stopping energization of the heater or the heating light source, or moving the heater or the heating beam so as to be separated from the area to be heated.
[0031]
FIG. 8 shows an example of the apparatus configuration. Two fiber fixing devices 11 and 12 are arranged so that the tips of the optical fiber 1 and the optical fiber 2 fixed to them are arranged close to each other. The heater 4 is disposed in a lower portion of a space where the tip portions of the optical fibers 1 and 2 are disposed, and a part of the heater 4 has a portion capable of stably holding the glass melt 3.
[0032]
The heater 4 has a mechanism that can move in a direction perpendicular to the axial direction of the optical fibers 1 and 2 (arrow A2 in the figure), thereby arranging a glass melt directly under the tip of the optical fiber. The heater can be placed away from the glass melt. Also, the heater 4 can move up and down (arrow A1 in the figure), thereby adjusting the position of the glass melt 3 and the optical fibers 1 and 2 and the glass melt to the fiber tip. It is possible to adjust the temperature for maintaining the temperature of the glass melt entangled in the contact operation and the optical fibers 1 and 2.
[0033]
The fiber fixing device 11 and the fiber fixing device 12 have a mechanism capable of moving in the axial direction of the optical fiber (arrows B1 and B3 in the figure) and in the direction perpendicular to the axis (arrow B2 in the figure). The liquid can be entangled and the glass melt can be held in the space between the fiber tips.
[0034]
FIG. 9 shows another example of the apparatus configuration. Instead of the heater 4 of the previous example, a heating light source 17 and a condenser lens 6 are arranged. Instead of the glass melt 3 of the previous example, the glass rod 5 held by the glass rod fixing device 15 is arranged above the tip of the optical fiber 1 and the optical fiber 2, and is heated by the heating light beam 7 emitted from the heating light source 17. The tip of the glass rod 5 is melted by the injected energy to obtain a melt. At this time, the melt adheres to the glass rod 5 and is stably held. In order to heat the tip portions of the optical fibers 1 and 2, the heating light beam 7 may be used, or another heating light source may be disposed and condensed on the tip portion of the optical fiber. Moreover, as shown in FIG. 6, you may arrange | position a heater under the front-end | tip part of an optical fiber.
[0035]
In the description so far, the method and the manufacturing apparatus for manufacturing the optical component in which the optical fiber and the glass are joined by winding the glass melt at the tip of the two optical fibers and then deforming the glass melt have been described. The object can also be achieved by introducing a small amount of entangled glass melt into another optical component.
[0036]
Another optical component in this case is composed of a space into which the glass melt is to be introduced and an optical waveguide that guides light into the space. As an example of this, consider a planar optical waveguide 10 having a gap 13 as a part thereof as shown in the upper left of FIG. An optical waveguide 14 having an increased refractive index is provided inside the planar optical waveguide 10 and connected to the wall surface of the gap 13. When the glass melt 3 entangled by the above-described method is attached to the entrance of the gap 13, the glass melt 3 is introduced into the gap 13 by capillary action, and the glass melt 3 and the optical waveguide 14 are separated. An optical connection can be obtained.
[0037]
In FIG. Introducing a melt of bonding material into a space between two optical waveguides using a fiber of the same size as an optical fiber An arrangement example is shown. As a first step, two fibers 21 ,fiber The glass melt 3 is obtained by arranging the glass rod 5 on the upper portion of the glass rod 5 and irradiating it with the heating light beam 7 whose light is condensed by the condenser lens 6. Next, as a second step, the glass melt 3 is added to the fiber 21. ,fiber 22 is brought into contact with the tip portion, and a small amount of glass melt is entangled (FIG. 12 (1)).
[0038]
Furthermore, as a third step, the fiber tip is irradiated with a heating light beam 9 through a condensing lens 8 separately prepared so that the entangled glass melt does not lose its fluidity (FIG. 12 (2)). The two fibers are moved left and right (arrows B1 and B2 in the figure), and the entangled glass melt is held at the fiber tip (FIG. 12 (3)).
[0039]
Next, as a fourth step, the held glass melt is adhered to the vicinity of the entrance of the gap 13 (FIG. 12 (4)), and the fiber is separated (FIG. 12 (5)). The adhered glass melt is introduced into the gap 13 by capillary action. Thereafter, as a fifth step, the glass melt is cooled and solidified.
[0040]
If the glass melt 3 is directly attached to the gap 13 without entwining the glass melt with two fibers, the inconvenience shown in FIG. 14 occurs. That is, if the energy injected from the heating beam 7 to the tip of the glass rod 5 is large, the tip of the glass rod 5 is bent under the influence of gravity and it is difficult to control the position of the glass melt 3.
[0041]
Further, since the amount of the glass rod 5 that changes to the glass melt 3 increases, the entrance of the gap 13 is blocked, there is no escape space for the air that is pushed out by capillary action, and the glass melt does not enter the gap. If the energy injected from the heating beam 7 at the tip of the glass rod 5 is reduced in order to avoid these, the amount of the glass melt is reduced, and the amount of the glass melt introduced by capillary action may be insufficient. . By entwining the glass melt with two fibers, the glass melt can be collected with good reproducibility.
[0042]
As another example, it is possible to consider two optical fiber pairs that are arranged with their end faces facing each other with air in between. With respect to the fibers 31 and 32 shown in FIG. 13 (1), the glass melt can be filled in the space between them by the same operation as the procedure described in FIG.
[0043]
FIG. 15 shows an example of the apparatus configuration. The two fiber fixing devices 11 and 12 are arranged so that the tips of the fibers 21 and 22 fixed to them are arranged close to each other. The glass rod 5 held by the heating light source 17, the condenser lens 6, and the glass rod fixing device 15 is disposed above the tip portions of the fibers 21 and 22, and the energy injected by the heating light beam 7 emitted from the heating light source 17. Thus, the tip of the glass rod 5 is melted to obtain a melt. At this time, the melt adheres to the glass rod 5 and is stably held. In order to heat the tip portions of the fibers 21 and 22, the heating light beam 7 may be used, or another heating light source may be disposed and condensed on the tip portion of the fiber. Further, this heating light source may be used to heat the vicinity of the gap in the planar optical waveguide 10.
[0044]
In the case of an apparatus that fills a glass melt in a space between two optical fiber pairs, instead of the planar optical waveguide 10 and the optical waveguide fixture 20 in FIG. 15, as shown in FIG. Optical fibers 31 and 32 and their fixtures are arranged.
[0045]
In the above description, since the fiber is merely used for collecting glass melt, the object can be achieved if it is a rod-like part having the same shape. In addition, although the means for heating the glass melt has been described in the example using the heating beam, a heater by another means as described above may be used in combination as long as it does not violate the restrictions on the spatial arrangement of the components. Alternatives are possible. For example, after the glass melt is collected by the heater shown in FIG. 1, the tip of the optical fiber is transported to the vicinity of the gap in the planar optical path while heating to maintain the fluidity of the entangled melt. Then, the entangled melt may be attached to the gap portion.
[0046]
In the drawings used for the above description, arrows for indicating the movements of the constituent elements are written, but the signs of the respective arrows have a consistent meaning. That is, A1 is a movement that entangles the stably held glass melt at the fiber tip, A2 is a movement that moves the heater to keep the entangled glass melt warm, and A3 and A4 are entangled. The movement of attaching the glass melt to another optical component, B1, B2 and B3 are movements for changing the entangled melt into a desired shape.
[0047]
Note that the materials of the optical waveguide type components such as the optical fiber and the planar optical waveguide described here are stable even when heated to a temperature at which the glass to be introduced has fluidity (for example, no chemical reaction occurs). It is premised on that the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient with glass is suppressed to such an extent that the glass or the optical waveguide part is not broken. Further, if it is necessary to totally reflect at the interface between the glass and the substrate, the refractive index of the optical waveguide type component needs to be lower than that of the glass.
[0048]
In general, the refractive index of the optical waveguide type component such as the optical fiber and the planar optical waveguide described above is different from that of the bonding material such as glass melt. At the interface between substances having different refractive indexes, refraction occurs according to Snell's law to change the traveling direction of light, or return light is generated due to Fresnel reflection. In order to reduce the return light, the angle formed by the light propagation direction and the normal of the end face of the optical waveguide part is often given a value other than 0 degrees. Accordingly, the traveling direction of light changes due to refraction. In the present invention, the optical axes of the two optical waveguide components are shifted in advance, and the light is efficiently propagated from one optical waveguide component to the other by filling the glass melt. Can be designed in the same way.
[0049]
In particular, if the refractive indexes of two optical waveguide components are the same, the end faces of both may be arranged in parallel. Also in the method and apparatus according to the present invention, in order to obtain such an effect, the angle formed by the propagation direction of the light emitting end face of the optical waveguide part and the normal of the end face of the optical waveguide part is a value other than 0 degrees. Or the optical axes of the two optical waveguide components can be shifted.
[0050]
【Example】
Example 1
Tellurite glass (composition: 80 TeO) on the upper surface of a platinum heater having a planar heating section. ₂ -20ZnO [mol%]) fragments were placed and energized to obtain droplets of glass melt. Two of the optical fiber cables with the core wire peeled off were prepared, and each was fixed to an optical fiber fixing device.
[0051]
First, as the first step, both fiber tip portions were arranged above the droplet. At this time, as shown in FIG. 1, when considering a vector in the direction of viewing the tip from the root of the fiber, the angle formed by the two vectors is 180 degrees, and the plane including the fiber end face is the other fiber. It was placed in a positional relationship where it intersects.
[0052]
Next, as a second step, the heater was raised to bring the glass melt droplet into contact with the tip of the optical fiber and immediately separated (FIG. 2 (2)). Then, as shown in FIG. 2 (3), the glass melt was entangled at the fiber tip. In order not to lose the fluidity of the entangled glass melt, it is heated with a heater as shown in FIG. 4 (3), and in the third step, two optical fibers are pulled left and right between them. The fibers were moved so that the axial directions of the two fibers were on the same straight line. When the entangled melt was held in the space between the end faces of the two fibers, the heater was pulled away from the fiber and cooled as a fourth step. As described above, a glass composite in which the optical fiber and the tellurite glass are optically bonded can be obtained.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, the glass composite production method of the present invention collects a small amount of glass melt with good reproducibility and provides an optical connection point with an optical waveguide type part, which is conventionally troublesome. There is an effect of easily realizing the connection between the two. In addition, the glass composite production apparatus of the present invention has an effect of enabling an optical joining operation between an optical waveguide type component requiring a high temperature local heating and a glass melt with a simple control mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a layout diagram illustrating the positional relationship between a heater, glass melt, and two rods or optical fibers in the method and apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram illustrating a procedure for collecting a minute amount of glass melt disposed on a heater with two rods or an optical fiber in the method of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the positional relationship required when a minute amount of glass melt is collected by two rods or an optical fiber in the method and apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a process diagram showing a procedure of keeping the glass melt entangled by two rods or optical fibers with a heater in the method of the present invention.
FIG. 5 is a layout diagram for explaining a positional relationship when a droplet of glass melt is obtained by condensing a heating beam at the tip of a glass rod in the method and apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a process diagram showing a procedure of heating a rod or an optical fiber and a glass melt by using a heater and a heating beam in the method of the present invention.
FIG. 7 is a process diagram showing a procedure for heating a rod or optical fiber and a glass melt by using two systems of heating rays in the method of the present invention.
FIG. 8 is a layout view of devices when a heater is used among the devices of the present invention.
FIG. 9 is a layout view of devices in the case of using a heating beam among the devices of the present invention.
FIG. 10 is a three-view drawing (top) showing the shape of a planar optical waveguide having a gap in the method and apparatus of the present invention, and how glass melt is introduced into the gap by capillary action. It is process drawing (lower) explaining.
FIG. 11 shows a method and apparatus of the present invention in the case where a droplet of glass melt is obtained by condensing a heating beam at the tip of a glass rod and introduced into a gap in a planar waveguide. It is a layout diagram explaining the positional relationship.
FIG. 12 is a process diagram illustrating a procedure of collecting a minute amount of glass melt with two rods or an optical fiber and introducing it into a gap in a planar waveguide in the method of the present invention.
FIG. 13 is a process for explaining a procedure of collecting a minute amount of a glass melt with two rods or optical fibers and introducing it into a space sandwiched between another optical fiber pair in the method of the present invention. FIG.
FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining a problem that occurs when a rod or an optical fiber used in the method and apparatus of the present invention is not used.
FIG. 15 is a layout diagram when a planar waveguide is used in the device of the present invention.

Claims

The first step of arranging the two optical fibers close to each other, and the second step of entwining a part of the droplet of the bonding material in the space sandwiched between the tip portions,
In the first step, at least one of both ends of the line segment constituting the shortest distance between the two optical fibers is disposed on the side surface of the optical fiber,
In the second step, the bonding material droplet is a heated melt;
After the second step, before the melted bonding material melts, the relative positions of the two optical fibers are changed, and the bonding is performed in the space between the two optical fibers. A third step of holding a melt of the material;
Then, the glass composite preparation method which combined the optical fiber which is two optical waveguide type components with a joining material, which has the 4th process of cooling the melt of this joining material.

The first step of arranging the two optical fibers close to each other, and the second step of entwining a part of the droplet of the bonding material in the space sandwiched between the tip portions,
In the first step, at least one of the ends of the line segments comprising the shortest distance between two of said optical fibers are arranged so as to position on the side of the optical fiber,
In the second step, the bonding material droplet is a heated melt ;
After the second step, entwined took by changing the relative position of the two said optical fibers prior to melt the bonding material is solidified, the bonding to the space between the tips of two of said optical fiber A third step of holding a melt of the material;
Thereafter, the method includes a fourth step of bringing the bonding material melt into contact with the space between the two optical waveguides and then a fifth step of cooling the bonding material melt in the space. A method for producing a glass composite in which two optical waveguides are bonded with a bonding material.

3. The method according to claim 2, wherein a fiber or a rod having a size equivalent to that of the optical fiber is used instead of the optical fiber.

The fourth step is a step of bringing the bonding material melt into contact with a space sandwiched between the ends of two optical fibers instead of a space sandwiched between two optical waveguides. The method according to claim 2 or 3.

5. The glass composite manufacturing method according to claim 1, wherein, in the third step, the melted melt is heated.

5. The glass composite manufacturing method according to claim 2, wherein, in the fourth step, the space sandwiched between the optical waveguides or the vicinity of the space sandwiched between the tips of the two optical fibers is heated.

One optical fiber or a fiber or rod of the same size is held, and two drive devices that can change the position of the optical fiber are held, respectively. In the glass composite manufacturing apparatus, the rod is disposed so as to be closest to the tip portion thereof, and includes a heater that controls the temperature of the tip portion of the optical fiber or the fiber of the same size or the rod. Has a mechanism for stably holding a melt droplet of a bonding material, and the driving device configures the position of two optical fibers or fibers or rods of the same size as the shortest distance between them. No from at least one of the two ends of the line segment is on the side surface of the optical fiber or its equivalent size of the fiber or rod arrangement, both ends on the side surfaces Can be changed to the arrangement, also, a glass composite of claim 1, wherein further comprising a mechanism for contacting the fiber or tip portion of the rod of the optical fiber to the same size and it droplets Glass composite production apparatus used for the body production method .

The drive device, the entwined took melt fiber or tip portion of the rod of the optical fiber to the same size and it is characterized by having a mechanism for introducing a space between the two optical waveguides, The glass composite production apparatus according to claim 7 .

The glass composite manufacturing apparatus according to claim 7 or 8 , wherein the heating device is a resistor that generates heat when energized, and has a horizontal surface in a part thereof.

Heating device, the optical fiber to a drive unit capable of holding the equivalent size of the fiber or glass rod changes its position and it fiber or bar or liquid of the optical fiber to the same size and it claims, wherein a light source emitting a heating beam such that heat generated is absorbed by the droplets, that comprises an optical component for guiding the heating light from the light source to the distal end of the fiber or rod of the optical fiber to the same size and it Item 10. The glass composite manufacturing apparatus according to any one of Items 7 to 9 .

And having a mechanism for changing the relative position between the heating device and said optical fiber to the same size as the fiber or the tip portion of the rod and its glass composite according to any one of claims 7 to 10 Production device.