JP2000338363A - フェルール付き光ファイバ及びそれを用いた光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバの回転方向及び光軸方向の高精度
な位置決めが容易かつ正確に行える優れたフェルール付
き光ファイバ、及びそれを用いた光モジュールを提供す
ること。 【解決手段】 光ファイバ１の一端側の外周にフェルー
ル２を取着して成るとともに、光ファイバ１の他端側の
半外周部に位置決め用マーク５が形成されていることを
特徴とするフェルール付き光ファイバとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信や
光インターコネクション等に用いられる光モジュール
（光半導体モジュールを含む）に組み込まれ、光半導体
素子等の光素子などと光結合させるのに好適なフェルー
ル付き光ファイバ及びそれを用いた光モジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フェルール付き光ファイバは、
短尺の光ファイバにフェルールを取り付けたものであ
り、例えば図９（ａ）に示すように、光ファイバ９１の
一部をフェルール９２に収容したり、図９（ｂ）に示す
ように、光ファイバ９１の全部をフェルール９２に収容
したものがある（以下、説明の便宜上、この短尺光ファ
イバを光ファイバといい、信号伝送用の長尺な光ファイ
バを光ファイバケーブルという）。

【０００３】その機能は、光半導体モジュールにおい
て、光半導体素子の近傍にその光ファイバの第１端面９
３を配置し、第１端面の反対側の第２端面９４を、外部
から光ファイバケーブルを接続する側に配置することに
よって、光半導体素子と光信号の伝送路である光ファイ
バとの良好な光結合状態を得ることである。

【０００４】このため、光半導体素子の近傍に配置され
る第１端面９３に研磨加工を施したり、光ファイバの劈
開によって光学的な端面を形成する。また、その反対側
のフェルール９２及び光ファイバ９１によって形成され
る第２端面９４は、上記と同様に光学的な加工面が形成
されており、光ファイバ同士の接続が良好なように、平
面，球面，または斜め面に加工されている。

【０００５】上記フェルール付き光ファイバは、次のよ
うにして形成される。まず、光ファイバ９１を、フェル
ール９２の中心軸に形成され光ファイバ９１の外径より
も若干内径の大きな孔９２ａに挿入し、光ファイバ９１
の外周部と孔９２ａの内壁との間隙に、樹脂製接着剤や
ハンダ等を介在させることにより両者を接合する。そし
て、フェルール９２と光ファイバ９１の端面を同時に研
磨し第２端面９４を形成する。さらに、その反対側を所
定長さに切断し、研磨加工や劈開を行うことで第１端面
９３を形成する。なお、この製作手順は、光ファイバ端
面の形状や加工方法によって、フェルールとの接合が先
になる場合や、端面形成が後になる場合がある。

【０００６】また、図９（ｂ）に示すフェルール付き光
ファイバは、光ファイバ９１とフェルール９２の長さが
ほぼ等しいので、まず、上記と同様に樹脂製接着剤やハ
ンダ等で光ファイバ９１とフェルール９２を接合する。
その後、光ファイバ９１とフェルールとで形成される第
１端面９５と第２端面９４をそれぞれ研磨等で光学面に
加工する。

【０００７】図１０に示すように、パッシブアライメン
トによって組み立てられる光半導体モジュールＪにおい
ては、精密に加工された実装基板１１１上に光半導体素
子１１２と、図９（ａ）として示すフェルール付き光フ
ァイバ１１３を搭載することで、光軸を合わせる調芯作
業を施すことなく、容易に両者の良好な光結合状態が得
られる。これにより、光半導体モジュールの低コスト化
と小型化を実現する。なお、図中、１１４は光半導体素
子キャリア、１１５は光ファイバ押さえ、１１６は蓋
体、１１７はブロック体である。

【０００８】すなわち、光半導体素子１１２は、実装基
板１１１及び光半導体素子自身に形成された位置決め用
マークを用いた画像処理方法により機械的に位置決めす
ることで、実装基板１１１上に高精度に実装される。さ
らに、フェルール付き光ファイバ１１３の光ファイバ部
分は、実装基板１１１に形成されたＶ溝に沿わせて搭載
し、それと垂直に形成された溝に突き当てることによっ
て高精度に実装される。

【０００９】上記のようなフェルール付き光ファイバに
おいては、光半導体素子の近傍に配置される端面はその
光結合特性から様々な形状に加工される。

【００１０】まず、その端面から光半導体素子への反射
戻り光を低減するために、図１１（ａ）に斜視図、図１
１（ｂ）に上面図（平面図）にて示すように、光ファイ
バ９１の端面９３を光軸（コア９７の中心軸）に対して
垂直な状態から若干斜めに加工した形状である。

【００１１】上記斜め形状により、光半導体素子が発光
素子である場合は、その出射光のうち端面で反射される
光が光半導体素子の発光部分に戻ることを防ぐことがで
きる。その結果、光半導体素子の不安定動作が抑えら
れ、安定した駆動を得ることができる。

【００１２】次いで、光半導体素子との結合効率を高く
するために、図１１（ｃ）に斜視図、図１１（ｄ）に上
面図にて示すように、光ファイバ９１の端面９３を楔状
に加工する形状とすることがある。これにより、例えば
発光素子と光結合する場合で、発光素子の出射パター
ン、いわゆる出射光の遠視野像（ファー・フィールド・
パターン）における縦方向と横方向の比が著しく異なる
場合は、円形の断面を持つ光ファイバに対する結合効率
が低くなるが、上記のように光ファイバ９１の端面を楔
状形状に加工することで、発光素子の出射パターンと光
ファイバの入射パターンとを合わせることができ、結合
効率をより高くすることができる。

【００１３】これら端面を斜め形状や楔状形状に加工し
たフェルール付き光ファイバにおいては、実装基板上に
おいて、光半導体素子の搭載方向と、フェルール付き光
ファイバの回転方向を正確に合わせる必要がある。

【００１４】斜め形状に加工した場合に、光軸方向の位
置決めを正確にするためには、実装基板に対する光ファ
イバの回転方向を正確にコントロールして、実装基板の
光ファイバ搭載位置に光ファイバの光軸と略垂直な方向
に形成した溝の側面に確実に突き当てることが要求され
る。回転方向の向きがずれると溝の側面には斜め形状部
分が突き当てられ、光軸方向の位置決めが設計値からず
れることになる。

【００１５】また、楔形状に加工した場合は、光半導体
素子の遠視野像の縦横比に合わせて光ファイバ端面の方
向を正確に合わせる必要がある。一般には縦横比が大き
な方向と楔加工方向の合わせ具合によって結合効率を著
しく増やすことができる。

【００１６】上記いずれの場合においても、実装基板上
において光ファイバの回転方向を合わせて搭載すること
が必要である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
造のフェルール付き光ファイバにおいては、円周方向の
位置決めはその端面形状をモニタしながら位置決めする
方法しかなく、その位置決め精度はそれ程高くできな
い。すなわち、一般に端面形状のモニタには顕微鏡など
光学的な拡大手段を用いるが、光軸方向の位置決め精度
を上げるために、その倍率を高くすればするほど焦点方
向の画像がぼける。そのため、斜め形状面や楔形状面を
面として正確に把握することが困難であり、必然的に回
転方向の位置決めに誤差やずれが生じる。

【００１８】さらに、図１２に示すように、光半導体モ
ジュールに面発光型の光半導体素子１２２を、実装基板
１２３に形成された電極１２６上に直接実装する構造の
場合は、その配設箇所に比較的大きな凹部１２４が形成
されており、Ｖ溝１２５に沿わせて搭載した光ファイバ
１２１は、一般的に行われるように予め形成した実装基
板１２３上の溝に突き当てて位置決めすることができな
い。このため、上記のような回転方向の位置決めと併せ
て、その光軸方向の搭載位置を都度調整する必要があ
る。従来のフェルール付き光ファイバの構造では、光フ
ァイバ１２１の光軸方向位置を、凹部１２４への光ファ
イバの突き出し量において調整する方法となるため、上
記のようにその端面の視認性が低い場合は、位置決めの
精度を高くすることには自ずと限界がある。

【００１９】そこで、本発明においてはこれらの問題点
に鑑み、光ファイバの回転方向及び光軸方向の高精度な
位置決めが容易かつ正確に行える優れたフェルール付き
光ファイバ、及びそれを用いた光モジュールを提供する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のフェルール付き光ファイバは、光ファイバ
の一端側の外周にフェルールを取着して成るとともに、
光ファイバの他端側の半外周部に位置決め用マークが形
成されていることを特徴とする。

【００２１】また、光ファイバを収容したフェルールの
半外周部に位置決め用マークが形成されていることを特
徴とする。

【００２２】特に、上記フェルール付き光ファイバにお
いて、位置決め用マークは、前記光ファイバの光軸方向
へ所定距離隔てて複数箇所に形成されていることを特徴
とする。また、位置決め用マークは金属膜から成るもの
であれば、形成が容易である上に光ファイバやフェルー
ルを傷つけることがない。

【００２３】また本発明の光モジュールは、フェルール
付き光ファイバを、位置決め用マークに位置合わせする
マークが形成された基板上に配置して成るものとする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフェルール
付き光ファイバの実施形態について図面に基づき詳細に
説明する。

【００２５】図１（ａ），（ｂ）に示すように、光ファ
イバ１はフェルール２のほぼ中心部に形成された若干直
径の大きな中心孔２ａに挿入され、第１端面３側を外部
へ露出し、第２端面４側をフェルール２に収容してい
る。そして、光ファイバ１とフェルール２の間隙に樹脂
製接着剤やハンダなどを付与することで両者を接合す
る。光ファイバ１の第２端面４はフェルール２と共に研
磨され、平坦面あるいは球面状に加工される。そして、
光ファイバ１の外周には略半周に渡って（半外周部に）
位置決め用マーク５が形成されている。

【００２６】図２に、上記光ファイバ１において、発光
素子や受光素子である光半導体素子と光結合させる第１
端面３の各種例を示す。図２（ａ），（ｂ）は第１端面
３を傾斜面としたものであり、図２（ｃ），（ｄ）は楔
形状としたものである。なお、図において斜線は断面を
示したものではなく、位置決め用マークを図示したもの
である。図２（ｂ）において、傾斜面の角度θ１は、光
半導体素子との結合特性によって決定されるが、２°〜
８°の範囲内のものを用いる。これは、θ１が２°より
小さければ反射戻り光が増え、８°より大きくなればな
るほど光半導体素子と光ファイバとの結合効率が下がる
ため、この範囲内が最適角度として設定される。

【００２７】また、図２（ｃ），（ｄ）においても、そ
の先端角度は光半導体素子との結合特性において決定さ
れる。例えば、遠視野像の縦横比が４：１の半導体レー
ザに対して光ファイバを数ミクロンの間隙で結合させる
場合は、楔形状の角度は４０〜６０度に設定される。

【００２８】次に、位置決め用マーク５の形成を含めた
一連の製作方法について説明する。まず、図３（ａ）に
示すように、シリコンやガラス等から成る加工用基板８
ａ上に、所定長さに切断された光ファイバ１の複数本を
配列する。ここで、光ファイバ１の適正な位置への配列
が可能なように、加工用基板８ａにはＶ型やＵ型の溝を
形成しておくと良い。

【００２９】次に、光ファイバ１の両端を上記加工用基
板と同様な材質の固定用板９で押さえ、光ファイバ１を
加工用基板８に保持する。固定用板９と加工用基板８ａ
との接合にはネジによる接合を用いても良いし、機械的
な接合構造を付与しても良い。

【００３０】そして、これを蒸着装置に入れ、図３
（ｂ）に示すように、加工用基板８ａの光ファイバ１の
配列面全体に金属膜を被着形成させ位置決め用マーク５
を形成する。この金属膜の材質としては金，錫と鉛の合
金，ニッケルなどが好適であり、その形成方法は蒸着
法，スパッタリング，メッキ等の各種の方法が適用可能
である。光ファイバの外周にマーキングを行うので、こ
れら金属膜でマーキングを行う方法が傷等を光ファイバ
に付けることがないので好適である。いずれにしても、
外観として透明でなく、光ファイバ１を光半導体モジュ
ールの実装基板に固定する際に、使用する接着剤やハン
ダとなじみの良い材料であれば良い。その意味において
は少なくとも表面は金が最も好ましく、この場合にニッ
ケル，クロム，チタン等を下地層とすることで、光ファ
イバとの密着性を向上させることができる。

【００３１】この位置決め用マーク５の厚みであるが、
その厚みに応じて光ファイバの外径に対する中心軸が元
の光ファイバの中心軸に対して変化するため、実装基板
のＶ溝に搭載した場合に光軸のずれが大きくなり、光結
合に不都合を生じる。もちろん、実装基板の設計におい
ては、このメタライズによる中心軸の変化を加味する
が、蒸着する金属の厚みが増えるほど厚みのバラツキ量
も増えるため、光軸のずれも増加してしまう。また、位
置決め用マーク５の厚みが薄過ぎると透明性が高くなる
ため、その認識に誤差が生じやすくなる。このため、位
置決め用マーク５の厚みは０．３〜１μｍ程度が好適で
あり、特に、０．５ミクロン（５０００Å）程度が最適
である。

【００３２】上記成膜が終了すれば、図３（ｃ）に示す
ように加工用基板８ａにこれと同様な加工用基板８ｂを
対向させ、光ファイバ１を挟んだ状態で両者を接着剤な
どで接合する。そして、加工用基板８ａ、８ｂの接合体
の端部（図３（ｄ）の一点鎖線の位置）にて光ファイバ
１に対し略直角な方向に上記接合体を所定の長さに切断
する。

【００３３】次いで、切断した面１０に研磨加工を施
す。斜め形状に加工する場合は、図３（ｅ）に示すよう
に加工用基板８ａ、８ｂの接合方向に、斜め形状の角度
だけ傾けて研磨板１７に押圧して研磨すれば、所望の斜
め形状が容易に得られる。楔形状に加工する場合は、加
工用基板８ａ，８ｂのそれぞれの方向に傾けた研磨を両
側に施す。もちろん研磨面に対して垂直に配置すれば端
面は垂直に加工される。こうして第１端面３が完成す
る。

【００３４】次いで、加工用基板８ａと８ｂを接合する
接着剤を取り除き、光ファイバ１を加工用基板８ａから
取り外す。その際に、光ファイバ１の蒸着面に施された
位置決め用マーク５は光ファイバ１側に、残りは加工用
基板８ａ側に分断され、光ファイバ１に略半周の位置決
め用マーク５が施された状態となる。

【００３５】そして、研磨加工で得られた第１端面３と
反対側の端面にフェルール２を樹脂製接着剤やハンダな
どで接合し、フェルール端面と光ファイバ端面を同時に
研磨加工し第２端面４が完成する。

【００３６】図４（ａ）は上記の方法によって製作され
たフェルール付き光ファイバを、実装基板１１のＶ溝１
２に搭載する際の光半導体素子１４との光結合部を拡大
して図示したものである。なお、この図においても斜線
部は断面を示したものではなく、位置決め用マーク５を
図示したものである。

【００３７】上記の作製方法では、斜め形状（図４
（ｂ）），楔形状（図４（ｃ））の両方の場合におい
て、研磨面を実装基板１１に対して直交する方向に配置
すれば、図４（ｂ），図４（ｃ）に示すように、実装基
板を上方から観察した場合にメタライズした領域とメタ
ライズしない領域との境界線が上方に配置されるため、
それを観察しながらの光ファイバの回転方向の位置決め
を容易に行うことができる。特に、回転方向のメタライ
ズ角度を正確に１８０度とした場合は、上方からの観察
に対しメタライズ領域と非メタライズ領域のサイズが
１：１になり、その境界線がその中心に来るので、回転
方向の位置決めが容易になる。そのためには、金属を蒸
着する際に光ファイバの半周が覆われるような処置とし
て、Ｕ型の溝に光ファイバをはめ合わせたり、蒸着用マ
スクを用いれば良い。

【００３８】また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、
光ファイバ１の全体がフェルール２に収容されている場
合は、光ファイバ１はフェルール２の中心部に形成され
た孔２ａ内で接合されている。光半導体素子と光結合す
る光ファイバの第１端面３には、斜め形状加工や楔形状
加工が施されており、反対側の第２端面４は研磨加工に
よって平坦面、あるいは球面に加工されている。第１端
面３の近傍は略半周に渡って位置決め用マーク５が施さ
れている。

【００３９】上記フェルール付き光ファイバの場合、そ
の製造方法は図３の場合と若干異なる。まず、光ファイ
バ１をフェルール２に挿入し接合する。次いで、その両
端面を第１端面３、第２端面４として研磨加工する。第
１端面３の研磨加工を容易にするためには、予めフェル
ールの該当個所を所定の形状に形成しておくことが好ま
しい。

【００４０】両端面の加工が完成した後に、蒸着用基板
にフェルール付き光ファイバを配列し、蒸着用マスクを
用いて所定の形状にメタライズ等によりマークを形成す
る。図３の手順と異なるのは光ファイバ１とフェルール
２の接合を蒸着等のマーキングよりも先に実施すること
であるが、これはフェルール２の両端を研磨する時の治
具への取り付けにおいて蒸着金属が剥がれたり、傷を付
けて認識性を低下させることを極力防止する。なお、フ
ェルール２に形成する位置決め用マーク５は金属膜以外
に凹凸状のマークとしてもよい。

【００４１】さらに、他の実施形態について説明する。
図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）に示すよう
に、光ファイバ１及びフェルール２に略半周に渡って、
位置決め用マーク５’が光軸方向へ複数箇所に所定距離
隔てて縞状に形成されている（以下、縞状マークともい
う）。

【００４２】縞状マーク５’の製作方法は、上記の図３
に示す方法と同様であるが、形成したい縞状に対応した
蒸着用マスクを用いることで容易に形成が可能である。

【００４３】このフェルール付き光ファイバを実装基板
に搭載する構造として、図１２で説明した光モジュール
において、図１に示したフェルール付き光ファイバを適
用した場合を図８（ａ），（ｂ）に示す。

【００４４】実装基板１１の表面に、光ファイバ搭載用
のＶ溝１２に沿った位置に、光ファイバ１に形成した縞
状マークに位置合わせできるように形成された縞状のマ
ーク１３が設けられている。このマーク１３は光ファイ
バ１に施す縞状の位置決め用マーク５’と同種の金属を
用いたものでも良いし、Ｖ溝と同様の方法で形成した溝
でも良い。いずれにしても、その形状が正確に視認でき
る程度の色または明暗が形成できるものであれば良い。

【００４５】かくして、光ファイバ１の側面に形成した
縞状マーク５’を実装基板の表面に形成された縞状のマ
ーク１３と位置合わせすることにより、実装基板１１上
において、光半導体素子１４に対して光ファイバ１を正
確に位置決めすることができ、両者の極めて良好な光結
合を実現することができ、ひいては性能の非常に優れた
光モジュールを提供することができる。

【００４６】なお、縞状マーク５’とマーク１３とは、
それらを必ずしも一致させるということではなく、両者
の位置関係が必要な搭載精度以上に特定できるような構
造であれば良い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のフェルー
ル付き光ファイバによれば、実装基板上において、光フ
ァイバの回転方向の高精度な位置決めが容易かつ正確に
行える。

【００４８】また、特に縞状の位置決め用マークを光フ
ァイバやフェルールに形成したものでは、光ファイバの
回転方向と光軸方向の高精度な位置決めが実現でき、光
半導体素子等の光素子と光ファイバとの光結合を好適に
行うことができ、ひいては光結合性及び信頼性の優れた
光モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフェルール付き光ファイバの実施
形態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図２】本発明に係る光ファイバの一端面の様子を説明
する図であり、（ａ）は傾斜面に加工された様子を示す
斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は楔形状に加工さ
れた様子を示す斜視図、（ｄ）はその平面図である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発明に係るフェル
ール付き光ファイバを製作する様子を説明する図であ
り、（ａ），（ｃ），（ｄ）は斜視図、（ｂ）は断面
図、（ｅ）は側面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明に係るフェル
ール付き光ファイバを実装基板上に搭載する様子を説明
する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ），（ｃ）は平面
図である。

【図５】本発明に係るフェルール付き光ファイバの他の
実施形態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は断面図である。

【図６】本発明に係るフェルール付き光ファイバの他の
実施形態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は平面図である。

【図７】本発明に係るフェルール付き光ファイバの他の
実施形態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は平面図である。

【図８】本発明に係る光モジュールの実施形態を説明す
る図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。

【図９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のフェルール付
き光ファイバを示す斜視図である。

【図１０】従来の光モジュールを説明する分解斜視図で
ある。

【図１１】従来の光ファイバの端面の様子を説明する図
であり、（ａ），（ｃ）は斜視図、（ｂ），（ｄ）は平
面図である。

【図１２】従来の光モジュールを説明する図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部断面図である。

【符号の説明】

１：光ファイバ ２：フェルール ３：第１端面 ４：第２端面 ５，５’：位置決め用マーク ６：クラッド ７：コア ８ａ：加工用基板 ８ｂ：加工用基板 ９：固定用板 １１：実装基板 １２：Ｖ溝 １３：マーク １４：光半導体素子 １５：電極 １６：凹部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバの一端側の外周にフェルール
   を取着して成るとともに、光ファイバの他端側の半外周
   部に位置決め用マークが形成されていることを特徴とす
   るフェルール付き光ファイバ。
2. 【請求項２】 光ファイバを収容したフェルールの半外
   周部に位置決め用マークが形成されていることを特徴と
   するフェルール付き光ファイバ。
3. 【請求項３】 前記位置決め用マークは、前記光ファイ
   バの光軸方向へ所定距離隔てて複数箇所に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１乃至２に記載のフェルール
   付き光ファイバ。
4. 【請求項４】 前記位置決め用マークは金属膜から成る
   ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のフェルール付
   き光ファイバ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至２に記載のフェルール付き
   光ファイバを、前記位置決め用マークに位置合わせする
   マークが形成された基板上に配置して成ることを特徴と
   する光モジュール。