JP2002156563A - レセプタクル型光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発光素子及びその出射光を所定の位置に集光す
る光学的手段を収納し、光ファイバを着脱可能とするレ
セプタクル構造を有するレセプタクル型光モジュールに
おいて、近端反射を低減し、光コネクタ着脱に伴う信頼
性に優れ、かつ低コストを実現する新規構造を提供す
る。 【解決手段】発光素子及び前記発光素子から出射された
出射光を所定の位置に集光するための光学的手段を収納
し、外部から光ファイバを保持したフェルールを着脱可
能とするレセプタクル構造を有するレセプタクル型光モ
ジュールにおいて、片面に反射防止膜を形成しかつ反対
側の面に光学的透明体を固着形成したガラス板を、前記
光学的透明体が前記光ファイバの端面と接触する位置に
配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
適用され、光コネクタが着脱可能なレセプタクル構造を
有する光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】情報の高度化やマルチメディア化に伴う
公衆通信網やLAN等における情報伝送容量の肥大化が深
刻な問題となっている。これを解決する手段として、光
伝送技術を応用した各種光通信システムが注目されてお
り、ネットワークの光化は急速に広まっている。

【０００３】発光素子とその出射光を所定の位置に集光
するレンズ等の光学的手段を有し、光コネクタを着脱可
能な状態で嵌合することができるレセプタクル型光モジ
ュールは、小型かつ汎用性に富み、取り扱いの作業性も
良いことから近年ますますその重要性を増してきてい
る。しかしながら、レセプタクル型光モジュールは、光
コネクタを自在に着脱できるという利便性を有する反
面、より安定した光出力を得ることが困難であるという
問題を有していた。

【０００４】図4は従来のレセプタクル型光モジュール
を示す断面図である。1は発光素子、3はレンズ、4はス
トッパ、21はハウジング、23は光ファイバ、22はフェル
ールを示している。光ファイバ23を保持したフェルール
22は、ハウジング21内に挿入され、ストッパ4に当接し
て位置決めされる。また、発光素子1からの出射光2は、
レンズ3により光ファイバ23の端面近傍に集光される。
この際、光ファイバ23と空気層との屈折率差により光フ
ァイバ23の端面にて反射が生じ、その反射光6が発光素
子1の方向に戻ることになる。このように、発光素子の
出射光が光ファイバに結合する際に、光ファイバの端面
にて生じる反射を近端反射といい、この近端反射による
戻り光は、素子内部で光の共振原理を利用する類の発光
素子、例えば半導体レーザ等の動作を不安定にさせる極
めて重大な要因となる。また、周囲温度等の変化により
部品が熱膨張、収縮することによって反射点間の距離が
変化すると、光の干渉効果によって光出力が不安定にな
ることもある。レセタクル型光モジュールの場合、外部
から挿入される光ファイバの端面で反射を防止すること
が必要となるため、対策が極めて困難であり、その手段
も複雑で高価なものが必要とされていた。

【０００５】このような近端反射をより簡易的に防止す
る工夫も従来から色々試みられている。図5は従来のレ
セプタクル型光モジュールにおける反射防止例を示す断
面図であり、特開昭64-52103号公報によって示されてい
るものである。1は発光素子、3はレンズ、4はストッ
パ、21はハウジング、23は光ファイバ、22はフェルー
ル、7はガラス板、5は反射防止膜を示している。光ファ
イバ23を保持したフェルール22は、ハウジング21内に挿
入され、ガラス板7に当接して位置決めされる。発光素
子1からの出射光2はレンズ3によって集光され、ガラス
板7を透過して光ファイバ23に結合する。空気層からガ
ラス板7への入射に際しては、ガラス板7の発光素子1側
の面に反射防止膜5が形成されており反射は生じない。
また、ガラス板7は光ファイバ23に近い、若しくは同一
の屈折率を有するため光ファイバ23の端面による近端反
射も低減できる。

【０００６】しかしながら本例による場合、ストッパ4
やガラス板7自身の加工精度やそれらの固定精度、さら
にはフェルール22の挿入角度等がばらつくと、光ファイ
バ23とガラス板7の間に空気層が生じ、反射防止の効果
が全く失われてしまうという問題が生じていた。

【０００７】そこで、この空気層の発生を防止する技術
が提案されている。図6は従来のレセプタクル型光モジ
ュールにおける第二の反射防止例を示す断面図であり、
特開平2-50110号、特開平7-218777号、特開平9-101436
号公報などに示されているものである。1は発光素子、3
はレンズ、4はストッパ、21はハウジング、23は光ファ
イバ、22はフェルール、9は光学的透明体、5は反射防止
膜を示している。本例によれば、光学的透明体9を弾力
性のある材質にて作製し、フェルール22の押圧力によっ
て適度に変形させることによって光ファイバ23との密着
性が確保できるとするものである。

【０００８】また、図7は従来のレセプタクル型光モジ
ュールにおける第三の反射防止例を示す断面図であり、
特開平2-50110号、特開平5-107431号公報によって示さ
れているものである。本例によれば、光学的透明体9自
身を変形させる必要はなく、光学的透明体9のフェルー
ル22と当接する面を球面加工することによって光ファイ
バ23との密着性が確保できるとするものである。なお、
図6及び図7いずれの光学的透明体9も光ファイバ23に近
い、若しくは同一の屈折率を有するものであることは言
うまでもない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図6に示す
従来例では、光学的透明体9自身が変形すると、裏面に
形成した反射防止膜5にも変形に伴う歪力が付加される
ことになる。通常、反射防止膜5は真空蒸着等の方法に
よって成膜され、極めて薄く歪力に対して非常にもろ
い。そのため、光コネクタの着脱を繰り返すうちに反射
防止膜5に亀裂が生じる、若しくは剥離するといった問
題が生じていた。

【００１０】一方、図7に示す従来例では、光学的透明
体9のフェルール22と当接する面の形状を予め特殊加工
する必要が生じるため、各部品毎に追加工が必要とな
り、膨大な作製コストがかかってしまうといった問題が
生じていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題に鑑み、本発明
によるレセプタクル型光モジュールは、発光素子及び該
発光素子からの出射光を所定の位置に集光するための光
学的手段を有し、外部から光ファイバを保持したフェル
ールを着脱可能とするレセプタクル型光モジュールにお
いて、一方の面に反射防止膜を形成し、かつ他方の面に
変形可能な光学的透明体を固着した透明板を、前記光学
的透明体が前記光ファイバの端面と接触するように配置
したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明によるレセプタクル型光モジ
ュールは、前記透明板が中央に凹部を有する保持部材に
固定され、該保持部材の周縁部を前記フェルールに当接
して位置決めしたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
って説明する。

【００１４】図1は本発明によるレセプタクル型光モジ
ュールを示す断面図である。本発明によるレセプタクル
型光モジュールは、発光素子1、この発光素子1からの出
射光を集光する光学的手段であるレンズ3、ハウジング2
1、このハウジング21内に取り付けられたストッパ4、該
ストッパ4に保持されたガラス板7によって構成される。

【００１５】ガラス板7の一方の面には反射防止膜5が形
成され、他方の面には変形可能な材質からなる光学的透
明体9が固着形成されており、ガラス板7及び光学的透明
体9はいずれも光ファイバ23に近い、若しくは同一の屈
折率を有するものである。

【００１６】光ファイバ23を保持したフェルール22はハ
ウジング21内に挿入され、光学的透明体9に当接する。
光学的透明体9は適度な弾力性を有しており、フェルー
ル22の押圧力に応じて変形することによって光ファイバ
23の端面と密着する。

【００１７】一方、発光素子1からの出射光2は、レンズ
3によりガラス板7を透過して光ファイバ23に結合する。
空気層からガラス板23への入射に際しては、反射防止膜
5により反射が生じることはない。また、ガラス板7及び
光学的透明体9は光ファイバ23に近い、若しくは同一の
屈折率を有するため光ファイバ23の端面による近端反射
も低減することができる。

【００１８】本構成によれば、変形する光学的透明体9
自身に反射防止膜5を形成する必要がなく、光学的透明
体9の変形に伴う歪力が直接反射防止膜5に及ぶことはな
い。したがって、光ファイバ23との密着性を確保できる
と同時に反射防止膜5の損傷を防ぐこともできる。

【００１９】ガラス板7は中央に凹部を有する保持部材
であるストッパ4内に接着剤10を用いて固定され、光学
的透明体9はフェルール22と当接するようにガラス板7上
に固着されている。その際、ストッパ4、若しくはガラ
ス板7及び光学的透明体9の厚みは、フェルール22がスト
ッパ4の周縁部に機械的に当接して位置決めされ、この
ときかかるフェルール22の押圧力により光学的透明体9
が適度に変形できるように調節することで、フェルール
22の押圧力のばらつきによって生じる光ファイバ23の端
面位置すなわち光結合点のばらつきを防ぐことができ
る。

【００２０】図2は本発明によるガラス板7の作製手順を
示す図である。本発明によるガラス板7は、まず、ガラ
スウェハ8の片面全体に反射防止膜5を成膜し、反対側の
面全体に光学的透明体9を固着することによって作製で
きる。このとき、光学的透明体9は予めシート状に加工
されたものをガラスウェハ8の面に貼り合わせて形成し
ても良いし、ジェル状に加工されたものをガラスウェハ
8の面上に塗布して形成するものであっても良い。こう
して、反射防止膜5と光学的透明体9それぞれを形成した
ガラスウェハ8を、所定の大きさに切断することによっ
て一括大量作製することが可能である。

【００２１】光学的透明体9は、光ファイバ23と同じ1.4
7程度の屈折率を有するエポキシ系やアクリレート系の
樹脂、或いはガラス等の材質から成るものであり、フェ
ルール22の押圧力のばらつきを吸収し、光ファイバ23と
の密着性を確保するため、ショアD硬度70以下、伸び率1
00%以上の比較的軟らかい特性を有するものが望まし
い。また、信頼性の観点から、吸湿率0.2%以下、-40℃
以下若しくは85℃以上のガラス転移点（軟化点）を有す
るものであることが望ましい。

【００２２】こうして本発明によるレセプタクル型光モ
ジュールは、ガラス板7の片面に反射防止膜5を形成し、
その反対側の面に光学的透明体9を固着形成することに
より、反射防止膜5の損傷を防止すると同時に、光ファ
イバ23との密着性を確保し、光ファイバ23との屈折率を
整合させることが可能となるため、信頼性に優れた近端
反射の低減を実現することができる。また同時に、本発
明によるレセプタクル型光モジュールは、ガラス板7へ
の反射防止膜5及び光学的透明体9を一括プロセスにて作
製することが可能であるため、コストパフォーマンスに
も優れている。

【００２３】次に本発明によるレセプタクル型光モジュ
ールの具体的な構成について説明する。図3は本発明に
よるレセプタクル型光モジュールの具体的構成を示す断
面図である。発光素子1はモニタ受光素子11と共に気密
封止され、発光素子モジュール12として提供されるもの
である。レンズ3は発光素子モジュール12の蓋に予め固
定されており、光素子モジュール12の周縁にリング26が
抵抗溶接されている。一方、ストッパ4には弾性スリー
ブ24が接着されており、ハウジング21に予め圧入、若し
くは溶接固定されている。光ファイバ23を保持したフェ
ルール22は弾性スリーブ24内に挿入され、ストッパ4の
周縁部に機械的に当接して位置決めされる。ストッパ4
上には反射防止膜5と光学的透明体9を形成したガラス板
7が固定されており、光学的透明体9はフェルール22の押
圧力によって適度に変形し光ファイバ23に密着する。最
終的に本発明によるレセプタクル型光モジュールは、発
光素子1から出射した出射光が光ファイバ23に所定量結
合されるように、調芯用リング25を介して光素子モジュ
ール12とハウジング21とを3軸調芯してYAG溶接固定する
ことで完成する。

【００２４】

【実施例】以下、本発明によるレセプタクル型光モジュ
ールとして図3に示すものを試作した。なお、本試作に
よる光学的透明体9はエポキシ系の樹脂により作製して
いる。

【００２５】一方、従来のレセプタクル型光モジュール
としては、図5に示したように、光学的透明体9がなく光
ファイバ23をガラス板7に直接当接させるもの（タイプ
A）と、図6に示したように、ガラス板7がなく光学的透
明体9に直接反射防止膜5を形成するもの（タイプB）の2
種類を試作した。

【００２６】比較評価に関しては、近端反射特性とその
光コネクタ着脱に伴う信頼性の評価を行った。一般に、
近端反射特性はキンク量と呼ばれる値によって評価する
ことができる。図8はキンク量の測定方法を示す図であ
るが、横軸に発光素子1への注入電流値、縦軸に光出力
値をプロットするとIL曲線31が得られる。このIL曲線31
は、近端反射が存在するとうねりを生じ、その微分曲線
32上でピーク33を生じる。このピーク33の相対的な大き
さをキンク量として定義する。キンク量は近端反射の大
きさと相関があり、近端反射が増大すればどキンク量も
増大することが知られている。

【００２７】図9は本発明と従来のレセプタクル型光モ
ジュールにおけるキンク量の比較データを示す図であ
る。評価数量は各タイプそれぞれ40個である。図9の結
果によると、光学的透明体9がなく光ファイバ23をガラ
ス板7に直接当接させるタイプAは、タイプB及び本発明
によるレセプタクル型光モジュールに比べてキンク量の
ばらつきが大きいことがわかる。これはガラス板7と光
ファイバ23との密着性にばらつきが生じていることを示
している。

【００２８】一方、図10は本発明と従来のレセプタクル
型光モジュールにおけるキンク量と光コネクタ着脱回数
との関係を示す図である。評価数量は各タイプそれぞれ
3個であり、光コネクタ着脱は500回まで行った。図10の
結果によると、ガラス板7がなく光学的透明体9に直接反
射防止膜5を形成するタイプBは、タイプA及び本発明に
よるレセプタクル型光モジュールに比べて光コネクタ着
脱に伴うキンク量の劣化が激しいことがわかる。これ
は、光学的透明体9に直接形成した反射防止膜5の損傷に
よる影響を示している。

【００２９】本発明によるレセプタクル型光モジュール
は、上記いずれの評価においても従来のレセプタクル型
光モジュールに比べ、近端反射の低減及びその光コネク
タ着脱に伴う信頼性共に格段に優れたものであることが
証明された。なお、試作した本発明によるレセプタクル
型光モジュールの作製コストは、上記従来のレセプタク
ル型光モジュールと同程度であり、コストパフォーマン
スにも十分優れたものであることが証明された。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明は、発光素子及び
該発光素子からの出射光を所定の位置に集光するための
光学的手段を有し、外部から光ファイバを保持したフェ
ルールを着脱可能とするレセプタクル型光モジュールに
おいて、一方の面に反射防止膜を形成し、かつ他方の面
に変形可能な光学的透明体を固着したガラス板を、前記
光学的透明体が前記光ファイバの端面と接触するように
固定することによって、近端反射の低減及びその光コネ
クタ着脱に伴う信頼性共に優れたモジュールを低コスト
にて提供することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレセプタクル型光モジュールを示
す断面図である。

【図２】本発明のレセプタクル型光モジュールに用いる
ガラス板の作製手順を示す図である。

【図３】本発明によるレセプタクル型光モジュールの具
体的構成を示す断面図である。

【図４】従来のレセプタクル型光モジュールを示す断面
図である。

【図５】従来のレセプタクル型光モジュールにおける反
射防止例を示す断面図である。

【図６】従来のレセプタクル型光モジュールにおける第
二の反射防止例を示す断面図である。

【図７】従来のレセプタクル型光モジュールにおける第
三の反射防止例を示す断面図である。

【図８】キンク量の測定方法を示す図である。

【図９】本発明と従来のレセプタクル型光モジュールに
おけるキンク量の比較データを示す図である。

【図１０】本発明と従来のレセプタクル型光モジュール
におけるキンク量と光コネクタ着脱回数の関係を示す図
である。

【符号の説明】

1：発光素子 2：出射光 3：レンズ 4：ストッパ 5：反射防止膜 6：反射光 7：ガラス板 8：ガラスウェハ 9：光学的透明体 10：接着剤 11：モニタ受光素子 12：発光素子モジュール 21：ハウジング 22：フェルール 23：光ファイバ 24：弾性スリーブ 25：調芯用リング 26：リング 31：IL曲線 32：微分曲線 33：ピーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子及び該発光素子からの出射光を所
   定の位置に集光するための光学的手段を有し、外部から
   光ファイバを保持したフェルールを着脱可能とするレセ
   プタクル型光モジュールにおいて、一方の面に反射防止
   膜を形成し、かつ他方の面に変形可能な光学的透明体を
   固着した透明板を、前記光学的透明体が前記光ファイバ
   の端面と接触するように配置したことを特徴とするレセ
   プタクル型光モジュール。
2. 【請求項２】前記透明板が中央に凹部を有する保持部材
   に固定され、該保持部材の周縁部を前記フェルールに当
   接して位置決めしたことを特徴とする請求項1記載のレ
   セプタクル型光モジュール。