JP2004117915A

JP2004117915A - ファイバスタブとこれを用いた光レセプタクル及び光モジュール

Info

Publication number: JP2004117915A
Application number: JP2002281925A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sawano; 澤野　正之; Shiro Yonekura; 米倉　史朗
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】弾性スリーブを用いた光レセプタクルは、性能安定化のため弾性スリーブがファイバスタブとフェルールの保持長さが等長で、且つ可能な限り長くする必要があり、さらにスタブの位置変動が発生しないよう保持金具へ高強度固定される理由から、市場の小型化要求に対応することが難しいという問題点があった。
【解決手段】フェルール１０の貫通孔に光ファイバ１３を保持してなるファイバスタブ１２であって、該ファイバスタブ１２における一方端側の光ファイバ１３をコアレス光ファイバ１３２とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用する送受信光モジュールの光学的接続部である光レセプタクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用に使用される光モジュールには、光送信用のＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）モジュール、及び受信用のＰＤ（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ）モジュールがあり、それぞれ発光素子もしくは受光素子が集光用レンズを介して光ファイバへ光学的に結合する構造であり、さらに光コネクタ付きファイバが離着脱可能な形態のモジュールをレセプタクル型と称し、上記光コネクタ付きファイバとのインタフェイス部となる光レセプタクル部を有する構造形態である。
【０００３】
図５は、一般的な光レセプタクルを示す側面断面図であり、図５（ａ）は剛性スリーブを使用した形態であり、図５（ｂ）は弾性スリーブを使用した形態を示す。
【０００４】
図５（ａ）の光レセプタクル２１は、フェルールに光ファイバ２３を内蔵した円柱状のファイバスタブ２２が、剛性スリーブ２５の内孔２５ａの後端部（図中右側）に圧入固定されており、剛性スリーブ２５の後端部外周には金属金具２４が圧入固定されている。剛性スリーブ内孔２５ａの先端部（図中左側）には光コネクタ付きファイバのフェルール１が挿入され、光コネクタ側のフェルール１における光ファイバ２とファイバスタブ２２における光ファイバ２３とが光学的に接続される。そして、光モジュールを形成するにはこの光レセプタクルの後端側に光送信用ＬＤ素子、もしくは光受信用ＰＤ素子が集光用レンズを介して配置し、光ファイバ２３を経由して光ファイバ２へ光信号を伝搬する。
【０００５】
図５（ｂ）の光レセプタクル３１は、光軸垂直方向へ自由に伸縮することが可能な弾性スリーブ３６の内孔３６ａの後端部にファイバスタブ３２が挿入固定されており、隣には保持金具３４が圧入固定されている。弾性スリーブ３６には、図示していないが上記機能を有するためのスリットが光軸方向に入っているため、自由に変形できる構造となっている。このように一体となった弾性スリーブ３６、ファイバスタブ３２、保持金具３４は、シェル３５へ保持金具３４を圧入することにより固定される。先に説明したと同様に、弾性スリーブ３６先端側から光コネクタ付きのフェルール１が挿入され、後端側に位置する受光素子もしくは発光素子と光学的に接続される（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３３２９８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光レセプタクルのうち、剛性スリーブ２５を用いた光レセプタクル２１の場合、剛性スリーブ２５の内径寸法と挿入するフェルール１の外径寸法のばらつきによって、接続される各光ファイバ２３と２の光軸変動が大きくなり、その結果、光ファイバ２と光ファイバ２３間の接続損失が増大するという問題点があった。
【０００８】
また、上記問題を解決するために弾性スリーブ３６を用いた光レセプタクル３１の場合では、弾性スリーブ３６が自由に変形できるため、性能安定化のために弾性スリーブ３６にフェルール１が保持される長さＬ１及びファイバスタブ３２が保持される長さＬ２が等長で、且つ可能な限り長くする必要があり、さらにファイバスタブ３２にはフェルール１より常に一定の押圧力を受けることから、これにより位置変動が発生しないよう保持金具３４へ固定されていなければならないことから、ファイバスタブ３２固定長さＬ３を極力長くする必要があり、上記理由から市場の小型化要求に対応することが難しいという問題点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで上記問題を解決するために、本発明のファイバスタブは、上記貫通孔の一方端側に保持された光ファイバがコアレスファイバであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のファイバスタブは、その一方端側が光透過部材からなることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明のファイバスタブは、その一方端側に中空部を有することを特徴とするものである。
【００１２】
またさらに、本発明の光レセプタクルは、上記ファイバスタブの先端側をスリーブに挿入するとともに、後端側をホルダによって保持してなることを特徴とするものである。
【００１３】
さらにまた、本発明の光モジュールは、上記光レセプタクルの後端側に光素子を収容したケースを取り付けたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態につき、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明のファイバスタブ１２の一実施形態を示す側面断面図であって、フェルール１０の貫通孔に光ファイバ１３を挿通保持してなるものである。
【００１６】
本発明のファイバスタブ１２では、上記フェルール１０の貫通孔に挿通保持された光ファイバ１３の一方端側は、コアレス光ファイバ１３２となっていることが重要である。
【００１７】
通常光ファイバ１３は、大きく分けて中央部にコアと外周部にクラッドと呼ばれる屈折率の異なる二つの部分から構成され、信号光は主にコア部を伝播する。本発明のファイバスタブ１２における光ファイバ１３は、先端側に光信号を伝搬するコア部を有するシングルモード光ファイバ１３１と、後端側にコア部がないコアレス光ファイバ１３２から形成されており、それぞれの端面にて融着接続したものである。上記コアレス光ファイバ１３２は、全て均一な屈折率を有する光ファイバであり、光ファイバ１３が挿入されるフェルール１０の材料と同等の屈折率を有するものを選択する。
【００１８】
また、上記フェルール１０は、光学的に透過率が良好で、且つ上記コアレス光ファイバ１３２とほぼ同等の屈折率を有する石英系ガラスを用いて形成されており、シングルモード光ファイバ１３１側の端面は曲率半径２０ｍｍ程度のＰＣ研磨処理を施し、もう一方の端面であるコアレス光ファイバ１３２側は角度が８°程度の斜め研磨処理を行う。
【００１９】
図２（ａ）は、本発明のファイバスタブ１２を内蔵した光レセプタクル１１を用いた送信用ＬＤモジュールの一実施形態を示す側面断面図であり、光レセプタクル１１は光軸に垂直な方向へ伸縮自由な弾性スリーブ１７を有し、その内孔１７ａの後端部にはファイバスタブ１２が挿入保持される。
【００２０】
その隣には保持金具１８がファイバスタブ１２へ圧入固定されており、これがシェル１９に保持金具１８部を介して圧入固定されている。弾性スリーブ１７に使用される材料は、一般的に用いられているジルコニア、リン青銅などが好適である。また、保持金具１８、シェル１９へ使用される材料としては、圧入固定する構造を用いることから、ＳＵＳ系材料を用いることが好適である。
【００２１】
弾性スリーブ１７の内孔１７ａの先端側より、光コネクタ付き光ファイバ２を保持したフェルール１がシェル１９より挿入され、フェルール１及びファイバスタブ１２が各々の端面にて接触することで、各々に内蔵される光ファイバ２及びファイバスタブ１２におけるシングルモード光ファイバ１３１の先端面が光学的に接続することが可能な構造となる。
【００２２】
一方、ＬＤ−ＣＡＮ１６には、図示していないが内部に発光素子であるＬＤ素子とパワーモニタ用のＰＤ素子が内蔵されており、素子より出射される光信号はＬＤ−ＣＡＮに一体として実装されている集光用レンズを介し、光レセプタクル１１に内蔵されるファイバスタブ１２の光ファイバ１３へ光学的に結合する構造を成し、上記集光用レンズからの出射光を高効率でシングルモード光ファイバ１３１の後端面から入射するよう、ＬＤスリーブ１４、ＬＤホルダ１５を構造体として構成し、ＬＤスリーブ１４ａ面を光軸垂直方向へ、ＬＤスリーブ１４ｂ面を光軸方向へ、スライドさせることによって、各軸方向の調芯を行う。
【００２３】
具体的には、ＬＤ−ＣＡＮ１６を連続発振させ、光コネクタ付きファイバを挿入しながら各軸方向へ光レセプタクル１１をスライドし、この時の光コネクタより得られる光ファイバ出力を測定しながら、所望の出力が得られるよう調整するものであり、調芯後にはその後の光軸変動が起こらないよう、光レセプタクル１１、ＬＤスリーブ１４、ＬＤホルダ１５はＹＡＧ溶接などによって固定される。
【００２４】
このように、光ファイバ１３の後端側をコアレス光ファイバ１３２とすることによって、集光用レンズより出射される光信号１６ａがコアレス光ファイバ１３２の後端面もしくはファイバスタブ１２の後端面にて、空気層からガラス層へ屈折しながら入射した後、シングルモード光ファイバ１３１へ伝搬するものであることから、図２（ｂ）に示した従来構造の光学結合位置は同様であるにも関わらず、光学結合位置より後端側に存在するコアレス光ファイバ１３２を保持金具１８へ圧入固定することができ、また弾性スリーブ１７へ保持されることが可能であることから、ＬＤモジュールの全長は図２（ａ）にて示した上記圧入代である寸法Ｌ３相当、さらには寸法Ｌ２の一部短尺化が可能であり、さらに高倍率で長焦点距離を有する集光用レンズを用いることによって、それ以上の短尺化が可能である。
【００２５】
なお、ファイバスタブ１２の端面形状については、先端面はフェルール１と光学的に接続されることから、曲率半径２０ｍｍ程度の研磨が必要であり、後端面はＬＤ素子への反射戻り光を小さくするた４〜８°程度の斜め研磨が必要であり、この角度はＬＤ素子の反射耐力によってさまざまである。
【００２６】
また、本発明のファイバスタブの他の実施形態として、図３（ａ）に示すようにファイバスタブの一方端側が光透過部材からなってもよい。
【００２７】
フェルール１２１の貫通孔へシングルモード光ファイバ部１３１を接着固定し、先端部にはＰＣ研磨処理を、後端部にはフラット研磨処理を行い、一方、光透過部材１２２の先端部はフラット研磨処理を、後端部には８°程度の斜め研磨処理を行っておき、各々フラット研磨処理面にて接着剤などを用い接続するものである。
【００２８】
本構成では、フェルール１２１に用いる材料として石英系ガラスの他にジルコニアセラミックを使用することができ、また光透過部材１２２には石英ガラス、透明樹脂（ＰＶＣ、ＰＰＳなど）など、送信波長に対し良好な透過率を有する材料を使用することが必要である。
【００２９】
上記ファイバスタブ１２を光レセプタクルとして適用することにより、光学結合位置より後端側に存在する光透過部材１２２を保持金具１８へ圧入固定することが可能であり、また弾性スリーブ１７へ保持されることが可能であることから、ＬＤモジュールの全長は、図２（ａ）にて示した上記圧入代である寸法Ｌ３相当、さらには寸法Ｌ２の一部短尺化が可能であり、さらに高倍率で長焦点距離を有する集光用レンズを用いることによって、それ以上の短尺化が可能である。
【００３０】
さらに、他の実施形態として、図３（ｂ）に示すようにファイバスタブの一方端側に中空部を有していてもよい。フェルール１２１の貫通孔へシングルモード光ファイバ部１３１を接着固定し、先端部にはＰＣ研磨処理を、後端部には８°程度の斜め研磨処理を行い、一方、中空部を有するリング状部材１２３の先端部は８°程度の斜め研磨処理を行っておき、各々斜め研磨処理面にて接着剤などを用い接続するものである。本構成では、フェルール１２１に用いる材料として石英系ガラスの他にジルコニアセラミックを使用することができ、またリング状部材１２３の材質は特に限定されるものではなく、セラミック、金属、樹脂材料など、特に制限するもではない。
【００３１】
リング状部材１２３が有する中空部の大きさは、光レセプタクルへファイバスタブ１２を内蔵する時に、リング状部材１２３の機械的強度が極端に低下しないよう、概ねファイバスタブ１２外径の８０％程度が好ましい。
【００３２】
上記ファイバスタブ１２をレセプタクル部に適用することにより、光学結合位置より後端側に存在するリング状部材１２３を保持金具１８へ圧入固定することが可能であり、また弾性スリーブ１７へ保持されることが可能であることから、ＬＤモジュールの全長は、図２（ａ）にて示した上記圧入代である寸法Ｌ３相当、さらには寸法Ｌ２の一部短尺化が可能であり、さらに高倍率で長焦点距離を有する集光用レンズを用いることによって、それ以上の短尺化が可能である。
【００３３】
なお、上記図１におけるコアレス光ファイバ１３２、図３（ａ）における光透過部材１２２、図２（ｂ）における中空部１２３の長さは、ファイバスタブ１２の後端面に入射する光信号の入射角度、光信号が入射するファイバスタブ１２の屈折率等によって種々算出するものであり、例えば図４に示すように後端面がフラットなファイバスタブ１２におけるコアレス光ファイバ４１の長さＬ４の限界寸法値について説明すると、図４はファイバスタブ４２と後端側から入射される信号光の光学結合状態を幾何的に表した図であり、ファイバスタブ４２の後端面に入射した光信号は、ファイバスタブ４２の後端面で屈折し入射角度を変えてファイバスタブ４２内部を伝搬し、シングルモード光ファイバ４３へ入射する。よって、コアレス光ファイバ４１の長さＬ４を長くしていくと、光信号の入射位置はファイバスタブ４２の外周に近い位置になり、このためＬ４の寸法限界値はファイバスタブ４２の直径によって決まる。式（１）、（２）に示したスネルの法則及び三角関数によって、簡単に表現することができる。
【００３４】
ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２　　　　　　　　　（１）
ｔａｎθ２＝（Ｄ／２）／Ｌ４　　　　　　　　　　　　（２）
∴　Ｌ４＝Ｄ／｛２×ｔａｎ〔ｓｉｎ^−１（（ｎ１／ｎ２）ｓｉｎθ１）〕｝
ｎ１：集光用レンズ〜ファイバスタブ間媒質屈折率
ｎ２：ファイバスタブ材質屈折率
θ１：光信号入射角度
θ２：シングルモード光ファイバ入射角度
Ｄ：ファイバスタブ直径
よって、後端面がフラットなファイバスタブ１２におけるコアレス光ファイバ４１の長さＬ４の限界寸法値は、例えばｎ１＝１、ｎ２＝１．５、θ１＝１５°、Ｄ＝１．２５ｍｍとした場合、約３．６ｍｍであることが理解できる。
【００３５】
【実施例】
次いで、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３６】
内径φ１２５μｍを有する外径φ１．２５ｍｍの石英系ガラスフェルールを５．０ｍｍの長さに切断し、その内径部へ、シングルモード光ファイバ１３１とコアレス光ファイバ１３２を電極放電により融着接続を行ったものを挿入し、コアレス光ファイバ１３２がフェルールの端面より１．５ｍｍの長さに調節した後、エポテック社３５３ＮＤ接着剤を用いて固定する。シングルモード光ファイバ１３１側の端面は曲率半径２０ｍｍのＰＣ研磨処理を施し、もう一方の端面であるコアレス光ファイバ１３２を含む端面は角度が８°の斜め研磨処理を施し、ファイバスタブ１２を作製した。
【００３７】
これに厚さ１．５ｍｍの保持金具１８をファイバスタブ１２の斜め研磨側へ圧入固定し、ＰＣ研磨側より弾性スリーブ１７をファイバスタブ１２へ挿入固定した状態にて、シェル１９へ保持金具１８部圧入固定した。上記保持金具１８、シェル１９ともにＳＵＳ３０４にて作製したものを使用した。また、弾性スリーブ１７はジルコニアセラミック製とし、長さ６．８ｍｍ、内径φ１．２４６ｍｍ、外径φ１．６２ｍｍ、光軸方向へ形成されたスリット幅は０．２ｍｍのものを使用した。
【００３８】
一方、ＬＤホルダ１５はＬＤ−ＣＡＮ１６へ抵抗溶接により固定した後、ＬＤスリーブ１４を介して、光コネクタ付きの光ファイバから３００μＷの光出力が得られるよう光軸方向及び光軸垂直方向へ光レセプタクル１１をスライドさせながら調芯を行い、ＹＡＧ溶接にて光レセプタクル１１、ＬＤＬＤスリーブ１４、ＬＤホルダ１５を固定した。この時、使用したＬＤスリーブ１４、ＬＤホルダ１５は共にＳＦ２０Ｔにて作製したものであり、ＬＤ−ＣＡＮには集光用レンズからの光出力が３ｍＷとなるよう電流を印可した。
【００３９】
上記作製したＬＤモジュールの−４０、＋２５、＋８５℃におけるＩ−Ｌ特性評価を行った。これは、ＬＤ−ＣＡＮ１６へ外部のドライバから順方向電流を印可した時に得られる光ファイバ出力を測定するものである。
【００４０】
測定結果を図６に示す。
【００４１】
なお、図６の縦軸は光ファイバ出力を、横軸は印加電流を示す。
【００４２】
図６より明らかなように、従来型の光レセプタクルを使用した時に比較して、光軸方向の長さ寸法はコアレスファイバの長さ分、即ち１．５ｍｍ短くすることができたにも関わらず、各温度において線形性を有し、傾きが一定でキンクに代表されるような微少な微分効率変動がないことが判った。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のファイバスタブは、一方端側の光ファイバがコアレスファイバ、光透過部材、中空部の何れかよりなることから、光軸垂直方向へ伸縮することが可能な弾性スリーブの内孔にファイバスタブを挿入固定し、そのファイバスタブ内部に内蔵された光ファイバと弾性スリーブ内孔の一端側に位置する光学素子が、上記ファイバスタブ内部で光学的結合を行うことによって、ファイバスタブと保持金具の圧入部や、弾性スリーブとファイバスタブの保持部が、光学結合位置とＬＤ−ＣＡＮの間で行えるため、上記部分の制限を受けることなくモジュール光軸方向の小型化を実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファイバスタブの一実施形態を示す側面断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の光レセプタクル、及びこれを用いた光モジュールを示す
側面断面図であり、（ｂ）は、従来の光レセプタクルを用いた光モジュールを
示す側面断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明のファイバスタブの第２の実施形態を示す側面断面図であり、
（ｂ）は本発明のファイバスタブの第３の実施形態を示す側面断面図である。
【図４】本発明のファイバスタブにおけるコアレス光ファイバの限界長さを説明するための側面断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は従来の光レセプタクルを示す側面断面図である。
【図６】本発明のファイバスタブを用いてなる光モジュールのＩ−Ｌ特性を示すグラ
フである。
【符号の説明】
１：フェルール
２：光ファイバ
１０：フェルール
１１：本発明光レセプタクル
１２：ファイバスタブ
１２１：ファイバスタブ
１２２：光透過部材
１２３：リング状部材
１３：光ファイバ
１３１：シングルモード光ファイバ部
１３２：コアレス光ファイバ部
１４：ＬＤスリーブ
１４ａ：光軸垂直方向スライド面
１４ｂ：光軸方向スライド面
１５：ＬＤホルダ
１６：ＬＤ−ＣＡＮ
１６ａ：信号光模式図
１７：弾性スリーブ
１７ａ：弾性スリーブ内孔
１８：保持金具
１９：シェル
２１：光レセプタクル
２２：ファイバスタブ
２３：光ファイバ
２４：金属金具
２５：剛性スリーブ
２５ａ：剛性スリーブ内孔
３１：光レセプタクル
３２：スタブ
３３：光ファイバ
３４：保持金具
３５：シェル
３６：弾性スリーブ
３６ａ：弾性スリーブ内孔
４１：コアレス光ファイバ
４２：ファイバスタブ
４３：シングルモード光ファイバ

Claims

フェルールの貫通孔に光ファイバを保持してなるファイバスタブであって、上記貫通孔の一方端側に保持された光ファイバがコアレス光ファイバであることを特徴とするファイバスタブ。
フェルールの貫通孔に光ファイバを保持してなるファイバスタブであって、その一方端側が光透過部材からなることを特徴とするファイバスタブ。
フェルールの貫通孔に光ファイバを保持してなるファイバスタブであって、その一方端側に中空部を有することを特徴とするファイバスタブ。
請求項１乃至３の何れかに記載のファイバスタブの先端側をスリーブに挿入するとともに、後端側をホルダによって保持してなることを特徴とする光レセプタクル。
請求項４に記載の光レセプタクルの後端側に光素子を収容したケースを取り付けたことを特徴とする光モジュール。