JP2004184429A - 機能性光ファイバコネクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】DWDM通信において、従来型のアレイ型光部品は非常に多数の部品を使用する必要があり、AWGの場合は、部品の大きさが大きくなってしまう。また、MEMSで製作した光コネクタは、製造工程が複雑で製作が困難である。
【解決手段】光ファイバ１０２をマトリックス状に配置した光ファイバ集合器１０３と、光ファイバ１０２の外径よりも大きい外径を有するレンズ１０６をマトリックス状に配置したレンズ集合器１０５を組み合わせた斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、DWDM通信に適したコンパクトで、製作が容易な光部品を提供することができる。
【選択図】 図５
【解決手段】光ファイバ１０２をマトリックス状に配置した光ファイバ集合器１０３と、光ファイバ１０２の外径よりも大きい外径を有するレンズ１０６をマトリックス状に配置したレンズ集合器１０５を組み合わせた斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、DWDM通信に適したコンパクトで、製作が容易な光部品を提供することができる。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光調整機能を備えた機能性光ファイバコネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光特性の調整器を備えた光ファイバコネクタ１００は図５に示すように、その光可変減衰器は、長手方向に厚さ勾配の有る吸収膜を持ったフィルタ５５からなり、これを光ビーム５０と直角方向に配置し、このフィルタ５５を厚さ勾配のある方向に移動させることで、光ビームの吸収率を変化させる。この単一の光可変減衰器を複数のシングルモード光ファイバごとに使用することが行われている。この方式の概略図を図１１に示す。
【０００３】
また、並列して配置したアレイ状の光ファイバの光ビームを調整する素子としてAWG（Array Waveguide Grating）などの光部品は、シリコン基板上に導波路を設け、この導波路上に光の特性を変調するレンズ導波路、回折格子、その他光部品を集積して光の合成又は分波を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６６０６２号公報。
【特許文献２】
特開平１１−７２６４４号公報。
【特許文献３】
特開平１１−１０９１６１号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
今後発展が期待されるDWDM（Dense Wavelength division Multiplexing）通信の各波長で従来型のアレイ型の光部品を使用する場合、その数は１００を超えると予想される。そこで、単一の光部品を多数使用することは、その１つの光部品の大きさが大きいので、非常に大きな容積を占有する。AWGは一つのチップ上に光部品が集積化はされているが、現状では数ｃmのオーダーの大きさである。
【０００６】
また、MEMS（Micro-electro mechanical System）で製作したチップ上にファイバガイドを並列化して製作した光コネクタでは、ファイバガイドに光ファイバを取り付ける作業が非常に難しく、また、チップから取り出された光ファイバの取り回しを慎重に行わないと、光ファイバが折れたり、大きな付加損失を伴うことになる。更に、この方式では、ファイバガイドに光ファイバを配設した後、蓋をする必要があり、製造工程が複雑で製造設備も大型のものが必要となる。
【０００７】
これは、AWGにおいても同様で、各導波路と外部との光を接続するための光ファイバとの接続は非常に難しい。また、光ファイバ接続後の光ファイバ取りまわしが難しいことも他のアレイ状もしくは並列化した光部品と同様である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、以下に示すように、従来技術では解決不可能であった問題を解決した機能性光ファイバコネクタ及び斜出射機能性光ファイバコネクタを知見した。
【０００９】
本発明の機能性光ファイバコネクタでは、光ファイバとレンズを一体化したコリメータを複数本並べた光ファイバアレイを対向させ、対向した光ファイバアレイの間に、光特性調整手段を配置する。これらの部材は、ガイドピンによって所定の位置合わせがされて一体化される。この発明によって、小型で、確実な位置合わせを容易に行える機能性光ファイバコネクタを実現できる。
この発明の機能性光ファイバコネクタの基本的態様は、出射側の光ファイバアレイから出射された光ビームを、受光側の光ファイバアレイで受光する下記の部材を備えたことを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
（ａ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する出射側の光ファイバアレイと、
（ｂ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する受光側の各光ファイバアレイと、
（ｃ）前記出射側の光ファイバアレイと受光側に光ファイバアレイとの間に挿入された光ビームを調整する光調整手段と、
（ｄ）前記出射側と、受光側の各光ファイバアレイ及び前記光調整手段を一体化する手段。
【００１０】
また、光結合させる光ビームを光ファイバ光軸から斜めに出射させる場合においては、上述の機能性光ファイバコネクタと同様の機構を有し、複数の光ファイバを並列又はマトリックス状に配置し一体化した光ファイバ集合器と、複数のレンズを並列又はマトリックス状に配置し一体化したレンズ集合器を、ガイドピンによって位置合わせして一体化した斜出射型機能性光ファイバコネクタを知見した。このレンズ集合器に実装されたレンズの外径が、光ファイバ集合器に実装された光ファイバの外径よりも大きく、ガイドピンで位置合わせをして一体化する際に、光ファイバの光軸とレンズの中心軸がずれるように配置されている。この構造によって、レンズの端面はフラットであっても、光ビームは光ファイバの光軸に対して、斜めに出射する。
【００１１】
ここで、レンズの光ファイバと対向する面と反対側の面に、反射板を金属反射材料、又は、誘電体多層膜の蒸着によって形成することで、光ビームを１８０度折り返す超小型折り返し導波路等として機能する斜出射型機能性光ファイバコネクタを実現できる。
【００１２】
更に、上記の光ファイバ集合器とレンズ集合器を、もう１組対向させて配置した、つまり、光ファイバ集合器−レンズ集合器−レンズ集合器−光ファイバ集合器の順に配置した、斜出射型機能性光ファイバコネクタも実現できる。
この構成では、一方のレンズ集合器のレンズからもう一方のレンズ集合器のレンズへ、光ファイバの光軸に対して斜めに光ビームが伝搬する。このレンズ面に無反射コートや、反射膜等の各種フィルタの形成が可能となり、アドドロップフィルタを始め、様々な光部品としての応用例が考えられる。
【００１３】
この斜出射型機能性光ファイバコネクタ基本態様は、複数の光ファイバが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつの光ファイバ集合器と、前記光ファイバの外径よりも大きな外径を有する複数のレンズが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつのレンズ集合器と、を備え、
前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器がガイドピンによって位置合わせされ一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第１の態様は、出射側光ファイバアレイから入射された光ビームを、受光側の光ファイバアレイで受光する下記の部材を備えたことを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
（ａ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する入射側光ファイバアレイと、
（ｂ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する受光側の光ファイバアレイと、
（ｃ）前記入射側光ファイバアレイと受光側に光ファイバアレイとの間に挿入された光ビームを調整する光調整手段と、
（ｄ）前記入射側と、受光側の各光ファイバアレイ及び前記光調整手段を一体化する手段。
【００１５】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第２の態様は、前記光フアイバアレイと前記光調整手段を一体化する手段は、前記光ファイバアレイの一方に固定されたガイドピンと他の光ファイバアレイに設けられたガイドピン穴であることを特徴とする光ファイバコネクタである。
【００１６】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第３の態様は、前記出射側光ファイバアレイと受光側の光ファイバアレイが、レンズとしてコアが略２乗分布屈折率分布を持つグレーデッドインデクツスファイバをシングルモードファイバの先端に融着接続した光ファイバアレイであることを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
【００１７】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第４の態様は、前記出射側のコリメータから出射される光ビームの広がり角度±２度以内の並行光線とし、光軸方向の軸ずれによる付加損失を小さくするためコリメータの作動距離の２倍±１０００μｍ以内で前記受光側の光ファイバを対向させ、その寸法に相当する厚みの光調整手段を、前記入射側光ファイバと受光側光ファイバとの間に配置したことを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
【００１８】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第５の態様は、前記光調整手段が、アクチュエータで光ビームに対する位置を調節可能な遮光板であることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００１９】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第６の態様は、前記遮光板が、金属の薄膜をスパッタした板状金属シリコンであることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２０】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第７の態様は、前記光調整手段が、入射光を調節できる液晶板であることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２１】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第８の態様は、前記液晶はＳＴＮ又はＴＦＴであることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２２】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第９の態様は、前記光調整手段が、誘電体多層膜であることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２３】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１の態様は、複数の光ファイバが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつの光ファイバ集合器と、前記光ファイバの外径よりも大きな外径を有する複数のレンズが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつのレンズ集合器と、を備え、
前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器がガイドピンによって位置合わせされ一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２４】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第２の態様は、前記レンズはコアが略２乗分布屈折率分布を持つグレーデッドインデックスファイバ（GIファイバ）であることを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２５】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第３の態様は、前記光ファイバと前記レンズの中心軸の位置が異なり、前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器が接触した位置で一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２６】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第４の態様は、前記光ファイバと前記レンズの中心軸の位置が異なり、前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器が間隔を空けた位置で一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２７】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第５の態様は、ひとつの前記光ファイバ集合器と、ひとつの前記レンズ集合器と、を備え、前記レンズの前記光ファイバと対向する面と反対側の面に、光を反射する金属材料又は誘電体多層膜による反射膜を備えたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
【００２８】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第６の態様は、前記レンズは、前記反射膜側の端面がレンズ光軸に対して斜めに研磨され、該反射膜はレンズ光軸に対する角度が無稼動状態において光結合損失が生じるように設定されることを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
【００２９】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第７の態様は、出射側光ファイバ集合器と受光側光ファイバ集合器からなる２個の前記光ファイバ集合器と、出射側光レンズ集合器と受光側レンズ集合器からなる２個の前記レンズ集合器と、を備え、前記出射側光ファイバ集合器、前記出射側光レンズ集合器、前記受光側レンズ集合器、前記受光側光ファイバ集合器の順に配置され一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３０】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第８の態様は、前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器が間隔を空けた位置で一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３１】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第９の態様は、前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器の対向する前記レンズの間に、誘電体多膜層のフィルタを隙間無く挿入したこと特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３２】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１０の態様は、前記フィルタが前記対向するレンズに応じて異なった波長特性を有する斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３３】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１１の態様は、前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器の対向する前記レンズの間に、両面ミラーの機能を果たすフィルタを隙間無く挿入したこと特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３４】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１２の態様は、前記両面ミラーの機能を果たすフィルタが、アクチュエータで光ビームに対する位置を調節可能なフィルタであることを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３５】
以下、図面を参照し具体的に説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものでなく、当業者が以下に開示した具体例から容易に想着できる範囲も包含するものである。
【００３６】
本発明では、図１に示すように従来から用いられており、その位置あわせ精度、信頼性において実績がある多心コネクタ（以下、ＭＴコネクタという）１０を利用する。そして、光ファイバ１，２の先端に望ましくは全コア型のグレーデッドインデックスファイバ（以下ＧＩファイバという）を所定長さ融着接続してコリメータ機能を有する光ファイバをフェルール３，４内に一体化して収容する。コリメータ機能を有する光ファイバ１をフェルール３に収容したものが出射側の光ファイバアレイであり、コリメータ機能を有する光ファイバ２をフェルール４に収容したものが受光側の光ファイバアレイである。図１では光ファイバを一列に配列したアレイを示すが、これに限定されず、上下二列に配列したアレイも可能である。
【００３７】
上記全コア型のＧＩファイバとしては、コアが略2乗分布屈折率分布をしたＧＩファイバが望ましい。また、光ビームの広がり角度±２度以内の並行光線とするのは、コリメータ間の光強度の損失を最少にするためである。また、光軸方向の軸ずれによる損失を小さくするためには、光調整手段の厚み（光軸方向の距離）をコリメータの作動距離（相対するコリメータ間距離の１／２）の２倍以下とする理由は、２倍以下において光ビームの強度損失が最少になるためである。
【００３８】
MTコネクタは、ガイドピン４１，４２と、対応するピン穴３１、３２で軸合わせする。このMTコネクタは、その位置精度がサブミクロン単位（±0．1μｍ以下）で可能であり、しかも、低コストであり、生産性に非常に優れている。そこで、本発明ではこのガイドピン４１，４２を光調整手段５に設けられたガイド孔５１，５２を貫通させ、光調整手段を正確に軸合わせできる。図１では光調整手段として遮光板６０により光ビームの減衰を行う。この概念図を図１に示し、詳細な遮光板の形態を図２に示す。
【００３９】
図２（ａ）は全体の概要を示し、図２（ｂ）はその詳細を示す。この実施例では、MTコネクタとしては4心タイプを用い、コリメータは一般のシングルモードファイバ（以下SM光ファイバという）の先端に外径がSM光ファイバと同一形状の全コア型ＧＩファイバを所定長融着接続してレンズ機能を持たせた。レンズのスポットサイズは約７０μｍで、作動距離（相対するコリメータ間距離の１／２）は約５００μｍである。
【００４０】
一方のMTコネクタのガイドピンを光調整手段のピン孔６１，６２に挿入し、対向するMTコネクタに挿入して固定する。光調整手段６は、遮光板６０を４つ有する厚さ約1mmの光調整手段である。組み立て後、全体を密着させ、図示しないクリップで挟んだ。この組み立ては、一般のMTコネクタの組立てと同等であり、違いはMTコネクタ間に遮光板を有する光調整手段を配置した点である。
【００４１】
遮光板６０を４つ有する光調整手段の厚みとして１mmを選んだのは、コリメータの作動距離が約５００μｍであるため、理論的に最も低損失で結合できるコリメータの対向間距離が作動距離の２倍、すなわち約１ｍｍであるためである。全体をクリップで挟んで、一体化した後は、これを筐体に収納し、遮光板を有する光調整手段の側面に設けられた図示しないボンディングパッドと、筐体の電極をボンディングして密封した。
【００４２】
この電極は遮光板を電圧で駆動するための電圧源に接続する。各遮光板６０はそれぞれスプリング６５に連結し、このスプリング６５は静電力で上下する上側櫛歯型アクチュエータ６３と連結している。固定された下側櫛歯型アクチュエータ６４へ上側櫛歯型アクチュエータ６３が引き込まれ又は引き出されることにより、スプリング６５を介して遮光板６０が上下して光ビーム６６を可変する。
【００４３】
上記装置の作製は、いわゆるMEMS技術を利用し、シリコン基板上へのポリシリコンの積層、犠牲層の積層、エッチングなどを組み合わせることで作製可能である。また、シリコンウエーハをエッチングして、絶縁層を部分的にエッチングすることでも作製可能である。このシリコン基板の遮光板の表面には、金、アルミニウム等の金属の薄膜をスパッタすると、遮光性が強化される点で望ましい。
【００４４】
上記実施例で用いたアレイ状コリメータを利用し、４個の遮光板を有する光調整手段の光軸方向の厚みだけを約６２５μｍと薄くした。この場合、アレイ状コリメータの理論対向問距離が約１ｍｍであるため、付加損失が大きくなるが、このコリメータの設計では光ビームはほぼ平行光線となっており、光軸方向の理論対向間距離からの軸ずれによる損失は上記厚みが約±1000μｍのずれでも0.2dB程度と小さい。
【００４５】
しかし、前述の通り、遮光域で遮光して光ビームの強度を調整する方式では、ビーム径が同じであれば、その遮光板位置から受光側コリメータまでの距離を小さくすると偏波依存性損失（PDL）を小さくできることが確認されているので、0.2dB程度の損失を犠牲にして、PDLを改善するために、約６２５μｍを採用したのである。
【００４６】
光調整手段の厚さは小さいほどＰＤＬは改善されるが、コリメータ間の光強度の損失と、遮光板を有する光調整手段の作製上の制約、例えば薄すぎると作製段階で破損しやすくなるなどにより左右されるものであり、現状の技術では約６２５μｍ程度が最適と考えられる。
【００４７】
更なる実施例としては、上記並列コリメータを利用して、光強度を調整する手段として、液晶膜を使用できる。液晶膜は４本の光ビーム光路上に各1個づつ区画分けされており、各液晶膜に電流を流すことで各光ビームの光強度を調整する。液晶膜の厚さは約６００μｍである。これは、液晶膜の屈折率が１以上（空気以上）であるため、コリメータの理論対向間距離は約１ｍｍであるが、屈折率が高いため、その分対向間距離が小さくなるので、その分を見越して厚さを薄くできる。
【００４８】
例えば、コリメータの対向間距離が空気中で約１ｍｍの場合、屈折率が２．０の媒質で光路が満たされていれば、理論対向間距離は約５００μｍとなる。図３はこの実施例で用いた多心コネク夕間に挿入された液晶膜７４のチップの図である。液晶層には電気配線７５が接続され、例えば電圧を制御して液晶の透過率を変化させることにより光強度を調整できる。
【００４９】
また、前述の実施例で用いたアレイ状コリメータとしてスポットサイズが約２０μｍ、理論対向間距離が約７００μｍの集光系のものとして、電流値で屈折率が変化する媒質を用いることができる。媒質はシリカを主原料とするガラス材質に半導体材料、例えばGaAs、InP等をドーピングした物質である。また、LiTaO3、LiNbO3、更にはGaInAsP/InP、GaAlAs/GaAs等の二重へテロ構造の媒質も利用できる。
【００５０】
この光強度を調整する手段の光軸方向の厚みは約５００μｍである。この場合の光強度の調整手段は、屈折率を変えることで、光路長を実質的に変え、コリメータの光軸方向の軸ずれ量を可変にした。すなわち、屈折率を変えることは、コリメータの対向間距離を変えることと同等の効果を生み出すので、光強度の調整が屈折率の変化で達成できる。
【００５１】
また、コリメータを集光系としたのは、集光系の場合、光軸方向の軸ずれ許容範囲が平行系のものよりも小さいので、平行系では約±１０００μｍの軸ずれでは0.2dB程度の損失であるのに対し、集光系では２０dB程度の大きな損失があり、屈折率の小さな変化で大きな光強度の変化が可能となるからである。
【００５２】
更に、前述のアレイ状並列コリメータ間に、光特性調整手段として、誘電体多層膜を用いたフィルタ８４を挿入した。誘電体多層膜は4本の光ビーム光路上に各1個づつ設けられ、各誘電体多層膜はその膜構造を変えることにより一定の波長の光だけを透過するようにした。誘電体多層膜として例えばSiO2、Ta2O5を積層させて用い、その厚さは約８００μｍとする。これは、誘電体多層膜の屈折率が１以上（空気以上）であるため、コリメータの理論対向間距離は約１ｍｍあるが、屈折率が高いため、その分理論対向間距離が小さくなるので、その分を考慮して薄くした。図４はこの実施例で用いた多心コネクタ間に挿入される誘電体多層膜を配置した光調整手段の図である。
【００５３】
次に、光ビームを光ファイバ光軸から斜めに出射させる、斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を説明する。
【００５４】
ひとつの方法としては、上述の光ファイバの先端に融着させたGIファイバの光ビーム出射端面を、斜めに研磨することで実現可能である。しかし、下記に説明するようなレンズの外径を光ファイバの外径よりも大きくする方法を採れば、更に大きな利点を享受することができる。
【００５５】
レンズは、光ファイバに融着させずに独立したレンズ集合器を構成し、光を出射させるレンズの外径が、光ファイバの外径よりも大きくなっているが、両端ともフラットな研磨面を有する。ファイバの端面を、研磨ジグ等を使用して、端面を斜めに研磨してレンズを作製する場合に比べて、ファイバの端面が欠けたり、ファイバの外周にクラックが発生したりすることが少ないという利点がある。
【００５６】
また、ひとつのレンズで複数の光ファイバからの光ビームを出射させることができるので、光ファイバの本数よりも少ない数のレンズで同一機能を果たすことができる。よって、レンズ集合器の金型がシンプルになり、レンズ集合器の成型時における温度収縮による変形等の恐れも低くなる。従って、レンズの軸ずれの可能性も減り、レンズ集合器の材料選定も、温度収縮等の恐れが減った分、幅広い選択が可能となる。
更に、レンズの端面が斜めになっていないので、レンズ同士、又は、レンズと光ファイバ間の対向距離を合わせることが非常に容易である。
【００５７】
図５は、本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの、基本構成を示す概略図である。
複数の光ファイバ１０２がマトリックス状に並べられた光ファイバテープ１０１が、MTコネクタの構造を有するフェルール１０３ａに接続されて光ファイバ集合器１０３を構成している。この光ファイバ集合器１０３には、位置合わせをして一体化するためのガイドピン用穴１０４が設けられている。
【００５８】
また、レンズ集合器１０５は、やはりMTコネクタの技術を用いて作製されている。実装されているレンズは、外径が３７５μｍの全コアGIファイバである。一般のMTコネクタでは、片端は研磨して、反対端からは光ファイバテープが出ているが、このレンズ集合器１０５では、GIファイバの両端を研磨してフラットな端面を有するレンズとなっている。また、このレンズの片端面は、研磨後、誘電体多層膜蒸着によって、無反射コーティングを施してある。
【００５９】
ここで、光ファイバ集合器１０３とレンズ集合器１０５をガイドピンによって位置合わせを行って固定をし、一体化された斜出射型機能性光ファイバコネクタが作製される。図ではガイドピンは示されていないが、独立した部品でもよいし、光ファイバ集合器１０３またはレンズ集合器１０５にガイドピン用穴の代わりに、ガイドピンを装着してもよい。
【００６０】
図６に光ファイバ集合器１０３とレンズ集合器１０５がガイドピンで位置合わせされた場合の、光ファイバ１０２とレンズ１０６の位置関係を示す。図６（ａ）は、光ファイバ集合器１０３を示し、図６（ｂ）は、レンズ集合器１０５を示し、図６（ｃ）は、光ファイバ１０２とレンズ１０６の位置関係を示す。
光ファイバ１０２の外径は１２５μｍで、レンズ１０６の外径は３７５μｍである。また、光ファイバ１０２の光軸の中心と、レンズ１０６の中心の距離は、１２５μｍずれている。本実施例では、２個の光ファイバ１０２を、１個のレンズ１０６がカバーしている。また、光ファイバ１０２とレンズ１０６は、接触した位置で一体化することも可能であるし、所定の間隔を開けて一体化することも可能である。
【００６１】
次に図７、図１２に、ひとつの光ファイバ集合器とひとつのレンズ集合器による斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す。本実施例は、光ファイバ集合器１１０とレンズ集合器１１１は接触して一体化されている例を示しているが、間隔を開けて固定することも考えられる。
【００６２】
まず、図７について説明する。この斜出射型機能性光ファイバコネクタは、レンズ１１４の光ファイバ１１２，１１３と接触する面と反対の端面に反射膜１１５を備えている。この反射膜１１５としては、金等の反射率の高い金属をレンズ１１４の端面に蒸着することや、誘導体多膜層を蒸着することで設けることが考えられる。
【００６３】
ＩＮポートから入射し、光ファイバ１１２の中を伝搬した光ビームは、中心軸が光ファイバ１１２とずれているレンズ１１４に入射した後、光ファイバ１１２の光軸に対して斜めに進む。反射膜１１５に到達すると反射され、レンズ１１４の中を反対向きに斜めに進む。そして、光ファイバ１１３へ入射し、当初と１８０度向きを変えた状態で、光ファイバ１１３内を進み、ＯＵＴポートへ到達する。従って、この実施例の斜出射型機能性光ファイバコネクタでは、超小型１８０度折り返し光導波路としての利用が可能である。
【００６４】
次に、図１２について説明する。この斜出射型機能性光ファイバコネクタは、図７の変形例であり、可変減衰器としての利用が可能である。図１２（ａ）はレンズ集合器の斜視図であり、図１２（ｂ）は反射膜１１５の斜視図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）を組上げた際の概略断面図である。
【００６５】
図１２の斜出射型機能性光ファイバコネクタは、レンズ１１４の反射膜１１５側の端面１１４ａがレンズ光軸に対し斜めに研磨され、反射膜１１５の反射面は無稼動状態においてこの端面１１４ａとレンズ光軸に対して平行に相対するような角度に調整されている。なお、無稼動状態とは、初期状態であり、反射膜１１５を稼動させていない状態のことを示す。
【００６６】
図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタは、反射膜１１５のレンズ光軸に対する角度がＭＥＭＳ部１３０により制御され、光ファイバ１１２と光ファイバ１１３の光結合効率を可変にすることにより、可変減衰器としての利用が可能となる。なお、ＭＥＭＳ部１３０は、ガイドピンを挿入するための挿通穴１３２が形成され、この挿通穴１３２にガイドピンを挿通させることにより光ファイバ集合器１１０、レンズ集合器１１１に結合される。
【００６７】
光ファイバ１１２の外径は１２５μｍで、レンズ１１４は、外径が３７５μｍ、コア径３２５μｍのＧＩファイバであり、このレンズ１１４の中心線上のレンズ長は１.２６ｍｍである。なお、本実施例では、光ファイバ集合器１１０にSMファイバが横一列に１６心配置され、レンズ集合器１１１にＧＩファイバが横一列に８心配置された８チャンネル構成とした。この構成では、２本の光ファイバ１１２を、１つのＧＩファイバからなるレンズ１１４がカバーしていることになる。また、光ファイバ１１２とレンズ１１４は、接触した位置で一体化することも可能であるし、所定の間隔を開けて一体化することも可能である。
【００６８】
レンズ１１４の端面１１４ａは、レンズ光軸に対し１．３°の角度で研磨されている。反射膜１１５は、その反射面が、初期状態において、端面１１４ａとほぼ平行に相対するような角度に設定する。なお、レンズ１１４の端面１１４ａは、レンズ集合器１１１にレンズ１１４を配置固定させた後、レンズ集合器１１１の端面をレンズ光軸に対し所定の角度で研磨することにより、研磨される。また、レンズ集合器１１１の光ファイバ集合器１１０側の端面と、光ファイバ集合器１１０のレンズ集合器１１１側の端面は、光軸に対して８°の角度で研磨が施されている。これは、十分な反射減衰量を得る為である。
【００６９】
レンズ集合器１１１のレンズ１１４の上部には、レンズ１１４に１対１で対応する銅製のＬ字型電極１４０がインサート成型により形成されている。なお、レンズ１１４の反射膜１１５側の端面には反射防止膜が施されている。
【００７０】
レンズ集合器１１１の反射膜１１５側には、レンズ１１４と電極１４０を取り囲む形状の金属製の枠１４２が設けられている。これは、MEMS部１３０をガイドピンで組み合わせた後、レンズ集合器１１１と反射膜１１５をハンダで固定することにより、ビームが伝搬する空間を外部空間からハーメチック構造とする為である。なお、ハーメチック構造とするために、ＭＥＭＳ部１３０の反射膜１１５とは逆側の端面には、ガラス板１３４が取り付けられている。
【００７１】
ＭＥＭＳ部１３０は、上部活性層の厚さが２８μｍ、中間活性層の厚さが２μｍ、支持基板の厚さが３００μｍ、中間絶縁層の厚さ１μｍの２層SOIウェーハーを用いている。このSOIウェーハーは、上部活性層に窓が形成され、中間活性層には反射膜１１５が形成されている。
【００７２】
上部活性層はビーム伝搬空間を作る為のスペーサとして機能する。反射膜１１５は、その反射膜１１５に対応する支持基盤の部位を、支持基板裏面よりエッチングを行い、貫通穴が形成されることにより回転可能な構造としている。なお、反射膜１１５の表裏面には、金のコーティングが施されている。また、反射膜１１５に対応する支持基板の部位に形成された貫通穴は、陽極接合用ガラス基板をＭＥＭＳ部１３０の反射膜１１５と逆の端面に陽極接合させて塞ぐ構造となっている。
【００７３】
上述した図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタでは、まず、レンズ集合器１１１から出射されたビームが、レンズ集合器１１１と反射膜１１５の間に存在する２８μｍの空間を伝搬される。続いて、反射膜１１５で反射され、再び２８μｍの空間を伝搬されてレンズ１１４に戻るが、初期状態ではＯＵＴポートの光ファイバ１１３に光結合されない構成となっている。またこのビームの伝搬空間は、上述したように、外部空間とは分離されており、ハーメチック封止空間となっている。
【００７４】
次に、図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタの具体的な実施例について説明する。レンズ集合器１１１のGIファイバからなるレンズ１１４から出射されたビームは、レンズ集合器１１１の出射される端面１１４ａがレンズ１１４の光軸に対し１．３°の角度で研磨されている為、研磨角度方向に約０.５８°の角度で放射される。レンズ１１４から放射されたビームは、続いて２８μｍの空間を伝搬し、１.８８°（０.５８°＋１.３°）に調整された反射膜１１５で反射される。反射膜１１５で反射されたビームは、再び２８μｍの空間を伝播した後、レンズ１１４に入射される。
【００７５】
この実施例ではビームスポットサイズが約１００μｍであり、反射膜１１５を１.８８°の角度に調整すると、光結合損失は約４５dBである。すなわち、初期状態で４５dBの光パワーを減衰させている。このレベルは光信号遮断に相当する値である。
【００７６】
この初期状態からレンズ集合器１１１の電極に電圧を印加すると、反射膜１１５は印加電圧に応じて角度が回転され、光結合効率が上がっていく。この実施例での印加電圧と光結合効率（図１３ではLossと示す）の関係を図１３に示す。印加電圧がゼロの場合、Lossの値は４５dBであるが、印加電圧を徐々に上げ、５８ＶになるとLossの値は０dB（光結合効率１００％）となる。なお、それ以上（図１３では５８Ｖ以上）の印加電圧では、反射膜１１５がpull-inして、遮断状態となる。つまり、光結合効率は０％となり、Lossの値は４５dB以上となる。
【００７７】
この高印加電圧での遮断状態（図１３では５８Ｖ以上の状態）は、例えば、緊急時の光信号遮断に利用することが出来る。また、印加電圧がゼロの場合の遮断状態は、４５dBの減衰であり、ハイパワーの光信号を遮断する必要が生じたとき、もしくはそれ以上の遮断を行いたいときに使用することも出来る。
【００７８】
上述したように、図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタは、初期状態では光結合効率が低く、この状態から反射膜１１５の角度を調整することで光結合効率を高くする構成である。このため、ＭＥＭＳ部１３０に供給される電源が遮断された場合は、初期状態の光結合効率が最も低い状態となり、光信号の伝搬を遮断することができる。特にシステムの電源断等の非常時には、光信号の伝搬を遮断する必要が多いため、図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタは有効な構成となる。
【００７９】
次に図８と９は、２個の光ファイバ集合器と２個のレンズ集合器によって、ちょうど図５で示す光ファイバ集合器とレンズ集合器のペアを対向した配置で、一体化した斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す。
【００８０】
図８は、出射側のレンズ集合器１１１と受光側のレンズ集合器１１７が所定の空間を開けて配置されている。通常は、この間隔は１００μｍ以下である。この間隔は、ガイドピンに所定の寸法のスペーサ等を装入することで実現できる。
また、本実施例では、光ファイバ集合器とレンズ集合器（部材番号１１０と１１１、及び、１１６と１１７）は接触した位置に配置されているが、所定の間隔を開けて配置することも可能である。
各部材は、ガイドピンと必要に応じてスペーサを使用して、光ファイバ集合器１１０、レンズ集合器１１１、レンズ集合器１１７、光ファイバ集合器１１６の順番に、位置合わせされて一体化される。
【００８１】
ＩＮ＃１ポートから入射し、光ファイバ１１２中を伝搬した光ビームは、光ファイバの光軸からは斜めにレンズ１１４及びレンズ１２０を進み、光ファイバ１１９へ入射する。そして、光ファイバ１１９中を伝搬して、ＯＵＴ＃１ポートへ到達する。
同様に、ＩＮ＃２ポートから入射し、光ファイバ１１３中を伝搬した光ビームは、光ファイバの光軸からは斜めにレンズ１１４及びレンズ１２０を進み、光ファイバ１１８へ入射する。そして、ひかりファイバ１１８を伝搬して、ＯＵＴポート＃２へ到達する。
【００８２】
以上によって、この実施例の斜出射型機能性光ファイバコネクタでは、所定の光ファイバから所定の光ファイバへ光を伝達するマルチチャンネルの光接続器としての機能を果たすことが可能である。
【００８３】
図９に示す実施例では、出射側のレンズ集合器１１１と受光側のレンズ集合器１１７が、誘電体多層膜１２１を介して接触した配置になっている。つまり、両レンズ集合器の間には、空間は開いていない。その他は、図８に示す実施例と同じ構成となっている。
この誘電体多層膜１２１は、λ１からλｎまでのｎ個の波長が多重された光ビームが入射された場合に、λｘの波長光だけを反射し、他の波長の光を透過する光学特性を有している。
【００８４】
まず図９（ａ）の実施例から説明する。
λ１からλｎまでのｎ個の波長が多重された光ビームが、ＩＮポートから入射して、光ファイバ１１２中を伝搬し、レンズ１１４へ入射する。光ファイバ１１２とレンズ１１４光の中心軸がずれているので、入射した光ビームは、レンズ１１４の中を光ファイバ１１２の光軸に対して斜めに進み、誘電体多層膜１２１に達する。
【００８５】
光波長がλｘの光ビームは、誘電体多層膜１２１で反射され、レンズ１１４内を反対方向に斜めに進み、光ファイバ１１３へ達する。そして、光ファイバ１１２で入射したときとは１８０度方向を変えて、光ファイバ１１３内を伝搬し、ＤＲＯＰポートへ達する。
【００８６】
また、波長λｘ以外のλ１からλｎの波長の光は、誘電体多層膜１２１を透過した後、レンズ１２０を斜めに進み、光ファイバ１１９へ入射する。光ビームは、光ファイバ１１９の中を、光ファイバ１１２での進行方向と同じ方向に伝搬し、ＯＵＴポートへ達する。
よって、図９（ａ）の実施例においては、マルチチャンネルの分波器（ドロップフィルタ）の機能を果たすことが可能である。
【００８７】
次に図９（ｂ）の実施例に関して説明を行う。
波長λｘを除いたλ１からλｎの波長の光が、INポートから入射して、光ファイバ１１２の中を伝搬し、レンズ１１４へ到達する。波長λｘ以外の波長の光は、誘電体多層膜１２１を透過するので、INポートから入射した光ビームは、すべて、レンズ１２０中を斜めに進み、光ファイバ１１９へ入射する。光ビームは、光ファイバ１１９の中を、ファイバ１１２での進行方向と同じ方向に伝搬し、ＯＵＴポートへ達する。
【００８８】
一方、ADDポートから入射した波長λｘの光ビームは、光ファイバ１１８中を、上述の波長λｘを除いたλ１からλｎの波長の光ビームと180度反対向きに進む。そして、レンズ１２０に入射し、レンズ１２０中を斜めに進み、誘電体多層膜１２１に到達する。
【００８９】
ここで誘電体多層膜は、左右対称の光学特性を有するので、波長λｘの光ビームは誘電体多層膜１２１で反射され、光ビームは、レンズ１２０中を反対方向に斜めに進み、光ファイバ１１９へ入射する。ここで、波長λｘの光ビームは、INポートから入射した波長λｘを除いたλ１からλｎの波長の光ビームと合波され、光ファイバ１１９中を進み、OUTポートへ達する。
【００９０】
従って、図９（ｂ）の実施例においては、マルチチャンネルの合波器（アドフィルタ）の機能を果たすことが可能である。
以上のように、図９（ａ）（ｂ）に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタにおいては、非常に小型なマルチチャンネルの合分波器（アドドロップフィルタ）を供給することが可能であり、DWDM通信システムで重要な役割を果たすことが期待できる。
【００９１】
次に、図１０に、斜出射型機能性光ファイバコネクタによる２４チャンネルの合分波器の実施例を示す。
図１０（ａ）に、縦４本ｘ横１２本＝計４８本の外径１２５μｍの光ファイバ１０２を、縦２５０μｍｘ横５００μｍのピッチで、ＭＴコネクタにマトリックス状に配置した光ファイバ集合器１０３を示す。図１０（ｂ）に、縦２個ｘ横１２個＝計２４個の外径３７５μｍの全コアＧＩファイバ製レンズ１０６を、縦５００μｍｘ横５００μｍのピッチで、ＭＴコネクタにマトリックス状に配置したレンズ集合器１０５を示す。
【００９２】
このレンズ集合器１０５構成する各々のレンズ１０６に、それぞれ異なった波長を反射するフィルタを誘電体多層膜蒸着によって形成させると、ひとつの斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、２４チャンネル合分波器の機能を果たすことが可能である。
また、蒸着するフィルタの波長特性を、全てλｘだけ反射させるものとした場合には、２４本の波長多重された光ファイバ線路から、一括してλｘの波長の光だけを取り出し、または、加えるという単一波長の２４チャンネル合分波器の機能を、ひとつの斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、果たすことが可能である。
【００９３】
更に、このフィルタ部分を、両面ミラーの機能を果たすフィルタに変えて、アクチュエータにて出し入れ可能にする場合には、２４チャンネル光スイッチの機能を、ひとつの斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、果たすことが可能である。
従って、本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、非常にコンパクトなDWDM通信をはじめとする光通信用部品を提供することができる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明においては、従来の多心コネクタを利用して、アレイ状の光調整手段を備えた機能的多心光コネクタを提供する。本発明では従来から使用されているMTコネクタの技術を応用することで、小型化した機能的コネクタを提供することができる。
また、小型化することにより、組み立て、製造工程の複雑化が問題になるが、MTコネクタのガイドピンによる多心コネクタと光特性調整手段を一括位置決めすることができ、組み立てが簡単で、単純な工程で機能的コネクタが実現できる。
【００９５】
また、コリメータをMTコネクタのフェルールに内蔵したため、全コリメータの対向間距離を一度に揃えることが可能で、また、コネクタ間に挿入される光コネクタ調整手段の厚さによって対向間距離を調整することが出来、更に光ファイバの取り回しが容易で、従来のようなチップ上にファイバガイドを設けたような集積型調整素子やAWGで問題になる、ファイバの固定の難しさや、取り回しの不便さによる付加損失、フアイバの破断と言った問題を解消した。すなわち、本発明によって光特性調整器のアレイ化もしくは並列化、小型化、製造の容易性、工程の単純化の全てが一度に達成できる。
【００９６】
更に、光ファイバをマトリックス状に配置した光ファイバ集合器と、この光ファイバの外径よりも大きい外径を有するＧＩファイバからなるレンズを、マトリックス状に配置したレンズ集合器を組み合わせた斜出射型機能性光ファイバコネクタにおいては、レンズの破損の恐れも少なく、他の光ファイバ集合器やレンズ集合器との対向間距離を合わせることも容易になる。また、ひとつのレンズで複数の光ファイバをカバーできるので、レンズの数を減らすことが可能であり、レンズ集合器のフレームの作成も容易になり、フレーム材料の選択の余地も広がる。
【００９７】
更に、本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタに、様々な種類のフィルタを組み合わせることによって、180度折り返し光導波路、合分波器、光スイッチ等の非常にコンパクトなマルチチャンネル光部品を提供することが可能であり、ＤＷＤＭ通信システム等への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として遮光板を組みこんだ機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図２】本発明の他の実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として櫛形アクチュエータを備えた遮光板を組みこんだ機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図３】本発明の他の実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として液晶を利用した機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図４】本発明の他の実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として誘電体多層膜を利用した機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図５】本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの基本構成を示す概略図。
【図６】光ファイバ集合器とレンズ集合器がガイドピンで位置合わせされた場合の光ファイバとレンズの位置関係を示す図。
【図７】ひとつの光ファイバ集合器とひとつのレンズ集合器による斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す図。
【図８】2個の光ファイバ集合器と2個のレンズ集合器が、図５に示す光ファイバ集合器とレンズ集合器のペアを対向した配置にされた斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す図。
【図９】図８の場合の斜出射型機能性光ファイバコネクタにおいて、レンズ集合器とレンズ集合器の間に、フィルタを挿入した場合の実施例を示す図。
【図１０】斜出射型機能性光ファイバコネクタによる２４チャンネルの合分波器の実施例を示す図。
【図１１】従来のシングルモードの光ファイバ間に吸収膜フィルタを挿入して遮光する場合を示す図。
【図１２】ひとつの光ファイバ集合器とひとつのレンズ集合器による斜出射型機能性光ファイバコネクタを示す図であり、図１２（ａ）はそのレンズ集合器を示す斜視図、図１２（ｂ）はその反射膜を示す斜視図、図１２（ｃ）は概略断面図である。
【図１３】図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタの印加電圧と光結合効率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２ 光ファイバ
３，４ フェルール
３１、３２ コネクタのピン穴
４１、４２ コネクタのガイドピン
５５ 厚さ勾配があるフィルタ
５１、５２ 光調整手段のガイド孔
６ 櫛形アクチュエータを用いた遮光板の光調整手段
６０ 遮光板
６１、６２ ピン孔
６３、６４ 上下の櫛形アクチュエータ
６５ スプリング
６６ 光ビーム
７ 液晶を備えた光調整手段
７１、７２ ピン孔
８ 誘電体多層膜を備えた光調整手段
８１，８２ ピン孔
１０１ 光ファイバテープ
１０２ 光ファイバ
１０３ａ フェルール
１０３ 光ファイバ集合器
１０４，１０７ ガイドピン用穴
１０５ レンズ集合器
１０６ レンズ
１１０，１１６ 光ファイバ集合器
１１１，１１７ レンズ集合器
１１２，１１３ 光ファイバ
１１４，１２０ レンズ
１１４ａ 端面
１１５ 反射膜
１１８，１１９ 光ファイバ
１３０ ＭＥＭＳ部
１３２ 挿通穴
１３４ ガラス板
１４０ 電極
１４２ 枠
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光調整機能を備えた機能性光ファイバコネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光特性の調整器を備えた光ファイバコネクタ１００は図５に示すように、その光可変減衰器は、長手方向に厚さ勾配の有る吸収膜を持ったフィルタ５５からなり、これを光ビーム５０と直角方向に配置し、このフィルタ５５を厚さ勾配のある方向に移動させることで、光ビームの吸収率を変化させる。この単一の光可変減衰器を複数のシングルモード光ファイバごとに使用することが行われている。この方式の概略図を図１１に示す。
【０００３】
また、並列して配置したアレイ状の光ファイバの光ビームを調整する素子としてAWG（Array Waveguide Grating）などの光部品は、シリコン基板上に導波路を設け、この導波路上に光の特性を変調するレンズ導波路、回折格子、その他光部品を集積して光の合成又は分波を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６６０６２号公報。
【特許文献２】
特開平１１−７２６４４号公報。
【特許文献３】
特開平１１−１０９１６１号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
今後発展が期待されるDWDM（Dense Wavelength division Multiplexing）通信の各波長で従来型のアレイ型の光部品を使用する場合、その数は１００を超えると予想される。そこで、単一の光部品を多数使用することは、その１つの光部品の大きさが大きいので、非常に大きな容積を占有する。AWGは一つのチップ上に光部品が集積化はされているが、現状では数ｃmのオーダーの大きさである。
【０００６】
また、MEMS（Micro-electro mechanical System）で製作したチップ上にファイバガイドを並列化して製作した光コネクタでは、ファイバガイドに光ファイバを取り付ける作業が非常に難しく、また、チップから取り出された光ファイバの取り回しを慎重に行わないと、光ファイバが折れたり、大きな付加損失を伴うことになる。更に、この方式では、ファイバガイドに光ファイバを配設した後、蓋をする必要があり、製造工程が複雑で製造設備も大型のものが必要となる。
【０００７】
これは、AWGにおいても同様で、各導波路と外部との光を接続するための光ファイバとの接続は非常に難しい。また、光ファイバ接続後の光ファイバ取りまわしが難しいことも他のアレイ状もしくは並列化した光部品と同様である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、以下に示すように、従来技術では解決不可能であった問題を解決した機能性光ファイバコネクタ及び斜出射機能性光ファイバコネクタを知見した。
【０００９】
本発明の機能性光ファイバコネクタでは、光ファイバとレンズを一体化したコリメータを複数本並べた光ファイバアレイを対向させ、対向した光ファイバアレイの間に、光特性調整手段を配置する。これらの部材は、ガイドピンによって所定の位置合わせがされて一体化される。この発明によって、小型で、確実な位置合わせを容易に行える機能性光ファイバコネクタを実現できる。
この発明の機能性光ファイバコネクタの基本的態様は、出射側の光ファイバアレイから出射された光ビームを、受光側の光ファイバアレイで受光する下記の部材を備えたことを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
（ａ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する出射側の光ファイバアレイと、
（ｂ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する受光側の各光ファイバアレイと、
（ｃ）前記出射側の光ファイバアレイと受光側に光ファイバアレイとの間に挿入された光ビームを調整する光調整手段と、
（ｄ）前記出射側と、受光側の各光ファイバアレイ及び前記光調整手段を一体化する手段。
【００１０】
また、光結合させる光ビームを光ファイバ光軸から斜めに出射させる場合においては、上述の機能性光ファイバコネクタと同様の機構を有し、複数の光ファイバを並列又はマトリックス状に配置し一体化した光ファイバ集合器と、複数のレンズを並列又はマトリックス状に配置し一体化したレンズ集合器を、ガイドピンによって位置合わせして一体化した斜出射型機能性光ファイバコネクタを知見した。このレンズ集合器に実装されたレンズの外径が、光ファイバ集合器に実装された光ファイバの外径よりも大きく、ガイドピンで位置合わせをして一体化する際に、光ファイバの光軸とレンズの中心軸がずれるように配置されている。この構造によって、レンズの端面はフラットであっても、光ビームは光ファイバの光軸に対して、斜めに出射する。
【００１１】
ここで、レンズの光ファイバと対向する面と反対側の面に、反射板を金属反射材料、又は、誘電体多層膜の蒸着によって形成することで、光ビームを１８０度折り返す超小型折り返し導波路等として機能する斜出射型機能性光ファイバコネクタを実現できる。
【００１２】
更に、上記の光ファイバ集合器とレンズ集合器を、もう１組対向させて配置した、つまり、光ファイバ集合器−レンズ集合器−レンズ集合器−光ファイバ集合器の順に配置した、斜出射型機能性光ファイバコネクタも実現できる。
この構成では、一方のレンズ集合器のレンズからもう一方のレンズ集合器のレンズへ、光ファイバの光軸に対して斜めに光ビームが伝搬する。このレンズ面に無反射コートや、反射膜等の各種フィルタの形成が可能となり、アドドロップフィルタを始め、様々な光部品としての応用例が考えられる。
【００１３】
この斜出射型機能性光ファイバコネクタ基本態様は、複数の光ファイバが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつの光ファイバ集合器と、前記光ファイバの外径よりも大きな外径を有する複数のレンズが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつのレンズ集合器と、を備え、
前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器がガイドピンによって位置合わせされ一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第１の態様は、出射側光ファイバアレイから入射された光ビームを、受光側の光ファイバアレイで受光する下記の部材を備えたことを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
（ａ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する入射側光ファイバアレイと、
（ｂ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する受光側の光ファイバアレイと、
（ｃ）前記入射側光ファイバアレイと受光側に光ファイバアレイとの間に挿入された光ビームを調整する光調整手段と、
（ｄ）前記入射側と、受光側の各光ファイバアレイ及び前記光調整手段を一体化する手段。
【００１５】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第２の態様は、前記光フアイバアレイと前記光調整手段を一体化する手段は、前記光ファイバアレイの一方に固定されたガイドピンと他の光ファイバアレイに設けられたガイドピン穴であることを特徴とする光ファイバコネクタである。
【００１６】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第３の態様は、前記出射側光ファイバアレイと受光側の光ファイバアレイが、レンズとしてコアが略２乗分布屈折率分布を持つグレーデッドインデクツスファイバをシングルモードファイバの先端に融着接続した光ファイバアレイであることを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
【００１７】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第４の態様は、前記出射側のコリメータから出射される光ビームの広がり角度±２度以内の並行光線とし、光軸方向の軸ずれによる付加損失を小さくするためコリメータの作動距離の２倍±１０００μｍ以内で前記受光側の光ファイバを対向させ、その寸法に相当する厚みの光調整手段を、前記入射側光ファイバと受光側光ファイバとの間に配置したことを特徴とする機能性光ファイバコネクタである。
【００１８】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第５の態様は、前記光調整手段が、アクチュエータで光ビームに対する位置を調節可能な遮光板であることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００１９】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第６の態様は、前記遮光板が、金属の薄膜をスパッタした板状金属シリコンであることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２０】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第７の態様は、前記光調整手段が、入射光を調節できる液晶板であることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２１】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第８の態様は、前記液晶はＳＴＮ又はＴＦＴであることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２２】
この発明の機能性光ファイバコネクタの第９の態様は、前記光調整手段が、誘電体多層膜であることを特徴とする機能性光コネクタである。
【００２３】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１の態様は、複数の光ファイバが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつの光ファイバ集合器と、前記光ファイバの外径よりも大きな外径を有する複数のレンズが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつのレンズ集合器と、を備え、
前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器がガイドピンによって位置合わせされ一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２４】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第２の態様は、前記レンズはコアが略２乗分布屈折率分布を持つグレーデッドインデックスファイバ（GIファイバ）であることを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２５】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第３の態様は、前記光ファイバと前記レンズの中心軸の位置が異なり、前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器が接触した位置で一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２６】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第４の態様は、前記光ファイバと前記レンズの中心軸の位置が異なり、前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器が間隔を空けた位置で一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００２７】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第５の態様は、ひとつの前記光ファイバ集合器と、ひとつの前記レンズ集合器と、を備え、前記レンズの前記光ファイバと対向する面と反対側の面に、光を反射する金属材料又は誘電体多層膜による反射膜を備えたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
【００２８】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第６の態様は、前記レンズは、前記反射膜側の端面がレンズ光軸に対して斜めに研磨され、該反射膜はレンズ光軸に対する角度が無稼動状態において光結合損失が生じるように設定されることを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
【００２９】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第７の態様は、出射側光ファイバ集合器と受光側光ファイバ集合器からなる２個の前記光ファイバ集合器と、出射側光レンズ集合器と受光側レンズ集合器からなる２個の前記レンズ集合器と、を備え、前記出射側光ファイバ集合器、前記出射側光レンズ集合器、前記受光側レンズ集合器、前記受光側光ファイバ集合器の順に配置され一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３０】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第８の態様は、前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器が間隔を空けた位置で一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３１】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第９の態様は、前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器の対向する前記レンズの間に、誘電体多膜層のフィルタを隙間無く挿入したこと特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３２】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１０の態様は、前記フィルタが前記対向するレンズに応じて異なった波長特性を有する斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３３】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１１の態様は、前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器の対向する前記レンズの間に、両面ミラーの機能を果たすフィルタを隙間無く挿入したこと特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３４】
この発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの第１２の態様は、前記両面ミラーの機能を果たすフィルタが、アクチュエータで光ビームに対する位置を調節可能なフィルタであることを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタである。
【００３５】
以下、図面を参照し具体的に説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものでなく、当業者が以下に開示した具体例から容易に想着できる範囲も包含するものである。
【００３６】
本発明では、図１に示すように従来から用いられており、その位置あわせ精度、信頼性において実績がある多心コネクタ（以下、ＭＴコネクタという）１０を利用する。そして、光ファイバ１，２の先端に望ましくは全コア型のグレーデッドインデックスファイバ（以下ＧＩファイバという）を所定長さ融着接続してコリメータ機能を有する光ファイバをフェルール３，４内に一体化して収容する。コリメータ機能を有する光ファイバ１をフェルール３に収容したものが出射側の光ファイバアレイであり、コリメータ機能を有する光ファイバ２をフェルール４に収容したものが受光側の光ファイバアレイである。図１では光ファイバを一列に配列したアレイを示すが、これに限定されず、上下二列に配列したアレイも可能である。
【００３７】
上記全コア型のＧＩファイバとしては、コアが略2乗分布屈折率分布をしたＧＩファイバが望ましい。また、光ビームの広がり角度±２度以内の並行光線とするのは、コリメータ間の光強度の損失を最少にするためである。また、光軸方向の軸ずれによる損失を小さくするためには、光調整手段の厚み（光軸方向の距離）をコリメータの作動距離（相対するコリメータ間距離の１／２）の２倍以下とする理由は、２倍以下において光ビームの強度損失が最少になるためである。
【００３８】
MTコネクタは、ガイドピン４１，４２と、対応するピン穴３１、３２で軸合わせする。このMTコネクタは、その位置精度がサブミクロン単位（±0．1μｍ以下）で可能であり、しかも、低コストであり、生産性に非常に優れている。そこで、本発明ではこのガイドピン４１，４２を光調整手段５に設けられたガイド孔５１，５２を貫通させ、光調整手段を正確に軸合わせできる。図１では光調整手段として遮光板６０により光ビームの減衰を行う。この概念図を図１に示し、詳細な遮光板の形態を図２に示す。
【００３９】
図２（ａ）は全体の概要を示し、図２（ｂ）はその詳細を示す。この実施例では、MTコネクタとしては4心タイプを用い、コリメータは一般のシングルモードファイバ（以下SM光ファイバという）の先端に外径がSM光ファイバと同一形状の全コア型ＧＩファイバを所定長融着接続してレンズ機能を持たせた。レンズのスポットサイズは約７０μｍで、作動距離（相対するコリメータ間距離の１／２）は約５００μｍである。
【００４０】
一方のMTコネクタのガイドピンを光調整手段のピン孔６１，６２に挿入し、対向するMTコネクタに挿入して固定する。光調整手段６は、遮光板６０を４つ有する厚さ約1mmの光調整手段である。組み立て後、全体を密着させ、図示しないクリップで挟んだ。この組み立ては、一般のMTコネクタの組立てと同等であり、違いはMTコネクタ間に遮光板を有する光調整手段を配置した点である。
【００４１】
遮光板６０を４つ有する光調整手段の厚みとして１mmを選んだのは、コリメータの作動距離が約５００μｍであるため、理論的に最も低損失で結合できるコリメータの対向間距離が作動距離の２倍、すなわち約１ｍｍであるためである。全体をクリップで挟んで、一体化した後は、これを筐体に収納し、遮光板を有する光調整手段の側面に設けられた図示しないボンディングパッドと、筐体の電極をボンディングして密封した。
【００４２】
この電極は遮光板を電圧で駆動するための電圧源に接続する。各遮光板６０はそれぞれスプリング６５に連結し、このスプリング６５は静電力で上下する上側櫛歯型アクチュエータ６３と連結している。固定された下側櫛歯型アクチュエータ６４へ上側櫛歯型アクチュエータ６３が引き込まれ又は引き出されることにより、スプリング６５を介して遮光板６０が上下して光ビーム６６を可変する。
【００４３】
上記装置の作製は、いわゆるMEMS技術を利用し、シリコン基板上へのポリシリコンの積層、犠牲層の積層、エッチングなどを組み合わせることで作製可能である。また、シリコンウエーハをエッチングして、絶縁層を部分的にエッチングすることでも作製可能である。このシリコン基板の遮光板の表面には、金、アルミニウム等の金属の薄膜をスパッタすると、遮光性が強化される点で望ましい。
【００４４】
上記実施例で用いたアレイ状コリメータを利用し、４個の遮光板を有する光調整手段の光軸方向の厚みだけを約６２５μｍと薄くした。この場合、アレイ状コリメータの理論対向問距離が約１ｍｍであるため、付加損失が大きくなるが、このコリメータの設計では光ビームはほぼ平行光線となっており、光軸方向の理論対向間距離からの軸ずれによる損失は上記厚みが約±1000μｍのずれでも0.2dB程度と小さい。
【００４５】
しかし、前述の通り、遮光域で遮光して光ビームの強度を調整する方式では、ビーム径が同じであれば、その遮光板位置から受光側コリメータまでの距離を小さくすると偏波依存性損失（PDL）を小さくできることが確認されているので、0.2dB程度の損失を犠牲にして、PDLを改善するために、約６２５μｍを採用したのである。
【００４６】
光調整手段の厚さは小さいほどＰＤＬは改善されるが、コリメータ間の光強度の損失と、遮光板を有する光調整手段の作製上の制約、例えば薄すぎると作製段階で破損しやすくなるなどにより左右されるものであり、現状の技術では約６２５μｍ程度が最適と考えられる。
【００４７】
更なる実施例としては、上記並列コリメータを利用して、光強度を調整する手段として、液晶膜を使用できる。液晶膜は４本の光ビーム光路上に各1個づつ区画分けされており、各液晶膜に電流を流すことで各光ビームの光強度を調整する。液晶膜の厚さは約６００μｍである。これは、液晶膜の屈折率が１以上（空気以上）であるため、コリメータの理論対向間距離は約１ｍｍであるが、屈折率が高いため、その分対向間距離が小さくなるので、その分を見越して厚さを薄くできる。
【００４８】
例えば、コリメータの対向間距離が空気中で約１ｍｍの場合、屈折率が２．０の媒質で光路が満たされていれば、理論対向間距離は約５００μｍとなる。図３はこの実施例で用いた多心コネク夕間に挿入された液晶膜７４のチップの図である。液晶層には電気配線７５が接続され、例えば電圧を制御して液晶の透過率を変化させることにより光強度を調整できる。
【００４９】
また、前述の実施例で用いたアレイ状コリメータとしてスポットサイズが約２０μｍ、理論対向間距離が約７００μｍの集光系のものとして、電流値で屈折率が変化する媒質を用いることができる。媒質はシリカを主原料とするガラス材質に半導体材料、例えばGaAs、InP等をドーピングした物質である。また、LiTaO3、LiNbO3、更にはGaInAsP/InP、GaAlAs/GaAs等の二重へテロ構造の媒質も利用できる。
【００５０】
この光強度を調整する手段の光軸方向の厚みは約５００μｍである。この場合の光強度の調整手段は、屈折率を変えることで、光路長を実質的に変え、コリメータの光軸方向の軸ずれ量を可変にした。すなわち、屈折率を変えることは、コリメータの対向間距離を変えることと同等の効果を生み出すので、光強度の調整が屈折率の変化で達成できる。
【００５１】
また、コリメータを集光系としたのは、集光系の場合、光軸方向の軸ずれ許容範囲が平行系のものよりも小さいので、平行系では約±１０００μｍの軸ずれでは0.2dB程度の損失であるのに対し、集光系では２０dB程度の大きな損失があり、屈折率の小さな変化で大きな光強度の変化が可能となるからである。
【００５２】
更に、前述のアレイ状並列コリメータ間に、光特性調整手段として、誘電体多層膜を用いたフィルタ８４を挿入した。誘電体多層膜は4本の光ビーム光路上に各1個づつ設けられ、各誘電体多層膜はその膜構造を変えることにより一定の波長の光だけを透過するようにした。誘電体多層膜として例えばSiO2、Ta2O5を積層させて用い、その厚さは約８００μｍとする。これは、誘電体多層膜の屈折率が１以上（空気以上）であるため、コリメータの理論対向間距離は約１ｍｍあるが、屈折率が高いため、その分理論対向間距離が小さくなるので、その分を考慮して薄くした。図４はこの実施例で用いた多心コネクタ間に挿入される誘電体多層膜を配置した光調整手段の図である。
【００５３】
次に、光ビームを光ファイバ光軸から斜めに出射させる、斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を説明する。
【００５４】
ひとつの方法としては、上述の光ファイバの先端に融着させたGIファイバの光ビーム出射端面を、斜めに研磨することで実現可能である。しかし、下記に説明するようなレンズの外径を光ファイバの外径よりも大きくする方法を採れば、更に大きな利点を享受することができる。
【００５５】
レンズは、光ファイバに融着させずに独立したレンズ集合器を構成し、光を出射させるレンズの外径が、光ファイバの外径よりも大きくなっているが、両端ともフラットな研磨面を有する。ファイバの端面を、研磨ジグ等を使用して、端面を斜めに研磨してレンズを作製する場合に比べて、ファイバの端面が欠けたり、ファイバの外周にクラックが発生したりすることが少ないという利点がある。
【００５６】
また、ひとつのレンズで複数の光ファイバからの光ビームを出射させることができるので、光ファイバの本数よりも少ない数のレンズで同一機能を果たすことができる。よって、レンズ集合器の金型がシンプルになり、レンズ集合器の成型時における温度収縮による変形等の恐れも低くなる。従って、レンズの軸ずれの可能性も減り、レンズ集合器の材料選定も、温度収縮等の恐れが減った分、幅広い選択が可能となる。
更に、レンズの端面が斜めになっていないので、レンズ同士、又は、レンズと光ファイバ間の対向距離を合わせることが非常に容易である。
【００５７】
図５は、本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの、基本構成を示す概略図である。
複数の光ファイバ１０２がマトリックス状に並べられた光ファイバテープ１０１が、MTコネクタの構造を有するフェルール１０３ａに接続されて光ファイバ集合器１０３を構成している。この光ファイバ集合器１０３には、位置合わせをして一体化するためのガイドピン用穴１０４が設けられている。
【００５８】
また、レンズ集合器１０５は、やはりMTコネクタの技術を用いて作製されている。実装されているレンズは、外径が３７５μｍの全コアGIファイバである。一般のMTコネクタでは、片端は研磨して、反対端からは光ファイバテープが出ているが、このレンズ集合器１０５では、GIファイバの両端を研磨してフラットな端面を有するレンズとなっている。また、このレンズの片端面は、研磨後、誘電体多層膜蒸着によって、無反射コーティングを施してある。
【００５９】
ここで、光ファイバ集合器１０３とレンズ集合器１０５をガイドピンによって位置合わせを行って固定をし、一体化された斜出射型機能性光ファイバコネクタが作製される。図ではガイドピンは示されていないが、独立した部品でもよいし、光ファイバ集合器１０３またはレンズ集合器１０５にガイドピン用穴の代わりに、ガイドピンを装着してもよい。
【００６０】
図６に光ファイバ集合器１０３とレンズ集合器１０５がガイドピンで位置合わせされた場合の、光ファイバ１０２とレンズ１０６の位置関係を示す。図６（ａ）は、光ファイバ集合器１０３を示し、図６（ｂ）は、レンズ集合器１０５を示し、図６（ｃ）は、光ファイバ１０２とレンズ１０６の位置関係を示す。
光ファイバ１０２の外径は１２５μｍで、レンズ１０６の外径は３７５μｍである。また、光ファイバ１０２の光軸の中心と、レンズ１０６の中心の距離は、１２５μｍずれている。本実施例では、２個の光ファイバ１０２を、１個のレンズ１０６がカバーしている。また、光ファイバ１０２とレンズ１０６は、接触した位置で一体化することも可能であるし、所定の間隔を開けて一体化することも可能である。
【００６１】
次に図７、図１２に、ひとつの光ファイバ集合器とひとつのレンズ集合器による斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す。本実施例は、光ファイバ集合器１１０とレンズ集合器１１１は接触して一体化されている例を示しているが、間隔を開けて固定することも考えられる。
【００６２】
まず、図７について説明する。この斜出射型機能性光ファイバコネクタは、レンズ１１４の光ファイバ１１２，１１３と接触する面と反対の端面に反射膜１１５を備えている。この反射膜１１５としては、金等の反射率の高い金属をレンズ１１４の端面に蒸着することや、誘導体多膜層を蒸着することで設けることが考えられる。
【００６３】
ＩＮポートから入射し、光ファイバ１１２の中を伝搬した光ビームは、中心軸が光ファイバ１１２とずれているレンズ１１４に入射した後、光ファイバ１１２の光軸に対して斜めに進む。反射膜１１５に到達すると反射され、レンズ１１４の中を反対向きに斜めに進む。そして、光ファイバ１１３へ入射し、当初と１８０度向きを変えた状態で、光ファイバ１１３内を進み、ＯＵＴポートへ到達する。従って、この実施例の斜出射型機能性光ファイバコネクタでは、超小型１８０度折り返し光導波路としての利用が可能である。
【００６４】
次に、図１２について説明する。この斜出射型機能性光ファイバコネクタは、図７の変形例であり、可変減衰器としての利用が可能である。図１２（ａ）はレンズ集合器の斜視図であり、図１２（ｂ）は反射膜１１５の斜視図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）を組上げた際の概略断面図である。
【００６５】
図１２の斜出射型機能性光ファイバコネクタは、レンズ１１４の反射膜１１５側の端面１１４ａがレンズ光軸に対し斜めに研磨され、反射膜１１５の反射面は無稼動状態においてこの端面１１４ａとレンズ光軸に対して平行に相対するような角度に調整されている。なお、無稼動状態とは、初期状態であり、反射膜１１５を稼動させていない状態のことを示す。
【００６６】
図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタは、反射膜１１５のレンズ光軸に対する角度がＭＥＭＳ部１３０により制御され、光ファイバ１１２と光ファイバ１１３の光結合効率を可変にすることにより、可変減衰器としての利用が可能となる。なお、ＭＥＭＳ部１３０は、ガイドピンを挿入するための挿通穴１３２が形成され、この挿通穴１３２にガイドピンを挿通させることにより光ファイバ集合器１１０、レンズ集合器１１１に結合される。
【００６７】
光ファイバ１１２の外径は１２５μｍで、レンズ１１４は、外径が３７５μｍ、コア径３２５μｍのＧＩファイバであり、このレンズ１１４の中心線上のレンズ長は１.２６ｍｍである。なお、本実施例では、光ファイバ集合器１１０にSMファイバが横一列に１６心配置され、レンズ集合器１１１にＧＩファイバが横一列に８心配置された８チャンネル構成とした。この構成では、２本の光ファイバ１１２を、１つのＧＩファイバからなるレンズ１１４がカバーしていることになる。また、光ファイバ１１２とレンズ１１４は、接触した位置で一体化することも可能であるし、所定の間隔を開けて一体化することも可能である。
【００６８】
レンズ１１４の端面１１４ａは、レンズ光軸に対し１．３°の角度で研磨されている。反射膜１１５は、その反射面が、初期状態において、端面１１４ａとほぼ平行に相対するような角度に設定する。なお、レンズ１１４の端面１１４ａは、レンズ集合器１１１にレンズ１１４を配置固定させた後、レンズ集合器１１１の端面をレンズ光軸に対し所定の角度で研磨することにより、研磨される。また、レンズ集合器１１１の光ファイバ集合器１１０側の端面と、光ファイバ集合器１１０のレンズ集合器１１１側の端面は、光軸に対して８°の角度で研磨が施されている。これは、十分な反射減衰量を得る為である。
【００６９】
レンズ集合器１１１のレンズ１１４の上部には、レンズ１１４に１対１で対応する銅製のＬ字型電極１４０がインサート成型により形成されている。なお、レンズ１１４の反射膜１１５側の端面には反射防止膜が施されている。
【００７０】
レンズ集合器１１１の反射膜１１５側には、レンズ１１４と電極１４０を取り囲む形状の金属製の枠１４２が設けられている。これは、MEMS部１３０をガイドピンで組み合わせた後、レンズ集合器１１１と反射膜１１５をハンダで固定することにより、ビームが伝搬する空間を外部空間からハーメチック構造とする為である。なお、ハーメチック構造とするために、ＭＥＭＳ部１３０の反射膜１１５とは逆側の端面には、ガラス板１３４が取り付けられている。
【００７１】
ＭＥＭＳ部１３０は、上部活性層の厚さが２８μｍ、中間活性層の厚さが２μｍ、支持基板の厚さが３００μｍ、中間絶縁層の厚さ１μｍの２層SOIウェーハーを用いている。このSOIウェーハーは、上部活性層に窓が形成され、中間活性層には反射膜１１５が形成されている。
【００７２】
上部活性層はビーム伝搬空間を作る為のスペーサとして機能する。反射膜１１５は、その反射膜１１５に対応する支持基盤の部位を、支持基板裏面よりエッチングを行い、貫通穴が形成されることにより回転可能な構造としている。なお、反射膜１１５の表裏面には、金のコーティングが施されている。また、反射膜１１５に対応する支持基板の部位に形成された貫通穴は、陽極接合用ガラス基板をＭＥＭＳ部１３０の反射膜１１５と逆の端面に陽極接合させて塞ぐ構造となっている。
【００７３】
上述した図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタでは、まず、レンズ集合器１１１から出射されたビームが、レンズ集合器１１１と反射膜１１５の間に存在する２８μｍの空間を伝搬される。続いて、反射膜１１５で反射され、再び２８μｍの空間を伝搬されてレンズ１１４に戻るが、初期状態ではＯＵＴポートの光ファイバ１１３に光結合されない構成となっている。またこのビームの伝搬空間は、上述したように、外部空間とは分離されており、ハーメチック封止空間となっている。
【００７４】
次に、図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタの具体的な実施例について説明する。レンズ集合器１１１のGIファイバからなるレンズ１１４から出射されたビームは、レンズ集合器１１１の出射される端面１１４ａがレンズ１１４の光軸に対し１．３°の角度で研磨されている為、研磨角度方向に約０.５８°の角度で放射される。レンズ１１４から放射されたビームは、続いて２８μｍの空間を伝搬し、１.８８°（０.５８°＋１.３°）に調整された反射膜１１５で反射される。反射膜１１５で反射されたビームは、再び２８μｍの空間を伝播した後、レンズ１１４に入射される。
【００７５】
この実施例ではビームスポットサイズが約１００μｍであり、反射膜１１５を１.８８°の角度に調整すると、光結合損失は約４５dBである。すなわち、初期状態で４５dBの光パワーを減衰させている。このレベルは光信号遮断に相当する値である。
【００７６】
この初期状態からレンズ集合器１１１の電極に電圧を印加すると、反射膜１１５は印加電圧に応じて角度が回転され、光結合効率が上がっていく。この実施例での印加電圧と光結合効率（図１３ではLossと示す）の関係を図１３に示す。印加電圧がゼロの場合、Lossの値は４５dBであるが、印加電圧を徐々に上げ、５８ＶになるとLossの値は０dB（光結合効率１００％）となる。なお、それ以上（図１３では５８Ｖ以上）の印加電圧では、反射膜１１５がpull-inして、遮断状態となる。つまり、光結合効率は０％となり、Lossの値は４５dB以上となる。
【００７７】
この高印加電圧での遮断状態（図１３では５８Ｖ以上の状態）は、例えば、緊急時の光信号遮断に利用することが出来る。また、印加電圧がゼロの場合の遮断状態は、４５dBの減衰であり、ハイパワーの光信号を遮断する必要が生じたとき、もしくはそれ以上の遮断を行いたいときに使用することも出来る。
【００７８】
上述したように、図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタは、初期状態では光結合効率が低く、この状態から反射膜１１５の角度を調整することで光結合効率を高くする構成である。このため、ＭＥＭＳ部１３０に供給される電源が遮断された場合は、初期状態の光結合効率が最も低い状態となり、光信号の伝搬を遮断することができる。特にシステムの電源断等の非常時には、光信号の伝搬を遮断する必要が多いため、図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタは有効な構成となる。
【００７９】
次に図８と９は、２個の光ファイバ集合器と２個のレンズ集合器によって、ちょうど図５で示す光ファイバ集合器とレンズ集合器のペアを対向した配置で、一体化した斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す。
【００８０】
図８は、出射側のレンズ集合器１１１と受光側のレンズ集合器１１７が所定の空間を開けて配置されている。通常は、この間隔は１００μｍ以下である。この間隔は、ガイドピンに所定の寸法のスペーサ等を装入することで実現できる。
また、本実施例では、光ファイバ集合器とレンズ集合器（部材番号１１０と１１１、及び、１１６と１１７）は接触した位置に配置されているが、所定の間隔を開けて配置することも可能である。
各部材は、ガイドピンと必要に応じてスペーサを使用して、光ファイバ集合器１１０、レンズ集合器１１１、レンズ集合器１１７、光ファイバ集合器１１６の順番に、位置合わせされて一体化される。
【００８１】
ＩＮ＃１ポートから入射し、光ファイバ１１２中を伝搬した光ビームは、光ファイバの光軸からは斜めにレンズ１１４及びレンズ１２０を進み、光ファイバ１１９へ入射する。そして、光ファイバ１１９中を伝搬して、ＯＵＴ＃１ポートへ到達する。
同様に、ＩＮ＃２ポートから入射し、光ファイバ１１３中を伝搬した光ビームは、光ファイバの光軸からは斜めにレンズ１１４及びレンズ１２０を進み、光ファイバ１１８へ入射する。そして、ひかりファイバ１１８を伝搬して、ＯＵＴポート＃２へ到達する。
【００８２】
以上によって、この実施例の斜出射型機能性光ファイバコネクタでは、所定の光ファイバから所定の光ファイバへ光を伝達するマルチチャンネルの光接続器としての機能を果たすことが可能である。
【００８３】
図９に示す実施例では、出射側のレンズ集合器１１１と受光側のレンズ集合器１１７が、誘電体多層膜１２１を介して接触した配置になっている。つまり、両レンズ集合器の間には、空間は開いていない。その他は、図８に示す実施例と同じ構成となっている。
この誘電体多層膜１２１は、λ１からλｎまでのｎ個の波長が多重された光ビームが入射された場合に、λｘの波長光だけを反射し、他の波長の光を透過する光学特性を有している。
【００８４】
まず図９（ａ）の実施例から説明する。
λ１からλｎまでのｎ個の波長が多重された光ビームが、ＩＮポートから入射して、光ファイバ１１２中を伝搬し、レンズ１１４へ入射する。光ファイバ１１２とレンズ１１４光の中心軸がずれているので、入射した光ビームは、レンズ１１４の中を光ファイバ１１２の光軸に対して斜めに進み、誘電体多層膜１２１に達する。
【００８５】
光波長がλｘの光ビームは、誘電体多層膜１２１で反射され、レンズ１１４内を反対方向に斜めに進み、光ファイバ１１３へ達する。そして、光ファイバ１１２で入射したときとは１８０度方向を変えて、光ファイバ１１３内を伝搬し、ＤＲＯＰポートへ達する。
【００８６】
また、波長λｘ以外のλ１からλｎの波長の光は、誘電体多層膜１２１を透過した後、レンズ１２０を斜めに進み、光ファイバ１１９へ入射する。光ビームは、光ファイバ１１９の中を、光ファイバ１１２での進行方向と同じ方向に伝搬し、ＯＵＴポートへ達する。
よって、図９（ａ）の実施例においては、マルチチャンネルの分波器（ドロップフィルタ）の機能を果たすことが可能である。
【００８７】
次に図９（ｂ）の実施例に関して説明を行う。
波長λｘを除いたλ１からλｎの波長の光が、INポートから入射して、光ファイバ１１２の中を伝搬し、レンズ１１４へ到達する。波長λｘ以外の波長の光は、誘電体多層膜１２１を透過するので、INポートから入射した光ビームは、すべて、レンズ１２０中を斜めに進み、光ファイバ１１９へ入射する。光ビームは、光ファイバ１１９の中を、ファイバ１１２での進行方向と同じ方向に伝搬し、ＯＵＴポートへ達する。
【００８８】
一方、ADDポートから入射した波長λｘの光ビームは、光ファイバ１１８中を、上述の波長λｘを除いたλ１からλｎの波長の光ビームと180度反対向きに進む。そして、レンズ１２０に入射し、レンズ１２０中を斜めに進み、誘電体多層膜１２１に到達する。
【００８９】
ここで誘電体多層膜は、左右対称の光学特性を有するので、波長λｘの光ビームは誘電体多層膜１２１で反射され、光ビームは、レンズ１２０中を反対方向に斜めに進み、光ファイバ１１９へ入射する。ここで、波長λｘの光ビームは、INポートから入射した波長λｘを除いたλ１からλｎの波長の光ビームと合波され、光ファイバ１１９中を進み、OUTポートへ達する。
【００９０】
従って、図９（ｂ）の実施例においては、マルチチャンネルの合波器（アドフィルタ）の機能を果たすことが可能である。
以上のように、図９（ａ）（ｂ）に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタにおいては、非常に小型なマルチチャンネルの合分波器（アドドロップフィルタ）を供給することが可能であり、DWDM通信システムで重要な役割を果たすことが期待できる。
【００９１】
次に、図１０に、斜出射型機能性光ファイバコネクタによる２４チャンネルの合分波器の実施例を示す。
図１０（ａ）に、縦４本ｘ横１２本＝計４８本の外径１２５μｍの光ファイバ１０２を、縦２５０μｍｘ横５００μｍのピッチで、ＭＴコネクタにマトリックス状に配置した光ファイバ集合器１０３を示す。図１０（ｂ）に、縦２個ｘ横１２個＝計２４個の外径３７５μｍの全コアＧＩファイバ製レンズ１０６を、縦５００μｍｘ横５００μｍのピッチで、ＭＴコネクタにマトリックス状に配置したレンズ集合器１０５を示す。
【００９２】
このレンズ集合器１０５構成する各々のレンズ１０６に、それぞれ異なった波長を反射するフィルタを誘電体多層膜蒸着によって形成させると、ひとつの斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、２４チャンネル合分波器の機能を果たすことが可能である。
また、蒸着するフィルタの波長特性を、全てλｘだけ反射させるものとした場合には、２４本の波長多重された光ファイバ線路から、一括してλｘの波長の光だけを取り出し、または、加えるという単一波長の２４チャンネル合分波器の機能を、ひとつの斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、果たすことが可能である。
【００９３】
更に、このフィルタ部分を、両面ミラーの機能を果たすフィルタに変えて、アクチュエータにて出し入れ可能にする場合には、２４チャンネル光スイッチの機能を、ひとつの斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、果たすことが可能である。
従って、本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタによって、非常にコンパクトなDWDM通信をはじめとする光通信用部品を提供することができる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明においては、従来の多心コネクタを利用して、アレイ状の光調整手段を備えた機能的多心光コネクタを提供する。本発明では従来から使用されているMTコネクタの技術を応用することで、小型化した機能的コネクタを提供することができる。
また、小型化することにより、組み立て、製造工程の複雑化が問題になるが、MTコネクタのガイドピンによる多心コネクタと光特性調整手段を一括位置決めすることができ、組み立てが簡単で、単純な工程で機能的コネクタが実現できる。
【００９５】
また、コリメータをMTコネクタのフェルールに内蔵したため、全コリメータの対向間距離を一度に揃えることが可能で、また、コネクタ間に挿入される光コネクタ調整手段の厚さによって対向間距離を調整することが出来、更に光ファイバの取り回しが容易で、従来のようなチップ上にファイバガイドを設けたような集積型調整素子やAWGで問題になる、ファイバの固定の難しさや、取り回しの不便さによる付加損失、フアイバの破断と言った問題を解消した。すなわち、本発明によって光特性調整器のアレイ化もしくは並列化、小型化、製造の容易性、工程の単純化の全てが一度に達成できる。
【００９６】
更に、光ファイバをマトリックス状に配置した光ファイバ集合器と、この光ファイバの外径よりも大きい外径を有するＧＩファイバからなるレンズを、マトリックス状に配置したレンズ集合器を組み合わせた斜出射型機能性光ファイバコネクタにおいては、レンズの破損の恐れも少なく、他の光ファイバ集合器やレンズ集合器との対向間距離を合わせることも容易になる。また、ひとつのレンズで複数の光ファイバをカバーできるので、レンズの数を減らすことが可能であり、レンズ集合器のフレームの作成も容易になり、フレーム材料の選択の余地も広がる。
【００９７】
更に、本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタに、様々な種類のフィルタを組み合わせることによって、180度折り返し光導波路、合分波器、光スイッチ等の非常にコンパクトなマルチチャンネル光部品を提供することが可能であり、ＤＷＤＭ通信システム等への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として遮光板を組みこんだ機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図２】本発明の他の実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として櫛形アクチュエータを備えた遮光板を組みこんだ機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図３】本発明の他の実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として液晶を利用した機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図４】本発明の他の実施例として、対向するMTコネクタ間に光調整手段として誘電体多層膜を利用した機能性光ファイバコネクタの概要を示す図。
【図５】本発明の斜出射型機能性光ファイバコネクタの基本構成を示す概略図。
【図６】光ファイバ集合器とレンズ集合器がガイドピンで位置合わせされた場合の光ファイバとレンズの位置関係を示す図。
【図７】ひとつの光ファイバ集合器とひとつのレンズ集合器による斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す図。
【図８】2個の光ファイバ集合器と2個のレンズ集合器が、図５に示す光ファイバ集合器とレンズ集合器のペアを対向した配置にされた斜出射型機能性光ファイバコネクタの実施例を示す図。
【図９】図８の場合の斜出射型機能性光ファイバコネクタにおいて、レンズ集合器とレンズ集合器の間に、フィルタを挿入した場合の実施例を示す図。
【図１０】斜出射型機能性光ファイバコネクタによる２４チャンネルの合分波器の実施例を示す図。
【図１１】従来のシングルモードの光ファイバ間に吸収膜フィルタを挿入して遮光する場合を示す図。
【図１２】ひとつの光ファイバ集合器とひとつのレンズ集合器による斜出射型機能性光ファイバコネクタを示す図であり、図１２（ａ）はそのレンズ集合器を示す斜視図、図１２（ｂ）はその反射膜を示す斜視図、図１２（ｃ）は概略断面図である。
【図１３】図１２に示す斜出射型機能性光ファイバコネクタの印加電圧と光結合効率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２ 光ファイバ
３，４ フェルール
３１、３２ コネクタのピン穴
４１、４２ コネクタのガイドピン
５５ 厚さ勾配があるフィルタ
５１、５２ 光調整手段のガイド孔
６ 櫛形アクチュエータを用いた遮光板の光調整手段
６０ 遮光板
６１、６２ ピン孔
６３、６４ 上下の櫛形アクチュエータ
６５ スプリング
６６ 光ビーム
７ 液晶を備えた光調整手段
７１、７２ ピン孔
８ 誘電体多層膜を備えた光調整手段
８１，８２ ピン孔
１０１ 光ファイバテープ
１０２ 光ファイバ
１０３ａ フェルール
１０３ 光ファイバ集合器
１０４，１０７ ガイドピン用穴
１０５ レンズ集合器
１０６ レンズ
１１０，１１６ 光ファイバ集合器
１１１，１１７ レンズ集合器
１１２，１１３ 光ファイバ
１１４，１２０ レンズ
１１４ａ 端面
１１５ 反射膜
１１８，１１９ 光ファイバ
１３０ ＭＥＭＳ部
１３２ 挿通穴
１３４ ガラス板
１４０ 電極
１４２ 枠
Claims (21)
- 出射側の光ファイバアレイから出射された光ビームを、受光側の光ファイバアレイで受光する下記の部材を備えたことを特徴とする機能性光ファイバコネクタ。
（ａ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する出射側の光ファイバアレイと、
（ｂ）光ファイバとレンズを一体化したコリメータ機能を有する受光側の光ファイバアレイと、
（ｃ）前記出射側の光ファイバアレイと前記受光側の光ファイバアレイとの間に挿入された光ビームを調整する光調整手段と、
（ｄ）前記出射側と、前記受光側の各光ファイバアレイ及び前記光調整手段を一体化する手段。 - 前記光ファイバアレイと前記光調整手段を一体化する手段は、前記光ファイバアレイの一方に固定されたガイドピンと他の光ファイバアレイに設けられたガイドピン穴であることを特徴とする請求項１記載の機能性光ファイバコネクタ。
- 前記出射側の光ファイバアレイと受光側の光ファイバアレイが、レンズとしてコアが略2乗分布屈折率分布を持つグレーデッドインデックスファイバ（GIファイバ）をシングルモードファイバの先端に融着接続した光ファイバアレイであることを特徴とする請求項１又は２記載の機能性光ファイバコネクタ。
- 前記出射側のコリメータから出射される光ビームが広がり角度±２度以内の並行光線とし、光軸方向の軸ずれによる付加損失を小さくするためコリメータの作動距離の２倍±１０００μｍ以内で前記受光側の光ファイバを対向させ、その寸法に相当する厚みの光調整手段を、前記入射側の光ファイバと受光側の光ファイバとの間に配置したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の機能性光ファイバコネクタ。
- 前記光調整手段が、アクチュエータで光ビームに対する位置を調節可能な遮光板であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の機能性光コネクタ。
- 前記遮光板が、金属の薄膜をスパッタした板状金属シリコンであることを特徴とする請求項５記載の機能性光コネクタ。
- 前記光調整手段が、入射光を調節できる液晶板であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の機能性光コネクタ。
- 前記液晶はＳＴＮ又はＴＦＴであることを特徴とする請求項７記載の機能性光コネクタ。
- 前記光調整手段が、誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の機能性光コネクタ。
- 複数の光ファイバが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつの光ファイバ集合器と、前記光ファイバの外径よりも大きな外径を有する複数のレンズが並列又はマトリックス状に配置され一体化された少なくともひとつのレンズ集合器と、を備え、
前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器がガイドピンによって位置合わせされ一体化されたことを特徴とする斜出射型機能性光ファイバコネクタ。 - 前記レンズはコアが略２乗分布屈折率分布を持つグレーデッドインデックスファイバ（GIファイバ）であることを特徴とする請求項１０に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記光ファイバと前記レンズの中心軸の位置が異なり、前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器が接触した位置で一体化されたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記光ファイバと前記レンズの中心軸の位置が異なり、前記光ファイバ集合器と前記レンズ集合器が間隔を空けた位置で一体化されたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- ひとつの前記光ファイバ集合器と、ひとつの前記レンズ集合器と、を備え、前記レンズの前記光ファイバと対向する面と反対側の面に、光を反射する金属材料又は誘電体多層膜による反射膜を備えたことを特徴とする請求項１０から１３の何れか１項に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記レンズは、前記反射膜側の端面がレンズ光軸に対して斜めに研磨され、該反射膜はレンズ光軸に対する角度が無稼動状態において光結合損失が生じるように設定されることを特徴とする請求項１４記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 出射側光ファイバ集合器と受光側光ファイバ集合器からなる２個の前記光ファイバ集合器と、出射側光レンズ集合器と受光側レンズ集合器からなる２個の前記レンズ集合器と、を備え、前記出射側光ファイバ集合器、前記出射側光レンズ集合器、前記受光側レンズ集合器、前記受光側光ファイバ集合器の順に配置され一体化されたことを特徴とする請求項１０から１３の何れか１項に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器が間隔を空けた位置で一体化されたことを特徴とする請求項１６に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器の対向する前記レンズの間に、誘電体多膜層のフィルタを隙間無く挿入したこと特徴とする請求項１６または１７に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記フィルタが前記対向するレンズに応じて異なった波長特性を有する請求項１８に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記出射側光レンズ集合器と前記受光側レンズ集合器の対向する前記レンズの間に、両面ミラーの機能を果たすフィルタを隙間無く挿入したこと特徴とする請求項１６または１７に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
- 前記両面ミラーの機能を果たすフィルタが、アクチュエータで光ビームに対する位置を調節可能なフィルタであることを特徴とする請求項２０に記載の斜出射型機能性光ファイバコネクタ。
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