JP2005099493A - Optical receptacle and its assembling method, and optical connector and optical module using same - Google Patents
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Description
本発明は、光通信用モジュール等に使用される光レセプタクルおよび光コネクタと、その製造方法に関するものである。 The present invention relates to an optical receptacle and an optical connector used for an optical communication module and the like, and a manufacturing method thereof.
光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている(特許文献1参照)。 An optical module for converting an optical signal into an electrical signal has a structure in which an optical element such as a semiconductor laser or a photodiode is housed in a case, and the optical signal is introduced or derived through an optical fiber (Patent Document). 1).
上記光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図4に示すような光レセプタクル14の一端に光素子22を備えるとともに、他端に光コネクタ(SCコネクタ等)のプラグフェルール15を接続するものである。
A receptacle-type optical module in which a connector is connected among the optical modules includes an
上記光レセプタクル14は、図4に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール17と、該フェルール17の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ18を挿入固定して得られたファイバスタブ16の後端部をホルダ20に圧入により固定し、先端部をスリーブ19の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース21に圧入又は接着固定することによって構成されている。
As shown in FIG. 4, the
また、上記スリーブケース21はその後端側をホルダ20に圧入して固定しており、そのため、スリーブケース21のうちプラグフェルール15をスリーブ19へ導く挿入部19aの内径D2は、スリーブ19内径D1よりも大きく設定されており、スリーブ19内径D1に干渉しないように圧入または接着固定されている。
Further, the
このときフェルール17の外径は、SCコネクタを接続するタイプのものがφ2.5mm程度、LCコネクタを接続する小型タイプのものがφ1.25mm程度で、外径公差は±1μm以下で、その貫通孔に備えられた光ファイバ18の外径は125μm程度で、外径公差は±1μm程度とJIS規格やIEC規格等で規定されているが、従来から、光ファイバ18の中心に形成された光信号を伝搬する直径10μm程度のコア(不図示)同士を損失の少ない接続とするため、スリーブ19、フェルール17等は高精度に加工されており、スリーブ19によってファイバスタブ16及びプラグフェルール15を安定且つ高精度に保持する構造となっている。
At this time, the outer diameter of the
さらに、上記ファイバスタブ16における光ファイバ18の端面は、当接時の接続損失を減らすために曲率半径5〜30mm程度の曲面に鏡面研磨されており、反対側の端面は、LD等の光素子22から出射された光が光ファイバ18の先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、光ファイバ18を挿通するフェルール17とともに4〜10°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
しかしながら近年、光軸と垂直方向にプラグフェルールにかかる荷重に対する光通信用モジュールの出力安定性(ウイグル特性)が重要視されてきており、図4に示す従来構造であるとその荷重がスリーブ19に直接かかる構造となっている。 However, in recent years, the output stability (wiggle characteristics) of the optical communication module with respect to the load applied to the plug ferrule in the direction perpendicular to the optical axis has been regarded as important. With the conventional structure shown in FIG. It has such a direct structure.
これは、従来の図4に示すような光レセプタクル14は、スリーブケース21の後端側の外周をホルダ20で覆うように圧入固定や接着固定しているため、これらの内・外径同芯の加工精度のため、スリーブケース21の内径D2とスリーブ19の内径D1の干渉を防ぐためにD2をD1よりかなり大きく設定しなければならなかった。
This is because the conventional
そのため、プラグフェルール15に光軸と垂直方向にかかる荷重による力がスリーブ19に直接かかり、上記のスリーブケース21の内径D2に接するまでスリーブ19は容易に変形する。このことにより、光ファイバ18とプラグフェルール15に固定された光ファイバのPC接合が、容易に外れやすく、接合部の反射あるいは接続損失が悪化するという問題があった。その荷重によりスリーブが割れるという問題があった。
Therefore, the force due to the load applied to the
上記に鑑みて本発明の光レセプタクルは、フェルールの貫通孔に光ファイバを固定してなるファイバスタブの後端部をホルダに圧入固定するとともにファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブを上記ファイバスタブの先端部に保持し、上記スリーブの外周をスリーブケースで保持するとともにスリーブケース外周の後端側をホルダで保持してなる光レセプタクルであって、上記スリーブケース外周の後端側とホルダとの間にクリアランスを有することを特徴とする光レセプタクルであり、スリーブケースの内径とスリーブの内径の差を小さくし、かつスリーブケースの内径が、スリーブの内径に干渉しないように調整後、接着材・半田または溶接により固定されていることを特徴とする光レセプタクルである。 In view of the above, the optical receptacle of the present invention holds the plug ferrule connected to the front end surface of the fiber stub while pressing and fixing the rear end portion of the fiber stub formed by fixing the optical fiber in the through hole of the ferrule to the holder. An optical receptacle in which a sleeve for holding the fiber sleeve is held at the tip of the fiber stub, the outer periphery of the sleeve is held by a sleeve case, and the rear end side of the sleeve case outer periphery is held by a holder. An optical receptacle characterized by having a clearance between the rear end side and the holder, reducing the difference between the inner diameter of the sleeve case and the inner diameter of the sleeve, and preventing the inner diameter of the sleeve case from interfering with the inner diameter of the sleeve. After being adjusted, the optical receptacle is fixed by adhesive, solder or welding A.
本発明の光レセプタクルによれば、フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定したファイバスタブの後端部をホルダに固定し、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブに、上記ファイバスタブの先端部を保持してなる光レセプタクルにおいて、プラグフェルール導入のためのスリーブケース内径位置をスリーブ内径に干渉しないように光軸と垂直方向に移動調整後、固定できるため、図4のD2とD1の差が50um以下のものであってもそれぞれの内径が互いに干渉しないため、ウイグル特性を大幅に改善することができる。 According to the optical receptacle of the present invention, the rear end portion of the fiber stub in which the optical fiber is inserted and fixed in the through-hole of the ferrule is fixed to the holder, and the sleeve for holding the plug ferrule connected to the front end surface of the fiber stub is provided. In the optical receptacle formed by holding the tip of the fiber stub, the inner diameter position of the sleeve case for introducing the plug ferrule can be fixed after being adjusted in the direction perpendicular to the optical axis so as not to interfere with the inner diameter of the sleeve. Even if the difference between D2 and D1 is 50 μm or less, the inner diameters do not interfere with each other, so that the Uyghur characteristics can be greatly improved.
また同時にスリーブの変形量を抑えることができ、スリーブの割れを防ぎ、信頼性を向上させることができる。 At the same time, the amount of deformation of the sleeve can be suppressed, cracking of the sleeve can be prevented, and reliability can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図であり、フェルール2の貫通孔に光ファイバ3を固定してなるファイバスタブ1の後端部をホルダ5に圧入固定するとともにファイバスタブ1の先端面に接続されるプラグフェルール10を保持するためのスリーブ4を上記ファイバスタブ1の先端部に保持し、上記スリーブ4の外周をスリーブケース6で保持するとともにスリーブケース6外周の後端側をホルダ5で保持してなるものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an optical receptacle of the present invention, in which a rear end portion of a fiber stub 1 formed by fixing an
ここで、本発明の光レセプタクル7は、スリーブケース6外周の後端側とホルダ5との間にクリアランスAを有することを特徴とするものである。
Here, the
このクリアランスAによって、光ファイバ3の光軸と垂直方向にスリーブケース6とホルダ5を移動させ、位置調整できる構造とすることができる。そのため、ファイバスタブ1に挿入固定したスリーブ4とスリーブケース6の内径中心が合致しなくてもスリーブケース6の位置をクリアランスAの範囲で移動させて調整することで両者の内径中心を一致させることができ、この光レセプタクル7を用いて光コネクタ、光モジュールを作製した際に光ファイバ同士を高精度に接続することができる。
With this clearance A, the
また、この位置調整は、例えばプラグフェルール10側からカメラでスリーブ4の内径とスリーブケース6の内径を観察しながらそれらの内径同士が干渉しないように調整を行い、その後、接着固定、または半田、溶接固定を行うことができる。
In addition, this position adjustment is performed by, for example, observing the inner diameter of the sleeve 4 and the inner diameter of the
また、このようにクリアランスAを有する光レセプタクル7の組立方法として、図2に示すように、上記スリーブケース6に予めプラグフェルール10と同等または大きい外径を有する調整ピン8を挿入するとともに、上記スリーブ4に調整ピン8を挿入し、その状態でスリーブ4にファイバスタブ1の先端部を挿入して位置決めして固定することが好ましい。
As an assembly method of the
この方法により、スリーブケース6の内径とスリーブ4の内径の寸法に干渉することなく容易に固定することができる。
By this method, the
これは、図1に示すようにスリーブケース6の先端部に、プラグフェルール10をスリーブ4へ導くための挿入部6aの内径D2と、スリーブ4の内径D1の差を50μm以下の小さな値として高精度な位置調整が可能となる。したがって、プラグフェルール10に光軸と垂直方向にかかる荷重による力がスリーブ4にかかった場合でも、プラグフェルール10の外径とスリーブケース6の内径D2の差が小さいため、プラグフェルール10がスリーブケース6の挿入部6aに接触し、スリーブ4に挿入されていてもスリーブ4の変形は非常に小さなものとなり、光ファイバ3とプラグフェルール10の光ファイバ同士のPC接合を保持し、接合面での反射、また接続損失の変動を抑制することができる。また、荷重によってスリーブ4が変形し、割れが生じることを有効に防止することができる。
As shown in FIG. 1, the difference between the inner diameter D2 of the insertion portion 6a for guiding the
また、調整ピン8はスリーブ4への挿入性と加工精度の面でセラミックからなることが好ましい。その外径寸法については、スリーブ4への挿入性も考慮し、SCコネクタを接続するタイプのものには、φ2.500〜2.510mm程度、MUまたはLCコネクタを接続するタイプのものには、φ1.250〜1.260mm程度のものが好ましい。
The
このような光レセプタクル7に用いられるスリーブケース6の形状として、図3(a)、(b)、(c)に示すように、スリーブケース6の外周の後端側にホルダ5の外周側の先端面と接合するツバ部25を形成することが好ましい。
As the shape of the
このツバ部25は、例えば図3(a)、(b)に示すように、スリーブケース6の後端面から所定距離の位置にその外周上に突出するツバ部25を形成し、スリーブケース6のツバ部25の後端側の外周とホルダ5との間にクリアランスAを設けたたものや、図3(c)に示すようにスリーブケース6の後端面をその外周上に突出するツバ部25を設けたものによって、スリーブケース6の後端面とホルダ5の内周側の先端面との間にクリアランスAを設けたもにによって、スリーブ4とスリーブケース6との同心度を調整できるとともに、スリーブケース6とホルダ5との接合面積を十分に保持し、安定した接合を行うことができる。
For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, the flange portion 25 forms a flange portion 25 protruding on the outer periphery at a predetermined distance from the rear end surface of the
なお、ツバ部25の最外径は、ホルダ5の外径と同等程度としておくことで、スリーブケース6をクリアランスAの範囲で調整しても十分に接合することができる。
In addition, even if the
また、ツバ部25を有する場合には、ホルダ5との接合面が容易に確認できかつ面接触となっているため、レーザー溶接または半田付けに適している。レーザー溶接の場合、スリーブケース6の材質についてはSUS304などの材質が好ましく、半田付けの場合には、スリーブケース6、ホルダ5上にニッケルメッキ、金メッキ等が施されていることが好ましい。
Moreover, when it has the collar part 25, since the joint surface with the
ここで、上記ファイバスタブ1を構成するフェルール2は、ステンレス、りん青銅等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチックス、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、特にジルコニアセラミックで形成することが好ましい。具体的には、ZrO2を主成分とし、Y2O3、CaO、MgO、CeO2、Dy2O3などの少なくとも一種を安定化剤として含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることが好ましく、このような部分安定化ジルコニアセラミックスは、優れた耐摩耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから、圧入によって固定する際に有利である。 Here, the ferrule 2 constituting the fiber stub 1 is made of a metal such as stainless steel or phosphor bronze, an epoxy, a plastic such as a liquid crystal polymer, or a ceramic such as alumina or zirconia, and is preferably formed of zirconia ceramic. Specifically, partial stabilization mainly comprising tetragonal crystals containing ZrO 2 as a main component and containing at least one of Y 2 O 3 , CaO, MgO, CeO 2 , Dy 2 O 3 and the like as a stabilizer. Zirconia ceramics are preferably used, and such partially stabilized zirconia ceramics are advantageous in fixing by press-fitting because they have excellent wear resistance and moderate elastic deformation.
上記フェルール2の加工方法としては、先ず、フェルール2を例えばジルコニアセラミックスから形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってフェルール2となる円柱状もしくは直方体形状の成形体を得、その後、該成形体を1300〜1500℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施す。なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。 As a processing method of the ferrule 2, first, when the ferrule 2 is formed from, for example, zirconia ceramics, a cylindrical or cuboid shaped body that becomes the ferrule 2 by a predetermined molding method such as injection molding, press molding, extrusion molding or the like in advance. After that, the molded body is fired at 1300 to 1500 ° C. and subjected to cutting or polishing to a predetermined dimension. Note that a predetermined shape may be formed in advance on the formed body by cutting or the like, and then fired.
ファイバスタブ3の先端部の端面8は、光コネクタとの接続損失を低減させるため曲率半径5〜30mm程度の曲面状に加工され、端面9はLD等の光素子から出射された光が光ファイバ3の端面で反射して光素子に戻る反射光を防止するため4〜10°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
The
さらにスリーブ4はジルコニア、アルミナ、銅などの材料からなっている。主には耐摩耗性を考慮して、ジルコニアなどのセラミックス材料からなることが多い。その加工方法としては、たとえばジルコニアなどのセラミックス材料により、形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってスリーブ4となる円筒状もしくは円柱状の成形体を得、その後、該成形体を1300〜1500℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施こす。なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。 Further, the sleeve 4 is made of a material such as zirconia, alumina, or copper. It is often made of a ceramic material such as zirconia, mainly considering wear resistance. As a processing method, for example, when forming with a ceramic material such as zirconia, a cylindrical or columnar molded body that becomes the sleeve 4 is obtained in advance by a predetermined molding method such as injection molding, press molding, extrusion molding, and the like. The molded body is fired at 1300 to 1500 ° C. and subjected to cutting or polishing to a predetermined size. Note that a predetermined shape may be formed in advance on the formed body by cutting or the like, and then fired.
また、スリーブ4の内径の表面荒さは挿入性を考慮して、算術平均粗さ(Ra)0.2μm以下が望ましく、ファイバスタブ1の外径とスリーブ4の内径公差は低い接続損失を得るため、±1μm以下が望ましく、スリーブ4の内径寸法はファイバスタブ1を確実に保持するために、0.98N以上の挿入力になるよう設計することが望ましい。 In addition, the surface roughness of the inner diameter of the sleeve 4 is preferably an arithmetic average roughness (Ra) of 0.2 μm or less in consideration of the insertability, and the tolerance of the outer diameter of the fiber stub 1 and the inner diameter of the sleeve 4 is to obtain a low connection loss. The inner diameter of the sleeve 4 is preferably designed to have an insertion force of 0.98 N or more in order to securely hold the fiber stub 1.
さらに、ホルダ5は、光モジュールとしてケース24(図4参照)と溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料からなっている。主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。
Furthermore, since the
さらにまた、スリーブケース6は、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチック、ジルコニア、アルミナなどの幅広い材料が用いられる。本発明では挿入ピンを通して固定するため、D2の大きさを高精度に加工制御できるセラミックなどが好ましい。またスリーブケース6をホルダ5へ溶接固定する場合は、SUS304などのステンレス材料が好ましく、半田固定の場合は、ホルダと同材質の金属が好ましい。
Furthermore, the
このような光レセプタクル7は、光コネクタとして好適に用いることができる。
Such an
光コネクタは、プラグフェルール10をファイバスタブ1に当接するようにスリーブケース6の挿入部6aよりスリーブ4へ挿入することで得ることができ、上述のようにスリーブケース6、スリーブ4の内径に関わらず、その中心が一致しているため、接続損失の小さい光コネクタを得ることができ、プラグフェルール10の外径D3とスリーブケー
ス6の挿入6aの内径D2の寸法差が50μm以下と非常に小さくすることができる。これにより、プラグフェルール10に光軸と垂直方向に荷重がかかった場合でも、スリーブ4に光軸に垂直な方向の荷重がかかっても位置ズレを生じることはなく、変形をおさえることができ、光ファイバ間の接続を安定させることができる。
The optical connector can be obtained by inserting the
また、光レセプタクル7におけるファイバスタブ1の後端側にレンズ、レーザーなどの光素子を備えたレセプタクル型光モジュールにおいても好適に用いることができ、上述と同様にレーザーからの光出力をプラグフェルール10に光軸と垂直方向に荷重がかかった場合でも安定してファイバ3からプラグフェルール10へ固定されているファイバへ安定した光出力を伝達することができる。
Further, the
次いで、本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
本発明実施例として、図1に示すLC光レセプタクルを作製した。その際、スリーブケース6の挿入部6aの内径D2とスリーブ4の内径D1の差を40μm±10μmに設定した。
As an example of the present invention, an LC optical receptacle shown in FIG. 1 was produced. At that time, the difference between the inner diameter D2 of the insertion portion 6a of the
ファイバスタブ1に用いたフェルール2は、ジルコニアセラミックスからなり、押し出し成形によって円筒状のセラミックス成形体を得て焼成工程で焼き固め、切削加工を行って図1に示す形状のフェルール試料を得た。 The ferrule 2 used for the fiber stub 1 is made of zirconia ceramics, a cylindrical ceramic molded body was obtained by extrusion molding, baked in a firing process, and cut to obtain a ferrule sample having the shape shown in FIG.
こうして得られたフェルール2の貫通孔に光ファイバ3を挿入固定し、先端面を曲率半径20mm程度の曲面に鏡面研磨し、反対側の後端部は、LD等の光素子から出射された光が光ファイバの先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、8°の傾斜面に鏡面研磨を行い、ファイバスタブ1とした。
The
そのファイバスタブ1の後端側を金属製のホルダ5へ圧入固定し、そのあとスリーブ4を挿入した。次いで、フランジを有したスリーブケース6を図2のように、LCコネクタのプラグフェルール外径1.249±0.0007mmより大きい外径寸法を有したピン8を挿入した状態でホルダ5へ挿入し、スリーブケース6とホルダ5を接着固定した。
The rear end side of the fiber stub 1 was press-fitted and fixed to a
また比較例として、スリーブケース6とホルダ5を圧入固定したレセプタクルを作製した。この場合各部品の同芯度の加工精度のため、スリーブケース6の内径D2とスリーブ4の内径D1の差を200umとした。
As a comparative example, a receptacle in which the
そして、上記により完成した光レセプタクル試料の先端側から光コネクタのプラグフェルールを挿入し、そのプラグフェルール10に光軸と垂直方向に荷重をかけ、接続損失、反射減衰量の測定を行った。
Then, a plug ferrule of an optical connector was inserted from the tip side of the optical receptacle sample completed as described above, and a load was applied to the
接続損失の測定結果を表1に示す。なお、表1中、値を▲で示したグラフは本発明実施例の接続損失を、値を■で示したグラフは比較例を示す。
表1より、本発明実施例の光レセプタクルでは、荷重600gfまでPC接合が保たれ、挿入損失を0.5dB以下を保持している。また、反射減衰量については40dB以上を保持していることを確認した。 From Table 1, in the optical receptacle according to the embodiment of the present invention, the PC junction is maintained up to a load of 600 gf, and the insertion loss is maintained at 0.5 dB or less. Further, it was confirmed that the return loss was maintained at 40 dB or more.
一方、比較例では、荷重が300gfを越えたあたりから接続損失が急激に増加している。また、荷重300gfでPC接合が外れ、反射減衰量が急激に低下することを確認した。 On the other hand, in the comparative example, the connection loss increases rapidly when the load exceeds 300 gf. In addition, it was confirmed that the PC bond was detached at a load of 300 gf, and the return loss was rapidly reduced.
1:ファイバスタブ
2:フェルール
3:光ファイバ
4:スリーブ
5:ホルダ
6:スリーブケース
6a:挿入部
7:光レセプタクル
8:調整ピン
10:プラグフェルール
14:光レセプタクル
15:プラグフェルール
16:ファイバスタブ
17:フェルール
18:光ファイバ
19:スリーブ
19a:スリーブケース挿入部
20:ホルダ
21:スリーブケース
22:光素子
23:レンズ
24:ケース
25:ツバ部
D1:スリーブ内径
D2:スリーブケース挿入部内径
D3:プラグフェルール外径
A:ホルダとスリーブケース間のクリアランス
1: Fiber stub 2: Ferrule 3: Optical fiber 4: Sleeve 5: Holder 6: Sleeve case 6a: Insertion portion 7: Optical receptacle 8: Adjustment pin 10: Plug ferrule 14: Optical receptacle 15: Plug ferrule 16: Fiber stub 17 : Ferrule 18: Optical fiber 19:
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Cited By (2)
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JP2007079422A (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Adamant Kogyo Co Ltd | Optical receptacle |
CN109633834A (en) * | 2019-01-12 | 2019-04-16 | 邱达飞 | A kind of fibre-optical splice |
-
2003
- 2003-09-25 JP JP2003333898A patent/JP2005099493A/en active Pending
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CN109633834A (en) * | 2019-01-12 | 2019-04-16 | 邱达飞 | A kind of fibre-optical splice |
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