JP2005134550A - Fiber stub, optical receptacle using the fiber stub, method for manufacturing the optical receptacle, and optical module using the optical receptacle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファイバスタブおよびそれを用いた光レセプタクルとその製造方法およびそれを用いた光モジュールに関するものである。 The present invention relates to a fiber stub, an optical receptacle using the fiber stub, a manufacturing method thereof, and an optical module using the fiber stub.
光信号を伝達する手段としては、光コネクタによる光ファイバ接続や、光モジュールにより光信号を電気信号に変換する方法などがある。 As means for transmitting an optical signal, there are an optical fiber connection by an optical connector, a method of converting an optical signal into an electric signal by an optical module, and the like.
光コネクタを使用する場合には、有害な反射戻り光損失を低減させるために、フェルール端面を7度以上傾斜した傾斜球面形状にすれば良いことが知られており、傾斜研磨時の傾斜球面頂点と光ファイバ間の軸心のズレを押さえるために、図4に示すような直円筒上先端部18と鋭角仕上げの面取りを持つ連結部19を有するフェルール17が考案された。(特許文献1、2参照)
また従来から、光信号を電気信号に変換するために、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、このケースを光ファイバの端面に対向して設け、光信号を光ファイバの端面に入射または出射し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような光学装置が開示されている。
When using an optical connector, it is known that the ferrule end face should have an inclined spherical shape with an inclination of 7 degrees or more in order to reduce harmful reflected return light loss. In order to suppress the axial misalignment between the optical fiber and the optical fiber, a
Conventionally, in order to convert an optical signal into an electrical signal, an optical element such as a semiconductor laser or a photodiode is accommodated in the case, and this case is provided to face the end face of the optical fiber, and the optical signal is transmitted to the optical fiber. An optical device is disclosed that enters or exits an end face and introduces or derives an optical signal through an optical fiber.
ここで、半導体レーザー素子をケース内に収容し、光信号を導出するものを発光モジュール、フォトダイオードをケース内に収容し、光信号を導入するものを受光モジュールと呼び、これらを総称して光モジュールと呼んでいる。 Here, a semiconductor laser element is housed in a case and an optical signal is derived from a light emitting module, and a photodiode is housed in the case and an optical signal is introduced into a light receiving module. It is called a module.
上記光モジュールのうち光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5に示すように光レセプタクル26の一端に光素子21を備えるとともに、他端に光コネクタを着脱自在に接続するものである。
The receptacle-type optical module to which an optical connector is connected among the optical modules includes an
上記光レセプタクル26は、ジルコニアからなるフェルール21と、フェルール21の内径に光ファイバ22を挿入固定して得られたファイバスタブ20の後端部をホルダ24に圧入、または接着などで固定し、先端部をスリーブ23の内径に挿入するとともに、ホルダ24にスリーブケース25を圧入、または接着、もしくは溶接等で固定することによって構成されている。
The
さらに上述の光レセプタクル26を用いて光モジュール33を構成する場合は、光レセプタクル26のファイバスタブ20を備えた後端面側に、光素子27とレンズ28を備えたケース29を溶接により接合し、光レセプタクル26のもう一方の端面側よりスリーブ23内に光コネクタプラグフェルール30を挿入し、ファイバスタブ20の端面20aとプラグフェルール30の端面30aとを当接させることにより光ファイバ22と光ファイバ31を接続し、光信号のやりとりを行うことができる。
Further, when the
フェルール21、光コネクタプラグフェルール30の外径は1〜3mm程度で、外径公差は±1μm以下で、その内径に備えられた光ファイバ22、31の外径は125μm程度で、外径公差は±1μm程度で中心には光信号が伝搬する直径10μm程度のコアがあり、該光ファイバ22及び31のコア同士を損失の少ない接続とするため、それぞれの部品は高精度に加工されており、スリーブ23によってファイバスタブ20及び光コネクタプラグフェルール30を安定且つ高精度に保持している。
The outer diameter of the
さらに、上記ファイバスタブ20の端面20aと光コネクタプラグフェルール30の端面30a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、ファイバスタブ20の反対側の後端傾斜部20bは、LD等の光素子27から出射された光が光ファイバ22の先端部で反射して光素子27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。
Further, the
また、上記ファイバスタブ20の後端傾斜部20bには、レーザー光源への反射戻り光を防止する為、光アイソレータ32を貼り付けている。
An
近年光モジュールの特性安定化および結合効率を上げるために、ファイバスタブ端面のキズや異物の付着状態を厳しく管理することが求めらている。
しかしながら、図4に示す従来の光コネクタに使用される直円筒上先端部18と鋭角仕上げの面取りを持つ連結部19を有するフェルール17は、主に有害な反射戻り光損失を低減させるためのフェルール端面を7度以上傾斜した傾斜球面形状にする光コネクタの場合に使用されるものであるため、光コネクタに適した形状になっており、光モジュールに使用される光レセプタクルに適した形状では無かった。
However, a
また、図5に示すような従来の光モジュールの場合、ファイバスタブ20の端面20a付近は密閉された構造となっているため、ファイバスタブ20の端面20aに付いた異物を除去することは非常に困難であり、清掃を行ったとしてもせいぜい異物を光ファイバ22付近からフェルール21の外周付近へ移動させる程度しか出来ずに、光モジュールの特性安定化および結合効率を上げる事が困難であるという問題があった。
Further, in the case of the conventional optical module as shown in FIG. 5, since the vicinity of the
さらに、光レセプタクル26を製造する際は、ファイバスタブ20の端面20aを治具等を用いて押してホルダ24にファイバスタブ20を固定することが多いが、この際にファイバスタブ20の端面20aに治具の当たったキズが付いてしまったり、治具についていた微細な異物がファイバスタブ20の端面20aに落ちたりしてしまい、光モジュールの特性を劣化させてしまうことが問題があった。
Further, when the
またさらに、従来の光コネクタに使用される直円筒上先端部18と鋭角仕上げの面取りを持つ連結部19を有するフェルール17では、ファイバスタブ20の端面20aを治具等を用いて押してホルダ24にファイバスタブ20を固定しようとしても、端面20aの径が小さくなっているために押す面積が小さくなり安定した固定が出来ない上、鋭角仕上げの面取り部が妨げとなり段付き部分を安定して押すことも不可能となり、光レセプタクルに採用することは不可能であった。
Furthermore, in the
上記に鑑みて本発明は、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において、上記ファイバスタブの先端面の外径を上記フェルールの外径よりも小径とした段付き部分を有することを特徴とするものである。 In view of the above, the present invention provides a fiber stub in which an optical fiber is inserted and fixed in a through-hole of a ferrule, and has a stepped portion in which the outer diameter of the distal end surface of the fiber stub is smaller than the outer diameter of the ferrule. It is a feature.
さらに、上記ファイバスタブの段付き部分の底面を軸に対して垂直な水平面状にしたことを特徴とするものである。 Furthermore, the bottom surface of the stepped portion of the fiber stub is formed in a horizontal plane perpendicular to the axis.
さらに、上記ファイバスタブの外径をR、上記段付き部分の小径部の外径をrとしたとき、0.3≦r/R≦0.9を満足することを特徴とするものである。 Further, when the outer diameter of the fiber stub is R and the outer diameter of the small diameter portion of the stepped portion is r, 0.3 ≦ r / R ≦ 0.9 is satisfied.
さらに、上記小径部の外径をr、上記段付き部分の長さをHとしたとき、
0.1≦H/r≦0.6を満足することを特徴とするものである。
Furthermore, when the outer diameter of the small diameter portion is r and the length of the stepped portion is H,
0.1 ≦ H / r ≦ 0.6 is satisfied.
さらに、上記ファイバスタブをホルダに固定してなることを特徴とするものである。 Further, the fiber stub is fixed to a holder.
また、上記光レセプタクルの製造方法であって、上記ファイバスタブの段付き部分を押して上記ホルダに固定することを特徴とするものである。 The optical receptacle manufacturing method is characterized in that a stepped portion of the fiber stub is pushed and fixed to the holder.
また、上記光レセプタクルを光素子を有するケースに取り付けたことを特徴とするものである。 The optical receptacle is attached to a case having an optical element.
本発明の構成によれば、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において、上記ファイバスタブの先端面がフェルールの外径より小さな径となる段付き形状であるために、ファイバスタブの端面に付いた異物を清掃によって上記段付き部分に落としこめ、端面の状態を清浄に保つことが出来るため、光モジュールの特性安定化および結合効率を上げることができる。 According to the configuration of the present invention, in the fiber stub in which an optical fiber is inserted and fixed in the through-hole of the ferrule, the tip surface of the fiber stub has a stepped shape having a diameter smaller than the outer diameter of the ferrule. The foreign matter attached to the end face can be dropped onto the stepped portion by cleaning and the end face state can be kept clean, so that the characteristics of the optical module can be stabilized and the coupling efficiency can be increased.
または、ファイバスタブの上記段付き部分を押してホルダにファイバスタブを固定した光レセプタクルであるために、ファイバスタブの端面に治具の当たったキズが付いてしまったり、治具についていた微細な異物がファイバスタブの端面に落ちたりすることが無くなり、高信頼性な光レセプタクルを実現することができる。 Or because the fiber stub is an optical receptacle in which the above-mentioned stepped portion of the fiber stub is pushed and the fiber stub is fixed to the holder, the end face of the fiber stub may be damaged by a jig, or fine foreign matter attached to the jig There is no possibility of falling on the end face of the fiber stub, and a highly reliable optical receptacle can be realized.
さらに、本発明の光モジュールは、上記光レセプタクルに、光信号を出射する光素子を収納したケースを取り付けたために、高信頼性で、低価格で、高性能な光モジュールを実現することができる。 Furthermore, since the optical module of the present invention is provided with a case containing an optical element that emits an optical signal in the optical receptacle, a high-reliability, low-cost, and high-performance optical module can be realized. .
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基いて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the 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る。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an optical receptacle of the present invention.
図2は、本発明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。 FIG. 2 is a side sectional view showing an optical module using the optical receptacle of the present invention.
図1に示すように、本発明の光レセプタクル10はフェルール2の中心に形成した貫通孔2aに光ファイバ3を挿入固定してなるファイバスタブ1と、そのファイバスタブ1の一方を固定するホルダ5と、ファイバスタブ1の先端面1aに接続されるプラグフェルール11を保持するためのスリーブ4に、ファイバスタブ1の他方を保持してなる。
As shown in FIG. 1, an
ファイバスタブ1は先端面1aがフェルール2の外径Rより小さな径となる小径部8を有する段付き部分7を有している。
The
上記段付き部分7を有することにより、ファイバスタブ1の先端面1aに付いた異物を清掃によって上記段付き部分7の底面7aに落としこむことが可能となり、先端面1aの状態を清浄に保つことが出来る。
By having the
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ス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。
The
上記フェルール2の加工方法としては、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、その成形体を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
ファイバスタブ1の先端面1a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、後端部の端面はLD(レーザダイオード)等の光素子12から出射された光信号が光ファイバ3の端面で反射して光素子12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
上記ファイバスタブ1の段付き部分7の底面7aは軸に対して垂直な水平面状とし、かつ連結部9と底面7aは直角とすることが望ましい。
It is desirable that the
光レセプタクルを製造する際は、ファイバスタブの端面を治具等を用いて押してホルダ5にファイバスタブ1を固定することが多いため、図3に示すように底面7aが軸に対して垂直な水平である方が、この部分を利用して治具16等で押すことが可能となり、固定作業が容易となるためである。
When manufacturing an optical receptacle, the end face of the
また上記ファイバスタブ1は外径をR、段付き部分7の小径部8の外径をrとしたとき、0.3≦r/R≦0.9を満足するように形成することが望ましい。光レセプタクルを製造する際の、ファイバスタブ1の先端面1aを治具16等を用いて押してホルダ5にファイバスタブ1を固定する作業の容易さ、また先端面1aのキズや異物の付着状態を厳しく管理することを考えると、上記の値は小さい方が望ましいが、0.3より小さくなると光レセプタクル10に光コネクタを接続する際に必要なファイバスタブ1の先端面1aの面積が不足して、結合を悪化させてしまう恐れがある。
The
また0.9より大きい場合は、径差が非常に小さくなり、ファイバスタブ先端面1aに付いた異物を清掃によって上記段付き部分7に落としこむ効果が小さくなり、また、ファイバスタブ先端面1aを治具16等を用いて押してホルダ5にファイバスタブ1を固定する作業も困難になってしまう。
If it is larger than 0.9, the diameter difference becomes very small, and the effect of dropping foreign matter on the fiber
さらに上記ファイバスタブ1は段付き部分7の小径部8の外径をr、段付き部の長さをHとしたとき、0.1≦H/r≦0.6を満足するように形成することが望ましい。0.1より小さくなると、ファイバスタブ1を製造する際に行う先端面1aの研磨工程によって、段付き部分7が消滅してしまう恐れがある。0.6より大きい場合は小径部8が長くなるためファイバスタブ1の強度が低下して、治具16等を用いてホルダ5にファイバスタブ1を固定する作業時に破損してしまう恐れがある。
Further, the
またスリーブ4に把持される長さも短くなってしまうため、光レセプタクル10に光コネクタプラグフェルール11を接続した際に、ファイバスタブ1がぐらついて動き、損失を発生さてしまう恐れもある。
Further, since the length gripped by the
ホルダ5はファイバスタブ1の一方端部がスリーブケース6に収納されたスリーブ4に挿入固定された状態で、そのスリーブケース6の外周に嵌り込んで収納する円筒状の収納部5aと、その収納部5aのほぼ中心に形成しファイバスタブ1の他方端部が固定される貫通孔を有するファイバスタブ固定部5bとから成る。
The
ホルダ5は光モジュールとして図2の光素子12等を収納するケース14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が用いられるが、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。
Since the
スリーブ4は全体がスリーブケース6に完全に収納されており、その材質としてはジルコニア、アルミナ、銅などの材料が用いられるが、主に耐摩耗性を考慮して、ジルコニアセラミックス材料が用いられる。
The
また、スリーブ4の内径の表面荒さは挿入性を考慮して、Ra0.2μm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以上の圧入になるよう設計することが望ましい。
The surface roughness of the inner diameter of the
さらに、スリーブケース6は、後述のホルダ5と安定して接続させるためのものであり、耐摩耗性、溶接性を配慮する必要がないため、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が、主にはホルダ5と熱膨張係数を合わせ、信頼性を高めるため、ホルダ5と同様、ステンレスが用いられる。
図1に示す本発明の光レセプタクル10を用いて光モジュールを構成する場合は、図2に示すように光レセプタクル10のファイバスタブ1を備えた一方側に、光素子12とレンズ13を備えたケース14を溶接等により接合する。
Furthermore, the
When an optical module is configured using the
ここで、上記ファイバスタブ1の後端傾斜部20bには、レーザー光源への反射戻り光を防止する為、光アイソレータ15を貼り付けている。
Here, an
本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described.
本発明の実施例として図1に示す光レセプタクル10と比較例として図5に示す光レセプタクル26を作製した。
各ファイバスタブ1,20に用いたフェルール2,21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2と図5に示す形状のフェルール21を得た。
An
The
こうして得られたそれぞれのフェルール2,21に光ファイバ3,22を挿入固定し、先端面1a、20a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12,27から出射された光が光ファイバ3,22の端面で反射して光素子12,27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、ファイバスタブとした。
The
ついで得られたファイバスタブ1,20の先端側をスリーブ4,23へ挿入したものを、図1の本発明の実施例の場合はファイバスタブ1の段付き部分7の水平底面を治具16を用いて押してホルダ5へ圧入、比較例の試料はファイバスタブ20の先端面20aを治具16を用いて押してホルダ24へ圧入し、スリーブ23とスリーブケース25を取付け、光レセプタクル10、26を各20p作製した。
Then, the
そして作成した光レセプタクル10、26のファイバスタブ1,20の先端面1a、20aを、工業用綿棒にエタノールを染み込ませて1分間清掃を行い、400倍の顕微鏡を用いてファイバスタブ1,20の先端面1a、20aの異物の数量とキズの数量を数えた。
Then, the tip surfaces 1a and 20a of the
その結果を表1に示す。
その結果、比較例では、異物の数量が4〜31個、キズの発生したものが7個あったのに対し、本発明では異物の数量が0〜2個、キズの発生したものは無し、と良好な端面の状態であることが確認された。 As a result, in the comparative example, the amount of foreign matter was 4 to 31, and 7 were scratched, whereas in the present invention, the number of foreign matter was 0 to 2 and there was no scratched, It was confirmed that the end face was in good condition.
次に、実施例として、上記と同じ方法で、r/RとH/r様々に変化させて光レセプタクル10を10p作製した。
Next, as an example, 10 p of the
また比較例として、上記と同じ方法で図4に示す光レセプタクル26を3p作製した。
そして、上記と同じ方法でファイバスタブ1,20の先端面1a、20aの異物の数量とキズの数量を数えるとともに、光レセプタクル10,26の先端側から光コネクタを挿入、接続してパワーメータにて接続損失の測定を行った。
As a comparative example, 3p of the
Then, in the same manner as described above, the number of foreign matters and scratches on the tip surfaces 1a and 20a of the
その結果を表2に示す。
その結果、H/r=0.5に設定した場合、r/Rが0.3より小さいNO.1、2の試料では、異物の数量0個かつキズ無しと良好な端面の状態であるが、光レセプタクル10に光コネクタプラグフェルール11を接続する際に必要なファイバスタブ1の先端面1aの面積が不足して損失が0.4dBと比較的良くないものが発生した。
As a result, when H / r = 0.5, the NO. In the
r/Rが0.9より大きいNO.10の試料の場合は、損失は0.1dBと良好であるが、異物の数が8個となり、端面の状態が比較的良くない。 NO / r is greater than 0.9. In the case of 10 samples, the loss is as good as 0.1 dB, but the number of foreign matters is 8 and the state of the end face is relatively poor.
以上のことから、良好な端面の状態を維持しつつ、損失を良好に保てるr/Rの範囲は
0.3≦r/R≦0.9であることが好ましい。
From the above, it is preferable that the range of r / R that can maintain a good end face state while maintaining a good loss is 0.3 ≦ r / R ≦ 0.9.
次に、r/R=0.5に設定した場合、H/rが0.1より小さいNO.11〜14の試料では、ファイバスタブ1を製造する際の研磨工程によって、段付き部分7が一部消滅してしまった試料も発生したために、先端面1aでの異物の数量が7〜10と比較的多い。
Next, when r / R = 0.5, NO. In the
H/rが0.6より大きいNO.21〜23の試料の場合は、異物の数量0〜2個かつキズ無しと良好な端面の状態であるが、損失が0.3dB〜0.4dBとバラツキがやや多い。 NO / H is greater than 0.6. In the case of the samples of 21 to 23, the number of foreign matters is 0 to 2 and there is no scratch, and the end face is in a good state, but the loss is slightly large, 0.3 dB to 0.4 dB.
以上のことから、良好な端面の状態を維持しつつ、損失を良好に保てるH/rの範囲は
0.1≦H/r≦0.6であることが確認出来た。
From the above, it was confirmed that the range of H / r that can maintain a good end face state while maintaining a good loss is 0.1 ≦ H / r ≦ 0.6.
また比較例の試料NO.24〜26では、異物の数量が14〜27個、キズの発生したものが2個あり、損失も0.8dB〜1.0dBと悪かった。 In addition, sample NO. In 24-26, the quantity of foreign matters was 14-27, there were two scratches, and the loss was also as bad as 0.8 dB-1.0 dB.
1:ファイバスタブ
1a:先端面
2:フェルール
2a:貫通孔
3:光ファイバ
4:スリーブ
5:ホルダ
5a:収納部
5b:ファイバスタブ固定部
6:スリーブケース
7:段付き部分
7a:底面
8:小径部
9:連結部
10:光レセプタクル
11:光コネクタプラグフェルール
12:光素子
13:レンズ
14:ケース
15:光アイソレータ
16:治具
17:フェルール
18:先端部
19:連結部
20:ファイバスタブ
20a:先端面
20b:後端傾斜部
21:フェルール
22:光ファイバ
23:スリーブ
24:ホルダ
25:スリーブケース
26:光レセプタクル
27:光素子
28:レンズ
29:ケース
30:光コネクタプラグフェルール
30a:端面
31:光ファイバ
32:光アイソレータ
33:光モジュール
1:
Claims (7)
0.1≦H/r≦0.6を満足することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のファイバスタブ。 When the outer diameter of the small diameter portion is r and the length of the stepped portion is H,
The fiber stub according to claim 1, wherein 0.1 ≦ H / r ≦ 0.6 is satisfied.
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