JP2005227721A - 光接続器、光モジュール、および光接続器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数本の光ファイバを一括接続させたときの接続損失を低減できる光接続器、光モジュール、および光接続器の製造方法を提供する。
【解決手段】 光接続器２は、複数本の光ファイバ６と、各光ファイバ６の一端部６ａを含む部分が挿入される複数のファイバ孔１４を有する光接続部材８と、を備え、光ファイバ６の一端部６ａにおけるモードフィールド径Ｗ１が光ファイバ６の他の部分におけるモードフィールド径Ｗ２に対して拡大されている。このため、光ファイバ６を光接続部材８のファイバ孔１４に挿入し突き合わせると、対向する光ファイバ６の間を伝搬する光の広がりが抑えられる。その結果、対向する２つの光ファイバ６の間に端面角度や端面位置のばらつきによる間隙や軸ずれがあっても、光ファイバ６同士を低損失で接続することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光ファイバを接続するための光接続器、光モジュール、および光接続器の製造方法に関するものである。

光ファイバをガラス毛細管内に挿入し突き合わせることによって、光ファイバの接続を行う光接続器がある。

例えば特許文献１に記載の光接続器は、複数本の光ファイバを接続する光接続器であり、複数のガラス毛細管を備えている。この光接続器では、各ガラス毛細管の中央に屈折率整合剤を予め注入している。

また、特許文献２に記載の光接続器は、突き合わせた光ファイバの端面間に所定の間隙を設け、この間隙に弾性接着剤を充填して光ファイバの接続を行う。
特許第３１５４２３０号公報 特公平７−５０２１９号公報

上述の特許文献１記載の光接続器では、各光ファイバ端面の状態が良好でない場合（すなわち各光ファイバにおける端面カットが高精度に施されていない場合）には、光ファイバの端面間に軸ずれや間隙が生じる。その結果、相手側の光ファイバと光接続する際の接続損失が大きくなってしまう。

上述の特許文献２記載の光接続器は、光ファイバ端面間に間隙を設けている。光ファイバから出射された光信号はこの間隙を広がって伝播するため、やはり接続損失が大きくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、複数本の光ファイバを一括接続させたときの接続損失を低減できる光接続器、光モジュール、および光接続器の製造方法を提供することとする。

本発明の光接続器は、複数本の光ファイバと、各光ファイバの一端部を含む部分が挿入される複数のファイバ孔を有する光接続部材と、を備え、光ファイバの一端部におけるモードフィールド径が光ファイバの他の部分におけるモードフィールド径に対して拡大されていることを特徴とするものである。

このような光接続器を用いて複数本の光ファイバを一括接続する場合には、光ファイバを光接続部材のファイバ孔の両側から挿入し、突き合わせる。光ファイバの一端部（相手側光ファイバと接続する側の端部）のモードフィールド径は、光ファイバの他の部分でのモードフィールド径に対して拡大されているので、光ファイバの開口数（ＮＡ）は小さくなり、その結果ファイバ孔において対向する光ファイバ間を伝搬する光の広がりが抑えられる。そのため、対向する２つの光ファイバの間に端面角度や端面位置のばらつきによる間隙や軸ずれがあっても、光ファイバ同士を低損失で接続することができる。したがって、複数本の光ファイバの端面カットが高精度になされていなくとも、複数本の光ファイバを一括接続させたときの接続損失を低減することができる。

好ましくは、ファイバ孔には、２本の光ファイバの一端部を含む部分が光接続部材の両側から対向するようにそれぞれ挿入されており、ファイバ孔内において対向する２本の光ファイバの端面間には、光ファイバのコアの屈折率と整合する屈折率を有する接着剤が充填されている。このように、対向する２本の光ファイバの端面間には、光ファイバのコアの屈折率と整合する屈折率を有する接着剤が充填されているので、対向する２本の光ファイバの間隙における光反射が抑制できる。これにより、複数本の光ファイバを一括接続させるときの接続損失をより低減できる。

好ましくは、ファイバ孔には、光ファイバの一端部を含む部分が光接続部材の片側からのみ挿入されており、ファイバ孔内において光ファイバの端面が接着剤で覆われている。このように、ファイバ孔内において光ファイバの端面を上述の接着剤で覆うことにより、この端面に無反射処理が施されることとなる。すなわち、光ファイバの端面から出射した光は接着剤の層によって散乱されるので、反射光として光ファイバに戻ることを防止することができる。

好ましくは、接着剤は紫外線硬化型接着剤であり、光接続部材は紫外線を透過させる材料で形成されている。このようにすれば、例えば光接続部材の外部から紫外線を照射して接着剤を硬化させることができるので、ファイバ孔で対向する光ファイバの端面同士を容易にかつ短時間で接着できる。

好ましくは、光接続部材は、光ファイバの一端部を案内するためのガイド溝を有する基板と、基板上に載置され、光ファイバの一端部を含む部分を基板に対して押えるための押え板とを有し、ガイド溝と押え板とでファイバ孔が構成されている。この場合、例えば押え板が基板の上面におけるガイド溝の両端部を除いた領域を覆うように構成されていれば、光ファイバの一端をガイド溝に沿ってファイバ孔に挿入することができる。したがって、容易に光ファイバをファイバ孔に挿入できる。

好ましくは、複数本の光ファイバは、複数心のテープ状光ファイバで形成されており、各光ファイバの一端部を含む部分は、テープ状光ファイバの被覆が除去された部分である。このようにテープ状光ファイバを用いることにより、複数本の光ファイバを含む光モジュールが構成しやすくなる。

また、本発明の光モジュールは、上述の光接続器と、各光ファイバの他端と光学的に接続された光導波路を有する少なくとも１つの光デバイスと、を備えることを特徴とするものである。このように光接続器を設けることによって、上述したように、対向する２つの光ファイバの間に端面角度や端面位置のばらつきによる間隙や軸ずれがあっても、光ファイバ同士を低損失で接続することができる。

また、本発明の光接続器の製造方法は、複数心のテープ状光ファイバの被覆の一部を除去して複数本の光ファイバを露出させる工程と、光ファイバのモードフィールド径を拡大させる工程と、光ファイバにおけるモードフィールド径が拡大された部分を切断する工程と、光ファイバを切断した後、光ファイバを光接続部材のファイバ孔に挿入する工程と、を含むことを特徴とするものである。

このような製造方法によれば、光ファイバにおいて、モードフィールド径が拡大された部分が光接続部材のファイバ孔に挿入される。このため、ファイバ孔内で２本の光ファイバを突き合わせた場合には、上述したように、対向する２つの光ファイバの間に端面角度や端面位置のばらつきによる間隙や軸ずれがあっても、光ファイバ同士を低損失で接続することができる。したがって、複数本の光ファイバの端面カットが高精度になされていなくとも、複数本の光ファイバを一括接続させたときの接続損失を低減することができる。

本発明によれば、複数本の光ファイバを一括接続させたときの接続損失を低減することができる。

以下、本発明に係わる光接続器、光モジュール、および光接続器の製造方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る光接続器の一実施形態を備えた光モジュールを示す一部断面を含む平面図であり、図２は、図１に示す光モジュールの垂直方向線断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。また、図４は、光接続器２の垂直方向拡大断面図である。

各図に示すように、本実施形態の光モジュール１は、光接続器２および２つの光デバイス４を備えている。光接続器２は、２つの光デバイス４同士を接続するための機器である。

光接続器２は、複数本の光ファイバ６を相手側の複数本の光ファイバ６と一括して接続するための光接続部材８を有する。複数本の光ファイバ６は、例えばシングルモード光ファイバである。複数本の光ファイバ６は、複数心のテープ状光ファイバ６ｘで形成されている。テープ状光ファイバ６ｘの両端部の被覆は除去されており、各光ファイバ６を露出させている。図４に示すように、光ファイバ６の一端部６ａにおけるモードフィールド径（コア径）Ｗ１は、光ファイバ６の他の部分におけるモードフィールド径Ｗ２に対して拡大されている。より具体的には、モードフィールド径Ｗ２は１０μｍ程度であり、モードフィールド径Ｗ１は最大２０〜４０μｍ程度である。このモードフィールド径の拡大は、光ファイバ６を加熱することによって行われる（後述）。

光接続部材８は、光ファイバ配列基板８ａと押え板８ｂとからなっている。光ファイバ配列基板８ａおよび押え板８ｂは、例えば紫外線を透過しやすいガラスといった材料から形成されている。

図３に示すように、光ファイバ配列基板８ａの上面には、光ファイバ６を収納し位置決めするためのＶ字状のガイド溝１０が複数設けられている。また、光ファイバ配列基板８ａの上面において、ガイド溝１０の両側には、位置決めピン９を収容するための位置決め溝１１が設けられている。位置決めピン９は押え板８ｂを光ファイバ配列基板８ａに対して位置決めするためのものであり、光ファイバ６の外径と同じか、光ファイバ６の外径よりも僅かに大きい外径を有している。位置決め溝１１は、ガイド溝１０と同様にＶ字状に形成されている。これにより、ガイド溝１０および位置決め溝１１を含む光ファイバ配列基板８ａの製作が容易に行える。

押え板８ｂは、光ファイバ配列基板８ａ上に配置された光ファイバ６の一部を覆うように配置されており、ガイド溝１０および位置決め溝１１に対応するＶ字状の押え溝１２が複数設けられている。押え板８ｂは、例えば接着剤によって光ファイバ配列基板８ａに固定されている。光ファイバ配列基板８ａのガイド溝１０および押え板８ｂの押え溝１２で、各光ファイバ６が挿入されるファイバ孔１４を形成する。

図４に示すように、各ファイバ孔１４には、２本の光ファイバ６の一端部６ａが光接続部材８の両側から対向するように挿入されている。２本の光ファイバ６の一端部６ａの端面間には、光ファイバ６のコアの屈折率と整合する屈折率を有する紫外線硬化型接着剤１３が充填されている。紫外線硬化型接着剤１３は、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂といった材料から構成される。この紫外線硬化型接着剤１３は、光接続部材８と光ファイバ６との間にも充填されている。紫外線硬化型接着剤１３は、光接続部材８の外部から照射された紫外線によって硬化し、その結果、２本の光ファイバ６の一端部６ａの端面同士、ならびに光接続部材８と光ファイバ６とが接着固定される。このように、紫外線硬化型接着剤１３を用いることによって、光ファイバ６の一端部６ａの端面同士を容易にかつ短時間で接着できる。

図１に示すように、光デバイス４は、光ファイバアレイ１５と、平面光導波路１６と、筐体１８と、を備えている。光ファイバアレイ１５および平面光導波路１６は筐体１８内に配置されている。筐体１８内には、テープ状光ファイバ６ｘが導入されている。光ファイバアレイ１５は、テープ状光ファイバ６ｘから露出した各光ファイバ６の他端部６ｂを保持している。平面光導波路１６は、複数の光導波路コア（図示せず）を有しており、平面光導波路１６の端面１６ａには光ファイバアレイ１５が固着されており、光ファイバアレイ１５に保持された光ファイバ６は光導波路コアに対して位置合わせされている。

図５は、光接続器２の製造工程を示す図である。なお、光デバイス４には、テープ状光ファイバ６ｘが予め接続されているものとする。光接続器２は、以下の要領で製造される。

テープ状光ファイバ６ｘの上方からオゾンビームＬ１を照射し、テープ状光ファイバ６ｘの中間部分をエッチングする（図５（ａ））。これにより、テープ状光ファイバ６ｘの中間部分における被覆が除去されて、複数本の光ファイバ６の裸部（ガラス部）が露出される。ここで、光ファイバ６の露出長（テープ状光ファイバ６ｘの被覆除去長）は、３〜１０ｍｍが好ましく、５〜７ｍｍがより好ましい。このように光ファイバ６の裸部を短尺とすることにより、製造作業中に光ファイバ６が容易に折れることを防げる。

続いて、露出した光ファイバ６のモードフィールド径を拡大させるべく、露出した光ファイバ６の裸部の表面をＣＯ_２レーザＬ２で加熱する（図５（ｂ））。すると、露出した光ファイバ６のコアのドーパント成分がクラッドに向かって熱拡散するため、ガラス部の屈折率分布が変化する。その結果、露出した光ファイバ６のモードフィールド径が拡大される。なお、通常のシングルモード光ファイバでは、モードフィールド径を最大４０μｍまで拡大することが可能である。また、光ファイバ６の加熱には、ＣＯ_２レーザＬ２のほかにバーナやヒータを用いても良い。

続いて、モードフィールド径が拡大された光ファイバ６を、最もモードフィールド径が拡大されている位置でカッタ等により切断する（図５（ｃ））。切断後、光ファイバ６の一端部６ａを含む部分を、光接続部材８のファイバ孔１４に挿入し、相手側の光ファイバ６と突き合わせる（図５（ｄ））。そして、紫外線硬化型接着剤１３を押え板８ｂの両端からファイバ孔１４に注入し、この紫外線硬化型接着剤１３によって、光ファイバ６を相手側の光ファイバ６および光接続部材８に接合する。

ところで、最も一般的な光ファイバの接続技術として、融着接続技術がある。融着接続技術においては、光ファイバの低損失な接続を行うために、光ファイバの端面カットに高い精度が要求され、端面カットの失敗（リトライ）を常に念頭においた配線接続が必要である。すなわち、光ファイバ同士を接続する際には常に光ファイバに余長を持たせておき、仮に光ファイバの端面カットが失敗して融着接続できなかったとしても、光ファイバの余長部分を使って再度接続作業をやり直すことができるようにしている。しかしながら、光ファイバ余長を確保するには、余長収納空間が必要であるため、複数の光デバイスを有する光モジュールでは、十分な余長収納空間を設けなければならず、これが光モジュールの小型化の大きな障害となる。さらに、光ファイバには曲げ半径に制限があるため（３０ｍｍ以下）、余長収納空間の縮小もままならない状況にある。

これに対し本実施形態においては、光ファイバ６の一端部６ａにおけるモードフィールド径を拡大させる構成としたので、その分だけ光ファイバ６の開口数が小さくなり、２本の光ファイバ６の間を伝播する光は平行光に近づく。そのため、光のパワー密度の分散が抑えられるので、対向する２つの光ファイバ６の間に端面角度や端面位置のばらつきによる間隙や軸ずれがあっても、光ファイバ６同士を低損失で接続することができる。

また、対向する２本の光ファイバ６の間には、光ファイバ６のコアに対して屈折率を整合させる紫外線硬化型接着剤１３が充填されているので、より接続損失を低減できるとともに、２本の光ファイバの間隙における光反射を軽減できる。したがって、複数本の光ファイバ６の端面に不揃いが生じても、良好な接続特性を得ることができる。よって、光ファイバ６の高精度な端面カットが不要となり、融着接続時のように光ファイバ６の余長を持たせておく必要がなくなる。

また、光ファイバ６のモードフィールド径拡大の処理においては、融着接続時の放電加熱の場合に比べて、光ファイバ６の裸部長が短くて済むので、光接続部材８の長さを短くすることが可能となる。これにより、２つの光デバイス４の間の接続間隔を狭くすることができ、その結果光モジュール１のサイズを大幅に小さくすることが可能となる。

図６は、上述の光接続器２において、対向する２本の光ファイバ６の一端部６ａにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）の最大値、かかる２本の光ファイバ６の一端部６ａの端面間の距離、および接続損失の関係を示すグラフである。図６のグラフは、光ファイバ６で伝送される光信号の波長が１．５５μｍであり、光ファイバ６の屈折率が１．４４４である場合を示す。図６に示すように、接続損失は、２本の光ファイバ６の一端部６ａの端面間の距離の増加に応じて増していく。一方、接続損失の増加の割合は、モードフィールド径の最大値の増加に応じて減少していく。そのため、モードフィールド径の最大値としては、３０μｍ以上となるように拡大されることが特に好ましい。この場合には、２本の光ファイバ６の一端部６ａの端面間が２００μｍ隔てられていても、接続損失は０．２ｄＢ以下となる。

図７は、本発明に係る光接続器の他の実施形態を備えた光モジュールを示す平面図であり、図８は、図７に示す光接続器の要部を示す垂直方向拡大断面図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

各図に示すように、本実施形態の光モジュール１００は、光接続器２００を有し、この光接続器２００は、上述の実施形態と同様の光接続部材８を有している。光接続部材８は、複数本の光ファイバ６の一部を、光デバイス６２から導出している相手側の光ファイバ６０と一括して接続する。つまり、相手側の光ファイバ６０は、テープ状光ファイバ６ｘよりも心線の少ないテープ状光ファイバ６０ｘで形成されている。光ファイバ６０は、光接続部材８の複数のファイバ孔１４の一部に挿入されている。すなわち、複数のファイバ孔１４の一部には光ファイバ６と光ファイバ６０とが光接続部材８の両側から対向するように挿入され、残りのファイバ孔１４には光ファイバ６のみ挿入されている。ファイバ孔１４内において、光ファイバ６および光ファイバ６０の端面間には、上述したように紫外線硬化型接着剤１３が充填されている。

また、ファイバ孔１４内において接続相手の存在しない光ファイバ６の端面は、紫外線硬化型接着剤１３で覆われている。このように紫外線硬化型接着剤１３で覆うことにより、光ファイバ６の端面には無反射処理が施されることとなる。したがって、光ファイバ６の端面から出射した光は紫外線硬化型接着剤１３の層によって散乱されるので、光ファイバ６の端面で不要な反射が生じて光ファイバ６に戻ることがない。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。

図９は、本発明に係る光接続器の更に他の実施形態を備えた光モジュールを示す平面図である。図９において、光接続器３００の光接続部材８は、テープ状光ファイバ６ｘの光ファイバ６と、複数枚のテープ状光ファイバ７０ｘ，７１ｘの光ファイバ７０，７１と、を一括接続するものである。テープ状光ファイバ７０ｘ，７１ｘは、光デバイス７２，７４と接続されている。

また、図１０は、本発明に係る光接続器の更に他の実施形態を備えた光モジュールを示す平面図である。図１０において、光接続器４００の光接続部材８は、複数枚のテープ状光ファイバ８０ｘ，８１ｘの光ファイバ８０，８１と、複数枚のテープ状光ファイバ７０ｘ，７１ｘの光ファイバ７０，７１と、を一括接続するものである。テープ状光ファイバ８０ｘ，８１ｘは光デバイス８２，８４と接続されており、テープ状光ファイバ７０ｘ，７１ｘは光デバイス７２，７４と接続されている。

また、上記実施形態の光接続部材８は光ファイバ配列基板８ａと押え板８ｂとからなっているが、光接続部材は光ファイバ配列基板および押え板を一体化したものであってもよい。

本発明に係る光接続器の一実施形態を備えた光モジュールを示す一部断面を含む平面図である。 図１に示す光モジュールの垂直方向線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 光接続器の垂直方向拡大断面図である。 光接続器２の製造工程を示す図である。 対向する２本の光ファイバの一端部におけるモードフィールド径、かかる２本の光ファイバの一端部の端面間の距離、および接続損失の関係を示すグラフである。 本発明に係る光接続器の他の実施形態を備えた光モジュールを示す平面図である。 図７に示す光接続器の要部を示す垂直方向拡大断面図である。 本発明に係る光接続器の更に他の実施形態を備えた光モジュールを示す平面図である。 本発明に係る光接続器の更に他の実施形態を備えた光モジュールを示す平面図である。

符号の説明

１・・・光モジュール、２・・・光接続器、４・・・光デバイス、６・・・光ファイバ、８・・・光接続部材、８ａ・・・光ファイバ配列基板、８ｂ・・・押え板、１３・・・紫外線硬化型接着剤、１４・・・ファイバ孔。

Claims (8)

1. 複数本の光ファイバと、
   前記各光ファイバの一端部を含む部分が挿入される複数のファイバ孔を有する光接続部材と、を備え、
   前記光ファイバの一端部におけるモードフィールド径が前記光ファイバの他の部分におけるモードフィールド径に対して拡大されていることを特徴とする光接続器。
2. 前記ファイバ孔には、２本の前記光ファイバの一端部を含む部分が前記光接続部材の両側から対向するようにそれぞれ挿入されており、前記ファイバ孔内において対向する前記２本の光ファイバの端面間には、前記光ファイバのコアの屈折率と整合する屈折率を有する接着剤が充填されていることを特徴とする請求項１記載の光接続器。
3. 前記ファイバ孔には、前記光ファイバの一端部を含む部分が前記光接続部材の片側からのみ挿入されており、前記ファイバ孔内において前記光ファイバの端面が前記接着剤で覆われていることを特徴とする請求項１記載の光接続器。
4. 前記接着剤は紫外線硬化型接着剤であり、前記光接続部材は紫外線を透過させる材料で形成されていることを特徴とする請求項２または３のいずれか一項記載の光接続器。
5. 前記光接続部材は、前記光ファイバの一端部を案内するためのガイド溝を有する基板と、前記基板上に載置され、前記光ファイバの一端部を含む部分を前記基板に対して押えるための押え板とを有し、
   前記ガイド溝と前記押え板とで前記ファイバ孔が構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光接続器。
6. 前記複数本の光ファイバは、複数心のテープ状光ファイバで形成されており、
   前記各光ファイバの一端部を含む部分は、前記テープ状光ファイバの被覆が除去された部分であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光接続器。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の光接続器と、
   前記各光ファイバの他端と光学的に接続された光導波路を有する少なくとも１つの光デバイスと、
   を備えることを特徴とする光モジュール。
8. 複数心のテープ状光ファイバの被覆の一部を除去して複数本の光ファイバを露出させる工程と、
   前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる工程と、
   前記光ファイバにおける前記モードフィールド径が拡大された部分を切断する工程と、
   前記光ファイバを切断した後、前記光ファイバを光接続部材のファイバ孔に挿入する工程と、
   を含むことを特徴とする光接続器の製造方法。

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