JP2005241478A

JP2005241478A - レセプタクル結合損失測定装置

Info

Publication number: JP2005241478A
Application number: JP2004052543A
Authority: JP
Inventors: Mikio Kyomasu; 幹雄京増
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】レセプタクルの挿入損失を簡便な方法で測定する方法を提供する。
【解決手段】精密スリーブ内のファイバスタブ１４ａの光ファイバ４００のモードフィールド系が測定対象であるレセプタクル８の光ファイバ５のモードフィールド径よりも同等、もしくは小さな光ファイバが挿入されたピグテイルに導入された光で挿入損失を測定するレセプタクル結合損失測定装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信に応用されているＴＯＳＡ(Transmitter Optical Sub Assembly），ＲＯＳＡ(Receiver Optical Sub Assembly)等の送受信モジュールに用いられているレセプタクルの結合損失を測定するレセプタクル結合損失測定装置に関する。

光通信モジュールは近年、その利便性からレセプタクル型がその主流となってきている。この理由は、近年、スリーブの加工精度が向上し、このため、フェルールの結合損失が、融着とそれほど変わらなくなってきたためである。このため、利便性の高いレセプタクルが普及し始めている。ところが、レセプタクルの結合損失はこれまで、その測定方法が確立していなかったため、あいまいなものであった。

従来からレセプタクルは、図３に示すように、貫通孔１０を有するレセプタクル用の金具１と、貫通孔１０に後端部が圧入されるファイバスタブ４０と、ファイバスタブ４０の先端部が一方の開口部から挿入される割りスリーブ３と、割りスリーブ３を覆い金具１に固定される円筒状の金具２を有するものである。そして、ファイバスタブ４０はフェルール４の内径にファイバ５が挿入されており、フェルール４の先端部はＰＣ面６で形成し、もう一方は斜め研磨面７に形成している。このファイバスタブ４０を金具１の貫通孔１０を圧入し、スリーブ２を取り付けた後、金具２を取り付けたものである。

その挿入損失は、実用面で考えると、ＰＣ面６におけるコネクタ並びに割スリーブ３によって発生する結合損失、斜め研磨面７とファイバスタブ４０の圧入角度に基づく角度に基づく結合損失で、この要素は
η＝κｅｘｐ｛（π^２θ^２／２λ^２）（ｗ_１ ^２（ｚ）＋Ｗ_２ ^２）｝（１）
で与えられる。ここで、ηは結合効率、κは
κ＝４／｛（ω_１／ω_２＋ω_２／ω_１）^２＋（λｚ／πω_１ω_２）^２｝（２）
で与えられ、ω_１は光源のスポットサイズ、ω_２はファイバのスポットサイズ、λは光源の波長を与えている。

これらに加え、ＰＣ面６、斜め研磨面７の外観異状による要素、光源のフォーカシングによる要素及び、光源であるレーザダイオードのアスペクト比による要素が加えられることによる。

この中で、フォーカシングによる要素、並びにレーザダイオードのアスペクト比による要素は、個別の光源、並びに設計条件によるものであるため、ファイバスタブ４０についての結合損失としては、ＰＣ面６における損失、斜め研磨面７の研磨角度と金具１への圧入の取り付け角度による損失、外観異状に基づく損失の総和ということになる（非特許文献１参照）。
光結合系の基礎と応用現代工学社河野健治著第２９頁-第４９頁参照

上述のような結合損失を測定するには２つの方法がある。１つは、レーザ光源を用い、レーザ光源とレセプタクルの調心を行い、割スリーブ３を用いて実際の損失を測定し、アスペクト比による要素をレンズ光学系に基づく要素を削除して、スタブでの損失を算出する方法である。この方法はレーザ光源とレセプタクルの調心を行わなければならないため、工数が必要になり、単価の安いレセプタクルには適していない。

もう１つの方法は上述のレセプタクルと測定光源に接続したピグテイル（不図示）を割スリーブ３に挿入して接続し、レセプタクルの斜め研磨面７から出力をパワーメータにより測定する方法である。

この方法を取った場合、ピグテイルとＰＣ面６は物理コンタクトされるものの、一部は結合損失となるものが測定では損失とならずに分離されないことである。この損失の原因は、光ファイバ５のコアからははずれクラッドモードとなって、斜め研磨面７から出力されるものであるが、コアからの光とクラッドからの光を区別するのは非常に困難であるため、全ての出力を検出器で測定してしまうこととなる。

また、本来、結合損失が角度依存に起因して発生するにもかかわらず、この方法では角度依存（例えば、斜め研磨面７の角度によって接続損失が異なるが、ＰＣ面６から測定するとこの要素は測定されない）による要素を測定することが出来ない。さらに、ＰＣ面６、斜め研磨面７の汚れや異物により発生する損失についても、それらの汚れや異物によって散乱された光が検出器に入ってしまえば、これらは何も無かったものと動揺と判断されてしまうことになる。

本発明はかかる課題を解決するもので、測定光源に接続された光ファイバが挿入固定された第１のファイバスタブを有するピクテイルと、一端側に上記第１のファイバスタブを挿入する第１の精密スリーブと、第１の貫通孔を有し上記第１の精密スリーブを圧入し、かつ、上記ピクテイルからの光を集光するレンズを保持する光源用金具とから成る光学ユニットと、
第２の貫通孔を有するレセプタクル用金具と、上記第２の貫通孔に後端部が圧入される第２のファイバスタブと、該第２のファイバスタブの先端部が一方の開口部から挿入されるスリーブとを有するレセプタクルを位置決めする位置決めユニットとを備え、
該位置決めユニットにてレセプタクルを位置決めした状態で上記第２のファイバスタブの光ファイバ端面に測定光源からの光を集光してなるレセプタクル結合損失測定装置であって、
上記第１のファイバスタブのモードフィールド径が上記第２のファイバスタブのモードフィールド径よりも同等かそれよりも小さいことを特徴とするレセプタクル結合損失測定装置を提供するものである。

そして、上記位置決めユニットは、上記レセプタクルのスリーブの他方側から挿入され上記第２のファイバスタブの先端面に当接する第３のファイバスタブが上記第１のファイバスタブの光軸と一致調整した状態で上記第２のファイバスタブの先端面を軸方向に弾性的に押圧する押圧部材と、押圧される第３のファイバスタブによる上記レセプタクルの軸方向の移動を阻止するストッパとにより位置決めされることを特徴とする。

また、上記位置決めユニットに第３の貫通孔を有する位置決め用金具と上記第３の貫通孔に圧入する第２の精密スリーブとを有し、上記第１のファイバスタブと第３のファイバスタブとの光軸一致調整を、予め上記第１の精密スリーブと第２の精密スリーブの双方に精密円柱体を挿入して光学ユニット及び位置決めユニットとを固定してなることを特徴とする。

さらに、上記光学ユニットの光源用金具に保持するレンズは、上記測定光源からの光束が平行にピグテイルに結合できるように光束の角度θ及びψを調整する調整手段を有したことを特徴とする。

本発明によれば、上述の構成とすることで、レセプタクルで発生すると考えられる結合損失の３要素であるファイバスタブとスリーブに起因する結合損失、斜め研磨面、金具との圧入角度による結合損失、汚れや異物による結合損失の総合量としての結合損失を精密に測定することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。

図１は本発明のレセプタクル結合損失測定装置の断面図であり、図２（ａ）、（ｂ）はその装置を製造するステップを説明する断面図、図３は測定対象であるレセプタクルを示す断面図である。

まず、測定対象のレセプタクルは図３に示すが、その内容は従来技術で説明したため説明を省略する。

本発明のレセプタクル結合損失測定装置は、図に示すように測定光源に接続された光学ユニット１１と位置決めユニット２１とから構成されている。

図１に示すように、光学ユニット１１は金属製で円筒形状に形成されたものであり、測定光源に接続された光ファイバ１４０が挿入固定されたファイバスタブ１４ａを有するピクテイル１４と、一端側にファイバスタブ１４ａを挿入する精密スリーブ１３と、貫通孔１２ａを有し精密スリーブ１３を圧入し、かつ、ピクテイル１４からの光を集光するレンズ１６を保持する光源用の金具１２とから成る。なお、精密スリーブ１３内にはファイバスタブ１４ａの先端が当接して位置決めされるストッパ１５が圧入されている。また、レンズ１６は貫通孔１２ａの出射口の周囲に形成したザグリ部に嵌め込まれており、レンズ１６を通過する光束の角度θ及びψを調整するネジ１７がレンズ１６の周囲４点（図中は２点が見えている）に均等距離に当接するように設けられている。なお、この光束の角度θとψはネジ１７のＸ、Ｙ方向を調整し、円形の光束が出力されるようになっている。ここで、角度θとは、例えばＸ軸に対するレンズの傾きをいい、角度ψは、例えば、Ｙ軸に対する傾きをいうものとする。また、精密スリーブ１３は光学ユニット１１に取り付けた後、内径を再度研磨し、内径精度を向上させることにより、スリーブの内径の精度、円筒度が精密に作製されたものである。以下、同様とする。

そして、金具１２に精密スリーブ１３が圧入によって埋め込まれ、モードフィールドが、後述のレセプタクル８に用いられているファイバ５よりも小さなファイバ１４０を用いたピグテイル１４が挿入され、ストッパ１５により定められた位置に固定される。そして、ピグテイル１４の出射光がレンズ１６により集光されるように構成している。これは、光軸調整に用いる後述の精密スリーブ１３、２３の精度０．２μの吸収と、後述するロングフェルール３０の円筒度、０．５μｍを吸収することができる。このときのファイバスタブ１４ａに用いる光ファイバ１４０のモードフィールド径は、ファイバスタブ４の光ファイバ５よりも約１μｍ小さくするのが好ましい。

ピグテイル１４は測定光源に設けたレーザダイオード（不図示）から光出力が与えられる。このピグテイル１４を光源とした理由は、光源にアスペクト比が存在すると、その結果、結合効率が異なることになり、結果として、結合効率が使用する光源固有の値となるため、結合効率の定義にふさわしくないことによる。

このようにレンズ１６は角度θ、ψを調整した後、ＵＶ樹脂、ＹＡＧ、半田等で正確に固定する。

一方、位置決めユニット２１は、金属からなるＬ字状の金具２２とコネクタ２５とから構成されている。

コネクタ２５はレセプタクル８のスリーブ３の他方側から挿入されファイバスタブ４の先端面に当接するファイバスタブ２７を有する。このファイバスタブ２７はレセプタクル８を通過した光束を検出するためにもうけられ、その先端面がファイバスタブ４のＰＣ面６に当接する。また、ファイバスタブ２７の後端部には、そのＺ方向（軸方向）にファイバスタブ４のＰＣ面６を弾性的に押圧するバネ２８と、金具２２を接続するラッチ２６とを有している。

金具２２には貫通孔２２ａが形成されている。そして、この貫通孔２２ａにファイバスタブ２７を保持するために精密スリーブ２３が圧入されており、また、押圧されるファイバスタブ２７によるレセプタクル８のＺ方向の移動をＹ方向に移動して阻止する精密円柱体からなるストッパ２９を備えている。このストッパ２９は、金具２２のレセプタクル８が配置する側に貫通孔２９ａを形成し、この貫通孔２９ａに精密スリーブ２４を圧入し、この精密スリーブ２４に挿入可能に構成されており、ストッパ２９によりレセプタクル８のＺ方向の移動誤差が吸収されることになる。

そして、位置決めユニット２１はコネクタ２５がラッチ２６により金具２２に固定される。コネクタ２５の構成するファイバスタブ２７は、精密スリーブ２３を貫通して突き出されて配置し、突き出し部の他端に上述のバネ２８を取り付ける。

このような構造のレセプタクル結合損失測定装置にレセプタクル８を取り付け、ストッパ２９を用いてレセプタクル８を固定すると、レセプタクル８は金具１とストッパ２９、並びにバネ２８、ファイバスタブ２７及び割スリーブ３だけによりフェルール４の斜め研磨面７のファイバ５の位置が定められる。

そして、レセプタクル８において金具１にフェルール４を圧入した後、基準となる面（金具１の端面）での斜め研磨面７の位置は、現在においては略±１０μｍ精度で作成することが可能であり、斜め研磨面７に照射させる場合、測定光源からの収束光がビームウエストを形成するようにレンズ１６にて位置調整を行えば、この程度の位置精度内ではビーム径の大きさは変動せず、また、光学ユニット１１のモードフィールドを小さく取っているため、ほぼ１００％の光束を結合することが出来る。

また、斜め研磨面７で結合する時点で発生するクラッドモード光はコネクタ２５に接続されている光ファイバ（不図示）を通過する際、コアで全反射されるため、クラッド外へ光が散乱し、したがって、光ファイバをある距離通過するまでに減衰するので２ｍ以上になるようにすることでクラッドモード光は効果的に減衰させることができ、正確にレセプタクルの結合損失を測定することが出来る。

次に、光学ユニット１１、位置決めユニット２１の光軸調整について説明する。この光軸の調整は、本発明のレセプタクル結合損失測定装置を形成する上で非常に重要なものである。理由は、ピグテイル１４からの光束が光軸に沿ってレセプタクル８に入射し、ＰＣ面６との接続によりコネクタ２５に接続されて光検出器まで出射する構成とならなければ、結合損失の測定精度を劣化させ、あるいは、取り付け位置依存性を大きくし、正確な結合損失の測定を阻害することとなる。

基本的に正しい測定をするには、レセプタクル８の光軸と光学ユニット１１の光軸が一致することが要求される。この要求は、ファイバスタブ２７の光軸との一致させることである。従って、光学ユニット１１の精密スリーブ１３と位置決めユニット２１中の精密スリーブ２３との光軸を一致させることに帰結する。このため、図２に示すような方法でこの実現を図っている。

図２（ａ）に示すように、位置決めユニット２１とレンズ１６のない光学ユニット１１とをフェルールの製造技術により作成された精密ロングフェルール３０（精密円柱体）を用いて光軸を一致させる。すると２つの精密スリーブ１３、２３によりこれらは±０．５μｍ以下の精度で位置が固定できることになる。このような装置に用いるスリーブ１３、２３を選別すれば、この精度は±０．２μｍにすることも可能である。

このようにして光軸を一致させた後、位置決めユニット２１と光学ユニット１１を必要とする間隔だけ離して固定する。

次に、図２（ｂ）に示すように、ロングフェルール３０を取り除き精密スリーブ１３、２３にファイバスタブ１４ａ、２７を挿入し、必要とする位置にあわせ、レンズ１６を載せ、ネジ１７を調整して結合損失が最大になるようにした後、レンズ１６を固定する。この場合、ファイバスタブ１４ａの位置が正確に位置固定されるストッパを精密スリーブ１３内に圧入していても良い
以上のような方法により、光学ユニット１１と位置決めユニット２１の光軸調整を行うことによって、所望の光軸調整を行うことが出来る。

最後に図１に示すようなファイバスタブ２７を取り付けたコネクタ２５を取り付け、ストッパ１５の長さを調整してファイバスタブ１４ａと斜め研磨面７との結合
を行い、その後、ストッパ２９を取り付け、測定装置を完成させる。

次に、本発明の実験例を示す。

まず、精密スリーブ１３、２３は±０．２μｍ以下のものを選別により用意した。ファイバスタブ１４ａにはファイバのコア径が８．４μｍのものと、９．５μｍのものを用意した。ファイバスタブ２７の光ファイバのコア径は９．５μｍのものである。

次に金具１２と金具２２のそれぞれに精密スリーブ１３、２３を圧入し、圧入によって縮小した径を再研磨により所望の径を得るようにする。ファイバスタブ１４ａ、ファイバスタブ２７、ロングフェルール３０はやはり、選別により±０．２μｍ以下のものを選択して作成した。

図２に示すように、まず、光学ユニット１１と位置決めユニット２１にロングフェルール３０を挿入し、レンズ１６が取り付けられる予定位置から１０ｍｍ離した位置にファイバスタブ２７が来るように位置決めユニット２１と光学ユニット１１の位置を設定し両者を固定した。

測定するレセプタクル８の長さは７ｍｍで、スタブ４の長さは４ｍｍである。レセプタクル８が容易に取り付けられるようレンズ１６とファイバスタブ２７の距離は１０ｍｍと設定している。従って、取り付け終わったときのレンズ１６とレセプタクル８の斜め研磨面までの距離は６ｍｍであるが、これをストッパ２９で押し込んで６．５ｍｍの位置に来るように、ストッパ２９の位置を設定する。従って、レンズ１６とファイバスタブ１４ａの位置も６．５ｍｍで、レンズ系は１：１としている。

このような関係になるように光学ユニット１１と位置決めユニット２１を固定し、この状態でレンズ１６をセットし、ネジ１７を用いて設定したファイバスタブ１４ａの光ファイバのコアの光が、ファイバスタブ２７の光ファイバのコアに収束し、互いに最大の結合が得られるようにレンズ１６の光軸調整を行い、レンズ１６をＵＶ接着剤で固定した。

この時、用いたファイバスタブ１４ａのコア径は９．５μｍのものである。次にコネクタ２１を取り付け、図３に示すような測定装置を作成した。

最後に、ストッパ１５を取り付けてファイバスタブ１４ａを固定し、光学ユニット１１を完成させた。また、位置決めユニット２１も完成させ、測定装置を完成させた。

この装置にレセプタクル８を取り付け、ストッパ２９でレセプタクルの位置を固定したところ、その位置は±１０μｍの範囲で設定が可能であるため、十分、ビームウエストの範囲内での結合となるため問題ないものである。

そして、組み立てが終了した後、本装置で測定したところ、結合損失として、０．２３ｄＢを得た。ちなみに、このレセプタクルをレーザダイオードを用いた光学系で測定したところ、０．２１ｄＢとほぼ同一の測定を得ており、十分、測定可能であることが明らかになった。

本発明の一実施形態による測定装置の断面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明における光学ユニットと筐体の軸合わせ方法を示す断面図である。レセプタクルの断面図である。

符号の説明

１金具
２金具
３スリーブ
４スタブ
５ファイバ
６ＰＣ面
７斜め研磨面
８レセプタクル
１１光学ユニット
１２金具
１３精密スリーブ
１４フェルール
１５ストッパ
１６レンズ
１７ネジ
２１筐体
２２金具
２３精密スリーブ
２４精密スリーブ
２５コネクタ
２６ラッチ
２７フェルール
２８バネ
２９ストッパ
３０ロングフェルール

Claims

測定光源に接続された光ファイバが挿入固定された第１のファイバスタブを有するピクテイルと、一端側に上記第１のファイバスタブを挿入する第１の精密スリーブと、第１の貫通孔を有し上記第１の精密スリーブを圧入し、かつ、上記ピクテイルからの光を集光するレンズを保持する光源用金具とから成る光学ユニットと、
第２の貫通孔を有するレセプタクル用金具、上記第２の貫通孔に後端部が圧入される第２のファイバスタブ及び該第２のファイバスタブの先端部が一方の開口部から挿入されるスリーブを有するレセプタクルを位置決めする位置決めユニットとを備え、
該位置決めユニットにてレセプタクルを位置決めした状態で上記第２のファイバスタブの光ファイバ端面に測定光源からの光を集光してなるレセプタクル結合損失測定装置であって、
上記第１のファイバスタブのモードフィールド径が上記第２のファイバスタブのモードフィールド径よりも同等かそれよりも小さいことを特徴とするレセプタクル結合損失測定装置。
上記位置決めユニットは、上記レセプタクルのスリーブの他方側から挿入され上記第２のファイバスタブの先端面に当接する第３のファイバスタブが上記第１のファイバスタブの光軸と一致調整した状態で上記第２のファイバスタブの先端面を軸方向に弾性的に押圧する押圧部材と、押圧される第３のファイバスタブによる上記レセプタクルの軸方向の移動を阻止するストッパととからなることを特徴とする請求項１記載のレセプタクル結合損失測定装置。
上記位置決めユニットに第３の貫通孔を有する位置決め用金具と上記第３の貫通孔に圧入する第２の精密スリーブとを有し、上記第１のファイバスタブと第３のファイバスタブとの光軸一致調整を、予め上記第１の精密スリーブと第２の精密スリーブの双方に精密円柱体を挿入して上記光学ユニット及び位置決めユニットを固定してなることを特徴とする請求項２記載のレセプタクル結合損失測定装置。
上記光学ユニットの光源用金具に保持するレンズは、上記測定光源からの光束が平行にピグテイルに結合できるように光束の角度θ及びψを調整する調整手段を有したことを特徴とするレセプタクル結合損失測定装置。