JP2005283641A

JP2005283641A - 光結合方法及びコネクタ

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Publication number: JP2005283641A
Application number: JP2004093274A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Takahashi; 裕樹高橋; Yasuyuki Mizushima; 康之水嶋
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP4270454B2

Abstract

【課題】集光手段を用いることなく、結合効率を向上させることが可能な光結合方法及びコネクタを提供する。
【解決手段】コネクタ２は、ＰＯＦ１０を保持する保持部材３と、受光光学デバイス４を保持する保持部材５とを備えている。保持部材３は、ＰＯＦ１０の出射端面１０ａを前方（保持部材５側）に露出させている。また、接続部３ａを接続部５ａに係合させることにより、保持部材３と保持部材５とが接続させる。この時、前述の出射端面１０ａと受光光学デバイス４が対面して、その隙間である距離Ｘは、３００μｍ程度にされている。ＰＯＦ１０は、出射端面から出射した出射ビームは、距離が０から約３００μｍに亘って、ビームの外径が広がらずに平行ビームとなるので、出射端面１０ａと受光光学デバイス４との間に集光手段を設けなくても、結合効率の高い光結合を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等において用いられるプラスチック光ファイバの光結合方法、及びこの光結合に用いるコネクタに関する。

プラスチック光ファイバの特徴の１つは石英系光ファイバに比べて大口径であり、発光ダイオード（ＬＥＤ, Light Emitting Diode）、半導体レーザー（ＬＤ，Laser Diode ）、あるいは、面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ, Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の光源との光結合が容易ということが利点である。近年、屈折率分布型プラスチック光ファイバの作製が可能となり、１Ｇｂｐｓ (１００ｍ) 以上の広帯域光信号伝送リンクの伝送路として、前述のプラスチック光ファイバの使用が検討され始めている。１Ｇｂｐｓ (１００ｍ) 以上の広帯域光信号伝送リンクにおいても、光源と大口径プラスチック光ファイバの光結合の優位性は、石英系光ファイバと比べて変わらないが、大口径プラスチック光ファイバから出射した光を受ける光学デバイス（例えば、フォトダイオード）との光結合においては、プラスチック光ファイバとフォトダイオード４１との隙間に、光学レンズなどの集光デバイスを配置しなければ効率の良い光結合が出来ない。これは、大口径プラスチック光ファイバから出射した光が回折によって受光光デバイスの開口径以上に広がるためである。

同様の問題は、光信号伝送リンク内にあるプラスチック光ファイバ間を接続する専用コネクタにおいても存在する。プラスチック光ファイバ用のコネクタは、温度変化によるプラスチック光ファイバの伸長を考慮して、接続する光ファイバ間に約数百μｍの空間があけられるよう設計されている。このため、プラスチック光ファイバから出射した光が、接続された次のプラスチック光ファイバに入射する際に、回折によってビーム径がファイバ径（開口径）以上となり光結合損失（回折損失）が生じる。従って、プラスチック光ファイバ間のコネクタにおいても効率の良い光結合を得るためには、コネクタ内にリレーレンズなどの集光デバイスを配置させる必要がある。これは、ファイバ端面を物理的に接触させる石英ファイバ間の接続にはない問題である。

さらに、プラスチック光ファイバを用いた光伝送リンクにおいて、更なる高帯域化のために、異なる数種類の波長を多重化して伝送する波長多重光伝送システムが注目されている。この様な伝送リンクでは、多重化した波長の信号を個々に取り出すための波長フィルタなどの光機能素子を伝送路に挿入する必要がある。しかしながら、光伝送路間に集光機能を持たない光学素子を挿入するための空間をつくると、回折損失が生じて光結合効率が低下する。通常は、光結合効率を低下させないために、光伝送路間にレンズで構成される光コリメーターを配置する。

以上のように、光結合に集光光学デバイスを用いることは、プラスチック光ファイバを用いた光信号伝送リンクにおいて、回折損失低減、すなわち光結合の効率を改善させる一般的な方式である。また、集光光学デバイスは光信号伝送リンクの伝送路として石英系ファイバを用いる場合よりも、出射ビーム径が大きいプラスチック光ファイバを光伝送路として用いる場合に重要となり、プラスチック光ファイバから出射した光パワーを効率良く受光デバイスに結合させるためには石英系光ファイバに比べて、集光光学デバイスの構成や設計等が非常に重要となる。

従来の技術において、具体的な集光光学デバイスとしては、光ファイバと受光光学デバイス間にレンズを介在させたもの（例えば、特許文献１参照）、屈折率分布型レンズ（ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘｌｅｎｓ，ＧＲＩＮｌｅｎｓ）を介在させたもの（例えば、特許文献２参照）や、ファイバ端面を球面等の曲面やテーパ状に加工したもの（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）などが用いられており、これらによって光ファイバからの出射光を集光することで、出射光をその他の光学デバイスに結び合わせて光結合の効率を改善させることが知られていた。

特開２０００- １４７２９４号公報特開２００１- ２６４５９２号公報特開平８−２１９２９号公報特開平８―７５９３５号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４に記載の方式では、光ファイバ出射軸の方向に関して集光する光学部材の最適な位置（例えばレンズの焦点距離など）があるために精密な位置決めが必要であった。従って、光結合の部品点数増加、および光ファイバ/ 光学レンズ/ 受光デバイス間のアライメントが必須であり、光伝送リンクシステムのコスト増加を招くことが問題になっていた。

さらに、プラスチック光ファイバと受光素子間にレンズなどの光学要素が介在することによる、コスト増、あるいはフレネル損失によって伝送光の光パワー低下等も起きるため、より少ない光学要素を配置する光結合が求められていた。また、前述の様な出射端面と受光媒体を直接接触させる形態も用いることは可能であるが、これを簡便な構造で行おうとすると強く押しつけられて受光素子の破壊や、端面の破損などが起こるため、光出射側と受光側との間は精密な設計と堅固な固定手段が必要となってしまい、簡便な光結合としては用いることは困難であった。

本発明は、集光光学デバイスを用いずに、結合効率を向上させる光結合方法、及びこの光結合に用いるコネクタを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、鋭意検討した結果、光伝送体として、光が伝搬するコア部において、屈折率分布を有する第１のコア部と、第１のコア部の外周を覆い、実質的に屈折率分布を有さない第２のコア部との２つの領域を有する屈折率分布型プラスチック光ファイバ（以降、ＧＩ型プラスチック光ファイバとも称する。）を用いることにより、光ファイバの出射端面からの出射光の外径が一定距離維持される領域（以降、平行領域と称する。）を有する知見を得て、第１のコア部と第２コア部を設計することによって、集光光学デバイスを不要にできる本発明に至った。本発明の態様は以下の通りである。

本発明の光結合方法は、ＧＩ型プラスチック光ファイバ間、または前記ＧＩ型プラスチック光ファイバと受光光学デバイス間を光結合するＧＩ型プラスチック光ファイバの光結合方法において、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバの出射端面と、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバの入射端面または前記受光光学デバイスとの距離を２００μｍ以上とした隙間を設けて光結合することを特徴とするものである。

前記隙間に光収束機能を有さない光機能素子を配置することが好ましい。また、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバは、光が伝搬するコア部として、屈折率分布を有する第１のコア部と、第１のコア部の外周を覆い、実質的に屈折率分布を有さない第２のコア部との２つの領域を有することが好ましい。

前記第１のコア部の屈折率分布係数ｇが１．５≦ｇ≦４．０の範囲内であることが好ましい。また、前記第２のコア部の外径は、２５０μｍ≦（第２のコア外径）≦１０００μｍの範囲内であり、かつ、前記第１のコア部と前記第２のコア部との外径比は、０．６７≦（第１のコア部の外径/ 第２のコア部の外径）≦０．８７であることが好ましい。

さらに、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバの出射ＮＡは、０．１２≦（出射ＮＡ）≦０．２２の範囲内であることが好ましい。また、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバへ光を入射させる光源として、出射ＮＡが０．０５≦（出射ＮＡ）≦０．２２である発光デバイスを用いることが好ましい。また、前記発光デバイスは、面発光型半導体レーザーであることが好ましい。

本発明のコネクタは、ＧＩ型プラスチック光ファイバ間、または前記ＧＩ型プラスチック光ファイバと受光光学デバイス間を光結合するコネクタにおいて、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバを保持する第１保持部材と、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバまたは前記受光光学デバイスを保持する第２保持部材と、これら保持部材の一方または両方に設けられ、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバの出射端面と、前記ＧＩ型プラスチック光ファイバの入射端面または前記受光光学デバイスとの距離が２００μｍ以上となる隙間を保持して、前記第１保持部材及び前記第２保持部材を接続する接続手段とを有することを特徴とするものである。また、前記接続手段により前記第１保持部材と前記第２保持部材とが接続された時に、前記隙間に配置されるように、前記第１保持部材及び前記第２保持部材の少なくとも一方に、光収束機能を有さない光機能素子を設けることが好ましい。

本発明の光結合方法及びコネクタによれば、屈折率分布型のプラスチック光ファイバの出射端面から出射する出射光が、平行に放射される距離が長いため出射光を集光あるいはコリメートする手段が不要である。このため、光結合部における部品点数が少なくなり、光結合部の部品どうしの位置決めを行う調整工程を簡略化できるので、光伝送リンクシステムのコストを低減することができる。さらに光ファイバと受光光学デバイス間に波長フィルタなどの能動光素子を挿入しても回折損失を小さくできる。

図１は、本発明のコネクタの構成を示す断面図である。コネクタ２は、ＧＩ型プラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦと称する）１０を保持する保持部材（第１保持部材）３と、受光光学デバイス４を保持する保持部材（第２保持部材）５とを備えている。保持部材３は、ＰＯＦ１０の出射端面１０ａを前方（保持部材５側）に露出させている。また、保持部材３には凸形状を有する接続部３ａが形成されており、保持部材５には凹形状を有し、接続部３ａと係合する接続部５ａが形成されている。この接続部３ａ，５ａは、弾力性を有する樹脂等で形成されており、保持部材３を出射端面１０ａ側から保持部材５に挿入して、接続部３ａを接続部５ａに係合させることにより、保持部材３と保持部材５とが接続される。この時、前述の出射端面１０ａと受光光学デバイス４が対面して、その隙間である距離Ｘは、３００μｍ程度にされる。この距離Ｘは、１５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲で用いる事ができ、２００μｍ以上４００μｍ以下でより好ましく用いる事ができる。なお、この距離は隙間が空気の場合であり、隙間には光収束機能を有さない物質が充填されていてもよく、そのときの距離Ｘは充填された物質の屈折率に比して短くなる。なお、受光光学デバイス４は、例えば、ＰＩＮフォトダイオード等の受光光学素子である。

また、保持部材３と保持部材と５が接続された時に、前述の隙間に配置されるように、保持部材３及び保持部材５の少なくとも一方に、光収束機能を有さない光機能素子を設けても良い。

受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）開口径は受光面積と動作性能のバランスを考慮して、１Ｇｂｐｓ伝送用であれば３００〜４００μｍ、３Ｇｂｐｓ伝送用であれば、１００μｍ程度の径を好ましく選択することができる。なお、高速通信やファイバの線径が小さくなる等の要因により、狭面積のフォトダイオードを用いる必要がある場合は、感度を向上させたアバランシェ型フォトダイオードを使って狭面積のデメリットを改善することができる。また、本発明の光結合では、光軸の厳密な設定を必要としないため、パッシブアライメントでも十分な結合が得られ、量産性に優れる。特に出射光の径が受光素子の面積に対して小さい場合は、アライメントのずれに対して光量が確保できるため、より有効に作用する。

次に、本発明の光結合方法及びコネクタにて用いるＧＩ型プラスチック光ファイバについて説明する。図２は、ＰＯＦ１０の断面図である。ＰＯＦ１０は、中心に配置されたコア部１１と、コア部１１の外周を覆うクラッド部１２とを備えている。コア部１１は、中心のインナーコア（第１のコア部）１３と、インナーコア１３の外周を覆うアウターコア（第２のコア部）１４との２つの領域を備えている。インナーコア１３のコア半径はａ、アウターコア１４のコア半径はｂにされている。この態様の光ファイバは、第１のコア部（インナーコア１３）が屈折率分布を有しているため高い伝送性能を有する事が知られており、このときの屈折率分布は２乗分布態様となることで最も高い伝送性能を有することが知られている。

図３は、ＰＯＦ１０の屈折率分布を示す説明図である。図３に示すように、インナーコア１３の屈折率ｎ１は、中心軸ＣＬから外周側（半径方向）に行くに従って漸減しており、いわゆるＧＩ（グレーデットインデックス）型プラスチック光ファイバのｇ乗分布の屈折率分布態様を有している。

インナーコア１３の屈折率を付与する製法としては、国際公開ＷＯ９３／０８４８８号パンフレットなどに記載される様な屈折率変化させる屈折率調整物質をモノマーに添加し、モノマーの重合において排除体積効果を利用することによって、屈折率調整物質をコア部の中央部に濃縮することで、中央部に向かって高い屈折率を与える方法や、特開２００１- ２１５３４５公報に記載される様な屈折率の異なるモノマーを外周部から中央部に向かってその共重合比を調整することによって共重合体の屈折率を変化させる方法、特開平０８- ３３４６３５号公報に記載される様な屈折率調整物質を熱による拡散で分布させ、その際の拡散度合いによって屈折率調整物質の存在比を分布させて屈折率を変化させる方法などが知られている。

アウターコア１４の屈折率ｎ２は、インナーコア１３の外周の屈折率と略同じ値であり、屈折率は均一にされている。なお、アウターコア１４の屈折率ｎ２は、均一であることが好ましいが、高次モードが伝搬すれば屈折率の分布を有しても良い。また、クラッド部１２の屈折率ｎｃは、アウターコア１４の屈折率ｎ２より小さい。

また、アウターコア１４の製法は特に規定されず、溶融したポリマーの押出しによる成形や回転する中空管内にモノマーを投入し重合させる方法など、公知のいかなる方法で作製してもよい。このときに、伝送性能が第１のコア部（インナーコア１３）と第２のコア部（アウターコア１４）との界面に微細な凹凸や歪みなどの不整があると散乱等による損失が発生するため界面不整がない様に注意する。第１のコア部と第２のコア部の製造に順序はなく、たとえば、第１のコア部を作成後、その周囲に第２のコア部を付与してもよく、第２のコア部となる中空管内で第１のコア部を重合もしくは別途作成した第１コア部を嵌合させてもよい。

インナーコア１３の屈折率ｎ１は、前述したように、インナーコア１３の中心ＣＬから外周（半径）方向に向かって漸減しており、距離に対してｇ乗分布となっている。

このｇ値は、屈折率分布係数と呼ばれ、光ファイバの屈折率分布形状を下式に示す、べき乗則により近似した際、屈折率分布形状を決定する指数である。ａは第１のコア部の半径、屈折率が最大である第１のコア部中心の屈折率をＭｎ１、屈折率分布の変化が始まるコア部の外周の屈折率（本発明においてはインナーコア１３の外周面の屈折率、すなわち、アウターコア１４の屈折率）ｎ２、ΔはＭｎ１とｎ２の差をＭｎ１で割った値（比屈折率差）とした時に、第１のコア部の中心から半径ｒだけ離れた任意の位置の屈折率がｎ１（ｒ）となるコア部であるとした以下の式（１）によって定義される。

ｎ１（ｒ）＝Ｍｎ１（１−２Δ（ｒ／ａ）^g）^1/2・・・・（１）
（ただし、Δ＝（Ｍｎ１−ｎ２）／Ｍｎ１）

さらに、第１のコア部と第２のコア部の径比については、第１のコア部外径／第２のコア部外径が、０．６７以上０．８７以下、好ましくは０．６７以上０．８０以下となるように配置することが好ましい。この径比が大きすぎると平行ビーム径が大きくなって好ましくなく、小さすぎると出射光の収束が行われなくなるので好ましくない。導光部位の面積、つまり第２のコア部の外径は、２５０μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以上７５０μｍ以下となるようとすることが好ましい。この外径、つまりファイバ径が大きすぎると平行ビーム径が大きくなって好ましくなく、小さすぎると光の入射が困難となるので好ましくない。

インナーコア１３は、この屈折率分布係数ｇが、１．５≦ｇ≦４．０の範囲内に収まるようにされている。屈折率分布を有する第１のコア部であるインナーコア１３の屈折率分布係数は、２．０以上２．５以下となるように配置することが好ましい。この値が大きすぎるとモード遅延が生じて伝送特性が劣化するため好ましくない。

本発明の実施態様を例にあげて説明を行う。アウターコア１４の外径２ｂは、２５０μｍ≦２ｂ≦１０００μｍの範囲内であり、かつ、インナーコア１３の外径２ａとアウターコア１４の外径２ｂとの比は、０．６７≦ａ／ｂ≦０．８７の範囲内になるように形成されている。さらに、ＰＯＦ１０において、この出射ＮＡは、０．１２≦出射ＮＡ≦０．２２の範囲内に収まるように形成されている。

次に、上記構成のＰＯＦ１０の出射光特性について説明する。図４は、ＰＯＦ１０の出射端面から出射するレーザー幅を測定する測定システム２０の構成を示す説明図である。この測定システム２０は、光源として面発光型レーザーであるＶＣＳＥＬ２１を用いる。この測定に用いられるＶＣＳＥＬ２１の発光スポット数は最大４であり、その出射ＮＡは、０．０５以上０．２２以下である。また、本発明のＰＯＦ１０への入射ビーム径については、コア部１１への入射時の結合損失を起こさないために入射光の径がアウターコア１４の外径２ｂよりも小さいことが好ましく、より好ましくはインナーコア１３の外径２ａと同等か、より小さいことが好ましい。従って、ＶＣＳＥＬ２１とＰＯＦ１０の入射端面との距離は、上記最適ビーム外径になるよう可変できる構成にされている。さらに、ＰＯＦ１０の出射端面側には、距離Ｚ離れた位置に出射ビームの特性、つまりビーム外径を検出するＣＣＤカメラ型検出器２３が配置されている。さらに、ＶＣＳＥＬ２１とＰＯＦ１０との間には、ＮＤフィルタ２２が配置されている。これは、ＶＣＳＥＬ２１とＰＯＦ１０の入射端面との距離が小さいとき、ＰＯＦ１０からの出射光パワーが強すぎることによって、検出器２３のＣＣＤカメラのパワー検出能が飽和するのを防ぐ目的で配置している。

ＶＣＳＥＬ２１から出射したビームは、ＮＤフィルタ２２を介してＰＯＦ１０の入射端面から入射する。ＰＯＦ１０は、入射したビームを導波して出射端面から空間に出射する。検出器２３は、空間に出射されたビームの外径を距離Ｚの位置で測定する。

この測定システム２０によって、ＰＯＦ１０の出射端面から空間に出射されたビームの外径を測定した測定結果について以下に説明する。ＰＯＦ１０として、クラッド部１２の外径が４７５μｍのものを使用して測定した結果を図５のグラフに示す。なお、このＰＯＦ１０は、ＰＶＤＦからなる屈折率ｎｃが１．４２、外径５００μｍのクラッド内部にＰＭＭＡからなる外径４７５μｍのアウターコアを有し、さらにその内部にＰＭＭＡにジフェニルスルフィドを添加して屈折率分布を有するインナーコア１３を設けた。インナーコア１３の外径２ａに対するアウターコア１４の外径２ｂの比（ａ／ｂ）は、０．７８となる様にした。また、それぞれの屈折率はインナーコア１３の中心部の最大屈折率ｎ１が１．５０５、アウターコア１４の屈折率ｎ２が１．４９２であり、屈折率分布係数ｇが２．５であった。

また、ＶＣＳＥＬ２１は、波長７８０ｎｍ、発光スポット数が４個のものを用いてある。さらに、ＶＣＳＥＬ２１の出射光強度はガウシアンビーム分布であり、発散角度は１８度である。ここでの発散角は一般的な規定法を用いてある。すなわち、ガウシアンビーム分布で最も光強度の高くなる中心部のパワーの1/e²になる角度で規定した。なお、ＰＯＦ１０の長さは３０ｍにされている。

図５のグラフから分かるように、距離Ｚが０から４００μｍまでに亘って、ビームの外径が広がらずに、ビーム径が約４００μｍの平行ビームになっており、距離Ｚが４００μｍを越えると、１4 度の発散角度、つまりプラスチック光ファイバの出射ＮＡ０．１２で空間に広がっている。この測定は、３ロットについて行い、ほぼ同じ結果が得られた。また、ＰＯＦ１０の長さを１０ｍ、５ｍ、２ｍとして同様の測定を行っても、図５と同じ結果が得られた。なお、本発明は、受光光学デバイスとは特に限定されず、受光素子の様な半導体デバイスとの結合の他に、プラスチック光ファイバ同士、光結合器などの光学部材との接続などにも用いる事ができる。

また、同様の測定をアウターコア部１４の外径が３００μｍのＰＯＦについて行った。このＰＯＦもＰＶＤＦからなる屈折率ｎｃが１．４２、外径３１６μｍのクラッド内部にＰＭＭＡからなる外径３００μｍのアウターコアを有し、さらにその内部にＰＭＭＡにジフェニルスルフィドを添加して屈折率分布を有するインナーコア１３を設けた。インナーコア１３の外径２ａに対するアウターコア１４の外径２ｂの比（ａ／ｂ）は、０．７８となる様にした。またそれぞれの屈折率はインナーコア１３の中心部の最大屈折率ｎ１が１．５０５、アウターコア１４の屈折率ｎ２が１．４９２であり、屈折率分布係数ｇが２．５となるように作成した。

この結果を図６のグラフに示す。なお、その他の条件は、図５の測定と同じである。図６のグラフから分かるように、距離Ｚが０から３２０μｍまでに亘って、ビームの外径が広がらずに、ビーム径が約３００μｍの平行ビームになっており、距離Ｚが３２０μｍを越えると、２４度の発散角度、つまりプラスチック光ファイバの出射ＮＡ０．２１で空間に広がっている。

図７は、３０ｍのステップインデックス型ＰＯＦ（以下、ＳＩ型ＰＯＦと称する）を用いて、図５あるいは図６と同様の測定を行った結果を示してある。ＰＯＦのクラッドの外径は７５０μｍである。その他の条件は図５あるいは図６と同じである。図７から分かるように、ＳＩ型ＰＯＦの出射光はＰＯＦの出射端面から出射されると同時に回折によって広がっていることが分かる。

図８は、本発明で用いるＧＩ型光ファイバとは異なるアウターコアを有しない構造を有するＧＩ型光ファイバについて、図５あるいは図６と同様の測定を行った結果を示してある。ＰＯＦのクラッドの外径は１２５μｍ、長さは３０ｍであり、その他の条件は図５あるいは図６と同じである。図８から分かるように、本発明で用いるＧＩ型光ファイバ（ＰＯＦ１０）とは異なる他の構造を有するＧＩ型光ファイバでは、その出射光が、本発明で用いるＰＯＦ１０の様な明確な平行領域が見られず、かつ、出射後５０〜１００μｍ程度で出射光が広がり始める。これらの距離では光学系を介在させないでファイバ間に集光機能を持たない光学素子を配置させるには適切な距離とはいえない。

以上の結果は、ＰＯＦ１０からの出射ビームの外径が光機能素子を配置可能な間隔まで広がらずに伝搬する現象は、従来のＳＩ型ＰＯＦあるいはＧＩ型ＰＯＦには見られず、本発明に用いるＰＯＦ１０の構造によってのみ発現されるものであることが明らかであることを示す。

図９は、ＰＯＦ１０の出射端面から出射された光と受光器（ＰＤ）との結合効率を模式的に測定した結果である。受光器の開口径は４００μｍであり、ＰＯＦは１番目の実施例として記載したアウターコア外径は４７５μｍであるものを用いた。ＰＯＦの出射端面から出射された光は、出射端面と受光器（ＰＤ）との間隔が、３００μｍ以内の範囲において、光結合効率は、略１００％となっていることが分かる。

図１０は、２本のＰＯＦ１０の出射端面と入射端面とを距離Ｙ離して対向させ、一方のＰＯＦ（Ａ）から出射された光を、もう一方のＰＯＦ（Ｂ）の入射端面で受ける時、距離Ｙに対して結合効率がどのように変化するかをプロットしたものである。実験に使用したＰＯＦのクラッド部の外径は４７５μｍであり、ＰＯＦの長さはＰＯＦ（Ａ）、ＰＯＦ（Ｂ）共に３０ｍである。光源は図４の測定に用いたＶＣＳＥＬ２１を用いた。図１０から分かるように、ＰＯＦ（Ａ）の出射端面から出射された光は、ＰＯＦ（Ａ）の出射端面とＰＯＦ（Ｂ）の入射端面との距離Ｙが、３００μｍ以内の範囲において、光結合効率は、略１００％となっておいることが分かる。これは、距離Ｙが３００μｍ以内の範囲においは、ＰＯＦからの出射ビーム外径が回折によって広がっていないことを示すに他ならない。

図９及び図１０の実験結果より、ＰＯＦと受光器（ＰＤ）との光結合、及びＰＯＦ間の光結合において、３００μｍ以下の空間が存在しても回折損失が生じないことを示している。つまり、集光あるいはコリメートする手段が不要である。また、この空間に波長フィルタ等の光学デバイスを原理的には無損失で挿入可能である。

このような特性は、従来の石英系光ファイバやプラスチック光ファイバには見られない、全く新規な機能である。さらに、本発明のプラスチック光ファイバ同士をコネクタによって接続する際、従来の石英ファイバ用コネクタに見られるようにファイバ端面同士を物理的に接触させる（フィジカルコンタクト）必要無く低損失光結合が実現できる。また、従来のプラスチックファイバ用コネクタに見られるようにファイバの伸縮を吸収するための空間距離のバラツキを厳密にする必要なく低損失光結合が実現できる。従って、低光結合で、かつ、低コストな新規コネクタハウジング構造の設計が可能となる。

以上説明したように、本発明にて用いるＰＯＦは、従来のプラスチック光ファイバの特徴である大口径、高受光角を維持しつつ、出射光がある空間範囲に渡って平行ビームで放出されるため、高帯域用小開口径受光器との高効率光結合をも達成できる従来の小口径ファイバの特徴をも兼ね備えている。このため、本発明の光結合において、部品の位置決め工程で高い精度が要求されないので、位置決め工程を簡略化して光伝送リンクシステムのコストを低減することができる。

また、前述の構造のＰＯＦ１０から出射された光は、ある一定の距離（約３００μｍ）を平行ビームで空間を伝搬し、その後ある一定の広がり角度をもって空間に放射される。従って、上述したような平行ビーム伝搬領域では、平行ビーム径より大きな開口径をもつ受光器との光結合効率は、光学レンズなどの集光光学デバイスを用いなくとも略１００％となる。また、集光光学デバイスを用いないので、光結合における部品点数が少なくなり、光結合の部品どうしの位置決めを行う調整工程を簡略化できるので、光伝送リンクシステムのコストを低減することができる。さらに光機能素子を挿入するだけの空間を有することができる。

本発明のコネクタの構成を示す断面図である。ＰＯＦの構成を示す断面図である。ＰＯＦの屈折率の特性を示す説明図である。測定システムの構成を示す説明図である。アウターコア外径４７５μｍのＰＯＦ出射端面から距離に対するビーム径の特性を示すグラフである。アウターコア外径３００μｍのＰＯＦ出射端面から距離に対するビーム径の特性を示すグラフである。アウターコア外径７５０μｍのＳＩ型ＰＯＦ出射端面から距離に対するビーム径の特性を示すグラフである。本発明以外で用いるアウターコア外径１２５μｍのＧＩ型ＰＯＦ出射端面からの距離に対するビーム径の特性を示すグラフである。アウターコア外径４７５μｍＰＯＦと受光器との距離に対する光結合効率の特性を示すグラフである。アウターコア外径４７５μｍＰＯＦ間の距離に対する光結合効率の特性を示すグラフである。

符号の説明

２コネクタ
３，５保持部材
４受光光学デバイス
１０ＰＯＦ
１０ａ出射端面
１１コア部
１２クラッド部
１３インナーコア
１４アウターコア
２１ＶＣＳＥＬ
２２ＮＤフィルタ
２３検出器
ａインナーコア半径
ｂアウターコア半径
ｎ１，ｎ２，ｎｃ屈折率

Claims

屈折率分布型プラスチック光ファイバ間、または前記屈折率分布型プラスチック光ファイバと受光光学デバイス間を光結合する屈折率分布型プラスチック光ファイバの光結合方法において、
前記屈折率分布型プラスチック光ファイバの出射端面と、前記屈折率分布型プラスチック光ファイバの入射端面または前記受光光学デバイスとの距離を２００μｍ以上とした隙間を設けて光結合することを特徴とする光結合方法。
前記隙間に光収束機能を有さない光機能素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の光結合方法。
前記屈折率分布型プラスチック光ファイバは、光が伝搬するコア部として、屈折率分布を有する第１のコア部と、第１のコア部の外周を覆い、実質的に屈折率分布を有さない第２のコア部との２つの領域を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光結合方法。
前記第１のコア部の屈折率分布係数が１．５以上４．０以下の範囲内であることを特徴とする請求項３記載の光結合方法。
前記第２のコア部の外径は、２５０μｍ≦（第２のコア外径）≦１０００μｍの範囲内であり、かつ、前記第１のコア部と前記第２のコア部との外径比は、０．６７≦（第１のコア部の外径/ 第２のコア部の外径）≦０．８７であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光結合方法。
前記屈折率分布型プラスチック光ファイバの出射ＮＡは、０．１２以上０．２２以下の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つ記載の光結合方法。
前記屈折率分布型プラスチック光ファイバへ光を入射させる光源として、出射ＮＡが０．０５以上０．２２以下である発光デバイスを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つ記載の光結合方法。
前記発光デバイスは、面発光型半導体レーザーであることを特徴とする請求項７記載の光結合方法。
屈折率分布型プラスチック光ファイバ間、または前記屈折率分布型プラスチック光ファイバと受光光学デバイス間を光結合するコネクタにおいて、
前記屈折率分布型プラスチック光ファイバを保持する第１保持部材と、前記屈折率分布型プラスチック光ファイバまたは前記受光光学デバイスを保持する第２保持部材と、
これら保持部材の一方または両方に設けられ、前記屈折率分布型プラスチック光ファイバの出射端面と、前記屈折率分布型プラスチック光ファイバの入射端面または前記受光光学デバイスとの距離が２００μｍ以上となる隙間を保持して、前記第１保持部材及び前記第２保持部材を接続する接続手段とを有することを特徴とするコネクタ。
前記接続手段により前記第１保持部材と前記第２保持部材とが接続された時に、前記隙間に配置されるように、前記第１保持部材及び前記第２保持部材の少なくとも一方に、光収束機能を有さない光機能素子を設けたことを特徴とする請求項９記載のコネクタ。