JP2006039276A

JP2006039276A - 光コネクタ

Info

Publication number: JP2006039276A
Application number: JP2004220065A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kobayashi; 善宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: JP4344663B2; CN1727931A

Abstract

【課題】入射された光のモードの幾つかが分散されてしまい、様々な信号は互いに干渉しあい受光器にて正確な信号を受光出来なくなるという問題がある。
【解決手段】一対の光ファイバの端面同士を接続させる光コネクタにおいて、上記一対の光ファイバのコアの中心位置が相互に偏心するように当接させ、かつ一方の光ファイバからの入射ビームを他方の光ファイバの軸心に対して傾けて入射させることで、両者を光学的に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等に使用される、光ファイバを相互に接続する光コネクタに関するものである。

従来より、データコム通信では、コンピュータ間をつなぐシステムとして１０メガビットイーサネット（登録商標）、１００メガビットファーストイーサネット（登録商標）が普及しており、更に伝送容量の大きいギガビットイーサネット（登録商標）への移行が開始されており、更には将来の超高速大容量伝送にためには１０ギガビットイーサネット（登録商標）の開発も開始されている。

ギガビットイーサネット（登録商標）及び１０ギガビットイーサネット（登録商標）の最大の特徴としては、普及しているイーサネット（登録商標）のシステムを周到しており、システム自体が既に量産状態にあるので、他の方式に比べて安価であることと、高速大容量のギガビットであることである。

つまり、ギガビットイーサネット（登録商標）及び１０ギガビットイーサネット（登録商標）は１０メガビットイーサネット（登録商標）、１００メガビットファーストイーサネット（登録商標）と同一フレーム形式を使用して、単純に伝送速度を高めたイーサネット（登録商標）である。

そのため１０メガ、１００メガ、１ギガ、１０ギガのシームレスな通信ネットワーク拡張を行うことが可能となる。

この様に伝送容量を１０メガビット、１００メガビット、１ギガビット、１０ギガビットと大きくしていくと、伝送方式としては電気信号の次に発光ダイオード発光の光信号、更にその次にはレーザダイオード（以降ＬＤ）発光の光信号へと変わり、又通信ケーブルとしては銅線、マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバへと変えていかなくてはならない。

しかしながら、通信ケーブルは、特に北米においてはマルチモード光ファイバのネットワークが張り巡らされており、容易に取り替えるのは困難な状況になっている。

その為、既存のマルチモード光ファイバのケーブル網を使用し高速大容量伝送が可能なギガビットイーサネット（登録商標）そして将来的には１０ギガビットイーサネット（登録商標）を推進していく動きが高まっている。

しかし、ＬＤ光がマルチモード光ファイバに入射されると、マルチモード光ファイバのコア径に対してＬＤ光のスポットサイズが小さいために、コアに光が充填されず、うまく励起されなかった。

その為にＬＤ光をシングルモード光ファイバに直接入射し、これを既存のマルチモ−ド光ファイバに接合する方法がとられた。

ところが、上記ＬＤ光を受けたシングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバを接続すると、モードの幾つかが分散され、様々な信号は互いに干渉しあい、受光器にて正確な信号を受光出来なくなり、その為伝送距離が極端に短くなるという問題があった。

マルチモード光ファイバはグレーデッドインデックス型というタイプであり、図５（ａ）に示すように、各モードの到達時間をそろえる目的でコアの屈折率を放射線形にする工夫をこらしたものであり、モードの違いによる分散はない様に設計されている。

しかし、現実のマルチモード光ファイバは製造工程上、図５（ｂ）に示すように中央部分に屈折率の低い「くぼみ」のような部分が出来るため、入射された光のモードの幾つかが分散され、様々な信号が互いに干渉しあい上記のような現象が生じるのでことになる。

そのため、折角発光源としてＬＤ光を使用しても長い伝送距離を得ることが出来ないという課題があった。

そこで、従来の光コネクタ４０は、図６に示すように、一例としてＦＣ形光コネクタにて説明するが、これは一対の光ファイバ固定具３３、３３’同士を当接させたものであり、この光ファイバ固定具３３、３３’は、光ファイバ４１、４１’を挿通固定する軸孔３１ａ、３１ａ’を有するフェルール３１、３１’と、該フェルール３１、３１’が嵌合する凹部３２ａを備え、上記凹部３２ａと連動しかつ前記フェルール３１、３１’の軸孔３１ａ、３１ａ’と同軸の貫通孔３２ｂを有するフェルール支持体３２とからなり、上記フェルール３１、３１’の軸孔３１ａ、３１ａ’には光ファイバ４１、４１’を挿入し、上記フェルール支持体３２の貫通孔３２ｂに接着剤４３を充填する事により、上記光ファイバ４１、４１’を固着してなるものであった。

上記一対のフェルール３１、３１’はスリーブ４４で保持され、該スリーブ４４の外周には両端にネジ部を設けたアダプタカプリング４５を配設すると共に、該アダプタカプリング４５のネジ部にカプリングナット４６を螺合して各カプリングナット４６とフェルール支持体３２との間に配設したバネ４７の押圧力により光ファイバ固定具３３、３３’のフェルール３１、３１’の先端面同士を当接させることにより光ファイバ４１、４１’の先端面同士を光学的に接続するようにしてあった。

スリーブ４４は外径に概ね平行して内径が配置されており、開放端の一方から他方まで一直線でつながった円筒形状である。

又入射側のフェルール３１はその外周部のほぼ中心位置に軸孔３１ａを有し、該軸孔３１ａにはシングルモード光ファイバ４１を接着固定しており、出射側フェルール３１’はその外周部の中心から偏心した位置に軸孔３１’を有し、該軸孔３１ａ’にはマルチモード光ファイバ４１’を接着固定しており、互いのフェルール３１、３１’の先端面がスリーブ４４の内径の中で固定されていた。

その為シングルモード光ファイバ４１の中心位置とマルチモード光ファイバ４１’の中心位置が偏心しており、シングルモード光ファイバ４１を通ってきた光は図５（ｂ）に示すようなマルチモード光ファイバ４１’の中央部分の屈折率の低い「くぼみ」のような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生せず、信号は干渉せず効率よく伝送することが可能となった（特許文献１）。
特開２００１−１３３７５号公報

しかし、図６に示した一対の光ファイバのコアの中心位置を相対的に偏心させて接続し、特に上記一対の光ファイバの一方にシングルモード光ファイバ４１を配し、他方にマルチモードファイバ４１’を配置した従来の光コネクタ４０では、１０メガビット、１００メガビットファーストイーサネット（登録商標）、１ギガビットイーサネット（登録商標）までの伝送速度を有するイーサネット（登録商標）であれば、シングルモード光ファイバ４１を通ってきた光はマルチモード光ファイバ４１’の中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず効率よく伝送することができたが、近年５５０ｍまでの伝送距離の要求が出てきており、１０ギガビットイーサネット（登録商標）においては、５５０ｍの伝送距離では、入射された光のモードの幾つかが分散されてしまい、様々な信号は互いに干渉しあい受光器にて正確な信号を受光出来なくなるという問題がやはり発生してしまっている。

上記に問題点に鑑みて本発明は、一対の光ファイバの端面同士を接続させる光コネクタにおいて、上記一対の光ファイバのコアの中心位置が相互に偏心するように当接させ、かつ一方の光ファイバからの入射ビームを他方の光ファイバの軸心に対して傾けて入射させることで、両者を光学的に接続したことを特徴とする。

また、上記一対の光ファイバの一方をシングルモード光ファイバ、他方をマルチモード光ファイバとし、上記コアの中心位置が１０〜２５μｍの範囲内で相互に偏心するように当接させ、かつ一方の光ファイバからの入射ビームを他方の光ファイバの軸心に対して３〜２５°の範囲内で傾けて入射させることで、両者を光学的に接続したことを特徴とする。

また、上記コアの中心位置の偏心方向をＸ軸、上記光ファイバの軸方向をＺ軸とし、上記Ｘ軸とＺ軸に直角な方向をＹ軸としたとき、上記Ｙ軸とＺ軸を上記コアの中心位置が相互に偏心した偏心量の分ずらした軸をそれぞれＹ’軸、Ｚ’軸としたときに、上記入射ビームはＹ’軸とＺ’軸のなす面内であることを特徴とする。

また、上記光ファイバの端部の少なくとも一方をフェルールの中心位置から偏心させて保持したフェルールを、略中央部にて折曲した内孔を有する円筒状のスリーブに挿入してなることを特徴とする。

このように本発明によれば、一対の光ファイバの端面同士を接続させる光コネクタにおいて、上記一対の光ファイバのコアの中心位置を相対的に偏心させ、かつ上記一対の光ファイバの入射ビーム波を傾けて入射させて接続したことにより、シングルモード光ファイバを通ってきた光は、マルチモード光ファイバの中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず効率よく伝送することができる。

以下本発明実施形態を図によって説明する。

図１（ａ）は本発明の第一実施形態を示す光コネクタの断面図である。

本発明に係わる光コネクタ１０としてＦＣ形光コネクタにて説明するが、これは一対の光ファイバ固定具３、３’同士を当接させたものである。この光ファイバ固定具３、３’は、光ファイバ１１、１１’を挿通固定する軸孔１ａ、１ａ’を有するフェルール１、１’と、該フェルール１、１’が嵌合する凹部２ａを備え、上記凹部２ａと連動しかつ前記フェルール１、１’の軸孔１ａ、１ａ’と同軸の貫通孔２ｂを有するフェルール支持体２とからなり、上記フェルール１、１’の軸孔１ａ、１ａ’には光ファイバ１１、１１’を挿入し、上記フェルール支持体２の貫通孔２ｂに接着剤３を充填する事により上記光ファイバ１、１’を固着してなるものである。

上記一対のフェルール１、１’はスリーブ１４で保持され、該スリーブ１４の外周には両端にネジ部を設けたアダプタカプリング１５を配設すると共に、該アダプタカプリング１５のネジ部にカプリングナット１６を螺合して各カプリングナット１６とフェルール支持体２との間に配設したバネ１７の押圧力により光ファイバ固定具３、３’のフェルール１、１’先端同士を当接させることにより、光ファイバ１１、１１’同士を光学的に接続するようにしてある。

上記スリーブ１４は内孔１４ａが略中央部１４ｂにて折れ曲がっている円筒形状であり、シングルモード光ファイバ１１からマルチモード光ファイバ１１’へ入射ビームを軸方向に対して斜めに入射することが可能となる。

次に、図１（ｂ）に図１（ａ）のフェルール１、１’と光ファイバ１１、１１’が当接した状態の拡大図を示す。

通常、入射側のフェルール１はその外周部のほぼ中心位置に軸孔１ａを有し、該軸孔１ａにはシングルモード光ファイバ１１が接着固定されているが、例えば、一対の光ファイバのコアの中心位置を相互に偏心させるために、出射側フェルール１’の外周部の中心から偏心した位置に軸孔１ａ’を設け、該軸孔１ａ’にはマルチモード光ファイバ１１’が接着固定されており、互いのフェルール１、１’の先端面がスリーブ１４の内孔１４ａの中で固定されている。

その為シングルモード光ファイバ１１のコア１１ａの中心位置１１ｂとマルチモード光ファイバ１１’のコア１１ａ’の中心位置１１ｂ’が偏心しており、しかも軸方向に対して斜めに入射されるので、シングルモード光ファイバ１１を通ってきた光はマルチモード光ファイバ１１’の中央部分の屈折率の低い「くぼみ」のような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生せず、信号は干渉せず効率よく伝送することが可能となる。

図２はマルチモード光ファイバ１１’に光が入射される場合の、入射方向を示した概念図である。

入射ビーム入射位置１８ａのコア１１ａ’の中心位置１１ｂ’の偏心方向をＸ軸、光ファイバの軸方向をＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直角な方向をＹ軸とし、Ｙ軸とＺ軸をコアの中心位置が相互に偏心した偏心量δの分ずらした軸をそれぞれＹ’軸、Ｚ‘軸としたときに、Ｙ’軸とＺ’軸のなす面内に入射ビーム１８を光ファイバの軸心に対して角度をψ傾けて入射する。

本発明の光コネクタ１０では、コア１１ａ’の中心位置１１ｂ’の相対的な偏心δを１０〜２５μｍの範囲内で偏心させ、かつＹ’軸とＺ’軸のなす面内に光ファイバの入射ビーム１８を光ファイバの軸心に対しての角度ψを３〜２５°の範囲内で傾けて接続したことを特徴とする。

ここで、コア１１ａ’の中心位置１１ｂ’の相対的な偏心量δを１０〜２５μｍの範囲内としているのは、１０μｍ未満であれば、偏心効果が発揮できずに、マルチモード光ファイバ１１‘の中央部分の屈折率の低い「くぼみ」のような部分に光が入射してしまい、モードの異常な分散が発生してしまい、２５μｍを超えるとマルチモード光ファイバのコア直径が５０μｍもしくは６２．５μｍのために、入射する光がコア部分を外れるので適正に光が伝搬されなくなるために１０〜２５μｍの範囲内としている。この範囲内で偏心量δを１５〜２０μｍに調整するとより望ましい効果が得られる。

また、角度ψを３〜２５°の範囲内としているのは、３°未満であれば、角度ずらし効果が発揮できずに、マルチモード光ファイバ１１‘の中央部分の屈折率の低い「くぼみ」のような部分に光が入射してしまい、モードの異常な分散が発生してしまい、また、２５°を超えると、入射角度が大きすぎて、せっかくコア部に入射した光がクラッド部へ逃げてしまい適正に光が伝搬されなくなるために３〜２５°の範囲内としている。この範囲内で角度ψを５〜１５°に調整すると更に好ましい効果が得られる。

このように、一対の光ファイバの端面同士を接続させる光コネクタ１０において、上記一対のシングルモード光ファイバ１１のコア１１ａの中心位置１１ｂを相対的に偏心量δの距離分を偏心させ、かつ上記一対の光ファイバの入射ビーム１８を角度ψ分傾けて入射させて接続したことにより、図３に示すようにグレーデッドインデックス形マルチモード光ファイバのコア１１ａ’内をらせん状に光信号を伝搬することができ、これにより、マルチモード光ファイバ１１’の中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して伝送されるために、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず、高速度な信号を規定されている５５０ｍ以上の距離の光伝送が可能となる。

以上の説明ではシングルモード光ファイバ１１をフェルール１の中心に固定し、マルチモード光ファイバ１１’を偏心させてフェルール１’に固定させる構成にて説明してきたが、これに限ることなくシングルモード光ファイバ１１、マルチモード光ファイバ１１’のコアの中心位置１１ｂ、１１ｂ’が相互に偏心していればいかなる構成でも本発明の効果を奏することが出来る。

なお、本発明のフェルール１、１’の材質はジルコニア、アルミナ、ガラス等のセラミックス、ステンレス等の金属、ＬＣＰ，ＰＰＳ，ＰＥＳ，ＰＥＩ等のプラスチック又はそれらの混合材質を用いても良い。

又、スリーブ１４の構造は長手方向にスリットの入った割スリーブ、スリットの入らない精密スリーブのいずれでも良く、材質はジルコニア、りん青銅、プラスチックのいずれでも良く、該スリーブ１４の加工方法は材料の削りだしでも良いし、プラスチックのように射出成形でも良い。この中でも、プラスチックの射出成形であれば、複雑な形状が金型形状によっては、比較的安価に製造可能となるので特に望ましい。

ここで、以下に示す方法で実験を行った。

ジルコニアセラミックス製のフェルールを外径Ｄ＝径２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、貫通孔ｄ＝径０．１２６ｍｍで作成し、入射側のフェルール１にはシングルモード光ファイバ１１を接着固定し、出射側フェルール１’にはマルチモード光ファイバ１１’を接着固定し、光ファイバの中心位置１１ｂ、１１ｂ’を偏心させた状態で一対の光ファイバの端面同士を接続させた。

偏心量δは実施例として５、９、１０、１５、２０、２５、３０μｍとし、比較例としては０μｍとした。

また、角度ψは実施例として２、３，１０、２０、２５、２６°とし、比較例としては０°と設定して、各組み合わせで光ファイバの長さを５０ｍおきに長くして伝送距離を測定した。

ここで使用したマルチモード光ファイバはコア径６２．５μｍ、クラッド径１２５μｍである。

測定方法は、図４に示すように、トランシーバ２１のＥ／Ｏ変換器２２から波長が１３１０ｎｍ、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／秒としてとなるように光信号を出射し、シングルモード光ファイバ１１に接続し、本発明の光コネクタ１０を介して被測定用のマルチモード光ファイバ１１’に接続した。マルチモード光ファイバ１１’を伝送してきた光は一般的な光コネクタを介してレシーバ２４のＯ／Ｅ変換器２５に受光させて、電気信号に変換して、正しい信号が伝わったかを確認した。

正しい信号が伝送された最大長さを記載した結果を表１に示す。

比較例の偏心量δが０μｍではいずれの角度ψでも伝送距離が０ｍとなった。

また、比較例の角度ψが０°においても伝送距離が１００ｍまでは達しなかった。

それに比べ本発明の実施例では、１００ｍ以上の伝送距離を得ることができ、更には偏心量δが１０〜２５μｍの範囲内かつ角度ψが３〜２５°の範囲内では伝送距離が５５０ｍ以上となり、良い値となっている。

特に偏心量δが１５〜２０μｍ、角度が５〜１５°の範囲内では７５０ｍとより高伝送距離を得ることが出来た。

以上より、一対の光ファイバの端面同士を接続させる光コネクタにおいて、上記一対の光ファイバのコアの中心位置を相対的に偏心させ、かつ上記一対の光ファイバの入射ビーム波を傾けて入射させて接続したことにより、シングルモード光ファイバを通ってきた光はマルチモード光ファイバの中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず効率よく伝送される事となったことがわかる。

（ａ）は本発明の光コネクタを示す断面図であり、（ｂ）はその部分拡大図である。本発明のマルチモード光ファイバに光が入射される場合の、入射方向を示す概念図である。本発明のマルチモード光ファイバのコア内の光信号の伝搬状態を示す概念図である。実施例における測定方法を示す概念図である。（ａ）は理想的なマルチモード光ファイバの屈折率分布を表すグラフ、（ｂ）は実際のマルチモード光ファイバの屈折率分布を表すグラフである。従来の光コネクタを示す断面図である。

符号の説明

１、１’：フェルール
１ａ、１ａ’：軸孔
２：フェルール支持体
２ａ：凹部
２ｂ：貫通孔
３：光ファイバ固定具
１０：光コネクタ
１１：シングルモード光ファイバ
１１ａ：コア
１１ｂ：中心位置
１１’：マルチモード光ファイバ
１１ａ’：コア
１１ｂ’：中心位置
１３：接着剤
１４：スリーブ
１４ａ：内孔
１４ｂ：中央部
１５：アダプタカプリング
１６：アダプタカプリングナット
１７：バネ
１８：入射ビーム
３１、３１’：フェルール
３１ａ、３１ａ’：軸孔
３２：フェルール支持体
３２ａ：凹部
３２ｂ：貫通孔
３３：光ファイバ固定具
４０：光コネクタ
４１、４１’：シングルモード光ファイバ
４３：接着剤
４４：スリーブ
４５：アダプタカプリング
４６：アダプタカプリングナット
４７：バネ

Claims

一対の光ファイバの端面同士を接続させる光コネクタにおいて、上記一対の光ファイバのコアの中心位置が相互に偏心するように当接させ、かつ一方の光ファイバからの入射ビームを他方の光ファイバの軸心に対して傾けて入射させることで、両者を光学的に接続したことを特徴とする光コネクタ。
上記一対の光ファイバの一方をシングルモード光ファイバ、他方をマルチモード光ファイバとし、上記コアの中心位置が１０〜２５μｍの範囲内で相互に偏心するように当接させ、かつ一方の光ファイバからの入射ビームを他方の光ファイバの軸心に対して３〜２５°の範囲内で傾けて入射させることで、両者を光学的に接続したことを特徴とする請求項１記載の光コネクタ。
上記コアの中心位置の偏心方向をＸ軸、上記光ファイバの軸方向をＺ軸とし、上記Ｘ軸とＺ軸に直角な方向をＹ軸としたとき、上記Ｙ軸とＺ軸を上記コアの中心位置が相互に偏心した偏心量の分ずらした軸をそれぞれＹ’軸、Ｚ’軸としたときに、上記入射ビームはＹ’軸とＺ’軸のなす面内であることを特徴とする請求項１又は２記載の光コネクタ。
上記光ファイバの端部の少なくとも一方をフェルールの中心位置から偏心させて保持したフェルールを、略中央部にて折曲した内孔を有する円筒状のスリーブに挿入してなることを特徴とする請求項１又は２記載の光コネクタ。