JP2006058369A - 光部品とその接続方法、及び光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 位置決めまたは固定する際に十分な把持力を作用させることができ、円柱軸を中心軸とする回転方向の位置合わせを容易に行うことが可能な円柱形状の光部品とその接続方法、及び光モジュールを提供する。
【解決手段】 本発明の光部品であるキャピラリ１０は、外周面１１の一部に、円柱軸（Ｚ軸）に対して平行な平面状に形成された側面平面部１２が設けられている。キャピラリ１０の内部には、光ファイバ２０の外径より僅かに大きな内径を有する光ファイバ保持孔１３が設けられており、キャピラリ１０中心軸とこの光ファイバ保持孔１３の中心軸が略一致している。光ファイバ２０は、光ファイバ保持孔１３に挿入された状態で固定されており、その一端がキャピラリ１０の接続端面１４に略一致するように配置されてキャピラリ１０の接続端面１４とともに研磨され、他端はキャピラリ１０の後端面１５から突き出ている。
【選択図】 図１

Description

本発明は外形が円柱形状である光部品とその接続方法、及び光モジュールに関するものである。

光通信分野において、光ファイバを他の光ファイバや他の光伝送路に接続する際に用いられる光部品は、例えばガラスの光ファイバが挿入されて他の光部品と光接続される光ファイバ用キャピラリ等の円柱形状部材が汎用的に使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
これらの光部品は、一般にセラミックスやガラスで形成されている。ガラスで形成する場合には、円柱形状のガラス母材を小径に延伸するなどして直径寸法や中心軸対称性に関して精度良くかつ低コストで円柱形状に加工して製造することができる。そのため、これらの円柱形状の光部品は、その円柱側面の外周面を基準として、円柱軸に対する回転方向を除く全ての方向に対して容易に位置決めすることができる。

特開平１１−１６０５６３号公報

ところで、上述したような円柱形状の光部品は、他の光部品と接続される端面を研磨したり、平面導波路へ接着したりすることが行われる。その際、光部品を位置決めまたは固定するためにその円柱側面が把持部材により把持されるが、把持部材との接触状態は、光部品の外周円上の点接触または外周面上の円柱軸方向に及ぶ線接触となる。そのため、光部品を位置決めまたは固定するために十分な把持力（摩擦力）を得ることが難しい。そして、端面を研磨する際に光部品が位置ずれして正確に研磨できなくなってしまったり、平面導波路に接着する際に接着剤の硬化収縮により光部品と平面導波路との相対位置がずれてしまったりすることがある。
また、十分な把持力を得るために光部品を把持する力を大きくすると、光部品がガラス等の脆性材料からなる場合には損傷してしまうことがある。

また、光部品の端面が円柱軸の直交平面に対して傾斜して研磨されているものや、光ファイバが複数挿入されるような光部品は、他の光部品と接続する場合に、円柱軸を中心軸とする回転方向の位置合わせを行う必要がある。しかしながら、円柱形状の光部品はその外周形状が回転対称であるため、特定の回転状態を判別することが困難であり、外周を基準として回転方向の位置合わせを行うことができない。

本発明の目的は、位置決めまたは固定する際に十分な把持力を作用させることができ、円柱軸を中心軸とする回転方向の位置合わせを容易に行うことが可能な円柱形状の光部品とその接続方法、及び光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明に係る光部品は、外形が円柱形状である側面に、円柱軸に対して平行な側面平面部が形成されていることを特徴としている。
このような構成の光部品は、側面平面部を接触面として把持することができるため、十分な把持力を作用させることができる。また、側面平面部を基準として、円柱軸を中心軸とした回転方向の位置合わせを行うことができる。

また、本発明に係る光部品が、光ファイバ用キャピラリ、または、レンズモジュールの何れかの構造をなしていることが好ましい。また、本発明に係る光部品において、前記円柱軸と平行に光ファイバが挿入されていることが好ましい。
これらの光部品は、光ファイバを取り付けた後の端面研磨等の加工を行うときに、しっかり把持して良好な加工精度を得ることができる。また、端面を円柱軸の直交平面に対して斜めに研磨した場合に、側面平面部を基準に回転方向の位置合わせを容易に行うことができる。

また、本発明に係る光部品において、前記円柱軸と平行に挿入された光ファイバが偏波保持ファイバであることが好ましい。
また、本発明に係る光部品において、少なくとも一方の端面が、円柱軸に直交する平面に対して傾斜していることが好ましい。
また、本発明に係る光部品において、光ファイバを挿入するための穴が前記円柱軸と平行に複数形成されていることが好ましい。
これらの光部品は、偏波面の位置合わせ等、回転方向の位置合わせを行う必要があるが、側面平面部を基準に回転方向の位置合わせを容易に行うことができる。

また、本発明に係る上記の光部品を備えている光モジュールは、正確な端面加工や高精度の位置合わせがなされるため、光学特性が良好で、位置合わせが容易な他、所定の仕様に対する歩留まりも高くなり当該光モジュールが低コストとなる。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の光部品と、前記光部品の一方の端面に接続された平面光導波路と、前記光部品の他方の端面から導出された光ファイバとを備えていることが好ましい。このような光モジュールは、光ファイバが挿入された光部品をその側面平面部を基準にして平面光導波路に対して高精度かつ容易に位置決めして接続することができ、透過損失の低い導波路型光モジュールとすることができる。

また、上記課題を解決することのできる本発明に係る光部品の接続方法は、上記の本発明に係る光部品を用いて、前記側面平面部を基準にして当該光部品の位置決めを行い、他の光部品と接続することを特徴としている。
このような光部品の接続方法によれば、側面平面部を接触面として光部品を把持して、他の光部品に対して確実な位置合わせを行えるとともに、側面平面部を基準にして円柱軸を中心軸とした回転方向の位置合わせを行うことができ、高品質の光モジュールを低コストで得ることができる。

本発明の光部品及びその接続方法によれば、位置決めまたは固定する際に十分な把持力を作用させることができ、円柱軸を中心軸とする回転方向の位置合わせを容易に行うことが可能となる。

以下、本発明に係る光部品及びその接続方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る光部品の実施形態の一例を示す斜視図である。
図１に示す光部品は、光ファイバ２０がその内部に挿入される所謂キャピラリ１０であり、その外形は略円柱形状をなしている。キャピラリ１０の内部には、光ファイバ２０の外径より僅かに大きな内径を有する光ファイバ保持孔１３が設けられており、キャピラリ１０の外形をなす円柱の中心軸（図１中のＺ軸）とこの光ファイバ保持孔１３の中心軸が略一致している。光ファイバ２０は、光ファイバ保持孔１３に挿入された状態で、接着剤を介して固定されている。すなわち、光ファイバ２０の光軸はキャピラリ１０の円柱軸（Ｚ軸）と略平行になおかつ略一致する。光ファイバ２０の一端は、キャピラリ１０の接続端面（図１中手前側端面）１４に略一致するように配置され、キャピラリ１０の接続端面１４とともに研磨される。また、光ファイバ２０の他端は、キャピラリ１０の後端面１５から突き出ている。

接続端面１４は、他の光部品等と接続される端面であり、円柱軸（Ｚ軸）に直交するＸＹ平面に対して、若干量傾斜している。傾斜角度θは、例えば８°である。接続端面１４を斜めに鏡面研磨することで、他の光部品等と接続した際のフレネル反射による損失を小さくすることができる。
一方、後端面１５は、例えば他の筒状部材等の内側に嵌合される側の端面であり、それによりキャピラリ１０はフェルールの構成とされる。また、キャピラリ１０を有するフェルールは光コネクタ等に収容されて用いられる。
なお、キャピラリ１０は、ＹＺ平面に対して対称構造となっている。

また、本実施形態のキャピラリ１０は、円柱形状の外周面（側面）１１の一部に、円柱軸（Ｚ軸）に対して平行な平面状に形成された側面平面部１２が設けられている。この側面平面部１２は、キャピラリ１０を把持するために適している。図２に示すように、キャピラリ１０を把持部材５０，５１により把持する際には、Ｖ溝が形成された把持部材５０に対してキャピラリ１０の外周面が点Ａ及び点Ｂにおいてキャピラリ１０の円柱軸方向に線接触するとともに、平板状の把持部材５１に対してキャピラリ１０の側面平面部１２が領域Ｃにおいてキャピラリ１０の円柱軸方向に面接触することができる。そのため、キャピラリ１０に作用する把持力を大きくすることができ、接続端面１４を研磨する場合や、キャピラリ１０を他の光部品と接続する場合等に、十分な力でキャピラリ１０を把持して良好な加工精度を得ることができる。また、接続端面１４と他の光部品の接続面との傾斜角度を合わせる際に、側面平面部１２を基準にして円柱軸を回転軸とする回転方向の位置合わせを容易に行うことができる。

なお、これに対して従来のキャピラリは、図３に示すように把持部材５０，５１に対してキャピラリ１００の外周面が点Ａ、点Ｂ及び点Ｃにおいてキャピラリ１００の円柱軸方向に線接触するのみであるため、十分な把持力を得ることが難しい。

本実施形態のキャピラリ１０は、石英ガラス、プラスチック、ジルコニア、ステンレス等の材質により形成することができる。また、側面平面部１２は、砥粒による研磨か、回転刃による研削によって形成することができる。また、キャピラリ１０が石英ガラス等の透明な部材で形成されている場合には、光ファイバ２０を光ファイバ保持孔１３内に接着する接着剤として紫外線硬化型の接着剤を使用することができる。

また、キャピラリ１０に挿入される光ファイバ２０が偏波保持ファイバである場合には、その直線偏波が保持される偏波面を側面平面部１２と垂直または平行に配置することで、側面平面部１２の位置から偏波面の方向を判別することができる。そのため、キャピラリ１０を他の光部品等と接続する際に側面平面部１２を基準としてキャピラリ１０の回転方向の位置合わせを行い、光ファイバ２０の偏波面を所望の向きに配置することができる。したがって、偏波保持特性が良好な接続を行うことができる。

また、図４に示すように、キャピラリ１０ａに円柱軸と平行な光ファイバ保持孔１３が複数形成されていても良い。その場合にも、ＹＺ平面に対して対称構造となっていると良く、光ファイバ２０の配列方向が側面平面部１２の平面と平行であると良い。そして、このように光ファイバ保持孔１３が複数形成されている場合には、他の光部品等と接続する際に光軸合わせをするために円柱軸（Ｚ軸）を中心軸とする回転方向の位置合わせを行う。その際、側面平面部１２を基準にしてキャピラリ１０ａの回転方向の位置合わせを容易に行うことができる。

また、図５に示すキャピラリ１０ｂのように、側面平面部１２ｂがキャピラリ１０ｂの長手方向における一部のみに形成されていても良い。但し、側面平面部１２ｂの面積が小さくなるほど、キャピラリ１０ｂを固定する力は低下しやすくなる。

次に、上記キャピラリを備えた光モジュールの一実施形態を図６に示す。
図６に示す光モジュール３０は、図１に示したキャピラリ１０が、平面光導波路３１に接続されている。キャピラリ１０の傾斜した接続端面１４と平面光導波路３１において略８°に傾斜した接続端面３４とが接着剤により接続されていることにより、キャピラリ１０内に挿入されて端面１５から導出された光ファイバ２０は、平面光導波路３１と光接続されている。また、キャピラリ１０は側面平面部１２を接触面として把持することにより高精度の端面加工が施され、側面平面部１２を接触面として把持して高精度の光軸同士の位置決めを行いつつ平面光導波路３１に対して接着することで極めて低い接続損失を実現できる。また、接続端面１４と接続端面３４との傾斜角度を合わせるためにキャピラリ１０の回転方向の位置合わせを行う際に、側面平面部１２を例えば導波路基板３２の底面３６と平行にすることにより、高精度に位置合わせすることができる。
これにより、光モジュール３０を極めて低い透過損失の光導波路型光モジュールとすることができる。

また、平面光導波路３１は、例えば光スプリッタとしての機能を備えた導波路型光部品であり、導波路基板３２の上面にＣＶＤ法やエッチング等により導波路パターンが形成されており、さらにその上側に補強板３３が設けられた構成である。この平面光導波路３１は、一方の端面（接続端面３４）には上記キャピラリ１０が接続されており、他方の端面には複数の光ファイバ２１が並列された光ファイバアレイ３５が接続されている。光ファイバアレイ３５は、光ファイバ２１を位置決めするための複数のＶ溝が形成されており、例えば４８心の光ファイバ２１を並列可能である。このような構成の光モジュール３０により、キャピラリ１０に挿入された光ファイバ２０の伝送光を分岐させて各光ファイバ２１に伝送することができる。

次に、本発明に係る光部品及び光モジュールの他の実施の形態の例を説明する。
図７は、レンズとしての光部品を用いて光モジュールを構成した状態を示す斜視図である。
図７に示す光モジュールは、上記のキャピラリ１０ａの接続端面１４に本発明の光部品である略円柱形状のレンズモジュール４１が接続された、所謂コリメータ４０である。レンズモジュール４１の円柱軸はキャピラリ１０ａの円柱軸と一致するように配置され、さらにキャピラリ１０ａと同様に形成された側面平面部４２がキャピラリ１０ａの側面平面部１２と平行になるように回転方向の位置合わせがなされている。また、レンズ４１の両端面は、キャピラリ１０ａの接続端面１４と同じ傾斜角度となるように、図中ＹＸ平面に対して略８°傾斜した面に形成されている。

レンズモジュール４１は、一方端から入射した光を平行光にして他方端から出射する機能を備えた所謂グリン（ＧＲＩＮ）レンズであり、中心軸部分が最も屈折率が高く、中心軸部分から径方向の外側に向かって屈折率が次第に低くなるように連続的に変化している石英ガラス製のレンズである。そして、側面平面部４２をキャピラリ１０ａの側面平面部１２と平行に配置することによって、２心の光ファイバ２０に対するレンズモジュール４１の光学特性を等しくすることができる。

本実施形態のコリメータ４０では、キャピラリ１０ａの光ファイバ２１から入射した光が端面４３から中心軸と平行に出射される。また、端面４３から入射した平行光は光ファイバ２１に向けて集光した状態で出射される。すなわち、この図７に示したコリメータ４０を２つ用意し、互いの端面４３を対向させた状態で軸合わせを行うとともに側面平面部４２を基準に回転方向の位置合わせを行うことにより、平行光変換系の光モジュールとすることができる。また、例えばこの光モジュールの２つのレンズモジュール４１間に光波長フィルタ部材を介在させることで、所望の波長の光のみを伝送する光波長フィルタとしての機能を備えた光モジュールを構成することができる。また、その際に光モジュールのベースハウジングにこのコリメータ４０を接着して固定する際に、側面平面部４２を接触面としてコリメータ４０を把持して位置決めすることで、接着剤の硬化収縮に対して十分な固定力を作用させて高精度の光モジュールを製造することができる。

なお、図７に示したレンズモジュール４１は石英ガラスのみで構成されているが、図８に示すように、石英ガラスのレンズ本体部分４４の外側に円筒形状のハウジング４５を備えた構成のレンズモジュール４６としても良い。その場合には、レンズ本体部分には側面平面部４２を設けず、ハウジング４５の外周部分のみに側面平面部４２を形成しても良い。

本発明に係る光部品の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示した光部品を把持する様子を示す模式図である。 従来の光部品を把持する様子を示す模式図である。 図１に示した光部品を２心型とした斜視図である。 図１に示した光部品の変形例を示す斜視図である。 本発明に係る光モジュールの一実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る光モジュールの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る光モジュールの他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ キャピラリ
１２，１２ａ，４２ 側面平面部
１３ 光ファイバ保持孔
１４ 接続端面
２０，２１ 光ファイバ
３０ 光モジュール
３１ 平面光導波路
４０ コリメータ（光モジュール）
４１，４６ レンズモジュール

Claims (9)

1. 外形が円柱形状である側面に、円柱軸に対して平行な側面平面部が形成されていることを特徴とする光部品。
2. 請求項１に記載の光部品であって、
   光ファイバ用キャピラリ、または、レンズモジュールの何れかの構造をなしていることを特徴とする光部品。
3. 請求項１または２に記載の光部品であって、
   前記円柱軸と平行に光ファイバが挿入されていることを特徴とする光部品。
4. 請求項３に記載の光部品であって、
   前記光ファイバが、偏波保持ファイバであることを特徴とする光部品。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の光部品であって、
   少なくとも一方の端面が、円柱軸に直交する平面に対して傾斜していることを特徴とする光部品。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の光部品であって、
   光ファイバを挿入するための穴が前記円柱軸と平行に複数形成されていることを特徴とする光部品。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の光部品を備えていることを特徴とする光モジュール。
8. 請求項１から６の何れか一項に記載の光部品と、
   前記光部品の一方の端面に接続された平面光導波路と、
   前記光部品の他方の端面から導出された光ファイバとを備えていることを特徴とする光モジュール。
9. 請求項１から６の何れか一項に記載の光部品を用いて、前記側面平面部を基準にして当該光部品の位置決めを行い、他の光部品と接続することを特徴とする光部品の接続方法。

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