JP2006064990A - 光レセプタクルとこれを用いた光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光モジュールにおいて、ＥＭＩを抑えＥＭＣ特性を向上させ、且つコネクタの挿抜による機械的耐久性も向上させた光モジュールを提供する。
【解決手段】フェルールの貫通孔に光ファイバを固定してなるファイバスタブを有し、上記ファイバスタブの後端部をホルダに固定し、上記ファイバスタブの先端部に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブを上記ファイバスタブの先端部に固定し、上記スリーブの外周をスリーブケースで保持するとともにスリーブケースの後端部を上記ホルダで保持してなる光レセプタクルであって、上記スリーブケースの後端部が絶縁性材質であり、上記スリーブケースの挿入口側である先端部が相対的に硬質の材質であることとする。
【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が固定された光ファイバ固定具を用いた光レセプタクル及びこれを用いた光モジュールに関するものである。

近年、データ通信において光伝送を用いることがごく一般的となり、そのキーデバイスである光トランシーバも極めて大量に使用されるようになっている。また、インターネットの普及により、扱う伝送信号の高速化も著しい。このため光トランシーバには低コス
ト化、動作の高速化、サイズの小型化を同時に実現することが求められている。

光ファイバを用いた通信では、光トランシーバ及び光レシーバのいずれの側においても、光ファイバケーブル側に光コネクタを設け、光トランシーバ又は光レシーバにはこの光コネクタに嵌合されるレセプタクルを設けるのが一般的である。

光トランシーバにおいて、光レセプタクル部、すなわち光コネクタに嵌合されて半導体素子（発光素子、受光素子）を光ファイバと光結合させる部分は、その性能やコストを決定付ける非常に重要な部分である。高効率、高信頼な光結合は勿論のこと、低コスト、小型に実現する必要がある。また、最近では扱う伝送信号の高速化に伴い、妨害雑音を出さない特性や、妨害雑音に影響を受けないといった特性も重要になってきている。

図４は従来の技術の一例を示したものであり、光ファイバ側の光コネクタ（例えばＳＣコネクタ）と嵌合され、レーザダイオード（ＬＤ）の出力光を相手方のＳＣコネクタに光結合させる光レセプタクルのＬＤ光モジュールの構造を示したものである。

相手方の光コネクタのプラグフェルール（不図示）と嵌合し保持するスリーブ５と、このスリーブ５を保持する金属製のホルダ３と、そしてスリーブ５及びファイバスタブ４を覆うスリーブケース１０とを有し、ホルダ３の中にはファイバスタブ４が固定されている。さらには、相手方のプラグフェルールへ光を発光し又は相手方のフェルールから光を受光する半導体素子３２を保持するケーシング３３とレンズ３１とを有して構成されている。スリーブケース１０、ファイバスタブ４、ホルダ３は圧入や接着固定、ホルダ３、ケーシング３３はＹＡＧ溶接によって組み立てられている。

材質的に見ると、スリーブケース１０、ホルダ３、ケーシング３３というステンレス材料を削り出して作製した部品と、ジルコニアセラミック製のファイバスタブ４と、同じくジルコニアセラミック製のスリーブ５を備えており、シングルモード光ファイバが接続された相手方のＳＣコネクタと低損失、低反射且つ安定した結合が実現できる。相手方のＳＣコネクタのフェルール先端はファイバスタブ４にＰＣ（Physical Contact）接続され、且つファイバスタブ４の光入力部は斜めに研磨されているため、半導体素子３２の光出力は半導体素子３２自身に戻らない。

このため、ＬＤの出力光の雑音増加などの現象を防ぐことができる。構成部材スリーブケース１０、ホルダ３、ケーシング３３は高精度、硬質なステンレス材であり、固定にはＹＡＧ溶接などを用いるため、温度などによる光軸ずれの問題が少なく、機械的強度も高い高信頼な光モジュールが実現できる。

以上のような構造は、特にシングルモード光ファイバ用の光レセプタクルで半導体素子がレーザ光源である場合に最もメリットが大きいが、その他の光ファイバ、光源を用いた場合でも有効である。

しかしながら、従来の技術では雑音の問題が生じ易い。即ち、半導体素子パッケージは導電性であり、一般に回路のグランド又は電源に接続されているが、ケーシングは半導体素子パッケージに溶接され、その他の金属部品同士の接続も溶接で行われているため、光モジュール全体が回路のグランド又は電源と同電位となる。このため、グランド又は電源に雑音が乗っていると、光レセプタクル自体がアンテナのように振る舞い、雑音電波を発生させる。ＬＤは比較的大電流で駆動されるため、ＬＤのまわりの雑音は大きく、上記のようなことは伝送速度が高くなるにつれ大きな問題となり、シールドカバーなどが必要になる場合もある。受光素子の場合は逆に金属のカバーの部分がアンテナとなって外部雑音を拾ってしまい、受信感度の劣化などにつながる。最近では、光トランシーバの筐体が非常に小さくなり送信と受信の光レセプタクル同士が接近して置かれているため、送信側から受信側に直接与える雑音の影響が出易くなっている。このため金属を使わないか、あるいは金属の部分を極力小さくして光レセプタクルを構成することが求められている。

この問題に対して、スリーブケースを樹脂にする対策が行われている。スリーブケースが樹脂で成型されるため、金属部分が占める割合を大幅に低減することができる。このため、雑音のアンテナになりうる部分が小型になるので、放射したり周囲から受ける電磁波の量は少なくなる。特に、発光素子と受光素子が近接して置かれた小型の光トランシーバで高速の光伝送を行う場合に、送受信間の干渉雑音の低減に有効であり、送信回路動作時の受信感度の劣化を抑えることが可能となる（特許文献１参照）。

また、光通信用のフェルールにおいては、硬質の材質と合成樹脂のインサート成形技術があり、異材質のそれぞれの特徴を共有できた（特許文献２参照）。
特開２００１−６６４６８号公報 特開２００２−１７４７４９号公報

しかし、特許文献１の場合、有効ではあるものの、プラグフェルールの挿入口であるスリーブケースが樹脂であるため、主にセラミックスであるプラグフェルールの挿入により、スリーブケースの挿入口が変形したり、破損したり、摩耗屑がスリーブ内部に混入したりすることがある。このため、光レセプタクルにおいては、スリーブケースの挿入口の変形や破損によりプラグフェルールの安定保持が出来ず、挿入損失特性や反射減衰量特性といった本来の特性が得られないという問題があった。

また、摩耗屑がプラグフェルールと光ファイバスタブの光学接合面を塞いだり、プラグフェルールとスリーブの間に介在したりし、挿入損失特性や反射減衰量特性が劣化するという問題があった。

また、特許文献２の場合、硬質の材質と合成樹脂のインサート成形はフェルールの形状である中実に関してであり、光レセプタクル形状の中空とは異質であった。また、フェルールの使用方法は、半導体素子と別体でありＥＭＣ特性は関係ないが、光レセプタクルは半導体素子と組み合わせて使用するため、ＥＭＣ特性が重要な課題であった。

上記問題点に鑑みて本発明の光レセプタクルは、フェルールの貫通孔に光ファイバを固定してなるファイバスタブを有し、上記ファイバスタブの後端部をホルダに固定し、さらに上記ファイバスタブの先端部に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブを上記ファイバスタブの先端部に保持し、上記スリーブの外周をスリーブケースで保持するとともにスリーブケースの後端部を上記ホルダで保持してなる光レセプタクルであって、上記スリーブケースが絶縁性材質であり、上記スリーブケースの挿入口側である先端部が上記後端部よりも硬質の材質であること特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記スリーブケースの先端部が導電性材質であることを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記スリーブケースの先端部がチタンもしくはステンレスを主成分とする金属であることを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記スリーブケースの先端部とスリーブケースの後端部がインサート成形されたことを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記スリーブケースの先端部とスリーブケースの後端部が圧入固定されたことを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記スリーブケースの先端部とスリーブケースの後端部が接着固定されたことを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記スリーブケースの先端部がジルコニアもしくはシリコンもしくはアモルファスシリコンであることを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記スリーブケースの後端部を構成する絶縁材質がポリエーテルイミドもしくはポリカーボネートもしくはＰＢＴ樹脂であることを特徴とするものである。

また、本発明の光モジュールは、上記光レセプタクルを光素子を有するケースに取り付けたことを特徴とするものである。

本発明の光レセプタクルによれば、妨害雑音を出さないＥＭＩ特性が向上し、また妨害雑音に影響を受けないといったＥＭＣ特性も向上し、かつスリーブケースの変形や破損がなく、また摩耗屑も発生しないため、安定した光レセプタクル特性を達成できる。

また、不要な妨害雑音を導電材質に閉じこめ、より安定したＥＭＣ特性の光レセプタクルが実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。

スリーブケース２は、プラグフェルール５０の誘導機構を持つスリーブケースの挿入口６ａを含んだスリーブケースの先端部６とスリーブケースの後端部７からなり、スリーブケースの先端部６とスリーブケースの後端部７は接着剤で固定している極めて簡単な固定方法である。

また、フェルール８の貫通孔８ａには、光ファイバ９が挿入固定されており、プラグフェルール５０との当接部分は、曲面加工がされている。プラグフェルール５０の挿入側の反対側は反射戻り光防止のため、所定の研磨角度で研磨され、ファイバスタブ４が形成される。

ファイバスタブ４はホルダ３に圧入固定後、ファイバスタブ４にスリーブ５を挿入し、更にスリーブケース２をホルダ３に固定して光レセプタクル１が完成する。

図２（ａ）〜（ｂ）は本発明の他の実施形態を示す断面図である。

図２（ａ）は、スリーブケース２がインサート成形された光レセプタクル１０を示している。

スリーブケースの先端部１６は、成形樹脂との嵌合をよくするために係止め構造となっている。嵌合強度は極めて高く、例えば、スリーブケースの先端部１６の材質が、ジルコニアで、予めスリーブケースの先端部１６の形状に切削加工され、成形機にセットされ、スリーブケースの後端部１７の材質ポリエーテルイミドがインサート成形される。

また、スリーブケースの先端部１６の材質がステンレスなどの時は、スリーブケースの先端部１６の形状を切削加工ではなく、ＭＩＭ成型などで成型することもできる。

図２（ｂ）は、スリーブケースの先端部２６とスリーブケースの後端部２７が圧入固定された光レセプタクル２０を示している。

この場合、接着剤を使用しないため、耐湿があり環境試験に有効である。

このように、スリーブケースの先端部２６とスリーブケースの後端部２７の固定方法は、目的に応じて、様々な方法を取り入れることができる。

図３は本発明の光レセプタクルを用いた光モジュールを示す断面図である。

レンズ３１と半導体素子３２がケーシング３３にて一体となり、ＹＡＧ溶接や接着剤等で光レセプタクルに固定されており、光モジュール３０を形成している。

ここで、スリーブケースの先端部６は、硬質の材質であるステンレス、チタン、銅、鉄、ニッケル、ジルコニア、アルミナ、シリコン、アモルファスシリコンなどの幅広い材料が用いられる。

また、スリーブケースの後端部７は、絶縁性材質であるポリエーテルイミドやポリカーボネート、ＰＢＴなどの樹脂材料が用いられる。

上記ファイバスタブ４を構成するフェルール８は、ステンレス、りん青銅等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチックス、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、特にジルコニアセラミックで形成することが好ましい。具体的には、ＺｒＯ₂を主成分とし、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃などの少なくとも一種を安定化剤として含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることが好ましく、このような部分安定化ジルコニアセラミックスは、優れた耐摩耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから、圧入によって固定する際に有利である。

上記フェルール２の加工方法としては、先ず、フェルール２を例えばジルコニアセラミックスから形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってフェルール２となる円柱状もしくは直方体形状の成形体を得、その後、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施す。

なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。

ファイバスタブ４の片端は、プラグフェルール５０との接続損失を低減させるため曲率半径５〜３０ｍｍ程度の曲面状に加工され、反端側は反射戻り光を防止するため、４〜１１°程度に研磨されている。

スリーブ５はジルコニア、アルミナ、銅などの材料からなり、主には耐摩耗性を考慮して、ジルコニアなどのセラミックス材料からなることが多い。

その加工方法としては、たとえばジルコニアなどのセラミックス材料により、形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってスリーブ５となる円筒状もしくは円柱状の成形体を得、その後、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工をする。

なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。

また、スリーブ５が例えば、割スリーブの場合、内径の表面荒さは挿入性を考慮して、算術平均粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下が望ましく、ファイバスタブ４の外径とスリーブ５の内径公差は低い接続損失を得るため、±１μｍ以下が望ましく、スリーブ５の内径寸法はファイバスタブ４を確実に保持するために、０．９８Ｎ以上の挿入力になるよう設計することが望ましい。

さらに、ホルダ３は光モジュールとしてケーシング３３と溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料からなり、主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。

次いで、本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例として図３に示すＬＤ光モジュールを各条件にて５個ずつ作製した。

スリーブケースの先端部６は、ジルコニアもしくはステンレスからなり、スリーブケースの後端部７は、ポリエーテルイミドとした。スリーブケースの先端部６とスリーブケースの後端部７は接着剤にて固定した。

また、ファイバスタブ４に用いたフェルール８はジルコニアセラミックスからなり、押し出し成形によって円筒状のセラミックス成形体を得て焼成工程で焼き固め、切削加工を行って図３に示す形状の試料を得た。こうして得られたフェルール８にファイバ９を挿入固定し、プラグフェルール挿入側の端面を曲率半径２０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨し、ファイバスタブ４の反対側の面は、ＬＤの光素子から出射された光が反射して光素子に戻る反射光を防止するため、８°の傾斜面に鏡面研磨を行った。

ファイバスタブ４を金属製のホルダ３へ圧入固定し、スリーブ５を挿入し、スリーブケース２をホルダ３へ圧入固定した。

その後、光レセプタクル１とケーシングされた半導体素子を光学調芯後、ＹＡＧ溶接にて固定してＬＤ光モジュールを作製した。

また比較用試料として、スリーブケース以外は同じ部品を使い、スリーブケースがステンレスであるＬＤ光ジュール４０を５個作製した。

そして、上記により完成した本発明品２種類と従来例品１種類の３種類において、挿抜による光出力変動を測定し、ＥＭＣ特性やスリーブケースの挿入口の外観を確認した。外観に関しては、スリーブケースの先端部にカケや割れが発生しているものＮＧとした。

表１より、本発明の２種類のＬＤ光モジュールの光出力変動平均は、０．０２８ｄＢと０．０２５ｄＢであるのに対して、従来例品のＬＤ光モジュールの光出力変動平均は０．０７０ｄＢとなっている。

また従来品は、外観において５個中２個、カケや割れが発生したが、本発明品はどちらの条件においても発生しなかった。

ＥＭＣ特性に関しては、本発明品の先端部にステンレス品を用いた条件において、ＥＭＣ特性ＮＧが０個で、従来品よりも特性向上が得られた。

本発明のＬＤ光モジュールは、ＥＭＣ特性を向上させ、かつレセプタクルの基本機能である挿抜による光出力変動も安定し、スリーブケースにカケや割れが発生しない。

本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図である。 本発明の光レセプタクルを用いた光モジュールの一実施形態を示す断面図である。 従来の光レセプタクルを用いた光モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１、１１、２１：光レセプタクル
２、１０、２０：スリーブケース
３：ホルダ
４：ファイバスタブ
５：スリーブ
６、１６、２６：スリーブケースの先端部
６ａ：スリーブケースの挿入口
７、１７、２７：スリーブケースの後端部
８：フェルール
８ａ：貫通孔
９：光ファイバ
３１：レンズ
３２：半導体素子
３３：ケーシング
３０、４０：光モジュール
５０：プラグフェルール

Claims (9)

1. フェルールの貫通孔に光ファイバを固定してなるファイバスタブを有し、上記ファイバスタブの後端部をホルダに固定し、上記ファイバスタブの先端部に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブを上記ファイバスタブの先端部に固定し、上記スリーブの外周をスリーブケースで保持するとともにスリーブケースの後端部を上記ホルダで保持してなる光レセプタクルであって、上記スリーブケースの後端部が絶縁性材質であり、上記スリーブケースの挿入口側である先端部が上記後端部よりも硬質の材質であること特徴とする光レセプタクル。
2. 上記スリーブケースの先端部が導電性材質であることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 上記スリーブケースの先端部がチタンもしくはステンレスを主成分とする金属であることを特徴とする請求項１または２に記載の光レセプタクル。
4. 上記スリーブケースの先端部とスリーブケースの後端部がインサート成形されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光レセプタクル。
5. 上記スリーブケースの先端部とスリーブケースの後端部が圧入固定されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光レセプタクル。
6. 上記スリーブケースの先端部とスリーブケースの後端部が接着固定されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光レセプタクル。
7. 上記スリーブケースの先端部がジルコニアもしくはシリコンもしくはアモルファスシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
8. 上記スリーブケースの後端部を構成する絶縁性材質がポリエーテルイミドもしくはポリカーボネートもしくはＰＢＴ樹脂であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光レセプタクル。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の光レセプタクルを光素子を有するケースに取り付けたことを特徴とする光モジュール。

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