JP2006184338A

JP2006184338A - 光レセプタクルとそれを用いた光モジュール

Info

Publication number: JP2006184338A
Application number: JP2004375033A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Matsumoto; 俊之松本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】光レセプタクルにおいて、ウイグル特性を向上させ、かつスリーブの割れを防ぎ信頼性向上を実現する光レセプタクルを提供する。
【解決手段】同一の光ファイバを２つのフェルールの細孔に連通して固定してなる第一のファイバスタブと第二のファイバスタブを有し、上記第一のファイバスタブの後端部と上記第二のファイバスタブの先端部が弾性スリーブの内孔に挿通されることで結合され、上記第二のファイバスタブの後端部は貫通孔を有するホルダに固定され、上記第一のファイバスタブの先端部には割スリーブを有したこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信用レセプタクルと、そのレセプタクルを用いた光モジュールに関するものである。

光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている（特許文献１参照）。

上記光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図３に示すような光レセプタクル１７の一端に光素子１８を備えるとともに、他端に光コネクタ（ＳＣコネクタ等）のプラグフェルール１９を接続するものである。

上記光レセプタクル１７は、図２に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール２０と、該フェルール２０の細孔に石英ガラス等からなる光ファイバ２１を挿入固定して得られたファイバスタブ２２の後端部をホルダ２３に圧入により固定し、先端部を割スリーブ２４の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース２５に圧入又は接着固定することによって構成されている。

また、上記スリーブケース２５はその後端側をホルダ２３に圧入して固定しており、そのため、スリーブケース２５のうちプラグフェルール１９を割スリーブ２４へ導く挿入部２６の内径Ｄ４は、割スリーブ２４内径Ｄ５よりも大きく設定されており、割スリーブ２４内径Ｄ５に干渉しないように圧入または接着固定されている。

このときフェルール２０の外径は、ＳＣコネクタを接続するタイプのものがφ２．５ｍｍ程度、ＬＣコネクタを接続する小型タイプのものがφ１．２５ｍｍ程度で、外径公差は±１μｍ以下で、その細孔に備えられた光ファイバ２１の外径は１２５μｍ程度で、外径公差は±１μｍ程度とＪＩＳ規格やＩＥＣ規格等で規定されているが、従来から、光ファイバ２１の中心に形成された光信号を伝搬する直径１０μｍ程度のコア（不図示）同士を損失の少ない接続とするため、割スリーブ２４、フェルール２０等は高精度に加工されており、割スリーブ２４によってファイバスタブ２２及びプラグフェルール１９を安定且つ高精度に保持する構造となっている。

さらに、上記ファイバスタブ２２における光ファイバ２１の端面は、当接時の接続損失を減らすために曲率半径５〜３０mm程度の曲面に鏡面研磨されており、反対側の端面は、ＬＤ等の光素子１８から出射された光が光ファイバ２１の先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、光ファイバ２１を挿通するフェルール２０とともに４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
特開２００１−６６４６８号公報

しかしながら近年、光軸と垂直方向にプラグフェルールにかかる荷重に対する光通信用モジュールの出力安定性（ウイグル特性）が重要視されてきており、図２に示す従来構造であるとその荷重が割スリーブ２４に直接かかる構造となっている。

これは、従来の図２に示すような光レセプタクルは、スリーブケース２５の後端側の外周をホルダ２３で覆うように圧入固定や接着固定しているため、これらの内・外径同芯の加工精度のため、スリーブケース２５の内径Ｄ４と割スリーブ２４の内径Ｄ５の干渉を防ぐためにＤ４をＤ５よりかなり大きく設定しなければならなかった。

そのため、プラグフェルール１９に光軸と垂直方向にかかる荷重による力が割スリーブ２４に直接かかり、上記のスリーブケース２５の内径Ｄ４に接するまで割スリーブ２４は容易に変形する。このことにより、光ファイバ２１とプラグフェルール１９に固定された光ファイバのＰＣ接合が、容易に外れやすく、接合部の反射あるいは接続損失が悪化するという問題と、その荷重によりスリーブが割れるという問題があった。

上記に鑑みて本発明は、同一の光ファイバを２つのフェルールの細孔に連通して固定してなる第一のファイバスタブと第二のファイバスタブを有し、上記第一のファイバスタブの後端部と上記第二のファイバスタブの先端部が弾性スリーブの内孔に挿通されることで結合され、上記第二のファイバスタブの後端部は貫通孔を有するホルダに固定され、上記第一のファイバスタブの先端部には割スリーブを有したことを特徴とする。

また、上記第二のファイバスタブの後端部の外径が、先端部の外径よりも大きいことを特徴とする。

また、上記弾性スリーブの第二のファイバスタブを保持する部分の外径が、相対的に小さいことを特徴とする。

また、上記第一のファイバスタブと第二のファイバスタブの間の光ファイバが湾曲したものであることを特徴とする。

また、上記弾性スリーブ内の第一のファイバスタブと第二のファイバスタブ間に弾性材料を充填したことを特徴とする。

また、上記の光レセプタクルが光素子を有するケースに取り付けたものであることを特徴とする。

本発明の光レセプタクルによれば、プラグフェルールに光軸と垂直方向に荷重がかかった場合であっても、第一のファイバスタブと第二のファイバスタブ間が弾性スリーブで結合されているため、前段のフェルールがその荷重方向に容易に傾き、このため、その先端部に保持している割スリーブの変形が抑制されることにより、光ファイバ接続部にずれが生じにくくなり、ウイグル特性を大幅に改善することができる。

また同時に割スリーブの変形量を抑えることにより、スリーブの割れを防ぎ、信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。

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り、ファイバスタブ１においてそのファイバスタブ１が第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３により構成され、かつそれらフェルール２、フェルール３には同一の光ファイバ４が連なって固定され、そのフェルール２とフェルール３の間が弾性スリーブ５により結合されており、その第二のファイバスタブ３の後端部をホルダ６に固定するとともに第一のファイバスタブ２の先端部に割スリーブ７を有している。

また割スリーブ７のまわりには、スリーブケース１３がホルダ６へ圧入固定されており、この構造により、プラグフェルール８が割スリーブ７へ挿入された状態にて横荷重がかかった場合でも、フェルール２がその荷重方向に容易に傾き、割スリーブ７の変形を抑制することができる。

これにより、プラグフェルール８と第一のファイバスタブ２の間での光ファイバ接続部９にずれが生じにくくなり、光結合を安定させることができる。またこれにより、割スリーブ７への応力を低減でき、割スリーブ７の割れを防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。

また、第二のファイバスタブ３において、ホルダ６に固定されている部分の外径D１が弾性スリーブ５により保持されている外径D２より、大きくなっている。この構造により、第二のファイバスタブ３の段部の肩１２を押すことにより、ホルダ６への圧入が可能となり、第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の間の光ファイバ４に応力をかけることなく、第二のファイバスタブ３をホルダ６へ圧入固定できる。

また、弾性スリーブ５の第二のファイバスタブ３の保持部外径D３が他の部分にくらべ小さくなっており、プラグフェルール８による横荷重により、容易に変形しやすい構造となっている。この構造のため、割スリーブ７の変形が抑制された状態でプラグフェルール８がスリーブケース１３のプラグフェルール挿入口１４に接触するまで傾かせることができる。プラグフェルール８がそのフェルール挿入口１４へ接触後は、その挿入口１４により、プラグフェルール８の傾きを機械的に抑制できる。

また第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の間に光ファイバ４の湾曲部１５を有しており、この構造により、第一のファイバスタブ２が傾いた際、光ファイバ４への引張応力がかからない構造となっている。

また同時に第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の間に弾性体１６を充填することにより、プラグフェルール８を挿入した際に光ファイバ４へかかる応力を低減させている。

ここで、上記ファイバスタブ１を構成する第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３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。

上記第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の加工方法としては、先ず、第一のファイバスタブ２、第二のファイバスタブ３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、それら第一のファイバスタブ２または第二のファイバスタブ３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１の先端部の端面１１は、光コネクタ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、端面１０はＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバ４の端面で反射して光素子に戻る反射光を防止するため４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。

さらに割スリーブ７、弾性スリーブ５はジルコニア、アルミナ、銅、プラスチックなどの材料からなっている。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割スリーブ７または弾性スリーブ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。

また、割スリーブ７の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１の外径と割スリーブ７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、割スリーブ７の内径寸法はファイバスタブ１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６は、光モジュールとしてケース２８（図３参照）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っている。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。

さらにまた、スリーブケース１３は、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチック、ジルコニア、アルミナなどの幅広い材料が用いられる。またスリーブケース１３をホルダ６へ溶接固定する場合は、ＳＵＳ３０４などのステンレス材料が好ましく、半田固定の場合は、ホルダ６と同材質の金属が好ましい。

また、第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の間に充填される弾性体１６は、シリコンゴム、樹脂などが用いられる。耐久性を考えた場合、シリコンゴムなどが好ましい。

本発明の光レセプタクルでは、プラグフェルール８に光軸と垂直方向に荷重がかかった場合であっても、第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の間が弾性スリーブ５で結合されているため、第一のファイバスタブ２がその荷重方向に容易に傾き、このため、その先端部に保持している割スリーブ７の変形が抑制されることにより、光ファイバ接続部９にずれが生じにくくなり、ウイグル特性を大幅に改善することができる。

次いで、本発明の実施例を説明する。

本発明実施例として図１に示すＬＣ光レセプタクルを作製した。

ファイバスタブ１に用いた第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３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1に示す形状のフェルール試料を得た。

こうして得られた第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の細孔に同一の光ファイバ４を連なって挿入固定し、その第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の間に、シリコン系弾性接着材を塗布後、ＵＶ硬化を施した。そのあと弾性スリーブ５を挿入固定した。この際光ファイバ４に湾曲部１５を持たせるように第一のファイバスタブ２と第二のファイバスタブ３の距離を調整した。そのあと、先端面を曲率半径２０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨し、反対側の後端部は、ＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバの先端部で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い、ファイバスタブ１とした。

そのファイバスタブ１の後端側段部の肩１２を押し、金属製のホルダ６へ圧入固定し、そのあと割スリーブ７を挿入した。次いで、スリーブケース１３をホルダ６に圧入固定した。

また比較用試料として、図２に示すＬＣ光レセプタクルを作製した。

作製方法は上記同様にフェルール２０をジルコニアセラミックとし、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２に示す形状のフェルール試料を得た。こうして得られたフェルール２０の細孔に光ファイバ２１を挿入固定し、そのあと、先端面を曲率半径２０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨し、反対側の後端部は、ＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバの先端部で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い、ファイバスタブ２２とした。

次いで、そのファイバスタブ２２を金属製のホルダ２３に圧入固定し、そのあと割スリーブ２４を挿入した。

次いで、スリーブケース２５をホルダ２３に圧入固定した。

そして、上記それぞれの完成した光レセプタクル試料の先端側から光コネクタのプラグフェルール１９を挿入し、そのプラグフェルール１９に光軸と垂直方向に荷重をかけ、接続損失、反射減衰量の測定を行った。

図４より、本発明の光レセプタクルに関して、荷重６００ｇｆまでＰＣ接合が保たれ、挿入損失を０．５ｄＢ以下を保持している。

なお、反射減衰量については４０ｄＢ以上を保持していることを確認した。

一方比較用試料（従来の光レセプタクル）では、挿入損失が３００ｇｆを越えたあたりから急激に増加している。

なお、３００ｇｆではＰＣ接合がはずれ、反射減衰量が急激に低下することを確認した。

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。従来の光レセプタクルを示す断面図である。従来の光モジュールを示す断面図である。本発明と比較例の挿入損失の荷重依存性を示すグラフである。

符号の説明

１：ファイバスタブ
２：第一のファイバスタブ
３：第二のファイバスタブ
４：光ファイバ
５：弾性スリーブ
６：ホルダ
７：割スリーブ
８：プラグフェルール
９：光ファイバ接続部
１０：スタブ端面
１１：スタブ端面
１２：肩
１３：スリーブケース
１４：フェルール挿入口
１５：湾曲部
１６：弾性体
１７：光レセプタクル
１８：光素子
１９：プラグフェルール
２０：フェルール
２１：光ファイバ
２２：ファイバスタブ
２３：ホルダ
２４：スリーブ
２５：スリーブケース
２６：挿入部
２７：レンズ
２８：ケース
Ｄ１：スタブ外径
Ｄ２：スタブ外径
Ｄ３：弾性スリーブ外径
Ｄ４：スリーブケース内径
Ｄ５：スリーブ内径

Claims

同一の光ファイバを２つのフェルールの細孔に連通して固定してなる第一のファイバスタブと第二のファイバスタブを有し、上記第一のファイバスタブの後端部と上記第二のファイバスタブの先端部が弾性スリーブの内孔に挿通されることで結合され、上記第二のファイバスタブの後端部は貫通孔を有するホルダに固定され、上記第一のファイバスタブの先端部は割スリーブ内に固定されていることを特徴とした光レセプタクル。
上記第二のファイバスタブの後端部の外径が、先端部の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光レセプタクル。
上記弾性スリーブの第二のファイバスタブを保持する部分の外径が、相対的に小さい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。
上記第一のファイバスタブと第二のファイバスタブの間の光ファイバが湾曲したものであることを特徴とした請求項１〜３のいずれかに記載の光レセプタクル。
上記弾性スリーブ内の第一のファイバスタブと第二のファイバスタブ間に弾性材料を充填したことを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載の光レセプタクル。
請求項1〜５のいずれかに記載の光レセプタクルが光素子を有するケースに取り付けたものであることを特徴とする光モジュール。