JP2006221165A

JP2006221165A - 光ファイバ用ターミナル及びその製造方法

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Publication number: JP2006221165A
Application number: JP2006026197A
Authority: JP
Inventors: Talapker Imanbayev; タラプカー・イマンベイブ; Ralph Ebbutt; ラルフ・エバット
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2006-08-24
Also published as: US20070140628A1; US20060177183A1; US7189007B2; US7404679B2

Abstract

【課題】光ファイバを正確に整列して、この光ファイバを光源又は光検出器に対して終端する。
【解決手段】光ファイバ１０を光ファイバ用ターミナル１２の本体の第１端部３０から本体軸２４に沿って挿入する。光ファイバは、経路４２及びボア４４を介して本体の第２端部３２に延びる。この第２端部には、本体軸から傾いた傾斜面４６を設ける。この傾斜面の近傍にレンズ要素５２を設ける。第１端部の通路の光ファイバの間に弾性材料を設け、第２端部の通路部分には剛性材料を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、光ファイバを終端する装置に関し、特に、光検出器及びレーザ・アレイなどのアクティブ光電装置に光ファイバ・アレイをインタフェースする光ファイバ用ターミナル及びその製造方法に関する。

多くのアプリケーションの高速データ伝送に光ファイバ・ケーブルが用いられている。これには、長距離テレコミュニケーション及びコンピュータ・ネットワークや、最新の航空機に用いられる小さなネットワークなどがある。一般的には、光ファイバ・ケーブルが遠隔発光源からの信号を伝送し、コンピュータ、中継ステーション、コミュニケーション・ハブなどの電子機器内の検出器がこの信号を受ける。光を光検出器に結合するか、光源（レーザ又はＬＥＤアレイ）からの光をファイバに結合するようにファイバを終端しなければならない。かかる終端要素（ターミナル）はレンズを具えており、このレンズは、光源からの光信号を受け、この光がファイバに焦点を結ぶようにするか、又は、ファイバから光を受け、この光が受光器に焦点を結ぶようにする。多くのアプリケーションにおいて、多数の独立したファイバが独立した光を伝送し、ターミナルがいくつかのレンズを有し、いくつからかの発光器からの光ビームを対応するファイバで焦点を結ばせるか、いくつかのファイバからの光ビームを対応する検出器のアレイ（配列）で焦点を結ばせる。かかる装置は、例えば、特許文献１又は２に記載されている。

特開２００４−１２６００１号公報特開２００４−２９７９８号公報

屋外のコミュニケーション・ハブ及び軍事ハードウェアなどのいくつかのアプリケーションでは、破損、性能劣化、過酷な環境条件による早期の故障を防止するために、周辺シールが必要となるが、密閉もしばしば必要となる。これは、光ファイバ終端を大幅に改善するが、ミクロン・レベルの精度で配置され、コリメーションされたせん光に類似している。終端は、光学結合を行わなければならず、また、機械的張力緩和を行い、しばしば密閉シールを行わなければならない。典型的に密閉シールされたコンポーネントは、かさばり、光ファイバ・ターミナル要素を小形化するのが困難となる。さらに、密閉シールは、しばしば剛性材料を用い、ファイバが剛性材料に入る場所に応力点を造り、ファイバが損傷し、また、劣化及び破損しやすくなる。

大きさ及び重さが重要な条件であるアビオニクス及び他の移動システムでは、小形化が特に重要である。例えば、多くのシステム・カードをできるだけラックに収めてスペース及び重さを減らすことは、非常に重要である。これは、発光器、検出器及び関連した光ファイバ・インタフェースなどの電子回路基板上の光電素子の高さを最小化することにより実現できる。光ファイバは、ガラスから製造するので、光学損失を生ぜず又は破損することなく鋭く曲げることはできない。光電素子のアクティブ領域は、この光電素子が取り付けられる回路基板と同一平面上である場合、光経路を曲げられる光コンポーネントが非常に望ましい。さらに、最小化した部品は、位置調整が不良の場合に敏感に影響されるので、製造精度及び組み立て中の位置精度が一層厳密にする必要がある。したがって、小形で、目立たなく、正確に整列できる光ファイバ用ターミナルと、これを容易に製造する方法が必要である。

本発明は、光ファイバ用のターミナル（１２）であって；第１端部（３０）を有し、この第１端部から本体軸（２４）に沿って光ファイバ（１０）が延びる細長い本体を具え；この本体は、本体軸から傾いた傾斜面（４６）を有する第２端部（３２）を具え；光ファイバは、本体の長さ方向に延びて、傾斜面にそろったファイバ端面で終わり；本体は、傾斜面の近傍にレンズ要素（５２）を有することを特徴とする。なお、括弧は、実施例との対応関係を単に示すものであり、本発明を限定するものではない。
また、本発明は、光ファイバ用のターミナル（１２）であって；第１端部（３０）を有し、この第１端部から本体軸（２４）に沿って光ファイバ（１０）が延びる細長い本体を具え；この本体は、反対側に第２端部（３２）を有し；本体は、第２端部の近傍にレンズ要素（５２）を有し；本体は、第１端部から第２端部に向かい本体軸に沿った通路（４２）を有し；光ファイバが通路に入り；第１端部の近傍の第１通路部分にて光ファイバ及び本体との間に設けられて光ファイバを柔軟に支持する柔軟材料を更に具えると共に；第２端部の近傍の第２通路部分にて光ファイバ及び本体との間に設けられて光ファイバ及び本体の間に周辺シールを形成する剛性材料とを更に具える。
さらに、本発明は、光ファイバ用ターミナル（１２）を製造する方法であって；ボア（４４）を有する細長い本体を設け；光ファイバ（１０）の第１端をボアに挿入して、本体の長さ方向に本体の第１端部（３０）を越えて延ばし、光ファイバの反対側の第２端が本体の第２端部（３２）を越えて延び；本体の第２端部に光沢面を形成すると共に、第２端部にそろった光ファイバの第２端を研磨し；本体の長さ方向に対して光沢面が傾斜している。

よって、本発明は、小形で、正確に整列できる光ファイバ用ターミナルと、このターミナルを簡単に製造できる方法を提供できる。

本発明によれば、光ファイバのターミナルは細長い本体を具える。この本体には、本体軸があり、また、本体の第１端部からは、光ファイバが本体軸に沿って延びる。本体の第２端部における傾斜面は、本体軸からある角度で傾いている。ファイバは、本体の長さ方向に沿って延びており、光沢のある（研磨された）傾斜面で終端される。単一のレンズ又は複数のレンズ要素の配列（レンズ・アレイ）を傾斜面近傍に配置する。ファイバは、本体の第１端部及び第２端部の間の位置で、本体に密閉シールできるし、本体の第１端部にシールして柔軟材料で張力緩和を行える。レンズ・アレイは、第２端部の近傍で一体に形成して、反射プリズム面からの発散光線が検出器上に焦点を結ぶ、即ち、収束するようにするか、又は、光源からの発散光線が対応するファイバ・アレイに焦点を結ぶ、即ち、収束するようにできる。

図１は、本発明の好適実施例による光ファイバ・ケーブル・アセンブリの断面図である。光ファイバ・ケーブル（本願では、単に、「光ファイバ」と呼ぶこともある）１０は、ターミナル１２に取り付けられており、このターミナル１２は、電子機器又はコミュニケーション・モジュール１４をインタフェースするように接続される。光ファイバ・ケーブル１０は、４個のマルチ・モード光ファイバを有し、これら光ファイバは、少し遠くにある遠隔コミュニケーション装置（図示せず）に延びている。この遠隔コミュニケーション装置は、信号、即ち、データをモジュール１４に送るか、及び／又は、このモジュール１４から受ける。別の実施例では、光ファイバは、シングル・モード又は任意の他の形式でもよく、任意の数の光ファイバをまとめて用いてもよいし、単一の光ファイバとして用いてもよい。

モジュール１４は、遠隔の外部装置との通信を必要とする任意の形式の電子機器、コミュニケーション機器、又はこれらの部品でもよい。このモジュール１４は、テレコム・ローカル・ステーション、又は、インターネット又は他のコンピュータ・ネットワーク用に用いるコミュニケーション・ステーション又は中継ステーションに用いてもよい。なお、コンピュータ・ネットワークには、自動車及び航空機などの輸送手段に用いられるネットワークを含む。この実施例は、過酷な環境にさらされ、高い信頼性が要求される種々のアプリケーションに良好に適合する。これには、電子コンポーネントの密閉を必要とするアプリケーションも含まれる。

モジュール１４は、光ファイバ用ターミナル１２を受ける開口２０を有し、簡略化して示す環境保護ハウジング１６を有する。ハウジング１６は、このハウジングの内部又は外部の他の回路（図示せず）に接続された回路基板２２を含む。この回路基板２２は、開口が設けられたハウジング壁と直角で、ターミナル１２の挿入方向（本体軸）２４と平行である。回路基板２２は、光電変換器のアレイ（配列）を含んでいる。これら光電変換器には、光ファイバ・ケーブルからの光信号を受信し、これら光信号を電気回路用の電気信号に変換する受光体や、光ファイバ・ケーブルに光信号を供給する発光体アレイや、光ファイバ・ケーブルを介して２方向の通信を行う発光体及び光検出器の対でもよい。ｎ個のファイバを用いる好適実施例においては、変換器は、ターミナル内のファイバと同じ間隔で配置されたｎ個の受光体／発光体を有する。なお、ｎは１以上である。

ターミナル１２は、主として、ガラス又はセラミックの如き剛性材料の単一の一体形成されたモノリシック・ブロックにより作られる。このブロックは、細長い形状であり、細長い本体となる。その第１端部３０から光ファイバ・ケーブル１０がその長さ方向に延び、その第２端部３２は、ハウジング１６に挿入される。ブロックは、断面が矩形である。この矩形は、好ましくは、その長さ方向に一定である。しかし、別の実施例では、断面は、第２端部のプリズム部分３４を除いて、裸又はカバーを付けたファイバや、ハウジング１６により追加的に決まる空間的制限に適応するように変更してもよい。凹部（recess）３６は、ブロックの長さ方向に沿った中間部分で上側主面又は下側主面４０から形成され、この凹部の幅又は直径は、図２（図１の実施例の平面図）に示すように、裸の光ファイバ・アレイの幅よりも大きい。再び、図１を参照する。凹部３６の深さは、ブロックの厚さの半分よりも大きいので、この凹部３６は光ファイバを越えて延びる。

ターミナル１２用のブロックは、ここを通過する光ファイバ・ケーブル１０のために、このブロックの長さ方向全体にわたる直線経路を有する。凹部３６及び第１端部３０の間では、単一の通路４２により経路が設けられる。この通路４２は、断面が楕円又は矩形であり、その幅及び高さは、ファイバ・ケーブルの束ねたものよりも大きいので、ファイバを緩い状態で受ける。凹部３６及び第２端部３２の間で、底面に平行な共通面に配列されたｎ個の個別のボア４４により経路が設けられる。各ボア４４は、光ファイバ・ケーブルをぴったりと受ける大きさの真っ直ぐな筒状であり、各光ファイバは、指数（屈折率）が一致した接着剤によりターミナル１２の主本体に対して設定される。ここで、ターミナル１２の主本体の屈折率及び接着剤の一致した屈折率は、光ファイバのクラッディングの屈折率と等しい。

プリズム部分３４は、ブロック状の延長部であり、図２に示すようにターミナル１２のメイン部分よりも幅が狭くなっている。傾斜したプリズム面は、光を反射し、下側の出力面から光を伝送する。プリズム部分３４の幅は、好適実施例において、光ファイバ・アレイの幅よりもわずかに広く、また、別の実施例において、ターミナル１２の主部分と同じ幅でもよい。プリズム部分３４のプリズム面は、傾斜した反射面（傾斜面）４６であり、この傾斜反射面４６は、図２の面に垂直方向に主部分の主要面からオフセットされている。プリズム部分３４の水平面部分５０は、一体形成されたレンズ（要素）５２のアレイを含んでいるが、レンズの数は、ファイバの数、又は望ましい光チャネルの数に等しい。ブロックを形成するのに用いた一体モールド又はレーザ・マイクロマシン・プロセスにより許容度を正確に維持できるので、レンズをブロックの他の物理的特性に対して正確に整合できる。これを用いることにより、モジュール内のフェルール又はコンポーネントのアライメント及び位置決めを正確にできる。

光は、レーザの如きアクティブ光コンポーネントから発生され、この光学コンポーネントの出力端にて光の大きさを拡大又は縮小するようにレンズの焦点距離を選択できる。

ボア４４と同じ間隔で、各ボアの中心が反射面４６と交差する点の直下の位置にレンズ５２を配列する。反射面４６は、高度に研磨され、金属又は誘電体コーティングの如き反射物質で被覆されて、光ファイバからの光、又は光ファイバへの光を効率的に反射するが、かかるコーティングは、総合的な内部反射には必要ない。レンズ５２及び変換器２６の表面の距離にほぼ等しく設定された焦点距離を有する正曲率の非球面要素がレンズであるので、光ファイバからの略平行な光線は、変換器２６上の小さなスポットに焦点を結ぶ。好適実施例において、この間隔が０．２５０ｍｍであり、焦点距離が０．３００ｍｍである。レンズは、コーティングされてもされなくてもよく、レンズ面の反射を減らすことにより、結合効率を改善できるし、又は、非吸収性反射コーティングをレンズ要素５２又は１５２に適用して、レンズが捕捉する光パワーを意図的に低減又は減衰してもよい。

図３Ａ〜Ｃは、ターミナル１２を光ファイバ・ケーブル１０に接続する処理を示す。図３Ａにおいて、ターミナル１２のブロックを設け、光ファイバ・ケーブルの端部１０’が反射面４６の先に延びるまで光ファイバ・ケーブルを通路及びボアに挿入し、主本体内の正確なボアの内側に屈折率整合接着剤で固定する。つぎに、光ファイバをブロックに密着シールする。半田又はガラスを、光ファイバが露出している凹部３６に入れて密閉シールを行う。これにより、凹部３６である差し込み口に塗布が行われる。処理では、熱を加え、ガラス又は半田を各光ファイバ及びボア４４の間の小さな隙間に流し込んで、漏洩のない密閉シールを設ける。この結果、光ファイバがボアの出口付近に固定されると、固定接着剤は、別な方法で応力集中を作り出す。よって、固定接着剤材料を、通路４２から、特に、ファイバが出て行くブロックの第１端部３０付近から離す。

密閉シールのポイントでの曲げ応力を防止するように光ファイバを安定させるために、図３Ｂに示すように、シリコン５４の如きエラストマ封止剤を通路４２に充填する。これは、ファイバを安定化するが、ファイバがブロックの端部に対して固定された際に張力緩和を行う。密閉半田材料と違った封止剤は、柔らかく、ファイバ自体よりも柔軟である。

図３Ｃに示すように、ファイバの端部１０’は、反射面４６に合わせて切断されるか、又は配置され、その面と重なって研磨される。

ファイバの傾斜し研磨された端部は、ファイバの入力光を９０度回転させてレンズ５２の方に反射させる鏡として作用する。典型的な光学ファイバは、コアと異なる光学指数の外側被覆加工（クラッディング）がされており、これが総合的な内部反射を起こし、光学リンクの全長に渡るファイル内のビームの効果的な伝搬を容易にする。しかし、光ビームが反射面４６から反射された後、この光ビームは、鋭角（ファイバの中央でこれら光ビームが直角）でクラッディングを通過する。これは、ファイバから光が漏れるのを防止しない。従来のファイバ動作と異なり、このクラッディングは、透明窓のように機能し、反射経路としては機能しない。

このように組み立て、ファイバ及びターミナルが完全に密閉される。機器ハウジング１６に密閉するのが望ましいならば、ターミナル・ブロックの材料は、ハウジングの対応開口と密閉シールするのに適するものである。

好適な実施例は、上述の特徴及び原理を用いた多くの異なる可能な構造の１つである。好適実施例において、このブロックの長さは６〜７ｍｍであり、その厚さは１．０〜１．５ｍｍであり、その幅は３．０〜４．０ｍｍである。ファイバと関連したレンズ及びボアとは、中心対中心の間隔が０．２５０ｍｍで配置される。ブロックの好ましい材料はガラスであるが、適切な非密閉の代替品には、ポリオフレィンの如き光学グレードの熱硬化性ポリマーを含む。密閉半田の好ましい材料は、パーフォーム（固体要素を空洞にフィットするように成形し、次に、熱を加えて溶かす）として適用されるガラス半田であり、エラストマ・シールとして好ましい材料は、シリコンである。光ファイバの開口数は、０．２〜０．３であり、本体の係数は１．４８〜１．５２である。回転プリズム面と一体となった光ファイバ端部の周りに、指数の一致した接着剤が分布し、光ファイバ・アレイ・ブロックに対して設定して、クラッディングから焦点レンズ５２の主本体への効率的な結合を確実にする。ハウジング１４の開口２０内に本体１２をシールする際に、この主本体の外面に金属被覆を設けてもよい。この場合、金属化は、主本体の周辺を包囲し、ハウジングの開口特徴部と重なる特定幅まで広がって、本体１２を開口２０にシールするのに要する半田の必要量を減らす。

図４は、図１の実施例と本質的に同じ別のターミナル１１２を示すが、これは、球状レンズ５２の代わりとして、各レンズが細長いリブである円筒状レンズ１５２を用いている。この細長いリブは、ターミナルの長手方向及びターミナル軸（本体軸）２４と平行の線に沿って一定の半円、放物線又は他の形状である。円筒形状は、レーザ・エッチングの如き処理により一層簡単に製造でき、光学減衰が限定されたアプリケーションに適すると信じられる。各円筒レンズは、円筒と整列された明確なストライプを形成するように設計されているので、光線が各レンズの下に収束して、隣接したレンズと関連した検知器又は光源とのクロストークを防止する。

図５は、張力緩和が図１の実施例と異なる別の実施例のターミナル２００を示す。ターミナル本体は、各ファイバ用に狭いボア２０２を有し、このボア２０２は、本体の中間部分から傾斜面端部２０４にまで延びている。ボアは、大きな経路２０６に繋がり、この経路２０６は、断面が矩形で、本体の背面部２１０にまで延びる。被覆した光ファイバ２１２は、本体の背面部２１０に入り、この被覆部は、経路２０６内の中間部分２１３にて終わり、光ファイバは、ボア２０２を通過して傾斜面まで続く。張力緩和スリーブ２１４は、長楕円形の断面であり、部分的に経路にまで延び、前端２１６がジャケット（被覆）２１３の端部を越えて更に延び、後方端部２２０が本体の背面部２１０を越えて延びる。被覆された光ファイバのリボンが張力緩和スリーブ内に入り、各光ファイバが密閉シール領域３６の前でフェルール内の単一のボアを通過し、その後、光ファイバは個々の精密なボア内に位置決めされる。

各光ファイバは、指数一致接着剤２２２によりボア内でシールされ、この接着剤２２２は、本体及び光ファイバの指数と本質的に一致しているので、面２０４の反射後、光ビームは中断することなく連続する。接着剤は、経路近傍の限定部分を除いて、各ボアの長さ方向に充填される。ボア近傍の経路の限定部分及び各ボアの残りの長さ方向部分は、ガラス半田２２４によりシールされ、このガラス半田２２４が必要な密閉シールを提供する。接着剤２２６は、ケーブル及びスリーブの間のどのギャップも含む経路の残りの部分を満たす。シリコン２３０又は他のエラストマの付け面を、スリーブに出るケーブルの周囲に適用して、張力緩和を行い、スリーブの端部で形状が曲がることを防ぐ。このスリーブは、剛性プラスチック材料で形成されるが、何らかのより柔軟な又は弾力のある材料で形成して、シリコン付け面が耐えられる以上の大きな力に対して限定された張力緩和を行う。この場合、スリーブは、本体の要素とみなし、よって、シリコンが光ファイバ及び本体の間に加わる。

本発明の好適実施例の及び他の実施例について上述したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。例えば、ファイバ・アレイをファイバの２行以上のマトリクスに配置し、レンズ・アレイも対応するマトリクスに配置してもよい。さらに、光が一方向（入力光を検出する）に進む場合について説明したが、逆方向（放射光を伝送する）又は両方向の場合にも本発明を適用できる。

本発明の好適実施例による光ファイバ・ケーブル・アセンブリの断面図である。図１の実施例の平面図である。図１の実施例の製造ステップを示す側面図である。本発明の他の実施例の斜視図である。本発明の更に他の実施例の断面図である。

符号の説明

１０光ファイバ・ケーブル
１０’ 光ファイバ・ケーブルの端部
１２ターミナル
１４モジュール
１６ハウジング
２０開口
２２回路基板
２４挿入方向（本体軸）
２６変換器
３０第１端部
３２第２端部
３４プリズム部分
３６凹部
４０主面
４２通路
４４ボア（通路）
４６反射面（傾斜面）
５０水平面部分
５２レンズ要素
５４シリコン
１１２ターミナル
１５２円筒状レンズ
２００ターミナル
２０２ボア
２０４傾斜面端部
２０６経路
２１０背面部
２１２ファイバ
２１４張力緩和スリーブ
２１６前端
２２０後方端部
２２２接着剤
２２４ガラス半田
２２６接着剤
２３０シリコン

Claims

光ファイバ用のターミナルであって、
第１端部を有し、該第１端部から本体軸に沿って光ファイバが延びる細長い本体を具え、
該本体は、上記本体軸から傾いた傾斜面を有する第２端部を具え、
上記光ファイバは、上記本体の長さ方向に延びて、上記傾斜面にそろったファイバ端面で終わり、
上記本体は、上記傾斜面の近傍にレンズ要素を有する
ことを特徴とする光ファイバ用ターミナル。
光ファイバ用のターミナルであって、
第１端部を有し、該第１端部から本体軸に沿って光ファイバが延びる細長い本体を具え、
該本体は、反対側に第２端部を有し、
上記本体は、上記第２端部の近傍にレンズ要素を有し、
上記本体は、上記第１端部から上記第２端部に向かい上記本体軸に沿った通路を有し、
上記光ファイバが上記通路に入り、
上記第１端部の近傍の第１通路部分にて上記光ファイバ及び上記本体との間に設けられて上記光ファイバを柔軟に支持する柔軟材料を更に具えると共に、
上記第２端部の近傍の第２通路部分にて上記光ファイバ及び上記本体との間に設けられて上記光ファイバ及び上記本体の間に周辺シールを形成する剛性材料とを更に具える
ことを特徴とする光ファイバ用ターミナル。
光ファイバ用ターミナルを製造する方法であって、
ボアを有する細長い本体を設け、
上記光ファイバの第１端を上記ボアに挿入して、上記本体の長さ方向に上記本体の第１端部を越えて延ばし、上記光ファイバの反対側の第２端が上記本体の第２端部を越えて延び、
上記本体の上記第２端部に光沢面を形成すると共に、上記第２端部にそろった上記光ファイバの第２端を研磨し、
上記本体の長さ方向に対して上記光沢面が傾斜していることを特徴とする光ファイバ用ターミナルの製造方法。