JP2006276734A - 光レセプタクル及びそれを用いた光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 接続損失を低減でき、光学モジュールの小型化が可能な新規な光レセプタクルを提供すること。
【解決手段】 光レセプタクル（１０）は、（ａ）光コネクタ中の光ファイバ（７）と接続される透明体（２）と、透明体（２）を貫通孔（３ａ）内に保持するフェルール（３）とを有するスタブ（１）と、（ｂ）スタブ（１）を保持するホルダ（８）と、を具えている。スタブ（１）中の透明体（２）は、接続する光ファイバ（７）よりも大きな外径を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等に使用される光レセプタクル及びそれを用いた光モジュールに関する。

光信号と電気信号を変換するための光モジュールは、半導体レーザやフォトダイオード等の光学素子をケース内に収納し、レンズ等を介して光ファイバに光信号を導入、導出する構造を取る。光ファイバと光モジュールを着脱自在に接続するために、光コネクタを接続可能な構造を持った光レセプタクルが用いられる。

特許文献１には、光レセプタクルを具えた光モジュールの例として、図４に示す構造が開示されている。図４の光モジュール３０は、光コネクタを接続する機能を持つ光レセプタクル１０を光デバイス２１に固定したものであり、光レセプタクル１０に光コネクタのプラグフェルール６を接続して使用する。

光デバイス２１では、半導体レーザやフォトダイオードなどの光学素子２２がステム２３に固定されており、筐体２４に収納されている。また、光学素子２２と光レセプタクル１０の間に結合用のレンズ２５が配置されている。

光レセプタクル１０では、ステンレス鋼の母材を切削加工もしくは射出成形したホルダ８の内側に、光ファイバ９を接着固定したスタブ１１の後端部が圧入により固定されている。スタブ１１の先端部は、セラミックス等からなる割スリットの入ったスリーブ４によって把持されており、スリーブ４の抜け防止の為、ステンレス鋼の母材を切削加工もしくは射出成形したカバー５がホルダ３の内側に接着又は圧入により固定されている。

光コネクタのプラグフェルール６の先端は、スリーブ４に挿入されて、スタブ１の先端に押し当てられる。この構造は、スタブ１１と光コネクタのプラグフェルール６をスリーブ４によって同時に把持することにより、プラグフェルール６とスタブ１１の位置決め精度を高めようとしたものである。

また、特許文献２には、図５に示すような光レセプタクル付の光モジュールが開示されている。図５の光レセプタクル１０は、光コネクタのプラグフェルール６を導入するガイド穴８ａを有するホルダ８に、金属パイプ１２にガラススペーサ１３が保持されている。光コネクタのプラグフェルール６の先端は、ガイド穴８ａに挿入されて透明体２の端面に押し当てられる。ガラススペーサ１３のプラグフェルール６と接続する端面は垂直に、光デバイス２１側の端面が斜めに研磨されている。この構造は、光レセプタクル１０の構造を簡易にし、かつ、光デバイス２１への反射戻り光も防止することを目的としている。
特開平２−３３１１５号公報 特開平２−８１００８号公報

光レセプタクルやそれを用いた光モジュールに対して、接続損失の低減と小型化が求められているが、上記従来の光レセプタクルや光モジュールではそれらの特性が十分ではなかった。

まず、図４に示されたような光レセプタクルの場合、プラグフェルール６に固定された光ファイバ７とスタブ１１に固定された光ファイバ９の位置が僅かでもずれると接続損失が発生する。スタブ１１とプラグフェルール６同士は、スリーブ４を用いることによって比較的高精度に位置決めが可能であるが、フェルール内における貫通穴の同軸度や貫通穴への光ファイバの固定精度に基づいて光ファイバ同士の位置に僅かなズレが生じてしまう。このため、光ファイバ同士の位置ズレによる接続損失を低減することが困難であった。

また、図４の光レセプタクル１０を用いた光モジュール３０では、光モジュール３０全体の小型化も困難であった。即ち、光デバイス２１の光学素子２２から出射（又は入射）される光は、結合レンズ２５等によって一旦スタブ１１内の光ファイバ９に集光させる必要がある。このため光学素子２２からプラグフェルール６内の光ファイバ７までの距離は、光学素子２２の光をレンズ２５によって光ファイバのコアへ集光するのに必要な距離から、さらにスタブ１１の長さ分だけ長くなる。しかも、プラグフェルール６やスタブ１１の位置精度を確保するためには、スタブ１１をホルダ８やスリーブ４に深く挿入する必要があるため、スタブ１１をあまり短くすることもできない。従って、光モジュール３０全体が大型化してしまっていた。

一方、図５に示すような光レセプタクルの場合、プラグフェルール６とガラススペーサ１３との接続界面にエアギャップが生じ、接続損失や接続界面での反射が生じ易いという問題があった。即ち、光コネクタと光レセプタクルの接続を安定させるためには、プラグフェルール６に保持された光ファイバ７やガラススペーサ１３の表面に僅かな凹みがあっても接続界面にエアギャップが生じないように、プラグフェルール６をガラススペーサ１３に対して加圧する必要がある。この加圧は、光コネクタ内部のバネ等によって行うことができる。しかし、金属は一般に塑性変形性を有するため、光コネクタ内部のバネにより掛かり続ける圧力や光コネクタの着脱を繰り返す度に加わる圧力によって、ガラススペーサ１３を保持する金属パイプ１２が塑性変形して加圧力の低下を招く。このため接続界面でのエアギャップが生じ易かった。

そこで本件発明は、接続損失を低減でき、光学モジュールの小型化が可能な新規な光レセプタクル及びそれを用いた光学モジュールを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、本件発明に係る光レセプタクルは、（ａ）光コネクタ中の光ファイバと接続される透明体と、前記透明体を貫通孔内に保持するセラミックスから成るフェルールとを有するスタブと、（ｂ）前記スタブを保持するホルダと、を具え、前記スタブ中の透明体は、接続する光ファイバよりも大きな外径を有することを特徴とする。

本件発明では、スタブのフェルール内に光ファイバではなく、光コネクタ内の光ファイバよりも大きな外径を有する透明体を保持した点に特徴がある。透明体は光コネクタと光デバイス（ＬＤやフォトダイオード等）の間を結ぶ単純な光路を形成するため、図４に示したような光レセプタクルの場合と異なり、光コネクタ内の光ファイバと光デバイスを直接光学的に結合できる。従って、本件発明の光コネクタを用いることによって、光モジュール全体を短尺化することができる。

また、本件発明の光レセプタクルでは、光コネクタ内の光ファイバは、その光ファイバよりも大きな外径を持った透明体と接続されるため、図４に示す例で存在していたような光ファイバ同士の位置ズレに起因する光接続損失をなくし、低損失な接続が可能となる。さらに、透明体はセラミックスから成るフェルール内に保持されてスタブを構成しているため、プラグフェルール内の光ファイバと安定した接続が可能である。即ち、スタブはセラミック製フェルールと透明体から成るため、挿入されたプラグフェルールから加わった圧力によってスタブ全体が適度に変形し、プラグフェルール内の光ファイバとスタブ内の透明体を密着させることができる。しかもセラミックスは、金属と異なり、塑性変形性を殆ど有しないため、プラグフェルールから繰り返し圧力が加わっても塑性変形することがなく、透明体と光ファイバとの安定した接続が維持される。

透明体の外径Ｒ_２は、以下の式を充足することが好ましい。これによって、光コネクタ内の光ファイバ中を全反射しながら導波してきた光が直接光デバイスに到達できるようにし、接続損失を低減できる。
Ｒ₂＞２ＴＡＮ(θ_a）×Ｌ＋Ｒ_１
（ここでθ_ａ＝ａｒｃｓｉｎ（（Ｎ_１／Ｎ_３）×ｓｉｎθ_ｃ）、θ_ｃ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｎ_２／Ｎ_１）、Ｌ：前記スタブの光軸方向における最大長、Ｒ_１：前記光ファイバのコアの直径、Ｎ_１：前記光ファイバのコアの屈折率、Ｎ_２：前記光ファイバのクラッドの屈折率、Ｎ_３：前記透明体の屈折率）

また、透明体は、少なくとも光コネクタ中の光ファイバが接する部分が石英ガラスから成ることが好ましい。石英ガラスは、光ファイバにも用いられるガラスで硬度が高く、レンズ等に用いられるような加工性に優れたガラスに比べ傷が付きにくいという利点がある。

セラミックスから成るフェルールは、ジルコニアセラミックスから成ることが好ましい。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。従って、光コネクタと接続した際に、光コネクタ側に内蔵されたバネ等による加圧に対して、スタブの接続部が好ましく変形し、確実な面接合とすることができる。また、変形の繰り返し再現性にも優れており、光コネクタとスタブの接続面に常に安定した圧力を与えることができる。

スタブは、光コネクタと接続する側の端面が凸曲面になっていることが好ましい。これによって、光コネクタが押し付けられた際にスタブの端面を好ましく弾性変形させ、接続界面におけるエアギャップを低減することができる。エアギャップを低減することにより、接続界面における反射や接続損失を低減させることができる。

光コネクタが光ファイバを保持するプラグフェルールを有している場合、スタブがプラグフェルールと略同径であることが好ましい。これによって、スタブとプラグフェルールを同じ筒状部材で把持し、スタブとプラグフェルールの位置精度を高めることができる。

その場合、スタブとプラグフェルールの固定は、フェルールと同種の材料から成るスリーブによって行うことが好ましい。径方向に可とう性のあるスリーブによってプラグフェルールとスタブを把持すれば、スリーブの内径をプラグフェルール等の外径規格よりも小さくできるため、プラグフェルールやスタブをより高精度に位置決めすることができる。スリーブとフェルールは、優れた耐摩耗性を有し、適度な弾性変形性を有するジルコニアセラミックスから成ることが好ましい。

また、本件発明の光モジュールは、発光又は受光機能を有する光学素子と、本件発明に係る光レセプタクルと、を具えたことを特徴とする。本件発明の光レセプタクルを用いることによって、接続損失が低く、小型化が可能な光モジュールとすることができる。

特に、光学素子と光レセプタクルとの間に結合レンズを有し、結合レンズが、透明体を通じて、光学素子と光コネクタ内の光ファイバとを光学的に結合することが好ましい。これによって、光モジュール全体を短尺化することができる。

尚、本件明細書において、透明体の「外径」とは、接続する光コネクタの光軸に垂直な断面における最小の外径を指す。透明体の「最大長さ」とは、接続する光コネクタの光軸に平行な方向において最も離れた端同士の間の距離をいう。

また、光学素子と光コネクタ内の光ファイバを「光学的に結合する」とは、結合レンズによって光学素子から出射した光を光ファイバのコア部に集光すること、又は、光ファイバから出射した光を光学素子に集光することをいう。

本件発明によれば、接続される光コネクタの光ファイバより外径の大きな透明体をフェルールに保持してスタブとしているため、光ファイバの位置ズレや光コネクタの着脱の繰り返しに起因する接続損失を低減することができる。また、光デバイスと光コネクタに保持された光ファイバとを光学的に直接結合できるため小型の光モジュールが実現できる。

以下、本件発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る光レセプタクルを示す模式断面図である。図１に示す光レセプタクル１０は、ステンレス鋼等の母材を切削加工や射出成形した金属製ホルダ８の内側に、光ファイバを接続するためのスタブ１の後端部が圧入により固定されている。スタブ１の先端部はスリーブ４によって把持されており、スリーブ４の抜け防止の為、ステンレス鋼等から成るカバー５がホルダ３の内側に接着や圧入により固定されている。スタブ１は、セラミックス等から成る円筒形のフェルール３と、フェルール３の貫通穴３ａに固定されたガラス等から成る略円柱形の透明体２とを有している。

また、図２は、図１の光レセプタクルを用いた光モジュール３０の模式断面図である。図２に示すように、光レセプタクル１０と光デバイス２１を組み合わせることにより光モジュール３０が構成される。光デバイス２１では、半導体レーザやフォトダイオードなどの光学素子２２がステム２３に固定されており、筐体２４に収納されている。また、光学素子２２と光レセプタクル１０の間に結合用のレンズ２５が配置されている。

光コネクタのプラグフェルール６の先端は、光レセプタクル１０のスリーブ４に挿入されて、スタブ１の先端に押し当てられる。スタブ１中の透明体２は、光ファイバ７と光デバイス２１の間を結ぶ光路を形成する。図３は、プラグフェルール６とスタブ１との接続部付近を示す模式断面図である。図３に示すように、スタブ１中の透明体２の外径は、プラグフェルール６内の光ファイバ７の直径よりも大きい。このため図４に示した従来の光レセプタクルの場合と異なり、プラグフェルール６の光ファイバ７内を導波した光は、光レセプタクル内の透明体２をそのまま通過して、光デバイス（図示せず）に直接光接合される。即ち、図２に示す光モジュールにおいて、光学素子２２から入出射（光学素子２２が発光素子であれば出射、受光素子であれば入射）する光は、結合レンズ２５によってプラグフェルール６内の光ファイバ７に直接結合される。従って、光モジュール３０全体を短尺化することができる。

また、本件発明の光レセプタクルでは、プラグフェルール６内の光ファイバ７は、その光ファイバ７よりも大きな外径を持った透明体２と接続される。従って、図４に示す例で存在していたような光ファイバ同士の位置ズレに起因する光接続損失を低減し、低損失な接続が可能となる。さらに、透明体２はセラミック製のフェルール３内に保持されているため、スタブ１全体が弾性変形することによって光ファイバ２との安定した接続が可能になる。即ち、光コネクタ側に内蔵されたバネ等によってプラグフェルール６内の光ファイバ７を透明体２に押し付けた際に、スタブ１の全体が弾性変形することで加圧状態が安定になる。しかも、セラミックは金属と異なり塑性変形性を殆ど有しないため、図５に示した従来例のようにガラススペーサ１３を固定する金属筒１２が塑性変形してプラグフェルール６による加圧力が低下することもない。従って、光コネクタの着脱を繰り返しても、光ファイバ７と透明体２の間に加わる加圧力が低下せず、確実な面接合が可能となる。このため、光ファイバ７と透明体２の間にエアギャップが生じることを防いで、光接続損失の増加を防止できる。

また、図３に示すように、透明体２は、光ファイバ７と光デバイス（図示せず）の間の光路を形成するため、光ファイバ７中を全反射しながら導波してきた光が阻害されずに光デバイスに到達できるだけの光路幅を有することが好ましい。プラグフェルール６に保持された光ファイバ７のコア７ａの屈折率をＮ_１、クラッド７ｂの屈折率をＮ_２とすると、光ファイバ内で全反射がおきる臨界角θ_ｃは式１で表される。
（式１） θ_ｃ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｎ_２／Ｎ_１）
また、光ファイバ７に接続される透明体２の屈折率をＮ_３とすると、透明体２中の光はスネルの法則により式２で表される角度θ_aで透明体２中を進む。
（式２）θ_ａ＝ａｒｃｓｉｎ（（Ｎ_１／Ｎ_３）×ｓｉｎθ_ｃ）
このとき、スタブ１１の光軸方向における最大長をＬとし、光ファイバ７のコアの直径をＲ_１とすると、透明体２の外径Ｒ_２が、次の式３で表される関係を満足することが好ましい。
（式３） Ｒ₂＞２ＴＡＮ(θ_a）×Ｌ＋Ｒ_１
透明体２の外径Ｒ_２がこのような関係を充足することにより、光ファイバ７から出射した光の損失を効果的に抑制することができる。尚、Ｒ_２の設計は、フェルールの貫通穴３ａの内径公差と透明体２の外径公差を考慮して行うことが望ましい。

一方、透明体２の外径があまり大きすぎると、フェルール３の肉厚が薄くなり、フェルール３をホルダ８に圧入した際にクラックが生じたり、スタブ１全体として弾性変形し難くなるため好ましくない。そこで透明体２の外径Ｒ_２は、フェルール３の外径の２／３以下であることが好ましい。

尚、ここでは光ファイバ７を導波してきた光が透明体２を通じて光デバイスに入射する場合（即ち、光学素子２２が受光素子の場合）について説明したが、上記の関係は光デバイスから出射した光が透明体２を通じて光ファイバ７に入射する場合（即ち、光学素子２２が発光素子の場合）にも同様に成立する。即ち、光デバイスから透明体２を通じて入射してくる光は、光ファイバの全反射角以下の角度で入射する場合に光ファイバ７に導入される。従って、光ファイバ７に導入される光を阻害しないためには、透明体２の外径Ｒ_２が式３を充足することが好ましい。

以下、本実施の形態に係る光レセプタクルの各構成について詳細に説明する。
（スタブ１）
スタブ１は、光コネクタのプラグフェルール６に接続する側の端面を凸曲面とすることが好ましい。この凸曲面は、例えば研磨によって形成することができる。凸曲面の曲率半径は、５〜３０mmであることが好ましい。これによって、光コネクタ中のプラグフェルール６の端面が押し付けられた際にスタブ１の端面を好ましく弾性変形させ、接続界面におけるエアギャップを低減することができる。エアギャップを低減することにより、接続界面における反射や接続損失を低減させることができる。

スタブ１の他方の端面（光デバイス側の端面）は、光軸との直交面から傾斜した鏡面とすることが好ましい。光軸との直交面からの傾斜角は４〜１０°程度であることが好ましい。これにより、スタブ１中の透明体２の端面で生じた反射光が光デバイス２１の特性に悪影響を与えることを効果的に防止できる。例えば、光デバイス２１がフォトダイオード等を有する受光デバイスである場合、透明体２の端面で生じた反射光が伝送される光信号と干渉することを防止できる。また、光デバイス２１がＬＤ等を有する発光デバイスの場合、ＬＤ等の素子２２から出射された光が透明体２の端面で反射してＬＤ等に戻り、ＬＤ等の発振特性に影響を与えることを防止できる。尚、スタブ１中の透明体２の端面だけを斜めに研磨しても良い。

スタブ１をホルダ８に固定する方法として、圧入、接着、圧入と接着の併用等を用いることができる。尚、ホルダ８に固定されたスタブ１には、プラグフェルール６側のバネ圧により加重が掛かり続けており、プラグフェルール６を脱着する際にも力が加わる。このためスタブ１をホルダ８に十分な強度で固定することが必要である。従って、スタブ１をホルダ８に固定する方法としては、圧入又は圧入と接着の併用が好ましい。本件発明では、透明体２をフェルール３の貫通孔に保持してスタブ１を構成しているため、スタブ１をホルダ８に圧入した際に透明体２に加わる歪みを低減できる効果がある。即ち、透明体２をフェルール３に入れずに直接ホルダ８に圧入した場合、透明体２に大きな応力が加わり、透明体２の屈折率が変化してしまう。透明体２の屈折率が変化すると、スネルの法則に従って透明体２内を通過する光線の進行方向が変化するため、光の焦点位置がずれるなどして光学特性に悪影響が出る場合がある。特に、透明体２に応力が加わって屈折率が変化した場合、低温側では金属ホルダ８との熱膨張係数差によって応力が大きくなって屈折率が上がり、高温側では応力が弱くなって屈折率がもとに戻る。従って、温度に依存して接続損失が大きくなってしまう。尚、透明体２を接着剤によってフェルール３に固定すれば、接着剤が緩衝材の役割を果たし、透明体２に加わる応力を一層低減することができる。また、フェルール３をホルダ８に圧入してから透明体２をフェルール３内に固定すれば、透明体２に加わる応力を一層低下することができる。尚、ここで説明したことは、スタブ１をホルダ８に固定する方法が圧入である場合に限らず、スタブ１に応力が加わるような全ての固定方法について当てはまる。

（透明体２）
スタブ１中の透明体２は、少なくともプラグフェルールと接する部分が硬度の高い石英ガラスから成ることが好ましい。例えば、石英ガラスロッドや石英ガラスのコアを持つガラスロッドを透明体２とする。石英ガラスは、光ファイバにも用いられるガラスで硬度が高く、レンズ等に用いられるような加工性に優れたガラスに比べ傷が付きにくいという利点がある。また、石英ガラスは、ヤング率が約７×１０^１０Ｐａと弾性変形性に優れるため、石英ガラスによって透明体２を構成することにより、透明体２への傷の発生を防止しながら、かつ、光ファイバと密着し易くなる。透明体２の材料として、加工性の良い、硬度が低いガラス材を使用することもできるが、その場合はプラグフェルール６に保持された光ファイバ７との着脱を繰り返すうちに傷がつき、接続損失の劣化が発生する場合がある。

透明体２は、単純な光路を形成できれば良いため、その屈折率は特に制限されない。但し、光ファイバ７との接続界面で反射が生じないように、光ファイバ７のコアに近い屈折率（屈折率差が０．１以下）を持つことが好ましい。より好ましくは、光ファイバ７のコアと同じ屈折率とする。また、透明体２は、単純な光路を形成するため、不必要な屈折や反射が起きないように略一様な屈折率を有することが好ましい。特に、少なくとも光路となる部分において略均一な屈折率を有することが好ましい。

透明体２は、フェルール３の内側に接着剤等で固定することができる。また、透明体２は、単なる光路であるため円柱状に限らず、種々の形状とすることができる。例えば、透明体２の光軸との直交断面における形状を、円形、矩形、多角形、楕円などの種々の形状にすることができる。

（フェルール３）
スタブ１を構成するフェルール３は、スタブ１０を構成するフェルール１は、エポキシや液晶ポリマー等のプラスチックス、ガラス、アルミナやジルコニア等のセラミックス等種々の材料で形成することができる。中でもセラミックス、より好ましくは、ジルコニアセラミックスからなることが望ましい。一般にセラミックスは、金属と異なり、塑性変形性を有しないため、フェルール３をセラミックスによって形成すれば、プラグフェルール６から加わる圧力によってフェルール３が塑性変形することを防止できる。ジルコニアセラミックスとしては、例えば、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い。このような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。従って、光コネクタのプラグフェルール６と接続した際に、光コネクタ側に内蔵されたバネによる加圧に対して、スタブ１の接続部が好ましく変形し、確実な面接合が可能となる。また、変形の繰り返し再現性にも優れており、プラグフェルール６とスタブ１の接続面に常に安定した圧力を与えることができる。また、ジルコニアセラミックスは、靭性に優れており、曲げ強さは石英ガラスの約１５倍あり、圧縮強さも石英ガラスの約５倍もある。従って、スタブ１をホルダ８に固定する際に、フェルール３への割れ発生等が起きにくいというメリットがある。さらに、ジルコニアセラミックスは、耐摩耗性が高く、ビッカーズ硬度が石英ガラスの約１．４倍、ＳＵＳの約６．５倍もある。従って、フェルール３をジルコニアセラミックスとすれば、コネクタの着脱によって動く割スリーブ４によってフェルール３が摩耗するといった不具合を防止できる。

フェルール３は、種々の方法で製造することができる。例えば、フェルール３をセラミックスによって形成する場合、セラミックスの原料を射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によって円筒状又は円柱状の生成形体を得て、その生成形体を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せばよい。また、これに代えて、セラミックスの生成形体をはじめから切削加工等によって所定の形状に加工し、その後焼成を行ってもよい。

（ホルダ８）
スタブ１を保持するホルダ８は、金属製であることが好ましく、特に耐腐食性と溶接性に優れたステンレス製とすることが好ましい。

（スリーブ４）
本実施の形態では、ホルダ８に固定したスタブ１のプラグフェルール６側の突き出した部分に、スリーブ４を嵌め込んでいる。スリーブ４は、径方向に可とう性を持つように割スリットを有している。本実施の形態において、スタブ１の外径は接続される光コネクタのプラグフェルール６の外径と同等にしている。また、スリーブ４の内径は、挿入されるスタブ１やプラグフェルール６の外径より若干小さめにしてあり、スタブ１とプラグフェルール６を同時に把持できるようにしている。

スリーブ４によってプラグフェルール６の把持を行えば、次のような利点がある。即ち、プラグフェルール６の固定をホルダ８のガイド穴によって行った場合、ガイド穴の内径はプラグフェルール６の外径規格の最大のものまで挿入出来るように設計しなければならず、更に、ゴミの挟み込みによりプラグフェルール６が抜けなくなるなどの問題も発生を考慮して、プラグフェルール６の外径規格に対してゆとりのあるクリアランスを持たせることが要求される。このためプラグフェルールの位置決めを高精度に行うことが困難である。これに対し径方向に可とう性のあるスリーブ４によってプラグフェルール６を把持すれば、スリーブの内径をプラグフェルールの外径規格よりも小さくできるため、プラグフェルール６の高精度な位置決めが可能となる。プラグフェルール６を高精度に位置決めすることは、光デバイス２１との光結合における損失を低減する点で有利である。

このスリーブ４の材料は特に限定されず、金属、セラミックス等の種々の材料を用いることができる。但し、スリーブ４には、プラグフェルール６やスタブ１のフェルール３と硬度が同等となるように、それらと同じ種類の材料を用いることが好ましい。例えば、ジルコニア等の硬度の高い材料でできたプラグフェルール６を使用するときに、スリーブ４を金属製とすると、硬度の違いから着脱の繰り返しによる金属屑がスリーブ４に発生し易い。これがスタブ１に保持された透明体２へ付着して大きな光接続損失を発生させる場合がある。

また、スリーブ４に用いる材料の中では、セラミックス、特にジルコニアセラミックスが好ましい。ジルコニアセラミックスは、耐摩耗性と弾性に優れた材料であるため長期使用の信頼性を確保することができる。ジルコニアセラミックスをスリーブ４の形状に加工する方法は、フェルール３の形状に加工する方法と同様である。スリーブ４とフェルール３を同じジルコニアセラミックスによって形成すれば、次のような利点がある。即ち、ジルコニアセラミックスは適度な弾性変形性を有するため、フェルール３とスリーブ４がいずれもジルコニアセラミックスから成ることにより、プラグフェルール６をスタブ１に押し付けた際にスリーブ４とフェルール３が一体となって弾性変形し、プラグフェルール６内の光ファイバ７の透明体２に対する当接状態を良好にできる。また、スタブ１をスリーブ４に嵌入する場合に、ジルコニアセラミックスの弾性と耐磨耗性によって屑やクラックが殆ど発生しない。

スリーブ４の内径の表面荒さは挿入性を考慮して、算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下にすることが望ましい。また、スリーブ４の内径公差（及びスタブ１の外径公差）は、低い接続損失を得るため±１μｍ以下が望ましい。さらに、スリーブ４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、スタブ１の挿入力が０．９８Ｎ以上となるように設計することが望ましい。

（カバー５）
本実施の形態では、スリーブ４の飛び出し防止のために、円筒形のカバー５をホルダ８に圧入又は接着剤などで固定している。カバー５は、耐腐食性に優れたステンレスを用いることが好ましい。また、カバー５をプラスチック、ジルコニア、アルミナなどで形成しても良い。

図１に示す光レセプタクル８を作製した。ここで接続される光コネクタは、シングルモードの光ファイバ７を有し、光ファイバ７のコア半径は０．００４１５ｍｍで、コアの屈折率が１．４６８、クラッドの屈折率が１．２４６２であった。

まず、スタブ１を作製した。スタブ１の長さは３ｍｍとした。スタブ１を構成するフェルール３は、円筒状のジルコニアとした。フェルール３は、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・研磨加工を行って作製した。また、フェルール３内に固定する透明体２は、屈折率１．４７の石英ガラスから成るロッドとした。透明体２は、式３に基づいて計算される外径（＝半径０．２６６ｍｍ）よりも大きくなるように、半径０．３ｍｍの円柱状とした。透明体２をフェルール３の内部に接着固定してスタブ１を得た。そして、スタブ１の片側の端面を曲率半径５〜３０mm程度の曲面状に鏡面研磨し、他方の端面を４°に斜研磨した。

こうして得られたスタブ１を、ＳＵＳ３０４から成るホルダ８の穴に圧力センサ付きハンドプレスにて、十分な加重を確認しつつ圧入した。このとき圧入強度の最大値は８０Ｎ程度あった。従って、それ以下の加重であればスタブ１が動くことが無いため、プラグフェルール６による押し圧や着脱時の衝撃に対して十分強度があることが確認できた。

次にスリーブ４を、ジルコニアセラミックスによって形成した。押出成形等の所定の成形法によって円筒状の成形体を得て、焼成工程で焼き固め、切削加工にて外形やスリットを加工して割スリットを有するスリーブ４を得た。スリーブ４の内面を研磨した後、スタブ１にスリーブ４を嵌めた。そして、スタブ１に嵌め込まれたスリーブ４の抜け防止のために、ＳＵＳ３０４のカバー５をホルダ８に圧入固定し、光レセプタクル１０を完成した。

更に、光レセプタクル１０を光デバイス２１と組み合わせて図２に示すような光モジュール３０を作製した。まず、光デバイス２１は、次のような構成とした。まず、レーザーダイオードからなる光素子２２を、鉄に金メッキを施してなるステム２３に半田固定した。そして、ボールレンズ２５が固定されたステンレス製筐体２４によって気密封止した。

次に、光デバイス２１と光レセプタクル１０を次のようにして組み立てた。光デバイス２１と光レセプタクル１０を組合せ、さらに光コネクタを光レセプタクル１０に挿入した。光デバイス２１から出射した光を、光レセプタクル１０と光コネクタを介してパワーメータに導いた。そして、光デバイス２１のボールレンズ２５によって絞られた光のスポットを透明体２を通して光ファイバ６の端面に集光させ、光出力が最高となる位置で調芯した。その位置で光デバイス２１と光レセプタクルをＹＡＧ溶接して、光モジュール３０を得た。

比較例

また比較の為、上記の光レセプタクル１０の透明体２の代わりに、光コネクタと同一のシングルモード光ファイバをスタブ１に組み込んだ図４に示す光モジュール３０も作製した。

表１は、作成した光モジュール３０を光出力−３．１ｄＢｍで駆動させたときの、光コネクタ通過後の最低光出力を示す。ここで最低光出力とは、光モジュール３０を光コネクタに対して光軸周りに３０度ずつ、合計で３６０°回転させながら取り付けて光出力を測定した際に、最低となった光出力を指す。この最低光出力が低い程、光コネクタと光モジュール３０の取り付け状態によって損失が大きくなり易く、着脱再現性に乏しいことになる。

表１から判るように、比較例品の光モジュールは、実施例の光モジュールに比較して光出力が平均で０．３４ｄＢｍ程度低下していた。この要因は、比較例でのシングルモード光ファイバ同士のズレにあり、実施例ではその影響が除去されていることが確認された。又、実施例の光モジュールは、光デバイス２１からの光を結合する位置が光コネクタの接続端面となるため、比較例の光モジュールと比較して約２ｍｍの短尺化が可能であった。

図１は、本件発明に係る光レセプタクルの一例を示す模式断面図である。 図２は、図１に示す光レセプタクルを用いた光モジュールを示す模式断面図である。 図３は、プラグフェルールとスタブとの接続部を示す模式断面図である。 図４は、従来の光モジュールの一例を示す模式断面図である。 図５は、従来の光モジュールの別の一例を示す模式断面図である。

符号の説明

１：スタブ
２：透明体
３：フェルール
４：スリーブ
５：カバー
６：プラグフェルール
７：光ファイバ
７ａ：クラッド
７ｂ：コア
８：ホルダ
９：光ファイバ
１０：光レセプタクル
２１：光デバイス
２２：光学素子
２３：ステム
２４：筐体
２５：レンズ
３０：光モジュール

Claims (10)

1. 光コネクタを接続するための光レセプタクルであって、
   （ａ）光コネクタ中の光ファイバと接続される透明体と、前記透明体を貫通孔内に保持するセラミックスから成るフェルールとを有するスタブと、
   （ｂ）前記スタブを保持するホルダと、を具え、
   前記スタブ中の透明体は、接続する光ファイバよりも大きな外径を有することを特徴とする光レセプタクル。
2. 前記透明体の外径Ｒ_２は、
   Ｒ₂＞２ＴＡＮ(θ_a）×Ｌ＋Ｒ_１
   （θ_ａ＝ａｒｃｓｉｎ（（Ｎ_１／Ｎ_３）×ｓｉｎθ_ｃ）、
   θ_ｃ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｎ_２／Ｎ_１）、
   Ｌ：前記スタブの光軸方向における最大長、
   Ｒ_１：前記光ファイバのコアの直径、
   Ｎ_１：前記光ファイバのコアの屈折率、
   Ｎ_２：前記光ファイバのクラッドの屈折率、
   Ｎ_３：前記透明体の屈折率）
   を充足す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. 前記透明体は、少なくとも前記光ファイバが接する部分が石英ガラスから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光レセプタクル。
4. 前記フェルールは、ジルコニアセラミックスから成ることを特徴とする請求項３に記載の光レセプタクル。
5. 前記スタブは、前記光コネクタと接続する側の端面が凸曲面になっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光レセプタクル。
6. 前記光コネクタは、前記光ファイバを保持するプラグフェルールを有し、前記スタブは、前記プラグフェルールと略同径であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光レセプタクル。
7. 前記スタブは、前記フェルールと同種の材料から成るスリーブに嵌合されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光レセプタクル。
8. 前記スリーブと前記フェルールは、ジルコニアセラミックスから成ることを特徴とする請求項７に記載の光レセプタクル。
9. 発光又は受光機能を有する光学素子と、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光レセプタクルと、を具えた光モジュール。
10. 前記光学素子と前記光レセプタクルとの間に結合レンズを有し、
    前記結合レンズは、前記透明体を通じて、前記光学素子と前記光コネクタ内の光ファイバとを光学的に結合することを特徴とする請求項９に記載の光モジュール。
    
    

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