JP2006343448A - レセプタクルおよびレセプタクル型光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 挿入されたフェルールに外力が加えられた場合にも、安定した光結合が維持されるレセプタクル及びそれを用いたレセプタクル型の光アイソレータやＬＤ、ＬＥＤ、ＰＤモジュールなどの光モジュールを提供することにある。
【解決手段】 光ファイバ１５を保持した内蔵スタブフェルール１４と、該内蔵スタブフェルールとほぼ同一直径を持ち、光ファイバ１７を保持した挿入フェルール１６を外部より挿入して前記内蔵スタブフェルール１４の一方の光導波路端に当接させて両光導波路間を光結合し、その状態を保持するための弾性スリーブ２１と、該弾性スリーブ２１および前記内蔵スタブフェルール１４を保持するための第１の金属スリーブ１２および第２の金属スリーブ１３を有し、それらの金属スリーブ間の接合部が溶接されていることを特徴とするレセプタクル、および上記内蔵スタブフェルールの一方の光導波路端部に設置された光アイソレータ、または光半導体素子からなるレセプタクル型光モジュール。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に、光通信システムで使用される、レセプタクルおよびそれを用いたレセプタクル型の光アイソレータやＬＤ（半導体レーザ）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＰＤ（フォトダイオード）モジュールなどの光モジュールに関する。

光通信システム等で使用される光アイソレータおよびＬＤ、ＬＥＤ、ＰＤ等の光半導体素子モジュールでは外部から光コネクタを挿入して光結合可能なレセプタクルが使用される。このレセプタクルの構造は、中心軸上に光ファイバを埋め込んだスタブフェルールが内蔵され、その外側に前記スタブフェルールと外部から挿入される光コネクタのフェルールを結合するためのガイドとして径方向に伸縮しやすい挿入用内孔を有する弾性スリーブ（割スリーブ）が内蔵されている。特許文献１に開示されているとおりである。

図５は、従来型のレセプタクルの一例、および外部から挿入される光コネクタのフェルール部分、すなわち挿入フェルールを示す。図５（ａ）はレセプタクルを示す部分断面図、図５（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図、図５（ｃ）は弾性スリーブを示す斜視図である。図５において、１４は内蔵スタブフェルール、１５および１７は光ファイバ、１６は挿入フェルール、２１は弾性スリーブ、２２はその弾性スリーブに形成されたスリット、１２は内蔵スタブフェルール１４を保持固定するための第１の金属スリーブ、１３は弾性スリーブ２１を保持するための第２の金属スリーブである。ここで、第１の金属スリーブ１２と第２の金属スリーブ１３とは圧入接合されている。上記のようにこのような構造で、光ファイバ１５と光ファイバ１７の光結合がなされ、光コネクタとして動作する。このレセプタクルにより光部品モジュールを構成する場合には、内蔵スタブフェルールの挿入フェルールが光結合される光ファイバ端面と反対側の光ファイバ端面に光機能素子が設置される。

上述のように外側の金属スリーブを一体ではなく第１の金属スリーブ１２と第２金属スリーブ１３に２分割してそれらの機能を分離することにより、光機能素子の固定に、より最適でより安価な材料を選択できるという利点がある。

特許３３１４６６７号公報

従来型のレセプタクルを用いた場合、弾性スリーブをガイドとした内蔵スタブフェルールと、この弾性スリーブ内に挿入されたフェルールとは外力が加わらないときは、精度良く結合されているが、挿入される光コネクタに力が加わり、フェルールの挿入結合軸に対し垂直の方向にある限界以上の力が加わると、弾性スリーブの特性上、弾性変形が起こり、結合がずれ、結合損失の変動（増加）、端面反射減衰量の変動（減少）が起こることが問題となっている。特に上述のような金属スリーブが２分割の構造を採るレセプタクルでは、金属スリーブの接合部の嵌合の緩みによって、更に結合損失の変動（増加）、端面反射減衰量の変動（減少）が起こってしまう。この変動の影響は、ＬＤモジュールのように光結合に対する位置ずれのトレーランスが厳しい場合には大きな問題となる。

この状況において、本発明の課題は、挿入されたフェルールに外力が加えられた場合にも、安定した光結合が維持されるレセプタクル及びそれを用いたレセプタクル型の光アイソレータやＬＤ、ＬＥＤ、ＰＤモジュールなどの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ために、本発明においては、２分割となっている金属スリーブの接合部を溶接することで、弾性変形を起こしにくくし、外力が加わった時、従来の圧入のみで固定されている場合と比べて、より大きい外力に対して結合を保持することができる。

すなわち、本発明のレセプタクルは、ほぼ中心軸上に光導波路を保持した円筒状の内蔵フェルールと、該内蔵フェルールとほぼ同一直径を持ち、ほぼ中心軸上に光導波路を保持した挿入フェルールを外部より挿入して前記内蔵フェルールの一方の光導波路端に当接させて両光導波路間を光結合し、その状態を保持するための弾性スリーブと、該弾性スリーブおよび前記内蔵フェルールを保持するための金属スリーブを有し、該金属スリーブが複数個に分割され、該分割された複数の金属スリーブ間の少なくとも1つの接合部を溶接したことを特徴とする。

また、本発明では、上述の本発明によるレセプタクルを用い、その内蔵フェルールの一方の光導波路端部に光アイソレータを設置したレセプタクル型光モジュール、即ち光アイソレータモジュールとすることができる。

また、本発明では、上述の本発明によるレセプタクルを用い、その内蔵フェルールの一方の光導波路端部に光半導体素子及び該光半導体素子と前記内蔵フェルールの光導波路を光結合するためのレンズを設置したレセプタクル型光モジュール、即ち光半導体モジュールとすることができる。

以上の手段により、本発明によれば、レセプタクルへ挿入されたフェルール（コネクタ）に外力がかかったときに、結合のずれを少なくすることができるレセプタクルが得られ、その結果、結合損失、反射減衰量を最小限に押さえたレセプタクルの提供が可能となる。

また、本発明によれば、挿入されたフェルールに外力が加えられた場合にも、安定した光結合が維持されるレセプタクル型の光アイソレータやＬＤモジュールなどの光モジュールが得られる。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明によるレセプタクルと、挿入されるフェルールを示し、図１（ａ）はレセプタクルを示す部分断面図、図１（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図、図１（ｃ）は弾性スリーブを示す斜視図である。図１において、２１はジルコニアセラミックスや金属などからなる弾性スリーブ、２２はそれに入れられているスリット、１２は第１の金属スリーブ、１３は第２の金属スリーブ、１４は内蔵スタブフェルール、１５および１７は光導波路の一形態である光ファイバ、１６は挿入フェルールである。内蔵スタブフェルール１４は第１の金属スリーブ１２に圧入等により挿入固定され、弾性スリーブ２１は内蔵スタブフェルール１４の外側に挿入されるか、または第１の金属スリーブ１２に圧入固定されている。２つの金属スリーブ１２と１３はＹＡＧレーザなどにより溶接されている。２３はその溶接点を示す。

ここで、内蔵スタブフェルール１４の左側端面は斜め研磨されて、残留反射光と信号光との干渉を防止している。さらに、反射光の影響を防ぐためには、この面に無反射コート膜を施しても良い。また、内蔵スタブフェルール１４の右側端面は、挿入フェルール１６と当接されて、光ファイバ１５と光ファイバ１７との結合を行う。

本実施の形態において、弾性スリーブ２１として外径３．２ｍｍ，内径２．４９９ｍｍ、長さ４ｍｍのジルコニアセラミックス製スリーブを用い、第１および第２の金属スリーブ間の接合箇所をＹＡＧレーザにより溶接して図１のレセプタクルを作製し、フェルールを挿入した状態で、挿入方向に対し垂直な方向から荷重をかけ、結合損失を測定した。図２に、本発明のレセプタクルにおける荷重に対する損失変化量を従来型のレセプタクルと比較して示す。この従来型のレセプタクルは本実施の形態と同様な材料、形状により作製され、第１および第２の金属スリーブ間の接合が従来のように圧入のみで作製されたものである。図２から分かるように、１０Ｎの荷重では大きな差は見られなかったが、３０Ｎ、５０Ｎと荷重をかけることで従来のレセプタクルは致命的な損失の増加が起こるのに対して、本発明のＹＡＧ溶接を施したレセプタクルにおいては損失変化量が許容範囲内に収まる結果となった。

以上のように、本実施の形態によれば、レセプタクルへ挿入されたフェルール（コネクタ）に外力がかかったときに、圧入のみで接合されたレセプタクルに比べて結合のずれを少なくすることができるレセプタクルが得られ、その結果、結合損失、反射減衰量の劣化を最小限に押さえたレセプタクルの提供が可能となる。

（実施の形態２）
図３は、本発明によるレセプタクル型光モジュールの一つの実施の形態であるレセプタクル型光アイソレータと挿入されるフェルールを示す。図３（ａ）はレセプタクル型光アイソレータを示す部分断面図、図３（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図、図３（ｃ）は弾性スリーブを示す斜視図である。

図３（ａ）において、図１と同様なレセプタクルの内蔵フェルール１４の左端面側に光アイソレータ素子３１およびその光アイソレータ素子に磁場を印加するためのマグネット３２が設置され、両者で光アイソレータを構成している。光アイソレータ素子３１は、内蔵スタブフェルール１４の左側端面（斜め研磨面）にエポキシ系接着剤などを使用して接着固定されており、マグネット３２は第１の金属スリーブ１２の左側端面に同じくエポキシ系接着剤などを使用して接着固定されている。

図１と同様に光ファイバ１７を固定した挿入フェルール１６は、弾性スリーブ２１内に挿入され、光ファイバ１５を固定した内蔵スタブフェルール１４に当接され、光ファイバ１５と１７の結合がなされる。本実施の形態のレセプタクル型光アイソレータは、主として、ＬＤモジュールの一部として使用される。すなわちＬＤからの出射光が光アイソレータ素子３１を通過して光ファイバ１５に結合するように光学系が構成され、その出射光は光ファイバ１７を経由して伝送路に送出される。伝送路からの戻り光は光ファイバ１７および１５を経由して光アイソレータ素子３１に入射し、そこで遮断されるので、伝送路からの反射光がＬＤに戻って動作が不安定になるのが防止される。

以上のように、本実施の形態では、挿入されたフェルールに外力が加えられた場合にも、安定した光結合が維持されるレセプタクル型の光アイソレータが得られる。

（実施の形態３）
図４は、本発明によるレセプタクル型光モジュールの一つの実施の形態であるレセプタクル型光半導体モジュールと挿入されるフェルールを示す。図４（ａ）はレセプタクル型光半導体モジュールを示す部分断面図、図４（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図である。

図４（ａ）において、図１と同様なレセプタクルの内蔵スタブフェルール１４の左端面側にホルダに固定されたボールレンズ１８、および光半導体素子１９が設置され、第１の金属スリーブに溶接や接着などの方法で順次固定されている。図４に示すように、光ファイバ１７を固定した挿入フェルール１６は、弾性スリーブ２１内に挿入され、光ファイバ１５を固定した内蔵スタブフェルール１４に当接され、光ファイバ１５と１７の結合がなされる。

本実施の形態においては、光半導体素子１９として、ＬＤ、ＬＥＤ、ＰＤなどを用いることができるが、先ずＰＤを用いてレセプタクル型ＰＤモジュールを実施する場合を説明する。

伝送路からの光は、光ファイバ１７および１５を経由して内蔵スタブフェルール１４の左側端面から出射し、ボールレンズ１８により集光され光半導体素子１９（ＰＤ）の受光面に入射する。なお、本実施の形態のようにボールレンズとＰＤが分離されているのではなく、ＰＤに光結合用のレンズが一体固定化されていてもよい。

次に、ＰＤに代えて、ＬＤまたはＬＥＤを図４（ａ）の光半導体素子１９として用い、ＬＤモジュールまたはＬＥＤモジュールを構成することができる。この場合にはＬＤまたはＬＥＤから出射した光はボールレンズ１８により集光され、内蔵スタブフェルール１４内の光ファイバ１５の端面に結合し、光ファイバ１５、１７を経由して光伝送路に送出される。

以上のように、本実施の形態では、挿入されたフェルールに外力が加えられた場合にも、安定した光結合が維持されるレセプタクル型の光半導体モジュールが得られる。特にＬＤモジュールの場合にはその出力はフェルールの位置ずれにより大きく影響を受けるので本発明によるレセプタクル型ＬＤモジュールの安定化の効果は大きい。

本発明の一つの実施の形態であるレセプタクルと挿入されるフェルールを示し、図１（ａ）はレセプタクルを示す部分断面図、図１（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図、図１（ｃ）は弾性スリーブを示す斜視図。 本発明のレセプタクルにおける荷重に対する損失変化量を従来型のレセプタクルと比較して示す図。 本発明のレセプタクル型光モジュールの一つの実施の形態であるレセプタクル型光アイソレータモジュールと挿入されるフェルールを示し、図３（ａ）はレセプタクル型光アイソレータモジュールを示す部分断面図、図３（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図。図３（ｃ）は弾性スリーブを示す斜視図。 本発明のレセプタクル型光モジュールの一つの実施の形態であるレセプタクル型光半導体モジュールと挿入されるフェルールを示し、図４（ａ）はレセプタクル型光半導体モジュールを示す部分断面図、図４（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図。 従来型のレセプタクルおよび挿入されるフェルールを示し、図５（ａ）はレセプタクルを示す部分断面図、図５（ｂ）は挿入フェルールを示す正面図、図５（ｃ）は弾性スリーブを示す斜視図。

符号の説明

１２ 第１の金属スリーブ
１３ 第２の金属スリーブ
１４ 内蔵スタブフェルール
１５，１７ 光ファイバ
１６ 挿入フェルール
１８ ボールレンズ
１９ 光半導体素子
２１ 弾性スリーブ
２２ スリット
２３ 溶接点
３１ 光アイソレータ素子
３２ マグネット

Claims (3)

1. ほぼ中心軸上に光導波路を保持した円筒状の内蔵フェルールと、該内蔵フェルールとほぼ同一直径を持ち、ほぼ中心軸上に光導波路を保持した挿入フェルールを外部より挿入して前記内蔵フェルールの一方の光導波路端に当接させて両光導波路間を光結合し、その状態を保持するための弾性スリーブと、該弾性スリーブおよび前記内蔵フェルールを保持するための金属スリーブを有し、該金属スリーブが複数個に分割され、該分割された複数の金属スリーブ間の少なくとも1つの接合部が溶接されていることを特徴とするレセプタクル。
2. 請求項１記載のレセプタクルと、前記レセプタクルの内蔵フェルールの一方の光導波路端部に設置された光アイソレータとからなることを特徴とするレセプタクル型光モジュール。
3. 請求項１記載のレセプタクルと、前記レセプタクルの内蔵フェルールの一方の光導波路端部に設置された光半導体素子及び該光半導体素子と、前記内蔵フェルールの光導波路を光結合するためのレンズとからなることを特徴とするレセプタクル型光モジュール。

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