JP2009258365A

JP2009258365A - 光レセプタクル

Info

Publication number: JP2009258365A
Application number: JP2008106901A
Authority: JP
Inventors: Isao Oshima; 功大島; Atsushi Kawamura; 敦志河村; Toshitsugu Uesugi; 利次上杉; Tadayoshi Hata; 端佳畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-11-05
Also published as: CN101561538A; CN101561538B; US20090263087A1; US8142082B2

Abstract

【課題】信頼性の高い光レセプタクルを得る。
【解決手段】光レセプタクル１１は、光ファイバが内挿されたコネクタフェルール１３と光半導体パッケージ１５を結合するものである。精密スリーブ１７はコネクタフェルール１３を保持する。レセプタクル本体１６は、光半導体パッケージ１５と接続する接続部１６ａと、精密スリーブ１７が挿入された円筒部１６ｂと、接続部１６ａと円筒部１６ｂの間に設けられた仕切り部１６ｃとを有する。透明平行平板１８が、精密スリーブ１７の内端部と仕切り部１６ｃの間の領域１９に、固定されることなく閉じ込められている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバが内挿されたコネクタフェルールと光半導体パッケージを結合する光レセプタクルに関し、特に安定して低反射を得ることができる信頼性の高い光レセプタクルに関するものである。

光ファイバが内挿されたコネクタフェルールと、フォトダイオード（ＰＤ）チップやレーザダイオード（ＬＤ）チップが搭載された光半導体パッケージとを結合するために光レセプタクルが用いられる。

従来の光レセプタクルは、コネクタフェルールから出射された光を光半導体パケージのＰＤチップに直接結合していた。しかし、コネクタフェルールの先端が空気中に浮いていたため、空気と光ファイバの屈折率差で、送信器からコネクタフェルールを通ってきた光がコネクタフェルールの先端面で送信器側へ大きく反射するという問題があった。

そこで、近年、コネクタフェルールの先端面を透明平行平板に接触させる光レセプタクルが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。これにより、コネクタフェルールの先端面での光の反射を低減することができる。

特開平１−１０９３１３号公報特開昭６４−５２１０３号公報

透明体をレセプタクル本体に接着材で固定する際に、透明体がレセプタクル本体に対して傾いて固定される場合があった。この場合、コネクタフェルールと透明体の間に隙間ができ、両者の境界部分で光が反射するという問題があった。また、接着剤のはみ出しによる光路の妨害もあった。また、透明体をレセプタクル本体の熱膨張率の差によって、両者の接合部に剥離が生じる場合もあった。従って、試作レベルの理想状態では低反射の光レセプタクルを得ることができたが、量産では透明体の固定角度ばらつきのため、安定して低反射の光レセプタクルを得ることはできなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は安定して低反射を得ることができる信頼性の高い光レセプタクルを得るものである。

本発明に係る光レセプタクルは、光ファイバが内挿されたコネクタフェルールと光半導体パッケージを結合する光レセプタクルであって、コネクタフェルールを保持する精密スリーブと、光半導体パッケージと接続する接続部と、精密スリーブが挿入された円筒部と、接続部と円筒部の間に設けられた仕切り部とを有するレセプタクル本体と、精密スリーブの内端部と仕切り部の間の領域に固定されることなく閉じ込められた透明体とを備える。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、光レセプタクルの反射特性と信頼性を向上することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光レセプタクルを示す断面図である。光レセプタクル１１は、光ファイバ１２が内挿されたコネクタフェルール１３と、フォトダイオード（ＰＤ）チップ１４が搭載された光半導体パッケージ１５とを向かい合わせに結合する。

レセプタクル本体１６は、光半導体パッケージ１５と接続する接続部１６ａと、精密スリーブ１７が挿入された円筒部１６ｂと、接続部１６ａと円筒部１６ｂの間に設けられた仕切り部１６ｃとを有する。精密スリーブ１７はコネクタフェルール１３を保持する。精密スリーブ１７は略円筒形であり、その内径はコネクタフェルール１３の外径とほぼ同じである。レセプタクル本体１６と精密スリーブ１７は、圧入や接着剤などにより固定されている。レセプタクル本体１６は例えば金属や樹脂からなる。

光学的に透明な透明平行平板１８（透明体）が、精密スリーブ１７の内端部と仕切り部１６ｃの間の領域１９に、固定されることなく閉じ込められている。仕切り部１６ｃには、精密スリーブ１７に挿入されたコネクタフェルール１３の光軸の延長線上に、透明平行平板１８の外形よりも径が小さい開口２０が設けられている。仕切り部１６ｃは、円筒部１６ｂの内壁面に対して垂直な面を有する。透明平行平板１８の外形は精密スリーブ１７の内径や仕切り部１６ｃの開口２０の径よりも大きいため、透明平行平板１８は領域１９の外に飛び出すことはない。

精密スリーブ１７にコネクタフェルール１３を差し込むと、コネクタフェルール１３の先端が透明平行平板１８に押し付けられる。そして、透明平行平板１８は固定されていないので、閉じ込められている領域１９内を移動し、仕切り部１６ｃとコネクタフェルール１３の間に挟まれ、透明平行平板１８は仕切り部１６ｃに対して高精度に平行となる。さらに、精密スリーブ１７を用いることによりコネクタフェルール１３は円筒部１６ｂの内壁に対して平行に差し込まれるため、コネクタフェルール１３は平行平板１８に対して垂直に押し付けられる。このようにして、コネクタフェルール１３の先端部を透明平行平板１８に確実に接触させることができるため、コネクタフェルール１３と透明平行平板１８の接触面における反射を抑制することができる。また、透明平行平板１８を接着剤などで固定していないため、透明平行平板１８を仕切り部１６ｃの面に正確に平行にすることができ、また接着剤のはみ出しによる光路の妨害や剥離などの問題が発生せず、信頼性を向上させることができる。

この状態で、送信器からの光が、コネクタフェルール１３を通って透明平行平板１８に入射される。コネクタフェルール１３内の光ファイバ１２から出た光は、透明平行平板１８内で広がる。そして、コネクタフェルール１３の光軸付近の光は、透明平行平板１８から出射され、仕切り部１６ｃの開口２０を通って、光半導体パッケージ１５のＰＤチップ１４に入射される。一方、透明平行平板１８内で光軸から外側に広がった光は、開口２０内に存在する空気と透明平行平板１８の屈折率の差により両者の界面で反射される。反射された光は更に光軸の外側に向かう。これにより、送信器側への戻り光が少なくなる。

また、ＰＤチップ１４を斜めに実装している。これによりＰＤチップ１４からの反射光は斜め方向に向うため、送信器側への戻り光を防ぐことができる。

また、精密スリーブ１７を用いることで、コネクタフェルール１３の挿入時のがたつきが低減される。これにより、精密スリーブ１７に挿入したコネクタフェルール１３の傾きが小さくなり、高い挿抜再現性を実現することができる。そして、円筒部１６ｂの内壁面に対して垂直である仕切り部１６ｃの面に透明平行平板１８が押し付けられることによって、透明平行平板１８をコネクタフェルール１３の光軸に対して高精度に垂直にすることができる。具体的には、透明平行平板１８の平面に対して垂直方向とコネクタフェルール１３の光軸との差を０．２°以内にすることができ、コネクタフェルール１３を抜き差ししても、コネクタフェルール１３の先端部を透明平行平板１８に確実に接触させることができるため、コネクタフェルール１３と透明平行平板１８との接触面における送信器側への戻り光が少なくなる。

また、透明平行平板１８は加工が容易で低コストであるため、上記のような低反射の光レセプタクルを低コストで大量に製造することができる。そして、透明平行平板１８の材質は、コネクタフェルール１３に内挿された光ファイバ１２の材質と同じ石英ガラスである。これにより、透明平行平板１８と光ファイバ１２の接触面での光の反射を防ぐことができる。

また、透明平行平板１８を厚くするほど透明平行平板１８内での光の広がりが大きくなるため、戻り光の削減に効果的である。図２は、反射減衰量の透明平行平板の厚み依存性を示す図である。透明平行平板の材質を石英ガラスとし、光ファイバをコア径１０μｍのシングルモードファイバとして波長１３１０ｎｍで実験及び理論計算を行い、波長１５５０ｎｍで理論計算を行った。この結果、透明平行平板１８の厚みを０．４ｍｍ以上にすると、長距離伝送の規格ITU-T I64.1に定められている反射減衰量−２７ｄＢ以下の低反射を実現できることが分かった。なお、波長５００〜２０００ｎｍで同様の計算を行ったが、波長依存性は殆ど無かった。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る光レセプタクルを示す断面図である。透明平行平板１８のコネクタフェルール１３と接触する面とは反対側の面に、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などの無反射コーティング膜２１が形成されている。無反射コーティング膜２１の膜厚は、入射光に対して反射率が０になるように設定される。これにより、透明平行平板１８の厚みが０．４ｍｍ以下であっても、十分に戻り光を削減することができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る光レセプタクルを示す断面図である。レセプタクル本体１６の材質は、ポリエーテルイミドなどの透明樹脂である。そして、レセプタクル本体１６の仕切り部１６ｃにレンズ１６ｄが形成されている。このレンズ１６ｄにより透明平行平板１８からの光をＰＤチップ１４に集光することができる。また、安価な透明樹脂によりレンズ１６ｄを形成したためコストを低減できる。

また、コネクタフェルール１３の先端面をレセプタクル本体１６に直接に接触させると、レセプタクル本体１６が変形（クリープ）してしまう。従って、レセプタクル本体１６の材質が透明樹脂の場合でも、コネクタフェルール１３の先端が接触する部分に、硬い石英などからなる透明平行平板１８を設ける必要がある。

透明平行平板１８と仕切り部１６ｃの接触面に光が通ると、その接触面で多重反射が起こる可能性がある。そこで、仕切り部１６ｃの透明平行平板１８と接する面には、精密スリーブ１７に挿入されたコネクタフェルール１３の光軸の延長線上に、透明平行平板１８の外形よりも径が小さい凹部２２が設けられている。コネクタフェルール１３内の光ファイバ１２から出た光は、透明平行平板１８内で広がる。そして、凹部２２内に存在する空気と透明平行平板１８の屈折率の差により、両者の界面で光が反射される。反射された光は更に光軸の外側に向かうため、送信器側への戻り光が少なくなる。

また、透明樹脂からなるレセプタクル本体１６は剛性が低いという欠点がある。そこで、例えばジルコニアなどの剛性の高い材質からなる精密スリーブ１７を挿入して、レセプタクル本体１６の剛性を向上させる。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る光レセプタクルを示す断面図である。レセプタクル本体１６の材質は、ポリエーテルイミドなどの透明樹脂である。そして、レセプタクル本体１６の仕切り部１６ｃに傾斜面１６ｅが形成されている。その他の構成は実施の形態３と同じである。この傾斜面１６ｅにより光をＰＤチップ１４の方向へ屈折させることができるため、ＰＤチップ１４を斜め実装する必要が無い。その他、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る光レセプタクルを示す断面図である。透明体として、透明平行平板１８の代わりに透明球体２３を用いている。その他の構成は実施の形態１の構成と同じである。透明球体２３の半径を調整することで、光の反射を実施の形態１よりも低減することができる。

実施の形態６．
図７は、本発明の実施の形態６に係る光レセプタクルを示す断面図である。透明体として、透明平行平板１８の代わりに透明凸球体２４を用いている。その他の構成は実施の形態１の構成と同じである。透明凸球体２４のＲ形状を調整することで、光の反射を実施の形態１よりも低減することができる。

実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７に係る光レセプタクルを示す断面図であり、図９は図８のＡ−Ａ´における断面図である。レセプタクル本体１６の円筒部１６ｂの内壁に溝２５が形成されている。この溝２５が空気の抜け穴となるため、コネクタフェルール１３の挿入が容易になる。

また、溝２５に接着剤を充填することで、円筒部１６ｂと精密スリーブ１７の位置決めを溝２５以外の部分で行いつつ、両者の接着力を補強することができる。溝２５の大きさを制御することで接着厚を制御することができる。接着剤の材質と溝２５の大きさを設計することで、円筒部１６ｂの熱応力による精密スリーブ１７の変形を抑えることができる。

なお、上記の例では円筒部１６ｂの内壁に溝２５を形成したが、これに限らず、図１０に示すように精密スリーブ１７の外壁に溝２６を形成しても良い。これにより同様の効果を得ることができる。

実施の形態８．
図１１は、本発明の実施の形態８に係る光レセプタクルを示す断面図である。精密スリーブ１７の外壁の一部がレセプタクル本体１６の円筒部１６ｂの内壁に押し当てられて、精密スリーブ１７の位置決めがなされている。精密スリーブ１７の外壁の押し当てられていない部分と円筒部１６ｂの内壁の間には隙間ができる。この隙間に接着剤２７が注入され、精密スリーブ１７と円筒部１６ｂが接着されている。その他の構成は実施の形態１の構成と同じである。これにより精密スリーブ１７の円筒部１６ｂに対する傾きを抑えることができるため、精密スリーブ１７に挿入したコネクタフェルール１３と透明平行平板１８の安定した接触が可能となる。

実施の形態９．
図１２は、本発明の実施の形態９に係る光レセプタクルを示す断面図である。精密スリーブ１７の先端面がレセプタクル本体１６に押し当てられて、精密スリーブ１７の位置決めがなされている。また、精密スリーブ１７の外壁と円筒部１６ｂの内壁の間に生じた隙間に接着剤２７が注入され、精密スリーブ１７と円筒部１６ｂが接着されている。その他の構成は実施の形態１の構成と同じである。これにより精密スリーブ１７の円筒部１６ｂに対する傾きを抑えることができるため、精密スリーブ１７に挿入したコネクタフェルール１３と透明平行平板１８の安定した接触が可能となる。

実施の形態１０．
図１３は、本発明の実施の形態１０に係る光レセプタクルを示す断面図である。光半導体パッケージ１５に、ＰＤチップ１４の代わりにＬＤチップ２８が搭載されている。その他の構成は実施の形態１の構成と同様である。この構成により、透明平行平板１８とコネクタフェルール１３の接触面におけるＬＤチップ２８からの光の反射を低減することができ、ＬＤチップ２８への戻り光を抑制して、光レセプタクルの電気光学的特性や信頼性を向上させることができる。また、コネクタフェルール１３を通ってシステム側から入射した光がコネクタフェルール１３の先端面で反射してシステム側へ戻るのを抑制することができる。

なお、上記の実施の形態２〜９の何れかに係る光レセプタクルにおいて、ＰＤチップ１４の代わりにＬＤチップ２８を搭載することもできる。この場合、実施の形態１０の効果に加え、実施の形態２〜９の効果を得ることもできる。

本発明の実施の形態１に係る光レセプタクルを示す断面図である。反射減衰量の透明体の厚み依存性を示す図である。本発明の実施の形態２に係る光レセプタクルを示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る光レセプタクルを示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る光レセプタクルを示す断面図である。本発明の実施の形態５に係る光レセプタクルを示す断面図である。本発明の実施の形態６に係る光レセプタクルを示す断面図である。本発明の実施の形態７に係る光レセプタクルを示す断面図である。図８のＡ−Ａ´における断面図である。本発明の実施の形態７に係る光レセプタクルの変形例を示す断面図である。本発明の実施の形態８に係る光レセプタクルを示す断面図である。本発明の実施の形態９に係る光レセプタクルを示す断面図である。本発明の実施の形態１０に係る光レセプタクルを示す断面図である。

符号の説明

１１光レセプタクル
１２光ファイバ
１３コネクタフェルール
１４ＰＤチップ
１５光半導体パッケージ
１６レセプタクル本体
１６ａ接続部
１６ｂ円筒部
１６ｃ仕切り部
１６ｄレンズ
１６ｅ傾斜面
１７精密スリーブ
１８透明平行平板（透明体）
１９領域
２０開口
２１無反射コーティング膜
２２凹部
２３透明球体（透明体）
２４透明凸球体（透明体）
２５，２６溝
２７接着剤
２８ＬＤチップ

Claims

光ファイバが内挿されたコネクタフェルールと光半導体パッケージを結合する光レセプタクルであって、
前記コネクタフェルールを保持する精密スリーブと、
前記光半導体パッケージと接続する接続部と、前記精密スリーブが挿入された円筒部と、前記接続部と前記円筒部の間に設けられた仕切り部とを有するレセプタクル本体と、
前記精密スリーブの内端部と前記仕切り部の間の領域に固定されることなく閉じ込められた透明体とを備えることを特徴とする光レセプタクル。
前記仕切り部には、前記精密スリーブに挿入された前記フェルールの光軸の延長線上において開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
前記透明体は平行平板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。
前記透明体の材質は、前記フェルールに内挿された光ファイバの材質と同じ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。
前記仕切り部は、前記精密スリーブに挿入された前記フェルールの光軸に対して垂直な面を有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。
前記透明体の厚みは０．４ｍｍ以上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。
前記透明体の前記フェルールと接触する面とは反対側の面に形成された無反射コーティング膜を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
前記レセプタクル本体の材質は透明樹脂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。
前記仕切り部の前記透明体と接する面には、前記精密スリーブに挿入された前記フェルールの光軸の延長線上において凹部が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の光レセプタクル。
前記透明体は球体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。
前記透明体は凸球体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。
前記レセプタクル本体の前記円筒部の内壁又は前記精密スリーブの外壁に溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
前記精密スリーブの外壁の一部が前記レセプタクル本体の前記円筒部の内壁に押し当てられていることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
前記精密スリーブの先端面が前記レセプタクル本体に押し当てられていることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
前記光半導体パッケージには、フォトダイオードチップ又はレーザダイオードチップが搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。