JP2009282468A - 光ファイバ、光レセプタクル及びレセプタクル型光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】接続損失の変動が抑制された光ファイバ、光レセプタクル及びレセプタクル型光モジュールを提供する。
【解決手段】レセプタクル型光モジュール１に採用されている光ファイバ１０のクラッド１４には、ファイバグレーティング１５が形成されている。これにより、クラッド１４に入射した光は、ファイバグレーティング１５によって反射する。これにより、コア１２を伝播する光とクラッド１４を伝播する光との干渉が防止される。
【選択図】図４

Description

本発明は、光ファイバ、光レセプタクル及びレセプタクル型光モジュールに関する。

従来から種々の観点から多様な光ファイバが提案されている（特許文献１，２参照）。光ファイバを用いた装置として、レセプタクル型光モジュールが知られている。レセプタクル型光モジュールでは、半導体レーザ素子からのレーザ光がレンズに入射し、光ファイバに集光される。レーザ光を光ファイバに入射させるためには、光ファイバを半導体レーザ素子に対し調芯する必要がある。この調芯の方法として従来からデフォーカス調芯が知られている。デフォーカス調芯とは、レンズを通過したレーザ光の焦点位置を光ファイバの端面から光軸方向にずらして、レーザ光を光ファイバのコアに入射させる方式である。

特開平６−１０９９２３号公報 特開平１１−３２６６７３号公報

しかしながらデフォーカス調芯によると、光ファイバの端面に照射されるレーザ光はコアの径よりも大きなものとなる。従って、レーザ光はクラッドにも入射される。クラッドに入射された光はクラッドモードとなってクラッド内を伝播する。これによりクラッドモードとコアモードとが干渉して、コアを伝播する光の強度や中心位置が揺らぐ。この結果、コアから出射される光の軸ずれ量や強度が変動することになる。コアからの出射光が変動すると、レセプタクル型光モジュールとこれに接続される光コネクタプラグとの接続損失が変動する。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、接続損失の変動が抑制された光ファイバ、光レセプタクル及びレセプタクル型光モジュール。

上記課題を解決するために、本明細書に開示されている光ファイバは、クラッドにファイバグレーティングが形成されている。または、クラッドの屈折率分布が外周に向けて大きくなっている。または、クラッドは伝播する光を減衰する媒質を含む。またはクラッドの少なくとも一方の端面が遮光性の部材で覆われている。また、本明細書に開示されている光レセプタクル、レセプタクル型光モジュールは上記光ファイバを備えている。

本明細書に開示の光ファイバ、光レセプタクル及びレセプタクル型光モジュールは、接続損失の変動が抑制される。

以下、本発明に係る複数の実施形態について説明する。

実施例１に係る光ファイバについて説明する。図１は、実施例１に係る光ファイバが採用されたレセプタクル型光モジュール１の断面図である。レセプタクル型光モジュール（以下、光モジュールと称する）１は、光ファイバ１０、スタブ２０、スリーブ２２、ケース２４、ホルダ２６、レンズ３０、３２、ケース４０、本体部４２、レンズホルダ４４、発光部５０を含む。光ファイバ１０、スタブ２０、スリーブ２２、ケース２４、ホルダ２６は光レセプタクルとして機能する。まず、光レセプタクルについて説明する。

光ファイバ１０は、スタブ２０の中心に形成された貫通孔に挿入されてスタブ２０に保持されている。光ファイバ１０は、シングルモード光ファイバであり、石英系ガラスにより形成されている。スリーブ２２は円筒状に形成されており、スタブ２０はスリーブ２２内に挿入されている。ケース２４には、光ファイバ１０、スリーブ２２が挿入されており、後端部はホルダ２６に圧入されている。ホルダ２６には貫通孔２６ａが形成されており、貫通孔２６ａ内にスタブ２０が嵌合している。

光ファイバ１０は、スタブ２０の中心に形成された貫通孔に接着剤等で固定されている。スタブ２０は、セラミックにより形成されている。スリーブ２２はジルコニア、アルミナ、銅などを用いるのが好ましい。ホルダ２６は、鉄やニッケル、ステンレス等により形成されている。スリーブ２２は、貫通孔２２ａを有するとともに長手方向全体にスリット２２ｂが設けられ、後述する光コネクタプラグ（以下、プラグと称する）１００のフェルール１２０が開放端側から挿入されると、内径が拡張されて、プラグ１００のフェルール１２０を保持する。

ケース２４は、スリーブ２２挿脱可能な内径を有する中空体に形成されており、スタブ２０の先端が保持されたスリーブ２２を覆い保護する。ケース２４、ステンレス等の金属材料により形成されている。

光モジュール１に接続可能なプラグ１００は、光ファイバ１１０を保持するフェルール１２０を有している。尚、図１においては、プラグ１００について一部分のみを示している。プラグ１００は、光モジュール１を用いて光信号の授受を実現する際に、スリーブ２２の他方の開放端側より挿入され、光モジュール１の光ファイバ１０とプラグ１００の光ファイバ１１０とを接続するためのものである。

次に、光レセプタクル以外の部分について説明する。レンズ３０、３２は、発光部５０から出射された光を光ファイバ１０に向けて集光する機能を有している。ケース４０は、レンズ３０、発光部５０を保持する本体部４２、本体部４２よりも先端側に配置されてレンズ３２を保持するレンズホルダ４４を含む。ケース４０は、ステンレスで形成されている。また、発光部５０、レンズ３０は、本体部４２内に溶接または接着等により固定された支持台４６上に設置されている。発光部５０は、光ファイバ１０に向けて光を照射する。発光部５０は、半導体レーザ素子や発光ダイオードである。

次に、デフォーカス調芯の際に起こり得る問題について説明する。図２は、デフォーカス調芯の模式的な説明図である。レーザ光はレンズ３２によって従来の光ファイバ１０ｘの端面に集光される。集光の径は、コア１２ｘの径よりも大きいため、クラッド１４ｘにも光が入射してクラッド１４ｘ内を伝播する。このクラッド１４ｘを伝播する光は一様に分布せず非対称であり、コア１２ｘを伝播する光と干渉する。この干渉によって、コア１２ｘを伝播する光の強度や中心位置が揺らぐことになる。これにより、光モジュール１とプラグ１００との接続損失が変動することになる。

図３は、コアを伝播する光の揺らぎを示したシミュレーション結果である。図３Ａは、コアの中心軸と出射光の中心軸との軸ズレ量を１．２μｍ、角度ズレ量を０．１２°、デフォーカスビーム径を１７μｍ、光ファイバの長さを３ｍｍとした場合の結果である。入射直後はクラッドモードとコアモードが近接しており干渉している。２ｍｍ付近からスタブとクラッドの境界で反射したクラットモードとコアモードが干渉していることが分かる。この時の３ｍｍ付近での軸ズレ量は０．７μmであった。

図３Ｂは、軸ズレ量を１．０μｍ、角度ズレ量を０．１°、デフォーカスビーム径を１５μｍ、光ファイバ長３ｍｍとした場合の結果である。図３Ａと、軸ズレ量で−０．２μｍ、角度ズレ量で−０．０２°、 デフォーカスビーム径で−２μｍの差を持たせた。３mm付近での軸ズレ量が０．４μｍとなり、図３Ａの結果との軸ズレ量の差は−０．３μｍであった。

このような軸ズレ量の変動は、例えば温度変化があると起こり得る。金属で形成されているケース４０等が膨張、又は収縮し発光部５０とレンズ３０、３２との位置関係が変化するからである。このような原因により、光ファイバ出射端での軸ズレ量や光強度が変化して接続損失の変動が発生する。また、近年光デバイスはトランシーバ形態がプラガブル形態に移行してきており、全長の短尺化が要請され、光ファイバ自体も短いものが採用されている。このような背景によっても接続損失の変動が大きくなりやすい傾向にある。

次に、光モジュール１に採用されている光ファイバ１０について詳細に説明する。図４は、光ファイバ１０の説明図である。図４Ａに示すように、光ファイバ１０は、コア１２と、コア１２を覆うクラッド１４とを有している。クラッド１４には、光ファイバ１０の軸方向に対して傾斜したファイバグレーティング（以下、グレーティングと称する）１５が形成されている。グレーティング１５は光ファイバ１０の略全長にわたって形成されている。また、コア１２にはグレーティング１５は形成されていない。クラッド１４に対してグレーティング１５が形成されていることにより、クラッド１４に入射した光を反射することができる。これにより、クラッド１４内を光が伝播することを防止でき、クラッド１４内を伝播する光とコア１２を伝播する光との干渉を防止することができる。これにより、光モジュール１とプラグ１００との接続損失の変動が抑制される。

尚、グレーティング１５が光ファイバ１０の軸方向に対して斜めに形成されている。この理由は、軸方向に対して垂直に形成すると、グレーティング１５で反射した光が発光部５０へ戻り、ノイズ発生の原因となる恐れがあるからである。尚、グレーティング１５のピッチ間隔は、コア１２を伝播する光の波長（０．８μｍから１．６μｍ）の半分程度に設定されている。

図４Ｂ、図４Ｃは、光ファイバ１０の変形例の説明図である。図４Ｂに示すように、光ファイバ１０ａのクラッド１４ａには、ピッチ間隔の異なるグレーティング１５ａ１、１５ａ２・・・が形成されている。これにより、クラッド１４ａに入射した光を、広い範囲の波長にわたって反射することができる。尚、この場合も、コア１２にはグレーティングが施されていない。

また、図４Ｃに示すように、光ファイバ１０ｂのクラッド１４ｂには、グレーティングのピッチ間隔が徐々に大きくなるグレーティング１５ｂが形成されている。グレーティング１５ｂは、所謂チャープトファイバーグレーティングである。これにより、クラッド１４ｂに入射した光を、広い範囲の波長にわたって反射することができる。尚、この場合も、コア１２にはグレーティングが施されていない。

次に、クラッドにのみグレーティングを形成する方法について説明する。図５は、クラッドにのみグレーディングを形成する方法の説明図である。グレーディングは位相マスク法によって形成される。位相マスク法は、位相マスク６０からの回折光による干渉パターンを露光することによりグレーディングを形成する方法である。位相マスク６０は、石英により形成され、細いスリット６２が形成されている。位相マスク６０に紫外線レーザを照射すると、スリット６２を通過した紫外線レーザが光モジュール１次の回折光による干渉縞を用いてグレーティングを作製することができる。

まず、図５Ａに示すように、位相マスク６０の下にクラッドのみにグレーティングを作製したい光ファイバ１０をスリット６２に対して斜めに設置する。次に、光ファイバ１０のコア１２上に紫外線レーザが透過しない棒状のマスク７０を設置する。そして位相マスク６０の上から紫外線レーザを照射する。これにより、紫外線レーザはコア１２に照射されず、クラッド１４にのみ照射される。

次に、光ファイバ１０のクラッド１４のうちマスク７０に隠れた部分にグレーティングを形成する。図５Ｂに示すように、コア１２を軸として光ファイバ１０を９０°回転させる。次に、一回目の紫外線照射で作製したグレーティングと照射する紫外線の伝播方向が平行になるように位相マスク６０を設置してその上から再び紫外線レーザを照射する。これにより、光ファイバ１０のクラッド１４にのみに傾斜したグレーティング１５を形成することができる。

尚、グレーティング１５は、コア１２の直近まで形成せず、コア１２外周からコア１２を伝播する信号光の波長（０．８μｍから１．６μｍ）程度離れた部分までしかファイバグレーティングを作製しないようにする。これにより、クラッド１４に形成されたグレーティング１５がコア１２を伝播する光に影響を与えることを防止できる。

尚、図４Ｂ，図４Ｃに示したグレーティング１５ａ１、１５ａ２、１５ｂについても、位相マスク法で形成できる。この際に、位相マスクの周期の長さを少しづつ変えていくことで、グレーディングのピッチ間隔を変更できる。

また、グレーディングの形成は二光束干渉法であってもよい。二光束干渉法は、ビームスプリッタで二つに分割した紫外線レーザをそれぞれミラーで反射させて交差させることによって干渉縞を作り、これによりグレーティングを形成する。この際にも、コア１２上にマスク７０を配置することによりクラッド１４にのみグレーディングを形成できる。

次に実施例２に係る光ファイバについて説明する。尚、実施例１に係る光ファイバと同様の箇所については同様の符号を付することによりその説明を省略する。実施例２に係る光ファイバも、光レセプタクルやレセプタクル型光モジュールに採用される。図６は、実施例２に係る光ファイバの説明図であり、屈折率分布を示している。図６Ａに示すように、クラッド１４ｃの屈折率分布は、コア１２を中心として対称であって、クラッド１４ｃの外周に近づくほど屈折率が大きくなっている。また、クラッド１４ｃの屈折率は直線状に大きくなっている。これにより、クラッド１４ｃに入射した光は、コア１２から遠ざかるように伝播方向が変更されることになる。従って、クラッド１４ｃを伝播する光とコア１２を伝播する光との干渉が防止されている。

また、クラッド１４ｃの屈折率分布は、コア１２とクラッド１４ｃとの境界付近で屈折率分布が平坦な領域である平坦部Ｓを有している。この平坦部Ｓの長さは、コア１２を伝播する光の波長（０．８μｍから１．６μｍ）の半分程度に設定されている。平坦部Ｓを設けた理由について説明する。コアモードはわずかにクラッドに浸透し伝播する。コアとクラッドの境界点から屈折率分布を持たせるとクラッドに浸透している部分のコアモードがクラッドモードに変換されコアモードが減衰してしまう恐れがある。従って屈折率分布に平坦部Ｓを設けることにより、クラッドモードのみが光ファイバ外周に導波されることになる。

また、クラッド１４ｃ内を伝播する光がクラッド１４ｃの外周面で反射して伝播方向がコア１２側を向いた場合であっても、再びコア１２から遠ざかる方向へ変更される。

また、図６Ｂに示すように、クラッド１４ｄの屈折率分布はコア１２を中心として対称な２乗分布となっている。詳細にはクラッド１４ｄの屈折率は、コア１２付近で急勾配であり外側に近づくほど緩やかとなる。このような屈折率分布であってもクラッド１４ｄを伝播する光とコア１２を伝播する光との干渉が防止される。また、クラッド１４ｄの屈折率分布についてもコア１２周囲で平坦部Ｓを有している。

また、図６Ｃに示すように、クラッド１４ｅの屈折率分布もコア１２を中心として対称な２乗分布となっている。詳細には、クラッド１４ｅの内側から外側にかけて屈折率の増大の割合が上昇するようになっている。このような屈折率分布であってもクラッド１４ｅを伝播する光とコア１２を伝播する光との干渉が防止される。また、１４ｅの屈折率分布についてもコア１２周囲で平坦部Ｓを有している。

図６Ｂ、図６Ｃのそれぞれに示した屈折率分布の相違について説明する。
光モジュールの高出力化を図るために、半導体レーザ素子とレンズとの距離を短くし、レンズと光ファイバとの距離を長くする場合がある。このように設定すると、光ファイバに照射される光の集光角度が小さくなる。集光角度が小さい場合には、クラッドモードが拡散する角度も小さいので長距離にわたってコアモードとクラッドモードとが干渉する恐れがある。

集光角度が小さい場合には、図６Ｂに示した光ファイバ１０ｄを採用することが適している。クラッド１４ｄの屈折率は、コア１２付近で急勾配であり外側に近づくほど緩やかとなっているので、クラッドモードはクラッド１４ｄに入射した直後からクラッド１４ｄの外周側に導かれる。従って、光ファイバ１０ｄが短い場合であってもコアモードとクラッドモードとの干渉を回避できる。

一方、光モジュールの小型化を図るために、半導体レーザ素子とレンズとの距離を長くし、レンズと光ファイバとの距離を短くする場合がある。このように設定すると、光ファイバに照射される光の集光角度は大きくなる。集光角度が大きい場合には、クラッドモードが拡散する角度も大きいため、比較的短距離でコアモードとクラッドモードとが干渉する。

集光角度が大きい場合には、コア１２付近での屈折率分布が急勾配である必要は無く、図６Ｃに示した光ファイバ１０ｅを採用することが適している。これにより、光ファイバ１０ｅが短い場合であってもコアモードとクラッドモードとの干渉を回避できる。

図７は、光ファイバ１０ｅのコア１２を伝播する光の揺れを示したシミュレーション結果を示した図である。各種条件は、図３Ｂと同様であり、軸ズレ量を１．０μｍ、角度ズレ量を０．１°、デフォーカスビーム径を１５μｍ、光ファイバ長３ｍｍとした場合の結果である。入射直後はクラッドモードとの干渉により揺らぎが見られるが、２ｍｍ付近から反射したクラッドモード量がコア周辺で減少しているので干渉が抑えられていることが分かる。３ｍｍ付近での軸ズレが０．２μｍとなった。図３Ｂのシミュレーション結果に比べ軸ズレ量が半分に抑制された。

次に、光ファイバ１０ｃ〜１０ｅの製造方法について簡単に説明する。プリフォームの作製はＣＶＤ（chemical vapor deposition method）法や、ＶＡＤ(vapor-phase axial deposition method)法等あるが、クラッドの屈折率に分布を持たせるにはクラッド層生成時、四塩化ゲルマニウム(ＧｅＣｌ４)濃度を可変することにより可能である。ＧｅＣｌ４が多い程屈折率は大きくなる。また、フッ素を添加することにより屈折率が下がり、濃度を可変することで屈折率分布を持たせることもできる。

次に、実施例３に係る光ファイバについて説明する。尚、実施例３に係る光ファイバも、光レセプタクルやレセプタクル型光モジュールに採用される。図８は、実施例３に係る光ファイバの説明図である。

光ファイバ１０ｆのクラッド１４ｆには、クラッド１４ｆを伝播する光を減衰させるための媒質がドープされている。具体的には、特定の光吸収スペクトルを持つ金属粒子、例えば、コバルト、鉄およびニッケルなどの遷移金属などを、十分な光減衰量が得られるように適切な濃度でドープされている。これにより、クラッド１４ｆに入射した光はこのドープされた金属粒子に吸収されて減衰する。これにより、クラッドモードとコアモードとの干渉を回避して、接続損失の変動を抑制できる。尚、クラッド１４ｆにドープする金属の種類は上記のものに限定されず、所望の波長の光において十分な減衰量が得られるものを任意に選ぶことができる。

次に、実施例４に係る光ファイバについて説明する。尚、実施例４に係る光ファイバも、光レセプタクルやレセプタクル型光モジュールに採用される。
図９は、実施例４に係る光ファイバの説明図である。図９Ａは、光ファイバ１０ｇの入射側端面を示しており、図９Ｂは、光ファイバ１０ｇの断面を示している。図９に示すように、光ファイバ１０ｇの入射側端面が遮光部１６によって覆われている。また、遮光部１６には、コア１２の径の大きさが同じである透孔１７が形成されている。これにより、レンズによって集光されたレーザ光はコア１２のみに入射し、クラッド１４ｇに入射した光は遮光部１６によって吸収、若しくは反射される。このことにより、光ファイバ１０ｇ端面に集光されたレーザ光はコア１２のみを伝播する。遮光部１６は、例えばレーザ光を通さない十分な厚みを持った金属膜や、信号光の波長帯を反射する誘電体多層膜であってもよい。

次に、光ファイバ１０ｇの端面に遮光部１６を形成する方法について説明する。図１０は、光ファイバ１０ｇの端面に遮光部１６を形成する方法の説明図である。シングルモードファイバーの直径は１２５μｍと非常に小さいため、ディップコート（単純に光ファイバをレジスト液に浸してレジスト液を塗布する方法）すると表面張力によりレジスト液が球状になってしまう。これを防ぐためにスプレーコート等でレジスト液を光ファイバ端面に塗布する。レジスト液は光や電子線等の照射に反応する高分子化合物を水、または有機溶剤に溶かしたものである。レジスト液には、露光部が不溶化するネガ型レジストと露光部が可溶化するポジ型レジストがある。ネガ型、ポジ型レジストどちらを用いても遮光性薄膜を形成できる。説明を簡略化するために紫外線に反応するネガ型レジストを用いて遮光性薄膜を作製する方法について説明する。

図１０Ａに示すように、レジストを塗布した光ファイバ１０ｇの端面上に、光ファイバ１０ｇのコア１２直径程度（９μｍ）の孔９１が開いたマスク９０を設置する。孔９１の中心と光ファイバ１０ｇのコア１２の中心が一致する位置で固定した後、マスク９０の上から紫外線を照射して光ファイバ１０ｇのコア１２のレジストのみを不溶化させる。次に不溶化させた部分以外のレジストを専用の溶剤をもちいて除去（現像）する。この後、光ファイバ１０ｇ端面を水等で洗浄して現像で除去しきれないレジスト剤を取り除く。これにより、光ファイバ１０ｇのコア１２の端面のみに保護膜を形成することができる。

次に、図１０Ｂに示すように、コア１２のみに保護膜を形成した光ファイバ１０ｇに蒸着やスパッタリング等の手法を用いて十分な遮光性が得られる厚みを持つ金属膜や誘電体多層膜を形成する。この後、レジストを溶解する専用の溶剤を用いてレジスト９５を除去（リフトオフ）する。これにより、光ファイバ１０ｇ端面のクラッド１４ｇのみに遮光性薄膜を形成することができる。このようにして光ファイバ１０ｇの端面に遮光部１６を形成することができる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

上記光ファイバ、光レセプタクルを、単一のレンズが搭載されたレセプタクル型光モジュールに採用してもよい。

実施例１に係る光ファイバが採用されたレセプタクル型光モジュールの断面図である。 デフォーカス調芯の模式的な説明図である。 従来の光ファイバのコアを伝播する光の揺らぎを示したシミュレーション結果である。 実施例１に係る光ファイバの説明図である。 クラッドにのみグレーディングを形成する方法の説明図である。 実施例２に係る光ファイバの説明図である。 実施例２に係る光ファイバのコアを伝播する光の揺らぎを示したシミュレーション結果である。 実施例３に係る光ファイバの説明図である。 実施例４に係る光ファイバの説明図である。 光ファイバの端面に遮光部を形成する方法の説明図である。

符号の説明

１ レセプタクル型光モジュール １０〜１０ｇ 光ファイバ
１２ コア １４〜１４ｇ クラッド
１５、１５ａ１、１５ａ２、１５ｂ ファイバグレーティング
１６ 遮光部

Claims (8)

1. コアと、前記コアを覆うクラッドとを備え、
   前記クラッドにファイバグレーティングが形成されている光ファイバ。
2. コアと、前記コアを覆うクラッドとを備え、
   前記クラッドの屈折率分布は外周に向けて大きくなる分布の光ファイバ。
3. コアと、前記コアを覆うクラッドとを備え、
   前記クラッドは伝播する光を減衰する媒質を含む光ファイバ。
4. コアと、前記コアを覆うクラッドとを備え、
   前記クラッドの少なくとも一方の端面が遮光性の部材で覆われている光ファイバ。
5. 前記ファイバグレーティングは該光ファイバの軸方向に対して傾斜している請求項１に記載の光ファイバ。
6. 前記クラッドの屈折率分布は前記コアとの前記クラッドとの境界付近で平坦である請求項２に記載の光ファイバ。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の光ファイバを備えた光レセプタクル。
8. 請求項７に記載の光レセプタクルを備えたレセプタクル型光モジュール。

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