JP2010152101A - ファイバスタブおよびこれを用いた光レセプタクルならびに光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】限られた光素子の種類で、所望の光信号強度仕様に対応できる光モジュールを提供する。
【解決手段】ファイバスタブ２は、先端面２ｃが凸曲面とされるとともに、後端面が軸方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面２ｂとされた筒状のフェルール２ａと、フェルール２ａの軸方向に穿設された貫通孔２ｄ内に挿入され、外周に光吸収被覆層３が形成されている光ファイバ１とを備えている。光素子２１からの光信号を光ファイバ１にデフォーカスさせて光結合させることによって、所望の光信号強度仕様に対応させた光モジュールとする。デフォーカスさせた光信号を入射させても光ファイバ１の光軸中心に対して非対称となる光強度分布成分を低減させることが可能で、光コネクタと接続する際に、光コネクタ側の光ファイバ１５との光軸ズレによる光結合の変動を小さくすることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信用モジュール等に使用されるレセプタクルに関するものである。

光モジュールは光信号を電気信号に変換、または電気信号を光信号に変換するもので、半導体レーザやフォトダイオード等の光素子をパッケージ内に収納し、光ファイバを通じて光信号を送信または受信する機能を備えている。図５に光コネクタを接続して光信号を送信または受信するための光レセプタクルを備えた従来の光モジュールの例を断面図に示す。

光素子パッケージ１２０は光素子１２１（発光素子または受光素子）がステム１２２に固定されており、レンズ１２４が取り付けられたキャップ１２３で気密封止されている。また、光レセプタクル１１０は、光ファイバ１０１が挿入されたファイバスタブ１０２と、ファイバスタブ１０２の後端部を固定するホルダ１１１と、ファイバスタブ１０２の先端部に嵌め込まれたスリーブ１１２とを備えている。スリーブ１１２により光コネクタ側のプラグフェルール１１４とファイバスタブ１０２とが位置決めされ、光コネクタ側のプラグフェルール１１４の先端がファイバスタブ１０２の先端に押し当てられることで、ファイバスタブ１０２内の光ファイバ１０１とプラグフェルール１１４内の光ファイバ１１５とが光学的に接続される。そして、光レセプタクル１１０と光素子パッケージ１２０とを位置決めして固定することにより、光素子パッケージ１２０から送信された、または受信される光がレンズ１２４を介して、光レセプタクル１１０に固定されている光ファイバ１０１を通り、光コネクタ側の光ファイバ１１５と接続される構造となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−６６４７８号公報

ところで、送受される光信号の強度は、光通信回路の目的に応じて選択される。これは、例えばそれぞれ適当な出力を有する半導体レーザを用いることによって行なえばよい。しかし、この方法では所望の出力を有する半導体レーザの種類を数多く取り揃えておく必要がある。そこで、レセプタクル型光モジュールに内蔵されるファイバスタブ１０２の位置を光軸方向に調整し、光ファイバ１０１の光入射面に集光されるレーザ光１２６をデフォーカスさせて、ファイバスタブ１０２に結合させるレーザ光の結合効率を低下させ、これによってレセプタクル型光モジュールの出力を調整する方法について検討した。

しかし、光レセプタクル１１０に固定されたファイバスタブ１０２内の光ファイバ１０１にレーザ光をデフォーカスさせて調整する方法だけでは、デフォーカスにより光ファイバ１０１に入射するレーザ光のスポットサイズが光ファイバ１０１のコア径より大きくなり、光ファイバ１０１のクラッド部へ染み出した光が光ファイバ１０１内を伝播するモード、即ち、クラッドモードが発生してしまう。

クラッドモードはクラッド部を蛇行しながら光ファイバ１０１内を伝播することが知られており、ファイバスタブ１０２内の光ファイバ１０１のような短い光ファイバ中では減衰せずに出射端に到達してしまう。この場合、光ファイバ１０１のプラグフェルール１１４接続端の光強度分布は通常の強度分布より広くなるだけでなく、プラグフェルール１１４内の光ファイバ１１５の光軸に対して光強度のピークがずれるなど非対称になってしまう。

このファイバスタブ１０２に突合せにより光結合されるプラグフェルールの光ファイバ１１５のコアとファイバスタブ１０２の光ファイバ１０１のコアとの中心軸が一致していることが理想的である。しかし、実際には、製造ばらつきにより、光ファイバ１０１，１１５はある有限の偏芯を持っている。また、ファイバスタブ１０２やプラグフェルール１１４の光ファイバ１０１，１１５が挿入される孔のクリアランスによって、固定される光ファイバ１０１，１０２の位置自体に偏心が生じ、個体ごとにその偏芯量と向きが異なってしまう。この偏芯のため、ファイバスタブ１０２の光ファイバ１０１のコアを伝播した光だけをプラグフェルール１１４の光ファイバ１１５のコアに伝播出来ずにクラッドモード部の光も一部伝播させてしまうことになる。これによりファイバスタブ１０２とプラグフェルール１１４との結合変動が増大されてしまい、接続される光コネクタごとや、着脱により所望の光出力が得られない問題があった。

従って、本発明は上記問題点に鑑み為されたものであり、その目的は、少数種の光素子で、所望の光信号強度仕様に対応できる光モジュールを提供することにある。

本発明の一実施形態に係るファイバスタブは、軸方向に穿設された貫通孔内に光ファイバが挿入され、先端面が凸曲面とされるとともに、後端面が軸方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面とされた筒状のフェルールと、外周に光吸収被覆層が形成され、前記貫通孔内に挿入された光ファイバとを備えたことを特徴とする。

前記光ファイバは、前記先端面側に配置されたシングルモードファイバと、後端面側に配置された屈折率分布型ファイバとから成るのが好ましい。

または、前記光ファイバは、前記先端面側に配置されたシングルモードファイバと、中間に配置された屈折率分布型ファイバと、後端面側に配置されたコアレスファイバとから成るのが好ましい。

また、前記光吸収層は、炭素被膜，炭素化合物被膜または酸化亜鉛被膜から成るのが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る光レセプタクルは、上記いずれかのファイバスタブと、このファイバスタブの先端部を保持するスリーブと、前記ファイバスタブの後端部を保持するホルダとを備えていることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態に係る光モジュールは、上記光レセプタクルと、前記ホルダの後端部に設置され、前記ファイバスタブの前記光ファイバに光結合された光素子、および前記光ファイバと光素子との間に配置され、前記光ファイバの後端面で光信号がデフォーカスされるように配置されたレンズを収容する筐体とを備えていることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係るファイバスタブによれば、デフォーカスさせてファイバスタブの光ファイバと光素子とを光結合させることによって、１種類の光素子で所望の光信号強度特性に対応できるレセプタクル型光モジュールを提供することができる。

また、ファイバスタブ内に挿入される光ファイバの外周に光吸収被覆層が形成されているので、光ファイバのクラッド部を伝播する光が減衰され、クラッドモードの発生を抑制することができる。

また、後端面側に屈折率分布ファイバが配置される場合、屈折率分布ファイバに入射する拡散光の周辺光はより拡散させられて外周に形成された光吸収被覆により減衰され、光ファイバの中心にピークを有する光強度分布となる。

また、光ファイバが先端面側に配置されたシングルモードファイバと中間に配置された屈折率分布ファイバと後端面側に配置されたコアレスファイバとから成る場合には、屈折率分布ファイバの長さが、研磨量によって変動するバラツキを抑えることが可能となり、屈折率ファイバとシングルモードファイバとの結合バラツキを抑えることが可能となる。

また、本発明の一実施形態に係る光レセプタクルによれば、上記ファイバスタブを備えることにより、光コネクタと接続する際に、光コネクタ側の製造バラツキや着脱時の嵌合バラツキによって生じる接続ズレによる光結合の変動を小さくすることが可能となる。

以下に、本発明の第１の実施形態の例を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の第１の実施形態の一例を示すファイバスタブ２の断面図である。ファイバスタブ２は、円筒状のフェルール２ａの貫通孔２ｄに、外周に光吸収被覆層３を被着させた光ファイバ１を通し、接着固定して構成されている。フェルール２ａは、先端面（図中左側）が凸曲面２ｃとされるとともに、後端面２ｂが軸方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面２ｂが形成されている。

フェルール２ａはエポキシ樹脂や液晶ポリマー樹脂等のプラスチックス、ガラス、またはアルミナセラミックスやジルコニアセラミックス等のセラミックスからなる。耐磨耗性および弾性の点からジルコニアセラミックスで形成することが好ましい。さらに具体的には、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。このような部分安定化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ことから、ホルダ１１に圧入して固定する際に有利である。

上記フェルール２ａは、例えば、先ずジルコニアセラミックスとなる原料を調合し、これを射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってフェルール２aの円柱状もしくは直方体形状の成形体に形成される。その後、この成形体を１３００℃〜１５００℃で焼成し、最後に所定の寸法に切削加工または研磨加工を施すことによって得られる。

ファイバスタブ２は、光コネクタのプラグフェルール１４と低損失に接続するため、プラグフェルール１４の外径とファイバスタブ２の外径は外径基準で高精度で同等のものとすることが必要である。また、接続時に低損失とするために、貫通孔２ｄに挿入される光ファイバ１の位置も高精度が求められ、外周面に対する貫通孔２ｄの同心度や内径も高精度のものとすることが求められる。

光ファイバ１は円柱状で例えば石英ガラスで出来ている。例えば、ステップインデックス型のシングルモードファイバには、高い屈折率を持つコアと低い屈折率を持つクラッドの２層構造のものが用いられる。屈折率分布ファイバには、中心軸から外周方向にかけて屈折率がなだらかに変化するものが用いられる。コアレスファイバには、中心軸から外周面まで屈折率がほぼ同じものが用いられる。

これら光ファイバ１の外周には光吸収被覆層３が形成される。光吸収被覆層３は炭素被膜，炭素化合物被膜または酸化亜鉛被膜が均一に蒸着等により形成される。蒸着等を用いれば１μｍ〜２０μｍ程度の均一な被覆にすることも可能である。この光吸収被覆層３の付いた光ファイバ１は、フェルール２ａの貫通孔２ｃに挿入され、貫通孔２ｄと光吸収被覆層３の表面との間のクリアランスを埋める様に、例えば、エポキシ系の接着剤が充填されて加熱硬化され、強固に固定保持される。そして、フェルール２ａの先端面とともに凸曲面２ｃの研磨加工がされる。また後端面２ｂもフェルール２ａとともに傾斜面となるように研磨加工される。

先端面を凸曲面２ｃとすることにより、光コネクタのプラグフェルール１４と突合せて接続する際に、突合せの押圧によって光ファイバ１が光コネクタの光ファイバ１５とが空隙を生じること無く突き合わされた低損失化が実現出来る。また、先端面と逆側の後端面２ｂは、光ファイバ１の軸方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面２ｂに研磨加工されており、光素子パッケージとの光学結合を取る際の戻り光防止効果を持っている。

図３は本発明の第２の実施形態の例を示すファイバスタブ２の断面である。図３の実施形態においては、光ファイバ１がファイバスタブ２先端面２ｃ側のシングルモードファイバ４と後端面２ｂ側の屈折率分布ファイバ５によって構成されている点で図１の実施形態のものと異なる。

シングルモードファイバ４と屈折率分布ファイバ５とは、互いに融着固定されて一本の光ファイバ１が形成される。その後、シングルモードファイバ４および屈折率分布ファイバ５の外周に光吸収被覆３が形成される。そして、円筒状のフェルール２ａの貫通孔２ｄに挿入されて接着固定され、以下図１に示すファイバスタブ２同様に加工される。

シングルモードファイバ４はコネクタ接続される凸曲面２ｃ側にあり、屈折率分布ファイバは後端面２ｂ側にあることが望ましい。デフォーカスされて屈折率分布ファイバ５に光結合された光が拡散光として入射するが、まず屈折率分布ファイバ５を通ることで光軸中心にある光は外周方向に拡散されて光ファイバ１の光吸収被覆層３で反射して減衰され、光ファイバ１の光軸中心に対して光強度分布の非対称成分が減少する。屈折率分布ファイバ５の長さは、集光位置にて結合した光が逆端で再度結合するピッチ長、すなわち光の波長の１／２以上とするのが好ましい。これによって、屈折率分布ファイバ５に入射した周辺光は、少なくとも一度は光吸収被覆層３に向かい光吸収被覆層３によって吸収され減衰されることとなるからである。従ってデフォーカス量による調整効果は高くなる。

さらに、シングルモードファイバ４のクラッド部に入射した光は、シングルモードファイバ４のクラッドとコアとの境界および光吸収被覆層３の間で反射を繰り返して減衰するので、光強度分布の非対称成分が減衰し、コア部分にピークを持つシングルモード成分が残るようになる。このようにして、接続される光ファイバ１，１５同士の軸ズレによる光出力変動の影響を抑えることが可能となる。

図４は本発明の第３の実施形態の例を示すファイバスタブ２の断面図である。図４の実施形態においては、光ファイバ１がファイバスタブ２先端面２ｃ側のシングルモードファイバ４と後端面２ｂ側のコアレスファイバ６と、シングルモードファイバ４とコアレスファイバ６とに挟まれるように間に接続された屈折率分布ファイバ５によって構成されている点で図１の実施形態のものと異なる。

本実施形態例において、シングルモードファイバ４と屈折率分布ファイバ５とコアレスファイバ６とは融着固定されて一本の光ファイバ１が形成される。その後、光ファイバ１の外周に光吸収被覆層３が形成される。そして、円筒状のフェルール２ａの貫通孔２ｄに挿入されて接着固定され、以下図１に示すファイバスタブ２同様に加工される。

本実施形態例は前述の第２の実施形態例の後端面２ｂ側にコアレスファイバ６を追加したものである。第２の実施形態例の場合、傾斜面２ｂはフェルール２ａの後端面２ｂとともに研磨して加工されるが、研磨量のバラツキが大きくなると屈折率分布ファイバ５の長さにバラツキが生じてしまうことが考えられる。屈折率分布ファイバ５はレンズ効果による焦点位置が長さによって変化するため、シングルモードファイバ４へ導入される光が好適な強度分布と異なる場合が生じ、結合効率や入射された光強度分布の非対称成分の減衰状態のバラツキが大きくなる可能性がある。

本第３の実施形態では、研磨される後端面２ｂにコアレスファイバ６を融着しておくことで、屈折率分布ファイバ５の長さが研磨量に影響されることがなくなり、屈折率分布ファイバ５の長さが変化することによる結合位置のバラツキを小さくすることが可能となる。

次に、図２は本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブ２を備えた光レセプタクル１０および光モジュールを示す断面図である。光モジュールにおいて、光素子パッケージ２０は光素子２１（発光素子または受光素子）がステム２２に固定されており、レンズ２４が取着されたキャップ２３で気密封止されている。

光レセプタクル１０は、主としてファイバスタブ２、ホルダ１１およびスリーブ１２で構成される。また、スリーブ１２を収納するシェル１３が用いられてもよい。

光レセプタクル１０において、ホルダ１１にファイバスタブ２が固定されており、ファイバスタブ２の内径に光吸収皮膜層３が形成された光ファイバ１が固定されている。ファイバスタブ２の後端面２ｂは光素子パッケージ２０側に向けて固定されている。また、スリーブ１２はファイバスタブ２の先端面２ｃ側に嵌め込まれている。スリーブ１２は、光コネクタのプラグフェルール１４との突合せ接続の際に、内周面をガイドとさせて、ファイバスタブ２とプラグフェルール１４とを精密に位置決めさせる機能を有し、ファイバスタブ２の光ファイバ１とプラグフェルール１４の光ファイバ１５の光軸中心同士が精密に位置決めされる。シェル１３は光コネクタ着脱の際に、スリーブ１２が抜けないためのストッパーとして機能している。

この光レセプタクル１０は、光素子パッケージ２０に対して位置調整されて固定される。すなわち、光ファイバ１の光入射面（後端面２ｂ側）に集光されるレーザ光２６を光軸方向にデフォーカスさせて、レーザ光２６の結合効率が所望の強度に低下されるように調整するスペーサ２５を介して固定される。このデフォーカスされた光２６が光ファイバ１の斜め研磨端面に入射する際に、光ファイバ１のクラッド部にも拡散光として入射する。しかし、拡散光は光ファイバの光吸収被覆層３で反射し、また、光吸収被覆層３に繰り返し反射することで減衰してしまう。これによって、光ファイバ１の光軸中心に対して光強度分布の非対称成分が減衰するため、コネクタ接続側の凸曲面２ｃ近傍では、光２６が光ファイバ１の光軸中心部分にピークを有するほぼ均等な光強度分布を持つものになる。その結果、このファイバスタブ２に接続されるプラグフェルール１４の光ファイバ１５とファイバスタブ２の光ファイバ１同士に若干のズレが生じたとしても、光出力変動の影響を抑えることが可能となる。

なお、上記ファイバスタブ２の第１〜第３の実施形態において、光吸収被覆層３は光ファイバ１側に被覆を設けることで光ファイバ１自体の強度が増し、接着固定時等の応力の発生による光強度分布の非対称化を低減させる効果もあるため、接着剤固定時に噛みこんだ気泡による影響により高温時に気泡が膨張することによって光ファイバ１に応力がかかるなどの影響が低減し、光ファイバ１の光軸に対して光強度分布が非対称になることを防止することが可能となる。また、炭素被膜３または炭化物被膜３は、摩擦を減少させるので、フェルール２ａへの挿入が容易になる。

なお、本発明は上述の実施の形態の例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であれば種々の変更は可能である。また、実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

本発明の第１の実施形態の例に係るファイバスタブの断面図である。 本発明の第１の実施形態の例に係る光レセプタクルおよび光モジュールの断面図である。 本発明の第２の実施形態の例に係るファイバスタブの断面図である。 本発明の第３の実施形態の例に係るファイバスタブの断面図である。 従来の光レセプタクルを備えた光モジュールの例を示す断面図である。

符号の説明

１：光ファイバ
２：ファイバスタブ
２ａ：フェルール
２ｂ：後端面（傾斜面）
２ｃ：先端面
３：光吸収皮膜層
４：シングルモードファイバ
４ａ：コア
４ｂ：クラッド
５：屈折率分布ファイバ
６：コアレスファイバ
１０：光レセプタクル
１１：ホルダ
１２：スリーブ
１３：シェル
２０：光素子パッケージ
２１：光素子
２２：ステム
２３：キャップ
２４：レンズ
２５：スペーサ
２６：レーザ光
１０１：光ファイバ
１０２：ファイバスタブ
１１０：光レセプタクル
１１１：ホルダ
１１２：スリーブ
１１３：シェル
１２０：光素子パッケージ
１２１：光素子
１２２：ステム
１２３：キャップ
１２４：レンズ
１２５：スペーサ
１２６：レーザ光

Claims (6)

1. 軸方向に穿設された貫通孔内に光ファイバが挿入され、先端面が凸曲面とされるとともに、後端面が軸方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面とされた筒状のフェルールと、外周に光吸収被覆層が形成され、前記貫通孔内に挿入された光ファイバとを備えたことを特徴とするファイバスタブ。
2. 前記光ファイバは、前記先端面側に配置されたシングルモードファイバと、後端面側に配置された屈折率分布型ファイバとから成ることを特徴とする請求項１記載のファイバスタブ。
3. 前記光ファイバは、前記先端面側に配置されたシングルモードファイバと、中間に配置された屈折率分布型ファイバと、後端面側に配置されたコアレスファイバとから成ることを特徴とする請求項１記載のファイバスタブ。
4. 前記光吸収層は、炭素被膜，炭素化合物被膜または酸化亜鉛被膜から成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のファイバスタブ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のファイバスタブと、該ファイバスタブの先端部を保持するスリーブと、前記ファイバスタブの後端部を保持するホルダとを備えていることを特徴とする光レセプタクル。
6. 請求項５記載の光レセプタクルと、前記ホルダの後端部に設置され、前記ファイバスタブの前記光ファイバに光結合された光素子、および前記光ファイバと光素子との間に配置され、前記光ファイバの後端面で光信号がデフォーカスされるように配置されたレンズを収容する筐体とを備えていることを特徴とする光モジュール。

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