JP2014106409A - 複数積層の光導波路コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】単純なフレキ導波路を用いた簡便な積層構造を有する多芯光フェルールを提供する。
【解決手段】多芯光フェルールの収納部に、各々が事前に層状に形成されているところの、複数の光導波路を積層する。複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、多芯光フェルールの収納部との間における空間（溝）を通じて、積層されて収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡るように、樹脂または接着剤を注入する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フェルール、コネクタおよびその作成方法に関する。

より詳しくは、複数の位置ガイドとして設けられている複数の穴と、各々が事前に層状に形成されている光導波路が複数積層されて収納できる収納部とを有する、多芯光フェルール（ＭＴ：Mechanically Transferable フェルール）を利用した構成に関する。

図１は、出願人が過去に開発したマルチモード多層導波路用ＭＴ（Mechanically Transferable）コネクタであって、ダミーコア構造と導波路トレイとの併用を採用した構成を示す図である。

コネクタは、フェルールと、フェルール内に挿入されるファイバないし導波路から構成される。

導波路は、各々の屈折率が異なるコアとクラッドとから成り、コア内を光が伝播して、データが転送（transfer）されていくように設定されている。

ポリマー材料から成る導波路は、ＰＷＧ（Polymer WaveGuide）とも呼ばれる。

このため、複数のコネクタ同士には、主要な機能として、コアの中心（芯）の端面同士を精度よくつき合わせ、端面同士で位置ずれを起こさないような状態で接続を維持しておくことが求められる。

芯同士の間に位置ずれがあると、一方のコアから他方のコアへと伝播していく光が効率的に連絡することができず、そのことがそのまま、接続損失につながってしまうためである。

マルチモード用の光導波路は、コアサイズがおよそ３５〜５０μｍ程度の矩形で、高精度なつき合わせが求められる。またシングルモード用の光導波路は、コアサイズも５μｍ程度の矩形で大変小さいものであり、さらに高精度なつき合わせが求められる。

コアが多芯であることと、このような機能に着目して、コネクタは多芯光コネクタ（ＭＴ：Mechanically Transferable コネクタ）、フェルールは多芯光フェルール（ＭＴ：Mechanically Transferable フェルール）とも呼ばれる。

フェルールまたはコネクタの規格において詳細な仕様が定義されているが、通常は、複数の位置ガイドとして設けられている複数の穴が位置決めの基準として採用される。

この図１では、２箇所のガイドピン穴（Guide-pin hole）が、それに該当する。

具体的には、２箇所のガイドピン穴の中心が基準点となる。

ここから、２箇所のガイドピン穴の中心を結んだ水平線が基準線となる。

その基準に沿って、各々が事前に層状に形成されている光導波路を複数積層して収納することになるため、フェルールにある収納面は、基準面となる。

このように、水平方向での多芯だけでなく、積層方向にも多芯となる。

各々が事前に層状に形成されている光導波路は、ラミネート状のフィルムとして供給されているものもある。

さらには、アンダークラッド→コア→オーバークラッドという順序等で、光硬化樹脂を積層硬化させたものもある。

いずれにしても、比較的薄い層状のＰＷＧが供給されており、フレキシブルな性質があるものは、「フレキ導波路」と呼ばれることもある。

このように、単純な「フレキ導波路」が利用可能である。

この図１の構造では、パッシブアライメント構造を採用している。

このパッシブアライメント構造では、小型の複数のトレイを治具として用いている。

複数のトレイを積み重ねていくことに合わせて、新たな基準位置（太線の箇所）が自然に導き出されるようにするという、自己整列構造（Self alignment structure）を採用している。

小型の複数のトレイは、かなり高精度（±２μｍ）に機械加工できる。

この構造に従えば、コアサイズ35-50μm矩形について、絶対位置基準（ＭＴコネクタの両端ガイドピン穴の中心およびこれを結ぶ水平線）からの位置ずれを10μm以下に抑え、0.9dB程度の接続損失に抑制できた。

また、トレイと導波路の間にＵＶ硬化樹脂（Adhesive）を注入出来る空間（space）も設けることができたため、高精度な組み立てが可能となった。

しかし、このような治具を用いるダミーコア構造を採用することなく、単純なフレキ導波路を用いた簡便な積層構造（図３、図５）を採用しようとする場合には、組立時のＵＶ硬化樹脂注入スペースを確保できないことが課題としての残るままであった。

特許文献２および特許文献４には、ＭＴ型の光コネクタのフェルールや多芯光コネクタが記載されている。

しかし、「積層方向に沿って、注入樹脂用の空間を形成する」ことについては開示されていない。

特許文献１、特許文献３および特許文献５には、光集積回路基板において、積層時にＵＶ光硬化樹脂を用いることが記載されている。

しかし、これらにおいても、「積層方向に沿って、注入樹脂用の空間を形成する」ことについては開示されていない。

特許文献６、７は参考文献である。

特許第４２５９２２２号（特開２００５−０４３６５０） 特許第３７４２３８２号（特開２００３−２４８１３２） 特許第３１１７１０７号（特開平７−４５８１１） 特開２０１１−２７３８ 特開２００８−４０００３ 特開２００１−４８７２ 特開平１０−１４２４４７

単純なフレキ導波路を用いた簡便な積層構造を実現することにある。

ＭＴフェルールの収納部に、各々が事前に層状に形成されているところの、複数の光導波路を積層する。

複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、ＭＴフェルールの収納部との間における空間を通じて、積層されて収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡るように、樹脂または接着剤を注入する。

各々が事前に層状に形成されている光導波路が、複数積層されて収納されるようにアレンジされている収納部を有していて、複数の光導波路が積層されて収納されている状態で注入された樹脂または接着剤が光導波路の各々にわたって行き渡るような、積層される方向に沿って溝が設けられている、フェルール（単体）としても特徴がある。

樹脂または接着剤が注入された痕跡からも、本発明の技術的思想が実施されたことを推定することができる。

単純なフレキ導波路を用いた簡便な積層構造が実現できるようになる。

図１は、出願人が過去に開発したマルチモード多層導波路用ＭＴ（Mechanically Transferable）コネクタであって、ダミーコア構造と導波路トレイとの併用を採用していた構成を示す図である。 図２は、本発明のＭＴフェルールまたはフェルールを示す図である。 図３は、多芯光フェルール（ＭＴ：MechanicallyTransferable フェルール）を利用して、ＭＴコネクタを作成する方法を示す図である。 図４は、多芯光フェルール（ＭＴ：MechanicallyTransferable フェルール）を利用して、ＭＴコネクタを作成するにあたり、樹脂または接着剤の注入後、紫外光照射を行う方法を示す図である。 図５は、ＭＴコネクタの断面を示す図である。 図６は、溝について説明する図である。 図７は、ＭＴフェルールの具体的な寸法を示す図である。 図８は、溝の寸法を示す図である。 図９は、粘度の異なる樹脂または接着剤を適用した場合の実験例を示す図である。

図２は、本発明のＭＴフェルールまたはフェルールを示す図である。

多芯光フェルール（ＭＴ：MechanicallyTransferable フェルール）として求められる機能を満たす基本的構成を全て含んでいる。

複数の位置ガイドとして、複数の穴が設けられている構成については、図１で説明した構成と同じである。

各々が事前に層状に形成されている光導波路が、複数積層されて収納されるようにアレンジされている、収納部を有する。

凹部状の収納部の底面および側面は、収納面となり、これら収納面が基準面となる。

このように、収納部は、各々が事前に層状に形成されている光導波路が、複数積層されて収納されるようにアレンジされていて、かつ、複数の穴の両方に対する基準面を含むものである。

本発明において特徴的なことは、複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、注入された樹脂または接着剤が光導波路の各々にわたって行き渡るように、積層される方向に沿って、溝が設けられていることにある。

多芯光コネクタの光導波路の端面は、ラッピングおよびポリッシングにより平坦にされるが、ラッピング後と、これに引き続くポリッシング後とについて接続損失を測定してみたところ、ポリッシング後の方が損失が低減していた。

図３は、多芯光フェルール（ＭＴ：MechanicallyTransferable フェルール）を利用して、ＭＴコネクタを作成する方法を示す図である。

ＭＴフェルールは、複数の位置ガイドとして設けられている複数の穴と、各々が事前に層状に形成されている光導波路が複数積層されて収納できる収納部とを有する。

溝（groove）には、樹脂（resin）または接着剤（adhesive）が注入される。

ＭＴフェルールの収納部に、各々が事前に層状に形成されているところの、複数の光導波路を積層する。

次に、複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、ＭＴフェルールの収納部との間における空間を通じて、積層されて収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡るように、樹脂または接着剤を注入する。

フェルールの収納部との間における空間として、積極的な毛細管現象が得られるように、積層される方向に沿った溝が設けられている。

ただし、凹部状の収納面の側面において、毛細管現象が期待できる程度の隙間があれば、注入された樹脂または接着剤が、収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡ることを期待できる。

このように、本発明の技術的思想である「空間」や「溝」という用語の意義は広く解釈されて然るべきである。

注入する樹脂または接着剤の粘度も重要である。

ＵＶ接着剤の粘度１５０ｃｐｓ±３０％以下という、かなりサラサラで粘度の低いものが利用される。

図４は、多芯光フェルール（ＭＴ：MechanicallyTransferable フェルール）を利用して、ＭＴコネクタを作成するにあたり、樹脂または接着剤の注入後、紫外光照射を行う方法を示す図である。

紫外光（ＵＶ）硬化樹脂をピペットで注入して、波長３６５ｎｍの紫外光を照射することで、積層された複数の光導波路の固定に成功している。

必要に応じて、圧力を加えて注入したり、吸引によって注入を促進したりすることもできるであろう。

固定された状態を維持させるために、積層されている複数の光導波路の上から、リッド（蓋）を配してもよい。

積層されている複数の光導波路に対して、フェルールの収納部へ向かって圧力を加えてもよく、リッド（蓋）を通じて圧力を加えるようにしてもよい。

図５は、ＭＴコネクタの断面を示す図である。

ここでは、２４チャネルのものが４層にわたって積層され、９６チャネルを構成している。

これは、多芯としての芯の数、すなわちコア数が９６という意味である。

ここでは、ガイドピン穴が、複数の位置ガイドとして機能するように設けられており、複数の穴が開けられている。

ガイドピン穴の中心と、光導波路中のコアの中心との位置関係（寸法としての３７５）は重要となる。

高精度な位置決めが実現できれば、光導波路がシングルモード用のものであっても、多芯一括接続ができる。

また、ガイドピン穴の中心と、凹部状で示される、収納部にある複数の穴の両方に対する基準面（寸法としての５７２．５）までの距離も重要となる。

図６は、溝について説明する図である。

溝は、誇張して描いていることに注意されたい。

溝は、フェルールの側のトリミングとして、積層されている複数の光導波路にわたって連続して連絡するように設けてもよい。

この場合、積層される方向での断面であって、導波の方向と垂直な方向の長さ（Ｂ）が、１００μｍよりも小さく、注入する樹脂または接着剤の粘度が１５０ｃｐｓ±３０％以下であるという組合せが有効であることが検証されている。

さらには、積層される方向での断面であって、導波の方向と垂直な方向の長さ（Ｂ）が、５０μｍ±３０％であり、導波の方向に沿った長さが５００μｍ±３０％であり、
注入する樹脂または接着剤の粘度が１５０ｃｐｓ±３０％以下であるという組合せが有効であることが検証されている。

溝は、光導波路の側のトリミングとして、積層されている複数の光導波路にわたって連続して連絡するように設けてもよい。

積層される方向での断面であって、導波の方向と垂直な方向の長さ（Ａ）が、２７７．５μｍ±３０％よりも小さいものであってもよい。

図７は、ＭＴフェルールの具体的な寸法を示す図である。

この寸法のＭＴフェルールに本発明を適用することで具体的な効果を得ているので、実際の寸法や、実際の寸法に基づいた縮尺の関係には、数値的な意義がある。

基準を図面で指示しているところの、理論的に正確な幾何学的基準を考えるデータム（datum）は、２箇所のガイドピン穴の中心、および、凹部状の収納部の収納面の側面、に採られている。

図８は、溝の寸法を示す図である。

図９は、粘度の異なる樹脂または接着剤を適用した場合の実験例を示す図である。

１５０ｃｐｓ±３０％以下の粘度であれば容易に注入ができるが、５０００ｃｐｓの粘度になると、注入が容易でないことが確認されている。

Claims (17)

1. 複数の位置ガイドとして設けられている複数の穴と、各々が事前に層状に形成されている光導波路が複数積層されて収納できる収納部とを有する、多芯光フェルール（ＭＴ：Mechanically Transferable フェルール）を利用して、ＭＴコネクタを作成する方法であって、
   ＭＴフェルールの収納部に、各々が事前に層状に形成されているところの、複数の光導波路を積層するステップと、
   複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、ＭＴフェルールの収納部との間における空間を通じて、積層されて収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡るように、樹脂または接着剤を注入するステップとを有する、
   方法。
2. 複数の穴と、各々が事前に層状に形成されている光導波路を複数積層させて収納でき、かつ、複数の穴の両方に対する基準面を含む収納部とを有する、フェルールを利用して、コネクタを作成する方法であって、
   フェルールの収納部に、各々が事前に層状に形成されているところの、複数の光導波路を積層するステップと、
   複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、フェルールの収納部との間における空間を通じて、積層されて収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡るように、樹脂または接着剤を注入するステップとを有する、
   方法。
3. 複数の位置ガイドとして設けられている複数の穴と、各々が事前に層状に形成されている光導波路が複数積層されて収納できる収納部とを有する、多芯光フェルール（ＭＴ：Mechanically Transferable フェルール）を利用して、ＭＴコネクタを作成する方法であって、
   ＭＴフェルールの収納部に、各々が事前に層状に形成されているところの、複数の光導波路を積層するステップと、
   積層されている複数の光導波路に対して、フェルールの収納部へ向かって圧力を加えるステップと、
   複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、ＭＴフェルールの収納部との間における空間を通じて、積層されて収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡るように、樹脂または接着剤を注入するステップとを有する、
   方法。
4. 複数の穴と、各々が事前に層状に形成されている光導波路を複数積層させて収納でき、かつ、複数の穴の両方に対する基準面を含む収納部とを有する、フェルールを利用して、コネクタを作成する方法であって、
   フェルールの収納部に、各々が事前に層状に形成されているところの、複数の光導波路を積層するステップと、
   積層されている複数の光導波路に対して、フェルールの収納部へ向かって圧力を加えるステップと、
   複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、フェルールの収納部との間における空間を通じて、積層されて収納されている状態にある複数の光導波路の各々にわたって行き渡るように、樹脂または接着剤を注入するステップとを有する、
   方法。
5. フェルールの収納部との間における空間として、積極的な毛細管現象が得られるように積層される方向に沿った溝が設けられている、
   請求項１〜４の何れかに記載の方法。
6. 溝が、フェルールの側のトリミングとして、積層されている複数の光導波路にわたって連続して連絡するように設けられている、
   請求項１〜４の何れかに記載の方法。
7. 溝が、光導波路の側のトリミングとして、積層されている複数の光導波路にわたって連続して連絡するように設けられている、
   請求項１〜４の何れかに記載の方法。
8. 溝が、フェルールの側のトリミングとして、積層されている複数の光導波路にわたって連続して連絡するように設けられており、
   積層される方向での断面であって、導波の方向と垂直な方向の長さ（Ｂ）が、１００μｍよりも小さく、
   注入する樹脂または接着剤の粘度が１５０ｃｐｓ±３０％以下である、
   請求項１〜４の何れかに記載の方法。
9. 溝が、フェルールの側のトリミングとして、積層されている複数の光導波路にわたって連続して連絡するように設けられており、
   積層される方向での断面であって、導波の方向と垂直な方向の長さ（Ｂ）が、５０μｍ±３０％であり、導波の方向に沿った長さが５００μｍ±３０％であり、
   注入する樹脂または接着剤の粘度が１５０ｃｐｓ±３０％以下である、
   請求項１〜４の何れかに記載の方法。
10. 溝が、光導波路の側のトリミングとして、積層されている複数の光導波路にわたって連続して連絡するように設けられており、
    積層される方向での断面であって、導波の方向と垂直な方向の長さ（Ａ）が、２７７．５μｍ±３０％よりも小さい、
    請求項１〜４の何れかに記載の方法。
11. 多芯光フェルール（ＭＴ：MechanicallyTransferable フェルール）であって、
    複数の位置ガイドとして設けられている、複数の穴と、
    各々が事前に層状に形成されている光導波路が、複数積層されて収納されるようにアレンジされている、収納部とを有していて、
    複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、注入された樹脂または接着剤が光導波路の各々にわたって行き渡るような、積層される方向に沿って、溝が設けられていることを特徴とする、
    ＭＴフェルール。
12. フェルールであって、
    基準となる、複数の穴と、
    各々が事前に層状に形成されている光導波路が、複数積層されて収納されるようにアレンジされていて、かつ、複数の穴の両方に対する基準面を含む、収納部とを有していて、
    複数の光導波路が積層されて収納されている状態で、注入された樹脂または接着剤が光導波路の各々にわたって行き渡るような、積層される方向に沿って、溝が設けられていることを特徴とする、
    フェルール。
13. 収納部が、凹部状である、請求項１１または請求項１２に記載のフェルール。
14. 溝に、注入された樹脂または注入された接着剤が充填されている、請求項１１または請求項１２に記載のフェルールを用いたコネクタ。
15. 積層されている複数の光導波路の上から、リッド（蓋）が配されている、請求項１１または請求項１２に記載のフェルールを用いたコネクタ。
16. 光導波路がマルチモード用あるいはシングルモード用のものであって、多芯一括接続ができるものである、請求項１１または請求項１２に記載のフェルール。
17. 光導波路がマルチモード用あるいはシングルモード用のものであって、多芯一括接続ができるものである、請求項１１または請求項１２に記載のフェルールを用いたコネクタ。

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