JP2015152692A

JP2015152692A - 光コネクタおよびその作製方法

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Publication number: JP2015152692A
Application number: JP2014024777A
Authority: JP
Inventors: 光太鹿間; Kota Shikama; 阿部　宜輝; Yoshiteru Abe; 宜輝阿部; 柳　秀一; Shuichi Yanagi; 秀一柳; 高橋　哲夫; Tetsuo Takahashi; 哲夫高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: JP5711832B1

Abstract

【課題】マルチコアファイバ等の多心の光ファイバ同士の接続光コネクタにおいて、常に全てのコアでコア同士が完全に密着し、空隙を生じないＰＣ接続を、円中心から離れたコアも含めて、小さな軸方向押圧力で実現させる端面形状を有することにより低損失、高反射減衰量、高信頼性を有する光コネクタおよびその作製方法を提供する。
【解決手段】マルチコアファイバ等の多心の光ファイバと、光ファイバの端部を挿入する微細孔を中心部に有するフェルール３０と、フェルール３０の微細孔に前記ファイバの端部が挿入された状態で光ファイバとフェルール３０の両者を接着固定する接着剤とを備えた光コネクタであって、光コネクタの端面が凸球面状に研磨されており、かつ光コネクタの端面における中心軸部に位置するファイバの端部の曲率半径Ｒｃが光コネクタの端面における周辺部に位置するフェルール３０の端部の曲率半径Ｒｓと異なり、Ｒｃ＞Ｒｓである光コネクタ。
【選択図】図８

Description

本発明は、光コネクタおよびその作製方法であって、特に、光ファイバ接続部品によって接続されたときにファイバ接続端面における反射低減を容易に実現する光コネクタおよびその作製方法に関する。

現在、ネットワーク需要の急速な拡大に伴い、光通信システムにおいて伝送容量の大幅な拡大が求められている。これに伴い、光ファイバ１本あたりの伝送容量拡大が必要とされている。しかし、１本の光ファイバに伝送できる容量は耐パワー性や非線形性、シャノン限界、低損失な増幅帯域などの観点から限界に近づきつつある。これを解決する手段の一つとして、同一ファイバ内に複数のコアを有するマルチコアファイバ（以後、ＭＣＦと略す）を利用して、空間利用効率を向上させる方法が提案されている。

ＭＣＦの構造の例を図１〜図３に示す。これらの図では、コア１２とクラッド１１のみ示し、被覆等は省略している。図１はコア数が７の場合、図２はコア数が１２の場合、図３はコア数が１９の場合の例をそれぞれ軸方向に垂直な断面図で示している。図２の例では、中心部にコア１２を有しておらず、ＭＣＦの周辺部のみにコア１２を有している。これらのクラッド径は単一のコア１２を有する光ファイバと同程度の径、あるいはそれより若干大きい径である。ＭＣＦの複数のコア１２は、長手方向が平行となるように配置される。基本的には各コア１２に沿って、別々の光信号が伝送される。よって、ＭＣＦは１本の光ファイバに複数の伝送路を有していると考えることができ、同一波長の異なる光信号を同時に伝送することもできる。理論的には、ＭＣＦではファイバ１本当たりの伝送容量をコア数倍増加させることが出来る。

ＭＣＦを用いた伝送を実現するうえでは、ファンアウト部品が必要となる。ファンアウト部品は、ＭＣＦの各コアに個別に光を入出力させるための部品であり、これまでに、空間結合を用いた例（非特許文献１）や細径ファイバを用いた例（特許文献１）などのいくつかの例が報告されている。特許文献１では、特に単心形の光コネクタに用いられているような、ファイバ挿入用の微細孔を有する円筒形のフェルールが用いられている。接続に用いる２つのフェルールのうち一方のフェルールの微細孔にはＭＣＦを内蔵し、他方のフェルールの微細孔には細径ファイバ複数本を内蔵している。これら２つのフェルールを割りスリーブ内で突き合わせることにより、光の入出力を可能とする光接続を実現している（以下、このファンナウト部品をコネクタ型ファンアウト部品と呼ぶ）。

コネクタ型ファンアウト部品の例を図４に示す。２つのフェルール３０のそれぞれの微細孔にＭＣＦ１０を内蔵させて、それらを、割りスリーブ３４内で突き合わせることにより、ＭＣＦ１０の各コア同士を光接続することが可能なＭＣＦ用の光コネクタを実現することができる（以下、この光コネクタをＭＣＦ用光コネクタと呼ぶ）。これらのファンアウト部品或いはＭＣＦ用光コネクタにおいても、従来の単心ファイバ用光コネクタと同様に、低接続損失と高反射減衰量を実現することが求められる。幹線系などに用いられるような高性能なファンアウト部品或いはＭＣＦ用光コネクタを実現するためには、低接続損失と高反射減衰量を安定的に実現する必要があるからである。

一般に、光ファイバの接続において、低接続損失と高反射減衰量を得るためには、フィジカルコンタクト（ＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｎｔａｃｔ、以下ＰＣと略す）接続が適している。ＰＣ接続においては、お互いのコアが空隙無く、完全に密着した状態をとることが出来るので、フレネル反射がほとんどおきない。もし、空隙があると、空気とのフレネル反射により、反射戻り光が生じ、高い反射減衰量が実現できず、また、反射光が接続損失の増加につながる。通常の単一コアの光ファイバでは、ＰＣ接続型の光コネクタが広く用いられており、光通信に用いられる、代表的な単心形コネクタの、ＦＣコネクタ、ＳＣコネクタ、ＭＵコネクタ、ＬＣコネクタ等は全て単心フェルールを用いて、２つのフェルールを割りスリーブ内で押圧する構造とすることで、ＰＣ接続を実現している。ここで、フェルールとファイバの端面は、ＰＣ接続が容易なように凸球面研磨がなされており、押圧力が加わることで、フェルール及びファイバが微小変形し、これにより、ＰＣ接続が実現される。

特開２０１２−２０８２３６号公報

Ｗ．Ｋｌａｕｓ，Ｊ．Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，Ｂ．Ｊ．Ｐｕｔｔｎａｍ，Ｙ．Ａｗａｊｉ，Ｎ．Ｗａｄａ，Ｔ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，ａｎｄＭ．Ｗａｔａｎａｂｅ， "Ｆｒｅｅ−ＳｐａｃｅＣｏｕｐｌｉｎｇＯｐｔｉｃｓｆｏｒＭｕｌｔｉｃｏｒｅＦｉｂｅｒｓ"，ＩＥＥＥＰＨＯＴＯＮＩＣＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．２１，ｐｐ．１９０２−１９０５，２０１２．鹿間、他３名、「マルチコアファイバ用光コネクタのＰＣ接続端面の設計と作製」信学会２０１３秋Ｃ−３−８１

凸球面研磨においては、理想からの誤差が生じ、この誤差については形状パラメータとして、図５に示すように、曲率半径Ｒ（光コネクタの端部の曲率半径Ｒ）、頂点ズレΔ（ＭＣＦの端面の頂点の中心軸からのズレΔ）、引き込みＵ（フェルールの仮想頂点から光ファイバの端面の実際の頂点に至るまでの距離。光ファイバの端面がフェルールの仮想頂点よりも飛び出している場合にはマイナスの値とする。）で定義される。図５では、一例として図１にあるような７コアＭＣＦを示しており、（ａ）はファイバの軸方向に平行な断面図を示し、（ｂ）はファイバの軸方向と垂直な断面図を示している。図５（ａ）では、中心コア１２ａと最も外側のコア１２ｂを含む３コア１２を示している。以下この断面表記は同様であり、最も外側のコアを含む断面とする。

ＰＣ接続はファイバとフェルールの変形で起こるが、同一の押圧力下での変形のしやすさは、これら３つのパラメータ（以下、端面状態パラメータとよぶ）と関係する。そのため、コネクタ内蔵のバネ圧力で常にＰＣ接続を実現するためには、端面状態パラメータとの関係を考慮する必要がある。通常の単心形光コネクタであるＳＣコネクタやＭＵコネクタにおいては、実質的な軸方向の押圧力において、確実にＰＣ接続を実現するために、上記端面状態パラメータはそれぞれおよそ、１０ｍｍ≦Ｒ≦２５ｍｍ、Δ≦５０μｍ、−０．１μｍ≦Ｕ≦０．０５μｍ程度と規定されている。上記条件を満たさないサンプルでコネクタの接続を行うと、押圧力が足りない、すなわち、コア同士が完全に接触するまで変形せずに、ＰＣ接続が実現できない事象が起こる。逆を言えば、従来の単一コア光コネクタの場合、上記端面形状を満たせば必ずＰＣ接続が可能であった。しかし、ＭＣＦのように外側にもコアがある場合、従来の単一コアの光ファイバに比べてＰＣ接続が困難であることが知られており、上記単一コアファイバの端面状態パラメータでは、特に、ＭＣＦの外郭コアのＰＣ接続が実現できないケースが発生する。

以下に、上記事象の理由について詳細を述べる。ＰＣ接続においては、前述の通り、すべてのコアのモードフィールド端まで完全に接触する必要があり、これには、ファイバおよびフェルールの変形を要する。ファイバの中心から最も遠いコアのモードフィールド端までの距離をａとすると、通常の単一コアファイバの場合、中心にのみコアがあるため、シングルモードで代表的な値としてはおよそａ＝５μｍ、マルチモードでもａ＝２５μｍ程度である。図６にファイバの変形の様子を示す。通常、球面をもつ弾性体同士の接触は、接触理論により記述することができ、軸方向の押圧力Ｆ_ｂとヤング率Ｅ、ポアソン比ｖ、接触半径ｒにおいて、下記の式（１）のような関係がある。
Ｆ_ｂ＝４Ｅｒ^３／｛３Ｒ（１−ｖ^２）｝式（１）

そのため、上記の式（１）のｒにａを代入したときの値よりも大きな軸方向の押圧力Ｆを加える必要がある。ここで、通常の光ファイバや、ＭＣＦ及び細径ファイバ（本明細書ではこれらをまとめて光ファイバともいう）は、同一の石英ガラスを母材としたものを基本としており、そのヤング率及び、ポアソン比は同一とみなせる。式（１）より、曲率半径Ｒが大きいほど、より小さな押圧力でＰＣ接続できる、ということもわかる。また、接触半径ｒが小さいほどより小さな押圧力で接触する、すなわちＰＣ接続できるということがわかる。ここでＭＣＦのように、ファイバ中心以外にコアを有するようなファイバにおいて、全コアＰＣ接続を実現するためには、頂点ズレΔも考慮して、研磨頂点から最も遠いコアが接触する必要があり、そのときに必要な押圧力Ｆ_ｂ以上の押圧力Ｆの機構を接続部品に加える必要がある。すなわち、ＭＣＦの場合は、ｒが大きくなることを意味し、より大きな押圧力が必要ということを意味する。なお、上記はＭＣＦにおいてのみ記述したが、細径ファイバを充填したコネクタ型ファンアウト（単に、光コネクタともいう）でも同様である。

次に引き込みＵに関して述べる。Ｕに関しては小さい或いはマイナスである方が好ましい。なお、Ｕがマイナスの場合は、仮想頂点からファイバの先端が突き出ていることを意味する。図７に変形時の引き込み量に応じたＭＣＦとフェルールの位置関係を示す。望ましくは、外郭コアがフェルールエッジよりも突き出ている方がよい。図７（ｂ）に示すように、もし外殻コアの方がフェルールエッジよりも引き込んでいる場合は、外殻コアの接触のためには、フェルールエッジ同士の接触、およびフェルール端面の変形が必要となり、より大きな押圧力が必要となるためである。このフェルールの弾性接触が起こるか否かの引き込み境界値Ｕ_ｐは弾性接触理論から計算すると、Ｒ、ａ、ｂを用いて、以下の式（２）で書ける。
Ｕ_ｐ＝｛（ｂ＾２−（２ａ）＾２）｝／２Ｒ式（２）
Ｕ＜Ｕｐ式（３）

ここでｂはＭＣＦの場合はクラッド半径であり、コネクタ型ファンアウトの場合は、中心にある細径ファイバの中心から最外にある細径ファイバのクラッド端までの距離である。式（３）より、ＵがＵ_ｐよりも小さい場合ＭＣＦの外郭コアの方が、接触時においてもフェルールエッジよりも突き出ていることになり、より小さな押圧力でＰＣ接続が可能となる。

以上にＰＣ接続のメカニズムを述べたが、まず式（１）から、ＭＣＦの場合でも安定的にＰＣ接続を実現させるためには、押圧力Ｆを大きく設定すればよいといえる。しかし、実際には大きな押圧力を加えることは、そのほかの部品の信頼性劣化を招き、結果コネクタ全体としての信頼性を劣化させるという問題があった。

また、Ｆを小さくする方法としてＲを大きくすることが考えられる。しかし、これは式（２）をみて明らかなように、ＲはＵと相関があり、Ｒを大きくすると、Ｕｐが小さくなり、結果、引き込みＵに対してのＰＣ接続条件が厳しくなる。更に言うと、Ｕｐのみでなく、式（３）を満たさないＵ＞Ｕｐの範囲においてのＵに対するＦの傾きも、Ｒが大きいほど大きくなることが知られている（例えば非特許文献２）。結果、Ｒを大きくするとその分、Ｕを厳しく限定することが必要となる。すなわち、端面形状パラメータＲ、Ｕをより狭い範囲で限定する必要があるが、これは研磨の歩留まりを悪化させることにつながるという問題があった。

本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、常に全てのコアでコア同士が完全に密着し、空隙を生じないＰＣ接続を、円中心から離れたコアも含めて、小さな軸方向押圧力で実現させる端面形状を有することにより低損失、高反射減衰量、高信頼性を有する光コネクタおよびその作製方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、１本のクラッド内に２本以上のコアを有するマルチコアファイバ、または複数本の細径のコアと該細径のコアをそれぞれ包囲するクラッドとを有する複数本の細径ファイバのいずれかの形態で構成された光ファイバと、前記光ファイバの端部を挿入する微細孔を中心部に有するフェルールと、前記フェルールの微細孔に前記ファイバの端部が挿入された状態で前記光ファイバと前記フェルールの両者を接着固定する接着剤とを備えた光コネクタであって、前記光コネクタの端面が凸球面状に研磨されており、かつ該光コネクタの端面における中心軸部に位置するファイバの端部の曲率半径Ｒｃが前記光コネクタの端面における周辺部に位置するフェルールの端部の曲率半径Ｒｓと異なり、Ｒｃ＞Ｒｓであることを特徴とする光コネクタである。

他の一実施形態に記載の発明は、請求項１の光コネクタの作製方法であって、前記光ファイバを、前記フェルールの微細孔に内蔵させ、前記接着剤で前記光ファイバと前記フェルールの両者を接着固定した光コネクタ部品を用意する用意工程と、前記用意した光コネクタの端面において、前記光コネクタの端面が凸球面状になるように研磨を行なう第１の研磨工程と、前記端面が凸球面状になるように研磨された前記光コネクタの端面において、前記光ファイバのみを優先的に研磨する研磨手段を用いて研磨することにより、該光コネクタの端面における中心軸部に位置するファイバの端部の曲率半径Ｒｃが前記光コネクタの端面における周辺部に位置するフェルールの端部の曲率半径Ｒｓと異なり、Ｒｃ＞Ｒｓとする第２の研磨工程とを含むことを特徴とする光コネクタの作製方法である。

さらに他の一実施形態に記載の発明は、請求項１の光コネクタの作製方法であって、前記光ファイバを、前記フェルールの微細孔に内蔵させ、前記接着剤で前記光ファイバと前記フェルールの両者を接着固定した光コネクタ部品を用意する用意工程と、前記用意した光コネクタの端面において、前記光コネクタの端面が凸球面状になるように研磨を行なう第１の研磨工程とを含み、前記用意工程において、前記第１の研磨工程における研磨で設定される曲率半径よりも小さい所定の曲率半径に予め研磨したフェルールを用意することによって、前記光コネクタの端面における中心軸部に位置するファイバの端部の曲率半径Ｒｃが前記光コネクタの端面における周辺部に位置するフェルールの端部の曲率半径Ｒｓと異なり、Ｒｃ＞Ｒｓであることを特徴とする光コネクタの作製方法である。

コア数が７の場合のＭＣＦファイバの断面構造を示す図である。コア数が１２の場合のＭＣＦファイバの断面構造を示す図である。コア数が１９の場合のＭＣＦファイバの断面構造を示す図である。ＭＣＦファイバと複数本の細径ファイバとの接続例を示す図である。曲率半径Ｒ、頂点ズレ、引き込みＵを示す図である。接続の前後における接続端面の変形例を示す図である。接続端面におけるフェルールエッジと外郭コアの状態を示す図である。光コネクタの端面の中心部の曲率半径Ｒｃと周辺部の曲率半径Ｒｓの関係を示す図である。第１の実施形態にかかる光コネクタを用いた光接続構造の一例を示す図である。第１の実施形態の第１の研磨工程による端面形状の測定結果を示す図である。第１の実施形態の第２の研磨工程による端面形状の測定結果を示す図である。第１の実施形態の第４の研磨工程による端面形状の測定結果を示す図である。第２の実施形態にかかる光コネクタを用いた光接続構造の一例を示す図である。

以下に本発明の実施の形態について詳細に述べる。本発明の光コネクタ（マルチコアファイバ用光コネクタ、またはコネクタ型ファンアウト）は、１本のクラッド内に２本以上のコアを有するマルチコアファイバ、または複数本の細径のコアと該細径のコアをそれぞれ包囲するクラッドとを有する複数本の細径ファイバのいずれかの形態で構成された光ファイバ（単に、ファイバともいう）と、前記光ファイバの端部を挿入する微細孔を中心部に有するフェルールと、前記フェルールの微細孔に前記ファイバの端部が挿入された状態で前記光ファイバと前記フェルールの両者を接着固定する接着剤とを備えている。かかる光コネクタの端面において、図８に示すように、曲率半径Ｒがフェルールとファイバで異なる形状であり、かつ中心部に位置する光ファイバの端部の曲率半径Ｒｃは、周辺部に位置するフェルールの端部の曲率半径Ｒｓに比べ、大きく形成されている。ちなみに従来の光コネクタの場合では、端面は一様に滑らかな凸球面で同一の曲率半径Ｒになるよう研磨されており、式（１）において、曲率半径Ｒが一定の値をとる構造であった。

本発明の上記構造によって生じる最大の効果は、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃを大きく設定することにより、ＰＣ接続に必要な力を小さくでき（式（１）において、Ｒが大きいことに相当）、かつ、引き込みＵの範囲を決めるＵｐはフェルールの端部の曲率半径Ｒｓに依存させることによって、引き込みＵに対しての条件を緩和することである。ちなみに従来の構造では、曲率半径Ｒを大きくするとＵの条件が厳しくなっていた。本発明者らが検討を行った結果、曲率半径Ｒを大きくするとＵの条件が厳しくなるという現象は、本質的には、フェルールの端部の曲率半径Ｒが大きいことに起因することがわかった。すなわち、フェルールの端部の曲率半径Ｒが大きいほど、端面への押圧力印加範囲が広くなり、フェルールのファイバ穴の付近への集中荷重が減少し、フェルールの中央部が変形しにくくなることの結果であることがわかった。本構造では、フェルールを含む周辺部の曲率半径Ｒｓは小さく設定されているため、フェルールのファイバ穴付近に応力が集中しやすくなる結果、Ｕｐが大きくなり、また、仮に引き込みＵが式（３）を満たさない（Ｕ＞Ｕｐの場合）結果が生じていたとしても、フェルールが小さな押圧力でも変形し、ＰＣ接続できる。

次に、本構造の設計例について述べる。以下は、従来の商用化されているＳＣコネクタ、ＭＵコネクタ、ＬＣコネクタなどを用い、ＭＣＦなどのパラメータを現在提案されている値などを基に設計した例であるが、もちろん、本発明は下記値以外でも同様の構造を用いて設計することは可能である。

まず、軸方向押圧力Ｆに関してはフェルール以外の部品の信頼性を考慮して、通常の単心系コネクタと同様の値で有ることが好ましく、およそ５Ｎ程度を見込めば従来のＦと同様となる。これを鑑みてＦが５Ｎ程度のときに常にＦ＞Ｆｂとなるよう端面形状がＰＣ接続のための条件である。ａに関しては、ＭＣＦのコア数、構造などによるが、最大でａ≦１１０μｍ程度を見込めばよい。なお、Δに関しては本発明者らの検討の結果、式（１）のａにａ＋Δとすることで近似的に計算できる。まず式（１）のＲにファイバの曲率半径Ｒｃを代入することで、上記値を満たすファイバの端部の曲率半径Ｒｃを計算したところ、Ｒｃは約２５ｍｍであり、下限値はＲｃ≧２５ｍｍであることが好ましい。ファイバの端部の曲率半径Ｒｃに関しては、引込みとの相関がないことから、大きいほど好ましく、また長期的な信頼性や熱変化などの影響を鑑みて、FとFbの関係にマージンを設けることが好ましく、上記観点から、より好ましくはＲｃ≧４０ｍｍである。なお、Ｅ,ｖは石英ガラス製ファイバのヤング率及びポアソン比を用いた。

次にフェルールの端部の曲率半径Ｒｓに関して、有限要素法（非特許文献２と同様の手法）を用いて、計算を行ったところ、フェルールの端部の曲率半径Ｒｓは小さいほど好ましく、具体的には、上記押圧力範囲とａの値において、引き込みＵが０．１μｍある場合を見込んだとき、上限値はＲｓ≦１５ｍｍ以下であることが好ましい。フェルールの端部の曲率半径Ｒｓについては、計算の結果、小さいほど好ましく、より好ましくは、Ｒｓ≦１０ｍｍである。Ｒｓ≦１０ｍｍが好ましいのは、熱変化時、特に高温環境下で引込みが上記値よりもさらに変化することを考慮し、マージンを設けたためである。特に、10mmという数値は、８０℃下での事前検討で最も大きく引込みUが変化した（約0.１um）場合の計算結果に基づいている。

これらを満たすファイバの端部の曲率半径Ｒｃ、フェルールの端部の曲率半径Ｒｓであれば、商用のコネクタを用いて、端面形状を変更するだけで容易かつ安定的に光コネクタのＰＣ接続が実現できる。なお、本設計におけるＭＣＦ、或いはコネクタ型ファンアウトに用いるファイバは、シングルモードに限らず、コア内に複数のモードが伝搬するフューモード、マルチモードなどでも同様にモードフィールド端を定義すれば、本発明を同様に適用できる。

上記構造を有する光コネクタは、研磨工程、及び研磨砥粒、研磨紙、研磨条件などを制御することで作製できる。通常のプリドーム型のフェルールから研磨を開始する場合、従来の、単一曲率を形成する工程に比べると、工程が増えるものの、通常コネクタ用途に市販されている研磨機を用いて容易に実現可能である。ファイバの端部の曲率半径Ｒｃとフェルールの端部の曲率半径Ｒｓさえ適切に設定すれば、頂点ズレΔや引き込みＵは従来の単心形コネクタの規定値とほぼ同様の範囲、すなわち従来の研磨機で歩留りよく形成可能な範囲で、小さな押圧力でも容易にＰＣ接続を実現させることが可能となる。上記構造を有する光コネクタの作製方法について、以下に記述する。

（第１の実施形態）
図９は第１の実施形態にかかる光コネクタを用いた光接続構造の一例を示す図である。ここでは、図１と同様の断面構造をもつ、石英ガラスのシングルモードＭＣＦ１０をフェルール３０に充填した光コネクタ同士を、割スリーブ３４を介して接続している。このときのＭＣＦ１０のファイバの中心から最外周のコアのモードフィールド端までの距離であるａ、ＭＣＦ１０のクラッド半径であるｂの値はそれぞれ、ａが５０μｍ（コアピッチ４５μｍ＋モードフィールド径５μｍ）、ｂが８０μｍである。光コネクタの研磨工程は下記の通りで行った。

まず、１６０．５μｍの微細孔を中心軸部に有する、φ２．５ｍｍのジルコニア製のフェルールと、図１と同様の断面構造をもつＭＣＦとを用いる。ＭＣＦをフェルールの微細孔に内蔵させ、エポキシ系の接着剤を硬化してＭＣＦとフェルールの両者を接着固定させて光コネクタ部品を用意する。フェルールはＳＵＳ製のフランジ部品と一体化している。これらを２０個作製し、その後、フェルールおよびファイバ端面をＮＴＴ−ＡＴ製のコネクタ研磨機ＡＴＰ−２２００で一括に研磨した（予備研磨工程および第１の研磨工程）。

一括の研磨は、予備研磨工程でファイバ端面にあふれた接着剤を除去するための荒い研磨シートで３０秒間研磨を施したのち、第１の研磨工程でダイヤ砥粒を含む研磨シートでＭＣＦ及びフェルールに研磨を施し、光コネクタの端面が凸球面状になるようにした。なお、予備研磨工程は、接着剤のしみだしに応じて適宜行うものであり、しみだしがない場合は、省略することも可能である。このとき、端面の研磨曲率は、１０ｍｍ以下になるような研磨条件で一律の曲率がつくよう研磨を施した。なお、研磨条件は研磨圧や研磨時間などで容易に制御可能である。その際の研磨形状の測定結果を図１０に示す。図１０において、図１０（ａ）は、３Ｄの形状測定データ、図１０（ｂ）は、ファイバ中心を通る切断面で図１０（ａ）のデータを切断したときのフェルール位置に対する高さデータ、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）におけるファイバ中心部付近の拡大データである。測定は、干渉法を用いてニュートンリングを測定することで行った。結果Ｒ０＝Ｒｃ’＝Ｒｓ’＝８ｍｍであった。この段階までは、通常の研磨工程と同じである。

その後、ＭＣＦとフェルールのそれぞれの端部における曲率半径を変化させるために、ガラスのみを優先的に研磨する砥粒を含むバフシートを用いてバフ研磨を行った（第２の研磨工程）。バフ研磨を行うことで、研磨砥粒がフェルール内に入り込み、ファイバを研磨する。この際、フェルールはほとんど研磨されないのに対し、ファイバはメカノケミカル研磨されることで優先的に研磨がなされることとなる。また、バフ研磨の特性上、フラットな曲率に研磨されるため、フェルール内のファイバの端部の曲率半径がフェルールの端部の曲率半径よりも大きくなる。なお、本形態では、バフシートを用いたが、必ずしもバフシートを用いる必要もなく、端面曲率が大きくなる条件で、ガラスを優先的に研磨する砥粒を用いた研磨シートを用いてもよい。

第２の研磨工程ののちの、研磨結果を図１１に示す。図１１（ａ）は、３Ｄの形状測定データ、図１１（ｂ）は、ファイバ中心を通る切断面で図１０（ａ）のデータを切断したときのフェルール位置に対する高さデータ、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）におけるファイバ中心部付近の拡大データである。結果をみてもわかるようにファイバ端面が研磨され、ファイバ端面のみがフラットに近い形状となっていることがわかる。すなわち、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃとフェルールの端部の曲率半径Ｒｓが異なり、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃ＞フェルールの端部の曲率半径Ｒｓとなっている状態となる。この状態はファイバが引込んだ状態にあり、引込みＵが小さい場合はこのまま仕上げ研磨を施せばよいが、必要に応じて第３の研磨工程を施す。本実施形態では、再びダイヤ砥粒を含む研磨シートで、曲率が小さくなる研磨条件で３０秒間再研磨を施した。この研磨時間はファイバの引き込み量に応じて変化させることで、ファイバまで再び研磨する前に、フェルールのみが研磨され、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃ＞フェルールの端部の曲率半径Ｒｓを保ったまま引込みがなくなることとなる。このときの研磨時間は、第１の研磨工程における研磨時間よりも小さく設定（同様の研磨圧下）し、第２の研磨工程で作製した端面形状Rc>Rｓを保つよう設定する。

なお、第１の研磨工程および第３の研磨工程において使用する砥粒に関しては、ダイヤに限らず、アルミナやそのほかコネクタ研磨に用いられる各種砥粒を用いることができる。

その後、第４の研磨工程において目の細かいシリカ砥粒による仕上げ研磨を施した。これにより加工変質層が除去され、低反射を実現させることができる。このときの仕上げ研磨により、ファイバは再び研磨されるが、同程度の研磨圧及び研磨時間であれば、ダイヤによる研磨工程に比べて研磨量が小さく、かつ研磨曲率を適切に設定することで、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃ＞フェルールの端部の曲率半径Ｒｓを保つことができる。結果を図１２に示す。図１２（ａ）は、３Ｄの形状測定データ、図１２（ｂ）は、ファイバ中心を通る切断面で図１２（ａ）のデータを切断したときのフェルール位置に対する高さデータ、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）におけるファイバ中心部付近の拡大データである。この結果、引込みがなく、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃ＞フェルールの端部の曲率半径Ｒｓで研磨がなされた。Ｒｓの値はおよそ１０ｍｍ、Ｒｃは４５ｍｍであった。

上記方法で作製した光コネクタを１０組商用のＳＣコネクタに組み込み、それらのペアについて、コネクタアダプタを介して、図９に示すよう、それぞれ接続した。コネクタの形状としてΔは最大２８μｍ、Ｕは最大０．０４μｍであった。このとき、光を１方向から入射させ、一対のコネクタを軸方向に回転させながらコアの軸回り調心を施して接続し、各コアに光を入射させて、コネクタ接続点での反射減衰量をＯＬＣＲ（ＯｐｔｉｃａｌＬｏｗＣｏｈｅｒｅｎｔＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ．）を用いて測定した。ＰＣ接続は、今回は仕上げ研磨を施しており、加工変質層がないシングルモード導波路であることを考慮して、反射４０ｄＢ以上であればＰＣ接続していると判断した。

測定の結果、すべての６つのコアで４０ｄＢ以上（平均５７ｄＢ）を達成していることを確認した。また、６０°周期で６か所あることから、前記第１のＭＣＦを含むフェルールを６０°周期で回転させ、再度６コアで反射減衰量を測定した。これを全組み合わせ（６コア×６コア＝３６）で実施し、反射減衰量を求めた。この回転により、頂点ずれの影響も含めて、測定できていることになる。回転させながら、３６点で測定しても同様に、すべてのコアで４０ｄＢ以上（平均５２ｄＢ、最悪値：４９ｄＢ）を達成していることを確認した。これにより、すべてのコアでＰＣ接続が達成されていることを確認した。さらに、１０個作製したサンプルの内、ランダムに２つのフェルールを選び出し、同様の実験を、複数回行ったが、すべてのコアでＰＣ接続が実現されていることが確認でき、本発明の有効性を確認することができた。なお、今回は、バネでの押圧機構を用いたが、ＭＴコネクタなどに用いられているようなクリップにより押圧する形としてもよい。また、ＭＣＦ同士の接続の例を示したが、一方のフェルールに細径ファイバを充填した形でも同様の効果が得られる。すなわち、図４Ａ−Ａ‘面に示すように、特許文献１に記載のように、４５μｍのクラッド径をもつ細径ファイバを１０本最密充填したフェルールを作製し、その後は前記と同様の研磨端面形状を形成することで、同様にＰＣ接続が容易なコネクタ型ファンアウトが作製可能である。

（第２の実施形態）
図１３は第２の実施形態にかかる光コネクタを用いた光接続構造の一例を示す図である。第１の実施形態と同様に、石英ガラスからなり、ａ＝７５μｍ、ｂ＝１１０μｍであり、図２のような形状をもつシングルモード１２コアＭＣＦがフェルールに内蔵され、研磨された光コネクタが用いられており、特許文献１記載のように１９本の細径ファイバが、前記ＭＣＦの各コアに対応するようフェルール内に最密充填されたコネクタ型ファンアウト（ａ＝７５μｍ、ｂ＝８７．５μｍ）がフェルールに内蔵され、研磨された光コネクタからなる。

図１３で用いられる光コネクタについて、第１の実施形態と同様の方法でフェルール研磨を行い、端面形状を測定した。なお、研磨においては、第１の実施形態と同様の５つの研磨工程を含み、さらに工程ごとに端面形状を確認しながら、研磨時間を調整しつつ行った。

ＭＣＦ充填フェルールと細径ファイバ充填フェルールを作製し、ＭＣＦ充填フェルールにおいては、すべての細径ファイバを含む部分の包絡線上の曲率半径Ｒｓ（ファンアウト）は５０ｍｍ、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃ（ファンアウト）は５．６ｍｍであった。また細径ファイバ充填フェルールと接続されるＭＣＦは、Ｒｓ（ＭＣＦ）は７ｍｍ、Ｒｃ（ＭＣＦ）は３７ｍｍであった。また、細径ファイバ充填フェルールでΔは約２０μｍ、Ｕは０．０１μｍ、ＭＣＦでΔは約１２μｍ、Ｕは０．０３μｍであった。

この光コネクタを用いて、実際に、先ほどと同様に、すべてのコアを回転させながら１４４点（１２コア×１２コア）で、ＰＣ接続の有無を確認したところ、すべてのコアの組み合わせでＰＣ接続が達成されていることを確認した。

また、３０回の繰り返し着脱を行ったところ、再現性良くＰＣ接続が達成されていることを確認した。一方で従来の光コネクタの端面形状では、ＰＣ接続を実現するには、押圧力を強く設定するか、ΔやＵも含めて端面形状を厳しく規定する必要があった。

したがって、第２の実施形態に記載の方法を用いれば、頂点ズレΔやＵは従来の単心形コネクタの規定値とほぼ同様の範囲、すなわち従来の研磨機で歩留りよく形成可能な範囲で、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃ、小さな押圧力（すなわち、商用の単心形コネクタで用いられるバネ圧力）でも容易にＰＣ接続を実現できることが実証された。

（第３の実施形態）
第３の実施形態として、第１の実施形態で用いたファイバと同じＭＣＦを用いて、光コネクタを作製した。本実施形態の光コネクタでは、フェルールについてはあらかじめフェルール成形後の先端形状をＲが小さくなるよう加工されたものを用いた。通常のフェルールの場合は、フェルールの先端形状は、プリドーム或いはフラット形状であり、ほぼ曲率がついていないが、本実施形態では、フェルールを成形後に、端面Ｒを機械加工し、ファイバ挿入前から曲率半径Ｒが小さい円錐形状に加工したフェルールを用いた。具体的には、第１の研磨工程において設定される曲率半径よりも小さい曲率半径のフェルールを用いる。これにより、フェルール自体のコストは上がるものの、研磨加工における工程数を大幅に減らすことが可能となる。

本実施形態では、Ｒｓ＝５ｍｍとなるフェルールを用いた。このフェルールに、第１の実施形態と同様にＭＣＦを充填させ、研磨を施した。このときの研磨工程としては、接着層を除去する予備研磨工程と、ダイヤ砥粒を含む研磨シートでファイバ及びフェルールを研磨加工する第１の研磨工程と、ファイバ及びフェルールを仕上げ研磨する第２の研磨工程のみでよくなり、研磨工程が従来と同様ですむ。この際、第１、第２の研磨工程において、曲率半径が大きくなるよう研磨条件を設定し、かつ、研磨時間も従来の研磨工程に比べて短く設定する。これにより、ファイバは、曲率半径が大きく研磨され、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃが大きく形成される。フェルールの端部の曲率半径Ｒｓについては、すでに小さな曲率（Ｒｓ＝５ｍｍ）が形成されているが、この研磨工程によりＲが大きくなるよう変化していく。研磨時間が、長い場合は、フェルールの端部の曲率半径Ｒｓは、研磨で設定した曲率に収束していくこととなるが、研磨時間が短い場合は、初期の曲率５ｍｍ付近の形状を維持し、若干曲率が大きくなるものの、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃに比べると、小さな曲率半径を維持したままとなる。結果、ファイバの端部の曲率半径Ｒｃ＞フェルールの端部の曲率半径Ｒｓとなる端面形状が形成されることとなる。第１の研磨工程の研磨時間は、研磨圧や研磨回転速度、研磨シートなどにに依存するものの、通常のコネクタと同じ研磨条件で実際に研磨を施したところ、研磨時間上限を４分程度とし、それ以下の研磨時間であれば、本要件を満たすRc>Rsを維持することが可能であった。

実際に、本実施形態の作製方法により作成した結果、第１の研磨工程の研磨時間を１分間と短めに設定することで、Ｒｓ＝３８ｍｍ、Ｒｓ＝１２ｍｍとなるようなコネクタ端面を形成した。なお、ここでは研磨時間を短く設定したが、研磨圧や研磨回転数などを用いて研磨量が少なくなるよう調整すれば同一の効果が得られる。本作製方法により形成した、１．２５ｍｍφＭＵフェルールを５組用意し、第１の実施形態と同様の方法で、ＭＵコネクタに組み込み、ＰＣ接続の有無を調べた。なお、頂点ズレΔに関しては最大１７μｍ、引き込みＵは最大０．０５μｍであった。結果、すべてのコアでＰＣ接続が達成されていることを確認し、本方法においても同様に本発明の効果が実現できていることを確認した。

以上の実施形態では、典型例として、コア数を規定した形態を示しているが、本発明におけるａが定義出来る限り、コア数やモードフィールド径、コア伝搬モードによらず同様に実施できる。また、コネクタタイプやバネ圧などにもよらず、曲率研磨されたフェルールを含む任意のコネクタで適用可能である。

１０ＭＣＦ
２０細径ファイバ
１１，２１クラッド
１２、２２コア
３０フェルール
３１フェルール孔
３２接着剤
３３フランジ
３４割スリーブ
３５プラグ
３６アダプタ
３７バネ
３８ブーツ

Claims

１本のクラッド内に２本以上のコアを有するマルチコアファイバ、または複数本の細径のコアと該細径のコアをそれぞれ包囲するクラッドとを有する複数本の細径ファイバのいずれかの形態で構成された光ファイバと、
前記光ファイバの端部を挿入する微細孔を中心部に有するフェルールと、
前記フェルールの微細孔に前記ファイバの端部が挿入された状態で前記光ファイバと前記フェルールの両者を接着固定する接着剤とを備えた光コネクタであって、
前記光コネクタの端面が凸球面状に研磨されており、かつ該光コネクタの端面における中心軸部に位置するファイバの端部の曲率半径Ｒｃが前記光コネクタの端面における周辺部に位置するフェルールの端部の曲率半径Ｒｓと異なり、Ｒｃ＞Ｒｓであることを特徴とする光コネクタ。
請求項１の光コネクタの作製方法であって、
前記光ファイバを、前記フェルールの微細孔に内蔵させ、前記接着剤で前記光ファイバと前記フェルールの両者を接着固定した光コネクタ部品を用意する用意工程と、
前記用意した光コネクタの端面において、前記光コネクタの端面が凸球面状になるように研磨を行なう第１の研磨工程と、
前記端面が凸球面状になるように研磨された前記光コネクタの端面において、前記光ファイバのみを優先的に研磨する研磨手段を用いて研磨することにより、該光コネクタの端面における中心軸部に位置するファイバの端部の曲率半径Ｒｃが前記光コネクタの端面における周辺部に位置するフェルールの端部の曲率半径Ｒｓと異なり、Ｒｃ＞Ｒｓとする第２の研磨工程とを含むことを特徴とする光コネクタの作製方法。
請求項１の光コネクタの作製方法であって、
前記光ファイバを、前記フェルールの微細孔に内蔵させ、前記接着剤で前記光ファイバと前記フェルールの両者を接着固定した光コネクタ部品を用意する用意工程と、
前記用意した光コネクタの端面において、前記光コネクタの端面が凸球面状になるように研磨を行なう第１の研磨工程とを含み、
前記用意工程において、前記第１の研磨工程における研磨で設定される曲率半径よりも小さい所定の曲率半径に予め研磨したフェルールを用意することによって、前記光コネクタの端面における中心軸部に位置するファイバの端部の曲率半径Ｒｃが前記光コネクタの端面における周辺部に位置するフェルールの端部の曲率半径Ｒｓと異なり、Ｒｃ＞Ｒｓであることを特徴とする光コネクタの作製方法。