JP2018146894A - 光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】スポットサイズ変換機能を有する部分を容易に交換することができる光コネクタを提供する。【解決手段】一実施形態に係る光コネクタは、光ファイバ３と、光ファイバ３が挿入及び保持される光ファイバ保持孔２ｆ、及び光ファイバ３が露出する光学端面２ｇを有するフェルール２と、フェルール２の光学端面２ｇに取り付けられる導波路１０とを備える。導波路１０は、コア１１と、クラッド１２と、コア１１が露出する第１端部１０Ａと、第１端部１０Ａの反対側において光学端面２ｇに接続する第２端部１０Ｂとを有する。導波路１０のモードフィールド形状は円形状であり、第１端部１０Ａにおける導波路１０のモードフィールド径は第２端部１０Ｂにおける導波路１０のモードフィールド径よりも小さく、第２端部１０Ｂにおける導波路１０のモードフィールド径は光ファイバ３のモードフィールド径と略同一である。【選択図】図３

Description

本発明は、光コネクタに関する。

特許文献１には、互いに異なるモードフィールド径を有する光部品の接続に用いられるスポットサイズ変換器（ＳＳＣ）が記載されている。このスポットサイズ変換器は、半導体レーザ（ＬＤ）と、シリコン基板上に石英系のガラスが堆積された石英系平面光導波路回路（ＰＬＣ）との結合効率の向上を目的として、ＰＬＣの出入力部に設けられている。特許文献１に記載のスポットサイズ変換器は、シリコンフォトニクス素子（シリコン基板）と一体に構成されている。

特開２００６−３２３２１０号公報

ところで、上述したスポットサイズ変換器には有機材料が用いられることがあり、この場合、長期間使用したときにスポットサイズ変換器の光学性能が低下する懸念がある。このため、スポットサイズ変換器の交換が必要となる場合がある。しかしながら、特許文献１に記載のように、スポットサイズ変換器がシリコンフォトニクス素子と一体に構成されている場合には、スポットサイズ変換器のみを交換することが困難である。従って、スポットサイズ変換機能を有する部分（スポットサイズ変換器）の交換を容易に行うことが求められている。

本発明は、スポットサイズ変換機能を有する部分を容易に交換することができる光コネクタを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る光コネクタは、光ファイバと、光ファイバが挿入及び保持される光ファイバ保持孔、及び光ファイバが露出する光学端面を有するフェルールと、フェルールの光学端面に取り付けられる導波路と、を備え、導波路は、コアと、クラッドと、コアが露出する第１端部と、第１端部の反対側において光学端面に接続する第２端部と、を有し、導波路のモードフィールド形状は円形状であり、第１端部における導波路のモードフィールド径は、第２端部における導波路のモードフィールド径より小さく、第２端部における導波路のモードフィールド径は、光ファイバのモードフィールド径と略同一である。

本発明によれば、スポットサイズ変換機能を有する部分を容易に交換することができる。

図１は、第１実施形態に係る光コネクタを示す斜視図である。 図２は、図１の光コネクタの導波路及び複数の光ファイバを示す断面図である。 図３は、図１の光コネクタの導波路及び一本の光ファイバを示す断面図である。 図４は、光ファイバの正面から見たファイバ突き当て部の断面図である。 図５は、光ファイバ及びファイバ突き当て部を示す側断面図である。 図６は、導波路の製造工程を説明する図である。 図７は、導波路の製造工程を説明する図である。 図８は、図３の導波路部分のコア径とモードフィールド径の関係を示す模式図である。 図９は、第２実施形態に係る光コネクタの導波路及び光ファイバを示す断面図である。 図１０は、図９の光コネクタのファイバ突き当て部を光ファイバの正面側から示す断面図である。 図１１は、図１０のファイバ突き当て部及び光ファイバを示す断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の一形態に係る光コネクタは、光ファイバと、光ファイバが挿入及び保持される光ファイバ保持孔、及び光ファイバが露出する光学端面を有するフェルールと、フェルールの光学端面に取り付けられる導波路と、を備え、導波路は、コアと、クラッドと、コアが露出する第１端部と、第１端部の反対側において光学端面に接続する第２端部と、を有し、導波路のモードフィールド形状は円形状であり、第１端部における導波路のモードフィールド径は、第２端部における導波路のモードフィールド径より小さく、第２端部における導波路のモードフィールド径は、光ファイバのモードフィールド径と略同一である。

この光コネクタにおいて、導波路の第１端部におけるモードフィールド径は、導波路の第２端部におけるモードフィールド径より小さい。従って、第１端部における導波路のモードフィールド径と第２端部における導波路のモードフィールド径とは互いに異なるので、この導波路はスポットサイズ変換機能を有している。このように、光コネクタの一部にスポットサイズ変換機能を有する部分を設けることができる。従って、シリコンフォトニクス素子に対して光コネクタを着脱することにより、スポットサイズ変換機能を有する部分の交換を容易に行うことができる。

また、導波路は、複数の前記コアを有してもよい。この場合、導波路の複数のコアのそれぞれに光ファイバを光結合することができる。従って、導波路に複数の光ファイバを同時に光結合することができる。

また、光ファイバは、クラッドによって光ファイバ保持孔に固定されていてもよい。この場合、光ファイバ保持孔に光ファイバを挿入し、この状態で光ファイバ保持孔に導波路のクラッドを流し込むことによって、光ファイバを光ファイバ保持孔内で固定することができる。従って、導波路のクラッドを光ファイバの固定のために用いることができると共に、光ファイバを接着固定する接着剤の量を減らすことができる。よって、接着工程を短縮することができると共に、接着剤にかかるコストを抑えることができる。

また、フェルールは、光ファイバ保持孔に挿入された光ファイバが突き当たるファイバ突き当て部を有してもよい。この場合、ファイバ突き当て部に光ファイバを突き当てることにより、光ファイバ保持孔内における光ファイバの位置決めを容易に行うことができる。従って、光ファイバとフェルールとの位置精度を容易に高めることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下では、実施形態に係る光コネクタの具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。以下では、図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光コネクタ１を示す斜視図である。図２は、光コネクタ１をコア１１が並ぶ方向Ａ１及びコア１１の光軸方向である方向Ａ２に沿って切断したときの断面図である。図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る光コネクタ１は、フェルール２と、複数の光ファイバ３と、導波路１０とを備えている。光コネクタ１は、シリコンフォトニクス素子に対して着脱されるコネクタであり、導波路１０を介してシリコンフォトニクス素子に光結合する。

ところで、シリコンフォトニクスで形成されるＳｉ導波路は、コア径（モードフィールド径）が小さく、光ファイバをＳｉ導波路に直接接続するとモードフィールド径のミスマッチが生じ、これが接続損失の原因となる。そこで、光コネクタ１は、光ファイバ３とＳｉ導波路間でモードフィールド径の変換を行うスポットサイズ変換機能を有しており、光ファイバ３のモードフィールド径とＳｉ導波路のモードフィールド径とのミスマッチを抑制している。

フェルール２は、例えば、ポリフェルニンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂にガラスの粒子が含まれたものによって構成されている。フェルール２は、シリコンフォトニクス素子側に位置する平坦状の端面２ａと、方向Ａ１及び方向Ａ２に延びる上面２ｂと、一対の側面２ｃと、端面２ａの反対側に位置する拡張された後部２ｄと、上面２ｂの反対側に位置する底面とを有する。側面２ｃは方向Ａ２及び方向Ａ３に延びている。方向Ａ３は、例えば、方向Ａ１及び方向Ａ２に延びる平面に直交する方向である。

フェルール２の端面２ａには導波路１０が露出している。導波路１０は、複数のコア１１と、コア１１を包囲するクラッド１２とを備えている。導波路１０は、光ファイバ３を伝搬する光の通信波長帯において透明な樹脂によって構成されている。この通信波長帯は、例えば、１．３１μｍ以上且つ１．５５μｍ以下である。

導波路１０は、例えば、ポリマーで構成されたポリマー導波路である。コア１１及びクラッド１２は、互いに屈折率が異なる２種類の透明樹脂によって構成されている。クラッド１２は直方体状とされており、クラッド１２の内部において複数のコア１１が方向Ａ２に延びている。導波路１０は、コア１１が露出する第１端部１０Ａと、第１端部１０Ａの反対側を向く第２端部１０Ｂとを有する。

コア１１のモードフィールド形状は円形状であり、第１端部１０Ａにおけるコア１１のモードフィールド径は、第２端部１０Ｂにおけるコア１１のモードフィールド径よりも小さい。コア１１のモードフィールド径は、第２端部１０Ｂにおいて最も大きく、第１端部１０Ａにおいて最も小さい。ここで、「モードフィールド形状が円形状」である状態は、真円だけでなく、楕円状又は長円状等、円形を若干変更した形状も含む。このように、コア１１のモードフィールド形状が円形状であることにより接続ロスを低減することができる。

また、コア１１のモードフィールド径は、例えば、第２端部１０Ｂから第１端部１０Ａに向かうに従って直線的に小さくなっている。このように、導波路１０は、第１端部１０Ａと第２端部１０Ｂとで互いに異なるモードフィールド径を備えており、スポットサイズ変換機能を有する。例えば、第１端部１０Ａにおけるコア１１のモードフィールド径（直径）は３μｍ程度であり、第２端部１０Ｂにおけるコア１１のモードフィールド径（直径）は１０μｍ程度である。なお、ここでは、説明を分かりやすくするために、光ファイバ３のコア３ａ及び導波路１０のコア１１を、コア径ではなくモードフィールド径で模式的に表している。

図３は、光コネクタ１の光ファイバ３を方向Ａ２及び方向Ａ３に延びる平面で切断したときの断面図である。図２及び図３に示されるように、コア１１は、方向Ａ１に沿って複数設けられており、コア１１の数は光ファイバ３の数と一致している。フェルール２は、光ファイバ３が挿入及び保持される光ファイバ保持孔２ｆと、光ファイバ３が露出する光学端面２ｇを備える。光学端面２ｇでは光ファイバ３の先端面３ｃが露出している。光ファイバ３は、導波路１０のクラッド１２によって光ファイバ保持孔２ｆに固定されている。

各光ファイバ３は、コア３ａとクラッド３ｂとを有する。光ファイバ３は例えばシングルモードファイバである。コア３ａのモードフィールド形状は円形状とされており、コア３ａのモードフィールド径は、導波路１０の第２端部１０Ｂにおけるコア１１のモードフィールド径と略同一である。ここで、「モードフィールド径と略同一」とは、コア３ａの径が第２端部１０Ｂのコア１１の径と光結合可能な値である状態を示しており、屈折率で定義されるコア３ａの径と第２端部１０Ｂのコア径が一致しなくても、コア上の光強度分布で定義されるモードフィールド径が実質的に一致している状態を含んでいる。

フェルール２は、光ファイバ保持孔２ｆの導波路１０側の端部に、光ファイバ３の先端面３ｃが突き当たるファイバ突き当て部２ｈを更に備える。ファイバ突き当て部２ｈは、光学端面２ｇよりも第１端部１０Ａ側に位置している。好適には、ファイバ突き当て部２ｈは、光学端面２ｇよりも僅かに第１端部１０Ａ側に位置しており、光学端面２ｇに対するファイバ突き当て部２ｈの突出量は若干量とされている。このように、ファイバ突き当て部２ｈの突出量を僅かとすることにより、複数の光ファイバ３の光路のピッチ変換を容易に行うことが可能となる。

図４は、方向Ａ１及び方向Ａ３に延びる平面で切断したときのファイバ突き当て部２ｈの断面図を示している。図５は、方向Ａ２及び方向Ａ３に延びる平面で切断したときのファイバ突き当て部２ｈの断面図を示している。図４及び図５に示されるように、ファイバ突き当て部２ｈは、断面が光ファイバ３の外周に沿う円形とされた光ファイバ保持孔２ｆから方向Ａ３に突出した段差である。光ファイバ３は、フェルール２の後部２ｄから光ファイバ保持孔２ｆに挿入されて、光ファイバ保持孔２ｆに方向Ａ２に挿入された光ファイバ３の先端面３ｃがファイバ突き当て部２ｈに突き当たる。このように光ファイバ３の先端面３ｃがファイバ突き当て部２ｈに突き当たることにより、方向Ａ２における光ファイバ３の位置決めがなされる。

次に、導波路１０の製造方法について図６及び図７を参照しながら説明する。図６に示されるように、フェルール２と同一の材料によって構成される箱状体Ｂにクラッド１２を構成する低屈折率のクラッド用樹脂Ｐ１を収容する。クラッド用樹脂Ｐ１はクラッド材膜とも称される。そして、クラッド用樹脂Ｐ１の内部に、コア１１を構成する高屈折率のコア用樹脂Ｐ２を吐出するニードルＮを挿入する。ニードルＮを挿入した状態でニードルＮからコア用樹脂Ｐ２を吐出しながらニードルＮを直線的に移動させる。

図７に示されるように、コア用樹脂Ｐ２を吐出しながらニードルＮを移動させるときに、ニードルＮからのコア用樹脂Ｐ２の吐出量を増やすか、又は、ニードルＮの移動速度を遅くすることにより、コア１１を大きくすることができる。一方、ニードルＮからのコア用樹脂Ｐ２の吐出量を減らすか、又は、ニードルＮの移動速度を速くすることにより、コア１１を小さくすることができる。本実施形態では、第１端部１０Ａから第２端部１０Ｂに向かうにつれてコア１１が小さくなるように、コア用樹脂Ｐ２の吐出量又はニードルＮの移動速度が調整される。

以上のようにニードルＮを移動させた後には、クラッド用樹脂Ｐ１及びコア用樹脂Ｐ２に対して紫外線露光及び熱処理を行うことにより、クラッド用樹脂Ｐ１及びコア用樹脂Ｐ２を硬化させる。そして、箱状体Ｂの壁部を成す切り落とし部Ｂ１を切り落とし、コア用樹脂Ｐ２の書き始め部分Ｂ２を切除することにより導波路１０が完成する。このように、書き始め部分Ｂ２を切除することにより、コア１１の径及び形状が不安定な部分を取り除くことができる。また、硬化後は、図８に示されるように、第２端部１０Ｂから第１端部１０Ａに向かうにつれてモードフィールド径は小さくなる。なお、導波路１０のコア１１の屈折率分布は、ステップインデックス型ではなく、コア１１からクラッド１２に向かうに従って屈折率が徐々に小さくなる屈折率分布型である。すなわち、硬化後の状態では、硬化前のクラッド用樹脂Ｐ１とコア用樹脂Ｐ２が混在した領域が存在する。そのため、コア１１は、材料による境界ではなく、屈折率で定義される。硬化後の状態（図１〜図３）では、説明を分かりやすくするために、コア１１をコア径ではなく、モードフィールド径で模式的に表している。

続いて、図２及び図３を参照しながら光ファイバ３の固定方法について説明する。前述したように、フェルール２の後部２ｄに設けられた導入孔５から光ファイバ保持孔２ｆに光ファイバ３を挿入し、光ファイバ３の先端面３ｃをファイバ突き当て部２ｈに突き当てる。その後、クラッド１２を成すクラッド用樹脂Ｐ１を光ファイバ３及び光ファイバ保持孔２ｆに流し込む。

また、必要に応じて窓４又は導入孔５から光ファイバ保持孔２ｆに接着剤を流し込んでもよい。但し、クラッド用樹脂Ｐ１を光ファイバ保持孔２ｆの全体に流し込める場合には上記の接着剤は不要である。そして、クラッド用樹脂Ｐ１を硬化させることにより、光ファイバ３がクラッド１２によって光ファイバ保持孔２ｆに固定される。

次に、本実施形態に係る光コネクタ１から得られる作用効果について説明する。

光コネクタ１では、第１端部１０Ａにおける導波路１０のモードフィールド径は、第２端部１０Ｂにおける導波路１０のモードフィールド径より小さい。従って、第１端部１０Ａにおける導波路１０のモードフィールド径と第２端部１０Ｂにおける導波路１０のモードフィールド径とは互いに異なるので、導波路１０はスポットサイズ変換機能を有している。このように、光コネクタ１の一部にスポットサイズ変換機能を有する部分を設けることができる。従って、シリコンフォトニクス素子に対して光コネクタ１を着脱することにより、スポットサイズ変換機能を有する部分の交換を容易に行うことができる。

また、導波路１０は、複数のコア１１を有する。よって、導波路１０の複数のコア１１のそれぞれに光ファイバ３を光結合することができる。従って、導波路１０に複数の光ファイバ３を同時に光結合することができる。

また、光ファイバ３は、クラッド１２（クラッド用樹脂Ｐ１）によって光ファイバ保持孔２ｆに固定されている。よって、光ファイバ保持孔２ｆに光ファイバ３を挿入し、この状態で光ファイバ保持孔２ｆに導波路１０のクラッド１２を流し込むことによって、光ファイバ３を光ファイバ保持孔２ｆ内で固定することができる。従って、導波路１０のクラッド１２を光ファイバ３の固定のために用いることができると共に、光ファイバ３を接着固定する接着剤の量を減らすことができる。

よって、光ファイバ３の接着工程を短縮することができると共に、接着剤にかかるコストを抑えることができる。また、上記接着剤のみを使用して光ファイバを接着固定する場合、光ファイバ保持孔から端面に接着剤が溢れだすという問題が生じる可能性がある。しかしながら、本実施形態に係る光コネクタ１は、光学端面２ｇ側から光ファイバ保持孔２ｆにクラッド用樹脂Ｐ１を流し込む構成とされているため、上記のように端面から接着剤が溢れる問題は発生しない。

また、フェルール２は、光ファイバ保持孔２ｆに挿入された光ファイバ３が突き当たるファイバ突き当て部２ｈを有する。よって、ファイバ突き当て部２ｈに光ファイバ３を突き当てることにより、光ファイバ保持孔２ｆ内における光ファイバ３の位置決めを容易に行うことができる。従って、光ファイバ３とフェルール２との位置精度を容易に高めることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光コネクタについて図９〜図１１を参照しながら説明する。図９に示されるように、第２実施形態の光コネクタ２１は、ファイバ突き当て部２ｈとは形状が異なるファイバ突き当て部２２ｈが設けられたフェルール２２を備える。以下では、第１実施形態と重複する説明を適宜省略する。

図１０は、方向Ａ１及び方向Ａ３に延びる平面で切断したときのファイバ突き当て部２２ｈの断面図を示している。図１１は、方向Ａ１及び方向Ａ２に延びる平面で切断したときのフェルール２２の断面図を示している。図１０及び図１１に示されるように、ファイバ突き当て部２２ｈは、フェルール２２の内壁から矩形状に突出した溝状とされている。光ファイバ保持孔２ｆに方向Ａ２に挿入された光ファイバ３は、ファイバ突き当て部２２ｈに突き当たる。従って、第１実施形態と同様、光ファイバ３の先端面３ｃがファイバ突き当て部２２ｈに突き当たることにより、方向Ａ２における光ファイバ３の位置決めがなされる。

第２実施形態に係る光コネクタ２１では、第１実施形態と同様、ファイバ突き当て部２２ｈに光ファイバ３を突き当てることにより、光ファイバ保持孔２ｆ内における光ファイバ３の位置決めを容易に行うことができるので、光ファイバ３とフェルール２２との位置精度を容易に高めることができる。このように、ファイバ突き当て部は、形状を適宜変更することが可能であり、形状を変更しても前述と同様の効果を得ることが可能である。

以上、実施形態に係る光コネクタについて説明したが、本発明に係る光コネクタは、前述の各実施形態のものに限定されず種々の変形が可能である。例えば、前述の実施形態では、平坦状の端面２ａを有するフェルール２について説明したが、端面にガイドピンが挿入される１つ又は複数のガイド孔が形成されていてもよい。更に、当該ガイド孔にガイドピンが挿入されていてもよい。例えば、図１に示されるコア１１の方向Ａ１の両側に一対のガイド孔が形成されていてもよく、この場合、一対のガイド孔を測定又は評価の基準として用いることが可能となる。

また、前述の実施形態では、複数のコア１１を備えた導波路１０について説明したが、導波路のコアの数は、１つであってもよく特に限定されない。

１，２１…光コネクタ、２，２２…フェルール、２ａ…端面、２ｂ…上面、２ｃ…側面、２ｄ…後部、２ｆ…光ファイバ保持孔、２ｇ…光学端面、２ｈ，２２ｈ…ファイバ突き当て部、３…光ファイバ、３ａ…コア（モードフィールド径）、３ｂ…クラッド、３ｃ…先端面、４…窓、５…導入孔、１０…導波路、１０Ａ…第１端部、１０Ｂ…第２端部、１１…コア（モードフィールド径）、１２…クラッド、Ａ１，Ａ２，Ａ３…方向、Ｂ…箱状体、Ｂ１…切り落とし部、Ｂ２…書き始め部分、Ｎ…ニードル、Ｐ１…クラッド用樹脂、Ｐ２…コア用樹脂。

Claims (4)

1. 光ファイバと、
   前記光ファイバが挿入及び保持される光ファイバ保持孔、及び前記光ファイバが露出する光学端面を有するフェルールと、
   前記フェルールの前記光学端面に取り付けられる導波路と、
   を備え、
   前記導波路は、コアと、クラッドと、前記コアが露出する第１端部と、前記第１端部の反対側において前記光学端面に接続する第２端部と、を有し、
   前記導波路のモードフィールド形状は円形状であり、
   前記第１端部における前記導波路のモードフィールド径は、前記第２端部における前記導波路のモードフィールド径より小さく、
   前記第２端部における前記導波路のモードフィールド径は、前記光ファイバのモードフィールド径と略同一である、
   光コネクタ。
2. 前記導波路は、複数の前記コアを有する、
   請求項１に記載の光コネクタ。
3. 前記光ファイバは、前記クラッドによって前記光ファイバ保持孔に固定されている、
   請求項１又は２に記載の光コネクタ。
4. 前記フェルールは、前記光ファイバ保持孔に挿入された前記光ファイバが突き当たるファイバ突き当て部を有する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の光コネクタ。

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