JP2019015813A - 光レセプタクル、ファイバスタブ及び光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ファイバスタブによる電磁適合性の低下を抑制することができる光レセプタクル、ファイバスタブ及び光モジュールを提供する。【解決手段】光レセプタクルは、第１方向に延びるファイバ保持孔、及びファイバ保持孔の開口を含む先端面を有するフェルールと、ファイバ保持孔に挿入され、一端が開口から露出する光ファイバと、第１方向に延びる貫通孔を有し、貫通孔内にフェルールを保持する金属部材と、金属部材を保持するとともに光コネクタと接続される外郭部材と、を備え、フェルールの誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料をフェルールの内部に更に備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光レセプタクル、ファイバスタブ及び光モジュールに関する。

特許文献１には、光レセプタクル構造を有する光モジュールが開示されている。この光モジュールは、接続される光ファイバへレーザ光を導くスタブフェルール（ファイバスタブ）と、接続される光ファイバの光コネクタフェルールとスタブフェルールとを保持するスリーブと、スタブフェルールとスリーブとが固定されるホルダと、ホルダと光モジュールとを接続するアダプタと、を備える。

特開２００６−１０６６８０号公報 特開２００８−１５１９５６号公報 特開２０１３−５０５１２号公報

光通信システムに用いられる光モジュールは、光ファイバの先端に取り付けられた光コネクタと接続される光レセプタクルと、発光素子若しくは受光素子といった光デバイスとを備える。光レセプタクルは、光コネクタフェルールと物理的な接触（フィジカルコンタクト）を行うファイバスタブを備えている。フィジカルコンタクトとは、光ファイバを挿通させた円筒形状の光コネクタフェルール及びファイバスタブの光ファイバ端面を含む先端面を球状に研磨し、光コネクタフェルール及びファイバスタブを相互に突き当てて接触部分に高い応力場（ヘルツ応力）を生じさせ、光ファイバ端面同士の隙間を無くす技術である。このような技術により、発光素子への戻り光を防止することができ、また光コネクタ接続部での反射による損失を軽減することができる。

しかしながら、ファイバスタブの材料には誘電体であるセラミック（例えばジルコニア）が一般的に用いられる。従って、ファイバスタブが電磁波の通り道となり、光モジュールの電磁適合性（Electromagnetic Compatibility：ＥＭＣ）が低下する虞がある。例えば、光モジュール内の高速の電気信号によって発生した電磁波がファイバスタブを減衰しながらも通過して光モジュールの外部に放射されるという現象が起こり得る。特に、このような現象は、電気信号の通信レートが２５Ｇｂｐｓを超えるなど、電気信号の速度が速くなるほど起こり易くなると考えられる。本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ファイバスタブによる電磁適合性の低下を抑制することができる光レセプタクル、ファイバスタブ及び光モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、一実施形態に係る光レセプタクルは、第１方向に延びるファイバ保持孔、及びファイバ保持孔の開口を含む先端面を有するフェルールと、ファイバ保持孔に挿入され、一端が開口から露出する光ファイバと、第１方向に延びる貫通孔を有し、貫通孔内にフェルールを保持する金属部材と、金属部材を保持するとともに光コネクタと接続される外郭部材と、を備え、フェルールの誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料をフェルールの内部に更に備える。

本発明による光レセプタクル、ファイバスタブ及び光モジュールによれば、ファイバスタブによる電磁適合性の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光レセプタクルの側面図である。 図２は、第１実施形態に係る光レセプタクルを前方から見た斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る光レセプタクルを後方から見た斜視図である。 図４は、図１のIV−IV線に沿った断面図である。 図５は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 図６は、フェルールの第１領域と金属部材とを示す断面図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る光モジュールの構成を示す断面図である。 図８は、実施例における計算モデルの断面を示す図である。 図９は、図８に示された計算モデルにおける電磁波の伝搬定数と、低誘電率領域の直径の割合との相関を算出した結果を示すグラフである。 図１０は、図８に示された計算モデルにおける電磁波の伝搬定数と、低誘電率領域の直径の割合との相関を算出した結果を示すグラフにおいて、伝搬定数が虚数となる範囲を更に含む。

［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。一実施形態に係る光レセプタクルは、第１方向に延びるファイバ保持孔、及びファイバ保持孔の開口を含む先端面を有するフェルールと、ファイバ保持孔に挿入され、一端が開口から露出する光ファイバと、第１方向に延びる貫通孔を有し、貫通孔内にフェルールを保持する金属部材と、金属部材を保持するとともに光コネクタと接続される外郭部材と、を備え、フェルールの誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料をフェルールの内部に更に備える。

通常、光レセプタクルは、光ファイバがフェルール内に保持された構造を有するファイバスタブを備える。光レセプタクルは、さらにファイバスタブが金属部材の貫通孔内に保持された構造を備える。光レセプタクルのこのような構造は、金属部材の貫通孔が複合誘電体（フェルール及び光ファイバ）によって満たされた、円筒導波管とみなすことができる。導波管は遮断周波数を有しており、該周波数以下の電磁波を遮断する。導波管内を満たす誘電体材料の誘電率が高いと遮断周波数が低くなり、周波数の高い電磁波は通過し易くなる。特に、ジルコニアの比誘電率は３３〜４６と高く、石英の比誘電率３．８に対しておおよそ１０倍となっている。このことは、上記円筒導波管の遮断周波数が低下する原因となる。

このような課題に対し、上記の光レセプタクルは、フェルールの内部に設けられた低誘電率材料を備える。フェルールは先端面を含むので、光コネクタフェルールとフィジカルコンタクトを行う。そのため、フェルールの材料としては、靱性及びヤング率が高い材料（例えば高誘電率材料であるジルコニア）が用いられる。一方、低誘電率材料は、誘電率がフェルールよりも低い材料である。低誘電率材料の材料としては、例えば樹脂が用いられる。従って、フェルールを保持する金属部材により構成される導波管の遮断周波数は、この低誘電率材料によって増大することとなる。故に、フェルールを保持する金属部材により構成される導波管を、周波数の高い電磁波が通過しにくくなる。すなわち、上記の光レセプタクルによれば、そのような導波管構造を備えることにより、電磁適合性の低下を抑制することができる。

上記の光レセプタクルにおいて、フェルールは、先端面に対して第１方向に並ぶ基端面と、該基端面に形成された凹部と、を更に有し、低誘電率材料は、凹部に充填されてもよい。例えばこのような構成により、フェルールの内部に低誘電率材料が設けられた光レセプタクルを容易に作製することができる。この場合、ファイバ保持孔は、凹部の底と先端面との間を貫通してもよい。

上記の光レセプタクルにおいて、凹部は、底に向けて次第に内径が小さくなる縮径部を有し、フェルールは、第１方向に沿って貫通孔に圧入されており、フェルールと貫通孔との第１方向における接触範囲の先端面側の端に対して、凹部の底が先端面側に位置してもよい。これにより、フェルールの金属部材への圧入部分の十分な強度を保ちつつ、周波数の高い電磁波を効果的に遮蔽することができる。従って、凹部の深さをより深くすることが可能となり、フェルールの強度の低下を抑制しつつ、金属部材の貫通孔内部の誘電率をより低下させて周波数の高い電磁波を効果的に遮蔽することができる。

上記の光レセプタクルにおいて、凹部の内径は、フェルールの外径の０．４倍以上０．５倍以下であってもよい。本発明者の知見によれば、凹部の内径とフェルールの外径とがこのような関係を有する場合に、高速光通信に用いられる周波数（２５ＧＨｚ）付近およびそれ以上の周波数の電磁波を効果的に遮蔽することができる。

上記の光レセプタクルにおいて、フェルールはジルコニアにより形成され、低誘電率材料は樹脂により形成されてもよい。例えばこのような構成により、光コネクタフェルールとフィジカルコンタクトを行うフェルールと、金属部材の貫通孔内部の誘電率を低下させて導波管の遮断周波数を増大させるための低誘電率材料とを好適に実現することができる。この場合、低誘電率材料はエポキシ樹脂であってもよい。

一実施形態に係るファイバスタブは、第１方向に延びるファイバ保持孔、及びファイバ保持孔の開口を含む先端面を有するフェルールと、ファイバ保持孔に挿入され、一端が開口から露出する光ファイバと、を備え、フェルールの誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料をフェルールの内部に更に備える。このファイバスタブによれば、上述した光レセプタクルと同様に、ファイバスタブによる電磁適合性の低下を抑制することができる。

一実施形態に係る光モジュールは、上記いずれかの光レセプタクルと、光ファイバの他端と光学的に結合される光デバイスと、光ファイバの他端と光デバイスとの間の光路上に配置されるレンズと、金属部材及び外郭部材の少なくとも一方に固定され、光デバイス及びレンズを収容するパッケージと、を備える。このファイバスタブによれば、上述した光レセプタクルを備えることにより、ファイバスタブによる電磁適合性の低下を抑制することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光レセプタクル、ファイバスタブ及び光モジュールの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれら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意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光レセプタクル１Ａの側面図である。図２は、本実施形態に係る光レセプタクル１Ａを前方から見た斜視図である。図３は、本実施形態に係る光レセプタクル１Ａを後方から見た斜視図である。図４は、図１のIV−IV線に沿った断面図である。図５は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図１〜図５に示されるように、本実施形態の光レセプタクル１Ａは、ファイバスタブ（スタブフェルール）２Ａと、金属部材４０と、スリーブ５０と、外郭部材（シェル）６０とを備える。ファイバスタブ２Ａは、フェルール１０と、光ファイバ１１と、低誘電率材料３０とを備える。

フェルール１０は、円筒形状（または円柱形状）を有する部材である。フェルール１０の中心軸線は方向Ａ１に沿って延びており、フェルール１０の該中心軸線に垂直な断面は円形である。フェルール１０は、方向Ａ１において並ぶ基端面１０ａ及び先端面１０ｂを有する。先端面１０ｂは、光レセプタクル１Ａに接続される光コネクタのフェルールとフィジカルコンタクトを行う面であって、例えば球面状に研磨されている。基端面１０ａは、先端面１０ｂとは反対側の面であって、この光レセプタクル１Ａが取り付けられる光モジュールと対向する。基端面１０ａは、フェルール１０の中心軸線に垂直な面に対して僅かに（例えば８°程度）傾斜している。フェルール１０は、円柱面である外周面１０ｃを更に有する。

フェルール１０は、ファイバ保持孔２１を更に有する。ファイバ保持孔２１は、方向Ａ１に沿って延びており、フェルール１０の中心軸上に形成されている。ファイバ保持孔２１の断面は円形状であり、その内径は光ファイバ１１の外径よりも僅かに大きい。ファイバ保持孔２１の一方の開口は先端面１０ｂに含まれ、ファイバ保持孔２１の他方の開口は基端面１０ａに含まれる。すなわち、ファイバ保持孔２１は、フェルール１０の基端面１０ａと先端面１０ｂとの間を方向Ａ１に沿って貫通している。

光ファイバ１１は、例えばシングルモードファイバであって、樹脂被覆が除去された裸ファイバである。光ファイバ１１は、例えば石英製である。光ファイバ１１は、方向Ａ１を長手方向（光軸方向）として延びており、一端１１ａ及び他端１１ｂを有する。光ファイバ１１は、ファイバ保持孔２１に挿入され、先端面１０ｂ側のファイバ保持孔２１の開口から一端１１ａが露出し、基端面１０ａ側のファイバ保持孔２１の開口から他端１１ｂが露出する。一端１１ａは、光レセプタクル１Ａに接続される光コネクタ側の光ファイバの一端と接触する。他端１１ｂは、この光レセプタクル１Ａが取り付けられる光モジュールの内蔵光部品（発光素子、受光素子など）と光学的に結合される。光ファイバ１１の外径は、例えば１２５μｍである。

本実施形態のファイバスタブ２Ａは、フェルール１０の内部に低誘電率材料３０を有する。図６は、ファイバスタブ２Ａのフェルール１０と金属部材４０とを示す断面図である。フェルール１０は、少なくとも先端面１０ｂを含み、本実施形態では基端面１０ａと、先端面１０ｂと、外周面１０ｃとを含んでいる。すなわち、フェルール１０は、立体としては、上述の通り円柱形状をしており、中心軸線方向（方向Ａ１）の一方の端に円形状の基端面１０ａを含み、他方の端に円形状の先端面１０ｂを含んでいる。ただし、上述の通り基端面１０ａは中心軸線に垂直ではなく、僅かに傾いている。フェルール１０は、例えばジルコニア（ＺｒＯ₂）製である。靱性及びヤング率が高いジルコニアによってフェルール１０が構成されることにより、先端面１０ｂにおいてフィジカルコンタクトを好適に行うことができる。また、フェルール１０は、基端面１０ａに形成された凹部２２を有する。凹部２２は方向Ａ１を深さ方向として形成されており、方向Ａ１に垂直な断面の形状は例えば円形である。一例では、凹部２２の中心軸線は、フェルール１０の中心軸線と重なる。

本実施形態の凹部２２は、主部２２ａ及び縮径部（テーパ部）２２ｂを有する。主部２２ａは、基端面１０ａから方向Ａ１に沿って円柱状に延びている。凹部２２の内径すなわち主部２２ａの内径Ｌ１は、光ファイバ１１の外径よりも大きく、フェルール１０の外径Ｌ２よりも小さい。主部２２ａの内径Ｌ１は、例えばフェルール１０の外径Ｌ２の０．４倍以上０．５倍以下である。なお、フェルール１０の外径Ｌ２は、例えば１．２５ｍｍである。縮径部２２ｂは、主部２２ａに対して先端面１０ｂ側に設けられている。縮径部２２ｂの内径は、主部２２ａとの接続位置から凹部２２の底２２ｃに向けて次第に小さくなっている。なお、凹部２２の底（すなわち縮径部２２ｂの頂部）２２ｃは、フェルール１０の中心軸線上に位置する。前述したファイバ保持孔２１は、凹部２２の底２２ｃと先端面１０ｂとの間を貫通している。

再び図１〜図５を参照する。低誘電率材料３０は、フェルール１０の誘電率よりも低い誘電率を有する材料である。フェルール１０がジルコニア製である場合、その比誘電率は３８〜４０なので、低誘電率材料３０の比誘電率はこれよりも低く（例えば光ファイバ１１の比誘電率と同等かそれ以下に）設定される。低誘電率材料３０は、例えば樹脂であり、一実施例ではエポキシ樹脂である。低誘電率材料３０は、凹部２２に充填されている。言い換えれば、低誘電率材料３０は凹部２２とほぼ同じ形状を有しており、凹部２２の内面と接している。従って、低誘電率材料３０は、方向Ａ１に沿った中心軸線を有する略円柱形状を有する。本実施形態の低誘電率材料３０は、基端面１０ａの一部（フェルール１０の中心軸線周りの部分）を含んでいる。また、本実施形態の低誘電率材料３０は、ファイバ保持孔２１から方向Ａ１に沿って延出された光ファイバ１１を保持する。

金属部材４０は、方向Ａ１に延びる貫通孔４１を有し、貫通孔４１内にファイバスタブ２Ａを保持する部材である。金属部材４０は、例えばステンレスといった金属材料からなる。図３に示されるように、金属部材４０は方向Ａ１に沿って延びる円筒形状を有する。また、図６に示されるように、金属部材４０は、基端面４２及び先端面４３、並びに外周面４４を有する。基端面４２及び先端面４３は方向Ａ１において並んでおり、貫通孔４１は基端面４２と先端面４３との間を貫通している。方向Ａ１に垂直な貫通孔４１の断面は円形である。基端面４２は、例えば、この光レセプタクル１Ａが取り付けられる光モジュールの筐体と当接する。

図６に示されるように、金属部材４０は、貫通孔４１として、基端面４２側の第１の部分４１ａと、先端面４３側の第２の部分４１ｂとを含む。第１の部分４１ａは、基端面４２から方向Ａ１に沿って貫通孔４１の中央付近まで延びている。第２の部分４１ｂは、先端面４３から方向Ａ１に沿って貫通孔４１の中央付近まで延びている。そして、第１の部分４１ａ及び第２の部分４１ｂは、貫通孔４１の中央付近において相互に連結（連通）している。第１の部分４１ａの内径は、前述したフェルール１０の外径Ｌ２と同じか、それよりも僅かに小さい。なお、ファイバスタブ２Ａの外形は、フェルール１０の形状によって決まるので、第１の部分４１ａの内径は、ファイバスタブ２Ａの外径Ｌ２と同じか、それよりも僅かに小さい。第２の部分４１ｂの内径は、フェルール１０の外径Ｌ２よりも大きい。ファイバスタブ２Ａの外形は、フェルール１０の形状によって決まるので、第２の部分４１ｂの内径は、ファイバスタブ２Ａの外径Ｌ２よりも大きい。このように、第１の部分４１ａの内径は第２の部分４１ｂの内径よりも小さいので、第１の部分４１ａと第２の部分４１ｂとの間には段差面４５が形成されている。段差面４５は、フェルール１０の中心軸線を囲む円環状の面であり、方向Ａ１と交差している。図６にて、段差面４５は、貫通孔４１の中心付近に位置しているが、必ずしもこのように限定される必要は無く、例えば、光レセプタクル１Ａの形状に応じて、より基端面４２の近くに位置しても良いし、あるいは、より先端面４３の近くに位置しても良い。

前述したファイバスタブ２Ａは、方向Ａ１に沿って、金属部材４０の貫通孔４１の第１の部分４１ａに圧入されている。すなわち、ファイバスタブ２Ａ（フェルール１０）の外周面１０ｃは、第１の部分４１ａの内面と接しており、これによりファイバスタブ２Ａが金属部材４０に固定されている。具体的には、フェルール１０の基端面１０ａ側の一部が第１の部分４１ａに段差面４５側から圧入されている。基端面１０ａは第１の部分４１ａの内部に位置しており、フェルール１０の先端面１０ｂ側の残部が段差面４５から方向Ａ１に沿って前方に突出している。フェルール１０と貫通孔４１との方向Ａ１における接触範囲（図６の範囲Ｃ）の先端面１０ｂ側の端（すなわち段差面４５）に対して、凹部２２の底２２ｃは先端面１０ｂ側に位置する。言い換えれば、方向Ａ１における低誘電率材料３０の長さ（基端面１０ａから凹部２２の底２２ｃまでの距離）は、接触範囲Ｃよりも長い。なお、接触範囲Ｃの長さは、例えば０．９ｍｍである。

再び図１〜図５を参照する。スリーブ５０は、方向Ａ１に沿って延びる円筒状の部材であり、例えばセラミック製である。一例では、スリーブ５０はフェルール１０と同じ材料（例えばジルコニア）からなる。スリーブ５０の内径は、ファイバスタブ２Ａの外径とほぼ等しい。スリーブ５０は、方向Ａ１において並ぶ基端５１及び先端５２を有する。また、スリーブ５０は、外周面５３及び内周面５４を有する。スリーブ５０の基端５１側の開口からは、ファイバスタブ２Ａが挿入されている。言い換えれば、スリーブ５０の基端５１側の一部は、フェルール１０の外周面１０ｃと金属部材４０の貫通孔４１の第２の部分４１ｂとの隙間に挿入されている。従って、スリーブ５０の基端５１は段差面４５と接しており、スリーブ５０の外周面５３は第２の部分４１ｂと接しており、スリーブ５０の内周面５４はファイバスタブ２Ａの外周面１０ｃと接している。スリーブ５０の先端５２側の開口からは、光コネクタフェルールが挿入される。ファイバスタブ２Ａの先端面１０ｂと光コネクタフェルールの先端面とは、スリーブ５０内において互いに接触する。これにより、フェルール１０が保持する光ファイバ１１と、光コネクタフェルールが保持する光ファイバとが、高い結合効率でもって互いに光結合される。

外郭部材６０は、金属部材４０を保持するとともに光コネクタと接続される部材である。外郭部材６０は、方向Ａ１に沿って延びる円筒状の部材であり、例えばステンレスといった金属製である。外郭部材６０は、フランジ部６１と、方向Ａ１に沿って延びる貫通孔６２とを有する。また、外郭部材６０は、方向Ａ１において並ぶ基端面６３及び先端部６４を有する。フランジ部６１は、外郭部材６０の外側に向けて突出した円盤状の部分である。フランジ部６１は、外郭部材６０の基端面６３側に設けられており、本実施形態ではフランジ部６１の一方の面が基端面６３を構成する。貫通孔６２は、基端面６３と先端部６４との間を貫通している。方向Ａ１に垂直な貫通孔６２の断面は円形であり、その中心軸線は、ファイバスタブ２Ａ及び金属部材４０の中心軸線と重なる。外郭部材６０は、貫通孔６２の一部として、基端面６３側の第１の部分６２ａと、先端部６４側の第２の部分６２ｂとを含む。第１の部分６２ａは、基端面６３から方向Ａ１に沿って先端部６４付近まで延びている。第２の部分６２ｂは、先端部６４から方向Ａ１に沿って延びている。そして、第１の部分６２ａ及び第２の部分６２ｂは、スリーブ５０の先端５２と先端部６４との間において相互に連結（連通）している。第１の部分６２ａの内径は、スリーブ５０の外周面５３の外径よりも大きく、金属部材４０の外周面４４の外径とほぼ等しい。第２の部分６２ｂの内径は、金属部材４０の外周面４４の外径よりも小さく、スリーブ５０の内周面５４の内径よりも僅かに大きい。このように、第１の部分６２ａの内径は第２の部分６２ｂの内径よりも大きいので、第１の部分６２ａと第２の部分６２ｂとの間には段差面６５が形成されている。段差面６５は、スリーブ５０の先端５２と対向している。

以上の構成を備える本実施形態の光レセプタクル１Ａ及びファイバスタブ２Ａによって得られる効果について説明する。ファイバスタブ２Ａは、光ファイバ１１がフェルール１０内に保持された構造を備える。光レセプタクル１Ａは、さらにファイバスタブ２Ａが金属部材４０の貫通孔４１内に保持された構造を備える。光レセプタクル１Ａの構造は、金属部材４０の貫通孔４１が複合誘電体（フェルール１０及び光ファイバ１１）によって満たされた、円筒導波管とみなすことができる。導波管は遮断周波数を有しており、該周波数以下の電磁波を遮断する。導波管内を満たす誘電体材料の誘電率が高いと遮断周波数が低くなり、周波数の高い電磁波は通過し易くなる。特に、ジルコニアの比誘電率は３３〜４６と高く、石英の比誘電率３．８に対しておおよそ１０倍となっている。このことは、上記円筒導波管の遮断周波数が低下する原因となる。仮に、内径１．２５ｍｍの円筒導波管の内側をジルコニア（比誘電率３３）によって満たすと仮定する。このとき、遮断周波数を計算すると２４．４７ＧＨｚとなる。これに対し、現在主流となっている光通信規格であるＩＥＥＥ８０２．３で規定されている１００Ｇ Ｂａｓｅ−Ｌｘのボーレートは２５．７８１２５Ｇｂ／ｓである。従って、クロック周波数の第二高調波が上記の遮断周波数よりも高くなるので、従来のファイバスタブを備える光レセプタクルでは電磁波の漏洩が懸念される。

このような課題に対し、本実施形態の光レセプタクル１Ａでは、ファイバスタブ２Ａがフェルール１０及びその内部に設けられた低誘電率材料３０を有する。フェルール１０は先端面２０ｂを含むので、光コネクタフェルールとフィジカルコンタクトを行う。そのため、フェルール１０の材料としては、靱性及びヤング率が高い材料（例えば高誘電率材料であるジルコニア）が用いられる。一方、低誘電率材料３０は、誘電率がフェルール１０よりも低い材料である。低誘電率材料３０の材料としては、例えば樹脂が用いられる。従って、ファイバスタブ２Ａが圧入された金属部材４０により構成される導波管の遮断周波数は、この低誘電率材料３０によって増大することとなる。故に、ファイバスタブ２Ａが圧入された金属部材４０により構成される導波管を、周波数の高い電磁波が通過しにくくなる。すなわち、本実施形態の光レセプタクル１Ａによれば、光ファイバに沿ってそのような導波管構造を備えることによって従来のファイバスタブによる電磁適合性の低下を抑制することができる。

また、本実施形態の光レセプタクル１Ａのように、フェルール１０が、基端面２０ａに形成された凹部２２を有し、低誘電率材料３０は、フェルール１０よりも誘電率の低い材料が凹部２２に充填されて成ってもよい。例えばこのような構成により、内部に低誘電率材料３０が設けられたフェルール１０を有する本実施形態のファイバスタブ２Ａを容易に作製することができる。

なお、凹部２２が深いほど、方向Ａ１における低誘電率材料３０の長さが長くなり、周波数の高い電磁波をより効果的に減衰させ、遮蔽することができる。しかし、本実施形態のようにファイバスタブ２Ａを金属部材４０に圧入する場合、ファイバスタブ２Ａの圧入部分には十分な強度（壊れにくさ）が求められる。フェルールの基端面を座繰ることによって凹部２２を形成すると、フェルール材料が金属部材４０に圧入されるときに受ける応力に対して脆弱となる懸念がある。従い、圧入により発生する応力のばらつきを抑制するために、加工上の寸法管理を厳しく行う必要がある。そのため、凹部２２の深さを圧入部分の長さ（接触範囲Ｃの長さ）よりも小さくすることも有り得る。

ファイバスタブ２Ａの金属部材４０への圧入部分の十分な強度を保ちつつ周波数の高い電磁波を効果的に遮蔽するために、本実施形態の光レセプタクル１Ａのように、凹部２２は、底２２ｃに向けて次第に内径が小さくなる縮径部２２ｂを有してもよい。これにより、凹部２２の深さをより深くすることが可能となり、フェルール１０の強度の低下を抑制しつつ、ファイバスタブ２Ａの誘電率をより低下させて周波数の高い電磁波を効果的に遮蔽することができる。例えば、ファイバスタブ２Ａと貫通孔４１との方向Ａ１における接触範囲Ｃの先端面２０ｂ側の端に対して、凹部２２の底２２ｃが先端面２０ｂ側に位置するような構成も可能となる。

また、本実施形態の光レセプタクル１Ａのように、凹部２２の内径Ｌ１は、ファイバスタブ２Ａの外径Ｌ２の０．４倍以上０．５倍以下であってもよい。あるいは、ファイバスタブ２Ａの外径Ｌ２はフェルール１０によって決まる（等しい）ため、フェルール１０の外形の０．４倍以上０．５倍以下であってもよい。後述する実施例において示すように、凹部２２の内径Ｌ１とファイバスタブ２Ａの外径Ｌ２とがこのような関係を有する場合に、高速光通信に用いられる周波数（２５ＧＨｚ）付近およびそれ以上の周波数の電磁波を効果的に遮蔽することができる。

また、本実施形態の光レセプタクル１Ａのように、フェルール１０はジルコニア製であり、低誘電率材料３０は樹脂であってもよい。例えばこのような構成により、光コネクタフェルールとフィジカルコンタクトを行うフェルール１０と、ファイバスタブ２Ａの誘電率を低下させて導波管の遮断周波数を増大させるための低誘電率材料３０とを好適に実現することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る光モジュール３Ａの構成を示す断面図であって、図４に対応する断面を示している。図７に示されるように、本実施形態の光モジュール３Ａは、第１実施形態の光レセプタクル１Ａと、光デバイス７２と、レンズ７３と、パッケージ７０とを備える。光デバイス７２は、光ファイバ１１の他端１１ｂとレンズ７３を介して光学的に結合される。光デバイス７２は、例えば受光素子または発光素子といった能動素子である。受光素子は例えばフォトダイオードである。発光素子は例えば半導体レーザ素子である。レンズ７３は、光ファイバ１１の他端１１ｂと光デバイス７２との間の光路上に配置される。パッケージ７０は、金属部材４０及び外郭部材６０の少なくとも一方（本実施形態では金属部材４０の基端面４２）に固定され、光デバイス７２及びレンズ７３を収容する。パッケージ７０は、光デバイス７２の電磁遮蔽のため金属によって構成されている。パッケージ７０の一端面には、金属部材４０の基端面４２が例えば溶接によって接合されている。パッケージ７０は、信号光Ｌを通過させるための開口７０ａを上記一端面に有する。開口７０ａは、金属部材４０の貫通孔４１の第１の部分４１ａと連通している。また、パッケージ７０の他端面からは、外部装置との電気的な接続のための複数のリード端子７４が突出している。

光デバイス７２が受光素子である場合、光レセプタクル１Ａに接続された光コネクタから光ファイバ１１の他端１１ｂに到達した高速変調された信号光Ｌは、他端１１ｂから出射され、レンズ７３により光デバイス７２の受光面に集光される。光デバイス７２は、入射した信号光Ｌの強度に応じた電気信号を生成する。この電気信号は、複数のリード端子７４のいずれかを介して光モジュール３Ａの外部へ出力される。また、光デバイス７２が発光素子である場合、光デバイス７２は、複数のリード端子７４のいずれかを介して高速変調された電気信号を受け、該電気信号に応じた信号光Ｌを出射する。信号光Ｌは、レンズ７３により光ファイバ１１の他端１１ｂに集光され、光ファイバ１１を伝搬する。光ファイバ１１の一端１１ａに到達した信号光Ｌは、光レセプタクル１Ａに接続された光コネクタに伝わる。

本実施形態の光モジュール３Ａによれば、第１実施形態の光レセプタクル１Ａを備えることにより、従来のファイバスタブによる電磁適合性の低下を抑制することができる。すなわち、光モジュール３Ａにおいては金属製のパッケージ７０によって光デバイス７２の電磁遮蔽を行っているが、電磁波は開口７０ａ及び貫通孔４１を通過することができる。そこで、貫通孔４１内のファイバスタブ２Ａに上記実施形態の構造を適用している。これにより、光デバイス７２の電磁遮蔽を向上し、信号光Ｌの検出精度或いは出力精度を高めることができる。

（実施例）
図８に示されるように、或る比誘電率ε₁を有する円形断面の領域Ａ（直径ａ）と、領域Ａの周囲に設けられ或る比誘電率ε₂を有する円環形断面の領域Ｂ（直径ｂ）とが円筒導波管Ｄの内部に設けられている場合について、電磁波の伝搬特性を算出した結果について説明する。領域Ａは上記実施形態の低誘電率材料３０及び光ファイバ１１に相当し、領域Ｂは上記実施形態のフェルール１０に相当する。なお、電磁波の周波数を２５ＧＨｚとし、ｂ＝１．２５ｍｍ＝０．１０２λ₁（λ₁は電磁波の波長）とした。また、ε₂＝１０ε₁とした。例えば、第１領域２０のジルコニアの比誘電率（３３〜４６）は、光ファイバ１１の石英の比誘電率（３．８）のおよそ１０倍である。

図９は、図８に示されたモデルにおける電磁波の伝搬定数ｋｚと、直径ｂに対する直径ａの割合（ａ／ｂ）との相関を算出した結果を示すグラフである。横軸は比（ａ／ｂ）を表し、縦軸は伝搬定数ｋｚを波数ｋ１で除算した値（ｋｚ／ｋ１）を表す。図８に示されるように、比（ａ／ｂ）が小さいほど、値（ｋｚ／ｋ１）が大きくなっており、電磁波が伝搬しやすいことがわかる。例えば、比（ａ／ｂ）が０．１である場合（すなわち領域Ａが光ファイバ１１のみからなる従来のファイバスタブの場合）、値（ｋｚ／ｋ１）が１．２を超えており、２５ＧＨｚの電磁波がファイバスタブを通過し易くなっている。これに対し、比（ａ／ｂ）が０．１を超える場合（すなわち領域Ａが光ファイバ１１及び低誘電率材料３０によって構成される上記実施形態のファイバスタブ２Ａの場合）では、比（ａ／ｂ）が大きくなるほど値（ｋｚ／ｋ１）が小さくなっており、２５ＧＨｚの電磁波がファイバスタブ２Ａを通過しにくくなる。特に、（ａ／ｂ）＝０．２３８では、（ｋｚ／ｋ１）が０となり、２５ＧＨｚの電磁波が全く伝搬しなくなる（理論的に完全に遮蔽される）。

図１０は、比（ａ／ｂ）が０．２３８よりも大きい範囲（すなわち、伝搬定数ｋｚが虚数となる範囲（虚数であるｋｚを減衰定数という））を更に含むグラフである。図１０に示されるように、比（ａ／ｂ）が大きくなるほど、減衰定数ｋｚが大きくなり、２５ＧＨｚの電磁波の減衰量が増大することがわかる。従って、比（ａ／ｂ）を０．２３８よりも大きく設定すれば、２５ＧＨｚの電磁波をより効果的に遮蔽することができる。なお、電磁波の減衰量は電磁波の伝搬方向における領域Ａの長さ（すなわち方向Ａ１における第２領域３０の長さ）にも依存する。例えば領域Ａの長さが長くなるほど電磁波の減衰量は大きくなり、光レセプタクル１Ａの外部への２５ＧＨｚの電磁波の放射がより抑制される。

また、図１０において、比（ａ／ｂ）を０．５とすると、（ｋｚ／ｋ１）がおよそ２となる。この場合、領域Ａの長さを０．９ｍｍとすると、２５ＧＨｚの電磁波はこの円筒導波管Ｄを通過する際に１６ｄＢ程度減衰する。図１０のグラフに示されるように、比（ａ／ｂ）が０．４以上０．５以下であれば、２５ＧＨｚの電磁波は１２ｄＢ以上減衰し、十分な電磁波遮蔽効果を得ることができる。なお、比（ａ／ｂ）が０．５を超えると遮蔽効果は更に顕著となるが、凹部２２の体積が増えることによってフェルール１０の強度が低下する懸念がある。凹部２２は、例えば樹脂が充填されているにしても、フェルール１０のジルコニアに比べると強度はかなり低下する。従って、比（ａ／ｂ）は０．４以上０．５以下であることが望ましい。上記実施形態のファイバスタブ２Ａであれば、凹部２２の内径Ｌ１が、ファイバスタブ２Ａ（あるいはフェルール１０）の外径Ｌ２の０．４倍以上０．５倍以下であることが望ましい。

本発明による光レセプタクル、ファイバスタブ及び光モジュールは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、図６では、縮径部２２ｂの内面の形状として円錐面（中心軸線に沿った断面が直線状）を例示しているが、縮径部は、底に向けて次第に内径が小さくなる形状であれば特に限定されない。例えば、縮径部の内面は半球面状（中心軸線に沿った断面が曲線状）であってもよい。また、上記実施形態ではフェルール１０の材質としてジルコニアを例示し、低誘電率材料３０の材質として樹脂を例示しているが、フェルール及び低誘電率材料の材質はこれらに限られない。また、上記実施形態ではフェルール１０の基端面２０ａに凹部２２が形成され、凹部２２内に低誘電率材料３０が設けられているが、低誘電率材料は、フェルールの内部に配置されてもよく、フェルールの外周面に形成された凹部内に配置されてもよい。

１Ａ…光レセプタクル、２Ａ…ファイバスタブ、３Ａ…光モジュール、１０…フェルール、１０ａ…基端面、１０ｂ…先端面、１０ｃ…外周面、１１…光ファイバ、１１ａ…一端、１１ｂ…他端、２１…ファイバ保持孔、２２…凹部、２２ａ…主部、２２ｂ…縮径部、２２ｃ…底、３０…低誘電率材料、３３…比誘電率、４０…金属部材、４１…貫通孔、４１ａ…第１の部分、４１ｂ…第２の部分、４２…基端面、４３…先端面、４４…外周面、４５…段差面、５０…スリーブ、５１…基端、５２…先端、５３…外周面、５４…内周面、６０…外郭部材、６１…フランジ部、６２…貫通孔、６２ａ…第１の部分、６２ｂ…第２の部分、６３…基端面、６４…先端部、６５…段差面、７０…パッケージ、７０ａ…開口、７２…光デバイス、７３…レンズ、７４…リード端子、Ｃ…接触範囲、Ｌ…信号光。

Claims (9)

1. 第１方向に延びるファイバ保持孔、及び前記ファイバ保持孔の開口を含む先端面を有するフェルールと、
   前記ファイバ保持孔に挿入され、一端が前記開口から露出する光ファイバと、
   前記第１方向に延びる貫通孔を有し、前記貫通孔内に前記フェルールを保持する金属部材と、
   前記金属部材を保持するとともに光コネクタと接続される外郭部材と、
   を備え、
   前記フェルールの誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料を前記フェルールの内部に更に備える、光レセプタクル。
2. 前記フェルールは、前記先端面に対して前記第１方向に並ぶ基端面と、該基端面に形成された凹部と、を更に有し、
   前記低誘電率材料は、前記凹部に充填されている、請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 前記ファイバ保持孔は、前記凹部の底と前記先端面との間を貫通する、請求項２に記載の光レセプタクル。
4. 前記凹部は、底に向けて次第に内径が小さくなる縮径部を有し、
   前記フェルールは、前記第１方向に沿って前記貫通孔に圧入されており、
   前記フェルールと前記貫通孔との前記第１方向における接触範囲の前記先端面側の端に対して、前記凹部の底が前記先端面側に位置する、請求項２または３に記載の光レセプタクル。
5. 前記凹部の内径は、前記フェルールの外径の０．４倍以上０．５倍以下である、請求項２〜４のいずれか一項に記載の光レセプタクル。
6. 前記フェルールはジルコニアにより形成され、前記低誘電率材料は樹脂により形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光レセプタクル。
7. 前記樹脂はエポキシ樹脂である、請求項６に記載の光レセプタクル。
8. 第１方向に延びるファイバ保持孔、及び前記ファイバ保持孔の開口を含む先端面を有するフェルールと、
   前記ファイバ保持孔に挿入され、一端が前記開口から露出する光ファイバと、
   を備え、
   前記フェルールの誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料を前記フェルールの内部に更に備える、ファイバスタブ。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光レセプタクルと、
   前記光ファイバの他端と光学的に結合される光デバイスと、
   前記光ファイバの前記他端と前記光デバイスとの間の光路上に配置されるレンズと、
   前記金属部材及び前記外郭部材の少なくとも一方に固定され、前記光デバイス及び前記レンズを収容するパッケージと、
   を備える、光モジュール。

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