JP2019113597A - 光接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を低下させることなく、より容易に低損失でマルチコアファイバと光ファイバとが光接続できるようにする。【解決手段】例えば、４本の光ファイバ１０１を束ねて収容するガイド孔を備えたフェルール１０３と、フェルール１０３のガイド孔の一端のファイバ引き出し側に配置され、ファイバ引き出し側より引き出された複数の光ファイバ１０１を収容するチューブ１０４と、フェルール１０３およびチューブ１０４を連結して保持する第１フランジ（保持部品）１０５とを備える。チューブ１０４の内径は、複数の光ファイバ１０１の束の外周の径と略同一或いはわずかに大きく設定されている。また、複数の光ファイバ１０１は、ＭＣＦ１０２の複数のコアの２次元配置に合わせて２次元配置されている。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、光ファイバを相互に接続するための光ファイバ接続構造に関し、より具体的には、１本の媒体に平行に配置された複数のコアを有するマルチコアファイバの複数のコアに対し、個別に光を入力／出力するための光ファイバ接続構造に関する。

近年、動画サービスによる個人トラフィック消費の増加や、クラウドサービスなどによる法人トラフィックの増加に伴い、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、光ファイバを用いた長距離伝送の分野においては、光ファイバ１本あたりの伝送容量の拡大が必要とされている。しかしながら、１本の光ファイバによって伝送できる容量は、耐パワー性や非線形性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、マルチコアファイバをＭＣＦと略す）を利用して、光ファイバの空間利用効率を向上させる技術が提案されている。

ＭＣＦは、図１１Ａ〜図１１Ｃの断面図に例示するように、複数のコア７０１が同一のクラッド７０２に収容されている。図１１Ａ〜図１１Ｃは、導波方向に垂直な断面を示している。なお、図１１Ａ〜図１１Ｃでは、被覆などは省略している。図１１Ａは、コア７０１の数が７の場合を示している。各々のコア７０１の間隔は５μｍ〜５０μｍ程度である。各コア７０１は、六方最密充填の配置に対応する三角格子を形成するように配置されており、以下、この配置構成を三角配置型と呼ぶ。図１１Ｂは同様の三角配置型の配置でコア７０１の数を１９としている。また、図１１Ｃは、コア７０１の数が４の場合を示している。この例では、各コア７０１は、長方形を形成するように配置されている。

上述の各構成において、ＭＣＦの複数のコアは、ファイバの長手方向について平行に配置される。基本的には、各コアに沿って、別々の光信号が伝送される。したがって、１本の光ファイバの中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。

ここで、ＭＣＦのクラッド径は、単一のコアを有する光ファイバ（概ねφ８０〜１２５μｍ）と同程度の径、または、単一のコアを有する光ファイバより大きい径である(概ねφ１２５μｍ〜３００μｍ)。これらは、クロストーク特性により決めることができ、コア数が多いほどクラッド径が大きくなる傾向がある。図１１Ｃに示すような４〜８コア程度であれば、１２５μｍと、通常の光ファイバと同様のクラッド径で実現することができ、曲げやすさや通常の光ファイバとの互換性の観点から取り扱いが容易である。

ＭＣＦは上述のコア数の違いやコア配置の違いのように、複数のパターンが提案されており、コア数の違いやコア配置以外でも、複数の観点から分類できる。例えば、前述のように各コアを伝搬する光が結合しないよう設計した非結合型ＭＣＦのほかに、積極的に各コアを伝搬する光が結合するように設計した結合型ＭＣＦといった分類もできる。また、各コアの屈折率やコア径を変えた構成、コアの周囲に１〜２０μｍ程度の第２クラッド層を設けたトレンチ型と呼ばれる構成、さらに、各コアの周りに微小な空孔を設けたフォトニック結晶型と呼ばれる構成も提案されている。

ＭＣＦにおいて、コアごとに別々の信号を伝送させるためには、ＭＣＦの複数のコアと、各々が単一のコアを有する複数本の光ファイバとの間で個別に光を入出力させる必要がある。以下、ＭＣＦと接続される８０μｍφから１２５μｍφ程度のクラッド径を持った単一のコアを有するファイバを、「通常の光ファイバ」と定義する。ＭＣＦと通常の光ファイバとの間で、光を入出力可能とするために、ＭＣＦ用ファンアウト部品が必要となる。このように、光の入出力を可能とする接続を「光接続」と定義する。

このファンアウトを実現するうえでカギとなるのは、前述のＭＣＦの各コア配置をいかにして展開するかである。すなわち、ＭＣＦは図１１Ａ，図１１Ｂ，図１１Ｃを用いて説明したように、光軸断面におけるコア配置が２次元的に配置されており、かつ、コア間隔ｄが通常の光ファイバ径よりも小さく（例えば２０μｍ〜５０μｍ程度）設定されている。しかしながら、これまでの光ファイバ用光デバイスでは、コア配置の多くが、通常の光ファイバ径に合わせて、１次元状に複数コアが配置されたアレイ構造となっている。このため、ファンアウトを実現するうえでは、コア間隔の小さい２次元配置構造から、通常の光ファイバ径と適合する間隔で１次元配置構造へ変換する配列変換構造が必要である。

これらを実現するうえで、空間結合を用いる技術（例えば非特許文献１）や３次元導波路を用いる技術（例えば非特許文献２）、細径ファイバを用いる方法（例えば非特許文献３）など、いくつかの技術が提案されている。

この中で、細径ファイバを用いた技術では、ＭＣＦのコア間隔ｄと同程度またはそれ以下（１０μｍ〜５０μｍ）までクラッド径を細径化した複数本の細径ファイバを用い、複数本の細径ファイバをＭＣＦのコアと一致するように配置する。以下では、ＭＣＦのコア間隔ｄと同程度またはそれ以下のクラッド径（１０μｍ〜５０μｍ）の光ファイバを、「細径ファイバ」と定義する。細径ファイバを用いた技術は、接続部品を比較的小型に作ることができる。

図１２Ａ，図１２Ｂは、従来技術の微細なガイド孔を有するフェルールを使用したファンアウト部品の断面構造を示す図である。この接続構造では、複数の光ファイバ８０１とＭＣＦ８０２とが光接続される。複数の光ファイバ８０１は、途中から被覆が除去され、エッチング或いは延伸などにより細められた細径ファイバ８０４とされ、第１フェルール８０３に収容されている。一方、ＭＣＦ８０２は、所定の領域に被覆が除去されて第２フェルール８０５に収容されている。

また、第２フェルール８０５に収容されているＭＣＦ８０２の各コアは、第１フェルール８０３に収容されている複数の細径ファイバ８０４と光接続する。第１フェルール８０３と第２フェルール８０５とは、割が入った割スリーブ８０６に嵌入されている。

第１フェルール８０３は、第１フランジ８０７に嵌合して一体化されており、第１フランジ８０７において、光ファイバ８０１が細径ファイバ８０４とされている領域を中心に接着剤８０８で接着固定されている。図１２Ｂの断面図に示すように、第１フェルール８０３のガイド孔には、例えば、７本の細径ファイバ８０４が最密充填状態で収容されている。光ファイバ８０１に連続している各細径ファイバ８０４は、コア８０１ａと、クラッド８０１ｂとから構成されている。また、各細径ファイバ８０４の周囲には、接着剤８０３ａが充填されている。

第２フェルール８０５は、第２フランジ８０９に嵌合して一体化されており、第２フランジ８０９において、第２フェルール８０５に収容されているＭＣＦ８０２を接着剤８１０で接着固定している。

上述した構成により、ＭＣＦ８０２の各コアは、細径ファイバ８０４の各コアと光接続して複数の光ファイバ８０１と光接続している。この接続構造を用いることで、長距離伝送向けに１本の光ファイバで１Ｐｂ／ｓを超える伝送が実現されている（例えば非特許文献４）。

また、長距離伝送のほかにも、上述したＭＣＦを短中距離伝送へ応用することも想定されており、例えば装置内・装置間の通信にＭＣＦを利用することで、従来の多芯ファイバ配線と同様の伝送容量を１本のＭＣＦで伝送することができ、光ファイバ配線のスマート化への応用も検討されている。

ここで、短中距離伝送においては、プリント基板上に配置されたレーザダイオードなどの光発光素子とフォトダイオードなどの光受光素子とを用いることで伝送が実現されている。伝送方式などによって、光発光素子には、光変調素子などが集積あるいはディスクリートに接続され、さらに電気-光変換を行うドライバなどと接続されることで、光送信機として、プリント基板上に実装されている。

同様に、光受光素子には、光処理機などが適宜集積、あるいはディスクリートに接続され、さらに光-電気変換を行う電気増幅回路などと接続されることで、プリント基板上に光受信機として実装されている。これら光送信機、光受信機を一体化した光送受信機などがパッケージ内やプリント基板上に集積され、光ファイバなどの光伝送媒体と光学的に接続されることで、短中距離通信が実現されている。

光発光素子や光受光素子、光変調素子としては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体や、インジウムリン（ＩｎＰ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）等に代表されるＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いたものが実用化されており、近年では、これらに光の伝搬機構を有するシリコン光回路やインジウムリン光回路などを集積した光導波路型の光送受信機が発展している。また変調素子としては、半導体のほかに、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの強誘電体系やポリマーなどを用いる場合もある。

以降、上記の光の伝搬、導波機構を有する光発光素子、光受光素子、光変調素子などをまとめて単に、光導波路デバイスとよぶこととする。上述したＭＣＦの適用には、ＭＣＦの各コアと前記光導波路デバイスの各コアとを接続することが必要となる。

また、上述した発光素子や受光素子などを集積された光導波路デバイスは、一般に基板上にクラッド層および導波機構を有するコア層が形成されており、複数のコアを有する場合、そのコア配置は、光軸断面でみると１次元にアレイ化されている。このため、２次元配置を有するＭＣＦを用いる場合、ＭＣＦの各コアと接続するためには、ファンアウト部品を介する必要がある。

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前述したＭＣＦの各コア間の距離（コアピッチ）は、最大５０μｍ以下程度、多くは４０μｍ以下程度である。この場合に、前述したように細径ファイバを用いて、ファンアウト部品（光接続構造）を実現する際には、細径ファイバのクラッド径をコアピッチと同程度に小さくし、フェルールの微細なガイド孔に細径ファイバを挿入して収容する必要がある。しかしながら、細径ファイバの径の低下に伴い、細径ファイバの剛性が低下し、ファイバ挿入時の取り扱いなどが煩雑化し、製造性を下げるという問題があった。

特に、細径ファイバの径が４０μｍ以下程度となると、上述した問題は顕著であり、細径ファイバを微細なガイド孔に挿入する際の摩擦力で、細径ファイバが座屈するなどして、挿入が困難になる場合もある。ガイド孔を大きくすることで、細径ファイバの挿入時の摩擦力は低減できるが、この場合は複数の光ファイバの最密充填が乱れ、結果として、マルチコアファイバとの接続損失が大きくなってしまう。このように、従来では、ＭＣＦと光ファイバとの間を、製造の容易性を低下させることなく、低損失で光接続することが容易ではなかった。

また、小型のパッケージ内やボード内で、上述した光接続構造を取り回す際、光接続構造における細径ファイバを束ねた根元付近に、取り回しの際の曲げ応力などが集中し、ファイバ折れなどの信頼性を劣化させるとういう大きな課題があった。特に、発光素子や受光素子などが集積された光導波路デバイスと接続する際には、小型な取り回しが必要となり、信頼性上の大きな課題となっていた。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、信頼性を低下させることなく、より容易に低損失でマルチコアファイバと光ファイバとが光接続できるようにすることを目的とする。

本発明に係る光接続構造は、複数の光ファイバとマルチコアファイバとを光接続する光接続構造であって、複数の光ファイバを束ねて収容するガイド孔を備えたフェルールと、ガイド孔の一端のファイバ引き出し側に配置され、ファイバ引き出し側より引き出された複数の光ファイバを収容するチューブと、フェルールおよびチューブを連結して保持する保持部品とを備え、ガイド孔に収容された複数の光ファイバは、ガイド孔の他端の光接続端で、マルチコアファイバと光接続する。

上記光接続構造において、複数の光ファイバの各々は、被覆を備え、ガイド孔に収容されている部分の複数の光ファイバの各々は被覆を除去され、チューブに収容された複数の光ファイバは、フェルールの領域においてマルチコアファイバの複数のコアの配置に合わせて２次元配置されている。

上記光接続構造において、チューブの内径は、複数の光ファイバの束の外周の径と略同一或いはわずかに大きく設定されている。

上記光接続構造において、ガイド孔とチューブとの連結部において、ガイド孔およびチューブは、同軸上で直列に連結されている。

上記光接続構造において、チューブは、接着剤により保持部品のチューブ収容領域に接着固定されて保持されている。

以上説明したように、本発明によれば、フェルールの複数の光ファイバを束ねて収容するガイド孔の一端のファイバ引き出し側に、ファイバ引き出し側より引き出された複数の光ファイバを収容するチューブを配置したので、信頼性を低下させることなく、より容易に低損失でマルチコアファイバと光ファイバとが光接続できるという優れた効果が得られる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１における光接続構造の構成を示す構成図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１における光接続構造の一部構成を示す断面図である。 図１Ｃは、本発明の実施の形態１における光接続構造の一部構成を示す断面図である。 図２は、従来の光接続構造の構成を示す構成図である。 図３Ａは、チューブ２０４の構成を示す構成図である。 図３Ｂは、チューブ２０４ａの構成を示す構成図である。 図４は、本発明の実施の形態２における光接続構造の構成を示す構成図である。 図５は、本発明の実施の形態２における他の光接続構造の構成を示す構成図である。 図６Ａは、チューブ４０４の構成を示す断面図である。 図６Ｂは、ＭＣＦ１０２の構成例を示す断面図である。 図６Ｃは、チューブ４０４ａの構成を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態３における光接続構造の構成を示す構成図である。 図８は、本発明の実施の形態における光接続構造の適用例を示す構成図である。 図９は、本発明の実施の形態における光接続構造の適用例を示す構成図である。 図１０は、本発明の実施の形態における光接続構造の一部構成を示す断面図である。 図１１Ａは、マルチコアファイバの構成を示す断面図である。 図１１Ｂは、マルチコアファイバの構成を示す断面図である。 図１１Ｃは、マルチコアファイバの構成を示す断面図である。 図１２Ａは、従来の光接続構造の構成を示す構成図である。 図１２Ｂは、従来の光接続構造の一部構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態おける光接続構造について説明する。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態における光接続構造について、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃを参照して説明する。なお、図１Ａでは、断面を模式的に示している。以下では、通常の光ファイバ１０１と、４コアを有するマルチコアファイバ（ＭＣＦ）１０２とを接続する場合を例に説明する。実施の形態１では、４本（複数）の光ファイバ１０１とＭＣＦ１０２とが光接続される。

この光接続構造は、４本の光ファイバ１０１を束ねて収容するガイド孔を備えたフェルール１０３と、フェルール１０３のガイド孔の一端のファイバ引き出し側に配置され、ファイバ引き出し側より引き出された複数の光ファイバ１０１を収容するチューブ１０４と、フェルール１０３およびチューブ１０４を連結して保持する第１フランジ（保持部品）１０５とを備える。チューブ１０４は、直線部を備えている。実施の形態１では、チューブ１０４の全域が直線状に形成されている。

フェルール１０３のガイド孔に収容された４本の光ファイバ１０１は、ガイド孔の他端の光接続端で、ＭＣＦ１０２と光接続する。フェルール１０３のガイド孔およびチューブ１０４は、少なくともフェルール１０３のガイド孔とチューブ１０４との連結部において、同軸上で直列に連結されている。

４本の光ファイバ１０１は、途中から被覆を除去するなどにより細められた細径ファイバ１０６とされ、フェルール１０３の円柱形状に形成されたガイド孔に収容されている。フェルール１０３のガイド孔に収容された４本の光ファイバ１０１の各々は、ガイド孔のファイバ引き出し側より引き出されている４本の光ファイバ１０１より細くされている。また、ＭＣＦ１０２は、先端側の所定の領域の被覆が除去されてＭＣＦ収容フェルール１０７の円柱形状に形成されたＭＣＦガイド孔に収容されている。

フェルール１０３とＭＣＦ収容フェルール１０７とは、割が入った割スリーブ１０８に嵌入され、フェルール１０３に収容された４本の細径ファイバ１０６と、ＭＣＦ収容フェルール１０７に収容されたＭＣＦ１０２の４本のコアとが、相互の光軸の位置を合わせた状態で光接続する。４本（複数）の細径ファイバ１０６は、ＭＣＦ１０２の４本のコアの２次元配置に合わせて２次元配置されている。

図１Ｂの断面図に示すように、フェルール１０３のガイド孔には、４本の細径ファイバ１０６が最密充填状態で収容されている。４本の光ファイバ１０１に連続している４本の細径ファイバ１０６の各々は、コア１０１ａと、クラッド１０１ｂとから構成されている。また、各細径ファイバ１０６のクラッド１０１ｂの周囲には、接着剤１１２が充填されている。接着剤１１２は、例えば、熱硬化型であり、加熱により接着剤１１２が硬化することにより、光ファイバ１０１を細くした細径ファイバ１０６が接着固定されている。

フェルール１０３は、第１フランジ１０５のフェルール収容領域に嵌入されている。また、チューブ１０４は、接着剤１０９により第１フランジ１０５のチューブ接続領域側の端面に接着固定されて保持されている。なお、フェルール１０３よりもチューブ接続領域側の第１フランジ１０５内部では、フェルール１０３より引き出されている細径ファイバ１０６および細径ファイバ１０６に続く光ファイバ１０１が、接着剤１０９により接着固定されて保持されている。

また、ＭＣＦ収容フェルール１０７は、第２フランジ１１０に嵌入されている。第２フランジ１１０は、ＭＣＦ収容フェルール１０７の保持部品となる。第２フランジ１１０においては、第２フランジ１１０とＭＣＦ１０２との間の間隙部に熱硬化型の接着剤１１１が充填されており、接着剤が固化することにより、ＭＣＦ１０２の配置が固定されている。

ここで、チューブ１０４は、図１Ｃの断面図に示すように、被覆１０１ｃで被覆されている光ファイバ１０１が、おおよそ最密充填される状態の内径とされている。言い換えると、チューブ１０４の内径が、複数の光ファイバ１０１の束の外周の径と略同一或いはわずかに大きくすればよい。また、４本（複数）の光ファイバ１０１は、ＭＣＦ１０２の４本（複数）のコアの２次元配置に合わせて２次元配置されている。また、チューブ１０４内において、光ファイバ１０１の周囲には、接着剤１１２ａが充填されている。接着剤１１２ａは、例えば、熱硬化型であり、加熱により接着剤１１２ａが硬化することにより、光ファイバ１０１が接着固定されている。ここで、チューブの内径と複数の光ファイバ１０１の束の外周の径は、略同一としているが、実際にはチューブの内径をわずかに大きくすることが光ファイバの挿入性の観点から好ましい。

例えば、クラッド１０１ｂの径は８０μｍであり、被覆１０１ｃの外径は１６５μｍである。このため、チューブ１０４の内径は、１６５×｛１＋（２）^1/2｝≒３９８．５μｍとすると、フェルール１０３における細径ファイバ１０６と同様に、４本の光ファイバ１０１を収容することができる。チューブ１０４においては、必ずしも最密充填とする必要はないことから、内径を５００μｍ程度に設定すればよい。この場合、チューブの内径と複数の光ファイバ１０１の束の外周の径の差（クリアランス）は１００μｍ程度に設定している。

この程度の径に設定すれば、チューブ１０４の内径は、１６５μｍ×４＝６６０μｍよりは小さいため、被覆が形成されている４本の光ファイバ１０１は、例えば断面視で一直線のアレイ状に配列されることはない。従って、上述したようなチューブ１０４の内径の設計により、ＭＣＦ１０２の４つのコアの配置に対して相似形に近い形で、４本の光ファイバ１０１が断面視２次元に配列する。当然、チューブの内径は、３９８．５μｍと同等としてもよく、その際は、完全に断面が最密充填となり、その配置はＭＣＦの４つのコア配置と相似形となる。この場合は、もともとチューブの内径を３９８．５μｍ程度と前記複数の光ファイバの外周の径と同程度としてもよいが、例えば、熱収縮性のあるチューブを用いてもよい。すなわち、元の内径は６００uｍ程度にしておき、複数の光ファイバを挿入したのちに、チューブに熱を加えることで収縮させ、内径を減少させることで、複数の光ファイバ外周とのクリアランスをなくすようにして作製してもよい。

上述した実施の形態１によれば、以下のような顕著な効果を奏する。

まず、チューブ１０４を設けることで、光ファイバ１０１は、光ファイバ１０１の導波方向の光軸にほぼ沿って保持されることとなり、第１フランジ１０５の外側の領域でも光ファイバ１０１の直線部が保持される。従来の光接続構造の構成では、例えば、接着剤１０９が硬化する際に、図２に示すように、光ファイバ１０１が片寄ることが発生する。チューブ１０４を備えることで、上述した片寄りなどが予防され、接着剤１０９が硬化した後の光ファイバ１０１への接着剤１０９による応力を予防し、光接続構造の信頼性を担保することができる。

また、光接続構造の外で光ファイバ１０１を別の光デバイスと接続などを行う際に、ボード上やパッケージ内で光ファイバを取り扱うこととなるが、この光ファイバ取り回しの際の曲げやねじりなどの応力が、光ファイバ１０１を束ねた固定部に集中することとなり、信頼性低下を招いていた。実施の形態１によれば、チューブ１０４を導入することにより、接着剤１０９による固定部への過度な曲げやマイクロベンドが予防されることとなり、応力を緩和することができる。これにより光ファイバ１０１の中継部の長さを短くしながらも、光ファイバ１０１の破断などの信頼性低下を防止することができる。

さらに、実施の形態１における光接続構造を製造する際に、光ファイバ１０１の先端部をエッチングなどで細径化して細径ファイバ１０６とし、細径ファイバ１０６を束ねて、フェルール１０３のガイド孔に挿入することになる。ここで、細径ファイバ１０６は、容易に座屈、屈曲することから、フェルール１０３のガイド孔と細径ファイバ１０６のクリアランスが小さいときは、摩擦などに伴い挿入が困難になる。

これに対し、実施の形態１によれば、チューブ１０４で光ファイバ１０１および細径ファイバ１０６を保持した状態で、フェルール１０３のガイド孔に挿入することができるため、第１に、挿入時の軸ずれが小さくガイド孔に挿入しやすくなる。また、第２に、細径ファイバ１０６の座屈領域や屈曲領域が、チューブ１０４の内径で制限され、挿入時の座屈や屈曲などが起こりにくくなり、挿入が容易になる、といった製造上の効果も合わせて奏することができる。

ここで、チューブ１０４の長さについては、ハンドリングや直線保持領域の設計などで適宜決めることができるが、おおむね第１フランジ１０５の端部から１〜１５ｍｍ程度に設定すればよい。また、チューブ１０４の材質としては、適度な屈曲性を有するほうが、光ファイバ１０１の整列部品化や、光導波路との実装時などに加わる曲げに対しても一定の曲げ半径と直線保持領域を保持しながら、緩やかな曲げに対応することもできるため、好ましい。例えば、チューブ１０４は、シリコーン樹脂やポリエステルエラストマー、ウレタン樹脂、アクリル樹脂などから構成すればよい。チューブ１０４を構成する材料は、接着性を適度に有するものが好ましい。

なお、フェルール材料としては、ジルコニアなどのセラミックを用いることが好適であるが、同様の機能を有するものであれば他のセラミックや、ガラスキャピラリ、ポリマー成形品、金属加工品などを用いてもよい。またフェルール径に関しては、単心光コネクタなどに用いられる通常の円筒を有する外形（例えば、２．５ｍｍφや１．２５ｍｍφ）などを用いればよいが、当然上記に限定されない。また、フェルール１０３およびＭＣＦ収容フェルール１０７の長さに関しては、ファイバ接続用途では６〜８ｍｍ程度とすることが一般的であるが、本用途においては小型化の観点から短いことが好ましく、２〜５ｍｍ程度で適宜設定すればよい。また、前述のように、熱収縮性のあるチューブなどを用いてもよい。

ところで、チューブ１０４の複数の光ファイバ１０１を収容する内部は、全域に接着剤１１２ａが充填されている必要は無く、光ファイバ１０１の取り出し側の所定の領域は、接着剤を充填せずに開放した状態としてもよい。接着剤を充填する長さについては、チューブ１０４の孔に光ファイバ１０１が固定できる最小の長さでよく、０．５ｍｍ程度で十分である。もちろん、チューブ１０４の半分程度まで接着剤を充填してもよく、適宜設定可能である。これにより、光ファイバ１０１を、チューブ１０４の内部において自由に変形することができる。この結果、チューブ１０４より取り出している光ファイバ１０１を取り回した際に、急峻な曲げを生じることなく、チューブ１０４内で、光ファイバ１０１がゆるやかに撓みながら変形することができ、曲げ応力などを緩和して信頼性を高めることができる。

また、図３Ａに示すように、チューブ２０４の内部に、一端側（光ファイバ取り出し側）にかけて徐々に広がるテーパ部２０５を設けるようにしてもよい。また、図３Ｂに示すように、チューブ２０４ａの内部に、一端側（光ファイバ取り出し側）にかけて、断面視で階段状に広がる拡大部２０５ａを設けるようにしてもよい。これらの構造とすることで、チューブの外側での光ファイバの曲げに対応し、光ファイバを緩やかに曲げることができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における光接続構造について、図４を参照して説明する。実施の形態２では、チューブ２０４が、第１フランジ１０５のチューブ収容領域に挿入されている。チューブ２０４は、外径が第１フランジ１０５のチューブ収容領域の内径よりもわずかに小さく形成されている。実施の形態２において、チューブ２０４は、第１フランジ１０５のチューブ収容領域に挿入され、フェルール１０３のガイド孔の一端のファイバ引き出し側に連続して配置されている。なお、チューブ２０４と第１フランジ１０５のチューブ収容領域との間には、接着剤１０９が配置されている。他の構成は、前述した実施の形態１と同様である。

実施の形態２によれば、前述した実施の形態１と同様に、光ファイバ１０１の直線部の保持により接着剤の偏りの防止、直線部保護による光ファイバ１０１の取回し時の曲げ応力からの保護、軸ずれ低減／座屈・屈曲の防止／類似構造による急峻な曲げ防止、などによる挿入作業性の向上、といった同様の効果が得られる。
特に、実施の形態２によれば、第１フランジ１０５の内部にチューブ２０４が挿入されるため、第１フランジ１０５の長手軸（導波方向）に沿って、直線部の保持がより容易になるという大きな効果がある。これを実現するためには、第１フランジ１０５の内部の径とチューブ２０４の外径とが、ほぼ同じ、またはチューブ２０４の外径がわずかに（例えば０．１ｍｍ）程度小さくされていればよい。

また、挿入作業性に関しても実質的な座屈長さが、実施の形態１に比べてより短くなるため、挿入時の屈曲が防止され、より容易に挿入を実現することができる。また、光ファイバのフランジ円筒内での急峻な曲げ、マイクロベンドも防止することができる。また、チューブ２０４の内部に、被覆を除去するなどにより細められた細径ファイバ１０６も収容されて保護されるので、細径ファイバ１０６への曲げ応力増大、マイクロベンドなどをより防止することができる。

ここで、チューブ２０４の第１フランジ１０５への挿入位置は、フェルール１０３の端部と接するように押し込んでもよく、また、フェルール１０３の端部から離して適切な位置で保持して固定してもよい。

また、図５に示すように、外径が断面視で階段状に拡大したチューブ３０４を用いるようにしてもよい。外径が小さい部分を第１フランジ１０５に挿入して用いる。他の構成は、上述した実施の形態２と同様である。また、チューブの光ファイバを収容する内部の径も、テーパ構造、２段孔構造のように構成してもよい。

ここで、接着剤に関しては、フェルールと光ファイバとを固定する接着剤と同様の接着剤で、チューブと光ファイバを固定してもよく、また、チューブ内では、異なる接着剤を用いるようにしてもよい。例えば、チューブ２０４の中間部に、他の接着剤を配置し、接着剤１１２ａの硬化時の回り込みなどにより、チューブ２０４内に全域に接着剤が充填されることや、チューブ２０４の外への接着剤の回り込みを防ぐことができる。

また、図６Ａに示すように、断面視の形状が、略矩形とされた状態のチューブ４０４を用いるようにしてもよい。この場合、複数の光ファイバ１０１が断面視１次元に配列されたテープファイバを用い、このテープファイバをチューブ４０４に収容する。テープファイバは、例えば、４個の光ファイバ１０１が束ねられた４芯テープファイバである。テープファイバを束ねる樹脂は、汎用的なテープファイバに用いている部材が用いられている。テープファイバの場合は、テープファイバの長径は、光ファイバ１０１のクラッド外径×４であり、クラッド外径がφ８０μｍの場合は３２０μｍである。この場合、内径がφ３２０μｍと同一或いはそれよりも僅かに内径が大きく設定されたチューブ４０４に収容すればよい。チューブ４０４の断面形状は、略矩形としもよく、また、円形でもよく、楕円形でもよい。

また、図６Ｂに断面を示すように、ＭＣＦ１０２が８個のコアを備えている場合、図６Ｃに示すように、４芯テープファイバを２段に重ねてチューブ４０４ａに収容してもよい。このように、汎用のテープファイバ部品を用いることで簡易に、かつ前述のような効果を奏して光接続構造を実現することができる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３における光接続構造について、図７を参照して説明する。この光接続構造は、フェルール１０３のファイバ引き出し側のガイド孔の孔径を拡大した拡大部１１６を備える。拡大部１１６は、ファイバ引き出し側に向かって、内径が徐々に拡大している。また光ファイバ１０１は、ＭＣＦ１０２と接続するための細径ファイバ１０６の他に、クラッド１０１ｂの径と同じ裸ファイバ部、およびこれらの間に、異なるクラッド径を段階的に変換するためのテーパ部とを備えており、光ファイバ１０１のテーパ部、あるいは、光ファイバ１０１のテーパ部と裸ファイバ部の一部が、拡大部１１６に収容されている。他の構成は、前述した実施の形態２と同様である。

このように、拡大部１１６を形成して複数の光ファイバ１０１を収容することで、光ファイバ１０１の直線部の保持により接着剤の偏りの防止、直線部保護によるファイバ取り回し時の曲げ応力からの保護、軸ずれ低減／座屈・屈曲の防止／類似構造による急峻な曲げ防止、などによる挿入作業性の向上、といった同様の効果を奏することができる。

更に、実施の形態３によれば、以下のような効果を奏することができる。細径ファイバ１０６の導波路長をより短くすることができ、挿入時の屈曲や座屈などをさらに防止し、かつ必要挿入長さを減少させ、摩擦力も低減することができ挿入をより容易に実現することができる。また、光ファイバ１０１においても、拡大部１１６を設けることで、第１フランジ１０５やフェルール１０３内でのファイバの急峻な曲げをより低減させることができる。また、フェルール１０３のガイド孔とチューブ２０４の孔とを接続する孔近傍においても、拡大部１１６を形成していることが好ましく、かつ、上述したファイバのテーパ角よりもフェルール１０３の拡大部１１６における穴径変換のテーパ角のほうが大きいことが、挿入性の観点から好ましい。

ところで、本発明の実施の形態における光接続構造は、図８に示すように、チューブ１０４より取り出された光ファイバ１０１が、接続部品１５１を介して光導波路デバイス１５２に光接続している。ガラスなどから構成された接続部品１５１により、光ファイバ１０１は適切なピッチで１次元配置上にアレイ化され、光導波路デバイス１５２の接続端部における導波路ピッチと整合する状態とされている。接続部品１５１は、通常の光ファイバアレイを形成するための部品と同様である。

なお、光導波路デバイス１５２は、例えば、インジウムリン（ＩｎＰ）材料からなる分布帰還レーザダイオード（ＤＦＢ-ＬＤ）が複数形成され、さらにＩｎＰ光導波路と、スポットサイズコンバータが集積された光発光素子アレイと、シリコン導波路上にゲルマニウムフォトダイオード（Ｇｅ−ＰＤ）が集積された光受光素子アレイである。

なお、本発明は光軸に１次元の導波路アレイを有する光導波路デバイス１５２であれば当然上記に限られるものではない。例えば、光発光素子としては、ＩｎＰからなるＤＦＢ−ＬＤが複数個用意され、それらがシリコン導波路やガラス導波路などに別途光学接続された集積発光素子としてもよいし、また、Ｓｉ基板上にＤＦＢ−ＬＤアレイを貼り合わせて、Ｓｉ導波路と集積された発光素子としてもよいし、非特許文献５に記載のように、Ｓｉ基板上にＩｎＰ材料などを貼り合わせて、レーザ層を形成し、さらにＳｉ導波路やＳｉ酸化物（酸化シリコンや、シリコン酸窒化膜）などによる導波路を集積した集積発光素子としてもよい。受光素子についても同様に、背景に記載のようにインジウムガリウムヒ素やＧｅなどからなるＰＤを光発光素子の例と同様に貼り合わせ技術や別の導波路デバイスと別途光学接続して集積した集積型受光素子としてもよい。

また、発光素子には、適宜外部変調素子を別途接続してもよいし、あるいは同一材料上に集積してもよい。例えば、Ｓｉ導波路と熱光学位相シフタや電気光学位相シフタからなる変調素子や、ＩｎＰ導波路と熱光学位相シフタや電気光学位相シフタからなる変調素子、ＬＮなどの強誘電体からなる変調素子と集積してもよいし、変調素子機能や、電界吸収効果などの直接変調機能を発光素子上に直接集積・形成してもよい。また、石英ガラスなどからなる２次元導波路（Planar Lightwave Circuit）などと接続されていてもよい。

また、図９に示すように、光接続構造１００と光導波路デバイス１５２とを、光ファイバ１０１を取り回して光接続することで、さまざまな部品位置に搭載可能である。また、光ファイバ１００の取り回しにおいては、各種曲げ半径となるようにループ状にして収容してもよい。さらに、光ファイバ１０１および接続部品１５１の組み立て、あるいはチューブ１０４を含む光ファイバ１０１，細径ファイバ１０６が収容されたフェルール１０３の組み立てのいずれか２つの組み立ての一方を終えたのちに、順次もう一方を組み立てる方法で作製すればよい。また、光ファイバ１０１および接続部品１５１とを予め組み立てたのちに、ボード上やパッケージ内で、融着部を設けて、光接続構造１００の側と、接続部品１５１の側の光ファイバ１０１同士を融着することにより、一体化してもよい。

上述した作製作業を行う際、光ファイバ１０１は、図９に例示したように取り回しが行われ、各々の光ファイバ接続端部近傍において曲げ応力が加わる構成となっている。前述した実施の形態における光接続構造を適用することで、チューブ１０４などにより、光ファイバ１０１が、フランジ端部近傍で急峻に曲げられることなく緩やかに曲げることが可能となり、実装上の制約を排除して信頼性の高い部品位置決めを実現することが可能である。

ところで、上述した光接続構造の内部において、異なる径の光ファイバを接続して用いるようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、光ファイバ１２１と、光ファイバ１２２とを、モード変換領域１２３を介して接続する。光ファイバ１２１は、外径が光ファイバ１２２より細い。また、光ファイバ１２１のコア１２１ａは、光ファイバ１２２のコア１２２ａより太い。モード変換領域１２３においては、外径が、光ファイバ１２１から光ファイバ１２２にかけて徐々に拡大している。また、モード変換領域１２３においては、コア１２２ａの太さが、光ファイバ１２１から光ファイバ１２２にかけて、徐々に縮小している。また、モード変換領域１２３と光ファイバ１２２とは、融着部５０１で融着している。

このようにモード変換領域１２３を設けることで、以下に示す効果が得られるようになる。

一般に光デバイス（光導波路）のモード径は、一般の光ファイバのモード径より小さいことが多く、シリコンデバイスや化合物半導体デバイスではＭＣＦのモード径の１/２以下である。これに整合するようにＭＣＦと光デバイスのそれぞれに適合した光ファイバを接続することで、低損失な接続が実現できる。上述したように、モード変換領域１２３を設けることで、モード径がテーパ状に変更可能であり、断熱的にモードが変換でき、低損失な接続が実現できる。

なお、融着部は、被覆を剥がすことになり、かつ、融着部の近傍での機械強度が低下し、また、曲げなどにより伝送ロスが増大しやすくなる。また、融着部に細径化を施すと、融着時の径変化などによる細径化の誤差や機械的強度の低下が懸念される。
これに対し、本発明によれば、融着部をフェルールやチューブに配置することで、上述した問題が解消できる。例えば、融着部は、細径化せずにフェルールやチューブで保持すれば、ファイバ径の細径化誤差などに影響を与えない状態となり、かつ細径化に伴う融着部の破断が防止できる。

また、融着部をフェルールやチューブに配置することで、径変化部、裸ファイバ部とともにほぼ直線状態部で保持できる。このため、融着部への曲げ応力などが加わりにくく、マイクロベンドや光ファイバのロス増加などなく、さらに融着部を曲げることによる破断などを防止した、信頼性の高い接続を実現できる。また、上述したようなモード径適合により、低損失に光導波路デバイスの各コアとＭＣＦの各コアを接続できるという効果を奏する。

上述した融着部のほかにも、接着されたファイバや各種機能性を持たせた裸光ファイバを同様に、フェルールやチューブに収容させることができる。また、融着部を、チューブの中間部に一部を裸ファイバとして配置し、再度被覆している部分を介してフランジと接続するようにしてもよく、これによっても同様に融着部をチューブ部品内で直線状に保持することもできる。

以上に説明したように、本発明によれば、フェルールの複数の光ファイバを束ねて収容するガイド孔の一端のファイバ引き出し側に、ファイバ引き出し側より引き出された複数の光ファイバを収容するチューブを配置したので、信頼性を低下させることなく、より容易に低損失でマルチコアファイバと光ファイバとが光接続できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…光ファイバ、１０１ａ…コア、１０１ｂ…クラッド、１０１ｃ…被覆、１０２…マルチコアファイバ（ＭＣＦ）、１０３…フェルール、１０４…チューブ、１０５…第１フランジ（保持部品）、１０６…細径ファイバ、１０７…ＭＣＦ収容フェルール、１０８…割スリーブ、１０９…接着剤、１１０…第２フランジ、１１１…接着剤、１１２…接着剤、１１２ａ…接着剤。

Claims (5)

1. 複数の光ファイバとマルチコアファイバとを光接続する光接続構造であって、
   前記複数の光ファイバを束ねて収容するガイド孔を備えたフェルールと、
   前記ガイド孔の一端のファイバ引き出し側に配置され、前記ファイバ引き出し側より引き出された前記複数の光ファイバを収容するチューブと、
   前記フェルールおよび前記チューブを連結して保持する保持部品と
   を備え、
   前記ガイド孔に収容された前記複数の光ファイバは、前記ガイド孔の他端の光接続端で、前記マルチコアファイバと光接続する
   ことを特徴とする光接続構造。
2. 請求項１記載の光接続構造において、
   前記複数の光ファイバの各々は、被覆を備え、
   前記ガイド孔に収容されている部分の前記複数の光ファイバの各々は前記被覆を除去され、
   前記チューブに収容された前記複数の光ファイバは、前記フェルールの領域において前記マルチコアファイバの複数のコアの配置に合わせて２次元配置されている
   ことを特徴とする光接続構造。
3. 請求項１または２記載の光接続構造において、
   前記チューブの内径は、前記複数の光ファイバの束の外周の径と略同一或いはわずかに大きく設定されていることを特徴とする光接続構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光接続構造において、
   前記ガイド孔と前記チューブとの連結部において、前記ガイド孔および前記チューブは、同軸上で直列に連結されていることを特徴とする光接続構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光接続構造において、
   前記チューブは、接着剤により前記保持部品のチューブ収容領域に接着固定されて保持されていることを特徴とする光接続構造。

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