JP3566138B2

JP3566138B2 - 光結合装置

Info

Publication number: JP3566138B2
Application number: JP18464599A
Authority: JP
Inventors: 英人古山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2001013356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波体間や光半導体素子と光導波体を光結合する光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信装置や光配線装置には、光ファイバや光導波路などの光導波体を結合する光コネクタが用いられている。また、光半導体素子のパッケージに光コネクタを形成した一体型コネクタモジュールも多く用いられている。これら光コネクタや一体型コネクタモジュールなどの光結合装置は、光通信装置等の組立や保守を効果的に行うために必要不可欠であるなど、各種光応用機器の重要な構成部品のひとつとなっている。一般に、光結合装置は、フェルールなどの光導波体を保持する部材を挿入して光導波体間の光結合を行うものが多い。その際、フェルールを抜き取った状態では光の漏洩や混入が起こるため、キャップを取り付けて光の漏洩や混入を防止する場合が多いが、漏洩光がレーザー光の場合などでは、作業者の目にレーザー光が入射しないような構造とする必要がある。この漏洩光を防ぐために、フェルールを抜き取ることで機械的にシャッターが下りる安全機構を設けるなどの対策が講じられているが、機構が複雑となるといった問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べてきたように、従来の光結合装置においては、光の漏洩や混入に対し本質的対策が不足しているという問題があった。本発明は、このような従来技術の問題を鑑みてなされたもので、光結合装置の光の漏洩や混入を本質的に防止できる光結合装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光導波体と、圧力印加により光を透過する感圧光フィルタとを具備し、前記感圧光フィルタは弾性体内部に空隙を有し、圧力印加により前記空隙が縮小することによって、吸収もしくは反射散乱状態から透明状態となり、前記光導波体が前記感圧光フィルタに押し当てられて配置されることによって前記光導波体と前記感圧光フィルタとが光結合することを特徴とする光結合装置を提供する。
また、本発明は、光導波体と、圧力印加により光を透過する感圧光フィルタとを具備し、前記感圧光フィルタは弾性体内部に、前記弾性体よりも屈折率の高い微小高屈折率体を複数有し、圧力印加により前記微小高屈折率体の間隔が縮小することによって、吸収もしくは反射散乱状態から透明状態となり、前記光導波体が前記感圧光フィルタに押し当てられて配置されることによって前記光導波体と前記感圧光フィルタとが光結合することを特徴とする光結合装置を提供する。
【０００７】
本発明は、光結合装置内部に押圧時に光を透過する感圧光フィルタを設け、光コネクタのフェルール等を押し付けた場合にのみ光結合し、それ以外の時には光を遮断するようにして、光信号の漏洩や混入を本質的に防止するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の詳細を説明する。
図１は、本発明の光結合装置の断面図である。
図１に示すように、スリーブ１内には、圧力を印加することにより光を透過する感圧光フィルタ４がはめ込まれており、フェルール２ａ、２ｂが左右からスリーブ１内にはめ込まれている。フェルール２ａ、２ｂの中心部には光導波体３ａ、３ｂが形成されている。それぞれの光導波体はたとえばクラッド層内にコアを有する光ファイバー等を用いることができる。ここでは構成の理解のため、それぞれの実際上の寸法よりも機能的に誇張した図で示しており、感圧光フィルタ４の詳しい構成は別の図で具体例を示す。
光導波体３ａ、３ｂはそれぞれフェルール２ａ、２ｂに芯出し固定され、先端が研磨等により面出しされている。これらのフェルール２ａ、２ｂは図１の左右方向から感圧光フィルタ４に対してばねにより押し当てられて圧力を加えている（例えば１ｋｇ）。この場合感圧光フィルタ４に対して圧力を印加しているので感圧光フィルタは透明状態となり、光導波体３ｂと感圧光フィルタ４と光導波体３ａは光結合している。また、一方の光導波体が抜き取られるとき感圧光フィルタ４に圧力が印加されなくなるので、吸収もしくは反射散乱状態となり光が感圧光フィルタ４より先に漏洩しない。これにより、光導波体の一方を抜き取った状態では光結合装置より光が漏洩することは無くなる。
【０００９】
尚、この実施例では感圧光フィルタ４を光結合装置内に固定しているが、この場合、光出射側のフェルールを抜き取ると、光が漏洩してしまう。そのため、光実装装置の中継用光接続装置として用いる場合は問題ないが、システムのラック等に光結合装置を固定しない場合には感圧光フィルタ４を出射側のフェルールの先端に固定するようにしても構わない。その場合には感圧光フィルタ４を破損しないようフェルール２の外部ハウジングの形状を先端を囲むように工夫を施すことで感圧光フィルタの破損を防止できる。
また、フェルール２及び光導波体３の先端の面出しは、図１に示すように球面状にすることで光導波体部分に押圧集中し、感圧光フィルタ４の動作をより効果的にすることができる。
図２は、本発明の光結合装置に用いる感圧光フィルタ４の断面図である。
図２に示すように、感圧光フィルタ４は、基材４ａ中に、空隙４ｂが分散したものである。基材４ａとしては、押圧時に変形可能な材料で使用波長に対して透明な材料であれば良く、例えば、シリコーン樹脂や軟性アクリル樹脂、ポリカーボネート等の樹脂材料や極薄膜ガラス等を用いることができる。また、その屈折率は光導波体との光伝播整合性から光導波体の屈折率にほぼ等しいことが望ましい。
【００１０】
空隙４ｂは、圧力印加方向（図中左右方向）に対して、垂直方向に細長くなっている。こうすることで圧力印加時に、空隙がつぶれ易くなり空隙の短い方の内径が導波光の波長よりも十分に短くなったところで、光に対して透明となる。
この感圧光フィルタ４の製造方法を以下に説明する。
例えば樹脂材料を用いた例としてシリコーン樹脂の場合、シリコーン樹脂の前駆体（液体）をミキサーで攪拌して気泡混入させたものを半固化させた状態で圧延し、加圧しながら熱硬化させて作製する。このとき、圧延および加圧は気泡を扁平状に変形させるためのもので、空隙４ｂの間隔調整と押圧による縮小を容易とするための工程である。
空隙４ｂは、使用波長（λ）程度の間隔より大きければ界面で屈折率差に応じた反射を生じ、λ／１０程度まで縮小すれば界面の反射はかなり小さくなる。この結果、外部圧による基材４ａの圧縮が空隙４ｂの圧縮を伴い、外部圧のある場合には屈折率整合材と同様な機能を持って光透過し、外部圧の無い場合には空隙が光散乱材として機能するため光透過しなくなる。このようにして感圧光フィルタとしての機能を持つようになる。
また、この例では空隙４ｂを基材４ａに埋め込むように形成しているため、押圧による空隙４ｂの縮小で内部圧が高まり、押圧の解除時にその反発で空隙を元に戻す作用を有する。これにより、感圧光フィルタとしての繰り返し動作回数を増加させることができる。
【００１１】
図３は、本発明の別の光結合装置であり、光半導体素子と光導波体の結合に応用した例である。
図３に示すように、スリーブ１内には、圧力印加により透明となる感圧光フィルタ４がはめ込まれている。この感圧光フィルタ４の右側には、フェルール２が押し当てられて圧力を印加している。フェルール２内には光導波体３が形成されている。光導波体３は、例えばクラッド内にコアを有する光ファイバである。光導波体３と感圧光フィルタ４を介して光半導体素子７が対向して配置されている。光半導体素子７は、パッケージ基体５上にマウントされたサブマウント６上に配置されている。それぞれ電極８ａ、８ｂにワイヤ１１ａ、１１ｂにより接続されている。光半導体素子７としては、発光ダイオードや半導体レーザ等の発光素子またはフォトダイオード等の受光素子を用いることができる。１０は光透過窓である。
この例は、光導波体３が非接続時に、圧力が開放され感圧光フィルタ４は非透明状態となり、光半導体素子７が発光素子の場合には光漏洩防止の効果を奏する。また、光半導体素子７が受光素子の場合には迷光混入防止が自動的に行われ、光装置の安全性や誤動作防止に有効である。
【００１２】
図４は、本発明の光結合装置にかかる別の感圧光フィルタの断面図である。
図４に示すように、感圧光フィルタ４は、基材４ｃ中に基材４ｃより屈折率の高い光導波材４ｄが分散されている。基材４ｃとしては、押圧変形可能な材料で使用波長に対して透明な材料であれば良く、例えば、シリコーン樹脂や軟性アクリル樹脂、ポリカーボネート等の樹脂材料を用いることができる。また光導波材４ｄとしては、図１の光導波体３の屈折率と同等かやや屈折率の高い材料を用い、例えば、石英や高屈折ポリマーの微小球体や微粉末を用いる。
この感圧光フィルタが図２の感圧光フィルタと異なる点は、基材４ｃが屈折率整合材としての材料ではなく、屈折率の低い材料からなり、光導波材４ｄの無い状態では光導波体３との屈折率差により反射を生じるようにする点である。この感圧光フィルタ４では、光導波材４ｄの存在する部分は等価屈折率が高くなり、従って、外部圧により圧縮された領域では光導波材４ｄの分布密度が高まるため、他の部分より等価屈折率が高くなって光の導波が可能になる。また、外部圧の無い状態では、光導波材が均一分布されているため光が散逸し易くなり、感圧光フィルタを通過する光は散逸して光強度の密度が低下したものとなる。このため、十分な光散逸の厚さとすることで図２の感圧光フィルタ４と同様な効果を持たせることができる。
【００１３】
尚、図２及び図３の感圧光フィルタは、光導波させる部分以外に光吸収材を設けておくことで散乱光や散逸光が吸収され、非動作時の光漏洩や迷光混入をより効果的に防止することができる。
図５は、本発明の光結合装置を示す断面図である。
図５に示すように、スリーブ１内には、光角度フィルタ１２が固定されている。この光角度フィルタ１２は所定の入射角以上の光は除去されるようになっている。この光角度フィルタ１２の両側面には対向するようにフェルール２ａ、２ｂが位置あわせをされ配置されている。フェルール２ａ、２ｂ内には、光導波体３が形成されている。光導波体３としては、クラッド内にコアが形成された光ファイバを用いることができる。光導波体３の先端は研磨等により面出しされている。これらのフェルール２は後部からばねによる押圧（例えば１ｋｇ）が加えられ、スリーブ１にガイドされて対向して突き合わされる。光角度フィルタ１２を挟んで突き合わされているため、対向する光導波体間を伝わる光は低次モードの光のみとなり、クラッドモード等の高角度で入射する光はここで除外される。従って、光信号伝送に不要な光が除外され、光コネクタ端面の観察で高角度光が眼に入ることが少なく、また、高次伝播モードの光も除外できるため、多モード光ファイバ等を用いた光伝送においてモード分散影響の少ない、高速の信号伝送が可能になる。
【００１４】
図６は、本発明の光結合装置に用いる光角度フィルタ１２の断面図である。
図６に示すように、光角度フィルタ１２は、光導波線１２ａ中に充填材１２ｂが所定の角度の光のみ導波するようにある周期で形成されている。光導波線１２ａおよび充填材１２ｂとしては使用波長に対して透明な材料であれば良く、例えば、シリコーン樹脂やアクリル樹脂、ポリカーボネート等の樹脂材料、石英ガラスや多成分ガラス等のガラス材料を用いることができ、光導波線１２ａは充填材１２ｂより屈折率が高くなるよう、材料や添加材を選定して用いる。
光導波線１２ａの径は充填材１２ｂとの屈折率差や使用波長で決まる導波モードにより決定し、それぞれの光導波線が光導波路として機能する単一モード径以上の径とする。
また、光導波線１２ａと充填材１２ｂとの屈折率差は光導波線の受光角（最大導波光角度）で決定し、所定角度以上の光が導波されないように設定する。この実施例では、光導波線１２ａの受光角以内の低次の光は光導波線１２ａ内を導波されて光導波体３に導かれるが、光導波線１２ａの受光角以上の入射角の光は導波されず周囲に散逸してしまう。従って、入射角の大きな高次伝播モード光やクラッドモード光等の不要な光はここで結合損失が大きくなり、結果として除外される。
【００１５】
図７は、本発明の光結合装置に用いる別の光角度フィルタの断面図である。
図７に示すように、光導波線１２ａと充填材１２ｂとの間に光吸収材１２ｃが形成されている。光導波線１２ａおよび充填材１２ｂとしては使用波長に対して透明な材料であれば良く、例えば、シリコーン樹脂やアクリル樹脂、ポリカーボネート等の樹脂材料、石英ガラスや多成分ガラス等のガラス材料を用いることができ、光導波線１２ａは充填材１２ｂより屈折率が高くなるよう、材料や添加材を選定して用いる。
光導波線１２ａの径は充填材１２ｂとの屈折率差や使用波長で決まる導波モードにより決定し、それぞれの光導波線が光導波路として機能する単一モード径以上の径とする。
また、光導波線１２ａと充填材１２ｂとの屈折率差は光導波線の受光角（最大導波光角度）で決定し、所定角度以上の光が導波されないように設定する。また、吸収材１２ｃは使用波長に対して不透明な材料とし、光導波線１２ａの受光角以上の入射角の光（非導波光）が吸収されるようにする。この実施例では、入射角の大きな高次伝播モード光やクラッドモード光等の不要な光はここで吸収除外され、光角度フィルタの外には現れない。
【００１６】
また、導波体３としては、プラスティックファイバを用いることができる。この場合クラッド径１ｍｍ、コア径０．９ｍｍといった非常に多くの伝播モードを有する超多モード光ファイバとなることが一般的であるが、本発明を用いることで、高次モードをおさえることが可能となり光伝送帯域（伝送速度と伝送距離の積）を広くすることができる。
尚、図６の光角度フィルタは、光導波させる部分以外に光吸収材を設けておくことで散逸光が吸収され、図７と同様な機能を持たせることができる。また、図７の光導波線１２ａと充填材１２ｂは、予め形成された細径光ファイバ素線を用いることもできる。
更に、本発明実施例では感圧光フィルタと光角度フィルタを個別に用いる例を示してきたが、これらを併用可能なことは述べるまでも無いことである。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光結合装置によれば本質的に光信号の漏洩や混入、不要輻射等を防止して安全性を確保できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光結合装置の断面図
【図２】本発明の実施例の光結合装置にかかる感圧光フィルタを示す断面図
【図３】本発明の実施例の光結合装置の断面図
【図４】本発明の実施例の光結合装置にかかる感圧光フィルタを示す断面図
【図５】本発明の実施例の光結合装置の断面図
【図６】本発明の実施例の光結合装置にかかる光角度フィルタを示す断面図
【図７】本発明の実施例の光結合装置にかかる光角度フィルタを示す断面図
【符号の説明】
１スリーブ
２フェルール
３光導波体
４感圧光フィルタ
５光半導体素子パッケージ基体
６サブマウント
７光半導体素子
８電極
９キャップ
１０光透過窓
１１ボンディングワイヤ
１２光角度フィルタ

Claims

光導波体と、
圧力印加により光を透過する感圧光フィルタとを具備し、
前記感圧光フィルタは弾性体内部に空隙を有し、圧力印加により前記空隙が縮小することによって、吸収もしくは反射散乱状態から透明状態となり、
前記光導波体が前記感圧光フィルタに押し当てられて配置されることによって前記光導波体と前記感圧光フィルタとが光結合することを特徴とする光結合装置。
光導波体と、
圧力印加により光を透過する感圧光フィルタとを具備し、
前記感圧光フィルタは弾性体内部に、前記弾性体よりも屈折率の高い微小高屈折率体を複数有し、圧力印加により前記微小高屈折率体の間隔が縮小することによって、吸収もしくは反射散乱状態から透明状態となり、
前記光導波体が前記感圧光フィルタに押し当てられて配置されることによって前記光導波体と前記感圧光フィルタとが光結合することを特徴とする光結合装置。
第２の光導波体をさらに具備し、前記光導波体、前記第２の光導波体が前記感圧光フィルタに押し当てられて配置されることによって前記光導波体と前記感圧光フィルタと前記第２の光導波体とが光結合することを特徴とする請求項１、２に記載の光結合装置。
前記光導波体と前記感圧光フィルタを介して配置された光半導体素子をさらに具備し、前記光導波体が前記感圧光フィルタに押し当てられて配置されることによって前記光導波体と前記感圧光フィルタとが光結合し、前記光半導体素子から照射された光が前記光導波体中を導波することを特徴とする請求項１、２に記載の光結合装置。
前記光結合装置において、前記光導波体が前記感圧光フィルタに押し当てられて配置されることによって前記光導波体と前記感圧光フィルタとが光結合し、前記光導波体から照射された光が前記光半導体素子により受光されることを特徴とする請求項１、２に記載の光結合装置。