JP4214007B2 - 光レセプタクル及びこれを用いた光モジュール - Google Patents

光レセプタクル及びこれを用いた光モジュール Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術】
本発明は、光レセプタクルとこれを用いた光モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、光信号を電気信号に変換するために、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、このケースを光ファイバの端面に対向して設け、光信号を光ファイバの端面に入射または出射し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような光学装置が開示されている。
【0003】
ここで、半導体レーザーをケース内に収容し、光信号を導出するものを発光モジュール、フォトダイオードをケース内に収容し、光信号を導入するものを受光モジュールと呼び、これらを総称して光モジュールと呼ばれている。
【0004】
上記光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図6に示すように光レセプタクル47の一端に光素子48を備えるとともに、他端に光コネクタ63を接続するものである(特許文献1参照)。
【0005】
上記光レセプタクル47は、ジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール41と、フェルール41の中心に形成する貫通孔41aに石英ガラス等からなる光ファイバ42を挿入固定して得られたファイバスタブ43の後端側43bを圧入により固定するホルダ44とファイバスタブ43の、先端側43aをスリーブ45の内孔45aに挿入するとともに、スリーブ45とスリーブケース46を圧入又は接着固定するスリーブケース46とによって構成されている。
【0006】
さらに上記の光レセプタクル47を用いて光モジュール52を構成する場合は、ホルダ44の溶接部51にて後端側43bに、光素子48とレンズ49を備えたケース50を最も効率よく光信号が導入、導出される位置関係に調心し、その位置で溶接固定する。
【0007】
そして、光レセプタクル47のもう一方の端面側43aよりスリーブ45内に光コネクタ63を挿入し、軸方向に約10Nの荷重を加え、光ファイバ62のコア62aと光ファイバ42のコア42aとを当接させ、光信号のやりとりを行うことができる。
【0008】
光素子48、レンズ49、光ファイバ42の途中空間は空気53が入っており、特別には何も充填されていない。
【0009】
また、フェルール41、61の外径公差は±1μm以下で、その貫通孔41a、61aに備えられた光ファイバ42、62の中心には光信号が伝搬する直径10μm程度のコアがあり、各光ファイバ42及び62のコア同士を損失の少ない接続とするため、スリーブ45によってファイバスタブ43及び光コネクタ63を安定且つ高精度に保持されている。
【0010】
上記ファイバスタブ43における端面43aは、当接時の接続損失を減らすために曲率半径5〜30mm程度の曲面に鏡面研磨されており、後端側43bでは、LD等の光素子48から出射された光が光ファイバ42の端面42bで反射して光素子48に戻る反射光を防止するため、フェルール41とともに先端を4〜10°程度の傾斜面になるように鏡面研磨されている。
【0011】
この光レセプタクル47は、高硬度のセラミック材料からなるフェルール41の外周の一端部を溶接に適した金属からなるホルダ44に圧入により高精度に固定されている。
【0012】
また、ホルダ44は金属であり、セラミック材料からなるフェルール41よりも熱膨張係数が大きいため、高温時でのホルダ44によるフェルール41の保持強度を十分に確保する目的で、常温での保持強度を50N以上に設定することが多い。
【0013】
ところで、近年、光モジュール52の小型化が求められており、上記光レセプタクル47も小型化が求められているが、光レセプタクル47の光コネクタ63との嵌合部となるスリーブケース46の端面側46aからファイバスタブの先端側43aの長さは規格化されているため、短くすることが出来ず、ファイバスタブ43の長さを短くする必要が生じている。
【0014】
【特許文献1】
特開2001−66468号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ファイバスタブ43を短くすると、ファイバスタブ43のホルダ固定長さL1が短くなり、ホルダ44によるファイバスタブ43の保持強度が小さくなるため、保持状態が不安定となり、光コネクタ63と当接する際に相互の光ファイバ42、62が密着せず接続損失を悪くする問題があった。
【0016】
また、保持状態が不安定であるため、光コネクタ63を当接する毎にホルダ44によるファイバスタブ43の保持状態が異なり、接続損失の再現性を悪くする問題があった。
【0017】
更には、光コネクタ63の当接時の荷重である約10Nが加わった状態で、長期間放置すると、温度変化等により、ファイバスタブ43が光素子48側へ動き、接続損失が悪くなり、最悪は光信号が不通になることさえあった。
【0018】
また、光モジュール52を作製するのにホルダ44に光素子48を搭載したケース50を接合する必要があるがファイバスタブ43が反射光を防止するのに後端側43bに傾斜面を形成しているが、傾斜面の傾斜方向を目視により判断するのは困難であり、傾斜方向を間違えると反射防止の機能が劣るという問題点を有していた。特に、ファイバスタブ43がホルダ44内に完全に入り込んだ構成の光レセプタクル47では傾斜方向を見分けることがほとんどできないものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題に鑑み、フェルールの中心に光ファイバを有したファイバスタブと、貫通孔が形成され該貫通孔に上記ファイバスタブの後端側を圧入固定してなるホルダと、上記ファイバスタブの先端部を一方の開口端部から挿入固定するとともに、他方の開口端部から挿入された光コネクタを上記ファイバスタブの先端面に当接するスリーブとからなる光レセプタクルにおいて、上記ファイバスタブは、その後端面が光軸を法線とする面に対して所定角度傾斜させた傾斜面とされているとともに、ファイバスタブの外周面の上記傾斜面先端側に、光軸を法線とする面に垂直な面を有するように切り欠いた段加工部が形成されており、上記ホルダの貫通孔の内周面は、上記ファイバスタブの上記段加工部に嵌合可能に形成され、上記ファイバスタブの上記段加工部に対応した上記ホルダの領域に識別表示部を有したことを特徴とする。
【0022】
また、上記領域は、上記段加工部と対向するホルダの外周面の位置であることを特徴とする。
【0023】
また、上記領域は、上記段加工部と平行なホルダの端面の位置であることを特徴とする。
【0024】
また、上記ファイバスタブの後端側をホルダの貫通孔から突き出させたことを特徴とする。
【0025】
また、上記光レセプタクルに有するファイバスタブの後端部に、光信号を出射する光素子を収納したケースを取り付けたことを特徴とする光モジュール。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。
【0027】
図1(a)は、本発明の光レセプタクル7の一実施形態を示す中央横断面図であり、(b)は正面図である。
【0028】
フェルール1の中心に光ファイバ2を有したファイバスタブ3と、貫通孔1aが形成され貫通孔1aに上記ファイバスタブ3の後端側3bを圧入固定してなるホルダ4と、上記ファイバスタブ3の先端部3aを一方の開口端部から挿入固定するとともに、他方の開口端部から挿入された光コネクタを上記ファイバスタブ3の先端面に当接するスリーブ5とからなり、それらをスリーブケース6に圧入または接着固定することによって構成されている。
【0029】
また、図1に示すように、ファイバスタブ3の先端面3aは、光コネクタとの接続損失を低減させるため曲率半径5〜30mm程度の曲面状に加工され、後端面3bではLD等の光素子から出射された光が光ファイバ2の端面2bで反射して光素子に戻る反射光を防止するため光ファイバ2の光軸を法線とする面Xに対して4〜10°程度の傾斜をつけて鏡面研磨されている。
【0030】
上記フェルール1はジルコニア、アルミナなどのセラミック材料からなっており、スリーブ5はジルコニア、アルミナ、銅などの材料からなっている。
【0031】
主には耐摩耗性を考慮して、フェルール1及びスリーブ5は共にジルコニアなどのセラミック材料からなることが好ましい。
【0032】
さらに、ホルダ4は光モジュールとしてケースと溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料からなっている。主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。
【0033】
またさらに、スリーブケース6は耐摩耗性、溶接性を配慮する必要がないため、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチック、ジルコニア、アルミナなどの幅広い材料が用いられる。主にはホルダ4と熱膨張係数を合わせ、信頼性を高めるため、ホルダ4と同様、ステンレスを用いられることが多い。
【0034】
ここで、図1および図2に示すように本発明の光レセプタクル7は、ファイバスタブ3の外周面に凹部3cを形成するとともに、ホルダ4の貫通孔の内周面にファイバスタブ3の凹部3cに嵌合可能な凸部4aを形成していることが重要である。なお、図ではファイバスタブ3の凹部3cをフォルダ4の凸部4aに嵌合させたが、これに限定されることなく、逆の構成にしても良い。
【0035】
これにより、ホルダ4によるファイバスタブ3の保持長さL1が短くても、ファイバスタブ3の外周面に凸部4dを設け、ホルダ4の内周面の凹部3cに嵌合固定されているため、ファイバスタブ3の保持強度を十分に確保でき、光コネクタ23との光の導入、導出に影響を与えること無く、低い接続損失が得られる。上記光コネクタ23とは、この光レセプタクル7を用いて光信号をやりとりする際に、スリーブ5に挿入することによって、光ファイバ22と光ファイバ2を接続するものであり、プラグフェルール21の中心に光ファイバ22を有して構成されており、一般的にプラグフェルール21の外径は、φ2.499±0.0005mmまたはφ1.249±0.0005mmであり、光ファイバ22と光ファイバ2の密着を高めるため、接続時には約10Nの荷重を加える機能を備えている。
【0036】
また、一般に光レセプタクル7における光コネクタ23との嵌合部となるスリーブケース6の端面側6aからファイバスタブ3の先端側3aの長さは規格化されているため、短くすることができず、ファイバスタブ3の長さを短くしなければならない。上述の実施形態によればファイバスタブ3のホルダ4に保持される長さL1を短くする事が出来、光レセプタクル7を小型化することができる。
【0037】
また、光コネクタ23の着脱の際、スリーブ5によるファイバスタブ3の保持状態を安定させるために、スリーブ5によるファイバスタブ3の保持強度は、スリーブ5による光コネクタ23の保持強度と同じか、または大きい方が望ましい。
【0038】
更に、フェルール1の外径1bとスリーブ5の内径5bの表面粗さは挿入性を考慮して、表面を算術平均粗さRaで0.2μm以下とするのが望ましく、フェルール1の外径1bとスリーブ5の内径5bの各々の公差は低い接続損失を得るため、±1μm以下が望ましく、スリーブ5の内径5bはフェルール1を確実に保持するために、10N以下の圧入になるよう設計することが望ましい。
【0039】
接続損失とは、図7に示すように、光素子8を駆動させ、測定用ファイバ32を取り付け、レセプタクル7のファイバスタブ3の先端側3aを測定用ファイバ32に接続し、パワーメータ31にて光出力を測定するものである。
【0040】
また、図1に示すように、上記ファイバスタブ3の外周面の後端面3b側を一部切り欠いて凹部3cである段加工部(以下、「段差加工部3c」ともいう)と、ホルダ4の貫通孔4dの内周面に形成した凸部4dであるストッパ(以下、「ストッパ4a」ともいう)とが当接し、相互の回転方向の位置決めを可能となり、ファイバスタブ3の後端面3bの傾斜方向が、いずれのレセプタクル7でも一定方向に圧入固定することができる。
【0041】
また、ファイバスタブ3の後端面3bが光軸を法線とする面に対して傾斜させた傾斜面を設け、ファイバスタブ3の外周面に傾斜面先端側を光軸を法線とする面に垂直になるように切り欠いて段加工部3c(基準面)を形成し、ファイバスタブ3の段加工部3cに対応したホルダ4の領域に識別表示部4bを設けている。
【0042】
なお、識別表示部4bを形成する領域とは、図1に示すように基準面となる段差加工部3cと対向するホルダの外周面の位置としている。なお、図1では具体的な記載がないが、識別表示部4bが形成された領域は、図1(b)の点線に示した基準面と略平行な位置のホルダ4端面の位置としても良い。
【0043】
ストッパ4aとしては、図3に示すように、(a)(b)の段形状、(c)(d)くさび形状、(e)(f)の別体形状にすることができ、部品点数を少なくし、安価にするため、(a)(b)の段形状が望ましい。
【0044】
また、識別表示部4bの位置としては、90度ずらして、平行にしてもよい。
【0045】
また、ホルダ4の外周面に形成する識別表示部4bとしては、図4に示すように、(a)(b)の段形状、(c)(d)の座ぐり形状、(e)(f)の様に線形状にすることができ、自動切削加工機により、連続的に同一刃物で加工することができる(a)(b)の段形状が望ましい。
【0046】
レセプタクル7及び光モジュールを製造するには、まず、ファイバスタブ3の段加工部3cと、ファイバスタブ3の後端面3bの傾斜方向が垂直になるように加工治具により位置合わせして固定し、ファイバスタブ3の後端面3bに傾斜をつけて鏡面研磨加工する。
【0047】
次に、ホルダ4の貫通孔4dの内周面に形成したストッパ4aとこれに対向する位置にホルダ4の外周面の識別表示部4bを自動切削加工機にて形成し、ファイバスタブ3の段加工部3cとストッパ4aとを嵌合固定して作製される。
【0048】
さらに、レセプタクル7の後端部3bに光信号を出射する光素子を収容したケースを取り付け光モジュールを形成することができる。
【0049】
回転方向の位置決めをする目的は、図5に示すように、光素子8からファイバスタブ3の光ファイバ2に効率良く光を入射することが目的であり、ファイバスタブ3に固定された光ファイバ2の屈折率と、空気の屈折率が異なるため、光素子8およびレンズ9の位置関係は、ファイバスタブ3の傾斜方向に合わせて傾斜させる必要がある。
【0050】
一般的に、光ファイバ2の屈折率n1が1.46程度であり、空気の屈折率n2は1であり、例えば、ファイバスタブ3の傾斜角度θ1が8°の場合、屈折の法則により、n1sinθ1=n2sinθ2の関係式が成り立つため、θ2は11.7°になり、効率良く光を入射するには、光素子8を中心軸からθ3=3.7°傾けることが望ましい。
【0051】
ファイバスタブ3に固定された光ファイバ2と、光素子8の位置決め調心する際、レセプタクル7の外観から、ファイバスタブ3の傾斜方向を直接確認する事ができないが、ホルダ4の識別表示部4bとファイバスタブ3の傾斜方向が合っているため、ファイバスタブ3の傾斜方向がレセプタクル7の外観から判別がつき、効率良く、位置決め調心することが可能になる。
【0052】
また、上記ファイバスタブ3の後端側3bがホルダ4の後端側4cよりも突き出させることで、ファイバスタブ4の後端側4cの傾斜方向の確認がしやすくなるとともにファイバスタブ3の後端側3bに汚れが付着した場合、容易に拭き取る事が可能になる。光ファイバ2のコア2cは10μm程度であるため、数μmの汚れの付着があった場合、光の結合が著しく悪化し、位置決め調心出来ない。
【0053】
汚れの付着があった場合、調心作業を一旦止め、ファイバスタブ3の後端側3bの汚れをアルコールを浸した綿棒などで拭き取りするが、後端側3bがホルダ4の後端側4cよりも突き出しているため、容易に洗浄することができる。
【0054】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。
【0055】
図1および図2に示す本発明の光レセプタクルを作製した。
図1および図2に示すように、フェルール1の中心に光ファイバ2を有したファイバスタブ3と、貫通孔4dが形成され該貫通孔4dに上記ファイバスタブ3の後端側3bを圧入固定してなるホルダ4と、上記ファイバスタブ3の先端部3aを一方の開口端部から挿入固定するとともに、他方の開口端部から挿入された光コネクタを上記ファイバスタブ3の先端面に当接するスリーブ5とからなり、それらをスリーブケース6に圧入することによって構成されている。
【0056】
また、上記ファイバスタブ3の外周面の後端面3b側を一部切り欠いて凹部である段加工部3cと、ホルダ4の貫通孔4dの内周面に形成した凸部であるストッパ4aとが当接し、相互の回転方向の位置決めが可能となり、ファイバスタブ3の後端面3bの傾斜方向が、いずれのレセプタクル7でも一定方向に圧入固定することができる。
【0057】
また、ファイバスタブ3の後端面3b側が光軸を法線とする面に対して傾斜させた傾斜面を設け、ファイバスタブ3の外周面に傾斜面先端側を光軸を法線とする面に垂直になるように段差加工部3cを切り欠いて、その段差加工部3cに対向したホルダ4の外周面に識別表示部4bを設けている。また、上記ファイバスタブ3の後端側3bがホルダ4の後端側4cよりも突き出させている。
【0058】
フェルール1とスリーブ5はジルコニアで形成し、ホルダ4、スリーブケース6はステンレスで形成している。
【0059】
フェルール1の外径1bと、プラグフェルール21の外径21bはSCコネクタの標準寸法のφ2.499±0.0005mmとし、ファイバスタブ3がホルダ4に保持される長さL1を1mm、ファイバスタブ3の後端側3bがホルダ4の後端側4cより突き出す長さL2を0.1mmものを用意した。
【0060】
一方、比較例1として、上記と同じ寸法、材質、組み立て方法で、図6に示すように、ファイバスタブ3の外周部に段加工部3cを設けず、上記ホルダ4の内周面のストッパ4aを設けず、ファイバスタブ3がホルダ4に保持される長さL1を1.2mm、ファイバスタブ3の後端側3bがホルダ4の後端側4cよりも引き込む長さL2を0.1mmのものを各10個用意した。
【0061】
それぞれにおいて、ファイバスタブ3の後端側3bを意図的に汚し、ファイバスタブ3bの洗浄時間、レセプタクル7と光素子との調心時間を測定した。さらに、それぞれにおいて、光モジュールを作製し、図7にしめすように、ファイバスタブ3と測定用ファイバ32を接続させ、接続損失を測定した。
【0062】
その結果を表1に示す。
【0063】
【表1】
Figure 0004214007
【0064】
その結果、比較例では洗浄時間が平均21秒であったのに対し、本発明実施例では平均11秒になり、大幅に作業時間の短縮できることが確認された。
【0065】
また、比較例では調心時間が平均311秒であったのに対し、本発明実施例では平均69秒になり、調心時間も大幅に短縮できることが確認された。
【0066】
さらに、比較例では接続損失の平均が0.99dBであったのに対し、本発明実施例では、0.17dBになり、大幅に低減できることが確認された。
【0067】
これらの結果から、接続損失を増加させずに、光レセプタクル7の小型化が出来ることが確認された。
【0068】
更に上記サンプルの各1個を用いて、繰り返し接続損失を測定し、最大値と最小値の差を示す繰り返し再現性を評価した。
【0069】
繰り返し接続損失は測定用ファイバ32のスリーブ5への挿入、離脱を繰り返すことで測定した。
【0070】
【表2】
Figure 0004214007
【0071】
その結果、比較例では、光コネクタ23を当接する毎にファイバスタブ3が動き、繰り返し再現性は1.02dBであったのに対し、本発明実施例では0.09dBになり、大幅に改善出来ることが確認された。
【0072】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、上記ファイバスタブは、その後端面側が光軸を法線とする面に対して所定角度傾斜させた傾斜面とされているとともに、ファイバスタブの外周面の傾斜面先端側に、光軸を法線とする面に垂直な面を有するように切り欠いた段加工部が形成されており、上記ホルダの貫通孔の内周面は、上記ファイバスタブの上記段加工部に嵌合可能に形成されているために、簡単な構成で、小型化にしたとしてもホルダとファイバスタブとの回転方向の位置決めできるだけでなく保持状態が良くなって接続損失を向上させることが可能となる光レセプタクルを提供することができる。
【0074】
さらに、上記ファイバスタブの段加工部に対応した領域に識別表示部を有したために、傾斜面の傾斜方向を識別表示部のみで判別ができるため、光モジュールを形成するのに簡単に光素子の位置調整できる光レセプタクルを提供することができる。
【0075】
また、ファイバスタブの後端側がホルダの貫通孔から突き出させたために、ファイバスタブの後端面の傾斜方向の確認がしやすくなるとともにファイバスタブの後端側に汚れの付着があった場合、ホルダの貫通孔が小さくても、洗浄手段を拘束されることなく、アルコールを浸した、綿棒などで容易に拭き取ることができる。
【0076】
さらに、本発明の光モジュールは、光レセプタクルに有するファイバスタブの後端部に、光信号を出射する光素子を収納したケースを取り付けたために、接続損失が小さく、安価で、生産効率が高く、小型の光モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す中央横断面図であり、(b)は同図の正面図である。
【図2】本発明の光レセプタクルにプラグフェルールを接続させた状態を示す側面断面図である。
【図3】(a)(c)(e)は本発明の光レセプタクルのストッパを示す中央横断面図である。(b)(d)(f)は同図の正面図である。
【図4】(a)(c)(e)は本発明の光レセプタクルの識別表示部を示す中央横断面図である。(b)(d)(f)は同図の正面図である。
【図5】光モジュールにおける、光素子、レンズ、ファイバスタブの位置関係を示す図である。
【図6】従来の光モジュールを示す図である。
【図7】接続損失の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
1:フェルール
1a:貫通孔
1b:外径
2:光ファイバ
2a:コア
2b:ファイバ端面
2c:コア
2d:クラッド
3:ファイバスタブ
3a:先端側
3b:後端側
3c:段加工部
4:ホルダ
4a:ストッパ
4b:識別表示部
4c:後端側
4d:貫通孔
5:スリーブ
5a:内孔
6:スリーブケース
6a:端面側
7:光レセプタクル
8:光素子
9:レンズ
21:プラグフェルール
21a:貫通孔
21b:外径
22:光ファイバ
22a:コア
23:光コネクタ
31:パワーメータ
32:測定用ファイバ
41:フェルール
41a:貫通孔
42:光ファイバ
42a:コア
42b:ファイバ端面
43:ファイバスタブ
43a:先端側
43b:後端側
44:ホルダ
45:スリーブ
45a:内孔
46:スリーブケース
46a:端面側
47:光レセプタクル
48:光素子
49:レンズ
50:ケース
51:溶接部
52:光モジュール
53:空気
61:プラグフェルール
61a:貫通孔
62:光ファイバ
62a:コア
63:光コネクタ
x:面
n1:屈折率
n1:屈折率
θ1:角度
θ2:角度
L1:長さ

Claims (5)

  1. フェルールの中心に光ファイバを有したファイバスタブと、貫通孔が形成され該貫通孔に上記ファイバスタブの後端側を圧入固定してなるホルダと、上記ファイバスタブの先端部を一方の開口端部から挿入固定するとともに、他方の開口端部から挿入された光コネクタを上記ファイバスタブの先端面に当接するスリーブとからなる光レセプタクルにおいて、上記ファイバスタブは、その後端面が光軸を法線とする面に対して所定角度傾斜させた傾斜面とされているとともに、ファイバスタブの外周面の上記傾斜面先端側に、光軸を法線とする面に垂直な面を有するように切り欠いた段加工部が形成されており、上記ホルダの貫通孔の内周面は、上記ファイバスタブの上記段加工部に嵌合可能に形成され、上記ファイバスタブの上記段加工部に対応した上記ホルダの領域に識別表示部を有したことを特徴とする光レセプタクル。
  2. 上記領域は、上記段加工部と対向するホルダの外周面の位置であることを特徴とする請求項1に記載の光レセプタクル。
  3. 上記領域は、上記段加工部と平行なホルダの端面の位置であることを特徴とする請求項2に記載の光レセプタクル。
  4. 上記ファイバスタブの後端側をホルダの貫通孔から突き出させたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光レセプタクル。
  5. 請求項1〜5のいずれかに記載の光レセプタクルに有するファイバスタブの後端部に、光信号を出射する光素子を収納したケースを取り付けたことを特徴とする光モジュール。
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