JP4306595B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光情報通信分野などで使用される光モジュールに関するものである。

従来の光レセプタクルの一種として、例えば特許文献１に記載されているように、光ファイバを保持した内蔵フェルールを備えるものが知られている。このような光レセプタクルに、やはり光ファイバを保持したプラグフェルールを嵌合すると、それぞれの光ファイバが接続されて光の伝送が行われる。
特開平１０−３３２９８８号公報

しかしながら、上述の光レセプタクルでは、内蔵フェルール内の光の導波に光ファイバ（主にシングルモード光ファイバ）を用いているので、プラグフェルール側の光ファイバに対する光結合トレランスが狭くならざるを得ない。そのため、外部コネクタプラグの抜き差し回数に対する光出力変動特性、いわゆる挿抜特性が悪くなったり、外部コネクタプラグを差し込んだときに、光軸に垂直な方向（横方向）からの力に対する光出力変動が大きくなるという問題が生じていた。

そこで、本発明の目的は、外部コネクタプラグを差し込んで光接続させるときの光出力変動を小さくすることが可能な光モジュールを提供することとする。

本発明は、光レセプタクルと、光レセプタクルに固定された筐体とを備えた光モジュールにおいて、光レセプタクルは、光ファイバを有する外部コネクタプラグと嵌合するレセプタクル本体と、光ファイバと接続され、光ファイバを伝搬する光を透過させる光透過部材と、レセプタクル本体内に配置され、光透過部材を保持する保持部材とを備え、光透過部材は、実質的に均一な屈折率分布を有する材料で形成されており、保持部材は、外部コネクタプラグと嵌合する側に形成され、光透過部材が収容された第１内孔部と、第１内孔部に連続して外部コネクタプラグと嵌合する側の反対側に向けて形成され、第１内孔部よりも径の大きい第２内孔部とを有し、保持部材における外部コネクタプラグと嵌合する側の端面において、第１内孔部の径が光ファイバの外径と同等であり、筐体は、光レセプタクルに対して外部コネクタプラグと嵌合する側の反対側に配置され、筐体内には、光透過部材に向けて光を照射する発光素子と、発光素子からの光を集光させる集光レンズとが設けられ、集光レンズにより集光された光が保持部材における外部コネクタプラグと嵌合する側の端面で結像するように構成されていることを特徴とするものである。

このように本発明においては、光ファイバの代わりに、実質的に均一な屈折率分布を有する材料として、例えば外部コネクタプラグ側の光ファイバのコアと同一の材料で形成された光透過部材を用いることができる。光透過部材が、このような材料で形成され、かつ、光ファイバのコア径よりも大きい径を有する場合には、外部コネクタプラグの光ファイバに対する光結合トレランスは広くなる。したがって、外部コネクタプラグをレセプタクル本体内に差し込んで、光透過部材と光ファイバとを光接続させる場合に、外部コネクタプラグの挿抜繰り返しに対して良好な光出力変動特性（挿抜特性）が得られるとともに、レセプタクル本体の横方向からの力に対する光出力変動を小さくすることができる。したがって、発光素子から照射された光を、光透過部材を介して外部コネクタプラグの光ファイバに安定して伝搬することができる。また、保持部材の第１内孔部に光透過部材を収容することにより、光透過部材を樹脂等で直接レセプタクル本体に固定させなくて済む。したがって、光透過部材の外周面に損傷等が生じることが防止され、信頼性が向上する。

また、光透過部材は、光ファイバと接続される部分のみが露出され、それ以外の部分は保持部材で覆われることになるので、外部コネクタプラグをレセプタクル本体に差し込んだときに、光透過部材の先端面（接続端面）に傷がつくのを防ぐことができる。

また、本発明の光レセプタクルでは、保持部材は、ジルコニアまたは金属で形成されていることも好ましい。このように硬い材質のジルコニアまたは金属を用いれば、精度の良い保持部材を製造することができる。

また、本発明の光レセプタクルでは、光透過部材における光ファイバと接続される側の反対側の端面は、レセプタクル本体の径方向に対して所定角度で傾斜するように研磨加工されていることも好ましい。このようにすれば、光が光透過部材の端面で反射して戻ることを抑制できる。

また、本発明の光レセプタクルでは、レセプタクル本体は、外スリーブと、外スリーブ内に配置され、一端側に保持部材の一部が挿入されるとともに他端側に外部コネクタプラグが嵌入される内スリーブと、外スリーブと保持部材との間に介在され、保持部材を外スリーブに固定するブッシュとを有することも好ましい。これにより、例えば圧入を用いて、保持部材をレセプタクル本体に固定することができる。この場合には、光レセプタクルの組み立てを安価に行うことが可能となる。

本発明によれば、外部コネクタプラグを光レセプタクルに差し込んで光接続させるときの光出力変動を小さくすることができる。これにより、接続損失の増大を抑えることが可能となる。

以下、本発明に係る光レセプタクル及び光モジュールの好適な実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明にかかる光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。図２は図１に示す光レセプタクルに外部コネクタプラグを嵌合させる様子を示す断面図である。図１及び図２に示すように、光レセプタクル１は、スタブ（保持部材）２と、光透過部材４と、レセプタクル本体６とを備えている。

スタブ２は、後述する光透過部材４を保持する部材である。スタブ２は、光透過部材４の外周面を覆うように形成される。より具体的には、スタブ２は、所定軸Ｘ方向（レセプタクル本体６の軸方向）に延びる筒状をなしており、ジルコニアまたは金属といった硬い材料からなっている。このような材料を用いることによって、スタブ２の寸法精度を十分に出すことができる。なお、スタブ２をジルコニアで形成する場合には、スタブ２は例えば射出成形などの成形技術によって製造される。スタブ２は、例えば、３ｍｍ程度の全長Ｌ２を有しており、１．２５ｍｍ程度の外径Ｄ２を有している。スタブ２の全長Ｌ２は、外部コネクタプラグ４０（図２参照）が嵌合された時でもレセプタクル本体６に確実に保持される最適な長さとして予め決まっているものである。

スタブ２は、第１内孔部３及び第２内孔部５を有している。第１内孔部３は、光透過部材４を保持する部分であり、スタブ２の一端面（前端面）２ａからスタブ２の内面２ｂに向かって延びている。スタブ２の前端面２ａには、第１内孔部３によって形成される開口部が設けられている。この開口部を含む第１内孔部３の径Ｄ３は、スタブ２と突き合わされる外部コネクタプラグ４０（図２参照）に設けられた光ファイバ４２のクラッド径（０．１２５ｍｍ）と同等の大きさである。第１内孔部３は、例えば、０．５〜１．０ｍｍ程度の全長Ｌ３を有している。

第２内孔部５は、第１内孔部３に連続してスタブ２の内面２ｂからスタブ２の後端面２ｄに向かって延びている。第２内孔部５の径Ｄ５は、第１内孔部３の径Ｄ３よりも大きい。第２内孔部５は空洞であって、空気や窒素が充填される。そのため、光の伝搬に悪影響を及ぼすことがない。第２内孔部５は、例えば、０．７５ｍｍ程度の径Ｄ５を有している。

光透過部材４は、図２に示すように、外部コネクタプラグ４０の光ファイバ４２を伝搬する波長の光を透過させる透明な部材であり、当該光ファイバ４２と接続可能となるように所定軸Ｘ方向に延在している。光透過部材４は、実質的に均一な屈折率分布を有する材料で形成される。本実施形態では、このような材料として光ファイバ４２のコアと同じ屈折率を有するガラス（石英ガラス）を用いる。これにより、光ファイバ４２と光結合させたときの反射ロスを抑えることができる。そして、かかるガラスを溶融させた状態で第１内孔部３に充填することにより、スタブ２に保持された光透過部材４を形成する。なお、線引きにより製造した光透過部材４を第１内孔部３に挿入し、光透過部材４及びスタブ２の長さを調整することによって、スタブ２に保持された光透過部材４を形成するとしてもよい。また、透明な光透過部材４は、光ファイバ４２に材料に応じてプラスチック等であってもよい。

光透過部材４は、第１内孔部３に対応した形状を有している。すなわち、光透過部材４は、外部コネクタプラグ４０の光ファイバ４２のクラッド径と同等となるような外径を有している。

このような光透過部材４を保持したスタブ２の前端面２ａは、光透過部材４の先端面と一緒にＰＣ（フィジカル・コンタクト）研磨されている。これにより、外部コネクタプラグ４２をスタブ２に突き合わせたときに、光ファイバ４２と光透過部材４とを物理的に十分に接触させることができ、光ファイバ４２との接続点での反射を防ぐことができる。また、スタブ２の内面２ｂは、光透過部材４の基端面と一緒にスタブ２の径方向に対して所定角度で傾斜するように斜め加工されている。ここで、所定角度とは、所定軸Ｘ方向への反射戻り光を抑制するのに好適な角度であり、例えば４度以上といった角度である。なお、光の反射戻り対策としては、斜め加工の他に、１パーセント以下のＡＲコートといった反射防止膜をスタブ２の内面２ｂに施してもよい。

レセプタクル本体６は、外部コネクタプラグ４０と嵌合する部分であり、所定軸Ｘ方向に延びる筒状をなしている。レセプタクル本体６は、外スリーブ８と、内スリーブ１０と、ブッシュ１２とを有している。

外スリーブ８は、その前端面（外部コネクタプラグ４０と嵌合する側の端面）から後端面に向かってに順に設けられたプラグ挿入部８ａ、小内径部８ｂ、及び大内径部８ｃを有している。大内径部８ｃは、小内径部８ｂより径の大きい内孔を有している。プラグ挿入部８ａの開口部は、外部コネクタプラグ４０を挿入し易くするために、外スリーブ８の前端に向かうにしたがって広がるテーパー状に加工されている。外スリーブ８は、例えば、ＳＵＳ３０３等の金属によって構成される。なお、外スリーブ８の材料は、他のモジュール部品（後述）との組み立てに金属溶接法を用いる場合には、エポキシ系樹脂等であってもよい。

内スリーブ１０は、外スリーブ８における小内径部８ｂに配置された弾性を有する割りスリーブである。内スリーブ１０の前端面１０ａ側には外部コネクタプラグ４０が嵌入されるとともに、内スリーブ１０の後端面１０ｂ側には、スタブ２の前端面２ａ側の部分が挿入される。内スリーブ１０は、ジルコニアやアルミナといったセラミック材料、リン青銅といった金属材料、プラスチック材料等により形成されている。例えば、内スリーブ１０の長さＬ１０は５ｍｍ程度であり、外径Ｄ１０は１．３ｍｍ程度である。なお、内スリーブ１０は図１及び２のような割りスリーブに限らず、精密スリーブであってもよい。

ブッシュ１２は、外スリーブ８における大内径部８ｃに内スリーブ１０と隣接するように配置されている。ブッシュ１２は、外スリーブ８とスタブ２との間に介在され、スタブ２を外スリーブ８に対して固定する。ブッシュ１２は、ＳＵＳ３０３等といった金属により形成される。例えば、ブッシュ１２の長さＬ１２は１ｍｍ程度である。

このような光レセプタクル１は、以下のようにして組み立てられる。まず、光透過部材４を保持した状態のスタブ２の後端面２ｄ側の部分をブッシュ１２に圧入固定する。そして、例えばスタブ２の前端面２ａ側の部分を内スリーブ１０内に挿入した状態で、内スリーブ１０とブッシュ１２に固定されたスタブ２とを外スリーブ８内に挿入し、外スリーブ８にブッシュ１２を圧入固定する。

以上のように構成した光レセプタクル１では、外部コネクタプラグ４０がレセプタクル本体６の内スリーブ１０内に嵌入されることで、外部コネクタプラグ４０がスタブ２に突き合わされ、外部コネクタプラグ４０の光ファイバ４２は光透過部材４と光接続される。このとき、光透過部材４は、均一な屈折率分布を有する透明ガラス等で形成され、しかも光ファイバ４２のコア径よりも大きな径を有しているので、外部コネクタプラグ４０の光ファイバ４２に対する光結合トレランスが広くなる。よって、外部コネクタプラグ４０の抜き差しを繰り返すことに対する光出力変動が小さくなり、良好な挿抜特性を得られる。また、外部コネクタプラグ４０を差し込んだときに光レセプタクル１の径方向に力がかかって多少ずれ動いても、そのときに生じる光出力変動が小さくなる。したがって、光レセプタクル１と外部コネクタプラグ４０との光結合損失を低減することが可能となる。

また、光透過部材４の外周面はスタブ２で覆われているので、光透過部材４を直接樹脂等でレセプタクル本体６に固定した場合と異なり、光透過部材４が傷ついたり、割れたりすることはない。更に、光透過部材４の先端面の径は光ファイバ４２の径と同等であるため、光透過部材４の先端部の大部分がスタブ２に保護されることになる。したがって、外部コネクタプラグ４０を差し込んだときに、光透過部材４の先端面に傷がつくことが防止されるため、傷による性能低下を抑えることができる。また、第２内孔部５は空洞を有しているため、光の伝搬に悪影響を及ぼすことなく、保持部材にかかる材料コストを減らすことが可能となる。

次に、本発明にかかる光モジュールの一実施形態について説明する。図３は、上記の光レセプタクル１を備えた光モジュールとして、光送信モジュールを一部破断して示す断面図である。図３に示すように、光モジュール２０は、上記の光レセプタクル１と、この光レセプタクル１の後側（外部コネクタプラグ４０と嵌合する側の反対側）に配置された筐体２２とを備えている。

筐体２２は、光レセプタクル１の外スリーブ８に固定されている。より具体的には、筐体２２は、パッケージ２２ａ、キャップ２２ｂ、及び光軸調整用スリーブ２２ｃを有している。パッケージ２２ａには、複数本のリードピン２４が固定される。また、パッケージ２２ａには、光透過部材４に向けてレーザ光を照射する発光素子２６と、この発光素子２６からの出力光をモニタするためのモニタ用受光素子２８とが搭載される。

発光素子２６及びモニタ用受光素子２８は、リードピン２４と電気的に接続されている。なお、発光素子２６は、例えばＩｎＰ系ＦＰ−ＬＤやＤＦＢ−ＬＤといったレーザダイオードであり、モニタ用受光素子２８は、例えばＩｎＧａＡｓ系ＰＩＮ−ＰＤといったフォトダイオードである。

キャップ２２ｂは開口部２２ｄを有し、この開口部２２ｄには、発光素子２６からの光を集光させる集光レンズ２９が配置されている。集光レンズ２９は、図３に示す通り球面レンズであってもよいし、非球面レンズであってもよい。

光軸調整用スリーブ２２ｃは、キャップ２２ｂの外径と同等の内径を有する筒状嵌合部２２ｅを一端側に有し、この筒状嵌合部２２ｅには、キャップ２２ｂが嵌入されている。光軸調整用スリーブ２２ｃの他端側の面は、光レセプタクル１の外スリーブ８の後端面８ｄと接合している。

このような光モジュール２０において、光レセプタクル１の第１内孔部３及び第２内孔部５の寸法の具体例について説明する。図４（ａ）は、上述した発光素子２６からの光を、集光レンズ２９を介して外部コネクタプラグ４０の光ファイバ４２（スタブ２の前端面２ａ）の位置で結像させる時の様子を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すスタブ２の前端面２ａからの距離Ｂと、集光レンズ２９により集光された光のビーム径Ｃとの関係を示すグラフである。

図４（ｂ）に示すグラフから、スタブ２の内面２ｂにおいて光のビーム径Ｃを０．１２５ｍｍ程度にするためには、スタブ２の前端面２ａからの距離Ｂを０．６６５ｍｍ程度にする必要があることが読み取れる。したがって、集光レンズ２９により集光された光を、スタブ２の前端面２ａで結像させ、かつ光ファイバ４２のクラッド径（０．１２５ｍｍ）と同等の大きさの径を有する第１内孔部３に確実に導入させるには、第１内孔部３の全長Ｌ３を０．６６５ｍｍ以下にすればよいことがわかる。また、図４（ｂ）に示すグラフから、スタブ２の前端面２ａからの距離Ｂが例えば３ｍｍ程度であるとき、ビーム径Ｃは０．５６５ｍｍ程度であることが読み取れる。したがって、スタブ２の全長Ｌ２が３ｍｍ程度であるとき、集光レンズ２９により集光された光をスタブ２の前端面２ａで結像させ、かつ第２内孔部５に確実に導入させるためには、第２内孔部５の径Ｄ５を０．５６５ｍｍ以上にすればよいことがわかる。このようにして、第１内孔部３及び第２内孔部５の適切な寸法を算出することができる。

かかる構成を有する光モジュール２０は、発光素子２６を備えているので、発光素子２６から出射された光を、光レセプタクル１の光透過部材４を介して外部コネクタプラグ４０の光ファイバ４２に伝搬することができる。また、光透過部材４は十分な大きな径（第２内孔部５の径Ｄ５に相当）を有するので、発光素子２６から出射されて集光レンズ２９を透過した光は、確実に光透過部材４で集光されて効率よく光透過部材４を通り、光ファイバ４２に入射されることとなる。

図５は、本発明にかかる光モジュールの他の実施形態として、光受信モジュールを一部破断して示す断面図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。図４に示すように、光モジュール３０は、上記の光レセプタクル１と、この光レセプタクル１の後側に配置されるとともに光レセプタクル１の外スリーブ８に固定された筐体３２とを備えている。なお、スタブ２の内面２ｂが斜め加工されているので、発光素子２６から出射された光が、スタブ２の内面２ｂで反射されて発光素子２６に戻る光（反射戻り光）を抑制することができる。

筐体３２は、図３に示す実施形態におけるパッケージ２２ａに変えて、パッケージ３２ａを有している。パッケージ３２ａ上には、光透過部材４からの光を受光する受光素子３４が配置されている。受光素子３４は、例えばＩｎＧａＡｓ系ＰＩＮ−ＰＤといったフォトダイオードである。このような受光素子３４を備えれば、外部コネクタプラグ４０の光ファイバ４２から出射された光を、光レセプタクル１の光透過部材４及び集光レンズ２９を介して受光することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態においては、スタブ２の第１内孔部３は全体的に一定の径を有する円柱状をなしているが、スタブ２の第１内孔部３をスタブ２の前端面２ａに向けて径が小さくなるように構成し、これに応じて光透過部材４の形状を先細り形状としてもよい。また、スタブ２の第２内孔部５をスタブ２の内面２ｂに向けて径が小さくなるように構成してもよい。

また、本発明の光レセプタクルは、上記実施形態のような光送信モジュールや光受信モジュールの他に、光送信部と光受信部とが併設された光送受信モジュール等にも適用可能である。

本発明にかかる光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。 図１に示す光レセプタクルに外部コネクタプラグを嵌合させる様子を示す断面図である。 本発明にかかる光レセプタクルを備えた光モジュールの一実施形態として、光送信モジュールを一部破断して示す断面図である。 光レセプタクルの第１内孔部及び第２内孔部の寸法の具体例について説明するための図である。 本発明にかかる光レセプタクルを備えた光モジュールの一実施形態として、光受信モジュールを一部破断して示す断面図である。

符号の説明

１…光レセプタクル、２…スタブ、３…第１内孔部、４…光透過部材、５…第２内孔部、６…レセプタクル本体、８…外スリーブ、１０…内スリーブ、１２…ブッシュ、２０…光モジュール、２２…筐体、２６…発光素子、２９…集光レンズ、３０…光モジュール、３２…筐体、３４…受光素子、４０…外部コネクタプラグ、４２…光ファイバ。

Claims (4)

1. 光レセプタクルと、前記光レセプタクルに固定された筐体とを備えた光モジュールにおいて、
   前記光レセプタクルは、
   光ファイバを有する外部コネクタプラグと嵌合するレセプタクル本体と、
   前記光ファイバと接続され、前記光ファイバを伝搬する光を透過させる光透過部材と、
   前記レセプタクル本体内に配置され、前記光透過部材を保持する保持部材とを備え、
   前記光透過部材は、実質的に均一な屈折率分布を有する材料で形成されており、
   前記保持部材は、前記外部コネクタプラグと嵌合する側に形成され、前記光透過部材が収容された第１内孔部と、前記第１内孔部に連続して前記外部コネクタプラグと嵌合する側の反対側に向けて形成され、前記第１内孔部よりも径の大きい第２内孔部とを有し、
   前記保持部材における前記外部コネクタプラグと嵌合する側の端面において、前記第１内孔部の径が前記光ファイバの外径と同等であり、
   前記筐体は、前記光レセプタクルに対して前記外部コネクタプラグと嵌合する側の反対側に配置され、
   前記筐体内には、前記光透過部材に向けて光を照射する発光素子と、前記発光素子からの光を集光させる集光レンズとが設けられ、
   前記集光レンズにより集光された光が前記保持部材における前記外部コネクタプラグと嵌合する側の端面で結像するように構成されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記保持部材は、ジルコニアまたは金属で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記光透過部材における前記光ファイバと接続される側の反対側の端面は、前記レセプタクル本体の径方向に対して所定角度で傾斜するように研磨加工されていることを特徴とする請求項１または２記載の光モジュール。
4. 前記レセプタクル本体は、外スリーブと、前記外スリーブ内に配置され、一端側に前記保持部材の一部が挿入されるとともに他端側に前記外部コネクタプラグが嵌入される内スリーブと、前記外スリーブと前記保持部材との間に介在され、前記保持部材を前記外スリーブに固定するブッシュとを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光モジュール。

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