JP4412980B2 - 光アイソレータ付き光レセプタクルとこれを用いた光モジュール - Google Patents

Description

本発明は光通信に用いる光アイソレータ付き光レセプタクルと、これを用いた光モジュールに関するものである。

光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、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、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている（特許文献１参照）。

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７に示すような光レセプタクル２２の一端に光素子２３を備えるとともに、他端に石英ガラス等からなる光ファイバ１４を有する光コネクタ用プラグフェルール１５を接続するものである。

上記光レセプタクル２２は、図７に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール１７と、該フェルール１７の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ１６を挿入固定して得られたファイバスタブ１８の後端部をホルダ２０に圧入により固定し、先端部をスリーブ１９の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース２１に圧入又は接着固定することによって構成されている。

上記ファイバスタブ１８における光ファイバ１６の端面は、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、反対側の端面は、ＬＤ等の光素子２３から出射された光信号が光ファイバ１６の先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、フェルール１７とともに傾斜面に鏡面研磨されている。

このとき、フェルール１７の外径は、ＳＣコネクタを接続するタイプのものがφ２．５ｍｍ程度、ＬＣコネクタを接続する小型タイプのものがφ１．２５ｍｍ程度、外径公差は±１μｍ以下で、その貫通孔に備えられた光ファイバ１６の外径は１２５μｍ程度、外径公差は±１μｍ程度とＪＩＳ規格やＩＥＣ規格等で規定されているが、従来から、光ファイバ１６の中心に形成された光信号を伝搬する直径１０μｍ程度のコア（不図示）同士を損失の少ない接続とするため、それぞれの部品（スリーブ１９、フェルール１７等）は高精度に加工されており、スリーブ１９によってファイバスタブ１８及び光コネクタ用プラグフェルール１５を安定且つ高精度に保持する構造となっている。

さらに上述の光レセプタクル２２を用いて光モジュールを構成する場合は、光レセプタクル２２のファイバスタブ１８を備えた後端面側に、光素子２３とレンズ２４を備えたケース２５を溶接により接合し、光レセプタクル２２のもう一方の端面側よりスリーブ１９内に光コネクタ用プラグフェルール１５を挿入し、光ファイバ１４および光ファイバ１６の端面を当接させ、光信号のやりとりを行うことができる。

従来、上述したような光レセプタクルを用いた光モジュールは、ＬＡＮ等の低速な通信用途にのみ用いられており、幹線系等の高速な通信用途には光ファイバピグテイルを用いた光モジュールが用いられていた。

しかしながら近年、ＬＡＮ等においても通信速度の高速化が求められてきたこと、また光ファイバピグテイルを用いた光モジュールに比べ光レセプタクルを用いた光モジュールは非常に小型であることから、光レセプタクルを用いた光モジュールにおいても通信速度の高速化が求められてきた。

通信速度の高速化には、高性能な半導体レーザーを使用することにつながり、安定した特性を得るためには反射戻り光を防ぐ必要があるため、光アイソレータを光路に挿入しなければならない。

そこで図８に示すように、光レセプタクルに光アイソレータを配置したものが考案されている。

上記光アイソレータ付き光レセプタクル２２は、図８に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール１７と、該フェルール１７の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ１６を挿入固定して得られたファイバスタブ１８の後端部をホルダ２０に圧入により固定し、先端部をスリーブ１９の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース２１に圧入又は接着固定することによって構成されている。

さらにファイバスタブ１８の後端部端面に偏光子、ファラデー回転子、偏光子にて構成される光アイソレータ素子２６が備えられており、光アイソレータ素子２６を囲むようにリング状の磁石２７がホルダ２０に接着固定されている（特許文献２参照）。
特開２００１−６６４６８号公報 特開２００３−７５６７９号公報

しかしながら、一般的に光レセプタクルを用いた光モジュールを使用したトランシーバの形状は規格化されていて、半導体レーザーに加える変調速度が高速化すると、そのための電気回路に必要なスペースは大きくなる。つまり電気回路のスペースを確保するために、光レセプタクルを短くすることが求められている。

図７に示す従来の光レセプタクル２２の場合、ファイバスタブ固定方法においてホルダ２０とファイバスタブ１８の接触面積によって固定強度が変動するが、全長を短くするために接触面積が小さくなってしまい、光コネクタ接続の際にファイバスタブ１８が動いて接続損失の再現性を悪くしてしまうという問題があった。

さらにファイバスタブ１８の外径は、光ファイバ１６の中心に形成された光信号を伝搬する直径１０μｍ程度のコア（不図示）同士を損失の少ない接続とするため、非常に高精度に加工する必要があり、またコア同士直接接合するために、曲面に鏡面研磨を施さなければならないが、全長が短くなると、加工に非常に手間がかかる問題があった。

また、図８に示すような光アイソレータ付き光レセプタクルの場合、ファイバスタブの端面に光アイソレータを配置する構造であるため、どうしても全長が長くなってしまうという問題があった。

上記に鑑みて本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルは、偏光子とファラデー回転子よりなる光アイソレータ素子の外周部に円筒型磁石を配置してなる光アイソレータと、光コネクタ用プラグフェルールを保持するための精密スリーブと、前記光アイソレータの外周面と前記精密スリーブの外周面とを貫通孔の内周面で保持するホルダとを有する光アイソレータ付き光レセプタクルにおいて、前記円筒型磁石は、内周面の一方端に前記内周面から前記内周面を突出させて設けられた段差を有し、前記光アイソレータ素子が、前記段差に固定されるとともに、前記円筒型磁石の前記一方端側の端面と前記精密スリーブの一端とが突き当てられており、前記ホルダが同一内径の貫通孔を有しており、前記円筒型磁石もしくは前記精密スリーブの外周部と前記貫通孔にねじ山を設けて両者をねじ締め固定したことを特徴とする。

また前記精密スリーブに多点支持精密スリーブを使用したことを特徴とする。

また本発明は、前記光アイソレータ付き光レセプタクルに光素子を備えて光モジュールを構成したことを特徴とする。

以上のように、本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルによれば、高性能な半導体レーザーに求められる反射戻り光を遮断するための光アイソレータを備え、かつ高速変調のための電気回路に必要なスペースを確保できる、全長の短い光アイソレータ付き光レセプタクルを実現可能とする。

またファイバスタブを使用しないため部品点数を減らし、低価格で製造工程を簡略化した光アイソレータ付き光レセプタクルを実現可能とする。

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。

図１は、本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの一実施形態を示す断面図であり、石英ガラス等からなる光ファイバ１を有する光コネクタ用プラグフェルール２を保持するための精密スリーブ３と貫通孔４ａを有するホルダ４にて光レセプタクル５が構成される。

また２枚の偏光子６ａ、６ｂおよびファラデー回転子７によってなる光アイソレータ素子と、円筒型磁石８の一方に段差を設けそこに光アイソレータ素子を固定し、光アイソレータ９を構成している。

ホルダ４は貫通孔４ａを有しており、またその一部にねじ山４ｂを成形や切削によって設けている。

また前記精密スリーブ３の外周部の一部にはねじ山３ａを、前記円筒型磁石８の外周部の一部にはねじ山８ａを設けており、それぞれがねじ締め固定によって固定されている。

また精密スリーブ３と円筒型磁石８はそれぞれが突き当てによって位置決めされており、両者の位置合わせも容易となっている。

また光アイソレータ９が偏光依存型の場合、回転方向に対して偏波方向の位置決めが必要となる。ホルダ４にＤカット（不図示）等の位置決め用の加工が施されている場合、光アイソレータ９とＤカットの位置を合わせるように、回転調整しなければならないが、光アイソレータ９が固定されると同時に光アイソレータ素子とＤカット位置が所望の位置関係になるようにねじ山の数を設定することにより、光アイソレータ９を固定するだけで光アイソレータ９とＤカットの回転調整が成されることになり、組み立て工程の簡略化が実現できる。

さらに、精密スリーブ３と光コネクタ用プラグフェルール２は非常に精密にはめ合う様に設計されているため、着脱の際、精密スリーブ３を引き抜く方向に力が加わることに対して、精密スリーブ３の固定強度を強化する必要があるが、精密スリーブ３とホルダ４の固定はねじ締め固定によって成されているため、着脱によって精密スリーブ３が引き抜かれることはなく、高性能、高信頼性を有した光レセプタクルの実現が可能となる。

精密スリーブ３の材質としてはジルコニア、アルミナ、銅などの材料が用いられるが、主に耐摩耗性を考慮して、現在ではジルコニアセラミックス材料が用いられる。

また、ホルダ４は、光モジュールとして光素子等を収納する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が用いられるが、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。

光アイソレータ９に用いられる偏光子６ａ、６ｂはガラス基板に誘電体粒子を内包するタイプや誘電体積層タイプ等の透過偏光方向と直交する偏光成分を吸収する偏光子の他に、回折格子等を利用した反射型の偏光子や光路をシフトさせる複屈折結晶でも構成可能である。

また光アイソレータ９に用いられるファラデー回転子７はＴｂ、Ｇｄ、Ｈｏを添加したＢｉ置換ガーネットやＹＩＧガーネット、さらには磁石が不要な自己バイアス型のファラデー回転子でも構成可能である。

図２は本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルを用いて光モジュール構成した他の実施形態を示す断面図であり、前記ホルダ４のフランジ部と半導体レーザー１１およびレンズ１２を備えたケース１３を接合して構成される。

光コネクタは一般的にばね構造を利用し、光ファイバ１および光コネクタ用プラグフェルール２の先端に一定荷重を加え続けるような構造になっているため、従来の構造ではファイバスタブの端面と接触させることによって光ファイバ１および光コネクタ用プラグフェルール２を固定している。

しかしながら本発明の構造ではファイバスタブを有しておらず、光コネクタ用プラグフェルール２の位置決めには円筒型磁石８の底部に突き当てることによって成されるが、円筒型磁石８とホルダ４についてもねじ締め固定によって成されているため、光コネクタ用プラグフェルール２から荷重を加えられても十分固定することが可能である。

上記光モジュールは、半導体レーザー１１から出射された光信号がレンズ１２および光アイソレータ９を通過した後、光コネクタ用プラグフェルール２の光ファイバ１のコアに結合されるようにホルダ４とケース１３を調整して組み立てられている。

ファイバスタブを有する場合、光コネクタ用プラグフェルール２の中心に位置する光ファイバ１のコアは、ファイバスタブの光ファイバのコアと直接接続されているため、反射による損失は非常に小さいが、本発明の構成によると、光コネクタ用プラグフェルール２の光ファイバ１の端面にて約４％の反射が発生してしまう。

しかし戻り光については光アイソレータ９によって遮断されるため、半導体レーザー１１に戻ることはなく、光出力の変動には影響しない。

また反射によって生じる損失は、上記光モジュールは最大結合するような位置で組み立てた場合、レンズ１２および光アイソレータ９を通過した光信号は、光ファイバ１の端面付近では約１０μｍのスポットサイズまで絞られていることになり、わずか数μｍの位置変動が生じるだけで光出力の変動につながってしまう。

そのため、一般的に４０〜６０％の結合で所望の出力を満たすことができるような半導体レーザー２３が使用され、組み立ての際には光軸方向にわざとずらし、光ファイバ１の端面付近のスポットサイズを大きくすることで、位置変動に対する光出力の変動を減らすように組み立てられており、反射による損失は充分吸収可能である。

以上により、本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルによれば、高性能な半導体レーザーに求められる反射戻り光を遮断するための光アイソレータを備え、かつ高速変調のための電気回路に必要なスペースを確保できる、全長の短い光アイソレータ付き光レセプタクルを実現可能とする。

図３は、本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの一実施形態を示す断面図であり、石英ガラス等からなる光ファイバ１を有する光コネクタ用プラグフェルール２を保持するための精密スリーブ３と貫通孔４ａを有したホルダ４にて光レセプタクル５が構成される。

また偏光子６ａ、６ｂおよびファラデー回転子７によってなる光アイソレータ素子と、光アイソレータ素子に磁界を印加するための円筒型磁石８の一方に段差を設けそこに光アイソレータ９を固定している。

またホルダ４の貫通孔４ａの一部にねじ山４ｂ、円筒型磁石８の外周の一部にねじ山８ａが設けられており、ホルダ４と円筒型磁石８はねじ締め固定によって固定されている。

この場合、円筒型磁石８はねじ締め固定によって十分固定されているため、接着剤や圧入固定により精密スリーブ３を固定する際、円筒型磁石８の底部に当て付けることで位置決めすることが十分可能であり、組み立てを容易にすることが可能となる。

また光コネクタ用プラグフェルール２は同様に円筒型磁石８の底部によって位置決めされるが、円筒型磁石８とホルダ４はねじ締め固定されているため、光コネクタ用プラグフェルール２についても保持するに十分の強度を得ることができる。

図４は、本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図であり、石英ガラス等からなる光ファイバ１を有する光コネクタ用プラグフェルール２を保持するための精密スリーブ３と貫通孔４ａを有するホルダ４にて光レセプタクル５が構成される。

また、精密スリーブ３の外周部の一部にねじ山３ａ、ホルダ４の貫通孔４ａの一部にねじ山４ｂが設けられており、精密スリーブ３とホルダ４はねじ締め固定されている。

また偏光子６ａ、６ｂおよびファラデー回転子７によってなる光アイソレータ素子と、光アイソレータ素子に磁界を印加するための円筒型磁石８の一方に段差を設けそこに光アイソレータ９を構成している。

この場合、精密スリーブ３はねじ締め固定によって十分固定されているため、接着剤やハンダ、ＹＡＧにより光アイソレータ９を固定する際、精密スリーブ３の底部に当て付けることで位置決めすることが十分可能であり、組み立てを容易にすることが可能となる。

図５は、本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの精密スリーブに多点支持精密スリーブを用いた一実施形態を示す側面図である。

図５は図１に示す光アイソレータ付き光レセプタクル５を光コネクタ用プラグフェルールの挿入側から見た側面図を示しており、精密スリーブ３の内周面に複数の凸条３ｂを備えた多点支持スリーブにすることにより各凸条３ｂの間を空気孔としている。

本実施形態による光アイソレータ付き光レセプタクルは、精密スリーブ３内に光アイソレータ９を固定するため、側面にスリットがある割りスリーブは使用できない。

精密スリーブ３は光コネクタ用プラグフェルール２との嵌合において、非常に精度良く嵌合するため、光コネクタ用プラグフェルール２を挿入した際、圧縮された空気の逃げる道がなくなる恐れがあるが、図５の構造により、光コネクタ用プラグフェルール２を嵌合させたときの圧縮空気をスムーズに逃がすことが可能となり、光コネクタ用プラグフェルール２を安定して固定することが可能となる。

以下、図１に示す本発明の実施の形態に基づいて光アイソレータ付き光レセプタクル５を試作し、光コネクタ用プラグフェルール２と半導体レーザー１１との結合効率を測定した結果、および比較のために図８に示す従来の形態に基づいて光アイソレータ付き光レセプタクル２２を試作し、同様の測定をした結果を図６に示す。

図１に示す本発明の実施の形態に基づいた光アイソレータ付き光レセプタクル５において、光コネクタ用プラグフェルール２を保持するための精密スリーブ３と、精密スリーブ３を保持するためのホルダ４にて光レセプタクル５が構成される。光レセプタクル５はＳＣコネクタ用とし、精密スリーブ３にはジルコニア、ホルダ４にはステンレスを用いた。

また偏光子６ａ、６ｂおよびファラデー回転子７によってなる光アイソレータ素子と、光アイソレータ素子に磁界を印加するための円筒型磁石８にて光アイソレータ９が構成されている。光アイソレータ素子は偏光依存型のラミネート構造とし長方形に切り出したもの、円筒型磁石８はリング状のサマリウムコバルト磁石を使用した。

そして、光アイソレータ付き光レセプタクル５に光コネクタ用プラグフェルール２を挿入した状態にした後、半導体レーザー１１からの光をレンズ１２にて集光させ、光コネクタ用プラグフェルール２の光ファイバ１に結合させた。

その結果、精密スリーブ３の長さは６．８ｍｍ、マグネット８の長さは１．５ｍｍで全長８．３ｍｍとなった。

図６にその結合効率を測定した結果を示す。

また比較例として、図８に示す従来の光アイソレータ付き光レセプタクルを試作した。

その結果、レセプタクル２２の長さは１０．５ｍｍ、精密スリーブ１９の長さ６．８ｍｍ、マグネット２７の長さは１．５ｍｍで全長１２ｍｍとなった。

同様に結合効率を測定した結果を図６に示す。

測定したサンプルはそれぞれ４５サンプルだが、本発明の形態に基づく光アイソレータ付き光レセプタクル５については全て６０％程度の結合効率を得ることができ、従来の光アイソレータ付き光レセプタクル２２と同等の結合効率が得られている。

また、本発明による光アイソレータ付き光レセプタクル５を用いた光モジュールが結合効率を一定のまま短尺化可能であることが確認できた。

本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である 本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルを用いた光モジュールを示す断面図である 本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図である 本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図である 本発明の光アイソレータ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す側面図である 本発明および従来の光アイソレータ付き光レセプタクルにおける光コネクタ用プラグフェルールと半導体レーザーとの結合効率を測定した結果を示す図である 従来のレセプタクル型の光モジュールを示す断面図である 従来の光アイソレータ付き光レセプタクルを示す断面図である

符号の説明

１：光ファイバ
２：光コネクタ用プラグフェルール
３：精密スリーブ
３ａ：ねじ山
３ｂ：凸条
４：ホルダ
４ａ：貫通孔
４ｂ：ねじ山
５：光レセプタクル
６ａ、６ｂ：偏光子
７：ファラデー回転子
８：円筒型磁石
８ａ：ねじ山
９：光アイソレータ
１１：半導体レーザー
１２：レンズ
１３：ケース
１４：光ファイバ
１５：光コネクタ用プラグフェルール
１６：光ファイバ
１７：フェルール
１８：ファイバスタブ
１９：スリーブ
２０：スタブホルダ
２１：スリーブケース
２２：光レセプタクル
２３：半導体レーザー
２４：レンズ
２５：ケース
２６：光アイソレータ
２７：円筒型磁石

Claims (3)

1. 偏光子とファラデー回転子よりなる光アイソレータ素子の外周部に円筒型磁石を配置してなる光アイソレータと、光コネクタ用プラグフェルールを保持するための精密スリーブと、前記光アイソレータの外周面と前記精密スリーブの外周面とを貫通孔の内周面で保持するホルダとを有する光アイソレータ付き光レセプタクルにおいて、前記円筒型磁石は、内周面の一方端に前記内周面から前記内周面を突出させて設けられた段差を有し、前記光アイソレータ素子が、前記段差に固定されるとともに、前記円筒型磁石の前記一方端側の端面と前記精密スリーブの一端とが突き当てられており、前記ホルダが同一内径の貫通孔を有しており、前記円筒型磁石もしくは前記精密スリーブの外周部と前記貫通孔にねじ山を設けて両者をねじ締め固定したことを特徴とする光アイソレータ付き光レセプタクル。
2. 前記精密スリーブに多点支持精密スリーブを使用したことを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ付き光レセプタクル。
3. 請求項１乃至２のいずれかに記載の光アイソレータ付き光レセプタクルに光素子を備えてなる光モジュール。
   

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