JP4576163B2 - 光学接続方法 - Google Patents

Description

この発明は、単心及び多心光ファイバを接続するのに好適な光学接続方法に係る技術に関する。

光通信用などにおいて広く行なわれる光ファイバ同士を光コネクタにより接続する場合や、光モジュール基板上で光学部品間を光ファイバで接続する場合において、光ファイバの端面同士あるいは光ファイバと光学部品の端面同士の接触力を光ファイバの屈曲により発生する応力から得る形式のものがある。この種の光学接続方法としては図７の方法が知られている（例えば特許文献１参照）。即ち、図７において、第１の光ファイバ１は第１のプラグ３に、光ファイバの軸方向に摺動可能な状態で取付けられている一方、第２の光ファイバ２は第２のプラグ４に固定部分５で固定されている（図７（ａ））。第１のプラグ３と第２のプラグ４は、第１、第２の光ファイバが位置合わせされるような位置で、相向き合って固定される（図７（ｂ））。その後、第１の光ファイバを図の右方向に移動させるような応力が負荷されると、第１の光ファイバ１は、第２の光ファイバ２に突合わされ、さらに屈曲する（図７（ｃ））。この状態で、第１の光ファイバ１が第１のプラグ３に固定部分５で固定されると、屈曲による応力が光ファイバ端面にかかった状態が保持され、光学接続が完了する。しかしながら、本方法においては、第１の光ファイバを右方向に移動させるべく応力が負荷される必要があるが、一定量の応力と移動量を与えるのが容易でなく、過剰の応力や移動量は、光ファイバを傷つけるなどの問題を生じさせる。また、光ファイバ軸方向への応力や移動を与えるためのスペースをプラグ後方に確保する必要があり、光ファイバに接続される光学部品等の配置の自由度が制限され、光モジュール基板上のスペースを有効に使えないという問題も生じる。

一方、図８の方法も知られている（例えば特許文献２参照）。図８の方法では、第１の光ファイバ１は第１のプラグ３に、第２の光ファイバ２は第２のプラグ４に、それぞれ固定部分５で固定される。その際、第１の光ファイバ１は、プラグ３の先端からわずかに突出た状態にあり、第２の光ファイバの先端はプラグ４の先端の位置にある（図８（ａ））。この状態で、第１、第２の光ファイバが位置合わせされるような位置で、第１のプラグ３と第２のプラグ４の先端同士が密着するように応力が負荷される。これによって、光ファイバに屈曲が生じ、この状態でプラグ３とプラグ４の相対位置が固定される（図８（ｂ））。この方法においては、始めにプラグ先端から突出た光ファイバの長さによって、屈曲量の制御、即ち、屈曲による応力の制御が可能であるという特長があるが、第１の光ファイバの先端がプラグから突出た状態で、光ファイバ同士の位置合わせが行なわれるので、光ファイバの先端が傷つきやすいという問題が生じる。
特開平８−１５５６７号公報 特開２０００−２３５１３２号公報

上記で述べたように、光ファイバの端面同士の接触力を光ファイバの屈曲により発生する応力から得る光学接続方法においては、屈曲量、即ち屈曲による光ファイバ端面への圧力量を簡単に制御し、かつ、光ファイバ同士の位置合わせの際に光ファイバ先端を傷つけず、かつ、光ファイバの位置合わせ後に光ファイバを移動させるためにプラグ後方にスペースを必要としないような簡便な接続方法はなかった。本発明は、これらの課題を解決した光学接続方法を提案するものである。

上記課題を解決する本発明の第１の光学接続方法（請求項１）は、図１に示すように下記の４つの工程を有することを特徴としている。４つの工程とは、第１のプラグ３と第２のプラグ４に各々第１の光ファイバ１、第２の光ファイバ２を挿通し、各プラグに、固定部分５で各光ファイバを固定する光ファイバ固定工程と、該固定部分５より先方部の該第１の光ファイバ１を屈曲させる屈曲工程と、該第１、第２の光ファイバを位置合わせし、該第１、第２のプラグの相対位置を固定する位置合わせ工程と、該第１の光ファイバ１の屈曲を一部開放し、かつ、第１及び第２の光ファイバに屈曲を一部残存させ、該第１、第２の光ファイバの突合わせを行なう突合わせ工程を有する光学接続方法であって、前記屈曲工程は、該第１及び／または第２の光ファイバを側面から押圧し、前記突合わせ工程で光ファイバ同士が接することを特徴とする光学接続方法である。図１では、屈曲するのは第１の光ファイバだけであるが、第２の光ファイバが屈曲しても、２本の光ファイバともに屈曲しても構わない。

前記屈曲工程において、前記第１の光ファイバに側面から押圧を加えることにより、該第１の光ファイバを屈曲させることができる。また、この押圧を解除することによって、前記突合わせ工程において、該第１の光ファイバの屈曲を開放することができる。このように、光ファイバに側面から押圧を加えるために、プラグの上方に押圧するための押圧部材を着脱可能に取り付け、これによって押圧を加えたり、押圧を開放したりすることができる。

また、前記位置合わせ工程において、位置合わせ部材を用いることにより、位置合わせ工程が容易になる。位置合わせ部材としては、Ｖ溝や貫通孔、位置合わせ用ガイドピンなどを用いることができる。

また、本発明の前記位置合わせ工程においては、前記第１、第２のプラグをアダプタに固定することにより、該第１、第２のプラグの相対位置を固定する方法を採用することもできる。アダプタとしては、後述の図３中の符号９に示すような上方からプラグを装着できるような上方が開放されたアダプタが好ましい。

本発明の光学接続方法においては、光ファイバの端面同士の接触力は光ファイバの屈曲により発生する応力から得られる。この応力の大きさは、例えば図１（ａ）における第１の光ファイバ１がプラグ３から突出ている長さにより制御することが可能であるので、過剰な応力がかかることを防止することができ、光ファイバが傷つくのを防ぐことができる。

また、本発明の光学接続方法においては、光ファイバ同士の位置合わせの時には、図１（ｂ）（ｃ）に示されるように、光ファイバの先端がプラグの外へ突出る状態にはないため、位置合わせ時に光ファイバが傷つくのを防ぐことができる。また、本発明では、光ファイバ同士の突合せを行なう際に、光ファイバの後方部から、光ファイバの軸方向へ応力をかける必要がない。したがって、プラグ後方にこのためのスペースを必要とせず、光モジュール基板上のスペースを有効に使うことができる。

図３（ａ）〜（ｅ）を用いて本願発明を具体的に説明する。図３（ａ）〜（ｅ）は第１の光ファイバ１と第２の光ファイバ２を接続する本発明の光学接続方法を最もよく実施できる例を示している。しかしながら、本願発明はこの形態に限定されるものではない。なお、図中の光ファイバのプラグ内部にある部分は、実際は正面外部からは見ることはできないが、便宜上、実線で描かれている。

図３（ａ）は本実施形態で用いられる部材を示している。第１のプラグ３は、前方に位置合わせ部材８（貫通孔を有する部材）と光ファイバ挿通部位６ｂを、中央部に光ファイバが屈曲する空間を提供する屈曲セル部７を有し、後方には、光ファイバ挿通部位６ａを有している。また、上部には光ファイバを側面から押圧する押圧部材１２が着脱可能に取り付けられる構造になっている。曲面部分１３が光ファイバに直接接し、押圧する部分である。一方、第２のプラグ４は、位置合わせ部材８（貫通孔を有する部材）からなる。９はアダプタであり、上方が開放された構造をもち、２つのプラグが上方から設置され、固定される構造になっている。第１のプラグの１８の部分とアダプタの１９の部分は、ラッチとラッチ係合部のように互いに嵌合される構造になっている。プラグ３、アダプタ９、押圧部材１２はＡＢＳ樹脂により作製されている。また、位置合わせ部材５は８心ＭＴフェルールを切削加工し、先端部分のみを使用している。

図３（ｂ）は光ファイバ固定工程を示す図である。第１、第２の光ファイバとして、２５０μｍ径石英系光ファイバ心線の被覆を端部から１５ｍｍを除去し，被覆端部から１０ｍｍのところで光ファイバ素線（１２５μｍ径）をカットした２本の光ファイバを用いている。まず、はじめに、第１の光ファイバ１の先端部を、第１のプラグ３の左側の光ファイバ挿通部位６ａから屈曲セル部７及び右側の光ファイバ挿通部位６ｂを経て、位置合わせ部材８まで挿通する。その後、固定部分５で光ファイバ１をプラグ３に固定する。第２の光ファイバ３もプラグ４に挿通し、固定部分５で固定する（図３（ｂ））。光ファイバのプラグへの固定には、接着剤等が使用される。

図４は光ファイバーがプラグに固定されたときの拡大図である。第２の光ファイバ２はプラグ４から突出ることのないように、むしろ、光ファイバの先端がプラグ先端より内部に引っ込んだ状態にしておく。第１の光ファイバ１は、第１のプラグの先端部の位置合わせ部材８から突出た状態にする。突出し長（図４のｂ）は、第２の光ファイバ２の先端から第２のプラグ４の先端までの距離（図４のｃ）より、長さａだけ長くとる。即ち、ａ＝ｂ−ｃの関係にある。この長さａが光学接続時の光ファイバの屈曲量を決め、光ファイバ端面への応力を決めることになる。このａの長さについては後述する。

図３（ｃ）は屈曲工程を示す図である。屈曲工程では、押圧部材１２の曲面部１３が屈曲セル部７内に入るようにして押圧部材１２をプラグ３の上に設置し、曲面部１３が屈曲セル部７内で光ファイバ１に対し下方に押圧力を加えることで、光ファイバ１を屈曲セル部７内で屈曲させ、屈曲部分を形成する（図３（ｃ））。このとき、第１のプラグから突出していた第１の光ファイバの先端は、プラグの内部に引き込まれる。

図３（ｄ）は、位置合わせ工程を示す図である。位置合わせ工程では、第１のプラグ３と第２のプラグ４をアダプタ９に上方から設置する。プラグ３とプラグ４の位置合わせ部材間を位置合わせしたのち、両プラグをアダプタに固定する（図３（ｄ））。これによって、すべての部材が固定される。第１の光ファイバ１については、固定部分５より先方部だけは、ファイバの軸方向への動きが可能な状態にある。なお、プラグの固定は、１８、１９の嵌合構造によるか、あるいは接着剤を用いて行なう。図５に示すのは、１８、１９の嵌合構造の一例を示しており、図３（ｄ）を側面から見た図である。１８、１９の嵌合構造はこれに限定されるものではない。

図３（ｅ）は、突合わせ工程を示す図である。この工程では、押圧部材１２をプラグ３の屈曲セル部７から上方に抜いて取り外す。屈曲していた光ファイバ１は自身の弾性により先端側に伸び、プラグ４の貫通孔に挿入されるので、プラグ４の内部で第２の光ファイバ２の端面と接する。このとき、光ファイバ１は完全に伸展することなく、屈曲が残った状態になっているので、光ファイバ２の端面に応力が負荷された状態になっている（図３（ｅ））。これで、光ファイバ同士の光学接続が完了する。以上の実施形態によれば、プラグ３に特別な装置を設けることなく、簡単な治具のみで光ファイバ１を屈曲させ、光ファイバ１の先端を移動させることができるので、光学接続方法を簡素化することができる。

上記で述べたａ（即ち、図４中のｂ−ｃ）の長さについて述べる。ａの適度な長さは光ファイバの種類や屈曲部の長さに依存する。２５０μｍ径の石英ガラス光ファイバ心線を用い、光ファイバ屈曲部の長さを７ｍｍとした場合は、ａは２０μｍ以上、３００μｍ以下であることが好ましい。この範囲に設定することによって、光ファイバの長さのバラツキが±２０μｍ程度であっても、光ファイバの先端が離れず、また、光ファイバを損傷させることなく接続することができる。さらに好ましいａの長さは、４０μｍ以上、１５０μｍ以下である。この範囲に設定することで、より適度な応力が生じる屈曲が得られるとともに、過剰な光ファイバの屈曲による曲げ損失増加を抑えることができる。光ファイバ屈曲部が７ｍｍより長い場合は、上記好ましいａの長さは長くなり、かつ、ａの好ましい範囲も広くなる。ａの好ましい範囲が広くなるということは、ファイバの初期切断長の必要精度が緩くなることを意味し、光学接続がより容易になることを意味する。なお、光ファイバの材質により、光ファイバの破断曲げ曲率半径、曲げ損失特性が異なるため、使用する光ファイバ、必要とされる挿入損失の仕様に合わせて、ａは適宣選択して設定する必要がある。

上記、実施の形態（図３）においては、光ファイバはプラグに固定されているが、光ファイバが固定されたフェルールがプラグに固定されていても構わない。また、第２の光ファイバ２は、プラグ４に固定され、後にプラグ４がアダプタ９に固定されるが、プラグ４がアダプタ９に設置された後、光ファイバ２がアダプタ９に固定されても構わない。

また、予め、双方の光ファイバ１、２間に屈折率整合剤を塗布しておき、光ファイバ同士を突合わせることによるＰＣ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ）接続を行ってもよい。屈折率整合剤を塗布しておくと光学接続の信頼性が高まる。屈折率整合剤を用いる場合は、材料、形態、設置方法は特に限定されない。材料としては、光ファイバの屈折率、材質により適宣選択して使用すればよく、例えば、シリコーンオイル、シリコーングリース等が好ましく使用される。また、屈折率整合剤の形態は液状でも固体状でもよく、例えばオイル状、グリース状、ジェル状、フィルム状のものでもよい。

本発明の光ファイバ接続部品に使用される光ファイバは、光ファイバ接続部品の適用目的に応じて適宜選択して使用され、例えば、石英またはプラスチック製のシングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ等が好ましく使用される。また、一度に接続される光ファイバの本数に制限はない。光ファイバの本数に応じて、プラグ、アダプタ等を適宜設計すればよい。

上記した実施形態の光学接続方法において使用されるプラグやアダプタの材料としてはＡＢＳ等のプラスチックに限らず、セラミック、金属、ジルコニア、ガラス金属等も使用することができる。またこれらの形状についても、プラグがアダプタに確実に固定できれば、特に限定されない。

また、光ファイバの位置合わせ手段として、貫通孔部材を用いているが、これに限定さ
れず、光ファイバが容易に位置合わせ可能であれば、溝内で光ファイバを位置合わせする
方法等、他の位置合わせ手段を用いても構わない。また、光ファイバの位置合わせ部材の
材料についても、プラスチック、セラミック、金属、ジルコニア、ガラス、金属等で作製されたものが好ましく使用される。

また、上記実施形態においては、光ファイバに屈曲を与える手段として、光ファイバの側面を押圧する方法を用いているが、この方法に限定されるものではない。また、屈曲を与える押圧部材１２は、図３（ａ）に示す形状に限られるものではなく、光ファイバ１を破損することなく曲げることのできる形状であれば如何なる形状であっても構わない。但し、光ファイバ１が破損する曲げ半径以上の曲面により光ファイバの側面を押すのが好ましい。押圧部材１２の材質も限定されるものではないが、プラグ３に対して搭載されることで屈曲形状が一義的に決まるようにするため、光ファイバ１の反発力で変形しない程度の硬度が好ましく、さらには、光ファイバ１を無理なく円滑に屈曲させるために、表面に滑り性があることが好ましい。

本発明の光学接続方法の実施の形態の他の例を図６を用いて説明する。図６は、第１の光ファイバ１と第２の光ファイバ２のいずれも屈曲した状態で突合わされ、光学接続されている例であり、光学接続の完了時点を示している。ここで用いる第１の光ファイバ１、第２の光ファイバ２、第１のプラグ３、第２のプラグ４、位置合わせ部材８は前の例（図３（ａ））で用いたものと同じものである。アダプタ９は、前の例とは形状が少し異なり、第２のプラグ４を固定する場所から、アダプタ９の端までの距離が長くなっており、第２の光ファイバ２が屈曲できる場所が確保されている。また、第１の光ファイバ１を屈曲させるための押圧部材も図３（ａ）の押圧部材１２と同じものを用いている。第１のプラグ３とアダプタ９が、ラッチとラッチ係合部のように互いに嵌合構造１８，１９を有することも図３の例と同様である。

図６に至る工程を簡単に説明する。まず、はじめに、第１の光ファイバ１の先端部を、第１のプラグ３の左側の光ファイバ挿通部位６ａから屈曲セル部７及び右側の光ファイバ挿通部位６ｂを経て、位置合わせ部材８まで挿通する。その後、固定部分５で光ファイバ１をプラグ３に固定する。次いで、図３（ｃ）と同様に押圧部材１２を用いて、光ファイバ１を屈曲させ、第１のプラグ３をアダプタ９に上方より設置する。

第２の光ファイバ２については、プラグ４に挿通したのち、プラグ４をアダプタに上方より設置する。次いで、プラグ３とプラグ４の位置合わせ部材間を位置合わせしたのち、両プラグをアダプタに固定するするとともに、第２の光ファイバを固定部分５でアダプタに固定する。これによって、すべての部材が固定される。第１の光ファイバ１と第２の光ファイバ２については、固定部分５より先方部だけは、ファイバの軸方向への動きが可能な状態にある。

最後に、図示されていない押圧部材を取り外すと、屈曲していた光ファイバ１は自身の弾性により先端側に伸び、第２の光ファイバ２の端面と接し、さらに、第２の光ファイバを屈曲させる。このとき、光ファイバ１および第２の光ファイバは、共に屈曲した状態で、お互いの端面に応力を負荷している。これで、光ファイバ同士の光学接続が完了する（図６の状態）。このように、両方の光ファイバに屈曲が存在している場合のａの長さは、片方のファイバが屈曲している場合のａの長さに比べて、２倍の長さが好ましい。この実施形態によれば、プラグ３に特別な装置を設けることなく、簡単な部材のみで光ファイバ１と光ファイバ２を屈曲させ、お互いに応力を負荷した光学接続が可能となる。

（ａ）〜（ｄ）は本発明の光学接続方法の一例を説明する模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の光学接続方法の別の例を説明する模式図である。 （ａ）は本発明の光学接続方法の実施の形態の一例に用いられる部材を説明する平面図（正面図）である。（ｂ）〜（ｅ）は本発明の光学接続方法の実施の形態の一例を説明する平面図（正面図）であり、（ｂ）は光ファイバ固定工程を、（ｃ）は屈曲工程を、（ｄ）は位置合わせ工程を、（ｅ）は突合せ工程を説明している。 本発明の光学接続方法の光ファイバ固定工程において、固定された光ファイバーの突出し長、引っ込み長を説明する模式図である。 本発明の光学接続方法におけるプラグとアダプタ間の嵌合構造の一例を説明する平面図（側面図）である。 本発明の光学接続方法の実施の形態の他の例を説明する平面図（正面図）である。 従来技術の一例を説明する模式図である。 従来技術の他の例を説明する模式図である。

符号の説明

１ 第１の光ファイバ
２ 第２の光ファイバ
３ 第１のプラグ
４ 第２のプラグ
５ 固定部分
６ａ、６ｂ 光ファイバ挿通部位
７ 屈曲セル部
８ 位置合わせ部材
９ アダプタ
１２ 押圧部材
１３ 曲面部分
１８、１９ 嵌合構造
２０ 光学部品

Claims (4)

1. 第１、第２のプラグに第１、第２の光ファイバを挿通し、各プラグに各光ファイバを固定部分で固定する光ファイバ固定工程と、
   該固定部分より先方部の第１及び／または第２の光ファイバを屈曲させる屈曲工程と、
   該第１、第２の光ファイバを位置合わせし、該第１、第２のプラグの相対位置を固定する位置合わせ工程と、
   該第１及び／または第２の光ファイバの屈曲を一部開放し、かつ、第１及び第２の光ファイバに屈曲を一部残存させ、該第１、第２の光ファイバの突合わせを行なう突合わせ工程を有する光学接続方法であって、
   前記屈曲工程は、該第１及び／または第２の光ファイバを側面から押圧し、
   前記突合わせ工程で光ファイバ同士が接することを特徴とする光学接続方法。
2. 前記位置合わせ工程において、位置合わせ部材を用いることを特徴とする請求項１記載の光学接続方法。
3. 前記位置合わせ工程において、前記第１と第２のプラグをアダプタに固定することにより、該第１と第２のプラグの相対位置を固定することを特徴とする請求項１または２記載の光学接続方法。
4. 前記アダプタは上方が開放されており、前記第１と第２のプラグをアダプタ上方からアダプタに装着し、固定することを特徴とする請求項３記載の光学接続方法。

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