JP4706856B2 - 光レセプタクル - Google Patents

Description

本発明は、光通信において、光送受信モジュール、光送信モジュール、光受信モジュールなどの前端部に設けられ光素子と光ファイバフェルールを着脱自在に結合するための光レセプタクルに関する。

発光素子を内蔵する光送信モジュール、受光素子を内蔵する光受信モジュールあるいは両方を内蔵する光送受信モジュールと光ファイバとを結合する場合、光ファイバ端を着脱自在とするのと光ファイバを永久固定するものがある。着脱自在とするものをレセプタクル型という。レセプタクルというのは光ファイバのフェルールを差し込む部分の機構を意味する。レセプタクル型の光モジュールは、光素子を内蔵したパッケージ、レンズホルダ−、レセプタクルなどよりなる。

通常のレセプタクルは金属製の円筒状部材であった。それで良かったのであるが、送信部の半導体レーザの駆動周波数が高くなる（１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）といろいろな問題が現れた。送信部の場合、ＬＤ駆動信号が電波となって空間に放射されそれが周囲の電気機器に悪影響を及ぼすという現象が現れた。この場合ＬＤモジュールの先端部のレセプタクルが送信アンテナになってＬＤ駆動電流の一部を電波に変えて放射する。受信部の場合、金属製のレセプタクルは周囲のノイズを拾う受信アンテナとなり、ＰＤの受信信号にノイズを与えることがある。

そのようなわけで、ＬＤやＰＤのパッケージとフェルールを着脱するレセプタクルを電気的に絶縁するということが要望される。

特許文献１は一部に絶縁体を採用することによって雑音特性を改善した光レセプタクルを提案している。図１によって特許文献１の光レセプタクルを説明する。
円筒形の精密スリーブ４２はセラミック製の部材である。精密スリーブ４２の後半部外周が金属製のホルダ−４３内周面に圧入固定される。精密スリーブ４２の後半内周面に金属製のストッパ４５が圧入される。

精密スリーブ４２の外周中間部にはリング状フランジ４４が圧入されている。金属製フランジ４４と金属製ホルダ−４３は離隔している。金属製のホルダ−４３の後ろにＬＤモジュールあるいはＰＤモジュールが溶接される。スリーブ４２の前開口部には、光ファイバ４６を保持するフェルール４７が着脱可能に挿入される。

光通信信号を伝送する光ファイバ４６を保持するフェルール４７をスリーブ４２に差し込むとフェルール４７がストッパ４５に当たって止まる。フェルール４７を固定する金属外套部分が有ってスリーブ４２の外周に接触しフランジ４４で止まる。スリーブ４２は絶縁体であり、ホルダ−４３とフランジ４４が離れているので、左右の部分は電気的に絶縁される。

特開２００５−０７０４９９号

特許文献１に提案された光レセプタクルは、セラミックスリーブ４２の内周面に金属製のストッパ４５を圧入し、同じ部位の外周に金属製のホルダ−４３を圧入するようになっている。また金属製のフランジ４４がホルダ−４３のすぐ近くに圧入される。スリーブ４２の内外にストッパ４５、ホルダ−４３を圧入するのは難しいしスリーブが割れる可能性も高い。スリーブ４２、ホルダ−４３、ストッパ４５、フランジ４４の加工寸法精度の管理を極めて厳格にする必要がある。そうでないと精密スリーブ４２の割れが多発する。

スリーブに部材を圧入してもスリーブが割れにくいようにした光レセプタクルを提供することが本発明の第１の目的である。スリーブに圧入する部品の寸法精度の管理の厳格さを緩和できるような光レセプタクルを提供することが本発明の第２の目的である。

セラミック製円筒状のスリーブの外周前半部に金属製のレセプタクルケースを圧入固定し、スリーブの内周後半部に金属製のファイバストッパを圧入固定する。レセプタクルケースとスリーブの前周接面Ｈと、ファイバストッパとスリーブとの後周接面Ｋとが軸方向に離隔するようにし、半径方向に重ならないようにした。これによりスリーブが割れにくくなった。

ファイバストッパは後方にフランジを有し半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）のパッケージとここで溶接される。スリーブの前端開口差込口から光ファイバを把持した金属製のフェルールが着脱自在に挿入されスリーブの内周面によって把持される。

ＬＤモジュールの場合はＬＤの送信光がファイバストッパの通し穴を通して出て行き光ファイバへ入って行く。ＰＤモジュールの場合は光ファイバを伝わってきた受信光がファイバストッパの通し穴を通してＰＤへ入る。
光レセプタクルはレセプタクルケースの後方にケースフランジを有しても良い。位置決めが容易でスリーブが割れにくい光レセプタクルを提供できる。

ファイバストッパの通し穴にはダミーファイバを付けたセラミック製のスタブを付けるようにしてもよい。スタブの材料はスリーブの材料と同一にすることもできる。ダミー光ファイバ・スタブによって反射戻り光を防ぐことができ、スリーブが割れにくい光レセプタクルを提供できる。
ファイバストッパの通し穴にはレンズを挿入するようにしても良い。コリメート光学系の構築が可能でスリーブが割れにくい光レセプタクルを提供できる。

レセプタクルケースとスリーブの前周接面Ｈと、ファイバストッパとスリーブとの後周接面Ｋとが軸方向に離隔している。ＨとＫとが半径方向に重ならない。内外からスリーブを押す部位が異なっているので圧入の際にスリーブが割れるということがない。

絶縁性のスリーブがレセプタクルケースとファイバストッパの間に介在するのでレセプタクルケースとファイバストッパが電気的に絶縁される。送信モジュールの場合はＬＤの駆動信号がレセプタクルをアンテナにして外部に広がるということを防ぐことができる。受信モジュールの場合は外部からノイズを受けにくくなる。

図２は本発明の光レセプタクルの概略の構造を示す断面図である。円筒形金属製のレセプタクルケース２の内周面に、絶縁物製の円筒形スリーブ３の前半部が圧入される。通常のレセプタクルは金属製であるが本発明では内部の一部を絶縁物のスリーブによって置き換えている。残りの外套部がレセプタクルケース２になっておりそれは金属製である。

スリーブ３の後半部には鍔付き円筒形状のファイバストッパ４の円筒部が圧入される。レセプタクルケース２の後ろには拡径したケースフランジ５がある。ファイバストッパ４の後ろには拡径したストッパフランジ６が設けられる。

光ファイバを把持したフェルールは、円筒形スリーブ３の内周面７に着脱自在に挿入される。

送信モジュールの場合は、半導体レーザ（ＬＤ）を内蔵したケース（図示しない）の前端部がストッパフランジ６の後面２０に溶接される。受信モジュールの場合は、フォトダイオード（ＰＤ）を内蔵したケース（図示しない）の前端部がストッパフランジ６の後面２０に溶接される。送信モジュールの場合ＬＤの光は通し穴９を通り、フェルールによって保持された光ファイバへ入る。受信モジュールの場合、光ファイバを伝搬してきた受信光は通し穴９を通ってＰＤモジュールに入りＰＤによって受信される。

図１の従来例のストッパ４５とホルダ−４３に当たるものが、本発明の場合は、ファイバストッパ４に一体化されている。

レセプタクルケース２の後半内周面部は内径が少し大きくなり、スリーブ３の外周面との間に隙間３２ができている。

レセプタクルケース２とスリーブ３の前周接面Ｈと、ファイバストッパ４とスリーブ３の後周接面Ｋが、軸方向に離れている。前周接面Ｈと後周接面Ｋが半径方向に重ならない。スリーブに内外から同時に圧力が加わる部分がない。レセプタクルケース２を圧入すると、スリーブ３の前半部はもはや拡径できないが、後半部は自由であるからなおファイバストッパ４を圧入することができる。前後両側からスリーブ内外に部材を圧入するのであるが、ＨとＫとが半径方向に重ならないからスリーブが割れない。

送信モジュール（ＬＤ）あるいは受信モジュール（ＰＤ）のケースとレセプタクルケース２とはスリーブ３によって電気的に絶縁される。

円筒形金属製のレセプタクルケース２と、レセプタクルケース２の内部に圧入固定される円筒形スリーブ３と、円筒形スリーブ３の内周面７に圧入される鍔付き円筒形状のファイバストッパ４よりなる光レセプタクルを作製した。

図３は光レセプタクルの縦断面図、図４は底面図である。図２の基本形と似ているが細部が少し違う。

鍔付き円筒形状のレセプタクルケース２は金属製でステンレスなどで作られる。前端面２５は軸直角な平坦面である。軸方向に広い貫通穴がある。前半円筒部２３と後半円筒部２４で内外の径が少し違う。後半円筒部２４の外径、内径とも、前半円筒部２３より広い。貫通穴に円筒形のスリーブ３を圧入してある。スリーブ３はセラミックで作る。ジルコニア（ＺｒＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などである。プラスチックでは強度が不足する。スリーブ３の内周面７がフェルールを着脱支持する部分である。耐摩耗性、強度に優れたセラミックを用いているので繰り返し着脱によく耐える。

フェルールの前端に当たって位置決めするのがファイバストッパ４である。これは鍔付き円筒形状の金属製の部材である。ファイバストッパ４の前半円筒形状部分がスリーブ３の後端穴から圧入される。スリーブ３の外周はレセプタクルケース２との間に隙間３２があるので、スリーブ３は外側へ少し歪みうまくファイバストッパ４の前半部を圧入できる。

スリーブ３のレセプタクルケース２との前周接面Ｈと、スリーブ３のファイバストッパ４との後周接面Ｋは軸方向に離れている。スリーブのどの部位も内外から同時に圧力を受けない。それが圧入時のスリーブの割れを防ぐ。

ファイバストッパ４の後面２０にＬＤモジュール、ＰＤモジュールのケースの前端部を溶接する。

ファイバストッパ４のストッパフランジ６の後面２０から内周段部２１までの軸方向の距離は１．４ｍｍ、内周段部２１からストッパ先端２２までの軸方向の距離は１．１ｍｍである。だからフランジ後面２０から円筒部先端２２までのファイバストッパ４の軸方向の全長さは２．５ｍｍである。

ファイバストッパ４の先端通し穴９の内径は０．５φ、中間部穴１０の内径は０．６５φ、ストッパフランジ６後面の拡径部１１の内径は０．９５φである。通し穴９には短い光ファイバを挿入したセラミック製のスタブを挿入してもよい。スタブの前面を斜めに研磨しておけば反射戻り光がなくなる。反射戻り光があるとＬＤの動作が不安定になる。ダミー光ファイバ・スタブによって反射戻り光を防ぐことができる。ファイバストッパの通し穴にはレンズを挿入するようにしても良い。レンズキャップ付きのＬＤやＰＤと組み合わせることでコリメート光学系が構築でき、フィルタやアイソレータなどの光学部品を挿入できるようになる。ストッパフランジ６の外径は４．７５φである。ストッパフランジ６の弓形の一部が切りかかれ平坦面１２となっている。平坦面１２と中心軸の距離は１．４ｍｍである。

円筒形のスリーブ３はジルコニア（ＺｒＯ_２）で作ってある。絶縁性、強度、摺動特性に優れている。スリーブ３の内周面７の内径は１．２５φである。

レセプタクルケース２の先端の差込口８の内径は１．５φである。レセプタクルケース２の前半円筒部２３の外径は２．８φ、後半円筒部２４の外径は３．０φである。レセプタクルケース２のケースフランジ５の外径は４．７５φである。

レセプタクルケース２の前端面２５から外周段部２６までの軸方向距離は３．３８ｍｍ、外周段部２６からフランジ前面２７までの距離は１．７７ｍｍ、フランジ前面２７とフランジ後面２８の距離（フランジ厚み）は０．５５ｍｍである。

ケースフランジ５は弓形の一部が切りかかれ平坦面２９となっている。平坦面２９の中心軸からの距離は２．１ｍｍである。

前端面２５からフランジ後面２８までのレセプタクルケース２の全長は５．６９５ｍｍである。

レセプタクルケース２、スリーブ３、ファイバストッパ４を一体化した状態での前端面２５から後面２０までの全長は６．４４５ｍｍである。だからファイバストッパ４のレセプタクルケース２との重なり長さは０．７５ｍｍである。

セラミック製の円筒状スリーブ３は前方の前周接面Ｈではレセプタクルケース２の内周面と接触している。前周接面Ｈでスリーブ３は内向きの収縮力を受ける。レセプタクルケース２の後半内周は段部３０から少し内径が広くなっており、スリーブ３との間に間隙３２が生じている。間隙３２のためにスリーブ３の後半外周部はレセプタクルケース２の内周面と非接触となる。

スリーブ３の後半の後周接面Ｋでファイバストッパ４と接触する。後周接面Ｋではスリーブ３は外向きの拡径力を受ける。ファイバストッパ４は短いものであるからスリーブ３の前半部はファイバストッパ４と接触しない。

スリーブ３が内向きの力を受ける前周接面Ｈと、スリーブ３が外向きの力を受ける後周接面Ｋは軸方向において異なる前後部位にある。前周接面Ｈと後周接面Ｋには内外方向に重なりがない。

ファイバストッパ４はスリーブ３の後半内周（後周接面Ｋ）に圧入固定される。レセプタクルケース２はスリーブ３の前半外周（前周接面Ｈ）に圧入固定される。スリーブ３を介して、ファイバストッパ４とレセプタクルケース２は一体となる。内向き力と外向き力がスリーブ３の同じ部位に働くということがない。圧入操作が容易で、圧入のときにスリーブ３が破損するおそれがない。また経年変化によってスリーブ３の強度が低下するということもない。

特開２００５−７０４９９によって提案された光レセプタクルの断面図。

本発明の光レセプタクルの基本構造を示す断面図。

本発明の実施例に係る光レセプタクルの断面図。

本発明の実施例に係る光レセプタクルの底面図。

符号の説明

２レセプタクルケース
３スリーブ
４ファイバストッパ
５ケースフランジ
６ストッパフランジ
７内周面
８差込口
９通し穴
１０中間部穴
１１拡径部
１２平坦面
２０後面
２１内周段部
２２ストッパー先端
２３前半円筒部
２４後半円筒部
２５前端面
２６外周段部
２７フランジ前面
２８フランジ後面
２９平坦面
３０段部
３２隙間
４２精密スリーブ
４３ホルダー
４４金属製フランジ
４５ストッパ
４６光ファイバ
４７フェルール
Ｈ前周接面
Ｋ後周接面

Claims (4)

1. 光ファイバを固定したフェルールを軸方向前方から着脱自在に挿入する内周面と外周面を持った円筒形のセラミックのスリーブと、円筒形で軸方向に通し穴を有しスリーブの内周面に後方から圧入されスリーブ内周面の後半の後周接面でスリーブと接触しフェルール前端に当たって位置決めし後方にストッパフランジを有する金属製ファイバストッパと、軸方向に貫通穴を有し内周面を持つ前半円筒部と前半円筒部より内径の広い内周面を持つ後半円筒部からなりスリーブの外周面に軸方向前方から圧入されスリーブの外周面前半の前周接面で前半円筒部内周面が接触し後方の後半円筒部内周面はスリーブとの間に間隙があって非接触である金属製のレセプタクルケースとを含み、絶縁性のスリーブがレセプタクルケースとファイバストッパを電気的に絶縁しており、レセプタクルケース内周面とスリーブ外周面が接触するスリーブの前周接面とファイバストッパ外周面とスリーブ内周面が接触するスリーブの後周接面は軸方向に離隔しており内外方向に重ならず、スリーブ後周接面の外周面とレセプタクルケースの内周面の間には空隙があるようにしたことを特徴とする光レセプタクル。
2. レセプタクルケースは後方にケースフランジを有す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. ファイバストッパの通し穴には、ダミーファイバを保持するセラミック製のスタブを挿入して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。
4. ファイバストッパの通し穴には、レンズを挿入して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。

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