JP4767121B2 - ファイバスタブとそれを用いた光レセプタクルならびに光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、ファイバスタブとそれを用いた光レセプタクルと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(たとえば、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30は、図6に示すような光レセプタクル20の一端にLD等の光素子31を備えるとともに、他端に光コネクタ(SCコネクタ等)のプラグ50を接続するものである。
光レセプタクル20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21と、フェルール21の貫通孔に石英ガラス等で構成されたコア部22aおよびクラッド部22bからなる光ファイバ22を挿入固定して得られたファイバスタブ23の後端側をホルダ24に圧入により固定し、先端側をスリーブ25の一方開放端部の内孔に挿入して把持する。そして、それをスリーブケース26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、この光レセプタクル20を用いてなる光モジュール30は、光レセプタクル20に設けたファイバスタブ23の後端部側に、上述した光素子31にレンズ32を備えたケース33を溶接により接合することによって構成される。そして、この光モジュール30は、スリーブ25の他方の開放端部からプラグ50が挿入され、ファイバスタブ23の端面(光ファイバ22の端面)に当接させることにより、光信号の授受を行うことができる。
一般に、光ファイバは、中心部にコア部、該コア部の外周にコアよりも屈折率の小さいクラッド部を有し、コア部に入射される光をコア部とクラッド部との屈折率差によって全反射させて、光を伝送するものである。しかしながら、本来、光は光ファイバのコア部に入射されるが、クラッド部に一部の光が漏れる場合がある。そして、このクラッド部に入射されてクラッド部を伝送する光はクラッドモードと呼ばれる。このクラッドモードは、光の出力を変動させる要因となるため、安定した光の伝送に対して弊害となっていた。
そこで、クラッドモードを除去するために、図7に示すように、コア部22aとクラッド部22bとを有する光ファイバ22がフェルール21に挿入されてなるファイバスタブ23を備え、プラグ50が当接する側のファイバスタブ23の先端面におけるクラッド部22bの一部を円錐状に除去し、その除去部に光減衰材27を固定してなる光レセプタクル20が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。この光レセプタクル20では、クラッド部22bを伝送するクラッドモードの光を光減衰材27で除去することにより、プラグ50もしくは光素子31にクラッドモードが伝送されるのを防いでいた。
特開2001−66468号公報 特開平11−194238号公報
しかしながら、図7で示した従来の光レセプタクル20では、ファイバスタブ23の先端側に光減衰材27が設けられた構造であることから、プラグ50を繰返し脱着すると、プラグ50の先端面が光減衰材27に衝突するため、樹脂等からなる光減衰材27に剥がれが生じ、プラグ50もしくはファイバスタブ23の光ファイバの端面に光減衰材27の剥離物質が付着し、光学性能を劣化させるという問題が生じていた。さらに、この光レセプタクル20では、長期間使用すると、上述したプラグ50の衝突によって光減衰材27が脱落し、クラッドモードを除去できなくなる場合があった。
上記課題を鑑みて、本発明の一態様は、石英を主成分とするガラスで構成されたコア部、および該コア部の外周面に配されるとともに石英を主成分とするガラスで構成されたクラッド部を有する光ファイバと、貫通孔内に前記光ファイバが設けられたフェルールと、を備えてなるファイバスタブであって、前記クラッド部は、前記コア部が露出するように前記コア部の周方向に沿って形成された溝部を有し、該溝部に設けられた、前記クラッド部内を伝送する光を減衰させるためであって樹脂で構成された光減衰部をさらに備え、前記光減衰部が前記フェルールの両端面よりも内側に配置されているとともに前記光ファイバの先端面に露出していないことを特徴とする。
上記課題を鑑みて、本発明の別の態様は、石英を主成分とするガラスで構成されたコア部、該コア部の外周面であって前記コア部の一方の端部側に配されるとともに石英を主成分とするガラスで構成された第1のクラッド部、および前記コア部の外周面であって前記コア部の他方の先端部側に配されるとともに前記第1のクラッド部から離隔した、石英を主成分とするガラスで構成された第2のクラッド部を有する光ファイバと、貫通孔内に前記光ファイバが設けられたフェルールと、を備えてなるファイバスタブであって、前記第1のクラッド部と前記第2のクラッド部との間に設けられた、前記クラッド部内を伝送する光を減衰させるためであって樹脂で構成された光減衰部をさらに備え、前記光減衰部が前記フェルールの両端面よりも内側に配置されているとともに、前記光ファイバの端面に露出していないことを特徴とする。
上記の一態様のファイバスタブによれば、フェルールの貫通孔内に設けられた光ファイバのクラッド部が、コア部が露出するようにコア部の周方向に沿って形成された溝部を有し、この溝部にクラッド部内を伝送する光を減衰させるための光減衰部が設けられこの光減衰部がフェルールの両端面よりも内側に配置されているとともに前記光ファイバの両先端面に露出していないことにより、光減衰部を光ファイバの先端面およびフェルールの両端面に露出することなくフェルールの内部に配置することができる。その結果、本態様のファイバスタブでは、外部からのプラグの先端面とファイバスタブの一端面とを当接させて、ファイバスタブおよびプラグが有する光ファイバ同士を接続しても、プラグの先端面と光減衰部が当接しないため、光減衰部の剥れや脱落を防止することができる。したがって、本態様のファイバスタブでは、長期間使用しても、光減衰部によってクラッドモードを効率よく減衰させて除去することができる。
上記の別の態様のファイバスタブによれば、コア部の一方の先端部側に配された第1のクラッド部とコア部の他方の先端部側に配された第2のクラッド部との間に、クラッド部内を伝送する光を減衰させるための光減衰部が設けられ、この光減衰部がフェルールの両端面よりも内側に配置されているとともに光ファイバの両先端面に露出していないことにより、光減衰部を光ファイバの先端面およびフェルールの両端面に露出することなくフェルールの内部に配置することができる。その結果、本態様のファイバスタブでは、上記の一態様のファイバスタブと同様に、外部からのプラグの先端面とファイバスタブの一端面とを当接させて、ファイバスタブおよびプラグが有する光ファイバ同士を接続しても、プラグの先端面と光減衰部が当接しないため、光減衰部の剥れや脱落を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るファイバスタブ1を用いた光レセプタクルXを備えてなる光モジュールYの一実施形態を示す断面図であり、図2は本発明のファイバスタブ1を示す断面図である。
図2に示すように、本発明の一実施形態のファイバスタブ1は、コア部3a、および該コア部3aの外周面に配されたクラッド部3bを有する光ファイバ3と、貫通孔内に光ファイバ3が設けられたフェルール2と、を備えてなる。
フェルール2は、貫通孔に挿入される光ファイバ3を保持する機能を有し、円筒体で構成されている。なお、フェルール2は、光ファイバ3を保持可能な貫通孔を有していれば特に形状は限定されず、たとえば貫通孔を有する角柱体であってもよい。フェルール2の先端部2aは、光ファイバを有するプラグ10との接続損失を低減させるために、曲率半径が5〜30mm程度の曲面状に加工され、一方、フェルール2の後端部2bはLD(レーザダイオード)等の光素子11から出射された光信号が光ファイバ3の端面で反射して光素子に戻る反射光を防止するため4〜10°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
また、フェルール2の材質は銅合金、ニッケル合金、もしくはステンレス等の金属、またはエポキシ樹脂、液晶ポリマー等のプラスチック、またはセラミックス等を使用することができる。このような材質において、フェルール2は、ジルコニアセラミックスで形成することが好ましい。具体的には、ZrO2を主成分とし、Y23、CaO、MgO、CeO2、Dy23などの少なくとも一種を安定化剤として含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることが好ましい。これは、このような部分安定化ジルコニアセラミックスが優れた耐摩耗性を有するとともに、適度な弾性変形機能を有するからである。
光ファイバ3は、屈折率が1.460〜1.475の円柱状のコア部3aと、コア部3aの外周を覆うように形成された屈折率が1.460〜1.475の円筒状のクラッド部3bからなり、コア部3aとクラッド部3bの屈折率差による光の反射を利用して光を伝送する機能を有する。この光ファイバ3には、たとえばコア部3aの径が5〜12μm、クラッド部の径が75〜300μmのシングルモードファイバ、またはコア部3aの径が20〜80μm、クラッド部の径が75〜300μmのマルチモードファイバを用いることができ、いずれも石英を主成分としたガラスで構成されている。そして、光ファイバ3は、フェルール2の貫通孔内に、たとえばエポキシ樹脂等の光学接着剤によって接着固定される。
さらに、光ファイバ3には、クラッド部3bの一部が除去されてなる溝部4が設けられている。そして、溝部4内には、主としてクラッド部3b内を伝送するクラッドモードを減衰させるための光減衰部5が設けられている。この溝部4の大きさとしては、幅が0.05〜1mm、深さが0.02〜0.15mmである。
溝部4は、光ファイバ3の軸方向に対して傾斜する側面4a、4a’、および実質的にコア部3aの表面部となる底面部4b、および開口部4cで構成されている。この側面4a、4a’は、光ファイバ3の軸方向に対して25°〜45°の範囲で傾斜するように形成されている。このように、溝部4の側面4a、4a’を光ファイバ3の軸方向に対して傾斜する傾斜面とすれば、溝部から出射されたクラッドモードが溝部の傾斜面で屈折して散乱されるため、クラッド部からクラッドモードを外部に放射することも可能となる。
また、図3は、溝部4の形状に係る種々の形態を示すものであり、溝部4が形成されている部位の光ファイバ3において、光ファイバ3の軸方向に対して直交する面で断面視した図である。
図3(a)では、溝部4が光ファイバ3の軸方向と直交する側面4a、4a’と底面部4bを有するとともに、側面4a、4a’と底面部4bとが曲面で連結された断面U字形状である。図3(b)では、溝部4の側面4a、4a’が曲面を成してなる。図3(c)では、側面4a、4a’が光ファイバ3の軸方向に対して傾斜しているとともに、底面部3bが開口部3dの幅よりも小さい幅で形成されてなる断面台形形状あり、図3(d)は、側面4a、4a’と底面部4bとが曲面で連結されている。
なお、この溝部4の形状は、図3(a)〜(d)で示した形態に限定されるものではなく、また、図3(a)〜(d)で示した種々の溝部を1つのクラッド部3bに対して組み合わせて形成しても構わない。また、図3(b)〜(d)に示すように、溝部4を開口部4cから底面部4bに向かって面積が小さくなる形状とすれば、コア部3aと接するクラッド部3bの面積を大きくできるため、光ファイバ3の強度の低下を抑制することができる。
光減衰部5は、光減衰部5に入射される光を吸収することにより、クラッド部3bを伝送するクラッドモードを減衰させる機能を有し、溝部4内に光減衰材が充填されて構成されている。光減衰材には、実際に光ファイバ3を伝送させる光を吸収可能な物質であれば特に限定されるものではなく、光吸収材を含有させてなる樹脂、黒色系の樹脂等を用いることができる。具体的に、光吸収材を含有させてなる樹脂としては、たとえばEpoxyTechnology社製のEpotek320を用いることができる。また、黒色系の樹脂としては、黒色ペーストを3.5〜14質量%含有した樹脂(Epotek353ND−Black:Epoxy Technology社製)を用いることができる。また、光減衰部5は、クラッド部3bに設けられた溝部4内に設けられているため、クラッド部3bの除去によって弱まった光ファイバ3の強度を向上させることができる。なお、本発明の第1実施形態では、溝部4内に光減衰部5を設けているが、このような形態に限られることなく、たとえばクラッド部3bに孔部を形成し、該孔部に光減衰材を充填して構成されていてもよい。すなわち、本発明においては、クラッドモードの伝送経路の途中に光減衰部5を設ければクラッドモードを減衰させることが可能である。
そして、本発明のファイバスタブにおいては、光減衰部5がフェルール2の両端面2a、2bよりも内側、すなわち、光ファイバ3の軸方向におけるフェルール2の中央部側に形成されている。つまり、光減衰部5は、フェルール2の両端面から露出することなく、フェルール2の内部に収納されている。
このように、本発明のファイバスタブでは、光減衰部5をフェルール2の両端面2a、2bから露出することなくフェルール2の内部に収納されていることから、ファイバスタブ1およびプラグ10の端面同士を機械的に接触させて、互いの光ファイバ同士を接続しても、プラグ10の先端面と光減衰部5が直接的に接触しないため、光減衰部5の剥れや脱落を防止することができる。したがって、ファイバスタブ1では、長期間使用しても、光減衰部5によってクラッドモードを効率よく減衰させて除去することができる。さらに、レーザモジュール等の発光素子から出射された光をファイバスタブ1の光ファイバ3に入射させて光学的に接続する場合には、発光素子からの光が直接、光減衰部5に照射されないため、光の熱によって光減衰部5が劣化するのを抑制することができる。
ここで、光減衰部5をコア部3aの周方向に沿って形成すれば、クラッドモードが光減衰部5と接する面積を大きく確保できるため、クラッドモードを効率よく減衰させることが可能となる。
また、図4に示すように、溝部4の一側面に、クラッド部3bを伝送して溝部4の他側面から出射されたクラッドモードを反射するための反射部6を設けることが好ましい。
具体的に、反射部6は、フェルール2の先端面2a側から光が入射される場合、溝部4の側面4aからクラッドモードが出射されるため、もう一方の側面である側面4a’に設けられる。一方で、フェルール2の後端面2b側から光が入射される場合、溝部4の側面4a’からクラッドモードが出射されるため、もう一方の側面である側面4aに設けられる。
このように、溝部4の一側面に反射部6を設ければ、クラッドモードを反射部6で反射させて外部に放出する、もしくは再度、光減衰部5にクラッドモードを入射させることができるため、クラッドモードの除去効果をさらに高めることができる。
この反射部6は、光ファイバ3に入射する光の波長が1.3μmもしくは1.55μmであれば、たとえばアルミニウム、銀、金により構成され、蒸着等で形成することができる。
次に、本発明の第1実施形態に係るファイバスタブ1の製造方法について図5を用いて説明する。
図5(a)は2つの光ファイバ3’が配置されたスタブファイバ製造装置の断面図である。スタブファイバ製造装置40は、基台41の上に固定側クランプ治具42,可動側クランプ治具43および可動側クランプ治具43を微動させるための微動手段であるマイクロメータ44が固定されている。固定側クランプ治具42は上面にV溝42aを有する基部42bと、V溝42aに収容した光ファイバ3’を抑えるための押え部42cとから構成されている。可動側クランプ治具43は固定側クランプ治具42と同様、上面にV溝43aを有する基部43bと、押え部43cとから構成され、固定側クランプ治具42に対面した位置に配置されている。
可動側クランプ治具43にはマイロクメータ44の先端部が接続され、マイクロメータ44の操作により固定側クランプ治具42と可動側クランプ治具43の間隔を微小に変化させることができる。なお、微動装置はマイクロメータの他に計数制御モータ,圧電素子その他の装置によっても実現することができる。固定側クランプ治具42と可動側クランプ治具43の中間部には、加熱手段の一部を構成する一対の放電電極45が配置されている。なお、加熱装置としては一対の放電電極の他にガスバーナノズルを用いても良い。
次に、光ファイバ3の溝部4の形成方法について説明する。まず、被覆部3fを除去した2つの光ファイバ3’の先端をそれぞれ研磨してコア部が突出する円錐状に加工する。次に、2つの光ファイバ3’を固定側クランプ治具32と可動側クランプ治具34の間に掛け渡してV溝42a、43aにそれぞれ配置し、各クランプ治具の押え部42c、43cにより固定する。一方の光ファイバ3’の被覆部3f側の端部に光源(図示なし)、他方の光ファイバ3’の被覆部3f側の端部に光量を測定するためのパワーメータ(図示なし)をそれぞれ接続する。その後、放電電極45を結ぶ線上に光ファイバ3’の所定部分が位置付けられるように、かつ両放電電極45より等距離になるように両放電電極45の位置を調整する。
図5(b)は2つの光ファイバ3’のコア部を融着接合させる工程を示す断面図である。このように加熱変形させるためには、放電電極45を通電して発生する放電火花で光ファイバ3’のコア部を加熱軟化させるとともにマイクロメータ44で規定量だけ可動クランプ治具43を圧縮方向に移動させて、光ファイバ3’同士のコア部を接合し、クラッド部に溝部が形成された光ファイバ3を作製する。
以上の製造方法であれば、融着カプラの製造装置を用いることができるために、特殊に装置の開発及び購入が必要なくなり、安価に光ファイバ3を作製することができる。
最後に、光ファイバ3の溝部4に光減衰材を塗布し、乾燥させた後、光ファイバ3をフェル−ル2の貫通孔に挿入してエポキシ接着剤で固定することにより、ファイバスタブ1を作製することができる。
次に、本発明の一実施形態である光レセプタクルXについて図1を用いて説明する。
光レセプタクルXは、図1に示すように、ファイバスタブ1、スリーブ7、ホルダ8、スリーブケース9と、を備えてなり、光素子11(発光素子)から出射された光をプラグ10の光ファイバに伝送するためのコネクタ機能を有するものである。
スリーブ7は、一端側に挿入されたファイバスタブ1と他端側から挿入されるプラグ10とを調芯する機能を有し、ファイバスタブ1およびプラグ10が有する光ファイバ同士の光の接続損失が低減させるものであり、たとえば円筒体で構成されている。スリーブ7は、スリットを有する割スリーブを用いることが望ましく、少なくともスリーブ7の内径は挿入されるプラグ10に対して数ミクロン小さい径に形成されており、スリットを有することにより、スリーブ7内に挿入されるプラグ10に対してバネによる把持力が作用するからである。なお、スリーブ7の材質は、たとえば燐青銅、ベリリウム銅、黄銅、ステンレス等の金属、エポキシ樹脂、液晶ポリマー等のプラスチックス、またはアルミナ、ジルコニア等のセラミックスを使用することができる。
ホルダ8は、ファイバスタブ1の一端部を保持するための部材であり、ファイバスタブ1を接着もしくは圧入により固定可能な孔部を有してなる。また、ホルダ8は、図1に示すように、光モジュールの構成部品である光素子11およびレンズ12が設けられた筺体13が溶接により固定されるため、たとえばステンレス、銅、鉄、ニッケル等の金属で構成されている。
スリーブケース9は、スリーブ7を保護するための部材であり、スリーブ7の外周面と離間した状態でホルダ8に圧入や接着で固定されており、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの材料で構成されている。
また、光レセプタクルXは、たとえばファイバスタブ1をホルダ8の孔部に圧入した後、ファイバスタブ1の先端部からスリーブ7を挿入し、最後にスリーブケース9をホルダ8に圧入して製造される。
次に、本発明の一実施形態である光モジュールYについて説明する。光モジュールYは、光レセプタクルXと、光素子11と、レンズ12と、筺体13、とを備えてなる。
光素子11は、光を発光する発光素子、もしくは光を受光する受光素子である。この光素子11が発光素子の場合、発光素子から出射された光は、後述するレンズで集光され、光レセプタクルXが備えるファイバスタブ1の後端側の光ファイバ3の端部に入射され、プラグ10に伝送される。一方で、光素子11が受光素子の場合、プラグ10から入射
された光は、ファイバスタブ1の光ファイバ3を伝送し、受光素子側の光ファイバ3の端部から出射された後に、レンズ12によって集光されて受光素子に入射される。
レンズ12は、光ファイバ3から出射された光、もしくは発光素子から出射された光を集光させて、受光素子、もしくは光ファイバ3に効率よく光を入射する機能を有する。
筺体13は、光素子11およびレンズ12を保持するとともに、光レセプタクルXと接合されるものであり、光レセプタクルXのホルダ8と溶接によって接合されることから、たとえばステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの材料で構成されている。
この光モジュールYは、筒状の筺体13の一端側の開口部に光素子11を嵌めて接着固定し、集光距離を考慮し、光素子11と離間させて筺体13の一部にレンズ12を接着固定した後、筺体13の他端面を、たとえばYAG溶接によってホルダ8と接合することによって作製することができる。
本発明の光モジュール一実施形態を示す断面図である。 本発明のファイバスタブの一実施形態を示す断面図である。 本発明のファイバスタブの溝部の形状を示す断面図である。 本発明のファイバスタブの他の実施形態を示す断面図である。 本発明のファイバスタブの製造方法説明する断面図である。 従来の光モジュールを示す断面図である。 従来の光モジュールを示す断面図である。
符号の説明
1、23:ファイバスタブ
1a:先端部
1b:後端部
2、21:フェルール
3、22:光ファイバ
3a、22a:コア部
3b、22b:クラッド部
4:溝部
4a、4a’:側面部
4b:底面部
4c:開口部
5:光減衰部
6:反射部
7、25:スリーブ
8、24:ホルダ
9、26:スリーブケース
10、50:プラグ
11、31:光素子
12、32:レンズ
13、33:筺体
X:光レセプタクル
Y:光モジュール
40:スタブファイバ製造装置
41:基台
42:固定側クランプ治具
42a:V溝
42b:基部
42c:押え部
43:可動側クランプ治具
43a:V溝
43b:基部
43c:押え部
44:マイクロメータ
45:放電電極

Claims (8)

  1. 石英を主成分とするガラスで構成されたコア部、および該コア部の外周面に配されるとともに石英を主成分とするガラスで構成されたクラッド部を有する光ファイバと、
    貫通孔内に前記光ファイバが設けられたフェルールと、を備えてなるファイバスタブであって、
    前記クラッド部は、前記コア部が露出するように前記コア部の周方向に沿って形成された溝部を有し、
    該溝部に設けられた、前記クラッド部内を伝送する光を減衰させるためであって樹脂で構成された光減衰部をさらに備え、
    前記光減衰部が前記フェルールの両端面よりも内側に配置されているとともに前記光ファイバの先端面に露出していないことを特徴とするファイバスタブ。
  2. 石英を主成分とするガラスで構成されたコア部、該コア部の外周面であって前記コア部の一方の先端部側に配されるとともに石英を主成分とするガラスで構成された第1のクラッド部、および前記コア部の外周面であって前記コア部の他方の先端部側に配されるとともに前記第1のクラッド部から離隔した、石英を主成分とするガラスで構成された第2のクラッド部を有する光ファイバと、
    貫通孔内に前記光ファイバが設けられたフェルールと、を備えてなるファイバスタブであって、
    前記第1のクラッド部と前記第2のクラッド部との間に設けられた、前記クラッド部内を伝送する光を減衰させるためであって樹脂で構成された光減衰部をさらに備え、
    前記光減衰部が前記フェルールの両端面よりも内側に配置されているとともに、前記光ファイバの両先端面に露出していないことを特徴とするファイバスタブ。
  3. 前記光減衰部は、光吸収材を含有させてなる樹脂であることを特徴とする請求項1または2に記載のファイバスタブ。
  4. 前記溝部は、前記光ファイバの軸方向に対して傾斜する側面を有していることを特徴とする請求項1または2に記載のファイバスタブ。
  5. 前記溝部の一側面に、前記クラッド部を伝送して前記溝部の他側面から出射された光が反射する反射部を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載のファイバスタブ。
  6. 前記溝部は、開口部から底面部に向かって面積が小さくなる形状であることを特徴とす
    る請求項1〜5のいずれかに記載のファイバスタブ。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のファイバスタブと、
    一端側から挿入された前記ファイバスタブの先端部を固定するとともに、他端側から前記ファイバスタブの光ファイバと光学的に接続される光ファイバを有するプラグが挿入されるスリーブと、
    前記ファイバスタブの後端部を保持するホルダと、を備えた光レセプタクル。
  8. 請求項7に記載の光レセプタクルと、
    前記ファイバスタブの光ファイバに向けて光を出射する、または、前記ファイバスタブの光ファイバを介して導出された光を受けるための光素子と、前記光レセプタクルと接合され、かつ前記光素子を収容する筺体と、を備えた光モジュール。
JP2006206442A 2006-07-28 2006-07-28 ファイバスタブとそれを用いた光レセプタクルならびに光モジュール Expired - Fee Related JP4767121B2 (ja)

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