JP5571855B2 - マルチコアファイバ用コネクタ及びそれに用いる石英ガラス成形品を製造する方法並びにその方法に用いる石英ガラス成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバのクラッド内にそれよりも高屈折率のコアが複数個形成されたマルチコアファイバのそれぞれのコアからの出射光をシングルモード光ファイバ内に簡易な構成で高効率に光結合させるようにしたマルチコアファイバ用コネクタ及びそれに用いる石英ガラス成形品を製造する方法並びにその方法に用いる石英ガラス成形用金型に関する。

光ファイバは、図６（ａ）に示すような低屈折率のクラッド３０の中に高屈折率のコア３１を１個有するものが用いられてきた。ところが、最近になって過去に提案されていた光ファイバ、すなわち、図６（ｂ）のマルチコアファイバが見直されて脚光を浴びるようになってきた。このマルチコアファイバはクラッド３２に複数（４個以上、１９個程度）のコア３３を有しており、一度に大量の情報をそれぞれのコア内に伝送させることが狙いのファイバであったが、開発初期はそれぞれのコア３３から漏れた信号が干渉し合う、ファイバ同士の光結合の際にそれぞれのコア同士をうまく光結合することが難しい、といった技術的問題が有り、開発が進まなかった。しかし、最近になり、これらの技術的な問題点が解決されるような技術が出てきた。

ここで、図７のように、一例として、７個のコア３３を持つマルチコアファイバ３４を実用化する上で、そのマルチコアファイバ３４のそれぞれのコア３３から出射される光を別々にそれぞれ７本のシングルモード光ファイバ３５内のコア３８内に光結合させるための接続技術が必須となる。しかし、マルチコアファイバ３４の外径は通常１５０μｍから２４０μｍであり、それぞれのコア３３の直径は１０μｍ、コア間隔は４０μｍから５０μｍであり、またこのマルチコアファイバ３４のそれぞれのコア３３に接続するシングルモード光ファイバ３５の外径は１２５μｍ、コア３８の直径は１０μｍであるので、マルチコアファイバ３４のそれぞれのコア３３にシングルモード光ファイバ３５を接続することは難しい。そこでこの接続技術として、上記シングルモード光ファイバ３５の外径をエッチングしてその外径を４０μｍ程度とし、マルチコアファイバ３４のそれぞれのコア３３に光結合させる技術が用いられている。

特開2010-286548号公報 特開2010-286661号公報 特開2010-286718号公報

マルチコアファイバ３４の直径は最大でも３００μｍ程度であり、その中に有するコア数が多いほど大容量の情報を一度に伝送することができるが、上記マルチコアファイバ３４の断面積の制約、コア３３間の干渉などを考慮に入れると、コア数は４個から１９個の範囲であることが望ましい。これに対して上記コア３３から出射した光を取り込む光ファイバはシングルモード光ファイバ３５である。ところが、このシングルモード光ファイバ３５の外径は、通常、１２５μｍ、コア径は１０μｍであるので、上記マルチコアファイバ３４の断面内に有するそれぞれのコア３３に光結合するように上記シングルモード光ファイバ３５を配置させると、上記シングルモード光ファイバ３５のほとんどが上記断面からはみ出してしまい、マルチコアファイバ３４のそれぞれのコア３３とシングルモード光ファイバ３５との間で良好な光結合を得ることが困難となってしまう。そのために、シングルモード光ファイバ３５の外径をエッチングによって３０μｍから４０μｍの外径になるように削り取った極細径の光ファイバを用いるようにしているが、あまりにも極細径であるために取り扱いが難しい、機械的にもろい、光結合のための位置合わせが難しい、という多くの課題があった。

本発明が解決しようとする課題は、前記した従来の課題を解決することができるマルチコアファイバ用コネクタを提供するものである。

まず、第１の発明は、低屈折率の１個のクラッドの中にｍ個（ｍは２以上の整数）の高屈折率のコアＮ１からＮｍが配置されたマルチコアファイバの該それぞれのコアから出射される光を別に対向するように配置した上記コアと同数のシングルモード光ファイバ内のコアＫ１からＫｍ内に１対１で光結合させるマルチコアファイバ用コネクタにおいて、
石英ガラス成形品の一方側に設けられたマルチコアファイバ挿入孔内に該マルチコアファイバを挿入、固定し、該シングルモード光ファイバは該石英ガラス成形品の反対側に設けられたｍ個のシングルモード光ファイバ挿入孔内にそれぞれ挿入、固定し、
該それぞれのシングルモード光ファイバ挿入孔の延長上には該マルチコアファイバの各コアまでガイドするためのガイド用孔を設けて該ガイド用孔にポリマを埋め込んで導波路を形成し、該マルチコアファイバのそれぞれのコアと対向するように設けた該シングルモード光ファイバのそれぞれのコアを結ぶように配置したことを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第２の発明は、前記導波路が自己形成導波路であることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第３の発明は、前記ポリマがアクリル成分とエポキシ成分の混合物から成る光硬化樹脂、ラジカル硬化型樹脂とカチオン硬化型樹脂の混合物、あるいは感光性透明ポリイミド樹脂のいずれかから成ることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第４の発明は、前記自己形成導波路は前記マルチコアファイバのそれぞれのコアとシングルモード光ファイバのそれぞれの対向するコアが個別に１対１で光結合するように、紫外線光を伝搬させることにより形成されていることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第５の発明は、前記マルチコアファイバ内のコア間隔Λｍが前記シングルモード光ファイバ挿入孔のそれぞれの間隔Λｓよりも狭いことを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第６の発明は、前記ポリマの屈折率は波長０．６３μｍの光において、１．４５９から１．５４０の範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第７の発明は、前記導波路の長さが５０μｍから１０００μｍの範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第８の発明は、前記シングルモード光ファイバ挿入孔の大きさが、外径をマルチコアファイバのコア間隔Λｍと同じかそれよりも大きい値の８０μｍの範囲内にエッチングした前記シングルモード光ファイバを挿入できるような大きさであることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第９の発明は、前記マルチコアファイバの各コアの間隔Λｍが４０μｍから６０μｍの範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第１０の発明は、前記導波路が直線状か緩やかな曲線状であることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第１１の発明は、前記石英ガラス成形品に挿入、固定した前記マルチコアファイバ及び前記シングルモード光ファイバと該石英ガラス成形品の固定部分が補強材で補強されていることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第１２の発明は、前記固定部分が紫外線硬化型接着剤で接合されていることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第１３の発明は、マルチコアファイバの中に有するコアの数量ｍが４個から１９個の範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。

第１４の発明は、第１の発明から第１３の発明のいずれかに係る石英ガラス成形品を製造する方法であって、
ｍ個のコアを有するマルチコアファイバの外径に等しい外径Ｄｍ、内径Ｄｉを有する細径金属管の一端を半割型容器内に固定し、
該細径金属管内に該マルチコアファイバのコア間隔に等しい外径Ｄｃの極細径金属線をｍ本束ねて挿入し、
該極細径金属線の一端は前記半割型容器の外で固定し、
該細径金属管から半割型容器内に延びる各極細径金属線の他端の延長上には所望間隔を置いて配置されたシングルモード光ファイバの外径に等しい外径Ｄｆの極細径金属管を配置して該極細径金属管内に挿入するとともに該極細径金属管の他端を該半割容器の他端に固定し、
該半割型容器へのもうひとつの半割型容器を蓋封止し、
該２個の半割型容器から成る容器内への硬化性樹脂及び硬化剤を含んだSiO₂ガラス原料溶液の注入による硬化性樹脂と硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて固化させ、その後に脱容器後、乾燥、脱脂、燒結によって石英ガラス成形品を製造する方法である。

第１５の発明は、石英ガラス成形品を製造する方法に用いる金型であって、
２つの半割型容器と、
マルチコアファイバの外径に等しい外径を有する細径金属管と、
該細径金属管内に挿入される、前記マルチコアファイバのコア間隔に等しい外径を有するｍ本の極細径金属線と、
シングルモード光ファイバの外径に等しい外径を有する極細径金属管と
を備える石英ガラス成形用金型である。

第１６の発明は、２つの半割型容器を合わせた容器が円筒形か、角筒形であることを特徴とする石英ガラス成形用金型である。

第１７の発明は、マルチコアファイバ用コネクタの石英ガラス成形品の該マルチコアファイバ挿入孔側に該マルチコアファイバ挿入に際しての位置合わせ用の目印を形成するための刻みを設けたことを特徴とする石英ガラス成形用金型である。

外径が１５０μｍから３００μｍのマルチコアファイバの断面内に設けられた７個から１０個のコア（直径１０μｍ）に光結合するように、外径が１２５μｍ、コア径が１０μｍのシングルモード光ファイバを上記マルチコアファイバのコア数ｍだけ配置させると、上記シングルモード光ファイバのほとんどが上記マルチコアファイバの断面から大幅にはみ出してしまい、マルチコアファイバのそれぞれのコアとシングルモード光ファイバのコアとの間で良好な光結合を得ることが困難となってしまう。
これを解決するために、第１の発明のマルチコアファイバ用コネクタは、まず、両者のファイバを固定するための石英ガラス成形品を設け、その石英ガラス成形品の一方側に設けられたマルチコアファイバ挿入孔内にマルチコアファイバを挿入、固定し、シングルモード光ファイバを該石英ガラス成形品の反対側に設けられたｍ個のシングルモード光ファイバ挿入孔内にそれぞれ挿入、固定し、該それぞれのシングルモード光ファイバ挿入孔の延長上には該マルチコアファイバのコアまでガイドするためのガイド用孔を設け、該ガイド用孔にポリマを埋め込んで導波路を形成し、該マルチコアファイバのそれぞれのコアと対向するように配置された該シングルモード光ファイバのそれぞれのコアと光結合するように配置したことを特徴とする。このようなコネクタ構造を用いると、マルチコアファイバ、シングルモード光ファイバの位置が確実に固定される。

そして各シングルモード光ファイバのコアの延長上に導波路が設けられ、その先にマルチコアファイバのコアが光結合されるので、効率良く光結合することができる。またシングルモード光ファイバも外径を１２５μｍに保ったまま使用できるので、取り扱いが容易で、機械的強度も問題がない。

次に第２の発明のように、前記導波路を自己形成導波路であるものとすると、シングルモード光ファイバとマルチコアファイバとの間に光を伝搬させることにより、前記自己形成導波路が自己調芯機能により高効率に光結合をさせることができる。

また第３の発明のように、ポリマとしてアクリル成分とエポキシ成分の混合物から成る光硬化樹脂、ラジカル硬化型樹脂とカチオン硬化型樹脂の混合物、あるいは感光性透明ポリイミド樹脂のいずれかを用いることにより、シングルモード光ファイバと自己形成導波路、またマルチコアファイバと自己形成導波路との間の光結合を効率良く実現させることができる。

また第４の発明のように、自己形成導波路は、マルチコアファイバのそれぞれのコアとシングルモード光ファイバのそれぞれの対向するコアを個別に１対１で光結合するように、紫外線光を伝搬させて形成させることにより、コネクタ内に自己調芯機能を持たせた自己形成導波路を形成して高効率に光結合をさせることができる。

また第５の発明のように、マルチコアファイバ内のコア間隔Λｍ（Λｍ：４０μｍから６０μｍの範囲）をシングルモード光ファイバのそれぞれのコア間隔Λｓ（Λｓ：６５μｍから１２５μｍ）よりも狭くすることにより、より多くのコアを有するマルチコアファイバ内で一度に大容量の情報を伝送できるようなマルチコアファイバ用コネクタを提供することができる。

また第６の発明のように、ポリマの屈折率が波長０．６３μｍの光において１．４５９から１．５４０の範囲内にあると、シングルモード光ファイバと導波路、またマルチコアファイバと導波路との間での屈折率のミスマッチングによる不要な反射を低減することができる。

また第７の発明のように、導波路の長さを５０μｍから１０００μｍの範囲内とすることにより、シングルモード光ファイバとマルチコアファイバを光結合させる導波路の光軸の傾斜角度を小さくすることができ、低結合損失を実現させることができる。なお、上記した間隔が大きいほど光軸の傾斜角度をより小さく、すなわち、低結合損失でシングルモード光ファイバとマルチコアファイバを光結合させることができる。

また第８の発明のように、前記シングルモード光ファイバ挿入孔の大きさを、マルチコアファイバのコア間隔Λｍと同じかそれよりも大きい値の８０μｍの範囲に外径をエッチングしたシングルモード光ファイバを挿入できるような大きさとすることにより、シングルモード光ファイバとマルチコアファイバをさらに小さな光軸の傾斜角度で光結合させることができ、より一層の低結合損失を実現することができる。シングルモード光ファイバの外径はエッチングされて小さくなっているが、従来のように取り扱いが難しいほどに小さくはなく、しかも石英ガラス成形品に挿入されるので機械的にも安定である。

また第９の発明のように、マルチコアファイバのそれぞれのコア間隔Λｍを４０μｍから６０μｍの範囲内とすることにより、マルチコアファイバの各コアからの光をシングルモード光ファイバに光結合させることができる。

また第１０の発明のように、マルチコアファイバのそれぞれのコアとシングルモード光ファイバのそれぞれの対向するコアを光結合する導波路を直線状か緩やかな曲線状とすることにより、マルチコアファイバのそれぞれのコアとシングルモード光ファイバのそれぞれの対向するコアを低結合損失で光結合させることができる。

また第１１の発明のように、石英ガラス成形品に挿入、固定したマルチコアファイバ及びシングルモード光ファイバと該石英ガラス成形品との固定部分を補強材で補強することにより、より機械的強度に優れたマルチコアファイバ用コネクタを提供することができる。

また第１２の発明のように、上記固定部分を紫外線硬化型接着剤で接合させて補強することにより、機械的強度に関してより信頼性の高いマルチコアファイバ用コネクタを提供することができる。

また第１３の発明のように、マルチコアファイバの中に有するコアの数ｍを４個から１９個の範囲内とすることにより、一度により大容量の情報を伝送し、それらの伝送された情報をそれぞれのシングルモード光ファイバに効率よく光結合することができるマルチコアファイバ用コネクタを実現することができる。

また第１４の発明のように、ｍ個のコアを有するマルチコアファイバの外径に等しい外径Ｄｍ、内径Ｄｉを有する細径金属管の一端を半割型容器内に固定し、
該細径金属管内に該マルチコアファイバのコア間隔に等しい外径Ｄｃの極細径金属線をｍ本束ねて挿入し、
該極細径金属線の一端は前記半割型容器の外で固定し、
該細径金属管から半割型容器内に延びる各極細径金属線の他端の延長上には所望間隔を置いて配置されたシングルモード光ファイバの外径に等しい外径Ｄｆの極細径金属管を配置して該極細径金属管内に挿入するとともに該極細径金属管の他端を該半割容器の他端に固定し、
該半割型容器へもうひとつの半割型容器を蓋封止し、
該２個の半割型容器から成る容器内への硬化性樹脂及び硬化剤を含んだSiO₂ガラス微粒子を含んだ原料溶液の注入による硬化性樹脂と硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて固化させ、その後に脱容器後、乾燥、脱脂、燒結によって石英ガラス成形品を製造するようにすることにより、高寸法精度のマルチコアファイバ用コネクタを再現性良く量産することができる。

また第１５の発明のように、上記の石英ガラス成形品を製造する方法において用いる石英ガラス成形用金型が、前記２つの半割型容器から成るものとすることにより、マルチコアファイバ用コネクタを再現性良く量産することができる。

また第１６の発明のように、前記２つの半割型容器を合わせた容器を円筒形か角筒形とすることにより、マルチコアファイバ用コネクタを再現性良く製造することができる。

また第１７の発明のように、上記の石英ガラス成形品のマルチコアファイバ挿入孔側に該マルチコアファイバ挿入に際しての位置合わせ用の目印を形成するための刻みを前記石英ガラス成形用金型に設けておけば、マルチコアファイバとシングルモード光ファイバを効率良く光結合することができる。

本発明の第１実施例に係るマルチコアファイバ用コネクタの側面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｃ）、Ｃ−Ｃ断面図（ｄ）、Ｄ−Ｄ断面図（ｅ）。 本発明の第１実施例に係るマルチコアファイバ用コネクタ内部の詳細な構成を示す図。 本発明の第２実施例に係るマルチコアファイバ用コネクタ内部の詳細な構成を示す図。 本発明の第３実施例に係るマルチコアファイバ用コネクタの成形用金型の説明図。 本発明の第４実施例に係るマルチコアファイバ用コネクタの側面図（ａ）、一方の端面側から見た図（ｂ）、他方の端面側から見た図（ｃ）。 従来のファイバの断面構造の一例を示す図（ａ）、他の例を示す図（ｂ）。 マルチコアファイバとシングルモード光ファイバの接続技術を説明するための図。

以下、本発明のマルチコアファイバ用コネクタのいくつかの実施例について図面を用いて説明する。

図１に本発明のマルチコアファイバ用コネクタに関する第１の実施例を示す。同図（ａ）は上記コネクタの側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ端面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ断面図、（ｅ）はＤ−Ｄ端面図を示したものである。このコネクタは石英ガラス成形品１を用いて成り、マルチコアファイバのコア数ｍが７の場合の実施例である。マルチコアファイバの各コアの間隔Λｍは４０μｍから６０μｍの範囲内にあることが望ましい。このコネクタの断面は円形であるが、円形以外に四角形、多角形でもよい。また、テーパ型から成る円錐形状、角錐形状のものでも良い。そしてコネクタの断面が円形である場合、その外径は１ｍｍから１０ｍｍの範囲が好ましい。あまり外径が小さいと取り扱いが難しいし、またあまり大きいと石英ガラスで製造しているので、製造の際の燒結工程での多孔質母材から透明母材へのガラス化時の収縮率の制御が難しい。

コネクタ（石英ガラス成形品１）の端面Ａ−Ａ側にはマルチコアファイバ２を挿入して固定できるようにマルチコアファイバ挿入孔２Ａが設けられている。この挿入孔２Ａの長さＬ１はマルチコアファイバ２が十分に固定できる程度の長さであればよく、５ｍｍから２０ｍｍの範囲が好ましい。また挿入するマルチコアファイバ２の端面は該端面からの反射の影響を避けるために斜め（２°から８°の範囲）にカットしておくことが好ましい。マルチコアファイバ挿入孔２Ａの直径はマルチコアファイバ２の外径に合わせて形成される。マルチコアファイバ２の外径は通常１５０μｍから３００μｍの範囲である。

本実施例ではマルチコアファイバ内のコア数ｍが７個の例を示しているが、コア数ｍを４個から１９個程度としてもよい。端面Ｄ−Ｄ側にはシングルモードファイバ３を挿入、固定できるように複数のシングルモード光ファイバ挿入孔３Ａが設けられている。上記シングルモード光ファイバ３の端面も該端面からの反射の影響を避けるために斜め（２°から８°の範囲）にカットしておくことが好ましい。シングルモード光ファイバ挿入孔３Ａの数はマルチコアファイバ２内のコア数分だけ設けられている。シングルモード光ファイバ挿入孔３Ａのそれぞれの間隔Λｓは、上述したマルチコアファイバの各コアの間隔Λｍよりも広いことが望ましい。

上記シングルモード光ファイバ３の外径は、通常、１２５μｍであるので、上記挿入孔３Ａの直径は１２５μｍにするか、シングルモード光ファイバ３の外径をエッチングによって削りとって小さくした外径（５０μｍから８０μｍの範囲、この範囲よりも小さくなると扱いが難しく、機械的強度ももろくなる。）に合う大きさの直径に形成されている。そしてこれらの挿入孔３Ａはマルチコアファイバ２のそれぞれのコアの光軸に対応するようにその延長上に位置するように形成されており、マルチコアファイバ２の中心に位置するコア側から見ると、角度１°から５°程度の傾斜角度で放射状に拡がるように形成されている。したがって断面Ｃ−Ｃにおける挿入孔３Ａの間隔は端面Ｄ−Ｄにおける挿入孔３Ａの間隔よりも狭い。上記シングルモード光ファイバ３が挿入、固定される領域、つまりシングルモード光ファイバ挿入孔３Ａの長さＬ３は１０ｍｍから３０ｍｍの範囲が好ましい。この長さＬ３があまり短いとシングルモード光ファイバ３を安定して挿入、固定しにくい。マルチコアファイバ２内のコア数が多いほど挿入孔３Ａの長さＬ３を大きくするのが好ましいが、挿入孔３Ａの直径を所望の大きさで製造する上での難しさがあるので、長さＬ３は上記範囲が好ましい。

断面Ｂ−Ｂと断面Ｃ−Ｃの間のガイド用孔５内にはポリマを注入することによりポリマ導波路７が形成されており、そのポリマ導波路７の長さＬ２は１００μｍから１０００μｍの範囲が好ましい。この長さＬ２が長いほど放射状に配置するシングルモード光ファイバ３の傾斜角を小さくすることができる。傾斜角を小さくすることにより、後述するように、マルチコアファイバ２のコアから出射した光をシングルモード光ファイバ３のコアに光結合させる際の結合損失を小さくすることができる。一点鎖線４で囲った部分は図２および図３において詳細を述べる。

図２は本実施例に係るマルチコアファイバ用コネクタ１の内部の詳細な構成を示している。一点鎖線４内は石英ガラス１１で満たされている。マルチコアファイバ２はこの図中の左側に形成された挿入孔（図示せず）の中に挿入、固定されている。シングルモード光ファイバ３はマルチコアファイバ２に対向するように図中右側に配置されている。そしてマルチコアファイバ２とシングルモード光ファイバ３との間にポリマ導波路７が設けられている。このポリマ導波路７は高屈折率のコア層１０を囲むように低屈折率層９で覆った構造である。

ポリマ導波路７は中央のポリマ導波路７を基準にして最大角度θで放射状に配置されている。ポリマ導波路７の長さＬ２は５０μｍから１０００μｍの範囲から選ばれるが、この長さＬ２が長いほど上記角度θは小さくなる。具体例として、マルチコアファイバ２のコア間隔Λｍが５０μｍ、シングルモード光ファイバ３の直径が１２５μｍのものを用い、上記長さＬ２を１０００μｍにすると、上記角度θは４．２°となり、ポリマ導波路７の軸の傾きによる結合損失は計算上、約０．５ｄＢとなる。また上記シングルモード光ファイバ３の直径を１２５μｍから８０μｍにエッチングしたものを用いると、上記角度θは１．７°となり、上記結合損失を計算上、約０．２ｄＢに低減することができる。

ここで、上記ポリマ導波路７を直線状のほかに緩やかな曲線状にすれば結合損失を小さくすることができる。また上記シングルモード光ファイバ３の直径を８０μｍにエッチングしたものを用いた場合に上記距離Ｌ２を５００μｍにすると、上記角度θは３．４°になり、上記距離Ｌ２を１００μｍにすると、上記角度θは１６．７°となり、結合損失は増大していく方向にある。したがって、上記距離Ｌ２は、結合損失を小さくする上では長い方が有利である。

図３に本発明の第２実施例に係るマルチコアファイバ用コネクタの内部の詳細な構成を示す。この実施例も、図１の一点鎖線４で示した部分を拡大したものである。一点鎖線４内は石英ガラス１１で満たされている。マルチコアファイバ２はこの図中の左側に形成された挿入孔（図示せず）の中に挿入、固定されている。この例ではマルチコアファイバ２の中に構成されているコア６の数ｍは７個である。シングルモード光ファイバ３はマルチコアファイバ２に対向するように右側に配置されている。この実施例ではマルチコアファイバ２のコア間隔Λｍを５０μｍ、シングルモード光ファイバの直径を１２５μｍからエッチングして７０μｍにしたものを用い、上記距離Ｌ２を１０００μｍにした。すると、上記角度θは１．１°となり、マルチコアファイバ２とシングルモード光ファイバ３間の光軸の傾きによる結合損失は計算上、約０．１ｄＢとなる。そしてマルチコアファイバ２に近いところのポリマ導波路７はそれぞれが接して一体構造となる。

第３実施例は、図３に示すポリマ導波路７に代えて、石英ガラス成形品１のガイド用孔５に埋め込んだポリマが自己形成導波路を形成していることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。このように構成することにより、シングルモード光ファイバ３とマルチコアファイバ２との間に紫外線光を伝搬させ、コネクタ内に自己調芯機能を持たせた自己形成導波路を形成して高効率に光結合をさせることができた。上記ポリマとしてアクリル成分とエポキシ成分の混合物から成る光硬化樹脂を用いることによりシングルモード光ファイバ３と自己形成導波路、またマルチコアファイバ２と自己形成導波路との間の結合を効率良く実現させることができた。なお、ガイド用孔５の孔径は、マルチコアファイバのコア径の１０μｍにあわせておくのが理想的であるが、製造し易さの点からそれよりも大きくしておくのが好ましい。従って、ガイド用孔５の孔径はマルチコアファイバのコア間隔Λｍに相当する値にまで大きくしてある。その理由はこの自己形成導波路が、中心の高屈折率のコアとその外周の低屈折率のクラッド層、およびこれらを覆っているさらに低屈折率の石英ガラス管から成るので、光は確実に自己形成導波路内に閉じ込められて伝送されるためである。

すなわち、マルチコアファイバ２のそれぞれのコアと、対向する各シングルモード光ファイバ３のコアが個別に１対１で光結合されるように、ガイド用孔５に埋め込んだ光硬化樹脂に紫外線光（波長４０５ｎｍのレーザダイオード光源の光）を伝搬させることにより、コネクタ内に自己調芯機能を持たせて自己形成導波路を形成することができ、これによりマルチコアファイバ２のコアと対向するシングルモード光ファイバのコアを高効率に光結合させることができた。ここで、紫外線光を照射前の光硬化樹脂の屈折率（ｎ_Ｄ線での屈折率）は１．５１５であったが、紫外線光を照射後の光硬化樹脂の屈折率（ｎ_Ｄ線での屈折率）は１．５３８となった。これによりシングルモード光ファイバ３とマルチコアファイバ２との間に自己形成導波路が形成されたことが確認できた。なお、上記導波路のクラッド部（低屈折率層９）の硬化を促進させるために、自己形成導波路を形成後、コネクタの外周から高圧水銀ランプ（照度１００ｍＷ/ｃｍ^２）の光を２分間照射した。

第４実施例は、図３において、石英ガラス成形品１のガイド用孔５に埋め込むポリマとして、屈折率が石英ガラスよりも高く、波長０．６３μｍの光において１．４５９から１．５４０の範囲内にあるポリマを用いることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタである。このようなポリマを用いることにより、シングルモード光ファイバ３とポリマ導波路７、またマルチコアファイバ２とポリマ導波路７との間での屈折率のミスマッチングによる不要な反射を低減することが出来た。上記ポリマとして、日立化成製のポリマを用いた。具体例として、ジシクロペンタニルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ペンタメチルピペリジルメタクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃４００メタクリレート、ポリエチレングリコール＃２００ジメタクリレートなどが適用できることがわかった。マルチコアファイバ又はシングルモード光ファイバのどちらかを石英ガラス成形品１の挿入孔に挿入した状態でその反対方向の挿入孔からポリマの溶液を注入、加熱処理、注入、加熱処理を繰り返し行ってポリマ導波路７を形成し、その後で上記反対方向からもう一つのファイバを挿入してコネクタを製造した。

図４に本発明のマルチコアファイバ用コネクタの成形用金型（石英ガラス成形用金型）の実施例を示す。これは、図１に示すマルチコアファイバ用コネクタ１を製造するための成形用金型を示したものである。
まず、マルチコアファイバ２の外径に等しい外径Ｄｍの細径金属管１３（内径がＤｉ）の一端を半円筒状の半割容器１２内に固定し、該細径金属管１３内に該マルチコアファイバ２のコア間隔Ｌｍに相当する直径Ｄｃ（＝Λｍ）の極細径金属線１５をｍ本束ねて挿入する。これら極細径金属線１５を束ねた全体の外径は上記細径金属管１３の内径に相当する。極細径金属線１５を束ねた全体を該細径金属管１３内に挿入し、半割容器１２の外側に設置した極細径金属線固定治具１６に取り付け、固定台１７で固定する。

上記細径金属管１３に通されたｍ本の極細径金属線１５は、それらの延長上に所望間隔を置いて配置されたシングルモード光ファイバ３の外径に等しい外径Ｄｆ（内径は直径Ｄｃの極細径金属線１５を挿入できる内径）の極細径金属管１４内に挿入する。極細径金属線１５を放射状配置させるために該極細径金属管１４の他端を該半割容器１２の他端に固定し、該極細径金属管１４の中を通過した極細径金属線１５を半割容器１２の外側に設置した固定治具１８に固定し、該固定治具１８を固定台１９に固定しておく。

その後にもう一つの半割容器（図示せず）で上記の半割容器１２に蓋をした後に、２つの半割容器１２から成る石英ガラス原料の円筒状の注入部２０内にSiO₂ガラス微粒子を含んだ原料を注入、固化、乾燥、脱脂、燒結することによって石英ガラス成形品を製造する。
上記石英ガラス原料としては、SiO₂ガラス微粒子、バインダー、純水、硬化剤、硬化性樹脂などを含む溶液を用いる。この溶液を注入部２０内に注入後、硬化性樹脂と硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて固化させ、乾燥させる。その後に極細径金属線１５を注入部２０内から引き抜き、ついで細径金属管１３、極細径金属管１４の引き抜きを経てSiO₂ガラス多孔質母材の形成、そのSiO₂ガラス多孔質母材の高温（約１３５０℃）加熱燒結、上記高温での塩素雰囲気による脱水処理の工程を経て断面が円形のSiO₂ガラスから成るコネクタを製造した。
なお、半角筒状の半割容器１２を用いれば、注入部２０は角筒状となり、これにより断面が角形のコネクタを製造することができる。

なお、上記工程において、燒結による石英ガラスの収縮（収縮率：約０．８２）があるので、その収縮率を考慮に入れて細径金属管１３、極細径金属線１５、極細径金属管１４のサイズを定めなければならない。上記細径金属管１３、極細径金属線１５、極細径金属管１４はステンレス製のものを用いた（メーカー：大場機工株式会社、鈴木金属工業株式会社）。上記細径金属管１３、極細径金属線１５、極細径金属管１４はステンレス製以外に硬鋼、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの材料を用いてもよい。上記具体例として、マルチコアファイバ２の外径が２４０μｍのものを用い、それに相当する直径Ｄｍとして、２９３μｍのステンレス製細径金属管１３（内径Ｄｉ＝１６６μｍ）を用いた。そしてそのマルチコアファイバ２のコアが７個でそれらのコア間隔Λｍが４５μｍのものを用いることを考慮に入れて、上記細径金属管１３内に直径５５μｍ（＝Ｄｃ）の極細径金属線１５を７本束ねて挿入し、半割容器１２の外側に設置した極細径金属線固定治具１６に取り付け、固定台１７に固定した。上記細径金属管１３を通した極細径金属線１５のそれぞれを、それらの延長上に外径が１２５μｍのシングルモード光ファイバが配置されることを考慮に入れて、１５２μｍの間隔を置いてシングルモード光ファイバ３の外径に等しい外径１５２μｍ（＝Ｄｆ）（内径は直径Ｄｃの極細径金属線１５を挿入できる内径＝５６μｍ）の極細径金属管１４内に挿入するとともに、該極細径金属管１４を放射状配置してその他端を該半割容器１２の他端に固定した。該極細径金属管１４の中を通過した極細径金属線１５は半割容器１２の外側に設置した固定治具１８に固定し、該固定治具１８は固定台１９に固定した。更に、その状態でもう一つの半割容器１２で蓋をした後、SiO₂ガラス原料溶液を注入部２０内に注入、乾燥、硬化させた。その後に極細径金属線１５を半割容器１２内から引き抜き、ついで細径金属管１３、極細径金属管１４の引き抜きを経てSiO₂ガラス多孔質母材の形成、そのSiO₂ガラス多孔質母材の高温（約１３５０℃）加熱燒結、上記高温での塩素雰囲気による脱水処理の工程を経て断面が円形の石英ガラスから成るコネクタを製造した。なお上記細径金属管１３、極細径金属線１５、極細径金属管１４の寸法は燒結による石英ガラスの収縮（収縮率：約０．８２）を考慮に入れて設定した。こうして形成されたポリマ導波路は、高屈折率のコアとその外周の低屈折率のクラッド層、およびこれらを覆っているさらに低屈折率の石英ガラス管から成るので、光は確実にポリマ導波路のコア内に閉じ込められて伝送される。

図５に本発明のマルチコアファイバ用コネクタの第６実施例を示す。これは、石英ガラス成形品１に挿入、固定したマルチコアファイバ２およびシングルモード光ファイバ３の該固定部分を補強材２２および２３で補強することにより、より機械的強度に優れたマルチコアファイバ用コネクタとしたものである。また補強材２２および２３に代えて上記固定部分を紫外線硬化型接着剤で補強して接合させることにより、機械的強度に関してより信頼性の高いマルチコアファイバ用コネクタにしても良い。また、石英ガラス成形品１の該マルチコアファイバ２挿入孔側に該マルチコアファイバ２挿入に際しての位置合わせ用の目印２１を形成するための刻みを成形用金型に設けるとよい。これはマルチコアファイバ２と、対向するシングルモード光ファイバ３とを効率良く光結合するためのものである。なお、コネクタからはみ出しているマルチコアファイバ２およびシングルモード光ファイバ３の外周は一次被覆材、二次被覆材で被覆されていてもよい。

本発明は上記実施例に限定されない。例えば、マルチコアファイバ２のコア径は５μｍから１５μｍの範囲のものを用いることができる。シングルモード光ファイバ３のコア径も５μｍから１５μｍの範囲のものを用いることができる。図１において、端面Ａ−Ａおよび端面Ｄ−Ｄは平坦な端面以外にファイバ挿入孔近辺に膨らみを持たせた形状でも良い。このようにすると、これらの端面と各ファイバとの接着剤による接合が容易になる。

１…石英ガラス成形品
２…マルチコアファイバ
２Ａ…マルチコアファイバ挿入孔
３…シングルモード光ファイバ
３Ａ…シングルモード光ファイバ挿入孔
４…コネクタの詳細部
５…ガイド用孔
６…マルチコアファイバのコア
７…ポリマ導波路
８…シングルモード光ファイバのコア
９…低屈折率層
１０…コア層（高屈折率層）
１１…石英ガラス
１２…半割容器
１３…細径金属管
１４…極細径金属管
１５…極細径金属線
１６、１８…固定治具
１７、１９…固定台
２０…SiO₂原料の注入部
２１…位置合わせ用の目印
２２、２３…補強材
３１、３３…コア
３０、３２…クラッド

Claims (18)

1. 低屈折率の１個のクラッドの中にｍ個（ｍは２以上の整数）の高屈折率のコアＮ１からＮｍが配置されたマルチコアファイバの該それぞれのコアから出射される光を別に対向するように配置した上記コアと同数のシングルモード光ファイバ内のコアＫ１からＫｍ内に１対１で光結合させるマルチコアファイバ用コネクタにおいて、
   石英ガラス成形品の一方側に設けられたマルチコアファイバ挿入孔内に該マルチコアファイバを挿入、固定し、該シングルモード光ファイバは該石英ガラス成形品の反対側に設けられたｍ個のシングルモード光ファイバ挿入孔内にそれぞれ挿入、固定し、
   該それぞれのシングルモード光ファイバ挿入孔の延長上には該マルチコアファイバの各コアまでガイドするためのガイド用孔を設けて該ガイド用孔にポリマを埋め込んで導波路を形成し、該マルチコアファイバのそれぞれのコアと対向するように設けた該シングルモード光ファイバのそれぞれのコアを結ぶように配置したことを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
2. 低屈折率の１個のクラッドの中に複数の高屈折率のコアが配置されたマルチコアファイバの前記コアから出射される光を、前記コアと同数のシングルモード光ファイバ内のコアに１対１で光結合させるマルチコアファイバ用コネクタにおいて、
   一端部に１個のマルチコアファイバ用挿入孔を有し、他端部に複数のシングルモード光ファイバ用挿入孔を有する石英ガラス成形品と、
   前記石英ガラス成形品のうち、前記マルチコアファイバ用挿入孔から前記シングルモード光ファイバ用挿入孔までの間に形成された複数のガイド用孔と、
   前記ガイド用孔に埋め込まれたポリマ導波路であって、高屈折率層と、その外周を覆う、前記高屈折率層よりも低屈折率である低屈折率層から成るポリマ導波路と、
   を備えることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
3. 請求項１又は２において、前記導波路は自己形成導波路であることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
4. 請求項３において、前記ポリマがアクリル成分とエポキシ成分の混合物から成る光硬化樹脂、ラジカル硬化型樹脂とカチオン硬化型樹脂の混合物、又は感光性透明ポリイミド樹脂のいずれかから成ることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
5. 請求項３又は４において、前記自己形成導波路は前記マルチコアファイバのそれぞれのコアとシングルモード光ファイバのそれぞれの対向するコアが個別に１対１で光結合するように、紫外線光を伝搬させることにより形成されていることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
6. 請求項１から５のいずれかにおいて、前記マルチコアファイバ内のコア間隔Λｍは前記シングルモード光ファイバ挿入孔のそれぞれの間隔Λｓよりも狭いことを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
7. 請求項１から６のいずれかにおいて、前記ポリマの屈折率は波長０．６３μｍの光において、１．４５９から１．５４０の範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
8. 請求項１から７のいずれかにおいて、前記導波路の長さが５０μｍから１０００μｍの範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
9. 請求項１から８のいずれかにおいて、前記シングルモード光ファイバ挿入孔の大きさが、外径をマルチコアファイバのコア間隔Λｍと同じ大きさから、間隔Λｍよりも大きい値の８０μｍまでの範囲内にエッチングした前記シングルモード光ファイバを挿入できるような大きさであることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
10. 請求項１から９のいずれかにおいて、前記マルチコアファイバの各コアの間隔Λｍが４０μｍから６０μｍの範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
11. 請求項１から１０のいずれかにおいて、前記導波路が直線状か緩やかな曲線状であることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
12. 請求項１から１１のいずれかにおいて、前記石英ガラス成形品に挿入、固定した前記マルチコアファイバ及び前記シングルモード光ファイバと該石英ガラス成形品の固定部分が補強材で補強されていることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
13. 請求項１２において、前記固定部分が紫外線硬化型接着剤で接合されていることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
14. 請求項１から１３のいずれかにおいて、マルチコアファイバの中に有するコアの数ｍは４個から１９個の範囲内にあることを特徴とするマルチコアファイバ用コネクタ。
15. 請求項１から１４のいずれかに係るマルチコアファイバ用コネクタにおける前記石英ガラス成形品を製造する方法であって、
    ｍ個のコアを有するマルチコアファイバの外径に等しい外径Ｄｍ、内径Ｄｉを有する細径金属管の一端を半割型容器内に固定し、
    該細径金属管内に該マルチコアファイバのコア間隔に等しい外径Ｄｃの極細径金属線をｍ本束ねて挿入し、
    該極細径金属線の一端は前記半割型容器の外で固定し、
    該細径金属管から半割型容器内に延びる各極細径金属線の他端の延長上には所望間隔を置いて配置されたシングルモード光ファイバの外径に等しい外径Ｄｆの極細径金属管を配置して該極細径金属管内に挿入するとともに該極細径金属管の他端を該半割容器の他端に固定し、
    該半割型容器へもうひとつの半割型容器を蓋封止し、
    該２個の半割型容器から成る容器内への硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ_２ガラス原料溶液の注入による硬化性樹脂と硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて固化させ、その後に脱容器後、乾燥、脱脂、燒結によって石英ガラス成形品を製造する方法。
16. 請求項１５に記載の石英ガラス成形品を製造する方法に用いる金型であって、
    ２つの半割型容器と、
    マルチコアファイバの外径に等しい外径を有する細径金属管と、
    該細径金属管内に挿入される、前記マルチコアファイバのコア間隔に等しい外径を有するｍ本の極細径金属線と、
    シングルモード光ファイバの外径に等しい外径を有する極細径金属管と
    を備える石英ガラス成形用金型。
17. 請求項１６に記載の石英ガラス成形品用金型において、２つの半割型容器を合わせた容器が円筒形か、角筒形であることを特徴とする石英ガラス成形用金型。
18. 請求項１６又は１７に記載の石英ガラス成形用金型において、石英ガラス成形品の該マルチコアファイバ挿入孔側に該マルチコアファイバ挿入に際しての位置合わせ用の目印を形成するための刻みを設けたことを特徴とする石英ガラス成形用金型。

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