JP6013953B2 - Multi-core fiber connection fan-in / fan-out device, optical connection device, and optical connection method - Google Patents

Multi-core fiber connection fan-in / fan-out device, optical connection device, and optical connection method Download PDF

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Description

本発明は、光通信の分野におけるファンイン・ファンアウトデバイス、及び光接続装置、並びに光接続方式に係り、特に、大容量の信号伝送を行うマルチコア光ファイバと光素子との高効率接続に好適な接続構造に関する。   The present invention relates to a fan-in / fan-out device, an optical connection device, and an optical connection method in the field of optical communication, and particularly suitable for high-efficiency connection between a multi-core optical fiber that performs large-capacity signal transmission and an optical element. Connection structure.

近年、光通信による情報伝送量は年々増加の一途をたどりつつある。特に、幹線系通信システムでは、既存の光ファイバによる情報伝送容量は飽和限界に近づき、この限界を超える各種新たな伝送方法が考案されている。マルチコアファイバを用いた伝送方法は、伝送容量の限界を打破する有力な基盤技術として2000年以降脚光を浴びている。ここで、マルチコアファイバを光信号の伝送路として使用する場合、マルチコアファイバへの光信号の入力部において、あるいはマルチコアファイバからの光信号の出力部において複数の光伝送路を接続する素子、または接続のための部品が必要である。かかる接続素子や接続部品に関する先行技術としては、以下に記載する公知の文献がある。
特許文献1においては、7つのコアを有するマルチコアファイバ端面同士の接続部に屈折率分布型レンズアレイを挿入して、マルチコアファイバのコアから出射される光の発散角度を小さくする、また対面するマルチコアファイバ端面のコアへの入射光束を集束させる構造としている。
In recent years, the amount of information transmitted by optical communication has been increasing year by year. In particular, in trunk line communication systems, the information transmission capacity of existing optical fibers approaches the saturation limit, and various new transmission methods that exceed this limit have been devised. Transmission methods using multi-core fibers have been in the limelight since 2000 as a leading fundamental technology that breaks the limits of transmission capacity. Here, when a multi-core fiber is used as an optical signal transmission path, an element that connects a plurality of optical transmission paths at an optical signal input to the multi-core fiber or an optical signal output from the multi-core fiber, or a connection Parts for are needed. As prior arts related to such connection elements and connection parts, there are known documents described below.
In Patent Document 1, a refractive index distribution type lens array is inserted into a connection part between multi-core fiber end faces having seven cores to reduce a divergence angle of light emitted from the core of the multi-core fiber, and to face each other. In this structure, a light beam incident on the core of the fiber end face is focused.

特許文献2においてはマルチコアファイバの端面と単一コア光ファイバを複数本整列配置した構成での各光ファイバ端面とを接続する際の光配列を変換するデバイスが記載されている。   Patent Document 2 describes a device that converts an optical arrangement when connecting an end face of a multicore fiber and an end face of each optical fiber in a configuration in which a plurality of single core optical fibers are arranged and arranged.

特許文献3においては、マルチコアファイバと単一コアファイバ複数本とを接続する平板素子の構造が記載されている。この平板素子には、2本の光導波路が形成されており、これら光導波路の一端においてマルチコアファイバとの接続が、また、反対側の端部において2本の単一コアファイバとの接続が可能となるようにガイド溝が形成されている。   Patent Document 3 describes a structure of a flat plate element that connects a multi-core fiber and a plurality of single-core fibers. Two optical waveguides are formed in this flat element, and one end of these optical waveguides can be connected to a multi-core fiber, and the other end can be connected to two single-core fibers. A guide groove is formed so that

非特許文献1においては、マルチコアファイバ1本と単一コアファイバ複数本を接続する際に、マルチコアファイバと単一コアファイバとの間に置かれたレンズ2個を光が通過する光路系について記載されている。また、非特許文献2においては、マルチコアファイバ同士を接続する場合に、凸レンズを2つ使用した共焦点レンズ系を使用する方式について記載されている。   Non-Patent Document 1 describes an optical path system in which light passes through two lenses placed between a multicore fiber and a single core fiber when connecting one multicore fiber and a plurality of single core fibers. Has been. Non-Patent Document 2 describes a method of using a confocal lens system using two convex lenses when connecting multi-core fibers.

非特許文献3においては、平板内へ複数の光導波路を立体的に形成する方法が記述されており、形成された複数の光導波路端面で、7つのコアを有するマルチコアファイバの端面との光接続が可能となるように光導波路の立体的構成が決められている。   Non-Patent Document 3 describes a method of three-dimensionally forming a plurality of optical waveguides in a flat plate, and optical connection with the end surfaces of a multi-core fiber having seven cores at the formed end surfaces of the plurality of optical waveguides. The three-dimensional configuration of the optical waveguide is determined so as to be possible.

また、非特許文献4においては、基板内に光導波路を形成する手法として、レーザ光を絞って基板表面に照射し、レーザ照射部の光学的屈折率を増大させて光導波路を形成する手法が記述されている。   In Non-Patent Document 4, as a method of forming an optical waveguide in a substrate, there is a method of forming an optical waveguide by squeezing a laser beam and irradiating the surface of the substrate and increasing the optical refractive index of the laser irradiation portion. It has been described.

特開2010−286718号公報JP 2010-286718 A 特開2010−286697号公報JP 2010-286697 A 特開昭62−118310号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-118310

2012年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会 エレクトロニクス講演論文集1 C−3−82、2012年9月11日−14日 富山市2012 IEICE Electronics Society Conference Electronics Electronics Proceedings 1 C-3-82, September 11-14, 2012 Toyama 2012年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会 エレクトロニクス講演論文集1 C−3−83、2012年9月11日−14日 富山市2012 IEICE Electronics Society Annual Conference 1 C-3-83, September 11-14, 2012 Toyama City 2012年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会 エレクトロニクス講演論文集1 B−10−12、2012年9月11日−14日 富山市2012 IEICE Electronics Society Conference Electronics Electronics Proceedings 1 B-10-12, September 11-14, 2012 Toyama City テクニカルダイジェスト 第9回オプトエレクトロニクス アンド コミュニケーションズ コンファレンス、第3回インターナショナル コンファレンス オンオプチカル インターネット、7月12−16日、2004年、横浜、日本、頁88−89(Technical Digest Ninth optoelectronics and communications conference, Third international conference on optical internet, July 12-16, 2004, Yokohama, Japan, pp.88-89.)Technical Digest 9th Optoelectronics and Communications Conference, 3rd International Conference on Optical Internet, July 12-16, 2004, Yokohama, Japan, pp. 88-89 (Technical Digest Ninth optoelectronics and communications conference, Third international conference on optical internet, July 12-16, 2004, Yokohama, Japan, pp.88-89.)

上記特許文献1に開示された構造では、マルチコアファイバの7つのコアは、互いに等間隔で中心対称に形成されていることを前提としている。しかし、マルチコアファイバの製造工程における寸法バラツキが原因でどれか1つのコアの配置が中心対称の位置からずれて製造された場合には、マルチコアファイバの端面同士を接続する際の接続損失が増大するという課題がある。   The structure disclosed in Patent Document 1 is based on the premise that the seven cores of the multi-core fiber are formed symmetrically at equal intervals. However, when any one of the cores is manufactured out of the center symmetrical position due to dimensional variation in the manufacturing process of the multi-core fiber, the connection loss when connecting the end faces of the multi-core fiber increases. There is a problem.

上記特許文献2に開示された光配列変換デバイスにおいてもマルチコアファイバのコアのどれか一つが設計上の配置・寸法から位置ずれして製造された場合には、その位置ずれしたコアについては光接続損失が増大するという課題がある。   In the optical array conversion device disclosed in Patent Document 2 described above, when any one of the cores of the multi-core fiber is manufactured out of position with respect to the design arrangement / dimension, the misaligned core is optically connected. There is a problem that loss increases.

上記特許文献3に開示された平板素子においても、マルチコアファイバ製造時の製作バラツキによってコア位置が設計からずれて形成された場合には、平板素子内の光導波路とマルチコアファイバのコアとの間で接続損失が増大するという課題がある。   Even in the flat plate element disclosed in Patent Document 3, when the core position is shifted from the design due to manufacturing variations during the production of the multi-core fiber, between the optical waveguide in the flat plate element and the core of the multi-core fiber. There is a problem that connection loss increases.

また、非特許文献1および非特許文献2のどちらの場合においてもマルチコアファイバ製造工程における仕上がり寸法バラツキによって、コア位置や配列が設計値からずれた場合には、その位置ずれしたコアに関して、相互に対向する光ファイバの接続損失が増大するという課題がある。   Also, in both cases of Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, if the core position or arrangement deviates from the design value due to the finished dimensional variation in the multi-core fiber manufacturing process, There exists a subject that the connection loss of the optical fiber which opposes increases.

そこで、本発明の目的は、複数の光導波路を同時に並列に接続する際の接続損失を低減し、光信号の信号対雑音比を大きくとることによって信頼性の高い光通信システムを構築できる光接続デバイス及び光接続方式を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical connection that can construct a highly reliable optical communication system by reducing connection loss when connecting a plurality of optical waveguides simultaneously in parallel and by increasing the signal-to-noise ratio of an optical signal. It is to provide a device and an optical connection method.

更に、本発明の構成を適用することにより光出力を抑制した低消費電力の状態で運転できることから、省エネルギー運転が可能なシステムを提供することである。   Furthermore, by applying the configuration of the present invention, it is possible to operate in a low power consumption state in which the light output is suppressed, and therefore it is to provide a system capable of energy saving operation.

上記に延べた課題を解決するための手段として、FI/FOとマルチコアファイバとの接続部に第1のレンズ系、および第2のレンズ系を挿入し、第1のレンズ系においては、FI/FOの端面側にて、コリメータレンズと凸レンズを設けた構成である。一方、第2のレンズ系においては、マルチコアファイバ端面にコリメータレンズ、および凸レンズを設けた構成とすることである。   As a means for solving the above-described problems, the first lens system and the second lens system are inserted into the connection portion between the FI / FO and the multi-core fiber. In the first lens system, the FI / In this configuration, a collimator lens and a convex lens are provided on the end face side of the FO. On the other hand, in a 2nd lens system, it is set as the structure which provided the collimator lens and the convex lens in the multi-core fiber end surface.

さらに本構成の第1のレンズ系においては、凸レンズの焦点距離が、該凸レンズとコリメータレンズ間の距離に等しくなるような配置であり、第2のレンズ系では、凸レンズの焦点距離が該凸レンズとマルチコアファイバ端部のコリメータレンズとの距離に等しくなるような配置とすることである。   Further, in the first lens system of this configuration, the convex lens has a focal length equal to the distance between the convex lens and the collimator lens. In the second lens system, the convex lens has a focal length that is the same as that of the convex lens. The arrangement is such that the distance from the collimator lens at the end of the multicore fiber is equal.

ここで、マルチコアファイバ1本と単一コアの光ファイバ複数本とを接続するデバイスをファンイン・ファンアウトデバイス(以下、ファンイン・ファンアウトデバイスをFI/FOと省略する)と呼ぶことにする。FI/FOはその内部に複数本の光導波路を有する構成であり、マルチコアファイバと接続する側の端面においては、FI/FO内の光導波路がマルチコアファイバの光軸方向に垂直な断面におけるコア配置と同じ空間配置をとり、一方、単一コアの光ファイバと接続する端部においては、FI/FO内の光導波路の配置と間隔は平面的に横並び、もしくは多層構造となっていて、各光導波路間隔は、例えば、単一コアの光ファイバのクラッド直径に等しい寸法まで詰めることが可能である。   Here, a device that connects one multi-core fiber and a plurality of single-core optical fibers is referred to as a fan-in / fan-out device (hereinafter, fan-in / fan-out device is abbreviated as FI / FO). . The FI / FO has a structure having a plurality of optical waveguides therein, and the optical waveguide in the FI / FO is disposed on the end surface on the side connected to the multicore fiber in a cross section perpendicular to the optical axis direction of the multicore fiber. On the other hand, at the end connected to a single core optical fiber, the arrangement and interval of the optical waveguides in the FI / FO are arranged side by side in a plane or in a multilayer structure, The spacing between the waveguides can be reduced, for example, to a dimension equal to the cladding diameter of a single core optical fiber.

本発明の構成をとることにより、複数の光導波路を同時に並列に接続する際の接続損失を低減し、光信号の信号対雑音比を大きくとることによって信頼性の高い光通信システムを構築できる光接続デバイス及び光接続方式を提供することが可能である。   By adopting the configuration of the present invention, it is possible to construct a highly reliable optical communication system by reducing the connection loss when simultaneously connecting a plurality of optical waveguides in parallel and by increasing the signal-to-noise ratio of the optical signal. It is possible to provide a connection device and an optical connection method.

更に、本発明の構成を適用することにより光出力を抑制した低消費電力の状態で運転できることから、省エネルギー運転が可能なシステムを提供することが可能である。   Furthermore, by applying the configuration of the present invention, it is possible to operate in a state of low power consumption with suppressed light output, and thus it is possible to provide a system capable of energy saving operation.

本発明の実施の形態を示す斜視図。The perspective view which shows embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を示す側面模式図。The side surface schematic diagram which shows embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を示す側面模式図。The side surface schematic diagram which shows embodiment of this invention. 本発明を適用した光接続構成と従来の光接続構成で光軸ずれに対する接続損失の変化を比較したグラフ。The graph which compared the change of the connection loss with respect to the optical axis offset by the optical connection structure to which this invention is applied, and the conventional optical connection structure. 本発明の別の実施の形態を示す模式図。The schematic diagram which shows another embodiment of this invention. 本発明の別の実施の形態を示す模式図。The schematic diagram which shows another embodiment of this invention. 本発明の実施の形態1における光導波路およびレンズの形成工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the formation process of the optical waveguide and lens in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるレンズの形成工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the formation process of the lens in Embodiment 1 of this invention.

以下に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施例1を、図1および図2を用いて詳細に説明する。
図1は、マウント1の上に設けたファンイン・ファンアウトデバイス(FI/FOと略す)2を介して、7つのコアを有するマルチコアファイバ3と単一コアの光ファイバ4を7本配置し接続する構成を示す斜視図である。
The present Example 1 is demonstrated in detail using FIG. 1 and FIG.
In FIG. 1, seven multi-core fibers 3 having seven cores and seven single-core optical fibers 4 are arranged via a fan-in / fan-out device (abbreviated as FI / FO) 2 provided on the mount 1. It is a perspective view which shows the structure to connect.

マルチコアファイバ3は、例えば、マウント1の表面に設けられたV溝に位置合わせされて固定される。また、マルチコアファイバ3とFI/FO2との間には、後述する第2のレンズ系が配置される。また、第2のレンズ系に対面する側のFI/FO2には、第1のレンズ系が設けられている。   For example, the multi-core fiber 3 is aligned and fixed in a V-groove provided on the surface of the mount 1. In addition, a second lens system, which will be described later, is disposed between the multi-core fiber 3 and the FI / FO 2. In addition, the first lens system is provided in the FI / FO 2 on the side facing the second lens system.

マルチコアファイバ3のコアの一つに入力した光は、マルチコアファイバ3から出力されると、第2のレンズ系を通過し、第1のレンズ系の当該一つのコアの位置に対応する位置に入射する。入射した光は、当該位置に対応するFI/FO2中の光導波路を伝播し光ファイバ4へ出力される。マルチコアファイバ3のコアの他の一つに入力した光も、同様な伝播を行う。   When the light input to one of the cores of the multi-core fiber 3 is output from the multi-core fiber 3, the light passes through the second lens system and enters the position corresponding to the position of the one core of the first lens system. To do. The incident light propagates through the optical waveguide in the FI / FO 2 corresponding to the position and is output to the optical fiber 4. Light input to the other core of the multicore fiber 3 also propagates in the same way.

マルチコアファイバ3は、中心に1本のコアが、中心コアのまわりに正六角形状に6本のコアが配置されている。マルチコアファイバ3内に配置されている各コア(ここで、コアは光の屈折率が周囲よりも高くなっている部分で伝播光のエネルギー分布のほとんど90%以上が含まれる部分を指す)の太さは、例えば、波長1.5μm帯の単一モード伝送では10μmの程度である。また、隣接するコア同士の間隔は、20μmから125μmの範囲であり、各隣接コア間での光伝送信号のクロストークは30dB以上が確保されている構成である。   In the multi-core fiber 3, one core is arranged at the center, and six cores are arranged in a regular hexagon around the center core. The thickness of each core disposed in the multi-core fiber 3 (here, the core refers to a portion where the refractive index of light is higher than the surrounding and includes almost 90% or more of the energy distribution of propagating light). For example, it is about 10 μm in the single mode transmission with a wavelength of 1.5 μm. The interval between adjacent cores is in the range of 20 μm to 125 μm, and the crosstalk of the optical transmission signal between the adjacent cores is ensured to be 30 dB or more.

図2は、FI/FO2とマルチコアファイバ3の接続部分を伝送光の進行方向に垂直な方向(横方向)から見た構造を示す。FI/FO2の接続端Aにて光導波路8、9、10の各端部が第1のレンズ系としてコリメータレンズ11、および凸レンズ12を介してマルチコアファイバ3に面している。   FIG. 2 shows a structure in which a connection portion between the FI / FO 2 and the multi-core fiber 3 is viewed from a direction (lateral direction) perpendicular to the traveling direction of transmitted light. At the connection end A of the FI / FO 2, each end of the optical waveguides 8, 9, 10 faces the multi-core fiber 3 through a collimator lens 11 and a convex lens 12 as a first lens system.

なお、本図では、光導波路8、9、10を図示しているが、本図の光導波路は正六角形の各頂点および中心部に配列されているために、横方向から見た図は、光導波路8、9、10のみが見えている。従って、光導波路8、9、10のそれぞれに重なって奥方向に、光導波路が配列されているので、光導波路8、9、10を代表にして説明を行っている。後述のマルチコアファイバ3の各コアに関しても同様な扱いをするものとする。   In addition, in this figure, although the optical waveguide 8, 9, 10 is shown, since the optical waveguide of this figure is arranged in each vertex and center part of a regular hexagon, the figure seen from the horizontal direction is Only the optical waveguides 8, 9, 10 are visible. Accordingly, since the optical waveguides are arranged in the back direction so as to overlap each of the optical waveguides 8, 9, and 10, the optical waveguides 8, 9, and 10 are described as representatives. The same treatment is applied to each core of a multicore fiber 3 to be described later.

一方、マルチコアファイバ3の端面では、5、6、7の各コアに第2のレンズ系としてコリメータレンズ13および凸レンズ14が配置されている。ここで第1のレンズ系では、コリメータレンズ11と凸レンズ12の間隔は、凸レンズ12の焦点距離fと等しく、第2のレンズ系においてはコリメータレンズ13と凸レンズ14の距離は凸レンズ14の焦点距離fに等しい配置となっている。ここで、凸レンズ12および14の直径は、マルチコアファイバ内の隣接コアの間隔以下とする必要があり、20μmから125μmの範囲としている。下限値20μmは、隣接するコアとのクロストークの制約から決定される。一方、上限値125μmは、光ファイバが並列して配置される最小間隔が125μmと規定されていることから決定される。 On the other hand, on the end face of the multi-core fiber 3, a collimator lens 13 and a convex lens 14 are arranged as second lens systems in the respective cores of 5, 6, and 7. Here, in the first lens system, the distance between the collimator lens 11 and the convex lens 12 is equal to the focal length f 5 of the convex lens 12. In the second lens system, the distance between the collimator lens 13 and the convex lens 14 is the focal length of the convex lens 14. It has become equal disposed f 3. Here, the diameters of the convex lenses 12 and 14 need to be equal to or less than the interval between adjacent cores in the multi-core fiber, and are in the range of 20 μm to 125 μm. The lower limit of 20 μm is determined from the restriction of crosstalk with the adjacent core. On the other hand, the upper limit value of 125 μm is determined because the minimum interval at which the optical fibers are arranged in parallel is defined as 125 μm.

また、焦点距離f、fとしては、例えば100μmから数mmの範囲で選択可能であるが、実装の容易性と装置外形寸法の小型簡便性を考慮すれば1mm以上1cm以下の範囲にあって、数mm程度であることが望ましい。 In addition, the focal lengths f 5 and f 3 can be selected within a range of, for example, 100 μm to several mm. Thus, it is desirable to be about several mm.

図3は、第2のレンズ系を構成する凸レンズ21、コリメータレンズ20、マルチコアファイバ25の端部がフェルール26内に一体となって収納された構成である。このような構成とすることにより、FI/FO30とマルチコアファイバ25の接続における実装工程では、レンズ自体の位置調整が不要となり作業時間の大幅な短縮が可能となる。   FIG. 3 shows a configuration in which end portions of the convex lens 21, the collimator lens 20, and the multi-core fiber 25 constituting the second lens system are integrally stored in the ferrule 26. With such a configuration, in the mounting process in the connection between the FI / FO 30 and the multi-core fiber 25, it is not necessary to adjust the position of the lens itself, and the working time can be greatly reduced.

図4は、FI/FOとマルチコアファイバの接続において、本発明を適用した場合の接続損失がコア(光導波路)の光軸横ずれ(光の進行方向に垂直な方向の位置ずれ)に対してどのように変化するかを測定したグラフである。本発明を適用した場合には、光導波路の光軸横ずれが0μmから10μmに増加しても接続損失は0.1dBの程度であり、実用上無視できる損失である。ここで、接続損失は、入力光パワーと出力光パワーとの比に比例する量である。   FIG. 4 shows how the connection loss when the present invention is applied in the connection between the FI / FO and the multi-core fiber with respect to the optical axis lateral shift of the core (optical waveguide) (position shift in the direction perpendicular to the light traveling direction). It is the graph which measured how it changed. When the present invention is applied, even if the optical axis lateral deviation of the optical waveguide increases from 0 μm to 10 μm, the connection loss is about 0.1 dB, which can be ignored in practice. Here, the connection loss is an amount proportional to the ratio between the input optical power and the output optical power.

光軸横ずれに対して接続損失を大幅に低減可能とするのは、コリメータレンズ11、凸レンズ12、コリメータレンズ13、凸レンズ14の構成に因る。すなわち、マルチコアファイバ3から出力される光は、コリメータレンズ13で平行光となって出力され、凸レンズ14で平行光を保持しながら、凸レンズ13を経由してFI/FO2の入射面に設けられたコリメータレンズ11に入射する。この時、凸レンズ14と凸レンズ13とが所定の範囲でずれてもコリメータレンズ11に入射光は焦点を結ぶように光学系が設計されている。なお、所定の範囲でのずれとは、図4の測定結果が示すように、少なくとも10μm以内であることが分かる。この程度のずれは、実用上十分な許容範囲である。   The reason why the connection loss can be significantly reduced with respect to the lateral deviation of the optical axis depends on the configuration of the collimator lens 11, the convex lens 12, the collimator lens 13, and the convex lens 14. That is, the light output from the multi-core fiber 3 is output as parallel light by the collimator lens 13 and is provided on the incident surface of the FI / FO 2 via the convex lens 13 while holding the parallel light by the convex lens 14. The light enters the collimator lens 11. At this time, the optical system is designed so that the incident light is focused on the collimator lens 11 even if the convex lens 14 and the convex lens 13 are displaced within a predetermined range. In addition, it turns out that the shift | offset | difference in a predetermined range is at least within 10 micrometers as the measurement result of FIG. 4 shows. Such a deviation is a practically sufficient allowable range.

ここで、上記コリメータレンズは、光ビームの直進性を保持する作用を有し、構造的にはレンズの内部で屈折率が傾斜した分布型レンズとなっている。また、上記コリメータレンズは、光導波路の一端に内蔵、あるいはその一端に外付けしてもよい。内蔵に関しては、後述する。   Here, the collimator lens has a function of maintaining the straightness of the light beam and is structurally a distributed lens in which the refractive index is inclined inside the lens. The collimator lens may be built in one end of the optical waveguide or externally attached to one end thereof. The built-in will be described later.

一方、レンズを用いない従来の接続構成では、コアの光軸横ずれが0μmから増加するに従い接続損失が急激に増加し、例えば光軸横ずれ5μmで接続損失が2dBの程度に増加することがわかる。   On the other hand, in the conventional connection configuration using no lens, it can be seen that as the optical axis lateral deviation of the core increases from 0 μm, the connection loss increases rapidly. For example, when the optical axis lateral deviation is 5 μm, the connection loss increases to about 2 dB.

FI/FOを製造する工程概念を図7で説明する。図7で石英基板40の上側表面に向かって上から波長805nm、光出力が数10mWから数Wのレーザ光41をフェムト秒程度の単パルス時間幅で繰り返し照射するとレーザ光が焦点を結んだ縦横1μm程度の微小部分が局所加熱されて石英の溶融温度に近い1000℃付近に到達する。この結果、過熱された部位の石英では局所的に屈折率が増大し、加熱を受けない周辺部分の屈折率1.455よりも0.003程度大きい部分が形成される。   The process concept for manufacturing FI / FO will be described with reference to FIG. In FIG. 7, when laser light 41 having a wavelength of 805 nm from the top and a light output of several tens of mW to several W is repeatedly irradiated with a single pulse time width of about femtoseconds toward the upper surface of the quartz substrate 40, the laser light is focused vertically and horizontally. A minute part of about 1 μm is locally heated and reaches around 1000 ° C. near the melting temperature of quartz. As a result, the refractive index of the overheated quartz locally increases, and a portion having a refractive index of about 0.003 larger than the refractive index of 1.455 in the peripheral portion not subjected to heating is formed.

石英に照射するレーザ光の焦点位置を調節すると石英の最表面から深さ100μmの位置に焦点を合わせることが可能であり、更には横方向にスキャンすることも組み合わせて、石英40の内部に直線状の光導波路42や曲がり導波路43を形成できる。また、石英40の端面からレーザ光44を照射し、レーザ光のスキャンの仕方を同軸円筒状にし、石英の端面から深さ方向に向かって焦点位置を変化させると、奥行き方向に光導波路を形成することができる。更にはまた、石英の端面近くにて、レーザ光を同心円状にスキャンすれば凸レンズ45や、屈折率が中心軸から周囲に向かって同心円状に傾斜減少する屈折率分布型の構造が作製でき、コリメータレンズ46を形成できる。   By adjusting the focal position of the laser light applied to the quartz, it is possible to focus on a position 100 μm deep from the outermost surface of the quartz. The optical waveguide 42 and the bent waveguide 43 can be formed. In addition, when the laser beam 44 is irradiated from the end face of the quartz 40, the laser beam scanning method is made into a coaxial cylindrical shape, and the focal position is changed from the end face of the quartz in the depth direction, an optical waveguide is formed in the depth direction. can do. Furthermore, if the laser beam is scanned concentrically near the end face of quartz, a convex lens 45 or a refractive index distribution type structure in which the refractive index is decreased concentrically from the central axis toward the periphery can be produced. A collimator lens 46 can be formed.

図8は、マルチコアファイバ50の端面に焦点を結び、上述のレーザ光52をフェムト秒の単パルス時間で繰り返し照射するとコアの一部で同軸状に屈折率が増加し、コリメータレンズ53を形成できる。   FIG. 8 focuses on the end face of the multi-core fiber 50, and when the above-described laser light 52 is repeatedly irradiated with a single pulse time of femtosecond, the refractive index increases coaxially in a part of the core, and the collimator lens 53 can be formed. .

実施例2を、図5および図6を用いて詳細に説明する。
図5(a)は、7本の単一コア光ファイバ62を用いて構成されるFI/FO61の斜視図である。FI/FO61は、端部Aにおいて7つのコアを有するマルチコアファイバとの接続が可能となるように7本の光ファイバが束ねられて融着されたものであり、その端面には平凸レンズ60が各光ファイバ端面に設けられ、図5(b)に示すようにFI/FO61と一体化している。この平凸レンズ60は、例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を含むアクリル系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂等をナノインプリント技術で成型加工して用意しても良く、あるいは合成石英を加工して作製しても良い。FI/FOの端部Aに接着するなどして設けられた平凸レンズは各光ファイバ端面からの出射光を平行ビームにして取り出す役目を有する。
Example 2 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5A is a perspective view of an FI / FO 61 configured using seven single core optical fibers 62. The FI / FO 61 is formed by bundling and fusing seven optical fibers so that the end A can be connected to a multi-core fiber having seven cores. It is provided on each optical fiber end face and integrated with the FI / FO 61 as shown in FIG. The plano-convex lens 60 may be prepared by, for example, molding an acrylic resin containing polymethyl methacrylate (PMMA), a vinyl resin, an ethylene resin, or the like by nanoimprint technology, or by processing synthetic quartz. You may do it. A plano-convex lens provided by adhering to the end A of the FI / FO has a function of taking out the emitted light from the end face of each optical fiber as a parallel beam.

図6は、FI/FO61をマルチコアファイバ65と接続する構成の主要部の断面模式図である。マウント58上にてFI/FO61と7つのコアを有するマルチコアファイバ65を接続する際に前述の実施例と同様、本発明の構成によりFI/FO61側に7個の凸レンズ64を設ける。また、マルチコアファイバ側にも7個の凸レンズ67を設ける。FI/FO61と凸レンズ64はフェルール63内にて各コアの光軸が一致するように、また平凸レンズ60と凸レンズ64との間隔は、凸レンズ64の焦点距離と等しくなる配置である。一方、凸レンズ67と平凸レンズ66との間隔は、凸レンズ67の焦点距離に等しくなるように配置される。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the main part of the configuration in which the FI / FO 61 is connected to the multi-core fiber 65. When connecting the FI / FO 61 and the multi-core fiber 65 having seven cores on the mount 58, seven convex lenses 64 are provided on the FI / FO 61 side according to the configuration of the present invention, as in the above-described embodiment. Also, seven convex lenses 67 are provided on the multi-core fiber side. The FI / FO 61 and the convex lens 64 are arranged so that the optical axes of the respective cores coincide in the ferrule 63, and the interval between the plano-convex lens 60 and the convex lens 64 is equal to the focal length of the convex lens 64. On the other hand, the distance between the convex lens 67 and the plano-convex lens 66 is arranged to be equal to the focal length of the convex lens 67.

本発明の構成により、FI/FO61とマルチコアファイバ65との実装組み立てでは、実質的にフェルール63とフェルール68との間隔S、および光軸に垂直方向の回転角度調整をマウント58上でV溝に沿って調整することで達成される。   With the configuration of the present invention, in mounting and assembling the FI / FO 61 and the multi-core fiber 65, the distance S between the ferrule 63 and the ferrule 68 and the rotation angle adjustment in the direction perpendicular to the optical axis can be adjusted to the V groove on the mount 58. Achieved by adjusting along.

なお、本実施例2は、FI/FO61を取り付ける台が不要、または接続部分の取り付け寸法を小さくでき、小型化できる効果がある。   In addition, the present Example 2 has the effect that the stand which mounts FI / FO61 is unnecessary, or the attachment dimension of a connection part can be made small and can be reduced in size.

本発明の実施例1および実施例2では、マルチコアファイバのコア数が7の場合について記述したが、コア数は7に限定されるものではなく2以上6以下、もしくは8以上であっても本発明の構成が適用できることは明らかである。   In the first and second embodiments of the present invention, the case where the number of cores of the multi-core fiber is 7 is described. However, the number of cores is not limited to 7, and the number of cores is not less than 2 and not more than 6, or not less than 8. It is clear that the configuration of the invention can be applied.

また、本発明が適用される製品は、第1及び第2レンズ系を有するFI/FOデバイス、もしくはFI/FOデバイスにマルチコアファイバと単一コアの光ファイバの余長が取り付けられてもよいものとする。   The product to which the present invention is applied is an FI / FO device having the first and second lens systems, or an FI / FO device to which an extra length of a multicore fiber and a single core optical fiber may be attached. And

1,58…マウント、
2,30,61…ファンイン・ファンアウトデバイス(FI/FO)、
3,25,50,65…マルチコアファイバ、
4,62…光ファイバ、
5,6,7,51…コア、
8,9,10,42…光導波路、
11,13,20,22,46,53…コリメータレンズ、
12,14,21,23,45,64,67…凸レンズ、
26,63,68…フェルール、
40…石英、
41,44,52…レーザ光、
43…曲がり導波路、
60,66…平凸レンズ。
1,58 ... Mount,
2, 30, 61 ... Fan-in / fan-out device (FI / FO),
3, 25, 50, 65 ... multi-core fiber,
4, 62 ... optical fiber,
5,6,7,51 ... core,
8, 9, 10, 42 ... optical waveguide,
11, 13, 20, 22, 46, 53 ... Collimator lens,
12, 14, 21, 23, 45, 64, 67 ... convex lens,
26, 63, 68 ... Ferrule,
40 ... quartz,
41, 44, 52 ... laser light,
43 ... Bent waveguide,
60, 66: Plano-convex lens.

Claims (8)

両端部から光ビームの入出力が可能な光入出力端部と複数の光導波路とを有し、
該光入出力端部の一端は、マルチコアファイバに接続可能な第1光入出力端を備え、
該光入出力端部の他端は、複数の単一コアを有する光ファイバに接続可能な第2光入出力端を備え、
前記複数の光導波路の各々と光軸を同じくし前記第1光入出力端に設けられた凸レンズと、
該凸レンズと所定の間隔を保持して前記複数の光導波路の該凸レンズに対向する側に設けられた前記光ビームの直進性を保持する屈折率傾斜分布型レンズとを具備し、
前記所定の間隔は、前記凸レンズの焦点距離であることを特徴とするファンイン・ファンアウトデバイス。
A light input / output end capable of inputting / outputting a light beam from both ends and a plurality of optical waveguides,
One end of the light input / output end includes a first light input / output end connectable to a multi-core fiber,
The other end of the light input / output end includes a second light input / output end connectable to an optical fiber having a plurality of single cores,
A convex lens having the same optical axis as each of the plurality of optical waveguides and provided at the first light input / output end;
A refractive index gradient distribution type lens that maintains a straight distance of the light beam provided on a side of the plurality of optical waveguides facing the convex lens while maintaining a predetermined distance between the convex lens ,
The fan-in / fan-out device , wherein the predetermined interval is a focal length of the convex lens .
両端部から光ビームの入出力が可能な光入出力端部と複数の光導波路とを有し、
該光入出力端部の一端は、マルチコアファイバに接続可能な第1光入出力端を備え、
該光入出力端部の他端は、複数の単一コアを有する光ファイバに接続可能な第2光入出力端を備え、
前記複数の光導波路の各々と光軸を同じくし前記第1光入出力端に設けられた第1凸レンズと、
該第1凸レンズと第1の間隔を保持して前記複数の光導波路の該第1凸レンズに対向する側に設けられた前記光ビームの直進性を保持する第1屈折率傾斜分布型レンズと、
前記第1凸レンズに対向する前記マルチコアファイバの入出力端に設けられた第2屈折率傾斜分布型レンズと、
前記第1凸レンズと前記第2屈折率傾斜分布型レンズとの間に、前記第2屈折率傾斜分布型レンズから第2の間隔を保持して設けられた第2凸レンズとを有し、
前記第1の間隔は、前記第1凸レンズの焦点距離であり、
前記第2の間隔は、前記第2凸レンズの焦点距離であることを特徴とする光接続装置。
A light input / output end capable of inputting / outputting a light beam from both ends and a plurality of optical waveguides,
One end of the light input / output end includes a first light input / output end connectable to a multi-core fiber,
The other end of the light input / output end includes a second light input / output end connectable to an optical fiber having a plurality of single cores,
A first convex lens having the same optical axis as each of the plurality of optical waveguides and provided at the first light input / output end;
A first gradient index gradient lens that maintains a first distance from the first convex lens and that maintains the straightness of the light beam provided on the side of the plurality of optical waveguides facing the first convex lens;
A second gradient index type lens provided at an input / output end of the multi-core fiber facing the first convex lens;
Between the first convex lens and the front Stories second refractive index gradient distribution type lens, and a second convex lens provided to hold the second distance from said second refractive index gradient distribution type lens,
The first interval is a focal length of the first convex lens;
The optical connection device, wherein the second interval is a focal length of the second convex lens.
請求項1に記載のファンイン・ファンアウトデバイスと、マルチコアファイバと複数の単一コアを有する光ファイバとが基板上に一体として設けられていることを特徴とする光接続装置。 A fan-in fan-out device according to claim 1, optical device and the optical fiber shall be the being provided integrally on a substrate having a multi-core fiber and a plurality of single cores. 前記光導波路の各々の間隔が、125μm以上離隔して配置されていることを特徴とする請求項に記載の光接続装置。 The optical connection device according to claim 2 , wherein the optical waveguides are spaced apart by 125 μm or more. 前記マルチコアファイバの隣接するコア同士の間隔が、20μmから125μmの範囲内に中心対称に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光接続装置。   The optical connecting device according to claim 2, wherein an interval between adjacent cores of the multi-core fiber is arranged symmetrically within a range of 20 μm to 125 μm. 前記第1屈折率傾斜分布型レンズは内蔵、もしくは外付けされることを特徴とする請求項に記載の光接続装置。 The optical connection device according to claim 2 , wherein the first gradient index gradient lens is built in or externally attached. 両端部から光ビームの入出力が可能な光入出力端部と複数の光導波路とを有するファンイン・ファンアウトデバイスの一端にマルチコアファイバを接続し、他端に複数の単一コアを有する光ファイバを接続し、
前記複数の光導波路一端に前記光ビームの直進性を保持する屈折率傾斜分布型レンズを設け、
前記複数の光導波路の各々と光軸を同じくする凸レンズを設け、前記屈折率傾斜分布型レンズを該凸レンズの焦点距離に配置したことを特徴とする光接続方式。
Light having a multi-core fiber connected to one end of a fan-in / fan-out device having a light input / output end capable of inputting / outputting light beams from both ends and a plurality of optical waveguides, and having a plurality of single cores at the other end Connect the fiber,
A refractive index gradient distribution type lens that maintains straightness of the light beam is provided at one end of the plurality of optical waveguides,
An optical connection method, wherein a convex lens having the same optical axis as each of the plurality of optical waveguides is provided, and the gradient index gradient lens is disposed at a focal length of the convex lens.
前記凸レンズに対向する前記マルチコアファイバの入出力端に設けられた別の屈折率傾斜分布型レンズと、
前記凸レンズと前記別の屈折率傾斜分布型レンズとの間に、前記別の屈折率傾斜分布型レンズから所定の間隔を保持して設けられた別の凸レンズとを有し、
前記所定の間隔は、前記別の凸レンズの焦点距離であることを特徴とする請求項に記載の光接続方式。
Another gradient index distribution lens provided at the input / output end of the multi-core fiber facing the convex lens;
Between the convex lens and the front Symbol another refractive index gradient distribution type lens, and a separate lens that is provided to hold a predetermined distance from said other of the refractive index gradient distribution type lens,
The optical connection method according to claim 7 , wherein the predetermined interval is a focal length of the another convex lens.
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