JP6170527B2 - 光レセプタクル及び光トランシーバ - Google Patents

Description

本発明の態様は、一般に、光通信用の光トランシーバ、モジュールに係り、特に高速通信用モジュールに好適な光レセプタクルに関する。

光レセプタクルは、光通信用トランシーバの光モジュールにおいて光ファイバコネクタを受光素子や発光素子等の光素子と光学的に接続させるための部品として用いられる。

近年、ＩＰトラフィックの増加に伴い光通信用トランシーバは高速化が要求されている。一般に、レセプタクル型光モジュールを採用するトランシーバ等の形状は規格化されており、光学素子の１つである半導体レーザーから出射する光信号の変調速度を高速化すると、電気回路に必要なスペースが大きくなり、光モジュールの小型化が求められている。

半導体レーザー素子のモードフィールド径は、一般的に光信号の伝送路として用いられる光ファイバのコア径１０μｍよりも小さい。

近年では光トランシーバの通信速度をより高速化するため、単一のモジュール内に複数の半導体レーザーを有し、各半導体レーザーから出射された光を、板状部材の内部に形成された光導波路内で１つ導波路に合波した後、光レセプタクルの光ファイバと光学的に結合する構造の光モジュールも使われている。これらの光モジュールでは、小型化するために前述の光導波路を持つ板状部材を小型化する必要があり、光導波路のコア径は小さくなる傾向がある。

発光素子に代えて受光素子を用いる光モジュールにおいても、より高速、より長距離通信用途で用いるために、受光素子の受光径を小さくする傾向がある。

半導体レーザー素子から出射された光をファイバコアに集光する、またはファイバコアから出射された光を受光素子に集光するためのレンズは、光学素子のモードフィールド径とファイバコア径に差がある場合には倍率機能を有する必要があるが、差が大きければ大きいほど、レンズの焦点距離が長くなる、または必要レンズ枚数が多くなり光学系が複雑かつ高価になる問題があった。

モジュール全長が長くなることまたは光学系の複雑化を防ぐために、レンズによる倍率は小さく抑え、代わりに光ファイバの光学素子側端面の一部のファイバ先端にレンズを形成したり、ＧＩファイバを融着することで入射された光のモードフィールド径を拡大しファイバに最適なモードフィールド径をファイバ端面に入射する方法が知られている（例えば参考文献１）。

しかしながら先行文献１の方法は、周期的にモードフィールド径が変化するＧＩファイバを用いるため、最適なモードフィールド径を得るためにはＧＩファイバの長さを厳密に管理しなければならず、製造上の管理が困難であるという課題があった。

また、ＧＩファイバのように径方向に対してコア中心から外周部にかけて段階的に屈折率が異なるファイバを融着するとき、ファイバ端面を溶かして一体化させる融着技術では屈折率の異なるコアが溶け出し混ざりあってしまうため、融着部周辺の屈折率を管理することが困難であり、光損失が大きくなってしまう課題があった。

特開２００６−１５４２４３号

本発明の態様は、上記問題を解決するためになされたもので、光ファイバの光学素子側端面のコアを小さくし、かつ一般的に伝送路に用いられるファイバよりもコアとクラッドの屈折率差の大きいファイバを融着することで、光モジュール全長を短くすることに貢献しながら、一般的に伝送路に用いられるファイバとコアとクラッドの屈折率差の大きいファイバの融着部分に屈折率およびコア径が緩やかに推移する部分を形成することで、モードフィールドの変換効率を抑え、結果として光学素子からプラグフェルールまでの結合効率の低下を抑制することができる光レセプタクル及び光トランシーバを提供することを目的とする。

第１の発明は、光を導通するためのコアとクラッドを有する光ファイバ、前記光ファイバが固定される貫通孔を有するフェルール、前記光ファイバを前記貫通孔に固定する高温硬化型の接着剤である弾性部材、を含むファイバスタブと、前記ファイバスタブの一端を保持するスリーブを有する保持具と、を備え、前記ファイバスタブは、前記フェルールのプラグフェルールと光学的接続する前記一端側の一端面と、前記一端面とは反対側において光学素子と光学接続され前記スリーブに保持されていない他端面と、を有し、前記光ファイバは、前記他端面側の第１の部分と、前記スリーブに保持される前記一端面側の第３の部分と、前記第１の部分と前記第３の部分との間に第２の部分を有し、前記第１の部分におけるコア径は、一様であり、前記第３の部分におけるコア径は、一様であり、前記第１の部分におけるコア径は、前記第３の部分におけるコア径より小さく、前記第２の部分におけるコア径は、前記第１の部分から前記第３の部分に推移するにつれて大きくなり、前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第１の部分における前記光ファイバの外径よりも小さく、前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第３の部分における前記光ファイバの外径よりも小さく、前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第１の部分および前記第３の部分から離れたひとつの最細部において最も小さくなり、前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第１の部分から前記最細部に向けて徐々に小さくなり、前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第３の部分から前記最細部に向けて徐々に小さくなり、前記弾性部材は、前記第２の部分の前記光ファイバと前記貫通孔の内壁との間の空間に隙間無く充填され、前記ファイバスタブのプラグフェルールと光学的接続する側とは反対側の端面において、前記フェルールの端面の一部と前記光ファイバの端面とが、前記ファイバスタブの中心軸に対して垂直となる面から所定の角度をもつ同一平面上にあることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、フェルールのプラグフェルールと光学的接続する側とは反対側の端面におけるコア径が、フェルールのプラグフェルールと光学的接続する側の端面におけるコア径よりも小さいため、光モジュールの長さを小さくすることができる。
また、第２の部分を形成することで、第１の部分から第３の部分へ推移していく際に、コア形状の急激な変化を抑えることができるため、第２の部分での光学的損失を抑えることができる。
さらに、第１の部分と第３の部分は形状が軸方向に対して変化せず、光の損失も小さいため、第２の部分は光フェルール内径部のどこに所在しても問題はない。これにより、ファイバの精密な長さ管理を必要とせず、経済的にレセプタクルを製造することができる。
また、光ファイバの外径が細くなる第２部分の外周には弾性部材が楔状に存在するため、光ファイバがフェルールよりも外側に突き出ることを抑え、光ファイバの外周のカケやクラックを抑制することができる。
また、第２の部分と第３の部分のクラッド外径に差を持たせることで、第２の部分のクラッドの外側に充填された弾性部材による楔作用をより効果的にする事ができる。
また、この光レセプタクルによれば、第２の部分の外周に弾性部材が充填されることにより、第２部分を補強することができる。
また、この光レセプタクルによれば、フェルールの端面の一部と光ファイバの端面とをファイバスタブの中心軸に対して垂直となる面から所定の角度をもつように研磨することで、光レセプタクルに接続される発光素子から出射され光ファイバに入射する光のうちで、光ファイバの端面で反射した光が発光素子に戻ることを防止し、光学素子を安定して動作させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の部分のコアの屈折率、前記第２の部分のコアの屈折率、および前記第３の部分におけるコアの屈折率は互いに等しく、前記第１の部分のクラッドの屈折率は、前記第３の部分のクラッドの屈折率より小さく、前記第２の部分のクラッドの屈折率は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって大きくなることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、屈折率差の大きいファイバを用いることで、小さいコア径でも光を散乱させること無く閉じ込めることができ、光がファイバに入射する際の損失を抑えることができる。また、第２の部分を形成することで、第１の部分から第３の部分へ推移していく際に、屈折率差の急激な変化を抑えることができるため、第２の部分での光学的損失を抑えることができる。また、コアの素材を共通化することができ、第１の部分、第２の部分、第３の部分の接続部におけるコア同士の屈折率差が存在しないため、接続部の反射による損失をおさえることができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記第１の部分のクラッドの屈折率、前記第２の部分のクラッドの屈折率、および前記第３の部分におけるクラッドの屈折率は、互いに等しく、前記第１の部分のコアの屈折率は、前記第３の部分のコアの屈折率より大きく、前記第２の部分のコアの屈折率は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって小さくなることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、クラッドが同一素材で形成できるため、クラッドが一様な物性を持つことができる。それにより、融点も一様になるため融着時のクラッド外径の成形を容易に行うことができる。

第４の発明は、第１〜３いずれか１つの発明において、前記第２の部分のコア径は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって線形に大きくなることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第２の部分に進入したレーザーが放射状に広がっていったとしても、クラッドとコアの境界には小さい角度で入射されることとなり、光が全反射することによりクラッド側に光が逃げていくことを防ぐことができる。

第５の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記第２の部分のコア径は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって非線形に大きくなることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第２の部分を形成する際の融着ファイバ引っ張り速度、融着放電時間やパワーに精度の高い制御を必要としないため、製造が比較的容易に可能とすることができる。

第６の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記第２の部分のコアは、前記第１の部分側から前記第３の部分側にかけて、前記第２の部分のコア径が大きくなっている領域の一部に段差を有することを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第２の部分を形成する際の融着ファイバ引っ張り速度、融着放電時間やパワーに精度の高い制御を必要としないため、製造が比較的容易に可能とすることができる。また、この形状を取れば融点の異なるファイバでも接続することができるため、融着に用いるファイバの選択肢を広げることができる。

第７の発明は、第１〜６のいずれか１つの発明において、前記第１の部分におけるコア径が、０．５μｍ以上、８μｍ以下であることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、微細な光導波路から放出された光に対して、ファイバ側がＭＦＤを小さくすることで、ファイバに入射する際に光のズームを必要としなくなる。それにより結合距離の短縮を図れると共に、レンズの簡略化にも貢献することができる。

第８の発明は、第１〜７のいずれか１つの発明において、前記第１の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差は、前記第３の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差より大きいことを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第１の部分において、第３の部分よりも小さいビームウェストの光を伝える場合に、シングルモードでかつ損失少なく光を伝播することができる。

第９の発明は、第１〜８のいずれか１つの発明において、前記第１の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差は、前記第２の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差より大きいことを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第１の部分において、第２の部分よりも小さいビームウェストの光を伝える場合に、シングルモードでかつ損失少なく光を伝播することができる。

第１０の発明は、第１〜９のいずれか１つの発明において、前記第３の部分におけるコア径が、８μｍ以上、２０μｍ以下であることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、現在一般的に使用されている光通信用シングルモードファイバとＭＦＤをそろえることができるため、プラグフェルールと結合する場合のＭＦＤ差に起因する結合損失を抑えることができる。

第１１の発明は、第１〜１０のいずれか１つの発明において、前記第３の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差は、前記第２の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差より小さいことを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第３の部分において、第２の部分よりも大きいビームウェストの光を伝える場合に、シングルモードでかつ損失少なく光を伝播することができる。

第１２の発明は、第１〜１１のいずれか１つの発明において、前記第２の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率の差は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって小さくなることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第１の部分側から第３の部分側に向かって徐々に屈折率が小さくなることで、第１の部分と第３の部分の急激な屈折率の変化を防ぐことができ、第１の部分と第３の部分の結合位置における反射や散乱による光損失を抑えることができる。

第１３の発明は、第１〜１２のいずれか１つの発明において、前記第１の部分における前記光ファイバの外径は、前記第３の部分における前記光ファイバの外径と等しいことを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、第１の部分と第３の部分の外形が等しいことにより、第１の部分と第３の部分の中心軸ずれを防止することができ、軸ずれに起因する融着損失を抑えることができる。

第１４の発明は、第１〜１３のいずれか１つの発明において、前記第１の部分、前記第２の部分、および前記第３の部分は、全域に渡って前記貫通孔内に配設されていることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、光ファイバの全体がフェルールの貫通孔内に存在するため、外力による光ファイバの折れやクラックといった不具合を抑制する事ができる。

第１５の発明は、第１〜１３のいずれか１つの発明において、前記第１の部分は、前記フェルールから突出した部分を有し、前記第２の部分及び前記第３の部分は、全域に亘って前記貫通孔内に配設されていることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、光ファイバをフェルール端面から突出させることで、光学素子と光レセプタクルとを光学的に接続する際の調芯が容易になる。

第１６の発明は、第１〜１５のいずれか１つの発明において、前記第１の部分、前記第２の部分、および前記第３の部分は、一体でできていることを特徴とする光レセプタクルである。

この光レセプタクルによれば、光ファイバを一体で形成することで、第１部分、第２部分、第３部分それぞれの境界に空隙が発生することを防ぐことにより、光損失を抑えることができる。

第１７の発明は、第１〜１６のいずれか１つの光レセプタクルを備えたことを特徴とする光トランシーバである。
この光トランシーバによれば、光ファイバの光学素子側端面のコアを小さくし、かつ一般的に伝送路に用いられるファイバよりもコアとクラッドの屈折率差の大きいファイバを融着することで、光モジュール全長を短くすることに貢献しながら、一般的に伝送路に用いられるファイバとコアとクラッドの屈折率差の大きいファイバの融着部分に屈折率およびコア径が緩やかに推移する部分を形成することで、モードフィールドの変換効率を抑え、結果として光学素子からプラグフェルールまでの結合効率の低下を抑制することができる。

光ファイバの光学素子側端面のコアを小さくすることで光モジュール全長を短くすることに貢献しながら、ファイバの軸方向長さに関して高い精度の寸法公差を必要とせず、ファイバの軸方向の動きを抑制することで結合効率の低下を防止し、またＭＦＤ変換の損失を抑えることのできる光レセプタクル及び光トランシーバが提供される。

本発明の第一の実施形態を示す光レセプタクルの模式断面図である。 本発明の第一の実施形態におけるファイバスタブの拡大断面図である。 本発明の第一の実施形態における第２部分が線形に拡大している状態の拡大断面図である。 本発明の第一の実施形態におけるビーム伝播の模式図である。 本発明の第一の実施形態における第２部分が非線形に拡大している状態の拡大断面図である。 本発明の第一の実施形態における第２部分に段差を有している状態の拡大断面図である。 本発明の第一の実施形態における第２部分を例示する模式断面図である。 本発明の第二の実施形態におけるファイバスタブの拡大断面図である。 第二部分の変換部長さに関する解析の一例を例示する模式図である。 第二部分の変換部長さに関する解析結果を表すグラフ図である。 第二部分の変換部長さに関する解析結果の光強度分布を表すコンタ図とグラフ図である。 本発明の第三の実施形態におけるファイバスタブを例示する模式断面図である。 本発明の第四の実施形態における光トランシーバを例示する模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について例示をする。尚、各図面中同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態を示す光レセプタクルの模式断面図である。
光レセプタクル１は、光ファイバ２と光ファイバ２を保持する貫通孔３ｃを有するフェルール３と弾性部材９とを含むファイバスタブ４と、ファイバスタブ４を保持する保持具５と、ファイバスタブ４の先端を一端で保持し、他端で光レセプタクル１に挿入されるプラグフェルールを保持可能なスリーブ６からなり、光ファイバ２はフェルール３の貫通孔３ｃに弾性部材９を用いて接着固定されている。なお、光レセプタクル１に挿入されるプラグフェルールは図示されていない。

フェルール３に適する材質はセラミックスが挙げられるが、本実施例ではジルコニアセラミックスを用い、その中心に光ファイバ２を接着固定し、プラグフェルールと光学的接続される一端（端面３ｂ：図１参照）を凸球面に研磨して形成した。また、光レセプタクル１の組立てにおいて、ファイバスタブ４は保持具５に圧入固定されることが多い。

スリーブ６に適する材質は樹脂、金属、セラミックス等があげられるが、本実施例では全長方向にスリットを有するジルコニアセラミックス製の割りスリーブを用いた。スリーブ６は一端でファイバスタブ４の凸球面に研磨された先端部（端面３ｂ）を保持し、他端で光レセプタクルに挿入されるプラグフェルールを保持するようになっている。

光ファイバ２は、中心軸Ｃ１に沿って延在するコア８と、コア８の周囲を囲むクラッド７と、を有する。例えば、コアの屈折率は、クラッドの屈折率よりも高い。光ファイバ（コア８及びクラッド７）の材料としては、例えば石英ガラスが挙げられる。石英ガラスには不純物が添加されていてもよい。

ファイバスタブ４は、プラグフェルールと光学的接続される一端面（端面３ｂ）と、当該一端面とは反対側の他端面（端面３ａ）と、を有する。コア８は、端面３ａ及び端面３ｂにおいてクラッド７から露出している。

例えば、端面３ａ側に半導体レーザ素子等の光学素子が配置される。半導体レーザ素子等から出射された光は、端面３ａ側から光レセプタクル１に入射し、コア８内を伝搬する。または、端面３ｂからコア８に入射した光は、コア８内を伝搬し、端面３ａ側から光学素子へ向けて出射される。

端面３ａと半導体レーザ素子等の光学素子等との間に、アイソレータ等の光学素子を設けてもよい。アイソレータは、例えば、偏光角度を回転させる素子（ファラデー素子等）や偏光子を有し、光を１方向にのみ透過させる。これにより、例えば、端面３ａで反射された戻り光によるレーザ素子の損傷や、ノイズ等を抑制することができる。

また、ファイバスタブ４は、端面３ｂが中心軸Ｃ１と直交する平面に対して傾斜するように、研磨されていてもよい。すなわち、凸球面状の端面３ｂは、中心軸Ｃ１と直交する平面に対して傾斜する斜め凸球面であってもよい。これにより、光レセプタクル１は、端面３ｂにおいてＡＰＣ（Angled Physical Contact）コネクタと光学的に接続され、接続点における反射や接続損失を抑制することができる。

図２は、本発明の第一の実施形態におけるファイバスタブの拡大断面図である。
光ファイバ２は第一部分（第１の部分２１）、第二部分（第２の部分２２）、第三部分（第３の部分２３）を融着した一本のファイバである。光ファイバ２の第一部分は第一部分クラッド７ａと第一部分コア８ａからなり、第二部分は第二部分クラッド７ｂと第二部分コア８ｂからなり、第三部分は第三部分クラッド７ｃと第三部分コア８ｃからなり、ファイバスタブ４の凸球面に研磨した端面３ｂ側に第三部分が、中央に第二部分が、端面３ｂとは反対側の光学素子と光学接続される端面３ａ側に第一部分が配置されている。なお、第一部分クラッド７ａ、第二部分クラッド７ｂ及び第三部分クラッド７ｃは、図１に関して説明したクラッド７に含まれる。また、第一部分コア８ａ、第二部分コア８ｂ及び第三部分コア８ｂは、図１に関して説明したコア８に含まれる。

第一部分のコア径Ｄ１は、第三部分のコア径Ｄ３よりも小さく、第二部分のコア径Ｄ２は第一部分から第三部分に推移するにつれて徐々に大きくなっている（例えば図３を参照）。また、第一部分のファイバ外径Ｄ４と第三部分のファイバ外径Ｄ６は同じ大きさであるが、第二部分のファイバ外径Ｄ５はそれらよりも小さい（例えば図３を参照）。なお、コア径は、光軸（中心軸Ｃ１）と直交する方向に沿ったコアの長さ、すなわちコアの直径である。また、ファイバ外径は、中心軸Ｃ１と直交する方向に沿ったファイバの長さ（クラッドの長さ）、すなわちファイバの直径である。

第二部分を形成する手法としては、第一部分と第三部分を融着する際に、融着部の外周から石英の融点以上の熱を加えながら光ファイバ融着部を引き伸ばす方法等が挙げられる。第二部分のファイバスタブ４の中心軸Ｃ１方向の長さは、最も損失が少ない長さと熱を加えながら引き伸ばす事ができる限界の長さを考えて設計する必要がある。その長さとしては１０マイクロメートル（μｍ）以上から１０００μｍであることが望ましい。

図３、図４、図５、図６及び図７に第二部分の形状について示す。

図３は、第二部分のコア径Ｄ２が第一部分から第三部分に推移していくにつれて線形的に拡大していく様子を示している。この形状をとることにより、第二部分に進入したレーザーが広がり角αで広がっていったとしても、図４で示すように、壁に対して小さい角度α‘で入射され、クラッド側に光が逃げていくことを防ぐ。ただし、この形状を作成するためには、ファイバを引っ張る速度とファイバに熱を加えるための放電量や放電タイミング、放電位置を厳密に制御しなくてはならず、形状形成の難易度は比較的高い。

図５は、第二部分のコア径Ｄ２が第一部分から第三部分に推移していくにつれて非線形に拡大していく様子を示している。この形状をとることにより、線形でコアが拡大していく時よりも変換部（第二部分）における損失は大きくなる可能性はあるが、上記制御項目に関して許容値が広がるため、放電量や放電タイミングが制御できないような製造機器に置いても、比較的簡単な制御によって作成できる利点がある。

図６は、第二部分のコア径Ｄ２が第一部分から第三部分に推移していくにつれてコアが非線形に拡大しつつも、クラッド７とコア８との境の一部がファイバ中心軸Ｃ１に対してほぼ垂直となる部分Ｓ１（本明細書ではこれを段差と呼ぶ）を有している状態を示している。この形状をとることにより、融着時に第二部分全域にわたって熱を伝えることが困難な場合でも作成することができる利点がある。

それぞれの部分のクラッドの屈折率とコアの屈折率の差の大きさは、第一部分が最も大きく、次いで第二部分が大きく、第三部分が最も小さい。第二部分に関しては第一部分と第三部分の融着時に形成されるという理由から、屈折率差は第一部分側では大きく、第三部分側に寄るにつれて徐々に屈折率差は小さくなっていく。

レーザーはあるビームウェスト径Ｄ７の状態まで集光された場合、広がり角α度で広がっていく特性を持つ。つまり、広がり角またはビーム径どちらか一方が決定すれば、もう一方も必然的に決定する。

コアとクラッドの屈折率差を生じさせる方法として、石英ガラスにエルビウムやゲルマニウムなど希土類を添加する方法が知られており、添加する対象は、コア、クラッド、またはその両方が挙げられる。石英ガラス中の添加物質や濃度によって、屈折率を調整することができる。第一部分、第二部分、第三部分それぞれにおいて、コアの屈折率とクラッドの屈折率とは、それぞれ１．４以上１．６以下程度である。コアとファイバの屈折率の差によって入射できるＮＡ（開口度）が決定するため、第一部分に用いるファイバは、第一部分に入射するレーザーの広がり角αとＮＡが一致するように屈折率差を持たせたファイバを用いる必要がある。

広がり角が決定すれば入射径も決まるため、屈折率差と合わせて、入射するビーム径にあわせたＭＦＤ（モードフィールド径）を持つファイバを用いる必要がある。

第一部分、第三部分の中心軸Ｃ１方向の長さは、入射した光が単一のモードに落ち着くまでの距離を確保するためにそれぞれ１００μｍ以上持つことが望ましく、第二部分がフェルール３の貫通孔３ｃの中央付近に配置されるように調整されることが望ましい。

ファイバスタブ４において光ファイバ２はフェルール３の貫通孔３ｃに弾性部材（接着剤）９を用いて固定される。本実施例では高温硬化型のエポキシ系接着剤を用いた。なお、フェルール３の貫通孔３ｃ内において、光ファイバ２とフェルール３の内壁との間に存在する空間には同接着剤が隙間無く充填されている。

ここで、図１〜図６に表した例では、第二部分のファイバ外径Ｄ５は、第一部分のファイバ外径Ｄ４よりも小さく、第三部分のファイバ外径Ｄ６よりも小さいため、貫通孔３ｃ内においてフェルール３と第二部分のファイバ外周との間に隙間が発生する。この隙間に接着剤として弾性部材９が隙間無く充填される。これにより、第二部分のファイバの外側に充填された弾性部材９がファイバに対しての楔となり、ファイバスタブ４と光レセプタクル１に挿入されるプラグフェルールとが光学接続を行うために接触し、軸方向に平行に外力が作用したとしても、ファイバスタブ４又は光ファイバ２が軸方向に移動することを抑制する。

また、第二部分は、第一部分と第三部分とを融着させることで形成されるため、形成条件によっては、第二部分の強度は、第一部分の強度又は第三部分の強度よりも低い場合がある。これに対して、第二部分の外周に弾性部材９が充填されることにより、第二部分を補強することができる。

但し、実施形態においては、図７に表したように、第二部分のファイバ外径Ｄ５は、第一部分のファイバ外径Ｄ４又は第三部分のファイバ外径Ｄ５と実質的に同じであってもよい。この形状をとることにより、融着によって光ファイバ２を形成するときに、放電量や放電タイミングの制御を比較的簡単とすることができる。

また、通常、光レセプタクル１では光を光ファイバ２に入射する、または光ファイバ２より光を出射する際に光ファイバ２の端面２ａ（図２を参照）での光の反射を防ぐため、ファイバスタブ４の凸球面に研磨された端面３ｂとは反対側の端面３ａにおいて、光ファイバ２の端面２ａはフェルール３の中心軸Ｃ１（ファイバスタブの中心軸と同じ）に対して略垂直な平面となるように研磨される。ここで略垂直とは、中心軸Ｃ１に対して８５度〜９５度程度であることが望ましい。

本発明の第一の実施形態では、光ファイバ２の端面２ａはファイバスタブ４の中心軸Ｃ１に対して垂直となる平面に研磨されており、さらに光ファイバ２の端面２ａとフェルール３の端面３ａはほぼ同一平面上に存在している。ここでほぼ同一平面上とは、光ファイバ２の端面２ａとフェルール３の端面３ａとの間の距離が−２５０ｎｍ〜＋２５０ｎｍ程度であることが望ましい。

ファイバスタブ４の凸球面に研磨した端面３ｂとは反対側の端面３ａにおいて、ファイバ２のコア８の中心は、フェルール３の中心から０．００５ミリメートル（ｍｍ）の範囲内に存在する。これにより、光ファイバ２のコア８の位置を制御することで、光モジュールの組み立て時の接続ロスを小さくし、容易に光モジュールを組み立てることができる。

ファイバスタブ４の凸球面は通常フェルール３の中心軸Ｃ１に対して垂直な平面上に形成されているが、垂直となる面から所定の角度（例えば４度〜１０度）を持つ平面上に形成されても良い。

（第二の実施形態）
図８は、本発明の第二の実施形態を示す光レセプタクルの模式断面図である。
光レセプタクル１を構成する部材は第一の実施形態と同様であり、光ファイバ２と光ファイバ２を保持する貫通孔３ｃを有するフェルール３の凸球面に研磨された端面３ｂ（図８参照）とは反対側の端面３ａ（図８参照）において、光ファイバ２の端面２ａとフェルール３の端面３ａの一部が、フェルール３の中心軸Ｃ１に対して垂直となる面から所定の角度（例えば４度〜１０度）を持つ平面となるように研磨されている。

このことにより、光レセプタクル１に接続される発光素子から出射され光ファイバ２に入射する光のうちで、光ファイバ２の端面２ａで反射した光が発光素子に戻ることを防止し、光学素子を安定して動作させることができる。

通常、ファイバスタブ４におけるフェルール３の中心軸Ｃ１に対して垂直となる面から所定の角度を持つ面を形成するためには、フェルール３の貫通孔３ｃに光ファイバ２を挿入し、接着剤で固定した後にフェルール３と光ファイバ２を同時に研磨して形成する。

本発明の第一、および第二の実施形態では、第二部分の外径が細くなった部分２ｂの外周に、光ファイバ２をフェルール３の貫通孔３ｃ内に固定するための弾性部材（接着剤）９が充填されている。このため、光ファイバの中心軸Ｃ１と平行な力が作用したとしても、弾性部材が楔として作用し、ファイバの中心軸方向のズレを抑制することができるため、接触不良に伴う損失やファイバがフェルールから飛び出す現象が起きにくくなる。

次に、本発明者が実施した第一部分の光ファイバのコア径、屈折率、第二部分の中心軸Ｃ１方向の長さに関する検討について、図面を参照しつつ説明する。
図９〜図１１は、検討に用いた解析条件および解析結果の一例を例示する模式図である。

まず、コア径について説明する。
図９は、本検討で用いた光ファイバを表す模式断面図である。
直径ｗ１のビームウェストを持つビームが直径ｗ２のＭＦＤを持つファイバに入射される場合、光軸垂直方向の軸ずれ、角度ずれ、光軸方向のずれがないと仮定すると結合効率ηは以下の式で求められることが知られている。

この理論式によれば、レーザのビームウェストとファイバのＭＦＤが一致するｗ１=ｗ２の時に効率は１(１００%)になる事がわかる。また、シングルモードファイバのＭＦＤは、コア径が０〜１０μｍの範囲においては、波長によって変動するがファイバのコア径よりも直径が０.５〜４μｍ大きくなることが知られている。この事実より、ファイバのコア径は入射されるビームウェストよりも０.５〜４μｍ程度小さいことが望ましい。

屈折率差について説明する。光がシングルモードファイバの中を伝播していくには、光の広がり角θ１とファイバの受光角θ２とが一致していることが望ましい。なお、このθ１は、次式で求められることが知られている。

この式によれば、入射されるレーザービームのビームウェストｗ１が分かれば広がり角θ１を求めることができる。また、ファイバの受光角θ２は、

に示されるとおり、コアの屈折率ｎ_ｃｏｒｅとクラッドの屈折率ｎ_ｃｌａｄから求められることが分かっている。

入射されるビームウェストｗ１が決定されれば、そのビームの広がり角も必然的に決定されるため、ファイバのコアとクラッドの屈折率差はθ２＝θ１となるように決定されなければならない。例えば、コアとクラッドに石英ガラスを用いた場合、コアとクラッドの屈折率は１.４〜１.６程度の範囲で推移する。

第二部分の中心軸Ｃ１方向の長さについて説明する。この長さの違いによる効果を確認するために、光ＣＡＥ解析を実施した。本検討では第一部分のコア径Ｄ１は３μｍ、第一部分コア８ａの屈折率は１.４９、第３部分のコア径Ｄ３は８.２μｍ、第三部分コア８ｃの屈折率は１．４６７７、ファイバ全長を１０００μｍ、各部分のクラッド（７ａと７ｂと７ｃ）の屈折率は共通で１．４６２４、入射されたビームのビームウェスト径Ｄ７は３．２μｍとした。この条件の下で、第二部分の中心軸Ｃ１方向の長さを０μｍから５００μｍまで１００μｍ刻みで変化させた場合に、光強度がどのように変化するか計算した。なお、第一部分と第三部分の長さはそれぞれ（１０００μｍ − 第二部分長さ）÷２とした。

この解析の解析結果をまとめたグラフを図１０に示す。横軸は第二部分の中心軸Ｃ１方向の長さ、縦軸は入射された光を１としたときの、ファイバ出射端における光の強度を対数表示したものである。この解析結果によれば、第二部分の中心軸Ｃ１方向の長さが長くなれば、光ファイバ２の内部における損失が小さくなる。その変化の様子としては、０〜１００μｍまでは長さが増加することにより損失は急激に低下し、１００μｍ以上では損失はほぼ横ばいとなる。これより、第二部分の長さは１００μｍ以上であることが望ましいと考えられる。

図１１は、本解析条件の一例において、ファイバ内の光強度分布をコンタ図とグラフで示した図である。グラフの縦軸はファイバの入射端からの距離、横軸は光の強度を示している。このグラフで特筆すべきことは、第一部分と第三部分を伝播していく過程において、光はほぼ減衰しないという点である。入射された光は当初光の干渉によって強度が減少するものの、それが出射端からある程度伝播したところで安定する。その後は一定の値を保ったまま第二部分に入る。第二部分ではＭＦＤの変換および屈折率の変化による損失が発生するため光強度は低下し、その後第三部分へと入る。第三部分ではほぼ強度の変化は無く、出射端まで一定の値を保つ。

本発明の一実施形態によれば、第一部分と第三部分の中心軸Ｃ１方向の長さは減衰には影響しないため、その長さが変化してもファイバの機能およびファイバ全体の損失には影響は無い。言い換えれば第一部分と第三部分の長さは設計者の任意の長さで設計することができるうえに、その設計寸法の寸法公差は大きくとることができる。この利点はＧＩファイバやレンズ付ファイバのように厳密な寸法精度を必要とせず、量産性の向上に大きく貢献することができる。

以上説明したように、本実施形態によればファイバスタブ４の凸球面に研磨した端面３ｂとは反対側の端面３ａにおけるコア径Ｄ１が凸球面に研磨した端面３ｂのコア径Ｄ２よりも小さいため、光モジュールの長さを小さくすることができる。また、第一部分と第三部分の軸方向長さに対して、高い精度の寸法管理を必要としないものとできる。
第二部分のファイバ外径Ｄ５はクラッドの貫通孔３ｃよりも小さいため、その隙間に弾性部材９が充填されることにより、ファイバが中心軸方向に移動することを抑止することができる。

（第三の実施形態）
図１２は、本発明の第三の実施形態に係る光レセプタクルの一部を例示する模式的断面図である。
図１２は、本実施形態に係る光レセプタクルのうち、ファイバスタブ４の部分を拡大して表している。図１２に表したように、第一部分（第１の部分２１）は、フェルール３の貫通孔３ｃ内に配置された部分（内側部２１ａ）と、貫通孔３ｃ外に配置された部分（突出部２１ｂ）と、を有する。また、本実施形態に係る光レセプタクルは、弾性部材１９を有する。上記以外については、本実施形態は、第一又は第二の実施形態と同様である。

突出部２１ｂは、フェルール３（端面３ｂとは反対側の、フェルール３の面）から外側に突出している。すなわち、突出部２１ｂは、中心軸Ｃ１と直交する方向においてフェルール３と並ばない。内側部２１ａは、中心軸Ｃ１と直交する方向においてフェルール３と並び、中心軸Ｃ１に沿って見たときにフェルール３に囲まれている。

また、第二部分の全域および第三部分の全域は、それぞれ貫通孔３ｃ内に配置されている。すなわち、第二部分の全域および第三部分の全域は、中心軸Ｃ１と直交する方向においてフェルール３と並び、中心軸Ｃ１に沿って見たときにフェルール３に囲まれている。

既に述べたとおり、光レセプタクルの端面３ｂと反対側には、半導体レーザ素子等のモジュールや光学素子が設けられる。図１２には、一例として、光学素子の一部分３１を示している。

例えば、光学素子の一部分３１は、突出部２１ｂに対応した形状（溝など）を有している。光学素子と光レセプタクルとを組み立てる際には、光学素子の一部分３１に突出部２１ｂを載せる等し、光学素子の光出射端に、直接、押し当てる。または、レンズ等の素子を用いて光出射端から突出部２１に光が入射されるようにする。これにより、組立の際の調芯の手間を軽減することができる。また、調芯の精度を向上させることができ、光学的な接続損失を低減させることができる。

弾性部材１９は、突出部２１ｂの第三部分側の端部に設けられる。弾性部材１９は、例えば、突出部２１ｂ及びフェルール３に接している。これにより、弾性部材１９は、第一部分を保護する。弾性部材１９の中心軸Ｃ１方向に沿った長さＬ１は、例えば２ｍｍ程度である。このため、突出部２１ｂの中心軸Ｃ１方向に沿った長さＬ２は、２ｍｍ以上であることが望ましい。また、第一部分の強度の確保、及び光レセプタクルの小型化の観点から、突出部２１ｂの長さＬ２は、２０ｍｍ以下であることが望ましい。なお、第二部分及び第三部分は、貫通孔３ｃの内部に配置されているため、フェルール３によって保護される。

（第四の実施形態）
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、本発明の第四の実施形態に係る光トランシーバを例示する模式図である。
図１３（ａ）に表したように、本実施形態に係る光トランシーバ２００は、光レセプタクル１と、光学素子１１０と、制御基板１２０と、を有する。

制御基板１２０上には、回路等が形成されている。制御基板１２０は、光学素子１１０と電気的に接続されている。制御基板１２０は、光学素子１１０の動作を制御する。

光学素子１１０は、例えば、受光素子または発光素子が用いられる。この例では、光学素子１１０は、発光部である。光学素子１１０は、レーザダイオード１１１とレンズ１１２とを有する。レーザダイオード１１１は、制御基板１２０に制御され、光を光レセプタクル１のファイバスタブ４へ出射する。レンズ１１２は、出射された光の光路上において、光レセプタクル１とレーザダイオード１１１との間に位置する。

なお、光学素子１１０は、図１３（ｂ）に表したように、素子１１３を有していてもよい。この素子１１３は、レーザダイオードと、コア径の小さい光導波路と、を有する。導波路のコア内を伝搬する光は、レンズ１１２を介して光レセプタクル１に入射する。光導波路は、例えば、シリコンフォトニクスによって形成される。また、光導波路には、石英導波路を用いてもよい。なお、実施形態においては、レンズ１１２を設けずに、レーザダイオードや光導波路から出射される光を直接、光レセプタクル１に入射させてもよい。

また、光レセプタクル１には、プラグフェルール５０が挿入されている。プラグフェルール５０は、スリーブ６によって保持されている。光ファイバ２は、端面３ｂにおいて、プラグフェルール５０と光学的に接続されている。これにより、光学素子１１０とプラグフェルール５０とが光レセプタクルを介して光学的に接続され、光通信が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、ファイバスタブ４などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などや光ファイバ２やフェルール３の設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１ 光レセプタクル、 ２ 光ファイバ、 ２ａ 光ファイバの端面、 ３ フェルール、 ３ａ 光学素子と光学接続される端面、 ３ｂ プラグフェルールと光学接続される端面、 ３ｃ 貫通孔、 ４ ファイバスタブ、 ５ 保持具、 ６ スリーブ、 ７ａ 第一部分クラッド、 ７ｂ 第二部分クラッド、 ７ｃ 第三部分クラッド、 ８ａ 第一部分コア、 ８ｂ 第二部分コア、 ８ｃ 第三部分コア、 ９、１９ 弾性部材、 ２１ 第１の部分、 ２１ａ 内側部、 ２１ｂ 突出部、 ２２ 第２の部分、 ２３ 第３の部分、 ３１ 光学素子の一部分、 ５０ プラグフェルール、 １１０ 光学素子、 １１１ レーザダイオード、 １１２ レンズ、 １１３ 素子、 １２０ 制御基板、 Ｄ１ 第一部分のコア径、 Ｄ２ 第二部分のコア径、 Ｄ３ 第二部分のコア径、 Ｄ４ 第一部分のファイバ外径、 Ｄ５ 第二部分のファイバ外径、 Ｄ６ 第三部分のファイバ外径、 Ｄ７ ビームウェスト径、 Ｃ１ ファイバスタブ４の中心軸、 Ｌ１ 弾性部材の長さ、 Ｌ２ 突出部の長さ、 Ｓ１ 部分、 α 広がり角、 α’ 第二部分の境界とビームが織り成す角度

Claims (17)

1. 光を導通するためのコアとクラッドを有する光ファイバ、前記光ファイバが固定される貫通孔を有するフェルール、前記光ファイバを前記貫通孔に固定する高温硬化型の接着剤である弾性部材、を含むファイバスタブと、
   前記ファイバスタブの一端を保持するスリーブを有する保持具と、
   を備え、
   前記ファイバスタブは、前記フェルールのプラグフェルールと光学的接続する前記一端側の一端面と、前記一端面とは反対側において光学素子と光学接続され前記スリーブに保持されていない他端面と、を有し、
   前記光ファイバは、前記他端面側の第１の部分と、前記スリーブに保持される前記一端面側の第３の部分と、前記第１の部分と前記第３の部分との間に第２の部分を有し、
   前記第１の部分におけるコア径は、一様であり、
   前記第３の部分におけるコア径は、一様であり、
   前記第１の部分におけるコア径は、前記第３の部分におけるコア径より小さく、
   前記第２の部分におけるコア径は、前記第１の部分から前記第３の部分に推移するにつれて大きくなり、
   前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第１の部分における前記光ファイバの外径よりも小さく、
   前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第３の部分における前記光ファイバの外径よりも小さく、
   前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第１の部分および前記第３の部分から離れたひとつの最細部において最も小さくなり、
   前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第１の部分から前記最細部に向けて徐々に小さくなり、
   前記第２の部分における前記光ファイバの外径は、前記第３の部分から前記最細部に向けて徐々に小さくなり、
   前記弾性部材は、前記第２の部分の前記光ファイバと前記貫通孔の内壁との間の空間に隙間無く充填され、
   前記ファイバスタブのプラグフェルールと光学的接続する側とは反対側の端面において、前記フェルールの端面の一部と前記光ファイバの端面とが、前記ファイバスタブの中心軸に対して垂直となる面から所定の角度をもつ同一平面上にあることを特徴とする光レセプタクル。
2. 前記第１の部分のコアの屈折率、前記第２の部分のコアの屈折率、および前記第３の部分におけるコアの屈折率は、互いに等しく、
   前記第１の部分のクラッドの屈折率は、前記第３の部分のクラッドの屈折率より小さく、
   前記第２の部分のクラッドの屈折率は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって大きくな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. 前記第１の部分のクラッドの屈折率、前記第２の部分のクラッドの屈折率、および前記第３の部分におけるクラッドの屈折率は、互いに等しく、
   前記第１の部分のコアの屈折率は、前記第３の部分のコアの屈折率より大きく、
   前記第２の部分のコアの屈折率は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって小さくな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. 前記第２の部分のコア径は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって線形に大きくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
5. 前記第２の部分のコア径は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって非線形に大きくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
6. 前記第２の部分のコアは、前記第１の部分側から前記第３の部分側にかけて、前記第２の部分のコア径が大きくなっている領域の一部に段差を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
7. 前記第１の部分におけるコア径が、０．５μｍ以上、８μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
8. 前記第１の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差は、前記第３の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差より大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
9. 前記第１の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差は、前記第２の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差より大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
10. 前記第３の部分におけるコア径が、８μｍ以上、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
11. 前記第３の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差は、前記第２の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率との差より小さいことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
12. 前記第２の部分におけるコアの屈折率とクラッドの屈折率の差は、前記第１の部分側から前記第３の部分側に向かって小さくなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
13. 前記第１の部分における前記光ファイバの外径は、前記第３の部分における前記光ファイバの外径と等しいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
14. 前記第１の部分、前記第２の部分、および前記第３の部分は、全域に渡って前記貫通孔内に配設されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
15. 前記第１の部分は、前記フェルールから突出した部分を有し、
    前記第２の部分及び前記第３の部分は、全域に亘って前記貫通孔内に配設されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
16. 前記第１の部分、前記第２の部分、および前記第３の部分は、一体でできていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の光レセプタクル。
17. 請求項１〜１６のいずれか１つに記載の光レセプタクルを備えたことを特徴とする光トランシーバ。