JP6787803B2

JP6787803B2 - 光コネクタおよび光伝送システム

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Publication number: JP6787803B2
Application number: JP2017013862A
Authority: JP
Inventors: 松井　隆; 隆松井; 中島　和秀; 和秀中島; 泰志坂本; 阿部　宜輝; 宜輝阿部; 雅樹和田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2037-01-30
Also published as: JP2018124307A

Description

本開示は、光ファイバ同士あるいは光ファイバと光トランシーバとを接続する光コネクタおよびこれを備える光伝送システムに関する。

データセンターの急速な拡大に伴い、高速な光トランシーバと単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）を用いた光配線が増加している。ＳＭＦ用光ファイバは波長多重を活用した高速化が従来より用いられているが、近年では複数の同一波長光源を用い多心ＳＭＦを用いた並列伝送光トランシーバも普及している。これらの光配線の増大により、データセンター内では光ファイバ心線の輻輳が課題となっている。

空間分割多重技術は既存ＳＭＦを大幅に超える超大容量伝送技術として精力的に研究開発が進められているが、その空間利用効率の高さからデータセンター等における光配線の高密度化への応用にも着目されている。例えば非特許文献１では標準的なクラッド径（１２５μｍ）に２つのコアを有し、コアごとに伝送方向を変えることで１心で同一波長を用いた双方向伝送を提案している。非特許文献２では１．３１μｍ帯の伝送に特化したマルチコアファイバを開発し、ファンアウトを介して１００ＧＥ信号を空間多重伝送している。また非特許文献３では、発光／受光素子アレイや多心光ファイバ心線と合わせて直列上にコアを配置したマルチコアファイバが提案されている。

Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉｅｔａｌ．， "１２５−μｍ−Ｃｌａｄｄｉｎｇ８−ＣｏｒｅＭｕｌｔｉ−ＣｏｒｅＦｉｂｅｒＲｅａｌｉｚｉｎｇＵｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ−ＤｅｎｓｉｔｙＣａｂｌｅＳｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＯ−ＢａｎｄＳｈｏｒｔ−ＲｅａｃｈＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ"，ＯＦＣ２０１５，Ｔｈ５Ｃ．６，Ｍａｒ．２０１５．Ｍ．−Ｊ．Ｌｉ，ｅｔａｌ．， "ＭｕｌｔｉｃｏｒｅＦｉｂｅｒｆｏｒＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，ＯＥＣＣ２０１２，５Ｅ４−２，Ｊｕｌｙ２０１２．Ｙ．Ｇｅｎｇ，ｅｔａｌ．， "Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｕａｌ−ｃｏｒｅｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｈｏｒｔ−ｒｅａｃｈｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ"，ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＷｅｓｔ，９３９０−８，２０１５．

しかしながら、マルチコアファイバと光トランシーバを結合する場合、非特許文献１および２に記載されるファンアウトデバイスを介す必要があり、ファンアウトデバイスの入出力部など接続点が増え損失が増加するといった課題が生じる上、ファンアウトデバイスの出力は従来と同様に複数のＳＭＦを用いた光コネクタとなることから結合部では空間利用効率が悪く輻輳が解消しないといった課題があった。また非特許文献３の光ファイバは直線状に複数のコアを配置するため光ファイバ径が太くなり機械的信頼性の低下や空間利用効率の劣化するといった課題があった。更には非特許文献３ではコア間隔と光トランシーバの受発光素子等の間隔が一般的に一致せず、これを変換するデバイスが必要となる。

このように非特許文献１〜３のマルチコアファイバを用いると光トランシーバとの接続において、入出力部の増加に伴う損失の増大、空間利用効率の劣化、及び機械的信頼性の劣化という課題があった。そこで、本発明は、これらの課題を解決すべく、損失の増大、空間利用効率の劣化、及び機械的信頼性の劣化を防止し、大容量伝送を可能とする光コネクタおよび光伝送システムを提供することを目的とする。

本発明に係る光コネクタは、マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバと接着固定された光導波路素子を具備するコネクタフェルールを用いることとした。

具体的には、本発明に係る光コネクタは、マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバと複数のシングルコアファイバもしくは光トランシーバとの接続を行う光コネクタであって、
前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の接続端面に２つのガイドピンホール、及び前記２つのガイドピンホールの間の前記接続端面から前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバとの接続側のファイバ端面へ貫通する開口部を有するコネクタフェルールと、
前記コネクタフェルールの前記開口部に式Ｃ１で表されるずれ許容量で配置され、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の出力面において直線状に配列されたＮ（２以上の整数）本の光導波路を有し、前記光導波路で前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとを接続する光導波路素子と、
を備えることを特徴とする。

ただし、
θは、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線とが成す角度、
ｄ_１は、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線との平均間隔、
ｄ_２は、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線に垂直である直線と、前記出力面の前記光導波路のうち両端にある前記光導波路間の中心との間隔、
φ_１は、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線方向から見たときの前記接続端面と前記出力面との成す角度、
φ_２は、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線方向と前記２つのガイドピンホールの方向とに垂直である方向から見たときの前記接続端面と前記出力面との成す角度
である。

また、本発明に係る他の光コネクタは、マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバと複数のシングルコアファイバもしくは光トランシーバとの接続を行う光コネクタであって、
前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の接続端面から前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバとの接続側のファイバ端面へ貫通する開口部を有するコネクタフェルールと、
前記コネクタフェルールの前記開口部に配置され、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の出力面において、２つのガイドピンホール、及び前記２つのガイドピンホールの間で式Ｃ２で表されるずれ許容量で直線状に配列されたＮ（２以上の整数）本の光導波路を有し、前記光導波路で前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとを接続する光導波路素子と、
を備えることを特徴としてもよい。

ただし、
θは、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線とが成す角度、
ｄ_１は、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線との平均間隔、
ｄ_２は、前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線に垂直である直線と、前記出力面の前記光導波路のうち両端にある前記光導波路間の中心との間隔、
である。

本光コネクタでは、接続点がマルチコアファイバ等と光導波路素子との間及び光トランシーバ等と光導波路素子との間のみとなる。このため、マルチコアファイバ等を用いて低損失、高い空間利用効率かつ低コストで光配線を実現でき、多数の光配線を輻輳なく実現でき、更に高速化も容易である。従って、本発明は、損失の増大、空間利用効率の劣化、及び機械的信頼性の劣化を防止し、大容量伝送を可能とする光コネクタを提供することができる。

本発明に係る光コネクタは、前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと、前記光導波路素子とが紫外線若しくは熱で硬化する樹脂で接着固定されることを特徴とする。

本発明に係る光コネクタは、石英ガラスで構成される前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと、前記光導波路素子とが融着で接着固定されることを特徴とする。

本発明に係る光コネクタの前記コネクタフェルールは、前記開口部に、前記接続端面から前記ファイバ端面に至るまでの溝もしくは畝を有し、前記光導波路素子は、前記コネクタフェルールの前記開口部に挿入された時に前記開口部の溝もしくは畝に嵌合する畝もしくは溝を有することを特徴とする。溝と畝とを嵌合させることでコネクタフェルールと光導波路素子との位置関係を高精度且つ簡易に合わせることができる。

本発明に係る光コネクタの前記光導波路素子は、前記光導波路がコアである光ファイバであり、前記光導波路素子の前記出力面と前記複数のシングルコアファイバもしくは前記光トランシーバとの間にレンズをさらに備えることを特徴とする。

数モードファイバ又は数モードマルチコアファイバと光トランシーバとを接続する場合、本発明に係る光コネクタの前記光導波路素子は、前記光導波路で形成されたモード合分波部を有することを特徴とする。

本発明に係る光伝送システムは、
前記光導波路素子に、前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバの一端が接続された前記光コネクタと、
フェルールが有する２つのガイドピンホールの間に、複数のシングルコアファイバ、複数の発光素子、複数の受光素子、又は複数の発光素子と複数の受光素子を並列させた接続デバイスと、
前記光コネクタと前記接続デバイスとを接続するときに、前記光コネクタが有する２つのガイドピンホールと前記接続デバイスが有する２つのガイドピンホールとにそれぞれ嵌合する２つのガイドピンと、
を備える。

本光伝送システムは、前記光コネクタを備えるため、接続点がマルチコアファイバ等と光導波路素子との間及び光トランシーバ等と光導波路素子との間のみとなる。このため、マルチコアファイバ等を用いて低損失、高い空間利用効率かつ低コストで光配線を実現でき、多数の光配線を輻輳なく実現でき、更に高速化も容易である。従って、本発明は、損失の増大、空間利用効率の劣化、及び機械的信頼性の劣化を防止し、大容量伝送を可能とする光伝送システムを提供することができる。

本発明は、損失の増大、空間利用効率の劣化、及び機械的信頼性の劣化を防止し、大容量伝送を可能とする光コネクタおよび光伝送システムを提供することができる。

本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタの光導波路素子の構造を説明する図である。本発明に係る光コネクタの光導波路素子の構造を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタにおいて光導波路素子の位置ずれと接続損失の関係を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタにおいて光導波路素子の位置ずれと接続損失の関係を説明する図である。本発明に係る光コネクタにおいて光導波路素子の位置ずれと接続損失の関係を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタにおいて光導波路素子の位置ずれと接続損失の関係を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタにおいて光導波路素子の位置ずれと接続損失の関係を説明する図である。本発明に係る光コネクタにおいて光導波路素子の位置ずれと接続損失の関係を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光コネクタの構成を説明する図である。本発明に係る光伝送システムの構成を説明する図である。本発明に係る光伝送システムの構成を説明する図である。本発明に係る光伝送システムの構成を説明する図である。本発明に係る光伝送システムの構成を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１及び図２は、本実施形態の光コネクタ３０１の構成を説明する図である。光コネクタ３０１は、マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバ（以下、「マルチコアファイバ等５０」と記載することがある。）と複数のシングルコアファイバもしくは光トランシーバ（以下、「接続デバイス１０１」と記載することがある。）との接続を行う光コネクタであって、
接続デバイス１０１との接続側の接続端面１５に２つのガイドピンホール１２、及び前記２つのガイドピンホール１２の間の接続端面１５からマルチコアファイバ等５０との接続側のファイバ端面１６へ貫通する開口部１３を有するコネクタフェルール１１と、
コネクタフェルール１１の開口部１３に式Ｃ１で表されるずれ許容量で配置され、前記接続デバイス１０１との接続側の出力面１７において直線状に配列されたＮ（２以上の整数）本の光導波路１８を有し、光導波路１８でマルチコアファイバ等５０と接続デバイス１０１とを接続する光導波路素子１４と、
を備えることを特徴とする。

θ、ｄ_１、ｄ_２、φ_１、φ_２については後述する。

光コネクタ３０１は、マルチコアファイバ、数モード光ファイバもしくは数モード光ファイバに光導波路素子１４が接着される。光導波路素子１４は、コア配列、伝搬モードもしくはその両方を直線上に配列される光導波路へ伝搬する。光導波路素子１４は、位置決めを行うガイドピンホール１２の中心を通る直線上に光導波路素子１４の導波路１８があるようにコネクタフェルール１１の開口部１３内に配置される。この構成は、マルチコアファイバ等５０を伝搬した光波は光導波路素子１４のみを経て接続デバイス１０１と直接結合できるため、接続点が少なく低損失で結合ができる。さらに、この構成は、マルチコアファイバ等５０で高密度な光配線ができるため、輻輳なく光配線を行うことができる。また、この構成は、光トランシーバにおける受発光素子を増やすことによる高速化にも容易に対応できる。

なお、図２に示すように、光コネクタ３０１は、接続デバイス１０１として光トランシーバだけではなく、ＭＴコネクタやＭＰＯコネクタを有する多心光ファイバコネクタとも直接結合することができる。

図３は、光導波路素子１４の構造の一例を説明する図（正面図、平面図、下面図、右側面図）である。本例では、マルチコアファイバ等５０が４コアのマルチコアファイバであり、マルチコアファイバの４コアそれぞれの光波を４つの並列導波路１８に出力する場合を説明している。光導波路素子１４の下面（入力面１９）ではマルチコアファイバのコア配置と同じ配列の導波路を有し、曲がり導波路によって直線上に配列された光導波路１８へ伝搬される。導波路間隔Ｄは接続される光トランシーバの発光・受光素子の配置間隔もしくは光ファイバテープ心線と同等の値となり、一般的には２５０μｍである。このような光導波路素子１４は、フェムト秒レーザによる多光子吸収を利用した光導波路描画や、多層のフォトリソグラフィを用いた多層平面光回路によって実現できる。

なお、ここでは光導波路素子１４、受発光素子が１次元的に配列された場合を説明したが、複数列で配列される場合にも同様に適用できる。その場合、光導波路素子１４における光導波路１８は、コネクタフェルール１１のガイドピンホール１２の中心を通る直線と平行な直線上に配置されていれば良い。

図４は、光導波路素子１４の構造の他の例を説明する図（正面図、平面図、下面図、右側面図）である。本例の光導波路素子１４は、前記光導波路で形成されたモード合分波部を有しており、単一コアの数モードファイバを４つの並列導波路１８に出力する。光導波路は複数の平行光導波路を有し、モード合分波部においてモード変換を行い、直線上に配列された光導波路１８へ伝搬される。

またマルチコアファイバ等５０が数モードマルチコアファイバの場合、図３に示すような複数の並列導波路に対し、更に図４に示すようなモード合分波部を有する平行導波路を具備することで、数モードマルチコアファイバと受発光素子との結合を実現できる。

（実施形態２）
図５は、本実施形態の光コネクタ３０２の構成を説明する図である。光コネクタ３０２は、マルチコアファイバ等５０と接続デバイス１０１との接続を行う光コネクタであって、
接続デバイス１０１との接続側の接続端面からマルチコアファイバ等５０との接続側のファイバ端面へ貫通する開口部２３を有するコネクタフェルール２１と、
コネクタフェルール２１の開口部２３に配置され、接続デバイス１０１との接続側の出力面２７において、２つのガイドピンホール２２、及び２つのガイドピンホール２２の間で式Ｃ１で表されるずれ許容量で直線状に配列されたＮ本の光導波路１８を有し、光導波路１８でマルチコアファイバ等５０と接続デバイス１０１とを接続する光導波路素子２４と、
を備える。

光コネクタ３０２は、ガイドピンホール２２が光導波路素子２４内に配置される構成が図１及び図２の光コネクタ３０１と異なる。この構成は、１つの素子内にガイドピンホールと光導波路が製造精度で配置されるため、光コネクタの組み立て精度に関わらず接続精度が高くなり、低損失な結合ができ好ましい。

（実施形態３）
光コネクタ（３０１、３０２）において、光導波路素子（１４、２４）とマルチコアファイバ等５０とは、光導波路素子（１４、２４）の導波路部とマルチコアファイバ等５０のコア領域とを一致させ、接着固定する必要がある。接着固定手順は、紫外線若しくは熱によって硬化する樹脂を入力面（１６、２６）の接着面に塗布するステップ、光導波路素子１４とマルチコアファイバ等５０とを位置合わせするステップ、紫外線もしくは熱を照射するステップを行う。

（実施形態４）
またマルチコアファイバ等５０が石英ガラス系であり、かつ光導波路素子１４が石英ガラスで作成される場合がある。この場合、光導波路素子１４とマルチコアファイバ等５０とを接着固定する接着固定手順は、融着器等で光導波路素子（１４、２４）の導波路とマルチコアファイバ等５０のコアを高精度で位置合わせするステップ、アーク放電による融着もしくは１０００度以上の高温下で溶融融着を行うステップを行う。この接着固定手順は、接着固定時における位置ずれが抑えられるため、低損失な接着固定が実現でき好ましい。

（式Ｃ１及び式Ｃ２の説明）
図６と図７は式Ｃ１及び式Ｃ２のｄ_１とｄ_２を説明する図である。それぞれの図で（ａ）は光コネクタ３０１、（ｂ）は光コネクタ３０２を説明している。
ｄ_１は、接続デバイス１０１との接続側から見て、２つのガイドピンホール（１２、２２）の中心を結ぶ直線Ｘ１と、それぞれの光導波路１８の中心を結ぶ直線Ｙ１との平均間隔である。
ｄ_２は、接続デバイス１０１との接続側から見て、２つのガイドピンホール（１２、２２）の中心を結ぶ直線Ｘ１に垂直である直線Ｘ２と、光導波路１８のうち両端にある光導波路間の中心Ｙ２との間隔である。

図８は、ｄ_１とｄ_２の大きさと接続損失との関係を説明する図である。光導波路１８が接続端面（１５、２５）内で縦もしくは横方向にずれると、接続デバイス１０１との接続において損失を生じる。図８は、光導波路１８のモードフィールド径が８．６μｍ（実線）、９．２μｍ（破線）である場合のｄ_１もしくはｄ_２の大きさ（ずれの大きさ）に対する接続損失である。接続損失を１ｄＢ以下とする場合、ずれの大きさはモードフィールド径８．６μｍ、９．２μｍに対し、それぞれ２．０μｍ、２．１μｍ以下とする必要がある。モードフィールド径が大きくなると当然ながら接続損失は小さくなるが、８．６〜９．２μｍの範囲では許容される軸ズレ量の差は０．１μｍ以下と小さいことがわかる。この結果より、
［式１］
ｄ_１≦２．０μｍ
ｄ_２≦２．０μｍ
とした。

図９は式Ｃ１及び式Ｃ２のθを説明する図である。図９で（ａ）は光コネクタ３０１、（ｂ）は光コネクタ３０２を説明している。
θは、接続デバイス１０１との接続側から見て、２つのガイドピンホール（１２、２２）の中心を結ぶ直線Ｘ１と、それぞれの光導波路１８の中心を結ぶ直線Ｙ１とが成す角度である。

図１０は、θの大きさと接続損失との関係を説明する図である。図９のようにガイドピン（１２、２２）間の中点を中心として光導波路１８が回転すると、光導波路１８の位置に依存した軸ズレが生じる。図１０は、光導波路１８の数Ｎに対する接続損失（本発明の光コネクタと光トランシーバ若しくは多心光ファイバコネクタとの接続損失）を示している。ここで光導波路１８の間隔Ｄを２５０μｍとした。光導波路数Ｎが増えるほど中心から離れた位置に光導波路が配置されるため、同じθでも接続損失が増加する。

図１１は図１０から求めた、接続損失が１ｄＢ以下となる許容回転量である。図１１にプロットされた点（白丸）は図１０での光導波路数Ｎに対する接続損失と点線（１ｄＢ）との交点であり、実線はその近似曲線である。図１１より、近似曲線が光導波路数Ｎに対する許容回転量をよく近似していることがわかる。したがって、回転量θは光導波路数Ｎに対して、
［式２］
θ≦４．６８／Ｎ^１．３
である必要があることがわかる。

図１２は式Ｃ１のφ_１を説明する図である。図１２は光コネクタ３０１を説明している。
φ_１は、２つのガイドピンホール１２の中心を結ぶ直線方向（左側面）から見たときの接続端面１５と出力面１７との成す角度である。すなわち、φ_１はコネクタフェルール１１の側面から見た場合に、その接続端面１５に対する光導波路素子１４の出力面１７の傾き量である。
なお、光コネクタ３０２の場合、光導波路素子２４の出力面２７にガイドピンホール２２を形成するのでφ_１＝０である。

図１３は、φ_１の大きさと接続損失との関係を説明する図である。図１３では接続面１７の接続端面１５に対する飛び出し量（高さ）Ｈ（μｍ）に対する接続損失も示している。図１３に示すように、接続損失は飛び出し量Ｈにほぼ無依存であることがわかる。図１３より、接続損失を１ｄＢ以下とするためには、φ_１を２．６５度以下とする必要が有ることがわかる。この結果より、
［式３］
φ_１≦２．６５度
とした。

図１４は式Ｃ１のφ_２を説明する図である。図１４は光コネクタ３０１を説明している。
φ_２は、２つのガイドピンホール１２の中心を結ぶ直線方向と前記２つのガイドピンホールの方向とに垂直である方向（正面）から見たときの接続端面１５と出力面１７との成す角度である。すなわち、φ_２はコネクタフェルール１１の正面から見た場合に、その接続端面に対する光導波路素子の出力面１７の傾き量である。
なお、光コネクタ３０２の場合、光導波路素子２４の出力面２７にガイドピンホール２２を形成するのでφ_２＝０である。

図１５は、φ_２の大きさと接続損失の関係を説明する図である。図１５では光導波路１８の数Ｎに対する接続損失（本発明の光コネクタと光トランシーバ若しくは多心光ファイバコネクタとの接続損失）も示している。図１５に示すように、接続損失は光導波路数Ｎが少ないほど小さくなり、一定量に漸近することがわかる。

図１６は図１５から求めた、接続損失が１ｄＢ以下となる許容傾き量である。図１６にプロットされた点（白丸）は図１５での光導波路数Ｎに対する接続損失と点線（１ｄＢ）との交点であり、実線はその近似曲線である。図１６より、近似曲線（二次関数）が光導波路数Ｎに対する傾き許容量をよく近似していることがわかる。従って、傾き量φ_２は光導波路数Ｎに対して、
［式４］
φ_２≦−０．００３２Ｎ^２＋２．６４度
である必要が有ることがわかる。

なお、ｄ_１、ｄ_２、θ、φ_１、φ_２は絶対値とする。

（実施形態５）
図１７は、本実施形態の光コネクタ３０３の構成を説明する図である。光コネクタ３０３は、図１及び図２の光コネクタ３０１に対し、コネクタフェルール１１が、開口部１３に、接続端面１５からファイバ端面１６に至るまでの溝もしくは畝３１を有しており、
光導波路素子１４が、コネクタフェルール１１の開口部１３に挿入された時に開口部１３の溝もしくは畝３１に嵌合する畝もしくは溝３２を有する。
図１７では、溝もしくは畝３１と畝もしくは溝３２を説明するために光導波路素子１４をコネクタフェルール１１の開口部１３に挿入する前の状態を記載している。

上述の通り、光コネクタ３０１はコネクタフェルール１１と光導波路素子１４の位置関係によって接続損失が大きく変わり、コネクタフェルール１１と光導波路素子１４の外形について非常に高精度な較差が求められる。そこで図１７に示すように、コネクタフェルール１１の開口部１３において、ガイドピンホール１２の中心を通る直線Ｘ１上に溝又は畝３１を設け、かつ光導波路素子１４の対応する位置に畝又は溝３２を設けることとした。これらを嵌合させることで高精度な位置合わせを可能とする。光コネクタ３０３では、コネクタフェルール１１や光導波路素子１４の寸法公差に依存せず、溝又は畝３１と畝又は溝３２の位置関係のみで高精度な位置合わせが可能となり、低損失な光コネクタが実現でき好ましい。

なお、溝又は畝３１と畝又は溝３２の位置は図１７の位置に限られず、ガイドピンホール１２の中心を通る直線Ｘ１と平行な直線上、もしくは垂直な直線上であってもよい。

（実施形態６）
図１８は、本実施形態の光コネクタを説明する構成図である。光コネクタ（３０１〜３０３）は接続デバイス１０１との良好な接続を得るため、接続端面（１５、２５）が光導波路１８の光軸に対して垂直な面上に研磨されている（図１８（ａ））。ここで、図１３や式３に示すように、接続端面（１５、２５）の研磨面を垂直面に対し±２．６５度の範囲内であれば接続損失を十分低減でき、好ましい。また接続点での反射減衰量を十分低減する必要がある場合、図１８（ｂ）に示すように前記垂直面から８度傾いた面で研磨することが好ましく、前述したとおり、研磨面は垂直面に対し、８±２．６５度であることが好ましい。

（実施形態７）
図１９は、本実施形態の光コネクタ３０４を説明する図である。光コネクタ３０４は、光導波路素子が、光導波路をコアとする光ファイバ１４ａであり、光導波路素子の出力面１７と接続デバイス１０１との間にレンズ４１をさらに備える。

光コネクタ３０４は、光導波路素子１４が光ファイバと同じ円柱状の形（光ファイバ１４ａ）である。光ファイバ１４ａの入力面１９ではマルチコアファイバと同様に２次元にコアが配列されており、光ファイバ１４ａ内で形成された導波路により出力面１７でコアが直線状に配置される。このとき、出力面１７でのコア間隔は、接続デバイス１０１の受発光素子や光ファイバテープ心線の間隔と同じである必要はなく、コネクタフェルール１１に設置されるレンズ４１を介して伝搬光の間隔が調整され、受発光素子等と結合する。

この光導波路素子１４（光ファイバ１４ａ）は、レーザー照射によって円柱状の石英ガラス等にコアを書き込むことで作成できる。円柱状の石英ガラスの直径とマルチコアファイバ等５０のクラッド径が同等であれば接続が容易となり、好ましい。また用いるマルチコアファイバ等５０にレーザー照射によって直接コアを書き込む事もできる。この場合、光導波路素子１４の光導波路がマルチコアファイバ等５０に書き込まれることから光導波路素子１４とマルチコアファイバ等５０との接続点がなくなり、低損失となるため好ましい。

なお、光導波路素子１４の両端をコネクタ接続面とし、入力面１９をマルチコアファイバコネクタとし、マルチコアファイバ等５０とコネクタ接続を行うこともできる。

（実施形態８）
図２０及び図２２は、本実施形態の光伝送システム（４０１、４０２）の構成を説明する図である。光伝送システム（４０１、４０２）は、
光導波路素子（１４、２４）に、マルチコアファイバ等５０の一端が接続された光コネクタ（３０１〜３０４）と、
フェルール７１が有する２つのガイドピンホール７２の間に、複数のシングルコアファイバ、複数の発光素子、複数の受光素子、又は複数の発光素子と複数の受光素子を並列させた接続デバイス１０１と、
光コネクタ（３０１〜３０４）と接続デバイス１０１とを接続するときに、光コネクタ（３０１〜３０４）が有する２つのガイドピンホール（１２，２２）と接続デバイス１０１が有する２つのガイドピンホール７２とにそれぞれ嵌合する２つのガイドピン６０と、
を備える。

光トランシーバは複数の発光素子もしくは受光素子もしくはその両方を有し、それらが直線上に配置され、光コネクタアダプタがインターフェイス（接続デバイス１０１）となる。その接続デバイス１０１に、光コネクタ（３０１〜３０４）を介してマルチコアファイバ等５０を結合できる。

例えば、光伝送システム４０１は、８個の受発光素子の信号を単一モードのマルチコアファイバで伝送することができる。光伝送システム４０１における接続点は接続デバイス１０１と光導波路素子１４とのインターフェイス面に加えて光導波路素子１４とマルチコアファイバの接着面のみとなるため、低損失かつ高密度な光配線を実現できる。

なお、図２０では受発光素子と光導波路素子１４が直接結合している場合を説明したが、受発光素子と光導波路素子１４との間に光波を誘導する光回路が光トランシーバ内にあってもよく、その場合、前記光回路と光導波路素子１４が直接結合することとなる。

図２１は、光コネクタ（３０１〜３０４）が光トランシーバ内に配置される構成の光伝送システム４０１ａである。光伝送システム４０１ａでは、光トランシーバのインターフェイスは単心コネクタとなり、コネクタ付きマルチコアファイバを直接結合できる。このとき、コネクタが１つとなりインターフェイスを更に高密度化でき、好ましい。なお図２１ではマルチコアファイバ側もガイドピンを用いて位置決めを行いコネクタ接続を行う場合を示したが、マルチコアファイバが１心の場合はガイドピンを用いずにコネクタ接続を行ってもよい。

図２２の光伝送システム４０２を説明する。光伝送システム４０２と図２０の光伝送システム４０１との違いは、光伝送システム４０２の光導波路素子１４がモード合分波部を有する点、及び光導波路素子１４の入力面１９に数モード光ファイバもしくは数モードマルチコアファイバが接続されている点である。例えば図２２の光伝送システム４０２の構成では、８個の受発光素子の信号を、２種類のモードと４つのコアを用いて１心の光ファイバで伝送することができる。

図２３は、光コネクタ（３０１〜３０４）が光トランシーバ内に配置される構成の光伝送システム４０２ａである。図２１の光伝送システム４０１ａと同様に、光トランシーバのインターフェイスは単心コネクタとなり、コネクタ付きマルチコアファイバを直接結合できる。なお図２３ではマルチコアファイバ側もガイドピンを用いて位置決めを行いコネクタ接続を行う場合を示したが、マルチコアファイバが１心の場合はガイドピンを用いずにコネクタ接続を行ってもよい。

本発明は、高密度光配線が必要なビル、データセンター等における光通信システムに利用できる。

１１、２１：コネクタフェルール
１２、２２：ガイドピンホール
１３、２３：開口部
１４、２４：光導波路素子
１５、２５：接続端面
１６、２６：ファイバ端面
１７、２７：出力面
１８：光導波路
１９：入力面
３１：溝もしくは畝
３２：畝もしくは溝
４１：レンズ
５０：マルチコアファイバ等（マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバ）
６０：ガイドピン
７１：フェルール
７２：ガイドピンホール
１０１：接続デバイス（複数のシングルコアファイバもしくは光トランシーバ）
３０１〜３０４：光コネクタ
４０１、４０１ａ、４０２、４０２ａ：光伝送システム

Claims

マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバとＮ本（Ｎは２以上の整数）のシングルコアファイバが並列する多心光ファイバもしくは直線状に配列されたＮ個の受発光素子を持つ光トランシーバである接続デバイスとの接続を行う光コネクタであって、
前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の接続端面に２つのガイドピンホール、及び前記２つのガイドピンホールの間の前記接続端面から前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバとの接続側のファイバ端面へ貫通する開口部を有するコネクタフェルールと、
前記コネクタフェルールの前記開口部に式Ｃ１で表されるずれ許容量で配置され、前記接続デバイスとの接続側の出力面において前記接続デバイスの前記シングルコアファイバもしくは前記受発光素子と同じ配列で配列されたＮ本の光導波路を有し、前記光導波路で前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと前記接続デバイスとを接続する光導波路素子と、
を備え、
前記光導波路素子は、前記光導波路がコアである光ファイバであり、
前記光導波路素子の前記出力面と前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの間にレンズをさらに備える
ことを特徴とする光コネクタ。

ただし、
θは、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線とが成す角度、
ｄ_１は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線との平均間隔、
ｄ_２は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ線分に垂直、且つ前記線分の中点を通る直線と、前記出力面の前記光導波路のうち両端にある前記光導波路間の中心との間隔、
φ_１は、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線方向から見たときの前記接続端面と前記出力面との成す角度、
φ_２は、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線方向と前記２つのガイドピンホールの方向とに垂直である方向から見たときの前記接続端面と前記出力面との成す角度
である。
マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバとＮ本（Ｎは２以上の整数）のシングルコアファイバが並列する多心光ファイバもしくは直線状に配列されたＮ個の受発光素子を持つ光トランシーバである接続デバイスとの接続を行う光コネクタであって、
前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の接続端面から前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバとの接続側のファイバ端面へ貫通する開口部を有するコネクタフェルールと、
前記コネクタフェルールの前記開口部に配置され、前記接続デバイスとの接続側の出力面において、２つのガイドピンホール、及び前記２つのガイドピンホールの間で式Ｃ２で表されるずれ許容量で、且つ前記接続デバイスの前記シングルコアファイバもしくは前記受発光素子と同じ配列で配列されたＮ本の光導波路を有し、前記光導波路で前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと前記接続デバイスとを接続する光導波路素子と、
を備え、
前記光導波路素子は、前記光導波路がコアである光ファイバであり、
前記光導波路素子の前記出力面と前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの間にレンズをさらに備える
ことを特徴とする光コネクタ。

ただし、
θは、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線とが成す角度、
ｄ_１は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線との平均間隔、
ｄ_２は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ線分に垂直、且つ前記線分の中点を通る直線と、前記出力面の前記光導波路のうち両端にある前記光導波路間の中心との間隔、
である。
前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと、前記光導波路素子とが紫外線若しくは熱で硬化する樹脂で接着固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光コネクタ。
石英ガラスで構成される前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと、前記光導波路素子とが融着で接着固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光コネクタ。
マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバとＮ本（Ｎは２以上の整数）のシングルコアファイバが並列する多心光ファイバもしくは直線状に配列されたＮ個の受発光素子を持つ光トランシーバである接続デバイスとの接続を行う光コネクタであって、
前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の接続端面に２つのガイドピンホール、及び前記２つのガイドピンホールの間の前記接続端面から前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバとの接続側のファイバ端面へ貫通する開口部を有するコネクタフェルールと、
前記コネクタフェルールの前記開口部に式Ｃ１で表されるずれ許容量で配置され、前記接続デバイスとの接続側の出力面において前記接続デバイスの前記シングルコアファイバもしくは前記受発光素子と同じ配列で配列されたＮ本の光導波路を有し、前記光導波路で前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと前記接続デバイスとを接続する光導波路素子と、
を備え、
前記光導波路素子は、多層平面光回路であることを特徴とする光コネクタ。

ただし、
θは、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線とが成す角度、
ｄ_１は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線との平均間隔、
ｄ_２は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ線分に垂直、且つ前記線分の中点を通る直線と、前記出力面の前記光導波路のうち両端にある前記光導波路間の中心との間隔、
φ_１は、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線方向から見たときの前記接続端面と前記出力面との成す角度、
φ_２は、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線方向と前記２つのガイドピンホールの方向とに垂直である方向から見たときの前記接続端面と前記出力面との成す角度
である。
マルチコアファイバ、数モードファイバもしくは数モードマルチコアファイバとＮ本（Ｎは２以上の整数）のシングルコアファイバが並列する多心光ファイバもしくは直線状に配列されたＮ個の受発光素子を持つ光トランシーバである接続デバイスとの接続を行う光コネクタであって、
前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側の接続端面から前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバとの接続側のファイバ端面へ貫通する開口部を有するコネクタフェルールと、
前記コネクタフェルールの前記開口部に配置され、前記接続デバイスとの接続側の出力面において、２つのガイドピンホール、及び前記２つのガイドピンホールの間で式Ｃ２で表されるずれ許容量で、且つ前記接続デバイスの前記シングルコアファイバもしくは前記受発光素子と同じ配列で配列されたＮ本の光導波路を有し、前記光導波路で前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと前記接続デバイスとを接続する光導波路素子と、
を備え、
前記光導波路素子は、多層平面光回路であることを特徴とする光コネクタ。

ただし、
θは、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面における前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線とが成す角度、
ｄ_１は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ直線と、前記出力面のそれぞれの前記光導波路の中心を結ぶ直線との平均間隔、
ｄ_２は、前記多心光ファイバもしくは前記光トランシーバとの接続側から見て、前記接続端面の前記２つのガイドピンホールの中心を結ぶ線分に垂直、且つ前記線分の中点を通る直線と、前記出力面の前記光導波路のうち両端にある前記光導波路間の中心との間隔、
である。
前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと、前記光導波路素子とが紫外線若しくは熱で硬化する樹脂で接着固定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の光コネクタ。
石英ガラスで構成される前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバと、前記光導波路素子とが融着で接着固定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の光コネクタ。
前記コネクタフェルールは、前記開口部に、前記接続端面から前記ファイバ端面に至るまでの溝もしくは畝を有し、
前記光導波路素子は、前記コネクタフェルールの前記開口部に挿入された時に前記開口部の溝もしくは畝に嵌合する畝もしくは溝を有する
ことを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の光コネクタ。
前記光導波路素子は、前記光導波路で形成されたモード合分波部を有することを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の光コネクタ。
前記光導波路素子に、前記マルチコアファイバ、前記数モードファイバもしくは前記数モードマルチコアファイバの一端が接続された請求項１から１０のいずれかに記載の光コネクタと、
フェルールが有する２つのガイドピンホールの間に、複数のシングルコアファイバ、複数の発光素子、複数の受光素子、又は複数の発光素子と複数の受光素子を並列させた接続デバイスと、
前記光コネクタと前記接続デバイスとを接続するときに、前記光コネクタが有する２つのガイドピンホールと前記接続デバイスが有する２つのガイドピンホールとにそれぞれ嵌合する２つのガイドピンと、
を備える光伝送システム。