JP7279789B2

JP7279789B2 - 光接続構造

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Publication number: JP7279789B2
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Inventors: 昇男佐藤; 智志重松; 裕士石川; 光太鹿間; 淳荒武
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Publication date: 2023-05-23
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Description

本発明は、光コネクタおよび光接続構造に関し、特に、光を通すファイバ同士の接続やファイバと光学素子との接続に用いられる光コネクタおよび光接続構造に関する。

光を通すファイバの接続には、コネクタが使われてきた。一般に、コネクタは、１立方ｃｍ程度の体積があり、被覆つきのファイバの径２５０ｕｍに比べると極めて大きい。例えば、図１５に示すような、それぞれ光が導波するコア９０２ａ、９０２ｂを有するファイバ９０１ａ、９０１ｂを接続する光接続構造９００においては、ファイバ９０１ａ、９０１ｂの一端部をそれぞれキャピラリ９０３ａ、９０３ｂに入れ、スリーブ９０４によって、二つのファイバ９０１ａ、９０１ｂの中心を互いに位置合わせをしている。このため、ファイバ９０１ａ、９０１ｂの接続にファイバ９０１ａ、９０１ｂ以外の部材が必要となる上、接続構造のサイズが大きくなっていた（例えば、非特許文献１参照。）。

また、図１６に示す、「ＣＡＮパッケージ」と呼ばれる接続構造１０００は、ファイバ９０１とキャピラリ９０２とフェルール１００３とからなるピグテール１００４と、レンズ１００５が固定されたキャップ１００６と、チップ１００７が固定された台１００８とからなる。ここでチップ１００７には、たとえば受光素子が形成されている。

このような接続構造１０００では、ピグテール１００４、キャップ１００６、および台１００８の三つをアライメント（調心）して、ファイバ９０１の端面から出射される光がビーム形状１００９となるようにすることが必要である。このとき、ファイバ９０１に光を通し、チップ１００７での光強度を検出しながら、三体のアライメントを行う「アクティブアライメント」を実施する。アライメントされたらその状態で上述した部材を溶接により固定する（非特許文献２参照。）。

海津勝美、「光実装用光コネクタの技術動向」、エレクトロニクス実装学会誌、 vol.7 No.3, pp. 208-212, 2004 K. Masuko 他、"A Low Cost PON Transceiver using Single TO-CAN Type micro-BOSA", Electronic Components and Technology Conference, pp. 1082-1086, 2006.

上述したように、ファイバを用いた接続においては、ファイバ自体に比べて最終的なコネクタのサイズが大きくなっている。また、ファイバに加えてレンズ、受光素子および発光素子などを含む光接続構造においては、アクティブアライメントが必要となり、そのための構造や工程が複雑になっている。

そこで、本発明は、ファイバ同士の接続やファイバと光学素子との接続に用いられるより小さな光コネクタおよび光接続構造を提供することを目的とする。また、本発明は、アクティブアライメントが不要でパッシブなアライメントを可能とする光コネクタおよび光接続構造を提供することを目的とする。

また、本発明に係る光接続構造は、第１の光コネクタと、第２の光コネクタとからなり、前記第１の光コネクタおよび前記第２の光コネクタは、それぞれ光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバの一端に取り付けられた磁石とを有し、前記磁石は、少なくとも前記コアの端面を露出させる開口を有し、前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石の開口と前記第２の光コネクタの前記磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタの前記コアと前記第２の光コネクタの前記コアとを光学的に接続し、さらに光学素子を備え、前記第１の光コネクタの前記磁石および前記第２の光コネクタの前記磁石は、それぞれ、前記第１の光コネクタの前記ファイバの外周および前記第２の光コネクタの前記ファイバの外周に配置され、前記第１の光コネクタの前記ファイバの端面および前記第２の光コネクタの前記ファイバの端面の少なくとも一方は、前記ファイバの一端に取り付けられた前記磁石の開口を有する端面より内部に位置し、前記光学素子は、前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とが磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石および前記ファイバと前記第２の光コネクタの前記磁石および前記ファイバとによって形成される空間の中に配設される。

また、本発明に係る光接続構造は、第１の光コネクタと、第２の光コネクタとからなり、前記第１の光コネクタは、光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバの一端に取り付けられた磁石とを有し、前記磁石は、少なくとも前記コアの端面を露出させる開口を有し、前記第２の光コネクタは、第１の光学素子と、前記第１の光学素子に取り付けられた磁石とを備え、前記第２の光コネクタの前記磁石は、少なくとも前記第１の光学素子の一部を露出させる開口を有し、前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石の開口と前記第２の光コネクタの前記磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタの前記コアと前記第２の光コネクタの前記第１の光学素子とを光学的に接続し、さらに第２の光学素子を備え、前記第１の光コネクタの前記磁石および前記第２の光コネクタの前記磁石は、それぞれ、前記第１の光コネクタの前記ファイバの外周および前記第２の光コネクタの前記ファイバの外周に配置され、前記第１の光コネクタの前記ファイバの端面および前記第２の光コネクタの前記ファイバの端面の少なくとも一方は、前記ファイバの一端に取り付けられた前記磁石の開口を有する端面より内部に位置し、前記第２の光学素子は、前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とが磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石および前記ファイバと前記第２の光コネクタの前記磁石および前記ファイバとによって形成される空間の中に配設される。

本発明によれば、ファイバ同士の接続やファイバと光学素子との接続に用いられるより小さな光コネクタおよび光接続構造を提供することができる。また、本発明によれば、アクティブアライメントを不要としパッシブなアライメントを可能とすることができる。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタの構成を示す斜視図である。図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す斜視図である。図１Ｃは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の一例を示す図である。図２Ａは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の変形例を示す図である。図２Ｂは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の変形例を示す図である。図２Ｃは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の変形例を示す図である。図３は、光ファイバの一例を説明するための断面図である。図４は、第１の実施の形態に係る光コネクタの変形例を示す斜視図である。図５は、第１の実施の形態に係る光コネクタの変形例を示す斜視図である。図６は、本発明の第２の実施の形態に係る光コネクタを示す斜視図である。図７Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る光コネクタの構成を示す斜視図である。図７Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。図８は、本発明の第４の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。図９は、本発明の第４の実施の形態に係る光接続構造の変形例を示す図である。図１０Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る光コネクタの構成を示す図である。図１０Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。図１０Ｃは、本発明の第５の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。図１１Ａは、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。図１１Ｂは、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造で用いられる光学素子の一例を示す図である。図１１Ｃは、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。図１２Ａは、本発明の第６の実施の形態の変形例に係る光接続構造で用いられる光学素子の他の例を示す図である。図１２Ｂは、本発明の第６の実施の形態の変形例に係る光接続構造を説明する図である。図１３Ａは、本発明の第７の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。図１３Ｂは、本発明の第７の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。図１４Ａは、本発明の第８の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。図１４Ｂは、本発明の第８の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。図１５は、従来の光接続構造の一例を示す図である。図１６は、従来の光接続構造の他の例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
図１Ａに、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタ１００ａの構成を示す。本実施の形態に係る光コネクタ１００ａは、光が導波するコア１０２ａを有するファイバ１０１ａと、このファイバ１０１ａの一端に取り付けられた磁石１０３ａとから構成されている。磁石１０３ａは、中空円筒形状に形成されて、ファイバ１０１ａの一端部を挿入する孔を備えている。磁石１０３ａの孔に挿入されたファイバ１０１ａのコア１０２ａの端面は、磁石１０３ａの開口１０４ａから露出する。

本実施の形態に係る光コネクタ１００ａでは、磁石１０３ａの、ファイバ１０１ａの長手方向に垂直な断面の外形は、コア１０２ａの、ファイバ１０１ａの長手方向に垂直な断面の外形と同じく円形であり、両者は互いに相似している。例えば、ファイバ１０１ａの外径は１２５ｕｍで、コア１０２ａの直径は９ｕｍである。これに対し、磁石１０３ａの外径は３００ｕｍ、内径は１２５ｕｍ、厚さ（すなわち、ファイバ１０１ａの長手方向の沿った長さ）は１５０ｕｍである。

ファイバ１０１ａの端面と、開口１０４ａを有する磁石１０３ａの端面とはそろっており、面一となっている。ファイバ１０１ａの一端部は磁石１０３ａに形成された孔に嵌合し機械的に固定されている。機械的強度が不足していれば、ファイバ１０１ａと磁石１０３ａとの間に接着剤を１ｕｍ厚以下で薄く形成して固定してもよい。

図１Ｂに、この光コネクタを二つ接続した光接続構造１００を示す。また、図１Ｃに、この光接続構造１００に含まれる磁石１０３ａ、１０３ｂを示す。なお、図１Ｃにおいて、矢印つき点線は、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線を示している。
本実施の形態においては、一例として、磁石１０３ａ、１０３ｂは、ともに、中空円筒形の軸に沿う方向に分極するように帯磁している。磁石１０３ａ、１０３ｂのＮ極とＳ極との中間となる面は、それぞれファイバ１０１ａ、１０１ｂの長手方向に垂直である。

図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、磁石１０３ａ、１０３ｂの間で、そのＮ極とＳ極の分極の方向は互いに逆になっており、磁石１０３ａは、ファイバ端面側にＮ極が、その裏面側にＳ極がそれぞれ１つずつ形成され、磁石１０３ｂは、ファイバ端面側にＳ極が、その裏面側にＮ極がそれぞれ１つずつ形成されている。

光コネクタ１００ａの磁石１０３ａと、光コネクタ１００ｂの磁石１０３ｂとは、ファイバ端面からみたときに、Ｓ極とＮ極の分極方向が互いに逆になっているので、磁石１０３ａと磁石１０３ｂとをファイバ１０１ａ、１０１ｂと平行な軸線に沿って配置すると、互いに対向する面のＮ極とＳ極とが引き合い、磁石１０３ａと磁石１０３ｂとが磁力による引力により自発的にくっつき、機械的に接続される。磁石１０３ａと磁石１０３ｂとがくっついた状態では、ファイバ１０１ａおよび１０１ｂの長手方向に垂直な方向における磁石１０３ａと磁石１０３ｂとの相対的な位置は一意に決まる。その結果、ファイバ１０１ａのコア１０２ａとファイバ１０１ｂのコア１０２ｂとの間のアライメントがなされる。

この状態でファイバ１０１ａ、１０１ｂに光を通して使用する場合は、互いに接続する端面にマッチングオイルをあらかじめ塗布していくことで、良好な光学的接続が確保できる。

また、ファイバ１０１ａ、１０１ｂの端面を凸球面上に研磨加工した上で、フィジカルコンタクトによりコア部分を変形させて光学的接続をしてもよい。フィジカルコンタクトに必要な力Ｆｐは、Ｆｐ＝（４ａ³Ｅ）／３Ｒ（１－ν²）と近似的にあらわされる。ここで、Ｅとνは、それぞれガラスの弾性率とポアソン比であり、ａは接触半径、Ｒは凸球面の曲率半径である。

一方、磁気による引力Ｆｍは、Ｆｍ＝ＫＢ²Ｓ／２μ₀と近似的に表される。ここで、Ｋは補正係数、Ｂは磁束密度、Ｓは面積、μ₀は真空の透磁率である。ファイバのフィジカルコンタクトにおける一般的な値をいれるとＦｐは１ｍＮ程度であり、磁石１０３ａ、１０３ｂの形状で適切な磁性材料を選択すれば、磁束密度が０．０３Ｔ程度でＦｍを数ｍＮとできるので、フィジカルコンタクトも可能である。

また、取り外しの必要がなければ、接着剤等で固定してから光を通して使用してもよい。従来では、比較的大きなコネクタ部材やアクティブアライメントの作業が必要であったが、本実施の形態に係る光コネクタおよび光接続構造は、ファイバ１０１ａ、１０１ｂと磁石１０３ａ、１０３ｂのみからなる簡易で小型な構造であり、磁石１０３ａ、１０３ｂ同士の引力によってパッシブにアライメントがなされるので、アライメントの工程も簡易となる。

図２Ａ～図２Ｃに、磁石１０３ａ、１０３ｂの帯磁についていくつかの変形例を示す。

図２Ａに示す二つの磁石１０３ａａ、１０３ａｂは、それぞれ中空円筒形状に形成されて、中空円筒形の軸から離れる径方向に帯磁させた例である。矢印つき点線は、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線を示している。磁石１０３ａａ、１０３ａｂにおいては、その径方向に分極して、Ｎ極とＳ極の中間となる面は、その中空円筒形の軸線を取り囲む円筒形状となる。図２Ａに示す例では、磁石１０３ａａは、その内周面側がＳ極、外周面側がＮ極となるように帯磁しているのに対し、磁石１０３ａｂは、その内周面側がＮ極、外周面側がＳ極となるように帯磁している。

磁石１０３ａａと磁石１０３ａｂとを互いに対向して配置すると、磁石１０３ａaと磁石１０３aｂとの間でＮ極とＳ極の分極の方向は互いに逆になっているので、両者は磁力による引力により自発的にくっつく。

この図２Ａに示した変形例においては、磁石１０３ａaと磁石１０３aｂとにそれぞれ接続された二つのファイバの軸がずれると、同種磁極（たとえばＮ極とＮ極）が近づき反発力が生じるため、磁石１０３ａaと磁石１０３aｂとは、ファイバの長手方向に垂直な方向において所定の位置にからずれにくくなる。したがって、図１Ｃに示す例に比べると、軸ずれ方向のアライメントをする力が強い。

図２Ｂは、他の変形例として、中空円筒形状に形成された二つの磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂを、中空円筒形の軸を含む平面で分割される領域に分けて分極させた例を示している。

上述の図１Ｃに示す例では、磁石１０３ａ、１０３ｂとして、ファイバ端面からみたときの帯磁がＮ極のものとＳ極のものの２種類を用意する必要があった。また、図２Ａに示す例でも、磁石１０３ａa、１０３ａｂとして、取り付けられたファイバ外周に近接する面がＮ極のものとＳ極のものとの２種類を用意する必要があり、帯磁の方向が異なる２種類の磁石を作成する必要があった。

これに対し、図２Ｂに示す例は、ファイバ端面に対して磁石の固定方向は１通りである上、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂの帯磁方向も１通りで済むため、ファイバと磁石の向きが一通りとなり、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂの作成とファイバの取り扱いが簡易である。

また、図２Ｂに示す例では、ファイバの軸線と直交する方向のアライメントに加え、ファイバの軸線周りの周方向のアライメントも可能になるので、通常のシングルコアのファイバに加えて、マルチコアファイバや図３に示すような偏波保持ファイバなど、コアのパタンが軸対称でないファイバ２０１に対しても有意である。すなわち、Ｎ極とＳ極を分割する面をファイバ内のコア２０２の特定の方向、具体的には、偏波保持ファイバ２０１の応力付与材２０３を結ぶ方向と合わせて、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂをファイバに接続しておけば、偏波保持ファイバ２０１同士のアライメントも簡易にできる。

図２Ｃに示す例は、図２Ｂに示した磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂの帯磁部分をさらに分割したものである。図２Ｃに示すように、中空円筒形状に形成された二つの磁石１０３ｃａ、１０３ｃｂは、中空円筒形の軸の軸線周りに４つに分割されて、分割された各領域が周方向においてＮ極およびＳ極が互い違いになるように帯磁している。したがって、図２Ｃに示す例は、中空円筒形の軸の回転方向に対して、ファイバのコア配置が４回対称であるときに有効である。同様に、ファイバのコア配置がＮ回対称であるときは、帯磁部分をＮ分割すればよい。

図２Ｂおよび図２Ｃに示す例は、励磁する領域をファイバの軸線まわりに分割して、図１Ｃおよび図２Ａに示した例と異なり、Ｎ極またはＳ極に帯磁させた部分の形状（帯磁パタン）を円形状にしないことで、ファイバを回転させる中心軸まわりの自由度を制御し、ファイバ中心軸でのアライメントに加え、ファイバ中心から外れた周辺部の構造物（マルチコアファイバの他のコアや偏波保持ファイバの応力付与材）の配置に対応したアライメントも可能となる。

なお、図１Ａでは、磁石１０３ａに接続されるファイバ１０１ａの一端部のみを示し、ファイバ１０１ａの他端部を省略しているが、一本のファイバにつき、両端に磁石を設け、それぞれ図１Ａに示すような構造にしてもよいのはいうまでもない。

また、図２Ｂに示す例では、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂのそれぞれにつき、Ｎ極とＳ極とを一つずつ有し、これらが上下方向に配置されているが、Ｎ極とＳ極とを二つずつ、三つずつととし、同じ方向に配置するようにしてもよいのではいうまでもない。

また、本実施の形態に係る光コネクタにおいては、図４に示すように、ファイバ１０１ａの外周を被覆材１０５ａで覆ってもよい。図４では、表記の都合から、光コネクタ１００ａ’においてファイバ１０１ａの一部が露出するように描かれているが、信頼性の観点からは、ファイバ１０１ａが露出していない方がよいのはいうまでもない。

また、本実施の形態に係る光コネクタにおいて、磁石１０３ａ”は、図５に示すように、スリットＳＬを備えていてもよい。
この変形例によれば、スリットＳＬの広がり具合によって、ファイバ１０１ａの外形に対して磁石１０３ａ”の内径を調整できるので、磁石１０３ａ”をファイバ１０１ａの端部に取り付けたときに、磁石内径とファイバ外径の隙間をなくすことができる。仮に磁石として図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、Ｎ極およびＳ極の領域をファイバの軸線周りに配置したものを使用するときは、Ｓ極とＮ極の境界部分にスリットを設けておけばよい。

［第２の実施の形態］
次に図６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
上述した第１の実施の形態では、磁石１０３ａをファイバ１０１ａの外側に固定したが、本実施の形態に係る光コネクタにおいては、図６に示すように、磁石２０３ａをファイバ１０１ａの端面に配置している。

図６に示すように、磁石２０３ａは、円盤状に形成されており、その中央部分に、コア１０２ａの端面を露出させる開口２０４ａが形成されている。この場合、ファイバ１０１ａに対しては、この開口２０４ａを通して光信号の入出力が行われるので、磁石２０３ａの形状の中心、すなわち、開口２０４ａとコア１０２ａの中心とが一致するように、ファイバ１０１ａの端面に磁石２０３ａを配置する。

磁石２０３ａの帯磁の態様については、図１Ｃに示した例に倣い、磁石２０３ａがファイバ１０１ａの端面に配置された状態で、ファイバの軸に沿う方向に分極して、Ｎ極とＳ極との中間となる面がファイバの長手方向に垂直になるようにしてもよい。また、図２Ａに示した例に倣い、磁石２０３ａの中心部分（すなわち、開口２０４ａの周囲）と外縁部分とでファイバ１０１ａの軸に沿った分極の方向が互いに逆になるように帯磁してもよい。また、図２Ｂおよび図２Ｃに示した例に倣い、磁石２０３ａがファイバ１０１ａの端面に配置された状態で、ファイバの軸線周りにＮ極とＳ極の対が１対または複数対配列されるように、周方向に帯磁させてもよい。

なお、磁石２０３ａは、微細加工した小型磁石をファイバ１０１ａの端面に貼り付けてもよいし、ファイバ１０１ａの端面にスパッタ等で磁石の素材を堆積形成した上で帯磁させて作成してもよい。また、図に示していないが、端面ではなくファイバ側面に円筒形上に磁石の素材を堆積形成させてもよい。このようにすることでより小さい構造とすることができる。

以上において、円形磁石の真円度や外径および内径の加工精度が重要であるが、長い筒状の形状で加工形成し、最後に磁石厚さ方向にワイヤーソー等でカットすることで、同じ加工誤差を有した磁石を大量一括形成することができ、それらを対向して用いることで加工誤差を相殺することができるのはいうまでもない。

［第３の実施の形態］
次に、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本発明の第３の実施の形態に係る光コネクタおよび光接続構造について説明する。
上述した第１の実施の形態に係る光コネクタ１００ａは、ファイバ１０１ａの端面と磁石１０３ａの端面とが面一となるように構成されるものとして説明したが、本実施の形態に係る光コネクタ３００ａでは、図７Ａに示すように、ファイバ１０１ａの端面ＥＦａは、磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面より突き出ている。

本実施の形態においては、磁石１０３ａの端面からファイバ１０１ａの端面ＥＦａが５ｕｍ程度突き出しているものとする。図７Ｂに示すように、２つの光コネクタ３００ａ、３００ｂを磁石１０３ａ、１０３ｂの磁力により接続する。ファイバ１０１ａ、１０１ｂの端面ＥＦａ、ＥＦｂが磁石１０３ａ、１０３ｂの端面から突き出ているために、ファイバ端面のコア１０２ａ、１０２ｂ同士が磁石の引力で突き合わされるので、磁石１０３ａ、１０３ｂの表面にミクロな凹凸があっても、コア１０２ａ、１０２ｂを通る光の挿入損失を低減することができる。

［第４の実施の形態］
次に、図８および図９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る光コネクタおよび光接続構造について説明する。
図８に示す光接続構造４００において、光コネクタ４００ａでは、磁石４０３ａの端面に凸部４０５ａと凹部４０６ａとが設けられている。もう一方の光コネクタ４００ｂにおいても、同様に、磁石４０３ｂの端面に凸部４０５ｂと凹部４０６ｂとが設けられている。

したがって、二つの光コネクタ４００ａ、４００ｂの磁石４０３ａ、４０３ｂが磁力による引力によって突き合わされると、双方の凸部４０５ａ、４０５ｂと凹部４０６ａ、４０６ｂとが互いに嵌合する。これにより、磁石４０３ａ、４０３ｂを磁石同士の接続面内でずらす横方向の力が加わったときでも、コア同士の接続が維持できる。

なお、図８に示す例では、凸部４０５ａ、４０５ｂや凹部４０６ａ、４０６ｂを半球形状に形成しているが、その形状は、円柱その他の柱状でもよいし、円筒形状などの形であってもよい。

［第４の実施の形態の変形例］
図９に第４の実施の形態の変形例を示す。
図９に示す光接続構造４００’において、一方の光コネクタ４００ａ’を構成する磁石４０３ａの端面には、凹部４０７ａが形成されている。凹部４０７ａの底部には、開口４０４ａからファイバ１０１ａの端面が露出している。磁石４０３ａの凹部４０７ａは、他方の光コネクタ１００ｂを構成する磁石１０３ｂが嵌合するような形状である。
このように一方の光コネクタ４００ａ’の磁石４０３ａに他方の光コネクタ１００ｂの磁石１０３ｂが嵌合するようにしても、磁石同士をそれらの接続面内でずらす横方向の力が加わったときでも、コア同士の接続が維持できる。

［第５の実施の形態］
次に、図１０Ａ～図１０Ｃを参照して、本発明の第５の実施の形態に係る光接続構造について説明する。
図１０Ａに示す光コネクタ５００ａでは、磁石１０３ａは、ファイバ１０１ａの外周に配置されている。また、ファイバ１０１ａの端面は、このファイバ１０１ａの一端に取り付けられた磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面よりも内部に位置している。この例では、ファイバ１０１ａの端面が、磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面から２０ｕｍへこんだ位置に配置されている。

ファイバ１０１ａの端面が磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面より内部に位置することによって、光コネクタ５００ａの磁石１０３ａおよびファイバ１０１ａとによって、磁石１０３ａの開口１０４ａ内に空間が形成される。本実施の形態においては、この空間には、光学素子５０４が配設される。このように、磁石１０３ａとファイバ１０１ａとによって形成された空間に光学素子を配置することで、光制御をすることができる。光学素子５０４は、例えばレンズである。

図１０Ｂに示すように、コア径の異なるファイバ同士を光学的に接続する際には、光学素子５０４を含む光接続構造は有効である。図１０Ｂにおいて、例えば、コア径９ｕｍのコア１０２ａから、コア径２０ｕｍのコア５０２ｂに光をとおす場合、モードフィールド径を広げる必要がある。そこで、レンズ５０４をファイバ１０１ａの端面にはりつける。磁石１０３ａの開口内の内径とレンズ５０４の外径とを一致させることで、レンズ５０４は、コア１０２ａに対して自動的にアライメントされる。必要があれば、レンズ５０４をファイバ１０１ａの端面に接着剤等で固定してもよい。

図１０Ｃに示すように、レンズ５０４によって、コア１０２ａから出射した光５０５は、レンズ５０４によりビーム径を広げられ、コア５０２ｂに適した径にできる。
なお、図１０Ｃにおいては、磁石１０３ａ、１０３ｂは省略されている。

以上のように、本実施の形態によれば、ファイバ同士に加えて光学素子５０４も小さい体積の中でパッシブにアライメントできるという効果がある。

［第６の実施の形態］
次に、図１１Ａ～図１１Ｃを参照して、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造について説明する。
本実施の形態に係る光接続構造６００では、上述した第５の実施の形態に係る光接続構造５００と同様に、磁石１０３ａ、１０３ｂおよびファイバ１０１ａ、１０１ｂによって形成される空間の中に光学素子６０４が配置されている。

例えば、この例では、磁石１０３ａの端面からファイバ１０１ａの端面が７５ｕｍだけ内部に位置している。もう一つの磁石１０３ｂについても、その端面からファイバ１０１ｂの端面が７５ｕｍだけ内部に位置している。その結果、第１の光コネクタ６００ａの磁石１０３ａと第２の光コネクタ６００ｂの磁石１０３ｂとが磁力により機械的に接続したときに、磁石１０３ａ、１０３ｂとファイバ１０１ａ、１０１ｂとによって空間が形成される。本実施の形態においては、この空間に光学素子６０４が配置されている。

図１１Ｂに光学素子６０４の構成を示す。光学素子６０４は、ガーネットを含むファラデー回転子６０４ｃと、その両端に設けられたレンズ６０４ａ、６０４ｂを含んでいる。ファラデー回転子６０４ｃの屈折率を考慮して、適切にレンズ６０４ａ、６０４ｂの形状と屈折率を設計することで、コア１０２ａから出射した光は、レンズ６０４ａにより、図１１Ｃの断面図に示すようなビーム形状を有するコリメート光６０５にすることができる。このコリメート光６０５は、ファラデー回転子６０４ｃを通過した後、もう一つのレンズ６０４ｂにより集光されてコア１０２ｂに入射する。

ここで、磁石１０３ａ、１０３ｂによって形成される磁場は、光の進行方向と平行なファラデー配置であるので、磁気光学効果（ファラデー効果）によりファラデー回転子６０４ｃの中で光の偏波が回転させられる。本実施の形態に示す例では、ファラデー回転子６０４ｃの長さは１１０ｕｍとしたが、偏波回転量に応じて所望の長さにすればよい。
また、偏波フィルタを別途追加することで、アイソレータとして機能させることができる。

［第６の実施の形態の変形例］
磁石１０３ａ、１０３ｂとして、図２Ｂに示す磁石を用いれば、光の進行方向と垂直に磁場をかけるフォークト配置とすることができるので、磁気光学効果（コットンムートン効果）を起こして複屈折を起こす状態として偏波に応じた光線分離なども可能となる。

図１２Ａおよび図１２Ｂに、第６の実施の形態に係る光接続構造の変形例を示す。
図１２Ｂに示す変形例において、光学素子６０４’は、上述した光学素子６０４と同様の構成を有するが、ファラデー回転子６０４ｃに相当する光学素子は、ガーネットなどの磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃａと、磁気光学効果を有しない材料からなる部分６０４ｃｂとから構成されている。

適切にレンズ６０４ａ、６０４ｂの形状と屈折率を設計することで、図１２Ｂに示すようなビーム形状とすることができる。すなわち、コア１０２ｂから出射した光は、磁気光学効果を有しない材料からなる部分６０４ｃｂでコリメート光６０５ｂとなって、磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃａに入射する。

このとき、中空円筒形状に形成された二つの磁石１０３ａ、１０３ｂが、図２Ｂに示すように、中空円筒形の軸を含む平面で分割される領域に分けて分極している場合、磁石１０３ａ、１０３ｂによって形成される磁場は、光の進行方向と垂直な配置であるので、磁気光学効果（コットンムートン効果）によって、磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃｂで屈折率に異方性が誘起される結果、磁気光学効果を有しない材料からなる部分６０４ｃｂと磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃａとの界面での角度が光の偏波面に応じて変化する。これにより、磁場方向に対して偏波面が平行か垂直かによって光の進行方向が変わり、偏波面が互いに異なる光６０５ａ－１と光６０５ａ－２とに分かれて進行する。その結果、光６０５ａ－１はコア１０２ａに再度入射する一方、光６０５ａ－２は、コアに入射せず、拡散光となる。このようにして、偏波に応じた光線の分離が可能となる。

以上のように、本変形例では、ファイバ同士に加えて光学素子もコンパクトにパッシブアライメントできる上に、磁気光学効果を用いてファイバを通過する光の偏波状態をコントロールすることが可能となる。

［第７の実施の形態］
次に、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して、本発明の第７の実施の形態について説明する。
上述した第１～第６の実施の形態は、ファイバとファイバとを接続する場合の光接続構造に関するものであったが、本発明は、ファイバとチップなどの接続に適用することもできる。

本発明の第７の実施の形態に係る光接続構造は、図１３Ａに示すように、第１の光コネクタ１００ａと、第２の光コネクタ７００ｂとからなる。ここで第１の光コネクタ１００ａは、例えば、第１の実施の形態において用いた光コネクタ１００ａと同じく、ファイバ１０１ａの一端部に磁石１０３ａが取り付けられている。一方、第２の光コネクタ７００ｂは、光学素子７０１と、この光学素子７０１に取り付けられた磁石７０３ｂを備え、この磁石７０３ｂには、開口７０４ｂが形成され、光学素子７０１の一部を露出させている。

第１の光コネクタ１００ａの磁石１０３ａと第２の光コネクタ７００ｂの磁石７０３ｂとは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁されている。具体的な帯磁の態様は、例えば、図１Ｃおよび図２Ａ～図２Ｃに示したものを採用することができる。

第１の光コネクタ１００ａの磁石１０３ａと第２の光コネクタ７００ｂの磁石７０３ｂとが、磁力により互いに機械的に接続したときに、第１の光コネクタ１００ａの磁石１０３ａの開口１０４ａと第２の光コネクタ７００ｂの磁石７０３ｂの開口７０４ｂとを通じて第１の光コネクタ１００ａのコア１０２ａと第２の光コネクタ７００ｂの光学素子７０１とを光学的に接続することができる。

光学素子７０１は、例えば、受光素子を備えたチップ７０１である。図１３Ａに示すように、このチップ７０１の下面には受光面７０２と図示していない電気端子が形成されている。チップ７０１は、表面実装技術を用いてプリント基板などにベアチップ実装される。

ここで、図１３Ｂに示すように、第１の光コネクタ１００ａと第２の光コネクタ７００ｂとが接続された状態において、すなわち、磁石１０３ａと磁石７０３ｂとが磁力によって機械的に接続された状態において、ファイバ１０１ａのコア１０２ａから出射された光は、チップ７０１の上面から入射し内部を通って下面の受光部に到達する。磁石１０３ａと磁石７０３ａとを用いることによって、チップ７０１とファイバ１０１ａとのアライメントがパッシブに行われる。

図１３Ｂに示すように、磁石７０３ｂを受光面７０２に対して配置してチップ７０１に固定しておく。この状態で、磁石１０３ａを有するファイバ１０１ａを近接させると、磁石の引力により自動的にアライメントされる。このときファイバ１０１ａのコア１０２ａから出射される光は、ビーム形状７０５のように広がり受光面７０２に到達する。

なお、受光面７０２のサイズに合わせて、磁石７０３を薄くしたり、ファイバ１０１ａを磁石１０３ａから突き出して固定したりするようにすることで、ファイバ端面と受光面の距離を調整すれば、最適な感度が得られることはいうまでもない。

本実施の形態に係る光接続構造によれば、ファイバとチップの接続を小型かつパッシブに行えるだけでなく、小型化することでファイバ端面とチップ受光面の距離を短くできるので、レンズなどの光学素子を入れることなくダイレクトに光学的接続を行うことができる、という優れた効果がある。

［第８の実施の形態］
次に、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、本発明の第８の実施の形態に係る光接続構造を説明する。
第８の実施の形態に係る光接続構造は、第１の光コネクタ１００ａと、従来のＣＡＮパッケージの一部に磁石を用いた第２の光コネクタ８００ｂとからなる。図１４Ａに示すように、第２の光コネクタ８００ｂ側のパッケージ８０５の内側中央にはチップ８０６が固定されている。チップ８０６は例えば受光素子である。パッケージ８０５には、キャップ８０４が溶接されている。また、キャップ８０４にはレンズ８０１と磁石８０３ｂが固定されている。レンズ８０１と磁石８０３ｂとは、同一軸線上に配置されている。

図１４Ｂは、図１４Ａに示す光接続構造８００の一部を拡大した図である。磁石１０３ａと磁石８０３ｂとを同じサイズとし、例えば、第１の実施の形態で説明したように、適切に帯磁させて引力が働くようにしている。したがって、磁石１０３ａを有する光コネクタ１００ａを近づけると、磁石１０３ａと磁石８０３ｂとが互いに引き合って自動的にアライメントされる。そのとき、ファイバ１０１から出射された光８０７は、レンズ８０１によってコリメートされて、チップ８０６に到達する。

以上のように、第８の実施の形態によれば、ファイバ１０１とチップ８０６とレンズ８０１のアライメントの三体調心を簡易にかつ小さい構造で行えるという効果がある。

なお、本実施の形態においては、光学素子として、受光素子を例に示したが、発光素子やレンズミラー等を光学素子とする場合にも、本発明に係る光接続構造を適用できることはいうまでもない。さらに、ベアチップやパッケージとファイバとの光学的接続を示したが、モジュールなどの形態への接続も同様にできることはいうまでもない。

１００…光接続構造、１００ａ、１００ｂ…光コネクタ、１０１ａ、１０１ｂ…ファイバ、１０２ａ、１０２ｂ…コア、１０３ａ、１０３ｂ…磁石、１０４ａ、１０４ｂ…開口、５０４、６０４…光学素子、７０１…チップ、８０５…パッケージ。

Claims

第１の光コネクタと、第２の光コネクタとからなり、
前記第１の光コネクタおよび前記第２の光コネクタは、それぞれ光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバの一端に取り付けられた磁石とを有し、
前記磁石は、少なくとも前記コアの端面を露出させる開口を有し、
前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石の開口と前記第２の光コネクタの前記磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタの前記コアと前記第２の光コネクタの前記コアとを光学的に接続し、
さらに光学素子を備え、
前記第１の光コネクタの前記磁石および前記第２の光コネクタの前記磁石は、それぞれ、前記第１の光コネクタの前記ファイバの外周および前記第２の光コネクタの前記ファイバの外周に配置され、
前記第１の光コネクタの前記ファイバの端面および前記第２の光コネクタの前記ファイバの端面の少なくとも一方は、前記ファイバの一端に取り付けられた前記磁石の開口を有する端面より内部に位置し、
前記光学素子は、
前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とが磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石および前記ファイバと前記第２の光コネクタの前記磁石および前記ファイバとによって形成される空間の中に配設される
ことを特徴とする光接続構造。
第１の光コネクタと、第２の光コネクタとからなり、
前記第１の光コネクタは、光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバの一端に取り付けられた磁石とを有し、
前記磁石は、少なくとも前記コアの端面を露出させる開口を有し、
前記第２の光コネクタは、第１の光学素子と、前記第１の光学素子に取り付けられた磁石とを備え、
前記第２の光コネクタの前記磁石は、少なくとも前記第１の光学素子の一部を露出させる開口を有し、
前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石の開口と前記第２の光コネクタの前記磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタの前記コアと前記第２の光コネクタの前記第１の光学素子とを光学的に接続し、
さらに第２の光学素子を備え、
前記第１の光コネクタの前記磁石および前記第２の光コネクタの前記磁石は、それぞれ、前記第１の光コネクタの前記ファイバの外周および前記第２の光コネクタの前記ファイバの外周に配置され、
前記第１の光コネクタの前記ファイバの端面および前記第２の光コネクタの前記ファイバの端面の少なくとも一方は、前記ファイバの一端に取り付けられた前記磁石の開口を有する端面より内部に位置し、
前記第２の光学素子は、
前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とが磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石および前記ファイバと前記第２の光コネクタの前記磁石および前記ファイバとによって形成される空間の中に配設される
ことを特徴とする光接続構造。
請求項１または２に記載の光接続構造において、
前記磁石の、前記ファイバの長手方向に垂直な断面の外形は、前記コアの、前記ファイバの長手方向に垂直な断面の外形と相似である
ことを特徴とする光接続構造。
請求項１～３のいずれか一項に記載の光接続構造において、
前記磁石は、Ｎ極とＳ極を一つずつ有し、
前記Ｎ極とＳ極との中間となる面は、前記ファイバの長手方向に垂直である
ことを特徴とする光接続構造。
請求項１～３のいずれか一項に記載の光接続構造において、
前記磁石は、Ｎ極とＳ極とを少なくとも一つずつ有し、
前記Ｎ極とＳ極の中間となる面は、前記ファイバの長手方向に沿った軸線を取り囲む円筒形状である
ことを特徴とする光接続構造。