JP7360694B2 - 光接続装置 - Google Patents

Description

本開示は、光接続装置に関する。

情報量の急激な増大に伴い、通信分野、データ処理分野において光ファイバによる大容量化は緊急の課題であり、一本の光ファイバに対して波長多重、偏波多重、時間分割多重、多値変調等の様々な多重化が実用化されてきたが、さらなる大容量化を図るため、一つのクラッド内に複数のコアを有する空間多重化が求められており、マルチコアファイバ（以下、ＭＣＦ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）と称す。）の開発が急速に進められている。このＭＣＦの開発課題の一つとして、既存の光ファイバと接続するファンイン／ファンアウトの技術が挙げられる。

ＭＣＦと送信デバイスや受信デバイスと接続するには、通常の光ファイバを介する必要がある。また、長距離伝送に必要な導波する信号光を増幅することが必須であるが、現状の技術では直接ＭＣＦには信号光を増幅するはないため、一度通常の光ファイバに信号を導波させて、増幅後、ＭＣＦに戻す必要がある。

しかしながら、ＭＣＦのコア同士の間隔は最小およそ３５μｍであり、通常の光ファイバのクラッド径が８０μｍ～１２５μｍである。このため、コア間隔が不整合となり、通常ファイバを直接ＭＣＦに接続することはできない。

そこで、ＭＣＦのコア間隔と通常の光ファイバのコア間隔を合わせるために様々な接続技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。特許文献１では、通常の光ファイバを延伸して、ＭＣＦのコア間隔と同等となるまでクラッド径を細くする。特許文献２では、レンズを用いてＭＣＦのコア間隔を広げ、通常の光ファイバと接続する。これらが代表的な技術である。

特許文献１については、複数本の光ファイバを束ね、約１／４まで全体の外径を小さくする必要があり、歩留まりや量産性の高い技術とは言えない。さらに、通常の光ファイバを延伸してクラッド径を細くするとコア径の減少に伴い、モードフィールド径（以下、ＭＦＤ（Ｍｏｄｅ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）と称する。）が大きくなり、ＭＣＦとの接続損失が大きくなる。そこで、予めコアの屈折率を高めてＭＦＤを小さくした光ファイバを用いる手法が提案されている。しかし、この手法では、通常シングルモードファイバとの接続損失とＭＣＦの接続損失が最小となるようなＭＦＤを設定されているが、ある程度の接続損失は避けられない。

特許文献２については、ファイバ間隔を広げるため複数のレンズを用いるため、レンズ間の焦点距離を調整するにはレンズ間に空間を設ける必要がある。このため、部品自体が大きくなるとともに、振動等の影響を受けやすいという欠点を有していた。

特許５７６８０９０号公報 特許５９３５４６５号公報

そこで、本開示は、コア間隔が不整合な光部品同士のファンイン／ファンアウトを行うことの可能な、量産性に優れ、小型で実装性の高い光接続装置を供することを目的とする。

本開示の光接続装置は、
２以上の所定数のＧＲＩＮレンズを備え、所定数のＧＲＩＮレンズの周方向が同一のキャピラリで覆われているＧＲＩＮレンズキャピラリと、
所定数のＧＲＩＮレンズに対応する位置にコアが配置され、各コアがＧＲＩＮレンズに接続されているマルチコアファイバと、
を備え、
前記ＧＲＩＮレンズのレンズ長が、ｎを正数とした場合に１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、
前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸と前記マルチコアファイバの中心軸が同一直線上に配置され、
前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズと前記マルチコアファイバに備わるコアとの接続面において、当該ＧＲＩＮレンズの中心軸から前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸までの距離が、当該コアの中心軸から前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸を通る直線までの距離よりも長い。

本開示の光接続装置は、
２以上の所定数のＧＲＩＮレンズが中心軸を平行に配置されかつ前記所定数のＧＲＩＮレンズの周方向が同一のキャピラリで覆われている２つのＧＲＩＮレンズキャピラリを備える光接続装置であって、
前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズのレンズ長が、ｎを正数とした場合に１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、
前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸が同一直線上に配置され、
前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズは互いに接続され、
前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリのうちの一方のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第１のＧＲＩＮレンズと前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリのうちの他方のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第２のＧＲＩＮレンズとの接続面において、当該第１のＧＲＩＮレンズの中心軸から前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸までの距離が、当該第２のＧＲＩＮレンズの中心軸から前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸までの距離よりも短い。

本開示によれば、コア間隔が不整合な光部品同士のファンイン／ファンアウトを行うことの可能な、量産性に優れ、小型で実装性の高い光接続装置を供することができる。

第１の実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。 ＧＲＩＮレンズキャピラリの入出射位置の一例であり、（Ａ）はＭＣＦに接続される端面を示し、（Ｂ）はファイバアレイに接続される端面を示す。 ＧＲＩＮレンズにおける光路の一例を示す。 第１の実施形態に係るＧＲＩＮレンズキャピラリの第２例を示す。 第１の実施形態に係るＧＲＩＮレンズキャピラリの第３例を示す。 第１の実施形態に係る光接続装置の他の構成例を示す。 第２の実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。 第２の実施形態に係る光接続装置の断面構造の一例を示し、（Ａ）は図７におけるＡ－Ａ’断面、（Ｂ）は図７におけるＢ－Ｂ’断面、（Ｃ）は図７におけるＣ－Ｃ’断面を示す。 本開示に係るＧＲＩＮレンズキャピラリの断面形状の別例を示す。 第３の実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。 ２つのＧＲＩＮレンズキャピラリの接続面の一例であり、（Ａ）はＭＣＦ側に配置されるＧＲＩＮレンズの端面を示し、（Ｂ）はファイバアレイ側に配置されるＧＲＩＮレンズの端面を示す。 第３の実施形態に係るＧＲＩＮレンズキャピラリの第２の構成例を示す。 第４の実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。 第４の実施形態に係る光接続装置の断面構造の一例を示し、（Ａ）は図１３におけるＡ－Ａ’断面、（Ｂ）は図１３におけるＢ－Ｂ’断面を示す。 ファンアウトの原理の説明図である。 シミュレーションに用いた光接続装置の構成例である。 パラメータと計算結果の一例を示す。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。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。

（第１の実施形態）
図１に、本実施形態に係る光接続装置の構成例を示す。本実施形態に係る光接続装置は、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３を備える。ＧＲＩＮレンズキャピラリ３は、端面３０ＩにＭＣＦ１が接続され、端面３０Ｏにファイバアレイ２が接続される。ＭＣＦ１とＧＲＩＮレンズキャピラリ３の中心軸は同一直線上の中心軸Ａｆ_１０に配置されている。

ＧＲＩＮレンズキャピラリ３は、２以上の所定数のＧＲＩＮレンズを備える。本実施形態では、一例として、所定数が２であり、ＧＲＩＮレンズ３１、３２が備わる例を示す。ＧＲＩＮレンズ３１、３２の周方向は同一のキャピラリ３０で覆われている。ＭＣＦ１は、クラッド１０中にコア１１、１２が配置されている。ファイバアレイ２は、光ファイバ２１、２２を備える。

端面３０Ｉにおいて、ＧＲＩＮレンズ３１とコア１１が接続され、ＧＲＩＮレンズ３２とコア１２が接続される。端面３０Ｏにおいて、ＧＲＩＮレンズ３１と光ファイバ２１が接続され、ＧＲＩＮレンズ３２と光ファイバ２２が接続される。

図２は、ＧＲＩＮレンズキャピラリの入出射位置の一例であり、（Ａ）は端面３０Ｉを示し、（Ｂ）は端面３０Ｏを示す。コア１１が接続される位置Ｐｉ_３１は、ＧＲＩＮレンズ３１の中心軸Ａｇ_３１よりも中心軸Ａｆ_１０側に配置される。

中心軸Ａｇ_３１と中心軸Ａｆ_１０の間にＧＲＩＮレンズ３１への入射位置である位置Ｐｉ_３１が配置され、当該直線上の中心軸Ａｇ_３２と中心軸Ａｆ_１０の間にＧＲＩＮレンズ３２への入射位置である位置Ｐｉ_３２が配置されている。本開示では、位置Ｐｉ_３１と中心軸Ａｇ_３１の距離を入射高さＩｇ_３１と呼ぶ。他のＧＲＩＮレンズ３２等についても同様である。

コア１１からの光が位置Ｐｉ_３１に入射されると、ＧＲＩＮレンズ３１を伝搬した光は、端面３０Ｏの位置Ｐｏ_３１から出射される。本開示では、位置Ｐｏ_３１と中心軸Ａｇ_３１の距離を出射高さＯｇ_３１と呼ぶ。位置Ｐｏ_３１は、図２（Ｂ）に示すように、中心軸Ａｇ_３１及び中心軸Ａｆ_１０を通る直線上に配置される。ＧＲＩＮレンズ３２についてもＧＲＩＮレンズ３１と同様である。

図３に、ＧＲＩＮレンズ３１、３２における光路の一例を示す。ＧＲＩＮレンズ３１の中心軸Ａｇ_３１及びＧＲＩＮレンズ３２の中心軸Ａｇ_３２は、ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０と平行に配置される。ＧＲＩＮレンズ３１、３２のレンズ長ｚは、ｎを正数とした場合に１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチである。

ここで、ＧＲＩＮレンズの光線軌跡は示す次式で表される。

レンズ中心軸と平行、即ち入射角度が０°で、ピッチが１／２、即ち、式（２）におけるｇｚがπの場合は、式（１）から、出射位置ｒ１＝ｒ０であり、出射角は式（３）で表される。

従って、端面３０ＩからＧＲＩＮレンズ中心軸Ａｇ_３１に平行で、かつ、距離Ｉｇ_３１に入射された光は、端面３０ＯからＧＲＩＮレンズ中心軸Ａｇ_３１に平行であり、かつ、距離Ｏｇ_３１（＝Ｉｇ_３１）から出射される。

コア１１はＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０から距離Ｌｆ_１１の位置に配置されている。コア１２はＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０から距離Ｌｆ_１２の位置に配置されている。ＧＲＩＮレンズ３１の中心軸Ａｇ_３１は、ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０から距離Ｌｃ_３１の位置に配置されている。ＧＲＩＮレンズ３２の中心軸Ａｇ_３２は、ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０から距離Ｌｃ_３２の位置に配置されている。光ファイバ２１のコア２１Ｃは、中心軸Ａｆ_１０から距離Ｌｇ_２１の位置に配置されている。光ファイバ２２のコア２２Ｃは、ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０から距離Ｌｇ_２２の位置に配置されている。

距離Ｌｃ_３１は、距離Ｌｆ_１１よりも入射高さＩｇ_３１長く、距離Ｌｇ_２１よりも出射高さＯｇ_３１短い。距離Ｌｃ_３２は、距離Ｌｆ_１２よりも入射高さＩｇ_３２長く、距離Ｌｇ_２２よりも出射高さＯｇ_３２短い。すなわち、ＧＲＩＮレンズ３１及び３２の中心軸の間隔（Ｌｃ_３１＋Ｌｃ_３２）は、マルチコアファイバ１に備わるコア１１及び１２の間隔（Ｌｆ_１１＋Ｌｆ_１２）よりも、（Ｉｇ_３１＋Ｉｇ_３２）広い。また、複数のＧＲＩＮレンズ３１及び３２の中心軸の間隔（Ｌｃ_３１＋Ｌｃ_３２）は、ファイバアレイ２に備わるコア２１及び２２の間隔（Ｌｇ_２１＋Ｌｇ_２２）よりも、（Ｏｇ_３１＋Ｏｇ_３２）狭い。

本実施形態では、Ｉｇ_３１＝Ｏｇ_３１、Ｉｇ_３２＝Ｏｇ_３２である。このため、本実施形態は、ＧＲＩＮレンズ３１の中心軸Ａｇ_３１から入射位置Ｐｉ_３１までの距離Ｉｇ_３１を設定することで、ＭＣＦ１のコア間隔とファイバアレイ２のファイバ間隔を設定することができる。

入射高さＩｇ_３１及びＩｇ_３２は任意である。例えば、入射高さＩｇ_３１及びＩｇ_３２は等しくてもよいし、異なっていてもよい。入射高さＩｇ_３１及びＩｇ_３２を調整することで、距離Ｌｆ_１１と距離Ｌｇ_２１の組合せ、及び距離Ｌｆ_１２と距離Ｌｇ_２２の組合せ、を任意の値に設定することができる。

ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０、位置Ｐｉ_３１及び中心軸Ａｇ_３１は、図２に示したように、概ね同一の仮想平面Ｖｐ_３に含まれるように配置する。これにより、仮想平面Ｖｐ_３上の位置Ｐｏ_３１から出射される。この場合、本開示は、コア２１Ｃの距離Ｌｇ_２１すなわち出射ピッチを最大にすることができる。

以上説明したように、本実施形態は、ＭＣＦ１のコア１１、１２から出射した光は、ＧＲＩＮレンズ３１、３２を導波することで、ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０より外周側にシフトする。このため、本実施形態に係る光接続装置は、ＭＣＦ１を既存の光ファイバと接続するファンイン／ファンアウトを行うことができる。

ここで、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３は、ＧＲＩＮレンズの周りに石英ガラスを有するキャピラリ母材を高温で溶融しながら線引きすることにより作製され、任意のキャピラリ外径、ＧＲＩＮレンズ径、ＧＲＩＮレンズ間距離等を得ることができる。このため、本実施形態は、量産性に優れ、小型で実装性の高いＭＣＦ用の光接続装置を供することができる。

図４に、ＧＲＩＮレンズキャピラリの第２例を示す。本実施形態のＧＲＩＮレンズキャピラリ３は、直列に接続されている２つのＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｘ及び３Ｙを備える。ＭＣＦ１側に配置されているＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｘは、ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３２Ｘと、これらの周方向を覆う１つのキャピラリ３０Ｘと、を備える。ファイバアレイ２側に配置されているＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｙは、ＧＲＩＮレンズ３１Ｙ及び３２Ｙと、これらの周方向を覆う１つのキャピラリ３０Ｙと、を備える。

ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ，３２Ｘ，３１Ｙ，３２Ｙのレンズ長ｚ_Ｘ及びｚ_Ｙは、１／４ピッチ又はｎ＋１／４ピッチである。ここで、ｎは正の整数である。ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３１Ｙは、中心軸Ａｇ_３１Ｘ及びＡｇ_３１Ｙが同一直線上に配置された状態で接続されている。このため、コア１１からの光がＧＲＩＮレンズ３１Ｘに入射されると、図３と同様の光路でＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３１Ｙを透過し、ＧＲＩＮレンズ３１Ｙから出射される。ＧＲＩＮレンズ３２Ｘ及び３２Ｙも同様である。

ＧＲＩＮレンズキャピラリ３０Ｘに備わる各ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３２Ｘと、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３０Ｙに備わる各ＧＲＩＮレンズ３１Ｙ及び３２Ｙと、の屈折率分布定数、レンズ長、レンズ径及びＮＡの組合せは同じであってもよいが、異なってもよい。

例えば、ＧＲＩＮレンズ３１Ｙ及び３２Ｙに比して、高ＮＡのＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３２Ｘを用いることにより、ＭＣＦ１との結合効率を高めることができる。この場合、ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３２Ｘの屈折率分布定数は、ＧＲＩＮレンズ３１Ｙ及び３２Ｙの屈折率分布定数よりも高くなり、レンズ長ｚ_Ｙはレンズ長ｚ_Ｘよりも長くなる。

ＧＲＩＮレンズ３１Ｙ及び３２Ｙの屈折率分布定数が、ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３２Ｘの屈折率分布定数よりも高くてもよい。この場合、ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ，３１Ｙ，３２Ｘ，３２Ｙのレンズ径が同じであっても、ＧＲＩＮレンズ３１Ｙ及び３２Ｙのレンズ長ｚ_ＹをＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３２Ｘのレンズ長ｚ_Ｘよりも短くすることができる。このため、本実施形態は、図４に示すＧＲＩＮレンズキャピラリ３のレンズ長ｚを、図１に示すＧＲＩＮレンズキャピラリ３のレンズ長ｚよりも短くすることができる。

図５に示すように、ＧＲＩＮレンズ３１Ｙ及び３２Ｙのレンズ径は、ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ及び３２Ｘのレンズ径よりも大きくてもよい。この場合、ＧＲＩＮレンズ３１Ｘ，３１Ｙ，３２Ｘ，３２Ｙのレンズ長ｚ_Ｘ，ｚ_Ｙ及び屈折率分布定数が同じであっても、距離Ｉｇ_３１Ｘ、Ｉｇ_３２Ｘに比べて距離Ｏｇ_３１Ｙ、Ｏｇ_３２Ｙを長くすることができる。このため、本実施形態は、距離Ｌｆ_１１に対する距離Ｌｇ_２１の比を、図２に示す距離Ｌｆ_１１に対する距離Ｌｇ_２１の比よりも大きくすることができる。

なお、本開示に係る光接続装置は、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３にＭＣＦ１が接続されている形態、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３にファイバアレイ２が接続されている形態、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３にＭＣＦ１及びファイバアレイ２の両方が接続されている形態を含む。ここで、本実施形態の光接続装置は、ファイバアレイ２に代えて、図６に示すような、光ファイバ２１、２２を配置可能な貫通孔２１Ｈ、２２Ｈの形成されているキャピラリ２０を含む。以下の実施形態においても同様である。

（第２の実施形態）
図７に、本実施形態に係る光接続装置の一例を示す。本実施形態では、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３がＧＲＩＮレンズ３３をさらに備え、ＭＣＦ１がコア１３をさらに備え、ファイバアレイ２が光ファイバ２３をさらに備える。

ＧＲＩＮレンズ３３の中心軸、コア１３及び光ファイバ２３は中心軸Ａｆ_１０上に配置されている。端面３０Ｉにおいて、ＧＲＩＮレンズ３３とコア１３が接続される。端面３０Ｏにおいて、ＧＲＩＮレンズ３３と光ファイバ２３が接続される。

ＧＲＩＮレンズ３３のレンズ長ｚは、ｎを正数とした場合に１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチである。これにより、端面３０Ｉの中心軸Ａｆ_１０上で中心軸Ａｆ_１０と平行に入射された光は、ＧＲＩＮレンズ３３の中心軸を直進し、端面３０Ｏの中心軸Ａｆ_１０上から出射される。

図８は、本実施形態に係る光接続装置の断面構造の一例を示し、（Ａ）は図７におけるＡ－Ａ’断面、（Ｂ）は図７におけるＢ－Ｂ’断面、（Ｃ）は図７におけるＣ－Ｃ’断面を示す。ＭＣＦ１は、図８（Ａ）に示すように、中央部にコア１３が配置され、コア１３を中心対称として６個のコア１１～１２、１４～１７が等間隔のＬｆで配置されている、一般的なＭＣＦである。ＧＲＩＮレンズキャピラリ３は、図８（Ｂ）に示すように、７個のＧＲＩＮレンズ３１～３７が等間隔のＬｃで配置されている。ＧＲＩＮレンズ３１～３７の中心軸Ａｇ_３１～Ａｇ_３７の配置は、ＭＣＦ１のコア１１～１７と相似の配置である。また、ＧＲＩＮレンズ３１～３７の中心軸Ａｇ_３１～Ａｇ_３７の間隔Ｌｃは、ＭＣＦ１のコアの間隔Ｌｆより広い。

本実施形態では、ＧＲＩＮレンズ３１～３２、３４～３７の中心軸Ａｇ_３１～Ａｇ_３２、Ａｇ_３４～Ａｇ_３７は、中心軸Ａｆ_１０から等距離に配置されている。またＧＲＩＮレンズ３１～３７は、同一径であり、かつ屈折率分布定数が等しい。この場合、ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０に配置されているコア１３を除く周辺部のコア１１～１２、１４～１７から出射した光は、ＧＲＩＮレンズ３１～３２、３４～３７を導波することによってそれぞれの中心軸Ａｇ_３１～Ａｇ_３２、Ａｇ_３３～Ａｇ_３７より外側にシフトする。このため、図８（Ｃ）に示すように、光ファイバ２１～２７のコア間隔に相当する出射ピッチＬｇは、ＭＣＦ１のコア間隔に相当する入射ピッチＬｆよりも広くなる。

このように、本実施形態は、中央部のコア１３から出射された光と周辺部のコア１１～１２、１４～１７から出射された光の間隔とはＧＲＩＮレンズ３１～３７を導波することによって広がる。その結果、本実施形態は、ＭＣＦ１のコア１１～１７の配置を維持したまま、ファイバアレイ２に備わる光ファイバ２１～２７のファイバ間隔を広げることができる。

本実施形態では、ＭＣＦ１の外周に切欠き１９が、キャピラリ３０の外周に切欠き３９が、及びファイバアレイ２の外周に切欠き２９が、設けられてる。これにより、各コア１１～１７とＧＲＩＮレンズ３１～３７との位置合わせ、ＧＲＩＮレンズ３１～３７と光ファイバ２１～２７との位置合わせを容易に行うことができる。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、図２及び図８に示すように、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３の断面形状が円形である例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３の断面形状は矩形であってもよい。この場合、ＧＲＩＮレンズ３１、３２、３４～３７の中心に配置されているＧＲＩＮレンズ３３の中心軸Ａｇ_３３Ａを中心軸Ａｆ_１０として扱えばよい。

（第３の実施形態）
図１０に、本実施形態に係る光接続装置の一例を示す。本実施形態では、第１の実施形態で説明したＧＲＩＮレンズキャピラリ３に代えて、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａ及び３Ｂが直列に接続されている。ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａが第１のＧＲＩＮレンズキャピラリとして機能し、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂが第２のＧＲＩＮレンズキャピラリとして機能する。

ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａは、ＧＲＩＮレンズ３１Ａ、３２Ａを備える。ＧＲＩＮレンズ３１Ａ、３２Ａの構成は、第１の実施形態で説明したＧＲＩＮレンズ３１、３２と同様である。ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａ及び３Ｂの中心軸は同一直線上の中心軸Ａｆ_１０に配置されている。

ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂは、ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ、３２Ｂを備える。中心軸Ａｆ_１０からＧＲＩＮレンズ３１Ｂ、３２Ｂの中心軸Ａｇ_３１Ｂ及びＡｇ_３２Ｂまでの距離Ｌｃ_３１Ｂ及びＬｃ_３２Ｂは、中心軸Ａｆ_１０からＧＲＩＮレンズ３１Ａ、３２Ａの中心軸Ａｇ_３１Ａ及びＡｇ_３２Ａまでの距離Ｌｃ_３１Ａ及びＬｃ_３２Ａよりも長い。レンズ長ｚ_Ａ及びｚ_Ｂは、ｎを正数とした場合に、いずれも１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチである。

図１１は、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａと３Ｂの境界に配置されているＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａと３Ｂの端面の一例であり、（Ａ）はＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａの端面を示し、（Ｂ）はＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂの端面を示す。ＧＲＩＮレンズ３１Ａ、３２Ａは、図１１（Ａ）に示すように、中心軸Ａｇ_３１Ａ及びＡｇ_３２Ａよりも外周側の位置Ｐｏ_３１Ａ及びＰｏ_３２Ａから光を出射する。ＧＲＩＮレンズ３１Ａ、３２Ａから出射された光は、ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ、３２Ｂの中心軸Ａｇ_３１Ｂ及びＡｇ_３２Ｂよりも中心軸Ａｆ_１０側の位置Ｐｉ_３１Ｂ及びＰｉ_３２Ｂに入射される。ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ、３２Ｂは、第１の実施形態で説明したＧＲＩＮレンズキャピラリ３と同様に、ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ、３２Ｂの中心軸Ａｇ_３１Ｂ及びＡｇ_３２Ｂよりも外周側の位置から光を出射する。

このように、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａ及び３Ｂが直列に接続されていることで、ＧＲＩＮレンズを導波する毎に、中心軸Ａｆ_１０からの距離Ｌｇ_２１及びＬｇ_２２を広げることができる。その結果、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂからの出射ピッチＬｇが、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂの接続されている段数に応じて広くなる。

好ましくは、ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ、３２Ｂの直径は、ＧＲＩＮレンズ３１Ａ、３２Ａの直径よりも大きいことであるが、同等もしくは以下でも、離Ｌｇ_２１及びＬｇ_２２をさらに広げることができる。

図１２に、本実施形態の別例を示す。本実施形態のＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａは、直列に接続されている２つのＧＲＩＮレンズキャピラリ３０ＡＸ及び３０ＡＹを備えていてもよい。本実施形態のＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂは、直列に接続されている２つのＧＲＩＮレンズキャピラリ３０ＢＸ及び３０ＢＹを備えていてもよい。本実施形態においても、第１の実施形態において図４及び図５を参照して説明したように、各ＧＲＩＮレンズの屈折率分布定数、レンズ長及びレンズ径の組合せは同じであってもよいが、異なってもよい。

（第４の実施形態）
図１３に、本実施形態に係る光接続装置の一例を示す。本実施形態では、第２の実施形態で説明したＧＲＩＮレンズキャピラリ３に代えて、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａ及び３Ｂが直列に接続されている。

図１４は、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａと３Ｂの境界に配置されているＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａと３Ｂの端面の一例であり、（Ａ）はＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａの端面を示し、（Ｂ）はＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂの端面を示す。ＧＲＩＮレンズ３１Ａ～３２Ａ、３４Ａ～３７Ａは、図１４（Ａ）に示すように、中心軸Ａｇ_３１Ａ～Ａｇ_３２Ａ、Ａｇ_３４Ａ～Ａｇ_３７Ａよりも外周側の位置Ｐｏ_３１Ａ～Ｐｏ_３２Ａ、Ｐｏ_３４Ａ～Ｐｏ_３７Ａから光を出射する。ＧＲＩＮレンズ３１Ａ～３２Ａ、３４Ａ～３７Ａから出射された光は、ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ～３２Ｂ、３４Ｂ～３７Ｂの中心軸Ａｇ_３１Ｂ～Ａｇ_３２Ｂ、Ａｇ_３４Ｂ～Ａｇ_３７Ｂよりも中心軸Ａｆ_１０側の位置Ｐｉ_３１Ｂ～Ｐｉ_３２Ｂ、Ｐｉ_３４Ｂ～Ｐｉ_３７Ｂに入射される。ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ～３２Ｂ、３４Ｂ～３７Ｂは、第２の実施形態で説明したＧＲＩＮレンズキャピラリ３と同様に、ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ～３２Ｂ、３４Ｂ～３７Ｂの中心軸Ａｇ_３１Ｂ～Ａｇ_３２Ｂ、Ａｇ_３４Ｂ～Ａｇ_３７Ｂよりも外周側の位置から光を出射する。

このように、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａ及び３Ｂが直列に接続されていることで、図８に示すコア１１～１７から入射された光の出射間隔はＧＲＩＮレンズを導波する毎に広がる。その結果、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂからの出射ピッチＬｇが、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂの接続されている段数に応じて広くなる。

図１５を参照しながら、開示の光接続部品のファンアウトの原理図を示す。図１５における略号の名称は以下のとおりである。
Ｌｆ：ＭＣＦ１のコア間隔。
Ｌｇ：ＧＲＩＮレンズキャピラリ３からの出射ピッチ。すなわち、中心軸Ａｆ_１０からＧＲＩＮレンズキャピラリ３の出射位置までの距離。
Ｄｇ：ＧＲＩＮレンズの直径。
ＤＧ：ＧＲＩＮレンズキャピラリ３の直径。
Ｇｇ：ＧＲＩＮレンズ間のギャップ。
Ｉｇ：ＧＲＩＮレンズの入射高さ。すなわち、ＧＲＩＮレンズの中心軸からＧＲＩＮレンズへの入射位置までの距離。
Ｏｇ：ＧＲＩＮレンズの出射高さ。すなわち、ＧＲＩＮレンズの中心軸からＧＲＩＮレンズからの出射位置までの距離。
Ｃｇ：ＧＲＩＮレンズキャピラリ３の最外周のキャピラリ３０の厚み。すなわちＧＲＩＮレンズキャピラリ３の外周からＧＲＩＮレンズまでの距離。

図１５を参照しながら、ファンアウトの原理を説明する。
（１）ＧＲＩＮレンズのレンズ長ｚが１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチの場合、入射高さＩｇで端面３０Ｉから水平に入射した光は、反対側の端面３０Ｏの出射高さＯｇで水平に焦点を結び出射する。ここで、ＧＲＩＮレンズの特性よりＩｇ＝Ｏｇである。
（２）従って、１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチのレンズ長のＧＲＩＮレンズ３１、３２を１回導波するごとに、ＧＲＩＮレンズ３１、３２の入射高さ（レンズ中心軸からの距離）の２倍だけ、ＧＲＩＮレンズ３１、３２の入射位置よりずれて出射することになる。
（３）装置中心の中心軸Ａｆ_１０から見て、ＧＲＩＮレンズの中心軸Ａｇ_３１、Ａｇ_３２が直前のＭＣＦ１またはＧＲＩＮレンズキャピラリの出射位置より外側になるようにＧＲＩＮレンズ３１、３２、３３をシリアルに接続すると、入射高さの２倍ずつ、出射位置が中心軸Ａｆ_１０より離れる。
（４）例えば、ＭＣＦ１のコア配置に対応して、ＧＲＩＮレンズ３１、３２、３３を中心軸Ａｆ_１０に対して点対称に配置したＧＲＩＮレンズキャピラリを複数シリアルに接続すると、それぞれの光路が中心軸Ａｆ_１０から離れるように出射する。一方、装置中心の中心軸Ａｆ_１０の光路は中心軸Ａｆ_１０を直進することとなる。
（５）このようにして、Ｌｆのコア間隔を持ったＭＣＦ１の光は、シリアルにｎ段に接続された各ＧＲＩＮレンズ３１、３２の入射高さをＩｇ（ｎ）とすると次式で表される出射ピッチＬｇを有するファンアウト装置となる。
（数４）
Ｌｇ＝Ｌｆ＋Ｉｇ（１）＊２＋Ｉｇ（２）＊２＋・・・＋Ｉｇ（ｎ）＊２ （式４）
（６）Ｌｇが通常のＳＭＦファイバが実装できる間隔、たとえば、２５０μｍ以上となるようにｎ段のＧＲＩＮレンズキャピラリ３をシリアルに接続すればよい。

ここで、導光領域比率Ｒ及び拡大率ｒを以下のように定義する。
（数５）
Ｒ＝２＊Ｉｇ／Ｄｇ （式５）
ここで、定義より、Ｒ＜１である。
（数６）
ｒ＝Ｌｇ／Ｌｆ （式６）
ここで、拡大するには、ｒ＞１である。

この定義を用いて、各要素は下記のように記述できる。
（数７）
Ｌｇ＝ｒ＊Ｌｆ （式７）
（数８）
Ｉｇ＝Ｒ／２＊Ｄｇ （式８）
（数９）
Ｄｇ＝（ｒ－１）／Ｒ＊Ｌｆ （式９）
（数１０）
Ｇｇ＝Ｌｆ－（１－Ｒ／２）＊Ｄｇ （式１０）
（数１１）
ＤＧ＝３＊Ｄｇ＋２＊Ｇｇ＋２＊Ｃｇ （式１１）

ここで、式（９）は、以下の式（１２）、及び式（７）、式（８）より式（１３）が導出されることによって得られる。
（数１２）
Ｌｇ＝Ｌｆ＋２＊Ｉｇ （式１２）
（数１３）
ｒ＊Ｌｆ＝Ｌｆ＋Ｒ＊Ｄｇ （式１３）

図１５において、上記関係が成立するためには、Ｇｇ＞０であることが条件である。
式（１０）より式（１４）が、式（９）より式（１５）が得られる。
（数１４）
Ｌｆ／Ｄｇ＞（１－Ｒ／２） （式１４）
（数１５）
Ｌｆ／Ｄｇ＝Ｒ／（ｒ－１） （式１５）

よって、次式の関係が得られる。
（数１６）
Ｒ／（ｒ－１）＞（１－Ｒ／２） （式１６）
（数１７）
ｒ－１＜２Ｒ／（２－Ｒ） （式１７）

したがって、導光領域比率Ｒ及び拡大率ｒの条件は以下のようになる。
（数１８）
ｒ＜（Ｒ＋２）／（２－Ｒ） （式１８）

上記、各要素の関係式、成立条件を基に、実際に数値を入力し、図１６に示す光接続装置における光ファイバの間隔に相当する出射ピッチＬｇを計算した。図１６に示す光接続装置は、第２の実施形態に示すＧＲＩＮレンズキャピラリ３に代えて、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａ、３Ｂ、３Ｃが直列に３段接続されている。ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ａは、ＧＲＩＮレンズ３１Ａ～３７Ａを備える。ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｂは、ＧＲＩＮレンズ３１Ｂ～３７Ｂを備える。ＧＲＩＮレンズキャピラリ３Ｃは、ＧＲＩＮレンズ３１Ｃ～３７Ｃを備える。段数を増やすごとに各コアに対応した出力位置は広がるため、本開示は所望の広がりを得るために有効である。

図１７に、パラメータと計算結果の一例を示す。初期条件として、ＭＣＦ１に備わるコア間隔Ｌｆは標準の４０μｍ、拡大率ｒは成立条件の最大値、導光領域比率Ｒは０．５～０．９とした。この式条件をもとに、拡大率ｒを一定として、各ＧＲＩＮレンズの要素を計算した。なお、厚みＣｇは２０μｍに固定した。

その結果、図１７に示すように、導光領域比率Ｒ＝０．６の場合、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３を３枚組み合わせると出射ピッチＬｇは２５０μｍ以上となり、通常の光ファイバとの接続が可能となる。また、ファイバアレイ２に細径クラッドファイバ（Φ１６０μｍ）を用いる場合、導光領域比率Ｒ＝０．７以上であれば、２つのＧＲＩＮレンズキャピラリ３をシリアル接続することで、ＭＣＦ１とファイバアレイ２との接続が可能となる。

（その他の実施形態）
本実施形態として、特に図示はしないが、本開示のＭＣＦ１は、７個のコアを備える構成に限定されない。本開示は、クラッド中央部又はその周辺部に、７個以上のコアの配置されている任意のＭＣＦに適用可能である。

例えば、中心に配置された７個のコアの外側に１１個のコアを有し、各コアが相互に等距離である１９個のＭＣＦにも適用できる。この場合、ＧＲＩＮレンズキャピラリ３もＭＣＦ１のコアに対応して１９個のＧＲＩＮレンズを有し、レンズ相互間の距離が等しく、かつ、コア間隔より広い。

前述の実施形態で説明したように、ＭＣＦ１の中心軸Ａｆ_１０とコア、対応するＧＲＩＮレンズの中心軸が同一平面に含まれるように配置すれば、各コアから導波した光はＧＲＩＮレンズを導波する毎に中央部すなわち中心軸Ａｆ_１０から外側に広がり、かつ、各出射位置の間隔を同一の比率で広げることができる。このため、本開示は、接続する光ファイバの並びに対応するように、各ＧＲＩＮレンズキャピラリ３に備わるレンズ径や屈折率分布定数を調整することで、ファンアウト機能を有する光接続部品が可能となる。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１：マルチコアファイバ（ＭＣＦ）
２：ファイバアレイ
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ：ＧＲＩＮレンズキャピラリ
１０：クラッド
２０、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：キャピラリ
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ、３５Ａ、３６Ａ、３７Ａ、３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂ、３４Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂ、３７Ｂ：ＧＲＩＮレンズ
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７：コア
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７：光ファイバ
２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ：光ファイバのコア

Claims (8)

1. 複数のＧＲＩＮレンズの周方向が同一のキャピラリで覆われているＧＲＩＮレンズキャピラリと、
   前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズに接続されているコアを有するマルチコアファイバと、
   を備え、
   前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズのレンズ長が、ｎを自然数とした場合に１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、
   前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸と前記マルチコアファイバの中心軸が同一直線上に配置され、
   前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズと前記マルチコアファイバに備わるコアとの接続において、前記ＧＲＩＮレンズの中心軸から前記同一直線までの距離が、前記コアの中心軸から前記同一直線までの距離よりも長い、
   光接続装置。
2. 前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの端面のうちの前記マルチコアファイバと接続されていない側の端面に接続されているファイバアレイをさらに備え、
   前記ファイバアレイは、前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズに接続される光ファイバを備え、
   前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズと前記ファイバアレイに備わる光ファイバとの接続において、前記ＧＲＩＮレンズの中心軸から前記同一直線までの距離が、前記光ファイバのコアから前記同一直線までの距離よりも短い、
   請求項１に記載の光接続装置。
3. 前記ＧＲＩＮレンズキャピラリの端面のうちの前記マルチコアファイバと接続されていない側の端面に接続されているキャピラリをさらに備え、
   前記キャピラリは、前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズに接続される光ファイバを配置可能な貫通孔を備え、
   前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズと前記キャピラリの貫通孔に配置される光ファイバとの接続において、前記ＧＲＩＮレンズの中心軸から前記同一直線までの距離が、前記貫通孔の中心軸から前記同一直線までの距離よりも短い、
   請求項１に記載の光接続装置。
4. 複数のＧＲＩＮレンズの周方向が同一のキャピラリで覆われている２つのＧＲＩＮレンズキャピラリを備える光接続装置であって、
   前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズのレンズ長が、ｎを自然数とした場合に１／２ピッチ又はｎ＋１／２ピッチであり、
   前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリの中心軸が同一直線上に配置され、
   前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズは互いに接続され、
   前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリのうちの第１のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第１のＧＲＩＮレンズと前記２つのＧＲＩＮレンズキャピラリのうちの第２のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第２のＧＲＩＮレンズとの接続において、前記第１のＧＲＩＮレンズの中心軸から前記同一直線までの距離が、前記第２のＧＲＩＮレンズの中心軸から前記同一直線までの距離よりも短い、
   光接続装置。
5. 前記第２のＧＲＩＮレンズの外径が、前記第１のＧＲＩＮレンズの外径よりも大きい、
   請求項４に記載の光接続装置。
6. 前記第２のＧＲＩＮレンズキャピラリの端面のうちの前記第１のＧＲＩＮレンズキャピラリと接続されていない側の端面に接続されているファイバアレイをさらに備え、
   前記ファイバアレイは、前記第２のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第２のＧＲＩＮレンズに接続される光ファイバを備え、
   前記第２のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第２のＧＲＩＮレンズと前記ファイバアレイに備わる光ファイバとの接続において、前記第２のＧＲＩＮレンズの中心軸から前記同一直線までの距離が、前記光ファイバのコアから前記同一直線までの距離よりも短い、
   請求項４に記載の光接続装置。
7. 前記第２のＧＲＩＮレンズキャピラリの端面のうちの前記第１のＧＲＩＮレンズキャピラリと接続されていない側の端面に接続されているキャピラリをさらに備え、
   前記キャピラリは、前記第２のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第２のＧＲＩＮレンズに接続される光ファイバを配置可能な貫通孔を備え、
   前記第２のＧＲＩＮレンズキャピラリに備わる第２のＧＲＩＮレンズと前記キャピラリの貫通孔に配置される光ファイバとの接続において、前記第２のＧＲＩＮレンズの中心軸から前記同一直線までの距離が、前記貫通孔の中心軸から前記同一直線までの距離よりも短い、
   請求項４に記載の光接続装置。
8. 前記ＧＲＩＮレンズキャピラリに備わるＧＲＩＮレンズの少なくともいずれかは、中心軸が同一直線上に配置されている、屈折率分布定数、レンズ長及び外径の少なくともいずれかが異なる２以上のＧＲＩＮレンズを備える、
   請求項１から７のいずれかに記載の光接続装置。

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