JPH03291608A - レセプタクル形光半導体結合器の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信装置等に使用する光半導体である受光９
発光素子と、光ファイバとの結合器に関するものであり
、光ファイバを接続した光コネクタを着脱できるレセプ
タクル形の光半導体結合器に関する。

〔従来の技術〕

光通信装置には、発光、受光素子と光ファイバとの結合
が重要なデバイスのひとつとなっている。

このような光半導体の結合における光結合器は、光ファ
イバを具備したピッグテール形と、光ファイバを接続し
た光コネクタを着脱できるレセプタクル形とに大別され
る。

ところで、近年は長距離、大容量、高速通信化が発達し
、その需要に伴って安価に成りっつぁるシングルモード
ファイバが主流になってきている。

このシングルモードファイバの結合器としては、該シン
グルモードファイバにおけるコアの径が非常に細いこと
から、従来は着脱動作を伴うレセプタクル形よりピッグ
テール形を適用してきた。

しかし、最近はシステムの小型化や低コスト化の要求に
対し、また、簡単に伝送路変更が可能であるシングルモ
ードファイバと結合できるレセプタタル形の結合器の要
求も多くなってきている。

第５図は従来のレセプタクル形光半導体結合器の構造を
示す要部断面図である。図において１は発光素子であり
、ここでは端面放射形の半導体レーザ、あるいは発光ダ
イオードを例に示している。

２は前記発光素子１を搭載し、かつこの発光素子１を動
作させるために電流を供給する端子を有するパッケージ
、３はこの発光素子ｌの周囲を覆って気密状態に保護し
ているキャップであり、光伝播方向正面に発光素子１か
ら発光された光を透過する光透過窓３ａを有している。

４は前記発光素子１から発射された光を集光するレンズ
（ここでは、屈折率分布形レンズを例にしているが、球
面レンズ等の凸レンズを用いる場合もある。）、５はこ
のレンズ４を前記発光素子１に対して所定の位置に支持
している略円筒形のレンズホルダであり、はぼ中央部に
形成されたレンズ固定穴内に前記レンズ４を接着剤や半
田等により固定している ６は後述する結合相手である光コネクタと着脱可能に接
続する略円筒形の光コネクタ接続部であり、前記レンズ
ホルダ５の一端面にＹＡＧ溶接等により固定される。そ
してこの光コネクタ接続部６は、１μｍ以下に精密穴加
工されたスリーブ部６ａと、後述する光コネクタとの接
続位置を規制するストッパ部６ｂを内周面に有し、かつ
外周面にネジ部６ｃを有した構造となっている。

７はこの光コネクタ接続部６と接続する光コネクタで、
光ファイバ８の先端の周囲を覆って保護しているフェル
ール９をハウジング１０の中心に貫通保持している。フ
ェルール９は前記光コネクタ接続部６のスリーブ部りａ
内に精密嵌合するようにその外形は精密加工されている
。さらに前記ハウジング１０には前記光コネクタ接続部
６のネジ部６Ｃと螺合するネジ部１０ａが設けられてい
る。

上記構造の光結合器は以下に示すようにして製造される
。まず、発光素子１をパッケージ２に搭載し、この発光
素子１の周囲をキャップ３により覆って、気密封止する
。

そしてこのキャップ３を覆うようにして略円筒形のレン
ズホルダ５をパッケージ２に溶接等により取りつける。

なお、このレンズホルダ５のほぼ中央に配置されている
レンズ固定穴内にはレンズ４が固定されている。この時
、前記パッケージ２に搭載され、キャップ３により気密
封止されている発光素子１から光が出射されると、出射
光は広がってキャップ３の光透過窓３ａを透過し、レン
ズホルダ５に固定されている前記レンズ４によって集光
され、図中Ａ点に絞られる。

一方、光コネクタ７を光コネクタ接続部６に接続する。

つまり、光コネクタ７のハウジングｌＯの中央に支持さ
れているフェルール９を、光コネクク接続部６のスリー
ブ部りａ内に入り込ませ、前記フェルール９の先端面が
スリーブ部６ａの突き当たりのストッパ面６ｂに突き当
たるまで挿入する。この状態で光コネクタ接続部６の外
周面に設けられたネジ部６Ｃと、光コネクタ７のハウジ
ング１０の内周面に設けられたネジ部１０ａとを螺合さ
せて締結する。この時、前記レンズ４の焦点であるＡ点
に、光コネクタ７のフェルール９に保持された光ファイ
バ８の中心が一致するように光学的位置合わせを行う。

この後、図中Ｂ点においてＹＡＧ溶接等により、光コネ
クタ接続部６とレンズホルダ５とを固定する。これによ
りレセプタクル形の光結合器が槽底されて製造される。

なお、上述した構造において光コネクタ７は、光コネク
タ接続部６のネジ部６ｃとの螺合を締結及び解除するこ
とにより、光コネクタ接続部６に対して着脱可能となっ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述した従来のレセプタクル形の光半導体
結合器の構造においては、次に述べるような問題点があ
る。

つまり、発光素子から出射されレンズにより集光されて
光コネクタの光ファイバへと送られた際の光ファイバの
戻り光が、発光素子に戻って注入してしまうという問題
があった。

発光素子は光ファイバ先端等からの戻り光が注入される
と、レーザ発振が乱れて光伝送装置のＳ／Ｎ劣化を引き
起こしてしまう場合がある。ピッグテール形においては
、この戻り光を発光素子に注入しないようにするために
、光ファイバの先端に斜めに傾斜して研磨した物を組み
込んだり、あるいは光ファイバの先端に反射防止膜を施
したり、あるいは反射防止膜を施したガラスを貼り付け
る等の対策をとっていた。

しかし、レセプタクル形の光結合器は光伝送用に用いら
れているものと同様のものが要求されるのが一般的であ
る。従って、ピッグテール形のような対策はできないこ
とになり、伝送速度の高い領域、たとえば６００　Ｍ　
ｂ　／　ｓ以上には使用できなかった。

また、第６図は従来の問題点を説明するための光結合の
概念を示す図であり、この図に示すように発光素子１と
レンズ４と光ファイバ８とは光軸が一致するように配置
されており、この状態において発光素子１から出射され
る光はレンズ４により光ファイバ８の光軸にと絞られる
。ところが、図中の矢印方向に示すように、発光素手工
からの出射光がＡ点において光軸に対して垂直方向にず
れると光ファイバ８への伝送量は少なくなる。

第７図は発光素子からの出射光の焦点と光ファイバの軸
ずれにより結合損失量を示す図である。

この図に見られるように、光軸に対して垂直方向に軸ず
れした場合の感度は放物線を描き、精度良く結合されれ
ば（たとえば図中Ｘ点に結合された時）、１ｄＢの結合
劣化に対して光コネクタ７に設けたフェルール９に支持
されている光ファイバ８の着脱変動は２μｍである。そ
のため光コネクタ接続部６にもうけたスリーブ部６ａと
フェルール９とのクリアランスは２μｍ以内で、その時
のスリーブ部６ａの穴加工は１から２μｍ以内、フェル
ール９の外形加工は０．５μｍ以内に加工できるので、
光コネクタ７の着脱に問題はない。

しかし、組立時において少しでも軸ずれが生じると、た
とえばＹ点で結合すると１ｄＢの結合劣化はＹ点から２
点への変動になるため、光ファイバ８の許容変動は０．
５μ以下となり、スリーブ部６ａとフェルール９の加工
は、製造上限界を越えてしまうことになる。

そのため、組立時の製造変動が大きくなってしまった場
合は不良品としなければならず、歩止まりが低下し、精
度をより求めると部材コストが高くなってしまうという
問題があった。

本発明は前記問題点を解決するためになされたものであ
り、光ファイバの先端面からの戻り光を防止して戻り光
の発光素子への注入を防止し、戻り光の注入による発光
素子のレーザ発振の乱れから発生する光伝送装置のＳ／
Ｎ比の劣化を防止すると共に、光コネクタの着脱に対し
てレセプタクル形の光半導体結合器を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上述した目的を達成するため本発明は、電流を供給する
ための端子を有するパッケージに発光素子あるいは受光
素子を搭載し、光透過窓を有するキャップにより覆って
気密封止して、さらにこのキャップを取り囲んでホルダ
を設け、このホルダの先端面側に、接続相手の光コネク
タのフェルールを整合保持するためのスリーブ部を有す
る光コネクタ接続部を固定して構成され、かつ前記光コ
ネクタを光コネクタ接続部から着脱自在としたレセプタ
クル形光半導体結合器の構造において、光ファイバ素線
を中心に固定したフェルールの一端面を斜めに研磨して
傾斜端面とすると共に、他端面を球状に研磨して凸球状
端面として形成し、このフェルールの傾斜端面の光ファ
イバの光軸が集光部となるように、該傾斜端面倒を前記
集光部側に、また凸球状端面側を前記光コネクタ側とな
るように、前記光コネクタ接続部のスリーブ部内に固定
したものである。

− １０ 〔作　　用〕 上述した構成により、光コネクタのフェルールを、光コ
ネクタ接続部のスリーブ部内に入り込むようにして光コ
ネクタ接続部に挿入していくと、スリーブ部内には、一
端を傾斜端面とし他端を凸球状端面とした結合器側のフ
ェルールが所定の位置に固定されているため、このフェ
ルールの凸球状端面に、光コネクタ側のフェルールの先
端面とが突き当たる。

こうして該光コネクタ側のフェルールの先端面が、スリ
ーブ部に固定されている結合器側のフェルールに突き当
たるまで挿入されると、両者は互いの光軸が一致するよ
うに整合され、屈折率が一致した光学接触状態となる。

これにより光は、光コネクタ接続部のスリーブ部に固定
されているフェルールの傾斜端面の光ファイバ素線の光
軸に集光され、この光ファイバ素線を伝送し、他端側の
凸球状端面で光学接触状態となっている光コネクタの光
ファイバへと伝送される。

〔実　施　例〕

以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す光半導体結合器の構造
を示す要部断面図である。

図において１は発光素子、２はパッケージ、３はキャッ
プ、４はレンズ、５はレンズホルダ、８は光ファイバ、
１０はハウジング、１０ａはネジ−であり、これらは従
来において述べたものとほぼ同様のものであり同様に構
成されているので、従来と同一符号を付しその説明は省
略する。

１１は略円筒状の光コネクタ接続部で、中央に後述する
フェルールを挿入して保持するためのスリーブ部１１ａ
が精密穴加工により形成されていると共に、一端側外周
面にはネジ部１１ａを有している。

１２はセラミック等により精密外形加工されたフェルー
ルであり、その中心に光ファイバ素線１３を接着固定し
ており、一端面側を約４度から８度の角度で傾斜させて
研磨した傾斜端面１２ａとし、また他端面倒をＲ２０ｍ
ｍからＲ６０ｍｍで球１ ２ 面状に加工した凸球状端面１２ｂとしている。

そしてこのフェルール１２はその一端の傾斜端面１２ａ
側を発光素子１並びにレンズ４に対向させ、かつ他端側
の凸球状端面１２ｂ側を接続相手の光コネクタの挿入側
となるようにして光コネクタ接続部１１のスリーブ部り
１ａ内に、発光素子１側から約半分の位置までに圧入等
により固定する。

この時、フェルール１２はその傾斜端面１２ａの光ファ
イバ素線１３の光軸に、発光素子１からの出射光がレン
ズ４により焦点を結ぶＡ点に位置するように配置される
ように、レンズ４を支持しているレンズホルダ５の端面
である図中Ｂ点にてＹＡＧ溶接等で固定される。これに
よりレセプタクル形の光半導体結合器が構成される。

また、１４はこの光半導体結合器に接続する光コネクタ
で、前記光コネクタ接続部１１のネジ部１１ａと対応す
るネジ部１１ａを内周面に有するハウジング１０の中心
にフェルール１５を介して光ファイバ８を支持している
。そして、この光ファイバ８を中心に支持しているフェ
ルール１５の先端面を、前記光結合器のフェルール１２
と同様、Ｒ２０ｍｍからＲ’６０＋ｎｍで球面状に加工
した凸球状端面１５ｂとしている。

上述した構造により、光コネクタ１３を光結合器に接続
する場合は、まず光コネクタ１３を、該光コネクタ１３
のハウジング１０の中央に支持しているフェルール１５
が光コネクタ接続部１１のスリーブ部り１ａ内に入り込
むようにして、光コネクタ接続部工１に挿入していく。

こうして、スリーブ部り１ａ内に挿入した光コネクタ１
３側のフェルール１５の先端面、つまり凸球状端面１５
ａが、光結合器の光コネクタ接続部１１内に固定されて
いるフェルール１２の先端面と突き当たるまで挿入する
。

これにより、光ファイバ素線１３を固定しているフェル
ール１２と、光ファイバ８を固定しているフェルール１
５とは、光コネクタ接続部１１のスリーブ部り１ａ内に
おいてそれぞれの凸球状端面１２ｂと１５ａとが当接さ
れて互いの光軸が図３ ４ ＣＡ□ 中Ｃ点において一致する。

その結果、光ファイバ素線１３と光ファイバ８とは、そ
れぞれその端面同士により屈折率が一致した光学接触状
態となる。

これにより、前記パッケージ２に搭載され、キャップ３
により気密封止されている発光素子１から光が出射され
ると、出射光は広がってキャップ３の光透過窓３ａを透
過し、レンズホルダ５に固定されている前記レンズ４に
よって集光され、光コネクタ接続部１１に固定されてい
るフェルール１２の傾斜端面１２ａの光ファイバ素線１
３の光軸、つまり図中Ａ点に絞られる。

こうしてＡ点に絞られた出射光は光ファイバ素線１３を
伝送し、他端側の凸球状端面１２ｂから、光軸が一致し
た光学接触状態となっている光コネクタ１４の光ファイ
バ８へと伝送される。

この時、光ファイバ８の端面ばフェルール１５の凸球状
端面１２ｂに沿って凸球状となっていることから、発光
素子１からの出射光が光軸からずれても、その凸球状の
形状により他方向に反射され、発光素子１に戻ることは
ない。従って、発光素子１に対する光コネクタ１４の光
ファイバ８からの戻り光は防止される。

なお、上述した実施例においては発光素子１を搭載し、
円柱形のレンズ４を備えた光結合器を例に説明したが、
光結合器はこれに限るものではなく以下に示すような構
造にも適用可能である。

第３図は他の実施例を示す光結合器の要部断面図である
。この実施例おいては、発光素子１からの出射光を集光
するレンズを球状の球レンズ１６としでおり、これによ
り光結合器の全体の長さが、円柱状のレンズ４を用いた
媒体１と比較して短い形状とすることができる。

また光コネクタ接続部１１により支持しているフェルー
ル１２との整合を保持するため、スリーブ部り１ａ内に
、弾性材から成る弾性スリーブ１７を配している。そし
て、この弾性スリーブ１７内において、図示しない光コ
ネクタ１４のフェルール１２と互いの端面同士を当接さ
せることにより、より精密な整合が行われるようになっ
て５ ６ いる。

第４図は発光素子の代わりに受光素子を備えた光結合器
を示した要部断面図である。この図に示すように光結合
器においては必ずしもレンズ４を必要とすることはなく
、受光素子１８は一般に受光面が数十から数百μｍと広
いために、レンズ４を配置することなく光ファイバ素線
１３と直接結合することができる例である。

もちろん、高速用に使用される受光径の狭い場合は、第
１図や第５図において示したようなレンズ４を使用する
場合もある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、光ファイバ素線を
中心に固定したフェルールの一端面を斜めに研磨して傾
斜端面とすると共に、他端面を球状に研磨して凸球状端
面として形成し、このフェルールの傾斜端面の光ファイ
バの光軸が集光部となるように、該傾斜端面倒を前記集
光部側に、また凸球状端面側を前記光コネクタ側となる
ように、光結合器の光コネクタ接続部のスリーブ部内に
固定した。これによりスリーブ部において互いのフェル
ールの凸球状端面同士が突き当たって整合し、光学的接
触状態となり結合される。

このため、発光素子からの光は傾斜端面では反射しても
、その戻り光が発光素子に注入してしまうようなことは
ない。

また、凸球状端面は、光コネクタの凸球状端面と光学接
触するために、やはり戻り光の発生は防止される。従っ
て発光素子によるレーザ発振に乱れを生じることはな（
、安定したレセプタクル形光半導体結合器の構造を提供
することができる。

その結果、特に６００　Ｍ　ｂ　／　ｓの高速で用いて
も問題ない伝送が可能な光結合器を提供することができ
る。

さらに、光結合器からの光コネクタの着脱も光ファイバ
同士の接続となるので、一般の光コネクタの着脱構造と
同様に設計することにより光コネクタの接続と変わらな
い安定した着脱が可能な得られることから、従来のよう
に製造変動により不良品が多くなって歩止まりの低下を
招いてしまう７ ８ こともな（なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造を示す要部断面図、第
２図はフェルールの光学的接触状態を示す要部断面図、
第３図は他の実施例を示す要部断面図、第４図も他の実
施例を示す要部断面図、第５図は従来の構造を示す要部
断面図、第６図は光結合の概念を示す説明図、第７図は
光ファイバの軸ずれにより結合損失量を示す図である。 １・・・発光素子　　　　２・・・パッケージ３・・・
キャップ　　　　４・・・レンズ５・・・レンズホルダ
　　８・・・光ファイバ１０・・・ハウジング　　１１
・・・光コネクタ接続部１１ａ・・・スリーブ部　１２
・・・フェルール１２ａ・・・傾斜端面　１２ｂ・・・
凸球状端面１３・・・光ファイバ素線 １４・・・光コネクタ　　１５・・・フェルール１５ａ
・・・凸球状端面 １９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電流を供給するための端子を有するパッケージに発
   光素子あるいは受光素子を搭載し、光透過窓を有するキ
   ャップにより覆って気密封止して、さらにこのキャップ
   を取り囲んでホルダを設け、このホルダの先端面側に、
   接続相手の光コネクタのフェルールを整合保持するため
   のスリーブ部を有する光コネクタ接続部を固定して構成
   され、かつ前記光コネクタを光コネクタ接続部から着脱
   自在としたレセプタクル形光半導体結合器の構造におい
   て、 光ファイバ素線を中心に固定したフェルールの一端面を
   斜めに研磨して傾斜端面とすると共に、他端面を球状に
   研磨して凸球状端面として形成し、このフェルールの傾
   斜端面の光ファイバの光軸が集光部となるように、該傾
   斜端面側を前記集光部側に、また凸球状端面側を前記光
   コネクタ側となるように、前記光コネクタ接続部のスリ
   ーブ部内に固定したことを特徴とするレセプタクル形光
   半導体結合器の構造。