JPWO2017026072A1 - 光接続部品 - Google Patents

Abstract

本実施形態は、屈曲光ファイバおよびファイバ固定部品により構成される光接続部品全体の実効的な低背化を実現する。ファイバ固定部品は、屈曲部の両端に位置する非屈曲区間のうち一方を設置平面上に配置した状態で保持するため、該設置平面をむよう配置された状態で前記保持部を構成する第１部分と第２部分を備える。第１部分と第２部分とは、それらの全長が異なっており、この全長の差により形成される段差部分に屈曲部が配置されることにより、当該光接続部品全体として実効的な低背化が実現される。

Description

本発明は、石英系ガラスからなる光ファイバの一部を屈曲することにより得られる屈曲光ファイバを含む光接続部品の製造方法に関するものである。

光モジュールの小型化に伴い、該光モジュール近傍で使用される光ファイバの低背化（光モジュール等に一端が垂直接続された光ファイバの、該基板からの高さを低く抑えること）が要求されている。光ファイバの低背化のためには、光ファイバに屈曲部を形成することが必要である。

特許文献１には、光部品本体と光ファイバとからなり光部品本体の中心線に対して或る角度（好ましくは１０°以上）をなすように光ファイバが斜めに取り付けられてなる光ファイバ部品が開示されている。この特許文献１には、光部品本体の中心線に対して光ファイバが斜めに取り付けられることに伴い光ファイバに急峻な曲がりが発生する場合があること、この急峻な曲がり部分で光ファイバに大きな歪が発生することにより当該光ファイバの機械的信頼性が劣化するという問題があること、光ファイバの機械的信頼性を確保するために、急峻な曲り部分を加熱することにより歪を取り除くこと、が記載されている。また、この特許文献１には、歪開放のための加熱手段として放電、炭酸ガスレーザ、ガスバーナ等が利用可能である旨、記載されている。

特許文献２には、光ファイバと非接触加熱手段とを相対的に移動させながら該非接触加熱手段により光ファイバの一定の範囲を連続的に加熱することで、光ファイバを屈曲させる装置が開示されている。また、この特許文献２には、非接触加熱手段としてアーク放電が好適に用いられる旨、記載されている。

特開２００４−３２５６２２号公報 特許第５２２６７９７号公報

発明者らは、上述のような従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、一方の端部に屈曲部が形成された屈曲光ファイバには、該端部のうち屈曲部よりも先端側にファイバ固定部品が取り付けられており、これら屈曲光ファイバとファイバ固定部品により光接続部品が構成される。したがって、屈曲光ファイバの端部に取り付けられたファイバ固定部品を光モジュール等に固定することにより、該屈曲光ファイバと光モジュール等の接続が実現される。

光モジュールの高密度実装に伴う光ファイバの低背化は、本来、光ファイバの端部に屈曲部を形成しただけでは不十分であり、光接続部品を構成するファイバ固定部品と屈曲光ファイバとの構造的および位置的な関係に基づいて実現されるものである。しかしながら、上記特許文献１および特許文献２には、得られた屈曲光ファイバと該屈曲光ファイバに取り付けられるべきファイバ固定部品との構造的および位置的な関係は全く開示されていない。

さらに、屈曲光ファイバは、その端部に形成された屈曲部において機械的強度が著しく低下した構造を有する。換言すれば、曲げ応力が残留しない状態で所定の曲率を有する屈曲部を形成するためには、樹脂被覆が除去された光ファイバのガラス部分の露出区間を加熱するため、屈曲部の表面は脆弱な状態になる。この点についても、上記特許文献１および特許文献２には、その端部にファイバ固定部品が取り付けられた屈曲光ファイバの機械的強度を十分に確保するための具体的な構成についても全く開示されていない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、屈曲光ファイバとファイバ固定部品との構造的および位置的な関係が適切に設定することにより実効的な低背化を実現するための構造を備えた光接続部品、さらには、その端部にファイバ固定部品が取り付けられた屈曲光ファイバの機械的強度を向上させるための構造を備えた光接続部品を提供することを目的としている。

上述の課題を解決するため、本実施形態に係る光接続部品は、屈曲光ファイバと、該屈曲光ファイバの一方の端部に取り付けられた、該屈曲光ファイバの一方の端部側の光入出力面を光集積回路チップ等を含む光モジュールに固定するためのファイバ固定部品と、を備える。屈曲光ファイバは、所定軸に沿って伸びたガラス部分と該ガラス部分の外周面上に設けられた樹脂被覆とにより構成されるとともに、その一方の端部側に位置する樹脂被覆の一部が除去されたガラス部分の露出区間に、実質的に曲げ応力が残留していない状態で所定の曲率に曲げられた屈曲部が形成されている。ファイバ固定部品は、屈曲部を露出させる一方で、露出区間のうちガラス部分の端面から所定距離離れた位置までの第１非屈曲区間が所定の設置平面上に配置された状態で第１非屈曲区間を収納するための保持部を有する。特に、ファイバ固定部品は、設置平面を挟むよう配置された状態で保持部を構成する第１部分と第２部分を備え、保持部の長手方向に沿った第1部分の長さは、保持部の長手方向に沿った第２部分の長さよりも長い。また、第１非屈曲区間が保持部に収納された状態で、屈曲部に対して第１非屈曲区間の反対側に位置する第２非屈曲区間が設置平面に対して第２部分が位置する空間内に配置されるよう、ファイバ固定部品がガラス部分の露出区間に固定されている。

本実施形態によれば、屈曲光ファイバおよびファイバ固定部品により構成される光接続部品全体の実効的な低背化が実現可能になる。すなわち、ファイバ固定部品を構成する第１部分と第２部分の間に全長差を設けることにより、この全長差により形成される段差部分に屈曲部が配置されることにより、当該光接続部品全体として実効的な低背化が実現される。

は、本実施形態に係る光接続部品の使用状態を説明するための図である。 は、本実施形態に係る光接続部品に適用される屈曲光ファイバの屈曲部およびその近傍の構造と曲率分布の例を説明するための図である。 は、本実施形態に係る光接続部品の主要な構成要素の配置関係を、直交座標系（ＸＹＺ座標系）を用いて説明するための図である。 は、本実施形態に係る光接続部品の第１構成例および応用例を説明するための図である。 は、本実施形態に係る光接続部品に適用可能なシングルモード光ファイバの一例を説明するための図である。 は、本実施形態に係る光接続部品の第２構成例を説明するための図である。 は、本実施形態に係る光接続部品の第３構成例を説明するための図である。 は、本実施形態に係る光接続部品の第３構成例の、図７に示されたＸ１−Ｘ１線およびＸ２−Ｘ２線それぞれに沿った断面構造を示す図である。 は、本実施形態に係る光接続部品の第３構成例について、所定張力が印加されたときの最小曲率半径_Ｒｍｉｎ[ｍｍ]と屈曲光ファイバの変位[ｍｍ]との関係を示すグラフである。

［本願発明の実施形態の詳細］

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の対応それぞれを個別に列挙して説明する。

（１） 本実施形態の一態様として、当該光接続部品は、屈曲光ファイバとファイバ接続部品を備える。屈曲光ファイバは、所定軸に沿って伸びたガラス部分と該ガラス部分の外周面上に設けられた樹脂被覆とにより構成される。また、屈曲光ファイバは、その一方の端部側に位置する樹脂被覆の一部が除去されたガラス部分の露出区間に、実質的に曲げ応力が残留していない状態で所定の曲率に曲げられた屈曲部が形成されている。ファイバ固定部品は、屈曲部を露出させる一方で、露出区間のうちガラス部分の端面から所定距離離れた位置までの第１非屈曲区間が所定の設置平面上に配置された状態で第１非屈曲区間を収納するための保持部を有する。さらに、ファイバ固定部品は、設置平面を挟むよう配置された状態で保持部を構成する第１部分と第２部分を備え、保持部の長手方向に沿った第1部分の長さは、保持部の長手方向に沿った前記第２部分の長さよりも長く設定されている。この構成において、第１非屈曲区間が保持部に収納された状態で、屈曲部に対して第１非屈曲区間の反対側に位置する第２非屈曲区間が設置平面に対して第２部分が位置する空間内に配置されるよう、ファイバ固定部品がガラス部分の前記露出区間に固定されている。また、本実施形態の一態様として、第1部分の、第１非屈曲区間を保持するための保持面の一部は、第２非屈曲区間が配置された空間に直接対面するよう、第１部分および前記第２部分が配置されている。この構成により、ファイバ固定部品には、屈曲部が配置される段差部を有する。

（２） 本実施形態の一態様として、第１部分は、設置平面上における第１非屈曲区間の位置を規定し、１または複数の屈曲光ファイバを配列するためのＶ溝を有するＶ溝基板を含み、第２部分は、設置平面に直交する方向に沿った第１非屈曲区間の位置を、Ｖ溝基板のＶ溝とともに規定するためのリッドを含んでもよい。本実施形態の一態様として、第１非屈曲区間を含むとともに設置平面に直交する平面において、Ｖ溝が設けられたＶ溝基板の面と対面する第１リッド面と、第１リッド面に連続しかつガラス部分の露出区間が位置する空間側に面した第２リッド面とで規定される、リッドの角部は、屈曲部の曲率よりも大きい曲率を有する形状に整形されるのが好ましい。本実施形態の一態様として、ガラス部分の露出区間のうち、ファイバ固定部品の保持部から露出した位置から屈曲部までの、設置平面に沿った間隔は、５０[μｍ]以上かつ１[ｍｍ]以下であるのが好ましい。本実施形態の一態様として、リッドの整形された角部は、１００[１／ｍｍ]以下の曲率を有するのが好ましい。本実施形態の一態様として、ファイバ固定部品の少なくとも一部は、紫外光を透過する材料からなるのが好ましい。

（３） 本実施形態の一態様として、ガラス部分は、ＳｉＯ_２ガラスを主成分とし、かつ、使用波長においてシングルモード伝送を保証するシングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと記す）を含んでもよい。この場合、当該ＳＭＦは、コアと、コアを取り囲む第１クラッドと、第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、第２クラッドを取り囲む第３クラッドと、を少なくとも備える。また、第３クラッドに対するコアの比屈折率差Δ１、第３クラッドに対する第１クラッドの比屈折率差Δ２、および第３クラッドに対する第２クラッドの比屈折率差Δ３は、Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]なる関係を満たす。さらに、比屈折率差Δ３と第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３は、−２００[％・μｍ^２]未満である。本実施形態の一態様として、第１非屈曲区間を含むとともに設置平面に直交する平面において、第２部分の側面のうち第２非屈曲区間から最も離れた側面から第２非屈曲区間までの、設置平面に沿った間隔は、５[ｍｍ]以下であり、屈曲部は０．４[１／ｍｍ]以上の曲率を有し、さらに、曲げ損失と漏洩損失の和により規定される、屈曲部における過剰損失は、使用波長において０．５[ｄＢ]以下であるのが好ましい。本実施形態の一態様として、保持部に収納された第１非屈曲区間の全長は、０．３ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であるのが好ましい。

（４） 本実施形態の一態様として、当該光接続部品は、ガラス部分の露出区間のうち、保持部に収納された第１非屈曲区間を除いた区間を覆うポッティング樹脂をさらに備えてもよい。本実施形態の一態様として、ポッティング樹脂の最小厚みは、６０μｍ以上であるのが好ましい。本実施形態の一態様として、第１非屈曲区間を含むとともに設置平面に直交する平面において、ポッティング樹脂の外形を規定する輪郭線は、曲率が５／３［１／ｍｍ］以下、すなわち曲率半径Ｒが０．６［ｍｍ］以上の曲線部分を含むのが好ましい。

以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る光接続部品の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

図１は、本実施形態に係る光接続部品の使用状態を説明するための図であり、図１には、光集積回路チップ等を含む電子基板２００と、一方の端部に加熱屈曲加工された屈曲部ＢＡが形成された屈曲光ファイバ１００と、屈曲光ファイバ１００の、屈曲部ＢＡが形成された一方の端部に取り付けられたファイバ固定部品３００、ファイバ固定部品３００により支持された状態で屈曲部ＢＡの補強および保護のためのポッティング樹脂４００、屈曲光ファイバ１００と他の構内配線用光ファイバまたは外部伝送路のシングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと記す）を光学的に接続するためのコネクタ２５０が示されている。

図１の例において、屈曲光ファイバ１００は、ガラスファイバ（裸ファイバ）１１０と、ガラスファイバ１１０を取り囲む樹脂被覆１２０を備え、屈曲部ＢＡが形成された一方の端部の樹脂被覆１２０が除去されている。一方、屈曲光ファイバ１００の他方の端部にはコネクタ２５０が取り付けられている。また、ファイバ固定部品３００を介して屈曲光ファイバ１００の光入出力端面と光集積回路チップ等とが光学的に接続されることにより、接続部分における機械的強度の向上が図れる。ファイバ固定部品３００の底面は、屈曲光ファイバ１００の光入出力端面における反射に起因した接続損失の増大を避けるため、電子基板２００の設置面２００ａに対して約８°傾斜していてもよい。すなわち、図１の例では、ファイバ固定部品３００の高さ方向を示すＺ軸が、電子基板２００の設置面２００ａに対して約８°傾斜している。なお、ファイバ固定部品３００の底面が高さ方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜していない場合、電子基板２００の設置面は、Ｚ軸に対して破線２００ｂで示された位置に配置されることになる。

図２は、本実施形態に係る光接続部品に適用される屈曲光ファイバ１００の屈曲部およびその近傍（樹脂被覆１２０の除去によりガラスファイバ１１０が露出している露出区間）の構造と曲率分布の例を説明するための図である。特に、図２（ａ）は、図１中に示された屈曲光ファイバ１００の端部、すなわち、樹脂被覆１２０が除去されたガラスファイバ１１０の端部に形成された屈曲部ＢＡの近傍の構造を示し図であり、図２（ｂ）は、屈曲部ＢＡとその近傍の曲率分布の例を示す図である。

本実施形態では、図２（ａ）および図２（ｂ）に示されたように、屈曲部ＢＡおよびその近傍（屈曲光ファイバ１００の端部）は、０．１[１／ｍｍ]以下の曲率ｄを有する領域Ａ（屈曲部ＢＡに連続する第１非屈曲区間）と、０．４[１／ｍｍ]以上の曲率ｄを有する領域Ｂ（屈曲部ＢＡに相当する加熱屈曲加工が施された区間）と、０．１[１／ｍｍ]以下の曲率ｄを有する領域Ｃ（屈曲部ＢＡに連続する第２非屈曲区間）と、で構成されている。ここで、加熱屈曲加工が施された区間（屈曲部ＢＡ）は、図２（ａ）に示されたように、当該区間の両端を固定しなくとも曲げ形状が維持されるため、当該区間には曲げ応力は残留していない。一方、非加熱屈曲加工が施された区間では、当該区間の両端が固定されていなければ曲げ状態を維持することができず、非加熱屈曲加工が施された区間では、曲げ状態が維持されている間、常に曲げ応力が残留している。

なお、図２（ａ）中、Ｒ１は領域Ａと領域Ｂの境界を示し、Ｒ２は領域Ｂと領域Ｃの境界をそれぞれ示しているが、これら領域Ａ〜Ｃは屈曲光ファイバ１００の連続した区間である。また、本明細書において、「曲げ角θ」は、図２（ａ）に示されたように、領域Ｂ（屈曲部ＢＡ）の両側に位置する領域Ａおよび領域Ｃそれぞれに沿って伸びた２本の直線のなす角度により規定される。

屈曲部ＢＡに相当する領域Ｂへの加熱屈曲加工には、バーナー、ＣＯ_２レーザー、アーク放電、ヒーター等が利用可能である。ＣＯ_２レーザーは、照射強度、照射範囲、照射時間を容易に調整することができるため、曲率分布の精緻な制御に有利な特性を有する。ＣＯ_２レーザーの一般的な波長１０［μｍ］付近では、ガラスは不透明であるためＣＯ_２レーザーの照射エネルギーは光ファイバの表層で吸収され、再輻射と熱伝導により伝わると考えられる。ＣＯ_２レーザーのパワーが高すぎる場合、光ファイバの表層温度がガラスの蒸発温度まで急峻に上昇し、結果、光ファイバの表面形状は維持できなくなる。そのため、ＣＯ_２レーザーの照射パワーは、光ファイバの表層ガラスが蒸発せず、かつ加熱部分のファイバ断面において、作業点以上の温度に上昇した状態を所定時間継続させることで歪が除去されるよう、適切に調整される。

図３は、本実施形態に係る光接続部品の主要な構成要素の配置関係を、直交座標系（ＸＹＺ座標系）を用いて説明するための図である。また、図４（ａ）は、本実施形態に係る光接続部品の第１構成例を説明するための図であり、図４（ｂ）は、本実施形態に係る光接続部品の応用例を説明するための図である。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示されたように、屈曲光ファイバ１００の一方の端部は、樹脂被覆１２０が除去されることによりガラスファイバ１１０（ガラス部分）の表面が露出している。この露出区間に、実質的に曲げ応力が残留していない状態で所定の曲率に曲げられた領域Ｂ（屈曲部ＢＡに相当する区間）が形成されている。また、ファイバ固定部品３００は、領域Ｂを露出させる構造を有する一方で、露出区間のうち領域Ａ（図２（ａ）において、ガラスファイバ１１０の端面から所定距離離れた位置までの領域Ａに相当する第１非屈曲区間）を収納する保持部を備える。領域Ａは、保持部に収納されることにより、図３のＹ−Ｚ平面に相当する設置平面上に配置された状態となる。なお、ファイバ固定部品３００は、図３に示されたように、設置平面を挟むよう配置された状態で保持部を構成する第１部分と第２部分を備える。以下の説明では、特に言及しない場合、第１部分は、設置平面上における領域Ａの位置を規定するためのＶ溝３１１が形成された保持面２１０ａを有するＶ溝基板３１０を含み、第２部分は、設置平面に直交する方向に沿った領域Ａの位置を、Ｖ溝基板３１０のＶ溝３１１とともに規定するためのリッド３２０を含むものとする。このようにファイバ固定部品３００がＶ溝基板３１０およびリッド３２０で構成されている場合、保持面２１０ａ上に形成されたＶ溝３１１と、保持面３１０ａに対面したリッド３２０の面により保持部が構成される。

さらに図３の例では、保持部の長手方向（図３中に示されたＺ軸方向）に沿ったＶ溝基板３１０の長さは、Ｚ軸方向に沿ったリッド３２０の長さよりも長く設定されている。また、このように長さの異なるＶ溝基板３１０とリッド３２０は、Ｖ溝基板３１０の保持面３１０ａの一部が、領域Ｂに対して領域Ａは反対側に位置する領域Ｃ（第１非屈曲区間とともに屈曲部ＢＡを挟む第２非屈曲区間）が配置された空間に直接対面するよう、配置される。その結果、当該ファイバ固定部品３００では、領域Ｂの収納空間を規定する段差部が構成されている。すなわち、ファイバ固定部品３００がガラスファイバ１１０の露出区間に固定されたとき、領域ＡがＶ溝３１１に配置された状態で、領域Ｂに対して領域Ａの反対側に位置する領域Ｃが設置平面に対してリッド３２０が位置する空間内に配置される。この構成により、図４（ａ）に示されたように、本実施形態に係る光接続部材では、設置平面（Ｙ−Ｚ平面）に対してＶ溝基板３１０側（第１部品側）に屈曲部ＢＡが配置された場合と比較して、高さＤ分だけさらなる低背化が可能になる。

なお、図３および図４（ａ）の例では、ファイバ固定部品３００は、Ｖ溝基板３１０とリッド３２０の物理的に分割された２つの部材により構成されているが、単一部材より構成されてもよい。図４（ｂ）は、単一部材で構成されたファイバ固定部品３００Ａの構成を示す図である。図４（ｂ）において、ファイバ固定部品３００Ａは、屈曲光ファイバ１００の端部、特に樹脂被覆１２０が除去されたガラスファイバ１１０の露出区間のうち領域Ａに相当する第１非屈曲区間を収納する保持部として、貫通孔３１２を有する。また、ファイバ固定部品３００Ａは、貫通孔３１２が設置された設置面（Ｙ−Ｚ平面）を挟むように配置された第１部分３１０Ａ（上述のＶ溝基板３１０に相当する部分）と、第２部分３２０Ａ（上述のリッド３２０に相当する部分）により構成される。

図４（ｂ）に示されたように、貫通孔３１２を有する単一部材で構成されたファイバ固定部品３００Ａが適用される場合、ファイバ固定部品３００Ａとしては、ＦＣ、ＳＣ、ＬＣ等の一心光コネクタ、ＭＰＯ、ＭＴ等の多心コネクタに類する構造のフェルールが適用可能である。低背化のメリットを得るために、通常のフェルールの一部が除去され、露出領域３１０Ａａが設けられている。一方、図３および図４（ａ）に示されたように、ファイバ固定部品３００がＶ溝基板３１０とリッド３２０により構成される場合、Ｖ溝基板３１０の材料は、パイレックス（登録商標）等の多成分ガラス、ＳｉＯ_２基板等が適用可能である。ただし、光集積回路とＵＶ硬化樹脂を用いて接着を行うことができるようにするため、Ｖ溝基板３１０の材料には、ＵＶ光が透過する材料を用いることが好ましい。このように、ファイバ固定部品３００の一部がＵＶ光を透過する材料で構成されることにより、ＵＶ硬化樹脂による接着固定が可能になり、当該光接続部品の生産効率の向上が可能になる。

次に、本実施形態に係る光接続部品の屈曲光ファイバ１００について図５を用いて説明する。なお、屈曲光ファイバ１００には、大きな曲率ｄを有する屈曲部ＢＡが形成されるため、一般的にマルチモード光ファイバ（以下、ＭＭＦと記す）が利用されるが、以下の説明ではＳＭＦ、特にトレンチ構造を有する低曲げ損失ファイバ（ＢＩＦ：Bend Insensitive optical Fiber、以下、ＢＩ光ファイバと記す）の例について説明する。

すなわち、光モジュール等に接続される屈曲光ファイバ１００等の構内配線用光ファイバには、構内に敷設された伝送路にしばしば適用されるＳＭＦとの間の接続損失の低減も要求されるため、ＭＭＦに限定されることなく、ＳＭＦの適用も十分検討の余地がある。特に、限られたスペースに敷設される構内配線用ＳＭＦとして、トレンチ構造を有するＢＩ光ファイバは、カットオフ波長の長波長化を抑制しつつ曲げ損失の低減が期待できる。したがって、発明者らは、基地局内の電子部品と外部伝送路（ＳＭＦ）との間の構内配線の一部として挿入される屈曲光ファイバにＢＩ光ファイバを適用することは、技術的にも有益であると考える。

しかしながら、発明者らの知見によれば、上記特許文献１および特許文献２に開示の加熱屈曲加工では、得られる屈曲光ファイバ自体には曲げ応力が残留しない一方、歪による光弾性効果が消滅してしまう。そのため、図５（ｃ）に示されたように、トレンチ構造を構成するガラス領域の、曲げ状態における等価屈折率は、非加熱屈曲加工の場合よりも高くなる（トレンチ構造による光閉じ込め効果の減少）。なお、図５（ｃ）において、Ｐ１００は、非加熱屈曲加工により形成された曲率半径Ｒ＝２ｍｍの屈曲部を有するＢＩ光ファイバの等価屈折率分布であり、Ｐ２００は、加熱屈曲加工により形成された曲率半径Ｒ＝２ｍｍの屈曲部を有するＢＩ光ファイバの等価屈折率分布である。この場合、ＢＩ光ファイバにおけるトレンチ構造の効果（光の閉じ込め効果）が低下するため、曲げ損失が増大してしまう。換言すれば、構内配線の一部を構成する屈曲光ファイバとして、ＳＭＦ、特にＢＩ光ファイバを単純に適用したのでは、該ＢＩ光ファイバで構成された屈曲光ファイバの挿入損失が著しく増加することになる。そこで、以下では、ＢＩ光ファイバのようなＳＭＦを本実施形態の屈曲光ファイバ１００に適用可能にするため、一例として、光弾性効果の消滅を予め考慮したトレンチ構造を有するＢＩ光ファイバの構成についてについて説明する。

図５（ａ）は、ＳＭＦの一例としてＢＩ光ファイバの断面構造を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されたＢＩ光ファイバの屈折率分布であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示されたＢＩ光ファイバの屈曲加工が施された状態での等価屈折率分布である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示されたように、ＢＩ光ファイバは、所定軸（光軸ＡＸ）に沿って伸びた半径ｒ１のコア１１１と、コア１１１の外周面上に設けられた半径ｒ２の第１クラッド１１２と、第１クラッド１１２の外周面上に設けられた半径ｒ３の第２クラッド１１３と、第２クラッド１１３の外周面上に設けられた第３クラッド１１４（当該ＢＩ光ファイバのトレンチ構造を構成する領域）と、を備える。また、コア１１１の屈折率はｎ１、第１クラッド１１２の屈折率はｎ２（＜ｎ１）、第２クラッド１１３の屈折率はｎ３（＜ｎ２）、第３クラッド１１４の屈折率はｎ４（＜ｎ１、＞ｎ３）である。さらに、第３クラッド１１４に対するコア１１１の比屈折率差Δ１、第３クラッド１１４に対する第１クラッド１１２の比屈折率差Δ２、および第３クラッド１１４に対する第２クラッド１１３の比屈折率差Δ３は、Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]なる関係を満たしている。また、光弾性効果の消滅に伴う曲げ損失の増加を効果的に抑制するため、比屈折率差Δ３と第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３（最適なトレンチ構造を規定するための屈折率ボリューム）は、−２００[％・μｍ^２]未満に設定される。上記構成を有するＢＩ光ファイバの一方の端部に０．４[１／ｍｍ]以上の曲率ｄを有する屈曲部ＢＡを形成することにより得られた屈曲光ファイバ１００において、曲げ損失と漏洩損失の和により規定される、屈曲部ＢＡにおける過剰損失は、使用波長、例えば波長１．３１［μｍ］において０．５[ｄＢ]以下であった。

第３クラッド１１４を基準とした各部の比屈折率差（Δ）は、ＥＳＩ(Equivalent Step Index)により判定した値である。第１〜第３クラッド１１２、１１３、１１４の各外径は、クラッド間の境界付近において屈折率の径方向変化の微分値が最大となる位置を判定した値を利用して決定される。

また、上述のような構造を有するＢＩ光ファイバの組成は、ＳｉＯ_２ガラスに適宜屈折率制御用ドーパントを添加することで製造される。一例として、コア１１１は、ＧｅＯ_２が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなり、第１クラッド１１２は、純ＳｉＯ_２ガラスからなり、トレンチ構造を構成する第２クラッド１１３は、フッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなり、第３クラッド１１４は、純ＳｉＯ_２ガラスからなる。このようなガラス組成は、経済性および形状制御性の観点から優れている。なお、第３クラッド１１４には、Ｃｌが添加されてもよい。また、コア１１１には、ＧｅＯ_２とフッ素が共添加されていてもよい。

本実施形態に係る光接続部品の屈曲光ファイバ１００として適用されるＢＩ光ファイバＩＴＵ−ＴＧ．６５２に準ずる汎用的なＳＭＦ（以下、ＳＳＭＦと記す）と同等の伝送特性を持ち、他のＳＳＭＦに対して低損失かつ経済的に接続できることが望ましい。低曲げ損失性を有するＢＩ光ファイバでは、高次モードの曲げ損失も低いため、一般にＭＰＩが高くなる傾向がある。したがって、本実施形態では、ファイバ長２２ｍで測定されたカットオフ波長λｃが１２６０[ｎｍ]以下となるようにコア１１１の屈折率構造が設定される。これにより、高次モードとの干渉により発生するＭＰＩが−３０ｄＢ以下となるＢＩ光ファイバが得られ、デジタル信号に必要な信号品質を維持できる。また、波長１．３１[μｍ]におけるＭＦＤが８．６±０．４[μｍ]であれば、他のＳＳＭＦに対して低損失で接続することが可能になる。なお、ファイバ径（ガラスファイバ１１０の外径）を細くすると、曲げを与えた際の歪が小さくなる。この場合、収容性が高くなるが、一方で、ファイバ形を細くし過ぎると、光コネクタのフェルールの作成が困難になるため、本実施形態の屈曲光ファイバ１００に適用可能なＢＩ光ファイバは、８０[μｍ]以上かつ１２５[μｍ]以下のガラス外径を有するのが好ましい。

なお、図４（ａ）に示されたような構成では、屈曲光ファイバ１００に引っ張り応力が加わると、ファイバ固定部品３００との接触部位において屈曲光ファイバ１００に応力が集中してしまう。例えば、図４（ａ）の例において、屈曲光ファイバ１００の屈曲部ＢＡが設置平面に対してＶ溝基板３１０側に配置された場合、Ｖ溝基板３１０の角部Ｐ１に接触している箇所に応力が集中する。一方、屈曲光ファイバ１００の屈曲部ＢＡが設置平面に対してリッド３２０側に配置された場合、リッドの角部Ｐ２に接触している箇所に応力が集中する。

屈曲光ファイバ１００は、屈曲部ＢＡが形成された端部の樹脂被覆１２０が除去されているため、この露出区間、特に屈曲部ＢＡにおける機械的強度が著しく低下した構造を有する。そこで、本実施形態は、屈曲部ＢＡ近傍を保護するための構造を備える。具体的には、ファイバ固定部品３００の角部Ｐ１、Ｐ２に接触する屈曲光ファイバ１００の露出区間への応力集中に起因した挿入損失の増加や屈曲光ファイバ１００自体の損傷を避けるため、本実施形態に係る光不接続部品は、ファイバ固定部品３００自体の構造を改良する第１保護構造、ポッティング樹脂により屈曲部ＢＡを保護する第２保護構造など、種々の構造を備える。

図６は、本実施形態に係る光接続部品の第２構成例として、第１保護構造を備えた例を説明するための図である。

第２構成例における第１保護構造として、図４（ａ）に示されたリッド３２０の角部Ｐ２が整形される。すなわち、非屈曲区間である領域Ａ（図２（ａ）参照）を含むとともに設置平面（Ｙ−Ｚ平面）に直交する平面（Ｘ−Ｚ平面）において、リッド３２０の角部Ｐ２は、Ｖ溝３１１が設けられたＶ溝基板３１０の保持面３１０ａと対面する第１リッド面３２０ａと、該第１リッド面３２０ａに連続しかつ屈曲部ＢＡに相当する領域Ｂが位置する空間側に面した第２リッド面３２０ｂとで規定される。本実施形態において、リッドの角部Ｐ２は、屈曲光ファイバ１００の屈曲部ＢＡ（ガラスファイバ１１０の露出区間のうち領域Ｂに相当する区間）の曲率半径Ｒ_ｂよりも小さい曲率半径Ｒ_ａを有する曲面３２１にＲ加工されている。すなわち、リッド３２０の角部Ｐ２に位置する曲面３２１の曲率（＝１／Ｒ_ａ［ｍｍ］）は、屈曲部ＢＡの曲率（＝１／Ｒ_ｂ［ｍｍ］）よりも大きく設定されている。この構成により、屈曲光ファイバ１００の先端部（特に、領域Ａ）をリッド３２０でＶ溝３１１に押し付ける際、電子基板２００上へ当該ファイバ固定部品３００を接着固定した際の固定用接着剤の硬化収縮に起因したリッド３２０の位置が変動した際など、屈曲光ファイバ１００に不測の引っ張り応力が加わった場合でも、屈曲光ファイバ１００の破断等のリスクが効果的に低減され得る。

なお、Ｖ溝基板３１０のＶ溝３１１とリッド３２０とで構成された保持部に収納された領域Ａの長さＬ１は、０．３ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下であるのが好ましい。また、ガラスファイバ１１０の露出区間の露出開始位置、すなわち、ファイバ固定部品３００の保持部（Ｖ溝基板３１０とリッド３２０の接触端）から露出した位置、から屈曲部ＢＡまでの、設置平面に沿った間隔Ｌ２は、５０[μｍ]以上かつ１[ｍｍ]以下であるのが好ましい。より好ましくは、Ｌ２は５００［μｍ］以下である。リッド３２０の側面のうち屈曲光ファイバ１００の領域Ｃから最も離れた側面から該領域Ｃまでの、設置平面に沿った間隔、すなわち、当該光接続部品の全高Ｌ３は、４[ｍｍ]以下であるのが好ましい。屈曲部ＢＡの曲率ｄは０．４[１／ｍｍ]以上であるのが好ましい。当該光接続部品の全高さを必要以上に高くしないためである。また、屈曲光ファイバ１００への応力集中の回避効果を得るためには、角部Ｐ２に位置するリッド３２０の整形された曲面３２１の曲率半径は、１０［μｍ］以上（曲率ｄ＝１００[１／ｍｍ]以下）であるのが好ましい。

さらに、ファイバ固定部品３００が固定されている屈曲光ファイバ１００の光入出端面は、ファイバ軸（図５（ａ）に示された光軸ＡＸ）に対し、一定の角度を有してもよい。例えばファイバ軸に対して光入出力端面が８［°］傾斜することにより、当該ファイバ固定部品３００の底面に接続する光源、受光器、導波路との反射損失を大きく取ることができ、安定した伝送性能を得ることが可能になる。

次に、第２保護構造を備えた、本実施形態に係る光接続部品の第３構成例について説明する。なお、図７（ａ）は、第２保護構造の例として、ポッティング樹脂４００により屈曲光ファイバ１００の露出区間が保護された、第３構成例に係る光接続部品を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、ファイバ固定部品３００の底面構造を示す図である。また、図８は、ポッティング樹脂４００の構造的特徴を説明するための図であり、特に、図８（ａ）は、図７（ａ）中のＸ１−Ｘ１線（Ｙ−Ｚ平面上の線）に沿った断面構造を示す図であり、図８（ｂ）は、図７（ａ）中のＸ２−Ｘ２線（Ｘ−Ｚ平面上の線）に沿った断面構造を示す図である。

ポッティング樹脂４００は、屈曲光ファイバ１００の露出区間（樹脂被覆１２０が除去されたガラスファイバ１１０の表面）、特にファイバ固定部品３００から露出している区間を全体的に覆った状態で、Ｖ溝基板３１０の保持面３１０ａおよびリッド３２０の第２リッド面３２０ｂに密着固定されている。このように、屈曲部ＢＡが形成された屈曲光ファイバ１００の端部全体を、ファイバ固定部品３００に強固に固定されたポッティング樹脂４００で覆うことにより、屈曲光ファイバ１００に応力が加わったときでも、該屈曲光ファイバ１００の変形を一定以下に抑制することが可能になり、結果、屈曲光ファイバ１００の、過剰な変形による破断が効果的に回避され得る。

なお、ポッティング樹脂４００は、２．０ＭＰａ以上のヤング率に相当する強度を持ち、屈曲光ファイバ１００の屈曲部ＢＡに対して２５０ＭＰａ以上の主応力が加わらないように機能する。また、当然のことながら、このポッティング樹脂４００は、直接接触による屈曲光ファイバ１００の損傷を防ぐ機能も有する。好ましい構成として、ポッティング樹脂４００は、３．５ＭＰａ以上のヤング率に相当する強度を持ってもよい。ポッティング樹脂４００の材料としては、例えばＵＶ硬化樹脂が考えられるが、これには限定されない。

また、図８（ａ）に示されたように、ポッティング樹脂４００の最小厚みは、６０μｍ以上であるのが好ましい。樹脂被覆１２０が除去されている区間のガラスファイバ１１０の直接露出を避け、保護強度を維持するためである。

図９は、上述の第３構成例について、屈曲光ファイバ１００の他方の端部（コネクタ２５０が取り付けられる側）を張力１０Ｎで引っ張った時の最小曲率半径_Ｒｍｉｎ[ｍｍ]と屈曲光ファイバの変位[ｍｍ]との関係を示すグラフである。なお、最小曲率半径_Ｒｍｉｎは、図８（ｂ）に示されたように、屈曲光ファイバ１００の端部に位置する領域Ａを含むとともに設置平面（Ｙ−Ｚ平面）に直交する平面（Ｘ−Ｚ平面）において規定される、ポッティング樹脂４００の輪郭線に含まれる曲線部分の曲率半径のうち、最小の曲率半径を意味する。図９のグラフから分かるように、屈曲光ファイバ１００の破断リスクを低減するよう、屈曲部ＢＡの変位を０．５［ｍｍ］以下に抑えるため、最小曲率半径Ｒ_ｍｉｎは、０．６［ｍｍ］以上であるのが好ましい。換言すれば、屈曲部ＢＡの変位を０．５［ｍｍ］以下に抑えるためには、ポッティング樹脂４００の外形を規定する輪郭線は、曲率ｄが５／３［１／ｍｍ］以下の曲線部分を含むのが好ましい。

１００…屈曲光ファイバ、１１０…ガラスファイバ（裸ファイバ）、１１１…コア、１１２…第１クラッド、１１３…第２クラッド、１１４…第３クラッド、ＢＡ…屈曲部、３００…ファイバ固定部品、３１０…Ｖ溝基板、３１１…Ｖ溝、３２０…リッド、３２０ａ…第１リッド面、３２０ｂ…第２リッド面。

Claims (13)

1. 所定軸に沿って伸びたガラス部分と前記ガラス部分の外周面上に設けられた樹脂被覆とにより構成されるとともに、その一方の端部側に位置する前記樹脂被覆の一部が除去された前記ガラス部分の露出区間に、実質的に曲げ応力が残留していない状態で所定の曲率に曲げられた屈曲部が形成された屈曲光ファイバと、
   前記屈曲部を露出させる一方で、前記露出区間のうち前記ガラス部分の端面から所定距離離れた位置までの第１非屈曲区間が所定の設置平面上に配置された状態で前記第１非屈曲区間を収納するための保持部を有するファイバ固定部品と、を備えた光接続部品であって、
   前記ファイバ固定部品は、前記設置平面を挟むよう配置された状態で前記保持部を構成する第１部分と第２部分を備え、
   前記保持部の長手方向に沿った前記第1部分の長さは、前記保持部の長手方向に沿った前記第２部分の長さよりも長く、
   前記第１非屈曲区間が前記保持部に収納された状態で、前記屈曲部に対して前記第１非屈曲区間の反対側に位置する第２非屈曲区間が前記設置平面に対して前記第２部分が位置する空間内に配置されるよう、前記ファイバ固定部品が前記ガラス部分の前記露出区間に固定されている、
   光接続部品。
2. 前記第1部分の、前記第１非屈曲区間を保持するための保持面の一部が、前記第２非屈曲区間が配置された空間に直接対面するよう、前記第１部分および前記第２部分が配置されている、請求項１に記載の光接続部品。
3. 前記第１部分は、前記設置平面上における前記第１非屈曲区間の位置を規定するためのＶ溝を有するＶ溝基板を含み、
   前記第２部分は、前記設置平面に直交する方向に沿った前記第１非屈曲区間の位置を、前記Ｖ溝基板のＶ溝とともに規定するためのリッドを含む、請求項１または２に記載の光接続部品。
4. 前記第１非屈曲区間を含むとともに前記設置平面に直交する平面において、前記Ｖ溝が設けられた前記Ｖ溝基板の面と対面する第１リッド面と、前記第１リッド面に連続しかつ前記ガラス部分の前記露出区間が位置する空間側に面した第２リッド面とで規定される、前記リッドの角部は、前記屈曲部の曲率よりも大きい曲率を有する形状に整形されている、請求項３に記載の光接続部品。
5. 前記ガラス部分の前記露出区間のうち、前記ファイバ固定部品の前記保持部から露出した位置から前記屈曲部までの、前記設置平面に沿った間隔は、５０[μｍ]以上かつ１[ｍｍ]以下である、請求項４に記載の光接続部品。
6. 前記リッドの整形された前記角部は、１００[１／ｍｍ]以下の曲率を有する、請求項４または５に記載の光接続部品。
7. 前記ファイバ固定部品の少なくとも一部は、紫外光を透過する材料からなる、請求項１〜６の何れか一項に記載の光接続部品。
8. 前記ガラス部分は、ＳｉＯ_２ガラスを主成分とし、かつ、使用波長においてシングルモード伝送を保証するシングルモード光ファイバを含み、
   前記シングルモード光ファイバは、コアと、前記コアを取り囲む第１クラッドと、前記第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、前記第２クラッドを取り囲む第３クラッドと、を少なくとも備え、
   前記第３クラッドに対する前記コアの比屈折率差Δ１、前記第３クラッドに対する前記第１クラッドの比屈折率差Δ２、および前記第３クラッドに対する前記第２クラッドの比屈折率差Δ３は、
   Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]
   なる関係を満たし、
   前記比屈折率差Δ３と前記第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３は、−２００[％・μｍ^２]未満である、請求項１〜７の何れか一項に記載の光接続部品。
9. 前記第１非屈曲区間を含むとともに前記設置平面に直交する平面において、前記第２部分の側面のうち前記第２非屈曲区間から最も離れた側面から前記第２非屈曲区間までの、前記設置平面に沿った間隔は、５[ｍｍ]以下であり、
   前記屈曲部は０．４[１／ｍｍ]以上の曲率を有し、
   曲げ損失と漏洩損失の和により規定される、前記屈曲部における過剰損失は、使用波長において０．５[ｄＢ]以下である、請求項１〜８の何れか一項に記載の光接続部品。
10. 前記保持部に収納された前記第１非屈曲区間の全長は、０．３ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下である、請求項１〜９の何れか一項に記載の光接続部品。
11. 前記ガラス部分の露出区間のうち、前記保持部に収納された前記第１非屈曲区間を除いた区間を覆うポッティング樹脂をさらに備えた、請求項１〜９の何れか一項に記載の光接続部品。
12. 前記ポッティング樹脂の最小厚みは、６０μｍ以上である、請求項１１に記載の光接続部品。
13. 前記第１非屈曲区間を含むとともに前記設置平面に直交する平面において、前記ポッティング樹脂の外形を規定する輪郭線は、曲率が５／３［１／ｍｍ］以下の曲線部分を含む、請求項１１または１２に記載の光接続部品。

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