JPWO2017195636A1

JPWO2017195636A1 - 光コネクタ及び光結合構造

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Publication number: JPWO2017195636A1
Application number: JP2018516947A
Authority: JP
Inventors: 貴子細川; 修島川; 祥矢加部; 知巳佐野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2019-03-14
Also published as: WO2017195636A1

Abstract

光コネクタは、本体部及び先端部を有する光ファイバと、相手側光コネクタと対面するフェルール端面及び光ファイバが保持される光ファイバ保持孔を有するフェルールと、を備える。本体部は、モードフィールド径が第１の値であるコア部、及び、モードフィールド径が徐々に拡大するテーパ部を含む。先端部の一方の端面はテーパ部の端部に融着される。先端部の他方の端面は先端面を形成する。他方の端面におけるモードフィールド径は第２の値である。第２の値は第１の値より大きい。

Description

本開示は、光コネクタ及び光結合構造に関する。本出願は、２０１６年５月１２日の日本出願第２０１６−０９６００４号に基づく優先権を主張する。本出願は、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用する。

非特許文献１は、多芯光ファイバ同士を接続する光コネクタに用いられるフェルールを開示する。フェルールは、複数本の光ファイバを保持するための複数の孔を有する。複数本の光ファイバは、当該孔にそれぞれ挿入される。光ファイバの先端はフェルール端面から僅かに突出する。

S. Nagasawa et al., "A high-performance single-mode multifiber connector using oblique and direct endface contact between multiple fibers arranged in a plastic ferrule," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 3, no. 10, pp. 937-939, 1991

本開示に係る光コネクタは、本体部、及び、先端部を有する光ファイバと、相手側光コネクタと対面するフェルール端面、及び、フェルール端面において開口しており開口から光ファイバの先端部に設けられた先端面が露出するように光ファイバが保持される光ファイバ保持孔を有するフェルールと、を備える。本体部は、モードフィールド径が第１の値であるコア部、及び、モードフィールド径が第１の値から徐々に拡大するテーパ部を含む。先端部は、一方の端面がテーパ部の端部に融着されており、他方の端面が先端面を形成し、先端面におけるモードフィールド径が第２の値である。第２の値は第１の値より大きい。

本開示に係る光結合構造は、互いに接続される第１の光コネクタ及び第２の光コネクタと、第１の光コネクタと第２の光コネクタとの間隔を規定するスペーサと、を備える。第１の光コネクタ及び第２の光コネクタは、本体部、及び、先端部を有する光ファイバと、相手側光コネクタと対面するフェルール端面、及び、フェルール端面において開口しており開口から光ファイバの先端部に設けられた先端面が露出するように光ファイバが保持される光ファイバ保持孔を有するフェルールと、をそれぞれ備える。本体部は、モードフィールド径が第１の値であるコア部、及び、モードフィールド径が第１の値から徐々に拡大するテーパ部を含む。先端部は、一方の端面がテーパ部の端部に融着されており、他方の端面が先端面を形成し、先端面におけるモードフィールド径が第２の値である。第２の値は第１の値より大きい。スペーサは、第１の光コネクタのフェルール端面と、第２の光コネクタのフェルール端面との間に配置されている。

図１は、本開示に係る光結合構造の構成を示す斜視図である。図２は、フェルール端面を示す正面図である。図３は、図１の仮想面Ｓ１における光結合構造の断面を示す斜視図である。図４は、図３の領域Ｓ２を拡大して示す断面図である。図５は、図４の領域Ｓ３を拡大して示す断面図である。図６の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、光ファイバを製造するための主要な工程を説明するための断面図である。図７は、光ファイバにおける屈折率の関係を示す図である。図８の（ａ）部及び図８の（ｂ）部は、ＰＣ方式のフェルールの構造の一例を示す側断面図である。図８の（ａ）部は接続前の状態を示す。図８の（ｂ）部は接続された状態を示す。

［発明が解決しようとする課題］
非特許文献１の光コネクタは、光ファイバ同士のコネクタ接続の一方式であるＰＣ（Physical Contact）方式を採用する。図８の（ａ）部及び図８の（ｂ）部は、ＰＣ方式のフェルールの構造の一例を示す側断面図である。図８の（ａ）部は接続前の状態を示す。図８の（ｂ）部は接続後の状態を示す。フェルール１００は、円柱状の外観を有する。フェルール１００は、中心軸線上に設けられた光ファイバ１２０を保持するための孔１０２を有する。光ファイバ１２０は、孔１０２に挿通される。光ファイバ１２０は、フェルール１００の先端面１０４において先端部が外部に僅かに突出する。ＰＣ方式では、光ファイバ１２０の先端部を、接続相手側コネクタの同先端部と物理的に接触させて押圧することにより（図８の（ｂ）部）、光ファイバ１２０同士を効率的に光結合させる。このような方式は、主に単心光ファイバ同士を接続する際に用いられる。

しかしながら、このような方式には次の問題がある。フェルール端面に異物が付着した状態で接続したとき、異物は、押圧力によってフェルール端面に密着する。密着した異物を取り除くためには接触式のクリーナを使用する必要がある。異物の密着を防ぐためには頻繁に清掃を行う必要がある。複数本の光ファイバを同時に接続する場合、１本毎に所定の押圧力が要求される。従って、光ファイバの本数が多くなるほど接続に大きな力が必要となる。

上記の問題に対し、互いに接続される光ファイバの先端面の間に間隔を設ける構造が考えられる。このような構造において、光ファイバから出射された光は、一方の光ファイバから他方の光ファイバに向けて拡散しながら伝播する。伝播する光が他方の光ファイバにおけるコアよりも大きく拡散すると、接続損失が増加するおそれがある。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、接続損失の増加を抑制し得る光コネクタ及び光結合構造を提供する。

［本開示の効果］
本開示によれば、接続損失の増加を抑制し得る光コネクタ及び光結合構造が提供される。

［実施形態の説明］
最初に、本開示の内容を列記して説明する。

光コネクタでは、光は光ファイバの先端面から出射される。先端面は、光ファイバの先端部に含まれる。先端部は、本体部のコア部よりもモードフィールド径が大きい。ここで、モードフィールド径と開口数との積は一定である。この関係に基づけば、先端部はコア部よりもモードフィールド径が大きいので、先端部の開口数はコア部よりも小さい。開口数が小さいほど、光ファイバから出射される光の出射角度が小さい。従って、先端面から出射された光の拡散が抑制されるので、他方の光ファイバのコアに光を効率よく導くことができる。さらに、先端部とコア部との間には、モードフィールド径が徐々に拡大するテーパ部が配置されるので、モードフィールド径の変換における損失の増加が抑制される。従って、この光コネクタによれば、モードフィールド径の拡大によって出射される光の出射角度が小さくされ、且つ、テーパ部を用いたモードフィールド径の変換によって損失の増加が抑制される。このため、光コネクタは、接続損失の増加を抑制することができる。

上記の光コネクタにおいて、本体部は、第１のコアと第１のコアを囲む第１のクラッドとを有すると共に、第１のコアと第１のクラッドとの屈折率の関係を制御する第１の含有物を含む。先端部は、第２のコアと第２のコアを囲む第２のクラッドとを有すると共に、第２のコアと第２のクラッドとの屈折率の関係を制御する第２の含有物を含む。第１の含有物の熱拡散速度（以下では、加熱により含有物が拡散する速度を熱拡散速度と呼ぶ）は、第２の含有物の熱拡散速度よりも大きい。この構成によれば、本体部に含まれた第１の含有物の熱拡散速度は、先端部に含まれた第２の含有物の熱拡散速度より大きい。このため、第１の含有物を第２の含有物よりも早く本体部において拡散させることが可能になる。従って、熱拡散速度の差異を利用すれば、先端部における第２の含有物の分布の変化を抑制しつつ、本体部における第１の含有物の分布を変化させてモードフィールド径が徐々に拡大するテーパ部を形成することができる。

上記の光コネクタにおいて、第１の含有物は、フッ素（Ｆ）であり、第２の含有物は、ゲルマニウム（Ｇｅ）であってもよい。フッ素は、ゲルマニウムよりも熱拡散速度が大きい。従って、この構成によれば、モードフィールド径が第１の値であるコア部と、モードフィールド径が第１の値から徐々に拡大するテーパ部とを本体部に容易に設けることができる。

上記の光コネクタにおいて、先端面は、光ファイバの光軸方向に対して傾斜してもよい。これにより、光ファイバの先端面における反射戻り光を低減できる。

上記の光コネクタは、フェルール端面上に設けられてフェルール端面と相手側光コネクタとの間隔を規定するスペーサをさらに備えてもよい。スペーサによれば、一方の光ファイバの先端面から他方の光ファイバの先端面までの間隔を精密に規定することができる。

上記の光コネクタは、光ファイバをフェルールに固定するための光ファイバ保持部をさらに備えてもよい。フェルールは、光ファイバ保持孔の開口とは逆側の開口が設けられた光ファイバ導入部を有してもよい。光ファイバ保持部は、光ファイバ導入部に固定されると共に逆側の開口から延出する光ファイバを保持してもよい。この構成によれば、逆側の開口から延出した光ファイバを保護することができる。

上記の光コネクタにおいて、光ファイバは、ベアファイバ部分が保護樹脂で覆われている部分を有してもよい。光ファイバと光ファイバ保持孔は、接着樹脂で固定されてもよい。この構成によれば、光ファイバ保持孔に配置された光ファイバを樹脂により保護することができる。この構成によれば、温度変化による曲げロスの増加を抑制することができる。さらに、この構成によれば、温度変化による断線を防止することができる。

本開示に係る光結合構造は、互いに接続される第１の光コネクタ及び第２の光コネクタと、第１の光コネクタと第２の光コネクタとの間隔を規定するスペーサと、を備える。第１の光コネクタ及び第２の光コネクタは、本体部、及び、先端部を有する光ファイバと、相手側光コネクタと対面するフェルール端面、及び、フェルール端面において開口しており開口から光ファイバの先端部に設けられた先端面が露出するように光ファイバが保持される光ファイバ保持孔を有するフェルールと、をそれぞれ備える。本体部は、モードフィールド径が第１の値であるコア部、及び、モードフィールド径が第１の値から徐々に拡大するテーパ部を含む。先端部は、一方の端面がテーパ部の端部に融着されており、他方の端面が先端面を形成し、先端面におけるモードフィールド径が第２の値である。第２の値は第１の値より大きい。スペーサは、第１の光コネクタのフェルール端面と、第２の光コネクタのフェルール端面との間に配置される。

光結合構造は、上記光コネクタが有する光ファイバを備える。従って、上記光コネクタと同様に、モードフィールド径の拡大によって出射される光の出射角度が小さくされ、且つ、テーパ部を用いたモードフィールド径の変換により損失の増加が抑制される。従って、光結合構造は、接続損失の増加を抑制することができる。

上記の光結合構造では、第１の光コネクタ及び第２の光コネクタのそれぞれにおいて、光ファイバ保持孔から露出された光ファイバの先端面の法線は、光ファイバの光軸方向に対して傾斜してもよい。第１の光コネクタにおける光ファイバの光軸は、第２の光コネクタにおける光ファイバの光軸に対してずれてもよい。この構成によれば、光ファイバの先端面における反射戻り光を低減できる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本開示に係る光コネクタ及び光結合構造の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本開示に係る光結合構造１Ａの構成を示す斜視図である。図１に示されるように、本開示の光結合構造１Ａは、互いに接続される光コネクタ２Ａ及び光コネクタ３Ａ（相手側光コネクタ）を備える。光コネクタ２Ａ及び光コネクタ３Ａは、複数本（図には８本を例示）の光ファイバ２０と、光ファイバ２０を保持するフェルール１１と、スペーサ１４と、を備える。複数本の光ファイバ２０は、接続方向Ａ１に沿って各々延びる。複数本の光ファイバ２０は、接続方向Ａ１と交差する配置方向Ａ２に並んで配置される。光ファイバ２０は、ベアファイバ２１（ベアファイバ部分）とベアファイバ２１を覆う樹脂被覆２２とを有する。スペーサ１４は、光コネクタ２Ａと光コネクタ３Ａとの隙間を規定する。

光コネクタ２Ａと光コネクタ３Ａとは、互いに同じ構成を有する。従って、以下の説明では、光コネクタ２Ａについて詳細に説明し、光コネクタ３Ａの説明は省略する。

フェルール１１は、略直方体状の外観を有する。フェルール１１は、例えば樹脂によって構成される。フェルール１１は、フェルール端面１１ａと、後端面１１ｂとを有する。フェルール端面１１ａは、接続方向Ａ１の一端側に設けられる。
後端面１１ｂは、他端側に設けられる。フェルール１１は、一対の側面１１ｃ，１１ｄと、底面１１ｅ及び上面１１ｆとを有する。一対の側面１１ｃ，１１ｄは、接続方向Ａ１に沿って延びる。フェルール１１は、一対のガイド孔１１ｇ，１１ｈを有する。一対のガイド孔１１ｇ，１１ｈは、フェルール端面１１ａから後端面１１ｂに貫通する。一対のガイド孔１１ｇ，１１ｈは、光ファイバ２０の光軸に沿った断面と交差する方向（本開示では配置方向Ａ２）に並ぶ。これらのガイド孔１１ｇ，１１ｈのそれぞれには、ガイドピン１５がそれぞれ挿入される。ガイドピン１５は、光コネクタ２Ａに対する光コネクタ３Ａの相対位置を固定する。

図２は、光コネクタ２Ａのフェルール端面１１ａと、フェルール端面１１ａに配置されたスペーサ１４と、を示す正面図である。図２に示されるように、フェルール端面１１ａにおいて、光ファイバ２０の先端面２０ａの中心位置Ｃ１は、直線Ｅ１に対して僅かに上方にずれる。この直線Ｅ１は、一対のガイド孔１１ｇ，１１ｈの中心を結ぶ。言い換えれば、接続方向Ａ１及び配置方向Ａ２の双方と交差する方向Ａ３（すなわちフェルール１１の上下方向）において、光ファイバ２０の中心軸線は、フェルール１１の中心に対し上面１１ｆ側に僅かにずれる。従って、光コネクタ２Ａ及び光コネクタ３Ａを互いに上下反転して接続すると、それぞれの光ファイバ２０の光軸同士は、互いに上下方向にずれる。この構成によれば、光路Ｌ１（図４参照）が屈折しても、光ファイバ２０同士を好適に光結合できる。

スペーサ１４は、フェルール端面１１ａ上に配置される。スペーサ１４は、枠状の外観を有する。スペーサ１４は、例えば、ガラスフィラーの入ったポリフェニレンサルファイド（ＰＳＳ）により構成される。スペーサ１４は、開口１４ａを有する。開口１４ａは、光ファイバ２０の先端面２０ａから延びる光路Ｌ１を通過させる。なお、スペーサ１４は、例えば、ガラスフィラーの入ったＰＰＳにより構成されるが、ＰＰＳにガラスフィラーが入っていなくてもよい。

図３は、図１の仮想面Ｓ１における光結合構造１Ａの断面を示す斜視図である。図３に示されるように、スペーサ１４は、光コネクタ２Ａのフェルール端面１１ａと光コネクタ３Ａのフェルール端面１１ａとの間隔を規定する。接続方向Ａ１におけるスペーサ１４の厚さＴは、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下である。スペーサ１４の厚さＴをより薄く１０μｍ以上２０μｍ以下とすれば、接続ロスをより低減できる。スペーサ１４の一方の面１４ｂは光コネクタ２Ａのフェルール端面１１ａに当接する。スペーサ１４の他方の面１４ｃは、光コネクタ３Ａのフェルール端面１１ａに当接する。

フェルール１１の後端面１１ｂには、導入孔１２が形成される。導入孔１２は、複数本の光ファイバ２０をまとめて受け入れる。フェルール１１は、光ファイバ導入面１１ｊ（光ファイバ導入部）を有する。光ファイバ導入面１１ｊは、導入孔１２を形成する。光ファイバ導入面１１ｊは、接続方向Ａ１と直交する。複数の光ファイバ保持孔１３は、光ファイバ導入面１１ｊからフェルール端面１１ａに亘って貫通する。光ファイバ２０は、接続方向Ａ１における途中から先端面２０ａに亘って樹脂被覆２２が除去される。この構成によれば、ベアファイバ２１が露出する。ベアファイバ２１は、光ファイバ保持孔１３に配置される。

光ファイバ保持孔１３は、第１の保持部１３ａと、第２の保持部１３ｂとを含む。第１の保持部１３ａは、第１の内径を有する。第２の保持部１３ｂは、第２の内径を有する。光ファイバ保持孔１３は、先端開口１３ｃと、導入開口１３ｄと、を含む。先端開口１３ｃは、フェルール端面１１ａに設けられる。導入開口１３ｄは、光ファイバ導入面１１ｊに設けられる。第１の保持部１３ａは、先端開口１３ｃを含む。第１の保持部１３ａは、フェルール端面１１ａ側に設けられる。第２の保持部１３ｂは、導入開口１３ｄを含む。第２の保持部１３ｂは、光ファイバ導入面１１ｊ側に設けられる。第１の保持部１３ａにおける第１の内径は、ベアファイバ２１の外径と略等しい。従って、ベアファイバ２１は、第１の保持部１３ａに配置されている先端面２０ａから１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲においてリコート処理されていない。第２の保持部１３ｂの第２の内径は第１の内径よりも大きい。第２の保持部１３ｂの内周面はベアファイバ２１の外周面から離間する。従って、この範囲のベアファイバ２１は保護樹脂１６ｂにより覆われる。つまり、この範囲のベアファイバ２１はリコート処理がなされている。保護樹脂１６ｂは、温度変化に対して体積変化が小さい樹脂であってもよい。保護樹脂１６ｂは、例えば紫外線硬化性樹脂である。フェルール１１の上面１１ｆには、樹脂供給孔１１ｋが設けられる。樹脂供給孔１１ｋは、上面１１ｆから第１の保持部１３ａに貫通する。樹脂供給孔１１ｋは、上面１１ｆから第２の保持部１３ｂに連通する。上記のリコート処理がなされている光ファイバ２０が光ファイバ保持孔１３に挿通された状態で、接着樹脂１６ａはこの樹脂供給孔１１ｋを介して第１の保持部１３ａ及び第２の保持部１３ｂに充填される。この接着樹脂１６ａにより、光ファイバ２０は光ファイバ保持孔１３に固定される。接着樹脂１６ａは、隙間に流れ込み易い低粘度の樹脂であってもよい。接着樹脂１６ａは、例えば熱硬化性樹脂である。接着樹脂１６ａは、保護樹脂１６ｂと同じ樹脂であってもよい。光ファイバ保持孔１３に挿通される光ファイバ２０は、保護樹脂１６ｂによるリコート処理がなされていなくてもよい。その場合には光ファイバ２０と光ファイバ保持孔１３との間の隙間は、接着樹脂１６ａにより充填される。この構成により、光ファイバ２０は、光ファイバ保持孔１３に固定される。

光ファイバ２０の先端面２０ａは、フェルール端面１１ａに露出する。先端面２０ａは、フェルール端面１１ａと面一であってもよい。先端面２０ａは、レンズ等の光学要素及び屈折率整合剤などを介することなく、相手側コネクタの先端面２０ａと光結合される。換言すると、先端面２０ａは、空気のみを介して相手側コネクタの先端面２０ａと光結合される。従って、一方の光ファイバ２０の先端面２０ａから出射した光は、他方の光ファイバ２０の先端面２０ａに入射する。先端面２０ａには、反射防止膜（ＡＲコート）が設けられていてもよい。

光ファイバ保持体１７（光ファイバ保持部）は、光ファイバ導入面１１ｊに取り付けられる。光ファイバ保持体１７は、略直方体状の外観を有する。光ファイバ保持体１７は、例えば樹脂によって構成される。光ファイバ保持体１７は、固定端面１７ａを有する。固定端面１７ａは、光ファイバ導入面１１ｊに固定される。光ファイバ保持体１７は、複数の光ファイバ挿通孔１７ｃを有する。複数の光ファイバ挿通孔１７ｃは、固定端面１７ａから逆側の端面１７ｂに貫通する。例えば、光コネクタ２Ａは、８本の光ファイバ２０を有する。従って、光ファイバ保持体１７に設けられた光ファイバ挿通孔１７ｃの数は８個である。第２の保持部１３ｂ又は挿通孔１７ｃには、光ファイバ２０における樹脂被覆２２が設けられた部分と、ベアファイバ２１がリコート処理されている部分との境界が配置される。そして、光ファイバ挿通孔１７ｃの内周面とベアファイバ２１がリコート処理されている部分の外周面との間には、第２の保持部１３ｂを介して接着樹脂１６ａが充填される。光ファイバ挿通孔１７ｃの内周面と樹脂被覆２２の外周面との間にも接着樹脂１６ａが第２の保持部１３ｂを介して充填される。この構成により、光ファイバ２０は光ファイバ挿通孔１７ｃにも固定される。接着樹脂１６ａは、保護樹脂１６ｂと同じ樹脂であってもよい。光ファイバ挿通孔１７ｃに挿通される光ファイバ２０は、保護樹脂１６ｂによるリコート処理がなされていなくてもよい。その場合には光ファイバ２０と光ファイバ挿通孔１７ｃとの間の隙間は、接着樹脂１６ａにより充填される。この構成により、光ファイバ２０は、光ファイバ挿通孔１７ｃに固定される。

図４は、図３の領域Ｓ２を拡大して示す断面図である。図４に示されるように、光ファイバ２０の光軸に沿った断面において、法線方向Ｖ１は、光ファイバ２０の光軸方向Ｖ２に対して傾斜する。法線方向Ｖ１は、光ファイバ２０の先端面２０ａの法線方向である。法線方向Ｖ１は、フェルール端面１１ａの法線方向でもある。光コネクタ２Ａに設けられた光ファイバ２０の先端面２０ａにおける法線は、光コネクタ３Ａに設けられた光ファイバ２０の先端面２０ａにおける法線に対して平行である。さらに、光コネクタ２Ａに設けられた光ファイバ２０の光軸方向Ｖ２は、光コネクタ３Ａに設けられた光ファイバ２０の光軸方向Ｖ２に対して方向Ａ３の方向にずれる。これにより、先端面２０ａにおける反射戻り光が低減する。この場合、光ファイバ２０の先端面２０ａから出射される光の光路Ｌ１は、先端面２０ａにおいて先端面２０ａの傾斜の向きとは逆向きに屈折する。

図５は、図４に示された領域Ｓ３を拡大して示す断面図である。図５に示されるように、光ファイバ２０は、本体部２３と、先端部２４とを有する。

本体部２３は、一例として純シリカコアファイバ（PSCF：Pure-Silica-Core Fiber）である。本体部２３は、コア部２５とテーパ部２６とを有する。コア部２５は、コア２５ａと、クラッド２５ｂとを有する。コア２５ａは、純シリカ（ＳｉＯ_２）からなる。クラッド２５ｂは、純シリカにフッ素（Ｆ）が添加されたものである。コア部２５のモードフィールド径（MFD：Mode Field Diameter）は第１の値である。モードフィールド径は、一例として５μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。モードフィールド径は、別の例として５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。テーパ部２６は、コア２６ａと、クラッド２６ｂとを有する。コア２６ａは、コア２５ａと同様に純シリカ（ＳｉＯ_２）からなる。クラッド２６ｂは、クラッド２５ｂと同様に純シリカにフッ素（Ｆ）が添加されたものである。テーパ部２６は、コア部２５と異なり光軸方向に沿ってモードフィールド径が徐々に変化する。具体的には、テーパ部２６におけるモードフィールド径は、第１の値から直線的に拡大する。コア部２５はテーパ部２６と一体である。テーパ部２６のモードフィールド径が第１の値である部分は、コア部２５と連続する。コア２５ａとコア２６ａとは、本開示における第１のコア２９ａを構成する。クラッド２５ｂとクラッド２６ｂとは、本開示における第１のクラッド２９ｂを構成する。

モードフィールド径とは、光強度に基づいて定義される値である。モードフィールド径は、光ファイバにおけるコアの径を示す指標である。具体的には、モードフィールド径は、コアの中心における光強度に対して、光強度が１／ｅ^２となる距離である。

先端部２４は、一例としてシングルモードファイバ（ＳＭファイバ）である。先端部２４は、第２のコア２７と、第２のクラッド２８とを有する。第２のコア２７は、純シリカにゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されたものである。第２のクラッド２８は、純シリカからなる。先端部２４の一方の端面２４ａは、本体部２３の結合端面２３ａに融着される。具体的には、先端部２４は、テーパ部２６においてモードフィールド径が第２の値である部分と融着される。先端部２４の他方の端面は、光ファイバ２０の先端面２０ａを形成する。先端面２０ａにおけるモードフィールド径は第２の値である。第２の値は第１の値よりも大きい。モードフィールド径は、一例として、１０μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。モードフィールド径は、別の例として１５μｍ以上２５μｍ以下であってもよい。

要するに、光ファイバ２０は、コア部２５と、テーパ部２６と、先端部２４とが、光軸方向に沿ってこの順に設けられている。コア部２５は、モードフィールド径が第１の値である。テーパ部２６は、モードフィールド径が第１の値から徐々に拡大する。先端部２４は、モードフィールド径が第２の値である。

図６は、光ファイバ２０を製造する方法の一例における主要な工程を示す断面図である。図６の（ａ）部に示されるように、モードフィールド径が互いに異なる２本の光ファイバ３１，３２を準備する。光ファイバ３１は、本体部２３のためのものである。従って、光ファイバ３１は、純シリカからなるコア３１ａと、純シリカにフッ素（Ｆ）が添加されたクラッド３１ｂとを有する。光ファイバ３１は、モードフィールド径が第１の値である。光ファイバ３２は、先端部２４のためのものである。従って、光ファイバ３２は、純シリカにゲルマニウムが添加されたコア３２ａと、純シリカからなるクラッド３２ｂとを有する。光ファイバ３２は、モードフィールド径が第２の値である。

図６の（ｂ）部に示されるように、光ファイバの３１の端面３１ｃを光ファイバ３２の端面３２ｃに融着する。次に、図６の（ｃ）部に示されるように、光ファイバ３１のコア３１ａの一部をテーパ部３１ａａに変換する。具体的には、テーパ部３１ａａとすべき領域Ｓ４をバーナ等を用いて加熱する。

加熱前の光ファイバ３１における屈折率の分布は、図７のグラフＧ１により示される。純シリカからなるコア３１ａの屈折率Ｒ１は、フッ素（Ｆ）が添加されたクラッド３１ｂの屈折率Ｒ２よりも低い。この構成により、コア３１ａとクラッド３１ｂとの間に屈折率差が設けられる。領域Ｓ４の加熱を始めると、クラッド３１ｂに含まれたフッ素（Ｆ）がコア３１ａに拡散し始める。コア３１ａにフッ素（Ｆ）が拡散すると、図７におけるグラフＧ２に示されるように、コア３１ａの屈折率はＲ１からＲ１ａに低下する。一方、クラッド３１ｂの屈折率はＲ２からＲ２ａに上昇する。従って、コア３１ａとクラッド３１ｂとの屈折率差が小さくなる。換言すると、モードフィールド径は拡大する。このフッ素（Ｆ）の拡散の度合いは、加熱の温度及び加熱時間により制御可能である。接合光ファイバ３０は、含有物の熱拡散処理がなされたコア拡散光ファイバ（TECF：Thermally-diffused Expanded Core Fiber）である。

一方、領域Ｓ４を狙った加熱において、領域Ｓ４に隣接する光ファイバ３２も温度が上昇する。この温度上昇によっては、光ファイバ３２のコア３２ａに含まれたゲルマニウム（Ｇｅ）がクラッド３２ｂに拡散する。この拡散によれば、光ファイバ３２のモードフィールド径も大きくなる。しかし、フッ素の熱拡散速度は、ゲルマニウムの熱拡散速度よりも大きい。換言すると、光ファイバ３１におけるモードフィールド径が大きくなる速度は光ファイバ３２におけるモードフィールド径が大きくなる速度よりも大きい。従って、加熱条件を制御することにより、接続界面３３における先端部２４のモードフィールド径にテーパ部２６のモードフィールド径を近づけることができる。

ここで、光ファイバ３１に光ファイバ３２を接続することなく、テーパ部３１ａａを形成することを想定する。加熱によってモードフィールド径を精密に制御することは困難である。加熱により含有物を拡散して屈折率の関係を変化させる手法によれば、拡大可能なモードフィールド径の大きさに限界がある。一方、本開示に係る製造方法では、接合光ファイバ３０の先端面３０ａを構成する光ファイバ３２を予め準備し、光ファイバ３１に融着する。この方法によれば、接合光ファイバ３０の先端面３０ａを構成するコア３２ａは、モードフィールド径が第２の値であるので、先端面３０ａにおけるモードフィールド径を容易に設定することができる。

そして、最後に、接合光ファイバ３０の他方の端面を加工する。この加工により、光軸に対して傾斜した先端面３０ａが形成される。

以上に説明した本開示の光結合構造１Ａ及び光コネクタ２Ａ，３Ａによって得られる効果について説明する。

光結合構造１Ａ及び光コネクタ２Ａ，３Ａでは、光ファイバ２０の先端面２０ａから光が出射される。先端面２０ａは、光ファイバ２０の先端部２４に含まれる。先端部２４は、本体部２３のコア部２５よりもモードフィールド径が大きい。ここで、モードフィールド径と開口数との積は一定である。この関係に基づけば、先端部２４はコア部２５よりもモードフィールド径が大きいので、先端部２４の開口数はコア部２５よりも小さい。開口数が小さいほど、光ファイバ２０から出射される光の出射角度が小さくなる。従って、先端面２０ａから出射された光の拡散が抑制されるので、相手側の光ファイバ２０のコアに効率よく光を入射させることができる。従って、隙間を設けることによる影響を小さくすることができる。先端部２４のモードフィールド径が大きいので、出射されるビーム径も大きくなる。従って、光ファイバ２０の光軸のずれによる接続損失の増加を抑制することができる。さらに、先端部２４とコア部２５との間には、モードフィールド径が徐々に拡大するテーパ部２６が配置される。この構成によれば、モードフィールド径が第１の値から第２の値へ変換される際の損失の増加が抑制される。従って、光結合構造１Ａ及び光コネクタ２Ａ，３Ａによれば、モードフィールド径の拡大によって出射される光の出射角度が小さくされる。さらに、光結合構造１Ａ及び光コネクタ２Ａ，３Ａによれば、テーパ部２６を用いたモードフィールド径の変換により損失の増加が抑制される。従って、接続損失の増加が抑制される。

先端部２４により、拡大されたモードフィールド径を容易に調整できる。従って、実装の作業性を向上させることができる。

本開示のように、光ファイバ２０の本体部２３は、第１のコア２９ａと第１のコア２９ａを囲む第１のクラッド２９ｂとを有すると共に、第１のコア２９ａと第１のクラッド２９ｂとの屈折率の関係を制御する第１の含有物を含む。先端部２４は、第２のコア２７と第２のコア２７を囲む第２のクラッド２８とを有する。先端部２４は、第２のコア２７と第２のクラッド２８との屈折率の関係を制御する第２の含有物を含む。第１の含有物の熱拡散速度は、第２の含有物の熱拡散速度よりも大きい。この構成によれば、本体部２３に含まれた第１の含有物の熱拡散速度は、先端部２４に含まれた第２の含有物の熱拡散速度より大きい。この構成により、本体部２３において第１の含有物を第２の含有物よりも早く拡散させることが可能になる。従って、本体部２３の一部を加熱することにより、第１の含有物の分布を変化させて、モードフィールド径が第１の値であるコア部２５と、モードフィールド径が第１の値から徐々に拡大するテーパ部２６とを容易に設けることができる。

本開示のように、第１の含有物は、フッ素（Ｆ）である。第２の含有物は、ゲルマニウム（Ｇｅ）である。フッ素は、ゲルマニウムよりも熱拡散速度が大きい。従って、この構成によれば、モードフィールド径が第１の値であるコア部２５と、モードフィールド径が第１の値から徐々に拡大するテーパ部２６とを容易に設けることができる。

本開示のように、先端面２０ａの法線は、光ファイバ２０の光軸方向に対して傾斜する。この構成により、光ファイバ２０の先端面２０ａにおける反射戻り光を低減できる。

本開示のように、光結合構造１Ａは、フェルール端面１１ａ上に設けられてフェルール端面１１ａと相手側光コネクタとの間隔を規定するスペーサ１４をさらに備える。スペーサ１４によれば、一方の光ファイバ２０の先端面２０ａから他方の光ファイバ２０の先端面２０ａまでの間隔を精密に規定することができる。

スペーサ１４によれば、フェルール端面１１ａと相手側光コネクタとの間に所定の間隔を容易に設けることができる。換言すると、スペーサ１４によれば、光コネクタ２Ａ，３Ａのフェルール端面１１ａの間に所定の間隔を容易に設けることができる。従って、非接触の光接続構造を実現し、異物の密着を低減してフェルール端面１１ａの例えばエアダスターなどを用いる清掃を容易にすることができる。フェルール端面１１ａの清掃を不要にできる。そのうえ、ＰＣ方式と異なり、接続に大きな力を必要とせずに、多数の光ファイバ２０を同時に接続することができる。更には、レンズを介していないので光路に存在する光学部材の数を少なくできる。この構成により、光接続損失を抑えることができる。さらに、調芯工程が不要になるので、製造工程が少なくなりコストを低く抑えることができる。

本開示のように、光結合構造１Ａ及び光コネクタ２Ａ，３Ａは、光ファイバ２０をフェルール１１に固定するための光ファイバ保持体１７をさらに備える。フェルール１１は、光ファイバ保持孔１３の先端開口１３ｃとは逆側の導入開口１３ｄが設けられた光ファイバ導入面１１ｊを有する。光ファイバ保持体１７は、光ファイバ導入面１１ｊに固定されると共に導入開口１３ｄから延出する光ファイバ２０を保持する。この構成によれば、導入開口１３ｄから延出した光ファイバ２０を保護することができる。

本開示のように、光ファイバ保持孔１３の内周面と、光ファイバ保持孔１３に配置された光ファイバ２０の外周面との間には、隙間が形成される。光ファイバ２０は、保護樹脂１６ｂによりリコート処理される。隙間には接着樹脂１６ａが充填される。光ファイバ２０は、光ファイバ保持孔１３と接着される。この構成によれば、光ファイバ保持孔１３に配置された光ファイバ２０を保護することができる。この構成によれば、温度変化による曲げロスの増加を抑制することができる。この構成によれば、温度変化による断線を防止することができる。

上述した開示は、光コネクタ及び光結合構造の一例を示すものである。本開示に係る光コネクタ及び光結合構造は、本開示に係る光コネクタ及び光結合構造に限られない。本開示に係る光コネクタ及び光結合構造は、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、変形し又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記開示では、フェルール端面間の隙間は空気で満たされている。しかし、フェルール端面間を満たす媒質は、屈折率が一定の媒質であれば空気に限定されない。上記開示では、本開示に係る光コネクタを多芯光コネクタに適用している。本開示に係る光コネクタは、単芯光コネクタに適用してもよい。

１Ａ…光結合構造、２Ａ，３Ａ…光コネクタ、１１…フェルール、１１ａ…フェルール端面、１１ｂ…後端面、１１ｊ…光ファイバ導入面、１１ｋ…樹脂供給孔、１３…光ファイバ保持孔、１３ｃ…先端開口、１３ｄ…導入開口、１４…スペーサ、１５…ガイドピン、１６ａ…接着樹脂、１６ｂ…保護樹脂、１７…光ファイバ保持体、２０…光ファイバ、２１…ベアファイバ、２２…樹脂被覆、２３…本体部、２４…先端部、２５…コア部、２６…テーパ部、２９ａ…第１のコア、２９ｂ…第１のクラッド、２７…第２のコア、２８…第２のクラッド。

Claims

本体部、及び、先端部を有する光ファイバと、
相手側光コネクタと対面するフェルール端面、及び、前記フェルール端面において開口しており前記開口から前記光ファイバの前記先端部に設けられた先端面が露出するように前記光ファイバが保持される光ファイバ保持孔を有するフェルールと、を備え、
前記本体部は、モードフィールド径が第１の値であるコア部、及び、モードフィールド径が前記第１の値から徐々に拡大するテーパ部を含み、
前記先端部は、一方の端面が前記テーパ部の端部に融着されており、他方の端面が前記先端面を形成し、前記先端面におけるモードフィールド径が第２の値であり、前記第２の値は前記第１の値より大きい、光コネクタ。
前記本体部は、第１のコアと前記第１のコアを囲む第１のクラッドとを有すると共に、前記第１のコアと前記第１のクラッドとの屈折率の関係を制御する第１の含有物を含み、
前記先端部は、第２のコアと前記第２のコアを囲む第２のクラッドとを有すると共に、前記第２のコアと前記第２のクラッドとの屈折率の関係を制御する第２の含有物を含み、
前記第１の含有物の熱拡散速度は、前記第２の含有物の熱拡散速度よりも大きい、請求項１に記載の光コネクタ。
前記第１の含有物は、フッ素（Ｆ）であり、
前記第２の含有物は、ゲルマニウム（Ｇｅ）である、請求項２に記載の光コネクタ。
前記先端面の法線は、前記光ファイバの光軸方向に対して傾斜する、請求項１〜３の何れか一項に記載の光コネクタ。
前記フェルール端面上に設けられて前記フェルール端面と前記相手側光コネクタとの間隔を規定するスペーサをさらに備える、請求項１〜４の何れか一項に記載の光コネクタ。
前記光ファイバを前記フェルールに固定するための光ファイバ保持部をさらに備え、
前記フェルールは、前記光ファイバ保持孔の前記開口とは逆側の開口が設けられた光ファイバ導入部を有し、
前記光ファイバ保持部は、前記光ファイバ導入部に固定されると共に前記逆側の開口から延出する前記光ファイバを保持する、請求項１〜５の何れか一項に記載の光コネクタ。
前記光ファイバは、ベアファイバ部分が保護樹脂で覆われている部分を有し、
前記光ファイバと前記光ファイバ保持孔は、接着樹脂で固定されている、請求項１〜６の何れか一項に記載の光コネクタ。
互いに接続される第１の光コネクタ及び第２の光コネクタと、
前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとの間隔を規定するスペーサと、を備え、
前記第１の光コネクタ及び前記第２の光コネクタは、
本体部、及び、先端部を有する光ファイバと、
相手側光コネクタと対面するフェルール端面、及び、前記フェルール端面において開口しており前記開口から前記光ファイバの前記先端部に設けられた先端面が露出するように前記光ファイバが保持される光ファイバ保持孔を有するフェルールと、をそれぞれ備え、
前記本体部は、モードフィールド径が第１の値であるコア部、及び、モードフィールド径が前記第１の値から徐々に拡大するテーパ部を含み、
前記先端部は、一方の端面が前記テーパ部の端部に融着されており、他方の端面が前記先端面を形成し、前記先端面におけるモードフィールド径が第２の値であり、前記第２の値は前記第１の値より大きく、
前記スペーサは、前記第１の光コネクタの前記フェルール端面と、第２の光コネクタの前記フェルール端面との間に配置されている、光結合構造。
前記第１の光コネクタ及び前記第２の光コネクタのそれぞれにおいて、
前記光ファイバ保持孔から露出された前記光ファイバの先端面の法線は、前記光ファイバの光軸方向に対して傾斜し、
前記第１の光コネクタにおける前記光ファイバの光軸は、前記第２の光コネクタにおける前記光ファイバの光軸に対してずれている、請求項８に記載の光結合構造。