(57)【要約】 【課題】  本発明では、光ファイバーの先端でのフレネル反射を抑制し、透明体と空気の屈折率境界で生じるフレネル反射をレーザーダイオードに戻る光路から外すことでレーザーダイオードへの反射戻り光を少なくした光レセプタクルを、レーザーダイオードと光ファイバーの光学的結合効率を犠牲にすることなく、安価に提供することを可能とする。  【解決手段】  光ファイバー３のコアと屈折率が実質的に一致する透明球９をスリーブ２の内径に中間ばめ乃至隙間ばめの状態で挿入した後に結合剤１０で補強して、さらに透明球９の一部を複数同時に一括除去加工して、スリーブ２の中心軸に対して斜めに平坦面８を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が凸球面に形成された光フェルールを挿入する穴を有するスリーブと、スリーブに挿入した光フェルールの中心に保持された光ファイバーの先端と密着するように配置された透明体と、光半導体素子と集光レンズをスリーブや透明体と一体化するための保持部材を有する光レセプタクルであって、利用する光波長における光ファイバのコアの屈折率と透明体の屈折率が実質的に一致しており、透明体が透明球の一部を平面で除去した平坦部分を有する形状であり、スリーブの内孔に囲まれた範囲に透明体が中間ばめ又は隙間ばめの状態で挿入されており、スリーブと透明体が接着剤又は低融点ガラスからなる接合剤で接合されており、透明体に設けられた平坦面の法線がスリーブの中心軸に対して傾斜していることを特徴とする光レセプタクル。
【請求項２】
請求項１に記載の光レセプタクルの製造方法であって、スリーブに透明球を接着剤又は低融点ガラスで接合した後で、透明球の一部を平面で除去加工して円形の平坦面を形成したことを特徴とする光レセプタクルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバーと光半導体素子を光学的に接続するための光レセプタクルに係り、特にシングルモード光ファイバーとレーザーダイオードの接続に好適な光レセプタクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ファイバの先端が密着するように配置された透明体を有する光レセプタクルでは透明体の形状として一方の光学面が直角に研磨され且つ他方の光学面が斜めに研磨されたガラススペーサーを用いている。（例えば、特許文献１参照。）
この場合、ガラススペーサーの直角に研磨された光学面の法線と光フェルールの軸がわずかでも傾斜すると光ファイバーとガラススペーサーの間に空気層が生じ、空気と光ファイバーコアの屈折率の違いにより生じたフレネル反射光がレーザーダイオードに戻ってノイズが発生するため、光フェルールを保持するスリーブの軸に対してガラススペーサーの直角に研磨された光学面の法線の方向を厳密に並行に組み付ける必要性が生じてコストが増大する問題があった。
【０００３】
また、透明体として球レンズを用いているものもある。（例えば、特許文献２参照。）
この場合、一般的に光ファイバーと球レンズの確実な密着は保証されるものの、球レンズの、光ファイバーが接触していない側の球面で、わずかにレーザーダイオードへの戻り光が生じることを避けられず、特に反射戻り光に敏感なＤＦＢレーザーダイオード等を高速変調する場合には問題が顕著であった。
【０００４】
また、透明体として光ファイバーと接触する面が球面研磨され、反対側が斜めに研磨された光学材料を使ったロッドを用いているものもある。（例えば、特許文献３参照。）
この場合は光フェルール先端の球面の頂点と一致するようロッドの球面の頂点を高精度に研磨加工する必要があり、球面研磨による加工コストが増大する問題があった。
【特許文献１】特開平２−８１００８号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開平３−７１１０３号公報（第３頁、第１図）
【特許文献３】特開平４−２２３４１２号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、レーザーダイオードから放射された光が光ファイバーへ導入されるまでの間の屈折率境界で生じるフレネル反射光がレーザーダイオードに戻ることを防止する構造を、光ファイバーとレーザーダイオードの光学的結合効率を犠牲にすることなく、堅牢で、安価に実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、先端が凸球面に形成された光フェルールを挿入する穴を有するスリーブと、スリーブに挿入した光フェルールの中心に保持された光ファイバーの先端と密着するように配置された透明体と、光半導体素子と集光レンズをスリーブや透明体と一体化するための保持部材を有する光レセプタクルであって、利用する光波長における光ファイバのコアの屈折率と透明体の屈折率が実質的に一致しており、透明体が透明球の一部を平面で除去した平坦部分を有する形状であり、スリーブの内孔に囲まれた範囲に透明体が中間ばめ又は隙間ばめの状態で挿入されており、スリーブと透明体が接着剤又は低融点ガラスからなる接合剤で接合されており、透明体に設けられた平坦面の法線がスリーブの中心軸に対して傾斜していることを特徴とする。
【０００７】
図１に示す様に、本発明の光レセプタクルは、光フェルール１を挿入する穴を有するスリーブ２と、スリーブ２に挿入した光フェルール１の中心に保持された光ファイバー３の先端と密着するように配置された透明体４と、レーザーダイオード５と集光レンズ６をスリーブ２や透明体４と一体化するための保持部材７を有し、利用する光波長における光ファイバー３のコアの屈折率と透明体４の屈折率を実質的に一致させて、透明体４を透明球の一部を平面で除去した平坦面８を有する形状として、スリーブ２の内孔に囲まれた範囲に透明体４を中間ばめ又は隙間ばめの状態で挿入して、スリーブ２と透明体４を樹脂又は低融点ガラスからなる接合剤１０で接合した。これにより透明体４の球面の頂点が自動的にスリーブ２の軸上に位置決めされるため、光ファイバー３と透明体４の確実な接触が保証され、光ファイバー３の先端でのフレネル反射が確実に抑制される。
【０００８】
さらに透明体４に設けられた平坦面８の法線をスリーブ２の中心軸に対して傾斜して設けて、平坦面８で生じるフレネル反射光がレーザーダイオード５へ戻る光路から外れるようにした。フレネル反射は完全にレーザーダイオード５への光路からはずすことができるので透明球のまま利用するよりも反射戻り光抑制効果は高い。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の光レセプタクルの製造方法において、スリーブ２に透明球を接着剤又は低融点ガラスからなる接合剤１０で接合した後で、透明球の一部を平面で除去加工して円形の平坦面８を形成したことを特徴とする。
【００１０】
スリーブ２に透明球を接着剤又は低融点ガラスからなる接合剤１０で接合した後で透明球９の一部を平面砥石１１等で除去加工して円形の平坦面を形成するプロセスを用いることで、スリーブ２の外径円筒面を透明体４の平坦面８の角度を決める基準として利用できるようにした。スリーブ２と方向性のない透明球の組み付けは簡単で低コストであり、スリーブ２と透明球を接合した後でスリーブ２の外径円筒面を基準として除去加工により平坦面８を有する透明体４とすれば、多数一括で効率的に処理が出来てやはり低コストである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーザーダイオードから放射された光が光ファイバーへ導入されるまでの間の屈折率境界で生じるフレネル反射光がレーザーダイオードに戻ることを防止する構造を、光ファイバーとレーザーダイオードの光学的結合効率を犠牲にすることなく、堅牢で、安価に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例を図１に示す。
光レセプタクルはスリーブ２、透明体４、保持部材７から構成される。スリーブ２は弾性スリーブでも剛体スリーブでもよい。
スリーブ２が弾性スリーブの場合に適する材質としてジルコニアセラミックス、金属、樹脂などがあげられる。
スリーブ２が剛体スリーブの場合に適する材質としてジルコニアセラミックス等のセラミックス、ガラス、結晶化ガラス、金属、樹脂などがあげられる。
本実施例ではスリーブ２に材質がジルコニアセラミックスである剛体スリーブを用い、フェルール外径規格φ１．２４９±０．０００５mmに適当な、スリーブ２の内径がφ１．２５１ｍｍからφ１．２５３ｍｍのものを用いた。
【００１３】
透明体４は波長３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲において肉厚１ｍｍあたりの光透過率が７５％以上で、波長８００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲において肉厚１ｍｍあたりの光透過率が８５％以上であるものを用いた。
透明体４の望ましい屈折率としては、利用する光波長における光ファイバー３のコアの屈折率をｎｆ、透明体４の屈折率をｎｂとして、−１０Ｌｏｇ｛（ｎｆ−ｎｂ）２／（ｎｆ＋ｎｂ）２｝≧３７を満足するものであり、本実施例においては光波長１３１０ｎｍ乃至１５５０ｎｍにおける光ファイバー３のコアの屈折率が１.４５２乃至１．４４９であるのに対し、光波長１３１０ｎｍ乃至１５５０ｎｍにおける屈折率が１．４４３乃至１．４４０のガラスを用いた。
【００１４】
一般的なＲ２０ｍｍで球面研磨された光フェルール１の中心の光ファイバー３と透明体４が確実に接触するために、スリーブ２の中心軸を法線とする平面が透明体４の光フェルール１を挿入する側の球面と接する点とスリーブ２の中心軸との距離が５０μｍ以下とするのが望ましく、それを実現するために透明体４の全球の直径とスリーブ２の内径のクリアランスを５０μｍ以下とするのが望ましい。そこで本実施例において透明球９の直径がφ１．２４５ｍｍからφ１．２５０ｍｍのものを用い、設計上、スリーブの内径が透明体の直径より０．００１ｍｍから０．００８ｍｍ大きい隙間ばめとした。ここで透明体の直径がスリーブの内径よりも０．０００ｍｍから０．００３ｍｍ大きい状態を、該隙間ばめの状態とあわせて許容する中間ばめであっても支障はない。
スリーブ２と透明体４の接合剤１０としてはエポキシ接着剤を用いた。
【００１５】
本実施例の製作手順を図２に示す。
まずプレートに支柱を設けた接合治具１３を用意し、接合治具１３の支柱にスリーブ２を装着したところで上部から透明球９をスリーブ２の内径にはめ込む。ここで支柱のプレートからの高さを調整して、透明球９をスリーブ２の内径に囲まれる範囲に挿し込んで位置が定まるようにする。
次に上部よりエポキシ接着剤１２を適量滴下して治具ごと加熱し、エポキシ接着剤１２を硬化させて透明球９とスリーブ２を一体化する。
次にスリーブ２の外形円筒面を基準として複数のスリーブを一括して斜め研磨用治具（図示せず）に装着し透明球９の球面の一部を平面砥石１１で研磨して平坦面８を形成する。
【００１６】
ここでスリーブ２が弾性スリーブである場合は斜め研磨用治具に装着する際の補強のためにスリーブにフェルール等を挿入しておけばよい。スリーブ２の中心軸に対する平坦面８の法線の角度は６度乃至８度とした。
【００１７】
ここで、スリーブ２と透明体４の実用的な固定強度、具体的には軸方向の荷重で４９Ｎ以上が確保できる範囲で、通過する光ビームより大きく平坦面８を設けることが必要なので、石英系シングルモードファイバーのＮＡが０.１２から０.１４程度であることを配慮して、透明球９の直径を１として平坦面８の直径を０.５から０．９の範囲で製作した。平坦面８の表面粗さは平均粗度Ｒａ０.１μｍ以下で仕上げた。
【００１８】
さらにスリーブ２と透明体４が一体化したものを保持部材７にエポキシ接着剤で固定して最終的な光レセプタクル形態とした。
ここでスリーブ２と保持部材７は別体としたが、一体部品であっても支障はない。
【００１９】
実施例１の光レセプタクルにおいて、光レセプタクルに接続された光ファイバー先端での反射減衰量を測定する具体的な構成を図３に示す。光ファイバー３を実装した光フェルール１を光レセプタクルに挿入して約６．９Ｎの押し圧力をかけた状態に保持して、光ファイバー１から光レセプタクルに光を入射して、光ファイバー１に光が戻る状態での戻り光量を、反射減衰量測定器１４を用いて測定した。測定結果を表１に示す。光ファイバー１には石英系１３１０ｎｍ零分散シングルモードファイバーを用いた。
【００２０】
【表１】
2006039441.tif 000003
【００２１】
表１に示すように全ての試料に於いて反射減衰量が３７ｄＢを超える良好な低反射ＰＣ状態が実現した。
【００２２】
実施例１の光レセプタクルにおいて、光レセプタクルに取り付けたレーザーダイオードから、接続された光ファイバーに伝達する光パワーを測定する具体的な構成を図４に示す。光ファイバー３を実装した光フェルール１を光レセプタクルに挿入して約９．８Ｎの押し圧力をかけた状態に保持して、レーザーダイオード５を直流安定化電源１５で定電流駆動して、レーザーダイオード５から放射される光を集光レンズ６で集光して透明体４の平坦面８側から入射して、光ファイバー３との光学的結合効率が最大になるよう光軸を調節した際の光ファイバー３に伝達する光パワーを光パワーメータ１６で測定した。測定結果を表２に示す。なお比較対照として同じ条件で光レセプタクルを介さず、光フェルール１に実装した光ファイバー３へ直接結合した際の光ファイバー３に伝達する光パワーを光パワーメーター１６で測定した値を併記する。
【００２３】
【表２】
2006039441.tif 000004
【００２４】
表２に示すように、平坦面の傾斜角が４度から１５度の範囲で、光ファイバーとレーザーダイオードを直接結合した場合と遜色のない、レーザーダイオードと光ファイバーの光学的結合状態が実現した。平坦面の傾斜角が１５度では平坦面での屈折で光ファイバーに入射する光軸の傾斜が大きくなって結合効率が低下する傾向が見られるので、平坦面の傾斜角が１５度を越える範囲で利用することは実用的でないことがわかる。また平坦面の傾斜角が４度を下回る範囲では反射光がレーザーダイオードに戻りやすくなるのは言うまでもない。
【００２５】
なお、本レセプタクルに組み合わせる光半導体素子は、レーザーダイオードに限らずフォトダイオードの場合でも、光レセプタクルとフォトダイオードの間の多重反射による光電変換の不安定性を回避する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例に示す光レセプタクルの構成図である。
【図２】本発明の実施例に示す光レセプタクルの製造手順図である。
【図３】本発明の実施例に示す光レセプタクルに接続された光ファイバー先端での反射減衰量を測定する構成図である。
【図４】本発明の実施例に示す光レセプタクルに取り付けたレーザーダイオードから、接続された光ファイバーに伝達する光パワーを測定する構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…光フェルール
２…スリーブ
３…光ファイバー
４…透明体
５…レーザーダイオード
６…集光レンズ
７…保持部材
８…平坦面
９…透明球
１０…接合剤
１１…平面砥石
１２…エポキシ接着剤
１３…接合治具
１４…反射減衰量測定器
１５…直流安定化光源
１６…光パワーメーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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