(57)【要約】【課題】作製容易で抗折強度が大幅に強い光フェルール及びそれを用いた光デバイスを提供することができる。また、接合面における光結合効率を悪化させることをなくすことができる。【解決手段】貫通孔を有する略円筒状の光フェルールの中間部に、貫通孔まで到達する切欠部を１つ以上有し、該切欠部の底面とその両側面との境界部が曲面状または面取形状とする。また、光学素子または光フェルール固定手段の角部を、上記境界部と勘合する曲面状または面取形状とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する略円筒状の光フェルールの中間部に、貫通孔まで到達する切欠部を１つ以上有し、該切欠部の底面とその両側面との境界部が曲面状または面取形状であることを特徴とする光フェルール。
【請求項２】
上記切欠部周辺を囲む略円筒状の補強部材を配設したことを特徴とする請求項１記載の光フェルール。
【請求項３】
請求項１または２に記載した光フェルールの切欠部に、光学素子または光フェルール固定手段を配設し、上記貫通孔に光ファイバを保持固定したことを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
上記光学素子または光フェルール固定手段の角部が、上記境界部と勘合する曲面状または面取形状であることを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
【請求項５】
請求項３または４に記載した光デバイスを用いたことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に用いる光フェルール及びそれを用いた光デバイス及び光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光フェルール及びそれを用いた光デバイスは、光半導体素子（発光素子または受光素子）及び光コネクタとの光接合部品として使用される。光コネクタと接続される面は、ＰＣ研磨されており最適な光結合を得るために光学研磨が施されている。
【０００３】
また、光コネクタ接続面側にはシングルモード光ファイバを一定長備えたＦＣコネクタ、ＳＣコネクタ、ＭＵコネクタ、ＬＣコネクタ等が用いられた光コネクタを有した構造のものもある。
【０００４】
さらに、一端に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部を備えた光ファイバを突出させた構造のものもある。
【０００５】
さらにまた、基体である光フェルールに光アイソレータ、減衰器、フィルタ、レンズ等の光学素子を配設できる少なくとも１つの切欠部を有するものがある。
【０００６】
図７に示すように上記従来の光ファイバスタブ２０を用いた光デバイス１０の一例を示す。従来の光ファイバスタブ２０を用いた光デバイス１０は、一端に光半導体素子（発光素子または受光素子）を光接続させるためのレンズ形状の先球３ｇを備えた第１シングルモード光ファイバ３ａの他端に、第１マルチモード光ファイバ３ｂ、コアレス光ファイバ３ｃ、３ｄ、第２マルチモード光ファイバ３ｅ、及び第２シングルモード光ファイバ３ｆを順次一列に接続して基体である光フェルール１の貫通孔１ａに挿入固定して成るとともに、コアレス光ファイバ３ｃ、３ｄの間に形成した切欠部１ｂに、偏光子、ファラデー回転子等からなる光学素子４を載置し、コアレス光ファイバ３ｃ、３ｄの一端部との間に、屈折率をコアレス光ファイバ３ｃ、３ｄに整合させた透光性の屈折率整合接着剤を設けたものがある。
【０００７】
また、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、光モジュール３０はＰＬＣ（平面光導波回路）３１と光ファイバスタブ２０とから構成される（特許文献１参照）。
【０００８】
ＰＬＣ３１はシリコン基板３２上に形成された光導波構造３３を有している。
【０００９】
光導波構造３３は光導波路コア部３４と該光導波路コア部３４を覆った光導波路クラッド部３７を含んでいる。光導波路コア部３４はその断面の一辺が約８μｍの矩形をしており、光信号は屈折率が高い光導波路コア部３４を伝搬する。
【００１０】
シリコン基板３２の一端部では基板表面３２ａが露出しており、Ｖ溝３５がシリコンの異方性エッチングにより形成されている。直径１２５μｍの円形断面を有する光ファイバ３がＶ溝３５中に搭載されたとき、光ファイバ３のコア部（直径９．５μｍ）の中心と光導波路コア部３４の中心が一致するように、Ｖ溝３５の位置と寸法が選ばれている。
【００１１】
Ｖ溝３５に直交して断面矩形状の溝３６がダイシングソーによりシリコン基板３２を切削することにより形成されている。
【００１２】
シリコンの異方性エッチングによりＶ溝３５を形成した後、ダイシングソーで機械的にシリコン基板３２を切削して溝３６を形成することにより、Ｖ溝３５内に搭載される光ファイバ３を光導波路コア部３４に突き当てることができる。
【００１３】
光ファイバスタブ２０は、貫通孔１ａを有する光フェルール１と、貫通孔１ａ中に挿入され固定された光ファイバ３を含んでいる。光フェルール１は更に、貫通孔１ａ中に挿入固定された光ファイバ３が半分露出するような切欠部１ｂを有している。
【００１４】
光フェルール１の一端部で光ファイバ３はその全周で光フェルール１により保持されている。更に、一端部には外周平坦部１ｇが形成されている。外周平坦部１ｇは、軸方向の長さ約３００μｍ、切欠部１ｂからの高さ約２５０μｍの寸法を有している。このため、外周平坦部１ｇはＰＬＣ３１の溝３６に十分な余裕を持って嵌り、光ファイバ３による位置合わせを阻害することはない。
【００１５】
光モジュール３０を組み立てるには、光ファイバスタブ２０を反転して、光ファイバ３の一端が光導波路コア部３４の一端に突き当てられるように、光フェルール１の外周平坦部１ｇを溝３６中に挿入するとともに光ファイバ３をＶ溝３５中に挿入し、光ファイバスタブ２０を切欠部１ｂで基板表面３２ａに接着する。
【００１６】
このような構造とすることにより、低コスト化、小型化に適したレセプタクル型光モジュールを得ることができる。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００２−９０５７８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７及び図８に示すに示すような従来の光フェルール１及びそれを用いた光デバイス１０では、一端を保持し他端に荷重が印加されると光フェルール１の切欠部１ｂの底面１ｃとその両側に位置する２個の側面１ｄとの境界部１ｆから折れてしまうとう問題点を生じている。
【００１９】
例えば、光フェルール１の外径がφ１．２５ｍｍの細径フェルールでは、光デバイス１０への組立時に光フェルール１の境界部１ｆから光フェルール１の破断を生じることがあり、また、破断しなくとも光デバイス１０や光モジュール３０への組立後に発光素子からの光出力が変動することも生じている。これは、組立時に光フェルール１に加えられた応力により、光フェルール１を破断させなくとも変形させ、その変形した状態で光デバイス１０や光モジュール３０への組立が行われて、その後応力が取り払われると、変形が元に戻り、それによって光出力が変動するという問題を生じている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を鑑みて本発明は、貫通孔を有する略円筒状の光フェルールの中間部に、貫通孔まで到達する切欠部を１つ以上有し、該切欠部の底面とその両側面との境界部が曲面状または面取形状であることを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明は、上記切欠部周辺を囲む略円筒状の補強部材を配設したことを特徴とする。
【００２２】
またさらに本発明は、上記光フェルールの切欠部に、光学素子または光フェルール固定手段を配設し、上記貫通孔に光ファイバを保持固定したことを特徴とする。
【００２３】
さらに本発明は、上記光学素子または光フェルール固定手段の角部が、上記境界部と勘合する曲面状または面取形状であることを特徴とする。
【００２４】
またさらに本発明は、上記光デバイスを用いたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において同一部材については、同一符号を付し説明を省略するものとする。
【００２６】
図１（ａ）は本発明の光フェルール１の断面図を示し、貫通孔１ａを有する略円筒状の光フェルール１の中間部に、貫通孔１ａまで到達する切欠部１ｂを１つ以上有し、該切欠部１ｂの底面１ｃとその両側面１ｄとの境界部１ｆが曲面状または面取形状であることを特徴とする。
【００２７】
即ち、本発明の光フェルール１では、該切欠部１ｂの底面１ｃとその両側面１ｄとの境界部１ｆが曲面状または面取形状とすることにより、光フェルール１に曲げ荷重がかかった際に、境界部１ｆにかかる応力が緩和され、抗折強度が強くなるという効果を奏する。
【００２８】
本発明の境界部１ｆの断面形状である面取形状もしくは曲面状の大きさを図１（ｂ）、（ｃ）に示すようにそれぞれＣ面ｃ、曲率半径ｒとするとｃ、ｒとも０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内が望ましい。０．０１ｍｍ未満では曲げ強度をあげるだけの効果はなくまた、１．０ｍｍ以上になると、大きすぎて相手側の光学素子もしくはフェルール固定手段に制約を与えることとなり、光デバイスとして不適当になるからである。ここで、この曲面状もしくは面取形状の大きさは上記範囲内で、相手側部材の材質、形状や光デバイスの構造に応じて適宜選択することが望ましい。
【００２９】
境界部１ｆの断面形状が曲面状もしくは面取形状とするには、光フェルール１の外周と貫通孔１ａ等を仕上げた後、切欠部１ｂを研削加工することが望ましく、研削砥石の境界部１ｆにあたる部分である角部に曲面もしくは面取りを施すことによって、その砥石形状が切欠部１ｂに転写されるからである。
【００３０】
研削砥石の研削する部分はダイヤモンド製であることが望ましい。
【００３１】
本発明の光フェルール１はジルコニアやアルミナセラミックスの他、ガラス製や樹脂製も使用可能である。
【００３２】
次に、図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の光フェルール１の切欠部１ｂのさまざまな形状を示す断面図であり、図２（ａ）は境界部１ｆが曲面状であり、切欠部１ｂが貫通孔１ａを一部残した形状である。図２（ｂ）は境界部１ｆが曲面状であり、切欠部１ｂが貫通孔１ａを分断した形状である。
【００３３】
また、図２（ｃ）は境界部１ｆが面取形状であり、切欠部１ｂが貫通孔１ａを一部残した形状である。図２（ｂ）は境界部１ｆが面取形状であり、切欠部１ｂが貫通孔１ａを分断した形状である。
【００３４】
本発明の光フェルール１において、上記切欠部１ｂが貫通孔１ａを一部残した場合であっても、貫通孔１ａを分断させた場合でも、該切欠部１ｂの底面１ｃとその両側に位置する２個の側面１ｄとの境界部１ｆの断面形状が曲面状もしくは面取形状であれば、本発明の効果を奏することができる。
【００３５】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）に本発明の光フェルール１の他の実施形態を示す。
【００３６】
図３（ａ）は切欠部１ｂが数箇所ある場合を示す。図３（ｂ）は光フェルール１の外周に外周平坦部１ｇを設けたものである。光デバイスや光モジュールに載置する際に、曲面状の外周形状では固定しにくいために、このように平坦部を設けることもある。
【００３７】
図３（ｃ）は切欠部１ｂの周囲を覆うように補強部材２を備えており、これによって切欠部１ｂを有した光フェルール１の抗折強度を容易に強くすることができる。
【００３８】
ここで、円筒状の補強部材２の形状は、補強部材２の外周面に少なくとも１つの環状の凸部を有した形状のもの、円筒状の補強部材２の外周面に少なくとも１つの切欠部を有する形状のもの、円筒状の補強部材２の一部に少なくとも１つの孔を有するもの、内周面に少なくとも１つの凹部又は少なくとも２つの凸部を有した形状のもの、又は内周面の長手方向に少なくとも３つ以上の凸部、凹部を有したもの等様々な形状のものを用いることができる。
【００３９】
円筒状の補強部材２の材質はステンレス等の金属の他、ジルコニアやアルミナ等のセラミックスやガラス等も使用可能である。この中で、材質をステンレスとすれば光モジュールと補強部材２とをレーザー溶接することが可能となる。レーザー溶接は半田封止よりさらに簡便で短時間の工程であり、また、熱も局所的にしか発生しないため、光デバイス（図示なし）に内蔵されている光学素子やレーザーモジュール内の半導体素子に与える影響が少ない。
【００４０】
次に、図４に本発明の実施形態である光ファイバスタブ２０とこれを用いた光デバイス１０の断面図を示す。
【００４１】
光デバイス１０は、基体である光フェルール１の貫通孔１ａ内に、第１シングルモード光ファイバ３ａ、第１マルチモード光ファイバ３ｂ、コアを持たないコアレス光ファイバ３ｃ、３ｄ、第２マルチモード光ファイバ３ｅ、第２シングルモード光ファイバ３ｆを順次一列に接続した光ファイバ３を収納してなる。光フェルール１から突出した第１シングルモード光ファイバ３ａの一端は、光半導体素子（発光素子または受光素子）と結合するために先球３ｇが加工されており、第２シングルモード光ファイバ３ｆの一端は光フェルール１の他端にて研磨加工されている。
【００４２】
また、光フェルール１内で分断されたコアレス光ファイバ３ｃ、３ｄは切欠部１ｂ内に載置した光学素子４（例えば光アイソレータ）を介して光接続させるようにしている。
【００４３】
ここで光フェルール１の中間部に少なくとも１以上の貫通孔１ａに到達する切欠部１ｂを有し、該切欠部１ｂの底面１ｃとその両側に位置する２個の側面１ｄとの境界部１ｆの断面形状が曲面状もしくは面取形状である。
【００４４】
また、切欠部１ｂに固定される部分の光学素子４の角部４ａの断面形状が上記切欠部１ｂの境界部１ｆの曲面もしくは面取りに勘合した曲面状もしくは面取形状とすることにより、側面１ｄと光学素子４の光学面とを隙間なく接合することが可能となる。
【００４５】
図示はしていないが、光デバイス１０の先球１ｇを備えた第１シングルモード光ファイバ３ａ側には、不図示の光半導体素子（発光素子または受光素子）を搭載したモジュールが光接続され信号光を伝送できるようになっている。光コネクタとの低接続損失を維持するために光デバイス１０の光コネクタ接続側は加工変質層を除去したＰＣ研磨加工、もしくは先端面を傾斜させた斜めＰＣ研磨加工を施すことが望ましい。
【００４６】
さらに、また、シングルモード光ファイバを一定長備えたＦＣコネクタ、ＳＣコネクタ、ＭＵコネクタ、ＬＣコネクタ等が用いられた光コネクタを有した構造のものもある。
【００４７】
切欠部１ｂには光アイソレータの他に、減衰機、フィルタ、レンズ等の様々な光学素子４を載置することが出来る。
【００４８】
次に、本発明の光フェルール１を用いた光デバイスの一種である光モジュールについて図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００４９】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、光モジュール３０はＰＬＣ（平面光導波回路）３１と光ファイバスタブ２０とから構成され、ＰＬＣ３１の光フェルール固定手段３８と光ファイバスタブ２０の切欠部１ｂとが勘合して固定されている。
【００５０】
ＰＬＣ３１はシリコン基板３２上に形成された光導波構造３３を有している。
【００５１】
光導波構造３３は光導波路コア部３４と該光導波路コア部３４を覆った光導波路クラッド部３７を含んでいる。光導波路コア部３４はその断面の一辺が約８μｍの矩形をしており、光信号は屈折率が高い光導波路コア部３４を伝搬する。
【００５２】
シリコン基板３２の一端部では基板表面３２ａが露出しており、Ｖ溝３５がシリコンの異方性エッチングにより形成されている。直径１２５μｍの円形断面を有するベアの光ファイバ３がＶ溝３５中に搭載されたとき、ベアの光ファイバ３のコア部（直径９．５μｍ）の中心と光導波路コア部３４の中心が一致するように、Ｖ溝３５の位置と寸法が選ばれている。
【００５３】
Ｖ溝３５に直交して断面矩形状の溝３６がダイシングソーによりシリコン基板３２を切削することにより形成されている。溝３６の幅Ｗは約３２０μｍ、深さＤは約３００μｍである。
【００５４】
シリコンの異方性エッチングによりＶ溝３５を形成した後、ダイシングソーで機械的にシリコン基板３２を切削して溝３６を形成することにより、Ｖ溝３５内に搭載される光ファイバ３を光導波路コア部３４に突き当てることができる。
【００５５】
光ファイバスタブ２０は、貫通孔１ａを有する光フェルール１と、貫通孔１ａ中に挿入され固定された光ファイバ３を含んでいる。光フェルール１は更に、貫通孔１ａ中に挿入固定された光ファイバ３が半分露出するような切欠部１ｂを有している。
【００５６】
光ファイバ３は光フェルール１の両端部で保持されている。更に、片端部には外周平坦部１ｇが形成されている。外周平坦部１ｇはＰＬＣ３１の溝３６に十分な余裕を持って嵌り、光ファイバ３による位置合わせを阻害することはない。
【００５７】
光モジュール３０を組み立てるには、図５（ａ）の光ファイバスタブ２０を上下反転して、光ファイバ３の一端が光導波路コア部３４の一端に突き当てられるように、光フェルール１の外周平坦部１ｇを溝３６中に挿入するとともに光ファイバ３をＶ溝３５中に挿入し、光ファイバスタブ２０を切欠部１ｂでＰＬＣ３１の光フェルール固定手段３８に勘合させて基板表面３２ａに接着する。
【００５８】
このような構造とすることにより、低コスト化、小型化に適したレセプタクル型光モジュールを得ることができる。
【００５９】
ここで光フェルール１の境界部１ｆの断面形状を曲面状もしくは面取形状としていることにより、光モジュール３０を組み立てたあとにおいても、光フェルール１にかかる曲応力にたいしての強度が向上するために、光出力の変動がなく、安定した光モジュール特性を得ることができる。
【００６０】
また、切欠部１ｂに固定される部分の光フェルール固定手段である基板表面３２ａの両角部４ａの断面形状が上記切欠部１ｂの境界部１ｆの曲面もしくは面取りに対応した曲面状もしくは面取形状とすることにより、側面１ｄとコア３４の光学面とを隙間なく接合することが可能となるために、接合面における光結合効率を悪化させることがなくなる。
【００６１】
以上説明してきたように、本発明によれば、切欠部１ｂの底面１ｃとその両側に位置する２個の側面１ｄとの境界部１ｆの断面形状を曲面状もしくは面取形状とすることにより、作製容易で曲げ強度が大幅に強い光フェルール１及びそれを用いた光デバイス１０を提供することができる。
【００６２】
【実施例】
ここで、本発明における光フェルールと従来の光フェルールを用いての破壊強度の比較を行った。
【００６３】
図６に光フェルール１の破壊強度測定方法を模式的に示した。光フェルール１の一端から３ｍｍの位置をチャック等の固定治具により強固に保持し、他端の端面から２ｍｍの位置にプッシュプルゲージ４０によって上方から基体である光フェルール１へ荷重を加え、破断するまでの荷重をプッシュプルゲージ４０で測定し抗折強度を測定した。
【００６４】
測定に用いた光フェルール１は外径がφ２．５００ｍｍ、長さが１６ｍｍ、貫通孔１ａの内径がφ０．１２６ｍｍで材質がジルコニア製のものを用い、切欠部１ｂの幅１．５ｍｍ、深さを１．３００ｍｍとした。
【００６５】
また、従来例では該切欠部１ｂの底面１ｃとその両側に位置する２個の側面１ｄとの境界部１ｆをシャープコーナーとしており、また本発明の境界部１ｆを曲面状として曲率半径０．１ｍｍとした。
【００６６】
測定サンプルを各１０個作成し、その測定結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2004233468.tif 000003
【００６８】
ここで表１より、従来の光フェルールでは破壊荷重の平均値、ばらつきが７．６３Ｎ、０．２４Ｎという結果に対して、本発明の光フェルール１での平均値、ばらつきが８．８５Ｎ、０．１０Ｎという値を示し、平均値で約１６％向上し、ばらつきも大幅に小さくすることができた。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、貫通孔を有する略円筒状の光フェルールの中間部に、貫通孔まで到達する切欠部を１つ以上有し、該切欠部の底面とその両側面との境界部が曲面状または面取形状であることにより、作製容易で抗折強度が大幅に強い光フェルール及びそれを用いた光デバイスを提供することができる。
【００７０】
また、光学素子または光フェルール固定手段の角部が、上記境界部と勘合する曲面状または面取形状であることにより、側面と光学素子の光学面または光フェルール固定手段とを隙間なく接合することが可能となり、接合面における光結合効率を悪化させることがなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光フェルールを示す断面図であり、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の境界部１ｆにおける断面詳細図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光フェルールの切欠部のさまざまな形状を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）本発明の光フェルールを示す断面図である。
【図４】本発明の光デバイスを示す断面図である。
【図５】本発明の光デバイスを示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側面図である。
【図６】本発明の光フェルールの抗折強度測定方法を示す断面図である。
【図７】従来の光デバイスを示す断面図である。
【図８】従来の光デバイスを示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側面図である。光デバイスを示す断面図である。
【符号の説明】
１    光フェルール
１ａ  貫通孔
１ｂ  切欠部
１ｃ  底面
１ｄ  側面
１ｆ  境界部
１ｇ  外周平坦部
２    補強部材
３    光ファイバ
３ａ  第１シングルモード光ファイバ
３ｂ  第１マルチモード光ファイバ
３ｃ  コアレス光ファイバ
３ｄ  コアレス光ファイバ
３ｅ  第２マルチモード光ファイバ
３ｆ  第２シングルモード光ファイバ
３ｇ  先球
４    光学素子
４ａ  角部
１０  光デバイス
２０  光ファイバスタブ
３０  光モジュール
３１  ＰＬＣ
３２  シリコン基板
３２ａ  基板表面
３３  光導波構造
３４  光導波路コア部
３５  Ｖ溝
３６  溝
３７  光導波路フラット部
３８  光フェルール固定手段
４０  プッシュプルゲージ
【図１】
2004233468.tif 000004
【図２】
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【図３】
2004233468.tif 000006
【図４】
2004233468.tif 000007
【図５】
2004233468.tif 000008
【図６】
2004233468.tif 000009
【図７】
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【図８】
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