(57)【要約】      （修正有）【課題】気密構造となる光レセプタクルを提供する。【解決手段】光レセプタクルのホルダ４は、その貫通孔に透光性材料からなる円柱体１の後端部を低融点ガラスあるいは半田によって固定し、円柱体１の先端部にスリーブ２を保持して成る。円柱体１の後端面１ｂは斜面又は球面であり、先端面１ａは円柱体１の側面と直角をなす平面である。【選択図】図１
2005338408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料からなる円柱体の後端部を貫通孔を有するホルダに低融点ガラスあるいは半田によって固定し、上記円柱体の先端部にスリーブを保持してなり、上記円柱体の後端面が斜面又は球面であり、先端面が円柱体の側面と直角をなす平面であることを特徴とする光レセプタクル。
【請求項２】
上記円柱体の透過率が波長０．４〜１．６μｍにおいて８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
【請求項３】
上記円柱体の屈折率が１．３５〜１．６であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の光レセプタクル。
【請求項４】
上記円柱体の径が１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光レセプタクル。
【請求項５】
上記円柱体のヤング率が０．１〜２００ＧＰａであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光レセプタクル。
【請求項６】
上記円柱体が石英ガラス、ほうけい酸ガラス、樹脂または強化スガラスまたは結晶化ガラスの何れかよりなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の光レセプタクル。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の光レセプタクルの後端部側に光素子を収容したケースを取り付けたことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光レセプタクル及びこれを用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出する構造となっている。
【０００３】
光モジュールのうち光コネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図５に示すように光レセプタクル３７の一端に光素子３８及びレンズ３９を収容したケース４０を取り付けるとともに、他端に光コネクタ１５を脱着自在に接続するものである。
【０００４】
上記光レセプタクル３７は、ジルコニアからなるフェルール３１と、フェルール３１の貫通孔に石英ガラスからなる光ファイバ３２を保持してなるダミーフェルール３３の先端部をスリーブケース３５内に備えられたスリーブ３４に挿入するとともに、後端部をホルダ３６に圧入、または接着などで固定し、上記スリーブケース３５をホルダ３６に嵌合あるいは圧入、または接着などで固定してなる。
【０００５】
この光レセプタクル３７を用いて光モジュールを構成する場合は、光レセプタクル３７のダミーフェルール３３の後端面側に、ＬＤ等の光素子３８とレンズ３９を収容したケース４０を溶接により接合し、光レセプタクル３７の先端面側よりスリーブ３４内の貫通孔に光ファイバ１３を保持したプラグフェルール１４を挿入し、光ファイバ３２の端面と光ファイバ１３の端面とを当接させ、各光ファイバ１３、３２のコアの部分を光信号が伝搬する仕組みである。
【０００６】
上記ダミーフェルール３３及びフェルール１４は、外径がφ１〜３ｍｍ程度で、外径公差は±１μｍ以下、貫通孔に保持された光ファイバ１３、３２の径は１２５μｍ程度、径の公差は±１μｍ程度であり、中心には光信号が伝搬する直径１０μｍ程度のコアが形成されている。各光ファイバ１３及び３２のコア同士を低損失で接続するために、それぞれの部品は高精度に加工されており、スリーブ３４によってダミーフェルール３３及びプラグフェルール１４を安定且つ高精度に保持されている。
【０００７】
また、上記ダミーフェルール３３の先端面とプラグフェルール１４の端面は、当接時の接続損失を低減するため曲率半径５〜３０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨されている場合があり、またダミーフェルール３３の後端面は、光素子３８から出射された光が光ファイバ３２の後端面で反射して光素子３８に戻る反射光を防止するため、４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−６６４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図５に示すような従来のダミーフェルール３３は、光ファイバ３２をフェルール３１と接着し、またそのダミーフェルール３３をホルダ３６に圧入あるいは接着によって固定していたために気密が取れず、信頼性特性が良くないという問題点を有していた。
【０００９】
また、フェルール３１とその貫通孔に保持された光ファイバ３２からなるため、円筒状のフェルール３１の外径と内径の精度は±１μｍ程度、内径と外径の同心度は１μｍ程度、及び光ファイバ３２の外径と光ファイバ３２のコアの精度も±１μｍ程度と寸法精度が非常に高いことが要求されるため高価なものとなっていた。
【００１０】
また、それぞれの寸法バラツキの累積によって光ファイバ３２のコアの位置精度は２μｍを超えるものとなり、光ファイバ３２及び１３のコア同士の接続損失が０．３ｄＢ程度になるという欠点を有していた。
【００１１】
また、ダミーフェルール３３の先端面とフェルール１４の端面は、当接時の接続損失を減らすために曲率半径５〜３０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨されているが、フェルール３１はジルコニアで形成されているため、鏡面研磨するにはジルコニアより高硬度のダイヤモンドを用いることから加工コストが非常に高いという欠点を有していた。
【００１２】
さらに、フェルール３１はジルコニアで形成されているのに対し、光ファイバ３２は石英ガラスから形成されているため、異なる材質からなる端面を同時に研磨することから、ジルコニアの加工時の研磨くずによって、石英ガラスからなる光ファイバ３２の端面に傷を付けやすいという欠点を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のレセプタクルは、透光性材料からなる円柱体の後端部を貫通孔を有するホルダに低融点ガラスあるいは半田によって固定し、上記円柱体の先端部にスリーブを保持してなり、上記円柱体の後端面が斜面又は球面であり、先端面が円柱体の側面と直角をなす平面であることを特徴とするものである。
【００１４】
上記円柱体の透過率が波長０．４〜１．６μｍにおいて８０％以上であることを特徴とする。
【００１５】
上記円柱体の屈折率が１．３５〜１．６であることを特徴とするものである。
【００１６】
上記円柱体の径が１〜３ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１７】
上記円柱体のヤング率が０．１〜２００ＧＰａであることを特徴とするものである。
【００１８】
上記円柱体が石英ガラス、ほうけい酸ガラス、樹脂または強化スガラスまたは結晶化ガラスの何れかよりなることを特徴とするものである。
【００１９】
上記光レセプタクルの後端部側に光素子を収容したケースを取り付けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光レセプタクルによれば、円柱体とホルダの固定を低融点ガラスあるいは半田で行っているため、気密をとることができ、環境が悪い状態でも安定した特性が得られ信頼性特性が向上する。
【００２１】
また、片側が斜面あるいは球面になっているため、この部分での反射が光学素子に直接戻らず影響を及ぼさない。
【００２２】
また、本発明の光レセプタクルによれば、円柱体の屈折率が１．３５〜１．６であることから、光コネクタと低損失で、反射の少ない接続が行える。
【００２３】
さらに、本発明の光レセプタクルによれば、光コネクタのフェルールと同径となるよう円柱体の径が１〜３ｍｍであることから、スリーブと円柱体あるいはフェルールの隙間を極力小さくすることができ、低損失な接続が行える。
【００２４】
またさらに、本発明の光レセプタクルによれば、ヤング率が０．１〜２００ＧＰａであることから、光コネクタと当接させて光信号を伝搬させる際、円柱体の端面が変形して当接面を完全に密着させ、低損失な接続が行える。
【００２５】
また、本発明の光レセプタクルによれば、石英ガラス、ほうけい酸ガラス、樹脂、強化ガラス、結晶化ガラスの何れかよりなることから、上記ヤング率、屈折率を容易に得ることができ、高精度の円柱体を得ることができる。
【００２６】
さらに、本発明の光モジュールによれば、上記光レセプタクルの後端側に光素子を収容したケースを取り付けたことから、接続損失の低い、高品質な光モジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
先ず、本発明の光レセプタクルの実施形態を図面に基いて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図であり、円柱体１の先端部をスリーブケース３内に備えられたスリーブ２に挿入するとともに、後端部をホルダ４によって固定してなり、上記ホルダ４とスリーブケース３とが脱着自在に固定されている。
【００２９】
この円柱体１は、先端面１ａは平坦な面とし、後端面１ｂは光素子から出射された光がこの後端面１ｂで反射して光素子に戻る反射光を防止するため４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
【００３０】
一般に、この円柱体１はフェルール及びその貫通孔に接着された光ファイバから構成されるが、本発明の円柱体１は屈折率の均一な一つの材質からなる。
【００３１】
また、上記円柱体１の後端部を固定するホルダ４は、光モジュールとして用いる際に光素子を収容したケースと溶接するため、ステンレス、銅、鉄、ニッケル等の溶接が可能な材料から成り、耐腐食性と溶接性の高いステンレスが多用される。このホルダ４と円柱体１は低融点ガラスあるいは半田によって固定され、半田固定の場合は、半田部にメタライズ加工を施す。その先端部をスリーブに挿入して光レセプタクル等として用いた際、接着部がないため、１×１０−３Ｐａ・ｃｍ３／ｓｅｃ以下の気密を得ることができる。
【００３２】
また、波長０．４〜１．６μｍにおいて透過率が８０％以上である円柱体１を用いる。これは、透過率が低ければ低いほど円柱体１を透過する際の損失が大きくなるので、できるだけ透過率は高い方が良く、８０％以上が望ましい。
【００３３】
なお、この透過率は、光レセプタクルで使用する円柱体１の長さを厚みとして有する同材質のモニタ板を用い分光器にて測定する。
【００３４】
さらに、上記円柱体１の屈折率は１．３５〜１．６０に特定される。一般に光ファイバは石英ガラスで形成されており、石英ガラスの屈折率は１．４６７程度であるため、光ファイバと当接させる場合に接続損失を低減させ、高効率な光信号のやりとりを行うことができる。上記屈折率が１．３５未満もしくは１．６を超えると、接続する光ファイバとの屈折率の差が大きくなり、接続損失が増大し、また反射も増大する。上記円柱体１の屈折率は、接続する光ファイバのコアの屈折率に近いほど接続損失を低減させることができる。
【００３５】
表１に計算による円柱体１の屈折率と反射率、反射減衰量の関係を示す。
【００３６】
なお、光ファイバのコアの屈折率は１．４６７としている。
【表１】
2005338408.tif 000003
【００３７】
実際に光モジュールとした場合、反射率としては０．２％以下、反射減衰量としては−２７ｄＢ以下が最低限必要なため、円柱体１の屈折率は１．３５〜１．６０となる。
【００３８】
また、円柱体１の径は１〜３ｍｍであるがこれは、本発明の光レセプタクルでは均一の内径を有したスリーブ２に円柱体を挿入するため、このスリーブ２反対側から挿入し接続されるコネクタ部のフェルール径は１〜３ｍｍを有し、これと円柱体１の径は同一とする必要があるためである。
【００３９】
さらに、上記円柱体１は、ヤング率が０．１〜２００ＧＰａであることが好ましい。
【００４０】
これは、円柱体１にプラグフェルールを当接させる際、一般にプラグフェルールはフェルールの貫通孔に光ファイバが保持されてなり、プラグフェルールはヤング率が２０６ＧＰａ程度のジルコニアからなるため、円柱体１のヤング率がジルコニアより小さいと、円柱体１の先端面１ａが平坦であっても、ジルコニアからなるプラグフェルールは曲面に鏡面研磨されているため、その端面が変形して他のダミーフェルール３３の光ファイバ３２と円柱体１の先端面１ａが完全に密着し、接続損失の少ない光信号のやりとりを行うことができる。
【００４１】
なお、上記円柱体１のヤング率は、７０〜８０ＧＰａ程度がより好ましく、プラグフェルールの光ファイバを形成する石英ガラスのヤング率と同等の値とすることによって当接させた際の接続損失をより小さくすることができる。
【００４２】
上記円柱体１のヤング率が２００ＧＰａより大きいと、プラグフェルールと当接させた際に接続損失が大きくなり、また接続損失の低減のため当接する円柱体１の端面を曲率半径５〜３０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨する必要が生じ、加工コストが高くなる。
【００４３】
一方、ヤング率が０．１ＧＰａ未満となると、円柱体１の先端面１ａが過度に変形し、光信号の伝送損失の原因となる。
【００４４】
上記円柱体１は、石英ガラス、ほうけい酸ガラス、強化ガラス、結晶化ガラス、プラスチックスの何れかからなることが好ましく、上述のように円柱体１の屈折率が１．３５〜１．６０、ヤング率が０．１〜２００ＧＰａを有する材質によって形成することから、光レセプタクル、光モジュールとして用いた際の接続損失を低減することができる。
【００４５】
また、円柱体１は石英ガラスから形成することがより好ましく、当接する光ファイバと同じ材質から形成することによって製造が容易で、より接続損失を低減させることができる。
【００４６】
上記円柱体１の先端部を挿入するスリーブ２は、ジルコニア、アルミナ、銅などの材料から成り、主には耐摩耗性が高いジルコニア等のセラミックス材料を用いることが好ましい。
【００４７】
また、上記スリーブ２の内周面は、表面粗さがＲａ０．２μｍ以下とすることが好ましく、円柱体１の挿入性を高いものとできる。
【００４８】
さらに、円柱体１の外径とスリーブ２の内径の公差は低い接続損失を得るため±１μｍ以下とすることが好ましく、スリーブ２の内径寸法は円柱体１を確実に保持するため、９．８Ｎ以下の圧入になるよう設計することが好ましい。
【００４９】
上記スリーブ２の外周を固定するスリーブケース３は、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチックス、ジルコニア、アルミナ等の幅広い材料が用いられ、切削性が良く、低価格である銅を用いることが好ましい。
【００５０】
図２は、本発明の光レセプタクルの別の実施形態を示す断面図である。
【００５１】
図１で、円柱体１の後端面１ｂは４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されているとしたが、円柱体７の後端面７ｂは球面上に加工されている。
【００５２】
この後端面７ｂは、屈折率差が生じるため反射が必ず発生する。
【００５３】
図１では後端面１ｂを４〜１０°の斜面とし、ここでの反射光が光素子に戻らないようにしているが、この後端面１ｂを球面にすることにより、光素子方向に光は戻るが、光素子の光入出射部に反射光の焦点を結ばないため、光素子に大きな影響を与えず、結果として光信号を安定させることが可能となる。
【００５４】
上述の図１に示す光レセプタクルを用いて光モジュールを構成する場合は、図３に示すように円柱体１の後端面１ｂ側に、光素子８とレンズ９を備えたケース１０を半田等により接合し、円柱体１の先端面１ａ側よりスリーブ２内に、光ファイバ１３を保持したフェルール１４を備えた光コネクタ１５を脱着自在に挿入し、円柱体１の先端面１ａと光ファイバ１３の端面とを当接させることによって光信号のやりとりを行うことができる。
【００５５】
また、ケース１０はホルダ４と溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料から成り、耐腐食性と溶接性を考慮してステンレス等が用いられる。
【００５６】
さらに、金、ニッケル等によりメッキを表面に行い、半田にて固定し、気密を取る。
【実施例】
【００５７】
ここで、本発明の実施例を説明する。
【００５８】
先ず図１に示すようなレセプタクルを作製した。
【００５９】
円柱体１の材質はヤング率７３．１ＧＰａ、屈折率１．４４７の石英で後端面１ｂは８°研磨、スリーブ２はジルコニア、スリーブケース３とホルダ４はＳＵＳ３０４を用い、メッキ５はＮｉとＡｕの無電解メッキを施してあり、円柱体１とホルダ４は低融点ガラスにより固定した。このレセプタクルを用い図３のように光モジュールを組み立てた。
【００６０】
なお、光素子８は波長１．３１μｍの半導体レーザーを用いた。その後、光コネクタを図４の（ａ）のように取り付け、光コネクタ１５からの光量をパワーメータを用いて接続損失を測定した。
【００６１】
比較のため、従来の構成による光モジュールも作製し、これを比較例１とした。
【００６２】
ダミーフェルール３３は、フェルール３１の材質はジルコニアで、光ファイバ３２はコア径１０μｍのクラッド径１２５μｍの石英ファイバから成り、フェルール３１にエポキシ系接着剤にて固定した。
【００６３】
スリーブ２はジルコニア、スリーブケース３とホルダ４はＳＵＳ３０４を用い、ダミーフェルール３３をホルダ４に圧入固定したものを用い、光モジュールを組み立て、光コネクタを図４の（ｂ）のように取り付け、光コネクタ１５からの光量をパワーメータ（不図示）を用いて接続損失を測定した。
【００６４】
更に、樹脂を用いて気密構造とした従来例（特開２００３−２２７９６８）の技術を用いた光モジュールも作製し、これを比較例２とした。
【００６５】
図４の（ｃ）のように、シクロオレフィン系樹脂からなるレンズ一体型ストッパー１７を光素子ベース１６に溶着にて固定し、気密をとり光モジュールを組み立て、光コネクタ１５を図４の（ｃ）のように取り付け、光コネクタ１５からの光量をパワーメータを用いて接続損失を測定した。
【００６６】
実施例１と従来の構成による比較例１、樹脂を用いた比較例２を各１１個を用いて、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿試験を行い、各サンプルの試験前の接続損失を基準とし、２０００時間と５０００時間後に接続損失の変動量を確認した。
【００６７】
その結果が表２である。
【表２】
2005338408.tif 000004
【００６８】
表２から明らかなように、接続損失の変動量は比較例１が５０００時間にて平均０．２６８ｄＢに対し、実施例１は平均０．１２３ｄＢと半分以下の変動量となっており、非常に安定している。これは、比較例１では光ファイバを接着剤を用いてダミーフェルール３３に固定しているため、この接着剤が時間を経るに従い膨潤し、光ファイバがダミーフェルール３３に対し動くことによる損失の変動と、気密構造でないため、水蒸気がモジュール内に侵入し、レンズあるいは光ファイバ端面に水分やその水分に含まれる異物等が付着し、損失を大きくしていると考えられる。
【００６９】
しかしながら、実施例１を用いた光モジュールではダミーフェルール３３に光ファイバを接着固定した構造を用いず、一体化した円柱体１，７を用いていると共に、更に気密構造としモジュール内に水蒸気等外気が侵入しない構造となっているため、比較例１で起こるような損失は発生しない。
【００７０】
また、樹脂を用いた比較例２のモジュールは、実施例１と比較例１より更に接続損失の変動が大きくなっている。気密構造となっているため比較例１のようにモジュール内には水蒸気が侵入することはないが、高温と吸湿による塑性変形が起こり、樹脂に構成されているレンズで集光される像点位置がずれることにより、所定の光が光コネクタ内の光ファイバに入射せず損失が大きくなっていると考えられる。
【００７１】
次に、円柱体１のヤング率が光モジュールにどのように影響するかを評価した。
【００７２】
円柱体１の材質はヤング率７３．１ＧＰａ、屈折率１．４４７の石英で後端面１ｂは８°研磨、スリーブ２はジルコニア、スリーブケース３とホルダ４はＳＵＳ３０４を用い、メッキ５はＮｉとＡｕの無電解メッキを施してあり、円柱体１とホルダ４は低融点ガラスにより固定した。
【００７３】
このレセプタクルを用い図３のように光モジュールを組み立てた。
【００７４】
なお、光素子８は波長１．３１μｍの半導体レーザーを用い、光コネクタを図４の（ａ）のように取り付け、光コネクタ１５からの光量をパワーメータを用いて接続損失を測定した。
【００７５】
また、上記石英の円柱体１の代わりにヤング率を０．０５ＧＰａ、屈折率１．５５３の透光性の樹脂を用い、上記と同じように光モジュールを組み立て、接続損失を測定し、それを実施例３とした。
【００７６】
さらに、上記石英の円柱体１の代わりにヤング率を２０５ＧＰａ、屈折率１．４５５の透光性のセラミックを用い、上記と同じように光モジュールを組み立て、接続損失を測定し、それを実施例４とした。
【００７７】
実施例１と実施例３、実施例４を各１１個を用いて、各サンプルの接続損失を測定した。その結果が表３である。
【表３】
2005338408.tif 000005
【００７８】
実施例３のサンプルは実施例１に比較して相対的に接続損失が大きく、またバラツキも大きい。接続損失が相対的に大きいのは屈折率が光ファイバの屈折率１．４６７に対し、実施例３の円柱体の方が差が大きいという原因もあるが、それ以上にヤング率が小さいため、円柱体１が変形し、接続時の最適な位置からずれることにより損失が大きく、さらにバラツキも大きくなっているが使用可能な範囲である。
【００７９】
実施例４のサンプルは、円柱体１と光ファイバの屈折率差が実施例１のものより小さいため、この屈折率差による損失は実施例１より小さいはずであるが、実際には表３のように損失は大きくなっている。これは、ヤング率が高いため、光コネクタが接続されてもそれに合わせて端面が変形しないため、円柱体１と光コネクタ端面間に隙間が生じ、そのために損失がやや大きくなっているが使用可能な範囲である。
【００８０】
以上のことから、円柱体１のヤング率は０．１〜２００ＧＰａであることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）は本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す正面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の光レセプタクルの別の実施形態を示す正面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の光モジュールの一実施形態を示す断面図である。
【図４】高温高湿試験時の構成を示す断面図で、（ａ）は本発明、（ｂ）（ｃ）は従来品の図である。
【図５】従来の光モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１、７：円柱体
１ａ、７ａ：先端面
１ｂ、７ｂ：後端面
２：スリーブ
３：スリーブケース
４：ホルダ
５：メッキ
６：低融点ガラス
８：光素子
９：レンズ
１０：ケース
１１、１２：半田
１３：光ファイバ
１４：フェルール
１５：光コネクタ
１６：光素子ベース
１７：レンズ一体型ストッパー
３１：フェルール
３２：光ファイバ
３３：ダミーフェルール
３４：スリーブ
３５：スリーブケース
３６：ホルダ
３７：光レセプタクル
３８：光素子
３９：レンズ
４０：ケース
【図１】
2005338408.tif 000006
【図２】
2005338408.tif 000007
【図３】
2005338408.tif 000008
【図４】
2005338408.tif 000009
【図５】
2005338408.tif 000010