(57)【要約】  嵌合する光ファイバコネクタの精度によって大きく結合効率がばらつくことになる。このような結合効率のばらつきにより、半導体レーザを内蔵したレセプタクル型の送信モジュールでは、光出力のばらつきが生ずる。このような出力のばらつきが大きい場合、この規格を満たすことができない。すなわち、こうした送受信モジュールは不良品となる。  シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長が、前記光レセプタクルの伝搬光の波長よりも１００ｎｍ〜５００ｎｍ短い。
2007043558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、
前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長が、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも１００ｎｍ〜５００ｎｍ短いことを特徴とする光レセプタクル。
【請求項２】
シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、
前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長が、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも２００ｎｍ〜３００ｎｍ短いことを特徴とする光レセプタクル。
【請求項３】
前記伝搬光の波長が１３１０ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の光レセプタクル。
【請求項４】
前記シングルモード光ファイバにおいて、コアの直径が６．０μｍ〜８．７μｍであることを特徴とする請求項３に記載の光レセプタクル。
【請求項５】
前記シングルモード光ファイバにおいて、コアとクラッドの比屈折率差が０．１２〜０．２７％であることを特徴とする請求項３または４に記載の光レセプタクル。
【請求項６】
前記シングルモード光ファイバは、屈折率がコアの中心で最大となっているグレーデットインデックス分布のコアを有していることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の光レセプタクル。
【請求項７】
シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、
前記シングルモード光ファイバにおける前記高次モード光の出射側の端面が、前記シングルモード光ファイバ中を蛇行して伝搬する高次モード光の節となっていることを特徴とする光レセプタクル。
【請求項８】
シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、
前記シングルモード光ファイバにおけるクラッドに、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長における吸収損失を生じさせる不純物が添加されていることを特徴とする光レセプタクル。
【請求項９】
前記不純物がコバルトであることを特徴とする請求項８に記載の光レセプタクル。
【請求項１０】
前記ファイバスタブの長さが１ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光レセプタクル。
【請求項１１】
半導体発光素子および／または半導体受光素子と、請求項１乃至１０のいずれかに記載の光レセプタクルとを用いたことを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつき低減方法であって、
前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長を、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも短くすることを特徴とする光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法。
【請求項１３】
前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長を、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも１００ｎｍ以上短くすることを特徴とする請求項１２に記載の光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法。
【請求項１４】
シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつき低減方法であって、
前記光レセプタクルにおける光の吸収係数を、前記シングルモード光ファイバにおけるクラッドにおいて、前記シングルモード光ファイバにおけるコアよりも大きくすることを特徴とする光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法。
【請求項１５】
シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつき低減方法であって、
前記シングルモード光ファイバにおける前記高次モード光の出射側の端面を、前記シングルモード光ファイバ中を蛇行して伝搬する高次モード光の節とすることを特徴とする光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用モジュール等に使用される光レセプタクルの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット等の広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴って、より大容量かつ高機能な光ファイバ通信システムの開発が求められている。こうした大規模な通信システムに用いられる光モジュールの数もシステムの巨大化に伴って増加の一途をたどっている。これら光モジュールにおいては、その大きさはもちろん、システム全体に占めるコスト、実装負荷も無視できない。そのため、光モジュール自体の小型化、高機能高集積化、低コスト化と共に、より使い易い電気／光信号入出力インターフェースを実現することは極めて重要な課題となっている。【０００３】
近年、こうした要求に応えるため、光ファイバと光半導体素子とを光学結合可能としたレセプタクル型光モジュールの開発が精力的に進められている。これらの一部は既に、低コスト化の要求が強いアクセス系光通信ネットワーク機器へ組込まれて使用され始めている。例えば、発光素子である半導体レーザを内蔵したレセプタクル型光モジュールであるＴＯＳＡ（トランスミッションオプティカルサブアセンブリ）、受光素子を内蔵したレセプタクル型光モジュールであるＲＯＳＡ（レシーバーオプティカルサブアセンブリ）は、プラガブル（挿脱可能）タイプのトランシーバに採用されている。【０００４】
これらのレセプタクル型光モジュールは、その全長は高々２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度と短いため、そこに使われる光レセプタクルも小型である必要がある。このような小型の光レセプタクルでは、長くても数ｍｍ以下の短いファイバスタブが用いられ、このファイバスタブ中心部には、ＩＴＵ（国際通信連合）で規格化されている標準的なシングルモード光ファイバがこの長さで取り付けられている。これを伝搬する光としては、本来の光通信の媒体となる基本モードのものと、基本モードに付随して発生した高次モードのものがある。高次モードはクラッドモードとも呼ばれ、クラッドとコアの境界を蛇行して伝搬する。このような光レセプタクルを使用したレセプタクル型光モジュールでは、光の結合損失がある場合、非特許文献１、特許文献１に記載されているように、入射端面で発生した高次モード成分は、放射、減衰する前に出射端面に達してしまう。このように、高次モード成分が存在した状態のまま出射端面に至ると、光モード中心がコアの中心からずれる。【０００５】
一方、光レセプタクルに嵌合される光ファイバコネクタにおいては、光ファイバには、光レセプタクルと嵌合し固定できるように、ＩＥＣで標準化されたコネクタ（ＳＣコネクタ、ＬＣコネクタ等）が取り付けられている。コネクタの先端には、フェルールが取り付けられており、その中心にはシングルモード光ファイバが取り付けられている。これらの光ファイバコネクタは、ＳＣコネクタが２．５ｍｍ、ＬＣコネクタを性属する小型のものが１．２５ｍｍ程度の大きさで、外径交差は、±１μｍ以下、その貫通孔に備え付けられた光ファイバの外径は、１２５μｍ程度で、外径交差は同じく±１μｍ程度と、ＪＩＳ規格ならびにＩＥＣ規格等で規定されている。このような光ファイバコネクタを光レセプタクルに嵌合したとき、光ファイバ同士は物理的に接触し、光を低損失で伝搬させることができる。
【特許文献１】特開２００５―６２７０４
【非特許文献１】（K. Abe, Y. Lacroix, L. Bonnell, Z. Jakubczyk, "Modal interference in a short fiber section: Fiber length, splice loss, cutoff, and wavelength dependences", Journal of Lightwave Technology, Vol. 10, p. 401〜406, 1992）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光レセプタクルに嵌合される光ファイバコネクタにおける光ファイバには、最大で１μｍ程度の誤差を含むものもある（以下、こうした光ファイバを偏芯ファイバと呼称する）。こうした偏芯ファイバをレセプタクル型モジュールに嵌合し使用した場合、光結合効率が大きく変動することがある。これは、前記の高次モードの光が伝搬するためである。光ファイバ内での光強度分布をＢＰＭ法（ビーム伝搬法）で、高次モード成分が存在する場合について計算した結果が図１である。ここで、光は下側（Ｚ＝０）から入射し、上に進行している。ここでは、通常のＩＴＵＧ６５１で規格化されている光ファイバを使用し、その遮断波長は１２５０ｎｍ〜１２７０ｎｍであり、伝搬光の波長は１３１０ｎｍである。図１に示すように、光レセプタクルのファイバスタブの中を大きく蛇行して伝搬した光は、端面では、モード中心が光ファイバのコアの中心から位置ずれする。ここに偏芯ファイバを嵌合した場合、図２に示すように、光レセプタクルの光ファイバの中心と、嵌合した光ファイバの中心とがずれる。同図において、２０１は挿脱される光ファイバの中心、２０２は挿脱される光ファイバのコア、２０３は挿脱される光ファイバのクラッド、２０４は光レセプタクル中の光ファイバの中心、２０５は光レセプタクル中の光ファイバのコア、２０６は光レセプタクル中の光ファイバのクラッドである。このとき、光レセプタクル中の光ファイバを蛇行して伝搬してきた光のモード中心と、偏芯ファイバのコア中心が近い場合、本来放射し、伝搬しないはずの高次モード成分が結合する。偏芯ファイバのコアの中心が離れた場合は、高次モード成分だけではなく、基本モード成分も損失するため、結合効率は悪化する。一方、偏芯ファイバによる位置ずれは、どの偏芯ファイバにおいても同じ方向とは限らないため、光レセプタクル中の光ファイバのモード中心もばらつく。そのため、嵌合する光ファイバコネクタの精度によって大きく結合効率がばらつくことになる。このような結合効率のばらつきにより、半導体レーザを内蔵したレセプタクル型の送信モジュールでは、光出力のばらつきが生ずる。また、受光素子を内蔵したレセプタクル型の受信モジュールにおいては、受光感度のばらつきが生じる。光通信に使われている送受信モジュールは、ＪＩＳ、ＩＴＵなどの標準化団体によって、光出力並びに受光感度が規格化されているが、このような出力のばらつきが大きい場合、この規格を満たすことができない。すなわち、こうした送受信モジュールは不良品となる。【０００７】
特許文献１に記載の光モジュールにおいては、光ファイバの屈折率に分布をもたせること等の方法によってこの結合効率のばらつきを抑制しているが、この方法は、例えば光ファイバが１０ｃｍと比較的長い場合に有効であり、光レセプタクルの場合のように１ｃｍに満たない短い光ファイバの場合にはその効果は不充分である。【０００８】
本発明は、上記問題を解決するために、偏芯ファイバを嵌合して使用した場合でも結合効率のばらつきが小さい光レセプタクル、及びこれを用いた光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長が、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも１００ｎｍ〜５００ｎｍ短いことを特徴とする光レセプタクルに存する。【００１０】
請求項２記載の発明の要旨は、シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長が、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも２００ｎｍ〜３００ｎｍ短いことを特徴とする光レセプタクルに存する。【００１１】
請求項３記載の発明の要旨は、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長が１３１０ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の光レセプタクルに存する。【００１２】
請求項４記載の発明の要旨は、前記シングルモード光ファイバにおいて、コアの直径が６．０μｍ〜８．７μｍであることを特徴とする請求項３に記載の光レセプタクルに存する。【００１３】
請求項５記載の発明の要旨は、前記シングルモード光ファイバにおいて、コアとクラッドの比屈折率差が０．１２〜０．２７％であることを特徴とする請求項３または４に記載の光レセプタクルに存する。【００１４】
請求項６記載の発明の要旨は、前記シングルモード光ファイバは、屈折率がコアの中心で最大となっているグレーデットインデックス分布のコアを有していることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の光レセプタクルに存する。【００１５】
請求項７記載の発明の要旨は、シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、前記シングルモード光ファイバにおける前記高次モード光の出射側の端面が、前記シングルモード光ファイバ中を蛇行して伝搬する高次モード光の節となっていることを特徴とする光レセプタクルに存する。【００１６】
請求項８記載の発明の要旨は、シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、前記シングルモード光ファイバにおけるクラッドに、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長における吸収損失を生じさせる不純物が添加されていることを特徴とする光レセプタクルに存する。【００１７】
請求項９記載の発明の要旨は、前記不純物がコバルトであることを特徴とする請求項８に記載の光レセプタクルに存する。【００１８】
請求項１０記載の発明の要旨は、前記ファイバスタブの長さが１ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光レセプタクルに存する。【００１９】
請求項１１記載の発明の要旨は、半導体発光素子および／または半導体受光素子と、請求項１乃至１０のいずれかに記載の光レセプタクルとを用いたことを特徴とする光モジュールに存する。【００２０】
請求項１２記載の発明の要旨は、シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつき低減方法であって、前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長を、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも短くすることを特徴とする光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法に存する。【００２１】
請求項１３記載の発明の要旨は、前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長を、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも１００ｎｍ以上短くすることを特徴とする請求項１２に記載の光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法に存する。【００２２】
請求項１４記載の発明の要旨は、シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつき低減方法であって、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長における光の吸収係数を、前記シングルモード光ファイバにおけるクラッドにおいて、前記シングルモード光ファイバにおけるコアよりも大きくすることを特徴とする光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法に存する。【００２３】
請求項１５記載の発明の要旨は、シングルモード光ファイバがその中に固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつき低減方法であって、前記シングルモード光ファイバにおける前記高次モード光の出射側の端面を、前記シングルモード光ファイバ中を蛇行して伝搬する高次モード光の節とすることを特徴とする光レセプタクルにおける結合効率のばらつき低減方法に存する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の結合効率のばらつき低減方法を用いた光レセプタクルにおいては、高次モードの光の伝搬を抑えた光ファイバを用いることにより、これに挿脱される光ファイバコネクタの製造誤差による光の結合効率のばらつきが抑制される。従って、本発明によれば、これに挿脱される光ファイバコネクタによる結合効率のばらつきが小さい、レセプタクル型の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】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。【００２６】
本発明の第１の実施の形態の光レセプタクルは、フェルールの貫通孔にシングルモード光ファイバが固定されたファイバスタブを有する光レセプタクルであって、このシングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長が、光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも１００ｎｍ〜５００ｎｍ、または２００〜３００ｎｍ短いことを特徴とする。このように、シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長を所定の値に設定するためには、シングルモード光ファイバのコア直径、コアとクラッドとの屈折率差、またはコアにおける屈折率分布を調整する。【００２７】
この光レセプタクルにおいては、これを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつきを低減するために、前記シングルモード光ファイバにおける高次モード遮断波長を短く、例えば前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長よりも１００ｎｍ以上短くするという方法を用いている。【００２８】
図３は、本発明の第１の実施の形態における光レセプタクルの構成を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態の光レセプタクルは、半導体レーザ、または受光素子を内蔵した光モジュールの部品として使用されるものである。図３に示すこの光レセプタクル１は、シングルモード光ファイバ１０１、それを保持するファイバスタブ１０２、スタブホルダ１０３、スリーブホルダ１０４、スリーブ１０５、反射戻り光の影響をなくすための光アイソレータ１０６及び光アイソレータ１０６を動作させるのに必要なアイソレータ用磁石１０７を主な構成要素としている。ここで、光アイソレータ１０６及びアイソレータ用磁石１０７は受信モジュールとして用いる場合には不要である。【００２９】
ここで、このシングルモード光ファイバ１０１における遮断波長は、伝搬光の波長である１３１０ｎｍよりも短い。図４は、このシングルモード光ファイバ１０１のコアの偏芯量が２μｍであるときの、結合変動量と、伝搬光の波長と遮断波長との差の関係を計算した結果を示す図である。この結果より、結合損失を抑制するためには、遮断波長を伝搬光の波長より１００ｎｍ以上短くすることが有効であることがわかる。これは特に、光レセプタクルのようにファイバスタブが短く、特に１ｃｍ以下の長さであるときに有効である。【００３０】
この光レセプタクルの端面に入った非結合光が光ファイバスタブを伝搬している間に、そのクラッドに高次モード成分を放射させることができる。その結果、高次モード成分が、この光レセプタクルに嵌合した光ファイバへ伝搬することを防ぐことができるので、光ファイバの偏芯が大きい場合であっても、光レセプタクルからの光結合効率のばらつきを防ぐことができる。【００３１】
この光レセプタクルにおいては、用いられる光ファイバの遮断波長が、伝搬光の波長よりも１００ｎｍ以上短くなっている。この場合、高次モード成分がクラッドへ放射されるため、蛇行成分（高次モード成分）が伝搬しながら急速に減衰する。遮断波長を伝搬光の波長の１３１０ｎｍよりも１００ｎｍ短くした場合の光ファイバ内の光強度分布をＢＰＭ法で数値計算した結果が図５である。ここで、光は下側（Ｚ＝０）から入射し、上に進行している。遮断波長が通常使用される１２５０ｎｍ〜１２７０ｎｍとなっている場合の結果である図１と比べると、高次モード成分が大きく減少しているために、光の進行方向に向かって蛇行が急激に減少していることがわかる。これにより、光レセプタクルのように短いファイバの場合でもほぼ基本モードしか残っていない。【００３２】
遮断波長を短くするための方法としては、例えば、光レセプタクルにおけるシングルモード光ファイバのコア径や比屈折率差を調整することがある。【００３３】
図６は、伝搬光の波長が１３１０ｎｍの場合について、コアの直径と、伝搬光の波長と遮断波長との差の関係を有限要素法で求めた結果である。コア直径を小さくすれば伝搬光の波長と遮断波長との差を大きくすることができる。具体的には、コア直径が８．７μｍ以下であれば、遮断波長を１３１０ｎｍよりも１００ｎｍ以上小さくすることができるため、好ましい。【００３４】
一方、この光レセプタクルに挿脱して使用される光ファイバとの間の結合損失のコア直径依存性を計算した結果が図７である。コア直径が小さくなるに従ってこの結合損失は大きくなるが、コア直径が６μｍの場合においても、その損失は０．０７ｄＢと小さい。ただし、コア直径が６μｍよりも小さい場合には、ＮＡ（開口数）及びモードフィールド径（シングルモード光ファイバにおける伝搬する光の径）が小さくなるため、半導体レーザ素子や半導体受光素子との結合効率が劣化する。従って、コア直径は６．０〜８．７μｍとすることが好ましい。【００３５】
図８は、伝搬光の波長１３１０ｎｍの場合について、コアとクラッドとの比屈折率差と、伝搬光の波長と遮断波長との差の関係を有限要素法で求めた結果である。この比屈折率差を小さくすれば伝搬光の波長と遮断波長との差を大きくすることができる。具体的には、比屈折率差が０．２７％以下であれば、遮断波長を１３１０ｎｍよりも１００ｎｍ以上小さくすることができるため、好ましい。【００３６】
一方、この光レセプタクルに挿脱して使用される光ファイバとの間の結合損失の比屈折率差依存性を計算した結果が図９である。比屈折率差が小さくなるに従ってこの結合損失は大きくなり、比屈折率差が０．１２％以下では１ｄＢ以上となる。従って、比屈折率差は０．１２〜０．２７％とすることが好ましい。【００３７】
以上のとおり、本発明におけるコア直径の下限は６．０μｍ、比屈折率差の下限は０．１２％であるが、これらに対応した上記の伝搬光の波長と遮断波長との差は５００ｎｍである。従って、本発明における伝搬光の波長と遮断波長との差は１００〜５００ｎｍとすることが好ましい。【００３８】
ただし、結合効率のばらつきを小さくし、かつ上記の遮断波長を短くした際の不都合も小さくするためには、本発明において、伝搬光の波長と遮断波長との差は２００〜３００ｎｍとすることがより好ましい。また、本発明の光レセプタクルの使用状況により、例えば遮断波長を短くした際の不都合を特に解消したい場合には、例えば、この範囲を１００ｎｍ〜２００ｎｍとすることもできる。この範囲は上記のコア直径や比屈折率差で自由に調整が可能である。【００３９】
以上、コア直径、比屈折率差を調整することによって遮断波長を短くすることについて述べたが、これらを組み合わせて用いることも可能である。また、例えば、コア中の屈折率をその半径方向に連続的に変化させた、いわゆるグレーデッドインデックス分布のコアを用いることにより、これらを実質的に同時に行うこともできる。【００４０】
また、高次モードの減衰を大きくするために、高次モードが伝搬するクラッド中に、光の吸収損失を発生させる（吸収係数を大きくする）不純物を添加することもできる。このような不純物として、代表的なものに光固定減衰器などに使われているコバルト（Ｃｏ）がある。減衰器と異なり、基本モードの減衰はできるだけ抑えるために、コアへの添加は行なわず、クラッドのみに添加する。高次モードはクラッドへ大きく染み出しているため、これにより、高次モードを減衰させることができる。ただし、基本モードもクラッドのコアの境界部には染み出しているため、コアとクラッドの境界部への添加の濃度を低くすることや、コアとクラッドの境界部から１〜２μｍの領域には添加しないことが好ましい。【００４１】
この光レセプタクルにおいては、これを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつきを低減するために、前記光レセプタクルにおける伝搬光の波長における光の吸収係数を、前記シングルモード光ファイバにおけるクラッドにおいて、前記シングルモード光ファイバにおけるコアよりも大きくするという方法を用いている。【００４２】
図１０は、以上に述べた高次モードを減衰させる方法について、このシングルモード光ファイバの直径方向の断面における屈折率の分布を示した模式図である。図において、コア３０２の両側にクラッド３０１がある。図１０（ａ）は従来の光ファイバにおける屈折率分布である。同図（ｂ）は、これよりもコア直径を小さくした場合である。同図（ｃ）は、従来よりもコアの屈折率を小さくすることによって比屈折率差を小さくしている。同図（ｄ）は、コア中で屈折率を連続的に変化させること（グレーデッドインデックス分布）によって、（ｂ）と（ｃ）の効果を同時に合わせもったものとしている。同図（ｅ）は、屈折率分布は従来の光ファイバ（ａ）と変わらないが、クラッドにのみ上記の吸収損失を発生させる不純物を添加している。３０３は不純物が添加された領域である。【００４３】
以上に述べた遮断波長を短くする各方法を組み合わせて用いることもできる。例えば、コア直径を小さくした上でコアの屈折率を小さくし、さらにクラッドに上記の不純物を添加してもよい。また、コアをグレーデッドインデックス分布とした上でクラッドに上記の不純物を添加してもよい。【００４４】
本発明の第２の実施の形態の光レセプタクルは、シングルモード光ファイバにおける高次モード光の出射側の端面が、シングルモード光ファイバ中を蛇行して伝搬する高次モード光の節となっている。【００４５】
この光レセプタクルにおいては、伝搬光の波長が定まっている場合には、ファイバスタブの長さを所定の長さにすることによって、出力端面において光のモード中心をコアの中心に合わせることができる。コアを伝搬する光の蛇行周期はその波長及び、その波長の基本モードと高次モードのそれぞれの伝搬定数によって定まる。このため、ファイバスタブの長さ、すなわち光ファイバの長さをその節にあたる長さに設定することによって、高次モードの影響を除くことができる。【００４６】
通常、光ファイバの端面は、端面で生じる反射光を防ぐために６°から１０°にカットされている。このような光ファイバの屈折率は１．４６程度であり、光はスネルの法則に従って表面で回折するため、光ファイバへの最適な入射角度は、３°前後になる。この入射角度がずれた場合と、光の入射位置が最適位置からずれた場合に、入射光の光ファイバの基本モードに結合しなかった成分が、図１１にその模式図を示すように、蛇行して伝播する。図１１において、５０１は光ファイバのクラッド、５０２は光ファイバのコアであり、５０３は入射する光の方向である。この蛇行の周期は、光ファイバの基本モードの伝搬定数と、高次モードの伝搬定数とから定まる。伝搬定数は一般に波長に依存するため、その波長によって蛇行の周期は異なるが、この周期は、結合のずれ量（位置ずれ、または角度ずれ）によらない。また、使われる伝搬光の波長の中で最も短い波長である１３１０ｎｍが最も蛇行の影響を受けやすく、また最も多く使われるため、この１３１０ｎｍ帯で合わせておくことが重要である。シングルモード光ファイバにおける波長と蛇行の周期の関係の例を示したのが図１２である。たとえば、波長１３１０ｎｍでは、その周期は約５７０μｍとなるため、その整数倍であり、かつ、ファイバスタブを保持するのに十分な長さである２．８５ｍｍまたは３．４２ｍｍとするのが好ましい。ただし、ここに示したのは一例であり、この周期は光ファイバにおける比屈折差及びコア直径によって変化するため、光レセプタクルに用いる光ファイバに合わせて最適化する必要がある。【００４７】
例えば、伝搬光の波長として使用する波長の中で最も短い波長で合わせれば、それよりも長い波長においてもこの方法は有効である。その理由は、例えば使用される波長帯で最も短い波長は、通常の光通信では１３１０ｎｍ帯であることが多く、よく使われるもう一方の波長帯である１５５０ｎｍ帯とした場合、一般的に使われているシングルモードファイバであってもその遮断波長が伝搬光の波長よりも２００ｎｍ以上も短くなるため、高次モードが十分に減衰するからである。【００４８】
この光レセプタクルにおいては、これを光ファイバコネクタに嵌合する際の結合効率のばらつきを低減するために、前記シングルモード光ファイバにおける前記高次モード光の出射側の端面を、前記シングルモード光ファイバ中を蛇行して伝搬する高次モード光の節とするという方法を用いている。【００４９】
なお、第２の実施の形態に示したようにファイバスタブの長さを設定した上で、第１の実施の形態で示した方法で光ファイバの遮断波長を短くすることや、クラッドへの不純物を添加することを適宜組み合わせることが、より高次モードによる光の蛇行を抑えるためには有効である。【００５０】
第１の実施の形態、第２の実施の形態共に、特に１ｃｍ以下の長さの光ファイバを用いる場合に、その高次モードの影響を低減することができるため、有効である。【００５１】
本発明の第３の実施の形態として、この光レセプタクルを用いた光モジュールがある。本発明における第１の実施の形態で示した光レセプタクルを実際の光モジュールに適用した場合の断面図が図１３である。この光モジュールは、図３に示した光レセプタクル１と、スライドホルダ６０８、レンズ付キャップ６０９、半導体レーザ６１０、ステム６１１、からなるＴＯＳＡモジュールである。【００５２】
この光モジュールでは、ステム６１１に設けられたリード端子から電気信号などの必要な信号を通電し、半導体レーザ６１０を発光させ、またモニタ用受光素子（図示せず）信号をもとに、ＡＰＣ（定出力動作）を行なう。端子から信号をもとに発光した半導体レーザの出力光は、ボールレンズにて、ある一定の増倍率、例えば４倍から５倍程度に出力光のモードを増倍し、光レセプタクル１の入射端面に結合する。半導体レーザ６１０は戻り光に対して脆弱なことから、戻り光が半導体レーザに結合するのを防ぐために光アイソレータ１０７が取り付けられている。ただし、安価なファブリーペローＬＤを使った光モジュールでは、低コスト化のために、光アイソレータを取り付けないこともある。また光アイソレータ端面から反射を防ぐために、光レセプタクル１の入射端面は斜めにカットされており、そこに光アイソレータの端面も斜めになるように取り付けられている。シングルモード光ファイバ１０１の入射端面に達した光は、この中を伝搬し、もう一方の出力端面に達する。このとき、このシングルモード光ファイバの長さは、低速、高速問わず、ＴＯＳＡモジュールにおいては、小型化が求められているため、３ｍｍ以下と短いものが使われることが多い。また、低コスト化を目的に、非球面レンズなどに比べると結合効率が悪い安価なボールレンズが使われる場合、高次モード、すなわち蛇行するモードが生じやすい。その蛇行を減衰させるために、本発明の光レセプタクルでは、その光ファイバにおける高次モードの遮断波長を、伝搬光の波長よりも十分に短くすることによって、蛇行を減少させることができ、その結果、この光モジュールに挿脱される光ファイバへの出力光のばらつきを抑えることができる。【００５３】
または、この光レセプタクル１におけるシングルモード光ファイバ１０１中を蛇行する周期は、波長によって一定になるため、出射面で蛇行の節となるような光ファイバの長さに設定することが可能である。この周期は、結合のずれ量（位置ずれ、または角度ずれ）によらない。この光ファイバの長さは使用する波長の中で最も短い波長である１３１０ｎｍで最適な長さにあわせておくのが好ましい。【００５４】
このように作られたＴＯＳＡモジュールでは、その光レセプタクルに蛇行を減少させるようなシングルモード光ファイバを用いているため、そこに挿脱される光ファイバによる、ＴＯＳＡの光出力のばらつきを減らすことができる。この第３の実施の形態においては、半導体レーザに代表される半導体発光素子を搭載したＴＯＳＡモジュールの例を示しているが、半導体受光素子と、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）ＩＣ（集積回路）を搭載したＲＯＳＡ（レシーバーオプティカルサブアセンブリ）にも適用することが可能である。【００５５】
また、本発明では、レセプタクル型の送受信モジュールについて説明したが、たとえば、一芯双方向モジュールのように、途中に光学フィルタを取り付けるようなモジュールで、かつ内部に極めて短い光ファイバをもつような光モジュールにおいても本発明を適用することができる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
第１の実施例として、図３に示した光レセプタクルを製造した。この光レセプタクルは、半導体レーザまたは、受光素子を内蔵した光モジュールの部品として使用される。図３に示す光レセプタクルは、シングルモード光ファイバ１０１、それを保持するファイバスタブ１０２、スタブホルダ１０３、スリーブホルダ１０４、スリーブ１０５、反射戻り光の影響をなくすための光アイソレータ１０６及び光アイソレータ１０６を動作させるのに必要なアイソレータ用磁石１０７を主な構成要素としている。ここで、光アイソレータ１０６及びアイソレータ用磁石１０７は受信モジュールとして用いる場合には不要である。【００５７】
ここで用いられるシングルモード光ファイバ１０１は、上記の特性のものである。すなわち、その遮断波長を短くすることによって高次モードを減衰させる特性をもったものや、その出射端が高次モード光の節となるべく長さが調整されたものである。【００５８】
この光レセプタクルの製造方法について述べる。【００５９】
ファイバスタブ１０２を構成するフェルールは、ジルコニアセラミックで形成した。具体的には、ＺｒＯ2を主成分とし、Ｙ2Ｏ3、ＣａＯなどを安定化剤として含む。このようなジルコニアセラミックスは優れた耐磨耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから、圧入によって固定する際には好ましい。【００６０】
このフェルールの加工方法は、まずフェルールを予め射出成形、プレス成形等の所定の成形方法によってフェルールの形成体を得、その後この形成体を１５００℃程度の温度で焼成し、所定の寸法に切削加工および研磨加工を施した。【００６１】
ファイバスタブ１０２の先端部端面は、光コネクタとの接続損失を低減させるために、曲率５〜３０ｍｍ程度の曲面状に加工し、端面は発光素子から出射した光が端面で反射して発光素子に戻ることを阻止するため、４〜１０°程度の角度で斜めカットした。このファイバスタブ１０２の中心部には高精度に作製された貫通孔に、前記の特性をもつシングルモード光ファイバを通し、エポキシ系接着剤を用いて固定した。【００６２】
スリーブ１０５は、耐摩耗性のあるジルコニアなどのセラミック材料を用いた。その製造方法としては、予め所定の形成方法で円筒状、円柱状に加工しその後１５００℃程度の温度で焼結し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施した。【００６３】
スタブホルダ１０３の材料としては、光モジュールの構成部品とＹＡＧレーザを使用した溶接により取り付けることが多いため、ステンレスを用いた。【００６４】
スリーブホルダ１０４は、スタブホルダ１０３と共に圧入により固定するため、その材料としてはスタブホルダ１０３と同じくステンレスを用いた。一方、電磁波干渉などの問題を避けるため、内蔵する光素子のグランド導体とスリーブホルダ１０４を絶縁することを目的に、スリーブホルダ１０４の材料としてプラスチックなどの絶縁体を用いることもできる。また、発光素子には、外部からの戻り光の影響をおさえるため、光アイソレータ１０６も取り付けた。【００６５】
以上に述べた、ファイバスタブ１０２、スリーブ１０５、スタブホルダ１０３、スリーブホルダ１０４は、ファイバスタブ１０２と、スタブホルダ１０３を圧入することにより固定した。その後、スリーブ１０５をスタブホルダ１０３と、ファイバスタブ１０２との間にいれ、スタブホルダ１０３とスリーブホルダ１０４を圧入して固定することにより、この光レセプタクルは完成した。【００６６】
（実施例２）
第２の実施例として、実施例１の光レセプタクルを用いて、図１３に示した光モジュールを製造した。この光モジュールでは、ステム６１１に設けられたリード端子から電気信号などの必要な信号を通電し、半導体レーザ６１０を発光させ、またモニタ用受光素子（図示せず）信号をもとに、ＡＰＣ（定出力動作）を行なう。端子から信号をもとに発光した半導体レーザの出力光は、ボールレンズにて、ある一定の増倍率、例えば４倍から５倍程度に出力光のモードを増倍し、光レセプタクル１の入射端面に結合する。半導体レーザ６１０は戻り光に対して脆弱なことから、戻り光が半導体レーザ６１０に結合するのを防ぐために光アイソレータ１０７が取り付けられている。ただし、安価なファブリーペローＬＤを使った光モジュールでは、低コスト化のために、光アイソレータ１０７を取り付けなくともよい。また光アイソレータ１０７の端面からの反射を防ぐために、光レセプタクル１の入射端面は斜めにカットされており、そこに光アイソレータ１０７の端面も斜めになるように取り付けられている。シングルモード光ファイバ１０１の入射端面に達した光は、この中を伝搬し、もう一方の出力端面に達する。このとき、このシングルモード光ファイバ１０１の長さは、低速、高速問わず、ＴＯＳＡモジュールにおいては、小型化が求められているため、３ｍｍ以下と短いものが使われることが多い。また、低コスト化を目的に、非球面レンズなどに比べると結合効率が悪い安価なボールレンズが使われる場合、高次モード、すなわち蛇行するモードが生じやすい。その蛇行を減衰させるために、本発明の光レセプタクルでは、その光ファイバにおける高次モードの遮断波長を、伝搬光の波長よりも十分に短くすることによって、蛇行を減少させることができ、その結果、この光モジュールに挿脱される光ファイバへの出力光のばらつきを抑えることができた。【００６７】
また、このとき、この光レセプタクル１におけるシングルモード光ファイバ１０１中を蛇行する周期は、波長によって一定になるため、出射面で蛇行の節となるような光ファイバの長さに設定することが可能である。この周期は、結合のズレ量（位置ズレ、または角度ずれ）によらない。この光ファイバの長さは使用する波長の中で最も短い波長である１３１０ｎｍで最適な長さにあわせておくのが好ましい。【００６８】
この光モジュールの製造方法について述べる。ステム６１１上に半導体レーザ６１０、モニタＰＤ（図示せず）、バイアス用インダクタンス（図示せず）をＡｕＳｎなどの高融点半田を用いて融着した。次に、レンズ付キャップ６０９をステム６１１の所定の溝に収まるように取り付けた。これにより、レンズ付キャップ６０９によりステム６１１の溝が全周塞がれるため、気密を保つことができる。次に、光レセプタクルにシングルモード光ファイバを取り付けた状態で、光モジュールを発光させ、最も光出力が大きくなるところに合わせた。ただし、動作電流と光出力を所定の値に保つために、わざと結合をずらすこともあるが、これも蛇行が生じる原因の一つになる。これらの作業で取り付ける光レセプタクルの位置を決めた後、スライドホルダ６０８を光レセプタクル１と接触するような位置に合わせてから、スライドホルダ６０８とレンズ付キャップ６０９をプラグ溶接し、つぎに光レセプタクル１の端とスライドホルダ６０８の接触した場所をすみ打ち溶接し、固定して完成した。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】従来の光レセプタクルにおける光ファイバ中の光強度分布の計算結果である。
【図２】従来の光レセプタクルにおける光ファイバと、これに挿脱される光ファイバとの位置関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の光レセプタクルの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の光レセプタクルにおける結合効率の変動量と遮断波長との関係を示す図である。
【図５】本発明の光レセプタクルにおける光ファイバ中の光強度分布の計算結果である。
【図６】本発明の光レセプタクル中の光ファイバにおける遮断波長とコアの直径との関係を示す図である。
【図７】本発明の光レセプタクルを通常の光ファイバと結合した際の結合損失とコアの直径との関係を示す図である。
【図８】本発明の光レセプタクル中の光ファイバにおける遮断波長と、コアとクラッドとの比屈折率差との関係を示す図である。
【図９】本発明の光レセプタクルを通常の光ファイバと結合した際の結合損失と、コアとクラッドとの比屈折率差との関係を示す図である。
【図１０】本発明の光レセプタクル中の光ファイバにおいて遮断波長を小さくするための屈折率分布を示す図である。
【図１１】本発明の光レセプタクル中の光ファイバにおける光の蛇行の周期を示した図である。
【図１２】本発明の光レセプタクル中の光ファイバにおける光の蛇行の周期の波長依存性の一例を示した図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の光モジュールの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    光レセプタクル
１０１    シングルモード光ファイバ（遮断波長の短い光ファイバ）
１０２    ファイバスタブ
１０３    スタブホルダ
１０４    スリーブホルダ
１０５    スリーブ
１０６    光アイソレータ
１０７    アイソレータ用磁石
２０１    挿脱される光ファイバの中心
２０２    挿脱される光ファイバのコア
２０３    挿脱される光ファイバのクラッド
２０４    光レセプタクル中の光ファイバの中心
２０５    光レセプタクル中の光ファイバのコア
２０６    光レセプタクル中の光ファイバのクラッド
３０１、５０１    光ファイバのクラッド
３０２、５０２    光ファイバのコア
３０３    光ファイバのクラッドへ不純物が添加された領域
５０３    光ファイバに入射する光
６０８    スライドホルダ
６０９    レンズ付キャップ
６１０    半導体レーザ
６１１    ステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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