(57)【要約】【課題】光接続損失部が１箇所になり、かつこの部分のトレランス特性が従来と比べ緩くなるので、トラッキングエラー特性やウイグル特性を大きく改善した光レセプタクルを提供する。【解決手段】フェルールの貫通孔にグレイデッドインデックスファイバを固定してなるファイバスタブにおいて、前記グレイデッドインデックスファイバの両端にコアレスファイバを接合したこと。【選択図】図１
2007171697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェルールの貫通孔にグレイデッドインデックスファイバを固定してなるファイバスタブにおいて、前記グレイデッドインデックスファイバの両端にコアレスファイバを接合したことを特徴とするファイバスタブ。
【請求項２】
前記グレイデッドインデックスファイバの長さをＬ、コア半径をｒ、コアとクラッドの屈折率差を△、該グレイデッドインデックスファイバ内での光線軌跡のピッチをＰとした時、
Ｌ＝π・Ｐ・ｒ・（２／△）１／２
（Ｐ＝０．５Ｎ＋Ｐ１、Ｎは０以上の整数、０．４≦Ｐ１≦０．６）
であることを特徴とする請求項１に記載のファイバスタブ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のファイバスタブの一方端をプラグフェルールと直接接続可能に配置したことを特徴とする光レセプタクル。
【請求項４】
請求項３に記載のファイバスタブの他方端を光学素子とを非接触で光学的に接続したことを特徴とする光レセプタクルモジュール。
【請求項５】
前記ファイバスタブの一方端でのフィールド径を３０μｍ以上としたことを特徴とする請求項４に記載の光レセプタクルモジュール。
【請求項６】
前記ファイバスタブの他方端でのフィールド径を１２５μｍ以下としたことを特徴とする請求項４に記載の光レセプタクルモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光レセプタクルおよび光レセプタクルモジュールに関し、特に光通信用の光レセプタクルとそれを用いた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ような構造となっている（特許文献１参照）。
【０００３】
前記光モジュール２１に光コネクタ２３を接続するようにしたレセプタクル型の光モジュール２１は図５に示すような光レセプタクル２２の一端に光素子２４を備えるとともに、他端に光コネクタ２３（ＳＣコネクタ等）のプラグフェルール２５を接続するものである。
【０００４】
前記光レセプタクル２２は、図４に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール１０に光ファイバ１１を挿入固定して得られたスタブ１２の後端部をホルダ２６に圧入することにより固定し、先端部をスリーブ９の内孔に挿入するとともに、それらをケース２７に圧入又は接着固定することによって構成されている。
【０００５】
また、前記ケース２７はその後端部側をホルダ２６に圧入して固定しており、そのため、ケース２７の内プラグフェルール２５をスリーブ９へ導く挿入部の内径は、スリーブ９内径よりも大きく設定されており、スリーブ９内径に干渉しないように圧入または接着固定されている。
【０００６】
このときフェルール２５の外径は、ＳＣコネクタを接続するタイプのものがφ２．５ｍｍ程度、ＬＣコネクタを接続する小型タイプのものがφ１．２５ｍｍ程度で、外径公差は±１μｍ以下で、その貫通孔に備えられた光ファイバ１１の外径は１２５μｍ程度で、外径公差は±１μｍ程度とＪＩＳ規格やＩＥＣ規格等で規定されているが、従来から光ファイバの中心に形成された光信号を伝搬する直径１０μｍ程度のコア（不図示）同士を損失の少ない接続とするため、スリーブ９、フェルール２５等は高精度に加工されており、スリーブ９によってスタブ１２及びプラグフェルール２５を安定かつ高精度に保持する構造となっている。
【０００７】
さらに、前記スタブ１２における光ファイバ１１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おり、反対側の端面は、ＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバ１１の先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、光ファイバ１１を挿通するフェルール１０とともに４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
【０００８】
また、ＰＤ等の受光素子用のレセプタクルとして、スタブ内の光ファイバをグレイデッドインデックスファイバを用い、接続損失を小さくする方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
さらに、光コネクタとして、シングルモードの光ファイバにグレイデッドインデックスファイバ、コアレスファイバを用い、接続損失を小さくする方法も提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−６６４６８号公報
【特許文献２】特開平１０−６８８４３号公報
【特許文献３】特願２００３−１８２５８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら近年、光軸と垂直方向にプラグフェルール２５にかかる荷重に対する光通信用モジュールの出力安定性（ウイグル特性）が重要視されてきており、図４に示すようにその荷重がスリーブ９に直接かかる構造となっている。
【００１１】
これは、従来の図４に示すような光レセプタクル２２は、ケース２７の後端側の外周をホルダ２６で覆うように圧入固定や接着固定しているため、これらの内・外径同芯の加工精度の他、スタブ１２、ケース２７をホルダ２６に固定する際の倒れのため、ケース２７の内径に接するまでスリーブは容易に変形や、コネクタハウジング部とケース２７外径部との干渉が起こる。これらのことにより、光ファイバ１１とプラグフェルール２５に固定された光ファイバが相対的にずれ、接合部の接続損失が悪化するという問題があった。
【００１２】
また、スタブの光学素子側に光が結合する構造となっているため、高温や低温での光学系のズレによっても接続損失が悪化するという問題点があった。
【００１３】
更に、特許文献２で提案された構造では、グレイデッドインデックスファイバの長さが最適化されていないため、発光素子モジュールや高速通信用の受光径の小さい受光素子モジュールでは安定して低損失が実現できないという問題があった。
【００１４】
また、特許文献３で提案された構造を光レセプタクルに用いた場合は、フィジカルコンタクトが前提で空間接続には適用できず、この光レセプタクルに接続する光コネクタもグレイデッドインデックスファイバとコアレスファイバをもちいたものを使用しないと効果が出ないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記に鑑みて本発明は、フェルールの貫通孔にグレイデッドインデックスファイバを固定してなるファイバスタブにおいて、前記グレイデッドインデックスファイバの両端にコアレスファイバを接合したことを特徴とする。
【００１６】
前記グレイデッドインデックスファイバの長さをＬ、コア半径をｒ、コアとクラッドの屈折率差を△、該グレイデッドインデックスファイバ内での光線軌跡のピッチをＰとした時、
Ｌ＝π・Ｐ・ｒ・（２／△）１／２
（Ｐ＝０．５Ｎ＋Ｐ１、Ｎは０以上の整数、０．４≦Ｐ１≦０．６）
であることを特徴とする。
【００１７】
前記ファイバスタブの一方端をプラグフェルールと直接接続可能に配置したことを特徴とする。
【００１８】
前記ファイバスタブの他方端を光学素子とを非接触で光学的に接続したことを特徴とする。
【００１９】
前記ファイバスタブの一方端でのフィールド径を３０μｍ以上としたことを特徴とする。
【００２０】
前記ファイバスタブの他方端でのフィールド径を１２５μｍ以下としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光レセプタクルは、光接続損失部が１箇所になり、かつこの部分のトレランス特性が従来と比べ緩くなるので、トラッキングエラー特性やウイグル特性を大きく改善できる。
【００２２】
また、コアレスファイバを用いることにより、前記特性が安定して作製できる。ＧＩファイバのみを使用した場合は、その研磨加工時にファイバスタブ長を所定の長さになるよう加工する必要があるが、コアレスファイバを用いた場合は、光学特性への影響は小さいため、スタブ３の長さ精度を緩くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、フェルールの貫通孔にグレイデッドインデックスファイバを固定してなるファイバスタブにおいて、前記グレイデッドインデックスファイバの両端にコアレスファイバを接合したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の光レセプタクルの組立装置で作製される光レセプタクルは、図１に示すように、ケース１、スリーブ２、スタブ３、ホルダ４、コアレス６から構成される。
【００２５】
スタブ３は、スタブ用のフェルール５および光ファイバ６を有し、フェルール５の軸心方向に延びる貫通孔に光ファイバ６を挿入し、且つ、例えば接着剤により接着固定することにより構成される部材である。また、スタブ３の片面３ａはアール面（例えば曲率半径が５〜３０ｍｍ）である。このような構成は、コネクタ（図示せず）との間の接続損失を低減するうえで好適である。スタブ３のもう一方の面３ｂは、該スタブ３の軸心に対して所定の角度（例えば４〜１０°）で傾斜する傾斜面である。このような構成は、例えば光素子（ＬＥＤやＬＤなど）から出射された光が光ファイバ１１の端面で反射し、反射光として該光素子に戻るのを防ぐうえで好適である。
【００２６】
光ファイバ６は図２（ａ）のように前記ファイバ長のＧＩファイバ６ａの両側にコアレスファイバ６ｂ、６ｃを融着にて接続した構造になっている。この場合、コアレスファイバの長さがばらついたとしても、光学特性への影響は小さいため、スタブ３の長さ精度を緩くできる。
【００２７】
ＧＩファイバ６ａは一般にグレイデッドインデックスレンズ（以下ＧＲＩＮレンズと称す）と類似の構造を持ち、レンズ効果を有する。円筒形の中心軸が最も屈折率が高く、外周にいくにつれ徐々に屈折率が減少していく。このＧＩファイバ６aの材料としては、石英系光ファイバ、プラスチック系光ファイバおよび多成分ガラス系光ファイバなどが挙げられる。
【００２８】
フェルール５は、光ファイバ６を保護するとともに、後述するスリーブ２とともにスタブ３とプラグフェルール（非図示）との同心度を高めるのに寄与する部材である。フェルール５を構成する材料としては、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化アルミニウム（アルミナ）、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素および窒化アルミニウムなどの単体もしくはこれらを主成分として含むセラミックス、結晶化ガラスなどのガラスセラミックス、燐青銅、ベリリウム銅、黄銅、ステンレスなどの金属、エポキシや液晶ポリマなどのプラスチックスなどが挙げられ、中でも対候性や靭性に優れたジルコニア系セラミックス（ジルコニアを主成分とするセラミックス）が好適である。さらに、ジルコニア系セラミックスの中でも、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を主成分とし、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３などからなる群より選択される少なくとも一種を安定化剤として含む部分安定化ジルコニアセラミックス（正方晶の結晶が主体）は、耐摩耗性および弾性変形性の観点から好適である。
【００２９】
スリーブ２は、スタブ３およびプラグフェルールを挿入するための貫通孔を有し、スタブ３とプラグフェルールとの間の調心機能を担う部材である。スリーブ２の形状は、長手方向に延びるスリット（図示せず）を有する、いわゆる割りスリーブとこのスリットの無いいわゆる精密スリーブの２種がある。光レセプタクルで一般的に使用されるスリットを有するスリーブ２を採用する場合、スリーブ２内に挿入されるプラグフェルールに対して作用する把持力を高めるべく、貫通孔の孔径はプラグフェルールの外径より若干小さく（例えば、貫通孔へのスタブ３挿入時に該スタブ３に作用する圧力が０．９８Ｎ以上となるように）設定するのが好ましい。スリーブ２を構成する材料としては、上述したフェルール５と同様のものが挙げられる。
【００３０】
ホルダ４は、スタブ３を保持し、更に光素子側の部品と溶接等により固定するための部材である。スタブ３の保持機能を担う保持部を有し、スタブ３が嵌合可能に構成されている。また、このホルダ３の外周部あるいは上面部を介して光素子側の部品とレーザ溶接等により固定される。ホルダ３を構成する材料としては、金属（ステンレス、銅、鉄およびニッケルなど）などが挙げられ、中でも耐腐食性や溶接性の観点からステンレス特にＳＵＳ３０４が好適である。
【００３１】
ケース１は、スリーブ２を収容するための略円筒状部材である。ケース１におけるスリーブ２を収容するための空間の径は、スリーブ２の外径より若干（例えば６０μｍ）大きく構成されている。開口部は、プラグフェルール（非図示）挿入時にスリーブ２内に案内するための部位であり、テーパ状に構成されている。開口部の開口径はスタブ３の外径より若干（例えば０．２ｍｍ）大きく構成されている。ケース１を構成する材料としては、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接可能なものが挙げられ、中でも耐腐食性や溶接性の観点からステンレスが好適である。
【００３２】
さらに前記グレイデッドインデックスファイバの長さをＬ、コア半径をｒ、コアとクラッドの屈折率差を△、該グレイデッドインデックスファイバ内での光線軌跡のピッチをＰとした時、
Ｌ＝π・Ｐ・ｒ・（２／△）１／２
（Ｐ＝０．５Ｎ＋Ｐ１、Ｎは０以上の整数、０．４≦Ｐ１≦０．６）
であることを特徴とする。
【００３３】
ＧＩファイバと類似構造を有するＧＲＩＮレンズにはピッチと呼ばれる量があり（以降Ｐと称する）、ＧＲＩＮレンズの集光状態を示すパラメータとなる。Ｐ＝０．５の場合は入射端面で点光源であったものが出射端面で再び点に集光されることを示し、Ｐ＝０．２５の場合は入射端面で点光源であれば、出射端面ではコリメート光となり最大ビーム径が得られる。この関係を示すのが図３である。原点ではビーム径ゼロとしている。光は除々に広がり、Ｐ＝０．２５で最大になり、Ｐ＝０．５で再び点に収束する。ＧＲＩＮレンズはこのように長手方向に出射ビーム径が周期的に変化していく。Ｐを決めるのはＧＲＩＮレンズのコア半径ｒと屈折率差△である。これはＧＩファイバも全く同様である。以降に記載する特性を満足させるためには、このＧＩファイバの長さは、
Ｌ＝π・Ｐ・ｒ・（２／△）１／２  、Ｐ＝０．５Ｎ（Ｎは０以上の整数）
が最適となる。ただし、製造上のバラツキも考慮すると
Ｐ＝０．５Ｎ＋Ｐ１、０．４≦Ｐ１≦０．６
が望ましい。
【００３４】
さらに前記ファイバスタブの一方端をプラグフェルールと直接接続可能に配置したことを特徴とし、さらに前記ファイバスタブの他方端を光学素子と光学的に接続可能に配置したことを特徴とする。
【００３５】
以上の構成からなる本発明の特徴を図４を用いて説明する。
【００３６】
図４（ａ）は、従来の光レセプタクルの光学系の図である。この場合は、光接続損失の発生部がＢ、Ｃの２箇所ある。また、この光レセプタクルを光素子を用いてモジュール化した際、光モジュールの光出力調整のため、Ｂ部にて損失を調整する。
【００３７】
図４（ｂ）は、本発明での光レセプタクルの光学系の図で、光ファイバはＧＩファイバの両側にコアレスファイバが形成され、図ではＧＩファイバのピッチは０．５としている。この場合は、光接続損失部がＡ部のみの１箇所となり、同時にこの部位で光モジュールの光出力調整を行う。そのため、スタブ側の光のスポット径はコネクタ側に対し大きいので、温度変化、コネクタへの負荷によりＡ部の光軸がずれるが図４（ａ）のＢ部よりは同じズレ量でも光出力変動は小さくなる。また、光接続損失部が図４（ａ）のＢ部、Ｃ部の２箇所に対し、Ａ部の１箇所のため、損失は小さく抑えられ、温度、負荷変化に対し、光接続損失の変動も小さくなる。
【００３８】
この時、スタブにの光素子側のスポット径は光ファイバの直径φ１２５μｍ以下が望ましい。φ１２５μｍ以下であれば、光は損失が少なくスタブに入射するが、φ１２５μｍより大きい場合は、スタブの外側のフェルールに阻まれ、損失が大きくなる。また、スタブのコネクタ側でのスポット径は、コネクタ側光ファイバのスポット径約１０μｍの３倍のφ３０μｍ以下が望ましい。φ３０μｍ以上の場合は、コネクタ側に入射する光の損失が著しく大きくなるためである。
【００３９】
次に、本発明の実施例について図３を用いて説明する。
【実施例】
【００４０】
本発明品として、コア半径ｒ＝２５μｍ、屈折率差△＝１％、ファイバ外径１２５μｍのＧＩファイバ６ａをファイバ外径１２５μｍのコアレスファイバ６ｂに融着する。次に、ＧＩファイバ６ａ長Ｌが１．５５５ｍｍ、１．６６６ｍｍ、１．７７７ｍｍとなるようにＧＩファイバ６ａをカットする。更にＧＩファイバ６ａの先にコアレスファイバ６ｃを融着する。次に作製されたコアレスファイバ６ｂ＋ＧＩファイバ６ａ＋コアレスファイバ６ｃをジルコニアセラミックスからなるフェルール５の貫通孔に接着固定する。その後、片側端面３ａをアール面（曲率半径：２０ｍｍ）とし、その後もう一方の端面３ｂを傾斜面（傾斜角：８°）となるように研磨し、スタブ３を作製する。その際、スタブ３内のファイバ６全長は１．８００ｍｍとなるようにした。以降は本発明品１と同様に作製する。
【００４１】
また、特性の比較を行うため、本発明品１の光ファイバ６をシングルモードファイバとした特許文献１の構造を有する光レセプタクルも作製した。
【００４２】
更に、特許文献２では、ＧＩファイバ長を指定していないので、そのファイバ長をずらし、本発明品１のＧＩファイバ長を１．４４４ｍｍ、１．８８８ｍｍとして、ピッチを１．３ピッチ、１．７ピッチとした光レセプタクルも作製した。
【００４３】
以上３構造６種類の光レセプタクルを各１０個作製し、レンズ付きのＬＤ素子を用いてモジュールを作製し、挿入損失とトラッキングエラー（−４０℃、８５℃）を測定した。
【００４４】
更に光レセプタクル試料の先端側から光コネクタのプラグフェルールを挿入し、そのプラグフェルールに光軸と垂直方向に５００ｇｆの荷重をかけ、接続損失変動を測定し、その結果を表１に示した。
【表１】
2007171697.tif 000003
【００４５】
表１より、本発明品は、特許文献１、２構造に相当する比較例より挿入損失は同等以上、トラッキングエラー、横荷重特性に関しては、特性が良くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る光レセプタクルを表す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光レセプタクルの特徴を説明する断面図である。
【図３】ＧＲＩＮレンズ中の光線軌跡を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る光レセプタクルの特徴を説明する断面図であり、（ａ）第一実施形態、（ｂ）は第二実施形態である。
【図５】従来の光レセプタクルを用いた光モジュールを表す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      ケース
２      スリーブ
３      スタブ
４      ホルダ
５      フェルール
６      光ファイバ
６ａ    ＧＩファイバ
６ｂ、６ｃ    コアレスファイバ
９      スリーブ
１０    フェルール
１１    光ファイバ
１２    ファイバスタブ
１３、２６  ホルダ
２１    光モジュール
２２    光レセプタクル
２３    コネクタ
２４    光素子
２５    プラグフェルール
２７    ケース
【図１】
2007171697.tif 000004
【図２】
2007171697.tif 000005
【図３】
2007171697.tif 000006
【図４】
2007171697.tif 000007
【図５】
2007171697.tif 000008