(57)【要約】【課題】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）となること。【選択図】図１
2007148091.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）
となる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少なくとも片端にコアレスファイバを接合した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光学的に接続可能に配置したことを特徴とする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】
上記光モジュール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】
上記光レセプタクル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、上記ケース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、上記スタブ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）。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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）
となることを特徴とする。
【００１４】
さらに前記グレイデッドインデックスファイバの少なくとも片端にコアレスファイバを接合したことを特徴とする。
【００１５】
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する光レセプタクル。
【００１６】
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光レセプタクルモジュール。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
また、コアレスファイバを用いることにより、上記特性が安定して作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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）
となることを特徴とする。
【００２０】
図１に示すように、スタブ３は、スタブ用のフェルール５およびＧＩ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ＧＩ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。
【００２１】
フェルール５は、ＧＩ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。
【００２２】
ＧＩファイバ６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。また、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。
【００２３】
この関係を示すのが図２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６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６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。このＧＩファイバ６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。
【００２４】
さらに本発明は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ものであり、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。
【００２５】
ＧＩファイバ６を図３（ａ）のように上記ファイバ長の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としても良い。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図４（ａ）は、従来の光レセプタクルの光学系の図であるが、この場合は、光接続損失の発生部がＢ、Ｃ部の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。
【００３０】
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６のみからなる。図４ではＧＩファイバ６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、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。
【００３１】
図４（ｃ）は、本発明での別の実施例での光レセプタクルの光学系の図４で、光ファイバはＧＩファイバ６の両側にコアレスファイバ６ｂ、６ｃが形成されている場合である。
【００３２】
図４（ｂ）と同様にＧＩファイバ６のピッチは０．５としている。この場合も、図４（ｂ）と同様の効果が得られる。
【００３３】
以下、本発明の実施例について図３を用いて説明する。
【実施例】
【００３４】
本発明品１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１．５５５ｍｍ、１．６６６ｍｍ、１．７７７ｍｍとなるようにした。この１．５５５ｍｍ、１．６６６ｍｍ、１．７７７ｍｍは、１．４ピッチ、１．５ピッチ、１．６ピッチに相当する。次に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）を切削加工することによりホルダ４を作製し、ステンレス（ＳＵＳ３０３）を切削加工することによりケースを作製した。スリーブ２の材質は、ジルコニアセラミックスとした。スタブ３の後端部側を、作製したホルダ４の保持部に圧入した。次に、ホルダ４に圧入されたスタブ３の先端部側を、ジルコニアからなる割スリーブ２の貫通孔に一端側から挿入した。
【００３５】
次に、スタブ３の一部が挿入されたスリーブ２を覆うようにして、ケース１をホルダ４に圧入により固定した。
【００３６】
本発明品２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６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６長Ｌが１．５５５ｍｍ、１．６６６ｍｍ、１．７７７ｍｍとなるようにＧＩファイバ６をカットする。更にＧＩファイバ６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６＋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。
【００３７】
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。
【００３８】
更に、特許文献２に相当する比較例では、ＧＩファイバ６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６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。
【００３９】
以上４構造で全９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。
【００４０】
更に光レセプタクル試料の先端側から光コネクタ２３のプラグフェルール２５を挿入し、そのプラグフェルール２５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】
2007148091.tif 000003
【００４１】
表１より、本発明品１、２は、特許文献１、２の構造に相当する比較例と比較して、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】
【００４２】
【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】ＧＲＩＮレンズ中の光線軌跡を示すグラフである。
【図３】本発明の別の実施形態に係る（ａ）スタブと（ｂ）光レセプタクルを表す断面図である。
【図４】（ａ）は従来のスタブ（ｂ）は本発明のスタブ（ｃ）は本発明の光モジュール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】
【００４３】
１      ケース
２      スリーブ
３      スタブ
４      ホルダ
５      フェルール
６      ＧＩ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】
2007148091.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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