(57)【要約】【課題】発光素子からの出射光のうち、光ファイバのコアに結合しないクラッドモード光を光学部品を追加することなく、効果的に除去することが可能な光結合モジュール及びそれを用いた光伝送装置を提供する。【解決手段】発光素子１１と、その発光素子１１からの出射光１２と光結合して伝送する光ファイバ２０とからなる光結合モジュールにおいて、光ファイバ２０は、発光素子１１からの出射光１２を伝送するコア２１と、そのコア２１の周囲を覆うクラッド２２とからなり、さらに、コア２１の近傍にコア２１の光軸方向に沿ってクラッド２２およびコア２１とは異なる材料が配設されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、その発光素子からの出射光と光結合して伝送する光ファイバとからなる光結合モジュールにおいて、上記光ファイバは、上記発光素子からの上記出射光を伝送するコアと、そのコアの周囲を覆うクラッドとからなり、さらに、上記コアの近傍に上記コアの光軸方向に沿って上記クラッドおよび上記コアとは異なる材料が配設されたものであることを特徴とする光結合モジュール。
【請求項２】
発光素子と、その発光素子からの出射光を高効率に集光する光結合機能素子と、その光結合機能素子からの出射光と光結合して伝送する光ファイバとからなる光結合モジュールにおいて、上記光ファイバは、上記光結合機能素子からの上記出射光を伝送するコアと、そのコアの周囲を覆うクラッドとからなり、さらに、上記コアの近傍に上記コアの光軸方向に沿って上記クラッドおよび上記コアとは異なる材料が配設されたものであることを特徴とする光結合モジュール。
【請求項３】
上記光ファイバの上記コアの近傍に、上記コアの光軸方向に沿って空孔が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の光結合モジュール。
【請求項４】
上記空孔に光吸収材を充填して、光吸収部を形成したことを特徴とする請求項３記載の光結合モジュール。
【請求項５】
上記空孔または上記光吸収部と上記コアとの間隔が、０μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項３または４記載の光結合モジュール。
【請求項６】
上記空孔または上記光吸収部が上記コアの周囲に少なくとも１つ以上形成されたことを特徴とする請求項３〜５いずれかに記載の光結合モジュール。
【請求項７】
上記光ファイバの長さに応じて上記光ファイバからの光出力強度が可変となることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の光結合モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の光結合モジュールを用いた光送信器を内蔵することを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と光ファイバの光結合モジュールであって、特にクラッドモードへの漏れ込みを低減すると共に、光伝送損失を光学部品を追加することなく適宜決定できる光結合モジュール及びそれを用いた光伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光結合モジュールを図８（ａ）および図８（ｂ）に示す。
【０００３】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、従来の光結合モジュール８０では、発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）８１からの出射光であるＬＤ出射光８２を、レンズ８３を介して光ファイバ（シングルモード光ファイバ：ＳＭＦ）８４に光結合させている。光ファイバ８４は、コア８５と、コア８５を覆うクラッド８６とから構成される。
【０００４】
レンズ８３の出射光８７は、光ファイバ８４の光軸に対しオフセットするように構成されている（図８（ｂ）参照）。レンズ８３の出射光８７が光ファイバ８４の光軸に対しオフセットすることにより、ＬＤ出射光８２の強度を故意に減衰させて光ファイバ８４に光結合するようにしている。
【０００５】
これは、光伝送装置（光トランシーバ）の送信器では、発光素子８１を駆動してＬＤ出射光８２を光ファイバ８４と結合させる際、アイ開口や消光比などの光信号特性を良くするために、発光素子８１を可能な限り大電流で駆動することによる。しかし、発光素子８１を大電流駆動するため、規定される光出力を超えてしまう。そこで、規定の光出力となるように、ＬＤ出射光８２の光強度を故意に減衰させている。
【０００６】
しかし、レンズ８３の出射光８７を光ファイバ８４の光軸に対しオフセットすると、クラッド８６を伝搬するクラッドモード光が増加し、このクラッドモード光が最終的に受信器で検出されてしまい、光信号特性に悪影響を与える。そこで、このクラッドモード光を防止するために、レンズ８３側の光ファイバ８４の端面に、コア径程の微少な開口を有する遮光板（図示せず）を設けている。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３０５３６５号公報
【特許文献２】特開２００６−１１９４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の光結合モジュール８０では、発光素子８１の光出力を減衰させるために、発光素子８１からのＬＤ出射光８２が光ファイバ８４に結合する際、故意に光軸をずらして一部のＬＤ出射光８２をクラッド８６に光結合するようにしている。
【００１０】
しかしながら、クラッド８６に光結合したＬＤ出射光８２（クラッドモード光）の一部は、クラッド８６を伝搬するため、最終的には、光検出器（受信器）に結合してしまう前に除去しなければならない。従って、クラッドモード光を防止するための遮光板などが必要となる。
【００１１】
よって、この方法では、光学部品を１点追加しなければならず、コストも嵩むと同時に、モジュール（光伝送装置）のサイズも大きくなってしまう問題がある。
【００１２】
他の方法として、光アッテネータ（光減衰器）をレンズ８３と光ファイバ８４の間に挿入して、所定の光入射強度となるように光アッテネータで制御する方法がある。しかし、この方式でも、光学部品（光アッテネータ）を１点追加しなければならず、コストも嵩むと同時に、モジュール（光伝送装置）のサイズも大きくなってしまう問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、発光素子からの出射光のうち、光ファイバのコアに結合しないクラッドモード光を、光学部品を追加することなく、効果的に除去することが可能な光結合モジュール及びそれを用いた光伝送装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、発光素子からの出射光を、光学部品を追加することなく、効果的に減衰することが可能な光結合モジュール及びそれを用いた光伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、発光素子と、その発光素子からの出射光と光結合して伝送する光ファイバとからなる光結合モジュールにおいて、上記光ファイバは、上記発光素子からの上記出射光を伝送するコアと、そのコアの周囲を覆うクラッドとからなり、さらに、上記コアの近傍に上記コアの光軸方向に沿って上記クラッドおよび上記コアとは異なる材料が配設されたものである光結合モジュールである。
【００１６】
請求項２の発明は、発光素子と、その発光素子からの出射光を高効率に集光する光結合機能素子と、その光結合機能素子からの出射光と光結合して伝送する光ファイバとからなる光結合モジュールにおいて、上記光ファイバは、上記光結合機能素子からの上記出射光を伝送するコアと、そのコアの周囲を覆うクラッドとからなり、さらに、上記コアの近傍に上記コアの光軸方向に沿って上記クラッドおよび上記コアとは異なる材料が配設されたものである光結合モジュールである。
【００１７】
請求項３の発明は、上記光ファイバの上記コアの近傍に、上記コアの光軸方向に沿って空孔が設けられた請求項１または２記載の光結合モジュールである。
【００１８】
請求項４の発明は、上記空孔に光吸収材を充填して、光吸収部を形成した請求項３記載の光結合モジュールである。
【００１９】
請求項５の発明は、上記空孔または上記光吸収部と上記コアとの間隔が、０μｍ以上１５μｍ以下である請求項３または４記載の光結合モジュールである。
【００２０】
請求項６の発明は、上記空孔または上記光吸収部が上記コアの周囲に少なくとも１つ以上形成された請求項３〜５いずれかに記載の光結合モジュールである。
【００２１】
請求項７の発明は、上記光ファイバの長さに応じて上記光ファイバからの光出力強度が可変となる請求項１〜６いずれかに記載の光結合モジュールである。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１〜７いずれかに記載の光結合モジュールを用いた光送信器を内蔵する光伝送装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、発光素子からの出射光のうち、光ファイバのコアに結合しないクラッドモード光を光学部品を追加することなく、効果的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る光結合モジュールの構造を示す概略図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る光結合モジュール１０は、発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）１１と、その発光素子１１からの出射光であるＬＤ出射光１２を高効率に集光する光結合機能素子としてのレンズ１３と、そのレンズ１３からの出射光１４と光結合して伝送する光ファイバ２０とからなる。発光素子１１は、発光素子１１を駆動する図示しないＬＤ駆動用ドライバに接続される。
【００２７】
光ファイバ２０は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、レンズ１３からの出射光１４を伝送するコア２１と、そのコア２１の周囲を覆うクラッド２２とからなり、さらに、コア２１の近傍に、コア２１の光軸方向に沿ってクラッド２２およびコア２１とは異なる材料が配設されたものである。
【００２８】
本実施形態では、光ファイバ２０として、コア２１の周囲に、その光軸方向に沿って空孔２３を形成したホーリー光ファイバを用いた。この光ファイバ２０は、構造寸法の一例として、コア２１は直径１０μｍ、クラッド２２は直径１２５μｍ、空孔２３は直径５μｍであり、コア２１と空孔２３とは接している。
【００２９】
この光ファイバ２０の空孔２３の直径は、０．５〜３０μｍ程度であればよい。空孔２３は製造可能な大きさである０．５μｍ以上あればよく、空孔２３の直径が小さければ、多数の空孔２３をコア２１の周囲に幾重にも周期的に構成するとよい。また空孔２３の直径が異なるものを組み合わせて配置、構成してもよい。
【００３０】
一方、空孔２３の直径の上限は、クラッド２２の直径とコア２１の直径で決まる寸法上限と、機械的強度などから決まり、コア２１が直径１０μｍ、クラッド２２が直径１２５μｍの場合には、空孔２３の直径は３０μｍ以下にすることが好ましい。
【００３１】
また、コア２１と空孔２３との間隔Ｄは０〜１５μｍであればよい（図６（ａ）および図６（ｂ）参照）。
【００３２】
コア２１と空孔２３の間隔Ｄは、０μｍのとき最も光伝送損失が大きくなるため、効果的にコア２１を伝搬するＬＤ出射光１２を減衰することができる。
【００３３】
一方、コア２１と空孔２３の間隔Ｄが１５μｍを超えると、コア２１はクラッド２２によって１５μｍ以上覆われることになり、コア２１を伝搬するＬＤ出射光１２を減衰させることが困難となる。従って、コア２１と空孔２３との間隔Ｄは１５μｍ以下とする。
【００３４】
図３（ａ）は、光ファイバ２０を光軸方向から見た横断面図であり、ＬＤ出射光１２（レンズ１３からの出射光１４）と光ファイバ２０の光軸とが一致して、オフセットの無い状態である。
【００３５】
本実施形態では、ＬＤ出射光１２と光ファイバ２０の光軸とがオフセットしていなくても、コア２１に空孔２３が近接（本実施形態では接触）しているため、コア２１に入射したレンズ１３からの出射光１４は減衰を受けて伝搬する。従って、光ファイバ２０の長さＬを所定の長さにすることにより、所定の減衰量を得ることができる。
【００３６】
また、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、ＬＤ出射光１２（レンズ１３からの出射光１４）と光ファイバ２０との光軸をオフセットさせてもよい。このように、ＬＤ出射光１２と光ファイバ２０との光軸をオフセットさせて光結合損失を故意に増加させると、さらに大きな減衰量を得ることができる。
【００３７】
さらに、空孔２３に光吸収材を充填して、光吸収部を形成してもよい。空孔２３に光吸収材を充填することにより、コア２１以外に結合するＬＤ出射光１２は空孔２３に充填した光吸収材（光吸収部）に入射するため、クラッド伝搬光（クラッドモード光）を大幅に低減できる。よって、光吸収部を形成することにより、ＬＤ出射光１２を効率よく減衰させ、かつ、クラッドモード光の少ない光学系を実現できる。
【００３８】
光吸収材としては、フェニル系シリコンオイル、有機ケイ素化合物系などを用いることができる。シリコンオイルなどを用いた場合には、光ファイバ２０の端面を使用波長で透明な接着剤で接着して、空孔２３を封止すればよい。
【００３９】
また、光吸収材に成形用熱可塑性樹脂組成物を混合し、これらを空孔２３に充填した後、加熱して固着させるようにしてもよい。成形用熱可塑性樹脂組成物としては、カーボンブラック、レーザー透過性熱可塑性材料、及びフタロシアニン、ナフタロシアニン、ペリレンなどが挙げられる。
【００４０】
ここで、光ファイバ２０の長さＬは、コア２１と空孔２３の間隔Ｄによって決まる伝送損失と光結合モジュール１０の結合損失仕様に応じて、適宜決定すればよい。
【００４１】
次に、本実施形態に係る光結合モジュール１０を用いた光伝送装置を説明する。
【００４２】
まず、光伝送装置に用いる光送信器を説明する。
【００４３】
図４に示すように、光送信器４０は、図１の光結合モジュール１０を用いたものであり、発光素子１１からのＬＤ出射光１２をレンズ１３を介して光ファイバ２０に光結合させるものである。
【００４４】
レンズ１３の出射光１４は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す通り、光ファイバ２０の光軸に対しオフセットするように構成してもよいし、オフセットせずに構成してもよい。
【００４５】
レンズ１３側の光ファイバ２０の端部はフェルール４１に挿入されている。一方、出力端となるレンズ１３側とは反対側の光ファイバ２０の端部には、外部の光コネクタと接続するためのレセプタクル４２が装着されている。
【００４６】
これら発光素子１１、ＬＤ駆動用ドライバ（図示せず）、レンズ１３、光ファイバ２０、およびこれらを収容する筐体（図示せず）により、光送信器４０が構成されている。
【００４７】
図５（ａ）は、本実施形態に係る光伝送装置の側断面図であり、図５（ｂ）はその斜視図である。
【００４８】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、光伝送装置５０は、図４の光送受信器４０を内蔵した光トランシーバである。
【００４９】
光伝送装置５０は、光送信器４０と、外部の光トランシーバ（光伝送装置）から外部光ファイバ５１を介して送信された光信号を受信するための受信器５２と、外部光ファイバ５１の先端に設けられた光コネクタ５３と光学的に接続するための光レセプタクル部５４と、光送信器４０および受信器５２を制御する電子部品５５を搭載する回路基板５６と、これらを収容する筐体５７とから構成されている。
【００５０】
この光伝送装置５０では、光送信器４０および受信器５２と回路基板５６とは、フレキシブルプリント基板５８により接続されており、このフレキシブルプリント基板５８を介して、光送信器４０および受信器５２と電子部品５５とが電気的に接続されている。また、回路基板５６同士もフレキシブルプリント基板５８により接続されている。
【００５１】
光伝送装置５０の光送信器４０では、発光素子１１を駆動してＬＤ出射光１２を光ファイバ２０と光結合させる際、光信号特性を良くするために、発光素子１１を可能な限り大電流で駆動する。光信号特性の改善の一例としては、光伝送信号間のアイの開口を広くする、また消光比を改善するものである。しかし、発光素子１１を大電流駆動するため、規定される光出力を超えてしまう。そこで、規定の光出力となるように、光ファイバ２０にてＬＤ出射光１２の強度を減衰させている。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態では、発光素子１１と、その発光素子１１からのＬＤ出射光１２を高効率に集光する光結合機能素子としてのレンズ１３と、そのレンズ１３からの出射光１４と光結合して伝送する光ファイバ２０とからなる光結合モジュール１０において、光ファイバ２０として、レンズ１３からの出射光１４を伝送するコア２１と、そのコア２１の周囲を覆うクラッド２２と、コア２１の近傍に光軸方向に沿って形成された空孔２３（あるいは光吸収部）とを有するものを用いている。
【００５３】
これにより、発光素子１１からのＬＤ出射光１２のうち、光ファイバ２０のコア２１に結合しないクラッドモード光を空孔２３（または光吸収部）により除去することができ、光学部品を新たに追加することなく、クラッドモード光を効果的に除去することが可能となる。
【００５４】
さらに、光ファイバ２０の空孔２３に光吸収材を充填して光吸収部を形成することにより、クラッドモード光をさらに効率よく低減できる。
【００５５】
また、空孔２３（光吸収部）とコア２１との間隔を０μｍ以上１５μｍ以下とすることにより、コア２１を伝搬するＬＤ出射光１２の光伝送損失を大きくすることができ、光学部品を新たに追加することなく、ＬＤ出射光１２を効果的に減衰させることが可能となる。この光伝送損失は光ファイバ２０の長さＬによって調整できるので、光ファイバ２０の長さＬを調整することにより、所望の減衰量を得ることができる。
【００５６】
さらに、ＬＤ出射光１２を光ファイバ２０の光軸に対しオフセットするように構成することで、光結合損失を発生させることができ、ＬＤ出射光１２をさらに効率よく減衰させることができる。このとき、クラッド２２に入射するＬＤ出射光１２は、空孔２３（光吸収部）により除去されるため、クラッドモード光を抑制できる。
【００５７】
上記実施形態では、光ファイバ２０のコア２１と空孔２３とを接触させる場合を説明したが、図６（ａ）に示すように、コア２１と空孔２３とを接触しないように間隔Ｄをもって配置した光ファイバ６１を用いてもよい。光ファイバ６１では、各空孔２３は近接（接触）するように形成されている。コア２１と空孔２３との間隔Ｄは、上述したように０〜１５μｍであるとよい。
【００５８】
図６（ａ）の構造の光ファイバ６１によれば、各空孔２３が近接（接触）しているため、クラッド伝搬光（クラッドモード光）を効率的に低減できる。
【００５９】
また、図６（ｂ）に示すように、各空孔２３が間隙をもって配置された構造とした光ファイバ６２を用いてもよい。図６（ｂ）の構造の光ファイバ６２によれば、各空孔２３は間隙を有しているため、クラッド伝搬光（クラッドモード光）を除去する効率は図６（ａ）の光ファイバ６１よりも劣るが、各空孔２３はクラッド２２で覆われているため、機械的強度を高めることができる。
【００６０】
なお、コア２１と各空孔２３の間隔Ｄが小さいほどクラッドモード光をより除去できるため、クラッドモード光を除去するためにはコア２１と各空孔２３との間隔Ｄは小さいほど好ましい。
【００６１】
さらに、図７に示す光ファイバ７０を用いてもよい。この光ファイバ７０は、コア２１の周囲に光軸方向に沿って、横断面視で扇型の空孔７１を形成したものである。この光ファイバ７０を用いることにより、ＬＤ出射光１２と光ファイバ７０の光軸とをオフセットさせても、クラッドモード光をほぼ全て除去できる。
【００６２】
上記実施形態では、レンズ１３を用いた光結合モジュール１０を示したが、光ファイバとしてＧＩ光ファイバなどコア直径が５０μｍ以上の光ファイバを用いた場合、あるいは出射角度の小さい発光素子を用いた場合などには、レンズ１３を省略し、ＬＤ出射光１２を直接光ファイバと光接続する構成としてもよい。
【００６３】
本発明は、これらの実施例には限定されず、当業者にとって想到し得る本明細書に説明された基本的教示の範囲に適正に含まれる全ての変更、および代替的構成を具体化するものとして解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係る光結合モジュールの構造を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は図１の光結合モジュールで用いる光ファイバの横断面図であり、図２（ｂ）はその２Ｂ−２Ｂ線断面図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は図２の光ファイバのコアと空孔およびレンズ出射光の関係を示す横断面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の要部拡大図である。
【図４】図１の光結合モジュールを用いた光送信器の構造を示す概略図である。
【図５】図５（ａ）は図４の光送信器を用いた光伝送装置の概略断面図であり、図５（ｂ）はその斜視図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の変形例に用いる光ファイバの横断面図であり、図６（ｂ）は本発明の他の変形例に用いる光ファイバの横断面図である。
【図７】本発明の他の変形例に用いる光ファイバの要部拡大横断面図である。
【図８】図８（ａ）は従来の光結合モジュールの構造を示す概略図であり、図８（ｂ）はその８Ｂ−８Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  光結合モジュール
１１  発光素子
１２  ＬＤ出射光（出射光）
１３  レンズ（光結合機能素子）
２０  光ファイバ
２１  コア
２２  クラッド
２３  空孔
【図１】
2009276453.tif 000003
【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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