(57)【要約】【課題】発光素子とシングルモードファイバとの接続損失を小さくするレンズ部品を提供すること。【解決手段】フェルール２と、該フェルール２の貫通孔内に固定された光ファイバと、を備えたファイバスタブＸであって、前記光ファイバは、一端同士が互いに接続された第１グレーテッドインデックスファイバ１ａと第２グレーテッドインデックスファイバ１ｂとを有し、第１グレーテッドインデックスファイバ１ａの他端は、発光素子と光学的に結合され、第２グレーテッドインデックスファイバ１ｂの他端は、シングルモードファイバと光学的に結合され、第１グレーテッドインデックスファイバ１ａは、第２グレーテッドインデックスファイバ１ｂに比べて、コア中心部と外周部の比屈折率差が大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェルールと、該フェルールの貫通孔内に固定された光ファイバと、を備えたファイバスタブであって、
前記光ファイバは、一端同士が互いに接続された第１グレーテッドインデックスファイバと第２グレーテッドインデックスファイバとを有し、
前記第１グレーテッドインデックスファイバの他端は、発光素子と光学的に結合され、前記第２グレーテッドインデックスファイバの他端は、シングルモードファイバと光学的に結合され、
前記第１グレーテッドインデックスファイバは、前記第２グレーテッドインデックスファイバに比べて、コア中心部と外周部の比屈折率差が大きいことを特徴とするファイバスタブ。
【請求項２】
前記第１グレーテッドインデックスファイバおよび前記第２グレーテッドインデックスファイバのそれぞれの他端にコアレスファイバをさらに接続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】
前記第１グレーテッドインデックスファイバに接続されたコアレスファイバの一端と反対側の他端面を、前記光ファイバの軸方向に対して傾斜する傾斜面としたことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバスタブ。
【請求項４】
前記第１グレーテッドインデックスファイバに接続されたコアレスファイバの一端と反対側の他端部を、球状または楔状としたことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバスタブ。
【請求項５】
前記フェルールの前記第１グレーテッドインデックスファイバ側の端面に、前記貫通孔を塞ぐように接着された光学素子をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のファイバスタブ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のファイバスタブと、シングルモードファイバが内部に固定された筒状のコネクタ部材と、前記シングルモードファイバと前記第２グレーテッドインデックスファイバとが同軸上に配されるように、前記ファイバスタブおよび前記コネクタ部材が孔部内に挿入されたスリーブと、を備えた光コネクタ部品。
【請求項７】
請求項６に記載の光コネクタ部品と、前記ファイバスタブが挿入された部位に対応する前記スリーブの外周を固定するホルダと、前記第１グレーテッドインデックスファイバに向けて光を出射する発光素子と、該発光素子を収納するとともに、前記ホルダと接合された筐体と、を備えた光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用部品、または光センサ等に使用されるフェルール型光部品とそれを用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信用機器は、光回路の小型・集積化に向けて、各種部品の小型化が求められている。
【０００３】
図６（ａ）には、グレーテッドインデックスファイバを用いたフェルール型光部品が示されている。また、図６（ｂ）には、前記フェルール型光部品を備えた平面実装型光モジュールが示されている。フェルール型光部品は、フェルール２０の貫通孔内にグレーテッドインデックスファイバ２１が実装固定されてなる。また、平面実装型光モジュールは、基板２２と、該基板２２に実装されたフェルール型光部品と、フェルール型光部品の一端面に装着された光学素子２３と、フェルール型光部品の他端側に配置された半導体レーザ２４と、を備えている。また、平面実装型光モジュールは、グレーテッドインデックスファイバ２１から出射された光と光学的に結合されるシングルモードファイバ２５を内部に保持する他のフェルール２０’を、さらに備えている。
【０００４】
そして、フェルール型光部品Ｚは、半導体レーザ２４から出射された光をグレーテッドインデックスファイバファイバ２１で集光し、光ファイバ２５に入射する機能を有している。このようなフェルール型光部品Ｚは、ファイバ型のレンズであるグレーテッドインデックスファイバファイバを用いることにより、ロッドレンズ等に比べて、部品を小型にすることができた（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２３５２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シングルモードファイバ２５は、グレーテッドインデックスファイバ２１に比べて、コア径が小さいので、開口数ＮＡ（ＮＡ＝０．１５程度）が小さく、かつ集光角（γ＝１０°以下）が小さい。一方、半導体レーザ２４は、一般に、シングルモードファイバに比べて集光角が大きい。それ故、光モジュールでは、この集光角の違いを緩和し、半導体レーザ２４とシングルモードファイバ２５との光の結合効率を高めることが求められる。
【０００６】
しかしながら、フェルール型光部品Ｚでは、単一のグレーテッドインデックスファイバ２１にて構成されているため、半導体レーザ２４およびシングルモードファイバ２５の両方と最適な光結合をするのが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明のファイバスタブは、フェルールと、該フェルールの貫通孔内に固定された光ファイバと、を備えたファイバスタブであって、前記光ファイバは、一端同士が互いに接続された第１グレーテッドインデックスファイバと第２グレーテッドインデックスファイバとを有し、前記第１グレーテッドインデックスファイバの他端は、発光または受光機能を具備する光素子と光学的に結合され、前記第２グレーテッドインデックスファイバの他端は、シングルモードファイバと光学的に結合され、前記第１グレーテッドインデックスファイバは、前記第２グレーテッドインデックスファイバに比べて、コア中心部と外周部の比屈折率差が大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明の光コネクタ部品は、本発明のファイバスタブと、シングルモードファイバが内部に固定された筒状のコネクタ部材と、前記シングルモードファイバと前記第２グレーテッドインデックスファイバとが同軸上に配されるように、前記ファイバスタブおよび前記コネクタ部材が孔部内に挿入されたスリーブと、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の光モジュールは、本発明の光コネクタ部品と、前記ファイバスタブが挿入された部位に対応する前記スリーブの外周を固定するホルダと、前記第１グレーテッドインデックスファイバに向けて光を出射する、または前記光アイソレータ素子を介して前記第１グレーテッドインデックスファイバに出射する光を発する光素子、該光素子を収納するとともに、前記ホルダと接合された筐体と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のファイバスタブ、該ファイバスタブを備えた光コネクタ部品および光モジュールは、コア中心部と外周部の比屈折率差が異なる第１グレーテッドインデックスファイバと前記第２グレーテッドインデックスファイバとを有してなる。そして、第１グレーテッドインデックスファイバは、第２グレーテッドインデックスファイバに比べて、前記比屈折率差が大きい。そのため、本発明のファイバスタブ、該ファイバスタブを備えた光コネクタ部品および光モジュールは、比屈折率差を異ならせることにより、集光角を調整できるため、発光素子とシングルモードファイバとを２本のグレーテッドインデックスファイバで効率良く光学的に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明のファイバスタブ、光コネクタ部品および光モジュールの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
＜ファイバスタブ＞  
図１は、本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブを示す断面図である。ファイバスタブＸは、グレーテッドインデックスファイバ１とコアレスファイバ２が融着されてなる光ファイバがフェルール３の貫通孔内に固定されている。この光ファイバは、図１に示すように、第１コアレスファイバ２ａ、第１グレーテッドインデックスファイバ１ａ（以下、ＧＩファイバ１ａとする）、第２グレーテッドインデックスファイバ１ｂ（以下、ＧＩファイバ１ｂとする）、および第２コアレスファイバ２ｂの順で融着接続されてなる。
【００１３】
グレーテッドインデックスファイバは、径方向に屈折率分布を有するファイバであり、光を集光するレンズ機能を担う。グレーテッドインデックスファイバは、径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）とすると、  
ｎ（ｒ）＝ｎ０（１−Ａ／２ｒ２）  （但し、ａ≧ｒ＞０）  
ｎ０：コアの中心軸上の屈折率、  
Ａ：収束定数  Ａ＝｛α・（α―１）・Δ｝／（ａ）α 
ａ：コアの半径  
α：屈折率分布定数  
Δ：比屈折率差  Δ＝｛ｎ０−ｎ（ａ）｝／ｎ０ 
ｎ（ａ）：ＧＩファイバコア外周面での屈折率
また、この場合、グレーテッドインデックスファイバと該グレーテッドインデックスファイバと光学的に結合される物体（発光素子、シングルーモードファイバ）との距離（端面焦点間距離）を示すワーキングディスタンス（以下、ＷＤとする）は、次式で示される。
【００１４】
ＷＤ＝１／｛ｎ０・√Ａ・ｔａｎ（√Ａ・Ｚ）｝  
ここで、Ｚ＝２πＰ／√Ａ  （ＺはＧＩファイバの長さ）  Ｐ＝２π／√Ａ（Ｐはピッチ長）とする。
【００１５】
上式によれば、グレーテッドインデックスファイバは、所望の大きさでピッチ長を設定することにより、ＷＤを設定することができる。また、集光角γは、たとえばＧＩファイバ長が０．２５ピッチの場合、（式１）γ＝√Ａ・ｎ  （ｎ：出射側媒体の屈折率）で示される。また、グレーテッドインデックスファイバと発光素子またはシングルモードファイバとを空間で光学的に結合する場合は、γ＝√Ａ  （空気の場合、ｎ＝１）となる。また、ＧＩファイバ長が０．２５ピッチ以外の場合は、（式２）γ＝−ｎ０√Ａ・ｓｉｎ（√Ａ・Ｚ）ｒ’  （ｒ’：ＧＩファイバに入射される平行光線の半径）となる。
【００１６】
ファイバスタブＸでは、グレーテッドインデックスファイバが、互いに比屈折率差Δが異なる第１ＧＩファイバ１ａと第２ＧＩファイバ１ｂを融着接続することにより構成されている。比屈折率差とは、グレーテッドインデックスファイバのコアの中心部と、コアの外周部の屈折率の差を示すものである。そして、集光角γを導く式１、２によれば、比屈折率差Δと集光角γとは、比例関係にある。換言すれば、グレーテッドインデックスファイバでは、比屈折率差Δが大きければ、集光角γが大きくなる。
【００１７】
すなわち、ファイバスタブＸでは、比屈折率差Δａが、たとえば０．０１〜０．０３である第１ＧＩファイバ１ａと、比屈折率差Δｂが、たとえば０．００５５〜０．０１である第２ＧＩファイバ１ｂとを接続してなり、Δａ＞Δｂの関係を有することから、グレーテッドインデックスファイバ１の第１ＧＩファイバ１ａ側と第２ＧＩファイバ１ｂ側で集光角γを所定の大きさに設定することができる。そのため、ファイバスタブＸでは、集光角γ１が大きい第１ＧＩファイバ１ａを発光素子と光学的に接合し、集光角γ２が小さい第２ＧＩファイバ１ｂをコア径が小さく、かつ集光角γの小さいシングルモードファイバと光学的に結合できるので、光の接続損失を小さくできる。なお、図１においては、光ファイバ内を伝送する光を点線で示している。
【００１８】
ここで、グレーテッドインデックスファイバの比屈折率差Δの測定方法について説明する。比屈折率差Δは、ＧＩファイバ１の光軸コアの中心軸上の屈折率ｎ０と、ＧＩファイバ１のコア外周面の屈折率n（ａ）から求めることができる。光ファイバの半径方向の屈折率分布は、たとえばＲＮＦ(Refracted Near Field)法、ＮＦＰ（Near field Pattern）法、干渉法等によって測定することができる。たとえばＲＮＦ法の測定器を用いた場合は、測定する光ファイバの一端面を光ファイバのクラッドより屈折率の大きなマッチングオイル内に浸し、光ファイバの他端面に微小な光ビームを照射し、光ファイバの一端面から出射する光を集光して受光する。。集光された光パワー（強度）は、屈折率が大きい程小さくなるため、この強度分布より、光ファイバの径方向の屈折率分布を測定することができる。
【００１９】
第１ＧＩファイバ１ａおよび第２ＧＩファイバ１ｂの径は、通常のＧＩファイバの径（約１２５μｍ）よりも大きい、たとえば１２６ｎｍ〜５００μｍ程度にすれば、コア径を５０〜４８０ｎｍ程度まで大きくすることができるため、ＷＤを大きくするという観点で好適である。
【００２０】
フェルール２は、たとえば円筒状を成し、光ファイバを貫通孔内で保持する機能を担う。光ファイバは、たとえばエポキシ樹脂等の光学接着剤によって、フェルール２の貫通孔内で固定される。フェルール２の材質としては、たとえば、燐青銅、ベリリウム銅、黄銅、ステンレス等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチック、またはアルミナ、ジルコニア等のセラミックスが利用できる。
【００２１】
コアレスファイバ３は、略均一な屈折率分布を有する光ファイバであり、その材質はたとえば石英ガラスからなり、その屈折率は１．４５程度、透過損失は０．３５×１０−６ｄＢ／ｍｍ以下であり、透過損失が比較的低いものが好ましい。上述したように、コアレスファイバ３は、略均一な屈折率分布を有するため、コアレスファイバ３内を伝送する光は略平行に進む。このコアレスファイバ３は、第１ＧＩファイバ１ａの一端にコアレスファイバ３ａ、第２ＧＩファイバ１ｂの一端にコアレスファイバ３ｂがそれぞれ接続される。なお、これらのファイバの接続は、たとえば放電による熱融着が挙げられる。このコアレスファイバ３を各ＧＩファイバの一端に接続すれば、コアレスファイバ３の端面とフェルール２の端面とを同時に研磨して同一平面とすることができるため、ＧＩファイバの長さを変えることなく、ファイバスタブＸを容易に作製することができる。
【００２２】
また、ファイバスタブＸは、図２に示すように、第１ＧＩファイバ１ａ側の端面（図２では、コアレスファイバ３ａの端面に光学素子４を接着してもよい。光学素子４は、たとえばフィルタリング機能、光アイソレータ機能、ファラデー回転機能、偏光機能、または減衰機能を持たせた素子を用いることができ、入射される光を所望の光学特性を有するものに変化させることができる。また、光学素子４は、空気との接触面にＡＲコートを施せば、より端面反射が生じにくくなり、挿入損失を低減できる。光学素子４は、たとえば入射される光を十分に透過可能な透光性樹脂からなる接着剤にてコアレスファイバ３ａと接着される。このとき、光学素子４は、光学素子４を透過する光をコアレスファイバ３ａに効率良く入射するために、コアレスファイバ３ａの端面を覆うように貼り付けられる。換言すれば、光学素子４は、コアレスファイバ３ａが固定されているフェルール２の貫通孔の開口部を塞ぐように貼り付けられる。
【００２３】
次に、本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブの変形例について、図３を参照しつつ説明する。
【００２４】
図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブの変形例を示す断面図である。ファイバスタブＸ１は、第１ＧＩファイバ１ａに接続されたコアレスファイバ３ａの一端と反対側の他端面を、光ファイバの軸方向Ｌに対して傾斜する傾斜面とした点でファイバスタブＸと相違する。同図中、ファイバスタブＸ１は、光ファイバの軸方向Ｌに対して直交する方向と傾斜面との成す角度を角度βとしている。このような形態によれば、発光素子からコアレスファイバ３ａに入射される光がコアレスファイバ３ａの端面で反射し、発光素子に戻るのを低減することができるため、反射戻り光を小さくする（反射減衰量を低減する）という点で好適である。角度βは、光の挿入損失を維持しつつ、反射戻り光を小さくするという観点から、２〜８°が好適である。なお、ファイバスタブＸ１は、図３（ａ）に示すように、コアレスファイバ３ｂの端面も傾斜面としているが、このような形態であれば、コアレスファイバ３ｂの端面における反射戻り光を小さくすることができる。
【００２５】
図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブの変形例を示す断面図である。ファイバスタブＸ２は、第１ＧＩファイバ１ａに接続されたコアレスファイバ３ａの一端と反対側の他端面を、球状面とした点でファイバスタブＸと相違する。このような形態によれば、球状面とすることにより、コアレスファイバ３ａにレンズ効果を持たせることができるため、発光素子からの光を効率良く第１ＧＩファイバ１ａに導くことができる。なお、ファイバスタブＸ２は、図３（ａ）に示すように、コアレスファイバ３ｂの端面も球状面としているが、このような形態であれば、コアレスファイバ３ｂにもレンズ効果を持たせることができる。
【００２６】
図３（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブの変形例を示す断面図である。ファイバスタブＸ３は、第１ＧＩファイバ１ａに接続されたコアレスファイバ３ａの一端と反対側の他端面を、楔状の面とした点でファイバスタブＸ２と相違する。このような形態によれば、楔状の面とすることにより、コアレスファイバ３ａにレンズ効果を持たせることができるため、発光素子からの光を効率良く第１ＧＩファイバ１ａに導くことができる。
【００２７】
上記で説明したファイバスタブＸ１〜Ｘ３の端面形状は、たとえば研削盤等を用いて河加工することにより、所望の形状とすることができる。
【００２８】
＜光コネクタ部品＞  
本発明の光コネクタ部品の実施形態について、図４を参照しつつ説明する。
【００２９】
図４は、本発明に係る光コネクタ部品の一実施形態を示す断面図である。光コネクタ部品Ｙは、ファイバスタブＸ１と、シングルモードファイバ５が内部に固定された筒状のコネクタ部材６と、ファイバスタブＸ１およびコネクタ部材６が孔部内に挿入されたスリーブ７と、を備えている。
【００３０】
シングルモードファイバ５は、屈折率の高いコア部と該コア部の外周を被覆するクラッド部からなり、コア部とクラッド部との屈折率差による反射を利用することによってコア部内で光を伝送するものであり、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径が１２５μｍ、コア部の径が１０μｍ程度である。
【００３１】
光コネクタ部材６は、たとえば円筒状を成し、シングルモードファイバを貫通孔内で保持する機能を担うとともに、ファイバスタブＸ１の光ファイバからシングルモードファイバの一端部に出射された光を他端側に当接されるプラグ（図示なし）と光学的に結合するものである。シングルモードファイバ５は、たとえばエポキシ樹脂等の光学接着剤によって、光コネクタ部材６の貫通孔内で固定される。光コネクタ部材６の材質としては、たとえば、燐青銅、ベリリウム銅、黄銅、ステンレス等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチック、またはアルミナ、ジルコニア等のセラミックスが利用できる。
【００３２】
スリーブ７は、シングルモードファイバ５とファイバスタブＸ１が有する光ファイバとが同軸上に配されるように、ファイバスタブＸ１と光コネクタ部材６とを保持する機能を担う。このスリーブ７は、たとえばジルコニア、アルミナ等のセラミックス、銅などの金属材料で構成される。特に、耐摩耗性という観点から、スリーブ７はアルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料を用いるのが好ましい。スリーブ７の作製方法としては、たとえばジルコニアセラミックス材料で形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によって割スリーブとなる円筒状もしくは円柱状の成形体を得た後、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施す。なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。
【００３３】
光コネクタＹでは、集光角γ１が大きい第１ＧＩファイバ１ａを発光素子と光学的に接合し、集光角γ２が小さい第２ＧＩファイバ１ｂをコア径が小さく、かつ集光角γの小さいシングルモードファイバと光学的に結合できるので、光の接続損失を小さくできる。
【００３４】
＜光モジュール＞  
本発明の光モジュールの実施形態について、図５を参照しつつ説明する。
【００３５】
図５は、本発明に係る光モジュールの一実施形態を示す断面図である。光モジュールＺは、ファイバスタブＸ１を備えた光コネクタ部品Ｙと、該光コネクタ部品のファイバスタブＸ１がスリーブ７に挿入されている部位のスリーブ７の外周部を固定するホルダ１０と、第１ＧＩファイバ１ａに向けて光を出射する発光素子１１と、ホルダ１０と接合された筐体１２と、を備えてなる。
【００３６】
ホルダ１０は、光コネクタ部品Ｙを保持し、かつ収容するための部材であり、光コネクタ部品の一端部が挿入される孔部を有している。このホルダ１０の材質としては、たとえばステンレス、銅、鉄およびニッケルなどが挙げられ、中でも、ＹＡＧ溶接性に優れているＳＵＳ３０４やＳＦ２０Ｔ等のステンレス材料が好適である。発光素子１１は、ファイバスタブＸの光ファイバに向けて光を出射するものであり、たとえば半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などが挙げられる。筐体１２は、発光素子１１を収容するための部材であり、ホルダ１０とＹＡＧ溶接等で接合されるものである。また、発光素子１１から出射される光をファイバスタブＸ１の光ファイバに効率よく導くために、筐体１２には、レンズを設けてもよい。
【００３７】
光モジュールＺでは、集光角γ１が大きい第１ＧＩファイバ１ａを発光素子１１と光学的に接合し、集光角γ２が小さい第２ＧＩファイバ１ｂをコア径が小さく、かつ集光角γの小さいシングルモードファイバ５と光学的に結合できるので、光の接続損失を小さくできる。
【００３８】
なお、本発明は上述の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を施すことは何等差し支えない。たとえば、上述の実施形態では、第２ＧＩファイバ１ｂよりも小さい比屈折率差Δを有する第３ＧＩファイバを接続することにより、集光角γをさらに小さくし、シングルモードファイバとの挿入損失の低減を図ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブを示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブを示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るファイバスタブの変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の光コネクタ部品の一実施形態を示す断面図である。
【図５】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６】（ａ）は従来のファイバスタブを示す断面図であり、（ｂ）は従来の光モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｘ、Ｘ１〜Ｘ３：ファイバスタブ
Ｙ：光コネクタ部品
Ｚ：光モジュール
１：グレーテッドインデックスファイバ
１ａ：第１グレーテッドインデックスファイバ
１ｂ：第２グレーテッドインデックスファイバ
２：フェルール
３、３ａ、３ｂ：コアレスファイバ
４：光学素子
５：シングルモードファイバ
６：コネクタ部材
７：スリーブ
１０：ホルダ
１１：発光素子
１２：筐体
【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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