JP2001059919A - 光ファイバと光半導体の接続用導光体 - Google Patents

光ファイバと光半導体の接続用導光体

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JP2001059919A
JP2001059919A JP23664299A JP23664299A JP2001059919A JP 2001059919 A JP2001059919 A JP 2001059919A JP 23664299 A JP23664299 A JP 23664299A JP 23664299 A JP23664299 A JP 23664299A JP 2001059919 A JP2001059919 A JP 2001059919A
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Yasuhiro Koike
康博 小池
Shigeru Koshibe
茂 越部
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光伝送損失を極小とする光ファイバと受発光半
導体の接続用導光体を提供するものである。 【解決手段】光ファイバと受発光半導体との間に、反射
面で囲まれ内部が柔軟で空気を巻き込まない又は及び空
気を逃がす接続面形状を有する光透過体で充填された、
導光体を介在させ接続する。接続面形状は、球面状、放
物面状、円錐状、角錐状等の凸状であることが好まし
く、接続外周部は波状、多角状、溝状等の凹凸状である
ことが好ましい。光透過体は、該硬さがJIS(D)6
0度以下であるシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エ
ポキシ系樹脂、熱可塑性エラストマー系樹脂、及びこれ
ら樹脂の誘導体から選ばれた少なくとも1種であること
が好ましく、該屈折率が光ファイバの屈折率±0.2以
内であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバと受発
光半導体との光学的な接続構造に係わり、光通信接続時
の損失を低減する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバを用いた光伝送システムは、
光ファイバと受発光半導体を接続させ信号光を受け渡し
する。発信用半導体としては発光ダイオード(LED)
や半導体レーザー(LD)、受信用半導体としてはフォ
トダイオード(PD)が主に用いられている。
【0003】このような光伝送システムにおける通信性
能は信号光の伝送効率に大きく影響され、光ファイバだ
けでなく接続部の伝送損失が通信性能を左右する。現在
の接続構造は光ファイバと受発光半導体の間にレンズを
介在させるものが主流である。しかし、この構造は精密
接続が必要でコストが高く汎用性に乏しいだけでなく、
レンズ面での反射により数dBから十数dBの接続損失
が起こるといった問題を抱えていた。
【0004】本発明者は、この接続損失を低減するた
め、光ファイバと受発光半導体との間に反射面で囲まれ
た導光路を有する導光体を介在させる結合構造(レンズ
レス結合構造)を提案した(特開平10−22157
3、特開平10−221574)。
【0005】本発明者は、さらなる実用化検討を鋭意行
ったところ光ファイバと受発光半導体を導光体で結ぶ場
合、少なくとも1箇所は接続分離可能な構造にすること
が有用であり、特にその接続面の構造が重要であること
を見いだした。今後の光通信の汎用化(民生機器への組
み込み、携帯コンパクト化)には着脱可能な接続構造は
必要となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光ファイバ
と受発光半導体の接続時における損失を低減する方法で
あり、レンズレス結合構造の長所を残しさらに改良を加
え抜群の接続性能を持つ構造を提案するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバと
受発光半導体との間に反射面で囲まれ内部が柔軟な光透
過体で充填された導光路を有する導光体の構造に関する
ものであり、光透過体の接続面が空気を巻き込まない又
は及び空気を逃がす形状を有することを特徴とする光伝
送システムの接続用導光体である。
【0008】請求項1は、光透過体の接続面が、接続方
向に球面状、放物面状、円錐状、角錐状等の凸状の形状
であることを特徴とする接続用導光体。請求項2は、光
透過体の接続外周部が、波状、多角状、溝状等の凹凸状
の加工が施された形状であることを特徴とする接続用導
光体及び請求項1に記載の接続用導光体である。
【0009】請求項3は、請求項1及び請求項2におい
て、光ファイバのコア寸法が受発光半導体の受発光部寸
法より大きく、光ファイバ側から受発光半導体側に向け
て先細りとなる導光路を有する接続用導光体である。
【0010】請求項4は、光透過体が、硬度がJIS
(D型)60度以下のシリコーン系樹脂、アクリル系樹
脂、エポキシ系樹脂、熱可塑性エラストマー系樹脂及び
これら樹脂の誘導体から選ばれた少なくとも1種である
ことを特徴とする請求項1から請求項3に記載の接続用
導光体である。
【0011】請求項5は、光透過体の屈折率が光ファイ
バの屈折率±0.2以内であることを特徴とする請求項
1から請求項4に記載の接続用導光体である。
【0012】光ファイバと受発光半導体とを接続する場
合、接合面に空気を巻き込むと光は反射、散乱及び屈折
等の現象で伝送損失を生じる。このため、接続面に空気
を巻き込まない形状や空気を逃がす工夫を付与すること
が有効である。
【0013】光透過体の接続面に凸状の起伏をつけ接続
時の押圧力により空気を中心部より外周部に追し出し密
着する形状が好ましい。具体的形状としては、球面状、
放物面状、円錐状、角錐状等を挙げることができる。
又、光透過体の接続外周部に空気の逃げ道を作り接続時
の押圧力により強制的に気泡を吐き出すといった工夫も
有効である。例えば、光接続部に波状、多角状、溝状等
の加工を施すことが好ましい。この場合、接続面の凸状
形状と併用することが特に好ましい。
【0014】上記の接続構造は、光ファイバのコア寸法
が受発光半導体の受発光部寸法より大きく、光ファイバ
側から受発光半導体側に向けて先細りとなる場合に有効
である。特に、コア寸法の大きなプラスチック光ファイ
バを使用する場合の簡易接続技術として重要である。
【0015】光透過体は、柔軟であることが必要でその
硬度はJIS(D型)で60度以下が好ましい。硬すぎ
ると接続時の密着が不十分となり間隙を生じ、結果的に
光伝送時に損失をもたらす。これに適する樹脂類は、シ
リコーン系、アクリル系、エポキシ系、熱可塑性エラス
トマー系、及びこれらの誘導体を挙げることができる。
市販品は信越化学工業、東芝シリコーン、東亞合成、日
本化薬、旭化成等の製品カタログより選択することがで
きる。又、公知技術を利用してこれらの樹脂の誘導体を
製造し使用することもできる。(特開昭59−1332
20、特開昭62−167317、特開平3−2255
3、特開平10−17776、特開平10−11010
2、特開平10−261821)。
【0016】光透過体と光ファイバの屈折率はほぼ同じ
であることが好ましい。少なくとも、光透過体と光ファ
イバの屈折率差は±0.2以内が良く、差が大きすぎる
と反射等による光伝送損失を招く。光透過体の屈折率の
調整方法は公知となっている(例、POF CONFE
RENCE ’97、特開平11−43605)。
【0017】光ファイバと受発光半導体を導光体で接続
する場合、導光体を光ファイバ又は受発光半導体と一体
化し接続箇所を減らすことも光伝送損失の低減に有効で
ある。この場合、接続面積の小さい受発光半導体と導光
体を一体化する方が実用的である。
【0018】図1は、本発明による導光体の一例を示す
(接続方向の横から見た図)。導光体3の内部は柔軟な
光透過体4で充填されている。光透過体4の光ファイバ
側面は5、光半導体側面は6であり、面形状は球面であ
る。又、各部品を一時固定するための装置が設けられて
いる(導光体装置7と光ファイバ装置8、導光体装置1
7と光半導体装置18)。一時固定のための着脱機構は
バネ、ネジ、溝等の既存技術を利用することができる。
【0019】図2は、本発明による光半導体一体型導光
体の一例を示す図である。(1)は接続方向の横から見
た図、(2)は導光体を光ファイバ側から見た図であ
る。導光体3は光半導体2と面26にて接着結合されて
いる。光透過体4の光ファイバ側面25は円錐状であ
り、外周部29は空気を逃がすため放射状(八角錐切断
形状)に加工されている。27及び28は導光体3及び
光ファイバ1の一時固定装置である。
【0020】図3は、本発明の導光体(図1)を用いて
光ファイバと光半導体を接続した図である。光ファイバ
1と光半導体2とは光透過体4を充填した導光体3を介
在し面35及び面36で隙間なく接続されている。
【0021】図4は、従来のレンズを使用した接続構造
の一例を示す図である。光ファイバ1と光半導体2とは
石英製のボールレンズ40を介して光を伝送する。
【0022】
【実施形態】本発明の実施形態を説明する。本発明は、
光ファイバ1と光半導体2とを反射面で囲まれ内部が柔
軟な光透過体4で充填された導光体3を介在させ光学的
に接続する構造である。光透過体4は光ファイバ側に面
5、25及び光半導側に面6を有し、いずれの面形状も
外側に凸状である。光透過体の外周部を空気の逃げやす
いように工夫し密着を良くすると光伝送効率は高まる。
該外周部29は八角錐切断型形状に加工したものであ
る。本発明の導光体を用いると接続界面が密着し光伝送
時の損失を低減することができる。以下、実施例及び比
較例等にて具体的に説明する。
【0023】
【実施例1】ステップインデックス型アクリル系光ファ
イバ(SI−PMMA)とLEDを図1の導光体を用い
て接続した。導光体の内面は、光を高反射できるメッキ
処理が施されている。又、内部はJIS(D)20度、
屈折率1.42の特性を有するゴム変性エポキシ樹脂で
構成され、端面は球面状に加工されている。光ファイバ
とLEDを導光体で接続し接続部の光伝送損失を計測し
たところ1.8dBと小さかった。
【0024】SI−PMMAは屈折率1.50でコア径
0.9mmである。又、LEDは波長650nmで0.
3mm角チップをエポキシ樹脂で封止したものである。ゴ
ム変性エポキシ樹脂の硬さはJIS K 6253Dに
準拠し測定した(タイプDデュロメータ使用)。
【0025】
【実施例2】SI-PMMAと図2の導光体を用いて接
続した。導光体は金属封止型PD(受光径0.1mm)
と一体化した構造を有している。光透過体の外周部は、
光ファイバの位置合わせ及び固定を補佐する機能も有す
る。光透過体はJIS(D)30度、屈折率1.49の
ゴム変性アクリル樹脂より構成されている。本接続部は
光伝送時に0.9dBの損失を生じた。
【0026】
【実施例3】屈折率1.35、直径0.3mmのステッ
プインデックス型フッソ樹脂系光ファイバ(SI−P
F)と金属封止型LD(チップ断面0.3mm角)を図
1の導光体を用いて接続した。導光体内部はフッソ変性
シリコーン樹脂、JIS(D)10度、屈折率1.38
で構成されている。この接続部の光伝送損失を計測した
ところ0.5dBであった。
【0027】
【検討例1】光透過体としてLED封止用エポキシ樹脂
を用いた以外は実施例1と同様に光ファイバとLEDを
導光体にて接続した。この場合、接続部の光伝送損失は
4.2dBと高かった。光透過体がJIS(D)70度
と硬いため光ファイバと密着せず損失を生じたものと考
えられる。光透過体に用いたエポキシ樹脂はビスフェノ
ールA型エポキシ樹脂と無水フタル酸を主成分とするも
のであった(日東電工製)。
【0028】
【検討例2】光透過体として汎用のエポキシ変性アクリ
ル系樹脂を用いた以外は実施例3と同様に光ファイバと
LDを導光体にて接続した。この場合の接続部光伝送損
失は、3.3dBと高かった。光透過体の屈折率が1.
58と高いため反射による損失を生じたと考えられる。
【0029】検討例は、光伝送損失は実施例より大きい
が比較例より小さく、光透過体の硬さや屈折率が影響す
ることを示している。即ち、本発明の構造は従来方法に
比べ光伝送効率で優れるが、光透過体の特性も影響を与
える。
【0030】
【比較例】図4のように従来の方法で実施例1で使用し
た光ファイバとLEDを接続した。この場合の接続部光
伝送損失は13dBであった。又、LEDを実施例3の
LDに変えたところ該光伝送損失は9.2dBであっ
た。いずれの場合もレンズ面での反射が悪影響を及ぼし
極めて高い損失を示した。LEDはLDに比べ出射角が
大きいため、より反射による損失が大きくなったと考え
れる。
【0031】
【発明の効果】光ファイバと受発光半導体を本発明の導
光体を使用し接続すると、光通信時の光伝送損失は極め
て小さくなる。即ち、本発明は光通信システムの汎用性
を高めるのに大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の導光体構造例を示す図である。
【図2】 本発明の導光体構造例を示す図である。
【図3】 本発明の接続後構造例を示す図である。
【図4】 従来のレンズ接続構造例を示す図である。
【符号の説明】
1 光ファイバ 2 光半導体 3 導光体 4 光透過体 5、25 光透過体の光ファイバ側面 6 光透過体の光半導体側面 7、27 導光体の光ファイバ側一時固定
装置 8、28 光ファイバの一時固定装置 17 導光体の光半導体側一時固定装
置 18 光半導体の一時固定装置 26 導光体と光半導体の接着結合面 29 光透過体の光ファイバ側外周部 35 導光体と光ファイバの接続面 36 導光体と光半導体との接続面 40 ボールレンズ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバと受発光半導体との間に反射面
    で囲まれ内部が柔軟な光透過体で充填された導光路を有
    する導光体において、光透過体の接続面が接続方向に球
    面状、放物面状、円錐状、角錐状等の凸状の形状である
    ことを特徴とする光伝送システムの接続用導光体。
  2. 【請求項2】光ファイバと受発光半導体との間に反射面
    で囲まれ内部が柔軟な光透過体で充填された導光路を有
    する導光体において、光透過体の接続外周部が波状、多
    角状、溝状等の凹凸状の加工が施された形状であること
    を特徴とする光伝送システムの接続用導光体及び請求項
    1に記載の光伝送システムの接続用導光体。
  3. 【請求項3】光ファイバのコア寸法が受発光半導体の受
    発光部寸法より大きく、光ファイバ側から受発光半導体
    側に向けて先細りとなる導光路を有する請求項1及び請
    求項2に記載の光伝送システムの接続用導光体。
  4. 【請求項4】光透過体が、硬度がJIS(D型)60度
    以下のシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系
    樹脂、熱可塑性エラストマー系樹脂、及びこれら樹脂の
    誘導体から選ばれた少なくとも1種であることを特徴と
    する請求項1から請求項3に記載の光伝送システムの接
    続用導光体。
  5. 【請求項5】光透過体の屈折率が光ファイバの屈折率±
    0.2以内であることを特徴とする請求項1から請求項
    4に記載の光伝送システムの接続用導光体。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003075690A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Matsushita Electric Works Ltd トランスミッタ及びレシーバ
JP2003101077A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Pentax Corp 発光ダイオード
JP2005215220A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Kyocera Corp 光モジュール
JP2005338171A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Geltec Co Ltd 光学接続構造およびそれを備えたコネクター
JP2008521232A (ja) * 2004-11-17 2008-06-19 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 少なくとも一つの発光素子を有する光源および照明装置

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