JP2004133104A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】前記従来の光通信モジュールが有していた、光軸調整が困難であるという問題点を解決し、組み立ての簡単な光通信モジュールを提供する。
【解決手段】光通信モジュールにおいて、少なくとも光ファイバーとレンズとを有し、前記レンズは、その内部または端面に焦点を結ぶ光学曲面を有し、かつ前記光学曲面と対向する位置に前記光ファイバーを保持する保持手段を有し、さらに前記光ファイバーは、その端面が前記レンズの焦点に位置するように、前記レンズの前記保持手段により保持されていることにより、光ファイバー端部の位置調整および光軸調整が完了するか、少なくとも簡便になった。また、光通信モジュールに用いる部品数を減らす事が出来、高精度の光軸調整も可能となった。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信モジュールに関する。
【０００２】
光ファイバーを用いたデータ通信では大量の情報を高速に送受信する必要がある。近年、波長多重伝送方式という新しい技術が登場してさらなる高速化と大容量化が可能となっている。このような状況の中、光通信部品の需要はますます増加傾向にあり、そのコスト低減と信頼性向上が部品供給メーカーの課題となっている。
【０００３】
【従来の技術】
これまで光通信部品搭載モジュールにおいては各光学部品を組み合わせて組み立てる際、各光学部品の光軸をひとつひとつ調整・整合して、樹脂や金属等で固定されてきた。しかし、この方法ではその調整に時間がかかり、製造効率上の問題があり、廉価な製品を供給できない要因となっていた。これは特に光ファイバーとそれに接続されるレンズなどの光学部品の位置合わせに高い精度を必要とされるためである。たとえば波長多重伝送方式において、ある特定の波長の信号のみを選択的に取り出す、いわゆるＷＤＭ用フィルターモジュールは入射光、透過光、反射光の３つの端子をもつ構造をしている。このモジュールは従来、図１に示すようにデュアルキャピラリー、第１コリメートレンズ、フィルター素子、第２コリメートレンズ、シングルキャピラリーの５つの部品で構成されていた。これらの部品の各々の光軸を調整・整合した状態で固定し、金属管内などに封止した構造をとっている。このような構造の場合、キャピラリー内部に挿入される光ファイバーのコアの中心と、各コリメートレンズの焦点の位置を整合させる精度として典型値としては±５ミクロン以内を必要とする上に、光軸の平行度も必要であり、そのため非常に高度な位置と光軸の調整の工程が必要であった。
【０００４】
以上のような光軸調整の問題を解決する手段として、下記特許文献１、特許文献２が知られている。
【０００５】
特許文献１には、レンズ部分のエッジ部が、光ファイバを導入し位置決めを行うスリーブとしての機能する、スリーブ一体型レンズが開示されている。しかし、特許文献１に開示されているレンズと一体に成形されているスリーブはフェルール付き光ファイバーのフェルール部分を固定する部材である。よって、フェルールは必須の部品となり、部品数が増え、ファイバーとフェルール間、フェルールとスリーブ間で、それぞれ軸ずれが発生し、高精度の光軸合わせは困難であるという問題を有している。
【０００６】
一方、特許文献２には、レンズとファイバーの間に位置決め調整用の透明スペーサーを設けた光ファイバ結合器の開示がある。しかし、ファイバーの位置決めは、透明スペーサーの厚みのみ、つまり光軸方向でのみ行っており、スペーサー自身に光軸と垂直方向の位置合わせをする機能はない。したがって、光軸と垂直方向の位置合わせは、ファイバ−をフェルールに装着し、フェルールとスリーブ等の筒状部材との間によって行われている。すると、上記特許文献１同様、フェルールは必須の部品となり、部品数が増え、高精度の光軸合わせは困難となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１３４２２５号公報
【特許文献２】
特開平５−３４５４５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の光通信モジュールが有していた、光軸調整が困難であるという問題点を解決し、組み立ての簡単な光通信モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の形態は、光通信モジュールであって、少なくとも光ファイバーとレンズとを有し、前記レンズは、その内部または端面に焦点を結ぶ光学曲面を有し、かつ前記光学曲面と対向する位置に、前記光ファイバーを保持する保持手段を有し、さらに前記光ファイバーは、その端面が前記レンズの焦点に位置するように前記レンズの保持手段により保持されていることを特徴とする光通信モジュールに関するものである。
【００１０】
本発明の光通信モジュールにおいて、レンズが有する光ファイバーを保持する保持手段は、例えば、図２に模式的に示すような光ファイバーを挿入可能な円筒状の凹部として、レンズ表面に形成される。その円筒状凹部の底部の位置および円筒部の中心軸の方向は、接続される光ファイバーの先端を前記レンズの焦点位置に位置決めできるように、あらかじめしかるべき精度で形成される。そして、前記円筒状の凹部に光ファイバーを挿入し、円筒状の凹部の底部に光ファイバー端面を接触させて光ファイバーを保持するのみで、本発明における光通信モジュールの光軸の調整は可能となる。この接合部を有する該光学部品は金型成形により、光学部品本体と光ファイバー接合部が一体で成形されるので、金型作製時に該接合部に対応する金型部材の加工精度を確保すれば、成形された該光学部品の組立て時には、光ファイバーの先端を該接合部に設置するだけで該光ファイバー端部の位置調整およびまたは光軸調整が完了するか、少なくとも簡便になるものである。
【００１１】
接合部の形状は光ファイバーを挿入可能な円筒状が基本である。しかし、本発明の目的を果すことが可能であれば、加工上の都合などにより他の形状、たとえば直方体上の凹部などをとることも可能である。また、図２の右図のように、組み立て時の光ファイバーの挿入を容易にするため、光ファイバー挿入側は開口部を広くする構造、いわゆるテーパー構造を施すことができる。当該構造をとると、成形時に金型部材が成形体から引き抜きやすい利点もある。さらに、その他の光ファイバーの保持手段としては、光ファイバーを設置できるＶ溝が挙げられる。光ファイバーを設置できるＶ溝が形成された部材とレンズとを一体にした、Ｖ溝一体型レンズを本発明の光通信モジュールに用いることができる。
【００１２】
また、従来において、レンズはその焦点をレンズの外部の中空に結んでいるのが通常であった。本発明においては、レンズの結ぶ焦点は、レンズ自身の内部または端部に結ばれている。そして、その焦点位置に直接光ファイバーを保持するので、従来用いていたフェルール等の部品が不要となり、部品の数を減らすことができる。よって、部品間で生じる光軸ずれを減少させることができ、より高精度な光軸合わせも可能となる。
【００１３】
本発明の第二の態様としては、光通信モジュールであって、少なくとも光ファイバーとレンズと透明の部材からなるスペーサーとを有し、前記レンズは、前記スペーサーの内部または端面に焦点を結ぶ光学曲面を有し、前記スペーサーは、前記レンズと対向して位置しており、かつ前記レンズと対向している側と反対側に前記光ファイバーを保持する保持手段を有し、さらに前記光ファイバーは、その端面が前記レンズの焦点に位置するように前記スペーサーの保持手段により保持されていることを特徴とする光通信モジュールに関するものである。
【００１４】
第二の態様は、少なくとも光ファイバーとレンズとスペーサーを有する光通信モジュールの例である。第二の態様のレンズにおいては、レンズの焦点はレンズ自身ではなく、レンズ以外の部品であるスペーサーの内部またはその端面に結ばれる。そして、スペーサーは、光ファイバー保持手段を有し、レンズの焦点位置に光ファイバー端面が来るように光ファイバーを保持する。第一の態様同様、保持手段としては、例えば円筒状の凹部等が挙げられ、凹部で光ファーバーを保持するのみで自動的に光軸合わせが可能となる。また、レンズの焦点は、従来の通常のレンズのように中空で結ばれているのではなく、スペーサーという透明な部材の内部または端面に結ばれている。よって、これも第一の形態と同様に、光ファイバーをスペーサーに直接保持でき、高度な軸調整も可能である。本発明において、スペーサーとは、その性質上、光通信に用いる波長に対し透明の部材である必要がある。更に、スペーサーは、フィルターなど光学機能を有する光学部品であってもかまわない。
【００１５】
【実施例】
以下の実施例において、本発明を詳細に説明する。
（ＷＤＭ用３端子フィルターモジュールの例）
本発明の第１の実施例として、図４に示す構造のレンズ部品を挙げる。これは本発明をＷＤＭ用３端子フィルターモジュールの第２コリメータレンズに適用した例である。これをモジュールとして構成したときの模式図を図３に示す。
【００１６】
本実施例のレンズでは図４に示すように、フィルター素子側に光学曲面を有する。そして前記光学曲面と対向する側に光ファイバーの保持手段を設けており、保持手段と光学曲面を一体で形成した。レンズ材料として光学ガラスを用い金型成形を行なった。本実施例の光ファイバー保持手段は、円筒状凹部とした。またその円筒状凹部の開口部はテーパー状に広げた。
【００１７】
レンズの焦点は円筒状凹部の底面の中心上に位置するように該レンズの曲面は設計されている。このレンズの曲面は周辺部と中心部とで曲率が異なるいわゆる非球面レンズを用いた。円筒状凹部の回転中心軸は、該レンズの光軸上に位置するように設計されている。また、レンズの構成材料としては光学ガラスや透明樹脂などが適している。本発明にいう光ファイバー保持手段を用いて光ファイバーとの直接接続を行なう際には結合損失を極力低減する必要があるが、レンズ材料の屈折率を、接合する光ファイバーのコアの屈折率と同じくすることによって、後述の工程で簡便に両者を接続することが可能である。
【００１８】
図５に、円筒状凹部の拡大図を示す。円筒状凹部の直径は、挿入される光ファイバーの直径に対して＋０．５〜＋５．０ミクロンのクリアランスで設計するのが好ましく、さらには＋０．５〜＋２．０ミクロンであると良好である。このクリアランスは光ファイバーを挿入してレンズと接続したときの光ファイバーの中心とレンズ焦点中心のずれの精度となる。該ずれが＋５．０ミクロン以下の精度の場合には、接続損失が０．１ｄＢ以下となるため使用可能な範囲である。実際には金型作製時の精度、すなわちレンズの光軸に対する、円筒状凹部対応部材の凸部中心の加工精度が加わる。この精度は実質的に±３ミクロン程度であるから、案内部の円筒状凹部の直径は挿入されるファイバーの直径に対して＋２．０ミクロン以下であると良好な接続状態を実現できる。また、該クリアランスの下限値については小さいほど接続損失が小さいが、実質この値が０．５ミクロン以下であると光ファイバーとの隙間が小さすぎて組み立て時に挿入しにくいなどの問題を発生するため０．５ミクロン以上が妥当である。
【００１９】
また、本構成の目的は光ファイバーの端部の位置決めおよび光軸決めを容易にすることであるから、円筒状凹部の深さはこの目的が果せる範囲の任意の値である。好適な状態としては、とくにレンズの光軸に対する光ファイバーのコア中心の角度を平行に保つため、少なからず挿入されるファイバーの直径より深いことが望ましい。一方、この円筒状凹部が深い場合、成形時に当該接合部を形成する金型部材が成形体から抜けにくくなる問題がある。これらの点を考慮すると、挿入されるファイバーの直径Φに対して、該円筒状凹部の深さｄは以下の式で表される範囲にあることが好適である。
Φ≦ｄ≦５×Φ
【００２０】
次に本発明の光通信モジュールの組立工程に関して説明する。その組立図を図６に示す。構成部品としては、入射光用の光ファイバー、反射光用光ファイバー、該２本の光ファイバーを保持する部材であるデュアルキャピラリー、本発明を適用して該２本の光ファイバーを直接接合可能な光ファイバー保持手段を有する第一のコリメートレンズ、ＷＤＭ用薄膜フィルター素子、透過光を収束させるためのレンズであって、本発明の適用により透過光用の光ファイバーを直接接合可能とした第二のコリメートレンズ、透過光用の光ファイバー、これらの光学部品を装填するためのスリーブからなる。
【００２１】
光ファイバーはあらかじめその先端部を該接合部の深さ以上に突出させた形態にて、キャピラリーにより保持される。このキャピラリーはジルコニアや石英など、公知の部材にて構成されたものを用いてよい。またその形状は、モジュールとしての完成形態にあわせて任意に構成することが可能であるが、本実施例ではこれを円筒型としてその直径を該コリメートレンズと同じ直径として、金属製の管（以下スリーブと呼ぶ。）の内部に装着する構成とした。レンズの光軸は該レンズの外径とスリーブの内径の設計により、しかるべき精度をもって位置決めされている。これにより第１のコリメートレンズと第二のコリメートレンズの光軸も粗調整される。
【００２２】
一方、キャピラリーの働きは光ファイバーの保持のみであるため、その位置決め精度は低くてよい。本実施例ではキャピラリーの光ファイバーが通る円筒状空間の直径は１５０ミクロンとし、光ファイバーとのクリアランスが広く精度も低い廉価なものを利用した。光軸に対する光ファイバーのコア中心のずれは、キャピラリーと該コリメートレンズの間の空間およびレンズの凹部に設けられた開口部のテーパー部の空間で吸収され、当該凹部内にて整合される。キャピラリーとスリーブの間およびレンズとスリーブの間などはエポキシ樹脂系の接着剤で固定した。
【００２３】
光ファイバーの端部とレンズの円筒状凹部の底部の間には、レンズ部材と同じ屈折率を有する高分子材料などの流動物質を装着時に充填させることにより、該レンズと光ファイバーとを光学的に散乱・損失がさらに少ない状態で接続することができる。また、さらに確実な装着をするためには、光ファイバーの先端部が該接合部の底面に到達した状態で、レンズ側から炭酸ガスレーザーなどで高パワーのレーザー光を照射して光ファイバーの先端部をレンズの凹部の底面部に溶着するとさらに安定で低損失な接合が可能である。
【００２４】
フィルター素子はガラス基板の上に誘電体の薄膜を真空蒸着等のプロセスで多層に積層したいわゆる薄膜フィルター素子を用いた。本モジュールの組立にあたり該フィルター素子はその薄膜面の角度をレンズの光軸に対して垂直付近で調整することにより、その反射光が反射光用のフィルターの端面、すなわち反射光用のフィルターのための接合部底面の中心に集光するように調整し、該フィルター素子はその状態で接着剤により固定した。
【００２５】
本発明の別の形態としては、レンズに対して光ファイバーを接続する側に光ファイバーの保持手段として、図７模式的に示すようなＶ型の溝を有する構造をレンズと同材質で一体で形成する方法もある。Ｖ溝のレンズ側の先端部にレンズの焦点は位置されており、そこに光ファイバーの端部を接合させて光ファイバーをＶ溝に装着すると、光ファイバーの先端がレンズの焦点に位置され、かつ光ファイバーの中心軸がレンズの光軸上に位置付けされる構造となっている。光ファイバーをＶ溝部に装着して接着等により固定すると、高度な技術による光軸調整をせずに光ファイバーとレンズを接合することが可能である。
【００２６】
また、実施例においては本発明を光学ガラスを用いた非球面レンズに適用した例を述べたが、その他にさまざまな適用が可能である。まず材質としては光学ガラスに限られず、特に透明プラスチック材料を用いた金型成形への適用が好適である。また、レンズにおいてはその用途・目的により球面レンズやその他の構成のレンズに適用することができる。図８はレンズ内部に屈折率分布を持たせたいわゆるＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅｄ　Ｉｎｄｅｘ）レンズに本発明を適用した例である。このレンズの場合、上述の実施例のような金型による一体成形は困難であるため、レジストを塗布して感光させてマスクを作製して反応性イオンエッチング法により形成したり、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ）により直接加工する方法で、本発明の形態を実現することができる。また、薄膜フィルターモジュール以外の素子としたとえば、レーザーから出射されるレーザー光を光ファイバーに導くための結合レンズなど、広く適用することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
光通信モジュールにおいて、少なくとも光ファイバーとレンズとを有し、前記レンズは、その内部または端面に焦点を結ぶ光学曲面を有し、かつ前記光学曲面と対向する位置に前記光ファイバーを保持する保持手段を有し、さらに前記光ファイバーは、その端面が前記レンズの焦点に位置するように、前記レンズの前記保持手段により保持されていることにより、光ファイバー端部の位置調整およびまたは光軸調整が完了するか、少なくとも簡便になる。また、光通信モジュールに用いる部品数を減らす事が出来、高精度の光軸調整も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＷＤＭ３端子フィルターモジュールの構成図である。
【図２】光ファイバー保持手段が一体に成形されたレンズの断面図である。
【図３】本発明の光通信モジュールの構成図である。（ＷＤＭ３端子フィルターモジュールの例）
【図４】光ファイバー保持手段を有するレンズの断面図である。
【図５】光ファイバー保持手段が凹部として形成された例を示す断面図である。（凹部の断面拡大図）
【図６】本発明の光通信モジュールの断面図である。（ＷＤＭ３端子フィルターモジュールの例）
【図７】光ファイバー保持手段がＶ溝として形成された例を示す切り欠き図である。
【図８】光通信モジュールにＧＲＩＮレンズを適用した例を示す説明図である。

Claims (4)

1. 光通信モジュールであって、少なくとも光ファイバーとレンズとを有し、前記レンズは、その内部または端面に焦点を結ぶ光学曲面を有し、かつ前記光学曲面と対向する位置に、前記光ファイバーを保持する保持手段を有し、さらに前記光ファイバーは、その端面が前記レンズの焦点に位置するように前記レンズの保持手段により保持されていることを特徴とする光通信モジュール。
2. 光通信モジュールであって、少なくとも光ファイバーとレンズと透明の部材からなるスペーサーとを有し、前記レンズは、前記スペーサーの内部または端面に焦点を結ぶ光学曲面を有し、前記スペーサーは、前記レンズと対向して位置しており、かつ前記レンズと対向している側と反対側に前記光ファイバーを保持する保持手段を有し、さらに前記光ファイバーは、その端面が前記レンズの焦点に位置するように前記スペーサーの保持手段により保持されていることを特徴とする光通信モジュール。
3. 前記レンズまたは前記スペーサーが有する光ファイバーを保持する保持手段が、前記レンズまたは前記スペーサーの表面に前記光ファイバーを挿入する凹部として形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光通信モジュール。
4. 前記レンズまたは前記スペーサーが有する光ファイバーを保持する保持手段が、前記光ファイバーが設置されるＶ溝として前記レンズまたは前記スペーサーに形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光通信モジュール。

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