JP2010286661A - ファイバアレイ及びそれを含む光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコアを有するマルチコアファイバに対して複数の単一コアファイバを光学的に接続する際に、接続損失の増加を効果的に抑制するための構造を備えたファイバアレイ等を提供する。
【解決手段】ファイバアレイは、複数の貫通孔101を有する保持部材100と、複数の単一コアファイバ30を備える。保持部材100における複数の貫通孔101それぞれは、接続対象であるマルチコアファイバ50の光出射端面におけるコア配列に一致するよう配置されている。複数の単一コアファイバ30それぞれは、端面30aを含む先端部分300がエッチングによる細径処理が施されており、各単一コアファイバ30の先端部分300が保持部材100の対応する貫通孔101に挿入されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信システムの一部に適用可能なマルチコアファイバに対し複数の単一コアファイバを効率的に接続するための構造に関するものである。

従来、１つの送信局と複数の加入者との間の光通信を可能にするＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスを提供するため、例えば図７示されたように、多段の光スプリッタを介在させることで１本の光ファイバを各加入者が共有する、いわゆるＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが実現されている。

すなわち、図７に示されたＰＯＮシステムは、インターネットなどの既存の通信システムの最終中継局である端局１（送信局）と、端局１と加入者宅２（加入者）との間に敷設された光ファイバ網とを備える。この光ファイバ網は、分岐点として設けられたクロージャー（光スプリッタ３０を含む）と、端局１からクロージャーまでの光通信回線１２と、クロージャーから各加入者宅２までの光通信回線３１から構成されている。

上記端局１は、局側終端装置１０（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と、ＯＬＴ１０からの多重化信号を分岐する光スプリッタ１１を備える。一方、上記加入者宅２には、加入者側終端装置２０（ＯＮＵ：Optical Network Unit）が設けられている。また、端局１と加入者宅２との間に敷設されている光ファイバ網の分岐点としてのクロージャーには、少なくとも、到達した多重化信号をさらに分岐するための光スプリッタ３０や、サービス内容を制限するための波長選択フィルタなどが配置されている。

以上のように、図７に示されたＰＯＮシステムでは、端局１内に光スプリッタ１１が設けられるとともに、光ファイバ網上に配置されたクロージャー内にも光スプリッタ３０が設けられているので、１つの局側終端装置１０からは複数の加入者に対してＦＴＴＨサービスの提供が可能になっている。

しかしながら、上述のように多段の光スプリッタを介することで複数の加入者が一本の光ファイバを共有するＰＯＮシステムでは、輻輳制御（Congestion Control）や受信ダイナミックレンジの確保など、将来的な伝送容量の増加に対して技術的課題を抱えているのは事実である。本技術的課題（輻輳制御・ダイナミックレンジの確保など）を解決する手段の一つとして、ＳＳ（Single Star）システムへの移行が考えられる。ＳＳシステムへ移行する場合は、局内側においてファイバ心数がＰＯＮシステムに対して増大するため、局内側光ケーブルにおいて極細径化・超高密度化が必須となる。極細径・超高密度化用の光ファイバとしては、マルチコアファイバが好適である。

例えば、マルチコアファイバとして、特許文献１に開示された光ファイバは、その断面において二次元に配置された7個以上のコアを有する。また、特許文献２には、複数のコアが一直線上に並列された光ファイバが開示されており、光導波路・半導体光集積素子との接続が容易になる旨、記載されている。

特開平０５−３４１１４７号公報 特開平１０−１０４４４３号公報

発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。

すなわち、特許文献１に記載されたマルチコアファイバは、送信端や受信端において、光デバイス等との接続が困難になる。これは、特許文献２にも記載されている通り、通常製造される光導波路、半導体光集積素子等の光学デバイスは、一次元に複数の光送受信要素（発光エリア又は受光エリア）が配列されているのが一般的であり、このような光デバイスを、その断面において複数のコアが二次元に配置されているマルチコアファイバ（以下、この配置状態を二次元コア配列という）に光学的に結合させることは困難であった。

また、特許文献２に記載されたマルチコアファイバは、一次元配列された光送受信要素との光学的な接続を目的としているため、コアは一次元に配列されている。この場合、当該マルチコアファイバ一本当りのコア数を大幅に増加させることが困難であるため、光伝送路としての利用はできない。

一方で、ＦＴＴＨにおいて加入者の増加に伴いファイバ芯数も増加するため局内のファイバ収納スペースを圧迫しているのも事実であり、一次元コア配列を有するマルチコアファイバ、二次元コア配列を有するマルチコアファイバの何れに関しても、その利用要求が高まってくることは容易に想像できる。

しかしながら、上述のような複数のコアを有するマルチコアファイバへの接続対象として想定されるネットワーク資源、例えば一般の光学機器などは、単一コアファイバを介して局と接続することを前提にしているのが現状であり、このことが技術的な課題となる。すなわち、マルチコアファイバと複数の単一コアファイバとの接続を考えると、マルチコアファイバのコア間隔と各単一コアファイバの外径とが大きく異なるため、直接マルチコアファイバと複数の単一コアファイバを接続することは困難であった。この場合、図８に示されたように、マルチコアファイバ５０と接続されるべき複数の単一コアファイバ３０との間に配列変換器５５を配置し、複数の単一コアファイバ３０に接続できるように、一旦コア間隔を拡大させておく構成が考えられる。ところが、このような接続構成が採用されると、接続構成自体の複雑化を招くだけでなく、接続損失も増大してしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、複数のコアを有するマルチコアファイバに対して複数の単一コアファイバを光学的に接続する際に、接続損失の増加を効果的に抑制するための構造を備えたファイバアレイ及びそれを含む光コネクタを提供することを目的としている。

本発明は、それぞれが個別に光導波路として機能する複数のコア有するマルチコアファイバと、複数の単一コアファイバとの効率的な接続を可能にするための構造を備えたファイバアレイ等に関し、上述の課題を解決するため、接続対象であるマルチコアファイバの光出射端面に固定される保持部材と、複数の単一コアファイバを備える。

具体的に、保持部材は、マルチコアファイバの光出射端面に対面する第１端面と、この第１端面と対向する第２端面と、これら第１及び第２端面間を連絡する複数の貫通孔を有する。なお、これら複数の貫通孔は、接続対象であるマルチコアファイバの光出射端面におけるコア配列（一次元配列、二次元配列の何れでもよい）に一致するよう配置されている。複数の単一コアファイバそれぞれにおいて、端面を含む先端部分は、残りの部分の外径よりも細くなるよう整形されており、各単一コアファイバの先端部分が保持部材の対応する貫通孔に挿入されている。このように複数の単一コアファイバそれぞれの先端部分を細径化することにより、マルチコアファイバの光出射端面に対面する保持部材の第１端面において、単一コアファイバの光入射端面の間隔を、マルチコアファイバの光出射端面におけるコア間隔に一致させることが可能になる。

本発明に係るファイバアレイにおいて、保持部材は、第１端面から第２端面に向かって見たとき、その外周形状が非点対称であるのが好ましい。すなわち、保持部材の側面は、少なくとも一部に平坦な面を含むのが好ましい。この構成によれば、ガイド部材等への当該ファイバアレイの設置が容易になるとともに、保持部材における貫通孔配列の確認が容易になる。

なお、本発明に係るファイバアレイにおいて、複数の単一コアファイバそれぞれの先端部分に対する細径処理は、マルチコアファイバのコア外径よりも太いコア外径を持つ各単一コアファイバをその長手方向に延伸するか、マルチコアファイバのコア外径と同じコア外径を持つ一方でクラッド外径が細い各単一コアファイバを予め製造するか、あるいは、各単一コアファイバの表面をエッチングするのが現実的である。また、保持部材は、キャピラリを含むのが好ましい。

本発明に係る光コネクタは、上述のような構造を有するファイバアレイ（本発明に係るファイバアレイ）と、このファイバアレイのうち少なくとも保持部材を所定位置に収納する空間を有するスリーブを備える。

本発明に係るファイバアレイ及び光コネクタによれば、マルチコアファイバの光出射端におけるコア配列に一致するよう、複数の単一コアファイバの光入射端を配置させることが可能になり、マルチコアファイバにおけるコア間隔を変更するための新たな構成は必要がない。そのため、マルチコアファイバに対する複数の単一コアファイバの光学的接続において、接続損失増加の効果的な抑制が可能になる。

本発明に係るファイバアレイの一実施形態の構成及びその使用例を説明するための図である。 本発明に係るファイバアレイの一実施形態の各部の構成及びその製造工程を説明するための図である。 本発明に係るファイバアレイに適用可能なキャピラリ（保持部材）の変形例を説明するための展開図である。 本発明に係るファイバアレイと二次元コア配列を有するマルチコアファイバとの接続作業（コア調芯作業）を説明するための図である。 本発明に係るファイバアレイに適用可能なキャピラリ（保持部材）の変形例を説明するための斜視図である。 本発明に係る光コネクタの一実施形態の構造を示す図である。 従来の光通信システム（ＰＯＮシステム）の構成を示す図である。 従来技術の課題を説明するための図である。

以下、本発明に係るファイバアレイ及び光コネクタの各実施形態を、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係るファイバアレイの一実施形態の構成及びその使用例を説明するための図である。本実施形態に係るファイバアレイは、図１に示されたように、それぞれが個別に光導波路として機能する複数のコア５１有するマルチコアファイバ５０と、複数の単一コアファイバ３０との効率的な接続を可能にするための構造を備える。なお、図１において、マルチコアファイバ５０におけるコア配列は、二次元であるが、もちろん一次元配列であってもよい。

具体的に、本実施形態に係るファイバアレイは、接続対象であるマルチコアファイバ５０の光出射端面に接着剤等で固定される保持部材としてのキャピラリ１００と、複数の単一コアファイバ３０を備える。キャピラリ１００は、マルチコアファイバ５０の光出射端面に対面する第１端面１００ａと、この第１端面１００ａと対向する第２端面１００ｂと、これら第１端面１００ａと第２端面１００ｂの間を連絡する複数の貫通孔１０１を有する。なお、これら複数の貫通孔１０１は、第１端面１０１ａ上において、接続対象であるマルチコアファイバ５０の光出射端面におけるコア配列（一次元配列、二次元配列の何れでもよい）に一致するよう配置されている。また、図１において、キャピラリ１００は、単一コアファイバ３０の挿入状態が確認できるように、一部破断図で示されている。

一方、複数の単一コアファイバ３０それぞれにおいて、端面３０ａを含む先端部分３００は、残りの部分の外径よりも細くなるよう整形されており、各単一コアファイバ３０の先端部分３００がキャピラリ１００の対応する貫通孔１０１に挿入されている。これは、複数の単一コアファイバ３０の一般的な外径（クラッド径）が１２５μｍ以上であるため、マルチコアファイバ５０の光出射端面におけるコア間隔に一致する間隔で、これら複数の単一コアファイバ３０の光入射端面３０ａが配置できないためである。

次に、本実施形態に係るファイバアレイの製造工程を、図２を参照しながら説明する。

まず、図２（ａ）の展開図に示されたような、複数の貫通孔１０１が形成されたキャピラリ１００が用意される。このキャピラリ１００において、複数の貫通孔１０１それぞれの、第１端面１００ａ上における開口位置は、第１端面１００ａに対面するマルチコアファイバ５０の光出射端面におけるコア配列に一致している。また、複数の貫通孔１０１の第２端面１００ｂ上における開口位置も、第１端面１００ａ上における開口位置と一致している。

ここで、キャピラリ１００は、ガラス材料からなるが、構成材料自体は、セラミック、金属、樹脂などの材質であってもよい。また、このキャピラリ１００は、金型を用いて一体成型されてもよい。複数の貫通孔１０１は、機械加工、レーザ加工などにより、第１端面１００ａと第２端面１００ｂとの間を連絡するようにキャピラリ１００内に形成される。

複数の単一コアファイバ３０それぞれは、通常、１２５μｍ以上のクラッド径を有しており、マルチコアファイバ５０の光出射端面上におけるコア間隔と比較して、このクラッド径はかなり大きい。そのため、そのままのサイズでは複数の単一コアファイバ３０をキャピラリ１００内に高密度に配列させることはできない。そこで、図２（ｂ）に示されたように、複数の単一コアファイバ３０のそれぞれにおいて、端面（光入射端面）３０ａを先端部分３００は、クラッド部分の表面をフッ酸でエッチングすることにより細径化（例えば、直径３０μｍまで）することで、第１端面１００ａにおいて隣接する光入射端面３０ａ間の距離を低減させている。もちろん、ファイバ製造時から外径が細径化された単一コアファイバが適用されてもよいし、マルチコアファイバ５０のコア径よりも太いコア外径を有する単一コアファイバの先端部分をファイバ製造後に延伸してもよい。

以上のように先端部分３００に細径処理が施された複数の単一コアファイバ３０それぞれは、図２（ｃ）に示されたように、キャピラリ１００に形成された複数の貫通孔１０１のうち対応する一つに、その先端部分３００が挿入されることで、キャピラリ１００に固定される。具体的には、キャピラリ１００に形成された複数の貫通孔１０１それぞれは、細径化された単一コアファイバ３０の先端部分３００の外径よりも僅かに大きく設定されている。そのため、貫通孔１０１の内壁面と先端部分３００の外周面との間の空間内に接着剤を注入することにより、複数の単一コアファイバ３０それぞれが、先端部分３００を対応する貫通孔１０１に挿入された状態で保持される。

なお、キャピラリ１００の第１端面１００ａは、マルチコアファイバ５０の光出射端面と光コネクタなどを介して面接合されたり、接着剤を介して調芯接合される。そのため、この第１端面１００ａと、各単一コアファイバ３０の端面３０ａとが互いに一致するように研磨される。

以上の各工程を経て得られた本実施形態に係るファイバアレイによれば、接続対象であるマルチコアファイバ５０の光出射端面上におけるコア間隔と、キャピラリ１００の第１端面１００ａ上における複数の単一コアファイバ３０それぞれの光入射端面３０ａの間隔を、配列変換器等の接続損失の発生要因を介することなく、一致させることが可能になる。

上述のキャピラリ１００では、複数の貫通孔１０１が平行に形成されていたため、第１端面１００ａと第２端面１００ｂとの間に、貫通孔１０１の間隔は一致していたが、これら貫通孔の形成位置等を任意に変更することにより、当該キャピラリを、単に保持部材として機能させるだけでなく、コア配列及びコア間隔を任意に変更できる配列変換器として機能させることも可能である。なお、図３は、本発明に係るファイバアレイに適用可能なキャピラリ（保持部材）の変形例を説明するための展開図である。

例えば、図３（ａ）には、二次元コア配列の変換機能を有するキャピラリ１１０の構成が示され、図３（ｂ）には、コア間隔の変換機能を有するキャピラリ１２０の構成が示されている。

具体的に、図３（ａ）に示されたキャピラリ１１０は、マルチコアファイバ５０の光出射端面に対面する第１端面１１０ａと、この第１端面１１０ａと対向する第２端面１１０ｂと、これら第１端面１１０ａと第２端面１１０ｂの間を連絡する複数の貫通孔１１１を有する。第１端面１１０ａ上において、貫通孔１１１の開口位置は、接続対象であるマルチコアファイバ５０の光出射端面におけるコア配列に一致している。一方、第２端面１１０ｂ上において、貫通孔１１１の開口位置は、直線Ｌ上に配置されている。この構成により、当該キャピラリ１１０は、二次元コア配列を一次元コア配列に変換する配列変換器として機能し得る。なお、このキャピラリ１１０の構成材料、貫通孔１１１の製造方法は、図２（ａ）に示されたキャピラリ１００と同様である。

図３（ｂ）に示されたキャピラリ１２０は、マルチコアファイバ５０の光出射端面に対面する第１端面１２０ａと、この第１端面１２０ａと対向する第２端面１２０ｂと、これら第１端面１２０ａと第２端面１２０ｂの間を連絡する複数の貫通孔１２１を有する。第１端面１２０ａ上において、貫通孔１２１の開口位置は、接続対象であるマルチコアファイバ５０の光出射端面におけるコア配列に一致している。すなわち、第１端面１２０ａ上における貫通孔１２１の間隔はＷ１である。一方、第２端面１２０ｂ上において、貫通孔１２１の開口位置は、間隔Ｗ２（＞Ｗ１）となるように配置されている。この構成により、当該キャピラリ１２０は、第１端面１２０ａ（光入射側）におけるコア間隔と第２端面１２０ｂ（光出射側）におけるコア間隔を任意に変更可能な配列変換器として機能し得る。なお、このキャピラリ１２０の構成材料、貫通孔１２１の製造方法は、図２（ａ）に示されたキャピラリ１００と同様である。

次に、本実施形態に係るファイバアレイと、二次元コア配列を有するマルチコアファイバとの接続作業（コア調芯作業）を、図４を参照しながら説明する。

図４に示されたように、接続対象であるマルチコアファイバ５０は所定のガイド部材５００上に設置される。その際、マルチコアファイバ５０は、図中の矢印Ｓ１で示された外周方向に回転可能な状態で設置される。一方、当該ファイバアレイ１００もガイド部材６００上に設置される。

当該ファイバアレイ１００とマルチコアファイバ５０との調芯作業は、これらファイバアレイ１００の第１端面１００ａと、マルチコアファイバ５０の光出射端面とを接着剤７０（例えば、紫外線硬化樹脂）を介して突き合わせた状態で、マルチコアファイバ５０の光入射端側からも似た光を入射する一方、ファイバアレイ１００側で到達したモニタ光の光パワーを測定しながら行われる。ファイバアレイ１００側では、複数の単一コアファイバ３０のうち２本の単一コアファイバ３０のみを受光素子（ＰＤ）６０ａ、６０ｂによりモニタすればよい。調芯作業自体は、ＰＤ６０ａ、６０ｂそれぞれの出力を、マルチコアファイバ５０を矢印Ｓ１で示された外周方向に回転させながら、
調芯後、突き合わされたファイバアレイ１００の第１端面１００ａとマルチコアファイバ５０の光出射端面との間の接着剤を硬化させることにより（例えば、接着剤が紫外線硬化樹脂の場合には紫外線照射）、当該ファイバアレイ１００とマルチコアファイバ５０とを接着固定する

図５は、本実施形態に係るファイバアレイに適用可能なキャピラリの変形例を説明するための斜視図である。上述のように、ファイバアレイ１００は、マルチコアファイバ５０との調芯作業の際にガイド部材６００に設置される。そのため、キャピラリ１００は、ガイド部材６００に対する設置状態を維持するための構造を備えるのが好ましい。すなわち、キャピラリ１００は、第１端面１００ａから第２端面１００ｂに向かって見たとき、その外周形状が非点対称であるのが好ましい。具体的には、キャピラリ１００の側面は、少なくとも一部が平坦に整形されているのが好ましい。

図５（ａ）は、上述の構造を実現するキャピラリ１１（キャピラリ１００の変形例１）の構造を示す斜視図である。この変形例１に係るキャピラリ１１は、マルチコアファイバ５０の光出射端面に対面する第１端面１１ａと、この第１端面１１ａと対向する第２端面１１ｂを備える。他の構成については図２（ａ）に示されたキャピラリ１００と同様である。このキャピラリ１１の側面には、ガイド部材６００に対して設置位置を維持するための平坦な面１５が形成されている。

一方、図５（ｂ）は、上述の構造を実現するキャピラリ１２（キャピラリ１００の変形例２）の構造を示す斜視図である。この変形例２に係るキャピラリ１２は、マルチコアファイバ５０の光出射端面に対面する第１端面１２ａと、この第１端面１２ａと対向する第２端面１２ｂを備える。他の構成については図２（ａ）に示されたキャピラリ１００と同様である。このキャピラリ１２は、四角形の断面形状を有しており、何れの側面でも６００に対して設置位置の維持が可能である。

上述のような構造を有するキャピラリ１１、１２（図５（ａ）、５（ｂ）参照）によれば、ガイド部材等への当該ファイバアレイの設置が容易になるとともに、保持部材における貫通孔配列の確認が容易になる。

次に、本発明に係る光コネクタの一実施形態について説明する。なお、図６は、本発明に係る光コネクタの一実施形態の構成を示す図である。

本実施形態に係る光コネクタは、上述のような構造を有するファイバアレイ（本発明に係るファイバアレイ）と、スリーブ４００を備える。図６に示されたように、スリーブ４００は、ファイバアレイのうち少なくともキャピラリ１００を所定位置に収納する空間と、アライメント用の貫通孔４１０を備える。このキャピラリ１００とスリーブ４００の内壁との間隙には、接着剤が充填されており、この接着剤を硬化させることにより、当該ファイバアレイがスリーブ４００に固定される。なお、スリーブ４００の内径とキャピラリ１００の外径をほぼ同一とし、接着剤を使用せずに結合させることとしてもよい。一方、当該ファイバアレイの接続対象であるマルチコアファイバ５０の先端部分には、フェルール３００が接着固定されている。したがって、このフェルールをスリーブ４００の貫通孔４１０内に挿入（矢印Ｓ２で示された方向）することで、にマルチコアファイバ５０の光出射端面を、キャピラリ１００の第１端面１００ａに突き合わせることができる。フェルール３００がスリーブ４００内に挿入されると、マルチコアファイバ５０をその外周方向に回転させながら調芯作業が行われる。なお、マルチコアファイバ５０の先端部分に取り付けられたフェルール３００の断面形状が非軸対称（断面形状が、例えば図５に示されたようなＤ字型や角型）であれば、回転調芯も不要となる。そして、調芯作業が完了すると、この完了時点における調整位置においてフェルール３００がスリーブ４００に接着固定される。以上の工程を経て、本実施形態に係る光コネクタが得られる。

本発明に係るファイバアレイ及び光コネクタは、種々のネットワーク資源間の接続要素として、光通信システムへの適用が可能である。

１１、１２、１００、１１０、１２０…キャピラリ（保持部材）、３０…単一コアファイバ、５０…マルチコアファイバ。

Claims (5)

1. 接続対象に対面する第１端面と、前記第１端面に対向する第２端面と、それぞれが前記第１端面と前記第２端面とを連絡する複数の貫通孔を有する保持部材と、
   前記保持部材における前記複数の貫通孔のうち対応する一つに、端面を含む先端部分がそれぞれ挿入された複数の単一コアファイバであって、前記保持部材における対応する貫通孔に挿入される先端部分が、残りの部分の外径よりも細くなるようそれぞれ整形された複数の単一コアファイバと、を備えたファイバアレイ。
2. 前記保持部材の側面は、少なくとも一部に平坦な面を含むことを特徴とする請求項１記載のファイバアレイ。
3. 前記複数の単一コアファイバそれぞれの先端部分は、その表面をエッチングすることにより、細径処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２記載のファイバアレイ。
4. 前記保持部材は、キャピラリを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のファイバアレイ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載のファイバアレイと、
   前記ファイバアレイのうち少なくとも前記保持部材を所定位置に収納する空間を有するスリーブと、を備えた光コネクタ。

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