JP4081497B2 - 光レセプタクル及びこれを用いた光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光レセプタクルとこれを用いた光モジュールに関するものである。

光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている。

上記光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図４（ａ）に示すように光レセプタクル２８の一端に光素子２９を備えるとともに、他端に光コネクタ３４を接続するものである。

上記光レセプタクル２８は、図４に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール２１ａと、該フェルール２１ａの貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ２１ｂを挿入固定して得られたファイバスタブ２３の後端部をホルダ２７に圧入により固定し、先端部をスリーブ２５の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース２６に圧入又は接着固定することによって構成されている。

さらに上述の光レセプタクル２８を用いて光モジュール３２を構成する場合は、光レセプタクル２８のファイバスタブ２３を備えた後端面側に、光素子２９とレンズ３０を備えたケース３１を溶接により接合し、光レセプタクル２８のもう一方の端面側よりスリーブ２５内にプラグフェルール３３ａを挿入し、光ファイバ２１ｂの端面と光ファイバ３３ｂの端面とを当接させ、光信号のやりとりを行うことができる。

フェルール２１ａ、３３ａの外径公差は±１μm以下で、その内孔に備えられた光ファイバ２１ｂ、３３ｂの中心には光信号が伝搬する直径１０μm程度のコアがあり、各光ファイバ２１ｂ及び３３ｂのコア同士を損失の少ない接続とするため、スリーブ２５によってファイバスタブ２３及びプラグフェルール３３ａを安定且つ高精度に保持されている。

上記ファイバスタブ２３における光ファイバ２１ｂの端面２３ａは、当接時の接続損失を減らすために曲率半径５〜３０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨されており、反対側の端面２３ｂは、ＬＤ等の光素子２９から出射された光が光ファイバ２１ｂの先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、光ファイバ２１ｂを挿通するフェルール２１ａとともに４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。

この光レセプタクル２８は、高硬度のセラミック材料からなるフェルール２１ａの外周の一端部を溶接に適した金属からなるホルダ２７に圧入により高精度に固定されている。

また、ホルダ２７は金属であり、セラミック材料からなるフェルールよりも熱膨張係数が大きいため、圧入強度は、高温時にホルダの保持強度を十分に確保する目的で、５Ｋｇｆ以上に設定することが多い。

しかしながら、図４に示すようにファイバスタブ２３はホルダ２７に圧入により固定されているため、ホルダ２７のケース３１側の内周部の端面に圧入時のバリ７ｃが突き出した場合、ケース３１の端面と、ホルダ２７の端面が密着せず、溶接が出来ない欠点があった。さらに、溶接後にこのバリが脱落した場合、レンズ３０の表面の光路上に付着し、光が全く通らなくなる不具合が発生することがあった。

また、ホルダ２７のスリーブ２５側の内径付近の端面に圧入時のバリが突き出した場合、スリーブ２５の内径とフェルール２１ａの間にバリが入り込み、プラグフェルール３３ａを安定且つ高精度に保持することができなくなり、光ファイバ２１ｂ及び３３ｂのコア同士の接続損失が増大する欠点があった。さらに、このバリが脱落した場合、光ファイバ２１ｂ及び３３ｂの間に入り込み、光が全く通らなくなる不具合が発生することがあった。

ホルダ２７における、バリはファイバスタブ２３をスリーブ２５側から圧入した場合、ケース３１側に発生し、ファイバスタブ２３をケース３１側から圧入した場合、スリーブ２３側に発生する。

本発明の光レセプタクルは、セラミック材料からなるフェルールの貫通孔に光ファイバを固定してなるファイバスタブと、一端部側から上記ファイバスタブが圧入固定され、他端部に溶接によってケースが取り付けられるホルダと、を備えた光レセプタクルであって、上記ホルダは、一端面と内周面との間に面取り部を有し、他端面と内周面との間にばり溜まりを有するとともに、上記フェルールの軸方向に延びる上記ばり溜まりの深さをＬ２、上記フェルールの軸方向に延びる上記面取り部の深さをＬ３、上記ファイバスタブの圧入部位における上記フェルールの軸方向の長さと上記Ｌ２と上記Ｌ３との和をＬ１、上記フェルールと上記面取り部の成す角度をθとしたときに、Ｌ２≧０．１ｍｍ、Ｌ３≧０．１ｍｍ、θ≦４０°、Ｌ１−Ｌ２−Ｌ３≧１．０ｍｍの関係式が成り立つことを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記ホルダの一端部側の内周面に、面取り部を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の光レセプタクルは、上記ばり溜まりを面取り形状としたことを特徴とするものである。

本発明の光モジュールは、光素子が収納され、かつ上記光レセプタクルの上記ファイバスタブが圧入固定される一端部と逆側に位置する上記ホルダの他端部に溶接して取り付けられたケースと、を含んでなることを特徴とするものである。

以上のように、本発明の光レセプタクルによれば、フェルールの貫通孔に光ファイバを固定してなるファイバスタブと、一端部側から上記ファイバスタブが圧入固定され、他端部に溶接によってケースが取り付けられるホルダと、を備え、上記ホルダの他端部側の内周面に、ばり溜まりを設けたことにより、ケース側の内径部付近の端面に圧入時のバリが突き出る事がなく、ケースの端面とホルダの端面が密着し、溶接による接合が容易になる。

また、上記ホルダの一端部側の内周面に、面取り部を設けたことにより、後端部が圧入固定された上記ファイバスタブの先端部にスリーブが挿入された場合、上記ファイバホルダのスリーブ側の内径付近の端面に圧入時のバリが突き出る事がなく、スリーブの内径とフェルールの間にばりが入り込むことがないため、プラグフェルールを安定且つ高精度に保持することが出来、低損失を実現する。

また、上記ばり溜まりを設けたことで、ばりがホルダとフェルールの間にくさび効果で挟み込まれ、振動、衝撃による、ばりの脱落を防止することができる。

また、上記の光レセプタクルに光素子を収納したケースを取り付け、光モジュールとしたことで、高品質の光モジュールを実現する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図であり、フェルール１ａと、該フェルール１ａの貫通孔に光ファイバ１ｂを挿入し、接着剤２で固定して得られたファイバスタブ３の後端部をホルダ７に圧入により固定し、先端部をスリーブ５の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース６に圧入又は接着固定することによって構成されている。

上記ファイバスタブ３は、ジルコニア、アルミナ等のセラミックスからなるフェルール１ａと、該フェルール１ａの貫通孔に挿通固定された光ファイバ１ｂとからなる。

また、上記ファイバスタブ３の端面３ａは、光コネクタとの接続損失を低減させるため曲率半径５〜３０ｍｍ程度の曲面状に加工され、端面３ｂはＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバ１ｂの端面で反射して光素子に戻る反射光を防止するため４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。

また、本実施形態の光レセプタクルは、ホルダ７のファイバスタブ３が圧入される一端面と内周面との間に面取り部７ｂを設けており、ホルダ７のケース１１が取り付けられる他端面と内周面との間にばり溜まり７ａを設けてある。これにより図１（ｂ）に示すように、バリ７ｃは突き出すことが無く、ばり溜まり７ａに留まっている。

また、フェルール１ａの軸方向に延びるばり溜まり７ａの深さをＬ２、フェルール１ａの軸方向に延びる面取り部７ｂの深さをＬ３、ファイバスタブ３の圧入部位におけるフェルール１ａの軸方向の長さと上記Ｌ２と上記Ｌ３との和をＬ１、フェルール１ａと面取り部７ｂの成す角度をθとしたときに、Ｌ２≧０．１ｍｍ、Ｌ３≧０．１ｍｍ、θ≦４０°、Ｌ１−Ｌ２−Ｌ３≧１．０ｍｍの関係式が成り立つことが好ましい。

これは、Ｌ２≦０．１ｍｍの場合、ばりがホルダ７の端面から突き出すため、ケース１１との溶接による接合が困難になり、Ｌ３≦０．１ｍｍの場合、フェルール１ａの圧入時の挿入性が悪くなるため、圧入時にフェルール１ａを破損することがあり、θ≧４０°の場合、Ｌ３≦０．１ｍｍの場合と同様に、フェルール１ａの挿入性が悪くなるため、圧入時にフェルール１ａを破損することがある。

また、ばり溜まり７ａの形状は図２に示すように、ａ）の面取り形状、ｂ）のＲ形状、ｃ）の段形状などにすることができ、ばりがホルダ７とフェルール１ａの間にくさび効果で挟み込まれ、振動、衝撃による、ばりの脱落を防止する。主には、加工が容易であるため、図２ａ）の面取り形状が望ましく、ばりの脱落をくさび効果で防止するため、面取りの角度は５０°以下にすることが望ましい。

また、フェルール１ａはジルコニア、アルミナなどのセラミック材料からなっており、スリーブ５はジルコニア、アルミナ、銅などの材料からなっている。主には耐摩耗性を考慮して、フェルール１ａ及びスリーブ５は共にジルコニアなどのセラミック材料からなることが多い。更にホルダ７は光モジュールとしてケースと溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料からなっている。主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。スリーブケース６は耐摩耗性、溶接性を配慮する必要がないため、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチック、ジルコニア、アルミナなどの幅広い材料が用いられる。主にはホルダ７と熱膨張係数を合わせ、信頼性を高めるため、ホルダ７と同様、ステンレスを用いられることが多い。

更に、フェルール１ａの外径とスリーブ５の内径の表面荒さは挿入性を考慮して、Ｒａ０．２μm以下が望ましく、フェルール１ａの外径とスリーブ５の内径公差は低い接続損失を得るため、±１μm以下が望ましく、スリーブ５の内径寸法はフェルール１を確実に保持するために、１Ｋｇｆ以下の圧入になるよう設計することが望ましい。

また、図１の光レセプタクル８を用いて光モジュールを構成する場合は、図３に示すように光レセプタクル８のファイバスタブ３を備えた端面側に、光素子９とレンズ１０を備えたケース１１を接合部４で溶接により接合し、光レセプタクル８のもう一方の端面側よりスリーブ５内にプラグフェルール１３ａ備えた光コネクタ１４を挿入し、光ファイバ１ｂの端面と光ファイバ１３ｂの端面とを当接させ、光信号のやりとりを行うことができる。また、ケース１１はホルダ５と溶接することが多い為、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料からなっている。主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。

ここで、図１に示す本発明の光レセプタクルを作製した。

図１に示すようにフェルール１ａの貫通孔に光ファイバ１ｂを接着剤２により固定してファイバスタブ３を形成し、ファイバスタブ３をスリーブ５側からホルダ７に圧入により固定し、ホルダ７の内周面の後端部にばり溜まり７ａを設けており、一方の先端部に面取り部７ｂを設けてあり、ばり溜まりを面取り形状にし、ホルダ７の長さをＬ１、ばり溜まりの深さをＬ２、面取り深さをＬ３、角度をθとしたときに、Ｌ２＝０．１ｍｍ、Ｌ３＝０．１ｍｍ、θ＝４０°、Ｌ１−Ｌ２−Ｌ３＝１．０ｍｍとしてある。

フェルール１ａとスリーブ５はジルコニアで形成し、ホルダ７、スリーブケース６、はステンレスで形成している。

一方、比較例として、上記と同じ寸法、材質、組み立て方法で、ホルダ７にばり溜まり７ａと、面取り部７ｂの無いものを用意した。

それぞれの光レセプタクルを用いて光モジュールを各１０個作製し、振動試験を行い、ファイバスタブと光コネクタを当接させた際の接続損失を評価した。

その結果、比較例ではバリによりケースと溶接組み立てが出来なかったものが、１０個中３個、振動試験後に光が全く通らなかったものが７個中２個あった。光が全く通らなくなった２個を解体したところ、バリが脱落しレンズ表面付着していることが分かった。

これに対し、本発明実施例では１０個全数、ケースと溶接組み立てが可能であり、振動試験後も異常は発生しなかった。

（ａ）は本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図、（ｂ）はばり溜まり部の拡大断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の光レセプタクルのさまざまな実施形態を示す断面図である。 本発明の光モジュールを示す断面図である。 従来の光モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１ａ：フェルール
１ｂ：光ファイバ
２：接着剤
３：ファイバスタブ
４：溶接部
５：スリーブ
６：スリーブケース
７：ホルダ
７ａ：ばり溜まり
７ｂ：面取り
７ｃ：ばり
８：光レセプタクル
９：光素子
１０：レンズ
１１：ケース
１２：光モジュール
１３ａ：プラグフェルール
１３ｂ：光ファイバ
１４：光コネクタ

Claims (3)

1. セラミック材料からなるフェルールの貫通孔に光ファイバを固定してなるファイバスタブと、一端部側から上記ファイバスタブが圧入固定され、他端部に溶接によってケースが取り付けられるホルダと、を備えた光レセプタクルであって、
   上記ホルダは、一端面と内周面との間に面取り部を有し、他端面と内周面との間にばり溜まりを有するとともに、
   上記フェルールの軸方向に延びる上記ばり溜まりの深さをＬ２、上記フェルールの軸方向に延びる上記面取り部の深さをＬ３、上記ファイバスタブの圧入部位における上記フェルールの軸方向の長さと上記Ｌ２と上記Ｌ３との和をＬ１、上記フェルールと上記面取り部の成す角度をθとしたときに、Ｌ２≧０．１ｍｍ、Ｌ３≧０．１ｍｍ、θ≦４０°、Ｌ１−Ｌ２−Ｌ３≧１．０ｍｍの関係式が成り立つことを特徴とする光レセプタクル。
2. 上記ばり溜まりを面取り形状としたことを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 請求項１または請求項２に記載の光レセプタクルと、光素子が収納され、かつ上記光レセプタクルの上記ファイバスタブが圧入固定される一端部と逆側に位置する上記ホルダの他端部に溶接して取り付けられたケースと、を含んでなる光モジュール。

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