JP4252884B2 - Optical connection structure and optical connection method - Google Patents
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Description
本発明は、光伝送媒体同士、あるいは光伝送媒体と光部品との光学接続構造とそれを用いた光学接続方法に関するものである。 The present invention relates to an optical connection structure between optical transmission media or between an optical transmission medium and an optical component, and an optical connection method using the same.
一般的な光ファイバの接続方法として、光ファイバ同士を突き合わせることによる物理的接続方法がある。物理的接続には、メカニカルスプライスや光コネクタを用いる例があるが、両者ともに光ファイバ端面に軸方向の押圧力をかけることによって物理的な接続を可能にしている。光コネクタによる接続の場合は、一般的には光ファイバが脆くて弱いために光ファイバをフェルールに挿入して保護し、それにより、光ファイバの端面の物理的接触を可能としている。 As a general optical fiber connection method, there is a physical connection method by abutting optical fibers together. Examples of the physical connection include a mechanical splice and an optical connector, both of which enable physical connection by applying an axial pressing force to the end face of the optical fiber. In the case of connection using an optical connector, since the optical fiber is generally brittle and weak, the optical fiber is inserted into a ferrule for protection, thereby enabling physical contact of the end face of the optical fiber.
この物理的な接続において、光ファイバの位置決め精度や端面形状は、接続特性に大きく影響し、光ファイバの端面の角度のずれや端面形状が荒れていたりすると、突き合わせた光ファイバ端部間に空気が入ることにより、接続端面でフレネル反射が大きくなる為、接続損失が大きくなる。これを改良する方法として、光ファイバの端面あるいは光ファイバの端面とフェルールを高度な研磨処理をする方法があるが、研磨処理には多大な時間と経費が必要である点が大きな課題となっていた。 In this physical connection, the positioning accuracy and end face shape of the optical fiber greatly affect the connection characteristics. If the angle deviation of the end face of the optical fiber or the end face shape is rough, the air between the ends of the abutted optical fibers Since the Fresnel reflection increases at the connection end face, the connection loss increases. As a method for improving this, there is a method in which the end face of the optical fiber or the end face of the optical fiber and the ferrule are subjected to an advanced polishing process. However, the polishing process requires a great deal of time and expense. It was.
そのため、研磨工程を必要とせずに、カットしたままの状態の光ファイバを接続する方法が検討されてきた。その一つの方法として、光ファイバの接続端面に光ファイバのコアと同等かあるいは近似した屈折率を有する液状あるいはゲル状の屈折率整合剤を介在させて接続する方法が提案されている。これは、その屈折率整合剤を光ファイバ端面に塗布し、光ファイバを突き合わせることによって、接続端面の空気の侵入を防ぐことで、空気によって生じるフレネル反射を回避し、接続損失を低減する方法である。しかしながら、この場合に使用する屈折率整合剤はシリコーン系やパラフィン系の液状、あるいはグリース状のものが一般的に使用されているため、非常に小さな面積である光ファイバ端面に一定量塗布することは困難であった。また過剰に屈折率整合剤が塗布されると、接続部周囲の汚染や、それによる埃などの付着が問題となっていた。 Therefore, a method for connecting an optical fiber in a cut state without requiring a polishing step has been studied. As one of the methods, there is proposed a method in which a liquid or gel-like refractive index matching agent having a refractive index equivalent to or close to that of the optical fiber core is connected to the connection end face of the optical fiber. This is a method for avoiding Fresnel reflection caused by air and reducing connection loss by applying the refractive index matching agent to the end face of the optical fiber and butting the optical fiber to prevent air from entering the end face. It is. However, since the refractive index matching agent used in this case is generally a silicone-based or paraffin-based liquid or grease-like material, a certain amount is applied to the end face of the optical fiber having a very small area. Was difficult. Further, when the refractive index matching agent is applied excessively, contamination around the connecting portion and adhesion of dust or the like due to the contamination have been a problem.
これに対し、固体の屈折率整合部材を用いる方法が検討されてきた。その一つに、光ファイバの端面に透明な整合材フィルムを直接密着するように取りつける方法（特許文献１）がある。この方法では、接続部周囲の汚染等の問題を解決することはできるが、フィルムに光ファイバを突き当てた時の光ファイバ端部の移動可能な距離は、フィルムの内部変形量に相当する距離であり、おのずから限界があった。したがって、光ファイバとフィルムとの十分な密着性を得ることはできず、結果として良好な光学特性を得られないという問題があった。また、整合材フィルムを取付けたアダプタに光ファイバを固定するために、光ファイバを所定の位置に設置するには、高度な位置合わせを必要とし、作業性を低下させていた。さらに光ファイバ端部の移動量が小さいため、光ファイバ端部に応力が集中してフィルムの保持部周辺が破れたり、光ファイバが破損する恐れがあった。 On the other hand, a method using a solid refractive index matching member has been studied. One of them is a method (Patent Document 1) in which a transparent matching material film is directly attached to the end face of an optical fiber. Although this method can solve problems such as contamination around the connection part, the movable distance of the optical fiber end when the optical fiber is abutted against the film is a distance corresponding to the amount of internal deformation of the film. And there was naturally a limit. Therefore, there is a problem that sufficient adhesion between the optical fiber and the film cannot be obtained, and as a result, good optical characteristics cannot be obtained. Further, in order to fix the optical fiber to the adapter to which the alignment material film is attached, in order to install the optical fiber at a predetermined position, a high degree of alignment is required and workability is lowered. Further, since the movement amount of the end portion of the optical fiber is small, there is a possibility that stress concentrates on the end portion of the optical fiber and the periphery of the holding portion of the film is broken or the optical fiber is broken.
また、光透過性で光ファイバコアに近い屈折率を有する樹脂の層をフェルール端面に密着させて設け、光ファイバを突き当てて接続する方法（特許文献２）がある。この樹脂の場合もフィルムの場合と同様に上記問題を解決することができず、さらに樹脂は２つのフェルールに挟まれているため、光ファイバ同士の接続において、光ファイバが突き出した場合、樹脂が光ファイバの突き出し量にあった変形をすることが困難であり、接続時に光ファイバの変形、破壊が起きる可能性があった。
接続部材を光ファイバ同士の端部に挟んで光学接続する構造においては、上記のような種々の問題が発生していた。それらの問題を解決すべく、本発明者らは、従来の手段よりも単純な構造で、接続部材を光ファイバに十分密着させることができ、接続時の光ファイバ端面の位置に自由度を持たせることができ、また多心であっても光学安定性に優れ、作業性の良い光学接続構造及び光学接続方法を提案しようとするものである。 In the structure in which the connecting member is optically connected between the end portions of the optical fibers, various problems as described above have occurred. In order to solve these problems, the present inventors have a simpler structure than the conventional means, can sufficiently attach the connecting member to the optical fiber, and have a degree of freedom in the position of the end face of the optical fiber at the time of connection. The present invention is to propose an optical connection structure and an optical connection method which are excellent in optical stability and workability even with a multi-core structure.
上記の課題を解決する手段として、本発明者らは、光伝送媒体および光学部品と屈折率整合性を有する接続部材が、互いに対向する該光伝送媒体の端面もしくは該光伝送媒体と該光学部品との間に介在し、前記接続部材は、該光伝送媒体の端面を接合する際に生じる起伏を伴って、かつ、該光伝送媒体の軸方向に伸びて変形することを特徴とする光学接続構造を提案する（請求項１）。さらに、前記接続部材が、光伝送媒体の端面形状に対応して凹部をともなって変形していることを特徴とする光学接続構造を提案する（請求項２）。
As means for solving the above-mentioned problems, the present inventors have proposed that the connection member having refractive index matching with the optical transmission medium and the optical component is opposite to the end face of the optical transmission medium facing each other or the optical transmission medium and the optical component. An optical connection characterized in that the connecting member is deformed with undulations that occur when joining the end faces of the optical transmission medium and extending in the axial direction of the optical transmission medium. A structure is proposed (claim 1). Furthermore, an optical connection structure is proposed in which the connection member is deformed with a recess corresponding to the shape of the end face of the optical transmission medium.
本発明の光学接続構造においては、前記接続部材の接続点における接続後の厚みが、５０μｍ以下であることが好ましく（請求項３）、光伝送媒体と接続部材が接する面の中心から、接続部材の周縁部までの距離の最小値Ｄと該ファイバの半径Ｒが、Ｒ<Ｄ≦６０Ｒの関係を満たすことが好ましい（請求項４）。また、接続部材の周縁部には支持材が具備されている場合（請求項５）でも、上記接続される光伝送媒体が多心の光ファイバである場合（請求項６）でも、本発明は有効に適用できる。 In the optical connection structure of the present invention, the thickness after connection at the connection point of the connection member is preferably 50 μm or less (Claim 3), from the center of the surface where the optical transmission medium and the connection member are in contact with each other. It is preferable that the minimum value D of the distance to the peripheral edge of the fiber and the radius R of the fiber satisfy the relationship of R <D ≦ 60R. Further, even when the peripheral portion of the connecting member is provided with a support material (Claim 5), even when the optical transmission medium to be connected is a multi-core optical fiber (Claim 6), the present invention It can be applied effectively.
また、本発明の光学接続方法は、光伝送媒体および光学部品と屈折率整合性を有する接続部材を用いて、該光伝送媒体の端面同士もしくは該光伝送媒体の端面と光学部品を接続する方法であって、互いに対向する該光伝送媒体の端面、もしくは該光伝送媒体の端面と光学部品の間に接続部材を配置する工程と、一方の光伝送媒体の端面を接続部材に密着するまで移動する工程と、該一方の光伝送媒体の端面を、前記接続部材が波状の変形をともなって他方の該光伝送媒体もしくは光学部品に接触するまでさらに移動する工程、とからなることを特徴とする（請求項７）。本方法においては、一方の光伝送媒体の端面を接続部材に密着するまで移動する工程と、該一方の光伝送媒体の端面を、前記接続部材が波状の変形をともなって他方の該光伝送媒体もしくは光学部品に接触するまでさらに移動する工程が連続的に行なわれても、断続的に行なわれてもどちらでも構わない。 Further, the optical connection method of the present invention is a method of connecting the end surfaces of the optical transmission medium or the end surfaces of the optical transmission medium and the optical component using a connection member having refractive index matching with the optical transmission medium and the optical component. The step of disposing the connecting member between the end faces of the optical transmission medium facing each other or between the end face of the optical transmission medium and the optical component, and moving until the end face of one of the optical transmission media is in close contact with the connecting member And a step of further moving the end face of the one optical transmission medium until the connecting member comes into contact with the other optical transmission medium or optical component with wave-like deformation. (Claim 7). In this method, the step of moving the end face of one optical transmission medium until it is in close contact with the connecting member, and the end face of the one optical transmission medium are moved along the other optical transmission medium with the connecting member being wavyly deformed. Alternatively, the process of moving further until it contacts the optical component may be performed continuously or intermittently.
本発明は、光伝送媒体および光学部品と屈折率整合性を有する接続部材が、互いに対向する該光伝送媒体の端面もしくは該光伝送媒体と該光学部品との間に波状に変形して介在することを特徴とする光学接続構造であって、光伝送媒体と接続部材を密着させることができ、低損失な光学接続を実現することができる。また、光伝送媒体の端面の位置に自由度が増すために、光伝送媒体に過剰な押圧力がかからなくなり、光伝送媒体及び接続部材が破損することもなく、また接続作業性が向上する。さらに、複数本の光伝送媒体の接続であっても簡単に接続でき、接続部材が、光伝送媒体のそれぞれの突き当てに対して変形することにより、光伝送媒体の突き出し量のばらつきがあっても各光伝送媒体と接続部材が密着し、光伝送媒体及び接続部材に破壊が起こることなく安定した光学接続を行うことができる。 According to the present invention, a connecting member having refractive index matching with the optical transmission medium and the optical component is deformed in a wave shape between the end surfaces of the optical transmission medium facing each other or between the optical transmission medium and the optical component. In this optical connection structure, the optical transmission medium and the connection member can be brought into close contact with each other, and low-loss optical connection can be realized. In addition, since the degree of freedom increases in the position of the end face of the optical transmission medium, an excessive pressing force is not applied to the optical transmission medium, the optical transmission medium and the connection member are not damaged, and connection workability is improved. . Furthermore, even when a plurality of optical transmission media are connected, they can be easily connected, and the connecting member is deformed with respect to each abutment of the optical transmission medium, so that there is a variation in the protruding amount of the optical transmission medium. In addition, each optical transmission medium and the connection member are in close contact with each other, and stable optical connection can be performed without breaking the optical transmission medium and the connection member.
以下、本発明の光学接続構造を説明する。本発明で用いられる光伝送媒体は、上記で示した光ファイバや光導波路などがあるが、その種類は特に限定されない。光ファイバは何等限定されるものではなく、その用途等に応じて、適宜選択すればよく、例えば、石英、プラスチック等の材料からなる光ファイバを用いることができる。また光導波路はポリイミド光導波路、ＰＭＭＡ光導波路、エポキシ樹脂光導波路などが利用される。また、使用する２つの光伝送媒体の種類が異なっていても、また異なる外径の光伝送媒体であってもコア径が同じであれば、本発明を適用することができる。なお、光ファイバの本数、光導波路の枚数も何等限定されない。 Hereinafter, the optical connection structure of the present invention will be described. Examples of the optical transmission medium used in the present invention include the optical fiber and the optical waveguide described above, but the type is not particularly limited. The optical fiber is not limited in any way, and may be appropriately selected according to its use. For example, an optical fiber made of a material such as quartz or plastic can be used. As the optical waveguide, a polyimide optical waveguide, a PMMA optical waveguide, an epoxy resin optical waveguide, or the like is used. In addition, the present invention can be applied as long as the core diameter is the same even if the types of the two optical transmission media to be used are different or optical transmission media having different outer diameters. The number of optical fibers and the number of optical waveguides are not limited at all.
光ファイバと接続する光学部品には、上記光学レンズの他にも、フィルタ等があげられるが、光学部品の種類に関しては特に限定されるものではない。光学レンズとしては、例えば両凸、両凹、凹凸、平凸、非球面などの各種形状のレンズ、コリメートレンズ、ロッドレンズなどが適用でき、フィルタとしては、一般光通信用フィルタの他、多層膜フィルタやポリイミドフィルタなどが適用できる。 The optical component connected to the optical fiber includes a filter in addition to the optical lens, but the type of the optical component is not particularly limited. As the optical lens, for example, lenses having various shapes such as biconvex, biconcave, uneven, plano-convex, and aspherical surfaces, collimating lenses, rod lenses, etc. can be applied. As filters, in addition to general optical communication filters, multilayer films A filter, a polyimide filter, etc. are applicable.
本発明の接続部材は、光伝送媒体との間で、および光学部品との間で屈折率整合性を有することが必要である。この場合の屈折率整合性とは、接続部材の屈折率と光伝送媒体および光部品の屈折率との近接の程度をいう。したがって、本発明を構成する接続部材の屈折率は、光伝送媒体および光学部品の屈折率に近いものであれば特に限定されないが、フレネル反射の回避による伝送損失の面から、それらの屈折率の差が±０．１以内であることが好ましく、さらにより好ましくは±０．０５以内であるとよい。なお、仮に光伝送媒体と光学部品の屈折率の差が大きい場合には、光伝送媒体と光学部品の屈折率の平均値と接続部材の屈折率が上記の範囲内で、近接していることが好ましい。 The connecting member of the present invention needs to have refractive index matching with the optical transmission medium and with the optical component. The refractive index matching in this case refers to the degree of proximity between the refractive index of the connecting member and the refractive indexes of the optical transmission medium and the optical component. Accordingly, the refractive index of the connecting member constituting the present invention is not particularly limited as long as it is close to the refractive index of the optical transmission medium and the optical component, but from the aspect of transmission loss due to avoidance of Fresnel reflection, The difference is preferably within ± 0.1, and even more preferably within ± 0.05. If the difference in refractive index between the optical transmission medium and the optical component is large, the average value of the refractive index between the optical transmission medium and the optical component and the refractive index of the connecting member are close to each other within the above range. Is preferred.
また、接続部材は、光ファイバ同士、あるいは光ファイバと光学部品の間に挟むことができ、接続時に波状に変形できる柔軟性を有するものであれば、その構成材料は如何なるものも使用でき、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン等の多孔質基材、アクリル系、エポキシ系、ビニル系、シリコーン系、ゴム系、ウレタン系、メタクリル系、ナイロン系、ビスフェノール系、ジオール系、ポリイミド系、フッ素化エポキシ系、フッ素化アクリル系などの基材等を使用することができ、上記材料に架橋剤、添加剤、軟化剤等を添加し、任意に柔軟性を調節してよく、耐水性や耐熱性を付加してもよい。また、接続部材の構造は上記材料を複合してシート基材に塗布したり、組み合わせる等、光学的に問題が無ければ多層構造であってもかまわない。さらに、着脱して利用する際には、復元性を有する材料を選択するのが好ましい。さらにまた、接続部材を変形させる手段は、接続時に波状に変形していればよく、接続部材を縮めて変形させたり、接続部材の位置を移動させて、接続部材の変形の程度を調節してもかまわない。 In addition, the connecting member can be sandwiched between optical fibers or between an optical fiber and an optical component, and any material can be used as long as it has flexibility that can be deformed in a wavy shape at the time of connection. Porous base materials such as polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, acrylic, epoxy, vinyl, silicone, rubber, urethane, methacryl, nylon, bisphenol, diol, polyimide, fluorinated epoxy Base materials such as fluorinated acrylics, etc. can be used, and crosslinking agents, additives, softeners, etc. may be added to the above materials, and the flexibility may be arbitrarily adjusted to improve water resistance and heat resistance. It may be added. Further, the structure of the connecting member may be a multilayer structure as long as there is no optical problem such as combining the above materials and applying or combining them on the sheet base material. Furthermore, it is preferable to select a material having resilience when it is used by attaching and detaching. Furthermore, the means for deforming the connecting member only needs to be deformed in a wavy shape at the time of connection. The connecting member is contracted and deformed, or the position of the connecting member is moved to adjust the degree of deformation of the connecting member. It doesn't matter.
接続部材の厚みについても特に限定しないが、厚すぎると光損失が起きやすくなり、また薄すぎると取り扱いが難しくなり、強度も弱くなるため、光学接続において要求する接続損失レベルを満たし、適当な強度を持つような膜厚になるよう適宜選択すればよい。また、接続部材の形状は、例えば円形状、楕円形状、多角形状などを取りうるが、特に限定せず、使用環境及び接続に用いる光ファイバや光学部品に適した形状のものを用いればよい。さらに、そのサイズも使用環境及び接続に用いる光ファイバや光学部品に適したものを適宜選択してよい。 The thickness of the connecting member is not particularly limited, but if it is too thick, light loss is likely to occur, and if it is too thin, it becomes difficult to handle and the strength becomes weak. The film thickness may be selected as appropriate. The shape of the connecting member may be, for example, a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape, but is not particularly limited, and a shape suitable for the use environment and the optical fiber or optical component used for connection may be used. Furthermore, the size may be appropriately selected according to the use environment and the optical fiber or optical component used for connection.
接続部材の交換は、例えば接続部材表面に埃、あるいは塵が付着したなどの場合に適宜行えばよい。また、交換前の異物混入を防ぐために、接続部材の片面あるいは両面に保護フィルムを貼り付けておいても良い。 The replacement of the connecting member may be appropriately performed when, for example, dust or dust adheres to the surface of the connecting member. Further, a protective film may be attached to one side or both sides of the connection member in order to prevent foreign matter from being mixed before replacement.
接続部材が波状に変形するとは、後述の図１（ｃ）、図６（ｃ）、および図７に示す接続部材の形状を称し、光ファイバの端面を接続部材の表面に接合する際に生じる起伏を伴った変形を意味する。図７についていうならば、当該変形により接続の前後で光ファイバの端面の位置が変動し、対向する光ファイバの端面との密着性が保持される。 The deformation of the connecting member into a wave shape refers to the shape of the connecting member shown in FIGS. 1C, 6C, and 7 described later, and occurs when the end face of the optical fiber is joined to the surface of the connecting member. Deformation with undulations. Referring to FIG. 7, the deformation causes the position of the end face of the optical fiber to fluctuate before and after connection, and the adhesion with the end face of the opposing optical fiber is maintained.
次に、本発明の光学接続構造の実施態様について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、光伝送媒体として、光ファイバを用いた例について述べる。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明における光学接続構造の一例および光学接続方法の一例を示す工程図である。図１において、端部の被覆を除去し、カットした光ファイバ１ａ、１ｂと、屈折率整合性を有する接続部材２は一定の間隔を置いて設置されている（図１（ａ））。次に、一方の光ファイバ１ａの端部を接続部材２に密着させるまで移動させる（図１（ｂ））。さらに、接続部材２を変形させながら光ファイバ１ａを他方の光ファイバ１ｂと接続部材を接触させるまで移動させる(図１（ｃ）)。それにより、光ファイバ１ａ、１ｂを光学的に接続した光学接続構造が形成される。この場合、接続部材２が波状に変形する。このように、接続部材２が、光ファイバの軸方向に伸びて変形することによって、光ファイバ１ａ、１ｂと接続部材２がより密着し、それにより光ファイバ間の光損失を非常に小さくすることができる。また、光ファイバの接続の際には、光ファイバの接続位置は接続部材が波状に変形する範囲内のどこでも可能なため、光ファイバに過剰な押圧力がかかりにくくなり、光ファイバ並びに接続部材の破損を防ぐことができる。さらに、もう一方の光ファイバを接続部材に密着させ、次いで接続部材と他方の光ファイバを接触させるまで移動させるような接続方法をとることにより、２つの光ファイバと接続部材を確実に密着させることが可能となる。また、一方の光ファイバを固定しておき、もう一方を、上記のように移動させるため、微妙な精度を要する光ファイバの位置合わせが不要となり、実用上、より信頼性のある該媒体の接続が可能となる。なお、図１（ａ）において、光ファイバ１ａ，１ｂはＶ溝や貫通孔などの位置合わせ手段により互いに位置合わせされるのが好ましいが、特に限定されるものではない。
Next, embodiments of the optical connection structure of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an example using an optical fiber as an optical transmission medium will be described. 1A to 1C are process diagrams showing an example of an optical connection structure and an example of an optical connection method in the present invention. In FIG. 1, the
光ファイバ同士が突き合わされ、挟まれた時の、接続部材の厚みは５０μｍ以下であることが好ましい。５０μｍ以上である場合は、突き合わされた光ファイバ間の間隔が大きすぎるために光損失が増大し、接続構造として適さない。これは、光ファイバと光部品の接続の場合でも同様である。突きあわされた後の接続部材のより好ましい厚さは５μｍ以上、３０μｍ以下である。 The thickness of the connecting member when the optical fibers are abutted and sandwiched is preferably 50 μm or less. When it is 50 μm or more, the distance between the optical fibers that are abutted is too large, so that the optical loss increases, and it is not suitable as a connection structure. The same applies to the connection between the optical fiber and the optical component. A more preferable thickness of the connecting member after being struck is 5 μm or more and 30 μm or less.
図２に本発明の光学接続構造の他の一例を説明する平面図を示す。図２においては、図１（ｃ）と同様に接続部材２が変形し、突き合わされる前の接続部材２の端面の位置（図２中の破線）に対して、突き合わされた後の接続部材２が波状に変形し、さらに内部に凹んで変形している。このように、波状の変形と内部変形を合わせた構造によって、光ファイバのより柔軟な突き当てができるようになり、光ファイバ１ａ、１ｂと接続部材２をさらに確実に密着させ、光ファイバ及び接続部材が破損する危険性を回避できる。
FIG. 2 is a plan view for explaining another example of the optical connection structure of the present invention. In FIG. 2, the connecting
図３に示すのは、光ファイバ１と接続部材２の接続部を光ファイバの軸と垂直の方向からみた平面図であり、光ファイバ１と接続部材２が接する面２０の中心２１から接続部材２の周縁部２２までの距離の最小値Ｄと、光ファイバの半径Ｒを示している。接続部材が上記のように変形するには、Ｄの値とＲの値が、Ｒ<Ｄ≦６０Ｒの関係を満たすことが望ましい。図４（ａ）〜（ｅ）は、種々の形状の接続部材２に対するＤの値を説明する図であり、光ファイバの軸方向から見た平面図である。図中２０は光ファイバと接続部材が接する面、２１はその面の中心、２２は接続部材２の周縁部を示している。図４（ｅ）のように多心の光ファイバを用いた場合は、Ｄは近接する光ファイバ端部の接触位置と光ファイバ中心との最短距離を意味する。ただし、後述する支持材を具備した場合や、何らかの部材で接続部材を固定した場合は、Ｄの値は、支持材、あるいは部材が接触する部分を除いた部分の周縁部と光ファイバ中心との最短距離をいう。このように、接続部材を一定の間隔で固定し、接続部材周辺に一定の空間を持たせることにより、接続部材が光ファイバと密着した状態でも、自由度を持ち、柔軟に変形することができる。Ｄの値が６０Ｒより大きい場合は、光ファイバの突き出しにより、接続部材の変形量が大きくなり、全体的にたるみやしわが生じ、それにより接続部材が破れる恐れがあるため、安定的な接続をすることができなくなる。また、ＤがＲと等しい場合は、光ファイバを突き合わせたときに接続部材が密着するが、接続部材が波状に変形することができない。さらにＤがＲより小さい場合は光ファイバ表面全体に接続部材が密着しないために、空気に接触し、光損失が増大する。また、Ｄの範囲は２Ｒ≦Ｄ≦３０Ｒとするのがより好ましい。なお、光導波路のように長方形の断面をもつものについてのＲの値は、長方形の対角線の半分の長さをＲと定義する。また、接続部材を固定するための手段は特に限定しないが、接続部材が常に固定した状態で使用されることが好ましい。
FIG. 3 is a plan view of the connecting portion between the
接続部材を固定するための手段は特に限定しないが、接続部材が常に固定された状態で使用されることが好ましく、例えば、以下に示すような支持材を用いるのが好ましい。図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明における支持材４が具備された接続部材２の一例を説明する斜視図である。支持材４は接続部材２を把持でき、かつ少なくともその両端を固定できればよく、その形状は図５（ａ）のように両端を把持した簡易的な形状であっても、図５（ｂ）のような３方向を固定したコの字形状であってもかまわないが、上下左右方向を安定して把持できる図５（ｃ）、図５（ｄ）のような窓型形状であることがより好ましい。また、接続部材を容易に安定して固定できるように、図５（ｅ）のようなラッチ部６１を設けるなどの工夫を施しても構わない。さらに、支持材を構成する部材の個数についても限定せず、安定化するために図５（ｆ）のように２つの部材により接続部材を挟み込んだ構造であっても構わない。なお、支持材のサイズについては特に限定せず、使用環境および仕様に応じて適宜選択して用いればよい。また、支持材の材料に関しても、金属類、プラスチック材料、ゴム材料など適宜選択して用いればよい。このように支持材を設け、接続部材を保持して固定することによって、接続部材が柔軟に変形することができる。また、支持材の枠がある場合は、接続部材の設置作業において、接続部材に接触することなく取り扱うことが可能となるため、接続部材表面の汚染や塵などの付着を防止することができる。したがって、接続部材の交換も容易に行うことができる。
The means for fixing the connecting member is not particularly limited, but it is preferably used in a state where the connecting member is always fixed. For example, it is preferable to use a support material as shown below. FIGS. 5A to 5F are perspective views illustrating an example of the
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の光ファイバと光部品の光学接続構造の一例を示す平面図、および光学接続方法の一例を示す工程図である。この例は、端部の被覆を除去し、カットした光ファイバ１と接続部材２と光学レンズ６からなり、光ファイバ１と光学レンズ６が光学的に接続されている光学接続構造を示している。接続部材２と光ファイバ１及び光学レンズ６は、当初一定の間隔で設置・固定されており、接続部材は張られた状態で固定されている（図６（ａ））。光ファイバ１の端部を接続部材に密着させるまで移動させ（図６（ｂ））、次に、光ファイバ１をさらに接続部材を変形させながら光学レンズ６に接触させるまで移動させる(図６（ｃ）)。それにより、光ファイバ１と光学レンズ６を光学的に接続した接続構造が形成される。このように、中央部より外周部に向けて段階的あるいは連続的に厚みが薄くなるような凸形状の光学部品に対しても本発明の光学接続構造は容易に適用できる。また、接続部材を光学レンズに貼り付けたり、密着させることなく、接続部材を光ファイバの先端断面形状分だけ光学レンズに接触させればよく、それにより、接続部材の密着面積が最小で済むために、容易に接続部材を着脱することができる。また、光学レンズは固定されていればよいので、接続の際に光学部品を移動させる機構は全く必要としない。
6A to 6C are a plan view illustrating an example of an optical connection structure between an optical fiber and an optical component of the present invention, and a process diagram illustrating an example of an optical connection method. This example shows an optical connection structure in which the coating of the end portion is removed and the
図７は、本発明の多心接続の光学接続構造の一例を示す平面図である。この光学接続構造は、４本の光ファイバ１ａ〜１ｄ、光ファイバ接続用整列部材５、接続部材２から構成され、光ファイバとしては先端を被覆除去した後カットしてある４心の光ファイバテープ心線７ａ、７ｂを用いている。光ファイバ接続用整列部材５は、中央に溝５１を有し、また溝を挟んだ両側に同軸の一対の貫通孔５２を有している。貫通孔５２は並列に一定間隔で４個並べられている。テープ心線、７ａ、７ｂ中の４本の光ファイバは貫通孔５２にそれぞれ挿入され、並列しながら接続部材２を挟んで、お互い突き合わさっている。接続部材２は、弾性を持つフィルムである。接続された状態では、４本の光ファイバは、それぞれ光ファイバの軸方向に対して異なる位置で一枚の接続部材に接続され、接続部材２は波状になっている。本発明では、接続部材が柔軟に波状に外部変形することができるために、図７のように光ファイバの突き出し量にあった変形をすることができ、接続時の各光ファイバと接続部材は密着し、また光ファイバあるいは整列部材に変形、破壊が起こることはなく、安定した光学接続ができる。
FIG. 7 is a plan view showing an example of an optical connection structure for multi-core connection according to the present invention. This optical connection structure is composed of four
以下、本発明の光学接続構造および光学接続方法を実施例によって説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the optical connection structure and the optical connection method of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
図８（ａ）〜（ｃ）に示すのは本実施例の光学接続構造を示す平面図と、光学接続方法を示す工程図である。接続部材として屈折率１．４６に調節したウレタンエラストマー系樹脂をシート化し、厚み１５μｍ、サイズ３ｍｍ×３ｍｍのシートを用いたものである。まず、２本のシングルモード光ファイバ１ａ、１ｂ（古川電工製、２５０μｍ径）の被覆を端部から２０ｍｍ除去し、光ファイバ素線（１２５μｍ）を剥き出しにし、端部から１０ｍｍのところで光ファイバ素線をカットした。次に、２個のＶ溝基板８ａ、８ｂ（サイズ５ｍｍ×１０ｍｍ）を用意し、両者のＶ溝断面を光学顕微鏡で位置合わせし、次いで、５０μｍのスリット９１を設けたガラス基板９（サイズ１０ｍｍ×２０ｍｍ）上にスリットから０．２ｍｍの位置にＶ溝端部を合わせ、Ｖ溝基板８ａ、８ｂをガラス基板９に接着剤で固定した。その後、接続部材２をガラス基板９のスリット９１に挿入し、ガラス基板表面に垂直に固定した。さらに、両方のＶ溝基板８ａ、８ｂのＶ溝内に光ファイバ１ａ、１ｂをそれぞれ位置させ、Ｖ溝に沿わせて光ファイバ１ａ、１ｂを平行移動させ、２本の光ファイバ素線の端部を接続部材に接触させない程度にＶ溝基板から適当な距離に位置させた後、光ファイバ１ｂを平面板１２ｂとＶ溝基板８ｂで挟み込み、接着剤でＶ溝基板８ｂ上に固定した（図８（ａ））。次いで、もう一方の光ファイバ素線１ａを、接続部材２に密着するまで移動し (図８（ｂ）)、さらに両方の光ファイバが密着するまで接続部材２を押しつけた。そのあと、光ファイバ１ａを平面板１２ａとＶ溝基板８ａで挟み込み、さらに光ファイバ固定ジグ１４で、平面板１２ａとＶ溝基板８ａを挟み込み、これらを固定した(図８（ｃ）)。なお、本実施例においては、Ｒ＝６２．５μｍ、Ｄ＝１．５ｍｍであり、Ｄ＝２４Ｒであった。また、光ファイバが突きあわされたあとの接続部材の厚さは１０μｍであった。
FIGS. 8A to 8C are a plan view showing the optical connection structure of this embodiment and a process drawing showing the optical connection method. A urethane elastomer resin adjusted to a refractive index of 1.46 is formed into a sheet as a connecting member, and a sheet having a thickness of 15 μm and a size of 3 mm × 3 mm is used. First, the coating of the two single mode
このように、光ファイバが接触する接続部材周辺に空間を設け、接続部材を波状に変形させることによって、光ファイバ端面が接続部材に十分に密着するため、接続損失は０．３ｄB以下と小さかった。また光ファイバの端面周辺に自由度が増すために、光ファイバに過剰な押圧力がかからなくなるため、光ファイバや接続部材の破損は起こることなく、極めて良好な取り扱い性で光学接続を行うことができた。また光ファイバ端部と接続部材間には、高精度の軸方向の位置合わせ手段を必要としなくても良く、作業性を向上させることができた。また、光ファイバの位置合わせをするＶ溝基板に接続部材を接触させる必要が無く、接続部材を容易に交換して再接続することもできた。 In this way, by providing a space around the connecting member that comes into contact with the optical fiber and deforming the connecting member into a wave shape, the end face of the optical fiber is sufficiently adhered to the connecting member, so that the connection loss is as small as 0.3 dB or less. . In addition, since the degree of freedom increases around the end face of the optical fiber, no excessive pressing force is applied to the optical fiber, so that the optical fiber and connection member are not damaged, and optical connection is performed with extremely good handling. I was able to. Further, it is not necessary to provide a highly accurate axial alignment means between the optical fiber end portion and the connecting member, and the workability can be improved. Further, there is no need to bring the connecting member into contact with the V-groove substrate for aligning the optical fiber, and the connecting member can be easily replaced and reconnected.
図９に示すのは本実施例の光学接続構造を示す平面図である。４本の光ファイバ同士の光学接続を実現するにあたり、光ファイバ１ａ〜１ｄをもつ４心の光ファイバテープ心線（７ａ、７ｂ）を２本とガラス基板９上に設置される４本のＶ溝を持つＶ溝基板８を２個用いた以外は、実施例１と同様に接続作業を行った。その結果、一枚の接続部材２で、４本の光ファイバ１ａ〜１ｄを簡単に光学接続することができた。また、カットした光ファイバの長さを計測したところ、４本の光ファイバ素線間で±１０μｍ程度のばらつきがあったが、接続部材が柔軟に変形して、各光ファイバの端面と接続部材が十分に密着した。このため各光ファイバの接続損失は、各ファイバで０．３ｄＢ以下であり、光学接続構造として、十分使用可能なことが判った。
FIG. 9 is a plan view showing the optical connection structure of the present embodiment. In realizing optical connection between the four optical fibers, two optical fiber tape cores (7a, 7b) having
図１０（ａ）〜（ｃ）に示すのは本実施例の光学接続構造を示す平面図と光学接続方法を示す工程図である。光ファイバ１にロッドレンズ１１を接続する際に実施例１で使用した接続部材を用いて行った。すなわち、実施例１と同様に光ファイバ素線１をガラス基板９上のＶ溝基板８に設置した。一方、ロッドレンズ１１（ｍｆｌｅｎｄｓ社製、外径２ｍｍφ）を２．１ｍｍφの貫通孔５２を有する整列部材５（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍ）に貫通させ、ロッドレンズ端面を整列部材端面から適当な距離に位置させて接着剤で固定した。ロッドレンズとＶ溝が位置合わせされた状態で、Ｖ溝基板８を、ガラス基板９のスリット９１から０．０５ｍｍの位置に接着剤で固定した。次に、スリット９１に接続部材２を挿入して設置した（図１０（ａ））。その後、光ファイバ１をＶ溝に這わせる様に移動させて(図１０（ｂ）)、光ファイバ１の端面を接続部材２に突き当て、さらに光ファイバ１を移動させて接続部材２を変形させることにより、接続部材２の反対側の面をロッドレンズ１１に接触させた。その後、平面板１２とＶ溝基板８で光ファイバ１を挟み、コの字型の光ファイバ固定治具１４をはめ込んで平面板１２とＶ溝基板８を押さえ込み、これを固定した（図１０（ｃ））。
FIG. 10A to FIG. 10C are a plan view showing an optical connection structure of this embodiment and a process diagram showing an optical connection method. The connection member used in Example 1 was used when connecting the
このように、光ファイバとレンズのようなサイズの異なる接続媒体同士の接続であっても、光ファイバを押し当てて接続部材を変形させることによって、レンズと接続部材は最小限の面積で密着させて光学接続できるので、両者の着脱作業時に簡単に剥がすことが可能であり、光ファイバ固定治具を取り外すことにより、光ファイバの着脱を繰り返しても傷が付くようなことはなかった。さらに光学レンズのように中央部より外周部に向けて段階的あるいは連続的に厚みが薄くなるような凸形状の光学部品であっても容易に光学接続ができた。 In this way, even when connecting connection media of different sizes such as an optical fiber and a lens, the lens and the connection member are brought into close contact with each other by pressing the optical fiber and deforming the connection member. Thus, the optical connection can be easily removed at the time of attaching and detaching both, and by removing the optical fiber fixing jig, the optical fiber is not damaged even when the optical fiber is repeatedly attached and detached. Further, even an optical component having a convex shape whose thickness decreases stepwise or continuously from the central portion toward the outer peripheral portion, such as an optical lens, can be easily optically connected.
図１１（ａ）に示すのは本実施例の光学接続構造を示す斜視図であり、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すのは、本実施例の光学接続方法を示す工程図である。実施例１で用いた接続部材を中央に空洞（２ｍｍ角）を有する透明のプラスチック樹脂の支持材の枠（３ｍｍ角厚み０．１ｍｍ）２枚で両側から挟み込み、接続部材内包カートリッジ１３（形状は図５（ｆ）と同様）を作製した。ついで、この接続部材１３を図１１（ａ）に示す整列部材５に装着して２本の光ファイバ１ａ、１ｂ同士の接続を行なった。整列部材５（サイズ１０ｍｍ×２０ｍｍ×４２．１ｍｍ）には中央に０．２５ｍｍの溝５１が設けられ、端部より溝に貫通する同軸上の一対の貫通孔（φ０．１２５）５２ａ、５２ｂが備わっている。この整列部材５の溝５１に接続部材内包カートリッジ１３を垂直に挿入した。先端２５ｍｍを被覆除去し、カットした２本の光ファイバ１ａ、１ｂを、貫通孔５２ａ、５２ｂにそれぞれ挿入し、片方の光ファイバ１ｂは貫通孔５２ｂの端部より接続部材２に接しない程度に適当量突き出して、整列部材の端部に接着剤１０ｂで光ファイバ１ｂを固定した（図１１（ｂ））。そして、他方の光ファイバ１ａを接続部材側にゆっくり押し込んで接続部材２に突き当て(図１１（ｃ）)、接続部材２を変形させながら、反対側の光ファイバ１ｂに接触させた。その後、整列部材５に光ファイバ１ａを接着材１０ａで固定した（図１１（ｄ））。
FIG. 11A is a perspective view showing the optical connection structure of this embodiment, and FIGS. 11B to 11D are process diagrams showing the optical connection method of this embodiment. . The connection member used in Example 1 was sandwiched from both sides with two transparent plastic resin support material frames (3 mm square thickness 0.1 mm) having a cavity (2 mm square) in the center, and the connection member inclusion cartridge 13 (the shape was The same as in FIG. 5F was prepared. Next, the connecting
このように接続部材をカートリッジとし、支持材の枠を介して整列部材と一体化することで、構造的に安定した光学接続が可能であった。また、支持材の枠を介することから整列部材と接続部材の距離を一定に保つことができ、接続部材の変形をコントロールしやすくなり、取り扱い性、作業性を向上させることができた。さらにカートリッジにしたことで、接続の実施がさらに簡単になり、作業効率および生産効率が向上した。 In this way, the connection member is a cartridge and is integrated with the alignment member via the frame of the support material, thereby enabling structurally stable optical connection. Further, since the support member frame is interposed, the distance between the alignment member and the connection member can be kept constant, the deformation of the connection member can be easily controlled, and the handling property and workability can be improved. In addition, the use of cartridges has made connection easier and improved work efficiency and production efficiency.
１、１ａ〜１ｄ…光ファイバ、２…接続部材、４…支持材、５…接続用整列部材、６…光学レンズ、７ａ、７ｂ…光ファイバテープ心線、８、８ａ、８ｂ…Ｖ溝基板、９…ガラス基板、１０、１０ａ、１０ｂ…接着剤、１１…ロッドレンズ、１２、１２ａ、１２ｂ…平面板、１３…接続部材内包カートリッジ、１４…光ファイバ固定ジグ、２０…光ファイバと接続部材が接する面、２１…光ファイバと接続部材が接する面の中心、２２…接続部材の周縁部、５１…溝、５２、５２ａ、５２ｂ…貫通孔、６１…ラッチ、９１…スリット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記接続部材は、該光伝送媒体の端面を接合する際に生じる起伏を伴って、かつ、該光伝送媒体の軸方向に伸びて変形することを特徴とする光学接続構造。 A connection member having refractive index matching with the optical transmission medium and the optical component is interposed between the end surfaces of the optical transmission medium facing each other or between the optical transmission medium and the optical component ,
The optical connection structure characterized in that the connection member is deformed with undulations generated when the end faces of the optical transmission medium are joined and extending in the axial direction of the optical transmission medium .
Ｒ＜Ｄ≦６０Ｒ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の光学接続構造。 The minimum value D of the distance from the center of the contact surface between the optical transmission medium and the connection member to the peripheral edge of the connection member and the radius R of the optical transmission medium are:
R <D ≦ 60R
The optical connection structure according to claim 1, wherein the optical connection structure is satisfied.
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