JP4883969B2 - 光レセプタクルおよびこれを用いた光モジュール - Google Patents

Description

本発明は光通信に用いる光レセプタクルと、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を有する。また、光モジュールのうちレセプタクル型（光コネクタ接続型）の光モジュールは、レセプタクルの一端側に光素子を備え、他端において光ファイバを有する光コネクタ用プラグフェルールを接続するものである。このような構成を有する光モジュールは、例えば特許文献１に開示されている。

図８は、従来のレセプタクル型光モジュールの一例を模式的に表す断面図である。この光モジュールＹ’は、レセプタクルＸ’の一端側にケース８０を備え、他端において光ファイバＰａを有する光コネクタ用プラグフェルールＰを接続するものである。

この光レセプタクルＸ’は、ファイバスタブ８１と、ホルダ８２と、スリーブ８３と、スリーブケース８４とを備えている。ファイバスタブ８１は、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール８５および石英ガラス等からなる光ファイバ８６を有し、フェルール８５の貫通孔に光ファイバ８６を挿入固定してなる。ホルダ８２は、ファイバスタブ８１の後端部および後述のスリーブケース８４の後端部を圧入固定するためのものである。スリーブ８３は、その内孔にファイバスタブ８１の先端部およびプラグフェルールＰの先端部を挿入保持するためのものである。スリーブケース８４は、スリーブ８３を保護するためのものである。

ケース８０は、光素子８７およびレンズ８８を有し、レセプタクルＸ’の後端面に溶接により接合されている。光素子８７はＬＤである。レンズ８８は、拡散光８９ａを集光光８９ｂに変換するためのものである。

また、例えば直径１０μｍ程度のコアに対して、より適切に光を入射するには、高い組立精度が要求されるが、この組立精度を緩和する機能を有する光モジュールが、例えば特許文献２に開示されている。

図９は、組立精度の緩和機能を有する光モジュールの一例を表す断面図である。この光モジュールＹ”は、ケース９１と、半導体レーザ素子９２と、レンズ９３と、光ファイバ９４と、フェルール９５と、ホルダ９６とを備えている。ケース９１は、その内部に半導体レーザ素子９２およびレンズ９３が固定されている。半導体レーザ素子９２は、レーザ光を出射するためのものである。レンズ９３は、半導体レーザ素子９２か出射された拡散光９７ａを集光光９７ｂに変換するためのものである。光ファイバ９４はコア９８を有している。コア９８は、その光入射側の端部にテーパ状に拡大したコア拡大部９９を有する。フェルール９５は、光ファイバ９４の光入射側の端部を保持するためのものである。ホルダ９６は、フェルール９５を保持するとともに、ケース９１の端部に固定されている。

光モジュールＹ”では、半導体レーザ素子９２から出射された拡散光９７ａがレンズ９３により集光光９７ｂに変換され、光ファイバ９４のコア拡大部９９に入射する。コア拡大部９９に入射した集光光９７ｂは、そのモードフィールド径がテーパに沿って徐々に小さくなり、最終的に光ファイバ９４のコア９８と同等のモードフィールド径となる。
特開２００１−６６４６８号公報 特開平４−２１３４１３号公報

一般的にレセプタクル型光モジュールを採用するトランシーバ等の形状は規格化されている。また、近年ＬＡＮ等においても通信速度の高速化が要求されている。半導体レーザに加える変調速度を高速化すると、そのための電気回路に必要なスペースが大きくなるため、電気回路のスペースを確保すべく、光モジュールの小型化が求められている。

一方、半導体レーザ素子のモードフィールド径は、一般的に伝送路に使用される光ファイバのコア径１０μｍ程度よりも小さいため、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光するためのレンズは、半導体レーザ素子のモードフィールド径よりも大きいモードフィールド径で集光するための倍率機能を要する。

しかしながら、レンズの倍率が大きくすると、図８に示すように、レーザから出射された拡散光８９ａに比べて、レンズ８８を通過した後の集光光８９ｂの距離が非常に長くなり、光素子８７と光ファイバ８６の後端面との間隔が広がってしまう。加えて、図９に示す光モジュールＹ”では、コア拡大部９９が形成されているため、レンズ９３に要求される倍率はさらに大きなものとなる。つまり、光モジュールＹ”では、拡散光９７ａに比べてレンズ９３を通過した後の集光光９７ｂがさらに長くなるため、光モジュールＹ”の全長が非常に長くなってしまうという問題があった。

また、伝送路としてマルチモードファイバやプラスチックファイバのようにコア径が非常に大きい（例えば５０μｍ〜１ｍｍ）ものを採用した場合、発光素子のモードフィールド径との格差も大きくなるため、上述したのと同様にレンズに要求される倍率も非常に大きくなり、光モジュールの全長はさらに長くなってしまうという問題があった。

さらに、発光素子に代えて受光素子を採用する場合においても、高速・長距離伝送に有利なように受光径を小さくする傾向にあり、レンズを介して伝送路から来た信号を受光素子に結合するような構成の光モジュールが増加している。このような構成の光モジュールにおいて、受光素子のモードフィールド径が伝送路のモードフィールド径よりも小さくなる場合、上述したのと同様にレンズに要求される倍率が大きくなり、上述したのと同様の問題が発生する。

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、所望の伝送特性を確保しつつ、小型化を図るうえで好適な光レセプタクルおよびこれを用いた光モジュールを提供することを、目的とする

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、光を導通するための光ファイバ、および、該光ファイバが挿着される貫通孔を有するフェルールを含んでなるファイバスタブと、光ファイバを有し且つ前記ファイバスタブに対して光学的接続されるプラグフェルールの少なくとも一部および前記ファイバスタブの少なくとも一部を挿入するための貫通孔を有し、前記プラグフェルールの光ファイバと前記ファイバスタブの光ファイバとの間の調芯を得るためのスリーブと、を備え、
前記ファイバスタブの光ファイバは、中心部にコアを有し、前記フェルールの内部にわたって外径が一定で、前記プラグフェルールの光ファイバと光学的接続する側とは反対の後端側におけるモードフィールド径が、前記プラグフェルールの光ファイバと光学的接続する側の先端側におけるモードフィールド径よりも前記ファイバスタブの光ファイバの光軸を中心として前記フェルール内部で小さくなるように、前記コアが、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端側に位置する後端部に、該光ファイバの光軸を中心として該後端側に向って順次縮径するコア縮径部を有することを特徴とする。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、前記ファイバスタブの前記後端側を固定するためのホルダを有するのが好ましい。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、前記ファイバスタブの光ファイバはコアを有し、前記コアは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端側に位置する後端部に、該光ファイバの光軸を中心として該後端側に向って順次縮径するコア縮径部を有する。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、前記ファイバスタブの光ファイバはコアを有し、前記コアは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記先端側に位置する先端部に、該光ファイバの光軸を中心として該先端側に向って順次拡径するコア拡径部を有する。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記先端側におけるモードフィールド径が前記プラグフェルールの光ファイバにおける前記ファイバスタブの光ファイバと光学的接続する側でのモードフィールド径と同一であるのが好ましい。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端側の先端形状は先球状もしくは楔状であるのが好ましい。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部に、偏光子およびファラデー回転子を含んでなる偏波依存型光アイソレータ素子を備えるのが好ましい。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部に、複屈折結晶およびファラデー回転子を含んでなる偏波無依存型光アイソレータ素子を備えるのが好ましい。

本発明の第２の側面に係る光モジュールは、本発明の第１の側面に係る光レセプタクルと、前記ファイバスタブの光ファイバに向けて光を出射する、または、前記ファイバスタブの光ファイバを介して導出された光を受けるための光素子と、を備えることを特徴としている。

本発明の第２の側面に係る光モジュールは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部と前記光素子との間に、偏光子およびファラデー回転子を含んでなる偏波依存型光アイソレータ素子を配しているのが好ましい。

本発明の第２の側面に係る光モジュールは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部と前記光素子との間に、複屈折結晶およびファラデー回転子を含んでなる偏波無依存型光アイソレータ素子を配しているのが好ましい。

本発明の第２の側面に係る光モジュールは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部と前記光素子との間に、光を集光するためのレンズを備え、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端側におけるモードフィールド径は、前記光素子が光を受ける受光面の径と同一であるのが好ましい。

本発明の第１の側面に係る光レセプタクルにおいてファイバスタブの光ファイバは、プラグフェルールの光ファイバと光学的接続する側とは反対の後端側におけるモードフィールド径が、前記プラグフェルールの光ファイバと光学的接続する側の先端側におけるモードフィールド径よりも小さい。そのため、本光レセプタクルでは、ファイバスタブの光ファイバと、この光ファイバよりもモードフィールド径の小さい光素子とを、レンズを介して結合する場合において、このレンズに要求される倍率を小さくすることが可能となる。したがって、本光レセプタクルでは、曲率や屈折率が同じレンズを採用する場合、要求される倍率が小さいほど物像間距離が短くなるため、光素子と光ファイバの端面との離間距離を小さくすることができる。すなわち、本光レセプタクルは小型化が図れるため、トランシーバ等において高速変調に必要な電気回路のスペースを確保するうえで好適である。

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る光レセプタクルＸ１を模式的に表す断面図である。光レセプタクルＸ１は、ファイバスタブ１０と、スリーブ２０と、スリーブケース３０と、ホルダ４０とを備えている。

ファイバスタブ１０は、フェルール１１および光ファイバ１２を有し、フェルール１１の貫通孔１１ａに光ファイバを例えば接着剤により接着固定することにより構成される部材である。ファイバスタブ１０は、後述のプラグフェルールＰと光学的に接続される。ファイバスタブ１０の先端面１０ａは、アール面（例えば曲率半径が５〜３０ｍｍ）である。このような構成は、プラグフェルールＰとの間の接続損失を低減するうえで好適である。ファイバスタブ１０の後端面１０ｂは、本実施形態においてファイバスタブ１０の軸心に対して略垂直な面であるが、ファイバスタブ１０の軸心に対して所定の角度（例えば４〜１０°）で傾斜する傾斜面としてもよい。このような構成は、例えば光素子から出射された光が光ファイバ１２の端面で反射し、反射光として該光素子に戻るのを防ぐうえで好適である。なお、ファイバスタブ１０の後端面１０ｂ側には、ファイバスタブ１０に向けて光を出射するための光源への戻り光を抑制する光アイソレータを配してもよい。

フェルール１１は、光ファイバ１２を挿入するための貫通孔１１ａを有する。フェルール１１を構成する材料としては、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化アルミニウム（アルミナ）、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素および窒化アルミニウムなどの単体もしくはこれらを主成分として含むセラミックス、結晶化ガラスなどのガラスセラミックスなどが挙げられ、中でも対候性や靭性に優れたジルコニア系セラミックス（ジルコニアを主成分とするセラミックス）が好適である。

光ファイバ１２は、その光軸方向に延びるコア１２ａおよびクラッド１２ｂを有しており、コア１２ａとクラッド１２ｂとの境界において光を全反射させることにより、コア１２ａに沿って光を伝播することができるように構成されている。このようにして伝搬する光は、コア１２ａを中心とした同心円状のパワー分布となり、そのパワーの最大値の１／ｅ^２の大きさとなる径をモードフィールド径と呼ぶ。モードフィールド径は、伝搬する光の波長にもよるが、コア１２ａの径や、コア１２ａとクラッド１２ｂとの屈折率差によって決定する。

コア１２ａは、その後端部に、光ファイバ１２の光軸を中心としてコア１２ａの後端面に向って縮径するコア縮径部１２ｃを有する。コア縮径部１２ｃは、コア１２ａのコア径自身を徐々に小さくすることにより形成してもよいし、コア１２ａの屈折率を徐々に高くすることによって形成してもよい。なお、コア１２ａの屈折率を徐々に高くするには、例えば光ファイバ１２が光軸中心に屈折率制御用添加材（例えばＧｅ）を添加した石英シングルモードファイバの場合、光ファイバ１２の後端部に所定の条件で紫外線レーザを照射し、紫外線レーザの照射部位におけるコア１２ａ内の屈折率制御用添加材によりコア１２ａの屈折率を上昇（クラッド１２ｂとの比屈折率差を拡大）させればよい。

クラッド１２ｂは、コア１２ａとの境界において、コア１２ａを伝搬する光を全反射させるべく、コア１２ａより屈折率が低くなるように構成されている。なお、クラッド１２ｂは、フェルール１１の貫通孔１１ａに対してより精度よく固定するために、クラッド１２ｂの全体にわたって、外径を略同一に構成するのが好ましい。

スリーブ２０は、ファイバスタブ１０およびプラグフェルールＰを挿入するための貫通孔２１を有し、ファイバスタブ１０とプラグフェルールＰとの間の調心機能を担う部材である。ここで、調芯機能とは、一方のコアと他方のコアとを再現よく接続させるための機能を意味する。スリーブ２０には、その一端からファイバスタブ１０が挿入され、その他端からプラグフェルールＰが挿入される。本実施形態に係るスリーブ２０は、長手方向（矢印ＡＢ方向）に延びるスリット（図示せず）を有する、いわゆる割りスリーブである。このような構成のスリーブ２０を採用する場合、スリーブ２０内に挿入されるプラグフェルールＰに対して作用する把持力を高めるべく、貫通孔２１の孔径はプラグフェルールの外径より若干（例えば数μｍ）小さく設定するのが好ましい。スリーブ２０としては、割りスリーブに代えて、いわゆる精密スリーブ（スリット無し）を採用してもよい。スリーブ２０を構成する材料としては、燐青銅、ベリリウム銅、黄銅、銅、ステンレスなどの金属、エポキシや液晶ポリマなどのプラスチック、ジルコニア系やアルミナ系のセラミックスなどが挙げられ、中でも耐摩耗性に優れ且つ適度に弾性変形するジルコニア系セラミックス（ジルコニアを主成分とするセラミックス）が好適である。さらに、ジルコニア系セラミックスの中でも、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を主成分とし、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３などからなる群より選択される少なくとも一種を安定化剤として含む部分安定化ジルコニアセラミックス（正方晶の結晶が主体）は、耐摩耗性および弾性変形性の観点から好適である。

スリーブケース３０は、プラグフェルールＰの挿入時に該プラグフェルールＰを案内するための開口部３０ａを有し、スリーブ２０を収容するための円筒状部材である。スリーブケース３０におけるスリーブ２０を収容するための空間の径は、スリーブ２０の外径より若干大きく構成されている。開口部３０ａはテーパ状に構成されており、その開口径はプラグフェルールＰの外径より若干大きく構成されている。スリーブケース３０を構成する材料としては、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの金属、エポキシや液晶ポリマなどのプラスチック、ジルコニア系やアルミナ系のセラミックスなどが挙げられる。

ホルダ４０は、保持部４１および保持部４２を有し、ファイバスタブ１０およびスリーブケース３０を保持するための部材である。保持部４１は、ファイバスタブ１０を保持するための部位であり、ファイバスタブ１０が嵌合可能に構成されている。保持部４１におけるファイバスタブ１０との当接面の算術平均粗さは、ファイバスタブ１０の保持状態の安定性の観点から、０．１μｍ以上に設定するのが好適である。保持部４２は、スリーブケース３０を保持するための部位であり、スリーブケース３０が嵌合可能に構成されている。保持部４２におけるスリーブケース３０との当接面の算術平均粗さは、スリーブケース３０の保持状態の安定性の観点から、０．１μｍ以上に設定するのが好適である。ホルダ４０を構成する材料としては、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接可能材料やセラミックスなどが挙げられ、特に耐腐食性および溶接性の観点からステンレスが好適である。また、ホルダ４０の表面には、半田などとの密着性の観点から、金メッキなどを施してもよい。

本実施形態に係る光レセプタクルＸ１においてファイバスタブ１０の光ファイバ１２は、後端側（矢印Ａ方向側）におけるモードフィールド径が、先端側（矢印Ｂ方向側）におけるモードフィールド径よりも小さい。そのため、光レセプタクルＸ１では、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２と、この光ファイバ１２よりもモードフィールド径の小さい光素子とを、レンズを介して結合する場合において、このレンズに要求される倍率を小さくすることができる。したがって、光レセプタクルＸ１では、曲率や屈折率が同じレンズを採用する場合、要求される倍率が小さいほど物像間距離が短くなるため、光素子と光ファイバ１２の端面との離間距離を小さくすることができる。特に、光レセプタクルＸ１では、ファイバスタブ１０の後端側におけるモードフィールド径をレンズにて光学的に結合される光素子の形成するモードフィールド径と略同一とすることにより、レンズに要求される倍率が１倍となるため、物像間距離を最短にすることができる。

光レセプタクルＸ１は、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２の後端側に位置する後端部にコア縮径部１２ｃを有するコア１２ａを備えているため、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２の後端側におけるモードフィールド径を先端側におけるモードフィールド径よりも小さい構成とするうえで好適である。

光レセプタクルＸ１は、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２の先端側におけるモードフィールド径が、プラグフェルールＰにおけるファイバスタブ１０と光学的接続する側でのモードフィールド径と略同一とすることにより、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２とプラグフェルールＰの光ファイバＰａとを当接させるだけで、非常に低損失な光学的接続が可能となる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る光レセプタクルＸ２を模式的に表す断面図である。光レセプタクルＸ２は、光ファイバ１２に代えて光ファイバ１３を有する点において、光レセプタクルＸ１と異なる。光レセプタクルＸ２の他の構成については、光レセプタクルＸ１に関して上述したのと同様である。

光ファイバ１３は、その光軸方向に延びるコア１３ａおよびクラッド１３ｂを有する。

コア１３ａは、その先端部に、光ファイバ１３の光軸を中心としてコア１３ａの先端面に向って拡径するコア拡径部１３ｃを有する。コア拡大部１３ｃは、コア径自身を徐々に大きくすることにより形成してもよいし、コアの屈折率を徐々に低くすることによって形成してもよい。なお、コア１３ａの屈折率を徐々に低くするには、例えば光ファイバ１３が光軸中心に屈折率制御用添加材（例えばＧｅ）を添加した石英シングルモードファイバの場合、光ファイバ１３の先端部の外周に対して、光軸に交差する方向に熱を加えることにより、加熱部位におけるコア１３ａ内の屈折率制御用添加材を拡散させて、コア１３ａの屈折率を低下（クラッド１３ｂとの比屈折率差を縮小）させればよい。

本実施形態に係る光レセプタクルＸ２は、光レセプタクルＸ１と同様の効果を奏する。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る光レセプタクルＸ３を模式的に表す断面図である。光レセプタクルＸ３は、光ファイバ１２に代えて光ファイバ１４を有する点において、光レセプタクルＸ１と異なる。光レセプタクルＸ３の他の構成については、光レセプタクルＸ１に関して上述したのと同様である。

光ファイバ１４は、その光軸方向に延びるコア１４ａおよびクラッド１４ｂを有する。光ファイバ１４の後端部は、フェルール１１から露出しており、その露出部分の少なくとも一部が先球状もしくは楔状となっている。先球状の加工方法としては、例えば光ファイバ１４として石英ファイバを採用する場合、所定部位の外周を研磨によりテーパ状に加工する方法や、所定部位の外周に石英の融点以上の熱を加えることによりテーパ状に加工する方法などが挙げられる。また、楔状の加工方法としては、例えば光ファイバ１４として石英ファイバを採用する場合、所定部位の外周を研磨によりのみ型状に加工する方法や、所定部位の外周に石英の融点以上の熱を加えることによりのみ型状に加工する方法などが挙げられる。

コア１４ａは、その後端部に、光ファイバ１４の光軸を中心としてコア１４ａの後端面に向って縮径するコア縮径部１４ｃを有する。コア縮径部１４ｃは、上述の光レセプタクルＸ１のコア縮径部１２ｃと同様にして形成される。

クラッド１４ｂは、コア１４ａとの境界において、コア１４ａを伝搬する光を全反射させるべく、コア１４ａより屈折率が低くなるように構成されている。

本実施形態に係る光レセプタクルＸ３では、コア１４ａがその後端部にコア縮径部１４ｃを有するのに加え、光ファイバ１４の後端部が先球状であることにより、コア１４ａの後端面の曲率半径を大きくしても物像間距離を短くすることができる。したがって、光レセプタクルＸ３では、曲率半径を大きくできる分、収差を小さくすることができるので、その分、結合効率を高めることができるのである。

図４は、本発明の第４の実施形態に係る光レセプタクルＸ４を模式的に表す断面図である。光レセプタクルＸ４は、偏波依存型光アイソレータ５０を更に備える点において、光レセプタクルＸ１と異なる。光レセプタクルＸ４の他の構成については、光レセプタクルＸ１に関して上述したのと同様である。

偏波依存型光アイソレータ５０は、２つの偏光子５１，５２と、ファラデー回転子５３と、磁石５４とを備える。偏光子５１，５２は、所定角度の偏波方向の光を選択的に透過するための部材であり、偏波依存型光アイソレータ５０においては偏光子５１の透光偏波方向と偏光子５２の透光偏波方向とは所定角度（例えば４５°）ずらして配されている。偏光子５１，５２としては、例えばガラス基板に誘電体粒子を内包するタイプや誘電体積層タイプなどの透過偏光方向と直交する偏光成分を吸収するものや、回折格子などを利用する反射型のものなどが挙げられる。ファラデー回転子５３は、所定の磁界を印加することにより、入射される光の偏波方向を所定角度回転させる機能を担う部材であり、例えばＴｂ，Ｇｄ，Ｈｏを添加したビスマス置換ガーネットやＹＩＧガーネットにより構成される。ファラデー回転子５３の厚さは、例えば入射される光の偏波方向が４５°回転するように設定される。磁石５４は、ファラデー回転子５３に所定の磁界を印加するための部材であり、略矩形状である。なお、ファラデー回転子５３として磁界の印加を要しない自己バイアス型のものを採用する場合は、磁石５４を省略してもよい。

本実施形態に係る光レセプタクルＸ４では、偏波依存型光アイソレータ５０を更に備えることにより、光素子への反射戻り光を遮断することができるため、光素子として高速変調可能な半導体レーザやハイパワーな半導体レーザを採用することができる。

図５は、本発明に係る光レセプタクルＸ１を備える光モジュールＹの断面を表す。光モジュールＹは、光レセプタクルＸ１および光素子ユニット６０を備える。光素子ユニット６０は、光素子６１と、レンズ６２と、ケース６３とを備える。なお、ここでは光レセプタクルＸ１を用いて説明するが、光レセプタクルＸ２〜Ｘ４を用いても同様である。

光素子６１は、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２に向けて光を出射するための発光素子、または、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２を介して導出された光を受けるための受光素子である。発光素子としては、半導体レーザやＬＥＤなどの発光ダイオードなどが挙げられ、受光素子としては、受信用のＰＤ（フォトダイオード）などが挙げられる。

レンズ６２は、光素子６１が発光素子の場合は該発光素子から出射された拡散光Ｌａを集光して集光光Ｌｂに変換したうえでファイバスタブ１０の光ファイバ１２に導入する機能を担い、光素子６１が受光素子の場合はファイバスタブ１０の光ファイバ１２を介して導出された光を集光して該受光素子に導入する機能を担う部材である。なお、光ファイバ１４の後端部が先球状もしくは楔状である光レセプタクルＸ３を採用する場合は、光ファイバ１４自体がレンズ機能を有するので、レンズ６２を省略することができる。

ケース６３は、光素子６１およびレンズ６２を収容するための部材であり、光レセプタクルＸ１に対して例えば溶接により接合されている。ケース６３を構成する材料としては、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接可能なものが挙げられ、中でも耐腐食性や溶接性の観点からステンレスが好適である。

本実施形態に係る光モジュールＹでは、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２と光ファイバ１２よりもモードフィールド径の小さい光素子６１とがレンズ６２を介して結合されているため、レンズ６２に要求される倍率が小さくなり、拡散光Ｌａと集光光Ｌｂとの距離を短くすることができる。つまり、光モジュールＹでは、曲率や屈折率が同じレンズ６２を採用する場合、要求される倍率が小さいほど物像間距離が短くなるため、光素子６１と光ファイバ１２の後端面との離間距離を小さくすることができる。したがって、光モジュールＹは小型化が図れるため、トランシーバ等において高速変調に必要な電気回路のスペースを確保するうえで好適である。

光モジュールＹでは、光ファイバ１２としてマルチモードファイバやプラスチックファイバのようにコア径が非常に大きい（例えば５０μｍ〜１ｍｍ）ものを採用した場合においても、コア縮径部１２ｃが設けられているため、レンズ６２に要求される倍率を小さくなり、小型化を達成することができる。

光モジュールＹでは、光素子６１として受光素子を採用する場合において、高速・長距離伝送に有利なように受光面の径（受光径）を小さくしても、光ファイバ１２のモードフィールド径が小さいため、レンズに要求される倍率が大きくする必要がなくなり、大型化してしまうのを抑制することができる。

光モジュールＹでは、ファイバスタブ１０の光ファイバ１２の後端側におけるモードフィールド径が、レンズ６２を介して光学的に接続される光素子６１から出射される光のモードフィールド径、または、この光素子６１が光を受ける受光面の径と略同一となるように構成することにより、レンズ６２に要求される倍率を１倍とすることができる。すなわち、光モジュールＹは、光素子６１と光ファイバ１２との物像間距離を短小化、ひいては光モジュールＹ自体の小型化を図ることができるのである。

以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

光レセプタクルＸ１〜Ｘ４におけるコア縮径部１２ｃ，１４ｃもしくはコア拡径部１３ｃの形状は、光軸を中心としてコア１２ａ〜１４ａの端面に向って縮径（あるいは拡径）する円錐状のものには限られず、例えば角錐状としてもよい。

光レセプタクルＸ３におけるコア１４ａの構造としては、上述したものには限られず、例えば光レセプタクルＸ２におけるコア１３ａのように、コア１４ａの先端部にコア拡大部を有する構造としてもよい。

光レセプタクルＸ４における偏波依存型光アイソレータ５０は、偏波無依存型光アイソレータ７０に置き換えてもよい。偏波無依存型光アイソレータ７０は、２つの偏光子５１，５２を２つの複屈折結晶７１，７２の置き換えた点において、偏波依存型光アイソレータ５０と異なる。偏波無依存型光アイソレータ７０の他の構成については、偏波依存型光アイソレータ５０に関して上述したのと同様である。複屈折結晶７１，７２は、透過する光の偏光状態に応じて、常光と異常光とに分離したり、常光と異常光とを合成したりする機能を担う部材であり、例えばルチル（ＴｉＯ_２）結晶やカルサイト（ＣａＣＯ_３）結晶などにより構成される。

図６は、偏波無依存型光アイソレータ７０の概略構成および偏波状態を表す図である。但し、図６では、図面の見易さの観点から、磁石５４は省略する。まず、順方向の偏波状態について説明する。複屈折結晶７１に入射する前の位置（ａ）では、光は偏波が合成された状態にある。複屈折結晶７１を通過した直後の位置（ｂ）では、光が常光と異常光とに分離される。ファラデー回転子５３を通過した直後の位置（ｃ）では、常光および異常光ともに偏波が図面上反時計回りに４５°回転している。複屈折結晶７２を通過した直後の位置（ｄ）では、偏波が回転された常光および異常光が合成され、光ファイバ１２に伝達される。次に、逆方向の偏波状態について説明する。光ファイバ１２側から伝達され、複屈折結晶７２に入射する前の位置（ｄ）では、光は偏波が合成された状態にある。複屈折結晶７２を通過した直後の位置（ｃ）では、光が常光と異常光とに分離される。ファラデー回転子５３を通過した直後の位置（ｂ）では、常光および異常光ともに偏波が図面上反時計回りに更に４５°回転している。つまり、位置（ｂ）において、逆方向での偏波状態は順方向での偏波状態に比べて反時計回りに９０°回転した状態となっている。したがって、複屈折結晶７１を通過した直後の位置（ａ）では、逆方向における常光および異常光の出射位置が順方向における合成光の入射位置から分離距離Ｄだけずれた位置となる。

このような偏波無依存型光アイソレータ７０のアイソレーションは、分離距離Ｄおよび光ファイバ１２のモードフィールド径によって決定される。例えば、モードフィールド径が約１０μｍ（一般的なシングルモード光ファイバのモードフィールド径）の場合、分離距離Ｄを約１３μｍにすると約３０ｄＢのアイソレーションが得られ、分離距離Ｄを約１７μｍにすると約５０ｄＢのアイソレーションが得られる。また、モードフィールド径が２μｍの場合、分離距離Ｄを約２．５μｍにすると約３０ｄＢのアイソレーションが得られ、分離距離Ｄを約３．５μｍにすると約５０ｄＢのアイソレーションが得られる。一方、複屈折結晶７１，７２の厚さは、分離距離Ｄに応じて決定され、分離距離Ｄを小さくすることができれば、複屈折結晶７１，７２の厚さを小さくすることができる。したがって、偏波無依存型光アイソレータ７０に置き換えた光レセプタクルＸ４では、光ファイバスタブ１０の後端側におけるモードフィールド径は、光ファイバスタブ１０の先端側におけるモードフィールド径よりも小さいため、分離距離Ｄを小さくすることができ、ひいては複屈折結晶７１，７２の厚さを小さくすることができる。すなわち、本光レセプタクルＸ４は小型化を図るうえで好適である。加えて、本光レセプタクルＸ４では、レンズ６２として光ファイバ１２の後端面との離間距離が短いものを採用しても、偏波無依存型光アイソレータ７０を配することが可能となるため、光素子６１として高性能な半導体レーザを安定した特性で使用することが可能となり、通信速度に優れた光モジュールＹの実現が可能となるのである。

以下、本発明実施例として図１に示す光レセプタクルＸ１、また光レセプタクルＸ１を用いて図５に示す光モジュールＹを試作した。また、比較例として図８に示す従来の形態にもとづいて光レセプタクル６７、光モジュールを試作した。

まず図１に示す本発明の実施の形態に基づいた光レセプタクルＸ１において、石英のシングルモード光ファイバの一部に紫外線を照射させ、コア縮径部１２ｃを形成した光ファイバ１２を、ジルコニアを材料としたフェルール１１の中心孔に挿入し、接着剤で固定した後、一方に球面研磨、他方にフラット研磨を施してファイバスタブ１０を作製した。ファイバスタブ１０の後端部を圧入固定したホルダ４０にはステンレス、プラグフェルールＰを保持するためのスリーブ２０にはジルコニア、スリーブケース３０にはステンレスを用いて、ホルダ４０とスリーブケース３０も圧入固定とした。

次に図５に示す光レセプタクルＸ１を用いた光モジュールＹにおいて、光素子６１には半導体レーザ、レンズ６２には外径φ３ｍｍ、屈折率１．５のボールレンズを使用した。光コネクタ用プラグフェルールＰを挿入した後、光素子６１から出射された拡散光Ｌａがレンズ６２にて集光光Ｌｂとなり、集光した位置にファイバスタブ１０の中心に位置するコア縮径部１２ｃの端面がくるように調芯した。その際の調芯に要した時間は約６０秒であった。

また光素子６１に形成されるモードフィールド径とコア縮径部１２ｃに形成されるモードフィールド径は略同一としたため、レンズ６２に要求される倍率は約１倍となり、光素子１３とファイバスタブ３の後端側端面との距離は約９ｍｍとなった。

一方、従来の光レセプタクルＸ’を用いた光モジュールにおいても、光素子８７には半導体レーザ、レンズ８８には外径φ３ｍｍ、屈折率１．５のボールレンズを使用した。同様の調芯を実施した結果、調芯に要した時間は約５０秒と本発明の実施の形態よりも若干早かったが、レンズ８８に要求される倍率は約５倍となり、光素子８７とファイバスタブ８１の後端側端面との距離は約１６ｍｍと本発明の実施の形態よりも５ｍｍも長くなった。調芯に要する時間は装置等の改善により短縮が見込まれるため、本発明による光モジュールの短尺化への貢献度が非常に大きいことが確認できた。

最後に図２に示す本発明の実施の形態にもとづいた光モジュールと、図８に示す従来の形態にもとづいた光モジュールにおいて、光ファイバＰａから出力される光を測定し、結合効率を計算した結果を図７に示す。

測定したサンプルはそれぞれ４５サンプルだが、本発明の形態に基づく光レセプタクルＸ１については全て６０％程度の結合効率を得ることができ、従来の光アイソレータ付き光レセプタクルＸ’と同等の結合効率が得られていることが確認できた。

本発明の第１の実施形態に係る光レセプタクルを模式的に表す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光レセプタクルを模式的に表す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光レセプタクルを模式的に表す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る光レセプタクルを模式的に表す断面図である。 図１に示す光レセプタクルを用いた光モジュールを模式的に表す断面図である 偏波無依存型光アイソレータの概略構成および偏波状態を表す図である。 本発明および従来の光レセプタクルにおける光ファイバと半導体レーザとの結合効率を測定した結果を示す図である。 従来のレセプタクル型光モジュールを模式的に表す断面図である。 従来の組立精度の緩和機能を有する光モジュールを模式的に表す断面図である。

符号の説明

Ｘ１〜Ｘ４，Ｘ’ 光レセプタクル
Ｙ，Ｙ’，Ｙ” 光モジュール
Ｐ プラグフェルール
Ｐａ 光ファイバ
１０ ファイバスタブ
１１ フェルール
１２ 光ファイバ
１２ａ コア
１２ｂ クラッド
１２ｃ コア縮径部
１３ 光ファイバ
１３ａ コア
１３ｂ クラッド
１３ｃ コア拡径部
１４ 光ファイバ
１４ａ コア
１４ｂ クラッド
１４ｃ コア縮径部
２０ スリーブ
３０ スリーブケース
４０ ホルダ
５０ 偏波依存型光アイソレータ
６０ 光素子ユニット
７０ 偏波無依存型光アイソレータ

Claims (11)

1. 光を導通するための光ファイバ、および、該光ファイバが挿着される貫通孔を有するフェルールを含んでなるファイバスタブと、
   光ファイバを有し且つ前記ファイバスタブに対して光学的接続されるプラグフェルールの少なくとも一部および前記ファイバスタブの少なくとも一部を挿入するための貫通孔を有し、前記プラグフェルールの光ファイバと前記ファイバスタブの光ファイバとの間の調芯を得るためのスリーブと、を備え、
   前記ファイバスタブの光ファイバは、中心部にコアを有し、前記フェルールの内部にわたって外径が一定で、前記プラグフェルールの光ファイバと光学的接続する側とは反対の後端側におけるモードフィールド径が、前記プラグフェルールの光ファイバと光学的接続する側の先端側におけるモードフィールド径よりも前記ファイバスタブの光ファイバの光軸を中心として前記フェルール内部で小さくなるように、前記コアが、前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端側に位置する後端部に、該光ファイバの光軸を中心として該後端側に向って順次縮径するコア縮径部を有することを特徴とする、光レセプタクル。
2. 前記ファイバスタブの前記後端側を固定するためのホルダを有する、請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 前記ファイバスタブの光ファイバはコアを有し、
   前記コアは、前記ファイバスタブの光ファイバの前記先端側に位置する先端部に、該光ファイバの光軸を中心として該先端側に向って順次拡径するコア拡径部を有する、請求項１または２に記載の光レセプタクル。
4. 前記ファイバスタブの光ファイバの前記先端側におけるモードフィールド径は、前記プラグフェルールの光ファイバにおける前記ファイバスタブの光ファイバと光学的接続する側でのモードフィールド径と同一である、請求項１から３のいずれかに記載の光レセプタクル。
5. 前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端側の先端形状は先球状もしくは楔状である、請求項１から４のいずれかに記載の光レセプタクル。
6. 前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部に、偏光子およびファラデー回転子を含んでなる偏波依存型光アイソレータ素子を備える、請求項１から５のいずれかに記載の光レセプタクル。
7. 前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部に、複屈折結晶およびファラデー回転子を含んでなる偏波無依存型光アイソレータ素子を備える、請求項１から５のいずれかに記載の光レセプタクル。
8. 請求項１〜７に記載の光レセプタクルと、
   前記ファイバスタブの光ファイバに向けて光を出射する、または、前記ファイバスタブの光ファイバを介して導出された光を受けるための光素子と、を備えることを特徴とする、光モジュール。
9. 前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部と前記光素子との間に、偏光子およびファラデー回転子を含んでなる偏波依存型光アイソレータ素子を配している、請求項８に記載の光モジュール。
10. 前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部と前記光素子との間に、複屈折結晶およびファラデー回転子を含んでなる偏波無依存型光アイソレータ素子を配している、請求項８に記載の光モジュール。
11. 前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端部と前記光素子との間に、光を集光するためのレンズを備え、
    前記ファイバスタブの光ファイバの前記後端側におけるモードフィールド径は、前記光素子が光を受ける受光面の径と同一である、請求項８から１０のいずれかに記載の光モジュール。
    

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