JP5022889B2 - Optical waveguide for optical coupling - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバと光素子部品との間に介在する光結合用光導波路に関する。 The present invention relates to an optical coupling optical waveguide interposed between an optical fiber and an optical element component.
光ファイバと光素子部品との間に介在する光結合用光導波路は、例えば本願出願人が先に提案した下記特許文献1に光コネクタ用スリーブとして開示されている。図3(c)において、光コネクタ用スリーブ1は、コア部2とクラッド部3とを備えて略円柱形状に形成されている。コア部2は、次第に縮径するテーパ状の側部4を形成してなる略截頭円錐状の導波路5と、円形フランジ状のガイド6とを有している。導波路5の大きな径側の端部には、レンズ7が一体に形成されている。これに対して、導波路5の小さな径側の端部は、円形で平坦な端面となるように形成されている。クラッド部3は、コア部2の側部4に密着するとともに、外形がガイド6と面一となるように形成されている。
ところで、上記従来技術にあっては、コア部2の導波路5の一方のみにレンズ7が一体に形成されているが、近年の伝送容量増大の傾向においては、光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化に対する光結合効率確保の観点から、受発光部ともに小さい径の端部(導波路5の光出射側)にもレンズが必要であると本願発明者は考えている(導波路5のテーパ形状により、出射光NAは入射光NAよりも大きくなる。マルチモードファイバにおけるモード分散の影響は、光ファイバへの入射光NAが大きいほど、すなわち光ファイバ内での光線の反射角が大きいほど顕著になり、結果、光リンクの伝送帯域は劣化する。よって、発光側では光出射側にもレンズが必要になると考えている)。
By the way, in the prior art, the
尚、光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化により、導波路5の小さい径の端部(光出射側)にレンズを一体に形成しようとすると、このレンズは非常に小さなものとなってしまうという問題点を有している。
Note that if the lens is formed at the end (light emitting side) with a small diameter of the
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化に対応可能な光結合用光導波路を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical coupling optical waveguide that can cope with the reduction in the diameter of the optical fiber core and the reduction in the area of the light receiving diameter.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の本発明の光結合用光導波路は、光透過性を有する透明な部材であってコア部とクラッド部とを有し、光ファイバ(と光素子部品との間に介在する光結合用光導波路において、前記コア部を、コア部入射側端面及びコア部出射側端面を有して前記光ファイバ及び前記光素子部品の光軸方向にのびるように形成する一方、前記クラッド部を、二色成形によって前記コア部を内部に埋めた状態に形成するとともに外観形状を略円柱形状に形成し、一端面に円形で平坦なクラッド部入射側端面を、他端面に円形で平坦なクラッド部出射側端面を形成してなり、さらに、前記クラッド部の前記クラッド部入射側端面に凹部を形成して、該凹部の底面に前記コア部の前記コア部入射側端面に連続する光入射側凸レンズを形成するとともに、前記クラッド部の前記クラッド部入射側端面の反対側のクラッド部出射側端面にも凹部を形成して、該凹部の底面に前記コア部の前記コア部出射側端面に連続する光出射側凸レンズを形成することを特徴としている。 The optical waveguide for optical coupling according to claim 1, which has been made to solve the above-mentioned problems, is a transparent member having optical transparency, and has a core part and a clad part, and an optical fiber (and optical fiber). In the optical coupling optical waveguide interposed between the optical fiber and the optical element component, the core portion extends in the optical axis direction of the optical fiber and the optical element component. On the other hand, the clad part is formed in a state in which the core part is buried inside by two-color molding and the outer shape is formed in a substantially cylindrical shape, and a circular and flat clad part incident side end face is formed on one end face. , circular in it to form a flat cladding portion emission side end surface on the other end surface, further, the clad portion and the forming a recess in the cladding portion incident surface of the core portion of the core portion to the bottom surface of the recess Continuous light incident on the incident side end face To form a side convex lens, the clad portion and the forming a recess in the cladding portion emission side end surface on the opposite side of the clad part-incident surface of the core portion emission side end surface of the core portion to the bottom surface of the recess It is characterized in that a continuous light exit side convex lens is formed.
このような特徴を有する本発明によれば、光入射側及び光出射側ともにレンズを有する光結合用光導波路になる。 According to the present invention having such characteristics, an optical coupling optical waveguide having lenses on both the light incident side and the light emitting side is obtained.
請求項2記載の本発明の光結合用光導波路は、請求項1に記載の光結合用光導波路において、前記コア部の側面を、前記コア部入射側端面から前記コア部出射側端面に向けて幅狭となるテーパ形状に形成することを特徴としている。 The optical coupling optical waveguide according to a second aspect of the present invention is the optical coupling optical waveguide according to the first aspect, wherein the side surface of the core portion is directed from the end surface on the incident side on the core portion to the end surface on the output side of the core portion. It is characterized by being formed into a tapered shape that becomes narrower.
このような特徴を有する本発明によれば、コア部を伝播する光がコア部出射側端面に向けて次第に集光する。そして、次第に集光した光は、クラッド部の光出射側凸レンズによってさらに集光され、この後に光ファイバ端面又は受光素子に光結合する。 According to the present invention having such a feature, light propagating through the core portion is gradually condensed toward the end surface on the core portion emission side. The gradually condensed light is further condensed by the light emitting side convex lens of the clad part, and thereafter optically coupled to the end face of the optical fiber or the light receiving element.
請求項3記載の本発明の光結合用光導波路は、請求項1又は請求項2に記載の光結合用光導波路において、前記光入射側凸レンズの径を前記コア部入射側端面の径よりも大きく形成するとともに、前記光出射側凸レンズの径も前記コア部出射側端面の径より大きく形成することを特徴としている。 The optical coupling optical waveguide according to a third aspect of the present invention is the optical coupling optical waveguide according to the first or second aspect, wherein the diameter of the convex lens on the light incident side is larger than the diameter of the end surface on the incident side of the core part. The diameter of the convex lens on the light exit side is formed larger than the diameter of the end surface on the exit side of the core part.
このような特徴を有する本発明によれば、コア部の端部にレンズを形成する場合よりも大きな形状のレンズを形成することが可能になる。光入射側凸レンズ及び光出射側凸レンズは、コア部の形状に対して比較的大きなレンズになり、光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化となっても形成が容易であるのは勿論、必要な機能が十分に得られるようになる。 According to the present invention having such a feature, it is possible to form a lens having a larger shape than when a lens is formed at the end of the core. The light incident side convex lens and the light emitting side convex lens are relatively large lenses with respect to the shape of the core part, and are easy to form even if the diameter of the optical fiber core is reduced and the light receiving diameter is reduced. Of course, necessary functions can be sufficiently obtained.
請求項1に記載された本発明によれば、光入射側及び光出射側ともにレンズを有することから、構成部材の位置ズレに対する結合損失の増大を防ぐとともに、構成部材の許容位置ズレ量(トレランス)を大きくすることができるという効果を奏する。これにより、伝送容量増大の傾向に伴う光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化の流れに容易に対応することができるという効果を奏する。 According to the first aspect of the present invention, since both the light incident side and the light exit side have lenses, it is possible to prevent an increase in coupling loss with respect to the positional deviation of the structural member and to allow an allowable positional deviation amount (tolerance of the structural member). ) Can be increased. As a result, there is an effect that it is possible to easily cope with the trend of reducing the diameter of the optical fiber core and reducing the area of the light receiving diameter accompanying the tendency to increase the transmission capacity.
請求項2に記載された本発明によれば、テーパ形状によってコア部を伝播する光を次第に集光させることができるという効果を奏する。コア部において集光された光は、さらにクラッド部の光出射側凸レンズによって集光されることから、結果、より好適に光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化に対応することができるという効果を奏する。 According to the second aspect of the present invention, there is an effect that light propagating through the core portion can be gradually condensed by the tapered shape. The light collected at the core is further collected by the light exit side convex lens of the cladding, and as a result, the optical fiber core can be more suitably reduced in diameter and light receiving diameter. There is an effect that can be done.
請求項3に記載された本発明によれば、コア部の形状に対して比較的大きなレンズにすることができ、光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化となっても十分に対応することができるという効果を奏する。 According to the third aspect of the present invention, a relatively large lens can be formed with respect to the shape of the core portion, and even if the diameter of the optical fiber core is reduced and the area of the light receiving diameter is reduced. The effect that it can respond is produced.
以下、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の光結合用光導波路の一実施の形態を示す図であり、(a)は光結合用光導波路の断面図、(b)は光結合用光導波路を発光側に配置した時の断面図、(c)は光結合用光導波路を受光側に配置した時の断面図である。また、図2は本発明の光結合用光導波路を備える光コネクタの図であり、(a)は光コネクタの分解斜視図、(b)は雌側の光コネクタの断面図である。 Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical coupling optical waveguide according to the present invention. FIG. 1A is a sectional view of the optical coupling optical waveguide, and FIG. 1B is an optical coupling optical waveguide arranged on the light emitting side. (C) is a cross-sectional view when the optical coupling optical waveguide is disposed on the light receiving side. FIG. 2 is a view of an optical connector provided with the optical coupling optical waveguide of the present invention, (a) is an exploded perspective view of the optical connector, and (b) is a cross-sectional view of the female optical connector.
図1において、引用符号11は本発明の光結合用光導波路を示している。光結合用光導波路11は、光透過性を有する透明な合成樹脂製の部材であって、コア部12とクラッド部13とを備えて構成されている。光結合用光導波路11は、二色成形によってコア部12をクラッド部13内に埋めた状態となるように成形されている。また、光結合用光導波路11は、最終形状が略円柱形状となるように成形されている。
In FIG. 1,
コア部12は、例えば透明なポリカーボネート(PC。この材料に限定されないものとする)を用いて成形されており、次第に縮径するテーパ状の側面14を有するとともに、コア部入射側端面15及びコア部出射側端面16を有して、光ファイバ17及び光素子部品(18、19)の光軸方向にのびる、比較的細長い略截頭円錐状の図示形状に形成されている。
The
側面14は、コア部入射側端面15からコア部出射側端面16に向けて幅狭となるように形成されている。コア部入射側端面15及びコア部出射側端面16は、共に円形の平坦な端面であって、側面14がテーパ状であることからコア部入射側端面15の方がコア部出射側端面16よりも大きな直径に形成されている。尚、コア部12は、上記形状に限らず、真っ直ぐな円柱形状に形成しても良いものとする(光ファイバ17を適宜長さに切断してこれを用いることも可能であるものとする)。本形態においては、テーパ状に形成することにより、調心位置からの位置ズレが生じても光結合効率が劣化し難くなるようになっている。
The
クラッド部13は、例えば透明なポリメタクリル酸メチル(PMMA(メタクリル樹脂)。この材料に限定されないものとする)を用いて成形されており、上記の如く内部にコア部12を埋めた状態で外観形状が略円柱形状となるように形成されている。引用符号20は側面を示している。また、引用符号21はクラッド部入射側端面、引用符号22はクラッド部入射側端面21の反対側に位置するクラッド部出射側端面を示している。
The
クラッド部入射側端面21及びクラッド部出射側端面22は、共に円形の平坦な端面であって、各中央には凹部23、24が所定の深さで形成されている。クラッド部入射側端面21の凹部23には、この底面にコア部12のコア部入射側端面15に連続する光入射側凸レンズ25が形成されている。また、クラッド部出射側端面22の凹部24にも同様に、この底面にコア部12のコア部出射側端面16に連続する光出射側凸レンズ26が形成されている。光入射側凸レンズ25及び光出射側凸レンズ26は、図示の如くの凸レンズであって、本形態においては非球面となるように形成されている(レンズ面に無反射膜コートを施しても良いものとする)。光入射側凸レンズ25及び光出射側凸レンズ26は、クラッド部入射側端面21及びクラッド部出射側端面22から突出しないような高さ寸法で形成されている。
The clad portion incident
コア部12、光入射側凸レンズ25、及び光出射側凸レンズ26は、これらの中心が原則、同一軸上(光軸上)になるように配置形成されている。
The
図1(b)において、以上のような光結合用光導波路11は、光ファイバ17と、光素子部品に含まれる発光素子18との間に介在させて用いる際に、光ファイバ17側に光出射側凸レンズ26が位置し、発光素子18側に光入射側凸レンズ25が位置するような使用形態になっている。また、図1(c)において、光素子部品に含まれる受光素子19と、光ファイバ17との間に介在させて用いる際には、受光素子19側に光出射側凸レンズ26が位置し、光ファイバ17側に光入射側凸レンズ25が位置するような使用形態になっている。
In FIG. 1B, when the optical coupling
光ファイバ17は、マルチモード光ファイバであって、本形態においては、PCS(Polymer Clad Silica)[コア径:φ200μm、クラッド径:φ230μm]が用いられている(一例であるものとする)。発光素子18は、本形態において、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)[発光波長850nm]が用いられている。尚、VCSEL以外としては、LDやLEDが挙げられるものとする。受光素子19は、本形態において、Si−PINフォトダイオードが用いられている。尚、Si−PINフォトダイオード以外としては、例えばGaAs系フォトダイオードが挙げられるものとする。
The
次に、図2を参照しながら光結合用光導波路11を備える光コネクタ31について簡単に説明する(詳細な構造に関しては、背景技術の欄の特許文献1に開示されている)。
Next, the
図2において、光コネクタ31は、雄型の光コネクタ32と雌型の光コネクタ33とを備えて構成されており、これらが嵌合することにより光学的な結合がなされるようになっている。雄型の光コネクタ32は、一対の光ファイバケーブル34の端末に設けられており、雌型の光コネクタ33は図示しない回路基板に接続固定されている。
In FIG. 2, the
光ファイバケーブル34の端末には、フェルール(図示省略)とスプリング(図示省略)とが設けられている。雄型の光コネクタ32は、上記フェルールを収容するハウジング35と、ハウジング35の後部に嵌合して上記スプリングを支持するスプリングキャップ36とを備えて構成されている。
A ferrule (not shown) and a spring (not shown) are provided at the end of the
一方、雌型の光コネクタ33は、ハウジング37と、本発明の光結合用光導波路11と、発光素子部品38と、受光素子部品39と、キャップ40とを備えて構成されている。ハウジング37には、雄型の光コネクタ32が嵌合する嵌合部41と、この嵌合部41の内部に突出する筒部42と、発光素子部品38及び受光素子部品39が収容される収容部43とが形成されている。
On the other hand, the female
筒部42には、光ファイバケーブル34の端末のフェルールが差し込まれるようになっている。また、筒部42には、光結合用光導波路11が収容されるようになっている。筒部42に収容された光結合用光導波路11は、フェルールの端末に露出する光ファイバ端面と、発光素子部品38又は受光素子部品39との間に介在するようになっている。
A ferrule at the end of the
光ファイバ端面と光結合用光導波路11との位置は、筒部42の構造やフェルールの構造によって位置決めがなされるようになっている(結合損失が小さくなるように寸法設定がなされている)。収容部43に収容された発光素子部品38及び受光素子部品39は、キャップ40により押圧されて、光結合用光導波路11との位置が安定するようになっている(結合損失が小さくなるように寸法設定がなされている)。
The positions of the end face of the optical fiber and the
続いて、図3を参照しながら光源軸ズレ量と結合損失とについて説明する。図3(a)は光源軸ズレ量と結合損失を示すグラフである。また、図3(b)は本発明の光結合用光導波路の断面図、図3(c)従来例の光コネクタ用スリーブの断面図、図3(d)はレンズのみで比較用となるものの断面図である。 Next, the light source axis shift amount and the coupling loss will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a graph showing a light source axis shift amount and coupling loss. FIG. 3B is a cross-sectional view of the optical coupling optical waveguide of the present invention, FIG. 3C is a cross-sectional view of a conventional optical connector sleeve, and FIG. 3D is a lens only for comparison. It is sectional drawing.
図3(a)において、グラフの縦軸は結合損失(dB)、横軸は光源軸ズレ量(mm)を示している。菱形の点で示すグラフは、光導波路+光入出射両端にレンズを有するものグラフであって、本発明の光結合用光導波路11(図3(b)参照)を用いた場合のグラフとなっている。また、正方形の点で示すグラフは、光導波路+光入射側端にレンズを有するものグラフであって、背景技術の欄で説明した光コネクタ用スリーブ1(図3(c)参照)を用いた場合のグラフとなっている。さらに、三角形の点で示すグラフは、レンズのみを有するものグラフであって、図3(d)で示す如くのレンズ部材101を用いた場合のグラフとなっている。
In FIG. 3A, the vertical axis of the graph represents coupling loss (dB), and the horizontal axis represents the amount of deviation of the light source axis (mm). The graph indicated by the diamond-shaped points is a graph having lenses at both ends of the optical waveguide + light incident / exit, and is a graph when the optical coupling
尚、レンズ部材101は、透明な部材であって、スリーブ102の内部にレンズ103を有している。レンズ103は略球形状に形成されている。引用符号104は光ファイバの差し込み位置を規制するストッパ部を示している。
The
グラフから、光源軸ズレ量が大きくなるとレンズのみの場合(レンズ部材101)では、急激に結合損失が増加することが分かる。これに対して光導波路を有するとともにレンズを有する場合(光結合用光導波路11や光コネクタ用スリーブ1)、結合損失の増加が小さくなることが分かる。また、光入出射両端にレンズを有する場合(光結合用光導波路11)は、光入射側端のみにレンズを有する場合(光コネクタ用スリーブ1)よりも結合損失が小さくなることが分かる。
From the graph, it can be seen that when the amount of deviation of the light source axis increases, in the case of only the lens (lens member 101), the coupling loss increases rapidly. In contrast, when the optical waveguide is provided and the lens is provided (optical coupling
従って、本発明の光結合用光導波路11は、構成部材の位置ズレに対する結合損失の増大を防ぐとともに、構成部材の許容位置ズレ量(トレランス)を大きくすることができるという効果を奏する。そして、この効果から、伝送容量増大の傾向に伴う光ファイバコアの細径化・受光径の小面積化の流れに容易に対応することができると言える。
Therefore, the
ここで伝送帯域に関して説明を加えておくと、伝送帯域の面では、光ファイバへの入射光NAが小さい方がマルチモードファイバにおけるモード分散の影響を抑えることができて、結果、有効となる。本発明においては、発光側にて光導波路出射側のレンズ(光出射側凸レンズ26)により光ファイバへの入射光NAをコントロールすることができる(入射光NAを小さくすることができる)ことから有効であると言える。尚、仮に光導波路出射側のレンズを用いないものとすると、光導波路への入射光NAに対してテーパ状の光導波路からの出射光NAが増大してしまい、結果、伝送帯域の劣化につながってしまうことになる。
The transmission band will be described here. In terms of the transmission band, the smaller the incident light NA to the optical fiber, the more effective the mode dispersion in the multimode fiber can be suppressed. In the present invention, it is effective because the incident light NA to the optical fiber can be controlled (the incident light NA can be reduced) by the lens on the light emission side (
本発明の光結合用光導波路11の上記効果以外としては、光入射側凸レンズ25及び光出射側凸レンズ26を有することにより、コア部入射側端面15及びコア部出射側端面16の端面研磨を施さなくても良いことが挙げられる(背景技術の欄で説明した光コネクタ用スリーブ1では、導波路5の小さな径側の端部の研磨が必要になる)。
In addition to the above-described effects of the optical coupling
本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。 It goes without saying that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
尚、上記説明では発光側、受光側とも光結合用光導波路11を用いていることから、発光側、受光側で形状及び材料が同一のものとなっている。しかしながらこれに限らず、発光側、受光側に対し各々最適化した形状や材料となる光結合用光導波路を用いても良いものとする。
In the above description, since the optical coupling
11 光結合用光導波路
12 コア部
13 クラッド部
14 側面
15 コア部入射側端面
16 コア部出射側端面
17 光ファイバ
18 発光素子(光素子部品)
19 受光素子(光素子部品)
20 側面
21 クラッド部入射側端面
22 クラッド部出射側端面
23、24 凹部
25 光入射側凸レンズ
26 光出射側凸レンズ
31 光コネクタ
32 雄型の光コネクタ
33 雌型の光コネクタ
34 光ファイバケーブル
35 ハウジング
36 スプリングキャップ
37 ハウジング
38 発光素子部品
39 受光素子部品
40 キャップ
41 嵌合部
42 筒部
43 収容部
DESCRIPTION OF
19 Light receiving element (optical element part)
20
Claims (3)
前記コア部を、コア部入射側端面及びコア部出射側端面を有して前記光ファイバ及び前記光素子部品の光軸方向にのびるように形成する一方、
前記クラッド部を、二色成形によって前記コア部を内部に埋めた状態に形成するとともに外観形状を略円柱形状に形成し、一端面に円形で平坦なクラッド部入射側端面を、他端面に円形で平坦なクラッド部出射側端面を形成してなり、
さらに、前記クラッド部の前記クラッド部入射側端面に凹部を形成して、該凹部の底面に前記コア部の前記コア部入射側端面に連続する光入射側凸レンズを形成するとともに、前記クラッド部の前記クラッド部入射側端面の反対側のクラッド部出射側端面にも凹部を形成して、該凹部の底面に前記コア部の前記コア部出射側端面に連続する光出射側凸レンズを形成する
ことを特徴とする光結合用光導波路。 In a transparent member having optical transparency, having a core part and a clad part, and in an optical fiber for optical coupling interposed between an optical fiber (and an optical element component),
While forming the core portion so as to extend in the optical axis direction of the optical fiber and the optical element component having a core portion incident side end surface and a core portion emission side end surface,
The clad part is formed in a state in which the core part is buried inside by two-color molding, and the outer shape is formed in a substantially cylindrical shape, and a circular and flat clad part incident side end face is formed on one end face, and a circular form is formed on the other end face. And forming a flat clad part emitting side end face,
Furthermore, the forming a recess in the cladding portion incident surface of the cladding portion, to form a light incidence side lens continuous to the core portion incident surface of the core portion to the bottom surface of the recess, of the cladding portion Forming a recess also on the exit surface on the exit side of the clad portion opposite to the end surface on the entrance side of the clad portion, and forming a light exit side convex lens continuous with the end surface on the exit side of the core portion on the bottom surface of the recess. A characteristic optical waveguide for optical coupling.
前記コア部の側面を、前記コア部入射側端面から前記コア部出射側端面に向けて幅狭となるテーパ形状に形成する
ことを特徴とする光結合用光導波路。 The optical coupling optical waveguide according to claim 1,
The optical waveguide for optical coupling, wherein the side surface of the core portion is formed in a tapered shape that becomes narrower from the end surface on the incident side on the core portion toward the end surface on the exit side of the core portion.
前記光入射側凸レンズの径を前記コア部入射側端面の径よりも大きく形成するとともに、前記光出射側凸レンズの径も前記コア部出射側端面の径より大きく形成する
ことを特徴とする光結合用光導波路。 In the optical coupling optical waveguide according to claim 1 or 2,
The diameter of the light incident side convex lens is formed larger than the diameter of the core portion incident side end surface, and the diameter of the light emitting side convex lens is also formed larger than the diameter of the core portion exit side end surface. Optical waveguide.
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