WO2019021982A1 - レンズ付き光ファイバの接続構造 - Google Patents

レンズ付き光ファイバの接続構造 Download PDF

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    • G02B6/3863—Details of mounting fibres in ferrules; Assembly methods; Manufacture fabricated by using polishing techniques

Definitions

  • the present invention relates to a lensed optical fiber connection structure suitable for PC connection of lensed optical fibers in which rod-like GRIN lenses are coaxially fused to the tip of the optical fiber.
  • a lens with a rod-like GRIN (Gradient Index) lens coaxially fused to the tip of the optical fiber can be connected to efficiently connect with low loss.
  • An optical fiber (lensed fiber) is known (see Patent Document 1).
  • an optical connector for connecting an optical fiber for transmitting an optical signal an SC (Single Fiber Coupling) type optical connector for single core, an MT (Mechanically Transferable) type optical connector for multiple cores, etc. are known.
  • SC Single Fiber Coupling
  • MT Mechanismically Transferable
  • the PC Physical Contact connection in which the end faces are brought into physical contact with each other It is generally adopted.
  • PC connection is realized by spherically polishing the end face of the ferrule and pressing the end faces with each other by the spring pressure in the connector.
  • the optical fiber and the ferrule are different in material, and when the end face of the optical fiber is retracted from the end face of the ferrule due to the difference in polishing rate or the temperature change, the PC connection can not be realized. For this reason, conventionally, the radius of curvature, the amount of eccentricity, the drawing amount of the optical fiber, etc. when spherically polishing the end face of the ferrule is specified, and the cores are firmly in close contact due to the elastic deformation of the end face of the ferrule. Studies have been made to realize a high PC connection.
  • the lensed optical fiber the light emitted from the core is expanded by the GRIN lens, and the beam diameter at the connection surface is increased. For this reason, although the situation is different from the case of connecting optical fibers by PC, no study has been made on a connection structure in consideration of this.
  • connection structure of the lensed optical fiber according to the present invention is a connection structure of the lensed optical fiber connecting the lensed optical fibers in which the rod-like GRIN lens is coaxially fused to the tip of the optical fiber.
  • the end faces of the attached optical fibers are spherically polished to a radius of curvature of 2 mm or more, and the end faces are crimped to each other.
  • connection structure of the lensed optical fiber according to the present embodiment is for connecting the lensed optical fibers 1 in which the rod-like GRIN lens 3 is coaxially fused to the tip of the optical fiber 2 by PC.
  • the GRIN lens 3 to be fused to the tip of the optical fiber 2 has the same diameter (for example, 125 ⁇ m) as the optical fiber 2 to make SC type light
  • a known optical connector such as a connector or an MT type optical connector can be used.
  • FIG. 1 and FIG. 2 illustrate an example of connecting the optical fibers 1 with a lens by PC by pressing the end faces with each other by springs in the optical connector, omitting illustration of the optical connector, and a pair of lenses
  • FIG. 1 shows a state before connection
  • FIG. 2 shows a state at the time of connection.
  • the lens attached optical fiber 1 for example, by setting the length of the GRIN lens 3 to 1 ⁇ 4 of the incident light wavelength, light incident from the core 2 a of the optical fiber 2 into the GRIN lens 3 is The diameter can be expanded and emitted as parallel light (see FIG. 2). As a result, it is possible to reduce the loss due to misalignment such as axial deviation and angular deviation, and to connect efficiently with low loss.
  • light propagating in the GRIN lens 3 is indicated by a chain line.
  • the GRIN lens 3 includes a GI (graded index) optical fiber and the like in addition to a refractive index distribution type lens without a cladding, and expresses a lens function by a refractive index distribution (Gradient index) If it is, it will not be limited in particular.
  • GI graded index
  • the length of the GRIN lens 3 fused to the tip of the optical fiber 2 is not limited to the above-described example, and the desired emission characteristics are obtained according to the refractive index distribution of the GRIN lens 3 and the numerical aperture. It can be suitably adjusted to be obtained.
  • the GRIN lens 3 may be a combination of two or more lenses having different numerical apertures in order to adjust its emission characteristics.
  • the specific form of the GRIN lens 3 is not particularly limited, and when the end faces of the pair of lensed optical fibers 1 are butted for PC connection, the beam diameter Db at the connection surface is greater than the core diameter of the optical fiber 2 You just have to get bigger.
  • the end face of the lensed optical fiber 1 has a curvature radius Spherical polishing is performed so that R is 2 mm or more, preferably 12 mm or more, more preferably 15 mm or more (see FIG. 1), and the end faces are pressure-bonded to each other to connect the optical fibers 1 with lenses by PC.
  • the contact diameter (diameter) Dc of the end faces deformed by pressure bonding be equal to or larger than the beam diameter Db at the connection surface.
  • Examples 1 to 4 Comparative Example 1
  • a sample optical fiber with lens was obtained by coaxially fusing a quartz GRIN lens (manufactured by Toyo Seikan Group Holdings, Inc .: Silica Glin (registered trademark)) on the tip of a single mode optical fiber.
  • quartz GRIN lens manufactured by Toyo Seikan Group Holdings, Inc .: Silica Glin (registered trademark)
  • Example 1 2.2 mm
  • Example 2 4.9 mm
  • Example 3 12.7 mm
  • Example 4 15.1 mm
  • Comparative Example 1 Curvature radius of 1.6 mm. The radius of curvature was measured in accordance with 4.3 of IEC 61300-3-30: 2010.
  • connection loss at the time of PC connection was measured in accordance with 5.4 of IEC 61300-3-4: 2011. The results are shown in FIG. 3 and FIG. In each of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the connection loss was measured in a control experiment in which the N number was 120 and all conditions other than the radius of curvature were aligned.
  • the tip of the ferrule is spherically polished with an optical fiber inserted in a ferrule and fixed by an adhesive.
  • the end face of the lensed optical fiber in order to spherically polish the end face of the lensed optical fiber, it may be spherically polished together with the ferrule while it is inserted and fixed in the ferrule, but the lensed optical fiber is held in a suitable jig, The end faces may be spherically polished and then held by the ferrules so that the end faces are crimped to each other.
  • the ferrule may be for single core use or multi-core use.

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Abstract

光ファイバ２の先端にロッド状のＧＲＩＮレンズ３を同軸に融着したレンズ付き光ファイバ１どうしを接続するにあたり、当該レンズ付き光ファイバ１の端面を、曲率半径Ｒが２ｍｍ以上となるように球面研磨して、互いの端面を圧着することにより、ＰＣ接続する際の接続損失を低減する。

Description

レンズ付き光ファイバの接続構造
　本発明は、光ファイバの先端にロッド状のＧＲＩＮレンズを同軸に融着したレンズ付き光ファイバどうしをＰＣ接続するのに好適なレンズ付き光ファイバの接続構造に関する。
　光通信ネットワークにおいて、光信号を伝送する光ファイバどうしを接続するに際し、効率良く低損失で接続できるように、光ファイバの先端にロッド状のＧＲＩＮ（Gradient Index）レンズを同軸に融着したレンズ付き光ファイバ（lensed fiber）が知られている（特許文献１参照）。
　また、光信号を伝送する光ファイバを接続する光コネクタとして、単心用のＳＣ（Single fiber Coupling）型光コネクタや、多心用のＭＴ（Mechanically Transferable）型光コネクタなどが知られている。レンズ付き光ファイバにおいて、ＧＲＩＮレンズを光ファイバと同径とすることで、レンズ付き光ファイバどうしの接続にも、これらの光コネクタを流用することが可能となる。
特開２００３－２２７９６３号公報
　ところで、上記したような光コネクタによって、光ファイバどうしを接続するには、フレネル反射による接続損失を低減するために、互いの端面を突き合せて物理的に接触させる、ＰＣ（Physical Contact）接続が一般に採用されている。例えば、ＳＣ型光コネクタなどの単心用の光コネクタでは、フェルールの端面を球面研磨して、コネクタ内のバネ圧によって互いの端面を圧着することで、ＰＣ接続を実現している。
　しかしながら、光ファイバとフェルールとは材質が相違し、研磨速度の違いや温度変化によって、光ファイバの端面がフェルールの端面から引っ込んでしまうと、ＰＣ接続が実現できなくなってしまう。このため、従前より、フェルール端面を球面研磨する際の曲率半径、偏心量、光ファイバの引き込み量などを規定して、フェルール端面の弾性変形によりコアどうしが確実に密着するようにして、信頼性の高いＰＣ接続を実現するための検討がなされてきている。
　一方、レンズ付き光ファイバにあっては、コアから出射した光がＧＲＩＮレンズによって拡径して、その接続面におけるビーム径が大きくなる。このため、光ファイバどうしをＰＣ接続する場合とは状況が異なってくるが、このことを考慮した接続構造についての検討はなされていなかった。
　そこで、本出願人は、光ファイバの先端にロッド状のＧＲＩＮレンズを同軸に融着したレンズ付き光ファイバどうしをＰＣ接続するのに好適な接続構造を提供すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
　本発明に係るレンズ付き光ファイバの接続構造は、光ファイバの先端にロッド状のＧＲＩＮレンズを同軸に融着したレンズ付き光ファイバどうしを接続するレンズ付き光ファイバの接続構造であって、当該レンズ付き光ファイバの端面を、曲率半径２ｍｍ以上に球面研磨して、互いの端面を圧着する構成としてある。
　本発明によれば、光ファイバの先端にロッド状のＧＲＩＮレンズを同軸に融着したレンズ付き光ファイバどうしをＰＣ接続する際の接続損失を低減することができる。
本発明の実施形態に係るレンズ付き光ファイバの接続構造の一例について、接続前の状態を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るレンズ付き光ファイバの接続構造の一例について、接続時の状態を示す説明図である。 実施例における接続損失の測定結果を示すヒストグラムである。 実施例の測定結果から接続損失と曲率半径との相関関係を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
　本実施形態に係るレンズ付き光ファイバの接続構造は、光ファイバ２の先端にロッド状のＧＲＩＮレンズ３を同軸に融着したレンズ付き光ファイバ１どうしをＰＣ接続するためのものである。
　本実施形態において、レンズ付き光ファイバ１どうしをＰＣ接続するにあたり、光ファイバ２の先端に融着するＧＲＩＮレンズ３を、光ファイバ２と同径（例えば、１２５μｍ）とすることで、ＳＣ型光コネクタやＭＴ型光コネクタなどの公知の光コネクタを用いることができる。
　ここで、図１及び図２は、光コネクタ内のバネにより互いの端面を圧着することによって、レンズ付き光ファイバ１どうしをＰＣ接続する例を、光コネクタの図示を省略して、一対のレンズ付き光ファイバ１に着目して示す説明図であり、図１は、接続前の状態を示し、図２は、接続時の状態を示している。
　また、かかるレンズ付き光ファイバ１にあっては、例えば、ＧＲＩＮレンズ３の長さを入射光波長の１／４とすることで、光ファイバ２のコア２ａからＧＲＩＮレンズ３内に入射した光を拡径して、平行光として出射させることができる（図２参照）。これによって、軸ずれ、角度ずれなどのミスアライメントに起因する損失を低減して、効率良く低損失で接続することが可能になる。
　なお、図２において、ＧＲＩＮレンズ３内を伝搬する光を鎖線で示す。
　本実施形態において、ＧＲＩＮレンズ３には、クラッドのない屈折率分布型レンズのほか、ＧＩ（Graded Index）光ファイバなども含まれるものとし、屈折率分布（Gradient Index）によりレンズ機能を発現するものであれば、特に限定されない。
　また、光ファイバ２の先端に融着するＧＲＩＮレンズ３の長さは、上記した例に限らず、ＧＲＩＮレンズ３の屈折率分布や開口数（Numerical Aperture）などに応じて、所望の出射特性が得られるように適宜調整することができる。さらに、ＧＲＩＮレンズ３は、その出射特性を調整するために、開口数の異なるものを二種以上つなげて一体としたものであってもよい。ＧＲＩＮレンズ３の具体的な形態は特に限定されず、一対のレンズ付き光ファイバ１の端面を突き合せてＰＣ接続する際に、その接続面におけるビーム径Ｄｂが、光ファイバ２のコア径よりも大きくなっていればよい。
　本実施形態では、光ファイバ２のコアから出射した光がＧＲＩＮレンズ３によって拡径して、その接続面におけるビーム径Ｄｂが大きくなることを考慮し、レンズ付き光ファイバ１の端面を、曲率半径Ｒが２ｍｍ以上、好ましくは１２ｍｍ以上、より好ましくは１５ｍｍ以上となるように球面研磨して（図１参照）、互いの端面を圧着することによって、レンズ付き光ファイバ１どうしをＰＣ接続する。
　このようにすることで、図２に示すように、レンズ付き光ファイバ１の球面研磨された端面どうしが、限られたバネ圧Ｆにより圧着されて変形するときに、球面頂部の押し込み量が少なくても、端面どうしの接触面積が大きくなるように変形させることができる。その結果、一方のレンズ付き光ファイバ１から出射する光が、他方のレンズ付き光ファイバ１に入射する際の光漏れを有効に抑制して、接続損失を低減することができる。
　また、このようにして、レンズ付き光ファイバ１どうしをＰＣ接続するにあたり、圧着により変形した端面どうしの接触径（直径）Ｄｃが、接続面におけるビーム径Ｄｂ以上であるのが好ましい。これによって、一対のレンズ付き光ファイバ１の端面を突き合せてＰＣ接続する際の接続損失をより低減することができる。
　以下、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
［実施例１～４、比較例１］
　シングルモード光ファイバの先端に、石英系ＧＲＩＮレンズ（東洋製罐グループホールディングス社製：シリカグリン（登録商標））を同軸に融着して試験体（レンズ付き光ファイバ）を得た。
　次いで、ＭＴ型光コネクタに試験体を装着して、その端面が下記の曲率半径となるように球面研磨した。
　実施例１：２．２ｍｍ、実施例２：４．９ｍｍ、実施例３：１２．７ｍｍ、実施例４：１５．１ｍｍ、比較例１：曲率半径１．６ｍｍ。
　なお、曲率半径は、ＩＥＣ６１３００－３－３０：２０１０の４．３に準拠して測定した。
　実施例１～４、比較例１のそれぞれについて、ＩＥＣ６１３００－３－４：２０１１の５．４に準拠して、ＰＣ接続した際の接続損失を測定した。その結果を図３及び図４に示す。
　なお、実施例１～４、比較例１のいずれもＮ数を１２０とし、曲率半径以外の条件を全て揃えた対照実験により接続損失を測定した。
　得られた結果から、実施例１～４では、接続損失が低減し、かつ、ばらつきも少ないことが確認できた。
　以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。
　例えば、光コネクタの球面研磨に関する技術としては、光ファイバをフェルールに挿入して、接着剤により固定した状態で、フェルール先端を球面研磨することが一般に知られている。本発明において、レンズ付き光ファイバの端面を球面研磨するには、フェルールに挿入、固定した状態でフェルールとともに球面研磨を施してもよいが、レンズ付き光ファイバを適当な治具に保持して、その端面を球面研磨してから、フェルールに保持して互いの端面を圧着するようにしてもよい。また、フェルールは単心用であっても、多心用であってもよい。
　この明細書に記載の文献及び本願のパリ優先権の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
　１　　　　　レンズ付き光ファイバ
　２　　　　　光ファイバ
　３　　　　　ＧＲＩＮレンズ
 
 
 
 

Claims (2)

  1. 　光ファイバの先端にロッド状のＧＲＩＮレンズを同軸に融着したレンズ付き光ファイバどうしを接続するレンズ付き光ファイバの接続構造であって、
    　当該レンズ付き光ファイバの端面を、曲率半径２ｍｍ以上に球面研磨して、互いの端面を圧着することを特徴とするレンズ付き光ファイバの接続構造。
  2. 　圧着により変形した前記端面どうしの接触径が、接続面におけるビーム径以上である請求項１に記載のレンズ付き光ファイバの接続構造。
     
     
     
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