JP4483698B2 - 光コンポーネント - Google Patents

Description

本発明は、反射戻り光防止機構を備えた光コンポーネントに関する。

図３は、従来の光コンポーネントを示す図である。この光コンポーネントは、割りスリーブ１０１，スタブ１０２，ハウジング１０４、から構成されている。スタブ１０２は中心部にシングルモード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：ＳＭＦ）１０３を有しており、外部から挿入される光ファイバはスタブ１０２と光学的に結合し（通常は、挿入される光ファイバの先端とスタブ１０２の先端は、互いに凸形状に加工され物理的に接触する）、光ファイバ端面での反射は抑制される。また、スタブ１０２の光ファイバ接触端面と逆の端面（光デバイス側）は、任意の角度に斜め研磨されており、スタブ１０２の端面で生じる光の反射（フレネル反射）はＳＭＦ１０３に再結合しない。

この構造は、スタブ部品が、セラミックスなどからなるキャピラリと、ＳＭＦとの２部品からなり、また、この部品を製造するためには、アセンブリ工程、研磨工程など複数の工程を必要とすることから、スタブ部品のコストは非常に高くなる。また、スタブを加工する上で、製造装置に固定するための押さえ代が必要となり、スタブの全長は２ｍｍ以上（一般的には３ｍｍ）となり、この部品を用いるＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ＲＯＳＡ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）などの光コンポーネントの全長もそれに応じて長くなる。これら光コンポーネントを使用するＳＦＰ（Ｓｍａｌｌ Ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）やＸＦＰ（１０ｇｉｇａｂｉｔ ｓｍａｌｌ Ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）などの光モジュールのサイズは規格化されており、この光モジュールに様々な機能を盛り込むためには、光コンポーネントは出来る限り小さい（短い）ことが望まれる。

また、例えば、特許文献１には、ガラススペーサを用いた光コンポーネントの反射抑制方法が開示されている。これについて以下の図４に基づいて説明する。
図４に示す光コンポーネントは、ハウジング１１３と、その内部に光ファイバ端面での反射を抑制するためのブロック部材であるガラスブロック１１１と、ガラスブロック１１１をハウジング１１３に固定するためのマウント部材１１２と、から構成されている。マウント部材１１２には側面に複数の突起部１１４を有しており、この突起部１１４とハウジング１１３が圧入されることで、ガラスブロック１１１を固定している。その際、突起部１１４が弾性変形することによって、ガラスブロック１１１に過大な応力を加えることなくガラスブロック１１１を固定することができる。

この構造によれば、単純な形状でかつ加工が容易なガラスブロックを用いることで、部品のコストを抑えることが可能となる。また、ガラスブロックは図３のスタブに比べて大幅に全長（ガラスブロックの厚さ）を小さく（短く）することができ、光モジュール設計に対して有利な構造となっている。
米国特許出願公開第２００４／００８６２３３号明細書

上述の特許文献１に記載の光コンポーネントは、矢印Ａ方向に光コネクタに挿着された光ファイバが挿入される。光コネクタは光ファイバ先端にある範囲の押圧を発生させるためにバネを有する構造となっており、矢印Ａ方向に定常的な荷重を受ける。この定常荷重はガラスブロック１１１、マウント部材１１２が受け、最終的には突起部１１４の圧入部分１１５で吸収することになる。定常荷重は、例えばＬＣコネクタの場合１０ＮがＭａｘであるが、光ファイバ挿入時には瞬間荷重が発生する可能性があり、その荷重に耐える十分な安全率を見込んだ設計が必要となる。このため、突起部１１４による圧入強度管理が重要となり、その強度が不十分であると、光ファイバの押圧によりマウント部材１１２が脱落する。

また、光コネクタの光ファイバ端面で発生するフレネル反射を抑制するためには、光コネクタの中心にある光ファイバ（ＳＭＦ）とガラスブロック１１１が隙間無く接触（物理的な接触）する必要がある。さらに、ハウジング１１３の内径部１１６に対して、ガラスブロック１１１の光ファイバ側の端面１１７が光ファイバの光軸に対して垂直となるよう部品の組立を行う必要がある。その場合、ハウジング１１３は、内径部１１６に対してハウジング１１３のガラスブロックの突き当て面１１８を垂直に加工し、突き当て面１１８にガラスブロック１１１の端面１１７が平行となるように、適度な荷重でマウント部材１１２を組み付ける必要がある。すなわち、突き当て面１１８と内径部１１６との加工精度が重要になる。また、マウント部材１１２の組み付け荷重が大き過ぎる場合、他の部品に比べ強度的に劣るガラスブロック１１１に過大な応力を与えてしまい、ガラスブロック１１１に割れを生じさせる可能性がある。

また、図５に示すように、ハウジング１１３にマウント部材１１２を組み込む際、矢印のＢ方向に、マウント部材１１２が傾いていた場合、ガラスブロック１１１はマウント部材１１２に沿って傾いてしまい、光ファイバとガラスブロック１１１が接触しなくなり、フレネル反射を抑制出来なくなる。この状態でマウント部材１１２をハウジング１１３に組み込むために荷重を加えると、ガラスブロック１１１の一片１１９にのみ荷重が印可されてしまい、ガラスブロック１１１に割れを生じさせる可能性がある。また、ガラスブロック１１１に割れが生じないとしても、ガラスブロック１１１は傾いた状態で組み立てられてしまい、光コネクタの光ファイバとガラスブロック１１１は密着せず、光ファイバ端面でのフレネル反射を抑制出来なくなる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、光コネクタの光ファイバ端面での反射を抑制する光コンポーネントにおいて、単純な形状で且つ加工が容易なブロック部材をハウジングに圧入固定する際に、圧入強度の管理を不要にして部品の組立を容易にすること、を目的としたものである。

本発明の光コンポーネントは、光コネクタの光ファイバ端面での反射を抑制する光コンポーネントであって、光コネクタをガイドするスリーブと、ガイドされた光コネクタの光ファイバ端面での反射を抑制するブロック部材と、スリーブ及びブロック部材を保持するハウジングとを有し、ハウジングは、光コネクタからブロック部材にかかる荷重を受けるための押さえ部を有し、スリーブ端部に形成された開口部にブロック部材を収容し、スリーブ端部をハウジングの開口部に圧入固定する際に、圧入固定時の荷重がブロック部材の外周面に直接加わらないように、スリーブ端部の開口部内周面とブロック部材の外周面との間に隙間を有することを特徴とする。

本発明によれば、光コネクタの光ファイバ端面での反射を抑制する光コンポーネントにおいて、単純な形状で且つ加工が容易なブロック部材をハウジングに圧入固定する際に、圧入強度の管理を不要にできるため、部品の組立を容易にし、低コストで製造することが可能となる。また、光コンポーネントの全長を短くすることができるため、光モジュールの設計により有利な構造を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態である光コンポーネントの構成例を示す図である。この光コンポーネントは、光コネクタのガイドとして機能するスリーブ１、光コネクタの光ファイバ端面と接触しフレネル反射を抑制するブロック部材であるガラスブロック２、それらを固定するハウジング３、から構成されている。本発明の光コンポーネントは、光コネクタからガラスブロック２への荷重を、ハウジング３全体で受ける構造とする。すなわち、ハウジング３は、光コネクタからガラスブロック２への荷重を受ける押さえ部４を有しており、これにより、前述の特許文献１で示したマウント部材で必要となる厳密な圧入強度管理が不要となる。

スリーブ１とハウジング３は圧入により組立を行うが、この２つの部品はガラスブロック２に対して十分強度が高いので、割れなどの心配はなく、厳密な圧入強度は不要である。ガラスブロック２はハウジング３の押さえ部４に密着するよう構成されており、またスリーブ１とハウジング３の組み立てはスリーブ１の端面５をハウジング３の押さえ部４と密着させる。その際、スリーブ１の圧入部分の内周面とガラスブロック２の外周面間にはわずかな隙間６が存在するよう設計しており、スリーブ１とハウジング３を圧入する際に生じる径方向の荷重はガラスブロック２に直接的に加わらないようにしている。こうすることで、組立時に生じる可能性があるガラスブロック２の割れを防ぐことができる。

光コンポーネントに挿入される光コネクタは、スリーブ１の内径部７に沿って挿入が案内され、光コネクタの光ファイバ端面とガラスブロック２の端面８が密着する。その際、スリーブ１の内径部７とガラスブロック２の端面８が垂直であることが重要となる。

図２は、図１に示した光コンポーネントの組立前の状態を示す図である。図１に示したように、ハウジング３とガラスブロック２は押さえ部４で密着するように組立てられており、またスリーブ１とハウジング３も同様に押さえ部４で密着するように組立てられている。

ハウジング３の押さえ部４を基準にしてスリーブ１とガラスブロック２は組立てられることから、スリーブ１の端面５と、ガラスブロック２の端面８は平行となる。またスリーブ１においては内径部７と端面５が垂直となるように部品加工を施す。それにより、スリーブ１の内径部７とガラスブロック２の端面８が垂直となり、光コネクタの光ファイバ端面とガラスブロック２の端面８が密着し、光ファイバ端面でのフレネル反射を抑制することができる。

光コネクタの光ファイバ端面で発生するフレネル反射は、光ファイバのコア材の屈折率ｎ１と、ガラスブロック２の材料屈折率ｎ２の屈折率差から生じるもので、次の式によって示される。

光ファイバ端面で発生するフレネル反射の値は、光通信向けの国際規格で規定されており、例えばＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合 電気通信標準化部門） Ｇ．９５７では−２７ｄＢ以下が要求される。光コネクタのＳＭＦに用いられる光ファイバのコア材の屈折率ｎ１は通常１．４７であり、フレネル反射を−２７ｄＢ以下にするためには、ガラスブロック２の材料屈折率は約１．３５から約１．５９の範囲の材料が必要となる。ガラスブロック２の材料としては、例えば、透明樹脂材料、ガラス材料、セラミックス材料などを用いることができる。

ガラスブロック２と空気中との界面でもフレネル反射は発生するが、光ファイバ端面から出射された光はガウシアンビームで拡散されて伝搬されており、ガラスブロック２の厚さを適度に設計することで、そのフレネル反射光が光ファイバに再結合したとしてもその値は十分小さくなる。またガラスブロック２の厚さを十分に確保出来ない場合は、ガラスブロック２のハウジング３側端面に反射防止膜を施すことで、フレネル反射を抑制することができる。

スリーブ１は、光コネクタを正しい状態で挿通させるために内径部７の加工精度が重要となる。それを満足させるためには、例えば、精密加工が可能なセラミックス材料、金属材料などが望ましい。また量産性に富みコスト削減が容易な、精密成形に対応した樹脂材料を用いることもできる。

ハウジング３は、光コネクタによる荷重に耐える材料が必要となり、例えば、金属材料、セラミックス材料などを用いることが望ましい。また、ハウジング３に導電性を有する材料を用いることが望ましい。そうすることで光モジュールにおいて、その筐体内部から外部へ、または外部から内部へ伝搬する電気ノイズに対して、シールドとして機能することができる。

スリーブ１とハウジング３の固定方法は部品の圧入固定が望ましいが、部品の圧入固定のみでは十分な強度が得られない場合は接着剤によって固定することもできる。
また、ガラスブロック２の他の形態として、光デバイス側の端面の中央部（光が通過する個所、ハウジング３に対して押し付けられる面以外の面）のみを、光ファイバの光軸に対して数度（約５°〜１０°程度）傾斜させた構造にしてもよい。

ガラスブロック２の光ファイバが挿入される側の面は、挿入された光ファイバの先端と物理接触することで反射が抑制される。しかしながら、他方の端面（光デバイス側の面）を光軸に対して垂直面とすると、当該面でフレネル反射が発生し、当該光部品が発光側（光デバイスとして半導体発光素子を用いる）の場合には、反射光が半導体発光素子に戻り雑音源となる。当該光部品が受光側（光デバイスが半導体受光素子）の場合は、当該面での反射光が再び挿入ファイバに戻り、これも雑音源となる。従って、ガラスブロック２の光デバイス側の面の中央部分を、光ファイバの光軸に対して数度傾斜させることによって、反射を抑制する。

本発明の実施形態である光コンポーネントの構成例を示す図である。 図１に示した光コンポーネントの組立前の状態を示す図である。 従来の光コンポーネントを示す図である。 従来の他の光コンポーネントを示す図である。 図４に示した光コンポーネントの組立不良例を示す図である。

符号の説明

１…スリーブ、２，１１１…ガラスブロック、３，１０４，１１３…ハウジング、４…押さえ部、５，８，１１７…端面、６…隙間、７，１１６…内径部、１０１…割りスリーブ、１０２…スタブ、１０３…シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、１１２…マウント部材、１１４…突起部、１１５…圧入部分、１１８…突き当て面、１１９…一片。

Claims (2)

1. 光コネクタの光ファイバ端面での反射を抑制する光コンポーネントであって、
   光コネクタをガイドするスリーブと、該ガイドされた光コネクタの光ファイバ端面での反射を抑制するブロック部材と、前記スリーブ及び前記ブロック部材を保持するハウジングとを有し、
   該ハウジングは、前記光コネクタから前記ブロック部材にかかる荷重を受けるための押さえ部を有し、
   前記スリーブ端部に形成された開口部に前記ブロック部材を収容し、該スリーブ端部を前記ハウジングの開口部に圧入固定する際に、該圧入固定時の荷重が前記ブロック部材の外周面に直接加わらないように、前記スリーブ端部の開口部内周面と前記ブロック部材の外周面との間に隙間を有することを特徴とする光コンポーネント。
2. 前記ブロック部材は、光デバイス側の端面の中央部が光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光コンポーネント。

Images