JP7067568B2 - 接続装置、光コネクタ製造装置、接続方法及び光コネクタ製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、マルチコアファイバを接続する接続装置とその方法およびマルチコアファイバの光コネクタを製造する製造装置と製造方法に関する。

複数のコア領域を有するマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）が、空間多重技術を用いることによる飛躍的な伝送容量拡大に向け、活発に検討されている。またＭＣＦは高い空間利用効率を有し高密度な光配線を実現できることから、データセンター等における光配線の高密度化への応用にも着目されている。

ここでＭＣＦを敷設・配線する場合、ＭＣＦ同士を接続することが必須となるが、ＭＣＦは従来の単一モードファイバ（ＳＭＦ）と異なり中心以外にコアが配置されることから、回転方向を含めた調心が必須となる。そこで非特許文献１および特許文献１ではそれぞれ、接続端面の観察および側面画像の解析を用いて、回転方向のコア配置を含めて調心し（例えば、非特許文献３では、コアの回転角度は１°以内であることが求められている。）、融着する技術が示されている。

さらにＭＣＦを既存の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）もしくはＳＭＦ用のデバイスと接続する場合、ＭＣＦのコア配置を多心のＳＭＦアレイの配置に変換するＭＣＦファンアウトデバイスを介して接続される。ＭＣＦファンアウトデバイスは入出力にＭＣＦ心線と複数のＳＭＦ心線を有する構成となっており、ファイババンドル型、溶融延伸型、積層ＰＬＣ型、３次元光導波路型が提案され、使用されている。特に非特許文献２で示される３次元光導波路型は、短パルスレーザを用いてガラスや石英内に３次元で任意の光導波路を形成できる事から、任意のＭＣＦ構造に対してファンアウトデバイスを作製できる。ここでＭＣＦ側の接続では、上述した融着接続と同様に回転方向のコア配置を所定の角度に調心した上で、融着もしくはコネクタ接続により接続される。

国際公開ＷＯ２０１７／１３０６２７パンフレット

Ｙ． Ａｍｍａ ｅｔ．ａｌ．， "Ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃｏｒｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｅｎｄ－ｖｉｅｗ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ"， ＩＥＥＥ Ｓｕｍｍｅｒ ｔｏｐｉｃａｌ ｍｅｅｔｉｎｇ， ｐ． １７０， Ｊｕｌｙ ２０１４． Ｒ． Ｒ． Ｔｏｍｓｏｎ ｅｔ ａｌ．， "Ｕｌｔｒａｆａｓｔ－ｌａｓｅｒ ｉｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆａｎ－ｏｕｔ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"， Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ． １５， ｐｐ． １１６９１－１１６９７， Ｓｅｐ． ２００７． Ｋｅｎｇｏ Ｗａｔａｎａｂｅ ｅｔ ａｌ．， "ＭＰＯ Ｔｙｐｅ ８－Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ"， ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， ＶＯＬ． ３４， ＮＯ． ２， ＪＡＮＵＡＲＹ １５， ２０１６

しかしながら、従来のＭＣＦの接続方法ではＭＣＦの回転調心が必須であり、回転調心に伴う回転ずれによる損失増や接続作業の煩雑化という課題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、ＭＣＦの回転調心が不要な接続装置、光コネクタ製造装置、接続方法及び光コネクタ製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る接続装置および光コネクタは、接続するＭＣＦの回転角度に応じてガラスや石英の基板に光導波路を３次元にレーザー描画した光導波路基板を用いることとした。

具体的には、本発明に係る接続装置は、接続先の光ファイバとマルチコアファイバである接続元の光ファイバとを光導波路基板を用いて接続する接続装置であって、
少なくとも前記光導波路基板の一方に接続する前記接続元の光ファイバが固定された第１ファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得部と、
前記端面画像取得部が取得した前記接続面の画像から、前記第１ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出部と、
前記座標導出部が取得した前記座標に基づき、前記接続元の光ファイバのコアから前記接続先の光ファイバのコアとを接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へ所望の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成部と、
前記光導波路基板の一方に前記第１ファイバ固定部の接続面を接続し、他方に前記接続先の光ファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面を接続する接続部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る接続方法は、接続先の光ファイバとマルチコアファイバである接続元の光ファイバとを光導波路基板を用いて接続する接続方法であって、
少なくとも、前記光導波路基板の一方に接続する前記接続元の光ファイバが固定された第１ファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得手順と、
前記端面画像取得手順で取得した前記接続面の画像から、前記第１ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順と、
前記座標導出手順で取得した前記座標に基づき、前記接続元の光ファイバのコアから前記接続先の光ファイバのコアとを接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へ所望の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成手順と、
前記光導波路形成手順で前記光導波路を描写した前記光導波路基板の一方に前記第１ファイバ固定部の接続面を接続し、他方に前記接続先の光ファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面を接続する接続手順と、
を行うことを特徴とする。

なお、本発明に係る接続方法は、以下のような手順であってもよい。
少なくとも、前記光導波路基板の一方に接続する前記接続元の光ファイバが固定された第１ファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得手順と、
前記端面画像取得手順で取得した前記接続面の画像から、前記第１ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順と、
前記光導波路基板の一方に前記第１ファイバ固定部の接続面を接続する接続手順と、
前記座標導出手順で取得した前記座標に基づき、前記接続元の光ファイバのコアから接続先の光ファイバのコアとを接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へ所望の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成手順と、
を行う。

なお、前記接続手順で、前記光導波路基板の他方に前記接続先の光ファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面を接続してもよいし、前記光導波路形成手順の後に、前記光導波路基板の他方に前記接続先の光ファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面も接続してもよい。

一方、本発明に係る光コネクタ製造装置は、マルチコアファイバを含む光ファイバを他の光部品に接続する光コネクタを製造する光コネクタ製造装置であって、
少なくとも光導波路基板の一方に接続する前記光ファイバが固定されたファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得部と、
前記端面画像取得部が取得した前記接続面の画像から、前記ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出部と、
前記座標導出部が取得した前記座標に基づき、前記光ファイバのコアから前記他の光部品の光ポートとを接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へ所望の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成部と、
を備え、前記光導波路基板を作成する基板作成治具と、
前記基板作成治具で作成した前記光導波路基板を多心コネクタ用フェルールに挿入して固定する基板固定治具と、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光コネクタ製造方法は、マルチコアファイバを含む光ファイバを他の光部品に接続する光コネクタを製造する光コネクタ製造方法であって、
少なくとも、光導波路基板の一方に接続する前記光ファイバが固定されたファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得手順と、
前記端面画像取得手順で取得した前記接続面の画像から、前記ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順と、
前記座標導出手順で取得した前記座標に基づき、前記光ファイバのコアから前記他の光部品の光ポートとを接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へ所望の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成手順と、
を行い、前記光導波路基板を作成する基板作成工程と、
前記基板作成工程で作成した前記光導波路基板を多心コネクタ用フェルールに挿入して固定する基板固定工程と、
を行うことを特徴とする。

本発明に係る接続装置とその方法及び光コネクタ製造装置とその製造方法は、接続するＭＣＦの端面を画像で取り込み、コアの位置を把握し、その位置に一致するように基板に光導波路を形成するため、ＭＣＦの回転調心が不要となる。このため、回転調心に伴う回転ずれによる損失増や接続作業の煩雑化という課題を解決することができる。従って、本発明は、ＭＣＦの回転調心が接続装置、光コネクタ製造装置、接続方法及び光コネクタ製造方法を提供することができる。

また、本発明に係る接続装置及びその方法は、前記接続先の光ファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面の画像も取得し、前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標も取得することを特徴とする。回転調心不要でＭＣＦ同士の接続も可能である。

また、本発明に係る光コネクタ製造装置及びその製造方法は、前記多心コネクタ用フェルールの前記光導波路基板を保持する空間と前記光導波路基板は前記光ファイバの長手方向に垂直な面において矩形であり、前記空間の中で前記光導波路基板が最大にずれたときの前記垂直な面における前記空間の頂点と前記光導波路基板の頂点との最大距離が式Ｃ１で表されるｄ（μｍ）以下であることを特徴とする。
（式Ｃ１）
ｄ＝０．２７（２ｗ）－１．３
ただし、２ｗは波長１５５０ｎｍにおける前記光ファイバのモードフィールド径（μｍ）である。

ＭＣＦとＳＭＦを接続する場合にはファンアウトデバイスの挿入が必須であり、デバイス挿入に伴う損失増や空間利用効率の低下という課題があった。本発明に係る光コネクタ製造装置及びその製造方法では、基板に光導波路を３次元に形成することで光コネクタを小型化でき、接続損失が１ｄＢ以下となるようにフェルールと光導波路基板とのずれ量が規定されている。このため、本光コネクタを使用することで空間利用効率の低下を防止し、挿入損失が増加することを防止できる。

本発明に係る接続装置及びその方法、ないし光コネクタ製造装置及びその製造方法で製造された光導波路基板は、
複数の光導波路と、
マルチコアファイバが接続される接続面と、
を備えており、
前記接続面には、前記マルチコアファイバの各コアに接続される前記光導波路の端部が現れており、前記マルチコアファイバ毎の前記端部の組の回転角度は、１°より大きいことを特徴とする。

本発明に係る光導波路基板は、非特許文献３に記載されたような回転角度となるようにマルチコアファイバを回転調心することが不要である。つまり、本発明接続装置及びその方法、ないし光コネクタ製造装置及びその製造方法は、前記ファイバ固定部の接続面において前記マルチコアファイバの回転角度が１°より大きいことを特徴とする。

本発明は、ＭＣＦの回転調心が接続装置、光コネクタ製造装置、接続方法及び光コネクタ製造方法を提供することができる。

本発明に係る光ファイバの接続方法を説明する図である。 本発明に係る光ファイバの接続方法を説明する図である。 本発明に係る光ファイバの接続方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る光ファイバの接続方法を説明する図である。 本発明に係る光ファイバの接続方法で形成する光導波路基板を説明する図である。 本発明に係る光コネクタの製造方法を説明する図である。 本発明に係る光コネクタの製造方法を説明する図である。 本発明に係る光コネクタの製造方法における光導波路ずれによる接続損失を説明する図である。 本発明に係る光コネクタ製造方法において、フェルールの空間と光導波路基板とのずれ量とモードフィールド径との関係を説明する図である。 本発明に係る光ファイバの接続方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る光ファイバの接続方法を説明するフローチャートである。 マルチコアファイバの回転角度の定義を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１および図２は、本実施形態の光ファイバの接続方法を説明する図である。また図３は本実施形態の接続方法を説明するフローチャートである。光ファイバの接続方法は、接続先の光ファイバ５２とマルチコアファイバである接続元の光ファイバ５１を光導波路基板１０を用いて接続する接続方法であって、
少なくとも光導波路基板１０の一方１１に接続する接続元の光ファイバが固定された第１ファイバ固定部２１の接続面の画像を取得する端面画像取得手順Ｓ０１と、
端面画像取得手順Ｓ０１で取得した前記接続面の画像から、第１ファイバ固定部２１の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順Ｓ０２と、
座標導出手順Ｓ０２で取得した前記座標に基づき、前記接続元の光ファイバのコアから接続先の光ファイバのコアとを接続する光導波路１５を、光導波路基板１０の一方１１から他方１２へ所望の経路で光導波路基板１０に描写する光導波路形成手順（Ｓ３及びＳ４）と、
光導波路形成手順（Ｓ３及びＳ４）で光導波路１５を描写した光導波路基板１０の一方１１に第１ファイバ固定部２１の接続面を接続し（ステップＳ０５）、他方１２に前記接続先の光ファイバが固定された第２ファイバ固定部２２の接続面を接続する（ステップＳ０６）接続手順と、
を行うことを特徴とする。

本実施形態では、第１ファイバ固定部２１に固定される接続元の光ファイバ５１が全てマルチコアファイバであるが、第１ファイバ固定部２１には少なくとも１本だけがマルチコアファイバで、他がシングルコアファイバであってもよい。また、本実施形態では、第２ファイバ固定部２２に固定される接続先の光ファイバ５２がシングルモードファイバであるとした。以下、接続元の光ファイバ５１を「マルチコアファイバ５１」や「ＭＣＦ５１」と記載することがある。

ＭＣＦ５１はファイバを固定するＶ溝アレイ等に固定される。このとき、ＭＣＦ５１は何ら回転制御を加えないため、図１左下図のようにＭＣＦ５１の回転角はその都度異なる。この断面図を顕微鏡等で観察及び解析し（ステップＳ０１）、コア中心位置の座標を得る（ステップＳ０２）。光導波路基板１０の端面（一方１１の端面）で先に得たコア中心位置の座標を起点とし、光導波路基板１０の反対側の端面（他方１２の端面）では任意の座標（接続先の光ファイバのコアの位置）に終点を設定し、両者を結ぶ光導波路の形状（経路）を確定する（ステップＳ０３）。次に基板（例えば石英ガラスブロック）を用意し、短パルスレーザーを用いて多光子吸収による屈折率変化を当該基板内に発生し、光導波路１５を形成し、光導波路基板１０を完成させる（ステップＳ０４）。光導波路１５は、光導波路基板１０における原点位置（基板の端もしくはマーカーの位置）を適切に設定することで高い位置精度で形成可能である。

ステップＳ０１～Ｓ０４により、光導波路基板１０の一方１１の端面は、回転調心していないＭＣＦ５１の端面と同じコア配置になる。このため、光導波路基板１０の一方１１の端面とファイバ固定部２１の端面とを水平及び垂直方向で調心することで、ＭＣＦ５１のそれぞれのコアを光導波路基板１０の光導波路１５に接続することができる（ステップＳ０５）。ＭＣＦ５１と光導波路基板１０とは接着剤もしくは放電による融着により接続固定される。光導波路基板１０の他方１２の端面には、光導波路１５の出力面に対応した多心のＳＭＦ５２を接続する（ステップＳ０６）。また、光導波路基板１０の他方１２の端面にはＳＭＦ５２の代替としてＰＬＣの光部品を接続してもよい。この場合、光導波路基板１０の他方１２の端面に現れる光導波路１５と光部品の光ポートとの位置が合うように光導波路基板１０に光導波路１５が形成される。

本実施形態の接続方法は、ＭＣＦ５１の回転調心が不要であり、ファイバ固定部２１の端面に現れるＭＣＦ５１のコア配置を高精度で光導波路基板１０の一方１１の端面に形成できるため、回転調心に伴う損失がなく、接続作業も簡易にすることができる。また従来の接続技術では困難であった多心ＭＣＦに対する接続も容易に実現することができる。さらに、本実施形態の接続方法は、ＭＣＦ５１の回転調心が不要なので、ファイバ固定部２１の接続面においてＭＣＦ５１の回転角度が１°より大きくてもよい。

なお、「回転角度」の定義を図１２に説明する。ファイバ固定部２１の接続面において、ＭＣＦ５１の中心を通り、ファイバ固定部２１の底面又は上面と平行な直線５５を考える。ＭＣＦ５１が２コアならば（図１２（Ｂ））、それぞれのコアの中心を結ぶ直線５６と直線５５とが成す角θを「回転角度」とする（通常はθ＝０°となるように回転調心する。）。ＭＣＦ５１が４コアならば（図１２（Ｃ））、対向するコアの中心を結ぶ直線５６と直線５５とが成す角のうち最小の角θを「回転角度」とする（通常はθ＝０°となるように回転調心する。）。ＭＣＦ５１が８コアならば（図１２（Ｄ））、対向するコアの中心を結ぶ直線５６と直線５５とが成す角のうち最小の角θを「回転角度」とする（通常はθ＝０°となるように回転調心する。）。
なお、回転角度は各ＭＣＦで相対的に同じであればよいので、回転角度の定義としては、図１２に示した任意の基準線に対する角度に限らず、いずれかのＭＣＦの回転角度に対する他のＭＣＦの相対的な回転角度（回転角度の差分）としてもよい。

なお、図１では、ＭＣＦ５１として４心の４コアファイバとＳＭＦ５１として１６心（８心×２列）とを接続することを想定し、一方１１の端面では４コアファイバの端面画像に対応したコア配置、他方１２の端面では２５０μｍ間隔で横方向に８つのコアが２列配列された構造としている。しかしながら本発明の接続方法は、ＭＣＦのコアは任意の数および配置であっても同様に作製でき、またＭＣＦの心数も単心もしくは２心以上の多心であってもよい。

本実施形態の接続方法は、図１０や図１１の手順でも行うことができる。図１０の手順では、ステップＳ０４とステップＳ０５が図３の手順と逆になっている。図１１の手順では、ステップＳ０４を最後に行う点が図３の手順と異なっている。

（実施形態２）
図４は、本実施形態の光ファイバの接続方法を説明する図である。本実施形態では、コア数やコア配置が異なるＭＣＦ同士を接続することを想定している。本実施形態では、実施形態１で説明した接続方法（図３参照）において、端面画像取得手順Ｓ０１で、前記接続先の光ファイバが固定された第２ファイバ固定部２２の接続面の画像も取得し、座標導出手順Ｓ０２で、第２ファイバ固定部２２の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標も取得することを特徴とする。図４の場合、接続元の光ファイバとして４心の４コアファイバ５１をファイバ固定部２１が固定し、接続先の光ファイバとして２心の８コアファイバ５３をファイバ固定部２２が固定している。

本実施形態では、ＭＣＦを固定した双方のファイバ固定部（２１、２２）の端面画像を取得し（ステップＳ０１）、それぞれファイバ固定部（２１、２２）におけるコア毎の中心位置の座標を解析する（ステップＳ０２）。そして、第1ファイバ固定部２１のコア座標を光導波路基板１０の一方１１の端面の起点とし、第２ファイバ固定部２２のコア座標を光導波路基板１０の他方１２の端面の終点とし、これらを結ぶ光導波路１５をレーザー描画により形成する（ステップＳ０３、Ｓ０４）。

その後、第1ファイバ固定部２１と第２ファイバ固定部２２をそれぞれ光導波路基板１０の一方１１と他方１２の端面に接着もしくは突き当てにより固定することで、異なるコア配置もしくはコア数もＭＣＦ同士を接続することができる（ステップＳ０５、Ｓ０６）。このように、本接続方法は、異なるコア数やコア配置を有するＭＣＦ同士の接続を回転調心なしで簡易に実現することができる。
また、実施形態１で説明したように、本実施形態の接続方法も、図１０や図１１の手順でも行うことができる。

なお、図４では４心の４コアファイバと２心の８コアファイバを回転調心なしで接続する場合を説明したが、本接続方法は、ＭＣＦの心数、コア数及びコア配置に依らず、任意の心数及び構造のＭＣＦ同士の接続に利用することができる。また、本接続方法はコア数とコア配置が同じＭＣＦ同士を接続する場合でも、ＭＣＦの回転調心を不要とすることができる。

（実施形態３）
図５は、実施形態１と２で説明した座標導出手順Ｓ０２を説明する図である。光導波路基板１０の一方１１の端面をｘｚ平面とし、ｙ＝０においてＭＣＦ５１と接続し、ｙ＝Ｌが光導波路基板１０の他方１２の端面であり、光導波路１５の出力端とする。端面画像取得手順Ｓ０１で第１ファイバ固定部２１の画像から各コアの中心位置を直接ｘｚ座標で得ることができる。例えば、ＭＣＦ５１のコアがコア数Ｎの円環もしくは正多角形状配列である場合、また多心ＭＣＦの場合はファイバの設置間隔Ｄが既知である場合、ｙ＝０におけるコアの座標は以下のように記述できる。

ここでｉはコア番号、ｊは心線番号に対応する。Λはファイバ中心から各コアの距離であり、θ_ｊはｊ番目のＭＣＦの回転量（°）、ｚ_０は光導波路基板の端（ｘ＝０）から１心目のＭＣＦの中心位置までの距離である。

実施形態２の場合は光導波路基板１０の他方１２の端面（ｙ＝Ｌ）においても同様の方法によりコア中心座標を決定する。

座標導出手順Ｓ０２、端面画像からＭＣＦの回転量のみを解析するだけでコア位置を決定でき、簡易に座標を決定することができる。このように、光導波路基板１０の一方１１と他方１２の端面におけるコア中心位置を決定し、これらをＳ字状に結ぶ経路を導出し（ステップＳ０３）、それぞれの経路を中心として±ａ／２μｍの幅で短パルスレーザーを照射して所望の光導波路１５を得る（ステップＳ０４）。ここでａは光導波路幅である。

ステップＳ０３で導出する経路（光導波路１５の中心位置）は以下のように記述できる。本実施形態では、当該経路は、ｙ＝０～ｙ_１およびｙ＝ｙ_２～Ｌの区間でＹ軸方向に平行な直線であり、ｙ_１～ｙ_２の区間でｙ_１における経路の位置とｙ_２における経路の位置とを接続する緩やかな曲線（ｙ_１からｙ_２にかけてＸ座標とＹ座標が変化する曲線）である。当該曲線を「Ｓ字状」と称する。なお、０＜ｙ_１＜ｙ_２＜Ｌである。具体的には、当該経路は次のように表現できる。
まず、各変数を次のように定義する。

また、ｙ_ｍ（＝（ｙ_１＋ｙ_２）／２）である。

ｙ＝０におけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（０）とｙ＝Ｌにおけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）との関係がｚ_ｉ，ｊ（０）＞ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）の場合、

ｚ_ｉ，ｊ（０）＜ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）の場合、

である。

これらの解析手順により、ＭＣＦの端面画像を取得後ソフトウェア上でコア中心の座標取得、導波路形状の決定、導波路形状に基づく光導波路基板へのレーザー描画を自動的に実行することができ、高精度かつ簡易にＭＣＦの端面状態に応じた光導波路基板の作製が可能となる。

以上のように、レーザ加工によりガラス板や石英板に導波路を描画することで導波路基板１０を製造することができる。すなわち、導波路基板１０は、
複数の光導波路１５（図５において不図示）と、
マルチコアファイバ５１（図５において不図示）が接続される接続面１１と、
を備えており、
接続面１１には、マルチコアファイバ５１の各コアに接続される光導波路１５の端部１７が現れており、マルチコアファイバ毎の端部１７の組の回転角度θは、１°より大きいことを特徴とする。
なお、端部１７の配置は、接続するＭＣＦの種類でことなるが、その回転角度θは、図１２で説明したＭＣＦの回転角度と同様である。

（実施形態４）
図６は、本実施形態の光コネクタ３０１を説明する図である。光コネクタ３０１は、多心コネクタ用フェルール３１と光導波路基板１０を備える。光コネクタ３０１は、次のように製造する。本光コネクタ製造方法は、マルチコアファイバを含む光ファイバを他の光部品に接続する光コネクタ３０１を製造する光コネクタ製造方法であって、
少なくとも光導波路基板１０の一方に接続する前記光ファイバが固定されたファイバ固定部１１の接続面の画像を取得する端面画像取得手順と、
前記端面画像取得手順で取得した前記接続面の画像から、ファイバ固定部１１の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順と、
前記座標導出手順で取得した前記座標に基づき、前記光ファイバのコアから前記他の光部品３０２の光ポート４１とを接続する光導波路を、光導波路基板１０の一方１１から他方１２へ所望の経路で光導波路基板１０に描写する光導波路形成手順と、
を行い、光導波路基板１０を作成する基板作成工程と、
前記基板作成工程で作成した光導波路基板１０を多心コネクタ用フェルール３１に挿入して固定する基板固定工程と、
を行うことを特徴とする。

端面画像取得手順、座標導出手順、及び光導波路形成手順は、実施形態１の説明と同じである。つまり、基板作成工程にて、図３のフローチャートのステップＳ０１～Ｓ０５のように光導波路基板１０に光導波路１５を形成してＭＣＦ５１を接続し、基板固定工程にて、光導波路基板１０をＭＴコネクタ若しくはＭＰＯコネクタ等の多心ファイバ用フェルールに挿入して固定する。

図６の多心ファイバ用フェルール３１は、既存のＭＴコネクタと同じインターフェイスを持ち、固定用のガイドピンが挿入される孔３２と、中心部に光導波路基板１０が挿入される空間を有する。光導波路基板１０の他方１２の端面に現れる光導波路１５の中心位置をガイドピン孔３２及び接続先の光ポート４１に対して精度よく配置することで、接続対象のＳＮＦ５２や光部品と光導波路基板１０との間の調心作業が不要となる。つまり、単心もしくは多心のＭＣＦ５１と既存の多心ＳＭＦコネクタ３０２や他の光部品と、容易に着脱可能な光コネクタを提供できる。

また、光コネクタ３０１の接続面において、光導波路基板１０をフェルール３１の端面と同じ位置若しくは数μｍ程度突き出すことにより、光導波路基板１０と多心ＳＭＦ５２との間の反射を抑圧でき、ＰＣ接続が可能となる。

（実施形態５）
本実施形態では、基板固定工程の詳細について説明する。図７は、多心コネクタ用フェルール３１の空間３３と光導波路基板１０の精度を示す図である。図７に示すように、多心コネクタ用フェルール３１は光ファイバもしくは光導波路基板１０を挿入するための空間３３を持ち、空間３３は光導波路基板１０との間に一定のクリアランスを有する。このクリアランスにより光導波路１５の位置が、対向する光コネクタ３０２の光ポート４１の位置（理想的な位置）からからずれることが考えられる。

図８は、光導波路基板１０の他方１２の端面における光導波路１５と光ポート４１とのずれ量に対する接続損失を説明する図である。図８は、波長１５５０ｎｍにおいて、シングルモードファイバ同士を接続したときのずれ量に対する接続損失をモードフィールド径（ＭＦＤ）毎に示した図である。ここでガイドピン孔３２がガイドピンに対して大きすぎる場合にも損失が増大するが、既存ＭＴコネクタにおけるガイドピン穴に対するクリアランスは１μｍ以下であることを考慮し、図８では１μｍのずれが初期位置（ずれ量＝０μｍ）で生じていると仮定している。

いずれのＭＦＤもずれ量が大きくなるほど接続損失が指数関数的に増加することが確認できる。ここで接続損失が１ｄＢ以下となるずれ量を図８より求めると、ＭＦＤが９．５μｍで１．２６μｍ以下、ＭＦＤが１０．０μｍで１．４１μｍ以下、ＭＦＤが１０．５μｍで１．５２μｍ以下となる。図９は、ＭＦＤ（２ｗ）に対する、接続損失が１ｄＢとなるずれ量ｄをまとめたグラフである。図９には近似式も示している。
近似式： ｄ＝０．２７（２ｗ）－１．３ （μｍ）

図９より、当該近似式の直線より下の領域で接続損失を１ｄＢ以下とできる事が確認できる。したがって、光コネクタ３０１において、多心コネクタ用フェルール３１の光導波路基板１０に対するクリアランスをｄ（μｍ）以下とすることで、接続損失を最大１ｄＢ以下とすることができる。

つまり、光コネクタ３０１は、多心コネクタ用フェルール３１の光導波路基板１０を保持する空間３３と光導波路基板１０が前記光ファイバの長手方向に垂直な面において矩形であり、空間３３の中で光導波路基板１０が最大にずれたときの前記垂直な面における空間３３の頂点と光導波路基板１０の頂点との最大距離が上記近似式以下であることを特徴とする。

（他の実施形態）
なお図４および図５の説明ではＭＴコネクタ用フェルールを用いて説明したが、ガイドピンを用いて調心を行う点でＭＰＯコネクタ用フェルールでも同じであり、光コネクタ３０１をＭＰＯコネクタとすることもできる。

（本発明の効果）
本発明の光ファイバの接続方法および接続部品では、ＭＣＦの回転制御が不要となり、回転制御に伴う損失増を抑圧し作業を簡便にするとともに、ＭＣＦとＳＭＦの接続や異なるコア配置であるＭＣＦ間の接続といった異なる光ファイバ構造の接続を容易かつ直脱可能で実現できる、といった効果を奏する。

本発明は、光通信システムにおける光ファイバおよび光部品の接続に利用できる。

１０：光導波路基板
１１：一方（の端面）
１２：他方（の端面）
１５：光導波路
１７：端部
２１：ファイバ固定部
２２：ファイバ固定部
３１：多心コネクタ用フェルール
３２：ガイドピン孔
３３：空間
４１：光ポート
５１：マルチコアファイバ（ＭＣＦ）
５２：シングルモードファイバ（ＳＭＦ）
５３：マルチコアファイバ（ＭＣＦ）
３０１：光コネクタ
３０２：光コネクタ

Claims (19)

1. 接続先のマルチコアファイバと接続元のマルチコアファイバとを光導波路基板を用いて接続する接続装置であって、
   前記接続元のマルチコアファイバが固定された第１ファイバ固定部の接続面の画像、及び前記接続先のマルチコアファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得部と、
   前記端面画像取得部が取得した前記接続面の画像及び前記第１ファイバ固定部及び第２ファイバ固定部における各マルチコアファイバの設置間隔から、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出部と、
   前記座標導出部が取得した各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標に基づき、前記接続元のマルチコアファイバのコアから前記接続先のマルチコアファイバのコアに接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へＳ字状の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成部と、
   前記光導波路基板の一方に前記第１ファイバ固定部の接続面を接続し、前記光導波路基板の他方に前記第２ファイバ固定部の接続面を接続する接続部と、
   を備えることを特徴とする接続装置。
2. 前記座標導出部は、前記端面画像取得部が取得した前記接続面の画像から、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる各マルチコア光ファイバのコアの中心位置を中心とする回転量θを求め、以下の式を用いて、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部における、コア番号ｉ、マルチコアファイバの心線番号ｊの各マルチコアファイバのコア（ｉ，ｊ）の中心位置の座標（ｘ_ｉ，ｊ，ｚ_ｉ，ｊ）を取得する、請求項１に記載の接続装置。
   

   

   ここで、Λはマルチコアファイバの中心から当該マルチコアファイバに備わる各コアまでの距離、θ_ｊはｊ番目のマルチコアファイバの中心を通りかつ前記第１ファイバ固定部の底面又は上面と平行な直線と当該マルチコア光ファイバのうちの対向するコアを結ぶ直線とが成す角のうち最小の角、Ｎはｊ番目のマルチコアファイバのコア数、ｚ_０は前記光導波路基板の端から１心目のマルチコアファイバの中心位置までの距離である。
3. 前記Ｓ字状の経路は、
   前記光導波路基板の一方の端部ｙ＝０の位置から前記光導波路基板の他方の端部ｙ＝Ｌの区間において、
   ｙ＝０～ｙ_１及びｙ＝ｙ_２～Ｌの区間では、前記光導波路基板の一方から他方へのＹ軸方向に平行な直線状の形状を有し、
   ｙ＝ｙ_１～ｙ_２の区間では、ｙ_１における経路の位置とｙ_２における経路の位置とを接続する緩やかな曲線状の形状を有し、
   コア番号をｉ、マルチコアファイバの心線番号をｊとしたときの、ｙ＝０におけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（０）と、ｙ＝Ｌにおけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）との関係が、ｚ_ｉ，ｊ（０）＞ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）の場合、ｙ＝０～ＬにおけるＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（ｙ）が次式で表される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続装置。
   

   

   ただし、各変数は次のように定義される。
   

   
4. 前記Ｓ字状の経路は、
   前記光導波路基板の一方の端部ｙ＝０の位置から前記光導波路基板の他方の端部ｙ＝Ｌの区間において、
   ｙ＝０～ｙ_１及びｙ＝ｙ_２～Ｌの区間では、前記光導波路基板の一方から他方へのＹ軸方向に平行な直線状の形状を有し、
   ｙ＝ｙ_１～ｙ_２の区間では、ｙ_１における経路の位置とｙ_２における経路の位置とを接続する緩やかな曲線状の形状を有し、
   コア番号をｉ、マルチコアファイバの心線番号をｊとしたときの、ｙ＝０におけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（０）と、ｙ＝Ｌにおけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）との関係が、ｚ_ｉ，ｊ（０）＜ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）の場合、ｙ＝０～ＬにおけるＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（ｙ）が次式で表される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続装置。
   

   

   ただし、各変数は次のように定義される。
   

   
5. 前記座標導出部は、前記端面画像取得部から前記接続面の画像を取得すると、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標を自動的に取得し、
   前記光導波路形成部は、前記Ｓ字状の経路を、自動的に前記光導波路基板に描写する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の接続装置。
6. マルチコアファイバを含む光ファイバを他の光部品に接続する光コネクタを製造する光コネクタ製造装置であって、
   少なくとも光導波路基板の一方に接続する前記光ファイバが固定されたファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得部と、
   前記端面画像取得部が取得した前記接続面の画像から、前記ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出部と、
   前記座標導出部が取得した前記座標に基づき、前記光ファイバのコアから前記他の光部品の光ポートとを接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へ所望の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成部と、
   を備え、前記光導波路基板を作成する基板作成治具と、
   前記基板作成治具で作成した前記光導波路基板を多心コネクタ用フェルールに挿入して固定する基板固定治具と、
   を有することを特徴とする光コネクタ製造装置。
7. 前記多心コネクタ用フェルールの前記光導波路基板を保持する空間と前記光導波路基板は前記光ファイバの長手方向に垂直な面において矩形であり、前記空間の中で前記光導波路基板が最大にずれたときの前記垂直な面における前記空間の頂点と前記光導波路基板の頂点との最大距離が式Ｃ１で表されるｄ（μｍ）以下であることを特徴とする請求項６に記載の光コネクタ製造装置。
   （式Ｃ１）
   ｄ＝０．２７（２ｗ）－１．３
   ただし、２ｗは波長１５５０ｎｍにおける前記光ファイバのモードフィールド径（μｍ）である。
8. 前記ファイバ固定部の接続面において前記マルチコアファイバの回転角度が１°より大きいことを特徴とする請求項６又は７に記載の光コネクタ製造装置。
9. 接続先のマルチコアファイバと接続元のマルチコアファイバとを光導波路基板を用いて接続する接続方法であって、
   端面画像取得部が、前記接続元のマルチコアファイバが固定された第１ファイバ固定部の接続面の画像、及び前記接続先のマルチコアファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得手順と、
   座標導出部が、前記端面画像取得手順で取得した前記接続面の画像及び前記第１ファイバ固定部及び第２ファイバ固定部における各マルチコアファイバの設置間隔から、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順と、
   光導波路形成部が、前記座標導出手順で取得した各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標に基づき、前記接続元のマルチコアファイバのコアから前記接続先のマルチコアファイバのコアに接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へＳ字状の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成手順と、
   前記光導波路形成手順で前記光導波路を描写した前記光導波路基板の一方に前記第１ファイバ固定部の接続面を接続し、前記光導波路基板の他方に前記第２ファイバ固定部の接続面を接続する接続手順と、
   を備えることを特徴とする接続方法。
10. 接続先のマルチコアファイバと接続元のマルチコアファイバとを光導波路基板を用いて接続する接続方法であって、
    端面画像取得部が、前記接続元のマルチコアファイバが固定された第１ファイバ固定部の接続面の画像、及び前記接続先のマルチコアファイバが固定された第２ファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得手順と、
    座標導出部が、前記端面画像取得手順で取得した前記接続面の画像及び前記第１ファイバ固定部及び第２ファイバ固定部における各マルチコアファイバの設置間隔から、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順と、
    前記光導波路基板の一方に前記第１ファイバ固定部の接続面を接続する第１の接続手順と、
    光導波路形成部が、前記座標導出手順で取得した各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標に基づき、前記接続元のマルチコアファイバのコアから接続先のマルチコアファイバのコアに接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へＳ字状の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成手順と、
    前記光導波路基板の他方に前記第２ファイバ固定部の接続面を接続する第２の接続手順と、
    を備えることを特徴とする接続方法。
11. 前記座標導出手順において、前記座標導出部は、前記端面画像取得部が取得した前記接続面の画像から、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる各マルチコア光ファイバのコアの中心位置を中心とする回転量θを求め、以下の式を用いて、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部における、コア番号ｉ、マルチコアファイバの心線番号ｊの各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標（ｘ_ｉ，ｊ，ｚ_ｉ，ｊ）を取得する、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の接続方法。
    

    

    ここで、Λはマルチコアファイバの中心から当該マルチコアファイバに備わる各コアまでの距離、θ_ｊはｊ番目のマルチコアファイバの中心を通りかつ前記第１ファイバ固定部の底面又は上面と平行な直線と当該マルチコア光ファイバのうちの対向するコアを結ぶ直線とが成す角のうち最小の角、Ｎはｊ番目のマルチコアファイバのコア数、ｚ_０は前記光導波路基板の端から１心目のマルチコアファイバの中心位置までの距離である。
12. 前記Ｓ字状の経路は、
    前記光導波路基板の一方の端部ｙ＝０の位置から前記光導波路基板の他方の端部ｙ＝Ｌの区間において、
    ｙ＝０～ｙ_１及びｙ＝ｙ_２～Ｌの区間では、前記光導波路基板の一方から他方へのＹ軸方向に平行な直線状の形状を有し、
    ｙ＝ｙ_１～ｙ_２の区間では、ｙ_１における経路の位置とｙ_２における経路の位置とを接続する緩やかな曲線状の形状を有し、
    コア番号をｉ、マルチコアファイバの心線番号をｊとしたときの、ｙ＝０におけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（０）と、ｙ＝Ｌにおけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）との関係が、ｚ_ｉ，ｊ（０）＞ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）の場合、ｙ＝０～ＬにおけるＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（ｙ）が次式で表される、ことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の接続方法。
    

    

    ただし、各変数は次のように定義される。
    

    
13. 前記Ｓ字状の経路は、
    前記光導波路基板の一方の端部ｙ＝０の位置から前記光導波路基板の他方の端部ｙ＝Ｌの区間において、
    ｙ＝０～ｙ_１及びｙ＝ｙ_２～Ｌの区間では、前記光導波路基板の一方から他方へのＹ軸方向に平行な直線状の形状を有し、
    ｙ＝ｙ_１～ｙ_２の区間では、ｙ_１における経路の位置とｙ_２における経路の位置とを接続する緩やかな曲線状の形状を有し、
    コア番号をｉ、マルチコアファイバの心線番号をｊとしたときの、ｙ＝０におけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（０）と、ｙ＝Ｌにおけるコア（ｉ，ｊ）のＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）との関係が、ｚ_ｉ，ｊ（０）＜ｚ_ｉ，ｊ（Ｌ）の場合、ｙ＝０～ＬにおけるＺ座標ｚ_ｉ，ｊ（ｙ）が次式で表される、ことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の接続方法。
    

    

    ただし、各変数は次のように定義される。
    

    
14. 前記座標導出手順において、前記座標導出部が、前記端面画像取得部から前記接続面の画像を取得すると、前記第１ファイバ固定部及び前記第２ファイバ固定部の接続面に表れる各マルチコアファイバのコアの中心位置の座標を自動的に取得し、
    前記光導波路形成手順において、前記光導波路形成部が、前記Ｓ字状の経路を、自動的に前記光導波路基板に描写する、ことを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の接続方法。
15. 前記第１ファイバ固定部の接続面において前記マルチコアファイバの回転角度が１°より大きいことを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の接続方法。
16. 前記第２ファイバ固定部の接続面において前記マルチコアファイバの回転角度が１°より大きいことを特徴とする請求項９から１５のいずれかに記載の接続方法。
17. マルチコアファイバを含む光ファイバを他の光部品に接続する光コネクタを製造する光コネクタ製造方法であって、
    少なくとも、光導波路基板の一方に接続する前記光ファイバが固定されたファイバ固定部の接続面の画像を取得する端面画像取得手順と、
    前記端面画像取得手順で取得した前記接続面の画像から、前記ファイバ固定部の接続面に表れる光ファイバのコアの中心位置の座標を取得する座標導出手順と、
    前記座標導出手順で取得した前記座標に基づき、前記光ファイバのコアから前記他の光部品の光ポートとを接続する光導波路を、前記光導波路基板の一方から他方へ所望の経路で前記光導波路基板に描写する光導波路形成手順と、
    を行い、前記光導波路基板を作成する基板作成工程と、
    前記基板作成工程で作成した前記光導波路基板を多心コネクタ用フェルールに挿入して固定する基板固定工程と、
    を行うことを特徴とする光コネクタ製造方法。
18. 前記多心コネクタ用フェルールの前記光導波路基板を保持する空間と前記光導波路基板は前記光ファイバの長手方向に垂直な面において矩形であり、前記空間の中で前記光導波路基板が最大にずれたときの前記垂直な面における前記空間の頂点と前記光導波路基板の頂点との最大距離が式Ｃ１で表されるｄ（μｍ）以下であることを特徴とする請求項１７に記載の光コネクタ製造方法。
    （式Ｃ１）
    ｄ＝０．２７（２ｗ）－１．３
    ただし、２ｗは波長１５５０ｎｍにおける前記光ファイバのモードフィールド径（μｍ）である。
19. 前記ファイバ固定部の接続面において前記マルチコアファイバの回転角度が１°より大きいことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光コネクタ製造方法。

Images