JPH0653618A - 光コネクタ組立 - Google Patents

光コネクタ組立

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JPH0653618A
JPH0653618A JP5086065A JP8606593A JPH0653618A JP H0653618 A JPH0653618 A JP H0653618A JP 5086065 A JP5086065 A JP 5086065A JP 8606593 A JP8606593 A JP 8606593A JP H0653618 A JPH0653618 A JP H0653618A
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JP
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light
optical fiber
optical
connector assembly
laser diode
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JP5086065A
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Terry P Bowen
パトリック バウエン テリー
Gregory A Livingston
アラン リヴィングストン グレゴリー
Randall B Paul
ボビー ポール ランドール
Robert W Roff
ウォレイス ロフ ロバート
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Whitaker LLC
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Whitaker LLC
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光素子から光ファイバー端面へ入射する光
を制御可能にした光コネクタ組立を提供する。 【構成】 光ファイバーコネクタ組立１０は、レーザー
ダイオード等の発光素子１４の光を端面に受ける光ファ
イバー１２を有している。さらに、これらの間には、収
束レンズ手段１８と、開口２５が形成された減衰手段２
４と、光結合手段２２を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザーダイオードと
光ファイバーを結合する光コネクタ組立に関するもので
あり、特に、レーザーダイオードから出射されて光ファ
イバーへと供給される光のパワーを制限する光減衰器を
備えた光コネクタ組立に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイオードを光ファイバーに接続する組
立品は知られているが、このような従来の接続組立で
は、ダイオードから出射された光は、光学的屈折率の異
なる他の透明物質へ連続的に伝達されるのが一般的であ
る。
【０００３】このようなコネクタ組立では、前記出射光
が屈折率の異なる透明物質との境界面で散乱を起こす場
合があり、問題となっている。あるいは、透明物質が複
数の場合はこれら物質の各表面、あるいは、その中でエ
アギャップを有した透明物質の表面で、出射光が反射し
てしまうといった問題もある。ダイオードがレーザーダ
イオードであり、反射面に対してわずかな入射角度で逆
方向へ出射光が反射されてしまうと、該出射光はレーザ
ーダイオードに入射し、ダイオードの安定性を損なわせ
てしまうことがある。
【０００４】上記のような問題を解決するよう設計され
たコネクタ組立としては、米国特許Ｎｏ．４，９７９，
７９１のコネクタ組立がある。このコネクタ組立では逆
方向への反射を防止しており、また、むき出しの光ファ
イバーをレーザーパッケージに接続する場合に用いるピ
グテール結合を取り除いている。コネクタ組立は、光フ
ァイバーと、光収束エレメントを外装するコネクタ本体
を有したレーザーダイオードとを取り外しができないよ
うに接続する。前記レーザーダイオードの出射軸は前記
収束エレメントの軸に照準合せされており、また、結合
エレメントと前記収束エレメントはエアギャップが生じ
ないよう接触させている。収束エレメントはレーザーダ
イオードの拡散光線を収束ビームに変換できるようにな
っており、また、前記結合エレメントは、逆方向へ反射
させることなく変換ビームを受光し、さらに光ファイバ
ーへと送出するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ーダイオードを光ファイバーに接続する従来の取り外し
不可能なコネクタ組立では、レーザーダイオードが作動
中にコネクタ組立から光ファイバーが外れた場合（すな
わち、コネクタが外れた時にダイオードから光が出射さ
れている場合）、偶然にもオペレーターの目に出射光線
が当ることにより目を怪我したり、あるいは、視力を喪
失したりする危険性があった。このため、レーザーダイ
オードを光ファイバーへ効果的に接続しながらもレーザ
ー光線を安全かつ怪我を生じないレベルまで減衰するコ
ネクタ組立が要望されていた。
【０００６】また、光ファイバーへの入射光のパワーを
減衰または制御できるほうが望ましい分野も多数ある。
【０００７】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は光源から出射された光
線のパワーを制限し、目に安全なレベルまたは所望のレ
ベルで伝達させる減衰手段を備えたレーザーダイオード
または光源と光ファイバーを接続する光コネクタ組立を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発光素子からの光を該発光素子から離隔した光ファ
イバーの端面に結合する本発明の光コネクタ組立におい
て、前記発光素子からの拡散光線を収束光線に変換する
レンズ手段と、該レンズ手段からの前記収束光線を前記
光ファイバーの端面に導く結合手段と、該結合手段およ
び前記レンズ手段間に配設され、前記発光素子の光の中
心部分のみを選択的に通過させる減衰手段とから構成さ
れたことを特徴とする。
【０００９】本発明の好適な態様としては、前記減衰手
段を、略中央部に小さな開口または小孔が形成された円
盤状部材で構成するのが望ましい。
【００１０】最も好適な態様としては、前記光接続手段
を第一および第二光接続エレメントで構成し、前記減衰
ディスクをこれら二つのエレメントの中間に介在させる
のが望ましい。前記第一および第二光接続エレメント
は、光源からの光線をその入力端に収束させて収束ビー
ムを出射させる第一収束レンズと、光ファイバーのビー
ム受光条件に適合するビーム径でその出力端へ前記収束
ビームを送出する光結合器とで構成するのが好ましい。
前記接続エレメントと前記減衰ディスクを円筒形ハウジ
ング内に収納してコネクタサブアセンブリを作製し、コ
ネクタ組立全体の一部として構成するのが好ましい。
【００１１】
【作用】本発明の光コネクタ組立はこのような構成を有
しており、前記円盤状部材は、オーダーが小さなモード
の光を通過させながらも異常に大きなオーダーのモード
光を遮断し、接続手段から出力されるビームのパワーを
減少させる。ビームの減衰レベルは前記孔の大きさと相
関関係(function)にあり、孔が小さくなるほど通過ビー
ムの屈折は大きくなり、接続手段から出力されて光ファ
イバーに入射するビームのパワーは大幅に減少する。こ
のため、本発明に係る光コネクタ組立は、光ファイバー
と他の光ファイバーを接続するカップリングの場合と同
じ心合わせ精度で光源から光ファイバーへと光エネルギ
ーを伝送させるのに効果的である。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明に係る光コ
ネクタ組立の好適な実施例を説明する。
【００１３】本発明の光コネクタ組立は、光ファイバー
間を接続する際と同じ心合わせ精度で光ファイバー１２
と封止レーザーダイオード１４とを分離不可分に接続す
るコネクタ組立１０で構成されており、当該コネクタ組
立ではダイオードからの逆方向反射光線を減少させると
共に光ファイバー１２へ伝達されるビーム光線を業界で
周知なレベルであるクラスＩ（目に安全である）まで減
衰させている。
【００１４】図１−３において、コネクタ組立１０はコ
ネクタ本体１６と封止レーザーダイオード１４と光接続
手段２６で構成さており、前記光接続手段は、前記レー
ザーダイオード１４に面して配設されてレーザーダイオ
ードから出射された拡散光ビーム５２を、光エネルギー
から成る変換ビーム５４へ変換する光収束エレメント１
８と、前記変換ビーム５４を受光し、当該ビームを光フ
ァイバー１２へ送出する光結合エレメント２２と、前記
光収束エレメント１８と前記結合エレメント２２の間に
介装されており、光ファイバー１２に出力される光線を
減衰させる光減衰器２４とをさらに具備している。
【００１５】光収束エレメント１８と結合エレメント２
２は透明であり、レーザーダイオード１４から出射され
た光エネルギーを光ファイバー１２へ伝達することがで
きる。ソケット３０に分離不可分に挿入されている光フ
ァイバー１２の端部３２と物理的に接触させるため、結
合エレメント２２の前方端２８は接続体１６の内側ソケ
ット３０内で正確に位置決めされる。結合エレメント２
２と収束エレメント１８を光減衰器２４に物理的および
光学的に接触させて両エレメントの境界面での逆方向反
射をなくしている。前記結合エレメント２２は、さら
に、光ファイバー１２と物理的に接触しており、当該エ
レメントと光ファイバーとの境界面での逆方向反射を防
いでいる。前記コネクタ本体１６の後方部１７は径が大
きく、孔１９を形成している。
【００１６】封止レーザーダイオード１４は、一般に
「カン(can) 」と呼ばれ、レーザー構造を有した一般的
な半導体３４と光検出器構造を有した一般的な半導体３
５を内蔵した円筒形パッケージ１５で構成されている。
パッケージ１５のベースはフランジ１３Ａになってお
り、このフランジは取付けに使用できる。カン１５の後
方からは、不図示の印刷基板へ接続するためのリード線
１４が延在している。半導体３４の出射端、すなわち、
出射面３６は、レーザーダイオード１４の出射端１４Ａ
の部分のカン１５の窓３８に面しており、当該窓の両面
には反射防止膜が塗布形成されている。
【００１７】図１において、レーザーダイオード１４
は、本体１６の後方を拡張形成した孔１９に収納されて
いる光学ベンチ１３の内部に格納するのが好ましい。光
学ベンチ１３は、レーザーダイオード１４取付け用後方
フランジ１３Ｂと、前記後方フランジ１３Ｂから前方へ
延びている円筒形壁面１３Ｃと、前記円筒形壁面１３Ｃ
から中心方向へ延びる前方壁面部１３Ｄと、前記前方壁
面部１３Ｄから前方へ延在し、コネクタ本体１６のソケ
ット３０の一部内部にまで延びているスリーブ部１３Ｅ
から構成されている。
【００１８】光学接続手段２６の収束エレメント１８と
結合エレメント２２は、レーザーダイオードから出射さ
れた開口数が大きな拡散ビーム５２を、光ファイバー１
２の端部３２のビーム受光条件に適合させ易い開口数が
小さな拡散ビーム５４ａへ変換する。
【００１９】コネクタ組立１０の部品の心合わせを正確
に行うため、前記コネクタ組立には、前記収束エレメン
ト１８、減衰器ディスク２４、結合エレメント２２の外
径よりもわずかに内径が大きく、前記エレメント１８を
内蔵する第一アラインメントスリーブ４４と、内部には
光ファイバー１２の端部３２を挿入するための軸路が形
成され、また、外径は前記第一アラインメントスリーブ
４４の外径に略等しいフェルール４０と、コネクタ本体
１６の内部ソケット３０の径よりも外径が若干小さな第
二アラインメントスリーブ４６とがさらに具備されてい
る。前記第二アラインメントスリーブは分割スリーブに
し、その内径を前記第一アラインメントスリーブ４４お
よびフェルール４０の外径よりも若干小さくするのが好
ましい。業界では周知なことではあるが、前記分割スリ
ーブはスプリングの役割を果たし、エレメントの心合わ
せを行う。あるいは、前記スリーブを連続部材とし、内
径を前記第一アラインメントスリーブ４４およびフェル
ール４０の外径よりも若干大きくすることもできる。こ
れら第一アラインメントスリーブ４４、収束エレメント
１８、減衰器ディスク２４、結合エレメント２２が集ま
って光コネクタサブアセンブリ２６を構成している（図
２参照）。
【００２０】図２において、レーザーダイオード１４
は、原点５０から開口数が大きな円錐拡散ビーム５２の
状態で光エネルギーを出射する。収束エレメント１８
は、屈折率分布レンズとするのが好ましく、この種のレ
ンズは一般に”ＧＲＩＮ”レンズと呼ばれている。この
レンズはビーム５２のような光線のビームを受光し、ビ
ームが空気中へ出射されるような場合には、収束エレメ
ント１８の焦点距離に位置する焦点５３の方向へビーム
を収束させるようになっている。ＧＲＩＮレンズの工業
用原料としては、ニュージャージー州Ｓｏｍｅｒｖｉｌ
ｌｅの日本板ガラスアメリカ社のものがある。凸状にな
った受光端２０では光線の拡散ビーム５２を集束させ、
この集束させたビームを集束ビーム５４へと変換する。
前記結合エレメント２２の光屈折率は空気よりも大き
い。空気側にだけビームを出射させるような場合は、前
記結合エレメントで屈折した前記集束ビームは、倍率が
高い集束ビーム５４ａとなり、このビームは徐々に収束
する。結合エレメント２２の長さは、結合エレメント２
２の長さ方向へスポット径（集束ビーム５４ａの径）が
徐々に小さくなり端面３２における光ファイバー１２の
モードフィールドの径に略等しくなるよう選択する。
【００２１】このように、結合エレメント２２を追加す
ると、集束ビーム５４ａは結合エレメント２２の出射前
方端２８より先の焦点５６で収束する。つまり、収束ビ
ーム５４ａは空気中の焦点５３よりも遠い焦点５６に収
束する。さらに、ビーム５４ａは拡大される。すなわ
ち、ビーム５４ａの断面は、半導体３４の前方面でのソ
ース出射光の断面よりも大きい。さらに、ビーム５４ａ
の開口数は拡散ビーム５２よりも小さく、空気中の焦点
５３での開口数よりも小さくなる。
【００２２】結合エレメント２２は光減衰器２４と物理
的および光学的に接触しており、間に空気は介在してい
ない。また、前記減衰器２４と収束エレメント１８の出
射前方端２１は透明接着材によって空気ギャップが生じ
ないよう物理的および光学的に接触している。このよう
に、結合エレメント２２によって吸収されることにより
集束ビーム５４の後方への反射は防止される。前記接着
材は、溶融シリカやガラスの屈折率に略等しくなるよう
選択するのが好ましく、前記シリカおよびガラスは略同
一の屈折率を有するよう選択するのが好ましい。前記結
合エレメント２２は、アリゾナ州フェニックスの Polym
icro Technologies 社から市販されている高純度シリカ
ロッドである。結合エレメント２２は集束ビーム５４ａ
を受光し、同軸のフェルール４０内に保持されている光
ファイバー１２のコアの端部３２の中、または、相補的
コネクタ組立４２のプラグの内部へと前記ビームを伝達
させる。
【００２３】図２において、ビーム５４の一部５２Ａは
オーダーが低く、レーザーダイオード１４の出射軸５１
に対して小さな角度で出射される。ビームの他の部分５
２Ｂはオーダーが高く、出射軸５１に対して大きな角度
で出射されている。
【００２４】減衰器２４は円盤状部材で構成されてお
り、高いオーダーのビーム部５２Ｂを遮断しながらもオ
ーダーの低いビーム部５２Ａだけを通過させるための小
さな開口２５（図４参照）が中心に形成されている。こ
のため、結合エレメント２２の出力端および光ファイバ
ー１２に伝達される光線５４ａのパワーは低下する。し
かしながら、集束ビーム５４ａの強度は光ファイバー１
２に接続した場合に予定されている機能を果たすのには
十分なものである。
【００２５】孔２５の径は、レーザーダイオードから出
射された拡散ビーム５２のうち減衰器２４を経て光ファ
イバー１２に通過できるビームの量によって決まる。孔
２５の径が小さくなるほど、通過する拡散ビームの屈折
が大きくなる。屈折によってビームは広がり、その結果
パワー密度が低下し、光ファイバー１２に結合されるパ
ワーも低下する。
【００２６】図３のコネクタ組立１０は、まず、収束エ
レメント１８、減衰器２４、結合エレメント２２を第一
アラインメントスリーブ４４の内部に挿入し、熱／光硬
化透明接着材を用いて気密状態で互いに接続して組み立
てる。この結果、収束エレメント１８の受光端２０がス
リーブ４４の後方端よりも後方に位置した光コネクタサ
ブアセンブリ２６（図２）ができる。結合エレメント２
２はディスク２４と物理的および光学的に接触してお
り、このディスク２４はさらに収束エレメント１８の出
射端３８に物理的また光学的に接触している。このよう
な部材間の物理的および光学的な接触も、結合エレメン
ト２２とディスク２４と収束エレメント１８をエアギャ
ップ生じることなく結合している光硬化性透明接着材フ
ィルムによって行われている。光ベンチ１３のフランジ
１３Ｂは、レーザーダイオード１４のベースフランジ１
３Ａの固定面に圧接されている。コネクタサブアセンブ
リ２６を調節して収束エレメント１８の受光端２０と半
導体３４の出射領域３６との距離を正確に合わせる。レ
ーザーダイオード容器１５は光ベンチ１３の後方にある
拡大ボア１９の内部に遊挿されている。ボア１３Ｆ内の
レーザーダイオード１４の水平方向の位置は、出射光が
光ファイバー１２の軸を中心として対称であることが検
出されるまでレーザーダイオード１４を作動させた状態
で調整する。次に、光ベンチ１３のスリーブ部１３Ｅと
光コネクタサブアセンブリ２６のスリーブ４４の重なり
部分、および、光ベンチのフランジ１３Ｂとレーザーダ
イオード１４の取付ベースフランジ１３Ａの重なり部分
をレーザー溶接してレーザーダイオード１４を固定す
る。こうして、光ベンチ１３は、構造用接着材１９Ａに
よってコネクタ本体１６の後方部１７の後方軸ベース１
９内の所定位置に固定される。
【００２７】光コネクタサブアセンブリ２６は、第二ア
ラインメントスリーブ４６内の前方端に摺動自在に挿入
されており、当該第二アラインメントスリーブはさらに
コネクタ本体１６の前方部１６Ａ近傍のソケット３０内
に挿入されている。第二アラインメントスリーブ４６
は、ソケット３０内に後方に面して形成されたショルダ
ー３１によって前方へ動かないようになっている。好適
態様において、第二アラインメントスリーブ４６はスプ
リット型スリーブである。
【００２８】本体１６の前方部１６Ａには、前方フラン
ジ１６Ｂが形成されており、その内部には相補コネクタ
組立４２を挿入するための開口部１６Ｃが形成されてい
る。ダイオードコネクタ組立１０は、例えば、差込みカ
ップリングやねじ込みカップリングなど当該技術分野で
は周知な手段によって相補光ファイバーコネクタ組立４
２（図１）に接続することができる。
【００２９】結合エレメント２２の前方出射端２８がコ
ネクタ本体１６内の基準面１０’に正確に位置決めさ
れ、端面３２に過剰な力を加えずに前記基準面１０’で
端面３２と光ファイバー１２が物理的に接触するまで、
ボア１９およびソケット３０内の所定位置まで軸方向に
レーザーダイオードケーシング１３を移動する。
【００３０】空気中で接合すると、光ファイバー１２の
前方面または前方端３２で角度の小さな反射が起こり、
レーザー光をレーザーダイオード１４へ逆戻りさせてし
まう場合がある。結合エレメント２２の前方端２８と光
ファイバー１２の端面３２とを物理的に接触させてこの
ような反射を防止し、光ファイバーを他の光ファイバー
に接続する場合と同じ心合わせ精度の結合を実現する。
好適実施態様において、第一アラインメントスリーブ４
４とフェルール４０の外径は同一（略２．５ｍｍ）であ
り、この外径は第二またはスプリット型アラインメント
スリーブ４６の内径よりもわずかに大きくなっており、
このため、フェルール４０とスリーブ４４によってダイ
オード１４の出射軸と光ファイバー１２の軸は常に一直
線になっている。
【００３１】図４は、減衰器２４の分離拡大図であり、
当該減衰器は平坦で円盤状の厚みの小さな部材で構成さ
れており、前記部材には中央孔２５が形成されている。
このディスクの両面に、反射を減少させる黒色の高吸収
性コートを被覆形成するのが好ましい。前記孔２５の径
は、減衰所望量にもよるが約０．０９７ｍｍ（約０．０
０３８インチ）から約０．１ｃｍ（約０．０３９７イン
チ）とするのが好ましい。ディスク２４の厚みは約０．
０５ｍｍ（０．００２インチ）以下で、外径は約０．１
７８ｃｍ（約０．０７０２インチ）から約０．１８ｃｍ
（約０．０７１２インチ）とするのが好ましい。
【００３２】図５は、本発明のその他の態様１１０の拡
大部分図であり、結合エレメント１２２の終端１２７に
は金属被覆層が形成されて黒色面を構成し、内部には孔
１２５が貫通している。ディスク２４と同様に、この黒
色面によって残余のビーム５２Ｂを遮断され、一方、ビ
ーム５２Ａの部分は前記孔を通過する。前記金属被覆層
はチタン層１２４Ａとニッケル層１２４Ｂで構成するの
が好ましい。前記ニッケル層は、コネチカット州ニュー
ヘブンEnthone-OMI,Inc.社から販売されているＥＢＯＮ
ＯＬ ｚ−８０といった当該技術分野では周知な手段を
用いて黒色にしている。
【００３３】前記収束エレメント１８と光結合エレメン
ト２２は、レーザーダイオードからの光を光ファイバー
へ伝達する他の光結合構造体で構成することもできる。
また、前記減衰器手段は、前記接続構造体内の適当な位
置に配設することができる。さらに、前記減衰器手段は
前記好適態様で用いたディスク２４以外の形状とするこ
とも可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光コ
ネクタ組立によれば、減衰器を用いることにより光ファ
イバーの端面に収束するレーザービームの光エネルギー
を減衰することができる。また、本発明のコネクタ組立
では、光源から光ファイバーへエネルギーを伝達する場
合に、光ファイバーの端面同士を結合する際と同じ心合
わせ精度で効率的にエネルギーを伝達できる。さらに、
本発明によれば、光ファイバーが光源から外れた場合に
誤って光源を目視してもけがをしないよう伝達エネルギ
ーのパワーを効率的に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適態様に係るレーザーダイオードと
光ファイバーを接続する光コネクタ組立の断面図
【図２】図１のコネクタ組立のコネクタサブアセンブリ
を示した拡大断面図
【図３】図１のコネクタ組立の分解断面図
【図４】図１−３に示した開口部の拡大斜視図
【図５】他の実施例に係る減衰器の拡大部分断面図
【符号の説明】
１０ 光コネクタ組立 １２ 光ファイバー １３ 光ベンチ １８ 収束エレメント ２２ 結合エレメント ２４ 減衰器 ５０ 光源 ５２ 拡散光線 ５４ 集束光線
フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー アラン リヴィングストン アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 17034 ハイスパイア セカンド ストリ ート 462 (72)発明者 ランドール ボビー ポール アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 17023 エリザベスヴィル ボックス 421 アールアールナンバー １（番地なし) (72)発明者 ロバート ウォレイス ロフ アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07090 ウェストフィールド ガロウズ ヒル ロード 110

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光素子からの光を該発光素子から離隔
    した光ファイバーの端面に結合する光コネクタ組立にお
    いて、 前記発光素子からの拡散光線を収束光線に変換するレン
    ズ手段と、 該レンズ手段からの前記収束光線を前記光ファイバーの
    端面に導く結合手段と、 該結合手段および前記レンズ手段間に配設され、前記発
    光素子の光の中心部分のみを選択的に通過させる減衰手
    段とから構成されたことを特徴とする光コネクタ組立。
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