JP2017219801A

JP2017219801A - 多芯光コネクタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2017219801A
Application number: JP2016116204A
Authority: JP
Inventors: 直文丸山; Naofumi Maruyama; 直樹三須; Naoki Misu
Original assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-12-14
Also published as: EP3470897A4; EP3470897A1; US10613277B2; WO2017212845A1; CN109196398A; US20190219773A1

Abstract

【課題】複数のレンズ付き光ファイバをフェルールに配列保持した多芯光コネクタにおいて、反射戻り光を抑止し且つ損失の少ない接続を行う。
【解決手段】光ファイバ４Ａの先端にＧＲＩＮレンズ４Ｂを融着したレンズ付き光ファイバ４を複数配列保持したフェルール２と、一対のフェルール２を端面が平行になるように非接触状態で対向させて結合する結合部材３とを備え、フェルール２は、中心軸Ｏｆに対して設定角度θ₀傾斜した端面２Ａを有し、配列中心Ｏｐが中心軸ＯｆからΔｔだけ偏芯した位置になるように、中心軸Ｏｆに対して平行にＧＲＩＮレンズ４Ｂが配列保持され、一対のフェルール２に保持されたレンズ付き光ファイバ４は、互いに光結合するように、フェルール２の端面２Ａに沿って傾斜するＧＲＩＮレンズ４Ｂの端面を有し、フェルール２の端面２Ａの傾斜方向に配列されたレンズ付き光ファイバ４は、ＧＲＩＮレンズ４Ｂと光ファイバ４Ａとの融着位置４Ｆが、端面２Ａに沿って傾斜配列されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、多芯光コネクタ及びその製造方法に関するものである。

光インターコネクションは、情報伝送の高速化，大容量化，省電力化を実現する技術として注目されている。光インターコネクションの重要な要素技術は、光配線の接続技術であり、光ファイバ相互の接続だけで無く、ボード間，チップ間，チップ内での光配線の接続において、高い結合効率で簡易な接続が求められている。

光配線の接続では、フェルールと呼ばれる接続端子を用いるコネクタ接続が一般に知られており、高密度の光配線の接続を実現するにはコネクタの多芯化が不可欠である。従来の多芯光コネクタは、光ファイバの端部が複数配列される位置決め孔と一対のガイドピン挿入用ガイド孔を有するフェルールと、このフェルールのガイド孔に挿入され、一対のフェルールを同軸状に接続するガイドピンとを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。

一方、光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズ（屈折率分布型レンズ）を融着したレンズ付き光ファイバ（光ファイバコリメータ）が知られている（下記特許文献２参照）。レンズ付き光ファイバを用いた光配線の接続は、ＧＲＩＮレンズによるビーム拡大で出射光のエネルギー密度を低下させることができると共に、接続端面を互いに非接触にすることができる特徴を有する。出射光のエネルギー密度が低下すると、端面に付着した異物にエネルギーが集中することによる発熱やそれに伴うファイバヒューズなどで、接続端面や光ファイバ内が損傷する現象を回避することができ、また、接続端面を非接触にすることで、接続端面に異物が存在しても光結合が可能になり、接続端面の清掃などの手間を省くことができる。更に、コネクタ接続においては、接続端面を非接触にすることで、フェルール端面の当たり傷や欠損の発生を回避することができる。

特開２００４−２１９９４４号公報特開２００９−４７９９３号公報

レンズ付き光ファイバを用いた光配線の接続では、ＧＲＩＮレンズの端面を非接触にすることで、端面がＧＲＩＮレンズ（高屈折率層）と空気（低屈折率層）の界面になり、端面での反射戻り光が顕著になる。この反射戻り光は、ＧＲＩＮレンズで集光されて光ファイバに逆入射するので、伝送損失が大きくなるだけでなく、光源などに対して悪影響を及ぼすことになる。

これに対しては、ＧＲＩＮレンズの端面をＧＲＩＮレンズや光ファイバの中心軸に対して傾斜させることで、反射戻り光の低減と光ファイバへの逆入射を防ぐことができる。しかしながら、ＧＲＩＮレンズの端面を傾斜させると、結合光の光軸は、スネルの法則に従ってＧＲＩＮレンズの中心軸に対して所定の角度を持つことになるので、多芯光コネクタを用いて一対のフェルールを同軸状に突き合わせて接続する場合には、フェルールの中心軸とＧＲＩＮレンズの配列中心が一致していては、光結合を行うことができない。

また、ＧＲＩＮレンズ端面の傾斜方向に沿ってＧＲＩＮレンズを複数配列する場合には、フェルールの端面を研磨して傾斜端面を形成する際に、配列位置によってＧＲＩＮレンズのレンズ長に差が生じてしまい、全てのレンズ付き光ファイバで結合光のビームウエスト位置を合致させた損失の少ない接続を行うことが困難になる問題があった。

本発明は、このような事情に対処するために提案されたものである。すなわち、複数のレンズ付き光ファイバをフェルールに配列保持した多芯光コネクタにおいて、反射戻り光を抑止し且つ損失の少ない接続を行うことができるようにすること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明による多芯光コネクタ及びその製造方法は、以下の構成を具備するものである。

光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着したレンズ付き光ファイバを複数配列保持したフェルールと、一対の前記フェルールを端面が平行になるように非接触状態で対向させて結合する結合部材とを備え、前記フェルールは、中心軸に対して設定角度傾斜した端面を有し、配列中心が前記中心軸から偏芯した位置になるように、前記中心軸に対して平行に前記ＧＲＩＮレンズが配列保持され、一対の前記フェルールに保持された前記レンズ付き光ファイバは、互いに光結合するように、前記フェルールの端面に沿って傾斜するＧＲＩＮレンズの端面を有し、前記フェルールの端面の傾斜方向に配列された前記レンズ付き光ファイバは、前記ＧＲＩＮレンズと前記光ファイバとの融着位置が、前記端面に沿って傾斜配列されていることを特徴とする多芯光コネクタ。

光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着したレンズ付き光ファイバを複数配列保持したフェルールと、一対の前記フェルールを端面が平行になるように非接触状態で対向させて結合する結合部材とを備える多芯光コネクタの製造方法であって、配列中心が前記フェルールの中心軸から偏芯するように、前記中心軸に沿った複数の孔を配列させた前記フェルールを成形する工程と、前記孔に前記レンズ付き光ファイバを挿入し、前記ＧＲＩＮレンズと前記光ファイバとの融着位置を前記中心軸に対して設定角度で傾斜配列させ、前記フェルールに前記レンズ付き光ファイバを固定する工程と、前記融着位置の傾斜配列方向が前記フェルールの端面と平行になるように、前記端面を研磨する工程とを有することを特徴とする多芯光コネクタの製造方法。

このような特徴を有する多芯光コネクタ及びその製造方法によると、レンズ付き光ファイバのＧＲＩＮレンズ端面をフェルールの中心軸に対して傾斜させることで、反射戻り光を低減すると共に反射戻り光が光ファイバに逆入射するのを抑止することができる。また、フェルールの端面の傾斜に沿ってＧＲＩＮレンズと光ファイバの融着位置を傾斜配列することで、ＧＲＩＮレンズのレンズ長を一定にしたレンズ付き光ファイバの多芯コネクタ接続が可能になる。これによって、複数のレンズ付き光ファイバをフェルールに配列保持した多芯光コネクタにおいて、反射戻り光を抑止し且つ損失の少ない接続を行うことができる。

本発明の実施形態に係る多芯光コネクタの全体構成を示した説明図（（ａ）が非接続状態、（ｂ）が接続状態）である。本発明の実施形態に係る多芯光コネクタにおけるフェルールの正面図である。レンズ付き光ファイバを保持した一対のフェルールを示した説明図である。個々のレンズ付き光ファイバの結合状態を示した説明図である。本発明の実施形態に係る多芯光コネクタの製造方法（例１）を示した説明図である。本発明の実施形態に係る多芯光コネクタの製造方法（例２）を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る多芯光コネクタの全体構成を示しており、（ａ）が非接続の状態、（ｂ）が接続した状態を示している。多芯光コネクタ１は、一対のフェルール２と、結合部材３によって構成される。一対のフェルール２は、同一物であり、これらを上下反転して端面２Ａが平行になるように対面させる。結合部材３は、ここでは、ガイドピン３Ａとクランプスプリング３Ｂによって構成しているが、これに限らず、一対のフェルール２を保持するアダプタなどであってもよい。

フェルール２は、レンズ付き光ファイバ４を複数配列保持しており、フェルール２の端面２Ａは、フェルール２の中心軸に対して設定角度で傾斜している。結合部材３は、傾斜した端面２Ａが互いに設定距離だけ離れるように、非接触状態でフェルール２を同軸状に結合する。

図２に示すように、フェルール２（図においては、右側のフェルールを２（Ｒ）と示し、左側のフェルールを２（Ｌ）と示している。）は、フェルール２の中心軸Ｏｆの方向（図示Ｚ方向）に直交する２方向（図示Ｘ方向とＹ方向）に、レンズ付き光ファイバを保持する孔２Ｐが複数形成されている。図示の例では、孔２Ｐは、横方向（Ｘ方向）にｍ列（１２列）、縦方向（Ｙ方向）にｎ列（４列）配列されており、その配列中心（配列中心軸）Ｏｐがフェルール２の中心軸Ｏｆに対して図示Ｙ方向にΔｔだけ偏芯している。また、フェルール２には、一対のガイド孔２Ｑが設けられている。ガイド孔２Ｑは、ガイドピン３Ａを挿入することで、一対のフェルール２を同軸状に結合するためのものであり、フェルール２の中心軸Ｏｆに対して上下及び左右に対称な位置に形成されている。

フェルール２の端面２Ａの傾斜方向は、配列中心（配列中心軸）Ｏｆの偏芯方向に一致している。すなわち、図示右側のフェルール２（Ｒ）の場合には、配列中心Ｏｐの偏芯方向及び端面２Ａの傾斜方向が図示の＋Ｙ方向であり、図示左側のフェルール２（Ｌ）の場合には、配列中心Ｏｐの偏芯方向及び端面２Ａの傾斜方向が図示の−Ｙ方向である。

図３に示すように、フェルール２に保持されたレンズ付き光ファイバ４は、光ファイバ４Ａの先端にＧＲＩＮレンズ４Ｂが融着されており、互いに光結合するように、フェルール２の端面２Ａに沿ってＧＲＩＮレンズ４Ｂの端面が傾斜している。また、フェルール２の端面２Ａの傾斜方向（図示Ｙ方向）に配列されたレンズ付き光ファイバ４は、ＧＲＩＮレンズ４Ｂと光ファイバ４Ａとの融着位置４Ｆが、端面２Ａに沿って傾斜配列されている。すなわち、端面２Ａの傾斜角度（Ｙ方向に対しての傾斜角度）がθ₀であるとすると、Ｙ方向に配列されたレンズ付き光ファイバ４の融着位置４Ｆを結ぶ直線は、Ｙ方向に対して角度θ₀で傾斜している。具体的には、角度θ₀は４°以上、好適には６°以上、更に好適には８°以上であればよい。

このようにレンズ付き光ファイバ４を保持するフェルール２は、傾斜した端面２Ａを有し、且つ保持される全てのレンズ付き光ファイバ４は、ＧＲＩＮレンズ４Ｂのレンズ長Ｌ₀が同じ長さになっている。これによって、フェルール２に保持される全てのレンズ付き光ファイバ４は、一対のフェルール２を上下反転させて接続することで、全て同じ光結合状態になり、端面２Ａの傾斜角度θ₀に対して適宜の端面間隔を設定することで、全てのレンズ付き光ファイバ４は、ビームウエスト位置を合致させた低損失の光結合を実現することができる。

図４は、個々のレンズ付き光ファイバ４の結合状態を示している。傾斜端面４Ｂ１を有するＧＲＩＮレンズ４Ｂ（図示の「４Ｂ２」は傾斜端面４Ｂ１に対する垂線）を傾斜方向にΔｔだけ偏芯させて結合する場合、ＧＲＩＮレンズ４Ｂの中心軸４Ｂ０を通る光は、中心軸４Ｂ０に対して角度θｆの方向に出射する。一方のＧＲＩＮレンズ４Ｂから出射して、他方のＧＲＩＮレンズ４Ｂに入射する光の結合中心Ｓがビームウエスト位置になるためには、ビームウエスト距離をＷ、ＧＲＩＮレンズ４Ｂの中心屈折率をｎｇ、傾斜端面４Ｂ１の傾斜角度をθ₀とした場合には、スネルの法則によって下記（１）の関係が成り立つ（但し、端面間の空間の屈折率を１とする）と共に、出射角度θｆと偏芯量Δｔとビームウエスト距離（空間中心距離）Ｗとの関係は、下記（２）の関係になる。下記（１），（２）式によって、偏芯量Δｔと端面の傾斜角度θ₀を適宜設計することができる。
ｎｇ・ｓｉｎθ₀＝ｓｉｎ（θｆ＋θ₀） …（１）
ｓｉｎθｆ＝Δｔ／Ｗ …（２）

このような多芯光コネクタの製造方法を説明する。フェルール２は、型内に孔２Ｐとガイド孔２Ｑを形成するためのピンを位置決めしたインサート成形によって形成することができる。ピンの位置を型中心に対して適宜偏芯させることで、多数列の孔２Ｐの配列中心Ｏｐを中心軸Ｏｆに対してΔｔだけ偏芯させたフェルール２を形成することができる。

図５は、フェルール２にレンズ付き光ファイバ４を固定する工程及びフェルール２の端面を研磨して傾斜端面を形成する工程の一例を示している。この例では、固定前のレンズ付き光ファイバ４は、全て同じ長さＬｓのＧＲＩＮレンズ４Ｂが光ファイバ４Ａに融着されている。このレンズ付き光ファイバ４をフェルール２に固定するに際して、研磨前のフェルール２の端面２Ｓから突出するＧＲＩＮレンズ４Ｂの突出量（ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４）に差を設けることで、融着位置４Ｆを傾斜配列している。ここで、突出量（ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４）を適宜設定することで、融着位置４Ｆを結ぶ直線の傾斜角度をθ₀に設定する。この状態で、孔２Ｐに挿入されたレンズ付き光ファイバ４をフェルール２に固定する。

次に、端面２Ｓと端面２Ｓから突出したＧＲＩＮレンズ４Ｂを研磨する。この研磨によって、傾斜した端面２Ａが形成され、同時に、ＧＲＩＮレンズ４Ｂの傾斜端面４Ｂ１が形成される。この際の研磨量はＧＲＩＮレンズ４Ｂのレンズ長が設定されたレンズ長Ｌ０になるように設定する。

図６は、フェルール２にレンズ付き光ファイバ４を固定する工程及びフェルール２の端面を研磨して傾斜端面を形成する工程の他の例を示している。この例では、固定前のレンズ付き光ファイバ４は、ＧＲＩＮレンズ４Ｂの長さが異なる長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）に設定されている。そして、長さの異なるＧＲＩＮレンズ４Ｂの端面を研磨前のフェルール２の端面２Ｓに面一に配置することで、融着位置４Ｆを傾斜配列する。ここで、ＧＲＩＮレンズ４の長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）を適宜設定することで、融着位置４Ｆを結ぶ直線の傾斜角度をθ₀に設定する。この状態で、孔２Ｐに挿入されたレンズ付き光ファイバ４をフェルール２に固定する。

次に、端面２ＳとＧＲＩＮレンズ４Ｂを研磨する。この研磨によって、傾斜した端面２Ａが形成され、同時に、ＧＲＩＮレンズ４Ｂの傾斜端面４Ｂ１が形成される。この際の研磨量はＧＲＩＮレンズ４Ｂのレンズ長が設定されたレンズ長Ｌ０になるように設定する。

このようなレンズ付き光ファイバ４を保持するフェルール２を備えた多芯光コネクタ１は、レンズ付き光ファイバ４のＧＲＩＮレンズ４Ｂの端面をフェルール２の中心軸Ｏｆに対して傾斜させることで、反射戻り光を低減すると共に反射戻り光が光ファイバ４Ａに逆入射するのを抑止することができる。また、フェルール２の端面の傾斜に沿ってＧＲＩＮレンズ４Ｂと光ファイバ４Ａの融着位置４Ｆを傾斜配列することで、ＧＲＩＮレンズ４Ｂのレンズ長Ｌ０を一定にしたレンズ付き光ファイバ４の多芯コネクタ接続が可能になる。これによって、複数のレンズ付き光ファイバ４をフェルール２に配列保持した多芯光コネクタ１において、反射戻り光を抑止し且つ損失の少ない接続を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：多芯光コネクタ，
２：フェルール，２Ａ：端面，２Ｐ：孔，２Ｑ：ガイド孔，
３：結合部材，３Ａ：ガイドピン，３Ｂ：クランプスプリング，
４：レンズ付き光ファイバ，４Ａ：光ファイバ，４Ｂ：ＧＲＩＮレンズ

Claims

光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着したレンズ付き光ファイバを複数配列保持したフェルールと、一対の前記フェルールを端面が平行になるように非接触状態で対向させて結合する結合部材とを備え、
前記フェルールは、中心軸に対して設定角度傾斜した端面を有し、配列中心が前記中心軸から偏芯した位置になるように、前記中心軸に対して平行に前記ＧＲＩＮレンズが配列保持され、
一対の前記フェルールに保持された前記レンズ付き光ファイバは、互いに光結合するように、前記フェルールの端面に沿って傾斜するＧＲＩＮレンズの端面を有し、前記フェルールの端面の傾斜方向に配列された前記レンズ付き光ファイバは、前記ＧＲＩＮレンズと前記光ファイバとの融着位置が、前記端面に沿って傾斜配列されていることを特徴とする多芯光コネクタ。
光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着したレンズ付き光ファイバを複数配列保持したフェルールと、一対の前記フェルールを端面が平行になるように非接触状態で対向させて結合する結合部材とを備える多芯光コネクタの製造方法であって、
配列中心が前記フェルールの中心軸から偏芯するように、前記中心軸に沿った複数の孔を配列させた前記フェルールを成形する工程と、
前記孔に前記レンズ付き光ファイバを挿入し、前記ＧＲＩＮレンズと前記光ファイバとの融着位置を前記中心軸に対して設定角度で傾斜配列させ、前記フェルールに前記レンズ付き光ファイバを固定する工程と、
前記融着位置の傾斜配列方向が前記フェルールの端面と平行になるように、前記端面を研磨する工程とを有することを特徴とする多芯光コネクタの製造方法。
研磨前の前記フェルールの端面から突出する前記ＧＲＩＮレンズの突出量に差を設けることで、前記融着位置を傾斜配列することを特徴とする請求項２に記載された多芯光コネクタの製造方法。
長さの異なる前記ＧＲＩＮレンズの端面を研磨前の前記フェルールの端面に面一に配置することで、前記融着位置を傾斜配列することを特徴とする請求項２に記載された多芯光コネクタの製造方法。