JP2005338782A - Optical receptacle with lens and optical module using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】ファイバスタブ25の外径は、光ファイバ23の中心に形成された光信号を伝搬する直径10μm程度のコア(不図示)同士を損失の少ない接続とするため、非常に高精度に加工する必要があり、またコア同士直接接合するために、曲面に鏡面研磨を施さなければならないため、加工に非常に手間がかかるという問題があった。
【解決手段】棒状レンズ6と、該棒状レンズ6の先端部が一方の端部から挿入固定され、他方の端部から軸中心に光ファイバ1が固定されたプラグフェルール2の先端部を挿入し、該プラグフェルール2の先端面と上記棒状レンズ6の先端面を当接させる円筒状のスリーブ3と、貫通孔を有し、貫通孔の内周面で棒状レンズ6の後端部を把持した筒状のレンズホルダ4とを含んでなり、棒状レンズ6の後端面をプラグフェルール2の先端部の光ファイバ1先端面に集光点をもつように曲面加工した。
【選択図】図1An outer diameter of a fiber stub 25 is processed with extremely high precision so that cores (not shown) having a diameter of about 10 μm that propagate an optical signal formed at the center of an optical fiber 23 are connected with low loss. In addition, in order to directly bond the cores to each other, the curved surfaces must be mirror-polished.
A rod-shaped lens 6 and a distal end portion of a plug ferrule 2 in which an end portion of the rod-shaped lens 6 is inserted and fixed from one end portion and an optical fiber 1 is fixed to an axial center from the other end portion are inserted. The cylindrical sleeve 3 that abuts the distal end surface of the plug ferrule 2 and the distal end surface of the rod-shaped lens 6 and a through-hole, and the rear end portion of the rod-shaped lens 6 is gripped by the inner peripheral surface of the through-hole. The cylindrical lens holder 4 is included, and the rear end surface of the rod-shaped lens 6 is curved so as to have a condensing point on the front end surface of the optical fiber 1 at the front end portion of the plug ferrule 2.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は光通信に用いるレンズ付き光レセプタクルと、これを用いた光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical receptacle with a lens used for optical communication and an optical module using the same.
光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている。また、光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、光レセプタクルの一端に光素子を備えるとともに、他端に石英ガラス等からなる光ファイバを有する光コネクタ用プラグフェルールを接続するものである(特許文献1参照)。 An optical module for converting an optical signal into an electrical signal has a structure in which an optical element such as a semiconductor laser or a photodiode is housed in a case, and the optical signal is introduced or derived through an optical fiber. In addition, a receptacle-type optical module in which a connector is connected among optical modules has an optical element at one end of the optical receptacle and an optical connector plug ferrule having an optical fiber made of quartz glass or the like at the other end. (See Patent Document 1).
上記光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図10に示すような光レセプタクル29の一端に光素子30を備えるとともに、他端に石英ガラス等からなる光ファイバ21を有する光コネクタ用プラグフェルール22を接続するものである。
A receptacle-type optical module in which a connector is connected among the optical modules includes an
この光レセプタクル29は、ジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール24と、フェルール24の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ23を挿入固定して得られたファイバスタブ25の後端部をホルダ27に圧入により固定し、先端部をスリーブ26の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース28に圧入又は接着固定することによって構成されている。
This
ファイバスタブ25における光ファイバ23の端面は、当接時の接続損失を減らすために曲率半径5〜30mm程度の曲面に鏡面研磨されており、反対側の端面は、LD等の光素子30から出射された光信号が光ファイバ23の先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、フェルール24とともに傾斜面に鏡面研磨されている。
The end face of the
このとき、フェルール24の外径は、SCコネクタを接続するタイプのものがφ2.5mm程度、LCコネクタを接続する小型タイプのものがφ1.25mm程度、外径公差は±1μm以下で、その貫通孔に備えられた光ファイバ23の外径は125μm程度、外径公差は±1μm程度とJIS規格やIEC規格等で規定されているが、従来から、光ファイバ23の中心に形成された光信号を伝搬する直径10μm程度のコア(不図示)同士を損失の少ない接続とするため、それぞれの部品(スリーブ26、フェルール24等)は高精度に加工されており、スリーブ26によってファイバスタブ25及び光コネクタ用プラグフェルール22を安定且つ高精度に保持する構造となっている。
At this time, the outer diameter of the
さらに上述の光レセプタクル29を用いて光モジュールを構成する場合は、光レセプタクル29のファイバスタブ25を備えた後端面側に、光素子30とレンズ31を備えたケース32を溶接により接合し、光レセプタクル29のもう一方の端面側よりスリーブ26内に光コネクタ用プラグフェルール22を挿入し、光ファイバ23および光ファイバ21の端面を当接させ、光信号のやりとりを行うことができる。
Further, when an optical module is configured using the
従来、上述したような光レセプタクルを用いた光モジュールは、LAN等の低速な通信用途にのみ用いられており、幹線系等の高速な通信用途には光ファイバピグテイルを用いた光モジュールが用いられていた。 Conventionally, an optical module using an optical receptacle as described above is used only for low-speed communication applications such as a LAN, and an optical module using an optical fiber pigtail is used for high-speed communication applications such as a trunk line system. It was done.
しかしながら近年、LAN等においても通信速度の高速化が求められてきたこと、また光ファイバピグテイルを用いた光モジュールに比べ光レセプタクルを用いた光モジュールは非常に小型であることから、光レセプタクルを用いた光モジュールにおいても通信速度の高速化が求められてきた。 However, in recent years, there has been a demand for higher communication speeds in LANs and the like, and optical modules using optical receptacles are much smaller than optical modules using optical fiber pigtails. There has also been a demand for higher communication speeds in the optical modules used.
通信速度の高速化には、高性能な半導体レーザを使用することにつながり、安定した特性を得るためには反射戻り光を防ぐ必要があるため、光アイソレータを光路に挿入しなければならない。そこで図11に示すように、光レセプタクルに光アイソレータを配置したものが考案されている。(特許文献2参照)
上記光レセプタクル29は、ジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール24と、フェルール24の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ23を挿入固定して得られたファイバスタブ25の後端部をホルダ27に圧入により固定し、先端部をスリーブ26の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース28に圧入又は接着固定することによって構成されている。
The increase in communication speed leads to the use of a high-performance semiconductor laser. In order to obtain stable characteristics, it is necessary to prevent reflected return light, so an optical isolator must be inserted in the optical path. Therefore, as shown in FIG. 11, an optical receptacle in which an optical isolator is arranged has been devised. (See Patent Document 2)
The
さらにファイバスタブ25の後端部端面に偏光子、ファラデー回転子、偏光子にて構成される光アイソレータ素子33が備えられており、光アイソレータ素子33を囲むようにリング状の磁石34がホルダ27に接着固定されている。
しかしながら、ファイバスタブ25の外径は、光ファイバ23の中心に形成された光信号を伝搬する直径10μm程度のコア(不図示)同士を損失の少ない接続とするため、非常に高精度に加工する必要があり、またコア同士直接接合するために、曲面に鏡面研磨を施さなければならないため、加工に非常に手間がかかるという問題があった。
However, the outer diameter of the
また一般的に光レセプタクルを用いた光モジュールを使用したトランシーバの形状は規格化されていて、半導体レーザに加える変調速度が高速化すると、そのための電気回路に必要なスペースは大きくなる。つまり電気回路のスペースを確保するために、光レセプタクルを短くすることが求められているが、ファイバスタブ25の両端面の研磨加工や、ファイバスタブ25を保持するのに必要な長さもあるため、短尺化にも限界がある。
In general, the shape of a transceiver using an optical module using an optical receptacle is standardized, and when the modulation speed applied to the semiconductor laser is increased, the space required for the electric circuit for that is increased. In other words, in order to secure the space of the electric circuit, it is required to shorten the optical receptacle, but because there is a length necessary for polishing the both ends of the
さらにファイバスタブ25の光ファイバ23は石英、フェルール24はセラミック材料を用いるのが一般的であり、また両者は接着剤にて固定されている。このような異種材料で構成される端面を研磨すると、石英の方がセラミック材料よりも早く研磨され、光ファイバ23の端面はフェルール24の端面よりも凹んでしまうため、凹みを抑える研磨加工は非常に難しく、手間がかかる。加えてヒートサイクルなどの温度変化により、さらに光ファイバ23が凹み、最悪プラグフェルール22を当接しても光ファイバ22が接触しないという不具合が発生してしまうという問題があった。
Further, the
また、ファイバスタブ25を使ったようなレセプタクル29の場合、ファイバスタブの後端面側に集光するようにレンズ31を設計するが、アッセンブリ後の位置ずれによる光出力の変化を小さくするために、わざとぼかした状態でアッセンブリされることが一般的であり、そのため後端面側にできるスポットの形は乱れている。またファイバスタブ25は非常に短い長さの光ファイバ23を真っ直ぐにした状態で周りを接着剤で固定しているため、光ファイバ23のクラッド部に入射した光は、広がりながらファイバスタブ25の先端部に到達したり、光ファイバ25を固定している接着剤に反射してファイバスタブ25の先端部に到達したりするため、軸中心に光ファイバ21が固定されたプラグフェルール22の先端側を挿入してファイバスタブ25の先端面に当接・把持させた場合、接続損失が大きくなってしまうという問題があった。
Further, in the case of the
上述の課題を解決するために本発明は、棒状レンズと、該棒状レンズの先端部が一方の端部から挿入固定され、他方の端部から軸中心に光ファイバが固定されたプラグフェルールの先端部を挿入し、該プラグフェルールの先端面と上記棒状レンズの先端面を当接させる円筒状のスリーブと、貫通孔を有し、該貫通孔の内周面で棒状レンズの後端部を把持した筒状のレンズホルダとを含んでなり、上記棒状レンズの後端面を上記プラグフェルールの先端部の光ファイバ先端面に集光点をもつように曲面加工したことを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a rod-shaped lens and a tip of a plug ferrule in which a tip of the rod-shaped lens is inserted and fixed from one end and an optical fiber is fixed from the other end to the center of the axis. A cylindrical sleeve that abuts the distal end surface of the plug ferrule and the distal end surface of the rod-shaped lens, and a through hole, and grips the rear end portion of the rod-shaped lens by the inner peripheral surface of the through hole. A cylindrical lens holder, and the rear end surface of the rod-shaped lens is processed to be curved so as to have a condensing point on the front end surface of the optical fiber at the front end portion of the plug ferrule.
また、本発明は、貫通孔を有し、該貫通孔の内周面で棒状レンズを把持した筒状のレンズホルダと、該レンズホルダの一方の端面に、一方の端部が接着もしくは圧入された円筒状のスリーブと、該スリーブの他方の端部から軸中心に光ファイバが固定されたプラグフェルールの先端部が挿入され、該プラグフェルールの先端面が、該プラグフェルールの先端面に対向する棒状レンズの先端面と当接可能であるとともに、上記棒状レンズの後端面を上記プラグフェルールの光ファイバ先端面に集光点をもつように曲面加工したことを特徴とするものである。 Further, the present invention provides a cylindrical lens holder having a through-hole and holding a rod-shaped lens on the inner peripheral surface of the through-hole, and one end of the lens holder is bonded or press-fitted to one end face. A cylindrical sleeve and a tip end portion of a plug ferrule having an optical fiber fixed from the other end portion of the sleeve to the axial center is inserted, and the tip end surface of the plug ferrule faces the tip end surface of the plug ferrule. The rod-shaped lens can be brought into contact with the distal end surface of the rod-shaped lens, and the rear end surface of the rod-shaped lens is curved so as to have a condensing point on the distal end surface of the optical fiber of the plug ferrule.
また、本発明は、棒状レンズと、該棒状レンズの先端部が一方の端部から挿入固定され、他方の端部から軸中心に光ファイバが固定されたプラグフェルールの先端部を挿入し、該プラグフェルールの先端面と上記棒状レンズの先端面を当接させる円筒状のスリーブと、貫通孔を有し、該貫通孔の内周面で棒状レンズの後端部を把持した筒状のレンズホルダとを含んでなり、上記棒状レンズの後端面が上記プラグフェルールの先端部の光ファイバ先端面に集光点をもつように軸中心から外周方向に屈折率を徐々に変化させた屈折率分布型レンズとしたことを特徴とするものである。 Further, the present invention inserts a rod-shaped lens and a distal end portion of a plug ferrule in which the distal end portion of the rod-shaped lens is inserted and fixed from one end portion and an optical fiber is fixed to the axial center from the other end portion, A cylindrical lens holder having a cylindrical sleeve that abuts the distal end surface of the plug ferrule and the distal end surface of the rod lens, and a through hole, and holding the rear end portion of the rod lens on the inner peripheral surface of the through hole A refractive index distribution type in which the refractive index is gradually changed from the axial center to the outer peripheral direction so that the rear end surface of the rod-shaped lens has a condensing point on the optical fiber front end surface of the plug ferrule. It is a lens.
また、本発明は、貫通孔を有し、該貫通孔の内周面で棒状レンズを把持した筒状のレンズホルダと、該レンズホルダの一方の端面に、一方の端部が接着もしくは圧入された円筒状のスリーブと、該スリーブの他方の端部から軸中心に光ファイバが固定されたプラグフェルールの先端部が挿入され、該プラグフェルールの先端面が、該プラグフェルールの先端面に対向する棒状レンズの先端面と当接可能であるとともに、上記棒状レンズの後端面が上記プラグフェルールの先端部の光ファイバ先端面に集光点をもつように軸中心から外周方向に屈折率を徐々に変化させた屈折率分布型レンズとしたことを特徴とするものである。 Further, the present invention provides a cylindrical lens holder having a through-hole and holding a rod-shaped lens on the inner peripheral surface of the through-hole, and one end of the lens holder is bonded or press-fitted to one end face. A cylindrical sleeve and a tip end portion of a plug ferrule having an optical fiber fixed from the other end portion of the sleeve to the axial center is inserted, and the tip end surface of the plug ferrule faces the tip end surface of the plug ferrule. The refractive index gradually increases from the axial center to the outer periphery so that the rear end surface of the rod-shaped lens has a condensing point at the optical fiber front end surface of the distal end portion of the plug ferrule. The present invention is characterized in that the gradient index lens is changed.
さらに、上記棒状レンズの後端面を平面に加工するとともに、該平面部に上記光アイソレータ素子が接合されていることを特徴とするものである。 Further, the rear end surface of the rod-shaped lens is processed into a flat surface, and the optical isolator element is bonded to the flat portion.
加えて、偏光子とファラデー回転子にて構成される光アイソレータ素子を上記棒状レンズの後端面に配置するとともに、上記光アイソレータ素子とレンズホルダとが一体化されていることを特徴とするものである。 In addition, an optical isolator element composed of a polarizer and a Faraday rotator is disposed on the rear end surface of the rod-shaped lens, and the optical isolator element and the lens holder are integrated. is there.
また、上述のレンズ付き光レセプタクルを用い、光素子を有するケースを備えてなる光モジュールを提供するものである。 The present invention also provides an optical module comprising a case having an optical element using the above-described optical receptacle with lens.
以上のように、本発明のレンズ付き光レセプタクル及び光モジュールによれば、従来用いられていたファイバスタブに代わり棒状レンズにすることにより、従来のファイバスタブの光ファイバ先端部とプラグフェルールの光ファイバ先端部との当接精度が高かったのが、棒状レンズによる集光点がプラグフェルールの光ファイバ先端部にくることおよび、光ファイバ先端部にできるスポットの乱れを低減することができるために、光レセプタクルの結合効率を充分高めることができるとともに、加工が難しいファイバスタブを不要とし、かつ使用する部品精度を緩和することができ、低価格で製造工程を簡略化したレンズ付き光レセプタクルを実現可能とする。また、全体の光路を短くすることが可能となり、モジュール全体の短尺化に貢献できる。 As described above, according to the optical receptacle with a lens and the optical module of the present invention, by replacing the conventionally used fiber stub with a rod-shaped lens, the optical fiber tip of the conventional fiber stub and the optical fiber of the plug ferrule The contact accuracy with the tip is high because the condensing point by the rod-shaped lens comes to the tip of the optical fiber of the plug ferrule and the disturbance of the spot that can be made at the tip of the optical fiber can be reduced. The coupling efficiency of the optical receptacle can be sufficiently increased, the fiber stub that is difficult to process is unnecessary, the accuracy of the components used can be relaxed, and the optical receptacle with lens that simplifies the manufacturing process at a low price can be realized. And In addition, the entire optical path can be shortened, which contributes to shortening the entire module.
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のレンズ付き光レセプタクル(以下、単に「光レセプタクル」というときもある)の一実施形態を示す断面図、図2、図3は光レセプタクルを用いた光モジュールの断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an optical receptacle with a lens of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “optical receptacle”), and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views of an optical module using the optical receptacle. is there.
本発明の光レセプタクル7は、図1に示すように、棒状レンズ6と、スリーブ3と、レンズホルダ4、スリーブケース5とからなり、棒状レンズ6の後端部を円筒状レンズホルダ4の内周面で把持し、棒状レンズ6の先端部をスリーブ3の一方の端部に挿入するとともに、それらをスリーブケース5に圧入または接着固定することによって構成されている。
As shown in FIG. 1, the
一方、スリーブ3の他方の端部からは軸中心に光ファイバ1が固定されたプラグフェルール2の先端部が挿入され、プラグフェルール2の先端面と棒状レンズ6の先端面が当接される。また棒状レンズ6は、その先端面60は光ファイバ1を有する光コネクタ用のプラグフェルール2と当接させる面であり、鏡面加工がなされている。また、後述するが、棒状レンズ6の後端面にプラグフェルール2の光ファイバ先端面1aに集光点をもつように曲面加工されている。
On the other hand, the distal end portion of the
棒状レンズ6の材料としてはガラス、サファイア等の無機材料やアクリル、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリオレフィン等の樹脂材料が挙げられるが、レンズ加工が可能である材質ならばこれらに限るものではなく、特に安価に使用でき、かつ、プラグフェルール2の当接を繰り返しても耐久性が維持されるためにも光学ガラス、合成石英、シリコン、サファイア等の無機材料を用いるのが好ましい。また、いずれにしても単一の材料で製造されているため、先端面60に極端な凹凸は発生せず、プラグフェルール2を当接した際、光ファイバ1の先端面1aは確実に棒状レンズ6の先端面60に接触させることができる。棒状レンズ6の外径は、SCコネクタを接続するタイプのものがφ2.5mm程度、LCコネクタを接続する小型タイプのものがφ1.25mm程度となっている。
Examples of the material of the rod-shaped
スリーブ3は、上述のように棒状レンズ6の先端部が一方の端部から挿入されるだけでなく、他方の開放端部から石英ガラス等からなる光ファイバ1を有するプラグフェルール2が挿入されて保持するように構成されている。また、スリーブ3の材質としてはジルコニア、アルミナ、銅などの材料が用いられるが、主に耐摩耗性を考慮して、現在ではジルコニアセラミックス材料が用いられる。スリーブ3の内径の表面荒さは挿入性を考慮して、Ra0.2μm以下が望ましい。
In the
一方、スリーブケース5は円筒状に形成され、一端側がプラグフェルール2の抜脱を容易にするコネクタ用凸部が形成されたものであり、内部にスリーブ3を収納可能に構成されている。またスリーブケース5はレンズホルダ4と安定して接続可能であれば、耐摩耗性、溶接性を配慮する必要がないため、材質としてはステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチック、ジルコニア、アルミナなどの幅広い材料が用いられるが、主にはレンズホルダ4と熱膨張係数を合わせ、信頼性を高めるため、レンズホルダ4と同様、ステンレスが用いられる。
On the other hand, the
また、レンズホルダ4は、有底円筒状に形成されたものであり、その底面に貫通孔40が形成されており、有底円筒内部にスリーブ3と一体化されたスリーブケース5を圧入又は嵌合されて保持するとともに、貫通孔40に棒状レンズ6の後端側を圧入してなる。レンズホルダ4の材質としては、光モジュールとして図2、3の光素子11等を収納するケース10と溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料が用いられるが、主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。また、半田との密着性を考慮して金メッキ等を外表面に施しても良い。
The
図2は本発明の光レセプタクル7を用いて光モジュールを構成した実施形態を示す断面図であり、ホルダ4に光素子8およびレンズ9を備えたケース10を接合して構成する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment in which an optical module is configured using the
プラグフェルール2を有した光コネクタ(不図示)は一般的にバネ構造を利用し、プラグフェルール2、詳しくは光ファイバ1の先端面1aに一定荷重を加え続けるような構造になっているため、従来の構造で用いられるファイバスタブ(不図示)の端面とプラグフェルール2を接触させることによって固定している。
An optical connector (not shown) having a
これに対して、本発明の構造では、ファイバスタブを有しておらず、プラグフェルール2の位置決めには棒状レンズ6の端面に突き当てることによって成される。棒状レンズ6は、レンズホルダ4の貫通孔40に圧入により固定されておりプラグフェルール2から荷重を加えられても十分固定することが可能である。さらに、圧入と同等の強度が得られるのであれば半田、ろう材、低融点ガラス、接着剤のいずれかにて固定しても構わない。また、棒状レンズ6は光ファイバ1の屈折率を近いものにすることにより、光ファイバ1のコアは、棒状レンズ6と直接接続されているため、反射による損失は非常に小さい。
On the other hand, the structure of the present invention does not have a fiber stub, and the
ここで、棒状レンズ6に対して従来から用いられているファイバスタブの場合、プラグフェルール2に保持されている光ファイバ1のコアとファイバスタブに保持されている光ファイバのコア同士を直接接続するために、わずかな位置ずれが接続損失に大きく影響する。そのため、それぞれの部品(スリーブ、フェルール等)は高精度に加工される必要があり、非常に高価になっているが、本発明の構造では、光素子8を半導体レーザとした場合、出射された光信号がレンズ9を通過し平行ビームとなった後、棒状レンズ6に入射される。上述のように、棒状レンズ6の後端部端面は曲面に加工されており、光コネクタ用プラグフェルール2に保持されている光ファイバ1の先端面1a、具体的には光ファイバ1のコアに結合されるような光路20aを通る。
Here, in the case of a fiber stub conventionally used for the rod-shaped
そして、光モジュールとして最大結合するような位置で組み立てた場合、レンズ9および棒状レンズ6を通過した光信号は、光ファイバ1の端面付近では約10μmのスポットサイズまで絞られていることになり、わずか数μmの位置変動が生じるだけで光出力の変動につながってしまう。
When the optical module is assembled at the position where it can be coupled to the maximum, the optical signal that has passed through the
そのため、一般的に40〜60%の結合で所望の出力を満たすことができるような出力が得られる半導体レーザが使用され、組み立ての際には光軸方向にわざとずらし、光ファイバ1の端面付近のスポットサイズを光ファイバ1のコア(不図示)に対して大きくすることで、位置変動に対する光出力の変動を減らすように組み立てられているため、光ファイバ1のコアの位置ずれを充分吸収させることができる。したがって、本発明の構成によれば、棒状レンズ6やスリーブ3、およびプラグフェルール2の加工精度が緩和できる。
Therefore, in general, a semiconductor laser is used which can obtain an output capable of satisfying a desired output with a coupling of 40 to 60%. By increasing the spot size of the
また、本発明の構成では、ファイバスタブを使っていないため光ファイバのクラッド部に入射した光の広がりや光ファイバを固定している接着剤に反射した光の影響が無いため、光ファイバ1の端面付近のスポットサイズをわざと大きくしても、ファイバスタブを使用した場合のスポットよりも乱れが抑えられた形状ができるため、結合効率の低下や、スポットの乱れによる不均一な出力変動を減らすことができる。 In the configuration of the present invention, since the fiber stub is not used, there is no influence of the spread of light incident on the clad portion of the optical fiber or the light reflected on the adhesive fixing the optical fiber. Even if the spot size near the end face is intentionally increased, it is possible to create a shape with less disturbance than when using a fiber stub, thereby reducing coupling efficiency and non-uniform output fluctuation due to spot disturbance. Can do.
一方、光素子8をフォトダイオードとした場合、光ファイバ1から光が出射され、光路20aを通り光素子8に集光されるが、上述の通り部品精度を緩和した場合、光素子8の位置でのスポットサイズは大きくなってしまう。しかしながら、フォトダイオードは少なくとも数10μmの受光幅を持っており、むしろ半導体レーザの場合よりも部品精度は緩和される。
On the other hand, when the
さらに、光モジュールの全長を考えたとき、光素子8と光ファイバ1端面までの光路が必要となる。従来のファイバスタブを用いた場合には、ファイバスタブを光が通る間は光ファイバを伝搬しているためファイバスタブ後端部端面が光の出射位置となってしまい、単純にファイバスタブの長さを光路に加えなければならないが、ファイバスタブの両端面の研磨加工や、ファイバスタブを保持するのに必要な長さもあるため、短尺化に限界がある。
Furthermore, when the total length of the optical module is considered, an optical path to the
しかしながら、本発明の構造では、光ファイバ1の端面が光の出射位置となっているため、ファイバスタブの場合と比較して、全体の光路を短くすることが可能であり、ひいては光モジュールの短尺化が可能となる。
However, in the structure of the present invention, since the end face of the
以上により、従来用いられていたファイバスタブに代わり棒状レンズにすることにより、加工が難しいファイバスタブを不要とし、かつ使用する部品精度を緩和することができ、低価格で製造工程を簡略化したレンズ付き光レセプタクルを実現可能とする。また全体の光路を短くすることが可能となり、光モジュール全体の短尺化に貢献できる。 As described above, by replacing the conventional fiber stub with a rod-shaped lens, a fiber stub that is difficult to process is unnecessary, and the precision of the parts used can be relaxed. An optical receptacle can be realized. In addition, the entire optical path can be shortened, which can contribute to shortening the entire optical module.
また、図3は本発明の光レセプタクル7を用いて光モジュールを構成した他の実施形態を示す断面図であり、図2の構成に対して異なるところは、レンズ9を無くし、棒状レンズ6により、プラグフェルールの光ファイバ先端部1aに集光点を持つ光路20bを通ることができるように棒状レンズ6の後端面の曲率半径を小さくするか、もしくは材料の屈折率を高くするかのいずれかの変更をしたものである。本構成によれば、図2の構成以上に光路長を短くすることが可能であり、さらなる光モジュールの短尺化が可能となる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment in which an optical module is configured using the
図4は本発明のレンズ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図であり、スリーブケースを無くし、棒状レンズ6と、精密スリーブ71と、ホルダ4とからなり、貫通孔を有するレンズホルダ4の内周面に棒状レンズ6を固定し、レンズホルダ4の一方の端面に精密スリーブ71を接着もしくは圧入により固定することによって構成されている。本構成によると棒状レンズ6の先端部がスリーブ71の一方の端部には挿入されていないため、棒状レンズ6をより短くすることができ、モジュールをより短尺にすることを実現できる。なお、精密スリーブ71は挿入した際の空気を逃がすため、多点支持のものを使用した方がより望ましい。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the optical receptacle with a lens according to the present invention. The
図5は、本発明のレンズ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図であり、レンズ付きレセプタクル7の棒状レンズとして、軸中心から外周方向に屈折率を徐々に変化させた屈折率分布型レンズ16としたものである。このような屈折率分布型レンズ16は一般的にGRIN(Graded Index)レンズとも呼ばれ、屈折率分布がレンズの中心軸に対して軸対称であり、かつ2乗分布をしているものを指す。近軸領域において通常の球面レンズと同様の光学特性をもつが、レンズ長と屈折率の分布を設定することにより、焦点位置および集光位置を所望の位置にくるように変更できるものである。よって光ファイバ1の先端面1aに集光点をもたせるように設計すれば、図1〜4に示された光レセプタクルが有する棒状レンズ6と同様な機能を持つことが可能な上、本構造によると、棒状レンズ16の後端部の端面に施される加工は、図1〜4に示された光レセプタクルが有する棒状レンズ6の後端面に施される曲面加工が不要な加工となり、更なる光モジュールの短尺化および低価格化に貢献できる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the optical receptacle with lens according to the present invention. As a rod-like lens of the
図6は本発明のレンズ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図であり、スリーブケースを無くし、屈折率分布型レンズ16と、精密スリーブ71と、レンズホルダ4とからなり、貫通孔を有するレンズホルダ4の内周面に屈折率分布型レンズ16を固定し、レンズホルダ4の一方の端面に精密スリーブ71を接着もしくは圧入により固定することによって構成されている。本構成によると図4と同様に屈折率分布型レンズ16の先端部がスリーブ71の一方の端部には挿入されていないため、屈折率分布型レンズ16をより短くすることができ、光モジュールをより短尺にすることを実現できる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of the optical receptacle with lens according to the present invention. The sleeve case is eliminated, the refractive index
図7は、本発明のレンズ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図であり、図6に示す光レセプタクル7の屈折率分布型レンズ16の後端面を平面に加工するとともに、この平坦部端面に、2枚の偏光子11a、11bの間にファラデー回転子12のそれぞれの光学面を貼り合わせて構成される光アイソレータ素子13の偏光子11bの光学面を接着剤にて接着した構造である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the optical receptacle with lens of the present invention. The rear end surface of the
図8は本発明のレンズ付き光レセプタクルの他の実施形態を示す断面図であり、2枚の偏光子11a、11bの間にファラデー回転子12のそれぞれの光学面を貼り合わせて構成される光アイソレータ素子13と、ファラデー回転子12に磁界を印加するために円筒型磁石14が光アイソレータホルダ15に固定されており、光アイソレータホルダ15と光レセプタクル7のレンズホルダ7がYAGレーザ、半田、接着剤等により一体化されて構成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the optical receptacle with a lens of the present invention, and is configured by bonding each optical surface of the
偏光子11a、11bはガラス基板に誘電体粒子を内包するタイプや誘電体積層タイプ等の透過偏光方向と直交する偏光成分を吸収する偏光子の他に、回折格子等を利用した反射型の偏光子や光路をシフトさせる複屈折結晶でも構成可能である。また、光アイソレータ素子13に用いられるファラデー回転子12はTb、Gd、Hoを添加したBi置換ガーネットやYIGガーネット、さらには磁石が不要な自己バイアス型のものでも構成が可能である。この構成により、本発明のレンズ付きレセプタクルの効果を得られることに加えて、半導体レーザに戻る反射戻り光を防ぐことが可能となるため、高性能な半導体レーザを安定した特性で使用可能となり、通信速度の高速化した半導体レーザモジュールの実現が可能となる。
The
図7の構造は、図8の構造と比較して全長が短くなっており、かつよりビームの絞られた位置に光アイソレータ素子13を配置しているため、素子サイズを小さくすることが可能となる。
The structure of FIG. 7 has a shorter overall length than the structure of FIG. 8, and the
以下で、図1に示す本発明の実施の形態に基づいて試作した光レセプタクル7と、図10に示す従来の形態に基づいて試作した光レセプタクル29において、それぞれの光コネクタ用プラグフェルール2と半導体レーザ8との結合効率について検証した。
In the following, in the
図1に示す本発明の実施の形態に基づいた光レセプタクル7において、棒状レンズ6の材料は光学ガラスのBK7(ボロシリケートクラウンガラス)、レンズホルダ4はステンレスとし、両者を圧入にて固定した。光コネクタ用プラグフェルール2を保持するためのスリーブ3にはジルコニア、スリーブケース5にはステンレスを用いて、レンズホルダ4とスリーブケース5は圧入固定した。
In the
まず、ケース10に半導体レーザ8とレンズ9を固定し、ケース10の端面に大口径の光検出器を配置して、約1mWの光強度となるように半導体レーザ8を発光させ、レンズ9を透過した光強度を前記光検出器にて測定した。
First, the
次に図2に示すように、光レセプタクル7に光コネクタ用プラグフェルール2を挿入した状態にした後、半導体レーザ8からの光をレンズ9および棒状レンズ6にて、該棒状レンズ6の先端面と対向する光コネクタ用プラグフェルール2の光ファイバ1の端面に集光させるようにケース10と光レセプタクル7を固定した。そして、上記光ファイバ1の端面に入射した光が光ファイバ1を通り、他方の光ファイバ1の端面から出射される光強度を測定し、該光強度と上記で測定したレンズ9を透過した光強度との比率を結合効率として算出した。なお結合効率は、レンズ9を透過した光強度に対する他方の光ファイバ1の端面から出射される光強度を百分率で算出した。その結果を図9に示す。
Next, as shown in FIG. 2, after the optical
また比較例として、図10に示す従来の光アイソレータ付き光レセプタクルを試作し、同様の方法で結合効率を求めた結果を図9に示す。 As a comparative example, the conventional optical receptacle with an optical isolator shown in FIG. 10 was made as a prototype, and the coupling efficiency was obtained by the same method as shown in FIG.
測定したサンプルはそれぞれ45サンプルだが、本発明の形態に基づく光レセプタクル7については全て60%程度の結合効率を得ることができ、従来の光アイソレータ付き光レセプタクル29と同等の結合効率が得られていることが確認できた。
Each of the measured samples is 45 samples, but all of the
1:光ファイバ
2:光コネクタ用プラグフェルール
3:スリーブ
4:レンズホルダ
5:スリーブケース
6:棒状レンズ
7:光レセプタクル
8:半導体素子
9:レンズ
10:ケース
11a、11b:偏光子
12:ファラデー回転子
13:光アイソレータ素子
14:磁石
15:光アイソレータホルダ
16:屈折率分布型レンズ
20a、20b:光路
21:光ファイバ
22:光コネクタ用プラグフェルール
23:光ファイバ
24:フェルール
25:ファイバスタブ
26:スリーブ
27:スタブホルダ
28:スリーブケース
29:光レセプタクル
30:半導体レーザ
31:レンズ
32:ケース
33:光アイソレータ素子
34:磁石
60:棒状レンズの先端面
71:精密スリーブ
1: optical fiber 2: optical connector plug ferrule 3: sleeve 4: lens holder 5: sleeve case 6: rod lens 7: optical receptacle 8: semiconductor receptacle 9: lens 10:
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