JP5012447B2 - 光フェルールおよび光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光デバイスと電気的かつ光学的に接続可能な光フェルールおよび光モジュールに関する。

光ファイバと面発光レーザ等の光素子を直接光結合させた光電変換部品（光モジュール）が提案されている（例えば特許文献１参照）。
この種の光モジュールは、図５に示す光デバイス１と、光フェルール３とを備えてなる。光デバイス１は、結合面５が光フェルール３の結合面７に結合される。光デバイス１の結合面５の中央部近傍には複数の光素子９が一列に配置され、光素子９は光素子列と平行に配設された複数のバンプ１１を接続端子としている。光フェルール３の結合面７には光ファイバ１３を位置決め保持する複数の光ファイバ挿入孔１５が光素子９に応じて一列に配置される。また、結合面７にはバンプ１１に接続される複数の電気回路１７が光ファイバ挿入孔１５の列方向と平行に並べられ、結合面７に隣接する直交面に連続して形成されている。光フェルール３は、ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂およびエポキシ樹脂のいずれかを含む材料で形成される。

光モジュールは、結合面５と結合面７とを対向させ、光ファイバ挿入孔１５に光素子９を位置合わせするとともに、電気回路１７にバンプ１１を位置合わせし、バンプ１１を介して電気回路１７に固定し、光フェルール３と光デバイス１とを予め結合している。その後、端面にガラスファイバ２１の表出した光ファイバ１３が光ファイバ挿入孔１５から挿入され、光デバイス１に対し光ファイバ１３の端面２１が直接光結合される。
特開２００５−４３６２２号公報

ところで、光フェルール３は、図５（ａ）に示すように、光デバイス１の組み付けられる前の状態は、光ファイバ挿入孔１５が開放されている。このため、図５（ｂ）に示すように、ゴミが光ファイバ挿入孔１５に侵入し易い。また、光ファイバ１３の光ファイバ挿入孔１５への挿入に伴って削りカス等を生じる虞がある。光ファイバ挿入孔１５に侵入したゴミ２５や削りカス等は、光フェルール３の先端に光デバイス１が実装されているため、清掃し難い問題があった。そして、図５（ｃ）に示すように、ゴミ２５や削りカス等が存在したまま光ファイバ１３が挿入されれば、ゴミ２５や削りカス等が光ファイバ１３の端面や光素子の端面に付着し、光結合効率を低下させ、耐雑音特性を劣化させた。また、光フェルール３の先端に光デバイス１が実装されることは、先端における光結合の直接確認を困難にし、光ファイバ挿入量の精密な管理を困難にしていた。このため、挿入量にバラツキが生じ、これによっても、結合効率を低下させ、耐雑音特性を劣化させた。さらに、光デバイス１と光フェルール３の端面間隔が数十ミクロンしかなく、しかも、光フェルール３の先端における直接確認が困難なことから、挿入時、光ファイバ１３の先端が光デバイス１に衝突し、光デバイス１を破損する虞もあった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、光デバイス実装時に発生するゴミ等が光ファイバ挿入孔へ侵入することのない光フェルールおよび光モジュールを提供し、もって、光ファイバ端面にゴミが付着することによる光結合効率の低下や、耐雑音特性劣化の防止を図ることを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 光デバイスと電気的かつ光学的に接続可能な光フェルールであって、
前記光デバイスが接続される一端側に電気回路を有するとともに光ファイバ挿入孔を備え、該光ファイバ挿入孔の光デバイス側に短尺ファイバが固定されていることを特徴とする光フェルール。

この光フェルールによれば、光ファイバ挿入孔の光デバイス側が短尺ファイバによって閉塞されているため、光デバイスを実装する際に、短尺ファイバによって光ファイバ挿入孔へのゴミの侵入が阻止される。また、短尺ファイバが固定されているので、挿入した光ファイバを短尺ファイバ後端に当接して接続を完了でき、挿入量管理や光デバイスとの距離管理を容易にできる。また、短尺ファイバの存在によって光ファイバの挿入量が短縮化されるため、削りカス等の発塵を抑えることができる。また、光デバイスとの離間距離を高精度に管理でき、特性のバラツキを低減させて、高精度な光接続を可能にできる。また、挿入した光ファイバが光デバイスに衝突することによる光デバイスの破損も防止できる。

（２） 前記短尺ファイバの端面が研磨処理されていることを特徴とする（１）記載の光フェルール。

この光フェルールによれば、光ファイバの端面管理を容易にすることができる。例えば、光ファイバ挿入時に光ファイバ先端が欠けた場合であっても研磨により除去されて再生が可能となり、光学特性を良好に保つことができる。

（３） 前記短尺ファイバが前記光フェルールの端面から突出して保持されていることを特徴とする（１）又は（２）記載の光フェルール。

この光フェルールによれば、光ファイバ（短尺ファイバ）が、光フェルールの端面から突出して保持されている。これにより、光フェルールの端面からの光ファイバの突出量管理が容易となり、短尺ファイバ端面の光デバイスに対するより近接させた配置が可能となる。つまり、短尺ファイバが光ファイバ挿入孔に予め挿入固定されていることで、光ファイバを後挿入する場合の挿入量管理では困難な近接配置が可能となる。また、短尺ファイバ端面が突出していることにより、切断後の研磨、洗浄処理等による良好な端面管理が可能となる。

（４） 前記光フェルールの他端側は前記短尺ファイバと接続する光コネクタを結合する結合手段を備えていることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１項に記載の光フェルール。

この光フェルールによれば、結合手段によって、光フェルールの他端側と光コネクタの結合面とが高精度に位置合わせ可能となる。したがって、光フェルールの他端側に短尺ファイバの後端面を同一面で配置させるとともに、光コネクタの結合面にも光ファイバの先端面を同一面で配置させ、光ファイバ同士を端面同士で光結合できる。これにより、挿入孔にて位置決めして光ファイバ同士を接続する必要がなく、光フェルールにおける短尺ファイバの挿入されていない挿入孔空間部をなくして、ゴミの孔内侵入や削りカス等の発塵を確実に防止することができる。なお、光ファイバ挿入孔の光ファイバを若干引っ込め、その挿入孔空間部に、光コネクタから若干突出させた光ファイバを嵌入する構成とすることもでき、このような構成においても、光ファイバ挿入孔の挿入孔空間部が僅かとなるので、上記同様のゴミの侵入や削りカス等の発塵の防止効果は十分に得られる。

（５） （１）から（４）のいずれか１項に記載の光フェルールの一端側に光デバイスを結合したことを特徴とする光モジュール。

この光モジュールによれば、光ファイバ挿入孔の光デバイス側を短尺ファイバによって閉塞した光フェルールが用いられることで、光デバイス実装時等に、光ファイバ挿入孔へのゴミの侵入等が阻止され、光ファイバ端面が清浄に保持されて、高い光結合効率、耐雑音特性が発揮される。

本発明に係る光フェルールおよび光モジュールによれば、光ファイバ挿入孔の光デバイス側に短尺ファイバを固定したので、光フェルールの端面に光デバイスを実装する際、或いは光ファイバの光ファイバ挿入孔への挿入時に、予め光ファイバ挿入孔に短尺ファイバが挿入されていることで、光デバイスの実装時に発生するゴミの光ファイバ挿入孔への侵入や、光ファイバ挿入時に生じる削りカス等の発塵を阻止することができる。

本発明に係る光モジュールによれば、請求項１から４のいずれか１項に記載の光フェルールの一端側に光デバイスを結合したので、ゴミが光デバイス１の端面に付着することがなく、高い光結合効率、耐雑音特性を得ることができる。

以下、本発明に係る光フェルールおよび光モジュールの好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る光モジュールの断面図である。なお、図５に示した部材と同一の部材には同一の部号を付して説明する。
本実施の形態に係る光モジュール１００は、光デバイス１と、光ファイバ１３と、光フェルール３１とを備えてなる。

光デバイス１は、結合面５に複数の光電変換素子（光素子）９を一列に配置したアレイ状に形成される。光電変換素子９は、光源部として用いる場合は面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、受光部として用いる場合はフォトディテクタ（ＰＤ）が代表的である。配列ピッチは例えば２５０μｍとすることができるが、これより大きくても小さくても良い。

光電変換素子９には受発光部が設けられ、受発光部は光ファイバ挿入孔１５と対応して配置される。また、光デバイス１の結合面５には光電変換素子９に電源供給や光電変換素子９からの信号を伝送するための電極端子となる複数のバンプ１１が設けられている。バンプ１１は、光電変換素子９と平行に複数配設される。

光フェルール３１には、光ファイバ１３を挿通するための光ファイバ挿入孔１５が１列に設けられている。光ファイバ挿入孔１５は、光デバイス１の結合面５が対面する結合面７で開口する。この光ファイバ挿入孔１５には短尺ファイバ３５が挿入固定され、短尺ファイバ３５は挿入先端面で光デバイス１と光学的に接続される。

短尺ファイバ３５の光デバイス側の端面３５ａは研磨処理されている。研磨処理により、短尺ファイバ３５の端面管理を容易にすることができる。例えば、短尺ファイバ３５の挿入固定時に、短尺ファイバ３５の先端が欠けた場合であっても、研磨により欠損部が除去されて再生が可能となり、光学特性を良好に保つことができるようになっている。

また、短尺ファイバ３５は、光フェルール３１の端面（結合面７）から突出して保持されていると好ましい。これにより、光フェルール３１の端面からの光ファイバの突出量管理が容易となり、短尺ファイバ端面の光デバイス１に対するより近接させた配置が可能となる。つまり、短尺ファイバ３５が光ファイバ挿入孔１５に予め挿入固定されていることで、光ファイバ１３を後挿入する場合の挿入量管理では困難な近接配置が可能となる。具体的には、光ファイバ挿入孔１５から短尺ファイバ３５を突出させた後、レーザ等で切断することにより、一定の突出量管理が容易に可能となる。また、短尺ファイバ端面が突出していることにより、切断後の研磨、洗浄処理等による良好な端面管理も可能となる。

短尺ファイバ３５は例えば２５０μｍのピッチで配置されるように保持されており、その保持部分は、光ファイバ挿入孔１５内に充填される例えば熱硬化性の接着剤で固着する。短尺ファイバ３５の端面３５ａはガラスファイバ２１の端面がちょうど光電変換素子９の受発光部に一致するように、予め突出長さ（数μｍ）が設定される。

光ファイバ１３としてはマルチモードの光ファイバを用いるのが望ましい。例えば、コア径はφ５０μｍ、クラッド径φ８０μｍ、被覆外径φ１２５μｍのものを使用することができる。マルチモードの光ファイバを用いることにより、軸線方向あるいは調心方向に多少のずれを許容して取り付けることができる。

光フェルール３１の結合面７には、上記バンプ１１が接続される電気回路１７が設けられている。電気回路１７は、結合面７に隣接する直交面（下面）３９に連続して形成することができる。これにより光電変換素子９に対して容易に電気を供給したり光電変換素子９から信号を取り出すことができるようになっている。

上記した光デバイス１と光フェルール３１を結合することで光モジュール１００が構成される。光デバイス１は、光フェルール３１の電気回路１７に、バンプ１１を位置合わせし、バンプ１１を介して電気回路１７に電気接続される。なお、光フェルール３１には予め光デバイス１が結合される。光ファイバ１３は、光フェルール３１と光デバイス１の結合後に挿入される。

光デバイス１と光フェルール３１とを結合すると、光電変換素子９の電極端子であるバンプ１１に導通した電気回路１７は光フェルール３１の下面３９に露出配置されることになる。光モジュール１００は、光フェルール３１を、電気回路１７が接触するように下面３９を基板等に実装することにより、電気回路１７を介して光電変換素子９に対して容易に電気を供給したり光電変換素子９から信号を取り出すことができるようになっている。

なお、上記した光フェルール３１には光ファイバ挿入孔１５を軸線直交方向から外部へ開放させる開口部４１が形成され、開口部４１は光ファイバ挿入孔１５の短尺ファイバ３５後方における挿入空間を外部へ表出させている。このような開口部４１を設けることにより、光ファイバ挿入孔１５の奥方に侵入したゴミ２５を除去し易くし、ゴミ２５が一層溜まり難くできる。また、この開口部４１は、上記した熱硬化性の接着剤を充填して容易に閉鎖することができる。

図２は図１に示した光モジュールの組立手順を（ａ）（ｂ）（c）で表した工程説明図である。
上記の光フェルール３１では、図２（ａ）に示すように、予め短尺ファイバ３５が固定されている。この光フェルール３１に対し、図２（ｂ）に示すように、フリップチップ実装より光デバイス１のバンプ１１と電気回路１７が接続される。

次いで、図２（ｃ）に示すように、光デバイス１の実装された光フェルール３１の光ファイバ挿入孔１５に、光ファイバ１３が挿入される。光ファイバ１３は、短尺ファイバ３５の後端に先端を当接することで位置決めされる。つまり、突き当てによる極めて容易な位置出し管理が可能となる。

このように、光モジュール１００では、光ファイバ挿入孔１５の光デバイス側が短尺ファイバ３５によって閉塞され、光デバイス１を実装する際に、短尺ファイバ３５によって光ファイバ挿入孔１５へのゴミ２５の侵入が阻止される。また、短尺ファイバ３５が固定されているので、挿入した光デバイス１を短尺ファイバ３５の後端に当接して接続を完了でき、挿入量管理や光デバイス１との距離管理が極めて容易になる。また、短尺ファイバ３５の存在によって光ファイバ１３の挿入量が短縮化されるため、削りカス等の発塵を抑えることができる。また、光デバイス１との離間距離を高精度に管理でき、特性のバラツキを低減させて、高精度な光接続を可能にできる。さらに、挿入した光ファイバ１３が光デバイス１に衝突することによる光デバイス１の破損も防止されることとなる。

したがって、上記の光フェルール３１によれば、光ファイバ挿入孔１５の光デバイス側に短尺ファイバ３５を固定したので、光フェルール３１の端面に光デバイス１を実装する際に、予め光ファイバ挿入孔１５に短尺ファイバ３１が挿入されていることで、上記光デバイス１の実装時に発生するゴミ２５の光ファイバ挿入孔１５への侵入や、光ファイバ挿入時に生じる削りカス等の発塵を阻止することができる。

また、光モジュール１００によれば、光ファイバ挿入孔１５が短尺ファイバ３１で閉じられた光フェルール３１の一端側に光デバイス１を結合したので、ゴミ２５が光デバイス１の端面に付着することがなく、高い光結合効率、耐雑音特性を得ることができる。

次に、本発明に係る光モジュールの他の実施の形態を説明する。
図３は他の実施の形態による光モジュールの分解側面図、図４は図３に示した光モジュールの組立手順を（ａ）（ｂ）で表した工程説明図である。なお、図１，図２に示した部材と同一の部材には同一の部号を付して説明する。
この実施の形態による光モジュール２００は、光フェルール３１Ａの他端側に、結合手段５３を備えて光コネクタ５１が結合可能に形成されている。光コネクタ５１は光ファイバ１３を保持して短尺ファイバ３５に接続する。光ファイバ１３は、複数本が並列され、例えば不図示のテープ被覆により被覆されてテープ心線５５を形成している。

結合手段５３は、光フェルール３１Ａの両側部に、光ファイバ挿入孔１５の軸線方向と同方向に穿設した一対の位置決め孔５７，５７と、光コネクタ５１の前端面から突出し、位置決め孔５７，５７に嵌入する一対の位置決めピン５９，５９と、後述するクランプ６０とにより構成することができる。光モジュール２００は、図４に示すように、クランプ６０を備え、位置決めピン５９，５９を位置決め孔５７，５７に挿入し、光フェルール３１Ａと光コネクタ５１とを結合した後、弾性材料からなるクランプ６０で挟持することにより、光フェルール３１Ａと光コネクタ５１を分離規制して結合固定する。

この光モジュール２００によれば、位置決め孔５７，５７に位置決めピン５９，５９を挿入することで、光フェルール３１Ａの他端側６１と光コネクタ５１の結合面６３とが高精度に位置合わせ可能となる。したがって、光フェルール３１Ａの他端側６１に短尺ファイバ３５の後端面を同一面で配置させるとともに、光コネクタ５１の結合面６３にも光ファイバ１３の先端面を同一面で配置させて、光ファイバ同士を端面同士で光結合できる。これにより、挿入孔にて位置決めして光ファイバ同士を接続する必要がなく、光フェルール３１Ａにおける短尺ファイバ３５の挿入されていない挿入孔空間部をなくして、ゴミ２５の孔内への侵入を確実に防止することができる。

なお、光ファイバ挿入孔１５の短尺ファイバ３５の後端を若干引っ込め、その挿入孔空間部に、光コネクタ５１から若干突出させた光ファイバ１３を嵌入する構成とすることもできる。このような構成においても、光ファイバ挿入孔１５の挿入孔空間部が僅かとなるので、上記同様のゴミ２５の侵入防止効果は十分に得ることができる。

本発明に係る光モジュールの断面図である。 図１に示した光モジュールの組立手順を（ａ）（ｂ）（c）で表した工程説明図である。 他の実施の形態による光モジュールの分解側面図である。 図３に示した光モジュールの組立手順を（ａ）（ｂ）で表した工程説明図である。 従来の光モジュールの組立手順を（ａ）（ｂ）（c）で表した工程説明図である。

符号の説明

１ 光デバイス
３１，３１Ａ 光フェルール
１５ 光ファイバ挿入孔
１７ 電気回路
３５ 短尺ファイバ
５１ 光コネクタ
５３ 結合手段
１００，２００ 光モジュール

Claims (4)

1. 光デバイスと電気的かつ光学的に接続可能な光フェルールであって、
   前記光デバイスが接続される一端側に電気回路を有するとともに光ファイバ挿入孔を備え、該光ファイバ挿入孔の光デバイス側に短尺ファイバが該光ファイバ挿入孔を閉塞するとともに、前記光デバイスと所定の離間距離を保つように固定されていることを特徴とする光フェルール。
2. 前記短尺ファイバが前記光フェルールの端面から突出して保持されていることを特徴とする請求項１記載の光フェルール。
3. 前記光フェルールの他端側は前記短尺ファイバと接続する光コネクタを結合する結合手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の光フェルール。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光フェルールの一端側に光デバイスを結合したことを特徴とする光モジュール。
   

Images