JP4072069B2

JP4072069B2 - Optical receptacle and optical module using the same

Info

Publication number: JP4072069B2
Application number: JP2003021166A
Authority: JP
Inventors: 敬司森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP2004233587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザー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（特許文献１参照）。
【０００３】
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３に示すような光レセプタクル１４の一端に光素子２２を備えるとともに、他端に光コネクタ（ＳＣコネクタ等）のプラグフェルール１５を接続するものである。
【０００４】
上記光レセプタクル１４は、図３に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール１７と、該フェルール１７の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ１８を挿入固定して得られたファイバスタブ１６の後端部をホルダ２０に圧入により固定し、先端部をスリーブ１９の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース２１に圧入又は接着固定することによって構成されている。
【０００５】
さらに上述の光レセプタクル１４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１４のファイバスタブ１６を備えた後端面側に、光素子２２とレンズ２３を備えたケース２４を溶接により接合し、光レセプタクル１４のもう一方の端面側よりスリーブ１９内にプラグフェルール１５を挿入し、光ファイバ１６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。
【０００６】
近年、高密度実装の要求から光モジュールの小型化が求められており、光レセプタクルの全長も短くすることが求められている。また光レセプタクルに接続されるコネクタもＳＣコネクタ等からＬＣコネクタ等のより小さなコネクタが使用されている。そこで図４に示すように、フェルール１７の貫通孔に光ファイバ１８を挿入固定したファイバスタブ１６、ファイバスタブ１６の先端面に接続されるプラグフェルール１５を保持するためのスリーブ１９、スリーブ端部外周に圧入されたスリーブ端部の自由な変形を拘束する把持リング２５からなる光レセプタクル２６が考案された。上記ファイバスタブ１６を保持したスリーブの外側に把持リング２０を圧入し、スリーブ１９の自由な変形を拘束することによって、ファイバスタブ１６がスリーブ１９に保持されている長さＬ２を短くしても十分なファイバスタブ１６の保持力を得ている（特許文献２参照）。
【０００７】
上述の光レセプタクル２６を用いて光モジュールを構成する場合は、図５に示すように光レセプタクル２６のファイバスタブ１６を備えた後端面側に、光素子２２とレンズ２３を備えたケース２４を溶接により接合し、光レセプタクル２６のもう一方の端面側よりスリーブ１９内にプラグフェルール１５を挿入し、光ファイバ端面を当接させ、光信号のやりとりがおこなわれている。
【０００８】
このとき、フェルール１７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１８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１８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１９、フェルール１７等）は高精度に加工されており、スリーブ１９によってファイバスタブ１６及びプラグフェルール１５を安定且つ高精度に保持する構造となっている。
【０００９】
さらに、上記ファイバスタブ１６における光ファイバ１８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２２から出射された光信号が光ファイバ１８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、光ファイバ１８を挿通するフェルール１７とともに４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−６６４６８号公報
【特許文献２】
特許第３３１４６６７号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す従来の光レセプタクル１４の場合、小型化の要求に応えるためＳＣコネクタのφ２．５ｍｍフェルールからＬＣコネクタのφ１．２５ｍｍフェルールに寸法を変更した場合、フェルールの外径が小さくなることに伴いフェルール外径面積は約１／２に減少するため、従来と同様のファイバスタブ固定方法、例えばファイバスタブがホルダに固定されている長さＬ３やファイバスタブ１６の外径Dと、ホルダ２０のファイバスタブ固定部の内径D１の関係をそのまま適用した場合、ホルダ２０とファイバスタブ１６の接触面積が大きく減少するために固定強度が非常に小さくなり、光コネクタ接続の際にファイバスタブ１６が動いて接続損失の再現性を悪くしてしまうという問題があった。
【００１２】
また、図４に示すような光レセプタクル２６の場合、把持リング２５がスリーブ１９の自由な変形を拘束するため、プラグフェルール１５をスリーブ１９に挿入、抜去した際のスリーブ１９の変形が不均一となるので挿入力、抜去力が不安定となり、着脱性が悪くなるという問題があった。
【００１３】
さらに、ファイバスタブ１６がスリーブ１９に保持されている長さＬ２を短くしているため、ファイバスタブ１６の保持状態が不安定となり、プラグフェルール１５を当接する毎にスリーブ１９によるファイバスタブ１６の保持状態が異なり、接続損失の再現性を悪くするという問題があった。
【００１４】
またさらに、保持状態が不安定であるため、相互の光ファイバ接続部にすべりが生じ、光ファイバ１８の端面に傷をつけることがあり、光信号の導入導出が不能になる問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑みて本発明の光レセプタクルは、フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定したファイバスタブの後端部をホルダに固定し、上記ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブに、上記ファイバスタブの先端部を保持してなる光レセプタクルにおいて、上記ファイバスタブの外径をD（ｍｍ）、上記スリーブの全長をＬ１（ｍｍ）、上記ファイバスタブがスリーブに保持されている長さをＬ２（ｍｍ）、ファイバスタブがホルダに固定されている長さをＬ３（ｍｍ）としたとき、以下の範囲
１．７Ｌ２≦Ｌ１≦２．３Ｌ２
Ｄ−０．４≦Ｌ３≦Ｄ＋１．２（ただし、０．９ｍｍ≦Ｄ≦１．６ｍｍ）
を満足するように形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記ファイバスタブの外周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下、ホルダのファイバスタブ固定部の内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１〜１．６μｍとしたことを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、上記ファイバスタブの外径Dが、ホルダのファイバスタブ固定部の内径D１よりも、１〜２０μｍ大きいことを特徴とするものである。
【００１８】
またさらに、本発明の光レセプタクルは、好ましくは、上記ファイバスタブをホルダに接着または圧入と接着の併用によって固定したことを特徴とするものである。
【００１９】
さらにまた、本発明の光モジュールは、上記光レセプタクルの後端側に、光素子を収納したケースを取り付けたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００２１】
図１（ａ）は、本発明の光レセプタクル７の一実施形態を示す断面図であり、フェルール２の中心に形成した貫通孔に光ファイバ３を挿入固定してなるファイバスタブ１と、そのファイバスタブ１の一方を固定するホルダ５と、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルール１０を保持するためのスリーブ４に、ファイバスタブ１の他方を保持してなる。
【００２２】
ファイバスタブ３を構成するフェルール２はステンレス、りん青銅等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチックス、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、特に、ジルコニアセラミックスで形成することが好ましい。具体的には、ＺｒＯ₂を主成分とし、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃などの少なくとも一種を安定化剤として含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることが好ましく、このような部分安定化ジルコニアセラミックスは、優れた耐摩耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから、圧入によって固定する際に有利である。
【００２３】
上記フェルール２の加工方法としては、先ず、フェルール２を例えばジルコニアセラミックスから形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってフェルール２となる円柱状もしくは直方体形状の成形体を得、その後、その成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施す。なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。
【００２４】
ファイバスタブ３の先端部の端面８は、光コネクタとの接続損失を低減させるため曲率半径５〜３０mm程度の曲面状に加工され、後端部の端面９はＬＤ（レーザダイオード）等の光素子から出射された光信号が光ファイバ３の端面で反射して光素子に戻る反射光を防止するため４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
【００２５】
また、ファイバスタブ１の外周面１１０の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下、ホルダ５のファイバスタブ固定部の内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１〜１．６μｍとしている。上記の範囲に算術平均粗さ（Ｒａ）を制御することによって、ファイバスタブ１を保持する部分の面の凹凸が非常に小さくなり面全体でファイバスタブ１を把持することが可能となり、ＬＣコネクタに使用されるφ１．２５ｍｍフェルールにおいても、ファイバスタブ１の固定強度を適正に保つことができる。ファイバスタブ１の外周面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍを超え、ホルダ５のファイバスタブ固定部２ａの内周面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が１．６μｍを超えると互いの面の凹凸によって、ファイバスタブ１を保持する部分が面全体にならず凸の部分で把持することになり、接触面積が小さくなるため、安定してファイバスタブ１を固定することが出来ず、接続損失が増大してしまう恐れがある。
【００２６】
スリーブ４は全体がスリーブケース６に完全に収納されており、そ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、ジルコニアセラミックス材料が用いられる。また、スリーブケース６は、後述のホルダ５と安定して接続させるためのものであり、耐摩耗性、溶接性を配慮する必要がないため、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、主にはホルダ５と熱膨張係数を合わせ、信頼性を高めるため、ホルダ５と同様、ステンレスが用いられる。
スリーブ４の全長Ｌ１は、
１．７Ｌ２≦Ｌ１≦２．３Ｌ２
Ｄ−０．４≦Ｌ３≦Ｄ＋１．２（ただし、０．９ｍｍ≦Ｄ≦１．６ｍｍ）
の条件下では２〜１２ｍｍ程度が好ましい。Ｌ１が２ｍｍより短い場合は、スリーブがファイバスタブを保持することが困難である。Ｌ１が１２ｍｍより長い場合は、光モジュールの寸法が大きくなり過ぎてしまい、小型化の要求に対応できない。
【００２７】
また、スリーブ４の全長Ｌ１はファイバスタブ１がスリーブ４に保持されている長さをＬ２としたとき、１．７Ｌ２≦Ｌ１≦２．３Ｌ２となることが重要である。光レセプタクル７において接続損失の再現性を良好に保つには、光コネクタのプラグフェルール１０をスリーブ４に挿入した際にスリーブ４がプラグフェルール１０を把持する力と、スリーブ４がファイバスタブ１を保持している力がほぼ等しくなるようにする必要がある。これを実現させるには、スリーブ４内でプラグフェルール１０が把持されている長さとファイバスタブ１が保持されている長さがほぼ等しくなること、つまりスリーブ４の中央部付近でプラグフェルール１０とファイバスタブ１が当接することが望ましい。
【００２８】
従って、スリーブ４の全長Ｌ１の範囲を、１．７Ｌ２≦Ｌ１≦２．３Ｌ２の範囲としたときこの効果を得ることが可能となる。Ｌ１が１．７Ｌ２より小さい場合は、光コネクタのプラグフェルール１０がスリーブ４で把持される力が小さくなり、安定した挿入力、抜去力を得ることが出来ない。また、Ｌ１が２．３Ｌ２より大きい場合は、光コネクタのプラグフェルールがスリーブで把持される力が大きくなり過ぎ、やはり安定した挿入力、抜去力を得ることが出来ない。なお安定した挿入力、抜去力を得るためには、Ｌ１が略２Ｌ２と等しくなることが最も望ましい。
【００２９】
なお、スリーブ４の内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）は挿入性を考慮して、Ｒａ０．２μｍ以下が望ましく、ファイバスタブ１の外径とスリーブ４の内径公差は低い接続損失を得るため、±１μｍ以下が望ましく、スリーブ４の内径寸法はファイバスタブ１を確実に保持するために、０．９８Ｎ以下の圧入になるよう設計することが望ましい。
【００３０】
ホルダ５はファイバスタブ３の一方端部がスリーブケース６に収納されたスリーブ４に挿入固定された状態で、そのスリーブケース６の外周に嵌り込んで収納する円筒状の収納部５ａと、その収納部５ａのほぼ中心に形成しファイバスタブ１の他方端部が固定される貫通孔を有するファイバスタブ固定部５ｂとから成る。
【００３１】
ホルダ５は光モジュールとして図２の光素子１１等を収納するケース１３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。
【００３２】
さらに、ファイバスタブ１がホルダ５に固定されている長さＬ３は、ファイバスタブ１を安定して固定させるために、ファイバスタブ１の外径をＤとしたとき、Ｄ−０．４≦Ｌ３≦Ｄ＋１．２（ただし、０．９ｍｍ≦Ｄ≦１．６ｍｍ）となることが望ましい。Ｌ３がＤ−０．４より小さくなる場合は、ファイバスタブ１が固定される長さが短くなり過ぎるため、安定して固定をすることが出来なくなり、ファイバスタブ１が動いて接続損失の再現性を悪くしてしまう。またＬ３がＤ＋１．２より大きい場合は、光モジュールの寸法が大きくなり過ぎてしまい、小型化の要求に対応できない。
【００３３】
さらに、光コネクタのプラグフェルール１０とファイバスタブ１の接続損失の再現性を良好に保つには１．７Ｌ２≦Ｌ１≦２．３Ｌ２とし、かつ、Ｄ−０．４≦Ｌ３≦Ｄ＋１．２（ただし、０．９ｍｍ≦Ｄ≦１．６ｍｍ）とすることが望ましい。即ち、単にスリーブ４がプラグフェルール１０を把持する力と、スリーブ４がファイバスタブ１を保持している力をほぼ等しくしても、ファイバスタブ１がホルダ５に安定して固定されていなければ、ファイバスタブ１が動いて良好な接続損失を得られないためである。
【００３４】
さらにまた、ファイバスタブ１をホルダ５に固定する際は、ファイバスタブ１の外径Ｄをホルダ５のファイバスタブ固定部の内径Ｄ１よりも１〜２０μｍ大きくすることが望ましい。Ｄ１が１μｍより小さい場合は、ファイバスタブ１とホルダ５の圧入代が足りず、安定して固定をすることが出来なくなり、ファイバスタブ１が動いて接続損失の再現性を悪くしてしまう可能性がある。Ｄ１が２０μｍより大きい場合は、ファイバスタブ１とホルダ５の圧入代が大き過ぎるため、ファイバスタブ１に欠けや割れを生じ、ホルダ５を変形させてしまう恐れがある。
【００３５】
なお、ファイバスタブ１がファイバスタブ固定部５ｂへ固定される固定方法としては、圧入しても良く、接着しても良い。さらに、圧入と接着を併用することによって固定しても構わない。いずれの場合も、ファイバスタブ１の外径Ｄをホルダ５のファイバスタブ固定部の内径Ｄ１よりも１〜２０μｍ大きくすることが望ましく、この場合にＬＣコネクタに使用されるφ１．２５ｍｍフェルールにおいても、ファイバスタブ１の固定強度をより適正に保つことができる。また、ホルダ５のファイバスタブ固定部５ｂの内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１μｍより小さくすることは加工上非常に困難であり、また加工したとしてもコストが大幅に増大するため表面粗さは０．１μｍ以上あることが好ましい。
【００３６】
かくして、本発明の構成によれば、安定した保持状態とすることができるため、プラグフェルール１０を当接する毎にスリーブ４によるファイバスタブ１の保持状態が異なることなく、高い接続損失の再現性が得られるものである。
【００３７】
更には、安定した保持状態であるため、相互の光ファイバ接続部にすべりが生じることなく、光ファイバ３の端面を痛めず、光信号の導入導出に於ける信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、従来のようにスリーブ４の自由な変形を拘束する把持リングが無いため、プラグフェルール１０をスリーブ４に挿入、抜去した際に、スリーブ４が自由に変形することが可能であり、挿入力、抜去力を安定させ、良好な着脱性を得ることができる。
【００３９】
次に、図１に示す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する場合は、図２に示すように光レセプタクル７のファイバスタブ１を備えた一方側に、光素子１１とレンズ１２を備えたケース１３を溶接等により接合する。
【００４０】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。
（実験１）
先ず、図１に示す光レセプタクルと、比較例として図４に示す光レセプタクルを作製した。なお光レセプタクルに接続される光コネクタはＬＣコネクタとした。
【００４１】
各ファイバスタブに用いたフェルールは、ジルコニアセラミックスからなり、押し出し成形によって円筒状のセラミックス成形体を得て焼成工程で焼き固め、切削加工を行って図1に示す形状のフェルール試料と図３に示す形状のフェルール試料を得た。
【００４２】
こうして得られたそれぞれのフェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定し、先端面を曲率半径２０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨し、反対側の後端部は、ＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバ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、８°の傾斜面に鏡面研磨を行い、ファイバスタブとした。
【００４３】
ついで得られたファイバスタブの先端側をスリーブへ挿入したものを金具へ挿入し、図１の本発明試料の場合はファイバスタブの後端側をホルダへ圧入、比較例の試料はスリーブへファイバスタブを挿入した後、スリーブ外側に把持リングを圧入し、最後にファイバスタブ、スリーブ、把持リングの組立体をスリーブケースへ圧入することによって光レセプタクルを作製した。
【００４４】
そして、各光レセプタクル試料の先端側から光コネクタのプラグフェルールを繰り返し挿抜して、プッシュプルゲージにて挿入、抜去力の測定と、パワーメータにて接続損失の測定を行った。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１より明らかなように、本発明の光レセプタクルの挿入、抜去力は１．４９〜２．１４Ｎの範囲で安定しており、また接続損失も０．０２〜０．１４ｄＢの範囲で安定している。これに対し従来の光レセプタクルの挿入、抜去力は０．８４〜４．１５Ｎの範囲でバラツキが大きく、接続損失も０．０２〜０．６７ｄＢの範囲で再現性が悪いことがわかる。
【００４７】
（実験２）
またスリーブの全長Ｌ１を様々な長さに変更し、プッシュプルゲージにて光レセプタクルの挿入、抜去力を測定した。
【００４８】
【表２】

【００４９】
表２より明らかなように、スリーブの全長Ｌ１が１．７Ｌ２より小さい場合は、挿入、抜去力が０．２４〜０．７５Ｎと非常に小さく、またスリーブの全長Ｌ１が２．３Ｌ２より大きい場合は、挿入、抜去力が２．７４〜７．７５Ｎと大きくなる。これに対しスリーブの全長Ｌ１が１．７Ｌ２≦Ｌ１≦２．３Ｌ２の範囲では、挿入、抜去力が１．１５〜２．２６Ｎ範囲で安定することがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光レセプタクルによれば、フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定したファイバスタブの後端部をホルダに固定し、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブに、上記ファイバスタブの先端部を保持してなる光レセプタクルにおいて、上記ファイバスタブの外径をD（ｍｍ）、スリーブの全長をＬ１（ｍｍ）、ファイバスタブがスリーブに保持されている長さをＬ２（ｍｍ）、ファイバスタブがホルダに固定されている長さをＬ３（ｍｍ）としたとき、１．７Ｌ２≦Ｌ１≦２．３Ｌ２かつＤ−０．４≦Ｌ３≦Ｄ＋１．２（ただし、０．９ｍｍ≦Ｄ≦１．６ｍｍ）としたことにより、ファイバスタブを安定した保持状態とすることができるため、プラグフェルールを当接する毎にスリーブ５によるファイバスタブ３の保持状態が異なることなく、高い接続損失の再現性が得られ、更には、安定した保持状態であるため、相互の光ファイバ接続部にすべりが生じることなく、光ファイバ１ｂ及び１３ｂの端面を痛めず、光信号の導入導出に於ける信頼性を向上させることができる。
【００５１】
また、上記ファイバスタブの外周面の算術平均粗さ（Ｒａ）０．５μｍ以下、ホルダのファイバスタブ固定部の内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１〜１．６μｍとし、さらに上記ファイバスタブの外径Dをホルダのファイバスタブ固定部の内径D１よりも、１〜２０μｍ大きくしたため、ファイバスタブをホルダに安定して固定することが可能となり、ファイバスタブ１を保持する接触面積を大きくし、ファイバスタブを安定した保持状態とすることができるため、安定且つ高精度な接続を実現し、低い接続損失で、繰り返し再現性の高い、光レセプタクル及び、光レセプタクルを用いた光モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す中央断面図である。
【図２】本発明の光モジュールの一実施形態を示す中央断面図である。
【図３】従来の光モジュールを示す中央断面図である。
【図４】従来の他の光レセプタクルを示す中央断面図である。
【図５】従来の他の光モジュールを示す中央断面図である。
【符号の説明】
１：ファイバスタブ
２：光ファイバフェルール
３：光ファイバ
４：スリーブ
５：ホルダ
６：スリーブケース
７：光レセプタクル
８：ファイバスタブの先端面
９：ファイバスタブの後端面
１０：プラグフェルール
１１：光素子
１２：レンズ
１３：ケース
１４：光レセプタクル
１５：プラグフェルール
１６：ファイバスタブ
１７：フェルール
１８：光ファイバ
１９：スリーブ
２０：ホルダ
２１：スリーブケース
２２：光素子
２３：レンズ
２４：ケース
２５：把持リング
２６：光レセプタクル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical receptacle and an optical module using the same.
[0002]
[Prior art]
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 (Patent Document). 1).
[0003]
A receptacle-type optical module in which a connector is connected among the optical modules is provided with an optical element 22 at one end of an optical receptacle 14 as shown in FIG. 3 and a plug of an optical connector (SC connector or the like) at the other end. The ferrule 15 is connected.
[0004]
As shown in FIG. 3, the optical receptacle 14 includes a ferrule 17 made of a ceramic material such as zirconia or alumina, and a fiber stub obtained by inserting and fixing an optical fiber 18 made of quartz glass or the like in a through hole of the ferrule 17. The rear end of 16 is fixed to the holder 20 by press-fitting, the front end is inserted into the inner hole of the sleeve 19, and they are press-fitted or adhesively fixed to the sleeve case 21.
[0005]
Further, when an optical module is configured using the optical receptacle 14 described above, a case 24 including an optical element 22 and a lens 23 is joined to the rear end surface of the optical receptacle 14 including the fiber stub 16 by welding, and the optical receptacle 14 is optically coupled. The plug ferrule 15 can be inserted into the sleeve 19 from the other end face side of the receptacle 14, and the end face of the optical fiber 16 can be brought into contact with it to exchange optical signals.
[0006]
In recent years, miniaturization of optical modules has been demanded due to the demand for high-density mounting, and the total length of optical receptacles has also been required to be shortened. In addition, a smaller connector such as an SC connector or an LC connector is used as a connector connected to the optical receptacle. Therefore, as shown in FIG. 4, a fiber stub 16 in which an optical fiber 18 is inserted and fixed in a through hole of the ferrule 17, a sleeve 19 for holding a plug ferrule 15 connected to the front end surface of the fiber stub 16, an outer periphery of the sleeve end An optical receptacle 26 comprising a grip ring 25 that constrains the free deformation of the sleeve end that is press-fitted into the sleeve has been devised. Even if the length L2 of the fiber stub 16 held by the sleeve 19 is shortened by press-fitting the grip ring 20 to the outside of the sleeve holding the fiber stub 16, and restraining the free deformation of the sleeve 19, it is sufficient. A strong holding force of the fiber stub 16 is obtained (see Patent Document 2).
[0007]
When an optical module is configured using the optical receptacle 26 described above, a case 24 having an optical element 22 and a lens 23 is welded to the rear end surface side of the optical receptacle 26 having the fiber stub 16 as shown in FIG. The plug ferrule 15 is inserted into the sleeve 19 from the other end face side of the optical receptacle 26, the end face of the optical fiber is brought into contact therewith, and an optical signal is exchanged.
[0008]
At this time, the outer diameter of the ferrule 17 is about φ2.5 mm for the type connecting the SC connector, about φ1.25 mm for the small type connecting the LC connector, and the outer diameter tolerance is ± 1 μm or less. The optical fiber 18 provided in the hole has an outer diameter of about 125 μm and an outer diameter tolerance of about ± 1 μm, which is defined by the JIS standard and the IEC standard. Conventionally, an optical signal formed at the center of the optical fiber 18 is used. Each core (sleeve 19, ferrule 17, etc.) is processed with high precision so that cores (not shown) having a diameter of about 10 μm that propagate through the core are connected with low loss. The ferrule 15 is held stably and with high accuracy.
[0009]
Further, the end face of the optical fiber 18 in the fiber stub 16 is mirror-polished to a curved surface having a curvature radius of about 5 to 30 mm in order to reduce connection loss at the time of contact, and the opposite end face is an optical element such as an LD. The optical signal emitted from the optical fiber 22 is mirror-polished on an inclined surface of about 4 to 10 ° together with the ferrule 17 inserted through the optical fiber 18 in order to prevent the reflected light from being reflected at the tip of the optical fiber 18 and returning to the optical element. ing.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2001-66468 A [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3314667
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional optical receptacle 14 shown in FIG. 3, when the size is changed from the φ2.5 mm ferrule of the SC connector to the φ1.25 mm ferrule of the LC connector in order to meet the demand for miniaturization, the outer diameter of the ferrule becomes small. Accordingly, since the outer diameter area of the ferrule is reduced to about ½, the fiber stub fixing method similar to the conventional method, for example, the length L3 where the fiber stub is fixed to the holder, the outer diameter D of the fiber stub 16, and the holder When the relationship between the inner diameter D1 of the fiber stub fixing part 20 is applied as it is, the contact area between the holder 20 and the fiber stub 16 is greatly reduced, so that the fixing strength becomes very small, and the fiber stub 16 is connected when the optical connector is connected. There was a problem of moving and worsening the reproducibility of connection loss.
[0012]
Further, in the case of the optical receptacle 26 as shown in FIG. 4, since the grip ring 25 restrains the free deformation of the sleeve 19, the deformation of the sleeve 19 when the plug ferrule 15 is inserted into and removed from the sleeve 19 is uneven. As a result, the insertion force and the removal force become unstable, and there is a problem that the detachability is deteriorated.
[0013]
Further, since the length L2 of the fiber stub 16 held by the sleeve 19 is shortened, the fiber stub 16 is held in an unstable state, and the fiber stub 16 is held by the sleeve 19 each time the plug ferrule 15 abuts. There was a problem that the state was different and the reproducibility of the connection loss was deteriorated.
[0014]
Furthermore, since the holding state is unstable, there is a problem that slippage occurs between the optical fiber connecting portions, and the end face of the optical fiber 18 may be scratched, making it impossible to introduce and derive optical signals.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above, the optical receptacle of the present invention holds the plug ferrule connected to the front end surface of the fiber stub by fixing the rear end portion of the fiber stub in which the optical fiber is inserted and fixed in the through hole of the ferrule to the holder. In the optical receptacle in which the end of the fiber stub is held on the sleeve, the outer diameter of the fiber stub is D (mm), the total length of the sleeve is L1 (mm), and the fiber stub is held by the sleeve. The following range 1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2 where L2 (mm) is the length of the fiber stub and L3 (mm) is the length of the fiber stub fixed to the holder.
D−0.4 ≦ L3 ≦ D + 1.2 (however, 0.9 mm ≦ D ≦ 1.6 mm)
It is characterized by being formed so as to satisfy the above.
[0016]
The arithmetic average roughness (Ra) of the outer peripheral surface of the fiber stub is 0.5 μm or less, and the arithmetic average roughness (Ra) of the inner peripheral surface of the fiber stub fixing portion of the holder is 0.1 to 1.6 μm. It is characterized by this.
[0017]
Furthermore, the outer diameter D of the fiber stub is 1 to 20 μm larger than the inner diameter D1 of the fiber stub fixing portion of the holder.
[0018]
Furthermore, the optical receptacle of the present invention is preferably characterized in that the fiber stub is fixed to the holder by bonding or by a combination of press-fitting and bonding.
[0019]
Furthermore, the optical module of the present invention is characterized in that a case containing an optical element is attached to the rear end side of the optical receptacle.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1A is a cross-sectional view showing an embodiment of an optical receptacle 7 of the present invention, a fiber stub 1 in which an optical fiber 3 is inserted and fixed in a through hole formed at the center of a ferrule 2, and the fiber. The other end of the fiber stub 1 is held by a holder 5 for fixing one of the stubs 1 and a sleeve 4 for holding a plug ferrule 10 connected to the distal end surface of the fiber stub.
[0022]
The ferrule 2 constituting the fiber stub 3 is made of a metal such as stainless steel or phosphor bronze, a plastic such as an epoxy or a liquid crystal polymer, or a ceramic such as alumina or zirconia, and is particularly preferably formed of zirconia ceramic. Specifically, partial stabilization mainly comprising tetragonal crystals, containing ZrO ₂ as a main component, at least one of Y ₂ O ₃ , CaO, MgO, CeO ₂ , Dy ₂ O _{3 and the} like as a stabilizer. Zirconia ceramics are preferably used, and such partially stabilized zirconia ceramics are advantageous in fixing by press-fitting because they have excellent wear resistance and moderate elastic deformation.
[0023]
As a processing method of the ferrule 2, first, when the ferrule 2 is formed from, for example, zirconia ceramics, a cylindrical or cuboid shaped body that becomes the ferrule 2 by a predetermined molding method such as injection molding, press molding, extrusion molding or the like in advance. After that, the molded body is fired at 1300 to 1500 ° C. and subjected to cutting or polishing to a predetermined dimension. Note that a predetermined shape may be formed in advance on the formed body by cutting or the like, and then fired.
[0024]
The end face 8 at the front end of the fiber stub 3 is processed into a curved surface having a curvature radius of about 5 to 30 mm in order to reduce the connection loss with the optical connector, and the end face 9 at the rear end is an optical element such as an LD (laser diode). The optical signal emitted from the optical fiber 3 is mirror-polished to an inclined surface of about 4 to 10 ° in order to prevent reflected light that is reflected from the end face of the optical fiber 3 and returns to the optical element.
[0025]
The arithmetic average roughness (Ra) of the outer peripheral surface 110 of the fiber stub 1 is 0.5 μm or less, and the arithmetic average roughness (Ra) of the inner peripheral surface of the fiber stub fixing portion of the holder 5 is 0.1 to 1.6 μm. It is said. By controlling the arithmetic average roughness (Ra) within the above range, the unevenness of the surface of the portion holding the fiber stub 1 becomes very small, and the fiber stub 1 can be gripped by the entire surface. The fixing strength of the fiber stub 1 can be properly maintained even in the φ1.25 mm ferrule used. When the center line average roughness (Ra) of the outer peripheral surface of the fiber stub 1 exceeds 0.5 μm and the center line average roughness (Ra) of the inner peripheral surface of the fiber stub fixing portion 2 a of the holder 5 exceeds 1.6 μm. Due to the unevenness of each surface, the portion holding the fiber stub 1 is not the entire surface but is gripped by the convex portion, and the contact area becomes small, so the fiber stub 1 cannot be stably fixed. The connection loss may increase.
[0026]
The entire sleeve 4 is completely accommodated in the sleeve case 6, and a material such as zirconia, alumina, or copper is used as the material, but a zirconia ceramic material is mainly used in consideration of wear resistance. Further, the sleeve case 6 is for stable connection with a holder 5 described later, and it is not necessary to consider wear resistance and weldability, so stainless steel, copper, iron, nickel, plastic, zirconia, alumina As in the case of the holder 5, stainless steel is mainly used in order to increase the reliability by matching the thermal expansion coefficient with the holder 5.
The total length L1 of the sleeve 4 is
1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2
D−0.4 ≦ L3 ≦ D + 1.2 (however, 0.9 mm ≦ D ≦ 1.6 mm)
Under these conditions, about 2 to 12 mm is preferable. When L1 is shorter than 2 mm, it is difficult for the sleeve to hold the fiber stub. When L1 is longer than 12 mm, the size of the optical module becomes too large, and the demand for miniaturization cannot be met.
[0027]
Further, it is important that the total length L1 of the sleeve 4 is 1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2, where L2 is the length of the fiber stub 1 held by the sleeve 4. In order to maintain a good connection loss reproducibility in the optical receptacle 7, the sleeve 4 holds the fiber stub 1 when the plug ferrule 10 of the optical connector is inserted into the sleeve 4, and the sleeve 4 holds the fiber stub 1. It is necessary to ensure that the forces are almost equal. In order to realize this, the length in which the plug ferrule 10 is gripped in the sleeve 4 and the length in which the fiber stub 1 is held are substantially equal, that is, the plug ferrule 10 and the fiber near the center of the sleeve 4. It is desirable that the stub 1 abuts.
[0028]
Therefore, this effect can be obtained when the length L1 of the sleeve 4 is in the range of 1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2. When L1 is smaller than 1.7L2, the force with which the plug ferrule 10 of the optical connector is gripped by the sleeve 4 becomes small, and stable insertion force and removal force cannot be obtained. On the other hand, when L1 is larger than 2.3L2, the force with which the plug ferrule of the optical connector is gripped by the sleeve becomes too large, and stable insertion force and extraction force cannot be obtained. In order to obtain a stable insertion force and removal force, it is most desirable that L1 is substantially equal to 2L2.
[0029]
The arithmetic average roughness (Ra) of the inner peripheral surface of the sleeve 4 is desirably Ra 0.2 μm or less in consideration of the insertability, and the outer diameter tolerance of the fiber stub 1 and the inner diameter tolerance of the sleeve 4 is to obtain a low connection loss. The inner diameter of the sleeve 4 is preferably designed so that the press-fitting is 0.98 N or less in order to securely hold the fiber stub 1.
[0030]
The holder 5 has a cylindrical storage portion 5a that is fitted and stored in the outer periphery of the sleeve case 6 in a state where one end of the fiber stub 3 is inserted and fixed to the sleeve 4 stored in the sleeve case 6. A fiber stub fixing portion 5b having a through hole formed at substantially the center of the portion 5a and to which the other end portion of the fiber stub 1 is fixed.
[0031]
Since the holder 5 is often welded to the case 13 that houses the optical element 11 shown in FIG. 2 as an optical module, a material that can be welded such as stainless steel, copper, iron, or nickel is used. Stainless steel is used in consideration of the properties and weldability.
[0032]
Further, the length L3 at which the fiber stub 1 is fixed to the holder 5 is D−0.4 ≦ L3 ≦ when the outer diameter of the fiber stub 1 is D in order to stably fix the fiber stub 1. It is desirable that D + 1.2 (provided that 0.9 mm ≦ D ≦ 1.6 mm). When L3 is smaller than D-0.4, the length to which the fiber stub 1 is fixed becomes too short, so that the fiber stub 1 cannot be stably fixed, and the fiber stub 1 moves and the connection loss is reproducible. Will make it worse. On the other hand, when L3 is larger than D + 1.2, the size of the optical module becomes too large to meet the demand for miniaturization.
[0033]
Furthermore, in order to maintain a good reproducibility of the connection loss between the optical connector plug ferrule 10 and the fiber stub 1, 1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2 and D−0.4 ≦ L3 ≦ D + 1.2 (however, 0.9 mm ≦ D ≦ 1.6 mm). That is, even if the force with which the sleeve 4 grips the plug ferrule 10 and the force with which the sleeve 4 holds the fiber stub 1 is substantially equal, if the fiber stub 1 is not stably fixed to the holder 5, This is because the fiber stub 1 moves and a good connection loss cannot be obtained.
[0034]
Furthermore, when the fiber stub 1 is fixed to the holder 5, it is desirable that the outer diameter D of the fiber stub 1 be 1 to 20 μm larger than the inner diameter D 1 of the fiber stub fixing portion of the holder 5. When D1 is smaller than 1 μm, the press-fitting allowance between the fiber stub 1 and the holder 5 is insufficient, and the fiber stub 1 cannot be stably fixed, and the fiber stub 1 may move and deteriorate the connection loss reproducibility. There is. When D1 is larger than 20 μm, the press-fitting allowance between the fiber stub 1 and the holder 5 is too large, so that the fiber stub 1 may be chipped or cracked and the holder 5 may be deformed.
[0035]
The fixing method for fixing the fiber stub 1 to the fiber stub fixing portion 5b may be press-fitting or bonding. Furthermore, you may fix by using press-fit and adhesion together. In any case, it is desirable that the outer diameter D of the fiber stub 1 is larger by 1 to 20 μm than the inner diameter D1 of the fiber stub fixing portion of the holder 5. In this case, in the φ1.25 mm ferrule used for the LC connector, The fixing strength of the fiber stub 1 can be maintained more appropriately. Moreover, it is very difficult to process the arithmetic average roughness (Ra) of the inner peripheral surface of the fiber stub fixing portion 5b of the holder 5 to be less than 0.1 μm, and even if the processing is performed, the cost is greatly increased. Therefore, the surface roughness is preferably 0.1 μm or more.
[0036]
Thus, according to the configuration of the present invention, since a stable holding state can be obtained, the holding state of the fiber stub 1 by the sleeve 4 does not change every time the plug ferrule 10 is brought into contact, and high connection loss reproducibility is achieved. It is obtained.
[0037]
Furthermore, since it is in a stable holding state, it is possible to improve the reliability in introducing and deriving the optical signal without causing slippage between the optical fiber connecting portions and without damaging the end face of the optical fiber 3.
[0038]
Further, since there is no grip ring for restricting free deformation of the sleeve 4 as in the prior art, the sleeve 4 can be freely deformed when the plug ferrule 10 is inserted into or removed from the sleeve 4, and the insertion force , The removal force can be stabilized and good detachability can be obtained.
[0039]
Next, when an optical module is configured using the optical receptacle 7 of the present invention shown in FIG. 1, an optical element 11 and a lens 12 are provided on one side of the optical receptacle 7 provided with the fiber stub 1 as shown in FIG. The case 13 provided with is joined by welding or the like.
[0040]
【Example】
Examples of the present invention will be described.
(Experiment 1)
First, the optical receptacle shown in FIG. 1 and the optical receptacle shown in FIG. 4 as a comparative example were manufactured. The optical connector connected to the optical receptacle was an LC connector.
[0041]
The ferrule used for each fiber stub is made of zirconia ceramics, a cylindrical ceramic molded body is obtained by extrusion molding, baked and hardened in a firing process, and cut to form a ferrule sample having the shape shown in FIG. 1 and FIG. A shaped ferrule sample was obtained.
[0042]
An optical fiber is inserted and fixed in the through hole of each ferrule obtained in this way, the tip end surface is mirror-polished to a curved surface with a curvature radius of about 20 mm, and the rear end on the opposite side is light emitted from an optical element such as an LD. In order to prevent the reflected light from being reflected at the tip of the optical fiber and returning to the optical element, mirror polishing was performed on an inclined surface of 8 ° to obtain a fiber stub.
[0043]
Then, the fiber stub obtained by inserting the tip end of the fiber stub into the sleeve is inserted into the metal fitting. In the case of the sample of the present invention of FIG. 1, the rear end side of the fiber stub is press-fitted into the holder. Then, a grip ring was press-fitted outside the sleeve, and finally an optical receptacle was fabricated by press-fitting the fiber stub, sleeve, and grip ring assembly into the sleeve case.
[0044]
Then, the plug ferrule of the optical connector was repeatedly inserted and removed from the tip side of each optical receptacle sample, the insertion / extraction force was measured with a push-pull gauge, and the connection loss was measured with a power meter.
[0045]
[Table 1]

[0046]
As is apparent from Table 1, the insertion and removal force of the optical receptacle of the present invention is stable in the range of 1.49 to 2.14 N, and the connection loss is stable in the range of 0.02 to 0.14 dB. ing. On the other hand, it can be seen that the insertion / extraction force of the conventional optical receptacle has a large variation in the range of 0.84 to 4.15 N and the reproducibility is poor in the range of 0.02 to 0.67 dB.
[0047]
(Experiment 2)
Further, the total length L1 of the sleeve was changed to various lengths, and the insertion and removal force of the optical receptacle was measured with a push-pull gauge.
[0048]
[Table 2]

[0049]
As is clear from Table 2, when the total length L1 of the sleeve is smaller than 1.7L2, the insertion / extraction force is very small as 0.24 to 0.75N, and when the total length L1 of the sleeve is larger than 2.3L2 Has a large insertion and extraction force of 2.74 to 7.75 N. On the other hand, when the total length L1 of the sleeve is in the range of 1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2, it can be seen that the insertion / extraction force is stable in the range of 1.15 to 2.26N.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical receptacle of the present invention, the rear end portion of the fiber stub in which the optical fiber is inserted and fixed in the through hole of the ferrule is fixed to the holder, and the plug ferrule connected to the front end surface of the fiber stub is held. In the optical receptacle in which the tip of the fiber stub is held on the sleeve for the purpose, the outer diameter of the fiber stub is D (mm), the total length of the sleeve is L1 (mm), and the fiber stub is held by the sleeve. L2 (mm), and L3 (mm) when the fiber stub is fixed to the holder, 1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2 and D−0.4 ≦ L3 ≦ D + 1.2 (However, since 0.9 mm ≦ D ≦ 1.6 mm), the fiber stub can be in a stable holding state, so that the plug ferrule abuts. In addition, the fiber stub 3 is not held differently by the sleeve 5, and high connection loss reproducibility can be obtained. Furthermore, since the fiber is in a stable holding state, the optical fiber connection portion does not slip and the optical fiber connection portion does not slip. The reliability in introducing and deriving the optical signal can be improved without damaging the end faces of the fibers 1b and 13b.
[0051]
Further, the arithmetic average roughness (Ra) of the outer peripheral surface of the fiber stub is 0.5 μm or less, the arithmetic average roughness (Ra) of the inner peripheral surface of the fiber stub fixing portion of the holder is 0.1 to 1.6 μm, Since the outer diameter D of the fiber stub is 1 to 20 μm larger than the inner diameter D1 of the fiber stub fixing part of the holder, the fiber stub can be stably fixed to the holder, and the contact area for holding the fiber stub 1 is increased. Since the fiber stub can be kept in a stable state with a large size, a stable and highly accurate connection is realized, and an optical receptacle using an optical receptacle and an optical receptacle with a low connection loss and high repeatability is provided. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a central sectional view showing an embodiment of an optical receptacle of the present invention.
FIG. 2 is a central sectional view showing an embodiment of the optical module of the present invention.
FIG. 3 is a central sectional view showing a conventional optical module.
FIG. 4 is a central sectional view showing another conventional optical receptacle.
FIG. 5 is a central sectional view showing another conventional optical module.
[Explanation of symbols]
1: Fiber stub 2: Optical fiber ferrule 3: Optical fiber 4: Sleeve 5: Holder 6: Sleeve case 7: Optical receptacle 8: Front end surface of fiber stub 9: Rear end surface 10 of fiber stub 10: Plug ferrule 11: Optical element 12 : Lens 13: Case 14: Optical receptacle 15: Plug ferrule 16: Fiber stub 17: Ferrule 18: Optical fiber 19: Sleeve 20: Holder 21: Sleeve case 22: Optical element 23: Lens 24: Case 25: Holding ring 26: Optical receptacle

Claims

Fix one end of the fiber stub with an optical fiber inserted and fixed in the through-hole of the ferrule to the holder, and hold the other end of the fiber stub in the sleeve for holding the plug ferrule connected to the tip surface of the fiber stub. In the optical receptacle, the outer diameter of the fiber stub is D (mm), the entire length of the sleeve is L1 (mm), the length that the fiber stub is held by the sleeve is L2 (mm), and the fiber stub is the holder. When the fixed length is L3 (mm), the following range 1.7L2 ≦ L1 ≦ 2.3L2
D−0.4 ≦ L3 ≦ D + 1.2 (however, 0.9 mm ≦ D ≦ 1.6 mm)
Formed to satisfy
The arithmetic average roughness (Ra) of the outer peripheral surface of the fiber stub is 0.5 μm or less, the arithmetic average roughness (Ra) of the inner peripheral surface of the fiber stub fixing portion of the holder is 0.1 to 1.6 μm,
An optical receptacle characterized in that an outer diameter D of the fiber stub is 1 to 20 μm larger than an inner diameter D1 of a fiber stub fixing portion of the holder .

The optical receptacle according to claim 1 , wherein the fiber stub is fixed to the holder by bonding or a combination of press-fitting and bonding.

An optical module comprising a case containing an optical element attached to one side of the optical receptacle according to claim 1 .