JP7576514B2

JP7576514B2 - 光コネクタおよびその製造方法

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Publication number: JP7576514B2
Application number: JP2021085866A
Authority: JP
Inventors: 康成河崎; 潤也小林
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2024-10-31
Anticipated expiration: 2041-05-21
Also published as: US20240255703A1; WO2022244436A1; JP2022178806A; CN117355778A

Description

本発明は、光ファイバや光導波路などを接続する光コネクタおよびその製造方法に関する。

ポリマ導波路や光ファイバテープ心線等の光導波路を光ファイバ等の光部品に接続する光導波路用コネクタとして、ＭＴ（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙＴｒａｎｓｆｅｒａｂｌｅ）型光コネクタ（以下、「ＭＴコネクタ」という。）が用いられている。ＭＴコネクタ同士を接続する場合、それぞれのＭＴコネクタの光ファイバのコア同士がガイドピンにより位置合わせすることができ、シングルモード接続に必要なサブミクロンレベルでの高精度で接続できる。

非特許文献１に、光ファイバとポリマ導波路とを接続する光コネクタが開示されている。この光コネクタ２０では、図４Ａに示すように、ＭＴコネクタ２１とＰＭＴコネクタ２２が、ガイドピン２４を介して接続され、クランプバネ２８で固定される。ここで、ＰＭＴコネクタ２２は、ＰＭＴフェルールにポリマ導波路が固定され、その端面が研磨され他の光コネクタとの接続面になるよう構成される。

Y. Hatakeyama et.al.,"PMT connectors for multi-channel film waveguides", Proc. of SPIE Vol. 7213 72130V-1 - V-9.

しかしながら、ＰＭＴコネクタ２２は、図４Ｂに示すように、光ファイバが固定されているＭＴコネクタ２１とＰＭＴコネクタ２２を接続する際に、光ファイバが固定されているＭＴコネクタ２１の光ファイバ２６とＰＭＴコネクタ２２のポリマ導波路の導波路２７間での光軸ずれが生じやすく、光軸合わせが困難であった。

詳細には、ＭＴコネクタ２１に搭載される光ファイバ２６では、コアの中心と、クラッドの外形（外周）すなわち光ファイバの外形との間の精度が１μｍ未満（サブミクロン）であり、シングルモード接続に必要となる精度を有するので、コアの位置を光ファイバの外形（寸法精度）により決めることができる。

一方、ＰＭＴコネクタ２２に搭載されるポリマ導波路の導波路２７の位置の精度は、ＰＭＴコネクタ２２におけるポリマ導波路２７の固定部の寸法精度（公差）により決まる。ここで、固定部の寸法精度（公差）が１０μｍ程度なので、ポリマ導波路の導波路２７の位置をポリマ導波路固定部の外形（寸法精度）により高精度で決めることは困難である。

その結果、ＰＭＴコネクタ２２にポリマ導波路を組み込む場合に、シングルモード接続に必要な高精度で、ＭＴコネクタ２１の光ファイバとＰＭＴコネクタ２２のポリマ導波路を接続することは困難である。

そこで、高精度でＭＴコネクタの光ファイバとＰＭＴコネクタのポリマ導波路を接続するために、ＰＭＴコネクタにポリマ導波路位置決め機構（スリットなど）を形成するなど特別な加工を行う必要があり、時間、コストを要するので問題があった。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る光コネクタは、光ファイバが搭載される前段ブロックと、ポリマ導波路が搭載される後段ブロックと、前記前段ブロックと前記後段ブロックの間に配置され、前記光ファイバと、前記ポリマ導波路を接続する自己形成導波路と、前記自己形成導波路の周囲に形成されるクラッド部と、前記前段ブロックと前記後段ブロックとの少なくともいずれか一方に配置される自己形成導波路材料保持部とを備え、前記自己形成導波路が、前記前段ブロックと前記後段ブロックの間の前記自己形成導波路材料保持部に配置される自己形成導波路材料において、樹脂硬化光の照射により硬化される部分であり、前記自己形成導波路材料保持部が、前記一方が他方と接する面に開口を有し、前記開口が、前記他方の前記一方と接する面により密閉されることを特徴とする。

また、本発明に係る光コネクタは、前記自己形成導波路材料が、前記樹脂硬化光が前記光ファイバ側と前記ポリマ導波路側との両側から照射されるように配置されてもよい。

また、本発明に係る光コネクタは、前記前段ブロックと前記後段ブロックとの少なくともいずれか一方に、自己形成導波路保持部を備えてもよい。

また、本発明に係る光コネクタは、前記光ファイバと前記ポリマ導波路がそれぞれの光軸が一致しないように配置された場合、前記自己形成導波路が、前記光ファイバと前記ポリマ導波路との間で湾曲してもよい。

また、本発明に係る光コネクタは、前記前段ブロックの前記自己形成導波路材料と接する面が斜め加工されてもよい。

また、本発明に係る光コネクタは、前記光ファイバがレンズ付き光ファイバであってもよい。

また、本発明に係る光コネクタの製造方法は、光コネクタの前段ブロックと後段ブロックとを接続する光コネクタの製造方法であって、前記前段ブロックの接続面と前記後段ブロックの接続面を対向させて配置するステップと、前記前段ブロックと前記後段ブロックの間の前記前段ブロックと前記後段ブロックとの少なくともいずれか一方の自己形成導波路材料保持部に、自己形成導波路形成材料を注入するステップと、前記前段ブロックに搭載される光ファイバと、前記後段ブロックに搭載されるポリマ導波路の導波路から樹脂硬化光を出射するステップと、前記自己形成導波路形成材料に前記樹脂硬化光を照射して光硬化させ、自己形成導波路を形成するステップと、前記自己形成導波路の周囲にクラッド部を形成するステップとを備え前記自己形成導波路材料保持部が、前記一方の接続面に開口を有し、前記開口が、他方の接続面により密閉されることを特徴とする。

本発明によれば、ポリマ導波路が低損失、高精度で簡易に接続される光コネクタおよびその製造方法を提供できる。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタの鳥瞰透視図である。図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタの鳥瞰上面図である。図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタのＩＣ－ＩＣ’断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタの接続前の鳥瞰透視図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタの製造方法を説明するための図である。図４Ａは、従来の光コネクタの鳥瞰透視図である。図４Ｂは、従来の光コネクタのＩＶＣ－ＩＶＣ’断面図である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタについて図１Ａ～図２を参照して説明する。図１Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれに、本実施の形態に係る光コネクタ１０の鳥瞰透視図、上面透視図、ＩＣ－ＩＣ’断面図を示す。また、図２に、光コネクタ１０の接続前の状態を示す。

＜光コネクタの構成＞
光コネクタ１０は、前段ブロック１１と、後段ブロック１２と、ポリマ導波路１３と、自己形成導波路材料保持部１４と自己形成導波路部１５とを備える。

前段ブロック１１は、単数もしくは複数の光ファイバ１６が搭載され、他の光コネクタと接続される端面が研磨されている。他の光コネクタと接続される端面と反対側の面は０°もしくは斜めに研磨されてもよいし、光ファイバの０°もしくは斜めの劈開面などでもよい。ここで、前段ブロック１１における斜めに研磨される角度および光ファイバの斜めの劈開面の角度は、通常８°程度であり、１０°以内であることが望ましい。前段ブロック１１は、サブミクロンの精度で、搭載される光ファイバ１６を他コネクタの光ファイバと低損失で接続させる。

後段ブロック１２は、ポリマ導波路１３が固定されるポリマ導波路固定部を有する。ポリマ導波路１３は後段ブロック１２に１０μｍ程度の精度で固定される。ポリマ導波路１３の端面は、例えばダイシング加工などにより形成される。ポリマ導波路１３は、例えば接着剤などで固定されるが、ポリマ導波路コア部と接着剤硬化後の屈折率が近いものを使用すれば、ポリマ導波路１３の端面部に接着剤が回り込んでもよい。

また、後段ブロック１２は、図２に示すように、自己形成導波路材料保持部１４を有する。自己形成導波路材料保持部１４は、後段ブロック１２において前段ブロック１１との接続面に形成される凹部であり、側壁と底面を有する。自己形成導波路の形成において自己形成導波路材料保持部１４に自己形成導波路材料（例えば光硬化性樹脂）が注入される（後述）。

本実施の形態では、後段ブロック１２に自己形成導波路材料保持部１４を形成したが、前段ブロック１１に形成してもよく、前段ブロック１１と後段ブロック１２の両方に形成してもよい。

自己形成導波路部１５は、自己形成導波路１８と、自己形成導波路１８の周囲のクラッド部１９とを有し、前段ブロック１１と、後段ブロック１２との間に形成される。

自己形成導波路１８は、光硬化性樹脂において樹脂硬化光が照射され屈折率が変化した部分に形成される。樹脂硬化光は、光硬化性樹脂を硬化するための光である。自己形成導波路１８は、図１Ｃに示すように、前段ブロック１１の光ファイバ１６と、後段ブロックのポリマ導波路の導波路１７とを接続する。

クラッド部１９は、自己形成導波路１８を覆うように、前段ブロック１１と後段ブロック１２との間に、例えば、クラッド剤が塗布され形成される。その結果、自己形成導波路１８の周囲にクラッド部１９が配置される。

本実施の形態では、自己形成導波路１８の材料（以下、「自己形成導波路材料」という。）としては光硬化性樹脂を用いる例を示したが、光照射によって屈折率が変化する材料であればよい。

このように、前段ブロック１１の光ファイバ１６と、後段ブロックのポリマ導波路の導波路１７とを、自己形成導波路１８によって低損失で接続できる。

＜光コネクタの製造方法＞
本実施の形態に係る光コネクタ１０の製造方法を、図３を参照して説明する。図３は、光コネクタ１０の製造工程を示す光コネクタの側方断面図である。

初めに、前段ブロック１１の接続面と後段ブロック１２の接続面を対向させ接続させるように配置する。ここで、自己形成導波路材料保持部１４が、前段ブロック１１と後段ブロック１２との間に配置される（ステップＳ１）。

次に、前段ブロック１１と後段ブロック１２の間の自己形成導波路材料保持部１４に、ゲル状もしくは液体状の自己形成導波路形成材料、例えば光硬化性樹脂２９を注入（配置）する（ステップＳ２）。

次に、前段ブロック１１の光ファイバ１６と、後段ブロック１２のポリマ導波路の導波路１７から樹脂硬化光３０を出射する（ステップＳ３）。

これにより、光硬化性樹脂２９の両側から樹脂硬化光３０を照射して光硬化させ、自己形成導波路１８を形成する（ステップＳ４）。

ここで、光硬化性樹脂２９は、樹脂硬化光３０が照射される部分から順次硬化する。その結果、前段ブロック１１の光ファイバ１６と、後段ブロック１２のポリマ導波路の導波路１７との両方から樹脂硬化光３０が出射される場合、例えば、光ファイバ１６およびポリマ導波路の導波路１７の光軸方向と垂直方向に光軸ずれが生じても、その光軸ずれを補償するような湾曲する自己形成導波路１８が形成される。

このように、光ファイバ１６とポリマ導波路１７のそれぞれの光軸が一致しない場合、すなわち光軸ずれがある場合でも、低損失な光接続を実現することが可能である。

次に、エタノールなどの洗浄液によって、未硬化の光硬化性樹脂を除去する。

最後に、クラッド剤を自己形成導波路１８の周囲に注入することで、自己形成導波路のクラッド部１９を形成する（ステップＳ５）。

このように、本実施の形態に係る光コネクタ１０は、前段ブロック１１と後段ブロック１２の間に、自己形成導波路部１５を形成することにより製造できる。

本実施の形態においては、クラッド部を形成する際に、未硬化の光硬化性樹脂を洗い流した後にクラッド材を注入する例を示したが、これに限らない。光硬化性樹脂に光照射して自己形成導波路１８を形成した後に、引き続き熱処理を施し、自己形成導波路周囲の未硬化の光硬化性樹脂を硬化させてクラッド部としてもよいし、自己形成導波路のコア部を硬化させた光と異なる波長の樹脂硬化光を照射し光硬化性樹脂を硬化させクラッド部としてもよい。

本実施に係る光コネクタによれば、高い寸法精度（サブミクロンレベル）を有し低損失のシングルモード接続が可能な前段ブロックと、低い寸法精度（１０μｍ程度）の後段ブロックとの寸法精度ギャップを自己形成導波路で補正（補償）することにより、前段ブロックと後段ブロックが接続する光コネクタにおいて低損失のシングルモード接続を実現できる。

また、光コネクタの内部に自己形成導波路材料保持部を有するため、容易に自己形成導波路の形成し、自己形成導波路コアに対するクラッドを形成することができる。

また、自己形成導波路材料保持部により、自己形成導波路部に光コネクタ接続に要する外力が加わらないので、光コネクタとしての信頼性を確保できる。

また、本実施の形態に係る光コネクタによれば、ポリマ導波路に位置決め機構（スリット）などの特殊加工を施すことなく、簡易に低損失のシングルモード接続の光コネクタを実現できる。

また、本実施の形態に係る光コネクタによれば、前段ブロックの光ファイバと自己形成導波路が斜め接続することにより低反射での接続を実現できる。

＜変形例＞
第１の実施の形態の変形例に係る光コネクタでは、前段ブロックに搭載される光ファイバにレンズ付きのファイバを用いる。

通常の光ファイバを用いる場合には、光コネクタを他の光コネクタと接続するときに、ファイバ光の結合効率を維持するために、バネ等の弾性機構を用いて、それぞれの光コネクタを押圧して密着させる必要がある。

本変形例に係る光コネクタによれば、レンズによりファイバ光を結合でき、それぞれの光コネクタを押圧して密着させなくても結合効率を維持できる。したがって、バネ等の弾性機構が不要となり、簡易な構成で他のコネクタと低損失で接続できる。

本発明の実施の形態では、光コネクタの構成、製造方法などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。光コネクタの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。

本発明は、光通信等において光導波路を光部品に接続する光コネクタに適用することができる。

１０光コネクタ
１１前段ブロック
１２後段ブロック
１３ポリマ導波路
１４自己形成導波路材料保持部
１５自己形成導波路部
１６光ファイバコア
１７ポリマ導波路コア
１８自己形成導波路
１９クラッド部

Claims

光ファイバが搭載される前段ブロックと、
ポリマ導波路が搭載される後段ブロックと、
前記前段ブロックと前記後段ブロックの間に配置され、前記光ファイバと、前記ポリマ導波路を接続する自己形成導波路と、
前記自己形成導波路の周囲に形成されるクラッド部と、
前記前段ブロックと前記後段ブロックとの少なくともいずれか一方に配置される自己形成導波路材料保持部と
を備え、
前記自己形成導波路が、前記前段ブロックと前記後段ブロックの間の前記自己形成導波路材料保持部に配置される自己形成導波路材料において、樹脂硬化光の照射により硬化される部分であり、
前記自己形成導波路材料保持部が、前記一方が他方と接する面に開口を有し、前記開口が、前記他方の前記一方と接する面により密閉される
ことを特徴とする光コネクタ。
前記自己形成導波路材料が、前記樹脂硬化光が前記光ファイバ側と前記ポリマ導波路側との両側から照射されるように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の光コネクタ。
前記光ファイバと前記ポリマ導波路がそれぞれの光軸が一致しないように配置された場合、前記自己形成導波路が、前記光ファイバと前記ポリマ導波路との間で湾曲する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光コネクタ。
前記前段ブロックの前記自己形成導波路材料と接する面が斜め加工される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光コネクタ。
前記光ファイバがレンズ付き光ファイバである
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光コネクタ。
光コネクタの前段ブロックと後段ブロックとを接続する光コネクタの製造方法であって、
前記前段ブロックの接続面と前記後段ブロックの接続面を対向させて配置するステップと、
前記前段ブロックと前記後段ブロックの間の前記前段ブロックと前記後段ブロックとの少なくともいずれか一方の自己形成導波路材料保持部に、自己形成導波路形成材料を注入するステップと、
前記前段ブロックに搭載される光ファイバと、前記後段ブロックに搭載されるポリマ導波路の導波路から樹脂硬化光を出射するステップと、
前記自己形成導波路形成材料に前記樹脂硬化光を照射して光硬化させ、自己形成導波路を形成するステップと、
前記自己形成導波路の周囲にクラッド部を形成するステップと
を備え
前記自己形成導波路材料保持部が、前記一方の接続面に開口を有し、前記開口が、他方の接続面により密閉される
ことを特徴とする光コネクタの製造方法。