JP2023108293A - 光接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度配線に適しながら、機械強度信頼性を損なうことなく小さい曲げ径に曲げることが可能な光接続構造を提供すること。【解決手段】光接続構造は、１つのコア部と前記コア部を取り囲むクラッド部とを備える複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの第１端側が一つに束ねられて構成された束部とを有し、前記束部の端面に前記コア部のそれぞれが露出している光ファイババンドルと、前記露出したコア部のそれぞれと光学的に接続する状態に配列された複数の光素子を有する光素子ユニットと、を備え、前記複数の光ファイバのそれぞれは、前記第１端から前記第１端とは反対側の第２端に向かって前記クラッド部のクラッド径が拡大する拡大部を有し、前記束部の端面における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が８０μｍ以下であり、前記第２端側における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が１２５μｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、光接続構造に関する。

たとえばデータセンタで用いられる光トランシーバにおいて、小型化や高密度化のために、光素子アレイとマルチコアファイバとを接続した光接続構造が採用されている（特許文献１）。光素子アレイは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイなどの発光素子アレイや、光検出器アレイなどの受光素子アレイなどである。マルチコアファイバは、光トランシーバが搭載されたデバイスの筐体に配策される。

特開２０２０－２７１４７号公報

マルチコアファイバは、長手方向に垂直な断面において複数のコア部を有し、高密度配線に適する。しかしながら、マルチコアファイバは、コア部の数が多いために、長手方向に垂直な断面において１つのコア部を有するシングルコアファイバに比べて、クラッド径が比較的大きい。その結果、マルチコアファイバは、同じ直径（曲げ径）に曲げた場合に生じる歪がシングルコアファイバに比べて大きいので、機械強度信頼性が低くなる。したがって、マルチコアファイバは、配策の際に許容される曲げ径が比較的大きく、配策されるデバイスの小型化に関しては課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、高密度配線に適しながら、機械強度信頼性を損なうことなく小さい曲げ径に曲げることが可能な光接続構造を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、１つのコア部と前記コア部を取り囲むクラッド部とを備える複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの第１端側が一つに束ねられて構成された束部とを有し、前記束部の端面に前記コア部のそれぞれが露出している光ファイババンドルと、前記露出したコア部のそれぞれと光学的に接続する状態に配列された複数の光素子を有する光素子ユニットと、を備え、前記複数の光ファイバのそれぞれは、前記第１端から前記第１端とは反対側の第２端に向かって前記クラッド部のクラッド径が拡大する拡大部を有し、前記束部の端面における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が８０μｍ以下であり、前記第２端側における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が１２５μｍ以下である光接続構造である。

前記第２端側における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が６０μｍ以上であるものでもよい。

本発明の一態様は、１つの第１コア部と前記第１コア部を取り囲む第１クラッド部とを備える複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの第１端側が一つに束ねられて構成された束部とを有し、前記束部の端面に前記第１コア部のそれぞれが露出している光ファイババンドルと、前記露出したコア部のそれぞれと光学的に接続する複数の第２コア部と、前記複数の第２コア部を取り囲む第２クラッド部とを有するマルチコアファイバと、を備え、前記複数の光ファイバのそれぞれは、前記第１端から前記第１端とは反対側の第２端に向かって前記第１クラッド部のクラッド径が拡大する拡大部を有し、前記束部の端面における前記第１クラッド部のそれぞれのクラッド径が８０μｍ以下であり、前記第２端側における前記第１クラッド部のそれぞれのクラッド径が１２５μｍ以下である光接続構造である。

前記マルチコアファイバの長さは５ｃｍ以下であるものでもよい。

前記マルチコアファイバの前記第２クラッド部のクラッド径は１５０μｍ以上であるものでもよい。

前記マルチコアファイバのコアピッチは３０μｍ以上であるものでもよい。

前記マルチコアファイバのコアピッチは６０μｍ以下であるものでもよい。

前記マルチコアファイバにおいて、前記第２コア部は、その数が７、１９、または３７であり、長手方向に垂直な断面において六方最密配置で配置されているものでもよい。

前記マルチコアファイバにおいて、前記第２コア部は、その数が４であり、長手方向に垂直な断面において正方格子状に配置されているものでもよい。

前記第２コア部のそれぞれと光学的に接続する状態に配列された複数の光素子を有する光素子ユニットをさらに備えるものでもよい。

前記マルチコアファイバと前記光素子ユニットとは接着剤にて相対位置が固定されているものでもよい。

前記マルチコアファイバにはガラスブロックが取り付けられており、前記ガラスブロックは前記光素子ユニットに接着剤にて接合されているものでもよい。

本発明によれは、高密度配線に適しながら、機械強度信頼性を損なうことなく小さい曲げ径に曲げることが可能な光接続構造を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る光接続構造の模式的な構成図である。 図２は、図１に示す光ファイババンドルが備える光ファイバの断面図である。 図３は、図１に示す光ファイババンドルの断面図である。 図４は、図３に示す光ファイババンドルを先端側から見た状態を示す図である。 図５は、図１に示す光素子ユニットの斜視図である。 図６は、実施形態３に係る光接続構造の模式的な構成図である。 図７は、図６に示すマルチコアファイバの断面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書で特に定義しない用語については、国際通信連合（ＩＴＵ）のＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光接続構造の模式的な構成図である。光接続構造１００は、光ファイババンドル１０と、光素子ユニット２０とを備えている。光ファイババンドル１０と光素子ユニット２０とはたとえば接着剤にて接合している。

＜光ファイババンドルの構成＞
光ファイババンドル１０は、複数の光ファイバである７本の光ファイバ１１を備えている。図２は、光ファイバ１１の長手方向に沿った断面図である。光ファイバ１１は、１つのコア部１２とコア部１２を取り囲むクラッド部１３とを有するガラス光ファイバ部１４と、ガラス光ファイバ部１４の外周を取り囲む樹脂被覆部１５とを備えている。光ファイバ１１は、シングルコアファイバである。光ファイバ１１は、たとえば、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５２、Ｇ．６５４、またはＧ．６５７の定義に従う光学特性を有する。コア部１２のコア径はたとえば１０μｍである。

ガラス光ファイバ部１４は、先端側から基端側に向かって、細径部１４ａ、拡大部１４ｂ、および太径部１４ｃで構成されている。先端は第１端の一例であり、基端は第２端の一例である。細径部１４ａは、太径部１４ｃのクラッド径Ｄ１よりも小さいクラッド径Ｄ２を有する部分である。拡大部１４ｂは、先端側の細径部１４ａから基端側の太径部１４ｃに向かってクラッド径がＤ２からＤ１にテーパ状に拡大する部分である。クラッド径Ｄ２は８０μｍ以下であり、クラッド径Ｄ１は１２５μｍ以下である。

樹脂被覆部１５は、細径部１４ａの外周、拡大部１４ｂの外周、および太径部１４ｃの拡大部１４ｂ側における一部の外周にて除去されている。

このような光ファイバ１１は、たとえば、光通信用のシングルモード光ファイバの先端部の樹脂被覆部１５を除去し、エッチング等でクラッド部１３の一部を除去して細径部１４ａおよび拡大部１４ｂを形成することで作製することができる。

図３は、光ファイババンドル１０の長手方向に沿った断面図である。図４は、図３に示す光ファイババンドル１０を先端側から見た状態を示す図である。光ファイババンドル１０は、７本の光ファイバ１１の先端側である細径部１４ａの一部が、長手方向に垂直な断面において六方最密配置で配置された状態で一つに束ねられて構成された束部１６を備えている。束部１６の端面１７には、コア部１２のそれぞれが露出している。図４に示すように、端面１７において、コア部１２は六方最密配置で配置されている。端面１７において、隣接するコア部１２の中心間距離であるコアピッチはΛ１である。本実施形態では、Λ１は端面１７におけるクラッド径Ｄ２と同じである。すなわち、Λ１は８０μｍ以下である。

また、光ファイババンドル１０は、キャピラリ１８を備えている。キャピラリ１８は、束部１６と、各光ファイバ１１における束部１６以外の部分、すなわち細径部１４ａの一部と拡大部１４ｂと太径部１４ｃの一部とを収容している。キャピラリ１８は、先端側から基端側に向かって、細径部１８ａ、拡大部１８ｂ、および太径部１８ｃで構成されている。細径部１８ａは、太径部１８ｃの内径および外径よりも小さい内径および外径を有する部分である。拡大部１４ｂは、先端側から基端側に向かって内径および外径がテーパ状に拡大する部分である。キャピラリ１８の長さは、たとえば５ｃｍ以下である。

光ファイババンドル１０において、光ファイバ１１同士、または光ファイバ１１とキャピラリ１８とは、接着剤または融着にて接合されている。

＜光素子ユニットの構成＞
図５は、図１に示す光素子ユニット２０の斜視図である。光素子ユニット２０は、複数の光素子である７個の光素子２１を備える。光素子２１は、たとえば発光素子や受光素子や光導波路であり、光ファイババンドル１０の端面１７に露出したコア部１２のそれぞれ光学的に接続する状態に配列されている。具体的には、光素子２１は六方最密配置で配置されている。光素子２１の配列ピッチはΛ２であるが、Λ２はコアピッチΛ１およびクラッド径Ｄ２と同じ値である。すなわち、Λ２は８０μｍ以下である。なお、光素子２１が発光素子や受光素子などの光電素子の場合は、電気配線のスペースを確保する都合上、Λ２は３０μｍ以上であることが好ましい。

以上のように構成された光接続構造１００では、光ファイババンドル１０の光ファイバ１１は、そのクラッド径Ｄ２が、典型的な光ファイバのクラッド径と同等以下の１２５μｍ以下であるので、機械強度信頼性を損なうことなく比較的小さい曲げ径に曲げることが可能である。しかも、光ファイババンドル１０の束部１６の端面１７では、光ファイバ１１のクラッド径Ｄ２が８０μｍ以下であるので、高密度配線に適する狭いコアピッチΛ１を実現できる。また、これにより、光接続構造１００が搭載されるデバイスが小型化し易くなる。

Ｄ１は、機械強度信頼性と小曲げ径との両立の観点から、１２５μｍ以下であればよいが、好ましい一例は８０μｍ程度である。また、Ｄ１は、光ファイバ１１と接続される場合が多い通常シングルモード光ファイバとの接続性、または、シングルモード光ファイバとの親和性の高い光学系との接続性の観点から、６０μｍ以上であることが好ましい。

Ｄ２は、高密度配線の観点から、８０μｍ以下であればよいが、６０μｍ以下がより好ましく、たとえば４０μｍ程度である。Λ１、Λ２についてもＤ２と同様である。また、上述したように光素子２１の電気的配線のスペースを確保する観点からは、Ｄ２は３０μｍ以上であることが好ましい。

（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る光接続構造の模式的な構成図である。光接続構造２００は、光ファイババンドル１０と、光素子ユニット２０と、マルチコアファイバ３０と、ガラスキャピラリ４０とを備えている。

光ファイババンドル１０および光素子ユニット２０は、光接続構造１００における対応する要素と同じなので、説明を適宜省略する。光接続構造２００の光ファイババンドル１０における光ファイバ１１のコア部１２は第１コア部の一例であり、クラッド部１３は第１クラッド部の一例である。

ガラスキャピラリ４０には、マルチコアファイバ３０の全長を収容可能な孔４１が形成されている。マルチコアファイバ３０は、孔４１に全長が収容された状態で、ガラスキャピラリ４０に接着剤などで固定されている。ガラスキャピラリ４０はガラスブロックの一例である。

図７は、マルチコアファイバ３０の長手方向に垂直な面における断面図である。マルチコアファイバ３０は、複数の第２コア部としての７個のコア部３１と、７個のコア部３１を取り囲む第２クラッド部としてのクラッド部３２とを備えている。マルチコアファイバ３０は、たとえば、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５２、Ｇ．６５４、またはＧ．６５７の定義に従う光学特性を有する。７個のコア部３１は、長手方向に垂直な断面において六方最密配置で配置されており、それぞれ、光ファイババンドル１０の端面１７に露出した７個のコア部１２のそれぞれと光学的に接続している。

マルチコアファイバ３０におけるコア部３１のコアピッチΛ３は、Λ１、Λ２と同様にである。すなわち、Λ３は８０μｍ以下であればよいが、６０μｍ以下がより好ましく、たとえば４０μｍ程度であり、好ましくは３０μｍ以上である。

また、マルチコアファイバ３０のクラッド部３２のクラッド径Ｄ３は、７個のコア部３１を上記コアピッチΛ３の六方最密配置で収容するために、１５０μｍ以上とされている。

ガラスキャピラリ４０は、光素子ユニット２０に接着剤にて接合されている。これにより、マルチコアファイバ３０と光素子ユニット２０とは接着剤にて相対位置が固定されている。この状態にて、光素子ユニット２０の光素子２１は、マルチコアファイバ３０のコア部３１のそれぞれと光学的に接続する状態に配列されている。

以上のように構成された光接続構造２００では、マルチコアファイバ３０のクラッド径Ｄ３が１５０μｍ以上であるが、光接続構造１００と同様に、光ファイババンドル１０の光ファイバ１１のクラッド径Ｄ１が１２５μｍ以下であるので、機械強度信頼性を損なうことなく比較的小さい曲げ径に曲げることが可能である。しかも、光ファイババンドル１０の束部１６の端面１７では、光ファイバ１１のクラッド径Ｄ２が８０μｍ以下であるので、高密度配線に適する狭いコアピッチΛ１を実現できる。また、これにより、光接続構造２００が搭載されるデバイスが小型化し易くなる。

また、本発明者が得た知見によれば、光ファイババンドル１０と光素子ユニット２０との間にマルチコアファイバ３０を介在させることによって、光ファイババンドル１０と光素子ユニット２０とを直接接続するよりも接続損失が小さくなる。その理由の一つは、光素子ユニット２０における光素子２１の配列に対する、マルチコアファイバ３０のコア部３１の配列の位置精度は、光素子２１の配列に対する、光ファイババンドル１０のコア部１２の配列の位置精度よりも比較的高く作製しやすいためであると考えられる。なお、マルチコアファイバ３０のコア部３１と光ファイババンドル１０のコア部１２との接続損失は、融着接続を行うことによってきわめて小さくすることができる。

また、光素子２１が発光素子である場合、マルチコアファイバ３０のコア部３１のモードフィールド径を、光素子２１が発する光のビーム径と光ファイババンドル１０のコア部１２のモードフィールド径との間の値にすることによって、接続損失のうちモードフィールド不整合に起因する成分を低減することができる。

また、マルチコアファイバ３０の長さは、光接続構造２００を低背位するためには、たとえば５ｃｍ以下が好ましい。

なお、上記実施形態において、マルチコアファイバ３０のコア部３１は、その数が７であり、長手方向に垂直な断面において六方最密配置で配置されているが、その数は７に限らず、たとえば１９や３７でもよい。六方最密配置であれば、或る断面積のクラッド部の中に、より多くのコア部を配置することができる。たとえば、コアピッチΛ３を４０μｍとした場合、クラッド径Ｄ３を２４０μｍとしたクラッド部の中に、六方最密配置で１９個のコア部を配置できる。光ファイババンドル１０のコア部１２や光素子ユニット２０の光素子２１についても、その数は７に限られず、六方最密配置の１９や３７でもよい。

また、上記実施形態において、マルチコアファイバのコア部の数が４であり、長手方向に垂直な断面において正方格子状に配置されていてもよい。光ファイババンドルのコア部や光素子ユニットの光素子についても、その数が４であり、正方格子状に配置されていてもよい。特に、光素子ユニットの光素子の数が４であり、正方格子状に配置されていれば、光素子に対して電気配線をし易いので好ましい。この場合のコア部のコアピッチや光素子の配列ピッチも、８０μｍ以下であればよいが、６０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以上であることが好ましい。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０ ：光ファイババンドル
１１ ：光ファイバ
１２、３１ ：コア部
１３、３２ ：クラッド部
１４ ：ガラス光ファイバ部
１４ａ、１８ａ ：細径部
１４ｂ、１８ｂ ：拡大部
１４ｃ、１８ｃ ：太径部
１５ ：樹脂被覆部
１６ ：束部
１７ ：端面
１８ ：キャピラリ
２０ ：光素子ユニット
２１ ：光素子
３０ ：マルチコアファイバ
４０ ：ガラスキャピラリ
４１ ：孔
１００、２００ ：光接続構造

Claims (12)

1. １つのコア部と前記コア部を取り囲むクラッド部とを備える複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの第１端側が一つに束ねられて構成された束部とを有し、前記束部の端面に前記コア部のそれぞれが露出している光ファイババンドルと、
   前記露出したコア部のそれぞれと光学的に接続する状態に配列された複数の光素子を有する光素子ユニットと、
   を備え、
   前記複数の光ファイバのそれぞれは、前記第１端から前記第１端とは反対側の第２端に向かって前記クラッド部のクラッド径が拡大する拡大部を有し、前記束部の端面における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が８０μｍ以下であり、前記第２端側における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が１２５μｍ以下である
   光接続構造。
2. 前記第２端側における前記クラッド部のそれぞれのクラッド径が６０μｍ以上である
   請求項１に記載の光接続構造。
3. １つの第１コア部と前記第１コア部を取り囲む第１クラッド部とを備える複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの第１端側が一つに束ねられて構成された束部とを有し、前記束部の端面に前記第１コア部のそれぞれが露出している光ファイババンドルと、
   前記露出したコア部のそれぞれと光学的に接続する複数の第２コア部と、前記複数の第２コア部を取り囲む第２クラッド部とを有するマルチコアファイバと、
   を備え、
   前記複数の光ファイバのそれぞれは、前記第１端から前記第１端とは反対側の第２端に向かって前記第１クラッド部のクラッド径が拡大する拡大部を有し、前記束部の端面における前記第１クラッド部のそれぞれのクラッド径が８０μｍ以下であり、前記第２端側における前記第１クラッド部のそれぞれのクラッド径が１２５μｍ以下である
   光接続構造。
4. 前記マルチコアファイバの長さは５ｃｍ以下である
   請求項３に記載の光接続構造。
5. 前記マルチコアファイバの前記第２クラッド部のクラッド径は１５０μｍ以上である
   請求項３または４に記載の光接続構造。
6. 前記マルチコアファイバのコアピッチは３０μｍ以上である
   請求項３～５のいずれか一つに記載の光接続構造。
7. 前記マルチコアファイバのコアピッチは６０μｍ以下である
   請求項３～６のいずれか一つに記載の光接続構造。
8. 前記マルチコアファイバにおいて、前記第２コア部は、その数が７、１９、または３７であり、長手方向に垂直な断面において六方最密配置で配置されている
   請求項３～７のいずれか一つに記載の光接続構造。
9. 前記マルチコアファイバにおいて、前記第２コア部は、その数が４であり、長手方向に垂直な断面において正方格子状に配置されている
   請求項３～７のいずれか一つに記載の光接続構造。
10. 前記第２コア部のそれぞれと光学的に接続する状態に配列された複数の光素子を有する光素子ユニットをさらに備える
    請求項３～９のいずれか一つに記載の光接続構造。
11. 前記マルチコアファイバと前記光素子ユニットとは接着剤にて相対位置が固定されている
    請求項１０に記載の光接続構造。
12. 前記マルチコアファイバにはガラスブロックが取り付けられており、前記ガラスブロックは前記光素子ユニットに接着剤にて接合されている
    請求項１０または１１に記載の光接続構造。

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