光连接器的制作方法

本发明涉及适用于例如光通信等的光连接器。

背景技术

在包括路由器等网络装置、服务器、大型计算机的各种各样的信息/信号处理装置中，信息/信号处理的大规模化、高速化正在发展。在这些装置中，电路基板(板)中的cpu以及存储器相互间、配线基板相互间、装置(导轨)相互间等的信号传输，一直是通过电配线来进行的。但是，从传输速度、传输容量、耗电量、来自传输路径的辐射、电磁波对于传输路径的干扰等观点上的优越性出发，实际上开始引入了所谓的光互联，即，代替了上述电配线，而将光纤作为传输路径并通过光来传输信号。在光互联中，为了进行光纤彼此的光结合而使用光连接器。一般的光连接器具有将从一方的光纤的端部出射的光向另一方的光纤的端部聚光的透镜。

但是，近年来光通信信息量不只是一味地增加，还盼望信息的长距离·高速传输。然而，在一直被使用的多模光纤的情况下，采用光纤的纤芯径为50μm·62.5μm的光纤，由于以多个模式传输光信号，因此存在信号的到达时间有偏差，从而产生模式分散的问题。因此，因模式分散而产生数据损失，所以不适合长距离·高速传输。

与此相对，单模光纤是模场直径为大约9μm的极细径的光纤，有着通过使光信号的传播为一个模式从而能够尽量抑制衰减的优点。因此与多模光纤这样的使用多个模式的传输方法不同，信号的到达时间单一，所以不会产生模式损失，适合长距离·高速传输，因此单模光纤被使用的机会变得多了起来。

然而，作为使用单模光纤时的一个课题，由于其模场直径小到大约9μm，因此存在着在使用光连接器来对光纤彼此进行光结合时，纤芯偏差的容许误差小的问题。特别成为问题的是，由环境温度变化引起的纤芯偏差的问题。以下详细地进行说明。

通常的光连接器为了信息量的增大而多将捆有多个纤芯的多芯光纤体彼此结合。用于这样的用途的光连接器一般具有被称作套圈的对多芯光纤体进行保持的部件、和光学元件，该光学元件形成透镜，该透镜配置于一对套圈间，用于在保持于该套圈的多个纤芯端彼此之间使光有效地传播。

然而，即使是在常温下使用光连接器将光纤彼此精度良好地结合的情况下，当由环境温度变化引起在各部产生热膨胀差时，也存在由纤芯偏差引起的损失增大的风险。此处，光纤多为玻璃制，套圈多为由混入了玻璃纤维的树脂而成型，混入了玻璃纤维的树脂由于具有线膨胀系数与玻璃相近的特性，因此可以说在两者间难以产生由热膨胀差引起的问题。另一方面，关于光学元件，由于要求规定的光学特性，因此存在由选定的材料引起在与套圈之间产生热膨胀差的问题。作为避免相关问题的策略，例如在使透镜为玻璃制的情况下，由于与光纤和套圈的线膨胀系数相近，因此难以产生光结合时的偏差的问题，但存在成本上升的问题。

与此相对，如专利文献1所示，通过利用含有玻璃纤维的树脂来作成光学元件也能够抑制与套圈的线膨胀差，由此能够抑制环境温度变化时的能效损失。但是，在使树脂中含有玻璃纤维的材料中，使折射率和温度特性匹配至满足光学特性的程度在技术上困难，另外一般的树脂由于混入玻璃纤维而被着色，导致透光率减少，因此难以使用将含有玻璃纤维的树脂应用于光连接器的光学元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2016-133518号公报

非专利文献

非专利文献1：沼田英俊及其他、“低电力互联用微型透镜矩阵机构”、2014年应用物理学会、第75次应用物理学会秋季学术演讲会、演讲备稿集(19a-c7-6)

技术实现要素：

发明所要解决的课题

与此相对，在非专利文献1中，公开了通过在透镜表面设置低折射率的反射防止膜而提高光利用率，但仅在透镜表面设置低折射率的反射防止膜的话，无法避免在环境温度变化时的光连接器的纤芯偏差的问题。

本发明是鉴于上述问题而作出的发明，其目的在于，提供价格便宜且能够抑制环境温度变化时的损失的光连接器。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的中的至少一个，反映了本发明的一个方面的光连接器为用于将单模用的光纤连接成能够传递光的光连接器，具有：

套圈，其连接所述光纤，对所述光纤进行保持；

树脂制的光学元件，其与所述套圈连结，并具备透镜，该透镜相对于保持于所述套圈的所述光纤的端部被定位；

在将所述套圈的线膨胀系数设为a(ppm/℃)，将所述光学元件的线膨胀系数设为b(ppm/℃)时，满足以下算式：

0＜b-a≦20(1)

至少在所述透镜中设有反射防止构造，

在将一对所述光连接器对置地保持时，所述光学元件彼此相对置，从一方的所述光纤的端部出射的发散光入射至一方的所述透镜并变为准直光而出射，所述准直光入射至另一方的所述透镜并向另一方的所述光纤的端部聚光。

发明效果

根据本发明，能够提供价格便宜并能够抑制环境温度变化时的损失的光连接器。

附图说明

图1是本实施方式的光连接器的立体图。

图2是将光连接器分解表示的图。

图3是在利用耦合器连接一对光连接器的状态下，利用经过图1的iii-iii线的铅直面切断并沿箭头方向观察的图。

图4是透镜板的主视图。

图5是将图4的结构利用v-v线切断并沿箭头方向观察的放大剖视图。

图6(a)～(c)是表示透镜板30的成型工序的图。

图7是表示下模的上表面的立体图。

图8是表示在讨论中使用的测定系统的概略图。

图9是表示实施例1的反射防止膜的分光特性的图。

图10是表示实施例2的反射防止膜的分光特性的图。

图11是表示实施例3的反射防止膜的分光特性的图。

附图标记说明

md1上模

md1a光学面转印面

md1b孔转印面

md2下模

md2a光学面转印面

md2b孔转印面

md2c开口

10光缆

11光纤

12覆盖部

20光连接器

21套圈

21a扩大部

21b端部孔

21c贯通孔

21d端面

21e圆形开口

22圆轴

30透镜板

30a凹部

30b抵接面

30c透镜面

30d圆形孔

30e第一环状部

30f第二环状部

30g第三环状部

30h圆筒部

30i反射防止膜

41、42耦合器

41a凸缘部

41b闭合端

41c导出孔

41d卡合凹部

42a凸缘部

42d卡合凹部

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本实施方式的光连接器的立体图。图2是将光连接器分解表示的图。图3是在利用耦合器连接一对光连接器的状态下，利用经过图1的iii-iii线的铅直面切断并沿箭头方向观察的图。图4是透镜板的主视图。图5是将图4的结构利用v-v线切断并沿箭头方向观察的放大剖视图。通过将一对光连接器20彼此匹配并连结，能够在光缆10之间进行光信号的传递。

在图1中，多芯(此处为60根纤芯)光缆10所连结的光连接器具有套圈本体21和作为光学元件的透镜板30。含有玻璃纤维的热硬化性树脂制的套圈21为大致长方体状，在连结有光缆10的端部侧具有扩大部21a。光缆10通过覆盖部12来保护由纤芯和包层构成的60根光纤11(参照图3)。

如图3所示，在扩大部21a的内侧分别设有端部孔21b，端部孔21b插入有光缆10的端部。从端部孔21b的底部沿套圈21的长度方向延伸地形成有多个贯通孔21c，在该贯通孔21c内部保持有从光缆10的内部延伸的光纤11。光纤11为单模用，其前端如图2所示从与扩大部21a相反的一侧的端面21d露出。

在图2中，在使光纤11的前端露出的一组贯通孔21c的左右方向两侧，形成有圆形开口(孔)21e。在圆形开口21e中，插入(植入设置)有直径φ(＝0.7mm)的圆轴(轴部)22，其前端从端面21d突出。

在图2和图4中，矩形板状的透镜板30具有在正面以及背面中央呈矩形凹陷的凹部30a、形成于凹部30a周围的抵接面30b。在各凹部30a中形成有以5行12列排列的透镜面30c，在正面和背面处对置的透镜面30c彼此构成具有光轴一致的两凸形状的透镜。在凹部30a的左右方向两侧，分别形成有圆形孔30d。需要说明的是，在圆形孔30d的上下方向两侧，形成有圆形的压痕br，这是由于如后文所述在将透镜板30成型后脱模的工序的原因而形成的。

如图5所示，圆形孔30d具有一方的(图5中下方的)抵接面30b侧的第一环状部30e、另一方的(图5中上方的)抵接面30b侧的第二环状部30f以及第三环状部g、形成于第三环状部30g和第一环状部30e之间的圆筒部30h。第三环状部30g以及第一环状部30e的直径比圆筒部30h的直径φ(＝0.7mm)大，进一步地，第二环状部30f的直径比第三环状部30g的直径大。圆筒部30h的直径φ与圆轴22的直径φ(参照图2)相等。

像这样设置第一环状部30e～第三环状部30g的理由是，为了在使圆轴22嵌合于圆形孔30d时，仅使其卡合于长度较短的圆筒部30h。换而言之，为了使圆轴22精度良好地嵌合于圆形孔30d，只要将长度短的圆筒30h精度良好地形成即足够，有助于降低成本。

在透镜板30的正面以及背面中央的凹部30a以及其周围的抵接面30b中，成膜有如图4中利用剖面线所示的作为反射防止构造的反射防止膜30i。反射防止膜30i的周缘和凹部30a的周缘的距离△优选设为例如100μm以下，但也可以将△设为零。通过在这样的范围内设置反射防止膜30i，即使产生了反射防止膜的剥落，剥落进度也会停止在凹部30a的边角处，从而抑制波及至透镜面30c。其中，反射防止膜30i优选避开圆形孔30d而成膜。这是由于在圆轴22贯穿插入时，可能有产生反射防止膜的剥落从而使定位精度降低的风险。

接下来，对透镜板30的成型工序进行说明。图6是表示透镜板30的成型工序的图，但省略透镜以及透镜转印面。图7是表示下模的上表面的立体图。在图6(a)中，上模md1具有与一方的凹部30a以及透镜面30c对应的光学面转印面md1a、和与第二环状部30f以及第三环状部30g对应的孔转印面md1b。与此相对，如图7所示，下模md2具有与另一方的凹部30a以及透镜面30c对应的光学面转印面md2a、与第一环状部30a以及圆筒部30h对应的孔转印面md2b、收纳顶针ip的开口md2c。

如图6(a)所示，在开口md2c内收纳有顶针ip的状态下，使光学面转印面md1a、md2a彼此对置，并使孔转印面md1b、md2b彼此对置，如图6(b)所示，使上模md1接近下模md2来进行合模。

在合模的下模md2和上模md1之间形成的型腔cv内，从未图示的浇口填充熔融的热塑性树脂(例如非晶性热塑性聚醚酰亚胺(pei)树脂)，并使其固化。

之后，使上模md1从下模md2分离，通过使顶针ip从开口md2突出，如图6(c)所示，能够使以贴付在下模md2的状态形成的透镜板30脱模。此处，圆形孔30d的分型线位于第二环状部30g和圆筒部30h的交界。另外，在脱模时突出的顶针ip的前端的痕迹为压痕br(参照图4)。从图7清楚地知道，通过在夹住圆形孔30d的两侧使顶针ip突出，在抑制透镜板30的破损的同时能够容易地进行脱模。之后，在后续工序中，在包含圆形孔30d的透镜板30的周围设置掩模等，通过蒸镀法等使反射防止膜30i成膜。关于蒸镀法是公知的，因此省略说明。

接下来，对光连接器20的组装方式以及结合方式进行说明。此处，如图2所示，光缆10的端部与套圈21的端部孔21b连结，光纤11的前端从端面21d露出。在光连接器20组装时，圆轴22插入套圈21的圆形开口21e，使其突出的端部与透镜板30的圆形孔30d卡合，使一方的抵接面30b与套圈21的端面21d抵接。此时，各透镜面30c形成于凹部30a内，因此透镜面顶点没有与端面21d干涉的风险，在之间能够确保规定的间隙。进一步地，各透镜面30c以一对圆形孔30d的中心线的中点为基准被精度良好地定位，另外贯通孔21c内所保持的光纤11的端部也以一对圆形开口21e的中心线的中点为基准被精度良好地定位，因此能够使各透镜面30c的光轴和与其对置的光纤11的端部中心精度良好地一致。

进一步地，在将光连接器20彼此结合的情况下，使用如图3所示的耦合器41、42。耦合器41、42分别为一端开口的筐状体，在开口端侧具有凸缘部41a、42a，在与开口端相反的一侧的闭合端41b、42b具有导出孔41c、42c。在凸缘部41a的对置面形成有卡合凹部41d，在凸缘部42a的对置面形成有与卡合凹部41d对应的卡合凸部42d。

如图3所示，在耦合器41、42的内部分别收纳有套圈21，将光缆10经由导出孔41c、42c向外部拉出。此时在闭合端41b、42b的内周壁嵌合有套圈21的扩大部21a，套圈21相对于耦合器41、42被定位。在相关状态下，成为透镜板30从在耦合器41、42的开口端露出的状态。

当使凸缘部41a、42a紧密接触，以使凸缘部42a的卡合凸部42d卡合于凸缘部41a的卡合凹部41d时，对置的透镜板30的抵接面30b彼此相互抵接。此时，各透镜面30c形成于凹部30a内，因此透镜面顶点没有彼此干涉的风险，在之间能够确保规定的间隙。通过卡合凹部41d和卡合凸部42d的卡合，对置的透镜面30c的光轴精度良好地一致。由此，能够经由耦合器41、42来精度良好地将一对光连接器20接合。需要说明的是，虽然没有明确地图示，但套圈21的圆形开口21e和圆轴22的间隙等于或小于圆轴22和透镜板30的圆形孔30d的间隙，进一步地，圆轴22和圆形孔30d的间隙小于耦合器41、42与光缆10的相互卡合的部位的间隙。

在图3中，在一方的光缆10的光纤11内传播而来的光(例如波长850nm、1310nm、1550nm中的任一种)从套圈21的端部出射并以发散光的状态向一方的透镜板30入射，作为准直光被出射。出射的准直光向另一方的透镜板30入射，出射聚焦光。相关的聚焦光向另一方的套圈21的光纤11的端部聚光，从这里经由另一方的光缆10被传递。准直光的径相对于单模的光纤11的纤芯径扩大了五倍左右，因此即使一对透镜板30彼此之间产生光轴偏差，也能够抑制其影响。

接下来，对本发明人们进行的讨论的结果进行说明。图8是表示在讨论中使用的测定系统的概略图。如图8所示，设置一对与光缆10连结的光连接器20，将各自的透镜板30相对置地配置。使左侧(上游侧)的光缆10的端部与激光等光源ld相对置。另一方面，将套圈21连结于右侧(下游侧)的光缆10的端部，并在其输出端配置第一光检测器pd1。另外，在上游侧的光连接器20中，在套圈21和透镜板30之间配置第二光检测器pd2。第二光检测器pd2可从光路内退避。

准备了将光连接器20的套圈21的形状设为不变，同时使作为其材料的树脂中含有的玻璃纤维的含有量变化来变更线膨胀系数的样品。具体地，将套圈21的材料的树脂中的含有量设为50wt％(a)、30wt％(b)、10wt％(c)，由此与透镜板30的线膨胀差分别调整为50ppm/℃、35ppm/℃、20ppm/℃。

另一方面，制作了两个透镜板30的形状以及材料相同但改变了反射防止膜的有无的样品。具体地，准备了在上游侧和下游侧的透镜板30中均没有形成反射防止膜的样品(a：反射率分别为4％)、仅在下游侧的透镜板30中形成反射防止膜的样品(b：上游侧的反射率为4％、下游侧的反射率为1％)、在上游侧和下游侧的透镜板30中均形成反射防止膜的样品(c：反射率分别为1％)。

将以上的作为样品的套圈(a)～(c)、透镜板(a)～(c)组合，在常温、常温+35℃、常温-35℃下使光源ld发光，利用第二光检测器pd2测定来自上游侧的套圈21的出射光量p0，接下来如虚线所示使第二光检测器pd2退避，利用第一光检测器pd1测定来自最下游的套圈21的出射光量p1，利用δ＝10·log(p1/p0)求出光量损失δ(db)。在表1中示出其结果。

【表1】

在表1中，可知的是，在树脂中的含有量为50wt％的套圈(a)和没有成膜反射防止膜的透镜板(a)的组合中，相对于在常温(20℃)下有2.5db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至3.2db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至3.1db。

另一方面，可知的是，在树脂中的含有量为50wt％的套圈(a)和仅下游侧的透镜板成膜有反射防止膜的透镜板(b)的组合中，相对于在常温下有1.6db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至2.1db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至2.2db。

与此相对，可知的是，在树脂中的含有量为50wt％的套圈(a)和在两方的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(c)的组合中，相对于在常温下有0.7db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至1.3db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至1.2db。可知的是，在将常温时损失的容许值设为1.0db以下，且将±35℃变化时的容许值设为(常温时的损失+0.2db)时，在树脂中的含有量为50wt％的套圈(a)和没有成膜的透镜板(a)或仅在下游侧的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(b)的组合中，即使在常温下也不满足容许值。进一步地，判明的是，在树脂中的含有量为50wt％的套圈(a)和在两方的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(c)的组合中，由于仅在环境温度为常温的情况下满足容许值，因此不实用。

接下来，在表1中，在树脂中的含有量为30wt％的套圈(b)和没有成膜反射防止膜的透镜板(a)的组合中，相对于在常温下有2.6db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至2.9db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至2.9db。

另一方面，可知的是，在树脂中的含有量为30wt％的套圈(b)和仅下游侧的透镜板成膜有反射防止膜的透镜板(b)的组合中，相对于在常温下有1.5db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至1.8db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至1.7db。

与此相对，可知的是，在树脂中的含有量为30wt％的套圈(b)和在两方的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(c)的组合中，相对于在常温下有0.8db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至1.0db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至1.1db。可知的是，由于常温时损失的容许值为1.0db以下，且±35℃变化时的容许值为(常温时的损失+0.2db)，因此在树脂中的含有量为30wt％的套圈(b)和没有成膜的透镜板(a)或仅在下游侧的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(b)的组合中，即使在常温下也不满足容许值。进一步地，判明的是，在树脂中的含有量为30wt％的套圈(b)和在两方的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(c)的组合中，由于仅在环境温度为常温和上升35℃的情况下满足容许值，因此不实用。

接下来，在表1中，在树脂中的含有量为10wt％的套圈(c)和没有成膜反射防止膜的透镜板(a)的组合中，相对于在常温下有2.6db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至2.7db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至2.6db。

另一方面，可知的是，在树脂中的含有量为10wt％的套圈(c)和仅下游侧的透镜板成膜有反射防止膜的透镜板(b)的组合中，相对于在常温下有1.5db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至1.6db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至1.6db。

与此相对，可知的是，在树脂中的含有量为10wt％的套圈(c)和在两方的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(c)的组合中，相对于在常温下有0.7db的损失，在环境温度进一步上升35℃的情况下，损失上升至0.9db，在环境温度减少35℃的情况下，损失上升至0.8db。可知的是，由于常温时损失的容许值为1.0db以下，且±35℃变化时的容许值为(常温时的损失+0.2db)，因此在树脂中的含有量为10wt％的套圈(c)和没有成膜的透镜板(a)或仅在下游侧的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(b)的组合中，即使在常温下也不满足容许值。然而，判明的是，在树脂中的含有量为10wt％的套圈(c)和在两方的透镜板中成膜有反射防止膜的透镜板(c)的组合中，由于在环境温度为常温的情况下以及在±35℃变化的情况下全部满足容许值，因此能够供于实用。

根据以上的讨论结果，可知的是，在将套圈的线膨胀系数设为a(ppm/℃)且将透镜板的线膨胀系数设为b(ppm/℃)时，期望(b-a)为20(ppm/℃)。另一方面，通过使透镜板的材料含有树脂玻璃纤维，b会接近a，但由于使b＝a的话透镜板会被着色从而透光率减少，结果导致产生损失。因此，满足以下算式为降低损失的一个条件。

0＜b-a≦20(1)

降低损失的其他条件是，在透镜板的透镜面中设置反射防止膜等，将其反射率抑制为1％以下。

(实施例)

以下，对本发明人所作成的反射防止膜的实施例进行说明。本发明人们在通过蒸镀法使分光特性变化的同时，在树脂基材上以如表2所示的膜厚将高折射率层和低折射率层重叠四层，从而作成了实施例1～3。树脂基材使用了ultem(注册商标)。高折射率层为oa600(canonoptron株式会社生产)，是ta2o5、tio、ti2o5的混合物，具体的组成为ta2o5：90重量％以上、tio：不到10重量％、ti2o5：不到10重量％。另一方面，低折射率层为substancel5(merck公司生产)，是sio2、al2o3的混合物，具体的组成为sio2：97重量％、al2o3：3重量％。在成膜的基础上，使用了株式会社syncron的成膜装置ace-1350。进一步地，将加热温度设为120％℃，将开始真空度设为3.00e-3pa。

【表2】

膜厚d(nm)

/ultem基板/

各层的成膜速度rate(a/sec)为表3中所示的值。另外，在高折射率层的成膜中，进行了氧气的导入，但在低折射率层的成膜时没有进行氧气导入。

【表3】

其中，表3中的折射率n(λ)是将以下的算式代入表4的数值求出的。需要说明的是，在本说明书中，折射率是利用d线(波长λ＝587.56nm)测定的。

n(λ)＝a0+a1/λ²+a2/λ⁴

【表4】

将像这样成膜的反射防止膜的分光特性以纵轴为反射率且横轴为波长在图9～11中表示。在实施例1中，如图9所示，对于波长为780nm～950nm的范围的光，能够将反射率抑制为0.5％以下。另外，在实施例2中，如图10所示，对于波长为1230nm～1400nm的范围的光，能够将反射率抑制为0.5％以下。即，在本实施例中用于通信的光的波长为850nm、1310nm、1550nm的任一个中，都能够将反射率抑制为0.5％以下。

本发明并不限定于说明书中记载的实施方式·实施例，而是包括其他的实施方式·实施例·变形例，对于本领域技术人员来说是从本说明书中记载的实施方式、实施例和技术思想出发显而易见的。例如，作为反射防止构造，并不限定为反射防止膜，只要是反射率为2％以下的反射防止构造就能够使用，例如将蛾眼等细微构造设于透镜面也能够实现。