光插座的制作方法

本发明的方式一般涉及光通信用的光收发器模块，尤其涉及适于高速通信用模块的光插座。

背景技术：

光插座在光通信用收发器的光模块中被用作光学连接光纤连接器与受光元件或发光元件等光元件的零件(例如参照专利文献1)。

近年来随着ip通信量的增加而要求有光通信用收发器的高速化。通常，采用有插座型光模块的收发器等的形状已被标准化，因而当对从作为光学元件之一的半导体激光器射出的光信号的调制速度进行高速化时，则电路所需空间变大，从而要求光模块的小型化。

半导体激光器元件的模场直径一般比用作光信号传输路径的光纤的芯线直径即10μm更小。

近年来由于使光收发器的通信速度更加高速化而也采用有如下构造的光模块：即在单一的模块内具有多个半导体激光器，使从各半导体激光器射出的光在形成于板状构件内部的光波导路内合波为1个波导路，之后与光插座的光纤光学地耦合。在这些光模块中，为了进行小型化而需要对具有前述光波导路的板状构件进行小型化，因而存在有光波导路的芯线直径变小的倾向。

在取代发光元件而应用有受光元件的光模块中，为了用于更加高速、更加长距离的通信用途，而存在有减小受光元件的受光直径的倾向。

为了防止在光学元件的模场直径与光纤芯线直径之间存在有差别的情况下，用于将从半导体激光器元件射出的光聚光于光纤芯线或用于将从光纤芯线射出的光聚光于受光元件的透镜需要具有倍率功能，但同时导致模块全长变长，而已知有使光纤的光学元件侧端面的一部分的光纤芯线直径减小的方法(例如参照专利文献2)。

但是，如专利文献2的图1或图2所示那样，为了使通常的光纤的外径保持一定并对芯线直径进行变换，需要在光纤中局部地加入折射率控制用添加剂，但是由于采用该方法不仅作业方法繁杂而且管理项目非常多，因此存在有难以经济地进行生产的问题。

另外，在如图3那样使光纤顶端的外径变化而使顶端部的芯线直径变化的情况下，虽然与上述不同而可以经济地进行生产，但是存在有以下问题，即，为了使光纤端面的芯线直径变化，因减小了光纤的外径而强度降低的部分露出到套管的外侧，从而导致折损光纤或裂纹多发等的问题。

专利文献1：日本国特开2010－181867号公报

专利文献2：日本国专利第4883969号

技术实现要素：

本发明的形态是为了解决上述问题而进行的，所要解决的技术问题是提供一种光插座，能够通过减小光纤的光学元件侧端面的芯线而一边有助于缩短光模块全长，一边确保光纤的变形部分的强度以防止折损或裂纹的发生，且能够通过抑制光模块使用时的光纤移动来防止耦合效率的降低。

根据本发明的一个形态，提供一种光插座，具备：短光纤插芯，包含具有用于导通光的芯线和金属包层的光纤、具有固定前述光纤的通孔的套管、及将前述光纤固定于前述套管的弹性构件；及保持前述短光纤插芯的保持具，其特征在于，前述光纤跨全域被配设于前述通孔内且具有芯线直径及光纤外径朝向前述套管的与插头套管光学连接侧的相反侧的端面逐渐变小的部分，且前述弹性构件被填充在前述光纤与前述通孔的内壁之间的空间内。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的光插座的模式剖面图。

图2是本发明第一实施方式的短光纤插芯的放大剖面图。

图3是表示本发明第二实施方式的光插座的模式剖面图。

图4是本发明第二实施方式的短光纤插芯的放大剖面图。

图5是表示本发明第三实施方式的光纤尾纤模块的模式剖面图。

图6(a)～图6(c)是例示关于芯线直径的解析条件及解析结果的一个例子的模式图。

图7(a)～图7(c)是例示关于芯线直径的解析结果的另一个例子的模式图。

图8是例示关于光源与光纤中心的偏移量、损失的解析结果的一个例子的曲线图。

具体实施方式

第1发明是一种光插座，具备：短光纤插芯，包含具有用于导通光的芯线和金属包层的光纤、具有固定前述光纤的通孔的套管、及将前述光纤固定于前述套管的弹性构件；及保持前述短光纤插芯的保持具，其特征在于，前述光纤跨全域被配设于前述通孔内且具有芯线直径及光纤外径朝向前述套管的与插头套管光学连接侧的相反侧的端面逐渐变小的部分，前述弹性构件被填充在前述光纤与前述通孔的内壁之间的空间内。

根据该光插座，由于套管的与插头套管光学连接侧的相反侧的端面的芯线直径，比套管的与插头套管光学连接侧的端面的芯线直径更小，因此能够减小光模块的长度。并且，由于光纤的整体存在于套管的通孔内，因此抑制了光纤的折损或裂纹这样的不便。

由于弹性构件呈楔状存在于光纤的外径变细的部分的外周，因此能够抑制光纤向比套管更外侧突出，从而抑制光纤外周的缺损或裂纹。

另外，由于容易控制光纤端面的位置，因此能够减小光模块装配时的连接损失而经济地装配光模块。

第2发明是根据第1发明的光插座，其特征在于，在前述短光纤插芯的与插头套管光学连接侧的相反侧的端面上，前述光纤的端面与前述套管的端面存在于大致同一平面上。

根据该光插座，能够减小光模块装配时的连接损失并容易地装配光模块。

第3发明是根据第1发明的光插座，其特征在于，前述部分的前述芯线的折射率与前述部分以外的前述芯线的折射率大致相同，前述部分的前述金属包层的折射率与前述部分以外的前述金属包层的折射率大致相同。

根据该光插座，通过在光纤的整体上使金属包层及芯线各自的折射率一定，能够容易地进行光纤内的损失管理而经济地生产光插座。

第4发明是根据第1发明的光插座，其特征在于，在前述短光纤插芯的与插头套管光学连接侧的相反侧的端面上，前述芯线的中心存在于从前述套管的中心起0.005毫米的范围内。

根据该光插座，通过控制光纤的芯线的位置，能够减小光模块装配时的连接损失并容易地装配光模块。

第5发明是根据第1发明的光插座，其特征在于，在前述短光纤插芯的与插头套管光学连接侧的相反侧的端面上，将前述套管的端面与前述光纤的端面研磨为相对于前述短光纤插芯的中心轴大致垂直。

根据该光插座，通过将光纤的端面研磨为相对于短光纤插芯的中心轴垂直，能够容易地进行与光插座连接的光学元件和光插座的定位而经济地生产光模块。

第6发明是根据第1发明的光插座，其特征在于，在前述短光纤插芯的与插头套管光学连接侧的相反侧的端面上，前述套管的端面的一部分与前述光纤的端面从相对于前述短光纤插芯的中心轴垂直的面起具有规定的角度。

根据该光插座，通过将套管的端面的一部分与光纤的端面研磨为从相对于短光纤插芯的中心轴垂直的面起具有规定的角度，能够防止从与光插座连接的发光元件射出并射入到光纤的光中的被光纤的端面反射的光返回到发光元件，从而使光学元件稳定地工作。

以下参照附图对本发明的实施方式进行例示。另外，在各图中对同样的构成要素标注同一符号，并适当省略详细说明。

图1是表示本发明第一实施方式的光插座的模式剖面图。

光插座1由下述构成，即：包含光纤2、具有保持光纤2的通孔3c的套管3和弹性构件9的短光纤插芯4；保持短光纤插芯4的保持具5；及用其中一端保持短光纤插芯4的顶端并用另一端可保持被插入于光插座1的插头套管的套筒6，且在套管3的通孔3c中用弹性构件9将光纤2粘接固定。另外，未图示插入于光插座1的插头套管。

适于套管3的材质可以举出陶瓷、玻璃等，在本实施例中是使用氧化锆陶瓷，在其中心粘接固定光纤2，并将与插头套管光学连接的一端(端面3b，参照图2)研磨为凸球面而形成的。并且，在光插座1的装配中多是将短光纤插芯4压入固定于保持具5。

适于套筒6的材质可以举出树脂、金属、陶瓷等，而在本实施例中采用了在全长方向上具有切缝的氧化锆陶瓷制的开口套筒。套筒6构成为，用其中一端保持短光纤插芯4的研磨为凸球面的顶端部(端面3b)，并用另一端保持被插入光插座的插头套管。

图2是本发明第一实施方式的短光纤插芯的放大剖面图。

光纤2由金属包层7和芯线8构成，且具有以短光纤插芯4的研磨为凸球面的端面3b的相反侧的端面3a的芯线直径d1成为比研磨为凸球面的端面3b的芯线直径d2小的方式，使光纤外径及芯线直径朝向其顶端部(端面2a)逐渐变小的部分，外径变形的部分2b全部被容纳在套管3的通孔3c内。即，端面3a的光纤外径d3比端面3b的光纤外径d4更小。

作为减小光纤2的光纤外径及芯线直径的方法，可以举出从光纤规定部位的外周施加石英熔点以上的热并拉伸光纤顶端部的方法等。

在短光纤插芯4中，在套管3的通孔3c内用弹性构件(粘接剂)9对光纤2进行固定。这里作为适于粘接剂的材料可举出环氧、硅酮等的树脂系粘接剂，但在本实施例中使用了高温固化型的环氧系粘接剂。另外，在存在于套管3的通孔3c与光纤2的内壁之间的空间中无间隙地填充有该粘接剂。

这里，光纤2的外径逐渐变小的部分2b通常与使外径保持一定的部分相比强度降低。在本发明的第一实施方式中，由于光纤2的外径逐渐变小的部分2b全部被容纳在套管3的通孔3c内，并且周围被作为粘接剂的弹性构件9覆盖，因此在对光纤2的端面2a进行研磨或作为光模块实际使用时，不易发生光纤2折损或出现裂纹这样的现象。

并且，通常在光插座1中为了在向光纤2射入光或者通过光纤2射出光时防止光纤2的端面2a上的光的反射，在短光纤插芯4的研磨为凸球面的端面3b的相反侧的端面3a上，将光纤2的端面2a研磨为相对于套管3的中心轴c1(与短光纤插芯的中心轴相同)大致垂直的平面。这里所说的大致垂直优选为相对于套管3的中心轴c1为85度～95度左右。

在本发明的第一实施方式中，将光纤2的端面2a研磨为相对于套管3的中心轴c1垂直的平面，并且光纤2的端面2a与套管3的端面3a存在于大致同一平面上。这里所说的大致同一平面上优选为光纤2的端面2a与套管3的端面3a的距离为－250nm～+250nm左右。

由此，不会在光纤2的外周上直接地作用较大的外力，能够在对光纤2的端面2a进行研磨时等防止光纤2折损或出现裂纹这样的现象。

光纤2的外径逐渐变小的部分2b的金属包层7的折射率，与光纤2的外径逐渐变小的部分2b以外的金属包层7的折射率大致相同。光纤2的外径逐渐变小的部分2b的芯线8的折射率，与光纤2的外径逐渐变小的部分2b以外的芯线8的折射率大致相同。这里所说的大致相同的折射率是指1.4以上1.6以下左右。

据此，在光纤2的整体中，通过使金属包层7及芯线8各自的折射率一定，能够容易地进行光纤2内的损失管理而经济地生产光插座1。

在短光纤插芯4的研磨为凸球面的端面3b的相反侧的端面3a上，光纤2的芯线8的中心存在于从套管3的中心起0.005毫米(mm)的范围内。由此，通过对光纤2的芯线8的位置进行控制，能够减小光模块装配时的连接损失，并容易地装配光模块。

图3是表示本发明第二实施方式的光插座的模式剖面图。

构成光插座1的构件与第一实施方式是同样的，在光纤2和具有保持光纤2的通孔3c的套管3的研磨为凸球面的端面3b(参照图4)的相反侧的端面3a(参照图4)上，将光纤2的端面2a与套管3的端面3a的一部分研磨为从相对于套管3的中心轴c1垂直的面起具有规定的角度(例如4度～10度)的平面。

由此，与第一实施方式同样，由于光纤2的光纤外径d3逐渐变小的部分全部被容纳在套管3的通孔3c内，并且周围被作为粘接剂的弹性构件9覆盖，因此在对光纤2的端面2a进行研磨或作为光模块实际使用时，不易引起光纤2折损或出现裂纹这样的现象。

并且，能够防止从与光插座1连接的发光元件射出并射入到光纤2的光中的被光纤2的端面2a反射的光返回到发光元件，从而使光学元件稳定地工作。

图4为本发明第二实施方式的短光纤插芯的放大剖面图。

与图2同样，光纤2由金属包层7和芯线8构成，具有以使短光纤插芯4的研磨为凸球面的端面3b的相反侧的端面3a的芯线直径d1成为比研磨为凸球面的端面3b的芯线直径d2更小的方式，使光纤外径及芯线直径朝向其顶端部(端面2a)逐渐变小的部分2b。即，端面3a的光纤外径d3比端面3b的光纤外径d4小。

通常，为了形成短光纤插芯4的从相对于套管3的中心轴c1垂直的面起具有规定的角度的面，是在向套管3的通孔3c插入光纤2并用粘接剂固定后对套管3和光纤2同时进行研磨而形成的。

在本发明的第一及第二实施方式中，用于将光纤2固定于套管3的通孔3c内的弹性构件(粘接剂)9呈楔状存在于光纤2的外径变细的部分2b的外周。因此，作用有弹性构件9将光纤2向套管3的通孔3c内部压入的力，从而在使作为粘接剂的弹性构件9固化之后，不易发生光纤2的端面2a比套管3的端面3a更突出这样的现象。

该现象在将高温固化型的粘接剂用作对光纤2和套管3进行固定的弹性构件9时变得更加显著。通常，由于粘接剂的热膨胀系数比光纤2的材料即玻璃更大，因此如果是高温固化型的粘接剂，则在固化时，将光纤2向套管3的通孔3c内部压入的力变得更大。

由于光纤2的端面2a处于比套管3的端面3a更退后的状态，因此在要从相对于套管3的中心轴c1垂直的面起保持规定的角度来对短光纤插芯4的一个端面进行研磨时，光纤2的外周部不会直接与砂纸等接触，从而不易引起光纤2外周的缺损或裂纹。

图5是表示本发明第三实施方式的光纤尾纤模块的模式剖面图。如图5所示，在光纤尾纤模块10等中也能够适用本发明的形状。由此，能够缩短光纤尾纤模块10的全长，并保持光纤2的强度以防止折损或裂纹。

接下来，参照附图对与本发明者所实施的光纤的芯线直径相关的研究进行说明。

图6是例示关于芯线直径的解析条件及解析结果的一个例子的模式图。

图6(a)是表示在本研究中使用的光纤的模式剖面图。图6(b)是例示本研究结果的一个例子的表。图6(c)是例示本研究结果的一个例子的曲线图。

如关于图2及图4而前述的那样，在本实施方式中，短光纤插芯4的研磨为凸球面的端面3b的相反侧的端面3a的芯线直径d1，比研磨为凸球面的端面3b的芯线直径d2更小。在本研究中使芯线直径d2为8.2微米(μm)。另一方面，如图6(b)所示的表那样使端面3a的芯线直径d1变化，并将芯线直径d2与芯线直径d1之间的差(d2－d1)设定为1μm、2μm、3μm、4μm及5μm。并且，如图6(b)所示的表那样将光纤2的外径逐渐变小的部分(芯线直径变换部)2b的长度l设定为50μm、100μm、250μm、500μm、1000μm及2000μm。

基于这样的条件，光在图6(a)所示箭头a1方向上行进时的损失(分贝：db)的结果的一个例子如图6(c)所示。即，当芯线直径d2与芯线直径d1之间的差(d2－d1)变大时，则损失变大。并且，在芯线直径d2与芯线直径d1之间的差(d2－d1)为4μm及5μm时，如果芯线直径变换部2b的长度l变长，则损失变大。

根据本发明者所得到的见解，光纤2内部的损失的容许值为－1.0db。由此，优选使芯线直径d2与芯线直径d1之间的差(d2－d1)为3μm以下，并使芯线直径变换部2b的长度l为1000μm以下。这样，能够将光纤2内部的损失抑制在容许值以下。在芯线直径d2与芯线直径d1之间的差(d2－d1)为2μm以下时，优选使芯线直径变换部2b的长度l为2000μm以下。

图7是例示关于芯线直径的解析结果的另一个例子的模式图。

图7(a)是例示光纤内部损失的解析结果的一个例子的模式图。图7(b)是例示芯线周边的光能的积分值(launch)的解析结果的一个例子的模式图。在图7(a)中以单调色的浓淡表示光纤内部的损失值。损失值的凡例如图7(c)所示。

在本解析中，使芯线直径d2与芯线直径d1之间的差(d2－d1)为1μm，并使芯线直径变换部2b的长度l为250μm。并且，进行了光在图7(a)所示箭头a2方向上行进时的解析。在图7(a)所示图中，纵轴z(μm)表示从光纤2的端面2a起的距离。即，z＝0μm处，是光纤2的端面2a。这对于图7(b)所示的图的纵轴也是同样的。

如图7(a)所示，在芯线直径变换部2b结束而芯线8变化为笔直的部分(z＝250μm)附近，光从芯线8向金属包层7放射。由此，可知在芯线直径变换部2b结束而芯线8变化为笔直的部分(z＝250μm)附近产生有损失。根据该解析结果，可知芯线直径变换部2b的形状(芯线直径差(d2－d1)、长度l)对光纤2内部的损失带来更大的影响。

图7(b)所示的“launch”表示芯线8周边的光能的积分值。由于在光从光纤2的端面2a刚刚射入之后引起有光的干涉，因此计算上的光能的积分值发生大幅衰减。另一方面，从芯线直径变换部2b结束的部分附近起，光能的积分值保持稳定。由此，实际上可认为从射入部分(z＝0μm)起到芯线直径变换部2b结束的部分(z＝250μm)为止所产生的光能的积分值的衰减量，是因在光纤2内部设置芯线直径变换部2b而引起的损失。

图8是例示关于光源与光纤中心的偏移量和损失的解析结果的一个例子的曲线图。

图8所示的曲线图的横轴表示光源与光纤中心之间的偏移量(μm)。图8所示的曲线图的纵轴表示从光源向光纤2的端面2a射入光时，在光纤2的端面2a与从光纤2的端面2a起3mm的位置之间且在光纤2内部产生的损失(db)。

通常，在对光插座1和发光元件(未图示)进行装配时，一边确认耦合功率一边积极主动地进行调芯。光插座1与发光光源的装配主要通过焊接来进行。为了经济地生产光模块，优选光插座1与发光光源的中心轴的偏差尽量小。在芯线直径为8.2μm的光纤2及芯线直径为3.4μm的光纤2中，关于光源与光纤2的中心的偏移量和在光纤2内部发生的损失的解析结果的一个例子如图8所示。另外，光源与光纤2的中心的偏移量和光纤2的芯线8的中心与套管3的中心之间的偏移量是等价的。

如图8所示，当光纤2的芯线8的中心从套管3的中心离开5μm以上时，则在调芯时无法使发光元件与芯线8的中心一致，光纤2内部的损失变大。为了顺利地实施调芯，优选调芯时的发光光源与光纤2的中心轴的位置调整量在10μm以下，可以使调芯前的发光光源与光纤2的中心轴的偏移量为5μm左右。因此，通过将光纤2的芯线8的中心与套管3的中心之间的偏移量管理为5μm以下，能够减小光模块装配时的损失。即，优选光纤2的芯线8的中心存在于从套管3的中心起5μm的范围内。

如以上说明所述，根据本实施方式，由于短光纤插芯4的研磨为凸球面的端面3b的相反侧的端面3a的芯线直径d1比研磨为凸球面的端面3b的芯线直径d2更小，因此能够减小光模块的长度。并且，由于光纤2的整体存在于套管3的通孔3c内，因此抑制了光纤2的折损或裂纹这样的不便。

由于弹性构件9呈楔状存在于光纤2的外径变细的部分2b的外周，因此能够抑制光纤2向比套管3更外侧突出，从而抑制光纤2外周的缺损或裂纹。

另外，因为容易控制光纤2的端面2a的位置，所以能够减小光模块装配时的连接损失而经济地装配光模块。

以上对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限于这些记述。关于前述的实施方式，本领域技术人员施加适当的设计变更所得方案，只要具备本发明特征则包含于本发明范围内。例如对于短光纤插芯4等具备的各要素的形状、尺寸、材质、配置等以及光纤2或套管3的设置方式等，并不限于所例示的内容而可以适当地进行变更。

并且，只要在技术上可行，则可以对前述各实施方式所具备的各要素进行组合，而对它们进行组合而成的方案只要包含本发明特征则也包含于本发明范围内。

根据本发明的一个形态，提供一种光插座，能够通过减小光纤的光学元件侧端面的芯线而一边有助于缩短光模块全长，一边确保光纤的变形部分的强度以防止折损或裂纹的发生，且能够通过抑制光模块使用时的光纤的移动来防止耦合效率的降低。

符号说明

1-光插座；2-光纤；2a-端面；2b-芯线直径变换部(部分)；3-套管；3a-端面；3b-端面；3c-通孔；4-短光纤插芯；5-保持具；6-套筒；7-金属包层；8-芯线；9-弹性构件；10-光纤尾纤模块。