フィルタ内蔵コネクタの開発

技術紹介 7 フィルタ内蔵コネクタの開発
1
技術紹介
7 フィルタ内蔵コネクタの開発
The Development of Optical Connector with Built-in Filter
渡邉 晃司
平山 智士
西本 益夫
亀田 健二
キーワード
Keywords
Koji Watanabe
Satoshi Hirayama
Masuo Nishimoto
Kenji Kameda
光デバイス事業部 技術部 主任
光デバイス事業部 技術部
中央研究所 研究開発部 主任
中央研究所 研究開発部
ローコスト、 多機能、 高精度、 低挿入損失、 高アイソレーション、 省スペース
low cost, multifunction, high accuracy, low insertion loss, high isolation, space-saving
■ 要旨
■ SUMMARY
近年、 国内外で急速に普及しつつある波長多重通信
において、そのキーデバイスである光部品は様々なもの
があり、 各社しのぎを削って開発やコストダウンに取り
組んでいます。今回、 当社の“成膜技術”と“光コネク
タ技術”を融合し、光線路の分波等に用いられるフィル
タ内蔵コネクタを開発しました。本品の開発により、低
挿入損失(<0.5dB)、高アイソレーション(>43dB)、
ローコストのフィルタ内蔵コネクタを達成することがで
きました。
フィルタ
For wavelength division multiplexing (WDM) communications now rapidly spreading across the world, a variety of
optical products are being supplied as key device. And makers are competing in development and cost-down of products. Lately, JAE has developed an optical connector with
built-in filter for such application as wavelength splitting in
optical path by merging our proven“coating technology”
and“optical connector technology”. By the success of this
development, we are now able to supply low-cost connector
with built-in filter featuring low insertion loss (< 0.5dB) and
high isolation ( > 43dB).
SC コネクタ
写真 1 フィルタ内蔵コネクタの構造
Copyright
2003, Japan Aviation Electronics Industry, Ltd.
航空電子技報 No.26 (2003.3)
技術紹介 7 フィルタ内蔵コネクタの開発
2
1 まえがき
光通信網の整備は着々と進められており、各家庭までの光ファイバの接続が進み、今後ます
ます増える勢いであります。このような状況下、光部品はローコスト化、省スペース化が求めら
れるようになってきています。当社では、 10 年以上前から IBS(イオンビームスパッタリング)
法による成膜技術の開発を開始し、様々な誘電体多層膜製品を生産し、最近では光通信向け
に高精度な光通信用フィルタ、 AR コート製品を生産しておりますが、今回、 この技術と当社
のコネクタ技術を融合させたフィルタ内蔵コネクタを開発しましたので以下に紹介します。
2 フィルタ内蔵コネクタの概要、および、特徴
当社では光通信に限らず、 様々な用途向けの誘電体多層膜製品を販売しております。光通信
用としてはフィルタチップや端面コート付ファイバハーネスがメインとなっておりますが、インライ
ンフィルタのように光コネクタ技術との融合をさせた製品もあります。今回開発致しましたフィル
タ内蔵コネクタは光コネクタ自身にフィルタ機能を持たせ、 省スペース化が図られたものとなっ
ております。また、 当社の波長多重用フィルタ成膜技術のさらなる進歩により、 高精度な誘電
体多層膜を安定に形成させることができるため、結果としてローコスト化が図られています。
従来のフィルタ内蔵コネクタはフェルールに溝を設け厚さ数十ミクロンのフィルタチップを挿
入する方法が主流でしたが、 この方法では挿入するフィルタチップの多層膜による反りの影響
等で挿入損失やアイソレーション等に限界があり、また部品点数や生産性などに難点がありま
す。今回 、 我々が開発しましたフィルタ内蔵コネクタは 2 分割したフェルールの一方に誘電体
多層膜フィルタを直接端面に着けることによりこれらの問題を克復しています。また、フィルタ
機能をコネクタパッケージ内に収めたので省スペース化が図られています。
3 仕様(目標)
本開発を行った成膜フィルタの仕様の概要を表 1 に示します。この仕様は信号用波長
1310nm と 1550nm を透過し、1650nm を反射するフィルタです。
表 1 フィルタ内蔵コネクタの仕様(例)
項目
透過損失
反射減衰量
Copyright
波長
特性
1310 ± 20nm
< 0.5dB
1550 ± 20nm
< 0.5dB
1650 ± 5nm
> 43dB
1650 ± 5nm
< 12dB
動作温度範囲
− 10 ∼ 60℃
保存温度範囲
− 40 ∼ 85℃
2003, Japan Aviation Electronics Industry, Ltd.
航空電子技報 No.26 (2003.3)
技術紹介 7 フィルタ内蔵コネクタの開発
3
4 構造
写真 1 は、今回開発しましたフィルタ内蔵コネクタの構造を示してあります。本開発品はSC
コネクタをベースにして作ってあります。部品 1 は特殊フェルール、部品 2 が接合用のフェルー
ルです。フィルタは部品 1 の端面に成膜して図 1 の様に部品 1, 2 を接合させます。
�������
����
���������� ��
����� �������� ��
図 1 フェルールの構造
5 開発のポイント
今回の開発においては外殻部品である光コネクタは市場でよく使用されている SC タイプコネ
クタとしました。フィルタを成膜するフェルールも一般的な外形φ 2.5mm のものを使用していま
す。従って、開発項目のポイントはフェルール端面に誘電体多層膜を成膜することにあります。
フェルールには中心にファイバ芯線を通して接着固定されており、 この端面に多層膜を成膜
するに際して温度を高くすると接着剤、および、ファイバ被覆がダメージを受けるため温度を上
げられません。そこで当社の成膜方式である IBS (イオンビームスパッタ)方式が威力を発揮
します。 IBS の特徴は低温で成膜でき、 通常 60℃程度にて成膜しています。低温成膜できる
ということはファイバフェルール端面への成膜には最も適しておりますが、 他の成膜方式では
成膜プロセスで高温になるためファイバ等への影響を考えるとフェルール端面への成膜に適し
ているとは言えません。
次に内蔵しているフィルタの特性は非常に広い透過帯域を持つ SWPF(Short Wavelength
Path Filter)であり、通信用フィルタチップでの成膜設計を適用しました。また、我々は従来、
ファイバフェルール端面への AR(Anti-Reflection)
コート製品を大量に生産しております。本
開発ではこのフェルール端面への成膜技術を大いに活用しました。この両者の技術の融合に
より本開発を実行しました。
Copyright
2003, Japan Aviation Electronics Industry, Ltd.
航空電子技報 No.26 (2003.3)
技術紹介 7 フィルタ内蔵コネクタの開発
4
6 開発結果
6.1 初期特性結果
開発の結果として図 2 に SWPF の成膜設計データを示します。この設計に基づきフェルー
ル端面の成膜して得られた光学特性の実測データを図 3 に示します。透過帯域と反射帯域と
も目標性能を満たしています。特に 1650nm 近傍の透過特性は 43dB 以下であり、従来のフィ
ルタチップを挿入する方式では容易には得られない特性です。
�������
透過率[dB]
�
���
��
����
���
����
���
����
���
����
���
����
���
����
���
���
透過率[dB]
�������
設計
対ファイバー
���������
仕様
��
��
仕様
� � ��� ��� � � � � � � � � � � � �� ��
����
���
���
���
����
����
���
����
����
����
����
������
波長[nm]
����
����
����
図 2 (a)フィルタ内蔵コネクタ設計データ
� � ������ � � � � � � � � � � � � � �
��
仕様
��
仕様
�
���
����
��
����
���
���
����
����
���
����
���
���
���
����
���
����
���
����
���
����
���
����
����
����
����
������
波長[nm]
����
����
透過率[dB]
�������
���
�������
透過率[dB]
設計
対ファイバー
���������
����
����
図 2 (b)フィルタ内蔵コネクタ設計データ
Copyright
2003, Japan Aviation Electronics Industry, Ltd.
航空電子技報 No.26 (2003.3)
技術紹介 7 フィルタ内蔵コネクタの開発
���
� � ��� ��� � � � � � � �� � � � �� ��
実測データ
������
実測データ
������
��
仕様
���
��
仕様
�
���
��
����
��
����
����
���
��
����
��
����
��
����
��
����
��
����
��
����
�������
透過率[dB]
透過率[dB]
�������
��
���
����
5
����
����
����
����
������
波長[nm]
����
図 3 (a)フィルタ内蔵コネクタ実測データ
実測データ左目盛
���������
仕様
��
���������
実測データ右目盛
���
� � ������ � � � � � � � � � � � � � �
�
���
����
���
����
���
����
���
����
���
����
���
����
���
���
����
���
����
���
����
���
����
����
����
����
波長[nm]
������
����
����
�������
透過率[dB]
�������
透過率[dB]
��
����
����
図 3 (b)フィルタ内蔵コネクタ実測データ
Copyright
2003, Japan Aviation Electronics Industry, Ltd.
航空電子技報 No.26 (2003.3)
技術紹介 7 フィルタ内蔵コネクタの開発
6
6.2 信頼性試験結果
次に開発したフィルタ内蔵コネクタを用い、 信頼性試験を実施した結果を示します。試験規
格としては JIS C 5961 「光ファイバコネクタ試験方法」を適用しています。試験条件は以下の
とおりです。
(1)温湿度サイクル試験(JIS C 5961 8.4 項)
・サンプル数:11 サンプル
・温度:ー 10 ∼ 65℃
・湿度:93%RH
・試験サイクル:20 サイクル
(2)振動試験(JIS C 5961 7.1 項)
・振幅:0.75mm (片振幅)
・振動数:10 ∼ 55Hz
・掃引サイクル:1min
・1 軸当たりの試験時間:30min
・試験軸数:3
以上の試験条件により試験した温湿度サイクル試験結果を図 4 に、振動試験結果を図 5 に
示します。いずれも特性の変動は仕様範囲内にあり、良好な結果が得られています。
上記の JIS に基づく信頼性試験に引き続き、 Telcordia 規格による信頼性試験を実施する
計画です。
温湿度サイ
クル試験結果
温湿度サイクル試験結果
1.31μm帯透過
1.31μm帯透過
1.55μm帯透過
1.55μm帯透過
1.65μm帯反射
1.65μm帯反射
00.4
.4
透過率[dB]
透 過率(d B)
2
0.3
0.3
1.6
1.6
1.2
1.2
0.2
0.2
0.8
0.8
.1
00.1
0.4
0.4
00
反射率[dB]
反射率(dB)
0.5
0.5
0
00
5
10
10
15
15
20
20
サイ
ル数
サイククル数
図 4 温湿度サイクル試験結果
Copyright
2003, Japan Aviation Electronics Industry, Ltd.
航空電子技報 No.26 (2003.3)
技術紹介 7 フィルタ内蔵コネクタの開発
振動試験結果
振動試験結果
22
.4
00.4
1.6
1.6
.3
00.3
1.2
1.2
.2
00.2
1.31μm帯透過
1.31μm帯透過
1.55μm帯透過
1 .55μm帯透 過
1.65μm帯反射
1.65μm帯反射
.1
00.1
0. 8
0.8
反射率[dB]
反射率(dB)
透過率[dB]
透過率(dB)
.5
00.5
7
0.4
0.4
0
0
0
10
10
20
20
30
30
振動印加時間(min)
振 動 印 加 時 間(min)
図 5 振動試験結果
7 むすび
フィルタ内蔵コネクタについての製品開発を紹介しました。フィルタ内蔵コネクタはこれ以外
に様々な応用が考えられます。例えば、 WDM フィルタ、 アッテネータなどが挙げられます。こ
の開発を突破口に市場要求に基づく様々な特性を持ったフィルタ内蔵コネクタを開発していく
予定です。これによってお客様の要求に合った、 実装性のよい、 安価な製品を提供していきた
いと考えています。
[参考文献]
(1)大津 謙次 ほか;“インラインフィルタの開発”, 航空電子技報 ,No.23 ,pp39-45
(2000.3)
Copyright
2003, Japan Aviation Electronics Industry, Ltd.
航空電子技報 No.26 (2003.3)