光電融合のレンズ部品、横ずれの許容を10倍にし傾きの許容は10分の1に

40本を一度につなぐと、0.1度の回転で端が8.64マイクロメートルずれる

ファイバーアレイは、複数の光ファイバーを一定の間隔で並べて固定する部品である。AGCによると一般にV溝を彫った基板を使い、マイクロメートル単位の位置決め精度を出す。ファイバーの並びは127マイクロメートル間隔などの標準規格に基づくことが多い。レビューは、ガラスかシリコンの台にV溝を彫り、間隔はファイバーの外径 (クラッド径) で決まる127か250マイクロメートルになると説明する。コーニングの仕様書ではクラッド径が125.0±0.7マイクロメートル、開口数は0.14、光が通るコアの径は8.2マイクロメートルである。光電融合はチャネル数が多いことが前提なので、AGCは一括でつなぐファイバーアレイが実装効率と性能を大きく左右するとみる。

多数のチャネルを一度に合わせると、1本では小さい誤差が端に積み上がる。レビューは、1本目を完全に合わせたときのチャネル間の変位を d=(本数−1)×間隔×tanθ で見積もる (θはチップと部品の面内の角度)。127マイクロメートル間隔で40本並べると両端は4.95ミリ離れ、記者の計算では回転0.01度で40本目のずれは0.86、0.05度で4.32、0.1度で8.64マイクロメートルになる。端面結合器のモードのまま直接つなぐなら、0.01度の回転だけで表1の横ずれの許容0.72マイクロメートルを超える。

間隔も同じ理屈で効く。AGCは、ファイバーアレイの間隔、レンズアレイの間隔、光のチップの出射位置の間隔の3つが高精度に一致していることを前提とし、どれかがずれると多チャネルでずれが累積すると書く。同社はレンズ間の間隔の誤差を±0.3マイクロメートル以下に抑えるとする。仮に0.3マイクロメートルの差が1本ごとに同じ向きへ積み上がると、40本目では11.7マイクロメートルになる。同社が多列配置の例に挙げるのは40チャネル×2列と42チャネル×2列で、列が増えても全列で間隔の精度を保つことが製品の条件になる。

位置合わせのずれには3つの向きがある。AGCによれば、横 (XY) のずれはビームの中心の不一致を、光軸方向 (Z) のずれは焦点位置のずれによるビーム径の変化を、角度 (θ) のずれは入射条件の変化を招き、角度は端面結合で特に大きな損失要因になる。3つが重なると損失はさらに増える。

設計はチップの光を測るところから始まり、4つの要素を同時に合わせる

AGCは設計の流れを3段に分ける。まずモード解析で、光のチップから出る光のモードフィールド径、広がる角度、波面を実測や高精度の計算で把握する。次にレンズ解析で、得られた光の特性から曲率半径、焦点距離、配置を決め、ファイバーのモードフィールド径と開口数に合わせる。最後にファイバーアレイとの統合で、レンズとファイバーの位置関係と間隔を含めて全体を最適にする。個々の部品ではなく、系全体の整合を重視する工程である。

表2 結合効率を左右する4つの要素 (AGCの整理と、関連する数字)

出所: AGC 技術解説と製品ページ、コーニング SMF-28 仕様書 (PI1036)、表1の試算

AGCはシングルモードファイバーでは開口数の許容範囲が狭く、開口数の設計が結合効率を左右する支配的な要素になるとみる。レンズの曲率が合わないと光はファイバーの端面で最適な太さにならず、絞りすぎれば細くなりすぎ、足りなければ広がって取りこぼしが増える。

同社の製品ページによると、マイクロレンズアレイはガラス製で、レンズ形状はサブミクロンの精度で加工し、数十マイクロメートルの間隔の微細な配列も作れる。片面と両面のレンズを選べ、反射防止膜は850ナノメートル・1310ナノメートル・1550ナノメートルなどの動作波長に合わせて仕様を変えられる。円錐定数を調整できる非球面レンズや四角いレンズにも対応する。プリズム一体型は、光のチップ側のシリコンレンズへ斜めに光を当てられ、別体のプリズムが要らなくなるので、端面結合と表面結合のどちらでも光学部品の組み立てが簡単になるという。用途は光電融合のほか、スイッチや光送受信器などの光通信機器、高輝度LED・有機EL・マイクロLEDである。試作から量産まで一貫して対応するとしている。

接着剤は固まるときに最大1.5%縮み、組み立てた後にもずれる

AGCは、設計で最適化した光学特性も実装の工程で大きく変わりうると注意を促す。接着や封止では材料の収縮や応力で位置がずれ、温度変化による熱膨張の差は長期の信頼性に関わる。レビューによると、紫外線で固める光学用の接着剤は硬化時に0.4〜1.5%縮み、機械的な固定用の接着剤は約0.08%にとどまる。現在の先端の実装では、ファイバーアレイを透明なガラスの台に載せ、収縮の小さい接着剤で光のチップの台と固定し、縮む力が結合器の方向へ働くようにしている。衝撃や振動、熱膨張だけでも位置合わせに大きな影響が出るという。

熱膨張の影響も大きさを見積もっておく。幅4.95ミリの部品で、光のチップとの熱膨張率の差が1度あたり100万分の1、温度差が50度なら、端のずれは記者の計算で0.25マイクロメートルになる。表1の横ずれの許容と比べると、光を太らせない直結ではこの差だけで許容の3分の1に達する。AGCはCES 2026で、熱膨張率を調整できる微細孔付きのガラス基板 (穴径50マイクロメートル以上、パネル510×515ミリ) と、高分子とガラスの光導波路を展示した。材料の熱膨張を合わせ込めることは、ガラスメーカーが光結合の部品で持つ強みの1つといえる (記者の見立て)。

日本の部品各社の有価証券報告書に、光電融合の接続部品が現れた

光のチップとファイバーの間の精度を担う部品は、日本の電線・ガラス・光部品の各社が手がける領域と重なる。EDINETで各社の最新の有価証券報告書を全文検索し、光電融合の接続にかかわる記述を拾った。

表3 日本の部品5社の有価証券報告書に書かれた光電融合の接続部品 (最新の決算期)

出所: 各社の有価証券報告書 (EDINET)。AGCは2025年12月期、他の4社は2026年3月期

AGCの2025年12月期の電子部材の売上高は、前期の1,835億円から1,685億円へ8.2%減り、連結売上高2兆588億円の8.2%を占める。有報は減収の理由に、オプトエレクトロニクスが「更なる高機能化に向けた移行期」だったことと、EUV露光用フォトマスクブランクスの出荷減を挙げた。同社は電子部材の売上目標の未達などを理由に2026年の財務目標を修正し、2026年度のROE5%以上を掲げている。電子セグメントの設備投資は529億円 (日本の電子部材関連の製造設備の増強など) で、2026年度の計画は470億円、研究開発費は133億円だった。マイクロレンズアレイは製品サイトの解説にとどまり、有報の事業の説明には出てこない。

古河電気工業は2026年3月期の研究開発で、光のチップと光ファイバーを高密度かつ高い信頼性でつなぐ光電融合向けの小型光コネクター (Snap-Beam Connector) を開発し、40チャネルのコネクターと表面結合型のコネクターで低損失を確認した。成果はECOC2025で発表し、OFC2026に出展して、事業化に向けた顧客評価を進めている。40チャネルは、AGCがレンズアレイの多列配置の例に挙げる本数と一致する。研究開発費は前期比11.7%増の284億円だった。

フジクラは、光電融合向けに偏波面保持ファイバー (光の振動の向きを保つファイバー) の採用が進み、2025年度に出荷が増えたと書く。住友電気工業の情報通信関連事業は、データセンター向けの光配線製品・光ケーブル・光デバイスの需要増で売上高が46.3%増の3,266億円、営業利益は774億円、利益率は23.7%に上がった。精工技研は光製品関連で5.7億円の研究開発費を使い、光電融合向けの技術開発に注力した。光送受信器の部品であるMTファイバーアレイの引き合いが急速に強まり、2026年1月に中国河南省に生産子会社を設けた。

AGCの解説が示すのは、光電融合の損失を決める場所が光のチップの外側、つまりレンズとファイバーの並びと接着にあるという事実である。表1の試算では、光を10倍に広げれば横ずれの許容は0.72から22.07マイクロメートルへ緩む一方、傾きの許容は0.25度まで縮み、40本を並べれば回転と間隔の誤差が端に積み上がる。要求はレンズの間隔誤差±0.3マイクロメートル、ファイバーのクラッド径±0.7マイクロメートルという部品の寸法に移っており、各社の有報に現れた40チャネルのコネクター、偏波面保持ファイバー、ファイバーアレイの増産は、その寸法を量産で守る工程に投資が向かっていることを示している。

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