JP2560148B2 - 微小レンズ付光ファイバ端末とその製造方法 - Google Patents
微小レンズ付光ファイバ端末とその製造方法Info
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- JP2560148B2 JP2560148B2 JP2416547A JP41654790A JP2560148B2 JP 2560148 B2 JP2560148 B2 JP 2560148B2 JP 2416547 A JP2416547 A JP 2416547A JP 41654790 A JP41654790 A JP 41654790A JP 2560148 B2 JP2560148 B2 JP 2560148B2
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光スイッチ，光合分波
器，光アイソレータ等各種光学部品用の微小レンズ付光
ファイバ端末の構造とその製造方法に関するものであ
る。
器，光アイソレータ等各種光学部品用の微小レンズ付光
ファイバ端末の構造とその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】光通信の発達に伴って利用されている光
デバイス，光学部品の小型化が望まれる。特に光アイソ
レータ，光サーキュレータ，光合分波器等においては、
光ファイバと結合した状態で小型化や構造の簡素化が要
求されている。また、近年光通信の高速システムに狭い
スペクトル幅を持つ分布帰還型レーザを用いているが、
後方反射に対して敏感であるため、光ファイバの終端が
高反射減衰量を有することも要求されるようになってき
た。
デバイス，光学部品の小型化が望まれる。特に光アイソ
レータ，光サーキュレータ，光合分波器等においては、
光ファイバと結合した状態で小型化や構造の簡素化が要
求されている。また、近年光通信の高速システムに狭い
スペクトル幅を持つ分布帰還型レーザを用いているが、
後方反射に対して敏感であるため、光ファイバの終端が
高反射減衰量を有することも要求されるようになってき
た。
【０００３】一般に、光ファイバを伴うピッグテール化
された光アイソレータ等では図２に示すように光ファイ
バ１から出射された光は球レンズ２あるいは屈折率分布
型レンズ３で平行光として光学デバイス４へ入射させ、
出射させた光を再び同様にして光ファイバ１へ集光する
ことにより結合している。
された光アイソレータ等では図２に示すように光ファイ
バ１から出射された光は球レンズ２あるいは屈折率分布
型レンズ３で平行光として光学デバイス４へ入射させ、
出射させた光を再び同様にして光ファイバ１へ集光する
ことにより結合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これまでのコリメート
系は、光ファイバとレンズの光軸位置調整が問題であ
り、組立装置等に費用がかかり、光ファイバコリメート
製品として高価になっていた。また従来方式の場合、図
３に示すように有機物質による屈折率整合剤５を用いて
反射防止を行っている。従って耐候的，耐熱的な課題が
ある。また図３における光の入出射面６では反射防止膜
を形成するために、光ファイバコードが付属した状態で
実施されることから、通常の蒸着のように約300℃程度
に加熱されるハードコートが光ファイバ被覆部の耐熱性
やガス発生のため用いられず、イオンアシスト等を用い
たコートが採用され、均一性および低価格を妨げる要因
になっていた。
系は、光ファイバとレンズの光軸位置調整が問題であ
り、組立装置等に費用がかかり、光ファイバコリメート
製品として高価になっていた。また従来方式の場合、図
３に示すように有機物質による屈折率整合剤５を用いて
反射防止を行っている。従って耐候的，耐熱的な課題が
ある。また図３における光の入出射面６では反射防止膜
を形成するために、光ファイバコードが付属した状態で
実施されることから、通常の蒸着のように約300℃程度
に加熱されるハードコートが光ファイバ被覆部の耐熱性
やガス発生のため用いられず、イオンアシスト等を用い
たコートが採用され、均一性および低価格を妨げる要因
になっていた。
【０００５】さらに光デバイスの小型化の面から十分に
光束の細い（例えば200μm以下）ファイバコリメータ光
が必要とされているが、従来の光ファイバコリメータで
は細くとも300μmまでしか得られなかった。また、従来
のファイバコリメータの構造では反射減衰量が−27dB程
度しか得られなかったが、ファイバ先端に角度を付けて
レンズ系とカップリングしたり、カップリング構造自体
複雑にしなければならなかった。
光束の細い（例えば200μm以下）ファイバコリメータ光
が必要とされているが、従来の光ファイバコリメータで
は細くとも300μmまでしか得られなかった。また、従来
のファイバコリメータの構造では反射減衰量が−27dB程
度しか得られなかったが、ファイバ先端に角度を付けて
レンズ系とカップリングしたり、カップリング構造自体
複雑にしなければならなかった。
【０００６】近年微小コリメータ光を形成する試みがな
されている。Journal of LightwaveTechnology Vol. LT
-5 No.9 (1987)には、William L. Emkey等によりシング
ルモードファイバ（以下ＳＭＦという）にマルチモード
屈折率分布ファイバ（以下ＭＭＧＩＦという）を融着
し、約40μmまでの微小コリメータ光の結合を提案して
いる。ここでは約３mmまでの距離を0.1〜1.6dBの結合損
失でカップリングを行っている。しかしＭＭＧＩＦを用
いる構造では、光束の拡大が約40μm程度であり、３mm
以上の距離では結合損失が大幅に劣化するためコリメー
ト距離の自由度がなく、製造工程において屈折率分布フ
ァイバ部の分布状態や波長ピッチの調整を個々に測定し
ながら行わなければならず、量産に不適当であり価格的
にも高価となる欠点があった。
されている。Journal of LightwaveTechnology Vol. LT
-5 No.9 (1987)には、William L. Emkey等によりシング
ルモードファイバ（以下ＳＭＦという）にマルチモード
屈折率分布ファイバ（以下ＭＭＧＩＦという）を融着
し、約40μmまでの微小コリメータ光の結合を提案して
いる。ここでは約３mmまでの距離を0.1〜1.6dBの結合損
失でカップリングを行っている。しかしＭＭＧＩＦを用
いる構造では、光束の拡大が約40μm程度であり、３mm
以上の距離では結合損失が大幅に劣化するためコリメー
ト距離の自由度がなく、製造工程において屈折率分布フ
ァイバ部の分布状態や波長ピッチの調整を個々に測定し
ながら行わなければならず、量産に不適当であり価格的
にも高価となる欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の欠点を解
決する手段として中央部に導波構造をなす光ファイバ先
端に、SiO2もしくはSiO2を主成分とした単一屈折率から
なり、ガウス拡散によるビーム拡大に必要な長さと半径
をもつ球状のレンズを形成した同一外径のファイバレン
ズを融着により一体化した構造である。
決する手段として中央部に導波構造をなす光ファイバ先
端に、SiO2もしくはSiO2を主成分とした単一屈折率から
なり、ガウス拡散によるビーム拡大に必要な長さと半径
をもつ球状のレンズを形成した同一外径のファイバレン
ズを融着により一体化した構造である。
【０００８】 具体的には、第一の光ファイバと、この
光ファイバのコア部と等価な屈折率をもつ同一外径から
なるコアのない第二の光ファイバが接合され、第二の光
ファイバの先端は球状に形成され、その球状部分の直径
は前記ファイバ外径より大きくなるように設定すること
により、光ビームの放射角度を制御する機能が付与され
た微小レンズ付光ファイバ端末であり、第二の光ファイ
バにおいて、光ビームが外周に接触しない範囲内に長さ
を設定し、先端の球状レンズには使用波長帯域に適合す
る反射防止膜を形成し、第一及び第二の光ファイバの外
周部に光吸収剤、これらと等価あるいはそれ以上の屈折
率をもつ屈折率整合剤を被覆する。製造方法としては、
第二の光ファイバ先端の球状部を熱溶解法により形成す
るもので、その先端部を熱溶解部中に送り入れることに
より先端に目的の半径をもつ球状レンズを形成する。
光ファイバのコア部と等価な屈折率をもつ同一外径から
なるコアのない第二の光ファイバが接合され、第二の光
ファイバの先端は球状に形成され、その球状部分の直径
は前記ファイバ外径より大きくなるように設定すること
により、光ビームの放射角度を制御する機能が付与され
た微小レンズ付光ファイバ端末であり、第二の光ファイ
バにおいて、光ビームが外周に接触しない範囲内に長さ
を設定し、先端の球状レンズには使用波長帯域に適合す
る反射防止膜を形成し、第一及び第二の光ファイバの外
周部に光吸収剤、これらと等価あるいはそれ以上の屈折
率をもつ屈折率整合剤を被覆する。製造方法としては、
第二の光ファイバ先端の球状部を熱溶解法により形成す
るもので、その先端部を熱溶解部中に送り入れることに
より先端に目的の半径をもつ球状レンズを形成する。
【０００９】
【実施例】本発明の光ファイバ端末先端部を図１(a)の
実施例に示すように作成した。先端SiO2ファイバレンズ
７、ピッグテールファイバ本線８、先端部保護用フェル
ール９，先端レンズ10から構成される。９は省略するこ
とも可能である。図１(b)は光の透過状態を示し、ＳＭ
Ｆの出射した光の収束点（ビームウエスト）間での距離
をｚとすると、波長λにおけるSiO2の屈折率をｎとし
て、ファイバレンズ７中を伝播することによりガウシア
ンビームの広がり度合は数１で示される。
実施例に示すように作成した。先端SiO2ファイバレンズ
７、ピッグテールファイバ本線８、先端部保護用フェル
ール９，先端レンズ10から構成される。９は省略するこ
とも可能である。図１(b)は光の透過状態を示し、ＳＭ
Ｆの出射した光の収束点（ビームウエスト）間での距離
をｚとすると、波長λにおけるSiO2の屈折率をｎとし
て、ファイバレンズ７中を伝播することによりガウシア
ンビームの広がり度合は数１で示される。
【数１】 すなわちＬを制御することにより光ファイバ径近傍もし
くはそれ以上に拡大することができる。
くはそれ以上に拡大することができる。
【００１０】コア径10μm，外径125μm，コア屈折率約
1.47のＳＭＦ本線と同じ外径125μmのSiO2ファイバを使
用する。1.31μmの波長ではＬの最大長は数１からＬmax
＝約1.1mm以下であるならばよい。図１(b)においてＳＭ
Ｆからビームウエストへ経る光の光線行列は、SiO2ファ
イバの先端レンズの曲率をＲとすると、数２の関係があ
る。
1.47のＳＭＦ本線と同じ外径125μmのSiO2ファイバを使
用する。1.31μmの波長ではＬの最大長は数１からＬmax
＝約1.1mm以下であるならばよい。図１(b)においてＳＭ
Ｆからビームウエストへ経る光の光線行列は、SiO2ファ
イバの先端レンズの曲率をＲとすると、数２の関係があ
る。
【数２】 さらにガウシアンビームの光線式から数３となりビーム
ウエストまでの距離ｚが得られる。
ウエストまでの距離ｚが得られる。
【数３】 ただしａ＝λ／πｎｗ0 2 である。
【００１１】数２，数３およびガウシアンビームの光線
式から、
式から、
【数４】 となり、数１から拡大ビーム径が80μmになるように算
出し、Ｌ＝0.7mmを選定した。この場合前記従来の提案
によるビーム径40μmの２倍の直径となる。SiO2ファイ
バの先球レンズの曲率Ｒはビームウエスト位置ｚや、ビ
ーム径２Ｗzに大きく作用する。表１にその関係を示
す。
出し、Ｌ＝0.7mmを選定した。この場合前記従来の提案
によるビーム径40μmの２倍の直径となる。SiO2ファイ
バの先球レンズの曲率Ｒはビームウエスト位置ｚや、ビ
ーム径２Ｗzに大きく作用する。表１にその関係を示
す。
【００１２】
【表１】
【００１３】したがって曲率Ｒ＝200μmでは、ビームウ
エスト位置約1.8mm、ビーム径88μmとなり、ビームウエ
ストを対称中心とし、その対向位置に同一光学系を測定
したところレンズ−レンズ間距離3.6mmで結合損失は0.5
dBであった。反射減衰量は、図１(c)に示すような反射
防止膜11と屈折率整合剤５を施して−45dBが達成でき
た。
エスト位置約1.8mm、ビーム径88μmとなり、ビームウエ
ストを対称中心とし、その対向位置に同一光学系を測定
したところレンズ−レンズ間距離3.6mmで結合損失は0.5
dBであった。反射減衰量は、図１(c)に示すような反射
防止膜11と屈折率整合剤５を施して−45dBが達成でき
た。
【００１４】先球製作は、図５に示すようにアーク放電
熱溶解部13に石英ファイバ７を溶解部頭上から送り入れ
曲率Ｒ＝200μmを形成した。石英ファイバの送り長さｈ
の体積（円柱）が先球の体積になるように、数５からｈ
を求めた。
熱溶解部13に石英ファイバ７を溶解部頭上から送り入れ
曲率Ｒ＝200μmを形成した。石英ファイバの送り長さｈ
の体積（円柱）が先球の体積になるように、数５からｈ
を求めた。
【数５】 その結果、送り長さｈ＝2.73mmで曲率Ｒ＝200μmが得ら
れた。
れた。
【００１５】
【発明の効果】本発明により、ファイバレンズが光ファ
イバに直接融着できるので、接着方式とは異なり信頼性
の高い光学部品となり、界面がないために反射損失が少
なく高い結合効率が実現できる。そして従来のファイバ
コリメータのように、レンズ系との高い公差で調整する
ことなく、ピッグテール部も含む光ファイバ端末系とし
て低価格で供給できる利点がある。
イバに直接融着できるので、接着方式とは異なり信頼性
の高い光学部品となり、界面がないために反射損失が少
なく高い結合効率が実現できる。そして従来のファイバ
コリメータのように、レンズ系との高い公差で調整する
ことなく、ピッグテール部も含む光ファイバ端末系とし
て低価格で供給できる利点がある。
【００１６】先球ファイバ製作時においては、熱溶解法
により石英ファイバの送り長さの体積と球の体積を一致
させる制御が容易であり、表面張力を利用して球を形成
するため、同芯度が劣化しないで真球度の良いものがで
き、研磨法における、研磨キズや加工変質層等の問題が
なく、時間の浪費が解消できる。また構造上高反射減衰
量であるため、従来のファイバコリメータのように内部
構成の変更や光軸調整などの必要がない。これらのこと
により特に光アイソレータ，光スイッチ，光合分波器等
さらに曲率を調整することにより、光ファイバアレイ結
合部として広範囲な用途に応用できる。
により石英ファイバの送り長さの体積と球の体積を一致
させる制御が容易であり、表面張力を利用して球を形成
するため、同芯度が劣化しないで真球度の良いものがで
き、研磨法における、研磨キズや加工変質層等の問題が
なく、時間の浪費が解消できる。また構造上高反射減衰
量であるため、従来のファイバコリメータのように内部
構成の変更や光軸調整などの必要がない。これらのこと
により特に光アイソレータ，光スイッチ，光合分波器等
さらに曲率を調整することにより、光ファイバアレイ結
合部として広範囲な用途に応用できる。
【図１】本発明の光ファイバ端末を示す断面図。
【図２】光ファイバ光学系の概略図。
【図３】従来の光ファイバコリメータの断面図。
【図４】本発明によるアーク放電熱溶解を示す概略図。
１ 光ファイバ ２ 球レンズ ３ 屈折率分布型レンズ ４ 光学デバイス ５ 屈折率整合剤 ７ SiO2ファイバレンズ ８ ピッグテールファイバ本線 ９ 先端部保護用フェルール 10 先端レンズ 11 反射防止膜 12 アーク放電部
Claims (6)
- 【請求項１】 第一の光ファイバと、この光ファイバの
コア部と等価で単一な屈折率をもつ同一外径からなるコ
アのない第二のファイバが接合され、第二のファイバの
先端を、前記光ファイバ外径より大きくなるような直径
をもつ球状に形成することにより、光ビームの放射角度
を制御することを特徴とした微小レンズ付光ファイバ端
末。 - 【請求項２】 第二の光ファイバにおいて、光ビームが
光ファイバ外周に接触しない範囲内に光ファイバの長さ
を設定した請求項１の微小レンズ付光ファイバ端末。 - 【請求項３】 第二の光ファイバ先端の球状部に反射防
止膜を形成した請求項１の微小レンズ付光ファイバ端
末。 - 【請求項４】 第一及び第二の光ファイバの外周部に光
吸収剤、またはこれらと等価あるいはそれ以上の屈折率
をもつ屈折率整合剤を被覆した請求項１の微小レンズ付
光ファイバ端末。 - 【請求項５】 第二の光ファイバ先端の球状部を熱溶解
法により形成した請求項１の微小レンズの製造方法。 - 【請求項６】 第二の光ファイバ先端部を、熱溶解部中
に送り入れることにより、その先端に目的の半径をもつ
球状レンズを形成した請求項５の微小レンズの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416547A JP2560148B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 微小レンズ付光ファイバ端末とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416547A JP2560148B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 微小レンズ付光ファイバ端末とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04288509A JPH04288509A (ja) | 1992-10-13 |
| JP2560148B2 true JP2560148B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=18524768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416547A Expired - Fee Related JP2560148B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 微小レンズ付光ファイバ端末とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560148B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1285294B1 (en) | 2000-03-17 | 2009-05-13 | Corning Incorporated | Optical waveguide lens and method of fabrication |
| US6552298B1 (en) | 2001-09-28 | 2003-04-22 | Corning Incorporated | Apparatus and method for making a lens on the end of an optical waveguide fiber |
| JP5124908B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2013-01-23 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
| WO2016136484A1 (ja) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ付きフェルール、及び、光ファイバ付きフェルールの製造方法 |
| CN111650689B (zh) * | 2020-05-10 | 2022-03-25 | 桂林电子科技大学 | 一种纤维集成微透镜组 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5821209A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-02-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 画像伝送路 |
| JPS60154907U (ja) * | 1984-03-26 | 1985-10-16 | 富士通株式会社 | 光結合器 |
| JPH0339763Y2 (ja) * | 1985-10-24 | 1991-08-21 | ||
| JPH0718965B2 (ja) * | 1988-06-02 | 1995-03-06 | 富士通株式会社 | 光通信装置およびその製造方法 |
| JP2957189B2 (ja) * | 1989-02-17 | 1999-10-04 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザモジュールの製造方法 |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2416547A patent/JP2560148B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04288509A (ja) | 1992-10-13 |
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|---|---|---|---|
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