JP3925384B2

JP3925384B2 - 光部品及びその製造方法

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Publication number: JP3925384B2
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Inventors: 克之井本
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Publication date: 2007-06-06
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス導波路型の光部品は、半導体プロセスを利用することで量産しやすくなることから、既に多くの光部品の製造に適用されているが、光部品のさらなる小型化、低コスト化のための研究開発が進められている。その一例として、ガラス導波路型光部品の高比屈折率差（高Δ）化による小型化、低コスト化が検討されている。具体的には、比屈折率差Δが１．５％以上で２．５％程度の光部品が検討されている。
【０００３】
ところが、ガラス導波路型光部品の高比屈折率差Δ化に対して、ガラス導波路型光部品に接続される光ファイバは通常のシングルモード光ファイバであるため、比屈折率差Δが０．３％〜１％の範囲のものが用いられる。そのために光ファイバと光部品との間にモードミスマッチングが生じるという問題がある。この問題を解決するために、次のような手段が用いられる。
【０００４】
第１の手段は、図７に示すように、光部品としての導波路５０にモード変換部５１を設けるものである。このモード変換部５１は、導波路５０の一方の端面側（図では左側）をヒータ５２で長時間にわたり高温加熱（１３００℃）することにより、導波路５０のコア５３内の屈折率制御用ドーパント（ＧｅＯ_２）をクラッド５４に拡散させることにより形成される。なお、５５は矢印５６−１、５６−２方向に冷却水が供給排出されるサンプルホルダーである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
第２の手段は、図８に示すように、高比屈折率差Δの光ファイバ５７−１の一端（図では右端）を高比屈折率差Δの光部品としての導波路５８に接続し、その高比屈折率差Δの光ファイバ５７−１の他端（この場合左端）に低比屈折率差Δの光ファイバ５９−１をＴＥＣ技術（ＴｈｅｒｍａｌＥｘｐａｎｄＣｏｒｅ：熱拡散によるコア拡大）により加熱・融着接続し、そのＴＥＣ接続部６０−１でモード変換するものである。同様に高比屈折率差Δの光ファイバ５７−２の一端（この場合左端）を導波路５８に接続し、その光ファイバ５７−２の他端（この場合右端）に低比屈折率差Δの光ファイバ５９−２をＴＥＣ技術により加熱・融着接続することにより、そのＴＥＣ接続部６０−２でモード変換するものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
尚、図７は光部品の接続方法の従来例を適用した光部品の概念図であり、図８は光部品の接続方法の他の従来例を適用した光部品の概念図である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−８８０３８号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開平４−６７１０６号公報（第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の光部品には以下のような問題がある。
【０００９】
（１）導波路側にモード変換部を設ける方式は、ドーパントを熱拡散させて形成したモード変換部の長さが４ｍｍ以上になるため、導波路素子のサイズが非常に大きくなる。そのため、低コスト化が困難である。
【００１０】
（２）モード変換部を設けることによる光部品の損失が大きくなり、実用的ではない。
【００１１】
（３）光部品の入出力端面に高比屈折率差Δの光ファイバの一端を接続し、その光ファイバの他端にＴＥＣ技術を用いて低比屈折率差Δの光ファイバをモード整合接続する方式は、低損失で実現できるというメリットはあるが、高比屈折率差Δの光ファイバを特別に製作しなければならずコスト高になる。
【００１２】
（４）比屈折率差Δの異なる光ファイバを有する光部品の実装コストが高いので、低コスト化が困難である。さらにそれぞれの光ファイバ長を少なくとも数十ｃｍは長くして接続しなければならないので、小型化にも制約を受ける。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型、低損失、低コストでモード変換部を有する光部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光ファイバのコア内に、コアよりも高い屈折率を有する複数個の球状のレンズ部が所定の間隔で形成され、複数個のレンズ部の直径が光ファイバの他方の端部から一方の端部に向かって徐々に小さくなっていることを特徴とする光部品である。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、複数個のレンズ部は、他方の端部から一方の端部に向かって屈折率がコアの屈折率より徐々に高くなることを特徴とする光部品である。
【００１６】
請求項１または２の発明によれば、比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバのコア内に他方の端部から一方の端部に向かって、コアより高い屈折率を有する複数個のレンズ部が形成され、複数個のレンズ部の直径を光ファイバの他方の端部から一方の端部に向かって徐々に小さくする、更に複数個のレンズ部の屈折率を徐々に高くするという簡単な構成でモード変換部が得られるので、新たな部品を付加する必要がない。この結果、モード変換部を有する小型の光ファイバを実現することができる。しかもモード変換部は２個以上の複数のレンズ部の集合体で構成されており、レンズ部が略球状の対称構造であり、偏波依存性が無く、超低損失の光部品を実現することができる。また、本光部品を他の光部品と結合した場合の結合損失も小さい値で実現することができる。また、レンズ部は、モードフィールド整合がとれるように個数、間隔、直径及び屈折率が設定されているのが好ましい。それにより、低接続損失、偏波無依存のモード変換機能を有する光部品を実現することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差は０．３〜１．５％の範囲内にあるのが好ましい。
【００１８】
請求項３の発明によれば、光ファイバ出射端のスポットサイズを１μｍ〜８μｍの広い範囲にわたって変換することができる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の構成に加え、光ファイバの一方の端部に、コアとクラッドとの比屈折率差が光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差より高い導波路型光部品の端面が接続されているのが好ましい。
【００２０】
請求項４の発明によれば、光部品がモード変換部を有するにもかかわらず、全体のサイズは全く変化せず、超小型構造で低損失、低反射損失、低偏光依存特性を有する光部品を実現することが可能である。しかも、本光部品は、損失増加要因がほとんど無いので、低損失接続特性及び低反射損失特性が実現可能である。また、光ファイバ内に円形対称構造のモード変換部を形成することができるので、偏光依存損失が極めて少ない光部品を実現できる。さらに、光ファイバからガラス導波路型光部品の入力、あるいは出力端面にわたってモードフィールド整合を実現することができるので、光ファイバの端面からの不要な反射が生じることがない。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の構成に加え、導波路型光部品のコアとクラッドの比屈折率差は１．５〜４％の範囲内にあるのが好ましい。
【００２２】
請求項５の発明によれば、従来の光部品よりも１／２０以下に小型化した光部品を実現することができる。この結果、光部品の生産量が従来の２０倍以上に増大し、光部品生産に必要な電力費用も１／２０以下になり、光部品コストを１／１５以下にすることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、光ファイバのコアに、超短パルスレーザビームのスポットサイズを変えながら、光ファイバの長手方向に沿って順次相対移動させて集光、照射し、コアより高い屈折率を有し光ファイバの他方の端部から一方の端部に向かって徐々に直径が小さくなる複数個のレンズ部を形成することを特徴とする光部品の製造方法である。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項６に記載の構成に加え、超短パルスレーザビームの照射エネルギーを調整し、複数個のレンズ部の屈折率を他方の端部から一方の端部に向かってコアの屈折率より徐々に高くすることが好ましい。
【００２５】
請求項６または７に記載の発明によれば、超短パルスレーザビームのパワー、すなわち、照射エネルギーを調節することにより、容易に屈折率の異なる略球状のレンズ部からなるモード変換部を形成することができる。また、略球状のレンズ部の球径も超短パルスレーザビームのスポットサイズを変えることにより制御できる。さらに、後述するように、略球状のレンズ部の屈折率は、光ファイバのコアの屈折率に比して比屈折率差Δで１．５％程度に高くするだけで光ファイバ出射端面でのスポット径を２μｍ前後にまで小さくすることができ、結果的に比屈折率差Δが３％前後の高比屈折率差Δの導波路型光部品と低接続損失で接続することができる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項６または７のいずれかに記載の構成に加え、光ファイバをＶ溝基板に固定し、パルス幅が３０ｆｓ〜２００ｆｓの範囲内で、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内で、超短パルスレーザビームを照射することが好ましい。
【００２７】
請求項８の発明によれば、光ファイバをＶ溝基板に固定することにより、安定して光ファイバ内のコア内に略球状のレンズ部を形成することができる。
【００２８】
請求項９の発明は、請求項８に記載の構成に加え、Ｖ溝基板を透明ガラス板で覆った後、透明ガラス板を通して光ファイバに超短パルスレーザビームを照射するのが好ましい。
【００２９】
請求項９の発明によれば、Ｖ溝内の光ファイバを透明ガラス板で覆うことにより、光ファイバにさらに安定して略球状のレンズ部を形成することができる。また、光ファイバアレイに対しても生産性良く略球状のレンズ部を形成することができる。さらに、本発明によれば、略球状のレンズ部を形成した後、直ちに高比屈折率差Δの多入力光部品に接続することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３１】
図１（ａ）は本発明の光部品の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。図１（ｂ）において横軸は径方向の位置を示し、図１（ｂ）において縦軸は屈折率を示す。図１（ｃ）において横軸は径方向の位置を示し、図１（ｃ）において縦軸は光強度を示す。
【００３２】
図１（ａ）に示す光部品１は、光ファイバ２の一方の端部（図では右端部）４−１のコア３内に他方の端部（この場合左端部）４−２から一方の端部４−１に向かって（矢印５方向）屈折率がコア３の屈折率より徐々に高くなる略球状のレンズ部６−１、６−２が、複数個（図では２個であるが限定されない。）所定の間隔（ｆｂ、ｆａ＋ｆｂ）、直径Ｒａ、Ｒｂ（Ｒａ≧Ｒｂ）及び屈折率ｎａ、ｎｂ（ｎａ≦ｎｂ）で配置されたモード変換部９−１を有するものである（但し、レンズ部６−１の直径をＲａ、屈折率をｎａ、レンズ部６−２の直径をＲｂ、屈折率をｎｂとする。）。
【００３３】
光ファイバ２にはコア３（直径１０μｍ、屈折率ｎ２＝１．４６１９）、クラッド７（直径１２５μｍ、屈折率ｎ１＝１．４５７５）からなるステップ型屈折率分布を有するもの（比屈折率差Δ＝０．３％）を用いる。
【００３４】
このような構造の光部品１におけるコア３内を伝搬する光信号のビームのスポット径（約１０μｍ）が出射端８（直径ｗｏ）で小さなビームスポット径に変換できる条件を数１式〜数３式を用いて算出する。
【００３５】
【数１】
ｗｏ＝ｆｂ・ｗｉ／ｆａ
【００３６】
【数２】
ｆａ＝ｎａ・Ｒａ／［２（ｎａ−ｎ２）］
【００３７】
【数３】
ｆｂ＝ｎｂ・Ｒｂ／［２（ｎｂ−ｎ２）］
ここで、直径ｗｉ＝１０μｍ、屈折率ｎａ＝１．４７２２、直径Ｒａ＝４μｍ、屈折率ｎｂ＝１．４７９７、直径Ｒｂ＝２μｍとすると、直径ｗｏを２．９μｍに絞り込むことができる。すなわち、本発明の光部品１を用いることにより、比屈折率差Δが約２％の高比屈折率差Δの導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合することができる。
【００３８】
また、直径ｗｉ＝１０μｍ、屈折率ｎａ＝１．４７２２、直径Ｒａ＝４μｍ、屈折率ｎｂ＝１．４７９７、直径Ｒｂ＝１．２５μｍとすると、直径ｗｏを１．８μｍに絞り込むことができる。すなわち、本発明の光部品１を用いることにより、比屈折率差Δが約３％の超高比屈折率差Δの導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合することができる。この結果、超小型・超低損失の光部品を実現することができる。
【００３９】
以上において、低比屈折率差Δ（Δ＝０．３％）の光ファイバ２の一方の端部４−１のコア３内にレンズ部６−１、６−２を形成することにより、高比屈折率差Δ（Δ＝２％若しくは３％）の導波路型光部品とモードフィールド整合をとって低損失で結合することができる。尚、比屈折率差Δが３％の高比屈折率差Δの導波路型光部品用のビームスポット変換（モード変換）については、従来は全く実現されておらず、本発明が最初である。
【００４０】
図２（ａ）は本発明の光部品の他の実施の形態を示す外観斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。図２（ｂ）において横軸は径方向の位置を示し、図２（ｂ）において縦軸は屈折率を示す。図２（ｃ）において横軸は径方向の位置を示し、図２（ｃ）において縦軸は光強度を示す。
【００４１】
図２（ａ）〜（ｃ）に示した光部品１０の図１（ａ）〜（ｃ）に示した光部品１との相違点は、レンズ部の個数を３個とした点である。尚、図１（ａ）〜（ｃ）に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００４２】
本光部品１０は、光ファイバ２の一方の端部（図では右端）４−１のコア３内に他方の端部（この場合左端）４−２から一方の端部４−１に向かって（矢印５方向）屈折率がコア３の屈折率より徐々に高くなる略球状のレンズ部６−１、６−２、６−３が複数個（図では３個であるが限定されない。）所定の間隔（ｆａ＋ｆｂ、ｆｂ＋ｆｃ、ｆｃ）、直径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ（Ｒａ≧Ｒｂ≧Ｒｃ）及び屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃ（ｎａ≦ｎｂ≦ｎｃ）で配置されたモード変換部９−２を有するものである（但し、レンズ部６−３の直径をＲｃ、屈折率をｎｃとする。）。
【００４３】
ここで、直径ｗｉ＝１０μｍ、屈折率ｎａ＝１．４６４８、直径Ｒａ＝３μｍ、屈折率ｎｂ＝１．４７２２、直径Ｒｂ＝２μｍ、屈折率ｎｃ＝１．４７９７、直径Ｒｃ＝１μｍとすると、直径ｗｏを１．３５μｍに絞り込むことができる。すなわち、本発明の光部品１０を用いることにより、比屈折率差Δが約４％の超高比屈折率差Δの光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合することができ、更なる超小型・超低損失光部品を実現することができる。
【００４４】
図３は本発明の光部品の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【００４５】
本光部品１１は、超高比屈折率差Δの導波路型光部品１２の両端に本発明の光部品１−１、１−２がそれぞれ接続されたものである。
【００４６】
両光ファイバ１−１、１−２の一方の端部４−１−１、４−１−２のコア３−１、３−２内には、モード変換部（ビームスポット径変換部）９−１−１、９−１−２がそれぞれ形成されている。超高比屈折率差Δの導波路型光部品１２は、基板（石英ガラス基板或いはＳｉ基板等）１３の上にバッファ層１４が形成され、そのバッファ層１４の上にバッファ層１４より屈折率が高く略矩形断面形状のコア１５が形成され、バッファ層１４及びコア１５を覆うようにコア３より屈折率の低いクラッド層１６が形成されたものである。この超高比屈折率差Δの導波路型光部品１２は比屈折率差Δを４％程度まで大きくしても低比屈折率差Δの光ファイバ（比屈折率Δ＝０．３％）を用いた本発明の光部品１−１、１−２と結合して本発明の他の光部品１１を構成することができるので、光部品の超小型化・超低損失化・超低コスト化を実現することができる。
【００４７】
図４（ａ）は本発明の光部品の製造方法の一実施の形態を示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の正面図である。
【００４８】
本製造方法は、Ｖ溝基板２０の各Ｖ溝２１内に加工用の光ファイバ２をそれぞれ嵌め込んで固定し（例えば接着剤で固定し）、光ファイバ２の上方部に配置された超短パルスレーザ光源２２からのレーザビーム２３−１を集光レンズ２４で集光し、集光したレーザビーム２３−２を光ファイバ２のコア３内に照射することにより、コア３内に所望径、所望屈折率の略球状のレンズ部６−１、６−２（図１（ａ）参照。）を形成するものである。
【００４９】
集光レンズ２４の直径は、集光したレーザビーム２３−２のスポット径に依存しており、そのスポット径を変えることで調整することができる。また、レンズ部６−１、６−２（図１（ａ）参照。）の屈折率はレーザビーム２３−１の照射エネルギー（照射時間、照射パワー、パルス幅、パルス繰り返し周波数）に依存しており、その照射エネルギーが大きいほど屈折率を大きくすることができるが、照射エネルギーを大きくすると飽和する傾向があり、さらに照射エネルギーを大きくしていくと、コア３内に空孔ができてしまう。レーザビーム２３−２の照射で実現できる最大屈折率における比屈折率差Δは１．４８５程度であり、先に計算に用いた屈折率を十分に達成することができる。矢印２５、２６は図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、光ファイバ２のコア３内に複数のレンズ部６−１、６−２を所望間隔で形成するためにＶ溝基板２０の移動方向を示したものである。すなわち、矢印２６は互いに隣接する光ファイバ２へ順次、レンズ部６−１、６−２を形成させるため、Ｖ溝基板２０の移動方向を示したものである。尚、超短パルスレーザビーム２３−１は、その波長が４００ｎｍ〜９８０ｎｍの範囲内、そのパルス幅が３０ｆｓ〜２５０ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内、その平均出力が２００ｍＷ〜８００ｍＷの範囲内にあるのが好ましい。また、Ｖ溝基板２０は、ガラス基板、Ｓｉ基板等を用いることができる。
【００５０】
図５（ａ）は本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の正面図である。
【００５１】
図５（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態の図４（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態との相違点は、光ファイバ２をＶ溝基板２０に固定した後、透明ガラス板２７で覆った点である。
【００５２】
本製造方法は、Ｖ溝基板２０のＶ溝２１に嵌め込まれた各光ファイバ２を固定するための透明ガラス板２７をＶ溝基板２０上に覆った後、その透明ガラス板２７を通して光ファイバ２のコア３内に、集光レンズ２４で超短パルスレーザビーム２３−１を集光、照射するものである。
【００５３】
透明ガラス板２７の材質は、レーザビーム２３−２を透過させることができる石英ガラス、多成分ガラス等を用いることができる。Ｖ溝基板２０は、この場合、透明ガラス板２７と固定する上で透明ガラスからなるのが好ましい。尚、図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）において、光ファイバの本数は１本以上、数百本程度である。
【００５４】
図６は本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。
【００５５】
本製造方法は、高比屈折率差Δの導波路型光部品３０と、Ｖ溝基板２０に固定された光ファイバ２とを接続した状態で光ファイバ２のコア３内に、そのコア３の屈折率よりも徐々に高い値の略球状のレンズ部６−１、６−２を複数個、所望間隔、所望径及び所望屈折率をもつようにしてモード変換部（ビームスポット変換部）９（図１（ａ）参照）を形成するものである。
【００５６】
このように、予め、光ファイバ２を高比屈折率差Δの導波路型光部品３０に接続した状態で光ファイバ２内にモード変換部９を形成することで、より高結合効率でモード変換部９を形成することができる。超高比屈折率差Δの導波路型光部品３０とＶ溝基板２０に固定された光ファイバ２との接続は、接着剤若しくはＣＯ_２レーザビームによる融着接続で行ってもよい。
【００５７】
本発明は、上記実施の形態に限定されない。まず、比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバの比屈折率差Δｌは、０．３％〜１．５％の範囲から選択できるので、種々の光ファイバを用いて超小型光部品を実現することができる。この比屈折率差Δｌが大きいほど、そのコア内にそのコアの屈折率よりも徐々に高い値の略球状のレンズ部を複数個、所望間隔、所望直径及び所望屈折率をもつように形成するレンズ部の屈折率を大きくすることができるので、数２式及び数３式から分かるように、Ｒａ、Ｒｂを小さくしてｗｏを小さくすることができる。光ファイバの出射端面は光ファイバの光軸に対して垂直に加工する以外に、その端面からの反射光の影響を除去するため、光軸に対して数度（１度〜８度の範囲内が好ましい。）の角度で斜めに切断研磨されていることが好ましい。尚、光ファイバの外周部には被覆材料が形成されていてもよい。例えば、プリコーティング材料、２次被覆材料の高分子材料が被覆されていてもよい。また、光ファイバのコア径は１０μｍ以外に、数μｍ〜１０μｍの範囲内のものを用いてもよい。また、数１式、数２式、数３式において、ｆａ、ｆｂ、ｎａ、ｎｂ、Ｒａ、Ｒｂ等の値は広い範囲から選択できる。例えば、Ｒａ及びＲｂは１μｍから１０μｍの範囲から、ｎａ及びｎｂは１．４５８〜１．４９０の範囲から選択するようにそれぞれ加工することができる。また、図２（ａ）〜（ｃ）において、Ｒｃ及びｎｃについても同様に広い範囲から選択するように加工できる。また、光ファイバの先端部に向けて先細りするようにテーパ状に光ファイバを加工してもよい。また、先端部を球状に加工しておいてもよい。
【００５８】
図３において、高比屈折率差Δの導波路型光部品の基板にはガラス基板以外に、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_５等の強誘電体基板、セラミックス基板若しくはプラスチック基板等を用いてもよい。
【００５９】
高比屈折率差Δの導波型光部品の屈折率差Δｈは、１．５％〜４％の範囲のものを用いることができるが、光ファイバの比屈折率差Δｌに高いものを用いれば、さらに高い比屈折率差Δｈのものに適用することもできる。
【００６０】
以上において、本発明によれば、
（１）比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバの一方の端部の近傍のコア内にパルス幅が３０ｆｓ〜２００ｆｓの範囲内でパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内の超短パルスレーザビームのスポットサイズを変えると共に、光ファイバに長手方向に沿って順次相対移動させて集光、照射することにより、複数の略球状のレンズ部を所定の間隔、直径及び屈折率で形成するので、光ファイバの一方の端部にモード変換部を有する光ファイバを超小型で実現することができる。しかもモード変換部が２個以上のレンズ部の集合体で構成されているので、対称構造であり、偏波依存性が無く、超低損失の光部品を実現することができる。
【００６１】
（２）本光部品を用いることにより、他の光部品と小さい結合損失で結合することができる。
【００６２】
（３）比屈折率差Δｌは０．３％〜１．５％の範囲の光ファイバに適用することができるので、広い範囲にわたって適用することができる。
【００６３】
（４）光ファイバ端面を比屈折率差Δの高い（Δｈ）導波路型の光部品端面に接続することにより、モード変換部を超小型、超低損失、偏波無依存で実現することができる。すなわち、モード変換部を設けているにもかかわらず、全体のサイズは全く大きくならず、超小型構造で低損失、低反射損失、低偏光依存性特性を有する光部品を実現することができる。しかも、本光部品は、損失増加要因がほとんど無いので、低損失接続特性及び低反射損失特性を実現することができる。また、光ファイバ内に円形対称構造でモード変換部を形成するので、偏光依存性の極めて少ない光部品を実現することができる。さらに、光ファイバからガラス導波路型光部品の入力若しくは出力端面にわたってモードフィールド整合を実現することができるので、端面からの不要な反射が生じるおそれはない。
【００６４】
（５）高比屈折率差Δｈは、１．５％〜４％の範囲内のものに適用できるので、従来の光部品よりも１／２０以下に超小型化した光部品を実現することができる。この結果、光部品の生産量が従来の２０倍以上に増大し、光部品生産に必要な電力費用も１／２０以下になり、光部品コストを１／１５以下にすることができる。
【００６５】
（６）光ファイバと導波路部品との端面部はモードフィールド整合がとれるように光ファイバの端面方向に向かってそのコア内にそのコアの屈折率よりも徐々に高い値の略球状のレンズ部を複数個、所望間隔、所望直径、所望屈折率を有するように形成することで、低接続損失、偏波無依存のモード変換機能付き光部品を実現することができる。
【００６６】
（７）略球状のレンズ部は光ファイバのコア内にパルス幅が３０ｆｓ〜２００ｆｓの範囲内にあり、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内にある超短パルスレーザビームのビームスポットサイズを変えて集光、照射することにより、超小型光部品を製造する方法であるので、屈折率の異なる略球状のレンズ部を超短パルスレーザビームのパワー、照射時間、すなわち、照射エネルギーを調節することにより、容易に実現することができる。また、略球状のレンズ部の球径もビームスポットサイズを変えることにより制御することができる。また、略球状のレンズ部の屈折率は、光ファイバのコアの屈折率に比して比屈折率差で１．５％程度に高くするだけで、光ファイバ出射端面でのスポット径を２μｍ前後にまで小さくすることができるので、結果的に比屈折率差Δが３％前後の高比屈折率差Δの導波路型光部品と低接続損失で結合させることができる。
【００６７】
（８）光ファイバをＶ溝基板に固定した状態で、コア内にレーザビームを照射するか、Ｖ溝基板に配置し、光ファイバを透明なガラス板で固定した状態でガラス板を通してコア内にレーザビームを照射することにより、安定して光ファイバ内の所望位置に略球状のレンズ部を形成することができる。
【００６８】
（９）光ファイバアレイに対しても生産性よく、略球状のレンズ部を形成することができる。
【００６９】
（１０）略球状のレンズ部を形成した後、直ちに高比屈折率差Δの多入力光部品に接続することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、小型、低損失、低コストでモード変換部を有する光部品及びその製造方法の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光部品の一実施の形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の光部品の他の実施の形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。
【図３】本発明の光部品の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の光部品の製造方法の一実施の形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図５】（ａ）は本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図６】本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。
【図７】光部品の接続方法の従来例を適用した光部品の概念図である。
【図８】光部品の接続方法の他の従来例を適用した光部品の概念図である。
【符号の説明】
１光部品
２光ファイバ
３コア
４−１、４−２端部
５矢印
６−１、６−２レンズ部
７クラッド
８出射端
９−１モード変換部（ビームスポット径変換部）

Claims

光ファイバのコア内に、前記コアより高い屈折率を有する複数個の球状のレンズ部が所定の間隔で形成され、前記複数個のレンズ部の直径が前記光ファイバの他方の端部から一方の端部に向かって徐々に小さくなっていることを特徴とする光部品。
前記複数個のレンズ部は、前記他方の端部から前記一方の端部に向かって屈折率が前記コアの屈折率より徐々に高くなることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
前記光ファイバの前記コアとクラッドとの比屈折率差は０．３〜１．５％の範囲内にある請求項１または２のいずれかに記載の光部品。
前記光ファイバの前記一方の端部に、コアとクラッドとの比屈折率差が前記光ファイバの前記コアと前記クラッドとの比屈折率差より高い導波路型光部品の端面が接続されている請求項３に記載の光部品。
前記導波路型光部品の前記コアと前記クラッドの比屈折率差は１．５〜４％の範囲内にある請求項４に記載の光部品。
光ファイバのコアに、超短パルスレーザビームのスポットサイズを変えながら、前記光ファイバの長手方向に沿って順次相対移動させて集光、照射し、前記コアよりも高い屈折率を有し前記光ファイバの他方の端部から一方の端部に向かって徐々に直径が小さくなる複数個のレンズ部を形成することを特徴とする光部品の製造方法。
前記超短パルスレーザビームの照射エネルギーを調整し、前記複数個のレンズ部の屈折率を前記他方の端部から前記一方の端部に向かって前記コアの屈折率より徐々に高くする請求項６に記載の光部品の製造方法。
前記光ファイバをＶ溝基板に固定し、パルス幅が３０ｆｓ〜２００ｆｓの範囲内で、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内で、前記超短パルスレーザビームを照射する請求項６または７のいずれかに記載の光部品の製造方法。
前記Ｖ溝基板を透明ガラス板で覆った後、前記透明ガラス板を通して前記光ファイバに前記超短パルスレーザビームを照射する請求項８に記載の光部品の製造方法。