CN101004467A - 光通信用光学部件 - Google Patents
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Abstract
所提供的是一种光通信用光学部件，它能够适当地接受减小尺寸、耐构成元件之间的热膨胀系数差异、以及调节相对于光纤端部的入射和出射模态的需求，从而持续得到对应于需求的光学特性。所述光学部件包括：保持光纤(2)的光纤保持构件(3)；以及透镜(4)，所述透镜位于延伸自所述光纤(2)端部的光路上，并连接至所述光纤保持构件(3)。形成在所述透镜(4)的后端内的平面部(4a)被接合以被固定至所述光纤保持构件(3)端部的平面部(6a)，从而使所述透镜(4)的平面部(4a)与所述光纤(2)的端部相对。在所述透镜(4)的平面部(4a)与所述光纤(2)的端部(2a)之间设置有间隙。
Description
技术领域
本发明涉及一种光通信用光学部件，并且，更具体地说，本发明涉及一种用于将透镜适当地固定至光纤保持构件的技术，其中，光纤保持构件用于保持光纤。
背景技术
在光通信领域中，公知地，有这样一种光学模块被频繁地使用，该光学模块包括例如像激光二极管这样的半导体发光元件、像光敏二极管这样的半导体光接收元件、以及光纤，这些元件相互光学结合。被广泛用于构造这种光学模块或另外的、与其类似的光学模块的部件是一种光通信用光学部件，它包括：光纤保持构件，其用于将光纤保持在内孔中；和透镜，其位于延伸自光纤端部的光路上，并被连接至上述光纤保持构件。
根据JP2003-315610A、JP2003-315612A、JP2003-344697A和JP2003-344698A，这种光通信用光学部件的已知例子包括光准直器，光准直器被构造成能够将从光纤输出并扩散的光(光信号)转变成平行光或能够将平行光聚焦在光纤端部。在已经进行了研究来提高光纤通信设备的密度、以便有效地利用设置设备的有限空间的现况下，随着光纤通信系统的普及，存在减小在设备内部所用的光准直器的尺寸并实现光准直器的高性能的需求。
图5A至5C示出了在现况中被一般使用的三种光准直器的例子。在每一个光准直器1X中，折射率分布型格林透镜4X(见图5A)、具有均匀折射率的C型透镜4Y(见图5B)或两个轴端表面均凸起的鼓形透镜4Z(见图5C)被插入套筒6X的内孔的一端侧。用于将光纤2X保持在其内部的套箍(ferrule)(或容器(receptacle))5X被插入该内孔的另一端侧，以便接近插入的透镜。在这种情况下，为了防止反射回光在光纤2X的端面处产生，套箍5X的端面5Xa被倾斜研磨以形成倾斜表面。此外，为了准确、确定地操作光准直器1X，套箍5X以及透镜4X、4Y、4Z中的每一个被对中以在其间获得适当的光学位置关系、然后再通过粘接剂被固定至套箍5X的内孔(内周表面)。
除光准直器以外，上述光通信用光学部件的另一个例子包括在JP02-216109 A中披露的半导体激光模块，其中，单模光纤的端部与多模光纤连接，并且，该多模光纤的端面形成为球形以具有透镜的功效，该半导体激光模块已经投入试验或实际使用中。
在透镜4X、4Y和4Z中的每一个以及套箍5X被插入套筒6X的内孔并被固定至其上的结构中，例如图5A、5B和5C的每一个中所示的光准直器X1的结构，需要防止粘接剂包在光轴周围、从而避免高功率激光光束对粘接剂造成损害。另外，为了获得稳定的耐环境特性，一定的粘接面积是必要的。因此，透镜4X、4Y和4Z中的每一个形成为能够具有较大粘接面积的圆柱形。
在这种情况下，为了响应近年来对减小光准直器尺寸的需求，仅需要令图5A中所示的格林透镜4X在圆柱直径和全长上做得小。然而，在这种简单的方法中，为了将准直光(平行光)的光束直径减小至小直径，需要极陡的折射率梯度，而从成本和制造步骤的观点来看，基本不可能获得这种极陡的折射率梯度。在分别缩短图5B和5C中所示的C型透镜4Y和鼓形透镜4Z中每一个的圆柱直径和全长的情况下，需要在圆柱的端面内形成曲率半径小的曲面，以便将准直光的光束直径减小至小直径。然而，通过研磨在端面内形成这种曲率半径等于或小于圆柱半径的曲面在技术上是很困难的。考虑到上述情况，三种透镜4X、4Y和4Z中的每一个都存在准直光光束直径受到圆柱直径限制的问题，从而不能适当地满足减小光准直器1X尺寸的需求。
在套筒6X、透镜4X、4Y和4Z中的每一个透镜和套箍5X间存在热膨胀系数差异。因此，因为每一个构成元件在尺寸上无法减小这一事实，故在光准直器使用期间，每一个构成元件的膨胀量或收缩量在温度变化的作用下显著地改变，这会导致光学特性的偏差。特别是，当因热膨胀系数差异而导致应力集中在透镜4X、4Y和4Z中的每一个上的时候，会发生这样的问题：即因包括折射率和光分散在内的光学特性的偏差而导致的问题数量增加，导致光学系统稳定性的下降。此外，在温度上升或下降至与室温显著不同的温度的条件下，套筒6X与套箍5X和透镜4X、4Y、4Z中的每一个的组合之间的接合部分被剥离、以致于恶化关键部分的特性。而且，透镜4X、4Y、4Z中的每一个被扭曲以致改变透光量或偏振特性，并且，无法获得稳定的准直光。因此，这种光通信用光学部件的使用环境过度受限。特别是户外使用显著受限。此外，当光准直器被并入光学设备中的时候，需要高精度的光学特性。因此，存在可使用温度范围极度变窄的问题，因而，在使用时的限制变得更加严格。
如JP 02-216109 A中所披露的那样，除光准直器以外，光通信用光学部件的另一个例子是半导体激光模块，其中，多模光纤的后端面被接合以被固定至单模光纤的端面，并且，多模光纤的端面形成为球形以具有透镜的功效。在该半导体激光模块中，折射率彼此相等的光纤相互连接。因此，光纤的端面相互紧密接触，其间没有任何间隙。根据这种结构，在例如光学特性被从光纤端部输出的光的出射模态和入射在光纤端部上的光的入射模态显著影响的、光通信用光学部件的情况中，如同上述光准直器所表现的那样，入射在光纤端部上和从光纤端部输出的光的入射和出射模态完全无法调节。因此，在将光纤和透镜彼此结合的时候或在光纤和透镜彼此结合之后，无法(微细)调节光学特性来具备期望的特性，即便存在这样的需要。因此，在光学特性中引起轻微的偏差等，则这会导致严重的问题，即无法获得期望光学特性的光通信用光学部件必须在未经任何调节的情况下被使用，或者，这样的光学部件必须被视为无用而被丢弃。
发明内容
考虑到上述情况而作出了本发明。本发明的技术目的在于提供一种光通信用光学部件，其能够适当地响应减小其尺寸的需求，能够耐各个构成元件之间的热膨胀系数差异，并能够调节入射在光纤端部上和从光纤端部输出的光的入射和出射模态，从而持续获得能够响应需求的光学特性。
根据为实现上述技术目的而作出的本发明，提供了一种光通信用光学部件，包括：用于保持光纤的光纤保持构件；以及透镜，所述透镜位于延伸自所述光纤端部的光路上，并连接至所述光纤保持构件，其中，形成在所述透镜后端内的平面部被接合以被固定至形成在所述光纤保持构件端部内的平面部，从而使所述透镜的平面部与所述光纤的端部相对，并且，在所述透镜的平面部与所述光纤的端部之间设置有间隙。在这种情况下，优选所述透镜的平面部被接合以被固定至所述光纤保持构件的平面部，以便垂直于所述光纤的光轴。
根据上述结构，形成在用于保持所述光纤的所述光纤保持构件端部内的平面部被接合以被固定至形成在所述透镜后端内的平面部。换句话说，在上述平面部相互接合的状态下，所述透镜被设置成跟所述光纤保持构件的端部相邻。因此，所述透镜的形状和尺寸不易受到其他构成元件、如光纤保持构件的影响。因而能够提高透镜设计的自由度，这使得能够减小透镜的尺寸并形成曲率半径小的曲面。因此，不易限制包括光束直径在内的光学特性，从而能够获得优选的光学特性。此外，光纤保持构件在例如透镜尺寸方面不易受到限制，故可以减小光纤保持构件的尺寸。因此，光通信用光学部件的总体尺寸随着透镜尺寸的减小而减小。而且，即便在透镜和光纤保持构件之间存在热膨胀系数差异，也能够抑制因它们的膨胀或收缩而导致它们之间产生干扰。特别是，通过防止应力集中在透镜上并防止诸如折射率和光分散之类的光学特性产生偏差来解决问题，因而能够得到稳定的光学特性。因此，光通信用光学部件的使用环境不再极其有限，并且不会限制它的户外使用。除此之外，当光学部件被并入光学设备的时候，可以使用的光学设备的温度范围显著变宽，同时保持了高精度光学特性。而且，由于在透镜平面部与光纤端部相对的状态下、在透镜的平面部与光纤端部之间设置有间隙，故可通过适当调节透镜平面部和光纤端部之间的距离来自由地定位光纤的端部。因此，从光纤端部输出的光的出射模态和入射在光纤端部上的光的入射模态可被调节至处于适当状态。因而，在将光纤和透镜相互结合时或在光纤和透镜相互结合之后能够适当地响应需求来(微细)调节光学特性、以具备期望的特性，从而持续确保最佳光学特性。而且，透镜平面部和光纤端部通过设置在其间的间隙而彼此分开，这使得能够抑制透镜和光纤之间所产生的反射回光(reflection return light)入射在透镜侧。
在具备上述结构的、光通信用光学部件中，光通信用光学部件优选包括光准直器，所述光准直器用于通过透镜将从光纤输出并扩散的光转变成平行光或用于通过透镜将平行光聚焦在光纤上。
因此，当光通信用光学部件如上所述包括光准直器的时候，在以下方面显著有利，例如，光准直器的尺寸随着透镜和光纤保持构件尺寸的减小而减小，防止因透镜和光纤保持构件之间的热膨胀系数差异而导致问题，并且因设置在透镜平面部与光纤端部之间的间隙而能够适当地调节入射在光纤端部上的光和从光纤端部输出的光。除此之外，能够获得以下优点，即产生具有小光束直径的准直光(平行光)。
根据上述结构，所述光纤优选在其端部内包括倾斜表面，所述倾斜表面相对于光轴倾斜。
利用上述光纤，在光纤端面上的反射光可被释放到光轴之外，这降低了噪声并提高了透光量。因此，能够实现长距离传输。
在光通信用光学部件包括光准直器的情况下，所述平行光的光束直径的最小值优选等于或小于200μm。
利用上述光准直器，入射在光纤上并尚未通过透镜的平行光和从光纤输出并已通过透镜的平行光的光束直径都变得非常小，这使得能够减小光学系统的尺寸、同时确保优选的光束特性。平行光的光束直径之所以能够减小至小直径(141μm或更小较为优选，100μm或更小则更为优选)，是基于根据上述本发明所述的光通信用光学部件的具体结构的。请注意，例如，如图5A、5B或5C中所示的传统普通光准直器的平行光光束直径为大约400μm。
根据上述结构，所述光纤保持构件优选包括：包括内孔的第一保持构件，其用于将所述光纤保持于其中；以及第二保持构件，所述第二保持构件装配到所述第一保持构件的外周侧，并包括形成在所述第二保持构件端部内的平面部和形成在所述透镜后端内的平面部，并且，形成在所述透镜后端内的平面部优选被接合以被固定至形成在所述第二保持构件端部内的平面部，从而使所述透镜的平面部与所述第一保持构件的端部相对。
利用上述结构，将光纤保持在内孔中的第一保持构件(如套箍)能够被所述第二保持构件(如套筒)所保持，以便可沿光轴方向移动，其中，第二保持构件位于第一保持构件的外周侧。因此，当第一保持构件沿光轴方向相对于第二保持构件移动的时候，可以调节光纤端部与透镜平面部之间的分开距离，从而便利了调节操作，而且可高效、准确地进行如轴线对准之类的装配操作。
根据上述结构，所述第一保持构件优选在其端部内包括相对于光轴倾斜的倾斜表面，并且所述倾斜表面形成为与形成在所述光纤端部内的倾斜表面是一样的。
利用上述结构，当在所述光纤被保持在第一保持构件内孔中的状态下、通过研磨等方法来加工第一保持构件的端部以形成上述倾斜表面的时候，所述光纤的端部也可同时通过研磨等方法而被加工从而形成上述倾斜表面。因此，可以容易地在直径非常小的光纤的端部内形成具有期望角度的倾斜表面。
根据上述结构，所述透镜优选包括包含凸起曲面的端面。
利用上述结构，能够在透镜端部内准确地形成具有理想曲率半径的凸起曲面、从而获得对应于需求的透镜功效，而不会受到其他构成元件的影响。
在这种情况下，所述透镜的凸起曲面优选包括球面。
通过所述球面，易于在所述透镜端部内形成曲面时控制曲率，这使得透镜的制造变得容易。
而且，所述透镜优选包括部分加工的球面透镜。
利用上述透镜，仅需要例如在制造球面透镜之后通过研磨加工等方法来形成平面部。因此，更容易控制曲率，故更容易制造透镜。
此外，优选所述透镜的平面部与其球面部的端顶点分开距离L，所述距离L等于或大于所述球面透镜的半径R。
利用上述结构，能够有效地防止锐缘部形成在所述透镜内。因此，例如，在透镜被装配至所述光纤保持构件的情况下，易于用如镊子之类的夹持构件来夹持透镜，故能够利于透镜的操纵、同时防止透镜损坏或滑落。
而且，优选至少所述透镜的平面部的透光表面和/或至少所述透镜的端面的透光表面接收抗反射镀膜。
利用上述结构，可减小由透镜上的反射回光所导致的噪声，从而导致在稳定高速光通信的情况下有显著优势。
而且，所述透镜优选包括折射率等于或大于1.7的玻璃材料。
利用上述透镜，能够获得这样的透镜：其曲面的曲率半径为该表面实际能够被形成的范围内的最小值，并且，所述透镜能够减小光束直径。请注意，普通光学玻璃的折射率为大约1.5。当折射率等于或大于1.7的时候，可以获得减小球面像差的影响从而提高结合效率的优点。
根据上述结构，还可设置外套管以被同时装配至所述光纤保持构件的外周侧以及所述透镜的外周侧，其中，所述光纤保持构件的外径可基本等于所述透镜的外径。
利用上述结构，所述外套管被装配至所述光纤保持构件和所述透镜两者的外周侧，故所述光纤保持构件和所述透镜可以容易地设置成共轴。因此，能够容易地实现对中(centering)操作的简化和自动化。
如上所述，根据本发明的光通信用光学部件，在上述平面部相互接合的状态下，所述透镜被设置成与所述光纤保持构件的端部相邻。因此，所述透镜的形状和尺寸不易受到如光纤保持构件之类的其他构成元件的影响。因此，能够提高透镜设计的自由度，而且，不易限制包括光束直径在内的光学特性，从而能够获得优选的光学特性。此外，光纤保持构件不易受到例如透镜尺寸的限制，故可以减小光纤保持构件的尺寸。因此，光通信用光学部件的总体尺寸随着透镜尺寸的减小而减小。而且，即便在透镜和光纤保持构件之间存在热膨胀系数差异，也能够抑制因它们的膨胀或收缩而导致它们之间产生干扰。特别是，通过防止应力集中在透镜上以致导致诸如折射率和光分散之类的光学特性的偏差来解决问题。因此，光通信用光学部件的使用环境不再极其有限。除此之外，当光学部件被并入光学设备的时候，可使用温度范围显著变宽，同时保持了高精度光学特性。而且，在透镜平面部与光纤端部相对的状态下、在透镜的平面部与光纤端部之间设置有间隙，故可适当调节透镜平面部和光纤端部之间的距离，以自由地设置光纤端部的位置。因此，在要将光纤和透镜相互结合时或在光纤和透镜相互结合之后、要求(微细)调节光学特性至理想特性的情况下，该要求可被适当地接受，从而持续确保最佳光学特性。而且，透镜平面部和光纤端部通过上述间隙而彼此分开，因此防止透镜和光纤之间所产生的反射回光入射在透镜侧。
附图说明
在附图中：
图1是纵向截面侧视图，示出了根据本发明第一实施例所述的光通信用光学部件的示意性结构；
图2是纵向截面侧视图，示出了根据本发明第二实施例所述的光通信用光学部件的示意性结构；
图3是纵向截面侧视图，示出了根据本发明第三实施例所述的光通信用光学部件的示意性结构；
图4是纵向截面侧视图，示出了根据本发明第四实施例所述的光通信用光学部件的示意性结构；以及
图5A、5B和5C是纵向截面侧视图，示出了传统光通信用光学部件的示意性结构。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1示出了光准直器的示意性结构的例子，该光准直器充当根据本发明第一实施例所述的光通信用光学部件。如图1中所示，光准直器1包括：用于保持光纤2的光纤保持构件3；以及透镜4，透镜4位于延伸自光纤2端部的光路上，并连接至光纤保持构件3的端部。在这种情况下，光纤保持构件3包括：第一圆柱保持构件(套箍(ferrule))5，其将光纤2固定地保持在它的内孔中；以及第二圆柱保持构件(套筒)6，其被保持在第一保持构件5的外周侧并同轴地装配至其上。第二保持构件6具有形成为平面部6a的端面，其中，平面部6a垂直于光轴(光纤2的光轴)。透镜4具有形成为平面部4a的后端面，其中，平面部4a垂直于上述光轴。透镜4的平面部4a通过粘接剂被接合以被固定至第二保持构件6的平面部6a，从而使得平面部4a与第一保持构件5的端部相对，同时在平面部4a与第一保持构件5的端部之间设置有间隙S。第二保持构件6的平面部6a相对于光轴的法线以±0.5度、优选±0.1度以内的精度形成。
第一保持构件5的端面相对于光轴倾斜、以获得倾斜表面5a。形成倾斜表面5a以便与光纤2的端面、即倾斜表面2a平齐。具体地说，光纤2被固定地保持在第一保持构件5的内孔中。在这种状态下，光纤2的端部和第一保持构件5的端部被倾斜地研磨，故光纤2的端面形成为倾斜表面2a。因此，抑制了在光纤2的端部处产生反射回光。光纤2端部的倾斜表面2a具有经受抗反射镀膜的透光部。间隙S设置在光纤2端部的倾斜表面2a与透镜4的平面部4a之间，故能够沿轴线方向相对于第二保持构件6移动第一保持构件5来设置光纤2端部的位置。
另一方面，透镜4具有凸起弯曲部(球面部)4b，球面部4b形成在透镜4端侧上，也就是与透镜4的平面部4a相对的一侧。球面部4b是在作为初始透镜预先产生的球面透镜的一部分通过研磨加工等方法被去除以形成平面部4a之后所获得的剩余部分。透镜4的平面部4a与球面部4b的端顶点之间的距离L被设定为比球面透镜、即初始透镜的半径R长。透镜4的外径(关于光轴的最大外侧直径)大于第一保持构件5的内孔直径。在本实施例中，透镜4的外径和第一保持构件5的外径基本相等。透镜4由折射率高且基本均匀的光学玻璃制成，该光学玻璃可以是例如折射率等于或大于1.7的MK-18(由Nippon Electric Glass Co.，Ltd.生产)或折射率等于或大于1.9的RH-21(由Nippon Electric Glass Co.，Ltd.生产)。因此，不仅可以减小光准直器1的尺寸和直径，同时还可以减小球面像差的影响，以改进结合效率。透镜4的平面部4a和球面部4b中每一个的透光部经受抗反射镀膜。因此，由于如上所述的光纤2端部经历抗反射镀膜这一事实，故由反射回光所导致的噪声可被减小、以进行稳定高速的光通信，并且可以提高透光量、以提高长距离传输的可能性。
由光准直器1准直的光的光束直径的最小值等于或小于200μm，优选等于或小于141μm，更优选等于或小于100μm。因此，该最小值变成了传统光准直器所准值的光的光束直径的大约1/2，优选为其的大约1/2.83，更优选为其的大约1/4，其中，传统光准直器所准值的光的光束直径为大约400μm。当光准直器被用于光学设备时，内部部分的截面积可被减小至大约1/4，优选大约1/8，更优选大约1/16。因此，例如，用于光隔离器的、可从原始板(original plate)取得的、昂贯的法拉第转子的数量为大约4倍，优选大约8倍，更优选大约16倍，因此，在成本上存在优势。请注意，当光准直器1所准直的光的光束直径的最小值被设定为等于或小于100μm时，低成本体型光隔离器可被用于包括微机电系统(MEMS：小型电路和小型机械结构的结合)机构并具有小截面积的内部部分。
光准直器1被设置成透镜4位于光纤保持构件3端部外侧的状态，故不会通过光纤保持构件3限制透镜4的尺寸和球面部4b的曲率半径。光准直器1的尺寸跟传统光准直器相比可以得到减小。因此，由各个构成元件之间的热膨胀系数差异而导致的膨胀量或收缩量可以得到减小，从而不会导致光学特性的偏差。因此，能够实现高性能的光准直器1，它的尺寸减小到非常规尺寸，并且耐环境性出色。另外，包括形成于其中的至少一个平面部4a的高折射率、小尺寸透镜4以高的角度精度被接合以被固定至光纤保持构件3中第二保持构件6端部的平面部6a。因此，能够制造小尺寸光准直器1，其中，从光纤2的端部输出并扩散的光(光信号)通过透镜4被转变成平行光，或者平行光通过透镜4被聚焦在光纤2的端部上。特别是，能够制造小尺寸的光准直器1，它被用来构造高速、大容量的光纤通信系统，并具有出色的光学特性。
在这种情况下，第二保持构件6端部的平面部6a相对于光轴的法线以±0.5度以内的精度形成。因此，当在与透镜4的平面部4a接合时进行调节的时候，可以消除根据精度而产生的准直光光轴的倾斜。此外，粘接剂的厚度的不均匀性最大为大约8μm，因此没有降低可靠性。在第二保持构件6端部的平面部6a相对于光轴的法线以±0.1度以内的精度形成的情况下，即便当平面部6a和透镜4的平面部4a相互装配、使得这些部分相互紧密接触、同时被摩擦(例如，只通过按压以实现紧密接触)的时候，根据精度而产生的、准直光光轴的倾角变成等于或小于0.1度。因此，对光准直器1而言，能够得到优选的光学特性。
在光准直器1中，第一保持构件5被插入第二保持构件6的内孔，其中，第一保持构件5具有充当倾斜表面5a的端面并保持光纤2。另外，间隙S设置在透镜4的平面部4a与第一保持构件5端部的倾斜表面5a之间，其中，平面部4a被接合以被固定至第二保持构件6端部的平面部6a，而倾斜表面5a与平面部4a相对。因此，光纤2端部的倾斜表面2a可与第一保持构件5一起相对于透镜4自由地定位。因此，在接合期间进行对中和固定时，可适当地控制光准直器1的工作距离(稍后详细描述)。
图2示出了光准直器示意性结构的例子，该光准直器充当根据本发明第二实施例所述的光通信用光学部件。如图2中所示、根据第二实施例所述的光准直器1与如上所述、根据第一实施例所述的光准直器1的不同之处在于，透镜4具有中心轴线与光轴对准的圆柱形状，并包括圆柱部4c和形成在其端部内的球面部4b。即便在透镜4的情况下，球面透镜作为初始透镜被预先制造，球面透镜的一部分通过研磨加工等方法被去除以形成圆柱部4c，并且，剩余部分被用作球面部4b。其他结构与第一实施例中的那些相同。因此，在图2中，对与图1中所示的那些元件相同的构成元件提供了同样的附图标记，并省略了描述。即使在第二实施例中，也获得了和第一实施例中同样的操作和效果，因此，为了方便而将描述省略。
图3示出了光准直器示意性结构的例子，该光准直器充当根据本发明第三实施例所述的光通信用光学部件。如图3中所示、根据第三实施例所述的光准直器1与如上所述、根据第一实施例的光准直器1的不同之处在于，圆柱形外套管(coating tube)7被装配至光纤保持构件3中的第二保持构件6和透镜4的外周侧。外套管7的内周表面通过粘接剂固定至第二保持构件6的外周表面。在这种情况下，第二保持构件6的外径和透镜4的外径基本相等。透镜4的端顶点沿光方向相对于外套管7的端部突起到前方侧。第二保持构件6的后端沿光方向相对于外套管7的后端突起到后方侧。当外套管7如上所述被设置在光准直器1的最外周时，光纤保持构件3(第二保持构件6)和透镜4可被接合以互相固定，同时通过外套管7被对中。因此，在制造光准直器1期间，可以容易、自动地进行对中操作。另外，在要降低制造成本的情况下也有优势。其他结构跟第一实施例中的那些一样。因此，在图3中，对与图1中所示的那些元件相同的构成元件提供了同样的附图标记，并省略了描述。即使在第三实施例中，除去这里特别描述的要点之外，也获得了和第一实施例中同样的操作和效果，因此，为了方便而将描述省略。请注意，也可以以同样的方式将外套管装配至上述如图2中所示、根据第二实施例的光准直器1的最外周。
图4示出了光准直器示意性结构的例子，该光准直器充当根据本发明第四实施例所述的光通信用光学部件。如图4中所示、根据第四实施例的光准直器1与如上所述、根据第一实施例的光准直器1的不同之处在于，光纤保持构件3的第二保持构件6被去除。另外，垂直于光轴的平面部5b形成在第一保持构件5的端部内，其中，第一保持构件5将光纤2保持在其内孔中。平面部5b和形成在透镜4后端内的平面部4a通过粘接剂而被接合以相互固定。间隙S设置在光纤2端部的倾斜表面2a与透镜4的平面部4a之间，从而使光纤2可沿轴线方向移动以被自由地定位。因此，减少了零件数量以便简化结构，同时节省了材料成本。其他结构跟第一实施例中的那些一样。因此，在图4中，对与图1中所示的那些元件相同的构成元件提供了同样的附图标记，并省略了描述。即使在第四实施例中，除去这里特别描述的要点之外，也获得了和第一实施例中同样的操作和效果，因此，为了方便而将描述省略。在第四实施例中，透镜4的形状可以与图2中所示的第二实施例中透镜4的形状一样。外套管可以以与图3中所示的第三实施例一样的方式被装配至光准直器1的最外周。
在上述实施例的每一个中，本发明被应用于光准直器。本发明可以以同样的方式应用于包括光纤、光纤保持构件和透镜的其他光通信用光学部件。
[示例1]
在本发明的示例1中，制造了具有图1中所示(第一实施例)结构的光准直器1。在根据示例1的光准直器1中，第一保持构件5由玻璃制成，其外径为0.25mm，内径为0.126mm，全长3mm。第一保持构件5的端面被研磨，使得端面相对于光轴的法线以8度的倾角倾斜，从而形成倾斜表面5a。光纤2被保持在第一保持构件5的内孔中，其中，光纤2的端面与第一保持构件5的端面一起被研磨(在倾斜表面5a形成之前)。光准直器1的第二保持构件6由玻璃制成，其外径为1mm，内径为0.255mm，全长2mm。第二保持构件6被装配至第一保持构件5的外周侧。光准直器1的透镜4用球面透镜来形成，该球面透镜作为初始透镜，其直径为1mm，由折射率基本均匀的光学玻璃RH-21(由Nippon Electric Glass Co.，Ltd.生产)制成。球面透镜的一部分经受研磨加工等，从而使平面部4a与球面部4b端顶点之间的距离变为0.7mm。第二保持构件6端部的平面部6a和透镜4后端的平面部4a通过粘接剂被接合、从而在接触状态下相互固定。抗反射镀膜至少形成在透镜4的平面部4a、透镜4的球面部4b和光纤2端部的倾斜表面2a中每一个的透光部上，以减少反射回光。为了正确地操作光准直器，光纤2端部的倾斜表面2a和透镜4后端的平面部4a相互分开0.16mm，这在光学上是一个适当的距离。
对于根据本发明示例1、具有上述结构的光准直器1，测量了插入损耗、反射衰减量(也叫回波损耗)和准直光的光束直径。波长为1550nm的光被用于测量。插入损耗在两个光准直器以5mm的工作距离彼此相对的状态下被测量，其中每一个光准直器均为光准直器1。工作距离是指，在光准直器1彼此相对的情况下、透镜4的球面部4b端顶点之间的空间距离。上述测量所得到的结果在下面的表1中示出。
表1
| 插入损耗 | 回波损耗 | 光束直径 |
| 0.2dB或更小 | -50dB或更小 | 0.1mm |
从表1中所示的插入损耗和回波损耗中可见，得到了对于光束直径为大约0.1mm的光准直器而言必要和充分的性能。因此，确认不存在实际问题。在上述测量中，工作距离被设定为5mm。在根据示例1的光准直器1的结构中，光纤2的端部可接近透镜4的平面部4a以及与透镜4的平面部4a分开，因此该工作距离可在例如大约1mm到6mm的范围之内被自由地调节。
[示例2]
在本发明的示例2中，制造了具有图2中所示(第二实施例)结构的光准直器1。在根据示例2的光准直器1中，例如，在第一保持构件5和第二保持构件6的每一个中，每一部分的尺寸和材料与上述示例1中的相同。光准直器1的透镜4用球面透镜来形成，该球面透镜作为初始透镜，其直径为2mm，由折射率基本均匀的光学玻璃RH-21(由Nippon ElectricGlass Co.，Ltd.生产)制成。球面透镜的一部分受到研磨加工等，从而使平面部4a与球面部4b端顶点之间的距离变为1.8mm。第二保持构件6与透镜4之间的接合状态以及抗反射镀膜在适当位置形成这一事实跟上述示例1中的相同。为了正确地操作光准直器，光纤2端部的倾斜表面2a和透镜4的平面部4a相互分开0.12mm，这在光学上是一个适当的距离。
对于根据本发明示例2、具有上述结构的光准直器1，测量了插入损耗、回波损耗和准直光的光束直径，这些测量项目同上述项目一样。波长为1550nm的光被用于测量。插入损耗在两个光准直器以10mm的工作距离彼此相对的状态下测量，其中每一个光准直器均为光准直器1。上述测量所得到的结果在下面的表2中示出。
表2
| 插入损耗 | 回波损耗 | 光束直径 |
| 0.2dB或更小 | -50dB或更小 | 0.2mm |
从表2中所示的插入损耗和回波损耗中可见，得到了对于光束直径为大约0.2mm的光准直器而言必要和充分的性能。因此，确认不存在实际问题。在上述测量中，工作距离被设定为10mm。在根据示例2的光准直器1的结构中，光纤2的端部可接近透镜4的平面部4a以及与透镜4的平面部4a分开，因此该工作距离可在例如大约5mm到15mm的范围之内被自由地调节。此外，在根据示例2的光准直器1的情况中，当初始透镜不透光的部分经受定心加工(centering processing)时，透镜4的尺寸可被减小直至圆柱直径达到1mm，并且工作距离可如上所述被加长，其中，初始透镜是直径为2mm的球面透镜。
[示例3]
在本发明的示例3中，制造了具有如图3中所示(第三实施例)结构的光准直器1。在根据示例3的光准直器1中，例如，在第一保持构件5和第二保持构件6的每一个中，每一部分的尺寸和材料与上述示例1或2中的相同。光准直器1的透镜4用球面透镜来形成，该球面透镜作为初始透镜，其直径为1mm，由折射率基本均匀的光学玻璃RH-21(由NipponElectric Glass Co.，Ltd.生产)制成。球面透镜的一部分经受研磨加工等，从而使平面部4a与球面部4b端顶点之间的距离变为0.7mm。光准直器1的外套管7由玻璃制成，其外径为1.4mm，内径为1mm，全长3mm。在第二保持构件6端部的平面部6a和透镜4后端的平面部4a相互接触的同时，第二保持构件6和透镜4被插入外套管7的内孔、以在光轴法线的方向(同轴方向)上进行半自动对中，然后通过粘接剂被接合以被固定至其上。抗反射镀膜在适当位置形成这一事实跟上述示例1和2中的每一个的相同。为了正确地操作光准直器，光纤2端部的倾斜表面2a和透镜4的平面部4a相互分开0.16mm，这在光学上是一个适当的距离。
对于根据本发明示例3、具有上述结构的光准直器1，测量了插入损耗、回波损耗和准直光的光束直径，这些测量项目同上述项目一样。波长为1550nm的光被用于测量。插入损耗在两个光准直器以5mm的工作距离彼此相对的状态下测量，其中每一个光准直器均为光准直器1。上述测量所得到的结果在下面的表3中示出。
表3
| 插入损耗 | 回波损耗 | 光束直径 |
| 0.2dB或更小 | -50dB或更小 | 0.1mm |
从表3中所示的插入损耗和回波损耗中可见，得到了对于光束直径为大约0.1mm的光准直器而言必要和充分的性能。因此，确认不存在实际问题。在上述测量中，工作距离被设定为5mm。在根据示例3的光准直器1的结构中，光纤2的端部可接近透镜4的平面部4a以及与透镜4的平面部4a分开，因此该工作距离可在例如大约1mm到6mm的范围之内被自由地调节。此外，在根据示例3的光准直器1的情况中，当透镜4和第二保持构件6被插入外套管7的时候，可在光轴法线方向(同轴方向)上进行半自动对中，其中，以高精度控制透镜4和第二保持构件6中每一个的外径，并以高精度控制外套管7的内径。因此，用于对中的时间和工作量可显著减少。当使用外套管7的时候，第二保持构件6的平面部6a和透镜4的平面部4a之间的粘接部分可受到保护、从而提高机械强度。
[示例4]
在本发明的示例4中，制造了具有图1中所示(第一实施例)结构的光准直器1。在根据示例4的光准直器1中，第一保持构件5由玻璃制成，其外径为0.25mm，内径为0.126mm，全长5mm。第一保持构件5的端面被研磨，使得端面相对于光轴的法线以8度的倾角倾斜，从而形成倾斜表面5a。光纤2被保持在第一保持构件5的内孔中，其中，光纤2的端面与第一保持构件5的端面一起被研磨(在倾斜表面5a形成之前)。光准直器1的第二保持构件6由玻璃制成，其外径为1mm，内径为0.255mm，全长4mm。第二保持构件6被装配至第一保持构件5的外周侧。其他结构和上述示例1中的一样。
对于根据本发明示例4、具有上述结构的光准直器1，测量了插入损耗、回波损耗和准直光的光束直径，这些测量项目同上述项目一样。波长为1550nm的光被用于测量。插入损耗在两个光准直器以5mm的工作距离彼此相对的状态下测量，其中每一个光准直器均为光准直器1。上述测量所得到的结果跟上述示例1中的一样，因此这里省略了表格及其描述。
[示例5]
在本发明的示例5中，制造了具有图1中所示(第一实施例)结构的光准直器1。在根据示例5的光准直器1中，例如，在第一保持构件5和第二保持构件6的每一个中，每一部分的尺寸和材料与上述示例1中的相同。光准直器1的透镜4用球面透镜来形成，该球面透镜作为初始透镜，其直径为1mm，由折射率基本均匀的光学玻璃MK-18(由Nippon ElectricGlass Co.，Ltd.制造)制成。球面透镜的一部分经受研磨加工等，从而使平面部4a与球面部4b端顶点之间的距离变为0.7mm。第二保持构件6与透镜4之间的接合状态以及抗反射镀膜在适当位置形成这一事实跟上述示例1中的相同。为了正确地操作光准直器，光纤2端部的倾斜表面2a和透镜4的平面部4a相互分开0.25mm，这在光学上是一个适当的距离。
对于根据本发明示例5、具有上述结构的光准直器1，测量了插入损耗、回波损耗和准直光的光束直径，这些测量项目同上述项目一样。波长为1550nm的光被用于测量。插入损耗在两个光准直器以5mm的工作距离彼此相对的状态下测量，其中每一个光准直器均为光准直器1。上述测量所得到的结果在下面的表4中示出。
表4
| 插入损耗 | 回波损耗 | 光束直径 |
| 0.2dB或更小 | -50dB或更小 | 0.12mm |
从表4中所示的插入损耗和回波损耗中可见，得到了对于光束直径为大约0.12mm的光准直器而言必要和充分的性能。因此，确认不存在实际问题。在上述测量中，工作距离被设定为5mm。在根据示例5的光准直器1的结构中，光纤2的端部可接近透镜4的平面部4a以及与透镜4的平面部4a分开，因此该工作距离可在例如大约1mm到8mm的范围之内被自由地调节。
Claims (14)
1.一种光通信用光学部件，包括：
用于保持光纤的光纤保持构件，在其端部内形成有平面部；以及
透镜，所述透镜位于延伸自所述光纤端部的光路上，并连接至所述光纤保持构件，在所述透镜的后端内形成有平面部，
其中，所述透镜的平面部被接合以被固定至所述光纤保持构件的平面部，从而使所述透镜的平面部与所述光纤的端部相对，并且，所述透镜的平面部与所述光纤的端部通过设置在它们之间的间隙而相互分开。
2.如权利要求1所述的光通信用光学部件，其中，所述光通信用光学部件包括光准直器，所述光准直器用于通过所述透镜将从所述光纤输出并扩散的光转变成平行光或用于通过所述透镜将平行光聚焦在所述光纤上。
3.如权利要求1或2所述的光通信用光学部件，其中，所述光纤在其端部内包括倾斜表面，所述倾斜表面相对于光轴倾斜。
4.如权利要求2或3所述的光通信用光学部件，其中，所述平行光的光束直径的最小值等于或小于200μm。
5.如权利要求1到4中任意一项所述的光通信用光学部件，其中：
所述光纤保持构件包括：
包括内孔的第一保持构件，其用于将所述光纤保持在所述内孔中；以及
第二保持构件，所述第二保持构件装配到所述第一保持构件的外周侧，并包括形成在所述第二保持构件端部内的平面部；并且
形成在所述透镜后端内的平面部被接合以被固定至形成在所述第二保持构件端部内的平面部，从而使所述透镜的平面部与所述第一保持构件的端部相对。
6.如权利要求5所述的光通信用光学部件，其中：
所述第一保持构件在其端部内包括相对于光轴倾斜的倾斜表面；并且
所述倾斜表面形成为与形成在所述光纤端部内的倾斜表面相同。
7.如权利要求1到6中任意一项所述的光通信用光学部件，其中，所述透镜包括包含凸起曲面的端面。
8.如权利要求7所述的光通信用光学部件，其中，所述透镜的凸起曲面包括球面。
9.如权利要求1到8中任意一项所述的光通信用光学部件，其中，所述透镜包括部分加工的球面透镜。
10.如权利要求9所述的光通信用光学部件，其中，所述透镜的平面部与其球面部的端顶点分开距离L，所述距离L等于或大于所述球面透镜的半径R的长度。
11.如权利要求1到10中任意一项所述的光通信用光学部件，其中，所述透镜的平面部至少具有经受抗反射镀膜的透光表面。
12.如权利要求1到11中任意一项所述的光通信用光学部件，其中，所述透镜包括端面，所述端面至少具有经受抗反射镀膜的透光表面。
13.如权利要求1到12中任意一项所述的光通信用光学部件，其中，所述透镜包括折射率等于或大于1.7的玻璃材料。
14.如权利要求1到13中任意一项所述的光通信用光学部件，进一步包括外套管，所述外套管被同时装配至所述光纤保持构件的外周侧以及所述透镜的外周侧，
其中，所述光纤保持构件的外径基本等于所述透镜的外径。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |