CN115407446A - 光纤阵列及光纤连接构造 - Google Patents

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CN115407446A CN202210569830.0A CN202210569830A CN115407446A CN 115407446 A CN115407446 A CN 115407446A CN 202210569830 A CN202210569830 A CN 202210569830A CN 115407446 A CN115407446 A CN 115407446A
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Abstract

本发明提供光纤阵列及光纤连接构造，其即使在光纤的包层直径变细的情况下，也能够提高多个光纤的位置精度。一个实施方式所涉及的光纤阵列具有：多个单芯光纤，其具有纤芯及包层，在前端面具有能够将在纤芯内传输的光的MFD(模场直径：Mode Field Diameter)扩大的光束扩大部；以及插芯，其具有供多个单芯光纤插入的光纤保持孔及光纤保持孔开口的端面。光束扩大部的各单芯光纤的包层直径随着朝向前端面而变小。光纤保持孔具有朝向端面而内径变小且与前端面抵接的锥部。

Description

光纤阵列及光纤连接构造
技术领域
本发明涉及光纤阵列及光纤连接构造。
背景技术
在专利文献1记载了光纤的模场直径的扩大方法及扩大装置。扩大装置具有基台和设置于基台上的多个光纤固定台。在多个光纤固定台以光纤在一条直线上延伸的方式对光纤进行了固定。位于多个光纤固定台之间的光纤的一部分设为包覆层被去除的包覆层去除部。扩大装置具有在与该包覆层去除部相对的位置配置的微型燃烧器。该包覆层去除部由微型燃烧器加热。伴随该加热，该包覆层去除部的光纤中的添加剂热扩散而光纤的模场直径扩大。
在专利文献2记载了对光纤的端部进行加工的加工装置。加工装置具有V槽部件，该V槽部件具有：一对V槽部，其形成有对具有包覆层的光纤进行载置的V槽；间隙部，其位于一对V槽部之间；以及V槽按压部，其对载置于V槽的光纤进行按压。加工装置具有对位于间隙部的光纤进行加热的放电电极。放电电极对光纤进行加热而使添加于光纤的纤芯的掺杂剂扩散，使纤芯的直径扩大。在包层添加有掺杂剂。如果放电电极对光纤进行加热，则添加于包层的掺杂剂向光纤的外部扩散，并且包层的区域缩小。
在专利文献3记载了将多个光纤进行接线的玻璃毛细管型的插芯。插芯具有对多个光纤进行保持的孔。4根或6根光纤穿过孔。在插芯的内部，在多个光纤之间形成有间隙。
专利文献1：日本特开平4－260007号公报
专利文献2：日本特开2012－73408号公报
专利文献3：美国专利申请公开第2002/0094172号说明书前述的微型燃烧器如果为了形成光束扩大部而对光纤进行加热，则有时光纤的包层直径变细。在光纤的包层直径变细的情况下，在多个光纤之间形成的间隙变大。在形成于多个光纤之间的间隙大的情况下，可能发生多个光纤的位置精度降低这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供光纤阵列及光纤连接构造，其即使在光纤的包层直径变细的情况下，也能够提高多个光纤的位置精度。
本发明所涉及的光纤阵列具有：多个单芯光纤，其具有纤芯及包层，在前端面具有能够将在纤芯内传输的光的MFD(模场直径：
Mode Field Diameter)扩大的光束扩大部；以及插芯，其具有供多个单芯光纤插入的光纤保持孔及光纤保持孔开口的端面。光束扩大部的各单芯光纤的包层直径随着朝向前端面而变小。光纤保持孔具有朝向端面而内径变小且与前端面抵接的锥部。
本发明所涉及的光纤连接构造具有：前述的光纤阵列；多芯光纤；第1透镜，其与光纤阵列相对；以及第2透镜，其配置于第1透镜与多芯光纤之间。
发明的效果
根据本发明，即使在光纤的包层直径变细的情况下，也能够提高多个光纤的位置精度。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的光纤连接构造的图。
图2是表示实施方式所涉及的光纤阵列的侧剖视图。
图3是表示实施方式所涉及的多个单芯光纤的与光轴方向正交的面内的插芯及单芯光纤的图。
图4是表示变形例所涉及的插芯及单芯光纤的图。
图5是表示变形例所涉及的插芯及单芯光纤的图。
图6是实施方式所涉及的插芯的侧剖视图。
图7是变形例所涉及的插芯的侧剖视图。
图8是变形例所涉及的插芯的侧剖视图。
图9是用于对实施方式所涉及的光纤阵列的组装方法进行说明的图。
图10是用于对实施方式所涉及的光纤阵列的组装方法进行说明的图。
具体实施方式
[本发明的实施方式的说明]
首先，列举本发明的实施方式的内容而进行说明。一个实施方式所涉及的光纤阵列具有：多个单芯光纤，其具有纤芯及包层，在前端面具有能够将在纤芯内进行传输的光的MFD扩大的光束扩大部；以及插芯，其具有供多个单芯光纤插入的光纤保持孔及光纤保持孔开口的端面。光束扩大部的各单芯光纤的包层直径随着朝向前端面而变小。光纤保持孔具有锥部，该锥部朝向端面而内径变小，且与该前端面抵接。
一个实施方式所涉及的光纤连接构造具有前述的光纤阵列、多芯光纤、与光纤阵列相对的第1透镜、以及配置于第1透镜与多芯光纤之间的第2透镜。
在该光纤阵列，多个单芯光纤具有前端面，在前端面形成有能够将在纤芯内传输的光的MFD扩大的光束扩大部。多个单芯光纤在插入至插芯的光纤保持孔的状态下保持于该插芯。光束扩大部的各单芯光纤的包层直径随着朝向前端面而变小。插芯具有光纤保持孔开口的端面，光纤保持孔具有朝向该端面而内径变小的锥部。锥部是与单芯光纤的前端面抵接的部位。因此，成为在多个单芯光纤插入至光纤保持孔时前端面与锥部抵接的状态。由此，即使在单芯光纤的包层直径变细的情况下，也能够通过与锥部抵接而确定多个单芯光纤的位置。其结果，能够提高多个单芯光纤的位置精度。实施方式所涉及的光纤连接构造具有前述的光纤阵列，因此得到与前述的光纤阵列相同的作用效果。
多个单芯光纤可以在前端面彼此接触。在该情况下，多个单芯光纤彼此接触，由此能够减小形成于多个单芯光纤之间的间隙。其结果，能够进一步提高多个单芯光纤的位置精度。
多个单芯光纤的与光轴方向正交的面内的锥部的剖面形状可以为圆形状。在该情况下，能够将光纤保持孔的锥部的形状设为简单的形状。
多个单芯光纤的与光轴方向正交的面内的锥部的剖面形状也可以为多边形状。
锥部相对于多个单芯光纤的光轴方向的倾斜角度可以为0.05°以上且1°以下。在该情况下，锥部相对于光轴方向的倾斜角度为0.05°以上，由此能够使插入至光纤保持孔的单芯光纤的前端面与锥部抵接。锥部相对于光轴方向的倾斜角度为1°以下，由此能够使得光纤保持孔的锥部的倾斜角度不会变得过大。
插芯可以为玻璃制。在该情况下，能够通过使用了氢氟酸等的液体蚀刻加工而制作玻璃制的插芯，也能够进行锥化处理。另外，玻璃制的插芯的线膨胀率接近光纤的线膨胀率，因此具有玻璃制的插芯的光纤阵列的特性等针对环境温度的变化而容易稳定。
插芯也可以为陶瓷制。在该情况下，例如将陶瓷粉末与液体混合设为浆料状而使其流入模具等、能够通过成型而容易地制造插芯。例如准备前端部成为锥状的模具，由此能够容易地制造前端部为锥状的插芯。
[本发明的实施方式的详细内容]
以下，参照附图对本发明的光纤阵列及光纤连接构造的具体例进行说明。此外，本发明不受后面记述的各例示所限定，而是由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的范围内的全部变更。在附图的说明，对相同或相当的要素标注相同标号，适当省略重复的说明。另外，附图为了使得容易理解，将一部分夸张地描述，尺寸比率及角度等不限定于附图所记载的尺寸比率及角度。
图1是表示实施方式所涉及的光纤连接构造1的图。光纤连接构造1例如构成透镜耦合型多芯光纤的扇入扇出设备(Fan-In/Fan-Out：FIFO)。光纤连接构造1具有本实施方式所涉及的光纤阵列10、多芯光纤30、与光纤阵列10相对的第1透镜40、以及配置于第1透镜40及多芯光纤30之间的第2透镜50。
多芯光纤30具有多个纤芯31和包层32。多芯光纤30例如保持于插芯33。多芯光纤30具有朝向单芯光纤20侧的前端面34。例如，前端面34设为平坦状，相对于与光轴方向D1正交的平面而倾斜。即，前端面34的法线相对于光轴方向D1而倾斜。单芯光纤20具有朝向多芯光纤30侧的前端面25。前端面25例如与前端面34同样地，设为平坦状，前端面25的法线相对于光轴方向D1而倾斜。
第2透镜50配置于与多芯光纤30相对的位置。第2透镜50将从多芯光纤30的多个纤芯31各自射出的多个光在与多芯光纤30的相反侧聚光。第1透镜40配置于沿光轴方向D1与单芯光纤20相对的位置。第1透镜40及第2透镜50例如都为两凸面透镜。
光纤阵列10具有多个单芯光纤20，各单芯光纤20具有纤芯21和包层22。光纤连接构造1是使经过多芯光纤30的光分离至多个单芯光纤20、或使分别经过多个单芯光纤20的光耦合至1根多芯光纤30的扇入扇出设备。光纤连接构造1处理的光例如是具有1.55μm波段的波长的光。
光纤连接构造1例如可以用于光放大器，该光放大器将经过多芯光纤30的各个纤芯31的光朝向多个单芯光纤20分别进行分割，对分割后的光各自进行放大。光纤连接构造1可以用于从多个单芯光纤20各自发送光的光发送器、或从多个单芯光纤20各自接收光的光接收器。在光纤连接构造1，配置为多芯光纤30、第2透镜50、第1透镜40及单芯光纤20依次沿光轴方向D1排列。多芯光纤30及单芯光纤20隔着空间而光耦合(空间耦合)。
图2是表示光纤阵列10的图。图3是表示光纤阵列10的光轴方向D1的端部的图。如图2及图3所示，例如，多个单芯光纤20被插芯23集束。作为一个例子，4根单芯光纤20填充于插芯23。例如，在与光轴方向D1正交的平面内多个单芯光纤20配置为形成四边形状(作为一个例子，为正方形状)。多个单芯光纤20彼此接触。在多个单芯光纤20之间填充有粘接剂24。
单芯光纤20为TEC(Thermally Expanded Core热膨胀芯)光纤。TEC光纤即单芯光纤20在前端面25具有光束扩大部26，该光束扩大部26将在纤芯21传输的光的光束直径扩大。例如，光束扩大部26是包含锥部26b的纤芯扩大部，该锥部26b将纤芯21扩大为锥状。在该情况下，在前端面25将纤芯21进行了扩大，由此在单芯光纤20内传输而来的光的MFD在前端面25处在与光轴方向D1正交的方向扩展。作为一个例子，单芯光纤20的MFD从10(μm)扩大为30(μm)。
光束扩大部26的各单芯光纤20的包层22的直径(包层直径)随着朝向前端面25而变小。各单芯光纤20具有随着朝向前端面25而包层直径变小的缩径部27，在缩径部27，单芯光纤20的包层直径朝向前端面25变小。作为一个例子，单芯光纤20的包层直径C1为125(μm)，前端面25的包层直径C2为120(μm)。
插芯23例如为玻璃制。但是，插芯23的材料不限定为玻璃。插芯23例如也可以由氧化锆(ZrO2)等陶瓷构成。插芯23具有供多个单芯光纤20插入的光纤保持孔28及光纤保持孔28开口的端面29。
光纤保持孔28沿各单芯光纤20的光轴方向D1延伸。光纤保持孔28在光轴方向D1将插芯23贯通。在端面29露出了各单芯光纤20的前端面25。例如，插芯23的端面29与各单芯光纤20的前端面25共面。即，端面29及前端面25位于同一平面上。
光纤保持孔28具有朝向端面29而内径变小的锥部28b。在锥部28b，插芯23的光纤保持孔28的内径朝向端面29变小。锥部28b相对于光轴方向D1的倾斜角度θ例如为0.05°以上且1°以下。单芯光纤20的前端面25与锥部28b抵接。
沿光轴方向D1观察时的端面29的光纤保持孔28的形状例如呈圆形状。在该情况下，在呈圆形状的光纤保持孔28的内部配置有多根(作为一个例子为4根)单芯光纤20。多个单芯光纤20在光纤保持孔28的内部彼此接触。各单芯光纤20的前端面25与光纤保持孔28的内表面28c接触。在多个单芯光纤20之间填充有粘接剂24。
图4是沿光轴方向D1观察变形例所涉及的插芯23A的端面29A的侧视图。沿光轴方向D1观察时的端面29A的光纤保持孔28A的形状可以呈多边形状。在图4示出了沿光轴方向D1观察时的端面29A的光纤保持孔28A的形状为四边形状的例子。在该情况下，在呈四边形状的光纤保持孔28A的内部配置有多个单芯光纤20。
例如，沿光轴方向D1观察时的光纤保持孔28A的形状呈矩形形状，该矩形形状具有沿与光轴方向D1正交的第1方向D2延伸的一对第1边28d和沿与光轴方向D1及第1方向D2这两者正交的第2方向D3延伸的一对第2边28f。各单芯光纤20的前端面25例如与光纤保持孔28A的第1边28d及第2边28f接触。
图5是沿光轴方向D1观察另一变形例所涉及的插芯23B的端面29B及单芯光纤20B的前端面25B的侧视图。在图5的例子，在呈圆形状的光纤保持孔28B的内部配置有7根单芯光纤20。在呈圆形状的光纤保持孔28B的内部填充有7根单芯光纤20。
图6是通过沿光轴方向D1延伸的平面将插芯23切断的插芯23的剖视图。在图6的例子中，在光纤保持孔28的包含端面29的区域形成有锥部28b。即，在光纤保持孔28的一部分形成有锥部28b。
但是，如图7所示的变形例所涉及的插芯23C那样，光纤保持孔28C可以具有从光轴方向D1的一端延伸至另一端的锥部28g。即，锥部28g可以从插芯23C的位于与端面29相反侧的另一端面29d延伸至端面29。
并且，如图8所示的其他变形例所涉及的插芯23D那样，光纤保持孔28D可以在通过沿光轴方向D1延伸的平面将插芯23D切断的剖面中设为曲线状。在图8的例子，在插芯23D的该剖面，光纤保持孔28D的倾斜度(倾斜角度θ)随着朝向端面29而变小。
接下来，对将本实施方式所涉及的光纤阵列组装的组装方法的例子进行说明。首先，如图9所示，准备TEC光纤即单芯光纤20。例如，准备通过燃烧器或电弧放电使所含物扩散而将前端面25的MFD扩大的多个单芯光纤20。多个单芯光纤20通过粘接剂A而束状化。此时，光轴方向D1的多个单芯光纤20的前端面25的位置对齐。
接下来，如图10所示，向插芯23的光纤保持孔28插入多个单芯光纤20。多个单芯光纤20从插芯23的另一端面29d插入至光纤保持孔28。插入至光纤保持孔28的多个单芯光纤20的前端面25与光纤保持孔28的锥部28b抵接。在单芯光纤20的前端面25与光纤保持孔28的锥部28b抵接的状态下将粘接剂24填充于光纤保持孔28。
在填充于光纤保持孔28的粘接剂24硬化之后，进行插芯23的研磨。此时，直至插芯23之中的各单芯光纤20的前端面25露出为止(例如直至到达图10的单点划线所示的研磨面S为止)对插芯23及粘接剂24进行研磨。而且，如图2所示，在多个单芯光纤20的前端面25露出而插芯23的端面29与各单芯光纤20的前端面25对齐后，光纤阵列10的组装完成。
接下来，对根据本实施方式所涉及的光纤阵列10及光纤连接构造1得到的作用效果进行说明。在光纤阵列10，多个单芯光纤20具有前端面25，在前端面25形成有能够将在纤芯21内传输的光的MFD扩大的光束扩大部26。多个单芯光纤20在插入至插芯23的光纤保持孔28的状态下保持于插芯23。
光束扩大部26的各单芯光纤20的包层直径随着朝向前端面25而变小。插芯23具有光纤保持孔28开口的端面29，光纤保持孔28具有朝向端面29而内径变小的锥部28b。锥部28b是与单芯光纤20的前端面25抵接的部位。
因此，在多个单芯光纤20插入至光纤保持孔28时成为前端面25与锥部28b抵接的状态。由此，即使在单芯光纤20的包层直径变细的情况下，也能够通过与锥部28b抵接而确定多个单芯光纤20的位置。其结果，能够使多个单芯光纤20的位置稳定，因此能够提高多个单芯光纤20的位置精度。
在本实施方式，即使是具有光束扩大部26的包层直径随着朝向前端面25而变细的缩径部27的单芯光纤20，也能够抑制光纤保持孔28的位置偏移。其结果，多个单芯光纤20的纤芯21之间的间距(间隔)稳定，因此能够减少单芯光纤20的耦合损耗，作为光纤连接构造1的光的耦合损耗也能够减少。因此，根据具有光纤阵列10的实施方式的光纤连接构造1也会得到与光纤阵列10相同的作用效果。
在本实施方式所涉及的光纤阵列10，多个单芯光纤20彼此接触。在该情况下，多个单芯光纤20彼此接触，由此能够减小在多个单芯光纤20之间形成的间隙。其结果，能够进一步提高多个单芯光纤20的位置精度。
多个单芯光纤20的与光轴方向D1正交的面内的锥部28b的剖面形状可以为圆形状。在该情况下，能够将光纤保持孔28的锥部28b的形状设为简单的形状。
多个单芯光纤20的与光轴方向D1正交的面内的锥部28b的剖面形状可以为多边形状。
在本实施方式所涉及的光纤阵列10，锥部28b相对于多个单芯光纤20的光轴方向D1的倾斜角度θ为0.05°以上且1°以下。在该情况下，锥部28b相对于光轴方向D1的倾斜角度θ为0.05°以上，由此能够将插入至光纤保持孔28的单芯光纤20的前端面25与锥部28b抵接。锥部28b相对于光轴方向D1的倾斜角度θ为1°以下，由此能够使得光纤保持孔28的锥部28b的倾斜角度θ不会变得过大。
插芯23可以为玻璃制。在该情况下，能够通过使用了氢氟酸等的液体蚀刻加工而制作玻璃制的插芯，也能够进行锥化处理。另外，玻璃制的插芯23的线膨胀率接近光纤的线膨胀率，因此具有玻璃制的插芯23的光纤阵列10的特性等针对环境温度的变化而容易稳定。
插芯23可以为陶瓷制。在该情况下，例如将陶瓷粉末与液体混合设为浆料状而使其流入模具等、能够通过成型而容易地制造插芯23。例如准备前端部成为锥状的模具，由此能够容易地制造前端部为锥状的插芯23。
以上，关于本发明所涉及的光纤阵列及光纤连接构造的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于前述的实施方式。即，本发明在权利要求书的范围内能够进行各种变形及变更，这对于本领域技术人员来说是容易知晓的。例如，光纤阵列及光纤连接构造的各部件的形状、大小、材料、数量及配置方式在上述的主旨的范围内能够适当变更。例如，在前述的实施方式，关于多芯光纤30的前端面34的法线及单芯光纤20的前端面25的法线相对于光轴方向D1倾斜的例子进行了说明。但是，多芯光纤的前端面的法线及单芯光纤的前端面的法线的至少任一者也可以相对于光轴方向不倾斜。如上所述，关于前端面的朝向能够适当变更。
标号的说明
1…光纤连接构造
10…光纤阵列
20、20B…单芯光纤
21…纤芯
22…包层
23、23A、23B、23C、23D…插芯
24…粘接剂
25、25B…前端面
26…光束扩大部
26b…锥部
27…缩径部
28、28A、28B、28C、28D…光纤保持孔
28b、28g…锥部
28c…内表面
28d…第1边
28f…第2边
29、29A、29B…端面
29d…另一端面
30…多芯光纤
31…纤芯
32…包层
33…插芯
34…前端面
40…第1透镜
50…第2透镜
A…粘接剂
C1、C2…包层直径
D1…光轴方向
D2…第1方向
D3…第2方向
θ…倾斜角度

Claims (8)

1.一种光纤阵列，其具有：
多个单芯光纤，其具有纤芯及包层，在前端面具有能够将在所述纤芯内传输的光的MFD扩大的光束扩大部；以及
插芯，其具有供所述多个单芯光纤插入的光纤保持孔及所述光纤保持孔开口的端面，
所述光束扩大部的各所述单芯光纤的包层直径随着朝向所述前端面而变小，
所述光纤保持孔具有朝向所述端面而内径变小且与所述前端面抵接的锥部。
2.根据权利要求1所述的光纤阵列，其中，
多个所述单芯光纤在所述前端面彼此接触。
3.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，其中，
多个所述单芯光纤的与光轴方向正交的面内的所述锥部的剖面形状为圆形状。
4.根据权利要求1或2所述的光纤阵列，其中，
多个所述单芯光纤的与光轴方向正交的面内的所述锥部的剖面形状为多边形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光纤阵列，其中，
所述锥部相对于多个所述单芯光纤的光轴方向的倾斜角度为0.05°以上且1°以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤阵列，其中，
所述插芯为玻璃制。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤阵列，其中，
所述插芯为陶瓷制。
8.一种光纤连接构造，其具有：
权利要求1至7中任一项所述的光纤阵列；
多芯光纤；
第1透镜，其与所述光纤阵列相对；以及
第2透镜，其配置于所述第1透镜与所述多芯光纤之间。
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