CN1228655C

CN1228655C - 平行光管透镜、纤维平行光管以及光学部件

Info

Publication number: CN1228655C
Application number: CNB021401071A
Authority: CN
Inventors: 浅野健一郎; 细谷英行
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2005-11-23
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: CN1387057A; US20020168140A1; US7346236B2

Abstract

本发明提供了显著提高对光纤的入射出射光等高强度光的耐光性并提高了小型化、低价格化、低反射特性，并且在一个平行光管透镜上可连接数个光纤的平行光管透镜，以及采用这种平行光管透镜的纤维平行光管和光学部件。平行光管透镜以石英玻璃为主要成分，使其折射率越接近光轴越大，越离开光轴接近外周越小，并且使之逐渐变化进行分布。该平行光管透镜和光纤通过直接熔接进行接合。

Description

平行光管透镜、纤维平行光管以及光学部件

技术领域

本发明涉及利用透镜进行光连接的技术，特别是涉及在光通信领域中使用的光学功能部件中，以使由光纤发出的出射光入射到光学功能元件中，由光学功能元件发出的出射光入射到光纤中为目的的纤维平行光管。

背景技术

伴随着近年来通信容量的大容量化，波长多重数的增加，以及光学增幅器增幅率的增大，因此在光纤内传播的光强度增加。为此，要求各部件具有对高强度光的耐光性。举例说，要求在光纤中可传播数瓦等级的高能光。

耐光性在光在光纤中传播时，基本上没有问题。其原因是，光纤的组成是石英类，对传播光的波长频带的光吸收非常小。

与此相关的是，存在下述问题，即由光纤射出光的情况以及向光纤中射入光的情况下的出射端和入射端的原材料的耐光性。特别是，由于在光纤的入射端和出射端光束集中，因此能量密度高，也最易受损害。因此，必须具有高的耐光性。

由此观点看，在以US4213677为代表的使用粘接剂将光纤和透镜固定在一起的构造中，由于粘接剂吸收光，在高强度光入射时，温度升高，粘接剂发生变质，造成光学特性劣化。

普通光学粘接剂在光通信中使用的波长范围内的吸收为1～5％，变质温度高也不过400℃。在上述范围的物理参数的情况下，不能耐受数W等级的光强度。

因此，作为不采用存在耐光性问题的粘接剂而将纤维和透镜连接在一起的方法，可以考虑熔接连接的方法。但是，实际上将透镜和光纤熔接连接在一起存在困难。

也就是，为了进行熔接连接，必须对要连接的双方加热到超过软化点直到能够熔融的温度。但是，以前，透镜是由多组分体系的玻璃制成的，因此其软化点为约500～600℃。另一方面，光纤是以石英玻璃为主要成分制成的，其软化点为约1700℃。这样，两者的软化温度有显著的差异。因此，在能够熔融软化点高的光纤的温度下软化点低的透镜一方发生严重变形，不可能以低损失进行熔融。而且，例如，即使勉强进行熔融，由于两者的线膨胀系数有差异，因此还存在冷却时发生变形，熔融强度降低这样的问题。

另外，USP5889904中还提出在光纤的端面和透镜的端面之间设置空间的构造。但是，在此种情况下，存在各端面上的异物等造成光学特性劣化的问题。而且，由于没有通过粘接剂等直接连接，用于固定两者的位置关系的构造变得复杂，难以低成本化和小型化。另外，由于需要在各端面上涂覆防反射膜，因此导致成本高而且防反射膜的耐光性也会出现问题。

另外，USP4701011和USP5384874中公开了作为平行光管透镜采用GI(Graded-Index)纤维的构造。此种GI纤维是芯部的折射率呈抛物线状变化的纤维。由于GI纤维是用与光纤相同的石英制成的，因此可以与光纤熔接连接，还可期待能够得到对高强度光的耐光性。

但是，此种情况下，由于GI纤维的外径太小在250微米以下，因此实际上作为平行光管透镜在组装时的可操作性变差。而且，为了保护GI纤维，需要玻璃毛细管等增强用部件，因此难以低成本化。

另外，在上述USP5384874中，公开了利用GI纤维的光学平行光管。然而，此种情况下，作为透镜使用的GI纤维与相对方的光纤，以同心方式连接固定。因此，为了确保光通信用部件容许的反射衰减量，需要在透镜端面上进行涂覆防反射膜等低反射处理，仍存在难以低成本化的问题。

而且，光学平行光管类似于电介质多层膜型光合分波器等，多使用于具有三个以上光输入输出端口的光学部件。作为连接三个输入输出端口的构造，使用两个相对的Gradient-Index型棒状透镜，一侧连接两个端口，另一侧连接一个端口的构造，如US4213677所述。此种构造具有使低成本化和小型化成为可能的优点。

然而，象上述那样，使用外径小的GI纤维的光学平行光管，即连接2根125微米的纤维是困难的，而且，即使假定能够连接，由于最大有效透镜直径为250微米，也存在难以实现降低损失的缺点。

发明要解决的课题

本发明鉴于上述问题，以提供显著提高对光纤的入射出射光等高强度光的耐光性，并且提高小型化、低价格化、低反射特性，并且在一个平行光管透镜上可连接多个纤维的平行光管透镜，和采用该平行光管透镜的纤维平行光管以及光学部件为课题。

课题的解决手段

本发明的发明人为了解决上述课题，提供一种平行光管透镜，其特征在于，以石英玻璃为主要成分，其折射率逐渐变化分布，以使越接近光轴越大，从光轴开始越接近外周越小。

本发明的平行光管透镜以石英玻璃作为主要成分，因此与以石英玻璃为主要成分的光纤和光波导等连接时折射率的差小并可减小在接合面处的反射衰减量。

而且，与以石英玻璃为主要成分的光纤和光波导等之间的连接变容易，同时连接强度容易保持稳定。特别是，在采用熔接连接时，不会产生由于被连接体的仅一方过度软化，而导致失去原来形状的问题。另外，两者的线膨胀系数也没有差异，因此也不会发生冷却时的变形造成的熔接强度下降的问题。

再者，由于像GI纤维那样不设有金属包层，能够在沿光轴至外周的整体中分散折射率，因此对小型化的要求无损，并且可以充分扩大连接面的面积。

对于本发明而言，最好使平行光管透镜的外径为0.3毫米以上。这样，能够在不损害光学特性的情况下，连接两根心线外径约为125微米的普通光纤。而且，最好使平行光管透镜的外径为1.9毫米以下。如果外径为1.9毫米，则即使是心线外径为0.9毫米的光纤，也能够在不损害光学特性的情况下连接两根纤维。另外，如果在1.9毫米以下，也不违背光学部件整体的小型化要求。

另外，本发明人提供了接合光纤与上述本发明的平行光管透镜的纤维平行光管。此时，接合方法最优选采用直接熔接，但是也可使用粘接剂。

根据本发明，平行光管透镜以石英玻璃作为主要成分，因此与以石英玻璃为主要成分的光纤的折射率的差小，可以降低接合面处的反射衰减量。

另外，平行光管透镜以石英玻璃作为主要成分，因此与用石英玻璃为主要成分的光纤容易连接，而且连接强度易于保持稳定。

而且，能够充分扩大平行光管透镜的连接面的面积，因此可以在不损害光学特性的情况下连接平行光管透镜和光纤。

对于本发明的纤维平行光管而言，最好光纤与平行光管透镜通过直接熔接连接。此时，作为被连接体的平行光管透镜与光纤的材质相同，软化点没有差异。因此，不会发生因仅任何一方软化过度，而严重变形的问题。而且，两者的线膨胀系数也没有差异，因此不发生因冷却时发生的变形造成熔接强度下降的问题。

根据本发明，由于不使用粘接剂，因此能够得到对高强度光的耐光性。

对于本发明的纤维平行光管而言，最好光纤的光轴与平行光管透镜的光轴在接合面方向上相距5微米以上。

对于本发明而言，由于使光纤的光轴偏离平行光管透镜连接，因此从连接端面发出的反射光从光轴聚束于点对称的位置处。因此，能够得到高的反射衰减量。

而且，本发明人提供一种光学部件，该光学部件是在2个纤维平行光管中的各平行光管透镜之间插入光功能元件的光学部件，其特征在于上述2个纤维平行光管中的至少一个为本发明的纤维平行光管。

本发明的光学部件被称作串联型的部件，插入的光功能元件是，例如，选自：电介质多层膜滤光元件、单向管元件、回转器元件、放大器用放大平衡器中的任何一种元件，以及上述任何两个以上元件组合的复合元件。

另外，本发明人提供了一种光学部件，其特征在于，接合基板型光波导与本发明的平行光管透镜。此时，接合方法最希望采用直接熔接，但也可使用粘接剂。

对于本发明而言，平行光管透镜以石英玻璃为主要成分，因此与采用石英玻璃为主要成分的基板型光波导之间的折射率的差异小，可以降低在接合面处的反射衰减量。

另外，平行光管透镜以石英玻璃作为主要成分，因此与石英玻璃为主要成分的基板型光波导容易连接，而且连接强度容易保持稳定。

对于本发明的光学部件而言，希望基板型光波导与平行光管透镜以直接熔接接合。此时，作为被连接体的平行光管透镜与基板型光波导的材质相同，软化点没有差异。因此，不会发生由于任何一方的软化过度而导致严重变形的问题。另外，两者的线膨胀系数也没有差异，因此不发生冷却时发生的变形导致熔接强度降低的问题。

对于本发明而言，由于不使用粘接剂，因此能够得到对高强度光的耐光性。

而且，本发明人提供一种光学部件，其特征在于，基板型光波导与光纤是通过本发明的平行光管透镜连接的。此时，连接方法最优选为直接熔接，但是也可使用粘接剂。

对于本发明而言，平行光管透镜以石英玻璃作为主要成分，因此与以石英玻璃为主要成分的基板型光波导以及光纤这双方的折射率的差异小，可以降低在各接合面处的反射衰减量。

另外，平行光管透镜以石英玻璃作为主要成分，因此与以石英玻璃为主要成分的基板型光波导与光纤这双方容易连接，而且连接强度容易保持稳定。

对于本发明的光学部件而言，基板型光波导与平行光管透镜之间，光纤与平行光管透镜之间，都希望通过直接熔接来接合。此时，作为被连接体的平行光管透镜与基板型光波导以及光纤的材质相同，因此软化点没有差异。因此，不会发生由于被连接体仅一方软化过度，而导致严重变形的问题。另外，两者的线膨胀系数也没有差异，因此不发生冷却时产生产生的变形导致熔接强度降低的问题。

另外，本发明人提供一种光学部件，其特征在于，具备发光元件和本发明的纤维平行光管，上述纤维平行光管的平行光管透镜配置在可接受由发光元件发出的出射光的位置处。

同样，提供光学部件，其特征在于具备受光元件和权利要求6到8记载的任意一种纤维平行光管，上述受光元件配置在可以接受由上述纤维平行光管的平行光管透镜发出的出射光的位置处。

根据本发明，由于可以不使用粘接剂来连接发光元件或受光元件和光纤，因此能够得到对高强度光的耐光性。

附图的简单说明

图1是就本发明实施方案的平行光管透镜的插入损失对光入射位置依存性的研究结果的曲线图。

图2是本发明实施方案的串联型光学部件的构成简图。

图3是就本发明实施方案的平行光管透镜的插入损失对改变平行光管透镜的外径与光入射位置依存性的研究结果的曲线图。

图4是表示偏离量和反射衰减量关系的曲线图。

图5是采用本发明实施方案的发光元件的光学部件的构成简图。

图6是采用本发明实施方案的受光元件的光学部件的构成简图。

本发明的实施方案

下面说明本发明的实施方案，但是本发明不受下述实施方案的限制。

<平行光管透镜>

本实施例的平行光管透镜以石英玻璃作为主要成分，是透镜内形成折射率分布的分布折射率型的柱状透镜。该透镜的折射率分布的理想状态由下式(1)表示。

n²(r)＝n₀ ²sech²(gr)＝n₀ ²{1-(gr)²+h₄(gr)⁴+h₆(gr)⁶+…}

…(1)

式(1)中，n为折射率，n₀为透镜中轴(光轴)上的折射率，r为沿透镜中轴至径向方向的位置，g为折射率变化的大小，h为高次项的系数。至此，高次项的组合对提高透镜的特性是重要的。

其次，附带指出，一般的分布折射率型透镜以采用离子交换法处理钾铝玻璃使其具有折射率分布的构造来制造，透镜本身的损失在波长为1.5微米处为0.2dB/cm。与此不同，如果制成石英系透镜，则小至非常悬殊的0.00002dB/cm，可期望插入损失的提高，同时，高强度光入射时，材料吸收引起的温度升高也极度变小，因此伴随着高强度光的连续入射引起的温度升高，显然不用说光学特性的劣化，即使在长期可靠性方面也是有利的。

<平行光管透镜的制备方法>

通常，作为得到折射率分布的方法，通常采用光纤制备所用的Ge掺杂进行折射率控制。至此，作为用于得到折射率分布的制法，可考虑采用VAD、OVD(外部气相沉积)、MCVD、PCVD等方法，但是优选采用折射率控制性良好的PCVD法制备。以下，将详细说明通过PCVD法制备平行光管透镜的方法。

PCVD法是使用石英管并在石英管内部堆积所需折射率的玻璃的对其内付的CVD(化学气相沉积)法中的一种，其特征在于，在堆积有玻璃的玻璃管内侧产生等离子体，由此使氧气与原料气体发生氧化反应。具体的制造顺序描述如下。

即，采用石英管作为出发管，向该管内输送石英玻璃的原料气体即四氯化硅(SiCl₄)和用以提高折射率的原料气体即四氯化锗(GeCl₄)与氧(O₂)，利用等离子体，在管的内侧通过气相氧化反应生成并堆积具有所需折射率的玻璃微粒。此时的反应式由式(2)表示。

(2)

此时，为了在石英管的圆周方向上均匀堆积，可旋转石英管。另外，通过将等离子体在石英管长度方向上移动，在长度方向上也没有不均匀堆积。

因此，通过每层改变折射率重复操作该堆积作业，能够得到沿径向分布折射率。具体的说，通过在每层中改变原料气体中四氯化锗的比例，能够堆积折射率不同的层。

堆积完毕后，如果将堆积有玻璃的石英管加热到2000℃，则石英管的粘度降低，在中心轴方向上压坏，得到棒状的预成型品。该工艺过程叫作塌陷。然后，将该预成型品在电炉中加热，制成熔融状态，拉丝以变成所需的外径。其后，通过将拉丝的玻璃棒切断至所需长度，研磨端面，从而完成本实施方案的平行光管透镜。

通过该PCVD可以得到良好的折射率控制性。其原因如下。

首先，PCVD法利用等离子体，对原料气体直接加热，发生氧化反应。为此，可以使为提高折射率掺杂的Ge以接近100％的状态稳定地进行氧化反应。

另外，采用PCVD法，可以使一次玻璃堆积的堆积厚度非常薄。总之，由于可以采用非常细致的步骤控制折射率，能够使折射率分布的形状更接近理想的形状。

再者，一次玻璃堆积的堆积厚度薄，其原因是由于利用了等离子体作为热源，因此不能使原料气体浓度象MCVD那样变浓。因此，成膜速度比MCVD法慢。

如上所述，由于折射率控制性良好，折射率分布形成后无需对其进行修正而进行的后加工，因此能够实现低成本化。

另外，对于PCVD法有如下担忧，即在塌陷时，在预成型品中心部分掺杂剂飞散，径向的折射率分布在中心产生中心塌陷的现象，由此增加插入损失。

因此，实际上研究了用PCVD法制备的2个平行光管透镜之间的插入损失，条件为：透镜外径Φ0.4毫米，纤维直径Φ125毫米(芯径10微米)。其结果是，如图1所示，插入损失为0.2dB以下这样非常低的值，显然可将由中心塌陷的影响造成的特性变劣减小到可以忽略不计的程度。

得到折射率分布的其他方法可采用MCVD法。该方法，在原料气体的加热采用加热器产生的火焰由玻璃管的外侧进行这一点与PCVD不同。

在MCVD法中，采用管外的热来加热内部，引发氧化反应，因此热分布大，氧化反应量不如PCVD稳定。因此，折射率的控制性比PCVD法还差。但是，如果采用MCVD法可以浓缩原料气体的浓度，因此，可以在短时间内进行制膜。而且，如果将原料气体的浓度控制得很低，还可以得到接近PCVD法的折射率控制性。而且，采用MCVD法，还可以以低成本制造光特性优良的平行光管透镜。

<平行光管透镜和光纤等的连接方法>

下面对本实施方案的平行光管透镜与光纤以及基板型光波导的连接方法进行说明。

本实施方案的平行光管透镜以石英玻璃为主成分，因此，可以进行光纤与基板型光波导的直接熔接连接。作为用于直接熔接的加热手段，使用放电或者CO₂激光等。这时，由于可以进行局部加热，因此可以控制对熔融部分附近之外的加热。为此，可以最小限度地控制由热产生的变形等。

在通过直接熔接进行连接时，由于不使用粘接剂，因此，可以获得对高强度光的耐光性。

<串联型光学部件>

图2是本实施方案的串联型光学部件的构成简图。本实施方案的光学部件在图2中，符号1是本实施方案的平行光管透镜，符号2、2是光纤，平行光管透镜1和与之通过直接熔接连接的光纤2、2构成一个光纤平行光管。同样，符号4表示本实施方案的平行光管透镜，符号5表示光纤，平行光管透镜4和与之通过直接熔接连接的光纤5构成另一个纤维平行光管。这样，这两个纤维平行光管的各平行光管透镜1、4之间插入光功能元件7，其整体放置在外套8中。

插入其中的光功能元件7，例如，是选自电介质多层膜滤光元件、单向管元件、回转器元件、放大器用放大平衡器的任意一种元件或者这些元件两种以上组合的复合元件。

本实施方案的串联型光学部件，纤维平行光管1、4以石英玻璃为主要成分，通过直接熔接与光纤2、5连接，因此，具有对高强度光的耐光性。

<平行光管透镜的外径>

下面说明对本实施方案的平行光管透镜的外径进行研究的结果。通常光纤的外径约为125微米，而且，芯径约为10微米。由此，为了以两芯将它们连接，一般可使用最低约135微米的外径的透镜。但是，研究的结果发现，为了在一个平行光管透镜上可连接数个光纤，并且维持良好的光学特性，需要最低300微米(0.3毫米)以上的透镜外径。

究其原因，是因为如果在透镜内传播的光扩展到透镜外周部分附近，受到由折射率分布的不连续性引起的色差的影响，难以保持良好的光学特性。

图3是对使用Φ250微米、Φ300微米、Φ400微米直径的透镜的各种情况研究距透镜中心的距离与插入损失的关系的结果。如图3所示，采用Φ250微米直径的平行光管透镜，从距透镜中心的距离约为50微米开始，插入损失开始增加。为此，插入损失小的区域的宽，即使最宽，也在100微米以下。与此不同，在连接两根约125微米的光纤时，用于插入各芯的区域最低可占据135微米的宽。而且，在采用Φ250微米直径的平行光管透镜时，不能将这两根光纤的芯在插入损失小的区域内连接。

另一方面，在Φ300微米的透镜的情况下，即使在超过75微米的位置，也不发生损失增加。这时，可以将插入损失小的区域的宽最宽保持150微米。

而且，在Φ400微米直径的透镜的情况下，即使在超过100微米的位置，也不发生损失增加。这时，可将插入损失小的区域的宽最宽保持为200微米以上。

这样，在Φ300微米的透镜情况下和在Φ400微米的透镜情况下，都可以在插入损失小的区域内连接两根约Φ125微米的光纤的芯。

即，在一个透镜上连接两根光纤时，为了维持良好的光学特性，透镜外径最低必须在300微米(0.3毫米)以上。

同样，对在连接两根芯线外径为0.9毫米的光纤时，在不损失光学特性的情况下可以进行连接的平行光管透镜的外径进行研究。

这时，如果要在连接端面上相邻设置两根约Φ125微米的光纤，由于芯线部分的外径为0.9毫米，因此，在光纤上发生弯曲损失。而且，如果为了防止弯曲损失，延长弯曲部分的长度，则与小型化的要求相悖。而且，理想上希望没有弯曲部分的构造。为了制成没有弯曲部分的构造，必须使光纤中心的节距为约1.0毫米。

如果考虑芯线外径的公差、透镜外周部分的光学特性的劣化，在连接两根芯线外径为0.9毫米的光纤时，透镜的外径最低必须为1.2毫米以上。

在研究平行光管透镜的外径时，还必须考虑与该透镜连接的光纤的外径。其原因是因为即使制作外径非常小的平行光管透镜，光学部件整体的外径也受到光纤素线和芯线外径的限制。因此，只靠减小平行光管透镜来将制品的光学部件整体的外径小型化是困难的。而且，使平行光管透镜的外径与光纤外径等同时，光学部件的简易组装成为可能，并且制作容易。

上述图2的光学部件是使外径与平行光管透镜的外径相同并进行简易组装的例子。

下面对光纤2、2的覆盖部分2a的外径为250微米，芯线的露出部分2b的外径为125微米时的平行光管透镜1、4的外径进行研究。

这时，由于使外套8具有在覆盖部分2a的外径两根和起来的值上加上插入所必须的若干余量的大小，因此必须使其内径最小约为550～600微米。

由于平行光管透镜1、4没有将外套8增大到必须的以上，因此必须使其外径在外套8的内径以下。另一方面，外套8的内径与平行光管透镜1、4的外径大致相同时，则可稳定地将平行光管透镜1、4保持在外套8内。

而且，外套8的内径和平行光管透镜1、4的外径最希望二者均为约550～600微米。

下面对连接两根芯线外径为0.9毫米的光纤情况下的平行光管透镜的外径进行研究。

这时，由于光纤的芯线粗，可以直接插入外套，因此，必须使外套为在两根芯线外径的和的值上加上插入所需的若干余量的大小，约1.9毫米以上。

希望平行光管透镜的外径与上述外套的内径大致相同。

而且，这时，最希望外套的内径和平行光管透镜的外径都为约1.9毫米。

这样，本实施方案的平行光管透镜通过与光纤素线的外径相一致，可以使用简易的组装并可提高操作性和降低材料费。而且，由于使光纤素线和芯线的外径最佳化，并不伴随着由透镜大小造成的制品外径的大型化。该最佳外径通常用式(3)表示。

(使用光纤的外径)×(与一个透镜连接的芯线数)+50～100微米 …(3)

<平行光管透镜的长度>

下面对本实施方案的平行光管透镜的长度进行研究。为了使光学部件整体小型化，平行光管透镜的长度也可以说短的为好，但是也是有界限的。

即，在使透镜外径与光纤直径为相同程度并且透镜长度为1毫米以下这样的透镜时，组装性极差。因此产生为了辅助操作性，需要增强用的玻璃毛细管等，组装后的大小反而增大的矛盾。

如果透镜长度短，在加工成用以获得准直光的透镜长度时，需要透镜长度的尺寸公差为亚微米这样的非常精密的加工，因此，生产性差，难以进行低成本化。

因此，希望本实施方案的平行光管透镜的长度为1毫米以上。

<平行光管透镜和光纤的连接位置>

本实施方案的纤维平行光管，特征在于为了简便地获得低反射特性，在故意偏离透镜光轴的位置连接光纤。光平行光管部件的反射点(面)存在两个位置。一个是光纤和透镜的接合面，另一个是来自透镜开放面的反射。

通过使平行光管透镜的主成分为石英玻璃，可以减小光纤与透镜的折射率差。因此，对于来自光纤和透镜的接合面的反射，可大大减小反射量。而且，通过使光纤连接位置偏离透镜光轴，还可以设置使在该接合位置的光纤和透镜的折射率差基本为零的透镜。在将单心光纤与透镜连接时，通过熔接连接，可以很容易地达到-60dB以下的反射衰减量。

另一方面，对于来自透镜开放面的反射，由于偏离透镜和光纤的光轴进行连接，因此，从端面的反射根据透镜特性不在入射光光纤的位置汇集，而汇集在与光轴点对称的位置的透镜端面上。由此，可以很容易地得到高反射衰减量。

在如式(1)表示的Gradient-Index型时，如果使透镜的节长如式(4)所示为0.25的奇数倍，则变成平行光。

0.25(1+2n) n：正整数 …(4)

这时，在反射光汇集到入射面的点上的节长变成透镜节长的两倍。这时，在总节长为0.5的奇数倍时，汇集于相对于透镜光轴与入射点点对称的位置。即，如式4所示，由于汇集于0.25节的奇数倍的两倍的节长处，因此可判断一定为0.5的奇数倍，并汇集于相对于入射位置和透镜光轴的点对称的位置处。

0.25(1+2n)×2＝0.5(1+2n) n：正整数 …(5)

这时，需要的偏移量由光学功能部件所要求的反射衰减量决定。这时，为了能够求出最低40dB以上的反射衰减量并确保该反射衰减量，在设定透镜开放面相对于光轴为直角的最差外套时，偏离光轴最低约5微米是必须的。偏移量和反射衰减量的关系在式(6)表示。

【数1】

这里，W1表示入射光的波场(モ一ドフイ一ルド)半径，W2表示入射截面上的反射光的波场半径，d表示偏移量。表示使用通常的单型光纤时的偏移量和反射衰减量的关系的曲线在图4表示。

通过偏离，从光平行光管射出的平行光管光不与透镜的光轴平行，保持与偏离量有关的θ角射出，因此，光学功能元件和相对的光平行光管端面的多重反射也不会导致光学特性的劣化。即使在以降低反射衰减量和反射损失的目的下涂覆防反射膜的情况下，与透镜与光纤同心连接的情况相比，也可获得更高的反射衰减量。

<基板型光波导部件>

在设计基板型光波导时，为了减少与光纤连接的损失，使基板型波导的模场直径(MFD)与光纤的MFD(约10微米)匹配是目前基本的考虑方法。

但是，由于近年来基板型光波导所要求的功能复杂化(大规模化、高功能化)，正如现有技术那样，通过与光纤的MFD配合的设计，可增大电路的整体，与小型化的要求相悖，同时还增大了制造成本。

因此，最近，进一步增大基板型光波导的MFD和光纤的MFD的差，减小弯曲部分的最小直径，达到电路的小型化和低成本化。这时，作为通过二者的MFD差消除连接损失的一种手段，可进行在基板型光波导和光纤之间插入透镜的方法。

本实施方案的平行光管透镜，即使作为插入到该基板型光波导和光纤之间的透镜也是适合的。这时，由于本实施方案的平行光管透镜以石英玻璃为主要成分，可以通过直接熔接与基板型光波导连接。而且，在与该平行光管透镜的基板型光波导接合侧相对一侧通过直接熔接接合光纤当然也是可以的。

这时，由于在基板型光波导和光纤之间不采用接合剂和防反射膜进行连接，可以具备对高强度光的耐光性。而且，由于在基板型光波导和光纤之间没有空间地进行连接，不发生由各端面上的异物等造成的光特性劣化的问题。而且，由于进行直接熔接，因此，不需要用于固定位置关系的复杂的构造。因此，可以达到低成本化和小型化。

由于平行光管透镜单体是小型的，可以制成在V槽基板等上以阵列状配列的高密度(小型)平行光管透镜阵列，并与基板型光波导和光纤连接。

<采用发光元件的光学部件>

图5是连接发光元件和光纤的本实施方案的光学部件。图6的光学部件具备纤维平行光管10和发光元件13，纤维平行光管10通过直接熔接连接本实施方案的平行光管透镜11和光纤12来形成。该平行光管透镜11配置在可接受从发光元件13发出的射出光的位置上。

采用本实施方案的光学部件，可以显著提高对发光元件发出的入射光的耐光性。

如果仅以耐光性为目的进行考虑，如圆头光纤那样，有将光纤端面加工成具有直接透镜特性的形状的方法。但是，对Φ125微米这样非常细的光纤的顶端部分进行精度良好的加工是困难的。因此，通常结合效率低。

采用本实施方案的光学部件，除了确保耐光强度之外，还可提高结合效率。

<采用受光元件的光学部件>

图7是连接受光元件和光纤的本实施方案的光学部件。图7的光学部件备有纤维平行光管10和受光元件14，纤维平行光管10通过直接熔接连接本实施方案的平行光管透镜11和光纤12而形成的。该受光元件14配置在可接受由平行光管透镜11发出的射出光的位置。

采用本实施方案的光学部件，可以显著提高对入射到受光元件的光的耐光性。

<空间型光转换器的光入射出射用平行光管透镜部件>

空间型光转换器是在波导之外的空间转换光并广泛用于被称为MEMS(微电子机械体系)的体系中。本实施方案的光学部件就是将本实施方案的平行光管透镜用于该空间型光转换器的光射入射出的。该平行光管透镜和光纤通过直接熔接接合并构成纤维平行光管。

根据本实施方案的光学部件，由于通过直接熔接接合平行光管透镜和光纤，可以显著提高对入射出射光的耐光性。

发明效果

根据如上所述的本发明，可以形显著提高对光纤的入射和射出光等的高强度光的耐光性，并提高小型化、低价格化和低反射特性。在一个平行光管透镜上可保持良好的光特性连接数个光纤。因此，可以提供对高强度光的耐光性优良、并且提供小型化、低价格化、低反射特性的各种光学部件。

Claims

1.一种平行光管透镜，其特征在于，以石瑛玻璃作为主要成分，其折射率以越接近光轴越大、离开光轴距外周越近越小的方式逐渐变化地分布，而且，在全长上具有大致同一外径，其外径为0.3毫米～1.9毫米。

2.一种纤维平行光管，其是将光纤和平行光管透镜接合的纤维平行光管，其特征在于上述平行光管透镜，以石瑛玻璃作为主要成分，其折射率以越接近光轴越大、离开光轴距外周越近越小的方式逐渐变化地分布，而且，上述光纤的光轴与上述平行光管透镜的光轴，在接合面相距5μm～100μm。

3.根据权利要求2所述的纤维平行光管，其特征在于，将上述光纤和上述平行光管透镜通过直接熔接接合。

4.一种光学部件，其是在两个纤维平行光管各自的平行光管透镜之间插入光学功能元件而成的光学部件，其特征在于上述两个纤维平行光管中的至少一个是权利要求2～3中任一项所述的纤维平行光管。

5.一种光学部件，其特征在于，它是将基板型光波导与权利要求1所述的平行光管透镜接合。

6.根据权利要求5所述的光学部件，其特征在于，上述基板型光波导与上述平行光管透镜通过直接熔接接合。

7.一种光学部件，其特征在于，基板型光波导与光纤通过权利要求1所述的平行光管透镜连接。

8.一种光学部件，其特征在于，配备发光元件和权利要求2～3中任一项所述的纤维平行光管，上述纤维平行光管的平行光管透镜配置在可接受从发光元件发出的出射光的位置处。

9.一种光学部件，其特征在于，配备受光元件和权利要求2～3中任一项所述的纤维平行光管，上述受光元件配置在能够接受从上述纤维平行光管的平行光管透镜发出的出射光的位置处。