JP2002250842A - 端部２段レンズ付き光ファイバー - Google Patents
端部２段レンズ付き光ファイバーInfo
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- JP2002250842A JP2002250842A JP2001048915A JP2001048915A JP2002250842A JP 2002250842 A JP2002250842 A JP 2002250842A JP 2001048915 A JP2001048915 A JP 2001048915A JP 2001048915 A JP2001048915 A JP 2001048915A JP 2002250842 A JP2002250842 A JP 2002250842A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非点収差の大きな半導体レーザに対しても結
合効率を向上させることが可能で、光学的な調整不要な
小型，軽量である端部２段レンズ付き光ファイバーを提
供する。 【解決手段】 単一モード光ファイバー15端にコア部が
二乗型屈折率分布をもつ第２の多モードファイバー14を
融着もしくは接着によって接続し、さらに多モードファ
イバー14の他端に、コア部が第２の多モードファイバー
のコアとは異なる収束係数の二乗型屈折率分布をもつ第
１の多モードファイバー13を融着もしくは接着によって
接続し、第１の多モードファイバー13の他端の先端部に
斜断面を設けて外観上は略楔形状としてその先端に曲率
を有する半円筒状曲面12を形成する。
合効率を向上させることが可能で、光学的な調整不要な
小型，軽量である端部２段レンズ付き光ファイバーを提
供する。 【解決手段】 単一モード光ファイバー15端にコア部が
二乗型屈折率分布をもつ第２の多モードファイバー14を
融着もしくは接着によって接続し、さらに多モードファ
イバー14の他端に、コア部が第２の多モードファイバー
のコアとは異なる収束係数の二乗型屈折率分布をもつ第
１の多モードファイバー13を融着もしくは接着によって
接続し、第１の多モードファイバー13の他端の先端部に
斜断面を設けて外観上は略楔形状としてその先端に曲率
を有する半円筒状曲面12を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信において使
用される半導体レーザ等の発光源と光ファイバーとを高
効率で結合する、レンズ付き光ファイバーの構造に関す
るものである。
用される半導体レーザ等の発光源と光ファイバーとを高
効率で結合する、レンズ付き光ファイバーの構造に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ等と単一モード光ファイバ
ーとを高効率で結合する技術は光通信において最も重要
な技術の一つである。従来から非球面レンズや光ファイ
バーの先端を凸形状に加工したレンズ付きファイバーに
よる方法などが用いられている。
ーとを高効率で結合する技術は光通信において最も重要
な技術の一つである。従来から非球面レンズや光ファイ
バーの先端を凸形状に加工したレンズ付きファイバーに
よる方法などが用いられている。
【０００３】バルクのレンズを用いる方法は、一般に結
合効率を高くできる特長がある反面、半導体レーザ、レ
ンズ、光ファイバー等の軸合わせが難しくなるほか、結
合系全体が大型になる欠点がある。一方、レンズ付きフ
ァイバーによる方法は、小型であるほか、軸調整は半導
体レーザとレンズ付きファイバー間のみで済む特徴があ
る。また、先端のレンズ形状を単に半球にするのではな
く、半円柱状の曲率をもたせ、先端形状全体を楔形にす
ることにより発光面が楕円の半導体レーザに対しても結
合効率が高くできる利点もある。
合効率を高くできる特長がある反面、半導体レーザ、レ
ンズ、光ファイバー等の軸合わせが難しくなるほか、結
合系全体が大型になる欠点がある。一方、レンズ付きフ
ァイバーによる方法は、小型であるほか、軸調整は半導
体レーザとレンズ付きファイバー間のみで済む特徴があ
る。また、先端のレンズ形状を単に半球にするのではな
く、半円柱状の曲率をもたせ、先端形状全体を楔形にす
ることにより発光面が楕円の半導体レーザに対しても結
合効率が高くできる利点もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら光ファイ
バー増幅器などで用いられる半導体レーザでは、光出力
をより大きくするために発光面がより扁平な楕円にな
り、単一モード光ファイバー端を楔型にした方式では結
合効率が低下してしまう問題があった。これを解決する
方法としては、図４に示す特開2000-304965号に開示さ
れているような、先端を楔型21にした多モード光ファイ
バー22を単一モード光ファイバー23の先端に取付ける構
造で、(1)は上から見た上面図、(2)は横から見た側面図
が既に提案されている。
バー増幅器などで用いられる半導体レーザでは、光出力
をより大きくするために発光面がより扁平な楕円にな
り、単一モード光ファイバー端を楔型にした方式では結
合効率が低下してしまう問題があった。これを解決する
方法としては、図４に示す特開2000-304965号に開示さ
れているような、先端を楔型21にした多モード光ファイ
バー22を単一モード光ファイバー23の先端に取付ける構
造で、(1)は上から見た上面図、(2)は横から見た側面図
が既に提案されている。
【０００５】前記の構造により、発光面の形状の問題は
解決できるものの、高出力半導体レーザにはもう一つの
大きな問題、即ち非点収差の存在がある。半導体レーザ
の接合面に水平な方向に出射する光と接合面に垂直な方
向に出射する光とでは、見かけ上の出射位置が異なり、
これが非点収差と呼ばれている。非点収差の問題を解決
する手段としては、図２および図３に示すように半導体
レーザの接合面に対して水平方向と垂直方向で曲率半径
の異なるレンズを用いる方法が知られている。
解決できるものの、高出力半導体レーザにはもう一つの
大きな問題、即ち非点収差の存在がある。半導体レーザ
の接合面に水平な方向に出射する光と接合面に垂直な方
向に出射する光とでは、見かけ上の出射位置が異なり、
これが非点収差と呼ばれている。非点収差の問題を解決
する手段としては、図２および図３に示すように半導体
レーザの接合面に対して水平方向と垂直方向で曲率半径
の異なるレンズを用いる方法が知られている。
【０００６】図２は、半導体レーザ１に対して、コリメ
ータレンズ２により平行光にした後半円筒レンズ２枚
３，４をそれぞれ円筒面を相互に90°方向になるように
配置し、光ファイバー５に集光せしめた構成であり、図
３は、前記コリメータレンズ、半円筒レンズの代わりに
前後で曲面方向が90°異なるバルクレンズ６を配置し
て、非点収差補正レンズ結合系を実現させたものであ
る。
ータレンズ２により平行光にした後半円筒レンズ２枚
３，４をそれぞれ円筒面を相互に90°方向になるように
配置し、光ファイバー５に集光せしめた構成であり、図
３は、前記コリメータレンズ、半円筒レンズの代わりに
前後で曲面方向が90°異なるバルクレンズ６を配置し
て、非点収差補正レンズ結合系を実現させたものであ
る。
【０００７】ただし、このように特殊なレンズの作製は
難しい上に、レンズの僅かな傾きも許されないという問
題があった。また、この方法ではバルクのレンズを用い
るために、結合系が大型になる欠点もある。以上のよう
に小型・軽量の特長があるレンズ付きファイバー型で
は、非点収差の問題を解決できる方式は知られていなか
った。
難しい上に、レンズの僅かな傾きも許されないという問
題があった。また、この方法ではバルクのレンズを用い
るために、結合系が大型になる欠点もある。以上のよう
に小型・軽量の特長があるレンズ付きファイバー型で
は、非点収差の問題を解決できる方式は知られていなか
った。
【０００８】また例えば、特開平11-218641号では図５
に示すような２種類の二乗型屈折率分布多モードファイ
バー７，８を接続して先端部９を半球状に加工した構造
が提案されているが、半導体レーザの発光面が楕円形状
になった場合や、非点収差の問題に対しては改善の措置
がされていない。
に示すような２種類の二乗型屈折率分布多モードファイ
バー７，８を接続して先端部９を半球状に加工した構造
が提案されているが、半導体レーザの発光面が楕円形状
になった場合や、非点収差の問題に対しては改善の措置
がされていない。
【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、非点収差の大きな半導体レーザに対しても結合効率
を向上させることが可能なレンズ付きファイバーを提供
することを目的とする。
で、非点収差の大きな半導体レーザに対しても結合効率
を向上させることが可能なレンズ付きファイバーを提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の端部２段レンズ
付きファイバーは、図１に示すように、単一モード光フ
ァイバー端にコア部が二乗型屈折率分布をもつ第２の多
モードファイバーを融着もしくは接着によって接続し、
さらに当該多モードファイバーの他端に、コア部が前記
第２の多モードファイバーのコアとは異なる収束係数の
二乗型屈折率分布をもつ第１の多モードファイバーを融
着もしくは接着によって接続し、第１の多モードファイ
バーの他端の先端部に斜断面を設けて外観上は略楔形状
としてその先端に所望の曲率を設けた半円筒状曲面を形
成したものである。
付きファイバーは、図１に示すように、単一モード光フ
ァイバー端にコア部が二乗型屈折率分布をもつ第２の多
モードファイバーを融着もしくは接着によって接続し、
さらに当該多モードファイバーの他端に、コア部が前記
第２の多モードファイバーのコアとは異なる収束係数の
二乗型屈折率分布をもつ第１の多モードファイバーを融
着もしくは接着によって接続し、第１の多モードファイ
バーの他端の先端部に斜断面を設けて外観上は略楔形状
としてその先端に所望の曲率を設けた半円筒状曲面を形
成したものである。
【００１１】本発明の動作原理の概要を図６に示す。
(1)は上から見た上面図、(2)は横から見た側面図、(3)
はその場所におけるレーザ光面のスポット形状を示す。
半導体レーザは非点収差を持っており、ｘ方向のビーム
ウェストはレーザ端面に、y方向のビームウェストはレ
ーザ端面より非点収差に相当する距離Ｄ、即ち非点隔差
だけ内部に位置していると仮定する。半導体レーザ端面
での発光面は大きく偏平した楕円形をしている。
(1)は上から見た上面図、(2)は横から見た側面図、(3)
はその場所におけるレーザ光面のスポット形状を示す。
半導体レーザは非点収差を持っており、ｘ方向のビーム
ウェストはレーザ端面に、y方向のビームウェストはレ
ーザ端面より非点収差に相当する距離Ｄ、即ち非点隔差
だけ内部に位置していると仮定する。半導体レーザ端面
での発光面は大きく偏平した楕円形をしている。
【００１２】しかし、出射光はx、y方向でそれぞれ広が
り角が異なることから、ある特定の距離Dだけ伝搬した
位置で放射スポット形状はほぼ円形になる。この位置で
はx方向とy方向で波面の曲率は異なっているが、ファイ
バーの先端を適当な曲率半径をもつ半円柱状にすれば
x、y両方向の波面の曲率を等しくすることができる。
り角が異なることから、ある特定の距離Dだけ伝搬した
位置で放射スポット形状はほぼ円形になる。この位置で
はx方向とy方向で波面の曲率は異なっているが、ファイ
バーの先端を適当な曲率半径をもつ半円柱状にすれば
x、y両方向の波面の曲率を等しくすることができる。
【００１３】ファイバーに入射した時点では、光ビーム
は発散する傾向にあるが、第１の多モード光ファイバー
の集束作用によって、ある距離伝搬した後には平行光と
なる。この平行光になった位置でのスポットサイズは、
一般には単一モード光ファイバーのスポットサイズより
大きい。そこで、このスポットサイズを単一モード光フ
ァイバーのそれに等しくする作用をもつ第２の二乗形フ
ァイバーを用いることにより、単一モード光ファイバー
に高効率で結合させることができる。
は発散する傾向にあるが、第１の多モード光ファイバー
の集束作用によって、ある距離伝搬した後には平行光と
なる。この平行光になった位置でのスポットサイズは、
一般には単一モード光ファイバーのスポットサイズより
大きい。そこで、このスポットサイズを単一モード光フ
ァイバーのそれに等しくする作用をもつ第２の二乗形フ
ァイバーを用いることにより、単一モード光ファイバー
に高効率で結合させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図７において”０”の位置は垂直
・水平方向それぞれのビームウェストの位置と考える。
Ｗx0、Ｗy0はそれぞれ半導体レーザのｘ及びｙ方向に関
するビームウェストでのスポットサイズ、δは非点隔差
である。これらは半導体レーザのパラメータであり、既
知の値である。
・水平方向それぞれのビームウェストの位置と考える。
Ｗx0、Ｗy0はそれぞれ半導体レーザのｘ及びｙ方向に関
するビームウェストでのスポットサイズ、δは非点隔差
である。これらは半導体レーザのパラメータであり、既
知の値である。
【００１５】自由空間を伝搬するガウシアンビームのス
ポットサイズＷと波面の曲率半径Ｒは数式1、数式2によ
って与えられる。
ポットサイズＷと波面の曲率半径Ｒは数式1、数式2によ
って与えられる。
【数１】
【数２】 ここで、ｋは波数、ｚは伝搬距離である。
【００１６】作動距離Ｄにおいてはスポット形状が円形
になるという条件から、数式1より
になるという条件から、数式1より
【数３】 となる。
【００１７】したがって、
【数４】 が得られる。このときの、スポットサイズＷ1は
【数５】 となる。ｘおよびｙ方向の波面の曲率半径Ｒx1、Ｒy1は
【数６】
【数７】 となる。
【００１８】先端レンズ半径は、垂直方向の波面の曲率
半径Ｒx1を水平方向の波面の曲率半径Ｒy1と等しくする
条件から、
半径Ｒx1を水平方向の波面の曲率半径Ｒy1と等しくする
条件から、
【数８】 により決定できる。ここで、ｎはファイバーの屈折率で
ある。
ある。
【００１９】次に、二乗型多モード光ファイバーの集束
パラメータの逆数に相当するAｇを用いて解析を行な
う。ここでAｇはファイバーの比屈折率差Δとコア半径
ａを用いて、
パラメータの逆数に相当するAｇを用いて解析を行な
う。ここでAｇはファイバーの比屈折率差Δとコア半径
ａを用いて、
【数９】 と表されるパラメータである。
【００２０】いま第１の多モードファイバーのAg1を仮
定する。位置”０”→”２”までの光線行列は
定する。位置”０”→”２”までの光線行列は
【数１０】 と表せる。
【００２１】位置”０”と”２”における光線の半径方
向位置をh0、h2、傾きをφ0、φ2とすると以下の式が成
り立つ。
向位置をh0、h2、傾きをφ0、φ2とすると以下の式が成
り立つ。
【数１１】 ここで、半導体レーザとファイバー間に軸ずれがなけれ
ばh0=０である。”２”の位置で光線が平行光となる条
件は光線の傾きφ2=０になったとき、すなわち
ばh0=０である。”２”の位置で光線が平行光となる条
件は光線の傾きφ2=０になったとき、すなわち
【数１２】 より
【数１３】 が得られる。
【００２２】ゆえに、
【数１４】 となり、第１の多モードファイバー長Ｌ１が求められ
る。”２”位置でのスポットサイズＷ2は次式により決
定できる。
る。”２”位置でのスポットサイズＷ2は次式により決
定できる。
【数１５】
【００２３】第２の多モードファイバー14はＷ2を単一
モード光ファイバーの固有スポットサイズＷSMFに変換
するという条件からＡg2、Ｌ2はそれぞれ以下の式で決
定できる。
モード光ファイバーの固有スポットサイズＷSMFに変換
するという条件からＡg2、Ｌ2はそれぞれ以下の式で決
定できる。
【数１６】
【数１７】 これより、第２の多モードファイバー長とその集束パラ
メータが求められる。
メータが求められる。
【００２４】上記の設計に基づいて本発明の端部２段レ
ンズ付き光ファイバーを作製し、非点収差の大きな半導
体レーザと単一モード光ファイバーとの結合を行なっ
た。半導体レーザの発振波長は980nmで、x、y方向のビ
ームウェストでのスポットサイズはそれぞれＷx0=0.6μ
m、Ｗy0=2.2 μm、非点隔差δは176 μmである。
ンズ付き光ファイバーを作製し、非点収差の大きな半導
体レーザと単一モード光ファイバーとの結合を行なっ
た。半導体レーザの発振波長は980nmで、x、y方向のビ
ームウェストでのスポットサイズはそれぞれＷx0=0.6μ
m、Ｗy0=2.2 μm、非点隔差δは176 μmである。
【００２５】
【発明の効果】結合損失特性を図８に示す。最低結合損
失値は2.7dBであり、これはファイバー入射端と出射端
での反射損失0.3dBを含むので、実効的な損失は2.4dBで
ある。結合効率に換算すると58％に相当し、非点収差の
大きな半導体レーザに対する結合効率としては高い値が
得られた。また、実験値は数値計算結果（破線）とよく
一致している。
失値は2.7dBであり、これはファイバー入射端と出射端
での反射損失0.3dBを含むので、実効的な損失は2.4dBで
ある。結合効率に換算すると58％に相当し、非点収差の
大きな半導体レーザに対する結合効率としては高い値が
得られた。また、実験値は数値計算結果（破線）とよく
一致している。
【図１】本発明の端部２段レンズ付きファイバーの概観
図。
図。
【図２】従来の２枚の半円筒レンズを用いた非点収差対
応のバルクレンズ結合系の斜視図。
応のバルクレンズ結合系の斜視図。
【図３】従来の表裏で曲面方向の異なる非点収差対応の
バルクレンズ結合系の斜視図。
バルクレンズ結合系の斜視図。
【図４】従来の端部１段レンズ付きファイバーの概観
図。
図。
【図５】従来の端部２段レンズ付きファイバーの概観
図。
図。
【図６】本発明の端部２段レンズ付きファイバーの動作
説明図。
説明図。
【図７】本発明の端部２段レンズ付きファイバーの動作
解析図。
解析図。
【図８】本発明の端部２段レンズ付きファイバーの結合
損失特性グラフ。
損失特性グラフ。
１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ 半円筒レンズ ４ 半円筒レンズ ５ 光ファイバー ６ 半円筒バルクレンズ ７ 二乗型屈折率分布多モードファイバー ８ 二乗型屈折率分布多モードファイバー ９ 半球状先端部 12 半円筒状曲面部 13 第１の多モードファイバー 14 第２の多モードファイバー 15 単一モード光ファイバー 21 楔型先端部 22 多モードファイバー 23 単一モード光ファイバー
Claims (1)
- 【請求項１】 単一モード光ファイバー端にコア部が二
乗型屈折率分布をもつ第２の多モードファイバーを融着
もしくは接着によって接続し、さらに前記多モードファ
イバーの他端に、コア部が前記第２の多モードファイバ
ーのコアとは異なる収束係数の二乗型屈折率分布をもつ
第１の多モードファイバーを融着もしくは接着によって
接続し、第１の多モードファイバーの他端の先端部に斜
断面を設けて外観上は略楔形状としてその先端に曲率を
有する半円筒状曲面を形成したことを特徴とした端部２
段レンズ付き光ファイバー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001048915A JP2002250842A (ja) | 2001-02-23 | 2001-02-23 | 端部２段レンズ付き光ファイバー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001048915A JP2002250842A (ja) | 2001-02-23 | 2001-02-23 | 端部２段レンズ付き光ファイバー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002250842A true JP2002250842A (ja) | 2002-09-06 |
Family
ID=18910102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001048915A Pending JP2002250842A (ja) | 2001-02-23 | 2001-02-23 | 端部２段レンズ付き光ファイバー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002250842A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006512616A (ja) * | 2002-12-31 | 2006-04-13 | コーニング インコーポレイテッド | 光ファイバレンズ及び作成方法 |
| US7680378B2 (en) | 2006-03-23 | 2010-03-16 | Medeikon Corporation | Low reflection lateral output fiber probe |
| US8654617B2 (en) | 2012-03-21 | 2014-02-18 | Tdk Corporation | Thermally-assisted magnetic recording head with optically isolating waveguide, head gimbal assembly, head arm assembly, magnetic disk unit, and light transmission unit |
-
2001
- 2001-02-23 JP JP2001048915A patent/JP2002250842A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006512616A (ja) * | 2002-12-31 | 2006-04-13 | コーニング インコーポレイテッド | 光ファイバレンズ及び作成方法 |
| US7680378B2 (en) | 2006-03-23 | 2010-03-16 | Medeikon Corporation | Low reflection lateral output fiber probe |
| US8654617B2 (en) | 2012-03-21 | 2014-02-18 | Tdk Corporation | Thermally-assisted magnetic recording head with optically isolating waveguide, head gimbal assembly, head arm assembly, magnetic disk unit, and light transmission unit |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060303 |