JP2003307643A - レンズ付きファイバ型コリメータの製造方法およびレンズ付きファイバ型コリメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さなスポット径で作動距離を長くすること
ができるレンズ付きファイバ型コリメータを提供する。 【解決手段】 レンズ付きファイバ型コリメータ１は、
シングルモードファイバ３の先端に前記シングルモード
ファイバ３と同径の一様な屈折率分布を有するコアレス
ファイバ５を特定長さに融着接続し、先端を特定の曲率
半径に球面化する。好ましくは前記コアレスファイバ５
の長さを２８０〜３２０ｍｍとし、コアレスファイバ５
の先端部分を曲率半径７０〜８０μｍに球面化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レンズ付きファ
イバ型コリメータの製造方法およびレンズ付きファイバ
型コリメータに関し、特に出射光のスポット径の拡大が
小さく且つ作動距離が大きくなるレンズ付きファイバ型
コリメータの製造方法およびレンズ付きファイバ型コリ
メータに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の情報伝送用のシングルモードファ
イバ（以下、ＳＭＦという）に入射したレーザ光がＳＭ
Ｆの端面から出射されると、この出射光は広がっていく
性質がある。そのために前記出射光はＳＭＦの端面から
の距離が長くなる程、受光側に伝わるレーザ光の量は大
幅に減少してしまうという問題点がある。そこで、従来
では、ＳＭＦから出射して広がったレーザ光は凸レンズ
などによりコリメート化させていた。

【０００３】しかし、ＳＭＦとレンズとを組み合わせた
ものでは製品形状が大きくなるので、小さな装置に組み
込んで使用することができないという問題があった。ま
た、レンズを用いてコリメート光を得る方法は空間を伝
搬する時のスポット径が大きくなるので、受光部が小さ
いものでは結合効率が低下するという問題があった。

【０００４】そこで、こうした問題を解決する方法とし
て、ファイバの先端を球面状に加工したり、先端に汎用
の二乗屈折率分布を持ったＧＩファイバ（ＧＩＦ）を取
り付けたりしてコリメート光を得るコリメータが提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
もスポット径を小さくすることはできるものの、作動距
離を大きくできないという問題がある。即ち、製品を小
型化することはできるものの作動距離が数μ程度と小さ
いためスイッチ、フィルタ、アッテネータなどの機器を
組み込むことが容易ではなく、あるいは密閉されたキャ
ビティ内のフォトダイオードや導波路にキャビティの外
から透過させるなどの構成とすることが難しく製品を小
型化することができないという問題点があった。

【０００６】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたもので、その目的は、スポット径の拡大が小さ
く、作業距離を長くすることができるレンズ付きファイ
バ型コリメータの製造方法およびレンズ付きファイバ型
コリメータを提供することによって、より小型化した装
置が容易に得られるようにすることにある。

【０００７】

【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によるこの発明のレンズ付きファイバ型コリ
メータの製造方法は、シングルモードファイバの先端
に、前記シングルモードファイバと同径の一様な屈折率
分布を有するコアレスファイバを融着接続すると共に、
前記コアレスファイバから出射されるコリメート光のス
ポット径の拡大が小さく且つ作動距離が大きくなるよう
に前記コアレスファイバを特定の長さとし、このコアレ
スファイバの先端部分を特定の曲率半径に球面化するこ
とを特徴とするものである。

【０００８】したがって、シングルモードファイバの先
端からのレーザ光は屈折率の均一な同径のコアレスファ
イバを広がりつつ伝搬し、コアレスファイバの先端の球
面により屈折されてコリメート光が得られるのである
が、コアレスファイバを特定の長さとしコアレスファイ
バの先端を特定の曲率半径で球面化したので、コアレス
ファイバの先端から出射されるコリメート光のスポット
径は適度の大きさのスポット径に抑制されると共に大き
な作動距離を得ることができる。

【０００９】請求項２によるこの発明のレンズ付きファ
イバ型コリメータの製造方法は、請求項１記載のレンズ
付きファイバ型コリメータの製造方法において、前記コ
アレスファイバの特定の長さを２８０〜３２０μｍと
し、前記コアレスファイバの先端部分の特定の曲率半径
を７０〜８０μｍとすることを特徴とするものである。

【００１０】したがって、コアレスファイバの長さを２
８０〜３２０μｍとし、球面の曲率半径を７０〜８０μ
ｍに特定することにより、コアレスファイバの先端から
出射されるコリメート光のスポット径は適度に小さく且
つ作動距離が長くなる。

【００１１】請求項３によるこの発明のレンズ付きファ
イバ型コリメータは、シングルモードファイバの先端に
融着接続される前記シングルモードファイバと同径の一
様な屈折率分布を有するコアレスファイバと、このコア
レスファイバの先端部分を球面化した先球部と、から構
成すると共に、前記コアレスファイバから出射されるコ
リメート光のスポット径の拡大が小さく且つ作動距離が
大きくなるように前記コアレスファイバの長さと前記先
球部の曲率半径とを特定値に設定してなることを特徴と
するものである。

【００１２】したがって、請求項１記載の作用と同様で
あり、シングルモードファイバの先端からのレーザ光は
屈折率の均一な同径のコアレスファイバを広がりつつ伝
搬し、コアレスファイバの先端の球面により屈折されて
コリメート光が得られるのであるが、コアレスファイバ
を特定の長さとしコアレスファイバの先端を特定の曲率
半径で球面化したので、コアレスファイバの先端から出
射されるコリメート光はスポット径を適度に小さくでき
ると共に作動距離を長くすることができる。

【００１３】請求項４によるこの発明のレンズ付きファ
イバ型コリメータは、請求項３記載のレンズ付きファイ
バ型コリメータにおいて、前記コアレスファイバの長さ
が２８０〜３２０μｍで、前記先球部の曲率半径が７０
〜８０μｍであることを特徴とするものである。

【００１４】したがって、請求項２記載の作用と同様で
あり、コアレスファイバの長さを２８０〜３２０μｍと
し、球面の曲率半径を７０〜８０μｍに特定することに
より、コアレスファイバの先端から出射されるコリメー
ト光のスポット径を適度に小さく且つ作動距離を長くす
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００１６】図１を参照するに、この実施の形態に係わ
るレンズ付きファイバ型コリメータ１は、ＳＭＦ３（シ
ングルモードファイバ）の先端に、上記のＳＭＦ３と同
径の一様な屈折率分布を有するコアレスファイバ５（均
質なガラスファイバであり、以下、ＣＦという）が融着
接続されており、しかも、上記のＣＦ５の先端部分には
球面化された先球部７が形成されている。ＳＭＦ３に入
射されたレーザ光ＬＢはＳＭＦ３の端面からＣＦ５の内
部を広がりつつ伝搬するが、ＣＦ５の先球部７の球面に
より屈折されてコリメート光ＣＢが得られる。

【００１７】発明者は、上記の構造のレンズ付きファイ
バ型コリメータ１により最適なコリメート光ＣＢを得る
ための条件を求めた。まず、コリメート光ＣＢを評価す
る手段として、コリメータ１の出射光（コリメート光Ｃ
Ｂ）のスポット径の変化をＣＦ５の端面から一定間隔ず
つ離しながら観察し、そのスポット径のデータを取ると
同時に、このデータからコリメート光ＣＢの放射角度を
測定し、コリメートな条件を探す目安とした。

【００１８】なお、上記のレンズ付きファイバ型コリメ
ータ１の製造方法としては、ＳＭＦ３の先端にこのＳＭ
Ｆ３と同径の一様な屈折率分布を有するＣＦ５を融着接
続した後に、ＣＦ５を特定の長さＬに切断し、このＣＦ
５の先端部分を特定の曲率半径Ｒに球面化して先球部７
を形成するものである。このＣＦ５の先球部７は放電に
より加工しており、先球部７の曲率半径Ｒは放電加工時
の放電時間（アーク時間）と関係があるので、前記放電
時間を変化させることにより曲率半径Ｒを容易に種々に
変更することができる。

【００１９】つまり、発明者はＣＦ５から出射されるコ
リメート光ＣＢのスポット径を小さくし且つ作動距離を
大きくするためには上記のＣＦ５の長さＬと先球部７の
曲率半径Ｒを特定することが重要な要件であることをつ
きとめた。そこでＣＦ５の長さＬと先球部７の曲率半径
Ｒを様々に変えながら、最も有効なコリメート光ＣＢが
出射される条件を探し出した。

【００２０】図２を参照するに、この実施の形態では先
球部７の曲率半径Ｒが７７μｍで一定とし、ＣＦ５の長
さＬによる出射光の変化、つまりＣＦ５の長さＬを種々
に変えたときに種々の長さの各ＣＦ５毎にＣＦ５の端面
からの距離に対するスポット径の変化を測定した。ちな
みに、各種コリメータ１のＣＦ５の長さＬは２００μ
ｍ，２８０μｍ，３００μｍ，３２０μｍ，４００μｍ
とした。

【００２１】ＣＦ５の長さＬが２００μｍのように短い
場合は出射光の拡散が強い。逆に４００μｍのように長
い場合は集光作用が強いことが分かったがコリメート光
ＣＢが得られると予想される大きな先球半径には放電加
工できなかった。

【００２２】結果として、ＣＦ５の長さＬについては３
００±２０μｍすなわち、２８０〜３２０μｍが高いコ
リメート性を示していることが分かった。

【００２３】図３を参照するに、上記の点を踏まえてＣ
Ｆ５の長さＬを３００μｍで一定とし、先球部７の曲率
半径Ｒによる出射光の変化、つまり先球部７の曲率半径
Ｒを種々に変えたときに各曲率半径ＲにおけるＣＦ５の
端面からの距離に対するスポット径の変化を測定した。
ちなみに、各種コリメータ１の曲率半径Ｒは６３μｍ，
７０μｍ，７５μｍ，８０μｍ，９８μｍとした。

【００２４】曲率半径Ｒが９８μｍのように大きい場合
は出射光の拡散が強く、逆に６３μｍのように曲率半径
Ｒが小さい場合は集光作用が強く、良好なコリメート光
ＣＢを得ることができなかった。

【００２５】結果として、曲率半径Ｒについては７０〜
８０μｍで製作したものが高いコリメート性を示すこと
が分かった。

【００２６】図４を参照するに、上記の条件を満たす２
本のコリメータ１を用い、この２本の端面間距離をゼロ
から増やしていき、各端面間距離における結合損失の変
化を測定した。このとき用いられた実施の形態のレンズ
付きファイバ型コリメータ１はＣＦ５の長さＬが３００
μｍで、先球部７の曲率半径Ｒが７５μｍである。この
場合、２本のコリメータ１の端面間距離が１５０〜１０
００μｍでは結合損失が１ｄＢ以下であり、コリメータ
１の端面間距離１３００μｍでは結合損失が１．５ｄＢ
という結果になった。

【００２７】ちなみに、コアレスファイバを長めに加工
したコリメータ１どうしの結合損失も測定した。例えば
ＣＦ５の長さＬが４００μｍで、先球部７の曲率半径Ｒ
が７５μｍのコリメータ１について、この２本のコリメ
ータ１の端面間距離における結合損失の変化を測定した
ところ、図４に示されているようにすべての端面間距離
において結合損失が１．８ｄＢ以上という結果であっ
た。これは、図２においてＣＦ５の長さＬが４００μｍ
で、曲率半径Ｒが７７μｍのコリメータ１に示されてい
るデータから考慮すると、スポット径の変化が大きくな
ったことが原因と考えられる。

【００２８】なお、上記のデータ以外にも多くのデータ
を取り検討した結果から、発明者はコリメート光ＣＢの
状態がＣＦ５の長さＬと先球部７の球面の曲率半径Ｒに
より大きな影響を与えられることが分かり、ＣＦ５の長
さＬを３００±２０μｍ、先球部７の曲率半径Ｒを７０
〜８０μｍで製作したレンズ付きファイバ型コリメータ
１が高いコリメート性を示すことが分かった。

【００２９】以上のことから、この実施の形態のレンズ
付きファイバ型コリメータ１では、スポット径が５０μ
ｍという微少なスポット径でありながら、コリメータ１
の端面から１０００μｍほど離れた場所でも１ｄＢ以下
の損失でレーザ光ＬＢを伝搬させることができる。した
がって、上記の１０００μｍもの空間（作動距離）を使
うことにより、スイッチ、フィルタ、アッテネータなど
は容易かつ小型に作製することが可能となる。

【００３０】また、この実施の形態のレンズ付きファイ
バ型コリメータ１は、コリメートされる作動距離が大き
いことを生かし、図５に示されているように密閉された
キャビティ９の外から窓１１を透過させ、キャビティ９
内のフォトダイオード１３または導波路にレーザ光ＬＢ
を伝搬させることもできる。これは、コリメータ１の用
途にもよるが、常に小型化が求められている光通信業界
において、光デバイスの小型化を考えた時に大変有効な
手段といえる。

【００３１】なお、この発明は前述した実施の形態に限
定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他
の態様で実施し得るものである。

【００３２】

【発明の効果】以上のごとき発明の実施の形態の説明か
ら理解されるように、請求項１の発明によれば、シング
ルモードファイバの先端に屈折率の均一な同径のコアレ
スファイバを特定の長さに融着接続し、コアレスファイ
バの先端を特定の曲率半径で球面化することにより、コ
アレスファイバの先端から出射されるコリメート光のス
ポット径の拡大が小さく作動距離の長いレンズ付ファイ
バ型コリメータを得ることができるので、これを用いる
ことによって小型化した製品を容易に得ることができ
る。

【００３３】請求項２の発明によれば、コアレスファイ
バの長さを２８０〜３２０μｍとし、球面の曲率半径を
７０〜８０μｍに特定することにより、コアレスファイ
バの先端から出射されるコリメート光のスポット径の拡
大が小さくかつ作動距離を１０００μｍ以上に長くする
ことのできるファイバ型コリメータを得ることができる
ので、密閉されたキャビティ内のフォトダイオードや導
波路にキャビティの外から透過させるなどの構成とする
小型化した製品を得ることができる。

【００３４】請求項３の発明によれば、請求項１記載の
効果と同様であり、コアレスファイバの先端から出射さ
れるコリメート光のスポット径の拡大が小さくできると
共に作動距離を長くできるようにシングルモードファイ
バの先端に屈折率の均一な同径のコアレスファイバを特
定の長さに融着接続し、コアレスファイバの先端を特定
の曲率半径で球面化したので、これを用いて小型化した
製品を容易に得ることができる。

【００３５】請求項４の発明によれば、請求項２記載の
効果と同様であり、コアレスファイバの長さを２８０〜
３２０μｍとし、球面の曲率半径を７０〜８０μｍに特
定することによってコアレスファイバの先端から出射さ
れるコリメート光のスポット径の拡大を小さくできると
共に作動距離を１０００μｍ以上に長くすることができ
るので、上記請求項２と同様に スイッチ、アッテネー
タ、フィルタなどを組込んだ小型の装置や密閉されたキ
ャビティ内のフォトダイオードや導波路にキャビティの
外から透過させるなどの構成とした小型化した製品を容
易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態のレンズ付きファイバ型
コリメータの概略的な説明図である。

【図２】コリメータのＣＦの長さを変化させた時のコリ
メート性を示したグラフである。

【図３】コリメータのＣＦの先球部分の曲率半径を変化
させた時のコリメート性を示したグラフである。

【図４】２本のコリメータの端面間距離における結合損
失を示すグラフである。

【図５】この発明の実施の形態のレンズ付きファイバ型
コリメータを用いた具体例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ コリメータ（レンズ付きファイバ型コリメータ） ３ ＳＭＦ（シングルモードファイバ） ５ ＣＦ（コアレスファイバ） ７ 先球部（ＣＦの） Ｌ ＳＭＦ３の長さ Ｒ 先球部７の曲率半径 ＬＢ レーザ光 ＣＢ コリメータ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒羽 敏明 千葉県松戸市松飛台286番地の23 株式会 社精工技研内 Ｆターム(参考） 2H037 BA03 BA12 BA32 CA04 CA05 CA08 CA13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シングルモードファイバの先端に、前記
   シングルモードファイバと同径の一様な屈折率分布を有
   するコアレスファイバを融着接続すると共に、前記コア
   レスファイバから出射されるコリメート光のスポット径
   の拡大が小さく且つ作動距離が大きくなるように前記コ
   アレスファイバを特定の長さとし、このコアレスファイ
   バの先端部分を特定の曲率半径に球面化することを特徴
   とするレンズ付きファイバ型コリメータの製造方法。
2. 【請求項２】 前記コアレスファイバの特定の長さを２
   ８０〜３２０μｍとし、前記コアレスファイバの先端部
   分の特定の曲率半径を７０〜８０μｍとすることを特徴
   とする請求項１記載のレンズ付きファイバ型コリメータ
   の製造方法。
3. 【請求項３】 シングルモードファイバの先端に融着接
   続される前記シングルモードファイバと同径の一様な屈
   折率分布を有するコアレスファイバと、このコアレスフ
   ァイバの先端部分を球面化した先球部と、から構成する
   と共に、前記コアレスファイバから出射されるコリメー
   ト光のスポット径の拡大が小さく且つ作動距離が大きく
   なるように前記コアレスファイバの長さと前記先球部の
   曲率半径とを特定値に設定してなることを特徴とするレ
   ンズ付きファイバ型コリメータ。
4. 【請求項４】 前記コアレスファイバの長さが２８０〜
   ３２０μｍで、前記先球部の曲率半径が７０〜８０μｍ
   であることを特徴とする請求項３記載のレンズ付きファ
   イバ型コリメータ。