JP2003501690A - リボンタイプ繊維の一組の光学繊維端部にマイクロレンズを集団製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】整列された光学繊維の端部にマイクロレンズを集団製造する方法に係る発明である。該方法にあっては全ての繊維（Ｆ）の端部を電気アーク（Ａ）で加熱してマイクロレンズを形成する。繊維の端部が配置されている面は電気アークの最熱点の線（Ｘ）から離れていて、それらの端部を均質に丸くする。該方法は光学的および光電子的モジュールの製造に応用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は、一組の光学繊維、つまりリボン状繊維の各繊維の端部に、マイク
ロレンズ群を、集団的に作成する方法に関する。

【０００２】 この発明は、光学的な遠距離通信の中でもとりわけ、光学的、および光電子的
なモジュールに関する。この発明はさらに詳しくは、光学的要素、および光電子
的要素間の結合性を改善するために、光学繊維の各端部に、夫々マイクロレンズ
を作成する方法に関する。

【０００３】 これらのマイクロレンズ群は、例えば、レーザー、半導体アンプ、ＶＣＳＥＬ
、あるいは光電検出器のような、アレー中のアクティブな諸要素と、集団的に結
合するのに、特に適している。

【０００４】 文献中では、アクティブな要素と、モノモード繊維間の結合性を改善するため
に、繊維の端部に、マイクロレンズを、個々に作成する方法に関する、多数の記
事が見出される。

【０００５】 これらのマイクロレンズについての歴史は、出版物コレクション内で提示され
ている。「光学繊維へのマイクロレンズ光結合」、Ｈｕｅｙ−Ｄａｗ Ｗｕ、Ｆ
ｒａｎｋ Ｓ． Ｂａｒｎｅｓ、１９９１、ｐｐ．１４９−２１３：「光学繊維
へのマイクロレンズ光結合」、ＩＥＥＥ レーザーおよび電子−光学学会１９９
１（１）。

【０００６】 他方では、集団的結合レンズに関する記事は、極めて僅かしか見つからない。

【０００７】 最近の記事が、異なる種類の繊維で、様々な長さを組み合わせたもの、および
繊維の端部にレンズを作成する方法、について報告しているが、しかし、常にマ
イクロレンズを、個々に作成する目的についてである。

【０００８】 事実、個々の結合レンズは公知である。次の記事を参照することができる。Ｋ
．Ｓｈｉｒａｉｓｈｉら（宇都宮大学、日本）「レーザーダイオードとシングル
モード繊維間の集積的結合のための、作動距離が長い繊維」、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．８、
ｐｐ．１７３６−１７４４、１９９５年８月（２）。ここでは、レーザー−繊維
間の結合損失が４．２ｄＢで、横方向および角度的軸位置決め精度が、それぞれ
３５μｍ、２．６μｍ、０．８°で追加損失が１ｄＢの、作動距離が１６０μｍ
のレンズを提示している。

【０００９】 この結果は、波長が１．４９μｍで、１／２高さ分散が２０．５°（これは、
つまり１／ｅ²では３４°である）の、レーザー放射により得られた。これは、
図１で示すように、ある長さのコア無し繊維１で、半球型端部を有し、モノモー
ド繊維２に溶接されており、該モノモード繊維２のコアは、局所的に熱処理によ
って、すでに拡大されている。

【００１０】 もっと最近の文献では、Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ、Ｈｉｒａｇｕｒｉ両氏が、「レ
ーザーダイオードとシングルモード繊維間の、効果的結合のための、縦続接続さ
れた先端傾斜繊維を有する、レンズ化した繊維」ＥＣＯＣ‘９８年、９月２０〜
２４日、スペイン国マドリッド、ｐｐ．３５５−３５６（５）で、次のような新
しいレンズを提示している。そのレンズは２個の、ある長さのモノモード繊維で
、異なる性質のモノモード繊維から成り、それらの焦点パラメーターが異なり、
電気アークにより溶接されて、モノモード繊維化されている。

【００１１】 電気アーク溶接機手段により、マルチモード繊維の端部に、半球形状が与えら
れる。放射波長が１．３μｍで、遠視野における１／２高さ分散の最大値が２４
．９°×１９．５°（これは、つまり１／ｅ²では４２．２°×３３．１°であ
る）のレーザーダイオードの場合には、２ｄＢの損失が得られた。作動距離は、
５０μｍである。

【００１２】 個別繊維とレーザーとを結合する、レンズに関する出版物が多数だとしても、
多チャンネル光学的モジュール用として意図された、集団的レンズ群を扱う出版
物は、まれである。

【００１３】 ひとつのアレーになった、マイクロレンズを介在させる方法が知られている（
繊維リボンに固定されていない）。

【００１４】 例として、図２に示されたＧ．Ｎａｋａｇａｗａら（富士通研究所、日本）の
結合レンズがある。

【００１５】 「レーザーダイオード・アレーと光学繊維アレー間の、Ｓｉマイクロレンズ・
アレーを用いた、高度に効果的な結合」ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．９、ｐｐ．１０５６−１
０５８、１９９３年９月（４）では、全１／２高さ分散が３０°（これは、つま
り１／ｅ²では４４°）である、４個のレーザーで構成されるアレー４と、４個
のモノモード繊維２₁、２ｎ間の、シリコンレンズのマトリックス手段による、
ダイナミック結合により、４．８±０．３ｄＢの損失を得ることを可能とする。

【００１６】 このタイプの結合は、アセンブリー・ステップが複雑である。何故なら、非常
に精密に位置決めすべき、付加的要素を追加するからである。

【００１７】 １９９６年に、Ｊ．Ｌｅ Ｂｒｉｓが、「レンズ化した繊維の傾斜させたリボ
ンと、ダイナミックな調整を用いる、高性能な半導体アレー・モジュール」ＥＣ
ＯＣ ‘９６年オスロ、ＴＨｃ．２．３、ｐ．４．９３、Ａｌｃａｔｅｌ社（Ａ
ＡＲ、フランス）から、繊維リボンの一部をレンズ化する方法を提示した。その
レンズ化法は、モノモード繊維のリボンを化学的にエッチングし、該リボンの各
繊維を、電気アークによって再加工することから成る。

【００１８】 この方法により、半導体アンプのアレーの場合には、リボン調整誤差が、全１
／２高さ分散の最大値が２０×２５°で（これは、つまり１／ｅ²では３４×４
２．５°である）、３．６ｄＢの損失が得られた。波長は、１．５５μｍである
。

【００１９】 良い接合レベルを得ることを可能とすべく、繊維を「レンズ化」する（繊維の
端部にレンズを取付ける）ための、推奨される解決策は、参考文献（１）〜（３
）の場合、集団的な方法ではない。

【００２０】 加えて、繊維の外径１２５μｍが、マイクロレンズの全長にわたっては維持さ
れておらず、そのことが、シリコンプラットフォーム上でハイブリッド化すると
き、精密位置決めＶｓ、および精密なフェルール（口金）取付けにおいて、問題
を引き起こす。

【００２１】 現在知られている集団的方法では、結合損失は依然として、余りにも大きい。
加えて、参考文献（４）で記述の個別レンズ使用は、いくつかの連続的調整を必
要とし、そのことが、繊維の端部に取付けるマイクロレンズに比べて、アセンブ
リー・ステップ数を増大させる。

【００２２】 参考文献（５）で記述の方法はまた、複雑であるということに加えて、作動距
離が１５μｍ未満と非常に短いレンズを挿入する。

【００２３】 この発明の目的は、アレー中のアクティブな諸要素と、一組の調整されたリボ
ン状繊維との、結合性を改善することである。

【００２４】 この目的のために、この発明は、一組の調整されたリボン状繊維の端部に、マ
イクロレンズ群を、集団的に作成する方法に関し、主として次の特徴を有する。
該作成法は、マイクロレンズを形成するために、全ての繊維の端部を、電気アー
ク手段で加熱するステップを含む。このとき、上記繊維の端面は、それらの端部
を均等に丸くするために、電気アークの最熱点の線から、離れて位置するのが良
い。

【００２５】 この目的による方法はまた、集団的であるという利点があり、それゆえに、量
産に適し、しかも非常に高性能なものが出来る。

【００２６】 この発明のもうひとつの特徴として、繊維の端部と電気アークの最熱点の線と
の間の距離は、８５０マイクロメートルから９５０マイクロメートルの間である
。

【００２７】 好都合にも、該一組の繊維は、リボンから成る。

【００２８】 この発明の好ましい実施例として、該リボンがモノモード繊維を含み、その末
端は、先端傾斜を具えたある長さの繊維に溶接されたある長さのシリカを有し、
マイクロレンズが、該ある長さの先端傾斜を具えたある長さの繊維の端部に作ら
れる。

【００２９】 この発明の、その他の利点および独自性は、図面についての、限定的ではない
実施例による、以下の記述を読めば、明瞭になるであろう。

【００３０】 この発明の方法においては、多くの場合繊維のリボン１０である一組の繊維の
端部を電気アーク溶接により丸くするものである。図中には該電気アークの電極
Ｅ１、Ｅ２のみを示してある。該リボン１０は最熱点の線Ｘから離間して配置さ
れており、リボンの繊維の端部はこの最熱点に対して約１ミリメートル（代表的
には９００μｍ）の距離で整列されており、該端部が等温線上に位置するように
してある。このようにすることにより、電極の熱点Ｅ１、Ｅ２における「レンズ
化」ではなくて、半球形状が得られ、これが繊維全体に均質であるのみならず、
繊維の直径を変化させないのである。

【００３１】 好ましい実施例にあっては、該方法は本出願人の特許ＥＰ０８２５４６４に開
示されたようなマイクロレンズを具えた半球状レンズの製造に応用されるもので
ある。

【００３２】 該特許はＧＲＡＤＩＳＳＩＭＯとして知られている集団マイクロレンズに関す
るものであって、該マイクロレンズは先端傾斜ＧＲＡＤを具えたマルチモード繊
維と図４中に１０で示すモノモードの繊維ＭＯのリボンに連続的に溶接されたシ
リコンＳＩとからなっている。

【００３３】 この発明はこのマイクロレンズの端部を集団的に「レンズ状にする」ことから
なるものである。

【００３４】 裂モノモード繊維の前における１５μｍの作動距離についての１０．５ｄＢに
対して、作動距離１００±５μｍについて、最大強度の１／ｅ²における遠距離
電磁界の全発散の６０°×５０°の場合で損失は２．５±０．０５ｄＢである。

【００３５】 裂繊維の前における作動距離１５μｍの３．２ｄＢに対して、作動距離１００
±５μｍについての最大強度の１／ｅ²における遠距離電磁界の全発散の２１°
×２１°のレーザーの場合における損失は１．４±０．０５ｄＢである。

【００３６】 この例示的な応用について、該方法においてはまず先端傾斜を具えたある長さ
の繊維を特許ＥＰ０８２５４６４に記載されたようなモノモード繊維のリボン上
のシリカと集団的に溶接接着することにより「ＧＲＡＤＩＳＳＩＭＯ」として知
られているマイクロレンズリボン１０を製造する。

【００３７】 ついでこのリボンを、「ＧＲＡＤＩＳＳＩＭＯ」リボンの製造に使われると同
じ溶接機中に配置するが、典型的には光軸上の通常の溶接位置から９００μｍと
する。光学的制御においてＲＳ２３２インターフェイスにより溶接機のモーター
とアークとを制御することにより、これが可能となる。ついで電気アークが送ら
れて、図３、４に示すように先端傾斜を具えたある長さの繊維の端部を丸くする
ことができる。

【００３８】 半球形状の直径は電気アーク／繊維距離および電極放電電流により左右される
。一例としてスミトモ製Ｔ６２溶接機が使われた。

【００３９】 これにより以後「ＳＵＰＥＲＧＲＡＤＩＳＳＩＭＯ」と呼ばれるマイクロレン
ズのリボンが得られ、これは図４、５に示すような半球形の端部を有しており、
これにより例えばレーザーや半導体増幅器またはフォトダイオードなどの活性要
素の列の場合の結合レベルを改善することができる。

【００４０】 繊維は熱点から遠くに位置しており、傾斜先端を具えた繊維の芯のみが溶解し
て、端部を含めてマイクロレンズの全長に亙って１２５μｍの外径が保たれる。

【００４１】 ４チャンネルＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を具えたリボンのいくつかの実施例があ
る。

【００４２】 実施例１．ＢＲＳレーザーの場合には、最大強度の１／ｅ²において遠距離電
磁界の全発散の６０°×５０°の１．３０１μｍ波長で「ｓｕｐｅｒｇｒａｄｉ
ｓｓｉｍｏ」リボンの結合が行われる。

【００４３】 測定条件はつぎの通りである。Ｔ°＝２１℃、分極電流Ｉ＝４２ｍＡ、レーザ
ーの基準出力は１０，０００μＷ。結果を次の表に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】 実施例２．ＢＲＳレーザーの場合「ｓｕｐｅｒｇｒａｄｉｓｓｉｍｏ」リボン
の結合は、最大強度の１／ｅ²における遠距離電磁界の全発散の２１°×２１°
の１．３１０μｍで行われた。

【００４６】 測定条件はＩ＝７２．６ｍＡ、レーザーの基準出力は１０，０００μＷ。結果
をつぎの表に示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】 裂繊維についての−１４．７ｄＢに対して、丸くされた形状の故に、Ｐｈｏｔ
ｏｎｅｔｉｃｓのＷＩＮ−Ｒ型反射計による繊維端部における反射率は−４０ｄ
Ｂである。

【００４９】 加えて作動距離が大きいが故に、繊維上での反射の後にレーザーダイオード内
に再注入されるパワーが制限される。これは迷走反射が機能と干渉する外部凹部
を有した半導体タイプの増幅器やレーザーに応用する場合には非常に重要なこと
である。

【００５０】 以上記載した低価格集団「レンズ化」方法によれば、大きな作動距離（１００
μｍまで）については、モノモード繊維のリボンと活性要素の列との間の結合が
従来技術に比べて改良できる。これは繊維のリボンに亙って均質なものであり、
４チャンネルは一例に過ぎないのである。

【００５１】 集団性と低価格なので電話通信の分野におけるこの発明の応用は分散ネットワ
ークの場合と同じであり、高結合挙動と低反射率レベルの故に通信ネットワーク
においても同様である。大きな作動距離は全ての応用において有利であり、設置
も容易であり、フレネル反射も大きく低減される。

【００５２】 添付の表は繊維リボンと電極Ｅ１、Ｅ２の熱点との間の距離の関数としての半
球の半径、適宜なユニット中の電極に送られた電流および電極放電時間について
得られた結果を示しており、各繊維について表示されたマージンはリボン上での
値の分散である。

【００５３】

【表３】

【００５４】 光線は６８〜１１０μｍの半球端部で得られ、熱点とリボンとの間の距離８３
０〜９２０μｍについてリボンの４チャンネル上での均質度は±５μｍである。
リボン２８６、２９５は実施例１、２に用いられたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術としての個別結合レンズを示す。

【図２】 従来技術としての集団的結合レンズを示す。

【図３】 この発明による製造方法の概要図を示す。

【図４】 この発明による方法で、「レンズ化した」繊維リボンの図を示す。

【図５】 この発明による、「レンズ化した」リボンの写真を示す。

【符号の説明】

１０： マイクロレンズリボン Ｅ１，Ｅ２： 電極 ＭＯ： モノモード繊維 ＳＩ： シリコン

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年７月９日（２００１．７．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ロステック， ジャン フランス国 エフ−22140 プラ ルート ドゥ レスコバン 14 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA01 BA11 BA31 CA08 2H050 AC87

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一組の平行な光学繊維の端部にマイクロレンズを集団製造す
   る方法であって、組中全ての繊維（Ｆ）の端部を電気アーク（Ａ）により加熱す
   るステップを含んでなり、繊維が配置されている面が電気アークの最熱点の線（
   Ｘ）に平行であり、かつ繊維の端部が配置されている該面の縁部がこれから離れ
   ていて、全ての繊維端部を均質かつ同時に丸くして、全てのマイクロレンズを得
   ることを特徴とするマイクロレンズの集団製造方法。
2. 【請求項２】 光学繊維の端部と最熱点の線との間の距離（ｄ）が８５０〜
   ９５０マイクロメートルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 一組の光学繊維がリボン（１０）からなることを特徴とする
   請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 リボンがモノモード繊維（ＭＯ）を有しており、該繊維の末
   端が先端傾斜（ＧＲＡＤ）を具えたある長さの繊維に溶接されたある長さのシリ
   カ（ＳＩ）を有しており、マイクロレンズ（Ｌ１，Ｌｎ）が先端傾斜（ＧＲＡＤ
   ）を具えたある長さの繊維の端部に製造されることを特徴とする請求項３に記載
   の方法。