JP2004126095A - ２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で量産性に優れ低価格であり、かつ、高い信頼性を有する２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールを提供する。
【解決手段】反射材料がコリメートレンズの中心軸に対して垂直ではない一定の角度を有し、かつ、反射材料が前記コリメートレンズから出射されるビームのビームウェイスト位置に配置され、かつ、２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることにより、コリメートレンズから出射されるビームの光軸がコリメートレンズの中心軸と略同軸となる保持構造を有する２芯ファイバコリメータとする。
【選択図】 図１
【解決手段】反射材料がコリメートレンズの中心軸に対して垂直ではない一定の角度を有し、かつ、反射材料が前記コリメートレンズから出射されるビームのビームウェイスト位置に配置され、かつ、２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることにより、コリメートレンズから出射されるビームの光軸がコリメートレンズの中心軸と略同軸となる保持構造を有する２芯ファイバコリメータとする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムや光計測機器において用いられる２芯ファイバコリメータに関するものである。また、複数本の光ファイバから出射される異なる波長の光信号を合波して１本の光ファイバに結合し、あるいは１本の光ファイバから出射される複数の波長の光信号を、波長ごとにそれぞれの光ファイバに分離する機能を有する光結合モジュール、または同一波長の光信号を複数の光ファイバに分岐する機能を有する、光結合モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光通信システムや光計測機器の小型化、低価格化を目的とした２芯ファイバコリメータ、及びそれを用いた光結合モジュールが種々知られている。２芯ファイバコリメータとは、２本の光ファイバがキャピラリ内の同一の孔、あるいは独立した別々の孔に挿圧入され、レンズ等の光学部品により伝達された光信号を光ファイバへ導くために、光ファイバの片側の端部に空間的に調芯され、ＹＡＧ溶接等の固定手段により位置決め固定される機能を有する構造を取り付けた２芯ピグテイルファイバと、コリメートレンズと、反射材料と、から構成されるものである（例えば、特許文献１参照）。また、光結合モジュールとは、前記２芯ファイバコリメータと他の光学部品とを組み合わせて光結合するように配置したものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４７３４１号公報（第３−５頁、第６図）
【０００４】
【特許文献２】
特開２００１−１９４５５１号公報（第２−４頁、第１０図）
【０００５】
ここで、図１１に、従来の２芯ファイバコリメータの一例を示す。図１１ａは、従来の２芯ファイバコリメータの部分断面図であり、また図１１ｂは、前記図１１ａの断面方向と垂直な方向に切り取った時の部分断面図である。図１１に示す例では、キャピラリ３内に、ルースチューブ７を介して２本の光ファイバ１，２を同一の貫通孔に挿圧入したスリーブ４と、光を平行・集束化するためのレンズ鏡筒９に内包されるコリメートレンズ８、及び反射材料１０が配置された構成の２芯ファイバコリメータが示されている。
【０００６】
そして反射材料１０は、平行平板型構造をもつものであって、前記コリメートレンズ８の中心線上の２つの出射光の光路の交点が反射材料１０上に形成され、かつ、前記コリメートレンズ８の中心線に垂直になるように配置され、光が平行ビームとなっている範囲に分波膜を有する光波長分波フィルタである。また、レンズホルダ１２は、コリメートレンズ８と前記光波長分波フィルタである反射材料１０の両方を内包しており、フェルールホルダ１３を介して２芯ピグテイルファイバ側と固定されている。なお、反射材料１０の片面には分波膜３０（図示せず）が施され、反射材料１０とレンズホルダ１２とは、接着剤１１により接着固定されている。
【０００７】
そして、光ファイバ１，２の端面は、その端面部での反射戻り光を所定の値以下に抑え込むために、キャピラリ３とともにスリーブ４の軸線方向と垂直な方向に対して、所定の角度を持つように斜め研磨加工が施されている（図１１ｂ参照）。
【０００８】
また、ここでいう光波長分波フィルタとは、異なった波長を有する光を波長に応じて選択的に出力する（分波する）ことが可能な光学部品をいうが、それだけに限らずに、多種類のそれぞれに異なった波長を有する光を、包括・合成して出力する（合波する）ことが可能な光学部品を含んでいるものとする。以下、これから説明する各図に示す符号２１、２２、２３、２４は、順に、２芯ピグテイルファイバの中心軸２１、反射材料１０の反射面の法線軸２２、コリメートレンズ８から出射されるビームの軸２３、２芯ファイバコリメータにおけるスリーブ４の軸２４、をそれぞれ示すものとする。
【０００９】
図１１ａおよび図１１ｂに示すように、コリメートレンズ８の中心軸と２芯ピグテイルファイバの１本の光ファイバの軸線とが略同軸上となっており、反射材料１０の反射面の法線軸がコリメートレンズ８の中心軸と同軸となっている。
【００１０】
図１１ａおよび図１１ｂに示す例では、内部に、一次被覆を除去した光ファイバの外径よりも僅かに大きい内径の細孔、テーパ穴部、太孔が形成されているキャピラリ３を、スリーブ４の軸心孔の一方の端部に圧入固定させてフェルールとしたものである。また、このフェルールは、キャピラリ３の細孔と、スリーブ４の外周との同心度を高精度にさせるために、フェルールに外周成形加工をおこなっている。
【００１１】
また、光ファイバの種類には、マルチモードファイバ、シングルモードファイバ等があるが、いずれの種類の光ファイバも、傷等による強度低下を防止するために、エポキシ、シリコン等の合成樹脂で被覆（一次被覆）が施されている。これらの光ファイバの外径は約φ０．２５ｍｍ又はφ０．４ｍｍである。
【００１２】
またルースチューブ７は、ルースチューブ７自身の曲げ強度により、光ファイバの曲げ強度を補強することを目的として、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ１，２とスリーブ４の間に配置され、このルースチューブ７と、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ１，２とを、ルースチューブ７内に接着剤５が入らないようにあらかじめ別な接着剤６にて目止めをおこない、その後、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ１，２を、キャピラリ３の細孔およびテーパ穴部に挿入して、挿入部分を接着剤５で充填して固定された構造となっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図１１ａおよび図１１ｂで示すような従来の２芯ファイバコリメータにおいては、光ファイバから出射したビームは、コリメートレンズ８を透過した後に、コリメートレンズ８の中心軸に対してある一定の角度δを有することになる。ここで波動光学法により、その角度δを定性的に導き出すことにより説明する。
【００１４】
図１２ａおよび図１２ｂは、それぞれ既に図１１ａおよび図１１ｂで示した従来の２芯ファイバコリメータの光線経路の模式図（以下光線模式図とする）である。そして、コリメートレンズ８を非球面レンズとし、計算を簡略化するため、その非球面レンズの光ファイバ側の端面の近軸半径（レンズの中心軸近傍における半径）をＲ１とし、非球面レンズの反射材料側の端面の近軸半径をＲ２とし、空気の屈折率をｎ１とし、非球面レンズの屈折率をｎ２とし、レンズ長をＬとすると、光線行列は以下の式で表される。（ただし、Ｒ１＞０、Ｒ２＞０とする）
【００１５】
【数式１】
【００１６】
ここで、図１３は、光ファイバ１’ がコリメートレンズ８の中心軸に対して位置ずれしているときの光線模式図である。図１３に示すように、光ファイバ１’ がコリメートレンズ８の中心軸に垂直な方向に対してｘ０分だけズレて配置され、かつ、その光ファイバ１’ の軸線がコリメートレンズ８の中心軸に平行である場合には、コリメートレンズ８から出射したビームのビームウェイスト位置Ｚｂｗにおける、コリメートレンズ８の中心軸を基準とした場合の軸間方向（Ｘ軸方向）のズレ量をＳ０とし、また、コリメートレンズ８の中心軸を基準とした場合の傾きをδとすると、Ｓ０およびδは、それぞれ以下の式で表される。
【００１７】
【数式２】
【００１８】
したがって、コリメートレンズ８から出射したビームについて、コリメートレンズ中心軸を基準とした場合の傾きδは、
δ＝−（Ｃｈ）（ｘ０） ・・・（１）
ただし、Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］ ・・・（２）
となる関係式で表される。
【００１９】
ここで例えば具体的に、（１）式および（２）式において、各値を、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、ｘ０＝１２５（μｍ）とすると、その値はδ＝３．９７５（ｄｅｇ）となる。このことから、この具体例の場合、言い換えれば、２つの光ファイバ同士間の距離が２５０（μｍ）である場合には、１本の光ファイバから出射したビームは、コリメートレンズの中心軸に対して、約４度の傾きをもってコリメートレンズから出射される。
【００２０】
一方、他の光ファイバから出射するビームについては、他の光ファイバがコリメートレンズの中心軸に対して対称であることから、ｘ０＝−１２５（μｍ）となり、コリメートレンズの中心軸に対して、約−４度の傾きをもってコリメートレンズから出射される。
【００２１】
次に、別な具体例として、前記（１）式および（２）式において、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、ｘ０＝６２．５（μｍ）とすると、その値はδ＝１．９８８（ｄｅｇ）となる。このことから、この具体例の場合、言い換えれば、光ファイバ同士間の距離が１２５（μｍ）である場合には、１本の光ファイバから出射したビームは、コリメートレンズの中心軸に対して、約２度の傾きをもってコリメートレンズから出射される。
【００２２】
また、さらに別な具体例として、（１）式および（２）式において、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、ｘ０＝２５０（μｍ）とすると、その値はδ＝７．９５１（ｄｅｇ）となる。このことから、同様に、この具体例の場合、コリメートレンズの中心軸に対して、約８度の傾きをもったビームがコリメートレンズから出射されることとなる。
【００２３】
以上、定性的あるいは定量的に示したように、このような従来の２芯ファイバコリメータにおいては、コリメートレンズの中心軸に対して、一定のある傾きδをもってビームがコリメートレンズから出射される。そのため、従来の２芯ファイバコリメータの反射材料の後段に、他の光部品を配置させて当該他の光部品と光結合させる場合や、入力側あるいは出力側のポートのうち少なくとも１つのポートに、２芯ファイバコリメータを用いて光結合モジュールとした場合などにおいて、前記他の光部品の位置を、ビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという欠点を有していた。またその結果、場合によってはハウジングを大きくせざるを得ないという欠点を有していた。
【００２４】
このような問題は、コリメートレンズから出射されるビームが、コリメートレンズの中心軸に対して一定の角度を有していることに起因している。これを回避するもっとも簡易な１つの方法としては、例えば光ファイバ同士を最小限に近接させて配置させることである。つまり言い換えれば、２つの光ファイバについて、コリメートレンズの中心軸に対して最小限の位置ズレで配置させることである。このような場合、コリメートレンズから出射したビームの傾きは最小限となるため、従来の２芯ファイバコリメータの反射材料の後段に、他の光部品を配置させて光結合モジュールとした場合において、前記他の光部品の位置を偏芯させる程度を低減でき、また、他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させるなどの処置を最小限にとどめることができる。
【００２５】
また、上記の方法とは別に、例えば比較的小さなビーム径を有することが可能なコリメートレンズを用いることによっても、前記問題を回避することが可能となる。このような比較的小さなビーム径を有することが可能なコリメートレンズを用いた場合には、コリメートレンズの中心軸に対して、一定の傾きをもってビームがコリメートレンズから出射されたとしても、従来の２芯ファイバコリメータの反射材料の後段に、他の光部品を配置させて光結合モジュールとした場合において、前記他の光部品の位置を偏芯させる程度を低減でき、また、他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させるなどの処置を最小限にとどめることができる。
【００２６】
しかしながら、上記の光ファイバ同士を最小限に近接させて配置させる方法を用いた場合においても、コリメートレンズの中心軸に対する光ファイバの位置ズレは、光ファイバ同士を一部で融着等の手段により重複させない限り、光ファイバの外径の半分未満にすることはできないため、おのずと限界が生じてしまっていた。そのため、場合によっては、依然として、他の光部品の位置をビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという欠点を有していた。
【００２７】
さらに加えて、上記の比較的小さなビーム径を有することが可能なコリメートレンズを用いる方法を用いた場合においても、小さなビーム径を有するレンズは焦点距離が短く、コリメートレンズから反射材料までの距離に関しては、反射材料を配置させるための部品寸法を考慮した場合、その距離にはおのずと限界が生じてしまっている。また、２芯ファイバコリメータに、その他の光学部品を反射材料の後段に配置させることにおいても、小さなビーム径はコリメート領域も小さいため、ビーム径の小さいコリメートレンズを選択するには、おのずと限界が生じてしまっている。そのため、場合によっては、依然として、他の光部品の位置をビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという欠点を有していた。
【００２８】
次に、図１４に、従来の２芯ファイバコリメータの別の一例を示す。図１４ａは、従来の２芯ファイバコリメータの部分断面図であり、また図１４ｂは、図１４ａの断面方向とほぼ垂直な方向に切り取った場合の部分断面図である。図１４ａおよび図１４ｂに示す例では、２本の光ファイバ１，２を同一の貫通孔に圧入した石英のガラスキャピラリ３’と、光ファイバの先端部の斜め研磨角度と同じ斜め研磨角度を有するＧＲＩＮレンズ８’とがＵＶ系接着剤１６で固定され、石英のスリーブ４’と、ステンレススチールのハウジング１８とがエポキシ系接着剤１５により固定されていて、光が平行ビームとなっている範囲に分波膜を有する光波長分波フィルタである反射材料１０が配置された構成をもつ２芯ファイバコリメータが示されている。
【００２９】
このとき、ＧＲＩＮレンズ８’は、１／４ピッチあるいは０．２３ピッチを有していて、光波長分波フィルタは、ＧＲＩＮレンズ８’の中心軸に対して垂直となるように配置され、その上、２芯ピグテイルファイバにおける石英のスリーブ４’の外径に対する中心軸とが略同軸となっている。
【００３０】
ここで、図１４ａおよび図１４ｂの構成においては、このとき、光ファイバのアパーチャおよびＧＲＩＮレンズ８’のアパーチャに接着剤１６が入りこまないようになっている。そして、それらの光ファイバとＧＲＩＮレンズ８’との距離は、数ミクロンから数十ミクロンのオーダーである。しかしながら、このような接着工程において、その微小な間隙を確保しながら、２芯ピグテイルファイバあるいはＧＲＩＮレンズ８’を調芯するのは非常に困難であった。また、調芯後の接着工程において、接着剤の一部が光ファイバのアパーチャおよびＧＲＩＮレンズ８’のアパーチャに入りこんでしまい、製造歩留の低下が問題となっていた。
【００３１】
さらに、ＧＲＩＮレンズ８’と反射材料１０とは接着剤１１’で接着固定されているが、ＧＲＩＮレンズ８’のアパーチャを含む片面の全表面に接着剤１１’が入りこむ構成となっている。そのため、長時間にわたって比較的高い出力を有するビームが、接着剤を透過した場合に、接着剤中の炭素や不純物が光エネルギーを吸収して発熱し、接着剤の劣化が進む恐れがあり、信頼性の観点からこのような構成は懸念されていた。
【００３２】
以上示したとおり、従来の２芯ファイバコリメータの例においては、コリメートレンズの中心軸に対して、一定の角度をもったビームがコリメートレンズから出射されることに起因して、他の光部品の位置を、ビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという問題が生じたり、また一方、従来の２芯ファイバコリメータの別の例においては、光ファイバとＧＲＩＮレンズ間の距離が微小であることに起因して、接着剤の一部が光ファイバのアパーチャおよびＧＲＩＮレンズのアパーチャに入りこんで、製造歩留が低下するという欠点を有しており、また、さらに、ＧＲＩＮレンズと反射材料間に介在する接着剤が、長時間にわたって比較的高い出力を有するビームにより劣化する懸念が生じるなどの信頼性の観点での問題も生じていた。
【００３３】
よってこれら前記問題に対し、本発明は、２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールに関して、小型で量産性に優れ、低価格で、かつ、信頼性の高い品質の２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールを提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、２芯ピグテイルファイバおよびコリメートレンズならびに反射材料を備えてなる２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料が前記コリメートレンズの中心軸に対して垂直ではない一定の角度を有し、かつ、前記反射材料が前記コリメートレンズから出射されるビームのビームウェイスト位置に配置され、かつ、前記２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が前記コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることにより、前記１つの光ファイバから出射されるビームが前記コリメートレンズを介した際に、前記コリメートレンズから出射されるビームの光軸が前記コリメートレンズの中心軸と略同軸となる保持構造を有することを特徴とする２芯ファイバコリメータとしている。
【００３５】
この請求項１の構成では、２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることから、前記１つの光ファイバから出射されるビームがレンズを介した際に、レンズから出射されるビームの光軸が、前記レンズの中心軸と略同軸となる２芯ファイバコリメータを提供することができる。
【００３６】
また請求項２に記載の発明では、前記請求項１に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記コリメートレンズが非球面レンズであって、前記レンズの中心軸近傍における光ファイバ側の半径をＲ１とし、同レンズの中心軸近傍における反射材料側の半径をＲ２とし、レンズ長をＬとし、同レンズのガラス素材の屈折率をｎ２とし、空気の屈折率をｎ１として、前記２芯ピグテイルファイバの２本の光ファイバのうちの１本の光ファイバが、当該レンズの中心軸と略同軸となるように配置されており、かつ、他方の光ファイバが前記レンズの中心軸に対して垂直方向にｘ０だけ位置ズレがあり、かつ、光ファイバの軸線が前記レンズの中心軸に対して平行であり、かつ、反射材料が２本の光ファイバの整列方向に対して傾きを有しており、前記レンズの中心軸を基準とした反射材料の傾きをｍとしたときに、
ｍ≒−（Ｃｈ）（ｘ０）／２
ただし、Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］
からなる関係式により表されることを特徴とする２芯ファイバコリメータとしている。
【００３７】
この請求項２の構成では、前記２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、前記コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されていることから、同レンズから出射されるビームは、レンズの略同軸となることが可能となり、さらに２芯ファイバコリメータの結合効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
さらに請求項３に記載の発明では、前記請求項１または請求項２に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、２つの光ファイバの整列方向と略直交する方向に対し、前記各光ファイバの先端部を斜めに研磨したことを特徴とする２芯ファイバコリメータとしている。
【００３９】
この請求項３の構成により、光ファイバの先端部での反射戻り光を抑制することが可能となるとともに、光ファイバから出射し、コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関して全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となる。また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【００４０】
また請求項４記載の発明では、前記請求項１〜請求項３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、長波長透過フィルタまたは短波長透過フィルタあるいはバンドパスフィルタのいずれかの光波長分波フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするものである。
【００４１】
この請求項４の構成により、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、波長に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【００４２】
また請求項５記載の発明では、前記請求項１〜請求項４に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の両面あるいは前記コリメートレンズ側のガラス基板の面に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜あるいはＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜を形成した光波長分波フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするものである。
【００４３】
この請求項５の構成により、光波長分波フィルタの波長特性に応じて特定の波長の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は膜材として良く知られており、使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに長時間にわたって比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、多層膜における膜損傷を抑制することが可能となり、信頼性の点で向上させることができる。
【００４４】
また請求項６記載の発明では、前記請求項１〜請求項３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００４５】
この請求項６の構成により、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、光分岐フィルタの分岐比に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【００４６】
また請求項７記載の発明では、前記請求項１〜請求項３または請求項６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の両面あるいはコリメートレンズ側の基板の面に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜、あるいはＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜を形成した光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするものである。
【００４７】
この請求項７の構成により、光分岐フィルタの分岐比に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は、膜材として良く知られており使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに長時間にわたって比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、多層膜における膜損傷を抑制することが可能となり信頼性の点で向上させることができる。
【００４８】
さらに請求項８記載の発明では、前記請求項１〜請求項３または請求項６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の反射面であるコリメートレンズ側の片面に誘電体多層膜を一切含まない、光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００４９】
この請求項８の構成により、反射材料の片面は、ガラス基板の素面、あるいは光学的に透明な素材の基板の素面となり、素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率にてコリメートレンズから出射されるビームは反射されるため、当該反射材料の片面上に特に分岐膜を形成せずに、基板の素材を任意に選択することによってのみ、反射率を選択することが可能となり、よって低価格な反射材料とすることができる。このような素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率を利用する場合には、一般には入射角が大きい場合には偏光依存性の点で問題になることがあるが、本発明の２芯ファイバコリメータにあっては、入射角が比較的小さいため、偏光依存性が問題とならずに使用することができる。
【００５０】
また、このように物質の素面のみを利用しているため、長時間にわたって比較的大きいパワーを有する光が入射しても前記反射面には分岐膜を形成していないことから膜吸収自体が存在しえないために、この面における光損傷を著しく抑制することが可能となる。
【００５１】
さらに請求項９記載の発明では、前記請求項１〜請求項８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、平行平板型構造であることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５２】
この請求項９の構成により、コリメートレンズから出射したビームは、厳密には、反射材料がコリメートレンズの中心軸に対して一定の角度を有しているため、反射材料の屈折率および形状に応じたウォークオフ（コリメートレンズの中心軸に垂直な方向のビームの位置ズレ）が生じるのであるが、反射材料が平行平板型構造であることから、コリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置された光ファイバから出射し、コリメートレンズを介して反射材料を透過したビームは、コリメートレンズの中心軸に対してほぼ角度を有することなく、略同軸とすることが可能となる。
【００５３】
さらに請求項１０記載の発明では、前記請求項１〜請求項８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、片面が傾斜面である楔型構造であることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５４】
この請求項１０の構成により、反射材料が平行平板型構造である場合に生じることのある多重反射による干渉に関して、反射材料を片面が傾斜面である楔型構造とするので、上記干渉を回避することが可能となる。また、反射材料を透過したビームについて、反射材料の屈折率および楔角度等に応じてコリメートレンズの中心軸に対して任意に所定の角度を有することが可能となる。
【００５５】
さらに請求項１１記載の発明では、前記請求項１〜請求項１０に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置に一致するように配置されていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５６】
この請求項１１の構成により、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置に一致するように配置されているために、２芯ファイバコリメータの結合効率を最良のものにすることが可能である。
【００５７】
さらに請求項１２記載の発明では、前記請求項１〜請求項１０に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置からわずかに短い位置に、あるいはわずかに長い位置に配置されていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５８】
この請求項１２の構成により、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置からわずかに短い位置に、あるいはわずかに長い位置に配置されているために、その位置がコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域内とみなせる場合には、その位置でのビームのスポットサイズはビームウェイスト位置でのビームのスポットサイズとほぼ同じであることから、高い結合効率を実現することが可能となる。
【００５９】
さらに請求項１３記載の発明では、前記請求項１〜請求項１２に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、スリーブの一部に、光ファイバの斜め研磨方向を判別するためのマーキングを備えていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６０】
この請求項１３の構成により、光ファイバの斜め研磨方向を判別することが可能となるために、２芯ファイバコリメータを製作する際に光ファイバの斜め研磨方向についてキャピラリの斜め研磨方向を観察することをせずに、肉眼あるいは顕微鏡もしくはＣＣＤカメラにより判別でき、２芯ピグテイル光ファイバおよびコリメートレンズならびに反射材料の配置を間違えることなく組立することが可能となる。
【００６１】
さらに請求項１４記載の発明では、前記請求項１〜請求項１３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射したビームがコリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるような光ファイバ、もしくは、当該光ファイバと異なる光ファイバのどちらかの一方の一部に、判別用のマーキングを備えていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６２】
この請求項１４の構成により、コリメートレンズから出射する２つのビームのうち、前記コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバを判別することができ、例えばこの２芯ファイバコリメータを入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に用いる光結合モジュールを製作する際において、２芯ファイバコリメータの固定のために結合効率を計測しながらおこなう調芯時の間違いを防ぐことが可能となる。
【００６３】
さらに請求項１５記載の発明では、前記請求項１〜請求項１４に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、２つの細孔を有するキャピラリの１つの細孔の中心軸がキャピラリの外径に対して同軸となることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６４】
この請求項１５の構成により、キャピラリにおける２つの細孔のうち、キャピラリの外径に対して同軸となる細孔に、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバが挿入されている場合には、当該光ファイバは環境の温度変動によりキャピラリ及びスリーブ等が熱膨張で位置変動する場合であっても、キャピラリの外径に対して同軸となっていることから、環境の温度変動による位置変動を構造的に低減させることが可能である。
【００６５】
さらに請求項１６記載の発明では、前記請求項１〜請求項１５に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、当該２芯ファイバコリメータを構成する２芯ピグテイルファイバについて、キャピラリの外径に対する中心軸が、スリーブの孔の軸線に対して一定の角度αをもち、当該キャピラリに内包された光ファイバの軸線がスリーブの孔の軸線に対して前記αの角度をもつとき、光ファイバのコア部の屈折率をｎｆとしたときに、光ファイバの先端部がフェルールの孔の軸線に対してα＋ｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝なる角度で研磨されていること特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６６】
この請求項１６の構成により、光ファイバから出射されるビームはスリーブの外径の軸線に対して完全に平行となるため、コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバから出射される光については、コリメートレンズを介して出射されるビームを、前記コリメートレンズの中心軸と同軸にすることが可能となる。
【００６７】
さらに請求項１７記載の発明では、前記請求項１〜請求項１６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、光ファイバのいずれかの一方が、プラセオジウム（Ｐｒ）添加光ファイバ、あるいはエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６８】
この請求項１７の構成により、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれかの一方をプラセオジウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のプラセオジウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。また、同様に、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれか一方をエルビウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のエルビウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。
【００６９】
さらに請求項１８記載の発明では、前記請求項１〜請求項１７に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、両光ファイバの先端部が光ファイバの端部近傍のコア径が熱拡大されたコアを有する光ファイバ（ＴＥＣファイバ＝Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）であることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００７０】
この請求項１８の構成により、光ファイバのモードフィールド径が、通常の光ファイバのモードフィールド径に比して大きくなることから、結合効率のトレランスが緩和され、そのため光学部品や金属部品の寸法トレランスを緩和することが可能となり、または、外部環境の温度変動などによるコリメートレンズや反射材料といった部品の変動に伴う結合効率の変動を低減させることが可能となる。
【００７１】
さらに請求項１９記載の発明では、前記請求項１〜請求項１８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料と前記コリメートレンズとの間に、機能材料を備えており、当該機能材料から出射されるビームの軸が、該コリメートレンズの中心軸と略同軸となることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００７２】
この請求項１９の構成により、例えば反射材料を全反射ミラーとし、機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射されると、波長λ１のみを選択的に他方の光ファイバへ伝達することが可能となる。さらに全反射ミラーの反射により光信号は前記バンドパスフィルタを２回通過することから、矩形波に近い光信号を得ることができる。
【００７３】
さらに請求項２０記載の発明では、前記請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の２芯ファイバコリメータを、入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に用いることを特徴とした光結合モジュールとするのものである。
【００７４】
この請求項２０の構成により、２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射される２つのビームのうちの１つのビームは、コリメートレンズの中心軸に略同軸となることから、入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に当該２芯ファイバコリメータを用いると、２芯ファイバコリメータを含む他の光学部品を配置させて光結合モジュールとする場合に、当該光学部品をコリメートレンズの中心軸にほぼ同軸となるように配置させることが可能となる。
【００７５】
さらに請求項２１記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側のポートとする光ファイバを備えており、２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され前記レンズを介して出射したビームが、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００７６】
この請求項２１の構成により、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【００７７】
さらに請求項２２記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側のポートとするためのコリメートレンズと光ファイバを備えており、当該２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され当該レンズを介して出射したビームが、当該２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００７８】
この請求項２２の構成により、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため小型化することが可能となる。
【００７９】
さらに請求項２３記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側である受光素子あるいは発光素子である光半導体を備えており、当該２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され当該レンズを介して出射したビームが、当該光半導体と光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８０】
この請求項２３の構成により、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを光半導体へ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび光半導体は、ほぼ一直線上に配置されるため小型化することが可能となる。
【００８１】
さらに請求項２４記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、偏波無依存型光アイソレータと、出力側あるいは入力側のポートとするためのコリメートレンズと光ファイバを備えており、当該２芯ファイバコリメータと当該２芯ファイバコリメータ以外の光ファイバとの光路中に当該偏波無依存型光アイソレータが配置されており、当該２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され当該レンズを介して出射したビームが、当該２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８２】
この請求項２４の構成により、前記２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、前記２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、前記２芯ファイバコリメータおよび偏波無依存型光アイソレータ、ならびに前記２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【００８３】
さらに請求項２５記載の発明では、前記請求項２４に記載の光結合モジュールにおいて、前記偏波無依存型光アイソレータは、楔型の複屈折板を構成要素とするものであって、かつ、当該楔型の複屈折板のうち反射材料に最も近い複屈折板における楔角度が、２芯ファイバコリメータにおける両光ファイバの中心軸を結ぶ１つの直線と所定の角度を有して交差するように配置されていることを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８４】
この請求項２５の構成により、２芯ファイバコリメータは、概してコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域を長くしようとすると、比較的大きなビーム径を有する必要があり、そのような比較的大きなビーム径をもつビームのアイソレーションを確保するには、楔型の複屈折板を構成要素とする偏波無依存型光アイソレータの使用が有効であって、また、当該楔型の複屈折板のうち反射材料に最も近い複屈折板における楔角度が、２芯ファイバコリメータにおける両光ファイバの中心軸を結ぶ１つの直線と所定の角度を有して交差するように配置されていることから、実用上、十分なアイソレーションを確保することが可能となる。
【００８５】
さらに請求項２６記載の発明では、前記請求項２０〜請求項２５のいずれかに記載の光結合モジュールにおいて、当該光結合モジュールの光路中にさらに機能材料を備えていることを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８６】
この請求項２６の構成により、例えば機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射される場合に、波長λ１のみを選択的に当該２芯ファイバコリメータ以外の光ファイバへ伝達することが可能であるとともに、当該光結合モジュールの構成部品および当該機能材料は、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【００８７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る２芯ファイバコリメータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１ａは、本発明の２芯ファイバコリメータの一例を示す部分断面図であり、図１ｂは、図１ａの断面方向と垂直な方向の部分断面図である。
【００８８】
図１ａおよび図１ｂにおいて、２０、２１、２２、２３は、それぞれ順に、コリメートレンズの中心軸２０、２芯ピグテイルファイバの中心軸（２芯ピグテイルファイバうちの１本の光ファイバの軸線）２１、反射材料の反射面の法線軸２２、コリメートレンズから出射したビームの軸２３、を示している。
【００８９】
そして、コリメートレンズ８の中心軸２０と２芯ピグテイルファイバのうちの１本の光ファイバの軸線２１とが略同軸上となっており、反射材料の反射面の法線軸２２は、コリメートレンズ８の中心軸２０および２芯ピグテイルファイバのうちの１本の光ファイバの軸線２１と一定の角度を成しており、コリメートレンズ８から出射したビームの軸２３は、コリメートレンズ８の中心軸２０と略同軸となっている。
【００９０】
なお、本発明で用いるコリメートレンズ８は、例えばＧＲＩＮレンズのような非均質媒質レンズではなく、あくまでレンズ端面の形状のみによって集光機能を有する均質媒質レンズであって、具体的には、非球面レンズ、球面レンズ、球レンズ等を指している。
【００９１】
そして、コリメートレンズが非球面レンズであって、該レンズの中心軸近傍における光ファイバ側の半径をＲ１とし、該レンズの中心軸近傍における反射材料側の半径をＲ２とし、レンズ長をＬとし、空気の屈折率をｎ１とし、該レンズのガラス材の屈折率をｎ２とし、他方の光ファイバがコリメートレンズの中心軸に対して垂直方向にｘ０だけ位置ズレがあり、光ファイバの軸線とコリメートレンズの中心軸とが平行である場合に、反射材料の傾きをｍとすると、前記（１）式および（２）式を用いて、
ｍ≒−（Ｃｈ）（ｘ０）／２
で表されるものである。但し、Ｃｈは、
Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］
なる関係式により表される。
【００９２】
ここで、２芯ファイバコリメータの結合効率（挿入損失）について、波動光学法を用いて以下、定性的に示すことにする。まず、コリメートレンズとして非球面レンズを用いた場合について述べる。ここで、空気の屈折率をｎ１とし、コリメートレンズのガラス材の屈折率をｎ２とし、コリメートレンズの光ファイバ側の近軸半径Ｒ１とし、コリメートレンズの反射材料側の近軸半径をＲ２とし、レンズ長をＬとする。そして、コリメートレンズの光ファイバ側の端面から光ファイバの端面までの距離をＺ１とし、コリメートレンズの反射材料側の端面から反射材料の端面までの距離をＺ２とすると、光線行列は、以下のようになっている。
【００９３】
【数式３】
【００９４】
そして、光信号の波長をλ１とし、光ファイバのモードフィールド径をｗ１として、コリメートレンズから出射したビームのビーム径をｗ２とすると、上記の光線行列について、以下の公式が成り立っている。
【００９５】
【数式４】
【００９６】
ここで、上記公式を用いて、Ｚ１について解くと、以下の式で表される。
【００９７】
【数式５】
【００９８】
ただし、
【００９９】
【数式６】
【０１００】
【数式７】
【０１０１】
【数式８】
【０１０２】
である。さらに、上記の光線行列について、以下の公式が成り立っている。
【０１０３】
【数式９】
【０１０４】
ここで、この公式によって、Ｚ２について解くと、以下の式で表される。
【０１０５】
【数式１０】
【０１０６】
ただし、
【０１０７】
【数式１１】
【０１０８】
【数式１２】
【０１０９】
【数式１３】
【０１１０】
である。そして、ｗ２は、以下の式で表すことができる。
【０１１１】
【数式１４】
【０１１２】
さらに、光線行列は、以下のようになっている。
【０１１３】
【数式１５】
【０１１４】
ここで、図１３を用いて既に示したように、光ファイバ１’ がコリメートレンズ８の中心軸に垂直な方向に対してｘ０分だけずれて配置され、かつ、その光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸に平行である場合には、コリメートレンズから出射したビームについて、コリメートレンズから出射したビームのビームウェイスト位置Ｚｂｗにおける、コリメートレンズの中心軸を基準とした場合の軸間方向（Ｘ軸方向）のズレ量をＳ０とし、また、コリメートレンズの中心軸を基準とした場合の傾きをδとすると、Ｓ０およびδは、それぞれ以下の式で表される。
【０１１５】
【数式１６】
【０１１６】
これを解くと、以下のとおりとなる。
【０１１７】
【数式１７】
【０１１８】
【数式１８】
【０１１９】
図２に、２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射されるビームに関して、反射材料近傍における前記ビームの光線模式図を示す。図２において、ψ１（Ｘ，Ｚ）は、光ファイバがコリメートレンズの中心軸に垂直な方向に対してｘ０分だけずれて配置され、かつ、その光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸に平行である場合におけるコリメートレンズから出射した０次のガウシアンビーム（以下、ガウシアンビームとする）を示している。またψ１ｍ（Ｘ，Ｚ）は、前記ψ１（Ｘ，Ｚ）がコリメートレンズの中心軸に対して傾きｍを有する反射材料により反射したときのガウシアンビームを示している。そして、ψ２（Ｘ，Ｚ）は、光ファイバがコリメートレンズの中心軸に垂直な方向に対してずれがなく、かつ、その光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸に平行である場合におけるコリメートレンズから出射したガウシアンビームを示している。
【０１２０】
ここで、前記の３つビームとも紙面に垂直な方向に対しては傾きを有していないものとする。なお、反射材料の反射面の中心は原点Ｏにあるものとしている。そして、反射材料のＺ軸方向の位置ずれ量に関して、ビームψ１（Ｘ，Ｚ）におけるビームウェイスト位置からのＺ軸方向のズレ量をΔＺ１とし、コリメートレンズから出射したビームのＸ軸方向の最終的なズレ量をＳ３とすると、Ｓ３は以下のとおりとなる。
【０１２１】
【数式１９】
【０１２２】
ここで、コリメートレンズの中心軸に対してＸ軸方向にＳ３分だけずれていて、かつ、コリメートレンズの中心軸に対してδだけ傾きが生じているコリメートレンズから出射されたビームが、反射材料により反射する場合を以下に示す。まず、反射材料の傾きをｍとすると、反射材料にて反射したビームの傾きは、コリメートレンズの中心軸を基準とした場合δ−２ｍで表される。次に、反射材料にて反射したビームについて、最終的に生じるコリメートレンズの中心軸に対するＸ軸方向のズレ量を、Δｘ３とすると、以下のとおりとなる。
【０１２３】
【数式２０】
【０１２４】
さらに、反射材料のＺ軸方向の位置に関して、ビームウェイスト位置からのＺ軸方向のズレ量をΔＺ１とすると、反射材料にて反射したビームについて、最終的に生じるコリメートレンズの中心軸に対するＺ軸方向のズレ量ΔＺ２は、以下のとおりとなる。
【０１２５】
【数式２１】
【０１２６】
以上より、２芯ファイバコリメータの結合効率ηは、近軸光線近似領域において反射材料の反射率をＲとするとＷａｔｔ単位で以下の式で表され、また、挿入損失ＬＯＳＳはｄＢ単位で以下の式で表される。
【０１２７】
【数式２２】
【０１２８】
【数式２３】
【０１２９】
ただし、数式２２中のκ、ω１２、ω２２は、以下の数式でそれぞれ表される。
【０１３０】
【数式２４】
【０１３１】
【数式２５】
【０１３２】
【数式２６】
【０１３３】
である。したがって、２芯ファイバコリメータの結合効率ηを向上させるためには、（言い換えれば、挿入損失ＬＯＳＳを低減させるためには）δ≒２ｍという条件が特に必要であることが、上記の式から明らかとなっている。
【０１３４】
ここで、以下に具体的な数値を代入することにより、２芯ファイバコリメータの特性を一部示すことにする。まず、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、λ１＝１．４８（μｍ）、ｗ１＝５．９（μｍ）、ｗ２＝１４３．８５５（μｍ）とすると、その値はＺ１＝１１１８（μｍ）、Ｚ２＝１９６２（μｍ）となる。
【０１３５】
そして、光ファイバのコリメートレンズの中心軸からのズレ量ｘ０＝２５０（μｍ）とすると、コリメートレンズの中心軸に対してδ＝７．９５１（ｄｅｇ）の傾きを有したビームがコリメートレンズから出射される。したがって、反射材料は、コリメートレンズの中心軸に対してｍ＝７．９５１／２＝３．９７５（ｄｅｇ）の傾きを有していれば、特に２芯ファイバコリメータの結合効率ηは、向上する。
【０１３６】
ここで、例えば、ｍが上記の理想的な値３．９７５（ｄｅｇ）ではなく、僅かにずれてｍ＝３．９６０（ｄｅｇ）となっている場合であって、反射材料の反射率がＲ＝０．９９となっている場合には、ΔＺ１＝−１００（μｍ）とすると、その値はη＝０．９５５、ＬＯＳＳ＝０．２００（ｄＢ）となる。このように、特に、反射材料の傾きｍが、
ｍ≒−（Ｃｈ）（ｘ０）／２
ただし、Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］
なる関係式により表される場合には、挿入損失が良好であることがわかる。
【０１３７】
そして、１本の光ファイバは、コリメートレンズの中心軸と同軸となっているため、コリメートレンズから出射されるビームは、コリメートレンズの中心軸と完全に同軸となる。なお、上記計算においては、計算を簡易にするために、光ファイバの端面は、斜め研磨加工していないクリーブカットのものとした。ただし、実用上は、光ファイバの先端部での反射戻り光を抑制することが必要であって、光ファイバの端面の斜め研磨加工は必須となるために、厳密にはコリメートレンズの中心軸とは完全には同軸とはならずに略同軸となる。
【０１３８】
図３は、光ファイバの斜め研磨方向を説明する２芯ピグテイルファイバの立体斜視図である。図３において、光ファイバ１，２は、それらの整列方向と略直交する方向に各光ファイバの先端部を斜めに研磨加工されているものである。そして、図１ａおよび図１ｂに示すような配置で、当該２芯ピグテイルファイバを２芯ファイバコリメータに用いると、光ファイバから出射し、コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関し全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となり、また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【０１３９】
前記の数値計算において、反射材料の反射率がＲ＝０．９９として計算したが、ここで、反射材料が光波長分波フィルタである場合には、その反射帯および透過帯の波長の組み合わせは、例えば９８０／１５５０ｎｍ、１３１０／１５５０ｎｍ、１４８０／１５５０ｎｍ、１５１０／１５５０ｎｍ、１５５０／１５９０ｎｍ、１０１６／１３１０ｎｍなどである。一方、反射材料が光分岐フィルタである場合には、分岐比は、例えば５０：５０、９０：１０、９５：５、９９：１などである。
【０１４０】
ここで、図１ａおよび図１ｂにおいて、スリーブ４は、光ファイバを空間的にｘ、ｙ、ｚ方向に調芯した後、ＹＡＧ溶接固定または接着固定により、他の金具に溶接または他の部品と接着できるようにするためのもので、例えば、ステンレススチール、銅、コバール等の金属やその他、セラミック、ガラス、プラスチック等などでできていて、所定の形状に研削加工され、あるいは、あらかじめ所定の形状となるように成形されていて、外観上円筒構造をもつものであり、あるいは、光ファイバ挿入孔近傍のみが円筒構造であって、その他は角筒構造という複合された構造をもつものである。
【０１４１】
このとき、スリーブ４には、光ファイバの位置をスリーブ４の中心に、光ファイバ１，２を内包するためのキャピラリ３が圧入されている。ここで、キャピラリ３が２つの細孔を有していてそれぞれの細孔に光ファイバ１，２を内包している場合を図示しているが、もちろんキャピラリが１つの楕円形状の細孔のみを有していてその細孔に両光ファイバを内包させるようにしてもよい。
【０１４２】
ここで、キャピラリ３は、例えば材料としては、ジルコニア、アルミナ等の酸化物セラミック素材、その他炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の非酸化物セラミック素材、または、ほう珪酸ガラス、結晶化ガラス等のガラス素材、ならびにプラスチックス素材、その他金属などである。
【０１４３】
そして、特にジルコニアは、熱膨張係数が光ファイバのコア（石英ガラス）の熱膨張係数にほぼ等しく、また微細孔を高精度に加工することができ、且つ熱的環境変化に強く、さらにエポキシ系接着剤を介して光ファイバに接着するとその接着力が強いことから、スリーブに圧入固定されるキャピラリの材質として好ましい。
【０１４４】
また、接着剤５としては、従来から光ファイバ接着用に用いることができるものであれば何でもよく、例えばエポキシ系接着剤やＵＶ系接着剤等を用いることができる。ここで、スリーブの光ファイバ挿入孔への充填性、接着強度、耐熱的環境特性、硬化特性等を考慮すると、特にエポキシ系接着剤が好ましい。また、上記接着剤にフィラー（充填剤）が混入されたものを用いてもかまわない。
【０１４５】
ここで、コリメートレンズのレンズ鏡筒９とレンズホルダ１２とは、ＹＡＧ溶接１４により固定されている。同様に、レンズホルダ１２とフェルールホルダ１３とは、ＹＡＧ溶接１４’により固定され、フェルールホルダ１３と２芯ピグテイルファイバにおけるスリーブ４とは、ＹＡＧ溶接１４’’により固定されている。
【０１４６】
図１ａおよび図１ｂにおいて、コリメートレンズから出射されるビームがコリメートレンズの中心軸に対して傾きを有する光ファイバ２の一部にマーキング１９が施されている。このマーキング１９は、コリメートレンズから出射されるビームがコリメートレンズの中心軸に対して傾きをほぼ有しない光ファイバ１との判別をすることが可能であればよく、例えば油性の黒インク等により形成したものであってかまわない。
【０１４７】
実際には、望ましくは２芯ピグテイルファイバの製作終了時点で、顕微鏡観察やＣＣＤを用いたモニタ観察にて、１本の光ファイバに白色光やＨｅ−Ｎｅレーザ光を通光させて確認しながらおこなう。なお、２芯ピグテイルファイバの製作終了時点においてマーキングを施さない場合には、２芯ファイバコリメータの製作終了時点においてマーキングをおこなってもよい。なお、上記とは逆に、光ファイバ１にマーキングを施し、光ファイバ２にマーキングを施さない方法によって区別をおこなっても当然に良い。
【０１４８】
また、図１ａおよび図１ｂにおいて、ルースチューブ７上の一部にマーキング１７が施されている。このマーキング１７は、光ファイバの端面の斜め研磨方向を明示するために施されている。この例では、斜め研磨方向に対して垂直な方向における片側にマーキングが施されている。このマーキングは、望ましくは光ファイバの斜め研磨作業後に、顕微鏡観察やＣＣＤを用いたモニタ観察にて、斜め研磨方向を確認しながら、例えば油性の黒インク等により形成するとよい。
【０１４９】
さらに、図１ａにおいて、レンズホルダ上の一部にもマーキング１７’ が施されている。このマーキング１７’ は、反射材料が傾きを有する側の片側に、反射材料の傾き方向を明示するために施されている。このマーキングは、望ましくはレンズホルダと反射材料とを、接着剤等により固定した後に、顕微鏡観察やＣＣＤを用いたモニタ観察にて、レンズホルダの斜め研磨方向を確認しながら、あるいは、反射材料の斜め研磨の配置を確認しながら、例えば油性の黒インク等により形成する。また、あらかじめ、レンズホルダの製作時点において、レンズホルダの外周の一部に、レンズホルダの斜め研磨方向を明示するための切り欠き（Ｄカット）等を設けていてもよい。
【０１５０】
上記のマーキング１７およびマーキング１７’ は、２芯コリメータの組立作業において、２芯ピグテイルファイバと反射材料の位置を明確にして、取付位置の間違いを防ぐために設けているものであり、図１ａおよび図１ｂに示す例では、マーキング１７とマーキング１７’ は、一直線上に配置されている。なお、前記マーキング１７、１７’ は、２芯コリメータの組立作業において、取付位置の間違いを防ぐために設けているため、２芯ピグテイルファイバと反射材料の位置を明確にすることが可能でありさえすれば、必ずしも図１ａおよび図１ｂに示す位置でなくてもよい。さらに、マーキング１７はルースチューブ上だけに限らずにスリーブ上の一部に達しても良く、あるいはスリーブ上に一部のみに施してもよい。
【０１５１】
既に示した（１）式および（２）式により、同一のコリメートレンズを用いた場合、ｘ０が大きくなるのに比例して、｜δ｜も大きくなり、コリメートレンズの中心軸からの傾きが大きいビームがコリメートレンズから出射される。このときの光線模式図を図４ａおよび図４ｂに示す。ここで、２本の光ファイバ間距離をＰとすると、従来の２芯ファイバコリメータにおいてはｘ０＝Ｐ／２であり（図４ａ）、本発明の２芯ファイバコリメータにおいてはｘ０＝Ｐである（図４ｂ）から、本発明の２芯ファイバコリメータにおけるコリメートレンズから出射されるビームで、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸上とならない方のビームは、従来の２芯ファイバコリメータにおけるビームと比べて、ビームの傾きが必然的に大きくなる。
【０１５２】
したがって、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して、ほぼ傾きを有せずに反射材料側から当該コリメートレンズに達するビームが存在している場合において、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して傾きを有する方の光ファイバに光信号が伝達されるときには、本発明の２芯ファイバコリメータは、従来の２芯ファイバコリメータに比して、ビームの傾きが大きいことから、直接的な点で良好である。
【０１５３】
上記のとおり、反射材料の片面への入射角は、コリメートレンズの形状および屈折率ならびにレンズ長によって定まるのであるが、概略５度以内である。一般に、ある結晶へ入射角が約５度以内で入射した際に発生する偏光依存性（ＰＤＬ）は、無視できるほど小さいことが知られている。このために、本発明に係る２芯ファイバコリメータにおいても、反射材料の片面上の分波膜あるいは分岐膜の偏光依存性（ＰＤＬ）は非常に小さく、良好な特性を持つことが明らかである。
【０１５４】
コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバについて、例えば、反射材料が光波長分波フィルタであって、波長λ１を透過する場合、波長λ１の光が光ファイバに入射されたときに、光ファイバから出射されるビームは、コリメートレンズの中心軸と略同軸となっていることから、コリメートレンズの球面収差の影響がほとんど無い、というメリットを有する。また、コリメートレンズに非球面レンズを用いた場合は、より一層収差の影響を低減することができる。一方、前記光ファイバ以外の光ファイバから出射された光は、コリメートレンズの中心軸近傍を通らないため、収差の影響を受けやすくなるが、この影響はごく僅かで微小であることから、実用上この収差は問題にはなることはない。
【０１５５】
コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバについて、例えば、反射材料が光波長分波フィルタであって、波長λ１を透過する場合、波長λ１の光が光ファイバに入射されたときに、光ファイバから出射されるビームはコリメートレンズの中心軸と略同軸となっていることから、コリメートレンズから出射されるビームがコリメートレンズの中心軸と略同軸となり、反射材料の後段に他の光部品を配置させて当該光部品と光結合させる場合や、２芯ファイバコリメータを用いて光結合モジュールとした場合などにおいて、特に、前記他の光部品の位置を偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置を必要とすることがない。そして、その結果ハウジングを小型にすることが可能となり、製品寸法を小型にすることが可能となる。
【０１５６】
ここで、反射材料は、接着剤により反射材料のアパーチャに接着剤が入り込まないようにレンズホルダと接着固定されている。そのため、長時間にわたって比較的高い出力を有する光が光ファイバに入ってきた場合であっても、光路中には接着剤自体を透過する領域が存在しないため、当然に接着剤の劣化が進む恐れがない。
【０１５７】
なお、反射材料とレンズホルダとの固定は、接着剤による接着固定方法以外に、接着剤を用いずに、例えば、反射材料の片面の一部およびレンズホルダの一部にメタライズ処理をおこなった後に、半田固定をおこなうことにより実現させてもよい。具体的には、メタライズ処理の方法は、反射材料の片面の一部に真空蒸着プロセスによりクロム（Ｃｒ）の薄膜層を形成した後、白金（Ｐｔ）の薄膜層を形成し、さらにその後に金（Ａｕ）の薄膜層を形成する。一方、レンズホルダの片面の一部にも、同様に真空蒸着プロセスにより前記クロム、白金、金の薄膜層を形成する。そして、これらの反射材料及びレンズホルダの上に、一定の厚みを有する金（Ａｕ）８０％、錫（Ｓｎ）２０％を含む半田泊を載せ、治具等により仮押さえした状態で、アルゴンガス９０％、水素１０％の混合ガスの雰囲気中において約３００℃に加熱し、反射材料をレンズホルダに接合固定する。この場合は有機系接着剤を全く用いていないため、当然に接着剤の劣化を懸念する余地がなく信頼性が確保されている。
【０１５８】
光ファイバの端面は、光ファイバ端面側での反射戻り光を低減させる目的で斜め研磨されているが、このとき光ファイバの軸線に対する斜め研磨角度をαとすると、光ファイバから出射されるビームは、光ファイバのコア部の屈折率をｎｆとすると、スネルの法則により、光ファイバの軸線に対してｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝となる角度を有する。そのため、このときコリメートレンズの中心軸に光ファイバから出射するビームの中心を配置させようとすると、おのずと光ファイバの軸線とコリメートレンズの中心軸とは、厳密には完全に同軸になることはない。
【０１５９】
そして、そのコリメートレンズの中心軸と垂直な方向の位置ズレ量は、光ファイバの端面とコリメートレンズの光ファイバ側の端面との距離をＺＺとすると、（ＺＺ）ｔａｎ［ｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝］と表わされる。以上示したとおり、コリメートレンズの中心軸に光ファイバから出射するビームの中心を配置させようとするときには、実際上、光ファイバの軸線とコリメートレンズの中心軸とは完全な同軸ではなく、略同軸であることが必要とされる。
【０１６０】
さらに２芯ファイバコリメータにおいて、当該２芯ファイバコリメータを構成する２芯ピグテイルファイバについて、キャピラリの外径に対する中心軸がフェルールの孔の軸線に対して一定の角度αを有し、当該キャピラリに内包された光ファイバの軸線がフェルールの孔の軸線に対して当該αの傾きを有するとき、光ファイバのコア部の屈折率をｎｆとしたときに、光ファイバの端面がフェルールの孔の軸線に対してα＋ｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝なる角度で研磨されている場合には、同様にスネルの法則により、光ファイバの端面から出射されるビームは、スリーブの外径に関する中心軸に対して完全に同軸となる。
【０１６１】
この様子を図５ａおよび図５ｂに示す。図５ａは２芯ピグテイルファイバの部分断面図であり、図５ｂは、断面方向が図５ａの断面方向とほぼ直交している部分断面図である。このような場合には、光ファイバの端面から出射されるビームの中心をコリメートレンズの中心に配置させようとすると、フェルールの軸とコリメートレンズの中心軸とを完全に同軸にすることが可能となる。そして、コリメートレンズの中心軸に対して全く軸ズレがなく、またコリメートレンズの中心軸に対して傾きを有しない方の光ファイバから出射したビームは、計算するまでもなく、コリメートレンズの中心軸と同軸上にコリメートレンズからビームが出射されることは当然ながら明らかである。
【０１６２】
この時、光ファイバの種類は、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ等があるが、２芯ピグテイルファイバを構成する光ファイバは、ともにシングルモードファイバである場合に限らずに、ともにマルチモードファイバであっても、または、一方の光ファイバがシングルモードファイバであって、他方がマルチモードファイバであるという組み合わせでもよい。さらには、一方の光ファイバまたは両光ファイバが偏波保持ファイバであってもよい。
【０１６３】
また、光ファイバのいずれか一方は、一般的に使用されている石英をホストガラスとするものに限らずに、例えば、フッ化物をホストガラスとするプラセオジウム（Ｐｒ）添加光ファイバのような希土類添加光ファイバであってもよく、あるいはエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバであってもよい。その光ファイバのいずれか一方がプラセオジウム添加光ファイバである場合には、この光ファイバに別のプラセオジウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となり、さらに、その融着接続部分における挿入損失を低減することが可能となる。また、同様に、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれか一方がエルビウム添加光ファイバである場合には、この光ファイバに別のエルビウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となり、その融着接続部分における挿入損失を低減することが可能となる。
【０１６４】
また、２芯ファイバコリメータに用いる光ファイバは、コリメートレンズ側での光ファイバの端部近傍のコア径が熱拡大されたコアを有する光ファイバ（ＴＥＣファイバ＝Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）であってもよい。このような光ファイバを用いた場合には、光ファイバの端部近傍のコア径が拡大されているために結合効率のトレランスが緩和されることから、部品の寸法トレランスを緩和することが可能となり、または、環境の温度変動などによるコリメートレンズや反射材料といった部品の変動に伴う結合効率の変動を低減させることが可能となる。
【０１６５】
次に、本発明の光結合モジュールに関して以下説明する。図６ａおよび図６ｂは、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、光半導体３１を接続するようにした光結合モジュールの光線模式図である。この２芯ファイバコリメータにおけるコリメートレンズの中心軸と略同軸となるようなビームと、光半導体３１とが光結合するように配置されており、結果として、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズ８の中心軸と光半導体３１の中心軸とが略同軸となり、ほぼ一直線上に配置されているため、ハウジングを小型化することが可能である。このとき、光半導体３１は、受光素子あるいは発光素子であり、反射材料１０は平行平板型構造の光波長分波フィルタあるいは光分岐フィルタである。
【０１６６】
また、図７ａおよび図７ｂも、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、光半導体３１’を接続するようにした光結合モジュールの光線模式図であるが、反射材料１０は平行平板型構造ではなく、片面が傾斜面である楔型構造であることを特徴とするのものである。このような場合、反射材料が平行平板型構造である場合に生じることのある多重反射による干渉に関して、反射材料を片面が傾斜面である楔型構造としていることから、上記干渉を回避することが可能となる。
【０１６７】
そして、実例として、前記の光半導体を接続するようにした光結合モジュールの具体的な部分断面図を図８に示す。図８において、接着剤（図示せず）により固定されている光半導体３１を有する光半導体ホルダ２７と、２芯ファイバコリメータのレンズホルダ１２とがＹＡＧ溶接されており、さらに光半導体ホルダ２７が外装パイプ２６とＹＡＧ溶接され、加えて外装パイプ２６とパイプキャップ２５とがＹＡＧ溶接により固定されている。なお、ここで、用いている反射材料１０は平行平板型構造を有するものである。図８からもわかるとおり、本発明の光結合モジュールは２芯ファイバコリメータと光半導体とがほぼ一直線上に配置され小型化されている。
【０１６８】
さらに、本発明の別の光結合モジュールに関して以下に説明する。図９ａは、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、コリメートレンズおよび光ファイバを配置して光結合させる光結合モジュールの光線模式図である。図９ｂは、図９ａの図示方向と垂直な方向から図示した光結合モジュールの光線模式図である。この２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズ８の中心軸と略同軸となっている光ファイバから出射されたビームは、コリメートレンズ８の中心軸と略同軸となるようにコリメートレンズ８から出射される。そのビームは、別なコリメートレンズ８’’ の中心軸に対して略同軸となるように別なコリメートレンズ８’’ へ入射し、光ファイバ１’ へ伝達される。
【０１６９】
なお、図９ａおよび図９ｂに示している別なコリメートレンズ８’’ は、光ファイバ１’ と光結合することができさえすればよいため、必ずしも２芯ファイバコリメータで用いられるコリメートレンズと同型である必要はない。また、図９ａおよび図９ｂに示している別なコリメートレンズ８’’ は、２芯ファイバコリメータから出射されるビームと光ファイバ１’ とが十分に光結合される場合にはあえて必要としない。
【０１７０】
図１０は、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に、偏波無依存型光アイソレータ、コリメートレンズおよび光ファイバを順に配置させて光結合させる構成の一例を示す、本発明に係る光結合モジュールの部分断面図である。図１０からもわかるように前記２芯ファイバコリメータ、偏波無依存型光アイソレータ、別のコリメートレンズ、別の光ファイバは、すべてほぼ一直線上に配置されており、一体形状で小型化されている。
【０１７１】
また図１０において、偏波無依存型光アイソレータ２８は前記２芯ファイバコリメータと前記別のコリメートレンズ８’’ との間に配置されるように図示されているが、これに限らずに、２芯ファイバコリメータと光ファイバ１’ との間の光路上にありさえすればよい。また、偏波無依存型光アイソレータ２８の順方向は特に図示していないが、光結合モジュールの使用用途に応じて、２芯ファイバコリメータへ向かう方向を順方向としてもよく、または２芯ファイバコリメータから離れる方向を順方向とするように配置させてもよい。
【０１７２】
なお、図１０で図示されている偏波無依存型光アイソレータ２８は、楔型構造を有する複屈折板２９を構成要素の１つとする偏波無依存型光アイソレータ構造であるが、アイソレーションが十分に確保されるのであれば平行平板型構造を有する複屈折板を構成要素の１つとする偏波無依存型光アイソレータを使用してもかまわない。なお、図示している偏波無依存型光アイソレータは２枚のファラデー回転子を有する「２段型」であるが、当然ながら１枚のファラデー回転子を有する「１段型」であってもよい。
【０１７３】
【実施例】
上記の内容に従い、図１に示すところの本発明による２芯ファイバコリメータを十台製作した。そして、比較のため同時に、図１１に示す従来の２芯ファイバコリメータも同数製作し比較した。まず、外径φ２．５５ｍｍ、長さ８．５ｍｍの円筒状のスリーブ４にキャピラリ３を圧入してフェルールとし、その後にキャピラリ３の細孔とスリーブ４の外径の同心度を高精度にするために、フェルールの外径をφ２．５ｍｍとする外径加工を施した。ここで、スリーブ４の光ファイバ挿入孔側の挿入孔の内径はφ１ｍｍである。このとき、スリーブ４の材質はステンレススチール（ＳＵＳ３０４Ｌ）であり、キャピラリ３の材質はジルコニアである。なお、キャピラリ３は２つの独立した細孔を有し、その細孔の外径がφ０．１２６ｍｍであり、細孔間のピッチが２５０（μｍ）であるものを使用した。
【０１７４】
次に、外径φ０．９ｍｍ、内径φ０．５ｍｍ、長さ１６ｍｍのルースチューブ７と、外径φ０．２５ｍｍのシングルモードファイバである片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ（片端部の一次被覆の一部を除去した部分の光ファイバの外径はφ０．１２５ｍｍである）１，２とを、ルースチューブ７内にＵＶ系接着剤６を塗布し接着固定して目止めをおこない、その後、キャピラリ３の細孔およびテーパ穴部に挿入し、挿入部分をエポキシ系接着剤５で充填して接着固定し、２芯ピグテイルファイバを作成した。前記エポキシ系接着剤の硬化条件は、いずれも１００℃、３時間とした。
【０１７５】
なお、ルースチューブ７は、ルースチューブ７自身が高温高湿試験によってなるべく伸縮しないように、接着工程前にあらかじめ単体で−４０℃〜８５℃のヒートサイクル試験（５０サイクル）によって、スクリーニングが実施されているものを用いた。
【０１７６】
コリメートレンズ８は、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）である非球面レンズを使用した。ここで、ｘ０＝２５０（μｍ）、λ１＝１．４８（μｍ）とすると、δ＝７．９５１（ｄｅｇ）となることから、コリメートレンズ８の中心軸に対する反射材料の傾きｍが、δ／２＝３．９７５（ｄｅｇ）となるように、レンズホルダの反射材料取付部に同数値の傾きを施したものを使用した。また、反射材料がビームウェイスト位置からコリメートレンズ側に１００（μｍ）分短い位置に配置する（ΔＺ＝−１００（μｍ））ことができるような形状を有するレンズホルダ１２を使用した。
【０１７７】
そして、接着剤の硬化が完了した後、キャピラリ３の前方部における、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバの端面をキャピラリ３とともに、スリーブの軸線方向と垂直な方向に対して、８度の角度になるように斜め研磨加工し、その後、光ファイバ１，２の端面に無反射コートを施した。光ファイバ１，２はいずれもコーニング社製のＳＭＦ−２８である。そして、反射材料は、イオンプレーティング法によりＢＫ−７ガラス基板の反射面上にＴａ２Ｏ５およびＳｉＯ２を膜材として略１００層の分波膜を施し、他方の面上にはＴａ２Ｏ５およびＳｉＯ２を膜材とした無反射コートを施して、波長１４８０ｎｍ帯の光信号を反射して波長１５５０ｎｍ帯の光信号を透過する１４８０／１５５０ｎｍの長波長透過フィルタとし、平行平板型構造の厚さ１ｍｍのものを使用した。
【０１７８】
そして、材質がＳＵＳ３０４Ｌであるレンズホルダ１２と、材質がＳＦ１０１であるコリメートレンズのレンズ鏡筒９とをＹＡＧ溶接によって固定し、その後前記レンズホルダ１２と前記反射材料１０とをエポキシ系接着剤３５３ＮＤにて接着固定した。そして、反射材料１０とコリメートレンズ８とを内包するレンズホルダ１２と、２芯ピグテイルファイバとフェルールホルダ１３について挿入損失を計測しながら調芯してＹＡＧ溶接により組み立てた。なお、両２芯ファイバコリメータの組立波長はともに１４８０ｎｍである。
【０１７９】
このようにして製作した図１に示す本発明による２芯ファイバコリメータ、および図１１に示す従来の２芯ファイバコリメータについて、組立製作した後に、全数につき、評価波長１４８０ｎｍにおいて挿入損失を室温にて実測評価した。
【０１８０】
この時の結果を表１に示す。
【０１８１】
【表１】
【０１８２】
前記表１からわかるように、本発明の２芯ファイバコリメータの挿入損失値は平均値で０．２７６０（ｄＢ）であり、一方、従来の２芯ファイバコリメータの挿入損失値は平均値で０．３０４４（ｄＢ）であり、両者に大きな差は見られず、同等あるいは僅かに本発明の２芯ファイバコリメータが良好な特性を有していることが判明した。
【０１８３】
その後、それぞれの２芯ファイバコリメータについて、ビームプロファイラーを用いて、本発明の２芯ファイバコリメータにおいては、コリメートレンズの中心軸とほぼ同軸となるようなビームにおいて反射材料を透過した実際のビームの傾きを、また、従来の２芯ファイバコリメータにおいては、コリメートレンズから出射される一方のビームの反射材料を透過した実際のビームの傾きを評価した。ここで、ビームの傾きの基準はいずれもコリメートレンズの中心軸とした。その評価の際の波長はいずれも１５５０ｎｍとした。
【０１８４】
この時の結果を表２に示す。
【０１８５】
【表２】
【０１８６】
前記表２からわかるように、本発明の２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対するビームの傾きは平均値で−０．００１（ｄｅｇ）であり、一方、従来の２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対するビームの傾きは平均値で３．８９１（ｄｅｇ）であり、両者ともほぼ設計値と同様な値を有することが判明した。したがって、本発明の２芯ファイバコリメータは、従来の２芯ファイバコリメータとは異なり、コリメートレンズの中心軸と略同軸となるようなビームを有することが実証された。
【０１８７】
次に、上記の本発明の２芯ファイバコリメータと、偏波無依存型光アイソレータと、コリメートレンズと、１本の光ファイバを構成部品とする図１０に示す光結合モジュールを十台製作した。そして、同時に比較のため、従来の２芯ファイバコリメータと、偏波無依存型光アイソレータと、コリメートレンズと、１本の光ファイバを構成部品とする光結合モジュールを同数製作した。なお、両光結合モジュールとも前記偏波無依存型光アイソレータは、楔型の複屈折板を有する偏波無依存型光アイソレータ（ただし２段型）であり、ともに光結合モジュールの内部のコリメートレンズは同じ型式のものを使用し、また光ファイバについても同じ型式のものを使用した。そして光結合モジュールとも組立波長は１５５０ｎｍとした。そして、組立終了後に波長１５５０ｎｍにおける挿入損失を室温にて実測評価した。
【０１８８】
この時の結果を表３に示す。
【０１８９】
【表３】
【０１９０】
前記表３からわかるように、本発明の２芯ファイバコリメータを用いた光結合モジュールの挿入損失は平均値で０．５６９３（ｄＢ）であり、一方、従来の２芯ファイバコリメータを用いた光結合モジュールの挿入損失は平均値で０．５８８３（ｄＢ）であり、両者に大きな差は見られずに、同等あるいは僅かに本発明の２芯ファイバコリメータが良好な特性を有していることが判明した。
【０１９１】
【発明の効果】
以上、詳しく述べたように、本発明では、２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールにおいて、小型で量産性に優れ、低価格で、かつ、高い信頼性を有する２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールを実現することができる。
【０１９２】
特に請求項１の構成では、２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることから、前記１つの光ファイバから出射されるビームがレンズを介した際に、レンズから出射されるビームの光軸が、前記レンズの中心軸と略同軸となる２芯ファイバコリメータを提供することができる。
【０１９３】
また請求項２の構成では、前記２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、前記コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されていることから、レンズから出射されるビームは、レンズの略同軸となることが可能となり、さらに２芯ファイバコリメータの結合効率を向上させることが可能となる。そして、光ファイバから出射し、前記コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関して全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となる。また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【０１９４】
また請求項３の構成では、光ファイバの先端部での反射戻り光を抑制することが可能となるとともに、光ファイバから出射し、コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関して全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となる。また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【０１９５】
また請求項４の構成では、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、波長に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【０１９６】
また請求項５の構成では、光波長分波フィルタの波長特性に応じて特定の波長を前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は膜材として良く知られており、使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、膜損傷を抑制することが可能となり信頼性の点で向上させることができる。
【０１９７】
また請求項６の構成では、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、光分岐フィルタの分岐比に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【０１９８】
また請求項７の構成では、光分岐フィルタの分岐比に応じて光を前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は、膜材として良く知られており使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、膜損傷を抑制することが可能となり信頼性の点で向上させることができる。
【０１９９】
また請求項８の構成では、反射材料の片面は、ガラス基板の素面、あるいは光学的に透明な素材の基板の素面となり、素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率にてコリメートレンズから出射されるビームは反射されるため、当該反射材料の片面上に特に分岐膜を形成せずに、基板の素材を任意に選択することによってのみ、反射率を選択することが可能となり、低価格な反射材料とすることができる。このような素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率を利用する場合には、一般には入射角が大きい場合には偏光依存性の点で問題になることがあるが、本発明の２芯ファイバコリメータにあっては、入射角が比較的小さいため偏光依存性が問題とならずに使用することができる。また、このように物質の素面のみを利用しているため、比較的大きいパワーを有する光が入射しても膜吸収自体が存在しえないために、この面における光損傷を著しく抑制することが可能となる。
【０２００】
また請求項９の構成では、コリメートレンズから出射したビームは、厳密には、反射材料がコリメートレンズの中心軸に対して一定の角度を有しているため、反射材料の屈折率に応じたウォークオフ（コリメートレンズの中心軸に垂直な方向のビームの位置ズレ）が生じるのであるが、反射材料が平行平板型構造であることから、コリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置された光ファイバから出射し、コリメートレンズを介して反射材料を透過したビームは、コリメートレンズの中心軸に対してほぼ角度を有することなく、略同軸とすることが可能となる。
【０２０１】
また請求項１０の構成では、反射材料が平行平板型構造である場合に生じることのある多重反射による干渉に関して、反射材料を片面が傾斜面である楔型構造とすることから、上記干渉を回避することが可能となる。また、反射材料を透過したビームについて、反射材料の屈折率、楔角度に応じてコリメートレンズの中心軸に対して任意に所定の角度を有することが可能となる。
【０２０２】
また請求項１１の構成では、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置に一致するように配置されているために、２芯ファイバコリメータの結合効率を最良のものにすることが可能となる。
【０２０３】
また請求項１２の構成では、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置からわずかに短い位置に、あるいはわずかに長い位置に配置されているために、その位置がコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域内とみなせる場合には、その位置でのビームのスポットサイズはビームウェイスト位置でのビームのスポットサイズとほぼ同じであることから、高い結合効率を実現することが可能となる。
【０２０４】
また請求項１３の構成では、光ファイバの斜め研磨方向を判別することが可能となるために、２芯ファイバコリメータを製作する際に光ファイバの斜め研磨方向についてキャピラリの斜め研磨方向を観察することをせずに、肉眼あるいは顕微鏡もしくはＣＣＤカメラにより判別でき、配置を間違えることなく組立てることが可能となる。
【０２０５】
また請求項１４の構成では、コリメートレンズから出射する２つのビームのうち、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバを判別することができ、例えばこの２芯ファイバコリメータを用いる光結合モジュールや、２芯ファイバコリメータの反射材料のコリメートレンズ側でない位置に光半導体等を配置させるモジュールの製作の際において、２芯ファイバコリメータの固定のために結合効率を計測しながらおこなう調芯時の間違いを防ぐことが可能となる。
【０２０６】
また請求項１５の構成では、キャピラリにおける２つの細孔のうちキャピラリの外径に対して同軸となる細孔に、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバが挿入されている場合には、当該光ファイバは環境の温度変動によりキャピラリ及びスリーブ等が熱膨張により位置変動する場合であっても、キャピラリの外径に対して同軸となっていることから、環境の温度変動による位置変動を構造的に低減させることが可能である。
【０２０７】
また請求項１６の構成では、光ファイバから出射されるビームは、スリーブの外径の軸線に対して完全に平行となるため、コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバから出射される光がコリメートレンズを介してコリメートレンズから出射されるビームは、コリメートレンズの中心軸に略同軸とすることが可能となる。
【０２０８】
また請求項１７の構成では、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれかの一方をプラセオジウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のプラセオジウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。また、同様に、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれか一方をエルビウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のエルビウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。
【０２０９】
また請求項１８の構成では、光ファイバのモードフィールド径が、通常の光ファイバのモードフィールド径に比して大きくなることから、結合効率のトレランスが緩和され、そのため光学部品や金属部品の寸法トレランスを緩和することが可能となり、または、外部環境の温度変動などによるコリメートレンズや反射材料といった部品の変動に伴う結合効率の変動を低減させることが可能となる。
【０２１０】
また請求項１９の構成では、例えば反射材料を全反射ミラーとし、機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射されると、波長λ１のみを選択的に他方の光ファイバへ伝達することが可能となり、さらに全反射ミラーの反射により光信号は当該バンドパスフィルタを２回通過することから、矩形波に近い光信号を得ることができる。
【０２１１】
また請求項２０の構成では、２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射される２つのビームのうちの１つのビームは、コリメートレンズの中心軸に略同軸となることから、入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に当該２芯ファイバコリメータを用いると、２芯ファイバコリメータを含む他の光学部品を配置させて光結合モジュールとする場合に、当該光学部品をコリメートレンズの中心軸にほぼ同軸となるように配置させることが可能となる。
【０２１２】
また請求項２１の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１３】
また請求項２２の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１４】
また請求項２３の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを光半導体へ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび光半導体は、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１５】
また請求項２４の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび偏波無依存型光アイソレータ、ならびに２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１６】
また請求項２５の構成では、２芯ファイバコリメータは、概してコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域を長くしようとすると、比較的大きなビーム径を有する必要があり、そのような比較的大きなビーム径をもつビームのアイソレーションを確保するには、楔型の複屈折板を構成要素とする偏波無依存型光アイソレータの使用が有効であって、また、当該楔型の複屈折板のうち反射材料に最も近い複屈折板における楔角度が、２芯ファイバコリメータにおける両光ファイバの中心軸を結ぶ１つの直線と所定の角度を有して交差するように配置されていることから、実用上、十分なアイソレーションを確保することが可能となる。
【０２１７】
また請求項２６の構成では、例えば機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射される場合に、波長λ１のみを選択的に当該２芯ファイバコリメータ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、当該光結合モジュールの構成部品および当該機能材料は、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２芯ファイバコリメータの一例を示す部分断面図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した同部分断面図（ｂ）である。
【図２】２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射した際のビーム経路に関する光線模式図である。
【図３】光ファイバの端部斜め研磨方向を示す２芯ピグテイルファイバの立体斜視図である。
【図４】コリメートレンズの中心軸からの傾きが大きいビームが、コリメートレンズから出射される場合における光線の様子を説明するための光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図５】光ファイバの端面から出射されるビームの中心を、コリメートレンズの中心に配置させようとすることを説明するための、２芯ファイバコリメータを構成する２芯ピグテイルファイバの部分断面図である。
【図６】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、光半導体を接続するようにした本発明に係る光結合モジュールの光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図７】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、かつその２芯ファイバコリメータを構成する反射材料について片面が傾斜面である楔型構造であって、光半導体を接続するようにした本発明に係る光結合モジュールの光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図８】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に光半導体を配置させて光結合させる、本発明に係る光結合モジュールの実例を示す部分断面図である。
【図９】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に、コリメートレンズおよび光ファイバを配置させて光結合させる、本発明に係る光結合モジュールの光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図１０】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に、コリメートレンズおよび光ファイバを配置させて光結合させる、本発明に係る光結合モジュールの実例を示す部分断面図である。
【図１１】従来の２芯ファイバコリメータの一例を示す部分拡大断面図（ａ）、及び断面方向を９０度傾けた時の同部分断面図（ｂ）である。
【図１２】従来の２芯ファイバコリメータの一例を示す光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図１３】光ファイバがコリメートレンズの中心軸に対して位置ずれしているときの光線模式図である。
【図１４】従来の２芯ファイバコリメータの別の一例を示す部分拡大断面図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した同部分断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１、１’、２ 光ファイバ
３、３’ キャピラリ
４、４’ スリーブ
５、１５ 接着剤（エポキシ系接着剤）
６、１６ 接着剤（ＵＶ系接着剤）
７ ルースチューブ
８、８’’ コリメートレンズ
８’ ＧＲＩＮレンズ
９ レンズ鏡筒
１０、１０’ 反射材料
１１、１１’ 接着剤
１２ レンズホルダ
１３ フェルールホルダ
１４、１４’、１４’’ ＹＡＧ溶接箇所
１７ 光ファイバの端面の斜め研磨方向を明示するためのマーキング
１７’ レンズホルダ上の反射材料の傾き方向を明示するためのマーキング
１８ ハウジング
１９ 光ファイバの判別用のマーキング
２０ コリメートレンズの中心軸
２１ ２芯ピグテイルファイバの中心軸
２２ 反射材料の反射面の法線軸
２３、２３’ コリメートレンズから出射したビームの軸
２４ ２芯ファイバコリメータにおけるスリーブの軸
２５ パイプキャップ
２６ 外装パイプ
２７ 光半導体ホルダ
２８ 偏波無依存型光アイソレータ
２９ 楔型構造を有する複屈折板
３０ 分波膜（あるいは分岐膜）
３１、３１’ 光半導体
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムや光計測機器において用いられる２芯ファイバコリメータに関するものである。また、複数本の光ファイバから出射される異なる波長の光信号を合波して１本の光ファイバに結合し、あるいは１本の光ファイバから出射される複数の波長の光信号を、波長ごとにそれぞれの光ファイバに分離する機能を有する光結合モジュール、または同一波長の光信号を複数の光ファイバに分岐する機能を有する、光結合モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光通信システムや光計測機器の小型化、低価格化を目的とした２芯ファイバコリメータ、及びそれを用いた光結合モジュールが種々知られている。２芯ファイバコリメータとは、２本の光ファイバがキャピラリ内の同一の孔、あるいは独立した別々の孔に挿圧入され、レンズ等の光学部品により伝達された光信号を光ファイバへ導くために、光ファイバの片側の端部に空間的に調芯され、ＹＡＧ溶接等の固定手段により位置決め固定される機能を有する構造を取り付けた２芯ピグテイルファイバと、コリメートレンズと、反射材料と、から構成されるものである（例えば、特許文献１参照）。また、光結合モジュールとは、前記２芯ファイバコリメータと他の光学部品とを組み合わせて光結合するように配置したものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４７３４１号公報（第３−５頁、第６図）
【０００４】
【特許文献２】
特開２００１−１９４５５１号公報（第２−４頁、第１０図）
【０００５】
ここで、図１１に、従来の２芯ファイバコリメータの一例を示す。図１１ａは、従来の２芯ファイバコリメータの部分断面図であり、また図１１ｂは、前記図１１ａの断面方向と垂直な方向に切り取った時の部分断面図である。図１１に示す例では、キャピラリ３内に、ルースチューブ７を介して２本の光ファイバ１，２を同一の貫通孔に挿圧入したスリーブ４と、光を平行・集束化するためのレンズ鏡筒９に内包されるコリメートレンズ８、及び反射材料１０が配置された構成の２芯ファイバコリメータが示されている。
【０００６】
そして反射材料１０は、平行平板型構造をもつものであって、前記コリメートレンズ８の中心線上の２つの出射光の光路の交点が反射材料１０上に形成され、かつ、前記コリメートレンズ８の中心線に垂直になるように配置され、光が平行ビームとなっている範囲に分波膜を有する光波長分波フィルタである。また、レンズホルダ１２は、コリメートレンズ８と前記光波長分波フィルタである反射材料１０の両方を内包しており、フェルールホルダ１３を介して２芯ピグテイルファイバ側と固定されている。なお、反射材料１０の片面には分波膜３０（図示せず）が施され、反射材料１０とレンズホルダ１２とは、接着剤１１により接着固定されている。
【０００７】
そして、光ファイバ１，２の端面は、その端面部での反射戻り光を所定の値以下に抑え込むために、キャピラリ３とともにスリーブ４の軸線方向と垂直な方向に対して、所定の角度を持つように斜め研磨加工が施されている（図１１ｂ参照）。
【０００８】
また、ここでいう光波長分波フィルタとは、異なった波長を有する光を波長に応じて選択的に出力する（分波する）ことが可能な光学部品をいうが、それだけに限らずに、多種類のそれぞれに異なった波長を有する光を、包括・合成して出力する（合波する）ことが可能な光学部品を含んでいるものとする。以下、これから説明する各図に示す符号２１、２２、２３、２４は、順に、２芯ピグテイルファイバの中心軸２１、反射材料１０の反射面の法線軸２２、コリメートレンズ８から出射されるビームの軸２３、２芯ファイバコリメータにおけるスリーブ４の軸２４、をそれぞれ示すものとする。
【０００９】
図１１ａおよび図１１ｂに示すように、コリメートレンズ８の中心軸と２芯ピグテイルファイバの１本の光ファイバの軸線とが略同軸上となっており、反射材料１０の反射面の法線軸がコリメートレンズ８の中心軸と同軸となっている。
【００１０】
図１１ａおよび図１１ｂに示す例では、内部に、一次被覆を除去した光ファイバの外径よりも僅かに大きい内径の細孔、テーパ穴部、太孔が形成されているキャピラリ３を、スリーブ４の軸心孔の一方の端部に圧入固定させてフェルールとしたものである。また、このフェルールは、キャピラリ３の細孔と、スリーブ４の外周との同心度を高精度にさせるために、フェルールに外周成形加工をおこなっている。
【００１１】
また、光ファイバの種類には、マルチモードファイバ、シングルモードファイバ等があるが、いずれの種類の光ファイバも、傷等による強度低下を防止するために、エポキシ、シリコン等の合成樹脂で被覆（一次被覆）が施されている。これらの光ファイバの外径は約φ０．２５ｍｍ又はφ０．４ｍｍである。
【００１２】
またルースチューブ７は、ルースチューブ７自身の曲げ強度により、光ファイバの曲げ強度を補強することを目的として、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ１，２とスリーブ４の間に配置され、このルースチューブ７と、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ１，２とを、ルースチューブ７内に接着剤５が入らないようにあらかじめ別な接着剤６にて目止めをおこない、その後、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ１，２を、キャピラリ３の細孔およびテーパ穴部に挿入して、挿入部分を接着剤５で充填して固定された構造となっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図１１ａおよび図１１ｂで示すような従来の２芯ファイバコリメータにおいては、光ファイバから出射したビームは、コリメートレンズ８を透過した後に、コリメートレンズ８の中心軸に対してある一定の角度δを有することになる。ここで波動光学法により、その角度δを定性的に導き出すことにより説明する。
【００１４】
図１２ａおよび図１２ｂは、それぞれ既に図１１ａおよび図１１ｂで示した従来の２芯ファイバコリメータの光線経路の模式図（以下光線模式図とする）である。そして、コリメートレンズ８を非球面レンズとし、計算を簡略化するため、その非球面レンズの光ファイバ側の端面の近軸半径（レンズの中心軸近傍における半径）をＲ１とし、非球面レンズの反射材料側の端面の近軸半径をＲ２とし、空気の屈折率をｎ１とし、非球面レンズの屈折率をｎ２とし、レンズ長をＬとすると、光線行列は以下の式で表される。（ただし、Ｒ１＞０、Ｒ２＞０とする）
【００１５】
【数式１】
ここで、図１３は、光ファイバ１’ がコリメートレンズ８の中心軸に対して位置ずれしているときの光線模式図である。図１３に示すように、光ファイバ１’ がコリメートレンズ８の中心軸に垂直な方向に対してｘ０分だけズレて配置され、かつ、その光ファイバ１’ の軸線がコリメートレンズ８の中心軸に平行である場合には、コリメートレンズ８から出射したビームのビームウェイスト位置Ｚｂｗにおける、コリメートレンズ８の中心軸を基準とした場合の軸間方向（Ｘ軸方向）のズレ量をＳ０とし、また、コリメートレンズ８の中心軸を基準とした場合の傾きをδとすると、Ｓ０およびδは、それぞれ以下の式で表される。
【００１７】
【数式２】
したがって、コリメートレンズ８から出射したビームについて、コリメートレンズ中心軸を基準とした場合の傾きδは、
δ＝−（Ｃｈ）（ｘ０） ・・・（１）
ただし、Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］ ・・・（２）
となる関係式で表される。
【００１９】
ここで例えば具体的に、（１）式および（２）式において、各値を、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、ｘ０＝１２５（μｍ）とすると、その値はδ＝３．９７５（ｄｅｇ）となる。このことから、この具体例の場合、言い換えれば、２つの光ファイバ同士間の距離が２５０（μｍ）である場合には、１本の光ファイバから出射したビームは、コリメートレンズの中心軸に対して、約４度の傾きをもってコリメートレンズから出射される。
【００２０】
一方、他の光ファイバから出射するビームについては、他の光ファイバがコリメートレンズの中心軸に対して対称であることから、ｘ０＝−１２５（μｍ）となり、コリメートレンズの中心軸に対して、約−４度の傾きをもってコリメートレンズから出射される。
【００２１】
次に、別な具体例として、前記（１）式および（２）式において、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、ｘ０＝６２．５（μｍ）とすると、その値はδ＝１．９８８（ｄｅｇ）となる。このことから、この具体例の場合、言い換えれば、光ファイバ同士間の距離が１２５（μｍ）である場合には、１本の光ファイバから出射したビームは、コリメートレンズの中心軸に対して、約２度の傾きをもってコリメートレンズから出射される。
【００２２】
また、さらに別な具体例として、（１）式および（２）式において、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、ｘ０＝２５０（μｍ）とすると、その値はδ＝７．９５１（ｄｅｇ）となる。このことから、同様に、この具体例の場合、コリメートレンズの中心軸に対して、約８度の傾きをもったビームがコリメートレンズから出射されることとなる。
【００２３】
以上、定性的あるいは定量的に示したように、このような従来の２芯ファイバコリメータにおいては、コリメートレンズの中心軸に対して、一定のある傾きδをもってビームがコリメートレンズから出射される。そのため、従来の２芯ファイバコリメータの反射材料の後段に、他の光部品を配置させて当該他の光部品と光結合させる場合や、入力側あるいは出力側のポートのうち少なくとも１つのポートに、２芯ファイバコリメータを用いて光結合モジュールとした場合などにおいて、前記他の光部品の位置を、ビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという欠点を有していた。またその結果、場合によってはハウジングを大きくせざるを得ないという欠点を有していた。
【００２４】
このような問題は、コリメートレンズから出射されるビームが、コリメートレンズの中心軸に対して一定の角度を有していることに起因している。これを回避するもっとも簡易な１つの方法としては、例えば光ファイバ同士を最小限に近接させて配置させることである。つまり言い換えれば、２つの光ファイバについて、コリメートレンズの中心軸に対して最小限の位置ズレで配置させることである。このような場合、コリメートレンズから出射したビームの傾きは最小限となるため、従来の２芯ファイバコリメータの反射材料の後段に、他の光部品を配置させて光結合モジュールとした場合において、前記他の光部品の位置を偏芯させる程度を低減でき、また、他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させるなどの処置を最小限にとどめることができる。
【００２５】
また、上記の方法とは別に、例えば比較的小さなビーム径を有することが可能なコリメートレンズを用いることによっても、前記問題を回避することが可能となる。このような比較的小さなビーム径を有することが可能なコリメートレンズを用いた場合には、コリメートレンズの中心軸に対して、一定の傾きをもってビームがコリメートレンズから出射されたとしても、従来の２芯ファイバコリメータの反射材料の後段に、他の光部品を配置させて光結合モジュールとした場合において、前記他の光部品の位置を偏芯させる程度を低減でき、また、他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させるなどの処置を最小限にとどめることができる。
【００２６】
しかしながら、上記の光ファイバ同士を最小限に近接させて配置させる方法を用いた場合においても、コリメートレンズの中心軸に対する光ファイバの位置ズレは、光ファイバ同士を一部で融着等の手段により重複させない限り、光ファイバの外径の半分未満にすることはできないため、おのずと限界が生じてしまっていた。そのため、場合によっては、依然として、他の光部品の位置をビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという欠点を有していた。
【００２７】
さらに加えて、上記の比較的小さなビーム径を有することが可能なコリメートレンズを用いる方法を用いた場合においても、小さなビーム径を有するレンズは焦点距離が短く、コリメートレンズから反射材料までの距離に関しては、反射材料を配置させるための部品寸法を考慮した場合、その距離にはおのずと限界が生じてしまっている。また、２芯ファイバコリメータに、その他の光学部品を反射材料の後段に配置させることにおいても、小さなビーム径はコリメート領域も小さいため、ビーム径の小さいコリメートレンズを選択するには、おのずと限界が生じてしまっている。そのため、場合によっては、依然として、他の光部品の位置をビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという欠点を有していた。
【００２８】
次に、図１４に、従来の２芯ファイバコリメータの別の一例を示す。図１４ａは、従来の２芯ファイバコリメータの部分断面図であり、また図１４ｂは、図１４ａの断面方向とほぼ垂直な方向に切り取った場合の部分断面図である。図１４ａおよび図１４ｂに示す例では、２本の光ファイバ１，２を同一の貫通孔に圧入した石英のガラスキャピラリ３’と、光ファイバの先端部の斜め研磨角度と同じ斜め研磨角度を有するＧＲＩＮレンズ８’とがＵＶ系接着剤１６で固定され、石英のスリーブ４’と、ステンレススチールのハウジング１８とがエポキシ系接着剤１５により固定されていて、光が平行ビームとなっている範囲に分波膜を有する光波長分波フィルタである反射材料１０が配置された構成をもつ２芯ファイバコリメータが示されている。
【００２９】
このとき、ＧＲＩＮレンズ８’は、１／４ピッチあるいは０．２３ピッチを有していて、光波長分波フィルタは、ＧＲＩＮレンズ８’の中心軸に対して垂直となるように配置され、その上、２芯ピグテイルファイバにおける石英のスリーブ４’の外径に対する中心軸とが略同軸となっている。
【００３０】
ここで、図１４ａおよび図１４ｂの構成においては、このとき、光ファイバのアパーチャおよびＧＲＩＮレンズ８’のアパーチャに接着剤１６が入りこまないようになっている。そして、それらの光ファイバとＧＲＩＮレンズ８’との距離は、数ミクロンから数十ミクロンのオーダーである。しかしながら、このような接着工程において、その微小な間隙を確保しながら、２芯ピグテイルファイバあるいはＧＲＩＮレンズ８’を調芯するのは非常に困難であった。また、調芯後の接着工程において、接着剤の一部が光ファイバのアパーチャおよびＧＲＩＮレンズ８’のアパーチャに入りこんでしまい、製造歩留の低下が問題となっていた。
【００３１】
さらに、ＧＲＩＮレンズ８’と反射材料１０とは接着剤１１’で接着固定されているが、ＧＲＩＮレンズ８’のアパーチャを含む片面の全表面に接着剤１１’が入りこむ構成となっている。そのため、長時間にわたって比較的高い出力を有するビームが、接着剤を透過した場合に、接着剤中の炭素や不純物が光エネルギーを吸収して発熱し、接着剤の劣化が進む恐れがあり、信頼性の観点からこのような構成は懸念されていた。
【００３２】
以上示したとおり、従来の２芯ファイバコリメータの例においては、コリメートレンズの中心軸に対して、一定の角度をもったビームがコリメートレンズから出射されることに起因して、他の光部品の位置を、ビームの傾きδに応じて偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置が別途必要となるという問題が生じたり、また一方、従来の２芯ファイバコリメータの別の例においては、光ファイバとＧＲＩＮレンズ間の距離が微小であることに起因して、接着剤の一部が光ファイバのアパーチャおよびＧＲＩＮレンズのアパーチャに入りこんで、製造歩留が低下するという欠点を有しており、また、さらに、ＧＲＩＮレンズと反射材料間に介在する接着剤が、長時間にわたって比較的高い出力を有するビームにより劣化する懸念が生じるなどの信頼性の観点での問題も生じていた。
【００３３】
よってこれら前記問題に対し、本発明は、２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールに関して、小型で量産性に優れ、低価格で、かつ、信頼性の高い品質の２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールを提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、２芯ピグテイルファイバおよびコリメートレンズならびに反射材料を備えてなる２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料が前記コリメートレンズの中心軸に対して垂直ではない一定の角度を有し、かつ、前記反射材料が前記コリメートレンズから出射されるビームのビームウェイスト位置に配置され、かつ、前記２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が前記コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることにより、前記１つの光ファイバから出射されるビームが前記コリメートレンズを介した際に、前記コリメートレンズから出射されるビームの光軸が前記コリメートレンズの中心軸と略同軸となる保持構造を有することを特徴とする２芯ファイバコリメータとしている。
【００３５】
この請求項１の構成では、２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることから、前記１つの光ファイバから出射されるビームがレンズを介した際に、レンズから出射されるビームの光軸が、前記レンズの中心軸と略同軸となる２芯ファイバコリメータを提供することができる。
【００３６】
また請求項２に記載の発明では、前記請求項１に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記コリメートレンズが非球面レンズであって、前記レンズの中心軸近傍における光ファイバ側の半径をＲ１とし、同レンズの中心軸近傍における反射材料側の半径をＲ２とし、レンズ長をＬとし、同レンズのガラス素材の屈折率をｎ２とし、空気の屈折率をｎ１として、前記２芯ピグテイルファイバの２本の光ファイバのうちの１本の光ファイバが、当該レンズの中心軸と略同軸となるように配置されており、かつ、他方の光ファイバが前記レンズの中心軸に対して垂直方向にｘ０だけ位置ズレがあり、かつ、光ファイバの軸線が前記レンズの中心軸に対して平行であり、かつ、反射材料が２本の光ファイバの整列方向に対して傾きを有しており、前記レンズの中心軸を基準とした反射材料の傾きをｍとしたときに、
ｍ≒−（Ｃｈ）（ｘ０）／２
ただし、Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］
からなる関係式により表されることを特徴とする２芯ファイバコリメータとしている。
【００３７】
この請求項２の構成では、前記２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、前記コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されていることから、同レンズから出射されるビームは、レンズの略同軸となることが可能となり、さらに２芯ファイバコリメータの結合効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
さらに請求項３に記載の発明では、前記請求項１または請求項２に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、２つの光ファイバの整列方向と略直交する方向に対し、前記各光ファイバの先端部を斜めに研磨したことを特徴とする２芯ファイバコリメータとしている。
【００３９】
この請求項３の構成により、光ファイバの先端部での反射戻り光を抑制することが可能となるとともに、光ファイバから出射し、コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関して全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となる。また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【００４０】
また請求項４記載の発明では、前記請求項１〜請求項３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、長波長透過フィルタまたは短波長透過フィルタあるいはバンドパスフィルタのいずれかの光波長分波フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするものである。
【００４１】
この請求項４の構成により、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、波長に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【００４２】
また請求項５記載の発明では、前記請求項１〜請求項４に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の両面あるいは前記コリメートレンズ側のガラス基板の面に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜あるいはＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜を形成した光波長分波フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするものである。
【００４３】
この請求項５の構成により、光波長分波フィルタの波長特性に応じて特定の波長の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は膜材として良く知られており、使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに長時間にわたって比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、多層膜における膜損傷を抑制することが可能となり、信頼性の点で向上させることができる。
【００４４】
また請求項６記載の発明では、前記請求項１〜請求項３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００４５】
この請求項６の構成により、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、光分岐フィルタの分岐比に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【００４６】
また請求項７記載の発明では、前記請求項１〜請求項３または請求項６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の両面あるいはコリメートレンズ側の基板の面に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜、あるいはＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜を形成した光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするものである。
【００４７】
この請求項７の構成により、光分岐フィルタの分岐比に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は、膜材として良く知られており使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに長時間にわたって比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、多層膜における膜損傷を抑制することが可能となり信頼性の点で向上させることができる。
【００４８】
さらに請求項８記載の発明では、前記請求項１〜請求項３または請求項６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の反射面であるコリメートレンズ側の片面に誘電体多層膜を一切含まない、光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００４９】
この請求項８の構成により、反射材料の片面は、ガラス基板の素面、あるいは光学的に透明な素材の基板の素面となり、素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率にてコリメートレンズから出射されるビームは反射されるため、当該反射材料の片面上に特に分岐膜を形成せずに、基板の素材を任意に選択することによってのみ、反射率を選択することが可能となり、よって低価格な反射材料とすることができる。このような素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率を利用する場合には、一般には入射角が大きい場合には偏光依存性の点で問題になることがあるが、本発明の２芯ファイバコリメータにあっては、入射角が比較的小さいため、偏光依存性が問題とならずに使用することができる。
【００５０】
また、このように物質の素面のみを利用しているため、長時間にわたって比較的大きいパワーを有する光が入射しても前記反射面には分岐膜を形成していないことから膜吸収自体が存在しえないために、この面における光損傷を著しく抑制することが可能となる。
【００５１】
さらに請求項９記載の発明では、前記請求項１〜請求項８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、平行平板型構造であることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５２】
この請求項９の構成により、コリメートレンズから出射したビームは、厳密には、反射材料がコリメートレンズの中心軸に対して一定の角度を有しているため、反射材料の屈折率および形状に応じたウォークオフ（コリメートレンズの中心軸に垂直な方向のビームの位置ズレ）が生じるのであるが、反射材料が平行平板型構造であることから、コリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置された光ファイバから出射し、コリメートレンズを介して反射材料を透過したビームは、コリメートレンズの中心軸に対してほぼ角度を有することなく、略同軸とすることが可能となる。
【００５３】
さらに請求項１０記載の発明では、前記請求項１〜請求項８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、片面が傾斜面である楔型構造であることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５４】
この請求項１０の構成により、反射材料が平行平板型構造である場合に生じることのある多重反射による干渉に関して、反射材料を片面が傾斜面である楔型構造とするので、上記干渉を回避することが可能となる。また、反射材料を透過したビームについて、反射材料の屈折率および楔角度等に応じてコリメートレンズの中心軸に対して任意に所定の角度を有することが可能となる。
【００５５】
さらに請求項１１記載の発明では、前記請求項１〜請求項１０に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置に一致するように配置されていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５６】
この請求項１１の構成により、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置に一致するように配置されているために、２芯ファイバコリメータの結合効率を最良のものにすることが可能である。
【００５７】
さらに請求項１２記載の発明では、前記請求項１〜請求項１０に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置からわずかに短い位置に、あるいはわずかに長い位置に配置されていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００５８】
この請求項１２の構成により、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置からわずかに短い位置に、あるいはわずかに長い位置に配置されているために、その位置がコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域内とみなせる場合には、その位置でのビームのスポットサイズはビームウェイスト位置でのビームのスポットサイズとほぼ同じであることから、高い結合効率を実現することが可能となる。
【００５９】
さらに請求項１３記載の発明では、前記請求項１〜請求項１２に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、スリーブの一部に、光ファイバの斜め研磨方向を判別するためのマーキングを備えていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６０】
この請求項１３の構成により、光ファイバの斜め研磨方向を判別することが可能となるために、２芯ファイバコリメータを製作する際に光ファイバの斜め研磨方向についてキャピラリの斜め研磨方向を観察することをせずに、肉眼あるいは顕微鏡もしくはＣＣＤカメラにより判別でき、２芯ピグテイル光ファイバおよびコリメートレンズならびに反射材料の配置を間違えることなく組立することが可能となる。
【００６１】
さらに請求項１４記載の発明では、前記請求項１〜請求項１３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射したビームがコリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるような光ファイバ、もしくは、当該光ファイバと異なる光ファイバのどちらかの一方の一部に、判別用のマーキングを備えていることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６２】
この請求項１４の構成により、コリメートレンズから出射する２つのビームのうち、前記コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバを判別することができ、例えばこの２芯ファイバコリメータを入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に用いる光結合モジュールを製作する際において、２芯ファイバコリメータの固定のために結合効率を計測しながらおこなう調芯時の間違いを防ぐことが可能となる。
【００６３】
さらに請求項１５記載の発明では、前記請求項１〜請求項１４に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、２つの細孔を有するキャピラリの１つの細孔の中心軸がキャピラリの外径に対して同軸となることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６４】
この請求項１５の構成により、キャピラリにおける２つの細孔のうち、キャピラリの外径に対して同軸となる細孔に、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバが挿入されている場合には、当該光ファイバは環境の温度変動によりキャピラリ及びスリーブ等が熱膨張で位置変動する場合であっても、キャピラリの外径に対して同軸となっていることから、環境の温度変動による位置変動を構造的に低減させることが可能である。
【００６５】
さらに請求項１６記載の発明では、前記請求項１〜請求項１５に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、当該２芯ファイバコリメータを構成する２芯ピグテイルファイバについて、キャピラリの外径に対する中心軸が、スリーブの孔の軸線に対して一定の角度αをもち、当該キャピラリに内包された光ファイバの軸線がスリーブの孔の軸線に対して前記αの角度をもつとき、光ファイバのコア部の屈折率をｎｆとしたときに、光ファイバの先端部がフェルールの孔の軸線に対してα＋ｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝なる角度で研磨されていること特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６６】
この請求項１６の構成により、光ファイバから出射されるビームはスリーブの外径の軸線に対して完全に平行となるため、コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバから出射される光については、コリメートレンズを介して出射されるビームを、前記コリメートレンズの中心軸と同軸にすることが可能となる。
【００６７】
さらに請求項１７記載の発明では、前記請求項１〜請求項１６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、光ファイバのいずれかの一方が、プラセオジウム（Ｐｒ）添加光ファイバ、あるいはエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバであることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００６８】
この請求項１７の構成により、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれかの一方をプラセオジウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のプラセオジウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。また、同様に、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれか一方をエルビウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のエルビウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。
【００６９】
さらに請求項１８記載の発明では、前記請求項１〜請求項１７に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、両光ファイバの先端部が光ファイバの端部近傍のコア径が熱拡大されたコアを有する光ファイバ（ＴＥＣファイバ＝Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）であることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００７０】
この請求項１８の構成により、光ファイバのモードフィールド径が、通常の光ファイバのモードフィールド径に比して大きくなることから、結合効率のトレランスが緩和され、そのため光学部品や金属部品の寸法トレランスを緩和することが可能となり、または、外部環境の温度変動などによるコリメートレンズや反射材料といった部品の変動に伴う結合効率の変動を低減させることが可能となる。
【００７１】
さらに請求項１９記載の発明では、前記請求項１〜請求項１８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料と前記コリメートレンズとの間に、機能材料を備えており、当該機能材料から出射されるビームの軸が、該コリメートレンズの中心軸と略同軸となることを特徴とする２芯ファイバコリメータとするのものである。
【００７２】
この請求項１９の構成により、例えば反射材料を全反射ミラーとし、機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射されると、波長λ１のみを選択的に他方の光ファイバへ伝達することが可能となる。さらに全反射ミラーの反射により光信号は前記バンドパスフィルタを２回通過することから、矩形波に近い光信号を得ることができる。
【００７３】
さらに請求項２０記載の発明では、前記請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の２芯ファイバコリメータを、入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に用いることを特徴とした光結合モジュールとするのものである。
【００７４】
この請求項２０の構成により、２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射される２つのビームのうちの１つのビームは、コリメートレンズの中心軸に略同軸となることから、入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に当該２芯ファイバコリメータを用いると、２芯ファイバコリメータを含む他の光学部品を配置させて光結合モジュールとする場合に、当該光学部品をコリメートレンズの中心軸にほぼ同軸となるように配置させることが可能となる。
【００７５】
さらに請求項２１記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側のポートとする光ファイバを備えており、２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され前記レンズを介して出射したビームが、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００７６】
この請求項２１の構成により、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【００７７】
さらに請求項２２記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側のポートとするためのコリメートレンズと光ファイバを備えており、当該２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され当該レンズを介して出射したビームが、当該２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００７８】
この請求項２２の構成により、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため小型化することが可能となる。
【００７９】
さらに請求項２３記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側である受光素子あるいは発光素子である光半導体を備えており、当該２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され当該レンズを介して出射したビームが、当該光半導体と光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８０】
この請求項２３の構成により、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを光半導体へ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび光半導体は、ほぼ一直線上に配置されるため小型化することが可能となる。
【００８１】
さらに請求項２４記載の発明では、前記請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、偏波無依存型光アイソレータと、出力側あるいは入力側のポートとするためのコリメートレンズと光ファイバを備えており、当該２芯ファイバコリメータと当該２芯ファイバコリメータ以外の光ファイバとの光路中に当該偏波無依存型光アイソレータが配置されており、当該２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され当該レンズを介して出射したビームが、当該２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８２】
この請求項２４の構成により、前記２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、前記２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、前記２芯ファイバコリメータおよび偏波無依存型光アイソレータ、ならびに前記２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【００８３】
さらに請求項２５記載の発明では、前記請求項２４に記載の光結合モジュールにおいて、前記偏波無依存型光アイソレータは、楔型の複屈折板を構成要素とするものであって、かつ、当該楔型の複屈折板のうち反射材料に最も近い複屈折板における楔角度が、２芯ファイバコリメータにおける両光ファイバの中心軸を結ぶ１つの直線と所定の角度を有して交差するように配置されていることを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８４】
この請求項２５の構成により、２芯ファイバコリメータは、概してコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域を長くしようとすると、比較的大きなビーム径を有する必要があり、そのような比較的大きなビーム径をもつビームのアイソレーションを確保するには、楔型の複屈折板を構成要素とする偏波無依存型光アイソレータの使用が有効であって、また、当該楔型の複屈折板のうち反射材料に最も近い複屈折板における楔角度が、２芯ファイバコリメータにおける両光ファイバの中心軸を結ぶ１つの直線と所定の角度を有して交差するように配置されていることから、実用上、十分なアイソレーションを確保することが可能となる。
【００８５】
さらに請求項２６記載の発明では、前記請求項２０〜請求項２５のいずれかに記載の光結合モジュールにおいて、当該光結合モジュールの光路中にさらに機能材料を備えていることを特徴とする光結合モジュールとするのものである。
【００８６】
この請求項２６の構成により、例えば機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射される場合に、波長λ１のみを選択的に当該２芯ファイバコリメータ以外の光ファイバへ伝達することが可能であるとともに、当該光結合モジュールの構成部品および当該機能材料は、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【００８７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る２芯ファイバコリメータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１ａは、本発明の２芯ファイバコリメータの一例を示す部分断面図であり、図１ｂは、図１ａの断面方向と垂直な方向の部分断面図である。
【００８８】
図１ａおよび図１ｂにおいて、２０、２１、２２、２３は、それぞれ順に、コリメートレンズの中心軸２０、２芯ピグテイルファイバの中心軸（２芯ピグテイルファイバうちの１本の光ファイバの軸線）２１、反射材料の反射面の法線軸２２、コリメートレンズから出射したビームの軸２３、を示している。
【００８９】
そして、コリメートレンズ８の中心軸２０と２芯ピグテイルファイバのうちの１本の光ファイバの軸線２１とが略同軸上となっており、反射材料の反射面の法線軸２２は、コリメートレンズ８の中心軸２０および２芯ピグテイルファイバのうちの１本の光ファイバの軸線２１と一定の角度を成しており、コリメートレンズ８から出射したビームの軸２３は、コリメートレンズ８の中心軸２０と略同軸となっている。
【００９０】
なお、本発明で用いるコリメートレンズ８は、例えばＧＲＩＮレンズのような非均質媒質レンズではなく、あくまでレンズ端面の形状のみによって集光機能を有する均質媒質レンズであって、具体的には、非球面レンズ、球面レンズ、球レンズ等を指している。
【００９１】
そして、コリメートレンズが非球面レンズであって、該レンズの中心軸近傍における光ファイバ側の半径をＲ１とし、該レンズの中心軸近傍における反射材料側の半径をＲ２とし、レンズ長をＬとし、空気の屈折率をｎ１とし、該レンズのガラス材の屈折率をｎ２とし、他方の光ファイバがコリメートレンズの中心軸に対して垂直方向にｘ０だけ位置ズレがあり、光ファイバの軸線とコリメートレンズの中心軸とが平行である場合に、反射材料の傾きをｍとすると、前記（１）式および（２）式を用いて、
ｍ≒−（Ｃｈ）（ｘ０）／２
で表されるものである。但し、Ｃｈは、
Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］
なる関係式により表される。
【００９２】
ここで、２芯ファイバコリメータの結合効率（挿入損失）について、波動光学法を用いて以下、定性的に示すことにする。まず、コリメートレンズとして非球面レンズを用いた場合について述べる。ここで、空気の屈折率をｎ１とし、コリメートレンズのガラス材の屈折率をｎ２とし、コリメートレンズの光ファイバ側の近軸半径Ｒ１とし、コリメートレンズの反射材料側の近軸半径をＲ２とし、レンズ長をＬとする。そして、コリメートレンズの光ファイバ側の端面から光ファイバの端面までの距離をＺ１とし、コリメートレンズの反射材料側の端面から反射材料の端面までの距離をＺ２とすると、光線行列は、以下のようになっている。
【００９３】
【数式３】
そして、光信号の波長をλ１とし、光ファイバのモードフィールド径をｗ１として、コリメートレンズから出射したビームのビーム径をｗ２とすると、上記の光線行列について、以下の公式が成り立っている。
【００９５】
【数式４】
ここで、上記公式を用いて、Ｚ１について解くと、以下の式で表される。
【００９７】
【数式５】
ただし、
【００９９】
【数式６】
【数式７】
【数式８】
である。さらに、上記の光線行列について、以下の公式が成り立っている。
【０１０３】
【数式９】
ここで、この公式によって、Ｚ２について解くと、以下の式で表される。
【０１０５】
【数式１０】
ただし、
【０１０７】
【数式１１】
【数式１２】
【数式１３】
である。そして、ｗ２は、以下の式で表すことができる。
【０１１１】
【数式１４】
さらに、光線行列は、以下のようになっている。
【０１１３】
【数式１５】
ここで、図１３を用いて既に示したように、光ファイバ１’ がコリメートレンズ８の中心軸に垂直な方向に対してｘ０分だけずれて配置され、かつ、その光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸に平行である場合には、コリメートレンズから出射したビームについて、コリメートレンズから出射したビームのビームウェイスト位置Ｚｂｗにおける、コリメートレンズの中心軸を基準とした場合の軸間方向（Ｘ軸方向）のズレ量をＳ０とし、また、コリメートレンズの中心軸を基準とした場合の傾きをδとすると、Ｓ０およびδは、それぞれ以下の式で表される。
【０１１５】
【数式１６】
これを解くと、以下のとおりとなる。
【０１１７】
【数式１７】
【数式１８】
図２に、２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射されるビームに関して、反射材料近傍における前記ビームの光線模式図を示す。図２において、ψ１（Ｘ，Ｚ）は、光ファイバがコリメートレンズの中心軸に垂直な方向に対してｘ０分だけずれて配置され、かつ、その光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸に平行である場合におけるコリメートレンズから出射した０次のガウシアンビーム（以下、ガウシアンビームとする）を示している。またψ１ｍ（Ｘ，Ｚ）は、前記ψ１（Ｘ，Ｚ）がコリメートレンズの中心軸に対して傾きｍを有する反射材料により反射したときのガウシアンビームを示している。そして、ψ２（Ｘ，Ｚ）は、光ファイバがコリメートレンズの中心軸に垂直な方向に対してずれがなく、かつ、その光ファイバの軸線がコリメートレンズの中心軸に平行である場合におけるコリメートレンズから出射したガウシアンビームを示している。
【０１２０】
ここで、前記の３つビームとも紙面に垂直な方向に対しては傾きを有していないものとする。なお、反射材料の反射面の中心は原点Ｏにあるものとしている。そして、反射材料のＺ軸方向の位置ずれ量に関して、ビームψ１（Ｘ，Ｚ）におけるビームウェイスト位置からのＺ軸方向のズレ量をΔＺ１とし、コリメートレンズから出射したビームのＸ軸方向の最終的なズレ量をＳ３とすると、Ｓ３は以下のとおりとなる。
【０１２１】
【数式１９】
ここで、コリメートレンズの中心軸に対してＸ軸方向にＳ３分だけずれていて、かつ、コリメートレンズの中心軸に対してδだけ傾きが生じているコリメートレンズから出射されたビームが、反射材料により反射する場合を以下に示す。まず、反射材料の傾きをｍとすると、反射材料にて反射したビームの傾きは、コリメートレンズの中心軸を基準とした場合δ−２ｍで表される。次に、反射材料にて反射したビームについて、最終的に生じるコリメートレンズの中心軸に対するＸ軸方向のズレ量を、Δｘ３とすると、以下のとおりとなる。
【０１２３】
【数式２０】
さらに、反射材料のＺ軸方向の位置に関して、ビームウェイスト位置からのＺ軸方向のズレ量をΔＺ１とすると、反射材料にて反射したビームについて、最終的に生じるコリメートレンズの中心軸に対するＺ軸方向のズレ量ΔＺ２は、以下のとおりとなる。
【０１２５】
【数式２１】
以上より、２芯ファイバコリメータの結合効率ηは、近軸光線近似領域において反射材料の反射率をＲとするとＷａｔｔ単位で以下の式で表され、また、挿入損失ＬＯＳＳはｄＢ単位で以下の式で表される。
【０１２７】
【数式２２】
【数式２３】
ただし、数式２２中のκ、ω１２、ω２２は、以下の数式でそれぞれ表される。
【０１３０】
【数式２４】
【数式２５】
【数式２６】
である。したがって、２芯ファイバコリメータの結合効率ηを向上させるためには、（言い換えれば、挿入損失ＬＯＳＳを低減させるためには）δ≒２ｍという条件が特に必要であることが、上記の式から明らかとなっている。
【０１３４】
ここで、以下に具体的な数値を代入することにより、２芯ファイバコリメータの特性を一部示すことにする。まず、ｎ１＝１、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）、λ１＝１．４８（μｍ）、ｗ１＝５．９（μｍ）、ｗ２＝１４３．８５５（μｍ）とすると、その値はＺ１＝１１１８（μｍ）、Ｚ２＝１９６２（μｍ）となる。
【０１３５】
そして、光ファイバのコリメートレンズの中心軸からのズレ量ｘ０＝２５０（μｍ）とすると、コリメートレンズの中心軸に対してδ＝７．９５１（ｄｅｇ）の傾きを有したビームがコリメートレンズから出射される。したがって、反射材料は、コリメートレンズの中心軸に対してｍ＝７．９５１／２＝３．９７５（ｄｅｇ）の傾きを有していれば、特に２芯ファイバコリメータの結合効率ηは、向上する。
【０１３６】
ここで、例えば、ｍが上記の理想的な値３．９７５（ｄｅｇ）ではなく、僅かにずれてｍ＝３．９６０（ｄｅｇ）となっている場合であって、反射材料の反射率がＲ＝０．９９となっている場合には、ΔＺ１＝−１００（μｍ）とすると、その値はη＝０．９５５、ＬＯＳＳ＝０．２００（ｄＢ）となる。このように、特に、反射材料の傾きｍが、
ｍ≒−（Ｃｈ）（ｘ０）／２
ただし、Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］
なる関係式により表される場合には、挿入損失が良好であることがわかる。
【０１３７】
そして、１本の光ファイバは、コリメートレンズの中心軸と同軸となっているため、コリメートレンズから出射されるビームは、コリメートレンズの中心軸と完全に同軸となる。なお、上記計算においては、計算を簡易にするために、光ファイバの端面は、斜め研磨加工していないクリーブカットのものとした。ただし、実用上は、光ファイバの先端部での反射戻り光を抑制することが必要であって、光ファイバの端面の斜め研磨加工は必須となるために、厳密にはコリメートレンズの中心軸とは完全には同軸とはならずに略同軸となる。
【０１３８】
図３は、光ファイバの斜め研磨方向を説明する２芯ピグテイルファイバの立体斜視図である。図３において、光ファイバ１，２は、それらの整列方向と略直交する方向に各光ファイバの先端部を斜めに研磨加工されているものである。そして、図１ａおよび図１ｂに示すような配置で、当該２芯ピグテイルファイバを２芯ファイバコリメータに用いると、光ファイバから出射し、コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関し全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となり、また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【０１３９】
前記の数値計算において、反射材料の反射率がＲ＝０．９９として計算したが、ここで、反射材料が光波長分波フィルタである場合には、その反射帯および透過帯の波長の組み合わせは、例えば９８０／１５５０ｎｍ、１３１０／１５５０ｎｍ、１４８０／１５５０ｎｍ、１５１０／１５５０ｎｍ、１５５０／１５９０ｎｍ、１０１６／１３１０ｎｍなどである。一方、反射材料が光分岐フィルタである場合には、分岐比は、例えば５０：５０、９０：１０、９５：５、９９：１などである。
【０１４０】
ここで、図１ａおよび図１ｂにおいて、スリーブ４は、光ファイバを空間的にｘ、ｙ、ｚ方向に調芯した後、ＹＡＧ溶接固定または接着固定により、他の金具に溶接または他の部品と接着できるようにするためのもので、例えば、ステンレススチール、銅、コバール等の金属やその他、セラミック、ガラス、プラスチック等などでできていて、所定の形状に研削加工され、あるいは、あらかじめ所定の形状となるように成形されていて、外観上円筒構造をもつものであり、あるいは、光ファイバ挿入孔近傍のみが円筒構造であって、その他は角筒構造という複合された構造をもつものである。
【０１４１】
このとき、スリーブ４には、光ファイバの位置をスリーブ４の中心に、光ファイバ１，２を内包するためのキャピラリ３が圧入されている。ここで、キャピラリ３が２つの細孔を有していてそれぞれの細孔に光ファイバ１，２を内包している場合を図示しているが、もちろんキャピラリが１つの楕円形状の細孔のみを有していてその細孔に両光ファイバを内包させるようにしてもよい。
【０１４２】
ここで、キャピラリ３は、例えば材料としては、ジルコニア、アルミナ等の酸化物セラミック素材、その他炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の非酸化物セラミック素材、または、ほう珪酸ガラス、結晶化ガラス等のガラス素材、ならびにプラスチックス素材、その他金属などである。
【０１４３】
そして、特にジルコニアは、熱膨張係数が光ファイバのコア（石英ガラス）の熱膨張係数にほぼ等しく、また微細孔を高精度に加工することができ、且つ熱的環境変化に強く、さらにエポキシ系接着剤を介して光ファイバに接着するとその接着力が強いことから、スリーブに圧入固定されるキャピラリの材質として好ましい。
【０１４４】
また、接着剤５としては、従来から光ファイバ接着用に用いることができるものであれば何でもよく、例えばエポキシ系接着剤やＵＶ系接着剤等を用いることができる。ここで、スリーブの光ファイバ挿入孔への充填性、接着強度、耐熱的環境特性、硬化特性等を考慮すると、特にエポキシ系接着剤が好ましい。また、上記接着剤にフィラー（充填剤）が混入されたものを用いてもかまわない。
【０１４５】
ここで、コリメートレンズのレンズ鏡筒９とレンズホルダ１２とは、ＹＡＧ溶接１４により固定されている。同様に、レンズホルダ１２とフェルールホルダ１３とは、ＹＡＧ溶接１４’により固定され、フェルールホルダ１３と２芯ピグテイルファイバにおけるスリーブ４とは、ＹＡＧ溶接１４’’により固定されている。
【０１４６】
図１ａおよび図１ｂにおいて、コリメートレンズから出射されるビームがコリメートレンズの中心軸に対して傾きを有する光ファイバ２の一部にマーキング１９が施されている。このマーキング１９は、コリメートレンズから出射されるビームがコリメートレンズの中心軸に対して傾きをほぼ有しない光ファイバ１との判別をすることが可能であればよく、例えば油性の黒インク等により形成したものであってかまわない。
【０１４７】
実際には、望ましくは２芯ピグテイルファイバの製作終了時点で、顕微鏡観察やＣＣＤを用いたモニタ観察にて、１本の光ファイバに白色光やＨｅ−Ｎｅレーザ光を通光させて確認しながらおこなう。なお、２芯ピグテイルファイバの製作終了時点においてマーキングを施さない場合には、２芯ファイバコリメータの製作終了時点においてマーキングをおこなってもよい。なお、上記とは逆に、光ファイバ１にマーキングを施し、光ファイバ２にマーキングを施さない方法によって区別をおこなっても当然に良い。
【０１４８】
また、図１ａおよび図１ｂにおいて、ルースチューブ７上の一部にマーキング１７が施されている。このマーキング１７は、光ファイバの端面の斜め研磨方向を明示するために施されている。この例では、斜め研磨方向に対して垂直な方向における片側にマーキングが施されている。このマーキングは、望ましくは光ファイバの斜め研磨作業後に、顕微鏡観察やＣＣＤを用いたモニタ観察にて、斜め研磨方向を確認しながら、例えば油性の黒インク等により形成するとよい。
【０１４９】
さらに、図１ａにおいて、レンズホルダ上の一部にもマーキング１７’ が施されている。このマーキング１７’ は、反射材料が傾きを有する側の片側に、反射材料の傾き方向を明示するために施されている。このマーキングは、望ましくはレンズホルダと反射材料とを、接着剤等により固定した後に、顕微鏡観察やＣＣＤを用いたモニタ観察にて、レンズホルダの斜め研磨方向を確認しながら、あるいは、反射材料の斜め研磨の配置を確認しながら、例えば油性の黒インク等により形成する。また、あらかじめ、レンズホルダの製作時点において、レンズホルダの外周の一部に、レンズホルダの斜め研磨方向を明示するための切り欠き（Ｄカット）等を設けていてもよい。
【０１５０】
上記のマーキング１７およびマーキング１７’ は、２芯コリメータの組立作業において、２芯ピグテイルファイバと反射材料の位置を明確にして、取付位置の間違いを防ぐために設けているものであり、図１ａおよび図１ｂに示す例では、マーキング１７とマーキング１７’ は、一直線上に配置されている。なお、前記マーキング１７、１７’ は、２芯コリメータの組立作業において、取付位置の間違いを防ぐために設けているため、２芯ピグテイルファイバと反射材料の位置を明確にすることが可能でありさえすれば、必ずしも図１ａおよび図１ｂに示す位置でなくてもよい。さらに、マーキング１７はルースチューブ上だけに限らずにスリーブ上の一部に達しても良く、あるいはスリーブ上に一部のみに施してもよい。
【０１５１】
既に示した（１）式および（２）式により、同一のコリメートレンズを用いた場合、ｘ０が大きくなるのに比例して、｜δ｜も大きくなり、コリメートレンズの中心軸からの傾きが大きいビームがコリメートレンズから出射される。このときの光線模式図を図４ａおよび図４ｂに示す。ここで、２本の光ファイバ間距離をＰとすると、従来の２芯ファイバコリメータにおいてはｘ０＝Ｐ／２であり（図４ａ）、本発明の２芯ファイバコリメータにおいてはｘ０＝Ｐである（図４ｂ）から、本発明の２芯ファイバコリメータにおけるコリメートレンズから出射されるビームで、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸上とならない方のビームは、従来の２芯ファイバコリメータにおけるビームと比べて、ビームの傾きが必然的に大きくなる。
【０１５２】
したがって、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して、ほぼ傾きを有せずに反射材料側から当該コリメートレンズに達するビームが存在している場合において、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して傾きを有する方の光ファイバに光信号が伝達されるときには、本発明の２芯ファイバコリメータは、従来の２芯ファイバコリメータに比して、ビームの傾きが大きいことから、直接的な点で良好である。
【０１５３】
上記のとおり、反射材料の片面への入射角は、コリメートレンズの形状および屈折率ならびにレンズ長によって定まるのであるが、概略５度以内である。一般に、ある結晶へ入射角が約５度以内で入射した際に発生する偏光依存性（ＰＤＬ）は、無視できるほど小さいことが知られている。このために、本発明に係る２芯ファイバコリメータにおいても、反射材料の片面上の分波膜あるいは分岐膜の偏光依存性（ＰＤＬ）は非常に小さく、良好な特性を持つことが明らかである。
【０１５４】
コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバについて、例えば、反射材料が光波長分波フィルタであって、波長λ１を透過する場合、波長λ１の光が光ファイバに入射されたときに、光ファイバから出射されるビームは、コリメートレンズの中心軸と略同軸となっていることから、コリメートレンズの球面収差の影響がほとんど無い、というメリットを有する。また、コリメートレンズに非球面レンズを用いた場合は、より一層収差の影響を低減することができる。一方、前記光ファイバ以外の光ファイバから出射された光は、コリメートレンズの中心軸近傍を通らないため、収差の影響を受けやすくなるが、この影響はごく僅かで微小であることから、実用上この収差は問題にはなることはない。
【０１５５】
コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバについて、例えば、反射材料が光波長分波フィルタであって、波長λ１を透過する場合、波長λ１の光が光ファイバに入射されたときに、光ファイバから出射されるビームはコリメートレンズの中心軸と略同軸となっていることから、コリメートレンズから出射されるビームがコリメートレンズの中心軸と略同軸となり、反射材料の後段に他の光部品を配置させて当該光部品と光結合させる場合や、２芯ファイバコリメータを用いて光結合モジュールとした場合などにおいて、特に、前記他の光部品の位置を偏芯させたり、あるいは、前記他の光部品の形状を変更したり、アパーチャ等を拡大させる、などの処置を必要とすることがない。そして、その結果ハウジングを小型にすることが可能となり、製品寸法を小型にすることが可能となる。
【０１５６】
ここで、反射材料は、接着剤により反射材料のアパーチャに接着剤が入り込まないようにレンズホルダと接着固定されている。そのため、長時間にわたって比較的高い出力を有する光が光ファイバに入ってきた場合であっても、光路中には接着剤自体を透過する領域が存在しないため、当然に接着剤の劣化が進む恐れがない。
【０１５７】
なお、反射材料とレンズホルダとの固定は、接着剤による接着固定方法以外に、接着剤を用いずに、例えば、反射材料の片面の一部およびレンズホルダの一部にメタライズ処理をおこなった後に、半田固定をおこなうことにより実現させてもよい。具体的には、メタライズ処理の方法は、反射材料の片面の一部に真空蒸着プロセスによりクロム（Ｃｒ）の薄膜層を形成した後、白金（Ｐｔ）の薄膜層を形成し、さらにその後に金（Ａｕ）の薄膜層を形成する。一方、レンズホルダの片面の一部にも、同様に真空蒸着プロセスにより前記クロム、白金、金の薄膜層を形成する。そして、これらの反射材料及びレンズホルダの上に、一定の厚みを有する金（Ａｕ）８０％、錫（Ｓｎ）２０％を含む半田泊を載せ、治具等により仮押さえした状態で、アルゴンガス９０％、水素１０％の混合ガスの雰囲気中において約３００℃に加熱し、反射材料をレンズホルダに接合固定する。この場合は有機系接着剤を全く用いていないため、当然に接着剤の劣化を懸念する余地がなく信頼性が確保されている。
【０１５８】
光ファイバの端面は、光ファイバ端面側での反射戻り光を低減させる目的で斜め研磨されているが、このとき光ファイバの軸線に対する斜め研磨角度をαとすると、光ファイバから出射されるビームは、光ファイバのコア部の屈折率をｎｆとすると、スネルの法則により、光ファイバの軸線に対してｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝となる角度を有する。そのため、このときコリメートレンズの中心軸に光ファイバから出射するビームの中心を配置させようとすると、おのずと光ファイバの軸線とコリメートレンズの中心軸とは、厳密には完全に同軸になることはない。
【０１５９】
そして、そのコリメートレンズの中心軸と垂直な方向の位置ズレ量は、光ファイバの端面とコリメートレンズの光ファイバ側の端面との距離をＺＺとすると、（ＺＺ）ｔａｎ［ｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝］と表わされる。以上示したとおり、コリメートレンズの中心軸に光ファイバから出射するビームの中心を配置させようとするときには、実際上、光ファイバの軸線とコリメートレンズの中心軸とは完全な同軸ではなく、略同軸であることが必要とされる。
【０１６０】
さらに２芯ファイバコリメータにおいて、当該２芯ファイバコリメータを構成する２芯ピグテイルファイバについて、キャピラリの外径に対する中心軸がフェルールの孔の軸線に対して一定の角度αを有し、当該キャピラリに内包された光ファイバの軸線がフェルールの孔の軸線に対して当該αの傾きを有するとき、光ファイバのコア部の屈折率をｎｆとしたときに、光ファイバの端面がフェルールの孔の軸線に対してα＋ｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝なる角度で研磨されている場合には、同様にスネルの法則により、光ファイバの端面から出射されるビームは、スリーブの外径に関する中心軸に対して完全に同軸となる。
【０１６１】
この様子を図５ａおよび図５ｂに示す。図５ａは２芯ピグテイルファイバの部分断面図であり、図５ｂは、断面方向が図５ａの断面方向とほぼ直交している部分断面図である。このような場合には、光ファイバの端面から出射されるビームの中心をコリメートレンズの中心に配置させようとすると、フェルールの軸とコリメートレンズの中心軸とを完全に同軸にすることが可能となる。そして、コリメートレンズの中心軸に対して全く軸ズレがなく、またコリメートレンズの中心軸に対して傾きを有しない方の光ファイバから出射したビームは、計算するまでもなく、コリメートレンズの中心軸と同軸上にコリメートレンズからビームが出射されることは当然ながら明らかである。
【０１６２】
この時、光ファイバの種類は、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ等があるが、２芯ピグテイルファイバを構成する光ファイバは、ともにシングルモードファイバである場合に限らずに、ともにマルチモードファイバであっても、または、一方の光ファイバがシングルモードファイバであって、他方がマルチモードファイバであるという組み合わせでもよい。さらには、一方の光ファイバまたは両光ファイバが偏波保持ファイバであってもよい。
【０１６３】
また、光ファイバのいずれか一方は、一般的に使用されている石英をホストガラスとするものに限らずに、例えば、フッ化物をホストガラスとするプラセオジウム（Ｐｒ）添加光ファイバのような希土類添加光ファイバであってもよく、あるいはエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバであってもよい。その光ファイバのいずれか一方がプラセオジウム添加光ファイバである場合には、この光ファイバに別のプラセオジウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となり、さらに、その融着接続部分における挿入損失を低減することが可能となる。また、同様に、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれか一方がエルビウム添加光ファイバである場合には、この光ファイバに別のエルビウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となり、その融着接続部分における挿入損失を低減することが可能となる。
【０１６４】
また、２芯ファイバコリメータに用いる光ファイバは、コリメートレンズ側での光ファイバの端部近傍のコア径が熱拡大されたコアを有する光ファイバ（ＴＥＣファイバ＝Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）であってもよい。このような光ファイバを用いた場合には、光ファイバの端部近傍のコア径が拡大されているために結合効率のトレランスが緩和されることから、部品の寸法トレランスを緩和することが可能となり、または、環境の温度変動などによるコリメートレンズや反射材料といった部品の変動に伴う結合効率の変動を低減させることが可能となる。
【０１６５】
次に、本発明の光結合モジュールに関して以下説明する。図６ａおよび図６ｂは、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、光半導体３１を接続するようにした光結合モジュールの光線模式図である。この２芯ファイバコリメータにおけるコリメートレンズの中心軸と略同軸となるようなビームと、光半導体３１とが光結合するように配置されており、結果として、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズ８の中心軸と光半導体３１の中心軸とが略同軸となり、ほぼ一直線上に配置されているため、ハウジングを小型化することが可能である。このとき、光半導体３１は、受光素子あるいは発光素子であり、反射材料１０は平行平板型構造の光波長分波フィルタあるいは光分岐フィルタである。
【０１６６】
また、図７ａおよび図７ｂも、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、光半導体３１’を接続するようにした光結合モジュールの光線模式図であるが、反射材料１０は平行平板型構造ではなく、片面が傾斜面である楔型構造であることを特徴とするのものである。このような場合、反射材料が平行平板型構造である場合に生じることのある多重反射による干渉に関して、反射材料を片面が傾斜面である楔型構造としていることから、上記干渉を回避することが可能となる。
【０１６７】
そして、実例として、前記の光半導体を接続するようにした光結合モジュールの具体的な部分断面図を図８に示す。図８において、接着剤（図示せず）により固定されている光半導体３１を有する光半導体ホルダ２７と、２芯ファイバコリメータのレンズホルダ１２とがＹＡＧ溶接されており、さらに光半導体ホルダ２７が外装パイプ２６とＹＡＧ溶接され、加えて外装パイプ２６とパイプキャップ２５とがＹＡＧ溶接により固定されている。なお、ここで、用いている反射材料１０は平行平板型構造を有するものである。図８からもわかるとおり、本発明の光結合モジュールは２芯ファイバコリメータと光半導体とがほぼ一直線上に配置され小型化されている。
【０１６８】
さらに、本発明の別の光結合モジュールに関して以下に説明する。図９ａは、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、コリメートレンズおよび光ファイバを配置して光結合させる光結合モジュールの光線模式図である。図９ｂは、図９ａの図示方向と垂直な方向から図示した光結合モジュールの光線模式図である。この２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズ８の中心軸と略同軸となっている光ファイバから出射されたビームは、コリメートレンズ８の中心軸と略同軸となるようにコリメートレンズ８から出射される。そのビームは、別なコリメートレンズ８’’ の中心軸に対して略同軸となるように別なコリメートレンズ８’’ へ入射し、光ファイバ１’ へ伝達される。
【０１６９】
なお、図９ａおよび図９ｂに示している別なコリメートレンズ８’’ は、光ファイバ１’ と光結合することができさえすればよいため、必ずしも２芯ファイバコリメータで用いられるコリメートレンズと同型である必要はない。また、図９ａおよび図９ｂに示している別なコリメートレンズ８’’ は、２芯ファイバコリメータから出射されるビームと光ファイバ１’ とが十分に光結合される場合にはあえて必要としない。
【０１７０】
図１０は、本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に、偏波無依存型光アイソレータ、コリメートレンズおよび光ファイバを順に配置させて光結合させる構成の一例を示す、本発明に係る光結合モジュールの部分断面図である。図１０からもわかるように前記２芯ファイバコリメータ、偏波無依存型光アイソレータ、別のコリメートレンズ、別の光ファイバは、すべてほぼ一直線上に配置されており、一体形状で小型化されている。
【０１７１】
また図１０において、偏波無依存型光アイソレータ２８は前記２芯ファイバコリメータと前記別のコリメートレンズ８’’ との間に配置されるように図示されているが、これに限らずに、２芯ファイバコリメータと光ファイバ１’ との間の光路上にありさえすればよい。また、偏波無依存型光アイソレータ２８の順方向は特に図示していないが、光結合モジュールの使用用途に応じて、２芯ファイバコリメータへ向かう方向を順方向としてもよく、または２芯ファイバコリメータから離れる方向を順方向とするように配置させてもよい。
【０１７２】
なお、図１０で図示されている偏波無依存型光アイソレータ２８は、楔型構造を有する複屈折板２９を構成要素の１つとする偏波無依存型光アイソレータ構造であるが、アイソレーションが十分に確保されるのであれば平行平板型構造を有する複屈折板を構成要素の１つとする偏波無依存型光アイソレータを使用してもかまわない。なお、図示している偏波無依存型光アイソレータは２枚のファラデー回転子を有する「２段型」であるが、当然ながら１枚のファラデー回転子を有する「１段型」であってもよい。
【０１７３】
【実施例】
上記の内容に従い、図１に示すところの本発明による２芯ファイバコリメータを十台製作した。そして、比較のため同時に、図１１に示す従来の２芯ファイバコリメータも同数製作し比較した。まず、外径φ２．５５ｍｍ、長さ８．５ｍｍの円筒状のスリーブ４にキャピラリ３を圧入してフェルールとし、その後にキャピラリ３の細孔とスリーブ４の外径の同心度を高精度にするために、フェルールの外径をφ２．５ｍｍとする外径加工を施した。ここで、スリーブ４の光ファイバ挿入孔側の挿入孔の内径はφ１ｍｍである。このとき、スリーブ４の材質はステンレススチール（ＳＵＳ３０４Ｌ）であり、キャピラリ３の材質はジルコニアである。なお、キャピラリ３は２つの独立した細孔を有し、その細孔の外径がφ０．１２６ｍｍであり、細孔間のピッチが２５０（μｍ）であるものを使用した。
【０１７４】
次に、外径φ０．９ｍｍ、内径φ０．５ｍｍ、長さ１６ｍｍのルースチューブ７と、外径φ０．２５ｍｍのシングルモードファイバである片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバ（片端部の一次被覆の一部を除去した部分の光ファイバの外径はφ０．１２５ｍｍである）１，２とを、ルースチューブ７内にＵＶ系接着剤６を塗布し接着固定して目止めをおこない、その後、キャピラリ３の細孔およびテーパ穴部に挿入し、挿入部分をエポキシ系接着剤５で充填して接着固定し、２芯ピグテイルファイバを作成した。前記エポキシ系接着剤の硬化条件は、いずれも１００℃、３時間とした。
【０１７５】
なお、ルースチューブ７は、ルースチューブ７自身が高温高湿試験によってなるべく伸縮しないように、接着工程前にあらかじめ単体で−４０℃〜８５℃のヒートサイクル試験（５０サイクル）によって、スクリーニングが実施されているものを用いた。
【０１７６】
コリメートレンズ８は、ｎ２＝１．８７０５８、Ｒ１＝９９９９９９（μｍ）、Ｒ２＝１５７０（μｍ）、Ｌ＝１２８０（μｍ）である非球面レンズを使用した。ここで、ｘ０＝２５０（μｍ）、λ１＝１．４８（μｍ）とすると、δ＝７．９５１（ｄｅｇ）となることから、コリメートレンズ８の中心軸に対する反射材料の傾きｍが、δ／２＝３．９７５（ｄｅｇ）となるように、レンズホルダの反射材料取付部に同数値の傾きを施したものを使用した。また、反射材料がビームウェイスト位置からコリメートレンズ側に１００（μｍ）分短い位置に配置する（ΔＺ＝−１００（μｍ））ことができるような形状を有するレンズホルダ１２を使用した。
【０１７７】
そして、接着剤の硬化が完了した後、キャピラリ３の前方部における、片端部の一次被覆の一部を除去した光ファイバの端面をキャピラリ３とともに、スリーブの軸線方向と垂直な方向に対して、８度の角度になるように斜め研磨加工し、その後、光ファイバ１，２の端面に無反射コートを施した。光ファイバ１，２はいずれもコーニング社製のＳＭＦ−２８である。そして、反射材料は、イオンプレーティング法によりＢＫ−７ガラス基板の反射面上にＴａ２Ｏ５およびＳｉＯ２を膜材として略１００層の分波膜を施し、他方の面上にはＴａ２Ｏ５およびＳｉＯ２を膜材とした無反射コートを施して、波長１４８０ｎｍ帯の光信号を反射して波長１５５０ｎｍ帯の光信号を透過する１４８０／１５５０ｎｍの長波長透過フィルタとし、平行平板型構造の厚さ１ｍｍのものを使用した。
【０１７８】
そして、材質がＳＵＳ３０４Ｌであるレンズホルダ１２と、材質がＳＦ１０１であるコリメートレンズのレンズ鏡筒９とをＹＡＧ溶接によって固定し、その後前記レンズホルダ１２と前記反射材料１０とをエポキシ系接着剤３５３ＮＤにて接着固定した。そして、反射材料１０とコリメートレンズ８とを内包するレンズホルダ１２と、２芯ピグテイルファイバとフェルールホルダ１３について挿入損失を計測しながら調芯してＹＡＧ溶接により組み立てた。なお、両２芯ファイバコリメータの組立波長はともに１４８０ｎｍである。
【０１７９】
このようにして製作した図１に示す本発明による２芯ファイバコリメータ、および図１１に示す従来の２芯ファイバコリメータについて、組立製作した後に、全数につき、評価波長１４８０ｎｍにおいて挿入損失を室温にて実測評価した。
【０１８０】
この時の結果を表１に示す。
【０１８１】
【表１】
前記表１からわかるように、本発明の２芯ファイバコリメータの挿入損失値は平均値で０．２７６０（ｄＢ）であり、一方、従来の２芯ファイバコリメータの挿入損失値は平均値で０．３０４４（ｄＢ）であり、両者に大きな差は見られず、同等あるいは僅かに本発明の２芯ファイバコリメータが良好な特性を有していることが判明した。
【０１８３】
その後、それぞれの２芯ファイバコリメータについて、ビームプロファイラーを用いて、本発明の２芯ファイバコリメータにおいては、コリメートレンズの中心軸とほぼ同軸となるようなビームにおいて反射材料を透過した実際のビームの傾きを、また、従来の２芯ファイバコリメータにおいては、コリメートレンズから出射される一方のビームの反射材料を透過した実際のビームの傾きを評価した。ここで、ビームの傾きの基準はいずれもコリメートレンズの中心軸とした。その評価の際の波長はいずれも１５５０ｎｍとした。
【０１８４】
この時の結果を表２に示す。
【０１８５】
【表２】
前記表２からわかるように、本発明の２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対するビームの傾きは平均値で−０．００１（ｄｅｇ）であり、一方、従来の２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対するビームの傾きは平均値で３．８９１（ｄｅｇ）であり、両者ともほぼ設計値と同様な値を有することが判明した。したがって、本発明の２芯ファイバコリメータは、従来の２芯ファイバコリメータとは異なり、コリメートレンズの中心軸と略同軸となるようなビームを有することが実証された。
【０１８７】
次に、上記の本発明の２芯ファイバコリメータと、偏波無依存型光アイソレータと、コリメートレンズと、１本の光ファイバを構成部品とする図１０に示す光結合モジュールを十台製作した。そして、同時に比較のため、従来の２芯ファイバコリメータと、偏波無依存型光アイソレータと、コリメートレンズと、１本の光ファイバを構成部品とする光結合モジュールを同数製作した。なお、両光結合モジュールとも前記偏波無依存型光アイソレータは、楔型の複屈折板を有する偏波無依存型光アイソレータ（ただし２段型）であり、ともに光結合モジュールの内部のコリメートレンズは同じ型式のものを使用し、また光ファイバについても同じ型式のものを使用した。そして光結合モジュールとも組立波長は１５５０ｎｍとした。そして、組立終了後に波長１５５０ｎｍにおける挿入損失を室温にて実測評価した。
【０１８８】
この時の結果を表３に示す。
【０１８９】
【表３】
前記表３からわかるように、本発明の２芯ファイバコリメータを用いた光結合モジュールの挿入損失は平均値で０．５６９３（ｄＢ）であり、一方、従来の２芯ファイバコリメータを用いた光結合モジュールの挿入損失は平均値で０．５８８３（ｄＢ）であり、両者に大きな差は見られずに、同等あるいは僅かに本発明の２芯ファイバコリメータが良好な特性を有していることが判明した。
【０１９１】
【発明の効果】
以上、詳しく述べたように、本発明では、２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールにおいて、小型で量産性に優れ、低価格で、かつ、高い信頼性を有する２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュールを実現することができる。
【０１９２】
特に請求項１の構成では、２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることから、前記１つの光ファイバから出射されるビームがレンズを介した際に、レンズから出射されるビームの光軸が、前記レンズの中心軸と略同軸となる２芯ファイバコリメータを提供することができる。
【０１９３】
また請求項２の構成では、前記２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が、前記コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されていることから、レンズから出射されるビームは、レンズの略同軸となることが可能となり、さらに２芯ファイバコリメータの結合効率を向上させることが可能となる。そして、光ファイバから出射し、前記コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関して全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となる。また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【０１９４】
また請求項３の構成では、光ファイバの先端部での反射戻り光を抑制することが可能となるとともに、光ファイバから出射し、コリメートレンズから出射されたビームのビーム径が、両ファイバに関して全く同じとなることから、結合効率を一層向上させることが可能となる。また、一方の光ファイバの端面から反射材料までの光路長が、他方の光ファイバ端面から反射材料までの光路長と等しくなることから、光路長差に基づく挿入損失を低減することが可能となる。
【０１９５】
また請求項４の構成では、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、波長に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【０１９６】
また請求項５の構成では、光波長分波フィルタの波長特性に応じて特定の波長を前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は膜材として良く知られており、使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、膜損傷を抑制することが可能となり信頼性の点で向上させることができる。
【０１９７】
また請求項６の構成では、２芯ファイバコリメータにおいて、一方の光ファイバによりコリメートレンズから出射したビームは、光分岐フィルタの分岐比に応じて光信号の一部あるいは大部分につき、前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となる。
【０１９８】
また請求項７の構成では、光分岐フィルタの分岐比に応じて光を前記反射材料にて反射させ、あるいは反射材料を透過させることが可能となるとともに、前記反射材料のガラス基板として、例えばＢＫ−７ガラスや白板ガラスを使用する場合には反射材料を低価格とすることが可能となり、また一般に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２は、膜材として良く知られており使用実績が十分にあることから、信頼性を向上をさせることが可能となる。さらに特に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜に比べて一般に膜吸収が少ない傾向がみられることから、光ファイバに比較的高いパワーが伝達されて多層膜上に照射された場合であっても、膜損傷を抑制することが可能となり信頼性の点で向上させることができる。
【０１９９】
また請求項８の構成では、反射材料の片面は、ガラス基板の素面、あるいは光学的に透明な素材の基板の素面となり、素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率にてコリメートレンズから出射されるビームは反射されるため、当該反射材料の片面上に特に分岐膜を形成せずに、基板の素材を任意に選択することによってのみ、反射率を選択することが可能となり、低価格な反射材料とすることができる。このような素面を形成する物質自体の屈折率に応じた表面反射率を利用する場合には、一般には入射角が大きい場合には偏光依存性の点で問題になることがあるが、本発明の２芯ファイバコリメータにあっては、入射角が比較的小さいため偏光依存性が問題とならずに使用することができる。また、このように物質の素面のみを利用しているため、比較的大きいパワーを有する光が入射しても膜吸収自体が存在しえないために、この面における光損傷を著しく抑制することが可能となる。
【０２００】
また請求項９の構成では、コリメートレンズから出射したビームは、厳密には、反射材料がコリメートレンズの中心軸に対して一定の角度を有しているため、反射材料の屈折率に応じたウォークオフ（コリメートレンズの中心軸に垂直な方向のビームの位置ズレ）が生じるのであるが、反射材料が平行平板型構造であることから、コリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置された光ファイバから出射し、コリメートレンズを介して反射材料を透過したビームは、コリメートレンズの中心軸に対してほぼ角度を有することなく、略同軸とすることが可能となる。
【０２０１】
また請求項１０の構成では、反射材料が平行平板型構造である場合に生じることのある多重反射による干渉に関して、反射材料を片面が傾斜面である楔型構造とすることから、上記干渉を回避することが可能となる。また、反射材料を透過したビームについて、反射材料の屈折率、楔角度に応じてコリメートレンズの中心軸に対して任意に所定の角度を有することが可能となる。
【０２０２】
また請求項１１の構成では、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置に一致するように配置されているために、２芯ファイバコリメータの結合効率を最良のものにすることが可能となる。
【０２０３】
また請求項１２の構成では、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置からわずかに短い位置に、あるいはわずかに長い位置に配置されているために、その位置がコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域内とみなせる場合には、その位置でのビームのスポットサイズはビームウェイスト位置でのビームのスポットサイズとほぼ同じであることから、高い結合効率を実現することが可能となる。
【０２０４】
また請求項１３の構成では、光ファイバの斜め研磨方向を判別することが可能となるために、２芯ファイバコリメータを製作する際に光ファイバの斜め研磨方向についてキャピラリの斜め研磨方向を観察することをせずに、肉眼あるいは顕微鏡もしくはＣＣＤカメラにより判別でき、配置を間違えることなく組立てることが可能となる。
【０２０５】
また請求項１４の構成では、コリメートレンズから出射する２つのビームのうち、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバを判別することができ、例えばこの２芯ファイバコリメータを用いる光結合モジュールや、２芯ファイバコリメータの反射材料のコリメートレンズ側でない位置に光半導体等を配置させるモジュールの製作の際において、２芯ファイバコリメータの固定のために結合効率を計測しながらおこなう調芯時の間違いを防ぐことが可能となる。
【０２０６】
また請求項１５の構成では、キャピラリにおける２つの細孔のうちキャピラリの外径に対して同軸となる細孔に、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるようなビームを出射する光ファイバが挿入されている場合には、当該光ファイバは環境の温度変動によりキャピラリ及びスリーブ等が熱膨張により位置変動する場合であっても、キャピラリの外径に対して同軸となっていることから、環境の温度変動による位置変動を構造的に低減させることが可能である。
【０２０７】
また請求項１６の構成では、光ファイバから出射されるビームは、スリーブの外径の軸線に対して完全に平行となるため、コリメートレンズの中心軸と略同軸となる光ファイバから出射される光がコリメートレンズを介してコリメートレンズから出射されるビームは、コリメートレンズの中心軸に略同軸とすることが可能となる。
【０２０８】
また請求項１７の構成では、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれかの一方をプラセオジウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のプラセオジウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。また、同様に、２芯ファイバコリメータの光ファイバのいずれか一方をエルビウム添加光ファイバとすることにより、この光ファイバに別のエルビウム添加光ファイバを接続する場合において、融着接続が容易に可能となる。
【０２０９】
また請求項１８の構成では、光ファイバのモードフィールド径が、通常の光ファイバのモードフィールド径に比して大きくなることから、結合効率のトレランスが緩和され、そのため光学部品や金属部品の寸法トレランスを緩和することが可能となり、または、外部環境の温度変動などによるコリメートレンズや反射材料といった部品の変動に伴う結合効率の変動を低減させることが可能となる。
【０２１０】
また請求項１９の構成では、例えば反射材料を全反射ミラーとし、機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射されると、波長λ１のみを選択的に他方の光ファイバへ伝達することが可能となり、さらに全反射ミラーの反射により光信号は当該バンドパスフィルタを２回通過することから、矩形波に近い光信号を得ることができる。
【０２１１】
また請求項２０の構成では、２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射される２つのビームのうちの１つのビームは、コリメートレンズの中心軸に略同軸となることから、入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に当該２芯ファイバコリメータを用いると、２芯ファイバコリメータを含む他の光学部品を配置させて光結合モジュールとする場合に、当該光学部品をコリメートレンズの中心軸にほぼ同軸となるように配置させることが可能となる。
【０２１２】
また請求項２１の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１３】
また請求項２２の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１４】
また請求項２３の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを光半導体へ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび光半導体は、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１５】
また請求項２４の構成では、２芯ファイバコリメータのコリメートレンズの中心軸に対して略同軸に出射されるビームを、２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、２芯ファイバコリメータおよび偏波無依存型光アイソレータ、ならびに２芯ファイバコリメータ以外のコリメートレンズおよび光ファイバは、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【０２１６】
また請求項２５の構成では、２芯ファイバコリメータは、概してコリメートレンズから出射されるビームのコリメート領域を長くしようとすると、比較的大きなビーム径を有する必要があり、そのような比較的大きなビーム径をもつビームのアイソレーションを確保するには、楔型の複屈折板を構成要素とする偏波無依存型光アイソレータの使用が有効であって、また、当該楔型の複屈折板のうち反射材料に最も近い複屈折板における楔角度が、２芯ファイバコリメータにおける両光ファイバの中心軸を結ぶ１つの直線と所定の角度を有して交差するように配置されていることから、実用上、十分なアイソレーションを確保することが可能となる。
【０２１７】
また請求項２６の構成では、例えば機能材料をある波長λ１を透過することが可能なバンドパスフィルタとした場合、２芯ファイバコリメータの一方の光ファイバに波長λ１を含む多数の波長を有する光信号が入射される場合に、波長λ１のみを選択的に当該２芯ファイバコリメータ以外の光ファイバへ伝達することが可能となるとともに、当該光結合モジュールの構成部品および当該機能材料は、ほぼ一直線上に配置されるため、小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２芯ファイバコリメータの一例を示す部分断面図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した同部分断面図（ｂ）である。
【図２】２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射した際のビーム経路に関する光線模式図である。
【図３】光ファイバの端部斜め研磨方向を示す２芯ピグテイルファイバの立体斜視図である。
【図４】コリメートレンズの中心軸からの傾きが大きいビームが、コリメートレンズから出射される場合における光線の様子を説明するための光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図５】光ファイバの端面から出射されるビームの中心を、コリメートレンズの中心に配置させようとすることを説明するための、２芯ファイバコリメータを構成する２芯ピグテイルファイバの部分断面図である。
【図６】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、光半導体を接続するようにした本発明に係る光結合モジュールの光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図７】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、かつその２芯ファイバコリメータを構成する反射材料について片面が傾斜面である楔型構造であって、光半導体を接続するようにした本発明に係る光結合モジュールの光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図８】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に光半導体を配置させて光結合させる、本発明に係る光結合モジュールの実例を示す部分断面図である。
【図９】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に、コリメートレンズおよび光ファイバを配置させて光結合させる、本発明に係る光結合モジュールの光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図１０】本発明の２芯ファイバコリメータを使用し、当該２芯ファイバコリメータの後段に、コリメートレンズおよび光ファイバを配置させて光結合させる、本発明に係る光結合モジュールの実例を示す部分断面図である。
【図１１】従来の２芯ファイバコリメータの一例を示す部分拡大断面図（ａ）、及び断面方向を９０度傾けた時の同部分断面図（ｂ）である。
【図１２】従来の２芯ファイバコリメータの一例を示す光線模式図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した光線模式図（ｂ）である。
【図１３】光ファイバがコリメートレンズの中心軸に対して位置ずれしているときの光線模式図である。
【図１４】従来の２芯ファイバコリメータの別の一例を示す部分拡大断面図（ａ）、及び前記図（ａ）における図示方向と垂直な方向から図示した同部分断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１、１’、２ 光ファイバ
３、３’ キャピラリ
４、４’ スリーブ
５、１５ 接着剤（エポキシ系接着剤）
６、１６ 接着剤（ＵＶ系接着剤）
７ ルースチューブ
８、８’’ コリメートレンズ
８’ ＧＲＩＮレンズ
９ レンズ鏡筒
１０、１０’ 反射材料
１１、１１’ 接着剤
１２ レンズホルダ
１３ フェルールホルダ
１４、１４’、１４’’ ＹＡＧ溶接箇所
１７ 光ファイバの端面の斜め研磨方向を明示するためのマーキング
１７’ レンズホルダ上の反射材料の傾き方向を明示するためのマーキング
１８ ハウジング
１９ 光ファイバの判別用のマーキング
２０ コリメートレンズの中心軸
２１ ２芯ピグテイルファイバの中心軸
２２ 反射材料の反射面の法線軸
２３、２３’ コリメートレンズから出射したビームの軸
２４ ２芯ファイバコリメータにおけるスリーブの軸
２５ パイプキャップ
２６ 外装パイプ
２７ 光半導体ホルダ
２８ 偏波無依存型光アイソレータ
２９ 楔型構造を有する複屈折板
３０ 分波膜（あるいは分岐膜）
３１、３１’ 光半導体
Claims (26)
- ２芯ピグテイルファイバおよびコリメートレンズならびに反射材料を備えてなる２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料が前記コリメートレンズの中心軸に対して垂直ではない一定の角度を有し、かつ、前記反射材料が前記コリメートレンズから出射されるビームのビームウェイスト位置に配置され、かつ、前記２芯ピグテイルファイバを構成する１つの光ファイバの軸線が前記コリメートレンズの中心軸と略同軸上に配置されることにより、前記１つの光ファイバから出射されるビームが前記コリメートレンズを介した際に、前記コリメートレンズから出射されるビームの光軸が前記コリメートレンズの中心軸と略同軸となる保持構造を有することを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記コリメートレンズが非球面レンズであって、前記レンズの中心軸近傍における光ファイバ側の半径をＲ１とし、同レンズの中心軸近傍における反射材料側の半径をＲ２とし、レンズ長をＬとし、同レンズのガラス素材の屈折率をｎ２とし、空気の屈折率をｎ１として、
前記２芯ピグテイルファイバの２本の光ファイバのうちの１本の光ファイバが、当該レンズの中心軸と略同軸となるように配置されており、かつ、他方の光ファイバが前記レンズの中心軸に対して垂直方向にｘ０だけ位置ズレがあり、かつ、光ファイバの軸線が前記レンズの中心軸に対して平行であり、かつ、反射材料が２本の光ファイバの整列方向に対して傾きを有しており、前記レンズの中心軸を基準とした反射材料の傾きをｍとしたときに、
ｍ≒−（Ｃｈ）（ｘ０）／２
ただし、Ｃｈ＝（ｎ１−ｎ２）［ｎ２（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｌ（ｎ１−ｎ２）］／［ｎ１ｎ２Ｒ１Ｒ２］
からなる関係式により表されることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。 - 請求項１または請求項２に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、２つの光ファイバの整列方向と略直交する方向に対し、前記各光ファイバの先端部を斜めに研磨したことを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、長波長透過フィルタまたは短波長透過フィルタあるいはバンドパスフィルタのいずれかの光波長分波フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項４に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の両面あるいは前記コリメートレンズ側のガラス基板の面に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜あるいはＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜を形成した光波長分波フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項３または請求項６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の両面あるいはコリメートレンズ側の基板の面に、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の誘電体多層膜、あるいはＴｉＯ２とＳｉＯ２の誘電体多層膜を形成した光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項３または請求項６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、ガラス基板、あるいは光学的に透明な素材の基板を使用し、反射材料の反射面であるコリメートレンズ側の片面に誘電体多層膜を一切含まない、光分岐フィルタであることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、平行平板型構造であることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料は、片面が傾斜面である楔型構造であることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１０に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置に一致するように配置されていることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１０に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、反射面である前記コリメートレンズ側の反射材料の片面の位置が、コリメートレンズから出射されたビームのビームウェイスト位置からわずかに短い位置に、あるいはわずかに長い位置に配置されていることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１２に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、スリーブの一部に、光ファイバの斜め研磨方向を判別するためのマーキングを備えていることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１３に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、コリメートレンズから出射したビームが、コリメートレンズの中心軸に対して略同軸となるような光ファイバ、もしくは、前記光ファイバと異なる他方の光ファイバのどちらかの一方の一部に、判別用のマーキングを備えていることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１４に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、２つの細孔を有するキャピラリの１つの細孔の中心軸が、キャピラリの外径に対して同軸となることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１５に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、２芯ファイバコリメータを構成する２芯ピグテイルファイバについて、キャピラリの外径に対する中心軸がスリーブの孔の軸線に対して一定の角度αをもち、前記キャピラリに内包された光ファイバの軸線が、前記スリーブの孔の軸線に対して前記αの角度をもつとき、光ファイバのコア部の屈折率をｎｆとしたときに、光ファイバの先端部がフェルールの孔の軸線に対してα＋ｓｉｎ−１｛ｎｆ（ｓｉｎα）｝なる角度で研磨されていること特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１６に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、光ファイバのいずれかの一方が、プラセオジウム（Ｐｒ）添加光ファイバ、あるいはエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバであることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１７に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、両光ファイバの先端部が光ファイバの端部近傍のコア径が熱拡大されたコアを有する光ファイバ（ＴＥＣファイバ＝Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）であることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１８に記載の２芯ファイバコリメータにおいて、前記反射材料と前記コリメートレンズとの間に機能材料を備えており、機能材料から出射されるビームの軸が、前記コリメートレンズの中心軸と略同軸となることを特徴とする２芯ファイバコリメータ。
- 請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の２芯ファイバコリメータを、入力側のポートと出力側のポートの少なくとも一方に用いることを特徴とした光結合モジュール。
- 請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側のポートとする光ファイバを備えており、２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され前記レンズを介して出射したビームが、前記２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュール。
- 請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側のポートとするためのコリメートレンズと光ファイバを備えており、前記２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射されレンズを介して出射したビームが、前記２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュール。
- 請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、出力側あるいは入力側に受光素子または発光素子である光半導体を備えており、
当該２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように当該レンズを介して出射されるビームが、当該光半導体と光結合することを特徴とする光結合モジュール。 - 請求項２０に記載の光結合モジュールにおいて、入力側あるいは出力側のポートとする２芯ファイバコリメータと、偏波無依存型光アイソレータと、出力側あるいは入力側のポートとするためのコリメートレンズと光ファイバを備えており、
前記２芯ファイバコリメータと前記２芯ファイバコリメータ以外の光ファイバとの光路中に偏波無依存型光アイソレータが配置されており、前記２芯ファイバコリメータを構成するコリメートレンズの中心軸と略同軸となるように配置されている２芯ファイバコリメータの光ファイバから出射され前記レンズを介して出射したビームが、前記２芯ファイバコリメータの光ファイバ以外の光ファイバと光結合することを特徴とする光結合モジュール。 - 請求項２４に記載の光結合モジュールにおいて、前記偏波無依存型光アイソレータは、楔型の複屈折板を構成要素とするものであって、かつ、前記楔型の複屈折板のうち反射材料に最も近い複屈折板における楔角度が、２芯ファイバコリメータにおける両光ファイバの中心軸を結ぶ１つの直線と所定の角度を有して交差するように配置されていることを特徴とする光結合モジュール。
- 請求項２０〜請求項２５のいずれかに記載の光結合モジュールにおいて、光結合モジュールの光路中にさらに機能材料を備えていることを特徴とする光結合モジュール。
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| JP2002288384A JP2004126095A (ja) | 2002-10-01 | 2002-10-01 | ２芯ファイバコリメータおよび光結合モジュール |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006170740A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Kenwood Corp | 変位検出装置、マイクロフォン装置、および、変位検出方法 |
| CN115113336A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-27 | 昂纳信息技术（深圳）有限公司 | 一种偏振耦合器及其制造方法 |
| CN115113336B (zh) * | 2022-06-30 | 2024-05-10 | 昂纳科技(深圳)集团股份有限公司 | 一种偏振耦合器及其制造方法 |
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2002
- 2002-10-01 JP JP2002288384A patent/JP2004126095A/ja not_active Withdrawn
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