JP2004138720A

JP2004138720A - Optical component and its manufacturing method

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Publication number: JP2004138720A
Application number: JP2002301890A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 井本　克之
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: JP3925384B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical component which is small in size, has low loss and low cost and has a mode converting section and to provide a manufacturing method of the component. <P>SOLUTION: A plurality of approximately spherical shaped lens sections 6-1 and 6-2, whose refractive indexes are gradually made higher than the refractive index of a core 3 along the direction from a tip part 4-2 to a tip part 4-1, is arranged with a prescribed interval, diameters and refractive indexes in the core 3 of the part 4-1 of an optical fiber 2 having a low comparative refractive index difference Δ. Thus, a small sized optical component 1 having a mode converting section 9-1, in which modes are changed along an arrow mark direction 5, is realized at the part 4-1 of the fiber 2. Since the section 9-1 is constituted of assemblies that are equal to two or a larger number of lens sections 6-1 and 6-2, the section 9-1 has a symmetrical structure and no polarization dependence and an ultra low loss optical component is realized. When the optical component 1 is coupled with other optical component, the coupling loss is made low. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス導波路型の光部品は、半導体プロセスを利用することで量産しやすくなることから、既に多くの光部品の製造に適用されているが、光部品のさらなる小型化、低コスト化のための研究開発が進められている。その一例として、ガラス導波路型光部品の高比屈折率差（高Δ）化による小型化、低コスト化が検討されている。具体的には、比屈折率差Δが１．５％以上で２．５％程度の光部品が検討されている。
【０００３】
ところが、ガラス導波路型光部品の高比屈折率差Δ化に対して、ガラス導波路型光部品に接続される光ファイバは通常のシングルモード光ファイバであるため、比屈折率差Δが０．３％〜１％の範囲のものが用いられる。そのために光ファイバと光部品との間にモードミスマッチングが生じるという問題がある。この問題を解決するために、次のような手段が用いられる。
【０００４】
第１の手段は、図７に示すように、光部品としての導波路５０にモード変換部５１を設けるものである。このモード変換部５１は、導波路５０の一方の端面側（図では左側）をヒータ５２で長時間にわたり高温加熱（１３００℃）することにより、導波路５０のコア５３内の屈折率制御用ドーパント（ＧｅＯ_２）をクラッド５４に拡散させることにより形成される。なお、５５は矢印５６−１、５６−２方向に冷却水が供給排出されるサンプルホルダーである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
第２の手段は、図８に示すように、高比屈折率差Δの光ファイバ５７−１の一端（図では右端）を高比屈折率差Δの光部品としての導波路５８に接続し、その高比屈折率差Δの光ファイバ５７−１の他端（この場合左端）に低比屈折率差Δの光ファイバ５９−１をＴＥＣ技術（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｘｐａｎｄ　Ｃｏｒｅ：熱拡散によるコア拡大）により加熱・融着接続し、そのＴＥＣ接続部６０−１でモード変換するものである。同様に高比屈折率差Δの光ファイバ５７−２の一端（この場合左端）を導波路５８に接続し、その光ファイバ５７−２の他端（この場合右端）に低比屈折率差Δの光ファイバ５９−２をＴＥＣ技術により加熱・融着接続することにより、そのＴＥＣ接続部６０−２でモード変換するものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
尚、図７は光部品の接続方法の従来例を適用した光部品の概念図であり、図８は光部品の接続方法の他の従来例を適用した光部品の概念図である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−８８０３８号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開平４−６７１０６号公報（第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の光部品には以下のような問題がある。
【０００９】
（１）導波路側にモード変換部を設ける方式は、ドーパントを熱拡散させて形成したモード変換部の長さが４ｍｍ以上になるため、導波路素子のサイズが非常に大きくなる。そのため、低コスト化が困難である。
【００１０】
（２）モード変換部を設けることによる光部品の損失が大きくなり、実用的ではない。
【００１１】
（３）光部品の入出力端面に高比屈折率差Δの光ファイバの一端を接続し、その光ファイバの他端にＴＥＣ技術を用いて低比屈折率差Δの光ファイバをモード整合接続する方式は、低損失で実現できるというメリットはあるが、高比屈折率差Δの光ファイバを特別に製作しなければならずコスト高になる。
【００１２】
（４）比屈折率差Δの異なる光ファイバを有する光部品の実装コストが高いので、低コスト化が困難である。さらにそれぞれの光ファイバ長を少なくとも数十ｃｍは長くして接続しなければならないので、小型化にも制約を受ける。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型、低損失、低コストでモード変換部を有する光部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光ファイバの一方の端部のコア内に、コアよりも高い屈折率を有するレンズ部が形成されている光部品である。
【００１５】
請求項２の発明は、光ファイバの一方の端部のコア内に、他方の端部から一方の端部に向かって屈折率がコアの屈折率より徐々に高くなる略球状のレンズ部が複数個所定の間隔、直径で配置されたモード変換部が設けられている光部品である。
【００１６】
請求項１または２の発明によれば、比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバの一方の端部のコア内に他方の端部から一方の端部に向かってそのコアの屈折率よりも徐々に屈折率の高い略球状のレンズ部を複数個所定の間隔、直径及び屈折率で配置するという簡単な構成でモード変換部が得られるので、新たな部品を付加する必要がない。この結果、モード変換部を有する小型の光ファイバを実現することができる。しかもモード変換部は２個以上の複数のレンズ部の集合体で構成されており、レンズ部が略球状の対称構造であり、偏波依存性が無く、超低損失の光部品を実現することができる。また、本光部品を他の光部品と結合した場合の結合損失も小さい値で実現することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差は０．３〜１．５％の範囲内にあるのが好ましい。
【００１８】
請求項３の発明によれば、光ファイバ出射端のスポットサイズを１μｍ〜８μｍの広い範囲にわたって変換することができる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、光ファイバに光ファイバの比屈折率差より高い比屈折率差を有する導波路型光部品の端面が接続されているのが好ましい。
【００２０】
請求項４の発明によれば、光部品がモード変換部を有するにもかかわらず、全体のサイズは全く変化せず、超小型構造で低損失、低反射損失、低偏光依存特性を有する光部品を実現することが可能である。しかも、本光部品は、損失増加要因がほとんど無いので、低損失接続特性及び低反射損失特性が実現可能である。また、光ファイバ内に円形対称構造のモード変換部を形成することができるので、偏光依存損失が極めて少ない光部品を実現できる。さらに、光ファイバからガラス導波路型光部品の入力、あるいは出力端面にわたってモードフィールド整合を実現することができるので、光ファイバの端面からの不要な反射が生じることがない。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の構成に加え、導波路型光部品の比屈折率差は１．５〜４％の範囲内にあるのが好ましい。
【００２２】
請求項５の発明によれば、従来の光部品よりも１／２０以下に小型化した光部品を実現することができる。この結果、光部品の生産量が従来の２０倍以上に増大し、光部品生産に必要な電力費用も１／２０以下になり、光部品コストを１／１５以下にすることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項２から５のいずれかに記載の構成に加え、レンズ部は、モードフィールド整合がとれるように個数、間隔、直径及び屈折率が設定されているのが好ましい。
【００２４】
請求項６の発明によれば、低接続損失、偏波無依存のモード変換機能を有する光部品を実現することができる。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項２から６のいずれかに記載の構成に加え、レンズ部は、その直径が光ファイバの他方の端部から一方の端部に向かって徐々に小さくなっているのが好ましい。
【００２６】
請求項８の発明は、光ファイバのコア内に、超短パルスレーザビームを集光、照射することにより、コア内にコアよりも高い屈折率を有するレンズ部を形成する光部品の製造方法である。
【００２７】
請求項９の発明は、光ファイバの一方の端部のコア内にパルス幅が３０ｆｓ〜２００ｆｓの範囲内でパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内の超短パルスレーザビームのスポットサイズを変えると共に、光ファイバの長手方向に沿って順次相対移動させて集光、照射することにより、所定の間隔、直径及び屈折率を有する複数の略球状のレンズ部が配置されたモード変換部を形成する光部品の製造方法である。
【００２８】
請求項７から９のいずれかに記載の発明によれば、屈折率の異なる略球状のレンズ部を超短パルスレーザビームのパワー、すなわち、照射エネルギーを調節することにより、容易にモード変換部を形成することができる。また、略球状のレンズ部の球径も超短パルスレーザビームのスポットサイズを変えることにより制御できる。さらに、後述するように、略球状のレンズ部の屈折率は、光ファイバのコアの屈折率に比して比屈折率差Δで１．５％程度に高くするだけで光ファイバ出射端面でのスポット径を２μｍ前後にまで小さくすることができ、結果的に比屈折率差Δが３％前後の高比屈折率差Δの導波路型光部品と低接続損失で接続することができる。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項８または９に記載の構成に加え、レンズ部の屈折率を超短パルスレーザビームの照射エネルギーの調整によって制御するのが好ましい。
【００３０】
請求項１０の発明によれば、レンズ部の屈折率を超短パルスレーザビームの照射エネルギーを調整するだけで実現できるので、製造が容易である。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項８から１０のいずれかに記載の構成に加え、光ファイバがＶ溝基板に固定された状態で超短パルスレーザビームを照射するのが好ましい。
【００３２】
請求項１１の発明によれば、光ファイバをＶ溝基板に固定することにより、安定して光ファイバ内のコア内に略球状のレンズ部を形成することができる。
【００３３】
請求項１２の発明は、請求項８から１０のいずれかに記載の構成に加え、光ファイバをＶ溝基板に固定し、そのＶ溝基板を透明ガラス板で覆った後、透明ガラス板を通して光ファイバに超短パルスレーザビームを照射するのが好ましい。
【００３４】
請求項１２の発明によれば、Ｖ溝内の光ファイバを透明ガラス板で覆うことにより、光ファイバにさらに安定して略球状のレンズ部を形成することができる。また、光ファイバアレイに対しても生産性良く略球状のレンズ部を形成することができる。さらに、本発明によれば、略球状のレンズ部を形成した後、直ちに高比屈折率差Δの多入力光部品に接続することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３６】
図１（ａ）は本発明の光部品の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。図１（ｂ）において横軸は径方向の位置を示し、図１（ｂ）において縦軸は屈折率を示す。図１（ｃ）において横軸は径方向の位置を示し、図１（ｃ）において縦軸は光強度を示す。
【００３７】
図１（ａ）に示す光部品１は、光ファイバ２の一方の端部（図では右端部）４−１のコア３内に他方の端部（この場合左端部）４−２から一方の端部４−１に向かって（矢印５方向）屈折率がコア３の屈折率より徐々に高くなる略球状のレンズ部６−１、６−２が複数個（図では２個であるが限定されない。）所定の間隔（ｆｂ、ｆａ＋ｆｂ）、直径Ｒａ、Ｒｂ（Ｒａ≧Ｒｂ）及び屈折率ｎａ、ｎｂ（ｎａ≦ｎｂ）で配置されたモード変換部９−１を有するものである（但し、レンズ部６−１の直径をＲａ、屈折率をｎａ、レンズ部６−２の直径をＲｂ、屈折率をｎｂとする。）。
【００３８】
光ファイバ２にはコア３（直径１０μｍ、屈折率ｎ２＝１．４６１９）、クラッド７（直径１２５μｍ、屈折率ｎ１＝１．４５７５）からなるステップ型屈折率分布を有するもの（比屈折率差Δ＝０．３％）を用いる。
【００３９】
このような構造の光部品１におけるコア３内を伝搬する光信号のビームのスポット径（約１０μｍ）が出射端８（直径ｗｏ）で小さなビームスポット径に変換できる条件を数１式〜数３式を用いて算出する。
【００４０】
【数１】
ｗｏ＝ｆａ・ｗｉ／ｆｂ
【００４１】
【数２】
ｆａ＝ｎａ・Ｒａ／［２（ｎａ−ｎ２）］
【００４２】
【数３】
ｆｂ＝ｎｂ・Ｒｂ／［２（ｎｂ−ｎ２）］
ここで、直径ｗｉ＝１０μｍ、屈折率ｎａ＝１．４７２２、直径Ｒａ＝４μｍ、屈折率ｎｂ＝１．４７９７、直径Ｒｂ＝２μｍとすると、直径ｗｏを２．９μｍに絞り込むことができる。すなわち、本発明の光部品１を用いることにより、比屈折率差Δが約２％の高比屈折率差Δの導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合することができる。
【００４３】
また、直径ｗｉ＝１０μｍ、屈折率ｎａ＝１．４７２２、直径Ｒａ＝４μｍ、屈折率ｎｂ＝１．４７９７、直径Ｒｂ＝１．２５μｍとすると、直径ｗｏを１．８μｍに絞り込むことができる。すなわち、本発明の光部品１を用いることにより、比屈折率差Δが約３％の超高比屈折率差Δの導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合することができる。この結果、超小型・超低損失の光部品を実現することができる。
【００４４】
以上において、低比屈折率差Δ（Δ＝０．３％）の光ファイバ２の一方の端部４−１のコア３内にレンズ部６−１、６−２を形成することにより、高比屈折率差Δ（Δ＝２％若しくは３％）の導波路型光部品とモードフィールド整合をとって低損失で結合することができる。尚、比屈折率差Δが３％の高比屈折率差Δの高比屈折率差Δ導波路型光部品用のビームスポット変換（モード変換）については、従来は全く実現されておらず、本発明が最初である。
【００４５】
図２（ａ）は本発明の光部品の他の実施の形態を示す外観斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。図２（ｂ）において横軸は径方向の位置を示し、図２（ｂ）において縦軸は屈折率を示す。図２（ｃ）において横軸は径方向の位置を示し、図２（ｃ）において縦軸は光強度を示す。
【００４６】
図２（ａ）〜（ｃ）に示した光部品１０の図１（ａ）〜（ｃ）に示した光部品１との相違点は、レンズ部の個数を３個とした点である。尚、図１（ａ）〜（ｃ）に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００４７】
本光部品１０は、光ファイバ２の一方の端部（図では右端）４−１のコア３内に他方の端部（この場合左端）４−２から一方の端部４−１に向かって（矢印５方向）屈折率がコア３の屈折率より徐々に高くなる略球状のレンズ部６−１、６−２、６−３が複数個（図では３個であるが限定されない。）所定の間隔（ｆａ＋ｆｂ、ｆｂ＋ｆｃ、ｆｃ）、直径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ（Ｒａ≧Ｒｂ≧Ｒｃ）及び屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃ（ｎａ≦ｎｂ≦ｎｃ）で配置されたモード変換部９−２を有するものである（但し、レンズ部６−３の直径をＲｃ、屈折率をｎｃとする。）。
【００４８】
ここで、直径ｗｉ＝１０μｍ、屈折率ｎａ＝１．４６４８、直径Ｒａ＝３μｍ、屈折率ｎｂ＝１．４７２２、直径Ｒｂ＝２μｍ、屈折率ｎｃ＝１．４７９７、直径Ｒｃ＝１μｍとすると、直径ｗｏを１．３５μｍに絞り込むことができる。すなわち、本発明の光部品１０を用いることにより、比屈折率差Δが約４％の超高比屈折率差Δの光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合することができ、更なる超小型・超低損失光部品を実現することができる。
【００４９】
図３は本発明の光部品の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【００５０】
本光部品１１は、超高比屈折率差Δの導波路型光部品１２の両端に本発明の光部品１−１、１−２がそれぞれ接続されたものである。
【００５１】
両光ファイバ１−１、１−２の一方の端部４−１−１、４−１−２のコア３−１、３−２内には、モード変換部（ビームスポット径変換部）９−１−１、９−１−２がそれぞれ形成されている。超高比屈折率差Δの導波路型光部品１２は、基板（石英ガラス基板或いはＳｉ基板等）１３の上にバッファ層１４が形成され、そのバッファ層１４の上にバッファ層１４より屈折率が高く略矩形断面形状のコア１５が形成され、バッファ層１４及びコア１５を覆うようにコア３より屈折率の低いクラッド層１６が形成されたものである。この超高比屈折率差Δの導波路型光部品１２は比屈折率差Δを４％程度まで大きくしても低比屈折率差Δの光ファイバ（比屈折率Δ＝０．３％）を用いた本発明の光部品１−１、１−２と結合して本発明の他の光部品１１を構成することができるので、光部品の超小型化・超低損失化・超低コスト化を実現することができる。
【００５２】
図４（ａ）は本発明の光部品の製造方法の一実施の形態を示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の正面図である。
【００５３】
本製造方法は、Ｖ溝基板２０の各Ｖ溝２１内に加工用の光ファイバ２をそれぞれ嵌め込んで固定し（例えば接着剤で固定し）、光ファイバ２の上方部に配置された超短パルスレーザ光源２２からのレーザビーム２３−１を集光レンズ２４で集光し、集光したレーザビーム２３−２を光ファイバ２のコア３内に照射することにより、コア３内に所望径、所望屈折率の略球状のレンズ部６−１、６−２（図１（ａ）参照。）を形成するものである。
【００５４】
集光レンズ２４の直径は、集光したレーザビーム２３−２のスポット径に依存しており、そのスポット径を変えることで調整することができる。また、レンズ部６−１、６−２（図１（ａ）参照。）の屈折率はレーザビーム２３−１の照射エネルギー（照射時間、照射パワー、パルス幅、パルス繰り返し周波数）に依存しており、その照射エネルギーが大きいほど屈折率を大きくすることができるが、照射エネルギーを大きくすると飽和する傾向があり、さらに照射エネルギーを大きくしていくと、コア３内に空孔ができてしまう。レーザビーム２３−２の照射で実現できる最大屈折率における比屈折率差Δは１．４８５程度であり、先に計算に用いた屈折率を十分に達成することができる。矢印２５、２６は図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、光ファイバ２のコア３内に複数のレンズ部６−１、６−２を所望間隔で形成するためにＶ溝基板２０の移動方向を示したものである。すなわち、矢印２６は互いに隣接する光ファイバ２へ順次、レンズ部６−１、６−２を形成させるため、Ｖ溝基板２０の移動方向を示したものである。尚、超短パルスレーザビーム２３−１は、その波長が４００ｎｍ〜９８０ｎｍの範囲内、そのパルス幅が３０ｆｓ〜２５０ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内、その平均出力が２００ｍＷ〜８００ｍＷの範囲内にあるのが好ましい。また、Ｖ溝基板２０は、ガラス基板、Ｓｉ基板等を用いることができる。
【００５５】
図５（ａ）は本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の正面図である。
【００５６】
図５（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態の図４（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態との相違点は、光ファイバ２をＶ溝基板２０に固定した後、透明ガラス板２７で覆った点である。
【００５７】
本製造方法は、Ｖ溝基板２０のＶ溝２１に嵌め込まれた各光ファイバ２を固定するための透明ガラス板２７をＶ溝基板２０上に覆った後、その透明ガラス板２７を通して光ファイバ２のコア３内に、集光レンズ２４で超短パルスレーザビーム２３−１を集光、照射するものである。
【００５８】
透明ガラス板２７の材質は、レーザビーム２３−２を透過させることができる石英ガラス、多成分ガラス等を用いることができる。Ｖ溝基板２０は、この場合、透明ガラス板２７と固定する上で透明ガラスからなるのが好ましい。尚、図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）において、光ファイバの本数は１本以上、数百本程度である。
【００５９】
図６は本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。
【００６０】
本製造方法は、高比屈折率差Δの導波路型光部品３０と、Ｖ溝基板２０に固定された光ファイバ２とを接続した状態で光ファイバ２のコア３内に、そのコア３の屈折率よりも徐々に高い値の略球状のレンズ部６−１、６−２を複数個、所望間隔、所望径及び所望屈折率をもつようにしてモード変換部（ビームスポット変換部）９（図１（ａ）参照）を形成するものである。
【００６１】
このように、予め、光ファイバ２を高比屈折率差Δの導波路型光部品３０に接続した状態で光ファイバ２内にモード変換部９を形成することで、より高結合効率でモード変換部９を形成することができる。超高比屈折率差Δの導波路型光部品３０とＶ溝基板２０に固定された光ファイバ２との接続は、接着剤若しくはＣＯ_２レーザビームによる融着接続で行ってもよい。
【００６２】
本発明は、上記実施の形態に限定されない。まず、比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバの比屈折率差Δｌは、０．３％〜１．５％の範囲から選択できるので、種々の光ファイバを用いて超小型光部品を実現することができる。この比屈折率差Δｌが大きいほど、そのコア内にそのコアの屈折率よりも徐々に高い値の略球状のレンズ部を複数個、所望間隔、所望直径及び所望屈折率をもつように形成するレンズ部の屈折率を大きくすることができるので、（２）及び（３）から分かるように、Ｒａ、Ｒｂを小さくしてｗｏを小さくすることができる。光ファイバの出射端面は光ファイバの光軸に対して垂直に加工する以外に、その端面からの反射光の影響を除去するため、光軸に対して数度（１度〜８度の範囲内が好ましい。）の角度で斜めに切断研磨されていることが好ましい。尚、光ファイバの外周部には被覆材料が形成されていてもよい。例えば、プリコーティング材料、２次被覆材料の高分子材料が被覆されていてもよい。また、光ファイバのコア径は１０μｍ以外に、数μｍ〜１０μｍの範囲内のものを用いてもよい。また、数１式、数２式、数３式において、ｆａ、ｆｂ、ｎａ、ｎｂ、Ｒａ、Ｒｂ等の値は広い範囲から選択できる。例えば、Ｒａ及びＲｂは１μｍから１０μｍの範囲から、ｎａ及びｎｂは１．４５８〜１．４９０の範囲から選択するようにそれぞれ加工することができる。また、図２（ａ）〜（ｃ）において、Ｒｃ及びｎｃについても同様に広い範囲から選択するように加工できる。また、光ファイバの先端部に向けて先細りするようにテーパ状に光ファイバを加工してもよい。また、先端部を球状に加工しておいてもよい。
【００６３】
図３において、高比屈折率差Δの導波路型光部品の基板にはガラス基板以外に、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_５等の強誘電体基板、セラミックス基板若しくはプラスチック基板等を用いてもよい。
【００６４】
高比屈折率差Δの導波型光部品の屈折率差Δｈは、１．５％〜４％の範囲のものを用いることができるが、光ファイバの比屈折率差Δｌに高いものを用いれば、さらに高い比屈折率差Δｈのものに適用することもできる。
【００６５】
以上において、本発明によれば、
（１）比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバの一方の端部の近傍のコア内にパルス幅が３０ｆｓ〜２００ｆｓの範囲内でパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内の超短パルスレーザビームのスポットサイズを変えると共に、光ファイバに長手方向に沿って順次相対移動させて集光、照射することにより、複数の略球状のレンズ部を所定の間隔、直径及び屈折率で形成するので、光ファイバの一方の端部にモード変換部を有する光ファイバを超小型で実現することができる。しかもモード変換部が２個以上のレンズ部の集合体で構成されているので、対称構造であり、偏波依存性が無く、超低損失の光部品を実現することができる。
【００６６】
（２）本光部品を用いることにより、他の光部品と小さい結合損失で結合することができる。
【００６７】
（３）比屈折率差Δｌは０．３％〜１．５％の範囲の光ファイバに適用することができるので、広い範囲にわたって適用することができる。
【００６８】
（４）光ファイバ端面を比屈折率差Δの高い（Δｈ）導波路型の光部品端面に接続することにより、モード変換部を超小型、超低損失、偏波無依存で実現することができる。すなわち、モード変換部を設けているにもかかわらず、全体のサイズは全く大きくならず、超小型構造で低損失、低反射損失、低偏光依存性特性を有する光部品を実現することができる。しかも、本光部品は、損失増加要因がほとんど無いので、低損失接続特性及び低反射損失特性を実現することができる。また、光ファイバ内に円形対称構造でモード変換部を形成するので、偏光依存性の極めて少ない光部品を実現することができる。さらに、光ファイバからガラス導波路型光部品の入力若しくは出力端面にわたってモードフィールド整合を実現することができるので、端面からの不要な反射が生じるおそれはない。
【００６９】
（５）高比屈折率差Δｈは、１．５％〜４％の範囲内のものに適用できるので、従来の光部品よりも１／２０以下に超小型化した光部品を実現することができる。この結果、光部品の生産量が従来の２０倍以上に増大し、光部品生産に必要な電力費用も１／２０以下になり、光部品コストを１／１５以下にすることができる。
【００７０】
（６）光ファイバと導波路部品との端面部はモードフィールド整合がとれるように光ファイバの端面方向に向かってそのコア内にそのコアの屈折率よりも徐々に高い値の略球状のレンズ部を複数個、所望間隔、所望直径、所望屈折率を有するように形成することで、低接続損失、偏波無依存のモード変換機能付き光部品を実現することができる。
【００７１】
（７）略球状のレンズ部は光ファイバのコア内にパルス幅が３０ｆｓ〜２００ｆｓの範囲内にあり、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内にある超短パルスレーザビームのビームスポットサイズを変えて集光、照射することにより、超小型光部品を製造する方法であるので、屈折率の異なる略球状のレンズ部を超短パルスレーザビームのパワー、照射時間、すなわち、照射エネルギーを調節することにより、容易に実現することができる。また、略球状のレンズ部の球径もビームスポットサイズを変えることにより制御することができる。また、略球状のレンズ部の屈折率は、光ファイバのコアの屈折率に比して比屈折率差で１．５％程度に高くするだけで、光ファイバ出射端面でのスポット径を２μｍ前後にまで小さくすることができるので、結果的に比屈折率差Δが３％前後の高比屈折率差Δの導波路型光部品と低接続損失で結合させることができる。
【００７２】
（８）光ファイバをＶ溝基板に固定した状態で、コア内にレーザビームを照射するか、Ｖ溝基板に配置し、光ファイバを透明なガラス板で固定した状態でガラス板を通してコア内にレーザビームを照射することにより、安定して光ファイバ内の所望位置に略球状のレンズ部を形成することができる。
【００７３】
（９）光ファイバアレイに対しても生産性よく、略球状のレンズ部を形成することができる。
【００７４】
（１０）略球状のレンズ部を形成した後、直ちに高比屈折率差Δの多入力光部品に接続することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、小型、低損失、低コストでモード変換部を有する光部品及びその製造方法の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光部品の一実施の形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の光部品の他の実施の形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光部品の径方向の屈折率分布を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示した光部品から出射される光信号のビームスポットパターンを示す図である。
【図３】本発明の光部品の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の光部品の製造方法の一実施の形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図５】（ａ）は本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図６】本発明の光部品の製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。
【図７】光部品の接続方法の従来例を適用した光部品の概念図である。
【図８】光部品の接続方法の他の従来例を適用した光部品の概念図である。
【符号の説明】
１　光部品
２　光ファイバ
３　コア
４−１、４−２　端部
５　矢印
６−１、６−２　レンズ部
７　クラッド
８　出射端
９−１　モード変換部（ビームスポット径変換部）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical component and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Glass waveguide type optical components have already been applied to the production of many optical components because they can be easily mass-produced by using semiconductor processes. R & D is underway. As one example, reductions in size and cost due to a high relative refractive index difference (high Δ) of a glass waveguide optical component are being studied. Specifically, an optical component having a relative refractive index difference Δ of 1.5% or more and about 2.5% is being studied.
[0003]
However, in contrast to the high relative refractive index difference Δ of the glass waveguide type optical component, the optical fiber connected to the glass waveguide type optical component is an ordinary single mode optical fiber. A range of 0.3% to 1% is used. Therefore, there is a problem that mode mismatch occurs between the optical fiber and the optical component. The following means are used to solve this problem.
[0004]
The first means is to provide a mode converter 51 in a waveguide 50 as an optical component as shown in FIG. The mode converter 51 heats one end face (left side in the figure) of the waveguide 50 at a high temperature (1300 ° C.) for a long time by the heater 52, thereby forming a refractive index controlling dopant in the core 53 of the waveguide 50. (GeO ₂ ) Is diffused into the cladding 54. Reference numeral 55 denotes a sample holder to which cooling water is supplied and discharged in the directions of arrows 56-1 and 56-2 (for example, see Patent Document 1).
[0005]
The second means connects one end (right end in the figure) of the optical fiber 57-1 having a high relative refractive index difference Δ to a waveguide 58 as an optical component having a high relative refractive index difference Δ, as shown in FIG. At the other end (in this case, the left end) of the optical fiber 57-1 having a high relative refractive index difference Δ, an optical fiber 59-1 having a low relative refractive index difference Δ is provided by TEC technology (Thermal Expand Core: core expansion by thermal diffusion). The connection is made by heating and fusion, and the mode is converted by the TEC connection part 60-1. Similarly, one end (in this case, the left end) of the optical fiber 57-2 having the high relative refractive index difference Δ is connected to the waveguide 58, and the other end (in this case, the right end) of the optical fiber 57-2 is connected to the low relative refractive index difference Δ. The optical fiber 59-2 is heated and fusion-spliced by the TEC technology to convert the mode at the TEC connection portion 60-2 (for example, see Patent Document 2).
[0006]
FIG. 7 is a conceptual diagram of an optical component to which a conventional example of an optical component connection method is applied, and FIG. 8 is a conceptual diagram of an optical component to which another conventional example of an optical component connection method is applied.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-5-88038 (page 2)
[Patent Document 2]
JP-A-4-67106 (FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional optical components have the following problems.
[0009]
(1) In the method in which the mode converter is provided on the waveguide side, the length of the mode converter formed by thermally diffusing the dopant becomes 4 mm or more, so that the size of the waveguide element becomes extremely large. Therefore, it is difficult to reduce the cost.
[0010]
(2) The loss of the optical component due to the provision of the mode converter increases, which is not practical.
[0011]
(3) One end of an optical fiber having a high relative refractive index difference Δ is connected to the input / output end face of the optical component, and an optical fiber having a low relative refractive index difference Δ is mode-matched to the other end of the optical fiber using TEC technology. Although this method has the merit that it can be realized with low loss, it requires special production of an optical fiber having a high relative refractive index difference Δ, which increases the cost.
[0012]
(4) Since the mounting cost of the optical component having the optical fibers having different relative refractive index differences Δ is high, it is difficult to reduce the cost. Further, since the length of each optical fiber must be increased by at least several tens of cm, the miniaturization is restricted.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide an optical component having a mode converter at a small size, low loss and low cost, and a method of manufacturing the same.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is an optical component in which a lens portion having a higher refractive index than the core is formed in a core at one end of the optical fiber.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the core at one end of the optical fiber, a plurality of substantially spherical lens portions whose refractive index gradually increases from the other end toward the one end are higher than the refractive index of the core. This is an optical component provided with mode converters arranged at predetermined intervals and diameters.
[0016]
According to the first or second aspect of the present invention, the refractive index difference (Δl) of the optical fiber having a low relative refractive index difference Δ is set in the core at one end of the optical fiber from the other end toward the one end. In addition, since the mode converter can be obtained with a simple configuration in which a plurality of substantially spherical lens portions having a gradually higher refractive index are arranged at predetermined intervals, diameters and refractive indexes, it is not necessary to add new components. As a result, a small optical fiber having a mode converter can be realized. In addition, the mode conversion unit is composed of an aggregate of two or more lens units, and the lens unit has a substantially spherical symmetric structure, has no polarization dependence, and realizes an ultra-low-loss optical component. Can be. Further, the coupling loss when the present optical component is coupled to another optical component can be realized with a small value.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, it is preferable that the relative refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber is in the range of 0.3 to 1.5%.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to convert the spot size at the optical fiber emission end over a wide range of 1 μm to 8 μm.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to third aspects, an end face of a waveguide type optical component having a relative refractive index difference higher than the relative refractive index difference of the optical fiber is connected to the optical fiber. Is preferred.
[0020]
According to the invention of claim 4, although the optical component has the mode converter, the overall size does not change at all, and the optical component has a very small structure, low loss, low reflection loss, and low polarization dependent characteristics. Can be realized. In addition, since the present optical component hardly causes a loss increase, low loss connection characteristics and low reflection loss characteristics can be realized. In addition, since a mode converter having a circularly symmetric structure can be formed in the optical fiber, an optical component having extremely small polarization-dependent loss can be realized. Further, since mode field matching can be realized from the optical fiber to the input or output end face of the glass waveguide type optical component, unnecessary reflection from the end face of the optical fiber does not occur.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourth aspect, it is preferable that the relative refractive index difference of the waveguide-type optical component is in a range of 1.5 to 4%.
[0022]
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to realize an optical component whose size is reduced to 1/20 or less than the conventional optical component. As a result, the production volume of the optical component is increased by 20 times or more, the electric power cost required for the optical component production is reduced to 1/20 or less, and the optical component cost can be reduced to 1/15 or less.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the second to fifth aspects, it is preferable that the number, interval, diameter, and refractive index of the lens units are set so that mode field matching can be achieved.
[0024]
According to the invention of claim 6, it is possible to realize an optical component having a low connection loss and a polarization independent mode conversion function.
[0025]
According to a seventh aspect of the invention, in addition to the configuration according to any one of the second to sixth aspects, the diameter of the lens portion is gradually reduced from the other end of the optical fiber toward the one end. Is preferred.
[0026]
The invention according to claim 8 is a method for manufacturing an optical component in which a lens portion having a higher refractive index than the core is formed in the core by condensing and irradiating an ultrashort pulse laser beam in the core of the optical fiber. is there.
[0027]
According to a ninth aspect of the present invention, a spot size of an ultrashort pulse laser beam having a pulse width in a range of 30 fs to 200 fs and a pulse repetition frequency in a range of 1 kHz to 250 kHz is changed in a core at one end of the optical fiber. A light that forms a mode conversion unit in which a plurality of substantially spherical lens units having a predetermined interval, diameter, and refractive index are arranged by sequentially moving and converging and irradiating the optical fiber along the longitudinal direction of the optical fiber. This is a method for manufacturing parts.
[0028]
According to the invention as set forth in any one of claims 7 to 9, the mode converter can be easily formed by adjusting the power of the ultrashort pulse laser beam, that is, the irradiation energy, using the substantially spherical lens portions having different refractive indexes. Can be formed. Further, the spherical diameter of the substantially spherical lens portion can also be controlled by changing the spot size of the ultrashort pulse laser beam. Further, as will be described later, the refractive index of the substantially spherical lens portion is increased by about 1.5% in the relative refractive index difference Δ to the refractive index of the optical fiber core at the optical fiber exit end face. The spot diameter can be reduced to about 2 μm, and as a result, it can be connected with a waveguide type optical component having a high relative refractive index difference Δ of about 3% with low connection loss.
[0029]
In a tenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the eighth or ninth aspect, it is preferable that the refractive index of the lens unit is controlled by adjusting the irradiation energy of the ultrashort pulse laser beam.
[0030]
According to the tenth aspect, since the refractive index of the lens portion can be realized only by adjusting the irradiation energy of the ultrashort pulse laser beam, the manufacturing is easy.
[0031]
According to an eleventh aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the eighth to tenth aspects, it is preferable that the ultra-short pulse laser beam is irradiated with the optical fiber fixed to the V-groove substrate.
[0032]
According to the eleventh aspect, by fixing the optical fiber to the V-groove substrate, it is possible to stably form the substantially spherical lens portion in the core in the optical fiber.
[0033]
According to a twelfth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the eighth to tenth aspects, the optical fiber is fixed to a V-groove substrate, and the V-groove substrate is covered with a transparent glass plate. Preferably, the fiber is irradiated with an ultrashort pulse laser beam.
[0034]
According to the twelfth aspect, by covering the optical fiber in the V-groove with the transparent glass plate, a substantially spherical lens portion can be formed on the optical fiber more stably. Further, it is possible to form a substantially spherical lens portion with high productivity even in an optical fiber array. Furthermore, according to the present invention, it is possible to immediately connect to a multi-input optical component having a high relative refractive index difference Δ after forming a substantially spherical lens portion.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0036]
FIG. 1A is an external perspective view showing an embodiment of the optical component of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a radial refractive index distribution of the optical component shown in FIG. 1A. FIG. 1C is a diagram showing a beam spot pattern of an optical signal emitted from the optical component shown in FIG. In FIG. 1B, the horizontal axis indicates the radial position, and in FIG. 1B, the vertical axis indicates the refractive index. In FIG. 1C, the horizontal axis indicates the position in the radial direction, and in FIG. 1C, the vertical axis indicates the light intensity.
[0037]
The optical component 1 shown in FIG. 1A includes one end (right end in the figure) 4-1 of the optical fiber 2 inside the core 3 from the other end (left end in this case) 4-2 to one end. A plurality of substantially spherical lens portions 6-1 and 6-2 whose refractive indexes gradually increase toward the end portion 4-1 (in the direction of arrow 5) than the refractive index of the core 3 (two in the figure, but limited) The mode converter 9-1 is disposed at predetermined intervals (fb, fa + fb), diameters Ra, Rb (Ra ≧ Rb), and refractive indices na, nb (na ≦ nb) (however, (The diameter of the lens unit 6-1 is Ra, the refractive index is na, the diameter of the lens unit 6-2 is Rb, and the refractive index is nb.)
[0038]
The optical fiber 2 has a step type refractive index distribution (specific refractive index difference Δ) composed of a core 3 (diameter 10 μm, refractive index n2 = 1.46119) and a clad 7 (diameter 125 μm, refractive index n1 = 1.47575). = 0.3%).
[0039]
The conditions under which the spot diameter (about 10 μm) of the beam of the optical signal propagating in the core 3 in the optical component 1 having such a structure can be converted into a small beam spot diameter at the emission end 8 (diameter wo) are as follows: It is calculated using the formula.
[0040]
(Equation 1)
wo = fa · wi / fb
[0041]
(Equation 2)
fa = na · Ra / [2 (na−n2)]
[0042]
[Equation 3]
fb = nb · Rb / [2 (nb−n2)]
Here, if the diameter wi is 10 μm, the refractive index na is 1.4722, the diameter Ra is 4 μm, the refractive index nb is 1.4797, and the diameter Rb is 2 μm, the diameter wo can be narrowed down to 2.9 μm. That is, by using the optical component 1 of the present invention, the optical component 1 can be coupled with a waveguide type optical component having a high relative refractive index difference Δ of about 2% with low loss and mode field matching. .
[0043]
When the diameter wi is 10 μm, the refractive index na is 1.4722, the diameter Ra is 4 μm, the refractive index nb is 1.4797, and the diameter Rb is 1.25 μm, the diameter wo can be narrowed down to 1.8 μm. That is, by using the optical component 1 of the present invention, the optical component 1 can be coupled with a waveguide type optical component having an ultra-high relative refractive index difference Δ of about 3% with low loss and mode field matching. it can. As a result, an ultra-compact and ultra-low loss optical component can be realized.
[0044]
In the above, by forming the lens portions 6-1 and 6-2 in the core 3 of the one end 4-1 of the optical fiber 2 having the low relative refractive index difference Δ (Δ = 0.3%), the optical fiber 2 has a high relative refractive index difference Δ (Δ = 0.3%). It can be coupled with a waveguide type optical component having a relative refractive index difference Δ (Δ = 2% or 3%) with low loss by performing mode field matching. Note that beam spot conversion (mode conversion) for a waveguide type optical component with a high relative refractive index difference Δ of a relative refractive index difference Δ of 3% has not been realized at all, The present invention is the first.
[0045]
FIG. 2A is an external perspective view showing another embodiment of the optical component of the present invention, and FIG. 2B shows a radial refractive index distribution of the optical component shown in FIG. 2A. FIG. 2C is a diagram showing a beam spot pattern of an optical signal emitted from the optical component shown in FIG. 2A. In FIG. 2B, the horizontal axis indicates the position in the radial direction, and in FIG. 2B, the vertical axis indicates the refractive index. In FIG. 2C, the horizontal axis indicates the position in the radial direction, and in FIG. 2C, the vertical axis indicates the light intensity.
[0046]
The optical component 10 shown in FIGS. 2A to 2C is different from the optical component 1 shown in FIGS. 1A to 1C in that the number of lens portions is three. Note that common members are used for members similar to those shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c).
[0047]
The optical component 10 is provided in the core 3 of one end (right end in the figure) 4-1 of the optical fiber 2 from the other end (left end in this case) 4-2 to one end 4-1. (Direction of arrow 5) A plurality of (three in the figure, but not limited to) a plurality of substantially spherical lens portions 6-1, 6-2, 6-3 whose refractive index gradually becomes higher than the refractive index of the core 3. (A + fb, fb + fc, fc), diameters Ra, Rb, Rc (Ra ≧ Rb ≧ Rc) and refractive indices na, nb, nc (na ≦ nb ≦ nc). (However, the diameter of the lens portion 6-3 is Rc, and the refractive index is nc).
[0048]
Here, if the diameter wi = 10 μm, the refractive index na = 1.648, the diameter Ra = 3 μm, the refractive index nb = 1.722, the diameter Rb = 2 μm, the refractive index nc = 1.497, and the diameter Rc = 1 μm, the diameter is wo can be narrowed to 1.35 μm. That is, by using the optical component 10 of the present invention, it is possible to couple with an optical component having an ultra-high relative refractive index difference Δ of about 4% by mode field matching with low loss. It is possible to realize an ultra-small and ultra-low loss optical component.
[0049]
FIG. 3 is a side sectional view showing another embodiment of the optical component of the present invention.
[0050]
The optical component 11 is obtained by connecting optical components 1-1 and 1-2 of the present invention to both ends of a waveguide type optical component 12 having an ultra-high relative refractive index difference Δ.
[0051]
A mode conversion unit (beam spot diameter conversion unit) 9 is provided in the cores 3-1 and 3-2 of the one ends 4-1-1 and 4-1-2 of the optical fibers 1-1 and 1-2. -1-1 and 9-1-2 are respectively formed. In the waveguide type optical component 12 having an ultra-high relative refractive index difference Δ, a buffer layer 14 is formed on a substrate (such as a quartz glass substrate or a Si substrate) 13, and the refractive index of the buffer layer 14 is higher than that of the buffer layer 14. And a core 15 having a substantially rectangular cross section is formed, and a cladding layer 16 having a lower refractive index than the core 3 is formed so as to cover the buffer layer 14 and the core 15. Even if the relative refractive index difference Δ is increased to about 4%, the optical fiber 12 having a low relative refractive index difference Δ (the relative refractive index Δ = 0.3%) can be obtained. Can be combined with the optical components 1-1 and 1-2 of the present invention using the present invention to form another optical component 11 of the present invention, so that the optical components can be miniaturized, reduced in loss, and reduced in cost. Can be realized.
[0052]
FIG. 4A is a side view showing an embodiment of the method for manufacturing an optical component of the present invention, and FIG. 4B is a front view of FIG. 4A.
[0053]
In this manufacturing method, the processing optical fibers 2 are fitted and fixed (for example, fixed with an adhesive) into the respective V-grooves 21 of the V-groove substrate 20, and the ultra-short optical fibers 2 are disposed above the optical fibers 2. The laser beam 23-1 from the pulse laser light source 22 is condensed by the condensing lens 24, and the converged laser beam 23-2 is irradiated into the core 3 of the optical fiber 2 so that the core 3 has a desired diameter. This is to form substantially spherical lens portions 6-1 and 6-2 (see FIG. 1A) having a desired refractive index.
[0054]
The diameter of the condenser lens 24 depends on the spot diameter of the converged laser beam 23-2, and can be adjusted by changing the spot diameter. The refractive index of the lens units 6-1 and 6-2 (see FIG. 1A) depends on the irradiation energy (irradiation time, irradiation power, pulse width, pulse repetition frequency) of the laser beam 23-1. The higher the irradiation energy, the higher the refractive index can be. However, when the irradiation energy is increased, the refractive index tends to be saturated. When the irradiation energy is further increased, holes are formed in the core 3. The relative refractive index difference Δ at the maximum refractive index that can be realized by irradiation with the laser beam 23-2 is about 1.485, and the refractive index previously used for the calculation can be sufficiently achieved. As shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C, arrows 25 and 26 indicate that a plurality of lens units 6-1 and 6-2 are provided in the core 3 of the optical fiber 2. This figure shows the direction of movement of the V-groove substrate 20 for forming at a desired interval. That is, the arrow 26 indicates the moving direction of the V-groove substrate 20 for sequentially forming the lens units 6-1 and 6-2 on the optical fibers 2 adjacent to each other. The ultrashort pulse laser beam 23-1 has a wavelength within a range of 400 nm to 980 nm, a pulse width within a range of 30 fs to 250 fs, a pulse repetition frequency within a range of 1 kHz to 250 kHz, and an average output of 200 mW or more. Preferably it is in the range of 800 mW. Further, as the V-groove substrate 20, a glass substrate, a Si substrate, or the like can be used.
[0055]
FIG. 5A is a side view showing another embodiment of the method for manufacturing an optical component of the present invention, and FIG. 5B is a front view of FIG. 5A.
[0056]
The difference between the embodiment shown in FIGS. 5A and 5B and the embodiment shown in FIGS. 4A and 4B is that after the optical fiber 2 is fixed to the V-groove substrate 20, This is a point covered with the transparent glass plate 27.
[0057]
In this manufacturing method, after the transparent glass plate 27 for fixing each optical fiber 2 fitted in the V-groove 21 of the V-groove substrate 20 is covered on the V-groove substrate 20, the optical fiber 2 is passed through the transparent glass plate 27. The ultra short pulse laser beam 23-1 is condensed and irradiated by the condensing lens 24 in the core 3 of FIG.
[0058]
As a material of the transparent glass plate 27, quartz glass, multi-component glass, or the like that can transmit the laser beam 23-2 can be used. In this case, the V-groove substrate 20 is preferably made of transparent glass for fixing to the transparent glass plate 27. 4 (a) and 4 (b) and FIGS. 5 (a) and 5 (b), the number of optical fibers is one or more and several hundreds.
[0059]
FIG. 6 is an explanatory view showing another embodiment of the method for manufacturing an optical component according to the present invention.
[0060]
In this manufacturing method, the waveguide type optical component 30 having a high relative refractive index difference Δ and the optical fiber 2 fixed to the V-groove substrate 20 are connected to each other, and the core 3 A mode conversion section (beam spot conversion section) 9 (a plurality of substantially spherical lens sections 6-1 and 6-2 each having a value gradually higher than the refractive index so as to have a desired interval, a desired diameter and a desired refractive index). 1 (a)).
[0061]
As described above, by forming the mode converter 9 in the optical fiber 2 in a state where the optical fiber 2 is connected to the waveguide type optical component 30 having a high relative refractive index difference Δ in advance, the mode conversion can be performed with higher coupling efficiency. The part 9 can be formed. The connection between the waveguide type optical component 30 having the ultra-high relative refractive index difference Δ and the optical fiber 2 fixed to the V-groove substrate 20 is made of an adhesive or CO 2 ₂ It may be performed by fusion splicing using a laser beam.
[0062]
The present invention is not limited to the above embodiment. First, since the relative refractive index difference Δl of an optical fiber having a low relative refractive index difference Δ can be selected from the range of 0.3% to 1.5%, an ultra-small optical component can be manufactured using various optical fibers. Can be realized. As the relative refractive index difference Δl increases, a plurality of substantially spherical lens portions having a value gradually higher than the refractive index of the core are formed in the core so as to have a desired interval, a desired diameter and a desired refractive index. Since the refractive index of the lens portion can be increased, as can be seen from (2) and (3), Ra and Rb can be reduced to reduce wo. In addition to processing the exit end face of the optical fiber perpendicularly to the optical axis of the optical fiber, in order to remove the influence of the reflected light from the end face, several degrees (within a range of 1 to 8 degrees) with respect to the optical axis. It is preferable to perform the cutting and polishing at an angle obliquely. Note that a coating material may be formed on the outer peripheral portion of the optical fiber. For example, a polymer material of a pre-coating material and a secondary coating material may be coated. The core diameter of the optical fiber may be in the range of several μm to 10 μm other than 10 μm. Further, in Expressions 1, 2, and 3, the values of fa, fb, na, nb, Ra, Rb, and the like can be selected from a wide range. For example, Ra and Rb can be processed so as to be selected from the range of 1 μm to 10 μm, and na and nb can be processed so as to be selected from the range of 1.458 to 1.490. 2A to 2C, Rc and nc can be similarly processed to be selected from a wide range. Further, the optical fiber may be processed in a tapered shape so as to be tapered toward the tip of the optical fiber. Moreover, you may process a front-end | tip part into spherical shape.
[0063]
In FIG. 3, in addition to a glass substrate, a semiconductor substrate such as a Si substrate or a GaAs substrate, a LiNbO ₃ , LiTaO ₅ Or a ferroelectric substrate such as a ceramic substrate or a plastic substrate.
[0064]
The refractive index difference Δh of the waveguide type optical component having a high relative refractive index difference Δ can be in the range of 1.5% to 4%, but a high relative refractive index difference Δl of the optical fiber is used. For example, the present invention can be applied to an optical element having a higher relative refractive index difference Δh.
[0065]
In the above, according to the present invention,
(1) An ultrashort pulse with a pulse width in the range of 30 fs to 200 fs and a pulse repetition frequency in the range of 1 kHz to 250 kHz in the core near one end of the optical fiber having a low relative refractive index difference Δ. By changing the spot size of the laser beam and sequentially converging and irradiating the optical fiber by sequentially moving it along the longitudinal direction, a plurality of substantially spherical lens portions are formed at predetermined intervals, diameters and refractive indexes. Thus, an optical fiber having a mode converter at one end of the optical fiber can be realized in a very small size. In addition, since the mode converter is composed of an aggregate of two or more lens units, an optical component having a symmetric structure, no polarization dependence, and an ultra-low loss can be realized.
[0066]
(2) By using the present optical component, it is possible to couple with another optical component with a small coupling loss.
[0067]
(3) Since the relative refractive index difference Δl can be applied to an optical fiber in the range of 0.3% to 1.5%, it can be applied over a wide range.
[0068]
(4) By connecting the end face of the optical fiber to the end face of the (Δh) waveguide type optical component having a high relative refractive index difference Δ, it is possible to realize the mode converter with ultra-small size, ultra-low loss, and polarization independence. it can. That is, despite the provision of the mode converter, the overall size does not increase at all, and an optical component having an ultra-small structure and having low loss, low reflection loss, and low polarization dependence can be realized. In addition, since the present optical component has almost no loss increasing factor, low loss connection characteristics and low reflection loss characteristics can be realized. Further, since the mode converter is formed in the optical fiber with a circularly symmetric structure, an optical component having extremely little polarization dependence can be realized. Furthermore, since mode field matching can be realized from the optical fiber to the input or output end face of the glass waveguide type optical component, unnecessary reflection from the end face does not occur.
[0069]
(5) Since the high relative refractive index difference Δh can be applied in the range of 1.5% to 4%, it is possible to realize an optical component that is ultra-miniaturized to 1/20 or less than the conventional optical component. it can. As a result, the production volume of the optical component is increased by 20 times or more, the electric power cost required for the optical component production is reduced to 1/20 or less, and the optical component cost can be reduced to 1/15 or less.
[0070]
(6) The end face portion of the optical fiber and the waveguide component has a substantially spherical lens portion having a value gradually higher than the refractive index of the core in the core toward the end face direction of the optical fiber so that mode field matching can be achieved. Are formed so as to have a desired spacing, a desired diameter, and a desired refractive index, thereby realizing an optical component having a low connection loss and a polarization independent mode conversion function.
[0071]
(7) The substantially spherical lens portion changes the beam spot size of an ultrashort pulse laser beam having a pulse width in the range of 30 fs to 200 fs and a pulse repetition frequency in the range of 1 kHz to 250 kHz in the core of the optical fiber. It is a method of manufacturing ultra-small optical components by condensing and irradiating, and it is necessary to adjust the power and irradiation time of the ultrashort pulse laser beam, that is, the irradiation energy, for a substantially spherical lens part having a different refractive index. Thereby, it can be easily realized. Further, the spherical diameter of the substantially spherical lens portion can also be controlled by changing the beam spot size. In addition, the refractive index of the substantially spherical lens portion is increased to about 1.5% in relative refractive index difference from the refractive index of the core of the optical fiber, and the spot diameter at the exit end face of the optical fiber is about 2 μm. As a result, it is possible to couple with a waveguide type optical component having a high relative refractive index difference Δ of about 3% with a low connection loss.
[0072]
(8) With the optical fiber fixed to the V-groove substrate, irradiate the laser beam into the core, or arrange the optical fiber in the V-groove substrate, and fix the optical fiber with a transparent glass plate and pass through the glass plate into the core. By irradiating the laser beam, a substantially spherical lens portion can be stably formed at a desired position in the optical fiber.
[0073]
(9) A substantially spherical lens portion can be formed with high productivity even for an optical fiber array.
[0074]
(10) Immediately after forming the substantially spherical lens portion, it can be connected to a multi-input optical component having a high relative refractive index difference Δ.
[0075]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, it is possible to provide an optical component having a mode converter at a small size, low loss, and low cost, and a method of manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an external perspective view showing an embodiment of an optical component of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a radial refractive index distribution of the optical component shown in FIG. (C) is a diagram showing a beam spot pattern of an optical signal emitted from the optical component shown in (a).
FIG. 2A is an external perspective view showing another embodiment of the optical component of the present invention, and FIG. 2B is a diagram showing a refractive index distribution in a radial direction of the optical component shown in FIG. FIG. 7C is a diagram showing a beam spot pattern of an optical signal emitted from the optical component shown in FIG.
FIG. 3 is a side sectional view showing another embodiment of the optical component of the present invention.
4A is a side view showing one embodiment of the method for manufacturing an optical component of the present invention, and FIG. 4B is a front view of FIG.
FIG. 5A is a side view showing another embodiment of the method for manufacturing an optical component according to the present invention, and FIG. 5B is a front view of FIG.
FIG. 6 is an explanatory view showing another embodiment of the method for manufacturing an optical component according to the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram of an optical component to which a conventional example of an optical component connection method is applied.
FIG. 8 is a conceptual diagram of an optical component to which another conventional example of an optical component connection method is applied.
[Explanation of symbols]
1 Optical components
2 Optical fiber
3 core
4-1 and 4-2 ends
5 arrow
6-1 and 6-2 lens unit
7 Cladding
8 Outgoing end
9-1 Mode converter (beam spot diameter converter)

Claims

An optical component, wherein a lens portion having a higher refractive index than the core is formed in a core at one end of the optical fiber.

Within the core at one end of the optical fiber, a plurality of substantially spherical lens portions whose refractive index gradually increases from the other end toward the one end thereof are higher than the refractive index of the core at a predetermined interval and diameter. An optical component, characterized in that a mode converter arranged in (1) is provided.

The optical component according to claim 1, wherein a relative refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber is in a range of 0.3% to 1.5%.

At one end of the optical fiber, end faces of a waveguide type optical component having a relative refractive index difference between a core and a clad higher than the relative refractive index difference of the optical fiber are connected to each other. Item 4. The optical component according to any one of Items 1 to 3.

The optical component according to claim 4, wherein a relative refractive index difference of the waveguide type optical component is in a range of 1.5 to 4%.

The optical component according to any one of claims 2 to 5, wherein the lens unit has a number, an interval, a diameter, and a refractive index set so as to achieve mode field matching.

The optical component according to any one of claims 2 to 6, wherein the diameter of the lens portion gradually decreases from the other end of the optical fiber toward one end thereof.

A method for manufacturing an optical component, comprising forming a lens portion having a higher refractive index than the core in the core by condensing and irradiating an ultrashort pulse laser beam in the core of the optical fiber.

In the core at one end of the optical fiber, the spot size of the ultrashort pulse laser beam having a pulse repetition frequency of 1 kHz to 250 kHz within a pulse width of 30 fs to 200 fs is changed, and a longitudinal direction of the optical fiber is changed. An optical component characterized by forming a mode conversion section in which a plurality of substantially spherical lens sections having a predetermined interval, diameter, and refractive index are arranged by sequentially moving and converging and irradiating relative to each other along Manufacturing method.

The method for manufacturing an optical component according to claim 8, wherein the refractive index of the lens unit is controlled by adjusting irradiation energy of the ultrashort pulse laser beam.

The method for manufacturing an optical component according to claim 8, wherein the ultra-short pulse laser beam is irradiated with the optical fiber fixed to a V-groove substrate.

11. The optical fiber is fixed to a V-groove substrate, and after covering the V-groove substrate with a transparent glass plate, the ultra-short pulse laser beam is applied to the optical fiber through the transparent glass plate. 3. The method for producing an optical component according to claim 1.