JP2004177826A

JP2004177826A - Optical fiber with lens, and its processing method

Info

Publication number: JP2004177826A
Application number: JP2002346370A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Akashi; 朋義明石; Akira Kashiwazaki; 昭柏崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical fiber with a lens having high impact resistance and high coupling efficiency by stably forming a spherically pointed lens of a small diameter without deforming a core of an optical fiber. <P>SOLUTION: A spherically pointed lens is formed at the tip of the optical fiber so that the ridgeline of three or more slant planes gradually approaching each other toward the tip of the optical fiber is formed so as to have a curved shape. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用する光ファイバ、特に発光素子、受光素子との光結合に用いるレンズ付き光ファイバおよびその加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用の受光素子としては、フォトダイオード（以下ＰＤという）、および発光素子としては、レーザダイオード（以下ＬＤという）もしくは，発光ダイオードなどが用いられる。光ファイバとこれらの発光・受光素子を効率良く結合させるために、従来はレンズが用いられてきたが、レンズを用いる場合には、光ファイバおよび、発光・受光素子、レンズが最適な位置になるように調心する必要があり、その調心に時間を要していた。そのため最近では、光ファイバ先端にレンズ機能を付けたレンズ付き光ファイバが広く用いられている。レンズ付き光ファイバを用いた場合には、光ファイバと発光・受光素子の調心だけでよいため、組み立て工程を大幅に簡素化できる。
【０００３】
なお、調心とは発光・受光素子、レンズおよび光ファイバをそれぞれ動かし、光の伝送が最大となるように位置合わせすることであり、先球レンズとは光ファイバの先端に形成されたレンズを指す。
【０００４】
光ファイバの先端に先球レンズを作製する方法としては、例えば、特許文献１に開示されているように、光ファイバを加熱軟化させて引き延ばす（加熱延伸する）ことによって細径化し、その細径部において光ファイバを切断した後に、細径部の先端を再び加熱溶融して先端を球状化する方法が知られている。
【０００５】
この方法は、図８に示すように、対向して設置された放電電極７２の間に被覆を除去した光ファイバ１１をセットし、放電電極７２間のアーク放電により加熱し軟化させ、光ファイバの両端部を引っ張ることにより延伸し、細径化する。この延伸部７１において光ファイバを切断し再度放電加工によって加熱溶融して、図７に示す先球レンズ６２を形成する。
【０００６】
また、特許文献２に開示されているように、光ファイバの先端部を弗酸などのエッチング液に浸漬し、浸漬した先端部分をエッチング液により溶かして、先球レンズを作製する方法も知られている。
【０００７】
この方法は、図１０に示すように、エッチング液容器９１に入れた弗酸などのエッチング液９２に光ファイバ１１を浸漬させて、液面９３より下の浸漬されたコア部１８とクラッド部２７の部分をエッチング液９２で溶かすことにより先端を界面張力により円錐状に加工する。その後、この先端をアーク放電で処理することによって球状に成形し、図９に示すレンズ付き光ファイバを得る。
【０００８】
さらに、特許文献３に開示されているように、光ファイバ先端部をエッチング液に浸漬して、光ファイバ端面のコア部に凹部を形成し、その凹部にエネルギー線硬化樹脂を充填して硬化させることによって、光ファイバ端面に凸面形状のレンズ面を形成する方法も知られている。
【０００９】
この方法によって作製したレンズ付き光ファイバの断面図を図１１に示す。光ファイバ１１のコア部１８の端面が凹部となり、紫外線硬化樹脂などのエネルギー線硬化樹脂が充填されて硬化し、レンズ９４が形成される。
【００１０】
また、特許文献４には、光ファイバの先端部にコア部１８を中心とした三角錐あるいは、四角錐以上の多角錐状に研磨する方法も開示されている。図１２にこの方法により作製したレンズ付き光ファイバの断面図を示す。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−２６４８５８号公報（第５頁、図２）
【特許文献２】
特開昭５８−１５２２１３号公報（第３頁、図２（ロ））
【特許文献３】
特開平８−４３６７８号公報（第４頁、図１）
【特許文献４】
特開平８−２８６０８２号公報（請求項１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示された、光ファイバを加熱延伸させて先球レンズを形成する方法では、図８に示すように、光ファイバ１１を放電電極７２の放電によって加熱して延伸部７１を引き延ばす際に、光ファイバ１１のコア部も引き延ばされる。そのため図７に示すように、テーパー部６１における光ファイバ１１のコア部１８の直径が細くなり、光の伝搬に障害が生じる。ゆえに、先球レンズ６２によって集光される光は、テーパー部６１を通過する際に減衰され、ＬＤと結合したときに、結合効率の低下を生じさせるという問題が生じる。
【００１３】
次に特許文献２に開示された、光ファイバ先端部をエッチング液に浸漬して先球レンズを形成する方法では、図１０に示すように、光ファイバ１１のエッチング液９２に浸漬している部分も溶解してしまうため、図９に示すようにテーパー部８１の距離が短くなる。そのため、テーパーの先端部分が太くなり、先球レンズ８２の半径が大きくなってしまう。
【００１４】
特に近年、インターネットの普及により、光通信の情報量が非常に増大しており、通信機器の通信速度は高速となっている。利用されるＬＤ、ＰＤチップも高速化し小型化しているため、レンズ付き光ファイバからの出射光のスポット径も５〜１０μｍ程度の半径を有する先球レンズによって小径化させることが必要である。しかしながら、エッチング液９２によって作製されたレンズ付き光ファイバでは、先球レンズ８２の半径が１５μｍ程度の大きなものしか形成できないため、この小径化の要求に対応することができないという問題がある。
【００１５】
さらに、図１１に示すように、特許文献３に開示されている方法では、光ファイバ１１の先端部に樹脂を付着させるため、ＬＤ、ＰＤパッケージに封止させた際に、光ファイバ１１の先端部に付着させた樹脂からアウトガスが発生して、ＬＤ、ＰＤの信頼性を低下させる問題を生じさせる。
【００１６】
また、図１２に示すように、特許文献４に開示されている方法では、光ファイバ１１の先端部を多角錐状に研磨するだけなので、コア部１８を変形させることがなく、また、加工も光ファイバ１１の先端部を平面研磨するだけでよいという利点があるが、光ファイバ１１のテーパー部９８の先端部９９は先鋭であり、レンズの役割を十分に果たすことができないために、結合効率の減少を生じさせる。
【００１７】
さらに、脆性物質であるガラス材からなる光ファイバ１１において、その先端部９９や傾斜平面９５と傾斜平面９６のなす稜線部９７が尖っているため、外部からの衝撃に弱く損傷を受けやすい。例えば、ＬＤ、ＰＤなどと組み立てる際のハンドリング時に光ファイバの先端部を他の部材に接触させただけで、先端部９９が折れてしまうなどの問題があった。
【００１８】
さらに、上記従来例に述べたレンズ付き光ファイバはすべて円形の集光特性を持っているが、ＬＤ光源は多くの場合、放射特性として楕円の断面を持っているため、円形の集光特性を持った従来のレンズ付き光ファイバでは結合効率が低下するという問題があった。このような場合には、楕円の集光特性を持ったレンズ付き光ファイバが必要とされるが、従来例に述べた技術では、このような特性を持ったレンズを作製することは不可能であった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のレンズ付き光ファイバは、先端に向かうにしたがい漸次接近する３面以上の傾斜平面を有し、前記傾斜平面同士の稜線が曲面状であり、かつ前記光ファイバの先端部にレンズを形成するように球面となっていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のレンズ付き光ファイバは、前記傾斜平面と前記光ファイバの光軸のなす角度が２０°〜７０°であり、かつ前記先端部の球面の曲率半径が、４μｍ〜３０μｍであることを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明のレンズ付き光ファイバの加工方法は、前記光ファイバの先端部に傾斜平面を形成する工程と前記光ファイバの先端部を加熱して前記傾斜平面の境界部の曲面と前記先端部の球面とを形成する工程からなることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１（ａ）は本発明によるレンズ付き光ファイバの模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＺ−ｚ線での断面図、図１（ｃ）および図１（ｄ）はそれぞれ、図（ａ）のＸ−ｘ線断面図、Ｙ−ｙ線断面図である。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、光ファイバ１１は被覆部１２が除去されその先端部に３面以上の傾斜平面（例えば傾斜平面１５、傾斜平面１６とこれらに対向した面、便宜上ここではまとめて傾斜平面１７と称する）が設けられており、各平面が光ファイバ１１の先端に向かってだんだんと接近するようにテーパー状に加工されている。そして、テーパー部１３が最も狭くなった傾斜平面１７の先端部に先球レンズ１４が設けられている。
【００２４】
さらに、図１（ｂ）に示すように、傾斜平面と傾斜平面のなす境界の稜線部、例えば、傾斜平面１５と傾斜平面１６の境界の稜線部には、曲面１９が形成されている。
【００２５】
次に、本発明のレンズ付き光ファイバの加工方法について説明する。
【００２６】
本発明に使用される光ファイバ１１は、図１（ｂ）、（ｃ）などに示すように、コア部１８とクラッド部２７からなる。また、シングルモード、もしくはマルチモードファイバのどちらでもよいが、光ファイバ１１の材質は、石英系材料が望ましい。材質がプラスチックの場合は、光ファイバ１１の先端部の先球レンズ１４形成が難しいため適さない。
【００２７】
光ファイバ１１は、最初に傾斜平面１７からなるテーパー部１３が加工される。加工方法としては機械加工が望ましい。図２にテーパーを機械加工するための加工装置の模式図を示す。
【００２８】
加工方法は次の通りである。まず、上記光ファイバ１１の被覆部１２を除去し、ホルダ３１に固定してステージ３２に装着する。研磨機３４の研磨シート３３は回転方向３５の向きに回転しており、前記ホルダ３１に保持された前記光ファイバ１１は、所定の角度で前記研磨シート３３に押しつけられて研磨される。前記研磨シート３３は、ダイヤモンド、アルミナ、シリカなどの０．５〜３μｍの粒子が固着されたものが用いられ、水や油などの液を併用しながら研磨される。
【００２９】
このように、光ファイバ１１の先端部を、所定の角度で所定の量を研磨し、傾斜平面を作製する。そして一面作製するごとに、光ファイバ１１を軸方向に所定量回転させて、再度研磨を実施し、隣の傾斜平面を作製する。例えば、４面の傾斜平面を形成する場合は、一面作製するごとに光ファイバ１１を軸方向に９０°回転させればよい。研磨量は研磨時間によって調整する。
【００３０】
この作業を必要回数繰り返すことによって、３面以上の傾斜平面１７で構成されたテーパー部１３を形成する。
【００３１】
次に光ファイバ１１の先端部を加熱溶融して先球レンズ１４を作製する。先端部を加熱溶融する方法としては、放電加工、バーナーによる加熱、およびレーザー加工が使用されるが、この中でも簡便に加工でき、容易に溶融量の制御が可能であることから放電加工による方法が最も好ましい。図３に放電加工の模式図を示す。
【００３２】
まず、対向した電極４２の間に光ファイバの先端部４１を挿入する。電極４２に電圧を印加し、アーク放電によって光ファイバの先端部４１を加熱する。研磨によって作製された傾斜平面１７の先端部４１は、加熱により溶融し、表面張力によって、先球レンズ１４が形成される。さらに加熱の際の余熱により、傾斜平面１５と傾斜平面１６の境界の稜線部が溶融し、曲面１９が形成される。
【００３３】
次に、本発明のレンズ付き光ファイバの各構成部分の望ましい態様とその作製方法について示す。
【００３４】
図１（ａ）に示す傾斜平面１７と光ファイバ１１の光軸のなす角度θを２０〜７０°とすることが望ましい。２０°未満の場合は、先端部が鋭く尖った形状となるために、加工中に光ファイバ１１が破断する恐れが強く、加工が非常に難しい。
【００３５】
逆に、７０°よりも大きいときには、傾斜平面１７の先端部を溶融した場合に、少量の溶融量でも先球レンズ１４の半径が非常に大きくなり、先球レンズ１４のサイズを制御できないという問題がある。
【００３６】
よって、傾斜平面１７と光ファイバ１１の光軸のなす角度を２０°〜７０°の範囲内とすれば、光ファイバ１１の先端加工が簡単であり、かつ形成する先球レンズ１４の品質も安定するという効果がある。
【００３７】
本発明のレンズ付き光ファイバでは、研磨加工により傾斜平面１７によって構成されるテーパー部１３を形成させているので、光ファイバ１１の先端の小さな領域のみを加熱溶融させればよく、光ファイバ１１の溶融量を最小にすることができ、さらに、光ファイバ１１のコア部１８を変形させることなく、先球レンズ１４を形成することが可能である。
【００３８】
次に、先球レンズ１４の先球半径の大きさは、傾斜平面１７と光ファイバ１１の光軸のなす角度を調整することによって、大きなレンジで調整を行うことができる。例えば、先球半径５〜１０μｍの場合は、光ファイバ１１の光軸に対して傾斜平面１７の角度は２０°〜５５°とし、先球半径２０〜３０μｍの場合には傾斜平面１７の角度を４０°〜７０°とする。
【００３９】
従来のエッチング液による加工法では、図９に示すように光ファイバ１１先端のテーパー部８１が短くなり、幅が大きくなってしまうために、先球半径の５〜１０μｍの小さい先球レンズを作製することが難しい。それに対して本発明のレンズ付き光ファイバでは、光ファイバ１１の光軸に対する傾斜平面１７の角度を２０°〜５５°と小さく加工することができるために、先球レンズ１４の先球半径が５〜１０μｍのレンズ付き光ファイバを作製することが可能となる。
【００４０】
さらに細かいレンジでの調整は、加熱条件を最適化し、溶融量を制御することによって行う。例えば、溶融量を多くすると先球レンズ１４の先球半径が大きくなり、逆に溶融量を少なくすると、先球半径が小さくなる。バーナーによる加熱の場合も、放電加工と同様に、加熱温度、加熱時間を変化させることにより先球半径を制御することができる。
【００４１】
なお、先球レンズ１４の先球半径の大きさは４μｍ〜３０μｍの大きさとすることが望ましい。先球半径が４μｍ以下のときは、先球レンズ１４形成時の溶融量を非常に少なくする必要があるが、その制御が非常に難しい。また、３０μｍより大きい場合は、先端部全体を溶融させなければならないため先球レンズ１４の先球半径を制御しながら形成することが難しいという問題がある。
【００４２】
本発明のレンズ付き光ファイバでは、傾斜平面１７の先端部を溶融して先球レンズ１４を形成する際の余熱により、傾斜平面１５と傾斜平面１６の境界の稜線部も同時に溶融するため、非常に簡単に稜線部を曲面１９に加工することができる。
【００４３】
稜線部にこの曲面１９を設けることにより、光ファイバ１１の先端部の応力を分散させて、破損を防止する効果がある。また、稜線部が曲面でなく先鋭で角張っている場合には、角部分に小さいキズやカケなどのクラックが発生しやすい。光ファイバは脆性材料であるため、このクラックが進展して、先端部の破壊に至る。それに対して、稜線部に曲面１９が形成されている場合には、クラックが生じにくいため、先端部が破損しにくくなり、後の工程でＬＤ、ＰＤなどと組み立てる際のハンドリング時の破損を防止できるようになる。
【００４４】
この曲面１９の大きさは、先球レンズ１４の作製時に加える熱量、先端の傾斜平面１７が光ファイバ１１の光軸となす角度、傾斜平面１７の面数などにより変化するが、曲率半径は１μｍ以上とすることが望ましく、さらに好ましくは５μｍ以上である。
【００４５】
本発明のレンズ付き光ファイバでは、曲率半径を１μｍ以上とするためには、先端の傾斜平面数が３面以上あれば良く、さらに、曲率半径を５μｍとするためには、傾斜平面１７と光ファイバ１１の光軸のなす角度を２０°〜７０°となるように先端のテーパー部１３の加工を行い、かつ先球レンズ１４の曲率半径が、４μｍ〜３０μｍとなるような加熱溶融条件とすればよい。
【００４６】
本発明のレンズ付き光ファイバは、傾斜平面１７を構成する各傾斜平面と光ファイバ１１の光軸のなす角度をそれぞれ異なった角度にしてもよい。これにより、光ファイバ１１の光軸に垂直な断面において、直交した方向にそれぞれに異なった曲率半径を持った曲面を作製することができ、楕円の集光特性を持ったレンズ付き光ファイバを得ることが可能となる。
【００４７】
例えば、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、傾斜平面１５と傾斜平面１６を異なった角度θ１およびθ２で作製した場合、Ｘ−ｘ方向とＹ−ｙ方向に対して、それぞれ先球レンズ２０と先球レンズ２１を形成することができる。
【００４８】
これらの先球レンズ２０と先球レンズ２１は、対応する傾斜平面１５と傾斜平面１６の角度がそれぞれ異なっているので、加熱して作製された先端部の先球レンズ１４の曲率半径もそれぞれ各傾斜平面方向に異なったものが得られる。
【００４９】
したがって、各傾斜平面の角度を変えることにより、同じ熱量を加えた場合に作製される曲率半径をＸ−ｘ方向とＹ−ｙ方向とで自由に変えることが可能となり、任意の楕円の集光特性を有するレンズ付き光ファイバが得られる。
【００５０】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、楕円の集光特性を有するレンズ付き光ファイバを作製するための別の方法として、各傾斜平面の加工量を変えることによって、各傾斜平面に対応した先球レンズ１４の曲率半径を制御する方法がある。
【００５１】
図４（ａ）は、先端のレンズを加工する前の本発明のレンズ付き光ファイバを示す。先球レンズ加工前の先端部２３は、光ファイバ１１のクラッド部２７を加工してコア部１８の手前まで形成した傾斜平面２５と光ファイバ１１のコア部１８の中心まで加工した傾斜平面２６とからなる。これらを加熱溶融すると、図４（ｂ）に示すように、Ｙ−ｙ方向とＸ−ｘ方向に対して、それぞれ異なった曲率半径の先球レンズ２４を作製することが可能となる。
【００５２】
この場合、Ｘ方向、Ｙ方向の曲率半径は、傾斜平面２５のコア中心からの距離２２によって調整することが可能である。全体の曲率半径は、各傾斜平面の角度、および溶融量によって調整する。
【００５３】
以上に示すように、傾斜平面１７の先端に形成された先球レンズ１４の、各傾斜平面方向への曲率半径は、各傾斜平面が光ファイバ１１の光軸に対してなす角度θと各傾斜平面から光ファイバ１１のコア中心までの距離２２によって調整することができ、これら２つの方法を組み合わせてもよい。
【００５４】
以上の説明では、傾斜平面数は、本発明の効果を簡潔に説明するため４面の場合についてのみ述べたが、傾斜平面数は、３面以上あればよい。
【００５５】
なお、傾斜平面の数の上限はないが、あまり多いと傾斜平面を作製する研磨工程に時間がかかること、また面数を多くしても格段に特性が向上する効果は得られないことから、傾斜平面数は１６面以下とすることが望ましい。
【００５６】
傾斜平面間の角度も任意で良いが、光ファイバ１１の先端部が光軸を中心とした全ての外周方向に対して、傾斜平面１７によって囲まれるようにする必要がある。図５は、傾斜平面を８面作製した場合の本発明のレンズ付き光ファイバである。
【００５７】
本発明の実施形態の説明に用いた図では、先端に設けられた先球レンズ１４の球面部と傾斜平面１７の境界部分は、境界部の法線が傾斜平面１７と一致するように記載されているが、これに限定されるものではなく、先球レンズ１４の球面部が傾斜平面１７に対して境界部において角度を有していてもよく、また先球レンズ１４の部分が盛り上がっていてもよい。
【００５８】
さらに本発明のレンズ付き光ファイバでは、樹脂を使用しないため、アウトガスの発生がなく、信頼性の高いレンズ付き光ファイバを提供することができる。
【００５９】
また、図６に示すように本発明のレンズ付き光ファイバの側面に、メタライズ加工５１を施してもよい。これにより、前記レンズ付き光ファイバとＬＤ、ＰＤパッケージや、それに使用する金具類とを半田固定することができ、高気密性を実現することができる。メタライズ加工５１は、無電解メッキ、電解メッキ、蒸着、スパッタ、イオンプレーティングによって作製される。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００６１】
本発明によるレンズ付き光ファイバの加工方法を用いて、レンズ付き光ファイバを作製した。
【００６２】
光ファイバ１１としては、光ファイバ外径φ１２５μｍ、コア径１０μｍのシングルモードファイバを用いた。
【００６３】
次に、光ファイバ１１先端の被覆部１２を除去して、図２に示す加工装置により、図１に示す４面の傾斜平面を作製した。傾斜平面は、向かい合った２面が光ファイバ１１の光軸に対して３０°の角度となるように研磨し、さらに前記傾斜平面に対して９０°の角度で向かい合う２面の傾斜平面が光ファイバ１１の光軸に対して４０°の角度となるように、全面とも光ファイバ１１のコア中心まで研磨した。
【００６４】
さらに図３に示す放電加工によって先端部４１を加熱溶融させ先球レンズ１４を作製した。このとき、光ファイバ１１の光軸に対して３０°の角度に研磨した傾斜平面方向の先球レンズの先球半径は１０μｍとなり、４０°の角度に研磨した傾斜平面方向の先球レンズの先球半径は１５μｍとなった。このとき、先球レンズ１４を作製するための加熱時に各傾斜平面間の稜線も溶融して滑らかとなり、曲面１９が形成された。
【００６５】
上記の条件で作製した試料（試料Ｎｏ．１）を基準とし、同様の方法で、傾斜平面の面数、光ファイバ１１の光軸に対する角度などの条件を変えて、レンズ付き光ファイバを作製した（試料Ｎｏ．２〜１０）。また、図４に示すようにコア部１８の中心まで研磨した面と、コア手前までのクラッド部２７のみを研磨した面とを混在させた試料（試料Ｎｏ．１１）も作製した。
【００６６】
比較例としては、本発明の方法により傾斜平面１７を研磨加工によって作製するまでは同様に行い、先球レンズの形成の工程のみエッチングにより行った試料についても作製した（試料Ｎｏ．１２）。この方法により得られる試料は、傾斜平面間の稜線が曲面状ではなく、研磨加工した状態のままの先鋭状であり、本発明の範囲外となる。
【００６７】
さらに、加熱延伸して先球レンズ付き光ファイバを作る従来の方法によって試料の作製を行った。光ファイバ１１として、実施例で用いたのと同じシングルモードファイバを使用し、被覆部１２を除去した後に、図８に示すように、放電加工によって光ファイバ１１の延伸部７１を加熱延伸した。加熱延伸は、光ファイバ１１の延伸部７１の外径が２０μｍ程度になるまで実施した後、光ファイバ１１の延伸部７１の中央部を切断して、切断部分を放電加工でさらに加熱して、先球半径１０μｍのレンズ付き光ファイバを１５本作製した（試料Ｎｏ．１３）。
【００６８】
また、光ファイバ先端部をエッチング液に浸漬して先球レンズを形成する方法、光ファイバ先端部をエッチング液に浸漬して硬化樹脂を充填して光ファイバ端面に凸面形状のレンズ面を形成する特許文献３に記載された方法についても、それぞれ先球半径１０μｍのレンズ付き光ファイバの作製を試みた（試料Ｎｏ．１４、試料Ｎｏ．１５）。
【００６９】
なお、一つの条件につき、試料を１５本ずつ作製し評価を行った。評価は、レンズ付き光ファイバとＬＤチップとを調心し、ＬＤチップから光をレンズ付き光ファイバに入射させて、その入射光の強度をディテクタにて測定した。また、ＬＤチップからの出射光の強度を測定しておき、このときの入射光強度÷出射光強度×１００を結合効率（％）と定義し、１５本中結合効率値が５０％を超える本数により評価を行った。
【００７０】
また、ＬＤチップは、アスペクト比が２：３のものを用いた。ここでアスペクト比とは、ＬＤチップから出射される光の縦方向および横方向の広がり角の比率を示す。ＬＤチップは、各レンズ付き光ファイバの先球半径に応じ、適応する広がり角を有するものを選択して評価を行った。
【００７１】
これらの実験を行った光ファイバの加工条件および評価結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】

【００７３】
評価の判定は、評価した１５本中の結合効率値が５０％を超えた本数が、１５本（全数）を◎（大変よい）、１３〜１４本を○（良好）、１０〜１２本を△（許容範囲）、１０本未満を×（不可）とした。さらに、何らかの理由により評価ができなかったものについては、その旨を備考に記載し、原因を勘案した上で判定を行った。
【００７４】
なお表の中で、光ファイバ光軸と傾斜平面のなす角度の項目で面１、面２・・・、とあるのは、加工した傾斜平面の任意の面を面１とし、その隣を面２、さらに隣を面３のように順番に番号を割り振ったものである。したがって、例えば、傾斜平面数が４のときは、面１と面３、面２と面４が光ファイバの光軸を挟んで向かい合った面となる。さらに、傾斜平面方向の先球半径値の項目の半径１、半径２・・・、については、上記の面１、面２のそれぞれ同じ番号に対応した傾斜平面における先球半径値を示している。
【００７５】
表１よりわかるように、本発明の請求の範囲内である、試料Ｎｏ．１〜１１はすべて、結合効率が５０％以上のものが１５本中１０本以上となり、許容範囲以上の結果となった。その中でも、光ファイバの光軸と傾斜平面のなす角度が２０〜７０°であり、かつ先球レンズの半径値が４μｍ〜３０μｍとなる試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．３〜６、試料Ｎｏ．８〜１１については、すべて良好な結果となった。
【００７６】
また、傾斜平面数は３面から８面まで変えても（試料Ｎｏ．１、８〜１０）良好な結果が得られた。
【００７７】
さらに、研磨領域をコア中心までとコア手前までの２領域を混在させた試料Ｎｏ．１１についても、非常に良好な結果が得られた。
【００７８】
それに対して、傾斜平面間の稜線を先鋭状とした本発明の範囲外である試料Ｎｏ．１２については、測定時に１５本中５本が破損してしまい、満足な結果が得られなかった。測定時の接触などによる衝撃のため、先鋭な稜線から微細なクラックが進展したためと推測される。
【００７９】
また、先球レンズを加熱延伸して作製した試料Ｎｏ．１３では、１５個中５０％以上の結合効率となったものが４本であり、不適合であった。
【００８０】
さらに、光ファイバ先端部をエッチング液に浸漬して先球レンズを作製した試料Ｎｏ．１４では、先球半径が大きくなってしまい、先球半径が２０μｍ以下のレンズ付き光ファイバを作製することができなかった。結合特性も不十分であった。したがって、現在求められている先球レンズの小型化のニーズに応えることができないため、不適合と判断した。
【００８１】
また、光ファイバ先端部に樹脂を硬化させてレンズ面を形成した試料Ｎｏ．１５では、結合特性も不十分であったが、さらに、樹脂に種々の有機ガスや水分が含まれているため、ＬＤ、ＰＤと組み合わせてパッケージに封止して使用したときに、これらの有機ガスや水分がアウトガスとして放出され、必要な気密特性を得ることができない可能性が強いことから、不適合とした。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１のレンズ付き光ファイバは、光ファイバ先端に向かう傾斜平面同士の稜線が曲面状のため、稜線部に微小なクラックが入りにくく、応力も分散されるため、クラックが入っても進展しにくい。そのため、組み立て時などの衝撃によって光ファイバが破損することがなくなる。さらに、傾斜平面の先端に先球レンズが形成されており、傾斜平面の形状に応じて自在な集光特性を持たせることができるため、楕円の放射形状を持つ外部光源であっても、高い結合効率が得られる。
【００８３】
請求項２のレンズ付き光ファイバは、請求項１の効果に加えて、さらに光ファイバ先端の研磨加工が簡単であり、形成される先球レンズの品質や傾斜平面間の稜線に形成される曲面形状が安定するという効果が得られる。
【００８４】
請求項３のレンズ付き光ファイバの加工法は、研磨加工により傾斜平面を形成した後に、加熱によって先球レンズを形成するため、光ファイバのコア部の変形を伴わない。そのため、外部光源と高い結合効率で結合することができる。さらに、研磨加工の角度や研磨加工の量を調整することにより、自在に先球レンズの半径を調整することができるため、小径の先球レンズを安定して作製することができる。また、樹脂を用いずアウトガスが発生しないため、ＬＤやＰＤのパッケージに用いても、高信頼性が得られる。その上、先球レンズ作製時の加熱により、同時に傾斜平面間の稜線部を曲面状に変形させるため、高強度のレンズ付き光ファイバを簡単に得られるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のレンズ付き光ファイバの模式図であり、（ｂ）は本発明のレンズ付き光ファイバのＺ−ｚ線断面図であり、（ｃ）は本発明のレンズ付き光ファイバのＸ−ｘ線断面図であり、（ｄ）は本発明のレンズ付き光ファイバのＹ−ｙ線断面図である。
【図２】本発明のレンズ付き光ファイバの傾斜平面の加工用装置の模式図である。
【図３】本発明のレンズ付き光ファイバの先端の球面加工方法の模式図である。
【図４】（ａ）は本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態の先端の球面加工前の模式図であり、（ｂ）は本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態の球面加工後の模式図である。
【図５】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態の模式図である。
【図６】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態の模式図である。
【図７】従来のレンズ付き光ファイバの断面図である。
【図８】従来のレンズ付き光ファイバの加工方法の模式図である。
【図９】従来のレンズ付き光ファイバの断面図である。
【図１０】従来のレンズ付き光ファイバの加工方法の模式図である。
【図１１】従来のレンズ付き光ファイバの断面図である。
【図１２】従来のレンズ付き光ファイバの模式図である。
【符号の説明】
１１：光ファイバ
１２：被覆部
１３：テーパー部
１４：先球レンズ
１５：傾斜平面
１６：傾斜平面
１７：傾斜平面
１８：コア部
１９：稜線部に形成された曲面
２０：先球レンズ
２１：先球レンズ
２２：距離
２３：先端部
２４：先球レンズ
２５：傾斜平面
２６：傾斜平面
２７：クラッド部
３１：ホルダ
３２：ステージ
３３：研磨シート
３４：研磨機
３５：回転方向
４１：先端部
４２：電極
５１：メタライズ加工
θ、θ１、θ２：傾斜平面と光ファイバの光軸がなす角度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber used for optical communication, particularly to an optical fiber with a lens used for optical coupling with a light emitting element and a light receiving element, and a method of processing the same.
[0002]
[Prior art]
A photodiode (hereinafter referred to as PD) is used as a light receiving element for optical communication, and a laser diode (hereinafter referred to as LD) or a light emitting diode is used as a light emitting element. Conventionally, a lens has been used to efficiently couple an optical fiber and these light emitting / receiving elements. However, when a lens is used, the optical fiber, the light emitting / receiving element, and the lens are located at optimal positions. It needed to be aligned, and that alignment took time. Therefore, recently, an optical fiber with a lens having a lens function at the tip of the optical fiber has been widely used. When an optical fiber with a lens is used, only the alignment between the optical fiber and the light emitting / receiving element is required, so that the assembling process can be greatly simplified.
[0003]
Alignment refers to moving the light-emitting / light-receiving element, lens, and optical fiber to align them so that light transmission is maximized.The spherical lens is a lens formed at the tip of the optical fiber. Point.
[0004]
As a method of manufacturing a spherical lens at the tip of an optical fiber, for example, as disclosed in Patent Document 1, the diameter of an optical fiber is reduced by heating and softening it and then expanding it (heating and stretching). A method is known in which after cutting an optical fiber at a portion, the tip of the small diameter portion is heated and melted again to make the tip spherical.
[0005]
In this method, as shown in FIG. 8, the optical fiber 11 from which the coating has been removed is set between the discharge electrodes 72 disposed opposite to each other, heated and softened by arc discharge between the discharge electrodes 72, and It is stretched by pulling both ends to reduce the diameter. The optical fiber is cut in the extending portion 71, and is again heated and melted by electric discharge machining to form the spherical lens 62 shown in FIG.
[0006]
Further, as disclosed in Patent Document 2, there is also known a method of immersing a tip portion of an optical fiber in an etching solution such as hydrofluoric acid and dissolving the immersed tip portion with the etching solution to produce a spherical lens. ing.
[0007]
In this method, as shown in FIG. 10, the optical fiber 11 is immersed in an etching solution 92 such as hydrofluoric acid contained in an etching solution container 91, so that the immersed core portion 18 and the clad portion 27 below the liquid level 93. Is melted with an etchant 92 to process the tip into a conical shape by interfacial tension. Thereafter, the tip is formed into a sphere by treating it with an arc discharge to obtain an optical fiber with a lens shown in FIG.
[0008]
Further, as disclosed in Patent Document 3, a tip portion of an optical fiber is immersed in an etching solution to form a concave portion in a core portion of the end surface of the optical fiber, and the concave portion is filled with an energy ray curable resin and cured. There is also known a method of forming a convex lens surface on the end face of the optical fiber.
[0009]
FIG. 11 is a sectional view of an optical fiber with a lens manufactured by this method. The end surface of the core portion 18 of the optical fiber 11 becomes a concave portion, and is filled with an energy-ray-curable resin such as an ultraviolet-curable resin and cured to form a lens 94.
[0010]
Patent Document 4 also discloses a method of polishing the tip of an optical fiber into a triangular pyramid centering on a core 18 or a polygonal pyramid having a square pyramid or more. FIG. 12 shows a sectional view of an optical fiber with a lens manufactured by this method.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-5-264858 (page 5, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-58-152213 (page 3, FIG. 2 (b))
[Patent Document 3]
JP-A-8-43678 (page 4, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP-A-8-260882 (Claim 1)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the method disclosed in Patent Literature 1 in which the optical fiber is heated and drawn to form a spherical lens, as shown in FIG. 8, when the optical fiber 11 is heated by the discharge of the discharge electrode 72 to extend the drawn portion 71. Then, the core of the optical fiber 11 is also elongated. As a result, as shown in FIG. 7, the diameter of the core portion 18 of the optical fiber 11 in the tapered portion 61 becomes thin, which causes an obstacle to light propagation. Therefore, the light condensed by the spherical lens 62 is attenuated when passing through the tapered portion 61, and when coupled with the LD, there is a problem that the coupling efficiency is reduced.
[0013]
Next, in the method disclosed in Patent Document 2 in which the tip of an optical fiber is immersed in an etchant to form a spherical lens, a portion of the optical fiber 11 immersed in an etchant 92 as shown in FIG. Is also dissolved, so that the distance of the tapered portion 81 is reduced as shown in FIG. Therefore, the tip portion of the taper becomes thick, and the radius of the spherical lens 82 becomes large.
[0014]
In particular, in recent years, with the spread of the Internet, the amount of information of optical communication has been extremely increased, and the communication speed of communication devices has become high. Since LDs and PD chips to be used are also faster and smaller, it is necessary to reduce the spot diameter of the light emitted from the optical fiber with a lens by using a spherical lens having a radius of about 5 to 10 μm. However, in the optical fiber with a lens manufactured using the etching solution 92, the radius of the spherical lens 82 can be formed only as large as about 15 μm.
[0015]
Further, as shown in FIG. 11, in the method disclosed in Patent Document 3, since the resin is attached to the tip of the optical fiber 11, the tip of the optical fiber 11 is sealed when sealed in an LD or PD package. Outgas is generated from the resin adhered to the portion, which causes a problem of lowering the reliability of the LD and PD.
[0016]
In addition, as shown in FIG. 12, in the method disclosed in Patent Document 4, since the tip of the optical fiber 11 is merely polished into a polygonal pyramid, the core 18 is not deformed and the processing is also performed. There is an advantage that only the front end portion of the optical fiber 11 needs to be polished flat, but the front end portion 99 of the tapered portion 98 of the optical fiber 11 is sharp and cannot sufficiently fulfill the role of a lens. Causes a decrease in
[0017]
Further, in the optical fiber 11 made of a glass material, which is a brittle substance, the tip portion 99 and the ridge line 97 formed by the inclined plane 95 and the inclined plane 96 are sharp, so that the optical fiber 11 is easily damaged by external impacts. For example, there has been a problem that the tip portion 99 is broken only by bringing the tip portion of the optical fiber into contact with another member during handling when assembling with an LD, a PD, or the like.
[0018]
Further, all of the optical fibers with lenses described in the above-mentioned conventional example have circular light-collecting characteristics. However, since the LD light source often has an elliptical cross section as a radiation characteristic, the circular light-collecting characteristics are low. The conventional optical fiber with a lens has a problem that the coupling efficiency is reduced. In such a case, an optical fiber with a lens having elliptical condensing characteristics is required, but it is impossible to produce a lens having such characteristics with the technology described in the conventional example. there were.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The optical fiber with a lens of the present invention has three or more inclined planes gradually approaching toward the distal end, the ridge line between the inclined planes is curved, and a lens is formed at the distal end of the optical fiber. It is characterized by having a spherical surface.
[0020]
Further, in the optical fiber with a lens according to the present invention, the angle between the inclined plane and the optical axis of the optical fiber is 20 ° to 70 °, and the radius of curvature of the spherical surface at the distal end is 4 μm to 30 μm. It is characterized by.
[0021]
Further, in the method for processing an optical fiber with a lens according to the present invention, a step of forming an inclined plane at the distal end of the optical fiber, heating the distal end of the optical fiber to form a curved surface at the boundary of the inclined plane and the distal end And a step of forming a spherical surface.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic view of an optical fiber with a lens according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line Zz in FIG. 1A, FIG. 1C and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line X-x and Y-y in FIG.
[0023]
As shown in FIG. 1A, the optical fiber 11 has a coating portion 12 removed, and three or more inclined planes (for example, an inclined plane 15 and an inclined plane 16 and a surface opposed thereto) are provided at the end thereof. Inclined planes 17) are provided, and each plane is tapered so as to gradually approach the tip of the optical fiber 11. Further, a spherical lens 14 is provided at the tip of the inclined plane 17 where the tapered portion 13 is narrowest.
[0024]
Further, as shown in FIG. 1 (b), a curved surface 19 is formed at the ridgeline at the boundary between the inclined planes and the boundary between the

inclined planes

15 and 16, for example.
[0025]
Next, a method for processing an optical fiber with a lens according to the present invention will be described.
[0026]
The optical fiber 11 used in the present invention includes a core 18 and a clad 27, as shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c). In addition, the material of the optical fiber 11 is desirably a quartz material, although it may be a single mode or a multimode fiber. If the material is plastic, it is not suitable because it is difficult to form the tip lens 14 at the tip of the optical fiber 11.
[0027]
In the optical fiber 11, first, the tapered portion 13 including the inclined plane 17 is processed. Machining is desirable as a processing method. FIG. 2 is a schematic view of a processing apparatus for machining a taper.
[0028]
The processing method is as follows. First, the coating portion 12 of the optical fiber 11 is removed, fixed to the holder 31 and mounted on the stage 32. The polishing sheet 33 of the polishing machine 34 rotates in the direction of the rotation direction 35, and the optical fiber 11 held by the holder 31 is pressed against the polishing sheet 33 at a predetermined angle and polished. As the polishing sheet 33, a sheet to which particles of 0.5 to 3 μm such as diamond, alumina, and silica are fixed is used, and is polished using a liquid such as water or oil.
[0029]
In this way, the tip of the optical fiber 11 is polished by a predetermined angle at a predetermined angle to produce an inclined plane. Then, each time one surface is manufactured, the optical fiber 11 is rotated in the axial direction by a predetermined amount, and the polishing is performed again to manufacture an adjacent inclined plane. For example, in the case of forming four inclined planes, the optical fiber 11 may be rotated 90 ° in the axial direction each time one plane is manufactured. The polishing amount is adjusted by the polishing time.
[0030]
By repeating this operation as many times as necessary, the tapered portion 13 composed of three or more inclined planes 17 is formed.
[0031]
Next, the distal end portion of the optical fiber 11 is heated and melted to produce the spherical lens 14. As the method of heating and melting the tip portion, electric discharge machining, heating with a burner, and laser machining are used. Among them, the electric discharge machining method is used because it can be easily processed and the amount of melting can be easily controlled. Most preferred. FIG. 3 shows a schematic view of the electric discharge machining.
[0032]
First, the tip 41 of the optical fiber is inserted between the opposed electrodes 42. A voltage is applied to the electrode 42, and the tip 41 of the optical fiber is heated by arc discharge. The tip 41 of the inclined plane 17 produced by polishing is melted by heating, and the spherical lens 14 is formed by surface tension. Further, the ridge portion at the boundary between the inclined plane 15 and the inclined plane 16 is melted by the residual heat at the time of heating, and the curved surface 19 is formed.
[0033]
Next, desirable modes of each component of the optical fiber with a lens according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described.
[0034]
It is desirable that the angle θ between the inclined plane 17 and the optical axis of the optical fiber 11 shown in FIG. If the angle is less than 20 °, the optical fiber 11 is liable to break during processing because the tip has a sharp pointed shape, and processing is extremely difficult.
[0035]
Conversely, when the angle is larger than 70 °, when the tip of the inclined plane 17 is melted, the radius of the tip lens 14 becomes very large even with a small amount of melting, and the size of the tip lens 14 cannot be controlled. There is.
[0036]
Therefore, if the angle between the inclined plane 17 and the optical axis of the optical fiber 11 is within the range of 20 ° to 70 °, the processing of the tip of the optical fiber 11 is easy, and the quality of the formed spherical lens 14 is stable. There is an effect of doing.
[0037]
In the optical fiber with a lens of the present invention, since the tapered portion 13 constituted by the inclined plane 17 is formed by polishing, only a small area at the tip of the optical fiber 11 needs to be heated and melted. The amount of fusion can be minimized, and the spherical lens 14 can be formed without deforming the core 18 of the optical fiber 11.
[0038]
Next, the size of the radius of the spherical lens of the spherical lens 14 can be adjusted in a large range by adjusting the angle between the inclined plane 17 and the optical axis of the optical fiber 11. For example, when the radius of the sphere is 5 to 10 μm, the angle of the inclined plane 17 is 20 ° to 55 ° with respect to the optical axis of the optical fiber 11, and when the radius of the sphere is 20 to 30 μm, the angle of the inclined plane 17 is 40 ° to 70 °.
[0039]
In the conventional processing method using an etching solution, as shown in FIG. 9, since the tapered portion 81 at the tip of the optical fiber 11 is shortened and the width is increased, a small spherical lens having a spherical radius of 5 to 10 μm is manufactured. Difficult to do. On the other hand, in the optical fiber with a lens of the present invention, since the angle of the inclined plane 17 with respect to the optical axis of the optical fiber 11 can be processed as small as 20 ° to 55 °, the radius of the spherical lens of the spherical lens 14 is 5 °. An optical fiber with a lens of 10 to 10 μm can be manufactured.
[0040]
Adjustment in a finer range is performed by optimizing the heating conditions and controlling the amount of melting. For example, when the amount of fusion is increased, the radius of the spherical end of the spherical lens 14 is increased, and when the amount of fusion is decreased, the radius of the spherical end is decreased. Also in the case of heating by a burner, the radius of the sphere can be controlled by changing the heating temperature and the heating time, as in the case of electric discharge machining.
[0041]
In addition, it is desirable that the size of the radius of the spherical tip of the spherical lens 14 be 4 μm to 30 μm. When the radius of the spherical lens is 4 μm or less, it is necessary to extremely reduce the amount of melting when forming the spherical lens 14, but it is very difficult to control the amount. On the other hand, if it is larger than 30 μm, there is a problem that it is difficult to form the tip lens 14 while controlling the tip radius of the tip lens 14 because the entire tip must be melted.
[0042]
In the optical fiber with a lens according to the present invention, the edge of the boundary between the inclined plane 15 and the inclined plane 16 is also melted at the same time due to the residual heat when the tip of the inclined plane 17 is melted to form the spherical lens 14. The ridge portion can be easily processed into the curved surface 19.
[0043]
Providing the curved surface 19 at the ridge portion has an effect of dispersing the stress at the tip of the optical fiber 11 and preventing breakage. In addition, when the ridgeline is not curved but sharp and angular, cracks such as small scratches and chips are likely to occur at the corners. Since the optical fiber is a brittle material, the crack develops, leading to breakage of the tip. On the other hand, when the curved surface 19 is formed at the ridge line portion, cracks are hardly generated, so that the tip portion is hardly damaged, and damage during handling when assembling with LD, PD, etc. in a later process is prevented. become able to.
[0044]
The size of the curved surface 19 varies depending on the amount of heat applied during the fabrication of the spherical lens 14, the angle formed by the inclined plane 17 at the tip with the optical axis of the optical fiber 11, the number of inclined planes 17, and the like. The thickness is desirably at least 5 μm, more preferably at least 5 μm.
[0045]
In the optical fiber with a lens of the present invention, in order to make the radius of curvature 1 μm or more, it is sufficient that the number of inclined planes at the tip is three or more, and in order to make the radius of curvature 5 μm, the inclined plane 17 and the light The tapered portion 13 at the tip is processed so that the angle formed by the optical axis of the fiber 11 is 20 ° to 70 °, and the heating and melting conditions are such that the radius of curvature of the spherical lens 14 is 4 μm to 30 μm. Just fine.
[0046]
In the optical fiber with a lens of the present invention, the angle between each of the inclined planes forming the inclined plane 17 and the optical axis of the optical fiber 11 may be different. Thereby, in the cross section perpendicular to the optical axis of the optical fiber 11, curved surfaces having different radii of curvature can be produced in the directions orthogonal to each other, and an optical fiber with a lens having an elliptical light collecting characteristic can be obtained. It becomes possible.
[0047]
For example, as shown in FIGS. 1 (c) and 1 (d), when the inclined plane 15 and the inclined plane 16 are manufactured at different angles θ1 and θ2, respectively, A spherical lens 20 and a spherical lens 21 can be formed.
[0048]
Since the angle of the inclined plane 15 and the angle of the inclined plane 16 are different between the forward lens 20 and the forward lens 21, the radius of curvature of the forward lens 14 at the distal end manufactured by heating is also different from each other. Different results are obtained in the direction of the inclined plane.
[0049]
Therefore, by changing the angle of each inclined plane, the radius of curvature produced when the same amount of heat is applied can be freely changed between the X-x direction and the Y-y direction. An optical fiber with a lens having characteristics can be obtained.
[0050]
Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, as another method for manufacturing an optical fiber with a lens having an elliptical condensing characteristic, by changing the processing amount of each inclined plane, each inclined plane is changed. There is a method of controlling the radius of curvature of the spherical lens 14 corresponding to the plane.
[0051]
FIG. 4A shows the optical fiber with a lens of the present invention before processing the lens at the tip. The front end portion 23 before the spherical lens processing has an inclined flat surface 25 formed by processing the clad portion 27 of the optical fiber 11 up to just before the core portion 18 and an inclined flat surface 26 processed to the center of the core portion 18 of the optical fiber 11. Consists of When these are heated and melted, as shown in FIG. 4B, it becomes possible to manufacture the spherical lenses 24 having different radii of curvature in the Yy direction and the Xx direction.
[0052]
In this case, the radii of curvature in the X and Y directions can be adjusted by the distance 22 from the core center of the inclined plane 25. The entire radius of curvature is adjusted by the angle of each inclined plane and the amount of fusion.
[0053]
As described above, the radius of curvature of the spherical lens 14 formed at the tip of the inclined plane 17 in the direction of each inclined plane is determined by the angle θ formed by each inclined plane with respect to the optical axis of the optical fiber 11 and the angle of each inclined plane. It can be adjusted by the distance 22 from the plane to the center of the core of the optical fiber 11, and these two methods may be combined.
[0054]
In the above description, the number of inclined planes has been described only for the case of four planes in order to briefly explain the effect of the present invention, but the number of inclined planes may be three or more.
[0055]
Note that there is no upper limit on the number of inclined planes, but if the number is too large, the polishing process for producing the inclined planes takes time, and even if the number of surfaces is increased, the effect of significantly improving the characteristics cannot be obtained, The number of inclined planes is desirably 16 or less.
[0056]
The angle between the inclined planes may be arbitrary, but it is necessary that the distal end of the optical fiber 11 be surrounded by the inclined plane 17 in all the outer peripheral directions around the optical axis. FIG. 5 shows an optical fiber with a lens according to the present invention when eight inclined planes are manufactured.
[0057]
In the drawings used for describing the embodiment of the present invention, the boundary between the spherical portion of the spherical lens 14 provided at the tip and the inclined plane 17 is described such that the normal of the boundary coincides with the inclined plane 17. However, the present invention is not limited to this, and the spherical portion of the front lens 14 may have an angle with respect to the inclined plane 17 at the boundary portion, and the portion of the front lens 14 is raised. Is also good.
[0058]
Further, in the optical fiber with a lens of the present invention, since no resin is used, no outgas is generated, and an optical fiber with a highly reliable lens can be provided.
[0059]
Further, as shown in FIG. 6, a metallization processing 51 may be applied to the side surface of the optical fiber with a lens according to the present invention. Thus, the optical fiber with the lens and the LD and PD packages and the fittings used therein can be fixed by soldering, and high airtightness can be realized. The metallization processing 51 is produced by electroless plating, electrolytic plating, vapor deposition, sputtering, and ion plating.
[0060]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0061]
An optical fiber with a lens was manufactured using the method for processing an optical fiber with a lens according to the present invention.
[0062]
As the optical fiber 11, a single mode fiber having an optical fiber outer diameter of φ125 μm and a core diameter of 10 μm was used.
[0063]
Next, the coating portion 12 at the tip of the optical fiber 11 was removed, and four inclined planes shown in FIG. 1 were produced by the processing apparatus shown in FIG. The inclined plane is polished so that the two opposing faces are at an angle of 30 ° to the optical axis of the optical fiber 11, and the two inclined planes facing at an angle of 90 ° with respect to the inclined plane are optical fibers. The entire surface was polished up to the center of the core of the optical fiber 11 so as to form an angle of 40 ° with the optical axis of the optical fiber 11.
[0064]
Further, the distal end portion 41 was heated and melted by electric discharge machining shown in FIG. At this time, the radius of the front spherical lens in the inclined plane direction polished at an angle of 30 ° with respect to the optical axis of the optical fiber 11 is 10 μm, and the tip of the spherical lens in the inclined plane direction polished at an angle of 40 ° is 10 μm. The sphere radius was 15 μm. At this time, the ridge lines between the inclined planes were also melted and smoothed during heating for manufacturing the spherical lens 14, and the curved surface 19 was formed.
[0065]
Based on the sample (Sample No. 1) manufactured under the above conditions, an optical fiber with a lens was manufactured in the same manner by changing conditions such as the number of inclined planes and the angle of the optical fiber 11 with respect to the optical axis. (Sample Nos. 2 to 10). Also, as shown in FIG. 4, a sample (sample No. 11) in which a surface polished to the center of the core portion 18 and a surface polished only to the clad portion 27 up to the front of the core were mixed was produced.
[0066]
As a comparative example, the same process was performed until the inclined plane 17 was formed by polishing according to the method of the present invention, and a sample in which only the step of forming the spherical lens was etched was also manufactured (sample No. 12). In the sample obtained by this method, the ridge line between the inclined planes is not a curved surface, but a sharpened state in a polished state, which is outside the scope of the present invention.
[0067]
Further, a sample was produced by a conventional method of producing an optical fiber with a spherical lens by heating and stretching. As the optical fiber 11, the same single mode fiber as that used in the example was used, and after the coating 12 was removed, the extending part 71 of the optical fiber 11 was heated and drawn by electric discharge machining as shown in FIG. The heating stretching is performed until the outer diameter of the stretching portion 71 of the optical fiber 11 becomes about 20 μm, and then the central portion of the stretching portion 71 of the optical fiber 11 is cut, and the cut portion is further heated by electric discharge machining. Fifteen optical fibers with a lens having a radius of 10 μm were prepared (Sample No. 13).
[0068]
Also, a method of immersing the tip of an optical fiber in an etchant to form a spherical lens, and immersing the tip of the optical fiber in an etchant and filling a cured resin to form a convex lens surface on the end of the optical fiber. Also with the method described in Patent Document 3, production of an optical fiber with a lens having a tip radius of 10 μm was attempted (Sample No. 14, Sample No. 15).
[0069]
Note that, under one condition, 15 samples were prepared and evaluated. In the evaluation, the optical fiber with a lens and the LD chip were aligned, light was incident on the optical fiber with the lens from the LD chip, and the intensity of the incident light was measured with a detector. Also, the intensity of the outgoing light from the LD chip is measured in advance, and the incident light intensity / outgoing light intensity × 100 at this time is defined as the coupling efficiency (%). Was evaluated.
[0070]
Further, an LD chip having an aspect ratio of 2: 3 was used. Here, the aspect ratio indicates the ratio of the spread angle of the light emitted from the LD chip in the vertical direction and the horizontal direction. An LD chip having an appropriate divergence angle was selected and evaluated according to the radius of the spherical end of the optical fiber with each lens.
[0071]
Table 1 shows the processing conditions and evaluation results of the optical fibers for which these experiments were performed.
[0072]
[Table 1]

[0073]
In the evaluation judgment, the number of the coupling efficiency values exceeding 50% among the 15 evaluated was １５ (very good) for 15 (all), ○ (good) for 13 to 14, and 10 to 12 for Δ (permissible range) and less than 10 were evaluated as x (impossible). Furthermore, for items that could not be evaluated for some reason, that effect was described in the remarks, and the judgment was made after considering the cause.
[0074]
In the table, in the item of the angle formed between the optical axis of the optical fiber and the inclined plane, the surface 1, the surface 2,... Indicate that any surface of the processed inclined plane is the surface 1, and the adjacent surface is the surface 1. 2. Numbers are assigned in order, like the face 3, next to it. Therefore, for example, when the number of inclined planes is 4, the surfaces 1 and 3 and the surfaces 2 and 4 are surfaces that face each other across the optical axis of the optical fiber. Further, the radius 1, radius 2,... Of the item of the radius of the forward sphere in the direction of the inclined plane indicate the forward radius of the forward plane in the inclined plane corresponding to the same number of each of the above-mentioned surfaces 1, 2. .
[0075]
As can be seen from Table 1, Sample No. 1 falls within the scope of the present invention. In all of Nos. 1 to 11, those having a coupling efficiency of 50% or more were 10 or more out of 15 wires, and the results were more than the allowable range. Among them, the sample No. in which the angle between the optical axis of the optical fiber and the inclined plane is 20 to 70 ° and the radius of the spherical lens is 4 μm to 30 μm. 1, sample no. 3 to 6, sample no. 8 to 11 all showed good results.
[0076]
Good results were obtained even when the number of inclined planes was changed from three to eight (Sample Nos. 1, 8 to 10).
[0077]
Further, Sample No. 2 in which the polishing region was mixed with two regions up to the center of the core and before the core was mixed. With respect to 11, very good results were obtained.
[0078]
On the other hand, Sample No. which is out of the range of the present invention in which the ridge line between the inclined planes is sharpened. With respect to 12, 5 out of 15 pieces were damaged at the time of measurement, and satisfactory results were not obtained. It is presumed that a fine crack developed from the sharp ridge line due to an impact due to contact or the like at the time of measurement.
[0079]
Further, Sample No. 1 was prepared by heating and stretching the spherical lens. In No. 13, four of the fifteen had a coupling efficiency of 50% or more, which was not suitable.
[0080]
Further, the tip of the optical fiber was immersed in an etchant to produce a spherical lens. In No. 14, the radius of the spherical tip was large, and an optical fiber with a lens having a radius of the spherical tip of 20 μm or less could not be manufactured. The bonding properties were also poor. Therefore, since it is not possible to meet the current demand for downsizing of the spherical lens, it is determined that the lens is not suitable.
[0081]
Sample No. 1 in which a lens surface was formed by curing a resin at the tip of an optical fiber. In No. 15, the bonding characteristics were insufficient, but furthermore, since various organic gases and moisture were contained in the resin, when these were sealed and used in a package in combination with LD and PD, these organic Gas and moisture were released as outgas and it was highly likely that the required hermetic properties could not be obtained.
[0082]
【The invention's effect】
In the optical fiber with a lens according to the first aspect, since the ridge line between the inclined planes toward the tip of the optical fiber is curved, minute cracks are less likely to enter the ridge line portion, and stress is also dispersed, so that even if a crack is entered, the optical fiber is developed. Hateful. Therefore, the optical fiber is not damaged by an impact at the time of assembly or the like. Furthermore, since a spherical lens is formed at the tip of the inclined plane, and it is possible to give a free light-collecting characteristic according to the shape of the inclined plane, even if the external light source has an elliptical radiation shape, it is high. Coupling efficiency is obtained.
[0083]
In the optical fiber with a lens according to the second aspect, in addition to the effect of the first aspect, polishing of the tip of the optical fiber is further simplified, and the quality of the formed spherical lens and the curved surface formed on the ridge line between the inclined planes. The effect that the shape is stabilized is obtained.
[0084]
In the method for processing an optical fiber with a lens according to the third aspect, the slanted plane is formed by polishing, and then the spherical lens is formed by heating, so that the core of the optical fiber is not deformed. Therefore, it can be coupled with an external light source with high coupling efficiency. Further, by adjusting the angle of the polishing process and the amount of the polishing process, the radius of the front spherical lens can be freely adjusted, so that a small-diameter front spherical lens can be stably manufactured. Further, since no outgas is generated without using a resin, high reliability can be obtained even when used for an LD or PD package. In addition, since the ridges between the inclined planes are simultaneously deformed into a curved shape by heating at the time of manufacturing the spherical lens, an optical fiber with a lens having high strength can be easily obtained.
[Brief description of the drawings]
1A is a schematic view of an optical fiber with a lens of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view of the optical fiber with a lens of the present invention taken along the line Zz, and FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line X-X of the optical fiber with a lens, and FIG. 2D is a sectional view taken along line Y-Y of the optical fiber with a lens according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for processing an inclined plane of an optical fiber with a lens according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a method of processing a spherical surface of a tip of an optical fiber with a lens according to the present invention.
FIG. 4 (a) is a schematic view of another embodiment of the optical fiber with a lens of the present invention before spherical processing of the tip of the optical fiber with a lens, and FIG. 4 (b) is the spherical surface of another embodiment of the optical fiber with a lens of the present invention. It is a schematic diagram after processing.
FIG. 5 is a schematic view of another embodiment of the optical fiber with a lens of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of another embodiment of the optical fiber with a lens of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a conventional optical fiber with a lens.
FIG. 8 is a schematic view of a conventional method for processing an optical fiber with a lens.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional optical fiber with a lens.
FIG. 10 is a schematic view of a conventional method for processing an optical fiber with a lens.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional optical fiber with a lens.
FIG. 12 is a schematic view of a conventional optical fiber with a lens.
[Explanation of symbols]
11: Optical fiber
12: Covering part
13: Tapered part
14: Spherical lens
15: Inclined plane
16: inclined plane
17: inclined plane
18: Core part
19: Curved surface formed at ridge
20: Tip ball lens
21: Tip ball lens
22: Distance
23: Tip
24: Spherical lens
25: inclined plane
26: inclined plane
27: Cladding part
31: Holder
32: Stage
33: Polishing sheet
34: Polishing machine
35: Rotation direction
41: Tip
42: Electrode
51: Metallization
θ, θ1, θ2: angles formed by the inclined plane and the optical axis of the optical fiber

Claims

It has three or more inclined planes gradually approaching toward the tip, and the ridge line between the inclined planes is a curved surface, and has a spherical surface so as to form a lens at the tip of the optical fiber. An optical fiber with a lens.

2. The lens according to claim 1, wherein an angle between the inclined plane and the optical axis of the optical fiber is 20 ° to 70 °, and a radius of curvature of a spherical surface at the tip is 4 μm to 30 μm. Optical fiber.

Forming an inclined plane at the tip of the optical fiber and heating the tip of the optical fiber to form a curved surface at the boundary of the inclined plane and a spherical surface at the tip. A method for processing an optical fiber with a lens according to claim 1 or 2.