JP2004279618A

JP2004279618A - 光コリメータ構造

Info

Publication number: JP2004279618A
Application number: JP2003069140A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tateiwa; 昭彦立岩
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Also published as: CN1530677A; US20040208440A1; EP1457795A3; TWI329209B; TW200426418A; EP1457795B1; DE602004019259D1; EP1457795A2; US7016574B2

Abstract

【課題】従来製品にくらべて部品点数を減らし、組み立て、製造作業を容易にして製造コストを引き下げるとともに、製品の信頼性を高め、種々用途に利用可能とする。
【解決手段】複数の芯線を有する光ファイバ１０からなる光コリメータ構造において、前記各々の芯線１２０ａ、１２０ｂが、単一モード光ファイバ１２０の端面にグレーテッドインデックス光ファイバ１２１が融着されたコリメータ構造に形成され、前記光ファイバ１０を内挿して支持するフェルール１６の端部に、前記芯線１２０ａ、１２０ｂを挿通孔１４ａ、１４ｂに挿通して支持するキャピラリ１４が設けられ、前記キャピラリ１４とともに前記芯線１２０ａ、１２０ｂの端面が所定の傾斜角に加工されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光コリメータ構造に関し、より詳細には複数の芯線を備えた光ファイバを用いた光コリメータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野においては、信号光の合波、分波あるいは光路の切り替え等を操作するための種々の光回路モジュールが使用されている。光コリメータ構造は、光ファイバから平行光束を出射させ、あるいは平行光束を受光する構成を備えるものである。この光コリメータ構造には、単芯の光ファイバについて信号光を平行光束とするものの他に、図５に示すような２芯の光ファイバについてコリメート構造としたものがある（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
図５において、１０ａが入力ポート側の第１の光ファイバ、１０ｂが出力ポート側の第２の光ファイバである。１２ａ、１２ｂは第１、第２の光ファイバ１０ａ、１０ｂの被覆部を取り除いて露出させた芯線である。１４は芯線１２ａ、１２ｂの光軸を正確に位置合わせして支持するためのキャピラリである。キャピラリ１４はジルコニア等のセラミックからなり、芯線１２ａ、１２ｂはキャピラリ１４を貫通する挿通孔に挿通して位置決めされている。１６はキャピラリ１４および光ファイバ１０を支持するフェルールである。キャピラリ１４はフェルール１６に圧入されて支持され、光ファイバ１０は接着剤１８によりフェルール１６の装着孔に接着されて支持されている。
【０００４】
２０はフェルール１６の前方に配置されている光学レンズである。この光学レンズ２０は第１の光ファイバ１０ａの芯線１２ａから入射する光を平行光として出射する作用と、光学レンズ２０の前方側（図の左側）から光学レンズ２０に入射してくる平行光を第２の光ファイバ１０ｂの芯線１２ｂの端面に集光させるように出射するコリメート作用をなす。
図５では、光学レンズ２０の前方にミラー２２を配置し、光学レンズ２０からの出射光がミラー２２によって反射され、光学レンズ２０によって芯線１２ｂの端面に集光するように設けられている。この光コリメータ構造は、２芯の光ファイバ１０について、第１の光ファイバ１０ａを入力ポートとし、第２の光ファイバ１０ｂを出力ポートとして構成した例を示すものである。
【０００５】
【特許文献１】
特公開平９−２３０１６９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２６７８７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すように、複数芯からなる光ファイバについて特定の光ファイバを入力ポートとし、他の光ファイバを出力ポートとして構成する従来の光コリメータ構造は、光学レンズ２０と光ファイバ１０とを組み合わせた構造となっている。光学レンズ２０には球面レンズ、非球面レンズ、セルフォックレンズ等が用いられ、コリメータ構造とするため、光学レンズ２０を光ファイバ１０に対して正確に位置決めしてセットしている。図５では、スリーブ２４の前端部に光学レンズ２０を固定し、光学レンズ２０とキャピラリ１４に支持された芯線１２ａ、１２ｂの端面との間隔を正確に位置合わせしたところでスリーブ２４をフェルール１６の外周面にＹＡＧ溶接して固定している。
【０００７】
このように、複数の芯線を有する光ファイバからなる従来の光コリメータ構造では、光学レンズ２０を用いて光コリメータ構造としているから、光学レンズ２０と光ファイバ１０の位置精度を１μｍ程度の高精度に調芯する必要があり、高度の組み立て精度が求められる。また、フェルール１６にスリーブ２４をＹＡＧ溶接するといった加工が必要で、加工費や組み立て費用がかるという問題があった。また、従来の光コリメータ構造は、光学レンズ２０やスリーブ２４といった部品点数が多く、製造費用を削減することが難しいという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、複数の芯線を有する光ファイバを用いた光コリメータ構造であって、構成を簡略化して部品点数を減らして部品コストを低減させるとともに、調芯等の組み立て作業を容易にして製造コストを低下させ、高精度で信頼性の高い製品として構成することができる光コリメータ構造を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、複数の芯線を有する光ファイバからなる光コリメータ構造において、前記各々の芯線が、単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバが融着されたコリメータ構造に形成され、前記光ファイバを内挿して支持するフェルールの端部に、前記芯線を挿通孔に挿通して支持するキャピラリが設けられ、前記キャピラリとともに前記芯線の端面が所定の傾斜角に加工されていることを特徴とする。各々の芯線は単一モード光ファイバの端面に所定の長さのグレーデッドインデックス光ファイバを融着することにより、単芯でコリメータ作用が得られるように形成されている。芯線の端面の傾斜角は、たとえば、対応する一対の芯線の一方から出射された平行光束が他方の芯線の端面に入射するように所定の角度に形成されるものである。
【００１０】
また、前記キャピラリの外面と芯線の端面とは、所定の傾斜角の円錐曲面に形成することが可能であり、また、芯線の端面を、所定の傾斜角の平坦面に形成することが可能である。芯線の端面は研磨加工等によって所定の傾斜角に調節される。
また、前記各々の芯線の端面が、キャピラリの外面上で中心対称となる配置に設けられていることにより、ミラー等を用いて、対称位置にある芯線間での信号授受が容易に可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳細に説明する。
図１は本発明に係る光コリメータ構造の実施形態として２芯の光ファイバ１０を使用して光コリメータ構造を形成した例を示す。本発明に係る光コリメータ構造において特徴とする構成は、単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）の先端に、グレーデッドインデックス光ファイバ（ＧＩ光ファイバ）を融着することによって単芯で光コリメータ構造とした光ファイバを使用することにある。
【００１２】
図２は単一モード光ファイバ１２０の先端に、ＧＩ光ファイバ１２１を融着して単芯のコリメータ構造を形成した例を示す。単一モード光ファイバ１２０の先端にＧＩ光ファイバ１２１を融着してコリメータ構造とするには、単一モード光ファイバ１２０に融着するＧＩ光ファイバ１２１の長さＬをＧＩ光ファイバ１２１の集束定数から定まる波長の１／４の長さ、または波長の１／４の奇数倍の長さにする必要がある。ＧＩ光ファイバ１２１の長さをこのように設定して単一モード光ファイバ１２０の端面に融着することにより、ＧＩ光ファイバ１２１の端面から平行光束が出射されるようになる。
【００１３】
このように、単一モード光ファイバ１２０の先端にＧＩ光ファイバ１２１を融着してコリメータ構造を形成する際には、単一モード光ファイバ１２０の先端に融着するＧＩ光ファイバ１２１の長さが製品精度に直接的に影響する。したがって、ＧＩ光ファイバ１２１の長さを高精度に加工できることが所要の品質のコリメータを得る上で重要な要件となる。従来は、単一モード光ファイバ１２０の先端にＧＩ光ファイバ１２１を融着した後、ＧＩ光ファイバ１２１の端面を研磨してＧＩ光ファイバ１２１を所定の長さに調節する方法が一般に行われている。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の光コリメータ構造においては、２芯の光ファイバ１０として、芯線１２０ａ、１２０ｂが各々、上述した単芯のコリメータ構造に形成されているものを使用する。
光ファイバ１０は、円筒状に形成されたフェルール１６の前端に圧入して固定されたキャピラリ１４に芯線１２０ａ、１２０ｂの先端側を支持するとともに、芯線１２０ａ、１２０ｂの基端側は、第１の光ファイバ１０ａと第２の光ファイバ１０ｂの被覆部をフェルール１６の基端部に接着剤１８により接着して支持する。
【００１５】
キャピラリ１４には芯線１２０ａ、１２０ｂを挿通する挿通孔１４ａ、１４ｂが所定間隔で形成されており、挿通孔１４ａ、１４ｂに芯線１２０ａ、１２０ｂを挿通することにより２本の芯線１２０ａ、１２０ｂを所定間隔に位置合わせして支持することができる。芯線１２０ａ、１２０ｂは第１の光ファイバ１０ａと第２の光ファイバ１０ｂの被覆部の端面からキャピラリ１４に向けて露出するようにして延出し、フェルール１６の内部に充填された接着剤１８によってフェルール１６に接着固定されている。
【００１６】
本実施形態の光コリメータ構造では、第１の光ファイバ１０ａが入力ポート、第２の光ファイバ１０ｂが出力ポートとして形成されている。すなわち、第１の光ファイバ１０ａに入力された信号光は、芯線１２０ａの端面から出射する際に平行光束として出射し、芯線１２０ｂの端面に平行光束が入射することによって第２の光ファイバ１０ｂから信号光が出力される。
【００１７】
図１では、第１の光ファイバ１０ａに入力された信号光を芯線１２０ａの端面から平行光束としてミラー２２に向けて出射させ、ミラー２２によって反射された光が芯線１２０ｂの端面に入射して第２の光ファイバ１０ｂから出力されるように形成している。すなわち、芯線１２０ａ、１２０ｂ（挿通孔１４ａ、１４ｂ）をコリメータ構造の光軸（中心線）に対して対称位置に配置し、ミラー２２の反射面をコリメータ構造の光軸に垂直とし、ミラー２２の反射面と芯線１２０ａ、１２０ｂの端面との離間間隔を調節することによって、芯線１２０ａの端面から出射した光がミラー２２の光軸中心で反射して芯線１２０ｂの端面に入射するように光学系を配置している。
【００１８】
第１の光ファイバ１０ａの芯線１２０ａから出射された光がミラー２２によって反射されて第２の光ファイバ１０ｂの芯線１２０ｂに入射するようにするには、芯線１２０ａから光が出射する際に、出射光の光束が芯線１２０ａの光軸に対してミラー２２の光軸中心に向かうよう屈曲させればよい。
芯線１２０ａ、１２０ｂの端面における光の屈折角は、光ファイバの屈折率等から計算によって求めることができ、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面の傾斜角を適宜設定することにより、芯線１２０ａから出射する光束の屈曲角を適宜調節することができる。
【００１９】
図３に示すように、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面とミラー２２との距離Ｌ１＝２ｍｍ、芯線１２０ａ、１２０ｂの間隔Ｌ２＝３７５μｍとすると、ミラー面への入射角θ＝５．３５６°となり、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面の傾斜角θｐは、光ファイバの屈折率をｎ＝１．４６として、θｐ＝１１．３５９°となる。すなわち、キャピラリ１４に芯線１２０ａ、１２０ｂを挿通して支持した状態で、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面を傾斜角１１．３５９°に加工することにより、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面からミラー２２を２ｍｍ離間して配置した状態で、２芯のコリメータ構造を構成することができる。
すなわち、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面とミラー２２との離間間隔、芯線１２０ａ、１２０ｂの配置間隔に基づいて、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面の傾斜角を上記のように決めることによって、第１の光ファイバ１０ａから平行光束として信号光をミラー２２に向けて出射させることができ、ミラー２２によって反射された平行光束を、正確に第２の光ファイバ１０ｂに入射させることが可能になる。
【００２０】
芯線１２０ａ、１２０ｂの端面の傾斜角を所定の角度に加工することは、芯線１２０ａ、１２０ｂを研磨加工することによって容易に加工することができる。本実施形態の光コリメータ構造では、キャピラリ１４に芯線１２０ａ、１２０ｂを挿通し、芯線１２０ａ、１２０ｂをキャピラリ１４に固定し、光ファイバ１０をフェルール１６に固定した状態で、キャピラリ１４の端面とともに、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面を所定の傾斜角となるように研磨加工することによって加工することができる。芯線１２０ａ、１２０ｂの端面は平面研磨によって所定の傾斜角θｐとなるように加工してもよいし、傾斜角θｐとなるようにキャピラリ１４とともに円錐状に研磨加工してもよい。平面研磨による場合も円錐研磨による場合も、光学的作用においては大差はない。なお、研磨加工作業としては円錐状に研磨する方が容易である。
【００２１】
芯線１２０ａ、１２０ｂは単一モード光ファイバ１２０の先端にＧＩ光ファイバ１２１を融着したものであり、コリメータ構造の精度はＧＩ光ファイバ１２１の長さの精度に依存する。本実施形態においては、キャピラリ１４に芯線１２０ａ、１２０ｂを装着した後、キャピラリ１４とともに芯線１２０ａ、１２０ｂの端面を所定の傾斜角θｐに加工するから、芯線１２０ａ、１２０ｂの端面を研磨加工完了した状態で、ＧＩ光ファイバ１２１の長さが所定のコリメータ作用をなすための長さに一致するように加工する必要がある。したがって、研磨加工前の状態で芯線１２０ａ、１２０ｂの長さを規定の長さよりも若干長くなるようにしておく。
【００２２】
キャピラリ１４とともに端面を研磨する芯線１２０ａ、１２０ｂの研磨角度は、ミラー２２と芯線１２０ａ、１２０ｂとの距離が異なる場合や、２本の芯線１２０ａ、１２０ｂの配置間隔が異なる場合は異なってくるが、各々の光学配置に合わせて芯線１２０ａ、１２０ｂの端面を所定の傾斜角度θｐに加工することは容易に可能であり、これによって種々の光学配置、光学装置に利用することが可能となる。芯線１２０ａ、１２０ｂの端面を研磨加工によって所定の傾斜角に仕上げる方法は、高精度に加工することが可能であるという利点がある。
また、本実施形態の光コリメータ構造では、キャピラリ１４に芯線１２０ａ、１２０ｂを支持し、フェルール１６には光ファイバ１０を挿入して接着剤１８によって固定するだけであるから、部品数も少なく、組み立て作業も容易であるという利点がある。
【００２３】
なお、図１に示す光コリメータ構造では、２芯の光コリメータ構造の前方にミラー２２を配置した例であるが、光コリメータ構造は、ミラー２２のかわりにフィルターや分波器を配置するといった種々の光学モジュールに利用することができる。これによって、第１の光ファイバ１０ａからの信号光を部分的にフィルタを通過させ、フィルタによって部分的に第２の光ファイバ１０ｂに信号光を反射させるといった使い方、第１の光ファイバ１０ａからの信号光を完全にフィルタを通過させ、他からの入射光をフィルタを通過させて第２の光ファイバ１０ｂに入射させるといった使い方等の種々の利用方法が可能である。
【００２４】
上記実施形態に示した光コリメータ構造は２芯の光ファイバを使用した例であるが、光コリメータ構造は２芯の光ファイバを使用する場合に限られるものではない。
図４（ａ）は、上記実施形態においてキャピラリ１４に光ファイバ１０の芯線１２０ａ、１２０ｂを取り付けた状態を正面側から見た状態を示す。図４（ａ）では、キャピラリ１４の中心（光コリメータ構造の中心線）に対して左右対称位置に２本の芯線１２０ａ、１２０ｂが配置され、芯線１２０ａから信号光が出射し、芯線１２０ｂに信号光が入射する。
【００２５】
図４（ｂ）は、芯線１２０ａ、１２０ｂに加えて、キャピラリ１４の中心に対して直交する配置にさらに芯線１２０ｃ、１２０ｄを配置した例を示す。このように芯線１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを配置した場合も、芯線１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの端面を上述した所定の角度に加工することによって芯線１２０ａと１２０ｂ、芯線１２０ｃと１２０ｄの間で信号光を授受させることができる。
なお、図１に示すような光学配置は第１の光ファイバ１０ａと第２の光ファイバ１０ｂとはまったく等価の関係にあるから、光学系としてはどちらを入射側としても出射側としてもよい。
【００２６】
図４（ｃ）は、キャピラリ１４の中心に対して対称配置にさらに芯線１２０ｅ、１２０ｆ等を配置した例である。このように、本発明に係る光コリメータ構造においては、使用する光ファイバの芯線の数はとくに限定されるものではない。
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、光コリメータ構造の中心線に対して対称配置となるようにキャピラリ１４に複数の芯線を配置した場合、図１に示すように、ミラー面を光コリメータ構造の中心線に対して垂直配置とすると、中心を挟んだ対称位置の芯線との間で信号光が授受されることになる。
これに対して、機械的制御等によってミラー面の面角度を任意の向きに調節できるようにした場合は、中心を挟んで対称位置にある芯線との間に限らず、他の芯線との間でも信号光を授受することが可能になり、より多様な用途に利用することが可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る光コリメータ構造は、上述したように、キャピラリとフェルールと光ファイバを主たる部品として構成されるものであり、従来の複数の芯線を有する光ファイバからなる光コリメータ構造にくらべて部品点数を減らすことができ、また、各々の芯線についてはコリメータ構造に形成されているから、芯線の端面を所定の傾斜角に仕上げるだけで複数芯のコリメータ構造とすることができ、組み立て、製造作業が容易になることから、部品費用および製造コストを効果的に引き下げることが可能になる。また、小型化を図ることができ、製品の信頼性を高めることが可能になる。また、芯線の端面の傾斜角度を調節するだけで、種々の結像距離に容易に対応することができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光コリメータ構造の一実施形態の構成を示す説明図である。
【図２】単一モード光ファイバとＧＩ光ファイバとから形成した単芯の光ファイバからなるコリメータ構造を示す説明図である。
【図３】光ファイバの芯線の端面を加工する際の角度を示す説明図である。
【図４】キャピラリに装着した芯線の正面配置を示す説明図である。
【図５】従来の光コリメータ構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ光ファイバ
１２ａ、１２ｂ芯線
１４キャピラリ
１４ａ、１４ｂ挿通孔
１６フェルール
１８接着剤
２０光学レンズ
２２ミラー
２４スリーブ
１２０単一モード光ファイバ
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ芯線
１２１ＧＩ光ファイバ

Claims

複数の芯線を有する光ファイバからなる光コリメータ構造において、
前記各々の芯線が、単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバが融着されたコリメータ構造に形成され、
前記光ファイバを内挿して支持するフェルールの端部に、前記芯線を挿通孔に挿通して支持するキャピラリが設けられ、
前記キャピラリとともに前記芯線の端面が所定の傾斜角に加工されていることを特徴とする光コリメータ構造。
キャピラリの外面と芯線の端面とが、所定の傾斜角の円錐曲面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光コリメータ構造。
芯線の端面が、所定の傾斜角の平坦面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光コリメータ構造。
各々の芯線の端面が、キャピラリの外面上で中心対称となる配置に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光コリメータ構造。