JP2005202200A - Optical fiber collimator and optical component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信分野で使用される光機能部品において、光ファイバからの出射光を光機能素子に入射させたり、光機能素子からの出射光を光ファイバに入射させるのに用いる光ファイバコリメータとそれを備えた光部品に関する。 The present invention relates to an optical fiber collimator used in an optical functional component used in the field of optical communication to make light emitted from an optical fiber enter an optical functional element or make light emitted from an optical functional element enter an optical fiber. And an optical component including the same.
光ファイバからの出射光を空間で伝播させるために、GRIN(Gradient Index)レンズ、ボールレンズ、非球面レンズ等のコリメータレンズが広く用いられている。中でも、GRINレンズは容易に取り扱うことができ、特許文献1に記載されているような石英を主成分としたコリメータレンズは、光ファイバと直接融着接続できるため、信頼性にも優れている。 Collimator lenses such as GRIN (Gradient Index) lenses, ball lenses, and aspherical lenses are widely used to propagate light emitted from optical fibers in space. Among them, the GRIN lens can be easily handled, and the collimator lens mainly composed of quartz as described in Patent Document 1 is excellent in reliability because it can be directly fused and connected to the optical fiber.
図1は、光ファイバと石英を主成分としたコリメータレンズとを直接融着接続した光ファイバコリメータの一例を示す断面図である。この光ファイバコリメータ1は、光ファイバ2と、その一端が融着接続されたコリメータレンズ3と、コリメータレンズ3と光ファイバ2の一端部の光ファイバ裸線2A部分を収容して補強する円管状のホルダ4と、該ホルダ4の両端部に注入、硬化され、光ファイバ2の被覆部分とコリメータレンズ3とをホルダ4に固定している接着剤5,6とから構成されている。この光ファイバ2は、光通信分野などで一般的に用いられている単一モード光ファイバであり、またコリメータレンズ3の外径は0.4mm程度、レンズ長は1.7mm程度である。
GRINレンズは、レンズの中心から外周部に行くに従って屈折率が減少するという屈折率分布を有している。レンズを設計する際には、この屈折率分布が重要な要素であり、使用する光ファイバにおけるコアとクラッドの比屈折率差や開口数に合わせて最適値が計算され、その最適値に合致するように製造される。 The GRIN lens has a refractive index distribution in which the refractive index decreases from the center of the lens toward the outer periphery. When designing a lens, this refractive index distribution is an important factor, and the optimum value is calculated according to the relative refractive index difference between the core and the cladding and the numerical aperture of the optical fiber to be used. Manufactured as follows.
ところが、近年の光部品に対する小型化の要求を受け、一般的な単一モード光ファイバよりも許容曲げ径が小さいことを特徴とする特殊ファイバが使用されるようになってきた。一般的な単一モード光ファイバにおいては、コアとクラッドの比屈折率差が0.3%程度であるのに対して、許容曲げ径がより小さくできるように設計された特殊ファイバは、比屈折率差が0.6%程度に設計されている。また、一般的な単一モード光ファイバにおいては、クラッド径は約125μm、コア径は約10μmであるが、前記特殊ファイバでは、クラッド径が約80μm、コア径が7μm程度とされる例もある。 However, in response to the recent demand for miniaturization of optical components, special fibers having a smaller allowable bending diameter than general single mode optical fibers have come to be used. In a general single mode optical fiber, the relative refractive index difference between the core and the clad is about 0.3%, while the special fiber designed to allow the allowable bending diameter to be smaller The rate difference is designed to be about 0.6%. Further, in a general single mode optical fiber, the clad diameter is about 125 μm and the core diameter is about 10 μm. However, in the special fiber, there is an example in which the clad diameter is about 80 μm and the core diameter is about 7 μm. .
以上の通り、光ファイバコリメータに使用される光ファイバは、ある一種類に限定されるものではなくなってきており、光ファイバコリメータに使用されるコリメータレンズもそれぞれの光ファイバにおける比屈折率差等の特性に合わせて設計することが必要になってしまう。このことは、コリメータレンズ自体の設計コストや製造コストを上げる要因となるだけではなく、コリメータレンズの把持や保護を目的とした周辺部品等に関しても、品種を増やすことになるため、同様にコストを上げる要因となってしまう。 As described above, the optical fiber used in the optical fiber collimator is no longer limited to one type, and the collimator lens used in the optical fiber collimator also has a relative refractive index difference in each optical fiber. It becomes necessary to design according to the characteristics. This not only increases the design and manufacturing costs of the collimator lens itself, but also increases the number of types of peripheral parts that are used to hold and protect the collimator lens. It becomes a factor to raise.
図2は、一般的な単一モード光ファイバ(図2中、SMファイバと記す。)に最適化した屈折率分布を有するコリメータレンズを使用し、これに単一モード光ファイバ、及びこれと構造パラメータの異なる2種類の光ファイバ(ファイバA,ファイバB)をそれぞれ融着接続して作製された光ファイバコリメータにおいて、使用する光ファイバと挿入損失の関係を示すグラフである。
図2から判るように、単一モード光ファイバに最適化した屈折率分布を有するコリメータレンズに、単一モード光ファイバと構造パラメータの異なる2種類の光ファイバ(ファイバA,ファイバB)を接続した場合、単一モード光ファイバを融着接続した場合と比べ、挿入損失が高くなってしまう。
FIG. 2 uses a collimator lens having a refractive index profile optimized for a general single mode optical fiber (referred to as SM fiber in FIG. 2), and includes a single mode optical fiber and a structure thereof. It is a graph which shows the relationship between the optical fiber to be used and an insertion loss in the optical fiber collimator produced by melt-connecting two types of optical fibers (fiber A, fiber B) with different parameters.
As can be seen from FIG. 2, two types of optical fibers (fiber A and fiber B) having different structural parameters from the single mode optical fiber were connected to a collimator lens having a refractive index profile optimized for the single mode optical fiber. In this case, the insertion loss is higher than that in the case where the single mode optical fiber is fusion-spliced.
本発明は前記事情に鑑みてなされ、ある光ファイバに最適化されたコリメータレンズと種々の光ファイバを用いて作製される比較的低損失かつ低コストの光ファイバコリメータの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a relatively low-loss and low-cost optical fiber collimator manufactured using a collimator lens optimized for a certain optical fiber and various optical fibers.
前記目的を達成するため、本発明は、コリメータレンズと、該コリメータレンズに融着接続された光ファイバとを備えた光ファイバコリメータにおいて、前記コリメータレンズがそれと融着接続される第1の光ファイバに最適化した屈折率分布を有し、該コリメータレンズに該第1の光ファイバの一端が融着接続され、前記第1の光ファイバの他端に該第1の光ファイバと異なる構造パラメータを持つ第2の光ファイバが融着接続され、これらの接続点がホルダ内に収納されてなることを特徴とする光ファイバコリメータを提供する。 To achieve the above object, the present invention provides an optical fiber collimator comprising a collimator lens and an optical fiber fusion-bonded to the collimator lens, wherein the collimator lens is fusion-connected to the first optical fiber. A refractive index profile optimized for the first optical fiber, one end of the first optical fiber is fusion spliced to the collimator lens, and a structural parameter different from that of the first optical fiber is applied to the other end of the first optical fiber. There is provided an optical fiber collimator characterized in that a second optical fiber is fusion-connected and these connection points are accommodated in a holder.
本発明の光ファイバコリメータにおいて、前記ホルダ内の光ファイバ裸線部分が樹脂でリコートされた構成とすることが好ましい。 In the optical fiber collimator of the present invention, it is preferable that the bare optical fiber portion in the holder is recoated with a resin.
本発明の光ファイバコリメータにおいて、前記第1の光ファイバが単一モード光ファイバであり、前記コリメータレンズが該単一モード光ファイバに最適化した屈折率分布を有し、且つ前記第2の光ファイバが第1の光ファイバよりも許容曲げ径が小さい光ファイバとして構成することが好ましい。 In the optical fiber collimator of the present invention, the first optical fiber is a single mode optical fiber, the collimator lens has a refractive index profile optimized for the single mode optical fiber, and the second light The fiber is preferably configured as an optical fiber having a smaller allowable bending diameter than the first optical fiber.
また本発明は、本発明に係る前記光ファイバコリメータと、該光ファイバコリメータと光学結合可能な光機能素子とを備えたことを特徴とする光部品を提供する。 The present invention also provides an optical component comprising the optical fiber collimator according to the present invention and an optical functional element that can be optically coupled to the optical fiber collimator.
本発明の光ファイバコリメータの構造によって、ある光ファイバに最適化されたレンズを使用した場合に、その他種々の光ファイバを使用しても比較的低損失な光ファイバコリメータが作製できる。
また、その他種々の光ファイバを使用しても比較的低損失な光ファイバコリメータが作製できるので、種々の光ファイバに対してレンズやその他の周辺部品の共通化が可能となるため、低コストな光ファイバコリメータを作製することができる。
According to the structure of the optical fiber collimator of the present invention, when a lens optimized for a certain optical fiber is used, an optical fiber collimator having a relatively low loss can be manufactured even if various other optical fibers are used.
In addition, since a relatively low-loss optical fiber collimator can be manufactured even if various other optical fibers are used, it is possible to share lenses and other peripheral parts with respect to various optical fibers. An optical fiber collimator can be produced.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図3は、本発明の光ファイバコリメータの第1実施例を示す断面図である。この光ファイバコリメータ10は、第1の光ファイバ11と、この第1の光ファイバ11の一端に融着接続されたコリメータレンズ13と、第1の光ファイバ11の他端に融着接続され、該光ファイバ11と異なる構造パラメータを有する第2の光ファイバ12と、これらを収容し補強する管状のホルダ14と、ホルダ14の両端部に注入、硬化されて第2の光ファイバ12の一部とコリメータレンズ13とをホルダ14に固定している接着剤16,17とを備えて構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of the optical fiber collimator of the present invention. The
本発明において、第1の光ファイバ11及び第2の光ファイバ12は、それぞれの構造パラメータが異なる各種の光ファイバの中から適宜選択して用いることができ、例えばクラッド径やモードフィールド径(MFD)の異なる石英系の単一モード光ファイバなどが挙げられる。本実施例にあっては、第1の光ファイバ11として、クラッド径125μm、コア径10μm程度、比屈折率差0.3%程度の光通信分野で一般的に用いられている単一モード光ファイバを用い、第2の光ファイバ12として、前記第1の光ファイバ11とクラッド径および/またはモードフィールド径(以下、MFDと略記する。)が異なり、第1の光ファイバ11よりも許容曲げ径が小さい特殊ファイバを用いている。
In the present invention, the first
前記コリメータレンズ13は、第1の光ファイバ11に最適化した屈折率分布を有している。第1の光ファイバ11として前記の単一モード光ファイバを用いる場合、このコリメータレンズ13は、外径0.4mm程度、レンズ長1.7mm程度とするのが好ましい。このコリメータレンズ13は、第2の光ファイバ12を変更する場合でも、変更する必要がなく、第1の光ファイバ11に最適化した屈折率分布を有する同じものを共通して使用できるので、第2の光ファイバ12の種類に応じてそれぞれに適合させたコリメータレンズ13を作製する場合に比べ、低コストなものを使用できる。
The
前記ホルダ14は、コリメータレンズ13と、第1の光ファイバ11と第2の光ファイバ12との接続点15を少なくとも収容し、両端部に接着剤16,17を注入、硬化させて第2の光ファイバ12とコリメータレンズ13とを固定することで、これらを保護し得る機械強度を有している。このホルダ14としては、例えばガラス管、硬質プラスチック管、ステンレス鋼などの金属製の管等が挙げられる。
The
この光ファイバコリメータ10において、第1の光ファイバ11は、クラッド外周の被覆を全て除去した短い光ファイバ裸線であり、また第2の光ファイバ12は、その一端側の被覆を所定長さ除去し、その被覆除去部分はホルダ14内に収容されている。第1の光ファイバ11の一端とコリメータレンズ13との接続点及び第1の光ファイバ11と第2の光ファイバ12との接続点15は、ホルダ14内に収容されている。
In this
この光ファイバコリメータ10は、前記各接続点がホルダ14内に収容され、ホルダ14の一端側からはコリメータレンズ13の一部が突出し、他端側からは第2の光ファイバ12が引き出されている構造なので、外観上は許容曲げ径が小さい特殊ファイバ(第2の光ファイバ12)を使用した光ファイバコリメータであり、実際に特殊ファイバを使用した光ファイバコリメータとして取り扱うことができる。
In the
特性の異なる光ファイバ11,12同士の融着は、一般的な融着接続機を使用し、最適な融着条件を決定すればよいので、特別な技術は必要としない。例えば、一般的な単一モード光ファイバ(第1の光ファイバ11)と0.6%程度の比較的大きい比屈折率差を持つ許容曲げ径がより小さくできるように設計された特殊ファイバ(第2の光ファイバ12)とを融着接続した場合、それらの接続点15における挿入損失は、0.05dB以下とすることができる。
また、コリメータレンズ13と第1の光ファイバ11の接続技術例としては、CO2レーザを照射することによる融着接続が挙げられる。
The
An example of a connection technique between the
このように、異なる特性を持つ光ファイバを接続することを利用し、光デバイスとの結合損失を低減させるという手法は、例えば、特許文献2にも記述されているが、特許文献2に記載された技術は、ファイバアレイに関するものであり、本発明の光ファイバコリメータとは異なる技術である。
As described above, for example,
この光ファイバコリメータ10によれば、一般的な単一モード光ファイバである第1の光ファイバ11に最適化した屈折率分布を有するコリメータレンズ13と、第1の光ファイバ11よりも許容曲げ径が小さい特殊ファイバである第2の光ファイバ12を直接接続する構造と比較して、挿入損失を低減することができる。
また、その他種々の光ファイバを使用しても比較的低損失な光ファイバコリメータが作製できるので、種々の光ファイバに対してレンズやその他の周辺部品の共通化が可能となるため、低コストな光ファイバコリメータを作製することができる。
According to this
In addition, since a relatively low-loss optical fiber collimator can be manufactured even if various other optical fibers are used, it is possible to share lenses and other peripheral parts with respect to various optical fibers. An optical fiber collimator can be produced.
図5は本発明の光ファイバコリメータの第2実施例を示す断面図である。この光ファイバコリメータ10は、前述した第1実施例と同様の構成要素を備え、同一の構成要素には同一符号を付してある。この第2実施例による光ファイバコリメータ10は、第1の光ファイバ11と第2の光ファイバ12の被覆除去部分(すなわち、光ファイバ裸線部分)の外周を樹脂リコート層18で被覆した構造になっている。
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the optical fiber collimator of the present invention. The
この樹脂リコート層18の材料としては、紫外線(UV)硬化型樹脂などが挙げられる。この樹脂リコート層18を形成するには、未硬化の樹脂液を第1の光ファイバ11と第2の光ファイバ12の被覆除去部分の外面に塗布し、紫外光を照射して樹脂を硬化させることによって容易に形成可能である。
Examples of the material of the
この第2実施例による光ファイバコリメータ10は、前述した第1実施例の光ファイバコリメータ10と同様の効果が得られ、さらに第1の光ファイバ11と第2の光ファイバ12の被覆除去部分の外周に樹脂リコート層18を設けた構造なので、光ファイバ裸線部分、特に第1の光ファイバ11と第2の光ファイバ12の接続点15が樹脂リコート層18で保護されて、耐久性、信頼性をより向上させることができる。
The
なお、図3及び図5に図示した光ファイバコリメータ10は、コリメータレンズ13に一本の光ファイバ11を融着接続した構造(単心光ファイバコリメータ)であるが、本発明はこれに限定されることなく、コリメータレンズ13に2本以上の光ファイバ11を融着接続した多心光ファイバコリメータとすることもできる。
The
図6は、本発明の光部品の一例を示す断面図である。
この光部品20は、前述した本発明の光ファイバコリメータを備えて構成され、2心光ファイバコリメータ21と単心光ファイバコリメータ22と、それらの間に配置された光機能素子23と、これらを収容している円管状のホルダ24とを備えて構成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the optical component of the present invention.
The
2心光ファイバコリメータ21と単心光ファイバコリメータ22は、前述した通り、第1の光ファイバに最適化した屈折率分布を有するコリメータレンズの一端側に、1本又は2本の第1の光ファイバを融着接続し、第1の光ファイバの他端に許容曲げ径が小さくできる特殊ファイバである第2の光ファイバを融着接続し、これらをホルダ内に収容、固定した構造になっている。この光部品20のホルダ24の一端側からは2本の光ファイバ25A,25Bが引き出され、Aポート及びBポートになっている。また他端側からは1本の光ファイバ26が引き出され、Cポートになっている。
As described above, the two-core
この光部品20は光合分波器を例示するもので、光機能素子23として誘電体多層膜フィルタが用いられている。Aポートから入射された波長λ1と波長λ2の光は、光機能素子23(誘電体多層膜フィルタ)によって波長λ1の光は反射され、波長λ2の光は透過する。反射したλ1の光はBポートから出射され、光機能素子23を透過した波長λ2の光はCポートから出射される。このようにして、この光部品20を用いることで、波長の異なる光を分波することができる。光合波器として使用する場合、図6に示した分波状態と逆に、Bポートから波長λ1の光を入射すると共に、Cポートから波長λ2の光を入射することで、Aポートから波長λ1と波長λ2を含む光が出射される。
The
この光部品20は、光ファイバコリメータ21,22として前述した本発明に係る光ファイバコリメータを用いて構成されているので、光ファイバ25A,25B,26として種々の光ファイバを用いて作製する場合であっても、共通のコリメータレンズを用いることができ、光部品を低コストで作製することができる。
Since the
なお、前記光部品20は、光機能素子23として誘電体多層膜フィルタを用いた光合分波器を例示しているが、本発明の光部品は本例示に限定されず、光機能素子23として光アイソレータコアなどを用いる光部品など、光ファイバコリメータを適用可能な各種の光部品においても同様に適用可能である。
In addition, although the said
図3に示すように構成された光ファイバコリメータを作製した。
第1の光ファイバ11として、クラッド径125μmの単一モード光ファイバ裸線を用い、その一端をコリメータレンズ13に融着接続した。この第1の光ファイバの長さは約2mmとした。
コリメータレンズ13として、レンズ直径0.4mm、レンズ長1.7mmの円柱形コリメータレンズを用いた。このコリメータレンズ13の屈折率分布は、第1の光ファイバに最適化してある。
第1の光ファイバ11の他端に、同じ単一モード光ファイバ(図4中、SMファイバと記す)、これと異なる構造パラメータを有する許容曲げ径が小さい特殊ファイバ(ファイバA,ファイバB)のそれぞれを融着接続した光ファイバコリメータを作製し、それぞれを直径1.2mm、長さ6mmのホルダに収容し、ホルダの両端部に接着剤を注入、硬化させて図3に示す構造の光ファイバコリメータを作製した。
An optical fiber collimator configured as shown in FIG. 3 was produced.
A single mode optical fiber bare wire having a cladding diameter of 125 μm was used as the first
As the
At the other end of the first
作製された以下の光ファイバコリメータ(1)〜(3)について、挿入損失を測定し、その結果を図4にまとめて示す。
(1)第2の光ファイバとして、第1の光ファイバと同じ単一モード光ファイバを接続した光ファイバコリメータ、
(2)第2の光ファイバとして、ファイバA(クラッド径80μm、MFD約8.5μm)を接続した光ファイバコリメータ、
(3)第2の光ファイバとして、ファイバB(クラッド径125μm、MFD約6μm)を接続した光ファイバコリメータ。
The insertion loss was measured for the manufactured optical fiber collimators (1) to (3) below, and the results are shown in FIG.
(1) An optical fiber collimator in which the same single mode optical fiber as the first optical fiber is connected as the second optical fiber,
(2) As a second optical fiber, an optical fiber collimator to which fiber A (cladding diameter of 80 μm, MFD of about 8.5 μm) is connected,
(3) An optical fiber collimator to which a fiber B (cladding diameter: 125 μm, MFD: about 6 μm) is connected as the second optical fiber.
図4に示した結果を、同じコリメータレンズに各種の光ファイバを直接融着接続して作製した光ファイバコリメータで挿入損失を測定した結果を示す図2の結果と比較してみると、本発明のように、第1の光ファイバに最適化したコリメータレンズを共通のレンズとして用い、このコリメータレンズに第1の光ファイバの一端を融着接続し、この第2の光ファイバの他端に、ファイバA又はBのように第1の光ファイバと構造パラメータの異なる第2の光ファイバを融着接続することにより、比較的低損失な光ファイバコリメータが作製できることが分かる。 When comparing the result shown in FIG. 4 with the result of FIG. 2 showing the result of measuring the insertion loss with an optical fiber collimator manufactured by directly fusing various optical fibers to the same collimator lens, the present invention As described above, a collimator lens optimized for the first optical fiber is used as a common lens, one end of the first optical fiber is fusion-bonded to the collimator lens, and the other end of the second optical fiber is It can be seen that a relatively low-loss optical fiber collimator can be produced by fusion-bonding a second optical fiber having a structural parameter different from that of the first optical fiber, such as the fiber A or B.
10…光ファイバコリメータ、11…第1の光ファイバ、12…第2の光ファイバ、13…コリメータレンズ、14…ホルダ、15…接続点、16,17…接着剤、18…樹脂リコート層、20…光部品、21…2心光ファイバコリメータ、22…単心光ファイバコリメータ、23…光機能素子、24…ホルダ、25A,25B,26…光ファイバ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記コリメータレンズがそれと融着接続される第1の光ファイバに最適化した屈折率分布を有し、該コリメータレンズに該第1の光ファイバの一端が融着接続され、前記第1の光ファイバの他端に該第1の光ファイバと異なる構造パラメータを持つ第2の光ファイバが融着接続され、これらの接続点がホルダ内に収納されてなることを特徴とする光ファイバコリメータ。 In an optical fiber collimator comprising a collimator lens and an optical fiber fused and connected to the collimator lens,
The collimator lens has a refractive index profile optimized for a first optical fiber fused to the collimator lens, and one end of the first optical fiber is fused to the collimator lens, and the first optical fiber is fused. A second optical fiber having a structural parameter different from that of the first optical fiber is fused and connected to the other end of the optical fiber, and these connection points are housed in a holder.
An optical component comprising: the optical fiber collimator according to any one of claims 1 to 3; and an optical functional element that can be optically coupled to the optical fiber collimator.
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