JP2005215650A - ロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることで、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供する。
【解決手段】 本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から半径ｒａ１で描かれる円形断面の外側を削り落とすことで断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、更に光ファイバ径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、従来のロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることができる。その結果、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光デバイスの構成部品に用いられるロッドレンズに関し、特に小型細径化を図ったロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバに関する。

光デバイス（光アイソレータ、光スイッチ、ＬＤ（lazer diode）モジュール、ＰＤ（photo diode）モジュール等）の構成部品に用いられるロッドレンズの代表例として、石英系ロッドレンズ、多成分系分布屈折率型レンズ、ＧＩ（Graded Index）型光ファイバレンズ等が挙げられる。

石英系ロッドレンズは、石英ガラス（ＳｉＯ_２）を主材料とする円柱形のレンズであり、光源からの光を短距離で効率良く集光する作用を有するものである。

多成分系屈折率分布型レンズは、多成分ガラスを主材料とする円柱形のレンズであり、断面中心点から径方向に向かって緩やかな下降を描く２次関数状の屈折率分布（ＧＩ型の屈折率分布）を有するものである。そのため光の波長周期に合わせて切断すると、端面から平行光や集光光を得ることができる。

ＧＩ型光ファイバレンズは、ＧＩ型光ファイバそのものをレンズとして利用したものである。したがって、ＧＩ型光ファイバに光を入射すると、光はコア媒質内で反射を繰り返して進む。この進み方はレンズの収束・発散と同じ作用とみなすことができるので、これをレンズとして利用している。

このようなロッドレンズを光部品として用いる第１の光デバイスの構成例として、図１１に示すＬＤモジュールがある。このＬＤモジュールは、ＬＤ１０３、ロッドレンズ１０１、及び光ファイバ１０５を順に配置したものであり、ＬＤ１０３から出射した光がロッドレンズ１０１で集光、又は拡大されて光ファイバ１０５に入射するものである。このときロッドレンズ１０１と光ファイバ１０５間は一定距離をおいて配置されている。その距離は、ロッドレンズ１０１の端面から出射した光が高結合率で光ファイバに入射する距離、即ち端面から出射された光が空中伝搬する際に拡がらずに伝搬する距離（以下、これを「作動距離ＷＤ（working distance）」という。）である。

次に、図１２を参照して第２の光デバイスの構成例を示す。このロッドレンズ付き光ファイバは、ロッドレンズ１０１の一端に光ファイバ１０５を接続したものであり、接続時にロッドレンズの中心軸と光ファイバの中心軸とをずらして接続している。これにより光ファイバ内を伝搬してきた光がロッドレンズに入射すると、光はロッドレンズ１０１の他端で反射し、入射経路とは別の経路を辿って入射端に戻る。そのため光ファイバ端での挿入損失を低減させることができるというものである。

続いて、図１３、図１４を参照して第３の光デバイスの構成例を示す。図１３は、一般的な半導体レーザ素子１０７の外観図、及びこの素子から出射されるレーザ光の光束断面を示す模式図である。一方、図１４は、楕円形を有するレーザ光を円形に変換する光学系の一構成例である。

まず図１３に示す半導体レーザ素子１０７は、複数枚の半導体層を垂直方向に積層された構成を有し、その半導体層のうち、活性層の一部からレーザ光を出射するものである。この活性層の断面形状は矩形を有しているが、この矩形の活性層から出射されたレーザ光の光束断面は楕円形を形成する。ところで、このような楕円形のレーザ光を光ファイバに結合させるためには、楕円形のレーザ光を光ファイバのコア形状に合わせて円形ビームに変換する必要がある。図１４に示す光学系は、楕円形ビームを円形ビームに変換するための光学系であるが、これらはコリメータ、アナモルフィックプリズムペア、ビームエクスパンダ、及びレシーバレンズ等の合計１１個の光学部品から構成されている。
特開平７−３３３４０７号公報 稲田浩一 ユーザーズガイドシリーズ 光ファイバ通信 導入実戦ガイド 第１版 株式会社電気書院 １９８９年７月２５日 ｐ９０−ｐ９１

ところで上記したロッドレンズを（石英系ロッドレンズ、多成分系分布屈折率型レンズ、ＧＩ型光ファイバレンズ）を光デバイスに適用した場合、次のような問題が生じる。まず、図１１に対する問題は、上記ロッドレンズ１０１を光ファイバ１０５径になるまで細径化した場合、そのロッドレンズ１０１から出射するビーム径はレンズ径の約１／２となることである。したがって光ファイバ１０５径に合わせてロッドレンズ１０１を細径化すると、細径化に連動して作動距離ＷＤが短くなる。ロッドレンズ及び光ファイバの使用用途としては、ロッドレンズから出射した光をＭＥＭＳミラー等で反射させ他光部品と結合させることが挙げられる。しかし上記ロッドレンズ１０１では、細径化するほど作動距離ＷＤが短くなるのでＭＥＭＳミラー等を介在させるほど距離を確保できないという問題がある。

また、図１２に対する問題としては、光ファイバ１０５端に戻る反射戻り光を低減させるためにロッドレンズ１０１と光ファイバ１０５の中心軸をずらして接続しているが、両部品の接触面積が小さいため結合強度が低いという問題がある。

更に、図１４に対する問題は、半導体レーザ素子１０７から出射された楕円形のレーザ光を円形のレーザ光に変換するために、多数の光部品を使用しなければならない上、各光部品のアライメント調整が必須であるという煩雑さにある。近年の光産業分野では使用フィールドの拡大により小型装置の利用が一般的であり、上述のような組み立て、アライメントが不可欠な装置は歩留まりが悪いという問題がある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その第１の目的は、ロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることで、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することにある。

また第２の目的は、伝搬光の反射減衰量を低減させつつ、ロッドレンズと光部品の結合強度を向上させるロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することにある。

更に第３の目的は、楕円形のレーザ光を円形のレーザ光に変換するための光部品点数を削減するとともに、装置全体が小型で歩留まりの良いロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から半径ｒ１で描かれる円形断面の外側を削り落とし、この削り落した後の母材を半径ｒ２となるまで延伸することを要旨とする。このとき延伸後のロッドレンズの半径は、１次被覆又は２次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下とする。また、上記延伸後のロッドレンズに光ファイバを融着接続するようにしてもよい。更に、このロッドレンズ付き光ファイバをアレイ化してもよい。

本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から半径ｒ１で描かれる円形断面の外側を削り落として断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、小さい屈折率差をそのまま承継させたロッドレンズを得る。このように屈折率差の小さいロッドレンズは薄型の凸レンズと同じ作用を有するため、このロッドレンズの端面に光ファイバを融着接続すると作動距離の長いロッドレンズ付き光ファイバを得ることができる。更にこれをアレイ化することで、従来よりも小型の光ファイバアレイを実現することができる。

また、本発明は、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点を中心点とし、この中心点から半径ｒ１で描かれる円形断面の外側を削り落とし、この削り落した後の母材を半径ｒ２となるまで延伸することを要旨とする。このとき延伸後のロッドレンズの半径は、１次被覆又は２次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下とする。また、上記延伸後のロッドレンズに光ファイバを融着接続するようにしてもよい。更に、このロッドレンズ付き光ファイバをアレイ化してもよい。

本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点に中心点を設け、その点を中心に描かれる円形断面の外側を削り落すことで、屈折率の最も高い屈折率の頂点をずらす。これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、屈折率差、及びずれた屈折率頂点を承継したロッドレンズを得ることができる。このようなロッドレンズの端面に光ファイバを融着接続すると、これまで入射経路と反射経路を異ならせるために行っていた軸ずれ調整が不要となる。更にこれをアレイ化することで、軸ずれ補正が不要で、且つ従来よりも小型の光ファイバアレイを実現できる。

更に本発明は、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から長径ｒ４と短径ｒ５で描かれる楕円断面の外側を削り落とし、この削り落した後の母材を半径ｒ２となるまで延伸してなることを要旨とする。このとき延伸後のロッドレンズの半径は、１次被覆又は２次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下とする。また、上記延伸後のロッドレンズに光ファイバを融着接続するようにしてもよい。更に、このロッドレンズ付き光ファイバをアレイ化してもよい。

本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から長径ｒ４と短径ｒ５で描かれる楕円断面の外側を削り落とし、これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、延伸後の長径方向の屈折率は緩やかな屈折率差となり、延伸後の短径方向の屈折率差は急峻となるため、このロッドレンズに楕円形状の光を入射させると円形状に変換されて出力される。このロッドレンズの端面に光ファイバを融着接続することで楕円形状のレーザ光を円形状に変換することができるロッドレンズ付き光ファイバを得ることができる。更にこれをアレイ化することで、従来よりも小型の光ファイバアレイを実現できる。

したがって本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から半径ｒ１で描かれる円形断面の外側を削り落とすことで断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、更に光ファイバ径と同径又はそれ以下に延伸することで、従来のロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることができる。その結果、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。

また本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点に中心点を設け、その点を中心に描かれる円形断面の外側を削り落し、更に光ファイバ径と同径又はそれ以下に延伸する。これにより屈折率の最も高い部分を、成形後のロッドレンズの中心軸からずらすことができるので、ロッドレンズに入射し他端で反射した光は入射経路と同経路を通らないことから、つまりは反射減衰量を低減させることができる。また、光ファイバと接続するときに従来のように端面をずらして接続する必要がないため、高結合強度で融着接続することができる。その結果、伝搬光の反射減衰量を低減させつつ、ロッドレンズと光部品の結合強度を向上させるロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。

更に本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から長径ｒ４と短径ｒ５で描かれる楕円断面の外側を削り落し、更に光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸する。これにより断面が円形を有しつつも、径方向により屈折率差の異なるロッドレンズを得ることができるので、屈折率差の大きい径方向の楕円形レーザ光の長径方向を入射させ、屈折率の小さい径方向に楕円形レーザ光の短径方向を入射させると、楕円形レーザ光を円形レーザ光に変換して出射させることができる。その結果、光部品点数を削減するとともに、装置全体が小型で歩留まりの良いロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。また図２は、ロッドレンズの屈折率分布を示す図である。

本発明のロッドレンズは、図１に示す半径ｒｂ１を有するロッドレンズ母材１１の中心点Ｏから半径ｒａ１で描かれる同心円の外側（外削部１３）を削り落とし、この削り落した後のロッドレンズ母材１を光ファイバの断面半径と同径又はそれ以下となるまで延伸したものである。

図２に示すように、外削部１３を削り落す前のロッドレンズ母材１１の屈折率分布は、中心軸から外径方向に向かって屈折率が徐々に低下する二次関数状の屈折率分布（グレーデッドインデックス屈折率分布）を有している。このロッドレンズ母材１１の外削部１３を削り落とすと屈折率差はΔｎとなる。

このように外削部１３を削り落とすことで母材中心部と外側部との屈折率差を小さくすると、いわゆる薄型の凸レンズと同じ作用を生じる。これによりロッドレンズに入射した光を出射端から出射したときに、端部から遠い位置に集光させることができる。

尚、このように外削部１３を削り落としたロッドレンズ母材１を延伸すると、屈折率差は承継されるため、光ファイバと同径又はそれ以下を有しつつも、屈折率差の小さいロッドレンズが得られる。

次に図３を参照して、ロッドレンズ母材１１の外削前後の屈折率変化、及び紡糸前後の屈折率変化について詳述する。

図３（ａ１）〜（ａ３）は、外削後の屈折率分布を示す図であって、紡糸前から紡糸後までの屈折率分布変化を順に示している。また図３（ｂ１）〜（ｂ３）は、外削前の屈折率分布であって、こちらも紡糸前から紡糸後までの屈折率分布変化を順に示している。

まず図３（ｂ１）に示すように、外削前、且つ紡糸前のロッドレンズ母材１１は、中心Ｏから径方向に向かって低下する２次関数状の屈折率分布を有している。このときロッドレンズ母材１１の断面中心部と断面外側部の屈折率差はΔｎｂである。

次に図３（ｂ２）に示すように、上記屈折率差Δｎｂを有するロッドレンズ母材１１を紡糸すると、半径ｒｂ１を有するロッドレンズは半径ｒｂ２のロッドレンズとなる。ここで半径ｒｂ２のロッドレンズを細径レンズｒｂ２と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は約１／２となるが、屈折率分布と屈折率差Δｎｂは紡糸前と比較して変化しておらず、そのまま屈折率分布と屈折率差Δｎｂを承継している。

続いて図３（ｂ３）に示すように、更に上記屈折率差Δｎｂを有する太径レンズを紡糸し、半径ｒｂ２を有するロッドレンズを半径ｒｂ３を有するロッドレンズにする。ここで半径ｒｂ３のロッドレンズを細径レンズｒｂ３と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は更に１／２（ロッドレンズ母材１１から見ると１／４）となるが、屈折率分布と屈折率差Δｎｂは紡糸前及び太径レンズｒｂ２と比較しても変化しておらず、そのままの屈折率分布と屈折率差Δｎｂを承継している。

そして外削後のロッドレンズも同様に、まず図３（ａ１）に示すように、外削後、且つ紡糸前のロッドレンズ１は、中心Ｏから径方向に向かって低下する２次関数状の屈折率分布を有している。しかし外削前と異なる点は、その屈折率差はΔｎａであり、図３（ｂ１）と比較して非常に小さい値であることにある。

このような外削後のロッドレンズ１を、図３（ａ２）に示すように、半径ｒａ１を有するロッドレンズから半径ｒａ２を有するロッドレンズとなるまで紡糸する。ここで半径ｒａ２のロッドレンズを太径レンズｒａ２と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は約１／２となるが、屈折率分布と屈折率差Δｎａは紡糸前と比較して変化しておらず、そのままの屈折率分布と屈折率差Δｎａを承継している。

続いて図３（ａ３）に示すように、更に上記屈折率差Δｎａを有する太径レンズを紡糸し、半径ｒａ２を有するロッドレンズを半径ｒａ３を有するロッドレンズにする。ここで半径ｒａ３のロッドレンズを細径レンズｒａ３と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は更に１／２（外削後のロッドレンズ母材１から見ると１／４）となるが、屈折率分布と屈折率差Δｎａは紡糸前及び太径レンズｒａ２と比較しても変化しておらず、そのままの屈折率分布と屈折率差Δｎａを承継している。

ここで、図３（ａ３）に示した外削後の細径レンズｒａ３の屈折率分布は、図３（ｂ２）に示した外削前の太径レンズｒｂ２の屈折率分布形状の中央部と略同じ屈折率分布形状を有している。したがって、予め外削部１３を削り落としておき、その後延伸を行うことで、屈折率差及び断面外径の小さいロッドレンズを得ることができる。

ここで、仮に図３（ｂ２）に示した外削前の太径レンズｒｂ２を光ファイバに接続してアレイ化した場合は、光ファイバ径よりもロッドレンズ径が大きいためロッドレンズ間のピッチが邪魔してアレイ全体が大きくなるが、本発明の細径レンズｒａ３を用いれば、作動距離ＷＤが長い上、更に断面外径を光ファイバと同径まで細径化されているので、光ファイバアレイにしたときにアレイを最小化することができる。

以上説明したように、図１〜図３に示すように、ロッドレンズ母材１１の断面中心点から半径ｒａ１で描かれる円形断面の外側を削り落とすことで断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、断面外径が光ファイバ径と同径又はそれ以下を有し、且つ作動距離の長いロッドレンズを得ることができる。

また、製造ロット毎にロッドレンズ母材１１の屈折率分布が異なっていても、その都度外削により屈折率差を形成するため、ロッドレンズの品質の如何に拘わらず、確実に所望の屈折率を有するロッドレンズを得ることができる。

（製造方法）
次に、本発明の第１の実施の形態に係るロッドレンズ１の製造方法を説明する。

本実施の形態において使用するロッドレンズ母材１１は、石英ガラス（ＳｉＯ_２）と主材料とする直径数十ｍｍ〜数十ｃｍ、長さ１ｍほどの円柱形のガラス棒である。このロッドレンズ母材１１は、石英棒の外周に屈折率調整用のドーパントとして、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）等を時間や濃度を制御しながら添加させることで外径方向に向かって屈折率が低下する屈折率分布を積層形成したものである。このような屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法は、光ファイバコア母材を製造する方法、例えばＰＣＶＤ法、ＣＶＤ法、ＶＡＤ法又はイオン交換法等で作製することができる。

まず、このようなロッドレンズ母材１１を用意し、外周を均一厚で削ることができる研磨機又は研削機を用いて、このロッドレンズ母材１１の外周を削り落す。削り落す厚さは、予め所望の屈折率差を得るのに必要な厚さを実験的に求めておき、これに応じて規定する。

次いで、外周が削り落とされたロッドレンズを光ファイバの１次被覆又は２次被覆の外径と同径又はそれ以下となるまで紡糸する。紡糸方法は、一般に光ファイバを製造する方法と同一の方法で行う。つまり外削されたロッドレンズを加熱炉に設定して高温加熱（約２０００℃）し、温度及び延伸制御の微調節を行いながら延伸を行う。

これにより外削されたロッドレンズの屈折率差を継承した細径のロッドレンズを作製することができる。尚、作製されたロッドレンズの外径は、具体的に光ファイバの種類にもよるが約１２５μｍ〜０．９ｍｍ程度を有している。

このように、第１の実施の形態に係るロッドレンズの製造方法によれば、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材１１の外周を同心円状に一定の厚さで外削して太径のロッドレンズを作製し、次いでこのロッドレンズを延伸して光ファイバ外径と同径又はそれ以下とすることで、屈折率差の小さいロッドレンズを作製することができる。

これにより従来と比較して作動距離の長いロッドレンズを作製することができるので、従来は図１１に示すようにロッドレンズ１０１とＬＤ１０３の間の作動距離が短いため光部品を介入させることができなかったが、本発明のロッドレンズを適用すれば、図４に示すようにロッドレンズ間にミラー２３などを配置することが可能になる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。

図５に示すように、このロッドレンズ３は、屈折率分布を有するロッドレンズ母材１１の断面中心点から所定距離ずらした点に偏芯外削用中心点を設け、この中心点を中心として同心円の外側（外削部１５）を削り落とし、この削り落した後のロッドレンズ母材３を光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸したものである。

これにより屈折率の最も高い中心軸と偏芯外削後のロッドレンズの中心軸がずれている。そのため屈折率分布は、屈折率の最も高い中心軸を基点にして、偏芯外削用中心点が設けられた側には緩やかに低下する屈折率分布が形成され、他方側には急峻に低下する屈折率分布が形成されている。

ここで、図６を参照して、従来のロッドレンズと本発明のロッドレンズにそれぞれ光ファイバを接続した場合の光路イメージを示す。図６（ａ）は従来使用されていたロッドレンズに光ファイバを接続した場合の光路イメージ図であり、図６（ｂ）は本発明のロッドレンズ３に光ファイバを接続した場合の光路イメージ図である。

まず図６（ａ）に示すように、屈折率分布の最も高い中心軸がロッドレンズの中心軸と一致している場合は、光ファイバコア内を伝搬してきた光は、ロッドレンズの中心軸に沿って円錐状に広がり、他端に達すると入射経路と同じ経路を辿ってロッドレンズの入射端に戻る。従って、入射経路と反射経路が一致するため光ファイバ端での反射減衰量が増加する。

一方、図６（ｂ）に示すように、予め屈折率分布の最も高い中心軸が、偏芯外削後のロッドレンズ３の中心軸からずれている場合は、光ファイバコア内を伝搬してきた光は、屈折率の高い中心軸に沿うようにして円錐状に広がる。そしてロッドレンズ３の他端に到達すると入射経路とは異なる経路を辿って入射端に戻る。従って、入射経路と反射経路が一致しないため光ファイバ端での反射減衰量が低減させることができる。

このような反射減衰量を低減させる効果は、図１２に示した従来の接続方法でも得られるが、この光学系は入射経路と反射経路を一致させないために光ファイバ端とロッドレンズ端をずらして接続している。しかし、光部品同士の融着接続には自己調芯作用が働くため、中心軸をずらして接続すると結合強度が十分に得られない可能性がある。これに対して第２の実施の形態に係る本発明によれば、外削時に予め偏芯させているので入射光が端部で反射しても反射戻り光が入射経路と異なる経路を辿るため反射減衰量を低下させることができる上、融着接続時に接続断面をずらす必要がないので自己調芯作用を利用した結合強度の高い接続を行うことができる。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。

図７に示すように、このロッドレンズ５は、屈折率分布を有するロッドレンズ母材１１の断面中心点を中心に長径方向の長さと短径方向の長さを規定し、この長径と短径とで描かれる楕円形の断面を有するロッドレンズとなるように外削部１７を削り落とし、この削り落した後のロッドレンズ母材５を光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸したものである。

このように楕円形に外削されたロッドレンズを所望の断面積となるまで紡糸し、断面を円形とすることで、断面は円形を有しつつも屈折率分布は紡糸前の長径方向の屈折率分布と紡糸前の短径方向の屈折率分布を有するロッドレンズを得ることができる。

次に、図８を参照して、楕円研磨工程と合わせて屈折率分布の変化を説明する。

図８（ａ）は、外削前のロッドレンズ母材１１の断面図と屈折率分布を示す図である。このロッドレンズ母材１１は、断面中心から外周方向に向かって緩やかに下降する屈折率分布を有している。このロッドレンズ母材１１の屈折率差はΔｎｂである。尚、同図では屈折率分布を模式的に示すために断面中心から同心円状に均一に屈折率分布が広がっている様子を等高線で示している。そして、このようなロッドレンズ断面において楕円状に外削するラインを太線で示している。

図８（ｂ）は、太線にしたがって楕円状に外削したときの断面図と屈折率分布を示す図である。外削された後のロッドレンズ断面は、短径がｒｃ１、長径がｒｄ１を有している。このとき短径方向は大幅に削られたため屈折率差も外削前より大幅に小さく（屈折率差Δｎｃ）なる。一方、長径方向はほとんど削られないため外削前とほぼ同じ屈折率差Δｎｄ（＞＝Δｎｂ）を有する。

次いで、図８（ｃ）は、上記屈折率差Δｎｃ、Δｎｄを有する楕円外削型ロッドレンズ５を紡糸したときの断面図と屈折率分布を示す図である。同図に示すように、紡糸により断面が円形となる。このとき紡糸前の短径ｒｃ１が紡糸により半径ｒｃ２となり、紡糸前の長径ｒｄ１が紡糸により半径ｒｄ２（＝ｒｃ２）となる。このような紡糸が行われても前述したように屈折率差は承継される。

従って、ロッドレンズ母材１１を、断面が長径と短径とで描かれる楕円となるように楕円外削を行い、これを紡糸することで、紡糸後のロッドレンズの断面形状が円形を有していても屈折率分布は紡糸前の長径方向の屈折率分布と紡糸前の短径方向の屈折率分布を承継したロッドレンズとすることができる。

続いて、このような楕円外削後のロッドレンズ５に楕円偏光を入射させた場合の作用を図９を参照して説明する。図９は、半導体レーザ２１から出射されるレーザ光を楕円外削後のロッドレンズ５に入射させ、このレーザを光ファイバに伝送させるための配置例である。ここで半導体レーザ２１から出射されるレーザ光の断面形状は、図１３で説明したように楕円形状を有している。

図９（ａ）に戻り、半導体レーザ２１と、楕円外削後のロッドレンズ５と、光ファイバを順に配置し、半導体レーザ２１から出射されるレーザ光を楕円外削後のロッドレンズ５に入射させる。レーザ光は、ロッドレンズ５の入射端では図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図に示すように楕円形状をしているが、ロッドレンズ５を通過することにより、長径は収縮され、短径はほとんど縮小されない状態で出力される。すなわち図９（ｂ）のＢ−Ｂ断面図に示すように円形状に補正されて出射される。これにより半導体レーザ２１から出射されたレーザ光を損失させることなく光ファイバへの入射させることができる。

この作用を別の観点から説明する。図１０（ａ）（ｂ）は、楕円外削及び紡糸を行ったロッドレンズを示す図であり、図１０（ａ）はレーザ光の長径方向を補正する作用を示す模式図であり、図１０（ｂ）はレーザ光の短径方向を補正する作用を示す模式図である。

まず、図１０（ａ）に示すように、半導体レーザ２１から出射したレーザ光は楕円断面形状を有している。そこで、その長径方向が、ロッドレンズの屈折率差の大きい径方向（すなわち図８（ｃ）においてｒｄ２の方向）に一致するように入射させると、レーザ光はロッドレンズ内で広がり、ロッドレンズの出射端から短い距離で焦点を結ぶ。一方、図１０（ｂ）に示すように、レーザ光の短径方向が、ロッドレンズの屈折率差の小さい径方向（すなわち図８（ｃ）においてｒｃ２の方向）に一致するように入射させると、レーザ光はロッドレンズ内でほとんど広がらずに、ロッドレンズの出射端から、焦点１よりも遠い距離（焦点２）で焦点を結ぶ。従って、レーザ光の長径方向と短径方向は、ロッドレンズを通過させることにより、それぞれ補正されると共に、ロッドレンズの出射端のある位置でレーザ光の長径方向も短径方向も同径ｒｅとなるので、結果として楕円を円形に補正することができる。

尚、本実施の形態においては、ロッドレンズ母材１１を楕円外削した後、紡糸を行い断面形状を円形に成形したが、紡糸は必ずしも必要ではなく、楕円のまま使用してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るロッドレンズの屈折率分布を示す図である。 外削後のロッドレンズの屈折率分布と外削前のロッドレンズ母材の屈折率分布を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るロッドレンズを適用した光デバイスの接続構成を示す一例である。 本発明の第２の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。 （ａ）は通常使用されているロッドレンズに光ファイバを接続した場合の光路イメージ図、（ｂ）は本発明のロッドレンズに光ファイバを接続した場合の光路イメージ図である。 本発明の第３の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。 （ａ）は、外削前のロッドレンズ母材の断面図と屈折率分布を示す図、（ｂ）はロッドレンズ母材を楕円状に外削したときの断面図と屈折率分布を示す図、（ｃ）は屈折率差Δｎｃ、Δｎｄを有する楕円外削型ロッドレンズを紡糸したときの断面図と屈折率分布を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るロッドレンズを適用した光デバイスの接続構成を示す一例である。 本発明の第３の実施の形態に係るロッドレンズを通過する楕円形レーザ光の補正作用を説明する図である。 ＬＤモジュールの構成を示す図である。 ロッドレンズ付き光ファイバの構成を示す図である。 半導体レーザ素子の外観図、及び半導体レーザ素子から出射される楕円形光束ビーム断面形状を示す図である。 楕円形状ビームを円形ビームに変換する光学系を示す図である。

符号の説明

１…ロッドレンズ母材（外削後のロッドレンズ母材）
３…ロッドレンズ母材（偏芯外削後のロッドレンズ母材）
５…ロッドレンズ母材（楕円外削後のロッドレンズ母材）
１１…ロッドレンズ母材
１３…外削部
１５…外削部
１７…外削部
２１…半導体レーザ
２３…ミラー
１０１…ロッドレンズ
１０３…ＬＤ
１０５…光ファイバ
１０７…半導体レーザ素子
１０９…楕円形光束

Claims (9)

1. グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から半径ｒ１で描かれる円形断面の外側を削り落とし、該削り落した後の母材を半径ｒ２となるまで延伸してなることを特徴とするロッドレンズ。
2. グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点を中心点とし、該中心点から半径ｒ１で描かれる円形断面の外側を削り落とし、該削り落した後の母材を半径ｒ２となるまで延伸してなることを特徴とするロッドレンズ。
3. グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から長径ｒ４と短径ｒ５で描かれる楕円断面の外側を削り落とし、該削り落した後の母材を半径ｒ２となるまで延伸してなることを特徴とするロッドレンズ。
4. 延伸後のロッドレンズの半径は、
   １次被覆又は２次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロッドレンズ。
5. グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法であって、
   ロッドレンズ母材の断面中心点から半径ｒ１で描かれる円形断面の外側を削り落とす外削工程と、
   前記外削工程後、１次被覆又は２次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸する延伸工程とを有することを特徴とするロッドレンズの製造方法。
6. グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法であって、
   ロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点を中心点とし、該中心点から半径ｒ３で描かれる円形断面の外側を削り落とす外削工程と、
   前記外削工程後、１次被覆又は２次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸する延伸工程とを有することを特徴とするロッドレンズの製造方法。
7. グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法であって、
   ロッドレンズ母材の断面中心点から長径ｒ４と短径ｒ５で描かれる楕円断面の外側を削り落とす外削工程と、
   前記外削工程後、１次被覆又は２次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸する延伸工程とを有することを特徴とするロッドレンズの製造方法。
8. 前記ロッドレンズの端部に光ファイバを融着接続することを特徴とするロッドレンズ付き光ファイバ。
9. 複数本の光ファイバが引き揃えられてなるリボン状の光ファイバアレイの端部に前記ロッドレンズを融着接続することを特徴とするロッドレンズ付き光ファイバ。