JP2005266328A - 先球光ファイバならびに光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 調整および固定が容易で、小型で配列の集積度の高い、先球光ファイバを提供する。
【解決手段】 光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成し、前記先球部は単一の中心の球面を有し、それぞれの前記光ファイバは、その中心軸が前記中心を通るように光ファイバ光ファイバのコア端部から発せられた光が達する前記先球部の球面の中心を、前記光ファイバの中心軸上に配置して先球光ファイバとする。それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光を、前記先球部の球面によって屈折させ、コリメート光として空気中に出射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光通信等において、小型で低反射のコリメータとして用いられる光ファイバに関する。

光通信システムにおいて光の伝搬路として用いられる光ファイバは、その中心部に光を伝搬させるコアと、コアの周囲に形成されて且つコアよりも屈折率の小さいクラッド層を備える。この光ファイバの端部は発光素子、受光素子やフィルター素子に対向させて配置される。光ファイバ中を伝搬してきた光が、端部では空気による屈折率差により、反射戻り光が発生して、半導体レーザ等の発光素子に戻るために発振状態が不安定となる問題があった。そのため、光ファイバの端部を斜めに切断すること、端部を球面化すること、あるいは空気との屈折率差を緩和する反射防止膜を端部に設けること等が、反射戻り光を抑制することを目的に行われている。

また、光ファイバ間にミラーなどの素子を挿入するために、光ファイバからの出射光をレンズによりコリメートして再び光ファイバに結合することが行われている。レンズには屈折率分布型のＧＲＩＮレンズなどが用いられている。しかし、ＧＲＩＮレンズは、光ファイバに比べて寸法が大きく、使い勝手が悪いという問題がある。

先球部の先端でビームを十分拡げるために、光が伝搬する第１の光ファイバの端部に、この光ファイバのコア部と屈折率が等価で単一屈折率を持ち同一外径からなる第２の光ファイバを接続し、その第２の光ファイバの先端を球面化し、それら一対の球面化した光ファイバ（以下、先球光ファイバと呼ぶ）を対向させて高結合のコリメータとして使用できることが特許文献１にて開示されている。図８にその構造を示す。

一対の先球光ファイバを対向させて、先球先端間の距離を５ｍｍ以上として光の高結合を実現するには、先球部の曲率半径を０．２３ｍｍ以上、すなわち先球部の直径を０．４６ｍｍ以上にする必要がある。この値は光ファイバの外径０．１２５ｍｍの約４倍である。ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた光スイッチ素子などでは、複数のコリメータを配列させる必要があるが、先球光ファイバを配列させる場合、配列する密度（集積度）は先球部の直径０．４６ｍｍで決まってしまい、限度があった。そのため、デバイスサイズの小型化には限界がある。

また、他の従来技術の先球光ファイバとして、先球部２に１本の光ファイバが接続されている構造（以下、シングル型先球光ファイバと呼ぶ）がある（特許文献２）。

特開平５−２８８９５６号公報（第３〜４頁、図１） 特開２００３−２６２７５８号公報（第４頁、図１）

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は調整および固定が容易であり、小型で配列するときの集積度の高い先球光ファイバを得ることにある。

本発明は、光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成し、前記光ファイバのコア端部から発せられた光が達する前記先球部の球面の中心を、前記光ファイバの中心軸上に配置し、前記中心は前記光ファイバごとに異なる位置にして、先球光ファイバとする。略同屈折率とは、同一の屈折率もしくはコアの屈折率の近傍の値の屈折率に相当する。

前記光ファイバの為す角ξは、前記球面の曲率半径をＲ、第１光ファイバの径をｄ１、第２の光ファイバの径をｄ２、前記第１の光ファイバのコア端部と球面との距離をＴ１、前記第２の光ファイバのコア端部と球面との距離をＴ２とすると、数１および数２を満たすようにする。

それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光を、前記先球部の球面によって屈折させ、コリメート光として空気中に出射させる。

他の本発明は、前記先球光ファイバと１枚以上の反射板とで構成し、前記先球光ファイバの前記第１の光ファイバのコア端部から発し空気中に出射した光を、前記反射板によって反射させて前記先球部に再帰させ、屈折させて前記第２の光ファイバのコア端部に挿入、伝搬させる光学系を搭載する光デバイスとする。
前記光デバイスは、光スイッチ、光パワーモニター、光アイソレーター、光サーキュレーター、乃至光減衰器のいずれかとする。

他の本発明は、前記先球光ファイバを１対と、１枚以上の反射板と、反射板を移動させる駆動素子で構成される光スイッチであって、
前記先球光ファイバの一方は第１の光ファイバと第２の光ファイバとを備え、前記先球光ファイバの他方は第３の光ファイバと第４の光ファイバとを備え、
前記第２の先球光ファイバは前記反射板を基準としたときに前記第１の先球光ファイバの鏡像となるように配置され、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間で光結合させているときに、前記反射板は前記第３の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させており、
反射板を移動させたときに、前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバとの間で光結合され、前記第２の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させて光路切り替えを行う光スイッチとする。

[１] 本発明の先球光ファイバは、光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成され、前記光ファイバのコア端部から発せられた光が達する前記先球部の球面の中心が前記光ファイバの中心軸上にあり、前記中心は前記光ファイバごとに異なる位置にあることを特徴とする。
この構造の先球光ファイバでは、光ファイバ同士の位置関係は、先球部を介して固定であり、調整する必要がない。このため、デバイスの組み立て工数を低減することができる。また、１つの先球部を、２本以上の光ファイバが共有するので、コリメータ配列するときの集積度を上げることができ、デバイスサイズの小型化が可能になる。

前記球面の中心と前記中心軸とがずれる（以下、軸ずれと呼ぶ）と、光断面強度分布が歪み、結果として結合効率が低下して、挿入損失が大きくなる。
本発明の先球光ファイバでは、前記軸ずれが低減されるため、光強度断面分布の歪みが抑えられ、結果として受発光素子や他の先球光ファイバとの結合が高効率、低挿入損失となる。

[２] 本発明の先球光ファイバについて、前記光ファイバの為す角ξは、前記光ファイバの為す角ξは、前記球面の曲率半径をＲ、第１光ファイバの径をｄ１、第２の光ファイバの径をｄ２、前記第１の光ファイバのコア端部と球面との距離をＴ１、前記第２の光ファイバのコア端部と球面との距離をＴ２とすると、数１および数２を満たすようにする。数１および数２は上記の数式を用いる。

数１および数２について説明する。数１は光ファイバの外径によって、光ファイバ同士の為す角ξが制限されることを示している。本発明の先球光ファイバの作製方法としては、放電加熱を用いるのが好適である。例えば、２本の光ファイバ同士に角度をつけ、先端同士を接近させて放電加熱する。放電加熱中は光ファイバを放電に向かって押し込と、先端同士は溶融して接続し先球部を形成する。先球部の球面の中心は光ファイバの中心軸の交点である。一方、先球光ファイバの特性としては、先球部の曲率半径だけでなく、光ファイバのコア端部と球面との距離Ｔ（以下、レンズ長とする）が重要である。このため、放電加熱前の光ファイバ先端には、先球部形成用にコアの無い部分、もしくはコア径の大きい部分が設置され、コア端部の位置を制御する。

図６は放電加熱後の本発明の先球光ファイバを表す模式的な断面図である。光ファイバ１１、１２の径をｄ１、ｄ２、為す角をξ、曲率半径をＲ、光ファイバ１１、１２に対応するレンズ長をＴ１、Ｔ２とする。図６はコア端部５１、５２を囲むクラッド同士がちょうど接触している状態である。これより先球部２側では放電の熱で溶融される領域になる。光ファイバ１１、１２をこれ以上押し込むと、コア端部５１、５２も溶融されてしまい、レンズ長の制御ができなくなる。また、コアの曲がりや歪みが生じ、先球光ファイバの特性に著しい悪影響を及ぼす。すなわち、コア端部はこの溶融される領域よりも外側に無くてはならない。

光ファイバ１１、１２の為す角ξが小さければ、クラッド同士が接触してしまい、溶融される領域が大きくなるであろう。よって、所望の曲率半径Ｒ、レンズ長Ｔに対して、角ξは下限値を持つことになる。図６においてクラッドが接触する箇所と球面の中心を結ぶ補助線１８を描く。この補助線１８と光ファイバ１１の為す角θ１は数３で与えられる。

また、補助線と光ファイバ１２の為す角θ２も同様にあたえられる。よって、角ξ＝θ１＋θ２は上記の数１を満たす必要がある。

一方、数２はレンズ長Ｔの差を制限する。光の出射側と入射側の先球部形状が異なると、光結合の挿入損失が増大してしまう。先球部形状とは、レンズ機能に関係する曲率半径とレンズ長のことを指す。前記球面３１の曲率半径と、前記球面３２の曲率半径とはともにＲで表されるが、光ファイバ１のレンズ長Ｔ１と光ファイバ２のレンズ長Ｔ２との差が大きければ、挿入損失が増大する。ここで先球部形状の違いを表す指標としてレンズ長比Ｔ２／Ｔ１を導入する。レンズ長比は１に近いほど、レンズ長が近く挿入損失は小さい。図７にレンズ長比と挿入損失との関係を示す。低挿入損失の０．５ｄＢ以下となるためには、形状差パラメータが０．９４以上１．０６以下でなくてはならないことが分かる。よって、先球部の形状は、数２を満たさなくてはならない。

[３] 上記[１]または[２]の本発明の先球光ファイバについて、それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光を、前記先球部の球面によって屈折させ、コリメート光として空気中に出射させる。
この先球光ファイバでは、出射光がコリメート光になるため、受発光素子や他の先球光ファイバとの結合を行う場合、前記先球部からの距離を十分に取ることができる。結果として受発光素子や他の先球光ファイバの配置が容易になり、かつ高効率で低挿入損失になる。また、光路長の余裕を活かしてフィルターなどの光機能素子を挿入して、光デバイスを作製することができる。また、上記本発明に係る先球光ファイバを一対作製し、対向させてコリメート光の送受を行えば、いわゆるコリメータを構成することができる。

ここで、”コリメート”という用語は、光ファイバのコア端部から出射された光が任意の方向に広がらないように光を収束させること、光ファイバのコア端部から出射された光を平行光線に変換して伝搬させること、光ファイバのコア端部から出射される光が対向する光ファイバの端面もしくはコリメータの受光面に入射される程度に光線を平行化することなどを含む用語として用いる。”コリメータ”という用語は光を上記コリメートする部材のこととして用いる。

[４] 上記[１]乃至[３]のいずれかの本発明の先球光ファイバと１枚以上の反射板とを備え、前記先球光ファイバは第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを備え、前記第１の光ファイバのコア端部から発し空気中に出射した光を、前記反射板によって反射させて前記先球部に再帰させ、屈折させて前記第２の光ファイバのコア端部に挿入、伝搬させる光学系を搭載する光デバイスとする。

本発明に係わる先球光ファイバでは、光の出射と入射を一つの先球光ファイバが担うので、光ファイバ同士の位置関係は固定であり、調整する必要がない。光路長の余裕に光機能素子を挿入して光デバイスを作製することができ、しかも組み立て工数を低減させることができる。サイズも小さくできる。

上記[４]の本発明の光デバイスにおいて、反射板の反射面を金属膜もしくは誘電体膜とする。
反射面を金属膜もしくは誘電体膜とすることで、反射によって生じる光損失を低減することができる。また、誘電体膜の構成を適宜設定することで、一部の光を透過させ、反射板後方に受光素子を配置させて光信号や光強度を検出することもできる。

[５] 上記[４]の本発明の光デバイスは、発光デバイス、光スイッチ、光パワーモニター、光アイソレーター、光サキュレーター、光減衰器のうち少なくとも１つの機能を有する構成とすることができる。

この本発明に係わる光デバイスとして、具体的に次のようなものが挙げられる。すなわち、ＬＤモジュール（Laser Diode Module）のように発光素子の光を先球光ファイバにより外部に送り出す装置、光ファイバ同士を突き合わせ若しくは移動させて光路を切り替えるファイバ駆動型光スイッチ、光路内にミラー配置若しくは移動させて光路を切り替えるミラー駆動型光スイッチ、ミラーの代わりにプリズムを動かして光路を切り替えるプリズム駆動型光スイッチ、導波路と外部の光ファイバと結合させる箇所に本発明の先球光ファイバを適用できる導波路型光スイッチ、マイクロミラーをマトリクス状に２次元配置して光路を切り替えるＭＥＭＳ型光スイッチ、マイクロミラーアレイ同士を３次元的に対向させることにより光路を切り替えるＭＥＭＳ型光スイッチ、誘電体多層膜によって一部の光を透過させ、その強度を検出する光パワーモニター、空気中に出射した光の光路中にファラデー回転子を挿入した光アイソレーターおよび光サキュレーター、光吸収体を挿入した光減衰器などである。

これらに限らず、光ファイバの光路を結合あるいは中継させる必要のある光通信装置、光通信回線もしくは光測定装置についても、本発明に係わる先球光ファイバを用いると、光の伝達を高結合で実現する光デバイスとなる。先球部に接続する複数の光ファイバ同士の位置が固定で調整する必要がないことから、これら光デバイスの組み立てを容易に行うことができる。

[６] 上記[１]乃至[３]のいずれかの本発明の先球光ファイバを１対と、１枚以上の反射板と、反射板を移動させる駆動素子で構成される光スイッチであって、
前記先球光ファイバの一方は第１の光ファイバと第２の光ファイバとを備え、前記先球光ファイバの他方は第３の光ファイバと第４の光ファイバとを備え、
前記第２の先球光ファイバは前記反射板を基準としたときに前記第１の先球光ファイバの鏡像となるように配置され、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間で光結合させているときに、前記反射板は前記第３の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させており、
反射板を移動させたときに、前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバとの間で光結合され、前記第２の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させて光路切り替えを行う光スイッチとする。

本発明によれば、光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、先球部に接続する２本以上の光ファイバとで先球光ファイバを構成するので、光ファイバ間の位置関係は固定であり、先球光ファイバの調整や固定が容易である。また、１つの先球部を２本以上の光ファイバが共有するので、小型であり、さらにはコリメータ配列の高い集積化が可能になる。

また、反射板を適切に配置することで、出射光を先球部に再帰させる光路折り返し光結合を行うことができる。光路内に光機能素子を挿入して光デバイスを作製する際、１つの先球光ファイバで光の入出射を担うので、調整、固定が容易であり、組み立て工数を低減することができる。

以下、本発明に係わる実施例を説明する。ただし、これら実施例により本発明が限定されるものではない。なお、類似の部品については同じ符号で説明する。

（実施例１）
図１は本発明に適用する先球光ファイバの１実施例に係わる模式的な断面図である。先球部２に２本の光ファイバ１１、１２が接続している。先球部２は単一の中心９の球面を有し、光ファイバ１１、１２の中心軸は球面の中心９を通る。すなわち、光ファイバ１１のコア端部５１から発した光の到達する球面３１と、光ファイバ１２のコア端部５２から発した光の到達する球面３２とは、同一中心の球面である。

光ファイバ１１のコア４１を伝搬する光はコア端部５１から発せられ、球面の中心９を通って球面３１に達し、屈折されて空気中に出射光６１となって出射される。同じく、光ファイバ１２のコア４２を伝搬する光はコア端部５２から発せられ、球面の中心９を通って球面３２に達し、屈折されて空気中に出射光６２となって出射される。ここで、光ファイバ１１、１２はそれぞれコア４１、４２とそれらを覆うクラッド８１、８２で構成した。符号１１、１２はそれぞれコア４１、４２とクラッド８１、８２からなる光ファイバを示しており、クラッド８１、８２のみを指している訳ではない。

出射光６１、６２がコリメート光となるの条件としては、特許文献２に開示されている条件を用いることができる。特許文献２の先球光ファイバは、先球部２に１本の光ファイバが接続されている構造（以下、シングル型先球光ファイバと呼ぶ）である。先球部２の曲率半径Ｒとコア端部から先球部の球面までの距離Ｔ（以下、レンズ長と呼ぶ）をある特定の値に設定することで、コリメート光として出射させることができる。曲率半径Ｒが２２５μｍ、レンズ長Ｔが８０５μｍの先球光ファイバでは出射光がコリメート光となる。これを２本用意して対向させると、光結合を行うことができ、先球部先端間の距離（光路長）を５．０ｍｍに設定すると結合効率は最大となった。このときの先球部先端間距離（光路長）をワーキングディスタンスと呼ぶ。

本実施例の先球光ファイバ（以下、デュアル型先球光ファイバと呼ぶ）においても、先球部の球面の曲率半径Ｒと、コア端部５１と先球部の球面３１との距離Ｔ１（レンズ長）とを、それぞれ２２５μｍ、８０５μｍとすることにより、ワーキングディスタンス５．０ｍｍで光結合するコリメータとなる。

本実施例のデュアル型先球光ファイバは、放電加熱法によって作製した。すなわち、２本の光ファイバ１１、１２の先端同士を接近させ、放電によって加熱した。表面張力によって先端同士は溶融、接着し、球面化して、先球部２を形成した。光ファイバ１１、１２の先端には、あらかじめコアの無い光ファイバもしくはコア径の大きな光ファイバを所定の長さだけ接続しておき、放電加熱後のレンズ長Ｔ１、Ｔ２が設定値になるようにした。球面３１、３２の曲率半径Ｒは、放電の強度、時間を調整することにより制御した。

本実施例のデュアル型先球光ファイバの構成では、出射光６１が２枚の反射板によって先球部に再帰し、屈折されて光ファイバ１２のコア端部に挿入、伝搬する。以下、これを光路折り返し光結合と呼ぶ。２本の光ファイバの位置関係の調整は不要で、反射板の調整をすればよく、光デバイスを作製する上で組立工数を低減できる。以下、デュアル型先球光ファイバと反射板の位置関係について、図２の配置を示す断面図を用いて説明する。

２本の光ファイバの為す角ξの中線をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸に取る。原点は先球部２の中心９である。先球部２の球面３１、３２は同一の中心９を持ち、曲率半径Ｒである。反射板を２枚とし、Ｘ軸に対して対称に配置した。それら反射板７１、７２の位置を（Ｘｍ，−Ｙｍ）、（Ｘｍ，Ｙｍ）とし、光の入射角をαとする。先球光ファイバのワーキングディスタンスをＤとする。光ファイバ１２の中心軸上に反射板７２があり、反射板７１、７２によって折り返される光路がワーキングディスタンスＤに一致する必要があるため、Ｘｍは数４によって求められる。

Ｙｍは数５によって求められる。

反射板７２への光入射角αは、反射板７２とＸ軸との為す角と一致し、数６によって求められる。

以上の計算をもとに反射板７１、７２を設定した。球面３１、３２の曲率半径Ｒを２２５μｍ、レンズ長Ｔ１、Ｔ２を８０５μｍ、２本の光ファイバ１１、１２の為す角ξを１６°、ワーキングディスタンスは５ｍｍとした。この場合、反射板７２のＸ方向位置Ｘｍは２．３７ｍｍ、Ｙ方向位置Ｙｍは０．３３ｍｍ、ミラーの光入射角は４２°となる。

上記の計算に従い反射板７を実際に設置し、光路折り返し光結合を行った。反射板７は反射面がＡｕ膜の全反射ミラーとした。この光結合の挿入損失ＩＬは０．３ｄＢであった。先球部２の球面３１、３２に反射防止膜を施すことで、挿入損失をさらに低減できる。ここで挿入損失ＩＬとはＩＬ＝−１０Ｌｏｇ_１０（Ｐ１／Ｐ０）で表され、光強度Ｐ０は光源とセンサーを光ファイバで接続した状態で、光強度Ｐ１はデュアル型先球光ファイバでの光ファイバ１１、１２をそれぞれ光源とセンサーに接続した場合である。

また、本実施例の先球部９の大きさは曲率半径の２倍程度であり、小型化・集積化が実現できる。作製時では、２本の光ファイバ同士をファイバ形状から直接先球化するので、作製工数が低減できる。

（実施例２）
実施例１のデュアル型先球光ファイバとその光路折り返し光結合を用いて、実施例１と同じく、さまざまな光デバイスを作製することができる。その一例として光パワーモニターを作製した。図３にその模式的な断面図を示す。反射板７１、７２を一部透過型誘電体多層膜１３１、１３２とし、一部透過型誘電体多層膜を挟んでデュアル型先球光ファイバと反対側に受光素子１４１、１４２を設置した。

光ファイバ１１からの出射光６１は、一部透過型誘電体多層膜１３２によってその一部が透過し、その透過光１６１が受光素子１４１で検出される。一方、反射光は一部透過型誘電体多層膜１３２によって再反射され、球面３２に達して屈折され、光ファイバ４２のコア端部５２に挿入される。

光ファイバ１２からの出射光６２は、一部透過型誘電体多層膜１３２によってその一部が透過し、その透過光１６２が受光素子１４２で検出される。一方、反射光は一部透過型誘電体多層膜１３１によって再反射され球面３１に達して屈折され、光ファイバ４１のコア端部５１に挿入される。

この構成の光パワーモニターは、光の進行方向ごとの光強度を検知することができた。挿入損失は０．５ｄＢで、低挿入損失であり良好な特性を示した。また、先球部９の大きさは曲率半径の２倍程度であるため、光パワーモニターそのものの大きさを小さくすることができた。また受光素子間の距離ｄが大きくすることができる。このため、アイソレーションを大きくなる。アイソレーションとは、受光素子１４１が受光すべき光が、部品内の散乱、乱反射などによって受光素子１４２に検知されてしまう光強度を表す指標である。

本実施例では、先球部２に接続する光ファイバ１１と光ファイバ１２の位置関係は固定で、一部透過型誘電体多層膜１３の位置調整をすればよい。シングル型先球光ファイバを用いた構成では、２本の先球光ファイバ同士の位置調整が必要になるが、本実施例のデュアル型先球光ファイバでは、その調整が不要である。よって組み立てが容易になって量産時の工数低減となる。

（実施例３）
実施例２の光パワーモニターにおいて、反射板７２をＡｕ膜の全反射ミラーとし、光ファイバ１２の光強度は、反射板７２で反射され一部透過型誘電体多層膜１３１を透過した光１７２によって検出するように構成してもよい。その模式的な断面図を図４に示す。透過光１７２を受けるように受光素子１４２を配置する。光ファイバ１１から光ファイバ１２への光結合の際、実施例２では一部透過型誘電体多層膜によって２回反射されることになるが、本実施例では全反射ミラーで１回と一部透過型誘電体多層膜で１回となる。このため、本実施例では透過光の損失は１回となり、光結合効率は向上する。

また、反射板７２を一部透過型誘電体多層膜１３２のままで、光ファイバ１１の光強度を一部透過型誘電体多層膜１３２の透過光１７１で検出してもよい。このように受光素子の配置をさまざまに設定することができる。

（実施例４）
また、他の変形型の実施例として、もう一つのデュアル型先球光ファイバを設けることで２×２型光スイッチを形成することができた。図５にその模式的な断面図を示す。実施例２と同形の第１のデュアル型先球光ファイバに反射板７１、７２を配置し、光路折り返し結合の光学系を形成した。これに鏡像関係となるように、第２のデュアル型先球光ファイバと反射板７３、７４を配置した。さらに、光路変更のためのプリズム１７１、１７２を反射板７１、７２の間、および反射板７３、７４の間に設置した。プリズムは駆動素子（図示せず）によって光路を遮らない位置に移動可能とした。反射板７１、７２、７３、７４、プリズム１７１、１７２には光を反射させるためのＡｕ薄膜を被着形成させた。第１のデュアル型先球光ファイバは光ファイバ１１と光ファイバ１２を備え、第２のデュアル型先球光ファイバは光ファイバ１３と光ファイバ１４を備えた。

図５（ａ）はプリズム１７１、１７２が光路中にないときを示しており、光ファイバ１１のコア部４１から先球部２１を伝って出射された出射光６１が反射板７１、７２で反射されて光ファイバ１２の先球部２１（＝光ファイバ１１と共有する先球部）から入射してコア部４２に伝搬した。光ファイバ１４のコア部４４から先球部２２を伝って出射された出射光６４が反射板７４、７３で反射されて光ファイバ１３の先球部２２（＝光ファイバ１４と共有する先球部）から入射してコア部４３に伝搬した。

ついで図５（ｂ）は、駆動素子によってプリズム１７１、１７２を移動し、光路中に配置したときを示している。光ファイバ１１のコア部４１から先球部２１を伝って出射された出射光６１は、反射板７１、プリズム１７１、１７２、反射板７３で反射され光ファイバ１３の先球部２２から入射してコア部４３に伝搬した。光ファイバ１４のコア部４４から先球部２２を伝って出射された出射光６４は、反射板７４、プリズム１７２、１７１、反射板７２で反射され光ファイバ１２の先球部２１から入射してコア部４２に伝搬した。

すなわち、駆動素子によってプリズムを移動させて、光路を切り替える光スイッチとする。本実施例の光スイッチの挿入損失は、いずれの光路においても０．５ｄＢ以下で、低挿入損失であり良好な特性を示した。

本実施例も実施例２と同様に、先球部２１に接続する光ファイバ１１と光ファイバ１２の位置関係、およびは先球部２１に接続する光ファイバ１１と光ファイバ１２の位置関係は固定で、反射板の調整とデュアル型先球光ファイバ同士の調整をすればよい。シングル型先球光ファイバを用いた構成では、４本の先球光ファイバの位置調整が必要になり、工数が大きくかかるが、本実施例では、２本の先球光ファイバの調整ですみ、量産時の組み立て工数を低減できる。
また、２本の光ファイバが１つの先球部の利用することから、光スイッチ全体のサイズも小さくできる。

本実施例１、２、３では先球部に接続する光ファイバを２本としたが、３本以上としても同じく光路折り返し光結合とそれを用いた光デバイスを実現できる。この場合、配列の集積度はさらに高くなり、光デバイスの小型化を実現できる。

本発明は、光通信等において、小型で低反射のコリメータとして機能する光ファイバとして利用できる。光パワーモニターや光スイッチに適用し、少ない組み立て工数で作製することができる。

本発明の１実施例の先球光ファイバの模式的に示す断面図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバと反射板の配置を説明するための断面図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバを用いた光パワーモニターの模式図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバを用いた光パワーモニターの模式図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバを用いた光スイッチの模式的な断面図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバの模式的に示す断面図である。 本発明の先球光ファイバの特性を説明するためのグラフである。 従来の光パワーモニターを説明するための図である。

符号の説明

１、１１、１２、１３、１４ 光ファイバ
２、２１、２２ 先球部
３、３１、３２、３３、３４ 球面
４、４１、４２、４３、４４ コア
５、５１、５２、５３、５４ コア端部
６、６１、６２、６３、６４ 出射光（コリメート光）
７、７１、７２、７３、７４ 反射板
８、８１、８２、８３、８４ クラッド
９、９１、９２、９３、９４ 球面の中心
１０１、１０２ シングル型先球光ファイバ
１３１、１３２ 一部透過型誘電体多層膜
１４１、１４２ 受光素子
１５ クロスポイント
１６１、１６２ 透過光
１７１、１７２ プリズム

Claims (6)

1. 光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成され、前記先球部は単一の中心の球面を有し、それぞれの前記光ファイバは、その中心軸が前記中心を通るように配置されていることを特徴とする先球光ファイバ。
2. 請求項１に記載の先球光ファイバにおいて、前記光ファイバの為す角ξは、前記球面の曲率半径をＲ、第１光ファイバの径をｄ１、第２の光ファイバの径をｄ２、前記第１の光ファイバのコア端部と球面との距離をＴ１、前記第２の光ファイバのコア端部と球面との距離をＴ２とすると、数１および数２を満たすことを特徴とする先球光ファイバ。
   

   

   
3. 請求項１又は２に記載の先球光ファイバにおいて、それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光が、前記先球部の球面によって屈折し、コリメート光となって空気中に出射することを特徴とする先球光ファイバ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の先球光ファイバと１枚以上の反射板を備え、前記先球光ファイバは第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを備え、前記第１の光ファイバのコア端部から発し空気中に出射した光が、前記反射板によって反射されて前記先球部に再帰し、屈折されて前記第２の光ファイバのコア端部に挿入し伝搬することを特徴とする光学系を搭載した光デバイス。
5. 請求項４に記載の光デバイスにおいて、光スイッチ、光パワーモニター、光アイソレーター、光サーキュレーター、もしくは光減衰器のうち少なくとも１つの機能を有することを特徴とする光デバイス。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の先球光ファイバを１対と、１枚以上の反射板と、反射板を移動させる駆動素子で構成される光スイッチであって、
   前記先球光ファイバの一方は第１の光ファイバと第２の光ファイバとを備え、前記先球光ファイバの他方は第３の光ファイバと第４の光ファイバとを備え、
   前記第２の先球光ファイバは前記反射板を基準としたときに前記第１の先球光ファイバの鏡像となるように配置され、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間で光結合させているときに、前記反射板は前記第３の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させており、
   反射板を移動させたときに、前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバとの間で光結合され、前記第２の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させて光路切り替えを行う光スイッチであることを特徴とする光デバイス。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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