JP2006011279A - 光ファイバコリメータ - Google Patents

Abstract

【課題】 屈折率分布型柱状レンズの前端部を光軸方向に関して直角に形成してここに前方端面傾斜光ガイドを接合固定する構成を採用することにより、レンズ効果の歪みをなくし、光ファイバコリメータ前端部の反射光が光ファイバのコアに戻ることによる悪影響を阻止する光ファイバコリメータを提供する。
【解決手段】 光ファイバ１と、円柱状光ガイド２と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４とを有し、屈折率分布型柱状レンズ３の両端面は光軸方向に関して垂直に形成され、前方端面傾斜光ガイド４は光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面４ａとを互いに対向して有し、光ファイバ１と、円柱状光ガイド２と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４とをこの順に配列して相互間を接合固定した光ファイバコリメータ。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光ファイバコリメータに関し、特に、屈折率分布型柱状レンズの先端面において生起する反射光が伝播してきた光路をそのまま辿って光を送り込んだ光ファイバのコアに戻って捕捉されて反射減衰係数を小さくすることなく、出射される光が充分に平行条件を満足する光ファイバコリメータに関する。

光ファイバコリメータの従来例を図３を参照して説明する。
１は光ファイバ、２は円柱状光ガイド、３は屈折率分布型柱状レンズである。光ファイバコリメータは、光ファイバ１、円柱状光ガイド２、屈折率分布型柱状レンズ３をこの順に端面同士を相互接合して構成されている。屈折率分布型柱状レンズ３としては、ＧＲＩＮ（ＧＲａｄｉｅｎｔ ＩＮｄｅｘ）ロッドレンズ、ＧＩファイバを使用することができる。
光ファイバ１の一端に入射した光は、光ファイバ１の他端から円柱状光ガイド２の後端面に入射し、進行方向に僅かに円錐状に拡散しながら伝播して円柱状光ガイド２の前端面に到達する。円柱状光ガイド２の前端面に到達した光は、光軸方向に直角方向の断面は円形であり、この状態で屈折率分布型柱状レンズ３の後端面に入射する。屈折率分布型柱状レンズ３の後端面に入射した光は、レンズ内部を光軸方向に直角方向に拡散収束しながら伝播して前端面に到達する。屈折率分布型柱状レンズ３の前端面は、図示される如く光軸方向に直角に形成されている。ここで、円柱状光ガイド２および屈折率分布型柱状レンズ３の長さを、屈折率分布型柱状レンズ３において拡散収束しながら伝播するビーム光の上下光の放射角が等しくなる所、即ち、平行光となる位置で切断することにより、光は平行光束にコリメイトされた状態で屈折率分布型柱状レンズ３の前端面から出射光５１として放射される。この場合、屈折率分布型柱状レンズ３の前端面が光軸方向に直角に形成されているところから、レンズ３の前端面において直角に反射する反射光５２が生起する。この反射光５２は伝播してきた光路をそのまま辿って、光ファイバ１の他端のコア１０に戻って捕捉されるに到り、反射減衰係数が小さくなる特性劣化をもたらす。

他の従来例を図４を参照して説明するに、この従来例は図３の従来例において、屈折率分布型柱状レンズ３の前端面を光軸方向に関して傾斜して形成したものに相当する。この実施例の場合、反射光５２は伝播してきた光路を辿らずに逸れて光ファイバ１の他端のコア１０に捕捉されることはなく、反射減衰係数が小さくなる反射光５２の悪影響を蒙ることはない。しかし、屈折率分布型柱状レンズ３の前端面を光軸方向に関して傾斜せしめた傾斜端面３ａとすることにより、伝播する光に対する屈折率分布型柱状レンズ３のレンズ効果が変化し、出射光５１の内の出射光５１ａは光軸に関して平行光となっているが、出射光５１ｂは平行光とはならず、全体として完全な平行光を確保することができない問題を生ずる（特許文献１、２、３、４、５ 参照）。

更なる他の従来例を図５を参照して説明する。光ファイバ１を介して伝送された光を光ファイバコリメータ２７から出射して平行光を対向する光ファイバコリメータ２８に送り込みたい場合がある。この場合、光ファイバコリメータ２７から出射される実質的な平行光であるガウシャンビームはほぼフレネルの波動方程式に従いビームウエスト３１を有しており、光ファイバコリメータ２７と光ファイバコリメータ２８との間の対向距離Ｌは光ファイバコリメータ２７から出射されるこの平行光の状態により決まる。即ち、図５において、光ファイバコリメータ２７に依っては、完全な平行光は得られない場合があるので、光ファイバコリメータ２７と光ファイバコリメータ２８との間の対向距離Ｌを設計上自由に設定することができない。
特開２００３−２１５３９０号 公報 特開２００３−１９６１８０号 公報 特開２００３−２０２４５０号 公報 特開２００１−２４２３３９号 公報 特開２００１−２０１６５７号 公報

上述した光ファイバコリメータは、屈折率分布型柱状レンズの先端面において生起する反射光が伝播してきた光路をそのまま辿って光を送り込んだ光ファイバのコアに戻って捕捉されて反射減衰係数を小さくすると共に、出射される光が充分に平行条件を満足していない欠点を有している。
この発明は、屈折率分布型柱状レンズの前端部を光軸方向に関して直角に形成してここに前方端面傾斜光ガイドを接合固定する構成を採用することにより、レンズ効果の歪みをなくし、光ファイバコリメータ前端部の反射光が光ファイバのコアに戻ることによる悪影響を阻止する光ファイバコリメータを提供するものである。

光ファイバ１と、円柱状光ガイド２と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４とを有し、屈折率分布型柱状レンズ３の両端面は光軸方向に関して垂直に形成され、前方端面傾斜光ガイド４は光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面４ａとを互いに対向して有し、光ファイバ１と、光ガイド２と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４とをこの順に配列して相互間を接合固定した光ファイバコリメータを構成した。
そして、請求項２：光ファイバ１と、後方端面傾斜光ガイド４’と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４とを有し、屈折率分布型柱状レンズ３の両端面は光軸方向に関して垂直に形成され、後方端面傾斜光ガイド４’光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面４’ａとを互いに対向して有し、前方端面傾斜光ガイド４は光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面４ａとを互いに対向して有し、後方端面傾斜光ガイド４’と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４とをこの順に配列し、後方端面傾斜光ガイド４’および前方端面傾斜光ガイド４はそれぞれの直角端面を屈折率分布型柱状レンズ３に接合固定した光ファイバコリメータを構成した。

この発明に依れば、光ファイバコリメータにおいて、屈折率分布型柱状レンズの前端部を光軸方向に関して直角に形成してここに前方端面傾斜光ガイドを接合固定する構成を採用することにより、屈折率分布型柱状レンズの前端部そのものを光軸方向に関して傾斜せしめた構造とした場合に生起するレンズ効果の歪みをなくし、出射光を平行に保持すると共に、光ファイバコリメータ前端部の反射光が伝播してきた光路をそのまま辿って光を送り込んだ光ファイバのコアに戻ることによる悪影響を阻止する光ファイバコリメータを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態を図１の実施例を参照して説明する。実施例において従来例と共通する部材には共通する参照符号を付与している。
図１の光ファイバコリメータの実施例は、光ファイバ１と、円筒状光ガイド２と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４により構成される。光ファイバ１と、円筒状光ガイド２と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４はこの順に配列され、相互接合されている。相互接合は融着に依るか、或いはこれら光学部材を構成する材料の屈折率と同等の屈折率を有する光学接着剤により実施され、界面における反射を少なくしている。ここで、屈折率分布型柱状レンズ３自体の前後両端面は、図示される如く光軸方向である長手方向に関してに直角に形成されている。そして、前方端面傾斜光ガイド４は、光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面４ａとを互いに対向して有する。光ファイバ１と、光ガイド２と、屈折率分布型柱状レンズ３と、前方端面傾斜光ガイド４とをこの順に配列して相互間を接合固定し、ここで、前方端面傾斜光ガイド４はその直角端面を屈折率分布型柱状レンズ３に接合固定している。

光ファイバ１の一端に入射した光は、光ファイバ１の他端から円柱状光ガイド２の後端面に入射し、進行方向に僅かに円錐状に拡散しながら伝播して円柱状光ガイド２の前端面に到達する。円柱状光ガイド２の前端面に到達した光は、光軸方向に直角方向の断面は円形であり、この状態で屈折率分布型柱状レンズ３の後端面に入射する。屈折率分布型柱状レンズ３の後端面に入射した光は、レンズ内部を光軸方向に直角方向に拡散収束しながら伝播して前端面に到達する。屈折率分布型柱状レンズ３の前端面は、図示される如く光軸方向に直角に形成されている。ここで、円柱状光ガイド２および屈折率分布型柱状レンズ３の長さを、屈折率分布型柱状レンズ３において拡散収束しながら伝播するビーム光の上下光の放射角が等しくなる所、即ち、平行光となる位置で切断することにより、 光は平行光束にコリメイトされた状態で屈折率分布型柱状レンズ３の前端面から直角方向に出射して、前方端面傾斜光ガイド４に入射する。この前方端面傾斜光ガイド４に入射したコリメイト光は、接合界面において殆ど屈折せずにそのまま内部を直進して傾斜端面４ａに到達するに到る。ここで、前方端面傾斜光ガイド４の傾斜端面４ａに到達した光は、コリメイト光であるので、その何れの部分も傾斜端面４ａと空気の界面に対する角度関係は同一であるので、コリメイト光は同様に屈折して平行光として空気中に出射される。但し、この出射方向は光軸方向とは或る角度を有して平行ではない。

前方端面傾斜光ガイド４は、その屈折率が屈折率分布型柱状レンズ３の屈折率に実質的に等しいガラスロッドにより構成されているので、屈折率分布型柱状レンズ３と前方端面傾斜光ガイド４の接合界面における反射は両者の屈折率差が小さいので極めて小さく、一般に無視することができる。
前方端面傾斜光ガイド４の傾斜端面４ａにおいては、空気との間に屈折率差１．４６が存在することにより、およそ４％程度の反射光５２が発生するが、傾斜端面４ａによる反射光５２は伝播してきた光路を辿ることないので、光ファイバ１の他端のコア１０に戻って捕捉される恐れはない。

図２を参照して他の実施例を説明する。この実施例は図１の実施例において、光ファイバ１の他端を研磨して光軸方向に関して傾斜した傾斜端面１ａに形成し、光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面４’ａとを互いに対向して有する後方端面傾斜光ガイド４’を屈折率分布型柱状レンズ３の後端面に直角端面を介して接合固定し、光ファイバ１の傾斜端面１ａと後方端面傾斜光ガイド４’の傾斜端面４’ａとの間を離隔したものに相当する。
光ファイバ１の傾斜端面１ａおよび後方端面傾斜光ガイド４’の傾斜端面４’ａは、それぞれの反射光６２、５２’の戻りの光路を逸らしてこれら反射光が光ファイバ１のコア１０に捕捉されることを阻止している。

以上の通り、光ファイバ１の他端を研磨して光軸方向に関して傾斜した傾斜端面１ａに形成し、光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面４’ａとを互いに対向して有する後方端面傾斜光ガイド４’を屈折率分布型柱状レンズ３の後端面に直角端面を介して接合固定し、光ファイバ１の傾斜端面１ａと後方端面傾斜光ガイド４’の傾斜端面４’ａとの間を離隔構成を採用することにより、結局、屈折率分布型柱状レンズ３の後端面における光入射および前端面における光出射を光軸方向に関して非対称にすることができる。光ファイバ１の傾斜端面１ａと後方端面傾斜光ガイド４’の傾斜端面４’ａの傾斜角を適宜に設計し、次に、屈折率分布型柱状レンズ３を拡散収束しながら伝播するビーム光の上下光の放射角が等しくなる所、即ち、平行光となる位置で切断し、更に、前方端面傾斜光ガイド４から出射される出射光が光軸と平行となる様に傾斜端面４ａの傾斜角を調整する。

実施例を説明する図。 他の実施例を説明する図。 従来例を説明する図。 他の従来例を説明する図。 使用例を説明する図。

符号の説明

１ 光ファイバ １０ コア
１ａ 傾斜端面 ２ 円柱状光ガイド
２７、２８ 光ファイバコリメータ ３ 屈折率分布型柱状レンズ
３ａ 傾斜端面 ４ 前方端面傾斜光ガイド
４’後方端面傾斜光ガイド ４ａ、４’ａ 傾斜端面
５１ 出射光 ５２、５２’ 反射光
５１ａ、５１ｂ 出射光 ６２ 反射光

Claims (2)

1. 光ファイバと、円柱状光ガイドと、屈折率分布型柱状レンズと、前方端面傾斜光ガイドとを有し、
   屈折率分布型柱状レンズの両端面は光軸方向に関して垂直に形成され、
   前方端面傾斜光ガイドは光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面とを互いに対向して有し、
   光ファイバと、円柱状光ガイドと、屈折率分布型柱状レンズと、前方端面傾斜光ガイドとをこの順に配列して相互間を接合固定したことを特徴とする光ファイバコリメータ。
2. 光ファイバと、後方端面傾斜光ガイドと、屈折率分布型柱状レンズと、前方端面傾斜光ガイドとを有し、
   屈折率分布型柱状レンズの両端面は光軸方向に関して垂直に形成され、
   後方端面傾斜光ガイドは光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面とを互いに対向して有し、
   前方端面傾斜光ガイドは光軸方向に関して直角な直角端面と光軸方向に関して傾斜した傾斜端面とを互いに対向して有し、
   後方端面傾斜光ガイドと、屈折率分布型柱状レンズと、前方端面傾斜光ガイドとをこの順に配列し、
   後方端面傾斜光ガイドおよび前方端面傾斜光ガイドはそれぞれの直角端面を屈折率分布型柱状レンズに接合固定したことを特徴とする光ファイバコリメータ。

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