JP2008046185A - Method of manufacturing lens-attached optical fiber - Google Patents
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Description
本発明は、棒状の屈折率分布型レンズを光ファイバに融着してレンズ付き光ファイバを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber with a lens by fusing a rod-shaped gradient index lens to an optical fiber.
光ファイバの端部に1個の屈折率分布型レンズを融着したものは、光ファイバコリメータとして使用される。また、光ファイバの端部に開口数の異なる2個の屈折率分布型レンズを融着したものは、光ファイバコンデンサとして使用される。屈折率分布型レンズは、断面方向の屈折率が2乗カーブで連続的に変化する棒状レンズで、この屈折率分布によってレンズ作用が生じる。屈折率分布型レンズには、大別して、いわゆるGIファイバとGRINレンズとがある。GIファイバはコアの周囲にクラッドを有するもの、GRINレンズはクラッドが存在しないためGIファイバよりコリメートに使用できる断面積が多く得られる。光ファイバの端部にGRINレンズを融着した光ファイバコリメータ及び光ファイバコンデンサは例えば下記特許文献1に、光ファイバの端部にGIファイバを融着した光ファイバコリメータは例えば下記特許文献2に開示されている。
An optical fiber having a gradient index lens fused to the end is used as an optical fiber collimator. Also, an optical fiber capacitor in which two gradient index lenses having different numerical apertures are fused to the end of an optical fiber is used. The gradient index lens is a rod-like lens whose refractive index in the cross-sectional direction changes continuously in a square curve, and a lens action is generated by this refractive index distribution. Gradient index lenses are roughly classified into so-called GI fibers and GRIN lenses. A GI fiber has a clad around the core, and a GRIN lens has no clad, so that a larger cross-sectional area can be obtained for collimation than a GI fiber. An optical fiber collimator and an optical fiber condenser in which a GRIN lens is fused to the end of an optical fiber are disclosed in, for example, Patent Document 1 below, and an optical fiber collimator in which an GI fiber is fused to an end of an optical fiber is disclosed in, for example,
従来の光ファイバコリメータの製造方法は、光ファイバに長い長さを有するレンズを融着し、その後レンズを所定の長さ(所望の長さ+研磨長さ)に切断し、その後レンズ端面を研磨するものである。また、従来の光ファイバコンデンサの製造方法は、光ファイバに長い長さを有する第1のレンズを融着し、第1のレンズを所望の長さに切断し、第1のレンズに長い長さを有する第2のレンズを融着し、第2のレンズを所定の長さ(所望の長さ+研磨長さ)に切断し、その後第2のレンズ端面を研磨するものである。このような従来の光ファイバコリメータ・光ファイバコンデンサの製造方法は下記特許文献3に開示されている。
前記従来の製造方法は、レンズの性能が要求品質を満足しているかどうかは、最終製品(光ファイバコリメータ又は光ファイバコンデンサ)となった段階でしか検査できないので、製造効率及び検査効率が悪いという問題がある。また、レンズ端面での反射戻り光を軽減する目的で、レンズ端面に反射防止膜(ARコート)を施す場合があるが、従来方法で製造した光ファイバコリメータ等の場合、レンズが剥き出しであり、かつ1m程度の光ファイバが繋がった状態で反射防止膜処理を行うので、取り回しが非常に煩雑であるばかりでなく、1バッチ数十ないし数百本を束もしくは専用治具へ固定し直して処理するためレンズ部分が破損するおそれがあった。 According to the conventional manufacturing method, whether or not the lens performance satisfies the required quality can be inspected only when it is a final product (an optical fiber collimator or an optical fiber capacitor). There's a problem. In addition, for the purpose of reducing reflected return light on the lens end surface, an antireflection film (AR coating) may be applied to the lens end surface. However, in the case of an optical fiber collimator manufactured by a conventional method, the lens is exposed. In addition, the anti-reflection coating process is performed with an optical fiber of about 1 m connected, so not only the handling is very complicated, but also tens to hundreds of batches are fixed to a bundle or dedicated jig and processed again. As a result, the lens portion may be damaged.
本発明は、光ファイバに融着する前にレンズの性能検査を行うことができるようにすることで、不良レンズを光ファイバに融着する無駄を省き、光ファイバコリメータ等の製造効率、検査効率を向上させること、さらに、レンズ端面に反射防止膜処理を行う場合、レンズ破損を起こりにくくすると共に処理能率を向上させることを課題としてなされたものである。 The present invention eliminates the waste of fusing a defective lens to an optical fiber by enabling performance inspection of the lens before fusing to the optical fiber, and manufacturing efficiency and inspection efficiency of the optical fiber collimator and the like. In addition, when the antireflection film treatment is performed on the lens end face, it is an object to make the lens difficult to break and to improve the processing efficiency.
(構成1)
本発明は、レンズを切断する工程と、前記切断したレンズの端面を研磨する工程と、前記研磨したレンズを光ファイバ端面に融着する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。レンズを切断する工程において、レンズの切断長さは、所望の長さに研磨長さを加えた長さとする。切断したレンズの端面の研磨は、片側の端面のみを研磨する場合と、両側の端面を研磨する場合の両方を含む。
(Configuration 1)
The present invention includes a method of manufacturing an optical fiber with a lens, comprising: a step of cutting a lens; a step of polishing an end surface of the cut lens; and a step of fusing the polished lens to an end surface of an optical fiber. It is. In the step of cutting the lens, the cutting length of the lens is a length obtained by adding a polishing length to a desired length. Polishing of the end face of the cut lens includes both the case where only one end face is polished and the case where both end faces are polished.
(構成2)
また本発明は、前記構成1の製造方法において、前記レンズの端面を研磨する工程が、複数のレンズをホルダに仮固定して研磨することにより行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。
(Configuration 2)
According to the present invention, in the manufacturing method according to Configuration 1, the step of polishing the end face of the lens is performed by temporarily fixing a plurality of lenses to a holder and polishing the lens. Is the method.
(構成3)
また本発明は、前記構成1又は2の製造方法において、前記レンズの端面を研磨する工程の次に、前記レンズを検査する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。
(Configuration 3)
Further, the present invention is the method for manufacturing an optical fiber with a lens, characterized in that in the manufacturing method of the
(構成4)
また本発明は、前記構成3の製造方法において、前記レンズを検査する工程が、複数のレンズをホルダに仮固定した状態で行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。
(Configuration 4)
Further, the present invention is the method for manufacturing an optical fiber with a lens, wherein in the manufacturing method of the configuration 3, the step of inspecting the lens is performed in a state where a plurality of lenses are temporarily fixed to a holder.
(構成5)
また本発明は、前記構成1〜4のいずれかの製造方法において、前記光ファイバ端面に前記レンズを融着する工程の前に、前記レンズの端面に反射防止膜を形成する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。反射膜は、レンズの、光ファイバに融着しない方の端面に形成される。
(Configuration 5)
Moreover, this invention has the process of forming an anti-reflective film in the end surface of the said lens before the process of fuse | melting the said lens in the said optical fiber end surface in the manufacturing method in any one of the said structures 1-4. It is a manufacturing method of the optical fiber with a lens characterized. The reflection film is formed on the end surface of the lens that is not fused to the optical fiber.
(構成6)
また本発明は、第1のレンズと第2のレンズの端面どうしを融着する工程と、融着した前記第1のレンズ及び第2のレンズを切断して連結レンズを切り離す工程と、前記連結レンズの端面を研磨する工程と、前記研磨した連結レンズを光ファイバ端面に融着する工程とを有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。連結レンズを切り離す工程において、レンズの切断長さは、所望の長さに研磨長さを加えた長さとする。切り離した連結レンズの端面の研磨は、片側の端面のみを研磨する場合と、両側の端面を研磨する場合の両方を含む。
(Configuration 6)
The present invention also includes a step of fusing end faces of the first lens and the second lens, a step of cutting the fused first lens and the second lens to separate a coupling lens, and the coupling A method of manufacturing an optical fiber with a lens, comprising: a step of polishing an end surface of a lens; and a step of fusing the polished connecting lens to an end surface of an optical fiber. In the step of separating the connecting lens, the cutting length of the lens is set to a desired length plus a polishing length. Polishing of the end face of the separated connecting lens includes both the case of polishing only one end face and the case of polishing both end faces.
(構成7)
また本発明は、前記構成6の製造方法において、前記連結レンズの端面を研磨する工程が、複数の連結レンズをホルダに仮固定して研磨することにより行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。
(Configuration 7)
According to the present invention, in the manufacturing method according to Configuration 6, the step of polishing the end surface of the connecting lens is performed by temporarily fixing and polishing a plurality of connecting lenses on a holder. It is a manufacturing method.
(構成8)
また本発明は、前記構成6又は7の製造方法において、前記連結レンズの端面を研磨する工程の次に、前記連結レンズを検査する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。
(Configuration 8)
Further, the present invention provides the method for manufacturing an optical fiber with a lens, characterized in that, in the manufacturing method of the configuration 6 or 7, the step of inspecting the connecting lens is provided after the step of polishing the end surface of the connecting lens. is there.
(構成9)
また本発明は、前記構成8の製造方法において、前記連結レンズを検査する工程が、複数の連結レンズをホルダに仮固定した状態で行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。
(Configuration 9)
Further, the present invention is the method of manufacturing an optical fiber with a lens according to the manufacturing method of the configuration 8, wherein the step of inspecting the connecting lens is performed in a state where a plurality of connecting lenses are temporarily fixed to a holder. .
(構成10)
また本発明は、前記構成6〜9のいずれかの製造方法において、前記光ファイバ端面に前記連結レンズを融着する工程の前に、前記連結レンズの端面に反射防止膜を形成する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。反射膜は、連結レンズの、光ファイバに融着しない方の端面に形成される。
(Configuration 10)
Moreover, this invention has the process of forming an anti-reflective film in the end surface of the said connection lens in the manufacturing method in any one of the said structures 6-9 before the process of fuse | melting the said connection lens to the said optical fiber end surface. This is a method for producing an optical fiber with a lens. The reflective film is formed on the end surface of the connecting lens that is not fused to the optical fiber.
本発明は、先ずレンズ又は連結レンズを切断し、光ファイバに融着する前にレンズ又は連結レンズを研磨するので、光ファイバに融着する前にレンズの検査を行うことができる。したがって、不良レンズを光ファイバに融着する無駄を省き、光ファイバコリメータ及び光ファイバコンデンサ等のレンズ付き光ファイバの製造効率が向上する。また、複数のレンズ又は連結レンズをホルダに仮固定した状態で研磨、検査を行うことで、レンズの研磨、検査を効率よく行うことができる。反射防止膜処理を行う場合、レンズ又は連結レンズを光ファイバに融着する前に当該処理を行うことで、レンズを破損することなく、容易かつ効率的に作業を行うことが可能となる。 In the present invention, the lens or the coupling lens is first cut and polished before being fused to the optical fiber, so that the lens can be inspected before being fused to the optical fiber. Therefore, waste of fusing the defective lens to the optical fiber is eliminated, and the manufacturing efficiency of the optical fiber with a lens such as an optical fiber collimator and an optical fiber capacitor is improved. Further, by polishing and inspecting a plurality of lenses or connecting lenses temporarily fixed to the holder, the lens can be efficiently polished and inspected. When the antireflection film treatment is performed, the treatment can be easily and efficiently performed without damaging the lens by performing the treatment before the lens or the coupling lens is fused to the optical fiber.
光ファイバコリメータを製造する場合、先ず長尺棒状に製造されたレンズ(GIファイバ、GRINレンズ等)を所定の長さに切断する。この際のレンズの切断長さは、レンズとして要求される所望の長さに研磨で失われる長さ(研磨長さ)を加えた長さとする。 When manufacturing an optical fiber collimator, a lens (GI fiber, GRIN lens, etc.) manufactured in the shape of a long bar is first cut into a predetermined length. The cutting length of the lens at this time is a length obtained by adding a length (polishing length) lost by polishing to a desired length required for the lens.
次に、切断した複数のレンズをホルダに仮固定する。図1はホルダの一例を示している。図1のホルダ4はガラス、プラスチック、金属などの適宜の素材を板状に成形したもので、平行に複数本(この場合は5本)の溝5が形成されている。溝の形状はこの場合V字形であるが、V字形に限らずコの字形、半円形などでもよい。この溝5に切断したレンズ2を嵌め込み、図2、3に示すように、接着剤6及びカバープレート7で仮固定する。接着剤は、研磨後にレンズをホルダから取り外すことができるように、熱可塑性接着剤、熱水可溶性UV接着剤などを使用する。ホルダ4はレンズの両端面を研磨する場合に適している。図4はホルダの他例を示している。図4のホルダ8は、前記のホルダ4と同様にレンズを嵌め込む複数の溝9を有するが、ハンドリングや研磨機にホールドさせる便宜のためにホールド部10が形成されている点が異なる。溝9にレンズを嵌め込み、図2と同様にしてレンズを仮固定する。ホルダ8はレンズの片端面を研磨する場合に適している。図5はさらにホルダの他例を示している。図5のホルダ10は箱状本体に複数(この場合は5本)の貫通孔12が形成されている。各貫通孔12にレンズを1本ずつ、端部をホルダ10本体から外部に露出させた状態で挿入し、接着剤で仮固定する。このように、ホルダは、複数のレンズを仮固定し、同時に複数本のレンズを研磨、検査できるものであればよい。
Next, the plurality of cut lenses are temporarily fixed to the holder. FIG. 1 shows an example of the holder. The holder 4 in FIG. 1 is made of a suitable material such as glass, plastic, metal, or the like formed into a plate shape, and a plurality of (in this case, five) grooves 5 are formed in parallel. The shape of the groove is V-shaped in this case, but is not limited to the V-shape, and may be a U-shape, a semicircle, or the like. The
次に、ホルダに仮固定した複数のレンズを研磨する。研磨には、一般的な研磨機を使用すればよい。例えば、図6に示すように、研磨機の回転する砥石13でホルダ4に仮固定した複数のレンズ2をホルダごと研磨する。レンズをホルダと共に研磨することにより、研磨時にレンズが損傷するのを防ぐことができる。
Next, the plurality of lenses temporarily fixed to the holder are polished. A general polishing machine may be used for polishing. For example, as shown in FIG. 6, the plurality of
研磨が終了した後、複数のレンズ2をホルダ4に仮固定した状態でレンズの検査を行う。光学顕微鏡による像点位置観察により、簡便に検査が可能である。すなわち、レンズ効果で背面の像がレンズ端面、もしくはレンズ内に結像されるが(どこに結像するかはレンズの長さ設定により異なる)、レンズ端面から像点の距離を測ることで検査が可能となる。また、測定波長(例えば1550nm)の平行光を入射させ、そのときの入射光に対する出射光の強度比、ビーム広がり角度などを計測することによってもレンズの優劣が判断できる。複数のレンズをホルダに仮固定した状態でレンズの検査を行うので、効率的に検査を行うことができる。
After the polishing is completed, the lens is inspected with the plurality of
レンズの検査が終了した後、必要に応じてレンズ端面に反射防止膜(ARコート)を施す。この工程も、複数のレンズをホルダに仮固定した状態で行う。従来は、レンズを光ファイバに融着した後に反射防止膜を施していたので、作業が繁雑なばかりかレンズを破損するおそれがあったが、光ファイバに融着する前に複数のレンズをホルダに仮固定した状態で行うことで、レンズを破損することなく、容易かつ効率的に作業を行うことが可能となる。 After the inspection of the lens is completed, an antireflection film (AR coating) is applied to the lens end face as necessary. This process is also performed with a plurality of lenses temporarily fixed to the holder. Conventionally, since the antireflection film was applied after the lens was fused to the optical fiber, the work was not only complicated, but there was a risk of damaging the lens. By temporarily fixing the lens to the lens, it is possible to easily and efficiently work without damaging the lens.
次に、ホルダからレンズを取り外して回収する。仮固定に熱可塑性接着剤を使用した場合は、ホルダを加熱し接着剤を溶かしてレンズをホルダから取り出した後、アルコールなどの有機溶媒で洗浄し、濾過してレンズを回収する。熱水可溶性UV接着剤を使用した場合は、ホルダを熱水に漬けて接着剤を溶かし、レンズをホルダから取り出した後、濾過してレンズを回収する。 Next, the lens is removed from the holder and collected. When a thermoplastic adhesive is used for temporary fixation, the holder is heated to melt the adhesive and the lens is taken out of the holder, then washed with an organic solvent such as alcohol, and filtered to collect the lens. When hot water-soluble UV adhesive is used, the holder is immersed in hot water to dissolve the adhesive, and the lens is taken out of the holder and then filtered to collect the lens.
ホルダからレンズを回収した後、レンズを光ファイバの先端に融着する。この場合、概ね、直径0.125mm、長さ0.3〜2mm程度のレンズをハンドリングする必要がある。これに関しては、顕微鏡下で、金属製細管(例えば銅製外径φ0.16mm、内径φ0.07mm)と吸引ポンプを使用すれば、レンズ端面の保持及び融着時のハンドリングを行うことができる。また、生物分野で一般的に使用されるマイクロマニュピレーターの技術を利用すれば、より効率的にレンズの回収及びハンドリングができる。図7に示すように、光ファイバ1の先端にレンズ2を融着し、光ファイバコリメータが完成する。なお融着の際、光ファイバとレンズを調芯しながら融着することで、より高品質なコリメータが完成する。
After collecting the lens from the holder, the lens is fused to the tip of the optical fiber. In this case, it is generally necessary to handle a lens having a diameter of about 0.125 mm and a length of about 0.3 to 2 mm. In this regard, if a metal thin tube (for example, copper outer diameter φ0.16 mm, inner diameter φ0.07 mm) and a suction pump are used under a microscope, the lens end face can be held and handled at the time of fusing. Further, if a micromanipulator technique generally used in the biological field is used, the lens can be recovered and handled more efficiently. As shown in FIG. 7, the
光ファイバコンデンサを製造する場合、先ず、図8に示すように、長尺棒状に製造された第1のレンズ3aと第2のレンズ3bの端面どうしを融着した後、第1のレンズの切断部Aと第2のレンズの切断部Bでレンズを切断し、第1のレンズと第2のレンズが融着により連結されている連結レンズ3を切り離す。第1のレンズ3aは光ファイバに融着される側のレンズ、第2のレンズは先端側のレンズで、第2のレンズは第1のレンズよりも大きい開口数を有する。この際の第1、第2のレンズの切断長さは、レンズとして要求される所望の長さに研磨で失われる長さ(研磨長さ)を加えた長さとする。なお、第1のレンズは研磨しない場合もある。 When manufacturing an optical fiber capacitor, first, as shown in FIG. 8, after the end surfaces of the first lens 3a and the second lens 3b manufactured in the shape of a long bar are fused, the first lens is cut. The lens is cut by the part A and the cutting part B of the second lens, and the connecting lens 3 in which the first lens and the second lens are connected by fusion is cut off. The first lens 3a is a lens fused to the optical fiber, the second lens is a tip lens, and the second lens has a larger numerical aperture than the first lens. The cutting length of the first and second lenses at this time is a length obtained by adding a length (polishing length) lost by polishing to a desired length required for the lens. Note that the first lens may not be polished.
切り離された連結レンズ3は、前記実施例のレンズ2と同様にホルダに仮固定されて研磨、検査、必要に応じて反射防止膜処理が行われ、同様にホルダからの取り出し、回収が行われる。図9に示すように、光ファイバ1の先端に連結レンズ3を融着し、光ファイバコンデンサが完成する。
The separated connecting lens 3 is temporarily fixed to the holder in the same manner as the
1 光ファイバ
2 レンズ
3 連結レンズ
3a 第1のレンズ
3b 第2のレンズ
4 ホルダ
5 溝
6 接着剤
7 カバープレート
8 ホルダ
9 溝
10 ホールド部
11 ホルダ
12 貫通孔
13 砥石
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