JP2010026175A - 光ファイバコリメータアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な調心作業を全く必要とせずに、光ファイバコリメータの光ファイバとコリメータレンズとを所望の偏心量だけ偏心させる。
【解決手段】光ファイバ１１の軸と屈折率分布形の円筒形のコリメータレンズ１２の軸とを偏心させた複数の光ファイバコリメータ１３を互いに平行に整列配置してなる光ファイバコリメータアレイ１０である。互いに平行な複数の位置決め溝１４を設けた基板１５の各位置決め溝１４にそれぞれ、光ファイバ１１とコリメータレンズ１２とが、いずれも溝内面に接触するように収容されるとともに、光ファイバ１１とコリメータレンズ１２との外径差が、所望の相互軸間偏心量ｅが得られる外径差に設定されている。光ファイバ及びコリメータレンズを位置決め溝内に単に収容する作業だけで、すべての光ファイバコリメータについて軸間偏心量が一定である光ファイバコリメータアレイが得られる。
【選択図】図１

Description

この発明は、光ファイバの先端にコリメータレンズを設けた複数の光ファイバコリメータを互いに平行に整列配置してなる光ファイバコリメータアレイに関する。

光ファイバの先端にコリメータレンズを設けた複数の光ファイバコリメータを互いに平行に整列配置してなる光ファイバコリメータアレイは、例えば、その１対の光ファイバコリメータアレイのコリメータレンズどうしを対向させて、一方の光ファイバから他方の光ファイバに光を導通させる光学モジュールとして用いられる。

この種の光ファイバコリメータアレイでは、図８に示すように、光ファイバ１にコリメータレンズ２を接着等で接合して構成した光ファイバコリメータ３の前記コリメータレンズ２を位置決め溝４を設けた基板５に収容して、コリメータレンズ２の位置決めを行っている。
なお、図８では基板５が１つの位置決め溝４を持つように示されているが、光ファイバコリメータアレイにおける光ファイバコリメータ３の数だけ位置決め溝４を持つ。

上記の光ファイバコリメータアレイは、コリメータレンズ２が位置決め溝４内に収容されることで正確な位置決めがなされる。２つの光ファイバコリメータアレイを精度よく位置決めして対向させることで、２つの光ファイバコリメータアレイのコリメータレンズ２間で芯ズレによる光損失の少ない光伝達が行われる。
しかし、光ファイバ１からコリメータレンズ２に入った光はレンズ端面から出射する際に一部がレンズ端面で反射（内部反射）するが、この反射光が光ファイバ１に再結合すると、光ファイバ伝送系に悪影響を与えるので、反射減衰量を大きくする必要がある。
反射減衰量を大きくするために、コリメータレンズ２の軸と光ファイバ１の軸とを図９のように互いにずらせる方法がある。
すなわち、コリメータレンズ２が屈折率分布形ロッドレンズである場合、光ファイバ１からコリメータレンズ２の軸に対して偏心した位置に入射した光はａで示すような傾斜した光束となって進んでコリメータレンズ２から出射（出射光をｃで示す）するが、一部がレンズ端面２ａで反射してｂで示すような光束となって戻る。そこで、光ファイバ１の位置をコリメータレンズ２の軸に対して、前記反射光ｂが光ファイバ１と再結合しないような位置にずらすという方法である。ｂ’は反射光ｂが光ファイバ１から反れた光を示す。
特開２００２−１８２００（図３、段落番号[００１８]、[００２０]など）

上記のように反射減衰量を大きくするために、コリメータレンズ２の軸と光ファイバ１の軸とを互いに偏心させる方法を採用する場合、コリメータレンズ２を光ファイバ１に接合する際に、上記のように反射光ｂが光ファイバ１と再結合しないようにするだけでなく、コリメータレンズ２から出力される光軸が一定の範囲に入るように、コリメータレンズ２の軸と光ファイバ１の軸との偏心量を所定の偏心量に調心する必要がある。このコリメータレンズ２の軸と光ファイバ１の軸とを偏心させる調心を各光ファイバコリメータ毎に行う必要がある。
この調芯作業には非常に時間がかかる。また、調芯機は通常約１０００万円ほどする高価なもので初期投資が高額であり、また維持費にも多くの費用がかかる。

本発明は上記背景のもとになされたもので、コリメータレンズの軸と光ファイバの軸とを所望の相互軸間偏心量だけずらす構造の光ファイバコリメータアレイを作製する際に、煩雑なコリメータレンズと光ファイバの調心作業を必要としない光ファイバコリメータアレイを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の光ファイバコリメータアレイは、光ファイバの軸とこの光ファイバの先端に設けられる屈折率分布形の円筒形のコリメータレンズの軸とを偏心させた複数の光ファイバコリメータを互いに平行に整列配置してなる光ファイバコリメータアレイであって、
互いに平行な複数の位置決め溝を設けた基板の各位置決め溝にそれぞれ、光ファイバとコリメータレンズとがいずれも溝内面に接触するように収容されるとともに、前記光ファイバとコリメータレンズとの外径差が、所望の相互軸間偏心量が得られる外径差に設定されていることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の光ファイバコリメータアレイにおいて、コリメータレンズとして所定長さに切断した外径１２５μｍのＧＩ光ファイバを用い、光ファイバとして８０ミクロン程度の光ファイバを用いたことを特徴とする。

請求項３は、請求項１の光ファイバコリメータアレイにおいて、位置決め溝がＶ溝であることを特徴とする。

本発明の光ファイバコリメータアレイにおいて、径の異なる光ファイバとコリメータレンズとが同じ位置決め溝内に収容されるので、光ファイバの軸とコリメータレンズの軸とが一致することはなく、互いに偏心する。
この偏心により、光ファイバコリメータにおける反射減衰量を十分大きくすることができ、光ファイバ伝送系に悪影響を与えることを防止できる。

前記光ファイバの軸とコリメータレンズの軸との軸間偏心量は、位置決め溝の形状が一定であれば、光ファイバとコリメータレンズとの外径差により定まる。
したがって、使用する光ファイバとコリメータレンズとの外径差を適切に設定することで、光ファイバ及びコリメータレンズを位置決め溝内に単に収容する作業だけで、すべての光ファイバコリメータについて軸間偏心量が一定である光ファイバコリメータアレイが得られる。
したがって、各コリメータレンズから出力される光軸の方向がすべて正確に揃った光ファイバコリメータアレイを、調心作業を全く必要とせずに作製することができる。これにより、光ファイバコリメータアレイ作製の作業性が大幅に向上し、作製コストを安くできる。
また、調心装置のような高価な設備が不要となるので、初期投資及び維持費が不要となり、この点でも光ファイバコリメータアレイの作製コストを安くできる。

請求項２のように位置決め溝をＶ溝にした場合、光ファイバとコリメータレンズとの外径差と、両者の軸間偏心量との関係を把握することが容易である。

以下、本発明を実施した光ファイバコリメータアレイについて、図面を参照して説明する。

図１は本発明の光ファイバコリメータアレイ１０の斜視図、図２は図１における基板１５の斜視図、図３は上記光ファイバコリメータアレイ１０の縦断面図、図４は光ファイバコリメータアレイ１０の拡大正面図、図５は図４の要部をさらに拡大した図である。
光ファイバコリメータアレイ１０は、互いに平行な複数の例えばＶ溝（位置決め溝）１４を備えた基板１５の各Ｖ溝１４に、光ファイバ１１の先端にコリメータレンズ１２を設けた光ファイバコリメータ１３を収容してなる。
コリメータレンズ１２は、屈折率分布形のロッドレンズであり、円柱状をなしている。光ファイバ１１の外径ｄとコリメータレンズ１２の外径Ｄとは互いに異なる。
コリメータレンズ１２と光ファイバ１１とは、図４、図５に示すようにいずれも、角度θのＶ溝１４の内面に接触するように収容されている。コリメータレンズ１２の中心をＯ_１、光ファイバ１１の中心をＯ_２で示す。
したがって、光ファイバ１１とコリメータレンズ１２との軸は互いに偏心している。
両者の外径差は、後述するように所望の相互軸間偏心量ｅが得られる外径差に設定されている。

上記の光ファイバコリメータアレイ１０において、図６に示すように、光ファイバ１１からコリメータレンズ１２の軸に対して偏心量ｅだけ偏心した位置に入射した光は、ａで示すような傾斜した光束となって進んでコリメータレンズ１２から出射（出射光をｃで示す）するが、一部がレンズ端面１２ａで反射してｂで示すような光束となって戻る。
前記偏心量ｅは反射光ｂが光ファイバ１１と再結合しないように設定された偏心量であり、反射光ｂはｂ’で示した光のように光ファイバ１から反れるか、光ファイバ１１と結合する光量が大幅に少なくなる。したがって、光ファイバコリメータ１３における反射減衰量を十分大きくすることができる。

この光ファイバコリメータアレイ１０は、２つの光ファイバコリメータアレイ１０のコリメータレンズ１２どうしを、例えばフィルタやアイソレータ等の光学素子を介在させて対向させて、一方の光ファイバから他方の光ファイバに光を導通させる光学モジュール等として用いられる。
前記偏心量ｅは、反射光ｂが光ファイバ１１と再結合しないというだけでなく、２つの光ファイバコリメータアレイ１０を対向配置した光モジュールにおいて、一方の光ファイバコリメータアレイ１０のコリメータレンズ１２から出力される光軸が他方の光ファイバコリメータアレイのコリメータレンズに対して一定の範囲に入るような偏心量でもある。

上記の光ファイバコリメータアレイ１０の作製に際して、光ファイバ１１及びコリメータレンズ１２をＶ溝１４内に単に収容する作業だけで、光ファイバ１１とコリメータレンズ１２とを所定の偏心量ｅだけ偏心させることができる。
この偏心により、光ファイバコリメータ１３における反射減衰量を十分大きくすることができ、光ファイバ伝送系に悪影響を与えることを防止できる。

また、光ファイバ及びコリメータレンズをＶ溝１４内に単に収容する作業だけで、すべての光ファイバコリメータ１３について軸間偏心量ｅが一定である光ファイバコリメータアレイ１０が得られる。
したがって、各コリメータレンズ１２から出力される光軸の方向がすべて正確に揃った光ファイバコリメータアレイ１０を、調心作業を全く必要とせずに作製することができる。これにより、光ファイバコリメータアレイ作製の作業性が大幅に向上し、作製コストを安くできる。
また、調心装置のような高価な設備が不要となるので、初期投資及び維持費が不要となり、この点でも光ファイバコリメータアレイの作製コストを安くできる。

光ファイバ１１の先端にコリメータレンズ１２を設ける手段として、光ファイバ１１にコリメータレンズ１２を接合するとよいが、両者間に単に屈折率整合剤（マッチンググリースやマッチングオイル）を介在させてもよい。図８に示した従来構造ではコリメータレンズ２を光ファイバ１に接合する必要があるが、本発明では前記の通り、必ずしも接合（固定）しなくてもよい。
コリメータレンズ１２を光ファイバ１１に接合する手段としては、接着剤による接着、
融着による接合、低融点ガラスなどのガラスによる接合等の手段を採用できる。

コリメータレンズ１２として、適切な長さに切断したＧＩファイバを用いことができる。
光ファイバ１１はシングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバのいずれでもよく、種類を問わない。
例えば外径が約１２５μｍのＧＩファイバを用い、光ファイバ１１として外径が約８０μｍの光ファイバを用いると、必要とする偏心量ｅを実際に設定する上で適当なサイズである。
なお、偏心量ｅは、光ファイバ１１及びコリメータレンズ１２の外径が一定でも、Ｖ溝の角度θによって異なってくる。Ｖ溝の角度は一定にした上で、光ファイバ１１及びコリメータレンズ１２の外径を適切に設定するのがよい。

上述の実施例ではコリメータレンズ１２の外径が光ファイバ１１の外径より大であるが、これとは逆に、図７に示すように、コリメータレンズ１２’の外径が光ファイバ１１’の外径より小さい構造とすることもできる。
例えば、外径が１２５μｍ以下のコリメータレンズ１２’と、外径が１２５μｍより大きな光ファイバ１１’との組み合わせとする。

この場合も、コリメータレンズ１２’及び光ファイバ１１’をＶ溝に収容するだけで、光ファイバ１１’の軸とコリメータレンズ１２’の軸とが適切な偏心量で偏心する。
これにより、光ファイバ１１’からコリメータレンズ１２’に入射した光ａがレンズ端面１２ａ’で一部反射した時、その反射光ｂがｂ’で示した光のように光ファイバ１１’から反れるか、光ファイバ１１’と結合する光量が大幅に少なくなるようにすることができる。これにより、前記と同様に光ファイバコリメータ１３’の反射減衰量を十分大きくすることができる。

上述の実施例の位置決め溝はＶ溝１４であるが、Ｖ溝の場合、光ファイバ１１とコリメータレンズ１２との外径差と、両者の軸間偏心量との関係を把握することが容易なので、Ｖ溝とするのが適切である。
しかし、位置決め溝はＶ溝に限らず、Ｕ溝、あるいは、Ｖ溝の両面が上に凸に湾曲した形状の凸湾曲Ｖ溝、その他の種々の形状の凹溝とすることも可能である。

本発明の一実施例の光ファイバコリメータアレイの斜視図である。 図１の光ファイバコリメータアレイにおける基板の斜視図である。 図１の光ファイバコリメータアレイの縦断面図である。 図１の光ファイバコリメータアレイの拡大した正面図である。 図４の要部拡大図である。 図３における光ファイバコリメータの要部を拡大した図であり、光ファイバからコリメータレンズに入射した光が一部レンズ端面で反射する状況を説明する図である。 本発明の他の実施例を示すもので、図６に対応する図であり、光ファイバからコリメータレンズに入射した光が一部レンズ端面で反射する状況を説明する図である。 従来の光ファイバコリメータアレイを説明する斜視図である。 図８の従来の光ファイバコリメータアレイで、反射減衰量を大きくするために、コリメータレンズの軸と光ファイバの軸とを互いに偏心させる方法を採用した場合の状況を説明するもので、光ファイバからコリメータレンズに入射した光が一部レンズ端面で反射する状況を説明する図である。

符号の説明

１０ 光ファイバコリメータアレイ
１１、１１’ 光ファイバ
１２、１２’ コリメータレンズ
１２ａ、１２ａ’ レンズ端面（コリメータレンズの端面）
１３、１３’ 光ファイバコリメータ
１４ Ｖ溝（位置決め溝）
１５ 基板
ｅ （光ファイバの軸とコリメータレンズの軸と）軸間偏心量

Claims (3)

1. 光ファイバの軸とこの光ファイバの先端に設けられる屈折率分布形の円筒形のコリメータレンズの軸とを偏心させた複数の光ファイバコリメータを互いに平行に整列配置してなる光ファイバコリメータアレイであって、
   互いに平行な複数の位置決め溝を設けた基板の各位置決め溝にそれぞれ、光ファイバとコリメータレンズとがいずれも溝内面に接触するように収容されるとともに、前記光ファイバとコリメータレンズとの外径差が、所望の相互軸間偏心量が得られる外径差に設定されていることを特徴とする光ファイバコリメータアレイ。
2. 前記位置決め溝がＶ溝であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコリメータアレイ。
3. コリメータレンズとして外径が約１２５μｍのＧＩ光ファイバを用い、光ファイバとして外径が約８０ミクロンの光ファイバを用いたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバコリメータアレイ。

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