JP3067968B2 - 光源結合用光ファイバインターフェイスおよびその製造方法 - Google Patents
光源結合用光ファイバインターフェイスおよびその製造方法Info
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザーダイオード（Ｌ
Ｄ）、またはＬＥＤなどの光源からの放射光を光ファイ
バに結合するための光源結合用の光ファイバインターフ
ェイス、およびその製造方法に関する。特に、光源の放
射光を中間にレンズ等を用いることなくシングルモード
光ファイバ等に高い結合効率で結合するために改良され
た先端形状を有する光ファイバを用いた光源結合用の光
ファイバインターフェイス、およびその製造方法に関す
る。
Ｄ）、またはＬＥＤなどの光源からの放射光を光ファイ
バに結合するための光源結合用の光ファイバインターフ
ェイス、およびその製造方法に関する。特に、光源の放
射光を中間にレンズ等を用いることなくシングルモード
光ファイバ等に高い結合効率で結合するために改良され
た先端形状を有する光ファイバを用いた光源結合用の光
ファイバインターフェイス、およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光源と光ファイバとの間にセルホックレ
ンズや、凸レンズを挿入する光ファイバインターフェイ
スについて多くの提案（例えば特開昭６２−２２１９３
５号）がなされている。しかしこの形式の光ファイバイ
ンターフェイスは、各要素の光軸合わせが困難なこと、
および僅かな傾きが結合損失を極端に増大させるという
問題がある。そのため、光源からの光を光ファイバに直
接結合する構成についても多くの研究がされている。例
えば１９９０年，電子情報通信学会春期全国大会，白石
他には直接結合方式のものが示されている。
ンズや、凸レンズを挿入する光ファイバインターフェイ
スについて多くの提案（例えば特開昭６２−２２１９３
５号）がなされている。しかしこの形式の光ファイバイ
ンターフェイスは、各要素の光軸合わせが困難なこと、
および僅かな傾きが結合損失を極端に増大させるという
問題がある。そのため、光源からの光を光ファイバに直
接結合する構成についても多くの研究がされている。例
えば１９９０年，電子情報通信学会春期全国大会，白石
他には直接結合方式のものが示されている。
【０００３】従来のレーザダイオード（ＬＤ）またはＬ
ＥＤなどの光源と光ファイバ端面の間に光学レンズ系を
使用しない直接結合形式の光源とシングルモード光ファ
イバの光結合装置の基本的な構成について説明する。図
６は、光入射端面を光軸に対して直角面としたシングル
モード光ファイバの光結合装置の例を示す。レーザダイ
オード（ＬＤ）などの光源１からの放射光４は、光ファ
イバコア２，光ファイバクラッド３を含む光ファイバの
端面に入射させられる。レーザダイオード（ＬＤ）光源
を使用したときは、レーザダイオード（ＬＤ）からの放
射光４の放射角度θ1 はガウス分布をしていて、かつコ
ヒーレント光であるので、光の回折によりＸＸ′軸方向
で４０〜６０度、ＹＹ′軸方向で２０〜３０度程度の楕
円形の放射光パターンをもっている。この場合、光ファ
イバコア２内を伝搬できる透過光角度θ2 は次の式で示
す臨界角度θc 以下でなければならない。 θ2 ≦θc ＝ｃｏｓ-1（ｎ2 ／ｎ1 ） ただし、ｎ1 ＝光ファイバコアの屈折率、ｎ2 ＝光ファ
イバクラッドの屈折率である。シングルモード光ファイ
バにおいて、ｎ1 ＝１．４７，ｎ2 ＝１．４６７とすれ
ば、θc ＝３．６２４°となる。したがって、光ファイ
バコア２内を伝搬できる透過光角度θ2 ≦θc を満足す
る放射光角度θ1 は次の式に示す光ファイバコアの開口
率ＮＡ以下の角度でなければならない。 θ1 ≦ＮＡ＝ｎ0 ｓｉｎθc ただし、ｎ0 ＝空気の屈折率＝１とする。臨界角度θc
＝３．６２４°における光ファイバコアの開口率ＮＡは
θ1 ＝５．３３°となり、全光束４の平均した放射光角
度θ1 ＝２５°とすれば、光ファイバコア２端面への有
効入射角度はθ1 ≦５．３３°に制約される。シングル
モード光ファイバの場合、光ファイバコア伝搬光となる
透過光量は、他の付帯的な損失がない場合で全放射光量
の約２０％以下にすぎない。残りの入射角度θ1 ＞５．
３３°の光量は、光ファイバコア２に入ったとしても直
ちに光ファイバクラッド３に透過して失われ、光ファイ
バコア伝搬光にならずに光結合損失になる。図６におい
てもわかるように、放射光角度θ1 が大きくなるにつれ
て、比例して透過光角度θ2 も臨界角度θc より大きく
なり、光結合損失となる。光源と光ファイバコアの結合
効率を高めるには、全放射光角度θ1 にわたって透過光
角度θ2 を臨界角度θc 以内にしなければならない。し
たがって、この形式の直接光結合方式はほとんど使用さ
れていない。
ＥＤなどの光源と光ファイバ端面の間に光学レンズ系を
使用しない直接結合形式の光源とシングルモード光ファ
イバの光結合装置の基本的な構成について説明する。図
６は、光入射端面を光軸に対して直角面としたシングル
モード光ファイバの光結合装置の例を示す。レーザダイ
オード（ＬＤ）などの光源１からの放射光４は、光ファ
イバコア２，光ファイバクラッド３を含む光ファイバの
端面に入射させられる。レーザダイオード（ＬＤ）光源
を使用したときは、レーザダイオード（ＬＤ）からの放
射光４の放射角度θ1 はガウス分布をしていて、かつコ
ヒーレント光であるので、光の回折によりＸＸ′軸方向
で４０〜６０度、ＹＹ′軸方向で２０〜３０度程度の楕
円形の放射光パターンをもっている。この場合、光ファ
イバコア２内を伝搬できる透過光角度θ2 は次の式で示
す臨界角度θc 以下でなければならない。 θ2 ≦θc ＝ｃｏｓ-1（ｎ2 ／ｎ1 ） ただし、ｎ1 ＝光ファイバコアの屈折率、ｎ2 ＝光ファ
イバクラッドの屈折率である。シングルモード光ファイ
バにおいて、ｎ1 ＝１．４７，ｎ2 ＝１．４６７とすれ
ば、θc ＝３．６２４°となる。したがって、光ファイ
バコア２内を伝搬できる透過光角度θ2 ≦θc を満足す
る放射光角度θ1 は次の式に示す光ファイバコアの開口
率ＮＡ以下の角度でなければならない。 θ1 ≦ＮＡ＝ｎ0 ｓｉｎθc ただし、ｎ0 ＝空気の屈折率＝１とする。臨界角度θc
＝３．６２４°における光ファイバコアの開口率ＮＡは
θ1 ＝５．３３°となり、全光束４の平均した放射光角
度θ1 ＝２５°とすれば、光ファイバコア２端面への有
効入射角度はθ1 ≦５．３３°に制約される。シングル
モード光ファイバの場合、光ファイバコア伝搬光となる
透過光量は、他の付帯的な損失がない場合で全放射光量
の約２０％以下にすぎない。残りの入射角度θ1 ＞５．
３３°の光量は、光ファイバコア２に入ったとしても直
ちに光ファイバクラッド３に透過して失われ、光ファイ
バコア伝搬光にならずに光結合損失になる。図６におい
てもわかるように、放射光角度θ1 が大きくなるにつれ
て、比例して透過光角度θ2 も臨界角度θc より大きく
なり、光結合損失となる。光源と光ファイバコアの結合
効率を高めるには、全放射光角度θ1 にわたって透過光
角度θ2 を臨界角度θc 以内にしなければならない。し
たがって、この形式の直接光結合方式はほとんど使用さ
れていない。
【０００４】このように直接結合方式の光ファイバイン
ターフェイスの光結合効率は本来的に低いものであるか
ら、直接結合方式の光結合効率を改善しようとする種々
の試みがなされている。そのうちの代表的な実用例を図
５に示す。すなわち、光ファイバコア５および光ファイ
バクラッド６からなる光ファイバを加熱延伸法により端
面に向かって小径となるテーパ７に加工して光ファイバ
コア５のモードスポット径ωを拡大するとともに、光フ
ァイバ先端部を半球状のマイクロレンズ８に形成して光
結合効率の改善を図った例である（ジャーナル オブラ
イトウェーブ テクノロジー ボリューム１１ ナンバ
ー２，２５２頁〜２５７頁，１９９３年２月）。この例
は、光源と光ファイバ端面間距離Ｓ、およびマイクロレ
ンズ８半径Ｒの寸法比率を適切に設計することにより、
透過光角度θ2 を臨界角度θc 以内とする放射光角度θ
1 の範囲を広げることができるという利点をもってい
る。この場合の入射光角度αはα＝θ1 ＋θa となる。
ただし、入射光角度αはブルースター角θB より大きい
場合は、光ファイバ入射端面において反射光量が増加し
て透過光量が減少する欠点をもっている。
ターフェイスの光結合効率は本来的に低いものであるか
ら、直接結合方式の光結合効率を改善しようとする種々
の試みがなされている。そのうちの代表的な実用例を図
５に示す。すなわち、光ファイバコア５および光ファイ
バクラッド６からなる光ファイバを加熱延伸法により端
面に向かって小径となるテーパ７に加工して光ファイバ
コア５のモードスポット径ωを拡大するとともに、光フ
ァイバ先端部を半球状のマイクロレンズ８に形成して光
結合効率の改善を図った例である（ジャーナル オブラ
イトウェーブ テクノロジー ボリューム１１ ナンバ
ー２，２５２頁〜２５７頁，１９９３年２月）。この例
は、光源と光ファイバ端面間距離Ｓ、およびマイクロレ
ンズ８半径Ｒの寸法比率を適切に設計することにより、
透過光角度θ2 を臨界角度θc 以内とする放射光角度θ
1 の範囲を広げることができるという利点をもってい
る。この場合の入射光角度αはα＝θ1 ＋θa となる。
ただし、入射光角度αはブルースター角θB より大きい
場合は、光ファイバ入射端面において反射光量が増加し
て透過光量が減少する欠点をもっている。
【０００５】ブルースター角θB は次の式で表される。 θB ＝ｔａｎ-1ｎ2 ｎ2 ＝１．４７とすれば、θB ＝５５．７７°となる。
放射光角度θ1 の増加につれて球面との交点Ｐ1 と光軸
ｚｚのなす角度θa は急速に大きくなり、容易に入射光
角度αはブルースター１θB に達する。計算によれば、
Ｓ＝１．６Ｒとした場合に、放射光角度θ1 ≒１８°に
おいて入射光角度α≒θB となる。さらに重要なことは
θ1 ≒１８°において透過光角度θ2 ≒３．６°となる
ので、ほぼ光ファイバの臨界角度θc に達する。したが
って、θ1 ＞１８°の放射光は光ファイバコア伝搬光に
ならずに光結合損失になる。さらに図示しないが同文献
による改善案によれば、光ファイバ端面をレーザー加工
機により溶解除去し、放物面に成形することにより、放
射光角度θ1 の大小にかかわらずに透過光角度θ2 ≒０
°とする提案がなされている。しかしながら、前記方法
は加工技術、加工装置等についてさらに検討の余地があ
り、光ファイバ溶解部分の光学特性変化の解明をする必
要がある。
放射光角度θ1 の増加につれて球面との交点Ｐ1 と光軸
ｚｚのなす角度θa は急速に大きくなり、容易に入射光
角度αはブルースター１θB に達する。計算によれば、
Ｓ＝１．６Ｒとした場合に、放射光角度θ1 ≒１８°に
おいて入射光角度α≒θB となる。さらに重要なことは
θ1 ≒１８°において透過光角度θ2 ≒３．６°となる
ので、ほぼ光ファイバの臨界角度θc に達する。したが
って、θ1 ＞１８°の放射光は光ファイバコア伝搬光に
ならずに光結合損失になる。さらに図示しないが同文献
による改善案によれば、光ファイバ端面をレーザー加工
機により溶解除去し、放物面に成形することにより、放
射光角度θ1 の大小にかかわらずに透過光角度θ2 ≒０
°とする提案がなされている。しかしながら、前記方法
は加工技術、加工装置等についてさらに検討の余地があ
り、光ファイバ溶解部分の光学特性変化の解明をする必
要がある。
【０００６】先球ビーム拡大ファイバを用いたＬＤ−Ｓ
ＭＦ結合系の検討と題する論文が発表されている（１９
９０年電子情報通信学会春期全国大会，白石他）。この
提案は光ファイバの先端を半球面としたものであるが、
スタンダードシングルモード光ファイバ（図６参照）の
場合に比較して、中心軸のずれ傾きによる損失が大きい
点が指摘されている。
ＭＦ結合系の検討と題する論文が発表されている（１９
９０年電子情報通信学会春期全国大会，白石他）。この
提案は光ファイバの先端を半球面としたものであるが、
スタンダードシングルモード光ファイバ（図６参照）の
場合に比較して、中心軸のずれ傾きによる損失が大きい
点が指摘されている。
【０００７】後述するように、本発明の光ファイバの先
端面と同様な形状をレンズの第１面に設けた光結合用レ
ンズ（特開昭６２−８１６１５号）の提案がなされてい
る。これらは光軸合わせが容易ではなく傾きの影響が極
めて大きいことについては前述してある。
端面と同様な形状をレンズの第１面に設けた光結合用レ
ンズ（特開昭６２−８１６１５号）の提案がなされてい
る。これらは光軸合わせが容易ではなく傾きの影響が極
めて大きいことについては前述してある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、光源
からの光を直接光ファイバに効果的に結合するためには
種々の困難があるが、他の光学系を用いたり光軸合わせ
をする必要がないから、光源からの光を直接光ファイバ
に結合する構成は極めて魅力的である。本発明の目的
は、光源からの放射光をシングルモード光ファイバ等に
高い結合効率で結合するため、中間にレンズ等を用いる
ことなく、改良された先端形状を有する光源結合用光フ
ァイバを用いた光源結合用の光ファイバインターフェイ
ス、およびその製造方法を提供することにある。
からの光を直接光ファイバに効果的に結合するためには
種々の困難があるが、他の光学系を用いたり光軸合わせ
をする必要がないから、光源からの光を直接光ファイバ
に結合する構成は極めて魅力的である。本発明の目的
は、光源からの放射光をシングルモード光ファイバ等に
高い結合効率で結合するため、中間にレンズ等を用いる
ことなく、改良された先端形状を有する光源結合用光フ
ァイバを用いた光源結合用の光ファイバインターフェイ
ス、およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による光源結合用光ファイバインターフェイ
スは、光源からの光を直接光ファイバ端に入射する形式
の光ファイバインターフェイスであって、前記光ファイ
バコアの入射端面形状を、前記光ファイバの光軸に中心
をもつ半径Ｒの球面と、前記球面に連続する円錐面から
形成し、前記半径Ｒは前記光ファイバのモード半径ωよ
りも小さくして、前記球面および円錐面に入射した光源
からの光を受け入れるように、構成されている。また前
記光源からの光を直接光ファイバ端に入射する形式の光
ファイバインターフェイスにおいて、前記光源と光ファ
イバ端面間距離ＳはＳ≧Ｒとして前記円錐面の傾斜角度
βは前記光ファイバの光軸直角面に対する円錐の傾斜角
度β≧２５°とし、前記光源から前記球面に入射した光
については下記の（１）式、前記光源から前記円錐面に
入射した光については下記の（２）式が成立するように
構成することができる。 θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋θa ）｝／ｎ
1 −θa （１） θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋β）｝／ｎ1
−β （２） ただし、 θc ：光ファイバコアの臨界角度 θ2 ：光ファイバコアへの透過光角度 θ1 ：光源からの放射光角度 ｎ1 ：光ファイバコア屈折率 θa ：放射光角度θ1 の光の球面入射点と球面中心を結
ぶ法線と光ファイバ光軸のなす角度 前記光源結合用光ファイバインターフェイスの製造方法
において、光源からの放射光を受ける光ファイバをフェ
ルールに固定保持し、前記光ファイバの先端面を円筒研
磨機により円錐面を形成する工程と、前記円錐面が形成
された光ファイバの先端を球面研磨装置により研磨する
工程とを含むことができる。
に、本発明による光源結合用光ファイバインターフェイ
スは、光源からの光を直接光ファイバ端に入射する形式
の光ファイバインターフェイスであって、前記光ファイ
バコアの入射端面形状を、前記光ファイバの光軸に中心
をもつ半径Ｒの球面と、前記球面に連続する円錐面から
形成し、前記半径Ｒは前記光ファイバのモード半径ωよ
りも小さくして、前記球面および円錐面に入射した光源
からの光を受け入れるように、構成されている。また前
記光源からの光を直接光ファイバ端に入射する形式の光
ファイバインターフェイスにおいて、前記光源と光ファ
イバ端面間距離ＳはＳ≧Ｒとして前記円錐面の傾斜角度
βは前記光ファイバの光軸直角面に対する円錐の傾斜角
度β≧２５°とし、前記光源から前記球面に入射した光
については下記の（１）式、前記光源から前記円錐面に
入射した光については下記の（２）式が成立するように
構成することができる。 θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋θa ）｝／ｎ
1 −θa （１） θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋β）｝／ｎ1
−β （２） ただし、 θc ：光ファイバコアの臨界角度 θ2 ：光ファイバコアへの透過光角度 θ1 ：光源からの放射光角度 ｎ1 ：光ファイバコア屈折率 θa ：放射光角度θ1 の光の球面入射点と球面中心を結
ぶ法線と光ファイバ光軸のなす角度 前記光源結合用光ファイバインターフェイスの製造方法
において、光源からの放射光を受ける光ファイバをフェ
ルールに固定保持し、前記光ファイバの先端面を円筒研
磨機により円錐面を形成する工程と、前記円錐面が形成
された光ファイバの先端を球面研磨装置により研磨する
工程とを含むことができる。
【００１０】
【実施例】以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。図１は、本発明による光源結合用光ファイバ
インターフェイスの実施例の光源結合用シングルモード
光ファイバの先端形状を示す断面図である。シングルモ
ード光ファイバ１３のコア９、およびクラッド１０の先
端形状はこの光ファイバの光軸（Ｚ−Ｚ）上に中心をも
つ半径Ｒの球面と、同じく光軸を中心軸とし、前記球面
に連続する円錐面１１から形成されている。図中Ｑ点は
前記円錐の頂点に相当する点でＺ軸上にある。この実施
例で光軸に直角な面に対する前記円錐面の傾斜角度β
は、β＝３５°であり、前記球面１２の半径Ｒは、Ｒ＝
５μｍである。
説明する。図１は、本発明による光源結合用光ファイバ
インターフェイスの実施例の光源結合用シングルモード
光ファイバの先端形状を示す断面図である。シングルモ
ード光ファイバ１３のコア９、およびクラッド１０の先
端形状はこの光ファイバの光軸（Ｚ−Ｚ）上に中心をも
つ半径Ｒの球面と、同じく光軸を中心軸とし、前記球面
に連続する円錐面１１から形成されている。図中Ｑ点は
前記円錐の頂点に相当する点でＺ軸上にある。この実施
例で光軸に直角な面に対する前記円錐面の傾斜角度β
は、β＝３５°であり、前記球面１２の半径Ｒは、Ｒ＝
５μｍである。
【００１１】次に前記先端の加工について説明する。ま
ず、シングルモード光ファイバを円筒形のフェルールの
中心孔にワックスで仮接着して円筒研磨装置により円錐
面１１を成形研磨する。次に、光ファイバ先端球面研磨
装置を用いて球面１２を、弾性材質平板の上面に研磨剤
を供給し、前記光ファイバの円錐先端面を弾性材質平板
１２面に押し付けながら前記光ファイバ端面間に自転お
よび公転運動を合成した相対運動を行わせて研磨をす
る。この研磨装置、およびその方法は本件出願人の出願
に係る特願平６−１８４０６０号（特開平 −
）に詳細に示されている。球面研磨装置として
米国特許４，８３１，７８４および４，９７９，３３４
に示されている研磨装置も使用可能である。
ず、シングルモード光ファイバを円筒形のフェルールの
中心孔にワックスで仮接着して円筒研磨装置により円錐
面１１を成形研磨する。次に、光ファイバ先端球面研磨
装置を用いて球面１２を、弾性材質平板の上面に研磨剤
を供給し、前記光ファイバの円錐先端面を弾性材質平板
１２面に押し付けながら前記光ファイバ端面間に自転お
よび公転運動を合成した相対運動を行わせて研磨をす
る。この研磨装置、およびその方法は本件出願人の出願
に係る特願平６−１８４０６０号（特開平 −
）に詳細に示されている。球面研磨装置として
米国特許４，８３１，７８４および４，９７９，３３４
に示されている研磨装置も使用可能である。
【００１２】球面の研磨完了後に全体を１２０℃に加熱
して固定用のワックスを溶かして光ファイバをフェルー
ルの中心孔から外して完成した。このようにして製造さ
れた光源結合用光ファイバは平板面に設けた整列Ｖ溝に
取り付けて使用することができる。前述とは別に、光源
結合用光ファイバをフェルールに取り付けた状態で使用
する場合は、永久接着で良いので、当初から接着剤とし
てワックスの代わりにエポキシ接着剤、またはハンダ付
けなどで固定することができる。
して固定用のワックスを溶かして光ファイバをフェルー
ルの中心孔から外して完成した。このようにして製造さ
れた光源結合用光ファイバは平板面に設けた整列Ｖ溝に
取り付けて使用することができる。前述とは別に、光源
結合用光ファイバをフェルールに取り付けた状態で使用
する場合は、永久接着で良いので、当初から接着剤とし
てワックスの代わりにエポキシ接着剤、またはハンダ付
けなどで固定することができる。
【００１３】図２は本発明の光結合用光ファイバ先端と
光源との関係を示す説明図である。円錐面傾斜角度β＝
３５°、光源１と光結合用光ファイバ１３の先端面間の
距離Ｓを先端の球面１２の半径Ｒと関連して決定し、Ｓ
＝１．６Ｒとする。まず球面１２の部分に入射する光源
からの光について検討する。光源１からの放射光の光入
射点Ｐi と光軸ｚｚ間の角度θa とする。なおθa は、
θa ＜β＝３５°の関係になる。球面部に入射した光に
ついて検討する。入射点Ｐi に入射した光の入射角αi
は次の式で計算できる。 αi ＝θ1 ＋β＝ｔａｎ-1・｛ｓｉｎθa ／（２．６−
ｃｏｓθa ）｝＋β θa ＝３５°の場合は、放射光角度θ1 ＝１７．８５
°、入射光角度αi ＝５２．８５°となり、したがっ
て、放射光角度θ1 ≦１７．８５°までの光は球面部分
に入射する。次に前記球面の外側、すなわち円錐面に入
射した光について検討する。放射光角度θ1 ≦１７．８
５°以上の光の光入射点Ｐ0 における入射光角度α0は
次の式で計算できる。 α0 ＝θ1 ＋β＝θ1 ＋３５ したがって、入射光角度α0 は円錐角度β＝３５°に放
射光角度θ1 が加算されたものである。従来の図５に示
した先端が球状の光ファイバ方式に比較して、大きな放
射光角度θ1 の光までθ2 ≦±θc の条件下で入射可能
となる。
光源との関係を示す説明図である。円錐面傾斜角度β＝
３５°、光源１と光結合用光ファイバ１３の先端面間の
距離Ｓを先端の球面１２の半径Ｒと関連して決定し、Ｓ
＝１．６Ｒとする。まず球面１２の部分に入射する光源
からの光について検討する。光源１からの放射光の光入
射点Ｐi と光軸ｚｚ間の角度θa とする。なおθa は、
θa ＜β＝３５°の関係になる。球面部に入射した光に
ついて検討する。入射点Ｐi に入射した光の入射角αi
は次の式で計算できる。 αi ＝θ1 ＋β＝ｔａｎ-1・｛ｓｉｎθa ／（２．６−
ｃｏｓθa ）｝＋β θa ＝３５°の場合は、放射光角度θ1 ＝１７．８５
°、入射光角度αi ＝５２．８５°となり、したがっ
て、放射光角度θ1 ≦１７．８５°までの光は球面部分
に入射する。次に前記球面の外側、すなわち円錐面に入
射した光について検討する。放射光角度θ1 ≦１７．８
５°以上の光の光入射点Ｐ0 における入射光角度α0は
次の式で計算できる。 α0 ＝θ1 ＋β＝θ1 ＋３５ したがって、入射光角度α0 は円錐角度β＝３５°に放
射光角度θ1 が加算されたものである。従来の図５に示
した先端が球状の光ファイバ方式に比較して、大きな放
射光角度θ1 の光までθ2 ≦±θc の条件下で入射可能
となる。
【００１４】図３は各光ファイバインターフェイスにお
ける光源結合光ファイバの放射光角度θ1 と透過光角度
θ2 との関係を比較して示したグラフである。本発明の
光源結合光ファイバの特性Ａ、従来の図５に示した先端
が球状の光ファイバを使用した光源結合光ファイバの特
性Ｂ、および図６に示した直角端面光ファイバを使用し
た光源結合光ファイバの特性Ｃについて示してある。図
より明らかなように、光源結合光ファイバＡはθ2 ≦±
θc の条件下で、放射光角度θ1 ≒３２°までの光が光
ファイバ伝搬光となるのに比較して、光源結合光ファイ
バＢは放射光角度θ1 ≒１８°までの光のみ光ファイバ
伝搬光となる。さらに光源結合光ファイバＣは放射光角
度θ1 ≒５．３°までの光のみ光ファイバ伝搬光となる
にすぎない。
ける光源結合光ファイバの放射光角度θ1 と透過光角度
θ2 との関係を比較して示したグラフである。本発明の
光源結合光ファイバの特性Ａ、従来の図５に示した先端
が球状の光ファイバを使用した光源結合光ファイバの特
性Ｂ、および図６に示した直角端面光ファイバを使用し
た光源結合光ファイバの特性Ｃについて示してある。図
より明らかなように、光源結合光ファイバＡはθ2 ≦±
θc の条件下で、放射光角度θ1 ≒３２°までの光が光
ファイバ伝搬光となるのに比較して、光源結合光ファイ
バＢは放射光角度θ1 ≒１８°までの光のみ光ファイバ
伝搬光となる。さらに光源結合光ファイバＣは放射光角
度θ1 ≒５．３°までの光のみ光ファイバ伝搬光となる
にすぎない。
【００１５】図４はレーザダイオード（ＬＤ）光源使用
時において前述の光源結合光ファイバＡ，Ｂ，Ｃについ
て、付加的な他の損失を無視したときの光結合効率
ηA ，ηB ，ηC の一例を示す図である。図より明らか
なように、光源結合光ファイバＡはθ2 ≦±θc の条件
下で、光結合効率ηA ≒８３％となるのに比較して、光
源結合光ファイバＢはηB ≒５９％、さらに光源結合光
ファイバＣはηC ≒１９％となるにすぎない。実際に
は、端面における光反射、光軸の整列誤差により、シン
グルモード光ファイバにおける実際の光結合効率は上記
の数値の７０％程度と見込まれる。
時において前述の光源結合光ファイバＡ，Ｂ，Ｃについ
て、付加的な他の損失を無視したときの光結合効率
ηA ，ηB ，ηC の一例を示す図である。図より明らか
なように、光源結合光ファイバＡはθ2 ≦±θc の条件
下で、光結合効率ηA ≒８３％となるのに比較して、光
源結合光ファイバＢはηB ≒５９％、さらに光源結合光
ファイバＣはηC ≒１９％となるにすぎない。実際に
は、端面における光反射、光軸の整列誤差により、シン
グルモード光ファイバにおける実際の光結合効率は上記
の数値の７０％程度と見込まれる。
【００１６】以上述べた本発明の実施例の光ファイバ端
面の円錐角度β、球面半径Ｒ、および光源と光ファイバ
端面間距離Ｓの数値は標準的なシングルモード光ファイ
バを使用した場合の一例であり、使用する光ファイバの
パラメータにより次の式を同時に満足する最適数値を設
計選択しなければならない。光ファイバの球面部入射光
については、 θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋θa ）／ｎ1 ｝−θa （１） 光ファイバの円錐部入射光については、 θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋β）／ｎ1 ｝−β （２）
面の円錐角度β、球面半径Ｒ、および光源と光ファイバ
端面間距離Ｓの数値は標準的なシングルモード光ファイ
バを使用した場合の一例であり、使用する光ファイバの
パラメータにより次の式を同時に満足する最適数値を設
計選択しなければならない。光ファイバの球面部入射光
については、 θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋θa ）／ｎ1 ｝−θa （１） 光ファイバの円錐部入射光については、 θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋β）／ｎ1 ｝−β （２）
【００１７】
【発明の効果】以上詳しく説明した本発明による光源結
合用光ファイバインターフェイスは、光源結合用光ファ
イバの受光端面形状を、光源からの放射光角度の小さい
光は光ファイバの球面部分で受光し、放射光角度の大き
い光は光ファイバの円錐部分で受光するように構成され
ている。広い範囲の放射光角度の光をシングルモード光
ファイバの臨界角度以内の透過光角度に変換できる。し
たがって、光源とシングルモード光ファイバの結合効率
を改善できる。さらに本発明の光源結合用光ファイバ端
面の製作は、従来の製造技術、設備で容易に製造可能で
ある実施上の利点をもっている。さらに、標準型のシン
グルモード光ファイバ以外の光ファイバ、例えば分散シ
フト型光ファイバ，定偏波光ファイバ、および加熱によ
りモードフィールド直径を２０〜４０μｍに任意に拡大
したシングルモード光ファイバなどにも各パラメータの
数値を選択することにより適用できる。
合用光ファイバインターフェイスは、光源結合用光ファ
イバの受光端面形状を、光源からの放射光角度の小さい
光は光ファイバの球面部分で受光し、放射光角度の大き
い光は光ファイバの円錐部分で受光するように構成され
ている。広い範囲の放射光角度の光をシングルモード光
ファイバの臨界角度以内の透過光角度に変換できる。し
たがって、光源とシングルモード光ファイバの結合効率
を改善できる。さらに本発明の光源結合用光ファイバ端
面の製作は、従来の製造技術、設備で容易に製造可能で
ある実施上の利点をもっている。さらに、標準型のシン
グルモード光ファイバ以外の光ファイバ、例えば分散シ
フト型光ファイバ，定偏波光ファイバ、および加熱によ
りモードフィールド直径を２０〜４０μｍに任意に拡大
したシングルモード光ファイバなどにも各パラメータの
数値を選択することにより適用できる。
【図１】本発明による光源結合用光ファイバインターフ
ェイスに用いる光ファイバの先端形状を示す断面図であ
る。
ェイスに用いる光ファイバの先端形状を示す断面図であ
る。
【図２】前記形状の光ファイバ先端面に入射した光の行
路を説明するための光路図である。
路を説明するための光路図である。
【図３】本発明の光源結合光ファイバＡ、従来の図５に
示した先端が球状の光ファイバを使用した光源結合光フ
ァイバＢ、および図６に示した直角端面光ファイバを使
用した光源結合光ファイバＣについて、放射光角度θ1
と透過光角度θ2 の関係を示した比較図である。
示した先端が球状の光ファイバを使用した光源結合光フ
ァイバＢ、および図６に示した直角端面光ファイバを使
用した光源結合光ファイバＣについて、放射光角度θ1
と透過光角度θ2 の関係を示した比較図である。
【図４】レーザーダイオード（ＬＤ）光源使用時におい
て前述の光源結合光ファイバＡ，Ｂ，Ｃについて、付加
的な他の損失を無視したときの光結合効率ηA ，ηB ，
ηC の一例を示す図である。
て前述の光源結合光ファイバＡ，Ｂ，Ｃについて、付加
的な他の損失を無視したときの光結合効率ηA ，ηB ，
ηC の一例を示す図である。
【図５】従来の先端が球状の光ファイバを使用した光源
結合光ファイバの先端の概略図および光路図である。
結合光ファイバの先端の概略図および光路図である。
【図６】光入射端面を光軸に対して直角面としたシング
ルモード光ファイバの光結合装置の従来例を示す略図で
ある。
ルモード光ファイバの光結合装置の従来例を示す略図で
ある。
１ レーザダイオード（ＬＤ）などの光源 ２，５，９ 光ファイバコア ３，６，１０ 光ファイバクラッド ４ 放射光 ７ テーパ ８ マイクロレンズ １１ 円錐面 １２ 球面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/42 G02B 6/10
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの光を直接光ファイバ端に入射
する形式の光ファイバインターフェイスであって、 前記光ファイバコアの入射端面形状を、前記光ファイバ
の光軸に中心をもつ半径Ｒの球面と、前記球面に連続す
る円錐面から形成し、 前記半径Ｒは前記光ファイバのモード半径ωよりも小さ
くして、 前記球面および円錐面に入射した光源からの光を受け入
れるように、 構成した光源結合用光ファイバインターフェイス。 - 【請求項２】 請求項１記載の光源からの光を直接光フ
ァイバ端に入射する形式の光ファイバインターフェイス
であって、 前記光源と光ファイバ端面間距離ＳはＳ≧Ｒとして前記
円錐面の傾斜角度βは前記光ファイバの光軸直角面に対
する円錐の傾斜角度β≧２５°とし、 前記光源から前記球面に入射した光については下記の
（１）式、前記光源から前記円錐面に入射した光につい
ては下記の（２）式が成立する光源結合用光ファイバイ
ンターフェイス。 θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋θa ）｝／ｎ
1 −θa （１） θc ≧θ2 ＝ｓｉｎ-1・｛ｓｉｎ（θ1 ＋β）｝／ｎ1
−β （２） ただし、 θc ：光ファイバコアの臨界角度 θ2 ：光ファイバコアへの透過光角度 θ1 ：光源からの放射光角度 ｎ1 ：光ファイバコア屈折率 θa ：放射光角度θ1 の光の球面入射点と球面中心を結
ぶ法線と光ファイバ光軸のなす角度 - 【請求項３】 請求項１記載の光源結合用光ファイバイ
ンターフェイスの製造方法において、 光源からの放射光を受ける光ファイバをフェルールに固
定保持し、 前記光ファイバの先端面を円筒研磨機により円錐面を形
成する工程と、 前記円錐面が形成された光ファイバの先端を球面研磨装
置により研磨する工程を含む光源結合用光ファイバイン
ターフェイスの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6303040A JP3067968B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 光源結合用光ファイバインターフェイスおよびその製造方法 |
| US08/426,914 US5600744A (en) | 1994-11-11 | 1995-04-21 | Optical fiber light coupling interface and method for making same |
| EP95109342A EP0712014B1 (en) | 1994-11-11 | 1995-06-16 | Optical fiber light coupling interface and method for making same |
| DE69512347T DE69512347T2 (de) | 1994-11-11 | 1995-06-16 | Ankoppelende einer optischen Glasfaser und Herstellungsverfahren dafür |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6303040A JP3067968B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 光源結合用光ファイバインターフェイスおよびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08136772A JPH08136772A (ja) | 1996-05-31 |
| JP3067968B2 true JP3067968B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=17916204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6303040A Expired - Fee Related JP3067968B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 光源結合用光ファイバインターフェイスおよびその製造方法 |
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| Country | Link |
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| EP (1) | EP0712014B1 (ja) |
| JP (1) | JP3067968B2 (ja) |
| DE (1) | DE69512347T2 (ja) |
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| US5832150A (en) * | 1996-07-08 | 1998-11-03 | Laser Power Corporation | Side injection fiber optic coupler |
| DE69807972T2 (de) * | 1997-04-15 | 2003-06-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optisches Modul |
| US6415087B1 (en) * | 1997-06-04 | 2002-07-02 | Corning Laserton, Inc. | Polished fused optical fiber endface |
| US6519386B1 (en) * | 1998-01-30 | 2003-02-11 | Coretek, Inc. | Light coupling apparatus and method |
| JP2000314831A (ja) * | 1999-04-30 | 2000-11-14 | Seikoh Giken Co Ltd | 楔形レンズ付き光ファイバ |
| US6883975B2 (en) * | 2001-02-12 | 2005-04-26 | Polymicro Technologies, Inc. | Connector ferrule and method of sealing |
| DE10132982B4 (de) * | 2001-07-06 | 2006-10-19 | Audi Ag | Einrichtung zum Erfassen optischer Informationen |
| US7128943B1 (en) | 2002-02-20 | 2006-10-31 | University Of South Florida | Methods for fabricating lenses at the end of optical fibers in the far field of the fiber aperture |
| DE10257128B3 (de) | 2002-12-05 | 2004-05-27 | Schott Glas | Vorrichtung zur Einkopplung von Licht in einen Lichtleiter |
| WO2005050271A1 (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-02 | Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha | レンズ付き光ファイバ |
| JP2006195097A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Moritex Corp | レンズ付きファイバ及びレンズ付きファイバにおける非球面レンズ形成方法 |
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| US9976192B2 (en) | 2006-03-10 | 2018-05-22 | Ldip, Llc | Waveguide-based detection system with scanning light source |
| US9423397B2 (en) | 2006-03-10 | 2016-08-23 | Indx Lifecare, Inc. | Waveguide-based detection system with scanning light source |
| US8675199B2 (en) * | 2006-03-10 | 2014-03-18 | Plc Diagnostics, Inc. | Waveguide-based detection system with scanning light source |
| US7951583B2 (en) | 2006-03-10 | 2011-05-31 | Plc Diagnostics, Inc. | Optical scanning system |
| US8288157B2 (en) | 2007-09-12 | 2012-10-16 | Plc Diagnostics, Inc. | Waveguide-based optical scanning systems |
| GB2461026B (en) * | 2008-06-16 | 2011-03-09 | Plc Diagnostics Inc | System and method for nucleic acids sequencing by phased synthesis |
| JP2010266580A (ja) | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Hoya Corp | 共焦点光学システム |
| US9304268B2 (en) * | 2012-01-12 | 2016-04-05 | Tyco Electronics Corporation | Optical interposer with ninety degree light bending |
| JP6073636B2 (ja) * | 2012-10-17 | 2017-02-01 | 株式会社フジクラ | レーザモジュール |
| US10018566B2 (en) | 2014-02-28 | 2018-07-10 | Ldip, Llc | Partially encapsulated waveguide based sensing chips, systems and methods of use |
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| US10981807B1 (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-20 | Bolb Inc. | Disinfecting fluid using disinfection light |
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| JPH0638128B2 (ja) | 1985-10-07 | 1994-05-18 | 沖電気工業株式会社 | 光結合用レンズ |
| JPS61165709A (ja) * | 1985-12-06 | 1986-07-26 | Hitachi Ltd | 光フアイバおよびその製造方法 |
| JPS63300852A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-08 | Seiko Giken:Kk | 光ファイバの端面研磨装置 |
| IT1223014B (it) * | 1987-10-29 | 1990-09-12 | Pirelli Cavi Spa | Connettore per fibre ottiche a fascio espanso |
| JPH0767663B2 (ja) * | 1989-06-23 | 1995-07-26 | 株式会社精工技研 | 光ファイバ端面研磨装置 |
| JPH0519139A (ja) * | 1991-07-12 | 1993-01-29 | Citizen Watch Co Ltd | 光コネクタおよびその端面加工方法 |
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-
1994
- 1994-11-11 JP JP6303040A patent/JP3067968B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-04-21 US US08/426,914 patent/US5600744A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1995-06-16 DE DE69512347T patent/DE69512347T2/de not_active Expired - Fee Related
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