JP3282889B2 - レンズ付き光ファイバ - Google Patents
レンズ付き光ファイバ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
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
- G02B6/322—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends and having centering means being part of the lens for the self-positioning of the lightguide at the focal point, e.g. holes, wells, indents, nibs
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- G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
- G02B6/2552—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- 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
- G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
- G02B6/4203—Optical features
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレンズ付き光ファイバに
関し、更に詳しくは、半導体レーザ（光源）との結合を
高効率で行うことができるレンズ付き光ファイバに関す
る。
関し、更に詳しくは、半導体レーザ（光源）との結合を
高効率で行うことができるレンズ付き光ファイバに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信システムに組み込む発光素
子モジュールは、光源である半導体レーザと光ファイバ
の間にそのレーザ光を光ファイバのコアに集光するレン
ズ、例えば、球レンズ，セルフォックレンズ、または非
球面レンズなどを介挿することにより構成されている。
このモジュールは、半導体レーザと光ファイバとの間に
おける結合効率を高くすることが必要であるため、両者
の結合パワーが最大となるように半導体レーザとレンズ
と光ファイバのコアとを調心して組み立てられる。
子モジュールは、光源である半導体レーザと光ファイバ
の間にそのレーザ光を光ファイバのコアに集光するレン
ズ、例えば、球レンズ，セルフォックレンズ、または非
球面レンズなどを介挿することにより構成されている。
このモジュールは、半導体レーザと光ファイバとの間に
おける結合効率を高くすることが必要であるため、両者
の結合パワーが最大となるように半導体レーザとレンズ
と光ファイバのコアとを調心して組み立てられる。
【０００３】しかしながら、この結合系の場合は、調心
作業が煩雑であるとともに、１本の光ファイバに１個の
半導体レーザの調心が対応するため、全体の集積化は略
不可能であり、モジュールの小型化や低価格化にとって
難点がある。ところで、既に、光ファイバの端面に直接
レンズ部を形成したレンズ付き光ファイバが提案されて
いる。この光ファイバは、それ自体の端面がレンズ機能
を備えているため、上記モジュールの製造に際しては、
部品点数が減少し、しかも調心作業の工数を低減するこ
とができ、コスト低減に資するという利点がある。この
レンズ付き光ファイバは、図１３で示したように、コア
１ａとクラッド１ｂとから成る光ファイバ本体１の先端
にレンズ部２を一体形成したものである。この光ファイ
バは、例えばそれが石英系光ファイバである場合には、
その石英系光ファイバを例えばバーナのような加熱手段
で局部加熱しながら長手方向に引っ張って当該加熱部を
所定の線径になるまで延伸したのちその延伸部を切断
し、ついでその切断部分を加熱溶融して製造される。
作業が煩雑であるとともに、１本の光ファイバに１個の
半導体レーザの調心が対応するため、全体の集積化は略
不可能であり、モジュールの小型化や低価格化にとって
難点がある。ところで、既に、光ファイバの端面に直接
レンズ部を形成したレンズ付き光ファイバが提案されて
いる。この光ファイバは、それ自体の端面がレンズ機能
を備えているため、上記モジュールの製造に際しては、
部品点数が減少し、しかも調心作業の工数を低減するこ
とができ、コスト低減に資するという利点がある。この
レンズ付き光ファイバは、図１３で示したように、コア
１ａとクラッド１ｂとから成る光ファイバ本体１の先端
にレンズ部２を一体形成したものである。この光ファイ
バは、例えばそれが石英系光ファイバである場合には、
その石英系光ファイバを例えばバーナのような加熱手段
で局部加熱しながら長手方向に引っ張って当該加熱部を
所定の線径になるまで延伸したのちその延伸部を切断
し、ついでその切断部分を加熱溶融して製造される。
【０００４】このとき、コア１ａを中心とする最先端部
２ａは表面張力により球面となり、その部分でレンズ機
能が発現する。そして、この最先端部２ａから光ファイ
バ本体１の外周までの間２ｂは、加熱延伸時の条件によ
って決まる所定の傾斜をもったテーパ部になっている。
ところで、上記したレンズ付き光ファイバを半導体レー
ザに結合した場合、半導体レーザ３の発光面３ａから発
信するレーザ光は、円錐状に放射していくが、それらレ
ーザ光のうち、図１３で示したように、最先端のコア球
面２ａに入射する光はそのままコア１ａの中を矢印ｐの
ように伝搬して光通信に供される。
２ａは表面張力により球面となり、その部分でレンズ機
能が発現する。そして、この最先端部２ａから光ファイ
バ本体１の外周までの間２ｂは、加熱延伸時の条件によ
って決まる所定の傾斜をもったテーパ部になっている。
ところで、上記したレンズ付き光ファイバを半導体レー
ザに結合した場合、半導体レーザ３の発光面３ａから発
信するレーザ光は、円錐状に放射していくが、それらレ
ーザ光のうち、図１３で示したように、最先端のコア球
面２ａに入射する光はそのままコア１ａの中を矢印ｐの
ように伝搬して光通信に供される。
【０００５】したがって、このレンズ付き光ファイバと
半導体レーザ３との結合効率を高めようとする場合に
は、半導体レーザ３の発光面３ａからのレーザ光をいか
に効率よくコア球面２ａに集中し、かつコア１ａに集光
するかという問題が重要になる。しかしながら、上記構
造のレンズ付き光ファイバにおいては、コア球面２ａの
集光面積は小さく、そのため、軸ずれや角度ずれの許容
量であるトレランスが非常に狭いという問題がある。ま
た、上記レンズ付き光ファイバの場合、コア球面２ａの
半径は５μｍ程度にすることが必要とされている。
半導体レーザ３との結合効率を高めようとする場合に
は、半導体レーザ３の発光面３ａからのレーザ光をいか
に効率よくコア球面２ａに集中し、かつコア１ａに集光
するかという問題が重要になる。しかしながら、上記構
造のレンズ付き光ファイバにおいては、コア球面２ａの
集光面積は小さく、そのため、軸ずれや角度ずれの許容
量であるトレランスが非常に狭いという問題がある。ま
た、上記レンズ付き光ファイバの場合、コア球面２ａの
半径は５μｍ程度にすることが必要とされている。
【０００６】したがって、半導体レーザ３との結合効率
を高めるためには、上記コア球面２ａの加工精度を高め
なければならないが、この作業は、光ファイバの外径が
高々１００μｍ程度であることを考えると、非常に煩雑
であり、しかも再現性に欠けるという問題がある。ま
た、結合系の構成においては、レンズ付き光ファイバの
先端と半導体レーザとを１０μｍ程度にまで近接して両
者を配置することが必要とされる。
を高めるためには、上記コア球面２ａの加工精度を高め
なければならないが、この作業は、光ファイバの外径が
高々１００μｍ程度であることを考えると、非常に煩雑
であり、しかも再現性に欠けるという問題がある。ま
た、結合系の構成においては、レンズ付き光ファイバの
先端と半導体レーザとを１０μｍ程度にまで近接して両
者を配置することが必要とされる。
【０００７】その場合、図１３で示したように、レンズ
付き光ファイバのコア球面２ａを半導体レーザ３に可能
な限り近接させることにより、レーザ光を効率よくコア
球面２ａに集中させようとすると、その配置作業の過程
で、レンズ付き光ファイバの先端を半導体レーザ３の発
光面３ａに衝突させてそのレーザ共振面の破損やレンズ
部２の破損を引き起こすことがあり、また、コア球面２
ａにおける反射光が半導体レーザ３に入射して半導体レ
ーザ３の放射光パワーが著しく不安定になるという問題
が発生しやすくなる。
付き光ファイバのコア球面２ａを半導体レーザ３に可能
な限り近接させることにより、レーザ光を効率よくコア
球面２ａに集中させようとすると、その配置作業の過程
で、レンズ付き光ファイバの先端を半導体レーザ３の発
光面３ａに衝突させてそのレーザ共振面の破損やレンズ
部２の破損を引き起こすことがあり、また、コア球面２
ａにおける反射光が半導体レーザ３に入射して半導体レ
ーザ３の放射光パワーが著しく不安定になるという問題
が発生しやすくなる。
【０００８】このような事態を避けるために、図１４で
示したように、レンズ付き光ファイバの先端と半導体レ
ーザ３との距離を大きくすると、半導体レーザ３からの
レーザ光の拡がり角が大きくなるため、レーザ光の多く
はテーパ部２ｂに入射しそこで屈折してクラッド１ｂを
伝搬したのち矢印ｑのような軌跡を描いてクラッド１ｂ
内を伝搬していくので、両者間における結合損失は急激
に増大するという事態が引き起こされる。
示したように、レンズ付き光ファイバの先端と半導体レ
ーザ３との距離を大きくすると、半導体レーザ３からの
レーザ光の拡がり角が大きくなるため、レーザ光の多く
はテーパ部２ｂに入射しそこで屈折してクラッド１ｂを
伝搬したのち矢印ｑのような軌跡を描いてクラッド１ｂ
内を伝搬していくので、両者間における結合損失は急激
に増大するという事態が引き起こされる。
【０００９】従来のレンズ付き光ファイバにおける上記
したような問題を解決するために、本発明者らは、図１
５で示したような構造のレンズ付き光ファイバを開発
し、それを既に、特願平４−３４８０１９号として出願
した。このレンズ付き光ファイバは、コア１ａに至るま
での先端部が屈折率均一な光学材料から成る入射導波光
伝搬部４になっていて、その端面４ａは光ファイバ本体
１の半径と略等しい半径の球面や放物線形状のような凸
曲面になっている。したがって、半導体レーザ３と結合
したときには、その半導体レーザ３の発光面３ａから円
錐状に放射されたレーザ光（導波光）のうち上記先端の
球面４ａに入射したレーザ光は、その球面４ａで屈折し
入射導波光伝搬部４を導波したのち、光ファイバ本体１
のコア１ａの先端１ｃで集光される。
したような問題を解決するために、本発明者らは、図１
５で示したような構造のレンズ付き光ファイバを開発
し、それを既に、特願平４−３４８０１９号として出願
した。このレンズ付き光ファイバは、コア１ａに至るま
での先端部が屈折率均一な光学材料から成る入射導波光
伝搬部４になっていて、その端面４ａは光ファイバ本体
１の半径と略等しい半径の球面や放物線形状のような凸
曲面になっている。したがって、半導体レーザ３と結合
したときには、その半導体レーザ３の発光面３ａから円
錐状に放射されたレーザ光（導波光）のうち上記先端の
球面４ａに入射したレーザ光は、その球面４ａで屈折し
入射導波光伝搬部４を導波したのち、光ファイバ本体１
のコア１ａの先端１ｃで集光される。
【００１０】このとき、光ファイバ本体１のコア先端１
ｃは上記した凸曲面の焦点近傍に位置しているので、図
１３で示したレンズ付き光ファイバの場合に比べて、光
ファイバ本体１のコア１ａに集光する光量は著しく増量
する。すなわち、このレンズ付き光ファイバを用いたと
きは、半導体レーザとの結合効率が高くなるとともに、
半導体レーザ３の発光面３ａと端面４ａとの距離を大き
くとることができる。そのため、半導体レーザアレイと
の集積化も可能になるという効果が得られる。
ｃは上記した凸曲面の焦点近傍に位置しているので、図
１３で示したレンズ付き光ファイバの場合に比べて、光
ファイバ本体１のコア１ａに集光する光量は著しく増量
する。すなわち、このレンズ付き光ファイバを用いたと
きは、半導体レーザとの結合効率が高くなるとともに、
半導体レーザ３の発光面３ａと端面４ａとの距離を大き
くとることができる。そのため、半導体レーザアレイと
の集積化も可能になるという効果が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たレンズ付き光ファイバの場合、入射導波光伝搬部４の
端面４ａは球面形状であるため、コア１ａの先端１ｃに
到達したレーザ光には収差が発生する。従来、このよう
な収差をなくすために、光ファイバの先端を例えばＣＯ
2レーザを用いて双曲線状の非球面に加工することが提
案されている（Ｈ．Ｍ．Presby.,et al. Appl. Opt.,26
92(1991）を参照）。
たレンズ付き光ファイバの場合、入射導波光伝搬部４の
端面４ａは球面形状であるため、コア１ａの先端１ｃに
到達したレーザ光には収差が発生する。従来、このよう
な収差をなくすために、光ファイバの先端を例えばＣＯ
2レーザを用いて双曲線状の非球面に加工することが提
案されている（Ｈ．Ｍ．Presby.,et al. Appl. Opt.,26
92(1991）を参照）。
【００１２】しかし、この方法で加工した端面を有する
光ファイバを半導体レーザの発光面と結合する場合に
は、両者の間隔を極端に狭くしなければならないため
に、この光ファイバは実用的なものであるということは
できない。本発明は、特願平４−３４８０１９号で提案
したレンズ付き光ファイバを改良したものであり、上記
文献で提案されている非球面レンズを備えた光ファイバ
における問題を解決し、半導体レーザの発光面との距離
を長くしても高い結合効率を発揮することが可能な非球
面の端面形状を有するレンズ付き光ファイバの提供を目
的とする。
光ファイバを半導体レーザの発光面と結合する場合に
は、両者の間隔を極端に狭くしなければならないため
に、この光ファイバは実用的なものであるということは
できない。本発明は、特願平４−３４８０１９号で提案
したレンズ付き光ファイバを改良したものであり、上記
文献で提案されている非球面レンズを備えた光ファイバ
における問題を解決し、半導体レーザの発光面との距離
を長くしても高い結合効率を発揮することが可能な非球
面の端面形状を有するレンズ付き光ファイバの提供を目
的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】まず、本発明者らは、図
１で示したように、半導体レーザの発光面とレンズ付き
光ファイバを同軸的に配置した場合における導波光の軌
跡に関して解析を行った。図において、このレンズ付き
光ファイバは、光ファイバ本体１の先端部に屈折率が均
一な値ｎになっている入射導波光伝搬部４が一体形成さ
れ、その入射導波光伝搬部４の外形は非球面の凸曲面４
ａをなし、また、コア１ａの先端１ｃは、形成されてい
る入射導波光伝搬部４の焦点近傍に位置していて、コア
先端１ｃから入射導波光伝搬部４の最先端部４ｂまでの
距離はＬになっている。
１で示したように、半導体レーザの発光面とレンズ付き
光ファイバを同軸的に配置した場合における導波光の軌
跡に関して解析を行った。図において、このレンズ付き
光ファイバは、光ファイバ本体１の先端部に屈折率が均
一な値ｎになっている入射導波光伝搬部４が一体形成さ
れ、その入射導波光伝搬部４の外形は非球面の凸曲面４
ａをなし、また、コア１ａの先端１ｃは、形成されてい
る入射導波光伝搬部４の焦点近傍に位置していて、コア
先端１ｃから入射導波光伝搬部４の最先端部４ｂまでの
距離はＬになっている。
【００１４】ここで、このレンズ付き光ファイバの入射
導波光伝搬部４の最先端部４ｂを半導体レーザ３の発光
面３ａと距離ｋを置いて同軸的に配置し、発光面３ａか
ら出射したレーザ光が凸曲面４ａの任意の点Ｐに入射
し、そこから入射導波光伝搬部４内を導波してコア先端
１ｃで集光される場合を考える。図１で示した半導体レ
ーザ３とレンズ付き光ファイバとの配置状態において、
発光面３ａ−最先端部４ｂ−コア先端１ｃがなす光軸方
向をＸ軸，レンズ付き光ファイバの径方向をＹ軸とする
Ｘ−Ｙ座標系を想定して、かつ、入射導波光伝搬部の最
先端部４ｂの位置座標を（０，０）とすると、半導体レ
ーザの発光面３ａの位置座標は（−ｋ，０）、コア先端
１ｃの位置座標は（Ｌ，０）となる。
導波光伝搬部４の最先端部４ｂを半導体レーザ３の発光
面３ａと距離ｋを置いて同軸的に配置し、発光面３ａか
ら出射したレーザ光が凸曲面４ａの任意の点Ｐに入射
し、そこから入射導波光伝搬部４内を導波してコア先端
１ｃで集光される場合を考える。図１で示した半導体レ
ーザ３とレンズ付き光ファイバとの配置状態において、
発光面３ａ−最先端部４ｂ−コア先端１ｃがなす光軸方
向をＸ軸，レンズ付き光ファイバの径方向をＹ軸とする
Ｘ−Ｙ座標系を想定して、かつ、入射導波光伝搬部の最
先端部４ｂの位置座標を（０，０）とすると、半導体レ
ーザの発光面３ａの位置座標は（−ｋ，０）、コア先端
１ｃの位置座標は（Ｌ，０）となる。
【００１５】今、レーザ光の凸曲面４ａへの入射点Ｐの
位置座標を（ｚ，ｒ）として、発光面３ａ→最先端部４
ｂ→入射導波光伝搬部４→コア先端１ｃの光路（１）を
伝搬するレーザ光と、発光面３ａ→入射点Ｐ→入射導波
光伝搬部４→コア先端１ｃの光路（２）を伝搬するレー
ザ光との間で位相差が発生しなくなる条件を考察する。
位置座標を（ｚ，ｒ）として、発光面３ａ→最先端部４
ｂ→入射導波光伝搬部４→コア先端１ｃの光路（１）を
伝搬するレーザ光と、発光面３ａ→入射点Ｐ→入射導波
光伝搬部４→コア先端１ｃの光路（２）を伝搬するレー
ザ光との間で位相差が発生しなくなる条件を考察する。
【００１６】まず、光路（１）を伝搬するレーザ光の光
学距離は、ｋ＋ｎＬで与えられる。また、光路（２）を
伝搬するレーザ光の光学距離は、
学距離は、ｋ＋ｎＬで与えられる。また、光路（２）を
伝搬するレーザ光の光学距離は、
【００１７】
【数３】
【００１８】で与えられる。したがって、各光路を伝搬
するレーザ光の間で位相差が発生しないためには、各レ
ーザ光の光学距離が同一であればよいわけであるので、
次式：
するレーザ光の間で位相差が発生しないためには、各レ
ーザ光の光学距離が同一であればよいわけであるので、
次式：
【００１９】
【数４】
【００２０】が成立しなければならない。すなわち、図
１で示したような半導体レーザ３とレンズ付き光ファイ
バとの配置状態において、レンズ付き光ファイバの入射
導波光伝搬部４の凸曲面４ａの形状が、（１）式を満た
すようなｚ，ｒ値をもって形成されていれば、コア先端
１ｃで集光されるレーザ光には位相差が発生しなくな
る。
１で示したような半導体レーザ３とレンズ付き光ファイ
バとの配置状態において、レンズ付き光ファイバの入射
導波光伝搬部４の凸曲面４ａの形状が、（１）式を満た
すようなｚ，ｒ値をもって形成されていれば、コア先端
１ｃで集光されるレーザ光には位相差が発生しなくな
る。
【００２１】本発明のレンズ付き光ファイバは、上記し
た解析に基づいて開発されたものである。すなわち、本
発明のレンズ付き光ファイバは、コアとクラッドから成
る光ファイバ本体の先端部に屈折率が均一な入射導波光
伝搬部が一体形成され、前記入射導波光伝搬部の外形は
凸曲面をなし、かつ前記コアの先端は前記入射導波光伝
搬部の焦点近傍に位置しているレンズ付き光ファイバで
あって、前記入射導波光伝搬部の最先端部と光源の発光
面とを対向して配置したときに形成される前記光ファイ
バ本体の光軸方向をＸ軸、径方向をＹ軸とするＸ−Ｙ座
標系において、前記最先端部の位置座標を（０，０）と
した場合、前記光源の発光面の位置座標は（−ｋ，
０）、前記コアの先端の位置座標は（Ｌ，０）、前記光
源の発光面から前記入射導波光伝搬部の凸曲面への導波
光の入射点の位置座標は（ｚ，ｒ）になっていて、か
つ、前記入射導波光伝搬部の屈折率をｎとしたときに、
前記ｋ，Ｌ，ｚ，ｒ，ｎの間には，次式：
た解析に基づいて開発されたものである。すなわち、本
発明のレンズ付き光ファイバは、コアとクラッドから成
る光ファイバ本体の先端部に屈折率が均一な入射導波光
伝搬部が一体形成され、前記入射導波光伝搬部の外形は
凸曲面をなし、かつ前記コアの先端は前記入射導波光伝
搬部の焦点近傍に位置しているレンズ付き光ファイバで
あって、前記入射導波光伝搬部の最先端部と光源の発光
面とを対向して配置したときに形成される前記光ファイ
バ本体の光軸方向をＸ軸、径方向をＹ軸とするＸ−Ｙ座
標系において、前記最先端部の位置座標を（０，０）と
した場合、前記光源の発光面の位置座標は（−ｋ，
０）、前記コアの先端の位置座標は（Ｌ，０）、前記光
源の発光面から前記入射導波光伝搬部の凸曲面への導波
光の入射点の位置座標は（ｚ，ｒ）になっていて、か
つ、前記入射導波光伝搬部の屈折率をｎとしたときに、
前記ｋ，Ｌ，ｚ，ｒ，ｎの間には，次式：
【００２２】
【数５】
【００２３】の関係が成立していることを特徴とする。
本発明のレンズ付き光ファイバは、上記した（１）式の
関係を満足するような凸曲面４ａを有する入射導波光伝
搬部４を光ファイバ本体１の先端に一体形成することに
よって製造することができる。その場合、入射導波光伝
搬部４の凸曲面４ａの形状は、以下に説明するように、
（１）式の近似式を満足するような形状であってもよ
い。
本発明のレンズ付き光ファイバは、上記した（１）式の
関係を満足するような凸曲面４ａを有する入射導波光伝
搬部４を光ファイバ本体１の先端に一体形成することに
よって製造することができる。その場合、入射導波光伝
搬部４の凸曲面４ａの形状は、以下に説明するように、
（１）式の近似式を満足するような形状であってもよ
い。
【００２４】すなわち、その近似式を求めるためには、
まず、（１）式の右辺の第２項を次のように展開・近似
する。
まず、（１）式の右辺の第２項を次のように展開・近似
する。
【００２５】
【数６】
【００２６】が得られる。（３）式の両辺を２乗して左
辺の第２項の２乗を無視すれば、次式：
辺の第２項の２乗を無視すれば、次式：
【００２７】
【数７】
【００２８】が得られる。この（４）式を満たすような
形状の凸曲面４ａを有する入射導波光伝搬部４が一体形
成されているレンズ付き光ファイバであっても、コア先
端１ｃにおける位相差は略無視できる。なお、（４）式
において、Ｌ→∞にする、すなわち、半導体レーザから
のレーザ光が入射導波光伝搬部４で平行光線になって導
波するような場合は、（４）式は、次式：
形状の凸曲面４ａを有する入射導波光伝搬部４が一体形
成されているレンズ付き光ファイバであっても、コア先
端１ｃにおける位相差は略無視できる。なお、（４）式
において、Ｌ→∞にする、すなわち、半導体レーザから
のレーザ光が入射導波光伝搬部４で平行光線になって導
波するような場合は、（４）式は、次式：
【００２９】
【数８】
【００３０】に変形されるが、このとき、入射導波光伝
搬部４における凸曲面４ａの外形は双曲線になってい
る。本発明のレンズ付き光ファイバは次のようにして製
造することができる。例えば、まず、光ファイバ本体１
の先端を軸方向に直交して切断する。ついで、例えばア
ーク放電やマイクロトーチを用いることにより、切断面
近傍の部分を局所加熱する。
搬部４における凸曲面４ａの外形は双曲線になってい
る。本発明のレンズ付き光ファイバは次のようにして製
造することができる。例えば、まず、光ファイバ本体１
の先端を軸方向に直交して切断する。ついで、例えばア
ーク放電やマイクロトーチを用いることにより、切断面
近傍の部分を局所加熱する。
【００３１】切断面は溶融し、そのときの表面張力で光
ファイバ本体１の半径と略等しい半径を有する球面が形
成される。また、局所加熱された部分では、例えばコア
１ａ中のドーパントが加熱によって拡散するためコア１
ａとクラッド１ｂの境界は消失し、コア１ａの先端１ｃ
に至る部分の全体が均質にガラス化して等屈折率ｎの入
射導波光伝搬部４になる。このとき、局所加熱の条件を
制御することにより、光ファイバ本体１のコア先端１ｃ
は、上記した入射導波光伝搬部４の焦点近傍に位置する
ように形成される。
ファイバ本体１の半径と略等しい半径を有する球面が形
成される。また、局所加熱された部分では、例えばコア
１ａ中のドーパントが加熱によって拡散するためコア１
ａとクラッド１ｂの境界は消失し、コア１ａの先端１ｃ
に至る部分の全体が均質にガラス化して等屈折率ｎの入
射導波光伝搬部４になる。このとき、局所加熱の条件を
制御することにより、光ファイバ本体１のコア先端１ｃ
は、上記した入射導波光伝搬部４の焦点近傍に位置する
ように形成される。
【００３２】しかし、このままでは、入射導波光伝搬部
４の凸曲面４ａは球面になっていて、前記した（１）式
または（４）式を満足する形状になっていない。そこ
で、例えば図２で示したように、端面５ａが（１）式ま
たは（４）式を満足する凸曲面になっている凹型５の当
該端面５ａに、加熱状態下において、上記球面レンズ付
き光ファイバ１を圧接して球面形状の入射導波光伝搬部
４を所定の非球面形状に成形する。
４の凸曲面４ａは球面になっていて、前記した（１）式
または（４）式を満足する形状になっていない。そこ
で、例えば図２で示したように、端面５ａが（１）式ま
たは（４）式を満足する凸曲面になっている凹型５の当
該端面５ａに、加熱状態下において、上記球面レンズ付
き光ファイバ１を圧接して球面形状の入射導波光伝搬部
４を所定の非球面形状に成形する。
【００３３】上記した製造方法は、直接、光ファイバ本
体１の先端に入射導波光伝搬部４を形成する方法である
が、この方法は、実際問題として可成り高度の熟練を要
するという問題がある。別の製造方法としては次のよう
な方法がある。すなわち、図３で示したように、所望の
屈折率を有する透明ガラスや透明プラスチックで、凸曲
面６ａが（１）式または（４）式を満足する形状で、そ
の後面には光ファイバ本体１を挿入するための細孔６ｂ
が形成されている透明スリーブ６を成形し、この細孔６
ｂの中に、端面にコア１ａが露出している光ファイバ本
体１をそのまま挿入して細孔６ｂ内で接着固定して一体
化する方法である。
体１の先端に入射導波光伝搬部４を形成する方法である
が、この方法は、実際問題として可成り高度の熟練を要
するという問題がある。別の製造方法としては次のよう
な方法がある。すなわち、図３で示したように、所望の
屈折率を有する透明ガラスや透明プラスチックで、凸曲
面６ａが（１）式または（４）式を満足する形状で、そ
の後面には光ファイバ本体１を挿入するための細孔６ｂ
が形成されている透明スリーブ６を成形し、この細孔６
ｂの中に、端面にコア１ａが露出している光ファイバ本
体１をそのまま挿入して細孔６ｂ内で接着固定して一体
化する方法である。
【００３４】この方法は、光ファイバ本体の先端に直接
所望する入射導波光伝搬部を形成する前者の方法に比べ
て、透明スリーブ６を所望形状に成形することが容易で
あるという点で好適である。また、透明スリーブ６の成
形に当たっては、多成分ガラスなど様々な材料を使用し
たモールディングを採用することができるので大量生産
が可能になる。更に、透明スリーブの直径を１mm程度に
し、かつ、アレイ化しておけば、光源として半導体レー
ザアレイを用いることにより、全体の集積モジュール化
を容易に実現することができる。
所望する入射導波光伝搬部を形成する前者の方法に比べ
て、透明スリーブ６を所望形状に成形することが容易で
あるという点で好適である。また、透明スリーブ６の成
形に当たっては、多成分ガラスなど様々な材料を使用し
たモールディングを採用することができるので大量生産
が可能になる。更に、透明スリーブの直径を１mm程度に
し、かつ、アレイ化しておけば、光源として半導体レー
ザアレイを用いることにより、全体の集積モジュール化
を容易に実現することができる。
【００３５】
【作用】本発明のレンズ付き光ファイバは、半導体レー
ザの発光面との対向部分が、（１）式または（４）式を
満足するような形状の凸曲面を有する入射導波光伝搬部
になっているので、ここに入射したレーザ光はコア先端
に到達したときに位相差を起こしていない。
ザの発光面との対向部分が、（１）式または（４）式を
満足するような形状の凸曲面を有する入射導波光伝搬部
になっているので、ここに入射したレーザ光はコア先端
に到達したときに位相差を起こしていない。
【００３６】
実施例１ 図１において、入射導波光伝搬部４の屈折率ｎが1.４５
であるレンズ付き光ファイバの最先端部４ｂと半導体レ
ーザ３の発光面３ａとの距離ｋを３０μｍに設定した。
であるレンズ付き光ファイバの最先端部４ｂと半導体レ
ーザ３の発光面３ａとの距離ｋを３０μｍに設定した。
【００３７】そして、最先端部４ｂとコア先端１ｃとの
距離Ｌを変化させたときに、（１）式を満足する（ｚ，
ｒ）を計算し、その計算値に基づいて、入射導波光伝搬
部４の凸曲面４ａの形状を求めた。その結果を、図１で
示したＸ−Ｙ座標系における第１象限の図として図４に
示した。
距離Ｌを変化させたときに、（１）式を満足する（ｚ，
ｒ）を計算し、その計算値に基づいて、入射導波光伝搬
部４の凸曲面４ａの形状を求めた。その結果を、図１で
示したＸ−Ｙ座標系における第１象限の図として図４に
示した。
【００３８】なお、計算は、半導体レーザ３の発光面３
ａのスポット半径を１μｍ，コア１ａの半径を５μｍと
想定して行った。ｋを３０μｍに設定し、Ｌを変化させ
た場合、入射導波光伝搬部４の凸曲面４ａが図４で示し
たような形状のときには、コア先端１ｃでの位相差は起
こらないことが確認された。
ａのスポット半径を１μｍ，コア１ａの半径を５μｍと
想定して行った。ｋを３０μｍに設定し、Ｌを変化させ
た場合、入射導波光伝搬部４の凸曲面４ａが図４で示し
たような形状のときには、コア先端１ｃでの位相差は起
こらないことが確認された。
【００３９】実施例２ 最先端部４ｂと半導体レーザ３の発光面３ａとの距離ｋ
を５０μｍに設定したことを除いては、実施例１と同様
にして、（１）式を満足する凸曲面４ａの形状を求め
た。その結果を実施例１と同様に図５に示した。
を５０μｍに設定したことを除いては、実施例１と同様
にして、（１）式を満足する凸曲面４ａの形状を求め
た。その結果を実施例１と同様に図５に示した。
【００４０】実施例３ 最先端部４ｂと半導体レーザ３の発光面３ａとの距離ｋ
を７０μｍに設定したことを除いては、実施例１と同様
にして、（１）式を満足する凸曲面４ａの形状を求め
た。その結果を実施例１と同様に図６に示した。
を７０μｍに設定したことを除いては、実施例１と同様
にして、（１）式を満足する凸曲面４ａの形状を求め
た。その結果を実施例１と同様に図６に示した。
【００４１】実施例４ 最先端部４ｂと半導体レーザ３の発光面３ａとの距離ｋ
を１００μｍに設定したことを除いては、実施例１と同
様にして、（１）式を満足する凸曲面４ａの形状を求め
た。その結果を実施例１と同様に図７に示した。
を１００μｍに設定したことを除いては、実施例１と同
様にして、（１）式を満足する凸曲面４ａの形状を求め
た。その結果を実施例１と同様に図７に示した。
【００４２】実施例５ 実施例１において、ｋを５０μｍに設定し、かつ、Ｌを
変化させたときの凸曲面４ａの形状を（４）式に基づい
て計算した。その結果を図８に実線で示した。参考のた
め、Ｌを２５０μｍにしたときに、（１）式に基づいて
計算された凸曲面の形状も点線で図８に示した。
変化させたときの凸曲面４ａの形状を（４）式に基づい
て計算した。その結果を図８に実線で示した。参考のた
め、Ｌを２５０μｍにしたときに、（１）式に基づいて
計算された凸曲面の形状も点線で図８に示した。
【００４３】図８から明らかなように、（４）式に基づ
いて描画される凸球面の形状は、（１）式に基づく形状
と極めて近似している。すなわち、（４）式を満足する
レンズ付き光ファイバも、位相差を近似的に起こさない
レンズ付き光ファイバとしての実用性を備えている。 実施例６ 図３において、屈折率１.８の透明ガラスで用命スリー
ブ６を成形し、この細孔６ｃに端面１ｃが露出する光フ
ァイバ本体１を挿入して接着固定した。
いて描画される凸球面の形状は、（１）式に基づく形状
と極めて近似している。すなわち、（４）式を満足する
レンズ付き光ファイバも、位相差を近似的に起こさない
レンズ付き光ファイバとしての実用性を備えている。 実施例６ 図３において、屈折率１.８の透明ガラスで用命スリー
ブ６を成形し、この細孔６ｃに端面１ｃが露出する光フ
ァイバ本体１を挿入して接着固定した。
【００４４】そして、透明スリーブ６の最先端部６ｃと
半導体レーザの発光面との距離ｋを３００μｍに設定
し、最先端部６ｃと挿入した光ファイバ本体１のコア先
端１ｃとの距離Ｌを変化させたときの（１）式に基づく
凸曲面６ａの形状を描画した。その結果を図９に示し
た。図９から明らかなように、この場合も、実施例１〜
５と同様の非球面形状になっている。そして、コア先端
１ｃにおける位相差も起こっていないことが確認され
た。
半導体レーザの発光面との距離ｋを３００μｍに設定
し、最先端部６ｃと挿入した光ファイバ本体１のコア先
端１ｃとの距離Ｌを変化させたときの（１）式に基づく
凸曲面６ａの形状を描画した。その結果を図９に示し
た。図９から明らかなように、この場合も、実施例１〜
５と同様の非球面形状になっている。そして、コア先端
１ｃにおける位相差も起こっていないことが確認され
た。
【００４５】実施例７ 最先端部６ｃと半導体レーザの発光面との距離ｋを５０
０μｍに設定したことを除いては、実施例６と同様にし
て、（１）式を満足する凸曲面６ａの形状を求めた。そ
の結果を図１０に示した。 実施例８ 実施例６において、ｋ＝３００μｍ，Ｌ＝１５００μｍ
と一定に保持し、透明スリーブ６の屈折率ｎを変化させ
た場合の凸曲面６ａの形状を（１）式に基づいて描画し
た。その結果を図１１に示した。
０μｍに設定したことを除いては、実施例６と同様にし
て、（１）式を満足する凸曲面６ａの形状を求めた。そ
の結果を図１０に示した。 実施例８ 実施例６において、ｋ＝３００μｍ，Ｌ＝１５００μｍ
と一定に保持し、透明スリーブ６の屈折率ｎを変化させ
た場合の凸曲面６ａの形状を（１）式に基づいて描画し
た。その結果を図１１に示した。
【００４６】実施例９ 実施例６において、ｋ＝３００μｍ，Ｌ＝４５００μｍ
と一定に保持し、透明スリーブ６の屈折率ｎを変化させ
た場合の凸曲面６ａの形状を（１）式に基づいて描画し
た。その結果を図１２に示した。
と一定に保持し、透明スリーブ６の屈折率ｎを変化させ
た場合の凸曲面６ａの形状を（１）式に基づいて描画し
た。その結果を図１２に示した。
【００４７】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
レンズ付き光ファイバは、半導体レーザの発光面と対向
する個所が、（１）式または（４）式を満足するような
凸曲面を有する入射導波光伝搬部になっているので、コ
ア先端で集光するレーザ光に位相差は発生しなくなる。
レンズ付き光ファイバは、半導体レーザの発光面と対向
する個所が、（１）式または（４）式を満足するような
凸曲面を有する入射導波光伝搬部になっているので、コ
ア先端で集光するレーザ光に位相差は発生しなくなる。
【００４８】また、本発明のレンズ付き光ファイバの場
合は、半導体レーザの発光面との距離ｋを比較的大きく
とってもレーザ光の位相差を起こさず、したがって結合
効率が高くなる。したがって、本発明のレンズ付き光フ
ァイバは、小型で組立てが容易な発光素子モジュールの
製造にとって好適である。
合は、半導体レーザの発光面との距離ｋを比較的大きく
とってもレーザ光の位相差を起こさず、したがって結合
効率が高くなる。したがって、本発明のレンズ付き光フ
ァイバは、小型で組立てが容易な発光素子モジュールの
製造にとって好適である。
【図１】本発明のレンズ付き光ファイバと半導体レーザ
との配置関係を示す側面図である。
との配置関係を示す側面図である。
【図２】本発明のレンズ付き光ファイバの製造方法例を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図３】本発明のレンズ付き光ファイバの他の製造方法
例を示す概略図である。
例を示す概略図である。
【図４】本発明のレンズ付き光ファイバの入射導波光伝
搬部における凸曲面形状の１例を示す側面図である。
搬部における凸曲面形状の１例を示す側面図である。
【図５】本発明のレンズ付き光ファイバの入射導波光伝
搬部における凸曲面形状の他の例を示す側面図である。
搬部における凸曲面形状の他の例を示す側面図である。
【図６】本発明のレンズ付き光ファイバの入射導波光伝
搬部における凸曲面形状の別の例を示す側面図である。
搬部における凸曲面形状の別の例を示す側面図である。
【図７】本発明のレンズ付き光ファイバの入射導波光伝
搬部における凸曲面形状の更に別の例を示す側面図であ
る。
搬部における凸曲面形状の更に別の例を示す側面図であ
る。
【図８】本発明のレンズ付き光ファイバの入射導波光伝
搬部における凸曲面形状の別の例を示す側面図である。
搬部における凸曲面形状の別の例を示す側面図である。
【図９】本発明のレンズ付き光ファイバで用いる透明ス
リーブにおける凸曲面形状の例を示す側面図である。
リーブにおける凸曲面形状の例を示す側面図である。
【図１０】本発明のレンズ付き光ファイバで用いる透明
スリーブにおける凸曲面形状の他の例を示す側面図であ
る。
スリーブにおける凸曲面形状の他の例を示す側面図であ
る。
【図１１】本発明のレンズ付き光ファイバで用いる透明
スリーブにおける凸曲面形状の別の例を示す側面図であ
る。
スリーブにおける凸曲面形状の別の例を示す側面図であ
る。
【図１２】本発明のレンズ付き光ファイバで用いる透明
スリーブにおける凸曲面形状の更に別の例を示す側面図
である。
スリーブにおける凸曲面形状の更に別の例を示す側面図
である。
【図１３】従来構造のレンズ付き光ファイバと半導体レ
ーザとの結合例を示す側面図である。
ーザとの結合例を示す側面図である。
【図１４】従来構造のレンズ付き光ファイバと半導体レ
ーザとの他の結合例を示す側面図である。
ーザとの他の結合例を示す側面図である。
【図１５】特願平４−３４８０１９号公報で提案されて
いるレンズ付き光ファイバを示す側面図である。
いるレンズ付き光ファイバを示す側面図である。
１ 光ファイバ本体 １ａ コア １ｂ クラッド １ｃ コア１ａの先端 ２ レンズ部 ２ａ コア１ａの最先端部（球面） ２ｂ テーパ部 ３ 半導体レーザ ３ａ 半導体レーザ３の発光面 ４ 入射導波光伝搬部 ４ａ 入射導波光伝搬部４の凸曲面 ４ｂ 入射導波光伝搬部４の最先端部 ５ 凹型 ５ａ 凹型５の端面 ６ 透明スリーブ ６ａ 透明スリーブ６の凸曲面 ６ｂ 光ファイバ挿入用の細孔 ６ｃ 透明スリーブ６の最先端部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 和仁 栃木県宇都宮市若草２丁目１番12号 若 草第二住宅１−８号 (72)発明者 大石 勇 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古河電気工業株式会社内 (72)発明者 海老根 勝夫 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古河電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−269403（ＪＰ，Ａ) Ｈ．Ｍ．Ｐｒｅｓｂｙ ｅｔ ａ ｌ．，Ｌａｓｅｒ ｍｉｃｒｏｍａｃｈ ｉｎｉｎｇ ｏｆ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｉｂｅｒ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅ ｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，米 国，1990年 ６月20日，Ｖｏｌ．29，Ｎ ｏ．18，ｐ．2692−2695 Ｃ．Ａ．Ｅｄｗａｒｄｓ ｅｔ ａ ｌ．，Ｉｄｅａｌ Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ ｅｓ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ ｔｏ Ｆｉ ｂｅｒ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ，Ｊｏｕｒｎ ａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ，米国，Ｖｏｌ．11, Ｎｏ．２（1993），ｐ．252−257 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/26 G02B 6/30 - 6/34 G02B 6/42 G02B 6/10
Claims (3)
- 【請求項１】 コアとクラッドから成る光ファイバ本体
の先端部に屈折率が均一な入射導波光伝搬部が一体形成
され、前記入射導波光伝搬部の外形は凸曲面をなし、か
つ前記コアの先端は前記入射導波光伝搬部の焦点近傍に
位置しているレンズ付き光ファイバであって、 前記入射導波光伝搬部の最先端部と光源の発光面とを対
向して配置したときに形成される前記光ファイバ本体の
光軸方向をＸ軸、径方向をＹ軸とするＸ−Ｙ座標系にお
いて、前記最先端部の位置座標を（０，０）とした場
合、前記光源の発光面の位置座標は（−ｋ，０）、前記
コアの先端の位置座標は（Ｌ，０）、前記光源の発光面
から前記入射導波光伝搬部の凸曲面への導波光の入射点
の位置座標は（ｚ，ｒ）になっていて、かつ、前記入射
導波光伝搬部の屈折率をｎとしたときに、前記ｋ，Ｌ，
ｚ，ｒ，ｎの間には，次式： 【数１】 の関係が成立していることを特徴とするレンズ付き光フ
ァイバ。 - 【請求項２】 コアとクラッドから成る光ファイバ本体
の先端部に屈折率が均一な入射導波光伝搬部が一体形成
され、前記入射導波光伝搬部の外形は凸曲面をなし、か
つ前記コアの先端は前記入射導波光伝搬部の焦点近傍に
位置しているレンズ付き光ファイバであって、 前記入射導波光伝搬部の最先端部と光源の発光面とを対
向して配置したときに形成される前記光ファイバ本体の
光軸方向をＸ軸、径方向をＹ軸とするＸ−Ｙ座標系にお
いて、前記最先端部の位置座標を（０，０）とした場
合、前記光源の発光面の位置座標は（−ｋ，０）、前記
コアの先端の位置座標は（Ｌ，０）、前記光源の発光面
から前記入射導波光伝搬部の凸曲面への導波光の入射点
の位置座標は（ｚ，ｒ）になっていて、かつ、前記入射
導波光伝搬部の屈折率をｎとしたときに、 前記ｋ，Ｌ，
ｚ，ｒ，ｎの間には，次式： 【数２】 の関係が近似的に成立していることを特徴とするレンズ
付き光ファイバ。 - 【請求項３】 前記入射導波光伝搬部が別体の透明スリ
ーブとして形成され、前記透明スリーブに前記光ファイ
バ本体が挿入されて一体化している請求項１のレンズ付
き光ファイバ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19363293A JP3282889B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | レンズ付き光ファイバ |
| US08/283,959 US5446816A (en) | 1993-08-04 | 1994-08-01 | Optical fiber having a lens formed at an end thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19363293A JP3282889B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | レンズ付き光ファイバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0749432A JPH0749432A (ja) | 1995-02-21 |
| JP3282889B2 true JP3282889B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=16311176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19363293A Expired - Lifetime JP3282889B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | レンズ付き光ファイバ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5446816A (ja) |
| JP (1) | JP3282889B2 (ja) |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5815626A (en) * | 1994-10-14 | 1998-09-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical transmission device, solid state laser device, and laser beam processing device |
| JPH08292341A (ja) * | 1995-02-23 | 1996-11-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | レンズ付きファイバ |
| US5751871A (en) * | 1996-01-05 | 1998-05-12 | Ceram Optec Industries, Inc. | Method for coupling of semiconductor lasers into optical fibers |
| GB2309299B (en) * | 1996-01-16 | 2000-06-07 | Mars Inc | Sensing device |
| US5719973A (en) * | 1996-07-30 | 1998-02-17 | Lucent Technologies Inc. | Optical waveguides and components with integrated grin lens |
| JPH10307230A (ja) | 1997-05-07 | 1998-11-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | レンズ付き光ファイバ |
| US20020155576A1 (en) * | 1998-02-10 | 2002-10-24 | Mills Stanley L. | Metal-chelated nucleic acid binding peptides for in vivo detection and therapy of disease |
| DE19960564A1 (de) * | 1999-12-15 | 2001-06-21 | Siemens Ag | Verfahren zum Konfektionieren eines Lichtwellenleiters mit einem Stecker |
| EP1122568A3 (en) * | 2000-02-01 | 2003-12-17 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Laser diode module with optical fibre output |
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| US7082267B1 (en) | 2000-08-25 | 2006-07-25 | R& Dm Foundation | Shared multi-channel parallel optical interface |
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| US6452700B1 (en) | 2001-01-11 | 2002-09-17 | R&Dm Foundation | Computer backplane employing free space optical interconnect |
| US6556747B2 (en) * | 2001-02-09 | 2003-04-29 | Lightmatrix Technologies, Inc. | Chemical mill method and structure formed thereby |
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| US20020191254A1 (en) * | 2001-06-19 | 2002-12-19 | Robert Mays | Network routing employing free-space optical broadcasting |
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| US20030074924A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-04-24 | Melville Charles David | Method and apparatus for forming a lens on an optical fiber |
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