JP3666990B2

JP3666990B2 - Manufacturing method of optical fiber with lens

Info

Publication number: JP3666990B2
Application number: JP12259096A
Authority: JP
Inventors: 継男佐藤; 創風味; 寿森地
Original assignee: 岡野電線株式会社
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: JPH09288218A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズと光ファイバが一体化されたレンズ付き光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザー等の発光素子と光ファイバとを高い結合効率のもとで光結合することは、光通信において最も重要な技術の一つである。この光結合の技術として、発光素子と光ファイバとの間に球レンズや非球面レンズ等のレンズを配置して結合する方法や、図１０に示すように、光ファイバ３１の先端に、コアが無く等方性の屈折率を有する先球ファイバ３２を融着したレンズ付き光ファイバが知られている。
【０００３】
また、図１０の結合効率を改善するものとして、図１１に示すように光ファイバ３１と先球光ファイバ３２の間に伝送光の蛇行周期の１／４の長さあるいはその奇数倍の長さの二乗形屈折率分布を有する光ファイバ３３が接続されているレンズ付き光ファイバが提案されている。
【０００４】
図１０や図１１に示すレンズ付光ファイバの製造方法は図１２（イ）（ロ）に示すようにそれぞれ光ファイバ３１あるいは二乗形屈折率分布形光ファイバ３３の先端に等方性の屈折率を有する光ファイバ３２ａを所望の長さに接続したのち、その先端部分をマイクロトーチやアーク放電で加熱溶融して球面を形成する。他の方法として、図１３に示すように端面が放物線形状をした凹型の型３４に、光ファイバ３２ａの先端を加熱状態下で圧接して放物線形状を形成する方法もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の製造方法のうち図１２に示すマイクロトーチやアーク放電で光ファイバ先端を加熱溶融してレンズを形成する場合は、次のような問題がある。
【０００６】
（１）外径が、例えば１２０μｍφ程度の光ファイバの先端を溶融して、表面張力の作用を利用し、光ファイバ先端を球状にする方法においては、同一形状のものを形成するのが難しく品質の再現性がない。また、トーチや放電では一定の均一な温度の制御が難しく、失敗した場合は、また先端光ファイバ３２ａの接続、切断からやり直す等、手間暇が掛かりコストが高くなる。
【０００７】
（２）空間で成形するため、加熱の仕方によってはレンズと光ファイバの光軸のズレが生じやすい。
【０００８】
（３）品質が個人のスキルに依存しやすく、設備的にも大量生産に向かない。そのためコストは高くなる。
【０００９】
（４）表面張力を利用して成形するために形状に自由度がない。
【００１０】
また、図１３に示す型に圧接する方法では、例えば、外径が１２０μｍφ程度の光ファイバのように極めて細ものに対して、圧接力を制御するのは曲がりが生じ易く難しい。特に先端光ファイバ３２ａが石英の場合は、溶融温度が１５００°Ｃ以上と高く、粘度変化も大きいので、成形型も同時に光ファイバの溶融温度程度に加熱しておかなければならず、技術、設備的にも難しい。
【００１１】
本発明の目的は上記の課題を解決して、光ファイバの先端に任意形状のレンズを固着したレンズ付光ファイバを大量に安価に製造する方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の請求項１のレンズ付光ファイバの製造方法は、底面が凸レンズ形状に形成された上面開口の穴状の型窪を形成した成形型を予め用意し、その成形型の型窪内に上面開口側から光ファイバ挿入孔用の中子の先端を挿入して凸レンズ形状の底面に対して所定の深さ位置に位置調整して中子を設け、前記型窪内に珪素のアルコキシドを前記中子の挿入先端よりも上位レベル位置まで注入し、その後、加水分解してゲル化して前記型窪に対応した形状のゲル体を生成し、このゲル体を前記成形型から取り出し中子を除去してゲル体の中子を除去した跡を光ファイバ挿入孔として形成し、然る後に前記ゲル体をガラス化して凸レンズを形成した後、前記中子により形成された凸レンズの前記光ファイバ挿入孔に光ファイバを挿入固着してレンズ付光ファイバとすることを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明の請求項２のレンズ付光ファイバの製造方法は、底面が凸レンズ形状に形成された上面開口の穴状の型窪を形成した成形型を予め用意し、その成形型の型窪内に上面開口側から型窪に光ファイバの先端を挿入して凸レンズ形状の底面に対して所定の深さ位置に位置調整して光ファイバを配置して、前記型窪内に珪素のアルコキシドを前記光ファイバの挿入先端よりも上位レベル位置まで注入し、その後に、加水分解してゲル化して前記型窪に対応した形状のゲル体を生成し、このゲル体を前記成形型から取り出し、然る後に前記ゲル体をガラス化して光ファイバと一体化した凸レンズを形成することを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するために本発明の請求項３のレンズ付光ファイバの製造方は、凸レンズの形状が球面であることを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するために本発明の請求項４のレンズ付光ファイバの製造方は、凸レンズの形状が非球面であることを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決するために本発明の請求項５のレンズ付光ファイバの製造方法は、光ファイバ光軸延長部分の凸レンズ内にドーパントを添加したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１または請求項２のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、光ファイバ先端に固着するレンズをレンズと相似の型を用いてゾルーゲル法によって作製するので、同一形状のものを安価に大量に製作することが可能となる。また、型は合成樹脂や融点の低い金属を用いることによってレンズと相似の型窪を容易に形成することができる。即ち、レンズと相似の型を精密加工で作製して、この相似の型の周囲に合成樹脂や融点の低い金属を流し込むことによって容易に底面がレンズと相似の型窪を形成できる。
【００１８】
さらに、レンズと光ファイバの端面の間隔は光結合に非常に重要な要素であるが、型窪の底面と光ファイバ挿入孔用の中子の先端または光ファイバの先端の位置合わせは光学用の３軸ステージを用いることによって容易に精密な位置合わせが達成できる。
【００１９】
さらにまた、請求項２のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、レンズを作製する際に光ファイバ挿入孔用の中子を使用しないで、直接光ファイバを型窪に配置してレンズを作製すると同時に光ファイバを固着するのでより作業能率が向上する。
【００２０】
本発明の請求項３のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、レンズの形状は球面であり、球体は精密加工が容易であるので、この球体を成形棒の先端に固着してその成形棒の周囲に合成樹脂や融点の低い金属を流し込むことによって容易に底面が球面の型窪を形成できる。
【００２１】
本発明の請求項４のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、レンズの形状は非球面であるので、光ファイバの端面との光結合に最適な任意の形状のレンズ形状、例えば双曲線形状の曲面とすることができる。
【００２２】
本発明の請求項５のレンズ付光ファイバの製造方法は、光ファイバ光軸延長部分の凸レンズ内にドーパントを添加したので、光ファイバとレンズとの屈折率の調整ができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施の形態により詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
【００２５】
図１は本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の一実施の形態を示す説明図である。図１に示すように、成形型１は型窪２を有している。型窪２の底面３は半球面となっている。４は光ファイバ挿入孔形成用の中子で、中子４の先端４ａは図示していない３軸ステージによって型窪２の底面３から所定の位置に配置される。また、中子４は真直なものであればその材質は特に問題ない。
【００２６】
上記の成形型１の型窪２にガラス原料溶液であるゲル溶液５ａを注入する。ゲル溶液５ａの原料としては、金属アルコキシドとしての例えば珪素のアルコキシドで、主成分はテトラメチルシリケートあるいはテトラエチルシリケートである。この原料には屈折率調整のために、後に接続される光ファイバの光軸延長部分となる領域に例えばＧｅ、Ｔｉ、Ａｌ等の他のドーパントを添加してもよい。
【００２７】
ガラスの原料に、水と触媒（塩酸またはアンモニア）、アルコールを加えて加水分解してゾル溶液５ｂを調整する。このゾル溶液５ｂを成形型１の型窪２に流しこんで成形する。ゾル溶液５ｂを型窪２に流しこんだ後、成形型１を５０〜８０°Ｃに２０時間加温してゲル化する。生成したゲル体７を成形型１から取り出し、中子４を除去すると、図２（イ）に示すような光ファイバ挿入孔６ａを有する水分やアルコールを多量に含んだゲル体７が得られる。
【００２８】
このゲル体７を毎分０．２〜０．５°Ｃの上昇温度で常温から１１００°Ｃまでゆっくりと加熱する。この過程でゲルは脱水─縮合にともなう体積収縮を起こしつつ、最終的には図２（イ）と相似形の一回り小さい図２（ロ）に示すような光ファイバ挿入孔６ｂを有する凸レンズ形状に形成された石英レンズ８になる。光ファイバ挿入孔６ｂに図３に示すように光ファイバ９を挿入して接着剤で固着することによってレンズ付き光ファイバ１０が得られる。
【００２９】
上記成形工程において、ゲル体７から石英レンズ８になる際の体積収縮率は金属アルコキシドの種類、濃度、反応条件によって異なる。一般的には体積収縮率が数分の１程度となるように、アルコキシドの種類を限定し、濃度、反応条件を制御すれば同一形状のものを精度よく造ることが出来る。また、上記のように微小な成形体の製造に対して、スタートとなる成形型１を縮小する分だけ大きく造ることになり加工および精度上、有利に作用することになる。また、加熱温度が１１００°Ｃ程度と石英の軟化点約１６００°Ｃよりかなり低いのでゲル成形体からガラス化に際しての変形は実用上無視できる程度に小さい。
【００３０】
成形型１の型窪２の内面あるいは中子４はゲルの離型性を考慮してフッソ系オイル等の離型剤が極薄く塗られることもある。光ファイバ９は裸光ファイバ本体あるいはメタルやカーボンコート光ファイバでも、また、耐熱性金属あるいはセラミックフェルールに挿入されていてもよい。ゾル溶液５ｂの注入に際しては気泡の生成を防ぐために必要に応じて成形型１に超音波や微振動が加えられることもある。これによる中子４の位置ズレはゾル溶液５ｂを注入後に調整することも可能である。即ち、初期のゾル溶液５ｂの粘性は水と同等なので中子４の移動は可能である。
【００３１】
（実施の形態２）
【００３２】
図４は本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。図４に示すように、成形型１は実施の形態１と同様のものである。実施の形態２の特徴は光ファイバ挿入孔形成用の中子を使用しないで直接光ファイバ９を成形型１の型窪２に配置することである。光ファイバ９の挿入位置（先端位置）は形成されるレンズ端面から入射した光が光ファイバ９の端面９ａに結合するように図示していない３軸ステージによって調整されることは実施の形態１の中子の場合と同様である。その他の工程、手順は実施の形態１と同様に付き同様の部材には同様の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３３】
上記の実施の形態１および実施の形態２に使用される成形型は以下のようにして加工することができる。図５は成形型の型窪形成用の鋳型である。型窪形成用の鋳型２０はストレート部２０ａの一方の端部が球面あるいは非球面の凸レンズ形状部２０ｂとなっていて、他方の端部が鋳型２０の把持部２０ｃとなっている。鋳型２０は超精密加工機を用いて加工し、そのサイズはゲルの収縮率を考慮して決める。端部が球面の場合は球体を用いてもよい。球体の微小な精密加工は比較的容易に達成される。球体を半割りあるいは球体のままストレート部２０ａとなる金属棒に接着剤で固着して形成する。
【００３４】
この型窪形成用の鋳型２０を用いて図６に示すような鋳型２０の凸面に嵌合一致する凹面を有する型窪２１を備えた成形型２２を作製する。成形型２２は合成樹脂や低融点の金属で造られ、型窪２１が多数ある場合は鋳込み孔２３を設けるとよい。鋳込み孔２３があるとガラス原料溶液であるゾル溶液の注入量が均一となる。
【００３５】
以下にレンズ付光ファイバの製造方法の具体例を説明する。
【００３６】
【実施例１】
超精密加工機で黄銅を用いて、図５に示す型窪形成用の鋳型２０と図１に示す中子４を作製した。型窪形成用の鋳型２０は非球面の凸レンズ形状部２０ｂ、スレート部２０ａおよび把持部把持部２０ｃを有する外径１．７５ｍｍφ、長さ１０ｍｍのもの、中子４は外径０．４４ｍｍφ、長さ１２ｍｍのものである。
【００３７】
これらの鋳型２０と中子４には金を蒸着して耐蝕性を付与した。上記の鋳型２０の周囲にアクリル樹脂を流し込み、図６に示す鋳込み用の成形型２２を作製した。鋳込み成形型２２の型窪２１の所定の位置に図７に示すように中子４を配置した後、表１に示す組成で調整したゾル溶液５ｂを鋳込み孔２３から図示しないポンプで型窪２１に注入した。
【００３８】
【表１】

【００３９】
ゾル溶液５ｂの粘度が高い場合あるいは速く注入する等の場合は一方の鋳込み孔２３から吸気しつつ注入すると良い。または鋳込み成形型２２を図示しない真空容器にいれ、各型窪２１にゾル溶液５ｂを注入しても良い。表１の組成のゲル体７の収縮率を予め調べた結果、収縮率は１／３．５であり、この値から上記成形型２２の型窪２１のサイズを決めた。各型窪２１にゾル溶液５ｂを注入した成形型２２を恒温槽のなかで６０°Ｃ、２０時間加温して加水分解反応を完結させた。
【００４０】
中子４の付いたゲル体７を型窪２１から取り出して中子４をゲル体７から外し、図２（イ）に示すような光ファイバ挿入孔６ａを有するゲル体７を得た。このゲル体７を電気炉に入れ、毎分０、２°Ｃの昇温速度でゆっくりと約９２時間かけて加熱しガラス化した。これによって図２（イ）に示すゲル体７と相似形の一回り小さい図２（ロ）に示すような内径１２５μｍφの光ファイバ挿入孔６ｂを有する外径０．５ｍｍφ、長さ１ｍｍの先端に非球面を有するロッド型の石英レンズ８が作製された。
【００４１】
通常のシングルモード光ファイバ９の先端のナイロン等の被覆層を皮剥きして光ファイバ９を露出させ、これを光ファイバ挿入孔６ｂにいれて、光学用接着剤で固定することによって図３に示すレンズ付き光ファイバ１０を作製した。
【００４２】
【実施例２】
実施例１で使用した鋳込み成形型２２の型窪２１の所定の位置に図８に示すように実施例１と同様に形成した光ファイバ９を直接、所定の位置に配置した後、表２に示す組成で調整したゾル溶液５ｂを鋳込み孔２３から図示しないポンプで型窪２１に注入した。
【００４３】
【表２】

【００４４】
型窪２１内のゾル溶液５ｂを実施例１に準じてゲル化、ガラス化を行い先端に非球面を有するロッド型の石英レンズ８ａとともに光ファイバ９が一体となった図９に示すようなレンズ付光ファイバ１０ａを作製した。この実施例のゲルの収縮率は１／３．５であり、実施例１と同様であった。本実施例によれば、中子が必要なくまた、石英レンズ８ａと光ファイバ９の接着工程が不要になり製作工程が簡略となった。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１または請求項２のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、光ファイバ先端に固着するレンズをレンズと相似の型を用いてゾルーゲル法によって作製するので、品質に再現性がある同一形状のものを安価に大量に製作することが可能となる。また、レンズを型を用いて作製するので、製造者のスキルに依存することなく製造することができる。さらに、型は形状に自由度があるのでテーパ導波路構造等複雑なものもでき、光結合特性が最適の形状に形成でき、光結合特性が向上する。
【００４６】
さらに、レンズと光ファイバの端面の間隔は光結合に非常に重要な要素であるが、型窪の底面と光ファイバ挿入孔用の中子の先端または光ファイバの先端の位置合わせは光学用の３軸ステージを用いることによって容易に精密な位置合わせが達成できるので、光結合特性が向上する。
【００４７】
さらにまた、請求項２のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、レンズを作製する際に光ファイバ挿入孔用の中子を使用しないで、直接光ファイバを型窪に配置してレンズを作製すると同時に光ファイバを固着するのでより作業能率が向上する。
【００４８】
本発明の請求項３のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、レンズの形状は球面であり、球体は精密加工が容易であるので、この球体を成形棒の先端に固着してその成形棒の周囲に合成樹脂や融点の低い金属を流し込むことによって容易に底面が球面の型窪を形成できる。
【００４９】
本発明の請求項４のレンズ付光ファイバの製造方法によれば、レンズの形状は非球面であるので、光ファイバの端面との光結合に最適な任意の形状のレンズ形状とすることができるので、光結合特性が向上する。
【００５０】
本発明の請求項５のレンズ付光ファイバの製造方法は、光ファイバ光軸延長部分の凸レンズ内にドーパントを添加したので、光ファイバとレンズとの屈折率の調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】（イ）は図１のレンズ付光ファイバの製造方法で作られたゲル体の正面図、（ロ）は図１のレンズ付光ファイバの製造方法で作られた凸レンズ形状に形成された石英レンズの正面図である。
【図３】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の一実施の形態で作製されたレンズ付光ファイバの正面図である。
【図４】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。
【図５】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法で使用される成形型を作製する際に使われる型窪形成用の鋳型の正面図である。
【図６】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法で使用される成形型の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の一実施の形態の一工程を示す断面図である。
【図８】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の他の実施の形態の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明のレンズ付光ファイバの製造方法の他の実施の形態で作製されたレンズ付光ファイバの正面図である。
【図１０】従来のレンズ付光ファイバの一例を示す正面図である。
【図１１】従来のレンズ付光ファイバの他の例を示す正面図である。
【図１２】（イ）および（ロ）は従来のレンズ付光ファイバの製造工程の一例を示す正面図である。
【図１３】従来のレンズ付光ファイバの他の製造工程の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１成形型
２型窪
３底面
４中子
４ａ中子４の先端
５ａゲル溶液
５ｂゾル溶液
６ａ光ファイバ挿入孔
７ゲル体
８凸レンズ形状に形成された石英レンズ
９光ファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber with a lens in which a lens and an optical fiber are integrated.
[0002]
[Prior art]
Optical coupling of a light emitting element such as a semiconductor laser and an optical fiber with high coupling efficiency is one of the most important technologies in optical communication. As this optical coupling technique, a lens such as a spherical lens or an aspherical lens is disposed between the light emitting element and the optical fiber and coupled, or, as shown in FIG. There is known an optical fiber with a lens in which a tip fiber 32 having an isotropic refractive index is fused.
[0003]
In order to improve the coupling efficiency of FIG. 10, as shown in FIG. 11, the length between the optical fiber 31 and the tip optical fiber 32 is 1/4 of the meandering period of the transmitted light, or an odd multiple thereof. An optical fiber with a lens to which an optical fiber 33 having a squared refractive index profile is connected has been proposed.
[0004]
The manufacturing method of the optical fiber with a lens shown in FIG. 10 or FIG. 11 is an isotropic refractive index at the tip of the optical fiber 31 or the square-type refractive index distribution type optical fiber 33 as shown in FIGS. After connecting the optical fiber 32a having a desired length, the tip portion thereof is heated and melted by a microtorch or arc discharge to form a spherical surface. As another method, as shown in FIG. 13, there is also a method of forming a parabolic shape by pressing the tip of the optical fiber 32a in a heated state to a concave mold 34 whose end face has a parabolic shape.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the lens is formed by heating and melting the tip of the optical fiber by the micro torch or arc discharge shown in FIG. 12 among the above manufacturing methods, there are the following problems.
[0006]
(1) In a method in which the tip of an optical fiber having an outer diameter of, for example, about 120 μmφ is melted and the action of surface tension is used to make the tip of the optical fiber spherical, it is difficult to form the same shape. There is no reproducibility. In addition, it is difficult to control a uniform temperature with a torch or discharge, and if it fails, it takes time and labor to reconnect and disconnect the tip optical fiber 32a, and the cost increases.
[0007]
(2) Since the molding is performed in a space, the optical axis of the lens and the optical fiber may be misaligned depending on the heating method.
[0008]
(3) Quality tends to depend on individual skills and is not suitable for mass production in terms of equipment. This increases the cost.
[0009]
(4) There is no degree of freedom in shape because molding is performed using surface tension.
[0010]
Further, in the method of press-contacting the mold shown in FIG. 13, for example, an extremely thin optical fiber having an outer diameter of about 120 μmφ is difficult to control the press-contact force because bending tends to occur. In particular, when the tip optical fiber 32a is quartz, the melting temperature is as high as 1500 ° C. or more and the viscosity change is large. Therefore, the mold must be heated to the melting temperature of the optical fiber at the same time. It ’s difficult.
[0011]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for manufacturing a lens-attached optical fiber having a lens of an arbitrary shape fixed to the tip of the optical fiber in a large amount at a low cost.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the manufacturing method of the optical fiber with a lens according to claim 1 of the present invention prepares in advance a mold in which a hole-shaped mold cavity having an upper surface opening having a bottom surface formed into a convex lens shape is formed , Inserting the tip of the core for the optical fiber insertion hole into the mold recess of the mold from the top opening side , adjusting the position to a predetermined depth with respect to the bottom surface of the convex lens shape, and providing the core, injecting the silicon alkoxide to the higher level position than the insertion tip of the core in the recess, then, hydrolyzed turned into gel by generating a gel body having a shape corresponding to the mold recess, said gel body After removing the core from the mold and removing the core of the gel body, an optical fiber insertion hole is formed. After that, the gel body is vitrified to form a convex lens, and then formed by the core. Hikarifu to the optical fiber insertion hole of the convex lens Characterized in that the insert sticking to lenses with optical fiber optic.
[0013]
In order to solve the above-mentioned problem, the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 2 of the present invention prepares in advance a mold in which a hole-shaped mold cavity having an upper surface opening having a bottom surface formed in a convex lens shape is formed , An optical fiber is disposed in the mold cavity of the mold by inserting the tip of the optical fiber into the mold cavity from the upper surface opening side and adjusting the position to a predetermined depth position with respect to the bottom surface of the convex lens shape. the silicon alkoxide is injected to a higher level position than the insertion tip of the optical fiber within, subsequently, hydrolyzed turned into gel by generating a gel body having a shape corresponding to the mold recess, said gel body removed from the mold, the gel body, characterized in Rukoto forming forms a convex lens which is integrated with the optical fiber vitrified thereafter.
[0014]
In order to solve the above-described problems, the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 3 of the present invention is characterized in that the convex lens has a spherical shape.
[0015]
In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing an optical fiber with a lens according to claim 4 of the present invention is characterized in that the shape of the convex lens is an aspherical surface.
[0016]
In order to solve the above-mentioned problems, the manufacturing method of an optical fiber with a lens according to claim 5 of the present invention is characterized in that a dopant is added in a convex lens of an optical fiber optical axis extension portion.
[0017]
According to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 1 or 2 of the present invention, the lens fixed to the tip of the optical fiber is manufactured by a sol-gel method using a mold similar to the lens. A large amount can be manufactured at low cost. In addition, a mold cavity similar to the lens can be easily formed by using a synthetic resin or a metal having a low melting point. That is, a mold recess similar to the lens can be easily formed by manufacturing a mold similar to the lens by precision processing and pouring a synthetic resin or a metal having a low melting point around the similar mold.
[0018]
In addition, the distance between the lens and the end face of the optical fiber is a very important factor for optical coupling, but the alignment of the bottom of the mold cavity and the tip of the core for the optical fiber insertion hole or the tip of the optical fiber is optical. By using a three-axis stage, precise alignment can be easily achieved.
[0019]
Furthermore, according to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 2, the lens is manufactured by directly arranging the optical fiber in the mold recess without using the core for the optical fiber insertion hole when manufacturing the lens. At the same time, since the optical fiber is fixed, the work efficiency is further improved.
[0020]
According to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 3 of the present invention, the shape of the lens is a spherical surface, and the spherical body is easy to be precision processed. A mold cavity having a spherical bottom surface can be easily formed by pouring a synthetic resin or a metal having a low melting point around.
[0021]
According to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 4 of the present invention, since the shape of the lens is an aspherical surface, the lens has an arbitrary shape optimal for optical coupling with the end face of the optical fiber, for example, a hyperbolic shape. It can be a curved surface.
[0022]
In the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 5 of the present invention, since the dopant is added into the convex lens of the optical fiber extension portion, the refractive index of the optical fiber and the lens can be adjusted.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail by embodiments.
[0024]
(Embodiment 1)
[0025]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a method for producing an optical fiber with a lens according to the present invention. As shown in FIG. 1, the mold 1 has a mold recess 2. The bottom surface 3 of the mold cavity 2 is a hemispherical surface. 4 is a core for forming an optical fiber insertion hole, and the tip 4a of the core 4 is arranged at a predetermined position from the bottom surface 3 of the mold cavity 2 by a three-axis stage (not shown). The core 4 is not particularly problematic as long as it is straight.
[0026]
A gel solution 5a, which is a glass raw material solution, is injected into the mold recess 2 of the mold 1 described above. The raw material of the gel solution 5a is, for example, silicon alkoxide as a metal alkoxide, and the main component is tetramethyl silicate or tetraethyl silicate. In order to adjust the refractive index, another dopant such as Ge, Ti, or Al may be added to this raw material in a region that becomes an optical axis extension portion of an optical fiber to be connected later.
[0027]
Water, a catalyst (hydrochloric acid or ammonia), and alcohol are added to the glass raw material for hydrolysis to prepare the sol solution 5b. The sol solution 5b is poured into the mold recess 2 of the mold 1 to be molded. After pouring the sol solution 5b into the mold cavity 2, the mold 1 is heated to 50 to 80 ° C. for 20 hours to gel. When the generated gel body 7 is taken out from the mold 1 and the core 4 is removed, a gel body 7 containing a large amount of water and alcohol having an optical fiber insertion hole 6a as shown in FIG.
[0028]
The gel body 7 is slowly heated from room temperature to 1100 ° C. at a rising temperature of 0.2 to 0.5 ° C. per minute. In this process, the gel undergoes volume shrinkage due to dehydration-condensation, and finally has a convex lens shape having an optical fiber insertion hole 6b as shown in FIG. The quartz lens 8 is formed. The optical fiber with lens 10 is obtained by inserting the optical fiber 9 into the optical fiber insertion hole 6b and fixing with an adhesive as shown in FIG.
[0029]
In the molding step, the volume shrinkage when the gel body 7 becomes the quartz lens 8 varies depending on the type, concentration, and reaction conditions of the metal alkoxide. In general, if the type of alkoxide is limited so that the volume shrinkage is about a fraction, and the concentration and reaction conditions are controlled, a product having the same shape can be accurately produced. In addition, as described above, the manufacturing of the small molded body is made larger by reducing the size of the molding die 1 as a start, which is advantageous in terms of processing and accuracy. Further, since the heating temperature is about 1100 ° C., which is considerably lower than the softening point of quartz, which is about 1600 ° C., deformation at the time of vitrification from the gel molded body is small enough to be ignored in practice.
[0030]
The inner surface of the mold recess 2 or the core 4 of the mold 1 may be coated with a release agent such as a fluorine-based oil in consideration of the release property of the gel. The optical fiber 9 may be a bare optical fiber body or a metal or carbon coated optical fiber, or may be inserted into a heat resistant metal or ceramic ferrule. When the sol solution 5b is injected, ultrasonic waves or fine vibrations may be applied to the mold 1 as necessary to prevent the generation of bubbles. The positional deviation of the core 4 due to this can be adjusted after the sol solution 5b is injected. That is, since the viscosity of the initial sol solution 5b is equal to that of water, the core 4 can be moved.
[0031]
(Embodiment 2)
[0032]
FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the method for producing an optical fiber with a lens according to the present invention. As shown in FIG. 4, the mold 1 is the same as that of the first embodiment. The feature of the second embodiment is that the optical fiber 9 is directly arranged in the mold recess 2 of the mold 1 without using the core for forming the optical fiber insertion hole. The insertion position (tip position) of the optical fiber 9 is adjusted by a three-axis stage (not shown) so that light incident from the lens end surface to be formed is coupled to the end surface 9a of the optical fiber 9 according to the first embodiment. The same as in the case of the core. Other steps and procedures are the same as those in the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0033]
The molding die used in the first embodiment and the second embodiment can be processed as follows. FIG. 5 shows a mold for forming a mold cavity of a mold. In the mold recess forming mold 20, one end of the straight portion 20 a is a spherical or aspherical convex lens-shaped portion 20 b, and the other end is a holding portion 20 c of the mold 20. The mold 20 is processed using an ultraprecision machine, and its size is determined in consideration of the shrinkage rate of the gel. When the end is spherical, a sphere may be used. Fine precision machining of the sphere is achieved relatively easily. The sphere is halved or formed by adhering to a metal rod that becomes the straight portion 20a with an adhesive.
[0034]
Using this mold cavity forming mold 20, a mold 22 having a mold cavity 21 having a concave surface fitted and matched with the convex surface of the mold 20 as shown in FIG. 6 is produced. The mold 22 is made of a synthetic resin or a low melting point metal, and if there are many mold recesses 21, it is preferable to provide a casting hole 23. If there is the casting hole 23, the injection amount of the sol solution that is the glass raw material solution becomes uniform.
[0035]
The specific example of the manufacturing method of an optical fiber with a lens is demonstrated below.
[0036]
[Example 1]
A mold recess forming mold 20 shown in FIG. 5 and a core 4 shown in FIG. 1 were produced using brass with an ultraprecision machine. The mold recess forming mold 20 has an aspherical convex lens-shaped portion 20b, a slate portion 20a and a gripping portion gripping portion 20c with an outer diameter of 1.75 mmφ and a length of 10 mm, and the core 4 has an outer diameter of 0.44 mmφ and a length. The thickness is 12 mm.
[0037]
The mold 20 and the core 4 were provided with corrosion resistance by vapor deposition of gold. An acrylic resin was poured around the mold 20 to produce a casting mold 22 shown in FIG. After the core 4 is disposed at a predetermined position of the mold recess 21 of the casting mold 22 as shown in FIG. 7, the sol solution 5b adjusted with the composition shown in Table 1 is pumped from the casting hole 23 with a pump (not shown). Injected into.
[0038]
[Table 1]

[0039]
When the viscosity of the sol solution 5b is high or when the sol solution 5b is injected quickly, the sol solution 5b may be injected while sucking from one casting hole 23. Alternatively, the casting mold 22 may be placed in a vacuum container (not shown), and the sol solution 5 b may be injected into each mold recess 21. As a result of examining the shrinkage rate of the gel body 7 having the composition shown in Table 1 in advance, the shrinkage rate was 1 / 3.5, and the size of the mold recess 21 of the mold 22 was determined from this value. The mold 22 in which the sol solution 5b was injected into each mold cavity 21 was heated in a thermostatic bath at 60 ° C. for 20 hours to complete the hydrolysis reaction.
[0040]
The gel body 7 with the core 4 was taken out from the mold cavity 21 and the core 4 was removed from the gel body 7 to obtain a gel body 7 having an optical fiber insertion hole 6a as shown in FIG. This gel body 7 was put into an electric furnace and slowly heated at a rate of temperature increase of 0, 2 ° C. per minute for about 92 hours to vitrify. As a result, it has an optical fiber insertion hole 6b with an inner diameter of 125 μmφ as shown in FIG. 2B, which is slightly smaller than the gel body 7 shown in FIG. A rod-type quartz lens 8 having an aspherical surface was produced.
[0041]
The coating layer of nylon or the like at the end of a normal single mode optical fiber 9 is peeled off to expose the optical fiber 9, which is inserted into the optical fiber insertion hole 6b and fixed with an optical adhesive in FIG. The optical fiber 10 with the lens shown was produced.
[0042]
[Example 2]
As shown in FIG. 8, the optical fiber 9 formed in the same manner as in the first embodiment as shown in FIG. 8 is directly placed at a predetermined position in the mold recess 21 of the casting mold 22 used in the first embodiment. The sol solution 5b adjusted with the composition shown was injected into the mold recess 21 from the casting hole 23 with a pump (not shown).
[0043]
[Table 2]

[0044]
The sol solution 5b in the mold cavity 21 is gelled and vitrified in accordance with the first embodiment, and a lens as shown in FIG. 9 in which an optical fiber 9 is integrated with a rod-type quartz lens 8a having an aspheric surface at the tip. The attached optical fiber 10a was produced. The shrinkage ratio of the gel of this example was 1 / 3.5, which was the same as that of Example 1. According to the present embodiment, no core is required, and the bonding process between the quartz lens 8a and the optical fiber 9 is not required, and the manufacturing process is simplified.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 1 or claim 2 of the present invention, the lens fixed to the tip of the optical fiber is produced by a sol-gel method using a mold similar to the lens. It is possible to manufacture a large quantity of the same shape with reproducible quality at low cost. Moreover, since the lens is manufactured using a mold, it can be manufactured without depending on the skill of the manufacturer. Further, since the mold has a degree of freedom in shape, it can be complicated such as a tapered waveguide structure, the optical coupling characteristic can be formed in an optimum shape, and the optical coupling characteristic is improved.
[0046]
In addition, the distance between the lens and the end face of the optical fiber is a very important factor for optical coupling, but the alignment of the bottom of the mold cavity and the tip of the core for the optical fiber insertion hole or the tip of the optical fiber is optical. Since a precise alignment can be easily achieved by using a three-axis stage, the optical coupling characteristics are improved.
[0047]
Furthermore, according to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 2, the lens is manufactured by directly arranging the optical fiber in the mold recess without using the core for the optical fiber insertion hole when manufacturing the lens. At the same time, since the optical fiber is fixed, the work efficiency is further improved.
[0048]
According to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 3 of the present invention, the shape of the lens is a spherical surface, and the sphere is easy to be precisely processed. A mold cavity having a spherical bottom surface can be easily formed by pouring a synthetic resin or a metal having a low melting point around.
[0049]
According to the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 4 of the present invention, since the shape of the lens is an aspherical surface, it is possible to obtain an arbitrary lens shape that is optimal for optical coupling with the end face of the optical fiber. Therefore, the optical coupling characteristics are improved.
[0050]
In the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 5 of the present invention, since the dopant is added into the convex lens of the optical fiber extension portion, the refractive index of the optical fiber and the lens can be adjusted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a method for producing an optical fiber with a lens according to the present invention.
2A is a front view of a gel body made by the method for producing an optical fiber with a lens in FIG. 1, and FIG. 2B is a convex lens shape made by the method for producing an optical fiber with a lens in FIG. It is a front view of the made quartz lens.
FIG. 3 is a front view of an optical fiber with a lens manufactured by an embodiment of a method for manufacturing an optical fiber with a lens according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the manufacturing method of the optical fiber with a lens of the present invention.
FIG. 5 is a front view of a mold depression forming mold used when producing a mold used in the method for producing an optical fiber with a lens of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a mold used in the method for producing an optical fiber with a lens of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing one step of an embodiment of the method for producing a lens-attached optical fiber of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of another embodiment of the method for producing an optical fiber with a lens of the present invention.
FIG. 9 is a front view of an optical fiber with a lens manufactured by another embodiment of the method for manufacturing an optical fiber with a lens according to the present invention.
FIG. 10 is a front view showing an example of a conventional optical fiber with a lens.
FIG. 11 is a front view showing another example of a conventional optical fiber with a lens.
FIGS. 12A and 12B are front views showing an example of a manufacturing process of a conventional optical fiber with a lens. FIGS.
FIG. 13 is an explanatory view showing an example of another manufacturing process of a conventional optical fiber with a lens.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mold 2 Mold cavity 3 Bottom surface 4 Core 4a Core 4 tip 5a Gel solution 5b Sol solution 6a Optical fiber insertion hole 7 Gel body 8 Quartz lens 9 formed in convex lens shape 9 Optical fiber

Claims

Prepare a mold that has a hole-shaped mold cavity with a top opening with a convex lens shape on the bottom, and insert the tip of the core for the optical fiber insertion hole into the mold cavity of the mold from the top opening side. Then, the core is provided by adjusting the position to a predetermined depth position with respect to the bottom surface of the convex lens shape, and silicon alkoxide is injected into the mold recess to a higher level position than the insertion tip of the core , and then hydrolyzed to gel turned into to generate a gel body having a shape corresponding to the mold recess, the gel body to remove the core removed from the mold gel body core the removed track of the optical fiber insertion hole of After that, after forming the convex body by vitrifying the gel body , an optical fiber is inserted and fixed in the optical fiber insertion hole of the convex lens formed by the core to form an optical fiber with a lens. Characteristic optical fiber with lens The method of production.

A convex mold is prepared by previously preparing a mold having a hole-shaped mold cavity having an upper surface opening whose bottom surface is formed in a convex lens shape, and inserting the tip of the optical fiber into the mold cavity from the upper surface opening side into the mold cavity of the mold. by placing the optical fiber with respect to the bottom surface of the shape by positioning the predetermined depth position, the silicon alkoxide in the mold recess was injected to a higher level position than the insertion tip of the optical fiber, thereafter, Hydrolyze to form a gel body having a shape corresponding to the mold recess, take out the gel body from the mold, and then vitrify the gel body to form a convex lens integrated with an optical fiber. method of manufacturing a lens with optical fibers, characterized in Rukoto forming.

The method of manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 1 or 2, wherein the convex lens has a spherical shape.

The method of manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 1 or 2, wherein the convex lens has an aspherical shape.

5. The method of manufacturing an optical fiber with a lens according to claim 1, wherein a dopant for adjusting a refractive index is added to a convex lens of an optical fiber extension portion.