JP4112126B2 - Optical system - Google Patents

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JP4112126B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバコードから出射される光を平行光に変換し、平行光を光ファイバコードへ集光するコリメート/集光光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光ファイバコードのコア中を伝搬する光のパワーや波長帯域を制限する場合、図7に示すような構成の光学系が一般的に採用されている。
【0003】
図7に示す光学系21では、光ファイバコード22のコア中を伝搬する光をレンズ23を用いて空気中での平行な光に変換した後、所望の減衰素子24あるいはフィルタ素子25を通過させ、その後レンズ26にて再び光ファイバコード27へ集光している。
【0004】
ところで、近年、光ファイバコード22,27の先端部に設けられるフェルール28としては、図8に示すように、端面28aが斜めにカットされた斜研磨フェルール28Aが使用されつつある。これにより、端面28aで反射した光が再び光ファイバコード22,27へ入射し、戻り光として光源の安定度に影響を及ぼさないようにしている。
【0005】
しかしながら、光ファイバコード22,27のフェルール28として斜研磨フェルール28Aを用いると、図8に示すように、出射された光の光軸L10は、斜研磨フェルール28Aの中心軸L11と一致しなくなる。通常使用されるフェルール28の光軸はコアの中心と一致している。
【0006】
そして、一対のコリメート/集光光学系を組み立てる場合、出射側の光学系を組み立てた後、光学部品を配置し、最後に受け側である集光側の光学系の軸合わせを行っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した軸合わせ作業には熟練が必要であった。この問題を解決するため、図9(a),(b)に示すように、円筒状ホルダー31と出射光光軸とが一致するように斜研磨フェルール28Aとレンズ23(又は26)を円筒状ホルダー31に固定したコリメート/集光光学系が提案されている。
【0008】
このコリメート/集光光学系では、図9(a),(b)に示す如く、円筒状ホルダー31の外形の中心軸と光軸とが一致するように、円筒状ホルダー31の内径の中心を外形の中心からずらして切削されている。
【0009】
そして、上記のような軸外し円筒状ホルダー31に斜研磨フェルール28Aとレンズ23(又は26)とが組み込まれたコリメータ/集光光学系を、図10に示すようなコの字型の保持台32にドリルを貫通させてあけた2箇所の穴33に対にして用いると、円柱状ホルダー31の外形中心と光軸とを一致させることができる。これにより、光軸調整を行わなくても、損失の小さい光学系を製作することができる。
【0010】
しかしながら、上記のような従来の軸外し円筒状ホルダー31を用いた光学系では、外形と内径の中心をわずかにずらせるという精密な加工を必要とする欠点があった。
【0011】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、精密な加工を必要とすることなく製作の簡易化を図って斜研磨フェルールによりずれる出射光又は入射光の光軸を一致させることができる光学系を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、光ファイバコード2から出力される光を平行光に変換して出射、又は平行光を前記光ファイバコードへ集光する光学系1において、
前記光ファイバコードの端部に設けられ、端面3aが斜めに研磨された斜研磨フェルール3と、
コリメートレンズ4と、
両端面5a,5bが平行に斜め研磨された斜研磨光学素子5と、
前記斜研磨フェルールの出射位置3aが前記コリメートレンズの焦点位置であって、且つ前記斜研磨フェルールの中心軸L1と前記コリメートレンズの光軸が一致するように、前記斜研磨フェルール、前記コリメートレンズ、前記斜研磨光学素子の順にこれらの部品を固定するホルダー6とを備えており、
出射又は入射される光の光軸が前記ホルダーの中心軸と一致するように、前記斜研磨光学素子の形状及び材質の屈折率が規定されていることを特徴とする。
【0013】
請求項2の発明は、請求項1の光学系において、
前記斜研磨フェルール、前記コリメートレンズ及び前記斜研磨光学素子はそれぞれ円柱状をなしており、
前記ホルダー6は割スリーブからなることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による光学系の実施の形態を示す図である。
【0015】
図1に示すように、本例における光学系1は、光ファイバコード2の先端部に設けられる斜研磨フェルール3、レンズ4、斜研磨光学素子5、ホルダー6を備えて構成される。単一のホルダー6内には、斜研磨フェルール3、レンズ4、斜研磨光学素子5の順にこれらの部品3,4,5が所定間隔をおいて固定されている。そして、斜研磨光学素子5は、出射又は入射される光の光軸がホルダー6の中心軸と一致するように、形状及び材質の屈折率が規定されている。
【0016】
本例における光学系1では、斜研磨フェルール3側から光が入射されると、その光をレンズ4を介して平行光に変換して斜研磨光学素子5から出射している。これに対し、斜研磨光学素子5側から平行光が入射されると、その平行光をレンズ4を介して斜研磨フェルール3のコア中心軸(図中一点鎖線で示すL1)上に集光している。
【0017】
ホルダー6は、部品加工精度を吸収することを目的として、円筒状の割スリーブが用いられる。ホルダーをなす割スリーブ6には、円筒の中心軸と平行で、かつ中心軸に沿って貫通したスリット状の切れ目6aが形成されている。
【0018】
円柱状をなす斜研磨フェルール3は、先端面3aがコア中心軸L1と直交する面に対し、例えば4°〜8°程度の角度を持って斜めにカットされている。これにより、先端面3aで反射した光が再び光ファイバコード2へ入射し、戻り光として光源の安定度に影響を及ぼさないようにしている。斜研磨フェルール3は、先端面3aがレンズ4側に向くように割スリーブ6内に設置して固定されている。
【0019】
レンズ4は、斜研磨フェルール3側から入射された光を平行光に変換して出力し、斜研磨光学素子5から入射された平行光を斜研磨フェルール3のコア中心軸L1上に集光している。レンズ4は、例えば図1に示すような両端面が凸状の球面をなす円柱状のドラムレンズの他、セルフォックレンズ等のコリメータレンズで構成することができる。レンズ4は、斜研磨フェルール3と斜研磨光学素子5との間で割スリーブ6内のほぼ中心位置で、かつ先端面3aからレンズの主点までの距離が焦点距離となる位置に設置して固定されている。
【0020】
斜研磨光学素子5は、両端面が平行に斜め研磨された円柱状の光学素子で構成される。斜研磨光学素子5は、一方の斜研磨面がレンズ4側に向くように割スリーブ6内に設置して固定されている。斜研磨光学素子5は、光が入出射する二つの面(両端面)5a,5bが互いに高精度に平行であり、出射又は入射される光の光軸が割スリーブ6の中心軸と一致するように、その形状、材質の屈折率、斜研磨角度、長さ、斜研磨フェルールとの距離、光軸との角度、軸回りの設置角等が規定されている。
【0021】
ここで、上記斜研磨光学素子5の両端面5a,5bの平行度は高精度に仕上げられている必要が有り、特に長い距離に亘って平行光を伝搬する場合には、特に重要となる。例えば円柱状の光学素子の両端面を独立して斜研磨した場合には、その平行度は非常に悪く、実用的に用いることが出来ない。
【0022】
このため、上記円柱状の斜研磨光学素子5は、以下に説明する加工方法の手順によって作製される。
【0023】
まず、図2(a)に示すように、高精度に仕上げられた平面平板11を四角柱状に切り出す。続いて、図2(b)に示すように、四角柱状に切り出したもの12を一般的な加工精度で斜め8°に傾いた四角柱状に切り分ける。この時、円柱状に切り出す必要はない。その後、図2(c)に示すように、斜め8°に傾いた四角柱状に切り分けたもの13を円筒ホルダ14内に挿入し、回りを接着固定する。これにより、円柱状の斜研磨光学素子5が完成する。
【0024】
次に、上記斜研磨光学素子5の具体例を図3(a)〜(c)に基づいて説明する。
【0025】
図3(a)に示すように、斜研磨フェルール3のコア部分の屈折率をn0(=1.5)、先端面3aの斜研磨角度をθ0(=8°)、空気の屈折率をn1(=1)とすると、出射光の回折角θ1は、スネルの法則より、n0・sinθ0=n1・sinθ1、θ1=sin-1(n0/n1・sinθ0)≒12°となる。よって、振れ角ψ(斜研磨フェルール3のコア中心軸L1と出射光軸L2とがなす角)は、ψ=θ1−θ0=4°となる。
【0026】
図3(b)に示すように、斜研磨フェルール3の先端面3aに対するレンズ4の焦点距離をf(=2mm)とすると、平行光軸のずれ量x(斜研磨フェルール3のコア中心軸L1−L1から平行光の光軸L3−L3までの距離)は、x=f・tanψ≒0.14mmとなる。
【0027】
斜研磨光学素子5として、屈折率n3(=1.5)のBK7(ホウケイ酸クラウンガラス)を、斜研磨角度θ2(=8°)にて研磨したものを用いる場合の素子の長さIを以下の手順にて求める。
【0028】
光軸L4と入射面5aとの交点を点A、光軸L4と出射面5bとの交点を点B、点Aから斜研磨フェルール3のコア中心軸L1に下した垂線との交点を点C、入射面5aと斜研磨フェルール3のコア中心軸L1との交点を点Dとする。
【0029】
屈折角θ3は、スネルの法則より、n1・sinθ2=n3・sinθ3、θ3=sin-1(n1/n3・sinθ2)≒5.3°となる。
【0030】
よって、∠CABは、∠CAB=90°−θ2+θ3≒87.3°となる。また、辺CBの長さは、CB=x・tan∠CAB≒2.97mmとなる。さらに、辺DCの長さは、DC=x・tanθ2≒0.02mmとなる。
【0031】
よって、斜研磨光学素子5の長さIは、I=CB+DC≒3mmとなる。
【0032】
ところで、図10に示すような光学系において、コア径10μmで先端面の斜研磨角度が8°に形成された斜研磨フェルール28Aと、焦点距離2mmのレンズ23(又は26)とを用いた場合、平行光の軸ずれ量と結合効率の関係を計算すると、図4の様な特性を示す。
【0033】
そして、上記光学系のように、斜研磨光学素子5を用いない場合の軸ずれ量の最悪値は140μm×2=280μmとなる。従って、斜研磨光学素子5を用いない光学系では、最悪10dB近くの損失を発生することになる。
【0034】
これに対し、本例では、斜研磨フェルール3及びレンズ4に加えて斜研磨光学素子5を同一の割スリーブ(ホルダー)6に固定して光学系1を構成し、以下に説明するように、損失を抑えて十分実用に耐えられるようになっている。
【0035】
まず、斜研磨光学素子5の長さIの加工精度が結合効率に及ぼす影響について説明すると、斜研磨光学素子5の長さIと軸ずれ量xは比例関係にあり、長さIの変化量ΔIに対する軸ずれ量xの変化量Δxは、Δx/x=ΔI/Iと表される。この式に、前記の値x=140μm、I=3mm、及び、一般的な加工精度としてΔI=±0.1mm程度を代入すると、Δx≒±4.7μmとなる。
【0036】
従って、両コリメート間の軸ずれ量は10μm以下、損失の最悪値は0.02dB以下と非常に小さいものであり、十分実用に用いる事が出来る。
【0037】
次に、斜研磨光学素子5の斜研磨角度θ2の加工精度が結合効率に及ぼす影響について説明すると、斜研磨光学素子5の斜研磨角度θ2の加工精度は±0.5°程度である。この時の屈折角θ3の変化量Δθ3は、θ3を求める式をθ2にて微分することにより求められ、θ3≒±0.33°である。そして、この時の軸ずれ量xの変化量Δxは、Δx≒BC/cosθ3・tanΔθ3≒±17μmとなる。
【0038】
従って、両コリメート間の軸ずれ量は35μm以下、損失の最悪値は前記平行軸ずれの場合よりは大きくなり0.2dB以下である。しかしながら、実用に用いる場合でも十分許容できる範囲である。
【0039】
次に、軸回りの回転トレランスについて説明する。斜研磨フェルール3と斜研磨光学素子5が割スリーブ6の中心軸L5に対して相対的に回転すると、出射光軸L6が中心軸L5と一致しなくなる。図5の破線で示すように、出射光軸L6は、出射側から光学系1を見ると、一端が中心軸L5を通り半径140μmの円周上に位置する。相対回転角を微少角αとすると、軸ずれ量xの変化量Δxは、Δx≒x・α、但しαはradなので、加工(調整)精度を±2°とすると、Δx≒5μmとなる。
【0040】
従って、平行軸ずれの場合と同様に、損失の最悪値は0.02dB以下と非常に小さいものであり、十分実用に用いる事が出来る。
【0041】
ところで、光学系1を設計する場合においては、多重反射の影響を考慮に入れなければならない。
【0042】
具体的には、図6に示すように、斜研磨フェルール3の端面3aと斜研磨光学素子5の端面5a間の多重反射、斜研磨光学素子5の両端5a,5b間の多重反射、それらの複合多重反射、上記以外の面における多重反射等々を考慮する必要がある。
【0043】
この多重反射の影響は、結合効率の波長依存性の劣化として現れたり、光源へ戻り光として戻る場合には光源の安定性の劣化として現れたりする。
【0044】
そこで、主光ビームおよび多重反射光のビーム径、多重反射光の軸ずれ量、多重反射光の角度ずれ量、反射面における反射率、透過率等から受光系に対する結合効率(および戻り光の比率)を計算し、系に影響を及ぼさない値となるように、斜研磨光学素子5の材質(屈折率)、斜研磨角度、長さ、減反射コーティング、斜研磨フェルール3との距離等を決定する。
【0045】
このように、本実施の形態の光学系1では、斜研磨フェルール3及びレンズ4の構成に加え、両端5a,5bが平行に斜研磨されている斜研磨光学素子5を同一のホルダー(割スリーブ)6に収容固定している。そして、斜研磨光学素子5は、出射又は入射される光の光軸がホルダー6の中心軸L5と一致するように形状及び材質の屈折率が規定されている。これにより、従来のような精密な加工を必要とすることなく光学系の製作の簡易化が図れ、斜研磨フェルール3によりずれる出射光又は入射光の光軸を一致させることができる。
【0046】
そして、光ファイバコードを伝搬する光のパワーや波長帯域を制限する場合には、各構成部品(斜研磨フェルール3、レンズ4、斜研磨光学素子5)が対称に配置されるように、図10の破線で囲む部分(保持台32の2箇所の穴33,33)に本例の光学系1を対にして取り付ければ、特別な光軸調整を行うことなく、損失の小さい平行光学系を構成することができる。
【0047】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来のような高精度の加工技術を用いなくても、斜研磨フェルールによりずれる出射光又は入射光の光軸を一致させることができ、製作の簡易化が図れるという効果を奏する。
【0048】
特に、請求項2の光学系によれば、各部品(斜研磨フェルール、コリメートレンズ、斜研磨光学素子)の加工精度を吸収した状態で、従来のような高精度の加工技術を用いることなく、斜研磨フェルールによりずれる出射光又は入射光の光軸を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光学系の実施の形態を示す側断面図
【図2】(a)〜(c)斜研磨光学素子の加工手順を示す図
【図3】(a)〜(c)斜研磨光学素子の具体例を説明するための図
【図4】斜研磨光学素子を用いない場合の軸ずれ量に対する損失の特性図
【図5】本発明による光学系を出射側から見た図
【図6】(a)斜研磨フェルール端面と斜研磨光学素子端面間の多重反射を示す図
(b)斜研磨光学素子両端面間の多重反射を示す図
【図7】光ファイバコードを伝搬する光のパワーや波長帯域を変換するときに採用される一般的な光学系の構成図
【図8】斜研磨フェルールを有する光ファイバコードの側面図
【図9】(a)出射光の光軸合わせに円筒状ホルダーを採用した従来の光学系の側断面図
(b)円筒状ホルダーを出射側から見た断面図
【図10】図9の円筒状ホルダーを採用した光学系を保持台に取り付けた状態の断面図
【符号の説明】
1…光学系、2…光ファイバコード、3…斜研磨フェルール、3a…先端面、4…レンズ、5…斜研磨光学素子、5a,5b…入出射面、6…ホルダー(割スリーブ)、6a…切れ目。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a collimating / condensing optical system that converts light emitted from an optical fiber cord into parallel light and collects the parallel light onto the optical fiber cord.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when limiting the power and wavelength band of light propagating through the core of an optical fiber cord, an optical system having a configuration as shown in FIG. 7 is generally employed.
[0003]
In the optical system 21 shown in FIG. 7, the light propagating in the core of the optical fiber cord 22 is converted into parallel light in the air using the lens 23, and then passed through a desired attenuation element 24 or filter element 25. Then, the light is condensed again on the optical fiber cord 27 by the lens 26.
[0004]
Incidentally, in recent years, as the ferrule 28 provided at the tip of the optical fiber cords 22 and 27, as shown in FIG. 8, an oblique polishing ferrule 28A having an end face 28a cut obliquely is being used. As a result, the light reflected by the end face 28a is incident on the optical fiber cords 22 and 27 again and does not affect the stability of the light source as return light.
[0005]
However, when the oblique polishing ferrule 28A is used as the ferrule 28 of the optical fiber cords 22 and 27, as shown in FIG. 8, the optical axis L10 of the emitted light does not coincide with the central axis L11 of the oblique polishing ferrule 28A. The optical axis of the commonly used ferrule 28 coincides with the center of the core.
[0006]
When assembling a pair of collimating / condensing optical systems, after assembling the optical system on the exit side, optical components are arranged, and finally, the optical system on the condensing side that is the receiving side is aligned.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, skill is required for the above-described axis alignment operation. In order to solve this problem, as shown in FIGS. 9A and 9B, the oblique polishing ferrule 28A and the lens 23 (or 26) are cylindrical so that the cylindrical holder 31 and the optical axis of the emitted light coincide with each other. A collimating / condensing optical system fixed to the holder 31 has been proposed.
[0008]
In this collimating / condensing optical system, as shown in FIGS. 9A and 9B, the center of the inner diameter of the cylindrical holder 31 is set so that the center axis of the outer shape of the cylindrical holder 31 coincides with the optical axis. Cut from the center of the outer shape.
[0009]
Then, a collimator / condensing optical system in which the oblique polishing ferrule 28A and the lens 23 (or 26) are incorporated in the off-axis cylindrical holder 31 as described above is a U-shaped holding base as shown in FIG. When used as a pair in two holes 33 formed by penetrating a drill through 32, the center of the outer shape of the cylindrical holder 31 can coincide with the optical axis. Thereby, an optical system with a small loss can be manufactured without adjusting the optical axis.
[0010]
However, in the optical system using the conventional off-axis cylindrical holder 31 as described above, there is a drawback in that it requires precise processing that slightly shifts the center of the outer shape and the inner diameter.
[0011]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and simplifies the production without requiring precise processing so that the optical axes of outgoing light or incident light shifted by the oblique polishing ferrule are matched. An object of the present invention is to provide an optical system capable of performing the above.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to an optical system 1 that converts the light output from the optical fiber cord 2 into parallel light, emits it, or collects the parallel light onto the optical fiber cord.
An obliquely polished ferrule 3 provided at an end of the optical fiber cord and having an end surface 3a polished obliquely;
A collimator lens 4,
An oblique polishing optical element 5 in which both end faces 5a and 5b are obliquely polished in parallel;
Said oblique polishing ferrule exit position 3a is a focal position of the collimator lens, and so that the optical axis of the swash central axis L1 and the collimating lens polishing the ferrule coincides, the swash polishing ferrule, the collimating lens, and a holder 6 for fixed these parts in the order of the swash polishing optical element,
The shape and material refractive index of the oblique polishing optical element are defined so that the optical axis of the emitted or incident light coincides with the central axis of the holder.
[0013]
The invention of claim 2 is the optical system of claim 1,
The oblique polishing ferrule, the collimating lens and the oblique polishing optical element each have a cylindrical shape,
The holder 6 is composed of a split sleeve.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical system according to the present invention.
[0015]
As shown in FIG. 1, the optical system 1 in this example includes a slant polishing ferrule 3, a lens 4, a slant polishing optical element 5, and a holder 6 provided at the tip of an optical fiber cord 2. In the single holder 6, the oblique polishing ferrule 3, the lens 4, and the oblique polishing optical element 5 are fixed in this order at a predetermined interval. The oblique polishing optical element 5 has a shape and a refractive index of the material so that the optical axis of the emitted or incident light coincides with the central axis of the holder 6.
[0016]
In the optical system 1 in this example, when light is incident from the oblique polishing ferrule 3 side, the light is converted into parallel light through the lens 4 and emitted from the oblique polishing optical element 5. On the other hand, when parallel light is incident from the oblique polishing optical element 5 side, the parallel light is condensed through the lens 4 onto the core central axis (L1 indicated by a one-dot chain line in the figure) of the oblique polishing ferrule 3. ing.
[0017]
The holder 6 is a cylindrical split sleeve for the purpose of absorbing the component machining accuracy. The split sleeve 6 forming the holder is formed with a slit-like cut 6a which is parallel to the central axis of the cylinder and penetrates along the central axis.
[0018]
The oblique polishing ferrule 3 having a cylindrical shape is cut obliquely with an angle of, for example, about 4 ° to 8 ° with respect to a surface whose tip surface 3a is orthogonal to the core central axis L1. As a result, the light reflected by the distal end surface 3a is incident on the optical fiber cord 2 again and does not affect the stability of the light source as return light. The oblique polishing ferrule 3 is installed and fixed in the split sleeve 6 so that the front end surface 3a faces the lens 4 side.
[0019]
The lens 4 converts the light incident from the oblique polishing ferrule 3 side into parallel light and outputs it, and condenses the parallel light incident from the oblique polishing optical element 5 on the core central axis L1 of the oblique polishing ferrule 3. ing. The lens 4 can be constituted by a collimator lens such as a Selfoc lens, in addition to a cylindrical drum lens whose both end surfaces are convex spherical surfaces as shown in FIG. The lens 4 is installed between the oblique polishing ferrule 3 and the oblique polishing optical element 5 at a substantially central position in the split sleeve 6 and at a position where the distance from the tip surface 3a to the principal point of the lens is the focal length. It is fixed.
[0020]
The oblique polishing optical element 5 is composed of a cylindrical optical element whose both end faces are obliquely polished in parallel. The oblique polishing optical element 5 is installed and fixed in the split sleeve 6 so that one obliquely polished surface faces the lens 4 side. In the oblique polishing optical element 5, two surfaces (both end surfaces) 5 a and 5 b where light enters and exits are parallel to each other with high accuracy, and the optical axis of the emitted or incident light coincides with the central axis of the split sleeve 6. Thus, the shape, the refractive index of the material, the oblique polishing angle, the length, the distance from the oblique polishing ferrule, the angle with the optical axis, the installation angle around the axis, etc. are defined.
[0021]
Here, the parallelism of the both end faces 5a and 5b of the oblique polishing optical element 5 needs to be finished with high accuracy, and is particularly important when propagating parallel light over a long distance. For example, when both end faces of a cylindrical optical element are obliquely polished independently, the parallelism is very poor and cannot be used practically.
[0022]
For this reason, the columnar oblique polishing optical element 5 is manufactured by the procedure of the processing method described below.
[0023]
First, as shown in FIG. 2A, the flat plate 11 finished with high accuracy is cut out into a quadrangular prism shape. Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), what is cut out into a quadrangular prism shape 12 is cut into a quadrangular prism shape inclined at an angle of 8 ° with general processing accuracy. At this time, it is not necessary to cut into a cylindrical shape. Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), a piece 13 cut into a square column inclined at an angle of 8 ° is inserted into the cylindrical holder 14, and the periphery is adhered and fixed. Thereby, the cylindrical oblique polishing optical element 5 is completed.
[0024]
Next, a specific example of the oblique polishing optical element 5 will be described with reference to FIGS.
[0025]
As shown in FIG. 3A, the refractive index of the core portion of the oblique polishing ferrule 3 is n0 (= 1.5), the oblique polishing angle of the tip surface 3a is θ0 (= 8 °), and the refractive index of air is n1. If (= 1), the diffraction angle θ1 of the emitted light is n0 · sin θ0 = n1 · sin θ1 and θ1 = sin −1 (n0 / n1 · sin θ0) ≈12 ° according to Snell's law. Therefore, the deflection angle ψ (the angle formed by the core central axis L1 of the oblique polishing ferrule 3 and the outgoing optical axis L2) is ψ = θ1−θ0 = 4 °.
[0026]
As shown in FIG. 3B, assuming that the focal length of the lens 4 with respect to the tip surface 3a of the oblique polishing ferrule 3 is f (= 2 mm), the deviation x of the parallel optical axis (the core central axis L1 of the inclined polishing ferrule 3). -Distance from L1 to the optical axis L3-L3 of parallel light) is x = f · tan ψ≈0.14 mm.
[0027]
As the oblique polishing optical element 5, the length I of the element in the case of using BK7 (borosilicate crown glass) having a refractive index n3 (= 1.5) at an oblique polishing angle θ2 (= 8 °) is used. The following procedure is used.
[0028]
The intersection of the optical axis L4 and the incident surface 5a is a point A, the intersection of the optical axis L4 and the exit surface 5b is a point B, and the intersection of the perpendicular from the point A to the core central axis L1 of the oblique polishing ferrule 3 is a point C. A point D is an intersection of the incident surface 5a and the core central axis L1 of the oblique polishing ferrule 3.
[0029]
The refraction angle θ3 is n1 · sin θ2 = n3 · sin θ3 and θ3 = sin −1 (n1 / n3 · sin θ2) ≈5.3 ° according to Snell's law.
[0030]
Therefore, ∠CAB becomes ∠CAB = 90 ° −θ2 + θ3≈87.3 °. The length of the side CB is CB = x · tan ・ CAB≈2.97 mm. Further, the length of the side DC is DC = x · tan θ2≈0.02 mm.
[0031]
Therefore, the length I of the oblique polishing optical element 5 is I = CB + DC≈3 mm.
[0032]
By the way, in the optical system as shown in FIG. 10, when using a slant polishing ferrule 28A having a core diameter of 10 μm and a slant polishing angle of the tip surface of 8 °, and a lens 23 (or 26) having a focal length of 2 mm. When the relationship between the amount of misalignment of parallel light and the coupling efficiency is calculated, the characteristics shown in FIG. 4 are obtained.
[0033]
And, as in the above optical system, the worst value of the amount of misalignment when the oblique polishing optical element 5 is not used is 140 μm × 2 = 280 μm. Therefore, in an optical system that does not use the oblique polishing optical element 5, a loss of about 10 dB at worst is generated.
[0034]
On the other hand, in this example, the oblique polishing optical element 5 is fixed to the same split sleeve (holder) 6 in addition to the oblique polishing ferrule 3 and the lens 4, and the optical system 1 is configured. As described below, It is designed to withstand practical use with minimal loss.
[0035]
First, the effect of the processing accuracy of the length I of the oblique polishing optical element 5 on the coupling efficiency will be described. The length I of the oblique polishing optical element 5 and the axis deviation amount x are in a proportional relationship, and the amount of change in the length I A change amount Δx of the axis deviation amount x with respect to ΔI is expressed as Δx / x = ΔI / I. Substituting the above-mentioned value x = 140 μm, I = 3 mm, and ΔI = ± 0.1 mm as general processing accuracy into this equation, Δx≈ ± 4.7 μm.
[0036]
Accordingly, the amount of axial misalignment between the two collimates is 10 μm or less, and the worst value of loss is 0.02 dB or less, which can be used practically.
[0037]
Next, the effect of the processing accuracy of the oblique polishing angle θ2 of the oblique polishing optical element 5 on the coupling efficiency will be described. The processing accuracy of the oblique polishing optical element 5 at the oblique polishing angle θ2 is about ± 0.5 °. The amount of change Δθ3 of the refraction angle θ3 at this time is obtained by differentiating the equation for obtaining θ3 by θ2, and θ3≈ ± 0.33 °. At this time, the amount of change Δx in the amount of axial deviation x is Δx≈BC / cos θ3 · tan Δθ3≈ ± 17 μm.
[0038]
Accordingly, the amount of axial misalignment between both collimates is 35 μm or less, and the worst value of loss is 0.2 dB or less, which is larger than that in the case of the parallel axis misalignment. However, even if it is used practically, it is a sufficiently acceptable range.
[0039]
Next, the rotation tolerance around the axis will be described. When the oblique polishing ferrule 3 and the oblique polishing optical element 5 rotate relative to the central axis L5 of the split sleeve 6, the outgoing optical axis L6 does not coincide with the central axis L5. As shown by the broken line in FIG. 5, when the optical system 1 is viewed from the emission side, one end of the outgoing optical axis L6 passes through the central axis L5 and is located on the circumference having a radius of 140 μm. If the relative rotation angle is a small angle α, the change amount Δx of the axis deviation amount x is Δx≈x · α, where α is rad. Therefore, if the processing (adjustment) accuracy is ± 2 °, Δx≈5 μm.
[0040]
Therefore, as in the case of the parallel axis deviation, the worst value of the loss is as small as 0.02 dB or less, and can be used practically enough.
[0041]
By the way, when designing the optical system 1, the influence of multiple reflection must be taken into consideration.
[0042]
Specifically, as shown in FIG. 6, multiple reflection between the end face 3a of the oblique polishing ferrule 3 and the end face 5a of the oblique polishing optical element 5, multiple reflection between both ends 5a and 5b of the oblique polishing optical element 5, It is necessary to consider complex multiple reflection, multiple reflection on surfaces other than the above, and the like.
[0043]
The influence of this multiple reflection appears as a deterioration of the wavelength dependency of the coupling efficiency, or as a deterioration of the stability of the light source when returning to the light source as light.
[0044]
Therefore, the coupling efficiency to the light receiving system (and the ratio of the return light) from the beam diameter of the main light beam and the multiple reflected light, the amount of axial deviation of the multiple reflected light, the amount of angular deviation of the multiple reflected light, the reflectance on the reflecting surface, the transmittance, etc ) Is calculated, and the material (refractive index) of the oblique polishing optical element 5, the oblique polishing angle, the length, the anti-reflection coating, the distance from the oblique polishing ferrule 3 and the like are determined so that the values do not affect the system. To do.
[0045]
As described above, in the optical system 1 according to the present embodiment, in addition to the configuration of the oblique polishing ferrule 3 and the lens 4, the oblique polishing optical element 5 in which both ends 5a and 5b are obliquely polished in parallel is provided with the same holder (split sleeve). ) 6 is housed and fixed. The oblique polishing optical element 5 has a shape and a refractive index that are defined so that the optical axis of the emitted or incident light coincides with the central axis L5 of the holder 6. As a result, it is possible to simplify the production of the optical system without requiring precise processing as in the prior art, and to match the optical axes of the outgoing light or the incident light shifted by the oblique polishing ferrule 3.
[0046]
When the power or wavelength band of light propagating through the optical fiber cord is limited, each component (the oblique polishing ferrule 3, the lens 4, and the oblique polishing optical element 5) is arranged symmetrically. If the optical system 1 of this example is attached to a portion surrounded by a broken line (two holes 33, 33 of the holding base 32) as a pair, a parallel optical system with small loss can be configured without performing special optical axis adjustment. can do.
[0047]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the optical axis of the emitted light or incident light shifted by the oblique polishing ferrule can be matched without using a conventional high-precision processing technique, There is an effect that the production can be simplified.
[0048]
In particular, according to the optical system of claim 2, in a state in which the processing accuracy of each component (oblique polishing ferrule, collimating lens, oblique polishing optical element) is absorbed, without using a conventional high-precision processing technique, The optical axis of the outgoing light or incident light shifted by the oblique polishing ferrule can be matched.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of an optical system according to the present invention. FIGS. 2 (a) to (c) are diagrams showing a processing procedure of an oblique polishing optical element. FIG. 3 (a) to (c). FIG. 4 is a diagram for explaining a specific example of a slant polishing optical element. FIG. 4 is a characteristic diagram of loss with respect to an axis deviation amount when a slant polishing optical element is not used. FIG. 6A is a diagram showing multiple reflections between an end surface of an oblique polishing ferrule and an end surface of an oblique polishing optical element. FIG. 6B is a diagram showing multiple reflections between both end surfaces of an oblique polishing optical element. FIG. FIG. 8 is a side view of an optical fiber cord having a slant polishing ferrule. FIG. 9A is a diagram illustrating the alignment of the optical axis of outgoing light. Cross-sectional side view of a conventional optical system that uses a cylindrical holder for the cylindrical holder (b) Sectional view of a state of attaching the saw cross-sectional view [FIG. 10] an optical system that employs a cylindrical holder of Figure 9 in holder EXPLANATION OF REFERENCE NUMERALS
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical system, 2 ... Optical fiber cord, 3 ... Slant-polishing ferrule, 3a ... Tip surface, 4 ... Lens, 5 ... Slant-polishing optical element, 5a, 5b ... Input / output surface, 6 ... Holder (split sleeve), 6a ... cuts.

Claims (2)

光ファイバコード(2)から出力される光を平行光に変換して出射、又は平行光を前記光ファイバコードへ集光する光学系(1)において、
前記光ファイバコードの端部に設けられ、端面(3a)が斜めに研磨された斜研磨フェルール(3)と、
コリメートレンズ(4)と、
両端面(5a,5b)が平行に斜め研磨された斜研磨光学素子(5)と、
前記斜研磨フェルールの出射位置(3a)が前記コリメートレンズの焦点位置であって、且つ前記斜研磨フェルールの中心軸(L1)と前記コリメートレンズの光軸が一致するように、前記斜研磨フェルール、前記コリメートレンズ、前記斜研磨光学素子の順にこれらの部品を固定するホルダー(6)とを備えており、
出射又は入射される光の光軸が前記ホルダーの中心軸と一致するように、前記斜研磨光学素子の形状及び材質の屈折率が規定されていることを特徴とする光学系。
In the optical system (1) that converts the light output from the optical fiber cord (2) into parallel light and emits it, or collects the parallel light on the optical fiber cord.
A slant polishing ferrule (3) provided at an end of the optical fiber cord and having an end surface (3a) polished obliquely;
A collimating lens (4),
An oblique polishing optical element (5) whose both end faces (5a, 5b) are obliquely polished in parallel;
The oblique polishing ferrule, so that the exit position (3a) of the oblique polishing ferrule is a focal position of the collimating lens and the central axis (L1) of the oblique polishing ferrule and the optical axis of the collimating lens coincide with each other . the collimating lens, and a holder (6) to secure the these parts in the order of the swash polishing optical element,
An optical system characterized in that the shape and material refractive index of the oblique polishing optical element are defined so that the optical axis of emitted or incident light coincides with the central axis of the holder.
前記斜研磨フェルール、前記コリメートレンズ及び前記斜研磨光学素子はそれぞれ円柱状をなしており、
前記ホルダー(6)は割スリーブからなることを特徴とする請求項1記載の光学系。
The oblique polishing ferrule, the collimating lens and the oblique polishing optical element each have a cylindrical shape,
The optical system according to claim 1, wherein the holder comprises a split sleeve.
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