JP4227558B2 - Inline type optical component and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、光通信機器、光センサシステムに使用するインライン型光部品に関する。   The present invention relates to an in-line type optical component used for an optical communication device and an optical sensor system.

光部品の小型化、光モジュールの集積化に伴い、フェルール内に微少な光学素子を搭載、一つの部品にしたタイプのインライン型光部品が提案されている。図6に示したようにフェルール1の貫通孔にレンズ機能を有する一通の光ファイバ2を挿通固定し、中間部に光ファイバ2を分断するような溝部を形成し、そこに光アイソレータ等の機能を有する光学素子3を搭載することにより、フェルール単体と同じ使い方で、光源、コネクタと接続することができる。フェルール1内に設置される光学素子3と光ファイバ2間同士の接続は、コア拡大ファイバ、大口径シングルモードファイバとレイデッドインデックス型ファイバを接続したレンズ機能を有する光ファイバが使用されている(特許文献1,2)。   Along with the miniaturization of optical components and the integration of optical modules, in-line optical components of a type in which a minute optical element is mounted in a ferrule and made into one component have been proposed. As shown in FIG. 6, a single optical fiber 2 having a lens function is inserted and fixed in the through-hole of the ferrule 1, and a groove portion that divides the optical fiber 2 is formed in an intermediate portion, and functions such as an optical isolator are formed there. By mounting the optical element 3 having, the light source and the connector can be connected in the same manner as the ferrule alone. For the connection between the optical element 3 and the optical fiber 2 installed in the ferrule 1, an optical fiber having a lens function in which a core expansion fiber, a large-diameter single mode fiber, and a indexed index fiber are connected is used ( Patent Documents 1 and 2).

又近年ではクラッド部に規則的なエアホールを有するフォトニック結晶ファイバのモードフィールド拡大、低回折角機能を用いたコリメータが検討されている(非特許文献1)。そうしたレンズ機能を有する光ファイバをフェルール中間部の溝部に実装固定し、中間部に光学素子3を実装することにより、フェルール1内に実装した光学素子3により機能を有する小型インライン型光部品が実現している。
特開2002−71963号公報 特開2002―14253号公報 2003年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイテイ大会C−3−40
In recent years, a collimator using a mode field expansion and a low diffraction angle function of a photonic crystal fiber having a regular air hole in the cladding has been studied (Non-patent Document 1). An optical fiber having such a lens function is mounted and fixed in the groove portion of the ferrule intermediate portion, and the optical element 3 is mounted in the intermediate portion, thereby realizing a small in-line type optical component having a function by the optical element 3 mounted in the ferrule 1 is doing.
JP 2002-71963 A JP 2002-14253 A 2003 IEICE Electronics Society Conference C-3-40

上記特許文献1の場合、例えば光学素子に屈折率の高いファラデー回転子(屈折率:2〜2.3)を使用しており、光ファイバ2内(屈折率約1.5)を伝搬光がある角度傾斜したファラデー回転子に入射した場合、光ファイバ2との屈折率差により、入射角と屈折角が異なることから、それによる光軸ズレΔが生じ、そのまま伝搬すると、そのままΔズレた状態で、もう一方のファイバに入射、ズレによる回折損失が増大する。しかし、従来のように一通のレンズ機能を有するファイバをフェルール1内に挿通し、その間に密着型の光学素子を設置した場合、光軸ズレΔの補正は困難である。   In the case of Patent Document 1, a Faraday rotator (refractive index: 2 to 2.3) having a high refractive index is used as an optical element, for example, and propagating light is transmitted through the optical fiber 2 (refractive index is about 1.5). When incident on a Faraday rotator inclined at a certain angle, the incident angle and the refraction angle are different due to the difference in refractive index with the optical fiber 2. As a result, the diffraction loss due to incidence and displacement on the other fiber increases. However, when a fiber having a single lens function is inserted into the ferrule 1 and a close-contact optical element is installed between them as in the prior art, it is difficult to correct the optical axis deviation Δ.

即ち、光軸ズレΔの補正をする為には、より屈折率の小さな部材(屈折率1.3程度)を用いて光軸ズレΔを補正した場合、部材厚さをとらねばならず、その厚さにより溝幅L1が増大することになり、レンズ機能を有するファイバ間の回折損失が増大する。   That is, in order to correct the optical axis deviation Δ, when the optical axis deviation Δ is corrected using a member having a smaller refractive index (refractive index of about 1.3), the thickness of the member must be taken. The groove width L1 increases with the thickness, and the diffraction loss between fibers having a lens function increases.

以上、光学素子をフェルール1中間部に内蔵した低損失、高反射減衰量のインライン型光部品を実現する為、解決すべき課題をまとめると以下の通りである。   As described above, the problems to be solved in order to realize an in-line type optical component having a low loss and a high return loss in which an optical element is built in the middle part of the ferrule 1 are summarized as follows.

(1)端面反射を防止する為、フェルール1中間に溝を斜めに構成、光学素子3を最大8度程度斜めに設置する為、光ファイバ2と光学素子3の屈折率差により光軸ズレΔが生じる。   (1) In order to prevent end face reflection, a groove is obliquely arranged in the middle of the ferrule 1 and the optical element 3 is obliquely installed at a maximum of about 8 degrees, so that the optical axis shift Δ due to the refractive index difference between the optical fiber 2 and the optical element 3 Occurs.

(2)光軸ズレΔを補正するには、光学素子3、光ファイバ2と異なる屈折率の部材を別途光学素子として追加するため、全体の素子厚が厚くなり、それを設置する溝間距離L1を長くとらねばならず、損失が増大する。   (2) In order to correct the optical axis deviation Δ, a member having a refractive index different from that of the optical element 3 and the optical fiber 2 is added as an optical element separately. L1 must be taken longer and the loss increases.

以上を解決しない限り、高反射減衰量を有し、ファイバ間の結合が低損失なフェルール1中間部に光学素子3を実装したインライン型光部品の実現が困難である。   Unless the above is solved, it is difficult to realize an in-line type optical component in which the optical element 3 is mounted in the middle part of the ferrule 1 having a high return loss and low coupling between fibers.

上記課題を解決する為、本発明は中央に貫通孔を有するとともに該貫通孔を分断する傾斜溝を備えたフェルールと、上記分断された双方の貫通孔に挿入固定された光ファイバと、上記傾斜溝に露出した各光ファイバ端面を覆うように傾斜端面に密着させた2個の光学素子とからインライン型光部品を構成し、前記2個の光学素子は、ファラデー回転子、吸収型偏光子、ルチル結晶に代表される複屈折性結晶、フィルター素子、端面反射を防止するARコート板からなる群の単体または組み合わせからなり、他方の前記光学素子は、屈折率が光ファイバのコアの屈折率とほぼ一致し、前記空間部の厚みをt0、前記一方の光学素子の厚みをt2、光ファイバの軸に垂直な面に対する前記傾斜溝の傾斜角をθ1、入射角θ1で前記光ファイバから前記一方の光学素子に入射したときの屈折角をθ2、入射角θ1で前記他方の光学素子から前記空間部に入射したときの屈折角をθ0としたとき、t2=[cosθ2・sin(θ0−θ1)]/[cosθ0・sin(θ1−θ2)]・t0を満たすことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a ferrule having a through hole in the center and having an inclined groove for dividing the through hole, an optical fiber inserted and fixed in both of the divided through holes, and the inclined An in-line type optical component is composed of two optical elements closely attached to the inclined end face so as to cover each end face of the optical fiber exposed in the groove, and the two optical elements include a Faraday rotator, an absorption type polarizer, It consists of a single unit or a combination of a group consisting of a birefringent crystal typified by a rutile crystal, a filter element, and an AR coat plate that prevents end-face reflection. Nearly the same, the thickness of the space portion is t0, the thickness of the one optical element is t2, the inclination angle of the inclined groove with respect to the plane perpendicular to the axis of the optical fiber is θ1, and the incident angle θ1 is the front of the optical fiber. T2 = [cos θ2 · sin (θ0−) where θ2 is the refraction angle when incident on one optical element, and θ0 is the refraction angle when incident on the space from the other optical element at the incident angle θ1. θ1)] / [cos θ0 · sin (θ1−θ2)] · t0 is satisfied .

また、各光ファイバの傾斜溝への露出端面近傍がレンズ機能を有することが好ましい。また、前記一方の光学素子が、吸収型偏光子とファラデー回転子とが密着した素子であって、前記他方の光学素子が、吸収型偏光子であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the vicinity of the end face exposed to the inclined groove of each optical fiber has a lens function . Further, it is preferable that the one optical element is an element in which an absorption polarizer and a Faraday rotator are in close contact with each other, and the other optical element is an absorption polarizer.

また、前記一方の光学素子が、ファラデー回転子であって、前記他方の光学素子が、バンドパスフィルタ素子であることも好ましい。The one optical element is preferably a Faraday rotator, and the other optical element is preferably a band-pass filter element.

また、前記一方の光学素子が、ファラデー回転子であって、前記他方の光学素子が、吸収型偏光板であることも好ましい。It is also preferable that the one optical element is a Faraday rotator, and the other optical element is an absorptive polarizing plate.

また、上記フェルールの片側端面における光ファイバ先端が先球加工されていることを特徴とする。   Further, the tip of the optical fiber on the one end face of the ferrule is processed into a tip ball.

以上から、本発明によるインライン型光部品を用いることにより、以下のような優れた効果を実現することができる。   From the above, the following excellent effects can be realized by using the inline-type optical component according to the present invention.

フェルール中間部に溝を角度θ1傾斜して形成、その傾斜面に沿って光学素子を密着して設置することにより、端面反射を防止することができる。   End face reflection can be prevented by forming a groove in the ferrule middle portion at an angle θ1 and placing the optical element in close contact with the inclined surface.

傾斜して設置した2個の光学素子間に光軸ズレが生じるが、光学素子間に空間部を設けることにより、その厚さの空気層により光軸ズレの補正ができ、光軸ズレのない光学系が実現できる。   An optical axis shift occurs between two optical elements installed at an inclination. However, by providing a space between the optical elements, the optical axis shift can be corrected by the air layer having the thickness, and there is no optical axis shift. An optical system can be realized.

空間部の空気層の屈折率が1で、2個の光学素子及び光ファイバの屈折率と大きな差があり、大きな屈折角により、短い距離で光軸ズレを補正することができる。又、それにより溝間隔が小さくでき、ファイバ間において低損失な光学系が実現できる。   The refractive index of the air layer in the space is 1, which is greatly different from the refractive indexes of the two optical elements and the optical fiber, and the optical axis deviation can be corrected at a short distance by a large refraction angle. Further, the groove interval can be reduced, and a low-loss optical system can be realized between the fibers.

以上により、フェルール内に光学素子を実装した低損失、高反射減衰量のインライン型光部品を実現することができる。   As described above, an in-line optical component having a low loss and a high return loss in which an optical element is mounted in a ferrule can be realized.

以下、本発明のインライン型光部品の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the in-line type optical component of the present invention will be described.

図1は、本発明のインライン型光部品の実施例で、(a)はその上面図、(b)は(a)のA−A断面図である。使用するフェルール1は、外径φ1.25mmまたは2.5mmのもので、内部に内径が正確に約125μmの貫通孔が加工されており、外径内径共に精密加工されて製作されたものである。材質としてはジルコニア、アルミナなどのセラミック材料の他、ガラス製、ステンレスなどの金属製のものがある。   FIG. 1 is an example of an in-line type optical component of the present invention. The ferrule 1 to be used has an outer diameter of 1.25 mm or 2.5 mm, and a through-hole having an inner diameter of about 125 μm is processed inside, and the outer diameter and inner diameter are both precisely processed. . Examples of the material include ceramic materials such as zirconia and alumina, and metal materials such as glass and stainless steel.

フェルール1の内部にレンズ機能を有する一通の光ファイバ2を挿通し、レンズ領域がフェルール1の中間になる位置で、接着剤にて固定実装した後、この光ファイバ2を分断するよう、中央部に傾斜溝1aを形成する。この傾斜溝1aはフェルール1光軸に垂直な面に対して角度θ1で傾斜し、幅L1であり、光ファイバ2はこの傾斜溝1a端面近傍でレンズ機能を有するものである。   A single optical fiber 2 having a lens function is inserted into the ferrule 1, and is fixedly mounted with an adhesive at a position where the lens region is in the middle of the ferrule 1, and then the optical fiber 2 is divided. The inclined groove 1a is formed in the step. The inclined groove 1a is inclined at an angle θ1 with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the ferrule 1 and has a width L1, and the optical fiber 2 has a lens function in the vicinity of the end face of the inclined groove 1a.

そして、傾斜溝1aの端面に2個の光学素子を設置し、各光ファイバ2の端面と透光性接着剤5により密着している。光学素子としては、ファラデー回転子、吸収型偏光子、ルチル結晶に代表される複屈折性結晶、フィルター素子、端面反射を防止するARコート板などがあり、それらを単体または組み合わせることで、一つの光学素子として使用する。 Two optical elements 3 , 4 are installed on the end face of the inclined groove 1 a and are in close contact with the end face of each optical fiber 2 by the translucent adhesive 5. The optical elements 3 and 4 include a Faraday rotator, an absorption polarizer, a birefringent crystal represented by a rutile crystal, a filter element, an AR coat plate for preventing end face reflection, and the like. , Used as one optical element.

例えば、光学素子として吸収型偏光子とファラデー回転子を密着した素子を用い、光学素子として、吸収型偏光子を用いた場合、半導体レーザへの反射戻り光を除去する光アイソレータとして用いることができる。その場合、ファラデー回転子として用いるガーネット膜(屈折率:2.1〜2.3)は吸収型偏光子(屈折率:1.5)に比較し、屈折率が高い為、光学素子3,4を角度θ1傾斜して用いた場合、そこでΔの光軸ズレが生じる。それを抑える為、光学素子3,4間に幅L2の空間部を設け、空間部との屈折率差により先に生じた光軸ズレΔをキャンセルする。このようなインライン型部品は、片側ファイバ端を先球加工し、半導体レーザと直接接続可能な構成(図4(e)参照)にすることにより、半導体レーザモジュール内に直接実装したり、両端または片端から光ファイバをそのまま出すことで、半導体レーザモジュールの出力用ファイバとして用いることができる。又、光学素子3,4の吸収型偏光子の空間部側面にバンドパスフィルタ機能を付けることで、半導体レーザの出射光からの戻り光以外の不要光の除去も可能になる。 For example, when an optical polarizer that uses an absorption polarizer and a Faraday rotator in close contact as the optical element 3 and an absorption polarizer as the optical element 4 , it is used as an optical isolator that removes reflected light reflected back to the semiconductor laser. Can do. In that case, since the garnet film (refractive index: 2.1 to 2.3) used as the Faraday rotator has a higher refractive index than the absorption polarizer (refractive index: 1.5), the optical elements 3 and 4 are used. Is tilted at an angle θ1, then an optical axis shift of Δ occurs. In order to suppress this, a space portion having a width L2 is provided between the optical elements 3 and 4 , and the optical axis deviation Δ previously generated due to the difference in refractive index from the space portion is canceled. Such an inline-type component can be mounted directly in the semiconductor laser module by processing the tip of the fiber on one side and making it directly connectable to the semiconductor laser (see FIG. 4 (e)). By taking out the optical fiber as it is from one end, it can be used as an output fiber for the semiconductor laser module. Further, by attaching a band pass filter function to the side surface of the space of the absorption polarizer of the optical elements 3 and 4 , unnecessary light other than the return light from the emitted light of the semiconductor laser can be removed.

又、光学素子にファラデー回転子、光学素子にバンドパスフィルタ素子を用いることで、インライン型のファラデー回転ミラーとして使用することができる。そうした部品は、マイケルソン干渉計等の計測用部品として出射光と反射戻り光の干渉を抑えるのに使用される。 Further, by using a Faraday rotator in the optical element 3, the band-pass filter element to the optical element 4, can be used as an in-line type Faraday rotation mirror. Such a component is used as a measurement component such as a Michelson interferometer to suppress interference between outgoing light and reflected return light.

フェルール1端部の形状は、両面をPCまたはAPC研磨して、コネクタ接続可能な形状にしてある。又は両端あるいは片端からある長さの光ファイバ2をそのまま伸ばしピグテール状の構成にしてもよい。又、片端の光ファイバ2をフェルール1端から少々伸ばし、光ファイバ2の端面に半導体レーザと直接結合できるようレンズ機能を有する先球加工をした構成でもよい。   The shape of the ferrule 1 end is PC or APC polished on both sides so that the connector can be connected. Alternatively, the optical fiber 2 having a certain length from both ends or one end may be stretched as it is to have a pigtail configuration. Alternatively, the configuration may be such that one end of the optical fiber 2 is slightly extended from the end of the ferrule 1 and the end surface of the optical fiber 2 has a lens function so that it can be directly coupled to the semiconductor laser.

図2は、図1の傾斜溝1aの拡大詳細図で、スリット幅L1に厚さt1とt2の光学素子が光軸の垂直方向に対し各度θ1傾斜した傾斜溝1aの両側の光ファイバ2端に設置されている。光ファイバ2端と光学素子は透光性接着剤5により接着固定されている。光ファイバ2のコアの屈折率をn1とすると、光学素子の屈折率はn2、光学素子の屈折率はファイバコアの屈折率n1とほぼ一致させている。又、各光学素子の空間部側端面は、フレネル反射防止の為、誘電体多層膜によるARコートしてある。レンズ機能を有する光ファイバ2のコア内を伝搬してきた光は、入射角θ1で光学素子に入り、光学素子で屈折角θ2で、厚さt2の光学素子内を伝搬する。その際、屈折角θ2により光軸から垂直方向に
Δ={t2×sin(θ1―θ2)}/cosθ2
で表される光軸ズレΔが生じる。
FIG. 2 is an enlarged detailed view of the inclined groove 1a of FIG. 1, in which optical elements 3 and 4 having thicknesses t1 and t2 having a slit width L1 are tilted by θ1 each with respect to the direction perpendicular to the optical axis. It is installed at the end of the optical fiber 2. The end of the optical fiber 2 and the optical elements 3 and 4 are bonded and fixed by a translucent adhesive 5. When the refractive index of the core of the optical fiber 2 is n1, the refractive index of the optical element 3 is n2, and the refractive index of the optical element 4 is substantially matched with the refractive index n1 of the fiber core . Further, the end faces on the space side of the optical elements 3 and 4 are AR-coated with a dielectric multilayer film to prevent Fresnel reflection. Light propagated through the core of optical fiber 2 having a lens function, enter the optical element 3 at an incident angle .theta.1, in refraction angle θ2 by the optical element 4, propagating in the optical element 3 having a thickness of t2. At that time, Δ = {t2 × sin (θ1−θ2)} / cos θ2 in the vertical direction from the optical axis due to the refraction angle θ2.
An optical axis deviation Δ expressed by

その後、間隔t0の屈折率(n0=1)の空気層からなる空間部に入射角θで入射、屈折角θ0で伝搬、入射角θ0で光学素子に入射する。 Thereafter, the light beam is incident at an incident angle θ 1 , propagates at a refractive angle θ 0 , and enters the optical element 4 at an incident angle θ 0 .

ここで、空間部の屈折率n0は、
n0<n1、n2
であり、光軸ズレΔをなくすには、
Δ={t0×sin(θ0−θ1)}/cosθ0
が成り立てばよい。これにより、光軸ズレΔはキャンセルすることができる。
Here, the refractive index n0 of the space portion is
n0 <n1, n2
In order to eliminate the optical axis deviation Δ,
Δ = {t0 × sin (θ0−θ1)} / cos θ0
Should just hold. Thereby, the optical axis deviation Δ can be canceled.

又、空間部の空気の屈折率はn0=1で小さいため、通常
θ0>θ1、θ2
となる。空間部の空気層厚 t0は、空間部の光路長をs0とすると、
t0=s0×cosθ0
となる。従って、θ0が大きければ光軸ズレΔをキャンセルするのに必要な空間部の間隔t0は短くて済む。
In addition, since the refractive index of air in the space is small at n0 = 1, usually θ0> θ1, θ2
It becomes. The air layer thickness t0 of the space part is given by s0 as the optical path length of the space part.
t0 = s0 × cos θ0
It becomes. Therefore, if θ0 is large, the space interval t0 necessary for canceling the optical axis deviation Δ can be shortened.

光学素子に入射した伝搬光は、屈折角θ1で伝搬、即ち入射光同様、光軸に平行な状態で伝搬する。 The propagating light incident on the optical element 4 propagates at a refraction angle θ1, that is, propagates in a state parallel to the optical axis like the incident light.

図3は、フェルール1内に挿通するレンズ機能を有する光ファイバ2の構成例である。(a)は、レンズ機能を有する光ファイバにコア拡大ファイバ6を使用した場合のものである。コア拡大ファイバ6は、保護被覆を除去した光ファイバ2を真っ直ぐに固定、局部的に加熱可能なマイクロバーナーなどにより1500〜1700℃に10〜30分程度加熱することにより、コア内のGeを拡散、20〜40ミクロンにコア拡大をすることができる。又、ドーパントの拡散の際、コア拡大と比屈折率差の低下が同時に起こる為、規格化周波数に比例する値である
r×D1/2
ただし、 r:ファイバコア径 D:比屈折率差
は一定になり、シングルモード条件は保たれる。
FIG. 3 is a configuration example of the optical fiber 2 having a lens function inserted into the ferrule 1. (A) is a thing at the time of using the core expansion fiber 6 for the optical fiber which has a lens function. The core expansion fiber 6 diffuses Ge in the core by fixing the optical fiber 2 from which the protective coating has been removed straightly and heating it to 1500-1700 ° C. for about 10 to 30 minutes using a microburner that can be locally heated. The core can be expanded to 20-40 microns. Further, when the dopant is diffused, the core enlargement and the decrease in the relative refractive index difference occur at the same time. Therefore, the value is proportional to the normalized frequency. R × D 1/2
However, r: Fiber core diameter D: The relative refractive index difference is constant, and the single mode condition is maintained.

コア拡大ファイバ6を使用すると、ファイバの開口数である
{NA=(n1―n2)}
が小さくなり、より平行光に近づく。40ミクロン程度に伝搬光のモードフィールド径が広がるようにコア径を広げた場合、結合損失1dBで、1mm程度の間隔(空気)を得ることができる。空気よりも屈折率の大きな媒質を伝搬する場合、即ち、
n2>n0=1
の場合、NAの値が小さくなりより間隔をとることができる。
When the core expansion fiber 6 is used, the numerical aperture of the fiber is {NA = (n1 2 −n2 2 )}
Becomes smaller and closer to parallel light. When the core diameter is expanded so that the mode field diameter of propagating light is expanded to about 40 microns, an interval (air) of about 1 mm can be obtained with a coupling loss of 1 dB. When propagating through a medium having a higher refractive index than air, that is,
n2> n0 = 1
In this case, the value of NA becomes smaller and more intervals can be taken.

図3(b)は、屈折率分布型のマルチモード(GI)ファイバをレンズとして用いた場合の実施例で、GIファイバ7は、ほぼ二乗の屈折率分布を有している。それをファイバ間に融着接続し、構成したものである。伝搬光が正弦波状に伝搬する為、正弦波のピークの所で切断すれば、ほぼ平行光で出射する。そのレンズ機能のGIファイバ7を2個準備し、それぞれを光ファイバ2端の融着接続する。そしてその各GIファイバ7同士を接続用ファイバ8で接続する。接続用ファイバ8としては大口径シングルモードファイバ、フォトニック結晶ファイバなどを使用する。その接続用ファイバ8内で傾斜溝幅L1を切断、それによる結合系を構成してもよい。接続用ファイバ内でGIファイバ7出射光がコリメータ光の導波路として作用する。その接続用ファイバ8内の幅L1で、傾斜溝と共に切断すれば、結合系として使用することができる。   FIG. 3B shows an embodiment in which a refractive index distribution type multimode (GI) fiber is used as a lens. The GI fiber 7 has a substantially square refractive index distribution. This is formed by fusion splicing between fibers. Since the propagating light propagates in a sine wave shape, if it is cut at the peak of the sine wave, it is emitted as almost parallel light. Two GI fibers 7 having the lens function are prepared, and each of them is fusion-bonded to the end of the optical fiber 2. Then, the GI fibers 7 are connected to each other by a connection fiber 8. As the connection fiber 8, a large-diameter single mode fiber, a photonic crystal fiber, or the like is used. The inclined groove width L1 may be cut in the connecting fiber 8 to constitute a coupling system. The emitted light from the GI fiber 7 acts as a waveguide for collimator light in the connection fiber. If it cut | disconnects with the inclination groove | channel with the width | variety L1 in the connection fiber 8, it can be used as a coupling system.

図4は、本発明のインライン型光部品の製造プロセスを示した図である。まず図4(a)に示すように、中心部にレンズ機能を有する光ファイバを保護被覆を剥がした状態のものの表面を洗浄したものを1本準備する。次に、図4(b)に示すように、レンズ領域の長さより長いフェルール1を準備し、レンズ機能を有する光ファイバ2をフェルール1の内穴に挿通、レンズ領域がその中心位置になるようにして、熱硬化型接着剤またはハンダ材などで固定する。   FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the in-line type optical component of the present invention. First, as shown in FIG. 4A, an optical fiber having a lens function at the center is prepared by cleaning the surface of the optical fiber with the protective coating removed. Next, as shown in FIG. 4B, a ferrule 1 longer than the length of the lens region is prepared, and an optical fiber 2 having a lens function is inserted into the inner hole of the ferrule 1 so that the lens region is at its center position. Then, fix with a thermosetting adhesive or solder material.

次に、図4(c)に示すように、フェルール1の中心部に、ダイシングマシンにより、フェルール光軸の垂直方向に対し角度θ1、幅L1で、フェルール1の径の70%程度の深さで、傾斜溝を加工形成する。次に、図4(d)に示すように、形成した傾斜溝の両側面に光学素子を透光性接着剤5などにより密接して固定する。 Next, as shown in FIG. 4C, a depth of about 70% of the diameter of the ferrule 1 is formed at the center of the ferrule 1 by a dicing machine at an angle θ1 and a width L1 with respect to the vertical direction of the ferrule optical axis. Then, the inclined grooves are formed by machining. Next, as shown in FIG. 4D, the optical elements 3 and 4 are fixed in close contact with both side surfaces of the formed inclined groove with a translucent adhesive 5 or the like.

最後に、図4(e)に示すように、片側フェルール端面を研磨し、もう一方の面のファイバは、フェルール端から僅か1〜2mm程度伸ばし、その先端を加工する。先端の加工形状としては先端が球面の円錐状、楔状、円筒状のものがある。   Finally, as shown in FIG. 4 (e), the end face of one ferrule is polished, and the fiber on the other face is extended by about 1 to 2 mm from the end of the ferrule, and the tip is processed. As the processing shape of the tip, there are conical shape, wedge shape, and cylindrical shape having a spherical tip.

尚、フェルール1の端面は、使用条件により、両端を研磨してもよいし、片側乃至両側からファイバをのばし、他の光ファイバ端と融着またはコネクタ接続できる形状に構成してもよい。要するに使い方により、いかようにも構成することができる。   Note that the end surface of the ferrule 1 may be polished at both ends depending on the use conditions, or may be configured in such a manner that the fiber can be extended from one side or both sides and fused or connected to another optical fiber end. In short, it can be configured in any way depending on how it is used.

図5は、本発明の接続用ファイバ8として、レンズ機能有するファイバとして使用するコア拡大ファイバ6の特性を示したグラフである。モードフィールド径を35μmと40μmに拡大した場合の溝間距離L1と回折損失との関係を示したものである。(溝間に屈折率整合剤充填)モードフィールド径が35〜40μmのコア拡大ファイバを使用すると、溝間隔が1mm程度の場合も、0.2〜0.4dB程度の損失で、接続することができる。(b)は、溝の傾斜角度θ1と反射減衰量の関係を示したもので、傾斜角度θ1が3°程度で、反射減衰量として40〜50dB以上の高反射減衰量が得られることがわかる。   FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the core expansion fiber 6 used as a fiber having a lens function as the connection fiber 8 of the present invention. This shows the relationship between the inter-groove distance L1 and the diffraction loss when the mode field diameter is expanded to 35 μm and 40 μm. (Filled with refractive index matching agent between grooves) When a core expansion fiber with a mode field diameter of 35 to 40 μm is used, even when the groove interval is about 1 mm, the connection can be made with a loss of about 0.2 to 0.4 dB. it can. (B) shows the relationship between the inclination angle θ1 of the groove and the return loss. It can be seen that a high return loss of 40 to 50 dB or more can be obtained as the return loss when the inclination angle θ1 is about 3 °. .

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.

モードフィールド径が約10μmの1m程度に切断した石英系のシングルモード光ファイバを複数本用意し、コア拡大ファイバを製作した。酸素、プロパンガスを用いたマイクロバーナ装置により、1500〜1700℃程度で、20〜30分程加熱することにより、モードフィールド径が約35〜40μm、コア拡大領域は約12mmのコア拡大ファイバを得た。その部分を接続用光ファイバ8として用いφ1.25mm、長さ15mmのジルコニア製フェルール内に挿通し、熱硬化型エポキシ系接着剤により固定実装した。その後、フェルール1の中間部分にダイシングマシンにより角度θ1=3°、L1=780μm、深さ700μmの傾斜溝を形成した。その溝の両側面に光学素子として、厚さt2=350μmのファラデー回転子(屈折率n2=2.2)、光学素子として厚さt1=200μmの吸収型偏光板(屈折率n1=1.5)を設置した。各ファイバとの接合面は、端面反射防止膜を形成し、屈折率を整合させた透光性の接着剤5で接合した。透光性接着剤5の層の厚さは5μm程度である。ファラデー回転子の空間部側面、吸収型偏光子の空間部側面にはARコートを形成した。それにより空間部の幅t0=220μmである。 A plurality of quartz single-mode optical fibers cut to about 1 m with a mode field diameter of about 10 μm were prepared, and a core expansion fiber was manufactured. By heating for about 20 to 30 minutes at about 1500 to 1700 ° C. using a microburner apparatus using oxygen and propane gas, a core expansion fiber having a mode field diameter of about 35 to 40 μm and a core expansion region of about 12 mm is obtained. It was. The portion was used as a connection optical fiber 8 and inserted into a zirconia ferrule having a diameter of 1.25 mm and a length of 15 mm, and fixedly mounted with a thermosetting epoxy adhesive. Thereafter, an inclined groove having an angle θ1 = 3 °, L1 = 780 μm, and a depth of 700 μm was formed in a middle portion of the ferrule 1 by a dicing machine. The optical element 3 on both sides of the groove is a Faraday rotator (refractive index n2 = 2.2) having a thickness t2 = 350 μm, and the optical element 4 is an absorptive polarizing plate (refractive index n1 = 1) having a thickness t1 = 200 μm. .5) was installed. The bonding surface with each fiber was bonded with a light-transmitting adhesive 5 having an end-surface antireflection film and matching the refractive index. The thickness of the layer of translucent adhesive 5 is about 5 μm. An AR coat was formed on the side surface of the space part of the Faraday rotator and the side surface of the space part of the absorption polarizer. Thereby, the width t0 of the space portion is 220 μm.

次にフェルール両端部のファイバを切断、研磨器により各端面を研磨加工した。   Next, the fibers at both ends of the ferrule were cut and each end face was polished by a polishing machine.

それにより、波長1550nmで、挿入損失0.6dB、反射減衰量約50dBの図1に示した構成の光アイソレータ機能を有するインライン型光部品を得た。それをスリーブ内に実装することで、コネクタで接続するタイプのインライン型光部品を実現することができる。光学素子に使用しているファラデー回転子が自発磁化型のガーネットの場合は、磁石不要であるが、そうでない場合は、飽和磁界印加用にサマリウムコバルト製の磁石を傾斜溝における光学素子の周囲スペースを用いて設置する。又、光学素子を吸収型偏光子とファラデー回転子を接着剤等により密着接合し複合素子タイプ(素子厚計:550μm)で構成してもよい。尚、実施例において、光学素子の偏光子にルチル結晶などの複屈折性結晶を用いた場合は、インライン型アイソレータとして機能させることもできる。
As a result, an in-line type optical component having an optical isolator function of the configuration shown in FIG. 1 having an insertion loss of 0.6 dB and a return loss of about 50 dB at a wavelength of 1550 nm was obtained. By mounting it in the sleeve, it is possible to realize an in-line type optical component that is connected by a connector. If the Faraday rotator used for the optical element is a spontaneously magnetized garnet, no magnet is required. If not, a samarium cobalt magnet is used for applying a saturation magnetic field to the optical elements 3 and 4 in the inclined grooves . Install using the surrounding space. Alternatively, the optical element 3 may be composed of a composite element type (element thickness meter: 550 μm) in which an absorption polarizer and a Faraday rotator are closely bonded with an adhesive or the like. In the embodiment, when a birefringent crystal such as a rutile crystal is used as the polarizer of the optical elements 3 and 4 , it can function as an inline isolator.

本発明のインライン型光部品の実施例を示しており、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。The Example of the in-line type optical component of this invention is shown, (a) is a top view, (b) is the sectional view on the AA line of (a). 図1のB部詳細を示した図である。It is the figure which showed the B section detail of FIG. フェルール中間部に固定するレンズ機能を有するファイバのレンズ領域を示したものであり、(a)はコア拡大ファイバを用いた場合の図、(b)は、GIファイバを用いた場合の図である。The lens area | region of the fiber which has a lens function fixed to a ferrule intermediate part is shown, (a) is a figure at the time of using a core expansion fiber, (b) is a figure at the time of using a GI fiber. . (a)〜(e)は本発明のインライン型光部品の製造方法を説明するための図である。(A)-(e) is a figure for demonstrating the manufacturing method of the in-line type optical component of this invention. (a)(b)は本発明で使用するコア拡大ファイバの特性を示した図である。(A) (b) is the figure which showed the characteristic of the core expansion fiber used by this invention. 従来のインライン型光部品を示す図である。It is a figure which shows the conventional in-line type optical component.

符号の説明Explanation of symbols

1.フェルール
2.光ファイバ
3.光学素子1
4.光学素子2
5.透光性接着剤
6.コア拡大ファイバ
7.GIファイバ
8.接続用ファイバ
9.先球ファイバ
10.ARコート面
1. Ferrule 2. 2. Optical fiber Optical element 1
4). Optical element 2
5. Translucent adhesive 6. 6. Core expansion fiber GI fiber8. 8. Connection fiber Tip ball fiber 10. AR coat surface

Claims (6)

中央に貫通孔を有するとともに該貫通孔を分断する傾斜溝を備えたフェルールと、上記分断された双方の貫通孔に挿入固定された光ファイバと、上記傾斜溝に露出した各光ファイバ端面を覆うように傾斜端面に密着し、間に空間部を有するように互いに離隔する2個の光学素子と、を備え、
前記2個の光学素子は、ファラデー回転子、吸収型偏光子、ルチル結晶に代表される複屈折性結晶、フィルター素子、端面反射を防止するARコート板からなる群の単体または組み合わせからなり、
他方の前記光学素子は、屈折率が光ファイバのコアの屈折率とほぼ一致し、
前記空間部の厚みをt0、前記一方の光学素子の厚みをt2、光ファイバの軸に垂直な面に対する前記傾斜溝の傾斜角をθ1、入射角θ1で前記光ファイバから前記一方の光学素子に入射したときの屈折角をθ2、入射角θ1で前記他方の光学素子から前記空間部に入射したときの屈折角をθ0としたとき、
t2=[cosθ2・sin(θ0−θ1)]/
[cosθ0・sin(θ1−θ2)]・t0
を満たすことを特徴とするインライン型光部品。
A ferrule having a through hole in the center and provided with an inclined groove that divides the through hole, an optical fiber that is inserted and fixed in both of the divided through holes, and an end face of each optical fiber exposed to the inclined groove is covered. Two optical elements that are in close contact with the inclined end surface, and are spaced apart from each other so as to have a space portion therebetween ,
The two optical elements consist of a Faraday rotator, an absorption polarizer, a birefringent crystal typified by a rutile crystal, a filter element, or a single unit or a combination of an AR coating plate that prevents end face reflection,
The other optical element has a refractive index substantially equal to the refractive index of the core of the optical fiber,
The thickness of the space portion is t0, the thickness of the one optical element is t2, the inclination angle of the inclined groove with respect to a plane perpendicular to the axis of the optical fiber is θ1, and the incident angle θ1 is from the optical fiber to the one optical element. When the refraction angle when incident is θ2 and the refraction angle when incident from the other optical element at the incident angle θ1 is θ0,
t2 = [cos θ2 · sin (θ0−θ1)] /
[Cos θ0 · sin (θ1-θ2)] · t0
An in-line optical component characterized by satisfying
上記各光ファイバの傾斜溝への露出端面近傍がレンズ機能を有することを特徴とする請求項1記載のインライン型光部品。 2. The inline optical component according to claim 1, wherein the vicinity of the end face exposed to the inclined groove of each optical fiber has a lens function. 前記一方の光学素子は、吸収型偏光子とファラデー回転子とが密着した素子であって、前記他方の光学素子は、吸収型偏光子であることを特徴とする請求項記載のインライン型光部品。 The one optical element is an element and absorptive polarizer and the Faraday rotator are in close contact, the other optical element in-line type light according to claim 1, wherein it is absorptive polarizer parts. 前記一方の光学素子は、ファラデー回転子であって、前記他方の光学素子は、バンドパスフィルタ素子であることを特徴とする請求項記載のインライン型光部品。 The one optical element is a Faraday rotator, the other optical element in-line type optical component according to claim 1, wherein it is a band-pass filter element. 前記一方の光学素子は、ファラデー回転子であって、前記他方の光学素子は、吸収型偏光板であることを特徴とする請求項記載のインライン型光部品。 The one optical element is a Faraday rotator, the other optical element in-line type optical component according to claim 1, wherein it is absorptive polarizer. 上記フェルールの片側端面における光ファイバ先端が先球加工されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のインライン型光部品。 6. The in-line optical component according to claim 1, wherein a tip of an optical fiber on one end face of the ferrule is processed into a tip.
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