JP4252674B2 - レンズ付き光ファイバ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端面にレンズ部が設けられ、光通信等に用いられるレンズ付き光ファイバに関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムに用いられる発光素子モジュールは、光源である半導体レーザ(以下、「LD」という)、光ファイバ及びレンズを備えている。前記レンズは、LDから出射されるレーザ光を光ファイバのコア端面に効率良く集光させるために使用される。このとき、発光素子モジュールは、高い光結合効率を得るために、LD,光ファイバ及びレンズの間で光軸合わせ、即ち、調心を行い、光結合パワーが最大となる位置で相互に固定される。
【0003】
このような発光素子モジュールとして、例えば、端部にレンズ部となる球状突起部を形成した先球光ファイバを受発光素子の作用面と光結合させた光モジュールが提案されている(特開平6−324236号公報)。
上記光モジュールは、球状突起部(レンズ部)の外側に、前記球状突起部より突出する外周縁部が形成され、LDの出射端面の周囲に外周縁部を当接させることで、球状突起部とLDとの短時間における安定した粗調心を達成している。そして、球状突起部とLDとを粗調心した後、精密調心によって球状突起部とLDとの光伝送方向における最終位置を求め、その位置で先球光ファイバとLDとを相互に固定している。このとき、先球光ファイバは、球状突起部の円周方向における方向依存性がないので、円周方向における位置調整は不要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、LDは、出射されるレーザ光のファーフィールドパターンが楕円形状であるのに対して、光ファイバは、レーザ光が入射するコアの断面形状が円形である。このため、LDと光ファイバとを光結合させる発光素子モジュールにおいては、LDから出射されたレーザ光を光ファイバのコアに低いロスの下に高効率で結合させるためには、レーザ光をファーフィールドパターンにおいて短径方向よりも長径方向において強く屈折させる非球面レンズが必要である。即ち、楕円形状のレーザ光は、前記非球面レンズを通過すると、ファーフィールドパターンが楕円形状から円形に集束し、光ファイバのコアに高効率で結合するからである。
【0005】
但し、前記非球面レンズは、光軸に対して回転対称ではない。このため、上記発光素子モジュールにおいては、LDから出射されるレーザ光に対し、非球面レンズを光軸回りに回転させて最適位置に調整する必要がある。
従って、上記公報に開示された光モジュールは、レーザ光と先球光ファイバとの結合効率の点で満足すべきものではない。
【0006】
しかも、上記光モジュールは、球状突起部を単に非球面レンズに置き換えたとしても、その周囲に外周縁部が形成されている。このため、上記光モジュールは、製造に際してLDに対して外周縁部を当接させると、外周縁部に邪魔されて非球面レンズを外部から見ることができず、LDに対する非球面レンズの向きがわからない。
【0007】
従って、上記光モジュールの製造においては、レーザ光に対する非球面レンズの光軸回りの位置を粗調芯することが難しく、安定した粗調心ができないうえ、粗調心に長時間を要するという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、レーザ光との結合効率に優れ、LDに対するレンズ部の向きを観察しながら簡単に粗調心をすることが可能なレンズ付き光ファイバを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記目的を達成するため、光ファイバ端面のコア及びクラッドの部分に、前記コアの光軸と直交する突条で、かつ、該突条の長手方向と直交する面における断面形状が楕円または非球面の一部であるレンズ部が形成されている構成としたのである。
【0009】
好ましくは、前記レンズ部の周囲には、前記レンズ部よりも僅かに突出する部分の端面が平面に形成された位置決め壁と、前記位置決め壁と前記レンズ部との間に形成された側面視凹状の隙間であって前記レンズ部の向きを視認できる観察部とを備える。ここで、本明細書の特許請求の範囲で使用する「断面形状が実質的な円の一部」とは、レンズ部となる突条の断面形状が円,楕円等の一部あるいは双曲線や非球面の一部等であることを言うものとし、以下の説明においても上記意味で使用する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレンズ付き光ファイバに係る一実施形態を図1乃至図15に基づいて詳細に説明する。
レンズ付き光ファイバ1は、図1に示すように、コア1aとクラッド1bとを有し、ファイバ端面1cのコア1a及びクラッド1bの部分に、コア1aの光軸と直交する突条からなるレンズ部1dが直径方向に形成されている。レンズ部1dは、LDから出射されたファーフィールドパターンが楕円形状のレーザ光を、長径方向において強く屈折させることで円形に集束させるために使用される。従って、レンズ部1dは、図2に示すように、少なくともコア1aの部分に形成する。そして、レンズ部1dは、上記機能を発揮させるために、レンズ部1dの長手方向と直交する面における断面形状が、円,楕円等の一部あるいは双曲線や非球面の一部等、実質的な円の一部となるように形成する。
【0011】
このとき、レンズ部1dは、例えば、図3(a)に示すように、開口2aに双曲線形状の突起部2bが形成された金属マスク2を用いて形成される。即ち、鏡面にカットした光ファイバFの端面に図3(a)に示す金属マスク2を配置し、突起部2bの頂点が光ファイバFのコア中心を通るように、金属マスク2を図中矢印方向に往復動させながら、光ファイバFの端面にドライエッチングを施して形成する。金属マスク2は、例えば、ニッケル等が使用され、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【0012】
また、レンズ部1dは、図3(b)に示すように、光ファイバF端面のコア中心に光ファイバFと実質的に同一のエッチング速度を有する石英ガラス製の線材3を配置し、同様にドライエッチングを施して形成することができる。このとき、光ファイバFは、図4(a)に示すように石英ガラス製の線材3を配置することで、端面が図4(b)に点線で示すようにエッチングされ、図1に示すファイバ端面1cにレンズ部1dが形成されたレンズ付き光ファイバ1に加工される。ここで、石英ガラス製の線材は、以下に説明する他の実施形態においても同じ素材のものを使用する。
【0013】
ここで、ドライエッチングの手段としては、プラズマエッチング,スパッタエッチング,イオンビームエッチング,中性ビームエッチング等を使用することができる。
このようにしてファイバ端面1cにレンズ部1dが形成されたレンズ付き光ファイバ1は、図5に示すように、LDキャリア5に載置されたLD6の出射面6aと対向配置し、出射されるレーザ光のファーフィールドパターンにおける長径と直交するようにレンズ部1dを位置決めしながら、レンズ部1dを出射面6aに当接させ、LDと粗調心した状態で突き合わされる。従って、レンズ付き光ファイバ1は、レーザ光との結合効率に優れているうえ、レンズ部1dを見ながらLD6に対して位置決めすることができるので、LD6に対する粗調心を短時間、かつ、容易に行うことができる。
【0014】
ここで、レンズ付き光ファイバは、図6に示すレンズ付き光ファイバ8のように、コア8aとクラッド8bとを有し、ファイバ端面のコア8a及びクラッド8bの部分に、コア8aの光軸と直交する突条からなり、断面形状が、円,楕円の一部あるいは双曲線や非球面の一部等、実質的な円の一部となるレンズ部8dが直径方向に形成されると共に、レンズ部8dの両側に位置決め壁8eが形成されていてもよい。
【0015】
各位置決め壁8eは、レンズ付き光ファイバ8をLDと突き合わせるときに、突き合わせ方向における位置決めを容易に行うためのもので、レンズ部8dよりも僅かに突出し、両端でレンズ部8dとの間にレンズ部8dの向きを観察する隙間状の観察部8fを形成し、端面が平面に形成されている。
このとき、レンズ部8d及び位置決め壁8eは、レンズ付き光ファイバ1のレンズ部1dと同様に、例えば、図7に示すように、開口9aに楕円形状の突起部9bが形成された金属マスク9を用いて形成される。即ち、鏡面にカットした光ファイバFの端面に図7に示す金属マスク9を配置し、突起部9bの頂点が光ファイバFのコア中心を通るように、金属マスク9を図中矢印方向に往復動させながら、光ファイバFの端面にドライエッチングを施して形成する。
【0016】
従って、レンズ付き光ファイバ8は、各位置決め壁8eによって突き合わせ方向の位置を位置決めされてLDと突き合わされ、レンズ部8dと位置決め壁8eとの間に形成された観察部8fによってレンズ部8dの向きを観察しながらLDに対して粗調心される。このため、レンズ付き光ファイバ8は、レンズ付き光ファイバ1と同様に、レーザ光との結合効率に優れているうえ、観察部8fによってレンズ部8dの向きを見ながらLDに対して位置決めすることができるので、LDに対する粗調心を短時間、かつ、容易に行うことができる。
【0017】
以下、断面形状が、円,楕円の一部あるいは双曲線や非球面の一部等、実質的な円の一部となるように形成されたレンズ部単独あるいは当該レンズ部と位置決め壁とを有し、レンズ付き光ファイバ1やレンズ付き光ファイバ8と同様の効果を発揮することができるレンズ付き光ファイバの変形例について説明する。
先ず、図8(a)に示すレンズ付き光ファイバ10のように、コア10aとクラッド10bとを有し、ファイバ端面のコア10a及びクラッド10bの部分に、コア10aの光軸と直交する突条からなるレンズ部10dが凹溝10eを介して直径方向に形成されると共に、レンズ部10dの両側に位置決め壁10fが形成されていてもよい。そして、レンズ付き光ファイバ10は、各凹溝10eの両端のレンズ部10dと位置決め壁10fとの隙間が、LDに対して粗調心するときの観察部10gとなる。
【0018】
このとき、レンズ部10d,凹溝10e及び位置決め壁10fは、図8(b)に示すように、鏡面にカットした光ファイバFの端面に、中央に長手状の開口11aが形成され、開口11aの中央に長手方向に跨るように石英ガラス製の線材11bを固定した金属マスク11を配置し、ドライエッチングを施して形成する。
【0019】
また、図9(a)に示すレンズ付き光ファイバ12のように、コア12aとクラッド12bとを有し、ファイバ端面のコア12a及びクラッド12bの部分に、コア12aの光軸と直交する突条からなるレンズ部12dが直径方向に形成されると共に、レンズ部12dを囲む周囲に凹溝12eを介して位置決め壁12fが形成されていてもよい。そして、レンズ付き光ファイバ12は、各凹溝12e端部のレンズ部12dと位置決め壁12fとの隙間が、LDに対して粗調心するときの観察部12gとなる。
【0020】
この場合、レンズ部12d,凹溝12e及び位置決め壁12fは、図9(b)に示すように、鏡面にカットした光ファイバFの端面に、中央に位置決め壁12fの形状に対応した長手状の開口13aが形成され、開口13aの中央に長手方向に跨るように石英ガラス製の線材13bを固定した金属マスク13を配置し、ドライエッチングを施して形成する。
【0021】
更に、図10(a)に示すレンズ付き光ファイバ14のように、コア14aとクラッド14bとを有し、ファイバ端面のコア14a及びクラッド14bの部分に、コア14aの光軸と直交する突条からなるレンズ部14dが直径方向に形成されると共に、レンズ部14dを囲む周囲に凹溝14eを介して馬蹄形状の位置決め壁14fが形成されていてもよい。このとき、レンズ付き光ファイバ14は、各凹溝14e端部のレンズ部14dと位置決め壁14fとの隙間が、LDに対して粗調心するときの観察部14gとなる。
【0022】
レンズ部14d,凹溝14e及び位置決め壁14fは、図10(b)に示す金属マスク15を用い、光ファイバFの端面にドライエッチングを施して形成する。金属マスク15は、位置決め壁14fの形状に対応した鍵穴状の開口15aが中央に形成され、開口15aの中央に長手方向に跨るように石英ガラス製の線材15bが固定されている。
【0023】
一方、レンズ付き光ファイバは、図11(a)に示すレンズ付き光ファイバ16のように、コア16aとクラッド16bとを有し、ファイバ端面16cのコア16a及びクラッド16bの部分に、突条からなるレンズ部16dを形成した構成としてもよい。このとき、レンズ部16dは、コア16aの光軸と直交し、図12(a)に示すように外周側が幅広、図12(b)に示すようにコア16aの部分が幅狭で、かつ、断面形状が、円,楕円,双曲線等の一部あるいは非球面の一部等、実質的な円の一部となるように形成されている。
【0024】
このとき、レンズ部16dは、図11(b)に示すように、三角形の突出片17a,18aを有する2枚の金属マスク17,18を、突出片17a,18aの頂点が光ファイバFのコア中心を通るように突き合わせて光ファイバFの端面上に配置し、図中矢印方向に往復動させながら、光ファイバFの端面にドライエッチングを施して形成する。
【0025】
また、レンズ付き光ファイバは、図13(a)に示すレンズ付き光ファイバ20のように、コア20aとクラッド20bとを有し、ファイバ端面のコア20a及びクラッド20bの部分に、突条からなるレンズ部20dを直径方向に形成すると共に、レンズ部20dを囲む3個所に凹溝20eを介して位置決め壁20fを形成した構成としてもよい。このとき、レンズ付き光ファイバ20は、各凹溝20e端部の隙間が、LDに対して粗調心するときの観察部20gとなる。
【0026】
ここで、レンズ部20d,凹溝20e及び位置決め壁20fは、図13(b)に示す金属マスク21を用い、光ファイバFの端面にドライエッチングを施して形成する。金属マスク21は、凹溝20eの形状に対応したY字形のスリット21aが中央に形成され、スリット20aの中央に長手方向に跨るように石英ガラス製の線材20bが固定されている。金属マスク21は、線材20bがコア上に位置するように配置して光ファイバFをエッチングする。
【0027】
更に、レンズ付き光ファイバは、図14(a)に示すレンズ付き光ファイバ22のように、コア22aとクラッド22bとを有し、ファイバ端面のコア22a及びクラッド22bの部分に、突条からなるレンズ部22dを直径方向に形成し、レンズ部22dの両側に凹溝22eを、レンズ部22dの両端に位置決め壁22fを、それぞれ形成した構成としてもよい。このとき、レンズ付き光ファイバ22は、各凹溝22e端部の隙間が、LDに対して粗調心するときの観察部となる。
【0028】
ここで、レンズ部22d,凹溝22e及び位置決め壁22fは、図14(b)に示す金属マスク23を用い、光ファイバFの端面にドライエッチングを施して形成する。金属マスク23は、凹溝22eの形状に対応した矩形状の開口23aが中央に形成され、開口23aの長手方向中央に、開口23aを跨るように石英ガラス製の線材23bが固定されている。金属マスク23は、線材23bがコア上に位置するように配置して光ファイバFをエッチングする。
【0029】
上記のように本発明のレンズ付き光ファイバは、光ファイバの端面に突条からなるレンズ部が形成され、必要に応じてレンズ部の廻りに位置決め壁が設けられている。このとき、レンズ付き光ファイバは、形成するレンズ部や位置決め壁の形状は上記のものに限定されるものではなく、本発明の目的に合致し、金属マスクを用いて形成することができれば、種々の形状のものがある。
【0030】
例えば、図15(a)に示すレンズ付き光ファイバ24のように、コア24aとクラッド24bとを有し、ファイバ端面のコア24a及びクラッド24bの部分に、突条からなるレンズ部24dを直径方向に形成し、レンズ部24dに沿って及びレンズ部24dの形成方向と直交する方向に凹溝24eを形成すると共に、凹溝24eによって分割された4個所に位置決め壁24fを、それぞれ形成した構成としてもよい。このとき、レンズ付き光ファイバ24は、各凹溝24e端部の隙間が、LDに対して粗調心するときの観察部となる。
【0031】
また、図15(b)〜(d)に示すレンズ付き光ファイバ26,28,30のように、コア26a,28a,30aとクラッド26b,28b,30bとを有し、ファイバ端面のコア26a,28a,30a及びクラッド26b,28b,30bの部分に、突条からなるレンズ部26d,28d,30dを直径方向に形成し、レンズ部26d,28d,30dの周囲に凹溝26e,28e,30eを介して複数の位置決め壁26f,28f,30fを、それぞれ形成した構成としてもよい。このとき、レンズ付き光ファイバ26,28,30は、各凹溝26e,28e,30e端部の隙間が、LDに対して粗調心するときの観察部となる。
【0032】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、レーザ光との結合効率に優れ、LDに対するレンズ部の向きを観察しながら簡単に粗調心をすることが可能なレンズ付き光ファイバを提供することができる。
請求項2の発明によれば、粗調心に先立ってレンズ付き光ファイバをLDと突き合わせるときに、突き合わせ方向における位置決めを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレンズ付き光ファイバの斜視図である。
【図2】図1のレンズ付き光ファイバの正面図である。
【図3】図1のレンズ付き光ファイバにレンズ部を形成する際に用いる金属マスクの正面図(a)及び石英ガラス製の線材と光ファイバとの配置を示す斜視図(b)である。
【図4】光ファイバに石英ガラス製の線材を配置した側面図(a)及び光ファイバにドライエッチングを施した後の状態を示す側面図(b)である。
【図5】図1のレンズ付き光ファイバをLDと突き合わせて粗調心する状態を説明する斜視図である。
【図6】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態を示す斜視図である。
【図7】図6のレンズ付き光ファイバにレンズ部及び位置決め壁を形成する際に用いる金属マスクの正面図である。
【図8】本発明のレンズ付き光ファイバの更に他の実施形態を示す斜視図(a)及びレンズ部,凹溝及び位置決め壁の形成に用いる金属マスクの正面図(b)である。
【図9】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態を示す斜視図(a)及びレンズ部,凹溝及び位置決め壁の形成に用いる金属マスクの正面図(b)である。
【図10】本発明のレンズ付き光ファイバの更に他の実施形態を示す斜視図(a)及びレンズ部,凹溝及び位置決め壁の形成に用いる金属マスクの正面図(b)である。
【図11】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態を示す斜視図(a)及びレンズ部の形成に用いる2枚の金属マスクを組み合わせた状態を示す正面図(b)である。
【図12】図11(a)のレンズ付き光ファイバのレンズ部を、光ファイバの外周側で切断した断面図(a)及びコアの部分で切断した断面図(b)である。
【図13】本発明のレンズ付き光ファイバの更に他の実施形態を示す斜視図(a)及びレンズ部及び位置決め壁の形成に用いる金属マスクの正面図(b)である。
【図14】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態を示す斜視図(a)及びレンズ部及び位置決め壁の形成に用いる金属マスクの正面図(b)である。
【図15】本発明のレンズ付き光ファイバに形成されるレンズ部及び位置決め壁の他の種々の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 レンズ付き光ファイバ
1a コア
1b クラッド
1c ファイバ端面
1d レンズ部
2 金属マスク
3 線材(石英ガラス製の)
8 レンズ付き光ファイバ
8a コア
8b クラッド
8d レンズ部
8e 位置決め壁
9 金属マスク
10,12 レンズ付き光ファイバ
10a,12a コア
10b,12b クラッド
10d,12d レンズ部
10f,12f 位置決め壁
11,13 金属マスク
14,16 レンズ付き光ファイバ
14a,16a コア
14b,16b クラッド
14d,16d レンズ部
14f 位置決め壁
15,17,18 金属マスク
20,22 レンズ付き光ファイバ
20a,22a コア
20b,22b クラッド
20d,22d レンズ部
20f,22f 位置決め壁
21,23 金属マスク
24,26 レンズ付き光ファイバ
24a,26a コア
24b,26b クラッド
24d,26d レンズ部
24f,26f 位置決め壁
28,30 レンズ付き光ファイバ
28a,30a コア
28b,30b クラッド
28d,30d レンズ部
28f,30f 位置決め壁

Claims (2)

  1. 光ファイバ端面のコア及びクラッドの部分に、前記コアの光軸と直交する突条で、かつ、該突条の長手方向と直交する面における断面形状が楕円または非球面の一部であるレンズ部が形成されていることを特徴とするレンズ付き光ファイバ。
  2. 前記レンズ部の周囲には、前記レンズ部よりも僅かに突出する部分の端面が平面に形成された位置決め壁と、前記位置決め壁と前記レンズ部との間に形成された側面視凹状の隙間であって前記レンズ部の向きを視認できる観察部とを備えた請求項1のレンズ付き光ファイバ。
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