JP4527091B2 - レンズ付き光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、棒状の屈折率分布型レンズを光ファイバに融着してレンズ付き光ファイバを製造する方法に関する。

光ファイバの端部に１個の屈折率分布型レンズを融着したものは、光ファイバコリメータとして使用される。また、光ファイバの端部に開口数の異なる２個の屈折率分布型レンズを融着したものは、光ファイバコンデンサとして使用される。屈折率分布型レンズは、断面方向の屈折率が２乗カーブで連続的に変化する棒状レンズで、この屈折率分布によってレンズ作用が生じる。屈折率分布型レンズには、大別して、いわゆるＧＩファイバとＧＲＩＮレンズとがある。ＧＩファイバはコアの周囲にクラッドを有するもの、ＧＲＩＮレンズはクラッドが存在しないためＧＩファイバよりコリメートに使用できる断面積が多く得られる。光ファイバの端部にＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバコリメータ及び光ファイバコンデンサは例えば下記特許文献１に、光ファイバの端部にＧＩファイバを融着した光ファイバコリメータは例えば下記特許文献２に開示されている。

従来の光ファイバコリメータの製造方法は、光ファイバに長い長さを有するレンズを融着し、その後レンズを所定の長さ（所望の長さ＋研磨長さ）に切断し、その後レンズ端面を研磨するものである。また、従来の光ファイバコンデンサの製造方法は、光ファイバに長い長さを有する第１のレンズを融着し、第１のレンズを所望の長さに切断し、第１のレンズに長い長さを有する第２のレンズを融着し、第２のレンズを所定の長さ（所望の長さ＋研磨長さ）に切断し、その後第２のレンズ端面を研磨するものである。このような従来の光ファイバコリメータ・光ファイバコンデンサの製造方法は下記特許文献３に開示されている。
特開２００５−１１５０９７号公報 特許第３２８５１６６号公報 特許第３０９５６２２号公報

前記従来の製造方法は、レンズの性能が要求品質を満足しているかどうかは、最終製品（光ファイバコリメータ又は光ファイバコンデンサ）となった段階でしか検査できないので、製造効率及び検査効率が悪いという問題がある。また、レンズ端面での反射戻り光を軽減する目的で、レンズ端面に反射防止膜（ＡＲコート）を施す場合があるが、従来方法で製造した光ファイバコリメータ等の場合、レンズが剥き出しであり、かつ１ｍ程度の光ファイバが繋がった状態で反射防止膜処理を行うので、取り回しが非常に煩雑であるばかりでなく、１バッチ数十ないし数百本を束もしくは専用治具へ固定し直して処理するためレンズ部分が破損するおそれがあった。

本発明は、光ファイバに融着する前にレンズの性能検査を行うことができるようにすることで、不良レンズを光ファイバに融着する無駄を省き、光ファイバコリメータ等の製造効率、検査効率を向上させること、さらに、レンズ端面に反射防止膜処理を行う場合、レンズ破損を起こりにくくすると共に処理能率を向上させることを課題としてなされたものである。

（構成１）
本発明は、第１のレンズと第２のレンズの端面どうしを融着する工程と、融着した前記第１のレンズ及び第２のレンズを切断して連結レンズを切り離す工程と、前記連結レンズの端面を研磨する工程と、前記研磨した連結レンズを光ファイバ端面に融着する工程とを有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。連結レンズを切り離す工程において、レンズの切断長さは、所望の長さに研磨長さを加えた長さとする。切り離した連結レンズの端面の研磨は、片側の端面のみを研磨する場合と、両側の端面を研磨する場合の両方を含む。

（構成２）
また本発明は、前記構成１の製造方法において、前記連結レンズの端面を研磨する工程が、複数の連結レンズをホルダに仮固定して研磨することにより行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。

（構成３）
また本発明は、前記構成１又は２の製造方法において、前記連結レンズの端面を研磨する工程の次に、前記連結レンズを検査する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。

（構成４）
また本発明は、前記構成３の製造方法において、前記連結レンズを検査する工程が、複数の連結レンズをホルダに仮固定した状態で行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。

（構成５）
また本発明は、前記構成１〜４のいずれかの製造方法において、前記光ファイバ端面に前記連結レンズを融着する工程の前に、前記連結レンズの端面に反射防止膜を形成する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法である。反射膜は、連結レンズの、光ファイバに融着しない方の端面に形成される。

本発明は、先ず連結レンズを切断し、光ファイバに融着する前に連結レンズを研磨するので、光ファイバに融着する前にレンズの検査を行うことができる。したがって、不良レンズを光ファイバに融着する無駄を省き、光ファイバコンデンサ等のレンズ付き光ファイバの製造効率が向上する。また、複数の連結レンズをホルダに仮固定した状態で研磨、検査を行うことで、レンズの研磨、検査を効率よく行うことができる。反射防止膜処理を行う場合、連結レンズを光ファイバに融着する前に当該処理を行うことで、レンズを破損することなく、容易かつ効率的に作業を行うことが可能となる。

〔参考例〕
本発明を説明する前提として、先ず、単一のレンズを光ファイバに融着した光ファイバコリメータの製造方法について説明する。
光ファイバコリメータを製造する場合、先ず長尺棒状に製造されたレンズ（ＧＩファイバ、ＧＲＩＮレンズ等）を所定の長さに切断する。この際のレンズの切断長さは、レンズとして要求される所望の長さに研磨で失われる長さ（研磨長さ）を加えた長さとする。

次に、切断した複数のレンズをホルダに仮固定する。図１はホルダの一例を示している。図１のホルダ４はガラス、プラスチック、金属などの適宜の素材を板状に成形したもので、平行に複数本（この場合は５本）の溝５が形成されている。溝の形状はこの場合Ｖ字形であるが、Ｖ字形に限らずコの字形、半円形などでもよい。この溝５に切断したレンズ２を嵌め込み、図２、３に示すように、接着剤６及びカバープレート７で仮固定する。接着剤は、研磨後にレンズをホルダから取り外すことができるように、熱可塑性接着剤、熱水可溶性ＵＶ接着剤などを使用する。ホルダ４はレンズの両端面を研磨する場合に適している。図４はホルダの他例を示している。図４のホルダ８は、前記のホルダ４と同様にレンズを嵌め込む複数の溝９を有するが、ハンドリングや研磨機にホールドさせる便宜のためにホールド部１０が形成されている点が異なる。溝９にレンズを嵌め込み、図２と同様にしてレンズを仮固定する。ホルダ８はレンズの片端面を研磨する場合に適している。図５はさらにホルダの他例を示している。図５のホルダ１０は箱状本体に複数（この場合は５本）の貫通孔１２が形成されている。各貫通孔１２にレンズを１本ずつ、端部をホルダ１０本体から外部に露出させた状態で挿入し、接着剤で仮固定する。このように、ホルダは、複数のレンズを仮固定し、同時に複数本のレンズを研磨、検査できるものであればよい。

次に、ホルダに仮固定した複数のレンズを研磨する。研磨には、一般的な研磨機を使用すればよい。例えば、図６に示すように、研磨機の回転する砥石１３でホルダ４に仮固定した複数のレンズ２をホルダごと研磨する。レンズをホルダと共に研磨することにより、研磨時にレンズが損傷するのを防ぐことができる。

研磨が終了した後、複数のレンズ２をホルダ４に仮固定した状態でレンズの検査を行う。光学顕微鏡による像点位置観察により、簡便に検査が可能である。すなわち、レンズ効果で背面の像がレンズ端面、もしくはレンズ内に結像されるが（どこに結像するかはレンズの長さ設定により異なる）、レンズ端面から像点の距離を測ることで検査が可能となる。また、測定波長（例えば１５５０ｎｍ）の平行光を入射させ、そのときの入射光に対する出射光の強度比、ビーム広がり角度などを計測することによってもレンズの優劣が判断できる。複数のレンズをホルダに仮固定した状態でレンズの検査を行うので、効率的に検査を行うことができる。

レンズの検査が終了した後、必要に応じてレンズ端面に反射防止膜（ＡＲコート）を施す。この工程も、複数のレンズをホルダに仮固定した状態で行う。従来は、レンズを光ファイバに融着した後に反射防止膜を施していたので、作業が繁雑なばかりかレンズを破損するおそれがあったが、光ファイバに融着する前に複数のレンズをホルダに仮固定した状態で行うことで、レンズを破損することなく、容易かつ効率的に作業を行うことが可能となる。

次に、ホルダからレンズを取り外して回収する。仮固定に熱可塑性接着剤を使用した場合は、ホルダを加熱し接着剤を溶かしてレンズをホルダから取り出した後、アルコールなどの有機溶媒で洗浄し、濾過してレンズを回収する。熱水可溶性ＵＶ接着剤を使用した場合は、ホルダを熱水に漬けて接着剤を溶かし、レンズをホルダから取り出した後、濾過してレンズを回収する。

ホルダからレンズを回収した後、レンズを光ファイバの先端に融着する。この場合、概ね、直径０．１２５ｍｍ、長さ０．３〜２ｍｍ程度のレンズをハンドリングする必要がある。これに関しては、顕微鏡下で、金属製細管（例えば銅製外径φ０．１６ｍｍ、内径φ０．０７ｍｍ）と吸引ポンプを使用すれば、レンズ端面の保持及び融着時のハンドリングを行うことができる。また、生物分野で一般的に使用されるマイクロマニュピレーターの技術を利用すれば、より効率的にレンズの回収及びハンドリングができる。図７に示すように、光ファイバ１の先端にレンズ２を融着し、光ファイバコリメータが完成する。なお融着の際、光ファイバとレンズを調芯しながら融着することで、より高品質なコリメータが完成する。

〔実施例〕
光ファイバコンデンサを製造する場合、先ず、図８に示すように、長尺棒状に製造された第１のレンズ３ａと第２のレンズ３ｂの端面どうしを融着した後、第１のレンズの切断部Ａと第２のレンズの切断部Ｂでレンズを切断し、第１のレンズと第２のレンズが融着により連結されている連結レンズ３を切り離す。第１のレンズ３ａは光ファイバに融着される側のレンズ、第２のレンズは先端側のレンズで、第２のレンズは第１のレンズよりも大きい開口数を有する。この際の第１、第２のレンズの切断長さは、レンズとして要求される所望の長さに研磨で失われる長さ（研磨長さ）を加えた長さとする。なお、第１のレンズは研磨しない場合もある。

切り離された連結レンズ３は、前記参考例のレンズ２と同様にホルダに仮固定されて研磨、検査、必要に応じて反射防止膜処理が行われ、同様にホルダからの取り出し、回収が行われる。図９に示すように、光ファイバ１の先端に連結レンズ３を融着し、光ファイバコンデンサが完成する。

ホルダ４の斜視図である。 レンズ２を仮固定したホルダ４の側面図である。 レンズ２を仮固定したホルダ４の平面図である。 ホルダ８の斜視図である。 ホルダ１０の斜視図である。 レンズの端面を研磨する工程の説明図である。 光ファイバコリメータの側面図である。 第１のレンズ３ａと第２のレンズ３ｂを融着し、連結レンズ３を切り離す工程の説明図である。 光ファイバコンデンサの側面図である。

符号の説明

１ 光ファイバ
２ レンズ
３ 連結レンズ
３ａ 第１のレンズ
３ｂ 第２のレンズ
４ ホルダ
５ 溝
６ 接着剤
７ カバープレート
８ ホルダ
９ 溝
１０ ホールド部
１１ ホルダ
１２ 貫通孔
１３ 砥石

Claims (5)

1. 第１のレンズと第２のレンズの端面どうしを融着する工程と、融着した前記第１のレンズ及び第２のレンズを切断して連結レンズを切り離す工程と、前記連結レンズの端面を研磨する工程と、前記研磨した連結レンズを光ファイバ端面に融着する工程とを有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法。
2. 請求項１の製造方法において、前記連結レンズの端面を研磨する工程が、複数の連結レンズをホルダに仮固定して研磨することにより行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法。
3. 請求項１又は２の製造方法において、前記連結レンズの端面を研磨する工程の次に、前記連結レンズを検査する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法。
4. 請求項３の製造方法において、前記連結レンズを検査する工程が、複数の連結レンズをホルダに仮固定した状態で行われることを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかの製造方法において、前記光ファイバ端面に前記連結レンズを融着する工程の前に、前記連結レンズの端面に反射防止膜を形成する工程を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法。

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