JP4729394B2 - 光部品の製造方法及び製造装置、並びに、光部品 - Google Patents
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まず、図18の(a)に示すように、レンズ911に対して、光ファイバ912のコア912bの光軸調整を行う。そのために、レンズ911の前方(図の左側)に、レンズ911の光軸に対して垂直に高反射ミラー913を配置すると共に、レンズ911の後部端面(図の右側)911aに光ファイバ912の端面912aを5μm程度まで接近させる。そして、光ファイバ912に光を入射させることにより、レンズ911を介して高反射ミラー913から反射された光が、再びレンズ911を介して光ファイバ912に入射した戻り光の強度を検出する。この戻り光の強度をモニタしながら、光ファイバ912の端面912aをXY平面内で移動させて、戻り光が最も強くなるように、光ファイバ912の端面912aの位置を決定する。
第1に、図19に示すように、軟化したレンズ911に光ファイバ912を押し込んだ状態で自然冷却すると、ガラスの収縮により光ファイバ912の押し込み部分に圧縮応力がかかる。そのため、光ファイバ912にクラックが入り、光ファイバが根本で折れてしまう。
システム制御部100は、図1に示す光部品の製造装置全体の動作、即ち、光部品を製造するための一連の融着作業を制御する。
高反射ミラー13は、レンズ11から出射した光を反射することにより、再びレンズ11に入射させる。高反射ミラー13は、保持具112により、レンズ保持具111の軸方向に対して厳密に垂直に固定されている。本実施形態においては、レンズ11として非球面レンズを用いているので、ミラー面13aの位置は、レンズ11によってコリメートされて出射される光のビームウェストが最も細くなる位置、即ち、レンズ11の先端から平均焦点距離だけ離れた位置とすることが望ましい。
可動ステージ114は、ファイバ保持具113を戴置して移動させることにより、ファイバ保持具113によって保持されている光ファイバ12の位置を調節する位置調節手段である。可動ステージ114は、ステージ制御部110の制御の下で、3次元的に駆動する。或いは、可動ステージ114を、オペレータがマニュアルで操作しても良い。なお、本実施形態においては、ファイバ保持具113側を移動させることによりレンズ11に対するファイバ12の相対的位置を調節しているが、レンズ保持具111側、又は、レンズ保持具111及び保持具113の両方を移動させることにより、両者の相対的位置を調節しても良い。
ステージ制御部110は、システム制御部100の制御の下で、可動ステージ114の動作を制御する。
位置観察部140は、レンズ11と光ファイバ12との接合部分を観察するための撮像装置である。また、モニタ141は、位置観察部140によって撮像された画像を表示する。
まず、光部品の製造装置を動作させる前の準備として、図1に示すように、レンズ11をレンズ保持具111にセットすると共に、光ファイバ12をファイバ保持具113にセットする。そして、可動ステージ114を移動させることにより、レンズ11の後部端面11aと光ファイバ12の先端面12aとの間隔が5μm〜20μm程度となり、且つ、光ファイバ12がレンズの光軸の中心付近に配置されるように、粗調整を行う。この粗調整は、位置観察部141によって撮像された画像をモニタ141上において観察しながら、オペレータがマニュアルで操作することにより行っても良いし、制御部100の制御の下で自動的に行っても良い。
図5は、単芯ファイバコリメータを製造する場合に用いられる反射光検出部130の構成を説明するための図である。反射光検出部130は、レーザダイオード(LD)光源131と、光結合器132と、光検出器133と、増幅回路134とを含んでいる。LD光源131から出射した光(信号光)は、光結合器132を通って光ファイバ12の一端に入射し、光ファイバ12の他端から出射してレンズ11に入射する。この光は、レンズ11によってコリメートされて出射し、高反射ミラー13によって反射され、再びレンズ11に戻って光ファイバ12に入射する。さらに、この光(戻り光)は、光ファイバ12を介して光結合器132に入射し、光検出器133に導かれる。光検出器133は、戻り光の強度を検出しており、光検出器133から出力された検出信号は、増幅回路134によって増幅されて、システム制御部100(図1)に出力される。
R=M+L1×{(n1/n2)−1} …(1)
或いは、レンズ11の空間焦点位置P1を基準とする場合には、引き戻し量Sは、次式(2)を用いて算出される。
S=L1×{(n1/n2)−1} …(2)
レンズの焦点がその内側に存在する場合には、光軸調整が行われるレンズの外側のいずれの位置においても、戻り光の強度分布における中心ピークは広がっている。従って、ぼけた戻り光に基づいて光軸調整を行うことになるので、高い精度を得ることが困難である。また、光ファイバをレンズに押し込む前に、光ファイバの端面(入射端)を合わせるべきレンズの焦点位置に対して正確に確認することはできないので、レンズの設計量に基づいて押し込み量を決定することになる。
ファイバ保持具213には、レンズ21に接続される2本の光ファイバ22a及び22bを密着させて、又は、所定の間隔で保持するためのV溝又はU溝が形成されている。
反射光検出部230は、レーザダイオード(LD)光源231と、光検出器232と、増幅回路233とを含んでいる。LD光源231から出射した光(信号光)は、出射側の光ファイバ22aを通って、レンズ21に入射する。この光は、レンズ21によってコリメートされて出射し、高反射ミラー23によって反射され、再びレンズ21に戻り、集光されて入射側の光ファイバ22bに入射する。さらに、この戻り光は、光ファイバ22bを通って光検出器232に入射する。光検出器232は、戻り光の強度を検出しており、光検出器232から出力された検出信号は、増幅回路233によって増幅されて、システム制御部100(図8)に出力される。
まず、光部品の製造装置を動作させる前の準備として、図8に示すように、レンズ21をレンズ保持具111にセットすると共に、2本の光ファイバ22a及び22bの先端を合わせてファイバ保持具213にセットし、レンズ21と光ファイバ22a及び22bとの間の距離を粗調整する。
次に、工程S2において、図10の(a)に示すように、アーク放電により放電プラズマ3を生成することにより、レンズ21の後部端面21aを加熱して軟化すると共に、2本の光ファイバ22a及び22bの先端部を加熱する。
システム制御部300は、図11に示す光部品の製造装置全体の動作、即ち、光部品を製造するための一連の融着作業を制御する。
ここで、V溝部品のブロック30は、アーク放電の妨げとならないように、絶縁材料によって形成されていることが望ましい。また、V溝部品のブロック30がアーク電極321及び323の配置の妨げとならないように、V溝部品の長さを調節したり、V溝部品のブロック30に、アーク電極を挿入するための穴や切り欠きを設けることにより、V溝部品のブロック30の形状を工夫することが必要である。
まず、光部品の製造装置を動作させる前の準備として、V溝部品によって保持されたレンズ31及び32並びに波長フィルタ33を用意し、それらをV溝部品上で整列して接着や溶接によって固定することにより、V溝部品のブロック30を作製する。そして、V溝部品のブロック30を保持具311上にセットする。また、光ファイバ34a及び34bをファイバ保持具312に配置すると共に、光ファイバ35をファイバ保持具314に配置する。
ここで、大口径のファイバコリメータを製造する場合には、本発明の第1〜3の実施形態におけるのと同様のアーク放電方式によってレンズの端面を軟化させることは困難となる。例えば、図13の(a)に示すように、光ファイバ40が接合されるレンズ41の直径が大きくなるため、アーク電極121がレンズ41の端部に接触してしまう等の配置上の問題が生じる。また、そのような接触を避けるために、アーク電極121をレンズ41から離すと、放電プラズマによって加熱される領域が狭くなるので、光ファイバ40が挿入される領域を十分に溶融させることができない。或いは、アーク電極121の間隔を離して配置することも考えられるが、その場合には、アーク放電の強度を高くしなければならず、また、レンズ41の必要以上の領域を溶融させることになるので、現実的ではない。そこで本実施形態においては、そのような問題を解決するために、以下の2つの方法を用いている。
図13の(b)に示すように、レンズ42の後部に段差を設けたり、図13の(c)に示すように、レンズ43の後部を斜めに削ることにより、光ファイバ40が接合される端面の面積を小さくする。それにより、加熱対象領域(溶融領域)を狭くできるので、アーク放電方式により端面を十分に軟化させることができる。この場合に、レンズ42及び43の後部端面42a及び43aの直径又は投影長の最短部は、光ファイバ40の直径の少なくとも1.5倍以上、望ましくは2倍以上であって、20倍未満であることが好ましい。
図14の(a)に示すように、グリンレンズ(勾配屈折率レンズ)50の後部端面に、その後部端面よりも小さい直径を有し、且つ、低融点ガラスによって形成されている筒状又は錐状のガラス部品52を、接着剤53等を用いて接合する。そして、このガラス部品52の後部端面52aを加熱し、ガラス部品52に対して光ファイバ51の押し込み及び引き戻しを行うことにより、図14の(b)に示すように両者を接合する。この場合に、図14の(a)に示すように、グリンレンズ50の空間焦点位置P3は、接着剤53及びガラス部品52を経て、後部端面52aの後方に形成されるようにすると共に、図14の(b)に示すように、ガラス部品52の内部に形成される光学焦点位置P4に入射端が配置されるように光ファイバ51を引き戻す。
この変形例によれば、多数の光部品を効率良く製造することが可能となる。
この変形例によれば、短時間に多数の光部品を効率良く製造することが可能となる。
なお、これらの変形例において、複数のレンズや光ファイバを光部品の製造装置に配置する際には、例えば、複数のV溝又はU溝が形成されたレンズ保持具を用いれば良い。
即ち、第1に、上記の実施形態においては、ファイバコリメータにおけるレンズと光ファイバとの接合部分が、概略光ファイバの端面形状に沿ってレンズのガラス部材が引き出された形状となる。従って、ガラスに包み込まれた光ファイバの先端部が、ガラスの収縮により押さえ込まれて光ファイバが応力歪みを受けることがなくなるので、光ファイバの破損を防ぐことができる。
LS1〜LSN レンズ
3 放電プラズマ
11a、21a、42a、43a 後部端面
12、22a、22b、34a、34b、35、40、51、902、912、922、
FB1〜FBN 光ファイバ
12a 先端面
12b 先端コア中心位置
13、23、906、913 高反射ミラー
33 波長選択ミラー(波長フィルタ)
50 グリンレンズ
52 ガラス部品
100、300 システム制御部
110、310 ステージ制御部
111 レンズ保持具
112、311 保持具
113、213、312、314 ファイバ保持具
114、313、315 可動ステージ
120、320 アーク放電電源
121、321、323、401、402、411、412、914 アーク電極
122、322、324 アーク電極保持具
130、230 反射光検出部
131、231 レーザダイオード(LD)電源
132 光結合器
133、232、331、332 光検出器
134、233 増幅回路
140、340、341 位置観察部
141、342 モニタ
330 光源
903 キャピラリー
904、905 接着剤
901a、911a、902a、912a、922a 端面
912b コア
Claims (23)
- 所定の軟化点を有する第1のガラスにより形成されている端面を有する第1の光部品と、前記第1の光部品の前記端面よりも小さい先端面を有し、第1のガラスよりも高い軟化点を有する第2のガラス又は石英により形成されている1つ又は複数の第2の光部品とを融着することにより、第3の光部品を製造する方法であって、
前記第1の光部品の前記端面の加熱を開始することにより該端面を軟化させる工程(a)と、
軟化した前記第1の光部品の前記端面に、前記第2の光部品の前記先端面を所定の量だけ押し込むことにより、前記第1の光部品と前記第2の光部品とを溶融結合させる工程(b)と、
前記第2の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第2の光部品の前記先端面を前記第1の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置する工程(c)と、
前記第1の光部品の端面の加熱を停止することにより、互いに溶融結合した前記第1の光部品と前記第2の光部品とを固定する工程(d)と、
を具備する光部品の製造方法。 - ガラス又は石英により形成されている端面を有する第1の光部品と、前記第1の光部品の前記端面よりも小さい先端面を有し、ガラス又は石英により形成されている1つ又は複数の第2の光部品とを融着することにより、第3の光部品を製造する方法であって、
前記第1の光部品の前記端面の加熱を開始することにより該端面を軟化させる工程(a)と、
軟化した前記第1の光部品の前記端面に、前記第2の光部品の前記先端面を所定の量だけ押し込むことにより、前記第1の光部品と前記第2の光部品とを溶融結合させる工程(b)と、
前記第2の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第2の光部品の前記先端面を前記第1の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置する工程(c)と、
前記第1の光部品の端面の加熱を停止することにより、互いに溶融結合した前記第1の光部品と前記第2の光部品とを固定する工程(d)と、
を具備する光部品の製造方法。 - 前記第1の光部品が、レンズであり、
前記第2の光部品が、光ファイバである、
請求項1又は2記載の光部品の製造方法。 - 前記第1の光部品の前記端面が、前記第2の光部品の直径の少なくとも1.5倍の投影長を有する、請求項1〜3のいずれか1項記載の光部品の製造方法。
- 前記第1の光部品が、複数の部材によって構成されている複合部材であって、少なくとも前記端面を含む部材が前記第1のガラスによって形成されている、請求項1記載の光部品の製造方法。
- 前記第1の光部品の前記端面の面積が、前記第1の光部品における前記端面の反対側の面の面積以下であると共に、前記第2の光部品の前記先端面の面積の2倍以上である、請求項1〜5のいずれか1項記載の光部品の製造方法。
- 工程(a)が、アーク放電、レーザ光、又は、マイクロトーチ炎により、前記第1の光部品の前記端面を加熱することを含む、請求項1〜6のいずれか1項記載の光部品の製造方法。
- 工程(b)が、前記第1の光部品と前記第2の光部品との内の少なくとも一方に振動を与えながら、前記第1の光部品の前記端面に前記第2の光部品の前記先端面を押し込むことを含む、請求項1〜7のいずれか1項記載の光部品の製造方法。
- 工程(c)が、前記所定の位置を越える位置まで前記第2の光部品を引き戻し、その後で、前記所定の位置に前記第2の光部品を押し戻すことを含む、請求項1〜8のいずれか1項記載の光部品の製造方法。
- 工程(a)に先立って、前記第1の光部品と前記第2の光部品との間における光軸調整を行う工程(a')をさらに具備する請求項1〜9のいずれか1項記載の光部品の製造方法。
- 前記第1の光部品が、焦点が前記端面の外側に存在するレンズであり、
工程(a')が、前記第1の光部品の焦点に基づいて光軸調整を行うことを含み、
工程(c)が、前記第1の光部品の焦点に基づいて算出される量に基づいて、前記第2の光部品を引き戻すことを含む、
請求項10記載の光部品の製造方法。 - 前記第1の光部品の前記端面と工程(a')において用いられた前記第1の光部品との焦点との間の距離がL1であり、前記第1の光部品における前記端面を含む部材の屈性率がn1であり、空気又は真空の屈折率がn2である場合に、
工程(c)が、前記第2の光部品の前記先端面が前記第1の光部品の焦点位置からL1×{(n1/n2)−1}だけ離れた位置に配置されるように、前記第2の光部品を引き戻すことを含む、請求項11記載の光部品の製造方法。 - 工程(c)が、前記第2の光部品を介して前記第1の光部品の前記端面に入射すると共に、前記第1の光部品の前記端面から出射して前記第2の光部品に入射した光の強度をモニタすることにより、該光の強度が最大となる位置に前記第2の光部品の前記先端面を配置することを含む、
請求項1〜12のいずれか1項記載の光部品の製造方法。 - 所定の軟化点を有する第1のガラスによって形成されている端面を有する第1の光部品と、前記第1の光部品の前記端面よりも小さい先端面を有し、第1のガラスよりも高い軟化点を有する第2のガラス又は石英によって形成されている1つ又は複数の第2の光部品とを融着することにより、第3の光部品を製造するための装置であって、
前記第1の光部品を保持する第1の保持手段と、
前記第2の光部品を保持する第2の保持手段と、
前記第1の光部品の前記端面を加熱する加熱手段と、
前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との内の少なくとも一方を戴置して移動することにより、前記第2の光部品を前記第1の光部品に対して相対的に所定の位置に配置する位置調節手段と、
前記加熱手段によって加熱されることにより軟化した前記第1の光部品の前記端面に、前記第2の光部品の前記先端面を所定の量だけ押し込むことにより、前記第1の光部品と前記第2の光部品とを溶融結合させ、その後で、前記第2の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第2の光部品の前記先端面を前記第1の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置するように、少なくとも前記位置調節手段を制御する制御手段と、
を具備する光部品の製造装置。 - ガラス又は石英によって形成されている端面を有する第1の光部品と、前記第1の光部品の前記端面よりも小さい先端面を有し、ガラス又は石英によって形成されている1つ又は複数の第2の光部品とを融着することにより、第3の光部品を製造するための装置であって、
前記第1の光部品を保持する第1の保持手段と、
前記第2の光部品を保持する第2の保持手段と、
前記第1の光部品の前記端面を加熱する加熱手段と、
前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との内の少なくとも一方を戴置して移動することにより、前記第2の光部品を前記第1の光部品に対して相対的に所定の位置に配置する位置調節手段と、
前記加熱手段によって加熱されることにより軟化した前記第1の光部品の前記端面に、前記第2の光部品の前記先端面を所定の量だけ押し込むことにより、前記第1の光部品と前記第2の光部品とを溶融結合させ、その後で、前記第2の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第2の光部品の前記先端面を前記第1の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置するように、少なくとも前記位置調節手段を制御する制御手段と、
を具備する光部品の製造装置。 - 前記制御手段が、前記所定の位置を越える位置まで前記第2の光部品を引き戻し、その後で、前記所定の位置に前記第2の光部品を押し戻すように、前記位置調節手段を制御する、請求項14又は15記載の光部品の製造装置。
- 前記制御手段が、前記第2の光部品が所定の位置に配置された後で、前記第1の光部品の前記端面の加熱を停止するように、前記加熱手段を制御する、請求項14〜16のいずれか1項記載の光部品の製造装置。
- 前記第1の光部品と前記第2の光部品との内の少なくとも一方に振動を与える手段をさらに具備する請求項14〜17のいずれか1項記載の光部品の製造装置。
- 前記第2の光部品を介して前記第1の光部品の前記端面に入射する光を発生する光源と、
前記第1の光部品の前記端面から出射して前記第2の光部品に入射した光の強度を検出する検出手段と、
をさらに具備する14〜18のいずれか1項記載の光部品の製造装置。 - 所定の軟化点を有する第1のガラスによって形成されている端面を有する第1の光部品と、
前記第1の光部品の前記端面よりも小さい先端面を有し、第1のガラスよりも高い軟化点を有する第2のガラス又は石英によって形成されている1つ又は複数の第2の光部品であって、加熱されることにより軟化した前記第1の光部品の前記端面に押し込まれた後で、前記先端面が前記第1の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に位置するように、押し込まれた方向と反対方向に引き戻された状態で前記第1の光部品と接合された前記1つ又は複数の第2の光部品と、
を具備する光部品。 - ガラス又は石英によって形成されている端面を有する第1の光部品と、
前記第1の光部品の前記端面よりも小さい先端面を有し、ガラス又は石英によって形成されている1つ又は複数の第2の光部品であって、加熱されることにより軟化した前記第1の光部品の前記端面に押し込まれた後で、前記先端面が前記第1の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に位置するように、押し込まれた方向と反対方向に引き戻された状態で前記第1の光部品と接合された前記1つ又は複数の第2の光部品と、
を具備する光部品。 - 前記第1の光部品が、前記第2の光部品が接合される前の状態において、焦点が前記端面の外側に形成されるように設計されたレンズである、請求項20又は21記載の光部品。
- 前記第1の光部品が、複数の部材によって構成されている複合部材であって、少なくとも前記端面を含む部材が前記第1のガラスによって形成されている、請求項20記載の光部品。
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