JP4799784B2

JP4799784B2 - Manufacturing method of gradient index lens

Info

Publication number: JP4799784B2
Application number: JP2001295322A
Authority: JP
Inventors: 磨紀子横山; 宏治大浦; 健一郎浅野; 英行細谷; 克敏甲本; 洋一久留宮
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2003107207A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容易に製造でき、低価格化が可能な屈折率分布型レンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野において、光ファイバを伝播してきた信号光を該光ファイバの外部に平行光として取り出したり、また、その反対に、平行光を光ファイバの端面に集束させて該光ファイバに入射させたりするために、光ファイバコリメータが使用されている。
この光ファイバコリメータは、上述のように光を集光等させるために、コリメートレンズを備えている。このコリメートレンズとしては、種々の形状のレンズが用いられているが、球面レンズや非球面レンズに比して製造時の研磨加工やコリメータ等の光学系の組立てが比較的容易という理由により、円柱状であって、円柱の両端面において光を入出射する形式の屈折率分布型レンズ（ロッドレンズまたはＧＲＩＮレンズとも呼ばれている）が多く使用されている。
【０００３】
この種の屈折率分布型レンズは、一般に、次のような手順により製造されている。まず、タリウム等の屈折率を高めるような成分をドープした多成分ガラスからなるガラス棒を製造し、このガラス棒をナトリウムやカリウム等の融解塩に浸漬し、前記ガラス棒の外周部のイオンを交換してタリウムの濃度を下げ、外周部の屈折率を小さくすることにより、屈折率分布を有する棒状のプリフォームをする。次いで、このプリフォームを電気炉で加熱し、所定の外径まで延伸したのち、所定の長さに切断して、レンズプリカーサとし、さらに、バフ等を用いて端面を研磨して表面の粗さを除去することにより、屈折率分布型レンズとする。
【０００４】
また、特願２００１−１０４９２９に開示されているように、ＰＣＶＤなどの手法を用いて、ＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄などの材料ガスの組成を変化させながら石英管の内部にガラススートを堆積させ、次いで、このガラススートが堆積した石英管を加熱し、透明ガラス化することにより、石英ガラス中、酸化ゲルマニウムの濃度が漸次変化するようになったプリフォームを得、このプリフォームを上述の方法と同様な手順により、所定の外径および長さをとるロッド状の屈折率分布型レンズとする方法もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の屈折率分布型レンズにおいては、その端面における乱反射等などによる損失を抑制し、光結合の信頼性を高めるため、該屈折率分布型レンズの端面は、高度に平滑にされている必要がある。このため、該端面の研磨に時間と費用がかかるため、屈折率分布型レンズの製造コストが高く、生産性が低いという問題がある。従って、本発明の課題は、容易に製造でき、低価格化が可能な屈折率分布型レンズの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、棒状のプリフォームを、砥石を用いた研削によって、研磨剤を含有する研削液を用いて切断して、研削面からなる平滑な端面を有する屈折率分布型レンズを得ることにより解決される。前記研磨剤としては酸化セリウムが好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
本発明の第１の実施の形態においては、屈折率分布型レンズを、次のようにして製造することができる。
まず、公知の方法により棒状のプリフォームを作製する。さらに、このプリフォームを、研磨剤を含有する研削液を用いて所定の長さに切断することにより屈折率分布型レンズとする。
プリフォームの研削に用いられる工具としては、従来この種のプリフォームの切断に用いられている公知のものが使用できるが、例えば、粒度が＃２０００〜４５００のダイヤモンドや炭化ケイ素などの固定砥粒を有する砥石が好ましい。
【０００８】
前記研磨剤としては希土類酸化物からなる砥粒が好ましいが、この中でも、酸化セリウムが最も好適である。この酸化セリウムは、その硬さがガラスの硬さと同程度であり、それを研削液に混合することにより、ガラス成分と水との水和反応と、水和したガラス成分と酸化セリウムとの化学反応の作用に加えて、酸化セリウム粒子の運動エネルギーによる機械的除去作用を利用した所謂メカノケミカル作用によって、研削面が研磨される。
このため、前記研磨剤として酸化セリウムを含む研削液を用いることにより、研削面の粗さが著しく低減され、所望の平滑な端面を有する屈折率分布型レンズが得られる。
【０００９】
前記研削液としては、研磨剤を水と混合して、濃度１０〜３０重量％のスラリーとしたものが使用され、特に約２０％とするのが好ましい。また、研磨剤の粒度は＃１５００〜＃１００００の範囲内とするのが好ましい。粒度が＃１５００より粗いものであると、引っ掻き傷等の損傷が起こるおそれがあり、＃１００００より細かいものであると、研磨能力が低下するおそれがあるので好ましくない。
【００１０】
この研削液には、ポリエーテル系界面活性剤等の分散剤、水溶性セルロース等の粘度調整剤、またはｐＨ調整剤などの助剤を、必要に応じて、添加してもよい。
上述のように調整された研削液を用いてプリフォームを切断するので、研削時に該切断面が研磨され平滑化される。このため、この切断の後の研磨を省略しても優れた性能をもつ屈折率分布型レンズが製造でき、生産性を向上させ、生産性が向上する。
【００１１】
次に、参考形態である第２の実施の形態について説明する。図１（ａ）は、本実施の形態に係る屈折率分布型レンズの端面の一例を示す概略断面図である。図１（ａ）において、符号１は、屈折率分布型レンズプリカーサであり、符号２は平滑膜である。本実施の形態において屈折率分布型レンズプリカーサとは、前記プリフォームを所定の長さに切断して円柱状としたものであって、この端面を後述する手順により処理することにより屈折率分布型レンズが得られるという中間製品である。
【００１２】
このような屈折率分布型レンズは、例えば、次の手順により製造することができる。まず。公知の方法により作製された棒状のプリフォームを所定の長さに切断することにより、円柱状の屈折率分布型レンズプリカーサ１とする。次いで、この屈折率分布型レンズプリカーサ１の端面に、接着剤を塗布して平滑膜２を形成することにより屈折率分布型レンズとする。
【００１３】
前記接着剤としては、従来、光学用ガラスの接着に用いられている公知の接着剤が使用できるが、特に、その屈折率が、該屈折率分布型レンズプリカーサ１の材料の屈折率と実質的に等しいものから選択される。さらに、未硬化時の粘度が低く、セルフリベリング性を有するものが好ましい。例えば、エポキシ系、ウレタン系の接着剤を用いることができる。
接着剤を該屈折率分布型レンズプリカーサ１に塗布する際、該屈折率分布型レンズプリカーサ１の端面を上に向け、この端面が水平になるように配置したのち、前記端面に接着剤を塗布して硬化させることにより平坦な平滑膜２が得られるので、さらに好ましい。
このように、接着剤を塗布するのみで優れた性能をもつ屈折率分布型レンズが製造できるので、生産性を向上させ、低価格化が達成される。
【００１４】
次に、参考形態である第３の実施の形態について説明する。図１（ｂ）は、本実施の形態に係る屈折率分布型レンズの端面の一例を示す概略断面図である。図１（ｂ）において、符号１は、屈折率分布型レンズプリカーサであり、符号３は被膜、符号４は反射防止膜である。本実施の形態において屈折率分布型レンズプリカーサとは、前記プリフォームを所定の長さに切断して円柱状としたものであって、この端面を後述する手順により処理することにより屈折率分布型レンズが得られるという中間製品である。
【００１５】
このような屈折率分布型レンズは、例えば、次の手順により製造することができる。まず。公知の方法により作製された棒状のプリフォームを所定の長さに切断することにより、円柱状の屈折率分布型レンズプリカーサ１とする。次いで、この屈折率分布型レンズプリカーサ１の端面に、該屈折率分布型レンズプリカーサ１の材料と屈折率が実質的に等しい材料を蒸着して被膜３を形成する。さらに、この被膜３の上に反射防止膜４を形成して屈折率分布型レンズとする。
【００１６】
前記被膜３の材料は、該屈折率分布型レンズプリカーサ１の材料と屈折率が実質的に等しい無色透明な材料であれば、いかなる材料でも用いることができるが、例えば、ＳｉＯ₂が挙げられる。
前記被膜３の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法などの公知の方法を用いることができる。
さらに、本実施の形態においては、被膜３の上に反射防止膜４（ＡＲコート）を設けることができる。この反射防止膜４としては、従来屈折率分布型レンズに使用されている種類のものを用いることができるが、例えば、Ｔａ₂Ｏ₅とＳｉＯ₂からなる多層膜、またはＴｉＯ₂とＳｉＯ₂からなる多層膜であって、積層数が１０層以下であるものが好適なものとして挙げられる。
この場合、被膜３の形成と反射防止膜４の形成とを一連の作業で行うことができる。これにより、この工程の作業量を大幅に低減し、生産性を向上させることができる。
【００１７】
次に、本発明を具体例によって説明する。
［実施例１］
多成分ガラスからなる直径１．８ｍｍのプリフォームを、＃２０００のダイヤモンド砥石と、＃２０００の酸化セリウム／水からなる研削液を用いて長さ４〜５ｍｍに切断することにより、屈折率分布型レンズを得た。この屈折率分布型レンズを光ファイバに接続したときの接続損失を測定したところ、１ｄＢ程度であった。
【００１８】
［参考例１］多成分ガラスからなる直径１．０ｍｍのプリフォームを、＃２０００のダイヤモンド砥石と、切削液として水を用いて長さ７〜８ｍｍに切断して屈折率分布型レンズプリカーサとした。さらにこの屈折率分布型レンズプリカーサの両方の端面にエポキシ系接着剤を塗布することにより平滑膜を形成して、屈折率分布型レンズを得た。この屈折率分布型レンズを光ファイバに接続したときの接続損失を測定したところ、０．７ｄＢであった。
【００１９】
以上の具体例から明らかなように、本発明に係る屈折率分布型レンズは低損失であり、優れた特性を有するものとなった。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、極めて平滑な端面を有し、優れた性能をもつ屈折率分布型レンズを容易に製造でき、生産性を向上させ、低価格化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考形態に係る屈折率分布型レンズの端面の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
１…屈折率分布型レンズプリカーサ、２…被膜、３…平滑膜、４…反射防止膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a gradient index lens that can be easily manufactured and can be reduced in price.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the optical communication field, signal light that has propagated through an optical fiber is extracted as parallel light to the outside of the optical fiber, and conversely, the parallel light is focused on the end face of the optical fiber and incident on the optical fiber. For this purpose, an optical fiber collimator is used.
This optical fiber collimator is provided with a collimating lens in order to collect light as described above. As this collimating lens, lenses of various shapes are used. However, because of the relative ease of polishing during production and assembly of an optical system such as a collimator compared to a spherical lens or an aspherical lens, A gradient index type lens (also referred to as a rod lens or a GRIN lens) that is columnar and that enters and exits light at both end faces of a cylinder is often used.
[0003]
This type of gradient index lens is generally manufactured by the following procedure. First, a glass rod made of multi-component glass doped with a component that increases the refractive index such as thallium is manufactured, and this glass rod is immersed in a molten salt such as sodium or potassium, and ions on the outer periphery of the glass rod are A rod-shaped preform having a refractive index distribution is formed by lowering the concentration of thallium and reducing the refractive index of the outer peripheral portion by exchanging. Next, the preform is heated in an electric furnace, stretched to a predetermined outer diameter, cut to a predetermined length to form a lens precursor, and the end surface is polished with a buff or the like to roughen the surface. Is removed to obtain a gradient index lens.
[0004]
Further, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-104929, glass soot is deposited inside the quartz tube while changing the composition of material gases such as SiCl ₄ and GeCl ₄ by using a method such as PCVD. By heating the quartz tube on which this glass soot is deposited and making it transparent, a preform in which the concentration of germanium oxide in the quartz glass gradually changes is obtained. There is also a method of forming a rod-shaped gradient index lens having a predetermined outer diameter and length by a simple procedure.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional gradient index lens, the end surface of the gradient index lens is highly smoothed in order to suppress loss due to irregular reflection or the like at the end surface and increase the reliability of optical coupling. There is a need. For this reason, it takes time and money to polish the end face, and there is a problem that the manufacturing cost of the gradient index lens is high and the productivity is low. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gradient index lens that can be easily manufactured and can be reduced in price.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by cutting a rod-shaped preform using a grinding liquid containing an abrasive by grinding with a grindstone to obtain a gradient index lens having a smooth end surface made of a ground surface. Is done. As the abrasive, cerium oxide is suitable .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
In the first embodiment of the present invention, the gradient index lens can be manufactured as follows.
First, a rod-shaped preform is prepared by a known method. Further, the preform is cut into a predetermined length by using a grinding liquid containing an abrasive to obtain a gradient index lens.
As a tool used for grinding a preform, a known tool conventionally used for cutting this type of preform can be used. For example, a fixed abrasive such as diamond or silicon carbide having a particle size of # 2000 to 4500. A whetstone having
[0008]
As the abrasive, abrasive grains made of a rare earth oxide are preferable, and among these, cerium oxide is most preferable. This cerium oxide has the same hardness as glass. By mixing it with the grinding fluid, the hydration reaction between the glass component and water and the chemistry of the hydrated glass component and cerium oxide. In addition to the reaction action, the ground surface is polished by a so-called mechanochemical action utilizing a mechanical removal action by the kinetic energy of the cerium oxide particles.
Therefore, by using a grinding fluid containing cerium oxide as the abrasive, the roughness of the ground surface is remarkably reduced, and a gradient index lens having a desired smooth end surface is obtained.
[0009]
As the grinding liquid, a slurry prepared by mixing an abrasive with water to give a slurry having a concentration of 10 to 30% by weight is used, and it is particularly preferably about 20%. The particle size of the abrasive is preferably in the range of # 1500 to # 10000. If the particle size is coarser than # 1500, damage such as scratches may occur, and if it is finer than # 10000, the polishing ability may be lowered, which is not preferable.
[0010]
If necessary, an auxiliary agent such as a dispersant such as a polyether surfactant, a viscosity modifier such as water-soluble cellulose, or a pH adjuster may be added to the grinding fluid.
Since the preform is cut using the grinding fluid adjusted as described above, the cut surface is polished and smoothed during grinding. For this reason, even if the polishing after the cutting is omitted, a gradient index lens having excellent performance can be manufactured, productivity is improved, and productivity is improved.
[0011]
Next, a second embodiment which is a reference form will be described. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of an end face of the gradient index lens according to the present embodiment. In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a gradient index lens precursor, and reference numeral 2 denotes a smooth film. In the present embodiment, the gradient index lens precursor is a columnar shape obtained by cutting the preform into a predetermined length, and the refractive index distribution type is obtained by processing this end face according to a procedure described later. It is an intermediate product in which a lens can be obtained.
[0012]
Such a gradient index lens can be manufactured, for example, by the following procedure. First. A rod-shaped preform prepared by a known method is cut into a predetermined length to obtain a cylindrical gradient index lens precursor 1. Next, an adhesive is applied to the end surface of the gradient index lens precursor 1 to form a smooth film 2 to obtain a gradient index lens.
[0013]
As the adhesive, known adhesives conventionally used for bonding optical glass can be used. In particular, the refractive index is substantially the same as the refractive index of the material of the gradient index lens precursor 1. Is selected from Furthermore, those having a low viscosity when uncured and having self-leveling properties are preferred. For example, an epoxy or urethane adhesive can be used.
When applying an adhesive to the gradient index lens precursor 1, the end surface of the gradient index lens precursor 1 is placed with the end surface facing up, and then the adhesive is applied to the end surface. Then, the flat smooth film 2 is obtained by curing, which is more preferable.
As described above, a refractive index distribution type lens having excellent performance can be manufactured only by applying an adhesive, so that productivity is improved and cost reduction is achieved.
[0014]
Next, a third embodiment which is a reference form will be described. FIG. 1B is a schematic sectional view showing an example of an end face of the gradient index lens according to the present embodiment. In FIG. 1B, reference numeral 1 denotes a gradient index lens precursor, reference numeral 3 denotes a coating, and reference numeral 4 denotes an antireflection film. In the present embodiment, the gradient index lens precursor is a columnar shape obtained by cutting the preform into a predetermined length, and the refractive index distribution type is obtained by processing this end face according to a procedure described later. It is an intermediate product in which a lens can be obtained.
[0015]
Such a gradient index lens can be manufactured, for example, by the following procedure. First. A rod-shaped preform prepared by a known method is cut into a predetermined length to obtain a cylindrical gradient index lens precursor 1. Next, a film 3 is formed on the end face of the gradient index lens precursor 1 by vapor-depositing a material having a refractive index substantially equal to that of the gradient index lens precursor 1. Further, an antireflection film 4 is formed on the coating 3 to form a gradient index lens.
[0016]
Any material can be used as the material of the coating 3 as long as it is a colorless and transparent material having a refractive index substantially equal to that of the gradient index lens precursor 1, and examples thereof include SiO ₂ .
As a method for forming the coating 3, a known method such as a vacuum deposition method or a sputtering method can be used.
Furthermore, in the present embodiment, an antireflection film 4 (AR coating) can be provided on the coating 3. The antireflection film 4 may be of the type conventionally used for gradient index lenses, but is, for example, a multilayer film made of Ta ₂ O ₅ and SiO ₂ or made of TiO ₂ and SiO _2. A multilayer film having a number of laminated layers of 10 or less is preferable.
In this case, the formation of the coating 3 and the formation of the antireflection film 4 can be performed by a series of operations. Thereby, the work amount of this process can be reduced significantly and productivity can be improved.
[0017]
Next, the present invention will be described by way of specific examples.
[Example 1]
A refractive index distribution type is obtained by cutting a preform made of multi-component glass having a diameter of 1.8 mm into a length of 4 to 5 mm using a # 2000 diamond grindstone and a # 2000 cerium oxide / water grinding liquid. I got a lens. The connection loss when this gradient index lens was connected to an optical fiber was measured and found to be about 1 dB.
[0018]
[ Reference Example 1 ] A 1.0 mm diameter preform made of multi-component glass was cut into a length of 7 to 8 mm using a # 2000 diamond grindstone and water as a cutting fluid to obtain a gradient index lens precursor. . Furthermore, a smooth film was formed by applying an epoxy adhesive to both end faces of the gradient index lens precursor to obtain a gradient index lens. The connection loss when this gradient index lens was connected to an optical fiber was measured and found to be 0.7 dB.
[0019]
As apparent from the above specific examples, the gradient index lens according to the present invention has low loss and has excellent characteristics.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a gradient index lens having an extremely smooth end face and excellent performance can be easily manufactured, productivity can be improved, and cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an example of an end face of a gradient index lens according to a reference embodiment .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Refractive index distribution type lens precursor, 2 ... Coating, 3 ... Smooth film, 4 ... Antireflection film.

Claims

Refractive index distribution type characterized by obtaining a refractive index distribution type lens having a smooth end face made of a grinding surface by cutting a preform using a grinding liquid containing an abrasive by grinding using a grindstone Lens manufacturing method.

2. The method of manufacturing a gradient index lens according to claim 1, wherein the abrasive is cerium oxide.