JPH04220610A - スポットサイズ変換素子 - Google Patents
スポットサイズ変換素子Info
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- JPH04220610A JPH04220610A JP2412744A JP41274490A JPH04220610A JP H04220610 A JPH04220610 A JP H04220610A JP 2412744 A JP2412744 A JP 2412744A JP 41274490 A JP41274490 A JP 41274490A JP H04220610 A JPH04220610 A JP H04220610A
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- Japan
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- spot size
- core
- optical fiber
- fiber
- optical waveguide
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- Pending
Links
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Landscapes
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小形で低損失なスポッ
トサイズ変換素子に関する。
トサイズ変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】一般に、半導体レーザ半導体
光変調器などの半導体光素子における導波光のスポット
サイズは約１μｍ程度と小さい。一方、単一モード光フ
ァイバのスポットサイズは、光ファイバ通信で使用する
波長帯（１．３μｍや１．５μｍ）において、約４μｍ
から５μｍ程度であり、前記半導体光素子のものに比べ
て約４から５倍大きい。
光変調器などの半導体光素子における導波光のスポット
サイズは約１μｍ程度と小さい。一方、単一モード光フ
ァイバのスポットサイズは、光ファイバ通信で使用する
波長帯（１．３μｍや１．５μｍ）において、約４μｍ
から５μｍ程度であり、前記半導体光素子のものに比べ
て約４から５倍大きい。
【０００３】ところで、スポットサイズがＷ１とＷ２で
ある２つのガウシアンビームの結合効率はηは次の式で
与えられることが、よく知られている。 η＝４／（Ｗ１／Ｗ２＋Ｗ２／Ｗ１）２…（１）
ある２つのガウシアンビームの結合効率はηは次の式で
与えられることが、よく知られている。 η＝４／（Ｗ１／Ｗ２＋Ｗ２／Ｗ１）２…（１）
【００
０４】したがって、半導体素子と単一モード光ファイバ
とを直接結合させた場合、上記（１）式によって１０ｄ
Ｂ程度の結合損失が生じてしまう。
０４】したがって、半導体素子と単一モード光ファイバ
とを直接結合させた場合、上記（１）式によって１０ｄ
Ｂ程度の結合損失が生じてしまう。
【０００５】この結合損失を改良するには、単一モード
光ファイバのスポットサイズを小さくしても半導体光素
子のスポットサイズを整合させればよく、その構造の一
例として単一モード光ファイバの先端を研磨した先球フ
ァイバが存在する。
光ファイバのスポットサイズを小さくしても半導体光素
子のスポットサイズを整合させればよく、その構造の一
例として単一モード光ファイバの先端を研磨した先球フ
ァイバが存在する。
【０００６】図３はこの先球ファイバの構造を示し、図
４は図３の先端部の拡大図である。これらの図において
、１はコア、２はクラッド、３は半導体を表している。 ここで、研磨により形成した先球の半径Ｒとすると、先
球ファイバのスポットサイズＷＳＭＦ’は次式により与
えられる［河野著：「光デバイスのための光結合系の基
礎と応用」（現代工学社）］。 ＷＳＭＦ’＝（λ／πＷＳＭＦ） ・Ｒ／（ｎ−１）…
（２）ここで、λは使用波長、ｎは単一モード光ファイ
バの屈折率であり、約１．４５である。
４は図３の先端部の拡大図である。これらの図において
、１はコア、２はクラッド、３は半導体を表している。 ここで、研磨により形成した先球の半径Ｒとすると、先
球ファイバのスポットサイズＷＳＭＦ’は次式により与
えられる［河野著：「光デバイスのための光結合系の基
礎と応用」（現代工学社）］。 ＷＳＭＦ’＝（λ／πＷＳＭＦ） ・Ｒ／（ｎ−１）…
（２）ここで、λは使用波長、ｎは単一モード光ファイ
バの屈折率であり、約１．４５である。
【０００７】上記（２）式に基づき行なった計算結果を
図５に示す。図５は、スポットサイズがＷＳＭＦ＝５μ
ｍである従来の単一モード光ファイバの先端を研磨した
図３と同一構造の先球ファイバのスポットサイズを示し
ている。ここで、波長入は１．５μｍとした。
図５に示す。図５は、スポットサイズがＷＳＭＦ＝５μ
ｍである従来の単一モード光ファイバの先端を研磨した
図３と同一構造の先球ファイバのスポットサイズを示し
ている。ここで、波長入は１．５μｍとした。
【０００８】図５に示すように、半導体レーザのスポッ
トサイズつまり１μｍ程度のスポットサイズの先球ファ
イバを得ようとすると、先球の半径Ｒとして５μｍ程度
が必要となる。ところが、５μｍ程度の大きさの先球の
加工は加工技術として大変難しく、先球の曲率の中心が
単一モード光ファイバのコアの中心からずれてしまった
り、あるいは研磨面に凹凸が多く生じてしまうなどのこ
とが起こり易い。そして、実際にこれらのことが起こる
と、半導体光素子との結合損失が極めて大きくなってし
まう。つまり、スポットサイズが５μｍ程の単一モード
光ファイバを先球ファイバに形成してスポットサイズを
１．５μｍ程度の大きさにすることは、加工上問題が生
じにくい２０μｍ程度の曲率半径とするならともかく、
不可能である。
トサイズつまり１μｍ程度のスポットサイズの先球ファ
イバを得ようとすると、先球の半径Ｒとして５μｍ程度
が必要となる。ところが、５μｍ程度の大きさの先球の
加工は加工技術として大変難しく、先球の曲率の中心が
単一モード光ファイバのコアの中心からずれてしまった
り、あるいは研磨面に凹凸が多く生じてしまうなどのこ
とが起こり易い。そして、実際にこれらのことが起こる
と、半導体光素子との結合損失が極めて大きくなってし
まう。つまり、スポットサイズが５μｍ程の単一モード
光ファイバを先球ファイバに形成してスポットサイズを
１．５μｍ程度の大きさにすることは、加工上問題が生
じにくい２０μｍ程度の曲率半径とするならともかく、
不可能である。
【０００９】したがって、実際上先球ファイバのスポッ
トサイズを１．５μｍ程度とするには、７μｍ程度の曲
率半径のものを数多く製造し、その中から選別する必要
があり、歩留まりの点で大きな問題があった。
トサイズを１．５μｍ程度とするには、７μｍ程度の曲
率半径のものを数多く製造し、その中から選別する必要
があり、歩留まりの点で大きな問題があった。
【００１０】本発明の光ファイバのスポットサイズが小
さいことに起因するスポットサイズ変換の問題点を解決
したスポットサイズ変換素子を提供することにある。
さいことに起因するスポットサイズ変換の問題点を解決
したスポットサイズ変換素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、まず、光導波路の端部付近のコア径をこの端部
付近以外の部分のコア径よりも拡大すると共に、上記端
部付近のコア屈折率を上記端部付近以外の部分のコア屈
折率よりも低くして形成し、上記光導波路の端部をレン
ズ効果を有する構造としたことを特徴とし、また、光導
波路としてコア拡大形光ファイバを用いたことを特徴と
する。
発明は、まず、光導波路の端部付近のコア径をこの端部
付近以外の部分のコア径よりも拡大すると共に、上記端
部付近のコア屈折率を上記端部付近以外の部分のコア屈
折率よりも低くして形成し、上記光導波路の端部をレン
ズ効果を有する構造としたことを特徴とし、また、光導
波路としてコア拡大形光ファイバを用いたことを特徴と
する。
【００１２】
【作用】前述の（２）式では先球ファイバのスポットサ
イズＷＳＭＦ’は、単一モード光ファイバのスポットサ
イズＷＳＭＦに反比例している。したがって、単一モー
ド光ファイバの端部のコア径を大きくかつコア屈折率を
小さくするとにより、スポットサイズを拡大した単一モ
ード光ファイバとなる。
イズＷＳＭＦ’は、単一モード光ファイバのスポットサ
イズＷＳＭＦに反比例している。したがって、単一モー
ド光ファイバの端部のコア径を大きくかつコア屈折率を
小さくするとにより、スポットサイズを拡大した単一モ
ード光ファイバとなる。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の実施例の先球ファイバに形
成したコア拡大形光ファイバを示している。すなわち、
通常の単一モード光ファイバの端部を研磨してレンズ効
果を持たせた先球ファイバを製造するに当たり、端部付
近を局部的に加熱してコアの高屈折率物質をクラッド内
に拡散させしかもコア屈折率を低下させたコア拡大形光
ファイバを用いている。
成したコア拡大形光ファイバを示している。すなわち、
通常の単一モード光ファイバの端部を研磨してレンズ効
果を持たせた先球ファイバを製造するに当たり、端部付
近を局部的に加熱してコアの高屈折率物質をクラッド内
に拡散させしかもコア屈折率を低下させたコア拡大形光
ファイバを用いている。
【００１４】このコア拡大形光ファイバ［柳、白石、川
上他：熱拡散によるコア拡大ファイバの伝搬特性”：１
９９０年度電子情報通信学会秋期全国大会Ｃ−１７２］
では、端部付近４のコア径が広くなっており、かつ、端
部付近４のコアの屈折率は他の部分のコアのものに比べ
て低くなっている。そのため、端部付近４のスポットサ
イズＷＳＭＦは従来形の単一モード光ファイバのスポッ
トサイズと比較して大きくなっている。
上他：熱拡散によるコア拡大ファイバの伝搬特性”：１
９９０年度電子情報通信学会秋期全国大会Ｃ−１７２］
では、端部付近４のコア径が広くなっており、かつ、端
部付近４のコアの屈折率は他の部分のコアのものに比べ
て低くなっている。そのため、端部付近４のスポットサ
イズＷＳＭＦは従来形の単一モード光ファイバのスポッ
トサイズと比較して大きくなっている。
【００１５】このようなコア拡大形光ファイバを先球フ
ァイバとして前述の式にてスポットサイズを計算した値
を図２に示す。この計算に当っては、コア拡大部４のス
ポットサイズを１５μｍとした。図２からわかるように
、半径２０μｍ程度の球面でも、約１．５μｍのスポッ
トサイズを実現することが可能であることがわかる。 半径２０μｍ程度の球面であれば、歩留まりよく先球加
工ができるので、先球ファイバの製作における歩留まり
を大幅に改良できることになる。また、半径１３μｍの
球面であれば、従来実際上困難であった１μｍのスポッ
トサイズを実現することもできる。
ァイバとして前述の式にてスポットサイズを計算した値
を図２に示す。この計算に当っては、コア拡大部４のス
ポットサイズを１５μｍとした。図２からわかるように
、半径２０μｍ程度の球面でも、約１．５μｍのスポッ
トサイズを実現することが可能であることがわかる。 半径２０μｍ程度の球面であれば、歩留まりよく先球加
工ができるので、先球ファイバの製作における歩留まり
を大幅に改良できることになる。また、半径１３μｍの
球面であれば、従来実際上困難であった１μｍのスポッ
トサイズを実現することもできる。
【００１６】以上説明においては、光導波路として単一
モード光ファイバについて説明したが、石英系光導波路
などその他の光導波路、多モード光ファイバ系について
も本発明は適用できる。先球レンズの形成に当っては、
また火花放電やＣＯ２レーザ等を用いて光ファイバや光
導波路の端部を溶融してレンズ部を形成してもよい。さ
らに、加熱することにより、コア拡大部を形成した後、
加熱温度を上げるとともに左右から引っ張り、溶融・切
断することにより先端にレンズを形成することも可能で
ある。
モード光ファイバについて説明したが、石英系光導波路
などその他の光導波路、多モード光ファイバ系について
も本発明は適用できる。先球レンズの形成に当っては、
また火花放電やＣＯ２レーザ等を用いて光ファイバや光
導波路の端部を溶融してレンズ部を形成してもよい。さ
らに、加熱することにより、コア拡大部を形成した後、
加熱温度を上げるとともに左右から引っ張り、溶融・切
断することにより先端にレンズを形成することも可能で
ある。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では従来形
光ファイバと比較してスポットサイズを拡大したコア拡
大形光ファイバの端部にレンズ効果を持たせている。従
って、レンズによるビーム変換の効果が著しく現れ、大
きな曲率の球面を用いても先球ファイバのスポットサイ
ズを小さく変換できることができ歩留りが向上するとい
う著しい効果がある。
光ファイバと比較してスポットサイズを拡大したコア拡
大形光ファイバの端部にレンズ効果を持たせている。従
って、レンズによるビーム変換の効果が著しく現れ、大
きな曲率の球面を用いても先球ファイバのスポットサイ
ズを小さく変換できることができ歩留りが向上するとい
う著しい効果がある。
【図１】本発明の実施例のスポットサイズ変換素子であ
る。
る。
【図２】図１の実施例につきスポットサイズの計算結果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】従来の先球ファイバの構造図である。
【図４】図３の先球ファイバの端部拡大図である。
【図５】従来例につきスポットサイズの計算結果を示す
グラフである。
グラフである。
１ コア
２ クラッド
４ コア拡大部
Claims (2)
- 【請求項１】 光導波路の端部付近のコア径をこの端
部付近以外の部分のコア径よりも拡大すると共に、上記
端部付近のコア屈折率を上記端部付近以外の部分のコア
屈折率よりも低くして形成し、上記光導波路の端部をレ
ンズ効果を有する構造としたスポットサイズ変換素子。 - 【請求項２】 光導波路としてコア拡大形光ファイバ
を用いたことを特徴とする請求項１記載のスポットサイ
ズ変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412744A JPH04220610A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | スポットサイズ変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412744A JPH04220610A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | スポットサイズ変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04220610A true JPH04220610A (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=18521522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2412744A Pending JPH04220610A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | スポットサイズ変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04220610A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0727947A (ja) * | 1993-07-14 | 1995-01-31 | Nec Corp | 光回路とその製造方法 |
| JP2003315608A (ja) * | 2002-04-23 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 光部品接合部の光伝送路の結合方法 |
-
1990
- 1990-12-21 JP JP2412744A patent/JPH04220610A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0727947A (ja) * | 1993-07-14 | 1995-01-31 | Nec Corp | 光回路とその製造方法 |
| JP2003315608A (ja) * | 2002-04-23 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 光部品接合部の光伝送路の結合方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000321 |