JPH06201946A - レンズ付き光ファイバとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結合効率が高くトレランスも大きいレンズ付
き光ファイバを提供する。 【構成】 このレンズ付き光ファイバは、コア１ａとク
ラッド１ｂから成る光ファイバ本体１の先端部に屈折率
が均一な入射導波光伝搬部４が一体形成され、前記入射
導波光伝搬部４の端面４ａは凸曲面をなし、かつ、前記
コア１ａの先端１ｃは前記入射導波光伝搬部４の焦点近
傍に位置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレンズ付き光ファイバと
その製造方法に関し、更に詳しくは、半導体レーザとの
結合を高効率で行うことができるレンズ付き光ファイバ
とそれを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信システムに組み込む発光素
子モジュールは、光源である半導体レーザと光ファイバ
の間にそのレーザ光を光ファイバのコアに集光するレン
ズ、例えば、球レンズ，セルフォックレンズ、または非
球面レンズなどを介挿することにより構成されている。
このモジュールは、半導体レーザと光ファイバとの間に
おける結合効率を高くすることが必要であるため、両者
の結合パワーが最大となるように半導体レーザとレンズ
と光ファイバのコアとを調心して組み立てられる。

【０００３】しかしながら、この結合系の場合、調心作
業が煩雑であるとともに、１本の光ファイバに１個の半
導体レーザの調心が対応するため、全体の集積化は略不
可能であり、モジュールの小型化や低価格化にとって難
点がある。ところで、最近は、光ファイバの端面に直接
レンズ部を形成したレンズ付き光ファイバが提案されて
いる。この光ファイバは、それ自体の端面がレンズ機能
を備えているため、上記モジュールの製造に際しては、
部品点数が減少し、しかも調心作業の工数を低減するこ
とができ、コスト低減に資するという利点がある。

【０００４】このレンズ付き光ファイバは、図１で示し
たように、コア１ａとクラッド１ｂとから成る光ファイ
バ１の先端にレンズ部２を一体形成したものである。こ
の光ファイバは、例えばそれが石英系光ファイバである
場合には、その石英系光ファイバを例えばバーナのよう
な加熱手段で局部加熱しながら長手方向に引っ張って当
該加熱部を所定の線径になるまで延伸したのちその延伸
部を切断し、ついでその切断部分を加熱して溶融する。

【０００５】このとき、コア１ａを中心とする最先端部
２ａは表面張力により球面となり、その部分でレンズ機
能が発現する。そして、この最先端部２ａから光ファイ
バ本体１の外周までの間２ｂは、加熱延伸時の条件によ
って決まる所定の傾斜をもったテーパ部になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したレ
ンズ付き光ファイバを半導体レーザに結合した場合、半
導体レーザ３から発信するレーザ光は、図１で示したよ
うに、最先端のコア球面２ａに入射する光はそのままコ
ア１ａの中を矢印ｐのように伝搬して光通信に供され
る。

【０００７】したがって、このレンズ付き光ファイバと
半導体レーザとの結合効率を高めようとする場合には、
半導体レーザ３のレーザ光をいかに効率よくコア球面２
ａに集中しコア１ａに集光するかという問題が重要にな
る。しかしながら、上記構造のレンズ付き光ファイバに
おいては、コア球面２ａの集光面積は小さく、そのた
め、軸ずれや角度ずれの許容量であるトレランスが非常
に狭いという問題がある。また、上記レンズ付き光ファ
イバの場合、コア球面２ａの半径は５μｍ程度にするこ
とが必要とされている。

【０００８】したがって、半導体レーザ３との結合効率
を高めるためには、上記コア球面２ａの加工精度を高め
なければならないが、この作業は、光ファイバの外径が
高々１００μｍ程度であることを考えると、非常に煩雑
であり、しかも再現性に欠けるという問題がある。ま
た、結合系の構成においては、レンズ付き光ファイバの
先端と半導体レーザとを１０μｍ程度にまで近接して両
者を配置することが必要とされる。

【０００９】その場合、図１で示したように、レンズ付
き光ファイバ１のコア球面２ａを半導体レーザ３に可能
な限り近接させることにより、レーザ光を効率よくコア
球面２ａに集中させようとすると、その配置作業の過程
で、レンズ付き光ファイバ１の先端を半導体レーザ３に
衝突させてそのレーザ共振面の破損やレンズ部２の破損
を引き起こすことがあり、また、コア球面２ａにおける
反射光が半導体レーザ３に入射して半導体レーザ３の放
射光パワーが著しく不安定になるという問題が発生しや
すくなる。

【００１０】このような事態を避けるために、図２で示
したように、レンズ付き光ファイバ１の先端と半導体レ
ーザ３との距離を大きくすると、半導体レーザ３からの
レーザ光の拡がり角が大きくなるため、レーザ光の多く
はテーパ部２ｂに入射しそこで屈折してクラッド１ｂを
伝搬したのち矢印ｑのような軌跡を描いてクラッド１ｂ
内を伝搬していくので、両者間における結合損失は急激
に増大するという事態が引き起こされる。

【００１１】本発明は上記したレンズ付き光ファイバに
おける問題を解決し、高い結合効率で、しかも容易に半
導体レーザとの結合が可能であるレンズ付き光ファイバ
とそれを製造する方法の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、コアとクラッドから成る光
ファイバ本体の先端部に屈折率が均一な入射導波光伝搬
部が一体形成され、前記入射導波光伝搬部の端面は凸曲
面をなし、かつ、前記コアの先端は前記入射導波光伝搬
部の焦点近傍に位置していることを特徴とするレンズ付
き光ファイバが提供され、また、コアとクラッドから成
る光ファイバ本体の先端を軸方向に直交して切断し、そ
の切断面近傍を局所加熱して、端面が凸曲面をなし、前
記コアの先端までの距離が焦点距離と略等しくかつ屈折
率が均一な入射導波光伝搬部を形成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が提供される。

【００１３】

【作用】本発明のレンズ付き光ファイバは、コアに至る
までの先端部が屈折率均一な光学材料から成る入射導波
光伝搬部になっていて、その端面は光ファイバ本体の半
径と略等しい半径の球面や放物線形状のような凸曲面に
なっている。したがって、半導体レーザと結合したとき
には、その半導体レーザから放射されたレーザ光（導波
光）のうち上記先端の球面に入射したレーザ光は、その
球面で屈折し伝搬部を導波したのち、光ファイバ本体の
コアに集光される。

【００１４】このとき、光ファイバ本体のコア先端は上
記した凸曲面の焦点近傍に位置しているので、図１で示
したレンズ付き光ファイバの場合に比べて、光ファイバ
の本体のコアに集光する光量は著しく増量する。すなわ
ち、半導体レーザとの結合効率は高くなると同時に、結
合時におけるトレランスを大きくとることができるよう
になる。

【００１５】

【実施例】以下に、図面に則して本発明のレンズ付き光
ファイバを詳細に説明する。図３は、コア１ａ，クラッ
ド１ｂがいずれも石英ガラスで構成されている本発明の
シングルモード光ファイバを示す。図において、光ファ
イバは、コア１ａ，クラッド１ｂから成る光ファイバ本
体１と、コア１ａの先端１ｃから最先端の端面４ａまで
が屈折率均一の石英ガラスから成る入射導波光伝搬部４
とで構成されている。

【００１６】この入射導波光伝搬部４では、その先端の
端面４ａが光ファイバ本体１の半径と等しい半径を有す
る半球面になっている。そして、この端面４ａからコア
１ａの先端１ｃに至るまでの距離は光ファイバ本体１の
半径と同じかそれよりも大きくなっている。このような
入射導波光伝搬部４は、例えば、まず、光ファイバ本体
１の先端を軸方向に直交して切断する。ついで、切断面
に例えばアーク放電やマイクロトーチを用いることによ
り、切断面近傍の部分を局所加熱する。

【００１７】切断面は溶融し、そのときの表面張力で光
ファイバ本体１の半径と等しい半径を有する球面４ａが
形成される。また、局所加熱された部分では、例えばコ
ア中のドーパントが加熱によって拡散するためコアとク
ラッドの境界は消失し、コア１ａの先端１ｃに至る部分
の全体が均質にガラス化して等屈折率の伝搬部４にな
る。このとき、局所加熱の条件を制御することにより、
光ファイバ本体１のコア１ａの先端１ｃは、上記した伝
搬部４の焦点近傍に位置するように形成する。

【００１８】コア１ａの先端１ｃの位置が、伝搬部４の
焦点から大きく外れた状態になっていると、端面４ａか
ら入射した導波光がコア１ａに有効に集光されなくなる
からである。この光ファイバにおいては、光ファイバ本
体の先端は凸曲面になっているので、図３で示したよう
に、半導体レーザ３から発信したレーザ光は、伝搬部４
の端面４ａで光ファイバ本体１の焦点位置、すなわち軸
心部に向かって屈折して、矢印ｒのような軌跡を描いて
先端１ｃからコア１ａに集光される。この凸曲面４ａの
面積は、図１の従来例における球面２ａの面積に比べて
はるかに大きいため、レーザ光の集光能率は超かに高く
なり、また、半導体レーザ３とのトレランスを超かに大
きくとることができる。

【００１９】なお、この入射導波光伝搬部４の形成方法
は、上記した方法に限定されるものではなく、例えば、
図４で示したように、端面５ａが放物線形状をした凹型
５のその端面５ａに、加熱状態下において、軸方向と直
交して切断した光ファイバ本体１の切断面を圧接して、
上記端面５ａの形状に光ファイバ本体１の切断面を成形
する方法によっても形成することができる。

【００２０】また、図５で示したように、軸方向に直交
して切断した光ファイバ１を、その切断面を下向きにし
て垂設し、全体を矢印で示したように回転させながら、
その切断面近傍を例えばマイクロトーチ６で加熱し、軟
化部分を自重で垂れ下がらせることによっても形成する
ことができる。上記した説明は、コア，クラッドのいず
れもが石英ガラスである場合のものであるが、本発明は
このような態様に限定されるものではなく、例えば、光
ファイバ本体１の切断面に所望屈折率のガラスや透明プ
ラスチック、例えば紫外線硬化プラスチックを付着し、
それを所定の形状に成形して入射導波光伝搬部４にして
もよい。

【００２１】図６は、本発明のレンズ付き光ファイバ１
を半導体レーザアレイ７に集積して結合した結合系を示
す斜視図である。本発明のレンズ付き光ファイバのトレ
ランスは大きいので、集積化は容易である。本発明のレ
ンズ付き光ファイバと半導体レーザとの結合系（結合系
Ａ），図１で示したレンズ付き光ファイバと半導体レー
ザとの結合系（結合系Ｂ）、および光ファイバ−レンズ
−半導体レーザとの結合系（結合系Ｃ）のそれぞれの場
合につき、結合系の全体サイズ，最大結合効率，トレラ
ンスの大小，アレイとしての集積化の良否，量産性の良
否を比較すると、下記に表示したように、本発明のレン
ズ付き光ファイバと半導体レーザとの結合系は非常に有
利である。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
レンズ付き光ファイバは、半導体レーザからのレーザ光
が入射する端面は、凸曲面になっていて、しかもコアの
先端は上記した凸曲面の焦点近傍に位置しており、ま
た、その伝搬部はコア，クラッドの境界のない均一な屈
折率の光学材料で構成されているため、入射導波光の集
光面積は大きくなる。したがって、結合効率は高く、ト
レランスは大きくなり、小型で組み立てが容易な発光素
子モジュールの製造に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の構造のレンズ付き光ファイバと半導体レ
ーザとの結合例を示す側面図である。

【図２】従来構造のレンズ付き光ファイバと半導体レー
ザとの他の結合例を示す側面図である。

【図３】本発明のレンズ付き光ファイバを示す側面図で
ある。

【図４】入射導波光伝搬部を形成する方法の他の例を示
す側面図である。

【図５】入射導波光伝搬部を形成する更に別の方法を示
す側面図である。

【図６】半導体レーザアレイに本発明のレンズ付き光フ
ァイバを結合した状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ本体 １ａ コア １ｂ クラッド １ｃ コア１ａの先端 ２ レンズ部 ２ａ コアの球面 ２ｂ テーパ部 ３ 半導体レーザ ４ 入射導波光伝搬部 ４ａ 入射導波光伝搬部４の端面 ５ 凹型 ５ａ 凹型の放物線形状 ６ マイクロトーチ ７ 半導体レーザアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 和仁 栃木県宇都宮市若草２丁目１番12号 若草 第二住宅１−８号 (72)発明者 大石 勇 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアとクラッドから成る光ファイバ本体
   の先端部に屈折率が均一な入射導波光伝搬部が一体形成
   され、前記入射導波光伝搬部の端面は凸曲面をなし、か
   つ、前記コアの先端は前記入射導波光伝搬部の焦点近傍
   に位置していることを特徴とするレンズ付き光ファイ
   バ。
2. 【請求項２】 コアとクラッドから成る光ファイバ本体
   の先端を切断し、その切断面近傍を局所加熱して、端面
   が凸曲面をなし、前記コアの先端までの距離が焦点距離
   と略等しくかつ屈折率が均一な入射導波光伝搬部を形成
   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。