JPH0634837A

JPH0634837A - 光部品

Info

Publication number: JPH0634837A
Application number: JP4188157A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakazato; 浩二中里; Masayuki Nishimura; 正幸西村; Hiroo Kanamori; 弘雄金森; Shinji Ishikawa; 真二石川; Yuichi Oga; 裕一大賀
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】光ファイバを用いた光部品の改良。【構成】光部品ではＭＦＤの大きい第１，第２の光フ
ァイバ（３₂）によって光学素子（９）が挟まれ、これ
ら第１，第２の光ファイバにはＭＦＤの小さい第３，第
４の光ファイバ（３₁）が接続される。そして、光ファ
イバ同志の接続部において、第１，第２の光ファイバの
ＭＦＤを連続的に小さくするか、あるいは第３，第４の
光ファイバのＭＦＤを連続的に大きくするかしているの
で、光結合が好適になされる。また、第１，第２の光フ
ァイバの長さは任意に設定できるので、基板上（１）で
幅広な間隔が生まれるように加工、切断でき、光学素子
を厚くしても好適に組み付けることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバを用いた光部
品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような光部品として、例えば
図１１に示すものが知られている（１９９０年電子情報
通信学会秋季全国大会、Ｃ−２２７）。図示の通り、基
板１の上面には１本のＶ溝２が刻設され、ここに光ファ
イバ３が嵌入されている。この光ファイバ３は基板１の
中央部で斜方向にカットされて２本の光ファイバ３Ａ，
３Ｂに分断され、この挿入溝４には光学素子としての誘
電体多層膜フィルタ５が挿入されている。なお、光ファ
イバ３Ａ，３Ｂの切断部は、局所加熱よりモードフィー
ルド径が大きくされている。

【０００３】一方、図１２に示すような光部品も知られ
ている。これは、一対の光ファイバ３Ａ，３Ｂを対向さ
せ、この間に一対の集束性ロッドレンズ６Ａ，６Ｂを配
置し、さらにこの間に一対の偏光子７Ａ，７Ｂとファラ
デーローテータ８を光学素子とて配置したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１１の従来
例では、光ファイバ３Ａ，３Ｂ間の挿入溝４を幅広にで
きず、従って薄い光学素子しか組み込めない欠点があっ
た。これは、光ファイバ３を切断する前に、図１１のよ
うに一部（切断部）のＭＦＤ（モードフィールド径）を
拡大するには、この部分をバーナーで加熱する必要があ
るからである。すなわち、挿入溝４を幅広にするため長
い範囲にわたってＭＦＤを大きくしようとすると、加熱
に長時間を要し、十分な歩留りが得られない。

【０００５】一方、図１２の従来例では、厚い光学素子
であっても組み付け得るが、このためには集束性ロッド
レンズ６を別に設けることが必要になり、組み立て部品
が増大して組み付けに手間を要する。また、個別に光軸
合わせをすることが必要になるので、量産性にも欠け
る。本発明は、これらの問題点を解決することを課題と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光部品は、
光入射端面と光出射端面とを有する光学素子と、光入射
端面に一方の端面が光学的に結合された第１の光ファイ
バと、この第１の光ファイバの他方の端面に一方の端面
が接続され、当該第１の光ファイバに比べて相対的にモ
ードフィールド径の小さい第２の光ファイバと、光出射
端面に一方の端面が光学的に結合された第３のファイバ
と、この第３のファイバの他方の端面に一方の端面が接
続され、当該第３の光ファイバに比べて相対的にモード
フィールド径の小さい第４の光ファイバとを備え、第１
および第３の光ファイバは、その他方の端面近傍におい
て連続的にモードフィールド径が小さくされている。こ
の場合には、第１および第３の光ファイバのコアには、
屈折率を高める第１のドーパント（例えばＧｅ）と、こ
の第１のドーパントよりも熱拡散係数が大きく屈折率を
低める第２のドーパント（例えばＦ）が含まれ、第１お
よび第３の光ファイバは、それぞれ加熱によって第２お
よび第４の光ファイバと融着接続されていることが望ま
しい。

【０００７】また、本発明に係る光部品は、上記のよう
な光学素子と、第１，第２、第３および第４の光ファイ
バとを備え、第２および第４の光ファイバは、その他方
の端面近傍において連続的にモードフィールド径が大き
くされている。この場合には、第２および第４の光ファ
イバのコアには、屈折率を高める第１のドーパントが含
まれ、これらのクラッドには上記第１のドーパントより
も熱拡散係数が大きく屈折率を低める第２のドーパント
が含まれ、第１および第３の光ファイバは、それぞれ加
熱によって第２および第４の光ファイバと融着接続され
ていることが望ましい。

【０００８】なお、いずれの発明においても、光学素子
と、前記第１，第２，第３および第４の光ファイバは、
単一の基板上に固定されて平面的に配置されるようにす
ることが特に望ましい。

【０００９】

【作用】本発明の光部品では、ＭＦＤの大きい第１，第
２の光ファイバによって光学素子が挟まれ、これら第
１，第２の光ファイバにはＭＦＤの小さい第３，第４の
光ファイバが接続される。そして、光ファイバ同志の接
続部において、第１，第２の光ファイバのＭＦＤを連続
的に小さくするか、あるいは第３，第４の光ファイバの
ＭＦＤを連続的に大きくするかしているので、接続部で
屈折率分布がほぼ一致し、光結合が好適になされる。

【００１０】また、第１，第２の光ファイバの長さは任
意に設定できるので、基板上で幅広な間隔が生まれるよ
うに加工、切断でき、したがって光学素子を厚くしても
好適に組み付けることが可能になる。さらに、基板上で
加工できるので、光軸合せが容易かつ確実となる。

【００１１】

【実施例】以下、添付図面により、本発明のいくつかの
実施例を説明する。図１は第１実施例の構成を示し、同
図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は
側面図である。また、図２，図３は製造プロセスを示す
概念図であり、図４はそのプロセスの一部を示す斜視図
である。

【００１２】図１に示す通り、シリコンからなる短形平
板状の基板１の上面にはＶ溝２が形成され、ここに光フ
ァイバ３が組み付けられている。そして、上面には押え
板１１が載置され、間隔部には図示しない接着剤が埋め
込まれている。光ファイバ３は基板１および押え板１１
と共に、中央部において挿入溝４で切断されており、こ
れによる間隔に偏光子７Ａ，７Ｂおよびファラデーロー
テータ８からなる光学素子９が挿入されている。なお、
これら光学素子９の要素については、アイソレータを構
成する波長板、複屈折板等としてもよい。

【００１３】ここで、光ファイバ３Ａ，３Ｂは３本の光
ファイバを融着接続した後に切断して構成されており、
例えば図２のプロセスで作成される。まず、ＭＦＤの小
さい２本の光ファイバ３₁（コア径：８、５μｍ，比屈
折率差Δｎ：３、３％，ＭＦＤ：９、５μｍ）と、ＭＦ
Ｄの大きい１本の短い光ファイバ３₂（コア径：３μ
ｍ，比屈折率差Δｎ：０、３％）を用意し、端面を鏡面
にして図２（ａ）のように対向させる。つぎに、これら
端面を当接させ、バーナーなどで加熱することにより融
着接続させる。すると、図２（ｂ）のように光ファイバ
３₂の端面近傍でＭＦＤが連続的に縮小し、０、５ｄＢ
程度の光損失で光結合が好適になされる。

【００１４】図３は、このメカニズムを示している。ま
ず、ＭＦＤの小さい光ファイバ３₁については、熱拡散
係数の小さいドーパントのみによってコアおよびクラッ
ドを形成しておく。これに対し、ＭＦＤの大きい光ファ
イバ３₂については、コアに熱拡散係数の小さい第１の
ドーパント（例えば屈折率を高めるＧｅ）と熱拡散係数
の大きい第２のドーパント（例えば屈折率を低めるＦ）
を含ませておく。この場合のドーパント濃度および屈折
率は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）の左側の図のように
なる。

【００１５】この状態で、光ファイバ３₁と光ファイバ
３₂の融着接続を短時間の加熱により行なうと、熱拡散
係数の大きい第１のドーパントが拡張して、コアとクラ
ッドの間の比屈折率差Δｎが相対的に大きくなり、他方
でコア径はほとんど変化しない。このため、図３（ｄ）
のようにＭＦＤは相対的に小さくなる。そこで、この光
ファイバをＭＦＤの大きい光ファイバ３₂の中央部で切
断すると、図２（ｃ）のように、ＭＦＤの異なる光ファ
イバを組み合わせた一対の光ファイバ３Ａ，３Ｂが得ら
れる。この光ファイバ３Ａ，３Ｂの間の空隙に光学素子
９を挿入すれば、図１に示す構造が実現される。

【００１６】図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）の状態を斜視
図で示したものが、図４（ａ），（ｂ）である。図４
（ａ）のように基板１にＶ溝２を形成しておき、ここに
図２（ｂ）の状態の光ファイバ３を組み入れる。そし
て、押え板１１（図示せず）をセットし、接着剤（図示
せず）で固定した後、ダイヤモンドカッターなどで挿入
溝４を形成し、同時に光ファイバ３₂を切断する。そし
て、図４（ｂ）のように光ファイバ３Ａと光ファイバ３
Ｂの間隙部に光学素子９を挿入し、光学的接着剤（図示
せず）などで固定する。

【００１７】この実施例によれば、ＭＦＤの大きい光フ
ァイバ３Ａ₂，３Ｂ₂の長さを任意に設定できるので、
挿入溝４の幅を任意に設定でき、従って厚い光学素子９
であっても薄い光学素子９であっても、容易に一体化す
ることができる。また、光ファイバ３Ａ₁と光ファイバ
３Ａ₂の接続部および光ファイバ３Ｂ₁と光ファイバ３
Ｂ₂の接続部は、共にＭＦＤが滑らかに連続するように
されているので、光結合損失を大きくすることもない。
また、このＭＦＤの連続的一致の過程（短時間加熱のプ
ロセス）は、２本の光ファイバを融着接続するプロセス
で同時になされるので、製造上も極めて有利である。ま
た、基板に固定して加工されるので、光軸合せが正確か
つ容易であり、機械的にも安定している。

【００１８】図５は３本の光ファイバを組み合わせた実
施例の平面図である。光ファイバ３Ａ，光ファイバ３
Ｂ，光ファイバ３Ｃは共に、ＭＦＤの小さい光ファイバ
３₁，と大きい光ファイバ３₂を融着接続して構成さ
れ、これらの端面は一カ所においてＴ字状に対向してい
る。そして、この対向部には誘電体多層膜フィルタから
なる光学素子９が、対向する光ファイバ３の端面に対し
てそれぞれ４５°をなすように取り付けられている。

【００１９】この構成において、光ファイバ３Ａ₁に波
長λ₁（例えば１．５５μｍ）と波長λ₂（例えば１．
３μｍ）の光を入射する。このとき、光学素子９の誘電
体多層膜フィルタを１．５５μｍを通過、１．３μｍを
反射するように構成しておくと、光ファイバ３Ｂ₁から
は波長λ₁、光ファイバ３Ｃ₁からは波長λ₂を出射さ
せることができ、いわゆる光合分波器が実現できる。

【００２０】図６は図５の構成をシリコン基板１上で実
現した例を示す斜視図である。基板１の上面には直交す
る２本のＶ溝２₁，２₂がエッチングなどで形成され、
ここに３本の光ファイバ３Ａ，３Ｂ，３Ｃがセットされ
る。そして、その後Ｖ溝２₁，２₂の交差部には矩形溝
２１が形成され、ここに誘電体多層膜フィルタとマイク
ロプリズムを有する光学部品が固設される。この場合に
も基板１上にセットされるので、調心が容易かつ正確に
なる。また、ＭＦＤの大きい光ファイバは曲げ損失が大
きいが、基板に固定されるとこの不都合もない。

【００２１】次に、第２実施例に係る光部品を説明す
る。第１実施例では、ＭＦＤの小さい例えば光通信用の
光ファイバ３₁とＭＦＤの大きい光ファイバ３₂を融着
接続するにあたって、加熱により光ファイバ３₂の端部
でＭＦＤが連続的に小さくなるようにしていた。これに
対し、この第２実施例では、加熱によりＭＦＤの小さい
光ファイバ３₁の端部で、ＭＦＤが連続的に大きくなる
ようにする。従って、機械的構成は図１と同様になる。

【００２２】図７はその製造プロセスを示し、図２に対
応している。また、図３に対応する説明が図８である。
この実施例では、ＭＦＤの大きい光ファイバ３₂（コア
径：９μｍ，Δｎ：０、０６％，ＭＦＤ：８２μｍ）に
ついては、熱拡散係数の小さいドーパンドのみでコアと
クラッドを構成しておく。これに対し、ＭＦＤの小さい
光ファイバ３₁（コア径：９μｍ，Δｎ：０、３％，Ｍ
ＦＤ：９、６μｍ）については、熱拡散係数が小さく屈
折率を高める作用をもつ第１のドーパンド（例えばＧ
ｅ）をコア含ませ、熱拡散係数が大きく屈折率を低める
作用をもつ第２のドーパンド（例えばＦ）をクラッドに
含ませておく。すると、融着接続に伴う短時間の放電加
熱により光ファイバ３₁のクラッドのＦが拡散あるいは
蒸散、揮散し、コアの屈折率が相対的に低くなる。この
とき、接続部ではほぼ同一の屈折率分布になるのに対
し、コア径はほとんど変動しない。このため、図８
（ｄ）のように、ＭＦＤは相対的に大きくなる。

【００２３】上記のようにして図７（ｂ）の光ファイバ
３が得られたら、ＭＦＤの大きい光ファイバ３₂の部分
を幅５００μｍ程度に切断し、これによって形成された
光ファイバ３Ａ₂，光ファイバ３Ｂ₂間の空隙に光学素
子９を挿入する。このようにすれば、通常の光ファイバ
では１０ｄＢ程度であった光損失を、０、３ｄＢ程度に
できる。なお、本実施例においても、図５のような光部
品を構成できることはいうまでもない。

【００２４】図９は研磨型光ファイバカプラへの応用例
を示している。このカプラは、２本の光ファイバの側面
を研磨し、この研磨面で両者を貼り合わせて構成され
る。本実施例では、ＭＦＤの大きい光ファイバ３₂部分
でクラッド部を片側から研磨し、貼り合わせる（図９
（ａ）参照）。すると、この部分ではＭＦＤが大きいの
で、コア同志をあまり接近させなくても、十分な光結合
を得ることができる。

【００２５】図９（ｃ）はこれを示しており、上側の図
は結合部の断面図、下側の図はその屈折率分布および光
強度分布図である。図９（ｂ）は図９（ｃ）に対比させ
た従来例を示している。ＭＦＤの小さい光ファイバ３同
志では、コアを十分に接近させないと良好に光結合しな
い。すなわち、図１０に示すように、ＭＦＤが大きくな
れば、コア間の距離を大きくしても十分な光結合が得ら
れる。

【００２６】これは、研磨型光ファイバカプラの製造プ
ロセスに大きな利点をもたらす。すなわち、シングルモ
ードファイバではＭＦＤは一般に１０μｍ程度であるの
で、研磨量を正確にコントロールすることは容易ではな
い。しかし、本実施例によれば、ＭＦＤが大きい部分で
研磨できるため、研磨量の精度を緩くしても、良好な光
結合を構成できる。

【００２７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ＭＦＤの
大きい第１，第２の光ファイバによって光学素子が挟ま
れ、これら第１，第２の光ファイバにはＭＦＤの小さい
第３，第４の光ファイバが接続される。そして、光ファ
イバ同士の接続部において、第１，第２の光ファイバの
ＭＦＤを連続的に小さくするか、あるいは第３，第４の
光ファイバのＭＦＤを連続的に大きくするかしているの
で、光結合が好適になされる。また、第１，第２の光フ
ァイバの長さは任意に設定できるので、基板上で幅広な
間隔が生まれるように加工、切断でき、光学素子を厚く
しても好適に組み付けることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る光部品の構成図。

【図２】図１に示す光部品の製造プロセス図。

【図３】図２の原理を示す図。

【図４】図１に示す光部品の製造プロセスの斜視図。

【図５】第１実施例の変形態様を示す図。

【図６】図６の光部品を具体化した斜視図。

【図７】第２実施例の構造と製造プロセスを示す図。

【図８】図７の原理説明図。

【図９】研磨型光ファイバカプラへの応用を示す図。

【図１０】図９の原理説明図。

【図１１】従来例の平面図。

【図１２】別の従来例の斜視図。

【符号の説明】

１…基板、２…ステム板、３…光ファイバ、４…挿入
溝、５…誘電体多層膜フィルタ、６…集束性ロッドレン
ズ、７…偏光子、８…ファラデーローテータ、１１…押
え板、９…光学素子、２１…短形溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川真二神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者大賀裕一神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光入射端面と光出射端面とを有する光学
素子と、前記光入射端面に一方の端面が光学的に結合された第１
の光ファイバと、この第１の光ファイバの他方の端面に一方の端面が接続
され、当該第１の光ファイバに比べて相対的にモードフ
ィールド径の小さい第２の光ファイバと、前記光出射端面に一方の端面が光学的に結合された第３
のファイバと、この第３のファイバの他方の端面に一方の端面が接続さ
れ、当該第３の光ファイバに比べて相対的にモードフィ
ールド径の小さい第４の光ファイバとを備え、前記第１および第３の光ファイバは、その他方の端面近
傍において連続的にモードフィールド径が小さくされて
いることを特徴とする光部品。
【請求項２】前記第１および第３の光ファイバは、前
記第２および第４の光ファイバに比べて相対的に加熱に
よってモードフィールド径が縮小される材料で構成され
ている請求項１記載の光部品。
【請求項３】前記第１および第３の光ファイバのコア
には、屈折率を高める第１のドーパントと、この第１の
ドーパントよりも熱拡散係数が大きく屈折率を低める第
２のドーパントが含まれ、前記第１および第３の光ファイバは、それぞれ加熱によ
って前記第２および第４の光ファイバと融着接続されて
いる請求項２記載の光部品。
【請求項４】前記光学素子は前記光入射端面および前
記光出射端面の少なくとも一方を複数有し、この別の端面には第５の光ファイバの一方の端面が光結
合され、この第５の光ファイバの他方の端面には当該第
５の光ファイバに比べて相対的にモードフィールド径が
小さい第６の光ファイバの一方の端面が接続され、前記第５の光ファイバはその他方の端面近傍において連
続的にモードフィールド径が小さくされている請求項１
記載の光部品。
【請求項５】光入射端面と光出射端面とを有する光学
素子と、前記光入射端面に一方の端面が光学的に結合された第１
の光ファイバと、この第１の光ファイバの他方の端面に一方の端面が接続
され、当該第１の光ファイバに比べて相対的にモードフ
ィールド径の小さい第２の光ファイバと、前記光出射端面に一方の端面が光学的に結合された第３
のファイバと、この第３のファイバの他方の端面に一方の端面が接続さ
れ、当該第３の光ファイバに比べて相対的にモードフィ
ールド径の小さい第４の光ファイバとを備え、前記第２および第４の光ファイバは、その他方の端面近
傍において連続的にモードフィールド径が大きくされて
いることを特徴とする光部品。
【請求項６】前記第２および第４の光ファイバは、前
記第１および第３の光ファイバに比べて相対的に加熱に
よってモードフィールド径が拡大される材料で構成され
ている請求項１記載の光部品。
【請求項７】前記第２および第４の光ファイバのコア
には屈折率を高める第１のドーパントが含まれ、これら
のクラッドには前記第１のドーパントよりも熱拡散係数
が大きく屈折率を低める第２のドーパントが含まれ、前記第１および第３の光ファイバは、それぞれ加熱によ
って前記第２および第４の光ファイバと融着接続されて
いる請求項６記載の光部品。
【請求項８】前記光学素子は前記光入射端面および前
記光出射端面の少なくとも一方を複数有し、この別の端面には第５の光ファイバの一方の端面が光結
合され、この第５の光ファイバの他方の端面には当該第
５の光ファイバに比べて相対的にモードフィールド径が
小さい第６の光ファイバの一方の端面が接続され、前記第６の光ファイバはその他方の端面近傍において連
続的にモードフィールド径が大きくされている請求項５
記載の光部品。
【請求項９】前記光学素子と、前記第１，第２，第３
および第４の光ファイバとは、単一の基板上に固定され
て平面的に配置されている請求項１または５記載の光部
品。
【請求項１０】前記第１，第２，第３および第４の光
ファイバは前記基板に形成されたＶ字状の溝部に嵌入し
て固定されている請求項９記載の光部品。
【請求項１１】略同一のモードフィールド径を有する
２本の第１の光ファイバを、これら第１の光ファイバよ
りも相対的にモードフィールド径の大きい第２の光ファ
イバを中間に介在させて接続した２本のカプラ用光ファ
イバを、前記第１の光ファイバ部分で相互に接合させて
構成され、前記第１の光ファイバは前記第２の光ファイバとの接続
部近傍でモードフィールド径が連続的に大きくされてい
ることを特徴とする光部品。
【請求項１２】略同一のモードフィールド径を有する
２本の第１の光ファイバを、これら第１の光ファイバよ
りも相対的にモードフィールド径の大きい第２の光ファ
イバを中間に介在させて接続した２本のカプラ用光ファ
イバを、前記第１の光ファイバ部分で相互に接合させて
構成され、前記第２の光ファイバは前記第１の光ファイバとの接続
部近傍でモードフィールド径が連続的に小さくされてい
ることを特徴とする光部品。
【請求項１３】前記第２の光ファイバは相互の接合面
においてクラッド部が研磨により薄くされている請求項
１１または１２記載の光部品。