JPH0821921A

JPH0821921A - 光ファイバ先端の曲面加工方法および装置

Info

Publication number: JPH0821921A
Application number: JP6154589A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sakane; 敏夫坂根
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1994-07-06
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】光ファイバを、複雑な光学系を必要とせずに
レーザーダイオードに結合することができる光ファイバ
を得るための光ファイバ先端の曲面成形加工。【構成】成形部材の凹曲面に、光ファイバ先端を押し
当て、この成形部材にレーザー光を照射して、凹曲面部
分を加熱し、光ファイバ先端部を溶融し、かつ凹曲面に
対応する曲面に成型する。

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先端の曲面加
工方法および装置に関する。更に詳しく述べるならば、
本発明は、シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと
記す）の先端に曲面加工、特に球面加工を施す方法およ
び装置に関するものである。このような曲面先端面、特
に球面先端面を有する光ファイバは、光源からの光を、
効率よく入射結合させるのに有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】光源から出射された光を、光ファイバ
（ＳＭＦ）に入射結合する場合、当該光ファイバの入射
面におけるビームパラメータ（波面曲率および径）を、
当該光ファイバ（ＳＭＦ）の固有モードのビームパラメ
ータに一致させる必要がある。しかし、一般にＳＭＦの
モードフィールド径（以下ＭＦＤと記す）は、約１０μ
ｍ程度の小さな径を有するものであるから、その調整に
多大の労力を要し、許容誤差が小さく、また耐環境性の
要求が厳しいなどの問題を有している。

【０００３】特にレーザーダイオード（ＬＤ）から発光
された光を、ＳＭＦに入射する場合、このＬＤとＳＭＦ
との結合は、ＳＭＦとＳＭＦとの結合にくらべて、困難
であり、かつ結合効率が低いという問題がある。

【０００４】一般に、ＬＤ→ＳＭＦ光入射結合の調整の
許容量を上げ、かつ結合効率を向上させるために下記手
段をとることが試みられた。（１）ＳＭＦのコア部先端に、球レンズを貼りつけ、集
光効率を増大させる。（２）ＳＭＦのコア部を加熱して、その径を拡大し（コ
ア拡大ファイバ）、それによって調整許容量を増大す
る、上記のようにすることにより、１．３〜１．５μｍ
帯のレーザーダイオード、つまりビーム断面の楕円率
（すなわち、縦横比、又はアスペクト比、以下アスペク
ト比と記す）が１．５以下のレーザーダイオードを用い
る場合には、高い結合効率が得られている。

【０００５】しかし、可視〜近赤外（１μｍ以下）帯域
のレーザー光を発光するレーザーダイオードを用いる場
合、そのアスペクト比は、約３という大きな値であるた
め、通常の球面レンズ系を用いるＬＤ−ＳＭＦ結合系に
おいては、この大きなアスペクト比が、そのまゝＳＭＦ
に転送され、このビームモードは、通常円形断面を有す
るＳＭＦのＭＦＤと一致せず、従って結合効率が不十分
になる。このような結合系では、一般にその結合効率は
たかだか５０％程度である。このために、ビーム整形光
学系を用いて、ＬＤからの出射光ビームの断面形状を円
形に変換した上、これをＳＭＦ入射端に入射する必要が
ある。

【０００６】上記のような従来のＬＤ−ＳＭＦ結合光学
系が、図１および図２に例示されている。図１（ａ）お
よび（ｂ）には、シリンダーレンズを用いて、ＬＤとＳ
ＭＦとを結合する光学系（１９９３年電子情報通信学会
秋季大会、Ｃ−１１６）が示されている。図１（ａ）お
よび（ｂ）において、レーザーダイオード（ＬＤ）３５
と、光ファイバ（ＳＭＦ）３７とが、レンズ３６および
シリンダーレンズ３４を介して結合されている。図１
（ａ）および（ｂ）において、ＬＤ３５から出力された
レーザー光は、レンズ３６によりコリメート（平行化）
される。シリンダーレンズ３４においては、入出力面に
おける稜線が交差している。図１（ａ）においては、コ
リメートされたレーザー光は、シリンダーレンズ３４の
後端曲面３４ａにおいて収斂し、Θ‖方向の結像倍率を
変換して、ＳＭＦ３７の入射端面に集光入射する。また
図１（ｂ）においては、コリメートされたレーザー光
が、シリンダーレンズ３４の前端曲面３４ｂにおいて収
斂し、Θ⊥方向の結像倍率を変えてＳＭＦ３７に集光す
る。

【０００７】図２（ａ）および（ｂ）には、ＬＤとＳＭ
Ｆがアナモルフィックプリズムにより結合された光学系
（Applied Optics, Vol.２８，Ｐ４５６０（１９８
９））が示されている。図２（ａ）および（ｂ）におい
て、ＬＤ３５とＳＭＦ３７の間に、コリメータレンズ３
６、アナモルフィックプリズム３８および集光レンズ３
９を配置し、コリメータレンズ３６により平行化された
レーザービームを、アナモルフィックプリズム３８によ
り、円形（断面形状）ビームに変換し、かつその径（Θ
⊥方向）を変換し、さらにＬＤの非点隔差も補正し、こ
れを集光レンズ３９によりΘ‖方向（図２（ａ））およ
びΘ⊥方向（図２（ｂ））に、同一点に、同一径の円形
ビームとして集光し、ＳＭＦ３７に入射する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法によれば、
約３のアスペクト比を有するＬＤからのレーザー光を、
ＳＭＦに効率よく入射結合させるには、ＬＤから出力さ
れたレーザー光を、コリメータレンズによりほゞ平行な
ビームとし、前述のようなビーム整形光学系を用いて、
レーザービームのアスペクト比をほゞ１に変換して、そ
のビームパラメータをＳＭＦ固有のビームパラメータに
等しくし、これを集光レンズにより、ＳＭＦ入射端に集
光するという方法および装置が用いられている。

【０００９】しかしながら、上述の従来の光学系（図
１、および２）には、下記の問題点がある。（１）整形光学系が複雑で、かなりのスペースを必要と
するため、実用上、必要スペースにおいて制約がある。（２）図１に示された光学系（シリンダーレンズ使用）
では、２つの垂直なシリンダ面の稜線の軸角度（９０度
の交差角）のズレがなく、および中心軸からのズレ（偏
芯）がないレンズを作製することは、きわめて困難であ
る。（３）図２の光学系（アナモルフィックプリズム使用）
においては、Θ‖方向に、光軸のズレが生ずる。（４）図１および２の光学系において、調整を要する部
分が多く、また倍率調整、傾き調整、などに高精度が要
求され、しかも許容量が小さい。（５）このため、信頼性の高い光学系を組むには、機構
上の困難がある。

【００１０】本発明は、レーザーダイオードから出力さ
れるレーザービームに対し、ビーム整形、非点隔差の補
正、ＳＭＦのビームパラメータに一致させるための特定
集光レンズの使用などを必要としないシングルモード光
ファイバを得るための、光ファイバ先端に曲面加工を施
す方法および装置を提供しようとするものである。

【００１１】また、本発明は、レーザーダイオードによ
り出力されるレーザービームに適合するビームパラメー
タを有するシングルモード光ファイバを得るための、光
ファイバ先端に曲面加工を施す方法および装置を提供し
ようとするものである。

【００１２】さらに本発明は、簡単に、かつ高信頼性を
もって、光ファイバ先端に所望曲面を付与することがで
きる方法および装置を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
先端の曲面加工方法は、光ファイバ先端面に、溶融成形
を施すに際し、成形部材に形成され、かつ所望の形状お
よび寸法を有する凹曲面に、光ファイバの先端面を、こ
の光ファイバの中心軸方向の押圧下に押し当て、かつ前
記成形部材にレーザー光を照射して、前記凹曲面部分の
温度を、前記光ファイバの溶融温度以上に上昇させ、そ
れによって、前記光ファイバ先端面を、前記凹曲面に対
応する曲面に成形することを特徴とするものである。

【００１４】本発明方法において、前記押し当て工程お
よび加熱工程を、不活性ガス、又は還元性ガスからなる
雰囲気中において施すことが好ましい。

【００１５】また、本発明方法において、前記光ファイ
バの先端部分を、予じめ先細に成形しておくことが好ま
しい。

【００１６】本発明に係る光ファイバ先端の曲面加工装
置は、光ファイバの先端面に溶融成形を施すために、所
望形状および寸法を有する凹曲面部を具備している成形
部材と、前記凹曲面部に対向して配置され、前記光ファ
イバを収容固定する案内筒と、前記案内筒を、それに収
容固定される光ファイバの中心軸に沿って変位する手段
と、および前記成形部材に、レーザー光を照射する手段
と、を有することを特徴とするものである。

【００１７】本発明装置において、前記成形部材をとり
かこむ空間に不活性ガス又は還元性ガス供給源が連結さ
れていることが好ましい。

【００１８】本発明装置において、前記レーザー光照射
手段が、前記成形部材に対向して配置されたＣＯ₂レー
ザー光源と、前記ＣＯ₂レーザー光源と前記成形部材と
の間に配置された集光レンズと、前記集光レンズと前記
ＣＯ₂レーザー光源との間に配置されたシャッターとを
有することが好ましい。

【００１９】また、本発明装置において、前記シャッタ
ーが、照射時間制御手段に連結されていることが好まし
い。

【００２０】本発明方法および装置において、ＳＭＦの
先端に形成される曲面、特に球面は、光、特にレーザー
ビームに対し、集光レンズとして作用するものであっ
て、この曲面の形状は、レーザービームから出射される
レーザービームに対応して設定される。一般に、半導体
レーザーの導波構造および屈折率によって、レーザービ
ームの発散角（Θ⊥，Θ‖）が定まり、この発散角（Θ
⊥，Θ‖）および非点隔差δに応じて、集光レンズであ
るＳＭＦ先端曲面のレンズ出射面におけるレーザービー
ム球面形状の径（Ｄ⊥およびＤ‖）がＤ⊥＝Ｄ‖となる
様に、本発明方法、装置により得られるＳＭＦ先端曲面
の曲率半径（Ｒ⊥およびＲ‖）を決め、成形部材の凹曲
面の形状・寸法を設定する。

【００２１】このＲ（曲率半径）は１００μｍ程度のき
わめて小さい値であり、かつ、Ｒ⊥≠Ｒ‖のトーリック
面を形成しているので、ＳＭＦの各々の先端面を、研磨
又は切削により上記Ｒ⊥およびＲ‖を有する曲（球）面
に成形することは困難である。しかしながら、近年のマ
イクロメカニックスの発展により柔軟な物体に対し、上
記曲（球）面の加工が可能になってきている（例えばＦ
ＡＮＡＣＲＯＢＯｎａｍｏＵの使用）。石英光ファイ
バのように硬くかつ細くて折れ易い対象物品の多数の先
端面を、同一曲面形状・寸法に、上記研磨・切削により
成形加工することは困難である。

【００２２】しかしながら、本発明方法および装置によ
り、ＳＭＦ先端部を、加熱溶融しながら、これを、所望
曲面に対応する成形用凹曲面に押し当て成形すれば、Ｓ
ＭＦ先端に、所望のトーリック面を再現性よく形成する
ことができる。

【００２３】レーザービームの前記ＳＭＦ先端曲面レン
ズ出射面におけるビーム径（Ｄ⊥，Ｄ‖）が、ＳＭＦの
ＭＦＤ（モードフィールド径）に一致しなければ、結合
損を生ずる。このため、ＳＭＦの先端部に予じめ熱拡散
処理を施して、そのコア径を、所望のＭＦＤに一致する
ようにしておけば、結合効率を向上させることができ
る。すなわち、ＬＤのビームパラメータに応じて、ＳＭ
Ｆ先端面の曲率半径が定まり、それにより、このＳＭＦ
のＭＦＤも定まる。そこで、ＳＭＦ先端部のコア拡大に
より、これにＬＤのビームパラメータに対応する所望の
ＭＦＤを付与し、このＳＭＦ先端部に、本発明方法およ
び装置による曲面加工を施せば、所望の集光性能を有す
るＳＭＦが得られる。

【００２４】光ファイバが石英により形成されている場
合、その溶融温度は１，８００〜２，０００℃程度であ
るから、本発明に用いられる成形用凹曲面部を具有して
いる成形部材は、上記高温に耐え得る金属材料、例えば
黒鉛あるいは炭化ケイ素など、により形成されているこ
とが必要である。

【００２５】成形部材の凹曲面部を所望温度に加熱する
ために、従来の抵抗加熱炉、又はマイクロ波加熱炉など
を用いると、成形部材全体の温度が上昇して、そのまわ
りの雰囲気に対流を生じ、或は輻射により、凹曲面に近
接している微細光ファイバを加熱し、これに曲がりを生
ずるなどの問題を生ずる。

【００２６】そこで、本発明方法および装置において
は、レーザービームにより成形部材の凹曲面部分の温度
を選択的に上昇させる。また、光ファイバの先端部を、
好ましくは予じめ先細に成形しておき、さらに、予備研
磨により、先端面を所望の曲率半径Ｒの球面に近い形状
に成形しておく。このような光ファイバを、その中心軸
に沿って変位させて、この光ファイバ先端部を前記加熱
された凹曲面に押し当てる。すると、光ファイバの先端
部のみが溶融され、所望曲面に成形される。また、この
とき生成する溶融カスは、前記先細部分周面上に流出す
るため、先端面が汚染されることはない。本発明方法お
よび装置による光ファイバの溶融量はきわめて微少量で
十分であるため、この成形加工に必要なレーザー光照射
時間は、きわめて短かく、このため、成形部材の、凹曲
面部以外の部分の発熱は、十分に抑制される。

【００２７】レーザー光照射を停止すると、凹曲面部の
熱は、成形部材全体に拡散し、凹曲面部の温度は急激に
低下し、光ファイバ先端部は冷却固化する。上記のレー
ザー光照射による成形加工を繰り返えしても、凹曲面部
分の体積に対し、成形部材全体の体積を十分大きくして
おけば、成形部材全体の温度上昇は、実際上無視するこ
とができる。

【００２８】本発明方法および装置を、添付図面により
説明する。図３は、本発明における光ファイバ先端部の
成形加工の原理を説明する図面である。図３において、
成形部材１の１面上に、成形用凹曲面２が形成されてい
る。この凹曲面は、図４に示すように、Ｘ方向およびＹ
方向において互に異なる曲率半径Ｒ_XおよびＲ_Yを有す
るトーリック面であって、マイクロマシンニング装置に
より高精度をもって形成されている。

【００２９】一方、光ファイバ（ＳＭＦ）３の先端部分
は、予じめ先細に研磨成形されており、その先端面３ａ
は、所望曲面に近似した形状に研磨加工しておく。図１
において、光ファイバ３のコア部３ｂには、その先端部
に予じめコア拡大処理が施され、拡大コア先端部６が形
成されている。この光ファイバ３を、その中心軸に沿っ
て動かし、光ファイバ先端面３ａを、成形部材１の凹曲
面２に微弱な押圧力により押し当てる。この押し当てと
同時に、成形部材１の反対面から、上記凹曲面部２に向
って、レーザー光４が照射される。このときレーザー光
４の断面形状は、レンズ５により調節される。すると、
凹曲面部２が発熱し、その温度が、光ファイバの溶融温
度（石英の場合、１８００〜２０００℃）以上になる
と、光ファイバ３の先端面３ａが溶融し、凹曲面形状に
対応する凸曲面形状にならい成形される。

【００３０】このとき、光ファイバ先端部の溶融量は極
く微少であり、短時間内に曲面成形が完了する。また、
溶融カスの生成量も極く微少であり、かつそれは先細周
面上に流出する。従って、光ファイバ先端成形曲面は、
清浄に保持される。

【００３１】成形部材のレーザー光照射部分の体積を小
さくすれば、凹曲面部の温度は瞬時に所望温度に達して
所望成形を短時間内に完了し、レーザー光照射を停止す
れば、凹曲面部の熱は、成形部材全体に拡散して、凹曲
面部の温度は急速に低下する。この温度低下速度は成形
部材の加熱部分体積と、非加熱部分体積との比によって
定まる。また、この体積比が大きい場合、加熱成形操作
を多数回繰り返えしたときの成形部材全体の温度上昇が
小さくなる。

【００３２】図５には、上記のようにして得られた曲面
に成形された先端面を有する光ファイバ（ＳＭＦ）と、
レーザーダイオード（ＬＤ）との結合を示す説明図であ
る。図５（ａ）は、導波面に平行な方向（Θ‖、第４図
のＸ方向）の結合説明図であり、図５（ｂ）は、導波面
に直角な方向（Θ⊥、第４図のＹ方向）の結合説明図で
ある。

【００３３】図５（ａ），（ｂ）において、レーザーダ
イオード（ＬＤ）７の出射ビームのΘ‖方向におけるビ
ームウェイスト８は、ＬＤ出射端面１０よりも内側にあ
り、Θ⊥方向におけるビームウェイスト９は、出射端面
上にある。このため、非点隔差δが存在する。また、出
射ビームの発散角には、Θ‖方向１１と、Θ⊥方向１２
とにおいて差異があり、その比をアスペクト比と云う。
このアスペクト比が３以上の場合、ＬＤとＳＭＦの結合
に問題を生ずる。

【００３４】Θ‖方向のレーザービーム１１は、大きな
曲率半径Ｒ_Xを有するレンズ（長い焦点距離のレンズ）
により集合され、このレンズ出射面１３におけるビーム
径はＤ_Xとなる。また、Θ⊥方向のレーザービーム１２
は、ビーム発散角が大きいため、小さな曲率半径（短い
焦点距離）のレンズにより集合され、このレンズ出射面
におけるビーム径はＤ_Yである。与えられた非点隔差量
δと、アスペクト比に対して、Ｄ_X＝Ｄ_Yとなるような
Ｒ_XおよびＲ_Y値が存在する。発散角と、Ｒ_Y値から、
Ｄ_Y値が得られ、このＤ _Y値が、ＳＭＦのＭＦＤに一致
しない場合には、これらが一致するように、ＳＭＦの先
端部に予じめコア拡大を施しておくことが望ましい。

【００３５】図６は、本発明に用いられる成形部材（金
型）の一例の断面形状を示す。図６において、円板状成
形部材１の１面上に所望形状、寸法を有する凹曲面２が
形成されており、その反対側にレーザー光照射部１４が
形成されている。これら凹曲部２およびレーザー光照射
部１４は、拡大して画かれている。また、凹曲面２は、
円板状成形部材１の中心部に形成されている。凹曲面２
と、レーザー光照射部１４との間の厚さは、光ファイバ
先端により、凹曲面に負荷される押圧に耐え得る機械的
強度が得られる限りできるだけ薄いことが好ましい。ま
た、レーザー光照射部１４の径は、凹曲面部の径よりも
やゝ大きいことが好ましい。

【００３６】図６において、円板状成形部材１の周辺部
に切り込み１５を形成しておくと、成形部材１の押圧に
対するバネ弾性および、成形部材１の周縁部への熱抵抗
を高めることができる。図６に示されているように、成
形部材１は、その周縁部において、高耐熱性ファインセ
ラミックス（例えばアルミナ）から形成された保持部材
又は取り付け部材１６により所定位置に保持される。保
持部材１６の中心線と、成形部材１の凹曲面の頂点を通
る中心軸１７との偏心は、１μｍ以下にコントロールす
ることが好ましい。

【００３７】成形部材は、例えば２０００℃以上の高温
に耐え、かつ高精密な加工（表面粗さ５０nm以下）が可
能であり、かつ、耐酸化性のすぐれた材料により形成さ
れることが好ましい。このような条件に適合した材料と
しては、ジルコニア（ＺｒＯ ₂、最高使用温度：２２０
０℃）炭化ケイ素（ＳｉＣ、最高使用温度：２３００
℃）あるいは黒鉛（最高使用温度：２５００℃）などが
ある。ジルコニアは、精密加工が可能であるが、レーザ
ー光の吸収率が低いため、レーザー発熱効率を向上させ
るためには、ジルコニア材料に、レーザー光吸収率の高
い高耐熱性材料を貼り合わせる必要がある。本実施例で
はレーザー光吸収率が高く、かつ高耐熱材料であるＳｉ
Ｃ又は黒鉛を用いる。このような素材は、不活性ガス
（例えばＮ₂ガス）、又は還元性ガス（例えばＨ₂ガ
ス）からなる雰囲気中で用いられることが好ましい。こ
のような場合、成形部材の加熱部分をとりかこむ空間
に、不活性ガス又は還元性ガスを送入し、それを保護す
ることが好ましい。

【００３８】成形部材を、上記とは別な素材としてチタ
ン炭化物（ＴｉＣ）により形成することができる。この
場合、酸化性雰囲気内において２４００℃以上の高温で
使用することが可能になる。このチタン炭化物のレーザ
ー光吸収率は、ジルコニアより高いが、黒鉛より低い。
つまり、チタン炭化物は、酸化性雰囲気内で使用できる
という長所を有するが、しかし、レーザー光照射による
瞬時加熱の効率が低いという短所を有する。

【００３９】図７に、本発明装置の一例が示されてい
る。図７において、ホルダー１８の中心部に形成された
円筒状空間２５内に、フェルール２０が配置され、その
中に光ファイバ３が収容固定されている。フェルール２
０は、光ファイバの中心軸に沿って、前記円筒状空間２
５内を変位可能である。成形部材１は、ホルダー１８
に、耐熱材料（例えばアルミナ）製耐熱ワッシャー２１
を介して、蓋１９により取り付け保持される。ホルダー
１８には、リザーバー２２が設けられており、このリザ
ーバー２２中に、バルブ２３を介して、外部供給源から
乾燥不活性ガス（Ｎ₂）、又は還元性ガス（Ｈ₂）を送
入し得るように構成されている。上記成形部材、ホルダ
ー、フェルールなどは、容器２６中に収容されている。
リザーバー２２は、透孔２４を通って、光ファイバ保持
フェルール２０を収容している円筒状空間２５、および
成形部材１が露出している容器２６内空間に連通し、必
要に応じてこれらに不活性ガス又は還元性ガスを送り込
むことができるようになっている。

【００４０】加熱用レーザー光としては、ＣＯ₂レーザ
ー光を用いる。（又はＹＡＧレーザー光を用いても良
い）。これらは吸収率が高いという利点を有する。ＣＯ
₂レーザー光は、１０．６μｍの波長を有し、これは、
黒鉛により１００％の吸収率で吸収されるため、黒鉛成
形部材に対しては、発熱効率がきわめて高いという利点
がある。

【００４１】容器２６の壁面には、成形部材１のレーザ
ー光照射部１４に対向する位置に、レーザー光照射用窓
２７が設けられている。この窓２７は、気密保持のた
め、使用するレーザー光を透過する材料、例えば、Ｚｎ
Ｓｅなどにより形成される。この窓２７の外側にレーザ
ー照射光学系手段が配置されている。すなわち、窓２７
に対向してレンズ２８が配置され、レンズ２８に対向し
て、ＣＯ₂レーザー光源２９が配置され、両者の間にシ
ャッター３０が配置されている。シャッター３０が開か
れているとき、ＣＯ₂レーザー光源２９から出射された
レーザー光をレンズ２８を介して成形部材１のレーザー
光照射部１４に集光することができる。レンズ２８は、
コンピューター３１によって制御される並進機構３２に
よって、光軸方向に変位可能であり、この変位により、
レーザー光照射部１４におけるレーザー光スポットの径
を変化させることができる。このようにレーザー光スポ
ット径を変化させることにより、成形部材１の凹曲面部
１の温度分布を制御することができる。また、光ファイ
バに適応した最適スポット径を設定することができる。

【００４２】成形部材１の使用寿命を延ばすためには、
放置状態において、成形部材１に吸着された酸素
（Ｏ₂）ガスを脱着する必要がある。このためには、レ
ンズ２８により、集光スポットの径を大きくし、成形部
材１全体を、昇華を生じない程度の温度に加熱すること
が有効である。上記加熱脱着操作が終了したならば、シ
ャッター３０を閉じ、レンズ２８の位置を、マイクロス
ポット加熱のための所定の位置に戻しておく。

【００４３】フェルール２０に保持されている光ファイ
バ３は、ホルダー１８の円筒形空間２５の内面により案
内されて変位し、光ファイバ先端面が、成形部材１の凹
曲面２に押し当てられる。このとき、フェルール２０に
は、加圧機構３３により、所定の押し当て圧力が負荷さ
れる。この加圧機構３３は、光ファイバ先端面の押圧が
所定値をこえると、空転する機構を成し、コンピュータ
ー３１により制御される。

【００４４】本発明方法を実施するには、前述のよう
に、成形部材１の凹曲面に、所定の押圧下に、光ファイ
バ３の先端面を押し当て、次にシャッター３０を開き、
ＣＯ₂レーザー光源２９からレーザー光を出射し、レン
ズ２８を通して、レーザービームを成形部材１のレーザ
ー光照射部１４にマイクロスポット状に集光して、これ
を加熱する。すると、凹曲面部２の温度は急速に上昇
し、光ファイバ３の先端面部を溶融し、光ファイバ先端
面を、凹曲面に対応する凸曲面に成形する。この成形が
完了したならば、シャッター３０を閉じ、加熱成形を完
了する。上記加熱時間（すなわちシャッター３０の閉孔
時間）および押し当て時間（すなわち加圧機構３３の作
動時間）は、レーザービームのパワーと、集光スポット
径と、凹曲面の曲率、光ファイバの材質、寸法、などに
応じて予じめ設定され、コンピューター３１により制御
される。加熱操作が終ると、凹曲面部の熱は、成形部材
全体に拡散し、凹曲面部の温度は急速に低下する。成形
部材、特に凹曲面部が黒鉛により形成されているとき、
光ファイバを形成する石英と黒鉛とは反応することがな
く、凹曲面の転写がスムーズに行われる。

【００４５】上記本発明は、シングルモード光ファイバ
（ＳＭＦ）について説明されたが、本発明は、並列処理
型の複数本の光ファイバについても適用することができ
る。この場合、成形部材に所望数の凹曲面を形成してお
き、レーザービームを所望数のビームに分割し、これ
を、成形部材に照射して、対応凹曲面部を加熱すればよ
い。

【００４６】

【発明の効果】本発明方法および装置により、光ファイ
バ先端面に所望形状・および寸法の曲面を容易、且つ高
信頼度をもって成形することができる。このような先端
加工された光ファイバは、ＬＤの発光パターン（アスペ
クト比など）に適応した曲率半径のトーリック面を有す
ることができる。従って、本発明方法および装置により
先端加工された光ファイバは、整形手段などの複雑な光
学系を用いることなく、高結合効率をもって、ＬＤに結
合して、機械的に安定したＬＤモジュールを構成するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ），（ｂ）は、レーザーダイオード
（ＬＤ）と光ファイバ（ＳＭＦ）との従来の結合光学系
（（ａ）：ジャンクションに平行、（ｂ）：ジャンクシ
ョンに直角）の一例の説明図。

【図２】図２（ａ），（ｂ）は、レーザーダイオード
（ＬＤ）と光ファイバ（ＳＭＦ）との従来の結合光学系
（（ａ）：ジャンクションに平行、（ｂ）：ジャンクシ
ョンに直角）の他の例の説明図。

【図３】図３は、本発明における成形部材と、光ファイ
バ先端部の関係を示す正面説明図。

【図４】図４は、本発明に用いられる成形部材の凹曲面
の形状の一例を示す説明図。

【図５】図５（ａ）は、本発明方法により先端曲面加工
された光ファイバと、レーザーダイオードとの結合系
の、ジャンクションに平行な方向の説明図。図５（ｂ）
は、上記結合系の、ジャンクションに直角な方向の説明
図。

【図６】図６は、本発明に用いられる成形部材の一例の
側面説明図。

【図７】図７は、本発明装置の一例の構成を示す説明
図。

【符号の説明】

１…成形部材２…凹曲面３…光ファイバ３ａ…先端面３ｂ…コア部４…レーザービーム５…レンズ６…光ファイバのコアの先端拡大部７…レーザーダイオード８…Θ‖方向のビームウェイスト９…Θ⊥方向のビームウェイスト１０…出射端面１１…Θ‖方向のレーザービーム１２…Θ⊥方向のレーザービーム１３…レンズ出射端１４…レーザー光照射部１５…切り込み部１６…保持部材１７…成形部材の中心軸１８…ホルダー１９…蓋２０…フェルール２１…耐熱ワッシャー２２…リザーバー２３…バルブ２４…透孔２５…円筒状空間２６…容器２７…レーザー光用窓２８…レンズ２９…ＣＯ₂レーザー光源３０…シャッター３１…コンピューター３２…並進機構３３…加圧機構３４…シリンダーレンズ３４ａ，３４ｂ…曲面３５…レーザーダイオード３６…コリメータレンズ３７…光ファイバ３８…アナモルフィックプリズム３９…集光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバ先端面に、溶融成形を施すに
際し、成形部材に形成され、かつ所望の形状および寸法を有す
る凹曲面に、光ファイバの先端面を、この光ファイバの
中心軸方向の押圧下に押し当て、かつ前記成形部材にレ
ーザー光を照射して、前記凹曲面部分の温度を、前記光
ファイバの溶融温度以上に上昇させ、それによって、前記光ファイバ先端面を、前記凹曲面に
対応する曲面に成形することを特徴とする、光ファイバ
先端の曲面加工方法。
【請求項２】前記押し当て工程および加熱工程を、不
活性ガス、又は還元性ガスからなる雰囲気中において施
す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記光ファイバの先端部分を、予じめ先
細に成形する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】光ファイバの先端面に溶融成形を施すた
めに、所望形状および寸法を有する凹曲面部を具備している成
形部材と、前記凹曲面部に対向して配置され、前記光ファイバを収
容固定する案内筒と、前記案内筒を、それに収容固定される光ファイバの中心
軸に沿って変位する手段と、および前記成形部材に、レ
ーザー光を照射する手段と、を有することを特徴とす
る、光ファイバ先端の曲面加工装置。
【請求項５】前記成形部材は黒鉛あるいは炭化ケイ素
からなり、この成形部材をとりかこむ空間に、不活性ガ
ス又は還元性ガス供給源が連結されている、請求項４に
記載の装置。
【請求項６】前記レーザー光照射手段が、前記成形部
材に対向して配置されたＣＯ₂レーザー光源と、前記Ｃ
Ｏ₂レーザー光源と前記成形部材との間に配置された集
光レンズと前記集光レンズと前記ＣＯ₂レーザー光源と
の間に配置されたシャッターとを有する、請求項４に記
載の装置。
【請求項７】前記シャッターが、照射時間制御手段に
連結されている請求項６に記載の装置。