JPH08220378A - Fiber with lens - Google Patents
Fiber with lensInfo
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- JPH08220378A JPH08220378A JP7028497A JP2849795A JPH08220378A JP H08220378 A JPH08220378 A JP H08220378A JP 7028497 A JP7028497 A JP 7028497A JP 2849795 A JP2849795 A JP 2849795A JP H08220378 A JPH08220378 A JP H08220378A
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ付きファイバに
関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a lensed fiber.
【0002】[0002]
【従来の技術】各家庭への光ファイバ網の展開に伴い、
光半導体素子と光ファイバとの間を、光エネルギの転移
効率である結合効率を高い条件の下に結合する技術の開
発が望まれている。従来、光半導体素子と光ファイバと
を結合する方法としては、光素子と光ファイバとの間に
マイクロレンズを1枚あるいは2枚配置して結合する方
法、あるいは、先端側に向かって漸縮するコアのある光
ファイバの先端を球状に加工した先球ファイバを用いて
光素子と結合する方法が知られている2. Description of the Related Art With the development of optical fiber networks in homes,
It is desired to develop a technique for coupling an optical semiconductor element and an optical fiber under a high coupling efficiency which is a transfer efficiency of light energy. Conventionally, as a method for coupling an optical semiconductor element and an optical fiber, one or two microlenses are arranged between the optical element and the optical fiber and coupling is performed, or they are gradually reduced toward the tip side. A method is known in which a tip-end of an optical fiber with a core is processed into a spherical shape to connect it to an optical element.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロレ
ンズを用いた前記第一の方法は、結合効率が比較的高く
とれる利点がある反面、光素子,レンズ及び光ファイバ
相互間における光軸合わせ(調心)が煩雑となるうえ、
これら必須構成部品によって構成されるモジュールが大
型化してコスト高となるという問題があった。The first method using a microlens has the advantage that the coupling efficiency is relatively high, but on the other hand, the optical axis alignment (adjustment) between the optical element, the lens and the optical fiber is performed. (Heart) becomes complicated, and
There has been a problem that the module constituted by these essential components becomes large and the cost becomes high.
【0004】一方、光素子、例えば、一般的な半導体レ
ーザでは、30度程度の角度で出射した光は光ファイバ
のコアから外れ、コアに入射しない。このため、先球フ
ァイバを用いた前記第二の方法では、先端を球状に加工
したレンズ効果を利用して光素子からの出射光を集光す
ると共に、結合効率を高めるために光素子との間の光軸
方向の距離(以下、「作動距離」という)を可能な限り
接近させている。例えば、シングルモードファイバ(以
下、「SMF」と記す)の場合、作動距離を5〜10μ
m程度とって光素子と結合するが、熱によるファイバの
伸縮で光素子を破壊する危険性が高いという問題があっ
た。On the other hand, in an optical element, for example, a general semiconductor laser, light emitted at an angle of about 30 degrees deviates from the core of the optical fiber and does not enter the core. For this reason, in the second method using a spherical fiber, while concentrating the emitted light from the optical element by utilizing the lens effect of which the tip is processed into a spherical shape, it is possible to improve the coupling efficiency with the optical element. The distance in the optical axis direction (hereinafter, referred to as "working distance") is made as close as possible. For example, in the case of a single mode fiber (hereinafter referred to as “SMF”), the working distance is 5 to 10 μm.
Although it is coupled with the optical element after taking about m, there is a problem that there is a high risk of breaking the optical element due to expansion and contraction of the fiber due to heat.
【0005】しかも、上記いずれの方法でも、光軸と直
交する方向における公差(トレランス)が非常に小さ
く、調心後の固定の際に各構成部品相互間で位置がず
れ、結合効率が変動し易いという問題もあった。本発明
は上記の点に鑑みてなされたもので、構成部品数が少な
く部品相互間における調心が容易で、組み立てられるモ
ジュールの大型化を抑えられ、作動距離を大きくとるこ
とができ、光軸と直交する方向における公差が大きいう
え、結合効率が安定したレンズ付きファイバを提供する
ことを目的とする。In addition, in any of the above methods, the tolerance in the direction orthogonal to the optical axis is very small, the components are displaced from each other when they are fixed after alignment, and the coupling efficiency varies. There was also the problem of being easy. The present invention has been made in view of the above points, the number of components is small, the alignment between the components is easy, the size of the assembled module can be suppressed, the working distance can be increased, and the optical axis can be increased. It is an object of the present invention to provide a fiber with a lens, which has a large tolerance in a direction orthogonal to and a stable coupling efficiency.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のレンズ付きファイバは、コアのない等方性
の屈折率を有するファイバの一端を凸曲面に加工したコ
アレスファイバと、一端のコア径が拡大されたコア拡大
ファイバとが、前記コアレスファイバの他端と前記コア
拡大ファイバの一端とで接続された構成としたのであ
る。In order to achieve the above object, the lensed fiber of the present invention comprises a coreless fiber in which one end of a fiber having an isotropic refractive index without a core is processed into a convex curved surface, and The core expanding fiber having an expanded core diameter is connected to the other end of the coreless fiber and one end of the core expanding fiber.
【0007】好ましくは、前記コアレスファイバの凸曲
面は、加熱処理により球面状に加工する。Preferably, the convex curved surface of the coreless fiber is processed into a spherical shape by heat treatment.
【0008】[0008]
【作用】コアレスファイバは、光素子からの出射光を凸
曲面のレンズ効果で収束し、コア拡大ファイバの一端に
出射する。このとき、コアレスファイバは、コアがなく
等方性の屈折率を有しているので、光素子との間の距離
が離れても、ファイバの径,屈折率及び凸曲面の形状で
決まる軸心に対して所定角度の範囲内の光が入射する。The coreless fiber converges the light emitted from the optical element by the lens effect of the convex curved surface and emits the light to one end of the core expanding fiber. At this time, since the coreless fiber has no core and has an isotropic refractive index, even if the distance from the optical element is large, the axial center determined by the diameter of the fiber, the refractive index, and the shape of the convex curved surface. Light within a range of a predetermined angle is incident on.
【0009】コア拡大ファイバは、一端のコア外径が拡
大していることから、コアを拡大していない光ファイバ
の場合に比べ、コアレスファイバから出射される光が広
範囲で入射する。従って、コアレスファイバは、凸曲面
から入射した光が、コア拡大ファイバの拡大したコアに
対応する開口数に適合した角度で収束するように、凸曲
面の形状,屈折率及び長さを決める。また、コア拡大フ
ァイバは、一端をコアのドーパントが拡散するように加
熱し、コアの径が拡大するように加工する。Since the outer diameter of the core at one end of the expanded core fiber is expanded, the light emitted from the coreless fiber enters in a wider range than in the case of an optical fiber in which the core is not expanded. Therefore, in the coreless fiber, the shape, the refractive index, and the length of the convex curved surface are determined so that the light incident from the convex curved surface is converged at an angle suitable for the numerical aperture corresponding to the expanded core of the core expanding fiber. Further, the core-expanded fiber is heated at one end so that the dopant of the core is diffused, and processed so that the diameter of the core is expanded.
【0010】このとき、等方性の屈折率を有するコアレ
スファイバの素材としては、アクリル樹脂,シリコーン
樹脂等の合成樹脂や、石英,光学ガラス等が使用でき
る。一方、コア拡大ファイバとしては、通常のシングル
モードファイバ等が使用できる。コアレスファイバは、
合成樹脂を素材として使用したときには、コア拡大ファ
イバと光学接着剤を用いた接着によって接続する。コア
レスファイバとコア拡大ファイバとの接続は、両素材が
ガラスの場合にはアーク放電等による融着接続が簡便で
ある。At this time, as a material of the coreless fiber having an isotropic refractive index, synthetic resin such as acrylic resin or silicone resin, quartz, optical glass or the like can be used. On the other hand, as the core expanding fiber, a normal single mode fiber or the like can be used. Coreless fiber
When a synthetic resin is used as a material, the core expanding fiber is connected by adhesion using an optical adhesive. As for the connection between the coreless fiber and the core-expanding fiber, when both materials are glass, fusion splicing by arc discharge or the like is easy.
【0011】一方、コア拡大ファイバ内を伝送されてく
る光は、上記と逆の経路を通って光素子に入射する。ま
た、コアレスファイバの凸曲面を、加熱処理により球面
状に加工すると、マイクロトーチやアーク放電が使用で
き、加工が容易である。On the other hand, the light transmitted through the core-expanded fiber enters the optical element through the route opposite to the above. When the convex curved surface of the coreless fiber is processed into a spherical shape by heat treatment, a micro torch or arc discharge can be used, and the processing is easy.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図12に
基づいて詳細に説明する。レンズ付きファイバ1は、図
1に示すように、コアレスファイバ2とコア拡大ファイ
バ3とを接続したもので、図示のように、光素子、例え
ば、レーザダイオード5と作動距離Dをおいて対向配置
して使用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. The lens-equipped fiber 1 is formed by connecting a coreless fiber 2 and a core expanding fiber 3 as shown in FIG. 1, and as shown in the figure, is arranged opposite to an optical element, for example, a laser diode 5 with a working distance D. Then used.
【0013】コアレスファイバ2は、石英等からなるコ
アのない等方性の屈折率を有するファイバの一端を加熱
処理して凸曲面2aに加工し、他端を軸に直交する平面
で切断した所定長さLのファイバである。ここで、コア
レスファイバ2は、凸曲面2aを球面よりも非球面に加
工した方が結合効率を高めるうえでは有効である。コア
拡大ファイバ3は、SMFの一端をコア3aのドーパン
トが拡散するように加熱し、コア3aの径が外方に向か
って拡大するように加工したいわゆるTEC(Thermal E
xpanded-Core)ファイバである。In the coreless fiber 2, one end of a coreless isotropic fiber made of quartz or the like is heat-treated to form a convex curved surface 2a, and the other end is cut along a plane orthogonal to the axis. It is a fiber of length L. Here, in the coreless fiber 2, it is effective to process the convex curved surface 2a into an aspherical surface rather than a spherical surface in order to improve the coupling efficiency. The core-expanding fiber 3 is a so-called TEC (Thermal E) obtained by heating one end of the SMF so that the dopant of the core 3a is diffused and the diameter of the core 3a is expanded outward.
xpanded-Core) fiber.
【0014】以上のように構成されるレンズ付きファイ
バ1は、以下のようにして製造される。先ず、SMFの
一端を加熱して、コアのドーパントを拡散させ、コアの
径が外方に向かって拡大したTECファイバを作製し、
コアが最大に拡大した部分で切断して図3(a)に示す
コア拡大ファイバ3を得た。The lens-equipped fiber 1 constructed as described above is manufactured as follows. First, one end of the SMF is heated to diffuse the dopant in the core to produce a TEC fiber in which the diameter of the core expands outward,
A core-expanded fiber 3 shown in FIG. 3 (a) was obtained by cutting the core at the maximum expansion portion.
【0015】次に、コア拡大ファイバ3に、同じ直径を
有する石英製のコアレスファイバ2の一端を融着接続し
た後、所定長さLに切断し、図3(b)に示す形状とし
た。次いで、図3(c)に示すように、切断面近傍で放
電加工を施してコアレスファイバ2の一端を凸曲面に加
工し、図1に示すレンズ付きファイバ1を製造した。Next, one end of a quartz coreless fiber 2 having the same diameter was fusion-spliced to the expanded core fiber 3 and then cut into a predetermined length L to obtain the shape shown in FIG. 3 (b). Next, as shown in FIG. 3 (c), electric discharge machining was applied in the vicinity of the cut surface to machine one end of the coreless fiber 2 into a convex curved surface to manufacture the lens-equipped fiber 1 shown in FIG. 1.
【0016】以上のように構成される本発明のレンズ付
きファイバ1に関し、製造の容易さ等を考慮し、コアレ
スファイバ2の凸曲面2aを曲率半径Rの球状とした場
合について、高い結合効率を得るための結合特性を規定
する構造パラメータを幾何光学的手法に基づいてモデル
的に解析した。即ち、コア拡大ファイバ3に関し、図2
に示すコア3a端面における光線の入射角φ(degree)
と光軸La から測定した入射位置h(μm)との関係
を、レーザダイオード5端面からの光線の出射角θ(図
1参照)をパラメータとし、コアレスファイバ2の屈折
率を1.45,光線の波長を1.3μmとおいて、作動距離
D(μm),コアレスファイバ2の長さL(μm)及び
曲率半径R(μm)をそれぞれ変化させて解析した。こ
の結果を、図5乃至図7に示す。各図において、出射角
θは1゜ごとに変化させてプロットしてある。With regard to the lens-equipped fiber 1 of the present invention configured as described above, high coupling efficiency is obtained in the case where the convex curved surface 2a of the coreless fiber 2 is formed into a spherical shape having a radius of curvature R in consideration of easiness of manufacture. The structural parameters that define the bond properties for obtaining are modeled based on the geometrical optics method. That is, regarding the core expansion fiber 3, FIG.
Incident angle φ (degree) of the light beam on the end face of the core 3a shown in
And the incident position h (μm) measured from the optical axis La with the exit angle θ (see FIG. 1) of the ray from the end face of the laser diode 5 as a parameter, the refractive index of the coreless fiber 2 is 1.45, and the ray The wavelength was set to 1.3 μm and the working distance D (μm), the length L (μm) of the coreless fiber 2 and the radius of curvature R (μm) were changed and analyzed. The results are shown in FIGS. In each figure, the output angle θ is plotted by changing it every 1 °.
【0017】図5乃至図7において、レーザダイオード
5から出射される光線の出射角θを変化させたときに、
コア拡大ファイバ3における入射位置hが有限の値にな
るのは収差による。上記各図から明らかなように、出射
角θの絶対値|θ|が小さいときは、θの変化に対する
コア拡大ファイバ3への入射角φの絶対値|φ|は小さ
いままなのに対し、入射位置hの絶対値|h|が大きく
なる傾向が見られる。また、図6から明らかなように、
コアレスファイバ2の曲率半径R及び作動距離Dを一定
とすると、出射角θが−10≦θ≦10゜の範囲では、
コアレスファイバ2の長さLに関係なく入射角φの値が
略一定である。従って、本発明のレンズ付きファイバ1
において、結合特性を規定する構造パラメータは、主に
作動距離D及び曲率半径Rであることが分かった。5 to 7, when the emission angle θ of the light beam emitted from the laser diode 5 is changed,
The finite value of the incident position h on the core expanding fiber 3 is due to aberration. As is clear from the above figures, when the absolute value | θ | of the output angle θ is small, the absolute value | φ | of the incident angle φ with respect to the change of θ remains small while the absolute value | φ | There is a tendency that the absolute value | h | of h increases. Also, as is clear from FIG.
Assuming that the radius of curvature R and the working distance D of the coreless fiber 2 are constant, in the range of the emission angle θ of −10 ≦ θ ≦ 10 °,
The value of the incident angle φ is substantially constant regardless of the length L of the coreless fiber 2. Therefore, the lensed fiber 1 of the present invention
In, it was found that the structural parameters that define the coupling characteristics are mainly the working distance D and the radius of curvature R.
【0018】このように、レーザダイオード5から出射
した光線が、コア拡大ファイバ3に結合するためには、
入射位置h及び入射角φはある一定の範囲の値でなけれ
ばならない。そこで、標準的なSMFとして、入射角φ
が|φ|≦4.8゜,入射位置hが|h|≦4.0μmのS
MFと、コア拡大ファイバとして、入射角φが|φ|≦
1.2゜,入射位置hが|h|≦16.8μmのコア拡大
(TEC)ファイバとを仮定し、解析結果に基づく図7
の曲率半径R=75μmの場合の線にSMFとコア拡大
ファイバの入射角φと入射位置hとの範囲を四角形で表
示し、図8にそれぞれSMF及びTECとして示した。Thus, in order to couple the light beam emitted from the laser diode 5 to the core expanding fiber 3,
The incident position h and the incident angle φ must be values within a certain fixed range. Therefore, as a standard SMF, the incident angle φ
Is | φ | ≦ 4.8 ° and the incident position h is | h | ≦ 4.0 μm
MF and the core expansion fiber, the incident angle φ is | φ | ≦
Based on analysis results, assuming a core expansion (TEC) fiber with an incident position h of 1.2 ° and | h | ≦ 16.8 μm.
The range of the SMF, the incident angle φ of the core expanding fiber, and the incident position h is indicated by a rectangle on the line when the radius of curvature R = 75 μm, and is shown as SMF and TEC in FIG. 8, respectively.
【0019】図8に示したように、SMFは、コア拡大
(TEC)ファイバと比較すると、入射角|φ|が大き
く、入射位置|h|が小さい傾向がある。従って、図5
〜図7に示す解析結果に基づいて判断すると、SMFを
用いたレンズ付きファイバではあまり多くの光線を受光
することができないことがわかる。これに対して、コア
拡大ファイバを用いたレンズ付きファイバは、レーザダ
イオード5から出射される光線をSMFを用いたレンズ
付きファイバよりも大きな出射角|θ|まで受光でき、
広範囲の出射角θに対応できるので、結合効率がSMF
を用いたレンズ付きファイバよりも高くなることが期待
される。As shown in FIG. 8, the SMF tends to have a large incident angle | φ | and a small incident position | h |, as compared with a core expansion (TEC) fiber. Therefore, FIG.
~ Judging from the analysis results shown in Fig. 7, it can be seen that a lens-equipped fiber using SMF cannot receive a large number of light rays. On the other hand, the lens-equipped fiber using the core expanding fiber can receive the light beam emitted from the laser diode 5 up to a larger emission angle | θ | than the lens-equipped fiber using the SMF.
Coupling efficiency is SMF because it can support a wide range of output angles θ.
It is expected to be higher than the fiber with a lens using
【0020】ここで、コア拡大ファイバにおいては、伝
搬される光の正規化周波数が保存されるので、最大受光
角とコア径の積は、コアの拡大率とは無関係に一定であ
る。従って、図8において、SMFとコア拡大ファイバ
の入射角φと入射位置hとの範囲によって決まる長方形
の面積は等しい。以上の解析結果から、コアレスファイ
バとコア拡大ファイバとを、作動距離D=150μm,
曲率半径R=75μm及び長さL=1000μmの設計
値に基づいて融着接続し、レーザダイオード5からスポ
ットサイズの大きな光線を出射すれば、高い結合効率の
レンズ付きファイバが得られることが期待される。In the core expanding fiber, since the normalized frequency of the propagated light is preserved, the product of the maximum light receiving angle and the core diameter is constant regardless of the expansion ratio of the core. Therefore, in FIG. 8, the rectangular areas determined by the ranges of the incident angle φ and the incident position h of the SMF and the core expanding fiber are equal. From the above analysis results, the working distance D = 150 μm,
It is expected that a lens-attached fiber with high coupling efficiency can be obtained by fusion-splicing based on the design values of radius of curvature R = 75 μm and length L = 1000 μm and emitting a light beam with a large spot size from the laser diode 5. It
【0021】次に、上記設計値に基づき、図3に示した
手順に従ってレンズ付きファイバを製造した。先ず、S
MFの一端を加熱して、コアのドーパントを拡散させ、
コアの径が外方に向かって拡大したTECファイバを作
製し、コアが最大に拡大した部分で切断して外直径が1
25μmの図3(a)に示すコア拡大ファイバ3を得
た。ここで、コア拡大ファイバ3は、光の波長が1.49
μmのときのスポット半径が21.5μmなるように、コ
アを本来の値の約4倍に拡大した。Next, based on the above design values, a fiber with a lens was manufactured according to the procedure shown in FIG. First, S
Heating one end of the MF to diffuse the core dopant,
A TEC fiber whose core diameter is expanded outward is produced, and the core is cut at the maximum expanded part to have an outer diameter of 1
A 25 μm core-expanded fiber 3 shown in FIG. 3 (a) was obtained. Here, the core expansion fiber 3 has a light wavelength of 1.49.
The core was enlarged to about 4 times the original value so that the spot radius at 2 μm was 21.5 μm.
【0022】次に、コア拡大ファイバ3に、同じ直径を
有する石英製のコアレスファイバ2の一端を融着接続し
た後、上記設計値に従って長さL=980μmに切断
し、図3(b)に示す形状とした。次いで、図3(c)
に示すように、切断面近傍で放電加工を施してコアレス
ファイバ2の一端を曲率半径R=75μmの球面に加工
し、図1に示すレンズ付きファイバ1を製造した。Next, one end of the quartz coreless fiber 2 having the same diameter is fusion-spliced to the expanded core fiber 3, and then the length L = 980 μm is cut according to the above design value, as shown in FIG. 3 (b). The shape shown is used. Then, FIG. 3 (c)
As shown in FIG. 3, electric discharge machining was performed in the vicinity of the cut surface, and one end of the coreless fiber 2 was processed into a spherical surface having a radius of curvature R = 75 μm to manufacture the lens-equipped fiber 1 shown in FIG.
【0023】このようにして製造したレンズ付きファイ
バ1に関し、作動距離Dの変化に対する結合損失(d
B)の変化を、図4に示す座標系に基づいて測定した。
図4に示す座標系において、レーザダイオード5は、フ
ァーフィールドパターン(FFP)における全幅半値
(FWHM)が、それぞれ接合面の垂直方向(x)で23
゜及び水平方向(y)で18゜のものを用い、出射光の波
長は1.49μmであった。ここで、結合損失は、レーザ
ダイオード5からの直接出射光量に対するコア拡大ファ
イバ3の他端からの出射光量をdB値で測定して求め
た。With respect to the lens-equipped fiber 1 manufactured in this way, the coupling loss (d
The change in B) was measured based on the coordinate system shown in FIG.
In the coordinate system shown in FIG. 4, in the laser diode 5, the full width half maximum (FWHM) in the far field pattern (FFP) is 23 in the vertical direction (x) of the joint surface.
And the horizontal direction (y) was 18 °, and the wavelength of the emitted light was 1.49 μm. Here, the coupling loss was obtained by measuring the amount of light emitted from the other end of the core expanding fiber 3 with respect to the amount of light directly emitted from the laser diode 5 as a dB value.
【0024】作動距離Dに対する結合損失(dB)の測
定結果を図9に○印で示す。図9から明らかなように、
作動距離Dが160μmと大きくても、比較的低い結合
損失4.2dBが得られ、先球ファイバを用いる従来の場
合に比べ、作動距離を10倍以上とすることができるこ
とが分かった。また、幾何光学に基づく結合損失及び波
動光学に基づく結合損失の計算結果を、それぞれ実線L
RT,LWTとして図9に併記した。The measurement result of the coupling loss (dB) with respect to the working distance D is shown by a circle in FIG. As is clear from FIG.
It was found that even when the working distance D is as large as 160 μm, a relatively low coupling loss of 4.2 dB is obtained, and the working distance can be made 10 times or more as compared with the conventional case using the spherical fiber. In addition, the calculation results of the coupling loss based on the geometrical optics and the coupling loss based on the wave optics are respectively shown by the solid line L.
It is also shown in FIG. 9 as RT and LWT.
【0025】ここで、幾何光学に基づく結合損失は、レ
ーザダイオード5端面からの光線の出射角θに応じてガ
ウス型の重みを乗じ、コア拡大ファイバ3のコア領域に
臨界角以下で入射する光線を積分して求めた。このと
き、レーザダイオード5の全幅半値は、接合面の垂直方
向(x)及び水平方向(y)において共に21°と等し
く設定し、計算においては子午線光線を仮定した。Here, the coupling loss based on geometrical optics is multiplied by a Gaussian weight according to the exit angle θ of the light beam from the end face of the laser diode 5, and the light beam is incident on the core region of the core expanding fiber 3 at a critical angle or less. Was obtained by integrating. At this time, the full width half maximum of the laser diode 5 was set equal to 21 ° both in the vertical direction (x) and the horizontal direction (y) of the junction surface, and the meridional ray was assumed in the calculation.
【0026】その結果、図9に示すように、幾何光学に
基づく結合損失は、前記設計値D=150μmよりも大
きい方で実測結果と良く一致した。この場合、レーザダ
イオード5やコア端における光線のスポット径を考慮し
ていないため、高精度の計算とは言い難いが、幾何光学
に基づいて簡便に結合損失の概略値を得られることが分
かった。As a result, as shown in FIG. 9, the coupling loss based on geometrical optics was in good agreement with the actual measurement result when the design value was larger than the design value D = 150 μm. In this case, since the laser diode 5 and the spot diameter of the light beam at the core end are not taken into consideration, it is difficult to say highly accurate calculation, but it has been found that the approximate value of the coupling loss can be easily obtained based on the geometrical optics. .
【0027】一方、波動光学に基づく結合損失は、レー
ザダイオード5及びコア拡大ファイバ3のコア端面から
ガウス波が出射していると考え、レーザダイオード5か
ら出射される光線の放射界がコアレスファイバ2の凸曲
面2aを通過直後に作る界と、コア拡大ファイバ3から
出射される光線が凸曲面2aで作る仮想放射界との重畳
積分により求めた。但し、前記実測値及び幾何光学によ
って求めた前記計算結果と異なり、この計算においては
凸曲面2aにおける球面収差が考慮されていない。On the other hand, regarding the coupling loss based on the wave optics, it is considered that a Gaussian wave is emitted from the core end faces of the laser diode 5 and the core expanding fiber 3, and the radiation field of the ray emitted from the laser diode 5 is the coreless fiber 2. Was obtained by superposition integration of the field created immediately after passing through the convex curved surface 2a and the virtual radiation field created by the light beam emitted from the core expanding fiber 3 on the convex curved surface 2a. However, unlike the calculation result obtained by the actual measurement value and the geometrical optics, the spherical aberration on the convex curved surface 2a is not taken into consideration in this calculation.
【0028】次に、本発明のレンズ付きファイバ1の製
造において問題となるミスアラインメントに対する許容
特性を調べた。作動距離D=160μmのときの軸ずれ
に関する結合損失及び傾斜に関する結合損失として測定
し、軸ずれに関する結合損失を図10に、また、図4に
示すx方向(垂直方向)、即ち、x−z平面内の傾斜及
びy方向(水平方向)であるy−z平面内における傾斜
に関する結合損失をそれぞれ図11,12に示した。Next, the tolerance characteristics for misalignment, which is a problem in the production of the lens-equipped fiber 1 of the present invention, were investigated. The coupling loss with respect to the axis deviation and the coupling loss with respect to the inclination when the working distance D = 160 μm was measured, and the coupling loss with respect to the axis deviation is shown in FIG. 10 and also in the x direction (vertical direction) shown in FIG. 4, that is, xz. Coupling losses for the tilt in the plane and the tilt in the y-z plane, which is the y direction (horizontal direction), are shown in FIGS.
【0029】ここで、図11,12には、x方向及びy
方向の傾斜に関する結合損失の測定に際して最適化処理
を施した場合(図中◇印)と、最適化処理を施さなかっ
た場合(図中○印)とを示した。最適化処理は、先ず、
レンズ付きファイバ1とレーザダイオード5との光軸を
合わせた状態で、ファイバ1を光軸に対して角度θtxあ
るいは角度θty傾斜させ、測定した結合損失をそれぞれ
最適化処理を施さない場合のx方向及びy方向の値とし
た(図中○印)。次に、ファイバ1を傾斜させた角度θ
txあるいは角度θtyを保持した状態で、結合損失が最小
となるようにファイバ1を平行移動し、最小値の結合損
失をそれぞれ最適化処理を施した場合のx方向及びy方
向の値とした(図中◇印)。Here, FIGS. 11 and 12 show the x direction and the y direction.
In the measurement of the coupling loss with respect to the inclination of the direction, the case where the optimization process was performed (marked with ◇) and the case where the optimization process was not performed (marked with ○) are shown. The optimization process is as follows:
When the optical axis of the lens-equipped fiber 1 and the laser diode 5 are aligned, the fiber 1 is tilted at an angle θtx or an angle θty with respect to the optical axis, and the measured coupling loss is not optimized in the x direction. And values in the y direction (marked with a circle in the figure). Next, the angle θ at which the fiber 1 is tilted
With tx or the angle θty held, the fiber 1 was translated so that the coupling loss was minimized, and the minimum coupling loss was taken as the value in the x direction and the y direction when the optimization processing was performed ( (Marked with ◇).
【0030】そして、図9乃至図12に示す実測値に基
づいて、最大の光出力が得られた最適結合状態から結合
損失が1dB増加したときの作動距離D,軸ずれ量及び
傾斜量の範囲をそれぞれ公差(トレランス)として求め
た。その結果、作動距離Dの公差TD、x方向(垂直方
向)の軸ずれ量dx及びy方向(水平方向)の軸ずれ量
dyに関する公差TL、x方向の角度θtx及びy方向の角
度θtyに関する傾斜の公差TTは、それぞれTD=±17
μm,TL=±1.3μm及びTT=±0.4゜であり、従来
の一般的な先球ファイバよりも公差を大きくとることが
できた。Then, based on the actual measurement values shown in FIGS. 9 to 12, the range of the working distance D, the axis deviation amount, and the inclination amount when the coupling loss increases by 1 dB from the optimum coupling state in which the maximum light output is obtained. Was calculated as the tolerance. As a result, the tolerance TD of the working distance D, the tolerance TL relating to the x-direction (vertical direction) axis deviation amount dx and the y-direction (horizontal direction) axis deviation amount dy, the inclination relating to the x-direction angle θtx and the y-direction angle θty. The tolerance TT of each is TD = ± 17
Since μm, TL = ± 1.3 μm and TT = ± 0.4 °, the tolerance can be made larger than that of the conventional general spherical fiber.
【0031】尚、上記実施例においては、コアレスファ
イバ2は一端を凸曲面を球面状に加工した場合について
説明したが、凸曲面であれば凸放物面や凸楕円面等の非
球面であってもよい。In the above embodiment, the coreless fiber 2 is described as having a convex curved surface formed into a spherical shape at one end. However, a convex curved surface is an aspherical surface such as a convex parabolic surface or a convex elliptical surface. May be.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、構成部品数が少なく部品相互間における調心が
容易で、組み立てられるモジュールの大型化を抑えら
れ、作動距離を大きくとることができ、光軸と直交する
方向における公差が大きいうえ、結合効率が安定したレ
ンズ付きファイバが提供される。As is apparent from the above description, according to the present invention, the number of components is small, the alignment between the components is easy, the size of the assembled module is suppressed, and the working distance is increased. It is possible to provide a lens-equipped fiber having a large tolerance in the direction orthogonal to the optical axis and stable coupling efficiency.
【0033】このとき、コアレスファイバの凸曲面は、
加熱処理により球面状に加工するので、マイクロトーチ
やアーク放電を使用することができ、容易に加工するこ
とができる。At this time, the convex curved surface of the coreless fiber is
Since it is processed into a spherical shape by heat treatment, a micro torch or arc discharge can be used, and processing can be easily performed.
【図1】本発明のレンズ付きファイバの構成並びに使用
例を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a configuration and an example of use of a lens-equipped fiber of the present invention.
【図2】図1のA部を拡大して示した拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing a portion A of FIG. 1 in an enlarged manner.
【図3】図1のレンズ付きファイバの製造方法を示す説
明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method of manufacturing the lens-equipped fiber of FIG. 1.
【図4】図1のレンズ付きファイバに関する結合損失の
測定に用いた座標系を示す斜視図である。4 is a perspective view showing a coordinate system used for measuring a coupling loss of the fiber with lens of FIG.
【図5】図1のレンズ付きファイバのコア拡大ファイバ
への入射角φと入射位置hに関する作動距離依存性に関
する解析結果を示す作動距離特性図である。5 is a working distance characteristic diagram showing an analysis result concerning working distance dependency of an incident angle φ and an incident position h of the lens-equipped fiber of FIG. 1 on a core-enlarging fiber.
【図6】同じく、コアレスファイバの長さ依存性に関す
る解析結果を示す長さ特性図である。FIG. 6 is also a length characteristic diagram showing an analysis result regarding the length dependency of the coreless fiber.
【図7】同じく、コアレスファイバの凸曲面を球面状と
したときの曲率半径依存性に関する解析結果を示す曲率
半径特性図である。FIG. 7 is a curvature radius characteristic diagram showing an analysis result regarding a curvature radius dependency when the convex curved surface of the coreless fiber is spherical.
【図8】標準的なSMFとコア拡大ファイバとの、入射
角φと入射位置hとに関する有効集光範囲を示す集光特
性図である。FIG. 8 is a light collection characteristic diagram showing an effective light collection range with respect to an incident angle φ and an incident position h of a standard SMF and a core expanding fiber.
【図9】作動距離の変化に対する結合損失の変化を示す
変化特性図である。FIG. 9 is a change characteristic diagram showing a change in coupling loss with respect to a change in working distance.
【図10】光軸に直交する方向の軸ずれに関する結合損
失を示す結合損失図である。FIG. 10 is a coupling loss diagram showing a coupling loss regarding an axis shift in a direction orthogonal to an optical axis.
【図11】x方向の傾斜に関する結合損失を示す結合損
失図である。FIG. 11 is a coupling loss diagram showing coupling loss with respect to inclination in the x direction.
【図12】y方向の傾斜に関する結合損失を示す結合損
失図である。FIG. 12 is a coupling loss diagram showing coupling loss with respect to y-direction tilt.
1 レンズ付きファイバ 2 コアレスファイバ 2a 凸曲面 3 コア拡大ファイバ 3a コア 5 レーザダイオード D 作動距離 L 長さ(コアレスファイバの) La 光軸 R 曲率半径(凸曲面の) h 入射位置 θ 出射角 φ 入射角 1 Fiber with lens 2 Coreless fiber 2a Convex curved surface 3 Core expanding fiber 3a Core 5 Laser diode D Working distance L Length (of coreless fiber) La Optical axis R Curvature radius (of convex curved surface) h Incident position θ Emission angle φ Incident angle
───────────────────────────────────────────────────── 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 小山 直人 栃木県宇都宮市陽東2丁目13番7号 レジ デンス寿102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 (72)発明者 須賀 繁 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kazuhito Matsumura Kazuhito Matsumura 2-12 Wakakusa, Utsunomiya City, Tochigi Prefecture Wakakusa No. 2 Housing 1-8 (72) Inventor Naoto Koyama 2-13-7 Yoto, Utsunomiya City, Tochigi Prefecture No. Residence Kotobuki 102 (72) Inventor Isamu Oishi 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Co., Ltd. (72) Shigeru Suga 2-6-1 1-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Kawa Electric Industry Co., Ltd.
Claims (2)
イバの一端を凸曲面に加工したコアレスファイバと、一
端のコア径が拡大されたコア拡大ファイバとが、前記コ
アレスファイバの他端と前記コア拡大ファイバの一端と
で接続されたことを特徴とするレンズ付きファイバ。1. A coreless fiber obtained by processing one end of a fiber having an isotropic refractive index without a core into a convex curved surface, and a core expansion fiber having an expanded core diameter at one end and the other end of the coreless fiber. A lens-attached fiber connected to one end of the core expanding fiber.
処理により球面状に加工されている、請求項1のレンズ
付きファイバ。2. The fiber with lens according to claim 1, wherein the convex curved surface of the coreless fiber is processed into a spherical shape by heat treatment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7028497A JPH08220378A (en) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | Fiber with lens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7028497A JPH08220378A (en) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | Fiber with lens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08220378A true JPH08220378A (en) | 1996-08-30 |
Family
ID=12250317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7028497A Pending JPH08220378A (en) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | Fiber with lens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08220378A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004258387A (en) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Kyocera Corp | Tip slanted fiber |
WO2004097471A1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-11-11 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Optical transmitter |
WO2020110223A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 株式会社ライト光機製作所 | Reticle unit and optical sighting device |
-
1995
- 1995-02-16 JP JP7028497A patent/JPH08220378A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2004097471A1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-11-11 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Optical transmitter |
US7292761B2 (en) | 2003-04-25 | 2007-11-06 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Optical transmission device |
WO2020110223A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 株式会社ライト光機製作所 | Reticle unit and optical sighting device |
JPWO2020110223A1 (en) * | 2018-11-28 | 2021-10-07 | 株式会社ライト光機製作所 | Reticle unit and optical sight |
US12007580B2 (en) | 2018-11-28 | 2024-06-11 | Light Optical Works, Ltd. | Reticle unit and optical sighting device |
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