JPS58205107A - Ｖ溝台付きレンズ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本 本発明は一体の光７アイパーで伝送される光を複数本の
光ファイバーへ分配したりあるいは逆に複数本の光ファ
イバーで伝送される光を単一の光ファイバーに合流する
ための光分配・合流器に好適なレンズ素子に関する＠ この種の光分配・合流器として従来下記のような構造の
ものが知られている〇 これは透明なガラスあるいはプラスチックの円柱体内に
中心軸上で最大で半径方向に周辺に向けて放物線状に減
少するような屈折率分布を形成した７対の屈折率分布型
レンズを間に部分透過反射膜を介在させて接合している
。

そして一方のレンズの端面にレンズ光軸から一定距離だ
け偏位させて対称に一対の光ファイバーを接合し、他方
のレンズの端面に上記一方の光ファイバーとほぼ軸線を
一致させて他の光ファイバーを接８する。

部分透過反別膜として波長λｌの光を反射し波長λ２の
光を透過する機能をもつモ渉膜フィルタを使用し、片側
ファイバ一対のうちの一方の光ファイバーを通して波長
λ１とλ２の混合光をレンズ内に送ると３’［はレンズ
内をサインカーブを描いて進行し、た後、反射膜でλｌ
の波長光のみが反射してこの反射光は上記ファイバ一対
のうちの他方の光ファイバーに入射し、また波長λ２の
光は反射膜を透過した後、対向する光ファイバーに入射
する。

このようＫして７本の光ファイバーを通して伝送入２ される波長λ１とλ２の混合光は波長λ１と瓢の光に分
割されてそれぞれ別個の光ファイバーから取り出される
。

また、部分透過反射膜としてハーフミラ−膜を用いれば
１本の光ファイバーを通して伝送される光を光強度が半
分の光線に均等分割してそれぞれ別個の光ファイバーか
ら取り出すことができる。

また逆に一本の光ファイバーで伝送される光を合流させ
て、他の７本の光ファイバーから取り出すようにするこ
ともできる。

上記のように屈折率分布型レンズを用いて光分配。

合流器を製作する場合、光ファイバーの線径は通常Ｑ、
７ｍｍ前後と非常に細く極めて破損し易いので光ファイ
バーとレンズ光軸との相対位置決めおよび接合の作業に
は熟練した技術と多くのＴ′、ｆｌｌ、を必要として量
産が困難であり安定した精度品質のものが得難いという
問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決する新規な光学素子を
提供することを目的としており、レンズ端面に光フアイ
バー先端固定のためのＶ溝を設けた支持台を接合するこ
とによって、ファイバーに比較して強固で破損し難く取
扱シ）やすいブロック状の支持台をレンズに対して位置
決め操作するようにし、取扱いの難しい光ファイバーは
レンズ端面に固層した上記支持台のＶ溝に単に載置固定
するだけで済むようにしたことを要旨としている。

本発明によれば後述実施例のように、実使用のものと同
一外径のモニター光ファイバーを用いてレンズとファイ
バー支持台と／７′″ＩＩ／ｈ芯合せを簡単に行なうこ
とができ、この操作にあたってファイバー支持台はブロ
ック状であるからファイバーに比べて非常に取り扱いや
すく破損を生じ難い。

またファイバー支持台のｖｍを多数設けておくことによ
り、その中から用途に応じて接続ファイバーを載置する
Ｖ溝を選定すればよいから極めて汎用性に富む。

以下本発明を図面に示した実施例について詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る素子の斜視図であり、ｌＯは屈折
率分布型レンズ、　／／はこのレンズ１０に接続される
光フアイバー先端を支持するための支持台であり、支持
台／／の上面には等間隔をおいて平行に三本のＶ溝／２
Ａ、ＩコＢ、／コＣが設けである０ この三本のＶ溝のうち中央の溝／ＪＢの軸線すなわちこ
のＶｉｌｉｔ／ｊＢ上に載置される光ファイバー７３の
中心線がレンズ１０の光軸１０Ａと一致する位置で支持
台／／は接着剤／４１によりレンズＩＯの一方の端面１
０Ｂに固着されている。

屈折率分布型レンズｌＯは透明なガラスまたはプラスチ
ックからなる両端面が平行平面の円柱体で、中心軸上の
屈折率をＮＯとして中心から半径方向にｒの距離の点に
おける屈折率Ｎ　（ｒ）がＮ２（ｒ）−ＮＯ２（ｉ　−
（ｇｒ）２）　、、−、−、、（７）の式で近似的に表
わされる屈折率分布をもっているＯ ただしｇは定数である〇 このような屈折率分布型レンズＩＯ内に光軸と平行に入
射した光線はレンズ内をサインカーブを描いて進行し、
本発明で使用するレンズＩＯとしては長さを一般に上記
光線の進行周期の１分のｌ長（／／１１ピッチ）に選定
する。

■溝付き支持台／／の長さＬはあまり短かいとこの台上
に光ファイバーを載置しにくくなるので少なくとも／　
ｍ／ｍ以上確保することが望ましい。

次にＶ溝付き支持台／／の好適な製作方法を以上に説明
する。

第２図（イ）に示すようにシリコン単結晶の基板／ｊの
結晶（１０Ｏ）面／ｊＡ　　ＫＳｉ０２膜１６を付着形
成し、この膜／乙の上に７オトレジスト膜／７を設け、
フォトレジスト膜１７の表面をクロム等のマスク材／ｌ
で被覆スル。

このマスク材ｔｔｒには得ようとするＶ溝の平面視形状
に合せたパターンの開口／９を設ける。

次いで上記マスク材ｌざを通してフォトレジスト膜／７
を露光した後この膜１７の露光部分を除去するとともに
弗酸で処理してマスク材ｌざの開口に露出しているＳｉ
Ｏ２膜ｌ乙部分をエツチング除去する。

この弗酸処理では基板面は侵蝕されない。

これにより基板１３の（１００）面は所要のＶ溝形成予
定部分を残し他の部分がＳｉＯ２膜１６．フォトレジス
ト膜／７　、及びマスク材／ｌで覆われた状態となる。

この状態で上記面を、シリコン単結晶に対して部分な蝕
刻速度をもつエツチング液例えばヒドラジン（Ｎ２Ｈ４
）タＯモル襲と水５０モル％との混合液でエツチングを
行なう。

このエツチングにおいてシリコン単結晶は（／／／）面
がほとんど侵蝕されないという性質を有するため、（／
／／）面と（ｉｏｏ）面との侵蝕速度の差に起因して（
１００）面の露出部分が一定の溝壁傾斜角θ−ｊＬ７＃
０を保持したまま次第に深く蝕刻され最終的に完全なり
字型の側壁が結晶の（／／／）面である溝／ＪＡ、／ｊ
Ｂ、１２０が形成される。

次に表面の８１０２膜、フォトレジスト膜、マスク材を
除去すればＶ溝付きのファイバー支持台／／が得られる
。

以上の方法によれば周知のフォトリソグラフィー技術を
利用して極めて高寸法精度のＶ溝を形成することができ
る。

次に屈折率分布型レンズＩＯとファイバー支持台／／と
を位置合せ接合する好適な方法について第３図により説
明する。

屈折率分布型レンズ１０をホルダー／９で固定し、この
レンズＩＯの端面にファイバー支持台／／の端面を当接
または近接させて支持台１７を可動ホルダーコＯに支持
させる。ファイバー支持台／／に股？すら＋−と＋火の
Ｖ溝ｌコＢ上にモニター用光ノアイバー２／の先端を載
置し、このファイバ一端面をレンズ端面に接触または極
近接させた状態でホルダーで固定す、る。モニター用光
ファイバーコｌの他端は光量測定装置２ノに接続する。

ロエ動ホルダー−〇は駆動装置２３により第３図で」−
下方向および紙面に垂直方向に微動調整されるようにな
っており、駆動装置−３は光量測定装置ノコでの光量測
定結果に基づいて光量が最大となる方向に駆動装置コ３
を作動させる制御装置コｑに接続されている。

上記の装置において光源から平行光２ＳをレンズＩＯに
入射させるとこの光線は収速してモニターファイバー２
７に入射し、その入射光社が測定装置−一で検出される
。

また可動ホルダー２０が駆動装置コ３により移動し、上
記検出光量が最大となる位置、すなわちレンズＩＯ光軸
とファイバー支持台／／の中央のＶ溝軸芯が一致する点
で制御装置の働きで停止する。

この位置でレンズｌＯの端面と支持台／／とを接着剤／
ＩＩで接合し、モニター用光ファイバー２１を除去して
ホルダー２０から取り外す。

以上のようにして製作した本発明に係る素子の使用例を
第１図に示す。

本例は等間隔で三本のｖ溝を設けた支持台／／を中央の
Ｖ溝の軸芯をレンズ光軸に一致させて屈折率分布型レン
ズ１０の端面に接着固定して素子λ６とし、同一構造の
他の素子２７を対向させ、両δ間に部分透過反射膜−ざ
を介在してレンズ光軸および画素子２６．２７の支持台
の各Ｖ溝の軸芯を一致させて接合している０ 上記装置において一方の素子２乙に設けられてイルファ
イバー支持台／ｌの両側Ｖ　ｉｌｌ　／、２Ａ　、　／
２Ｇにそれぞれ光ファイバー／３に、／３Ｂの先端部を
、その端面をレンズ面に密着させて固定し、また他方の
素子２７においては最外側のＶ溝に光フアイバ−１３Ｃ
先端部を固定することにより光分配・合流器となる。

すなわち部分透過反射膜コざとして波長λ２の光を透過
し他の波長の光は反射する性質をもつ干渉膜フィルタ〜
を使用し、１本のファイバー／３Ａを通して波長λ１と
λ２の混合光ｊｊＡを送りこむと、同一素子側に接続さ
れた光ファイバー／３Ｂを通して波長λｌの光ｊ、ｌｔ
Ｂが取り出され、また他方の素子側に接続された光ファ
イバー／３０　　を通して波長λ２の光２５Ｃが取り出
される。

また部分透過反射膜２ｇとしてハーフミラ−膜を使用す
れば上記装置は１本のファイバーを通して伝送される光
を均等強度の光に二分割してそれぞれ光ファイバーに送
出する分岐回路として機能する。

第５図に本発明の素子を応用した他の光分配・合流器の
構造例を示す。

本例は長さがほぼ４分の／ピッチの屈折率分布型レンズ
ＩＯの一方の端面を光軸に垂直な平担面とし、他端面を
光軸に対して斜めの平面とし、この斜端面に回折格子コ
９をフィルム貼着、パターン蒸着等により設けている。

また光軸に垂直な面には前述例と同様な平行に間隔をお
いて三本のＶ溝を設けたファイバー支持台／／を中央の
Ｖ溝の軸芯をレンズ光軸に一致させて接着固定して分波
・合波器を構成している。

上記装置におイテ、各Ｖｉｌｉ１に光′７アイパー１３
Ａ。

１３Ｂ、／、？Ｃをセットし、中央の１光フアイバー／
ＪＡを通して波長λ１とλ２の混合光ＪｊＡを送ると７
アイパー／ＪＡから拡散出射した光は回折格子コ９で反
射され、このとき波長に応じて反射角が　ｌ異なるので
ファイバー支持台／／のＶ溝の間隔を波長λ１．λ２に
応じて選定しておけば波長λ１の光２５Ｂは回折格子２
９で反射した後ファイバー／ＪＢに集光入射し、また波
長λ２の光はファイバー／３０に集光入射して取り出さ
れる。

以上本発明を図面に示した実施例について説明したが図
示側以外に種々変更可能であることはいうまでもない。

例えばＶ溝は一本のみとしてもよい。

また屈折率分布型レンズの支持台接合面と反対側の而は
平面に限らず用途によっては曲面としてもよい。

またファイバー支持台の材質としてはシリコン単結晶以
外に各種セラミクス、ガラス、金属１合成樹脂等が使用
できる。

合成樹脂で成型する場合は、前述のようにシリコン噴結
晶に異方性エッチレグを利用して精密な■溝をつくり、
これを母型として注形成型する方法も考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第一図（イ）
〜（ハ）は本発明で使用するファイバー支持台の製作方
法の一例を段階的に示す断面図、第３図は本発明の素子
を製作するに当りレンズとファイバー支持台との軸芯を
合せる方法の例を示す模式図、第１図は本発明の素子を
用いた光分配・合流器の一例を示す平面図、第５図は本
発明の素子を用いた光分配合流器の他の例を示す平面図
である。 ＩＯ・・・・・・・・屈折率分布型レンズ　１０Ａ・・
・・・・レンズ光軸／／・・・・・・・・ファイバー支
持台／ＪＡ　、　／１２Ｆ３　、　ｉ２ｃ　−・−・・
・−Ｖ溝／３．／３Ａ、　／、？Ｂ、　／、？Ｃ・・・
・・・・・光ファイバー／ｌＩ・・・・・・・・接層剤
　ｌｊ・・・・・・シリコン単結晶基板コＪ、２ｊＡ、
　ｊｊＢ　、２ｊＣ・・・・・・・・光線Ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　　ｔｉｌｔ折率分布型レンズの少なくとも片面に
   Ｖ溝を設けたファイバー支持台を一体に接合したＶ構台
   付きレンズ ２）互いに間隔をおいて平行に複数のＶ溝を設けた特許
   請求の範囲第１項記載のＶ構台付きレンズ３）　　１つ
   のＶ溝の軸芯をレンズ光軸と一致させた特許請求の範囲
   第１項記載のＶ構台付きレンズ４）　光フアイバー支持
   台はシリコン単結晶がらなり、■溝形成面が結晶の（１
   ００’ｊ面でＶ溝側壁が、（１１／）面である特許請求
   の範囲第１項記載のＶｍ台付きレンズ