JPS62153806A

JPS62153806A - 光フアイバおよび光フアイバ加工方法ならびに光フアイバ加工装置

Info

Publication number: JPS62153806A
Application number: JP60292703A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Furuhashi; 古橋　隆宏; Kazuo Kudo; 工藤　和男; Tsugio Nemoto; 根本　次男
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-08

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】〔技術分野〕本発明は光ファイバ、特に光ファイバの先端を円錐状に
するとともに、先端のコア面を球面化した光ファイバお
よびその製造技術に関する。

〔背景技術〕

光ファイバは、光通信用の光伝送媒体としであるいはセ
ンサーにおける光情報の伝達媒体として利用されている
。

光ファイバは屈折率の高い中心部のコアと、このコアを
取り囲む低屈折率のクラッドとからなっているが、光通
信に用いられる光ファイバにあっては、コア径が７μｍ
と極めて細いシングル・モード・ファイバ（ＳＭＦ）が
使用され始めている。

このように、コア径が細くなると、光通信の発信源とな
る半導体レーザ素子と光ファイバとの光結合技術はより
一層重要な技術となる。

従来、半導体レーザ素子（レーザチップ）から発光され
るレーザ光を光ファイバに効率良く取り込むために、光
ファイバの先端を円錐状に加工し、加熱溶融により露出
したコア面を球面レンズ化（先球レンズ化）している。

この球面レンズ化の技術としては、たとえば、特公昭５
６−１１９２５号公報あるいは特開昭５４−２０７４７
号に記載された技術がある。

本発明は上記同様に、光ファイバにおける光の取り込み
効率向上を図る新たなるコアの球面レンズ化技術である
。

［発明の目的〕本発明の目的は光取り込み効率向上が達成できる構造の
光ファイバを提供することにある。

本発明の他の目的は光取り込み効率向上が達成できる構
造に光ファイバを加工する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は光取り込み効率向上が達成できる構
造の光ファイバを製造する加工装置を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡華に説明すれば、下記のとおりである。

すなわら、本発明の光ファイバは、光ファイバの先端を
円錐状に加工してコアを露出させた後、この光ファイバ
を垂直状態にしかつ光ファイバの先端から２００〜５０
０μｍ程度内側をアーク放電によって加熱してコアの先
端を球面レンズ化するため、コアを被覆するクラッドが
表面張力等によって加熱部分側に引っ張られることから
、コアは先端に向かうにつれて拡がるロート構造となり
、レーザ光の光取り込み効率が向上する。また、本発明
によれば、前記光ファイバは垂直状態で加熱されるため
、コアおよびクラフトの溶融時、重力は光ファイバ軸に
垂直となる面方向に作用しなくなり、コアとクラッドと
の偏芯やコア面がりが起きず、品質の優れた光ファイバ
を提供することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による光ファイバの要部を示
す断面図、第２図は同じく本発明による光ファイバを組
み込んだ半導体レーザ装置の外観を示す斜視図、第３図
は同じ（一部を示す断面図、第４図は同じくレーザチッ
プと光ファイバとを示す断面図、第５図は本発明による
光ファイバの加工装置を示す模式図、第６図は同じく光
ファイバの球面化状態を示す断面図、第７図は同じく光
ファイバの製造工程を示すフローチャートである。

この実施例では、本発明をシングル・モード・ファイバ
に適用した例について説明する。

光ファイバ１は、第１図に示されるように、直径７μｍ
のコア２と、このコア２を被覆する直径１２５μｍのク
ラッド３とからなっている。また、この光ファイバ１は
、図示しないがジャケット等によって被覆され光ケーブ
ルとして扱われる。前記コア２はＢ、　　Ｆ、　　Ｐ、
　Ｇｅ等が添加され、純石英からなるクラッド３と屈折
率差が付けられている。また、この光ファイバｌの先端
は円錐状のテーパ部４となっているとともに、露出する
先端のコア２の面は、半径が１０〜３０μｍ程度の球面
レンズ（先球レンズ）５となっている。また、このコア
２の先端部分は先端に向かうにつれて拡がるロート構造
６となっている。したがって、第２図に示されるような
半導体レーザ装置に組み込まれた場合、第４図に示され
るように、レーザチップ７の共振器８の端から発光され
るレーザ光９を光ファイバ１の先端に取り込む際、コア
２の先端はロート構造６となっているため、クラッドに
よるケラレがなくなり、光取り込み効率が安定する。

ここで、このような光ファイバ１を組み込んだ半導体レ
ーザ装置について説明する。第２図に示される半導体レ
ーザ装置ｌＯは、パンケージ１１は偏平構造となり、一
端に光ケーブル１２を接続するとともに、他端にモニタ
ー用受光素子のり−ド１３が２本取り付けられている。

また、前記パッケージ１１の側面にはレーザチップ７用
のり一ド１４が２本取り付けられている。また、前記パ
ンケージ１１はステム１５とこのステム１５を塞ぐキャ
ップ１６とからなる。さらに、前記ステム１５には取付
孔１８が設けられていて、半導体レーザ装置１０は取付
孔１８を利用して所定箇所に設置されるようになってい
る。

つぎに、第３図を参照しながらパッケージ１１内部のレ
ーザチップ７および受光素子等について説明する。前記
パッケージ１１の主面中央には台座１９が設けられてい
るとともに、この台座１９上にはサブマウント２０を介
してレーザチップ７が固定されている。なお、前記レー
ザチップ７は、サブマウント２０にソルダー２１を介し
て固定された後、サブマウント２０をソルダー２２によ
って台座１９に固定することによってステム１５に固定
される。また、前記パッケージ１１内に延在する光ファ
イバ１はファイバーガイド２３によって案内されるとと
もに、このファイバーガイド２３の内端を寒くように取
り付けられた固定材２４によってファイバーガイド２３
に固定されている。

そして、前記光ファイバ１の内端、すなわち、球面５と
なるコア２の先端をレーザチップ７の共振器８端に対面
させ、レーザチップ７の共振器８から発光されるレーザ
光９を取り込むようになっている。

一方、レーザチップ７を挟んで光ファイバ１と反対側と
なるステム１５主面には、セラミックからなるブロック
２５がソルダー２６によって固定されている。このブロ
ック２５の主面、すなわち、レーザチップ７に対面する
面には、外端を前記パンケージ１１の外に突出させる前
記モニター用受光素子の２本のり一ド１３の内端がそれ
ぞれ固定されている。前記一方のり一ド１３の内端には
、前記レーザチップ７から発光されたレーザ光９を受光
する受光素子２７がソルダー２８によって固定されてい
る。また、この受光素子２７の図示しない電極と、前記
他方のリード１３の内端とは図示しないワイヤによって
電気的に接続されている。

また、前記レーザチップ７の電極は、第３図では図示さ
れてないリード１４とワイヤ等によってそれぞれ電気的
に接続されている。

このような半導体レーザ装置１０は、前記受光素子２７
によってレーザ光９の出力をモニターするとともに、こ
のモニター情報によってレーザチップ７に印可する電圧
を調整しながら光ケーブル１２を使用して光通信を行う
。

つぎに、第１図に示されるようなロート構造６を有する
本発明による光ファイバ１の製造方法について説明する
。

第１図に示されるようなロート構造６を有する光ファイ
バｌは、第７図のフローチャートに示されるように、光
ファイバ１を被覆するジャケットの除去、光ファイバ１
の切断、光ファイバ１の切断部分を円錐状にする研磨、
光ファイバ１の先球加工の各工程を経て製造される。

前記先球加工は、第５図に示されるような光ファイバ加
工装置によって行われる。この光ファイバ加工装置は、
図示しない扉を閉じることによって密閉状態となる本体
２９内に各機器が配設されている。すなわち、本体２９
の中央には平面ＸＹ方向に移動制御可能なＸＹテーブル
３０が配設されている。このＸＹテーブル３０上には昇
降制御可能な昇降機構３１が取り付けられているととも
に、この昇降機構３１の上部側面にはチャック機構３２
が設けられている。前記チャック機構３２は光ファイバ
ｌを垂直状態に保持できるようになっている。前記ＸＹ
テーブル３０．昇降機構３１゜チャック機構３２によっ
て保持装置が構成されている。また、装置上部には一対
の放電電極３３からなる加熱装置が配設されている。

そこで、先端が円錐状に研磨加工された光ファイバ１を
その先端が上となるようにして前記チャック機構３２に
取り付ける。その後、前記ＸＹテ−プル３０および昇降
機構３１を移動制御して、チャック機構３２に保持され
た光ファイバｌの先端が、前記一対の放電電極３３の間
、すなわち、放電箇所に臨むようにして、たとえば、０
．５ｍＳ程度アーク放電する。この際、前記光ファイバ
ｌの先端を放電箇所をαと越えて延在するようにし、光
ファイバ１の先端から内方、たとえば、先端からαが２
００〜５００μｍとなる内側を放電によって直接加熱す
るようにする。この放電時、室内は密閉状態にあること
から、対流も起きず、光ファイバ１はその全円周で均一
に加熱される。

また、この放電に際しては、窒素ガスをガス噴射管３４
から吹き出して室内を窒素雰囲気とし、放電電極３３の
酸化を防止する。

前記放電加熱によって光ファイバ１は加熱され、露出し
ているコア２面が、たとえば、半径が１０μｍ〜３０μ
ｍ程度の球面となる先球が形成される。この加熱時、コ
ア２を被うクラッド３はその表面張力等によって、第６
図の矢印に示されるように、その表面部分は加熱方向に
移動する現象が生じ、前記コア２の先端部分は光ファイ
バ１の先端に向かうにつれて拡がり、いわゆるロート状
となる。このロート構造６は、前述のように、レーザ光
９に対面する面積が広くなるため、光取り込み効率が高
べなる。また、前記放電加工時、光ファイバ１は垂直に
支持された状態で行われることから、重力は光ファイバ
１の軸方向に加わり、軸に垂直となる半径方向の面に沿
うように作用しないため、コア２とクラッド３との偏芯
あるいは先端の曲がり等の現象は起きない。

〔効果〕

（１１本発明によれば、光ファイバｌの先端の加熱処理
時、光ファイバ１は光ファイバｌの先端から内方で加熱
されるため、クラッド３の表面部分が加熱箇所に向かっ
て移動するようになり、この結果、先端のコア２はロー
ト構造６となり、光の取り込み効率が安定するという効
果が得られる。

（２）上記＋１１により、本発明によれば、光ファイバ
１は光ファイバ１の先端の加熱処理時、光ファイバ１の
先端から内方で加熱されるため、研磨加工面全体が加熱
溶融され、テーパ部４の表面は溶融により外観上も良好
となるという効果が得られる。

（３）本発明によれば、光ファイバ１の先球加工は、一
対の放電電極３３によるアーク放電によるため、処理時
間が極めて短く、円錐状研磨後、ポリレンズを行ってテ
ーパ部４の表面を鏡面としかつ先端を加熱して先球レン
ズ化する方法に比較して、処理時間が大幅に短縮できる
という効果が得られる。

（４）本発明の光ファイバ加工装置によれば、光ファイ
バ１は垂直に支持されて加熱処理されることから、重力
の半径方向への影響を受けないため、コア２とクラッド
３の偏芯および曲がり等が起きず、品質の優れた光ファ
イバｌを製造することができるという効果が得られる。

（５）上記（１１〜（４）により、本発明によれば、光
取り込み効率の良好な光ファイバｌを効率良く製造でき
るため、光ファイバｌの加工コストが軽減されるという
相乗効果が得られる。

（６）上記（１１〜（５）により、本発明によれば、光
取り込み効率が高い半導体レーザ装置を安価に提供する
ことができるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではな（、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、光ファイバ１
の加熱は放電以外のガス加熱、レーザ光照射等の加熱装
置で行っても前記実施例同様な効果が得られる。

また、第８図に示されるように、加熱装置として、リン
グ状の回転体３５の内周にガス噴射管３６を配設した構
造の加熱装置を用い、前記回転体３５を回転させながら
前記ガス噴射管３６から、水素炎３７等を光ファイバ１
に向かって吹き付ける構造のものでも、回転によって光
ファイバ１を均一に加熱できることから、前記実施例同
様にロート構造６を得ることができる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシングル・モード・
ファイバにおける先球レンズ化技術に通用した場合につ
いて説明したが、それに限定されるものではなく、たと
えば、コア径が５０μｍと太いマルチ・モード・ファイ
バの先球レンズ化技術などに適用できる。

本発明は少なくともコアとクラッドからなる光ファイバ
の先球レンズ化技術には適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光ファイバの要部を示
す断面図、第２図は同じく本発明による光ファイバを組み込んだ半
導体レーザ装置の外観を示す斜視図、第３図は同じく一
部を示す断面図、第４図は同じくレーザチップと光ファイバとを示す断面
図、第５図は本発明による光ファイバの加工装置を示す模式
図、第６図は同じく光ファイバの球面化状態を示す断面図、第７図は同しく光ファイバの製造工程を示すフローチャ
ート、第８図は本発明の他の実施例による光ファイバの加工装
置の要部を示す断面図である。１・・・光ファイバ、２・・・コア、３・・・クラッド
、４・・・テーパ部、５・・・球面、６・・・ロート構
造、７・・・レーザチップ、８・・・共振器、９・・・
レーザ光、１０・・・半導体レーザ装置、１１・・・パ
ッケージ、１２・・・光ケーブル、１３．１４・・・リ
ード、１５・・・ステム、１６・・・キャップ、１７・
・・ネジ、１８・・・取付孔、１９・・・台座、２０・
・・サブマウント、２１．２２・・・ソルダー、２３・
・・ファイバーガイド、２４・・・固定材、２５・・・
ブロック、２６・・・ツルター、２１・・・受光素子、
２８・・・ソルダー、２９・・・本体、３０・・・ＸＹ
テーブル、３１・・・昇降機構、３２・・・チャック機
構、３３・・・放電電極、３４・・・ガス噴射管、３５
・・・回転第　　３　　図第　　４　　図グ第　　５　　図第　　６　　□　　　　　第　　７　　同第　　８　　
図

Claims

【特許請求の範囲】１、コアと、このコアを被覆したクラッドとからなる光
ファイバの先端のコア面が球面となった光ファイバであ
って、前記コア先端部は先端に向かうにつれて拡がるロ
ート構造となっていることを特徴とする光ファイバ。２、コアと、このコアを被覆したクラッドとからなる光
ファイバの先端を円錐状に加工する工程と、前記光ファ
イバの先端を加熱してコア先端を球面化する工程と、を
有する光ファイバの加工方法であって、前記光ファイバ
の加熱時、光ファイバの先端よりも内方部分を加熱する
ことによって先端コア部を球面かつロート構造とするこ
とを特徴とする光ファイバ加工方法。３、前記光ファイバを垂直状態で加熱することを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の光ファイバ加工方法。４、光ファイバを保持しかつ移動制御可能な光ファイバ
保持装置と、前記保持装置に保持された光ファイバの先
端部分を加熱する加熱装置と、を有することを特徴とす
る光ファイバ加工装置。５、前記加熱装置は光ファイバの円周に沿って相対的に
廻りながら光ファイバを加熱するように構成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光ファイ
バ加工装置。６、前記光ファイバ保持装置は光ファイバを垂直に保持
することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光フ
ァイバ加工装置。