JPWO2014034726A1 - 光ファイバ結合部材及び光ファイバ結合部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
マルチコアファイバとファイバ束とを結合する際に、結合効率の低下を抑制するマルチコアファイバ結合部材及びその製造方法を提供する。結合部材は、クラッドで覆われた一のコアを複数束ねて構成される第1光導波路に接する一端と、それぞれがクラッドで覆われた複数のコアにより構成される第2光導波路に接する他端と、当該一端および他端との間に充填される所定の媒体とを備える。第1光導波路の各光路から入射された光それぞれはモードフィールド径が変更される。さらにモードフィールド径が変更された光の間隔が変更されて第2光導波路の各コアへ導かれる。
Description
この発明は、光通信等に用いられる光ファイバを結合させる光ファイバ結合部材及びその製造方法に関する。
スマートフォン(smartphone)やタブレット(tablet PC)端末等の普及により、莫大な情報量を有するデータの通信が要求される。それに伴い、光通信の更なる大容量化が望まれる。
従来の光通信は、クラッド内に一つのコアが設けられたシングルコアファイバを用いて行われていた。しかし、一つのシングルコアファイバで通信を行う場合には容量の限界があるため、それを超える容量のデータ通信を行いうる手段が要求される。
このようなデータ通信の手段として、たとえばマルチコアファイバが用いられる。マルチコアファイバは、一つのクラッド内に複数のコアが設けられた光ファイバである(特許文献1、2参照)。マルチコアファイバは複数のコアを有するため、シングルコアファイバに比べ、大容量のデータ通信を行うことが可能となる。
また光通信における一例として、マルチコアファイバを、ファイバ束と光学的に結合させて使用する場合がある。ファイバ束は、シングルコアファイバを複数本束ねることにより構成される。
ここで、マルチコアファイバとシングルコアファイバのファイバ束とを光学的に結合する場合、結合効率の確保、すなわち、結合損失をいかに少なくするかが問題となる。
同じコア数のマルチコアファイバ同士を結合する場合、マルチコアファイバ同士の位置合わせを行うことで、コア同士を確実に結合することができる。この場合は、結合損失が生じ難いため、結合効率を高めることができる。
一方、マルチコアファイバとファイバ束とを結合する場合には、結合効率が低下するという問題がある。たとえば、一般的に、マルチコアファイバの各コアは、ファイバ束の各シングルコアファイバの径より狭い間隔で配列される。従って、ファイバ束とマルチコアファイバとを結合する場合に、そのコア同士を確実に結合することが困難となる。よって、マルチコアファイバとファイバ束との間の結合効率が低下する。
更に、マルチコアファイバとファイバ束とを光学的に結合する際、その間に空気層を介するとフレネル反射等による結合損失が生じる可能性がある。よって、マルチコアファイバとファイバ束との間の結合効率が低下する。
この発明は上記の問題点を解決するものであり、マルチコアファイバとファイバ束とを結合する際に、結合効率の低下を抑制する光ファイバ結合部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1記載の光ファイバ結合部材の一端は、クラッドにより覆われた一のコアを複数束ねて構成された第1光導波路と接する。当該一端に対する他端は、それぞれがクラッドで覆われた複数のコアにより構成される第2光導波路と接する。結合部材の一端と他端の間には所定の媒体が充填される。前記結合部材の一端又は他端から入射した光それぞれは、モードフィールド径が変更される。モードフィールド径が変更された光それぞれの間隔が変更され、前記光の入射側と反対側に位置する前記第1光導波路の各コアまたは第2光導波路の各コアに導かれる。
また、上記課題を解決するために、請求項2記載の光ファイバ結合部材は、請求項1記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系と、第2光学系とを有する。第1光学系は、結合部材の一端又は他端から入射した光それぞれのモードフィールド径を変更する。第2光学系は、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更する。
また、上記課題を解決するために、請求項3記載の光ファイバ結合部材は、請求項2記載の光ファイバ結合部材であって、前記所定の媒体は、屈折率の異なる第1媒体及び第2媒体を含む。第1媒体の中には、第1光学系と第2光学系とが配置される。第1光学系は、第2媒体により構成される複数のレンズがアレイ状に配置されて構成される。第2光学系は、第2媒体により構成される両側テレセントリック光学系を構成するレンズが配置されて構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項4記載の光ファイバ結合部材は、請求項3記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系における複数のレンズを形成する第2媒体の媒質と、第2光学系においてレンズを構成のする第2媒体の媒質とが異なる。
また、上記課題を解決するために、請求項5記載の光ファイバ結合部材は、請求項3または4記載の光ファイバ結合部材であって、第1媒体の屈折率は、第1光導波路におけるコアの屈折率、または第2光導波路のコアの屈折率と等しい。
また、上記課題を解決するために、請求項6記載の光ファイバ結合部材は、請求項2記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系は、所定の媒体として複数の第1GRINレンズを有する。第1GRINレンズは、結合部材の一端または他端から入射された光のモードフィールド径を変更するように屈折率が調整された媒体により構成される。第2光学系は、第2GRINレンズを有する。第2GRINレンズは、所定の媒体としてモードフィールド径が変更された光の間隔を変更するように屈折率が調整された媒体により構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項7記載の光ファイバ結合部材は、請求項6記載の光ファイバ結合部材であって、複数の第1GRINレンズはそれぞれ、光路からの光をコリメートする第1光学部材と、第1光学部材からの光を収束する第2光学部材とを有する。第2GRINレンズは、複数の第2光学部材からの光それぞれをコリメートする第3光学部材と、第3光学部材からの光を収束する第4光学部材とを有する。
また、上記課題を解決するために、請求項8記載の光ファイバ結合部材は、請求項2記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系の媒体として、結合部材の一端又は他端から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更する複数のファイバを有する。第2光学系は、第2GRINレンズを有する。第2GRINレンズは、所定の媒体としてモードフィールド径が変更された光の間隔を変更するように屈折率が調整された媒体により構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項9記載の光ファイバ結合部材は、請求項2〜8のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系及び第2光学系は、接着剤で固定することにより一体に構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項10記載の光ファイバ結合部材は、請求項1〜9のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材であって、嵌合部と被嵌合部とを有する。嵌合部は、第1光導波路及び/または第2光導波路の端面に設けられる。被嵌合部は、結合部材の一端及び/または他端に設けられ、嵌合部と嵌り合う。
また、上記課題を解決するために、請求項11記載の光ファイバ結合部材は、請求項1〜10のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材であって、第1光導波路は、一のコアとしてのシングルコアファイバを束ねたファイバ束である。第2光導波路は、マルチコアファイバである。
また、上記課題を解決するために、請求項12記載の製造方法は、第1基材と、第2基材と、第3基材と、第4基材とを備えた光ファイバ結合部材の製造方法である。第1基材には、第1部材が複数設けられる。第1部材の一端は、複数のシングルコアファイバにより構成されるファイバ束に接する。他端には、当該シングルコアファイバそれぞれに対応する複数の第1凹部が形成される。第2基材には、第2部材が複数設けられる。第2部材の一端には、当該第1凹部に対応する複数の第2凹部が形成される。他端には複数の第2凹部に対応する一の第3凹部が形成される。第3基材には第3部材が複数設けられる。第3部材の一端には、第3凹部に対応する一の第4凹部が形成される。他端には第4凹部に対応する一の第5凹部が形成される。第4基材には、第4部材が複数設けられる。第4部材の一端には、第5凹部に対応する一の第6凹部が形成される。他端はマルチコアファイバと接する。この製造方法は、第1凹部と第2凹部とを対向させた状態で、第1基材と第2基材とを積層する工程を有する。また、この製造方法は、第3凹部と第4凹部とを対向させた状態で、第2基材と第3基材とを積層する工程を有する。また、この製造方法は、第5凹部と第6凹部とを対向させた状態で、第3基材と第4基材とを積層する工程を有する。また、この製造方法は、第1凹部及び第2凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第1レンズ部を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第3凹部及び第4凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第2レンズ部を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第5凹部及び第6凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第3レンズ部を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第1レンズ部、第2レンズ部及び第3レンズ部が作成された後、積層された基材を第1部材〜第4部材により形成される部材毎に切断し、個片化する工程を有する。
また、上記課題を解決するために、請求項2記載の光ファイバ結合部材は、請求項1記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系と、第2光学系とを有する。第1光学系は、結合部材の一端又は他端から入射した光それぞれのモードフィールド径を変更する。第2光学系は、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更する。
また、上記課題を解決するために、請求項3記載の光ファイバ結合部材は、請求項2記載の光ファイバ結合部材であって、前記所定の媒体は、屈折率の異なる第1媒体及び第2媒体を含む。第1媒体の中には、第1光学系と第2光学系とが配置される。第1光学系は、第2媒体により構成される複数のレンズがアレイ状に配置されて構成される。第2光学系は、第2媒体により構成される両側テレセントリック光学系を構成するレンズが配置されて構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項4記載の光ファイバ結合部材は、請求項3記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系における複数のレンズを形成する第2媒体の媒質と、第2光学系においてレンズを構成のする第2媒体の媒質とが異なる。
また、上記課題を解決するために、請求項5記載の光ファイバ結合部材は、請求項3または4記載の光ファイバ結合部材であって、第1媒体の屈折率は、第1光導波路におけるコアの屈折率、または第2光導波路のコアの屈折率と等しい。
また、上記課題を解決するために、請求項6記載の光ファイバ結合部材は、請求項2記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系は、所定の媒体として複数の第1GRINレンズを有する。第1GRINレンズは、結合部材の一端または他端から入射された光のモードフィールド径を変更するように屈折率が調整された媒体により構成される。第2光学系は、第2GRINレンズを有する。第2GRINレンズは、所定の媒体としてモードフィールド径が変更された光の間隔を変更するように屈折率が調整された媒体により構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項7記載の光ファイバ結合部材は、請求項6記載の光ファイバ結合部材であって、複数の第1GRINレンズはそれぞれ、光路からの光をコリメートする第1光学部材と、第1光学部材からの光を収束する第2光学部材とを有する。第2GRINレンズは、複数の第2光学部材からの光それぞれをコリメートする第3光学部材と、第3光学部材からの光を収束する第4光学部材とを有する。
また、上記課題を解決するために、請求項8記載の光ファイバ結合部材は、請求項2記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系の媒体として、結合部材の一端又は他端から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更する複数のファイバを有する。第2光学系は、第2GRINレンズを有する。第2GRINレンズは、所定の媒体としてモードフィールド径が変更された光の間隔を変更するように屈折率が調整された媒体により構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項9記載の光ファイバ結合部材は、請求項2〜8のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材であって、第1光学系及び第2光学系は、接着剤で固定することにより一体に構成される。
また、上記課題を解決するために、請求項10記載の光ファイバ結合部材は、請求項1〜9のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材であって、嵌合部と被嵌合部とを有する。嵌合部は、第1光導波路及び/または第2光導波路の端面に設けられる。被嵌合部は、結合部材の一端及び/または他端に設けられ、嵌合部と嵌り合う。
また、上記課題を解決するために、請求項11記載の光ファイバ結合部材は、請求項1〜10のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材であって、第1光導波路は、一のコアとしてのシングルコアファイバを束ねたファイバ束である。第2光導波路は、マルチコアファイバである。
また、上記課題を解決するために、請求項12記載の製造方法は、第1基材と、第2基材と、第3基材と、第4基材とを備えた光ファイバ結合部材の製造方法である。第1基材には、第1部材が複数設けられる。第1部材の一端は、複数のシングルコアファイバにより構成されるファイバ束に接する。他端には、当該シングルコアファイバそれぞれに対応する複数の第1凹部が形成される。第2基材には、第2部材が複数設けられる。第2部材の一端には、当該第1凹部に対応する複数の第2凹部が形成される。他端には複数の第2凹部に対応する一の第3凹部が形成される。第3基材には第3部材が複数設けられる。第3部材の一端には、第3凹部に対応する一の第4凹部が形成される。他端には第4凹部に対応する一の第5凹部が形成される。第4基材には、第4部材が複数設けられる。第4部材の一端には、第5凹部に対応する一の第6凹部が形成される。他端はマルチコアファイバと接する。この製造方法は、第1凹部と第2凹部とを対向させた状態で、第1基材と第2基材とを積層する工程を有する。また、この製造方法は、第3凹部と第4凹部とを対向させた状態で、第2基材と第3基材とを積層する工程を有する。また、この製造方法は、第5凹部と第6凹部とを対向させた状態で、第3基材と第4基材とを積層する工程を有する。また、この製造方法は、第1凹部及び第2凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第1レンズ部を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第3凹部及び第4凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第2レンズ部を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第5凹部及び第6凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第3レンズ部を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第1レンズ部、第2レンズ部及び第3レンズ部が作成された後、積層された基材を第1部材〜第4部材により形成される部材毎に切断し、個片化する工程を有する。
所定の媒体で充填された光ファイバ結合部材は、第1光導波路と接する一端または第2光導波路と接する他端から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更する。さらに、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更して、入射側と反対側に位置する第1光導波路の各コアまたは第2光導波路の各コアに導く。従って、第1光導波路と第2光導波路の間に空気層を介することが無い。よって、マルチコアファイバとファイバ束とを結合する際に、結合効率の低下を抑制することができる。
[マルチコアファイバの構成]
図1を参照して、マルチコアファイバ1の構成について説明する。マルチコアファイバ1は、一般に可撓性を有する長尺の円柱部材である。図1は、マルチコアファイバ1の斜視図である。図1では、マルチコアファイバ1の先端部分のみを示す。
図1を参照して、マルチコアファイバ1の構成について説明する。マルチコアファイバ1は、一般に可撓性を有する長尺の円柱部材である。図1は、マルチコアファイバ1の斜視図である。図1では、マルチコアファイバ1の先端部分のみを示す。
マルチコアファイバ1は、たとえば石英ガラスやプラスチック等、光の透過性が高い材料により形成される。マルチコアファイバ1は、複数のコアCk(k=1〜n)と、クラッド2を含んで構成される。
コアCkは、光源(図示なし)からの光を伝送する伝送路(光路)である。コアCkはそれぞれ端面Ek(k=1〜n)を有する。端面Ekからは、光源で発せられた光が出射される。クラッド2よりも屈折率を高めるために、コアCkは、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム(GeO2)が添加された材料により構成される。なお、図1に示す一例においてはマルチコアファイバ1として7つのコアC1〜C7が示されるが、本実施形態はこの構成に限られず、コアCkの数は少なくとも2つ以上であればよい。
クラッド2は、複数のコアCkを覆うことにより、光源からの光をコアCk内に閉じ込める。コアCkの端面Ek及びクラッド2の端面2aは同一面(マルチコアファイバ1の端面1b)を形成する。またクラッド2の材料の屈折率は、コアCkの材料の屈折率よりも低い。たとえば、コアCkの材料が石英ガラスと酸化ゲルマニウムにより構成される場合、クラッド2の材料はたとえば石英ガラスである。このように、コアCkの屈折率をクラッド2の屈折率よりも高くすることで、光源からの光がコアCkとクラッド2の境界面で全反射する。その結果、コアCk内に光が伝送される。
<第1実施形態>
次に、図2〜図4Hを参照して、第1実施形態に係る結合部材20の構成及び製造方法を説明する。結合部材20は、第1光導波路と、第2光導波路との間に配置される。第1光導波路は、クラッドにより覆われた一のコア(光路)を複数束ねて構成される。第2光導波路は、それぞれがクラッドにより覆われた複数のコアにより構成される。結合部材20は、第1光導波路と第2光導波路とを光学的に結合する。本実施形態における結合部材20は、第1光導波路としてのファイバ束10と、第2光導波路としてのマルチコアファイバ1とを結合する。図2は、結合部材20、ファイバ束10及びマルチコアファイバ1の軸方向の断面を示す概念図である。
次に、図2〜図4Hを参照して、第1実施形態に係る結合部材20の構成及び製造方法を説明する。結合部材20は、第1光導波路と、第2光導波路との間に配置される。第1光導波路は、クラッドにより覆われた一のコア(光路)を複数束ねて構成される。第2光導波路は、それぞれがクラッドにより覆われた複数のコアにより構成される。結合部材20は、第1光導波路と第2光導波路とを光学的に結合する。本実施形態における結合部材20は、第1光導波路としてのファイバ束10と、第2光導波路としてのマルチコアファイバ1とを結合する。図2は、結合部材20、ファイバ束10及びマルチコアファイバ1の軸方向の断面を示す概念図である。
[ファイバ束の構成]
ファイバ束10は、複数のシングルコアファイバ100を含んで構成される。ファイバ束10は、結合部材20により結合される対象のマルチコアファイバ1のコア数に応じたシングルコアファイバ100を有する。図1の例においてマルチコアファイバ1は、7コアであり、ファイバ束10はそのコア数と等しくなるように7本のシングルコアファイバ100が束ねられて構成される。なお、図2では3本のシングルコアファイバ100のみを示す。シングルコアファイバ100は、クラッド101の内部にコアCを含んで構成される。コアCは、光源からの光を伝送する伝送路である。コアCの端面Caから出射された光は、結合部材20の一端に入射する。シングルコアファイバ100は、「クラッドにより覆われた一のコア」の一例に相当する。
ファイバ束10は、複数のシングルコアファイバ100を含んで構成される。ファイバ束10は、結合部材20により結合される対象のマルチコアファイバ1のコア数に応じたシングルコアファイバ100を有する。図1の例においてマルチコアファイバ1は、7コアであり、ファイバ束10はそのコア数と等しくなるように7本のシングルコアファイバ100が束ねられて構成される。なお、図2では3本のシングルコアファイバ100のみを示す。シングルコアファイバ100は、クラッド101の内部にコアCを含んで構成される。コアCは、光源からの光を伝送する伝送路である。コアCの端面Caから出射された光は、結合部材20の一端に入射する。シングルコアファイバ100は、「クラッドにより覆われた一のコア」の一例に相当する。
[結合部材の構成]
本実施形態に係る結合部材20は、ファイバ束10と接する一端と、マルチコアファイバ1と接する他端とを有する。結合部材20には、所定の媒体が充填される。所定の媒体は、空気以外の媒体であり、たとえば、石英ガラス、BK7、UV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。ファイバ束10およびマルチコアファイバ1は、それぞれ結合部材20に対し、対向する端面が接着剤等により固定される。すなわち、結合部材20の一端は、ファイバ束10の端面と固定され、他端は、マルチコアファイバ1の端面と固定される。接着剤は、コアC(コアCk)の屈折率と同程度の屈折率を有する。
本実施形態に係る結合部材20は、ファイバ束10と接する一端と、マルチコアファイバ1と接する他端とを有する。結合部材20には、所定の媒体が充填される。所定の媒体は、空気以外の媒体であり、たとえば、石英ガラス、BK7、UV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。ファイバ束10およびマルチコアファイバ1は、それぞれ結合部材20に対し、対向する端面が接着剤等により固定される。すなわち、結合部材20の一端は、ファイバ束10の端面と固定され、他端は、マルチコアファイバ1の端面と固定される。接着剤は、コアC(コアCk)の屈折率と同程度の屈折率を有する。
また、結合部材20は、ファイバ束10の各光路(シングルコアファイバ100)からの光それぞれのモードフィールド径を変更する。モードフィールド径が変更された光は、さらに結合部材20によりその間隔が変更されてマルチコアファイバ1の各コア(コアCk)に導かれる。なお、モードフィールド径とは、ある対象から実際に出射される光の直径をいう。たとえば、シングルコアファイバ100のコアC内を通過する光は、コアC周辺のクラッド101側にもわずかに漏れる。よって、シングルコアファイバ100から出射される光は、コアCからだけでなく、コアC周辺のクラッド101からも出射される。すなわち、シングルコアファイバ100から出射される光の径は、コアCの径よりも大きくなる。この「シングルコアファイバ100から出射される光の径」は、モードフィールド径の一例である。
本実施形態における結合部材20は、第1光学系21と、第2光学系22とを含んで構成される。シングルコアファイバ100から入射される光は、第1光学系21により、それぞれのモードフィールド径が変更されて第2光学系22に導かれる。第1光学系21から入射される光の間隔は、第2光学系22によりマルチコアファイバ1のコアCkの間隔に合わせて変更される。なお、第1光学系21及び第2光学系22のレンズ部分を構成する媒体A2とそれ以外の部分を構成する媒体A1とは屈折率が異なる。媒体A1は、「第1媒体」の一例に相当する。媒体A2は、「第2媒体」の一例に相当する。また、本実施形態における第1光学系21及び第2光学系22は、媒体A1を介して一体に構成される。すなわち、第1光学系21及び第2光学系22は連続的に形成される。
媒体A1の屈折率は、シングルコアファイバ100のコアCの屈折率またはマルチコアファイバ1のコアCkの屈折率と等しいことが望ましい。たとえば、マルチコアファイバ1のコアCkが、石英ガラスに酸化ゲルマニウム(GeO2)を添加した材料により構成される場合、媒体A1も同じ材料が用いられる。或いは、媒体A1は、コアCkと屈折率が同程度になる別の材料により構成されてもよい。媒体A1とコアとを同じ屈折率にすることにより、媒体A1中での光損失を抑制することができる。すなわち、光の結合効率の低下を抑制することができる。また、媒体A1の屈折率と、コアC(またはコアCk)の屈折率との差は、2%以内であることが望ましい。屈折率の差が2%以内の場合、結合部材20とシングルコアファイバ100(またはマルチコアファイバ1)との境界面での反射が40dB程度となり、光伝送における光損失を少なくすることが可能である。
本実施形態における第1光学系21は、ファイバ束10の各シングルコアファイバ100から入社した光それぞれのモードフィールド径を拡大する。このような第1光学系21として、たとえばアレイ状に配置された複数の凸レンズ部21aが含まれる。複数の凸レンズ部21aは、媒体A2により構成され、媒体A1の中に配置される。複数の凸レンズ部21aは、ファイバ束10から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更するため、ファイバ束10に含まれるシングルコアファイバ100と等しい数だけ設けられる。本実施形態において、凸レンズ部21aは7個設けられる。第1光学系21(凸レンズ部21a)は、ファイバ束10の各端面Caから出射された光の主光線Prそれぞれが、対応する凸レンズ部21aの面に対して垂直に入射する位置に配置される。すなわち、凸レンズ部21aは、各コアCと同じ光軸上に配置される。凸レンズ部21aは、コアCのモードフィールド径より大きな径を有し、コアCからの光を集光する。本実施形態における複数の凸レンズ部21aは、「複数のレンズ」の一例である。
本実施形態における第2光学系22は、第1光学系21によりモードフィールド径が拡大された複数の光の間隔を狭めてマルチコアファイバ1のコアC1〜コアC7に導く縮小光学系である。第2光学系22は、2枚の凸レンズ部(凸レンズ部22a、凸レンズ部22b)を含む両側テレセントリック光学系により構成される。凸レンズ部22a及び凸レンズ部22bは、媒体A2により構成され、媒体A1の中に配置される。複数の凸レンズ部21aから入射された光の間隔を変更するため、凸レンズ部22a及び凸レンズ部22bは一組だけ設けられる。第2光学系22は、第1光学系21から入射された主光線Prそれぞれが、対応するマルチコアファイバ1の各コアCkの端面Ekに対して垂直に入射する位置に配置される。なお、第1光学系21において複数の凸レンズ部21aを構成する媒体A2の媒質と、第2光学系22において凸レンズ部(凸レンズ部22a、凸レンズ部22b)を構成する媒体A2の媒質とは、異なってもよい。
ここで、光の結合損失を抑えるためには、シングルコアファイバ100(コアC)から入射された光のモードフィールド径と、マルチコアファイバ1の各コアCkに入射する光のモードフィールド径とが等しくなることが望ましい。一方、第2光学系22(凸レンズ部22a、凸レンズ部22b)は、光の間隔を狭める光学系である。つまり、凸レンズ部22a及び凸レンズ部22bを透過した光それぞれのモードフィールド径は縮小される。従って、第1光学系21は、第2光学系22によりモードフィールド径が縮小される倍率、すなわち、コアCkのモードフィールド径と合うように縮小する倍率を考慮した拡大光学系であることが望ましい。
[光の進み方について]
次に、図2を参照して、本実施形態の結合部材20を透過する光の進み方について説明する。本実施形態では、ファイバ束10から光が出射する構成について説明する。
次に、図2を参照して、本実施形態の結合部材20を透過する光の進み方について説明する。本実施形態では、ファイバ束10から光が出射する構成について説明する。
まず、複数のシングルコアファイバ100内それぞれに設けられたコアCの端面Caから光が出射される。各端面Caから出射された光それぞれは、媒体A1内を拡散しながら、所定のモードフィールド径で凸レンズ部21aに入射する。上述の通り、本実施形態では、端面Caから出射されたそれぞれの光の主光線Prは、凸レンズ部21aに対して垂直に入射される。凸レンズ部21aを透過した光それぞれは、モードフィールド径が拡大された状態で結像点IPにおいて結像する。
凸レンズ部21aを透過した光それぞれは、結像点IPを二次光源として媒体A1内を拡散しながら凸レンズ部22aに入射する。
凸レンズ部22a及び凸レンズ部22bは両側テレセントリックな光学系として構成される。従って、凸レンズ部22aに垂直に入射した光の主光線Prそれぞれは、コリメートされた状態で媒体A1内を通過し、凸レンズ部22bに入射する。光の主光線Prそれぞれは、互いの間隔が狭められた状態で凸レンズ部22bから垂直に出射される。さらに出射された光の主光線Prそれぞれは、媒体A1内を通過してマルチコアファイバ1の複数のコアCkに対し垂直に入射する。このように、シングルコアファイバ100とマルチコアファイバ1との間の整合を取るために、モードフィールド径や光(主光線Pr)の間隔を変更しても、光が媒体A1及び媒体A2内を通過する場合、空気層による反射等が起きない。よって、本実施形態の結合部材20の構成によれば、結合効率の低下を抑制できる。
なお、上述の結合部材20の構成によれば、マルチコアファイバ1(複数のコアCk)から出射される光それぞれを、ファイバ束10におけるシングルコアファイバ100それぞれに導くことも可能である。すなわち、結合部材20は、第2光導波路(マルチコアファイバ1)の各コアからの光の間隔を変更し、且つ間隔が変更された光それぞれのモードフィールド径を変更して第1光導波路(ファイバ束10)の各光路(シングルコアファイバ100)へ導く。
この場合、第2光学系22は、マルチコアファイバ1から出射される複数の光の間隔を拡大する。第1光学系21は、第2光学系22からの光それぞれのモードフィールド径を縮小させる。モードフィールド径が縮小された光(主光線Pr)それぞれは、対応するコアCの端面Caに垂直に入射する。
また、第1光学系21と第2光学系22とを別体で作成し、それらを組み合わせることで結合部材20を構成することも可能である。具体的には、第1光学系21及び第2光学系22それぞれを媒体A1及び媒体A2により作成する。そして、第1光学系21の端面及び第2光学系22の端面を接着剤で固定することにより、一体の結合部材20を構成する。この場合の接着剤は、媒体A1(媒体A2)の屈折率と同程度の屈折率を有する。
[結合部材の製造方法]
次に、図3〜図4Hを参照して本実施形態の結合部材20の製造方法について説明する。図3は、結合部材20の製造方法を示すフローチャートである。図4Aは、第1基材200aの斜視図である。図4Aでは、第1基材200aの一部のみを示す。図4Bは、第1基材200a及び第2基材200bの断面を示す概略図である。図4Bでは、第1基材200a及び第2基材200bの一部のみを示す。図4Cは、第1基材200a、第2基材200b及び第3基材200cの断面を示す概略図である。図4Cでは、第1基材200a、第2基材200b及び第3基材200cの一部のみを示す。図4D〜図4Gは、第1基材200a、第2基材200b、第3基材200c及び第4基材200dの断面を示す概略図である。図4D〜図4Gでは、第1基材200a、第2基材200b、第3基材200c及び第4基材200dの一部のみを示す。図4Hは、積層された第1基材200a〜第4基材200dの斜視図である。図4Hでは、第1基材200a〜第4基材200dの一部のみを示す。なお、第1基材200a〜第4基材200dは、媒体A1で構成されるものとする。
次に、図3〜図4Hを参照して本実施形態の結合部材20の製造方法について説明する。図3は、結合部材20の製造方法を示すフローチャートである。図4Aは、第1基材200aの斜視図である。図4Aでは、第1基材200aの一部のみを示す。図4Bは、第1基材200a及び第2基材200bの断面を示す概略図である。図4Bでは、第1基材200a及び第2基材200bの一部のみを示す。図4Cは、第1基材200a、第2基材200b及び第3基材200cの断面を示す概略図である。図4Cでは、第1基材200a、第2基材200b及び第3基材200cの一部のみを示す。図4D〜図4Gは、第1基材200a、第2基材200b、第3基材200c及び第4基材200dの断面を示す概略図である。図4D〜図4Gでは、第1基材200a、第2基材200b、第3基材200c及び第4基材200dの一部のみを示す。図4Hは、積層された第1基材200a〜第4基材200dの斜視図である。図4Hでは、第1基材200a〜第4基材200dの一部のみを示す。なお、第1基材200a〜第4基材200dは、媒体A1で構成されるものとする。
図4Aに示すように、第1基材200aには、一端E1及び他端E2を有する第1部材m1が複数設けられる。一端E1は、ファイバ束10と接する。他端E2には、複数のシングルコアファイバ100それぞれに対応する複数の第1凹部D1が形成される。
図4Bに示すように、第2基材200bには、一端E3及び他端E4を有する第2部材m2が複数設けられる。一端E3には、複数の第1凹部D1に対応する複数の第2凹部D2が形成される。他端E4には、複数の第2凹部D2に対応する一の第3凹部D3が形成される。
図4Cに示すように、第3基材200cには、一端E5及び他端E6を有する第3部材m3が複数設けられる。一端E5には、第3凹部D3に対応する一の第4凹部D4が形成される。他端E6には、第4凹部D4に対応する一の第5凹部D5が形成される。
図4Dに示すように、第4基材200dには、一端E7及び他端E8を有する第4部材m4が複数設けられる。一端E7には、第5凹部D5に対応する一の第6凹部D6が形成される。他端E8は、マルチコアファイバ1と接する。
第1基材200a〜第4基材200dの製造方法は、たとえば、国際公開第2010/032511号に記載の方法を応用することが可能である。第1基材200aを例に述べると、媒体A1により構成される本体部B1(図4A参照)の表面に媒体A1と同様の樹脂からなる樹脂部B2(図4A参照)を形成する。そして、マスター型(図示なし)を用いて樹脂部B2に第1凹部D1を形成する。或いは、第1基材200a〜第4基材200dの製造方法として、ガラスナノインプリント技術を応用してもよい。すなわち、媒体A1により構成された本体部B1に直接、第1凹部D1を形成してもよい。
ここで、本実施形態における結合部材20の製造方法について述べる。まず、製造装置(図示なし)は、第1基材200aと第2基材200bとを積層する(S10。図4B参照)。具体的に、製造装置は、第1基材200aにおける複数の第1凹部D1と、第2基材200bにおける複数の第2凹部D2とを対向させる。さらに製造装置はその状態で、第1基材200aと第2基材200bとを積層する(図4B参照)。第1凹部D1及び第2凹部D2により、第1基材200aと第2基材200bとの間には複数の空間(隙間)が形成される。
製造装置は、第2基材200bと第3基材200cとを積層する(S11)。具体的に、製造装置は、S10で作成されたユニットにおける第2基材200bの他端E4に形成された第3凹部D3と、第3基材200cの一端E5に形成された第4凹部D4とを対向させる。さらに製造装置はその状態で、第2基材200bと第3基材200cとを積層する(図4C参照)。第3凹部D3及び第4凹部D4により、第2基材200bと第3基材200cとの間には空間(隙間)が形成される。
製造装置は、第3基材200cと第4基材200dとを積層する(S12)。具体的に、製造装置は、S11で作成されたユニットにおける第3基材200cの他端E6に形成された第5凹部D5と、第4基材200dの一端E7に形成された第6凹部D6とを対向させる。さらに製造装置はその状態で、第3基材200cと第4基材200dとを積層する(図4D参照)。第5凹部D5及び第6凹部D6により、第3基材200cと第4基材200dとの間には空間(隙間)が形成される。なお、各基材は、積層した状態で接着される。この接着時の位置調整は、たとえば、各基材に設けられたアライメントマークにより行うことが可能である。
製造装置は、第1凹部D1及び第2凹部D2により形成される空間にノズルNを介して樹脂を注入し、第1レンズ部R1を作成する(S13。図4E参照)。本実施形態において注入される樹脂は、媒体A2である。各部材における第1レンズ部R1は、複数の凸レンズ部21aにより構成される。
製造装置は、第3凹部D3及び第4凹部D4により形成される空間にノズルNを介して樹脂を注入し、第2レンズ部R2を作成する(S14。図4F参照)。本実施形態において注入される樹脂は、媒体A2である。各部材における第2レンズ部R2は、一の凸レンズ部22aにより構成される。
製造装置は、第5凹部D5及び第6凹部D6により形成される空間にノズルNを介して樹脂を注入し、第3レンズ部R3を作成する(S15。図4G参照)。本実施形態において注入される樹脂は、媒体A2である。各部材における第3レンズ部R3は、一の凸レンズ部22bにより構成される。その後、S15までで作成されたユニットに対して一括で製造誤差等を確認するための検査が行われる。
そして製造装置は、S15の後、積層された基材を部材M毎に切断し、個片化する(S16;図4H参照)。なお、図4Hにおける破線は、切断する部分を示すラインLに対応する。詳細に説明すると、製造装置は、第1レンズ部R1、第2レンズ部R2及び第3レンズ部R3が作成された後、第1基材200a〜第4基材200dを第1部材m1〜第4部材m4により構成される部材M毎に切断する。個片化された各ユニットは、それぞれ個別に検査される。この個片化された一のユニット(部材M)が、一の結合部材20に対応する。
なお、S13〜S15における樹脂の注入(樹脂の充填)方法として、様々な方法を採用することが可能である。たとえば、国際公開第2011−055655号に記載された技術を応用することが可能である。また、たとえば、図4Eに示す積層された基材(第1基材200a〜第4基材200d)を90度回転させた状態で、第1凹部D1及び第2凹部D2により形成される空間の下側にノズルNを配置する。そして、ノズルNが空間の下方から上方に向けて樹脂を注入する。この工程により、空間内の空気を抜きながら樹脂を充填できる。よって、空気溜まりなく樹脂を充填できる。または、樹脂を注入する側と反対側に減圧手段を設け、空間内を減圧しながら樹脂を注入してもよい。この工程により、空気溜まりなく樹脂を充填することが可能である。
また、ノズルNを介して空間に注入される媒体は樹脂に限られない。たとえば、各基材よりも軟化点が低く、且つ粘度が低いガラス等を樹脂の代わりに用いてもよい。なお、「粘度が低い」とは、空間に充填できる程度の粘度を示す。
また、結合部材20の製造方法は上記例に限られない。たとえば、製造装置は、第1基材200a及び第2基材200bを積層する(S10)。その後、製造装置はノズルNを介して樹脂を注入する(S13)。次に、製造装置は、第2基材200b及び第3基材200cを積層する。(S11)。その後、製造装置はノズルNを介して樹脂を注入する(S14)。最後に、製造装置は、第3基材200c及び第4基材200dを積層する(S12)。その後、製造装置はノズルNを介して樹脂を注入する(S15)。すなわち、製造装置は、各基材を積層する度に空間に樹脂(媒体A2)を注入する工程を経ることにより結合部材20を製造することも可能である。
[作用・効果]
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態に係る結合部材20の一端は、クラッドで覆われた一のコア(シングルコアファイバ100)を複数束ねて構成された第1光導波路(ファイバ束10)に接する。結合部材20の他端は、それぞれがクラッドで覆われた複数のコアにより構成された第2光導波路(マルチコアファイバ1)に接する。結合部材の一端と他端の間には所定の媒体が充填される。結合部材20の一端又は他端から入射した光それぞれは、モードフィールド径が変更される。またモードフィールド径が変更された光の間隔が変更される。この光は、結合部材20に対する光の入射側と反対側に位置するマルチコアファイバ1のコアCkまたはファイバ束10におけるシングルコアファイバ100に導かれる。
以上のような構成によれば、ファイバ束10とマルチコアファイバ1との間に空気層を介することを回避可能である。よって、ファイバ束10とマルチコアファイバ1とを結合する際に、結合効率の低下を抑制することができる。
具体的には、結合部材20は、第1光学系21と、第2光学系22とを有する。たとえば第1光学系21は、シングルコアファイバ100から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更する。第2光学系22は、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更する。
また、媒体は、屈折率の異なる第1媒体(媒体A1)及び第2媒体(媒体A2)を含む。第1光学系21は、第1媒体中に第2媒体により構成される複数のレンズ(凸レンズ部21a)がアレイ状に配置されて構成される。第2光学系22では、第1媒体中に第2媒体により構成される両側テレセントリック光学系を構成するレンズ(凸レンズ部22a、凸レンズ部22b)が配置される。
このように、媒体A1及び媒体A2で充填された結合部材20は、凸レンズ部21aによりたとえばシングルコアファイバ100から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更する。さらに結合部材20は両側テレセントリックな光学系(凸レンズ部22a、凸レンズ部22b)によりモードフィールド径が変更された光の間隔を変更してマルチコアファイバ1のコアCkへ導く。従って、ファイバ束10とマルチコアファイバ1との間に空気層を介する状況を回避可能である。よって、ファイバ束10とマルチコアファイバ1とを結合する際に、結合効率の低下を抑制することができる。また、このように媒体で一体的に作成する結合部材20の、小型化を図ることが可能である。
また、本実施形態に係る結合部材20において、第1媒体(媒体A1)の屈折率は、シングルコアファイバ100のコアCの屈折率またはマルチコアファイバ1のコアCkの屈折率と等しいか若しくは実質的に同等である。第1媒体とコアC(コアCk)との屈折率の差は、光損失を抑えるために2%以内であることが望ましい。
このように、光を伝送するコア(コアCまたはコアCk)と同じ材料で媒体A1を構成することにより、コアからの光は、光量を保ったまま凸レンズ部21a等に入射する。すなわち、本実施形態の結合部材20によれば、光の結合効率の低下を更に抑制することが可能となる。
また、本実施形態に係る製造方法は、結合部材20を製造することができる。この製造方法は、第1基材200aと第2基材200bとを積層する工程を有する。
第1基材200aには、一端E1及び他端E2を有する第1部材m1が複数設けられる。一端E1は、ファイバ束10と接する。他端E2には、複数のシングルコアファイバ100それぞれに対応する複数の第1凹部D1が形成される。
第2基材200bには、一端E3及び他端E4を有する第2部材m2が複数設けられる。一端E3には、複数の第1凹部D1に対応する複数の第2凹部D2が形成される。他端E4には、複数の第2凹部D2に対応する一の第3凹部D3が形成される。この積層工程では、第1凹部D1と第2凹部D2とを対向させた状態で、第1基材200aと第2基材200bとが積層される。
また、この製造方法は、第2基材200bと第3基材200cとを積層する工程を有する。第3基材200cには、一端E5及び他端E6を有する第3部材m3が複数設けられる。一端E5には、第3凹部D3に対応する一の第4凹部D4が形成される。他端E6には、第4凹部D4に対応する一の第5凹部D5が形成される。この積層工程では、第3凹部D3と第4凹部D4とを対向させた状態で、第2基材200bと第3基材200cとが積層される。
また、この製造方法は、第3基材200cと第4基材200dとを積層する工程を有する。第4基材200dには、一端E7及び他端E8を有する第4部材m4が複数設けられる。一端E7には、第5凹部D5に対応する一の第6凹部D6が形成される。他端E8は、第5凹部D5と第6凹部D6とを対向させた状態で、マルチコアファイバ1と接する。
また、この製造方法は、第1凹部D1及び第2凹部D2により形成される空間に樹脂を注入することにより、第1レンズ部R1を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第3凹部D3及び第4凹部D4により形成される空間に樹脂を注入することにより、第2レンズ部R2を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第5凹部D5及び第6凹部D6により形成される空間に樹脂を注入することにより、第3レンズ部R3を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第1レンズ部R1、第2レンズ部R2及び第3レンズ部R3が作成された後、積層された基材を第1部材m1〜第4部材m4により構成される部材M毎に切断し、個片化する工程を有する。
第1基材200aには、一端E1及び他端E2を有する第1部材m1が複数設けられる。一端E1は、ファイバ束10と接する。他端E2には、複数のシングルコアファイバ100それぞれに対応する複数の第1凹部D1が形成される。
第2基材200bには、一端E3及び他端E4を有する第2部材m2が複数設けられる。一端E3には、複数の第1凹部D1に対応する複数の第2凹部D2が形成される。他端E4には、複数の第2凹部D2に対応する一の第3凹部D3が形成される。この積層工程では、第1凹部D1と第2凹部D2とを対向させた状態で、第1基材200aと第2基材200bとが積層される。
また、この製造方法は、第2基材200bと第3基材200cとを積層する工程を有する。第3基材200cには、一端E5及び他端E6を有する第3部材m3が複数設けられる。一端E5には、第3凹部D3に対応する一の第4凹部D4が形成される。他端E6には、第4凹部D4に対応する一の第5凹部D5が形成される。この積層工程では、第3凹部D3と第4凹部D4とを対向させた状態で、第2基材200bと第3基材200cとが積層される。
また、この製造方法は、第3基材200cと第4基材200dとを積層する工程を有する。第4基材200dには、一端E7及び他端E8を有する第4部材m4が複数設けられる。一端E7には、第5凹部D5に対応する一の第6凹部D6が形成される。他端E8は、第5凹部D5と第6凹部D6とを対向させた状態で、マルチコアファイバ1と接する。
また、この製造方法は、第1凹部D1及び第2凹部D2により形成される空間に樹脂を注入することにより、第1レンズ部R1を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第3凹部D3及び第4凹部D4により形成される空間に樹脂を注入することにより、第2レンズ部R2を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第5凹部D5及び第6凹部D6により形成される空間に樹脂を注入することにより、第3レンズ部R3を作成する工程を有する。また、この製造方法は、第1レンズ部R1、第2レンズ部R2及び第3レンズ部R3が作成された後、積層された基材を第1部材m1〜第4部材m4により構成される部材M毎に切断し、個片化する工程を有する。
このような製造方法を用いることにより、複数の結合部材20を一度に且つ容易に製造することができる。また、各レンズ部はレンズ径が小さく、また非常に薄いためレンズ単体としての成形は困難である。しかし、このような製造方法を用いることにより、レンズ部を容易に形成することができる。すなわち、小型の結合部材20を容易に製造することができる。
<第2実施形態>
次に、図5を参照して、第2実施形態に係る結合部材20の構成について説明する。図5は、結合部材20、ファイバ束10及びマルチコアファイバ1の軸方向の断面を示す概念図である。本実施形態では、結合部材20を構成する第1光学系21及び第2光学系22としてGRINレンズを使用する例を述べる。なお、第1実施形態と同様の構成等については詳細な説明を省略する。
次に、図5を参照して、第2実施形態に係る結合部材20の構成について説明する。図5は、結合部材20、ファイバ束10及びマルチコアファイバ1の軸方向の断面を示す概念図である。本実施形態では、結合部材20を構成する第1光学系21及び第2光学系22としてGRINレンズを使用する例を述べる。なお、第1実施形態と同様の構成等については詳細な説明を省略する。
[結合部材の構成]
本実施形態における結合部材20は、GRINレンズを有する。GRINレンズとは、レンズを構成する媒体をイオン交換処理することにより、レンズ内の屈折率分布を調整し、拡散する光を曲げて光を集める屈折率分布型のレンズである。つまりGRINレンズは、イオン交換の処理方法により屈折率分布を調整することができる。GRINレンズとしては、たとえば、セルフォックレンズ(「セルフォック」は登録商標)を用いることができる。
本実施形態における結合部材20は、GRINレンズを有する。GRINレンズとは、レンズを構成する媒体をイオン交換処理することにより、レンズ内の屈折率分布を調整し、拡散する光を曲げて光を集める屈折率分布型のレンズである。つまりGRINレンズは、イオン交換の処理方法により屈折率分布を調整することができる。GRINレンズとしては、たとえば、セルフォックレンズ(「セルフォック」は登録商標)を用いることができる。
第1光学系21はGRINレンズSL1を有する。GRINレンズSL1は、ファイバ束10(複数のシングルコアファイバ100)から入射された光のモードフィールド径を変更するよう屈折率が調整された媒体により構成される。本実施形態において、GRINレンズSL1は、ファイバ束10を構成するシングルコアファイバ100の数に対応し、複数設けられる。GRINレンズSL1は、「第1GRINレンズ」の一例である。
また、本実施形態における複数のGRINレンズSL1それぞれは、第1光学部材SL1a及び第2光学部材SL1bを有する。第1光学部材SL1aは、一端がファイバ束10と接する。また、シングルコアファイバ100から入射して拡散する光をコリメートするように、第1光学部材SL1aの屈折率分布が調整される。第2光学部材SL1bは、一端が第1光学部材SL1aの他端と接する。また、第1光学部材SL1aでコリメートされた光を収束するように、第2光学部材SL1bの屈折率分布が調整される。第2光学部材SL1bで収束された光(結像点IPにおける光)のモードフィールド径は、シングルコアファイバ100からの光のモードフィールド径に比べ拡大される。第1光学部材SL1a及び第2光学部材SL1bは、接着剤等により固定されることで一体のGRINレンズSL1を構成する。接着剤は、媒体の屈折率と同程度の屈折率を有する。
第2光学系22はGRINレンズSL2を有する。GRINレンズSL2は、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更するよう屈折率が調整された媒体により構成される。本実施形態において、GRINレンズSL2は、複数のGRINレンズSL1からの光が入射するよう一つだけ設けられる。GRINレンズSL2は、「第2GRINレンズ」の一例である。
また、本実施形態におけるGRINレンズSL2は、第3光学部材SL2a及び第4光学部材SL2bを有する。第3光学部材SL2aは、一端が第2光学部材SL1bの他端と接する。また、複数の第2光学部材SL1bからの光それぞれをコリメートするように、第3光学部材SL2aの屈折率分布が調整される。第4光学部材SL2bの一端は、第3光学部材SL2aの他端と接する。また、第4光学部材SL2bの他端は、マルチコアファイバ1と接する。また、第3光学部材SL2aからの光を収束するように、第4光学部材SL2bの屈折率分布が調整される。第4光学部材SL2bで収束された光は、対応するマルチコアファイバ1の各コアCkに入射する。第3光学部材SL2a及び第4光学部材SL2bは、接着剤等により固定されることで一体のGRINレンズSL2を構成する。そして、第2光学部材SL1b及び第3光学部材SL2aが接着剤等により固定されることで、結合部材20は一体に構成される。
第1実施形態で述べたように、光の結合損失を抑えるためには、シングルコアファイバ100からの光のモードフィールド径とマルチコアファイバ1の各コアCkに入射する光のモードフィールド径とが等しいことが望ましい。一方、GRINレンズSL2は、光の間隔を狭める光学系である。つまり、GRINレンズSL2を透過した光それぞれのモードフィールド径は縮小される。従って、GRINレンズSL1は、GRINレンズSL2によりモードフィールド径が縮小される倍率を考慮した拡大光学系として構成されることが望ましい。
なお、GRINレンズSL1及びGRINレンズSL2は、複数の光学部材により構成される必要はない。GRINレンズSL1及びGRINレンズSL2は、それぞれの機能を達成できるように屈折率が調整された媒体から構成されればよい。すなわち、GRINレンズSL1及びGRINレンズSL2は、それぞれ一の光学部材で構成されてもよい。
[光の進み方について]
次に、図5を参照して、本実施形態の結合部材20を透過する光の進み方について説明する。本実施形態では、ファイバ束10から光が出射する構成について説明する。
次に、図5を参照して、本実施形態の結合部材20を透過する光の進み方について説明する。本実施形態では、ファイバ束10から光が出射する構成について説明する。
まず、複数のシングルコアファイバ100内それぞれに設けられたコアCの端面Caから光が出射される。各端面Caから出射された光それぞれは、第1光学部材SL1aでコリメートされ、第2光学部材SL1bに入射する。第2光学部材SL1bに入射した光は、第2光学部材SL1bを構成する媒体の屈折率分布により収束される。第2光学部材SL1bを透過した光それぞれは、モードフィールド径が拡大された状態で結像点IPにおいて結像する。シングルコアファイバ100からの光が第1光学部材SL1aを構成する媒体内を通過する場合空気層による反射等を抑制可能である。同様に第1光学部材SL1aからの光が第2光学部材SL1bを構成する媒体内を通過する場合、空気層による反射等を抑制可能である。よって、結合効率の低下を抑制できる。
第2光学部材SL1bを透過した光それぞれは、結像点IPを二次光源として第3光学部材SL2aに入射する。本実施形態では、結像点IPが、GRINレンズSL1とGRINレンズSL2との境界に位置するよう、各GRINレンズの屈折率が調整される。
第3光学部材SL2aに入射した光それぞれは、第3光学部材SL2aを構成する媒体の屈折率分布に基づいてコリメートされた状態で第3光学部材SL2aを通過する、さらにそれらの光それぞれは、第4光学部材SL2bに入射する。そして、第4光学部材SL2bに入射した光は、第4光学部材SL2bを構成する媒体の屈折率分布に基づいて収束される。さらにその光は、互いの間隔が狭められた状態でマルチコアファイバ1の複数のコアCkに対し入射する。第2光学部材SL1bから入射された光が第3光学部材SL2aを構成する媒体内を通過する場合空気層による反射等を抑制可能である。同様に第3光学部材SL2aからの光が第4光学部材SL2bを構成する媒体内を通過する場合、空気層による反射等を抑制可能である。よって、結合効率の低下を抑制できる。
[作用・効果]
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態に係る結合部材20における第1光学系21は、GRINレンズSL1を有する。GRINレンズSL1は、光路(シングルコアファイバ100)からの光のモードフィールド径を変更するよう屈折率が調整された媒体により構成される。また、結合部材20における第2光学系22は、GRINレンズSL2を有する。モードフィールド径が変更された光の間隔を変更するように、GRINレンズSL2は、屈折率が調整された媒体により構成される。
具体的には、複数のGRINレンズSL1はそれぞれ、第1光学部材SL1aと第2光学部材SL1bとを有する。第1光学部材SL1aは、シングルコアファイバ100からの光をコリメートする。第2光学部材SL1bは、第1光学部材SL1aからの光を収束する。GRINレンズSL2は、第3光学部材SL2aと第4光学部材SL2bとを有する。第3光学部材SL2aは、複数の第2光学部材SL1bからの光それぞれをコリメートする。第4光学部材SL2bは、第3光学部材SL2aからの光を収束する。
このように、所定の媒体で充填されたGRINレンズSL1は、シングルコアファイバ100からの光それぞれのモードフィールド径を変更する。また、所定の媒体で充填されたGRINレンズSL2は、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更してマルチコアファイバ1のコアCkへ導く。従って、ファイバ束10とマルチコアファイバ1との間に空気層を介する状況を回避可能である。すなわち、本実施形態のようなGRINレンズを用いた構成であっても、ファイバ束10とマルチコアファイバ1とを結合する際に、結合効率の低下を抑制することができる。
<第3実施形態>
次に、図6を参照して、第3実施形態に係る結合部材20の構成について説明する。図6は、結合部材20、ファイバ束10及びマルチコアファイバ1の軸方向の断面を示す概念図である。本実施形態では、結合部材20を構成する第1光学系21として複数のファイバFkを使用し、第2光学系22としてGRINレンズSL2を使用する例を述べる。なお、第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成等については詳細な説明を省略する。
次に、図6を参照して、第3実施形態に係る結合部材20の構成について説明する。図6は、結合部材20、ファイバ束10及びマルチコアファイバ1の軸方向の断面を示す概念図である。本実施形態では、結合部材20を構成する第1光学系21として複数のファイバFkを使用し、第2光学系22としてGRINレンズSL2を使用する例を述べる。なお、第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成等については詳細な説明を省略する。
[結合部材の構成]
本実施形態における結合部材20は、第1実施形態及び第2実施形態と同様、第1光学系21及び第2光学系22を有する。
本実施形態における結合部材20は、第1実施形態及び第2実施形態と同様、第1光学系21及び第2光学系22を有する。
第1光学系21は、媒体として、複数のファイバFk(k=1〜n)を有する。ファイバFkの一端は、シングルコアファイバ100と接する。ファイバFkは、シングルコアファイバ100からの光それぞれのモードフィールド径を変更する。ファイバFkは、光を伝送するコアCf及びコアCfを覆うクラッド3を含んで構成される。シングルコアファイバ100と接する入射端におけるコアCfの径は、シングルコアファイバ100のコアCの径とほぼ同じである。ファイバFkは、ファイバ束10を構成するシングルコアファイバ100の数と等しい数だけ設けられる。
また、ファイバFkは、入射端と出射端でコア径が異なる。具体的に、ファイバFkは、シングルコアファイバ100と接する入射端におけるコアCfの径よりも、GRINレンズSL2と接する出射端におけるコアCfの径のほうが大きくなるよう構成される。ファイバFkのコアCfを通過する光は、出射端に近づくにつれてモードフィールド径が大きくなる。
ファイバFkは、たとえば以下の方法により製造される。まず、一本のファイバの一部に対して熱を加え、ファイバを切断する。切断したファイバの端面に対して更に熱処理を行うことにより、一端のコア径が他端のコア径より大きいファイバFkを得ることができる。
なお、本実施形態では、第1光学系21を構成するファイバFkとシングルコアファイバ100とが別体である。しかしながら、本実施形態はこの例に限られない。たとえば、上記製造方法でシングルコアファイバ100を製造することにより、シングルコアファイバ100とファイバFkとを一体で製造することも可能である。このように、シングルコアファイバ100とファイバFkとを一体で製造することにより、シングルコアファイバ100とファイバFkとのアライメント調整が不要となる。
本実施形態における第2光学系22として、第2実施形態と同様のGRINレンズSL2が用いられる。GRINレンズSL2の一端は、ファイバFkの出射端と接する。また、GRINレンズSL2は、複数のファイバFkそれぞれでモードフィールド径が変更された光の間隔を変更するよう屈折率が調整された媒体から構成される。
[光の進み方について]
次に、図6を参照して、本実施形態の結合部材20を透過する光の進み方について説明する。本実施形態では、ファイバ束10から光が出射する構成について説明する。
次に、図6を参照して、本実施形態の結合部材20を透過する光の進み方について説明する。本実施形態では、ファイバ束10から光が出射する構成について説明する。
まず、複数のシングルコアファイバ100内それぞれに設けられたコアCの端面Caから光が出射される。各端面Caから出射された光それぞれは、ファイバFkでモードフィールド径が拡大され、GRINレンズSL2に入射する。シングルコアファイバ100からの光がファイバFk(コアCf)を構成する媒体内を通過する場合、空気層による反射等が起きない。よって、結合効率の低下を抑制できる。
GRINレンズSL2に入射した光それぞれは、第2光学系22を構成する媒体の屈折率分布に基づいて収束され、且つ互いの間隔が狭められた状態でマルチコアファイバ1の複数のコアCkに対し入射する。ファイバFk(コアCf)からの光がGRINレンズSL2を構成する媒体内を通過する場合、空気層による反射等を抑制可能である。よって、結合効率の低下を抑制できる。
[作用・効果]
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態に係る結合部材20における第1光学系21は、媒体として、シングルコアファイバ100からの光それぞれのモードフィールド径を変更する複数のファイバFkを有する。第2光学系22は、GRINレンズSL2を有する。GRINレンズSL2は、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更するよう屈折率が調整された媒体により構成される。
このように、所定の媒体としてのファイバFkは、シングルコアファイバ100から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更する。また、所定の媒体で充填されたGRINレンズSL2は、モードフィールド径が変更された光の間隔を変更してマルチコアファイバ1のコアCkへ導く。従って、ファイバ束10とマルチコアファイバ1との間に空気層を介する状況を回避可能である。すなわち、本実施形態のように、入射端と出射端でコア径が異なるファイバFk及びGRINレンズSL2を用いた構成であっても、ファイバ束10とマルチコアファイバ1とを結合する際に、結合効率の低下を抑制することができる。
[変形例1]
上記実施形態において、結合部材20を介してマルチコアファイバ1とファイバ束10とを接続する場合、それぞれの接続部分で回転方向のアライメント調整が必要になる。本変形例では、アライメント調整が不要となる構成について説明する。以下、マルチコアファイバ1と結合部材20との接続に関して説明する。なお、結合部材20とファイバ束10との接続でも同様の構成を用いることが可能である。
上記実施形態において、結合部材20を介してマルチコアファイバ1とファイバ束10とを接続する場合、それぞれの接続部分で回転方向のアライメント調整が必要になる。本変形例では、アライメント調整が不要となる構成について説明する。以下、マルチコアファイバ1と結合部材20との接続に関して説明する。なお、結合部材20とファイバ束10との接続でも同様の構成を用いることが可能である。
図7Aは、結合部材20の端面を示す図である。図7Bは、マルチコアファイバ1の端面を示す図である。図7Cは、図7A及び図7BにおけるA−A断面を示す図である。
図7A及び図7Cに示すように、結合部材20の端面(マルチコアファイバ1と接続される側の端面)には、被嵌合部F1が設けられる。被嵌合部F1としては、たとえば、結合部材20の端面に少なくとも2つの穴部Hk(k=1〜n)が設けられる。本変形例では、穴部H1〜穴部H3の3つが設けられる。
図7B及び図7Cに示すように、マルチコアファイバ1のクラッド2の端面2a(結合部材20と接続される側の端面)には、嵌合部F2が設けられる。嵌合部F2としては、たとえば、端面2aに少なくとも2つの突起部Pk(k=1〜n)が設けられる。本変形例では、穴部H1〜穴部H3に対応する突起部P1〜突起部P3の3つが設けられる。突起部Pkのサイズは、穴部Hkのサイズとほぼ同じ大きさに形成される。
図7Cに示すように、結合部材20とマルチコアファイバ1とを接続する際、突起部Pkと穴部Hkとが嵌合するように接続することで、結合部材20の端面に対するマルチコアファイバ1の端面1bの位置が定まる。すなわち、回転方向のアライメント調整が不要となる。なお、結合部材20の端面に嵌合部F2を設け、クラッド2の端面2aに被嵌合部F1を設けることも可能である。
[変形例2]
上記実施形態における第1光学系21と第2光学系22とは任意の組み合わせが可能である。たとえば、結合部材20は、第1光学系21として第2実施形態におけるGRINレンズSL1を有してもよい。また結合部材20は、第2光学系22として第1実施形態における両側テレセントリック光学系(凸レンズ部22a、凸レンズ部22b)を有することも可能である。
上記実施形態における第1光学系21と第2光学系22とは任意の組み合わせが可能である。たとえば、結合部材20は、第1光学系21として第2実施形態におけるGRINレンズSL1を有してもよい。また結合部材20は、第2光学系22として第1実施形態における両側テレセントリック光学系(凸レンズ部22a、凸レンズ部22b)を有することも可能である。
1 マルチコアファイバ
1b 端面
2 クラッド
2a 端面
10 ファイバ束
20 結合部材
21 第1光学系
21a 凸レンズ部
22 第2光学系
22a、22b 凸レンズ部
100 シングルコアファイバ
101 クラッド
A1、A2 媒体
C、Ck コア
Ca、Ek 端面
1b 端面
2 クラッド
2a 端面
10 ファイバ束
20 結合部材
21 第1光学系
21a 凸レンズ部
22 第2光学系
22a、22b 凸レンズ部
100 シングルコアファイバ
101 クラッド
A1、A2 媒体
C、Ck コア
Ca、Ek 端面
Claims (12)
- クラッドにより覆われた一のコアを複数束ねて構成された第1光導波路と接する一端と、
それぞれがクラッドで覆われた複数のコアにより構成される第2光導波路と接する他端と、
前記一端と前記他端の間に充填される所定の媒体と、を備え、
前記一端又は前記他端から入射した光それぞれのモードフィールド径を変更し、且つ前記モードフィールド径が変更された光の間隔を変更して、該光の入射側と反対側に位置する前記第1光導波路の各コアまたは前記第2光導波路の各コアへ導くことを特徴とする光ファイバ結合部材。 - 前記一端又は前記他端から入射した光それぞれのモードフィールド径を変更する第1光学系と、
前記モードフィールド径が変更された光の間隔を変更する第2光学系と、
を有することを特徴とする請求項1記載の光ファイバ結合部材。 - 前記所定の媒体は、屈折率の異なる第1媒体及び第2媒体を含み、
前記第1媒体の中に前記第1光学系と前記第2光学系とが配置され、
前記第1光学系は、前記第2媒体により構成される複数のレンズがアレイ状に配置されて構成され、
前記第2光学系は、前記第2媒体により構成される両側テレセントリック光学系を構成するレンズが配置されて構成されたことを特徴とする請求項2記載の光ファイバ結合部材。 - 前記第1光学系における前記複数のレンズを構成する前記第2媒体と、前記第2光学系における前記レンズを構成する前記第2媒体とは異なる媒質であることを特徴とする請求項3記載の光ファイバ結合部材。
- 前記第1媒体の屈折率は、前記第1光導波路におけるコアの屈折率、または前記第2光導波路のコアの屈折率と等しいことを特徴とする請求項3または4記載の光ファイバ結合部材。
- 前記第1光学系は、複数の第1GRINレンズを有し、
前記第1GRINレンズは、前記所定の媒体として前記一端または前記他端から入射された光のモードフィールド径を変更するように屈折率が調整された媒体により構成され、
前記第2光学系は、第2GRINレンズを有し、
前記第2GRINレンズは、前記所定の媒体として前記モードフィールド径が変更された光の間隔を変更するように屈折率が調整された媒体により構成されることを特徴とする請求項2記載の光ファイバ結合部材。 - 複数の前記第1GRINレンズはそれぞれ、
前記光路からの光をコリメートする第1光学部材と、
前記第1光学部材からの光を収束させる第2光学部材と、
を有し、
前記第2GRINレンズは、
複数の前記第2光学部材からの光それぞれをコリメートする第3光学部材と、
前記第3光学部材からの光を収束させる第4光学部材と、
を有することを特徴とする請求項6記載の光ファイバ結合部材。 - 前記第1光学系は、前記所定の媒体として、前記一端又は前記他端から入射された光それぞれのモードフィールド径を変更する複数のファイバを有し、
前記第2光学系は、第2GRINレンズを有し、
前記第2GRINレンズは、前記所定の媒体として、前記モードフィールド径が変更された光の間隔を変更するように屈折率が調整された媒体により構成されることを特徴とする請求項2記載の光ファイバ結合部材。 - 前記第1光学系及び前記第2光学系は、接着剤で固定することにより一体に構成されていることを特徴とする請求項2〜8のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材。
- 前記第1光導波路及び/または前記第2光導波路の端面に設けられる嵌合部と、
前記一端及び/または他端に設けられ、前記嵌合部と嵌り合う被嵌合部と、
を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材。 - 前記第1光導波路は、前記一のコアとしてのシングルコアファイバを束ねたファイバ束であり、
前記第2光導波路は、マルチコアファイバであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の光ファイバ結合部材。 - 複数のシングルコアファイバにより構成されるファイバ束に接する一端、及び該シングルコアファイバそれぞれに対応する複数の第1凹部が形成された他端を有する第1部材が複数設けられた第1基材と、
該第1凹部に対応する複数の第2凹部が形成された一端、及び複数の前記第2凹部に対応する一の第3凹部が形成された他端を有する第2部材が複数設けられた第2基材と、
該第3凹部に対応する一の第4凹部が形成された一端、及び前記第4凹部に対応する一の第5凹部が形成された他端を有する第3部材が複数設けられた第3基材と、
第5凹部に対応する一の第6凹部が形成された一端、及びマルチコアファイバと接する他端を有する第4部材が複数設けられた第4基材とを備えた光ファイバ結合部材の製造方法であって、
前記第1凹部と前記第2凹部とを対向させた状態で、前記第1基材と前記第2基材とを積層する工程と、
前記第3凹部と前記第4凹部とを対向させた状態で、前記第2基材と前記第3基材とを積層する工程と、
前記第5凹部と前記第6凹部とを対向させた状態で、前記第3基材と前記第4基材とを積層する工程と、
前記第1凹部及び前記第2凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第1レンズ部を作成する工程と、
前記第3凹部及び前記第4凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第2レンズ部を作成する工程と、
前記第5凹部及び前記第6凹部により形成される空間に樹脂を注入し、第3レンズ部を作成する工程と、
前記第1レンズ部、前記第2レンズ部及び前記第3レンズ部が作成された後、積層された基材を前記第1部材〜前記第4部材により形成される部材毎に切断し、個片化する工程と、
を有することを特徴とする光ファイバ結合部材の製造方法。
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