JP2002014253A - 光ファイバ体及びそれを備えた光モジュール - Google Patents
光ファイバ体及びそれを備えた光モジュールInfo
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Abstract
能で損失の少ない安定した小型の光ファイバ体を得るこ
と。 【解決手段】 シングルモードファイバ1Aの一端に、
GIファイバ2Aの一端を接続し、GIファイバ2Aの
他端に、焦点距離調節用のコアレスファイバ3の一端を
接続している。そして、コアレスファイバ3の他端に、
他のGIファイバ2Bの一端を接続し、このGIファイ
バ2Bの他端に、他のシングルモードファイバ1Bの一
端を接続している。
Description
測用センサ等に好適に使用され、光ファイバと他の光ア
イソレータや波長フィルタ等の光学素子とを光結合(光
接続)させる光ファイバ体及びそれを備えた光モジュー
ルに関する。
や光計測等の分野において、光ファイバを用いた光信号
や光エネルギの伝送手段が盛んに利用されている。この
ようなシステムでは、光源や受光器、フィルタやセンシ
ングのための光学素子、及び光ファイバを光結合させる
必要がある。そして、波長フィルタやセンシングのため
の光学素子を光ファイバの伝送路中に挿入する場合は結
合損失を極小にしなければならない。
グルモードファイバ1、レンズ8、波長フィルタなどの
光学素子4、レンズ8、シングルモードファイバ1の順
にアライメントして光学系を構成したものが最も多く利
用されてきた。なお、9はレンズを保持するためのホル
ダ、10はパッケージである。
ズ8等は独立した部品として、それぞれが別々にホルダ
に固定された後にアライメントされるため、部品点数が
多く調整も煩雑で、大型化してしまうといった問題があ
った。
すように、レンズを使用せずに2つのコア拡大ファイバ
11を用い、これらで光学素子4を挟むようにアライメ
ントするものが提案されている(例えば、特開平9−5
4283号公報を参照)。
(光軸と並行方向でコア拡大ファイバどうしの距離に相
当)のトレランスが大きいため、光ファイバどうしを離
して、その間に光学素子を設置しても結合損失が少な
い。コア拡大ファイバの軸ずれ(光軸と垂直方向のず
れ)の調整が重要であるが、外形上は通常の光ファイバ
と同じであるため、フェルール内に挿入可能で、通常の
光ファイバと接続しても接続部に段差等が生じないた
め、なのでフェルール内やファイバ搭載用のV溝等が形
成された基体に実装することにより、コア拡大ファイバ
の軸合わせは極めて高い精度で保証できる。また、レン
ズを使用しないので装置全体が小型化できるなどの利点
を有する。
シングルモードファイバを局所的に加熱して作られる。
シングルモードファイバを加熱し、コアにドープされて
いるGe等のドーパントを拡散させ、ドーパントの拡散
領域を広くするとともに比屈折率差を小さくしている。
が変らない状態でコア径が大きくなると、シングルモー
ド条件が崩れマルチモードが励振されてしまう。コア拡
大ファイバの場合は、熱によるドーパントの拡散のた
め、コアの拡大と比屈折率差の低下が同時に起こり、自
動的にr×(D)1/2が一定に保たれる。ここで、rは
光ファイバのコアの半径、Dはコアとクラッドの比屈折
率差、r×(D)1/2は規格化周波数に比例する量であ
り、これが一定ならばシングルモード条件は保たれる。
特性を示す。横軸にコア拡大ファイバの端面間距離(対
向間距離)、縦軸に光の結合損失を示し、wはそれぞれ
のモードフィールド径を示す。なお、光の波長は光通信
で一般に使われる1.31μmとし、溝(光ファイバ
間)は空気(屈折率n=1)で満たされていることとし
た。モードフィールド径が10μmのコアを拡大してい
ない場合は、光ファイバの対向間距離が120μmで3
dB以上の損失があるのに対し、モードフィールド径が
40μmの場合は、光ファイバの対向間距離が900μ
mでも損失が1dB以下であり、明らかに結合特性が改
善されることがわかる。
前述のように光ファイバを加熱して作製するため以下の
ような問題がある。コア径を40μmに拡大するために
は、1000℃以上の温度で数時間から数十時間の加熱
が必要であり、非常に手間を要する。また、コア径が1
0μmの部分と40μmに拡大された部分は、コア径が
徐々に拡大していくテーパー状でなければならないが、
加熱箇所と温度分布の制御が難しい。また、加熱中は光
ファイバがたるまないように張力を付与しておく必要が
あるが、熱と張力で光ファイバがのび、その外径が僅か
に小さくなるのでアライメント時の精度が低下する。
(以下GIファイバ)をレンズとして用いる例が知られ
ている(例えば、電子情報通信学会1995年総合大会
C283を参照)。
心軸から徐々に屈折率が下がるような軸対称の屈折率分
布を持つ光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送
に用いられる。ほとんどのGIファイバはほぼ2乗の屈
折率分布をもつ。この屈折率分布はグレイデッドインデ
ックスレンズ(GRINレンズとも呼ばれる)と同様に
レンズ効果を持つため、適当な屈折率分布のGIファイ
バを適切な長さで用いれば結合光学系を形成することが
できる。また、GIファイバの特性を示すパラメータと
しては、クラッドとコア中心の屈折率差△、コア径D、
収束パラメータAがある。
すようなサインカーブの挙動を示すため、その長さをそ
の光線挙動の周期に対応させてピッチ(P)で表わす。
図9の横軸はピッチを表わし、縦軸はGIファイバ内で
の光線の位置を示し、最も光が広がった箇所を1として
相対的に図示したものである。なお、P=1は、サイン
カーブの1周期(2π)に相当する。点光源が平行光に
なるのはP=0.25であり、再度、点に収束するのは
P=0.5である。
を示す。シングルモードファイバ1の先端にP=0.2
5(点光源をコリメート光にする条件)の長さのGIフ
ァイバ2を接合しGIファイバコリメータ12とする。
このGIファイバコリメータ12をファイバ整列用V溝
と光学素子設置用溝をもつ基体の上でアライメントす
る。ここで、ファイバ整列用V溝の精度が良好であれば
光軸と垂直方向のずれはほとんど生じない。即ち、GI
ファイバはシングルモードファイバと同じ外径を有して
いるため、光ファイバを固定する部材を工夫すれば(例
えば高精度の内径を持つフェルールや前述のV溝を有す
る基体)、光軸に対し垂直方向のずれを抑えることが容
易である。
め、焦点方向の調整が必要で手間がかかる。また、焦点
方向の位置調節や光学素子搭載のためのクリアランスが
必要であり、光がいったん光ファイバから空間に出射し
た光結合に成らざるを得ない。GIファイバ間に距離が
必要になるとさらに調整が面倒になり、GIファイバか
ら光が空間に出射すると光ファイバと空間とでは屈折率
が異なるため出射端面で反射が生じてしまう等の問題点
があった。
Iレンズを用いた簡便な構造で全ての軸のアライメント
を不要にし、GIファイバ端面での反射の影響の少ない
安定したレンズレスの光ファイバ体を提供することを本
発明の目的とする。
に、本発明の光ファイバ体は、シングルモードファイバ
の一端に、グレイデッドインデックスファイバの一端を
接続し、該グレイデッドインデックスファイバの他端
に、焦点距離調節用のコアレスファイバの一端を接続し
ていることを特徴とする。
レイデッドインデックスファイバの一端を接続し、該グ
レイデッドインデックスファイバの他端に、他のシング
ルモードファイバの一端を接続していることを特徴とす
る。
イデッドインデックスファイバの光出射端面からビーム
ウエストまでの距離の2倍であることを特徴とする。
バの長さを規定するピッチPが、0.25<P<0.5
を満足することを特徴とする。
光ファイバ体の2つをコアレスファイバの他端どうしが
対向するように配設するとともに、コアレスファイバの
他端どうしの間に光学素子を介在させたことを特徴とす
る。
もに、基体にコアレスファイバを2つに分断する溝を形
成し、且つ溝内に分断されたコアレスファイバ間を光接
続させる光学素子を配設したことを特徴とする。
子の間隙に屈折率がコアレスファイバとほぼ等しい物質
を充填すると、屈折率差による界面反射がなくなるの
で、結合損失を極力小さくすることができる。
ための基体をフェルール、若しくはV溝を有する基板と
すると、光ファイバの軸合わせが容易となるでよい。さ
らに、波長板やフィルタ等に比べ光アイソレータは厚い
ので従来の光学系では損失が多かったが本発明によれば
損失を低減でき光アイソレータの実装にも適する。
時のコリメート条件ではP=0.25だが、実際に結合
効率が最も高い場合は、光ファイバ体どうしのビームウ
エストが一致する場合である。P=0.25ではビーム
ウエストはちょうどGIファイバの出射端面に位置する
ことになり、GIファイバの間に光学素子を挟むとビー
ムウエストどうしは離れてしまう。
位置にするためには、ピッチPは0.25より大きくす
る必要がある。これにより、予めコアレスファイバの長
さで焦点距離が調整されGIファイバ端面間の距離が固
定されているため、光学素子をほぼアライメントフリー
で実装可能で損失の少ない安定した光ファイバ体が得ら
れる。
いて図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において
同一部材については、同一符号を付し説明を省略するも
のとする。
F1は、モードフィールド径(以下、MFD)が例えば
約10μmの伝送用の第1のシングルモードファイバ1
A、P(ピッチ)>0.25の第1のGIファイバ2
A、GIファイバ2Aから出射される光のビームウエス
トとGIファイバ2Aの光出射端面15の距離をdとし
て、長さ2dのコアレスファイバ3、第2のGIファイ
バ2B、伝送用のシングルモードファイバ1Bを縦列に
接続し光ファイバ体F1を構成している。
一端に、GIファイバ2Aの一端を接続し、GIファイ
バ2Aの他端に、焦点距離調節用のコアレスファイバ3
の一端を接続している。そして、コアレスファイバ3の
他端に、他のGIファイバ2Bの一端を接続し、このG
Iファイバ2Bの他端に、他のシングルモードファイバ
1Bの一端を接続している。なお、これら光ファイバは
いずれも石英ガラスや樹脂等で構成され、光ファイバど
うしの接続は融着や透光性の接着材を用いることとす
る。
ファイバ2Aの光出射端面15からビームウエストまで
の距離dの2倍としたのは、光結合が最大となるからで
ある。
定するピッチPが、0.25<P<0.5とするのは、
GIファイバの外側(コアレスファイバ側)にビームウ
エストがある条件であるからである。P<0.25では
ビームウエストはGIファイバ内にあり、出射光は発散
光になる。
た光モジュールについて説明する。図2(a)に示すよ
うに、第1のシングルモードファイバ1Aの先端に第1
のGIファイバ2Aを融着や透光性の接着材により接続
する。次に、図2(b)に示すように、GIファイバ2
Aにコアレスファイバ3を同様にして接続し、図2
(c)に示すように、第2のGIファイバ2B、第2の
伝送用のシングルモードファイバ1Bを同様にして接続
する。次に、図2(d)に示すように、この光ファイバ
体F1をファイバを固定するためのV溝13を異方性エ
ッチング等で精度良く形成した基板5上に搭載し、接着
材により固定する。そして、図2(e)に示すように、
コアレスファイバ3の中間部にこれを分断する光学素子
実装溝14をダイシングにより形成し、図2(f),
(g)に示すように、波長フィルタや光アイソレータ等
の光学素子4を配設し、コアレスファイバ3と光学素子
4の間隙16に屈折率がコアレスファイバとほぼ等しい
透光性の接着剤7を充填し固定する。
設し、基体5にコアレスファイバ3を2つに分断する溝
14を形成し、溝14内に分断されたコアレスファイバ
3間を光接続させる光学素子4を配設した、損失の少な
い非常に優れた光モジュールM1が完成する。
を分断した方式(分断方式)であるが、この分断方式を
採用せずに、基体上に光ファイバ体の2つをコアレスフ
ァイバの他端どうしが対向するように配設し、コアレス
ファイバの他端どうしの間に光学素子を介在させた構成
してもよい。ただし、この場合、光ファイバ体はシング
ルモードファイバの一端に、GIファイバの一端を接続
し、GIファイバの他端に、焦点距離調節用のコアレス
ファイバの一端を接続したものとし、この場合のコアレ
スファイバの長さdは光学素子の厚みをtとすると、d
−(t/2)となる。
て説明する。
MFDが約10μmの石英系シングルモードファイバ1
Aの先端に、△=0.85%、コア径が105μm、収
束パラメータA=3.37×10-6μm-2、P=0.2
58(653μm)のGIファイバ2Aを放電による融
着加工で接続した。
屈折率相当)であれば、GIファイバ2aの端面15か
ら、このGIファイバで形成される出射光のビームウエ
ストまでの距離は550μmとなる。
屈折率をもつコアレスファイバ3をGIファイバ2Aに
放電による融着加工により接続し、1100μmの長さ
でカットした。次いで、図2(c)に示すように、GI
ファイバ2Aと同じGIファイバ2B、シングルモード
ファイバ1Bをこの順に融着接続し光ファイバ体F1を
作製した。
数で(100)面を主面とする単結晶シリコンから成る
基板にKOH水溶液による異方性エッチングを施し、幅
140μmでミラー指数で{111}面を斜面とするフ
ァイバ搭載V溝13を形成し、この基体5(長さ5m
m、幅3mm、厚さ1mm)に光ファイバ体F1を設置
し、エポキシ系樹脂である熱硬化性接着剤でこれを固定
した。
ファイバ3を分断するべく、光学素子搭載用溝14(幅
800μm)をダイサーにより切削加工で形成した。そ
して、図2(f)に示すように、厚さ700μmの光学
素子4(光アイソレータ)を光学素子搭載用溝14に設
置し、屈折率n=1.46に調整したエポキシ系樹脂で
ある紫外線硬化型屈折率整合接着剤を、光学素子4とコ
アレスファイバ3の間隙および周辺に隙間なく充填し固
定した。このときの挿入損失は光学素子とあわせ0.5
1dBであった。
定にエポキシ系樹脂である熱硬化型接着剤を用いたが、
より信頼性の高い低融点ガラスやハンダを用いても良
い。
い、基体にフェルールを用いた実施例を図3に示す。例
1と同様に作製した光ファイバ体F1を、直径φ1.2
5mm、長さ10mmのジルコニア製フェルール6に挿
入し固定した。光ファイバの固定には熱硬化型エポキシ
接着剤を用いた。
置でフェルール6に幅800μmの光学素子搭載用溝1
4をダイサーにより形成した。そして、この光学素子搭
載用溝14に厚さ700μmの光学素子4(光アイソレ
ータ)を挿入し、屈折率n=1.46の紫外線硬化型接
着剤7を充填し固定した。このときの挿入損失は光学素
子の損失も含め0.44dBであった。
ロンオーダーで保証されており、なおかつファイバの全
周方向から保持されるため、同軸度やファイバの光直進
性はV溝付き基板より優れている。また、一体であった
コアレスファイバ3を分断しているため軸ずれは原理的
に発生しない。
光学系において、GIファイバコリメータを2つ用い光
学素子を挟み込んで固定したものである。
バ1Aの先端に、△=0.85%、コア径105μm、
収束パラメータA=3.37×10-6μm-2、P=0.
258(653μm)のGIファイバ2Aを放電による
融着加工で接続した。
屈折率相当)であれば、GIファイバ2Aの端面15か
ら、このGIファイバで形成される出射光のビームウェ
ストまでの距離は550μmとなる。
で、200μm(550−700/2)の長さでn=
1.46の屈折率をもつコアレスファイバ3Aを、GI
ファイバ2Aに放電による融着加工で接続して、GIフ
ァイバコリメータ12を作製した。
ア製フェルール6に、φ120μmで厚さ700μmの
円筒状に加工した超小型の光アイソレータ4を挿入し、
フェルール6の両端からGIファイバコリメータ12
に、屈折率n=1.46の熱硬化性エポキシ接着剤を塗
布し、これを硬化させて、光アイソレータ4を固定し
た。
によるが、ダイサーによる切削面や研磨面より平滑性が
高いため、面散乱による損失が低減できる。また、GI
ファイバコリメータ12を光学素子(光アイソレータ
4)に突き当てる構造なので隙間を極少にすることがで
きる。
バ体によれば、以下の顕著な効果を奏することができ
る。
に作製が可能である。
形成できるため、調整軸が少く、光学素子を容易に配設
可能である(分断方式は軸合わせ不要)。
イバで固定されているため安定性に優れる。
い、後から光学素子をアライメントフリーで搭載可能で
あるので、光学素子自体は耐熱性がなくとも、光ファイ
バをハンダや低融点ガラス等の高温固定方法で固定可能
である。なお、通常は光学素子を設置した後にレンズや
光ファイバの調整を行うため、光ファイバの固定に高温
プロセスを使用できない。
屈折率が高いので、ビームの広がりが少なく、そのため
結合効率とトレランスが大きい。
整合剤を充填することにより、光ファイバ端面で光が反
射しない。また、間隙が充填されているため、光学素子
やファイバの端面での結露や汚れが発生しない。
断面図である。
作製工程を模式的に説明する図であり、(a)〜(f)
は斜視図、(g)は断面図である。
に示す断面図である。
に示す断面図である。
る。
る。
を示すグラフである。
る。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 シングルモードファイバの一端に、グレ
イデッドインデックスファイバの一端を接続し、該グレ
イデッドインデックスファイバの他端に、焦点距離調節
用のコアレスファイバの一端を接続していることを特徴
とする光ファイバ体。 - 【請求項2】 前記コアレスファイバの他端に、他のグ
レイデッドインデックスファイバの一端を接続し、該グ
レイデッドインデックスファイバの他端に、他のシング
ルモードファイバの一端を接続していることを特徴とす
る請求項1に記載の光ファイバ体。 - 【請求項3】 前記グレイデッドインデックスファイバ
の長さを規定するピッチPが、0.25<P<0.5を
満足することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ
体。 - 【請求項4】 前記コアレスファイバの長さは前記グレ
イデッドインデックスファイバの光出射端面からビーム
ウエストまでの距離の2倍であることを特徴とする請求
項2に記載の光ファイバ体。 - 【請求項5】 基体上に請求項1に記載の光ファイバ体
の2つをコアレスファイバの他端どうしが対向するよう
に配設するとともに、前記コアレスファイバの他端どう
しの間に光学素子を介在させたことを特徴とする光モジ
ュール。 - 【請求項6】 請求項2に記載の光ファイバ体を基体に
配設するとともに、該基体に前記コアレスファイバを2
つに分断する溝を形成し、且つ該溝内に分断されたコア
レスファイバ間に光学素子を介在させたことを特徴とす
る光モジュール。
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JP2000195093A JP4369599B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 光ファイバ体及びそれを備えた光モジュール |
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