JP2005215650A - ロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることで、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供する。
【解決手段】 本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から半径ra1で描かれる円形断面の外側を削り落とすことで断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、更に光ファイバ径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、従来のロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることができる。その結果、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から半径ra1で描かれる円形断面の外側を削り落とすことで断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、更に光ファイバ径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、従来のロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることができる。その結果、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光デバイスの構成部品に用いられるロッドレンズに関し、特に小型細径化を図ったロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバに関する。
光デバイス(光アイソレータ、光スイッチ、LD(lazer diode)モジュール、PD(photo diode)モジュール等)の構成部品に用いられるロッドレンズの代表例として、石英系ロッドレンズ、多成分系分布屈折率型レンズ、GI(Graded Index)型光ファイバレンズ等が挙げられる。
石英系ロッドレンズは、石英ガラス(SiO2)を主材料とする円柱形のレンズであり、光源からの光を短距離で効率良く集光する作用を有するものである。
多成分系屈折率分布型レンズは、多成分ガラスを主材料とする円柱形のレンズであり、断面中心点から径方向に向かって緩やかな下降を描く2次関数状の屈折率分布(GI型の屈折率分布)を有するものである。そのため光の波長周期に合わせて切断すると、端面から平行光や集光光を得ることができる。
GI型光ファイバレンズは、GI型光ファイバそのものをレンズとして利用したものである。したがって、GI型光ファイバに光を入射すると、光はコア媒質内で反射を繰り返して進む。この進み方はレンズの収束・発散と同じ作用とみなすことができるので、これをレンズとして利用している。
このようなロッドレンズを光部品として用いる第1の光デバイスの構成例として、図11に示すLDモジュールがある。このLDモジュールは、LD103、ロッドレンズ101、及び光ファイバ105を順に配置したものであり、LD103から出射した光がロッドレンズ101で集光、又は拡大されて光ファイバ105に入射するものである。このときロッドレンズ101と光ファイバ105間は一定距離をおいて配置されている。その距離は、ロッドレンズ101の端面から出射した光が高結合率で光ファイバに入射する距離、即ち端面から出射された光が空中伝搬する際に拡がらずに伝搬する距離(以下、これを「作動距離WD(working distance)」という。)である。
次に、図12を参照して第2の光デバイスの構成例を示す。このロッドレンズ付き光ファイバは、ロッドレンズ101の一端に光ファイバ105を接続したものであり、接続時にロッドレンズの中心軸と光ファイバの中心軸とをずらして接続している。これにより光ファイバ内を伝搬してきた光がロッドレンズに入射すると、光はロッドレンズ101の他端で反射し、入射経路とは別の経路を辿って入射端に戻る。そのため光ファイバ端での挿入損失を低減させることができるというものである。
続いて、図13、図14を参照して第3の光デバイスの構成例を示す。図13は、一般的な半導体レーザ素子107の外観図、及びこの素子から出射されるレーザ光の光束断面を示す模式図である。一方、図14は、楕円形を有するレーザ光を円形に変換する光学系の一構成例である。
まず図13に示す半導体レーザ素子107は、複数枚の半導体層を垂直方向に積層された構成を有し、その半導体層のうち、活性層の一部からレーザ光を出射するものである。この活性層の断面形状は矩形を有しているが、この矩形の活性層から出射されたレーザ光の光束断面は楕円形を形成する。ところで、このような楕円形のレーザ光を光ファイバに結合させるためには、楕円形のレーザ光を光ファイバのコア形状に合わせて円形ビームに変換する必要がある。図14に示す光学系は、楕円形ビームを円形ビームに変換するための光学系であるが、これらはコリメータ、アナモルフィックプリズムペア、ビームエクスパンダ、及びレシーバレンズ等の合計11個の光学部品から構成されている。
特開平7−333407号公報
稲田浩一 ユーザーズガイドシリーズ 光ファイバ通信 導入実戦ガイド 第1版 株式会社電気書院 1989年7月25日 p90−p91
ところで上記したロッドレンズを(石英系ロッドレンズ、多成分系分布屈折率型レンズ、GI型光ファイバレンズ)を光デバイスに適用した場合、次のような問題が生じる。まず、図11に対する問題は、上記ロッドレンズ101を光ファイバ105径になるまで細径化した場合、そのロッドレンズ101から出射するビーム径はレンズ径の約1/2となることである。したがって光ファイバ105径に合わせてロッドレンズ101を細径化すると、細径化に連動して作動距離WDが短くなる。ロッドレンズ及び光ファイバの使用用途としては、ロッドレンズから出射した光をMEMSミラー等で反射させ他光部品と結合させることが挙げられる。しかし上記ロッドレンズ101では、細径化するほど作動距離WDが短くなるのでMEMSミラー等を介在させるほど距離を確保できないという問題がある。
また、図12に対する問題としては、光ファイバ105端に戻る反射戻り光を低減させるためにロッドレンズ101と光ファイバ105の中心軸をずらして接続しているが、両部品の接触面積が小さいため結合強度が低いという問題がある。
更に、図14に対する問題は、半導体レーザ素子107から出射された楕円形のレーザ光を円形のレーザ光に変換するために、多数の光部品を使用しなければならない上、各光部品のアライメント調整が必須であるという煩雑さにある。近年の光産業分野では使用フィールドの拡大により小型装置の利用が一般的であり、上述のような組み立て、アライメントが不可欠な装置は歩留まりが悪いという問題がある。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その第1の目的は、ロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることで、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することにある。
また第2の目的は、伝搬光の反射減衰量を低減させつつ、ロッドレンズと光部品の結合強度を向上させるロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することにある。
更に第3の目的は、楕円形のレーザ光を円形のレーザ光に変換するための光部品点数を削減するとともに、装置全体が小型で歩留まりの良いロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から半径r1で描かれる円形断面の外側を削り落とし、この削り落した後の母材を半径r2となるまで延伸することを要旨とする。このとき延伸後のロッドレンズの半径は、1次被覆又は2次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下とする。また、上記延伸後のロッドレンズに光ファイバを融着接続するようにしてもよい。更に、このロッドレンズ付き光ファイバをアレイ化してもよい。
本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から半径r1で描かれる円形断面の外側を削り落として断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、小さい屈折率差をそのまま承継させたロッドレンズを得る。このように屈折率差の小さいロッドレンズは薄型の凸レンズと同じ作用を有するため、このロッドレンズの端面に光ファイバを融着接続すると作動距離の長いロッドレンズ付き光ファイバを得ることができる。更にこれをアレイ化することで、従来よりも小型の光ファイバアレイを実現することができる。
また、本発明は、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点を中心点とし、この中心点から半径r1で描かれる円形断面の外側を削り落とし、この削り落した後の母材を半径r2となるまで延伸することを要旨とする。このとき延伸後のロッドレンズの半径は、1次被覆又は2次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下とする。また、上記延伸後のロッドレンズに光ファイバを融着接続するようにしてもよい。更に、このロッドレンズ付き光ファイバをアレイ化してもよい。
本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点に中心点を設け、その点を中心に描かれる円形断面の外側を削り落すことで、屈折率の最も高い屈折率の頂点をずらす。これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、屈折率差、及びずれた屈折率頂点を承継したロッドレンズを得ることができる。このようなロッドレンズの端面に光ファイバを融着接続すると、これまで入射経路と反射経路を異ならせるために行っていた軸ずれ調整が不要となる。更にこれをアレイ化することで、軸ずれ補正が不要で、且つ従来よりも小型の光ファイバアレイを実現できる。
更に本発明は、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から長径r4と短径r5で描かれる楕円断面の外側を削り落とし、この削り落した後の母材を半径r2となるまで延伸してなることを要旨とする。このとき延伸後のロッドレンズの半径は、1次被覆又は2次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下とする。また、上記延伸後のロッドレンズに光ファイバを融着接続するようにしてもよい。更に、このロッドレンズ付き光ファイバをアレイ化してもよい。
本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から長径r4と短径r5で描かれる楕円断面の外側を削り落とし、これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、延伸後の長径方向の屈折率は緩やかな屈折率差となり、延伸後の短径方向の屈折率差は急峻となるため、このロッドレンズに楕円形状の光を入射させると円形状に変換されて出力される。このロッドレンズの端面に光ファイバを融着接続することで楕円形状のレーザ光を円形状に変換することができるロッドレンズ付き光ファイバを得ることができる。更にこれをアレイ化することで、従来よりも小型の光ファイバアレイを実現できる。
したがって本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から半径r1で描かれる円形断面の外側を削り落とすことで断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、更に光ファイバ径と同径又はそれ以下に延伸することで、従来のロッドレンズと光部品間の高結合率を維持しつつ、作動距離を長くすることができる。その結果、実用性及び取扱い性に優れたロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。
また本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点に中心点を設け、その点を中心に描かれる円形断面の外側を削り落し、更に光ファイバ径と同径又はそれ以下に延伸する。これにより屈折率の最も高い部分を、成形後のロッドレンズの中心軸からずらすことができるので、ロッドレンズに入射し他端で反射した光は入射経路と同経路を通らないことから、つまりは反射減衰量を低減させることができる。また、光ファイバと接続するときに従来のように端面をずらして接続する必要がないため、高結合強度で融着接続することができる。その結果、伝搬光の反射減衰量を低減させつつ、ロッドレンズと光部品の結合強度を向上させるロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。
更に本発明によれば、ロッドレンズ母材の断面中心点から長径r4と短径r5で描かれる楕円断面の外側を削り落し、更に光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸する。これにより断面が円形を有しつつも、径方向により屈折率差の異なるロッドレンズを得ることができるので、屈折率差の大きい径方向の楕円形レーザ光の長径方向を入射させ、屈折率の小さい径方向に楕円形レーザ光の短径方向を入射させると、楕円形レーザ光を円形レーザ光に変換して出射させることができる。その結果、光部品点数を削減するとともに、装置全体が小型で歩留まりの良いロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。また図2は、ロッドレンズの屈折率分布を示す図である。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。また図2は、ロッドレンズの屈折率分布を示す図である。
本発明のロッドレンズは、図1に示す半径rb1を有するロッドレンズ母材11の中心点Oから半径ra1で描かれる同心円の外側(外削部13)を削り落とし、この削り落した後のロッドレンズ母材1を光ファイバの断面半径と同径又はそれ以下となるまで延伸したものである。
図2に示すように、外削部13を削り落す前のロッドレンズ母材11の屈折率分布は、中心軸から外径方向に向かって屈折率が徐々に低下する二次関数状の屈折率分布(グレーデッドインデックス屈折率分布)を有している。このロッドレンズ母材11の外削部13を削り落とすと屈折率差はΔnとなる。
このように外削部13を削り落とすことで母材中心部と外側部との屈折率差を小さくすると、いわゆる薄型の凸レンズと同じ作用を生じる。これによりロッドレンズに入射した光を出射端から出射したときに、端部から遠い位置に集光させることができる。
尚、このように外削部13を削り落としたロッドレンズ母材1を延伸すると、屈折率差は承継されるため、光ファイバと同径又はそれ以下を有しつつも、屈折率差の小さいロッドレンズが得られる。
次に図3を参照して、ロッドレンズ母材11の外削前後の屈折率変化、及び紡糸前後の屈折率変化について詳述する。
図3(a1)〜(a3)は、外削後の屈折率分布を示す図であって、紡糸前から紡糸後までの屈折率分布変化を順に示している。また図3(b1)〜(b3)は、外削前の屈折率分布であって、こちらも紡糸前から紡糸後までの屈折率分布変化を順に示している。
まず図3(b1)に示すように、外削前、且つ紡糸前のロッドレンズ母材11は、中心Oから径方向に向かって低下する2次関数状の屈折率分布を有している。このときロッドレンズ母材11の断面中心部と断面外側部の屈折率差はΔnbである。
次に図3(b2)に示すように、上記屈折率差Δnbを有するロッドレンズ母材11を紡糸すると、半径rb1を有するロッドレンズは半径rb2のロッドレンズとなる。ここで半径rb2のロッドレンズを細径レンズrb2と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は約1/2となるが、屈折率分布と屈折率差Δnbは紡糸前と比較して変化しておらず、そのまま屈折率分布と屈折率差Δnbを承継している。
続いて図3(b3)に示すように、更に上記屈折率差Δnbを有する太径レンズを紡糸し、半径rb2を有するロッドレンズを半径rb3を有するロッドレンズにする。ここで半径rb3のロッドレンズを細径レンズrb3と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は更に1/2(ロッドレンズ母材11から見ると1/4)となるが、屈折率分布と屈折率差Δnbは紡糸前及び太径レンズrb2と比較しても変化しておらず、そのままの屈折率分布と屈折率差Δnbを承継している。
そして外削後のロッドレンズも同様に、まず図3(a1)に示すように、外削後、且つ紡糸前のロッドレンズ1は、中心Oから径方向に向かって低下する2次関数状の屈折率分布を有している。しかし外削前と異なる点は、その屈折率差はΔnaであり、図3(b1)と比較して非常に小さい値であることにある。
このような外削後のロッドレンズ1を、図3(a2)に示すように、半径ra1を有するロッドレンズから半径ra2を有するロッドレンズとなるまで紡糸する。ここで半径ra2のロッドレンズを太径レンズra2と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は約1/2となるが、屈折率分布と屈折率差Δnaは紡糸前と比較して変化しておらず、そのままの屈折率分布と屈折率差Δnaを承継している。
続いて図3(a3)に示すように、更に上記屈折率差Δnaを有する太径レンズを紡糸し、半径ra2を有するロッドレンズを半径ra3を有するロッドレンズにする。ここで半径ra3のロッドレンズを細径レンズra3と呼ぶ。このようにロッドレンズを紡糸すると外径は更に1/2(外削後のロッドレンズ母材1から見ると1/4)となるが、屈折率分布と屈折率差Δnaは紡糸前及び太径レンズra2と比較しても変化しておらず、そのままの屈折率分布と屈折率差Δnaを承継している。
ここで、図3(a3)に示した外削後の細径レンズra3の屈折率分布は、図3(b2)に示した外削前の太径レンズrb2の屈折率分布形状の中央部と略同じ屈折率分布形状を有している。したがって、予め外削部13を削り落としておき、その後延伸を行うことで、屈折率差及び断面外径の小さいロッドレンズを得ることができる。
ここで、仮に図3(b2)に示した外削前の太径レンズrb2を光ファイバに接続してアレイ化した場合は、光ファイバ径よりもロッドレンズ径が大きいためロッドレンズ間のピッチが邪魔してアレイ全体が大きくなるが、本発明の細径レンズra3を用いれば、作動距離WDが長い上、更に断面外径を光ファイバと同径まで細径化されているので、光ファイバアレイにしたときにアレイを最小化することができる。
以上説明したように、図1〜図3に示すように、ロッドレンズ母材11の断面中心点から半径ra1で描かれる円形断面の外側を削り落とすことで断面中心と外周側の屈折率差を小さくし、これを光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下にまで延伸することで、断面外径が光ファイバ径と同径又はそれ以下を有し、且つ作動距離の長いロッドレンズを得ることができる。
また、製造ロット毎にロッドレンズ母材11の屈折率分布が異なっていても、その都度外削により屈折率差を形成するため、ロッドレンズの品質の如何に拘わらず、確実に所望の屈折率を有するロッドレンズを得ることができる。
(製造方法)
次に、本発明の第1の実施の形態に係るロッドレンズ1の製造方法を説明する。
次に、本発明の第1の実施の形態に係るロッドレンズ1の製造方法を説明する。
本実施の形態において使用するロッドレンズ母材11は、石英ガラス(SiO2)と主材料とする直径数十mm〜数十cm、長さ1mほどの円柱形のガラス棒である。このロッドレンズ母材11は、石英棒の外周に屈折率調整用のドーパントとして、ゲルマニウム(Ge)、ホウ素(B)、フッ素(F)等を時間や濃度を制御しながら添加させることで外径方向に向かって屈折率が低下する屈折率分布を積層形成したものである。このような屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法は、光ファイバコア母材を製造する方法、例えばPCVD法、CVD法、VAD法又はイオン交換法等で作製することができる。
まず、このようなロッドレンズ母材11を用意し、外周を均一厚で削ることができる研磨機又は研削機を用いて、このロッドレンズ母材11の外周を削り落す。削り落す厚さは、予め所望の屈折率差を得るのに必要な厚さを実験的に求めておき、これに応じて規定する。
次いで、外周が削り落とされたロッドレンズを光ファイバの1次被覆又は2次被覆の外径と同径又はそれ以下となるまで紡糸する。紡糸方法は、一般に光ファイバを製造する方法と同一の方法で行う。つまり外削されたロッドレンズを加熱炉に設定して高温加熱(約2000℃)し、温度及び延伸制御の微調節を行いながら延伸を行う。
これにより外削されたロッドレンズの屈折率差を継承した細径のロッドレンズを作製することができる。尚、作製されたロッドレンズの外径は、具体的に光ファイバの種類にもよるが約125μm〜0.9mm程度を有している。
このように、第1の実施の形態に係るロッドレンズの製造方法によれば、グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材11の外周を同心円状に一定の厚さで外削して太径のロッドレンズを作製し、次いでこのロッドレンズを延伸して光ファイバ外径と同径又はそれ以下とすることで、屈折率差の小さいロッドレンズを作製することができる。
これにより従来と比較して作動距離の長いロッドレンズを作製することができるので、従来は図11に示すようにロッドレンズ101とLD103の間の作動距離が短いため光部品を介入させることができなかったが、本発明のロッドレンズを適用すれば、図4に示すようにロッドレンズ間にミラー23などを配置することが可能になる。
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。
図5に示すように、このロッドレンズ3は、屈折率分布を有するロッドレンズ母材11の断面中心点から所定距離ずらした点に偏芯外削用中心点を設け、この中心点を中心として同心円の外側(外削部15)を削り落とし、この削り落した後のロッドレンズ母材3を光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸したものである。
これにより屈折率の最も高い中心軸と偏芯外削後のロッドレンズの中心軸がずれている。そのため屈折率分布は、屈折率の最も高い中心軸を基点にして、偏芯外削用中心点が設けられた側には緩やかに低下する屈折率分布が形成され、他方側には急峻に低下する屈折率分布が形成されている。
ここで、図6を参照して、従来のロッドレンズと本発明のロッドレンズにそれぞれ光ファイバを接続した場合の光路イメージを示す。図6(a)は従来使用されていたロッドレンズに光ファイバを接続した場合の光路イメージ図であり、図6(b)は本発明のロッドレンズ3に光ファイバを接続した場合の光路イメージ図である。
まず図6(a)に示すように、屈折率分布の最も高い中心軸がロッドレンズの中心軸と一致している場合は、光ファイバコア内を伝搬してきた光は、ロッドレンズの中心軸に沿って円錐状に広がり、他端に達すると入射経路と同じ経路を辿ってロッドレンズの入射端に戻る。従って、入射経路と反射経路が一致するため光ファイバ端での反射減衰量が増加する。
一方、図6(b)に示すように、予め屈折率分布の最も高い中心軸が、偏芯外削後のロッドレンズ3の中心軸からずれている場合は、光ファイバコア内を伝搬してきた光は、屈折率の高い中心軸に沿うようにして円錐状に広がる。そしてロッドレンズ3の他端に到達すると入射経路とは異なる経路を辿って入射端に戻る。従って、入射経路と反射経路が一致しないため光ファイバ端での反射減衰量が低減させることができる。
このような反射減衰量を低減させる効果は、図12に示した従来の接続方法でも得られるが、この光学系は入射経路と反射経路を一致させないために光ファイバ端とロッドレンズ端をずらして接続している。しかし、光部品同士の融着接続には自己調芯作用が働くため、中心軸をずらして接続すると結合強度が十分に得られない可能性がある。これに対して第2の実施の形態に係る本発明によれば、外削時に予め偏芯させているので入射光が端部で反射しても反射戻り光が入射経路と異なる経路を辿るため反射減衰量を低下させることができる上、融着接続時に接続断面をずらす必要がないので自己調芯作用を利用した結合強度の高い接続を行うことができる。
(第3の実施の形態)
図7は、本発明の第3の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。
図7は、本発明の第3の実施の形態に係るロッドレンズの断面図である。
図7に示すように、このロッドレンズ5は、屈折率分布を有するロッドレンズ母材11の断面中心点を中心に長径方向の長さと短径方向の長さを規定し、この長径と短径とで描かれる楕円形の断面を有するロッドレンズとなるように外削部17を削り落とし、この削り落した後のロッドレンズ母材5を光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸したものである。
このように楕円形に外削されたロッドレンズを所望の断面積となるまで紡糸し、断面を円形とすることで、断面は円形を有しつつも屈折率分布は紡糸前の長径方向の屈折率分布と紡糸前の短径方向の屈折率分布を有するロッドレンズを得ることができる。
次に、図8を参照して、楕円研磨工程と合わせて屈折率分布の変化を説明する。
図8(a)は、外削前のロッドレンズ母材11の断面図と屈折率分布を示す図である。このロッドレンズ母材11は、断面中心から外周方向に向かって緩やかに下降する屈折率分布を有している。このロッドレンズ母材11の屈折率差はΔnbである。尚、同図では屈折率分布を模式的に示すために断面中心から同心円状に均一に屈折率分布が広がっている様子を等高線で示している。そして、このようなロッドレンズ断面において楕円状に外削するラインを太線で示している。
図8(b)は、太線にしたがって楕円状に外削したときの断面図と屈折率分布を示す図である。外削された後のロッドレンズ断面は、短径がrc1、長径がrd1を有している。このとき短径方向は大幅に削られたため屈折率差も外削前より大幅に小さく(屈折率差Δnc)なる。一方、長径方向はほとんど削られないため外削前とほぼ同じ屈折率差Δnd(>=Δnb)を有する。
次いで、図8(c)は、上記屈折率差Δnc、Δndを有する楕円外削型ロッドレンズ5を紡糸したときの断面図と屈折率分布を示す図である。同図に示すように、紡糸により断面が円形となる。このとき紡糸前の短径rc1が紡糸により半径rc2となり、紡糸前の長径rd1が紡糸により半径rd2(=rc2)となる。このような紡糸が行われても前述したように屈折率差は承継される。
従って、ロッドレンズ母材11を、断面が長径と短径とで描かれる楕円となるように楕円外削を行い、これを紡糸することで、紡糸後のロッドレンズの断面形状が円形を有していても屈折率分布は紡糸前の長径方向の屈折率分布と紡糸前の短径方向の屈折率分布を承継したロッドレンズとすることができる。
続いて、このような楕円外削後のロッドレンズ5に楕円偏光を入射させた場合の作用を図9を参照して説明する。図9は、半導体レーザ21から出射されるレーザ光を楕円外削後のロッドレンズ5に入射させ、このレーザを光ファイバに伝送させるための配置例である。ここで半導体レーザ21から出射されるレーザ光の断面形状は、図13で説明したように楕円形状を有している。
図9(a)に戻り、半導体レーザ21と、楕円外削後のロッドレンズ5と、光ファイバを順に配置し、半導体レーザ21から出射されるレーザ光を楕円外削後のロッドレンズ5に入射させる。レーザ光は、ロッドレンズ5の入射端では図9(b)のA−A断面図に示すように楕円形状をしているが、ロッドレンズ5を通過することにより、長径は収縮され、短径はほとんど縮小されない状態で出力される。すなわち図9(b)のB−B断面図に示すように円形状に補正されて出射される。これにより半導体レーザ21から出射されたレーザ光を損失させることなく光ファイバへの入射させることができる。
この作用を別の観点から説明する。図10(a)(b)は、楕円外削及び紡糸を行ったロッドレンズを示す図であり、図10(a)はレーザ光の長径方向を補正する作用を示す模式図であり、図10(b)はレーザ光の短径方向を補正する作用を示す模式図である。
まず、図10(a)に示すように、半導体レーザ21から出射したレーザ光は楕円断面形状を有している。そこで、その長径方向が、ロッドレンズの屈折率差の大きい径方向(すなわち図8(c)においてrd2の方向)に一致するように入射させると、レーザ光はロッドレンズ内で広がり、ロッドレンズの出射端から短い距離で焦点を結ぶ。一方、図10(b)に示すように、レーザ光の短径方向が、ロッドレンズの屈折率差の小さい径方向(すなわち図8(c)においてrc2の方向)に一致するように入射させると、レーザ光はロッドレンズ内でほとんど広がらずに、ロッドレンズの出射端から、焦点1よりも遠い距離(焦点2)で焦点を結ぶ。従って、レーザ光の長径方向と短径方向は、ロッドレンズを通過させることにより、それぞれ補正されると共に、ロッドレンズの出射端のある位置でレーザ光の長径方向も短径方向も同径reとなるので、結果として楕円を円形に補正することができる。
尚、本実施の形態においては、ロッドレンズ母材11を楕円外削した後、紡糸を行い断面形状を円形に成形したが、紡糸は必ずしも必要ではなく、楕円のまま使用してもよい。
1…ロッドレンズ母材(外削後のロッドレンズ母材)
3…ロッドレンズ母材(偏芯外削後のロッドレンズ母材)
5…ロッドレンズ母材(楕円外削後のロッドレンズ母材)
11…ロッドレンズ母材
13…外削部
15…外削部
17…外削部
21…半導体レーザ
23…ミラー
101…ロッドレンズ
103…LD
105…光ファイバ
107…半導体レーザ素子
109…楕円形光束
3…ロッドレンズ母材(偏芯外削後のロッドレンズ母材)
5…ロッドレンズ母材(楕円外削後のロッドレンズ母材)
11…ロッドレンズ母材
13…外削部
15…外削部
17…外削部
21…半導体レーザ
23…ミラー
101…ロッドレンズ
103…LD
105…光ファイバ
107…半導体レーザ素子
109…楕円形光束
Claims (9)
- グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から半径r1で描かれる円形断面の外側を削り落とし、該削り落した後の母材を半径r2となるまで延伸してなることを特徴とするロッドレンズ。
- グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点を中心点とし、該中心点から半径r1で描かれる円形断面の外側を削り落とし、該削り落した後の母材を半径r2となるまで延伸してなることを特徴とするロッドレンズ。
- グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズ母材の断面中心点から長径r4と短径r5で描かれる楕円断面の外側を削り落とし、該削り落した後の母材を半径r2となるまで延伸してなることを特徴とするロッドレンズ。
- 延伸後のロッドレンズの半径は、
1次被覆又は2次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のロッドレンズ。 - グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法であって、
ロッドレンズ母材の断面中心点から半径r1で描かれる円形断面の外側を削り落とす外削工程と、
前記外削工程後、1次被覆又は2次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸する延伸工程とを有することを特徴とするロッドレンズの製造方法。 - グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法であって、
ロッドレンズ母材の断面中心点から所定距離離れた点を中心点とし、該中心点から半径r3で描かれる円形断面の外側を削り落とす外削工程と、
前記外削工程後、1次被覆又は2次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸する延伸工程とを有することを特徴とするロッドレンズの製造方法。 - グレーデッドインデックス屈折率分布を有するロッドレンズの製造方法であって、
ロッドレンズ母材の断面中心点から長径r4と短径r5で描かれる楕円断面の外側を削り落とす外削工程と、
前記外削工程後、1次被覆又は2次被覆が施された光ファイバの断面外径と同径又はそれ以下となるまで延伸する延伸工程とを有することを特徴とするロッドレンズの製造方法。 - 前記ロッドレンズの端部に光ファイバを融着接続することを特徴とするロッドレンズ付き光ファイバ。
- 複数本の光ファイバが引き揃えられてなるリボン状の光ファイバアレイの端部に前記ロッドレンズを融着接続することを特徴とするロッドレンズ付き光ファイバ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004025977A JP2005215650A (ja) | 2004-02-02 | 2004-02-02 | ロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバ |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005215650A true JP2005215650A (ja) | 2005-08-11 |
Family
ID=34908194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004025977A Pending JP2005215650A (ja) | 2004-02-02 | 2004-02-02 | ロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、及びロッドレンズ付き光ファイバ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005215650A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012078750A (ja) * | 2010-10-06 | 2012-04-19 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | ロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、ロッドレンズアレイおよびロッドレンズアレイ製造方法 |
JP2017043512A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ母材の製造方法、光ファイバの製造方法およびレンズの製造方法 |
-
2004
- 2004-02-02 JP JP2004025977A patent/JP2005215650A/ja active Pending
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