JP2005266044A - 先球光ファイバならびに光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 調整および固定が容易で、小型で配列の集積度の高い、先球光ファイバを提供する。
【解決手段】 光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成し、前記光ファイバのコア端部から発せられた光が達する前記先球部の球面の中心を、前記光ファイバの中心軸上に配置し、前記中心は前記光ファイバごとに異なる位置にし、先球光ファイバとする。それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光を、前記先球部の球面によって屈折させ、コリメート光として空気中に出射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光通信等において、小型で低反射のコリメータとして用いられる光ファイバに関する。

光通信システムにおいて光の伝搬路として用いられる光ファイバは、その中心部に光を伝搬させるコアと、コアの周囲に形成されて且つコアよりも屈折率の小さいクラッド層を備える。この光ファイバの端部は発光素子、受光素子やフィルター素子に対向させて配置される。光ファイバ中を伝搬してきた光が、端部では空気による屈折率差により、反射戻り光が発生して、半導体レーザ等の発光素子に戻るために発振状態が不安定となる問題があった。そのため、光ファイバの端部を斜めに切断すること、端部を球面化すること、あるいは空気との屈折率差を緩和する反射防止膜を端部に設けること等が、反射戻り光を抑制することを目的に行われている。

また、光ファイバ間にミラーなどの素子を挿入するために、光ファイバからの出射光をレンズによりコリメートして再び光ファイバに結合することが行われている。レンズには屈折率分布型のＧＲＩＮレンズなどが用いられている。しかし、ＧＲＩＮレンズは、光ファイバに比べて寸法が大きく、使い勝手が悪いという問題がある。

先球部の先端でビームを十分拡げるために、光が伝搬する第１の光ファイバの端部に、この光ファイバのコア部と屈折率が等価で単一屈折率を持ち同一外径からなる第２の光ファイバを接続し、その第２の光ファイバの先端を球面化し、それら一対の球面化した光ファイバ（以下、先球光ファイバと呼ぶ）を対向させて高結合のコリメータとして使用できることが特許文献１にて開示されている。図６にその構造を示す。

一対の先球光ファイバを対向させて、先球先端間の距離を５ｍｍ以上として光の高結合を実現するには、先球部の曲率半径を０．２３ｍｍ以上、すなわち先球部の直径を０．４６ｍｍ以上にする必要がある。この値は光ファイバの外径０．１２５ｍｍの約４倍である。ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた光スイッチ素子などでは、複数のコリメータを配列させる必要があるが、先球光ファイバを配列させる場合、配列する密度（集積度）は先球部の直径０．４６ｍｍで決まってしまい、限度があった。そのため、デバイスサイズの小型化には限界がある。

また、他の従来技術の先球光ファイバとして、先球部２に１本の光ファイバが接続されている構造（以下、シングル型先球光ファイバと呼ぶ）がある（特許文献２）。

特開平５−２８８９５６号公報（第３〜４頁、図１） 特開２００３−２６２７５８号公報（第４頁、図１）

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は調整および固定が容易であり、小型で配列するときの集積度の高い先球光ファイバを得ることにある。

本発明は、光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成し、前記光ファイバのコア端部から発せられた光が達する前記先球部の球面の中心を、前記光ファイバの中心軸上に配置し、前記中心は前記光ファイバごとに異なる位置にして、先球光ファイバとする。略同屈折率とは、同一の屈折率もしくはコアの屈折率の近傍の値の屈折率に相当する。

前記光ファイバの為す角ξは、第１の光ファイバに対する前記先球部の第１の球面の曲率半径をＲ１、第２の光ファイバに対する前記先球部の第２の球面の曲率半径をＲ２、前記第１の光ファイバのコア端部と第１の球面との距離をＴ１、前記第２の光ファイバのコア端部と第２の球面との距離をＴ２、中心間の距離をＬ、光結合が可能な最長の光路長をＤとすると、数１および数２を満たすようにする。

それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光を、前記先球部の球面によって屈折させ、コリメート光として空気中に出射させる。

他の本発明は、前記先球光ファイバと１枚以上の反射板とで構成し、前記先球光ファイバの前記第１の光ファイバのコア端部から発し空気中に出射した光を、前記反射板によって反射させて前記先球部に再帰させ、屈折させて前記第２の光ファイバのコア端部に挿入、伝搬させる光学系を搭載する光デバイスとする。
前記光デバイスは、光スイッチ、光パワーモニター、光アイソレーター、光サーキュレーター、乃至光減衰器のいずれかとする。

他の本発明は、前記先球光ファイバを１対と、１枚以上の反射板と、反射板を移動させる駆動素子で構成される光スイッチであって、
前記先球光ファイバの一方は第１の光ファイバと第２の光ファイバとを備え、前記先球光ファイバの他方は第３の光ファイバと第４の光ファイバとを備え、
前記第２の先球光ファイバは前記反射板を基準としたときに前記第１の先球光ファイバの鏡像となるように配置され、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間で光結合させているときに、前記反射板は前記第３の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させており、
反射板を移動させたときに、前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバとの間で光結合され、前記第２の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させて光路切り替えを行う光スイッチとする。

[１] 本発明の先球光ファイバは、光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成され、前記光ファイバのコア端部から発せられた光が達する前記先球部の球面の中心が前記光ファイバの中心軸上にあり、前記中心は前記光ファイバごとに異なる位置にあることを特徴とする。
この構造の先球光ファイバでは、光ファイバ同士の位置関係は、先球部を介して固定であり、調整する必要がない。このため、デバイスの組み立て工数を低減することができる。また、１つの先球部を、２本以上の光ファイバが共有するので、コリメータ配列するときの集積度を上げることができ、デバイスサイズの小型化が可能になる。

前記球面の中心と前記中心軸とがずれる（以下、軸ずれと呼ぶ）と、光断面強度分布が歪み、結果として結合効率が低下して、挿入損失が大きくなる。
本発明の先球光ファイバでは、前記軸ずれが低減されるため、光強度断面分布の歪みが抑えられ、結果として受発光素子や他の先球光ファイバとの結合が高効率、低挿入損失となる。

[２] 本発明の先球光ファイバについて、前記光ファイバの為す角ξは、第１の光ファイバに対する前記先球部の第１の球面の曲率半径をＲ１、第２の光ファイバに対する前記先球部の第２の球面の曲率半径をＲ２、前記第１の光ファイバのコア端部と第１の球面との距離をＴ１、前記第２の光ファイバのコア端部と第２の球面との距離をＴ２、中心間の距離をＬ、光結合が可能な最長の光路長をＤとすると、数１および数２を満たすことを特徴とする。数１および数２は上記の数式を用いる。

光ファイバ同士は平行ではなく、角度を為すため、それぞれの光ファイバからの出射光が空間上の１点で交差させ、反射板によって光結合を行うことができる。また、光路の変更を行う場合に設置する反射板の配置の単純にでき、都合がよい。また、この光結合は低損失となる。これについて説明する。

本発明の先球光ファイバの模式的な断面図を図２に示す。先球部２に２本の光ファイバ１１、１２が接続している。前記光ファイバ１１を伝搬する光は、コア端部５１を発し、先球部２の球面３１を通って出射光６１となって空気中に出射する。同じく、前記光ファイバ１２を伝搬する光は、コア端部５２を発し、先球部２の球面３２を通って出射光６２となって空気中に出射する。前記球面３１の曲率半径をＲ１、前記球面３２の曲率半径をＲ２、中心間距離をＬ、光ファイバ１１と光ファイバ１２の為す角をξとする。前記角ξは光ファイバ１１からの出射光６１と光ファイバ１２からの出射光６２の為す角でもある。また、光結合できる最長の光路長をＤとする。光結合できる最長の光路長Ｄは、先球光ファイバから光が空気中に出射して、再び先球光ファイバに入射するときの光の進んだ距離であり、これ以上の長さになると、光強度損失が大きくなり光結合できなくなる距離を指す。前記出射光６１と前記出射光６２との交差点１５に１枚の反射板７を設置すると、反射された前記出射光６１は前記出射光６２の光路を逆向きに進行し、光ファイバ１２のコア端部５２に挿入され光結合される。

光ファイバ１１と光ファイバ１２の為す角ξが小さいと、交差点１５が先球部２から遠くなり、空気中を前記出射光６１が進む距離が長くなる。この距離が光結合できる最長の光路長Ｄより長くなると、光強度損失が大きくなり光結合できなくなる。よって、角ξには下限値があり、余弦定理より数３を満たさなくてはならない。ここで、前記球面３１と前記反射板７との距離をＤ１、および前記球面３２と前記反射板７との距離をＤ２とした。

光の出射側と入射側の先球部形状が異なると、光結合の挿入損失が増大する。先球部形状とは、レンズ機能に関係する曲率半径と光ファイバのコア端部と球面との距離（以下、レンズ長と呼ぶ）のことを指す。前記球面３１の曲率半径をＲ１、前記球面３２の曲率半径をＲ２の差が大きければ、挿入損失は増加し、光ファイバ１のレンズ長Ｔ１と光ファイバ２のレンズ長Ｔ２との差が大きければ、挿入損失が増大する。ここで先球部形状の違いを表す指標として形状差パラメータＲ２・Ｔ２／Ｒ１・Ｔ１を導入する。形状差パラメータは１に近いほど、同形状であり挿入損失は小さい。図５に形状差パラメータと挿入損失との関係を示す。低挿入損失の０．５ｄＢ以下となるためには、形状差パラメータが０．９４以上１．０６以下でなくてはならないことが分かる。よって、先球部の形状は、上記の数２を満たさなくてはならない。

また、数２を満たす形状では、前記球面３１と前記反射板７との距離をＤ１、および前記球面３２と前記反射板７との距離をＤ２の差は小さく、共にＤ／２とみなせることから、数３は上記数１と変形される。

[３] 上記[１]または[２]の本発明の先球光ファイバについて、それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光を、前記先球部の球面によって屈折させ、コリメート光として空気中に出射させる。
この先球光ファイバでは、出射光がコリメート光になるため、受発光素子や他の先球光ファイバとの結合を行う場合、前記先球部からの距離を十分に取ることができる。結果として受発光素子や他の先球光ファイバの配置が容易になり、かつ高効率で低挿入損失になる。また、光路長の余裕を活かしてフィルターなどの光機能素子を挿入して、光デバイスを作製することができる。また、上記本発明に係る先球光ファイバを一対作製し、対向させてコリメート光の送受を行えば、いわゆるコリメータを構成することができる。

ここで、”コリメート”という用語は、光ファイバのコア端部から出射された光が任意の方向に広がらないように光を収束させること、光ファイバのコア端部から出射された光を平行光線に変換して伝搬させること、光ファイバのコア端部から出射される光が対向する光ファイバの端面もしくはコリメータの受光面に入射される程度に光線を平行化することなどを含む用語として用いる。”コリメータ”という用語は光を上記コリメートする部材のこととして用いる。

[４] 上記[１]乃至[３]のいずれかの本発明の先球光ファイバと１枚以上の反射板とを備え、前記先球光ファイバは第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを備え、前記第１の光ファイバのコア端部から発し空気中に出射した光を、前記反射板によって反射させて前記先球部に再帰させ、屈折させて前記第２の光ファイバのコア端部に挿入、伝搬させる光学系を搭載する光デバイスとする。
本発明に係わる先球光ファイバでは、光の出射と入射を一つの先球光ファイバが担うので、光ファイバ同士の位置関係は固定であり、調整する必要がない。光路長の余裕に光機能素子を挿入して光デバイスを作製することができ、しかも組み立て工数を低減させることができる。またサイズも小さくできる。

上記[４]の本発明の光デバイスにおいて、反射板の反射面を金属膜もしくは誘電体膜とする。
反射面を金属膜もしくは誘電体膜とすることで、反射によって生じる光損失を低減することができる。また、誘電体膜の構成を適宜設定することで、一部の光を透過させ、反射板後方に受光素子を配置させて光信号や光強度を検出することもできる。

[５] 上記[４]の本発明の光デバイスは、発光デバイス、光スイッチ、光パワーモニター、光アイソレーター、光サキュレーター、光減衰器のうち少なくとも１つの機能を有する構成とすることができる。

この本発明に係わる光デバイスとして、具体的に次のようなものが挙げられる。すなわち、ＬＤモジュール（Laser Diode Module）のように発光素子の光を先球光ファイバにより外部に送り出す装置、光ファイバ同士を突き合わせ若しくは移動させて光路を切り替えるファイバ駆動型光スイッチ、光路内にミラー配置若しくは移動させて光路を切り替えるミラー駆動型光スイッチ、ミラーの代わりにプリズムを動かして光路を切り替えるプリズム駆動型光スイッチ、導波路と外部の光ファイバと結合させる箇所に本発明の先球光ファイバを適用できる導波路型光スイッチ、マイクロミラーをマトリクス状に２次元配置して光路を切り替えるＭＥＭＳ型光スイッチ、マイクロミラーアレイ同士を３次元的に対向させることにより光路を切り替えるＭＥＭＳ型光スイッチ、誘電体多層膜によって一部の光を透過させ、その強度を検出する光パワーモニター、空気中に出射した光の光路中にファラデー回転子を挿入した光アイソレーターおよび光サキュレーター、光吸収体を挿入した光減衰器などである。

これらに限らず、光ファイバの光路を結合あるいは中継させる必要のある光通信装置、光通信回線もしくは光測定装置についても、本発明に係わる先球光ファイバを用いると、光の伝達を高結合で実現する光デバイスとなる。先球部に接続する複数の光ファイバ同士の位置が固定で調整する必要がないことから、これら光デバイスの組み立てを容易に行うことができる。

[６] 上記[１]乃至[３]のいずれかの本発明の先球光ファイバを１対と、１枚以上の反射板と、反射板を移動させる駆動素子で構成される光スイッチであって、
前記先球光ファイバの一方は第１の光ファイバと第２の光ファイバとを備え、前記先球光ファイバの他方は第３の光ファイバと第４の光ファイバとを備え、
前記第２の先球光ファイバは前記反射板を基準としたときに前記第１の先球光ファイバの鏡像となるように配置され、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間で光結合させているときに、前記反射板は前記第３の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させており、
反射板を移動させたときに、前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバとの間で光結合され、前記第２の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させて光路切り替えを行う光スイッチとする。

本発明によれば、光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、先球部に接続する２本以上の光ファイバとで先球光ファイバを構成するので、光ファイバ間の位置関係は固定であり、先球光ファイバの調整や固定が容易である。また、１つの先球部を２本以上の光ファイバが共有するので、小型であり、さらにはコリメータ配列の高い集積化が可能になる。

また、反射板を適切に配置することで、出射光を先球部に再帰させる光路折り返し光結合を行うことができる。光路内に光機能素子を挿入して光デバイスを作製する際、１つの先球光ファイバで光の入出射を担うので、調整、固定が容易であり、組み立て工数を低減することができる。

以下、本発明に係わる実施例を説明する。ただし、これら実施例により本発明が限定されるものではない。なお、類似の部品については同じ符号で説明する。

（実施例１）
図１は本発明に適用する先球光ファイバの１実施例に係わる断面図である。先球部２に２本の光ファイバ１１、１２が接続している。光ファイバ１１のコア４１を伝搬する光はコア端部５１から発せられ、球面３１の中心９１を通って球面３１に達し、屈折されて空気中に出射光６１となって出射される。同じく、光ファイバ１２のコア４２を伝搬する光はコア端部５２から発せられ、球面３２の中心９２を通って球面３２に達し、屈折されて空気中に出射光６２となって出射される。ここで、光ファイバ１１、１２はそれぞれコア４１、４２とそれらを覆うクラッド８１、８２で構成した。符号１１、１２はそれぞれコア４１、４２とクラッド８１、８２からなる光ファイバを示しており、クラッド８１、８２のみを指している訳ではない。

出射光６１、６２がコリメート光となるの条件としては、特許文献２に開示されている条件を用いることができる。特許文献２の先球光ファイバは、先球部２に１本の光ファイバが接続されている構造（以下、シングル型先球光ファイバと呼ぶ）である。先球部２の曲率半径Ｒとコア端部から先球部の球面までの距離Ｔ（以下、レンズ長と呼ぶ）をある特定の値に設定することで、コリメート光として出射させることができる。曲率半径Ｒが２２５μｍ、レンズ長Ｔが８０５μｍの先球光ファイバでは出射光がコリメート光となる。これを２本用意して対向させると、光結合を行うことができ、先球部先端間の距離（光路長）を５．０ｍｍに設定すると結合効率は最大となった。このときの先球部先端間距離（光路長）をワーキングディスタンスと呼ぶ。

本実施例の先球光ファイバ（以下、デュアル型先球光ファイバと呼ぶ）においても、光ファイバ１１のコア端部５１から発せられた光が達する先球部の球面３１の曲率半径Ｒ１と、コア端部４１と先球部の球面３１との距離Ｔ１（レンズ長）とを、それぞれ２２５μｍ、８０５μｍとすることにより、ワーキングディスタンス５．０ｍｍで光結合するコリメータとなる。

本実施例のデュアル型先球光ファイバは、放電加熱法によって作製した。曲率半径Ｒ２２５μｍ、レンズ長Ｔ８０５μｍのシングル型先球光ファイバを２本用意し、先球部の側面を接触させて接触部を放電加熱することにより、溶融・接合し１つの先球部を作製して、デュアル型先球光ファイバとした。

先球部側面は溶融・接合するため、球面形状を留めていないが、先球部先端は殆ど変形しておらず、球面３１の曲率半径Ｒ１と球面３２の曲率半径Ｒ２とは、放電過熱前の２２５μｍのままであった。このため、出射光がコリメート光となり、光結合を行うことができた。

図２に示す本発明に係る構成を用いれば、デュアル型先球光ファイバにおいて、出射光６１が、１枚以上の反射板によって反射されて先球部２に再帰し、屈折されて光ファイバ１２のコアのコア端部５２に挿入、伝搬する。以下、これを光路折り返し光結合と呼ぶ。一つのデュアル型先球光ファイバで光の入射と出射の作用を担うので、２本の光ファイバの位置関係の調整は不要で、反射板の調整をすればよく、光デバイスを作製する上で組み立て工数を低減できる。またデバイスサイズも小さくできる。

本実施例の形状では、球面３１の中心９１と、球面３２の中心９２は異なる位置にある。このため、２つの出射光６１、６２は空間上の交差点で交わることになる。この点をクロスポイント１５と呼ぶ。クロスポイント１５は２本の光ファイバ１１、１２がなす平面上にある。クロスポイント１５に１枚の反射板７を設置することで、光路折り返し光結合を実現できる。以下、反射板７を設置すべき位置を求める。

２本の光ファイバの為す角をξとし、その中線をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸に取る。原点を球面３１の中心９１と球面３２の中心９２の中点とした。球面３１の曲率半径Ｒ１および球面３２の曲率半径Ｒ２をともにＲ、球面３１の中心９１と球面３２の中心９２との距離をＬ、ワーキングディスタンスをＤした。図２はそのデュアル型先球光ファイバと反射板７の配置を説明する断面図を示す。反射板７は対称性からＸ軸上にあって、Ｘ軸に対して垂直を為すべきであり、その位置を（Ｘｍ、０）とすると、数４から求められる。

また、Ｄ、Ｌ、ξは、数１でＲ１＝Ｒ２＝Ｒとして、数５を満たす必要がある。

本実施例では、曲率半径Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒは２２５μｍ、レンズ長Ｔ１、Ｔ２は８０５μｍ、球面３１の中心９１と球面３２の中心９２との距離Ｌは４００μｍ、ワーキングディスタンスＤは５ｍｍ、２本の光ファイバが為す角ξは８．４°とした。このときの反射板のＸ方向位置Ｘｍは２．７２ｍｍとなる。

上記の計算に従い反射板７を実際に設置し、光路折り返し光結合を行った。反射板７は反射面がAu膜の全反射ミラーとした。この光結合の挿入損失ＩＬは０．３ｄＢであった。先球部２の球面３１、３２に反射防止膜を施すことで、挿入損失をさらに低減できる。ここで挿入損失ＩＬとはＩＬ＝−１０Ｌｏｇ_１０（Ｐ１／Ｐ０）で表され、光強度Ｐ０は光源とセンサーを光ファイバで接続した状態で、光強度Ｐ１はデュアル型先球光ファイバでの光ファイバ１１、１２をそれぞれ光源とセンサーに接続した場合である。

（実施例２）
他の変形型の実施例として、反射板７を一部透過型誘電体多層膜１３とし、一部透過型誘電体多層膜１３を挟んでデュアル型先球光ファイバと反対側に受光素子１４１、１４２を配置し、光パワーモニターを作製した。その模式図を図３に示す。

光ファイバ１１からの出射光６１は、一部透過型誘電体多層膜１３によってその一部が透過し、その透過光１６１が受光素子１４１で検出される。一方、反射光は球面３２に達して屈折され、光ファイバ４２のコア端部５２に挿入される。光ファイバ１２からの出射光６２は、一部透過型誘電体多層膜１３によってその一部が透過し、その透過光１６２が受光素子１４２で検出される。一方、反射光は球面３１に達して屈折され、光ファイバ４１のコア端部５１に挿入される。

受光素子１４１、１４２で検出する光強度を参照して、光ファイバ１１、１２を伝搬する光の強度を求めることができる。また、光ファイバ１１から光ファイバ１２へ光結合する光は受光素子１４１で検出し、光ファイバ１２から光ファイバ１１へ光結合する光は受光素子１４２で検出するため、光の進行方向ごとの光強度を求めることができた。

本実施例では、先球部２に接続する光ファイバ１１と光ファイバ１２の位置関係は固定で、一部透過型誘電体多層膜１３の位置調整をすればよい。シングル型先球光ファイバを用いた構成では、２本の先球光ファイバ同士の位置調整が必要になるが、本実施例のデュアル型先球光ファイバでは、その調整が不要である。よって組み立てが容易になって量産時の工数低減となる。

（実施例３）
また、他の変形型の実施例として、もう一つのデュアル型先球光ファイバを設けることで２×２型光スイッチを形成することができた。図４にその模式的な断面図を示す。まず、前記反射板７を他の反射板に換装する。この換装された反射板７１は、光が当たる箇所を十分に薄い厚さにすること、および反射板を平行移動させる駆動素子（図示せず）を備えること以外は反射板７と同様にした。さらに、反射板７１の反対側に同型のデュアル型先球光ファイバをもう一つ配置することで、２×２型の光スイッチを構成した。第１のデュアル型先球光ファイバは光ファイバ１１と光ファイバ１２を備え、第２のデュアル型先球光ファイバは光ファイバ１３と光ファイバ１４を備えた。第１のデュアル型先球光ファイバと第２のデュアル型先球光ファイバは反射板７１を基準にして鏡像の位置関係にある。

図４（ａ）は反射板７１が一対のデュアル先球光ファイバ間にあるときを示しており、光ファイバ１１のコア部４１から先球部２１を伝って出射された出射光６１が反射板７１で反射されて光ファイバ１２の先球部２１（＝光ファイバ１１と共有する先球部）から入射してコア部４２に伝搬し、光ファイバ１３のコア部４３から先球部２２を伝って出射された出射光６３が反射板７１の反対側の面で反射されて光ファイバ１４の先球部２２（＝光ファイバ１３と共有する先球部）から入射してコア部４４に伝搬した。このとき、反射板は両面に光を反射するためのＡｕ薄膜を被着形成したものを用いた。

ついで図４（ｂ）は、反射板７１をその長さ方向もしくは幅方向に平行移動させて出射光６１および出射光６３を反射しない位置に配置した場合を示しており、光ファイバ１１のコア部４１から先球部２１を伝って出射された出射光６１が直進して光ファイバ１４の先球部２２から入射してコア部４４に伝搬し、光ファイバ１３のコア部４３から先球部２２を伝って出射された出射光６３が直進して光ファイバ１２の先球部２１から入射してコア部４２に伝搬した。

すなわち、駆動素子によって反射板を移動させて、光路を切り替える光スイッチとする。本実施例の光スイッチの挿入損失は、いずれの光路においても０．５ｄＢ以下で、低挿入損失であり良好な特性を示した。
本実施例も実施例２と同様に、先球部２１に接続する光ファイバ１１と光ファイバ１２の位置関係、およびは先球部２１に接続する光ファイバ１１と光ファイバ１２の位置関係は固定で、反射板の調整とデュアル型先球光ファイバ同士の調整をすればよい。シングル型先球光ファイバを用いた構成では、４本の先球光ファイバの位置調整が必要になり、工数が大きくかかるが、本実施例では、２本の先球光ファイバの調整ですみ、量産時の組み立て工数を低減できる。

本実施例１、２、３では先球部に接続する光ファイバを２本としたが、３本以上としても同じく光路折り返し光結合とそれを用いた光デバイスを実現できる。この場合、配列の集積度はさらに高くなり、光デバイスの小型化を実現できる。

本発明は、光通信等において、小型で低反射のコリメータとして機能する光ファイバとして利用できる。光パワーモニターや光スイッチに適用し、少ない組み立て工数で作製することができる。

本発明の１実施例の先球光ファイバの模式的に示す断面図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバと反射板の配置を説明するための断面図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバを用いた光パワーモニターの模式図である。 本発明の１実施例の先球光ファイバを用いた光スイッチの模式的な断面図である。 本発明の先球光ファイバの特性を説明するためのグラフである。 従来の先球光ファイバを説明するための図である。

符号の説明

１、１１、１２、１３、１４ 光ファイバ
２、２１、２２ 先球部
３、３１、３２、３３、３４ 球面
４、４１、４２、４３、４４ コア
５、５１、５２、５３、５４ コア端部
６、６１、６２、６３、６４ 出射光（コリメート光）
７、７１、７２、７３ 反射板
８、８１、８２、８３、８４ クラッド
９、９１、９２、９３、９４ 球面の中心
１０１、１０２ シングル型先球光ファイバ
１３ 一部透過型誘電体多層膜
１４１、１４２ 受光素子
１５ 交差点（クロスポイント）
１６１、１６２ 透過光

Claims (6)

1. 光ファイバのコアと略同屈折率で球面を有する先球部と、前記先球部に接続する２本以上の光ファイバとで構成され、前記光ファイバのコア端部から発せられた光が達する前記先球部の球面の中心が前記光ファイバの中心軸上にあり、前記中心は前記光ファイバごとに異なる位置にあることを特徴とする先球光ファイバ。
2. 請求項１に記載の先球光ファイバにおいて、前記光ファイバの為す角ξは、第１の光ファイバに対する前記先球部の第１の球面の曲率半径をＲ１、第２の光ファイバに対する前記先球部の第２の球面の曲率半径をＲ２、前記第１の光ファイバのコア端部と第１の球面との距離をＴ１、前記第２の光ファイバのコア端部と第２の球面との距離をＴ２、光結合が可能な最長の光路長をＤ、中心間距離をＬとすると、数１および数２を満たすことを特徴とする先球光ファイバ。
   

   

   
3. 請求項１又は２に記載の先球光ファイバにおいて、それぞれの前記光ファイバのコア端部から発せられた光が、前記先球部の球面によって屈折し、コリメート光となって空気中に出射することを特徴とする先球光ファイバ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の先球光ファイバと１枚以上の反射板を備え、前記先球光ファイバは第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを備え、前記第１の光ファイバのコア端部から発し空気中に出射した光が、前記反射板によって反射されて前記先球部に再帰し、屈折されて前記第２の光ファイバのコア端部に挿入し伝搬することを特徴とする光学系を搭載した光デバイス。
5. 請求項４に記載の光デバイスにおいて、光スイッチ、光パワーモニター、光アイソレーター、光サーキュレーター、もしくは光減衰器のうち少なくとも１つの機能を有することを特徴とする光デバイス。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の先球光ファイバを１対と、１枚以上の反射板と、反射板を移動させる駆動素子で構成される光スイッチであって、
   前記先球光ファイバの一方は第１の光ファイバと第２の光ファイバとを備え、前記先球光ファイバの他方は第３の光ファイバと第４の光ファイバとを備え、
   前記第２の先球光ファイバは前記反射板を基準としたときに前記第１の先球光ファイバの鏡像となるように配置され、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間で光結合させているときに、前記反射板は前記第３の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させており、
   反射板を移動させたときに、前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバとの間で光結合され、前記第２の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間で光結合させて光路切り替えを行う光スイッチであることを特徴とする光デバイス。

Images