JP4297312B2 - 光ファイバ - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
この発明は楕円形のモードフィールドを持つ半導体レーザーダイオード等の光出射素子に光接続するのに適した円形のモードフィールドを持つ光ファイバに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
第７図は光出射素子に接続する光ファイバ１の接続端部を示す。第７図の（ａ）は光ファイバ端部の斜視図であり、第７図の（ｂ）は同図の（ａ）に示すｘ−ｚ平面で光ファイバ端部を切った断面図であり、また、同図の（ｃ）は同図の（ａ）に示すｙ−ｚ平面で光ファイバ端部を切った断面図である。光ファイバ１は円形のモードフィールド２を持つもので、楕円形のモードフィールドを持つ光出射素子である半導体レーザーダイオード（以下、半導体ＬＤと記す）３に光結合効率良く光接続するために改良された接続端部をもつ。上記半導体ＬＤ３に光接続する光ファイバ１の端部は略楔形状に形成され、その先端部は曲面に形成されてレンズと成している。光ファイバ１はこのレンズによって半導体ＬＤ３から出射された光を集光する構成と成している。
【０００３】
光ファイバ１にはモードフィールド径ｗが異なる複数の種類がある。半導体ＬＤ３にも出射する光の波長等が異なる複数の種類がある。通常、どの種類の光ファイバ１をどの種類の半導体ＬＤ３に接続するかの接続の組み合わせは仕様により定められている。
【０００４】
このように光ファイバ１と半導体ＬＤ３の各種類の組み合わせが規定されている中で、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の光結合効率の向上を図るための手段が多数提案されているが、それらはいずれも満足のいくものではなかった。
【０００５】
例えば、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の最も要求の多い組み合わせは、モードフィールド径ｗが６μｍの光ファイバ１と、出射光の波長が９８０ｎｍの半導体ＬＤ３との組み合わせである。第７図に示す光ファイバ１の接続端部はこの仕様の組み合わせ接続に合うように改良されているが、未だ半導体ＬＤ３との光結合効率は十分に満足できるまでには至っていない。
【０００６】
その理由は次のように考えられる。光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率は、第７図の（ａ）に示すｘ方向の光結合効率成分とｙ方向の光結合効率成分との積によって定まる。ｙ方向の光結合効率成分は、第７図の（ｃ）に示す光ファイバ１の先端部に形成されたレンズの曲率半径Ｒと、光ファイバ１の略楔形状端部を形成する斜平面４とコア軸Ｃとの成す角度（楔角度）θとによって定まる。一方、ｘ方向の光結合効率は、第７図の（ｂ）に示すように光ファイバ１の端部のｘ−ｚ断面形状が矩形状であることから半導体ＬＤ３との光接続がバットジョイントとなるので、光ファイバ１のモードフィールド径ｗと、半導体ＬＤ３の種類によって定まる。
【０００７】
通常、曲率半径Ｒと楔角度θは、半導体ＬＤ３と光ファイバ１の組み合わせの仕様に関係なく適宜に定めることができるので、ｙ方向の光結合効率成分の向上を図るのは容易である。これに対し、光ファイバ１のモードフィールド径ｗと出射素子の種類は接続組み合わせの仕様によって定まっているので、必然的にｘ方向の光結合効率は接続組み合わせの仕様によって定まり、ｘ方向の光結合効率の向上を図ることはできない。このために、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の全体の光結合効率の向上に限界があり、十分に満足すべき光結合効率は得られていないのが現状である。
【０００８】
本発明者の検討によれば、半導体ＬＤ３の楕円形のモードフィールドにおける長軸方向（楕円の長軸方向）のモードフィールド径Ｋｌに光ファイバ１の円形のモードフィールド径ｗが近い程、ｘ方向の光結合効率は高くなる。しかし、上記要求されることが多い出射光波長９８０ｎｍの半導体ＬＤ３とモードフィールド径ｗが約６μｍの光ファイバ１との組み合わせでは、出射光波長９８０ｎｍの半導体ＬＤ３の楕円の長軸方向のモードフィールド径Ｋｌは約４μｍであるのに対して、光ファイバ１のモードフィールド径ｗは約６μｍというように値が離れていることから、その半導体ＬＤ３と光ファイバ１とのｘ方向の光結合効率はあまり良いものではない。このような事情から、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の光結合効率のより一層の向上が望まれている。
【０００９】
光ファイバ１と半導体ＬＤ３の光結合効率をより向上させるために、光ファイバ先端部のｙ−ｚ断面形状を略楔形状にするだけでなく、光ファイバ先端部のｘ−ｚ断面形状をも略楔形状に形成することが考えられる。しかし、そのようにすると、光ファイバ１の先端部の形状が複雑になり、光ファイバ１の製造工程が煩雑になる。さらに加えて、光ファイバ１の先端部を所望の形状に精度良く形成するのが難しいので、光ファイバ１の歩留まりが大幅に悪化してしまうという問題が生じる。
【００１０】
その上、半導体ＬＤ３が持つ楕円形のモードフィールドの長軸方向（楕円の長軸方向）のモードフィールド径Ｋｌあるいは短軸方向（楕円の短軸方向）のモードフィールド径Ｋｓが僅かに異なっただけで、光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率が大きく変化してしまうことから、高い光結合効率でもって光接続することができる半導体ＬＤ３の種類が非常に限定されてしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、既定される光ファイバの種類と光出射素子の種類との接続の組み合わせ仕様の如何に拘らず、楕円形のモードフィールドを持つ光出射素子に光結合効率良く光接続することができる円形モードフィールドの光ファイバを提供することである。
【００１２】
【発明の開示】
上記目的を達成するためにこの発明は次に示すような特徴的な構成を備えている。すなわち、本発明の第１の構成は、楕円形のモードフィールドを持つ光出射素子に光接続する円形のモードフィールドを持つ光ファイバにおいて、上記光出射素子に光接続する側の光ファイバの端部には円形のモードフィールドを持つ光結合効率改善用光ファイバが融着接合技術によりコアが拡大して結合され、この光結合効率改善用光ファイバにおける光出射素子側の端部には上記光出射素子から出射された光を集光する略楔形状をしたレンズが形成されており、前記楕円形のモードフィールドにおける楕円の長軸方向をｘ軸方向とし、前記光結合効率改善用光ファイバの光軸方向をｚ軸方向とし、これらｘ軸方向およびｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向としたｘ、ｙ、ｚの３軸直交座標において、前記光結合効率改善用光ファイバにおけるレンズは、ｙ―ｚ断面のみの形状が略楔形状を呈しており、この光結合効率改善用光ファイバの円形のモードフィールド径は前記光ファイバのモードフィールド径よりも小さくかつ上記光出射素子の楕円形のモードフィールドにおける長軸方向のモードフィールド径とほぼ等しいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成を備えたものにおいて、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの間には、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバの各モードフィールド径とは異なる円形のモードフィールド径を持つ結合用光ファイバが１つ以上介設されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の構成は、上記第２の構成を備えたものにおいて、結合用光ファイバのモードフィールド径は光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径と光ファイバのモードフィールド径との範囲内の大きさであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４の構成は、上記第１又は第２又は第３の構成を備えたものにおいて、光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径はほぼ４μｍであり、光結合効率改善用光ファイバの光出射素子側の端部は略楔形状に形成され、その先端部は曲率半径がほぼ２μｍのレンズと成しており、上記光結合効率改善用光ファイバの略楔形状端部を構成する斜平面とコア軸とが成す角度はほぼ３０度であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、光出射素子に光接続する側の光ファイバの端部に光結合効率改善用光ファイバが融着接合技術により結合される構成とし、その光結合効率改善用光ファイバの光出射素子側の端部にはレンズが形成され、また、光結合効率改善用光ファイバの円形のモードフィールド径は上記光出射素子の楕円形のモードフィールドにおける楕円長軸方向のモードフィールド径とほぼ等しい構成としたので、光出射素子と光結合効率改善用光ファイバとの光結合効率は非常に高いものである。光ファイバのモードフィールド径が仕様により異なる場合にも、その仕様の光ファイバの端部に上記光結合効率改善用光ファイバを接合するだけで、簡単に、光出射素子と光ファイバとの光結合効率を向上することができる。
【００１７】
また、上記光結合効率改善用光ファイバと光ファイバとは融着接合技術により結合されることから、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバの接合部分でのモードフィールドの大きさの変化が緩やかである。このことによって、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの結合部分での光結合損失を非常に小さく抑えることができる。さらに、融着接合することによって、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの結合部分での曲げに対する強度を強くすることが可能である。
【００１８】
さらに、光結合効率改善用光ファイバの端部を複雑な形状にすることなく、光出射素子と光結合効率改善用光ファイバとの高い光結合効率を得ることができるので、光結合効率改善用光ファイバの端部の加工は簡単である。また、光結合効率改善用光ファイバを光ファイバに融着接合技術により簡単に結合させることができることから、上記の如く光結合効率を高めることが容易な光結合効率改善用光ファイバ付き光ファイバを簡単に製造することができる。
【００１９】
さらに、上記の如く、光出射素子に接続する光結合効改善用光ファイバの端部にレンズが形成される上に、光結合効率改善用光ファイバの円形のモードフィールド径は光出射素子の楕円形のモードフィールドにおける楕円長軸方向のモードフィールド径とほぼ等しくされるので、高い光結合効率でもって光接続することができる光出射素子の種類の幅を大幅に広げることができる。
【００２０】
光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの間に結合用光ファイバを介設した構成にあっては、ニーズに合わせた光ファイバを提供することが容易となる。特に、結合用光ファイバのモードフィールド径が光ファイバのモードフィールド径と光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径との範囲内の大きさとするものにあっては、光ファイバに直接的に光結合効率改善用光ファイバを結合する場合に比べて、光接合損失をより一層小さく抑制することが可能となる。
【００２１】
光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径はほぼ４μｍであり、光結合効率改善用光ファイバの光出射素子側の端部は略楔形状に形成され、その先端部は曲率半径がほぼ２μｍのレンズと成しており、上記光結合効率改善用光ファイバの略楔形状端部を構成する斜平面とコア軸とが成す角度はほぼ３０度とした構成のものにあっては、上記光結合効率改善用光ファイバを端部に接合するだけでどのようなモードフィールド径を持つ光ファイバであっても、近年使用されることが多い出射光波長９８０ｎｍの光出射素子に非常に高い光結合効率でもって光接続することができる。
【００２２】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明をより詳細に説述するために、本発明に係る実施形態例を添付の図面に従って説明する。
【００２３】
第１図には光ファイバ１の全体像と共に、この発明の実施形態例において特徴的な光ファイバの端部の断面図が示され、第２図には上記特徴的な光ファイバの端部の斜視図が示されている。なお、第１図に示す光ファイバ１の端部断面図は第２図に示すｙ−ｚ平面で光ファイバ１を切断した断面図である。
【００２４】
第１図および第２図に示すように、この実施形態例では、楕円形のモードフィールド径を持つ半導体ＬＤ３側の光ファイバ１の端部に、半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しい円形のモードフィールド径Ｗ１を持つ光結合効率改善用光ファイバ５を結合したことを特徴としている。なお、光ファイバ１自体は特殊な種類のものではなく、モードフィールド径等が予め仕様により定められた一般に使用されている光ファイバである。
【００２５】
この実施形態例では、光ファイバ１に光結合効率改善用光ファイバ５が融着接合技術（ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）融着接合技術）により接合されている。この融着接合工程では、第３図に示すように、上記光ファイバ１のコア軸Ｃに光結合効率改善用光ファイバ５のコア軸Ｃ’を位置合わせした状態で、その接続部分を加熱が行われる。この加熱により、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５とが融着すると共に、光ファイバ１のコアの構成成分と光結合効率改善用光ファイバ５のコアの構成成分とが相互に拡散する。このコア構成成分の相互拡散によって、コアが拡大して光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との結合部分でのモードフィールド２は、第３図に示すように大きさが急激に変化するのではなく、第１図に示すように緩やかに変化する。このことによって、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との接合部分での光接合損失は低く抑えられる。
【００２６】
さらに、この実施形態例では、第１図に示すように、光結合効率改善用光ファイバ５の半導体ＬＤ３側の端部は略楔形状に形成され、また、その先端部はレンズ加工（レンズ状に加工）されている。第２図に示す光結合効率改善用光ファイバ５の略楔形状端部を構成する斜平面４とコア軸Ｃ’との成す角度（楔角度）θおよび光結合効率改善用光ファイバ５の先端部のレンズの曲率半径Ｒはそれぞれ半導体ＬＤ３と光結合効率改善用光ファイバ５との光結合効率を最も高めることができる値となっている。それら楔角度θと曲率半径Ｒの各値は演算（シミュレーション）により求められる。
【００２７】
なお、上記最適な楔角度θと曲率半径Ｒの各値を求めるための手法には様々な手法があり、ここでは、それらの何れの手法を採用してもよく、その説明は省略する。
【００２８】
この実施形態例の光ファイバは上記のように構成されており、以下に、その具体的な例を示す。
【００２９】
前述したように、出射光の波長が９８０ｎｍである半導体ＬＤ３と、モードフィールド径ｗが６μｍの光ファイバ１との組み合わせが要求されることが多いことから、ここでは、それらの光ファイバ１と半導体ＬＤ３とを組み合わせる場合について示す。
【００３０】
上記出射光波長９８０ｎｍの半導体ＬＤ３では楕円形のモードフィールドにおける長軸方向（楕円の長軸方向）のモードフィールド径Ｋｌはほぼ４μｍであることから、半導体ＬＤとの光接続側の光ファイバ１の端部にはモードフィールド径Ｗ１がほぼ４μｍ（３．４μｍ〜４．６μｍの範囲内の径であればよい）である光結合効率改善用光ファイバ５が融着接合技術により結合される。つまり、半導体ＬＤ３の楕円長軸モードフィールド径とほぼ同じ径の円形モードフィールドをもつ光結合効率改善用光ファイバ５が光ファイバ１の端部に結合される。
【００３１】
この光結合効率改善用光ファイバ５の略楔形状端部における楔角度θおよび先端部のレンズの曲率半径Ｒは両方共に、シミュレーション結果に基づいて、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との光結合効率を最も高めることができる値に設定される。この具体例では、楔角度θは約３０度（２０度〜４０度の範囲内の角度であればよい）と成し、また、曲率半径Ｒは約２μｍ（１．５μｍ〜２．５μｍの範囲内の曲率半径であればよい）と成している。
【００３２】
上記の如く、最適な楔角度θおよび曲率半径Ｒを持つ略楔形状に端部が形成されるだけでなく、半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しいモードフィールド径Ｗ１を持つ光結合効率改善用光ファイバ５を光ファイバ１の端部に融着接合することによって、半導体ＬＤ３と光ファイバ１との光結合効率を格段に高めることができる。このことは本発明者の実験からも確かめられている。
【００３３】
第４図には、この実施形態例において特徴的な第１図の光結合効率改善用光ファイバ５付の光ファイバ１において、光結合効率改善用光ファイバ５の先端部の曲率半径Ｒの変化に対する光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率の変化が半導体ＬＤ３の種類毎に示されている。なお、上記光結合効率改善用光ファイバ５は４μｍの円形モードフィールド径Ｗ１を持ち、また、光結合効率改善用光ファイバ５の先端部の楔角度θはほぼ３０度である。
【００３４】
また、第５図には比較例として、半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌと異なるモードフィールド径ｗを持つ前記第７図に示す光ファイバ１がそのまま光結合効率改善用光ファイバを有せずに半導体ＬＤ３に光接続した場合の、光ファイバ先端側レンズの曲率半径Ｒの変化に対する光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率の変化が半導体ＬＤ３の種類毎に示されている。
【００３５】
上記第４図、第５図に示す実線カーブＡはＡタイプの半導体ＬＤ３を用いた場合の実験結果を表し、実線カーブＢはＢタイプの半導体ＬＤ３を用いた場合の実験結果を表し、実線カーブＣはＣタイプの半導体ＬＤ３を用いた場合の実験結果を表している。ここで、Ａタイプの半導体ＬＤ３とは、半導体ＬＤ３の楕円形のモードフィールドの楕円短軸方向のモードフィールド径Ｋｓが１．５０μｍで、楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌが３．６０μｍのものであり、Ｂタイプの半導体ＬＤ３は短軸方向のモードフィールド径Ｋｓが１．２０μｍで、長軸方向のモードフィールド径Ｋｌが４．８０μｍのものであり、Ｃタイプの半導体ＬＤ３は短軸方向のモードフィールド径Ｋｓが１．２８μｍで、長軸方向のモードフィールド径Ｋｌが４．６４μｍのものである。
【００３６】
第４図から明らかなように、第１図に示す形態の光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１では、先端部の曲率半径Ｒがほぼ２μｍである場合に、ＡタイプとＢタイプとＣタイプとの何れの半導体ＬＤ３に対しても、最も高い結合効率を得ることができる。しかも、その結合効率はほぼ１．０（１００％）となっており、満足のいく結果が得られている。
【００３７】
これに対して、第５図に示す従来の形態では、ＡタイプとＢタイプとＣタイプの各半導体ＬＤ３について光ファイバ１の先端部の曲率半径Ｒがほぼ２．５μｍである場合に他の曲率半径Ｒの場合に比べ最も高い光結合効率を得ることができるけれども、その最も高い光結合効率は、第４図の最も高い光結合効率（曲率半径Ｒがほぼ２μｍである場合の光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率）よりも低いものである。その上、本実施形態例の第４図では、Ａ、Ｂ、Ｃの何れのタイプの半導体ＬＤ３においても曲率半径Ｒがほぼ２μｍの時の最高光結合効率の値はばらつきなく一致している。これに対し、従来の形態では、光結合効率が最も高くなる曲率半径Ｒがほぼ２．５μｍである場合に、ＢタイプおよびＣタイプの各半導体ＬＤ３に対する光結合効率よりもＡタイプに対する光結合効率は約１０％程度低くなっており、半導体ＬＤ３の種類に依存して光結合効率にばらつきが生じてしまうことが分かる。
【００３８】
上記のように、本実施形態例に示す光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１は、従来の前記第７図に示す形態の光ファイバ１に比べて、半導体ＬＤ３に対する光結合効率を高めることができる上に、高い光結合効率を持って光接続することが可能な半導体ＬＤ３の種類の幅を広げることが可能となっている。
【００３９】
この実施形態例によれば、半導体ＬＤ３側の光ファイバ１の端部に光結合効率改善用光ファイバ５を接合する構成とし、この光結合効率改善用光ファイバ５は半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しい円形モードフィールド径Ｗ１を持ち、かつ、半導体ＬＤ３側のファイバ５の端部は略楔形状に形成され、その先端部はレンズ加工されている構成を備えているので、半導体ＬＤ３と光結合効率改善用光ファイバ５との光結合効率は非常に高くなる。このことにより、光ファイバ１のモードフィールド径ｗが仕様によってどのように定められていても、上記光結合効率改善用光ファイバ５を半導体ＬＤ３側の端部に接合させるだけで光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率を容易に高めることができる。
【００４０】
また、上記光ファイバ１の端部に光結合効率改善用光ファイバ５を融着接合技術を用いて結合させるので、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との接合部分においてモードフィールドはその大きさが緩やかに変化することとなる。このことにより、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との接合部分での光結合損失を非常に低く抑制することができる。さらに、融着接合することによって、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との結合部分の強度を曲げに対して強くすることができる。
【００４１】
さらに、半導体ＬＤ３との光結合効率が最も高くなる楔角度θおよび先端部の曲率半径Ｒを定めて光結合効率改善用光ファイバ５の略楔形状端部を形成している上に、上記の如く、光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１は半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しいことから、高い光結合効率でもって光接続することができる半導体ＬＤ３の種類の幅を広げることができる。
【００４２】
高い光結合効率を得ることができる光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１の許容幅は、例えば、最適なモードフィールド径Ｗ１が４μｍである場合には３．４μｍ〜４．６μｍの範囲であるというように広く、同様に、高い光結合効率を得ることができる楔角度θの許容幅は、例えば、最適な楔角度θが３０度である場合には２０度〜４０度の範囲であるというように広い。さらに、高い光結合効率を得ることができる曲率半径Ｒの許容幅は、例えば、最適な曲率半径Ｒが２μｍである場合には１．５μｍ〜２．５μｍの範囲であるというように広いことから、光結合効率改善用光ファイバ５付光ファイバ１の製造歩留まりを大きく高めることができる。
【００４３】
なお、この発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、光ファイバ１に直接的に光結合効率改善用光ファイバ５が結合されていたが、例えば、第６図の（ａ）に示すように、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５の間に、結合用光ファイバ８を介設してもよい。第６図の（ａ）に示す例では、結合用光ファイバ８は円形のモードフィールドを持ち、そのモードフィールド径Ｗ２は光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１と光ファイバ１のモードフィールド径ｗとの範囲内の値、つまり、光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１よりも大きく、かつ、光ファイバ１のモードフィールド径ｗよりも小さい値の径と成している。このように、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との間に結合用光ファイバ８を介設する場合にも、上記結合用光ファイバ８と光ファイバ１の結合、および結合用光ファイバ８と光結合効率改善用光ファイバ５の結合はいずれも融着接合技術により行われる。このことにより、前述したように、光接合損失が非常に低く抑えられる構成と成している。
【００４４】
特に、光ファイバ１のモードフィールド径ｗに対する光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｋ１の差が大幅に大きい場合には、その光ファイバ１のモードフィールド径ｗと光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１との範囲内のモードフィールド径Ｗ２を持つ結合用光ファイバ８を介設することによって、光結合効率改善用光ファイバ５と結合用光ファイバ８との接合部分でのモードフィールドの大きさの変化は緩やかになる。同様に結合用光ファイバ８と光ファイバ１の接合部分でのモードフィールドの大きさの変化も緩やかとなる。このことで、光ファイバ１に光結合効率改善用光ファイバ５を直接的に結合し該接合部分でのモードフィールドの大きさが急激に変化する場合に比べて、光結合損失を小さく抑えることが可能である。
【００４５】
また、例えば、モードフィールド径ｗが６μｍである光ファイバ１に上記光結合効率改善用光ファイバ５を結合した光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１が既に製造されている状態で、モードフィールド径ｗが８μｍの光ファイバの使用が要求された場合に、上記光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１にモードフィールド径ｗが８μｍの光ファイバをさらに接続することで、簡単に、高い光結合効率を持つ要求されたモードフィールド径８μｍの光ファイバを提供することができる。この場合には、上記モードフィールド径が６μｍである光ファイバが結合用光ファイバとして機能することになる。
【００４６】
また、上記結合用光ファイバ８のモードフィールド径Ｗ２は光ファイバ１のモードフィールド径ｗと光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１との範囲内の径でなくともよく、例えば、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との各モードフィールド径Ｗ１、ｗよりも大きくてもよく（図６の（ｂ）参照）、又は小さくてもよい。
【００４８】
なお、上記実施形態例では、光結合効率改善用光ファイバ５、結合用光ファイバ８は円形モードフィールド径を持つものであれば良いので、通常のシングルモード光ファイバや、パンダ型の光ファイバ等が使用される。
【００４９】
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明に係る光ファイバは光通信や、その他の光信号処理の分野において、半導体ＬＤ等の光出射素子と効率よく光接続する光ファイバとして適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、本発明に係る光ファイバの一実施形態例を示す説明図である。
【図２】 第２図は、第１図に示す光ファイバの光出射素子側の端部を示す斜視図である。
【図３】 第３図は、光ファイバに光結合効率改善用光ファイバを融着接続する前の状態を示す説明図である。
【図４】 第４図は、光結合効率改善用光ファイバの先端部レンズの曲率半径Ｒの変化に対する光結合効率改善用光ファイバ付き光ファイバと光出射素子との光結合効率の変化の一例を示すグラフである。
【図５】 第５図は、光結合効率改善用光ファイバを設けない場合の光ファイバ先端部レンズの曲率半径Ｒの変化に対する光出射素子と光ファイバとの光結合効率の変化の一例を示すグラフである。
【図６】 第６図はその他の実施形態例を示す説明図である。
【図７】 第７図はレンズ付き光ファイバの一例を示す説明図である。
【技術分野】
この発明は楕円形のモードフィールドを持つ半導体レーザーダイオード等の光出射素子に光接続するのに適した円形のモードフィールドを持つ光ファイバに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
第７図は光出射素子に接続する光ファイバ１の接続端部を示す。第７図の（ａ）は光ファイバ端部の斜視図であり、第７図の（ｂ）は同図の（ａ）に示すｘ−ｚ平面で光ファイバ端部を切った断面図であり、また、同図の（ｃ）は同図の（ａ）に示すｙ−ｚ平面で光ファイバ端部を切った断面図である。光ファイバ１は円形のモードフィールド２を持つもので、楕円形のモードフィールドを持つ光出射素子である半導体レーザーダイオード（以下、半導体ＬＤと記す）３に光結合効率良く光接続するために改良された接続端部をもつ。上記半導体ＬＤ３に光接続する光ファイバ１の端部は略楔形状に形成され、その先端部は曲面に形成されてレンズと成している。光ファイバ１はこのレンズによって半導体ＬＤ３から出射された光を集光する構成と成している。
【０００３】
光ファイバ１にはモードフィールド径ｗが異なる複数の種類がある。半導体ＬＤ３にも出射する光の波長等が異なる複数の種類がある。通常、どの種類の光ファイバ１をどの種類の半導体ＬＤ３に接続するかの接続の組み合わせは仕様により定められている。
【０００４】
このように光ファイバ１と半導体ＬＤ３の各種類の組み合わせが規定されている中で、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の光結合効率の向上を図るための手段が多数提案されているが、それらはいずれも満足のいくものではなかった。
【０００５】
例えば、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の最も要求の多い組み合わせは、モードフィールド径ｗが６μｍの光ファイバ１と、出射光の波長が９８０ｎｍの半導体ＬＤ３との組み合わせである。第７図に示す光ファイバ１の接続端部はこの仕様の組み合わせ接続に合うように改良されているが、未だ半導体ＬＤ３との光結合効率は十分に満足できるまでには至っていない。
【０００６】
その理由は次のように考えられる。光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率は、第７図の（ａ）に示すｘ方向の光結合効率成分とｙ方向の光結合効率成分との積によって定まる。ｙ方向の光結合効率成分は、第７図の（ｃ）に示す光ファイバ１の先端部に形成されたレンズの曲率半径Ｒと、光ファイバ１の略楔形状端部を形成する斜平面４とコア軸Ｃとの成す角度（楔角度）θとによって定まる。一方、ｘ方向の光結合効率は、第７図の（ｂ）に示すように光ファイバ１の端部のｘ−ｚ断面形状が矩形状であることから半導体ＬＤ３との光接続がバットジョイントとなるので、光ファイバ１のモードフィールド径ｗと、半導体ＬＤ３の種類によって定まる。
【０００７】
通常、曲率半径Ｒと楔角度θは、半導体ＬＤ３と光ファイバ１の組み合わせの仕様に関係なく適宜に定めることができるので、ｙ方向の光結合効率成分の向上を図るのは容易である。これに対し、光ファイバ１のモードフィールド径ｗと出射素子の種類は接続組み合わせの仕様によって定まっているので、必然的にｘ方向の光結合効率は接続組み合わせの仕様によって定まり、ｘ方向の光結合効率の向上を図ることはできない。このために、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の全体の光結合効率の向上に限界があり、十分に満足すべき光結合効率は得られていないのが現状である。
【０００８】
本発明者の検討によれば、半導体ＬＤ３の楕円形のモードフィールドにおける長軸方向（楕円の長軸方向）のモードフィールド径Ｋｌに光ファイバ１の円形のモードフィールド径ｗが近い程、ｘ方向の光結合効率は高くなる。しかし、上記要求されることが多い出射光波長９８０ｎｍの半導体ＬＤ３とモードフィールド径ｗが約６μｍの光ファイバ１との組み合わせでは、出射光波長９８０ｎｍの半導体ＬＤ３の楕円の長軸方向のモードフィールド径Ｋｌは約４μｍであるのに対して、光ファイバ１のモードフィールド径ｗは約６μｍというように値が離れていることから、その半導体ＬＤ３と光ファイバ１とのｘ方向の光結合効率はあまり良いものではない。このような事情から、光ファイバ１と半導体ＬＤ３の光結合効率のより一層の向上が望まれている。
【０００９】
光ファイバ１と半導体ＬＤ３の光結合効率をより向上させるために、光ファイバ先端部のｙ−ｚ断面形状を略楔形状にするだけでなく、光ファイバ先端部のｘ−ｚ断面形状をも略楔形状に形成することが考えられる。しかし、そのようにすると、光ファイバ１の先端部の形状が複雑になり、光ファイバ１の製造工程が煩雑になる。さらに加えて、光ファイバ１の先端部を所望の形状に精度良く形成するのが難しいので、光ファイバ１の歩留まりが大幅に悪化してしまうという問題が生じる。
【００１０】
その上、半導体ＬＤ３が持つ楕円形のモードフィールドの長軸方向（楕円の長軸方向）のモードフィールド径Ｋｌあるいは短軸方向（楕円の短軸方向）のモードフィールド径Ｋｓが僅かに異なっただけで、光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率が大きく変化してしまうことから、高い光結合効率でもって光接続することができる半導体ＬＤ３の種類が非常に限定されてしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、既定される光ファイバの種類と光出射素子の種類との接続の組み合わせ仕様の如何に拘らず、楕円形のモードフィールドを持つ光出射素子に光結合効率良く光接続することができる円形モードフィールドの光ファイバを提供することである。
【００１２】
【発明の開示】
上記目的を達成するためにこの発明は次に示すような特徴的な構成を備えている。すなわち、本発明の第１の構成は、楕円形のモードフィールドを持つ光出射素子に光接続する円形のモードフィールドを持つ光ファイバにおいて、上記光出射素子に光接続する側の光ファイバの端部には円形のモードフィールドを持つ光結合効率改善用光ファイバが融着接合技術によりコアが拡大して結合され、この光結合効率改善用光ファイバにおける光出射素子側の端部には上記光出射素子から出射された光を集光する略楔形状をしたレンズが形成されており、前記楕円形のモードフィールドにおける楕円の長軸方向をｘ軸方向とし、前記光結合効率改善用光ファイバの光軸方向をｚ軸方向とし、これらｘ軸方向およびｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向としたｘ、ｙ、ｚの３軸直交座標において、前記光結合効率改善用光ファイバにおけるレンズは、ｙ―ｚ断面のみの形状が略楔形状を呈しており、この光結合効率改善用光ファイバの円形のモードフィールド径は前記光ファイバのモードフィールド径よりも小さくかつ上記光出射素子の楕円形のモードフィールドにおける長軸方向のモードフィールド径とほぼ等しいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成を備えたものにおいて、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの間には、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバの各モードフィールド径とは異なる円形のモードフィールド径を持つ結合用光ファイバが１つ以上介設されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の構成は、上記第２の構成を備えたものにおいて、結合用光ファイバのモードフィールド径は光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径と光ファイバのモードフィールド径との範囲内の大きさであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４の構成は、上記第１又は第２又は第３の構成を備えたものにおいて、光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径はほぼ４μｍであり、光結合効率改善用光ファイバの光出射素子側の端部は略楔形状に形成され、その先端部は曲率半径がほぼ２μｍのレンズと成しており、上記光結合効率改善用光ファイバの略楔形状端部を構成する斜平面とコア軸とが成す角度はほぼ３０度であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、光出射素子に光接続する側の光ファイバの端部に光結合効率改善用光ファイバが融着接合技術により結合される構成とし、その光結合効率改善用光ファイバの光出射素子側の端部にはレンズが形成され、また、光結合効率改善用光ファイバの円形のモードフィールド径は上記光出射素子の楕円形のモードフィールドにおける楕円長軸方向のモードフィールド径とほぼ等しい構成としたので、光出射素子と光結合効率改善用光ファイバとの光結合効率は非常に高いものである。光ファイバのモードフィールド径が仕様により異なる場合にも、その仕様の光ファイバの端部に上記光結合効率改善用光ファイバを接合するだけで、簡単に、光出射素子と光ファイバとの光結合効率を向上することができる。
【００１７】
また、上記光結合効率改善用光ファイバと光ファイバとは融着接合技術により結合されることから、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバの接合部分でのモードフィールドの大きさの変化が緩やかである。このことによって、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの結合部分での光結合損失を非常に小さく抑えることができる。さらに、融着接合することによって、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの結合部分での曲げに対する強度を強くすることが可能である。
【００１８】
さらに、光結合効率改善用光ファイバの端部を複雑な形状にすることなく、光出射素子と光結合効率改善用光ファイバとの高い光結合効率を得ることができるので、光結合効率改善用光ファイバの端部の加工は簡単である。また、光結合効率改善用光ファイバを光ファイバに融着接合技術により簡単に結合させることができることから、上記の如く光結合効率を高めることが容易な光結合効率改善用光ファイバ付き光ファイバを簡単に製造することができる。
【００１９】
さらに、上記の如く、光出射素子に接続する光結合効改善用光ファイバの端部にレンズが形成される上に、光結合効率改善用光ファイバの円形のモードフィールド径は光出射素子の楕円形のモードフィールドにおける楕円長軸方向のモードフィールド径とほぼ等しくされるので、高い光結合効率でもって光接続することができる光出射素子の種類の幅を大幅に広げることができる。
【００２０】
光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの間に結合用光ファイバを介設した構成にあっては、ニーズに合わせた光ファイバを提供することが容易となる。特に、結合用光ファイバのモードフィールド径が光ファイバのモードフィールド径と光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径との範囲内の大きさとするものにあっては、光ファイバに直接的に光結合効率改善用光ファイバを結合する場合に比べて、光接合損失をより一層小さく抑制することが可能となる。
【００２１】
光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径はほぼ４μｍであり、光結合効率改善用光ファイバの光出射素子側の端部は略楔形状に形成され、その先端部は曲率半径がほぼ２μｍのレンズと成しており、上記光結合効率改善用光ファイバの略楔形状端部を構成する斜平面とコア軸とが成す角度はほぼ３０度とした構成のものにあっては、上記光結合効率改善用光ファイバを端部に接合するだけでどのようなモードフィールド径を持つ光ファイバであっても、近年使用されることが多い出射光波長９８０ｎｍの光出射素子に非常に高い光結合効率でもって光接続することができる。
【００２２】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明をより詳細に説述するために、本発明に係る実施形態例を添付の図面に従って説明する。
【００２３】
第１図には光ファイバ１の全体像と共に、この発明の実施形態例において特徴的な光ファイバの端部の断面図が示され、第２図には上記特徴的な光ファイバの端部の斜視図が示されている。なお、第１図に示す光ファイバ１の端部断面図は第２図に示すｙ−ｚ平面で光ファイバ１を切断した断面図である。
【００２４】
第１図および第２図に示すように、この実施形態例では、楕円形のモードフィールド径を持つ半導体ＬＤ３側の光ファイバ１の端部に、半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しい円形のモードフィールド径Ｗ１を持つ光結合効率改善用光ファイバ５を結合したことを特徴としている。なお、光ファイバ１自体は特殊な種類のものではなく、モードフィールド径等が予め仕様により定められた一般に使用されている光ファイバである。
【００２５】
この実施形態例では、光ファイバ１に光結合効率改善用光ファイバ５が融着接合技術（ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）融着接合技術）により接合されている。この融着接合工程では、第３図に示すように、上記光ファイバ１のコア軸Ｃに光結合効率改善用光ファイバ５のコア軸Ｃ’を位置合わせした状態で、その接続部分を加熱が行われる。この加熱により、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５とが融着すると共に、光ファイバ１のコアの構成成分と光結合効率改善用光ファイバ５のコアの構成成分とが相互に拡散する。このコア構成成分の相互拡散によって、コアが拡大して光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との結合部分でのモードフィールド２は、第３図に示すように大きさが急激に変化するのではなく、第１図に示すように緩やかに変化する。このことによって、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との接合部分での光接合損失は低く抑えられる。
【００２６】
さらに、この実施形態例では、第１図に示すように、光結合効率改善用光ファイバ５の半導体ＬＤ３側の端部は略楔形状に形成され、また、その先端部はレンズ加工（レンズ状に加工）されている。第２図に示す光結合効率改善用光ファイバ５の略楔形状端部を構成する斜平面４とコア軸Ｃ’との成す角度（楔角度）θおよび光結合効率改善用光ファイバ５の先端部のレンズの曲率半径Ｒはそれぞれ半導体ＬＤ３と光結合効率改善用光ファイバ５との光結合効率を最も高めることができる値となっている。それら楔角度θと曲率半径Ｒの各値は演算（シミュレーション）により求められる。
【００２７】
なお、上記最適な楔角度θと曲率半径Ｒの各値を求めるための手法には様々な手法があり、ここでは、それらの何れの手法を採用してもよく、その説明は省略する。
【００２８】
この実施形態例の光ファイバは上記のように構成されており、以下に、その具体的な例を示す。
【００２９】
前述したように、出射光の波長が９８０ｎｍである半導体ＬＤ３と、モードフィールド径ｗが６μｍの光ファイバ１との組み合わせが要求されることが多いことから、ここでは、それらの光ファイバ１と半導体ＬＤ３とを組み合わせる場合について示す。
【００３０】
上記出射光波長９８０ｎｍの半導体ＬＤ３では楕円形のモードフィールドにおける長軸方向（楕円の長軸方向）のモードフィールド径Ｋｌはほぼ４μｍであることから、半導体ＬＤとの光接続側の光ファイバ１の端部にはモードフィールド径Ｗ１がほぼ４μｍ（３．４μｍ〜４．６μｍの範囲内の径であればよい）である光結合効率改善用光ファイバ５が融着接合技術により結合される。つまり、半導体ＬＤ３の楕円長軸モードフィールド径とほぼ同じ径の円形モードフィールドをもつ光結合効率改善用光ファイバ５が光ファイバ１の端部に結合される。
【００３１】
この光結合効率改善用光ファイバ５の略楔形状端部における楔角度θおよび先端部のレンズの曲率半径Ｒは両方共に、シミュレーション結果に基づいて、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との光結合効率を最も高めることができる値に設定される。この具体例では、楔角度θは約３０度（２０度〜４０度の範囲内の角度であればよい）と成し、また、曲率半径Ｒは約２μｍ（１．５μｍ〜２．５μｍの範囲内の曲率半径であればよい）と成している。
【００３２】
上記の如く、最適な楔角度θおよび曲率半径Ｒを持つ略楔形状に端部が形成されるだけでなく、半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しいモードフィールド径Ｗ１を持つ光結合効率改善用光ファイバ５を光ファイバ１の端部に融着接合することによって、半導体ＬＤ３と光ファイバ１との光結合効率を格段に高めることができる。このことは本発明者の実験からも確かめられている。
【００３３】
第４図には、この実施形態例において特徴的な第１図の光結合効率改善用光ファイバ５付の光ファイバ１において、光結合効率改善用光ファイバ５の先端部の曲率半径Ｒの変化に対する光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率の変化が半導体ＬＤ３の種類毎に示されている。なお、上記光結合効率改善用光ファイバ５は４μｍの円形モードフィールド径Ｗ１を持ち、また、光結合効率改善用光ファイバ５の先端部の楔角度θはほぼ３０度である。
【００３４】
また、第５図には比較例として、半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌと異なるモードフィールド径ｗを持つ前記第７図に示す光ファイバ１がそのまま光結合効率改善用光ファイバを有せずに半導体ＬＤ３に光接続した場合の、光ファイバ先端側レンズの曲率半径Ｒの変化に対する光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率の変化が半導体ＬＤ３の種類毎に示されている。
【００３５】
上記第４図、第５図に示す実線カーブＡはＡタイプの半導体ＬＤ３を用いた場合の実験結果を表し、実線カーブＢはＢタイプの半導体ＬＤ３を用いた場合の実験結果を表し、実線カーブＣはＣタイプの半導体ＬＤ３を用いた場合の実験結果を表している。ここで、Ａタイプの半導体ＬＤ３とは、半導体ＬＤ３の楕円形のモードフィールドの楕円短軸方向のモードフィールド径Ｋｓが１．５０μｍで、楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌが３．６０μｍのものであり、Ｂタイプの半導体ＬＤ３は短軸方向のモードフィールド径Ｋｓが１．２０μｍで、長軸方向のモードフィールド径Ｋｌが４．８０μｍのものであり、Ｃタイプの半導体ＬＤ３は短軸方向のモードフィールド径Ｋｓが１．２８μｍで、長軸方向のモードフィールド径Ｋｌが４．６４μｍのものである。
【００３６】
第４図から明らかなように、第１図に示す形態の光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１では、先端部の曲率半径Ｒがほぼ２μｍである場合に、ＡタイプとＢタイプとＣタイプとの何れの半導体ＬＤ３に対しても、最も高い結合効率を得ることができる。しかも、その結合効率はほぼ１．０（１００％）となっており、満足のいく結果が得られている。
【００３７】
これに対して、第５図に示す従来の形態では、ＡタイプとＢタイプとＣタイプの各半導体ＬＤ３について光ファイバ１の先端部の曲率半径Ｒがほぼ２．５μｍである場合に他の曲率半径Ｒの場合に比べ最も高い光結合効率を得ることができるけれども、その最も高い光結合効率は、第４図の最も高い光結合効率（曲率半径Ｒがほぼ２μｍである場合の光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率）よりも低いものである。その上、本実施形態例の第４図では、Ａ、Ｂ、Ｃの何れのタイプの半導体ＬＤ３においても曲率半径Ｒがほぼ２μｍの時の最高光結合効率の値はばらつきなく一致している。これに対し、従来の形態では、光結合効率が最も高くなる曲率半径Ｒがほぼ２．５μｍである場合に、ＢタイプおよびＣタイプの各半導体ＬＤ３に対する光結合効率よりもＡタイプに対する光結合効率は約１０％程度低くなっており、半導体ＬＤ３の種類に依存して光結合効率にばらつきが生じてしまうことが分かる。
【００３８】
上記のように、本実施形態例に示す光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１は、従来の前記第７図に示す形態の光ファイバ１に比べて、半導体ＬＤ３に対する光結合効率を高めることができる上に、高い光結合効率を持って光接続することが可能な半導体ＬＤ３の種類の幅を広げることが可能となっている。
【００３９】
この実施形態例によれば、半導体ＬＤ３側の光ファイバ１の端部に光結合効率改善用光ファイバ５を接合する構成とし、この光結合効率改善用光ファイバ５は半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しい円形モードフィールド径Ｗ１を持ち、かつ、半導体ＬＤ３側のファイバ５の端部は略楔形状に形成され、その先端部はレンズ加工されている構成を備えているので、半導体ＬＤ３と光結合効率改善用光ファイバ５との光結合効率は非常に高くなる。このことにより、光ファイバ１のモードフィールド径ｗが仕様によってどのように定められていても、上記光結合効率改善用光ファイバ５を半導体ＬＤ３側の端部に接合させるだけで光ファイバ１と半導体ＬＤ３との光結合効率を容易に高めることができる。
【００４０】
また、上記光ファイバ１の端部に光結合効率改善用光ファイバ５を融着接合技術を用いて結合させるので、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との接合部分においてモードフィールドはその大きさが緩やかに変化することとなる。このことにより、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との接合部分での光結合損失を非常に低く抑制することができる。さらに、融着接合することによって、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との結合部分の強度を曲げに対して強くすることができる。
【００４１】
さらに、半導体ＬＤ３との光結合効率が最も高くなる楔角度θおよび先端部の曲率半径Ｒを定めて光結合効率改善用光ファイバ５の略楔形状端部を形成している上に、上記の如く、光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１は半導体ＬＤ３の楕円長軸方向のモードフィールド径Ｋｌとほぼ等しいことから、高い光結合効率でもって光接続することができる半導体ＬＤ３の種類の幅を広げることができる。
【００４２】
高い光結合効率を得ることができる光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１の許容幅は、例えば、最適なモードフィールド径Ｗ１が４μｍである場合には３．４μｍ〜４．６μｍの範囲であるというように広く、同様に、高い光結合効率を得ることができる楔角度θの許容幅は、例えば、最適な楔角度θが３０度である場合には２０度〜４０度の範囲であるというように広い。さらに、高い光結合効率を得ることができる曲率半径Ｒの許容幅は、例えば、最適な曲率半径Ｒが２μｍである場合には１．５μｍ〜２．５μｍの範囲であるというように広いことから、光結合効率改善用光ファイバ５付光ファイバ１の製造歩留まりを大きく高めることができる。
【００４３】
なお、この発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、光ファイバ１に直接的に光結合効率改善用光ファイバ５が結合されていたが、例えば、第６図の（ａ）に示すように、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５の間に、結合用光ファイバ８を介設してもよい。第６図の（ａ）に示す例では、結合用光ファイバ８は円形のモードフィールドを持ち、そのモードフィールド径Ｗ２は光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１と光ファイバ１のモードフィールド径ｗとの範囲内の値、つまり、光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１よりも大きく、かつ、光ファイバ１のモードフィールド径ｗよりも小さい値の径と成している。このように、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との間に結合用光ファイバ８を介設する場合にも、上記結合用光ファイバ８と光ファイバ１の結合、および結合用光ファイバ８と光結合効率改善用光ファイバ５の結合はいずれも融着接合技術により行われる。このことにより、前述したように、光接合損失が非常に低く抑えられる構成と成している。
【００４４】
特に、光ファイバ１のモードフィールド径ｗに対する光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｋ１の差が大幅に大きい場合には、その光ファイバ１のモードフィールド径ｗと光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１との範囲内のモードフィールド径Ｗ２を持つ結合用光ファイバ８を介設することによって、光結合効率改善用光ファイバ５と結合用光ファイバ８との接合部分でのモードフィールドの大きさの変化は緩やかになる。同様に結合用光ファイバ８と光ファイバ１の接合部分でのモードフィールドの大きさの変化も緩やかとなる。このことで、光ファイバ１に光結合効率改善用光ファイバ５を直接的に結合し該接合部分でのモードフィールドの大きさが急激に変化する場合に比べて、光結合損失を小さく抑えることが可能である。
【００４５】
また、例えば、モードフィールド径ｗが６μｍである光ファイバ１に上記光結合効率改善用光ファイバ５を結合した光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１が既に製造されている状態で、モードフィールド径ｗが８μｍの光ファイバの使用が要求された場合に、上記光結合効率改善用光ファイバ５付き光ファイバ１にモードフィールド径ｗが８μｍの光ファイバをさらに接続することで、簡単に、高い光結合効率を持つ要求されたモードフィールド径８μｍの光ファイバを提供することができる。この場合には、上記モードフィールド径が６μｍである光ファイバが結合用光ファイバとして機能することになる。
【００４６】
また、上記結合用光ファイバ８のモードフィールド径Ｗ２は光ファイバ１のモードフィールド径ｗと光結合効率改善用光ファイバ５のモードフィールド径Ｗ１との範囲内の径でなくともよく、例えば、光ファイバ１と光結合効率改善用光ファイバ５との各モードフィールド径Ｗ１、ｗよりも大きくてもよく（図６の（ｂ）参照）、又は小さくてもよい。
【００４８】
なお、上記実施形態例では、光結合効率改善用光ファイバ５、結合用光ファイバ８は円形モードフィールド径を持つものであれば良いので、通常のシングルモード光ファイバや、パンダ型の光ファイバ等が使用される。
【００４９】
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明に係る光ファイバは光通信や、その他の光信号処理の分野において、半導体ＬＤ等の光出射素子と効率よく光接続する光ファイバとして適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、本発明に係る光ファイバの一実施形態例を示す説明図である。
【図２】 第２図は、第１図に示す光ファイバの光出射素子側の端部を示す斜視図である。
【図３】 第３図は、光ファイバに光結合効率改善用光ファイバを融着接続する前の状態を示す説明図である。
【図４】 第４図は、光結合効率改善用光ファイバの先端部レンズの曲率半径Ｒの変化に対する光結合効率改善用光ファイバ付き光ファイバと光出射素子との光結合効率の変化の一例を示すグラフである。
【図５】 第５図は、光結合効率改善用光ファイバを設けない場合の光ファイバ先端部レンズの曲率半径Ｒの変化に対する光出射素子と光ファイバとの光結合効率の変化の一例を示すグラフである。
【図６】 第６図はその他の実施形態例を示す説明図である。
【図７】 第７図はレンズ付き光ファイバの一例を示す説明図である。
Claims (4)
- 楕円形のモードフィールドを持つ光出射素子に光接続する円形のモードフィールドを持つ光ファイバにおいて、上記光出射素子に光接続する側の光ファイバの端部には円形のモードフィールドを持つ光結合効率改善用光ファイバが融着接合技術によりコアが拡大して結合され、この光結合効率改善用光ファイバにおける光出射素子側の端部には上記光出射素子から出射された光を集光する略楔形状をしたレンズが形成されており、前記楕円形のモードフィールドにおける楕円の長軸方向をｘ軸方向とし、前記光結合効率改善用光ファイバの光軸方向をｚ軸方向とし、これらｘ軸方向およびｚ軸方向に直交する方向をｙ軸方向としたｘ、ｙ、ｚの３軸直交座標において、前記光結合効率改善用光ファイバにおけるレンズは、ｙ―ｚ断面のみの形状が略楔形状を呈しており、この光結合効率改善用光ファイバの円形のモードフィールド径は前記光ファイバのモードフィールド径よりも小さくかつ上記光出射素子の楕円形のモードフィールドにおける長軸方向のモードフィールド径とほぼ等しいことを特徴とする光ファイバ。
- 光ファイバと光結合効率改善用光ファイバとの間には、光ファイバと光結合効率改善用光ファイバの各モードフィールド径とは異なる円形のモードフィールド径を持つ結合用光ファイバが１つ以上介設されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
- 結合用光ファイバのモードフィールド径は光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径と光ファイバのモードフィールド径との範囲内の大きさであることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ。
- 光結合効率改善用光ファイバのモードフィールド径はほぼ４μｍであり、光結合効率改善用光ファイバの光出射素子側の端部は略楔形状に形成され、その先端部は曲率半径がほぼ２μｍのレンズと成しており、上記光結合効率改善用光ファイバの略楔形状端部を構成する斜平面とコア軸とが成す角度はほぼ３０度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の光ファイバ。
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