JPH04330402A - 屈折率分布型レンズおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集光や、開口数（以下、
ＮＡと記載）を変換せしめる媒体として用いられるレン
ズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、集光には図９に示すような組
合せレンズ等が用いられている。組合せレンズは凹レン
ズおよび凸レンズが組み合わされたもので、平行光線を
集光するのに用いられる。またＮＡ変換の媒体としては
図１０に示すようなテーパファイバ等が用いられている
。テーパファイバは光ファイバの一端がテーパ状に加工
され、他端は平面に形成されたもので、その周上にはメ
タリックコートが施されている。このテーパファイバの
使用に際しては平面に形成された端面から軸方向に光線
を入射することにより、入射端面でのＮＡ（以下、入射
ＮＡと記載）を変換させて、入射ＮＡと異なる出射端面
でのＮＡ（以下、出射ＮＡと記載）が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、組合せ
レンズはその直径として５ｍｍ以上の大きさが必要であ
り、光部品としての適用性に問題があった。また入射光
を平行光線にする必要があるほか、耐熱性に劣るもので
あった。またテーパファイバは、入射された光線がテー
パ状に加工された面で、反射して戻る、あるいは光ファ
イバ外部へ拡散してしまう等の不都合があり、その結果
、集光効率が著しく劣るだけでなく、入射ＮＡから出射
ＮＡへの変換が正確になされない等の不都合があった。 また伝送による光損失も大きいものであった。

【０００４】この発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、光の集束およびＮＡ変換を行うことができるととも
に耐環境性に優れたレンズおよびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の屈折率分布型
レンズは、軸に垂直な面内の直径方向の屈折率が中心に
ピークを有する二乗分布状に変化し、かつ該ピークの高
さが軸方向に変化することを前記課題の解決手段とした
。またこの発明の屈折率分布型レンズの製造方法は、Ｖ
ＡＤ法によってロッド状のスートプリフォームを形成し
、次いで該スートプリフォームを焼結しつつドーパント
をドープし、これによって屈折率を制御して母材を形成
し、該母材を溶融延伸して所望の径を有するロッド状に
形成したものを、所望の長さに切断して該切断面を研磨
してレンズを形成する方法であって、上記スートプリフ
ォームの軸に垂直な面内の直径方向の硬さを、中心にピ
ークを有する二乗分布状に変化せしめ、かつ該ドーパン
トのドープ量を該スートプリフォームの軸方向に変化さ
せることを前記課題の解決手段とした。

【０００６】以下、この発明を詳しく説明する。図１は
本発明の屈折率分布型レンズの一実施例を示したもので
、θ１およびθ２は入射角および出射角を示す。図２は
この屈折率分布型レンズの軸に垂直な面内の直径方向の
屈折率の分布を示したもので、縦軸に屈折率を、横軸に
直径方向の長さ（ｄ）をとり、軸方向の長さ（Ｌ）が０
、Ｌ／２、Ｌにおける面内の屈折率分布型をそれぞれ示
す。また図３は縦軸に比屈折率差、横軸に軸方向の長さ
（Ｌ）をとり、上記屈折率分布型レンズの一方の端面か
らそれぞれの位置における軸に垂直な面内の比屈折率差
を示したものである。

【０００７】本発明の屈折率分布型レンズはロッド状に
形成されたものであって、その外径ｄは３〜２００ｍｍ
、軸方向の長さ（Ｌ）は０．５〜２０ｍｍに形成される
。ここで外径および長さは用途に応じて適宜設定するこ
とができる。また、軸方向に垂直な面内の直径方向の屈
折率は図２に示すように中心にピークを有する二乗分布
状に分布し、そのピークの高さは軸方向に変化する。さ
らに軸に垂直な面内における比屈折率差は図３に示すよ
うに屈折率分布型レンズの一方の端面で最大値を示し、
他方の端面で最小値を示し、その中間では軸方向に直線
状に変化する。この比屈折率差は、上記最小値が上記最
大値の１０〜８０％となる範囲で変化し、好ましくは５
０％に形成される。

【０００８】このような屈折率分布型レンズの一方の端
面から光を入射角θ１で入射せしめると、入射角θ１と
異なる出射角θ２を有する出射光が得られ、入射ＮＡ（
ｓｉｎθ１）が出射ＮＡ（ｓｉｎθ２）に変換される。 また、この屈折率分布型レンズの外径および長さを変化
させることによって、収差を変化せしめ、収差を小さく
することができる。

【０００９】次いで本発明の屈折率分布型レンズの製造
方法について説明する。まず通常のＶＡＤ法によってＳ
ｉＯ２のスートプリフォームを形成する。　その際にス
ートプリフォームの直径方向の硬さを変化させ、中心に
ピークを有する二乗分布状に形成する。ここでスート形
成におけるバーナの形状、バーナとスートとの相対距離
、スート表面温度等のスート堆積条件を適宜設定するこ
とによってスートの硬さを制御することができる。次い
でこのスートプリフォームの一端から他端に向かって軸
方向に、極めて狭い幅で順次焼結を行うとともに、ドー
パントガスをスートプリフォームに接触させてドーパン
トをドープさせ母材を形成する。このとき、スートプリ
フォームに接触するドーパントガスが、スートプリフォ
ームの一端で最大量を示し、他端で最小量を示し、その
中間では軸方向に直線的に変化するように、ドーパント
ガスの流量を制御する。ここでドーパントガスの流量の
最大値および最小値は屈折率分布型レンズの所望の比屈
折率差に応じて適宜設定されるが、好ましくは、最小値
が最大値の５０％に設定される。またドーパントガスは
ドープする材料によって適宜選択され、好ましくはドー
パントとしてＦ、ドーパントガスとしてＳＦ６を用いる
ことができる。また、上記スートプリフォームの焼結は
、抵抗炉、レーザー、リングヒーター等を用いて行うこ
とができる。

【００１０】上記焼結過程において、スートプリフォー
ムにドープされるドーパントの量ははスートプリフォー
ムの硬さに依存する。図４はＳｉＯ２のスートプリフォ
ームにＳＦ６を用いてＦをドープした際の、スートプリ
フォームの硬さに対するＦのドープ量を示したものであ
る。また、図５は本発明のスートプリフォームの軸に垂
直な断面およびその面内の硬さの分布の例を示したもの
で、図６は図５に示した面にＦをドープした後の断面お
よびその面内の屈折率の分布を示したものである。図４
に示されるように、スートプリフォームの硬さが増大す
るにしたがって、Ｆのドープ量は減少する。さらに、図
５に示すように面内の硬さが、中心にピークを有する二
乗分布状に分布するスートプリフォームに、Ｆをドープ
すると、図６に示すように面内の屈折率が、同様に中心
にピークを有する二乗分布状に分布する母材が得られる
。

【００１１】また母材の軸に垂直な面における比屈折率
差は、上記焼結過程においてスートプリフォームに接触
させるドーピングガスの流量に依存する。図７は縦軸に
ＳＦ６の流量、横軸に軸方向の長さ（Ｌ’）をとり、上
記スートプリフォームに接触させたＳＦ６の流量の例を
示したものであり、図８は縦軸に比屈折率差、横軸に軸
方向に長さをとり、図７に示したスートプリフォームを
透明ガラス化して得られた母材の比屈折率差を示したも
のである。図７に示すように、スートプリフォームに接
触させるＳＦ６の流量を、一端で最大量とし、軸方向に
直線的に変化させ、他端で上記最大量の５０％とするこ
とによって、図８に示すように、比屈折率差が一方の端
面で最大値を示し、他方の端面でその最大値の５０％の
最小値を示し、その中間では軸方向に直線状に変化する
母材を形成することができる。

【００１２】さらに上記母材を溶融延伸して所望の径を
有するロッド状に形成し、これを所望の長さに切断した
後、その切断面を研磨して屈折率分布型レンズを形成す
る。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例として、ＳｉＯ２にＦがドー
プされた屈折率分布型レンズを製造した。まず、通常の
ＶＡＤ法によってＳｉＯ２スートプリフォームを形成し
た。ここで、スートプリフォームの外径は２００ｍｍと
した。またスートプリフォームの軸に垂直な面内の硬さ
が二乗分布状に変化するように、スートの堆積条件を制
御した。次いで、リングヒーターを用いてスートプリフ
ォームに対して、その一端から他端に向かって順次焼結
を行うとともに、ＳＦ６ガスを接触させた。このときＳ
Ｆ６ガスの流量はスートプリフォームの先端部分で１　
　ｌ／ｍｉｎとし、次第に減少させ、先端から長さ１／
２の位置で０．５　　ｌ／ｍｉｎとした。得られた母材
を溶融延伸して外径５ｍｍのロッド状に形成した。これ
を長さ１０ｍｍに切断し、その切断面を研磨して屈折率
分布型レンズを形成した　　このようにして得られた屈
折率分布型レンズの比屈折率差を測定したところ、一方
の端面で１％、また他方の端面で０．５％で、その中間
では直線的に変化するものであった。また軸に垂直な面
内の屈折率は二乗分布状に分布するものであった。

【００１４】ここで得られた屈折率分布型レンズに半導
体レーザからの出力光を、比屈折率差の最大値を示す端
面から入射したところ入射ＮＡは０．４、出射ＮＡは０
．２であった。さらに、同様にして外径０．５ｍｍ、長
さ１ｍｍの屈折率分布型レンズを形成したところ、焦点
距離が１０ｍｍで、収差がほとんどない像が得られた。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の屈折率分
布型レンズは、軸に垂直な面内の直径方向の屈折率が中
心にピークを有する二乗分布状に変化し、かつ該ピーク
の高さが軸方向に変化するものである。したがって、効
率よくＮＡ変換を行うことができ、光回路における集光
効率を著しく向上させることができる。また外径および
長さを適宜設定することによって、収差が少ないレンズ
として使用可能である。そして小型のものを製造するこ
とができ、入射光を平行光にする必要もない。また、製
造過程においては、スートプリフォームの硬さおよびド
ーパントガスの流量を変化させることによって、屈折率
を制御することができ、所望の屈折率分布を容易に形成
することができる。さらにＳｉＯ２にＦをドープした屈
折率分布型レンズを形成することができ、耐熱性および
耐放射線性等の耐環境性に優れた屈折率分布型レンズを
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の屈折率分布型レンズの一実施例を
示した図である。

【図２】　　本発明の屈折率分布型レンズの軸に垂直な
面内の屈折率の分布を示した図である。

【図３】　　本発明の屈折率分布型レンズの比屈折率差
を示した図である。

【図４】　　スートプリフォームの硬さに対するＦのド
ープ量を示した図である。

【図５】　　スートプリフォームの断面および硬さの分
布を示した図である。

【図６】　　母材の断面および屈折率の分布を示した図
である。

【図７】　　スートプリフォームに接触させた、ＳＦ６
の流量を示した図である。

【図８】　　母材の比屈折率差を示した図である。

【図９】　　従来の組合せレンズの例を示した図である
。

【図１０】　　従来のテーパファイバの例を示した図で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ロッド状に形成されたレンズであって
   、軸に垂直な面内の直径方向の屈折率が中心にピークを
   有する二乗分布状に変化し、かつ該ピークの高さが軸方
   向に変化することを特徴とする屈折率分布型レンズ。
2. 【請求項２】　　上記屈折率分布型レンズの軸に垂直な
   面内における比屈折率差が該屈折率分布型レンズの一方
   の端面で最大値を示し、他方の端面で最小値を示し、そ
   の中間では軸方向に直線状に変化することを特徴とする
   請求項１記載の屈折率分布型レンズ。
3. 【請求項３】　　ＶＡＤ法によってロッド状のスートプ
   リフォームを形成し、次いで該スートプリフォームを焼
   結しつつドーパントをドープすることによって母材を形
   成し、該母材を溶融延伸して所望の径を有するロッド状
   に形成した後、所望の長さに切断し、さらに該切断面を
   研磨してレンズを形成する屈折率分布型レンズの製造方
   法であって、上記スートプリフォームの軸に垂直な面内
   の直径方向の硬さを、中心にピークを有する二乗分布状
   に変化せしめ、かつ上記ドーパントのドープ量を該スー
   トプリフォームの軸方向に変化させることを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の屈折率分布型レンズの製
   造方法。