WO1998050808A1 - Fibre optique comportant une lentille - Google Patents

Description

明 細 書 レンズ付き光ファイバ 技術分野

本発明は、 光ファイバの端面にレンズを形成して光ビームとの光結合を高めた レンズ付き光ファイバに関する。 背景技術

半導体レーザ素子などの光源からの光ビームと光ファイバとの光結合を高める ために、 光ファイバの端面にレンズを形成したレンズ付き光ファイバが用いられ ている。 例えば第 4図に示すように、 この光ファイバ 1の端面に形成されたレン ズ 2は、 外形が双曲線形状部 2 aと双曲線形状部 2 aに内接する球状部 2 bと力 らなる。 この形状のレンズ 2を有する光ファイバ 1は、 光源との光結合効率が高 く、 中心の発振波長が 0. 9 8 x mの半導体レーザに対しては、 双曲線形状部 2 a に内接する球状部 2 bの半径 Rが、 一般的に 1. 5〜5； u mで最大の光結合効率が 得られる （USP No. 5， 256， 851 参照） 。

また、 第 5図に示すように、 レンズ 1 2の外形が、 角度 Θ 1， Θ 2の異なる 2段 のテーパ部 1 2 a、 1 2 bを有する楔形状をなしたものが提案（USP No. 5, 455, 879 参照） されている。 第 5図に示す形状のレンズ 1 2を有する光ファイバ 1 1も高 い光結合効率を示す。

しかしながら、 上述のレンズ付き光ファイバには次のような問題があった。 即 ち、

1 ) 第 4図に示す第 1の形状のレンズ 2は、 平板の研磨盤を用いて光ファイバと 研磨盤との角度を調整しながら研磨して双曲線形状部 2 aを形成する。このため、 第 1の形状のレンズ 2は、 双曲線形状部 2 aの加工を再現性よく行うことが困難 であり、 歩留りが低下する。 また、 光結合効率が球状部 2 bの径により敏感に変 化するため、 このことも歩留りを低下させる原因となる。

なお、 この形状のレンズ 2では、 双曲線形状部 2 aに内接する球状部 2 bの半 径を測定するに際し、 双曲線形状部 2 aと球状部 2 bの境界を正確に定めること が困難であり、 外形検査に手間取るという問題もある。

2 ) 第 5図に示す第 2の形状のレンズ 1 2は、 光ファイバ 1 1と研磨盤との角度 を一定に保ちながら研磨する。 このため、 第 2の形状のレンズ 1 2は、 第 1の形 状のレンズ 2に比較すれば、 加工は容易である。 しかし、 第 2の形状のレンズ 1 2は、 角度 Θ 1， Θ 2の異なる 2段のテーパ部 1 2 a、 1 2 bを形成するため、 カロ ェに手間がかかり、 形状の再現性、 歩留りの向上に限界がある。

従って、 本発明は、 上記した従来のレンズ付き光ファイバの欠点のない、 光源 との光結合効率が高く、 高い作成精度で歩留まりょく加工することが可能なレン ズ付き光ファイバを提供することを目的とする。 発明の開示

本発明は、 従来のレンズ付き光ファイバを理論的に鋭意検討した結果として得 られた新しい知見に基づくものである。即ち、本発明のレンズ付き光ファイバは、 コアとクラッドとを有する光ファィバの先端にレンズが形成されたレンズ付き光 ファイバにおいて、前記レンズは、前記コアの軸に対して対称な二つの斜面部と、 前記コアの軸に対して垂直な平面部とを有する楔形に成形されている構成とした のである。

上述の形状をした先端部を有するレンズ付き光ファイバは、 高い光結合効率を 有する。 また、 この先端部の形状は三つの平面から構成された簡単な形状である ため、 容易に精度よく、 かつ歩留りよく加工することができる。 また、 外形検査 も簡単に行うことができる。

好ましくは、 光ファイバの先端部の形状を、 斜面部と平面部とのなす角度が 1 1 0 ° 〜1 7 0 ° となり、 前記斜面部と前記平面部とが交差する二つの交線間の 間隔を 1〜4 / mに設定する。 これにより、 本発明のレンズ付き光ファイバは、 光源との光結合効率が 4 0 %以上となり、 好ましい。 図面の簡単な説明

第 1 A図は、 それぞれ本発明にかかるレンズ付き光ファイバの一実施形態の先 端部の正面図、 第 1 B図は同じく側面図、 第 2図は、 上記実施形態の光結合効率 を測定する説明図、 第 3図は、 上記実施形態の斜面部と平面部のなす角度 Θと光 結合効率との関係を示す特性図、 第 4図は、 従来のレンズ付き光ファイバの斜視 図及び第 5図は、 従来の他のレンズ付き光ファイバの概略図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

第 1 A図， 第 1 B図は、 それぞれ本発明にかかるレンズ付き光ファイバ 2 0の 一実施形態の先端部の正面図および側面図である。 図において、 光ファイバ 2 1 は断面形状が円形のコア 2 2とクラッド 2 3を有している。 光ファイバ 2 1の先 端部には、 コアの軸 Acに対して対称な二つの斜面部 2 4と、 コアの軸 Acに対し て垂直な平面部 2 5から構成された楔形状部からなるレンズ 2 6が形成されてい る。 斜面部 2 4と垂直な平面部 2 5とのなす角度を Θ、 斜面部 2 4と垂直な平面 部 2 5とが交差する二つの交線間の間隔を 2 dとした。

上記レンズ付き光ファイバ 2 0は、 以下のような加工手順により作製した。 即ち、先ず、光ファイバ 2 1の先端をカツトしてコアの軸 Acに垂直な平面部 2 5を形成した。

次いで、光ファイバ 2 1を、治具を用いて平板の研磨盤とコアの軸 Acとのなす 角度を所望の角度 （Θ— 9 0 ° ) に保持しながら研磨した。 このように研磨する ことにより光ファイバ 2 1の先端を楔形状のレンズ 2 6にすることができた。 上述のように、 本実施形態のレンズ付き光ファイバ 2 0は、 先端の垂直な平面 部 2 5への力ットと一回の角度制御による光ファイバ 2 1の先端の斜面部 2 4へ の研磨により作製することができる。 このため、 レンズ付き光ファイバ 2 0は、 加工工程が極めて簡単であり、 容易に歩留りが向上し、 加工コストが低減した。 上記レンズ付き光ファイバ 20について、 第 2図に示す条件で光結合効率を評 価した。

即ち、 半導体レーザ、 例えば、 中心の発振波長が 0. 98 / mの半導体レーザを 光源 30として用い、 光源 30からの出射光の強度分布 （モードフィールド） パ ターンは長径が 4. 8 xm、 短径が 1. 2 mの楕円形とした。 また、 レンズ付 き光ファイバ 20を構成する光ファイバ 2 1のモードフィ一ノレドパターンは直径 6. Ο μπιの円形とした。 ここで、 光源 30とレンズ付き光ファイバ 20の間隔 は、 最大の光結合効率が得られる最適な距離、 例えば、 Ι Ο μπιとし、 光源 30 のモードフィールドパターンの短径方向を斜面部 24と垂直な平面部 25とが交 差する交線の方向と直交する方向とした。

上記条件で、 斜面部 24と垂直な平面部 25とが交差する二つの交線間の間隔 2 dをパラメータとして、 斜面部 24と垂直な平面部 25のなす角度 Θを変えて 光源 30との光結合効率を評価した。

その結果を、 横軸を （1 80— Θ) に、 縦軸を結合効率として第 3図に示す。 ここで、 光結合効率は、 光源 30から出射された全光パワーを Pl、 光ファイバ に入射された光パワーを P2とし、 P2/P1から求めた。

第 3図からわかるように、 間隔 2 d力 S1.0 ！〜 4. 0 角度 Θが 1 1 0 ° 〜1 70° の範囲 （図では （1 80— Θ) = 1 0〜70° ) で、 光源 30に対 して 40%程度ないしそれ以上の光結合効率が得られた。 特に、 2 d = 2. 0 μ m、 θ = 1 40。 〜1 50° ( (1 80— θ) = 30〜40。 ） では、 90%の 高い光結合効率が得られた。

なお、 比較例として、 先端部をコアの軸 Acに直交する平面状にしないで、 第 4 図に示すレンズ 2にして上述の条件で測定したところ、 最大 97%の光結合効率 が得られた。

以上より、 本実施形態は比較例に比して遜色のない高い光結合効率を示してお り、 加工性の良さを考慮すると、 低コストで量産性のある優れたレンズ付き光フ 産業上の利用可能性

本発明によれば、 高い光結合効率を有し、 かつ、 精度よく、 歩留りよく加工す ることのできるレンズ付き光ファイバが得られるという優れた効果がある。

Claims

請求の範囲

1. コアとクラッドとを有する光ファイバの先端にレンズが形成されたレンズ付 き光ファイバにおいて、 前記レンズは、 前記コアの軸に対して対称な二つの斜面 部と、 前記コアの軸に対して垂直な平面部とを有する楔形に成形されていること を特徴とするレンズ付き光ファイノく。

2. 前記斜面部と前記平面部のなす角度が 1 1 0° 〜1 70° であり、 前記斜面 部と前記平面部とが交差する二つの交線間の間隔が 1 / m〜4 _{μ ΙΏ}であることを 特徴とする請求の範囲第 1項に記載のレンズ付き光：