JP2000352629A - レンズ付き光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光との結合効率に優れ、ＬＤに対する
レンズ部の向きを観察しながら簡単に粗調心をすること
が可能なレンズ付き光ファイバを提供する。 【解決手段】 光ファイバ端面１ｃの少なくともコア１
ａ部分に、コアの光軸と直交する突条で、かつ、突条の
長手方向と直交する面における断面形状が実質的な円の
一部であるレンズ部１ｄが形成されたレンズ付き光ファ
イバ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、端面にレンズ部が
設けられ、光通信等に用いられるレンズ付き光ファイバ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムに用いられる発光素子モ
ジュールは、光源である半導体レーザ（以下、「ＬＤ」
という）、光ファイバ及びレンズを備えている。前記レ
ンズは、ＬＤから出射されるレーザ光を光ファイバのコ
ア端面に効率良く集光させるために使用される。このと
き、発光素子モジュールは、高い光結合効率を得るため
に、ＬＤ，光ファイバ及びレンズの間で光軸合わせ、即
ち、調心を行い、光結合パワーが最大となる位置で相互
に固定される。

【０００３】このような発光素子モジュールとして、例
えば、端部にレンズ部となる球状突起部を形成した先球
光ファイバを受発光素子の作用面と光結合させた光モジ
ュールが提案されている（特開平６−３２４２３６号公
報）。上記光モジュールは、球状突起部（レンズ部）の
外側に、前記球状突起部より突出する外周縁部が形成さ
れ、ＬＤの出射端面の周囲に外周縁部を当接させること
で、球状突起部とＬＤとの短時間における安定した粗調
心を達成している。そして、球状突起部とＬＤとを粗調
心した後、精密調心によって球状突起部とＬＤとの光伝
送方向における最終位置を求め、その位置で先球光ファ
イバとＬＤとを相互に固定している。このとき、先球光
ファイバは、球状突起部の円周方向における方向依存性
がないので、円周方向における位置調整は不要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬＤは、出
射されるレーザ光のファーフィールドパターンが楕円形
状であるのに対して、光ファイバは、レーザ光が入射す
るコアの断面形状が円形である。このため、ＬＤと光フ
ァイバとを光結合させる発光素子モジュールにおいて
は、ＬＤから出射されたレーザ光を光ファイバのコアに
低いロスの下に高効率で結合させるためには、レーザ光
をファーフィールドパターンにおいて短径方向よりも長
径方向において強く屈折させる非球面レンズが必要であ
る。即ち、楕円形状のレーザ光は、前記非球面レンズを
通過すると、ファーフィールドパターンが楕円形状から
円形に集束し、光ファイバのコアに高効率で結合するか
らである。

【０００５】但し、前記非球面レンズは、光軸に対して
回転対称ではない。このため、上記発光素子モジュール
においては、ＬＤから出射されるレーザ光に対し、非球
面レンズを光軸回りに回転させて最適位置に調整する必
要がある。従って、上記公報に開示された光モジュール
は、レーザ光と先球光ファイバとの結合効率の点で満足
すべきものではない。

【０００６】しかも、上記光モジュールは、球状突起部
を単に非球面レンズに置き換えたとしても、その周囲に
外周縁部が形成されている。このため、上記光モジュー
ルは、製造に際してＬＤに対して外周縁部を当接させる
と、外周縁部に邪魔されて非球面レンズを外部から見る
ことができず、ＬＤに対する非球面レンズの向きがわか
らない。

【０００７】従って、上記光モジュールの製造において
は、レーザ光に対する非球面レンズの光軸回りの位置を
粗調芯することが難しく、安定した粗調心ができないう
え、粗調心に長時間を要するという問題があった。本発
明は上記の点に鑑みてなされたもので、レーザ光との結
合効率に優れ、ＬＤに対するレンズ部の向きを観察しな
がら簡単に粗調心を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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するため、光ファイバ端面の少なくともコア部
分に、前記コアの光軸と直交する突条で、かつ、該突条
の長手方向と直交する面における断面形状が実質的な円
の一部であるレンズ部が形成されている構成としたので
ある。

【０００９】好ましくは、前記レンズ部の周囲には、前
記レンズ部よりも僅かに突出すると共に、前記レンズ部
を観察する観察部を形成し、端面が平面に形成された位
置決め壁を設ける。ここで、本明細書の特許請求の範囲
で使用する「断面形状が実質的な円の一部」とは、レン
ズ部となる突条の断面形状が円，楕円等の一部あるいは
双曲線や非球面の一部等であることを言うものとし、以
下の説明においても上記意味で使用する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレンズ付き光ファ
イバに係る一実施形態を図１乃至図１５に基づいて詳細
に説明する。レンズ付き光ファイバ１は、図１に示すよ
うに、コア１ａとクラッド１ｂとを有し、ファイバ端面
１ｃのコア１ａ及びクラッド１ｂの部分に、コア１ａの
光軸と直交する突条からなるレンズ部１ｄが直径方向に
形成されている。レンズ部１ｄは、ＬＤから出射された
ファーフィールドパターンが楕円形状のレーザ光を、長
径方向において強く屈折させることで円形に集束させる
ために使用される。従って、レンズ部１ｄは、図２に示
すように、少なくともコア１ａの部分に形成する。そし
て、レンズ部１ｄは、上記機能を発揮させるために、レ
ンズ部１ｄの長手方向と直交する面における断面形状
が、円，楕円等の一部あるいは双曲線や非球面の一部
等、実質的な円の一部となるように形成する。

【００１１】このとき、レンズ部１ｄは、例えば、図３
（ａ）に示すように、開口２ａに双曲線形状の突起部２
ｂが形成された金属マスク２を用いて形成される。即
ち、鏡面にカットした光ファイバＦの端面に図３（ａ）
に示す金属マスク２を配置し、突起部２ｂの頂点が光フ
ァイバＦのコア中心を通るように、金属マスク２を図中
矢印方向に往復動させながら、光ファイバＦの端面にド
ライエッチングを施して形成する。金属マスク２は、例
えば、ニッケル等が使用され、以下に説明する他の実施
形態においても同様である。

【００１２】また、レンズ部１ｄは、図３（ｂ）に示す
ように、光ファイバＦ端面のコア中心に光ファイバＦと
実質的に同一のエッチング速度を有する石英ガラス製の
線材３を配置し、同様にドライエッチングを施して形成
することができる。このとき、光ファイバＦは、図４
（ａ）に示すように石英ガラス製の線材３を配置するこ
とで、端面が図４（ｂ）に点線で示すようにエッチング
され、図１に示すファイバ端面１ｃにレンズ部１ｄが形
成されたレンズ付き光ファイバ１に加工される。ここ
で、石英ガラス製の線材は、以下に説明する他の実施形
態においても同じ素材のものを使用する。

【００１３】ここで、ドライエッチングの手段として
は、プラズマエッチング，スパッタエッチング，イオン
ビームエッチング，中性ビームエッチング等を使用する
ことができる。このようにしてファイバ端面１ｃにレン
ズ部１ｄが形成されたレンズ付き光ファイバ１は、図５
に示すように、ＬＤキャリア５に載置されたＬＤ６の出
射面６ａと対向配置し、出射されるレーザ光のファーフ
ィールドパターンにおける長径と直交するようにレンズ
部１ｄを位置決めしながら、レンズ部１ｄを出射面６ａ
に当接させ、ＬＤと粗調心した状態で突き合わされる。
従って、レンズ付き光ファイバ１は、レーザ光との結合
効率に優れているうえ、レンズ部１ｄを見ながらＬＤ６
に対して位置決めすることができるので、ＬＤ６に対す
る粗調心を短時間、かつ、容易に行うことができる。

【００１４】ここで、レンズ付き光ファイバは、図６に
示すレンズ付き光ファイバ８のように、コア８ａとクラ
ッド８ｂとを有し、ファイバ端面のコア８ａ及びクラッ
ド８ｂの部分に、コア８ａの光軸と直交する突条からな
り、断面形状が、円，楕円の一部あるいは双曲線や非球
面の一部等、実質的な円の一部となるレンズ部８ｄが直
径方向に形成されると共に、レンズ部８ｄの両側に位置
決め壁８ｅが形成されていてもよい。

【００１５】各位置決め壁８ｅは、レンズ付き光ファイ
バ８をＬＤと突き合わせるときに、突き合わせ方向にお
ける位置決めを容易に行うためのもので、レンズ部８ｄ
よりも僅かに突出し、両端でレンズ部８ｄとの間にレン
ズ部８ｄの向きを観察する隙間状の観察部８ｆを形成
し、端面が平面に形成されている。このとき、レンズ部
８ｄ及び位置決め壁８ｅは、レンズ付き光ファイバ１の
レンズ部１ｄと同様に、例えば、図７に示すように、開
口９ａに楕円形状の突起部９ｂが形成された金属マスク
９を用いて形成される。即ち、鏡面にカットした光ファ
イバＦの端面に図７に示す金属マスク９を配置し、突起
部９ｂの頂点が光ファイバＦのコア中心を通るように、
金属マスク９を図中矢印方向に往復動させながら、光フ
ァイバＦの端面にドライエッチングを施して形成する。

【００１６】従って、レンズ付き光ファイバ８は、各位
置決め壁８ｅによって突き合わせ方向の位置を位置決め
されてＬＤと突き合わされ、レンズ部８ｄと位置決め壁
８ｅとの間に形成された観察部８ｆによってレンズ部８
ｄの向きを観察しながらＬＤに対して粗調心される。こ
のため、レンズ付き光ファイバ８は、レンズ付き光ファ
イバ１と同様に、レーザ光との結合効率に優れているう
え、観察部８ｆによってレンズ部８ｄの向きを見ながら
ＬＤに対して位置決めすることができるので、ＬＤに対
する粗調心を短時間、かつ、容易に行うことができる。

【００１７】以下、断面形状が、円，楕円の一部あるい
は双曲線や非球面の一部等、実質的な円の一部となるよ
うに形成されたレンズ部単独あるいは当該レンズ部と位
置決め壁とを有し、レンズ付き光ファイバ１やレンズ付
き光ファイバ８と同様の効果を発揮することができるレ
ンズ付き光ファイバの変形例について説明する。先ず、
図８（ａ）に示すレンズ付き光ファイバ１０のように、
コア１０ａとクラッド１０ｂとを有し、ファイバ端面の
コア１０ａ及びクラッド１０ｂの部分に、コア１０ａの
光軸と直交する突条からなるレンズ部１０ｄが凹溝１０
ｅを介して直径方向に形成されると共に、レンズ部１０
ｄの両側に位置決め壁１０ｆが形成されていてもよい。
そして、レンズ付き光ファイバ１０は、各凹溝１０ｅの
両端のレンズ部１０ｄと位置決め壁１０ｆとの隙間が、
ＬＤに対して粗調心するときの観察部１０ｇとなる。

【００１８】このとき、レンズ部１０ｄ，凹溝１０ｅ及
び位置決め壁１０ｆは、図８（ｂ）に示すように、鏡面
にカットした光ファイバＦの端面に、中央に長手状の開
口１１ａが形成され、開口１１ａの中央に長手方向に跨
るように石英ガラス製の線材１１ｂを固定した金属マス
ク１１を配置し、ドライエッチングを施して形成する。

【００１９】また、図９（ａ）に示すレンズ付き光ファ
イバ１２のように、コア１２ａとクラッド１２ｂとを有
し、ファイバ端面のコア１２ａ及びクラッド１２ｂの部
分に、コア１２ａの光軸と直交する突条からなるレンズ
部１２ｄが直径方向に形成されると共に、レンズ部１２
ｄを囲む周囲に凹溝１２ｅを介して位置決め壁１２ｆが
形成されていてもよい。そして、レンズ付き光ファイバ
１２は、各凹溝１２ｅ端部のレンズ部１２ｄと位置決め
壁１２ｆとの隙間が、ＬＤに対して粗調心するときの観
察部１２ｇとなる。

【００２０】この場合、レンズ部１２ｄ，凹溝１２ｅ及
び位置決め壁１２ｆは、図９（ｂ）に示すように、鏡面
にカットした光ファイバＦの端面に、中央に位置決め壁
１２ｆの形状に対応した長手状の開口１３ａが形成さ
れ、開口１３ａの中央に長手方向に跨るように石英ガラ
ス製の線材１３ｂを固定した金属マスク１３を配置し、
ドライエッチングを施して形成する。

【００２１】更に、図１０（ａ）に示すレンズ付き光フ
ァイバ１４のように、コア１４ａとクラッド１４ｂとを
有し、ファイバ端面のコア１４ａ及びクラッド１４ｂの
部分に、コア１４ａの光軸と直交する突条からなるレン
ズ部１４ｄが直径方向に形成されると共に、レンズ部１
４ｄを囲む周囲に凹溝１４ｅを介して馬蹄形状の位置決
め壁１４ｆが形成されていてもよい。このとき、レンズ
付き光ファイバ１４は、各凹溝１４ｅ端部のレンズ部１
４ｄと位置決め壁１４ｆとの隙間が、ＬＤに対して粗調
心するときの観察部１４ｇとなる。

【００２２】レンズ部１４ｄ，凹溝１４ｅ及び位置決め
壁１４ｆは、図１０（ｂ）に示す金属マスク１５を用
い、光ファイバＦの端面にドライエッチングを施して形
成する。金属マスク１５は、位置決め壁１４ｆの形状に
対応した鍵穴状の開口１５ａが中央に形成され、開口１
５ａの中央に長手方向に跨るように石英ガラス製の線材
１５ｂが固定されている。

【００２３】一方、レンズ付き光ファイバは、図１１
（ａ）に示すレンズ付き光ファイバ１６のように、コア
１６ａとクラッド１６ｂとを有し、ファイバ端面１６ｃ
のコア１６ａ及びクラッド１６ｂの部分に、突条からな
るレンズ部１６ｄを形成した構成としてもよい。このと
き、レンズ部１６ｄは、コア１６ａの光軸と直交し、図
１２（ａ）に示すように外周側が幅広、図１２（ｂ）に
示すようにコア１６ａの部分が幅狭で、かつ、断面形状
が、円，楕円，双曲線等の一部あるいは非球面の一部
等、実質的な円の一部となるように形成されている。

【００２４】このとき、レンズ部１６ｄは、図１１
（ｂ）に示すように、三角形の突出片１７ａ，１８ａを
有する２枚の金属マスク１７，１８を、突出片１７ａ，
１８ａの頂点が光ファイバＦのコア中心を通るように突
き合わせて光ファイバＦの端面上に配置し、図中矢印方
向に往復動させながら、光ファイバＦの端面にドライエ
ッチングを施して形成する。

【００２５】また、レンズ付き光ファイバは、図１３
（ａ）に示すレンズ付き光ファイバ２０のように、コア
２０ａとクラッド２０ｂとを有し、ファイバ端面のコア
２０ａ及びクラッド２０ｂの部分に、突条からなるレン
ズ部２０ｄを直径方向に形成すると共に、レンズ部２０
ｄを囲む３個所に凹溝２０ｅを介して位置決め壁２０ｆ
を形成した構成としてもよい。このとき、レンズ付き光
ファイバ２０は、各凹溝２０ｅ端部の隙間が、ＬＤに対
して粗調心するときの観察部２０ｇとなる。

【００２６】ここで、レンズ部２０ｄ，凹溝２０ｅ及び
位置決め壁２０ｆは、図１３（ｂ）に示す金属マスク２
１を用い、光ファイバＦの端面にドライエッチングを施
して形成する。金属マスク２１は、凹溝２０ｅの形状に
対応したＹ字形のスリット２１ａが中央に形成され、ス
リット２０ａの中央に長手方向に跨るように石英ガラス
製の線材２０ｂが固定されている。金属マスク２１は、
線材２０ｂがコア上に位置するように配置して光ファイ
バＦをエッチングする。

【００２７】更に、レンズ付き光ファイバは、図１４
（ａ）に示すレンズ付き光ファイバ２２のように、コア
２２ａとクラッド２２ｂとを有し、ファイバ端面のコア
２２ａ及びクラッド２２ｂの部分に、突条からなるレン
ズ部２２ｄを直径方向に形成し、レンズ部２２ｄの両側
に凹溝２２ｅを、レンズ部２２ｄの両端に位置決め壁２
２ｆを、それぞれ形成した構成としてもよい。このと
き、レンズ付き光ファイバ２２は、各凹溝２２ｅ端部の
隙間が、ＬＤに対して粗調心するときの観察部となる。

【００２８】ここで、レンズ部２２ｄ，凹溝２２ｅ及び
位置決め壁２２ｆは、図１４（ｂ）に示す金属マスク２
３を用い、光ファイバＦの端面にドライエッチングを施
して形成する。金属マスク２３は、凹溝２２ｅの形状に
対応した矩形状の開口２３ａが中央に形成され、開口２
３ａの長手方向中央に、開口２３ａを跨るように石英ガ
ラス製の線材２３ｂが固定されている。金属マスク２３
は、線材２３ｂがコア上に位置するように配置して光フ
ァイバＦをエッチングする。

【００２９】上記のように本発明のレンズ付き光ファイ
バは、光ファイバの端面に突条からなるレンズ部が形成
され、必要に応じてレンズ部の廻りに位置決め壁が設け
られている。このとき、レンズ付き光ファイバは、形成
するレンズ部や位置決め壁の形状は上記のものに限定さ
れるものではなく、本発明の目的に合致し、金属マスク
を用いて形成することができれば、種々の形状のものが
ある。

【００３０】例えば、図１５（ａ）に示すレンズ付き光
ファイバ２４のように、コア２４ａとクラッド２４ｂと
を有し、ファイバ端面のコア２４ａ及びクラッド２４ｂ
の部分に、突条からなるレンズ部２４ｄを直径方向に形
成し、レンズ部２４ｄに沿って及びレンズ部２４ｄの形
成方向と直交する方向に凹溝２４ｅを形成すると共に、
凹溝２４ｅによって分割された４個所に位置決め壁２４
ｆを、それぞれ形成した構成としてもよい。このとき、
レンズ付き光ファイバ２４は、各凹溝２４ｅ端部の隙間
が、ＬＤに対して粗調心するときの観察部となる。

【００３１】また、図１５（ｂ）〜（ｄ）に示すレンズ
付き光ファイバ２６，２８，３０のように、コア２６
ａ，２８ａ，３０ａとクラッド２６ｂ，２８ｂ，３０ｂ
とを有し、ファイバ端面のコア２６ａ，２８ａ，３０ａ
及びクラッド２６ｂ，２８ｂ，３０ｂの部分に、突条か
らなるレンズ部２６ｄ，２８ｄ，３０ｄを直径方向に形
成し、レンズ部２６ｄ，２８ｄ，３０ｄの周囲に凹溝２
６ｅ，２８ｅ，３０ｅを介して複数の位置決め壁２６
ｆ，２８ｆ，３０ｆを、それぞれ形成した構成としても
よい。このとき、レンズ付き光ファイバ２６，２８，３
０は、各凹溝２６ｅ，２８ｅ，３０ｅ端部の隙間が、Ｌ
Ｄに対して粗調心するときの観察部となる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、レーザ光との
結合効率に優れ、ＬＤに対するレンズ部の向きを観察し
ながら簡単に粗調心を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ができる。請求項２の発明によれ
ば、粗調心に先立ってレンズ付き光ファイバをＬＤと突
き合わせるときに、突き合わせ方向における位置決めを
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレンズ付き光ファイバの斜視図であ
る。

【図２】図１のレンズ付き光ファイバの正面図である。

【図３】図１のレンズ付き光ファイバにレンズ部を形成
する際に用いる金属マスクの正面図（ａ）及び石英ガラ
ス製の線材と光ファイバとの配置を示す斜視図（ｂ）で
ある。

【図４】光ファイバに石英ガラス製の線材を配置した側
面図（ａ）及び光ファイバにドライエッチングを施した
後の状態を示す側面図（ｂ）である。

【図５】図１のレンズ付き光ファイバをＬＤと突き合わ
せて粗調心する状態を説明する斜視図である。

【図６】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態
を示す斜視図である。

【図７】図６のレンズ付き光ファイバにレンズ部及び位
置決め壁を形成する際に用いる金属マスクの正面図であ
る。

【図８】本発明のレンズ付き光ファイバの更に他の実施
形態を示す斜視図（ａ）及びレンズ部，凹溝及び位置決
め壁の形成に用いる金属マスクの正面図（ｂ）である。

【図９】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形態
を示す斜視図（ａ）及びレンズ部，凹溝及び位置決め壁
の形成に用いる金属マスクの正面図（ｂ）である。

【図１０】本発明のレンズ付き光ファイバの更に他の実
施形態を示す斜視図（ａ）及びレンズ部，凹溝及び位置
決め壁の形成に用いる金属マスクの正面図（ｂ）であ
る。

【図１１】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形
態を示す斜視図（ａ）及びレンズ部の形成に用いる２枚
の金属マスクを組み合わせた状態を示す正面図（ｂ）で
ある。

【図１２】図１１（ａ）のレンズ付き光ファイバのレン
ズ部を、光ファイバの外周側で切断した断面図（ａ）及
びコアの部分で切断した断面図（ｂ）である。

【図１３】本発明のレンズ付き光ファイバの更に他の実
施形態を示す斜視図（ａ）及びレンズ部及び位置決め壁
の形成に用いる金属マスクの正面図（ｂ）である。

【図１４】本発明のレンズ付き光ファイバの他の実施形
態を示す斜視図（ａ）及びレンズ部及び位置決め壁の形
成に用いる金属マスクの正面図（ｂ）である。

【図１５】本発明のレンズ付き光ファイバに形成される
レンズ部及び位置決め壁の他の種々の変形例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１ レンズ付き光ファイバ １ａ コア １ｂ クラッド １ｃ ファイバ端面 １ｄ レンズ部 ２ 金属マスク ３ 線材（石英ガラス製の） ８ レンズ付き光ファイバ ８ａ コア ８ｂ クラッド ８ｄ レンズ部 ８ｅ 位置決め壁 ９ 金属マスク １０，１２ レンズ付き光ファイバ １０ａ，１２ａ コア １０ｂ，１２ｂ クラッド １０ｄ，１２ｄ レンズ部 １０ｆ，１２ｆ 位置決め壁 １１，１３ 金属マスク １４，１６ レンズ付き光ファイバ １４ａ，１６ａ コア １４ｂ，１６ｂ クラッド １４ｄ，１６ｄ レンズ部 １４ｆ 位置決め壁 １５，１７，１８ 金属マスク ２０，２２ レンズ付き光ファイバ ２０ａ，２２ａ コア ２０ｂ，２２ｂ クラッド ２０ｄ，２２ｄ レンズ部 ２０ｆ，２２ｆ 位置決め壁 ２１，２３ 金属マスク ２４，２６ レンズ付き光ファイバ ２４ａ，２６ａ コア ２４ｂ，２６ｂ クラッド ２４ｄ，２６ｄ レンズ部 ２４ｆ，２６ｆ 位置決め壁 ２８，３０ レンズ付き光ファイバ ２８ａ，３０ａ コア ２８ｂ，３０ｂ クラッド ２８ｄ，３０ｄ レンズ部 ２８ｆ，３０ｆ 位置決め壁

フロントページの続き (72)発明者 繁松 孝 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 鈴木 健司 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H050 AC03 AC87

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ端面の少なくともコア部分
   に、前記コアの光軸と直交する突条で、かつ、該突条の
   長手方向と直交する面における断面形状が実質的な円の
   一部であるレンズ部が形成されていることを特徴とする
   レンズ付き光ファイバ。
2. 【請求項２】 前記レンズ部の周囲には、前記レンズ部
   よりも僅かに突出すると共に、前記レンズ部を観察する
   観察部を形成し、端面が平面に形成された位置決め壁が
   設けられている、請求項１のレンズ付き光ファイバ。