JP4925323B2 - 光ファイバコリメータ及び光ファイバコリメータアレイの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバコリメータ、及び複数の光ファイバコリメータを一体化した光ファイバコリメータアレイであって、特にＧＲＩＮレンズ先端面が球面状でリターンロスの少ないもの、及びその製造方法に関する。

光ファイバどうしを接続する従来の接触式光コネクタ（例えば特許文献１）において、接続時にファイバ端面にわずかなゴミなどが付着すると、接続損失が増大する。またそのような状態で長期間使用すると、光ファイバの端面が焼損してしまうという問題が少なからず起こっている。そのため、低コストで製造できる非接触式光コネクタが望まれている。また、光コネクタには、小型、低コスト、低挿入損失（＜０．５ｄＢ）、低リターンロス（＜−５０ｄＢ）が必要である。

光ファイバに融着可能なＧＲＩＮレンズ（クラッドのないグランデッドインデックスレンズ）を用いると、ファイバとレンズの組み付け時に調芯作業が不要となる（特許文献２）。しかし、先端を垂直平面仕上げにすると、先端面で反射した光がほとんどファイバコアに戻ってしまうため、ＡＲコート加工をしたとしても、リターンロスが−３０ｄＢ程度と大きくなってしまう。
図１１は、単一モード光ファイバ１の先端にＧＲＩＮレンズ２を融着した光ファイバコリメータ１１の説明図である。光ファイバ１のコアからの光はＧＲＩＮレンズ１中を矢印のように進み、ＧＲＩＮレンズ２端面から放射するが、一部はＧＲＩＮレンズ端面で反射し、光ファイバのコアに戻る（反射光を点線で表示）。

このようなリターンロスを低減する方策として、先端を斜めに研磨する方法がある。これによりリターンロスは−５０ｄＢ以下にまで下がるが、組み立て時に互いの面が平行になるように軸方向に回転調芯をする必要がある。
図１２は単一モード光ファイバ１の先端にＧＲＩＮレンズ２を融着し、ＧＲＩＮレンズ先端を斜めに研磨した光ファイバコリメータ１２を対にした光コネクタの説明図である。同図に示すように、出射光軸が屈折の影響でファイバの軸と一致しなくなるために、同軸上にファイバコリメータ対を配置できず、オフセットしなければならないため、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸方向の調芯作業が避けられず、時間がかかりすぎて、コネクタとして使用するに耐えないものになってしまう。

光ファイバの先端にＧＩ（グレーデッドインデックス）ファイバを融着し、ＧＩファイバの先端を球面とすることで、実用上必要とされる−５０ｄＢ以下のリターンロス特性を確保できる旨が、下記特許文献３に開示されている。ＧＩファイバの先端を球面とすることで、リターンロスが低減し、出射光軸がファイバの軸と一致するので、同軸上にファイバコリメータ対を配置でき、コリメータ対の組み立てが容易となる。

特許文献３において、ＧＩファイバ先端を球面加工する方法として、化学的エッチングを用いている。これは、ＧＩファイバの外面に保護膜（メッキ）を形成した後所定の長さにカットし、次いでＧＩファイバ先端を化学的エッチングするものである。しかし、化学的エッチングはエッチングに要する時間が１〜４時間と長く、「めっき加工」「化学的エッチング加工」という工程に時間と手間がかかりすぎる。またプラズマなどによる物理的エッチングも可であるとの記述があるが具体的な方法は一切開示されていない。
さらに、最終的にめっきを除去することは難しく、コネクタに使用される一般的なフェルールに入れる組み立てが困難であるという問題もある。
特開昭６１−８７１１１号公報 特開２００５−１１５０９７号公報 特開２００５−１２８２６７号公報

本発明は、光ファイバの先端に融着したＧＲＩＮレンズの先端が球面となっている汎用性に富んだ光ファイバコリメータを容易に製造できるようにすることを課題とするものである。
また本発明は、光ファイバの先端に融着したＧＲＩＮレンズの先端が球面となっている多数の光ファイバコリメータを一体化した、汎用性に富む光ファイバコリメータアレイを容易に製造できるようにすることを課題とする。

本発明は、光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着した複数のコリメータ部材の先端部分を多芯フェルールの各芯に挿入し、仮固定するステップと、弾性パッド上に貼付した研磨フィルムに前記フェルールを押圧した状態で、フェルールと研磨フィルムとを相対的に移動させ、前記フェルールと共に複数の前記ＧＲＩＮレンズ先端を球面状に研磨するステップと、前記フェルールから複数の前記コリメータ部材を抜き取るステップと、前記各コリメータ部材のＧＲＩＮレンズ先端に反射防止膜を形成するステップとを有することを特徴とする光ファイバコリメータの製造方法である。

前記フェルールとして、多芯フェルールを用い、その各芯にコリメータ部材の先端部分を挿入し、仮固定して研磨することで、多数のコリメータ部材を同時に研磨することができ、光ファイバコリメータの製造効率が向上する。

また本発明は、光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着した複数のコリメータ部材の先端部分を多芯フェルールの各芯に挿入し、接着剤で固定するステップと、弾性パッド上に貼付した研磨フィルムに前記フェルールを押圧した状態で、フェルールと研磨フィルムとを相対的に移動させ、前記フェルールと共に複数の前記ＧＲＩＮレンズ先端を球面状に研磨するステップとを有することを特徴とする光ファイバコリメータアレイの製造方法である。研磨終了後、必要に応じて、ＧＲＩＮレンズ先端に反射防止膜を形成することができる。

本発明の光ファイバコリメータの製造方法及び光ファイバコリメータアレイの製造方法は、フェルールと共にＧＲＩＮレンズ先端を研磨するので、研磨時にコリメータ部材が損傷するのを防ぐことができる。また、弾性パッド上に貼付した研磨フィルムで研磨することで、ＧＲＩＮレンズ先端が自動的に球面状に研磨されるので、研磨作業がきわめて容易であり、高効率で光ファイバコリメータ又は光ファイバコリメータアレイを製造することができる。

また本発明方法で製造した光ファイバコリメータは、化学エッチングを行わないので、コリメータ外周にメッキがなく、汎用性に優れる。

また本発明方法で製造した光ファイバコリメータアレイは、研磨を行ったフェルールのまま、光ファイバコリメータアレイとして使用できる。

フェルールの材質は、ジルコニア製、ガラス製、樹脂製などとすることができる。

コリメータ部材の先端部分をフェルールに挿入し仮固定する手段は自由であるが、例えば熱可塑性樹脂接着剤を用いることができる。フェルールの芯穴内壁とコリメータ外周部を熱可塑性樹脂接着剤で接着、又はフェルールの後端面においてコリメータ外周部を熱可塑性樹脂接着剤で接着することができる。コリメータ部材を抜き取るときは、フェルールを加熱すればよい。

コリメータ部材をフェルールに挿入し固定する手段としては、エポキシ樹脂などを使用することができる。

フェルールと共に前記ＧＲＩＮレンズ先端を球面状に研磨する装置としては、例えば図９に示す研磨装置１３を用いることができる。
研磨装置１３は、回転テーブル１４、弾性パッド１５、研磨フィルム１６、軸１７、おもり１８、フェルール保持治具１９、ファイバ保持棒２０などからなる。回転テーブル１４はその中心を軸として自転すると共に、中心からやや離れた２つの軸の回りを２軸公転する。これにより、回転テーブルは複雑な動きをし、フェルールがあらゆる方向に研磨されることになる。弾性パッド１５はゴムなどの弾性体でなる円板で、回転テーブル１４の上面に貼付されている。研磨フィルム１６は上面が多数の砥粒を有する砥面となっている薄いシートで、弾性パッド１５の上面に貼付されている。軸１７には筒状のおもり１８が上下動自在に挿通されている。フェルール保持具１９はコリメータ部材を挿通したフェルールを保持するもので、おもり１８に固定されている。したがって、フェルールはおもり１８の重さで研磨フィルム１６に押圧され、研磨が行われる。ファイバ保持棒２０は、フェルール後端から延び出ている光ファイバ１を保持するものである。

研磨装置１３で、コリメータ部材を挿入したフェルールを研磨し、コリメータ部材先端部のＧＲＩＮレンズ先端をフェルールと共に球面状に研磨する。図１０はフェルールが研磨される状態の説明図である。フェルール４が研磨フィルム１６に押し付けられると、その部分の弾性パッド１５及び研磨フィルム１６が変形、陥没する。このような状態で研磨されるため、フェルール４先端及びＧＲＩＮレンズ２が球面状に研磨される。
複数のコリメータ部材の先端部分を多芯フェルールの各芯に挿入して研磨した場合は、ＧＲＩＮレンズ先端の球面状の部分が多芯フェルール先端面から突出した状態で研磨される（図８）。
フェルールの径と弾性パッドの硬さを調整することで、球面状に研磨する曲率を変えることができる。すなわち、フェルールの径が小さくなるほど、弾性パッドが軟らかくなるほど曲率が大きく（曲率半径が小さく）なる。

ＧＲＩＮレンズ先端に形成する反射防止膜は、従来から通常に使用されているものを使用できる。反射防止膜の反射率が０．２％以下ならば、最終的なリターンロスを−５６ｄＢ以下にすることができる。

まず、直径１２５μｍの単一モード光ファイバ１の先端に直径１２５μｍのＧＲＩＮレンズ２を融着し、ＧＲＩＮレンズ２を適宜な長さに切断し、コリメータ部材３’を作成する。その状態を図１に示す。ＧＲＩＮレンズ２の長さは、所定長さ（ＧＲＩＮレンズ中を進む光の蛇行周期の１／４の奇数倍の長さ）に研磨しろをプラスした長さとする。

次に、コリメータ部材３’の先端部分を単芯フェルール４に挿入し、熱可塑性樹脂接着剤で仮固定する。その状態を図２に示す。

次に、前記の研磨装置１３でフェルール先端面及びＧＲＩＮレンズ先端面を球面状に研磨する。図３に研磨が終了した状態を示す。

次に、フェルール４を加熱して光ファイバコリメータ３をフェルール４から抜き取り、接着剤を洗浄する。さらにＧＲＩＮレンズ２の先端に反射防止膜を形成し、図４に示す光ファイバコリメータ３が完成する。

本発明方法で製造した光ファイバコリメータは、汎用性に優れ、種々の用途に使用できる。図５はキャピラリ（ガラス製、ジルコニア製など）に光ファイバコリメータ３を対として挿入、固定した超小型のコリメータ対モジュールとして利用した例である。対のコリメータは芯ずれ、角度ずれがほとんど無く、相互の距離のみを調整すればよいので、製作が非常に簡単であり、高効率の光接続が可能である。

図６は、図５のコリメータ対モジュールの、対のコリメータの間にフィルタのようなパッシブデバイスを挟んだパッシブモジュールとして利用した例である。この場合も、コリメータ相互の距離のみを調整すればよいので、製作が非常に簡単である。

単芯フェルールに代えて、多芯フェルールを用いることができる。図７は多芯フェルールの例を示している。多芯フェルール７は、１６個の芯穴８を有する。その各芯穴１８にコリメータ部材３’を挿入し、研磨すると、図８に示すように、ＧＲＩＮレンズ先端の球面状の部分が多芯フェルール先端面から突出した状態で研磨される。研磨終了した光ファイバコリメータ３をフェルールから抜き出し、反射防止膜を形成することで、一度に１６本の光ファイバコリメータ３を得ることができる。

エポキシ樹脂接着剤などでコリメータ部材３’を多芯フェルール７に固定すると、図８に示す研磨を終了した状態で、そのまま光ファイバコリメータアレイとして使用することができる。なお、図８の状態から、ＧＲＩＮレンズ先端面に反射防止膜を形成することが望ましい。
本発明方法で製造した光ファイバコリメータアレイは、図５、６の単芯の場合と同様に、筒状のキャピラリに挿入し、コリメータアレイ対モジュールやパッシブモジュールとして使用することができる。

コリメータ部材３’の断面説明図である。 コリメータ部材３’を挿入したフェルール４の断面説明図である 球面状に研磨されたフェルール４及び光ファイバコリメータ３の断面説明図である。 光ファイバコリメータ３の断面説明図である。 コリメータ対モジュールの断面説明図ある。 パッシブモジュールの断面説明図である。 多芯フェルール７の斜視図である。 球面状に研磨された多芯フェルール７及び光ファイバコリメータ３の断面説明図である。 研磨装置１３の説明図である。 研磨装置１３による研磨の状態の説明図である。 光ファイバコリメータ１１の断面説明図である。 光ファイバコリメータ１２を対にした状態の説明図である。

符号の説明

１ 光ファイバ
２ ＧＲＩＮレンズ
３ 光ファイバコリメータ
３’ コリメータ部材
４ フェルール
５ キャピラリ
６ デバイス
７ 多芯フェルール
８ 芯穴
９ 光ファイバコリメータアレイ
１１ 光ファイバコリメータ
１２ 光ファイバコリメータ
１３ 研磨装置
１４ 回転テーブル
１５ 弾性パッド
１６ 研磨フィルム
１７ 軸
１８ おもり
１９ フェルール保持治具
２０ ファイバ保持棒

Claims (2)

1. 光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着した複数のコリメータ部材の先端部分を多芯フェルールの各芯に挿入し、仮固定するステップと、
   弾性パッド上に貼付した研磨フィルムに前記フェルールを押圧した状態で、フェルールと研磨フィルムとを相対的に移動させ、前記フェルールと共に複数の前記ＧＲＩＮレンズ先端を球面状に研磨するステップと、
   前記フェルールから複数の前記コリメータ部材を抜き取るステップと、
   前記各コリメータ部材のＧＲＩＮレンズ先端に反射防止膜を形成するステップとを有することを特徴とする光ファイバコリメータの製造方法。
2. 光ファイバの先端にＧＲＩＮレンズを融着した複数のコリメータ部材の先端部分を多芯フェルールの各芯に挿入し、接着剤で固定するステップと、
   弾性パッド上に貼付した研磨フィルムに前記フェルールを押圧した状態で、フェルールと研磨フィルムとを相対的に移動させ、前記フェルールと共に複数の前記ＧＲＩＮレンズ先端を球面状に研磨するステップを有することを特徴とする光ファイバコリメータアレイの製造方法。