JPH05107428A - 光フアイバの端部構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加工が容易で、他の光学部品との接続が安定し
て高効率に行える光ファイバの端部構造を提供するこ
と。 【構成】光ファイバ１０のコア１１の端面を、光ファイ
バ１０のクラッド１３の端面よりも凹め、且つコア１１
端面の形状をクラッド１３の端面から突出しない範囲で
凸面形状に形成する。これによって光ファイバ１０から
出射される光のスポットサイズが小さくでき、他の光学
部品との結合効率を良くできる。またコア１１の端面が
クラッド１３端面よりも凹んだ位置にあるためコア１１
の端面が傷つくことはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路や他の光ファ
イバ等に接続するのに好適な光ファイバの端部構造及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、光ファイバを光導波路や他の光ファ
イバ等に結合する際には接続損失が生じる。そして、該
接続損失を生じさせる最も大きな原因は、シングルモー
ドファイバの場合は、両者間のモードフィールド径の不
整合にある。従って両者を効率良く結合させる最も有効
な手段は、両者のモードフィールド径を一致させること
であり、そのための方法としては、以下の３つの方法が
挙げられる。なおここでは光ファイバと光導波路を結合
する場合について説明する。

【０００３】光導波路のモードフィールド径を光ファ
イバのモードフィールド径に合わせるように光導波路デ
バイスの結合端部の構造を設計する方法。

【０００４】例えば、光導波路の端面をレンズ効果を持
った構造にして、光導波路よりも広がっている光ファイ
バからのビームを集光して光導波路のコア部に入射させ
る方法がある。

【０００５】また、光導波路のコア部に補助導波路を接
続して、光ファイバからの入射光を該補助導波路に全部
入射させ、分布結合を利用して最終的に光導波路のコア
に光を伝搬させていく方法もある（例えば特開昭５５−
２２６２号公報，特開昭６０−１７２００１号公報，特
公昭６１−４８６９５号公報）。

【０００６】光ファイバのモードフィールド径を光導
波路デバイスのモードフィールド径に合わせるように光
ファイバの結合端部の構造を設計する方法。

【０００７】例えば、光ファイバの先端を先球状にした
り、光ファイバの端部近傍のコア形状を細くしたり変形
（例えば楕円状）したりして、光ファイバ端部のコア形
状を光導波路のコア部の形状に近づけ、両者の結合効率
を高める方法（例えば特開昭５７−１００４０９号公
報，特開昭５７−３０８１１号公報，特開昭６０−８８
９０９号公報）。

【０００８】また光ファイバ端部のコアとクラッドの比
屈折率差を大きくしてスポットサイズを小さくして光導
波路との結合効率を高める方法。

【０００９】光ファイバと光導波路デバイスの間に、
互いのモードフィールド径が合うようなモードフィール
ド変換素子を介在させる方法（例えば特開昭６０−１６
４７０８号公報）。

【００１０】一方、接続損失を生じる他の要因として、
シングルモード，マルチモードに限らず、光ファイバと
光導波路の屈折率の違いから生ずる端面反射による損失
もある。

【００１１】この反射損失を防止するための手段として
は、光ファイバの端面あるいは光導波路の端面に反射防
止膜をコーティングする方法が取られる（例えば特開昭
５７−１０４０９号公報，特開昭６０−１６４７０８号
公報）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術には以下のような問題点があった。上記の従来技
術の場合は、光導波路基板上への微細加工技術が必要と
され、しかも高精度が要求される。

【００１３】例えば光導波路に補助導波路を分布結合に
より接続させる場合、光ファイバから補助導波路に入射
した光のパワーが光導波路に移行する割合（結合率）
は、光導波路と補助導波路の接続距離に対して周期的に
変化する。このため、両者の結合長を設計どおりに精密
に行わないと、良い結合効率が得られない。

【００１４】上記の従来技術の場合は、光ファイバを
精度良く加工することが容易ではない。それに併せて先
球状の光ファイバを光導波路の端面に固定する場合は、
その固定方法が、通常の光ファイバの光導波路への固定
方法（直接突き当てて接着剤で固定する方法）に比べて
容易ではない。

【００１５】上記の従来例の場合も、モードフィール
ド変換素子自体の設計に精度が要求されその精度を精密
に出さないと良好な結合効率が得られず、また結合面が
光ファイバ〜モードフィールド変換素子間と、モードフ
ィールド変換素子〜光導波路間の２個所となり、接続損
失を生じる個所が増えてしまう。

【００１６】一方、反射損失を防ぐために反射防止膜を
用いた場合はコストがかかり、また反射防止膜の膜厚の
コントロールを精度良く行わなければならない。

【００１７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、加工が容易で、他の光
学部品との接続が安定して高効率に行える光ファイバの
端部構造及びその製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、光ファイバ１０のコア１１の端面を、該光
ファイバ１０のクラッド１３の端面よりも凹め、且つ該
コア１１端面の形状或いは該コア１１端面に取り付けた
レンズ部材２３の表面形状を前記クラッド１３の端面か
ら突出しない範囲で凸面形状に形成することとした。

【００１９】また本発明は、光ファイバ３０の端部のコ
ア３１の径を拡大し、且つ該コア径を拡大したコア３１
の端面に直接レンズ手段３３を取り付けることとした。

【００２０】また本発明は、光ファイバ５１の端部のク
ラッド５５を除去してコア５３を所定長さだけ露出さ
せ、該露出したコア５３の周囲にクラッド５５の屈折率
よりも小さい所望の屈折率の樹脂５７をモールドするこ
ととした。

【００２１】

【作用】光ファイバ１０のコア１１の端面を該光ファイ
バ１０のクラッド１３の端面よりも凹め且つ該コア１１
端面の形状或いは該コア１１端面に取り付けられるレン
ズ部材２３の表面形状を凸面形状に形成した光ファイバ
１０においては、該光ファイバ１０端部のレンズ効果に
よって該光ファイバ１０から出射される光のスポットサ
イズを小さくでき、他の光学部品との結合効率を良くで
きる。またコア１１の端面がクラッド１３端面よりも凹
んだ位置にあるためコア１１の端面が傷つくことはな
く、しかも他の光学部品との接触面積を十分にとること
ができるので、安定した接続固定が行える。

【００２２】コア３１端部の径を拡大し且つ該コア径を
拡大したコア３１の端面に直接レンズ手段３３を取り付
けた構造の光ファイバ３０においては、コア拡大部によ
りその有効開口径が大きくなっており、しかも付着した
レンズ手段３３によって該拡大したコア径以上に該光フ
ァイバ３０への入射開口径が大きくできる。従ってこの
光ファイバ３０を他の光学系に接続する際の位置調整は
容易で、結合効率も高い。さらにこの光ファイバは長焦
点距離がとれる。

【００２３】端部のクラッド５５を除去してコア５３を
所定長さだけ露出させ、該露出したコア５３の周囲に樹
脂５７をモールドした光ファイバ５０においては、コア
５３と樹脂５７の屈折率の差をコア５３とクラッド５５
の屈折率の差よりも大きくできる。従って光ファイバ５
０から出射される光のスポットサイズを小さくできる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００２５】〔第１発明〕図１は本発明の１実施例にか
かる光ファイバの端部構造を示す側断面図である。同図
に示すようにこの光ファイバ１０のコア１１の端面は、
クラッド１３の端面と同一面となっておらず、コア１１
の端面の方がクラッドの端面よりも凹んでいる。またこ
のコア１１の端面形状は凸レンズ状（球面状）に形成さ
れている。このような構造とするためには、該光ファイ
バ１０の端面をエッチングすればよい。

【００２６】このように構成することにより該光ファイ
バ１０のコア１１端面から出射される光のビームスポッ
トは絞られて小さくなる。

【００２７】図２は上記光ファイバ１０の端部を光導波
路基板１５に設けた光導波路コア１７に接続したときの
接続構造を示す概略側断面図である。同図に示すように
光ファイバ１０はそのコア１１の光軸が光導波路コア１
７の光軸と一致するように接着剤１９によって接着・固
定される。

【００２８】そして光ファイバ１０のコア１１内を伝搬
してきた光は、コア１１の端面から集光されるように出
射され、光導波路コア１１内に入射される。

【００２９】以上のようにこの実施例によれば、コア１
１の端面を凸レンズ状に形成したので光ファイバ１０の
コア１１と光導波路コア１７の結合効率が良くなる。

【００３０】またコア１１の端面はクラッド１３の端面
よりも凹んでいるので、この光ファイバ１０を図２に示
すように光導波路基板１５に接続した場合は光ファイバ
１０のクラッド１３の端面だけが光導波路基板１５に接
触することとなる。つまりコア１１の端面は光導波路コ
ア１７には接触せず、該端面が傷つくことはない。

【００３１】さらに光ファイバ１０の光導波路基板１５
との接触面はクラッド１３の端面全体なのでその接触面
積を十分にとることができる。従ってその接続固定が確
実となり、しかも通常のバッドジョイント法で接続でき
るので接続作業が簡単となる。

【００３２】ところで従来、光ファイバ先端にレンズ効
果を持たせたものとして先球ファイバがある。しかしな
がらこの先球ファイバの端面形状はその端面全体が円錐
状やテーパー状となっているため、この端面を光導波路
コアに接続する際は、両者間の接触面積がとれない。こ
のために別にガイド部材等が必要となる。また先球ファ
イバのコア端面は直接光導波路コアに接触する場合があ
るので、該先端の取り扱いに注意を払わなければならな
い。一方上記実施例の場合、上述のようにこのような問
題点を全て解消できる。

【００３３】図３は本発明の他の実施例にかかる光ファ
イバの端部構造を示す側断面図である。即ち同図（ａ）
乃至（ｃ）に示す実施例は、いずれも上記図１に示す実
施例と同様に、コア１１の端面をクラッド１３の端面よ
り凹ませるとともにコア１１の端面を凸レンズ状に形成
して構成されている。

【００３４】但し同図（ａ）の実施例の場合は、コア１
１の端面の中央部がクラッド１３の端面と同じ面上に位
置するようにしている。この場合でもコア１１の端面は
クラッド１３の端面から突出していないので、上記図１
に示す実施例の場合と同様の作用効果を生ずる。

【００３５】また同図（ｂ）に示す実施例の場合は、コ
ア１１の端面の形状を球面とせず、非球面としている。
このように構成しても図１に示す実施例と同様の作用効
果を生ずる。即ち本発明においてはコア端面の凸レンズ
の形状は球面でも非球面でも良く、要は光導波路コア等
との接続に適切な形状を選択すれば良いのである。

【００３６】また同図（ｃ）に示す実施例の場合は、コ
ア１１端面の凹みの部分に、クラッド１３の端面まで樹
脂２１を充填している。この樹脂２１の材質は使用する
光の波長に対して透明であることが必要である。

【００３７】そしてこの実施例の場合はこの樹脂２１の
屈折率を適当に選択することによって、コア１１から出
射される光のビーム径を変化させることができる。即
ち、ビーム径を絞るためには樹脂２１の屈折率はコア１
１の屈折率よりも小さくしなければならず、またビーム
径を広げるためには樹脂２１の屈折率はコア１１の屈折
率よりも大きくしなければならない。

【００３８】図４は本発明のさらに他の実施例にかかる
光ファイバの端部構造を示す側断面図である。即ち同図
（ａ），（ｂ）の実施例の場合は、コア１１の端面を平
面状とし、その端面にレンズ部材２３，２５を取り付け
て構成されている。このレンズ部材２３，２５は半球レ
ンズをコア１１端面に接着して構成しても良いし、コア
１１端面に樹脂を半球状となるように付着させ硬化させ
て構成してもよい。この実施例の場合でもレンズ部材２
３，２５の表面がクラッド１３の端面から突出しないよ
うにすれば、上記図１に示す実施例と同様の作用効果が
生じる。

【００３９】図５は本発明のさらに他の実施例にかかる
光ファイバの端部構造を示す側断面図である。即ち同図
（ａ），（ｂ）の実施例の場合は、コア１１の端面の形
状を凹面形状とし、該コア１１の端面上に樹脂からなる
レンズ部材２７，２９を付着してその表面の形状を凸レ
ンズ形状となるようにしたものである。

【００４０】〔第２発明〕図６は本発明の１実施例にか
かる光ファイバの端部構造を示す図であり、同図（ａ）
は側断面図、同図（ｂ）は右側面図である。同図に示す
ようにこの実施例においては、光ファイバ３０のコア３
１の径をその端部において拡大する（通常のコア径の約
５倍程度まで可能）とともに、該光ファイバ３０の端面
に例えばフレネルゾーンのようなレンズ機能を持つ格子
からなるレンズ手段３３を付着している。これによって
光ファイバ３０のコア３１内を伝搬してきた光は、その
端面において絞り込まれる。その絞り込みの効率を上げ
るためには該格子をブレーズド化するとよい。また焦点
距離等のレンズ機能の調整は格子ピッチを変えることに
より行える。

【００４１】図７は本発明の他の実施例を示す図であ
り、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は右側面図であ
る。同図に示す実施例の場合も、上記図６に示す実施例
の場合と同様に、コア３７の径をその端部において拡大
するとともに光ファイバ３５の端面にレンズ手段３９を
取り付けている。但しこの実施例の場合のレンズ手段３
９は、光ファイバ３５の端面に透過性高屈折率材料から
なる樹脂を付着させることによって形成される。付着し
た樹脂はその表面張力によって球状の面を持ち、これに
よってレンズ効果を持つものであり、その曲率半径は樹
脂の粘性と量によって設定される。なお場合によっては
該樹脂の表面を研磨しても良い。

【００４２】図８は本発明のさらに他の実施例を示す図
であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は右側面図
である。同図に示す実施例の場合も、上記図６に示す実
施例の場合と同様に、コア４３の径をその端部において
拡大するとともに光ファイバ４１の端面にレンズ手段４
５を取り付けている。但しこの実施例の場合は光ファイ
バ４１の端面の一部（少なくともコア４３の端面全面を
含む）を球面状にエッチングし、そこに透過性高屈折率
材料からなる樹脂を充填することによってレンズ手段４
５を設けたものである。この場合のレンズ特性は、コア
４３のエッチング量とレンズ手段４５の表面の曲率によ
り設定される。

【００４３】上記図６，７，８に示す光ファイバ３０，
３５，４１は、レーザダイオードや発光ダイオード等の
光源と接続したり、または光学素子を介した接続系（下
記する図９で示す）に用いることにより、高効率な接続
部が構成できる。その理由としては、まずコア拡大部に
よりこの光ファイバ３０，３５，４１の有効開口径が大
きくなっており、しかも付着したレンズ手段によって該
拡大したコア径以上に光ファイバへの入射開口径が大き
くなっているからである。

【００４４】図９は上記図７に示す光ファイバ３５（他
の光ファイバ３０，４１でもよい）を利用して光ファイ
バの伝送系の途中に光学素子を挿入した場合の具体例を
示す概略側面図である。即ち、光学素子４７（例えば光
アイソレータ）の両側には２本の光ファイバ３５，３５
がその端面を対向するように配置され、これら２本の光
ファイバ３５，３５と光学素子４７はサポータ４９で一
体に固定されている。この発明においては光ファイバ３
５の端部のコア径が拡大されしかもレンズ手段４５が設
けられているので、長焦点距離がとれ、２本の光ファイ
バ３５，３５間に容易に光学素子４７が設置できるので
ある。

【００４５】ところで上記図７，８に示す実施例におい
ては光ファイバ３５，４１の端面全体にレンズ手段３
９，４５を付着したが、レンズ手段は光ファイバ端面の
コアを覆う大きさであればその全面に付着しなくてもよ
い。

【００４６】以上のように上記図６，７，８に示す光フ
ァイバ３０，３５，４１は、光ファイバ端面にレンズ手
段を付着させるだけで構成できるので、構造が単純であ
り、製作も容易である。またいずれも入射開口径が大き
く、これを他の光学系に接続する際の位置調整が容易
で、結合効率も高い。さらに上述のように本発明にかか
る光ファイバ３０，３５，４１は長焦点距離がとれるの
で、２本の光ファイバ間に容易に光学素子を設置でき
る。

【００４７】〔第３発明〕図１０は本発明の１実施例に
かかる光ファイバの端部構造を示す図であり、同図
（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す光フ
ァイバの屈折率分布を示す図である。

【００４８】この光ファイバ５１は、該光ファイバ５１
の端部のクラッド５５を除去してコア５３を所定長さだ
け露出させ、該露出したコア５３の周囲にクラッド５５
の屈折率よりも小さい屈折率からなる樹脂５７をモール
ドし、さらにその端面をコア５３の端面とともに研磨し
て構成されている。

【００４９】ここで図１１はこの光ファイバ５１の製造
方法を示す図である。この光ファイバ５１を製造するに
はまず同図（ａ）に示す光ファイバ５１を用意する。こ
の光ファイバ５１のコア５３は純粋石英で構成され、ク
ラッド５５は石英にフッ素を添加して構成されている。
なおこの光ファイバ５１のコア５３とクラッド５５の材
料構成はこの実施例に限定されない。即ちコア５３より
もクラッド５５のドーパント添加量が多い材料構成とな
っているものであれば良い。

【００５０】次に、この光ファイバ５１の端部をガラス
エッチング溶液（例えばＨＦ溶液）を用いてエッチング
処理する。この光ファイバ５１のクラッド５５には屈折
率を下げるためのドーパントが添加されているので、コ
ア５３とクラッド５５ではエッチング速度が異なり、コ
ア５３よりもクラッド５５の方が速くエッチングされて
いく。このため、同図（ｂ）に示すように、光ファイバ
５１の端部には、コア５３が露出する。

【００５１】次に同図（ｃ）に示すようにこのコア５３
の露出した部分の周囲にクラッド５５よりもさらに屈折
率の低い樹脂５７をモールドする。

【００５２】そして同図（ｄ）に示すようにコア５３の
端面を樹脂５７とともに研磨して、その端面形状を調整
する。これによって光ファイバ５１は図１０に示す構造
となる。

【００５３】図１０（ｂ）はこの光ファイバ５１のコア
５３とクラッド５５と樹脂５７の屈折率分布を示してい
る。同図に示すように、樹脂５７をモールドした部分
は、コア５３との比屈折率差が大きくなっている。この
ように構成することにより光ファイバ５１の端部におけ
る光のスポットサイズを小さくすることができる。

【００５４】即ち一般に光ファイバ伝搬光のスポットサ
イズω_oは、 但し、Ａ：コア径 ａ：コア半径 Ｖ：規格化周波数 ｎ₁：コア屈折率 ｎ₂：クラッド屈折率 で表される。つまりコア屈折率とクラッド屈折率の差が
大きくなるほど光のスポット径は小さくなる。

【００５５】従ってこの光ファイバ５１を例えば光導波
路に接続する場合は、該光導波路のモードフィールド径
に合わせて、所望のスポットサイズとなるように、光フ
ァイバ５１に用いる樹脂５７の屈折率を選択すれば良
い。このように樹脂５７の屈折率を選択してそのモード
フィールド径を調整すれば、結合効率の高い接続を行う
ことができる。

【００５６】以上のようにこの発明によれば、微細加工
等の複雑な工程なしに容易に光ファイバ端部のスポット
サイズを調整できる。

【００５７】図１２は本発明の他の実施例を示す図であ
り、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に
示す光ファイバの屈折率分布を示す図である。この光フ
ァイバ６１において前記図１０に示す光ファイバ５１と
相違する点は、コア６３の露出長さが長く、これに伴っ
て樹脂６７のモールド長さも長い点のみである。その他
の点は前記図１０に示す光ファイバ５１と同様である。

【００５８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる光ファイバの端部構造によれば、以下のような優れ
た効果を有する。 光ファイバのコアの端面を該光ファイバのクラッドの
端面よりも凹め、且つ該コア端面の形状或いは該コア端
面に取り付けられるレンズ部材の表面形状を凸面形状に
形成した光ファイバにおいては、該光ファイバから出射
される光のスポットサイズを小さくでき、他の光学部品
との結合効率が良くなる。

【００５９】またコア端部がレンズ効果を持った構造で
あるにもかかわらず、該コア端面がクラッド端面よりも
凹んだ位置にあるためコアの端面が傷つくことはなく、
しかも他の光学部品との接触面積を十分にとることがで
きるので、安定した接続固定が行える。

【００６０】光ファイバの端部のコア径を拡大し且つ
該コア径を拡大したコアの端面に直接レンズ手段を取り
付けた構造の光ファイバにおいては、その構造が単純で
あり、製作も容易である。またこの光ファイバを他の光
学系に接続する際の位置調整が容易で、結合効率も高
い。さらにこの光ファイバは長焦点距離がとれるので、
２本の光ファイバ間に光学素子を容易に設置できる。

【００６１】光ファイバの端部のクラッドを除去して
コアを所定長さだけ露出させ、該露出したコアの周囲に
クラッドの屈折率よりも小さい所望の屈折率の樹脂をモ
ールドした光ファイバにおいては、該光ファイバから出
射される光のスポットサイズを容易に調整できる。しか
もこの光ファイバの製作には微細加工等の複雑な工程は
不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の１実施例にかかる光ファイバの端部
構造を示す側断面図である。

【図２】光ファイバ１０の端部を光導波路コア１７に接
続したときの接続構造を示す概略側断面図である。

【図３】本発明の他の実施例にかかる光ファイバの端部
構造を示す側断面図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例にかかる光ファイバ
の端部構造を示す側断面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例にかかる光ファイバ
の端部構造を示す側断面図である。

【図６】第２発明の１実施例にかかる光ファイバの端部
構造を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図９】図７に示す光ファイバ３５を利用して光ファイ
バの伝送系の途中に光学素子を挿入した場合の具体例を
示す概略側面図である。

【図１０】第３発明の１実施例にかかる光ファイバの端
部構造を示す図である。

【図１１】光ファイバ５１の製造方法を示す図である。

【図１２】本発明の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ １１ コア １３ クラッド ２３，２５，２７，２９ レンズ部材 ３０，３５，４１ 光ファイバ ３１，３７，４３ コア ３３，３９，４５ レンズ手段 ５１，６１ 光ファイバ ５３，６３ コア ５５，６５ クラッド ５７，６７ 樹脂

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】他の光学部品に接続される光ファイバのコ
   アの端面が、該光ファイバのクラッドの端面よりも凹ん
   でおり、且つ該コア端面の形状或いは該コア端面に取り
   付けられるレンズ部材の表面形状は前記クラッドの端面
   から突出しない範囲で凸面形状に形成されていることを
   特徴とする光ファイバの端部構造。
2. 【請求項２】他の光学部品に接続される光ファイバの端
   部のコア径を拡大し、且つ該コア径を拡大したコアの端
   面に直接レンズ手段を取り付けたことを特徴とする光フ
   ァイバの端部構造。
3. 【請求項３】他の光学部品に接続される光ファイバの端
   部のクラッドを除去してコアを所定長さだけ露出させ、
   該露出したコアの周囲にクラッドの屈折率よりも小さい
   所望の屈折率の樹脂をモールドしたことを特徴とする光
   ファイバの端部構造。
4. 【請求項４】他の光学部品に接続される光ファイバの端
   部のクラッドをエッチングで除去してコアを所定長さだ
   け露出させる工程と、 該露出したコアの周囲にクラッドの屈折率よりも小さい
   所望の屈折率からなる樹脂をモールドする工程と、 コアの端面を樹脂とともに研磨する工程とを具備するこ
   とを特徴とする光ファイバの端部の製造方法。