(57)【要約】【課題】精度及び信頼性の高い光部品を、簡単な工程且つ低コストで製造できる光部品の製造方法等を提供する。【解決手段】所定の軟化点を有する第１のガラスにより形成されている端面を有する第１の光部品と、第１のガラスよりも高い軟化点を有する第２のガラス又は石英により形成されている１つ又は複数の第２の光部品とを融着することにより、第３の光部品を製造する方法であって、第１の光部品の端面の加熱を開始することにより該端面を軟化させる工程（ａ）と、軟化した第１の光部品の端面に、第２の光部品を所定の量だけ押し込むことにより、第１の光部品と第２の光部品との接合面を溶融結合させる工程（ｂ）と、第２の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、第２の光部品の接合面を第１の光部品の端面、又は、該端面の外側に配置する工程（ｃ）と、第１の光部品の端面の加熱を停止することにより、互いに溶融結合した第１の光部品と第２の光部品とを固定する工程（ｄ）とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軟化点を有する第１のガラスにより形成されている端面を有する第１の光部品と、第１のガラスよりも高い軟化点を有する第２のガラス又は石英により形成されている１つ又は複数の第２の光部品とを融着することにより、第３の光部品を製造する方法であって、
前記第１の光部品の前記端面の加熱を開始することにより該端面を軟化させる工程（ａ）と、
軟化した前記第１の光部品の前記端面に、前記第２の光部品を所定の量だけ押し込むことにより、前記第１の光部品と前記第２の光部品の接合面とを溶融結合させる工程（ｂ）と、
前記第２の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第２の光部品の接合面を前記第１の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置する工程（ｃ）と、
前記第１の光部品の端面の加熱を停止することにより、互いに溶融結合した前記第１の光部品と前記第２の光部品とを固定する工程（ｄ）と、
を具備する光部品の製造方法。
【請求項２】
ガラス又は石英により形成されている端面を有する第１の光部品と、ガラス又は石英により形成されている１つ又は複数の第２の光部品とを融着することにより、第３の光部品を製造する方法であって、
前記第１の光部品の前記端面の加熱を開始することにより該端面を軟化させる工程（ａ）と、
軟化した前記第１の光部品の前記端面に、前記第２の光部品を所定の量だけ押し込むことにより、前記第１の光部品と前記第２の光部品の接合面とを溶融結合させる工程（ｂ）と、
前記第２の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第２の光部品の接合面を前記第１の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置する工程（ｃ）と、
前記第１の光部品の端面の加熱を停止することにより、互いに溶融結合した前記第１の光部品と前記第２の光部品とを固定する工程（ｄ）と、
を具備する光部品の製造方法。
【請求項３】
前記第１の光部品が、レンズであり、
前記第２の光部品が、光ファイバである、
請求項１又は２記載の光部品の製造方法。
【請求項４】
前記第１の光部品の前記端面が、前記第２の光部品の直径の少なくとも１．５倍の投影長を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の光部品の製造方法。
【請求項５】
前記第１の光部品が、複数の部材によって構成されている複合部材であって、少なくとも前記端面を含む部材が前記第１のガラスによって形成されている、請求項１記載の光部品の製造方法。
【請求項６】
前記端面の面積が、前記第１の光部品における前記端面の反対側の面の面積以下であると共に、前記第２の光部品の断面積の２倍以上である、請求項１〜５のいずれか１項記載の光部品の製造方法。
【請求項７】
工程（ａ）が、アーク放電、レーザ光、又は、マイクロトーチ炎により、前記第１の光部品の前記端面を加熱することを含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の光部品の製造方法。
【請求項８】
工程（ｂ）が、前記第１の光部品と前記第２の光部品との内の少なくとも一方に振動を与えながら、前記第１の光部品の前記端面に前記第２の光部品を押し込むことを含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の光部品の製造方法。
【請求項９】
工程（ｃ）が、前記所定の位置を越える位置まで前記第２の光部品を引き戻し、その後で、前記所定の位置に前記第２の光部品を押し戻すことを含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の光部品の製造方法。
【請求項１０】
工程（ａ）に先立って、前記第１の光部品と前記第２の光部品との間における光軸調整を行う工程（ａ’）をさらに具備する請求項１〜９のいずれか１項記載の光部品の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の光部品が、焦点が前記端面の外側に存在するレンズであり、
工程（ａ’）が、前記第１の光部品の焦点に基づいて光軸調整を行うことを含み、
工程（ｃ）が、前記第１の光部品の焦点に基づいて算出される量に基づいて、前記第２の光部品を引き戻すことを含む、
請求項１０記載の光部品の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の光部品の前記端面と工程（ａ’）において用いられた前記第１の光部品との焦点との間の距離がＬ１であり、前記第１の光部品における前記端面を含む部材の屈性率がｎ１であり、空気又は真空の屈折率がｎ２である場合に、
工程（ｃ）が、前記第２の光部品の接合面が前記第１の光部品の焦点位置からＬ１×{（ｎ１／ｎ２）−１}だけ離れた位置に配置されるように、前記第２の光部品を引き戻すことを含む、請求項１１記載の光部品の製造方法。
【請求項１３】
工程（ｃ）が、前記第２の光部品を介して前記第１の光部品の前記端面に入射すると共に、前記第１の光部品の前記端面から出射して前記第２の光部品に入射した光の強度をモニタすることにより、該光の強度が最大となる位置に前記第２の光部品の接合面を配置することを含む、
請求項１〜１２のいずれか１項記載の光部品の製造方法。
【請求項１４】
所定の軟化点を有する第１のガラスによって形成されている端面を有する第１の光部品と、第１のガラスよりも高い軟化点を有する第２のガラス又は石英によって形成されている１つ又は複数の第２の光部品とを融着することにより、第３の光部品を製造するための装置であって、
前記第１の光部品を保持する第１の保持手段と、
前記第２の光部品を保持する第２の保持手段と、
前記第１の光部品の前記端面を加熱する加熱手段と、
前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との内の少なくとも一方を戴置して移動することにより、前記第２の光部品を前記第１の光部品に対して相対的に所定の位置に配置する位置調節手段と、
前記加熱手段によって加熱されることにより軟化した前記第１の光部品の前記端面に、前記第２の光部品を所定の量だけ押し込むことにより、前記第１の光部品と前記第２の光部品との接合面を溶融結合させ、その後で、前記第２の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第２の光部品の接合面を前記第１の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置するように、少なくとも前記位置調節手段を制御する制御手段と、
を具備する光部品の製造装置。
【請求項１５】
ガラス又は石英によって形成されている端面を有する第１の光部品と、ガラス又は石英によって形成されている１つ又は複数の第２の光部品とを融着することにより、第３の光部品を製造するための装置であって、
前記第１の光部品を保持する第１の保持手段と、
前記第２の光部品を保持する第２の保持手段と、
前記第１の光部品の前記端面を加熱する加熱手段と、
前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との内の少なくとも一方を戴置して移動することにより、前記第２の光部品を前記第１の光部品に対して相対的に所定の位置に配置する位置調節手段と、
前記加熱手段によって加熱されることにより軟化した前記第１の光部品の前記端面に、前記第２の光部品を所定の量だけ押し込むことにより、前記第１の光部品と前記第２の光部品との接合面を溶融結合させ、その後で、前記第２の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、前記第２の光部品の接合面を前記第１の光部品の前記端面、又は、前記端面の外側に配置するように、少なくとも前記位置調節手段を制御する制御手段と、
を具備する光部品の製造装置。
【請求項１６】
前記制御手段が、前記所定の位置を越える位置まで前記第２の光部品を引き戻し、その後で、前記所定の位置に前記第２の光部品を押し戻すように、前記位置調節手段を制御する、請求項１４又は１５記載の光部品の製造装置。
【請求項１７】
前記制御手段が、前記第２の光部品が所定の位置に配置された後で、前記第１の光部品の前記端面の加熱を停止するように、前記加熱手段を制御する、請求項１４〜１６のいずれか１項記載の光部品の製造装置。
【請求項１８】
前記第１の光部品と前記第２の光部品との内の少なくとも一方に振動を与える手段をさらに具備する請求項１４〜１７のいずれか１項記載の光部品の製造装置。
【請求項１９】
前記第２の光部品を介して前記第１の光部品の前記端面に入射させる光を発生する光源と、
前記第１の光部品の前記端面から出射して前記第２の光部品に入射する光の強度を検出する検出手段と、
をさらに具備する１４〜１８のいずれか１項記載の光部品の製造装置。
【請求項２０】
所定の軟化点を有する第１のガラスによって形成されている端面を有する第１の光部品と、
第１のガラスよりも高い軟化点を有する第２のガラス又は石英によって形成されている１つ又は複数の第２の光部品であって、加熱されることにより軟化した前記第１の光部品の前記端面に押し込まれた後で、押し込まれた方向と反対方向に引き戻された状態で前記第１の光部品と接合された前記１つ又は複数の第２の光部品と、
を具備する光部品。
【請求項２１】
ガラス又は石英によって形成されている端面を有する第１の光部品と、
ガラス又は石英によって形成されている１つ又は複数の第２の光部品であって、加熱されることにより軟化した前記第１の光部品の前記端面に押し込まれた後で、押し込まれた方向と反対方向に引き戻された状態で前記第１の光部品と接合された前記１つ又は複数の第２の光部品と、
を具備する光部品。
【請求項２２】
前記第１の光部品が、前記第２の光部品が接合される前の状態において、焦点が前記端面の外側に形成されるように設計されたレンズである、請求項２０又は２１記載の光部品。
【請求項２３】
前記第１の光部品が、複数の部材によって構成されている複合部材であって、少なくとも前記端面を含む部材が前記第１のガラスによって形成されている、請求項２０記載の光部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を伝送するために用いられる光部品、並びに、そのような光部品の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、従来のファイバコリメータの製造方法を説明するための図である。図１７の（ａ）に示す非球面レンズ９０１の端面９０１ａは、平面研磨されていると共に、伝送される光の波長における反射損失を小さくするために、反射防止膜（ＡＲコート）をコーティングされている。一方、光ファイバ９０２は、精密に穴加工されたキャピラリー（細管）９０３と呼ばれるスリーブに挿入されて、樹脂等の接着剤９０４によって固定されている。また、光ファイバ９０２の端部は、キャピラリー９０３と共にカットされており、その端面９０２ａには、平面研磨及びＡＲコートが施されている。
【０００３】
これら２つの部品９０１及び９０２を接合する際には、図１７の（ｂ）に示すように、レンズの端面９０１ａと光ファイバの端面９０２ａとの間に、樹脂等の接着剤９０５を配置すると共に、高反射ミラー９０６を用いて光軸調整を行う。即ち、光ファイバ９０２に光を入射させることにより、レンズ９０１を介して高反射ミラー９０６から反射された光が、再びレンズ９０１を介して最も効率良く光ファイバ９０２に戻るように、レンズ９０１に対する光ファイバ９０２の端面９０２ａのＸＹ平面内における位置を調整する。その状態で接着剤９０５を硬化させることにより、図１７の（ｃ）に示すファイバコリメータが完成する。
【０００４】
このように、従来のファイバコリメータの製造方法においては、使用される部品の点数が多く、製作に要する工程も複雑である。また、接着剤を硬化させるために数分〜３０分程度の長時間を要するため、組立作業時間が長くなり、コストが上昇してしまう。さらに、レンズと光ファイバとの間に樹脂の接着剤を介在させるため、偏波面の乱れ等の光学的な問題や、接着剤を硬化させるまでに生じ得る光軸のずれや、長期的には接着剤の劣化等の問題も生じている。また、このような製造方法において用いられるレンズにおいては、通常、焦点Ｆがレンズの端面９０１ａに設定されているので、ハイパワーの光を光ファイバに入射する場合には、接着剤９０５が配置されている微小な領域にレンズからの光が集光するため、接合部分が損傷しやすいことも問題となっている。
【０００５】
樹脂の接着剤を使用していない光デバイスとして、特許文献１には、光導波路の端面と光ファイバの端面との両端面の接続部が共有する面の範囲内における接続面内にのみ両端面の材質の軟化温度よりも低い値の溶融物質を介在させ、かつ溶融物質と上記両端面とが上記共有する面の範囲内において一体的に融着接続されている光導波路デバイスが開示されている。このような光導波路デバイスにおいては、樹脂の接着剤を介在させることによって生じる問題は回避されるが、光導波路及び光ファイバとは別の第３の部材（溶融物質）を用いているので、やはり製造工程が煩雑である。
【０００６】
そこで、接着剤や溶融物質を介在させることなく光デバイスを製造できる技術が提案されている。非特許文献１には、シングル・モード・ファイバと多成分ガラスベースのレンズとを直接接合することができる、ファイバコリメータの新規な製造方法が開示されている。また、非特許文献２には、そのような新規な製造方法を用いることによる小型光部品の今後の展望について記載されている。
【０００７】
非特許文献１及び非特許文献２に記載されているファイバコリメータの製造方法について、図１８を参照しながら説明する。このファイバコリメータの製造方法においては、部品として、低融点ガラス製のレンズ及び石英製の光ファイバが用いられている。
まず、図１８の（ａ）に示すように、レンズ９１１に対して、光ファイバ９１２のコア９１２ｂの光軸調整を行う。そのために、レンズ９１１の前方（図の左側）に、レンズ９１１の光軸に対して垂直に高反射ミラー９１３を配置すると共に、レンズ９１１の後部端面（図の右側）９１１ａに光ファイバ９１２の端面９１２ａを５μｍ程度まで接近させる。そして、光ファイバ９１２に光を入射させることにより、レンズ９１１を介して高反射ミラー９１３から反射された光が、再びレンズ９１１を介して光ファイバ９１２に入射した戻り光の強度を検出する。この戻り光の強度をモニタしながら、光ファイバ９１２の端面９１２ａをＸＹ平面内で移動させて、戻り光が最も強くなるように、光ファイバ９１２の端面９１２ａの位置を決定する。
【０００８】
次に、図１８の（ｂ）に示すように、レンズ９１１の端面９１１ａ付近にアーク電極９１４を配置し、アーク放電を生じさせて熱プラズマを生成することにより、後部端面９１１ａを含むレンズ９１１の端部を軟化させる。そして、図１８の（ｃ）に示すように、軟化したレンズ９１１の端面９１１ａから５μｍ〜２０μｍ程度の深さに存在する焦点Ｆまで、光ファイバ９１２を押し込む。その状態を保ったまま、アーク放電を止めてレンズ９１１を自然冷却させることにより、光ファイバ９１２を固定する。
【０００９】
このようなファイバコリメータの製造方法によれば、キャピラリーが不要であると共に、接合面の研磨やＡＲコートの形成等の工程が不要となるため、コストを安くすることができる。また、アーク放電により融着させるため、組立時間を数秒程度まで短縮できるという利点がある。さらに、樹脂等の接着剤を使用しないため、接着剤による偏波面の乱れや、レンズと光ファイバとの位置ずれや、長期的には接着剤の劣化や、ハイパワー光を入射した時の接着剤の損傷といった問題を回避することができる。
【特許文献１】特許第２８７６８５７号公報（第１頁、図１）
【非特許文献１】井出等、「アーク放電加熱による『シュリンク・フィット』接合を用いたファイバーコリメータの新規な製造方法（A Novel Fabrication Method for Fibre Collimators Using a "Shrink-Fit" Splice by Arc Discharge Heating" ）」、光通信に関する欧州会議（European Conference on Optical Communication (Proc. ECOC2004)）、Ｗｅ４．Ｐ．０２０（２００４年）
【非特許文献２】高原敏明、「超小型ファイバコリメータの実装技術」、第９２回微小光学、第６回システムフォトニクス合同研究会（２００４年７月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、融着によるファイバコリメータの製造方法においては、次のような別の問題が生じている。
第１に、図１９に示すように、軟化したレンズ９１１に光ファイバ９１２を押し込んだ状態で自然冷却すると、ガラスの収縮により光ファイバ９１２の押し込み部分に圧縮応力がかかる。そのため、光ファイバ９１２にクラックが入り、光ファイバが根本で折れてしまう。
【００１１】
第２に、このような製造方法において用いられるレンズにおいては、通常、焦点Ｆは、光ファイバ９１２の端面９１２ａが配置されるレンズ９１１の内部に設定されている。即ち、図１８の（ａ）に示すように、光軸調整の際に光ファイバ９１２の端面９１２ａが配置されているＸＹ平面には、レンズ９１１の焦点は存在していない。そのため、ぼけた状態（即ち、強度の中心ピークが広がった状態）の戻り光に基づいて光軸調整を行っていることになるので、Ｘ軸及びＹ軸の中心を検出する精度が低下してしまう。また、レンズの内部に存在する焦点Ｆの位置を融着前に確認することはできないので、レンズ９１１に光ファイバ９１２を押し込む際に、端面９１２ａを焦点Ｆに正確に合致させることは困難である。従って、Ｚ軸についての精度も低下してしまう。
【００１２】
第３に、図２０の（ａ）に示すように、先端が斜めにカットされた光ファイバを用いてファイバコリメータを製造する場合には、光ファイバ９２２をレンズ９２１に押し込む際に、光ファイバ９２２の傾斜した端面９２２ａは、端面９２２ａに対して垂直な向きの反力を軟化したガラスから受ける。その結果、図２０の（ｂ）に示すように、ファイバ９２２の先端部が光軸調整された位置からずれたまま固定されてしまう。そのため、精度の良い光部品を作ることができないという問題も生じている。
【００１３】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、精度及び信頼性の高い光部品を、簡単な工程且つ低コストで製造することができる光部品の製造方法及び製造装置、並びに、そのような製造方法を用いて製造された光部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る光部品の製造方法は、所定の軟化点を有する第１のガラスにより形成されている端面を有する第１の光部品と、第１のガラスよりも高い軟化点を有する第２のガラス又は石英により形成されている１つ又は複数の第２の光部品とを融着することにより、第３の光部品を製造する方法であって、第１の光部品の端面の加熱を開始することにより該端面を軟化させる工程（ａ）と、軟化した第１の光部品の端面に、第２の光部品を所定の量だけ押し込むことにより、第１の光部品と第２の光部品の接合面とを溶融結合させる工程（ｂ）と、第２の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、第２の光部品の接合面を第１の光部品の端面、又は、該端面の外側に配置する工程（ｃ）と、第１の光部品の端面の加熱を停止することにより、互いに溶融結合した第１の光部品と第２の光部品とを固定する工程（ｄ）とを具備する。
【００１５】
また、本発明の１つの観点に係る光部品の製造装置は、所定の軟化点を有する第１のガラスによって形成されている端面を有する第１の光部品と、第１のガラスよりも高い軟化点を有する第２のガラス又は石英によって形成されている１つ又は複数の第２の光部品とを融着することにより、第３の光部品を製造するための装置であって、第１の光部品を保持する第１の保持手段と、第２の光部品を保持する第２の保持手段と、第１の光部品の端面を加熱する加熱手段と、第１の保持手段と第２の保持手段との内の少なくとも一方を戴置して移動することにより第２の光部品を第１の光部品に対して相対的に所定の位置に配置する位置調節手段と、加熱手段によって加熱されることにより軟化した第１の光部品の端面に、第２の光部品を所定の量だけ押し込むことにより、第１の光部品と第２の光部品との接合面を溶融結合させ、その後で、第２の光部品を所定の位置に引き戻すことにより、第２の光部品の接合面を第１の光部品の端面、又は、該端面の外側に配置するように、少なくとも位置調節手段を制御する制御手段とを具備する。
【００１６】
さらに、本発明の１つの観点に係る光部品は、所定の軟化点を有する第１のガラスによって形成されている端面を有する第１の光部品と、第１のガラスよりも高い軟化点を有する第２のガラス又は石英によって形成されている１つ又は複数の第２の光部品であって、加熱されることにより軟化した第１の光部品の端面に押し込まれた後で、押し込まれた方向と反対方向に引き戻された状態で第１の光部品と接合された１つ又は複数の第２の光部品とを具備する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１の光部品と第２の光部品とを融着により接合するので、光ファイバを保持するためのキャピラリーや、２つの光部品の接合面の研磨やＡＲコーティング等の工程が不要となる。従って、製造工程が簡単になり、製造コストを低減することが可能となる。また、第１の光部品と第２の光部品との接合面に接着剤は配置されないので、偏波面の乱れ等の光学的歪みを生じさせることなく、両者を強固に結合することができる。特に、２つの光部品の接合面には空気層がほとんど存在せず、また、接合面を軟化させる際に発生させる熱プラズマ等によって、接合面に付着した汚れやゴミが除去される効果も期待されるので、接合面における光の伝搬ロス等を低減することができる。さらに、接着剤の使用に起因する接合面における光軸のずれや、接着剤の樹脂材料の経時的な劣化は生じないので、製品の信頼性を向上させることができ、ハイパワーの光を光ファイバに伝搬させることも可能となる。
【００１８】
また、本発明によれば、第１の光部品に第２の光部品を押し込んだ後で、第２の光部品を引き戻すので、自然冷却した第１の光部品の収縮により第２の光部品が応力ひずみを受けて破損するという問題を回避することができる。その際に、第１の光部品として、第２の光部品が融着される端面の外側に焦点が存在する光部品を用いることにより、第１の光部品と第２の光部品との光軸調整を正確に行うことができると共に、第１の光部品に対する第２の光部品の最終的な接合位置を実測値に基づいて算出することができる。従って、第３の光部品の精度を向上させることが可能となる。さらに、第１の光部品に第２の光部品を押し込んだ際の反力により、第２の光部品の先端が光軸からずれた場合においても、第２の光部品を引き戻すことにより、そのずれを補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。以下の説明において、低融点ガラスとは、ガラス転移点（軟化点）が６００℃又は７００℃以下であるガラスのことをいい、高融点ガラスとは、ガラス転移点がそれよりも高いガラスのことをいう。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光部品の製造装置の構成を示す模式図である。この光部品の製造装置は、第１の光部品と第２の光部品とを融着することによって第３の光部品を製造するための装置である。本実施形態においては、第１の光部品としてレンズを用い、第２の光部品として光ファイバを用いることにより、ファイバコリメータを製造する。
【００２１】
図１に示す光部品の製造装置は、システム制御部１００と、ステージ制御部１１０と、アーク放電電源１２０と、反射光検出部１３０と、レンズ保持具１１１と、保持具１１２と、ファイバ保持具１１３と、可動ステージ１１４と、アーク電極１２１と、アーク電極保持具１２２とを有している。また、本実施形態に係る光部品の製造装置は、位置観察部１４０及びモニタ１４１をさらに含んでも良い。
システム制御部１００は、図１に示す光部品の製造装置全体の動作、即ち、光部品を製造するための一連の融着作業を制御する。
【００２２】
レンズ保持具１１１は、加工対象であるレンズ１１を保持するための治具である。レンズ保持具１１１には、レンズ１１を光軸に対して平行に固定するために、高精度に加工されたＶ溝又はＵ溝が形成されている。また、レンズ保持具１１１は、アーク電極１２１の近くに配置されているため、セラミック等の絶縁体によって作製されている。
【００２３】
保持具１１２は、レンズ保持具１１１と共にレンズ１１を保持しており、また、レンズ１１と接合される光ファイバ１２の光軸調整の際に用いられる高反射ミラー１３を保持している。
高反射ミラー１３は、レンズ１１から出射した光を反射することにより、再びレンズ１１に入射させる。高反射ミラー１３は、保持具１１２により、レンズ保持具１１１の軸方向に対して厳密に垂直に固定されている。本実施形態においては、レンズ１１として非球面レンズを用いているので、ミラー面１３ａの位置は、レンズ１１によってコリメートされて出射される光のビームウェストが最も細くなる位置、即ち、レンズ１１の先端から平均焦点距離だけ離れた位置とすることが望ましい。
【００２４】
ファイバ保持具１１３は、レンズ１１と接合される光ファイバ１２を保持している。
可動ステージ１１４は、ファイバ保持具１１３を戴置して移動させることにより、ファイバ保持具１１３によって保持されている光ファイバ１２の位置を調節する位置調節手段である。可動ステージ１１４は、ステージ制御部１１０の制御の下で、３次元的に駆動する。或いは、可動ステージ１１４を、オペレータがマニュアルで操作しても良い。なお、本実施形態においては、ファイバ保持具１１３側を移動させることによりレンズ１１に対するファイバ１２の相対的位置を調節しているが、レンズ保持具１１１側、又は、レンズ保持具１１１及び保持具１１３の両方を移動させることにより、両者の相対的位置を調節しても良い。
ステージ制御部１１０は、システム制御部１００の制御の下で、可動ステージ１１４の動作を制御する。
【００２５】
アーク電極１２１は、プラス及びマイナスの一対の電極によって構成されており、システム制御部１００の制御の下で動作するアーク放電電源１２０から電源を供給されることにより、アーク放電を生じさせる。アーク放電のタイミング及び放電の強度は、システム制御部１００によって制御されている。アーク電極保持具１２２は、アーク電極１２１をそれぞれ固定するための治具である。
【００２６】
反射光検出部１３０は、光軸調整の際に用いられる光を光ファイバ１２に入射させると共に、光ファイバ１２からの戻り光の強度を検出する。反射光検出部１３０の構成については、後で詳しく説明する。
位置観察部１４０は、レンズ１１と光ファイバ１２との接合部分を観察するための撮像装置である。また、モニタ１４１は、位置観察部１４０によって撮像された画像を表示する。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る光部品の製造方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。以下の説明においては、レンズ１１の光軸をＺ軸とする。また、Ｚ軸において、図の左側に向かう方向をプラス方向（前方）とし、図の右側に向かう方向をマイナス方向（後方）とする。
【００２８】
本実施形態において、一方の加工対象として用いられるレンズ１１（図１）は、軟化点が６００℃程度である低融点ガラスによって形成されている。このレンズ１１は、平均焦点距離が約１．３ｍｍ、直径が約１．０ｍｍφ、レンズ長が約２ｍｍの非球面ガラスモールドレンズであり、レンズの後部端面１１ａから５μｍ以上離れた位置に焦点が形成されるように設計されている。
【００２９】
ここで、本願においては、図２の（ａ）に示すように、レンズの焦点がレンズの外部に形成されるように設計されている場合に、その焦点の位置のことを空間焦点位置という。空間焦点位置は、レンズと焦点との間に介在する媒質（例えば、空気や、光ファイバの石英）の屈折率に応じて変化する。一方、図２の（ｂ）に示すように、レンズの焦点がレンズの端面又は内部に形成されている場合に、その焦点の位置のことを光学焦点位置という。
【００３０】
また、本実施形態において、もう一方の加工対象として用いられる光ファイバ１２（図１）は、軟化点が１８００℃程度である石英によって形成されている。光ファイバ１２は、クラッド径が約１２５μｍの単芯のシングルモード光ファイバであり、その端面は垂直にカットされている。光ファイバ１２としては、この他に、高融点ガラスによって形成されたものを用いても良く、マルチモード光ファイバ、偏波面保持ファイバ、フォトニッククリスタルファイバの内のいずれを用いても良い。
【００３１】
図３は、図１に示す光部品の製造装置の動作を示すフローチャートである。また、図４は、本実施形態に係る光部品の製造方法を説明するための図である。
まず、光部品の製造装置を動作させる前の準備として、図１に示すように、レンズ１１をレンズ保持具１１１にセットすると共に、光ファイバ１２をファイバ保持具１１３にセットする。そして、可動ステージ１１４を移動させることにより、レンズ１１の後部端面１１ａと光ファイバ１２の先端面１２ａとの間隔が５μｍ〜２０μｍ程度となり、且つ、光ファイバ１２がレンズの光軸の中心付近に配置されるように、粗調整を行う。この粗調整は、位置観察部１４１によって撮像された画像をモニタ１４１上において観察しながら、オペレータがマニュアルで操作することにより行っても良いし、制御部１００の制御の下で自動的に行っても良い。
【００３２】
図３の工程Ｓ１において、図４の（ａ）に示すように、レンズ１１と光ファイバ１２との光軸調整を行う。
図５は、単芯ファイバコリメータを製造する場合に用いられる反射光検出部１３０の構成を説明するための図である。反射光検出部１３０は、レーザダイオード（ＬＤ）光源１３１と、光結合器１３２と、光検出器１３３と、増幅回路１３４とを含んでいる。ＬＤ光源１３１から出射した光（信号光）は、光結合器１３２を通って光ファイバ１２の一端に入射し、光ファイバ１２の他端から出射してレンズ１１に入射する。この光は、レンズ１１によってコリメートされて出射し、高反射ミラー１３によって反射され、再びレンズ１１に戻って光ファイバ１２に入射する。さらに、この光（戻り光）は、光ファイバ１２を介して光結合器１３２に入射し、光検出器１３３に導かれる。光検出器１３３は、戻り光の強度を検出しており、光検出器１３３から出力された検出信号は、増幅回路１３４によって増幅されて、システム制御部１００（図１）に出力される。
【００３３】
図１に示すシステム制御部１００は、反射光検出部１３０から出力された検出信号に基づいて、ステージ制御部１１０を制御して可動ステージ１１４を３次元的に走査する。それにより、戻り光の強度が最も強くなるように、光ファイバ１２の先端面１２ａのＸＹＺ軸上における位置を決定する。このような光軸調整により、図４の（ａ）に示すように、光ファイバ１２の先端面１２ａにおけるコアの中心位置（以下において、「先端コア中心位置」ともいう）１２ｂは、レンズ１１の空間焦点位置Ｐ１に配置される。
【００３４】
また、後の工程において光ファイバ１２の押し込み量を決定するために、レンズ１１の後部端面１１ａと光ファイバ１２の先端コア中心位置１２ｂとの距離を求めておく。この距離は、公知のいずれの方法を用いて求めても構わない。例えば、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いて撮像された画像に基づいて計測を行ったり、レーザ等の平行光をレンズ１１及び光ファイバ１２の側面から照射することによってそれらの間隔を計測したり、光ファイバ１２を空間焦点位置Ｐ１からレンズ１１の後部端面１１ａまで移動させて、接触センサや光学センサ等により計測する方法を用いることができる。
【００３５】
次に、工程Ｓ２において、図４の（ｂ）に示すように、システム制御部１００の制御の下で、アーク放電を開始することにより、放電プラズマ３を生成する。それにより、レンズ１１の後部端面１１ａを含む領域が加熱されて軟化する。その際には、光ファイバ１２の先端部も放電プラズマ３にさらされるので、先端面１２ａは変形しない程度に加熱される。
【００３６】
アーク放電を開始してから所定時間経過した後で、工程Ｓ３において、図４の（ｃ）に示すように、可動ステージ１１４をプラスＺ軸方向に所定量だけ移動させることにより、光ファイバ１２の先端部をレンズ１１の後部端面１１ａに押し込む。それにより、レンズ１１の軟化したガラス部分と加熱された光ファイバ１２の先端部とが、境界面において互いに溶け合って結合する。
【００３７】
工程Ｓ３における光ファイバ１２の先端面１２ａの移動量Ｍは、図６の（ａ）に示すレンズ１１と光ファイバ１２との間隔Ｌ１（約５μｍ〜約２０μｍ）に、図６の（ｂ）に示す押し込み量Ｔ（約１μｍ〜約２０μｍ）を加えた量（約６μｍ〜約４０μｍ程度）となる。即ち、Ｍ＝（Ｌ１＋Ｔ）である。また、可動ステージ１１４の移動速度は、例えば、５μｍ／秒〜５０μｍ／秒程度とすることが望ましい。さらに、融着の効果を高めるために、光ファイバ１２をレンズ１１に押し込む際に、光ファイバ１２側とレンズ１１側との内の少なくとも一方に、ピエゾアクチェータ等により振幅が数μｍ程度の微少な振動を与えても良い。
【００３８】
次に、工程Ｓ４において、図４の（ｄ）に示すように、可動ステージ１１４をマイナスＺ軸方向に所定量だけ移動させることにより、光ファイバ１２をレンズ１１から引き戻す。それにより、光ファイバの先端面１２ａは、少なくとも後部端面１１ａまで、又は、後部端面１１ａの外側まで引き戻され、最終的にレンズ１１の光学焦点距離Ｐ２に配置される。このとき、溶融結合した光ファイバ１２の先端部とレンズ１１のガラス部材とは強固に密着しているので、軟化したガラス部材も光ファイバ１２に融着したまま、後部端面１１ａの外側まで一緒に引き出される。
【００３９】
図６の（ｃ）に示すように、光ファイバ１２の引き戻し量Ｒは、次式（１）を用いて算出される。式（１）において、ｎ１は光部品の使用波長におけるレンズ１１の屈折率であり、ｎ２は空気又は真空の屈折率である。
Ｒ＝Ｍ＋Ｌ１×{（ｎ１／ｎ２）−１}  …（１）
或いは、レンズ１１の空間焦点位置Ｐ１を基準とする場合には、引き戻し量Ｓは、次式（２）を用いて算出される。
Ｓ＝Ｌ１×{（ｎ１／ｎ２）−１}  …（２）
【００４０】
なお、Ｚ軸についてのバックラッシュの影響を排除すると共に、引き戻し後の融着状態を更に安定化させるために、一旦、可動ステージ１１４を引き戻し量Ｒ又は引き戻し量Ｍを超える量だけマイナスＺ軸方向に移動させた後で、逆方向（プラスＺ軸方向）に移動させることにより、最終的に上記の量だけ移動させるような操作を行っても良い。
【００４１】
本願発明者らが行った実験によれば、アーク放電によりレンズが顕著に変形しない範囲で加熱した場合には、光ファイバをレンズの後部端面から３０μｍ程度引き出すことが可能であった。
【００４２】
次に、工程Ｓ５において、光ファイバ１２をレンズ１１の後部端面１１ａから引き戻した状態を保ったままアーク放電を停止し、レンズ１１及び光ファイバ１２を自然冷却させる。それにより、互いに融着されたレンズ１１と光ファイバ１２とが固定されて、ファイバコリメータが完成する。
【００４３】
本実施形態において、ファイバコリメータを製造するための部品の１つとして、焦点がレンズの外側に形成されるように設計されたレンズを使用する理由を以下に述べる。
レンズの焦点がその内側に存在する場合には、光軸調整が行われるレンズの外側のいずれの位置においても、戻り光の強度分布における中心ピークは広がっている。従って、ぼけた戻り光に基づいて光軸調整を行うことになるので、高い精度を得ることが困難である。また、光ファイバをレンズに押し込む前に、光ファイバの端面（入射端）を合わせるべきレンズの焦点位置に対して正確に確認することはできないので、レンズの設計量に基づいて押し込み量を決定することになる。
【００４４】
しかしながら、本実施形態におけるように、レンズの焦点がその外側に存在する場合には、戻り光の強度分布における中心ピークが鋭い範囲もレンズの外側に存在するので、精度の高い光軸調整を行うことができる。また、融着前にレンズの焦点位置（空間焦点位置）を実測できるので、その実測値に基づいて、レンズと、それに融着された光ファイバの入射端との合わせるべき位置を決定することができる。従って、個々の部品（レンズ）に対応して、精度の高い光部品を製造することができる。
【００４５】
実際のレンズの光学的寸法としては、空間焦点位置がレンズの後部端面から少なくとも３μｍ以上離れるように設計されていることが望ましい。これは、光ファイバのコアが送受光端面である場合に、可動ステージ上において光ファイバを光軸調整する段階において、レンズと光ファイバとを接触させないようにすると共に、アーク放電によりレンズを加熱する際に、放電プラズマをレンズとファイバの間に貫通させることにより、加熱の効率を向上させるためである。
【００４６】
また、本実施形態においては、工程Ｓ４において、レンズ１１の後部端面１１ａと光ファイバ１２の先端面１２ａとの間の距離Ｌ１を用いて算出された値に基づいて移動ステージ１１４を移動させているが、図１及び図５に示す反射光検出部１３０により検出された戻り光の強度に基づいて、移動ステージ１１４の動作を制御しても良い。図７の（ａ）に示すように、戻り光の強度は、光ファイバの入射端がレンズの空間焦点位置にあるとき（破線で示す曲線）、又は、レンズの光学焦点距離（実線で示す曲線）にあるときに最大となる。そこで、戻り光の検出信号をリアルタイムでモニタしつつ、図７の（ｂ）に示すように、光ファイバの先端面のコアを合わせるべき最終的なＺ軸上の位置を決定する。具体的には、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、光ファイバ１２をレンズ１１の後部端面１１ａ（Ｚ＝Ｑ）から深さＺ＝Ｅまで押し込み、続いて、光ファイバを引き戻す。そして、光ファイバの入射端が光学焦点距離Ｐ２を通過して、戻り光の強度が減少に転じた後で、戻り光が最大値を示す位置（即ち、光学焦点位置）まで光ファイバ１２を押し戻す（図６の（ｃ））。この方法においては、式（１）又は（２）によって求められた引き戻し量Ｒ又はＳを参考にしながら可動ステージを制御しても良いし、戻り光の検出信号のみに基づいて可動ステージを制御しても良い。
【００４７】
以上説明した、本発明の第１の実施形態においては、レンズ及び先端が垂直にカットされた光ファイバ（垂直カット光ファイバ）を用いてファイバコリメータを製造したが、先端が斜めにカットされた光ファイバ（斜めカット光ファイバ）を用いても良い。ここで、光ファイバの先端が垂直にカットされている場合には、レンズの材料と光ファイバの材料との屈折率の差により、接合面において比較的大きな反射損失が生じてしまう。一般的な低融点ガラスによって形成されたレンズを用いる場合に、この反射損失の大きさは、概ねマイナス３２ｄＢ程度となる。そのため、ファイバコリメータの用途に応じて、反射損失を、例えば、マイナス６０ｄＢ程度以内に抑える必要がある場合には、斜めカットファイバを用いることが望ましい。
【００４８】
ところで、図３の工程Ｓ３において、加熱されて軟化したレンズに斜めカット光ファイバを押し込む場合には、光ファイバの傾斜している端面が、その面に垂直な向きの反力をガラスから受けることにより、先端のコア（入射端）が光軸からずれてしまう場合がある（図２０の（ｂ）参照）。しかしながら、本実施形態においては、その後の工程Ｓ４において斜めカット光ファイバをレンズから引き戻すので、その間にコアの位置を光軸まで復帰させることができる。
【００４９】
なお、光ファイバの先端を斜めにカットすることにより、光ファイバの先端（光ファイバの外周）は、コアの入射端よりも前方（レンズ側）にはみ出るので、垂直カット光ファイバを用いる場合と比較して、空間焦点位置が後部端面から大きく離れるように設計されたレンズを使用する必要がある。
【００５０】
また、本発明の第１の実施形態においては、レンズを部分的に溶融させるために、アーク放電により熱プラズマを生成しているが、その他にも様々な加熱手段を用いることができる。例えば、レーザ光源と集光光学系との組み合わせや、マイクロトーチ炎を用いることができる。
【００５１】
一般的な加熱用のレーザ光源としては、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザが用いられるが、レーザ光の波長を、レンズを形成するガラス部材の吸収波長に合わせることが望ましい。また、集光光学系は、レーザ光源から出射したレーザビームをレンズの後部端面の中央部分付近に集光するために用いられる。ここで、通常、集光光学系は、レンズの後部端面に対して斜め方向からレーザビームが入射するように配置される。しかしながら、そのように集光光学系が配置されている場合に、光ファイバをレンズに押し込むと、光ファイバによって影が生じてしまい、影の向こう側が加熱されなくなるおそれがある。そのため、複数の集光光学系を設けることにより、レンズの後部端面を複数の角度から均等に照射することが望ましい。
【００５２】
次に本発明の第２の実施形態に係る光部品の製造装置について、図８を参照しながら説明する。図８に示す光部品の製造装置は、１つのレンズに対して複数の光ファイバが接続されている多芯ファイバコリメータを製造するための装置である。なお、本実施形態においては２芯ファイバコリメータを製造する場合について説明する。
【００５３】
図１に示すファイバ保持具１１３及び反射光検出部１３０の替わりに、ファイバ保持具２１３及び反射光検出部２３０をそれぞれ有している。その他の構成については、図１に示す光部品の製造装置と同様である。
ファイバ保持具２１３には、レンズ２１に接続される２本の光ファイバ２２ａ及び２２ｂを密着させて、又は、所定の間隔で保持するためのＶ溝又はＵ溝が形成されている。
【００５４】
図９は、図８に示す反射光検出部２３０の構成を説明するための図である。
反射光検出部２３０は、レーザダイオード（ＬＤ）光源２３１と、光検出器２３２と、増幅回路２３３とを含んでいる。ＬＤ光源２３１から出射した光（信号光）は、出射側の光ファイバ２２ａを通って、レンズ２１に入射する。この光は、レンズ２１によってコリメートされて出射し、高反射ミラー２３によって反射され、再びレンズ２１に戻り、集光されて入射側の光ファイバ２２ｂに入射する。さらに、この戻り光は、光ファイバ２２ｂを通って光検出器２３２に入射する。光検出器２３２は、戻り光の強度を検出しており、光検出器２３２から出力された検出信号は、増幅回路２３３によって増幅されて、システム制御部１００（図８）に出力される。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光部品の製造方法について、図３、図８、及び、図１０を参照しながら説明する。図１０は、図８に示す光部品の製造装置の動作を説明するための図である。
まず、光部品の製造装置を動作させる前の準備として、図８に示すように、レンズ２１をレンズ保持具１１１にセットすると共に、２本の光ファイバ２２ａ及び２２ｂの先端を合わせてファイバ保持具２１３にセットし、レンズ２１と光ファイバ２２ａ及び２２ｂとの間の距離を粗調整する。
【００５６】
次に、図３の工程Ｓ１において、先に図９を参照しながら説明したように、光ファイバ２２ａに信号光を入射すると共に、光ファイバ２２ｂから出射した戻り光をモニタしながら可動ステージ１１４を３次元的に走査することにより、光軸調整を行う。
次に、工程Ｓ２において、図１０の（ａ）に示すように、アーク放電により放電プラズマ３を生成することにより、レンズ２１の後部端面２１ａを加熱して軟化すると共に、２本の光ファイバ２２ａ及び２２ｂの先端部を加熱する。
【００５７】
工程Ｓ３において、レンズ２１の後部端面２１ａに、２本の光ファイバ２２ａ及び２２ｂの先端部を所定の深さまで押し込み、工程Ｓ４において、２本の光ファイバ２２ａ及び２２ｂを、最終的にレンズ２１の光学焦点位置まで引き戻す。それにより、図１０の（ｂ）に示すように、レンズの軟化したガラス部材が、光ファイバ２２ａ及び２２ｂと共に、レンズ２１の後部端面２１ａの外側まで引き出される。さらに、工程Ｓ５において、アーク放電を停止してレンズ２１並びに光ファイバ２２ａ及び２２ｂを自然冷却する。それにより、レンズ２１と光ファイバ２２ａ及び２２ｂとが固定されて、２芯ファイバコリメータが完成する。
【００５８】
なお、工程Ｓ３における光ファイバの押し込み量、及び、工程Ｓ４における光ファイバの引き戻し量の算出方法、又は、引き戻し後の光ファイバの位置決定方法については、本発明の第１の実施形態において説明したのと同様である。
【００５９】
次に、本発明の第３の実施形態に係る光部品の製造装置について、図１１を参照しながら説明する。図１１に示す光部品の製造装置は、対向する２つのファイバコリメータの間に、半透明ミラーや波長選択ミラー等の光部品が配置された対向モジュールを製造するための装置である。このような対向モジュールは、光分岐や、光結合や、波長分岐（ＷＤＷ）等の機能を有している。本実施形態においては、光源から出射した１．３μｍ及び１．５５μｍの２つの波長成分を含む光に対して、波長選択ミラー（波長フィルタ）により１．３μｍの波長成分を反射し、１．５５μｍの波長成分を透過する対向モジュールを製造する。
【００６０】
図１１に示す光部品の製造装置は、システム制御部３００と、ステージ制御部３１０と、アーク放電電源３２０と、保持具３１１と、ファイバ保持具３１２及び可動ステージ３１３（図の右側）と、ファイバ保持具３１４及び可動ステージ３１５（図の左側）と、アーク電極３２１及びアーク電極保持具３２２（図の右側）と、アーク電極３２３及びアーク電極保持具３２４（図の左側）と、光源３３０と、光検出器３３１及び３３２とを有している。また、本実施形態に係る光部品の製造装置は、位置観察部３４０及び３４１並びにモニタ３４２をさらに含んでも良い。
システム制御部３００は、図１１に示す光部品の製造装置全体の動作、即ち、光部品を製造するための一連の融着作業を制御する。
【００６１】
保持具３１１は、加工対象であるレンズ３１及び３２並びに波長フィルタ３３をそれぞれ保持する複数のＶ溝部品によって形成されたブロック３０を保持するための治具である。或いは、ブロック３０を、円筒型部品やＵ字型部品等によって形成しても良い。
ここで、Ｖ溝部品のブロック３０は、アーク放電の妨げとならないように、絶縁材料によって形成されていることが望ましい。また、Ｖ溝部品のブロック３０がアーク電極３２１及び３２３の配置の妨げとならないように、Ｖ溝部品の長さを調節したり、Ｖ溝部品のブロック３０に、アーク電極を挿入するための穴や切り欠きを設けることにより、Ｖ溝部品のブロック３０の形状を工夫することが必要である。
【００６２】
ファイバ保持具３１２は、レンズ３１に接続される２本の光ファイバ３４ａ及び３４ｂを保持している。また、ファイバ保持具３１４は、レンズ３２に接続される光ファイバ３５を保持している。さらに、可動ステージ３１３及び３１５は、ステージ制御部３１０の制御の下で、ファイバ保持具３１２及び３１４をそれぞれ３次元的に移動させる。
【００６３】
アーク電極３２１及び３２３は、各々がプラスマイナス一対の電極によって構成されており、システム制御部３００の制御の下で動作するアーク放電電源３２０から電源を供給されることにより、アーク放電を生じさせる。アーク電極保持具３２２及び３２４は、アーク電極３２１及び３２３をそれぞれ固定する治具である。
【００６４】
光源３３０は、複数の部品の間における光軸調整を行うために用いられる信号光を出射して光ファイバ３４ａに伝搬させる。また、光検出器３３１は、光ファイバ３４ｂから伝搬した戻り光の強度を検出する。さらに、光検出器３３２は、光ファイバ３５から伝搬した光の強度を検出する。光検出器３３１及び３３２から出力された検出信号は、システム制御部３００に入力される。
【００６５】
位置観察部３４０は、レンズ３１と光ファイバ３４ａ及び３４ｂとの接合部分を観察するための撮像装置である。また、位置観察部３４１は、レンズ３２と光ファイバ３５との接合部分を観察するための撮像装置である。さらに、モニタ３４２は、位置観察部３４１及び３４２によって撮像された画像を表示する。
【００６６】
次に、本実施形態に係る光部品の製造方法について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、図１１に示す光部品の製造装置の動作を示すフローチャートである。
まず、光部品の製造装置を動作させる前の準備として、Ｖ溝部品によって保持されたレンズ３１及び３２並びに波長フィルタ３３を用意し、それらをＶ溝部品上で整列して接着や溶接によって固定することにより、Ｖ溝部品のブロック３０を作製する。そして、Ｖ溝部品のブロック３０を保持具３１１上にセットする。また、光ファイバ３４ａ及び３４ｂをファイバ保持具３１２に配置すると共に、光ファイバ３５をファイバ保持具３１４に配置する。
【００６７】
次に、図１２の工程Ｓ１１において、右側の光部品について光軸調整を行う。即ち、光源３３０から出射した信号光を、光ファイバ３４ａ及びレンズ３１を介して波長フィルタ３３に入射させる。その結果、波長フィルタによって、信号光に含まれる１．３μｍの波長成分を有する光が反射される。この反射光は、レンズ３１を介して光ファイバ３４ｂに戻ってくるので、この戻り光の強度を光検出器３３１によって検出する。そして、戻り光の強度をモニタしながら可動ステージを３次元的に走査することにより、戻り光の検出信号の強度が最大となるような光ファイバ３４ａ及び３４ｂの位置を求める。
【００６８】
次に、工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１において光軸調整されたレンズ３１と光ファイバ３４ａ及び３４ｂとを融着する。この融着は、本発明の第２の実施形態において説明したのと同様に、アーク放電により加熱して軟化させたレンズ３１の後部端面に、光ファイバ３４ａ及び３４ｂの先端部を所定の深さまで押し込んだ後で、光ファイバ３４ａ及び３４ｂを、最終的にレンズ３１の光学焦点位置まで引き戻して自然冷却させることにより行う。
【００６９】
次に、工程Ｓ１３において、左側の光部品の光軸調整を行う。ここで、光源３３０から出射した光の内で、１．５５μｍの波長成分を有する光は、波長フィルタ３３を通過して、レンズ３２により光ファイバ３５の方向に集光される。そこで、この集光光の強度を光検出器３３２によってモニタしながら可動ステージ３１５を３次元的に走査することにより、集光光の検出信号の強度が最大となるような光ファイバ３５の位置を求める。
【００７０】
次に、工程Ｓ１４において、工程Ｓ１３において光軸調整されたレンズ３２と光ファイバ３５とを融着する。この融着は、本発明の第１の実施形態において説明したのと同様に、アーク放電により加熱して軟化させたレンズ３２の後部端面に、光ファイバ３５の先端部を所定の深さまで押し込んだ後で、光ファイバ３５を、最終的にレンズ３２の光学焦点位置まで引き戻して自然冷却させることにより行う。これにより、対向モジュールが完成する。
【００７１】
以上説明した本発明の第３の実施形態においても、本発明の第１の実施形態と同様に、レンズの後部端面を加熱する加熱手段として、レーザ光源と集光光学系との組み合わせや、マイクロトーチ炎等を用いることができる。
【００７２】
次に、本発明の第４の実施形態に係る光部品の製造方法について説明する。本実施形態においては、比較的大きな口径を有するファイバコリメータを製造する。
ここで、大口径のファイバコリメータを製造する場合には、本発明の第１〜３の実施形態におけるのと同様のアーク放電方式によってレンズの端面を軟化させることは困難となる。例えば、図１３の（ａ）に示すように、光ファイバ４０が接合されるレンズ４１の直径が大きくなるため、アーク電極１２１がレンズ４１の端部に接触してしまう等の配置上の問題が生じる。また、そのような接触を避けるために、アーク電極１２１をレンズ４１から離すと、放電プラズマによって加熱される領域が狭くなるので、光ファイバ４０が挿入される領域を十分に溶融させることができない。或いは、アーク電極１２１の間隔を離して配置することも考えられるが、その場合には、アーク放電の強度を高くしなければならず、また、レンズ４１の必要以上の領域を溶融させることになるので、現実的ではない。そこで本実施形態においては、そのような問題を解決するために、以下の２つの方法を用いている。
【００７３】
（１）大口径コリメータレンズの後部端面を小さく絞る方法
図１３の（ｂ）に示すように、レンズ４２の後部に段差を設けたり、図１３の（ｃ）に示すように、レンズ４３の後部を斜めに削ることにより、光ファイバ４０が接合される端面の面積を小さくする。それにより、加熱対象領域（溶融領域）を狭くできるので、アーク放電方式により端面を十分に軟化させることができる。この場合に、レンズ４２及び４３の後部端面４２ａ及び４３ａの直径又は投影長の最短部は、光ファイバ４０の直径の少なくとも１．５倍以上、望ましくは２倍以上であって、２０倍未満であることが好ましい。
【００７４】
（２）筒状又は錐状に成形されたガラス部品を介して光ファイバと接合する方法
図１４の（ａ）に示すように、グリンレンズ（勾配屈折率レンズ）５０の後部端面に、その後部端面よりも小さい直径を有し、且つ、低融点ガラスによって形成されている筒状又は錐状のガラス部品５２を、接着剤５３等を用いて接合する。そして、このガラス部品５２の後部端面５２ａを加熱し、ガラス部品５２に対して光ファイバ５１の押し込み及び引き戻しを行うことにより、図１４の（ｂ）に示すように両者を接合する。この場合に、図１４の（ａ）に示すように、グリンレンズ５０の空間焦点位置Ｐ３は、接着剤５３及びガラス部品５２を経て、後部端面５２ａの後方に形成されるようにすると共に、図１４の（ｂ）に示すように、ガラス部品５２の内部に形成される光学焦点位置Ｐ４に入射端が配置されるように光ファイバ５１を引き戻す。
【００７５】
ガラス部品５２の後部端面５２ａの投影長の最短部は、接合される光ファイバ５１の直径の概略１．５倍以上、望ましくは、２倍以上であって、２０倍未満であることが好ましい。また、ガラス部品５２の形状として求められる条件は、アーク放電に適した形状、即ち、アーク電極１２１の配置を妨げることなく、放電プラズマ３と広い範囲で接することができる形状を有し、且つ、光ファイバの押し込み及び引き戻し工程において、ガラス部品５２に光学的歪みをもたらすようなの大きな形状の変化を伴わないということである。従って、ガラス部品５２としては、円筒形状や円錐台形状を用いることが最も適切であると考えられるが、その他にも、多角柱、楕円柱、多角錘、楕円錘等、上記の条件を満たす形状であれば様々な形状を用いることができる。
【００７６】
次に、本発明の第１〜第４の実施形態に係る光部品の製造装置の変形例について説明する。ここで、これらの実施形態においては、光部品を１つずつ製造する場合について説明したが、レンズ保持具やアーク電極保持具等の一部の部品を交換することにより、連続して、又は、同時に複数の光部品を製造することも可能である。
【００７７】
例えば、図１５に示すように、複数のレンズＬＳ１、ＬＳ２、…、ＬＳＮを並べて配置する。そして、アーク電極４０１及び４０２によりプラズマを発生させながら、それらの電極４０１及び４０２を図に示す矢印の方向に移動させて、レンズＬＳ１〜ＬＳＮの端面の軟化と、光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、…の押し込み及び引き戻しとを含む融着動作を順次行う。図１５には、レンズＬＳ１に対する光ファイバＦＢ１の融着が終了し、レンズＬＳ２に対する融着動作を行っている様子が示されている。
この変形例によれば、多数の光部品を効率良く製造することが可能となる。
【００７８】
或いは、図１６に示すように、複数のレンズＬＳ１、ＬＳ２、…、ＬＳＮを並べて配置し、アーク電極４１１及び４１２によって生成されるプラズマがレンズＬＳ１〜ＬＳＮの複数の端面（接合面）を覆うように、アーク電極４１１及び４１２を配置する。そして、プラズマを発生させることによりレンズＬＳ１〜ＬＳＮの端面を溶融し、レンズＬＳ１〜ＬＳＮのピッチに合わせて配置された複数の光ファイバＦＢ１〜ＦＢＮをレンズＬＳ１〜ＬＳＮに同時に押し込み、その後に引き戻すことにより、融着を行う。
この変形例によれば、短時間に多数の光部品を効率良く製造することが可能となる。
【００７９】
また、これらの変形例を、図１１に示す対向モジュール用の光部品の製造装置に適用する場合には、１つの光部品に対して１枚の半透明ミラーや波長選択ミラー（波長フィルタ）３３を用意するのではなく、複数の光部品に対して１枚の大型フィルタを用意すれば良い。即ち、複数組のレンズの間に１枚のフィルタを連続して配置し、光ファイバをレンズに融着した後でフィルタをカットする。その場合には、光部品の製造効率を向上できると共に、フィルタ枚数を削減できるので製造コストを低減できるという利点がある。
なお、これらの変形例において、複数のレンズや光ファイバを光部品の製造装置に配置する際には、例えば、複数のＶ溝又はＵ溝が形成されたレンズ保持具を用いれば良い。
【００８０】
以上説明した本発明の第１〜第４の実施形態においては、加工対象として、互いに融点が異なる材料によって形成された光部品（例えば、図１においては、低融点ガラスのレンズ１１と、高融点ガラス又は石英の光ファイバ）が用いられている。しかしながら、それらの光部品を溶融結合させることができれば、必ずしも互いに融点の異なる材料を用いる必要はない。即ち、石英レンズと石英ファイバとを組み合わせて光部品を製造しても良いし、高融点ガラスのレンズとファイバ、又は、低融点ガラスのレンズとファイバとを組み合わせて光部品を製造しても良い。
【００８１】
以上説明した本発明の第１〜第４の実施形態によれば、従来の光部品の製造方法における問題を回避することができる。
即ち、第１に、上記の実施形態においては、ファイバコリメータにおけるレンズと光ファイバとの接合部分が、概略光ファイバの端面形状に沿ってレンズのガラス部材が引き出された形状となる。従って、ガラスに包み込まれた光ファイバの先端部が、ガラスの収縮により押さえ込まれて光ファイバが応力歪みを受けることがなくなるので、光ファイバの破損を防ぐことができる。
【００８２】
第２に、従来の方式においては、部品として、焦点がその内側に存在しているレンズを使用していたため、強度ピークの中心が広がった状態、即ち、ぼけた状態の戻り光に基づいて光軸調整を行っていた。そのため、ＸＹ平面内において光軸の中心を推定することしかできかった。また、Ｚ軸については、融着前に焦点位置を確認することは不可能であった。しかしながら、焦点がその外側に存在するレンズを用いることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸における結像位置を確認して、正確な光軸調整を行った上で、融着工程に着手することが可能となる。
【００８３】
第３に、焦点がその外側に存在するレンズを使用することにより、レンズの空間焦点位置とレンズの後部端面との間の距離を画像計測技術等を用いて実測することが可能となる。そのため、設計値だけでなく実測値に基づいて融着工程における光ファイバの引き出し量を算出することができるので、個々のレンズのバラツキに対応した精度の高い光部品を製造することが可能となる。
【００８４】
第４に、斜めカット光ファイバを用いる場合には、軟化したガラス部材に光ファイバを押し込む過程において、傾斜した光ファイバの端面がガラスから受ける反力により、光ファイバの先端のコアが光軸からずれてしまう。従来の融着方法においては、レンズに光ファイバを押し込んだ状態のまま自然冷却していたので、先端のコアが光軸に対してずれたままで固定されていた。しかしながら、本発明においては、光ファイバをレンズに一旦押し込んだ後で、光ファイバを逆方向に引き戻すので、その間に、光ファイバの光軸に対するコアのずれが元に戻る。従って、信頼性の高い光部品を製造することが可能となる。
【００８５】
また、以上説明した第１〜第４の実施形態においては、レンズと光ファイバとが接合されたファイバコリメータを製造する場合について説明したが、本発明は、それ以外にも、様々な光部品を製造する場合に適用することができる。例えば、プリズムと光ファイバとが接合された分波器を製造する場合や、レーザ光が入射する端面における端面破壊を防ぐために、光ファイバの端面にガラス等の緩衝層を接合する場合等が挙げられる。
【００８６】
なお、本発明の第１〜第３の実施形態においては、光ファイバの押し込み及び引き戻し工程における可動ステージの移動を全て自動制御によって行っているが、オペレータがレンズと光ファイバとの接合部分をモニタによって観察しながら、又は、レンズからの戻り光の強度を観察しながら、可動ステージをマニュアルで操作しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、光通信において光を伝送するために用いられる光部品において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光部品の製造装置の構成を示す模式図である。
【図２】空間焦点距離及び光学焦点距離を説明するための図である。
【図３】本発明の第１〜第３の実施形態に係る光部品の製造装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光部品の製造方法を説明するための図である。
【図５】図１に示す反射光検出部の構成を説明するための図である。
【図６】光ファイバ（可動ステージ）の移動量を説明するための図である。
【図７】光ファイバの先端位置と戻り光の強度と光ファイバの移動量との関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光部品の製造装置の構成を示す模式図である。
【図９】図８に示す反射光検出部の構成を説明するための図である。
【図１０】図８に示す光部品の製造装置の動作を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る光部品の製造装置の構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る光部品の製造装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る光部品の製造方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る光部品の製造方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の第１〜第４の実施形態に係る光部品の製造装置の第１の変形例を説明するための図である。
【図１６】本発明の第１〜第４の実施形態に係る光部品の製造装置の第２の変形例を説明するための図である。
【図１７】従来のファイバコリメータの製造方法を説明するための図である。
【図１８】従来のファイバコリメータの別の製造方法を説明するための図である。
【図１９】レンズに押し込まれた光ファイバにクラックが発生している様子を示す模式図である。
【図２０】先端が斜めにカットされた光ファイバを軟化したガラスに押し込んだ様子を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１、２、１１、２１、３１、３２、４１、４２、４３、９０１、９１１、９２１、
ＬＳ１〜ＬＳＮ  レンズ
３  放電プラズマ
１１ａ、２１ａ、４２ａ、４３ａ  後部端面
１２、２２ａ、２２ｂ、３４ａ、３４ｂ、３５、４０、５１、９０２、９１２、９２２、
ＦＢ１〜ＦＢＮ  光ファイバ
１２ａ  先端面
１２ｂ  先端コア中心位置
１３、２３、９０６、９１３  高反射ミラー
３３  波長選択ミラー（波長フィルタ）
５０  グリンレンズ
５２  ガラス部品
１００、３００  システム制御部
１１０、３１０  ステージ制御部
１１１  レンズ保持具
１１２、３１１  保持具
１１３、２１３、３１２、３１４  ファイバ保持具
１１４、３１３、３１５  可動ステージ
１２０、３２０  アーク放電電源
１２１、３２１、３２３、４０１、４０２、４１１、４１２、９１４  アーク電極
１２２、３２２、３２４  アーク電極保持具
１３０、２３０  反射光検出部
１３１、２３１  レーザダイオード（ＬＤ）電源
１３２  光結合器
１３３、２３２、３３１、３３２  光検出器
１３４、２３３  増幅回路
１４０、３４０、３４１  位置観察部
１４１、３４２  モニタ
３３０  光源
９０３  キャピラリー
９０４、９０５  接着剤
９０１ａ、９１１ａ、９０２ａ、９１２ａ、９２２ａ  端面
９１２ｂ  コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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