(57)【要約】光信号のモードフィールドを変更するためのレンズ付き装置が開示されている。装置は、光ファイバ（４４）の端部に配置された光ファイババイコニックレンズ（４６）を有し、光ファイバおよびバイコニックレンズが光軸を画定するようになっている。バイコニックレンズは、互いにほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、Ｃ１およびＣ２は、光軸またはその付近で交差する。光信号のモードフィールドを変更するためのレンズ付き装置および光学アセンブリの製造方法も開示されている。
2005519341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号のモードフィールドを変更するためのレンズ付き装置であって、
光ファイバ、および
前記光ファイバの端部上に配置されるバイコニックレンズであって、前記光ファイバとともに光軸を画定し、互いにほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、前記曲線Ｃ１およびＣ２が前記光軸またはその付近で交差するバイオコニックレンズ、
を有することを特徴とする、レンズ付き装置。
【請求項２】
前記光ファイバと前記バイコニックレンズとの間に配置される実質的に均一な屈折率を有する少なくとも１つのスペーサロッドをさらに有することを特徴とする、請求項１記載のレンズ付き装置。
【請求項３】
前記バイコニックレンズが円錐面を画定することを特徴とする、請求項１記載のレンズ付き装置。
【請求項４】
前記曲線Ｃ１およびＣ２の両方はそれぞれが球面または非球面を画定することを特徴とする、請求項１記載のレンズ付き装置。
【請求項５】
光学部品と、
前記光学部品を支持するように構成される基板と、
前記基板上に前記光学部品に対して位置決めされる請求項１記載のレンズ付き装置であって、前記レンズ付き装置と前記光学部品との間を通過する光信号のモードフィールドを変更するようになっているレンズ付き装置と、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項６】
光ファイバおよびバイコニックレンズが光軸を画定するように前記光ファイバの一端上に前記バイコニックレンズを配置するステップを含み、前記バイコニックレンズが互いにほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、前記曲線Ｃ１およびＣ２が前記光軸またはその付近で交差するステップを含むことを特徴とする、レンズ付き装置の製造方法。
【請求項７】
前記配置ステップが、前記光ファイバの前記端部に実質的に均一な屈折率を有するスペーサロッドを固着するステップと、その後、前記光ファイバから遠い前記スペーサロッドの前記端部を成形して前記バイコニックレンズを形成するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記除去ステップが前記スペーサロッドを劈開するステップを含み、前記成形ステップが前記スペーサロッドの前記劈開される端部のレーザマイクロマシニングまたは前記スペーサロッドの前記劈開される端部の研削、研磨および加熱のいずれかのステップを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記スペーサロッドが矩形のロッドを含み、前記成形ステップが前記矩形のロッドの劈開される端部を加熱によって所望の形状にリフローし、その後、前記矩形のロッドの前記形成された端部を研磨するステップを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記除去ステップが前記光ファイバから離れた作動距離で前記スペーサロッドをテーパ切削加工するステップを含み、前記形成ステップが前記バイコニックレンズの前記外面に丸みをつけるのに十分な温度まで前記ロッドの前記テーパ切削される端部を加熱し、その後、前記加熱ステップ後に前記バイコニックレンズの前記外面を研磨するステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記除去ステップが前記光ファイバから離れた作動距離で前記スペーサロッドをマルチテーパ切削加工するステップを含み、前記成形ステップが、前記バイコニックレンズの前記外面に丸みをつけるために、前記スペーサロッドの前記マルチテーパ切削される端部を研磨するステップか、または前記バイコニックレンズの前記外面に丸みをつけるために、前記スペーサロッドの前記マルチテーパ切削される端部を加熱するステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１２】
光学部品と、
前記光学部品を支持するように構成される基板と、
前記基板上に、前記光学部品との間を通過する光信号のモードフィールドを変更するように前記光学部品に対して位置決めされるレンズ付き装置であって、光ファイバと、前記光ファイバの端部上に配置されるバイコニックレンズを有し、前記光ファイバおよび前記バイコニックレンズが光軸を画定し、前記バイコニックレンズが互いに対してほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、前記曲線Ｃ１およびＣ２が前記光軸またはその付近で交差するレンズ付き装置と、
を有することを特徴とする光学アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本願は、２００２年３月４日出願の米国仮出願番号第６０／３６１，７８７号および「Ｂｅａｍ  Ａｌｔｅｒｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌｅｎｓ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」という名称のバガヴァチュラ（Ｂｈａｇａｖａｔｕｌａ）らの米国特許出願第１０／２０２，５Ｉ５号の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全般的にはモード変換相互接続用の光学デバイスに関し、特に、光学部品および／または異なるモードフィールドを有する他の導波路の間を通過する光信号の高効率の結合を容易にするように構成されたアナモルフィックモード変換装置に関する。
【０００３】
本発明は幅広い用途を対象としているが、レーザダイオードおよび半導体導波路などの楕円形状の光信号源を円対称のモードフィールドを有する光ファイバに結合する場合に特によく適している。
【背景技術】
【０００４】
レーザダイオード、光ファイバおよび半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの信号源と光ファイバ、特殊ファイバ、ＳＯＡなどの他の光学部品との間を通過する光信号を高い結合効率で結合することは、光通信の重要な側面である。光通信システムに組込まれる従来の発光モジュールとしては一般に、光源として機能するレーザダイオードなどの半導体レーザ、光搬送コアを有する光ファイバ、球面レンズ、半導体レーザとレーザビームを光ファイバコアに集光するための光ファイバとの間に組込まれた自己収束レンズまたは球面レンズがなどがある。発光モジュールは一般に、半導体レーザと光ファイバとの間で高い結合効率を必要とするため、モジュールは、最大の結合パワーを実現するために、互いに整列された半導体レーザ、レンズおよび光ファイバの光軸を集めることが好ましい。一部にはレンズ間隔および位置合せの問題のために、比較的大型で、高コストであった初期の発光モジュールは、当分野において発展を遂げ、その結果、多数の代替アプローチが生まれた。
【０００５】
このようなアプローチの１つが、分布屈折率（ＧＲＩＮ）ロッドレンズの利用である。他のレンズと異なり、ＧＲＩＮロッドレンズの屈折率は半径方向によって決まり、ロッドレンズの光軸で最大となる。一般的に言えば、ＧＲＩＮロッドレンズにわたる屈折率分布は放物線形状であるため、レンズ効果が出るのは、空気とレンズの境界面ではなく、レンズ媒体自体である。したがって、従来のレンズとは異なり、ＧＲＩＮロッドレンズは、平面入射面および平面出射面を有し、これらの面における屈折を不必要にする。この特性により、レンズのいずれかの端部の光学素子を屈折率整合接着剤またはエポキシによって所定の位置に固定することができる。屈折率勾配は一般に、時間がかかり、高価でもあるイオン交換工程によって形成される。一般的なＧＲＩＮロッドレンズは、たとえば、タリウムまたはセシウムをドープしたシリカガラスのイオン交換によって製造してもよい。ナトリウムおよびタリウムイオンまたはセシウムイオンのいずれかがガラスから拡散するようなイオン交換工程のために融解塩槽を用い、カリウムイオンを５００℃のＫＮＯ３槽からガラスに拡散することもできる。
【０００６】
別のアプローチは、半導体レーザと光導波路との間の光学結合を提供するために、光ファイバの端部にマイクロレンズを形成してきた。このようなアプローチにおいて、レンズは、光ファイバの端面の、光源からの光が入射するファイバの一部分に直接に一体形成される。以下では、このような光ファイバを「レンズ付き光ファイバ」と呼ぶ。このようなレンズ付き光ファイバを用いる発光モジュールを製造するときには、ファイバ自体から光収束レンズを離す必要がないため、および軸位置合せに関連する動作の数も削減することができるために、必要な構成要素の数を削減することができる。レンズ付き光ファイバは、光ファイバの端部に形成されるレンズが、このレンズを通過する光信号のモードフィールドを変更することができる場合には、アナモルフィックレンズ付き光ファイバと呼ばれる。さらに具体的に言えば、光ファイバの端部に形成されるアナモルフィックレンズは一般に、レーザダイオードから発せられる光信号の楕円形のモードフィールドを実質的に円対称の光信号に変更することができ、円対称のモードフィールドを有する光ファイバのコアにより効率的に結合することができる。
【０００７】
上述の各アプローチは、当業界では公知である種々の有用性および利点を有する。しかし、各アプローチは、独自の制限がある。たとえば、従来のＧＲＩＮロッドレンズ技術は、レンズ通過する光信号に関して優れた対称集光特性を提供するが、ＧＲＩＮロッドレンズ単独であは、一般に、効率的な光信号結合用途にしばしば必要とされるように、光信号の幾何形状を著しく変化させることはない。さらに、集光を行うＧＲＩＮロッドレンズ自体の材料特性のために、特定の用途に必要なＧＲＩＮロッドレンズの屈折率分布の制御された変動を提供するために、正確な製造技術が必要である。
【０００８】
同様に、アナモルフィックファイバレンズは、レンズを通過する光信号またはビームの幾何形状を容易に変更しやすくするものであるが、アナモルフィックレンズ用途の有効作動距離の範囲がある程度制限される。したがって、適切な作動距離が特定の用途に適さない場合に、結合損失が大きくなることがあり、そのために多くの結合用途が実現不可となる。
【０００９】
このようなレンズ付き光ファイバの１つが、図１および図２に示されている。図１および図２に示される特定のレンズ付き光ファイバは、アナモルフィックレンズ付き光ファイバであり、光ファイバの端部に形成されるレンズがその中を通過する光信号のモードフィールドを変更することができる。さらに具体的に言えば、光ファイバの端部に形成されるアナモルフィックレンズは、レーザダイオードから発光される光信号の楕円状のモードフィールドを実質的に円対称の光信号に変更することができる。実質的に円対称の光信号は、光ファイバのコアにより効率的に結合することができる。
【００１０】
図１に示されているように、コア１１およびクラッディング１２を有するレンズ付き光ファイバ１０は、その一端に楔形のファイバマイクロレンズ１３を有している。マイクロレンズは、実質的にコア１１を二等分する線１８（図２）で交差する１組の平面１４、１６を有している。マイクロレンズは、線２４、２６（図２）でそれぞれ、面１４、１６とそれぞれ交差する面２０、２２をさらに有している。面１４、１６の傾斜はθとして示され、面２０、２２の傾斜はΦとして示されている。尚、Φはθより大きい。角度θ、Φは、ファイバ軸１９に垂直である平面２８に対して測定される。第１の組の面および第２の組の面の交差線２４、２６は、図２に示されているように、コアと交差することが好ましい。さらに、面１４の面積は、面１６の面積に実質的に等しいことが好ましい。言い換えれば、レンズ１３の中央部分は、線２４および線１８を含む平面に関して対称であることが好ましい。
【００１１】
図１および図２に示される楔形のファイバマイクロレンズ１３は一般に、ファイバ１０を平面２８に対して一定の角度θで平面１４を形成するのに十分な角度で砥石車（図示せず）に接触させることによって製造される。次に、ファイバ１０が１８０°回転され、平面２８に対して一定の角度θで平面１６を形成するのに十分な角度で砥石車（図示せず）に接触させる。続いて、平面２０、２２を形成するために平面２８に対してそれぞれ一定の角度Φでこの工程が繰り返される。図３に示されているように、図１の線３−３に沿って切ったファイバ１０の断面は、実質的に平面の上面および下面３０および湾曲した側面３２を有する競技場形状を有する。
【００１２】
このようにして得られたダブルウェッジレンズは１つの方向ではアナモルフィックレンズとして機能するが、短所がないわけではない。さらに具体的に言えば、図３に示されているように、光ファイバ１０のレンズのある面は球面または非球面ではないため、レンズを通過する光信号または光は、著しい収差を受けやすく、光の波面における歪みが著しい。レーザダイオードの楕円形のモードフィールドは図１および図２に示されるレンズ１３によって、光ファイバのモードフィールドとかなり効率的に整合することができるが、光信号の位相面はファイバに当たるときに、実質的に均一ではない。前述したように、これは、少なくとも部分的に図３に示される平面３０の作用である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、必要とされているが、現時点において当業界では利用可能ではないのは、アナモルフィックレンズまたはＧＲＩＮロッドレンズ単独の使用に関連する上記および他の欠点を克服する光信号結合用途のレンズ付き装置である。このようなレンズ付き装置は、装置を通過する光信号の幾何形状および他のモードフィールド特性を変更できる必要があり、これと同時に結合損失を制限する設計の融通性を提供することにより、より広範囲の許容可能な作動距離を可能にし、位相面の収差を最小限に抑え、一般に、光信号結合用途においてより大きな制御および効率を提供する。このようなレンズ付き装置は、比較的廉価で製造され、比較的大量生産しやすく、一般にレンズの材料特性およびレンズ自体の材料特性をあまり変更することなく、はるかに広範囲の用途を有することが要求される。本発明は主にこのようなレンズ付き装置を提供することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様は、光信号のモードフィールドを変更するためのレンズ付き装置に関する。この装置は、光ファイバと、光ファイバの端部に配置されたバイコニックレンズと、を有し、光ファイバおよびバイコニックレンズが光軸を画定するようになっている。バイコニックレンズは、互いにほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、Ｃ１およびＣ２は、光軸またはその付近で交差する。
【００１５】
本発明の別の態様において、レンズ付き装置の製造方法に関する。この方法は、光ファイバの一端にバイコニックレンズを配置するステップを含み、光ファイバおよびバイコニックレンズが光軸を画定するようになっており、バイコニックレンズが互いにほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、Ｃ１およびＣ２が光軸またはその付近で交差する。
【００１６】
本発明のさらに別の態様において、光学アセンブリに関する。このアセンブリは、光学部品と、光学部品を支持するように構成された基板と、レンズ付き装置と光学部品との間を通過する光信号のモードフィールドを変更するように、基板上に、光学部品との相関から位置決めされたレンズ付き装置と、を有している。レンズ付き装置は、光ファイバと、光ファイバの端部に配置されたバイコニックレンズとを有し、光ファイバおよびバイコニックレンズが光軸を画定するようになっている。バイコニックレンズは、互いにほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、Ｃ１およびＣ２は、光軸またはその付近で交差する。
【００１７】
本発明のレンズ付き装置は、当業界では周知である他のモード変換デバイスに関する多数の利点を生じる。ある意味では、バイコニックレンズはロッドの外面に向かって放射方向に延在するロッドの長手軸から測定した場合に、実質的に均一な屈折率を有するスペーサロッドの端部に直接形成することもできるため、本発明のレンズ付き装置は、光信号源の発光面とレンズ自体との間により大きい作動距離を提供するように設計されてもよい。さらに、本発明のレンズ付き装置は、著しい量のパワーが光信号源から装置に入射する平面がないために、光信号の波面における歪みがより少なく、その結果、任意の歪みも当業界において公知の他のモード変換装置よりはるかに少ない。したがって、位相面の収差は一般に小さく、わずかであり、光ファイバのコアに当たるより平坦な位相面を生じる。その結果、結合効率が大幅に向上する。
【００１８】
これらの利点に加えて、スペーサロッドの利用は、それ自体、本発明の利用および製造において多数の利点を提供する可能性がある。スペーサロッドは、２つ以上のモード変換用途に関して、所定の特性を有するように製造されてもよい。レンズはファイバ自体ではなくスペーサロッド上に形成されてもよいため、同一の長さを有し、同一の材料から形成され、同一のアスペクト比を有し、同一の断面積を有するスペーサロッドが、異なる特性および／またはモードフィールドを有するピグテールファイバに固着されてもよい。それゆえ、各スペーサロッドは、各ロッドが固着される特定のファイバピグテールに必要とされる不可欠なモードフィールド変換機能性を提供するために、変更してもよい。さらに詳細に述べるように、これは、各ロッドを所望の長さに切断し、各ロッドの切断された端部が必要な曲率半径を有するように成形することによって実現できることが好ましい。本発明のこの態様はロッドの大規模生産を提供し、今度は製造しやすさ、製造工程に関連するコストの削減およびより大きな規模の節約を促進する。
【００１９】
本発明によれば、さらなる利点は、レンズ付き装置の製造方法によって提供される。さらに具体的に言えば、本発明のレンズ付き装置は、レンズ付き装置の不変の特徴の設計特性に影響を及ぼすことなく、バイコニックレンズ、スペーサロッド（利用する場合）またはその両方の一定の特徴を変更することができるように製造されることができることが好ましい。このように、特定の用途に関して製造されたスペーサロッドはまた、他の用途にも使用してもよい。たとえば、レンズ付き装置は、中を通過する光信号のモードフィールドを、必要に応じて、楕円形のモードフィールドから円形のモードフィールドに、または円形のモードフィールドから楕円形のモードフィールドに、または１つの楕円率を有するモードフィールドから異なる楕円率を有するモードフィールドに、変更することができるように製造されてもよい。さらに、本発明のレンズ付き装置は、いずれかの方向にもレンズ付き装置を通過する光信号のモードフィールドを変更することができるように設計されてもよい。
【００２０】
これらの利点に加えて、本発明によれば、スペーサロッドは、２つ以上のモード変換用途に関して所定の材料特性を有するように製造されてもよい。バイコニックレンズは、光ファイバ自体ではなく、光ファイバに固着されるコアレススペーサロッドまたはファイバに形成されることが好ましいため、同一の長さを有し、同一の材料から形成され、同一のアスペクト比を有し、同一の断面積を有するコアレススペーサロッドが、異なる特性および／またはモードフィールドを有するピグテールファイバに固着されてもよい。それゆえ、各コアレススペーサロッドは、たとえば、各ロッドが固着される特定のファイバピグテールに必要とされる不可欠なモードフィールド変換機能性を提供するために、適切な長さに劈開することによって、変更されてもよい。さらに詳細に述べるように、これは、各スペーサロッドを所望の長さに劈開または他の方法で切断し、各ロッドの切断された端部が所望のモード変換効果を有するように成形することによって実現できることが好ましい。
【００２１】
本発明によるスペーサロッドの製造は、さらなる利点を提供する。一般的に言えば、スペーサロッドは、実質的に均一な屈折率分布を有し、シリカ、他の高いシリカガラスを含む材料から構成されるか、またはコーニング・インコーポレイティッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）によって製造され、バイコール（Ｖｙｃｏｒ）（登録商標）として公知である９６％シリカガラスであってもよい。一般的に言えば、および本発明によれば、スペーサロッドは円筒形状、矩形形状であってもよいし、または他の幾何形状を取るように製造されてもよい。スペーサロッドは、従来のファイバ製造技術および機器を用いて、長さ１ｍのロッドまたは１２５．０ミクロン（これに限定されるわけではない）など所望の寸法に延伸されるブランクから製造されることが好ましい。一般的に言えば、スペーサロッドは、ｋｍの長さに延伸された後、特定のモード変換用途に合わせて、適切な長さに切断または劈開される。
【００２２】
バイコニックレンズをスペーサロッドの端部に形成すべき用途では、特定のモード変換用途用に予め成形されたスペーサロッドを利用することが好都合である。たとえばおよび本発明によれば、特定の用途で、実質的に円対称のモードフィールドを実質的に楕円形のモードフィールドに変換することが要求されるとき、円筒形ロッドの端部ではなく、実質的に矩形形状であるスペーサロッドの端部に、本発明によるバイコニックレンズを形成することが好ましい場合がある。このような場合には、それ自体が矩形形状である長さ約１ｍのブランクを最初に形成することが好ましい可能性がある。次に、約１２５．０ミクロンの所望の最大外形寸法を有する実質的に矩形のスペーサロッドを形成するために、従来のファイバ延伸技術および機器を用いて、矩形のブランクを延伸してもよい。このように、実質的に矩形形状の数ｋｍのスペーサロッド材料が、単独のブランクから延伸された後、所望の光学特性を有するスペーサロッドを形成するために、所望の長さに切断されてもよい。結果として生じる矩形のスペーサロッド材料の縁は、延伸工程中、ある程度丸みを帯び始めている可能性があるが、ロッド材料が延伸される延伸炉の温度、延伸速度および張力が制御されれば、実質的に矩形状が維持される。さらに、延伸工程によって形成され、最終的に劈開される矩形のスペーサロッドのアスペクト比および他の光学特性は、実質的に維持されることが好ましい。このような処理は、大量生産および最終的なスペーサロッドの制御された寸法を容易にする。このような態様でスペーサロッドを形成することによって、スペーサロッドの端部は、スペーサロッドの端部に形成されるバイコニックレンズの寸法および面の曲率にはるかに近い大きさに形成される。その結果、円筒形スペーサロッドの端部に楔形のバイコニックレンズをを形成するために一般に必要とされる研削および研磨の量に比べて、バイコニックレンズを形成するために一般に必要とされる研削および研磨の量が低減される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の上述の態様のすべてが、スペーサロッドの大規模生産を実現するものであり、ひいては製造しやすさ、製造工程に関連するコストの削減およびより大きな規模の節約を促進する。
【００２４】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的には、その説明から当業者には自明であり、本願明細書に述べるように本発明を実施することによって認識されるであろう。
【００２５】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも、本発明の例示に過ぎず、特許請求されている本発明の性質および特徴を理解するための概要および枠組みを提供することを目的としていることを理解されたい。添付図面は、本発明の理解を深め、本発明の種々の実施形態を示し、明細書本文と共に、本発明の原理および動作を説明するのに役立つように、包含されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、添付図面に示される本発明の好ましい実施形態および実施例を詳細に参照されたい。可能な限り、同一の参照符号は、複数の図面を通して、同一または類似の部分を指すために用いられる。本発明のレンズ付き装置の例証的な実施形態が、図４Ａおよび図４Ｂに示され、全体として参照符号４０によって表される。
【００２７】
一般的に言えば、図４Ａの平面図および図４Ｂの側面図に示される例証的なレンズ付き装置４０は、光ファイバまたはピグテールファイバ４２と、ピグテールファイバ４２の一端に位置決めされた一定または実質的に均一な屈折率分布を有するスペーサロッド４４と、ピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部に配置されたバイコニックレンズ４６とを有している。ピグテールファイバ４２は、コーニング・インコーポレイティッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）によって製造されたＳＭＦ−２８ファイバなどの標準的なシングルモードファイバ、偏光保持（ＰＭ）ファイバ、マルチモードファイバまたは光通信システムに用いられる高屈折率ファイバなどの他の専用ファイバであってもよい。さらに、ピグテールファイバ４２は、端部から見たときに円対称であってもよく、または任意の他の形状であってもよい。バイコニックレンズ４６は、スペーサロッド４４がスプライス接続されるか、または他の方法でピグテールファイバ４２に配置された後、スペーサロッド４４上に直接形成されることが好ましい場合もあり、またはスペーサロッド４４がピグテールファイバ４２上に配置される前に、スペーサロッド４４上に配置または他の方法で製造されてもよい。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、図４Ｃおよび図４Ｄに示されているように、レンズ付き装置４０は、レンズ付き装置４０が１つ以上のテーパ型要素を有するように製造されてもよい。このようなテーパ型レンズ付き装置４０は、ピグテールファイバ４２と、ピグテールファイバ４２の一端で位置決めされる屈折率分布を有するテーパ型スペーサロッド４４と、ピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部に配置されたバイコニックレンズ４６と、を有してもよい。レーザダイオード結合などのある種の用途では、レーザダイオードからの出力は１．０〜２．０ミクロン程度に小さくてもよく、アスペクト比は約２．０〜約５．０の範囲であってもよい。このような用途に適合するモードフィールドを容易にするために、バイコニックレンズ４６の曲率半径は小さいことが好ましい。しかし、レンズ付き装置４０の直径は、製造中にレンズ付き装置４０の種々の要素を操作ができるように手頃なサイズに維持されることもまた好ましい。テーパ型スペーサロッド４４を組込んだレンズ付き装置４０は、これらの目的に適合する１つの好ましいアプローチである。図に示されているように、テーパ型スペーサロッド４４は、ピグテールファイバ４２の端部から仮想線Ａ１まで長手方向に延在する実質的に均一または一定の半径方向の外形寸法を有するロッド部分および仮想線Ａ１、Ａ２の間で長手方向に延在する変化する、好ましくは減少する半径方向の外形寸法（または傾斜外面）を有するテーパ型ロッド部分４５を有することが好ましい。図に示されていないが、当業者は、１つ以上のピグテールファイバ４２および／またはコアレススペーサロッド４４が、記載された任意の実施形態および／または本願明細書に記載された任意の実施形態に関して、図４Ｃおよび図４Ｄに示されるテーパ型スペーサロッド４４と類似の態様でテーパをなしていてもよいことを認識されたい。
【００２９】
本発明レンズ付き装置４０の例証的な代替実施形態が、図５Ａ〜図５Ｄ、図５Ｉおよび図５Ｊに示されている。本願明細書に特記がない限り、記載された実施形態のそれぞれにおいて、ピグテールファイバ４２は、外形寸法約１２５．０ミクロン、コア寸法約８．０〜１０．０ミクロンのＳＭＦ−２８ファイバなどの標準的なシングルモード光ファイバとして記載される。当業者は、他の寸法および他の幾何形状を有する他のピグテールファイバもまた、本発明の範囲内であること認識されたい。さらに、本願明細書に特記がない限り、任意の実施形態に関して、バイコニックレンズ４６は、ピグテールファイバ４２から最も遠い位置でレンズ付き装置４０上に配置されることを理解されたい。
【００３０】
ここで図５Ａを参照すると、マルチレンズ装置４０は、クラッディング領域３６によって界接されるコア領域３４を有するピグテールファイバ４２およびピグテールファイバ４２の一端に配置されるコアレススペーサロッド４４を有している。好ましい実施形態において、スペーサロッド４４の相対屈折率分布は依然として、スペーサロッド４４の光軸とスペーサロッド４４の外面との間で実質的に半径方向に均一である。スペーサロッド４４の一端は、当業界では一般に公知であるアーク融着接続装置または他の装置によって、スプライス接続または他の方法で固着されることが好ましい。バイコニックレンズ４６は、ピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部上に配置されることが好ましい。本願明細書に開示されるこれらの例証的な実施形態および他の例証的な実施形態において、バイコニックレンズ４６は、レーザマイクロマシニング、研磨を伴うテーパ切削、成形および加熱の組合せ、または以下にさらに詳細に記載する他の方法による従来の成形技術によって形成されることが好ましい可能性がある。さらに、これらの実施形態および他の実施形態において、本発明によるバイコニックレンズ４６の曲面が成端するレンズ付き装置４０に沿った円周の位置を示すために、破線３５が示されている。したがって、図に特に示されていないが、バイコニックレンズ４６は、ピグテールファイバ４２上に配置されてもよい。このような構成において、破線３５は、それが依存するピグテールファイバ４２の端部と同一平面上にあってもよく、直に隣接していてもよい。このように配置されると、バイコニックレンズ４６の曲面とピグテールファイバ４２との間にある材料は、本開示の目的では、「スペーサロッド」と考えてもよい。
【００３１】
バイコニックレンズ４６は、凸面形状であることが好ましく、中を通過する光信号のモードフィールドを同一形状であるが別サイズのモードフィールドから、実質的に円対称の形状から楕円形状に、楕円形状から実質的に円対称の形状に、および／または１つの楕円形状から異なる楕円形状に、変更するようなサイズに成形されることが好ましい。図５Ａに示される実施形態において、バイコニックレンズ４６は、スペーサロッド４４の端部に直に形成される。したがって、バイコニックレンズ４６は、クラッディング領域を含まない。図５Ａに示される実施形態において、スペーサロッド４４のほか、バイコニックレンズ４６も、ピグテールファイバ４２の外径より小さい外径を呈する。
【００３２】
図５Ｂに示される例証的な代替実施形態において、レンズ付き装置４０は、図５Ａに対して上述の要素のすべてを含んでもよい。しかし、スペーサロッド４４およびバイコニックレンズ４６の少なくとも一部はいずれも、ピグテールファイバ４２より大きい外形寸法を有する。一般的に言えば、レンズ付き装置４０に結合されるデバイスのモードフィールド、構造およびサイズなど（これらに限定されるわけではない）の特性は、ピグテールファイバ４２にスプライス接続または他の方法で固着されるスペーサロッド４４のサイズおよび他の設計特徴に少なくとも一部の決定的要因がある。さらに、本発明のレンズ付き装置４０のスペーサロッド４４および他の要素の外形寸法のサイズを増大させることにより、製造しやすさを促進し、製造中の測定を他の方法で支援する可能性がある。
【００３３】
実質的に矩形形状であるスペーサロッド４４は、図５Ｃおよび図５Ｄに示されるように、別法として用いられてもよい。図５Ｃに示されるように、たとえば、レンズ付き装置４０は、円対称のピグテールファイバ４２および実質的に矩形のスペーサロッド４４を有し、スペーサロッド４４の端部は、バイコニックレンズ４６を形成するようになされている。図５Ｄに示される実施形態は、ピグテールファイバ４２およびスペーサロッド４４のそれぞれを実質的に矩形形状として示されている。当業者は、スペーサロッド４４が円筒形状であってもよく、四角形または楕円形など（これらに限定されるわけではない）の他の幾何形状であってもよいことを認識されたい。さらに、スペーサロッド４４およびピグテールファイバ４２は、ピグテールファイバ４２の偏光軸を維持するために、ロッド４４がピグテールファイバ４２とどのように位置合わせすることが好ましいかを示すために、図に示されているように、位置決め溝４８によって印を付けられてもよく、または他の方法で印を付けられてもよい。当業者は、レンズ付き装置４０の種々の要素の幾何構成が丸いまたは円筒形であるか、または平面でないときに、このような印付けが特に有用であることを認識されたい。
【００３４】
図５Ａに示されるスペーサロッド４４の一部の平面図および側面図がそれぞれ、図５Ｅおよび図５Ｆに概略的に示されている。図５Ａに示されるバイコニックレンズ４６がこの説明用に用いられているが、図５Ｅおよび図５Ｆに関して以下に説明する原理は、バイコニックレンズ４６がピグテールファイバ４２の端部上に配置されるか、円筒形スペーサロッド４４の端部上に配置されるか、円筒形状でないスペーサロッド４４の端部上に配置されるかに関係なく、本発明のレンズ付き装置４０の他の例証的な実施形態に等しく適用可能である。
【００３５】
図５Ｅはスペーサロッド４４の一部の平面図を示しているのに対し、図５Ｆにおけるスペーサロッド４４の図は側面から見たものである。バイコニックレンズ４６で実現するのに用いられる製造技術に関係なく、バイコニックレンズ４６は、少なくとも２つの異なる曲線によって画定されることが好ましい外面を有することが好ましい。第１の曲線すなわち大曲線Ｃ１は図５Ｅに示される平面に形成されることが好ましく、第２の曲線すなわち小曲線Ｃ２は図５Ｆに示される平面に形成されることが好ましい。曲線Ｃ１、Ｃ２は、図５Ｇおよび図５Ｈに示されるように、互いに対してほぼ直角であり、光軸３８またはその付近で交差することが好ましい。バイコニックレンズ４６の面４７の形状は、図５Ｈに示される断面図を参照すれば、容易に識別することができる。図５Ｈに示される実施形態において、曲線Ｃ１、Ｃ２によって画定される曲面は楕円を画定する。バイコニックレンズ４６の他の光学特性の中で、曲線Ｃ１、Ｃ２の曲率の差および互いに対してほぼ直角の構成は、本発明のレンズ付き装置４０の光信号またはビームを変更する機能性を提供する。異なる曲線Ｃ１、Ｃ２は、円錐面を画定することが好ましく、それぞれ球面を画定してもよく、それぞれ非球面を画定してもよく、一方は球面を他方は非球面を画定してもよい。さらに、曲線は、楕円面、放物面または双曲面を画定することが好ましい。その結果、本質的に、アナモルフィックレンズ効果を提供する面が得られる。バイコニックレンズ４６の曲線Ｃ１、Ｃ２の形状および曲率を制御することによって、バイコニックレンズ４６を通過する光信号のモードフィールドの形状を制御してもよい。
【００３６】
本発明によるレンズ付き装置４０の第５の例証的な代替実施形態が、図５Ｉおよび図５Ｊに概略的に示されている。示される実施形態において、レンズ付き装置４０は、円筒形のピグテールファイバ４２と、ピグテールファイバ４２より小さな外形寸法を有する円筒形のスペーサロッド４４と、ピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部上に配置されるバイコニックレンズ４６と、を有している。上述の実施形態とは異なり、バイコニックレンズ４６は、スペーサロッド４４の外形寸法より大きい外形寸法を有する。しかし、本願明細書に開示された他の実施形態と同様に、バイコニックレンズ４６は、少なくとも２つの異なる曲線によって画定されることが好ましい。第１の曲線すなわち大曲線Ｃ１は図５Ｉに示される平面に形成されることが好ましく、第２の曲線すなわち小曲線Ｃ２は図５Ｊに示される平面に形成されることが好ましい。
【００３７】
マルチレンズ装置４０の上述の例証的な実施形態のそれぞれは、一定の共通の製造技術を共有していてもよい。第一に、有効な実質的に均一な屈折率、外形寸法および所望の幾何形状を有する適切なスペーサロッド材料が、従来の光ファイバ製造機器およびファイバ延伸技術を用いて延伸される。次に、スペーサロッド材料は、選択されたピグテールファイバに好ましくはスプライス接続によって固着されるスペーサロッド４４またはピグテールファイバ４２の端部にスプライス接続される１つ以上のさらなるスペーサロッド４４を形成するために、適切な長さに切断されることが好ましい。このようなスペーサロッド４４は、コアレスシリカガラスを含むロッドであることが好ましい。このロッドは、任意の適切な外形寸法および幾何形状を有するように製造されることができ、均一または一定の半径方向の屈折率を有するため、レンズ特性はほとんどないかまったくない。使用時には、さらなるスペーサロッド４４がさらなる設計の融通性を提供する。
【００３８】
スペーサロッド４４は、所与の用途のために適切な長さに劈開またはテーパ切削されてもよい。次に、このように形成されるスペーサロッド４４の劈開またはテーパ切削される端部は、研磨などによって、適切な楔角を有する中間の楔形状に成形されてもよい。スペーサロッド４４の変数、中間の楔角および丸い部分の半径の値は、必要な作動距離およびピグテールファイバ４２のモードフィールドおよび所与の結合用途の最終的なモードフィールド形状の要件に基づいて設計されてもよい。適切な中間の楔角の丸みにより、ピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部上に配置されるバイコニックレンズ４６を生じ、バイコニックレンズ４６の外面は、互いに対してほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定され、Ｃ１およびＣ２は、本発明のレンズ付き装置４０の光軸３８またはその付近で交差する。
【００３９】
本発明による均一な屈折率のバイコニックレンズの中間の楔角は、さまざまな判断基準を用いて決めることができる。一般的に言えば、小さなモードフィールド径の光源を結合するために好ましいレンズ形状は、双曲線である。したがって、円錐部分を用いて双円錐面を画定する曲線Ｃ１、Ｃ２を表してもよい。本発明の好ましい実施形態によれば、Ｈ・Ｎ・プレスビー（Ｈ．Ｎ．Ｐｒｅｓｂｙ）およびＣ・Ａ・エドワーズ（Ｃ．Ａ．Ｅｄｗａｒｄｓ）著、「Ｎｅａｒ  １００％  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｆｉｂｒｅ  Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２８巻  ５８２頁，１９９２年（この開示内容は、本願明細書に参照によって包含されるものとする）を参照してさらに詳細に述べるように、楔形状を画定する双曲線の漸近線、すなわち曲線Ｃ１、Ｃ２を用いて、バイコニックレンズのための中間の楔角度を決定することができる。結果として生じる中間の楔は、スペーサロッドに好ましい双曲線形状を与えるために、業界では周知の加熱または他の方法によって丸みを帯びさせてもよい。
【００４０】
図６に示される概略図に示されているように、曲線Ｃ１またはＣ２を表す双曲線５０は、楔を表す漸近線５２によって画定され、（ｈ、ｋ）で中点５４と交差することが好ましい。双曲線を画定する式は、以下のように表現されることができる。
【数１】
2005519341.tif 000003
【００４１】
式中、ｂ２＝ｃ２−ａ２であり、ｃは中点５４と双曲線の焦点５８との間の距離５６であり、ａは中点５４と双曲線の頂点６２との間の距離である。
【００４２】
漸近線は、線ｙ＝ｋ＋（ｂ＊（ｘ−ｈ）／ａ）およびｙ＝ｋ−（ｂ＊（ｘ−ｈ）／ａ）によって画定される。
【００４３】
漸近線の式から、楔角５７は、楔角＝２＊（ｔａｎ−（ｂ／ａ））として決定されることができる。
【００４４】
バイコニックレンズ４６に画定される外面の独立変数曲線は、多数の用途のモード結合要件を満たすために、アナモルフィックレンズ効果および設計の融通性を提供する。さらに、制御された半径を有する丸みを帯びた楔はアナモルフィックレンズとして機能するのに対し、スペーサロッド４４は本質的にレンズ特性を備えていない。楔およびスペーサロッド４４の変数を画定することによって、集光されるビームのモードフィールド径、そのアスペクト比（すなわちその楕円率）および丸みを帯びた楔の先端からの集光されるビームの像距離などのアナモルフィックレンズ（バイコニックレンズ４６）の特性を制御してもよい。このようなレンズは、ピグテールファイバ４２を通って延在する光軸３８の方向に沿って、光学結合のためにアナモルフィックレンズ効果を提供する。また、スペーサロッドおよびピグテールファイバの外形寸法、サイズ、形状および屈折率の差を異なる用途のために偏光することができる種々の設計を実現することも可能である。たとえば、変更するサイズのビームに適合するように、スペーサロッドの外形寸法をピグテールファイバと同一であるか、ピグテールファイバより小さいかまたは大きくすることが可能である。ピグテールファイバおよび任意のスペーサロッドの形状は、四角形または矩形などの非円筒形であってもよく、製造しやすさおよびピグテールファイバ４２の偏光軸との位置合せを容易にするために、位置決め溝４８または他の方法で印付けされてもよい。平たい側面および印付けをピグテールファイバ４２の偏光軸と位置合せすることによって、楔の研磨および適切な偏光軸によってレーザダイオードまたは他の光学部品に対する結合などの別の処理が簡略化される。
【００４５】
ここで、図５Ｃおよび図５Ｄに示される例証的な実施形態を参照すると、矩形のスペーサロッド４４などの非円筒形のロッドは、ピグテールファイバ４２にスプライス接続されることが好ましい。この構成の利点は、製造中に実現される。矩形のスペーサロッド４４、好ましくは均一な半径方向の屈折率を有するコアレスシリカを含むガラス材料は、レンズ付き装置４０の端部に形成されることになっているイコニックレンズ４６の所望の形状に相当似ているように製造されることができるため、製造処理を簡略化することができる。たとえば、研磨などによってレンズ付き装置４０の端部上に中間の楔形状を形成することは、必要ではない場合がある。少なくとも、研磨の量および程度を大幅に逓減させることができる。代わりに、バイコニックレンズ４６は、矩形のスペーサロッド４４の端部の縁に丸みを帯びさせるために、スペーサロッド４４の端部を、ガラスをリフローするのに十分な温度まで単に再加熱するだけで形成されることが好ましい場合がある。矩形のスペーサロッド４４の端部に印加される熱は、さらに機械的な再成形を行わなくても縁に丸みを帯びさせるように、ガラスを軟化させるのに十分なほど高いことが好ましい。したがって、適切な形状のバイコニックレンズ４６がピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部上に容易に製造され得る。
【００４６】
本発明の動作の一態様によれば、図７Ａおよび図７Ｂに示されているように、レーザダイオードまたは他の光学デバイスによって発せられることが好ましい光信号は、バイコニックレンズ４６を通ってスペーサロッド４４の中に、およびピグテールファイバ４２の中に通過されることが好ましい。図７Ａはレンズ付き装置４０の側面図を示す顕微鏡写真であり、図７Ｂはレンズ付き装置４０の平面図を示す顕微鏡写真である。バイコニックレンズ４６の外面を画定する異なる曲線Ｃ１、Ｃ２は、図において明確に分かる。本発明のこの態様によれば、レーザダイオードまたは他の導波路から発せられる実質的に楕円形のモードフィールドは、ピグテールファイバ４２のモードフィールドに実質的に適合する円形のモードフィールドに変更されることが好ましい。
【００４７】
本発明の別の態様によれば、図７Ｃおよび図７Ｄの顕微鏡写真に示されているように、バイコニックレンズ４６の形状は、中を通過する光信号のモードフィールド形状を実質的に円対称のモードフィールドから実質的に楕円形のモードフィールドに変更してもよい。本発明のこの態様によれば、実質的に円形のモードフィールドを有する光信号は、ピグテールファイバ４２、スペーサロッド４４およびバイコニックレンズ４６を通過してもよい。図７Ｃに示される像６４は、レンズ付き装置４０の端部から実質的にバイコニックレンズ４６の面で拡大して撮影した。この位置で、像６４は、ピントがずれて円形のモードフィールドから楕円形のモードフィールドに変更し始めている。しかし、図７Ｄに示されているように、バイコニックレンズ４６から約１００．０ミクロンの距離をレンズ付き装置４０の端部から拡大して撮影した像６６は、実質的に楕円形である。したがって、示される実施形態の場合には、楕円形のモードフィールドが、光信号が結合されることになっているＳＯＡなどの部品のモードフィールドに実質的に適合するのは、約１００．０ミクロンのこの距離（像距離）である。したがって、このようなアセンブリを実装する場合には、楕円形のモードフィールドを有するＳＯＡまたは他の光学部品は、最大結合効率および最小の光学損失のために、バイコニックレンズ４６の端部から約１００．０ミクロン離れた位置に配置することが好ましい可能性がある。
【００４８】
本発明による例証的な光学アセンブリ７０が図８に示されている。図８に示される光学アセンブリ７０は、実質的にインラインモード変換光学結合用途用に構成される。光学アセンブリ７０は、基板７２と、レーザダイオードまたは他の発光体（これらに限定されるわけではない）などの光信号７６の源７４と、を有することが好ましい。光信号７６の源７４は基板７２上に支持されることが好ましく、本発明によるレンズ付き装置４０はまた、レンズ付き装置４０が源７４と通信を行うことができるように基板７２上に位置決めされることが好ましい。光源７４は、基板７２に固着されるぺディスタルまたはストッパ７８によってバイコニックレンズ４６と位置合せされることが好ましい。本発明の一態様によれば、実質的に楕円形のモードフィールドを有する光信号７６は、源７４からバイコニックレンズ４６の方向に発せられる。信号７６は、光信号７６のモードフィールドをアナモルフィック状に変更するバイコニックレンズ４６を通過する。光信号７６は、実質的に楕円形のモードフィールドから円対称のモードフィールドに変更されることが好ましく、光信号７６が実質的に円対称のモードフィールドを有するピグテールファイバ４２に効率的に結合されるように集光される。
【００４９】
必要というわけではないが、基板７２は、基板７２にエッチングまたは他の方法で形成される＜１１１＞ファセットを有するシリコンオプティカルベンチであることが好ましい場合があり、信号源７４と適切に位置合せしてレンズ付き装置４０を支持するためのＶ字型溝７９を有することが好ましい場合がある。
【００５０】
図には示されていないが、波面ができる限り似るように整合することも重要である。そうしないと、収差を生じる恐れがあり、これは、結合効率に肯定的または否定的に干渉した結果である。これまで、当業者は、ガラス自体の化学特性を実際に変更することによって、レンズ、たとえばＧＲＩＮロッドレンズの屈折率分布などのＧＲＩＮロッドレンズの特性を調整してきた。これは、きわめて時間がかかり、モードフィールド結合アセンブリの効率的な製造は困難である。本発明によれば、スペーサロッドの使用は、光信号像に対する何らかのレンズ効果、スペーサロッドのサイズおよび数、バイコニックレンズ４６を画定する湾曲した外面の形状の独立制御（ｘ平面およびｙ平面）をまったく加えなくても、光信号像を移動するように作用し、当業者は、モードフィールド結合アセンブリの大量生産に関して現実的かつ効率的であり、コスト効率もよい態様で、容易かつ効率的にこれらの波面に実質的に適合させることができる。さらに、上述の図には示されていないが、上述の原理は、光信号がピグテールファイバ、スペーサロッド、バイコニックレンズを介して指向され、次にＳＯＡまたは他の検出器／フォトダイオード（これらに限定されるわけではない）などの光導波路デバイスに結合される本発明の光学アセンブリの実施形態にも等しく適用可能である。
【００５１】
図９〜図１３を参照すると、本発明によるレンズ付き装置４０を製造するための工程の好ましい実施形態が、図式的に示されている。図９において、レンズ付き装置４０用に選択されるタイプのピグテールファイバ４２などの光導波路は、スペーサロッド材料８０の適切な長さと所望の位置合せで、マイクロポジショニングステージ（図示せず）を用いて把持および位置合せが行われる。従来のファイバ製造延伸機器および工程技術を用いてブランクから形成することが好ましいように、スペーサロッド材料８０は、適切なアスペクト比、断面積および他の材料特性などの光搬送特性を含むことが好ましい。材料は、約１２５．０ミクロンの所望の最大外形寸法を有することが好ましい。スペーサロッド材料８０は任意の適切な長さおよび断面形状であってもよいが、図９〜図１３には矩形の実施形態が示されている。スペーサロッド材料８０も同様に、ｘ、ｙおよびｚ方向に可動であるほか、互いに対して角度をなしているピグテールファイバ４２およびスペーサロッド材料８０の一方または両方と、マイクロポジショニングステージを用いて把持および位置合せが行われる。図１０に示されているように、フィラメントに基づくスプライス接続、ＣＯ２レーザ、アーク融着接続装置または他の類似の熱源（これらに限定されるわけではない）などの熱源８２の付近で、ピグテールファイバ４２およびスペーサロッド材料８０は、近くに直面するほど近接するか、または互いに接触するように移動されることが好ましい。熱が印加されると、ピグテールファイバ４２およびスペーサロッド材料８０は接触し、スプライス接続接合８４で共に融着されるまで互いに対して押し付けられる。次に、図１１に示されているように、ピグテールファイバ４２およびスペーサロッド材料８０が、スペーサロッド材料８０に沿って所望の位置または所定の位置まで後退する（または熱源８２が移動するか、または両者が移動する）。スペーサロッド材料８０が加熱され、熱源８２の対向する側にある一部が引っ張られ、延伸して、スペーサロッド材料８０を図１２に示されているように、テーパ状の端部を有する２つのセグメントにそれぞれ分離する。一方のセグメントはピグテールファイバ４２に固着されるスペーサロッド４４を形成し、残るセグメントはマイクロポジショニングステージによって保持されたままであり、一般にスペーサロッド材料８０の供給源に接続されていてもよい。残るスペーサロッド材料８０の一方のテーパ状の端部は吉舎見目が付けられて分離され、他のピグテールファイバ４２上に他のスペーサロッド４４を製造するために用いられるきれいな端面を形成する。
【００５２】
続いて、スペーサロッド４４のテーパ状の端部は、図１３に示されているように、熱源８２の最も近い位置に配置され、スペーサロッド４４のテーパ状の端部をその軟化点またはそれ以上の温度まで上昇させるのに十分な熱が、スペーサロッド４４のテーパ状の端部に印加され、それによって、スペーサロッド４４のテーパ状の端部が軟化し、十分に変形し、粘性のあるガラス材料の面張力が一般に互いに、ほぼ直角に配置される２つの異なる曲線、大曲線Ｃ１および小曲線Ｃ２によって画定される外面を有し、Ｃ１およびＣ２が光軸またはその付近で交差する丸みを帯びたバイコニックレンズ４６を形成する。その結果、バイコニックレンズ４６は、本発明のレンズ付き装置４０を形成するために、ピグテールファイバ４２に一体に固着され、離隔される。
【００５３】
上述および本発明による「テーパ切削」または「テーパ切削加工」を行う工程については、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄ  Ｌｅｎｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」という名称の２００１年３月１９日に出願された米国特許出願第０９／８１２，１０８号明細書にさらに詳細に記載される。尚、当該特許は、本願明細書に参照によって包含されるものとする。当業者は、スペーサロッド材料８０を上述の正確な長さに「テーパ切削加工」するステップは、矩形のロッドが実質的に矩形形状を維持するような条件下で行われることを認識されたい。これは、テーパ状の面を形成するためにロッド材料を引き離すことができるが、面張力が矩形のロッド材料８０を円形にするほど十分に高くないような十分に低い熱／温度を用いて、実現されることが好ましい。さらに、成形ステップに関して印加される熱量に関しても同様である。十分な料の熱は、バイコニックレンズを形成するために、「テーパ切削加工」ステップから生じる任意の縁に丸みをつけるように印加されることが好ましいが、熱／温度は、矩形のロッド４４が円形にならないような十分に低く維持される。矩形のロッドの２つの断面積の寸法は異なるため、２つの直交方向における曲率半径は異なり、本発明のバイコニックレンズ４６を生じることになる。
【００５４】
約２２．０ミクロンの曲率半径などの小さな曲率半径が必要とされるモード結合用途において、小さなモードフィールド径の源によって集光される光の部分は減少するため、結合効率が一般に低下する。これは、少なくとも部分的には、小さなモードフィールド径の源が大きな発散角度を有するという事実による。小さな曲率半径および高い発散角度によって、適切な結合効率を得るためには、短いテーパを実現し、可能な限り透明レンズのアパーチャの大部分を使用可能にすることが必要であることが多い。この目的を実現するために、図１４を参照して以下に述べるように、「マルチテーパ切削」を用いてバイコニックレンズ４６の形成を最適化することが必要である可能性がある。
【００５５】
レーザダイオード結合などの一定の結合用途において、レーザダイオードからの出力は、１．０〜２．０ミクロンほど小さくてもよく、アスペクト比は約２．０〜約５．０の範囲であってもよい。このような小さなモードフィールド径を得ると同時に、手頃なバイコニックレンズ４６の寸法を維持するために、曲率半径は小さいことが好ましい。上記で簡単に述べたように、このような特性を有するレンズ付き装置４０は、図１４に示されるような「マルチテーパ切削」などによって実現されてもよい。本発明の方法のこの好ましいマルチテーパの実施形態によれば、図９〜１１に示される最初の方法ステップは、「テーパ切削」の実施形態を参照して上述したものと実質的に同一の態様で実行される。しかし、唯一の違いは、引張ステップ中に、熱源がマイクロポジショニングステージから離れる方向に調整された態様で移動されること、すなわち上述したように静止位置を維持するのではないことである。この引張ステップ中に熱源の速度および温度を変更することによって、図１４に示されるようなマルチテーパ構成が生じる。図１２および図１３に示されるステップとは異なり、２ステップテーパ切削加工工程は、ピグテールファイバ４２から遠い方にデュアルテーパ切削スペーサロッド４４を生じるために、タングステンフィラメントに基づくスプライス接続工具などのフィラメントに基づくスプライス接続工具またはＣＯ２レーザおよびマスク（これらに限定されるわけではない）などの熱源８２の利用を採用していることを留意すべきである。図１４に示されているように、第１のテーパ切削から生じる第１の面９９Ａは、第２のテーパ切削面９９Ｂより浅い傾斜を有し、ピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部に近い。次に、マルチテーパ切削工程から生じる任意の縁に丸みをつけるために、スペーサロッド４４のマルチテーパ切削端部は、再び熱源８２などによって加熱されてもよい。上述の１テーパ切削工程とは異なり、マルチテーパ切削工程は、所望のバイコニックレンズ４６の最終的な双円錐形状により近い面をスペーサロッド４４の端部に生じる。位相面の収差を逓減し、大きな発散角の源によってよりよい結合を行うことから、バイコニックレンズの好ましい形状は双曲線形状である。
【００５６】
本発明の方法の他の実施形態において、スペーサロッド４４およびバイコニックレンズ４６は、スペーサロッド材料８０を「テーパ切削加工」するのではなく、劈開することによって形成されてもよい。劈開ステップに続いて、結果として生じるスペーサロッド４４の劈開される端部は、劈開ステップから生じるスペーサロッド４４の縁に丸みをつけるために、制御された態様で再び加熱されてもよい。さらに、スペーサロッド４４の矩形形状のために、制御された加熱によって実現される丸みは、ピグテールファイバ４２から遠いスペーサロッド４４の端部上に配置されるバイコニックレンズ４６を生じる。別法として、スペーサロッド材料８０は、劈開されたとえば研磨ホイールを利用する任意の研磨ステップを伴う砥石車による研削など、熱を用いずに成形されてもよい。一般的に言えば、スペーサロッド４４の劈開される端部を成形するために、スペーサロッド４４の劈開される端部は、支持され、一定の角度で砥石車と接触して回転される。本発明の方法の好ましい実施形態において、砥石車材料の粒のサイズは、約０．３ミクロン〜約１．０ミクロンの範囲である。しかし、スペーサロッド４４の端部にレーザマイクロマシニングを行うことによって、成形を実現することができればさらに好ましい。
【実施例】
【００５７】
ここで、本発明の上述の実施形態によるレンズ付き装置および光学アセンブリの実施例について記載する。
【００５８】
バイコニックレンズ９２を有する例証的なレンズ付き装置９０が、後述の変数を参照して図１５に概略的に示される。例証的なマルチレンズ装置は、光信号の源９４を有している。この場合には動作波長「ｗａｖ」、ｗｘ０（μｍ）のｘ方向（垂直方向）におけるモードフィールド径（ＭＦＤ）と、ｗｙ０（μｍ）のｙ方向におけるＭＦＤの信号を発することができるレーザダイオードである。源９４からのビームは、半径方向に一定の屈折率分布を有し、長さ（Ｌｃ）および屈折率（ｎｃ）を有するスペーサロッド９６上に形成される曲率半径がｘ方向において（ＲＬｘ）（μｍ）、ｙ方向において（ＲＬｙ）（μｍ）のバイコニックレンズ９２に達するまでの距離（ｘ）では、屈折率（ｎ１）の媒体（通常は空気）を伝搬する。円筒形のバイコニックレンズの前の光信号のＭＦＤはｗｘ１、ｗｙ１であり、ビームの波面の曲率半径はｒｘ１、ｒｙ１である。光信号は、バイコニックレンズによって、それぞれｗｘ２、ｗｙ２のＭＦＤ、ｒｘ２、ｒｙ２の波面の曲率半径を有するビームに変換される。薄いレンズの場合には、ｗｘ１＝ｗｘ２、ｗｙ１＝ｗｙ２であるが、ｒｘ２、ｒｙ２は一般にｒｘ１、ｒｙ１と同一ではない。次に、ビームは、長さＬｃおよび屈折率ｎｃのスペーサロッド９６の部分を通って伝搬する。この伝搬後のビーム特性は、ｗｘ３、ｗｙ３、ｒｘ３、ｒｙ３である。設計の目的は、ｗｘ３＝ｗｙ３＝ｗｓｍｆをなすことである。尚、（ｗｓｍｆ）は、標準的なシングルモードピグテールファイバ９８の円形のＭＦＤである。別の目的は、ピグテールファイバへの結合効率を最大にするために、ｒｘ３、ｒｙ３を可能な限り平坦な波面に近づける。この目的は、任意の所与の源９４およびピグテールファイバ９８に関して、バイコニックレンズ９２およびスペーサロッド９６のＺ、Ｒｘ、Ｒｙ、Ｌｃなどの設計変数を修正することによって、実現されてもよい。結合効率を妥協することなく、手頃な許容差および実際的な実装要件を実現する場合には、Ｚを相当大きくすることも目的である。
【００５９】
ビーム変換は、参照によって本願明細書に引用される参考文献において開示されたように、複素ビーム変数ｑに関してＡＢＣＤ行列手法を用いて、またはビーム伝搬技術を用いて、ガウスビームに関して算出されることができる。設計は、任意の所望のＺに関する最適な結合効率のほか、源９４およびピグテールファイバ９８の特性に関して、最適化されることが好ましい。材料特性ｎ１、ｎｃ、ｎｇ、ｎｓをある程度変更することができるが、実際の材料を考慮すると、これらの値は制限される。たとえば、ｎ１は一般に１（空気）等しく、ｎｃは値が〜１．４５μｍまたは少なくとも１．３〜１．５５μｍの波長範囲に近い主にシリカまたはドープシリカである。ｎｇ、ｎｓｍｆに関しても同様である。
【００６０】
複素ビーム変数ｑは、以下のように画定される。
【００６１】
（１／ｑ）＝（１／ｒ）−ｉ＊（ｗａｖ／（π＊ｗ２＊ｎ）
式中、ｒは波面の曲率半径であり、ｗはガウスビームのモードフィールド半径であり、ｗａｖは光の波長である。
【００６２】
入射面１００から出射面１０２までのｑの変数変換は、
ｑ２＝（Ａ＊ｑ１＋Ｂ）／（Ｃ＊ｑ１＋Ｄ）
によって与えられる。式中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ、入射面１００および出射面１０２の光線変数に関連する光線行列の要素である。
【００６３】
１）長さ
【数２】
2005519341.tif 000004
【００６４】
の自由空間伝搬に関するＡＢＣＤ行列
２）屈折率ｎ１〜ｎ（長さなし）の媒体＝
【数３】
2005519341.tif 000005
【００６５】
から来る場合
３）曲率半径
【数４】
2005519341.tif 000006
【００６６】
のレンズの場合
無限に薄いバイコニックレンズを仮定すると、特定の位置におけるレンズの幾何構成、設計変数およびＭＦＤ変数は、以下のように導出されることができる。
【００６７】
平面９９：源９４の出力：ｗａｖ、ｗｘ０、ｗｙ０：源９４の波長およびｘ方向およびｙ方向のモードフィールド
平面１００：材料屈折率（ｎ１）のＺを伝搬するが、バイコニックレンズ９２の前
ｗｘ１、ｗｙ１：平面１００におけるビームのモードフィールド径
ｒｘ１、ｒｙ１：波面の曲率半径
平面１０２：材料屈折率ｎｃを有する半径Ｒｘ、Ｒｙのバイコニックレンズ９２の直後
ｗｘ２、ｗｙ２
ｒｘ２、ｒｙ２
平面１０４：長さＬｃおよび屈折率ｎｃのスペーサロッド９６において伝搬し、ピグテールファイバ９８の直前
ｗｘ３、ｗｙ３
ｒｘ３、ｒｙ３
レンズ付き装置に関する特殊な例
叙述の手法を用いて、レーザダイオード結合用途の場合のレンズ付き装置の設計変数を算出し最適化してもよい。本発明のレンズ付き装置を組込んだ例証的な光学アセンブリの設計変数は、以下に列挙される。
【００６８】
レーザダイオード特性：波長：１．５５μｍ
ｘ方向におけるモードフィールド半径ｗ０ｘ：１．５０μｍ
ｙ方向におけるモードファイルド半径ｗ０ｘ：６．０μｍ
他の設計変数
設定１
バイコニックレンズのＸ−Ｙの曲率半径ＲＬｘ、ＲＬｙ：５μｍ；１３μｍ
コアレススペーサロッドの長さＬｃ：５０μｍおよび６５μｍ
設定２
バイコニックレンズのＸ−Ｙの曲率半径ＲＬｘ、ＲＬｙ：１０μｍ；２０μｍ
コアレススペーサロッドの長さＬｃ：９，１００μｍおよび１１０μｍ
ＳＭＦピグテールモードフィールド半径：５．２μｍ
これらの実施例におけるモデル化の結果が、図１６に示されている。これらの結果は、高い結合効率および合理的な作動距離がこのアプローチを用いて可能であることを示している。特に、作動距離の許容差は、最適作動距離も大きい方である設定２の方が良好である。
【００６９】
実施例は、例示の目的のためにのみ与えられており、用途に基づいて変化する。上記の実施例は、以下の参考文献を参照すればより明確に理解されると思われる。Ｗ・Ｌ・エムケー（Ｗ．Ｌ．Ｅｍｋｅｙ）およびＣ・ジャック（Ｃ．Ｊａｃｋ）著，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｔｅｃｈｎｎｏｌｏｇｙ−５，１９８７年９月，１１５６〜１１６４頁；Ｈ・コーゲルニック（Ｈ．Ｋｏｇｅｌｎｉｋ）著、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  １９６５年１２月４日、１５６２頁；Ｒ・キシモト（Ｒ．Ｋｉｓｈｉｍｏｔｏ）およびＭ・コヤマ（Ｍ．Ｋｏｙａｍａ）著，「Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−３０，１９８２年６月，８８２頁；Ｂ・Ｅ・Ａ・サラ（Ｂ．Ｅ．Ａ．Ｓａｌｅｈ）およびＭ・Ｃ・タイヒ（Ｍ．Ｃ．Ｔｅｉｃｈ）著，「Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ」，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．、１９９１年。それぞれ本願明細書に参照によって包含されるものとする。本発明のさらなる態様、特徴および特性は、本願と同日に出願され、本願明細書に参照によって包含されるものとする「Ｂｅａｍ  Ａｌｔｅｒｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌｅｎｓ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」という名称の同時係属中の米国特許非仮出願（これはコーニング・インコーポレイティッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）によって共通に所有される）に記載されている。
【００７０】
以上、本発明を詳細に説明したが、関連当業者には、本発明の精神を逸脱することなく、本発明を修正することができることは明白であることを明確に理解されたい。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形態、設計または構成に関する種々の変更を行うことができる。たとえば、上述の実施形態のいずれにおいても２つ以上のスペーサロッド４６を用いることができる。さらに、当業者は、本発明のレンズ付き装置４０の種々の部品／要素は、レンズ付き装置４０の種々の要素が軟化点および熱膨張係数など（これらに限定されるわけではない）の特性に対して互換性があるという条件であれば、同一の材料から製造、または具現される必要はないことを認識されたい。したがって、上述の記述は、限定するものではなく、例証的なものとして考えるべきであり、本発明の真の範囲は、特許請求の範囲に定められる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】当業界では公知のデュアルウェッジ型アナモルフィックマイクロレンズの概略図。
【図２】図１に示されるレンズの端面図。
【図３】図１に示されるレンズの線３−３に沿って切り取った断面図。
【図４Ａ】本発明による好ましいレンズ付き装置の概略的平面図。
【図４Ｂ】図４Ａに示されるレンズ付き装置の概略的側面図。
【図４Ｃ】本発明の一態様による例証的なテーパ型レンズ付き装置の概略的平面図。
【図４Ｄ】図４Ｃに示されるテーパ型レンズ付き装置の概略的側面図。
【図５Ａ】本発明のレンズ付き装置の第１の例証的な代替実施形態の断面図。
【図５Ｂ】本発明のレンズ付き装置の第２の例証的な代替実施形態の断面図。
【図５Ｃ】本発明のレンズ付き装置の第３の例証的な代替実施形態の断面図。
【図５Ｄ】本発明のレンズ付き装置の第４の例証的な代替実施形態の断面図。
【図５Ｅ】バイコニックレンズの態様を示す図５Ａに示されるスペーサロッドの概略的部分平面図。
【図５Ｆ】バイコニックレンズのさらなる態様を示す図５Ａに示されるスペーサロッドの概略的部分側面図。
【図５Ｇ】図５Ｆに示されるスペーサロッドおよびバイコニックレンズの斜視図。
【図５Ｈ】図５Ｆの線５Ｈ−５Ｈに沿って切り取ったバイコニックレンズの断面図。
【図５Ｉ】本発明のレンズ付き装置の第５の例証的な代替実施形態の概略的平面図。
【図５Ｊ】図５Ｉに示されるレンズ付き装置の概略的側面図。
【図６】本発明による楔角を形成する概略的な好ましい方法。
【図７Ａ】図４Ａに示されるスペーサロッドの部分側面図を示す顕微鏡写真。
【図７Ｂ】図４Ｂに示されるスペーサロッドの部分平面図を示す顕微鏡写真。
【図７Ｃ】レンズ面における図４Ａに示されるスペーサロッドの端部から撮影した顕微鏡写真。
【図７Ｄ】レンズ面から約１００．０ミクロンの距離で図４Ａに示されるスペーサロッドの端部から撮影した顕微鏡写真。
【図８】本発明による好ましい光学アセンブリの概略的側面図。
【図９】本発明によるレンズ付き装置の概略的な好ましい製造方法。
【図１０】本発明によるレンズ付き装置の概略的な好ましい製造方法。
【図１１】本発明によるレンズ付き装置の概略的な好ましい製造方法。
【図１２】本発明によるレンズ付き装置の概略的な好ましい製造方法。
【図１３】本発明によるレンズ付き装置の概略的な好ましい製造方法。
【図１４】本発明によるレンズ付き装置の別の概略的な好ましい製造方法。
【図１５】本発明によるレンズ付き装置に関する設計変数を決定する概略的方法。
【図１６】実施例で与えられたセットに関する結合効率対作動距離を示すグラフ。
【図１】
2005519341.tif 000007
【図２】
2005519341.tif 000008
【図３】
2005519341.tif 000009
【図４Ａ】
2005519341.tif 000010
【図４Ｂ】
2005519341.tif 000011
【図４Ｃ】
2005519341.tif 000012
【図４Ｄ】
2005519341.tif 000013
【図５Ａ】
2005519341.tif 000014
【図５Ｂ】
2005519341.tif 000015
【図５Ｃ】
2005519341.tif 000016
【図５Ｄ】
2005519341.tif 000017
【図５Ｅ】
2005519341.tif 000018
【図５Ｆ】
2005519341.tif 000019
【図５Ｇ】
2005519341.tif 000020
【図５Ｈ】
2005519341.tif 000021
【図５Ｉ】
2005519341.tif 000022
【図５Ｊ】
2005519341.tif 000023
【図７Ａ】
2005519341.tif 000024
【図７Ｂ】
2005519341.tif 000025
【図７Ｃ】
2005519341.tif 000026
【図７Ｄ】
2005519341.tif 000027
【図８】
2005519341.tif 000028
【図９】
2005519341.tif 000029
【図１０】
2005519341.tif 000030
【図１１】
2005519341.tif 000031
【図１２】
2005519341.tif 000032
【図１３】
2005519341.tif 000033
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005519341.tif 000036
【国際調査報告】
2005519341.tif 000037
2005519341.tif 000038
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