(57)【要約】  ファイバレンズは、多モードファイバおよび多モードファイバの一端に配置される屈折レンズを備える。屈折レンズは、多モードファイバからのビームを回折限界スポットに集束する。一実施形態において、屈折率分布型レンズは、多モードファイバと屈折レンズとの間に挟まれる。一実施形態において、屈折率分布型レンズおよび屈折レンズの組合せにより、極度のアナモルフィックレンズ特性を可能にする。
2007507007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多モードファイバと、
前記多モードファイバの一端に配置され、前記多モードファイバからのビームを回折限界スポットに集束するための屈折レンズと、
を備えることを特徴とするファイバレンズ。
【請求項２】
前記屈折レンズは、前記ファイバレンズの少なくとも第１の平面において双曲線形状または近似双曲線形状を有し、前記近似双曲線形状はビーム曲率を補償する補正率を有することを特徴とする請求項１に記載のファイバレンズ。
【請求項３】
前記屈折レンズは、前記第１の平面に直交する前記ファイバレンズの第２の平面において双曲線形状または近似双曲線形状を有し、前記第２の平面における双曲線形状または近似双曲線形状の曲率半径は、前記第１の平面における双曲線形状または近似双曲線形状の曲率半径とは異なることを特徴とする請求項２に記載のファイバレンズ。
【請求項４】
前記屈折レンズは、前記第１の平面に直交する前記ファイバレンズの第２の平面において双曲線形状または近似双曲線形状以外の形状を有することを特徴とする請求項２に記載のファイバレンズ。
【請求項５】
前記多モードファイバは、約１〜１０の範囲のアスペクト比を有する断面形状を有し、前記多モードファイバのコアは非円形断面形状であり、該非円形断面形状は、矩形、丸みを帯びた角を有する矩形、楕円形、凸形端面を備える矩形からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のファイバレンズ。
【請求項６】
前記多モードファイバの一端に配置される屈折率分布型レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のファイバレンズ。
【請求項７】
前記屈折レンズおよび前記屈折率分布型レンズは、アナモルフィックレンズ効果を提供することを特徴とする請求項６に記載のファイバレンズ。
【請求項８】
第１のファイバを所望の長さに切断するステップと、
前記第１のファイバの先端にウェッジを形成するステップであって、前記ウェッジが前記ファイバレンズの第１の平面に双曲線の漸近線によって画定される断面形状を有するものであるステップと、
前記ウェッジの先端を丸めて、双曲線形状を形成するステップと、
を有してなることを特徴とするファイバレンズの製造方法。
【請求項９】
前記第１のファイバは、多モードピグテールファイバ、コアレスロッドまたは屈折率分布型ファイバであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の平面に直交する前記ファイバレンズの第２の平面における前記ウェッジの断面形状は、双曲線の漸近線によって画定され、前記第１の平面に直交する前記ファイバレンズの第２の平面における前記ウェッジの断面形状は、前記第１の平面における前記ウェッジの断面形状とは異なることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
双曲線形状の曲率半径を調整して、ビーム曲率を補償する補正率を有する近似双曲線形状を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、光学部品の間で光信号を結合するための光学デバイスに関する。さらに具体的に言えば、本発明は、光学部品の間で信号を結合するためのファイバレンズおよびそのファイバレンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ、レーザダイオードおよび半導体光増幅器などの光学部品で光信号を結合するために、光通信において種々の手法が用いられている。１つの手法では、ピグテールファイバの一端に配置されるレンズを有するモノリシックデバイスであるファイバレンズを用いる必要がある。光は、レンズまたはピグテールファイバのいずれかを介してファイバレンズに入射またはファイバから出射することができる。異なるモードフィールドを有する光学部品の間で信号を効率的に結合するためには、ファイバレンズが、例えば、あるサイズから別のサイズへ、および／またはある形状から別の形状へモードフィールドを変換する機能を有することが望ましい。円形のモードフィールドを楕円形のモードフィールドにおよび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変換できるファイバレンズは、アナモルフィックと呼ばれる。ファイバレンズの別の望ましい特性は、ピグテールファイバからの光を選択された作動距離で必要なサイズおよび強度を有するスポットに集束できる機能である。そのような用途の例としては、ワイドストライプ多モードレーザダイオードから光ファイバへ、高屈折率半導体または誘電体導波路から光ファイバへなどの光信号の結合が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
広範囲の作動距離に関して小さなスポットサイズおよび必要な強度を有する集束ビームを形成することができるファイバレンズが求められている。ファイバレンズは、異なるモードフィールドおよびアスペクト比、すなわち楕円形状の光学部品間で信号の効率的な結合を可能にするために、アナモルフィックであり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、本発明は、多モードファイバと、多モードファイバの一端に配置される屈折レンズと、を備え、多モードファイバからのビームを回折限界スポットに集束するファイバレンズに関する。
【０００５】
別の態様において、本発明は、多モードファイバと、多モードファイバの一端に配置される屈折率分布型レンズと、多モードファイバから遠い屈折率分布型レンズの一端に配置される屈折レンズと、を備え、多モードファイバからのビームを回折限界スポットに集束するファイバレンズに関する。
【０００６】
さらに別の態様において、本発明は、第１のファイバを所望の長さに切断するステップと、第１のファイバの先端にウェッジを形成するステップであって、ウェッジが第１のファイバの第１の平面に双曲線の漸近線によって画定される断面形状を有するものであるステップと、ウェッジの先端を丸めて、双曲線形状を形成するステップと、を有してなるファイバレンズの製造方法に関する。一実施形態において、双曲線形状の曲率半径が調整され、ビーム曲率を補償する補正率を有する近似双曲線形状を形成する。
【０００７】
本発明のこれらをはじめとする特徴および利点は、以下の図に関連して本発明の以下の詳細な説明において、さらに詳細に説明されている。
【０００８】
本発明を図面とともに例として説明するが、これらに限定するわけではない。類似の参照符号は、類似の要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで、本発明は、添付図面に示されているように、いくつかの好ましい実施形態に関して詳細に説明される。以下の説明において、本発明の十分な理解を得るために、多数の具体的な詳細が記載される。しかし、本発明はこれらの特定の詳細の一部またはすべてがなくても実現されうることは当業者には明白であろう。他の事例において、公知のプロセスステップおよび／または特徴については、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるために詳細に記載しない。本発明の特徴および利点は、図面および以下の説明を参照すれば、より十分に理解されるであろう。
【００１０】
本発明によれば、ファイバレンズは、多モードピグテールファイバおよび屈折レンズを備え、屈折レンズの形状は双曲線または近似双曲線のいずれかである。双曲線レンズは平行ビームすなわち平面波面を有するビームを回折限界スポットに集束し、近似双曲線レンズは非平行ビームを回折限界スポットに集束する。近似双曲線レンズは、双曲線レンズおよび球面レンズの機能を組み合わせており、球面レンズ機能を用いてビーム曲率のために生じる歪みを補償する。
【００１１】
本発明の一実施形態において、図１Ａに示されているように、ファイバレンズ１００は、多モードピグテールファイバ１０４の一端に配置される屈折レンズ１０２を備える。本発明の別の実施形態において、図１Ｂに示されているように、ファイバレンズ１００はまた、屈折レンズ１０２と多モードピグテールファイバ１０４との間に挟まれる屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ１０６を備える。ファイバレンズ１００を構成する構成要素を共に溶融してモノリシックデバイスを形成することが好ましい。屈折レンズ１０２の形状およびＧＲＩＮレンズ１０６および／またはピグテールファイバ１０４の多モードパラメータの慎重な制御によって、ファイバレンズ１００は、広帯域レーザダイオードなどの源からの出力を適合させる集束スポットを生成することができ、したがって効率的な光結合を可能にする。
【００１２】
ＧＲＩＮレンズ１０６は、コア１０８を有するＧＲＩＮ多モードファイバから構成される。コア１０８は、クラッド１１０によって境界を形成してもよく、形成しなくてもよい。図面には示されていないが、ＧＲＩＮレンズ１０６には、テーパをつけてもよい。ＧＲＩＮレンズ１０６のコア１０８は、光軸から放射状にクラッド１１０に向かって減少する屈折率分布を有することが好ましい。たとえば、ＧＲＩＮレンズ１０６の屈折率分布は、放物線則または二乗則であってもよい。ＧＲＩＮレンズ１０６は、光の経路を曲げたり偏向したりする空気とレンズの境界面ではなく、レンズ媒体であることから、平面端面１０７、１０９を有する。端面１０７または１０９のいずれから見た場合も、ＧＲＩＮレンズ１０６は、円形断面形状であってもよく、対象用途に適した他の断面形状であってもよい。一実施形態において、ＧＲＩＮレンズ１０６は、１〜１０の範囲のアスペクト比を有する断面形状である。図１Ｃは、円形断面形状であり、ｘ軸およびｙ軸に沿ったＧＲＩＮ半径に応じた屈折率分布の変動を伴うＧＲＩＮレンズ１０６を示す。図１Ｄは、楕円断面形状であり、ｘ軸およびｙ軸に沿ったＧＲＩＮ半径に応じた屈折率分布の変動を伴うＧＲＩＮレンズ１０６を示す。
【００１３】
図１Ｂに戻ると、ＧＲＩＮレンズ１０６の長さが１／４ピッチである場合には、ＧＲＩＮレンズ１０６の端面１０７におけるビームは、平面波面を有することになる。他方、ＧＲＩＮレンズ１０６の長さが１／４ピッチより短いかまたは長い場合には、ＧＲＩＮレンズ１０６の端面１０７におけるビームはそれぞれ発散または収束することになる。１／４ピッチＱに関する公式は、
【数１】
2007507007.tif 000003
【００１４】
（１ａ）
で与えられる。式中、
【数２】
2007507007.tif 000004
【００１５】
（１ｂ）
であり、Ｌはピッチであり、ｎ１はＧＲＩＮレンズのコアの屈折率であり、ｎ２はＧＲＩＮレンズのクラッドの屈折率であり、ΔはＧＲＩＮレンズのコアとクラッドとの間の屈折率差である。
【００１６】
ＧＲＩＮレンズ１０６は、必要な寸法および屈折率差および分布を有するＧＲＩＮブランク（図示せず）から延伸されてもよい。ＧＲＩＮレンズのコア直径の範囲は約５０〜５００μｍの範囲であり、外径が約６０〜１，０００μｍの範囲であることが好ましい。相対的な屈折率差の値は、光通信システムに用いられるファイバへの融着に適合する高シリカ組成物では約０．５〜３％の範囲であることが好ましい。本発明によれば、ＧＲＩＮレンズ１０６の長さは、１／４ピッチまたは１／４ピッチに近い値にで設計されてもよく、または必要に応じて１／４ピッチとは異なることもありうる。本発明によれば、同一の屈折率分布を有する複数のＧＲＩＮレンズは、同一のブランクから延伸されてもよい。ブランクの屈折率分布を変更する必要がないため、ブランク製造プロセスおよびＧＲＩＮレンズ製造プロセスを簡素化してもよい。したがって、異なるモード変換用途に同一のブランクを用いることができる。異なる用途のために、ブランクを異なる外径に再延伸してもよく、結果として生じるＧＲＩＮレンズを異なる長さに切断または劈開して、異なる用途の要件を満たしてもよい。この手法は、製造コストを削減する。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、屈折レンズ１０２はコア１１６を有する光ファイバから構成され、コア１１６はクラッド１１８によって包囲されても包囲されなくてもよい。理想的には、屈折レンズコア１１６は均一な屈折率であるが、ＧＲＩＮレンズ１０６（図１Ｂの場合）または多モードピグテールファイバ１０４（図１Ａの場合）の端部に直接、屈折レンズ１０２を形成することがさらに好都合であると考えられ、そのような場合には屈折レンズコア１１６は不均一な屈折率であってもよい。屈折レンズ１０２は、平面の端面１０１および曲面１０３を有する。一実施形態において、ファイバレンズの少なくとも１つの平面では、曲面１０３は双曲線形状を有し、この双曲線形状は以下のように表すことができる。
【数３】
2007507007.tif 000005
【００１８】
（２ａ）
図１Ｅは、上記の式の幾何的な説明である。双曲線屈折レンズ１０２は、ｕ−ｖ座標系にある双曲線の枝であり、双曲線の枝の頂点は（ａ，０）でｕ軸上にある。双曲線の枝の焦点は（ｃ，０）である。ｃは以下の式で与えられる。
【数４】
2007507007.tif 000006
【００１９】
（２ｂ）
双曲線の枝は、２つの漸近線の中に含まれ、以下の式で与えられる。
【００２０】
ｂｕ±ａｖ＝０                  （２ｃ）
漸近線の傾きは、＋ｂ／ａおよび−ｂ／ａである。漸近線は原点（０，０）で交差し、頂角αを有するウェッジを形成する。頂角αは以下の式で与えられる。
【００２１】
α＝２ｔａｎ−１（ｂ／ａ）        （２ｄ）
エドワーズ（Ｅｄｗａｒｄｓ）らによれば、入射球面波を平面波に正確に変換する理想的な双曲線形状の場合には、上記の式（２ａ）〜（２ｄ）の項ａおよびｂは以下の式で与えられる。
【数５】
2007507007.tif 000007
【００２２】
（３ａ）
および
【数６】
2007507007.tif 000008
【００２３】
（３ｂ）
式中、ｎ１は双曲線レンズのコアの屈折率であり、ｎ２は双曲線レンズのコアを包囲する媒体の屈折率であり、ｒ２は双曲線レンズの先端の曲率半径である。（エドワーズ・クリストファー・Ａ．（Ｅｄｗａｒｄｓ，Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ａ．）、プレスビー・ハーマン・Ｍ．（Ｐｒｅｓｂｙ，Ｈｅｒｍａｎ  Ｍ．）およびドラゴーネ・コラード（Ｄｒａｇｏｎｅ，Ｃｏｒｒａｄｏ）著、「Ｉｄｅａｌ  Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒ  ｔｏ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ」、『Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ』、Ｖｏｌ  １１，Ｎｏ．２，（１９９３）：２５２）。この双曲線の分布によって、図１Ｅに示される平面（１）および（２）でモードフィールド半径が等しく、平面（２）の曲率半径は無限大である。すなわち平面（２）のビーム波面は平面である。
【００２４】
図１Ｂに戻ると、上述の理想的な双曲線では、ＧＲＩＮレンズ１０６の長さが１／４ピッチである場合には、双曲線屈折レンズ１０２は、多モードピグテールファイバ１０４からのビームを回折限界スポットに集束する。ＧＲＩＮレンズ１０６の長さが１／４ピッチでない場合には、双曲線屈折レンズ１０２はすべての光線をスポットで等しくすることができないことから、ビームを回折限界スポットに集束することはない。本発明の別の実施形態によれば、ＧＲＩＮレンズ１０６の長さが１／４ピッチでない場合には、近似双曲線屈折レンズを用いて、回折限界スポットを形成する。近似双曲線屈折レンズでは、屈折レンズ１０２の曲面１０３は、双曲線分布ではなく、近似双曲線分布を有する。近似双曲線レンズは、双曲線レンズおよび球面レンズの機能を組合せて、残るビーム曲率を小さくする。
【００２５】
近似双曲線レンズ分布は、ビーム曲率を補償するために双曲線分布に対して行う必要がある光路長および物理的経路長の変化を計算することによって、かなりの精度で決定することができる。図２Ａは、ＧＲＩＮレンズ長さが１／４ピッチまたは１／４ピッチに近い値である場合に形成される平面ビーム波面２００と、ＧＲＩＮレンズ長さが１／４ピッチより短い場合に形成される発散ビーム波面２０２を示す。平面ビーム波面２００の光路長に比べると、発散ビーム波面２０２の光路長は、光軸２０４から離れると小さくなる。光路長差Ｌｏｐｔ（ｒ）は、光軸２０４からの半径方向の距離に応じて、公式
Ｌｏｐｔ（ｒ）＝Ｒ（１−ｃｏｓφ）      （４ａ）
を用いて計算することができる。式中、
φ＝ｓｉｎ−１（ｒ／Ｒ）              （４ｂ）
である。物理的経路長の差Ｌｐ（ｒ）は、以下のように与えられる。
【数７】
2007507007.tif 000009
【００２６】
（４ｃ）
式中、ｎはレンズ材料の屈折率である。
【００２７】
１／４ピッチより長いＧＲＩＮレンズ長さ、すなわち収束ビーム波面の場合の光路長差は、上記に示したものと類似の式を用いて計算することができる。図２Ｂは、発散ビーム波面を回折限界スポットに集束することができる近似双曲線形状２０８を実現するために、双曲線形状２０６に対して行われる変化の概略図を示す。式（４ａ）〜（４ｃ）のみが近似双曲線形状を決定する１つの可能な方法を提供することを留意すべきである。レンズ設計モデルを用いて、さらに正確な近似双曲線レンズ形状を決定することができる。
【００２８】
屈折レンズ１０２の形状は、２つの曲線、たとえば図１Ｆの曲線Ｃ１および図１Ｇの曲線Ｃ２によって画定されてもよい。曲線Ｃ１はｙ平面で形成され、曲線Ｃ２はｘ平面で形成される。曲線Ｃ１およびＣ２は、実質的に互いに直交しており、ファイバレンズ１００の光軸またはその付近で交差することが好ましい。図１Ｆおよび図１Ｇにおいて、曲線Ｃ１およびＣ２は、同一の双曲線形状または近似双曲線形状および曲率半径を有し、いずれも双曲面または近似双曲面を画定する。しかし、本発明は、同一の形状および曲率半径を有する曲線Ｃ１およびＣ２によって画定される屈折レンズ１０２に限定されるわけではない。一般に、曲線Ｃ１およびＣ２の少なくとも１つは、双曲線形状または近似双曲線形状である必要があるが、他の曲線は、双曲線形状または近似双曲線形状、または円形または平坦な形状などの他の形状であってもよい。図１Ｈは、曲線Ｃ２が図１Ｆの曲線Ｃ１とは異なる形状および曲率半径を有する実施例を示す。曲線Ｃ１およびＣ２の曲率および形状の差と、これらの曲線の互いに対して実質的に直交する構成により、アナモルフィックレンズ効果を提供する。屈折レンズ１０２の曲線Ｃ１およびＣ２の曲率および形状を制御することによって、屈折レンズ１０２を通過する光信号モードフィールドの形状を制御してもよい。
【００２９】
図１Ｂに戻ると、多モードピグテールファイバ１０４は、クラッド１１４によって画定されるコア１１２を有する。一実施形態において、多モードピグテールファイバ１０４の特性は、ＧＲＩＮレンズ１０６の特性とは異なる。一般に、多モードピグテールファイバ１０４は、そのコア直径、形状および／または屈折率分布においてＧＲＩＮレンズ１０６と異なる。ＧＲＩＮレンズ１０６に比べて、多モードピグテールファイバ１０４は、コア直径およびコアとクラッドとの間の相対的な屈折率差が小さくてもよい。さらに、多モードピグテールファイバ１０４の屈折率分布は、屈折率分布型、ステップインデックス型または他の適切な分布であってもよい。多モードピグテールファイバ１０４の全体的な直径は、ＧＲＩＮレンズ１０６の全体的な直径より小さくてもよく、実質的に同一であってもよい。また、多モードピグテールファイバ１０４は、テーパをつけてもよい。
【００３０】
ファイバレンズの用途の一つは、ピグテールファイバからの光を光学デバイスに、または光学デバイスからの光をピグテールファイバに結合することである。図１Ｉは、ファイバレンズ１００がワイドストライプ多モードレーザダイオード１１６からピグテールファイバ１０４に光を結合する場合の実施例を示す。光学デバイス、たとえばレーザダイオード１１６と多モードピグテールファイバ１０４との間で結合することができるモードは複数あるため、１つの設計要件は、ファイバレンズ１００の作動距離が屈折レンズ１０２の双曲線形状または近似双曲線形状によって決定されることである。別の設計要件は、ＧＲＩＮレンズ１０６のコア１０８の直径が屈折レンズ１０２の先端におけるモードフィールドのサイズ以上であることである。
【００３１】
ＧＲＩＮレンズ１０６および屈折レンズ１０２の組合せにより、極度のアナモルフィック、たとえば円形ビームから高度の楕円形形状または楕円形ビームから円形形状を生成することができる。放射領域が１×１００μｍなどの寸法を有する多モード広帯域レーザダイオードと結合する場合に、これは大きな利点である。屈折レンズ１０２およびＧＲＩＮレンズ１０６の組合せはまた、組合せレンズのｘ方向およびｙ方向の焦点距離を独立に変化させることができ、ひいてはレンズのｘ軸およびｙ軸に沿って独立な拡大／縮小を可能にする。ファイバレンズ１００は、ウェッジ研磨型多モードピグテールファイバに比べて、より長い作動距離を提供する。図１Ｉにおいて、作動距離ＷＤは、結合効率が最大である場合のレーザダイオード１１６とファイバレンズ１００の先端の距離である。
【００３２】
端部から見た場合、多モードピグテールファイバ１０４のコア１１２およびクラッド１１４の形状は、円形であってもよく、対象用途に適した別の形状であってもよい。たとえば、高出力ポンプ用途および他の高出力医療用途の場合には、効率的な結合を実現するために、ポンプレーザダイオードのアスペクト比を適合させるように多モードピグテールファイバ１０４のコア形状を設計することが好都合である。
【００３３】
図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の実施形態による種々の多モードピグテールファイバ断面を示す。図３Ａにおいて、多モードピグテールファイバ３０４のコア３００およびクラッド３０２は、矩形断面を有する。図３Ｂにおいて、多モードピグテールファイバ３１０のコア３０６およびクラッド３０８は、楕円形断面を有する。図３Ｃにおいて、多モードピグテールファイバ３１６のコア３１２およびクラッド３１４は、凸形端面を備える矩形断面を有する。図３Ｄにおいて、モードピグテールファイバ３２２のコア３１８およびクラッド３２０は、丸みを帯びた角を備えた矩形断面を有する。図３Ａ〜図３Ｄに示される断面形状は、アスペクト比が大きく、高出力レーザ用途のために結合効率および結束効率が最適化される。一実施形態において、アスペクト比、すなわちコア形状の楕円率は、１〜１０の範囲にある。
【００３４】
図３Ａ〜図３Ｄのコア形状は、多モード広帯域レーザダイオード（ＢＡＬＤ）および他の高アスペクト比のデバイスに結合するときに、大きな利点を提供する。ＧＲＩＮレンズ）図１Ｂの１０６）および屈折レンズ（図１Ｂの１０２）の組合せは、ｘ方向およびｙ方向の焦点距離および縮小の独立した設計を可能にするため、レーザダイオードのきわめて小さな垂直寸法の像を最適化された多モードピグテールファイバのｙ寸法に適合するより大きな値まで拡大することが可能である。この拡大はまた、多モードピグテールファイバに当たるビームの発散角度および開口数も減少させる。したがって、多モードピグテールファイバの開口数は、レーザダイオードの垂直開口数よりはるかに小さくてもよい。たとえば、垂直方向において５〜１０倍に像を拡大することができる。ｘ方向または水平方向では、像は縮小される。したがって、たとえば、レーザダイオードからの１２０μｍの水平ストライプを多モードピグテールファイバの１００μｍのコアに撮像することができる。これは、ピグテールの断面積および開口数の最適な使用をレーザダイオードの断面積および開口数に適合させることができる。プロセスおよび外部汚染物による損失に合わせられる最小のクラッド寸法はまた、ピグテールの断面積の使用も最適化する。
【００３５】
図３Ａ〜図３Ｄに示されているような断面を有する多モードピグテールファイバは、個別のファイバレンズの結合効率に著しい影響を与えることなく効果的に結束されることができる。たとえば、図４Ａは、図３Ｃに示される断面と類似の断面を有するピグテールファイバ４００の結束を示す。比較のために、図４Ｂは、標準的な円形断面を有するピグテールファイバ４０２の結束を示す。図４Ａにおけるピグテールファイバ４００のコアの水平寸法は、図４Ｂにおけるピグテールファイバ４０２のコアの水平寸法と同一である。しかし、図４Ａにおけるピグテールファイバ４００の形状およびより小さい垂直寸法はピグテールファイバ間の無駄な空間を削減することから、図４Ａにおけるピグテールファイバ４００の結束効率は、図４Ｂにおけるピグテールファイバ４０２の結束効率よりよい。
【００３６】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の実施形態によるピグテールファイバの製造プロセスを示す。図５Ａにおいて、プロセスは、必要な寸法および屈折率差および分布を有するコアブランク５００から始まる。このコアブランク５００は、外側蒸着プロセスなどの標準的なブランク製造技術を用いて製造されることができる。図５Ｂにおいて、コアブランク５００は、必要な形状に研削し研磨することによって形成される。この実施例において、コアブランク５００は、図３Ｃに示される断面に形成される。一般に、コアブランク５００は、図３Ａ〜図３Ｄに示される断面のいずれかまたは他の適切な形状に形成されうる。次に、コアブランク５００は、研削ステップおよび研磨ステップ中に持ち込まれる汚染物を除去するために洗浄される。そのようなプロセスとしては、アルコールを用いた通常の洗浄が挙げられるが、酸エッチングおよび熱研磨などであってもよい。図５Ｃにおいて、コアブランク５００は、たとえば、外側蒸着プロセスを用いて適切なクラッド層５０２でオーバクラッドしてもよい。クラッド層５０２を有するコアブランク５００を今度は延伸してピグテールファイバを形成することができる。延伸作業中、ブランクの形状を維持するために、延伸温度を慎重に制御すべきである。ブランク製造プロセスにおける標準的なプロセスであることから、ステップのいくつかについては本願明細書に詳細に示さないことを留意すべきである。
【００３７】
プログラム可能な特徴を有するバイトラン２０００（Ｖｙｔｒａｎ  ２０００）接続装置などの融着接続装置または類似の制御パラメータを有する他の熱源を用いて、ファイバレンズ１００を製造することができる。別の熱源の一例は、ＣＯ２レーザである。製造には、ピグテールファイバとＧＲＩＮファイバのストリッピング、洗浄および劈開並びにファイバの接続装置への装着が必要でする。劈開角は、仕様の範囲内であることが好ましい。図６Ａに示されているように、ピグテールファイバ６００およびＧＲＩＮファイバ６０２は、たとえば、接続装置（図示せず）の中で整列される。図６Ｂにおいて、ピグテールファイバ６００は、ＧＲＩＮファイバ６０２に接続される。ピグテールファイバ６００およびＧＲＩＮファイバ６０２は次に、熱研磨される。必要に応じて、接続接合部６０３がまっすぐであること、すなわちピグテールファイバ６００およびＧＲＩＮファイバ６０２の光軸が一致することを確実にするために、熱および張力がＧＲＩＮファイバおよびピグテールファイバに適用される。このステップは、ピグテール６００とＧＲＩＮファイバ６０２との間の位置ずれを除去し、ファイバレンズの指す角度をゼロに近づけるために、重要である。図６Ｃにおいて、ＧＲＩＮファイバ６０２は、適切な長さにテーパをつけて切断または劈開される。図６Ｄにおいて、ＧＲＩＮファイバ６０２の先端でわずかに凸形状６０４にするために、予備溶融ステップが用いられる。凸形状により、ＧＲＩＮファイバ６０２の先端が屈折レンズに形成されるとき、水平方向において、均一な形状特性および半径特性にするのに役立ち得る。
【００３８】
図６Ｅにおいて、ＧＲＩＮファイバ６０２の先端は、研磨またはミクロ機械加工されて、所望の双曲線分布の漸近線によって画定される頂角を有するウェッジ６０６となる。図６Ｆにおいて、双曲線形状または近似双曲線形状６０８を含む屈折レンズ形状を得るために、ウェッジ６０６は次に再溶融される。再溶融ステップは、ウェッジ６０６を丸くする。研磨および再溶融のプロセスは、反復される。製法構築における変数としては、ピグテール６００およびＧＲＩＮファイバ６０２を保持するステージの移動、加熱するフィラメント源、フィラメントに供給される電流、加熱持続時間などが挙げられる。これらの変数を用いて、製法は、ＧＲＩＮファイバ６０２の先端形状が必要な形状に近づくように構築される。このプロセスを特徴付けるために用いられる診断法は、レンズ先端形状の幾何的な特徴付けのほか、出力の遠視野分散を含む。必要に応じて、必要な発散角度および強度分散および作動距離を実現するために、レンズ先端の再溶融もまた行われる。
【００３９】
ＧＲＩＮファイバの先端に屈折レンズを形成するのではなく、屈折レンズを個別に形成して、次に屈折レンズをＧＲＩＮファイバに接着することも可能である。また、均一な屈折率を有するファイバまたはコアレスロッドをＧＲＩＮファイバに接続し、次に、ファイバまたはロッドを屈折レンズに成形することも可能である。ピグテールファイバにＧＲＩＮファイバを融着するのではなく、ピグテールファイバの一端を屈折レンズに成形してもよく、個別に形成された屈折レンズをピグテールファイバまたは均一な屈折率を有するファイバに接着してもよく、コアレスロッドをピグテールファイバに接続して、屈折レンズに成形してもよい。
【００４０】
本発明は複数の好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、代替物、置換物および等価物が存在する。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内に包含されるそのような代替物、置換物および等価物を網羅するものと解釈するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるファイバレンズの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態によるファイバレンズの概略図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態によるＧＲＩＮレンズの断面図である。
【図１Ｄ】本発明の別の実施形態によるＧＲＩＮレンズの断面図である。
【図１Ｅ】双曲線レンズの幾何的な説明である。
【図１Ｆ】本発明の実施形態によるファイバレンズの側面図である。
【図１Ｇ】本発明の一実施形態による図１Ｆのファイバレンズの平面図である。
【図１Ｈ】本発明の別の実施形態による図１Ｆのファイバレンズの平面図である。
【図１Ｉ】ワイドストライプレーザダイオードからの光を結合するためのファイバレンズ適用の実施例である。
【図２Ａ】平面ビーム波面および発散ビーム波面の幾何的な説明である。
【図２Ｂ】近似双曲線レンズを形成するために双曲線形状に対して行われる変化の概略図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは本発明の実施形態による多モードピグテールに関するコアおよびクラッドの種々の形状を示す。
【図４Ａ】図３Ｃに示される断面を有するピグテールファイバの結束を示す。
【図４Ｂ】円形断面を有するピグテールファイバの結束を示す。
【図５】図５Ａ〜５Ｃは本発明の実施形態によるピグテールファイバの製造プロセスを示す。
【図６】図６Ａ〜６Ｆは本発明の実施形態によるファイバレンズの製造プロセスを示す。
【図１Ａ】
2007507007.tif 000010
【図１Ｂ】
2007507007.tif 000011
【図１Ｃ】
2007507007.tif 000012
【図１Ｄ】
2007507007.tif 000013
【図１Ｅ】
2007507007.tif 000014
【図１Ｆ】
2007507007.tif 000015
【図１Ｇ】
2007507007.tif 000016
【図１Ｈ】
2007507007.tif 000017
【図１Ｉ】
2007507007.tif 000018
【図２Ａ】
2007507007.tif 000019
【図２Ｂ】
2007507007.tif 000020
【図３Ａ】
2007507007.tif 000021
【図３Ｂ】
2007507007.tif 000022
【図３Ｃ】
2007507007.tif 000023
【図３Ｄ】
2007507007.tif 000024
【図４Ａ】
2007507007.tif 000025
【図４Ｂ】
2007507007.tif 000026
【図５Ａ】
2007507007.tif 000027
【図５Ｂ】
2007507007.tif 000028
【図５Ｃ】
2007507007.tif 000029
【図６Ａ】
2007507007.tif 000030
【図６Ｂ】
2007507007.tif 000031
【図６Ｃ】
2007507007.tif 000032
【図６Ｄ】
2007507007.tif 000033
【図６Ｅ】
2007507007.tif 000034
【図６Ｆ】
2007507007.tif 000035
【国際調査報告】
2007507007.tif 000036
2007507007.tif 000037
2007507007.tif 000038