(57)【要約】【課題】ＳＭＦのＭＦＤを大きく向上させ、ギャップ長を拡大可能な基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いたファイバ型コリメータを提供する。【解決手段】単一モード光ファイバのＭＦＤを、ＧＩＦ１  によりＧＩＦ２  ３１の基本モードのＭＦＤ３３に拡大・一致させて前記ＧＩＦ２  ３１に照射し、前記ＧＩＦ２  ３１の基本モードのみを伝搬させるファイバ型コリメータにおいて、前記ＧＩＦ２  ３１の先端凸面３４をギャップ３５を介して対向させた先端凸面構造を備え、基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いてギャップ長を増大させると共に、回折損失を低減する。【選択図】    図２
2004325618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一モード光ファイバのＭＦＤを、ＧＩＦ１  によりＧＩＦ２  の基本モードのＭＦＤに拡大・一致させて前記ＧＩＦ２  に照射し、前記ＧＩＦ２  の基本モードのみを伝搬させるファイバ型コリメータにおいて、
光ファイバの先端凸面をギャップを介して対向させた先端凸面構造を備え、基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いてギャップ長を増大させると共に、回折損失を低減することを特徴とするファイバ型コリメータ。
【請求項２】
請求項１記載のファイバ型コリメータにおいて、前記ギャップの半幅をｄ、ギャップ中央のビームウェストでのスポット半径をｗｓ０、ＧＩＦ２  先端でのスポット半径をｗｓ１とすると、
ｄ＝√｛〔（ｗｓ０２  π２  ）／λ２  〕・（ｗｓ１２  −ｗｓ０２  ）｝
であるファイバ型コリメータ。
【請求項３】
請求項１記載のファイバ型コリメータにおいて、前記ＧＩＦ１  の基本モードのＭＦＤを２６μｍ、前記ＧＩＦ２  の基本モードのＭＦＤを６０μｍとなし、前記ＧＩＦ２  をビームがほぼ一定の大きさで約５０ｃｍ伝搬可能にすることを特徴とするファイバ型コリメータ。
【請求項４】
請求項１記載のファイバ型コリメータにおいて、前記ギャップ中に光機能素子を挿入することを特徴とするファイバ型コリメータ。
【請求項５】
請求項４記載のファイバ型コリメータにおいて、前記光機能素子が光通信用バルク素子であることを特徴とするファイバ型コリメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ型コリメータに係り、特に、基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いたファイバ型コリメータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者らは先に、ＧＩＦ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ  Ｆｉｂｅｒ）の基本モードのみを伝搬させるようにしたファイバ型コリメータの提案・試作を行った（下記非特許文献［１］）。
【０００３】
図８はかかる従来のファイバ型コリメータの構成図である。
【０００４】
この図において、１は単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）、２はＧＩＦ１  、３はＧＩＦ２  である。
【０００５】
例えば、ＳＭＦ１の端面に１／４ピッチ長のＧＩＦを接続し、その１／４ピッチ長のＧＩＦの先端に基本モードのスポット径が大きなＧＩＦを接続する。それぞれのＧＩＦをＧＩＦ１  ２及びＧＩＦ２  ３とする。ＧＩＦ１  ２はＳＭＦ１のスポット径を拡大してＧＩＦ２  ３の基本モードのみを励振する働きを持つ。ＧＩＦ２  ３の基本モードのスポット半径ｗは、ＧＩＦ２  ３の構造パラメータを用いて、次式で表される（下記非特許文献［２］）。
【０００６】
ｗ＝√〔（λ／πｎ）・Ａｇ  〕
ここで、λは光源の波長、ｎはファイバの屈折率であり、Ａｇ  はファイバのコア半径をａ、比屈折率差をΔとすれば、ａ／√（２Δ）として表されるパラメータであり、この逆数は収束係数と呼ばれる。従って、大きなＡｇ  を持つＧＩＦを用いれば、基本モードのスポット径を大きくすることができる。ＧＩＦ２  ３中でのモード変換が無視できる程度であれば、ファイバ中を基本モードのみ伝搬させることができ、ファイバの任意の位置で常に一定、かつ大きなスポット径を得ることができる。
【０００７】
また、Ｓｔｅｐ  Ｉｎｄｅｘ型ファイバを用いた構成でも同様の効果が得られる（下記非特許文献［３］）が、モード間結合を抑止する上ではＧＩＦの方が優れている。
【０００８】
図９は図８に示した従来のファイバ型コリメータの使用例を示す図であり、インライン型光デバイスへの応用例を示している。
【０００９】
この図において、１１は単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）、１２はＧＩＦ１  、１３はＧＩＦ２  、１４は光機能素子である。
【００１０】
図９に示すように、対になったＧＩＦ１  １２，ＧＩＦ２  １３の基本モードのみを伝搬させるようにした光ファイバの途中に光機能素子１４を設けるようにすることができる。
【００１１】
したがって、光アイソレータ等のインライン型光デバイス（下記非特許文献［４］）に加え、ＭＥＭＳ光スイッチへの応用が考えられる。
【００１２】
かかる方式では、ファイバの任意の位置で一定かつ大きなビーム径が得られるため、入出力側での煩雑な軸調整が不要となる。
【００１３】
【非特許文献１】
小倉、田村、白石、信学技報，ＯＦＴ  ２００２−７．
【非特許文献２】
Ｋ．Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ，Ａ．Ｏｇｕｒａ，ａｎｄ  Ｋ．Ｍａｔｓｕｕｒａ，“Ｓｐｏｔｓｉｚｅ  ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｂｙ  ｕｓｅ  ｏｆ  ａ  ＧＩ−ｆｉｂｅｒ  ｔｉｐ  ｗｉｔｈ  ａ  ｈｉｇｈ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ，”Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０，ｐｐ．１７５７−１７５９，１９９８．
【非特許文献３】
Ｐ．Ｃｈａｎｃｌｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０，８３６（２００２）．
【非特許文献４】
Ｔ．Ｓａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，９，９４３（１９９７）．
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の縦続接続型界分布変換素子では、ギャップ部分を広くできず、かつギャップ部分での回折により波面が凸になり、出射側ファイバ中でビーム径が変動するなどの問題があった。
【００１５】
本発明は、上記状況に鑑み、ＳＭＦのＭＦＤ（Ｍｏｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ）を大きく向上させ、ギャップ長を拡大可能な基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いたファイバ型コリメータを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕単一モード光ファイバのＭＦＤを、ＧＩＦ１  によりＧＩＦ２  の基本モードのＭＦＤに拡大・一致させて前記ＧＩＦ２  に照射し、前記ＧＩＦ２  の基本モードのみを伝搬させるファイバ型コリメータにおいて、光ファイバの先端凸面をギャップを介して対向させた先端凸面構造を備え、基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いてギャップ長を増大させると共に、回折損失を低減することを特徴とする。
【００１７】
〔２〕上記〔１〕記載のファイバ型コリメータにおいて、前記ギャップの半幅をｄ、ギャップ中央のビームウェストでのスポット半径をｗｓ０、ＧＩＦ２  先端でのスポット半径をｗｓ１とすると、
ｄ＝√｛〔（ｗｓ０２  π２  ）／λ２  〕・（ｗｓ１２  −ｗｓ０２  ）｝
である。
【００１８】
〔３〕上記〔１〕記載のファイバ型コリメータにおいて、前記ＧＩＦ１  の基本モードのＭＦＤを２６μｍ、前記ＧＩＦ２  の基本モードのＭＦＤを６０μｍとなし、前記ＧＩＦ２  をビームがほぼ一定の大きさで約５０ｃｍ伝搬可能にすることを特徴とする。
【００１９】
〔４〕上記〔１〕記載のファイバ型コリメータにおいて、前記ギャップ中に光機能素子を挿入することを特徴とする。
【００２０】
〔５〕上記〔４〕記載のファイバ型コリメータにおいて、前記光機能素子が光通信用バルク素子であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施例を示す先端凸面構造ファイバ型コリメータの構成図である。
【００２３】
この図において、２１は単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）、２２はＧＩＦ１  、２３はＧＩＦ２  、２４は光機能素子である。
【００２４】
ここでは、ＳＭＦ２１のＭＦＤをＧＩＦ１  ２２によりＧＩＦ２  ２３の基本モードのＭＦＤに拡大・一致させ、ＧＩＦ２  ２３に照射し、ＧＩＦ２  ２３の基本モードのみを伝搬させる。例えは、ＧＩＦ２  ２３で約６０μｍのＭＦＤが得られた場合、入出力側コリメータ間のギャップを１ｍｍ、ギャップ中を満たす媒質の屈折率を２．４とした場合、回折損失は０．０６ｄＢと低い値となる。ここで、ＧＩＦ２  ２３の基本モードのスポット半径ｗｆ  は、光源の波長λ、ＧＩＦ２  ２３のコア中心屈折率ｎ０  及び収束の度合いを表すパラメータＡｇ  ＝ａ／√（２Δ）〔但し、Δは比屈折率差、ａはコア半径〕を用いて、
ｗｆ  ＝√〔（λＡｇ  ／ｎ０  π）〕
と表される。
【００２５】
以下、本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータの特性について詳細に説明する。
【００２６】
図２は本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータの要部拡大構成図、図３はその先端凸面構造ファイバ型コリメータのｗｓ０−ｄ特性図、図４はその先端凸面構造ファイバ型コリメータのギャップ半幅ｄに対するファイバ先端凸面の曲率半径Ｒの特性図である。
【００２７】
図２において、３１はＧＩＦ２  、３３はＭＦＤ、３４は光ファイバの先端凸面（半球面または双曲面）、３５はギャップＧ、３６はギャップＧ中央のビームウェスト、Ｒは光ファイバの先端凸面３４の曲率半径、ｄはギャップＧの半幅、ｗｓ０はギャップ中央のビームウェスト３６でのスポット半径、ｗｓ１はＧＩＦ２  ３１先端でのスポット半径とすると、２ｗｓ１はＭＦＤ３３に等しい。なお、ファイバの屈折率をｎ、光源の波長をλとすると、
2004325618.tif 000003
上記（１）式において、変数はｗｓ０，ｄであるため、ｗｓ０を変化させて、図３に示すようなｗｓ０−ｄ特性図を得る。なお、ここではファイバの屈折率ｎは１．４５としている。
【００２８】
図３、図４から明らかなように、光ファイバの先端凸面３４の曲率半径Ｒを９００μｍ位にするとギャップの半幅ｄを大きくすることができるので望ましい（Ｒが変化してもｄの変化はほとんどない）。
【００２９】
また、ｗｓ０に着目した時には、特にｗに制限がなければ、Ｒ≒７００μｍ、ｄ≒９００μｍ，２ｗｓ０＝４４μｍが望ましい条件である。
【００３０】
ギャップＧは空気中でも２ｄ＝１．８ｍｍが確保できるので、ほとんどの光通信用バルク素子を挿入することができる。
【００３１】
また、上記（１）式からｄが求まるので、上記（２）式から図３に示すｗｓ０−Ｒ特性図を得ることができる。
【００３２】
上記（１）式をｗｓ０について整理すると、
2004325618.tif 000004
この式が、ＭＦＤ３３（＝２ｗｓ１）をパラメータとしたときのｄに対するＲの特性を示す。
【００３３】
このときの条件は、次式となる。
【００３４】
2004325618.tif 000005
上記（５）式にｗｓ１（ＭＦＤ／２）＝３０μｍ，λ＝１．５５μｍを代入すると、
ｄ＜９１２．１（μｍ）を得ることができる。
【００３５】
図５は本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータのギャップＧに対するスポット半径ｗの特性図であり、ここでは、ファイバ先端凸面の曲率半径Ｒを８２０μｍ、ファイバの屈折率ｎは１．４５としている。
【００３６】
ここで、図１に示した実施例に用いたＧＩＦ１  とＧＩＦ２  の構造パラメータを表１に示す。
【００３７】
【表１】
2004325618.tif 000006
【００３８】
光源（図示なし）には波長１５５０ｎｍのＬＤ（レーザーダイオード）を用い、ＳＭＦ２１から出射されたＭＦＤが１０．４μｍのビームをＧＩＦ１  ２２により５３．６μｍに拡大し、ＧＩＦ２  ２３へ出射させた。ＧＩＦ２  ２３の長さを５０ｃｍまで変化させた場合について、ＧＩＦ２  ２３出射端面のＮＦＰ測定を行った。
【００３９】
図６は本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータでのＧＩＦ２  の各点での出射界強度分布の測定値を示す図であり、ＧＩＦ２  の各点は、８ｍｍと、２７ｍｍと５０ｃｍとを示している。
【００４０】
図６より明らかなように、ＧＩＦ２  の任意の位置でほぼ一定の円形界分布が得られた。
【００４１】
図７は本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータでの各ファイバ長におけるＧＩＦ２  から出射されたビームのＭＦＤの測定値を示す図であり、横軸にファイバ長〔ｍｍ〕、縦軸にＭＦＤ〔μｍ〕を示している。
【００４２】
図７より明らかなように、ＧＩＦ２  の任意の位置でビームのＭＦＤはほぼ一定の６０μｍで伝搬している。
【００４３】
上記したように、本発明によれば、基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いたファイバ型コリメータを得ることができた。すなわち、約６０μｍのＭＦＤを持つビームがほぼ一定の大きさで約５０ｃｍ伝搬することを確認した。ファイバ中の任意の位置で一定、かつ大きなビーム径が得られるため、ギャップ中に光機能素子を挿入すると、インライン型光デバイス用のファイバ型コリメータとして構成することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、基本モードの界分布が大きなＧＩＦを用いることにより、ＭＦＤを大きく向上させ、ギャップ長を拡大可能なファイバ型コリメータを得ることができる。
【００４６】
また、ファイバ中の任意の位置で一定かつ大きなビーム径が得られるため、インライン型光デバイス用のファイバ型コリメータとして期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す先端凸面構造ファイバ型コリメータの構成図である。
【図２】本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータの要部拡大構成図である。
【図３】本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータのｗｓ０−ｄ特性図である。
【図４】本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータのギャップ半幅ｄに対するファイバ先端凸面の曲率半径Ｒの特性図である。
【図５】本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータのギャップＧに対するスポット半径ｗの特性図である。
【図６】本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータでのＧＩＦ２  の各点での出射界強度分布の測定値を示す図である。
【図７】本発明の先端凸面構造ファイバ型コリメータでの各ファイバ長におけるＧＩＦ２  から出射されたビームのＭＦＤの測定値を示す図である。
【図８】従来のファイバ型コリメータの構成図である。
【図９】従来のインライン型光デバイスの模式図である。
【符号の説明】
２１    単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）
２２    ＧＩＦ１  
２３，３１    ＧＩＦ２  
２４    光機能素子
３３    ＭＦＤ
３４    光ファイバの先端凸面
３５    ギャップＧ
３６    ギャップ中央のビームウェスト
Ｒ    光ファイバの先端凸面の曲率半径
ｄ    ギャップの半幅
ｗｓ０    ギャップ中央のビームウェストでのスポット半径
ｗｓ１    ＧＩＦ２  先端でのスポット半径
λ    光源の波長
ｎ    ファイバの屈折率
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004325618.tif 000009
【図４】
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【図５】
2004325618.tif 000011
【図６】
2004325618.tif 000012
【図７】
2004325618.tif 000013
【図８】
2004325618.tif 000014
【図９】
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