(57)【要約】      （修正有）【課題】広い波長帯域（９８０〜１６５０ｎｍ）で色収差が良好に補正された光通信用レンズ系と、その光通信用レンズ系を用いた光通信用部品を提供する。【解決手段】２価以上の金属酸化物のモル比を変化させて屈折率分布を設けることにより光通信用レンズ系１０を構成する。このようにして構成した光通信用レンズ系１０と光ファイバ２０とを組み合わせて光ファイバコリメータ２００を構成する。【選択図】    図８
2004219554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２価以上の金属酸化物のモル数比を変化させて形成される屈折率分布を有する屈折率分布型レンズを具備することを特徴とする光通信用レンズ系。
【請求項２】
上記屈折率分布型レンズは、上記金属酸化物としてＦｅ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項１に記載の光通信用レンズ系。
【請求項３】
上記屈折率分布型レンズは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅのうち少なくとも一つの金属元素を含む第１の金属酸化物の濃度と、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｒのうち少なくとも一つの金属元素を含む第２の金属酸化物の濃度を、それぞれ逆方向に分布させてなる屈折率分布を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信用レンズ系。
【請求項４】
上記屈折率分布型レンズは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅのうち少なくとも一つの金属元素を含む第１の金属酸化物の濃度と、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｒのうち少なくとも一つの金属元素を含む第２の金属酸化物の濃度のうち、少なくとも一方の金属酸化物の濃度を変化させてなる屈折率分布を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信用レンズ系。
【請求項５】
上記屈折率分布型レンズは、以下の（１）式により求められる屈折率分布による分散係数Ｖ１が、Ｖ１＞１００を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の光通信用レンズ系。
Ｖ１＝Ｎ１，１５５０／（Ｎ１，９８０−Ｎ１，１６５０）                              （１）
ここで、  Ｎ１，１５５０：波長１５５０ｎｍにおける屈折率の２次の係数
Ｎ１，９８０：波長９８０ｎｍにおける屈折率の２次の係数
Ｎ１，１６５０：波長１６５０ｎｍにおける屈折率の２次の係数
【請求項６】
上記屈折率分布型レンズは、ゾル−ゲル法により作成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光通信用レンズ系。
【請求項７】
正のパワーを有する回折型光学素子を更に設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の光通信用レンズ系。
【請求項８】
上記屈折率分布型レンズの両端面が平面であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の光通信用レンズ系。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の光通信用レンズ系と少なくとも１本の光ファイバとによって構成されることを特徴とする光ファイバコリメータ。
【請求項１０】
請求項９に記載の光ファイバコリメータと、光アイソレータとを含んで構成されることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野に最適なレンズ系と、この光通信用レンズ系を利用した光通信用部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用部品はいずれも光ファイバとの結合が問題になるものが多い。例えば光アイソレータや光サーキュレータでは、光ファイバ中に伝送している光を一度光ファィバから取り出して所望の処理を施した後、再び光ファイバに挿入する。この際にはなるべく光の損失を防ぐ必要がある。また、ＬＤ（レーザダイオード）を利用する際にも、ＬＤから発振されるレーザ光を出来るだけ高い結合効率で光ファイバに挿入しなければならない。
【０００３】
こういった光通信用部品と光ファイバとの結合効率を高めるためにレンズが多用されている。この場合に使用されるレンズとしては、ボールレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、屈折率分布型レンズなどが挙げられるが、中でも円筒形状で半径方向に屈折率分布を有するラディアル型屈折率分布型レンズ（以下ＧＲＩＮレンズと称する）は組立て時のアライメントが容易であるという利点により広く利用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２８６０７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通信トラフィックは爆発的に増大しており、それに伴って光通信で利用する光の波長帯域も年々拡大している。また、将来的には１２５０〜１６５０ｎｍにも及ぶ幅広い帯域の光が同一の光ファイバ中を伝送されるという予想もある。更に、光通信に欠かせない技術の一つであるＥｒドープファイバ増幅器は、１５５０ｎｍ付近の光通信波長帯を増幅するために９８０ｎｍの励起光を使用する場合がある。このときには、９８０〜１６５０ｎｍという非常に広い帯域に亘る光が同一の光ファイバ内に混在することになる。このため、Ｅｒドープファイバ増幅器などで用いられる光通信用レンズ系は、９８０〜１６５０ｎｍの光通信波長域において良好に機能することが望まれる。
【０００６】
しかし、従来の光通信において用いられてきたボールレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、屈折率分布型レンズなどはいずれも９８０〜１６５０ｎｍの全域で使用できるように色収差を補正していないので、光ファイバとの高い結合効率が期待できなかった。この結果、光ファイバとの結合にいくつかの光通信用レンズを用いる光アイソレータや光サーキュレータなどの光通信用部品を９８０〜１６５０ｎｍの光通信波長域全体で良好に機能させることは非常に困難であった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、広い波長帯域（９８０〜１６５０ｎｍ）において色収差が良好に補正された光通信用レンズ系と、この光通信用レンズ系を用いた光通信用部品を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、第１の発明による光通信用レンズ系は、２価以上の金属酸化物のモル数比を変化させて形成される屈折率分布を有する屈折率分布型レンズを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、上記の課題を解決するために、第２の発明による光通信用レンズ系は、第１の発明において、上記屈折率分布型レンズは、上記金属酸化物としてＦｅ２Ｏ３を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するために、第３の発明による光通信用レンズ系は、第１又は第２の発明において、上記屈折率分布型レンズは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅのうち少なくとも一つの金属元素を含む第１の金属酸化物の濃度と、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｒのうち少なくとも一つの金属元素を含む第２の金属酸化物の濃度を、それぞれ逆方向に分布させてなる屈折率分布を有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記の課題を解決するために、第４の発明による光通信用レンズ系は第１及び第２の発明において、上記屈折率分布型レンズは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅのうち少なくとも一つの金属元素を含む第１の金属酸化物の濃度と、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｒのうち少なくとも一つの金属元素を含む第２の金属酸化物の濃度のうち、少なくとも一方の金属酸化物の濃度を変化させてなる屈折率分布を有することを特徴とする。
【００１２】
また、上記の課題を解決するために、第５の発明による光通信用レンズ系は、第１〜第４の発明において、上記屈折率分布型レンズは、以下の（１）式により求められる屈折率分布による分散係数Ｖ１が、Ｖ１＞１００を満たすことを特徴とする。
Ｖ１＝Ｎ１，１５５０／（Ｎ１，９８０−Ｎ１，１６５０）                              （１）
ここで、Ｎ１，１５５０は波長１５５０ｎｍにおける屈折率の２次の係数であり、Ｎ１，９８０は波長９８０ｎｍにおける屈折率の２次の係数であり、Ｎ１，１６５０は波長１６５０ｎｍにおける屈折率の２次の係数である。
【００１３】
また、上記の課題を解決するために、第６の発明による光通信用レンズ系は、第１〜第５の発明において、上記屈折率分布型レンズは、ゾル−ゲル法により作成されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記の課題を解決するために、第７の発明による光通信用レンズ系は、第１〜第６の発明において、正のパワーを有する回折型光学素子を更に設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記の課題を解決するために、第８の発明による光通信用レンズ系は、第１〜第７の発明において、上記屈折率分布型レンズの両端面が平面であることを特徴とする。
【００１６】
更に、上記の課題を解決するために、第９の発明による光ファイバコリメータは、第１〜第８の発明のいずれか一つに記載の光通信用レンズ系と少なくとも１本の光ファイバとによって構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、上記の課題を解決するために、第１０の発明による光アイソレータは、第９の発明の光ファイバコリメータと、光アイソレータとを含んで構成されることを特徴とする。
【００１８】
以下に第１〜第１０の発明の作用及び効果について説明する。
本発明の光通信用レンズ系はラディアル方向に屈折率が分布したＧＲＩＮレンズで構成されており、その屈折率は以下の式（ａ）によって表される。
Ｎ（ｒ）＝Ｎ０＋Ｎ１ｒ２＋Ｎ２ｒ４＋…                                （ａ）
ここで、Ｎ０は中心の屈折率、Ｎｉ（ｉ＝１，２…）は屈折率分布を表す係数、ｒは光軸を中心としたラディアル方向の距離である。
【００１９】
このようなラディアル型ＧＲＩＮレンズは中心から周辺にかけてガラス組成を変化させることにより実現できる。ガラスの組成から屈折率やアッベ数を求める方法としては、例えばアプライドオプティクスＶｏｌ．２２、Ｎｏ．３（１９８３）ｐｐ．４３２に紹介されているＨＳＤ法がある。このＨＳＤ法を用いることによって、可視域において良好な色収差補正が可能なラディアル型ＧＲＩＮレンズのガラス組成分布を予測することが可能となっている。これ以降はこのＨＳＤ法を光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）に適用したとして説明する。
【００２０】
光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）における基準波長を９８０、１５５０、１６５０ｎｍとすると、ラディアル型ＧＲＩＮレンズの光通信波長域における分散係数Ｖ０、Ｖ１、及び軸上色収差ＰＡＣをそれぞれ以下の式（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で表すことができる。
Ｖ０＝（Ｎ０，１５５０−１）／（Ｎ０，９８０−Ｎ０，１６５０）                    （ｂ）
Ｖｉ＝Ｎｉ，１５５０／（Ｎｉ，９８０−Ｎｉ，１６５０）            （ｉ＝１，２…）  （ｃ）
ＰＡＣ＝Ｋ（φｓ／Ｖ０＋φｍ／Ｖ１）                              （ｄ）
ただし、式（ｃ）においてＮｉ，ｗはそれぞれ、基準波長ｗ（ｗ＝９８０ｎｍ、１５５０ｎｍ、１６５０ｎｍ）における屈折率及び屈折率分布を表す係数である。また、Ｋは光線高に関する定数、φｓは光通信用レンズ系の面によるパワー、φｍはＧＲＩＮ媒質のパワーである。
【００２１】
まず、第１〜第６の発明の作用及び効果について説明する。
【００２２】
ラディアル型ＧＲＩＮレンズの軸上色収差ＰＡＣを小さくするには、Ｖ０＜Ｖ１を満足し、更に屈折率と分散係数に図１のような関係を持たせればよいことが例えば、特開平５−８８００３号公報等で知られている。そこで、光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）においてラディアル型ＧＲＩＮレンズの分散係数Ｖ０、Ｖ１と屈折率−分散係数の関係がガラス組成によってどのように変化するかを比較する。
【００２３】
まず、１価の金属酸化物Ｔｌ２Ｏを含む３成分のＳｉＯ２−ＴｉＯ２−Ｔｌ２Ｏガラスを用いたラディアル型ＧＲＩＮレンズにおいて各成分比を変化させたときの屈折率と分散係数との関係をＨＳＤ法によって求める。このとき、ＳｉＯ２とＴｉＯ２のラディアル方向のモル数比は１００：ｍ（ｍ＝１０〜９０）とする。つまり、ＳｉＯ２のモル数を固定し、Ｔｌ２Ｏのモル数をＨＳＤ法によって屈折率の算出ができる範囲内で変化させる。このときのそれぞれの分散係数Ｖ０とＶ１の値を表１に示すといずれの組成比においても常にＶ０＞Ｖ１となることがわかる。
【００２４】
【表１】
2004219554.tif 000003
【００２５】
また、表１に示したラディアル型ＧＲＩＮレンズの屈折率と分散係数との関係は図２のようになり、この図２の関係は図１の関係とは異なる変化を示すことがわかる。更に、他の１価の金属酸化物Ｍ２Ｏ（ＭはＮａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓのいずれか）についても調べてみたところ、同じ傾向が得られることから、１価の金属酸化物Ｍ２Ｏのモル数比をラディアル方向に変化させても色収差を良好に補正することが可能なラディアル型ＧＲＩＮレンズの実現は困難であるといえる。
【００２６】
これに対し、本発明のように１価の金属酸化物の代わりに２価の金属酸化物ＭＯ（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂａのいずれか）を含んだ３成分のＳｉＯ２−ＴｉＯ２−ＭＯガラスを用いたラディアル型ＧＲＩＮレンズにおいて、同様にラディアル方向にＭＯのモル数比を変化させた場合には、表２に示すように、Ｖ０＜Ｖ１を満足させる組成比を求めることができる。
【００２７】
【表２】
2004219554.tif 000004
【００２８】
また、表２のそれぞれの金属元素についての屈折率と分散係数の関係を図３に示すと、この場合にはいずれの金属酸化物も図１と同様な変化を示す。つまり、２価の金属酸化物のモル数比をラディアル方向に変化させたラディアル型ＧＲＩＮレンズならば、色収差を良好に補正できるので、９８０〜１６５０ｎｍという非常に広い光通信波長域での利用に適した光通信用レンズ系を実現することも可能となる。
【００２９】
次に、いずれも２価以上の金属元素による金属Ｇ群（Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ）と金属Ｆ群（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ）のそれぞれから少なくとも１種の金属元素の酸化物を用い、その用いる金属元素のそれぞれの濃度をラディアル方向に対して互いに逆方向に分布させる、もしくはいずれかの金属群の金属酸化物のモル数比を変化させた場合の屈折率と分散係数との関係をＨＳＤ法により求めると以下の表３のようになる。ここでＳｉＯ２のモル数比は省略したが、いずれも１００である。
【００３０】
【表３】
2004219554.tif 000005
【００３１】
表３より、いずれの場合においてもＶ０＜Ｖ１を満足していることがわかる。同時に屈折率と分散係数との関係は図１と同様に変化することから、この場合でも色収差を良好に補正できるので、この金属Ｇ、Ｆ群の多彩な組合せで実現されるラディアル型ＧＲＩＮレンズを用いることにより９８０〜１６５０ｎｍという非常に広い光通信波長域での利用に適した光通信用レンズ系を実現することが可能となる。
【００３２】
ところで、ラディアル型ＧＲＩＮレンズの作製方法にはイオン交換法とゾル−ゲル法とがあるが、イオン交換法は主に１価の金属イオンを移動させることができるのに対し、ゾル−ゲル法は１価だけでなく２価以上の金属イオンを移動させることができるという特徴をそれぞれ有している。
【００３３】
前述したように、９８０〜１６５０ｎｍの光通信波長域において色収差を良好に補正できるラディアル型ＧＲＩＮレンズの実現は、１価の金属酸化物では困難であり、２価以上の金属酸化物のモル数比を変化させた場合に可能となることから、光通信用レンズ系に用いるラディアル型ＧＲＩＮレンズはゾル−ゲル法によって作製することが望ましいと言える。
【００３４】
現在利用されている光通信用レンズ系は色収差補正を行っていないラディアル型ＧＲＩＮレンズを使用しており、その分散係数Ｖ０、Ｖ１はそれぞれ１００、５０程度である。したがって、式（ｄ）から判断すると、軸上色収差ＰＡＣを小さくするには、媒質と面のパワーの符号を変えて相殺させることが必要となることがわかる。
【００３５】
しかし、光通信用レンズ系に用いられるラディアル型ＧＲＩＮレンズでは、面にパワーをもたせることが少ないので、発生する色収差はＶ１に大きく起因し、しかもこのＶ１が高々５０程度であるので色収差の発生量は大きくなる。この結果、光通信用レンズ系とシングルモードファイバとの結合損失は、波長によって大きく変化することになる。このため、このようなラディアル型ＧＲＩＮレンズは光通信波長域内において特定の範囲でしか使用できない。この現在使用されている光通信用ラディアル型ＧＲＩＮレンズの色収差の問題は、１価の金属酸化物の濃度を変化させることによって屈折率分布を実現させていることが原因である。この１価の金属酸化物の濃度変化による屈折率分布では色収差を抑えることができないのは前述したとおりである。これに対し、ゾル−ゲル法によって２価以上の金属酸化物のモル数比を変化させて、ラディアル型ＧＲＩＮレンズを構成した場合には、Ｖ１をＶ１＞１００とすることが容易で、これまでの光通信用レンズ系に比べて良好に色収差補正できるラディアル型ＧＲＩＮレンズを実現することが可能となる。
【００３６】
次に第７の発明の作用及び効果について説明する。
【００３７】
イオン交換法のようなゾル−ゲル法以外で作製されたＧＲＩＮレンズでは、ゾル−ゲル法に比べて制御が可能な成分が限られてしまうので色収差の補正を良好に行うことができない。こういった色収差補正がなされていないＧＲＩＮレンズに対しては、一つの面を正のパワーをもつＤＯＥにすることで色収差を補正することが可能となる。以下にその理由について説明する。但し、ＤＯＥの設計法にはＳｗｅａｔｔ法（超高屈折率法）を使用し（Ｗ．Ｃ．Ｓｗｅａｔｔ，Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ａ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ａｎ  ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  ｉｎｄｅｘ  ｌｅｎｓ”，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ，Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．３  （１９７９））、基準波長を１．５５０ｎｍとする。
【００３８】
ＤＯＥを含んだレンズ系の軸上色収差ＰＡＣは以下の式（ｄ´）で表される。
【００３９】
ＰＡＣ＝Ｋ´（φｓ／Ｖ０＋φｍ／Ｖ１＋φＤ／ＶＤ）                        （ｄ´）
但し、Ｋ´は光線高に関する定数である。また、φＤ、ＶＤはそれぞれＤＯＥのパワーと分散係数である。このとき、ＤＯＥの分散係数は以下の式（ｅ）で求められる。
【００４０】
ＶＤ＝（ＮＤ，１５５０−１）／（ＮＤ，９８０−ＮＤ，１６５０）                        （ｅ）
ここでＮＤ，１５５０、ＮＤ，９８０、ＮＤ，１６５０はそれぞれ、ＤＯＥの波長１５５０ｎｍ、９８０ｎｍ、１６５０ｎｍにおける屈折率で、これらはガラスの成分によらず基準波長の屈折率を決めれば他の屈折率は一意的に求められる。例えば、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）の屈折率を１００１と置くと、波長１５５０ｎｍ、９８０ｎｍと１６５０ｎｍの屈折率はそれぞれ２６３８．０３、１６６７．９２、２８０８．２２となり、このとき９８０ｎｍから１６５０ｎｍの波長範囲での分散係数ＶＤは−２．３１と負の値になる。
【００４１】
したがって式（ｄ´）より明らかなようにＤＯＥのパワーを正とすることで軸上色収差ＰＡＣを小さくすることが可能となる。
【００４２】
次に第８の発明の作用及び効果について説明する。
【００４３】
第８の発明では、光通信用レンズ系に使用するラディアル型ＧＲＩＮレンズの両端面が平面である。これにより、アライメントや組立てが容易になるだけでなくコストの低減も実現できる。
【００４４】
次に第９の発明の作用及び効果について説明する。
【００４５】
光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）の範囲で良好に色収差補正したラディアル型ＧＲＩＮレンズによって構成される光通信用レンズ系は、光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）において光ファイバとの結合効率を高くすることが可能となるので、このような光通信用レンズ系と光ファイバとを組み合わせることで高性能なファイバコリメータを実現することができる。
【００４６】
次に第１０の発明の作用について説明する。
【００４７】
光通信で利用されているインライン型アイソレータは、ファイバコリメータとフリースペース型の光アイソレータとで構成されている。したがって色収差が良好に補正されたラディアル型ＧＲＩＮレンズを用いたファイバコリメータを採用することにより、光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）全域で波長に依存せずに良好に機能する光アイソレータの実現が可能となる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を説明する。
【００４９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、前述の色収差を補正した光通信用レンズ系に関するものである。以下に、第１実施形態を実際に適用した具体例を示す。但し、いずれの光通信用レンズ系も、１５５０ｎｍの波長に関する後側焦平面が最終面と一致するようにレンズ厚を選んでおり、また屈折率Ｎ０及び屈折率分布Ｎ１、Ｎ２はいずれも基準波長（１５５０ｎｍ）における値を示すこととする。
【００５０】
（具体例１）
具体例１の光通信用レンズ系は、表２に挙げた２価の金属酸化物としてＢａの濃度をゾル−ゲル法によって半径方向に分布させたラディアル型ＧＲＩＮレンズで構成されるものである。以下の表４にこのＢａ系ＧＲＩＮレンズの仕様を示す。
【００５１】
【表４】
2004219554.tif 000006
【００５２】
このＢａ系ラディアル型ＧＲＩＮレンズの軸上色収差ＰＡＣ、非点収差、ディストーションを図４（ａ）に、断面図を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）において、９８０〜１６５０ｎｍの波長範囲で軸上色収差ＰＡＣは１０μｍ以内と非常に良好に補正されており、同時に像高が０．１２５ｍｍでも諸収差は良好に補正されていることがわかる。したがって、このＢａＯのモル数比をラディアル方向に変化させたラディアル型ＧＲＩＮレンズを用いれば、９８０〜１６５０ｎｍの光通信波長域で良好に機能する光通信用レンズ系を実現させることができる。
【００５３】
なお、ゾル−ゲル法であれば、表２に示したＢａＯ以外の２価の金属酸化物であっても色収差を補正したラディアル型ＧＲＩＮレンズが実現可能なので、同様に他の２価の金属酸化物でも９８０〜１６５０ｎｍの光通信波長域で良好に機能する光通信用レンズ系を実現することができる。
【００５４】
（具体例２）
具体例２の光通信用レンズ系は、表２に挙げた２価以上の金属酸化物としてＬａをゾル−ゲル法によって半径方向に濃度を変化させながら分布させたラディアル型ＧＲＩＮレンズで構成されるものである。具体例２の仕様を以下の表５に示す。
【００５５】
【表５】
2004219554.tif 000007
【００５６】
このＬａ系ラディアル型ＧＲＩＮレンズの軸上色収差ＰＡＣ、非点収差、ディストーションを図５（ａ）に、断面図を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）において、９８０〜１６５０ｎｍの波長範囲で軸上色収差ＰＡＣは１０μｍ以内と非常に良好に補正されており、同時に像高が０．１２５ｍｍになっても他の諸収差は良好に補正されていることから、このＬａ２Ｏ３のモル数比をラディアル方向に変化させたラディアル型ＧＲＩＮレンズを用いれば、９８０〜１６５０ｎｍの光通信波長域で良好に機能する光通信用レンズ系を実現させることができる。
【００５７】
また、ゾル−ゲル法であれば、表３に示したような金属群Ｇ（Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ）と金属群Ｆ（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ）の様々な組合せによるラディアル型ＧＲＩＮレンズの作製も可能である。これらのラディアル型ＧＲＩＮレンズでも９８０〜１６５０ｎｍの光通信波長域で良好に機能する光通信用レンズ系を実現することができる。
【００５８】
なお、Ｌａは希土類元素であるが、希土類元素は類似した特性を示すことからＬａ２Ｏ３の全部もしくは一部に他の希土類酸化物を用いてもよい。
【００５９】
（具体例３）
具体例３の光通信用レンズ系は、以下の表６に示すように、色収差補正を行っていないＧＲＩＮレンズに非球面のＤＯＥを組み合わせた構成となっている。ここでＤＯＥの非球面形状は、ｚを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向に取ると下記の式にて表される。
【００６０】
ｚ＝（ｙ２／ｒ）［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ／ｒ）２｝１／２Ａ４ｙ４＋…
ただし、ｒはＤＯＥの近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ４は４次の非球面係数である。また、各波長のＤＯＥの等価屈折率はｄ線（５８７．５６ｎｍ）の屈折率を１００１として求めることとする。
【００６１】
以下に具体例３の仕様を示す。
【００６２】
【表６】
2004219554.tif 000008
【００６３】
具体例３の非表面のＤＯＥを有するＧＲＩＮレンズの軸上色収差ＰＡＣを始めとする諸収差を図６（ａ）に、断面図を図６（ｂ）に示す。また、比較のために、具体例３と同様の仕様で非球面ＤＯＥを有さない場合を図７に示す。図７では、軸上色収差ＰＡＣが波長範囲９８０〜１６５０ｎｍの範囲で２０μｍ以上のズレが生じるのに対し、図６（ａ）では軸上色収差ＰＡＣが良好に補正され１０μｍ以内に収まっている。このことから、色収差が補正されていないＧＲＩＮレンズでもＤＯＥを用いることで色収差の補正が可能となり、光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）の全域で利用が可能な光通信用レンズ系を実現することができる。また、ここで挙げた以外のＧＲＩＮレンズであっても、そのＧＲＩＮレンズに適したＤＯＥを採用することで色収差補正を行うことが可能である。
【００６４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、前述の具体例１〜３のいずれかの光通信用レンズ系と少なくとも１本の光ファイバとによって構成される光ファイバコリメータである。
【００６５】
（具体例４）
具体例４の光ファイバコリメータ２００を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。この光ファイバコリメータ２００は、光通信用レンズ系１０とシングルモード光ファイバ（以下ＳＭＦ）２０によって構成されている。なお、図８（ａ）は、ＳＭＦ２０から出射される光に対するコリメータとして、また、図８（ｂ）は、光通信用レンズ系１０に入射するコリメート光をＳＭＦ２０に結合するための集光レンズとしてそれぞれ機能する場合を示している。
【００６６】
ここで、光通信用レンズ系１０には、具体例１で示したＢａ系ＧＲＩＮレンズを採用しており、これは図５に示したように色収差が良好に補正されていることから、波長範囲が９８０〜１６５０ｎｍにおいて図８（ａ）、図８（ｂ）のいずれの用途に対しても良好に機能する。
【００６７】
ところで、本具体例４においては、光通信用レンズ系１０として具体例１で示したＢａＯを分布させたラディアル型ＧＲＩＮレンズを採用したが、前述の金属群Ｇ（Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ）と金属群Ｆ（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ）の組合せによるラディアル型ＧＲＩＮレンズや前述の具体例３で示したＤＯＥを有するラディアル型ＧＲＩＮレンズを用いても同様の効果を得ることが出来る。但し、ＤＯＥを有するラディアル型ＧＲＩＮレンズは、ＤＯＥの面がＳＭＦ２０に対して反対側に位置するように配置する。
【００６８】
また、本具体例４ではＳＭＦ２０を用いているが、代わりに分散シフトファイバやＥｒドープファイバなど他の光ファイバでもよい。
【００６９】
（具体例５）
具体例５の二心光ファイバコリメータ２１０は図９に示すように光通信用レンズ系１０とＳＭＦ２０、２１によって構成されている。光通信用レンズ系１０には具体例２で示したＬａ系のラディアル型ＧＲＩＮレンズを用いており、ＳＭＦ２０、２１は光通信用レンズ系１０の光軸を中心に対称に結合されている。具体例２で示したようにＬａ系のラディアル型ＧＲＩＮレンズは、像高が０．１２５ｍｍでも色収差以外の諸収差も良好に補正されているので、ＳＭＦ２０、２１から光通信レンズ用系１０に９８０〜１６５０ｎｍの範囲内の光を入射させても良好にコリメートされる。また、波長が９８０〜１６５０ｎｍ内にあるコリメート光が光通信用レンズ系１０にそれぞれＳＭＦ２０、２１へ所望の角度を有して入射しても波長に依存せず高い効率で結合される。
【００７０】
また、本具体例５の光通信用レンズ系１０に使用するラディアル型ＧＲＩＮレンズは、具体例１に示されるＢａ系ラディアル型ＧＲＩＮレンズや具体例３に示されるＤＯＥを有するラディアル型ＧＲＩＮレンズであっても良く、光ファイバもＳＭＦ以外のものでも良い。
【００７１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、前述の第２実施形態で示された光ファイバコリメータとフリースペース型光アイソレータ３０によって構成されるインライン型光アイソレータである。以下に本第３実施形態の具体例について示す。
【００７２】
（具体例６）
本発明の具体例６のインライン型光アイソレータは図１０に示すようにフリースペース型光アイソレータ３０と具体例４で示した光ファイバコリメータ２００、２０１によって構成される。ここで、光ファイバコリメータ２００及び２０１は同じ仕様のものである。
【００７３】
本実施の形態におけるフリースペース型光アイソレータが良好に機能するためには、出来るだけ厳密にコリメート光を入射させる必要があるが、具体例４で示した光ファイバコリメータ２００は、９８０〜１６５０ｎｍの幅広い波長範囲の光に対して波長に依存せずに良好にコリメート光を発生することが出来るのでインライン型光アイソレータとしても良好に機能する。
【００７４】
また、ここではインライン型光アイソレータを例として示したが、第１実施形態で示した光通信用レンズ系はＬＤ用の光アイソレータにも充分利用することが出来る。
【００７５】
ここでは、本発明の光通信用レンズ系を用いた光通信用部品として光アイソレータを取り上げた。しかし、これ以外にも本発明の光通信用レンズ系は、３−ポート光サーキュレータ、４−ポート光サーキュレータ、光アッテネータ、光ＡＤＭ（ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）などを始めとした光ファイバコリメータを利用した光通信用部品にも用いることができる。
【００７６】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ゾル−ゲル法によって作製する屈折率分布型レンズ、もしくはＤＯＥを有する屈折率分布型レンズを用いることにより、光通信波長域（９８０〜１６５０ｎｍ）に亘って色収差が良好に補正された光通信用レンズ系を提供することが可能となる。
【００７８】
また、この光通信用レンズ系を利用することで波長に依存せずに良好な性能を発揮する光ファイバコリメータやインライン型光アイソレータなどを始めとする光通信用部品を実現することができる。
【００７９】
更に、本発明に示したラディアル型ＧＲＩＮレンズにはいずれも人体の健康を脅かすような毒性を持つ成分は含まれていないので、作製や使用時の取り扱いが安全な光通信用レンズ及びそのような光通信用レンズを利用した光通信用部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸上色収差が良好に補正されるラディアル型ＧＲＩＮレンズの屈折率と分散係数の関係を表す図。
【図２】１価の酸化物のモル数比をラディアル方向に変化させることによって実現されるラディアル型ＧＲＩＮレンズの屈折率と分散係数との関係図。
【図３】２価の酸化物のモル数比をラディアル方向に変化させることによって実現されるラディアル型ＧＲＩＮレンズの屈折率と分散係数との関係図。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１実施形態の具体例１に係る光通信用レンズ系の収差図、図４（ｂ）は本発明の第１実施形態の具体例１に係る光通信用レンズ系の光路について説明するための断面図。
【図５】図５（ａ）は本発明の第１実施形態の具体例２に係る光通信用レンズ系の収差図、図５（ｂ）は本発明の第１実施形態の具体例２に係る光通信用レンズ系の光路について説明するための断面図。
【図６】図６（ａ）は本発明の第１実施形態の具体例３に係る光通信用レンズ系の収差図、図６（ｂ）は本発明の第１実施形態の具体例３に係る光通信用レンズ系の光路について説明するための断面図。
【図７】第１実施形態の具体例３と同様の仕様で非球面ＤＯＥを有さない場合の光通信用レンズ系の収差図。
【図８】本発明の第２実施形態の具体例４に係る光ファイバコリメータの構成図。
【図９】本発明の第２実施形態の具体例５に係る二心ファイバコリメータの構成図。
【図１０】本発明の第３実施形態の具体例６に係る光アイソレータの構成図。
【符号の説明】１０，１１…光通信用レンズ系、２０，２１，２２…シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、３０…フリースペース型光アイソレータ、２００，２０１…光ファイバコリメータ、２１０…二心ファイバコリメータ
【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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