(57)【要約】【課題】レーザダイオードとの光結合効率を高くできるレーザ光結合用光ファイバ及び光ファイバ並びに光ファイバモジュールを提供する。【解決手段】レーザダイオード３１からの楕円光スポット形状を有するレーザ光が入射されるコア３５を有するレーザ光結合用光ファイバ３３であって、レーザ光が入射される端面のコア形状が、レーザダイオード３１の楕円光スポット形状に対応する楕円形状であり、コア３５が端面から伝送方向に向けて次第に円形状に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードからの楕円光スポット形状を有するレーザ光が入射されるコアを有するレーザ光結合用光ファイバであって、レーザ光が入射される端面のコア形状が、前記レーザダイオードの楕円光スポット形状に対応する楕円形状であり、前記コアが端面から伝送方向に向けて次第に円形状に形成されていることを特徴とするレーザ光結合用光ファイバ。
【請求項２】
レーザ光が入射される端面のコアサイズから決定されるスポットサイズが、レーザダイオードのスポットサイズと略一致することを特徴とする請求項１記載のレーザ光結合用光ファイバ。
【請求項３】
レーザ光が入射される端面のコアサイズから決定されるスポットサイズが、レーザダイオードのビームウエストでのスポットサイズと略一致することを特徴とする請求項１記載のレーザ光結合用光ファイバ。
【請求項４】
レーザ光が入射される端面の形状がコアに対応する楕円形状であり、断面形状が、前記端面から伝送方向に向けて次第に円形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のレーザ光結合用光ファイバ。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれかに記載のレーザ光結合用光ファイバと、該レーザ光結合用光ファイバに接続され、円形コアを有する光ファイバ本体とを有することを特徴とする光ファイバ。
【請求項６】
楕円光スポット形状を有するレーザ光を出射するレーザダイオードと、該レーザダイオードからのレーザ光が入射する請求項１乃至４のうちいずれかに記載のレーザ光結合用光ファイバと、該レーザ光結合用光ファイバに接続され、円形コアを有する光ファイバ本体とを具備することを特徴とする光ファイバモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光結合用光ファイバ及び光ファイバ並びに光ファイバモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
光通信用の発光源としては、レーザーダイオード、発光ダイオード等が用いられる。短波長レーザーダイオードからの出射光のパターンは、光分布が円状のガウス分布ではなく縦方向と横方向で異なる楕円状のガウス分布となる。特に、強度がピーク値に対して１／ｅ（自然対数の底）になる半径をスポットサイズという。また、そのスポットサイズが最小になる位置をビームウエストという。典型的な９８０ｎｍレーザーダイオードは２．５：１と４：１の間のアスペクト比を有する出射光のパターン（楕円光スポット形状）となり、このような大きなアスペクト比を有するレーザーダイオードと光ファイバとの結合には、従来、楔形のウェッジファイバが用いられている。
【０００３】
従来の楔形ウェッジファイバではレーザーダイオードのスポットサイズにより結合効率が変化することにより、それぞれのスポットサイズにあった先端の傾斜面角度と先端の曲率半径を選定している。例えば、図３に示す従来のウェッジファイバ１０は、光ファイバのコア軸１２に関して対称で且つ光ファイバ先端に先鋭な稜線を形成する一対の傾斜面１１ａからなるレンズ１１を備えている。
【０００４】
また図４に示す二段楔形のウェッジファイバ１０は、光ファイバのコア軸１２に関して対称で且つファイバ先端に先鋭な稜線を形成する一対の傾斜面１１ａと、傾斜面１１ａの傾斜方向に連続し且つ光ファイバのコア軸に対して前記の傾斜面１１ａよりも緩い角度が設けられた一対の傾斜面１１ｂからなるレンズ１１を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また図４に示すウェッジファイバ１０と同様の目的から、図５に示すウェッジファイバ２０は、光ファイバのコア軸２３に関して対称の一対の傾斜面２１を設けて楔形状とし、これらの傾斜面に対し連続して半円筒状の曲面２２を備えてレンズを形成している（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また図６に示すウェッジファイバ３０は光ファイバの先端部に、コア軸３３に対して対称な二つの傾斜面３１とコア軸に対して垂直な平面部３２とから構成され、傾斜面３１とコア軸に垂直な平面部に対する角度θが１０°〜７０°からなるレンズを形成している（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−５８６５号公報
【特許文献２】
特開平８−８６９２３号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０７２３０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のウェッジファイバは、いずれも光結合特性が低いという問題があった。即ち、図３に示すウェッジファイバ１０では、先端が尖っている形状であるため、レーザダイオードとの光結合効率が非常に悪く、又、砥石等を使用した研磨加工によって光ファイバ先端を先鋭な稜線に加工する必要があるが、その先端稜線部にチッピング等が発生しやすいため、稜線の形成が非常に困難である。光ファイバ先端稜線部のチッピングは損失の要因となり、光結合特性を著しく低下させるという問題があった。
【０００９】
また、図４に示す従来のウェッジファイバ１０では、図３よりも光結合効率は良好であるものの、クラッドとコアの境界において楔角が滑らかには変化していないため、レーザダイオードとの光結合効率は悪かった。又、図３と同様砥石等を使用した研磨加工によって光ファイバ先端を先鋭な稜線に加工する必要があるため、上記と同様、光ファイバ先端稜線部のチッピングは損失の要因となり、光結合特性を著しく低下させるという問題があった。
【００１０】
さらに、図５に示す従来のウェッジファイバ２０では、傾斜面２１のコア軸に垂直な平面に対する角度θが２５°〜６５°、曲面２２の曲率半径が３．０〜８．０μｍであり、レーザダイオードのスポットサイズとの組み合わせが適切でない場合、光結合効率が悪く、更にレーザダイオードとの組み立てに時間を要する上に歩留まりが悪い。又、組み合わせが悪い場合、レーザダイオードとの組み立て時に高い光結合効率の得られる範囲が制限されるという欠点がある。
【００１１】
さらにまた、図６に示す従来のウェッジファイバ３０では、先端が平坦でありその面の法線は光軸方向であるため、レーザダイオードとの光結合効率が極端に悪いものであった。又、砥石等を使用した研磨加工によって光ファイバ先端を先鋭な稜線に加工する必要があるため、上記と同様、光ファイバ先端稜線部のチッピングは損失の要因となり、光結合特性を著しく低下させるという問題があった。
【００１２】
即ち、従来のいずれの方法のウェッジファイバでも、レーザダイオードとの結合において満足する光結合効率が得られないという課題があった。
【００１３】
本発明は、レーザダイオードとの光結合効率を高くできるレーザ光結合用光ファイバ及び光ファイバ並びに光ファイバモジュールを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ光結合用光ファイバは、レーザダイオードからの楕円光スポット形状を有するレーザ光が入射されるコアを有するレーザ光結合用光ファイバであって、レーザ光が入射される端面のコア形状が、前記レーザダイオードの楕円光スポット形状に対応する楕円形状であり、前記コアが端面から伝送方向に向けて次第に円形状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このようなレーザ光結合用光ファイバでは、レーザ光が入射される端面のコア形状が楕円形状であり、端面から光伝送方向に向けて次第に円形状に形成されているため、レーザダイオードからの楕円光スポット形状を有するレーザ光が、楕円形状のコアに入射され、次第に円形状になっていくコアを伝送していくため、また、研磨加工等が必要なく、鋭利な部分が存在しないため、損失が非常に小さくなり、レーザダイオードとの光結合効率を高くすることができる。
【００１６】
また、本発明のレーザ光結合用光ファイバは、レーザ光が入射される端面のコアサイズから決定されるスポットサイズが、レーザダイオードのスポットサイズと略一致することを特徴とする。このようなレーザ光結合用光ファイバでは、ファイバのコア形状とレーザのスポットサイズの不整合による反射への寄与がないため、光結合効率をさらに高くすることができる。
【００１７】
さらに、本発明のレーザ光結合用光ファイバは、レーザ光が入射される端面のコアサイズから決定されるスポットサイズが、レーザダイオードのビームウエストでのスポットサイズと略一致することを特徴とする。このようなレーザ光結合用光ファイバでは、出射直後のレーザ光がレーザ光結合用光ファイバに入射し、しかも、レーザダイオードのビームウエストでのスポットサイズと略一致するため、光結合効率をさらに高くすることができる。
【００１８】
さらに、本発明のレーザ光結合用光ファイバは、レーザ光が入射される端面の形状がコアに対応する楕円形状であり、断面形状が、前記端面から伝送方向に向けて次第に円形状に形成されていることを特徴とする。このようなレーザ光結合用光ファイバでは、レーザ光が入射される端面の形状がコアに対応する楕円形状であり、断面形状が楕円形状から次第に円形状になるため、例えば、光ファイバ材料を溶融させ、その材料を断面円形状に引き延ばす一般的な製法において、先端部を挟んで加圧し少々変形させた状態で引き延ばすことにより、容易に形成することができる。
【００１９】
また、本発明の光ファイバは、上記レーザ光結合用光ファイバと、該レーザ光結合用光ファイバに接続され、円形コアを有する光ファイバ本体とを有することを特徴とする。このような光ファイバでは、レーザダイオードとの光結合効率を高くすることができ、効率良く光信号を伝播することができる。
【００２０】
さらに、本発明の光ファイバモジュールは、楕円光スポット形状を有するレーザ光を出射するレーザダイオードと、該レーザダイオードからのレーザ光が入射する上記レーザ光結合用光ファイバと、該レーザ光結合用光ファイバに接続され、円形コアを有する光ファイバ本体とを具備することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ファイバモジュールを示すもので、光ファイバモジュールは、楕円光スポット形状を有するレーザ光を出射するレーザダイオード３１と、このレーザダイオード３１からのレーザ光が入射するレーザ光結合用光ファイバ３３と、このレーザ光結合用光ファイバ３３に接続された光ファイバ本体３４とを具備して構成されている。レーザ光結合用光ファイバ３３と、光ファイバ本体３４とで光ファイバが構成されている。
【００２２】
レーザダイオード３１は、図２（ａ）に示すような楕円光スポット形状を有するレーザ光を出射するもので、レーザ光はレーザ光結合用光ファイバ３３に入射される。
【００２３】
このレーザ光結合用光ファイバ３３は、レーザダイオード３１からのレーザ光が入射されるコア３５を有する。そして、本発明のレーザ光結合用光ファイバは、レーザ光が入射される端面のコア３５の形状が、図２（ｂ）に示すように、レーザダイオード３１の楕円光スポット形状に対応する楕円形状であり、コア３５が端面から伝送方向Ｘに向けて次第に円形状に形成されている。
【００２４】
レーザ光が入射される端面のコアサイズから決定されるスポットサイズは、レーザダイオード３１のスポットサイズと略一致することが望ましい。さらに、レーザ光が入射される端面のコアサイズから決定されるスポットサイズは、レーザダイオードのビームウエストでのスポットサイズと略一致することが望ましい。尚、この場合には、レーザダイオード３１の出射部とレーザ光結合用光ファイバの端面とがほぼ当接することになる。
【００２５】
また、レーザ光結合用光ファイバ３３の断面形状（外形）は、レーザ光が入射される端面の形状がコアサイズに対応する楕円形状であり、端面から伝送方向Ｘに向けて次第に円形状に形成されている。このようなレーザ光結合用光ファイバ３３は、一般的な光ファイバの作製工程を用いて容易に作製することができる。
【００２６】
即ち、光ファイバ材料を溶融させ、その材料を断面円形状に引き延ばす一般的な製法において、先端部を挟んで加圧し少々変形させた状態で引き延ばすことにより、容易に形成することができる。
【００２７】
尚、光ファイバ３３、３４は励起光用であり、シングルモード光ファイバ（光ファイバ本体３４）は、光が閉じこめられる円形断面のコア３５と、これを同心円状に囲むクラッド３７からなり、レーザ光結合用光ファイバ３３は、コア３５とクラッド３７はともに楕円形である。このレーザ光結合用光ファイバ３３の伝送方向Ｘの長さは、１ｍｍ以上あることが望ましい。
【００２８】
以上のように構成されたレーザ光結合用光ファイバでは、端面のコア形状が楕円形状であり、端面から光伝送方向Ｘに向けて次第に円形状に形成されているため、レーザダイオード３１からの楕円光スポット形状を有するレーザ光が、楕円形状のコア３５に入射され、次第に円形状になっていくコア３５を伝送していくため、また、研磨加工等が必要なく、鋭利な部分存在しないため、損失が非常に小さくなり、レーザダイオード３１との光結合効率を高くすることができる。
【００２９】
【実施例】
レーザーダイオードのビームウエストでのスポットサイズをｗ１ｘ＝２．５５０μｍ，ｗ１ｙ＝０．７２０μｍとし、結合用光ファイバのスポットサイズがｗ２ｘ＝ｗ２ｙ＝２．９５μｍである場合を例にとる。
【００３０】
レーザーダイオードからの電磁場、シングルモードファイバ中の電磁場はガウスビームとして良く近似できる事が知られているので、以下ではガウスビーム近似を用いて結合効率の計算を行う。空気中での結合効率をＣとすると、
Ｃ＝２／（ｗ１ｘ／ｗ２ｘ＋ｗ２ｘ／ｗ１ｘ）
＊２／（ｗ１ｙ／ｗ２ｙ＋ｗ２ｙ／ｗ１ｙ）
となる。ｗ１ｘ、ｗ１ｙと、ｗ２ｘ、ｗ２ｙは、それぞれビーム伝搬方向に垂直な面内の互いに垂直な２方向のスポットサイズである（例えば「光デバイスのための光結合系の基礎と応用（河野、現代工学社）」参照）。
よって、このまま、このレーザーダイオードに直接ファイバを結合させると
Ｃ＝０．４５６
となる。これに、空気中からファイバを構成するＳｉＯ２への平面波の進入の透過率Ｔ
Ｔ＝１―（（１−ｎ）／（１＋ｎ））＾２
を考慮する。ここで、＾２は２乗の意味である。ＳｉＯ２の屈折率ｎ＝１．４５７を代入すると
Ｔ＝０．９６５
となるので、最終的な結合効率は
ＣＴ＝０．４４
となる。
【００３１】
一方、ファイバ中の端面付近でのシングルモードのスポットサイズがレーザーダイオードのそれと一致する場合には、ｗ２ｘ＝２．５５０μｍ，ｗ２ｙ＝０．７２０μｍとなり、Ｃ＝１なので、結合効率はＣＴ＝０．９６５となる。
【００３２】
これは、レンズファイバやウエッジファイバ等の従来の方法で実現されている理論的結合効率０．８台を大きく上回っている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ中の端面付近でのシングルモードのスポットサイズがレーザーダイオードのそれと等しくなるような楕円状であり、その端面から長手方向に徐々に真円形に変形することで、より高い光結合効率を有する優れたレーザー光結合用光ファイバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバモジュールを示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った断面（レーザ光）、（ｂ）はレーザ光結合用光ファイバの端面の形状を示すＢ−Ｂ線に沿った側面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図３】従来の第１のウェッジファイバの側面図である。
【図４】従来の第２のウェッジファイバの側面図である。
【図５】従来の第３のウェッジファイバの側面図である。
【図６】従来の第４のウェッジファイバの側面図である。
【符号の説明】
３１・・・レーザーダイオード
３５・・・コア
３３・・・レーザ光結合用光ファイバ
３４・・・光ファイバ本体
【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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