(57)【要約】【課題】  先端部が楕円テーパ形状を有する光ファイバを簡単かつ経済的に研磨作製する光ファイバ先端部加工装置を提供する。【解決手段】  光ファイバ先端部加工装置は、光ファイバ狭持固定する第１の貫通孔と、上記第１の貫通孔よりも大きく、かつ、楕円形状に形成した一方の開口から光ファイバ先端部が突出してなる第２の貫通孔を有する固定治具と、光ファイバ先端部を研磨する研磨盤とを備え、上記光ファイバの先端部を上記研磨盤の表面に対して鋭角となるように撓ませた状態で上記研磨盤の表面を摺動回転させ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】
光ファイバ狭持固定する第１の貫通孔と、上記第１の貫通孔よりも大きく、かつ、楕円形状に形成した一方の開口から光ファイバ先端部が突出してなる第２の貫通孔を有する固定治具と、光ファイバ先端部を研磨する研磨盤とを備え、上記光ファイバの先端部を上記研磨盤の表面に対して鋭角となるように撓ませた状態で上記研磨盤の表面を摺動回転させることを特徴とする光ファイバ先端部加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの先端部を楕円テーパ形状に加工する光ファイバ先端部加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信用の発光源としては、レーザダイオード（以下ＬＤという）が用いられる。一般的にＬＤからの出射光のパターンは、出射方向に対して光分布が同心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ビーム状となることは知られている。典型的な例として波長９８０ｎｍのＬＤは２〜４：１の間のアスペクト比を有する出射光のパターンとなり、このような大きなアスペクト比を有するＬＤと光ファイバとの結合には光ファイバ先端部もＬＤのアスペクト比に対応した先端形状をしている光ファイバが適している。一般的に良く用いられているのは光ファイバ先端が楔形の形状をしているウェッジファイバが有効である。
【０００３】
このウェッジファイバではＬＤ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効率的集光を目的として、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きた。
【０００４】
従来のウェッジファイバの一例を図５に示す。図５（ａ）は従来のウェッジファイバの先端部における正面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。従来のウェッジファイバ１０は、光ファイバ１のコア中心や光ファイバの外径の中心となる中心軸（以下、単に中心軸という）３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。
【０００５】
また、他のウェッジファイバを図６に示す。このウェッジファイバ２０は、光ファイバ１の中心軸３に関して対称の一対の傾斜面１１ａ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（特許文献１参照）。
【０００６】
また、他のウェッジファイバを図７に示す。このウェッジファイバ３０は光ファイバの先端部に、光ファイバ１の中心軸３に対して対称な二つの傾斜面１１ａと、光ファイバ１の中心軸３に対して垂直な平面部３２とから構成され、傾斜面１１ａと垂直な平面部３２とのあいだでなす角度θが１０°〜７０°からなるレンズを形成している（特許文献２参照）。
【０００７】
このようなウェッジファイバ１０〜３０の作成方法は、従来から図４（ａ）、（ｂ）に示す治具を用いて形成していた。即ち、まず、光ファイバ１の先端側に固定治具９８を固定させるとともに、光ファイバ１を平板の研磨盤２に、その表面と光ファイバ１の中心軸３のなす角度をθになるように当接し、その角度θを保持しながら研磨する。これにより、光ファイバ１の先端の片側に傾斜面１１ａを形成する。次に１８０度反対側の光ファイバの傾斜面１１ａを作成するため、固定治具９８に光ファイバ１を固定したままの状態で固定用冶具９８を反転させて再度セットし同様に研磨作業をおこなう。
【０００８】
次に、ウェッジファイバ２０のように、その先端部に曲面２２を設ける場合には、特許文献３に記載のように先端部を放電加工により溶融し半円筒状の曲面２２を形成する。具体的には楔形状に加工した光ファイバを電極間に配置し、放電時間、放電強度を設定して光ファイバ１の溶融量を制御し、先端稜線部に所望の曲率半径をもつ半円筒状２２を形成する。溶融での半円筒状曲面２２の加工は放電時間、放電強度を制御する事により、容易に精度の高い曲面加工が可能である。また溶融での半円筒状曲面２２の加工は傾斜面１１ａと半円筒状曲面２２を連続的な曲面に形成できる。
【０００９】
しかしながら、上記従来方法による作成方法の場合、
レーザ光が光ファイバに入射する際に、接続損失を悪化させる理由から光ファイバ先端部の研磨後の先端部の中心Ｘと光ファイバ１の中心軸３とのズレを１μｍ以下としなくてはならないので、光ファイバ１の先端の研磨は、研磨装置によってある程度研磨をした後、光ファイバ１を研磨装置から取り外して研磨精度を確認していた。
【００１０】
このため、確認後に光ファイバ１を再度、研磨装置に取り付けて研磨を行っても研磨位置決めが困難であり、取り付け位置のばらつきによって研磨精度が悪化してしまうという問題があった。
【００１１】
また、光ファイバ１を度々取り外すことによって、光ファイバ１に傷が付いたり、折れてしまったりと歩留まりが悪いという問題がある。さらに、取り付け及び取り外しを繰り返して研磨精度の確認を行うことで、研磨時間及び研磨作業が多くなってしまうという問題がある。
【００１２】
上記問題を解決するための方法として、光ファイバの先端を研磨加工中に、光ファイバに検査光を導通し、検査光の戻り光を検出することにより研磨状態を確認しながら研磨を行う事によって加工精度を上げる事も提案されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平８−８６９２３号公報
【特許文献２】特開平１０−３０７２３０号公報
【特許文献３】特開２００２−２２８８５７号公報
【特許文献４】特開２００３−１１７７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記改善された作成方法の場合でも従来方法と同様に２つの傾斜面を研磨により作成する工程で一旦、光ファイバ１を取り外す必要があり、また、戻り光検出のために光ファイバ１の先端に金属膜を蒸着する必要があるので構造が複雑化し、しかも戻り光の検出のための装置を別途用意する必要があり、必ずしも量産性に適するものではないという問題点を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記に鑑みて本発明の光ファイバ先端部加工装置は、光ファイバを狭持固定する第１の貫通孔と、上記第１の貫通孔よりも大きく、かつ、楕円形状に形成した一方の開口から光ファイバ先端部が突出してなる第２の貫通孔を有する固定治具と、光ファイバ先端部を研磨する研磨盤とを備え、上記光ファイバの先端部を上記研磨盤の表面に対して鋭角となるように撓ませた状態で上記研磨盤の表面を摺動回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の構成によれば、光ファイバの先端部を上記研磨盤の表面に対して鋭角となるように撓ませた状態で上記研磨盤の表面を摺動回転させると、光ファイバ先端の外周部の全体が研磨面に接触するだけでなく、楕円状の開口により、第１の貫通孔の光ファイバの中心軸から楕円状の開口までの距離が研磨盤の表面を一回転する間に周期的に変化するので光ファイバの先端部の外周は均一に研磨面に接触することがなく研磨角度と研磨量が楕円周期に対応した形状にすることができる。
【００１６】
従って、光ファイバを研磨用の固定冶具を工程の途中で取り外し再度セットする事無く、一度セットするだけで光ファイバの先端部を楕円テーパ形状に加工することができ、特別な研磨状態の検出手段を必要とせずに精度良く光ファイバの先端加工を行う事ができる。
【００１７】
また、研磨工程の途中で光ファイバを度々取り外すことが無くなるため、取り扱いの中で光ファイバに傷が発生したり折れてしまったりする不具合が無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の光ファイバ先端部加工装置に用いられる光ファイバ固定冶具を示す図である。図１（ａ）は光ファイバを装着した状態の側面図を示し、図１（ｂ）はその底面図を示し、図１（ｃ）は、光ファイバが研磨されている時の状態を示す断面図を示す。
【００２０】
固定冶具９は、光ファイバ１を狭持固定する第１の貫通孔９１を持つ光ファイバ固定部９３と、その下部に光ファイバ１を撓ませた状態で光ファイバ１が斜めに接触して支持される第１の貫通孔９１よりも大きい第２の貫通孔９２を有する光ファイバ支持部９４とから構成されている。そして、この第２の貫通孔９２は光ファイバ１の先端部を楕円テーパ形状に加工するため空隙部９５は断面が楕円形状を有している。
【００２１】
この光ファイバ１を固定冶具９に取り付け、第２の貫通孔９２の開口から突出した光ファイバ１の先端を研磨面２１に当接させて撓ませた状態で固定冶具９を周方向に回転させると、光ファイバの先端部が研磨面２１に対して摺動回転する。このとき、光ファイバ１の側面は、光ファイバ支持部９４の回転方向と逆の側の楕円状の支持部位９２ａを修道士ながら固定冶具９とともに回転する。具体的には、楕円状の支持部位９２ａにより、光ファイバ固定部９３に固定されている光ファイバ１の中心軸３から支持部位９３までの距離が一回転の間に周期的に変化するので光ファイバ１の先端部の外周は均一に研磨面に接触することがなく研磨角度と研磨量が楕円周期に対応した形状となる。
【００２２】
その結果、研磨された光ファイバの先端部は図２に示すように光ファイバ１の先端部端面が楕円形状となる。このようにして作成された光ファイバ先端部は、従来からの図５〜図７にて述べた光ファイバ１と同様の機能を持つ。
【００２３】
この時の光ファイバ１の先端部の研磨角度は研磨面への当接角度θによって決定され、研磨量は研磨面への当接圧力と当接面積によって決定される。具体的には研磨角度及び研磨量は光ファイバが固定部９３に固定されている光ファイバ１の中心軸３から支持部位９２ａまでの最短距離、支持部位９２ａから研磨面２１までの高さ、光ファイバ１の第１の貫通孔９１から突出した光ファイバ先端までの長さ、光ファイバの剛性、固定冶具の回転速度、さらには光ファイバと研磨面との摩擦係数によって決定される。
【００２４】
このような装置を用いて作成すれば、作成の途中で一旦光ファイバを取り外す必要がないため、光ファイバを度々取り外すことによって、光ファイバに傷が発生したり折れてしまったりと歩留まりが悪いという問題が発生しない。また研磨自体は、光ファイバの光軸中心の周りに軸対称に外周研磨が行われていくため、楔形状の両側辺面部をそれぞれ研磨する従来方法に比較した場合、原理的に光ファイバ先端部の研磨先端部の中心と光ファイバコア部中心とのズレ量が小さくする事が容易となる。従って、取り付け及び取り外しを繰り返して研磨精度の確認を行うという作業も必要無くなる。
【００２５】
本発明の光ファイバ先端部加工装置の構造について図３を用いて具体的に示す。図３は、上述の光ファイバ１をセットした固定冶具９を装着した状態の加工装置を示す中央横断面図である。
【００２６】
光ファイバ先端部加工装置は、固定治具９を回転させる光ファイバ回転板１２と、光ファイバ回転板１２に回転駆動を与える駆動部１７、駆動伝達部１８から主に構成されており、駆動部１７に連結した駆動伝達部１８を介し光ファイバ回転板１２に連結し、駆動部１７に連動して、光ファイバ回転板１２が回転板中心軸１６を中心として回転運動をする構成になっている。光ファイバ回転板１２は回転板支持板２０と回転板押さえ部１９によって固定されている。
【００２７】
光ファイバ回転板１２の中心から所定の距離離れた位置に固定冶具挿入穴（不図示）が空けられており、固定冶具９が光ファイバ回転板１２の固定冶具挿入穴（不図示）に垂直に挿入固定されているため、光ファイバ回転板１２が回転運動を行うに伴い、固定治具９が回転公転円運動する。同時に光ファイバ１の先端部は、光ファイバ研磨板２上に当接し、研磨面２１上に円軌道の軌跡を描く運動をする。公転を繰り返す事により、光ファイバ１の先端部は円錐形状に研磨される。
【００２８】
この時、光ファイバ１は支持部９４の進行方向（回転方向）と逆の側に支点９２を持ちながら光ファイバ１の先端部を撓ませて固定冶具９とともに回転する。なお、その際、ファイバ固定部９３の第１の貫通孔９３ａに光ファイバを狭持固定しているので、この回転に伴っても光ファイバ自体は自転することはない。
【００２９】
このように回転していくと光ファイバ１の先端が研磨面２１によって研磨されていく。また光ファイバ１の先端部の円錐テーパ部２２の角度θは、支持部９４の空隙部９５は楕円形状をしているため、固定部９３に固定されている光ファイバ１のコア軸中心または外径中心軸３から支点９２までの距離が一回転の間に周期的に変化し、光ファイバ先端の外周は均一に研磨面に接触せずに研磨角度と研磨量が楕円周期に対応した形状となる。その結果、研磨された光ファイバの先端部は図２に示すように先端部端面が楕円形状となる。
【００３０】
固定冶具９に取りつけられた光ファイバ１は研磨加工中、常に支点９２に接触し押さえつけられているため、支点９２によって光ファイバ１に傷がつく可能性があるため、支持部９４には面取り加工やＲ形状をつけて光ファイバに対し、できるだけエッジ立たないようにする事が好ましい。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施例を説明する。
【００３２】
図３に示す加工装置を用いて光ファイバ１の先端部の楕円形状加工を行った。
【００３３】
光ファイバ１は、外径１２５±１μｍ、被覆径２５０μｍのシングルモードファイバを用いた。この時の光ファイバ１の長さは１００ｃｍとした。
【００３４】
固定冶具９は外径１６ｍｍ、長さ７０ｍｍのステンレス製の円筒型ホルダを使用した。光ファイバ１の先端部分の被覆除去部を１２ｍｍになるようにあらかじめ被覆除去処理をした。
【００３５】
固定冶具９の底面９６から研磨板２の研磨面２１までの距離は３ｍｍとした。ホルダ指示部９４の空隙部９５の楕円形状は長軸８ｍｍ、短軸３ｍｍの楕円形状とした。
【００３６】
加工装置の光ファイバ回転板３の回転速度は回転数６０ｒｐｍとした。研磨板２の上に貼り付けた研磨シートは、ダイヤ♯４０００番フィルムを用い、研磨時間約１２０秒で作製した結果、光ファイバ端面の断面形状が長軸と短軸のアスペクト比２：１の楕円形状をした光ファイバ先端部の加工を実現する事が出来た。このようにして得られた楕円先端形状の光ファイバの先端部を加熱溶融して先端部に曲率を持たせた形状とした。先端の曲率半径は長軸方向が１４ミクロン、短軸方向が６ミクロンであった。このようにして得られたウェッジファイバを発光波長９８０ｎｍの光増幅用光半導体レーザに結合を実施したところ、７０％の良好な結合効率が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による加工装置に用いられるホルダの構造を示し、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）同図（ａ）の底面図であり、（ｃ）は、光ファイバが研磨されている時の状態をしめす断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明による加工装置を用いて作成した光ファイバ先端部の形状を示す。
【図３】本発明による加工方法の原理を実施する加工装置にホルダが設置された状態を示す中央横断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は従来のウェッジファイバの先端加工方法を説明するための図である。
【図５】従来のウェッジファイバの形状を説明するための図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】従来のウェッジファイバの形状を説明するための図である。
【図７】従来のウェッジファイバの形状を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：光ファイバ
２：研磨板
２１：研磨面
２２：円錐テーパ部
３：中心軸
９：固定冶具
９１：第1の貫通孔
９２：第2の貫通孔
９３：光ファイバ固定部
９４：光ファイバ支持部
９５：空隙部
９６：底面
１０、２０、３０：ウェッジファイバ
１１：レンズ
１１ａ：傾斜面
１２：光ファイバ回転板
１４：固定冶具挿入穴
１６：回転板中心軸
１７：駆動部
１８：駆動伝達部
１９：回転板押さえ部
２０：回転板支持板
２２：半円筒状曲面
３２：平面部
９８：固定用冶具
θ：角度
【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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