(57)【要約】【課題】  光ファイバの端面での入出射光の光軸と光ファイバの軸線方向とを完全に一致させ、かつ光ファイバの端面におけるリターンロス特性として実用特性を備えた光ファイバ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端面にグレーデッドインデックス光ファイバが融着された光ファイバコリメータにおいて、前記グレーデッドインデックス光ファイバ２０の端面に、光ファイバの軸線中心に対称に、なめらかな外面を有する膨出部２０ａが形成されていることを特徴とする。前記膨出部２０ａはグレーデッドインデックス光ファイバの端面をエッチングすることによって形成することができる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバが融着された光ファイバコリメータにおいて、
前記グレーデッドインデックス光ファイバの端面に、光ファイバの軸線中心に対称に、なめらかな外面を有する膨出部が形成されていることを特徴とする光ファイバコリメータ。
【請求項２】
前記膨出部が、グレーデッドインデックス光ファイバと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコリメータ。
【請求項３】
前記膨出部が、グレーデッドインデックス光ファイバのコア部分に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコリメータ。
【請求項４】
前記膨出部が、グレーデッドインデックス光ファイバの端面がエッチングされて形成されているものであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコリメータ。
【請求項５】
前記グレーデッドインデックス光ファイバの端面に、反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光ファイバコリメータ。
【請求項６】
単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバが融着された光ファイバコリメータの製造方法において、
単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバを融着し、
単一モード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバの外面に保護膜を形成した後、
前記グレーデッドインデックス光ファイバをコリメート作用を奏する所定の長さにカットし、
次いで、グレーデッドインデックス光ファイバの端面をエッチングして、グレーデッドインデックス光ファイバの端面に膨出部を形成し、
前記保護膜を除去して、所定のコリメート作用を有する光ファイバコリメータを得ることを特徴とする光ファイバコリメータの製造方法。
【請求項７】
保護膜を除去した後、グレーデッドインデックス光ファイバの端面に反射防止膜を設けることを特徴とする請求項６記載の光ファイバコリメータの製造方法。
【請求項８】
グレーデッドインデックス光ファイバの端面をエッチング液を使用してエッチングすることを特徴とする請求項６記載の光ファイバコリメータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）の端面にグレーデッドインデックス光ファイバ（ＧＩＦ）を融着して形成した光ファイバコリメータにおいて、光ファイバの端面からファイバの軸線方向に平行に光を入出射可能とした光ファイバコリメータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、グレーデッドインデックス光ファイバ（ＧＩ光ファイバ）を利用した光ファイバコリメータの構成を示す。このコリメータは単一モード光ファイバ１０（芯線）の端面にコリメート作用を生じる所定の長さのＧＩ光ファイバ２０（芯線）を融着して形成したものである。１２は単一モード光ファイバ１０の芯線を被覆する被覆部である。
この光ファイバコリメータは、単一モード光ファイバ１０のコアからの出射光をＧＩ光ファイバ２０の端面から平行光束として出射し、ＧＩ光ファイバ２０の端面に入射した平行光束を単一モード光ファイバ１０のコアに集光させる作用を有する（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この光ファイバコリメータでＧＩ光ファイバ２０の端面の面方向を、図４(a)に示すように、光ファイバの軸線方向に対して垂直方向にすると、光ファイバの端面でのフレネル反射によって、光ファイバの端面でのリターンロスが−１５〜−１８ｄＢ程度となり、端面に９９．９％透過率の反射防止膜を設けたとしても、リターンロスは−３０ｄＢ程度であって、実用上必要とされる−５０ｄＢ以下のリターンロス特性を確保することができないという問題がある。この場合でも、ＧＩ光ファイバ２０の端面に９９．９９９％透過率の反射防止膜を設けることで、リターンロスを−５０ｄＢ以下とすることは可能であるが、このような高透過率の反射防止膜を設けるには製造工数、製造コストがかかることから現実的な方法とはならない。
【０００４】
そこで、従来は、ＧＩ光ファイバ２０の端面の面方向をファイバの軸線方向に対して垂直となる面からわずかに傾斜させることによってリターンロス特性を改善する方法が一般に行われている。光ファイバの端面を傾斜面にするには、光ファイバの端面を斜めに研磨するといった方法による。このように光ファイバの端面を傾斜面にした光ファイバコリメータでは、端面に反射防止膜を設けることによって−７０ｄＢといった良好なリターンロス特性が得られている。
【特許文献１】特開平４−２５８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光ファイバの入出射面を光ファイバの軸線方向に垂直となる方向から傾斜させた光ファイバコリメータは、このように光ファイバの端面における良好なリターンロス特性を得ることができる。しかしながら、光ファイバの端面を傾斜面とした光ファイバコリメータの場合は、図４(b)に示すように、ＧＩ光ファイバ２０の端面で光が屈折し、光ファイバの軸線方向と光ファイバの端面で入出射する光の光軸とが一直線状にならないことから、光デバイスの組み立てが難しくなるという問題がある。
【０００６】
すなわち、光部品を組み合わせた光デバイスは、部品相互の光軸を正確に一致させて組み立てなければならないが、図４(b)に示す光ファイバコリメータのように光ファイバの軸線方向と光ファイバの端面から出射される平行光束の光軸方向が異なっている場合には、光軸を正確に合わせるために、光ファイバの軸方向を正確に位置出しするための支持構造が必要になる。この支持構造では光ファイバを正確に支持するために、支持部品を精度よく加工しなければならない。また、支持部品に光ファイバを支持する場合でも、軸線を中心とする回転方向での光ファイバの回転位置を位置出ししたり、光ファイバの端面位置を正確に位置出しする必要があり、組み立て作業にもかなりの精度が要求されるという問題があった。
【０００７】
このように、光ファイバの端面を傾斜面とした光ファイバコリメータは、その取り扱い上の煩雑さが従来から課題とされていたものである。本発明はこれらの課題を解消すべくなされたものであり、ＧＩ光ファイバを利用した光ファイバコリメータでの端面での入出射光の光軸と光ファイバの軸線方向とを完全に一致させ、かつ光ファイバの端面におけるリターンロス特性として−５０ｄＢ以下の実用上の特性を得ることができる光ファイバコリメータおよびその好適な製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、  単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバが融着された光ファイバコリメータにおいて、前記グレーデッドインデックス光ファイバの端面に、光ファイバの軸線中心に対称に、なめらかな外面を有する膨出部が形成されていることを特徴とする。
また、前記膨出部が、グレーデッドインデックス光ファイバと一体に形成されていること、膨出部が、グレーデッドインデックス光ファイバのコア部分に形成されていること、膨出部が、グレーデッドインデックス光ファイバの端面がエッチングされて形成されていることを特徴とする。
また、前記グレーデッドインデックス光ファイバの端面に、反射防止膜が設けられていることにより光ファイバコリメータのリターンロス特性を向上させることができる。
【０００９】
また、単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバが融着された光ファイバコリメータの製造方法において、単一モード光ファイバの端面にグレーデッドインデックス光ファイバを融着し、単一モード光ファイバとグレーデッドインデックス光ファイバの外面に保護膜を形成した後、前記グレーデッドインデックス光ファイバをコリメート作用を奏する所定の長さにカットし、次いで、グレーデッドインデックス光ファイバの端面をエッチングして、グレーデッドインデックス光ファイバの端面に膨出部を形成し、前記保護膜を除去して、所定のコリメート作用を有する光ファイバコリメータを得ることを特徴とする。
また、保護膜を除去した後、グレーデッドインデックス光ファイバの端面に反射防止膜を設けることにより、光ファイバコリメータのリターンロス特性を向上させることが可能となる。
また、前記グレーデッドインデックス光ファイバの端面をエッチング液を使用してエッチングすることにより、なめらかな外面を有する光ファイバコリメータを容易に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光ファイバコリメータは、グレーデッドインデックス光ファイバの端面に膨出部を設けたことによって、光ファイバの軸線方向と光ファイバの端面における入出射光の光軸とを完全に一致させることができ、これによって、光ファイバコリメータを使用して光デバイスを組み立てる際に使用する支持構造、支持治具の構成を容易にし、組立作業を容易にすることが可能になる。また、光ファイバの端面に膨出部を設けたことによって光ファイバコリメータのリターンロス特性を改善することが可能となり、実用上使用できる光ファイバコリメータとして提供することが可能となる。また、本発明に係る光ファイバコリメータの製造方法によれば、グレーデッドインデックス光ファイバの端面に容易に膨出部を形成することができ、光ファイバの軸線方向と光ファイバの端面における入出射光の光軸とを完全に一致させた光ファイバコリメータを容易に製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳細に説明する。
図１は本発明に係る光ファイバコリメータの全体構成を示す説明図である。本発明に係る光ファイバコリメータは、図４に示す光ファイバコリメータと同様に、単一モード光ファイバ１０の端面にＧＩ光ファイバ１２を融着して成る。本実施形態の光ファイバコリメータにおいて従来の光ファイバコリメータと異なる特徴的な構成は、ＧＩ光ファイバ２０の端面に半球状の膨出部２０ａが形成されていることである。
【００１２】
図２に、ＧＩ光ファイバ２０の端面近傍の形状を拡大して示す。図２(a)は側面図、図２(b)は斜視図である。膨出部２０ａは、ＧＩ光ファイバ２０の円形に形成された端面領域内に、外面が中心対称の球面形に形成されている。ＧＩ光ファイバ２０はファイバのコア部分が径方向に屈折率が徐々に変化するように形成され、コアの外周のクラッド部分は均一の屈折率に形成されている。膨出部２０ａは光ファイバの端面領域内で、コア部分に対応する領域に設けられている。
【００１３】
本実施形態の光ファイバコリメータは、ＧＩ光ファイバ２０の端面のコア部分に対応する領域に膨出部２０ａを形成し、この膨出部２０ａの作用を利用して、光ファイバコリメータの軸線方向と光ファイバの端面での入出射光の光軸を完全に一致させ、同時に光ファイバの端面を曲面形状としたことにより、光ファイバの端面でのリターンロス特性として実用上の特性を得ることを可能にしたものである。
【００１４】
ＧＩ光ファイバ２０の端面に形成した膨出部２０ａは、光学的にはレンズ作用を奏するものであり、したがって、ＧＩ光ファイバ２０は、ＧＩ光ファイバ２０の端面に形成した膨出部２０ａによるレンズ作用を考慮して、光ファイバの端面から平行光束が出射されるよう、また光ファイバの端面に入射した平行光束が単一モード光ファイバ１０のコア部分に集光するように、その長さＬを設定する。
すなわち、本発明に係る光ファイバコリメータでは、ＧＩ光ファイバ２０の端面に形成する膨出部２０ａの形状と、ＧＩ光ファイバ２０の長さＬによって光コリメート作用を奏するものである。したがって、膨出部２０ａの形状にしたがってＧＩ光ファイバ２０の長さＬが規定され、ＧＩ光ファイバ２０の長さＬによって膨出部２０ａの形状が規定されるということもできる。
【００１５】
本実施形態のようにＧＩ光ファイバ２０の端面に膨出部２０ａを形成した場合には、光ファイバコリメータの端面を軸線方向に対して垂直な平坦面とした場合にくらべて、リターンロス特性を大きく改善することができる。これは、ＧＩ光ファイバ２０の端面に曲面状の外面を有する膨出部２０ａを形成したことによる作用である。光ファイバの端面を平坦面とした場合には、光ファイバの端面で反射した光は直接的に単一モード光ファイバ１０の端面に戻るが、膨出部２０ａを曲面とした場合は光ファイバの端面で反射した光は直接的に単一モード光ファイバ１０の端面に戻ることはない。
【００１６】
本実施形態の光ファイバコリメータによれば、ＧＩ光ファイバ２０の端面に反射防止膜を設けない状態で、リターンロス特性として−３０ｄＢ以下を得ることができ、光ファイバの端面に透過率９９．９７％（−３５ｄＢ反射）の反射防止膜を設けることによって、リターンロス特性として−５０ｄＢ以下を確保することが可能となる。透過率９９．９７％の反射防止膜は、端面を傾斜面とした光ファイバコリメータで通常使用されているものであり、本実施形態の光ファイバコリメータによれば、特別に複雑な製造工程によることなく、実用可能なリターンロス特性を有し、かつ光ファイバコリメータの軸線方向と入出射光の光軸とを完全に一致させた製品として得ることができる。
【００１７】
図１、２に示すように、光ファイバの端面に膨出部２０ａを形成する方法として、本実施形態においては、ＧＩ光ファイバ２０の端面を化学的にエッチングする方法を利用した。
本実施形態で使用しているＧＩ光ファイバ２０は石英ガラスを基材とし、Ｇｅの添加量を制御して屈折率が連続的に変化するように形成されているものである。このような屈折率が連続的に変化するように形成されている光ファイバを所要のエッチング液を用いてエッチングすると、図２に示すような、外面が球面状（外方に凸となる曲面状）となる膨出部２０ａを形成することができる。
【００１８】
本実施形態においては、以下のようにして、ＧＩ光ファイバ２０の端面に膨出部２０ａを形成した。図３に製造工程を示す。
まず、単一モード光ファイバ１０の端面にＧＩＦ光ファイバ２０を融着する（図３(a)）。ＧＩ光ファイバ２０の長さは所定長さよりも若干長く設定する。
次に、光ファイバの端面をエッチングする際に、光ファイバの外周面がエッチングされないように保護するため、単一モード光ファイバ１０とＧＩ光ファイバ２０の外周面にエッチングの保護膜として無電解ニッケルめっきと無電解金めっきをこの順に施す。図３(b)は、ニッケルめっき３０と金めっき３２とを設けた状態を示す。
【００１９】
次に、ＧＩ光ファイバ２０を所定の長さにカットする。ＧＩ光ファイバ２０の長さは、ＧＩ光ファイバ２０の端面から出射される光が平行光束となるように決められる。ＧＩ光ファイバの端面を平坦面としてカットする場合は、ＧＩ光ファイバの集束定数から定まる波長の１／４の長さ、または波長の１／４の奇数倍の長さにする。本実施形態の場合は、ＧＩ光ファイバ２０の端面に膨出部２０ａを形成するから、膨出部２０ａのレンズ作用を考慮してＧＩ光ファイバ２０の長さを決めてカットする。
ＧＩ光ファイバ２０を所定の長さにカットすることにより、ＧＩ光ファイバ２０の端面が露出し、光ファイバの他の部分は保護膜によって被覆された状態になる（図３(c)）。
【００２０】
ＧＩ光ファイバ２０の端面が露出したところで、エッチング液に光ファイバを浸漬してＧＩ光ファイバ２０の端面をエッチングする。
本実施形態では、エッチング液として、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよび純水を混合比０．２：１．４：１とした混合液を使用してエッチングした。このエッチング液を用いてエッチングすることによって、ＧＩ光ファイバ２０の端面に球面状の外面を有する膨出部２０ａを形成することができる。エッチング時間によって光ファイバコリメータのリターンロスが変化するから、適当なエッチング時間を設定することで所要のリターンロス特性が得られるようにする。図３(d)が、ＧＩ光ファイバ２０の端面をエッチングして、ＧＩ光ファイバ２０の端面に膨出部２０ａを形成した状態を示す。
【００２１】
最後に、光ファイバの外周面を被覆している保護膜である金めっき３２とニッケルめっき３０とを溶解除去して、光ファイバコリメータを得る（図３(e)）。
得られた光ファイバコリメータは、光ファイバコリメータの軸線方向と光ファイバの端面での入出射光の光軸が完全に一直線状となった製品である。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１は、上述した実施形態の方法でＧＩ光ファイバ２０の端面に膨出部２０ａを形成する際に、エッチング液によるエッチング時間を変えて、光ファイバコリメータのリターンロス特性がどのように変化するかを、４つのサンプルについて調べた結果を示す。
なお、表１中で、ＡＲなしとあるのは、ＧＩ光ファイバの端面をエッチングしたままの状態でリターンロス特性を測定した結果、ＡＲ後とあるのは、同一サンプルでＧＩ光ファイバの端面に反射防止膜を設けてリターンロス特性を測定した結果を示す。反射防止膜は６層構成からなるもので、透過率９９．９７％のものである。
【００２４】
表１の結果をみると、エッチング時間が１時間から４時間へ長くなるにしたがってリターンロス特性が徐々に改善され、反射防止膜を設けることによってリターンロス特性が改善されていることがわかる。エッチング時間が３時間と４時間のものについては、反射防止膜を設けることによって−５０ｄＢ以下のリターンロス特性が得られている。これらのエッチング時間のものについては、十分に実用可能である。
なお、ＧＩ光ファイバ２０の端面をエッチングする時間を変えていくと、ＧＩ光ファイバ２０の端面に形成される膨出部２０ａの形状（曲率）が変わっていくから、エッチング時間を単に長くすればリターンロス特性が向上するわけではない。実際上は、製品によって最適なエッチング時間を設定してエッチングする必要がある。
【００２５】
本実施形態のように、ＧＩ光ファイバ２０の端面を化学的にエッチングする方法によってＧＩ光ファイバ２０の端面に膨出部２０ａを形成する方法は、膨出部２０ａを外面が凸形の曲面形状に形成する方法としてきわめて好適である。ＧＩ光ファイバ２０のコアは、径方向に徐々に屈折率が変化するように設計されているから、このＧＩ光ファイバ２０の組成の特性を利用することにより、化学的なエッチング操作のみで円滑な外面を有する膨出部２０ａを形成することが可能となる。
そして、膨出部２０ａによる光学的なレンズ作用とＧＩ光ファイバ２０による光学的作用によって所要のコリメート効果を得ることができ、膨出部２０ａによるリターンロス特性を改善するという作用効果をともに得ることが可能となる。
【００２６】
なお、ＧＩ光ファイバ２０の端面をエッチングする際に、光ファイバの外周面を保護膜によって被覆しているのは、エッチング液によってＧＩ光ファイバ２０の端面以外の部位が侵されないようにするためであり、保護膜の種類についてはとくに限定されるものではない。また、本実施形態では光ファイバの外面にめっきを施して保護膜としているが、めっきによって保護膜を設ける方法にかえて、エッチング液に侵されない樹脂等の他の材料によって光ファイバの外面を被覆して保護するようにしてもよい。
【００２７】
また、本実施形態のＧＩ光ファイバ２０は石英を基材としたものであるが、光ファイバが樹脂からなる場合でも上記実施形態と同様に、エッチング方法を利用してＧＩ光ファイバの端面に膨出部２０ａを形成することが可能である。
また、ＧＩ光ファイバ２０の端面になめらかな外面を有する曲面状の膨出部２０ａを形成する方法として、エッチング液を使用してエッチングする方法の他に、プラズマエッチング等の物理的な方法を利用することも可能である。すなわち、ＧＩ光ファイバ２０の端面に膨出部２０ａを形成する方法は化学的なエッチング方法に限定されるものではない。
【００２８】
また、上記実施形態ではＧＩ光ファイバ２０の端面に形成する膨出部２０は、ＧＩ光ファイバ２０と一体に形成したものであるが、ＧＩ光ファイバ２０とは別体のものによって膨出部２０ａを形成することも可能である。たとえば、ＧＩ光ファイバ２０とは別体で形成した、所定のレンズ作用を有するレンズ体をＧＩ光ファイバ２０の端面に接着する方法、透明な樹脂ペーストをＧＩ光ファイバ２０の端面に塗布してなめらかな外面を有する膨出部をＧＩ光ファイバ２０の端面に形成するといったことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る光ファイバコリメータの構成を示す説明図である。
【図２】光ファイバコリメータのＧＩ光ファイバの端面近傍を拡大して示す側面図(a)および斜視図(b)である。
【図３】本発明に係る光ファイバコリメータの製造方法を示す説明図である。
【図４】従来の光ファイバコリメータの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  単一モード光ファイバ
２０  光ファイバ
２０ａ  膨出部
３０  ニッケルめっき
３２  金めっき
【図１】
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【図２】
2005128267.tif 000005
【図３】
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【図４】
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