(57)【要約】【課題】フェルール中間部に溝を設け、そこに光学素子を実装したインライン型光部品の低損失化、高反射減衰量化を図る。【解決手段】中央に貫通孔を有するとともに該貫通孔を分断する傾斜溝を備えたフェルールと、上記分断された双方の貫通孔に挿入固定された光ファイバと、上記傾斜溝に露出した各光ファイバ端面を覆うように傾斜端面に密着させた２個の光学素子とからインライン型光部品を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に貫通孔を有するとともに該貫通孔を分断する傾斜溝を備えたフェルールと、上記分断された双方の貫通孔に挿入固定された光ファイバと、上記傾斜溝に露出した各光ファイバ端面を覆うように傾斜端面に密着させた２個の光学素子とからなることを特徴とするインライン型光部品。
【請求項２】
上記各光ファイバの傾斜溝への露出端面近傍がレンズ機能を有することを特徴とする請求項１記載のインライン型光部品。
【請求項３】
上記２個の光学素子間に空間部を有することを特徴とする請求項１または２記載のインライン型光部品。
【請求項４】
上記光学素子による光軸ズレをΔ、上記空間部の厚さをｔ０、上記空間部の屈折角をθ０、光ファイバの軸に垂直な面に対する上記傾斜溝の傾斜角をθ２としたとき、
ｔ０＝Δ×ｃｏｓθ０／ｓｉｎ（θ０−θ１）
を満たすことを特徴とする請求項３記載のインライン型光部品。
【請求項５】
上記各光学素子が、フィルタ機能、ファラデー回転機能、偏光機能、光アイソレータ機能及び端面反射防止機能の少なくとも一種の機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインライン型光部品。
【請求項６】
上記フェルールの片側端面における光ファイバ先端が先球加工されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインライン型光部品。
【請求項７】
中央に貫通孔を有するフェルールに光ファイバを挿通、固定し、上記フェルールの中間部に傾斜溝を形成して上記光ファイバを分断し、得られた傾斜溝に露出した各光ファイバ端面を覆うように傾斜端面に２個の光学素子を密着固定させる工程からなるインライン型光部品の製造方法。
【請求項８】
上記フェルールの少なくとも一方の端面を、光ファイバ端面と同時に研磨処理することを特徴とする請求項７記載のインライン型光部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信機器、光センサシステムに使用するインライン型光部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
光部品の小型化、光モジュールの集積化に伴い、フェルール内に微少な光学素子を搭載、一つの部品にしたタイプのインライン型光部品が提案されている。図６に示したようにフェルール１の貫通孔にレンズ機能を有する一通の光ファイバ２を挿通固定し、中間部に光ファイバ２を分断するような溝部を形成し、そこに光アイソレータ等の機能を有する光学素子３を搭載することにより、フェルール単体と同じ使い方で、光源、コネクタと接続することができる。フェルール１内に設置される光学素子３と光ファイバ２間同士の接続は、コア拡大ファイバ、大口径シングルモードファイバとレイデッドインデックス型ファイバを接続したレンズ機能を有する光ファイバが使用されている（特許文献１，２）。
【０００３】
又近年ではクラッド部に規則的なエアホールを有するフォトニック結晶ファイバのモードフィールド拡大、低回折角機能を用いたコリメータが検討されている（非特許文献１）。そうしたレンズ機能を有する光ファイバをフェルール中間部の溝部に実装固定し、中間部に光学素子３を実装することにより、フェルール１内に実装した光学素子３により機能を有する小型インライン型光部品が実現している。
【特許文献１】特開２００２−７１９６３号公報
【特許文献２】特開２００２―１４２５３号公報
【非特許文献１】２００３年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイテイ大会Ｃ−３−４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の場合、例えば光学素子に屈折率の高いファラデー回転子（屈折率：２〜２．３）を使用しており、光ファイバ２内（屈折率約１．５）を伝搬光がある角度傾斜したファラデー回転子に入射した場合、光ファイバ２との屈折率差により、入射角と屈折角が異なることから、それによる光軸ズレΔが生じ、そのまま伝搬すると、そのままΔズレた状態で、もう一方のファイバに入射、ズレによる回折損失が増大する。しかし、従来のように一通のレンズ機能を有するファイバをフェルール１内に挿通し、その間に密着型の光学素子を設置した場合、光軸ズレΔの補正は困難である。
【０００５】
即ち、光軸ズレΔの補正をする為には、より屈折率の小さな部材（屈折率１．３程度）を用いて光軸ズレΔを補正した場合、部材厚さをとらねばならず、その厚さにより溝幅Ｌ１が増大することになり、レンズ機能を有するファイバ間の回折損失が増大する。
【０００６】
以上、光学素子をフェルール１中間部に内蔵した低損失、高反射減衰量のインライン型光部品を実現する為、解決すべき課題をまとめると以下の通りである。
【０００７】
（１）端面反射を防止する為、フェルール１中間に溝を斜めに構成、光学素子３を最大８度程度斜めに設置する為、光ファイバ２と光学素子３の屈折率差により光軸ズレΔが生じる。
【０００８】
（２）光軸ズレΔを補正するには、光学素子３、光ファイバ２と異なる屈折率の部材を別途光学素子として追加するため、全体の素子厚が厚くなり、それを設置する溝間距離Ｌ１を長くとらねばならず、損失が増大する。
【０００９】
以上を解決しない限り、高反射減衰量を有し、ファイバ間の結合が低損失なフェルール１中間部に光学素子３を実装したインライン型光部品の実現が困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する為、本発明は中央に貫通孔を有するとともに該貫通孔を分断する傾斜溝を備えたフェルールと、上記分断された双方の貫通孔に挿入固定された光ファイバと、上記傾斜溝に露出した各光ファイバ端面を覆うように傾斜端面に密着させた２個の光学素子とからインライン型光部品を構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、各光ファイバの傾斜溝への露出端面近傍がレンズ機能を有し、さらに２個の光学素子間に空間部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、上記光学素子による光軸ズレをΔ、上記空間部の厚さをｔ０、上記空間部の屈折角をθ０、光ファイバの軸に垂直な面に対する上記傾斜溝の傾斜角をθ２としたとき、
ｔ０＝Δ×ｃｏｓθ０／ｓｉｎ（θ０−θ１）
を満たすことを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記各光学素子が、フィルタ機能、ファラデー回転機能、偏光機能、光アイソレータ機能及び端面反射防止機能の少なくとも一種の機能を有することを特徴とする。
【００１４】
また、上記フェルールの片側端面における光ファイバ先端が先球加工されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明のインライン型光部品の製造方法は、中央に貫通孔を有するフェルールに光ファイバを挿通、固定し、上記フェルールの中間部に傾斜溝を形成して上記光ファイバを分断し、得られた傾斜溝に露出した各光ファイバ端面を覆うように傾斜端面に２個の光学素子を密着固定させる工程からなることを特徴とする。
【００１６】
また、上記フェルールの少なくとも一方の端面を、光ファイバ端面と同時に研磨処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上から、本発明によるインライン型光部品を用いることにより、以下のような優れた効果を実現することができる。
【００１８】
フェルール中間部に溝を角度θ１傾斜して形成、その傾斜面に沿って光学素子を密着して設置することにより、端面反射を防止することができる。
【００１９】
傾斜して設置した２個の光学素子間に光軸ズレが生じるが、光学素子間に空間部を設けることにより、その厚さの空気層により光軸ズレの補正ができ、光軸ズレのない光学系が実現できる。
【００２０】
空間部の空気層の屈折率が１で、２個の光学素子及び光ファイバの屈折率と大きな差があり、大きな屈折角により、短い距離で光軸ズレを補正することができる。又、それにより溝間隔が小さくでき、ファイバ間において低損失な光学系が実現できる。
【００２１】
以上により、フェルール内に光学素子を実装した低損失、高反射減衰量のインライン型光部品を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のインライン型光部品の実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明のインライン型光部品の実施例で、（ａ）はその上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。使用するフェルール１は、外径φ１．２５ｍｍまたは２．５ｍｍのもので、内部に内径が正確に約１２５μｍの貫通孔が加工されており、外径内径共に精密加工されて製作されたものである。材質としてはジルコニア、アルミナなどのセラミック材料の他、ガラス製、ステンレスなどの金属製のものがある。
【００２４】
フェルール１の内部にレンズ機能を有する一通の光ファイバ２を挿通し、レンズ領域がフェルール１の中間になる位置で、接着剤にて固定実装した後、この光ファイバ２を分断するよう、中央部に傾斜溝１ａを形成する。この傾斜溝１ａはフェルール１光軸に垂直な面に対して角度θ１で傾斜し、幅Ｌ１であり、光ファイバ２はこの傾斜溝１ａ端面近傍でレンズ機能を有するものである。
【００２５】
そして、傾斜溝１ａの端面に２個の光学素子１，２を設置し、各光ファイバ２の端面と透光性接着剤５により密着している。光学素子１，２としては、ファラデー回転子、吸収型偏光子、ルチル結晶に代表される複屈折性結晶、フィルター素子、端面反射を防止するＡＲコート板などがあり、それらを単体または組み合わせることで、一つの光学素子として使用する。
【００２６】
例えば、光学素子１として吸収型偏光子とファラデー回転子を密着した素子を用い、光学素子２として、吸収型偏光子を用いた場合、半導体レーザへの反射戻り光を除去する光アイソレータとして用いることができる。その場合、ファラデー回転子として用いるガーネット膜（屈折率：２．１〜２．３）は吸収型偏光子（屈折率：１．５）に比較し、屈折率が高い為、光学素子１を角度θ１傾斜して用いた場合、そこでΔの光軸ズレが生じる。それを抑える為、光学素子２間に幅Ｌ２の空間部を設け、空間部との屈折率差により先に生じた光軸ズレΔをキャンセルする。このようなインライン型部品は、片側ファイバ端を先球加工し、半導体レーザと直接接続可能な構成（図４（ｅ）参照）にすることにより、半導体レーザモジュール内に直接実装したり、両端または片端から光ファイバをそのまま出すことで、半導体レーザモジュールの出力用ファイバとして用いることができる。又、光学素子２の吸収型偏光子の空間部側面にバンドパスフィルタ機能を付けることで、半導体レーザの出射光からの戻り光以外の不要光の除去も可能になる。
【００２７】
又、光学素子１にファラデー回転子、光学素子２にバンドパスフィルタ素子を用いることで、インライン型のファラデー回転ミラーとして使用することができる。そうした部品は、マイケルソン干渉計等の計測用部品として出射光と反射戻り光の干渉を抑えるのに使用される。
【００２８】
フェルール１端部の形状は、両面をＰＣまたはＡＰＣ研磨して、コネクタ接続可能な形状にしてある。又は両端あるいは片端からある長さの光ファイバ２をそのまま伸ばしピグテール状の構成にしてもよい。又、片端の光ファイバ２をフェルール１端から少々伸ばし、光ファイバ２の端面に半導体レーザと直接結合できるようレンズ機能を有する先球加工をした構成でもよい。
【００２９】
図２は、図１の傾斜溝１ａの拡大詳細図で、スリット幅Ｌ１に厚さｔ１とｔ２の光学素子１，２が光軸の垂直方向に対し各度θ１傾斜した傾斜溝１ａの両側の光ファイバ２端に設置されている。光ファイバ２端と光学素子１，２は透光性接着剤５により接着固定されている。光ファイバ２のコアの屈折率をｎ１とすると、光学素子１の屈折率はｎ２、光学素子１の屈折率はファイバコアの屈折率ｎ１とほぼ一致させているが、異なっていてもよい。又、各光学素子１，２の空間部側端面は、フレネル反射防止の為、誘電体多層膜によるＡＲコートしてある。レンズ機能を有する光ファイバ２のコア内を伝搬してきた光は、入射角θ１で光学素子２に入り、光学素子２で屈折角θ２で、厚さｔ２の光学素子２内を伝搬する。その際、屈折角θ２により光軸から垂直方向に
Δ＝｛ｔ２×ｓｉｎ（θ１―θ２）｝／ｃｏｓθ２
で表される光軸ズレΔが生じる。
【００３０】
その後、間隔ｔ０の屈折率（ｎ０＝１）の空気層からなる空間部に入射角θ２で入射、屈折角θ０で伝搬、入射角θ０で光学素子１に入射する。
【００３１】
ここで、空間部の屈折率ｎ０は、
ｎ０＜ｎ１、ｎ２
であり、光軸ズレΔをなくすには、
Δ＝｛ｔ０×ｓｉｎ（θ０−θ１）｝／ｃｏｓθ０
が成り立てばよい。これにより、光軸ズレΔはキャンセルすることができる。
【００３２】
又、空間部の空気の屈折率はｎ０＝１で小さいため、通常
θ０＞θ１、θ２
となる。空間部の空気層厚  ｔ０は、空間部の光路長をｓ０とすると、
ｔ０＝ｓ０×ｃｏｓθ０
となる。従って、θ０が大きければ光軸ズレΔをキャンセルするのに必要な空間部の間隔ｔ０は短くて済む。
【００３３】
光学素子２に入射した伝搬光は、屈折角θ１で伝搬、即ち入射光同様、光軸に平行な状態で伝搬する。
【００３４】
図３は、フェルール１内に挿通するレンズ機能を有する光ファイバ２の構成例である。（ａ）は、レンズ機能を有する光ファイバにコア拡大ファイバ６を使用した場合のものである。コア拡大ファイバ６は、保護被覆を除去した光ファイバ２を真っ直ぐに固定、局部的に加熱可能なマイクロバーナーなどにより１５００〜１７００℃に１０〜３０分程度加熱することにより、コア内のＧｅを拡散、２０〜４０ミクロンにコア拡大をすることができる。又、ドーパントの拡散の際、コア拡大と比屈折率差の低下が同時に起こる為、規格化周波数に比例する値である
ｒ×Ｄ１／２
ただし、  ｒ：ファイバコア径          Ｄ：比屈折率差
は一定になり、シングルモード条件は保たれる。
【００３５】
コア拡大ファイバ６を使用すると、ファイバの開口数である
｛ＮＡ＝（ｎ１２―ｎ２２）｝
が小さくなり、より平行光に近づく。４０ミクロン程度に伝搬光のモードフィールド径が広がるようにコア径を広げた場合、結合損失１ｄＢで、１ｍｍ程度の間隔（空気）を得ることができる。空気よりも屈折率の大きな媒質を伝搬する場合、即ち、
ｎ２＞ｎ０＝１
の場合、ＮＡの値が小さくなりより間隔をとることができる。
【００３６】
図３（ｂ）は、屈折率分布型のマルチモード（ＧＩ）ファイバをレンズとして用いた場合の実施例で、ＧＩファイバ７は、ほぼ二乗の屈折率分布を有している。それをファイバ間に融着接続し、構成したものである。伝搬光が正弦波状に伝搬する為、正弦波のピークの所で切断すれば、ほぼ平行光で出射する。そのレンズ機能のＧＩファイバ７を２個準備し、それぞれを光ファイバ２端の融着接続する。そしてその各ＧＩファイバ７同士を接続用ファイバ８で接続する。接続用ファイバ８としては大口径シングルモードファイバ、フォトニック結晶ファイバなどを使用する。その接続用ファイバ８内で傾斜溝幅Ｌ１を切断、それによる結合系を構成してもよい。接続用ファイバ内でＧＩファイバ７出射光がコリメータ光の導波路として作用する。その接続用ファイバ８内の幅Ｌ１で、傾斜溝と共に切断すれば、結合系として使用することができる。
【００３７】
図４は、本発明のインライン型光部品の製造プロセスを示した図である。まず図４（ａ）に示すように、中心部にレンズ機能を有する光ファイバを保護被覆を剥がした状態のものの表面を洗浄したものを１本準備する。次に、図４（ｂ）に示すように、レンズ領域の長さより長いフェルール１を準備し、レンズ機能を有する光ファイバ２をフェルール１の内穴に挿通、レンズ領域がその中心位置になるようにして、熱硬化型接着剤またはハンダ材などで固定する。
【００３８】
次に、図４（ｃ）に示すように、フェルール１の中心部に、ダイシングマシンにより、フェルール光軸の垂直方向に対し角度θ１、幅Ｌ１で、フェルール１の径の７０％程度の深さで、傾斜溝を加工形成する。次に、図４（ｄ）に示すように、形成した傾斜溝の両側面に光学素子１，２を透光性接着剤５などにより密接して固定する。
【００３９】
最後に、図４（ｅ）に示すように、片側フェルール端面を研磨し、もう一方の面のファイバは、フェルール端から僅か１〜２ｍｍ程度伸ばし、その先端を加工する。先端の加工形状としては先端が球面の円錐状、楔状、円筒状のものがある。
【００４０】
尚、フェルール１の端面は、使用条件により、両端を研磨してもよいし、片側乃至両側からファイバをのばし、他の光ファイバ端と融着またはコネクタ接続できる形状に構成してもよい。要するに使い方により、いかようにも構成することができる。
【００４１】
図５は、本発明の接続用ファイバ８として、レンズ機能有するファイバとして使用するコア拡大ファイバ６の特性を示したグラフである。モードフィールド径を３５μｍと４０μｍに拡大した場合の溝間距離Ｌ１と回折損失との関係を示したものである。（溝間に屈折率整合剤充填）モードフィールド径が３５〜４０μｍのコア拡大ファイバを使用すると、溝間隔が１ｍｍ程度の場合も、０．２〜０．４ｄＢ程度の損失で、接続することができる。（ｂ）は、溝の傾斜角度θ１と反射減衰量の関係を示したもので、傾斜角度θ１が３°程度で、反射減衰量として４０〜５０ｄＢ以上の高反射減衰量が得られることがわかる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４３】
モードフィールド径が約１０μｍの１ｍ程度に切断した石英系のシングルモード光ファイバを複数本用意し、コア拡大ファイバを製作した。酸素、プロパンガスを用いたマイクロバーナ装置により、１５００〜１７００℃程度で、２０〜３０分程加熱することにより、モードフィールド径が約３５〜４０μｍ、コア拡大領域は約１２ｍｍのコア拡大ファイバを得た。その部分を接続用光ファイバ８として用いφ１．２５ｍｍ、長さ１５ｍｍのジルコニア製フェルール内に挿通し、熱硬化型エポキシ系接着剤により固定実装した。その後、フェルール１の中間部分にダイシングマシンにより角度θ１＝３°、Ｌ１＝７８０μｍ、深さ７００μｍの傾斜溝を形成した。その溝の両側面に光学素子１として、厚さｔ２＝３５０μｍのファラデー回転子（屈折率ｎ２＝２．２）、光学素子２として厚さｔ１＝２００μｍの吸収型偏光板（屈折率ｎ１＝１．５）を設置した。各ファイバとの接合面は、端面反射防止膜を形成し、屈折率を整合させた透光性の接着剤５で接合した。透光性接着剤５の層の厚さは５μｍ程度である。ファラデー回転子の空間部側面、吸収型偏光子の空間部側面にはＡＲコートを形成した。それにより空間部の幅ｔ０＝２２０μｍである。
【００４４】
次にフェルール両端部のファイバを切断、研磨器により各端面を研磨加工した。
【００４５】
それにより、波長１５５０ｎｍで、挿入損失０．６ｄＢ、反射減衰量約５０ｄＢの図１に示した構成の光アイソレータ機能を有するインライン型光部品を得た。それをスリーブ内に実装することで、コネクタで接続するタイプのインライン型光部品を実現することができる。光学素子に１使用しているファラデー回転子が自発磁化型のガーネットの場合は、磁石不要であるが、そうでない場合は、飽和磁界印加用にサマリウムコバルト製の磁石を傾斜溝光学素子１，２の周囲スペースを用いて設置する。又、光学素子１を吸収型偏光子とファラデー回転子を接着剤等により密着接合し複合素子タイプ（素子厚計：５５０μｍ）で構成してもよい。尚、実施例において、光学素子１，２の偏光子にルチル結晶などの複屈折性結晶を用いた場合は、インライン型アイソレータとして機能させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のインライン型光部品の実施例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１のＢ部詳細を示した図である。
【図３】フェルール中間部に固定するレンズ機能を有するファイバのレンズ領域を示したものであり、（ａ）はコア拡大ファイバを用いた場合の図、（ｂ）は、ＧＩファイバを用いた場合の図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明のインライン型光部品の製造方法を説明するための図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明で使用するコア拡大ファイバの特性を示した図である。
【図６】従来のインライン型光部品を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１．フェルール
２．光ファイバ
３．光学素子１
４．光学素子２
５．透光性接着剤
６．コア拡大ファイバ
７．ＧＩファイバ
８．接続用ファイバ
９．先球ファイバ
１０．ＡＲコート面
【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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