(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に細孔を有するフェルールに光ファイバの一端を固定し、上記フェルールの先端面が上記フェルールの中心軸に垂直な面に対して傾斜し、かつ上記細孔が上記フェルールの中心軸に対して傾いているとともに、上記フェルールの外周面に、上記細孔の傾き方向を示す方向表示部を設け、レンズを備えたレンズホルダを上記フェルールに取り付けてなる光コリメータの製造方法において、上記フェルールの外周部に上記方向表示部を形成し、上記フェルールの細孔をレーザ加工によって形成した後、光ファイバを固定し、上記方向表示部を基準として上記フェルールの先端面を研磨加工し、上記レンズを備えたレンズホルダを取り付けることを特徴とする光コリメータの製造方法。
【請求項２】
細孔を有するキャピラリーの後端部がホルダに圧入固定されてなるフェルールに光ファイバの一端を固定し、上記キャピラリーの先端面が上記フェルールの中心軸に垂直な面に対して傾斜し、かつ上記キャピラリーの細孔が上記フェルールの中心軸に対して傾いているとともに、上記フェルールの外周面に、上記細孔の傾き方向を示す方向表示部を設け、レンズを備えたレンズホルダを上記キャピラリーと同軸上になるように上記フェルールに取り付けてなる光コリメータ製造方法において、上記フェルールの外周部に上記方向表示部を形成し、上記キャピラリーの細孔をレーザ加工によって形成した後、光ファイバを固定し、上記方向表示部を基準として上記キャピラリーの先端面を研磨加工し、レンズを備えたレンズホルダを取り付けることを特徴とする光コリメータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、LDモジュール，光結合器，光スイッチ，光合分波器，光アイソレータおよび光サーキュレータ等各種光学部品に用いる光コリメータとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の発達に伴って利用する光デバイス，光学部品等の小型化が望まれており、光アイソレータ，光サーキュレータ，光合分波器等において光ファイバとの結合状態で小型化や構造の簡素化が要求されている。また、近年光通信の高速・高密度システムは、極めて狭いスペクトル線幅をもつ分布帰還型レーザを用いているため、低損失が要求されるようになってきた。
【０００３】
従来の光コリメータは、図４に示すように光ファイバ１０のファイバ芯線部１０ａを挿通する細孔２ａを有するキャピラリー２と、該キャピラリー２と連設し、前記光ファイバ１０を挿通する貫通孔３ａを有するホルダ３からなるフェルール１の外周にレンズホルダ５を取り付け、その先端を既にレンズ４を備えた構造からなる。前記キャピラリー２の先端面は、レーザーダイオード等の光源からレンズ４にて集光した光の反射戻り光を抑制するため、ホルダ３に形成された貫通孔３ａの中心軸の垂線に対して一定角度傾斜している。
【０００４】
しかし、図４に示すような光コリメータは、キャピラリー２に形成された細孔２ａがホルダ３に形成された貫通孔３ａの中心軸と平行に設けられているため、キャピラリー２の先端面の反対側より光ファイバに入射した光がキャピラリー２の先端面より出射する際、その出射光の光軸が矢印方向に曲がってしまい、光接続損失が大きくなるという問題を有していた。
【０００５】
そこで、図５に示すように、前記キャピラリー２を前記ホルダ３に形成された貫通孔３ａの中心軸に対して一定角度α傾けて圧入したフェルールを用いることによって、キャピラリー２の先端面より出射する光の光軸が矢印に示す方向に制御され、光学調芯が容易になり、良好な光接続特性が得られる光コリメータが提案されている（特開平７−１５１９３４）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような従来の光コリメータの場合、キャピラリー２をホルダ３に斜めに圧入するため、キャピラリー２の傾斜角度αを精密に加工することが困難となり、キャピラリー２に形成された細孔２ａの傾斜角度αの精度が低下するとともに、キャピラリー２の先端面の傾斜角度と細孔２ａの傾斜角度αとの位置合わせの精度が低下し、出射光の光軸がフェルール１の中心軸に対して平行にならず光接続損失が増加するという欠点を有している。
【０００７】
また、キャピラリー２の位置精度が低下すると、上述のように部分的に接続損失の大きい箇所が生じ、通信データの品質に影響を及ぼすという欠点を有していた。
【０００８】
さらに、キャピラリー２を斜めに圧入するため、キャピラリー２の傾斜角度αを高精度に位置合わせすることが困難となり、生産性が安定しないという欠点を有していた。
【０００９】
本発明は、上述の欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は接続損失を減少させるとともに、高精度で加工性の優れた光コリメータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、先端部に細孔を有するフェルールに光ファイバの一端を固定し、上記フェルールの先端面が上記フェルールの中心軸に垂直な面に対して傾斜し、かつ上記細孔が上記フェルールの中心軸に対して傾いているとともに、上記フェルールの外周面に、上記細孔の傾き方向を示す方向表示部を設け、レンズを備えたレンズホルダを上記フェルールに取り付けてなる光コリメータの製造方法において、上記フェルールの外周部に上記方向表示部を形成し、上記フェルールの細孔をレーザ加工によって形成した後、光ファイバを固定し、上記方向表示部を基準として上記フェルールの先端面を研磨加工し、上記レンズを備えたレンズホルダを取り付けることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、  細孔を有するキャピラリーの後端部がホルダに圧入固定されてなるフェルールに光ファイバの一端を固定し、上記キャピラリーの先端面が上記フェルールの中心軸に垂直な面に対して傾斜し、かつ上記キャピラリーの細孔が上記フェルールの中心軸に対して傾いているとともに、上記フェルールの外周面に、上記細孔の傾き方向を示す方向表示部を設け、レンズを備えたレンズホルダを上記キャピラリーと同軸上になるように上記フェルールに取り付けてなる光コリメータ製造方法において、上記フェルールの外周部に上記方向表示部を形成し、上記キャピラリーの細孔をレーザ加工によって形成した後、光ファイバを固定し、上記方向表示部を基準として上記キャピラリーの先端面を研磨加工し、レンズを備えたレンズホルダを取り付けることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の光コリメータによれば、前記ファイバ芯線部が挿通される細孔が、光ファイバが挿通される貫通孔の中心軸に対して傾いていることから、光ファイバに入射もしくは出射する光軸が光ファイバ用フェルールの中心軸に対して平行光となりレンズとの光接続損失を少なくすることができる。
【００１６】
また、本発明の光コリメータによれば、前記細孔をレーザ加工によって形成することから、レーザ光の出射角によって細孔の傾斜角度を精度良く制御できるとともに、様々な角度、位置で、且つ容易に加工ができるため加工時間が短縮され、生産性の安定した光コリメータを得ることができる。
【００１７】
またさらに、本発明の光コリメータによれば、前記光ファイバ用フェルールの細孔にファイバ芯線部が、前記貫通孔に光ファイバがそれぞれ挿通され、且つ光ファイバ用フェルールの先端面が、前記貫通孔の中心軸の垂線に対して一定角度傾いていることから、レンズから光ファイバに入射もしくは出射する光の光軸を貫通孔の中心軸に対して平行とし、光源への反射戻り光を防止するとともに、レンズと光ファイバ入射するビーム距離をＬ方向への調整だけで実現することができ、光デバイスとの光接続損失の少ない光コリメータを得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００１９】
本発明の光コリメータは、図１に示すように光ファイバ１０のファイバ芯線部１０ａが挿通される細孔１ａと、該細孔１ａに連通し、前記光ファイバ１０が挿通される貫通孔１ｂを有し、前記細孔１ａは光ファイバが挿通される貫通孔１ｂの中心軸Ａに対して角度α傾いているフェルール１を用いる。前記フェルール１に光ファイバ１０を挿通固定し、レンズ４を備えたレンズホルダ５を固定することで光コリメータを構成してある。
【００２０】
また、レンズ４から光ファイバに入射もしくは出射時の反射戻り光を防ぐためフェルール１の先端面は、中心軸Ａに垂直な面に対し傾斜角度βが７〜１０°程度に光学研磨されている。
【００２１】
このとき、入射もしくは出射する光の光軸が前記先端面を通過する際、スネルの法則により光ファイバが挿通される貫通孔１ｂの中心軸Ａに対して３．１〜４．６°傾くことから、記細孔１ａの傾斜角度αは、３．１〜４．６°程度であることが好ましい。この傾きを制御してレンズ４から光ファイバ１０に入射もしくは出射する光の光軸が貫通孔１ｂの中心軸Ａに対して平行とし、接続損失の少ない光コリメータとすることができる。特に、先端面の傾斜角度βを８°とした場合には、細孔１ａの傾斜角度αは３．６°とするのが好ましい。
【００２２】
さらに、前記光コリメータには細孔の傾斜方向を示す方向表示部６を設けることが好ましく、該方向表示部６となる切り欠きをフェルール１の外周に設けることにより、細孔１ａ及び貫通孔１ｂに光ファイバを挿通したピグテイルのフェルール１の先端面を斜めに研磨する際の基準となり、細孔１ａの傾斜角度αと光ファイバを挿通したフェルール１の先端面の傾斜角度βとを高精度に位置決めして加工することができる。
【００２３】
また、他の実施形態を図２に示すように、フェルール１として、光ファイバ１０のファイバ芯線部１０ａが挿入される細孔２ａを有するキャピラリー２を前記光ファイバが挿通される貫通孔３ａを有したホルダ３に圧入固定し、貫通孔３ａの中心軸Ａに対してキャピラリー２の細孔２ａが角度α傾いたものを用いることも可能である。
【００２４】
フェルール１は、ジルコニアセラミックスの他、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、コージュライト、ムライト等を主成分とする結晶粒子を有するセラミックス、あるいは結晶化ガラスやステンレス鋼、真鍮、鉄、プラスチック等から形成することができる。
【００２５】
ここで、本発明の光コリメータの加工方法を説明する。
【００２６】
例えば、図１に示すフェルールをジルコニアセラミックスで形成する場合、図３に示すように予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によって貫通孔１ｂとなる円錐孔を有する成形体を得、その後、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成する。
【００２７】
なお、押出成形の場合は、成形体に研削加工等によって貫通孔や円錐孔を形成する。
その後、得られた焼結体に外周研削加工で方向表示部６を形成する。
【００２８】
次いで、得られた焼結体の先端面側よりレーザ光８を照射して細孔１ａを加工する。
具体的には、得られた焼結体を保持具７に固定し、レーザ光８の照射軸が方向表示部６の切り欠きと垂直方向に傾斜角度が、例えば３．６°となるように位置合わせを行い、レーザ光８を照射することによって加工でき、前記細孔１ａの傾斜角度αのズレ精度は±０．５°として光接続損失を小さくして高精度なフェルール１得ることができる。
【００２９】
なお、レーザ光８を、より精密に位置合わせするためには、マイクロメータ制御機構９を用いることが好ましく、上下、左右、前後の動作軸それぞれにマイクロメータと同様の回転並進変換機構を用いた制御、即ちピッチの小さい雄ねじを切った軸棒に嵌合した雌ねじを手動操作で回転運動させ、軸棒が極めて微細に並進運動する制御を行うことによって、より精密な細孔１ａの加工が可能となる。
【００３０】
また、前記レーザ光８のスポット径は、細孔１ａの最終仕上げ寸法になるように調整するとともに、レーザ光８のスポット径を予め真円に調節しておく。レーザ光８の種類としては、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、エキシマレーザ等を用いることができ、使用する材質によって適宜レーザの種類を選定し、前記ジルコニアセラミックスからなる場合には、加工パワーの大きさ、設備価格の点からＹＡＧレーザを用いることが望ましい。
【００３１】
さらに、レーザ加工の条件は、使用する材質によって異なり、例えば、ジルコニア等のセラミックスやガラス等の無機物を用いる場合には、大出力のレーザ光を直接照射すると、ヒートショックによりクラックが発生する危険性があるため、レーザ光８の照射前もしくは照射後、さらには前後にレーザ光３の出力を弱めたり、照射スポットを広げることによって、また出力の弱いレーザ光３を照射して予め焼結体を加熱するのが好ましい。
【００３２】
なお、成形体に予め細孔１ａとなる下穴を形成した後、レーザ加工によって細孔１ａを仕上げる方法でもよい。
【００３３】
次に、貫通孔１ｂに光ファイバを挿通して接着固定し、前記フェルール１の先端面を貫通孔１ｂの中心軸Ａの垂線に対して一定角度β傾斜するように光学研磨を施して加工する。
【００３４】
さらに、レンズ４をレンズホルダ５に、低融点ガラス固定、接着固定又は、かしめ固定した組立品に上述で得られたピグテイルを挿入し、光学調芯を行いフェルール１とレンズホルダ５をハンダ固定、接着もしくは溶接固定し本発明の光コリメータを得ることが出来る。
【００３５】
なお、本発明の光コリメータのフェルール１及びピグテイルは上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更は可能であり、シングルモ−ド、マルチモード共に適用することができる。
【００３６】
【実施例】
ここで、本発明の実施例を説明する。
【００３７】
図１の光コリメータに用いるフェルール１製作した。
【００３８】
先ず、ジルコニア粉末原料にイットリアなどの安定化剤と焼結助剤を添加、混合して粉砕造粒した後、プレス成形にて貫通孔１ｂとなる孔を有する成形体を得、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、外径２．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍ直径１．０ｍｍの貫通孔を有する焼結体を得、ＹＡＧレーザを用いたレーザ加工によって直径０．１２６ｍｍの細孔を貫通孔の中心軸に対し傾斜角度３．６°となるようにレーザ加工したフェルール試料を２０個得た。
【００３９】
また、比較例として図５に示す光コリメータに用いるキャピラリー及びホルダとからなるフェルールを得た。先ず、上述と同様にジルコニア粉末原料にイットリアなどの安定化剤と焼結助剤を添加、混合して粉砕造粒した後、プレス成形にて中心に細孔となる下穴を有する円筒状の成形体を得、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、外径１．４ｍｍ、長さ３．０ｍｍの円筒状に切削加工するとともに、その中心に直径０．１２６ｍｍの細孔を研摩加工することによってキャピラリーを得た。
【００４０】
次いで、ステンレス鋼材料を切削加工して、外径２．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍ、直径１．０ｍｍの貫通孔を有するホルダを得、貫通孔の中心軸に対して細孔の傾斜角度が３．６°となるようにキャピラリーを圧入したフェルール試料を２０個作製した。
【００４１】
そして、それぞれのフェルール試料の細孔の傾斜角度を測定し、その最大値、最小値及びその差を算出した。
【００４２】
さらにそれぞれのフェルール試料に光ファイバを挿通固定しピグテイルを作成し、
同一のレンズ、レンズホルダを調芯・固定し光コリメータを製作し光学特性を測定しその差を算出した。
【００４３】
その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
0003958114.tif 000002
【００４５】
表１から明らかなように、レーザ加工によって細孔を形成した本発明の試料は、細孔の傾斜角度３．６°に対し、各試料の傾斜角度の最大値−最小値が０．１３°と高精度な加工が可能であることが判った。
【００４６】
これに対し、細孔を有するキャピラリーを、貫通孔を有するホルダに傾斜角度３．６°となるように圧入した比較例の試料は、各試料の傾斜角度の最大値−最小値が０．６５°と精度が低下していることが判った。
【００４７】
また角度ばらつきと同じように損失ばらつきも本発明の試料の方が少なく性能が向上していることが判った。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の光コリメータによれば、フェルールの中心軸に対してファイバ芯線部が挿通される細孔が傾いていることから、反射戻り光を防ぐためにフェルール又はキャピラリーの端面がフェルール中心軸の垂線に対して傾いていることにより起こる、先端面を通過する際のスネルの法則による光軸の傾きを抑制でき接続損失の少ない光コリメータとすることができる。
【００４９】
また、本発明の光コリメータによれば、前記細孔の傾き方向を示す方向表示部を備えたことから、細孔を加工する際、またフェルールに光ファイバを挿通してなるピグテイルの先端面を斜めに研摩する際の基準となり、加工性が良く高精度な加工が可能となる。
【００５０】
さらに、本発明の光コリメータによれば、前記細孔をレーザ加工によって形成することから、レーザ光の出射角によって細孔の傾斜角度を精度良く制御できるとともに、様々な角度、位置で、且つ容易に加工ができるため加工時間が短縮され、生産性の安定した光コリメータを得ることができる。
【００５１】
またさらに、本発明によれば、前記フェルールの細孔にファイバ芯線部が、前記貫通孔に光ファイバがそれぞれ挿通され、且つフェルールの先端面が、前記貫通孔の中心軸の垂線に対して一定角度傾いていることから、光ファイバに入射もしくは出射する光の光軸を貫通孔の中心軸に対して平行とし、光源への反射戻り光を防止するととともに、光モジュールとの光接続損失の少ない光コリメータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光コリメータの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の光コリメータの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の光コリメータ用フェルールの加工方法を示す概略断面図である。
【図４】従来の光コリメータの断面図である。
【図５】従来の光コリメータの断面図である。
【符号の説明】
１：フェルール、１ａ：細孔、１ｂ：貫通孔
２：キャピラリー、２ａ：細孔
３：ホルダ、３ａ：貫通孔
４：レンズ
５：レンズホルダ
６：方向表示部
７：保持具
８：レーザ光
９：マイクロメータ制御機構
１０：光ファイバ、１０ａ：ファイバ芯線部
【図１】
0003958114.tif 000003
【図２】
0003958114.tif 000004
【図３】
0003958114.tif 000005
【図４】
0003958114.tif 000006
【図５】
0003958114.tif 000007