(57)【要約】      （修正有）【課題】結合損失を低減して効率良い光結合を可能とするレンズ付光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ部１２２の先端に対する研磨を研磨面に対する光ファイバ部１２２の軸心ａｘの傾斜角度を変えて２回以上行う研磨工程と、研磨工程により形成されたクサビ形状１２５を溶融して、クサビ形状１２５の稜線近傍をレンズ形状に加工するレンズ形成工程とを含んでいる。【選択図】図１
2016126104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの先端に対する研磨を研磨面に対する上記光ファイバの軸心の傾斜角度を変えて２回以上行う研磨工程と、
上記研磨工程により形成されたクサビ形状を溶融して、該クサビ形状の稜線近傍をレンズ形状に加工するレンズ形成工程とを含んでいることを特徴とするレンズ付光ファイバの製造方法。
【請求項２】
放電による熱溶融成形により、上記レンズ形成工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のレンズ付光ファイバの製造方法。
【請求項３】
上記研磨工程にて、上記光ファイバの軸心に近い位置の研磨ほど、上記研磨面に対する上記光ファイバの軸心の傾斜角度を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ付光ファイバの製造方法。
【請求項４】
上記研磨工程における研磨の回数が２回であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ付光ファイバの製造方法。
【請求項５】
上記クサビ形状の稜線の両端近傍に生じる鈍りの曲率半径が、上記光ファイバのクラッドの厚み以下となるように、上記レンズ形成工程を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズ付光ファイバの製造方法。
【請求項６】
上記クサビ形状の稜線の両端近傍に生じる鈍りの曲率半径が１０μｍ以下となるように、上記レンズ形成工程を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズ付光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ付光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザから出射された光を伝送するための光ファイバとして、先端にレンズ加工が施されたレンズ付光ファイバが広く用いられている。このようなレンズ付光ファイバの一例を図６に示す。図６の（ａ）は、レンズ付光ファイバ１２０の上面図であり、図６の（ｂ）は、レンズ付光ファイバ１２０の側面図である。図６の（ａ）および（ｂ）においては、光源となる半導体レーザ１１０を併せて示している。
【０００３】
半導体レーザ１１０から出射された光１３０の拡がりは、半導体レーザ１１０のエミッタ幅に依存する。より具体的に言うと、光１３０の拡がりの角度は、図６の（ａ）に示す該エミッタ幅が広い方向（横方向）において小さく、図６の（ｂ）に示す該エミッタ幅が狭い方向（縦方向）において大きい。
【０００４】
レンズ付光ファイバ１２０は、このような光１３０を効率良く受光するために開発されたものである。レンズ付光ファイバ１２０は、レンズ部１２１および光ファイバ部１２２を備えている。レンズ部１２１は、光ファイバ部１２２の先端を図６の（ｂ）に示す方向に見てクサビ形状に加工した後、該クサビ形状の稜線近傍をレンズ形状に加工することにより形成されている。光１３０は、レンズ部１２１に入射し、レンズ部１２１にて集光された後、光ファイバ部１２２に導かれる。レンズ部１２１の曲率半径は例えば２０μｍである。
【０００５】
レンズ付光ファイバ１２０を含む光学系においては、半導体レーザ１１０から出射された光１３０をレンズ付光ファイバ１２０に受光させるために、レンズ系を用いる必要が無い。このため、先端にレンズ加工が施されていない通常の光ファイバを含む光学系に比べて、サイズを小さくすることができ、また、製造コストを抑えることができる。
【０００６】
レンズ付光ファイバの製造方法として、特許文献１には、光ファイバの先端をクサビ形状に加工した後、放電による熱溶融成形により、該クサビ形状の稜線近傍を曲面化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４１１７３号公報（２００２年１１月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、クサビ形状に加工された光ファイバの先端を、その表面を溶融することによって滑らかなレンズ形状に加工する場合、側面から見た光ファイバの輪郭が滑らかになるように、クサビ形状の稜線近傍が曲面化されるのみならず、上面から見た光ファイバの輪郭が滑らかになるように、クサビ形状の稜線の両端近傍が曲面化されてしまう。特に、特許文献１に開示されている技術を用いて、光ファイバの先端をレンズ形状に加工する場合、クサビ形状の稜線の両端近傍に生じた鈍りが光ファイバのコアに及び、半導体レーザからの光が光ファイバへ効率良く結合することが難しくなるという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、結合損失を低減して効率良い光結合を可能とするレンズ付光ファイバの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明のレンズ付光ファイバの製造方法は、光ファイバの先端に対する研磨を研磨面に対する上記光ファイバの軸心の傾斜角度を変えて２回以上行う研磨工程と、上記研磨工程により形成されたクサビ形状を溶融して、該クサビ形状の稜線近傍をレンズ形状に加工するレンズ形成工程とを含んでいることを特徴としている。
【００１１】
上記の構成によれば、研磨面に対する光ファイバの軸心の傾斜角度が互いに異なる複数回の研磨を行うことにより、レンズ形成工程を実施する前の光ファイバの先端の形状を、特許文献１に開示されている技術よりもレンズ形状に近い形状とすることができる。これにより、レンズ形成工程において、光ファイバの先端においてその表面を溶融する深さを浅くしても、クサビ形状の稜線近傍を曲面化することができる。この結果、クサビ形状の稜線の両端近傍に溶融に起因した鈍りが生じることを抑制することができる。従って、結合損失を低減して効率良い光結合が可能なレンズ付光ファイバを製造することが可能となる。
【００１２】
また、本発明のレンズ付光ファイバの製造方法は、放電による熱溶融成形により、上記レンズ形成工程を行うことが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、容易に、かつ、短時間で光ファイバの先端をレンズ形状に加工することができる。また、放電時間や放電パワー等を変化させることにより、溶融深度を自由に調節することができる。このため、クサビ形状の稜線近傍が十分に曲面化すると共に、クサビ形状の稜線の両端近傍に生じる鈍りがコアに及ばない程度の溶融を、簡単に実現することができる。
【００１４】
また、本発明のレンズ付光ファイバの製造方法は、上記研磨工程にて、上記光ファイバの軸心に近い位置の研磨ほど、上記研磨面に対する上記光ファイバの軸心の傾斜角度を大きくする。
【００１５】
上記の構成によれば、光ファイバの軸心に近い位置ほど、クサビ形状の頂部の角度が大きくなり、クサビ形状の稜線近傍の形状が側面視円形に近くなる。換言すれば、好適に、クサビ形状の稜線近傍をレンズ形状に近づけることができる。
【００１６】
また、本発明のレンズ付光ファイバの製造方法は、上記研磨工程における研磨の回数が２回であることが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、研磨の回数を最小限にすることにより、本発明の効果を得つつ、製造工程の増加を最小限とすることが可能である。
【００１８】
また、本発明のレンズ付光ファイバの製造方法は、上記クサビ形状の稜線の両端近傍に生じる鈍りの曲率半径が、上記光ファイバのクラッドの厚み以下となるように、上記レンズ形成工程を行うことが好ましい。
【００１９】
また、本発明のレンズ付光ファイバの製造方法は、上記クサビ形状の稜線の両端近傍に生じる鈍りの曲率半径が１０μｍ以下となるように、上記レンズ形成工程を行うことが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、クサビ形状の稜線の両端近傍に生じる鈍りが、光ファイバのコアにまで至ることを抑制するため、効率良い受光が可能なレンズ付光ファイバを製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、効率良い受光を可能とするレンズ付光ファイバを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係るレンズ付光ファイバの製造方法を示す図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係るレンズ付光ファイバの先端形状と比較例に係るレンズ付光ファイバの先端形状とを比較する図であり、（ｂ）は、本発明に係るレンズ付光ファイバに入射される光の経路と比較例に係るレンズ付光ファイバに入射される光の経路とを比較する図である。
【図３】研磨２回のレンズ付光ファイバの先端形状と研磨１回のレンズ付光ファイバの先端形状とを比較するグラフである。
【図４】研磨２回のレンズ付光ファイバのＮＡ（Numerical Aperture：開口数）と研磨１回のレンズ付光ファイバのＮＡとを比較するグラフである。
【図５】レンズドファイバを示す写真である。
【図６】（ａ）は、レンズ付光ファイバの上面図であり、（ｂ）は、レンズ付光ファイバの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１の（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係るレンズ付光ファイバ１２０の製造方法を示す図である。図１の（ａ）〜（ｄ）では順に、１回目の研磨（研磨工程）、２回目の研磨（研磨工程）、放電による熱溶融成形によるレンズ形状の形成（レンズ形成工程）、完成したレンズ付光ファイバ１２０を示している。
【００２４】
図１の（ａ）に示す工程では、研磨板１４０を用いて、光ファイバ部（光ファイバ）１２２の先端を研磨する。研磨板１４０は平板であり、研磨板１４０として例えば、ダイアモンドを材質とした、０．１μｍ〜０．３μｍの粒子径の研磨板が好適に用いられる。研磨の際に光ファイバ部１２２に押し当てられる研磨板１４０の面が、研磨面である。研磨板１４０の研磨面に対する光ファイバ部１２２の軸心ａｘの傾斜角度θ１は例えば９５／２°（すなわち、研磨の軌跡がなす角度が９５°）とする。図１の（ａ）に示す工程（１回目の研磨）により得られた光ファイバ部１２２の表面を、第１の被研磨面１２３と称する。
【００２５】
図１の（ｂ）に示す工程では、研磨板１４０を用いて、光ファイバ部１２２の先端を研磨する。研磨板１４０の研磨面に対する光ファイバ部１２２の軸心ａｘの傾斜角度θ２は例えば１６０／２°（すなわち、研磨の軌跡がなす角度が１６０°）とする。このように、傾斜角度θ２は、傾斜角度θ１より大きい（傾斜角度θ１と傾斜角度θ２とが互いに異なっている）。図１の（ｂ）に示す工程（２回目の研磨）により得られた光ファイバ部１２２の表面を、第２の被研磨面１２４と称する。
【００２６】
図１の（ｃ）に示す工程では、電極１５０を用いて、放電による熱溶融成形により、図１の（ａ）および（ｂ）に示す工程により形成された、光ファイバ部１２２の先端におけるクサビ形状１２５（第１の被研磨面１２３および第２の被研磨面１２４を表面とする）を溶融する。クサビ形状１２５の稜線近傍は、溶融されることで丸みを帯び、レンズ形状に加工される。放電による熱溶融成形の一例として、放電時間は５００ｍｓが挙げられる。
【００２７】
このようにして、図１の（ｄ）に示すとおり、レンズ部１２１が形成され、レンズ付光ファイバ１２０が完成する。図１の（ｃ）に示す工程において、放電による熱溶融成形を適用することにより、レンズ部１２１の表面粗さを低減させ、所望の平滑度を有するレンズ部１２１を形成することができる。より具体的に言うと、図１の（ｃ）に示す工程において、放電による熱溶融成形を適用することにより、容易に、かつ、短時間で光ファイバ部１２２の先端をレンズ形状に加工することができる。また、放電時間や放電パワー等を変化させることにより、溶融深度を自由に調節することができる。このため、クサビ形状１２５の稜線近傍が十分に曲面化すると共に、クサビ形状１２５の稜線の両端近傍に生じる鈍りがコアに及ばない程度の溶融を、簡単に実現することができる。
【００２８】
図１の（ａ）および（ｂ）に示す各工程にて、研磨板１４０の研磨面に対する光ファイバ部１２２の軸心ａｘの傾斜角度が互いに異なる複数回の研磨を行う。これにより、図１の（ｃ）に示す工程を実施する前の光ファイバ部１２２の先端の形状を、よりレンズ形状に近い形状とすることができる。これにより、図１の（ｃ）に示す工程において、光ファイバ部１２２の先端においてその表面を溶融する深さを浅くしても、クサビ形状１２５の稜線近傍を曲面化することができる。この結果、クサビ形状１２５の稜線の両端近傍に溶融に起因した鈍りが生じることを抑制することができる。従って、結合損失を低減して効率良い光結合が可能なレンズ付光ファイバ１２０を製造することが可能となる。また、仕上げ研磨が不要となり、工数の削減が期待できる。
【００２９】
図１の（ａ）および（ｂ）に示す工程では、光ファイバ部１２２の軸心ａｘに近い位置の研磨ほど、研磨板１４０の研磨面に対する光ファイバ部１２２の軸心ａｘの傾斜角度を大きくしている。
【００３０】
これにより、軸心ａｘに近い位置ほど、クサビ形状１２５の頂部の角度が大きくなり、クサビ形状１２５の稜線近傍の形状が側面視円形に近くなる。これは、第１の被研磨面１２３および第２の被研磨面１２４を形成することにより、第１の被研磨面１２３のみを形成する場合に比べて、角の数が多くなることによる。従って、好適に、クサビ形状１２５の稜線近傍をレンズ形状に近づけることができる。
【００３１】
研磨の度に、研磨板１４０の研磨面に対する光ファイバ部１２２の軸心ａｘの傾斜角度を小さくすることも可能である。但し、この場合、２回目以降の研磨においては、研磨の度に、研磨の箇所をクサビ形状１２５の頂部から離していく、すなわち、クサビ形状１２５の頂部の研磨は、１回目の研磨のみとする必要がある。
【００３２】
ここでは、図１の（ａ）および（ｂ）に示す工程に基づいて、研磨の回数が２回である例について説明している。研磨の回数を２回とすることにより、研磨の回数を最小限にし、図１の（ａ）〜（ｄ）に係るレンズ付光ファイバ１２０の製造方法による効果を得つつ、製造工程の増加を最小限とすることが可能である。
【００３３】
一方、研磨の回数を増やすと、製造工程の増加の懸念こそあるが、クサビ形状１２５の稜線近傍をよりレンズ形状に近い形状とすることができる。このため、図１の（ａ）〜（ｄ）に係るレンズ付光ファイバ１２０の製造方法による効果がより顕著となる。
【００３４】
また、光ファイバ部１２２の把持が可能な冶具（例えば、ファイバホルダー）等によって光ファイバ部１２２を保持した状態を維持したまま、図１の（ａ）〜（ｃ）に示す各工程を続けざまに行ってもよい。
【００３５】
さらに、図１の（ｃ）に示す工程では、放電以外の方法によって、熱溶融成形を行ってもよい。
【００３６】
図２の（ａ）は、レンズ付光ファイバ１２０の先端形状と比較例に係るレンズ付光ファイバ（以下、レンズ付光ファイバ１２０ｃと称する）の先端形状とを比較する図である。図２の（ｂ）は、レンズ付光ファイバ１２０に入射される光１３０の経路とレンズ付光ファイバ１２０ｃに入射される光１３０の経路とを比較する図である。
【００３７】
レンズ付光ファイバ１２０ｃは、図１の（ａ）〜（ｄ）に示すレンズ付光ファイバ１２０の製造方法から、図１の（ｂ）に示す工程を省いて製造されたものである。すなわち、レンズ付光ファイバ１２０ｃの製造方法においては、光ファイバ部１２２の先端に対する研磨が１回のみである。これに伴い、レンズ付光ファイバ１２０ｃの製造方法においては、レンズ付光ファイバ１２０の製造方法より２．５ｍＡ程大きな放電パワー（放電電流）が必要であり、放電時間は５００ｍｓとして、放電による熱溶融成形が行われる。
【００３８】
熱溶融成形により、クサビ形状１２５の稜線近傍（図１の（ｃ）参照）をレンズ形状に加工すると、溶融時の熱および溶融時に光ファイバ部１２２の先端にて作用する表面張力により、クサビ形状１２５の稜線の両端近傍に鈍りが生じる。クサビ形状１２５の稜線の両端近傍の鈍りは、光ファイバ部１２２の先端における、光ファイバ部１２２の幅方向Ｗの端部から、徐々に大きな半径の円弧を描くように進行する。
【００３９】
レンズ付光ファイバ１２０における溶融の温度は、レンズ付光ファイバ１２０ｃにおける溶融の温度より低い。換言すれば、レンズ付光ファイバ１２０における溶融の深さは、レンズ付光ファイバ１２０ｃにおける溶融の深さより浅い。このため、レンズ付光ファイバ１２０におけるクサビ形状１２５の稜線の両端近傍の鈍り（円１２６の円周の一部）は、レンズ付光ファイバ１２０ｃにおけるクサビ形状１２５の稜線の両端近傍の鈍り（円１２６ｃの円周の一部）より狭い範囲に生じる。
【００４０】
図２の（ｂ）に示すとおり、光ファイバ部１２２は、コア１２７と、コア１２７を囲うクラッド１２８とを備えている。幅方向Ｗに沿った光ファイバ部１２２の厚みは例えば１２０μｍ、同方向に沿ったコア１２７の厚みは例えば１０５μｍである。
【００４１】
図２の（ａ）に示した、レンズ付光ファイバ１２０ｃにおけるクサビ形状１２５の稜線の両端近傍の鈍りは、コア１２７にまで至っている。このコア１２７における鈍り部分から光１３０が入射すると、この鈍り部分で光１３０が大きく曲げられる。そして、光ファイバ部１２２の伝搬角を超えた角度で光１３０がコア１２７に導かれ、この結果、光１３０が光ファイバ部１２２の外部に漏れてしまう虞がある。
【００４２】
一方、図２の（ａ）に示した、レンズ付光ファイバ１２０におけるクサビ形状１２５の稜線の両端近傍の鈍りは、コア１２７にまで至っていない。このため、このコア１２７における鈍り部分から光１３０が入射することを防ぐことができる。
【００４３】
つまり、クサビ形状１２５の稜線の両端近傍に生じる鈍りの曲率半径１２６ｒが、クラッド１２８の厚み以下となるように、図１の（ｃ）に示す工程を行うことが好ましい。
【００４４】
また、クサビ形状１２５の稜線の両端近傍に生じる鈍りの曲率半径１２６ｒを例えば１０μｍ以下とし、鈍りがコア１２７に達しないように、図１の（ｃ）に示す工程を行うことが好ましい。
【００４５】
これにより、クサビ形状１２５の稜線の両端近傍に生じる鈍りが、コア１２７にまで至ることを抑制するため、効率良い受光が可能なレンズ付光ファイバ１２０を製造することが可能となる。
【００４６】
図３は、研磨２回のレンズ付光ファイバの先端形状と研磨１回のレンズ付光ファイバの先端形状とを比較するグラフである。図３中「研磨２回」はレンズ付光ファイバ１２０と同様の製造方法により製造されたレンズ付光ファイバを示しており、「研磨１回」はレンズ付光ファイバ１２０ｃと同様の製造方法により製造されたレンズ付光ファイバを示している。また、図３中「高さ」は各レンズ付光ファイバの頂部を基準とした位置（負の方向が光の伝送方向に相当）を示している。また、図３中「ファイバ径」は各レンズ付光ファイバの厚みを示している。さらに、測定は、図３中「測定限界高さ」以上の高さについて実施した。
【００４７】
研磨２回のレンズ付光ファイバにおける高さに対するファイバ径の変化は、研磨１回のレンズ付光ファイバにおける高さに対するファイバ径の変化より緩やかである。つまり、研磨２回のレンズ付光ファイバのほうが、研磨１回のレンズ付光ファイバより、上述したクサビ形状１２５の稜線の両端近傍に生じる鈍りが小さい。図３には、測定不能であった、測定限界高さ未満の、研磨１回のレンズ付光ファイバにおける高さに対するファイバ径の変化（推定）を二点鎖線で示した。
【００４８】
図４は、研磨２回のレンズ付光ファイバのＮＡ（Numerical Aperture：開口数）と研磨１回のレンズ付光ファイバのＮＡとを比較するグラフである。図４中「ＮＡ」は、光ファイバを伝播する光のＮＡである。光ファイバを伝播する光のＮＡとは、その光の伝播方向とその光ファイバの中心軸との成す角をθ、その光ファイバのコアの比屈折率をｎとして、ｎ×ｓｉｎθにより定義される量のことを指す。従って、光ファイバを伝播する光のＮＡが光ファイバのＮＡを超えなければ、その光は光ファイバに閉じ込められることになる。一方、光ファイバを伝播する光のＮＡが光ファイバのＮＡを超えれば、その光は光ファイバから漏れてしまうことになる。なお、厳密には、光ファイバには様々なＮＡの光が伝播するので、図４には、ＮＡの代表値として、素子の光に対して、作成したレンズドファイバ（図５参照）で調光した際の、「ＬＤモジュールとしての出射光の全光出力の９５％が含まれるＮＡ」を示した。ＮＡが大きいと、別の光ファイバと融着した時に発熱の原因になってしまう。
【００４９】
上記の説明から、光ファイバを伝播する光のＮＡが小さいほうが、光が光ファイバから漏れにくいことは明らかである。そして、研磨２回のレンズ付光ファイバを伝播する光のＮＡは、研磨１回のレンズ付光ファイバを伝播する光のＮＡより小さい。従って、研磨２回のレンズ付光ファイバは、研磨１回のレンズ付光ファイバより光が漏れにくい。
【００５０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、レンズ付光ファイバの製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１２０  レンズ付光ファイバ
１２１  レンズ部
１２２  光ファイバ部（光ファイバ）
１２５  クサビ形状
１２７  コア
１２８  クラッド
Ｗ  光ファイバの幅方向
ａｘ  光ファイバの軸心
θ１  傾斜角度
θ２  傾斜角度
【図１】
2016126104.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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