(57)【要約】 【課題】光学部品と光ファイバとを融着固定する際のアーク放電の放電経路を両者の融着固定部分である光学部品の端面の中心部に安定させることでき、よって両者を低損失に接続することが可能な光学部品、及び当該光学部品を用いた低損失な光モジュールを実現する。【解決手段】アーク放電により光ファイバ５を融着固定するガラス製の端面１０ａを有する光学部品１０において、端面１０ａのアーク放電の放電経路上の両側縁に凹部１１を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有する光学部品において、前記端面の前記アーク放電の放電経路上の両側縁に凹部を設けたことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有する光学部品において、前記端面に前記アーク放電の放電経路に沿った溝を設けたことを特徴とする光学部品。
【請求項３】
請求項２に記載の光学部品であって、前記端面に更に、前記光ファイバが固定される部分で前記溝と交差する溝を設けたことを特徴とする光学部品。
【請求項４】
アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有する光学部品において、前記端面の前記アーク放電の放電経路と交差する両側の縁線部分が、残存する端面の放電経路と交差する両側の縁線が平行になるように切り欠かれていることを特徴とする光学部品。
【請求項５】
アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有する光学部品において、前記端面は前記アーク放電の放電経路と交差する両側の縁線を２辺とする長方形であり、かつ当該両側の縁線の長さは放電電極間隔以上であることを特徴とする光学部品。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の光学部品であって、当該光学部品の前記端面に光ファイバを融着固定してなる光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバと融着固定により接続される光学部品、及び光ファイバと光学部品とを融着固定により接続して形成される光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバとレンズ等の光学部品とを接続して形成される光モジュール、例えば光コリメータ等の製造にあたっては、接続部における光学特性の劣化をできるだけ抑えることが可能な接続方法を採用する必要がある。
【０００３】
光ファイバと光学部品との接続方法としては従来、接着剤を用いて相互に接着する方法や、光ファイバを光学部品の端面に融着固定する方法など等があるが、接着剤を用いる方法は接着剤の変質による特性劣化や製作工程の複雑さによる製造コストの上昇等の問題があることから、融着固定による方法（例えば、特許文献１〜４参照。）が相対的に優れている。以下、融着固定による方法を光コリメータの製造工程を例にとって説明する。
【０００４】
図６は円柱状のレンズ１と光ファイバ５とを融着固定により接続して形成された光コリメータ１００の構成例であり、図７は光コリメータ１００の製造工程で用いる調芯固定装置１１０の構成例である。なお一般に、レンズ１には熱による軟化点が摂氏約４００〜６００度の多成分ガラス、光ファイバ５には熱による軟化点が摂氏約１７００度の石英ガラスが適用される。
【０００５】
レンズ１は光ファイバ５を融着固定する端面１ａと、端面１ａと対向する部分に位置するレンズ部１ｂとを含む。端面１ａは円形の平面であり、レンズ部１ｂは通常は球面であるが非球面の場合もある。
【０００６】
調芯固定装置１１０は、光ファイバ５を固定するファイバ保持具１１１と、ファイバ保持具１１１が固定され光ファイバ５を任意の方向に移動させるステージ１１２と、レンズ１を固定するレンズ保持具１１３と、レンズ部１ｂから一定の距離（コリメータの仕様もしくは使用状態に応じて決定）だけ離れた位置に配置されレンズ１ｂからの放射光７を再びレンズ１ｂに向けて反射させる平面鏡１１４と、ステージ１１２の動作を制御するコントローラ１１５と、アーク放電を行う放電電極対１１６と、コントローラ１１５及び放電電極対１１６に給電を行う高圧電源１１８とから構成される。
【０００７】
まず、融着固定に先立ち調芯を行うため、光コリメータ１００の構成要素である光ファイバ５、レンズ１をそれぞれファイバ保持具１１１、レンズ保持具１１３に固定する。光を光源１０１から光分岐器１０２を経て光ファイバ５に入射すると、光ファイバ５を伝搬した後、レンズ１を通過して平面鏡１１４に達し、反射される。反射された光は再びレンズ１に戻り、集光されて光ファイバ５に再結合され、光ファイバ５を逆方向に伝搬した後、光分岐器１０２を経て光検出器１０３に導かれる。そして、この光検出器１０３で検知される光量が最も大きくなるようにステージ１１２を動作させて光ファイバ５の位置を調整することで光ファイバ５の中心とレンズ１の中心とが調芯され、低損失で光を入出射することが可能となる。なお、この例ではレンズを固定し、光ファイバの位置を変化させているが、両者の相対的な位置を変化させることができれば、いずれを固定し又は位置を変化させても構わない。
【０００８】
このように光ファイバ５の中心とレンズ１の中心とを調芯して位置決めを行った後、放電電極対１１６からアーク放電を行ってレンズ１の端面１ａ、又ははレンズ１の端面１ａと光ファイバ５の双方を加熱溶融し、レンズ１の端面１ａの加熱溶融した部分に光ファイバ５を接触させ又は押し込むことにより両者を融合させて恒久的に固着させる。このようにして光コリメータ１００が形成される。
【特許文献１】特開２００５−２３４４４１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０９０８５号公報
【特許文献３】特開２００７−０４１５１２号公報
【特許文献４】特開２００７−０６５４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来からよく知られた技術である光ファイバ同士の融着接続においては、光ファイバの直径（０．１２５ｍｍ）がアーク放電領域（一般に溶融領域幅０．５ｍｍ程度）に対して小さいため、アーク放電経路が安定する。しかし、レンズ等の光部品と光ファイバとをアーク放電により融着固定する場合、アーク放電領域に対してレンズ等の光部品の直径（一般に１ｍｍ程度）が大きいため、アーク放電の経路は図８(b)〜(d)に示すように複数の経路をとることが可能となり、経路が不安定になるという問題が生じる。例えば、レンズ１の端面１ａの形状が図８(b)〜(d)に示すように円形である場合、一対の放電電極間を結ぶ直線が光ファイバと接合するレンズ１の中心を通るように正確に位置合わせすることができれば、放電領域は電極間を結ぶ直線の両側に均等に広がるため、図８(b)に示すように放電領域を直線的に安定させることができる。しかし、実際には位置を正確に合わせることは困難であり、正確に位置合わせできていない場合にはアーク放電の特性上の問題が生じる。具体的には、アーク放電は気体が電離することにより発生するため、アーク放電領域中にレンズ等の誘電体物質が存在すると放電は図８(a)に示す上面図のようにその誘電体を避ける経路をとり、つまり最短の経路が実際の放電経路となる。例えば、誘電体物質の断面が円形である場合には、放電電極間を結ぶ直線が誘電体物質を横切る部分が円の中心から離れるほど横切る長さが短くなるため、図８(c)及び(d)の端面正面図に示すように放電経路はその経路が短くなる方向に引き寄せられ、よって放電経路が不安定になる。また、現実に得られるレンズには端面に欠けがあったり形状が非対称であったりするため、仮に機械的に放電電極間を結ぶ直線がレンズ１の中心を通るように正確に位置合わせをすることができたとしても、放電電極間を結ぶ直線上に端面の欠けや形状の非対称性が存在し、そこを通ることで放電経路が短くなる場合には、放電電極間を結ぶ直線がレンズ１の中心からずれている場合と同様、放電経路が光ファイバと接合するレンズの中心からずれ、不安定になる。
【００１０】
このように放電経路が不安定になり、その結果、光ファイバとの接合部分であるレンズの中心部から大きくずれた場合、接合部分周囲の所望の領域を所望の深さまで溶融することが困難になる。図９（a)は放電電極間を結ぶ直線がレンズ１の中心２を通るように調芯され、かつ経路が安定した状態で放電が行われた場合のレンズ１の端面１ａの状態を示すイメージ図であり、図９(b)はその奥行方向の状態を示すイメージ図である。このような状態でアーク放電が行われると、放電電極間を結ぶ直線の両側、つまり中心２の周辺がバランスよく溶融され、かつ中心２の部分で必要十分な深さで溶融される。一方、図９（c)は放電電極間を結ぶ直線がレンズ１の中心２から外れた状態で放電が行われた場合のレンズ１の端面１ａの状態を示すイメージ図であり、図９(d)はその奥行方向の状態を示すイメージ図である。このような状態でアーク放電が行われると、中心２の周辺がバランスよく溶融されず、また中心２の部分の深さが不十分になる。そのため、接合後に溶融部分が固化収縮する際に、図９(d)の例では矢印方向に応力がかかって接合位置にずれが生じ、これが結合損失増加の要因となる。また、溶融の深さが不十分な場合、光ファイバを溶融部分に押し込んだ時に突き当たって位置ずれが生じやすくなるため、これも結合損失増加の要因となる。
【００１１】
本発明の目的は、放電経路を光学部品の端面の中心部に安定化することが可能な光学部品、及び当該光学部品を用いた低損失な光モジュールを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の光学部品は、アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有し、当該端面の前記アーク放電の放電経路上の両側縁に凹部を設ける。
【００１３】
請求項２の光学部品は、アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有し、当該端面に前記アークの放電の放電経路に沿った溝を設ける。
【００１４】
請求項３の光学部品は、アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有し、当該端面に前記アーク放電の放電経路に沿った溝を設けるとともに前記光ファイバが固定される部分で前記溝と交差する溝を設ける。
【００１５】
請求項４の光学部品は、アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有し、当該端面の前記アーク放電の放電経路と交差する両側の縁線部分が、残存する端面の放電経路と交差する両側の縁線が平行になるように切り欠かれている。
【００１６】
請求項５の光学部品は、アーク放電により光ファイバを融着固定するガラス製の端面を有し、当該端面は前記アーク放電の放電経路と交差する両側の縁線を２辺とする長方形であり、かつ当該両側の縁線の長さは放電電極間隔以上である。
【００１７】
請求項６の光モジュールは請求項１乃至５の光学部品の前記端面に光ファイバを融着固定して構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、放電経路を光学部品の端面の中心部に安定化することが可能な光学部品、及び当該光学部品を用いた低損失な光モジュール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】
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１(a)は、本発明の光学部品１０の構成例を示す上面図、図１(b)は光ファイバを融着固定する端面１０ａを示す正面図、図１(c)は側面１０ｃを示す側面図、図１(d)(e)はそれぞれ図１(a)(b)においてアーク放電がされている状態を示す図である。
【００２０】
本発明では、端面の形状が放電電極間を結ぶ直線が端面を横切る長さが端面の中心から離れるほど短くなる形状（例えば円形）である場合において、図１に示すように端面１０ａのアーク放電の放電経路上の両側縁に凹部１１を設ける。凹部１１は、より望ましくは光学部品の端面側から見たときに２つの凹部中央間に最短距離部が一点存在するような形状とし、放電路の主要部分が凹部内に閉じ込められる程度の大きさ（幅）とし、また、２つの凹部は光学部品の中心に対して対称に配置する。
【００２１】
凹部１１を設けることで凹部に空気層ができ、両側の凹部を結んだ経路が最も誘電体を回避できる経路となるため、アーク放電をこの経路に誘導して安定させることができる。よって光ファイバと光学部品とを適切に接合することができ、低損失な光モジュールを安定的に製造することが可能となる。
【００２２】
なお、凹部１１は機械加工やレーザー加工などにより容易に形成することができ、また、光学部品成型時に同時加工することも可能である。
【００２３】
〔第２実施形態〕
図２(a)は、本発明の光学部品２０の構成例を示す上面図、図２(b)は光ファイバを融着固定する端面２０ａを示す正面図、図１(c)は側面２０ｃを示す側面図、図２(d)(e)はそれぞれ図２(a)(b)においてアーク放電がされている状態を示す図である。
【００２４】
本発明では、端面の形状が放電電極間を結ぶ直線が端面を横切る長さが端面の中心から離れるほど短くなる形状（例えば円形）である場合において、図２に示すようにアーク放電の放電経路に沿って端面２０ａに直線的な溝２１を設ける。溝２１は、より望ましくは中心線が光学部品の直径と一致し、放電路の主要部分が凹部内に閉じ込められる程度の大きさ（幅）とする。
【００２５】
溝２１を設けることで、放電経路が変化しても溝内に閉じ込めることができるため、特定の領域に放電経路を安定させることができる。従って、当該光学部品の適用により、光ファイバと光学部品とを適切に接合することができ、よって低損失な光モジュールを安定的に製造することが可能となる。
【００２６】
なお、溝２１も機械加工やレーザー加工などにより容易に形成することができ、また、光学部品成型時に同時加工することも可能である。
【００２７】
〔第３実施形態〕
図３(a)は、本発明の光学部品３０の構成例を示す上面図、図３(b)は光ファイバを融着固定する端面３０ａを示す正面図、図３(c)は側面３０ｃを示す側面図、図３(d)(e)はそれぞれ図３(a)(b)においてアーク放電がされている状態を示す図である。
【００２８】
第２実施形態で説明したように、放電経路に沿って溝２１を形成することで特定の領域に放電経路を安定させることができる。しかし、第２実施形態の構造では光ファイバと光学部品とを溶融接合する部分が溝内にあるため、図２(a)からわかるように溶融接合する部分を上部から観察することができない。そこで、第３実施形態では溝２１と光ファイバと光学部品とを溶融接合する部分で交差する溝３１を更に設ける。これにより、光ファイバと光学部品とを溶融接合する部分を上部から観察可能になるため、接続時の作業性を向上することができる。
【００２９】
なお、溝３１も機械加工やレーザー加工などにより容易に形成することができ、また、光学部品成型時に同時加工することも可能である。
【００３０】
〔第４実施形態〕
図４(a)は、本発明の光学部品４０の構成例を示す上面図、図４(b)は光ファイバを融着固定する端面４０ａを示す正面図、図４(c)は側面４０ｃを示す側面図、図４(d)(e)はそれぞれ図４(a)(b)においてアーク放電がされている状態を示す図である。
【００３１】
第１〜３実施形態は、端面の形状が放電電極間を結ぶ直線が端面を横切る長さが端面の中心から離れるほど短くなる形状であるという、放電経路を不安定にする根本的原因を直接的に解消するのではなく、端面に凹部や溝を設けることで放電経路の安定化を図るものである。これに対し、第４実施形態はこの根本的原因を直接的に解消することで放電経路の安定化を図るものである。
【００３２】
本発明では、端面の形状が放電電極間を結ぶ直線が端面を横切る長さが端面の中心から離れるほど短くなる形状（例えば円形）である場合において、図４に示すように放電経路と交差する端面４０ａの両側の縁線部分を、切り欠いた後に残存する端面の放電経路と交差する両側の縁線４１が平行になるように切り欠く。切り欠き方は、より望ましくは端面４０ａと切り欠き部の面４２とのなす角度θを４５°程度とし、切り欠いた後に残存する端面４０ａの幅が端面を溶融して光ファイバを接続するのに必要十分な幅となるようにする。
【００３３】
両側の縁線４１が平行になるように切り欠くことで、たとえ放電経路が端面の中心からずれていても、放電経路が端面を横切る長さは一定になるため、アーク放電の特性上、放電経路は安定する。従って、当該光学部品の適用により、光ファイバと光学部品とを適切に接合することができ、よって低損失な光モジュールを安定的に製造することが可能となる。
【００３４】
なお、当該切り欠き部分も機械加工やレーザー加工などにより容易に形成することができ、また、光学部品成型時に同時加工することも可能である。
【００３５】
〔第５実施形態〕
図５(a)は、本発明の光学部品５０の構成例を示す上面図、図５(b)は光ファイバを融着固定する端面５０ａを示す正面図、図５(c)は側面５０ｃを示す側面図、図５(d)(e)はそれぞれ図５(a)(b)においてアーク放電がされている状態を示す図である。
【００３６】
第４実施形態は、端面の形状が放電電極間を結ぶ直線が端面を横切る長さが端面の中心から離れるほど短くなる形状（例えば円形）である場合に、放電経路上の端面の両側縁を、残存する端面の放電経路が交差する両側の縁線が平行になるように切り欠くことにより、たとえ放電経路が端面の中心からずれていても放電経路が端面を横切る長さを一定とし、よって放電経路の安定化を図るものである。一方、第５実施形態は、光学部品５０の端面が長方形であることを特徴とするものであり、この場合、放電経路と交差する光学部品５０の両側の縁線５１は、第４実施形態と異なり加工することなく本来的に平行であるため、第４実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３７】
ただし、両側の縁線５１の長さがアーク放電の当該縁線方向の広がり幅に対し十分に長くない場合には、放電経路が誘電率の低い、端面の外側に引き寄せられて不安定になる恐れがある。従って、両側の縁線の長さは、アーク放電の当該縁線方向の広がり幅に対し十分な長さがある必要がある。この長さは長ければ長いほど放電の安定化に資するが、通常は放電電極の間隔以上の長さを確保すれば十分である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光ファイバと光学部品とから構成される光モジュールを低損失に形成したい場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の光学部品の第１実施形態の構成例を示す図。
【図２】本発明の光学部品の第２実施形態の構成例を示す図。
【図３】本発明の光学部品の第３実施形態の構成例を示す図。
【図４】本発明の光学部品の第４実施形態の構成例を示す図。
【図５】本発明の光学部品の第５実施形態の構成例を示す図。
【図６】光コリメータの一般的な構成例を示す図。
【図７】光コリメータの製造に用いる調芯固定装置の構成例を示す図。
【図８】光学部品の端面における放電経路例を示す図。
【図９】放電位置の相違により生じる接合状態の相違を示すイメージ図。
【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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【図８】
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【図９】
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