光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品
【課題】低損失、低コストでアッセンブリの容易な光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品を提供する。
【解決手段】本発明の光ファイバコリメータは、ＳＭファイバ１と、このＳＭファイバの先端面に光軸を一致させて光学的に接続され、屈折率が径方向に連続的に変化しているＧＩファイバ２とを備えている。
ＧＩファイバ２のコア２１のコア径Ｄは、ＧＩファイバ２端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされ、また、ＧＩファイバ２の比屈折率差Δは、０.６％以上とされている。
【解決手段】本発明の光ファイバコリメータは、ＳＭファイバ１と、このＳＭファイバの先端面に光軸を一致させて光学的に接続され、屈折率が径方向に連続的に変化しているＧＩファイバ２とを備えている。
ＧＩファイバ２のコア２１のコア径Ｄは、ＧＩファイバ２端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされ、また、ＧＩファイバ２の比屈折率差Δは、０.６％以上とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品に係り、特に、光ファイバ通信で使用される光デバイス部品内の光の結合部分に用いられる光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、光ファイバシステムがＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）へシフトする中、光アイソレータ、光スイッチその他の光学素子を含むバルク型光デバイスの需要が増大している。
【０００３】
このような構成のバルク型光デバイスにおいては、光ファイバから出射する光はレンズによってコリメートされてバルク型光デバイスへ入射され、バルク型光デバイスから出射する光は再びレンズによって集光されて光ファイバへ入射させる必要がある。
【０００４】
しかしながら、このような光の結合においては、光ファイバとしてコア径が小さいシングルモードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：以下「ＳＭファイバ」と略称する。）を使用して、例えば、図１５に示すように、第１のＳＭファイバ１０ａ、第１のレンズ２０ａ、バルク型光デバイス３０、第２のレンズ２０ｂおよび第２のＳＭファイバ１０ｂの組み合わせで配置した場合、第１のＳＭファイバ１０ａから出射する光が第１のレンズ２０ａを通過することで大きなスポット径で長い距離をコリメートできるものの、これらの第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂ、第１、第２のレンズ２０ａ、２０ｂおよびバルク型光デバイス３０のアライメントが複雑化するため、手間がかかり、コストアップになるという難点があった。
【０００５】
このため、（イ）図１６に示すように、バルク型光デバイス３０の両端に第１、第２のグリンレンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ Ｌｅｎｓ）４０ａ、４０ｂを配設し、第１、第２のグリンレンズ４０ａ、４０ｂの端面に第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂの一方の端面をそれぞれ光学的に接続したいわゆるグリンレンズ方式、（ロ）図１７に示すように、バルク型光デバイス３０の両端にＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ）処理を施した第１、第２のファイバ（以下「ＴＥＣファイバ」と略称する。）５０ａ、５０ｂの一方の端面をそれぞれ光学的に接続し、第１、第２のＴＥＣファイバ５０ａ、５０ｂの他方の端面にそれぞれ第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂの一方の端面を光学的に接続したいわゆるＴＥＣ方式、（ハ）図１８に示すように、バルク型光デバイス３０の両端に第１、第２のグレーデットインデックスファイバ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ Ｆｉｂｅｒ：以下「ＧＩファイバ」と略称する。）６０ａ、６０ｂを配設し、第１、第２のＧＩファイバ６０ａ、６０ｂの端面に第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂの一方の端面をそれぞれ光学的に接続したいわゆるＧＩＦ方式が案出されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、（イ）のグリンレンズ方式においては、前述のレンズ方式と同様に、ＳＭファイバからの出射光がＧＲＩＮレンズを通過することで大きなスポット径で長い距離をコリメートできるものの、アライメントに要する工程が増え、全体的にコストアップになるという難点があった。また、（ロ）のＴＥＣ方式においては、ＳＭファイバからの出射光がＴＥＣファイバを通過することで、比較的大きなモードフィールド径（Ｍｏｄｅ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉａｍｅｔｅｒ：以下「ＭＦＤ」と略称する。）で小さい回析角が得られるものの、他方式と比べてワーキングディスタンスが短いという難点があった。さらに、（ハ）のＧＩＦ方式においては、第１に、ＧＩファイバをレンズとして用いることで、アライメントフリーで低損失なコリメータを低コストで作製でき、第２に、ＧＩファイバの長さが１／４ピッチ長のときＭＦＤが最大となり、これに対応してコリメータ間のワーキングディスタンスを長くすることができるものの、ＭＦＤが一定値以上になるとコリメート特性が悪化し、ＧＩコリメータを対向させた場合、挿入損失が悪化するという難点があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２１８０３号公報
【特許文献２】特開平６−２５８５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の難点を解決するためになされたもので、ＧＩファイバのコリメータの屈折率プロファイルから、低損失、低コストでアッセンブリの容易な光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品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】
【０００９】
本発明の第１の態様である光ファイバコリメータは、ＳＭファイバの先端に光学的に接続されたＧＩファイバを備え、ＧＩファイバのコア径は、ＧＩファイバ端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされているものである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様である光ファイバコリメータにおいて、ＧＩファイバの比屈折率は、０.６％以上とされているものである。
【００１１】
本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様または第２の態様である光ファイバコリメータにおいて、ＧＩファイバの屈折率分布定数は、１．５〜２.５とされているものである。
【００１２】
本発明の第４の態様である光ファイバ部品は、一方に光入射端面を有し、他方に光出射端面を備える光学素子と、光学素子の両端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のＧＩファイバと、第１、第２のＧＩファイバの他方の端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のＳＭファイバとを備え、第１、第２のＧＩファイバのコア径は、第１、第２のＧＩファイバ端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされているものである。
【００１３】
本発明の第５の態様は、本発明の第４の態様である光ファイバ部品において、光学素子は、光アイソレータ、光フィルタ、光スイッチ若しくは光可変減衰器またはこれらの組合せから構成されているものである。
【００１４】
本発明の第６の態様は、本発明の第１の態様乃至第３の態様の何れかの態様である光ファイバ部品において、ＧＩファイバの外径は、ＳＭファイバの外径に対し０.６〜３倍の外径とされているものである。
【００１５】
本発明の第７の態様は、本発明の第１の態様乃至第３の態様の何れかの態様である光ファイバ部品において、ＧＩファイバの先端部に、コネクタハウジングが取り付けられているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の態様乃至第７態様の光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品によれば、ＳＭファイバにＧＩファイバを光学的に接続することで光ファイバコリメータを実現し得ることから、低コスト、アライメントフリーでかつ低損失という面で有効であり、また、ＧＩファイバのコア径がＭＦＤの３倍以上とされていることから、コリメータ間のワーキングディスタンスを長くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品を適用した実施の形態例について、図面を参照して説明する。ここで、図１は、本発明の光ファイバコリメータの説明図、図２は、本発明の光ファイバコリメータにおけるＧＩファイバの比屈折率差Δの条件を示している。
【００１８】
図１において、本発明の光ファイバコリメータは、ＳＭファイバ１と、このＳＭファイバの先端面に光軸を一致させて光学的に接続され、屈折率が径方向に連続的に変化しているＧＩファイバ２とを備えている。
【００１９】
ＳＭファイバ１は、光を伝搬させるコア１１と、コア１１の外周に設けられたクラッド１２とを備えており、同様に、ＧＩファイバ２も、光を伝搬させるコア２１と、コア２１の外周に設けられたクラッド２２とを備えている。
【００２０】
ＳＭファイバ１とＧＩファイバ２間は、鏡面加工した両者の接続端面をバーナーやアーク放電などで加熱することにより融着接続されている。
【００２１】
このような構成の光ファイバコリメータにおいては、ＳＭファイバ１の入力端から入射される光は、小さいＭＦＤの状態Ｈ１でＳＭファイバ１中を伝搬しＳＭファイバ１の出力端から出射される。また、ＳＭファイバ１から出射される光は、ＧＩファイバ２の入力端に入射されＧＩファイバ２において大きいＭＦＤの状態Ｈ２に拡大され、シングルモードでＧＩファイバ２中を伝搬し図示しない光学素子の光入射端面に入射される。
【００２２】
ここで、ＧＩファイバ２のコア２１の外径（（以下「コア径」という。）Ｄは、後述する理由により、ＧＩファイバ２端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされ、また、ＧＩファイバ２の比屈折率差（Δ）は、図２に示すように、０.６％以上とされている。
【００２３】
ところで、ＳＭファイバ１の端面にＧＩファイバ２が光学的に接続されると、ＳＭファイバ１から出射される光は、ＧＩファイバ２中で光強度が広がり、その広がり方はＧＩファイバ２の屈折率分布が２乗分布（α＝２）であるとすると、式１で表すことができる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
但し、
【数２】
ｎ０：クラッドの屈折率、ｒ：径方向の位置、a：コア半径
また、式１は、ＧＩファイバが理想的な２乗分布と仮定すると、式２のように変換することができる。
【００２６】
【数３】
【００２７】
但し、２w1：ＳＭファイバ１から入射した伝搬光のＭＦＤ、w2：ＧＩファイバが１／４ピッチ長のときのＭＦＤ、Δ：ＧＩファイバのピーク比屈折率差、２ａ：コア径、λ：波長
ＧＩファイバ２中のＭＦＤは式２を用いると、ＧＩファイバ２の長手方向において、図３に示すように変化する。なお、この場合のＧＩファイバ２の条件は、Δ＝０．８５％、コア径Ｄ＝１０６μmである。
【００２８】
ここで、ＧＩファイバ２の１／４ピッチとなる長さ（以下「１／４ピッチ長」という。）は、およそ６００μmでＭＦＤが最大になるものの、実際のＧＩファイバ２中では屈折率分布が理想的な２乗分布（α＝２）でないため式２の理論計算が当てはまらないことになる。
【００２９】
次に、このような構成の光コリメータを対向させた場合に、低損失伝搬が実現する理由について説明する。
【００３０】
先ず、ＧＩファイバ２のコア径ＤがＭＦＤの３倍以上とすることが好ましい理由は、ＧＩファイバ２中の伝搬光の分布がクラッド２２に重なる部分が大きくなることで、クラッド２２からの反射によるモードが大きくなり損失が発生するためである。従って、ＧＩファイバ２のコア径ＤがＭＦＤの３倍以上（以下「Ｄ≧３×ＭＦＤ」という。）であれば理想的なα乗分布でなくてもクラッド２２からの反射によるモードの影響が受けにくくなり、コリメータとして対向させても損失が増大しないことになる。
【００３１】
また、ＧＩファイバの屈折率分布乗数αが１.５〜２.５の範囲が好ましい理由は、Ｄ≧３×ＭＦＤの条件で、αが１.５〜２.５の範囲であれば伝搬光が収差の影響を受けても損失増とならないためである。
【００３２】
ところで、前述のように、ＧＩファイバ２の理論上のＭＦＤ（以下「理論ＭＦＤ」という。）と実測したＭＦＤ（以下「実測ＭＦＤ」という。）とでは差があることが本発明者等の実験から明らかになった。具体的には、Δ=０．８５％、コア径Ｄが１０４μmの理論ＭＦＤは５８μmとなるが、実測ＭＦＤは３２μmとなる。つまり、当該実験から、実測値をw2´とすると、w2´＝０．５５×w2という関係があることから、上記の式２は式３のように表すことができ、式３をＭＦＤとコア径Ｄの関係に変化させると式４のように表すことができる。
【００３３】
【数４】
【００３４】
【数５】
【００３５】
但し、w1＝５．２５μm、λ＝１．５５μm、ｎ0＝１．４４４とする。
【００３６】
以上の点を考慮すると、Ｄ≧３×ＭＦＤの条件を満たすファイバ構造を式４から求めることができる。
【００３７】
図４は、式４から求めたΔを変化させたときのコア径ＤとＭＦＤの関係を示している。ここで、横軸はＧＩファイバ２のコア径Ｄ（μｍ）、縦軸はＧＩファイバ２のＭＦＤ（μｍ）を示しており、また、図中、Ｌ１はΔが０.１％、Ｌ２はΔが０.２％、Ｌ３はΔが０.３％、Ｌ４はΔが０.４％、Ｌ５はΔが０.５％、Ｌ６はΔが０.６％、Ｌ７はΔが０.７％、Ｌ８はΔが０.８％、Ｌ９はΔが０.９％の場合のそれぞれの設計範囲を示している。
【００３８】
同図より、図中、太線のＬ６がＤ＝３×ＭＦＤとなるため、Ｄ≧３×ＭＦＤの条件を満足する低損失のコリメータを作製するためには、太線Ｌ６より下の領域（例えばＬ６〜Ｌ９）、すなわち、Δ≧０.６％以上のＧＩファイバ２が設計条件を満たすことになる。
【００３９】
次に、通常のＳＭファイバに、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ若しくはΔ≧０.６％以上の条件を満足しないＧＩファイバを融着接続した場合の各種事例について説明する。
【００４０】
最初に、第１の接続例として、通常のＳＭファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバを融着接続した例について説明する。
【００４１】
図５は、α値が２付近のＧＩファイバの屈折率分布とＭＦＤの関係を示している。同図において、横軸はＧＩファイバの半径（μｍ）、縦軸は光の強度および比屈折率差を示しており、図中、Ｌ１０は比屈折率差Δ、Ｌ１１は１／４ピッチ長のＧＩファイバにおける光強度分布、Ｌ１２は１／２ピッチ長のＧＩファイバにおける光強度分布、Ｌ１３はＭＦＤの範囲、Ｌ１４はコア径Ｄの範囲を示している。
【００４２】
α値が２であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ２を１／４ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１に融着接続したところ、図５に示すように、コア径Ｄの大きさがＭＦＤの３倍以上となった。ここで、１／４ピッチ長のＧＩファイバ端面のＭＦＤは３０μm、コア径Ｄは１０６μm、Δは０.８５％であった。
【００４３】
また、図６に示すように、１／２ピッチ長のＧＩファイバ２の両端にＳＭファイバ１（以下、図中、左側のＳＭファイバ１を「第１のＳＭファイバ１ａ」、右側のＳＭファイバ１を「第２のＳＭファイバ１ｂ」という。）を融着接続し、その接続ロスを測定したところ、図７に示すように、接続損失は、図中の最小値である０．１ｄＢ以下となり、低損失のコリメータが得られ、伝送用ＳＭファイバ中に適用しても問題のない値が得られた。なお、図６中、符号Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ中を小さいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布、Ｈ２はＧＩファイバ２中を大きいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布を示している。
【００４４】
次に、第２の接続例として、通常のＳＭファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足しないＧＩファイバを融着接続した例について説明する。
【００４５】
α値が２.４であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足しないＧＩファイバ２を１／２ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１に融着接続したところ、その接続ロスは図８に示すように０.５ｄＢ以上に悪化するのでコリメータとして通信システムに適用することは困難である。なお、この場合における１／２ピッチ長におけるＧＩファイバ端面のＭＦＤは６０μm、コア径Ｄが１００μm、Δは０.５％で、コア径ＤがＭＦＤの１．６７倍となるため、下限値の３倍を大きく下回ることになる。
【００４６】
次に、第３の接続例として、ＴＥＣ処理したファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバを融着接続した例について説明する。
【００４７】
α値が２であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ２を１／４ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１の先端をＴＥＣ処理したファイバと融着接続したところ、コア径ＤがＭＦＤの３倍以上となった。また、図９に示すように、ＧＩファイバ２の両端に、第１、第２のＴＥＣ処理したファイバ３ａ、３ｂの一端を光学的に接続し、この第１、第２のＴＥＣ処理したファイバ３ａ、３ｂの他端に第１、第２の伝送用ＳＭファイバ１ａ，１ｂを光学的に接続したところ、その接続損失は、最小値が０.１ｄＢ以下となり、低損失のコリメータが得られた。なお、図９中、符号Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは、図６と同様に第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ中を小さいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布、Ｈ３ａ、Ｈ３ｂは、ＴＥＣ処理したファイバ３ａ、３ｂ中をＨ１ａ、Ｈ１ｂよりも大きいＭＦＤの状態で伝播する光の強度分布、Ｈ２は、図６と同様にＧＩファイバ２中を大きいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布を示している。
【００４８】
次に、第４の接続例として、コアレスファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバを融着接続した例について説明する。ここで、コアレスファイバとは、純石英ガラスからなる単一屈折率のファイバである。
【００４９】
α値が２であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ２を１／４ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１の先端に接続したコアレスファイバと融着接続したところ、コア径ＤがＭＦＤの３倍以上となった。また、図１０に示すように、ＧＩファイバ２の両端に、第１、第２のコアレスファイバ４ａ、４ｂの一端を光学的に接続し、この第１、第２のコアレスファイバ４ａ、４ｂの他端に第１、第２の伝送用ＳＭファイバ１ａ，１ｂを光学的に接続したところ、その接続損失は最小値が０.１ｄＢ以下となり、低損失のコリメータが得られた。なお、図１０中、符号Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは、図６と同様に第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ中を小さいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布、Ｈ４ａ、Ｈ４ｂはコアレスファイバ４ａ、４ｂ中をＨ１ａ、Ｈ１ｂよりも大きいＭＦＤの状態で伝播する光の強度分布、Ｈ２は、図６と同様にＧＩファイバ２中を大きいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布を示している。ここで、ＳＭファイバ、コアレスファイバ、ＧＩファイバの外径は１２５μｍである。なお、本接続例ではコアレスファイバを用いているが、コアレスファイバの代わりに空気層（空間伝播層）としてもよい。
【００５０】
以上の各種事例より、本発明の光ファイバコリメータによれば、コア径Ｄの大きさがＭＦＤの３倍以上となり、また、その接続損失が０．１ｄＢ以下となり、低損失なコリメータが得られることがわかる。
【００５１】
次に、本発明の光ファイバコリメータを用いた光ファイバ部品について説明する。
【００５２】
図１１は、本発明の第１の実施例における光ファイバ部品の概略図を示している。なお、同図において、図１〜図１０と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
図１１において、本発明の光ファイバ部品は、光アイソレータ、光フィルタ、光スイッチ若しくは光可変減衰器またはこれらの組合せから構成される光学素子５と、Δ≧０.６％以上の条件を満足する一対のＧＩファイバ２（以下、図中、左側のＧＩファイバ２を「第１のＧＩファイバ２ａ」、右側のＧＩファイバ２を「第２のＧＩファイバ２ｂ」という。）、第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂとを備えており、光学素子５の一方の端面には、第１のＧＩファイバ２ａの一方の端面（出力端）が光学素子５の光軸と一致させて光学的に接続され、他方の端面には、第２のＧＩファイバ２ｂの一方の端面（入力端）が光学素子５の光軸と一致させて光学的に接続されている。また、第１のＧＩファイバ２ａの他方の端面（入力端）には、第１のＳＭファイバ１ａの一方の端面（出力端）が第１のＧＩファイバ２ａの光軸と一致させて光学的に接続され、第２のＧＩファイバ２ｂの他方の端面（出力端）には、第２のＳＭファイバ１ｂの一方の端面（入力端）が第２のＧＩファイバ２ｂの光軸と一致させて光学的に接続されている。なお、第１、第２のＧＩファイバ２ａ，２ｂと第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ間は、鏡面加工した両者の接続端面をバーナーやアーク放電などで加熱することにより融着接続することができ、また、第１、第２のＧＩファイバ２ａ、２ｂと光学素子５間は、光学的な接着剤またはマッチングオイルなどの塗布により光学的に接続することができる。なお、ＳＭファイバの外径は１２５μｍ、ＧＩファイバの外径は２５０μｍである。ここで、ＧＩファイバの外径はＳＭファイバの外径の０.６〜３倍の外径とすることが好ましい。０.６倍未満若しくは３倍を超えると安定的な接続が困難となり、接続界面での損失が増大するおそれが生じるためである。
【００５４】
このような構成の光ファイバ部品においては、第１のＳＭファイバ１ａに入射した光は、小さいＭＦＤの状態で第１のＳＭファイバ１ａ中を伝搬し第１のＧＩファイバ２ａへ入射され、第１のＧＩファイバ２ａにおいて大きいＭＦＤの状態に拡大され、シングルモードで第１のＧＩファイバ２ａ中を伝搬し光学素子５へ入射される。また、光学素子５に入射した光は、第２のＧＩファイバ２ｂへ入射され、この第２のＧＩファイバ２ｂ中を大きいＭＦＤの状態で伝搬し、第２のＳＭファイバ１ｂへ入射され、この第２のＳＭファイバ１ｂにおいて小さいＭＦＤの状態に縮小され、第２のＳＭファイバ１ｂ中を伝搬する。
【００５５】
このような光ファイバ部品によれば、第１、第２のＳＭファイバ１ａ，１ｂに第１、第２のＧＩファイバ２ａ，２ｂを接続するだけで光ファイバコリメータを実現し得ることから、低コスト、アライメントフリーでかつ低損失という面で有効であり、また、第１、第２のＧＩファイバ２ａ，２ｂのコア径ＤがＭＦＤの３倍以上とされていることから、コリメータ間のワーキングディスタンスを長くすることが可能となる。
【００５６】
図１２は、本発明の第２の実施例における光ファイバ部品の説明図を示している。なお、同図において、図１〜図１１と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
この実施例においては、図１に示す光ファイバコリメータを備えている。
【００５８】
ＧＩファイバ２の外径は、例えば８０μｍ〜２.５ｍｍの間で適宜選択することができる。同様に、ＳＭファイバ１の外径も例えば８０μｍ〜２.５ｍｍの間で適宜選択することができる。ここで、ＳＭファイバ、ＧＩファイバの外径がどちらか一方い若しくは双方とも１.２５ｍｍの場合には、ＭＵコネクタのフェルールの外径１．２５ｍｍと同径であるためにスリーブを介してＰＣ（Physical Contact）が可能となる。なお、ＳＭファイバ、ＧＩファイバとも外径が８０μｍ〜２.５ｍｍの範囲を好ましいとしたが、これは、８０μｍ未満ではファイバが細くなりすぎて強度上問題が生じ、取り扱いが困難になるからであり、２.５ｍｍを越えると加撓性が悪くなりやはり取り扱いが困難になるからである。
【００５９】
図１３は、本発明の第３の実施例における光ファイバ部品の説明図を示している。なお、同図において、図１〜図１２と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６０】
この実施例においては、図１２に示す一対の光ファイバ部品を備えている。
【００６１】
この実施例においては、アダプタ６を介して図１に示す光ファイバコリメータをフェルール７ａ、７ｂに挿入して対向配置させており、第２の実施例と同様に、コネクタ形状でアダプタ６との光結合を容易に行なうことができる。
【００６２】
図１４は、本発明の第４の実施例における光ファイバ部品の説明図を示している。なお、同図において、図１〜図１３と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
この実施例において、図１に示す光ファイバコリメータを備えている。
【００６４】
ＧＩファイバ２の一方の端部（先端部）の外周には、コネクタハウジング８が取り付けられており、ＧＩファイバ２の先端面は、コネクタハウジング８の端面より若干突出する如くして配設されている。なお、図中、符号９はねじ部を示している。
【００６５】
この実施例においては、コネクタハウジング８の取り付けにより、ＧＩファイバ２の先端部がプラグ形状とされていることから、当該ＧＩファイバ２の先端部をアダプタ６に接続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は前述の実施例に限定されず、本発明の特許請求の範囲内で例えば次のように変形、修正を加えることができる。
【００６７】
第１に、前述の実施例においては、ＧＩファイバの外径とＳＭファイバの外径を同径にした場合、および前者の外径と後者の外径を異ならせている場合について述べているが、作業性および材料コストを考慮すれば、ファイバ径１２５μmの通常のＳＭと、ファイバ径１２５μmのＧＩファイバを融着接続することが最適である。
【００６８】
第２に、本発明におけるＧＩファイバとしては、屈折率が２乗屈折率分布（α=２）を理想とするが、分布関数αがコア径全域をフィッティングしたとき、１.５＜α＜２.５の範囲でも構わない。
【００６９】
第３に、本発明におけるＧＩファイバのコア径は、特に規定されない。
【００７０】
第４に、本発明におけるＧＩファイバの入射側に用いるＳＭファイバは、通常のシングル モード光ファイバ（ＳＭＦ２８または同等品）と同等のものだけでなく、高ＮＡ（開口数）−ＳＭファイバ、フォトニック結晶ファイバ、ＤＳＦ（分散シフト光ファイバ）、ＮＺ−ＤＳＦ（ノンゼロ分散シフトファイバ）、ＮＳＰ（Ｎｏｎ-Ｓｔｒｉｐｐａｂｌｅ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｃｏａｔｅｄ）ファイバとしてもよい。
【００７１】
第５に、本発明におけるＧＩファイバの材料としては、石英ベースガラスにＧｅを添加して屈折率を上げるものを通常使用するが、Ｐ（リン）、Ｂ（ホウ素）、Ｌａ（ランタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆ（フッ素）を共添加してもよい。また、プラスチック樹脂を用いた材料を用いて屈折率分布を調整してもよい。
【００７２】
第６に、本発明におけるＧＩファイバの長さは、コア径、ピーク屈折率、入射側のＭＦＤの大きさにより異なるが、作業性の関係上５０μm〜５cm程度としてもよい。
【００７３】
第７に、ＳＭファイバとＧＩファイバの接続は、融着接続したものに限定されず、例えばＰＣコンタクト、もしくはメカニカルスプライスとしてもよい。
【００７４】
第８に、ＳＭファイバはテーパー状のものを使用しても良く、伝送用ＧＩファイバとの光接続の状況に応じて使い分けても良い。
【００７５】
第９に、光ファイバコリメータの機能部分はＭＦＤの大きなＳＭファイバを融着接続、ＰＣ接続またはメカニカルスプライスによって追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の光ファイバコリメータの説明図
【図２】本発明の光ファイバコリメータにおけるＧＩファイバのコアの屈折率分布を示す説明図。
【図３】ＧＩファイバ中における長手方向のＭＦＤの変化状態を示す説明図。
【図４】ＧＩファイバの設計範囲例を示す説明図。
【図５】α値が２付近のＧＩファイバの屈折率分布とＭＦＤの関係を示す説明図。
【図６】ＳＭファイバとＧＩファイバの接続ロス測定系を示す説明図。
【図７】ＳＭファイバとＧＩファイバの接続ロス測定結果を示す説明図。
【図８】ＳＭファイバと所定の条件を満足しないＧＩファイバの接続ロス測定結果を示す説明図。
【図９】ＴＥＣファイバとＧＩファイバの接続ロス系を示す説明図。
【図１０】コアレスファイバとＧＩファイバの接続ロス系を示す説明図。
【図１１】本発明の第１の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１２】本発明の第２の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１３】本発明の第３の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１４】本発明の第４の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１５】従来の光ファイバ部品の説明図。
【図１６】従来の光ファイバ部品の説明図。
【図１７】従来の光ファイバ部品の説明図。
【図１８】従来の光ファイバ部品の説明図。
【符号の説明】
【００７７】
１、１ａ、１ｂ・・・ＳＭファイバ
２、２ａ、２ｂ・・・ＧＩファイバ
５・・・光学素子
８・・・コネクタハウジング
Ｄ・・・コア径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品に係り、特に、光ファイバ通信で使用される光デバイス部品内の光の結合部分に用いられる光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、光ファイバシステムがＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）へシフトする中、光アイソレータ、光スイッチその他の光学素子を含むバルク型光デバイスの需要が増大している。
【０００３】
このような構成のバルク型光デバイスにおいては、光ファイバから出射する光はレンズによってコリメートされてバルク型光デバイスへ入射され、バルク型光デバイスから出射する光は再びレンズによって集光されて光ファイバへ入射させる必要がある。
【０００４】
しかしながら、このような光の結合においては、光ファイバとしてコア径が小さいシングルモードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：以下「ＳＭファイバ」と略称する。）を使用して、例えば、図１５に示すように、第１のＳＭファイバ１０ａ、第１のレンズ２０ａ、バルク型光デバイス３０、第２のレンズ２０ｂおよび第２のＳＭファイバ１０ｂの組み合わせで配置した場合、第１のＳＭファイバ１０ａから出射する光が第１のレンズ２０ａを通過することで大きなスポット径で長い距離をコリメートできるものの、これらの第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂ、第１、第２のレンズ２０ａ、２０ｂおよびバルク型光デバイス３０のアライメントが複雑化するため、手間がかかり、コストアップになるという難点があった。
【０００５】
このため、（イ）図１６に示すように、バルク型光デバイス３０の両端に第１、第２のグリンレンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ Ｌｅｎｓ）４０ａ、４０ｂを配設し、第１、第２のグリンレンズ４０ａ、４０ｂの端面に第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂの一方の端面をそれぞれ光学的に接続したいわゆるグリンレンズ方式、（ロ）図１７に示すように、バルク型光デバイス３０の両端にＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄｅｄ）処理を施した第１、第２のファイバ（以下「ＴＥＣファイバ」と略称する。）５０ａ、５０ｂの一方の端面をそれぞれ光学的に接続し、第１、第２のＴＥＣファイバ５０ａ、５０ｂの他方の端面にそれぞれ第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂの一方の端面を光学的に接続したいわゆるＴＥＣ方式、（ハ）図１８に示すように、バルク型光デバイス３０の両端に第１、第２のグレーデットインデックスファイバ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ Ｆｉｂｅｒ：以下「ＧＩファイバ」と略称する。）６０ａ、６０ｂを配設し、第１、第２のＧＩファイバ６０ａ、６０ｂの端面に第１、第２のＳＭファイバ１０ａ、１０ｂの一方の端面をそれぞれ光学的に接続したいわゆるＧＩＦ方式が案出されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、（イ）のグリンレンズ方式においては、前述のレンズ方式と同様に、ＳＭファイバからの出射光がＧＲＩＮレンズを通過することで大きなスポット径で長い距離をコリメートできるものの、アライメントに要する工程が増え、全体的にコストアップになるという難点があった。また、（ロ）のＴＥＣ方式においては、ＳＭファイバからの出射光がＴＥＣファイバを通過することで、比較的大きなモードフィールド径（Ｍｏｄｅ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉａｍｅｔｅｒ：以下「ＭＦＤ」と略称する。）で小さい回析角が得られるものの、他方式と比べてワーキングディスタンスが短いという難点があった。さらに、（ハ）のＧＩＦ方式においては、第１に、ＧＩファイバをレンズとして用いることで、アライメントフリーで低損失なコリメータを低コストで作製でき、第２に、ＧＩファイバの長さが１／４ピッチ長のときＭＦＤが最大となり、これに対応してコリメータ間のワーキングディスタンスを長くすることができるものの、ＭＦＤが一定値以上になるとコリメート特性が悪化し、ＧＩコリメータを対向させた場合、挿入損失が悪化するという難点があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２１８０３号公報
【特許文献２】特開平６−２５８５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の難点を解決するためになされたもので、ＧＩファイバのコリメータの屈折率プロファイルから、低損失、低コストでアッセンブリの容易な光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品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】
【０００９】
本発明の第１の態様である光ファイバコリメータは、ＳＭファイバの先端に光学的に接続されたＧＩファイバを備え、ＧＩファイバのコア径は、ＧＩファイバ端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされているものである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様である光ファイバコリメータにおいて、ＧＩファイバの比屈折率は、０.６％以上とされているものである。
【００１１】
本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様または第２の態様である光ファイバコリメータにおいて、ＧＩファイバの屈折率分布定数は、１．５〜２.５とされているものである。
【００１２】
本発明の第４の態様である光ファイバ部品は、一方に光入射端面を有し、他方に光出射端面を備える光学素子と、光学素子の両端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のＧＩファイバと、第１、第２のＧＩファイバの他方の端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のＳＭファイバとを備え、第１、第２のＧＩファイバのコア径は、第１、第２のＧＩファイバ端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされているものである。
【００１３】
本発明の第５の態様は、本発明の第４の態様である光ファイバ部品において、光学素子は、光アイソレータ、光フィルタ、光スイッチ若しくは光可変減衰器またはこれらの組合せから構成されているものである。
【００１４】
本発明の第６の態様は、本発明の第１の態様乃至第３の態様の何れかの態様である光ファイバ部品において、ＧＩファイバの外径は、ＳＭファイバの外径に対し０.６〜３倍の外径とされているものである。
【００１５】
本発明の第７の態様は、本発明の第１の態様乃至第３の態様の何れかの態様である光ファイバ部品において、ＧＩファイバの先端部に、コネクタハウジングが取り付けられているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の態様乃至第７態様の光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品によれば、ＳＭファイバにＧＩファイバを光学的に接続することで光ファイバコリメータを実現し得ることから、低コスト、アライメントフリーでかつ低損失という面で有効であり、また、ＧＩファイバのコア径がＭＦＤの３倍以上とされていることから、コリメータ間のワーキングディスタンスを長くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品を適用した実施の形態例について、図面を参照して説明する。ここで、図１は、本発明の光ファイバコリメータの説明図、図２は、本発明の光ファイバコリメータにおけるＧＩファイバの比屈折率差Δの条件を示している。
【００１８】
図１において、本発明の光ファイバコリメータは、ＳＭファイバ１と、このＳＭファイバの先端面に光軸を一致させて光学的に接続され、屈折率が径方向に連続的に変化しているＧＩファイバ２とを備えている。
【００１９】
ＳＭファイバ１は、光を伝搬させるコア１１と、コア１１の外周に設けられたクラッド１２とを備えており、同様に、ＧＩファイバ２も、光を伝搬させるコア２１と、コア２１の外周に設けられたクラッド２２とを備えている。
【００２０】
ＳＭファイバ１とＧＩファイバ２間は、鏡面加工した両者の接続端面をバーナーやアーク放電などで加熱することにより融着接続されている。
【００２１】
このような構成の光ファイバコリメータにおいては、ＳＭファイバ１の入力端から入射される光は、小さいＭＦＤの状態Ｈ１でＳＭファイバ１中を伝搬しＳＭファイバ１の出力端から出射される。また、ＳＭファイバ１から出射される光は、ＧＩファイバ２の入力端に入射されＧＩファイバ２において大きいＭＦＤの状態Ｈ２に拡大され、シングルモードでＧＩファイバ２中を伝搬し図示しない光学素子の光入射端面に入射される。
【００２２】
ここで、ＧＩファイバ２のコア２１の外径（（以下「コア径」という。）Ｄは、後述する理由により、ＧＩファイバ２端面の最大ＭＦＤの３倍以上とされ、また、ＧＩファイバ２の比屈折率差（Δ）は、図２に示すように、０.６％以上とされている。
【００２３】
ところで、ＳＭファイバ１の端面にＧＩファイバ２が光学的に接続されると、ＳＭファイバ１から出射される光は、ＧＩファイバ２中で光強度が広がり、その広がり方はＧＩファイバ２の屈折率分布が２乗分布（α＝２）であるとすると、式１で表すことができる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
但し、
【数２】
ｎ０：クラッドの屈折率、ｒ：径方向の位置、a：コア半径
また、式１は、ＧＩファイバが理想的な２乗分布と仮定すると、式２のように変換することができる。
【００２６】
【数３】
【００２７】
但し、２w1：ＳＭファイバ１から入射した伝搬光のＭＦＤ、w2：ＧＩファイバが１／４ピッチ長のときのＭＦＤ、Δ：ＧＩファイバのピーク比屈折率差、２ａ：コア径、λ：波長
ＧＩファイバ２中のＭＦＤは式２を用いると、ＧＩファイバ２の長手方向において、図３に示すように変化する。なお、この場合のＧＩファイバ２の条件は、Δ＝０．８５％、コア径Ｄ＝１０６μmである。
【００２８】
ここで、ＧＩファイバ２の１／４ピッチとなる長さ（以下「１／４ピッチ長」という。）は、およそ６００μmでＭＦＤが最大になるものの、実際のＧＩファイバ２中では屈折率分布が理想的な２乗分布（α＝２）でないため式２の理論計算が当てはまらないことになる。
【００２９】
次に、このような構成の光コリメータを対向させた場合に、低損失伝搬が実現する理由について説明する。
【００３０】
先ず、ＧＩファイバ２のコア径ＤがＭＦＤの３倍以上とすることが好ましい理由は、ＧＩファイバ２中の伝搬光の分布がクラッド２２に重なる部分が大きくなることで、クラッド２２からの反射によるモードが大きくなり損失が発生するためである。従って、ＧＩファイバ２のコア径ＤがＭＦＤの３倍以上（以下「Ｄ≧３×ＭＦＤ」という。）であれば理想的なα乗分布でなくてもクラッド２２からの反射によるモードの影響が受けにくくなり、コリメータとして対向させても損失が増大しないことになる。
【００３１】
また、ＧＩファイバの屈折率分布乗数αが１.５〜２.５の範囲が好ましい理由は、Ｄ≧３×ＭＦＤの条件で、αが１.５〜２.５の範囲であれば伝搬光が収差の影響を受けても損失増とならないためである。
【００３２】
ところで、前述のように、ＧＩファイバ２の理論上のＭＦＤ（以下「理論ＭＦＤ」という。）と実測したＭＦＤ（以下「実測ＭＦＤ」という。）とでは差があることが本発明者等の実験から明らかになった。具体的には、Δ=０．８５％、コア径Ｄが１０４μmの理論ＭＦＤは５８μmとなるが、実測ＭＦＤは３２μmとなる。つまり、当該実験から、実測値をw2´とすると、w2´＝０．５５×w2という関係があることから、上記の式２は式３のように表すことができ、式３をＭＦＤとコア径Ｄの関係に変化させると式４のように表すことができる。
【００３３】
【数４】
【００３４】
【数５】
【００３５】
但し、w1＝５．２５μm、λ＝１．５５μm、ｎ0＝１．４４４とする。
【００３６】
以上の点を考慮すると、Ｄ≧３×ＭＦＤの条件を満たすファイバ構造を式４から求めることができる。
【００３７】
図４は、式４から求めたΔを変化させたときのコア径ＤとＭＦＤの関係を示している。ここで、横軸はＧＩファイバ２のコア径Ｄ（μｍ）、縦軸はＧＩファイバ２のＭＦＤ（μｍ）を示しており、また、図中、Ｌ１はΔが０.１％、Ｌ２はΔが０.２％、Ｌ３はΔが０.３％、Ｌ４はΔが０.４％、Ｌ５はΔが０.５％、Ｌ６はΔが０.６％、Ｌ７はΔが０.７％、Ｌ８はΔが０.８％、Ｌ９はΔが０.９％の場合のそれぞれの設計範囲を示している。
【００３８】
同図より、図中、太線のＬ６がＤ＝３×ＭＦＤとなるため、Ｄ≧３×ＭＦＤの条件を満足する低損失のコリメータを作製するためには、太線Ｌ６より下の領域（例えばＬ６〜Ｌ９）、すなわち、Δ≧０.６％以上のＧＩファイバ２が設計条件を満たすことになる。
【００３９】
次に、通常のＳＭファイバに、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ若しくはΔ≧０.６％以上の条件を満足しないＧＩファイバを融着接続した場合の各種事例について説明する。
【００４０】
最初に、第１の接続例として、通常のＳＭファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバを融着接続した例について説明する。
【００４１】
図５は、α値が２付近のＧＩファイバの屈折率分布とＭＦＤの関係を示している。同図において、横軸はＧＩファイバの半径（μｍ）、縦軸は光の強度および比屈折率差を示しており、図中、Ｌ１０は比屈折率差Δ、Ｌ１１は１／４ピッチ長のＧＩファイバにおける光強度分布、Ｌ１２は１／２ピッチ長のＧＩファイバにおける光強度分布、Ｌ１３はＭＦＤの範囲、Ｌ１４はコア径Ｄの範囲を示している。
【００４２】
α値が２であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ２を１／４ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１に融着接続したところ、図５に示すように、コア径Ｄの大きさがＭＦＤの３倍以上となった。ここで、１／４ピッチ長のＧＩファイバ端面のＭＦＤは３０μm、コア径Ｄは１０６μm、Δは０.８５％であった。
【００４３】
また、図６に示すように、１／２ピッチ長のＧＩファイバ２の両端にＳＭファイバ１（以下、図中、左側のＳＭファイバ１を「第１のＳＭファイバ１ａ」、右側のＳＭファイバ１を「第２のＳＭファイバ１ｂ」という。）を融着接続し、その接続ロスを測定したところ、図７に示すように、接続損失は、図中の最小値である０．１ｄＢ以下となり、低損失のコリメータが得られ、伝送用ＳＭファイバ中に適用しても問題のない値が得られた。なお、図６中、符号Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ中を小さいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布、Ｈ２はＧＩファイバ２中を大きいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布を示している。
【００４４】
次に、第２の接続例として、通常のＳＭファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足しないＧＩファイバを融着接続した例について説明する。
【００４５】
α値が２.４であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足しないＧＩファイバ２を１／２ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１に融着接続したところ、その接続ロスは図８に示すように０.５ｄＢ以上に悪化するのでコリメータとして通信システムに適用することは困難である。なお、この場合における１／２ピッチ長におけるＧＩファイバ端面のＭＦＤは６０μm、コア径Ｄが１００μm、Δは０.５％で、コア径ＤがＭＦＤの１．６７倍となるため、下限値の３倍を大きく下回ることになる。
【００４６】
次に、第３の接続例として、ＴＥＣ処理したファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバを融着接続した例について説明する。
【００４７】
α値が２であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ２を１／４ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１の先端をＴＥＣ処理したファイバと融着接続したところ、コア径ＤがＭＦＤの３倍以上となった。また、図９に示すように、ＧＩファイバ２の両端に、第１、第２のＴＥＣ処理したファイバ３ａ、３ｂの一端を光学的に接続し、この第１、第２のＴＥＣ処理したファイバ３ａ、３ｂの他端に第１、第２の伝送用ＳＭファイバ１ａ，１ｂを光学的に接続したところ、その接続損失は、最小値が０.１ｄＢ以下となり、低損失のコリメータが得られた。なお、図９中、符号Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは、図６と同様に第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ中を小さいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布、Ｈ３ａ、Ｈ３ｂは、ＴＥＣ処理したファイバ３ａ、３ｂ中をＨ１ａ、Ｈ１ｂよりも大きいＭＦＤの状態で伝播する光の強度分布、Ｈ２は、図６と同様にＧＩファイバ２中を大きいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布を示している。
【００４８】
次に、第４の接続例として、コアレスファイバとΔ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバを融着接続した例について説明する。ここで、コアレスファイバとは、純石英ガラスからなる単一屈折率のファイバである。
【００４９】
α値が２であり、Δ≧０.６％以上の条件を満足するＧＩファイバ２を１／４ピッチ長で伝送用ＳＭファイバ１の先端に接続したコアレスファイバと融着接続したところ、コア径ＤがＭＦＤの３倍以上となった。また、図１０に示すように、ＧＩファイバ２の両端に、第１、第２のコアレスファイバ４ａ、４ｂの一端を光学的に接続し、この第１、第２のコアレスファイバ４ａ、４ｂの他端に第１、第２の伝送用ＳＭファイバ１ａ，１ｂを光学的に接続したところ、その接続損失は最小値が０.１ｄＢ以下となり、低損失のコリメータが得られた。なお、図１０中、符号Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは、図６と同様に第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ中を小さいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布、Ｈ４ａ、Ｈ４ｂはコアレスファイバ４ａ、４ｂ中をＨ１ａ、Ｈ１ｂよりも大きいＭＦＤの状態で伝播する光の強度分布、Ｈ２は、図６と同様にＧＩファイバ２中を大きいＭＦＤの状態で伝搬する光の強度分布を示している。ここで、ＳＭファイバ、コアレスファイバ、ＧＩファイバの外径は１２５μｍである。なお、本接続例ではコアレスファイバを用いているが、コアレスファイバの代わりに空気層（空間伝播層）としてもよい。
【００５０】
以上の各種事例より、本発明の光ファイバコリメータによれば、コア径Ｄの大きさがＭＦＤの３倍以上となり、また、その接続損失が０．１ｄＢ以下となり、低損失なコリメータが得られることがわかる。
【００５１】
次に、本発明の光ファイバコリメータを用いた光ファイバ部品について説明する。
【００５２】
図１１は、本発明の第１の実施例における光ファイバ部品の概略図を示している。なお、同図において、図１〜図１０と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
図１１において、本発明の光ファイバ部品は、光アイソレータ、光フィルタ、光スイッチ若しくは光可変減衰器またはこれらの組合せから構成される光学素子５と、Δ≧０.６％以上の条件を満足する一対のＧＩファイバ２（以下、図中、左側のＧＩファイバ２を「第１のＧＩファイバ２ａ」、右側のＧＩファイバ２を「第２のＧＩファイバ２ｂ」という。）、第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂとを備えており、光学素子５の一方の端面には、第１のＧＩファイバ２ａの一方の端面（出力端）が光学素子５の光軸と一致させて光学的に接続され、他方の端面には、第２のＧＩファイバ２ｂの一方の端面（入力端）が光学素子５の光軸と一致させて光学的に接続されている。また、第１のＧＩファイバ２ａの他方の端面（入力端）には、第１のＳＭファイバ１ａの一方の端面（出力端）が第１のＧＩファイバ２ａの光軸と一致させて光学的に接続され、第２のＧＩファイバ２ｂの他方の端面（出力端）には、第２のＳＭファイバ１ｂの一方の端面（入力端）が第２のＧＩファイバ２ｂの光軸と一致させて光学的に接続されている。なお、第１、第２のＧＩファイバ２ａ，２ｂと第１、第２のＳＭファイバ１ａ、１ｂ間は、鏡面加工した両者の接続端面をバーナーやアーク放電などで加熱することにより融着接続することができ、また、第１、第２のＧＩファイバ２ａ、２ｂと光学素子５間は、光学的な接着剤またはマッチングオイルなどの塗布により光学的に接続することができる。なお、ＳＭファイバの外径は１２５μｍ、ＧＩファイバの外径は２５０μｍである。ここで、ＧＩファイバの外径はＳＭファイバの外径の０.６〜３倍の外径とすることが好ましい。０.６倍未満若しくは３倍を超えると安定的な接続が困難となり、接続界面での損失が増大するおそれが生じるためである。
【００５４】
このような構成の光ファイバ部品においては、第１のＳＭファイバ１ａに入射した光は、小さいＭＦＤの状態で第１のＳＭファイバ１ａ中を伝搬し第１のＧＩファイバ２ａへ入射され、第１のＧＩファイバ２ａにおいて大きいＭＦＤの状態に拡大され、シングルモードで第１のＧＩファイバ２ａ中を伝搬し光学素子５へ入射される。また、光学素子５に入射した光は、第２のＧＩファイバ２ｂへ入射され、この第２のＧＩファイバ２ｂ中を大きいＭＦＤの状態で伝搬し、第２のＳＭファイバ１ｂへ入射され、この第２のＳＭファイバ１ｂにおいて小さいＭＦＤの状態に縮小され、第２のＳＭファイバ１ｂ中を伝搬する。
【００５５】
このような光ファイバ部品によれば、第１、第２のＳＭファイバ１ａ，１ｂに第１、第２のＧＩファイバ２ａ，２ｂを接続するだけで光ファイバコリメータを実現し得ることから、低コスト、アライメントフリーでかつ低損失という面で有効であり、また、第１、第２のＧＩファイバ２ａ，２ｂのコア径ＤがＭＦＤの３倍以上とされていることから、コリメータ間のワーキングディスタンスを長くすることが可能となる。
【００５６】
図１２は、本発明の第２の実施例における光ファイバ部品の説明図を示している。なお、同図において、図１〜図１１と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
この実施例においては、図１に示す光ファイバコリメータを備えている。
【００５８】
ＧＩファイバ２の外径は、例えば８０μｍ〜２.５ｍｍの間で適宜選択することができる。同様に、ＳＭファイバ１の外径も例えば８０μｍ〜２.５ｍｍの間で適宜選択することができる。ここで、ＳＭファイバ、ＧＩファイバの外径がどちらか一方い若しくは双方とも１.２５ｍｍの場合には、ＭＵコネクタのフェルールの外径１．２５ｍｍと同径であるためにスリーブを介してＰＣ（Physical Contact）が可能となる。なお、ＳＭファイバ、ＧＩファイバとも外径が８０μｍ〜２.５ｍｍの範囲を好ましいとしたが、これは、８０μｍ未満ではファイバが細くなりすぎて強度上問題が生じ、取り扱いが困難になるからであり、２.５ｍｍを越えると加撓性が悪くなりやはり取り扱いが困難になるからである。
【００５９】
図１３は、本発明の第３の実施例における光ファイバ部品の説明図を示している。なお、同図において、図１〜図１２と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６０】
この実施例においては、図１２に示す一対の光ファイバ部品を備えている。
【００６１】
この実施例においては、アダプタ６を介して図１に示す光ファイバコリメータをフェルール７ａ、７ｂに挿入して対向配置させており、第２の実施例と同様に、コネクタ形状でアダプタ６との光結合を容易に行なうことができる。
【００６２】
図１４は、本発明の第４の実施例における光ファイバ部品の説明図を示している。なお、同図において、図１〜図１３と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
この実施例において、図１に示す光ファイバコリメータを備えている。
【００６４】
ＧＩファイバ２の一方の端部（先端部）の外周には、コネクタハウジング８が取り付けられており、ＧＩファイバ２の先端面は、コネクタハウジング８の端面より若干突出する如くして配設されている。なお、図中、符号９はねじ部を示している。
【００６５】
この実施例においては、コネクタハウジング８の取り付けにより、ＧＩファイバ２の先端部がプラグ形状とされていることから、当該ＧＩファイバ２の先端部をアダプタ６に接続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は前述の実施例に限定されず、本発明の特許請求の範囲内で例えば次のように変形、修正を加えることができる。
【００６７】
第１に、前述の実施例においては、ＧＩファイバの外径とＳＭファイバの外径を同径にした場合、および前者の外径と後者の外径を異ならせている場合について述べているが、作業性および材料コストを考慮すれば、ファイバ径１２５μmの通常のＳＭと、ファイバ径１２５μmのＧＩファイバを融着接続することが最適である。
【００６８】
第２に、本発明におけるＧＩファイバとしては、屈折率が２乗屈折率分布（α=２）を理想とするが、分布関数αがコア径全域をフィッティングしたとき、１.５＜α＜２.５の範囲でも構わない。
【００６９】
第３に、本発明におけるＧＩファイバのコア径は、特に規定されない。
【００７０】
第４に、本発明におけるＧＩファイバの入射側に用いるＳＭファイバは、通常のシングル モード光ファイバ（ＳＭＦ２８または同等品）と同等のものだけでなく、高ＮＡ（開口数）−ＳＭファイバ、フォトニック結晶ファイバ、ＤＳＦ（分散シフト光ファイバ）、ＮＺ−ＤＳＦ（ノンゼロ分散シフトファイバ）、ＮＳＰ（Ｎｏｎ-Ｓｔｒｉｐｐａｂｌｅ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｃｏａｔｅｄ）ファイバとしてもよい。
【００７１】
第５に、本発明におけるＧＩファイバの材料としては、石英ベースガラスにＧｅを添加して屈折率を上げるものを通常使用するが、Ｐ（リン）、Ｂ（ホウ素）、Ｌａ（ランタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆ（フッ素）を共添加してもよい。また、プラスチック樹脂を用いた材料を用いて屈折率分布を調整してもよい。
【００７２】
第６に、本発明におけるＧＩファイバの長さは、コア径、ピーク屈折率、入射側のＭＦＤの大きさにより異なるが、作業性の関係上５０μm〜５cm程度としてもよい。
【００７３】
第７に、ＳＭファイバとＧＩファイバの接続は、融着接続したものに限定されず、例えばＰＣコンタクト、もしくはメカニカルスプライスとしてもよい。
【００７４】
第８に、ＳＭファイバはテーパー状のものを使用しても良く、伝送用ＧＩファイバとの光接続の状況に応じて使い分けても良い。
【００７５】
第９に、光ファイバコリメータの機能部分はＭＦＤの大きなＳＭファイバを融着接続、ＰＣ接続またはメカニカルスプライスによって追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の光ファイバコリメータの説明図
【図２】本発明の光ファイバコリメータにおけるＧＩファイバのコアの屈折率分布を示す説明図。
【図３】ＧＩファイバ中における長手方向のＭＦＤの変化状態を示す説明図。
【図４】ＧＩファイバの設計範囲例を示す説明図。
【図５】α値が２付近のＧＩファイバの屈折率分布とＭＦＤの関係を示す説明図。
【図６】ＳＭファイバとＧＩファイバの接続ロス測定系を示す説明図。
【図７】ＳＭファイバとＧＩファイバの接続ロス測定結果を示す説明図。
【図８】ＳＭファイバと所定の条件を満足しないＧＩファイバの接続ロス測定結果を示す説明図。
【図９】ＴＥＣファイバとＧＩファイバの接続ロス系を示す説明図。
【図１０】コアレスファイバとＧＩファイバの接続ロス系を示す説明図。
【図１１】本発明の第１の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１２】本発明の第２の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１３】本発明の第３の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１４】本発明の第４の実施例における光ファイバ部品の示す説明図。
【図１５】従来の光ファイバ部品の説明図。
【図１６】従来の光ファイバ部品の説明図。
【図１７】従来の光ファイバ部品の説明図。
【図１８】従来の光ファイバ部品の説明図。
【符号の説明】
【００７７】
１、１ａ、１ｂ・・・ＳＭファイバ
２、２ａ、２ｂ・・・ＧＩファイバ
５・・・光学素子
８・・・コネクタハウジング
Ｄ・・・コア径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルモードファイバの先端に光学的に接続されたグレーデットインデックスファイバを備え、
前記グレーデットインデックスファイバのコア径は、前記グレーデットインデックスファイバ端面の最大モードフィールド径の３倍以上であることを特徴とする光ファイバコリメータ。
【請求項２】
前記グレーデットインデックスファイバの比屈折率は、０.６％以上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３】
前記グレーデットインデックスファイバの屈折率分布定数は、１．５〜２.５であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光ファイバコリメータ。
【請求項４】
一方に光入射端面を有し、他方に光出射端面を備える光学素子と、前記光学素子の両端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のグレーデットインデックスファイバと、前記第１、第２のグレーデットインデックスファイバの他方の端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のシングルモードファイバとを備え、
前記第１、第２のグレーデットインデックスファイバのコア径は、前記第１、第２のグレーデットインデックスファイバ端面の最大モードフィールド径の３倍以上であることを特徴とする光ファイバ部品。
【請求項５】
前記光学素子は、光アイソレータ、光フィルタ、光スイッチ若しくは光可変減衰器またはこれらの組合せから構成されていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ部品。
【請求項６】
前記グレーデットインデックスファイバの外径は、前記シングルモードファイバの外径に対し０.６〜３倍の外径とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３何れか１項記載の光ファイバ部品。
【請求項７】
前記グレーデットインデックスファイバの先端部に、コネクタハウジングが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３何れか１項記載の光ファイバ部品。
【請求項１】
シングルモードファイバの先端に光学的に接続されたグレーデットインデックスファイバを備え、
前記グレーデットインデックスファイバのコア径は、前記グレーデットインデックスファイバ端面の最大モードフィールド径の３倍以上であることを特徴とする光ファイバコリメータ。
【請求項２】
前記グレーデットインデックスファイバの比屈折率は、０.６％以上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３】
前記グレーデットインデックスファイバの屈折率分布定数は、１．５〜２.５であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光ファイバコリメータ。
【請求項４】
一方に光入射端面を有し、他方に光出射端面を備える光学素子と、前記光学素子の両端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のグレーデットインデックスファイバと、前記第１、第２のグレーデットインデックスファイバの他方の端面にそれぞれ一方の端面が光学的に接続された第１、第２のシングルモードファイバとを備え、
前記第１、第２のグレーデットインデックスファイバのコア径は、前記第１、第２のグレーデットインデックスファイバ端面の最大モードフィールド径の３倍以上であることを特徴とする光ファイバ部品。
【請求項５】
前記光学素子は、光アイソレータ、光フィルタ、光スイッチ若しくは光可変減衰器またはこれらの組合せから構成されていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ部品。
【請求項６】
前記グレーデットインデックスファイバの外径は、前記シングルモードファイバの外径に対し０.６〜３倍の外径とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３何れか１項記載の光ファイバ部品。
【請求項７】
前記グレーデットインデックスファイバの先端部に、コネクタハウジングが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３何れか１項記載の光ファイバ部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−１１３４８８（Ｐ２００６−１１３４８８Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０３２７５（Ｐ２００４−３０３２７５）
【出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（０００００２２５５）昭和電線電纜株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（０００００２２５５）昭和電線電纜株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
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