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JP2008076830A - Optical fiber module - Google Patents

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JP2008076830A
JP2008076830A JP2006257038A JP2006257038A JP2008076830A JP 2008076830 A JP2008076830 A JP 2008076830A JP 2006257038 A JP2006257038 A JP 2006257038A JP 2006257038 A JP2006257038 A JP 2006257038A JP 2008076830 A JP2008076830 A JP 2008076830A
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JP
Japan
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optical fiber
multimode optical
core diameter
incident light
light
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP2006257038A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Mukai
厚史 向井
Shinichi Shimozu
臣一 下津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
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Abstract

【課題】テーパ部を有する第1マルチモード光ファイバと、それに接合された第2マルチモード光ファイバとからなる光ファイバモジュールにおいて、伝搬損失を低減する。
【解決手段】出射端11cに続く一部がテーパ部11fとされた第1マルチモード光ファイバ11と、この第1マルチモード光ファイバ11の出射端11cに接合された第2マルチモード光ファイバ12とからなる光ファイバモジュールにおいて、第1マルチモード光ファイバ11のテーパ部以外の開口数、コア径を各々NA1、d1、テーパ部のコア径比(コア最小径/コア最大径)をαとし、第2マルチモード光ファイバ12の開口数、コア径を各々NA2、d2とし、入射光16の第1マルチモード光ファイバ入射端11d上での径をdinとしたとき、d2≧α×d1とするとともに、入射光16の拡がり角をθinとして、din×tanθin≦d1×NA1、tanθin≦α×NA1、tanθin≦α×NA2の条件を満足させる。
【選択図】図1
Propagation loss is reduced in an optical fiber module including a first multimode optical fiber having a tapered portion and a second multimode optical fiber joined thereto.
A first multimode optical fiber 11 having a tapered portion 11f partially following an output end 11c, and a second multimode optical fiber 12 joined to the output end 11c of the first multimode optical fiber 11. In the optical fiber module, the numerical apertures and core diameters of the first multimode optical fiber 11 other than the taper portion are NA 1 and d 1 , respectively, and the core diameter ratio (minimum core diameter / maximum core diameter) of the taper portion is α. and then, the numerical aperture of the second multi-mode optical fiber 12, respectively and NA 2, d 2 the core diameter, when the diameter on the first multimode optical fiber entrance end 11d of the incident light 16 was d in, d 2 ≧ α × d 1 and the divergence angle of incident light 16 is θ in , and the conditions of d in × tan θ in ≦ d 1 × NA 1 , tanθ in ≦ α × NA 1 , tanθ in ≦ α × NA 2 Satisfy.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、テーパ部を有するマルチモード光ファイバに別のマルチモード光ファイバを接合させてなる光ファイバモジュールに関するものである。   The present invention relates to an optical fiber module in which another multimode optical fiber is joined to a multimode optical fiber having a tapered portion.

従来、例えば特許文献1に示されるように、複数の第1光ファイバの出射端を1本の第2光ファイバの入射端と結合させ、複数の第1光ファイバにそれぞれ入射させた光を第2光ファイバにおいて合波させるようにした光ファイバモジュールが知られている。このような光ファイバモジュールによれば、合波された高出力の光を得ることができる。   Conventionally, as shown in, for example, Patent Document 1, the light emitting ends of a plurality of first optical fibers are coupled to the light incident ends of one second optical fiber, and light respectively incident on the plurality of first optical fibers is first 2. Description of the Related Art An optical fiber module that multiplexes two optical fibers is known. According to such an optical fiber module, combined high-output light can be obtained.

なお、この合波を目的とする光ファイバモジュールにおいては、一般にマルチモード光ファイバが適用される。そして、そのような第1マルチモード光ファイバと第2マルチモード光ファイバとは、通常、コア同士を融着させた状態にして互いに接合される。   Note that multimode optical fibers are generally used in optical fiber modules for the purpose of multiplexing. The first multimode optical fiber and the second multimode optical fiber are usually bonded to each other with the cores fused together.

また、この種の光ファイバモジュールにおいては、特許文献1にも示されているように、第1マルチモード光ファイバの出射端に続く一部を先細りのテーパ部とすることが考えられている。そのようにすれば、1本の第2マルチモード光ファイバに対して、より多数の第1マルチモード光ファイバを接合することが可能となる。
特開2004−325957号公報
Further, in this type of optical fiber module, as shown in Patent Document 1, it is considered that a part following the emission end of the first multimode optical fiber is a tapered portion. By doing so, it becomes possible to join a larger number of first multimode optical fibers to one second multimode optical fiber.
JP 2004-325957 A

ところが、上述のようなテーパ部を有する第1マルチモード光ファイバを第2マルチモード光ファイバに接合してなる光ファイバモジュールにおいては、上記テーパ部および両者の接合部以降で光ファイバから光が漏れ出し、光の伝搬効率が低下する問題が認められる。   However, in the optical fiber module formed by joining the first multimode optical fiber having the tapered portion as described above to the second multimode optical fiber, light leaks from the optical fiber after the tapered portion and the joined portion thereof. There is a problem that the light propagation efficiency is reduced.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、テーパ部を有する第1マルチモード光ファイバを第2マルチモード光ファイバに接合してなる光ファイバモジュールにおいて、光の漏れ出しを防止して、高い伝搬効率を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an optical fiber module formed by joining a first multimode optical fiber having a tapered portion to a second multimode optical fiber, light leakage is prevented. The purpose is to obtain high propagation efficiency.

本発明による光ファイバモジュールは、
出射端に続く一部がテーパ部とされた第1マルチモード光ファイバと、
この第1マルチモード光ファイバとコア同士が結合する状態で、入射端が該第1マルチモード光ファイバの出射端に接合された第2マルチモード光ファイバとからなり、
前記第1マルチモード光ファイバの入射端に、該光ファイバのコア径よりも小さい径に集光した入射光を結合させて使用される光ファイバモジュールにおいて、
前記第1マルチモード光ファイバのテーパ部以外の開口数、コア径をそれぞれNA1、d1、テーパ部のコア径比(コア最小径/コア最大径)をαとし、第2マルチモード光ファイバの開口数、コア径をそれぞれNA2、d2とし、前記入射光の第1マルチモード光ファイバ入射端上での径をdinとしたとき、
d2≧α×d1であるとともに、
前記入射光の拡がり角をθinとして、din×tanθin≦d1×NA1、tanθin≦α×NA1、tanθin≦α×NA2の条件が満たされていることを特徴とするものである。
An optical fiber module according to the present invention includes:
A first multimode optical fiber in which a part following the emission end is a tapered portion;
The first multimode optical fiber and the core are coupled to each other, and the incident end includes a second multimode optical fiber joined to the output end of the first multimode optical fiber.
In an optical fiber module used by coupling incident light collected to a diameter smaller than the core diameter of the optical fiber to the incident end of the first multimode optical fiber,
The numerical aperture and core diameter other than the tapered portion of the first multimode optical fiber are NA 1 and d 1 , respectively, and the core diameter ratio (minimum core diameter / maximum core diameter) of the tapered portion is α, and the second multimode optical fiber. When the numerical aperture and the core diameter are NA 2 and d 2 respectively, and the diameter of the incident light on the first multimode optical fiber entrance end is d in ,
d 2 ≧ α × d 1 and
The incident light divergence angle is θ in , and d in × tan θ in ≦ d 1 × NA 1 , tan θ in ≦ α × NA 1 , tanθ in ≦ α × NA 2 are satisfied. Is.

なお上記の「拡がり角」は、入射光が集光された状態で第1マルチモード光ファイバに入射する点から考えれば「収束角」と言うべきものであるが、光ファイバ内を伝搬する光の拡がり角と対応することを考慮して、分かりやすく「拡がり角」と称するものである。   The above-mentioned “divergence angle” should be called “convergence angle” from the viewpoint of entering the first multimode optical fiber in a state where the incident light is collected, but the light propagating in the optical fiber. In consideration of the correspondence with the divergence angle, it is referred to as an “expansion angle” for easy understanding.

なお本発明による光ファイバモジュールは、第1マルチモード光ファイバが複数設けられ、それらが1本の第2マルチモード光ファイバに接合された形態で構成されるのが特に望ましい。   The optical fiber module according to the present invention is particularly preferably configured in a form in which a plurality of first multimode optical fibers are provided and bonded to one second multimode optical fiber.

また本発明の光ファイバモジュールにおいて、例えば入射光源として半導体レーザを用いた場合のように、入射光の拡がり角が互いに直交する2方向において相異なる場合は、第1マルチモード光ファイバに入射する前の入射光のNAを、拡がり角の大きい方向についてのみ小さくする手段が設けられることが望ましい。   Further, in the optical fiber module of the present invention, when the divergence angles of incident light are different in two directions orthogonal to each other, for example, when a semiconductor laser is used as an incident light source, before entering the first multimode optical fiber. It is desirable to provide means for reducing the NA of the incident light only in the direction of a large divergence angle.

他方、本発明による光ファイバモジュールは、入射光の波長が160nmから500nmの範囲にあることを前提として構成されることが望ましい。   On the other hand, the optical fiber module according to the present invention is preferably configured on the assumption that the wavelength of incident light is in the range of 160 nm to 500 nm.

さらに、本発明による光ファイバモジュールにおいて、第1マルチモード光ファイバおよび/または第2マルチモード光ファイバは、クラッドにFがドープされた石英光ファイバであることが望ましい。   Furthermore, in the optical fiber module according to the present invention, the first multimode optical fiber and / or the second multimode optical fiber is preferably a quartz optical fiber having a cladding doped with F.

本発明者は、先に述べた光の漏れの原因について検討した結果、第1マルチモード光ファイバのテーパ部を光が伝搬する際に光の拡がり角が増大して、光ファイバのNAよりも大きくなっていることから、漏れ光が発生していることを究明した。つまり、テーパ部を有する光ファイバではそのNAが実効的に下がってしまい、それが漏れ光発生の原因となっているのである。   As a result of examining the cause of the light leakage described above, the present inventor has found that the light divergence angle increases when light propagates through the tapered portion of the first multimode optical fiber, which is larger than the NA of the optical fiber. From the fact that it was getting larger, we found out that light leaked. In other words, the NA of the optical fiber having a tapered portion is effectively lowered, which causes the generation of leakage light.

以下、上記のことについてさらに詳しく説明する。入射端のコア径がd1で出射端のコア径がα×d1(αは前述のコア径比)であるテーパ部付きマルチモード光ファイバに拡がり角θinの光を入射させた場合、その光ファイバから出射する光の拡がり角の正接はtanθin/aとなる。また、テーパ化して出射端のコア径を小さくした場合、光ファイバの開口数NAtfは、テーパ部で光のNAが拡大することから、テーパ化しない場合の開口数NA1よりも低下して、
NAtf=a×NA1
となる。そのため、テーパ化しない場合の開口数NA1に合わせて入射光の拡がり角を決めると、テーパ部で損失が生じてしまう。損失を起こさないようにするには、テーパ率を小さくする、つまりコア径比αを大きくすることが考えられるが、そのようにすると、必然的に第2マルチモード光ファイバのコア径が大きくなって高輝度光が得られないといった不具合が生じる。
The above will be described in more detail below. When light having a divergence angle θ in is incident on a multimode optical fiber with a tapered portion whose core diameter at the incident end is d 1 and whose core diameter at the output end is α × d 1 (α is the above-mentioned core diameter ratio), The tangent of the divergence angle of the light emitted from the optical fiber is tanθ in / a. In addition, when the core diameter at the output end is reduced by taper, the numerical aperture NA tf of the optical fiber is lower than the numerical aperture NA 1 when the taper is not tapered because the NA of the light is enlarged at the tapered portion. ,
NA tf = a × NA 1
It becomes. For this reason, if the divergence angle of the incident light is determined in accordance with the numerical aperture NA 1 when the taper is not tapered, a loss occurs in the tapered portion. In order to prevent loss, it is conceivable to reduce the taper ratio, that is, to increase the core diameter ratio α. However, by doing so, the core diameter of the second multimode optical fiber inevitably increases. This causes a problem that high brightness light cannot be obtained.

さらに本発明者は、マルチモード光ファイバを伝搬する光の拡がり角は、光ファイバの開口数NAよりも小さい拡がり角θin (tanθin≦NA)で光が入射した場合、すぐには光ファイバの開口数まで拡がらず、入射時の拡がり角θinが保持されることを見出した。このことから、第1マルチモード光ファイバに入射する光の拡がり角の正接tanθinを光ファイバの開口数よりも十分に小さくし、具体的にはテーパによって低下する光ファイバの開口数NAtf以下にして光を入射させることで、大きな損失の発生を防止可能であることが判る。この知見に基づいて、本発明の光ファイバモジュールにおいてはtanθin≦NAtf=α×NA2とすることにより、テーパ部による光の漏れ出しを防止して、高い伝搬効率を実現可能となっている。 Furthermore, the present inventor has found that when light is incident at a divergence angle θ in (tan θ in ≦ NA) smaller than the numerical aperture NA of the optical fiber, the light propagates through the multimode optical fiber immediately. not spread up to the numerical aperture, divergence angle theta in the time of incidence has been found to be retained. Accordingly, the tangent tan θ in of the divergence angle of the light incident on the first multimode optical fiber is made sufficiently smaller than the numerical aperture of the optical fiber, specifically, the numerical aperture NA tf or less of the optical fiber which is lowered by the taper. Thus, it can be seen that it is possible to prevent the occurrence of a large loss by making light incident. Based on this knowledge, in the optical fiber module of the present invention, by setting tan θ in ≦ NA tf = α × NA 2 , it is possible to prevent light from leaking out by the tapered portion and realize high propagation efficiency. Yes.

なお、本発明の光ファイバモジュールにおけるd2≧α×d1なる条件は、第2マルチモード光ファイバに入射する光の径を、該光ファイバのコア径よりも小さくすることにより、ここでの入射時に光がコア外に漏れ出さないようにする条件である。 The condition of d 2 ≧ α × d 1 in the optical fiber module of the present invention is that the diameter of the light incident on the second multimode optical fiber is made smaller than the core diameter of the optical fiber. This is a condition that prevents light from leaking out of the core when incident.

またdin×tanθin≦d1×NA1なる条件は、入射光が第1マルチモード光ファイバのコアと結合するための条件である。 The condition of d in × tan θ in ≦ d 1 × NA 1 is a condition for coupling incident light with the core of the first multimode optical fiber.

そして、tanθin≦α×NA2なる条件は、第1マルチモード光ファイバと第2マルチモード光ファイバとの間の結合において光が漏れ出さないための条件である。すなわち入射光は第1マルチモード光ファイバの出射端で、拡がり角がtanθin/α(空気中での拡がり角に換算)と大きくなる。その拡がり角は第2マルチモード光ファイバ入射端へ入射する光の拡がり角と等しく、第2マルチモード光ファイバで光が漏れ出さないためには、tanθin/α≦NA2つまりtanθin≦α×NA2となる。 The condition of tan θ in ≦ α × NA 2 is a condition for preventing light from leaking out in the coupling between the first multimode optical fiber and the second multimode optical fiber. That is, the incident light becomes larger at the exit end of the first multimode optical fiber, and the divergence angle becomes larger as tanθ in / α (converted to the divergence angle in the air). The divergence angle is equal to the divergence angle of the light incident on the incident end of the second multimode optical fiber. In order to prevent light from leaking through the second multimode optical fiber, tanθ in / α ≦ NA 2, that is, tanθ in ≦ α × NA 2

なお、光入力系を構成する光源としては、安価に入手できることから半導体レーザが有用である。しかし半導体レーザを用いた場合は、入射光の拡がり角が互いに直交する2方向において相異なるため、光入力系を構成する光学系には、拡がり角の大きな方向に合わせて必要以上に大きな倍率のレンズを用いなければならない。そうであると、そのレンズ倍率に応じて第1マルチモード光ファイバのコア径の最小値が決まってしまい、高輝度化が困難となる。   As a light source constituting the light input system, a semiconductor laser is useful because it can be obtained at low cost. However, when a semiconductor laser is used, since the divergence angle of incident light is different in two directions orthogonal to each other, the optical system constituting the optical input system has an unnecessarily large magnification according to the direction in which the divergence angle is large. A lens must be used. If so, the minimum value of the core diameter of the first multimode optical fiber is determined according to the lens magnification, and it is difficult to increase the luminance.

そこで、そのような場合において、特に第1マルチモード光ファイバに入射する前の入射光のNAを、拡がり角の大きい方向についてのみ小さくする手段を設ければ、入射光のビーム断面形状を円に近くすることで、同じビーム径でもNAを小さくすることができ、上述のような問題に対処可能となる。   Therefore, in such a case, if a means for reducing the NA of incident light before entering the first multimode optical fiber only in the direction with a large divergence angle is provided, the beam cross-sectional shape of the incident light becomes a circle. By making them closer, the NA can be reduced even with the same beam diameter, and the above-described problems can be dealt with.

他方、第1マルチモード光ファイバの入射端の汚染防止のために、その入射端にオプティカルコンタクトするように誘電体ブロックを配置することが考えられる。その場合、入射光の波長が160nmから500nm程度の範囲にあると、特に入射光のビーム径が小さいとき、光ファイバ入射端と誘電体ブロックとが融着などにより貼り付くことがある。そうなると、光ファイバの脱着や振動などによって両者の位置が動くことで、貼り付いていた部分が剥離し、光ファイバへの結合効率が著しく低下するという問題が生じる。   On the other hand, in order to prevent contamination of the incident end of the first multimode optical fiber, it is conceivable to dispose a dielectric block so as to be in optical contact with the incident end. In that case, if the wavelength of the incident light is in the range of about 160 nm to 500 nm, particularly when the beam diameter of the incident light is small, the optical fiber incident end and the dielectric block may be adhered by fusion or the like. In this case, the positions of the two members move due to the attachment and detachment of the optical fiber, vibration, and the like, causing a problem that the attached portion is peeled off and the coupling efficiency to the optical fiber is significantly reduced.

そのような場合、光ファイバ入射端面における入射光の輝度を下げることで、上記の貼り付きを抑制することができるが、そうした場合は一般に、出力光の輝度も低くなりやすい。しかし本発明の光ファイバモジュールにおいては、上述した通り光の漏れ出しを防止できることから、入射光の輝度が比較的低い場合でも比較的高輝度の出力光が得られるので、入射光の波長が160nmから500nm程度の範囲にある場合でも、入射光の輝度を下げて上記貼り付きの問題を防止する一方で、出力光の高輝度化も実現できるものとなる。   In such a case, the above-mentioned sticking can be suppressed by lowering the luminance of the incident light at the optical fiber incident end face. In such a case, generally, the luminance of the output light tends to be low. However, in the optical fiber module of the present invention, since leakage of light can be prevented as described above, output light having relatively high luminance can be obtained even when the luminance of incident light is relatively low. Even in the range of about 500 nm to 500 nm, the brightness of the output light can be increased while the brightness of the incident light is lowered to prevent the sticking problem.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態による光ファイバモジュールの概略側面形状を示すものである。この光ファイバモジュールは、コア11aおよび、それよりも低屈折率で該コア11aの周囲に形成されたクラッド11bからなる第1マルチモード光ファイバ11と、同じくコア12aおよび、それよりも低屈折率で該コア12aの周囲に形成されたクラッド12bからなる第2マルチモード光ファイバ12と、第1マルチモード光ファイバ11に入射光16を結合させる光入力系13とから構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic side shape of an optical fiber module according to a first embodiment of the present invention. This optical fiber module includes a first multimode optical fiber 11 comprising a core 11a and a clad 11b formed around the core 11a with a lower refractive index, a core 12a, and a lower refractive index. The second multimode optical fiber 12 made of the clad 12b formed around the core 12a and the light input system 13 for coupling the incident light 16 to the first multimode optical fiber 11 are configured.

上記光入力系13は、入射光源としての半導体レーザ14および、この半導体レーザ14から発散光状態で発せられた入射光16を集光する集光レンズ15から構成されている。   The light input system 13 includes a semiconductor laser 14 as an incident light source and a condenser lens 15 that condenses incident light 16 emitted from the semiconductor laser 14 in a divergent light state.

第1マルチモード光ファイバ11は、出射端11cに続く一部が先細りのテーパ部11fとされたものであり、その入射端11dに、集光された入射光16が照射されるように配置されている。一方、第2マルチモード光ファイバ12はコア径が一定のもので、第1マルチモード光ファイバ11とコア同士が結合する状態にして、その入射端12dが第1マルチモード光ファイバ11の出射端11cに融着等により接合されている。   The first multimode optical fiber 11 has a tapered portion 11f that is partially tapered after the emission end 11c, and is arranged so that the incident light 11 is irradiated to the incident end 11d. ing. On the other hand, the second multimode optical fiber 12 has a constant core diameter, and the first multimode optical fiber 11 and the core are coupled to each other, and the incident end 12d thereof is the emission end of the first multimode optical fiber 11. It is joined to 11c by fusion or the like.

第1マルチモード光ファイバ11のテーパ部11f以外の開口数NA1、コア径d1は、それぞれNA1=0.18、d1=33μmである。またその出射端11cにおけるコア径は25μmであり、よってテーパ部11fのコア径比(コア最小径/コア最大径)α=0.76である。一方、第2マルチモード光ファイバ12の開口数NA2、コア径d2は、それぞれNA2=0.22、d2=60μmである。 The numerical aperture NA 1 and the core diameter d 1 of the first multimode optical fiber 11 other than the tapered portion 11f are NA 1 = 0.18 and d 1 = 33 μm, respectively. The core diameter at the emission end 11c is 25 μm, and therefore the core diameter ratio (minimum core diameter / maximum core diameter) α = 0.76 of the tapered portion 11f. On the other hand, the numerical aperture NA 2 and the core diameter d 2 of the second multimode optical fiber 12 are NA 2 = 0.22 and d 2 = 60 μm, respectively.

以下、この光ファイバモジュールの作用について説明する。半導体レーザ14から発せられた入射光16は集光レンズ15により、第1マルチモード光ファイバ11の入射端11d(詳しくはコア11aの入射端)上で所定の径dinとなる状態に集光され、そこからコア11に入射して伝搬する。伝搬した入射光16は第1マルチモード光ファイバ11の出射端11c(詳しくはコア11aの出射端)から出射し、第2マルチモード光ファイバ12の入射端12dからコア12a内に入射する。そして該入射光16はこのコア12aを伝搬して出射端12cから出射し、所定の用途に使用される。 The operation of this optical fiber module will be described below. Incident light 16 emitted from the semiconductor laser 14 is condensed by the condenser lens 15 into a state having a predetermined diameter d in on the incident end 11d of the first multimode optical fiber 11 (specifically, the incident end of the core 11a). From there, it enters the core 11 and propagates. The propagated incident light 16 exits from the exit end 11c of the first multimode optical fiber 11 (specifically, the exit end of the core 11a), and enters the core 12a from the entrance end 12d of the second multimode optical fiber 12. The incident light 16 propagates through the core 12a and exits from the exit end 12c, and is used for a predetermined application.

ここで、上記の通りd1=33μm、d2=60μm、そしてα=0.76であるから、前述したd2≧α×d1の関係が満足されている。 Here, since d 1 = 33 μm, d 2 = 60 μm, and α = 0.76 as described above, the above-described relationship of d 2 ≧ α × d 1 is satisfied.

また図2に示すように、光入力系13の光軸を第1マルチモード光ファイバ11のコア軸に対して角度θ傾け、その角度θを段階的に変化させることにより、第1マルチモード光ファイバ11を伝搬する光の拡がり角を実効的に高くして行き、そのとき第2マルチモード光ファイバ12から出射した光16の出力をフォトダイオード20により測定した。   Further, as shown in FIG. 2, the optical axis of the optical input system 13 is tilted at an angle θ with respect to the core axis of the first multimode optical fiber 11, and the first multimode light is changed stepwise. The divergence angle of the light propagating through the fiber 11 was increased effectively, and the output of the light 16 emitted from the second multimode optical fiber 12 at that time was measured by the photodiode 20.

このとき、第1マルチモード光ファイバ11に入射させた入射光16の光出力に対する出射光出力の比を伝搬効率として求め、また入射光16の実効的な拡がり角θinの正接tanθinを求めて、それら両者の関係を5点プロットしたものを図3に示す。ここに示されるように、入射光拡がり角の正接tanθinが0.13以下の領域は、ほとんど損失が認められないが、それ以上になると損失が大きくなり、tanθin=0.18で伝搬効率が66%まで低下する。これは、テーパ部11fで入射光のNAが大きくなり、第1マルチモード光ファイバ11のNA1=0.18を超えるためである。損失が発生する入射光拡がり角の正接tanθinは、第1マルチモード光ファイバ11のNA1にコア径比αを乗じた値(0.18×0.76=0.137)とほぼ一致している。 At this time, obtains the ratio of the outgoing light output to the optical output of the incident light 16 is incident on the first multimode optical fiber 11 as a propagation efficiency, also obtains a tangent tan .theta in the effective spread angle theta in the incident light 16 FIG. 3 shows a plot of the relationship between these two points. As shown here, in the region where the tangent of incident light divergence angle tanθ in is 0.13 or less, almost no loss is observed, but when it exceeds this, the loss increases, and tanθ in = 0.18 and the propagation efficiency is up to 66% descend. This, NA of the incident light is increased by the tapered portion 11f, is for more than NA 1 = 0.18 of the first multimode optical fiber 11. The tangent tan θ in of the incident light divergence angle at which the loss occurs substantially coincides with a value (0.18 × 0.76 = 0.137) obtained by multiplying NA 1 of the first multimode optical fiber 11 by the core diameter ratio α.

コア径比αの値が各々0.6、0.44、0.42である他の第1マルチモード光ファイバを用いて、同様に伝搬効率が急激に下がる入射光拡がり角の正接tanθinを調べたところ、図4のようになり、コア径比αと光ファイバのNA1で定まるα×NA1とほぼ一致することが分かった。ここから、前述したtanθin≦α×NA1の条件を満たせば、高い伝搬効率が得られることが分かる。 Using other first multimode optical fibers having core diameter ratio α values of 0.6, 0.44, and 0.42, respectively, the tangent tan θ in of the incident light divergence angle at which the propagation efficiency rapidly decreases is examined. Thus, it was found that the core diameter ratio α substantially coincides with α × NA 1 determined by NA 1 of the optical fiber. From this, it can be seen that high propagation efficiency can be obtained if the above-described condition of tan θ in ≦ α × NA 1 is satisfied.

本実施形態では、角度θを上述のように段階的に変化させたときの結果から、tanθinが0.13以下となる条件下で光ファイバモジュールを用いることとする。その場合、α=0.76、NA2=0.22よりα×NA2=0.17であるから、tanθin≦0.13<0.17=α×NA2となり、前述したtanθin≦α×NA2の条件が満足され、伝搬損失がほとんど認められない状態となる。 In the present embodiment, it is assumed that the optical fiber module is used under the condition that tan θ in is 0.13 or less from the result when the angle θ is changed stepwise as described above. In this case, since α = 0.76 and NA 2 = 0.22, α × NA 2 = 0.17, so that tan θ in ≦ 0.13 <0.17 = α × NA 2 , and the above-described condition of tan θ in ≦ α × NA 2 is satisfied, Propagation loss is hardly observed.

また本実施形態では、din=28μmである。そして上述の通りtanθin≦0.13、d1=33μm、NA1=0.18、であるから、din×tanθin≦3.64<5.94=d1×NA1となり、前述したdin×tanθin≦d1×NA1の関係が満たされている。 In this embodiment, d in = 28 μm. Since tanθ in ≦ 0.13, d 1 = 33 μm, and NA 1 = 0.18 as described above, d in × tan θ in ≦ 3.64 <5.94 = d 1 × NA 1 , and d in × tan θ in ≦ d 1 described above. The relationship of × NA 1 is satisfied.

以上説明した実施形態においては、十分大きなNAをもつ第2マルチモード光ファイバ12を適用したため、第2マルチモード光ファイバ12における損失はないが、第1マルチモード光ファイバ11のテーパ部11fよりも小さなNAにすると、第2マルチモード光ファイバ12における損失が同様に観測される。   In the embodiment described above, since the second multimode optical fiber 12 having a sufficiently large NA is applied, there is no loss in the second multimode optical fiber 12, but it is more than the tapered portion 11f of the first multimode optical fiber 11. When the NA is small, the loss in the second multimode optical fiber 12 is similarly observed.

また、説明した実施形態は、1本の第1マルチモード光ファイバ11を1本の第2マルチモード光ファイバ12に接合したものであるが、複数本の第1マルチモードテーパ光ファイバを1本の第2マルチモード光ファイバに融着接合した合波器においても、伝搬損失を抑えるための条件は同様のものとなる。   In the described embodiment, one first multimode optical fiber 11 is joined to one second multimode optical fiber 12, but one plurality of first multimode tapered optical fibers is provided. The conditions for suppressing the propagation loss are the same in the multiplexer fused and joined to the second multimode optical fiber.

〔第2の実施形態〕
図5および図6はそれぞれ、本発明の第2の実施形態による光ファイバモジュールの概略側面形状、概略平面形状を示すものである。この第2実施形態の光ファイバモジュールは基本的に、図1に示した実施形態に、シリンドリカルレンズ30が追加設置された形のものである。すなわち本実施形態では、発光幅が7μm、FFP(ファーフィールドパターン)の全幅がHorizontal方向で20°、Vertical方向で45°の半導体レーザ14が用いられ、そこからの出射光16が、上記Horizontal方向のみについて1/2の縮小倍率を有するシリンドリカルレンズ30に通される。それにより出射光16は、Horizontal方向に関して約45°の拡がり角になるようにビーム成形され、次に4倍の倍率の集光レンズ15によって集光されて、コア径d1=33μmの第1マルチモード光ファイバ11に結合される。
[Second Embodiment]
FIG. 5 and FIG. 6 show the schematic side surface shape and schematic plane shape of the optical fiber module according to the second embodiment of the present invention, respectively. The optical fiber module according to the second embodiment basically has a configuration in which a cylindrical lens 30 is additionally installed in the embodiment shown in FIG. That is, in the present embodiment, a semiconductor laser 14 having a light emission width of 7 μm, a full width of FFP (far field pattern) of 20 ° in the horizontal direction, and 45 ° in the vertical direction is used. Only through a cylindrical lens 30 having a reduction ratio of 1/2. As a result, the outgoing light 16 is beam-shaped so as to have an divergence angle of about 45 ° with respect to the horizontal direction, and then condensed by the condensing lens 15 having a magnification of 4 times, and the first diameter having a core diameter d 1 = 33 μm. Coupled to the multimode optical fiber 11.

上記のシリンドリカルレンズ30を配置しない構成の場合、第1マルチモード光ファイバ11の入射端11dでのHorizontal方向のビーム径は28μmとなり、コア径d1=33μmの第1マルチモード光ファイバ11に入射させるとき、モジュール製造時の組立てばらつきにより、位置ずれによる結合効率の低下が生じていた。それに対して、上述のシリンドリカルレンズ30を配置することで、光ファイバ入射端でのHorizontal方向のビーム径は14μmになり、高い結合効率を安定して得られる光源モジュールが得られた。 In the case where the above-described cylindrical lens 30 is not disposed, the beam diameter in the horizontal direction at the incident end 11d of the first multimode optical fiber 11 is 28 μm, and the light enters the first multimode optical fiber 11 having a core diameter d 1 = 33 μm. When this is done, the coupling efficiency is reduced due to misalignment due to assembly variations during module manufacture. On the other hand, by arranging the cylindrical lens 30 described above, the beam diameter in the horizontal direction at the optical fiber incident end becomes 14 μm, and a light source module capable of stably obtaining high coupling efficiency is obtained.

〔第3の実施形態〕
図7は、本発明の第3の実施形態による光ファイバモジュールの概略側面形状を示すものである。この第3の実施形態は基本的に、図5および図6に示した第2の実施形態に、誘電体ブロック40が追加設置された形のものである。すなわち本実施形態では、発光幅が7μm、FFP(ファーフィールドパターン)の全幅がHorizontal方向で20°、Vertical方向で45°、そして発振波長が405nmである短波長半導体レーザ14が用いられ、そこから出射した入射光16がシリンドリカルレンズ30および集光レンズ15によって集光されて、コア径d1=33μmの第1マルチモード光ファイバ11に結合される。そして第1マルチモード光ファイバ11の入射端11dには、有機物等による汚染を防止するために、誘電体ブロック40がオプティカルコンタクトによって被着固定されている。
[Third Embodiment]
FIG. 7 shows a schematic side shape of an optical fiber module according to the third embodiment of the present invention. This third embodiment basically has a form in which a dielectric block 40 is additionally provided in the second embodiment shown in FIGS. That is, in the present embodiment, a short wavelength semiconductor laser 14 having an emission width of 7 μm, an FFP (far field pattern) full width of 20 ° in the horizontal direction, 45 ° in the vertical direction, and an oscillation wavelength of 405 nm is used. The emitted incident light 16 is condensed by the cylindrical lens 30 and the condenser lens 15 and coupled to the first multimode optical fiber 11 having a core diameter d 1 = 33 μm. A dielectric block 40 is attached and fixed to the incident end 11d of the first multimode optical fiber 11 by an optical contact in order to prevent contamination by an organic substance or the like.

上述のような短波長の入射光16を伝搬させる場合、特にその輝度が高い場合は、上記誘電体ブロックと光ファイバ入射端11dとが融着などにより貼り付く現象があることが分かっている。この現象は、輝度が高いときに顕著になり、輝度が低い場合には起こらないこともある。そこで、光ファイバ入射端11dでの輝度を下げると有効であり、そのために例えば集光レンズ15の倍率を大きくすると、光ファイバ入射端11d端面での輝度が下げられ、貼り付き現象を確実に抑制することができる。   When propagating the incident light 16 having a short wavelength as described above, it has been found that there is a phenomenon in which the dielectric block and the optical fiber incident end 11d are adhered by fusion or the like, particularly when the luminance is high. This phenomenon becomes prominent when the luminance is high, and may not occur when the luminance is low. Therefore, it is effective to lower the luminance at the optical fiber incident end 11d. For this reason, for example, if the magnification of the condenser lens 15 is increased, the luminance at the end surface of the optical fiber incident end 11d is lowered and the sticking phenomenon is reliably suppressed. can do.

特に半導体レーザを用いる場合は、そこからの出射光のビーム形状が楕円であるため、シリンドリカルレンズなどにより真円化することで、光ファイバのコア径内でビーム径を有効に広げて、輝度を下げることができる。   In particular, when using a semiconductor laser, the beam shape of the emitted light from the semiconductor laser is an ellipse. By rounding with a cylindrical lens or the like, the beam diameter is effectively expanded within the core diameter of the optical fiber, and the brightness is increased. Can be lowered.

本発明の第1の実施形態による光ファイバモジュールを示す概略側面図1 is a schematic side view showing an optical fiber module according to a first embodiment of the present invention. 上記光ファイバモジュールの別の状態を示す概略側面図Schematic side view showing another state of the optical fiber module 光ファイバに入射する光の拡がり角の正接tanθinと、伝搬効率との関係を示すグラフA graph showing the relationship between propagation efficiency and tangent tanθ in of the divergence angle of light incident on an optical fiber テーパ付き光ファイバにおいて伝搬効率が急激に下がる入射光拡がり角の正接tanθinに対する、テーパ部コア径比αとテーパ部以外の開口数NA1との積の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the product of the taper core diameter ratio α and the numerical aperture NA 1 other than the taper portion with respect to the tangent tan θ in the incident light divergence angle at which the propagation efficiency drops sharply in a tapered optical fiber 本発明の第2の実施形態による光ファイバモジュールを示す概略側面図The schematic side view which shows the optical fiber module by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態による光ファイバモジュールを示す概略平面図Schematic top view which shows the optical fiber module by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第3の実施形態による光ファイバモジュールを示す概略側面図The schematic side view which shows the optical fiber module by the 3rd Embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

11 第1マルチモード光ファイバ
11a 第1マルチモード光ファイバのコア
11b 第1マルチモード光ファイバのクラッド
11c 第1マルチモード光ファイバの出射端
11d 第1マルチモード光ファイバの入射端
11f 第1マルチモード光ファイバのテーパ部
12 第2マルチモード光ファイバ
12a 第2マルチモード光ファイバのコア
12b 第2マルチモード光ファイバのクラッド
12c 第2マルチモード光ファイバの出射端
12d 第2マルチモード光ファイバの入射端
13 光入力系
14 半導体レーザ
15 集光レンズ
16 入射光
30 シリンドリカルレンズ
40 誘電体ブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st multimode optical fiber 11a Core of 1st multimode optical fiber 11b Cladding of 1st multimode optical fiber 11c Outgoing end of 1st multimode optical fiber 11d Incidence end of 1st multimode optical fiber 11f 1st multimode Tapered portion of optical fiber 12 Second multimode optical fiber 12a Core of second multimode optical fiber 12b Cladding of second multimode optical fiber 12c Output end of second multimode optical fiber 12d Incident end of second multimode optical fiber 13 Optical Input System 14 Semiconductor Laser 15 Condensing Lens 16 Incident Light 30 Cylindrical Lens 40 Dielectric Block

Claims (4)

出射端に続く一部がテーパ部とされた第1マルチモード光ファイバと、
この第1マルチモード光ファイバとコア同士が結合する状態で、入射端が該第1マルチモード光ファイバの出射端に接合された第2マルチモード光ファイバとからなり、
前記第1マルチモード光ファイバの入射端に、該光ファイバのコア径よりも小さい径に集光した入射光を結合させて使用される光ファイバモジュールにおいて、
前記第1マルチモード光ファイバのテーパ部以外の開口数、コア径をそれぞれNA1、d1、テーパ部のコア径比(コア最小径/コア最大径)をαとし、第2マルチモード光ファイバの開口数、コア径をそれぞれNA2、d2とし、前記入射光の第1マルチモード光ファイバ入射端上での径をdinとしたとき、
d2≧α×d1であるとともに、
前記入射光の拡がり角をθinとして、din×tanθin≦d1×NA1、tanθin≦α×NA1、tanθin≦α×NA2の条件が満たされていることを特徴とする光ファイバモジュール。
A first multimode optical fiber in which a part following the emission end is a tapered portion;
The first multimode optical fiber and the core are coupled to each other, and the incident end includes a second multimode optical fiber joined to the output end of the first multimode optical fiber.
In an optical fiber module used by coupling incident light collected to a diameter smaller than the core diameter of the optical fiber to the incident end of the first multimode optical fiber,
The numerical aperture and core diameter other than the tapered portion of the first multimode optical fiber are NA 1 and d 1 , respectively, and the core diameter ratio (minimum core diameter / maximum core diameter) of the tapered portion is α, and the second multimode optical fiber. When the numerical aperture and the core diameter are NA 2 and d 2 respectively, and the diameter of the incident light on the first multimode optical fiber entrance end is d in ,
d 2 ≧ α × d 1 and
The incident light divergence angle is θ in , and d in × tan θ in ≦ d 1 × NA 1 , tan θ in ≦ α × NA 1 , tanθ in ≦ α × NA 2 are satisfied. Fiber optic module.
前記第1マルチモード光ファイバが複数設けられ、それらが1本の前記第2マルチモード光ファイバに接合されていることを特徴とする請求項1記載の光ファイバモジュール。   2. The optical fiber module according to claim 1, wherein a plurality of the first multimode optical fibers are provided and are joined to one second multimode optical fiber. 前記入射光の拡がり角が、互いに直交する2方向において相異なる状態となっており、
前記第1マルチモード光ファイバに入射する前の入射光のNAを、拡がり角の大きい方向についてのみ小さくする手段が設けられたことを特徴とする請求項1または2記載の光ファイバモジュール。
The divergence angle of the incident light is different in two directions orthogonal to each other,
3. The optical fiber module according to claim 1, further comprising means for reducing the NA of incident light before entering the first multimode optical fiber only in a direction with a large divergence angle.
前記入射光の波長が160nmから500nmの範囲にあることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の光ファイバモジュール。   The optical fiber module according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength of the incident light is in a range of 160 nm to 500 nm.
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