专利名称：具有聚光功能的光纤及其制造方法
技术领域：
本发明涉及使与光学器件连接的光纤的端部上附加有聚光功能的光纤及其制造方法，特别是涉及具有能以最低限度的光损失与特定的光学器件耦合的光纤及其能以高效率和高精度制造光纤的制造方法。
背景技术：
使与光源、受光器、光调制器、光开关，其它的光学器件连接的光纤的端部附加有聚光功能的思想从过去就有人建议过，例如在特开平3-189607号公报中公开了通过使芯部分的折射率在径向连续变化的渐变折射率光纤(以下称GI)连接在单模光纤的一端部上使光纤具有聚光功能的方案。
在上述特开平3-189607号公报中公开的光纤如图5所示那样，通过使GI光纤12融接或粘接在单模光纤11的端面上后把GI光纤12切断成规定的长度而短块化并把该短块状的GI光纤用作圆柱状的透镜，使光纤具有聚光功能。另外，在图5中，11a表示单一模光纤11的被覆(外皮)。
图6是说明在图5所示的构造的光纤中传输的光束的传输状态一例的光线图，当光束LB从单模光纤11前进到GI光纤12中时，光束LB逐渐扩展后通过GI光纤12的透镜作用被会聚后从其端部向外部射出。从GI光纤12的端面向外部射出的光束LB在距GI光纤12的端面规定的距离WD的位置(焦点位置)上具有束腰。另外在图6中W表示束腰的直径。
可是，为了使上述构造的光纤与所希望的光学器件以最小限度的损失光耦合，即为了使光纤与光学器件间的耦合效率提高，而最好是把光学器件配置在离开GI光纤12的端面距离WD的位置上进行光耦合。因为束腰的位置由起透镜作用的GI光纤12的长度决定，所以必需根据光学器件的种类和大小(形状尺寸)来调整束腰位置。
虽然束腰位置的调整可以通过改变GI光纤12的长度来进行，但当GI光纤12的长度改变时，不仅束腰位置改变，束腰直径W也改变。在图5中所示的在先技术的光纤中，因为参数只是GI光纤12的长度，所以当GI光纤12的长度改变时，束腰位置和束腰直径W连动地改变。
因此，即使根据与该光纤耦合的光学器件的种类和大小等改变GI光纤12的长度，将在束腰位置的距离WD设定为规定的值，屡屡出现连动变化的束腰直径与该光学器件不合适这样的情况，因此存在通过使GI光纤12的长度可变只调整束腰位置不能得到光纤与光学器件间的良好耦合这样的困难。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有能容易固定根据光耦合的光学器件的合适的束腰位置和束腰直径的聚光功能的光纤。
本发明的另一目的是提供一种能容易和高精度正确制造具有合适的束腰位置和束腰直径的光纤的光纤制造方法。
为了达到上述目的，本发明的第一方面，提供一种具有聚光功能的光纤，该光纤包括单模光纤；一个面连接在该单模光纤的端面上并与该单模光纤具有同一直径以及由折射率相同的光纤组成的设定的长度的短块状的垫片；一个连接上述垫片的另个面上并且其与上述单模光纤具有相同直径和折射率径向连续变化设定的长度的短块状的渐变折射率的光纤。
本发明的第二方面提供一种具有聚光功能的光纤，该光纤包括使平行排列的多根单模光纤通过覆盖这些单模光纤的外皮而一体化的多芯的单模光纤；由具有与上述单模光纤相同直径的、并由折射率相同的、设定长度的多根光纤组成的短块状的光纤垫片，所述的多个垫片的一方的光纤端面分别与上述多根光纤的一方的端面相连接；由具有与上述单模光纤相同直径的、并折射率在径向连续变化的、设定长度的多根短块状的、渐变折射率的光纤，所述多根渐变折射率的光纤的一方的端面分别与所述多个垫片的另一方的端面相连接。
本发明的第三方面提供一种具有聚光功能的光纤的制造方法，该方法包括使由折射率相同的并比设定的长度长的光纤构成的垫片与折射率在径向连续变化的和比设定的长度长的渐变折射率的光纤端面彼此之间互相连接的第一工序；把上述垫片切成设定的长度的第二工序；使单模光纤的端面连接在上述垫片的切断面上的第三工序；把上述渐变折射率的光纤切断成设定的长度的第四工序。
本发明的第四方面提供一种具有聚光功能的光纤的制造方法，该方法包括使由折射率相同的并比设定的长度长的多根光纤构成的多个垫片与折射率在径向连续变化的和比设定的长度长的多根的折射率渐变的光纤的端面彼此互相连接的第一工序；把上述多根垫片切成设定长度的第二工序；使平行排列多根单模光纤后用外皮覆盖一体化的多芯单模光纤的各个端面连接在对应上述多个垫片所对应的切断面上的第三工序；把上述多根的渐变折射率光纤切断成设定的长度的第四工序。
最好是，上述多个垫片是由平行排列折射率相同的并比设定的长度长的多根光纤后用外皮覆盖而一体化的多芯光纤构成；最好是，上述多根的渐变折射率光纤是使折射率在径向连续变化的和比设定的长度长的多根渐变折射率变化纤平行排列后用外皮覆盖一体化的多芯的渐变折射率的光纤；最好是，上述多个垫片和上述多根渐变折射率的光纤具有相同的多芯构造，并且与上述多根单模光纤的多芯构造相同。
按照本发明，因为垫片的长度和GI光纤的长度可独立地改变，所以可以使设定束腰位置上的距离WD和束腰直径W的自由度大幅度增加。并且使所述距离WD和束腰直径的设计范围变宽。结果可以根据与该光纤耦合的光学器件的种类和大小等将距离WD和束腰直径W正确设定在合适的值上。并且因为光纤与光学器件以最低限度光损失进行光耦合，所以可以使光耦合效率提高。
另外，因为可以以垫片和GI光纤的连接界面为基准测定垫片和GI光纤的长度，所以可以将垫片和GI光纤切成容易和高精度地正确设定的长度。并且使用于使用比设定长度充分长的垫片和GI光纤进行连接工序和切断工序的作业容易，从而可以提高制造效率。
图1是表示本发明的光纤的第一实施例的透视图。
图2是用于说明在图中所示的光纤中传递的光束状态的一例的光线图。
图3A～图3D是用于按工序顺序说明本发明的光纤制造方法的一实施例的概略侧面图。
图4是表示本发明的光纤第二实施例的透视图。
图5是表示具有聚光功能的在前技术的光纤一例的透视图。
图6是用于说明在图5中所示的光纤中传输的光束的传输状态一例的光线图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例，因为本发明可能以很多不同的方式实施，所以不能把以下描述的实施例理解为对本发明的限定。后述的实施例是下面的公开充分完整的实施例，是为了使本技术领域的普通技术人员充分了解本发明的范围而提供的。
图1是表示本发明的光纤的第一实施例的透视图，特别示出了其端部构造。该第一实施例的光纤具有单模光纤11的端面与芯部分的折射率相同的设定长度的短块状垫片13的一个端面连接而该垫片13的另一端面与设定的长度的短块状的GI光纤(上述的芯部分的折射率在径向连续变化的渐变折射率光纤)12的一端面连接的端部构造。在本实施例中通过使垫片13的另一端面熔融在单模光纤11的端面上使模光纤11与垫片13光耦合，同样通过使GI光纤12的一个端面熔融在垫片13的另一端面上使垫片13与GI光纤12光耦合，当然也可以用粘接等其它连接手段进行光耦合。
垫片13由折射率相同的光纤构成，在本实施例中使用石英制的光纤。垫片13和GI光纤12的直径设定成与单模光纤11的直径(含外皮)的直径相同，这两个外径例如设定为125μm。
图2是用于说明中在图1中所示的构造的光纤中传输的光束的传输状态一例的光纤图，在该例中，当光纤LB从单模光纤11进入到垫片13中时，光束LB边逐渐放大边传输，在该扩大的状态下到达GI光纤12。光纤在该光纤12中进一步扩大后，通过GI光纤12的透镜作用而会聚后从其端面向外部射出。
在上述构成的光纤中，由于存在垫片13的长度和GI光纤12的长度两个参数，所以可以独立设定从GI光纤12的端面到束腰的位置的距离WD和束腰的直径W，并使设计范围变宽。因此如确定对应于与光纤耦合的光纤的规格、种类和大小的距离WD和束腰的直径W，则可以直接确定垫片13和GI光纤12的长度。这样，因此能以光损失最小限度地使光纤与光学器件光耦合，所以可使光耦合效率提高。
下面参照图3说明上述构造的第一实施例的光纤制造方法。
图3A～3D是用于顺次说明在图1中示出的光纤的制造方法的一实施例的概略侧面图。首先如图3A所示那样，使具有与单模光纤11相同外径的折射率一样的垫片13的端面和具有与同一单模光纤11相同外径的GI光纤12的端面通道分别熔融互相连接。这时预先使垫片13和GI的光纤12的长度比设定的长度要长得多。
接着如图3B所示那样，利用例如应力切断器将垫片13的长度切成设定的规定长度，进行短块化。
接着如图3C所示那样，使单模光纤11的端面熔融在短段的垫片13的切断面上，使其互相连接。因此使短块设定的长度的垫片13在单模光纤11与GI光纤12之间连接起来。
接着如图3D所示，利用例如应力切断器使GI光纤的长度12切断成设定的规定的长度，进行短块化。借此得到具有顺次使短块设定的长度的垫片13和相同短块设定的长度的GI光纤12顺次连接在单模光纤11的端面上的端部构造。
另外，垫片13和GI光纤12的长度通常设定在0.1～1.0mm左右。另外也可以使用熔融以外的其它连接手段，使GI光纤12与垫片13之间和单模光纤113与垫片13之间连接起来。
按照上述的制造方法，在图3B所示的工序中把垫片13切断成设定的长度时，可以把垫片13与GI光纤12的熔融界面作为基准测定垫片13的长度。同样在图3D所示的工序中在把GI光纤12切断成设定的长度时，也可以把垫片13与GI光纤12的熔融12的熔融界面作为基准测定GI光纤12的长度。GI光纤12的折射率在径向连续变化，而垫片13的折射率是相同的，所以可以根据折射率的差容易判别(识别)这两个熔融界面。从而可以把垫片13和GI光纤12容易、高精度正确地切断成设定的长度。
另外，因为使用比设定的长度长得多的垫片13和GI光纤12进行上述连接工序和切断工序而使这些作业容易，从而使制造效率提高。
另外单模光纤11使用通常把未示出的待与垫片13连接的端部的被覆只除去10mm左右的长度后使用，同样垫片13和GI光纤12也把未示出的被覆只除去10mm左右长度后使用，将具有这两个被覆的部分后除去。
虽然在上述第一实施方式中，就把本发明使用在一根单模光纤11中的情况进行了说明，但是对例如多根单模光纤平地排列而一体化的条状(平面状的多芯的光纤也可以使用本发明)。
图4是表示本发明的光纤的第二实施例的透视图，表示把本发明适用在从平行地横向并置的四根单模光纤11的被覆11a的上面开始再覆盖上几乎椭圆形的外皮21a而形成一体的条状四芯的光纤21上的情况。该第二实施例的四芯条状光纤21具有设定的规定长度的短块状的折射率相同的垫片13的一个端连接在各单模光纤11的端面上，和定的规定长度的短块状GI光纤12的一端面连接在各垫片13的另一端面上的构造。因此当在各个单模光纤11中传输的光束从单模光纤进入到垫片13中时，光束边逐渐扩大边传输在该扩大状态到达GI光纤12。在该GI光纤中光束进一步扩大后利用GI光纤12的透镜作用聚光后从其端外向外部射出。
因此，在该第二实施方式的条状的光纤21中，各单模光纤11也与上述第一实施例的情况相同，因为存在垫片13的长度和GI光纤12的长度的两个参数，所以如果确定到束腰的位置的距离WD和束腰直径W，则就可以直接确定垫片13和GI光纤12的长度。于是因得到与上述第一实施例的情况相同的作用和效果是显而易见的，所以省略其说明。
在制造图4中所示的条状光纤21时，最好在准备具有与条状光纤21相同构成的四芯条状的垫片和四芯条状GI光纤作为垫片13和GI光纤12后使垫片13与GI光纤12的连接工序、垫片13的切断工序、垫片13与单模光纤11的连接工序和光纤GI光纤12的切断工序分别就四根同时进行时，可以降低制造成本。
另外，按照上述第二实施例，对通过四根单模光纤平行地在横向并置后再被覆这些光纤的外皮一体化的条状的四芯光纤适用本发明，但单模光纤的根数不限于四根，并且构成垫片的折射率相同的光纤也不限于石英制的光纤。
如以上所清楚说明那样，因为本发明的光纤不仅具有聚光功能，还可以根据两个参数独立地设定到束腰位置的距离WD和束腰直径W，所以使距离WD和束腰直径W的设定范围扩大。结果得到能根据与该光纤光耦合的光学器件的种类和大小等正确地设定适合的距离WD和束腰直径W这样的优点。并且还得到因为能使光损失达到最低限度地使光纤与光学器件进行光耦合而能使光耦合效率提高的优点。
另外，按照本发明的光纤制造方法，在把垫片和GI光纤切断为设定的长度时，可以把与垫片和GI光纤的连接界面作为基准测定这两个长度。从而得到能容易、高精度、正确地把垫片和GI光纤切断成设定的长度的这样的显著优点。另外因为使用比设定长度足够长的垫片和GI光纤进行连接工序和切断工序，所以作业容易，从而得到使制造效率提高的优点。
虽然上面是就图示的优选实施例记载本发明的，但在不脱离本发明的宗旨的范围内，本技术领域内的普通技术人员可以对上述的实施例进行各种改型，变更和改良，因此显然，本发明不受例示的实施例的限定，这些改型、变更和改良也都包含在本发明的权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种具有聚光功能的光纤，其特征在于，包括单模光纤；一方的端面连接在该单模光纤的端面上并与该单模光纤具有同一直径以及由折射率相同的光纤组成的设定的长度的短块状的垫片；一方的端面连接上述垫片的另一方的端面上并且与上述单模光纤具有相同直径和折射率在径向连续变化、设定的长度的短块状的渐变折射率的光纤。
2.一种具有聚光功能的光纤，其特征在于，包括使平行排列的多根单模光纤通过覆盖这些单模光纤的外皮而一体化的多芯的单模光纤；由具有与上述单模光纤相同直径的、并由折射率相同的、设定长度的多根光纤组成的短块状的光纤垫片，所述多根光纤组成的垫片的一方的端面分别与上述多根光纤的一方的端面相连接；由具有与上述单模光纤相同直径的、并折射率在径向连续变化的、设定长度的多根短块状的、渐变折射率的光纤，所述多根渐变折射率的光纤的一方的端面分别与所述多个垫片的另一方的端面相连接。
3.一种具有聚光作用的光纤的制造方法，其特征在于，包括使由折射率相同的并比设定的长度长的光纤构成的垫片与折射率在径向连续变化的和比设定的长度长的渐变折射率的光纤端面彼此之间互相连接的第一工序；把上述垫片切成设定的长度的第二工序；使单模光纤的端面连接在上述垫片的切断面上的第三工序；把上述渐变折射率的光纤切断成设定的长度的第四工序。
4.一种具有聚光功能的光纤的制造方法，其特征在于，包括使由折射率相同的并比设定的长度长的多根光纤构成的多个垫片与折射率在径向连续变化的和比设定的长度长的多根的折射率渐变的光纤的端面彼此互相连接的第一工序；把上述多根垫片切成设定长度的第二工序；使平行排列多根单模光纤后用外皮覆盖一体化的多芯单模光纤的各个端面连接在对应上述多个垫片所对应的切断面上的第三工序；把上述多根的渐变折射率光纤切断成设定的长度的第四工序。
5.如权利要求4所述的具有聚光功能的光纤制造方法，其特征在于上述多个垫片是由平行排列折射率相同的并比设定的长度长的多根光纤后用外皮覆盖而一体化的多芯光纤构成；上述多根的渐变折射率光纤是使折射率在径向连续变化的和比设定的长度长的多根渐变折射率变化纤平行排列后用外皮覆盖一体化的多芯的渐变折射率的光纤；上述多个垫片和上述多根渐变折射率的光纤具有相同的多芯构造，并且与上述多根单模光纤的多芯构造相同。
全文摘要
本发明提供一种具有能基本上独立改变到束腰部位置上的距离(WD)和束腰直径(W)的聚光功能的光纤和能高效率和高精度地制造光纤的方法。使具有与该单模光纤具有同一直径并由折射率相同的光纤组成的短块状的垫片连接在该单模光纤的端面上；使与上述单模光纤具有同一直径并折射率在径向连续变化的短块状的渐变折射率的光纤连接在该垫片的端面上。通过调整上述垫片和/或GI光纤的长度将束腰距离WD和/或束腰直径(W)设定在适合于所述光耦合的光学器件的值上。
文档编号G02B6/32GK1402029SQ0212761
公开日2003年3月12日 申请日期2002年8月5日 优先权日2001年8月3日
发明者加藤嘉睦 申请人:日本航空电子工业株式会社