光纤的固定结构的制作方法

本发明涉及光纤的固定结构。

背景技术：

从光纤输出光的半导体激光模块具有如下的光纤的固定结构，即，将光纤插通并固定在固定于半导体激光模块的封装的金属管中。金属管和光纤通过低熔点玻璃等粘接剂被固定并被气密密封。在此，由于相比于光纤而金属管以及低熔点玻璃的热膨胀率更大，因此光纤被施加应力。

另外公开了使光的偏振面保持不变来进行传播的偏振保持光纤。偏振保持光纤具有：纤芯；和包层，其形成于纤芯的外周，包含配置在纤芯的两侧的一对应力赋予部。并且在该偏振保持光纤中，应力赋予部对纤芯赋予应力，利用应力所引起的双折射现象来谋求偏振面的保存。这样的应力赋予型的偏振保持光纤若从外部被施加应力，就会有由于对纤芯赋予的应力变化而偏振消光比劣化的情况。

即，在利用偏振保持光纤的半导体激光模块的光纤的固定结构中，存在如下课题：对光纤施加应力，存在偏振消光比劣化的情况。为此公开了使从外部对偏振保持光纤施加的应力减低、抑制偏振消光比的劣化的结构(例如参考专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开昭62-299918号公报

专利文献2：JP特开2007-264346号公报

专利文献3：JP特开平6-67038号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，双折射对应力非常敏感，存在在偏振保持光纤从金属管的孔的中心偏离的情况下出现偏振消光比的劣化这样的课题。

本发明鉴于上述情况而提出，目的在于，提供抑制了偏振消光比的劣化的光纤的固定结构。

用于解决课题的手段

为了解决上述的课题，达成目的，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构具备：筒状构件；在所述筒状构件的孔中插通的光纤；和将所述筒状构件和所述光纤粘固的固定材料，所述光纤的固定结构的特征在于，所述光纤是具有偏振轴的偏振保持光纤，所述光纤的中心相对于所述孔的中心偏心配置，且将所述孔的中心和所述光纤的中心连起来的偏心方向与所述偏振轴所成的角为-22.5°且以上22.5°以下或67.5°以上且112.5°以下。

另外，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构的特征在于，所述光纤具有：纤芯；和包层，其包含相对于穿过所述纤芯的中心的对称轴轴对称地配置的一对应力赋予部，所述偏振轴包含第1偏振轴和与该第1偏振轴正交的第2偏振轴，所述第1偏振轴是与所述对称轴正交的方向的轴，所述第2偏振轴是沿着所述对称轴的方向的轴。

另外，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构的特征在于，所述孔的中心与所述光纤的中心的距离为所述光纤的半径以上。

另外，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构的特征在于，所述筒状构件的所述孔具有：该孔的直径小于其他部分、且有固定的直径的细径部；和配置在所述细径部的两侧、且该孔的直径沿着从所述细径部远离的方向慢慢变大的扩径部，所述固定材料在所述细径部将所述筒状构件和所述光纤粘固。

另外，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构的特征在于，所述固定材料是结晶结构为无定形结构的材料。

另外，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构的特征在于，所述固定材料将所述孔气密密封。

另外，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构的特征在于，将所述筒状构件和所述光纤粘固的部分的所述孔的直径最小的部分的直径是所述光纤的直径的2倍以上且8倍以下。

另外，本发明的一个方式所涉及的光纤的固定结构的特征在于，所述筒状构件的热膨胀系数大于所述固定材料的热膨胀系数。

发明的效果

根据本发明，能实现抑制了偏振消光比的劣化的光纤的固定结构。

附图说明

图1是表征本发明的实施方式所涉及的光纤的固定结构的截面的示意图。

图2是表征图1所示的光纤的截面的示意图。

图3是表征图1的I-I线截面的一部分的示意图。

图4是表征比较例所涉及的光纤的固定结构的I-I线截面图的一部分的示意图。

图5是表征消光比变化量成为2dB以下的偏心方向以及偏心距离的条件的图。

图6是表征消光比变化量成为2dB以下的偏心方向以及偏心距离的条件的图。

图7是表征实施例以及比较例所涉及的光纤的固定结构的消光比变化量的图。

图8是表示利用实施方式所涉及的光纤的固定结构的半导体激光模块的构成的示意侧截面图。

图9是表征图8的II-II线截面的一部分的示意图。

图10是从上方观察利用实施方式所涉及的其他光纤固定结构的半导体激光模块的构成而得到的示意局部切除图。

图11是表征图10的III-III线截面的一部分的示意图。

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明所涉及的光纤的固定结构的实施方式。另外，并不通过本实施方式限定本发明。另外，在附图的记载中，对相同或对应的要素适宜标注相同标号。另外，附图是示意性的，各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有不同于现实的情况，需要留意。有在附图相互间也包含相互的尺寸关系、比率不同的部分的情况。

(实施方式)

首先说明本发明的实施方式所涉及的光纤的固定结构。图1是表征本发明的实施方式所涉及的光纤的固定结构的截面的示意图。如图1所示那样，光纤的固定结构1具备：作为筒状构件的金属管10；在金属管10的孔11插通的光纤20；和作为将金属管10和光纤20粘固的固定材料的低熔点玻璃30。另外，图1是将光纤的固定结构1放大的图，金属管10的上下以及右侧省略记载。

在此所谓低熔点玻璃30，是指在600℃以下软化的玻璃。

金属管10的热膨胀系数大于低熔点玻璃30的热膨胀系数，低熔点玻璃30的热膨胀系数大于光纤20的热膨胀系数。为此从金属管10以及低熔点玻璃30施加应力，来将光纤20敛缝，使光纤20固定在金属管10并使孔11气密密封。

在此，所谓气密密封，是指使封装内部的空间成为N₂等的惰性气体气氛状态、在-20℃到75℃的温度下惰性气体不会泄漏的状态。

金属管10具有在纵长方向上延伸的孔11。孔11具有孔11的直径小于其他部分且为恒定的直径的细径部11a，在细径部11a的两侧具有沿着远离细径部11a的方向而孔11的直径变大的扩径部11b、11c。另外，孔11在扩径部11b、11c的两侧分别具有孔的直径成为恒定的平行部11d、11e。即，如图1所示那样，将金属管10和光纤20粘固的部分的孔11的直径最小的部分是细径部11a。细径部11a的直径Dp优选为光纤20的直径Df的2倍以上8倍以下。例如在光纤20的直径Df为125μm的情况下，细径部11a的直径Dp优选为250μm以上1000μm以下。这是因为，若细径部11a过小，则从金属管10以及低熔点玻璃30对光纤20施加的应力会变得过大，会导致偏振消光比的劣化。另外，若细径部11a过大，则在制作时难以在所期望的位置形成低熔点玻璃30。细径部11a的长度例如优选为0.5mm以上。这是因为，若细径部过短，则不能充分将孔11气密密封。另外，筒状构件可以是由金属以外的材料形成的构成，材料并没有特别限定。另外，通过在细径部11a的两侧设置扩径部11b、11c，从而在制作时易于在所期望的位置形成低熔点玻璃30，能将孔11容易地气密密封。

光纤20是具有偏振面的偏振保持光纤。图2是表征图1所示的光纤的截面的示意图。如图2所示那样，该光纤20具有：纤芯21；和包层22，其形成在纤芯21的外周，包含相对于穿过纤芯21的中心的对称轴(轴AX2)而轴对称配置的一对应力赋予部23。光纤20是利用应力所引起的双折射现象的应力赋予型偏振保持光纤，通过由应力赋予部23对纤芯21赋予应力来谋求偏振面的保存。光纤20的直径Df例如是125μm。

另外，在本说明书中，将偏振保持光纤的截面中的偏振面称作偏振轴。

纤芯21例如由添加了锗(GeO₂)作为提高折射率的掺杂剂的石英玻璃(SiO₂)构成。包层22例如由未添加折射率调整用的掺杂剂的纯石英玻璃构成，折射率小于纤芯21的折射率。

应力赋予部23例如由添加了硼(B₂O₃)的石英玻璃构成。B₂O₃和SiO₂比较则热膨胀率更大。为此若在对包含应力赋予部23的玻璃母材在高温下进行加热熔融并拉丝时，光纤冷却而固化，则从应力赋予部23向纤芯21赋予应力，通过该应力在纤芯21发生双折射，得到偏振保持特性。

来自应力赋予部23的应力在沿着与2个应力赋予部23的对称轴正交的轴AX1的方向上成为最大，在沿着沿2个应力赋予部23的对称轴的轴AX2的方向上成为最小。其结果，发生双折射，光纤20成为保存光的偏振的偏振保持光纤，所述光的偏振具有沿着轴AX1或轴AX2的偏振。即，光纤20具有第1偏振轴即轴AX1、和第2偏振轴即轴AX2这2个偏振轴。

低熔点玻璃30将金属管10和光纤20固定，且为了提升半导体激光模块的可靠性而将孔11气密密封。另外，固定材料并不限于低熔点玻璃，例如可以是结晶结构为无定形结构的材料，可以是V₂O₅、P₂O₅、TeO₂、Fe₂O₃、SiO₂等材料或环氧制树脂。

图3是表征图1的I-I线截面的一部分的示意图。在图3中省略位于外周的金属管10的记载。如图3所示那样，在光纤的固定结构1中，光纤20配置成相对于孔11的中心而光纤20的中心偏心。即，孔11的中心与光纤20的中心的距离即偏心距离L大于0，例如为光纤20的半径以上。另外，在光纤的固定结构1中，光纤20配置成将孔11的中心和光纤20的中心连起来的偏心方向d与轴AX1所成的角即角度θ成为-22.5°以上22.5°以下。

接下来说明光纤的固定结构1的效果。若如图3那样相对于孔11的中心而光纤20的中心偏心，则由于来自金属管10以及低熔点玻璃30的应力不是各向同性，因此对光纤20实质上施加沿着偏心方向d的应力S1。

在此，在对光纤20从外部施加了应力的情况下，根据施加应力的方向不同，对保持该偏振的功能的影响不同。例如若对光纤20从沿着图2所示的偏振轴即轴AX1或轴AX2的方向施加应力，则该应力贡献于提高对光纤20的偏振进行保持的功能。另一方面，若对光纤20从沿着从偏振轴起45°的方向的轴AX3或轴AX4的方向施加应力，则该应力贡献于使对光纤20的偏振进行保持的功能降低。

在光纤的固定结构1中，由于图3所示的角度θ充分小，因此应力S1贡献于提高对光纤20的偏振进行保持的功能。进而在光纤的固定结构1中，通过使偏心距离L为光纤20的半径以上，从而应力S1提高对光纤20的偏振进行保持的功能的效果较大。其结果，在光纤的固定结构1中，抑制了偏振消光比的劣化。

相对于此，将角度θ大的情况下的示例作为比较例在图4中示出。图4是表征比较例所涉及的光纤的固定结构的I-I线截面图的一部分的示意图。如图4所示那样，在角度θ大的情况下，应力S2贡献于使对光纤20的偏振进行保持的功能降低。为此在比较例的光纤的固定结构中，偏振消光比显著劣化。

在此，通过实验来确认在光纤的固定结构1中，角度θ小到何种程度才能充分减低偏振消光比。图5、图6是表征消光比变化量成为2dB以下的偏心方向以及偏心距离的条件的图。图5以及图6的角度θ是偏心方向d与轴AX1所成的角。在图5以及图6中，在曲线的内侧(靠近偏心距离L以及角度θ的各轴的一侧)的区域，基于光纤的固定结构1的偏振消光比的变化量为2dB以下，偏振消光比的劣化充分小。根据图5，若角度θ为-22.5°以上22.5°以下，则即使偏心距离L大到某种程度，偏振消光比的劣化也小。另一方面，在角度θ小于-22.5°或大于22.5°的范围，随着偏心距离L变大而偏振消光比急剧劣化，超过2dB。另外，根据图6，若角度θ为67.5°以上112.5°以下、即偏心方向d与第2偏振轴即轴AX2所成的角为-22.5°以上22.5°以下，则即使偏心距离L大到某种程度，偏振消光比的劣化也小。另一方面，在角度θ小于67.5°或大于112.5°的范围，随着偏心距离L变大而偏振消光比急剧劣化，超过2dB。换言之，若偏心方向d与光纤20的2个偏振轴当中任意一方所成的角为-22.5°以上22.5°以下，则偏振消光比的劣化充分小。

另外，虽然偏振消光比的变化量优选更小，但只要光纤的固定结构中的消光比变化量为2dB以下，就能确保使用本实施方式的光纤的固定结构1的制品的可靠性，因而优选。

使用本实施方式的光纤的固定结构1的光模块所要求的总的消光比，虽然也依赖于光模块的种类，但例如为-25dB～-13dB以下。

另外，如图5、图6所示那样，不管偏心方向d与轴AX1所成的角为-22.5°以上22.5°，还是偏心方向d与轴AX1所成的角为67.5°以上112.5°以下、即偏心方向d与第2偏振轴即轴AX2所成的角为-22.5°以上22.5°以下，偏振消光比的劣化都是相同程度。但在使用本实施方式的光纤的固定结构1的光模块中，在进行偏振合成的情况下，偏心方向d与轴AX1所成的角为-22.5°以上22.5°更容易进行偏振合成，因而优选。通过抑制偏振消光比的劣化，能抑制光纤20的折弯所引起的偏振合成后的光输出的变动。

如从图5以及图6获知的那样，在光纤的固定结构1中，即使孔11的中心与金属管10的中心偏心，偏振消光比的劣化也小。为此，在将光纤20以低熔点玻璃30进行固定时，能在使孔11的中心和光纤20的中心错开的状态下作业。与此相对，在现有的光纤的固定结构中，需要在使金属管的孔的中心和光纤的中心高精度匹配的状态下将光纤以低熔点玻璃固定，若该匹配不充分，则有出现偏振消光比的劣化的情况。

另外，在现有的光纤的固定结构中，为了使金属管的孔的中心和光纤的中心高精度匹配而需要复杂的构成。另一方面，在光纤的固定结构1中，不需要这样的复杂的构成就实现了抑制了偏振消光比的劣化的光纤的固定结构。

(实施例)

接下来，作为实施例以及比较例来实际制造光纤的固定结构，测定光纤的固定结构中的偏振消光比的变化量。图7是表征实施例以及比较例所涉及的光纤的固定结构的消光比变化量的图。如图7所示那样，对改变了孔11的细径部11a的直径Dp、偏心距离L、偏心率(2L/Dp)、角度θ的实施例以及比较例测定消光比变化量。如图7所示那样，细径部11a的直径Dp为0.5mm。金属管10的热膨胀系数为9.7×10^-6/℃，光纤20的热膨胀系数为0.5×10^-6/℃，低熔点玻璃30的热膨胀系数为6.0×10^-6/℃。

如从图7获知的那样，在实施例1～3中，偏振消光比的劣化充分小，在比较例1、比较例2中，偏振消光比显著劣化。这是因为，在比较例1以及比较例2中，角度θ较大，应力贡献于使对光纤20的偏振进行保持的功能降低。另一方面，在角度θ包含在-22.5°以上22.5°以下的范围内的实施例1～3中，由于应力贡献于提高对光纤20的偏振进行保持的功能，因此偏振消光比的劣化小。另外，在实施例以及比较例中，虽然使偏心距离L以及偏心率(2L/Dp)也变化，但可知偏振消光比的劣化较大依赖于角度θ的变化，其他参数不太贡献于偏振消光比的劣化。如以上说明的那样，示出光纤的固定结构1是通过将角度θ设为给定的值来抑制偏振消光比的劣化的光纤的固定结构。

接下来说明利用本发明的实施方式所涉及的光纤的固定结构1的半导体激光模块。图8是表示利用实施方式所涉及的光纤的固定结构的半导体激光模块的构成的示意侧截面图。如图8所示那样，半导体激光模块100具备：作为收容各部的筐体的封装101；配置于封装101的内部底面上的作为温度控制装置的温度调节模块102；配置于温度调节模块102上的基底103；和配置于基底103上的激光器底座(laser mount)104。在激光器底座104载置作为发光元件的半导体激光元件105、和配置于半导体激光元件105的近旁的热敏电阻106。在基底103载置配置于半导体激光元件105的后方的光检测器107、和在半导体激光元件105所输出的激射光的光路上以依次配置的透镜108和隔离器109。进而在激射光的光路上配置光纤20。光纤20被固定于基底103上的光纤固定台座110和固定于封装101的光纤固定部111固定。另外，在光纤固定部111中省略孔11的记载，但光纤固定部111具有图1所示的截面结构。

封装101例如由陶瓷构成。温度调节模块102例如可以是帕耳帖(Peltier)元件，从未图示的控制器被注入电流，根据其极性来进行冷却以及加热。温度调节模块102基于热敏电阻106的检测值被控制，对激光器底座104的温度进行控制，调整半导体激光元件105的温度。半导体激光元件105输出给定的波长的激射光。

光检测器107检测从半导体激光元件105的后方泄漏的光，将与检测到的强度相应的电信号输入到控制器。透镜108使从半导体激光元件105输出的激射光耦合到光纤20。

隔离器109防止其他光学部件等所引起的反射返回光返回到半导体激光元件105。隔离器109例如可以是具备仅使具有沿着水平方向的偏振面的光透过的偏振光板、和λ/4板的构成。由于从半导体激光元件105输出的激射光具有沿着水平方向的偏振面，因此在该情况下，激射光在λ/4板相对于水平方向将偏振面旋转而输入到光纤20。另外，隔离器109也可以进一步是多级的构成。

光纤固定部111在内部具有光纤的固定结构1(图8中未图示)。图9是表征图8的II-II线截面的一部分的示意图。在图9省略位于外周的金属管10的记载。由于从半导体激光元件105输出的具有沿着水平方向的偏振面的激射光在隔离器109的λ/4板将偏振面旋转45°，因此光纤20配置成相对于水平方向而偏振轴成为45°。并且光纤20为了使该偏振轴与将孔11的中心和光纤20的中心连起来的偏心方向所成的角成为-22.5°以上22.5°以下而配置成孔11的中心和光纤20偏心。光纤20的偏心方向例如可以是图9的实线所示的方向，但也可以是图9的虚线所示的方向。其他光纤的固定结构1的构成由于可以与实施方式相同，因此省略说明。

如以上说明的那样，半导体激光模块100是通过光纤的固定结构1抑制了偏振消光比的劣化、偏振消光比良好的半导体激光模块。

接下来说明利用本发明的实施方式所涉及的光纤的固定结构1的其他半导体激光模块。图10是从上方观察利用实施方式所涉及的其他光纤固定结构的半导体激光模块的构成而得到的示意局部切除图。如图10所示那样，半导体激光模块200具备：作为收容各部的筐体的封装201；配置于封装201的内部底面的基底202；和配置于基底202上的激光器底座203。在激光器底座203载置作为发光元件的半导体激光元件204、和配置于半导体激光元件204的近旁的热敏电阻205。在基底202载置在半导体激光元件204所输出的激射光的光路上依次配置的透镜206和分束器207。激射光的一部分通过分束器207而分支，输入到光检测器208。另一方面，在透过分束器207的激射光的光路上配置光纤20。光纤20被固定于基底202上的光纤固定台座209和固定于封装201的光纤固定部210固定。另外，在光纤固定部210中省略孔11的记载，但光纤固定部210具有图1所示的截面结构。

封装201例如由陶瓷构成。半导体激光元件204具有在例如3～4nm程度的范围内振荡波长不同的多个分布反馈型(DFB：Distributed FeedBack)激光元件、光耦合器、和半导体光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)。半导体激光元件204通过选择驱动的DFB激光元件来进行波长的粗调，通过以未图示的温度调节模块进行的温度变更来进行波长的微调，作为整体，作为连续的波长范围内的波长可变光源而动作。

透镜206使从半导体激光元件204输出的激射光耦合到光纤20。光检测器208检测通过分束器207分支的激射光，将与检测到的强度相应的电信号输入到未图示的控制器。

光纤固定部210在内部具有光纤的固定结构1(图10中未图示)。图11是表征图10的III-III线截面的一部分的示意图。在图11中省略了位于外周的金属管10的记载。从半导体激光元件204输出的具有水平方向的偏振面的激射光由于保持其偏振光不变地输入到光纤20，因此光纤20配置成任意的偏振轴沿着水平方向。并且光纤20为了使该偏振轴与将孔11的中心和光纤20的中心连起来的偏心方向所成的角成为-22.5°以上22.5°以下而配置成孔11的中心和光纤20偏心。光纤20的偏心方向例如可以是图11的实线所示的方向，但也可以是图11的虚线所示的方向。其他光纤的固定结构1的构成由于可以与实施方式相同，因此省略说明。

如以上说明的那样，半导体激光模块200是通过光纤的固定结构1抑制了偏振消光比的劣化、偏振消光比良好的半导体激光模块。

另外，在上述实施方式中示出了光纤20是具有2个偏振面的偏振保持光纤的情况，但光纤20也可以是具有1个偏振面的单一偏振光纤。在该情况下，偏心方向d与偏振面所成的角只要是-22.5°以上22.5°以下或者67.5°以上112.5°以下即可。

另外，并不通过上述实施方式限定本发明。将上述的各构成要素适宜组合而构成的方案也包含在本发明中。另外，进一步的效果和变形例能由本领域技术人员容易地导出。因而本发明的更广泛的方式并不限定于上述的实施方式，能进行各种变更。

产业上的利用可能性

如以上，本发明所涉及的光纤的固定结构例如适于运用在半导体激光模块中。

标号的说明

1 光纤的固定结构

10 金属管

11 孔

11a 细径部

11b、11c 扩径部

11d、11e 平行部

20 光纤

21 纤芯

22 包层

23 应力赋予部

30 低熔点玻璃

100、200 半导体激光模块

101、201 封装

102 温度调节模块

103、202 基底

104、203 激光器底座

105、204 半导体激光元件

106、205 热敏电阻

107、208 光检测器

108、206 透镜

109 隔离器

110、209 光纤固定台座

111、210 光纤固定部

207 分束器

AX1、AX2、AX3、AX4 轴

d 偏心方向

Df、Dp 直径

L 偏心距离

S1、S2 应力

θ 角度