专利名称：光准直器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有毛细管、局部呈球面的透镜和套筒的光准直器，在毛细管的内部固定有光通信用的光纤，局部呈球面的透镜具有圆柱部与透光球面，套筒、与毛细管和局部呈球面的透镜同轴。
背景技术：
在构筑高速大容量的光纤通信系统时要使用较多的光器件，其中包括从多个波长复合的光信号中取出任意波长的光信号的、以及利用使光信号的相位一致的光学结晶体的等，为了将从光纤射出并将扩散的光信号变成平行光、或为了将平行光集中在光纤中，而要使用多个光准直器。
如图6所示，以往的使用局部呈球面的透镜的光准直器1，将毛细管4和局部呈球面的透镜3插入套筒2内，进行调心，再用粘接剂6固定，以使光学位置关系适当，而作为光准直器正确动作。该毛细管在将光纤5固定在内部的同时，为了防止从光纤5的端面5a反射回来的光而形成倾斜研磨面4a。
作为这种光学系统的技术，专利文献1中公开了为了使入射/射出的平行光与使用了局部呈球面的透镜的光准直器的中心轴没有偏心，使用具有规定形状和折射率的倾斜研磨光学元件。在专利文献2中公开了使光纤和准直透镜的光轴与支撑它们的套筒的外周面的中心轴偏心的技术。在专利文献3中公开了与倾斜研磨了端部的光纤的倾斜研磨角对应地使光纤和透镜的中心轴平移偏移而形成平行光束的光准直器。在专利文献4中公开了将管状壳体的中心定为经过球透镜射出的平行光束的中心线的光连接器。并且，在专利文献5中公开了一种光纤准直器，其使光纤的光轴与透镜的中心偏心，并设定偏心量，以使透镜的中心和入射至透镜的从光纤出来的光束的中心大致一致。在专利文献6中公开了从透镜射出的光束的光轴与光纤的光轴平行的准直器。在专利文献7中公开了通过在圆筒状的透镜固定架中同轴状地收容大致圆柱形的透镜和光纤的光纤端部面而构成的光纤准直器。
专利文献1特开2001-56418号公报专利文献2特开平9-258059号公报专利文献3特开昭62-235909号公报专利文献4特开平2-111904号公报专利文献5特开2002-196180号公报专利文献6特开平5-157992号公报专利文献7特开平9-274160号公报在图6所示的以往技术结构中，由于使用毛细管4，且该毛细管4在将光纤5固定在内部的同时，为了防止从光纤5的端面5a反射回来的光而形成有倾斜研磨面4a，所以根据折射原理光会从光纤5的端面5a沿着与毛细管的光轴Y倾斜的方向射出，其结果，从光准直器1射出的平行光7具有在平行光的光轴Z和光准直器1的外周面的中心轴A之间产生偏心量δ的偏心的问题。
又如图7所示，在使用以往结构的光准直器1和光功能元件8a来组装光功能部件8时，由于平行光7的光轴Z与光准直器1的外周面的中心轴A偏心，因此需要准确地使各个光准直器1的偏心方向一致，这样，作业性非常差。
另外，如图8所示，在利用内部固定光纤15且不在端面14a上实施倾斜研磨的毛细管14与套筒12使平行光17从光准直器11的外周面的中心轴A入射/射出的情况下，由于得不到倾斜研磨的效果产生的反射衰减量，所以从光纤15的端面15a和局部呈球面的透镜13的透光球面部分13c反射回来的光非常大，即使在其表面上分别加反射防止膜，也不能充分阻止反射回来的光。而且，由于这种反射回来的光对激光光源等有不良影响，因此在构筑高速大容量的光纤通信系统时，实用上有较大问题。
再如专利文献1的图1所示，在使用两端面被平行倾斜研磨的倾斜研磨光学元件的情况下，需要精密的调心的作业以使平行光相对光准直器的中心轴入射/射出，作业性非常差。另外，由于在光路中插入倾斜研磨光学元件，所以光准直器的插入损失增大，增大的插入损失成为在构筑高速大容量的光纤通信系统时的一个问题。
另外，如专利文献1的图9所示，在使用与外径中心错开地切削内径中心的金属制的圆筒状固定架的情况下，需要进行使外径和内径中心稍微错开的精密加工。另外，由于在金属制的圆筒状固定架、与内部固定光纤的毛细管和局部呈球面的透镜之间存在热膨胀系数差，所以在这个差较大的情况下，因随着使用时温度的变化产生的各个构成要件的膨胀量或收缩量不同，而造成光学特性混乱(不稳定)。特别是，由于产生这种膨胀或收缩差，而在局部呈球面的透镜上产生应力集中的情况下，由折射率或分散等光学特性混乱引起的故障增加，光学系统的稳定性成为问题。
为此，在高温时或低温时等与室温相差较大的温度条件下，不但在套筒与毛细管及套筒与局部呈球面的透镜的粘接部上产生剥离而本质性地对部件特性有损害，而且局部呈球面的透镜上产生失真使透过光量变化、使偏波特性变化、或者得不到稳定的准直光。其结果，限制了这种光通信用装置的使用环境，特别是在室外使用限制更大；同时在组入光器件中时，要求高精度的光学特性，因此可能使用的温度范围极其狭窄，使用时的限制更加严格。
另外，在专利文献2中，如图9所示，公开了一种如下结构，即，利用偏心套筒22，使光纤25和局部呈球面的透镜23的光轴X、与偏心套筒22的外周面的中心轴B偏心，使入射/射出的平行光27的光轴Z与光准直器21的外周面的中心轴A没有偏心。在这种情况下，由于局部呈球面的透镜23的外周面的中心轴D和入射/射出的平行光27的光轴Z不一致，所以即使在入射/射出的平行光27的直径比局部呈球面的透镜23的外径小的情况下，也会因两者中心轴的偏心，使局部呈球面的透镜23的外径不能减小到入射/射出平行光27的直径的程度。因此，入射/射出的平行光27的光轴Z与使用了局部呈球面的透镜23的光准直器21的外周面的中心轴没有偏心，并且，在实现光准直器21的细径化时也是个大问题。
另外，如图10所示，在用于机械式光学开关等的具有长动作距离的光准直器31的情况下，为了实现长动作距离，要使用较大曲率半径的局部呈球面的透镜33。如果曲率半径大，则局部呈球面的透镜33的焦距变大，在使用偏心套筒32的形式中，其结果，入射/射出的平行光37的光轴Z和局部呈球面的透镜33的外周面的中心轴D的偏心变大，同时，入射/射出的平行光37的直径也变大。因此，减小局部呈球面的透镜33的外径越来越变得困难，在入射/射出的平行光37的光轴Z与使用了局部呈球面的透镜33的光准直器31的中心轴没有偏心的同时，还难以实现光准直器31的细径化。另外，即使不考虑入射/射出的平行光37的直径和、光轴Z与局部呈球面的透镜33的外周面的中心轴D的偏心，而使局部呈球面的透镜33的直径细径化，则如图10所示，入射/射出的平行光37会产生缺损37a，插入损失大，因此实用上也是个大问题。
另外，如专利文献2所述，在使用偏心套筒而入射/射出的平行光与光准直器的中心轴没有偏心的情况下，由于局部呈球面的透镜的外周面中心轴和入射/射出的平行光的中心轴不一致，所以即使入射/射出的平行光的直径比局部呈球面的透镜的外径小时，也由于二者中心轴偏心的影响，而不能将局部呈球面的透镜的外径减小到入射/射出的平行光的直径程度，其结果，会妨碍光准直器的细径化。
又如专利文献3的图1所示，在根据倾斜研磨了端部的光纤的倾斜研磨角度来使光纤和透镜的中心轴平移错位形成平行光束的光准直器的情况下，由于射出的平行光束的光轴不与光纤的中心轴一致，因此，光准直器彼此间的调心作业很费事。
另外，如专利文献4的图2所示，在光纤的芯部中心线和光束的光轴不一致的结构中，例如需要利用光检测器使光束的光轴与机械轴一致后、再对管状壳体进行机械加工(参照专利文献4的图3)。另外，在使用具有理想尺寸的平坦面的球透镜的情况下(参照专利文献4的图4)，组装时，必须严格调整该平坦面和从光纤射出的光束的光轴所形成的角度。
再如专利文献5的图1所示，关于使光纤的光轴与具有分布式折射率的棒形透镜的中心偏心并设定偏心量以使具有分布式折射率的棒形透镜的中心和入射到该透镜上的光束的中心大致一致的结构，在利用球透镜来代替具有分布式折射率的棒形透镜的情况下，由于光纤的光轴与透镜中心偏心，所以射出的光束与光纤的光轴不一致。
另外，在专利文献6所示的结构中，虽然从透镜射出的光束与输入侧支架的轴平行，但并不一致，只是与输入侧支架的轴隔开一定距离的平行光束(参照专利文献6的图3)，因此，需要一边以支架的轴为中心旋转、一边对光准直器彼此间进行调心。
此外，在专利文献7中，虽然在圆筒状的透镜固定架中同轴收容大致圆柱形的透镜和光纤的端部，构成光准直器(参照专利文献7的图1)，然而在同轴地收容大致圆柱形的球面透镜和光纤的光纤端部的情况下，从光准直器射出的平行光的光轴与光纤准直器外径中心轴不一致，因此，在调整光准直器彼此间时，需要使之以光准直器的轴为中心旋转。
这样，在利用以往的光准直器进行光准直器彼此间的调心作业时，仅仅使各个光准直器在例如1条V槽上，以在成为它们的动作距离的位置且各套筒外周面的中心轴相互一致的状态相对向，这样从一个光纤导入光时，不能从另一个光纤得到充分的光响应。因此，为了使用光轴的自动调心装置等，需要手动进行调心作业直到得到充分的光响应的状态。
发明内容
本发明目的是提供一种在进行光功能部件等的组装时，不需要以往的光准直器那样进行用于使入射/射出的平行光的偏心方向一致的调心作业，平行光能相对于光准直器的外周面的中心轴入射/射出的光准直器。
本发明的另一个目的是尽量减少在多种温度条件下使用时的套筒、与局部呈球面的透镜和毛细管的热膨胀系数差引起的光学特性变差。
本发明的再一个目的是在减小光准直器直径的同时，尽量减小或消除使用局部呈球面的透镜的光准直器的外周面中心轴和入射/射出的平行光的光轴Z的偏心。
为了达到上述目的，本发明提供了一种光准直器，具有套筒，具有与外周面同心的内孔；局部呈球面的透镜，具有插入套筒的内孔中的圆柱部、和设在圆柱部的两端的透光球面，该透光球面的光轴位于与套筒的外周面的中心轴偏心的位置；毛细管，被插入套筒的内孔中，在与上述套筒的外周面的中心轴偏心的位置上固定光纤，将该光纤的倾斜的端面朝向局部呈球面的透镜。
本发明的光准直器，在上述构成中，优选从局部呈球面的透镜的外侧的透光球面射出的平行光的光轴位于以套筒外周面的中心轴为中心、半径0.02mm的范围以内，并且，位于与套筒的外周面的中心轴成角度为0.2度的范围以内。
具体地讲，作为本发明的光准直器优选具有圆筒状的套筒、局部呈球面的透镜、以及毛细管。上述套筒的中央设有内孔。局部呈球面的透镜，由折射率大致均匀的玻璃制成，在直径比上述套筒的内孔稍小的圆柱部的二端具有曲率中心大致相同的透光球面，在插入固定到上述套筒内孔中时，与上述套筒的外周面中心轴以规定的平行度偏心规定量的位置成为光轴。毛细管，具有比上述套筒的内孔稍小的外径，当插入固定到上述套筒的内孔中时，将端面倾斜的光纤固定在与上述套筒的外周面的中心轴以规定的平行度偏心规定量的位置。并且，更优选从上述局部呈球面的透镜的外侧的透光球面射出的平行光的光轴位于以上述套筒外周面的中心轴为中心、半径0.02mm的范围以内，并且，位于与上述套筒的外周面的中心轴成角度为0.2度的范围以内。
本发明的光准直器，在组装光功能部件等时，无需像以往的光准直器那样，进行使入射/射出的平行光的偏心方向一致的调心作业。因此，能够容易制作平行光相对于光准直器的外周面的中心轴入射/射出的光准直器。另外，能够尽量减少在多种温度条件下使用时的套筒、与局部呈球面的透镜和毛细管的热膨胀系数差引起的光学特性变差。因此，可以制作具有高可靠性的光功能部件。
另外，本发明的光准直器，由于使用与套筒的外周面的中心轴以规定的平行度偏心规定量的位置成为光轴的局部呈球面的透镜，所以，能够使入射/射出的平行光的光轴与局部呈球面的透镜的外周面的中心轴相一致，可以减小局部呈球面的透镜的外径直到成为与入射/射出的平行光的直径大致相同的程度。据此，能够实现光准直器的细径化。
此外，通过构成为在使上述各套筒的外周面中心轴相互一致的状态下，将一对上述的光准直器装配在成为这一对上述的光准直器的动作距离的位置，当从一个上述光准直器的光纤导入光时，从另一个上述光准直器的光纤得到-30dB以上的光响应，从而，无需繁琐的手动调心作业，能够利用光轴的自动调心装置等简单地进行对向装配的一对光准直器的光轴调心，能以以往不曾有过的高效率实现光纤的组装。
在上述结构中，以玻璃或微晶玻璃作为套筒的材料时，可用拉伸法得到高精度的圆筒度，并且，可以稳定、高效率地大量制造。另外，用拉伸法制造的套筒，表面用火焰抛光，而无需研磨表面，因此可便宜地制造。
另外，在上述结构中，以玻璃或微晶玻璃作为毛细管的材料时，可以用拉伸法得到高精度的圆筒度和偏心量(也称轴偏量)，而且可以稳定且高效率地大量制造。另外，用拉伸法制造的毛细管表面可以火焰抛光，无需研磨表面，因此，可以便宜的制造。
此外，在上述结构中，通过将套筒、局部呈球面的透镜和毛细管相互间的热膨胀系数差值控制在50×10-7/K以内，而可尽量减少由相互间的热膨胀系数差值引起的光学特性变差，能够实现维持对环境温度变化稳定性能的光准直器。
另外，在上述构成中，优选毛细管通过拉伸法制造。
图1(A)为本发明的实施例的光准直器的剖视图；图1(B)为侧视图。
图2(A)为本发明的实施例的光准直器中使用的毛细管的剖视图；图2(B)为侧视图。
图3(A)为本发明的实施例的光准直器中使用的局部呈球面的透镜的剖视图；图3(B)为侧视图。
图4(A)为本发明的实施例的光准直器中使用的套筒的剖视图；图4(B)为侧视图。
图5(A)为本发明的另一个实施例具有长动作距离的光准直器的剖视图；图5(B)为侧视图。
图6(A)为以往的光准直器的与光轴平行的方向的剖视图；图6(B)为与光轴垂直的方向的剖视图。
图7为使用以往的光准直器的光功能部件的剖视图。
图8(A)为在光纤端面上不进行倾斜研磨的以往的光准直器的剖视图；图8(B)为侧视图。
图9(A)为使用了偏心套筒的以往的光准直器的剖视图；图9(B)为侧视图。
图10(A)为使用了偏心套筒的具有长动作距离的以往的光准直器的剖视图；图10(B)为侧视图。
图11是使一对光准直器以在成为它们的动作距离的位置且各套筒的外周面的中心轴相互一致的状态相对向地装配在1条V槽上的情形的剖视图。
具体实施例方式
以下，参照附图来说明本发明的实施例。
如图1～图4所示，本实施例的光准直器41具有圆筒状的套筒42、局部呈球面的透镜43、以及毛细管44。上述套筒42的中央具有内孔42a。局部呈球面的透镜43，在由折射率大致均匀的玻璃制成的圆柱部43a的二端43b具有曲率中心大致相同的透光球面43c，在插入固定到套筒42的内孔42a中时，与套筒42的外周面中心轴B偏心规定量的位置成为光轴X。毛细管44，当插入固定到套筒42的内孔42a中时，将光纤45固定在与套筒42的外周面的中心轴B偏心规定量的位置。局部呈球面的透镜43和固定光纤45的毛细管44，固定在光学上适当的位置，以使作为光准直器，可以在套筒42的内孔42a中准确的动作，平行光47从光准直器41的外周面中心轴A入射/射出。即，从局部呈球面的透镜43的外侧的透光球面43c射出的平行光47的光轴Z位于以套筒42的外周面的中心轴B为中心、半径0.02mm的范围以内，并且，与套筒42的外周面的中心轴B成0.2度角度的范围以内。
如图2所示，构成光准直器41的毛细管44，将光纤45固定在与其外周面的中心轴E具有规定偏心量的位置上。因此，当将毛细管44插入固定在套筒42的内孔42a中时，由毛细管44固定的光纤45的光轴Y，成为与套筒42的外周面的中心轴B具有规定偏心量的状态。另外，套筒42的外周面的中心轴B与内孔42a的中心轴一致。
如图3所示，构成光准直器41的局部呈球面的透镜43在与其外周面的中心轴D偏心规定量的位置上具有光轴X。因此，当将局部呈球面的透镜43插入固定在套筒42的内孔42a中时，局部呈球面的透镜43的光轴X，成为与套筒42的外周面的中心轴B偏心规定量的状态。
作为局部呈球面的透镜43的材料，可以由折射率大致均匀的光学玻璃等构成，通过加工成球状，而可以制造具有高的焦点精度的球透镜使用。为了减小光准直器41的尺寸和直径，可以研磨具有高的球度的球透镜周围，制成局部呈球面的透镜43。作为在局部呈球面的透镜43中使用的玻璃，最好为光学玻璃中的BK7、K3、TaF3、LaF01、LaSF015等。
套筒42和毛细管44中至少一个最好用玻璃或微晶玻璃制成。这种套筒42和/或毛细管44可用拉伸法高精度、而且稳定高效率、价格便宜地制造。另外，用拉伸法制造的套筒42和/或毛细管44的表面，可以用火焰抛光，做成光滑的。
例如，在局部呈球面的透镜43由光学玻璃(LaSF015)制成，其热膨胀系数为74×10-7/K，套筒42由硅酸硼玻璃制成，其热膨胀系数为51×10-7/K，毛细管44由微晶玻璃制成，其热膨胀系数为27×10-7/K的情况下，环境温度变化60℃时，相互间的热膨胀系数差值引起的平行光47的光轴Z与光准直器41的外周面的中心轴A的偏心量变化在0.0003mm(0.3微米)以下。另外，平行光47的射出偏角(光束的倾角)变化在0.01度以下。
与此相对，在用一般的不锈钢即SUS304(热膨胀系数为184×10-7/K)制成套筒42的情况下，相互的热膨胀系数差值在100×10-7/K以上，由此引起的平行光47的光轴Z与光准直器41的外周面的中心轴A的偏心量变化约为0.0009mm(0.9微米)，平行光47的射出偏角(光束倾角)的变化为0.03度左右。与用硅酸硼玻璃制成的套筒42的情况比较，分别变差了三倍左右。
因此，最好利用相互间的热膨胀系数差值在50×10-7/K以内的材料来制造光准直器41，这样，可得到对于环境温度的变化稳定的光学特性。
构成图1所示的光准直器41的局部呈球面的透镜43的外周面的中心轴D和光轴X的偏心量δ、以及毛细管44的外周面的中心轴E与光纤45的光轴Y的偏心量δ，可用下述的式1表示
式1δ=n32(n3-n2)·r·tan[{arcsin(n1n2sinθ)}-θ]]]>其中，n1光纤45的芯部的折射率，n2空气的折射率(在大气中时)n3局部呈球面的透镜43的折射率，r局部呈球面的透镜43的曲率半径，θ光纤45的端面45a的倾斜研磨角度。
表1表示在使用光学玻璃LaSF015作为局部呈球面的透镜43的材料时的各个参数的例子。
表1
当利用上述各个参数，计算上述式1上的偏心量δ时，得到0.13mm。因此，在表1所示参数的情况下，图1所示结构的光准直器41中使用的局部呈球面的透镜43和毛细管44的偏心量δ，可以为0.13mm。
如图4所示，在这个实施例中，套筒42由玻璃制成，外径为1.4mm，内径为1.0mm，全长为5.0mm。套筒42的外周面的中心轴B和内孔42a的中心轴C一致。另外，套筒42也可用微晶玻璃制成。另外，如果与局部呈球面的透镜43或毛细管44的热膨胀系数差值在50×10-7/K以内，则作为套筒，也可以使用金属或陶瓷制成的组合套筒。
如图3所示，在这个实施例中，局部呈球面的透镜43由折射率大致均匀的光学玻璃LaSF015制成，透光球面43c的曲率半径r为1.75mm。另外，局部呈球面的透镜43的外周面的中心轴D与光轴X的偏心量δ为0.13mm。另外，为减少光信号在局部呈球面的透镜43的透光球面43c上的反射，而形成有反射防止膜(图中没有示出)。
如图2所示，在这个实施例中，毛细管44由玻璃制成，外径为1.0mm，全长为4.3mm。在将光纤45固定在毛细管44的内孔中的状态下，毛细管44的外周面的中心轴E和单模光纤45的光轴Y的偏心量δ为0.13mm。为了减少从固定在毛细管44的内部的光纤45的端面45a反射回来的光，而将毛细管44的端面倾斜研磨使之相对于与光轴Y垂直的平面呈8度，并且，在端面45a上形成反射防止膜(图中没有示出)。
如图1所示，上述的毛细管44和局部呈球面的透镜43分别插入套筒42的内孔42a中，利用环氧系树脂等粘接剂46，将光纤45的端面45a和局部呈球面的透镜43的透光球面43c固定在光学上相隔适当的距离0.25mm的位置上，以使光准直器正确工作。
其次，表2中表示光准直器41的插入损失、反射衰减量(也称为返回损失)、平行光47的射出偏角(也称为光束倾角)和平行光47的光轴Z与光准直器41的外周面的中心轴A的偏心量(也称为光轴偏心)的测定结果。
表2
在这些测定中，使用波长为1550nm的光，另外，插入损失是在将一对光准直器41对向装配并使动作距离为17.5mm的状态下进行测定的。这里，所谓动作距离是在对向装配一对光准直器41的情况下相对方向的局部呈球面的透镜43的透光球面43c间的空间距离。
如表2所示，关于插入损失和反射衰减量、实施例发挥出与以往例子相同或在其以上的性能，实用上没有任何问题。
另外，实施例的射出偏角在0.1度以下，与以往例子比较，是非常好的值。并且，实施例的平行光47的光轴偏心量在0.015mm以下，例如图11所示，在将一对光准直器41以处于它们的动作距离的位置且各套筒42的外周面的中心轴B相互一致的状态相对向搭载在V槽基板49上设置的一条V形槽上的情况下，即使在没有调心的状态下，也可得到自动调心装置工作的-30dB以上的光信号的响应。在利用各种光学系统测定后，基本上可得到-10dB以上的光信号响应，通常加工的相对于输入信号都有-5dB～-1dB范围的响应，例如，在图2的光学系统中，光信号的插入损失为1.5dB左右而得到了足够的光信号响应。从而，在利用自动调心装置等组装光准直器41彼此间的调心作业所必需的光功能部件时，与以往例子比较，可以显著改善作业效率。
其次，说明光准直器41的组装方法。
首先，加热截面形状例如与毛细管44相似的玻璃母材，利用延伸成型等方法，制造外径为1.0±0.5μm、外周面的中心轴E和内孔的中心轴Y的偏心量为0.13mm、内孔的内径比光纤45的直径稍大的长条的毛细管。其次，如图2所示，在将光纤45插入长条的毛细管内孔中粘接后，与光纤45一起将长条的毛细管切断成所要的长度，进行所要的加工，制造外径1.0±0.5μm，全长为4.3mm的毛细管44。在将毛细管44插入固定在套筒42的内孔42a中时，将光纤45固定在与套筒42的外周面的中心轴B偏心规定量(在这个例子中，偏心0.13mm)的位置，在毛细管44的外周面上，做出表示偏心方向的记号或定向平面(orientation flat)加工部分(图中没有表示)。毛细管44也可以机械偏心地进行外周研磨而制得。
另外，如图3中虚线所示，可以使用球度高且价格便宜的容易获得的球透镜作为材料，以使光轴X与外周面的中心轴D偏心0.13mm的方式将它研磨成圆柱状，得到直径小于1.0mm，两端43b的透光球面43c的曲率中心位于同一位置、透光球面43c的曲率半径r为1.75mm的局部呈球面的透镜43。当将局部呈球面的透镜43插入固定在套筒42的内孔42a中时，在与套筒42的外周面的中心轴B偏心规定量(在这个例子中，偏心量为0.13mm)的位置上具有光轴X，在局部呈球面的透镜43的外周面上做出表示偏心方向的记号或定向平面加工部分(图中没有示出)。
其次，加热截面形状与套筒42相似的玻璃母材，延伸成形，切成所要的长度，制造如图4所示的那样的外径为1.4mm、内径为1.0mm且透明的套筒42。另外，当在该套筒42的外周面上做出用于使局部呈球面的透镜43和毛细管44的偏心方向一致的记号或定向平面加工部分(图中没有示出)时，光准直器41的组装容易进行。
其次，将局部呈球面的透镜插入套筒42的内孔42a中，例如使相互的记号对应进行定位，再用粘接剂46固定。在粘接剂46完全硬化后，将毛细管44插入套筒42的内孔42a中，例如使相互的记号对应进行定位；同时一边进行观察测定一边定位以使光纤45的端面45a和局部呈球面的透镜43的球面43c的距离为0.25mm±2μm，并用粘接剂46固定。这样，形成了图1所示的光准直器41。
图5表示另一个实施例的具有长动作距离的光准直器51。本实施例的光准直器51具有中央带内孔52a的圆筒状套筒52、局部呈球面的透镜53和毛细管54。局部呈球面的透镜53，在由折射率大致均匀的玻璃制成的圆柱部的两端具有曲率中心大致相同的透光球面53c；当插入固定在套筒52的内孔52a中时，与套筒52的外周面的中心轴B偏心规定量的位置成为光轴X。毛细管54，当插入固定在套筒52的内孔52a中时，将光纤55固定在与套筒52的外周面的中心轴B偏心规定量的位置。局部呈球面的透镜53和固定光纤55的毛细管54被固定在光学上适当的位置上，以作为光准直器可在套筒52的内孔S2a中正确动作。平行光57从光准直器51的外周面的中心轴A入射/射出。即，从局部呈球面的透镜53外侧的透光球面53c射出的平行光57的光轴Z，在以套筒52的外周面的中心轴B为中心、半径0.02mm的范围以内、且与套筒52的外周面中心轴B成角度为0.2度以内的范围内。
构成图5所示的光准直器51的局部呈球面的透镜53的外周面的中心轴D和光轴X的偏心量δ、以及毛细管54的外周面的中心轴与光纤55的光轴Y的偏心量δ，可用上式1表示。式中，n1光纤55的芯部的折射率，n2空气的折射率(在大气中时)n3局部呈球面的透镜53的折射率，r局部呈球面的透镜53的曲率半径，θ光纤55的端面55a的倾斜研磨角度。
表3表示使用光学玻璃LaSF015作为局部呈球面的透镜53的材料时的各个参数的例子。
表3
利用上述各参数，由上式1计算的偏心量δ为0.20mm。因此，在表3所示参数的情况下，图5所示结构的具有长动作距离的光准直器51上使用的局部呈球面的透镜53和毛细管54的偏心量可为0.20mm。
在这个实施例中，套筒52由玻璃制成，外径为1.4mm，内径为1.0mm，全长8.0mm。套筒52的外周面中心轴B和内孔52a的中心轴C一致。另外，套筒52也可用微晶玻璃制成。另外，如果与局部呈球面的透镜53和毛细管54的热膨胀系数差值在50×10-7/K以内，则该套筒可以使用金属或陶瓷制成的组合套筒。
在这个实施例中，局部呈球面的透镜53由折射率大致均匀的光学玻璃LaSF015制成，透光球面53c的曲率半径r为2.75mm。局部呈球面的透镜53的外周面中心轴D和光轴X的偏心量δ为0.20mm。此外，为了减少光信号在局部呈球面的透镜53的透光球面53c上的反射，可形成反射防止膜(图中没有示出)。
在这个实施例中，毛细管由玻璃制成，外径为1.0mm，全长4.3mm。光纤55固定在毛细管54的内孔中的状态下，毛细管54的外周面的中心轴E和光纤55的光轴Y的偏心量δ为0.20mm。为了减少从固定在内部的光纤55的端面55a反射回来的光，毛细管54的端面，相对于与光轴上Y垂直的平面倾斜研磨成8度，并且，在端面55a上形成反射防止膜(图中没有示出)。
将上述的毛细管54和局部呈球面的透镜53分别插入套筒52的内孔52a中，用环氧系树脂等粘接剂56将毛细管54和局部呈球面的透镜5固定在使光纤55的端面55a和局部呈球面的透镜53的透光球面53的光学上适当的距离为0.40mm的位置上，以使光准直器正确地动作。
其次，表4中表示具有长动作距离的光准直器51的插入损失、反射衰减量(也称为返回损失)、平行光57的射出偏角(也称为光束倾角)及平行光57的光轴Z与光准直器51的外周面中心轴A的偏心量(也称光轴偏心)的测定结果。
表4
在这些测定中，使用波长为1550nm的光。另外，插入损失是在将一对光准直器51对向装配并使动作距离为150mm的状态下测定的。这里，所谓动作距离是在对向装配一对光准直器51的情况下相对向的局部呈球面的透镜53的透光球面53c之间的的空间距离。
如表4所示，关于插入损失和反射衰减量，实施例发挥与以往例子相同或在其以上的性能，实用上没有问题。
另外，实施例的射出偏角在0.1度以下，与具有长动作距离的光准直器的以往例子比较，是非常好的值。实施例的平行光57的光轴偏心量在0.015mm以下，例如，在与图11所示的相同的情形下，在将一对光准直器51以处于它们的长动作距离的位置且各套筒52的外周面的中心轴B相互一致的状态相对向搭载在一条V形槽上的情况下，即使在没有调心的状态下，对于输入信号也可得到自动调心装置工作的-30dB以上的光信号的响应。例如，在图5的光学系统中，最好的情况下，光信号的插入损失为1.0dB左右而得到了足够的光信号响应。从而，在利用自动调心装置等组装需要具有长动作距离的光准直器51彼此间的调心作业的光功能部件时，与具有长动作距离的以往例子比较，可以显著改善作业效率。
另外，本实施例的光准直器51，不论是否具有150mm的长动作距离，都可将局部呈球面的透镜53的外径减少至1.0mm，而可以实现外径减少至1.4mm的细径化。然而，如图10所示，在使用偏心套筒32，制造具有150mm的动作距离的光准直器31的情况下，当将局部呈球面的透镜33的外径减少至1.0mm时，入射/射出的平行光37中产生缺损37a，结果产生1.0dB左右的插入损失，实用上是一个大问题。另一方面，即使为了不在入射/射出的平行光37中产生缺损37a而使局部呈球面的透镜33的外径做成1.25mm，也由于局部呈球面的透镜33的外周面中心轴X和入射/射出的平行光37的光轴Z的偏心量为0.20mm，所以物理上不可能制造外径为1.4mm、内径为1.0mm的偏心套筒32。因此，必须使用外径为1.8mm的偏心套筒32。即，当换算为轴方向的截面积时，本实施例的光准直器51，与以往的光准直器31比较，直径可减小为0.6倍。
权利要求
1.一种光准直器，其特征在于，具有套筒，具有与外周面同心的内孔；局部呈球面的透镜，具有插入上述套筒的内孔中的圆柱部、和设在该圆柱部的两端的透光球面，该透光球面的光轴位于与上述套筒的外周面的中心轴偏心的位置；毛细管，被插入上述套筒的内孔中，在与上述套筒的外周面的中心轴偏心的位置上固定光纤，并且该光纤的倾斜的端面对准局部呈球面的透镜。
2.如权利要求1所述的光准直器，其特征在于，从上述局部呈球面的透镜的外侧的透光球面射出的平行光的光轴位于以上述套筒外周面的中心轴为中心、半径0.02mm的范围以内，并且，位于与上述套筒的外周面的中心轴成角度为0.2度的范围以内。
3.如权利要求1所述的光准直器，其特征在于，在使上述各套筒的外周面中心轴相互一致的状态下，将一对上述的光准直器装配在这一对光准直器的动作距离内的位置，并且使其从一个上述光准直器的光纤导入光时，能够从另一个相对配置的上述光准直器的光纤得到-30dB以上的光响应。
4.如权利要求1所述的光准直器，其特征在于，上述套筒由玻璃或微晶玻璃制成。
5.如权利要求1所述的光准直器，其特征在于，上述套筒是组合套筒。
6.如权利要求1所述的光准直器，其特征在于，上述毛细管由玻璃或微晶玻璃制成。
7.如权利要求1所述的光准直器，其特征在于，上述套筒、上述局部呈球面的透镜和毛细管相互间的热膨胀系数差值在50×10-7/K以内。
8.如权利要求1所述的光准直器，其特征在于，上述毛细管通过拉伸法制造。
全文摘要
光准直器具有套筒、局部呈球面的透镜和固定了光纤的毛细管。套筒具有与其外周面同心的内孔。局部呈球面的透镜，具有插入套筒的内孔中的圆柱部和设在该圆柱部两端的透光球面。透光球面的光轴位于与套筒的外周面的中心轴偏心的位置。毛细管被插入套筒的内孔中，在与上述套筒的外周面的中心轴偏心的位置上固定光纤，并将该光纤的倾斜的端面朝向局部呈球面的透镜。
文档编号G02B6/32GK1761899SQ20048000690
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月22日 优先权日2003年3月20日
发明者田中宏和, 角见昌昭 申请人:日本电气硝子株式会社