專利名稱：具有聚光功能的光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使與光學(xué)器件連接的光纖的端部上附加有聚光功能的光纖及其制造方法，特別是涉及具有能以最低限度的光損失與特定的光學(xué)器件耦合的光纖及其能以高效率和高精度制造光纖的制造方法。
背景技術(shù)：
使與光源、受光器、光調(diào)制器、光開關(guān)，其它的光學(xué)器件連接的光纖的端部附加有聚光功能的思想從過去就有人建議過，例如在特開平3-189607號公報中公開了通過使芯部分的折射率在徑向連續(xù)變化的漸變折射率光纖(以下稱GI)連接在單模光纖的一端部上使光纖具有聚光功能的方案。
在上述特開平3-189607號公報中公開的光纖如圖5所示那樣，通過使GI光纖12融接或粘接在單模光纖11的端面上后把GI光纖12切斷成規(guī)定的長度而短塊化并把該短塊狀的GI光纖用作圓柱狀的透鏡，使光纖具有聚光功能。另外，在圖5中，11a表示單一模光纖11的被覆(外皮)。
圖6是說明在圖5所示的構(gòu)造的光纖中傳輸?shù)墓馐膫鬏敔顟B(tài)一例的光線圖，當(dāng)光束LB從單模光纖11前進到GI光纖12中時，光束LB逐漸擴展后通過GI光纖12的透鏡作用被會聚后從其端部向外部射出。從GI光纖12的端面向外部射出的光束LB在距GI光纖12的端面規(guī)定的距離WD的位置(焦點位置)上具有束腰。另外在圖6中W表示束腰的直徑。
可是，為了使上述構(gòu)造的光纖與所希望的光學(xué)器件以最小限度的損失光耦合，即為了使光纖與光學(xué)器件間的耦合效率提高，而最好是把光學(xué)器件配置在離開GI光纖12的端面距離WD的位置上進行光耦合。因為束腰的位置由起透鏡作用的GI光纖12的長度決定，所以必需根據(jù)光學(xué)器件的種類和大小(形狀尺寸)來調(diào)整束腰位置。
雖然束腰位置的調(diào)整可以通過改變GI光纖12的長度來進行，但當(dāng)GI光纖12的長度改變時，不僅束腰位置改變，束腰直徑W也改變。在圖5中所示的在先技術(shù)的光纖中，因為參數(shù)只是GI光纖12的長度，所以當(dāng)GI光纖12的長度改變時，束腰位置和束腰直徑W連動地改變。
因此，即使根據(jù)與該光纖耦合的光學(xué)器件的種類和大小等改變GI光纖12的長度，將在束腰位置的距離WD設(shè)定為規(guī)定的值，屢屢出現(xiàn)連動變化的束腰直徑與該光學(xué)器件不合適這樣的情況，因此存在通過使GI光纖12的長度可變只調(diào)整束腰位置不能得到光纖與光學(xué)器件間的良好耦合這樣的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有能容易固定根據(jù)光耦合的光學(xué)器件的合適的束腰位置和束腰直徑的聚光功能的光纖。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能容易和高精度正確制造具有合適的束腰位置和束腰直徑的光纖的光纖制造方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明的第一方面，提供一種具有聚光功能的光纖，該光纖包括單模光纖；一個面連接在該單模光纖的端面上并與該單模光纖具有同一直徑以及由折射率相同的光纖組成的設(shè)定的長度的短塊狀的墊片；一個連接上述墊片的另個面上并且其與上述單模光纖具有相同直徑和折射率徑向連續(xù)變化設(shè)定的長度的短塊狀的漸變折射率的光纖。
本發(fā)明的第二方面提供一種具有聚光功能的光纖，該光纖包括使平行排列的多根單模光纖通過覆蓋這些單模光纖的外皮而一體化的多芯的單模光纖；由具有與上述單模光纖相同直徑的、并由折射率相同的、設(shè)定長度的多根光纖組成的短塊狀的光纖墊片，所述的多個墊片的一方的光纖端面分別與上述多根光纖的一方的端面相連接；由具有與上述單模光纖相同直徑的、并折射率在徑向連續(xù)變化的、設(shè)定長度的多根短塊狀的、漸變折射率的光纖，所述多根漸變折射率的光纖的一方的端面分別與所述多個墊片的另一方的端面相連接。
本發(fā)明的第三方面提供一種具有聚光功能的光纖的制造方法，該方法包括使由折射率相同的并比設(shè)定的長度長的光纖構(gòu)成的墊片與折射率在徑向連續(xù)變化的和比設(shè)定的長度長的漸變折射率的光纖端面彼此之間互相連接的第一工序；把上述墊片切成設(shè)定的長度的第二工序；使單模光纖的端面連接在上述墊片的切斷面上的第三工序；把上述漸變折射率的光纖切斷成設(shè)定的長度的第四工序。
本發(fā)明的第四方面提供一種具有聚光功能的光纖的制造方法，該方法包括使由折射率相同的并比設(shè)定的長度長的多根光纖構(gòu)成的多個墊片與折射率在徑向連續(xù)變化的和比設(shè)定的長度長的多根的折射率漸變的光纖的端面彼此互相連接的第一工序；把上述多根墊片切成設(shè)定長度的第二工序；使平行排列多根單模光纖后用外皮覆蓋一體化的多芯單模光纖的各個端面連接在對應(yīng)上述多個墊片所對應(yīng)的切斷面上的第三工序；把上述多根的漸變折射率光纖切斷成設(shè)定的長度的第四工序。
最好是，上述多個墊片是由平行排列折射率相同的并比設(shè)定的長度長的多根光纖后用外皮覆蓋而一體化的多芯光纖構(gòu)成；最好是，上述多根的漸變折射率光纖是使折射率在徑向連續(xù)變化的和比設(shè)定的長度長的多根漸變折射率變化纖平行排列后用外皮覆蓋一體化的多芯的漸變折射率的光纖；最好是，上述多個墊片和上述多根漸變折射率的光纖具有相同的多芯構(gòu)造，并且與上述多根單模光纖的多芯構(gòu)造相同。
按照本發(fā)明，因為墊片的長度和GI光纖的長度可獨立地改變，所以可以使設(shè)定束腰位置上的距離WD和束腰直徑W的自由度大幅度增加。并且使所述距離WD和束腰直徑的設(shè)計范圍變寬。結(jié)果可以根據(jù)與該光纖耦合的光學(xué)器件的種類和大小等將距離WD和束腰直徑W正確設(shè)定在合適的值上。并且因為光纖與光學(xué)器件以最低限度光損失進行光耦合，所以可以使光耦合效率提高。
另外，因為可以以墊片和GI光纖的連接界面為基準(zhǔn)測定墊片和GI光纖的長度，所以可以將墊片和GI光纖切成容易和高精度地正確設(shè)定的長度。并且使用于使用比設(shè)定長度充分長的墊片和GI光纖進行連接工序和切斷工序的作業(yè)容易，從而可以提高制造效率。


圖1是表示本發(fā)明的光纖的第一實施例的透視圖。
圖2是用于說明在圖中所示的光纖中傳遞的光束狀態(tài)的一例的光線圖。
圖3A～圖3D是用于按工序順序說明本發(fā)明的光纖制造方法的一實施例的概略側(cè)面圖。
圖4是表示本發(fā)明的光纖第二實施例的透視圖。
圖5是表示具有聚光功能的在前技術(shù)的光纖一例的透視圖。
圖6是用于說明在圖5中所示的光纖中傳輸?shù)墓馐膫鬏敔顟B(tài)一例的光線圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，因為本發(fā)明可能以很多不同的方式實施，所以不能把以下描述的實施例理解為對本發(fā)明的限定。后述的實施例是下面的公開充分完整的實施例，是為了使本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員充分了解本發(fā)明的范圍而提供的。
圖1是表示本發(fā)明的光纖的第一實施例的透視圖，特別示出了其端部構(gòu)造。該第一實施例的光纖具有單模光纖11的端面與芯部分的折射率相同的設(shè)定長度的短塊狀墊片13的一個端面連接而該墊片13的另一端面與設(shè)定的長度的短塊狀的GI光纖(上述的芯部分的折射率在徑向連續(xù)變化的漸變折射率光纖)12的一端面連接的端部構(gòu)造。在本實施例中通過使墊片13的另一端面熔融在單模光纖11的端面上使模光纖11與墊片13光耦合，同樣通過使GI光纖12的一個端面熔融在墊片13的另一端面上使墊片13與GI光纖12光耦合，當(dāng)然也可以用粘接等其它連接手段進行光耦合。
墊片13由折射率相同的光纖構(gòu)成，在本實施例中使用石英制的光纖。墊片13和GI光纖12的直徑設(shè)定成與單模光纖11的直徑(含外皮)的直徑相同，這兩個外徑例如設(shè)定為125μm。
圖2是用于說明中在圖1中所示的構(gòu)造的光纖中傳輸?shù)墓馐膫鬏敔顟B(tài)一例的光纖圖，在該例中，當(dāng)光纖LB從單模光纖11進入到墊片13中時，光束LB邊逐漸放大邊傳輸，在該擴大的狀態(tài)下到達GI光纖12。光纖在該光纖12中進一步擴大后，通過GI光纖12的透鏡作用而會聚后從其端面向外部射出。
在上述構(gòu)成的光纖中，由于存在墊片13的長度和GI光纖12的長度兩個參數(shù)，所以可以獨立設(shè)定從GI光纖12的端面到束腰的位置的距離WD和束腰的直徑W，并使設(shè)計范圍變寬。因此如確定對應(yīng)于與光纖耦合的光纖的規(guī)格、種類和大小的距離WD和束腰的直徑W，則可以直接確定墊片13和GI光纖12的長度。這樣，因此能以光損失最小限度地使光纖與光學(xué)器件光耦合，所以可使光耦合效率提高。
下面參照圖3說明上述構(gòu)造的第一實施例的光纖制造方法。
圖3A～3D是用于順次說明在圖1中示出的光纖的制造方法的一實施例的概略側(cè)面圖。首先如圖3A所示那樣，使具有與單模光纖11相同外徑的折射率一樣的墊片13的端面和具有與同一單模光纖11相同外徑的GI光纖12的端面通道分別熔融互相連接。這時預(yù)先使墊片13和GI的光纖12的長度比設(shè)定的長度要長得多。
接著如圖3B所示那樣，利用例如應(yīng)力切斷器將墊片13的長度切成設(shè)定的規(guī)定長度，進行短塊化。
接著如圖3C所示那樣，使單模光纖11的端面熔融在短段的墊片13的切斷面上，使其互相連接。因此使短塊設(shè)定的長度的墊片13在單模光纖11與GI光纖12之間連接起來。
接著如圖3D所示，利用例如應(yīng)力切斷器使GI光纖的長度12切斷成設(shè)定的規(guī)定的長度，進行短塊化。借此得到具有順次使短塊設(shè)定的長度的墊片13和相同短塊設(shè)定的長度的GI光纖12順次連接在單模光纖11的端面上的端部構(gòu)造。
另外，墊片13和GI光纖12的長度通常設(shè)定在0.1～1.0mm左右。另外也可以使用熔融以外的其它連接手段，使GI光纖12與墊片13之間和單模光纖113與墊片13之間連接起來。
按照上述的制造方法，在圖3B所示的工序中把墊片13切斷成設(shè)定的長度時，可以把墊片13與GI光纖12的熔融界面作為基準(zhǔn)測定墊片13的長度。同樣在圖3D所示的工序中在把GI光纖12切斷成設(shè)定的長度時，也可以把墊片13與GI光纖12的熔融12的熔融界面作為基準(zhǔn)測定GI光纖12的長度。GI光纖12的折射率在徑向連續(xù)變化，而墊片13的折射率是相同的，所以可以根據(jù)折射率的差容易判別(識別)這兩個熔融界面。從而可以把墊片13和GI光纖12容易、高精度正確地切斷成設(shè)定的長度。
另外，因為使用比設(shè)定的長度長得多的墊片13和GI光纖12進行上述連接工序和切斷工序而使這些作業(yè)容易，從而使制造效率提高。
另外單模光纖11使用通常把未示出的待與墊片13連接的端部的被覆只除去10mm左右的長度后使用，同樣墊片13和GI光纖12也把未示出的被覆只除去10mm左右長度后使用，將具有這兩個被覆的部分后除去。
雖然在上述第一實施方式中，就把本發(fā)明使用在一根單模光纖11中的情況進行了說明，但是對例如多根單模光纖平地排列而一體化的條狀(平面狀的多芯的光纖也可以使用本發(fā)明)。
圖4是表示本發(fā)明的光纖的第二實施例的透視圖，表示把本發(fā)明適用在從平行地橫向并置的四根單模光纖11的被覆11a的上面開始再覆蓋上幾乎橢圓形的外皮21a而形成一體的條狀四芯的光纖21上的情況。該第二實施例的四芯條狀光纖21具有設(shè)定的規(guī)定長度的短塊狀的折射率相同的墊片13的一個端連接在各單模光纖11的端面上，和定的規(guī)定長度的短塊狀GI光纖12的一端面連接在各墊片13的另一端面上的構(gòu)造。因此當(dāng)在各個單模光纖11中傳輸?shù)墓馐鴱膯文９饫w進入到墊片13中時，光束邊逐漸擴大邊傳輸在該擴大狀態(tài)到達GI光纖12。在該GI光纖中光束進一步擴大后利用GI光纖12的透鏡作用聚光后從其端外向外部射出。
因此，在該第二實施方式的條狀的光纖21中，各單模光纖11也與上述第一實施例的情況相同，因為存在墊片13的長度和GI光纖12的長度的兩個參數(shù)，所以如果確定到束腰的位置的距離WD和束腰直徑W，則就可以直接確定墊片13和GI光纖12的長度。于是因得到與上述第一實施例的情況相同的作用和效果是顯而易見的，所以省略其說明。
在制造圖4中所示的條狀光纖21時，最好在準(zhǔn)備具有與條狀光纖21相同構(gòu)成的四芯條狀的墊片和四芯條狀GI光纖作為墊片13和GI光纖12后使墊片13與GI光纖12的連接工序、墊片13的切斷工序、墊片13與單模光纖11的連接工序和光纖GI光纖12的切斷工序分別就四根同時進行時，可以降低制造成本。
另外，按照上述第二實施例，對通過四根單模光纖平行地在橫向并置后再被覆這些光纖的外皮一體化的條狀的四芯光纖適用本發(fā)明，但單模光纖的根數(shù)不限于四根，并且構(gòu)成墊片的折射率相同的光纖也不限于石英制的光纖。
如以上所清楚說明那樣，因為本發(fā)明的光纖不僅具有聚光功能，還可以根據(jù)兩個參數(shù)獨立地設(shè)定到束腰位置的距離WD和束腰直徑W，所以使距離WD和束腰直徑W的設(shè)定范圍擴大。結(jié)果得到能根據(jù)與該光纖光耦合的光學(xué)器件的種類和大小等正確地設(shè)定適合的距離WD和束腰直徑W這樣的優(yōu)點。并且還得到因為能使光損失達到最低限度地使光纖與光學(xué)器件進行光耦合而能使光耦合效率提高的優(yōu)點。
另外，按照本發(fā)明的光纖制造方法，在把墊片和GI光纖切斷為設(shè)定的長度時，可以把與墊片和GI光纖的連接界面作為基準(zhǔn)測定這兩個長度。從而得到能容易、高精度、正確地把墊片和GI光纖切斷成設(shè)定的長度的這樣的顯著優(yōu)點。另外因為使用比設(shè)定長度足夠長的墊片和GI光纖進行連接工序和切斷工序，所以作業(yè)容易，從而得到使制造效率提高的優(yōu)點。
雖然上面是就圖示的優(yōu)選實施例記載本發(fā)明的，但在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以對上述的實施例進行各種改型，變更和改良，因此顯然，本發(fā)明不受例示的實施例的限定，這些改型、變更和改良也都包含在本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有聚光功能的光纖，其特征在于，包括單模光纖；一方的端面連接在該單模光纖的端面上并與該單模光纖具有同一直徑以及由折射率相同的光纖組成的設(shè)定的長度的短塊狀的墊片；一方的端面連接上述墊片的另一方的端面上并且與上述單模光纖具有相同直徑和折射率在徑向連續(xù)變化、設(shè)定的長度的短塊狀的漸變折射率的光纖。
2.一種具有聚光功能的光纖，其特征在于，包括使平行排列的多根單模光纖通過覆蓋這些單模光纖的外皮而一體化的多芯的單模光纖；由具有與上述單模光纖相同直徑的、并由折射率相同的、設(shè)定長度的多根光纖組成的短塊狀的光纖墊片，所述多根光纖組成的墊片的一方的端面分別與上述多根光纖的一方的端面相連接；由具有與上述單模光纖相同直徑的、并折射率在徑向連續(xù)變化的、設(shè)定長度的多根短塊狀的、漸變折射率的光纖，所述多根漸變折射率的光纖的一方的端面分別與所述多個墊片的另一方的端面相連接。
3.一種具有聚光作用的光纖的制造方法，其特征在于，包括使由折射率相同的并比設(shè)定的長度長的光纖構(gòu)成的墊片與折射率在徑向連續(xù)變化的和比設(shè)定的長度長的漸變折射率的光纖端面彼此之間互相連接的第一工序；把上述墊片切成設(shè)定的長度的第二工序；使單模光纖的端面連接在上述墊片的切斷面上的第三工序；把上述漸變折射率的光纖切斷成設(shè)定的長度的第四工序。
4.一種具有聚光功能的光纖的制造方法，其特征在于，包括使由折射率相同的并比設(shè)定的長度長的多根光纖構(gòu)成的多個墊片與折射率在徑向連續(xù)變化的和比設(shè)定的長度長的多根的折射率漸變的光纖的端面彼此互相連接的第一工序；把上述多根墊片切成設(shè)定長度的第二工序；使平行排列多根單模光纖后用外皮覆蓋一體化的多芯單模光纖的各個端面連接在對應(yīng)上述多個墊片所對應(yīng)的切斷面上的第三工序；把上述多根的漸變折射率光纖切斷成設(shè)定的長度的第四工序。
5.如權(quán)利要求4所述的具有聚光功能的光纖制造方法，其特征在于上述多個墊片是由平行排列折射率相同的并比設(shè)定的長度長的多根光纖后用外皮覆蓋而一體化的多芯光纖構(gòu)成；上述多根的漸變折射率光纖是使折射率在徑向連續(xù)變化的和比設(shè)定的長度長的多根漸變折射率變化纖平行排列后用外皮覆蓋一體化的多芯的漸變折射率的光纖；上述多個墊片和上述多根漸變折射率的光纖具有相同的多芯構(gòu)造，并且與上述多根單模光纖的多芯構(gòu)造相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有能基本上獨立改變到束腰部位置上的距離(WD)和束腰直徑(W)的聚光功能的光纖和能高效率和高精度地制造光纖的方法。使具有與該單模光纖具有同一直徑并由折射率相同的光纖組成的短塊狀的墊片連接在該單模光纖的端面上；使與上述單模光纖具有同一直徑并折射率在徑向連續(xù)變化的短塊狀的漸變折射率的光纖連接在該墊片的端面上。通過調(diào)整上述墊片和/或GI光纖的長度將束腰距離WD和/或束腰直徑(W)設(shè)定在適合于所述光耦合的光學(xué)器件的值上。
文檔編號G02B6/32GK1402029SQ0212761
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月3日
發(fā)明者加藤嘉睦 申請人:日本航空電子工業(yè)株式會社