[发明专利]光纤准直仪系统、光纤准直仪阵列、光纤准直仪系统和光纤准直仪阵列系统的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔着任意光学元件相对地配置带GRIN透镜的光纤的光纤准直仪系统、多个带GRIN透镜的光纤并列定位的光纤准直仪阵列、光纤准直仪系统的制造方法和将光纤准直仪阵列相对配置的光纤准直仪阵列系统的制造方法。

背景技术

以往在光信息传输的过程中，使来自一方光纤的发散光即出射光经准直透镜变为平行光，该平行光传播后，经另一准直透镜会聚，射入另一方的光纤中。此类光学系统称为“准直仪系统”，通过在两准直仪透镜之间插入滤光器或光隔离器元件、光开关、光调制器等各种光学元件，可以构建多种光学模块。准直透镜虽一般采用凸透镜，然而从便于安装的角度出发也可使用圆柱状的渐变折射率透镜(GradedIndex透镜，以下简称“GRIN透镜”)。该GRIN透镜如图1所示，在其剖面方向x、y的折射率n表示为下述(1)式时，圆柱状的中心轴的折射率最高，并且如果从中心轴向外周方向离开则折射率呈二次曲线状连续下降，通过该折射率分布而发挥透镜作用。

n＝n₀{1-g²r²/2}(1)

此处，g为表示GRIN透镜的聚光能力的常数，n₀为GRIN透镜的材料折射率，r为半径方向的距离(r²＝x²+y²)。

如图1所示，若GRIN透镜的半径为a，半径a处的折射率为n_a，则

g＝NA/an₀其中，NA＝(n₀²-n_a²)^1/2(2)

此处，NA为GRIN透镜在中心和周边处的折射率的平方差的平方根，称为数值孔径Numerical Aperture(以下简称“NA”)，是表示透镜性能的重要参数。NA高的透镜聚光能力强，即透镜特性佳。用作准直透镜的GRIN透镜的长度(L)被设定为在GRIN透镜内传播的传播光的蛇行周期的1/4长度或其奇数倍的长度。若设蛇行周期的1/4长度为L_1/4，则

L_1/4＝π/(2g)(3)

此处，GRIN透镜的长度L在相对的准直透镜的间隔较短时，被设定为式(3)所示的传播光的蛇行周期的1/4长度或其奇数倍的长度，如果间隔变长，则一般设定为比L_1/4更长一些以改善耦合损耗。此处，对准直透镜的间隔较短的情况进行说明。

图2是表示相对地配置了一对GRIN透镜1a、1b的单芯准直仪系统的立体图。各GRIN透镜1a、1b，在与其相对面相反侧的端面上连接有光轴一致的光纤2a、2b，来自一方光纤2a的光经与其相连的GRIN透镜1a变为平行光射出，该平行光在另一方的GRIN透镜1b处会聚，导入与其相连的光纤2b中，如此进行光信号的传输。因此，在此类采用GRIN透镜1a、1b的准直仪系统中，为了减少耦合损耗，必须使相对的GRIN透镜1a、1b的光轴、进而GRIN透镜1a、1b与光纤2a、2b的光轴准确地保持一致。

图3是表示相对地配置了一对光纤准直仪阵列1的光纤准直仪阵列系统的概略立体说明图。在两光纤准直仪阵列1之间，插入有2段MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)式的2自由度光开关阵列3。各光纤准直仪阵列1在与各GRIN透镜的相对面相反侧的端面上，连接有光轴一致的光纤2a、2b，由这些光纤的集合构成光纤阵列2。来自一方各光纤2a的光经与其相连的GRIN透镜1a变为平行光射出，在光开关阵列3的光开关3a、3b处反射2次，通过改变反射的角度而得到方向改变后的平行光，该平行光在另一方的各GRIN透镜1b处会聚，导入与其相连的光纤2b中，如此进行光信号的传输。通过分别适量地改变构成2段MEMS式光开关阵列3的2自由度的微反射镜3c的反射角度，来切换光的光路。因此，在此类准直仪系统中，为了减少耦合损耗，必须使对向设置的各GRIN透镜1a、1b的光轴、以及每个GRIN透镜1a与光纤2a的光轴之间分别准确地保持一致。