67 - 電子情報通信学会

平成 22 年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
講演番号： 67
固有ビーム径 GI ファイバを用いた
平凸レンズド光ファイバの反射率低減化
Reflectance reduction of a plano-convex lensed fiber employing a GI-fiber tip with a specific beam diameter
楠本 翔平
Shohei Kusumoto
森田 創
Hajime Morita
依田 秀彦
Hidehiko Yoda
白石 和男
Kazuo Shiraishi
宇都宮大学 大学院工学研究科
Graduate School of Engineering, Utsunomiya University
2. 構造・動作原理と特性解析
図 1 に EB-GIF を用いた P-C レンズドファイバの構造を示す．
SMF に EB-GIF を接続し，その先端に高屈折率平凸型レンズを
形成した構造である[1]．EB-GIF はコア径が SMF のそれより
十分大きいので，レンズ径をビーム径より充分大きくすること
ができる．P-C レンズドファイバの特長は大きな集光効果をも
つこと，およびファイバ先端から集光点までの距離(作動距離)
をゼロにできるためデバイスと直接接続できることである。試
作の結果、図 2 に示すように SMF のモードフィールド直径
(MFD)10.4m を，波長以下の 1.1m に縮小できた。作動距離
は 1.1m となり P-C レンズの外に集光位置があった。
SMF
waveguide
EB-GIF
Si
図 1. P-C レンズドファイバ結合系
1
measured
calculated
Normalized intensity
1. はじめに
我々は，フォトニック結晶やシリコン細線導波路と単一モー
ド光ファイバ(SMF)を高効率かつ小型・簡便に接続する方法と
して，固有ビーム径 GI ファイバ(EB-GIF)を用いたプラノコン
ベックス(平凸)型レンズドファイバ(以降 P-C レンズドファイバ
と略す)の開発を行ってきた[1-2]．今回，P-C レンズドファイ
バ先端に単層の反射防止(AR)膜を施すことにより有効な反射
率低減効果が得られることが明らかになったので報告する。
Input
(MFD=10.4m)
Output
(MFD=1.1m)
0.5
0
-10
-5
0
Radial distance [m]
5
10
図 2. 集光位置における光強度分布
3. 反射率低減化
P-C レンズドファイバの反射特性を，FDTD 法を用いて解析
した。試作したレンズドファイバでは透過率が約 56%となっ
た。本構造のように AR 膜に入射する MFD が小さいと AR 膜
内で光が回折し，AR 膜と空気の境界に入射する光が垂直でな
くなり，その結果反射率が高くなると考えられる。そこで式
(1)を満たすように，ファイバ先端に単層の AR 膜を施した。
n AR  n1n2 ,
n AR d 

4
(1)
ここで，高屈折率層の屈折率 n1 ，外側の屈折率 n2，波長 ，
AR 膜の屈折率 nAR，膜厚 d とした。
解析結果を図 3 に示す。n2=1 の時，透過率は約 85%となっ
た。また、屈折率を直線的に変えた傾斜膜を用いた場合もほぼ
同様の透過率となり十分な反射低減ができないことがわかった。
これは空気との境界で全反射が起きてしまうことが原因である。
そこで外側に直接接合用樹脂(n2=1.41)の時を仮定し，式(1)の条
件を満たす単層 AR 膜を仮定した。解析結果を図 4 に示す。透
過率は約 98%となり、外側が樹脂の場合は，単層 AR 膜でも十
分な反射低減を得られることが分かった。これより，最終的な
目的である導波路とファイバを樹脂で直接接続する際には十分
な反射低減効果が得られることがわかった。
参考文献
[1] 古田, 他, 信学技報 OFT2008-83, 2009 年 1 月.
[2] K. Shiraishi, et al., Appl. Opt., 47, 6345(2008).
図 3. 先端部電界強度分布（n2=1）
図 4. 先端部電界強度分布（n2=1.41）
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