JPH01503575A - 光導波体へ異なるモード群を発射するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光導波体へ異なるモード群を発射するための装置本発明は光ファイバのような光 導波体中に角度の異なるモード群を発射するための装置に関するものである。

２、関連技術の説明 光ファイバおよび傾斜屈折率ロッドのような光導波体は光エネルギの角度の異な るモード群を伝送する。角度の異なるモード群は、異なる入射角度で、即ち受信 ファイバの縦軸に関して異なる角度で別々の光源から受信ファイバへ光エネルギ を導くことによって達成される。角度が異なるモード群は光ファイバによって同 時に伝送される。

このモードまたは角度多重化は、例えば情報を伝達するためあるいは侵入検出シ ステムにおいて使用される。侵入検出情報は光ファイバによって伝送されたモー ドを適切に比較することによって得られる。

制御された方法において受信ファイバ内へこれらのモード群を選択し発射するこ とは非常に困難である。この理由の１つは、受信ファイバが典型的に、使用され なければならない光源の適切な寸法に比較すると非常に小さい直径を有するとい うことである。結果的に、ファイバ内への光エネルギの発射において実質的にパ ワー損失がある。加えて、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような典型的な光源はし ばしば非常に広い範囲の角度にわたって光を放射する。この広い範囲の角度はモ ード純度を減少し、達成されるパワーとモード純度の結果として生じる結合は減 少される。モード純度はモード群が共に混合し互いに干渉する程度によって測定 され、より高いモード純度はこのような混合および干渉が減少されるとき得られ る。

これらの問題をアドレスする試みにおいて、製造および組立てに内在する整列お よび公差の蓄積を非常に正確に制御するための努力がなされている。不運なこと に、このアプローチは費用がかかり、製造困難をなし、周囲の状況に敏感である 。

発明の概要 本発明は上述された聞届を克服する先導波体へ角度の異なるモード群を発射する ための装置を提供する。明らかに、モード群は良好なパワーおよびモード純度で 先導波体内へ発射され、一方部品の位置および配列における高い正確さの必要性 を排除する。本発明の装置は比較的簡単に製造され、装置の費用も減少される。

本発明によって、コリメートされた光は受信先導波体に向けられる。コリメート されたビームは良好なモード純度を与え、パワニーモード純度の妥協を最適化す る。コリメートされたビームは先導波体の受信面の断面積より大きい断面積であ ることが好ましい。これは比較的不正確な交差で部品の組立てることを可能にす る。

これらの望ましい結果は、第１の軸に沿ってコリメートされた光の第１のビーム を供給するだめの第１の手段と、第２の軸に沿ってコリメートされた光の第２の ビームを供給するだめの第２の手段とを含み、ビームが交差ゾーンで交差するよ うな装置によって達成される。この装置はまたビームの交差ゾーンに受信面を有 する先導波体を含み、そのためビームはそれぞれ第１および第２のモード群とし て光導波体内へ発射される。

第１および第２の手段の各々は光源、コリメータ、およびコリメータへ光を伝送 するための光ファイバのような光伝送手段を含む。光源はＬＥＤあるいはレーザ ダイオード（ＬＤ）のような任意の通常の光源であっても良く、光伝送光学装置 を伴っていてもいなくても良い。光ビームのコリメーションは、コリメートレン ズまたは傾斜屈折率のロッドによるような任意の通常の方法で達成される。受信 端部で、光導波体は角度の異なるモード群を伝送することのできる任意の細長い 部材であってもよく、例えば段階屈折率の光ファイバおよび／または１／２ピツ チのような適切なピッチの傾斜屈折率ロッドを含んでも良い。

所望されるなら、ビームスプリッタは一部のコリメートされたビームを反射する ため使用される。反射された一部のコリメートビームは交差ゾーンで交差し、受 信面を有する第２の先導波体はこのような交差ゾーンである。これは角度の異な るモー　ド群を第２の先導波体へ発射する。反射された角度の異なるモード群は 、例えば光源の絶対パワーレベルを安定化するフィードバック回路において使用 される。反射されたモー・ド群の使用は望ましいけれども、それは本質的ではな い。

好ましい構造において、この装置はその中に室を存するハウジング、第１および 第２のポートおよび受信ボートを含み、このポートの各々は室とハウジングの外 部との間の連絡を与える。第１および第２のコリメート手段またはコリメータお よび第１および第２の光伝送手段は各々第１および第２のポートにおいて受けら れ、光導波体は受信ポートにおいて受けられる。第１および第２のポートは受信 ポートに面しており、そのためコリメートされた光は光導波体に向けられる。製 造を容易にするため、第１のポートおよび受信ポートの縦軸が同軸であることが 望ましい。

この構造によって、単独ハウジングはコリメート光学装置および受信光導波体の 全てのための３次元整列を提供する。

必要とされる整列は例えばポートのようなハウジングの適切な部分の製作を制御 することによって達成される。温度変化の影響を減少するため、１以上の光伝送 手段が関連するポートにおいてスライドできるように受けられ、弾力のある手段 は関連するコリメータに向けておよび対向して光伝送手段を弾力的に押付ける。

もしビームスプリフタが設けられるならば、ハウジングの空洞中に配置され、コ リメートされたビームの反射部分をハウジングの第２の受信部分において受けら れた第２の先導波体へ向ける。好ましい構造においては、室において肩部があり 、弾力性手段は肩部に対してビームスプリッタを弾力的に押付ける。弾力性手段 はビームスプリッタを移動しフィードバック回路内へ充分なエラーを導くことを 増加させる粘着剤より望ましい。

本発明は、その付加的特徴および利点と共に、添附図面と関連して得られる以下 の説明を参照して最も良く理解される。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の教示に従って構成された装置の１形式の概略図である。

第２図は光エネルギの２つの角度の異なるモード群を示す強度対入射角度のグラ フである。

第３図は本発明の教示に従って構成された装置の１形式を示す斜視図である。

第４図は第３図のライン４−４に沿って得られた断面図で第１図はＬＥＤ１３お よび１５の形の光源、コリメータＣ１およびＣ２、受信光導波体Ｒ１およびＲ２ およびビームスプリッタ１７を含む装置ｌｌを示す。図示された実施例において 、ＬＥＤ１３および１５は同一である。コリメータＣ１およびＣ２は同じであっ ても良く、それらの各々は例えば適切なコリメートレンズまたは傾斜屈折率ロッ ドを含む。

装２１１において、ＬＥＤ１５およびコリメータＣ１はＭｌの軸２１に沿ってコ リメートされた光の第１のビーム１９を供給し、ＬＥＤ１５およびコリメータＣ ２は第２の軸２５に沿ってコリメートさた光の第２の一部２３を供給するように 協同する。ビーム１９および２３は交差ゾーン２６で交差し、鋭角Ａを形成する 。

軸２１および２５もまた同じ角度Ａで交差する。

光導波体Ｒ１は角度の異なるモード群を伝送することができるタイプでなければ ならない。従って、光導波体Ｒ１は入射角度でコリメートされた光を受信し、入 射角度に等しい出力角度でコリメートされた光を供給することができなければな らない。言替えると、先導波体Ｒ１は最少の妨害によって角度の異なるモード群 を伝送することができなければならない。１／２ピツチ長の傾斜屈折率ロッドが 光導波体Ｒ１のため使用されるけれども、この実施例において、光導波体Ｒ１は 段階屈折率光ファイバの形である。

光導波体Ｒ１はビーム１９および２３の交差ゾーン２Ｂに受信面２７を有し、受 信面が軸の交点２１および２５であることが望ましい。光導波体Ｒ１は軸２１と 同軸である縦および光学軸２９を有し、他の方向も使用できるけれども、受信面 ２７は、この実施例において軸２１および２９に対して垂直である。

ビームスプリッタ１７はコリメートされたビーム１９を横切って延在し、それに よって反射されたビーム３１および３３を各々形成するためこれらのビームの一 部を反射する。反射されたビーム３１および３３は交差ゾーン３４で交差し、鋭 角を形成する。

先導波体Ｒ１と同じであっても良い光導波体Ｒ２は反射されたビームぎ１および ３３の交差ゾーン、特にこれらのビームの縦軸の交点に受信面３５を有する。

様々な装置が可能であるけれども、反射されたビーム３１および光導波体Ｒ２の 縦軸は同軸である。ビームスプリッタ１７は別の構造でもよいけれども、示され た実施例においては、それはビーム１９および２３の低いパーセント、例えば８ パーセントを反射するガラスのプレートである。

ビーム１９０入射角度はビーム１９の軸２１と光導波体Ｒ１の軸−ム１９の入射 角度はゼロである。同様に、ビーム２３の入射角度は軸２５および２９によって 形成された角度であり、この実施例においては角度Ａに等しい。第１図において 、軸２１．２５および２９は共通平面である。しかしながら、これらの軸は所望 されるなら多重面であっても良い。

第１図に示された装置は各々角度の異なるモード群３７および３９として先導波 体Ｒ１ヘビーム１９および２３を発射する（第２図）。第２図に示されるように 、モード群３７および３９の各々は複数の別々のモードを含み、比較的狭い範囲 の入射角度にわたって広がる。モード群３７および３９の各々は特定の入射角度 あるいは狭い範囲の入射角度でピークへと上昇する。このピークは角度Ａによっ て角度的に分離される。理想的には、各モード群３７および３９は関連するモー ド群のピークを経て広がる単独モードのみを含む。しかしながら、光のコリメー シヨンが完全ではないので、コリメートされたビーム１９および２３は１以上の 入射角度を有する光を各々含んでいる。加えて、光導波体Ｒ１の直径は小さいの で、それは回折開口として機能する。結果的に、各モード群３７および３９は多 重モードを含み、モードの強度は一般的にピークからそれらの距離が増加するに 従って減少する。

受信面２７が軸２９に対して直角でないなら、これは有効な入射角度を得るため 入射角度と合計されなければならないオフセット角度を生成する。オフセット角 度の効果はモード群のピーク間の間隔を変えることなく横座標に沿ってモード群 ３７および３９の両方を動かすことである。光導波体Ｒ１はモード群３７および ３９を光導波体中で縦方向に他の光学設備（図示されていない）へ伝送し、それ は情報伝送または侵入検出のような種々の目的のためモード群をモニタあるいは 比較する。

低い強度の同様のモード群は光導波体Ｒ１について上述されたものと同じ方法で 先導波体Ｒ２内へ発射され、反射されたモード群は、例えば光源１３および１５ の絶対パワーレベルを安定化するため使用される。

第３図および第４図は装置１１の物理的実施例を例示によって示す。第３図およ び第４図を参照すると、装置１１は本体４３およびねじ４７等の任意の適切な方 法で本体４３へ取付けられた取外し可能なカバー４５を具備するハウジング４１ を含む。ハウジング４１は適当な金属で構成されることが望ましい。

第４図において最も良く示されているように、本体４３はその中の室４９、第１ および第２のポート５１および５３、および第１および第２の受信ポート５５お よび５７を有する。ポート５１および５３は受信ボート５５に面しており、この ポートの各々は室４９とハウジング４１の外部との間の連絡をなす。製造を容易 にするため、ポート５１と５５は同軸であることが望ましく、全ポートの方向が 制御される。

室４９は異なる構造であっても良いけれども、この実施例ではそれは全ボート５ １．５３．５５および５７がそこに伸び出ている主要セクション５９を含み、側 部セクション６１は一般に主要セクション５９から横に延在し、肩部６３を備え る。好ましくは、室４９を定める全表面は光の散乱を最少にするため黒色である 。

室４９はカバー４５によって密閉さ、れる。

同一のモジュール６５および６７は各々ポート５１および５３で受けられる。モ ジニール６５のみが多少詳細に説明され、対応する参照符号はモジュール８フの 対応する部分を示すため使用されている。

モジ；−ル６５は日本シートガラス（Ｎｉｐｐｏｎ　５ｈｅｅｔＧ　１ａｓｓ） 社から市販されており、カラー６８、およびカラーに固定されてポート５１にお いてセットねじ（図示されていない）によって保持されたスリーブも９を含む。

モジュールＢ５はスリーブ中に堅固に取付けられた傾斜屈折率ロッドの形式のコ リメータＣ０を含む。光ファイバ７１はフィッティング７３によって支持され、 それはまたモジニールの一部を形成し、スリーブ中にスライドできるように受け られ、そのため光ファイバの末端はコリメータＣ１と接触するように押付けられ る。光ファイバ７１は光源（第３図および第４図には図示されていない）からコ リメータＣ１へ光を伝送する。適切なスプリングチップ７５はその両側の端部で 本体４３およびフィッティング７３へ取付けられ、スリーブ６９へフィッティン グ７３を弾力的に押・付けるため、温度が変化するときコリメータＣ１と光ファ イバの接触を維持する。フィッティング７３はスリーブ７２と７４、カラー７６ および宝石軸受７８を含み、ファイバ７１のコアの末端はエポキシによって適切 に維持される。

様々な構造が可能であるけれども、この実施例においては、同一の市販されてい るフィッティング７７および７９は各々受信ポート５５および５７中に受けられ 維持される。従って、第４図に示されるように、光導波体Ｒ１は適当なエポキシ によるような既知の方法においてフィッティング７７中に適切に維持された段階 屈折率光ファイバの形である。光導波体Ｒ１を形成する光ファイバのコアの末端 部分は宝石軸受８０中に受けられ維持され、フィッティング７７の内部端部と接 触し、室４９の内部にある研磨された受信面２７において終端する。同様に、こ の実施例における光導波体Ｒ２もまた段階屈折率光ファイバの形であり、光ファ イバのコアの末端部分は宝石軸受８２中で受けられ保持され、受信面３５におい て終端する。受信面３５は研磨されフィッティング７９の内部端部と接触され、 室４９中にある。

コリメータＣ１およびＣ２は関連する光ファイバ７１からのビームを比較的小さ い直径のファイバコアから大きい直径のフリメータへ広げる。概略的な第１図か らは明らかではないが、第３図は比較的大きい断面積フリメータＣ１およびＣ２ からコリメートされたビームが受信面２７および３５の断面積Ｊ−りかなり大き いことを示す。例によって示すと、各コリメートされたビームは直径、０４０イ ンチを有し、光ファイバの各受信面２７および３５は直径、００２インチを有す る。

第４図において示された形式において、ビームスプリフタ１７は室４９のフロア 上に支持されており、室４９の側部セクシヨン６１においてスプリング８１の形 で弾力性手段によって肩部６３に対して保持される。ビームスプリッタ１７から 離れたスプリング８Ｘの端部は適切な粘性組成物によって室壁に対して適切に保 持される。

第４図において示された装置は第１図を参照して上述されたものと同じ方法にお いて光学的に機能する。光学部品の角度方向は変化可能であり、これは第４図で 示された角度が第１図で示された角度と同じてはないことが示されている。同様 に、部品の相対位置が変えられ、これもまたコリメータＣ４と先導波体Ｒ２との 間のコリメー・夕Ｃ１を例によって示す第４図を第１図とを比較することによっ て示される。勿論、装置１１は受信光導波体へ付加的な適切な光入力を供給する ことによって２つ以上の角度の異なるモード群を有することもできる。

本発明の例示的実施例が示され説明されたｌｊれども、多数の変更、修正および 置換が本発明の技術的範囲から必然的に逸脱することなく当業者によってなされ ることが可能である。

国際調査報告 ｍｅｍ＋ｍａｒＡ＃−１１ｍ　ｌ＋ｅ、　ＰＣ？／ＵＳ　８Ｂ１０１２二７国際 調査報告 ＬＩＳ　８８０１２３７ ＳＡ　２３０８４

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の軸に沿ってコリメートされた光の第１のビームを供給するための第 １の手段と、 第２の軸に沿ってコリメートされた第２のビームを供給するための第２の手段と 、 交差ゾーンで交差する前記第１および第２のビームと、第１および第２のビーム が各々第１および第２のモード群として光導波体へ発射されるような第１および 第２のビームの交差ゾーンに受信面を有する光導波体と、光導波体の縦方向に第 １および第２のモード群を伝送するための手段を含む前記光導波体とを具備する 別々のモード群を発射するための装置。
2. （２）前記第１および第２の軸が交差し、光導波体の受信面が実質的に第１およ び第２の軸の交点にある請求項１記載の装置。
3. （３）光導波体が縦軸を有し、前記縦軸および前記第１の軸が実質的に同軸であ る請求項１記載の装置。
4. （４）前記第１のビームの断面積が光導波体の受信面の断面積より大きい請求項 １記載の装置。
5. （５）光導波体が光ファイバを含む請求項１記載の装置。
6. （６）前記受信面が光ファイバの面である請求項５記載の装置。
7. （７）前記第１の手段が光源と、コリメートされた光の前記第１のビームを供給 するため光源から光をコリメートするための傾斜屈折率ロッドとを含む請求項１ 記載の装置。
8. （８）第１および第２のビームの一部を反射するためのビームスプリッタを含み 、第１および第２のビームの前記一部分が交差ソーンで交差し、第２の光導波体 が第１および第２のビームの前記一部分の交差ゾーンに受信面を有する請求項１ 記載の装置。
9. （９）光導波体が段階屈折率光ファイバを含む請求項１記載の装置。
10. （１０）その中の室、第１および第２のポートおよび受信ポートを有するハウジ ングであって、前記第１、第２および受信ポートの各々が室とハウジングとの間 を連絡し、前記第１および第２のポートが受信ポートに面するようなハウジング と、コリメートされた光の第１のビームを供給するため光をコリメートするため の前記第１のポートにおいて受けられる第１の手段と、 コリメートされた光の第２の一ムを供給するため光をコリメートするための前記 第２のポートにおいて受けられる第２の手最であって、前記第１および第２のビ ームが受信ポートに向けられ交差するような第２の手段と、受信ポートにおいて 受けられ、第１および第２のビームの交差部分に受信面を有する光導波体であっ て、それによって第１および第２のビームが各々第１および第２のモード群とし て光導波体内へ発射されるような光導波体とを具備する別々のモードを発射する ための装置。
11. （１１）第１の手段が光を伝送するため第１のポートにおいてスライドできるよ うに受けられたコリメータおよび光伝送手段を含み、装置が光伝送手段をコリメ ータに向けて弾力的に押付けるための弾力性手段を含む請求項１０記載の装置。
12. （１２）室とハウジングの外部との間の連絡を与える第２の受信ポートと、第２ の受信ポートへ向けられた第１および第２のビームの一部を反射するための空洞 中のビームスプリッタとを具備し、前記第１および第２のビームの一部が交差し 、第２の受信ポートにおいて受けられ、前記一部の第１および第２のビームの交 点に受信面を肯する第２の光導波体とを含む請求項１０記載の装置。
13. （１３）室中に肩部を含み、肩部に対してビームスプリッタを弾力的に押付ける ための弾力性手段を含む請求項１２記載の装置。
14. （１４）光導波体が前記受信ポートにおいて受けられる段階屈折率光ファイバを 含む請求項１０記載の装置。