JPH0151803B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0151803B2 JPH0151803B2 JP13745079A JP13745079A JPH0151803B2 JP H0151803 B2 JPH0151803 B2 JP H0151803B2 JP 13745079 A JP13745079 A JP 13745079A JP 13745079 A JP13745079 A JP 13745079A JP H0151803 B2 JPH0151803 B2 JP H0151803B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- central axis
- light
- radius
- refractive index
- index distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
- G02B6/4206—Optical features
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、光デバイス用部品、特に光ビーム
変換用レンズ作用素子及びそれを用いた光源・光
フアイバ結合装置に関する。
変換用レンズ作用素子及びそれを用いた光源・光
フアイバ結合装置に関する。
光フアイバ通信の有用性が実証されるにつれ
て、各種の機能を有する光デバイスの開発への要
求が高まつている。これらの光デバイスでは、光
ビームを集束したりビーム径を変えたりするいわ
ゆる光ビーム変換作用を行なわせる素子が必要に
なることが多い。このような作用が可能な光部品
の中で、中心軸に垂直な断面内の屈折率が中心軸
からの距離の２乗にほぼ比例して減少している集
束性光伝送体は、きわめて小形にできることか
ら、光デバイスの小形化に対して特に効果的な光
部品として注目され、開発が進められている。
て、各種の機能を有する光デバイスの開発への要
求が高まつている。これらの光デバイスでは、光
ビームを集束したりビーム径を変えたりするいわ
ゆる光ビーム変換作用を行なわせる素子が必要に
なることが多い。このような作用が可能な光部品
の中で、中心軸に垂直な断面内の屈折率が中心軸
からの距離の２乗にほぼ比例して減少している集
束性光伝送体は、きわめて小形にできることか
ら、光デバイスの小形化に対して特に効果的な光
部品として注目され、開発が進められている。
光フアイバ通信の主要な光源として考えられて
いる半導体レーザや発光ダイオードの出射光ビー
ムは大きな拡がり角を持つので、これらの光ビー
ムを変換する集束性光伝送体はかなり大きな受光
角を持つことが望ましい。一方、低挿入損失の光
デバイスを実現するためには、光ビーム変換素子
により光ビームが歪みを受けないことが必要で、
そのために集束性光伝送体においては屈折率分布
の精密な制御が要求される。従来、集束性光伝送
体は、ガラス材へのイオン交換や、プラスチツク
材の重合拡散等により実現されてきたが、実質的
に受光角が大きく、しかも収差の小さいものは製
作が困難であつた。すなわち、中心軸附近ではか
なり収差の小さい屈折率分布が実現できるが、周
辺部では分布を良く制御できないので、集束性光
伝送体の周辺部まで光ビームが通るような使い方
をすると、周辺部での望ましくない屈折率分布に
より光ビームが歪んでしまう。したがつて、集束
性光伝送体の実質的に有効な受光角はかなり小さ
いことになり、そのために、放射角の大きな半導
体レーザや発光ダイオードからの出射ビームのビ
ーム変換の効率低下が著しく、効率の良い光源・
光フアイバ結合装置の実現は困難であつた。
いる半導体レーザや発光ダイオードの出射光ビー
ムは大きな拡がり角を持つので、これらの光ビー
ムを変換する集束性光伝送体はかなり大きな受光
角を持つことが望ましい。一方、低挿入損失の光
デバイスを実現するためには、光ビーム変換素子
により光ビームが歪みを受けないことが必要で、
そのために集束性光伝送体においては屈折率分布
の精密な制御が要求される。従来、集束性光伝送
体は、ガラス材へのイオン交換や、プラスチツク
材の重合拡散等により実現されてきたが、実質的
に受光角が大きく、しかも収差の小さいものは製
作が困難であつた。すなわち、中心軸附近ではか
なり収差の小さい屈折率分布が実現できるが、周
辺部では分布を良く制御できないので、集束性光
伝送体の周辺部まで光ビームが通るような使い方
をすると、周辺部での望ましくない屈折率分布に
より光ビームが歪んでしまう。したがつて、集束
性光伝送体の実質的に有効な受光角はかなり小さ
いことになり、そのために、放射角の大きな半導
体レーザや発光ダイオードからの出射ビームのビ
ーム変換の効率低下が著しく、効率の良い光源・
光フアイバ結合装置の実現は困難であつた。
この発明の目的は、受光角が大きく収差の小さ
い集束性光伝送体及びそれを用いた高効率な光
源・光フアイバ結合装置を提供することにある。
い集束性光伝送体及びそれを用いた高効率な光
源・光フアイバ結合装置を提供することにある。
この発明によれば、半径がｒで、中心軸に垂直
な断面内で前記中心軸から距離の２乗にほぼ比例
して減少する屈折率分布と、少なくとも光入射側
の端面に形成した前記中心軸に対してほぼ対称な
凸曲面とを有し、前記凸曲面が曲率半径をＲとす
るとき ｒ＜Ｒ＜3r を満たす球面である先球集束性光伝送体が得られ
る。
な断面内で前記中心軸から距離の２乗にほぼ比例
して減少する屈折率分布と、少なくとも光入射側
の端面に形成した前記中心軸に対してほぼ対称な
凸曲面とを有し、前記凸曲面が曲率半径をＲとす
るとき ｒ＜Ｒ＜3r を満たす球面である先球集束性光伝送体が得られ
る。
また、この発明によれば、半径がｒで中心軸に
垂直な断面内で前記中心軸からの距離の２乗にほ
ぼ比例して減少する屈折率分布と、少なくとも光
入射側の端面に形成した前記中心軸に対してほぼ
対称な凸曲面とを有し、前記凸曲面が曲率半径を
Ｒとするとき ｒ＜Ｒ＜3r を満たす球面である先球集束性光伝送体と、前記
先球集束性光伝送体の凸曲面に近接して配置した
光源と、前記先球集束性光伝送体の他方の端面に
対向して配置した光フアイバとを含む光源と光フ
アイバとの結合装置が得られる。
垂直な断面内で前記中心軸からの距離の２乗にほ
ぼ比例して減少する屈折率分布と、少なくとも光
入射側の端面に形成した前記中心軸に対してほぼ
対称な凸曲面とを有し、前記凸曲面が曲率半径を
Ｒとするとき ｒ＜Ｒ＜3r を満たす球面である先球集束性光伝送体と、前記
先球集束性光伝送体の凸曲面に近接して配置した
光源と、前記先球集束性光伝送体の他方の端面に
対向して配置した光フアイバとを含む光源と光フ
アイバとの結合装置が得られる。
この発明では、集束性光伝送体の少なくとも一
方の端面を中心軸にほぼ対称な曲面にして、放射
角の大きな光ビームがこの曲面で屈折され、小さ
な角度で集束性光伝送体に入射し、その中心軸附
近を通るようにすることにより、実質的に受光角
が大きく、しかも収差の小さい集束性光伝送体を
実現している。すなわち、集束性光伝送体の中心
軸附近の屈折率分布は比較的良く制御することが
できるので、放射角の大きな光ビームも中心軸附
近を通るようにすることにより実質的に低収差の
素子が実現できる。これまでに、集束性光伝送体
の端面を中心軸に対称でなく、一方向のみ曲面に
したいわゆる一次元的な曲面をつけたものが考案
されているが、これでは曲面の方向とそれと直角
な方向とでレンズの焦点距離が異なり、そのため
例えば半導体レーザからの光ビームが集束される
位置が異なるために、光フアイバとの良好な結合
が不可能であつた。また、製造された集束性光伝
送体の屈折率分布を精密に測定し、その分布の理
想分布からのずれを補正するような曲率半径の球
面を集束性光伝送体の端面に形成することが考案
されているが、この方法は、屈折率分布を精度良
く測定することが困難なことと、それに合わせた
曲率半径の球面の研磨が必ずしも容易でないため
に、実用的ではない。
方の端面を中心軸にほぼ対称な曲面にして、放射
角の大きな光ビームがこの曲面で屈折され、小さ
な角度で集束性光伝送体に入射し、その中心軸附
近を通るようにすることにより、実質的に受光角
が大きく、しかも収差の小さい集束性光伝送体を
実現している。すなわち、集束性光伝送体の中心
軸附近の屈折率分布は比較的良く制御することが
できるので、放射角の大きな光ビームも中心軸附
近を通るようにすることにより実質的に低収差の
素子が実現できる。これまでに、集束性光伝送体
の端面を中心軸に対称でなく、一方向のみ曲面に
したいわゆる一次元的な曲面をつけたものが考案
されているが、これでは曲面の方向とそれと直角
な方向とでレンズの焦点距離が異なり、そのため
例えば半導体レーザからの光ビームが集束される
位置が異なるために、光フアイバとの良好な結合
が不可能であつた。また、製造された集束性光伝
送体の屈折率分布を精密に測定し、その分布の理
想分布からのずれを補正するような曲率半径の球
面を集束性光伝送体の端面に形成することが考案
されているが、この方法は、屈折率分布を精度良
く測定することが困難なことと、それに合わせた
曲率半径の球面の研磨が必ずしも容易でないため
に、実用的ではない。
以下、図面を参照してこの発明を詳しく説明す
る。
る。
第１図はこの発明の実施例の光結合装置で、主
要構成光部品の断面図をあらわす。これは、直径
が約1.5mmのガラス丸棒に良く知られたイオン交
換法により中心軸５０に垂直な断面内で中心軸１
０からの距離の２乗にほぼ比例して減少する屈折
率分布を形成した後に、中心軸１０にほぼ垂直な
出射面３と半径が約1.2mmの球面の入射面２を研
磨により形成した先球集束性光伝送体１を、半導
体レーザ２０に近接して設置し、その出射光３０
を光フアイバ５０へ結合しようとするものであ
る。半導体レーザ２０の活性層２１に垂直な方向
に大きなひろがり角を持つ出射光３０は、先球集
束性光伝送体１へ入射するとき、曲面の入射面２
により屈折されて小さなひろがり角を持つ光ビー
ム４０になつて先球集束性光伝送体１中を伝搬す
る。したがつてこの光ビーム４０は入射側の端面
が平面の場合に較べて中心軸１０附近を通過する
割合が大きくなる。すなわち、集束性光伝送体１
の屈折率分布制御が不十分な周辺部の影響を余り
受けなくてすむために、出射光３０を余り歪まさ
ずに光フアイバ５０に結合することができ、従来
の平面端面の集束性光伝送体を用いた場合に較べ
て結合効率を約２倍以上上げることができた。こ
のように、この発明によりひろがり角の大きな光
ビームを効率良く光フアイバへ結合させることの
できる光部品が得られた。つまり、実質的に受光
角が大きく、かつ収差の小さい集束性光伝送体が
得られた。また、これを用いることにより、高効
率で構成の単純な光源・光フアイバの光結合装置
が得られた。球面の曲率半径の大きさは、集束性
光伝送体の半径の１倍程度から３倍程度が望まし
いことが試作検討により明らかになつている。こ
れは、曲線半径が集束性光伝送体の半径よりもす
つと小さいと球面の収差が大きくなるために、ま
た曲率半径が集束性光伝送体の半径の３倍程度よ
りもずつと大きくなると球面のレンズ作用が小さ
くなつて集束性光伝送体の周辺部を光ビームが多
く通過するようになるために、先球集束性光伝送
体の収差が大きくなるためである。このように、
この発明は球面の曲率半径のかなり広い範囲にわ
たつて効果がある上に、集束性光伝送体の屈折率
分布の精密な測定等は必要ないので、きわめて実
用的である。
要構成光部品の断面図をあらわす。これは、直径
が約1.5mmのガラス丸棒に良く知られたイオン交
換法により中心軸５０に垂直な断面内で中心軸１
０からの距離の２乗にほぼ比例して減少する屈折
率分布を形成した後に、中心軸１０にほぼ垂直な
出射面３と半径が約1.2mmの球面の入射面２を研
磨により形成した先球集束性光伝送体１を、半導
体レーザ２０に近接して設置し、その出射光３０
を光フアイバ５０へ結合しようとするものであ
る。半導体レーザ２０の活性層２１に垂直な方向
に大きなひろがり角を持つ出射光３０は、先球集
束性光伝送体１へ入射するとき、曲面の入射面２
により屈折されて小さなひろがり角を持つ光ビー
ム４０になつて先球集束性光伝送体１中を伝搬す
る。したがつてこの光ビーム４０は入射側の端面
が平面の場合に較べて中心軸１０附近を通過する
割合が大きくなる。すなわち、集束性光伝送体１
の屈折率分布制御が不十分な周辺部の影響を余り
受けなくてすむために、出射光３０を余り歪まさ
ずに光フアイバ５０に結合することができ、従来
の平面端面の集束性光伝送体を用いた場合に較べ
て結合効率を約２倍以上上げることができた。こ
のように、この発明によりひろがり角の大きな光
ビームを効率良く光フアイバへ結合させることの
できる光部品が得られた。つまり、実質的に受光
角が大きく、かつ収差の小さい集束性光伝送体が
得られた。また、これを用いることにより、高効
率で構成の単純な光源・光フアイバの光結合装置
が得られた。球面の曲率半径の大きさは、集束性
光伝送体の半径の１倍程度から３倍程度が望まし
いことが試作検討により明らかになつている。こ
れは、曲線半径が集束性光伝送体の半径よりもす
つと小さいと球面の収差が大きくなるために、ま
た曲率半径が集束性光伝送体の半径の３倍程度よ
りもずつと大きくなると球面のレンズ作用が小さ
くなつて集束性光伝送体の周辺部を光ビームが多
く通過するようになるために、先球集束性光伝送
体の収差が大きくなるためである。このように、
この発明は球面の曲率半径のかなり広い範囲にわ
たつて効果がある上に、集束性光伝送体の屈折率
分布の精密な測定等は必要ないので、きわめて実
用的である。
なお、曲面の形成は、研磨によらなくても可能
で、例えば、バーナやヒータ等による加熱熔融に
よつても形成することができる。また、光結合装
置の光源としては、実施例に示した半導体レーザ
の他に、発光ダイオード等も有効である。さら
に、第１の実施例において、光フアイバは、半導
体レーザと集束性光伝送体とともに一体化して固
定しても良いし、光コネクタ等で着脱できるよう
にしても良い。
で、例えば、バーナやヒータ等による加熱熔融に
よつても形成することができる。また、光結合装
置の光源としては、実施例に示した半導体レーザ
の他に、発光ダイオード等も有効である。さら
に、第１の実施例において、光フアイバは、半導
体レーザと集束性光伝送体とともに一体化して固
定しても良いし、光コネクタ等で着脱できるよう
にしても良い。
第１図はこの発明の実施例の断面図をあらわ
す。 図において、１……先球集束性光伝送体、１０
……中心軸、２……入射面をそれぞれあらわす。
す。 図において、１……先球集束性光伝送体、１０
……中心軸、２……入射面をそれぞれあらわす。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半径がｒで、中心軸に垂直な断面内で前記中
心軸から距離の２乗にほぼ比例して減少する屈折
率分布と、少なくとも光入射側の端面に形成した
前記中心軸に対してほぼ対称な凸曲面とを有し、
前記凸曲面が曲率半径をＲとするとき ｒ＜Ｒ＜3r を満たす球面である先球集束性光伝送体。 ２ 半径がｒで中心軸に垂直な断面内で前記中心
軸からの距離の２乗にほぼ比例して減少する屈折
率分布と、少なくとも光入射側の端面に形成した
前記中心軸に対してほぼ対称な凸曲面とを有し、
前記凸曲面が曲率半径をＲとするとき ｒ＜Ｒ＜3r を満たす球面である先球集束性光伝送体と、前記
先球集束性光伝送体の凸曲面に近接して配置した
光源と、前記先球集束性光伝送体の他方の端面に
対向して配置した光フアイバとを含む光源と光フ
アイバとの結合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13745079A JPS5662211A (en) | 1979-10-24 | 1979-10-24 | Tip spherical focusing type optical transmission body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13745079A JPS5662211A (en) | 1979-10-24 | 1979-10-24 | Tip spherical focusing type optical transmission body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5662211A JPS5662211A (en) | 1981-05-28 |
| JPH0151803B2 true JPH0151803B2 (ja) | 1989-11-06 |
Family
ID=15198886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13745079A Granted JPS5662211A (en) | 1979-10-24 | 1979-10-24 | Tip spherical focusing type optical transmission body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5662211A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3101378C2 (de) * | 1981-01-17 | 1985-01-10 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Optik zur Ankopplung eines faseroptischen Lichtwellenleiters |
| JPS6258210A (ja) * | 1985-09-09 | 1987-03-13 | Fujitsu Ltd | 半導体レ−ザモジユ−ルの光学的結合構造 |
-
1979
- 1979-10-24 JP JP13745079A patent/JPS5662211A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5662211A (en) | 1981-05-28 |
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