JPH02210406A - 光結合回路 - Google Patents
光結合回路Info
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- JPH02210406A JPH02210406A JP3150389A JP3150389A JPH02210406A JP H02210406 A JPH02210406 A JP H02210406A JP 3150389 A JP3150389 A JP 3150389A JP 3150389 A JP3150389 A JP 3150389A JP H02210406 A JPH02210406 A JP H02210406A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、発光素子の出力光ビームを光ファイバに結
合するための光通信用の光結合回路に関するものである
。
合するための光通信用の光結合回路に関するものである
。
（従来の技術）
光通信システムにおける光信号源である半導体発光素子
に出力光を光伝送路である光ファイバに結合させる光結
合回路は、光通信システムを構成する上で重要なデバイ
スの１つである。
に出力光を光伝送路である光ファイバに結合させる光結
合回路は、光通信システムを構成する上で重要なデバイ
スの１つである。
従来、光結合回路としては、例えばアブライドオプティ
クス（Ａｐｐｌｉｅｃｌ ０ｐｔｉｃｓ）１９８０年、
第１９巻第２５７８頁の桑原氏による論文に記載された
先球ファイバをもちいるものがあげられる。この光結合
回路は、入射端を半球面状に形成した単一モードファイ
バを半導体レーザの出射端に近接して、半導体レーザか
らの出力光を単一モードファイバへ結合させるものであ
る。
クス（Ａｐｐｌｉｅｃｌ ０ｐｔｉｃｓ）１９８０年、
第１９巻第２５７８頁の桑原氏による論文に記載された
先球ファイバをもちいるものがあげられる。この光結合
回路は、入射端を半球面状に形成した単一モードファイ
バを半導体レーザの出射端に近接して、半導体レーザか
らの出力光を単一モードファイバへ結合させるものであ
る。
（発明が解決しようとする課題）
この光結合回路は、構成が簡単であるが、単一モードフ
ァイバの入射端部まで光ファイバのコアが形成されてい
るため、光ビームがその入射端部に入射する時のスポッ
トサイズが非常に７卦さくなり、単一モードファイバの
軸調整のトレランスが非常に厳しいという欠点があった
。例えば星−モードファイバを実装する場合半導体レー
ザに対して光軸に垂直な方向にＩｐｍ以内の位置精度で
調整する必要がある。したがってこの光結合回路は、実
用上、組立て調整に大きな問題を生じる。
ァイバの入射端部まで光ファイバのコアが形成されてい
るため、光ビームがその入射端部に入射する時のスポッ
トサイズが非常に７卦さくなり、単一モードファイバの
軸調整のトレランスが非常に厳しいという欠点があった
。例えば星−モードファイバを実装する場合半導体レー
ザに対して光軸に垂直な方向にＩｐｍ以内の位置精度で
調整する必要がある。したがってこの光結合回路は、実
用上、組立て調整に大きな問題を生じる。
方、光ファイバの軸調整のトレランスが比較的緩い光結
合回路として、従来２つの集束性ロッドレンズを使って
半導体レーザからの出力光を単一モードファイバへ結合
さぜるものがあるが、これは集束性ロッドレンズを２つ
も用いるため、光結合回路の構成が複雑になるという欠
点がある。
合回路として、従来２つの集束性ロッドレンズを使って
半導体レーザからの出力光を単一モードファイバへ結合
さぜるものがあるが、これは集束性ロッドレンズを２つ
も用いるため、光結合回路の構成が複雑になるという欠
点がある。
本発明は、上述のような問題を解決して、半導体発光素
子と光ファイバの結合を高効率で行なうことができ、し
かも光ファイバの軸調整のトレランスが比較的緩く、構
成が簡単な光結合回路を提供することにある。
子と光ファイバの結合を高効率で行なうことができ、し
かも光ファイバの軸調整のトレランスが比較的緩く、構
成が簡単な光結合回路を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明の光結合回路は、半導体発光素子と前記半導体発
光素子に近接した側の端面が半球面状に形成され、かつ
、光ファイバのガラス部の外径とほぼ等しい外径を有し
、前記半球面状に形成された端面と反対側の端面が光フ
ァイバの入射端に融着接続されている円柱状半球面レン
ズとを含むことを特徴とする。
光素子に近接した側の端面が半球面状に形成され、かつ
、光ファイバのガラス部の外径とほぼ等しい外径を有し
、前記半球面状に形成された端面と反対側の端面が光フ
ァイバの入射端に融着接続されている円柱状半球面レン
ズとを含むことを特徴とする。
（作用）
本発明の光結合回路は、従来の入射端を半球面状に形成
した光ファイバの代わりに入射端面が半球面状に形成さ
れ、かつ、外径が光ファイバのガラス部の外径にほぼ等
しい円柱状半球面レンズと、その円柱状半球面レンズと
融着接続されている光ファイバとを用いた構成となって
いる。この構成は、光ファイバの入射端部に円柱状半球
面レンズを設けるため、光ファイバのコア端部と半球面
状部分との距離が従来に比べ水弁。これにより、半導体
レーザと半球面状部分との距離を長くすることが出来、
半導体レーザから出力された光ビームが半球面状部分に
入射する時のスポットサイズを従来より大きくすること
ができる。光ファイバのトレランスは、その半球面状部
分での光ビームのスポットサイズが大きい程、大きくな
るため、本発明の円柱状半球面レンズに融着接続されて
いる光ファイバのトレランスは、従来より大きくなる。
した光ファイバの代わりに入射端面が半球面状に形成さ
れ、かつ、外径が光ファイバのガラス部の外径にほぼ等
しい円柱状半球面レンズと、その円柱状半球面レンズと
融着接続されている光ファイバとを用いた構成となって
いる。この構成は、光ファイバの入射端部に円柱状半球
面レンズを設けるため、光ファイバのコア端部と半球面
状部分との距離が従来に比べ水弁。これにより、半導体
レーザと半球面状部分との距離を長くすることが出来、
半導体レーザから出力された光ビームが半球面状部分に
入射する時のスポットサイズを従来より大きくすること
ができる。光ファイバのトレランスは、その半球面状部
分での光ビームのスポットサイズが大きい程、大きくな
るため、本発明の円柱状半球面レンズに融着接続されて
いる光ファイバのトレランスは、従来より大きくなる。
また、本発明の半球面状の部分の屈折率を光ファイバの
屈折率より大きくすることにより、従来より半球面状部
分の受光角を大きくすることができるため、より項効率
で光ビームを光ファイバへ結合させることができる。
屈折率より大きくすることにより、従来より半球面状部
分の受光角を大きくすることができるため、より項効率
で光ビームを光ファイバへ結合させることができる。
（実施例）
以下、本発明について、図面を参照して説明する。第１
図は、本発明の一実施例を示す断面図である。半導体レ
ーザ１から出力される波長１．５５ｐｍの光ビームの光
軸上に第１端面２が半球面状に形成され、第２の端面３
が平面状になっているガラスから成る曲率半径約６５ｐ
ｍ、長さ約６５０ｐｍの円柱状半球面レンズ４がスポッ
トサイズ５１１ｍ、カットオフ波長１．１ｐｍ外径１２
５ｐｍの単一モード光ファイバ５の入射端面に融着接続
されている。また、半導体レーザ１は熱放出を行なうた
め、ヒートシンク６上に固着されている。また、上記の
円柱状半球面レンズ４の半球面状の部分７の材料は、受
光角を大きくするため、単一モード光ファイバ５の屈折
率約１．５より太きい屈折率約１．９を有するガラス材
料を用いている。
図は、本発明の一実施例を示す断面図である。半導体レ
ーザ１から出力される波長１．５５ｐｍの光ビームの光
軸上に第１端面２が半球面状に形成され、第２の端面３
が平面状になっているガラスから成る曲率半径約６５ｐ
ｍ、長さ約６５０ｐｍの円柱状半球面レンズ４がスポッ
トサイズ５１１ｍ、カットオフ波長１．１ｐｍ外径１２
５ｐｍの単一モード光ファイバ５の入射端面に融着接続
されている。また、半導体レーザ１は熱放出を行なうた
め、ヒートシンク６上に固着されている。また、上記の
円柱状半球面レンズ４の半球面状の部分７の材料は、受
光角を大きくするため、単一モード光ファイバ５の屈折
率約１．５より太きい屈折率約１．９を有するガラス材
料を用いている。
なお円柱状部分８は単一モード光ファイバ５の屈折率と
ほぼ同程度の屈折率を有する位置用なガラスである。こ
の円柱状半球面レンズ４を製作するのは、比較的容易で
、例えば、単一モード光ファイバ５の外径とほぼ等しい
外径を有する円柱状部材の端面に単一モード光ファイバ
５の端面を放電による溶融し、接続する。次に、その円
柱状部材を所望の長さで切断する。次に高屈折率ガラス
の溶融液に上記の切断面を浸すことにより、その高屈折
率ガラスの表面張力により高屈折率ガラスから成る半球
状部分７が形成される。なお、この高屈折率の半球状部
分７の形成方法は、例えばエレクトロニクスレターズ（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）１９８３年
、第１９巻第２０５頁のクー（ＫＨＯＥ）氏による「高
屈折率端先球光ファイバとレーザダイトートとの高効率
結合（Ｅｆｆｅｉｃｉｅｎｔ Ｃｏｏｐｌｉｎｇ ｏｆ
Ｌａ５ｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ ｔｏ ＴａｐｅｒｅｄＭ
ｏｎｏｍｏｄｅ Ｆｉｂｒｅｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ−
Ｉｎｄｅｓ Ｅｎｄ）と題する論文に詳しく記載されて
いる。ここで、半球状部分７の曲率半径６５ｐｍは以下
のようにして決定した。まず半導体レーザの出力端と半
球状部分７の先端との距離をａ（第１図参照）とし、半
球状部分７の曲率半径、像倍率をそれぞれＲ，ｍとする
とそれらの間の関係は次式で表わすことができる。
ほぼ同程度の屈折率を有する位置用なガラスである。こ
の円柱状半球面レンズ４を製作するのは、比較的容易で
、例えば、単一モード光ファイバ５の外径とほぼ等しい
外径を有する円柱状部材の端面に単一モード光ファイバ
５の端面を放電による溶融し、接続する。次に、その円
柱状部材を所望の長さで切断する。次に高屈折率ガラス
の溶融液に上記の切断面を浸すことにより、その高屈折
率ガラスの表面張力により高屈折率ガラスから成る半球
状部分７が形成される。なお、この高屈折率の半球状部
分７の形成方法は、例えばエレクトロニクスレターズ（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）１９８３年
、第１９巻第２０５頁のクー（ＫＨＯＥ）氏による「高
屈折率端先球光ファイバとレーザダイトートとの高効率
結合（Ｅｆｆｅｉｃｉｅｎｔ Ｃｏｏｐｌｉｎｇ ｏｆ
Ｌａ５ｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ ｔｏ ＴａｐｅｒｅｄＭ
ｏｎｏｍｏｄｅ Ｆｉｂｒｅｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ−
Ｉｎｄｅｓ Ｅｎｄ）と題する論文に詳しく記載されて
いる。ここで、半球状部分７の曲率半径６５ｐｍは以下
のようにして決定した。まず半導体レーザの出力端と半
球状部分７の先端との距離をａ（第１図参照）とし、半
球状部分７の曲率半径、像倍率をそれぞれＲ，ｍとする
とそれらの間の関係は次式で表わすことができる。
Ｒ（ｍ＋１）＝ａｍ（ｎｌ−１） 、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、 ■ここではｎｌは半球状部分
７の屈折率である。本実施例では、半導体レーザ１のス
ポットサイズと単一モード光ファイバ５のスポットサイ
ズの比から像倍率ｍは５とし、また屈折率ｎ１は１．９
とした。これらの値を■式に代入すると、 Ｒ＝０．７５ａ 、、、、、、、、、、、、、、０１．
−−−−１−−−−１−−− ■となる。半導体レー
ザの出力端と半球状部分７の先端との間の距離ａは水弁
程、曲率半径Ｒは大きくなり、その結果、半球状部分７
の製作が容易となる。
、、、、、、、、、、 ■ここではｎｌは半球状部分
７の屈折率である。本実施例では、半導体レーザ１のス
ポットサイズと単一モード光ファイバ５のスポットサイ
ズの比から像倍率ｍは５とし、また屈折率ｎ１は１．９
とした。これらの値を■式に代入すると、 Ｒ＝０．７５ａ 、、、、、、、、、、、、、、０１．
−−−−１−−−−１−−− ■となる。半導体レー
ザの出力端と半球状部分７の先端との間の距離ａは水弁
程、曲率半径Ｒは大きくなり、その結果、半球状部分７
の製作が容易となる。
しかし、その反面、ａが長くなると光ビームの拡がりの
ため半球状部分７が取り込む光ビームの量が少なくなり
、結合損失の像かを招く。第２図に距離９と半導体レー
ザ１のスポットサイズに対するビーム拡がりの割合の関
係を示す。ビーム拡がりの割合が５０程度以上であれば
半球状部分７が取り込む光ビームの量は、あまり減少せ
ず、また曲率半径Ｒが約５０ｐｍ以上であれば、比較的
容易に製作できる（第２図の斜線部分の領域）。このこ
とを考慮して、本実施例では、曲率半径Ｒを約６５１１
ｍとした。一方、円柱状半球面レンズ４の長さは、以下
のようにして決定した。まず円柱状半球面レンズ４の長
さを１とすると曲率半径Ｒとの関係は次式で表わすこと
ができる。
ため半球状部分７が取り込む光ビームの量が少なくなり
、結合損失の像かを招く。第２図に距離９と半導体レー
ザ１のスポットサイズに対するビーム拡がりの割合の関
係を示す。ビーム拡がりの割合が５０程度以上であれば
半球状部分７が取り込む光ビームの量は、あまり減少せ
ず、また曲率半径Ｒが約５０ｐｍ以上であれば、比較的
容易に製作できる（第２図の斜線部分の領域）。このこ
とを考慮して、本実施例では、曲率半径Ｒを約６５１１
ｍとした。一方、円柱状半球面レンズ４の長さは、以下
のようにして決定した。まず円柱状半球面レンズ４の長
さを１とすると曲率半径Ｒとの関係は次式で表わすこと
ができる。
ここでｎ２は円柱状部分８の屈折率で、単一モード光フ
ァイバ５の屈折率と同程度の約１．５である。■式に値
を代入すると、 １、＝１ＯＲ、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、、、■となる。曲率半径Ｒは約
６５ｐｍであるので、円柱状半球面レンズ４の長さ１は
約６５０μｍとなる。
ァイバ５の屈折率と同程度の約１．５である。■式に値
を代入すると、 １、＝１ＯＲ、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、、、■となる。曲率半径Ｒは約
６５ｐｍであるので、円柱状半球面レンズ４の長さ１は
約６５０μｍとなる。
上述のような構成で半導体レーザ１から出力された光ビ
ームは、半球状部分７により集光され、円柱状半球面レ
ンズ４に融着接続されている単一モード光ファイバ５に
結合される。本実施例での単一モート光ファイバ５の光
軸に垂直な方向のトレランスを従来の先球光ファイバの
場合とともに第３図に示す。単一モード光ファイバ５の
位置ずれに対する結合損失の増加量は、従来の先球光フ
ァイバの場合に比べ非常に緩く、損失増加量が１ｃｌＢ
のところで従来例と本実施例とを較べてみると７倍程度
も許容軸ずれ量が拡くなっていることがわかる。また、
本実施例では、結合損失が３ｄＢ程度の高効率な光結合
回路が得られる。
ームは、半球状部分７により集光され、円柱状半球面レ
ンズ４に融着接続されている単一モード光ファイバ５に
結合される。本実施例での単一モート光ファイバ５の光
軸に垂直な方向のトレランスを従来の先球光ファイバの
場合とともに第３図に示す。単一モード光ファイバ５の
位置ずれに対する結合損失の増加量は、従来の先球光フ
ァイバの場合に比べ非常に緩く、損失増加量が１ｃｌＢ
のところで従来例と本実施例とを較べてみると７倍程度
も許容軸ずれ量が拡くなっていることがわかる。また、
本実施例では、結合損失が３ｄＢ程度の高効率な光結合
回路が得られる。
なお、本実施例では発振波長１．５５ｐｍの半導体レー
ザ１を用いたがこれに限定されず、例えば発振波長が１
．３ｐｍ帯の半導体レーザを用いても良い。
ザ１を用いたがこれに限定されず、例えば発振波長が１
．３ｐｍ帯の半導体レーザを用いても良い。
また、本実施例では、第２の端面３を光軸に垂直な面内
と平行に形成し、単一モード光ファイバ５の入射端に融
着接続されているが、半導体レーザへの反射戻り光を防
ぐために第２の端面と単一モード光ファイバの入射端を
それぞれ光軸に対して斜めに形成し、融着接続しても良
い。またさらに第１の端面２に無反射コートを施しても
良い。
と平行に形成し、単一モード光ファイバ５の入射端に融
着接続されているが、半導体レーザへの反射戻り光を防
ぐために第２の端面と単一モード光ファイバの入射端を
それぞれ光軸に対して斜めに形成し、融着接続しても良
い。またさらに第１の端面２に無反射コートを施しても
良い。
また、本実施例では、円柱状部分８の材料として位置用
なガラスを用いたが、半球状部分７の製作性を考慮して
、本実施例よりさらに曲率半径を大きくする場合には、
円柱状部分８の材料として屈折率分布を有したもの（例
えば集束型多モード光ファイバ等）を用いても良い。
なガラスを用いたが、半球状部分７の製作性を考慮して
、本実施例よりさらに曲率半径を大きくする場合には、
円柱状部分８の材料として屈折率分布を有したもの（例
えば集束型多モード光ファイバ等）を用いても良い。
（発明の効果）
以上述べた通り、半導体発光素子と光ファイバとの結合
が高効率で、光ファイバの軸調整のトレランスが比較的
緩く、しかも構成が簡単な信頼性の高い光結合回路が得
られる。
が高効率で、光ファイバの軸調整のトレランスが比較的
緩く、しかも構成が簡単な信頼性の高い光結合回路が得
られる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す側面図であり、
第２図はビーム拡がり量を説明するための説明図であり
、第３図は本発明の実施例と従来例での光ファイバの位
置ずれ量に対する結合損失増加量の評価結果を示す線図
である。１は半導体レーザ、２は第１の端面、３は第２
の端面、４は円柱状半球面レンズ、５は単一モード光フ
ァイバ、６はヒートシンク、７は半球状部分、８は円柱
状部分である。 第 図
第２図はビーム拡がり量を説明するための説明図であり
、第３図は本発明の実施例と従来例での光ファイバの位
置ずれ量に対する結合損失増加量の評価結果を示す線図
である。１は半導体レーザ、２は第１の端面、３は第２
の端面、４は円柱状半球面レンズ、５は単一モード光フ
ァイバ、６はヒートシンク、７は半球状部分、８は円柱
状部分である。 第 図
Claims (2)
- （１）半導体発光素子と、前記半導体発光素子に近接し
た側の端面が半球面状に形成され、かつ、光ファイバの
ガラス部の外径を有し、前記半球面状に形成された端面
と反対側の端面が光ファイバの入射端に融着接続されて
いる円柱状半球面レンズとを含むことを特徴とする光結
合回路。 - （２）特許請求の範囲第（１）項記載の光結合回路にお
いて、前記円柱状半球面レンズの半球面状の部分の屈折
率が前記光ファイバのガラス部の屈折率より高いことを
特徴とする光結合回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150389A JPH02210406A (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | 光結合回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150389A JPH02210406A (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | 光結合回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02210406A true JPH02210406A (ja) | 1990-08-21 |
Family
ID=12333034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3150389A Pending JPH02210406A (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | 光結合回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02210406A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06174552A (ja) * | 1992-12-07 | 1994-06-24 | Nkk Corp | 熱間連続圧延機スタンド間の鋼板温度測定装置 |
| US5446816A (en) * | 1993-08-04 | 1995-08-29 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical fiber having a lens formed at an end thereof |
| JP2007192955A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Utsunomiya Univ | コアレス光ファイバの先端に高屈折率層を形成したレンズ付き光ファイバおよびそのレンズ付き光ファイバを用いた光結合モジュール |
-
1989
- 1989-02-10 JP JP3150389A patent/JPH02210406A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06174552A (ja) * | 1992-12-07 | 1994-06-24 | Nkk Corp | 熱間連続圧延機スタンド間の鋼板温度測定装置 |
| US5446816A (en) * | 1993-08-04 | 1995-08-29 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical fiber having a lens formed at an end thereof |
| JP2007192955A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Utsunomiya Univ | コアレス光ファイバの先端に高屈折率層を形成したレンズ付き光ファイバおよびそのレンズ付き光ファイバを用いた光結合モジュール |
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