JPH049288B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも３個の光導波路から成
り、それらの光軸が光束方向に関して送信用光導
波路の次に存在する少なくとも１個の出口側光導
波路の端面の上に存在する点で交差するような配
置を有しており、前記端面上に送信用光導波路か
らくる光を部分的に反射しかつ部分的に透過する
反射膜が設けられている構造の光分岐ユニツトに
関する。

この種の分岐ユニツトは、例えばH.F.マール
レイン（Mahlein）et all：インターフイアレン
ス・フイルター・アズ・フアイバー・デイレクシ
ヨナル・カプラー・フオア・W.D.M.
（Interference filter as fiber directional
coupler for W.D.M.）［エレクトロニツク・レタ
ーズ（Elektronic Letters）16、1980、584〜589
頁］ならびにE.ミヤンキー（Miyanchi）et all：
コンパクト・ウエイブレングス・マルテイプレク
サー・ユーシング・オプテイカル−フアイバー・
ピーセズ（compact wavelength multiplexer
using opticalfiber pieces） ［オプテイツク
ス・レターズ（Oprics Ltters）５、1980、321〜
322頁］の記載から公知である。

この種の装置の場合光フアイバー部分の端面
は、斜めに磨き仕上したフアイバー面上に設けら
れた部分透過性又は波長依存性鏡面によつて光が
１個のフアイバーから数個のフアイバーに分割さ
れうるように、できるだけ短い距離で相互に結合
されている。前記の装置ではすべて、屈折率を適
合させるための材料がフアイバー端の間で使用さ
れる。すべての前記装置ではその都度誘電性鏡面
膜が使用されるので、フアイバー端と他の光学的
構造部分を溶接することは困難であるか又は不可
能である。公知の簡素な屈折率適合手段は、フア
イバー端の間の空間を透明なプラスチツク、例え
ばエポキシ樹脂で充填することである。これは実
験型としてあくまで一つの解決手段である。しか
しこの種の装置が、産業上使用される装置に対し
て要求される長期安定性を有するか否かは疑問で
ある。それというのもフアイバー光学装置で通常
出現する光の強度は極めて高いからである。50μ
ｍのコア直径を有するグレーデツド形フアイバー
及びコア中を伝導される２ｍｗの光出力に関して
は100W／cm²の強度が算出される。この光の強度
は極めて高い。従つてこのように高い光の強度を
もつて不断に照射する場合には有機接着剤（例え
ばエポキシ樹脂）が老化過程に負けて例えば透明
接着剤の濁り又は吸収を生じないかどうかという
問題が提出される。

本発明の基礎には、この種の光分岐ユニツト
を、屈折率の適合を回避し、良好な長期安定性を
得ることのできるように改善するという課題があ
る。

この課題は、冒頭に記載の光分岐ユニツトにお
いて (a) 少なくとも３個の光導波路のそれぞれの端面
が固体及び液体を含まない空間を形成し、 (b) 反射膜を有する前記出口側光導波路の光軸
が、送信用光導波路の光軸に対して傾斜してお
り、 (c) 反射膜を有する前記出口側光導波路の端面
が、送信用光導波路から来て、この端面に入射
する光が、反射膜を有する前記出口側光導波路
中に入射結合されるようにその光軸に対して角
γを成して傾斜しておりかつ前記反射膜から反
射された光が別の出口側光導波路に入る ことを特徴とする光分岐ユニツトによつて解決さ
れる。

本発明による有利な実施態様は、空間に空気を
充填してある場合に得られる。

有利には、反射膜及び／又は角（γ）は、入射
光が偏光されるように形成されている。

空間を形成しかつ光の入射される少なくとも１
つの面には、少なくとも１個の光電検出器が配置
されていてもよい。

本発明によれば送信用光導波路はコア及び外被
を有する光フアイバーとして又は単一モード光フ
アイバーとして形成されている。少なくとも２個
の光導波路は一体の光学的構造要素に構成されて
いてもよい。

少なくとも１つの端面に設けられた膜は好まし
くは二色性膜、光学フアイバー膜又はエツジフイ
ルターとして形成されている。

少なくとも１個の光導波路の少なくとも１つの
端面は溶融されて光学レンズを形成していてもよ
い（第３図）。また有利には少なくとも２個の光
導波路が存在していて、それらの端部が溶融され
て光学レンズを形成しておりかつ両レンズの間に
存在する光学距離（ｓ）が、それを介して伝送さ
れる光が最小結合損失を有するように選定されて
いる（第５図）。

更に少なくとも１個の光導波路の外径は、レン
ズとして形成されていてもよい端面の範囲で、光
導波路のコア直径と外被直径との間にある値に縮
少されていてもよい（第４図）。

前記光学レンズは大体において球面状に形成さ
れていて、このように形成されたレンズは光導波
路の外径の半分に等しいレンズ半径を有すること
ができる（第３図）。

レンズとして形成されていてもよい少なくとも
１つの端面は有利には使用される光に対して反射
防止膜を備えている。

本発明の利点は、該光分岐ユニツトを保全不要
の光学構造要素として使用できる点にある。

次に本発明を、図示せる実施例により詳述す
る。

該光分岐ユニツトの構造を第１図により説明す
る。コア１６及び外被１７を有する光フアイバー
に入る光（矢）は光フアイバー２０及び３０に分
割されるべきである。光フアイバー１０の端面１
３は光軸１１に対して90゜の角を成して存在し、
光フアイバー１０から空間４０に出る光は屈折さ
れずに光軸１１の方向に更に進行して光学膜２
４、例えば誘電性半透鏡に入射する。この光の一
部分は反射角下に反射されて光フアイバー３０中
に入射結合される。図示した実施例の場合には３
個の光フアイバー１０，２０及び３０が、それら
の光軸１１，２１，３１が光軸膜２４上に存在す
る共通点２２を有するように配置されている。光
の他の部分は角β＝sin^-1（１／n_Ksinα）を成して屈 折して光フアイバー２０に入る。ここでn_Kはコア
２６の有効屈折率であり、αは光の入射及び反射
角である。更に角γについてはγ＝90゜−βがあ
てはまらなければならない。

実施例で用いたデータは、α＝45゜；n_K＝
1.46；β＝sin^-1１／1.46sin 45゜＝29゜；γ＝90゜−
β＝ 61゜である。

また入射角αに関してはこの角の代わりに好ま
しくは20〜45゜の他の角も選択することができ、
これに応じたβ及びγが得られる。

誘電性膜２４の種類によつて光フアイバー２０
及び光フアイバー３０への光の分割が決まる。装
置要求に応じて１：１の分割比又はそれと異なる
比を選定することができる。また関与する波長に
関しては無関係に又は波長依存的に前記分割を選
択することもできる。波長依存の場合には例えば
誘電性膜２４は、波長λ₁及びλ₂の光が光フアイバ
ー１０中を通り、波長λ₁の光が高い結合効率をも
つて光フアイバー２０に導入されかつ波長λ₂を有
する光が高い結合効率をもつて光フアイバー３０
に導入されるように設計されている。このような
装置は膜２４の二色性特性を利用し、例えば光学
デマルチプレツクサー（Demultiplexer）で使用
することができる。

光束の方向は少なくとも部分的に逆転しうる。
すなわち例えば所謂同時送受操作（２方向の伝送
を利用）のための構造部分が重要であり、同部分
においては光フアイバー１０に入る波長λ₁を有す
る光は、例えば完全に光フアイバー３０中に入射
され、他方光フアイバー２０に入る波長λ₂の光
（矢の方向と反対）は可及的に完全に光フアイバ
ー１０（矢の方向と反対）中に入射される。この
種の構造部分は二加入者間の相互通信を可能にす
る。

冒頭記載の解決手段に対する本発明による設計
の他の著しい利点は、接着材料の回避の他に、よ
り有利な特性を有する膜２４を使用することがで
きることである。公知解決手段で膜２４の面法線
と入つてくる光のフアイバー軸１１との間の角α
を使用する場合には、光はガラス側から（屈折率
〓1.5）膜２４に入射する。これに対して本発明
による分岐ユニツトでは光はガラス側から角βで
膜２４に入射する。誘電性光分割膜のエツジ勾配
（光学フイルター効果）は、波長範囲で同膜に対
する光の入射角の直角入射からの偏差が小さくな
ればなる程それだけ大きくすることができること
は公知である。直角入射からずれる場合には光の
種々の偏光方向が種々の反射能及び種々の波長依
存性をもつて反射され又は透過される。同様にし
て発散光束の場合にはエツジ勾配は、入射角の直
角入射からの偏差が増大すればする程それだけな
おいつそう小さくなる。光学的接着層を放棄する
と、公知の接着による解決手段の場合と同一の角
αの場合には光学フイルター効果にとつて角βが
重要である。他方、接着された場合には角αが決
定的な角である。角αが20゜に例えば減少される
場合には、角β＝13.5゜である。このような装置
の場合には顕著なエツジ勾配を有する光分割膜を
使用することができ、従つて本発明による解決手
段は密に隣接した波長の分離を可能にする。

光フアイバーとしてはあらゆる種類の光学繊
維、例えばステツプ形インデクスまたはグレーデ
ツド形インデクスの断面を有する単一モードまた
は多モード光フアイバーを使用することができ
る。

本発明による分岐装置は損失を受けやすい、そ
れというのも光が空間４０で導波管のない空気の
区間を進行するからである。導波管のないこの範
囲で光束は回折及び光の発散（多モード光フアイ
バー）のために広がり、光の一部はもはやフアイ
バーのコア中に入射結合されない。この損失を低
減するために、フアイバー、好ましくは光フアイ
バー１０及び３０の外被を部分的に、例えばエツ
チして除去することができる。従つて光路は導波
管のない空間で短縮されて損失が少なくなる。

表面を損傷又は水分の付着から保護するために
フアイバー端を空密に閉鎖することができる。

第３図及び第４図は他の実施例を示し、その動
作法は第５図により詳述する。第５図は、標準化
距離ｓ／ｄに従属する光結合損失Ｖ（dB）を示す
グラフの一例である。第５図に図示した結合配置
によればｓはコア及び外被を有する共軸的に配置
された光導波路の二端面の距離（光学距離）を表
わす。曲線５１及び５２は例えば、それぞれ約
130μｍの外径を有する外被及び約50μｍのコア直
径ｄを有するガラス繊維の光導波路に関するもの
である。曲線５１は、空気が結合媒質としてその
間に存在する平面の端面に関する両端面間の距離
ｓに依存する結合損失を示す。曲線５１によれば
結合損失Ｖは、距離ｓ（光学距離）が増大する限
り大きくなる。曲線５２の基礎になつている結合
配置の場合には、光導波路の端面は、溶融されて
外被の直径の半分にほぼ等しい曲率半径を有する
球面レンズを形成している。曲線５２は、標準化
距離ｓ／ｄ＝2.4にほぼ存在する結合損失Ｖの明
瞭な最小値を示す。

第１図による光分岐ユニツトの場合、平面端面
１３と３３との間の光学距離を標準化距離ｓ／ｄ
＝1.2未満に適宜形成することは、構造的理由か
ら不可能である。第５図によれば前記値に関して
は曲線５１から約0.9dBの結合損失が生ずる。こ
れに対して端面が溶融されて球面レンズを形成し
ている場合には曲線５２によれば標準化距離ｓ／
ｄ＝2.4を選定するのが有利であり、この場合結
合損失は0.6dBにすぎない。この結果倍化された
光学距離が得られ、この距離は第３図により構成
された分岐ユニツトの場合には機械的構造及び光
学的調整を著しく簡素化する。更に軸１１と３１
との間の角2αを90゜未満に選択することも可能で
ある。このような配置は使用される干渉フイルタ
ーがより選択的に動作するという利点ももたら
す、それというのも干渉フイルターの場合には光
の入射角を可及的に小さく選択するのが有利だか
らである。

また第４図によれば、角2αは、レンズ１３１
及び３３１の範囲で光導波路の外被の外径を例え
ばエツチによつて減少させることによつて更に小
さくすることもできる。

同様に溶融レンズを有する光導波路は第２図に
よる分岐ユニツトでも有利に使用することができ
る。

結合損失を更に低減するためには、空間４０を
限定する端面及び／又はレンズを、使用される光
に対する所謂反射防止被覆で被うのが有利であ
る。

図示してない他の実施例では、空間４０を限定
する少なくとも１個の光フアイバーが少なくとも
１個の光電検出器、例えばフオトダイオードによ
つて代用されている。このような装置を用いる
と、例えば光フアイバー中に入射結合された光の
強度を測定しかつ／又は調節することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による光分岐ユニツト
の断面図であり、第５図は標準化距離ｓ／ｄに従
属する光結合損失Ｖ（dB）を示すグラフである。 １０，２０，３０……光導波路、１１，２１，
３１……光軸、１３，２３，３３……端面、２２
……光軸が有する共通点、１６，２６……コア、
２４……誘電性膜、４０……端面によつて形成さ
れる空間、１３１，３３１……レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも３個の光導波路から成り、それら
   の光軸が光束方向に関して送信用光導波路の次に
   存在する少なくとも１個の出口側光導波路の端面
   の上に存在する点で交差するような配置を有して
   おり、前記端面上に送信用光導波路からくる光を
   部分的に反射しかつ部分的に透過する反射膜が設
   けられている構造の光分岐ユニツトにおいて、 (a) 少なくとも３個の光導波路のそれぞれの端面
   が固体及び液体を含まない空間を形成し、 (b) 反射膜を有する前記出口側光導波路の光軸
   が、送信用光導波路の光軸に対して傾斜してお
   り、 (c) 反射膜を有する前記出口側光導波路の端面
   が、送信用光導波路から来て、この端面に入射
   する光が、反射膜を有する前記出口側光導波路
   中に入射結合されるようにその光軸に対して角
   γを成して傾斜しておりかつ前記反射膜から反
   射された光が別の出口側光導波路に入る ことを特徴とする光分岐ユニツト。 ２ 前記空間に空気が充填してある特許請求の範
   囲第１項記載のユニツト。 ３ 反射膜及び／又は角γが、入射光が偏光され
   るように形成されている特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載のユニツト。 ４ 前記空間を形成しかつ光の入射される少なく
   とも１つの面に１個の光電検出器が配置されてい
   る特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
   か１項記載のユニツト。 ５ 光導波路が、コア及び外被を有する光フアイ
   バーとして形成されている特許請求の範囲第１項
   から第４項までのいずれか１項記載のユニツト。 ６ 光導波路が単一モード光フアイバーとして形
   成されている特許請求の範囲第５項記載のユニツ
   ト。 ７ 少なくとも２個の光導波路が一体の光学的構
   造要素に構成されている特許請求の範囲第１項か
   ら第６項までのいずれか１項記載のユニツト。 ８ 反射膜が二色性膜として形成されている特許
   請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項
   記載のユニツト。 ９ 反射膜が光学フイルター膜として形成されて
   いる特許請求の範囲第８項記載のユニツト。 １０ 反射膜がエツジフイルター膜として形成さ
   れている特許請求の範囲第９項記載のユニツト。 １１ 光導波路の１つの端面が溶融されて光学レ
   ンズを形成している特許請求の範囲第１項から第
   １０項までのいずれか１項記載のユニツト。 １２ 少なくとも２個の光導波路が存在してい
   て、それらの端部が溶融されて光学レンズを形成
   しておりかつこれらのレンズの間に存在する光学
   距離（ｓ）が、それを介して伝送される光が最小
   結合損失を有するように選定されている特許請求
   の範囲第１１項記載のユニツト。 １３ 少なくとも１個の光導波路の外径が、光学
   レンズとして形成されていてもよい端面の範囲
   で、光導波路のコア直径と外被直径との間にある
   値に縮少されている特許請求の範囲第１１項又は
   第１２項記載のユニツト。 １４ 光学レンズが大体において球面状に形成さ
   れている特許請求の範囲第１１項から第１３項ま
   でのいずれか１項記載のユニツト。 １５ 球面状に形成されたレンズが、光導波路の
   外径の半分に等しいレンズ半径を有する特許請求
   の範囲第１４項記載のユニツト。 １６ レンズとして形成されていてもよい少なく
   とも１つの端面が、使用される光に対して反射防
   止膜を備えている特許請求の範囲第１項から第１
   ５項までのいずれか１項記載のユニツト。