JPH055081B2 - - Google Patents
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- JPH055081B2 JPH055081B2 JP59030113A JP3011384A JPH055081B2 JP H055081 B2 JPH055081 B2 JP H055081B2 JP 59030113 A JP59030113 A JP 59030113A JP 3011384 A JP3011384 A JP 3011384A JP H055081 B2 JPH055081 B2 JP H055081B2
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- Japan
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- lens
- light source
- optical system
- fiber
- numerical aperture
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- 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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は光源からの拡散光束を光伝送フアイバ
に入射させる光学系に関するものである。
に入射させる光学系に関するものである。
半導体レーザ等の光源から放射される特定波長
の拡散光を径の小さい光伝送フアイバ、特にシン
グルモードフアイバに入射させる場合、洩光損失
を可及的に小さく抑えるために低収差で効率良く
入射させることが必要である。
の拡散光を径の小さい光伝送フアイバ、特にシン
グルモードフアイバに入射させる場合、洩光損失
を可及的に小さく抑えるために低収差で効率良く
入射させることが必要である。
特に組み立て誤差に起因する軸外入射でも使用
できるようにコマ収差を充分に補正しておく必要
がある。また光学系は小型、軽量であることが要
求されされる。
できるようにコマ収差を充分に補正しておく必要
がある。また光学系は小型、軽量であることが要
求されされる。
従来この種の光源結合用光学系の典型的なもの
としては、光源と光伝送フアイバとの間に単一の
自己集束型レンズを配置したものが知られてい
る。自己集束型レンズは周知のように屈折率が中
心軸上で最大で半径方向にパラボリツクに漸減し
外周で最小となる屈折率分布をもつ透明円柱体か
らなる。上記のような単一の自己集束型レンズの
場合軸上収差を小さくするためには屈折率分布の
制御が極めて難しく、また仮りに軸上収差を満足
できる程度まで小さくし得たとしても、軸外収
差、特にコマ収差が大きいまま残るため、例えば
組み立て時の誤差等に起因して光源がレンズ光軸
からずれたときに収差が大きくなり、フアイバに
入射されない洩光損失が急激に増大するという問
題がある。一例として最も一般的に使用されてい
るコア径10μｍのシングルモードフアイバに、光
軸に対し直角方向に0.1mmずれて光源からの光線
を従来の単一の自己集束型レンズを介して入射さ
せたときのスポツトダイアグラムを第３図に示
す。
としては、光源と光伝送フアイバとの間に単一の
自己集束型レンズを配置したものが知られてい
る。自己集束型レンズは周知のように屈折率が中
心軸上で最大で半径方向にパラボリツクに漸減し
外周で最小となる屈折率分布をもつ透明円柱体か
らなる。上記のような単一の自己集束型レンズの
場合軸上収差を小さくするためには屈折率分布の
制御が極めて難しく、また仮りに軸上収差を満足
できる程度まで小さくし得たとしても、軸外収
差、特にコマ収差が大きいまま残るため、例えば
組み立て時の誤差等に起因して光源がレンズ光軸
からずれたときに収差が大きくなり、フアイバに
入射されない洩光損失が急激に増大するという問
題がある。一例として最も一般的に使用されてい
るコア径10μｍのシングルモードフアイバに、光
軸に対し直角方向に0.1mmずれて光源からの光線
を従来の単一の自己集束型レンズを介して入射さ
せたときのスポツトダイアグラムを第３図に示
す。
同図において７はシングルモードフアイバのコ
アを示し、黒点８はフアイバ端面を含む平面を光
線が横切る位置を示す。
アを示し、黒点８はフアイバ端面を含む平面を光
線が横切る位置を示す。
第３図からレンズに入射した光線は一点に集ま
らず非常に大きく拡散し、フアイバコア７に入射
しない光線が相当量存在することがわかる。
らず非常に大きく拡散し、フアイバコア７に入射
しない光線が相当量存在することがわかる。
上記のような収差を補正した光学系は屈折率の
一様な通常の球面レンズ３ないし４枚で構成する
ことは可能であるが、光学系がかなり大きなもの
になり、またレンズの研磨加工、組立てに手間が
かかりコストアツプになるという問題がある。
一様な通常の球面レンズ３ないし４枚で構成する
ことは可能であるが、光学系がかなり大きなもの
になり、またレンズの研磨加工、組立てに手間が
かかりコストアツプになるという問題がある。
本発明の目的は、上記従来の欠点を解消し、軸
上収差のみならず軸外収差も小さく、しかもレン
ズ端面がすべて平面でよいため研磨加工組み立て
が極めて容易で安価に量産できる。小型、軽量の
光源結合用光学系を提供することである。
上収差のみならず軸外収差も小さく、しかもレン
ズ端面がすべて平面でよいため研磨加工組み立て
が極めて容易で安価に量産できる。小型、軽量の
光源結合用光学系を提供することである。
上記目的を達成する本発明の光学系は、光源と
光フアイバとの間に、中心からｒの距離における
屈折率ｎ(r)が、中心軸上の屈折率をnoとして n2（ｒ）＝no2｛１−（gr）2＋h4（gr）4＋h6（gr）6＋
h8
（gr）8＋…｝で表わされる円柱状の透明体からな
る２つの自己集束型レンズを光軸方向に並べて配
置し、該光学系の光源側の開口数を出射側開口数
よりも大とするとともに、前記係数h4について、
（第１レンズは−２以上で0.2以下の範囲、第２レ
ンズは0.8以上で2.0以下の範囲とすることを特徴
としている。
光フアイバとの間に、中心からｒの距離における
屈折率ｎ(r)が、中心軸上の屈折率をnoとして n2（ｒ）＝no2｛１−（gr）2＋h4（gr）4＋h6（gr）6＋
h8
（gr）8＋…｝で表わされる円柱状の透明体からな
る２つの自己集束型レンズを光軸方向に並べて配
置し、該光学系の光源側の開口数を出射側開口数
よりも大とするとともに、前記係数h4について、
（第１レンズは−２以上で0.2以下の範囲、第２レ
ンズは0.8以上で2.0以下の範囲とすることを特徴
としている。
以下本発明を図面にした実施例について詳細に
説明する。
説明する。
第１図において１は本発明に係る光学系であ
り、半導体レーザ等の光源４からの拡散出射光５
は上記光学系１を通して集束され、シングルモー
ドフアイバ６のコア中に入射する。
り、半導体レーザ等の光源４からの拡散出射光５
は上記光学系１を通して集束され、シングルモー
ドフアイバ６のコア中に入射する。
上記光学系１は２つの自己集束型レンズ２，３
を軸線を一致させ端面同士を密着させて配置して
構成されている。
を軸線を一致させ端面同士を密着させて配置して
構成されている。
自己集束型レンズ２，３はガラス、合成樹脂等
の透明な円柱体からなり、両レンズ２，３の全て
の端面は光軸に垂直な平面である。また、両レン
ズ２，３はいずれも光軸からｒの距離における屈
折率ｎ(r)が、n2（ｒ）＝no2〔１−（gr）2＋h4（gr）4
＋
h6（gr）6＋h8（gr）8＋…〕……(1)の式で表わされる
屈折率分布を有している。
の透明な円柱体からなり、両レンズ２，３の全て
の端面は光軸に垂直な平面である。また、両レン
ズ２，３はいずれも光軸からｒの距離における屈
折率ｎ(r)が、n2（ｒ）＝no2〔１−（gr）2＋h4（gr）4
＋
h6（gr）6＋h8（gr）8＋…〕……(1)の式で表わされる
屈折率分布を有している。
上記(1)式において、noは光軸上の屈折率、ｇ、
h4、h6、h8は屈折率分布定数である。
h4、h6、h8は屈折率分布定数である。
そして光学系１の光源側開口数NA1および出
射側開口数NA2がNA1＞NA2の関係となるよう
に光学系諸元が選ばれている。上記の開口数の関
係により、光源４から比較的大きな拡散角で放射
される光束は、大きな開口数をもつ光学系１の入
射面において効率良く補足され、また開口数が相
対的に小さい出射面側から、光源からの入射時よ
りも緩やかな角度で出射し集束されるので、開口
数が相対的に小さいシンルグモードフアイバに対
しても効率良く光源光を入射させることができ
る。
射側開口数NA2がNA1＞NA2の関係となるよう
に光学系諸元が選ばれている。上記の開口数の関
係により、光源４から比較的大きな拡散角で放射
される光束は、大きな開口数をもつ光学系１の入
射面において効率良く補足され、また開口数が相
対的に小さい出射面側から、光源からの入射時よ
りも緩やかな角度で出射し集束されるので、開口
数が相対的に小さいシンルグモードフアイバに対
しても効率良く光源光を入射させることができ
る。
また、上記レンズ２，３の(1)式における４次項
係数h4に関し、光源側の第１レンズのh4を第２レ
ンズのh4よりも小にしてある。
係数h4に関し、光源側の第１レンズのh4を第２レ
ンズのh4よりも小にしてある。
この係数h4ついてさらに詳しく述べる。
自己集束型レンズ２，３の中心屈折率noおよ
び分布定数ｇの典型的な数値例としてno＝１，
658、ｇ＝0.2284mm-1を選び一方レンズの分布係
数h4を決めて収差の計算から球面収差を０にする
ような他方のレンズの分布係数h4を求める。そし
て両レンズ２，３の組み合せ光学系１の正弦条件
不満足量を計算してこの不満足量がほぼ０になら
ない場合は当初設定の分布係数h4の値を変えて上
記計算を正弦条件不満足量がほぼ０になるまで繰
り返して両レンズのh4の最適組み合せを求めた。
その結果を第２図に示す。光学系１の出射側の開
口数NA2については、シングルモードフアイバ
の最適スポツトサイズから求めてNA2＝0.108と
し、また光学系１の入射側の開口数NA1は光源
からの入射時における損失が1dB以下なるよう
NA1＝0.39としている。第２図のグラフにおいて
横軸は組み合せ光学系の全レンズ長Ｚと第１レン
ズのレンズ長Z1との比をあらわし、たて軸は(1)式
における４次項係数h4の値である。またパラメー
タのS1は光源と第１レンズ２の入射面２Ａとの距
離である。
び分布定数ｇの典型的な数値例としてno＝１，
658、ｇ＝0.2284mm-1を選び一方レンズの分布係
数h4を決めて収差の計算から球面収差を０にする
ような他方のレンズの分布係数h4を求める。そし
て両レンズ２，３の組み合せ光学系１の正弦条件
不満足量を計算してこの不満足量がほぼ０になら
ない場合は当初設定の分布係数h4の値を変えて上
記計算を正弦条件不満足量がほぼ０になるまで繰
り返して両レンズのh4の最適組み合せを求めた。
その結果を第２図に示す。光学系１の出射側の開
口数NA2については、シングルモードフアイバ
の最適スポツトサイズから求めてNA2＝0.108と
し、また光学系１の入射側の開口数NA1は光源
からの入射時における損失が1dB以下なるよう
NA1＝0.39としている。第２図のグラフにおいて
横軸は組み合せ光学系の全レンズ長Ｚと第１レン
ズのレンズ長Z1との比をあらわし、たて軸は(1)式
における４次項係数h4の値である。またパラメー
タのS1は光源と第１レンズ２の入射面２Ａとの距
離である。
第２図のグラフにおいて下方にある三本の曲線
A1，A2，A3はそれぞれS1＝0.8mm、1.363mm、2.0
mmにおける光源側レンズ２のh4の値を示し、上方
にある三本の曲線B1，B2，B3は上記曲線A1，
A2，A3上のh4の値に対応する最適（正弦条件不
満足量がほぼ０）なフアイバ側レンズ３のh4の数
値を示す。第２図から明らかなように両レンズ
２，３の組み合せ光学系においては光源側レンズ
２のh4の値をフアイバ側レンズ３のh4の値よりも
小さくすることにより広範囲な条件下で収差を充
分に小さい値にするとができる。そしてグラウに
示されるように光源側レンズ２のh4の望ましいh4
の値の範囲は−２≦h4≦0.2であり、またフアイ
バ側レンズ３の望ましいh4の範囲は0.8≦h4≦2.0
である。
A1，A2，A3はそれぞれS1＝0.8mm、1.363mm、2.0
mmにおける光源側レンズ２のh4の値を示し、上方
にある三本の曲線B1，B2，B3は上記曲線A1，
A2，A3上のh4の値に対応する最適（正弦条件不
満足量がほぼ０）なフアイバ側レンズ３のh4の数
値を示す。第２図から明らかなように両レンズ
２，３の組み合せ光学系においては光源側レンズ
２のh4の値をフアイバ側レンズ３のh4の値よりも
小さくすることにより広範囲な条件下で収差を充
分に小さい値にするとができる。そしてグラウに
示されるように光源側レンズ２のh4の望ましいh4
の値の範囲は−２≦h4≦0.2であり、またフアイ
バ側レンズ３の望ましいh4の範囲は0.8≦h4≦2.0
である。
１つの数値例を示すと、レンズ２の入射面２Ａ
までの距離S1＝1.363mm、レンズ３の出射面３Ａ
からフアイバ端面までの距離S2＝10.399mm、両レ
ンズ２，３の中心屈折率no＝1.658、(1)式の定数
ｇ＝0.2284mm-1、第１レンズの長さZ1＝第２レン
ズの長さZ2＝2.940mmとしたとき、光源側レンズ
２の分布係数をh4＝−0.7、h6＝０、h8＝０とし、
フアイバ側レンズ３の各係数をh4＝1.16、h6＝
0.12、h8＝1.47に選べば組み合せ光学系の収差を
極小にすることができる。
までの距離S1＝1.363mm、レンズ３の出射面３Ａ
からフアイバ端面までの距離S2＝10.399mm、両レ
ンズ２，３の中心屈折率no＝1.658、(1)式の定数
ｇ＝0.2284mm-1、第１レンズの長さZ1＝第２レン
ズの長さZ2＝2.940mmとしたとき、光源側レンズ
２の分布係数をh4＝−0.7、h6＝０、h8＝０とし、
フアイバ側レンズ３の各係数をh4＝1.16、h6＝
0.12、h8＝1.47に選べば組み合せ光学系の収差を
極小にすることができる。
上記数値例の光学系１で光源が光軸と垂直方向
に0.1mmずれたときのシングルモードフアイバ端
面上でのスポツトダイアグラムを第４図に示す。
に0.1mmずれたときのシングルモードフアイバ端
面上でのスポツトダイアグラムを第４図に示す。
第３図と第４図の比較から明らかなように、本
発明に係る光学系は軸外収差が極めて小さく、し
たがつて光源位置が光学系光軸から多少ずれてい
ても光源光が確実にフアイバコア内に入射し、結
合効率が非常に高い。
発明に係る光学系は軸外収差が極めて小さく、し
たがつて光源位置が光学系光軸から多少ずれてい
ても光源光が確実にフアイバコア内に入射し、結
合効率が非常に高い。
以上実施例で説明したように本発明の光学系は
軸外収差が非常に小さく、したがつて組み立て誤
差等に起因して光源と光学系光軸との間に多少の
ずれを生じたとしても、洩光損失をほとんど生じ
ることなくシングルモードフアイバの微小なコア
内に効率良く伝送される。同時に光源と光学系光
軸との軸合せの許容誤差が拡大するので、組み立
て作業もそれだけ容易化する。
軸外収差が非常に小さく、したがつて組み立て誤
差等に起因して光源と光学系光軸との間に多少の
ずれを生じたとしても、洩光損失をほとんど生じ
ることなくシングルモードフアイバの微小なコア
内に効率良く伝送される。同時に光源と光学系光
軸との軸合せの許容誤差が拡大するので、組み立
て作業もそれだけ容易化する。
さらに、２個の自己集束型レンズの組み合せで
あるためレンズ面の研磨加工は平面加工で良く、
したがつて微小径のレンズであつても極めて容易
に加工するとができ、球面レンズの組み合せ光学
系に比して製作が容易である。
あるためレンズ面の研磨加工は平面加工で良く、
したがつて微小径のレンズであつても極めて容易
に加工するとができ、球面レンズの組み合せ光学
系に比して製作が容易である。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は本発明の光学系における第１レンズと第２レ
ンズの４次項係数h4の最適組み合せ範囲を示すグ
ラフ、第３図、第４図は光源光をレンズ光軸から
偏位させて入射させた場合のフアイバ端面上での
スポツトダイアグラムを示し、第３図は従来の単
一の自己集束型レンズを使用した場合であり、第
４図は本発明の光学系を使用した場合を示す。 １……光源結合用光学系、２，３……自己集束
型レンズ、４……光源、６……フアイバ。
図は本発明の光学系における第１レンズと第２レ
ンズの４次項係数h4の最適組み合せ範囲を示すグ
ラフ、第３図、第４図は光源光をレンズ光軸から
偏位させて入射させた場合のフアイバ端面上での
スポツトダイアグラムを示し、第３図は従来の単
一の自己集束型レンズを使用した場合であり、第
４図は本発明の光学系を使用した場合を示す。 １……光源結合用光学系、２，３……自己集束
型レンズ、４……光源、６……フアイバ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光源と光フアイバとの間に、中心からｒの距
離における屈折率ｎ(r)が、 n2（ｒ）＝n0 2｛１−（gr）2＋h4（gr）4＋h6（gr）6＋
h8
（gr）8＋…｝で表わされる円柱状の透明体からな
る２つの自己集束型レンズを光軸方向に並べて配
置し、該光学系の光源側の開口数を出射側開口数
よりも大とするとともに、前記係数h4について光
源側に位置するレンズ（第１レンズ）を−２≦h4
≦0.2の範囲内、他方のレンズ（第２レンズ）を
0.8≦h4≦2.0の範囲内としたことを特徴とする光
源・フアイバ結合用光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011384A JPS60173516A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 光源・ファイバ結合用光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011384A JPS60173516A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 光源・ファイバ結合用光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60173516A JPS60173516A (ja) | 1985-09-06 |
| JPH055081B2 true JPH055081B2 (ja) | 1993-01-21 |
Family
ID=12294721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3011384A Granted JPS60173516A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 光源・ファイバ結合用光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60173516A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3020993A2 (en) | 2011-03-18 | 2016-05-18 | Jtekt Corporation | Method of manufacturing torque transmission shaft |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH065332B2 (ja) * | 1986-06-17 | 1994-01-19 | 日本板硝子株式会社 | 光結合器 |
| JP2008152194A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-03 | Tecdia Kk | 光送受信モジュール |
| JP2024063972A (ja) * | 2022-10-27 | 2024-05-14 | 株式会社東京精密 | 測定装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS556354A (en) * | 1978-06-30 | 1980-01-17 | Agency Of Ind Science & Technol | Refractive index distribution type lens |
| JPS57114101A (en) * | 1980-12-30 | 1982-07-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Graded lens plus combined lens using said lens and optical transmission line |
-
1984
- 1984-02-20 JP JP3011384A patent/JPS60173516A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3020993A2 (en) | 2011-03-18 | 2016-05-18 | Jtekt Corporation | Method of manufacturing torque transmission shaft |
| EP3020992A2 (en) | 2011-03-18 | 2016-05-18 | Jtekt Corporation | Method of manufacturing torque transmission shaft and vehicle steering apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60173516A (ja) | 1985-09-06 |
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