JPH06103367B2 - 光結合器 - Google Patents
光結合器Info
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- JPH06103367B2 JPH06103367B2 JP15579185A JP15579185A JPH06103367B2 JP H06103367 B2 JPH06103367 B2 JP H06103367B2 JP 15579185 A JP15579185 A JP 15579185A JP 15579185 A JP15579185 A JP 15579185A JP H06103367 B2 JPH06103367 B2 JP H06103367B2
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- lens
- light source
- aberration
- refractive index
- optical
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Links
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Landscapes
- Lenses (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素子か
らの光を光伝送ファイバに効率良く入射させるための光
結合器に関するものである。
らの光を光伝送ファイバに効率良く入射させるための光
結合器に関するものである。
上記のような光源からの拡散光束を光結合器を介して光
伝送ファイバのコア内に効率良く伝送するためには、軸
上入射光ばかりでなく、組み立て誤差等に起因する軸外
入射光も洩れなくファイバコア内に入射するように、結
合器を構成するレンズの軸上収差および軸外収差を十分
に補正しておく必要がある。
伝送ファイバのコア内に効率良く伝送するためには、軸
上入射光ばかりでなく、組み立て誤差等に起因する軸外
入射光も洩れなくファイバコア内に入射するように、結
合器を構成するレンズの軸上収差および軸外収差を十分
に補正しておく必要がある。
特に光伝送ファイバが単一ファイバである場合はコアの
径が極めて微小であるため上記レンズの収差について厳
しい性能が要求される。
径が極めて微小であるため上記レンズの収差について厳
しい性能が要求される。
また結合器は小型軽量であることや安価であることが要
求される。
求される。
従来この種の光結合器としては、両端面が平行平面の自
己集束型レンズを使用したものが知られている。
己集束型レンズを使用したものが知られている。
しかしながら、上記のような両端面が平行平面の自己集
束型レンズの場合、軸上収差を小さくするためには、レ
ンズの屈折率分布の制御が非常に難しく、仮りに軸上収
差が小さくなっても軸外収差、特にコマ収差が大きいた
めに例えば光源がレンズ光軸からずれた時に光源から出
射した光源が１点に集光しなくなってしまう。
束型レンズの場合、軸上収差を小さくするためには、レ
ンズの屈折率分布の制御が非常に難しく、仮りに軸上収
差が小さくなっても軸外収差、特にコマ収差が大きいた
めに例えば光源がレンズ光軸からずれた時に光源から出
射した光源が１点に集光しなくなってしまう。
又、片面を球面にしたレンズの例としては、特開昭54-2
1751があるが、そこでは球面は屈折率分布型レンズの収
差を補正するためだけに用いられているために、球面収
差は補正されてもコマ収差までは補正されない。上記要
求を一応満足する光学系は屈折率の一様な通常の球面レ
ンズ３〜４枚で構成することができる。
1751があるが、そこでは球面は屈折率分布型レンズの収
差を補正するためだけに用いられているために、球面収
差は補正されてもコマ収差までは補正されない。上記要
求を一応満足する光学系は屈折率の一様な通常の球面レ
ンズ３〜４枚で構成することができる。
しかしながらこのような球面レンズの組み合せでは光学
系が大型になってしまい、装置全体の小型軽量化に支障
となる。またレンズの枚数が多いため、光学系の組み立
ておよびレンズ面研磨に多大の工数を要し、コストアッ
プになる欠点がある。
系が大型になってしまい、装置全体の小型軽量化に支障
となる。またレンズの枚数が多いため、光学系の組み立
ておよびレンズ面研磨に多大の工数を要し、コストアッ
プになる欠点がある。
上記の従来技術の問題点を解決する本発明の結合器は、
光軸からｒの距離における屈折率ｎ（ｒ）がn2(r)=nO 2
〔1-(gr)2+h4(gr)4+h6(gr)6+……〕で表わされる透明円
柱体からなり、以下の条件を満たすレンズから成る。
光軸からｒの距離における屈折率ｎ（ｒ）がn2(r)=nO 2
〔1-(gr)2+h4(gr)4+h6(gr)6+……〕で表わされる透明円
柱体からなり、以下の条件を満たすレンズから成る。
（１）1.0mm＜R1＜3.0mm （２）R2＝∞ （３）2.5mm＜Z0＜4.5mm （４）1.75mm＜2r0＜2.0mm （５）0.3mm＜l1＜1.1mm （６）1.64＜n0＜1.69 （７）0.34＜gr0＜0.37 （８）0.7＜h4＜2.0 （９）−５＜h6＜10 ただしR1,R2はそれぞれ入射端面、出射端面の曲率半
径、rOはレンズの半径、l1は光源側バックフォーカス、
ZOはレンズの長さ、nOは中心軸上の屈折率、ｇ、h4、h6
は分布定数である。
径、rOはレンズの半径、l1は光源側バックフォーカス、
ZOはレンズの長さ、nOは中心軸上の屈折率、ｇ、h4、h6
は分布定数である。
前記（１）〜（９）の条件のうち、条件（１），（２）
は光源に対向するレンズの入射端面が凸の球面で、光伝
送ファイバに対向する出射端面が平面であることを示
し、このように本発明の結合器レンズは片面が平面であ
るため、研磨加工が極めて容易である。レンズの長さZO
は、半導体レーザーと単一モードファイバのモードマッ
チングの条件から決められるもので、4.5mm以上および
2.5mm以下では出射スポットサイズが大きすぎたり，小
さすぎたりして実用的でなくなる。レンズの外径2rOに
ついては、2.0mm以上では全体の光学系が大きくなりす
ぎ、また1.7mm以下では組立誤差の許容値が小さくなり
すぎて組立てが難しくなる。光源側バックフォーカスl1
は半導体レーザとロッドレンズの端面の間隔であり、l1
が1.1mm以上および0.3mm以下では光学系が大きくなった
り、モードマッチングの条件が保てなくなったりする。
は光源に対向するレンズの入射端面が凸の球面で、光伝
送ファイバに対向する出射端面が平面であることを示
し、このように本発明の結合器レンズは片面が平面であ
るため、研磨加工が極めて容易である。レンズの長さZO
は、半導体レーザーと単一モードファイバのモードマッ
チングの条件から決められるもので、4.5mm以上および
2.5mm以下では出射スポットサイズが大きすぎたり，小
さすぎたりして実用的でなくなる。レンズの外径2rOに
ついては、2.0mm以上では全体の光学系が大きくなりす
ぎ、また1.7mm以下では組立誤差の許容値が小さくなり
すぎて組立てが難しくなる。光源側バックフォーカスl1
は半導体レーザとロッドレンズの端面の間隔であり、l1
が1.1mm以上および0.3mm以下では光学系が大きくなった
り、モードマッチングの条件が保てなくなったりする。
前記条件（６），（７）は条件（１）〜（５）を満たし
且つモードマッチングを保つための屈折率分布定数で、
nOは中心光軸上の屈折率でありｇは屈折率の勾配をあら
わす。
且つモードマッチングを保つための屈折率分布定数で、
nOは中心光軸上の屈折率でありｇは屈折率の勾配をあら
わす。
前記条件（８），（９）は条件（１）〜（７）を満たし
た上で球面収差とコマ収差を小さくするための屈折率分
布定数h4,h6の条件である。そしてレンズ端面の曲率半
径、光源側バックフォーカス、分布定数ｇ、h4、h6を前
述の条件（１）〜（９）の範囲内に選定することによ
り、後述の数値実施例に示されるように球面収差および
コマ収差を十分小さくおさえることができる。
た上で球面収差とコマ収差を小さくするための屈折率分
布定数h4,h6の条件である。そしてレンズ端面の曲率半
径、光源側バックフォーカス、分布定数ｇ、h4、h6を前
述の条件（１）〜（９）の範囲内に選定することによ
り、後述の数値実施例に示されるように球面収差および
コマ収差を十分小さくおさえることができる。
図面に示した例について説明すると、第１図で１が発光
ダイオード、半導体レーザ等の光源、２が本発明の結合
器レンズ、３が光伝送ファイバである。レンズ２は中心
軸から外周に向けて前述式に従い連続的に変化する屈折
率分布を有するガラス、合成樹脂等からなる透明円柱体
で、光源１に対向する入射端面2Aが軸対称の凸球面で、
ファイバ３に対向する出射端面2Bが光軸に垂直な平面に
なっている。光源１から出た拡散光束は、上記レンズ２
で集束され光ファイバ３のコア内に入射する。
ダイオード、半導体レーザ等の光源、２が本発明の結合
器レンズ、３が光伝送ファイバである。レンズ２は中心
軸から外周に向けて前述式に従い連続的に変化する屈折
率分布を有するガラス、合成樹脂等からなる透明円柱体
で、光源１に対向する入射端面2Aが軸対称の凸球面で、
ファイバ３に対向する出射端面2Bが光軸に垂直な平面に
なっている。光源１から出た拡散光束は、上記レンズ２
で集束され光ファイバ３のコア内に入射する。
本発明に係る光結合器レンズは、例えばTl,Cs,Liなどガ
ラスの屈折率増加に寄与の大きい修飾酸化物を含有する
レンズ母材の表面にガラスの屈折率減少に寄与するNa,K
等のイオンを含む溶融塩を接触させてガラス中のTl,Cs
等のイオンと溶融塩中の上記イオンとを交換させること
により母材ガラス中に屈折率勾配を形成し、このレンズ
母材を所定の長さに切断した後、一端側を凸球面にまた
他端面を平面に研磨加工することにより得られる。
ラスの屈折率増加に寄与の大きい修飾酸化物を含有する
レンズ母材の表面にガラスの屈折率減少に寄与するNa,K
等のイオンを含む溶融塩を接触させてガラス中のTl,Cs
等のイオンと溶融塩中の上記イオンとを交換させること
により母材ガラス中に屈折率勾配を形成し、このレンズ
母材を所定の長さに切断した後、一端側を凸球面にまた
他端面を平面に研磨加工することにより得られる。
以下に本発明の具体的数値例について示す。
実施例１ R1＝1.798mm,R2＝∞，ZO＝3.370mm,2rO＝1.8mm,l1＝0.7
mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝1.335,h6＝0.749,h8＝7.8
21 本実施例の収差図を第２図に示す。
mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝1.335,h6＝0.749,h8＝7.8
21 本実施例の収差図を第２図に示す。
実施例２ R1＝2.270mm,R2＝∞，ZO＝4.302mm,2rO＝1.85mm,l1＝0.
308mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝0.733,h6＝−0.120,h8
＝1.875 本実施例の収差図を第３図に示す。
308mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝0.733,h6＝−0.120,h8
＝1.875 本実施例の収差図を第３図に示す。
実施例３ R1＝2.209mm,R2＝∞，ZO＝3.809mm,2rO＝1.80mm,l1＝0.
500mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝0.928,h6＝0,h8＝2.81 本実施例の収差図を第４図に示す。
500mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝0.928,h6＝0,h8＝2.81 本実施例の収差図を第４図に示す。
実施例４ R1＝1.625mm,R2＝∞，ZO＝3.191mm,2rO＝1.85mm,l1＝0.
822mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝1.754,h6＝1.617,h8＝
18.705 本実施例の収差図を第５図に示す。
822mm,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝1.754,h6＝1.617,h8＝
18.705 本実施例の収差図を第５図に示す。
比較例 本発明範囲外の比較数値例として、 R1＝4.0mm,R2＝∞，ZO＝3.824mm,2rO＝1.80mm,l1＝0.5m
m,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝0.784,h6＝−0.115,h8＝−
0.378 の諸元をもつ屈折率分布型レンズの収差図を第６図に示
す。
m,nO＝1.66,grO＝0.351,h4＝0.784,h6＝−0.115,h8＝−
0.378 の諸元をもつ屈折率分布型レンズの収差図を第６図に示
す。
なお、第６図の横軸の１目盛は第２図〜第５図の本発明
実施例収差図の横軸１目盛の20倍にとっている。
実施例収差図の横軸１目盛の20倍にとっている。
本発明に係る光源、光ファイバ結合器は実施例から明ら
かなように球面収差、コマ収差が非常に小さく、したが
って単一モードファイバのように極めてコア径の小さい
ファイバに対しても光源光を非常に効率良く集束入射さ
せることができる。
かなように球面収差、コマ収差が非常に小さく、したが
って単一モードファイバのように極めてコア径の小さい
ファイバに対しても光源光を非常に効率良く集束入射さ
せることができる。
また収差が小さいために、組み立て誤差等に起因して光
源がレンズ光軸から多少ずれていても洩光損失が小さ
く、したがって軸合せの許容誤差範囲が拡大するので、
部品の組み立て作業もそれだけ容易化する。
源がレンズ光軸から多少ずれていても洩光損失が小さ
く、したがって軸合せの許容誤差範囲が拡大するので、
部品の組み立て作業もそれだけ容易化する。
さらに、本願発明に係るレンズは片端面が平面であるの
で、多量のレンズをまとめて平面研磨することができ、
研磨加工も容易で安価に量産することができる。
で、多量のレンズをまとめて平面研磨することができ、
研磨加工も容易で安価に量産することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図ないし
第５図は本発明の結合器レンズの収差図、第６図は本発
明の範囲外の屈折率分布型レンズの収差図である。 １……光源、２……結合器レンズ ３……光伝送ファイバ
第５図は本発明の結合器レンズの収差図、第６図は本発
明の範囲外の屈折率分布型レンズの収差図である。 １……光源、２……結合器レンズ ３……光伝送ファイバ
Claims (1)
- 【請求項１】光源から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+・・・・] で表わされる透明円柱体から成るレンズであって、 以下の条件を備えていることを特徴とする光源と 光ファイバの結合器。 （１）1.0mm＜R1＜3.0mm （２）R2＝∞ （３）2.5mm＜Z0＜4.5mm （４）1.75mm＜2r0＜2.0mm （５）0.3mm＜l1＜1.1mm （６）1.64＜n0＜1.69 （７）0.34＜gr0＜0.37 （８）0.7＜h4＜2.0 （９）−５＜h6＜10 ただしR1、R2はそれぞれ入射端面、出射端面の曲率半
径、r0はレンズの半径、l1は光源側バックフォーカス、
Z0はレンズの長さ、n0は中心軸上屈折率、ｇ、h4、h6は
分布定数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579185A JPH06103367B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 光結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579185A JPH06103367B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 光結合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6215513A JPS6215513A (ja) | 1987-01-23 |
| JPH06103367B2 true JPH06103367B2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=15613509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15579185A Expired - Lifetime JPH06103367B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 光結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06103367B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006154868A (ja) * | 2006-03-09 | 2006-06-15 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | レンズ機能付き光ファイバおよびその製造方法 |
-
1985
- 1985-07-15 JP JP15579185A patent/JPH06103367B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6215513A (ja) | 1987-01-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |