JPH06501565A - 光タップ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 光タップ 本発明は、光を光ファイバに結合するか、或いはそこから結合して光を取出す光 タップに関する。

光通信において使用される放射は電磁スペクトルの可視領域である必要はないの で、本明細書において用いられる用語「光学的」および「光」は可視スペクトル に制限されないものとして解釈される。例えば、シリカ光ファイバによる伝送に 好ましい波長はシリカファイバの最小損失が１．３ミクロンおよび１．５ミクロ ンで生じるので赤外線領域にある。

多くの「使用中」の状態において、技術者が光ファイバに沿って伝送される信号 をサンプルするか、或いは信号を例えば電話交換機に伝送することが必要である 。これは保守および試験のためでもよく、技術者は情報を送受信することができ る。

ブリティッシュ・テレコムの特許出願ＷＯ３８１０７６８９号明細書では、一時 的に先ファイバに取付は可能な光タップが説明されている。光ファイバは屈曲さ れ、タップは屈曲によって生じた局部妨害により結合して取出される光を集める 。この明細書に記載された装置に関して、結合して取出される光のレベルは非線 形波長依存性を示す。さらに、大きい比率（全コアパワーの９８乃至９９％）は ファイバ屈曲部にほぼ接線方向の光路に沿ってコアから外れるので、この型式の タップは低い結合効率を有し、侵入装置としてしか使用されることかできない。

高い光損失の理由は屈曲部の全長にわたって漏洩が生じ、屈曲部の存在によって 形成されたファイバクラッドモードが最終的にファイバから放射されるのでその 後ある程度の距離にわたって継続するからである。

本発明は、凹所を有する光ヘッドと、光ファイバを凹所へ押付けて変形するよう に構成された部材とを有する光ヘッドを具備する光を光ファイバに結合するか、 或いはそこから結合して光を取出す光タップ装置を提供する。凹所はファイバが 凹所に押付けられて変形されるとき、光ファイバを短い長さの弧の緊密な曲線に するように形状および寸法が定められ、それによって光は湾曲部分の狭い領域に おいて光ファイバに結合されるか、或いはそこから結合して取出されることかで きる。

この型式の光タップの利点は、光が実質上１点である領域において光ファイバに 入るか或いは出ることが可能であることである。結果的に、タップはファイバ屈 曲部の実質上全長にわたって生じる結合に依存する既知の光タップよりもはるか 高い結合効率を有する。実際、凹所および接触部材は光ファイバか湾曲されるよ うに寸法が定められ形成され、その曲率半径は１２５μｍ乃至４ｍｍの範囲にあ る。

先ヘッドは透明アクリル材料から構成されたブロックであり、ブロックはその側 面が光ファイバの点状の狭い領域の方向に或いはそこから進行する光を全反射さ せるように形成されることか有効であり、それによって光は凹所の表面とほぼ平 行な表面を介してブロックに入るか或いは出る。

接触部材がマンドレルに設けられた弾性的な突出部分によって構成されていると 都合がよい。弾性的な突出部分はほぼ半球形部材であってもよく、その半径は３ ｍｍであり、軟質ゴムから構成されている。

好ましい実施例において、凹所はＶ形の断面を有し、Ｖ形の凹所の頂点の角度は １５２’から１７９°の範囲内にある。

凹所は２０ｍｍの幅および０．１乃至２．５ｍｍの範囲内にある深さを有するこ とが都合がよい。凹所は丸味を有する断面を有し、その曲率半径は２乃至３ｍｍ の範囲内にあることが好ましい。

好ましい実施例において、装置は光ファイバから光ヘッドに結合される光を検出 する検出器をさらに具備している。検出器は大きい面積の検出器であるか、或い は小さい作用面積を有することができる。後者の場合において、装置は光ヘッド と検出器の間に配置された屈折率勾配レンズをさらに具備することができる。い ずれの場合でも、フィルタは光ヘッドと検出器の間に配置されることができる。

代りに、装置は光を光ヘッドを介して光ファイバに入射する光源をさらに具備す る。光源はレーザダイオードおよび屈折率勾配レンズによって構成されたレーザ サブ組立体であることが都合がよい。

本発明はまた、光を光ファイバに結合するか、或いはそこから結合して取出す方 法を提供する。この方法は光ヘッドに形成された凹所に対して光ファイバを押付 けるステップを含み、凹所はファイバが凹形に変形されるとき長さの短い弧の緊 密な曲線にされるように形状および寸法が定められる。さらにファイバを凹所に 維持するステップを含み、ファイバからの光は湾曲部分の点状の狭い領域におい て先ファイバに結合されるか、或いはそこから結合して取出される。

それぞれ本発明にしたかって構成される４つの形態の先タップを添付図面を参照 して例示によって以下説明する。

図１は第１の形態の光タップの概略図である。

図２は第２の形態の光タップの概略図である。

図３は第３の形態の先タップの概略図である。

図４は分離された位置における第４の形態の光タップの概略的正面図である。

図５は図４の線Ｖ−■に沿った断面図である。

図６は図４の線Ｖｌ　−Ｖｌに沿った断面図である。

図７は図４の線Ｖｌｌ−Ｖｌ＋に沿った断面図である。

図８は結合位置における第４の形態の先タップの概略的正面図である。

図９は図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。

図１０は第４の形態の光タップの光ヘッドの概略的拡大図である。

図を参照すると、図１は透明アクリルプラスチック材料からなるブロックによっ て構成された光ヘッドｌを含む光タップを示す。光ヘッド１は内方向に傾斜した 表面ハによって限定された浅いＶ形凹所２を形成されている。表面２ａは点２ｂ で合致し、１７４’の角度を限定する。凹所２は０．５ｍｍの深さｄおよび２０ ｍｍの幅Ｗを有する。光ヘッドｌは３×３ｍｍの断面を有する。

使用中、先ファイバ３はマンドレル５によって支持された弾性的バッファ４によ って凹所２に押付けられる。バッファ４は軟質ゴムから構成され、はぼ半球形で あり、３ｍｍの半径を有する。光ファイバ３は凹所２中に配置されるとき、点２ ｂはファイバを短い弧の非常に緊密な屈曲部（ねじれ）にさらす。これはファイ バ３４によって伝送された光を点２ｂ付近の非常に小さい領域でファイバから漏 洩させる。したがって、光は実際光源からのファイバ３からタップで取出され、 光ヘッド１を通って狭いがわずかに発散しているビーム６で進行する。この光は 大きい面積の光検出器７によって検出される。

光検出器７はビーム６か出てくる光ヘッドｌの端面１ａに隣接して配置され、こ の端面は凹所２の隣接する縁部分から５ｍｍ離れている。

凹所２の寸法は与えられたファイバ信号に必要な挿入損失を与えるように選定さ れる。したがって、上述の寸法に関して、先タップは大抵の屈曲感知ファイバに 対して１５５０ｎｍにおいて２ｄＢの挿入損失を有する。この程度の損失はタッ プを侵入的でないように使用することか可能である、すなわちこの挿入損失はフ ァイバがその１部分である光システムの動作の限界内にあるので、タップ過程は ファイバによって伝送された信号またはデータに影響を与えない。

この型式の先タップは侵入的でないように使用されることができるので、侵入的 でない光パワーメータの結合に適している。図２はこのために変更された光タッ プを示す。この光タップは透明アクリルプラスチック材料のブロックによって構 成される光ヘッド１１を含む。光へラド１１は浅い■形凹所１２を形成され、ヘ ッドおよび凹所の寸法は図１の光へ・ラドｌおよび凹所２の寸法と同一である。

しかしながら、光へ、ラド１１は５．７°の角度で傾斜した端面１１ａを有する ことによって変更され、この角度は光ビーム（図示せず）（使用中ねじれがファ イバに形成されるように凹所１２内に配置された光ファイバ（図示せず）から漏 洩する）がこの端面に垂直方向に入射されるように選定される。この光ビームは チップキャリアゲルマニウム検出器１７によって検出され、光フィルタ１８は端 面１１ａと検出器の間に配置されている。フィルタ１８は１００ミクロンのシリ コンウエノ＼上に形成された１５７５ｎｍバンドパス多層フィルタである。検出 器１７はエポキシ合成樹脂に密閉されるので、密閉状態および機械的一体状態を 与える。

チップキャリア検出器１７の使用は光タップをさらにコンパクトにするので、小 さい手持光パワーメータの構成を容易にする。光ビームに対して直角に配置され ているフィルタ１８はスペクトル的にシフトされない応答特性を有する。図２の タップの光学特性は図１のタップの光学特性と類似し、１５５０ｎｍにおいて２ ｄＢの損人損失を有する。パワーメータは電話受動光ネットワークおよび、また は広帯域受動光ネットワーク（ＴＰＯＮ／ＢＰＯＮ）システムに使用されるよう に設計され、システムは公称的にＴＰＯＮは１３００ｎｍ、ＢＰＯＮは１５２５ ｎｍの２つの波長でトラフイ・ツクを伝送する。このシステムはまた１５７５ｎ ｍの波長における試験信号を伝送し、パワーメータはこれらの試験信号を測定す るように設計されている。この理由に対して、先フィルタ１８は１５７５ｎｍの バンドパスフィルタであり、それによって１３００ｎｍまたは１５２５ｎｍの任 意のトラフィック信号は検出器１７に到達する前にフィルタで除去される。

図３は透明アクリル材料のブロックによって構成された光ヘッド２１を含む別の 形態の光タップを示す。光ヘッド２１は凹所２，１２と同じ寸法を有するＶ形凹 所２２を形成される。光ヘッド２１は光ヘッド１１と同様の寸法を有するが、そ の傾斜した端面２１ａは凹所２２の隣接する縁部分と整列される。ねじれがファ イバ中に形成されるように凹所２２内に配置された先ファイバ（図示せず）から タップで取出された光は小さい作用面積の検出器２７によって検出され、屈折率 勾配（ＧＲＩ　Ｎ）レンズ２８は端面２１８と検出器の間に配置される。ＧＲＩ Ｎレンズ２８は高い集光効率を有し、小さい作用面積検出器２７の使用を可能に する。これは高ビツト速度（２メガビット／秒）信号を分岐して取出すために光 タップを使用することが可能である。したがって、この変形の光タップは高感度 高速度データ受信機として使用されることができる。

図２および図３には図示しないが、これらの図に示された各光タップは光ヘッド １１．２１の凹所１２．２２に光ファイバを押付けるマンドレルおよびバッファ （図１の実施例のマンドレル５およびバッファ４に類似している）を含む。

図４乃至図１０は第４の形態の光タップを示す。この先タップは光を光ファイバ に注入するように構成されている、すなわち入射装置である。このタップは透明 アクリル材料のブロックによって構成された光ヘッド３１を含み、ブロックは内 方向に傾斜した表面３２ａによって限定されたＶ形凹所３２を形成されている。

表面３２ａは丸味を有するＶ形部分３２ｂ（図１０参照）で合致し、表面は１６ ０°の角度θを限定し、丸味を有する部分の曲率半径ｒは２ｍｍである。凹所３ ２は０．５ｍｍの深さおよび２０ｍｍの幅を有する。

光ヘッド３１はレーザサブ組立体３４に隣接するハウジング３３に取付けられる 。レーザサブ組立体３４は以下説明するようにレーザによって放射された光を光 ヘッド３１の丸味を有するＶ形部分３２ｂに集めるように配置されたレーザダイ オード３４ａおよび屈折率勾配ファイバ（ＧＲＩＮ）レンズ３４ｂによって構成 されている。レーザ３４ａおよびＧＲＩＮレンズ３４ｂは２頭矢印Ｘおよびｙに よって図４および図５に示された２つの方向の位置の細かい調節を許容するよう にｘ−ｙ位置調整装置３５に取付けられる。これは装置を使用前に最適な入射効 率で設定することを可能にする。

スプリング負荷スライド３６はハウジング３３に取付けられ、丸味を有する部分 ３２ｂの領域における凹所３２の形状を補完にするような断面形状にされている マンドレル３７を支持する。

ハウジング３３の１部分を形成する防護部分３８（図７参照）は先ヘッド３１に 隣接して配置され、光ファイバ３９を受けるスロット３８ａを形成されている。

使用中、スライド３６はまず防護部分３８とマンドレル３７（図５参照）の間の 間隙を開くことによって押込まれる。これは光ファイバ３９をマンドレル３７と 光ヘッド３１の間に挿入することを可能にする。それからスライド３６は解除さ れ、ファイバ３９はマンドレル３７によって押付けられ、光へラド３１の丸味を 有する部分３２１．と接触して押付けるまでスプリングでバイアスされたスライ ド３６によってスロット３８ａ中に下向きに移動される（図示のように）。これ は光ファイバ３９を光ヘッド３１に正確に位置付けることを保証し、この場合、 丸味を有する部分３２ｂおよびマンドレル３７の整合したプロファイルによる密 接な接触を保持する。この段階で、レーザ３４ａはオンにされることができ（所 望ならば、これはスライド３６によって動作される図示しない小型スイッチによ って自動的に行うことができる）、光はファイバ３９中に入射される。ファイバ ３９を取外すために、スライド３６はマンドレル３７と光ヘッド３１の間の間隙 を再び開くことによって押込まれるので、ファイバを引出すことかできる。

光ファイバ３９はマンドレル３７によって凹所３２内に配置されるとき、丸味を 有する部分３２ｂはファイバを短い弧の緊密な屈曲部（ねじれ）にする。したが って、ファイバ３９のこのねじれ部分のほうに導かれる光は非常に小さい領域に わたってファイバにタップで注入される。図１０に示されているように、レーザ ３４ａ（この図には図示せず）からの光ビーム４０は凹所３２と対向する表面３ １ａを介して光へラド３１に入射する。

この光ビーム４０は光ヘッド３１の傾斜した側面３１ｂからの全反射によってフ ァイバのねじれ部分に向って導かれる。先ビーム４０をファイバ３９のねじれ部 分に正確に集束することを保証するために、表面３１ａ、３１ｂは４８°の角度 にされる。

図１乃至図１−０を参照して上述された単一のねじれの光タップの１つの利点は 、先タップかファイバ設計明細に比較的鈍感であることである。タップ分岐レベ ルは主として凹所２゜＋２．２２．３２の幾何学的形状および関連するバッファ および、またはマンドレルによって供給される圧力に依存する。好ましい圧力は ６０乃至５００ｇの範囲にある。各凹所２．１２．２２．３２の臨界的パラメー タはねじれの頂点における角度であり、この角度の有用な範囲は１５２°乃至１ ７９°である。２０ｍｍの幅の凹所に対して、この角度の範囲は０．１乃至２． ５ｍｍの凹所の深さの範囲に対応する。最大の凹所寸法（最小のねじれ角度）を 限定する基準は波長の挿入損失の依存性から生じる。理想的な波長依存性は１２ ００乃至１６００ｎｍの波長範囲にわたって線形であり平坦である。この線形は ねじれ角度が１５２°に達するとき壊れるので、これは少なくともタップがパワ ーメータによって使用されるときねじれ角度に有用な限界を示すと思われる。最 小の凹所寸法（最大のねじれ角度）を限定する基準は明瞭ではないが、最低限の 許容可能な挿入損失に依存すると思われる。有用な極度に低い挿入損失のタップ が２０ｍｍの凹所幅に対して０．１ｍｍの深さを有するように設計されることが できるので、これはねじれ角度の１７９°の上方限界をもたらす。実際、凹所の 寸法は必要な挿入損失をファイバ信号に与える（例えばファイバに沿って通過す る予め定められた比率の光を外にタップで取出す）ように調整される。凹所の角 度か小さすぎるならば、シャープすぎるねじれかファイバに形成される。これは 不所望のファイバガラスおよび、または被覆損傷を引起こす可能性がある。

上述の型式の先タップは多くの他の用途を有することは明らかである。例えばこ の型式の先タップは動作中のシステムのファイｔＪ別に使用されることができる 。この場合、低レベル振幅変調（システムおよび、またはファイバラベルを構成 する）は高ビツト速度システムデータの頂部（送信するレーザに供給されたバイ アスの直接の変調によって生成される）に導入される。光タップは信号を侵入的 でなしにタップで取出すことによって使用中のファイバにアクセスするために使 用される。それからシステムおよび、またはファイバラベルはローパスフィルタ を使用して採取されるので、使用中ファイバを識別することができる。

上述の光タップに対して変更が可能であることは明らかである。特に、ブロック は透明アクリル材料の代りにガラスから構成されることができる。また、光タッ プが光パワーメータの１部分を形成する場合には、フィルタはＴＰＯＮまたはＢ ＰＯＮ信号に対して選定されることができる。前者の場合では、１３００ｎｍに 設定されたローパスフィルタが使用され、後者の場合では、１５００ｎｍに設定 されたバイパスフィルタが使用される。フィルタを伴わない光タップを結合する 光パワーメータを構成することもまた可能である。

補正書の翻訳文提呂書（特許法第１８４条の８）平成５年１月２０日

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．凹所を有する光ヘッドと、光ファイバを凹所へ押付けて変形するように構成 された接触部材とを有する光ヘッドを具備し、凹所はファイバが凹形に変形され るとき光ファイバを短い長さの弧の緊密な曲線にするように形状および寸法が定 められ、光は湾曲部分の点状の狭い領域において光ファイバに結合されるか、或 いはそこから結合して取出されることができることを特徴とする光を光ファイバ に結合するか、或いはそこから結合して光を取出す光タップ装置。
2. ２．凹所および接触部材は光ファイバが凹所で変形されるとき、ファイバを湾曲 させるように形状および寸法が定められ、その曲率半径は１２５μｍ乃至４ｍｍ の範囲内にある請求項１記載の装置。
3. ３．光ヘッドは透明アクリル材料から構成されたブロックである請求項１または ２記載の装置。
4. ４．ブロックは、その側面が光ファイバの前記点状の狭い領域の方向に或いはそ こから出て進行する光を全反射するように形成され、光は凹所表面にほぼ平行で ある表面を介してブロックに出入りする請求項３記載の装置。
5. ５．接触部材はマンドレルに設けられた弾性的突出部分によって構成されている 請求項１乃至４のいずれか１項記載の装置。
6. ６．弾性的突出部分はほぼ半球形部材であり、その半径は３ｍｍである請求項５ 記載の装置。
7. ７．弾性的突出部分は軟質ゴムから構成されている請求項５または６記載の装置 。
8. ８．凹所はＶ形断面を有している請求項１乃至７のいずれか１項記載の装置。
9. ９．Ｖ形凹所の頂点における角度は１５２°乃至１７９°の範囲内にある請求項 ８記載の装置。
10. １０．凹所は２０ｍｍの幅および０．１乃至２．５ｍｍの範囲内の深さを有して いる請求項９記載の装置。
11. １１．凹所の頂点は丸味を有する断面を有している請求項８乃至１０のいずれか １項記載の装置。
12. １２．丸味を有する断面の曲率半径は２乃至３ｍｍである請求項１１記載の装置 。
13. １３．光ファイバから光ヘッドに結合される光を検出する検出器をさらに具備し ている請求項１乃至１２のいずれか１項記載の装置。
14. １４．検出器は大きい面積の検出器である請求項１３記載の装置。
15. １５．検出器は小さい作用面積を有している請求項１３記載の装置。
16. １６．光ヘッドと検出器の間に配置された屈折率勾配レンズをさらに具備してい る請求項１５記載の装置。
17. １７．光ヘッドと検出器の間に配置されたフィルタをさらに具備している請求項 １３乃至１６のいずれか１項記載の装置。
18. １８．光を光ヘッドを介して光ファイバに入射する光源をさらに具備している請 求項１乃至１２のいずれか１項記載の装置。
19. １９．光源はレーザダイオードおよび屈折率勾配レンズによって構成されたレー ザサブ組立体である請求項１８記載の装置。
20. ２０．請求項１乃至１７のいずれか１項記載の光タップ装置を具備している光パ ワーメータ。
21. ２１．フィルタは１５７５ｎｍに設定されたバンドパスフィルタである請求項２ ０記載の光パワーメータ。
22. ２２．光ヘッドに形成された凹所に光ファイバを押付けるステップを含み、凹所 はファイバが凹形に変形されるとき光ファイバを短い長さの弧の緊密な曲線にす るように形状および寸法が定められ、光ファイバを凹所に維持するステップをさ らに含み、光は湾曲部分の点状の狭い領域において光ファイバに結合されるか、 或いはそこから結合して取出されることができることを特徴とする光を光ファイ バに結合するか、或いはそこから結合して光を取出す方法。