JPH09329729A - 光ビームコンプレッサ - Google Patents

光ビームコンプレッサ

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JPH09329729A
JPH09329729A JP9055936A JP5593697A JPH09329729A JP H09329729 A JPH09329729 A JP H09329729A JP 9055936 A JP9055936 A JP 9055936A JP 5593697 A JP5593697 A JP 5593697A JP H09329729 A JPH09329729 A JP H09329729A
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JP
Japan
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beam compressor
base end
optical fiber
light beam
sectional area
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JP9055936A
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Herman M Presby
エム.プレスビー ハーマン
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Nokia of America Corp
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Lucent Technologies Inc
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • G02B6/4203Optical features

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチモード光ファイバとフォトディテクタ
とを短時間応答でインタフェースすることを特徴とする
光ビームコンプレッサを提供する。 【解決手段】 本発明のビームコンプレッサ10は、と
ベース端部24とヘッド端部26とを有するテーパー形
状をした光透過性材料(シリカガラス)から形成され
る。本発明のコンプレッサのベース端部は、光ファイバ
端部12に結合する形状をして、光ファイバのコア領域
の断面積以上の断面積を有する。かくして本発明のビー
ムコンプレッサは光信号を圧縮し、それを遅延すること
なく小さなフォトディテクタに提供する。光信号を本発
明のビームコンプレッサのテーパー状外壁内にさらに効
率よく閉じ込めるために、その外壁を金属であるいは金
属製材料でコーティングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチモード光フ
ァイバを用いる光ファイバシステムに関し、特にこのよ
うなシステムに用いられるファイバビームコンプレッサ
に関する。
【0002】
【従来の技術】通信システムにおいて、光信号を伝送す
る媒体として、光ファイバを用いることは公知である。
このような通信システムは、光信号を生成し、これを光
ファイバによって光検出器に搬送し、そこで光信号を検
出してそれを電気信号に変換している。その後この電気
信号を電子回路でさらに処理している。
【0003】一般的に用いられる光ファイバの種類は、
シングルモードファイバとマルチモードファイバとがあ
る。シングルモードファイバは、光学信号を伝送するの
に一つのモードしか用いないが、マルチモードファイバ
よりも多くの信号伝送能力がある。しかし、シングルモ
ードファイバのコアサイズは、小さいために、他のシン
グルモードファイバと接合するのが困難である。このた
めシングルモードファイバの使用は、通常高速の特殊な
用途に限られている。
【0004】一方、マルチモードファイバは、シングル
モードファイバよりもより大きなコアサイズを有し、こ
のため他のマルチモードファイバとの接合が容易であ
る。さらにまたこのコアサイズが大きいために、光パワ
ーをそこに放射するに際しては、より効率的である。し
かし、このマルチモードファイバは、数百もの伝播モー
ドを有するために、モード間の分散の影響を受け、この
ためシングルモードファイバよりも情報伝送能力が制限
されてしまう。それにもかかわらずマルチモードファイ
バは、最高の伝送速度を必要としないようなある種の光
ファイバ通信において、多くの適用例がある。
【0005】光ファイバ通信システムにおいて、データ
転送の速度は、多くのファクタにより制限されている。
その内の一つのファクタは、伝送された光学信号を検出
するフォトディテクタ(光検出器)である。pinフォ
トダイオードのようなフォトダイオードは、光ファイバ
により搬送される光の全て(一部ではなく)を検出する
ことが望ましい。このためフォトディテクタは、光信号
を搬送する光ファイバのコアの断面積に等しい検出面積
を有するのが好ましい。マルチモードファイバが用いら
れると、より大きなコアサイズを有するフォトディテク
タが必要となる。
【0006】しかし、大きなフォトディテクタは、反応
時間が長くなる。その理由は、この大きなフォトディテ
クは、チャージされたキャリアが、伝播する距離に対応
する大きな真性領域を有するからである。光ファイバシ
ステムにおいて、検出速度を増加するいくつかの技術は
存在する(例えば、より小さな検出器を用いる)が、こ
のような技術は、光ファイバにより搬送されるフォトン
の一部を浪費してしまい、好ましいことではない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、応答時間を短くしたフォトディテクタとの結合素
子を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、マルチモード
光ファイバを用いたシステムにおいて、光検出時間を短
縮するために、ある特定の形状の光ビームコンプレッサ
を用いてマルチモード光ファイバと小さなフォトディテ
クタとをインタフェースすることを特徴とする。本発明
のビームコンプレッサは、外壁とベース端部とヘッド端
部とを有するテーパー形状をした光透過性材料から形成
される。そしてこの材料の屈折率は、周囲の屈折率より
も5%以上大きい。
【0009】本発明のコンプレッサのベース端部は、光
ファイバ端部に結合する形状をして、光ファイバのコア
領域の断面積に少なくとも等しい断面積を有する。そし
て、ヘッド端部は、ベース端部から所定距離離れて、そ
の断面積は、ベース端部の断面積よりも小さい。このヘ
ッド端部とベース端部との間の距離は、光ファイバから
ベース端部により受光された光学信号が、コンプレッサ
内での内部反射によりヘッド端部へ伝送されるような距
離である。かくして本発明のビームコンプレッサは光信
号を圧縮し、それを遅延することなく小さなフォトディ
テクタに提供する。
【0010】このような本発明のビームコンプレッサ
は、シリカガラスから形成することができる。光信号を
本発明のビームコンプレッサのテーパー状外壁内にさら
に効率よく閉じ込めるために、その外壁は、金属である
いは金属製材料でコーティングする。
【0011】本発明のビームコンプレッサは、そのヘッ
ドに隣接してフォトディテクタを有することのないよう
な他のアプリケーション、例えば圧縮光ビームを必要と
するような医療用のアプリケーション(例、レーザ外科
治療および皮膚治療)でも使うことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に本発明のマルチモードビー
ムコンプレッサ10を示す。マルチモードビームコンプ
レッサ10は、通信システムで受信した光信号を検出す
るフォトディテクタに、マルチモード光ファイバをイン
タフェースするのに用いられる。したがって図に示した
コンプレッサは、このようなアプリケーションの観点か
ら記載している。しかし、以下の説明は、単なる本発明
の一実施例を記載するのみで他のアプリケーション例え
ば、レーザ外科治療および皮膚手術のような医療用のア
プリケーションにおいて、マルチモード光信号を集光す
るような例にも適用できるものである。
【0013】マルチモードビームコンプレッサ10は、
光ファイバ端部12に接続するように構成されたベース
端部24を有する。このベース端部24は、クラッド層
18に包囲されたコア領域16を有するマルチモード光
ファイバ14の光ファイバ端部12に接合固定あるいは
配置されている。光ファイバ端部12は、コア端部22
を有するよう示されている。マルチモードビームコンプ
レッサ10と光ファイバ端部12とは、例えば空気中の
ような周囲環境20内に配置され、この周囲環境20
は、所定の屈折率を有する。ベース端部24は、コア領
域16の断面積に少なくとも等しい断面積を有し、その
結果コア領域16により搬送される光信号の全てがマル
チモードビームコンプレッサ10のベース端部24に伝
播される。
【0014】図1においては、ベース端部24は、光フ
ァイバのコア領域16とクラッド層18の合計断面積に
ほぼ等しい断面積を有している。マルチモードビームコ
ンプレッサ10をマルチモード光ファイバ14に固定す
るあるいは接合する方法は、本発明の構成要件の必須要
件ではない。例えば、マルチモードビームコンプレッサ
10のベース端部24を光ファイバ端部12に固定する
方法は、溶融,はんだあるいは光ファイバの屈折率に適
合した接着剤でもって固定することが可能である。
【0015】マルチモードビームコンプレッサ10はま
たベース端部24から先端部方向に配置され、コア端部
22と軸方向に整合しているヘッド端部26を有する。
ヘッド端部26の断面積は、ベース端部24の断面積よ
りも小さい。この実施例においては、ヘッド端部26の
断面積は、コア領域16の近傍に配置されたフォトダイ
オード30の検出領域のオーダーであるのが望ましい。
マルチモードビームコンプレッサ10は、ベース端部2
4とヘッド端部26の間にテーパー状外側壁29を有す
る。このような構成により、ベース端部24に入る光信
号を圧縮することができる。
【0016】この圧縮された信号は、ヘッド端部26の
方向に向けられ、そしてそこから放射されてフォトダイ
オード30で検出される。ベース端部24とヘッド端部
26との間の距離は、ベース端部24に入った光学信号
がマルチモードビームコンプレッサ10内の全内部反射
および/またはその中心軸方向に沿って伝搬されること
によりヘッド端部26に転送されるような距離である。
例えばヘッド端部26とベース端部24との間の距離
は、ベース端部24の直径の少なくとも5倍である。ヘ
ッド端部26の直径の代表的な範囲は、コアの直径が5
0−100μmで、通信用光ファイバの直径が125−
250μmのような場合には、10−30μmである。
【0017】光信号の圧縮量は、マルチモードビームコ
ンプレッサ10の屈折率と周囲環境20のそれとの差に
より決定される。マルチモードビームコンプレッサ10
は、マルチモードビームコンプレッサ10が配置される
周囲環境20の屈折率よりも少なくとも5%以上大きな
屈折率を有する誘電体材料から形成するのがよい。この
ような2つの屈折率の間の関係により、光信号即ちベー
ス端部24に入る信号は、テーパー状外側壁29から反
射されてコンプレッサ内部ボディ28内に戻り、そして
ヘッド端部26の方向に伝播される。例えば、周囲環境
20が空気の場合には、屈折率は約1.0であり、この
場合マルチモードビームコンプレッサ10を純粋のシリ
カガラスあるいはドープしたシリカガラスから形成する
ことが可能である。この場合の屈折率は、1.457か
ら1.557の範囲内である。ドーパント材としては、
ゲルマニウム,リン,チタンが含まれる。
【0018】圧縮光即ちコア端部22から放射された光
対元の光(即ちベース端部24から入った光)との比率
は、次式で表される。 R=NA/n ここで、NAは開口数即ちコアの屈折率とクラッドの屈
折率の差で、nはコンプレッサの屈折率である。例えば
NAが0.02の光ファイバの場合には、シリカガラス
性のコンプレッサは、1.5の屈折率を有し、その結果
R=13%である。
【0019】かくしてこの実施例を用いると、ベース端
部24に入る光信号の幅は、元の幅に対し13%に減少
している。以上述べたように、小さな幅の光を用いるこ
とにより、小さな検出領域を有するフォトディテクタを
用いることができるようになり、そのため検出器の応答
時間が改良される。ベース端部24に入った光信号がテ
ーパー状外側壁29を透過したり、テーパー状外側壁2
9から外側に反射したりするのを防止するために、テー
パー状外側壁29を例えば金を含む金属のような反射性
材料でコーティングするのが好ましい。
【0020】ベース端部24の断面積は、コア端部22
の断面積を少なくともカバーしなけれならない。しか
し、マルチモードビームコンプレッサ10とマルチモー
ド光ファイバ14との取付を容易にするためには、ベー
ス端部24は光ファイバ端部12全体即ちコア領域とク
ラッド層全体をカバーするのが望ましい。また一方では
ヘッド端部26の断面積の寸法は、来入光とヘッド端部
26との間の入射角により制限される。入射光と表面と
の間の入射角が最低のしきい値になると、入射光は表面
から反射されることになる。このため光信号の大部分が
ベース端部24からヘッド端部26に到達できるように
するためには、ヘッド端部26の断面積は圧縮光信号の
このような反射を回避するような寸法でなければならな
い。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明は、マルチモード光
ファイバを用いたシステムにおいて、光検出時間を短縮
するために、ある特定の形状の光ビームコンプレッサを
用いてマルチモード光ファイバと小さなフォトディテク
タとをインタフェースすることを特徴とする。本発明の
ビームコンプレッサは光信号を圧縮し、それを遅延する
ことなく小さなフォトディテクタに提供する。本発明の
ビームコンプレッサは、そのヘッドに隣接してフォトデ
ィテクタを有することのないような他のアプリケーショ
ン、例えば圧縮光ビームを必要とするような医療用のア
プリケーション例えば、レーザ外科治療および皮膚手術
にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】マルチモードファイバとフォトディテクタの間
をインタフェースする本発明のファイバビームコンプレ
ッサの斜視図
【符号の説明】
10 本発明のマルチモードビームコンプレッサ 12 光ファイバ端部 14 マルチモード光ファイバ 16 コア領域 18 クラッド層 20 周囲環境 22 コア端部 24 ベース端部 26 ヘッド端部 28 コンプレッサ内部ボディ 29 テーパー状外側壁 30 フォトダイオード
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A.

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベース端部(24)とヘッド端部(2
    6)の間がほぼテーパー状(29)をしている光透過性
    材料(28)からなる光ビームコンプレッサ(10)に
    おいて、 前記ベース端部(24)の断面積は、光ファイバ(1
    4)のコア領域(22)の断面積以上で、 前記光透過性材料の屈折率は、前記ファイバのコアの屈
    折率以上で、かつ周囲環境の屈折率より5%以上大き
    く、 前記ヘッド端部(26)は、前記ベース端部(24)の
    断面積よりも小さな断面積を有し、前記ベース端部から
    離間して配置され、 前記ベース端部に入る光の大部分が前記光透過性材料内
    の内部反射により前記ヘッド端部に伝送されることを特
    徴とする光ビームコンプレッサ。
  2. 【請求項2】 前記光透過性材料のテーパー状表面は、
    金属でコーティングされていることを特徴とする請求項
    1の光ビームコンプレッサ。
  3. 【請求項3】 前記ベース端部とヘッド端部との間の距
    離は、前記ベース端部の直径の5倍以上であることを特
    徴とする請求項1の光ビームコンプレッサ。
  4. 【請求項4】 前記光ファイバと前記ベース端部とは、
    溶融により結合されていることを特徴とする請求項1の
    光ビームコンプレッサ。
  5. 【請求項5】 前記光ファイバと前記ベース端部とは、
    屈折率適合した接着剤により結合されていることを特徴
    とする請求項1の光ビームコンプレッサ。
  6. 【請求項6】 前記光ファイバと前記ベース端部とは、
    はんだにより結合されていることを特徴とする請求項1
    の光ビームコンプレッサ。
  7. 【請求項7】 前記光透過性材料は、シリカガラス製で
    あることを特徴とする請求項1の光ビームコンプレッ
    サ。
JP9055936A 1996-04-17 1997-03-11 光ビームコンプレッサ Pending JPH09329729A (ja)

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US633333 1996-04-17
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