JPH10186164A - 光分岐・結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の分岐・結合特性の波長及び偏光状態によ
る依存を最小限にでき、且つ小形化でき光ファイバの取
り回しのスペースが小さくて済むようにする。 【解決手段】 ２本の光ファイバ芯線１０を並設した第
１の２芯フェルール１２と、それによる２本の光線に共
通の均質媒質レンズからなる第１のコリメートレンズ１
４の組み合わせと、同様の第２の２芯フェルール２０と
第２のコリメートレンズ１８の組み合わせを、コリメー
トレンズが内側に位置し且つ両コリメートレンズの間隔
がそれぞれの焦点距離の和だけ離れるように対向配置
し、両コリメートレンズの焦点位置にハーフミラー１６
をほぼ垂直入射となる向きに筐体２２に組み込む。ここ
でコリメートレンズとして、例えば球レンズを用いる。
ハーフミラーは、平行平面透明基板の表面に半透明膜を
形成した構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２個の２芯フェル
ール間で光の分岐・結合が可能な光部品に関し、更に詳
しく述べると、２本の光ファイバ芯線を有する２芯フェ
ルール間に、光線がほぼ垂直入射となるハーフミラーを
設けることで、光の分岐・結合特性が偏光状態に依存し
ないような光分岐・結合器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光分岐・結合器は、１本の光ファイバで
導かれてきた光を複数本の光ファイバに分岐したり、そ
れとは逆に、複数本の光ファイバで導かれてきた光を１
本の光ファイバに結合する機能をもつ光部品である。光
分岐・結合器の入力端子数や出力端子数は様々である
が、典型的な例としては２入力端子・２出力端子の構成
がある。この種の光分岐・結合器は、大別するとバルク
型、ファイバ型、導波路型などに分けられる。

【０００３】バルク型は、それぞれコリメートレンズを
有する４本の光ファイバを、コリメートレンズが内側と
なるようにほぼ９０度異なる向きで放射状に配置し、そ
れらのコリメートレンズの中央位置にハーフミラーを光
線に対してほぼ４５度傾けて設ける構成である。従っ
て、光ファイバからの入射光はハーフミラーに対してほ
ぼ４５度の角度で入射する。この構成では、入射光の一
部が透過し、残部が反射するハーフミラーを用いること
で、１本の光ファイバで導かれてきた光を互いに９０度
異なる方向の２本の光ファイバに分岐したり、あるいは
逆に、９０度異なる２本の光ファイバで導かれてきた光
を１本の光ファイバに結合する機能をもたせている。

【０００４】ファイバ型は、２本の光ファイバのコアを
コア径に比べて十分接近させ、各光ファイバに導波され
る光の分布結合を利用することで分岐・結合特性を得る
構造である。また導波路型は、光導波路を用い、ファイ
バ型と同様の原理によって光の分岐・結合特性を得る構
造である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ハーフミラーは構造が
簡単であり、半透明膜の設計・製造が容易で、且つ安価
に製造できる利点がある。しかし上記のようなバルク型
では、ハーフミラーの透過光と反射光との比が入射光の
偏光状態によって変化することがあり、この偏光状態に
よる比の変化はハーフミラーへの入射角が垂直入射から
ずれるほど大きくなる。

【０００６】一例として、低損失の半透明金属層を平行
平面ガラス基板に付着させたハーフミラーにおける透過
率・反射率を、空気中での入射角の関数として描いたグ
ラフを図３に示す。Ａは透過率の入射角依存性を表し、
Ｂは反射率の入射角依存性を表す。光の入射角が小さけ
れば（ハーフミラーに対して光がほぼ垂直に入射すれ
ば）透過率あるいは反射率におけるｐ偏光成分とｓ偏光
成分は一致しているが、入射角が大きくなるほどｐ偏光
とｓ偏光の透過率あるいは反射率はアンバランスにな
り、偏光依存性が発生し且つ大きくなる。

【０００７】このため従来のバルク型で、光ファイバと
コリメートレンズの組み合わせを４組、９０度異なるよ
うに放射状に配置する構成では、ハーフミラーへの入射
角がほぽ４５度になるため、偏光状態による光の分岐・
結合特性の変化を抑えるのが難しい。ハーフミラーの設
計・製造において、４５度という特定の入射角で偏光依
存性の小さな半透明膜を得ることは、技術的には可能で
あるが、膜の設計が難しく製造工程が複雑になり、膜の
設計・製造が容易で安価であるというハーフミラーの特
徴が失われてしまう。また４個の光ファイバを９０度異
なる向きに放射状に配置するため、光ファイバを取り回
す広いスペースが必要で装置が大型化する問題もある。

【０００８】またファイバ型や導波路型の光分岐・結合
器は、分布結合を利用するものなので、波長や偏光状態
により結合の程度が異なり、均一性を得るのが難しい。
このため光の分岐・結合特性は波長及び偏光状態に依存
することになる。

【０００９】本発明の目的は、光の分岐・結合特性の波
長及び偏光状態による依存を最小限にでき、且つ小形化
でき光ファイバの取り回しのスペースが小さくて済む光
分岐・結合器を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、２本の光ファ
イバ芯線を並設した２芯フェルールと、それによる２本
の光線に共通の均質媒質レンズからなるコリメートレン
ズの組み合わせを、２組、コリメートレンズが内側に位
置し且つ両コリメートレンズの間隔がそれぞれの焦点距
離の和だけ離れるように対向配置し、両コリメートレン
ズの焦点位置にハーフミラーをほぼ垂直入射となる向き
に設置した光分岐・結合器である。なおハーフミラー
は、平行平面透明基板の表面に半透明膜を形成したもの
である。

【００１１】２芯フェルール中に組み込まれている２本
の光ファイバ芯線同士の間隔はかなり狭く、コリメート
レンズにより交差する２本の光線のなす角度は数度以下
に収まる。そのためハーフミラーを光軸に垂直に設置す
れば、ハーフミラーへの全ての入射光の入射角はほぼ垂
直になる。このようにハーフミラーへの入射角がほぼ垂
直であると、偏光状態の変化による透過光と反射光との
比の変化、即ち偏光依存性を抑えることができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係る光分岐・結合器の一実施
例を示す説明図である。これは２入力端子・２出力端子
のバルク型である。２本の光ファイバ芯線１０を並設し
た第１の２芯フェルール１２と、それによる２本の光線
に共通の均質媒質レンズからなる第１のコリメートレン
ズ１４と、ハーフミラー１６と、前記と同様の均質媒質
レンズからなる第２のコリメートレンズ１８と、２本の
光ファイバ芯線１０を並設した第２の２芯フェルール２
０とが、その順序で一列に配列されていて、それら全体
を筐体２２内に収めた構成である。ここで第１及び第２
のコリメートレンズ１４，１８は、それらの間隔がそれ
ぞれのコリメートレンズの焦点距離の和だけ離れるよう
に対向配置し、筐体２２に固定する。そしてハーフミラ
ー１６は、両方のコリメートレンズの焦点位置に、光軸
（一点鎖線で示す）に対して垂直となる向きに設置す
る。これによって光ファイバからの入射光はハーフミラ
ー１６に対してほぼ垂直に入射することになる。

【００１３】この実施例では、両方のコリメートレンズ
１４，１８として、同一形状・同一材質の球レンズを使
用している。従って、ハーフミラー１６は両コリメート
レンズ１４，１８の丁度中央に位置することになり、そ
の位置で筐体２２に固定される。ハーフミラー１６とし
ては、平行平面透明基板の表面に半透明膜を形成したも
のを用いる。なお、両方の球レンズは、同一形状・同一
材質でなくてもよい。コリメートレンズとして、球レン
ズに限らず、均質媒質で形状によりレンズ効果を生じる
球面レンズあるいは非球面レンズ等を使用してもよい。

【００１４】図２に示すように、２芯フェルール１２と
コリメートレンズ１４による２本の光線は、コリメート
レンズ１４の焦点位置で交差する。交差する２本の光線
のなす角θは、次式で表される。 θ＝２・ tan^-1（ｔ／２ｆ） 但し、ｆはコリメートレンズの焦点距離であり、ｔは２
芯フェルールの光ファイバ芯線間隔である。

【００１５】この２本の光線が交差する位置（焦点位
置）にハーフミラー１６を配置し、該ハーフミラー１６
の面の向きを調整することにより、この２本の光線光路
からなる反射光路が形成できる。この時、ハーフミラー
への入射角は垂直に近くなるので、偏光状態の変化によ
る透過光と反射光との比の変化は、かなり小さくなる。
例えば、ｆ＝２．５mm、ｔ＝０．２mmのとき、θ＝４．
５８°であり、ハーフミラーへの入射角は約２．２９°
である。この程度の小さな入射角であれば、図３からも
分かるように、透過率・反射率の偏光依存性はほとんど
生じない。

【００１６】図１に示す光分岐・結合器の動作は次の如
くである。第１の２芯フェルール１２に接続される２本
の光ファイバをそれぞれファイバ及びファイバと
し、第２の２芯フェルール２０に接続される２本の光フ
ァイバをそれぞれファイバ及びファイバとする。こ
こでファイバ及びファイバを入力側、ファイバ及
びファイバを出力側とする。まず光分岐器として使用
する場合、ファイバから入射した光は、一部がハーフ
ミラー１６を透過してファイバに結合し、ハーフミラ
ー１６で反射した残部がファイバに結合する。ハーフ
ミラー１６の透過率と反射率の比を１：１にすれば、フ
ァイバを伝搬してきた光をファイバとファイバと
に半分ずつ分岐伝搬させることができる。同様に、ファ
イバからの入射光は、一部がハーフミラー１６を透過
してファイバに結合し、ハーフミラー１６で反射した
残部がファイバに結合する。

【００１７】また光結合器として使用する場合には、フ
ァイバから伝搬してきた光の一部がハーフミラー１６
で反射してファイバに入力し、ファイバから伝搬し
てきた光の一部がハーフミラー１６を透過してファイバ
に入力する。このようにして、ファイバとファイバ
の光がファイバに結合する。同様に、ファイバか
ら伝搬してきた光の一部がハーフミラー１６を透過して
ファイバに入力し、ファイバから伝搬してきた光の
一部がハーフミラー１６で反射してファイバに入力す
る。このようにして、ファイバとファイバの光がフ
ァイバに結合することになる。

【００１８】上記の例では、ハーフミラーにおける透過
率と反射率の比を１：１に設定しているために、分岐比
率は等分である。しかしハーフミラーにおける半透明膜
の設計を変更して透過率と反射率の比を変えると、任意
の分岐・結合比の光分岐・結合器を得ることができる。

【００１９】なお本発明では分布屈折率レンズのような
非均質媒質レンズではなく、レンズ形状によって集光機
能をもたせる均質媒質レンズを用いる。上記実施例で用
いた球レンズは安価であるため特に好ましいが、他の形
状のレンズ（球面レンズや非球面レンズ）でもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記のように２芯フェルールと
コリメートレンズによってハーフミラーへの入射角をほ
ぼ垂直にしているため、偏光状態の変化による透過光と
反射光との比の変化を小さくでき、光の分岐・結合特性
の偏光依存性を抑えた光分岐・結合器が得られる。更に
２芯フェルールを用いたことにより、光ファイバは両側
に引き出されるだけとなり、装置全体を小形化できる
し、光ファイバ取り回しのスペースも小さくできる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光分岐・結合器の一実施例を示す
説明図。

【図２】その２芯フェルールとコリメートレンズによる
光線の説明図。

【図３】ハーフミラーにおける入射角依存性を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ芯線 １２ 第１の２芯フェルール １４ 第１のコリメートレンズ １６ ハーフミラー １８ 第２のコリメートレンズ ２０ 第２の２芯フェルール ２２ 筐体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の光ファイバ芯線を並設した２芯フ
   ェルールと、それによる２本の光線に共通の均質媒質レ
   ンズからなるコリメートレンズの組み合わせを２組、コ
   リメートレンズが内側に位置し且つ両コリメートレンズ
   の間隔がそれぞれの焦点距離の和だけ離れるように対向
   配置し、両コリメートレンズの焦点位置にハーフミラー
   をほぼ垂直入射となる向きに設置したことを特徴とする
   光分岐・結合器。
2. 【請求項２】 ハーフミラーが、平行平面透明基板の表
   面に半透明膜を形成した構造である請求項１記載の光分
   岐・結合器。