JPS606802Y2 - 光分配回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は光フアイバ通信に関し、特に光ファイバから
の光を他の複数本の光ファイバに分配する光フアイバ用
の光分配回路に関する。

通信システムでは信号を複数の所に分配する目的で信号
の分配回路が必要なことが多い。

通信システムのうちでも近年、光通信がその広帯域性、
耐電磁誘導性等の種々の特長から注目されているが、特
に伝送路に光ファイバを用いる光フアイバ通信システム
は前記の特長の他に、長中継間隔、小型、光ファイバの
軽量、高可撓性等の種々の長所から有望であると考えら
れている。

光フアイバ通信の分野での光分配回路としては従来、例
えば厚さ約８０μ瓶のガラス板（一種の光伝送体）とこ
のガラス板の端面に沿って板状に配置された光ファイバ
とを組み合せたものが用いられていた。

しかし、この従来の光分配回路ではガラス板の厚さが約
８０μ乳と薄いために、ガラス板の製作や光分配回路の
組立てが難かしいという欠点があった。

さらにこの光分配回路では、光がガラス板の厚さ約８０
μ肌の両側の面で多重反射して伝搬する構成であるため
、これらの面の汚れ等の不完全性により光の多重反射に
おいて損失が生じるという欠点があった。

また、この光分配回路でガラス板の厚さを厚くすると光
ファイバのコア直径がガラス板の厚さよりも小さくなり
、ガラス板から光ファイバの光の結合損失が大きくなる
という欠点があった。

また、この光分配回路でガラス板から光ファイバへの光
の結合損失を小さくするためには、光ファイバのクラッ
ド部をエツチング等により取り除き、コア部だけにする
必要があった。

この考案の目的は低損失で、しかも光伝送体の製作や回
路の組立ての容易な光フアイバ用の光分配回路を提供す
ることにある。

この考案によれば、光軸面にほぼ垂直な二端面を有する
光伝送体と、この光伝送体の前記の二端面のうちの一方
に近接して片側の端面が配置された１本以上の光ファイ
バと、前記の二端面のうちの他方に近接して、しかも光
軸が前記光伝送体の前記光軸面にほぼ垂直になるように
配置された複数個の円柱レンズと、これら複数個の円柱
レンズの前記光伝送体のある側と反対側に近接して片側
の端面が配置された複数本の光ファイバとを含み、前記
光伝送体がその先軸面に垂直な断面内で前記光軸面から
の距離の２乗にほぼ比例して減少する屈折率分布を有し
、しかもほぼ（１７２ｍピッチ−Ｄ）の長さく但し、肌
は正の整数、Ｄは前記円柱レンズの直径）を有すること
を特徴とする光フアイバ用の光分配回路が得られる。

この考案の光分配回路に用いる光伝送体は、その先軸面
に垂直な断面内で屈折率ｎ （ｒ）が光軸面からの距離
ｒが大きくなるにつれてほぼ次式に従って減少する透明
の物体である。

ｎ （ｒ） ＝η０（１−ａｒ”） ・・・
・・・（１）但し、η０は光軸面上の屈折率、ａは正の
定数である。

このような光伝送体はイオン交換等を用いて作られ、両
端面を平面にしても光軸面に垂直な方向にはレンズ作用
を有する。

屈折率が光軸面に垂直な方向に２乗分布しているから、
例えば光伝送体の光軸面に平行に異軸面で入射した光は
光軸面にそって正弦波状に蛇行して進行する。

すなわち屈折率が２乗分布している光伝送体に入射する
光の入射位置を光軸面からｒｌ、入射角度を０１、出射
位置をｒ２、出射角度を０２、光伝送体の長さをＬとす
れば次式の関係が成立する。

１ ・ ｒ２＝Ｃｏｓ （Ｊａ Ｌ） ｒ１＋品−７＝ｙｔｎ
（Ｊ ａ Ｌ） θ１・・・（２） θ２＝−ｎＯｊａＳｉｎ（ｊａＬ）ｒ□ ・・・
（３）光が入射０丸と去耐苛じ位置、角度で出射するよ
うになる光伝送体の長さ、すなわち１ピツチ長をｂとす
れば（２）、 （３）式から、 Ｌｏ ＝ ２？ｒ／ ｊａ ・
・・・・・（４）となる。

また、（２）、 （３）式でｒ□＝０、すなわち光が光
伝送体の端面で光軸面上に角度θ１で入射するようにす
れば、長さが１７２ＬＯの所、すなわち１／２ピツチ長
の所でｒ２＝０．θ２＝−〇□となるから、光伝送体が
１７２ピンチ長ならば光は光伝送体の他の端面で光軸面
上から角度−０１で出射するようになる。

但し、光軸面に平行な方向では垂直な方向のような屈折
率の分布がないから、光伝送体に発散光が入射するとす
れば、光軸面に平行な方向では光はそのまま広がり、場
合によっては光伝送体の側壁で反射したりして光伝送体
の他端に達する。

従って光伝送体の一方の端面に光フアイバ出力のスポッ
ト状の光が入射すれば、１／２ピツチ長の入射側の他方
の端面では光は光軸面に平行な方向に細長いビームにな
る。

さらに、光伝送体の出射側の端面に近接させて光軸が光
伝送体の光軸面に垂直になるように複数個の円柱レンズ
を配置するとともに、光伝送体の長さをほぼ円柱レンズ
の直径の分だけ短かくすれば、前記の細長いビームは複
数個の円柱レンズにより複数の所に分れて集光される。

なお、光伝送体は（２）、（３）式で表わされるように
長さ方向に周期性を有するから、長さが１７２ピツチの
整数倍でも同様の現象になる。

本考案は以上のように、（１／２ｍ、ピッチ−Ｄの長さ
く但し、肌は正の整数、Ｄは円柱レンズの直径）の光伝
送体の一方の端面に位置した光ファイバからの出射光が
、他方の端面に近接して配置された複数個の円柱レンズ
からは複数個の所に分れて集光されて出射されることを
利用腰これら複数の集光位置に複数本の光ファイバの片
側の端面をそれぞれ配置させることにより光を複数本の
光ファイバに入射させ、分配するものである。

この考案によれば、前記光伝送体の端面て光軸面上に入
射した光は光軸面の延長面上に集光するように出射する
し、また光軸面に平行な方向でも複数個の円柱レンズに
よる集光作用を受けるから、入射光を効率よく、すなわ
ち低損失で複数本の光ファイバに分配することができる
。

すなわち、本考案では円柱レンズがあるために、光は光
ファイバのコア部以外のクラッド部等にはほとんど入射
しないから、円柱レンズが無い場合に比べ低損失にでき
る。

また、光伝送体は特に薄くする必要がないから、その製
作や、回路の組立て等は簡単である。

また、光は光ファイバのコア部以外のクラッド部等には
ほとんど入射しないから、光ファイバのクラッド部をエ
ツチング等により取り除き、コア部だけにするという必
要性も特に無い。

次にこの考案について図面を参照して説明する。

第１図はこの考案の最も好ましい実施例の構成を示す図
で、ａは平面図、ｂは立面図、Ｃは光伝送体の光軸面に
垂直な方向の屈折率の分布を示した図である。

１／２ピツチ長より少し短かい光伝送体１の端面２には
光ファイバ１１〜１６の片側の端面が、また光伝送体１
の他の端面３には円柱レンズ２１〜２６が近接して配置
されており、さらに円柱レンズ２１〜２６には他の光フ
ァイバ３１〜３６の片側の端面が近接して配置されてい
る。

光伝送体１の両端面２，３は光軸面４にほぼ垂直で、し
かも光ファイバ１１〜１６および光ファイバ３１〜３６
の片側の端面ばそれぞれ端面２および端面３にほぼ平行
で、さらに光ファイバ１１〜１６．３１〜３６の光軸は
光伝送体１の光軸面４の延長面上にくるように配置され
ている。

円柱レンズ２１〜２６はそれらの中心軸が光伝送体１の
光軸面４とほぼ垂直になるように配置されている。

また、光伝送体１の側壁９，１０は光軸面４および端面
２，３に垂直に光学研磨されている。

光伝送体１の光軸面４に垂直な方向には屈折率は（１）
式および第１図Ｃに示したように２乗分布しているから
、光ファイバ１１〜１６から光伝送体１に入射した光は
、光伝送体１の光軸面４に垂直な方向に関しては例えば
第１図すの光線５のように進んで、円柱レンズ２１〜２
６を通過し、光ファイバ３１〜３６の端面に集光される
。

一方、光伝送体１の光軸面４に平行な方向に関しては屈
折率は一定だから、例えは光ファイバ１３から光伝送体
１に入射した光は、光伝送体１の光軸面４に平行な方向
には、例えば第１図ａの光線６，７゜８のように進み、
端面３の所に達する。

この場合、光は光線６，７のように光伝送体１の側壁８
．９で反射されることもある。

従って、スポット状の光として端面２から光伝送体１に
入射した光ファイバ１３の出力光は光軸面に平行な方向
に細長いビームになって他の端面３に達する。

ところで、端面３には近接して円柱レンズ２１〜２６が
、それらの中心軸と光軸面４が垂直になるように配置さ
れているから、光軸面４に平行な方向に関しては端面３
を出射した光は前記の円柱レンズ２１〜２６により光フ
ァイバ３１〜３６の片側の端面の所に分かれて集光され
る。

従って、光ファイバ１３の出射光は光ファイバ３１〜３
６に効率よく、すなわち低損失で入射する。

光ファイバ１１．１２および光ファイバ１４〜１６の出
射光も同様に光ファイバ３１〜３６に分かれて入射する
。

第１図Ｃに示すような屈折率分布を厚さ方向に有する光
伝送体１は、例えばタリウムイオンを含む厚さが約０．
５ｍｍのガラス基板を高温のカリウム熔融塩中にひたす
ことにより得られ、ｎｏ ＝ １．６３？ａ ＝ １．
６ｍｍ−２のものが実現できている。

この場合の１７２ピンチの長さは（４）式を使い、１／
２Ｌｏ＝２．５ｍとなる。

光ファイバ１１〜１６．３１〜３６には例えばコア直径
が１００ＩＬｒｒＬ１クラツド直径が１５０μ、、 Ｎ
、Ａが０．２６のファイバが用い得る。

円柱レンズ２１〜２６には例えば、直径が１５０ＩＬ？
７１．、屈折率が１．６３のものが用い得る。

第１図で前記のような光ファイバや円柱レンズを使用し
た場合には、光伝送体１の形状は、長さが約２．３Ｍ、
厚さが０．５団、幅が０．９ｒｍｎとなる。

このような光伝送体１の製作および回路の組立ては光伝
送体１の厚さが０．５ｍｍと厚いから簡単である。

また、６本の各光ファイバへの光の分配において、光は
光ファイバ３１〜３６のほとんどコア部分に集光され、
クラッド部分等には入射しないから、低損失な光分配回
路が構成できる。

そのため、従来のように光ファイバのクラッド部をエツ
チング等により取り除き、コア部だけにするという必要
性も特に無い。

６本の光ファイバに光を分配する第１図の実施例の場合
の６本の各光ファイバへの分配損失は約張旧と低損失で
ある。

なお、第１の実施例では光の一部が側壁４，５で反射す
るから側壁４，５を光学研磨しているが、さらに反射コ
ートを施してもよい。

また、光伝送体１の端面２に近接して配置されている光
ファイバが例えば光ファイバ１３だけで、光ファイバ１
３の出射光の出射角度が小さくて光が側壁４．５で反射
しない場合には側壁４，５の光学研磨や反射コート等は
必要でない。

また、この実施例では光伝送体１は（１１２ピッチ−Ｄ
）の長さであるとしたが、（１１２ピッチ−Ｄ）の長さ
よりも少し短かくてもよく、その場合には光ファイバ１
１〜１６と光伝送体１とを少し離して対向させればよい
。

さらに光伝送体１は（１ピッチ−Ｄ）の長さや（１１／
２ピッチ−Ｄ）の長さのように、１／２ピツチ長のほぼ
整数倍から円柱レンズの直径りを差し引いた長さでもよ
いことは言うまでもない。

なお、この実施例では光ファイバ１１〜１６゜３１〜３
６の光軸は光伝送体１の光軸面４の延長面上にくるとし
たが、光伝送体１が（ｋ＋ｌ／２）ピッチ長（ｋは正の
整数）の場合には光ファイバ１１〜１６．３１〜３６の
光軸と光軸面４とがほぼ平行で、しかも光ファイバ１１
〜１６の光軸と光ファイバ３１〜３６の光軸とは光軸面
４に対して対称の面上にあってもよい。

また、光伝送体１がでピッチ長（但し、ｅは正の整数）
の場合には光ファイバ１１〜１６の光軸と光ファイバ３
１〜３６の光軸とは光軸面４と平行な同一面上にあって
もよい。

さらにこれらの場合、光ファイバ１１〜１６．３１〜３
６の光軸は光伝送体１の光軸面４に対して同じ角度だけ
少し傾けてもよい。

但し、光ファイバ１１〜１６の光軸の傾きの方向と、光
ファイバ３１〜３６の光軸の傾きの方向とは光伝送体１
が（ｋ ＋１７２）ピッチ長の場合には逆、ｌピッチ長
の場合には同じにする必要がある。

また、円柱レンズはその先軸と平行な方向に２つに切断
した形の半円柱レンズであってもよく、この場合には半
円柱レンズの前記の切断された平面を光伝送体１の端面
３に平行になるように配置すればよい。

なお、円柱レンズや半円柱レンズはエポキシ樹脂やアク
リル樹脂等の材料で出来ていてもよい。

さらにまた、半円柱レンズの形の母体を別に作っておい
て、そのレプリカをエポキシ樹脂等で光伝送体１の端面
３の上に形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の構成を示す図でａは平面
図、ｂは立面図、Ｃは光伝送体１の光軸面４に垂直な方
向の屈折率の分布を示した図である。 なお、図において、１・・・・・・光伝送体、２，３・
・・・・・端面、４・・・・・・光軸面、５． ６．７
． ８・・・・・・光線、９，１０・・・・・・側壁、
１１〜１６．３１〜３６・・・・・・光ファイバ、２１
〜２６・・・・・・円柱レンズである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光軸を含む光軸面に垂直な断面内で前記光軸面からの距
   離の二乗にほぼ比例して減少する屈折率分布を有し、前
   記光軸に垂直な二つの端面を有する集束性光伝送体と、
   この集束性光伝送体の一方の端面に配置された光ファイ
   バと、他方の端面に前記光軸面にほぼ垂直に中心軸が配
   置された複数個の円柱レンズと、これら円柱レンズを前
   記集束性光伝送体とではさむように配置した前記中心軸
   と垂直な光軸を有する複数個の光ファイバとを含み、前
   記集束性光伝送体の長さと前記円柱レンズの直径との和
   がほぼ前記集束性光伝送体を蛇行しながら伝播するピッ
   チの１７２の整数倍であることを特徴とする光分配回路
   。