JPS62106414A - 全反射型光結合／分岐器及びこれを用いた単芯光フアイバ双方向同時送受信方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は全反射型光結合／分岐器およびこれを用いた双
方向同時送受信方法にかかり、特に発信端からの光エネ
ルギーを受信端へ効率よく伝送する単芯光フアイバ方向
性結合器およびこれを用いた双方向同時送受信方法を提
供することを目的とする。

［従来技術とその問題点］ 従来、光信号の分岐／結合の場合、または双方向光送受
信を一本の光ファイバで同時に行う場合の方法として、 イ）光ファイバを７字形に分岐加工して光分岐／結合の
導波路を形成するＹ字形分岐／結合器の使ＩＴ１　、　
　またはその一対を使用する方法、口）ハーフミラ−を
利用したビームスプリッタＴ字形の光分岐／結合器の使
用、またはその一対を使用する方法が行われてきた。

イ）は第３図Ａ側またはＢ側に示すごとき構造のもので
、１′１１芯光フアイバの一端に７字形の光分岐／結合
器が連結されており、７字形の分岐（７た夫々の一端は
光ファイバまたは発光／受光素子に結合ネれている。こ
れを単に分岐／結合に使用する場合には、ｌ対Ｎの導波
路の加工が困難でありＨつ精度に欠けるという不都合が
あり、また単芯光ファイバの両端にこの一対を連結して
双方向同時送受信を行う場合シこは、同様１こ・ｎ波路
の加Ｉ゛が困難という不都合のｆｄｘ、ｚ方向分岐であ
るので、発信光の可能伝達エネルギーは、受イ、１端で
ほぼｌ／２となる、つまり１／２が分岐損失となるとい
う不都合があった。

（ロ）は第４図Ａ側またはＢ側に示すごとき構造のもの
で、単芯光ファイバの−・端にビームスプリッタ丁字形
の光分岐／結合器が連結きれており、光の入射端と出射
端との光軸」−に２個の集光レンズとその中間に光軸と
４５度の角度をなすハーフミラ−を設置しである。これ
を巾に分岐に使用する場合には、発信光を１／２づつ分
岐することしか可能でなく、結合に使用すればハーフミ
ラ−により夫々の発信光のｌ／２づつしか結合できず、
また！′１１芯光ファイバの両端にこの−・対を連結し
て双方向同時送受信を行う場合には、光エネルギーは発
信側と受信側（Ａ側とＢ側、またはＢ側とＡ側）の夫々
のハーフミラ−で１／２を通過１１．１／２を反射する
ので受信側の出射端の一つに出射される光エネルギーは
最初の発信光エネルギーのほぼ１／４となるという不都
合があった。

［問題点を解決するための手段、及び作用］本発明は１
−、記の不都合を解決する手段として下記のごとく構成
されたものである。

ａ）本発明による単芯光フアイバ方向性結合器を中に結
合器として使用する場合。

ｒａｔ芯光ファイ／＼または発光素子と、単芯光ファイ
バまたは受光素子との間に連結された第１図に示すごと
き丁字形光結合器の発信端と受信端、即ち丁字形のバー
に相応する光軸上に２個の集光レンズ（１）、（２）を
設置しく第１図の場合では、集光レンズ（１）側が受信
／（発信）端、集光レンズ（２）側が発／受信端となる
）、その中間、即ち、丁字形の交差点に光軸と４５度の
角度をなし、集光レンズ（１）または（２）によるモ行
光束の断面積より充分に小さい断面積の全反射ミラー（
３）を設置する。この全反射ミラー（３）を光軸トに支
持するためには、例えば透明ミラーホルダ（５）によっ
て行う。丁字形の柱に相応する部分の先端にはこの全反
射ミラー（３）によって４５度に集光レンズ（２）側に
反射される光を発信する光ファイバまたは発光素子が連
結されており、その中間の光軸ヒにも集光レンズ（４）
を設置しである。光方向性結合のときは、集光レンズ（
２）を通過して集光レンズ（１）側に伝送される発信光
に逆行して集光レンズ（４）を通過して全反射ミラー（
３）によって反射されて集光レンズ（２）側に伝送され
る発信が結合されることになる。

また、木構造において集光レンズ（１）と（４）側を発
信側とし、集光レンズ（１）、（４）の発信光の波長を
異る波長とすれば、２波長結合となる。逆に、集光レン
ズ（１）と（４）側を受信側とすれば、受信エネルギー
を１／ｎ（集光レンズ（１）による平行光束と全反射ミ
ラーとの比）に分割する分岐器となる。

ｂ）本発明による全反射型光結合／分岐器の一対を使用
して同時双方向の送受信を行う方法。

第２図に示すごとく、単芯光ファイバの両端に全反射型
光結合／分岐器の一対（Ａ及びＢ）を、その全反射ミラ
ーの４５度の角度が向い合うように連結すればよい。Ａ
側よりＢ側へ発信する場合はＡ偏集光レンズ（４）を通
過して発信された光は全反射ミラー（３）により４５度
の角度で反射され、Ａ偏集光レンズ（２）により集光さ
れて単芯光ファイバに入り、Ｂ側集光レンズ（２）で集
光されてその一部はＢ側全反射ミラー（３）で阻１■ユ
されるが、大部分はＢ側集光レンズ（１）で集光されて
受信端に到達する。Ｂ側よりＡ側に発信する場合はに記
と全く逆の方向で同様に光が伝送される。

尚、実施例として上記ａ）及びｂ）の何れの場合も、集
光レンズ（２）の全反射ミラーに向い合う面を光軸と直
交する平面を４１する（ｌ曲片凸レンズとする構成、更
に、集光レンズ（４）を通過した発信光のモ行光束が全
反射ミラー（３）に当る角度を進行方向に対し僅かに光
軸中心に近づように集光レンズの焦点距離、位置などを
調整する構成も考えられる。この実施例による構成で発
信側集光レンズ（２）によるフレネル反射光は全反射ミ
ラー（３）によりほぼ完全にｔｌｔｌ　＋ｆ＝　８れる
。

［効果］ １）受光効率 ａ）本発明によるｅｌｊｌ先芯光ファイバ方向合器を使
用する場合、 集光レンズ（４）を通過した発信先は、全反射ミラーで
（３）で約９８％の高能率で反射される。

一方、集光レンズ（１）を通過した発信光も全反射ミラ
ー（３）により一部をト［１止されるが、全反射ミラー
（３）の断面積をに記発信光の乎行光束より充分に小さ
くすれば、大部分は通過し、受信端での伝送光エネルギ
ーは前記イ）の場合の５０％及び口）の場合の２５％よ
りも、下記のごとく大きくなる。例えば、集光レンズ（
１）を通過した発信光の平行光束径Ｓ。を２ｍｍ、全反
射ミラー９８％　ｘ　　９１％　＝　８９％ の式より、効率は８９％となる。

また全反射ミラー（３）を支持するのに、例えば透明ミ
ラーホルダを使用したとしても、その表面反射損失は約
６％であるから、これを考慮に入れても ８９％　　ｘ　　　９４％　＝　　８３％で、効率は８
３％である。

ｂ）本発明による単芯光フアイバ方向性結合器の一対を
双方向同時送受信の方法に使用する場合、Ａ側集光レン
ズ（４）を通過した発信先は、Ａ側全反射ミラー（３）
で約９８％の高能率で反射され、Ａ側集光レンズ（２）
及びＢ偏集光レンズ（２）を通過し一部はＢ制令反射ミ
ラー（３）で阻Ｉｌユされるものの、上記ａ）の場合と
同じく％ｘ９１％＝８９％）でＢ制令反射ミラー（３）
を通過し、透明ミラーホルダの表面反射損失を受けて ８９％　ｘ　　　９４％　＝　　８３％でＢ偏集光レン
ズ（１）を通過する。従って、受信端における総合受信
効率は８３％となり、イ）の場合の５０％、口）の場合
の２５％より大幅の改善となる。

２）効果１）の結果により、より低出力の発光素子を採
用することができる（発光素子の低価格化が図れる）。

３）また逆に伝送距離を延長することができる。

４）前記の実施例による構成をとれば、発信先の集光レ
ンズのミラー側表面でのフレネル反射光は全反射ミラー
面で阻１１二されるため、受信側への自己発信側からの
ノイズをカットする事ができる。

５）分岐器として使用する場合集光レンズ（２）と（１
）の間の平行光束径と全反射ミラー径の比率を決めるこ
とにより、分岐エネルギーの配分を自由に、より正確に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による全反射型光結合／分岐器の構成を
示す側面図、第２図は本発明による全反射型光結合／分
岐器の一対を使用して、同時に双方向の光送受信を行う
実績を説明するための側面図、第３図は従来例によるＹ
字形分岐／結合器の一対を使用して、同時に双方向の光
送受信を行う方法を説明するための側面図、第４図は従
来例によるハーフミラ−を使用した丁字形分岐／結合器
の一対を使用して、同時に双方向の光送受信を行う方法
を説明するための側面図である。 ■、２．４−ｍ＝集光レンズ、 ３−ｍ−全反射ミラー、 ５−ｍ−透明ミラーホルダ。 出願人　　　オグラ宝石精機丁業株式会社代理人　　　
弁理士　　　原　１）新　−手続谷口正書”（自発） 昭和６０年ＩＨ１２ｎ目 特許庁長官　　　宇　賀　道　部　殿 ２、発明の名称　　　　　全段ＩＪＪ型９Ｌ結合／分岐
器１’ｔびこれを用いた単芯光ファイバメゾ方向同時ｊ
Ｘ受信方ρ、３、補正をする者 事件との関１手　　特許出願人 住所　　　　　東東部入１１′Ｉ区大森北５１″目７番
１２号名称　　　　　　オクラ宝石精機丁業株式会７（
代表者　社長　小　倉　廂　ミ　朗 ４、代理人　住所　　　　〒２２１　置：０４５−４８
１−０６４２６、補正の内容　　　　　明細書及び図面
を添付の通り全文訂正する。 明細書 １、発明の名称 全反射型光結合、７分岐器及びこれを用いたｒｊｔ芯先
ファイバ双方向同時送受信の方法２、特Ｎ！ｌ請求の範
囲 （１）光信けの発光一端または受も端と光ファイバ入出
射端との間の光軸上に２１［！ｉｌの収−東−レンズを
設けるとともに、その中間に該光軸と（ｉ度□創カーは
−そ−の池−の−角亀−をカーし該２個Ｊ）収速−レン
ス間の平行光束ジ）断面積より小さい断面積を有する全
反射ミラーを設置し、該全反射ミラーにより該光軸に対
し直−交↓−々−は一咬差Ｊし肩光軸−ヒに収束レンズ
を介して発光端または受光端を設置した光結合／分岐器
。 （２）該２個の収速−レンズの中、全反射ミラーにより
反射されｔ：光を受ける収速−レンズの、全反射ミラー
側の面か該２個の収−東−レンズ間の光軸と直交する平
面である特許請求の範囲第１項に記載した光結合・′分
岐器。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載した光
結合７／分岐器の−ｉを単芯光ファイバの両端に連結し
て、双方向に光信号を同時にｊＫ受１．’ｉ　−Ｊ−る
方法。 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野」 本発明は全反射型光結合　分岐ａ：；およびこれを用い
た双方向同時送受ｆ、η／ｊ法にかかり、１）にイむは
端からの光エイ・ルキーを受光端へ効率よく伝送する単
芯光フアイバ方向性結合、７分岐器及びこれを用いた双
方向同時送受信方法を提供することを目的とする。 「従来技術とその問題点」 従来、光信号の結合２・′分岐の場合、または双方向光
送受信を一本の光ファイバで同時に行う場合の方法とし
て、 イ）光ファイバを）７字形に分岐器−「して光結合・′
分岐の導波路を形成する）′字形結合・′分１１伎器ｃ
ｈ（＋Ｐｍ、またはその−村をＩ＋１１用するＪｉ法、
ロ）ハーフミラ−を利用したビームスプリッタＴ字形の
光結合、７分岐器の使用、またはその一対を使用する方
法が行はれて来た。 イ）は第４図Ａ側またはＢ側に示すごとき構造のもので
、単芯光ファイバの一端にＹ字形の光結合′分岐器が連
結されており、Ｙ字形の分岐した夫々グ）一端は尤ファ
イバまたは発光７／受光素子に結合されている。これを
単に結合／′分岐に使用する場合には、１対ｎの導波路
の加工が困難であり且つ精度に欠Ｃ′ｌるという不都合
かあり、また単芯光ファイバの両端にこの一対を連結し
て双方向同時送受信を行う場合には、同様に導波路の加
工が困難という不都合の他、２方向分岐の場合には、発
信光の可能伝達エネルギーは、受信端でほぼ１／２とな
る、つまり］／２が分岐損失となるという不都合かあっ
た。 口）は第５図Ａ側またはＢ側に示すごとき構造のもσ〕
で、す１芯光フアイバの一端にビームスプリッタ′■゛
字形の光分岐／′結合器が連結されており、光の入射端
ど出射端との光軸上に２個の収束レンズとその中間に）
Ｌ軸と一１５度の角度をなすハーフミラ−を設置しであ
る。これを１社に分１肢に１中川４−る場りには、発信
先を１　′２つつ分岐することしが可能でなく、結合に
（＝？用すればハーフミラ−により夫々り）発信先の１
．′２づ−）しか結りできず、また単芯光ファイハゲ）
両端にこの一対を連結ｉ、て双方向同時送受信を行う場
ｒ？には、’、１’、エイ、ルキーは発信側と受信側（
Ａ側トｒ（側、ｔ　ｌ：　ＩＪ：　Ｉ（１ｉｊｌｌ　ト
Ａ　ＩＪｊ１口の夫々のハーフミラ−で１．′２を通過
し、１　・２を反射するので受信側の出身・を端の−っ
に出射さｈる光エネルキーは鼓ｒ１１の発信光エネルー
ｖ’　−（／ｌ　＋Ｊｉ１１／′４となるという不都合
があっｌコ。 ［問題点を解決するための手段、及び１１．用］本発明
は１．記ａ）不都合を解決する手段どｌ　’（ｉ−記の
ことく構成されたもＣｔＶこある、。 ａ）本発明による単芯光フーｒイハ方向４１結１’￥　
Ｊニド）ノ、：は牟に結合−′分岐器として（＝Ｅ用す
る場合。 （を芯先ファイバまｆ：：は発光素ｒと、ｑｊ、　、ｉ
、：、１ｌ−７ア（ハまたは受光素子と０）間に連結さ
ｌｉ、　ｌ：Ｈ第１１ン１（二小ずごとき１゛字形光結
合器α）発信端と受信端、即り。 ′［字）［３ｃｌ）バーに相応する光軸−１−に２個の
収束レンズ（１）、（２）を設置し、（第１図ジ）場合
°ζは、収巾トンス（１）側か受信２／（発信）端、収
束レンズ（２）　１＋１１１か発信５７′受信結合端と
なる）、その中間、即ち本実施例ではＴ字形の交差点に
光軸と一１５度の角１ｊｔをなし、収束レンズ゛（１）
または（２）による平行光束ノ）断面積より充分に小さ
い断面積の全反則ミラー〈３）を設置する。この全反射
ミラー（３）を支持するｌ：めには、例えは透明ミラー
ボルタ（５）に土って行う。］゛字形のｆｉに１１０ｂ
する部分の先端にはこの全反射ミラー（３）によ−）て
（）０度に収束レンズ（２）側に反射される光を介１バ
する光ファイバまｌ：は発光素ｒか連結されており、そ
の中間力光軸トにも収束Ｉ７ンス（／１）を設置〆ｔ１
−２である。即ち、光方向性結合器のときは、Ｉｌ！中
１．−ンス（２）を通過して収束レンズ（］）Ｉｌ！ｌ
Ｉにｆｊ（送される受信光に逆行して数十しンス（４１
）を通過して全反射ミラー〈３）によって反射されて収
束レンズ（２）側に伝送される発信光が結合さＪするこ
とになる。 また、本構造において収束レンズ（１）ど（，１）側を
発信側とし、収束レンズ（１）、（−１）の発信先の波
長を巽ろ波長とすれば、２波長結合器となる。逆に収束
し〉・ス（１）と（１１）側を受イｇ　１１１＋１とず
れは受信エネルキーを１”ｎ（収束レンズ（２）による
平行光束と全反射ミラーとの化）に分割する分岐器とな
る。 ｂ）本発明による全反射型光結合／′分岐器の一対を使
用して同時双方向の送受信を行うＪｊ法。 第２図に示すことく、単芯光ファイバの両端に全反射型
光結合、′分岐器の一対〈Ａ及びＢ）を、その全反射ミ
ラーの４５度め角度か向い合うように連結ずれはよい。 Ａ側よりＢ側へ発信する場合はＡ側収束しンス（４）を
通過して発信された光は全反則ミラー（３）により９０
度の角度で収束レンズ（１）、（２）の光軸内に反射さ
れ、Ａ側収束レンズ（２）により収束されてり１芯光フ
アイバに入り、Ｂ側収束トンズ（２）で収束されて、そ
の一部はＢ制令反射ミラー（３）で阻止されるか、大部
分はＢｉｔｔ１１収束レンズ（１）で収束さｈて受イ３
６一 端に到達４−る、　Ｉ（側よりＡ側に発信する場合は−
１−記と全く逆の方向で同様に光か伝送される。 １：　ｆｉｌ、’、　２１．　）及び１））の何れ力場
合も、全反射ミラー（３）σ）、ＩＩＸ！東レンスしン
）、（２）間の光軸に対する角度を一般的な場合として
４５度としであるか、これに限られることはなく、適宜
の角度て該光軸に交差さぜることが可能である。まｌ＝
収束レしン（２）の全反射ミラー（３）に向い合う面を
）１′、軸と直交すイ、平面を有する収束レンズとする
４Ｍ成、史に、収束レンズ（４）を通過した発信先の平
行光束が全反射ミラー（３〉に当る角度を進行方向に対
し僅かに光軸中心に近つくように収束レンズａ）焦点距
離、位置なとを調整する構成も考えられる　こめ実施例
による構成て発信側収束し・ンス（２）によるフレネル
反射光は全反射ミラー（３）によりほぼ完全に阻止され
る。 ［効果１ １）効率 ａ）本発明による単芯光フアイバ方向性結合器を使用す
る場ｈ、 収束レンズ（−１）を通過した発信つｔ７は、全反射ミ
ラー（３）で約０８０６の高能率で反射さ！ｌる、−Ｈ
、ＩＩ！束トンしン２）を通過しｌ：受信光も全反射ミ
ラー（３）に、Ｌリ一部を阻１）二されるが、全反射ミ
ラー（３）ａ）断面１〜を十記受信児＆）ｉ）’行光束
４１１）充分に小さくすれは、大部分は通過し、・せ１
、−；端ての伝送光エネルキーは１ｉ１１記イ）の場合
ノｌ　”ｉ　ｉ’）　０：’：及び口）の楊りの２５（
Ｉｎ’　、Ｊ：りも、ト＝記のことく人キクナル。例エ
バ、収’Ａ２　？／　＞、　Ｚ’　（２＞　３　ｉ＋ａ
　ｊＩｍ　ｌ−ｌ：受信光の平行光束直径を２　ｒｏ　
ｍとしｌ二堝斤ａ）凹面積をＳ。、全反射ミラーのｔｌ
′１径を（”］　　Ｏｍ川とｉ／：こ９８％　”　　９
１　”Ｏ”’　　８　（、）　％’＋の式より、受信効
率は８９９δとなる。 また全反射ミラー（３）を支持するａ）に、例え４士透
明ミラーボルダを使用しなとしても、そぴ）表面反射損
失は約６　％であるから、これを考慮に入れても ８９°ｇ　ｘ、　　９４％　−８３°ｔて、受信効率は
８３９ｇにとど訣る。 ｂ　）本発明による争芯先ファイバ方向性結合器の−・
対を双ＪＪ−向同時送受信の方法に使用する場合、Ａ側
収束１７ンス（４〉を通過した発信先は、Ａ開傘反射ミ
ラー（３）で約９８９６の高能率で反射され、Ａ側収束
レンズ（２）及びＢ側収束レンズ（２）を通過１−−一
部はＢ開傘反射ミラー（３）で開１１さノｔイ、ものの
、土泥ａ〉の場合と同ｊ′、り一）旦丼違　　の効率（
即ち−１−記例の場合には９８０にＸ０１％−８９％　
）でＢ開傘反射ミラー（３）を通過ｉ７、透明ミラーホ
ルダの表面反則損失を受けて ８９　％　Ｘ　９４％−８３９ｇ でＢ　１ｉｌｌｌ　ｊｉｇ中レンし（１〉を通過する。 従って、受信端における総合受信効率は８３％となり、
イ）の場ｅｒ　ｔｙ）１１；　０％、１つ）σ）場合の
２５％より大幅の改善となる。 ２）効果１）の結果により、より低出力の発光素子を採
用することかてきる。く発光素子の低価格（１′５かし
１れる）。 ３）また逆にｆ云送Ｖμ離を延長することかできる５、
４）前記の実施例による構成をとれは、発信光り）収束
レンズのミラー側表面てカフ１−ネル反射光は全反射ミ
ラー面で阻１１−される７こめ、受信側へａ）自己発信
側からのノイズをカットする１ｆかてきる、。 ５）分岐器として曲用するｔ）ｈ合、１１￥東トンス（
’、２　）と（１）の間の平行光束直径と全域ｑ１ミラ
ー的径の比率を決めることに、Ｌす、分岐エネル−１ｉ
”　−＆ｌ配分を自由に、より正確に行う、−とができ
る７、４、図面の簡単な説明 第１図は本発明による全反射！（ν光結合／′分岐器の
構成を示す側面図、第２図及び第３図は本発明による全
反射型光結合／分岐器の一対を使用して、同時に双方向
の光送受信を行う方法を説明するための側面図、第４図
は従来例によるＹ字形分岐／結合器の一対を使用ｌ−て
、同時に双方向の光送受信を行う方法を説明するための
側面図、第５図は従来例によるハーフミラ−を使用しな
′Ｆ字形分岐／結合器の一対を使用して、同時に双ＪＪ
゛向グ）光送受信を行う方法を説明するための側面図で
ある。 ］、２、＝１．−−−−収束レンズ、 ３−−−−−　全反射ミラー、 ５−−−透明ミラーボルタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光信号の発信端または受信端と光ファイバ入出射
   端との間の光軸上に２個の集光レンズを設けるとともに
   、その中間に該光軸と４５度の角度をなし該２個の集光
   レンズ間の平行光束の断面積より小さい断面積を有する
   全反射ミラーを設置し、該全反射ミラーにより該光軸に
   対し直交する光軸上に集光レンズを介して発光端または
   受光端を設置した光結合／分岐器。
2. （２）該２個の集光レンズの中、全反射ミラーにより反
   射された光を受ける集光レンズの、全反射ミラー側の面
   が該２個の集光レンズ間の光軸と直交する平面である特
   許請求の範囲第１項に記載した光結合／分岐器。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載した光
   結合／分岐器の一対を単芯光ファイバの両端に連結して
   、双方向に光信号を同時に送受信する方法。