CN1259805A - 光通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的光通信装置,由在不同波长处具有峰值的若干个光发射元件,对由光发射元件发射出的光束实施传送用的塑料纤维,配置在分解点处或合成点处的、仅对位于预定波长带域内的光束实施反射或透射用的若干个光波分解滤波器,对由光波分解滤波器反射或透射来的光波分解后光束实施光接收用的光接收元件构成,通过使实施光波分解后的光波不会产生相互干涉的方式,将光波分解后的光束半值幅度划分为不相重合的半值幅度。
Description
本发明涉及使用一根光导纤维，可对若干个不同的正弦波群信号(バス信号)实施传送和双方向通信的光导纤维传送装置，特别涉及可使用塑料纤维的光通信装置。
近年来，为了取代传送电气信号的电气通信系统，采用光导纤维的光通信系统(光学局域网络)目前正在逐步实用化。采用光导纤维有助于防止电磁噪音、扩大传送容量、使系统轻型化、工作简单化。
图9为表示使用在这种系统中的现有光通信装置结构用的示意性说明图，这是一种可以通过对光发射部1实施电气通/断的方式，借助光导纤维将这种通/断信息传递至光接收元件3处的光通信系统。光发射部1具有作为光源的、由可以将电气信号转换为光学信号(正弦波群信号)的LED等构成的光发射元件1a，相对于信息“1”、“0”对光发射元件1a实施通/断操作用的开关1b，以及将由光发射元件1a发射出的光束聚光至作为一根光导纤维的塑料纤维2的端面处用的透镜1c，而且可以采用电气开关作为这种开关1b。
具有这种结构的光通信装置，对于按照分时方式由一个光发射部1发出的光信号，相对于若干个光接收元件3实施光信号传送的情况下，其中的开关1b需要实施高速开关操作。而且，对于按照一一对应的方式，由若干个光发射部1相对于若干个光接收元件3实施光信号(正弦波群信号)传送的情况下，由于波长具有多重性，所以还需要按照一一对应的方式，将对波长λ1、...λn具有选择性的若干个光发射部1和光接收元件3配置在塑料纤维2上。
这种光通信系统，可以作为对自动售货机和成套设备等中使用的若干个开闭器，或是对汽车的门开关操作实施监视的系统，以及在医院等建筑物内部实施引导自动化用的集中管理系统等使用。
而且，使用在这种光通信装置中的塑料纤维2，与石英或玻璃纤维相比，具有价格便宜、其前端部容易加工、安装容易且可见光能够通过等优点。
然而，对于使由若干个LED发射出的光入射至一根塑料纤维2的情况下，存在有塑料纤维2的传送损失等问题。
正如图10所示，使用在上述光通信装置中的塑料纤维2与红色LED相对应，然而除了通常使用的红色波长(波长大约为650纳米)光束之外的光束，如果位于与红色波长相比为短波长侧的波长带域(大约400纳米至600纳米)，其传送损失也比较小。由诸如蓝色LED、绿色LED等LED发出的光束位于相应的短波长侧，所以传送这些光束用的波长带域一直在引起人们的关注。
由于其波长位于短波长侧的波长带域中，所以当使用蓝色LED、绿色LED、黄色LED、红色LED等作为光源，并使用如上所述的开关1b对相应的光信号(正弦波群信号)实施开关操作时，便可以将正弦波群信号通过塑料纤维2而传递至遥远的外部。
然而，在上述的光通信装置中往往安装有若干个不同的LED，当由各LED发射出的光束要通过一根塑料纤维2到达光接收元件3时，位于相邻波长带域处的光束将被作为位于其它波长带域中的光束实施拾取，在光接收元件3中成为与预定光信号(正弦波群信号)相对的噪音信号，从而存在有难以对通过光传送方式传递的正规信号实施正确再生的问题。
而且，这种光通信系统在作为对自动售货机和成套设备等中使用的若干个开闭器，或是对汽车的门开关操作实施监视的系统使用时，是按照FDDI和IEEE1394等标准、即按照彼此独立的正弦波群信号通信方式加以使用的。为了能够将新的电子机械附加在这种光通信系统中，将由这种电子机械输出的信息通过塑料纤维2在远处对该信息实施检测、并根据该信息实施操作，就必须使该电子机械与各种正弦波群信号通信方式相吻合，因此为了实现这种吻合而需要对电子机械的一部分实施改造，非常麻烦。
本发明就是解决上述问题用的发明，本发明的目的就是提供一种可以在使用时不受各种正弦波群信号通信方式左右的、而且不会在所传送的光信号中附加有噪音的光通信装置。
作为解决上述问题用的第一解决方案，本发明提供的光通信装置具有可发射出具有不同发射波长的光束的若干个光源，配置在分解点处或合成点处的、对由所述光源发射出的光束实施反射或透射用的若干个光波分解滤波器，连接在各个光波分解滤波器之间的、对光束实施传送用的塑料纤维，以及对由所述光波分解滤波器反射或透射之后的光波分解后光束实施光接收用的光接收元件，而且实施所述光波分解后的光束由所述光波分解滤波器区分为其半值幅度不相重合的波长带域。
作为解决上述问题用的第二解决方案，本发明提供的光通信装置可以使信号发送部具有可发射出不同发射波长的光束的若干个光发射元件，以及配置在分解点处或合成点处的、对由所述光发射元件发射出的光束实施反射或透射用的第一光波分解滤波器，光接收部具有配置在分解点处或合成点处的、对光束实施反射或透射用的第二光波分解滤波器，以及对由该第二光波分解滤波器传送来的光束实施接收并将其转换为电气信号用的若干个光接收元件，而且所述信号发送部中的第一光波分解滤波器与信号接收部中的第二光波分解滤波器通过塑料纤维相连接，通过所述第一、第二光波分解滤波器划分出使实施光波分解之后的光束的半值幅度不相重合的波长带域。
作为解决上述问题用的第三解决方案，本发明提供的光通信装置还可以使第一、第二光波分解滤波器分别由若干个光波分解滤波器构成，而且在各个光波分解滤波器之间通过塑料纤维相连接。
作为解决上述问题用的第四解决方案，本发明提供的光通信装置还可以使实施光波分解后的光束位于可见光和近红外线的范围之内。
下面参考附图说明本发明的最佳实施例。
图1为本发明的一种四波长光通信装置的基本结构示意图。
图2为构成本发明的四波长光通信装置用的光发射元件的发光光谱(发光波长特性)图。
图3为表示在本发明的四波长光通信装置中，光发射元件的发光光谱与各光波分解滤波器的透射率和反射率特性用的示意性说明图。
图4为表示本发明的光通信装置中光接收元件的光波分解敏感度的特性图。
图5为本发明的一种八波长光通信装置的基本结构示意图。
图6为表示由本发明的四波长光通信装置中的光接收元件提供的光输出用的示意图。
图7为表示由本发明的八波长光通信装置中的光接收元件提供的光输出用的示意图。
图8为表示由本发明的十二波长光通信装置中的光接收元件提供的光输出用的示意图。
图9为表示现有的光通信装置结构用的示意性说明图。
图10为表示塑料纤维中的光传输损失用的示意性说明图。
图1为本发明的光通信装置的基本结构示意图。
光通信装置1由若干个信号发送部T×1、T×2、...T×n和信号接收部R×1、R×2、...R×n，以及对它们实施连接用的塑料纤维4构成。信号发送部T×n具有可发射出波长分别为彼此不同的波长λ1、λ2、...λn的光束的若干个光发射部10，以及通过对由光发射部10发射出的光束实施反射或透射的方式实施分解或合成用的若干个光波分解器20A。每一个光波分解器20A均与一根塑料纤维4中的一端4a相连接，与光发射部10相对应的光束入射至该端部4a处，从而可以通过塑料纤维4传送至远方。在塑料纤维4的另一端4b处设置有信号接收部R×1、R×2、...R×n，而且信号接收部R×n由可以分别对不同波长λ1、λ2、...λn的光束实施选择性接收的若干个光接收部31，以及在这若干个光接收部31处将不同波长的光束分解为位于预定波长带域中的光束用的光波分解器20B构成。采用这种设置方式，便可以在塑料纤维4的两个端面处，按照一一对应方式设置有分别对不同波长λ1、λ2、...λn具有选择性的若干个信号发送部T×1、T×2、...T×n，以及若干个信号接收部R×1、R×2、...R×n。
在图1中为了使说明简单化，仅示出了一组信号发送部T×1和信号接收部R×1，然而在实际应用时，可以沿着塑料纤维4按照一一对应方式设置有若干个信号发送部T×n和信号接收部R×n。下面对作为一种实施例的、使用着四种具有不同波长的光束的光通信装置1进行说明。
正如图1所示，一个信号发送部T×1由可以分别发射出具有四种不同波长的光束的光发射部10，仅对由光发射部10发射出的光束中位于预定波长带域中的光束实施反射或透射的光波分解器20A，以及对光束实施传送用的塑料纤维30a、30b等构成。
在所述的光发射部10处，具有作为光源的、可发射出蓝色光(λb：大约为470纳米)的光发射元件(蓝色LED)12，可发射出绿色光(λg：大约为525纳米)的光发射元件(绿色LED)14，可发射出红色光(λr：大约为650纳米)的光发射元件(红色LED)16，以及可发射出近红外线(λir：大约为850纳米)的光发射元件(近红外线LED)18。
所述的光发射元件12、14、16、18可以由具有良好应答特性的LED构成，而且正如图2所示，所输出光束的发光光谱分别在蓝色、绿色、红色、近红外线的波长处具有峰值并且大体呈正态分布，从而可以输出沿光轴方向集中的光能。而且，光发射元件12、14、16、18还可以通过光信号的形式表示出电源的通、断状态，以及数字电位的高、低状态等，从而可以通过图中未示出的驱动控制装置，将它们作为光信号输出至外部。
所述的光波分解器(第一光波分解滤波器)20A包括有在入射的是位于蓝色波长带域中的光束时可对该光束实施反射、而在入射的是位于诸如绿色波长带域等的其它波长带域中的光束时使该光束透射过的、即仅对位于480纳米附近波长带域的光束实施反射的光波分解滤波器22a，在入射的是位于红色波长带域中的光束时使该光束透射、而在入射的是位于诸如近红外线波长带域等的其它波长带域中的光束时对该光束实施反射的、即仅对位于750至900纳米波长带域的光束实施反射的光波分解滤波器24a，以及在入射的是位于蓝色波长带域和绿色波长带域中的光束时对该光束实施反射、而在入射的是位于红色和近红外线波长带域等的其它波长带域中的光束时使该光束透射过的、即仅对位于450至560纳米波长带域的光束实施反射且使位于其它波长带域的光束透射过的光波分解滤波器26a。
光波分解滤波器22a在其框体上形成有三个安装孔，光发射元件12、14按照使光轴彼此成直角的方式安装固定在其中的两个安装孔处，塑料纤维30a的一端以可以拆装方式安装在另一个安装孔处。
光波分解滤波器22a对由光发射元件(蓝色LED)12发射出的蓝色光束实施反射，对由光发射元件(绿色LED)14发射出的绿色光束实施透射，并将其传送至塑料纤维30a的一端。
光波分解滤波器24a在其框体上同样形成有三个安装孔，光发射元件16、18分别安装固定在其中的两个安装孔处，塑料纤维30b的一端以可以拆装方式安装在另一个安装孔处。
光波分解滤波器24a对由光发射元件(红色LED)16发射出的红色光束实施透射，对由光发射元件(近红外线LED)18发射出的近红外线光束实施反射，并将其传送至塑料纤维30b的一端。
光波分解滤波器26a在其框体上形成有三个安装孔，塑料纤维30a和30b的另一端，以及塑料纤维4的一端以可以拆装方式分别安装在这三个孔处。
而且，光波分解滤波器26a对通过塑料纤维30a入射的、由光发射元件12、14射出的绿色光束和蓝色光束实施反射，而对通过塑料纤维30b入射的、由光发射元件16、18射出的红色光束和近红外线光束实施透射。
按照这种方式，将所述的光波分解滤波器22a、24a、26a配置在对光束实施分解的分解点处，或是配置在对光束实施合成的合成点处。
所述的塑料纤维4、30a、30b由塑料材料制作，并且为外侧直径从0.75至1毫米的细长形线材，在其中心部为由聚甲烯酸甲脂(PMMA)材料构成的芯体，形成为包绕着芯体的周边部的是由聚乙烯等透明树脂构成的覆盖层。芯体的折射率按照比覆盖层的折射率低的方式设置，从而可以利用这一折射率差，在闭合的芯体中远距离地传送光信号。
也可以使用价格便宜、芯体直径比较大且容易实施安装的、呈阶梯状折射率(SI)形式的纤维，作为本发明中的塑料纤维4、30a、30b。
在此，具有阶梯状折射率的纤维，是一种其芯体折射率沿半径方向呈阶梯状变化的纤维，因而呈可以包含有多组速度不同光束的多重模式型纤维。
信号接收部R×1包括对四种不同的光束实施接收的光接收部31，通过对光束实施反射或透射、以将光波分解成位于预定波长带域中的光束、进而生成光波分解后光束用的光波分解器20B，以及传送光束用的塑料纤维30c、30d等。
所述的光接收部31由光接收元件32、34、36、38构成，而各光接收元件32、34、36、38可以由PIN型光电二极管构成，以便具有良好的定向特性，从而使其相对于由光发射元件12、14、16、18射出的光束具有比较宽广的光波分解敏感特性。
光波分解器(第二光波分解滤波器)20B由光波分解滤波器22b、24b、26b构成。
光波分解滤波器22b在其框体上形成有三个安装孔，光接收元件32、34分别安装在其中的两个安装孔处，塑料纤维30c的一端以可以拆装方式安装在另一个安装孔处。而且，光波分解滤波器22b还对由塑料纤维30c的一端传送来的光束实施光波分解，并将分解后的光束传递至光接收元件32、34处。
光波分解滤波器22b与光波分解滤波器22a相类似，为一个仅对波长大约为480纳米的光束实施反射，而使其它波长的光束透射过的带通滤波器(BPF)。
所述的光波分解滤波器24b在其框体上形成有三个安装孔，光接收元件36、38分别安装固定在其中的两个安装孔处，塑料纤维30d的一端以可以拆装方式安装在另一个安装孔处。而且，光波分解滤波器24b还对由塑料纤维30d的一端传送来的光束实施光波分解，并将分解后的光束传递至光接收元件36、38处。
光波分解滤波器24b与光波分解滤波器24a相类似，具有仅使大约位于750至900纳米波长带域中的光束透射过，而对位于其它波长带域的光束实施反射的特性。
所述的光波分解滤波器26b在其框体上形成有三个安装孔，塑料纤维30c、30d以及塑料纤维4的另一端以可以拆装方式分别安装在这三个孔处。
而且，光波分解滤波器26b对通过塑料纤维4入射的、由光发射元件12、14射出的蓝色光束和绿色光束实施反射，而对由光发射元件16、18射出的红色光束和近红外线光束实施透射。
光波分解滤波器26b与光波分解滤波器26a相类似，具有仅对位于450至560纳米波长带域的光束实施反射，且使位于其它波长带域的光束透射过的特性。
而且，塑料纤维30c、30d与上述的塑料纤维4、30a、30b相类似。
具有这种结构的光通信装置1，可以按照下述方式实施光通信。
换句话说就是，由光发射元件(蓝色LED)12发射出的蓝色光(λb：大约为475纳米)，在对位于480纳米附近的波长带域中的光束实施反射的光波分解滤波器22a之内，被该光波分解滤波器22a反射，并入射至塑料纤维30a的一端处。正如图3所示，通过光波分解滤波器22a可以由位于蓝色波长带域的光束(λb)中，分解出作为光波分解后光束λb1的、位于预定波长带域中的光束，这一位于预定波长带域中的光束是由图中的参考编号X所示的、位于被斜线围起来的区域中的光束。
而且，实施光波分解后的光束λb1可通过该塑料纤维30a内部，入射至与其另一端相结合的光波分解滤波器26a处。由于光波分解滤波器26a对位于450至560纳米波长带域中的光束实施反射，所以入射至光波分解滤波器26a的、实施光波分解后的蓝色光束λb1将被光波分解滤波器26a反射，进而在与塑料纤维30a的光轴方向成直角的位置处，入射至塑料纤维4的一端。
透射过塑料纤维4内部的、实施光波分解后的蓝色光束λb1将由该塑料纤维4的另一端入射至光波分解滤波器26b。这一光波分解滤波器26b与光波分解滤波器26a的构造相同，所以实施光波分解后的蓝色光束λb1将在光波分解滤波器26b的内部被反射，进而入射至配置在与塑料纤维4的光轴方向成直角位置处的塑料纤维30c的一端处。透射过塑料纤维30c内部的、实施光波分解后的蓝色光束λb1，将由塑料纤维30c的另一端入射至光波分解滤波器22b。由于光波分解滤波器22b的结构与光波分解滤波器22a相同，所以该光束将被光波分解滤波器22b反射，并入射至光接收元件32处，由后者将位于蓝色波长带域的光波分解后光束λb1变换为电气信号。
由于光波分解滤波器22a仅对位于480纳米附近的波长带域中的光束实施反射，所以由光发射元件(绿色LED)14射出的绿色光(λg：大约为525纳米)将透射过光波分解滤波器22a，进而入射至塑料纤维30a的一端处。正如图3所示，通过光波分解滤波器22a可以由位于绿色波长带域的光束中，将位于如图中的Y1曲线下方侧的短波长带域切断掉，而仅使作为剩余部分的绿色光λg(Y1)透射过。这种剩余光束λg(Y1)在通过塑料纤维30a内部之后，将入射至与塑料纤维30a的另一端相结合的光波分解滤波器26a处。由于光波分解滤波器26a对波长位于450至560纳米波长带域的光束实施反射，所以仅有绿色剩余光束λg(Y1)中的、位于如图3中的Y2曲线上方侧的长波长带域中的光束可以被透射过。因此，这部分剩余光束将作为实施光波分解后的绿色光束λg1，由光波分解滤波器26a反射并入射至塑料纤维4的一端处。透射过塑料纤维4内部处的、实施光波分解后的绿色光束λg1，将由塑料纤维4的另一端入射至光波分解滤波器26b，在该光波分解滤波器26b内部被反射，进而入射至与塑料纤维4的光轴方向成直角方式配置的塑料纤维30c的一端。透射过塑料纤维30c内部处的、实施光波分解后的绿色光束λg1，将由塑料纤维30c的另一端射出，被光波分解滤波器22b反射后再入射至光接收元件32，进而变换为电气信号。
类似地，如图1所示的、由光发射元件(红色LED)16射出的红色光(λr：大约为644纳米)和由光发射元件(近红外线LED)18射出的近红外线(λir：大约为850纳米)，在分别由光波分解滤波器24a实施反射和透射之后，通过塑料纤维30b内部而入射至光波分解滤波器26a。红色光束和近红外线光束均将透射过光波分解滤波器26a，进而穿过塑料纤维4并透射过光波分解滤波器26b，再通过塑料纤维30d入射至光波分解滤波器24b。光波分解滤波器24b与光波分解滤波器24a相类似，对位于750至900纳米波长带域中的光束实施反射，所以将如图3所示，由于红色光束大体位于由光发射元件(红色LED)16射出的波长带域中，所以将作为实施光波分解后的红色光束λr1而入射至光接收元件36，进而被变换为电气信号。近红外线光束将由光波分解滤波器24b反射，由于该光束大体位于由光发射元件(近红外线LED)18射出的波长带域中，所以将作为实施光波分解后的近红外线光束λir1而入射至光接收元件38，进而被变换为电气信号。
采用这种方式，分别由光发射元件12、14、16、18射出的、具有蓝色、绿色、红色、近红外线发射波长的光束，将分别由光接收元件32、34、36、38按照在波长带域不相重叠的方式，作为光波分解后的光束而实施接收，所以可以将作为光信号搭载在这些光束上实施传送的信号，正确地、远距离地取出。
而且，如果考虑到塑料纤维4、30b、30d对于不同波长的透射光，其传送损失有所不同，光波分解滤波器24a、24b和光波分解滤波器26a、26b还可以按照在损失比较大的长波长侧获取比较大的光波分解后光束强度的方式，来增大光波分解后光束的半值幅度。
而且，还可以在考虑到所使用的光接收元件32、34、36、38的光波分解敏感特性和塑料纤维4、30a、30b、30c、30d的光透射特性，而使光波分解后光束强度为最适当的方式，对光波分解滤波器的光波分解后光束强度特性实施设定。
而且，还可以使用导光光路来取代塑料纤维30a、30b、30c、30d。
表1
| 波长λ1 | 纤维损失ρ1 | 发光二极管的输出P1 | PD敏感度(A/W)η1 | 发光二极管侧纤维端面的输出强度(mW)P1·η1·ρ1 | 滤波器透射率T1 | 最终输出强度(μW) | 泄露光束强度(μW) | |||||||||||||||
| 纳米 | db/米 | 10米的透射率 | LED-A | LED-B | LED-C | LED-D | si-pin | LED-A | LED-B | LED-C | LED-D | 试样1 | 试样2 | 试样3 | LED-A | LED-B | LED-C | LED-D | 光接收侧波长 | |||
| POF1 | 475纳米 | 525纳米 | 850纳米 | 644纳米 | 475纳米 | 525纳米 | 850纳米 | 644纳米 | 450-560带域 | 480BPF | 750-900带域 | 475纳米 525纳米 850纳米 644纳米 | 475纳米 525纳米 850纳米 644纳米 | |||||||||
| 400 | 0.19 | 33.5％ | 0 | 0 | 0.18 | 0 0.000 0.000 0.000 | 0.65 | 0.81 | 0.070 | 0.000 0.000 0.000 0.000 | 0.000 0.000 0.000 0.000 | |||||||||||
| ：：450：： | 0.16 | 39.8％ | 0.158 | 0 | 0 | 0.22 | 1.3904 0.000 0.000 0.000 | 0.00 | 0.01 | 0.062 | 0.688 0.000 0.000 0.000 | 0.000 0.006 0.002 0.000 | ||||||||||
| 500 | 0.14 | 44.7％ | 0.036 | 0.119 | 0 | 0 | 0.26 | 0.3744 2.104 0.000 0.000 | 0.07 | 0.73 | 0.938 | 0.012 0.486 0.000 0.000 | 0.182 0.032 0.003 0.049 | |||||||||
| ：：550：： | 0.15 | 42.2％ | 0.062 | 0 | 0 | 0.29 | 0 1.223 0.000 0.000 | 0.01 | 0.91 | 0.932 | 0.000 0.503 0.000 0.000 | 0.051 0.000 0.000 0.004 | ||||||||||
| 600 | 0.2 | 31.6％ | 0.004 | 0 | 0 | 0.33 | 0 0.090 0.000 0.000 | 0.90 | 0.90 | 0.942 | 0.000 0.000 0.000 0.000 | 0.000 0.000 0.000 0.004 | ||||||||||
| ：：650：： | 0.15 | 42.2％ | 0 | 0.334 | 0.34 | 0 0.000 0.000 11.129 | 0.94 | 0.93 | 0.944 | 0.000 0.000 0.000 4.448 | 0.020 0.272 0.266 0.000 | |||||||||||
| 700 | 0.35 | 44.7％ | 0 | 0 | 0.36 | 0 0.000 0.000 0.000 | 0.94 | 0.90 | 0.936 | 0.000 0.000 0.000 0.000 | 0.000 0.000 0.000 0.000 | |||||||||||
| ：：750：： | 2.5 | 0.3％ | 0 | 0 | 0.35 | 0 0.000 0.000 0.000 | 0.93 | 0.90 | 0.014 | 0.000 0.000 0.000 0.000 | 0.000 0.000 0.000 0.000 | |||||||||||
| 800 | 2 | 1.0％ | 0.151 | 0 | 0.33 | 0 0.000 0.648 0.000 | 0.94 | 0.91 | 0.000 | 0.000 0.000 0.292 0.000 | 0.002 0.016 0.000 0.000 | |||||||||||
| ：：850：： | 1.6 | 2.5％ | 2.51 | 0 | 0.32 | 0 0.000 10.442 0.000 | 0.94 | 0.90 | 0.000 | 0.000 0.0000 4.686 0.000 | 0.029 0.261 0.000 0.001 | |||||||||||
| 900 | 0.248 | 0 | 0.31 | 0 0.000 0.999 0.000 | 0.90 | 0.90 | 0.015 | 0.000 0.000 0.398 0.000 | 0.004 0.040 0.000 0.006 | |||||||||||||
| 28 | 38 | 94 | 67 | 12.35 | 13.03 | 41.82 | 26.47 | 2.34 | 4.62 | 1.88 | 0.28 | |||||||||||
3.0V 3.0V 0.8V 2.0V变调失真(dB)
注：LED-A：兰色发光二极管；LED-B：绿色发光二极管；LED-C：近红外线发光二极管；LED-D：红色发光二极管；
| 7.22 | 4.50 | 13.48 | 19.78 |
下面参考表1，对于可以使由光发射部10中的四个光发射元件发射出具有不同发射波长的光束，并且可以在没有交调失真或是略去交调失真的条件下，利用光接收部31对位于波长带域划分范围之内的光波分解后光束实施接收的最佳条件，进行说明。
在表1中相对于波长带域为400至900纳米的、即为可见光和近红外线的波长λ，示出了纤维损失ρ1，由四个不同的光发射元件12、14、16、18输出的光束强度，光接收元件32、34、36、38的光波分解敏感特性η1，在光发射元件12、14、16、18侧的纤维端面处的输出强度，各光波分解滤波器的透射率/反射率T1，最终输出强度(穿过纤维、由光接收元件接收到的光输出强度)，以及泄露光束强度(由于光的漫反射而产生的损失部分)。
为了求解出所述的最佳条件，可以依据光波分解滤波器的透射率/反射率T1获得最适当的膜厚。一般说来，如果不使用中继器，一根光导(塑料)纤维在信号所需的传递距离中，传送损失应该在20dB以下(当透射率为1％时)。在实际应用时，最好能够在10dB以下。
在补充入这些最低条件之后，可以由下述公式推导出传送损失为最低的条件。
首先，使由光发射元件射出的光束通过塑料纤维，在考虑到如图4所示的光接收元件的光波分解敏感特性，则由该纤维一端处的、相对于各个波长λn的输出Pout，为：
Pout(n)＝ρn·Pn·ηn (1)
其中：
ρn：塑料纤维的传送损失
Pn：光发射元件的光输出强度
ηn：光接收元件的敏感度
而且，最终输出强度P(n)是穿过塑料纤维，由预定的光波分解滤波器实施透射或反射后的信号强度，它可以由下述公式表示：
P(n)＝Pout(n)·Tn·1000·Ln (2)
其中，Ln表示的是分解损失，在表1中该项被略掉，对于所有波长均可以采用常数(Ln＝0.15)来表示这一项。
Tn为光波分解滤波器的透射率或反射率。
而且，相对于由400纳米至900纳米的波长λn的最终输出P(n)的总值P(total)，可以用下述的通式表示：
P(total)＝-10·log10·∑ P(nleak)/P(n) (3)
其中，∑P(nleak)为相对于所有波长的泄露光束强度的总和。
采用这种方式，便可以如表1所示，按照使光接收部处的光传送损失比较小的最终输出P(n)的总值P(total)，对光波分解滤波器T1实施最佳设计，从而可以使其最优化。
图6示出了本发明的一个实例。在这一实例中，采用了蓝色LED(λb：470纳米)、绿色LED(λg：525纳米)、黄色LED(λy：570纳米)、红色LED(λr：644纳米)，为了在各个波长的光束上搭载信息并实施光传送，还按照使各个光束的波长带域不相重合的方式，由光波分解滤波器划分出预定的波长带域。
具有上述四种波长的光通信装置具有与图1所示基本相同的结构，而只是由可发出黄色光的光发射元件(黄色LED)18a，取代了光发射元件(红色LED)18。而且在光接收部31处还设置有与这一光发射元件18a相对应的光接收元件38a。
正如图6所示，各个光束的峰值波长分别为465纳米、520纳米、565纳米、645纳米，大体呈窄小波长带域的正态分布形状，而且各个主波长的半值幅度在30纳米以下。在各个光束中产生的n次谐波(n＝1、2、3、...)，其大小可以忽略不计。
采用这种构成方式，便可以通过使光波分解后的光束主波长的半值幅度位于30纳米以下的方式，在即使由于光发射元件的电源等发生变化，而使波长带域产生有漂移(波长峰值偏置)，或是光波分解敏感特性受到外部影响而产生有变化时，也能够在不产生交调失真的状态下，实施光通信。
下面参考附图5和附图7，对作为本分明第二实施例的、具有八种波长的光通信装置进行说明。
正如图5所示，具有八种波长的光通信装置由具有可发射出八种不同发光波长光束的光发射元件的信号发送部40，对由信号发送部40发送出的光束实施传递用的、其一端与该信号发送部40的一端相连接着的塑料纤维4，以及与塑料纤维4的另一端相连接的、具有将光信号转换为电气信号用的光接收元件的信号接收部41。
信号发送部40由第一信号发送部T×1、第二信号发送部T×2以及连接信号发送部T×1和信号发送部T×2用的光波分解滤波器58a构成。
信号接收部41由第一信号接收部R×1、第二信号接收部R×2以及连接信号接收部R×1和信号接收部R×2用的光波分解滤波器58b构成。
第一信号发送部T×1与如上所述的、四波长光通信装置中的信号发送部T×1相类似，而且第一信号接收部R×1与如上所述的四波长光通信装置中的信号接收部R×1相类似。
而且，信号发送部T×2的结构与信号发送部T×1的结构基本相同，信号接收部R×2的结构与信号接收部R×1的结构基本相同，仅仅是所使用的光发射元件和光接收元件的波长带域、光波分解滤波器的光波分解敏感特性有所不同。
信号发送部T×2具有可发射出紫色光(λv：445纳米)的光发射元件(紫色LED)43，可发射出兰绿色光(λbg：500纳米)的光发射元件(兰绿色LED)45，可发射出黄绿色光(λyg：550纳米)的光发射元件(黄绿色LED)47，可发射出橙色光(λor：600纳米)的光发射元件(橙色LED)49，安装有光发射元件43、45的光波分解滤波器52a，安装有光发射元件47、49的光波分解滤波器54a，以及分别通过塑料纤维60a、60b与光波分解滤波器52a和光波分解滤波器54a相连接的光波分解滤波器56a。
光波分解滤波器52a在其框体内部具有可使位于紫色波长带域的光束(λv：445纳米)透射过、而对位于其它波长带域中的光束实施反射的滤波器。
光波分解滤波器54a在其框体内部具有可使位于黄绿色波长带域的光束(λyg：550纳米)透射过、而对位于其它波长带域中的光束实施反射的滤波器。
光波分解滤波器56a在其框体内部具有对位于由420至520纳米波长带域中的光束实施反射、而使位于其它波长带域中的光束透射过的滤波器。
而且，光波分解滤波器58a对紫色光束(λv：445纳米)、兰绿色光束(λbg：500纳米)、黄绿色光束(λyg：550纳米)、橙色光束(λor：600纳米)实施反射、而对蓝色光束(λb：470纳米)、绿色光束(λg：525纳米)、黄色光束(λy：570纳米)、红色光束(λr：650纳米)实施透射。
而且，信号接收部R×2具有由PIN型光电二极管构成的光接收元件53、55、57、59，安装有光接收元件53、55的光波分解滤波器52b，安装有光接收元件57、59的光波分解滤波器54b，以及通过塑料纤维60c、60d与光波分解滤波器52b和54b相连接的光波分解滤波器56b。
在此，光波分解滤波器52b、54b、56b具有与如上所述的光波分解滤波器52a、54a、56a相类似的结构。
图7为表示这种使用着八种波长的光通信装置中的光接收元件的波长分布特性用的示意图。
正如图7所示，这种波长分布曲线的峰值分别在紫色(λv：445纳米)、蓝色(λb：470纳米)、兰绿色(λbg：500纳米)、绿色(λg：525纳米)、黄绿色(λyg：550纳米)、黄色(λy：570纳米)、橙色(λor：600纳米)、红色(λr：650纳米)处共有八个，其半值幅度在30纳米以下，而且具有不同峰值的光输出不相重合。
因此，作为光信号搭载在具有这些波长的光束上的信息，可以在没有交调失真、或是交调失真非常小的条件下实施光传送。
以上是以具有四个不同波长的光束、以及具有八个不同波长的光束为例进行说明的，然而也并不一定需要采用具有四个或八个不同峰值的波长的光束，比如说还可以采用两个或是三个光发射元件。
而且，还可以采用具有十二个不同峰值波长的光束的光通信装置，这种装置可以采用下述简单的方式构成，即除了具有如图5所示的信号发送部T×1、T×2之外，在信号发送侧处还设置有信号发送部T×3和一个光波分解滤波器，而且在其信号接收侧除了设置有信号接收部R×1、R×2之外，还设置有信号接收部R×3和一个光波分解滤波器。
在图8中示出了这种使用着十二种波长的光通信装置的波长分布特性用的示意图。
即与如图7所示的波长分布特性相比，还相对于各个峰值，在它们之间的间隙处形成有另外四个峰值，而且为了不在各个波长的光束之间产生交调失真，还使它们的半值幅度均在30纳米以下。
由短波长侧起，按照紫色1、紫色2、蓝色、兰绿色、绿色、黄绿色、黄色、橙色、红色1、红色2、红色3、近红外线的顺序到达长波长侧，对由各个光波分解滤波器实施光波分解之后的十二束光波分解后光束实施光接收。
在使用的光束由四个增加至八个、进而增加至十二个具有预定波长的光束时，可以通过光波分解滤波器和塑料纤维而实施简单增加，而且可以容易地实施连接。
而且，通过将与光发射元件数目相对应的正弦波群信号增加至四个、八个、十二个，在光波分解后光束的波长峰值之间设置新的光波分解后光束的波长峰值位置，并且使它们位于光波分解后光束的主波长峰值之间的间隙处的方式，可以使光信号识别方便，同时还可以大幅度地提高连续作业时的作业效率。
而且，光波长带域位于400纳米至900纳米之间，所以可以在可见光和近红外线的范围内实施作业，而且对于可见光(400纳米至700纳米)，还可以在塑料纤维4的端面处用肉眼看见光，因此可以按照需要实施的光束通信的方式，在对各结构部件实施连接时进行简单的操作。而且，通过使一直达到近红外线(700纳米至900纳米)处的波长带域比较大的方式，还可以配置上更多的、各种各样的电子机械。
在此，是以信号发送部T×1、T×2、...T×n分别由四个光发射元件构成的情况为例进行说明的，然而并不需要一定配置为四个。因此如果举例来说，在图1中的信号发送部也可以由光发射元件16、18和光波分解滤波器24a、24b、塑料纤维30b构成，并且通过塑料纤维4，使信号接收部由光接收元件36、38、光波分解滤波器24b、24b以及塑料纤维30d构成。在这时它构成为一种两个波长的光通信装置，而且还可以将若干个这种光通信装置组合起来。
具有如上所述结构的光通信装置，可以由可发射出具有不同发射波长的光束的若干个光源，配置在分解点处或合成点处的、对由所述光源发射出的光束实施反射或透射用的若干个光波分解滤波器，连接在各个光波分解滤波器之间的、对光束实施传送用的塑料纤维，以及对由所述光波分解滤波器反射或透射之后的光波分解后光束实施光接收用的光接收元件构成，所以通过利用光波分解滤波器将光波分解后的光束区分为其半值幅度不相重合的波长带域中的方式，可以在对塑料纤维的传送损失实施抑制的条件下进行传送，并且可以使光束不发生干涉，从而可以利用没有交调失真的光束实施信号的传送与接收。
而且，具有如上所述结构的光通信装置，还可以使信号发送部具有可发射出不同发射波长的光束的若干个光发射元件，以及配置在分解点处或合成点处的、对由所述光发射元件发射出的光束实施反射或透射用的第一光波分解滤波器，使信号接收部具有配置在分解点处或合成点处的、对光束实施反射或透射用的第二光波分解滤波器，以及对由该第二光波分解滤波器传送来的光束实施接收并将其转换为电气信号用的若干个光接收元件，而且所述信号发送部中的第一光波分解滤波器与信号接收部中的第二光波分解滤波器通过塑料纤维相连接，所以通过利用第一、第二光波分解滤波器划分出使实施光波分解之后的光束的半值幅度不相重合的波长带域的方式，便可以在对塑料纤维的传送损失实施抑制的条件下进行传送，并且可以使光束不发生干涉，从而可以利用没有交调失真的光束实施信号的传送与接收。
而且，具有如上所述结构的光通信装置还可以通过使第一、第二光波分解滤波器分别由若干个光波分解滤波器构成，并且在各个光波分解滤波器之间通过塑料纤维相连接的方式，在需要增加由光束实施传送的信号时，还可以根据需要增加光发射元件，以及与光发射元件相对应的光波分解滤波器的数量，并实施相应的连接，所以在连接时可以实施简单的增加设置，从而可以大幅度地提高作业效率。
而且，具有如上所述结构的光通信装置还可以通过使实施光波分解后的光束位于可见光和近红外线的范围之内的方式，在塑料纤维的端面处用肉眼看见光，因此可以按照与需要实施的光束通信相吻合的方式，在对各结构部件实施连接时进行简单的操作，同时可以在属于可见光和近红外线的比较大的波长带域之内，对与各种各样电气信号相对应的光信号实施光传送。
Claims (4)
1.一种光通信装置，其特征在于由可发射出具有不同发射波长的光束的若干个光源，配置在分解点处或合成点处的、对由所述光源发射出的光束实施反射或透射用的若干个光波分解滤波器，连接在各个光波分解滤波器之间的、对光束实施传送用的塑料纤维，以及对由所述光波分解滤波器反射或透射之后的光波分解后光束实施光接收用的光接收元件构成，而且实施所述光波分解后的光束由所述光波分解滤波器区分为其半值幅度不相重合的波长带域。
2.一种光通信装置，其特征在于信号发送部具有可发射出不同发射波长的光束的若干个光发射元件，以及配置在分解点处或合成点处的、对由所述光发射元件发射出的光束实施反射或透射用的第一光波分解滤波器，光接收部具有配置在分解点处或合成点处的、对光束实施反射或透射用的第二光波分解滤波器，以及对由该第二光波分解滤波器传送来的光束实施接收并将其转换为电气信号用的若干个光接收元件，而且所述信号发送部中的第一光波分解滤波器与信号接收部中的第二光波分解滤波器通过塑料纤维相连接，通过所述第一、第二光波分解滤波器划分出使实施光波分解之后的光束的半值幅度不相重合的波长带域。
3.一种如权利要求2所述的光通信装置，其特征在于所述的第一、第二光波分解滤波器分别由若干个光波分解滤波器构成，而且在各个光波分解滤波器之间通过塑料纤维相连接。
4.一种如权利要求1至3中任何一项权利要求所述的光通信装置，其特征在于所述的光波分解后光束位于可见光和近红外线的范围之内。
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