JP2000028843A - 定偏波光ファイバ用4心フェル―ル - Google Patents

定偏波光ファイバ用4心フェル―ル

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JP2000028843A JP17298999A JP17298999A JP2000028843A JP 2000028843 A JP2000028843 A JP 2000028843A JP 17298999 A JP17298999 A JP 17298999A JP 17298999 A JP17298999 A JP 17298999A JP 2000028843 A JP2000028843 A JP 2000028843A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定偏波光面をフェルールに対して正しく維持
することができる定偏波光ファイバ用4心フェルールを
提供する。 【解決手段】 本発明による定偏波光ファイバ用4心フ
ェルールは、フェルールの先端中心孔に4本の定偏波光
ファイバ素線15,16,17,18を密接挿入固定し
た定偏波光ファイバ用4心フェルールである。さらに前
記フェルール基部よりに角度規準部分20,20が設け
られている。前記任意の定偏波光ファイバ素線15,1
6,17,18の定偏波面は前記規準部分20,20に
対して所定の角度に保たれて固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、定偏波光ファイバ
用4心フェルールに関する。本発明による光ファイバフ
ェルールは1本の定偏波光ファイバの光を2本の定偏波
光ファイバに任意の分岐比で分岐し、または逆に2本の
定偏波光ファイバの光を1本の定偏波光ファイバに結合
する定偏波光ファイバ用光分岐結合器に利用することが
できる。
【0002】
【従来の技術】従来の屈折率分布形ロッドレンズと、分
光特性を有するフィルタと、反射面からなる分光手段を
用いた光カプラの構造を説明する。図7は前記光カプラ
を用いた双方向性光カプラを原理的に示した説明図、図
8は1方向光分岐器の構造を原理的に示した説明図であ
る。光カプラの部分は共通しているのでまず光カプラの
構造を説明する。屈折率分布形ロッドレンズ1,2は軸
長Z1 =Z2 =0.25ピッチに切断されている。この
ような屈折率分布形ロッドレンズは、例えばセルホック
レンズ(日本板硝子株式会社の商品名)として販売され
ている。ガラス板3は反射と透過にそれぞれ分光特性を
持つように表面に誘電体層を多層に蒸着したものであ
り、第1の波長λ1 成分を透過し、第2の波長λ2 成分
を反射する。光ファイバ6A,6B,6Cは図9に示す
ように屈折率分布形ロッドレンズ1,2の外側端面に接
続されている。各光ファイバ6A,6B,6Cの先端は
屈折率分布形ロッドレンズの中心(光軸)からの距離が
各r1 =r2 =r3 と同一半径上、かつ中心を通る線Y
Y線上にエポキシ接着剤5により正確に接着固定されて
いる。図7に示す双方向性光カプラでレーザダイオード
光源8は第1の波長λ1 を含む光を発生しており、この
光は光ファイバ6Aに接続されている。光ファイバ6B
の一端は、フォトダイオードを含む受光器9に接続され
ている。光ファイバ6Cを通ってくる波長λ2 の光は、
前記分光手段4により反射され、屈折率分布形ロッドレ
ンズ1を逆進して光ファイバ6Bに入射する。一方、波
長λ1 のレーザダイオード光源8から屈折率分布形ロッ
ドレンズ2に入射した光は分光手段3を透過し、屈折率
分布形ロッドレンズ1を透過して光ファイバ6Cに結合
される。
【0003】次に図8を参照して一方向光分波器の動作
を説明する。前述したように光カプラの構造は双方向光
カプラと同様である。光ファイバ6Cを通ってきた波長
λ1 ,λ2 の複合光は先ず屈折率分布形ロッドレンズ1
に入射し、分光手段4により第2の波長λ2 成分は反射
され、第1の波長λ1 成分は透過され屈折率分布形ロッ
ドレンズ2に入射し、光ファイバ6Aに接続される。一
方、分光手段4により発射された波長λ2 成分は屈折率
分布形ロッドレンズ1を逆進し、光ファイバ6Bに分波
される。合波する場合には光ファイバ6Aに波長λ1
分を接続し、光ファイバ6Bに波長λ2 成分を接続する
と光ファイバ6Cに波長λ1 ,λ2 の複合光が得られ
る。つまり合波される。
【0004】前述した屈折率分布形ロッドレンズを用い
た光カプラとは異なる加熱延伸したヒュージョン方式光
カプラが知られている。例えば、ロバート ダイグレン
の英国特許出願GB2239719Aには前記加熱延伸
による光カプラが示されている。またエバネッセント効
果を利用する光カプラが株式会社フジクラにより製造販
売されている(定偏波光シリーズカタログ番号9007
3000D)。光分波合波器として前記屈折率分布形ロ
ッドレンズを用いたものと加熱延伸したヒュージョン方
式光カプラを比較すると、各光波間のアイソレーション
をヒュージョン方式の15dBから40dB以上に大き
く改善できる。また、屈折率分布形ロッドレンズを用い
たものは光波長によって分岐比が変動しないなどの利点
をもっている。しかしながら、屈折率分布形ロッドレン
ズを用いるものは、各光ファイバ6A,6B,6Cを屈
折率分布形ロッドレンズ1,2に接続するときの機械的
な組立精度によって挿入損失が大きくなる欠点がある。
屈折率分布形ロッドレンズを用いるものは、図9に示す
ように、特に各光ファイバ6A,6B,6Cの屈折率分
布形ロッドレンズ1,2の中心光軸からの接着半径r
1 ,r2 ,r3 の位置誤差を1〜2μm程度に調節しな
ければならない。また、取り付け角度も中心を通る線Y
Y線上に正確に接着固定しなければならない。もし取り
付け位置に誤差を生じた場合は取り付け位置の誤差値に
比例して大きな過剰損失を生ずる。したがって、各光フ
ァイバ6A,6B,6Cを屈折率分布形ロッドレンズ
1,2端面に正確にエポキシ接着剤で接着しなければな
らない。そのため多大な工数と熟練を要し、製造費用も
大きくなるので必然的に製品価格は高くならざるを得な
かった。さらに光出力の大きいレーザ光源を使用した場
合は長期間光透過面に介在しているエポキシ等の接着剤
の経年劣化などが懸念されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記構成の屈折率分布
形ロッドレンズを用いて定偏波光ファイバ用分岐結合器
を製造しようとするとさらに次の問題が予想される。図
10は前記各光ファイバ6A,6B,6Cをそれぞれ定
偏波光ファイバ60A,60B,60Cに置き換えた状
態を示している。屈折率分布形ロッドレンズ1,2の各
端面に中心からの半径が各r1 =r2 =r 3 と同一半径
上、かつ中心を通る線Y11 ,Y22 線上に正確に
位置決め固定されなければならないことは前述と同様で
ある。定偏波光ファイバは通常の光ファイバと断面構造
が異なって、コア65の外周のクラッド層66に応力付
加部67をコア65の両側対称位置に設けてある。2本
の定偏波光ファイバを接続する場合、Y11 軸とY2
2 軸およびX1 1 ,X22 ,X33 軸間角度位
相誤差があると消光比が小さくなり定偏波光ファイバの
定偏波特性が失われる。消光比ERは次の式で計算でき
る。 ER(dB)=−10logtan2 θ ただし、θ:XY軸およびXX軸方向の角度位相誤差
(度)。一般に消光比は30dB以上が望ましいとされ
ている。この場合の許容角度位相誤差を計算するとθ≦
1.8°となる。
【0006】被膜4の反射率および透過率の比率を5
0:50に選択すれば、定偏波光ファイバ60Cをとお
ってきた光は50:50の比率で定偏波光ファイバ60
Aおよび60Bに分岐射出する。比率を10:90にす
れば10:90の比率で定偏波光ファイバ60Aおよび
60Bに分岐射出する。逆に光の方向を反対にすれば定
偏波光ファイバ60Aおよび60Bの光は定偏波光ファ
イバ60Cに結合できる。すなわち1×2回路光分岐結
合器を構成する。また異なる光波長λ1 , λ2 による反
射および透過特性をもつミラー被膜を使用した場合は1
×2回路光分岐合波器として機能させることができる。
光分岐合波器の場合は各分波波長間のクロストークが前
者の15dBに対して40dB以上が容易に得られる等
の利点を持っているが、各定偏波光ファイバ60A,6
0B,60Cを屈折率分布形ロッドレンズ1,2に接続
する時の機械的な組立精度によって過剰損失が大きく左
右される。
【0007】したがって、図10に示すように屈折率分
布形ロッドレンズ1、2の中心光軸からの各定偏波光フ
ァイバ60C,60B,60A,の接着半径r1 ,r
2 ,r3の位相誤差は2μm以内に調節しなければなら
ない。さらに消光比性能の低下防止のために定偏波光フ
ァイバの応力付加方向軸線X11 ,X22 ,X33
の角度位相誤差も1.8°以内に正確に調整しなけれ
ばならない。このため熟練とともに多大の工数および製
造費用を要し、必然的に製品価格は高くならざるを得な
い。さらに従来は前記定偏波光ファイバと屈折率分布形
ロッドレンズの接続は接着により行われていたので、光
出力の大きいレーザ光源を使用した場合は長期間光透過
面に介在しているエポキシ接着剤の経年劣化などが懸念
されていた。
【0008】なおUSP4,989,946号には後述
する本発明によるフェルールと外見が類似するフェルー
ルを用いた光ファイバスイッチの発明が示されている。
このフェルールと本発明によるフェルールの関係につい
ては後に詳しく説明する。本発明の目的は、定偏波光面
をフェルールに対して正しく維持することができる定偏
波光ファイバ用4心フェルールを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による定偏波光ファイバ用4心フェルール
は、フェルールの先端中心孔に4本の定偏波光ファイバ
素線を密接挿入固定した定偏波光ファイバ用4心フェル
ールにおいて、さらに前記フェルール基部よりに角度規
準部分が設けられ、前記任意の定偏波光ファイバ素線の
定偏波面は前記規準部分に対して所定の角度に保たれて
固定されている。前記光ファイバフェルールにおいて、
前記フェルールの先端の中心孔と光ファイバ素線間に下
記の関係が成立し、 d=(21/2 +1)d1 +δ ここにおいて d :フェルールの中心孔径 d1 :定偏波光ファイバの素線の直径 δ :数μmの値 前記dの公称値は303μm,前記d1 の公称値は12
5μmであって、前記δをδ≦3μmとしたことを特徴
とする。前記光ファイバフェルールにおいて前記角度基
準部は前記フェルールのフランジに設けられている基準
面とすることができる。前記フェルールの先端中心孔に
4本の定偏波光ファイバ素線を密接挿入固定した定偏波
光ファイバ用4心フェルールにおいて、さらに前記フェ
ルール基部よりに角度規準部分が設けられ、前記任意の
定偏波光ファイバ素線の定偏波面は前記規準部分に対し
て所定の角度に保たれて固定されて構成することができ
る。
【0010】
【実施例】以下、図面等を参照して本発明をさらに詳し
く説明する。図1は、本発明による定偏波光ファイバ用
4心フェルールの実施例を示す縦断面図、図2は前記フ
ェルールの実施例の先端を示す図であって、中心の孔の
部分を一部拡大して示してある。フェルール10は円筒
形のジルコニアセラミック焼結材で、先端の中心の内径
dはd=303μmである。そしてフェルール10の先
端には4本の光ファイバの先端15,16,17および
18を受入れる貫通孔11が相当の長さ設けられてい
る。フェルール10の基部側には4本の光ファイバをそ
の被覆部12を含めて受け入れる孔13が設けられてお
り、各孔11と13は傾斜角度15度以下のテーパ面1
4で接続されている。光ファイバフェルールの基部より
にフランジ19が設けられており、中心に対して同一振
り分けにした幅W1 の平行な外平面基準部20が設けら
れている。
【0011】被覆12が除去された定偏波光ファイバの
先端(定偏波光ファイバ素線)15,16,17および
18の外径はそれぞれd1 =125μmである。
【0012】本発明によるフェルール10の先端の中心
貫通孔直径d,使用定偏波光ファイバ外径d1 とδとの
間に次の式を満足させる。 d=(21/2 +1)d1 +δ なお、この実施例では前記δをδ≦3μmとしてある。
このように、貫通孔直径dを設定することにより、端面
図に示すように各定偏波光ファイバ素線15,16,1
7,18は相互に外径面が密着し、同時に貫通孔11の
内径面にも同時に接触するように挿入できる。
【0013】この状態で、位置決め工具にフェルールを
取り付けて予めフランジの平行な外平面基準部20を図
示しない顕微鏡のXX軸基線に合致させて4本の定偏波
光ファイバ素線15,16,17,18の端面を400
〜500倍の顕微鏡で観察する。そして定偏波光ファイ
バ15,16の応力付加方向軸X11 およびX22
軸が顕微鏡のXX軸基線に正確に合致するまで個々に光
ファイバを回転させ調節する。同様にして定偏波光ファ
イバ17,18の応力付加方向軸Y11 およびY2
2 軸が顕微鏡のYY軸基線に正確に合致するまで個々に
光ファイバを回転させ調節する。そしてその後に接着材
により接着して端面を研磨する。このようにして定偏波
光ファイバ用の光分岐結合器用の4心フェルールF1
よびF2 を製作する。
【0014】前述のように貫通孔11の内径d=303
μm、定偏波光ファイバ素線の外径d 1 =125μmと
すれば、中心軸に対する各定偏波光ファイバ素線15,
16,17,18の光軸位置r1 ,r2 ,r3 ,r4
計算すると88.39〜89.00μmとなり、相互の
半径位置誤差は0.3μmの微小値になるので無視し得
る。同様に円周方向の角度位相誤差を1.8°以内にす
ることにより実用上支障のない範囲とする。
【0015】次に前述した2個の4心光ファイバ付フェ
ルールF(F1 ,F2 )が結合されて光分岐結合器を形
成するレンズユニット組立Aの構成について説明する。
図3は前記レンズユニットの実施例の縦断面図およびフ
ェルール挿入端面を示す図である。図4は前記レンズユ
ニットに前記フェルールを結合させて形成した光分岐結
合器の実施例を示す断面図である。図3に示すようにレ
ンズユニット組立Aの円筒精密スリーブ21には精密貫
通孔23が設けられている。両端面の対称位置に前記4
心定偏波光ファイバ付フェルールF1 およびF2 のフラ
ンジの平行な外平面基準部20と20μm以下の隙間で
精密に係合する幅W2の平行溝からなる内平面規準部2
2,22が設けられている。中心の精密貫通孔23の中
央部に2個の屈折率分布形ロッドレンズ24、25が挿
入されている。前記2個の屈折率分布形ロッドレンズ2
4、25の間に入射光の一部を透過し一部を反射する被
膜26が形成されており、レンズユニット組立Aを形成
している。
【0016】図4は本発明によるフェルールを用いた定
偏波光ファイバ用光分岐結合器の実施例の縦断面図であ
る。前記レンズユニット組立Aの精密貫通孔23の両端
から、各4心定偏波光ファイバ付フェルールF1 および
2 を、その整列外平面規準部20がレンズユニット組
立Aの両端面の内平面規準部22に嵌合し、かつ、各先
端面が前記2個の屈折率分布形ロッドレンズ24,25
の外側端面に各々接触するように挿入して組立てたもの
である。したがって、本発明によるフェルールを用いた
定偏波光ファイバ用光分岐結合器は各4心定偏波光ファ
イバ付フェルールF1 およびF2 の外平面規準部20を
レンズ付スリーブ組立Aの両端面の内平面規準部22に
嵌合させるのみで、自動的に各定偏波光ファイバの半径
位置および円周方向の角度位相、および応力付加軸方向
の角度位相が正確に決められるので組み立て時の調整は
一切不要である。
【0017】次に図5および図6を参照して本発明によ
るフェルールを用いた前記光分岐結合器の動作を説明す
る。図5は4心定偏波光ファイバ付フェルールF1 およ
びF2 の先端面を屈折率分布形ロッドレンズ側からみた
状態を展開して示した図である。4心定偏波光ファイバ
付フェルールF1 には定偏波光ファイバ素線151 ,1
1 ,171 ,181 の4本が取り付けられている。一
方4心定偏波光ファイバ付フェルールF2 には定偏波光
ファイバ素線152 ,162 ,172 ,182 の4本が
取り付けられている。
【0018】図6の上側は前記光分岐結合器を図2のY
Y軸を含む縦方向に切断して示した図、図6の下側は前
記光分岐結合器を同様に図2のXX軸を含む縦方向に切
断して示した図である。図6の上側の説明図で、被膜2
6の反射および透過光比率を50:50とすれば、定偏
波光ファイバ151 からの入射光の50%は反射されて
定偏波光ファイバ161 に射出される。入射光の50%
は透過して定偏波光ファイバ162 に出射されて分岐比
50:50の1×2回路光分岐器として作用する。図6
の下側の説明図で、定偏波光ファイバ171 ,181
182 を1×2回路光結合器として使用するには、定偏
波光ファイバ181 ,182 を光源に接続すればよい。
定偏波光ファイバ181 からの入射光はミラー被膜26
により反射して対称点にある定偏波光ファイバ171
射出する。定偏波光ファイバ182 からの入射光はミラ
ー被膜26を透過して対称点にある定偏波光ファイバ1
1 に射出して1×2回路光結合器として作用する。し
たがって、この実施例による光分岐結合器は2組の1×
2回路光分岐結合器として機能する。この場合、定偏波
光ファイバ152 ,172 は整列用ダミーファイバとし
てのみ機能する。
【0019】なお、前記被膜26が入射光の含まれる第
1の波長成分(λ1 )を透過し第2の波長成分(λ2
を反射する被膜であるとする。光ファイバ182 に第1
の波長成分(λ1 )の光が供給され、光ファイバ181
に第2の波長成分(λ2 )が供給されると光ファイバ1
1 に前記各光ファイバから供給された第1の波長成分
(λ1 )および第2の波長成分(λ2 )が結合されて取
り出されることになる。
【0020】以上述べたように本発明による4本の光フ
ァイバをもつフェルール2組とレンズユニットを用いれ
ば、最大2組の光分岐結合器が得られる。この実施例で
は4心光ファイバ付フェルールF1 ,F2 のうちF1
の2本を使用する構成を示しているが、フェルールF2
の方の2本とF1 の一本を使用することにより一組の光
分岐結合器として使用することも無論可能である。しか
し、本発明においてはフェルールの一つの孔に同一の光
ファイバ4本が前述の関係を保って固定されることが不
可欠の条件であり、使用しないものは使用される光ファ
イバの位置を確保するために機械的に不可欠なものであ
る。使用しない光ファイバの端面は必要に応じて不透明
にする。
【0021】前述したUSP4,989,946号には
フェルールの孔に2本の光ファイバ先端を挿入したもの
と7本の光ファイバ先端を挿入したものが示されてい
る。2本の光ファイバ先端を挿入したもののフェルール
の孔の直径は光ファイバの外径の2倍に設定されてい
る。このとき、フェルールの内径をdw、光ファイバの
直径をd1 として、それらの間に誤差δwが存在し、d
w=2d1 +δwの関係が成立し、δwが3μmであっ
たとすると、2本の光ファイバ間の円周方向の角度誤差
は一方のフェルールについて12.5°、両方では25
°に達し本発明のような用途のフェルールには使用でき
ない。なお本発明の前記実施例では角度誤差は0.00
4°である。また7本の光ファイバについてはdw=3
1 +δwの関係が成立することになるが、7本の光フ
ァイバが順序良く配列されることは製造上極めて困難で
良い結果が得られていない。
【0022】
【発明の効果】本発明による定偏波光ファイバ用4心フ
ェルールを用いた光分岐結合器は、1対の屈折率分布形
ロッドレンズを用いた1個のレンズ組立Aに2組の1×
2回路光分岐結合器または光分波合波器を組み込んだも
のであるから小型で軽量にできる。組立作業性は4心フ
ェルールを用いることにより、一般的な光コネクタ組立
と同等であり、従来のような熟練は必要としない。同時
に屈折率分布形ロッドレンズの光軸心に対する定偏波光
ファイバの光軸心の半径方向および円周方向の角度位相
の整列精度は2μm以内に容易に規制できるので過剰損
失の低減ができる。同様に一対の定偏波光ファイバフェ
ルールの定偏波光ファイバ応力付加方向軸を予めフェル
ールの基準面に対して整列しておくこと、およびレンズ
付スリーブ組立の係合面により、組立時の付加的な調整
無しに自動的に整列できるので組立作業性の改善ができ
るとともに消光比性能の確保ができる。また光出力の大
きいレーザ光源を使用した場合でも、接着剤が光伝搬面
に介在しないので光エネルギーによる経年劣化の大幅改
善が期待できる。
【0023】本発明によるフェルールを用いた光分岐結
合器のように1個のボディに2系統の1×2回路光分岐
結合器を組み込んだ構造は、光ファイバジャイロ(オー
ル光ファイバ回転センサ)、マッハツエンダ型センサ
(オール光ファイバ音響、磁界、電界、圧力センサ)な
どの装置の小型化に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による定偏波光ファイバ用4心フェルー
ルの実施例を示す縦断面図である。
【図2】前記フェルールの実施例の先端を示す図であっ
て、中心部を一部拡大して示してある。
【図3】本発明によるフェルールを用いた光分岐結合器
のレンズユニットの実施例を示す縦断面図である。
【図4】前記レンズユニットに前記フェルールを結合さ
せて形成した光分岐結合器の実施例を示す縦断面図であ
る。
【図5】図4に示した光カプラを1×2光カプラ2組と
して使用する状態を説明するためのフェルール先端の拡
大図である。
【図6】図4に示した光カプラを1×2光カプラ2組と
して使用する状態を説明するための屈折率分布形ロッド
レンズと被膜の断面図である。
【図7】従来の屈折率分布形ロッドレンズと分光特性を
有するフィルタと反射面を組み合わせた2方向光カプラ
の構造を原理的に示した断面図である。
【図8】従来の屈折率分布形ロッドレンズと分光特性を
有するフィルタと反射面を組み合わせた1方向光分波器
の構造を原理的に示した断面図である。
【図9】図7および図8に示した装置の屈折率分布形ロ
ッドレンズと光ファイバの接合位置を図解した説明図で
ある。
【図10】図7〜9に示した光ファイバを定偏波光ファ
イバに変えた場合の問題点を説明するための略図であ
る。
【符号の説明】
1,2,24,25,28,29 屈折率分布形ロッド
レンズ 3 ガラス板 4 誘電体多層被膜 5 接着剤による光ファイバ固定部 6A,6B,6C 光ファイバ 8 光源 9 受光器 10 フェルール 11 貫通孔 12 光ファイバの被覆部 14 テーパ面 15,16,17,18,151 ,161 ,171 ,1
1 ,152 ,162 ,172 ,182 定偏波光ファ
イバ素線 19 フランジ 20 フランジの外平面規準部 21 円筒精密スリーブ 22 スリーブの内平面規準部 23 精密貫通孔 26 被膜 F1 ,F2 4心光ファイバフェルール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェルールの先端中心孔に4本の定偏波
    光ファイバ素線を密接挿入固定した定偏波光ファイバ用
    4心フェルールにおいて、さらに前記フェルール基部よ
    りに角度規準部分が設けられ、前記任意の定偏波光ファ
    イバ素線の定偏波面は前記規準部分に対して所定の角度
    に保たれて固定されている定偏波光ファイバ用4心フェ
    ルール。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光ファイバフェルールに
    おいて、前記フェルールの先端の中心孔と光ファイバ素
    線間に下記の関係が成立し、 d=(21/2 +1)d1 +δ ここにおいて d :フェルールの中心孔径 d1 :定偏波光ファイバの素線の直径 δ :数μmの値 前記dの公称値は303μm,前記d1 の公称値は12
    5μmであって、前記δをδ≦3μmとしたことを特徴
    とする定偏波光ファイバ用4心フェルール。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光ファイバフェルールに
    おいて、前記角度基準部は前記フェルールのフランジに
    設けられている基準面である定偏波光ファイバ用4心フ
    ェルール。
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