JP2000131548A - 光スターカプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の損失を有効に防止して、出力側での光信
号の偏りを防止し、分配性能の向上を図った光スターカ
プラを提供する。 【解決手段】 光スターカプラ１０は４本の光ファイバ
１１が、それぞれ対の互いに超音波溶着された分岐結合
部１２を上流側から下流側に向けて２段備える。上流側
の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との間に、
その間の各光ファイバ１１を最小曲げ半径よりも大きい
円弧状に曲げた状態で保持するモードスクランブラ部１
３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバを伝
送媒体に用いた光通信ネットワーク等において、光信号
を分配または結合させる際に使用される光スターカプラ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光信号を分配または結合させる方
法として、光学ミラーを使って光信号の進行方向を固定
させたり、プリント基板のように光導波路を同一平面上
に形成させて進行方向を制御させたりする方法があっ
た。

【０００３】また、対のプラスチック光ファイバを互い
に溶着接合して分岐結合部を構成し、その分岐結合部を
通じて光信号を抽出する光カプラもある。

【０００４】例えば、特開昭６２−２９９８０８号公報
に開示の如くである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、分岐結合部を超
音波溶着により形成する超音波溶着型の光カプラにおい
ては、主線側の出力光には入力光がそのまま直進して伝
搬してくる光の成分が多く、分岐側の出力光には入力光
が分岐結合部や光ファイバ内で反射して伝搬してくる光
の成分が多くなる傾向にある。

【０００６】これは、光の損失を抑えるために元の光フ
ァイバの形状をなるべく保とうとする超音波溶着型の光
カプラ特有の問題であり、これに対し、溶着される分岐
結合部を延伸させる溶着延伸型の光カプラでは、分岐結
合部の光ファイバの太さが狭められているので、このよ
うな問題は起こりにくい。

【０００７】そして、この「偏り」のある光信号をさら
に分岐する４×４の光スターカプラにおいては、「偏
り」がさらに拡大していくことになる。

【０００８】また、前記特開昭６２−２９９８０８号公
報に開示のように、光カプラの分岐結合部をモードスク
ランブラに構成すると、出力光の「偏り」は是正される
が、モードスクランブラでの反射損失が増加し、分岐の
段数に応じてその損失が積み重なっていく。

【０００９】従って、４×４の光スターカプラにおいて
は、モードスクランブラを兼ねた分岐結合部が２個直列
状態となるため、モードスクランブラ２個分の光の損失
が生じる。

【００１０】そこで、この発明は光の損失を有効に防止
して、出力側での光信号の偏りを防止し、分配性能の向
上を図った光スターカプラを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の技術的手段は、２ⁿ本の光ファイバが、それぞ
れ対の互いに超音波溶着された分岐結合部を上流側から
下流側に向けて複数段備えられてなる光スターカプラに
おいて、上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結
合部との間に、その間の各光ファイバを最小曲げ半径よ
りも大きい円弧状に曲げた状態で保持するモードスクラ
ンブラ部を、それぞれ備えた点にある。

【００１２】また、前記最小曲げ半径よりも大きい円弧
状の光ファイバ装填溝が形成されたスクランブラ形成体
における前記光ファイバ装填溝に、前記各分岐結合部間
の各光ファイバが装填固定されて、前記モードスクラン
ブラ部が構成された構造としてもよい。

【００１３】さらに、前記光ファイバ装填溝が８の字形
状に形成された構造としてもよい。

【００１４】また、上記課題を解決するための第２の技
術的手段は、２ⁿ本の光ファイバが、それぞれ対の互い
に超音波溶着された分岐結合部を上流側から下流側に向
けて複数段備えられてなる光スターカプラにおいて、上
流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間
に、その間の各光ファイバ全体に捻りを加えた状態で保
持するモードスクランブラ部を、それぞれ備えた点にあ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、第１発明にかかる第１の実
施形態を図面に基づいて説明すると、図１および図２に
おいて、１０は４×４の光スターカプラで、４本の光フ
ァイバ１１のうち２本毎、互いに超音波溶着された分岐
結合部１２を上流側から下流側に向けて２段に備えられ
ている。

【００１６】そして、従来における４×４の光スターカ
プラにあってはなるべく近接配置される上流側の分岐結
合部１２と下流側の分岐結合部１２との距離Ｌを、本実
施形態にあってはより長い所定長さ離した構造とされ、
この上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２
との間に位置する各光ファイバ１１を、曲げによって光
の損失が生じない最小曲げ半径よりも大きい円弧状に曲
げた状態で保持するモードスクランブラ部１３が備えら
れている。

【００１７】このモードスクランブラ部１３は、前記最
小曲げ半径よりも大きい曲げ半径Ｒを有する円弧状の光
ファイバ装填溝１４が形成されたスクランブラ形成体１
５を備え、スクランブラ形成体１５の光ファイバ装填溝
１４に、前記上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結
合部１２との間に位置する各光ファイバ１１が装填され
た状態で固定されている。

【００１８】従って、光ファイバ１１を伝搬する光信号
は、コアおよびクラッド層の界面で全反射を繰り返しな
がら進行し、また経路の屈曲などによって伝搬モードが
その都度変えられながら伝搬する。そして、光ファイバ
１１の一部が接合された分岐結合部１２から出射するい
わゆる偏った分布を有する光信号は、下流側の分岐結合
部１２に至るまでに、円弧状に曲げられたモードスクラ
ンブラ部１３で平坦な光強度分布とされ、その下流側の
分岐結合部１２では、その上流側の分岐結合部１２と同
様の特性で光信号の分配がなされる。

【００１９】以上のように、下流側の分岐結合部１２に
至る間に、モードスクランブラ部１３によって光強度分
布の平坦化が図られるため、従来のように各段の分岐結
合部毎に光信号の偏りが拡大することもなく、出力側で
の光信号の偏りが有効に防止でき、分配性能の向上が図
れる。

【００２０】また、前述従来公報に開示のように分岐結
合部にモードスクランブラ機能を備えた構造の場合と比
較して、上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部
１２間にモードスクランブラ機能を備えたモードスクラ
ンブラ部１３を備えた構造であり、モードスクランブラ
の数の低減が図れ、モードスクランブラによる光の損失
も有効に防止できる。

【００２１】次に、上記実施形態における具体的実施例
について説明する。

【００２２】使用する光ファイバは、１層クラッド型プ
ラスチック光ファイバで、クラッドはフッ化アクリルレ
ートで形成されている。また、直径は１．０ｍｍ、コア
径は０．９７ｍｍであり、コア屈折率は１．４９５、ク
ラッド屈折率は１．３７５、開口数は０．６である。

【００２３】そして、光ファイバを長手方向に平行に並
べ、その一部を以下の条件で超音波溶着する。

【００２４】即ち、光ファイバ同士の互いに溶着される
接合長は２０ｍｍ、光ファイバの主線側を下段の不動ア
ンビルに固定し、光ファイバの分岐側を上段の振動アン
ビルに固定する。なお、超音波接合用アンビル（固定治
具）の光ファイバ接触面は滑らかに加工され、光ファイ
バ側面に傷などが転写されない構造とされている。

【００２５】また、超音波エネルギーは２１ＫＨｚ、１
００Ｗ以下とされ、接合時間は１０秒以内に設定する。
接合形態は、圧縮率で２０％以下にする。

【００２６】以上の条件で２本の光ファイバの一部（２
０ｍｍ）を超音波溶着して、できあがったサンプルの形
態は、超音波ホーンと振動／不動アンビルで固定された
ままの状態で形状は安定していた。

【００２７】そして、その接合部分、即ち、分岐結合部
１２から距離Ｌ＝６０ｍｍ離したところに次の接合部分
（分岐結合部１２）を同様に形成し、図２に示される構
造の光スターカプラ１０を構成する。

【００２８】そして、上流側の分岐結合部１２と下流側
の分岐結合部１２との間に位置する各光ファイバ１１
が、スクランブラ形成体１５における曲げ半径Ｒ＝１５
ｍｍの光ファイバ装填溝１４に装填された状態で図示省
略の蓋体等により固定される。

【００２９】次に、この光スターカプラ１０の一方側
（図２に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）より、７００ｎｍ、３８
μＷの安定化光源を入射光として入力し、他方側（図２
に示すＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）からの出力を測定した結果およ
び、過剰損失＝−１０×ｌｏｇ｛（出力光トータル）／
（入力光トータル）｝を、以下の表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】また、同一プラスチック光ファイバを使用
した同様構成の光スターカプラで、上流側の分岐結合部
と下流側の分岐結合部との距離Ｌが２０ｍｍで、その間
の各光ファイバが曲げなしの場合（比較カプラ）の比較
データを以下の表２に示し、従来の標準的なプラスチッ
ク光ファイバ（開口数０．５）を使用した同様構成の光
スターカプラ（従来カプラ）の比較データを以下の表３
に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】即ち、Ａ〜Ｄの各入力ポートに３８μＷの
測定光を入力した場合、Ｅ〜Ｈの各出力ポートから９．
５μＷ〜６．７３μＷの光出力が得られ、本実施例にお
けるＡ入力ポートの場合、各出力ポート（Ｅ〜Ｈ）間の
最大出力差は２．７６３μＷ（全体の７、３％）であ
り、比較カプラにおけるＡ入力ポートの場合、各出力ポ
ート（Ｅ〜Ｈ）間の最大出力差は３．３０８μＷ（全体
の８．７％）であった。

【００３５】従って、従来カプラと比較して過剰損失値
も小さく、出力側では均等に近いレベルの光信号が得ら
れ、比較カプラと比較しても出力側ではより均等に近い
レベルの光信号が得られ、分配性能が向上したことが解
る。

【００３６】即ち、光スターカプラ１０を構成する場
合、光ファイバ１１同士を接合する分岐結合部１２間の
間隔の距離Ｌを大きくとり、その部分で最小曲げ半径よ
り大きな円弧状に曲げるとよく、プラスチック光ファイ
バの接合形状を複雑に設計することなく光信号の出力差
を小さく抑えることができる。

【００３７】図３は第１発明における第２の実施形態を
示しており、スクランブラ形成体１５に複数の光ファイ
バ装填溝１４が形成され、上流側の分岐結合部１２と下
流側の分岐結合部１２との間の各光ファイバ１１がいわ
ゆるＳの字形状に曲げられた構造とされている。

【００３８】そして、この場合も上記第１の実施形態と
同様の効果が得られ、入出力ポートの位置が向かい合っ
ている場合の光スターカプラ１０に適する。

【００３９】図４は第１発明における第３の実施形態を
示しており、スクランブラ形成体１５に所定の曲げ半径
Ｒの光ファイバ装填溝１４が８の字形状に形成された構
造とされている。

【００４０】そして、具体的には、上記第１の実施形態
と同様のプラスチック光ファイバ１１が使用され、図２
に示される光スターカプラ１０における上流側の分岐結
合部１２と下流側における分岐結合部１２との距離Ｌを
１５０ｍｍとし、スクランブラ形成体１５における曲げ
半径Ｒ＝１５ｍｍの８の字形状に形成された光ファイバ
装填溝１４に各光ファイバ１１が装填された状態で図示
省略の蓋体等により固定される。

【００４１】そして、第１の実施形態と同様に、光スタ
ーカプラ１０の一方側（図２に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）よ
り、７００ｎｍ、３８μＷの安定化光源を入射光として
入力し、他方側（図２に示すＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）からの出
力を測定した結果および、過剰損失を、以下の表４に示
す。

【００４２】

【表４】

【００４３】従って、第１の実施形態と同様の結果が得
られ、同様の利点が得られる。

【００４４】図５は第２発明における実施形態を示して
おり、第１発明における実施形態と同様構成部分は同一
符号を付し、その説明を省略する。

【００４５】即ち、本実施形態においては、上流側の分
岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との間に、その
間の各光ファイバ１１全体に捻りを加えた状態で保持す
るモードスクランブラ部１７を備えた構造とされてい
る。また、モードスクランブラ部１７はその捻り状態を
保持すべく、例えば、保持ケース１８に収容された構造
とされている。

【００４６】従って、第１発明と同様、下流側の分岐結
合部１２に至る間に、モードスクランブラ部１７によっ
て光強度分布の平坦化が図られるため、従来のように各
段の分岐結合部毎に光信号の偏りが拡大することもな
く、出力側での光信号の偏りが有効に防止でき、分配性
能の向上が図れる。

【００４７】また、前述従来公報に開示のように分岐結
合部にモードスクランブラ機能を備えた構造の場合と比
較して、上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部
１２間にモードスクランブラ機能を備えたモードスクラ
ンブラ部１７を備えた構造であり、モードスクランブラ
の数の低減が図れ、モードスクランブラによる光の損失
も有効に防止できる。

【００４８】さらに、この捻りを加えたモードスクラン
ブラ部１７方式の場合、入出力ポートの位置が向かい合
っている場合の光スターカプラ１０に適し、過度な曲げ
を伴うモードスクランブラよりも低過剰損失を維持する
上で好ましく、製品全体としての容積もコンパクトに構
成できる利点がある。

【００４９】そして、具体的には、上記第１発明の第１
の実施形態と同様のプラスチック光ファイバ１１が使用
され、図２に示される光スターカプラ１０における上流
側の分岐結合部１２と下流側における分岐結合部１２と
の距離Ｌを６０ｍｍとし、上流側の分岐結合部１２と下
流側における分岐結合部１２との間における各光ファイ
バ１１は、４本束ねて各分岐結合部１２に負荷がかから
ないように全体を２回ひねってモードスクランブラ部１
７が構成されている。なお、この捻りによって生じる各
光ファイバ１１の曲げ状態は最小曲げ半径よりも大きい
弧になるように構成される。

【００５０】そして、第１発明の第１の実施形態と同様
に、光スターカプラ１０の一方側（図２に示すＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ）より、７００ｎｍ、３８μＷの安定化光源を入
射光として入力し、他方側（図２に示すＥ、Ｆ、Ｇ、
Ｈ）からの出力を測定した結果および、過剰損失を、以
下の表５に示し、また、モードスクランブラ部１７を形
成しない場合（比較カプラ）の比較データを以下の表６
に示す。

【００５１】

【表５】

【００５２】

【表６】

【００５３】この場合も前述同様、Ａ〜Ｄの各入力ポー
トに３８μＷの測定光を入力した場合、Ｅ〜Ｈの各出力
ポートから９．５μＷ〜６．７３μＷの光出力が得ら
れ、本実施例におけるＡ入力ポートの場合、各出力ポー
ト（Ｅ〜Ｈ）間の最大出力差は２．７６３μＷ（全体の
７、３％）であり、比較カプラにおけるＡ入力ポートの
場合、各出力ポート（Ｅ〜Ｈ）間の最大出力差は３．３
０８μＷ（全体の８．７％）であった。

【００５４】従って、比較カプラと比較しても出力側で
はより均等に近いレベルの光信号が得られ、分配性能が
向上したことが解る。

【００５５】上記第１発明および第２発明の各実施形態
において、４×４の光スターカプラ１０を使用した構造
を示しているが、８×８の光スターカプラ１０であって
も上流側から第１段目の分岐結合部１２とその次の下流
側の第２段目の分岐結合部１２との間にモードスクラン
ブル部１３、１７を備え、第２段目の分岐結合部１２と
その次の下流側の第２段目の分岐結合部１２との間にモ
ードスクランブル部１３、１７を備えることによって同
様に構成でき、同様の利点が得られる。また、さらによ
り多数の２ⁿ（この場合、ｎは４以上の整数）の光ファ
イバ１１を使用した場合にも、上流側の分岐結合部１２
とその次の下流側の分岐結合部１２との間にモードスク
ランブル部１３、１７を順次備えていけばよい。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明の光スターカプラ
によれば、上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐
結合部との間に、その間の各光ファイバを最小曲げ半径
よりも大きい円弧状に曲げた状態で保持するモードスク
ランブラ部を、それぞれ備えたものであり、また、上流
側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間
に、その間の各光ファイバ全体に捻りを加えた状態で保
持するモードスクランブラ部を、それぞれ備えたもので
あり、光の損失を有効に防止して、出力側での光信号の
偏りを防止し、分配性能の向上が図れるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の第１実施形態にかかる光スターカプ
ラの説明図である。

【図２】同光スターカプラの説明図である。

【図３】第１発明の第２実施形態にかかる光スターカプ
ラの説明図である。

【図４】第１発明の第３実施形態にかかる光スターカプ
ラの説明図である。

【図５】第２発明の実施形態にかかる光スターカプラの
説明図である。

【符号の説明】

１０ 光スターカプラ １１ 光ファイバ １２ 分岐結合部 １３ モードスクランブラ部 １４ 光ファイバ装填溝 １５ スクランブラ形成体 １７ モードスクランブラ部 １８ 保持ケース

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２ⁿ本の光ファイバが、それぞれ対の互
   いに超音波溶着された分岐結合部を上流側から下流側に
   向けて複数段備えられてなる光スターカプラにおいて、 上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との
   間に、その間の各光ファイバを最小曲げ半径よりも大き
   い円弧状に曲げた状態で保持するモードスクランブラ部
   を、それぞれ備えたことを特徴とする光スターカプラ。
2. 【請求項２】 前記最小曲げ半径よりも大きい円弧状の
   光ファイバ装填溝が形成されたスクランブラ形成体にお
   ける前記光ファイバ装填溝に、前記各分岐結合部間の各
   光ファイバが装填固定されて、前記モードスクランブラ
   部が構成されたことを特徴とする請求項１記載の光スタ
   ーカプラ。
3. 【請求項３】 前記光ファイバ装填溝が８の字形状に形
   成されたことを特徴とする請求項２記載の光スターカプ
   ラ。
4. 【請求項４】 ２ⁿ本の光ファイバが、それぞれ対の互
   いに超音波溶着された分岐結合部を上流側から下流側に
   向けて複数段備えられてなる光スターカプラにおいて、 上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との
   間に、その間の各光ファイバ全体に捻りを加えた状態で
   保持するモードスクランブラ部を、それぞれ備えたこと
   を特徴とする光スターカプラ。