JP2001074966A - 光分岐結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光拡散部の拡散によって生じる光の損失を低減
ないし防止することができる光分岐結合装置を得る。 【解決手段】入射側の光ファイバ１４内を伝達してきた
光は、発散角度Ａ＝１８．７度で光ファイバ１４を出射
した後、光拡散部１８に入射する。ところで、この光拡
散部１８に平行光が入射すると、そのガウス分布の拡散
特性により、この平行光は拡散角度Ｂ＝２０度に拡散さ
れる。そして、この光拡散部１８に発散角度Ａ＝１８．
７度の発散光が入射すると、この発散光は拡散角度２
７．３度にさらに拡散される。ここで、出射側の光ファ
イバ１６の開口数ＮＡで決まる角度Ｃを２７．３度以上
に設定したので、光拡散部１８で拡散された光を光ファ
イバ１６内で全反射させることができ、光の損失を低減
ない防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を複数の光
ファイバに分岐したり、複数の光ファイバからの光信号
を１つの光信号に集めたりする光分岐結合装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、複数のマイクロプロセッサを結合
したマルチマイクロプロセッサシステムが増加してお
り、このプロセッサ間のデータ伝送路として、光ファイ
バが用いられるようになった。ここで、光ファイバを用
いて複数のプロセッサ間を接続するためには、複数の光
ファイバに分岐したり、複数の光ファイバからの光信号
を１つの光ファイバに集めたりする光分岐結合装置が必
要となる。

【０００３】従来技術として、図７に示すように、特開
平７−２０９５４３号公報には、光分岐結合装置６０が
開示されている。この光分岐結合装置６０は、屈折率の
大きいコア部５０の上下左右面にコア部５０の屈折率よ
りは小さい屈折率のクラッド部５２が光学的に接合した
ミキシング部５６を備えている。また、このミキシング
部５６の一方の端面には反射面５４が形成されている。
そして、ミキシング部５６の反射面５４が形成された端
面と向かい合う端面には、光信号を伝達する複数の光フ
ァイバ５８が光学的に結合している。この光分岐結合装
置６０では、ミキシング部５６の長さを十分とることに
より、１つの入力光線を任意の数の光線に高精度で分岐
することができる。

【０００４】また、図８に示すように、特開平９−１８
４９４１号公報には光分岐結合装置７４が開示されてい
る。この光分岐結合装置７４は、光ファイバ６２を束ね
て固定したバンドル部６８を備えており、その端面６４
の一部に光反射手段６６が形成されている。そして、こ
のバンドル部６８の端面６４にはミキシング部７０が当
接している。さらに、ミキシング部７０の他方の端面に
は光拡散反射手段７２が配置されている。この光分岐結
合装置７４では、バンドル部６８とミキシング部７０の
接合する面にバンドル部６８の光ファイバ６２のコア部
分以外の全面にバンドル側ミラーの光反射手段６６を形
成したので、入力した光信号は、出力光となるまでミキ
シング部７０の中で多重反射され、出力光以外の形で外
部に放射されることが無いので損失を小さく、光信号を
効率良く伝送できる。

【０００５】その他、図示しないが、低コストで低損失
な分岐結合を行う光分岐結合装置として、複数の光ファ
イバから透光性媒体に入射された光信号を光拡散部によ
り拡散し、伝送することにより、複数の光ファイバに分
岐する光スターカプラが提案されている。この光分岐結
合装置では、分岐比を均一にするためにミキシング部と
光拡散部とを組合せて設けている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光ファイバな
どの導光路を光拡散部と組合せた場合には、以下に示す
ような問題が発生する。

【０００７】すなわち、光ファイバにより導光された光
はその開口数ＮＡによって決まる角度で出射される。こ
の光ファイバで出射された光は光拡散部で拡散される
が、透過型の光拡散部の場合、損失を少なくするために
透過率を上げようとすると、その拡散特性に指向性をも
つようになる。光拡散部の拡散特性に指向性がある場合
には、平行光を入射した場合と、発散光を入射した場合
とでは、光拡散部の拡散特性が異なってしまう不都合が
ある。

【０００８】ここで、例えば、図６（Ａ）に示すよう
に、入射側の光ファイバ７６からの出射光の発散角度は
光ファイバ７６の開口数ＮＡによって決まり、この発散
角度をＡ（開口数ＮＡ＝ｓｉｎＡのＡを指す）とおく。
また、図６（Ｂ）に示すように、ガウス分布の拡散特性
を持つ光拡散部７８に平行光Ｌが入射する場合の拡散角
をＢとおく。

【０００９】このとき、発散角度Ａで発散される光が光
拡散部７８に入射すると、図６（Ｃ）に示すように、光
は式（２）

【数２】 の角度で拡散される。

【００１０】したがって、例えば、入射側の光ファイバ
７６と出射側の光ファイバ８０との開口数ＮＡが同じの
ものを使用すると、光拡散部７８を透過した光の拡散角
が出射側の光ファイバ８０の開口数で決まる角度Ａより
大きくなってしまい、出射側の光ファイバ８０の開口数
ＮＡで決まる角度Ａより大きな角度となった分の光（図
中の斜線部）は、たとえ、光ファイバ内８０に入射して
も光ファイバ８０内で全反射することなく、損失してし
まうことになる。

【００１１】そこで、本発明は、光拡散部で拡散された
光を全て出射導光路内で全反射させることにより、光拡
散部の拡散によって生じる光の損失を低減ないしなくす
光分岐結合装置を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光分岐
結合装置は、ガウス分布の拡散特性を持ち入射光を拡散
する光拡散部を備えると共にこの光拡散部で拡散された
光を伝送する透光性媒体と、光拡散部に光を伝達する少
なくとも１つ以上の入射導光路と、透光性媒体から出射
された光を伝達する少なくとも１つ以上の出射導光路
と、を含んで構成された光分岐結合装置であって、入射
導光路で発散される光の発散角度Ａと、平行光が光拡散
部に入射したときに光拡散部で拡散される拡散光の拡散
角度Ｂとに対し、出射導光路の開口数で決まる角度Ｃ
が、式（１）

【数３】 を満足することを特徴とする。

【００１３】この構成によれば、入射導光路を伝達して
きた光は、入射導光路で発散角度Ａ（入射導光路の開口
数で決まる角度Ａ）で発散し、この発散角度Ａで光拡散
部に入射する。

【００１４】ところで、透光性媒体の光拡散部は平行光
が入射すると、光拡散部のガウス分布特性により、この
平行光は拡散角度Ｂの角度に拡散される。したがって、
この光拡散部に発散角度Ａで発散した拡散光が入射した
場合には、この入射光は、式（２）

【数４】 の角度で拡散される。

【００１５】ここで、本装置において、出射導光路は自
らの開口数ＮＡで決まる角度Ｃ（ＮＡ＝ｓｉｎＣのＣを
いう。）が、上述した

【数５】 以上である。

【００１６】したがって、光拡散部で光が拡散されたと
しても、この拡散光は、その全てが出射導光路に入射さ
れ、出射導光路内で全反射されつつ伝達される。このた
め、光の損失を防止することができる。なお、上記入射
導光路及び出射導光路は、単数の場合でも、複数の場合
でも良い。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の第１実施形態に係る光分岐結合装置について説明す
る。図１は本発明の光分岐結合装置の全体構成を示す図
であり、（Ａ）がその平面図、（Ｂ）が側面図である。

【００１８】図１に示すように、光分岐結合装置１０
は、全体として、シート状の透光性媒体である光ミキシ
ング部１２と、この光ミキシング部１２の入射側に配置
された入射導光路である少なくとも１つ以上の光ファイ
バ１４と、光ミキシング部１２の出射側に配置された出
射側導光路である少なくとも１つ以上の光ファイバ１６
とが光学的に結合されて構成されている。

【００１９】光ミキシング部１２は、屈折率の比較的高
いコア層と、このコア層の屈折率よりは小さい屈折率を
持つクラッド層とで構成されている。光ミキシング部１
２には、例えば、幅６ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ
の大きさのプラスチックシートが用いられている。

【００２０】また、光ミキシング部１２の入射側には光
ファイバ１４からの出射光を拡散させる光拡散部１８が
設けられている。この光拡散部１８は、ガウス分布の拡
散特性を備えた、例えば、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉ
ｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の透過型の拡散フィル
ムで形成されており、この透過型拡散フィルムが光ミキ
シング部１２の端面に接着されている。この光拡散部１
８に入射した平行光が拡散する拡散角度Ｂは２０度（半
値全角は４０度となる）である。

【００２１】一方、入射側の光ファイバ１４は、直径
０．９８ｍｍのコア部のまわりをクラッド部で包み、さ
らにクラッド部のまわりにはプラスチックプライマリコ
ートが施されて構成され、全体として直径１ｍｍの円柱
状に形成されている。また、その開口数ＮＡは０．３２
である。

【００２２】また、出射側の光ファイバ１６は、直径
０．９８ｍｍのコア部のまわりをクラッド部で包み、さ
らにクラッド部のまわりにはプラスチックプライマリコ
ートが施されて構成され、全体として直径１ｍｍの円柱
状に形成されているが、その開口数ＮＡが０．５のもの
が用いられている。

【００２３】なお、光ミキシング部１２の開口数ＮＡを
出射側の光ファイバ１６の開口数ＮＡよりも大きくする
ことにより、入射側の光ファイバ１４から伝達してきた
信号光が光ミキシング部１２において損失するのを防止
している。

【００２４】次に、本実施形態の作用及び効果を説明す
る。

【００２５】以下の説明において、図２に示す光ファイ
バ１４、光拡散部１８及び光ファイバ１６は、実際には
それぞれ接触し光結合しているが、説明の便宜上、光フ
ァイバ１４と光拡散部１８間、光拡散部１８と光ファイ
バ１６間の距離を離して表している。

【００２６】図示しない発光素子から出射した信号光
は、光ファイバ１４内を伝搬した後、光拡散部１８で拡
散されて光ミキシング部１２に入射し、その後光ファイ
バ１６に入射して図示しない受光素子まで伝達される。

【００２７】ところで、一般的に、開口数ＮＡはｓｉｎ
θ（ＮＡ＝ｓｉｎθ）で表され、このときのθが開口数
ＮＡで決まる角度となる。したがって、開口数０．３２
の光ファイバ１４のコア層を伝達した信号光は、発散角
度Ａ（ＮＡ＝ｓｉｎＡとした際のＡ）＝１８．７度の角
度で発散される。そして、信号光は、発散光として光拡
散部１８に入射する。ここで、光拡散部１８はガウス分
布の拡散特性を有しているため、光拡散部１８に平行光
が入射した場合の拡散角度をＢとすると、発散角度Ａの
発散光が入射した場合の拡散角度Ｄは、式（３）

【数６】 となる。

【００２８】したがって、本実施形態では、光拡散部１
８に入射した信号光は、拡散角度Ｄ＝２７．３８度の角
度で拡散される。

【００２９】ここで、本実施形態では、出射側の光ファ
イバ１６の開口数ＮＡを０．５としたため、この開口数
ＮＡで決まる角度Ｃ（ＮＡ＝ｓｉｎＣとした場合のＣ）
は３０度となり、光拡散部１８で拡散された信号光の拡
散角度Ｄ＝２７．３８度よりも大きくなる。このため、
光拡散部１８で拡散された信号光は、光ミキシング部１
２のコア層内で全反射を繰り返した後、光ファイバ１６
に入射し光ファイバ１６内で全反射する。

【００３０】このように、光ファイバ１６の開口数で決
まる角度Ｃを、上記のように光拡散部１８で拡散された
信号光の拡散角度Ｄよりも大きくすることにより、光フ
ァイバ１６内で全反射させることができるので、光拡散
部１８の拡散による損失を低減ないし防止することがで
きる。

【００３１】また、光ファイバ１６の開口数ＮＡで決ま
る角度Ｃと光拡散部１８で拡散された信号光の拡散角度
Ｄとを同じにしても、光ミキシング部１２を伝搬した信
号光が光ファイバ１６内を全反射するため、光拡散部１
８の拡散に起因した損失を防止することができる。

【００３２】なお、入射導光路及び出射導光路として、
光ファイバ１４、１６を用いることにより、信号光の伝
送効率を小さくすることができる上に、軽くて曲げ易
く、発光素子等の配置自由度を上げることができる。

【００３３】次に、本発明の第２実施形態の光分岐結合
装置について説明する。

【００３４】図３に示すように、本実施形態の光分岐結
合装置２０においては、第１実施形態のシート状の光ミ
キシング部１２に替えて円柱状の光ミキシング部２２を
用いた点で第１実施形態の光分岐結合装置１０と異なる
が、その他の構成は同じであり、適宜省略して以下に説
明する。

【００３５】また、本実施形態の光分岐結合装置２０
は、第１実施形態の光分岐結合装置と同様に、光ミキシ
ング部２２には拡散角度Ｂが２０度の光拡散部２４が形
成されており、さらに、入射側の光ファイバ２６には開
口数ＮＡが０．３２、出射側の光ファイバ２８には開口
数ＮＡが０．５のものが用いられている。

【００３６】本実施形態の光分岐結合装置２０において
も、出射側の光ファイバ２８の開口数ＮＡで決まる角度
Ｃを、光拡散部２４で拡散された信号光の拡散角度Ｄよ
りも大きくなるように設定したので、第１実施形態の光
分岐結合装置１０と同様の効果を得ることができる。

【００３７】次に、本発明の第３実施形態に係る光分岐
結合装置について説明する。

【００３８】また、図４に示すように、本発明の第３実
施形態の光分岐結合装置３０では、角柱形状の光ミキシ
ング部３２が用いられている。なお、本実施形態では四
角柱の光ミキシング部３２が用いられているが、これに
限定されず、五角柱、六角柱等の多角柱形状のものでも
よい。

【００３９】また、光ミキシング部３２には拡散角度Ｂ
が２０度の光拡散部３４が形成され、さらに、入射側の
光ファイバ３６として開口数ＮＡが０．３２、出射側の
光ファイバ３８として開口数ＮＡが０．５のものを用い
ることで、第１実施形態と同様の効果を得ることができ
る。

【００４０】なお、上記各実施形態では、入射導光路及
び出射導光路として光ファイバを用いたが、開口数ＮＡ
が定義でき、光を導光するものであれば、これに限られ
るものではない。

【００４１】また、図５（Ｂ）に示すように、出射側の
光ファイバ４０を角柱形状とすることにより、図５
（Ａ）に示すように円柱形状の光ファイバ４２を並べて
配置するときに生じる隙間（図中の斜線部分）をなくす
ことができ、光ミキシング部３２から出射した信号光を
すべて光ファイバ４０内に入射させることができるの
で、角柱形状の光ミキシング部３２との結合損失を低減
することができる。

【００４２】なお、同図においては、光ファイバ４０の
断面が四角形状のものを示したが、これに限られず、隙
間なく並べられるものであれば、三角形、六角形のもの
でもよい。

【００４３】なお、入射側の光ファイバ１４からの信号
光を光拡散部１８により複数の光ファイバ１６に分岐す
る例を示したが、複数の光ファイバ１４からの信号光を
光ミキシング部１２でミキシングすることにより、１つ
の光ファイバ１６に結合することもできる。

【００４４】

【発明の効果】本発明の光分岐結合装置によれば、入射
導光路で発散される光の発散角度Ａと、平行光を入射し
た場合の光拡散部の拡散特性による拡散角度Ｂに対し
て、出射導光路の開口数で決まる角度Ｃとが式（１）を
満足することにより、透光性媒体から出射した光を出射
導光路へ入射させ、出射導光路内で全反射させて伝搬す
ることができるので、光拡散部の拡散によって生じる信
号光の損失をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る光分岐
結合装置の平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。

【図２】光拡散部により拡散された光と、出射導光路に
入射することができる光の範囲との関係を示した図であ
る。

【図３】本発明の第２実施形態に係る光分岐結合装置の
全体構成図である。

【図４】本発明の第３実施形態に係る光分岐結合装置の
全体構成図である。

【図５】（Ａ）は円形断面の出射導光路を用いた場合の
光ミキシング部との光の結合損失を示した図であり、
（Ｂ）は四角形断面の出射導光路を用いた場合の図であ
る。

【図６】（Ａ）は入射導光路で発散された発散光を示し
た図であり、（Ｂ）は光拡散部に平行光が入射した場合
に拡散された拡散光を示した図であり、（Ｃ）は光拡散
部に発散光が入射した場合に拡散された拡散光を示した
図である。

【図７】従来の光分岐結合装置の全体構成図である。

【図８】従来の光分岐結合装置の全体構成図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０ 光分岐結合装置 １２、２２、３２ 光ミキシング部（透光性媒体） １４、２６、３６ 光ファイバ（入射導光路） １６、２８、３８、４０ 光ファイバ（出射導光路） １８、２４、３４ 光拡散部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガウス分布の拡散特性を持ち入射光を拡
   散する光拡散部を備えると共にこの光拡散部で拡散され
   た光を伝送する透光性媒体と、 前記光拡散部に光を伝達する少なくとも１つ以上の入射
   導光路と、 前記透光性媒体から出射された光を伝達する少なくとも
   １つ以上の出射導光路と、 を含んで構成された光分岐結合装置であって、 前記入射導光路で発散される光の発散角度Ａと、平行光
   が前記光拡散部に入射したときに該光拡散部で拡散され
   る拡散光の拡散角度Ｂとに対し、前記出射導光路の開口
   数で決まる角度Ｃが、式（１） 【数１】 を満足することを特徴とする光分岐結合装置。