JP2003279791A

JP2003279791A - 光分岐伝送路

Info

Publication number: JP2003279791A
Application number: JP2002080404A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fushimi; 正寛伏見
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】入力された光をほぼ同一の光強度を有する複
数の光に分岐さ、かつ、効率よく伝達できる光分岐伝送
路を提供する。【解決手段】受光した光信号を電気信号に変換する受
光素子（１０４）へ向けて光信号を伝送する複数の導波
路（１０６）と、複数の導波路（１０６）と光学的に結
合されており、入力された光信号を複数の導波路（１０
６）に分岐させる光分岐素子（１１０）とを備える光分
岐伝送路（１００）を提供する。この光分岐伝送路（１
００）のおいて、光分岐素子（１１０）は、基板上に等
ピッチで多数並列に形成された帯状の基準位相パターン
であって、ピッチ内で与える位相差が非線形に変化する
ように形成された基準位相パターンを用いて、入射光を
実質的に強度が同一である複数の光束に分割するグレー
ティング素子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】受光した光信号を電気信号に
変換する複数の受光素子へ向けて、光源からの光信号を
伝送する光分岐伝送路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光分岐伝送路には、例え
ば特開平６−２６５７４７号公報、及び特開２０００−
３２９９６２号公報に開示されたものがある。特開平６
−２６５７４７号公報に開示された光分岐伝送路は、光
入射端が一つに束ねられた（バンドル化された）複数の
光ファイバと、その複数の光ファイバの光入射端を発光
ダイオードとを光学的に結合させるための光学系とから
構成されている。光学系は、発光ダイオードから射出さ
れた拡散光を集光させるための開口数の大きな球レンズ
と、その球レンズからの光を平行ビームに変換する開口
数の小さなロッドレンズとから構成されている。ロッド
レンズにより平行光に変換された光は、そのままバンド
ル化された光ファイバの光入射端に照射される。これに
より、発光ダイオードから射出された光は、各光ファイ
バーに分配され、伝送される。

【０００３】特開２０００−３２９９６２号公報に開示
された光分岐伝送路は、光入射端に光拡散層が備えられ
た直方体形状の透光性媒体と、その透光性媒体の光射出
端に接続された複数の光ファイバとから構成されてい
る。透光性媒体の側面には、透光性媒体が一種の導波路
となるように、屈折率が透光性媒体より低い層が設けら
れている。透光性媒体に入射した光は、拡散層で拡散さ
れ、一部は透光性媒体の側面において全反射をしなが
ら、光射出端全体に照射されるように透光性媒体内を伝
搬する。透光性媒体の光射出端に達した光は、そこに結
合されている各光ファイバに入射し、各々の光ファイバ
により伝送される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−２６５７４
７号公報、及び特開２０００−３２９９６２号公報に開
示された光分岐伝送路は、いずれも、複数の光ファイバ
の光入射端を一カ所にまとめて束ね、それら光入射端を
含む一定範囲の面全体に伝達すべき光を照射すること
で、光を各光ファイバに分岐させている。しかし、この
ような方法では、伝達すべき光の一部が光ファイバの光
入射面以外の領域に照射され、その結果、光ファイバに
よって伝達されなくなる。このため、上記公報に開示さ
れている光分岐伝送路では、光分岐伝送路の光伝送効率
が低くなるという問題があった。

【０００５】また、特開平６−２６５７４７号公報に開
示されている光分岐伝送路のように、伝送すべき光を適
当なレンズを用いて平行光に変換しても、あるいは、特
開２０００−３２９９６２号公報に開示されている光分
岐伝送路のように光拡散板を用いてその光を拡散させて
も、光ファイバの光入射面が複数配列されている面全体
に一様な光強度で伝達すべき光を照射することはできな
い。このために、各光ファイバに入射され、伝達される
光の強度にバラツキが生じるという問題もあった。

【０００６】本発明は、上記のような問題に鑑みてなさ
れたものであり、入力された光をほぼ同一の光強度を有
する複数の光に分岐させ、かつ、効率よく伝達できる光
分岐伝送路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、受光した光信号を電気信号に変換する受
光素子へ向けて光信号を伝送する複数の導波路と、複数
の導波路と光学的に結合されており、入力された光信号
を複数の導波路に分岐させる光分岐素子とを備える光分
岐伝送路を提供する。この光分岐伝送路のおいて、光分
岐素子は、基板上に等ピッチで多数並列に形成された帯
状の基準位相パターンであって、ピッチ内で与える位相
差が非線形に変化するように形成された基準位相パター
ンを用いて、入射光を実質的に強度が同一である複数の
光束に分割するグレーティング素子である。このような
グレーティング素子により分割された光束を各光ファイ
バーに入射させるので、本発明に係る光分岐伝送路で
は、各光ファイバ間で伝送する光信号の強度のバラツキ
が従来よりも小さい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る光分岐伝送路１００の構成を示す図である。
光分岐伝送路１００は、発光素子１０２からの光信号を
分岐させ、複数の受光素子１０４まで伝送するための光
伝送路である。発光素子１０２は、入力された電気信号
に対応して発光する素子であり、例えば波長８００〜１
６００ｎｍの光を発光する発光ダイオード又はダイオー
ドレーザを利用することができる。受光素子１０４は、
受光した光に対応した電圧を生成する素子であり、例え
ば上記波長の光を検出するフォトダイオードを利用する
ことができる。

【０００９】光分岐伝送路１００は、各々が、受光素子
１０４へ向けて光信号を伝送する複数の光ファイバ１０
６等の導波路、及び、それら複数の光ファイバ１０６と
光学系１０８を介して光学的に結合されている光分岐素
子１１０とを備えている。光分岐素子１１０は、入力さ
れた光束を複数の光束に分岐させる素子である。本実施
形態の場合、後述するグレーティング素子が光分岐素子
１１０として利用されている。光学系１０８は、本実施
形態の場合、光分岐素子の光射出側に配置された単一の
レンズ１１２と、光ファイバ１０６の光入射端の前方に
配置されたマイクロレンズアレー１１４とから構成され
ている。

【００１０】上記構成の光分岐伝送路１００では、発光
素子１０２から射出された光束が、はじめに光分岐素子
１１０に入射し、そこで複数の光束に分岐される。分岐
された各光束は、レンズ１１２により互いに平行な光束
に変換された後、マイクロレンズアレー１１４に入射す
る。マイクロレンズアレー１１４において、各光束は、
それぞれ異なるマイクロレンズにより、それぞれ異なる
光ファイバ１０６の光入射端に集光される。これによ
り、各光束が、それぞれ異なる光ファイバ１０６によ
り、それぞれ異なる受光素子１０４へ向けて伝送される
ようになる。

【００１１】このように、本実施形態の光分岐伝送路１
００では、発光素子１０２からの光束が、光分岐素子１
１０により予め複数の光束に分岐され、その後、各々の
光束が光ファイバの光入射端へ向けて照射されるので、
前述した従来の光分岐伝送路のように、光ファイバの端
面と異なる位置に照射される光束がなく、このため、分
岐時に失われる光が少ない。つまり、本実施形態の光分
岐伝送路１００では、光束が効率よく分岐、伝送され
る。

【００１２】なお、図１は、本発明に係る光分岐伝送路
の一例を示したものに過ぎず、本発明に係る光分岐伝送
路の構成は図１に例示したものから種々に変形すること
ができる。例えば、本発明に係る光分岐伝送路は、レン
ズ１１２において互いに平行にされた各光束が、光ファ
イバを介さずに、それぞれ異なる受光素子に直接照射さ
れるように構成することもできる。具体的には、例えば
図２に示すように、レンズ１１２により互いに平行にさ
れた各光束が、それぞれ、ＶＣＳＥＬ／ＰＤアレイ１２
０に設けられている別個のフォトダイオード１２２に直
接入射するように光分岐伝送路を構成することができ
る。あるいは、図３に示すように、レンズ１１２からの
各光束が、それぞれ異なる回路基板１３０に設けられた
受光素子１３２に直接入射するように光分岐伝送路を構
成することもできる。

【００１３】次に、本実施形態において光分岐素子１１
０として利用する透過型のグレーティング素子２００に
ついて説明する。図４は、グレーティング素子２００の
斜視図である。グレーティング素子２００は、円筒の一
部を切り欠いた形状に形成された透明な樹脂、またはガ
ラスである。グレーティング素子２００は、破線で示さ
れる円Ｃ1，Ｃ2を断面とする円柱に沿って形成された内
側が凹状の円柱面２０２を有し、その円柱面２０２に
は、周方向に沿って延びる基準位相パターンが母線方向
に沿って複数並列して回折パターン２０４が形成されて
いる。

【００１４】図５は、グレーティング素子２００の基準
位相パターンの一例を示す斜視図である。グレーティン
グ素子２００の表面は、図中ｘ方向に延びる帯状の基準
位相パターンＰ1，Ｐ2，...が基板Ｂ上に等ピッチでｙ
方向に多数並列することにより形成されている。基板Ｂ
に入射した光は、回折パターンを通過することにより回
折し、複数の光束に分岐する。

【００１５】それぞれの基準位相パターンＰ1、Ｐ
2、...は、ｙ方向においてそのピッチ内で与える位相差
が非線形に変化するよう、すなわち、二値ではなく多値
の値を持つよう、しかも、このピッチ内の何れの位置を
中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成され
ている。また、隣接する基準位相パターンの間では、す
なわちパターンＰ1とＰ2との間、パターンＰ2とＰ3との
間では、ΔＰの位相ギャップが形成され、この位相ギャ
ップΔＰは、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満
たすよう設定されている。

【００１６】上記のような構成された回折パターン２０
４を有するグレーティング素子２００用いると、偶数本
の回折光を効率よく発生させることができる。一般に回
折格子を用いると、回折光は０次回折光(透過光)を中心
にプラスマイナスの回折光が対称的に現れて全体として
奇数本の回折光が得られる。上記のグレーティング素子
２００では、基準パターンの位相分布を非対称にするこ
とにより、上記の奇数本の回折光の対称性を崩し、偶数
本の回折光の発生を可能としている。また、多値の位相
分布を与えることにより、回折効率を高め、入射光のエ
ネルギーを有効に利用することを可能としている。

【００１７】表１は、グレーティング素子２００におけ
る基準位相パターンの具体的な形状の一例を示してい
る。表１に示した基準位相パターンは、グレーティング
素子２００に入射した光束が強度がほぼ等しい偶数個の
光束に、具体的には８つの光束に分割されるように、ま
た、分割された８つの光束以外に余分な光がでないよう
に最適化されたものである。

【表１】

【００１８】表１では、基準位相パターンの１ピッチを
図５のｙ方向、すなわち位相パターンの並列方向に沿っ
て０〜６３の６４の座標に等分割し、各座標での相対的
な形状を光の位相差として示している。位相差は、ラジ
アンを単位として示されている。実形状は、座標０の点
からのｚ方向の距離として表される場合、空気中での使
用を前提とすると、使用波長をλ、素子の屈折率をｎと
して、位相×λ/(２π(ｎ−１))により求められる。

【００１９】図６は、表１に示した基準位相パターンの
形状を示すグラフであり、縦軸が位相差、横軸が座標を
表している。図から明らかなように、この具体例では、
隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.99
πである。位相ギャップは、座標０の位相と座標６３の
位相との差として求められる。図７は、図６の基準位相
パターンを有するグレーティング素子２００における回
折光の強度分布を示す図である。図中横軸は、回折光の
次数を示し、縦軸は、入射光の強度を１としたときの各
回折光の強度を示している。図より明らかなように、図
６に示された基準位相パターンを有するグレーティング
素子２００では、入射光のエネルギーの大部分が−３次
から＋４次までの回折光に均等に分配されており、他の
次数の回折光にはほとんどエネルギーが分配されていな
い。このことは、このグレーティング素子２００を利用
して光を分割する本実施形態の光分岐伝送路では、発光
素子１０２からの光が、ほぼ均等かつ極めて効率よく各
光ファイバ１０６に分配され、各光ファイバ１０６間で
伝送する光量にバラツキが生じないことを示している。

【００２０】図８は、グレーティング素子２００の基準
位相パターンの他の例を示す斜視図である。図８のグレ
ーティング素子２００では、各基準位相パターンＰ1、
Ｐ2、...が、ｙ方向においてそのピッチ内で与える位相
差が非線形に変化するように、かつ、隣接する基準位相
パターンの間に位相ギャップがなく、基準位相パターン
が滑らかに連続するように形成されている。

【００２１】表２は、図８に示したグレーティング素子
２００における基準位相パターンの具体的な形状の一例
を示している。表２に示した基準位相パターンは、グレ
ーティング素子２００に入射した光束が強度がほぼ等し
い奇数個の光束、具体的には９つの光束に分割されるよ
うに、また、分割された９つの光束以外に余分な光がで
ないように最適化されたものである。

【表２】

【００２２】図９は、表２に示した基準位相パターンの
形状を示すグラフであり、また、図１０は、図９に示し
た基準位相パターンを有するグレーティング素子２００
における回折光の強度分布を示す図である。図示のよう
に、表２に示された基準位相パターンを有するグレーテ
ィング素子２００では、入射光のエネルギーの大部分が
−４次から＋４次までの９つの回折光に均等に分配され
ており、他の次数の回折光にはほとんどエネルギーが分
配されていない。よって、このグレーティング素子２０
０を利用して光を分岐させる光分岐伝送路でも、発光素
子１０２からの光が、ほぼ均等かつ極めて効率よく各光
ファイバ１０６に分配され、各光ファイバ１０６間で伝
送する光量にバラツキが生じないことがわかる。

【００２３】以上、図１における光分岐素子１１０とし
て利用できるグレーティング素子２００の具体例につい
て説明したが、上記の他に、例えば特開平１０−７８５
０４号公報、又は特開平１１−２５８４１３号公報に開
示されている種々の基準位相パターンに基づいて回折パ
ターン２０４が形成されたグレーティング素子も、光分
岐素子１１０として利用することが可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力された光をほぼ同一の光強度を有する複数の光に分
岐させながら、効率よく伝達できる光伝送路を得ること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光分岐伝送路の構成
を示す図である。

【図２】図１に示した光分岐伝送路の変形例を示す図で
ある。

【図３】図１に示した光分岐伝送路の変形例を示す図で
ある

【図４】図１の光分岐伝送路において光分岐素子として
利用できるグレーティング素子の斜視図である。

【図５】図４のグレーティング素子の基準位相パターン
の一例を示す斜視図である。

【図６】表１に示した基準位相パターンの形状を示すグ
ラフである。

【図７】図６の基準位相パターンを有するグレーティン
グ素子における回折光の強度分布を示す図である。

【図８】図４のグレーティング素子の基準位相パターン
の他の一例を示す斜視図である

【図９】表２に示した基準位相パターンの形状を示すグ
ラフである。

【図１０】図９の基準位相パターンを有するグレーティ
ング素子における回折光の強度分布を示す図である。

【符号の説明】

１００光分岐伝送路１０２発光素子１０４受光素子１０６光ファイバ１０８光学系１１０光分岐素子２００グレーティング素子２０４回折パターンＰ基準位相パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光した光信号を電気信号に変換する受
光素子へ向けて光信号を伝送する複数の導波路と、前記複数の導波路と光学的に結合されており、入力され
た光信号を前記複数の導波路に分岐させる光分岐素子と
を備え、前記光分岐素子は、基板上に等ピッチで多数並列に形成
された帯状の基準位相パターンであって、前記ピッチ内
で与える位相差が非線形に変化するように形成された前
記基準位相パターンを用いて、入射光を実質的に強度が
同一である複数の光束に分割するグレーティング素子で
あることを特徴とする光分岐伝送路。
【請求項２】受光した光信号を電気信号に変換する複
数の受光素子へ向けて、光源からの光信号を伝送する光
分岐伝送路であって、前記光信号を入力され、複数の光信号に分岐させる光分
岐素子と、前記光分岐素子が出力する前記複数の光信号を、それぞ
れ異なる前記受光素子に入力させる少なくとも一つの光
学系とを備え、前記光分岐素子は、基板上に等ピッチで多数並列に形成
された帯状の基準位相パターンであって、前記ピッチ内
で与える位相差が非線形に変化するように形成された前
記基準位相パターンを用いて、入射光を実質的に強度が
同一である複数の光束に分割するグレーティング素子で
あることを特徴とする光分岐伝送路。
【請求項３】前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称とな
るように形成されており、かつ、隣接する基準位相パタ
ーンの間で０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πを満たすの位
相ギャップΔＰを有することを特徴とする請求項１又は
２に記載の光分岐伝送路。
【請求項４】前記グレーティング素子は、入射光を偶
数個の光束に分割することを特徴とする請求項３に記載
の光分岐伝送路。
【請求項５】前記基準位相パターンは、隣接する基準
位相パターンの間で位相ギャップを有しないように形成
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光
分岐伝送路。