JP2004037845A

JP2004037845A - 光結合装置

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Publication number: JP2004037845A
Application number: JP2002194820A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishioka; 石岡　彰; Shuichi Irikura; 入倉　修一; Shinya Hori; 堀　伸哉
Original assignee: Riken Electric Wire Co Ltd
Current assignee: Riken Electric Wire Co Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】挿入損失を効果的に低減することができる光結合装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ６，７及び光ファイバー８，９を保持した保持具３，５とＧＲＩＮレンズ２，４とを備えたコリメータ１１，１２を対向位置に配置する。両側のコリメータ１１，１２に、保持具３，５の中心軸に対して同心円上に２本以上の光ファイバ６，７，８，９を配置できる保持具３，５を使用し、両コリメータ１１，１２の接合面３Ｍ，２Ｍ，４Ｍ，５Ｍを平行に配置する。ファイバ６とファイバ９間のレンズ２，４内の光路が最短となり、挿入損失が効果的に低減される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で使われる光結合装置の構造に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
光通信では、光ファイバに複数の波長の光を重ね合わせて伝送容量を増加させるＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：波長分割多重）という手法が用いられる。ＷＤＭでは、特定の波長の光信号のみを選択し、合分波するフィルタやアイソレータ、サーキュレータなど多くの種類の光部品が使用される。これら光部品に必要な基本要素として、光結合装置があり、結合効率を高め、高信頼性、と安定した機能を果たす開発が行われてきた。
【０００３】
従来、光結合装置は、非球面レンズやＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ　Ｉｎｄｅｘ）レンズと光ファイバの出射端もしくは入射端を精度良くレンズに位置合せする保持具（一般にはガラスキャビラリ、スリーブ、フェルールなどと呼ばれている）と共に接合して、コリメータを構成、さらにこれらコリメータ２組を対向位置に光結合し、コリメータ間に光学素子（例えば誘電体多層膜フィルタ、結晶素子など）を介在させることにより、必要な機能を実現してきた。保持具の形状は円筒中心に光ファイバを２本または１本入れられるものや形状が直方体のものなど様々な形がある。
【０００４】
誘電体多層膜フィルタを使用した光結合装置（フィルタモジュール）の構成は、光信号をレンズ端面に入射するファイバ（コモンポート）、光学素子である誘電体多層膜フィルタと、これを透過しさらにもう一方のレンズ端面から光信号を受け取るファイバ（パスポート）、前記誘電体多層膜フィルタから反射された光信号を同じＧＲＩＮレンズを通過後レンズ端面から光信号を受けるファイバ（リフレクトポート）と前記コリメータで構成される。コリメータは、ＧＲＩＮレンズと保持具及び保持具に保持されているファイバより構成され、前記各ポートにファイバの数だけ保持できる保持具が使用されていた。例えば一般的な３端子の場合は、２本用と１本用の保持具を使用して保持していた。このため、ＧＲＩＮレンズの光結合を最大にするためにはそれぞれのコリメータは中心線に対し角度を持って配置された構造となっている。
【０００５】
従来技術では、光ファイバ２心を保持する保持具は、その中心または、中心軸から同心円の位置に、ほぼ１２５μｍの外径を有する光ファイバ２本が配置されているのに対し、光ファイバ１心を保持する保持具は、前記光ファイバが保持具の中心に１本のみ配置されている。光結合はこれら光ファイバの中心部（コア又はモードフィールド径）の直径約９．５μｍ（シングルモードファイバ：ＳＭＦの場合）の部分で行われる。
【０００６】
このため、光学素子を透過してきた光束を効率よくパスポートファイバ内に受け取る、すなわちＧＲＩＮレンズで結合するにはファイバが保持具内にある２本の光ファイバの配置と相対的に同心円上にあることが望ましい。従来の方法は、保持具はファイバの保持具中心軸に対して２本のファイバが接する配置のものと、光ファイバの中心軸に１本のファイバが配置されたものを使用しており、それぞれの保持具を対向する位置に配置し、結合装置を構成する際、両保持具内のファイバ相対位置は同心円上にないため、必ず軸をずらした位置に調整、固定されなければ結合できない。加えて、両側のコリメータのＧＲＩＮレンズによる光束は前記レンズの中心軸に対して角度を持つため、両側のコリメータをその角度に調整して光結合する必要があった。これらの調整を完全に行わないと、光束が光ファイバコア内に十分に導入されず、挿入損失の増加や、波長特性の安定性の低下、ならびに温度や湿度変動に対する信頼性の低下につながる。
【０００７】
このことから、光結合装置の光学的結合を十分に果たすためには、各コリメータの組立調整時に、角度調整など十分に結合作業を行う必要があった。この場合、調整が困難で十分調整が取れず、できあがった結合装置の挿入損失を小さくするにも限界があった。また、温度や湿度の変化に伴い、材料の膨張係数により光結合のポイントが変動するので、ＧＲＩＮレンズを使用して、光結合をしようとする際、光の通りうる範囲が、光の入射角度によって広がるため、少なくとも光の通りうる範囲（以下、光束径という）が、受け側ファイバのコア径（ＳＭＦの場合９．５μｍ）より小さくする必要がある。即ち、的に対して光束の径が小さければより結合しやすくなるが、こうした設計がなされていないため結合作業は非常に困難を極め、高いスキルと経験が要求された。また光束の径が小さいことから的の中心に調軸できれば、多少の材料の熱膨張があっても、光結合への影響が少なく実現でき、製造のバラツキはもとより、結合のミスによる挿入損失増加を防ぐことができ、波長特性の安定化、温度、湿度などの環境変化に対しても変動の少ない高信頼性の光部品が実現できる。さらに、ＷＤＭにおけるフィルタの用途では合分波のために、４ｃｈ、８ｃｈ、１６ｃｈ…と複数チャンネル、カスケード接続等の方法で使用されることとなるため、挿入損失の大きさがシステムに与える影響があり問題となる。このため単体の光結合装置の挿入損失を小さくすることが、ＷＤＭ等の通信システム設計上有利となり、なおかつシステムのマージンを得ることにつながる。
【０００８】
そこで、本発明は、このように課題を解決するものであり、挿入損失を効果的に低減することができる光結合装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手投】
挿入損失の低減を図るために、ＧＲＩＮレンズ端面での光束を光ファイバ中心部の径、例えば約９．５μｍより小さくなるような構造、即ち、コリメータを構成する際と光結合装置を構成する際に、レンズ内を通過する光路を、斜め研磨されていることを利用し、できる限り短くなるように構成すること、調軸を容易にするために、保持具中心軸に対して、ファイバの配置が同心円上になるように配置すること、及びＧＲＩＮレンズピッチを０．２５より小さくし、光束の径をさらに絞り込むことを要旨とする。
【００１０】
尚、レンズピッチは、レンズ内の光線の蛇行周期を示し、ピッチ０．２５では、無限遠物の倒立像が出射端面上に結像できるレンズの長さであり、逆に点光源を入射端面の中心に置けば、平行性のよい光ビーム（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ　ｂｅａｍ）を取り出すことができる。また、ピッチ０．５は、入射端面においた物体の倒立像が出射端面上に結像するレンズ長さである。また、ピッチ０．７５は、無限遠物体の正立実像が出射端面上に決像するレンズ長さである。
【００１１】
請求項１の発明は、光ファイバを保持した保持具とＧＲＩＮレンズとを備えたコリメータを対向位置に配置した光結合装置において、両側のコリメータに、前記保持具の中心軸に対して同心円上に２本以上の光ファイバを配置できる保持具を使用したものである。
【００１２】
この請求項１の構成によれば、組立時に光学的位置調整の容易な光通信用結合装置を実現することができる。
【００１３】
そして、ＧＲＩＮレンズ内を通過する光路を短くするように保持具、ファイバとＧＲＩＮレンズを配置することにより、レンズを通過後の光束が絞り込まれた形状となるので、ファイバヘ効率よく光結合することができ、挿入損失を小さくすることができる。この効果は調軸作業の容易性にも寄与することはいうまでもない。これはＧＲＩＮレンズを斜め研磨することにより、レンズ内光路長が短くなることを利用したものである。さらに光学素子を通過後、もう一方のコリメータで光を受け、保持具のファイバに光結合させる際、さらにＧＲＩＮレンズ内を通過する光路を短くする構造であり、もう一度光束が絞り込まれた形状となるため、いっそう効率よく光結合することができるようになる。また、保持具内に配置された光ファイバの相対位置を同心円上に配置する構造を示すものである。即ち、コモンポート側と同じ保持具を使用することでＧＲＩＮレンズの中心軸から同心円上にファイバが配置された構造となる。
【００１４】
また、請求項２の発明は、前記ＧＲＩＮレンズのピッチが０．２４７７以上０．２５００以下である。
【００１５】
この請求項２の構成によれば、ＧＲＩＮレンズのピッチを０．２５より小さくすることで、前記の効果に加え、さらに光束が絞り込まれるため、より小さな挿入損失をもたらす構造となるものである。請求項１，２の組み合わせでは、コモンポート−パスポートの光結合に効果がでるものであるが、この発明によりコモンボート−リフレクトポート側の光束の径も小さくすることができる。これらの発明により結合装置の挿入損失の低減だけでなく、より絞り込まれた光束による結合は、従来以上に結合効率を高めることが可能で、信頼性の向上や調軸作業にもおおいに寄与することができる。
【００１６】
また、請求項３の発明は、斜め研磨面の断面を楕円に見て光ファイバの配置が長軸方向に並ぶように処理した前記保持具を使用したものである。
【００１７】
この請求項３の構成によれば、１つのコリメータ内でファイバの配置により、片側のファイバからの光信号がＧＲＩＮレンズ内の光路を最短になるように構成することにより、レンズ端面での光束を絞れるようにすることができる。
【００１８】
さらに、請求項４の発明は、それぞれ斜め研磨された前記保持具及びＧＲＩＮレンズで形成したコリメータ２組で光結合装置を構成し、前記保持具及びＧＲＩＮレンズの接合面が平行に配置されているものである。
【００１９】
この請求項４の構成によれば、対向するコリメータのいずれもがＧＲＩＮレンズ内を最短光路を通過するように構成し、片側コリメータからもう片方のコリメータ端面と受光ファイバでの光束が絞れるようにする。
【００２０】
【発明の実施形態】
まず、入射された光が光ファイバからＧＲＩＮレンズ内を通り、ＧＲＩＮレンズ端面のどこに位置するかについて説明する。ＧＲＩＮレンズは、円柱状のガラス母材の屈折率分布をレンズの中心軸から外周部に向かって放射状に付けることにより、形状は円柱状であるが、通常のレンズと同様の集光ができる。このレンズ内を光信号が通過する様は、数１で示される。即ち、レンズへの入射側のレンズ中心軸に対する位置及び入射角度が決まればレンズ出射側での光信号の位置が決まる。
【００２１】
【数１】

【００２２】
ここで、ｒｌ：入射端面状の光線の位置（ｍｍ）
ｒ^・ｌ：入射端面状の光線の角度（ラジアン）
ｒ２：出射端面状の光線の位置（ｍｍ）
ｒ^・２：出射端面状の光線の角度（ラジアン）
Ｚ：レンズ長（ｍｍ）
√（Ａ）：屈折率分布定数
ＮＯ：レンズ光軸上屈折率
上記数１により、光ファイバから出射した光信号がＧＲＩＮレンズを通過し、ファイバ出射端から結合するファイバまでのリフレクトボート及びパスポートでの光束の径を計算した結果を表１に示す。なお、計算の前提として、光ファイバの出射または入射に伴う開口数の条件を０．１３とし、この角度から求められる光線の位置の幅を光の径にみたてた。
【００２３】
また、ファイバ及びレンズの接合端面では斜め研磨処理がなされているので、光束は、楕円状となっている。光結束装置の構成部品の配置を示すため、結合装置を平面においたとき、斜め研磨面の長径方向が、平面より垂直方向になるようにし、その状態で結合装置を真上からみた場合をトップ、真横から見た場合をサイドと定義してそれぞれの位置で評価した。前記光結合装置の２つのＧＲＩＮレンズ−保持具の接合面がサイドから見て平行、ハの字、逆ハの字となる位置関係があり、それぞれについて評価した。
【００２４】
ここで、光結合装置を図面に基いて説明する。図１は、本発明の光結合装置の実施形態例の正面図であり、光ファイバ６，７を保持した保持具３とＧＲＩＮレンズ２及び光ファイバ８，９を保持した保持具５とＧＲＩＮレンズ４を、それらの接合面３Ｍ，２Ｍ，４Ｍ，５Ｍを光の反射を低減させるために斜め８°に研磨し、さらには研磨後のファイバ端面にＡＲコート処理をして接合した２つのコリメータ１１，１２を対向の位置に配置し、そのＧＲＩＮレンズ２，４と保持具３，５の接合面３Ｍ，２Ｍ，４Ｍ，５Ｍ同士が平行になるように配置したものである。尚、光ファイバ６，７，８，９にはシングルモードファイバが用いられている。また保持具３，５は、図２のように中心に光ファイバが２本保持できる挿通孔２１を有し、接合面を３Ｍ，５Ｍを斜め８°に研磨することにより、図３の正面図に示すごとく、接合面３Ｍ，５Ｍ側のファイバ端面は斜めに研磨されており、かつ光ファイバ６，７，８，９は、斜め研磨の長径方向に並ぶように処理されている。そして、光ファイバ６がコモンポート、光ファイバ７がリフレクトポート、光ファイバ９がパスポートである。
【００２５】
図５及び図６に示すように、前記保持具３，５にＧＲＩＮレンズ２，５を接合するが、ＧＲＩＮレンズ２，５の接合面２Ｍ，５Ｍも斜め８°に研磨され、保持具３，５及びＧＲＩＮレンズ２，４がそれら接合面（研磨面）３Ｍ，２Ｍ，４Ｍ，５Ｍを合わせて直線上に接合できるようになっている。さらに、これらコリメータ１１，１２を対向する位置に配置するが、図６の正面図の場合は、コリメータ１１の接合面３Ｍ，２Ｍとコリメータ１２の接合面５Ｍ，４Ｍとの位置関係は、ハの字となり、入射したファイバ６からの光路長がＧＲＩＮレンズ４内で最短光路を取れないため、コリメータ１２での接合面４Ｍ，５Ｍにおける光束径が最大限小さくならない。
【００２６】
図１の正面図の場合は、コリメータ１１の接合面３Ｍ，２Ｍとコリメータ１２の接合面５Ｍ，４Ｍとの位置関係は、平行になり、入射側ファイバ６からの光がＧＲＩＮレンズ２及びＧＲＩＮレンズ４内の光路を最短となるように通過するため、表１より光束径が２０％以上小さくなる。すなわち、ＧＲＩＮレンズ２は、コモンポートの光ファイバ６側の長さがリフレクトポートの光ファイバ７側の長さより短くなるように接合面２Ｍを斜めに形成し、ＧＲＩＮレンズ４は、パスポートの光ファイバ９側の長さが光ファイバ８側の長さより短くなるように接合面４Ｍを斜めに形成している。
【００２７】
図７は、この光路の説明図であり、入射側ファイバ６の光が、斜め研磨されたファイバ６の端面からＧＲＩＮレンズ２と光学素子１を通過後、ＧＲＩＮレンズ４を通過しパス側ファイバ９にて受け取り、光学素子１の裏面で反射した光は、反射側ファイバ７にて受け取る様を示している。ＧＲＩＮレンズ２の光路長は、斜め研磨により短くなっており、ＧＲＩＮレンズ４は長い側の光路を取るため、表１のように、リフレクト側の光束は小さくならないが、パスポート側の光束は小さくなる。
【００２８】
ここで、コリメータ１１の接合面３Ｍ，２Ｍとコリメータ１２の接合面５Ｍ，４Ｍとの位置関係について検討する。
【００２９】
保持具とＧＲＩＮレンズの接合面での光ファイバ配列の定義は、保持具の中心にファイバを２本挿入されている接合面（研磨面）３Ｍ，２Ｍ，５Ｍ，４Ｍから保持具を楕円に見て、ファイバが短径方向に横２本並ぶ配列を横配列、ファイバが長径方向に並ぶ配列を縦配列とした。すなわち、図４は図１の正面図におけるＡ−Ａ線矢視図であり、接合面３Ｍは縦方向に長い楕円をなし、光ファイバ６，７が長径方向に並ぶ縦配列である。
【００３０】
コリメータ１１の接合面３Ｍ，２Ｍとコリメータ１２の接合面５Ｍ，４Ｍとの位置関係は、２つのコリメータ１１，１２を対向位置に配置して光結合装置としてＧＲＩＮレンズと保持具の接合面２つが研磨角度で見える位置、すなわち正面図において接合面３Ｍ，２Ｍ，５Ｍ，４Ｍが垂直方向と傾斜する位置（以下、サイドと言う）より見て、逆ハの字、ハの字、平行となるように配置でき、それぞれを定義する。図面を参照して説明すると、図１は平行、図６はハの字である。また、装置を真上から見た状態をトップと定義する。図４において、リフレクトポートの接合面３Ｍに入射する光束径のトップ側から見た寸法φｔと、サイド側から見た寸法φｓを測定して表１に示す。すなわちφｔは光束径の横寸法、φｓは光束径の縦寸法である。尚、上述したように光ファイバ６，７，８，９のコアの直径約９．５μｍである。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示す結果では、光ファイバ６，７，８，９を接合面３Ｍ，５Ｍに対して長径方向に２本並べて縦配列し、２つのコリメータ１１，１２の接合面が平行になるように配置（図１）した場合に、光ファイバ（パスポート）９の接合面５Ｍでの光束径が最も絞り込まれる。これは、入射した光が、ＧＲＩＮレンズ２，４内を斜め研磨した分だけ最短光路を通過するように配置したからである。
【００３３】
なお、ＧＲＩＮレンズのピッチとしては、０．２５０を使用しているが、市販のピッチ０．２３０をリフレクト側のＧＲＩＮレンズ２に使用した場合には、さらに光束径は小さくなる。
【００３４】
しかし、この場合、光束が小さくなる位置がＧＲＩＮレンズと保持具の接合面に対してやや距離を置く必要があり、組み立ての際に軸に対する角度調整の要素も考慮しなければならない。入手可能なＧＲＩＮレンズのピッチとしては、０．２４８が適切であり、この場合の端面における光束径を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
この場合は、パスポートだけでなく、リフレクトポートでも光束径が小さくなるため、この発明の効果がより顕著になるものである。
【００３７】
また、以下の表３〜表６は、レンズピッチを変えた場合の光束径の寸法φｔ，φｓと光束の軸ズレを示す。この軸ズレについて図９に基いて説明すると、図９は図４と同様にファイバを縦配列にした保持具３，４の接合面３Ｍ，４Ｍを図示し、リフレクトポートのファイバ７端面を拡大表示し、ファイバ７のコア７Ｋの縦方向中心Ｘｃに対して、光束の中心が上方にずれた場合をプラス、下方にずれた場合をマイナスとしている。また、コア７Ｋの横方向中心に対して一側にずれた場合をプラス、他側にずれた場合をマイナスとしている。尚、この場合も図１に示したようにコリメータ１１，１２の接合面は光路が最短となるように平行に設定されている。
【００３８】
【表３】

【００３９】
【表４】

【００４０】
【表５】

【００４１】
【表６】

【００４２】
上記表のように、各レンズピッチの組み合わせにより、光束径が集光て小さくなり、挿入損失のない光結合装置が得られることが分かる。
【００４３】
下記の表７は、リフレクトポートのファイバ７端面における光束の寸法φｔ，φｓと軸ズレを示すものであり、リフレクト側のＧＲＩＮレンズ２のレンズピッチを換えた場合を示す。
【００４４】
【表７】

【００４５】
上記表７の最上段のピット０．２４８５で説明すると、ファイバ７のコア７Ｋの直径は、９．５μｍで、φｓは２．４６６μｍに集光されて小さくなり、軸ズレは２．４７４μｍとなる。軸ズレの値にφｓの二分の一の値を加えてやれば、コア７Ｋの中心から一番離れた光束の端部の位置が得られ、これが３．７０７μｍであり、コア７Ｋの半径は、４．７５μｍであるから、光束が全てコア７Ｋに入る位置であることが分かる。そして、レンズピッチ０．２４７７では、コア７Ｋの中心から一番離れた光束の端部の位置は、４．４４５（＜４．７５）μｍであるが、レンズピット０．２４７６では、同位置は、４．８４６５（＞４．７５）μｍであるから、光束の一部がコア７Ｋから外れ、ロスが生ずる。このため、レンズピッチは０．２４７７以上とすることが好ましい。尚、この場合も図１に示したようにコリメータ１１，１２の接合面は光路が最短となるように平行に設定されている。
【００４６】
再び図面を参照すると、図７に示した本発明の光結合装置の光信号の光路をさらに説明すると、ＧＲＩＮレンズ２の中心軸上に同心円上の位置にあるファイバ６から出射された光は、ＧＲＩＮレンズ２の端面に中心軸（ＯＡ）よリｒｌ離れた位置に入射し、光学素子１を介してＧＲＩＮレンズ４の中心軸（ＯＡ）よりｒ２の位置に出射、あるいは光学素子１の表面で反射されＧＲＩＮレンズ４を介してファイバ８に結合する。調軸は、ほぼストレートで行われるため、角度調整は、初期の位置補正のみでその後は行わなくて良い。また、図２は保持具３の形状であり、断面中心の取付部たる取付孔２１に２本の光ファイバ６，７を挿通固定できる。図３は保持具３に斜め研塵を施した正面図である。従来技術では、筒状中心にファイバ１本を固定するため、ファイバの相対的位置は、保持具３と図６の保持具５の組み合わせでは、ファイバ径の１／２だけオフセットする必要があり、ストレートに調軸することはできず、両コリメータに角度をつけて調軸するほかはない。よって保持具３を両側のコリメータ１１，１２に使用することにより、保持具３，５中心軸に対して、ファイバ６，７，８，９の配置が同心円上になるように配置できるため、各部品をほぼストレートに接続することにより、光結合を容易に実現できる。尚、前記保持具３，５の中心軸はＧＲＩＮレンズ２，４の中心軸（ＯＡ）と同一軸線上にある。
【００４７】
また、計算結果より、フィルタを透過したパス側の光束径を最小にする組み合わせが存在し、パスの調軸の際、ファイバのコア径より小な光束とすることができ、リフレクト側の調軸が十分にできれば、従来技術では角度調整も必要で困難と思われるパス側の調軸が容易になることがわかった。
【００４８】
本発明の請求項に対応する実施例のフィルタモジュールを図８に示す。中央付近に、光学素子である誘電体多層膜フィルタ３１を配したもので、その挿入損失は表８のように、従来の方法に比較して１／２以下となっている。また、これらのモジュールを複数組み合わせて接続し、４ｃｈ、８ｃｈＭＵＸ，ＤＥＭＵＸを組み上げた場合の挿入損失を表８に示した。これらも従来技術に比較し、半分以下の挿入損失となっており、その効果が認められた。またこれらの効果は、その製造においても活用できることがわかった。
【００４９】
調軸にかかる時間が従来の１０分の１に短縮されているのは、結合する的に対する光束の大きさが小さくなっていること、コリメータ同士を角度をもって調軸する必要がないことなどとなって現れている。
【００５０】
さらに、ＧＲＩＮレンズ２，４のピッチとして０．２４８を使用すれば、表２に示したようにリフレクト側でも光束径を小さくできる。なお、上記実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００５１】
フィルタモジュールによるＭＵＸ／ＤＥＭＵＸの挿入損失は、表８のように従来の数値に比較し１／２以下となり、十分な効果が得られた。また、図８のフィルタモジュールにおいて、レンズピッチを０．２４７７以上０．２５００以下にすれば、光束径が２０％以下と大幅に小さくなるため、取り分けリフレクトポートにおいてその効果があり、より信頼性の高い部品として期待される。
【００５２】
表８に従来技術とこの発明による製品の挿入損失の比較を示した。
【００５３】
【表８】

【００５４】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、光ファイバ６，７及び光ファイバー８，９を保持した保持具３，５とＧＲＩＮレンズ２，４とを備えたコリメータ１１，１２を対向位置に配置した光結合装置において、両側のコリメータ１１，１２に、保持具３，５の中心軸に対して同心円上に２本以上の光ファイバ６，７，８，９を配置できる保持具３，５を使用したものであるから、組立時に光学的位置調整の容易な光通信用結合装置を実現することができる。
【００５５】
そして、ＧＲＩＮレンズ２，４内を通過する光路を短くするように保持具３，５、ファイバ６，７，８，９とＧＲＩＮレンズ２，４を配置することにより、レンズ２，４を通過後の光束が絞り込まれた形状となるので、ファイバ７，９ヘ効率よく光結合することができ、挿入損失を小さくすることができる。この効果は調軸作業の容易性にも寄与することはいうまでもない。これはＧＲＩＮレンズ２，４を斜め研磨することにより、レンズ２，４内光路長が短くなることを利用したものであり、さらに、光学素子１を通過後、もう一方のコリメータ１２で光を受け、保持具５のファイバ９に光結合させる際、さらにＧＲＩＮレンズ４内を通過する光路を短くする構造であり、もう一度光束が絞り込まれた形状となるため、いっそう効率よく光結合することができるようになる。
【００５６】
また、保持具３，５内に配置された光ファイバ６，７，８，９の相対位置を同心円上に配置する構造を示すものである。即ち、コモンポート側の保持具３と同じ保持具５を使用することでＧＲＩＮレンズ２，４の中心軸から同心円上にファイバ８，９が配置された構造となる。また、パスポート側の保持具５に光ファイバ８，９を設けることにより、光ファイバ８に終端処理を施すことにより光ファイバ８が各ポートへの乱反射を押さえ、反射減衰量を低減できる。
【００５７】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、ＧＲＩＮレンズ２のピッチが０．２４７７以上０．２５００以下であり、ＧＲＩＮレンズ２のピッチを０．２５より小さくすることで、前記の効果に加え、さらに光束が絞り込まれるためより小さな挿入損失をもたらす構造となるものである。これにより、特にリフレクトポート側のファイバ７における光伝達を良好に行うことができるという優れた効果が得られる。また、請求項１，２の組み合わせでは、コモンポート−パスポートの光結合に効果がでるものであるが、この発明によりコモンボート−リフレクトポート側の光束の径も小さくすることができる。これらの発明により結合装置の挿入損失の低減だけでなく、より絞り込まれた光束による結合は、従来以上に結合効率を高めることが可能で、信頼性の向上や調軸作業にもおおいに寄与することができる。
【００５８】
また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、斜め研磨面３Ｍ，５Ｍの断面を楕円に見て光ファイバ６，７，８，９の配置が長軸方向に並ぶように処理した保持具３，５を使用したものであるから、１つのコリメータ１１内でファイバ６，７の配置及び１つのコリメータ１２内でファイバ８，９の配置により、片側のファイバ６からの光信号がＧＲＩＮレンズ２，４内の光路を最短になるように構成することにより、レンズ４の端面での光束を絞れるようにすることができる。
【００５９】
さらに、このように本実施形態では、請求項４に対応して、それぞれ斜め研磨された保持具３，５及びＧＲＩＮレンズ２，４で形成したコリメータ１１，１２の２組で光結合装置を構成し、保持具３，ＧＲＩＮレンズ２の接合面３Ｍ，２Ｍと保持具５，ＧＲＩＮレンズ４の接合面５Ｍ，４Ｍとが平行に配置されているものであるから、対向するコリメータ１１，１２のいずれもがＧＲＩＮレンズ２，４内を最短光路を通過するように構成し、片側コリメータ１１からもう片方のコリメータ１２端面と受光ファイバ９での光束が絞れるようにすることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、ＧＲＩＮレンズを使用する際、小さな挿入損失をもたらす構造を示すものである。また、対向して配置するコリメータ１１，１２に同一の保持具３，５を使用することにより、光結合を容易にするものである。またＧＲＩＮレンズピッチを所定範囲にすることによりさらに光束を絞り込むことができ、対向する光結合装置においては、パスのみならず、リフレクトにおいてもその効果が発揮でき、なおかつ組立に際して、何ら方法を変えることなく結合が出来るものである。
【００６１】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、光信号通過時の挿入損失が小さい光通信用結合装置を実現することができるため、従来製品と比較して、システム設計に対するマージンを十分に取ることが可能となり、また装置の安定度や信頼性の面で有益な光部品を供給することができる。また、組立時に光学的位置調整の容易な光通信用結合装置を実現することができ、製品製造時の調整時間の短縮や作業者の習熟期間の圧縮など、コスト削減ならびに品質確保に高い効果がある。
【００６３】
また、請求項２の発明によれば、請求項１で示したようなパス側の光束径のみならず、リフレクト側の光束径も小さくすることができ、さらに挿入損失
や光学特性、信頼性が向上した光結合装置を供給できる。
【００６４】
また、請求項３の発明によれば、１つのコリメータ内でファイバの配置により、片側のファイバからの光信号がＧＲＩＮレンズ内の光路を最短になるように構成することにより、レンズ端面での光束を絞れるようにすることができる。
【００６５】
さらに、請求項４の発明によれば、対向するコリメータのいずれもがＧＲＩＮレンズ内を最短光路を通過するように構成し、片側コリメータからもう片方のコリメータ端面と受光ファイバでの光束が絞れるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光結合装置の実施形態例の正面図であり、両側のコリメータの接合面が平行をなす。
【図２】同上、光結合装置の保持具の斜視図である。
【図３】同上、光結合装置の保持具とファイバ配置を示す断面図である。
【図４】同上、図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】同上、光結合装置の保持具とファイバとＧＲＩＮレンズで構成されるコリメータの正面図である。
【図６】同上、光結合装置の他の実施形態例の正面図であり、両側のコリメータの接合面がハの字の配置をなす。
【図７】同上、光結合装置の光跡説明図である。
【図８】同上、光結合装置を使用した光部品（フィルタモジュール）の正面図である。
【図９】同上、接合面の正面図であり、一部を拡大表示している。
【符号の説明】
１光学素子
３１　誘電体多層膜フィルタ（光学素子）
２，４　ＧＲＩＮレンズ
３，５　保持具（ファイバ２本用）
２Ｍ，３Ｍ，４Ｍ，５Ｍ　接合面
６　コモンポートファイバ
７　リフレクトポートファイバ
８　ファイバ（終端処理部）
９　パスポートファイバ
２１　取付孔（取付部）
１１，１２　コリメータ

Claims

光ファイバを保持した保持具とＧＲＩＮレンズとを備えたコリメータを対向位置に配置した光結合装置において、両側のコリメータに、前記保持具の中心軸に対して同心円上に２本以上の光ファイバを配置できる保持具を使用したことを特徴とする光結合装置。
前記ＧＲＩＮレンズのピッチが０．２４７７以上０．２５００以下であることを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
斜め研磨面の断面を楕円に見て光ファイバの配置が長軸方向に並ぶように処理した前記保持具を使用したことを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
それぞれ斜め研磨された前記保持具及びＧＲＩＮレンズで形成したコリメータ２組で光結合装置を構成し、前記保持具及びＧＲＩＮレンズの接合面が平行に配置されていることを特徴とする請求項３記載の光結合装置。