JP2004045825A - Optical transmitting and receiving apparatus and optical transceiver system, and optical transceiver method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭内通信や電子機器間通信、LAN(Local Area Network)などで使用する、プラスチック光ファイバなどの一本のマルチモード光ファイバを伝送媒体として、双方向に光信号を送受信する一芯双方向通信が可能な光送受信装置および光送受信システム並びに光送受信方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、一本の光ファイバを伝送媒体として信号光の送受信を行う光通信装置においては、単一伝送路を使用することで発生する近端反射戻り光が雑音として受光素子に入射することを、送信光の反射光固有の偏光分離を行うことにより、抑制するものが主流であった。
【0003】
その一例として、偏光ビームスプリッタを用いて送信光の近端反射戻り光分を、受信光と偏光分離を行う構成の装置が特開平4−96437号公報や特開平10−153720号公報に記載されている。
【0004】
特開平4−96437号公報に記載の光通信用送受信デバイスは、図15に示すように、LED101、PD(受光素子)102、レンズ103・104、PBS(偏光ビームスプリッタ)105、および、絞り106・107・108を備え、光ファイバ109を介して信号光を送受信する。
【0005】
ここで、LED101の発光点はレンズ103の焦点位置に、光ファイバ109はレンズ104の焦点位置にそれぞれ配置されている。
【0006】
光ファイバ109から出射した光は、レンズ104により略平行光である光111となる。そして、略平行光となった光111のうち、P波はPBS105により反射されPD102に受光される。
【0007】
LED101から出射された光は、レンズ103により略平行光である光110になる。そして、略平行光となった光110のうちP波は、PBS105で反射されるためPBS105を透過しない。
【0008】
一方、略平行光となった光110のうちS波はPBS105を透過し、レンズ104で集光され光ファイバ109へ入射する。ここで、光ファイバ109の端面に集光された光のうち4%は反射され、再びレンズ104を透過してPBS105に達する。
【0009】
光ファイバ109の端面での反射およびレンズ透過において、偏光面の回転は生じない。従って、近端反射戻り光(光ファイバ109の端面で反射された光)は、PBS105を透過しPD102へは入射しない。なお、絞り106・107・108は、それぞれ、レンズの収差などで発生する平行光でない成分をカットする。
【0010】
また、特開平10−153720号公報に記載の光送受信装置は、図16に示すように、Si基板201、LD(半導体レーザ)203、LD203のヒートシンク202、PD204、プリズム205、PBS206、パッケージ207、レンズ208、光ファイバ210のソケットおよびコネクタ209を備えている。
【0011】
Si基板201上にはPD204が形成されている。また、プリズム205は、PBS206の台を兼ねている。ここで、PBS206は、図15に記載の構成とは異なり、P波を透過させ、S波を反射させるように設計されている。
【0012】
LD203から出射された光はS偏光特性を有しており、PBS206で殆どが反射され光路変換される。そして、さらにレンズ208でNA変換された後、光ファイバ210に入射する。
【0013】
一方、光ファイバ210を出射した光はレンズ208で集光されたのち、PBS206でP偏光成分のみ透過しPD204に入射する。光ファイバ210の端面で反射した近端反射戻り光は、光ファイバ210端面での反射およびレンズ透過においては偏光面の回転は生じないのでS偏光成分を維持するためPBS206で反射しPD204には到達しない。
【0014】
しかしながら、上記特開平4−96437号公報および特開平10−153720号公報に記載の構成ではPBSを用いている。PBSは高価なものであるため、装置における光学系全体のコストが上昇してしまう。
【0015】
このようなコストのかけた双方向光通信を行うことは、あらゆる機器に双方向通信が要求されるような現在の状況では好ましくない。
【0016】
従って、一本の光ファイバで送受信を行う場合、低コストとなるように、PBSなどの偏光分離素子を用いることなく、空間で送受信の分離を行う方が好ましいといえる。
【0017】
また、多層誘電体膜で形成されたPBSは、一般に、プリズムなどの表面に形成されるため、使用できる場所が限られ、光送受信装置の小型化の障害となる。
【0018】
さらに、受信光の一方の偏光成分を反射するため、信号自体が弱くなり、S/Nが悪化する。
【0019】
そこで、PBSを用いることなく、送信光の光ファイバ端での反射を防止するための光送受信装置が、特開平11−237535号公報に記載されている。
【0020】
この光送受信装置は、図17に示すように、第1光信号S1を出射する発光手段302と、第2光信号S2が光ファイバ311の端部311aから出射する方向とは異なる方向R1にそって、発光手段302の第1光信号S1を、光ファイバ311の入射端に対して入射させる光学装置320と、光ファイバ311の端部311aから出射する第2光信号S2を受光する受光手段305とを有する。
【0021】
受光手段305は、第1光信号S1を光ファイバ311の端部311aに入射させた場合に、第1光信号S1が光ファイバ311の端部311aで反射することで生じる反射光S3が到達する領域外に配置されている。
【0022】
これにより、発光手段302から出射した第1の光信号S1が光ファイバ311の端部311aで反射して、受光素子305に入射することを防止している。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平11−237535号公報に記載の構成では、光ファイバ311内を光が伝播するためには、光ファイバの開口数(NA)でほぼ規定される光ファイバ311の放射角内に発光手段302の発光素子を配置しなければならない。
【0024】
このため、光ファイバ311を伝播してきて出射された第2光信号S2を受光手段305の受光素子に結合させ、かつ、発光素子から出射した光が光ファイバ311の端部311aで反射した光を受光素子に結合しないようにするためには、受光素子を、光ファイバ311からの光の放射領域に対して、かなり、小さくする必要がある。従って、この光送受信装置の受信効率は低くなる。
【0025】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、一本の光ファイバにより光信号の送受信が可能であり、低コストで近端反射を抑圧できるとともに、受信効率の高い光送受信装置および光送受信システム並びに光送受信方法を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明の光送受信装置は、上記の課題を解決するために、中心軸に対して軸対称な凸形状の端部を有する光ファイバに接続され、第1光信号を出射して上記端部から上記光ファイバに入射させる光送信手段と、上記光ファイバの端部からの第2光信号を受信する光受信手段とを備え、一芯双方向通信を行う光送受信装置であって、上記光送信手段は、該光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置と、上記光ファイバにおける上記第1光信号の入射位置とが、反対側に位置するように、上記第1光信号を出射することを特徴としている。
【0027】
上記の構成によれば、光送受信装置は、光ファイバの中心軸に対して軸対称な凸形状の端部を有する光ファイバに接続されており、光送信手段は、対称平面(光送信手段における第1光信号の出射位置から光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、光ファイバの中心軸を含む平面)に対して、光送信手段における第1光信号の出射位置と、光ファイバにおける第1光信号の入射位置とが、反対側に位置するように、第1光信号を出射する。
【0028】
従って、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射(近端反射)したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0029】
この結果、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0030】
また、第1光信号と第2光信号とを、PBS(偏光ビームスプリッタ)などの偏光分離素子を用いることなく空間で分離することにより、光学系におけるコストの低減および小型化を図ることができる。これにより、低コストで取り扱いやすい光学系を用いることができる。
【0031】
さらに、第1光信号と第2光信号とを空間で分離する場合、通常、光送信手段は光受信手段よりも小さくすることができる。
【0032】
従って、光受信手段を大きくとることができ、光受信手段の受信効率の向上を図ることができる。
【0033】
このように、一本の光ファイバを使用した一芯双方向光通信方式でありながら、ほとんど二芯方式と変わらない信号品質の光送受信装置を提供することができる。
【0034】
上記の光送受信装置は、光送信手段が、第1光信号を発生させる発光手段と、該発光手段において発生した第1光信号を光ファイバの端部に集光する光学系とを備え、光学系は、平面(光送信手段における第1光信号の出射位置から光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、光ファイバの中心軸を含む平面)に対して、光学系からの第1光信号の出射位置と、光ファイバにおける第1光信号の入射位置とが、反対側に位置するように集光することが好ましい。
【0035】
上記の構成によれば、光学系を用いて、効率よく第1光信号を光ファイバに集光することができる。
【0036】
また、光学系からの第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0037】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0038】
上記の光送受信装置は、第1光信号が、第2光信号のうち光ファイバの端部の表面における外周部付近から出射される光信号の光路と同じ光路を有することが好ましい。
【0039】
上記の構成によれば、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光を、より光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができる。
【0040】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができ、S/Nの向上を図ることができる。
【0041】
上記の光送受信装置は、第1光信号の一部が、光ファイバの端部の表面における外周部付近から出射される光信号のうち、最大放射角を有する光信号の光路と同じ光路を有することが好ましい。ここで、最大放射角とは、ある出射位置から放射される光信号の光路において、光ファイバの中心軸からの角度(放射角)が最も大きい光路を有する放射角のことをいう。
【0042】
上記の構成によれば、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光を、確実に光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができる。
【0043】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができ、S/Nの向上を図ることができる。
【0044】
上記の光送受信装置は、第1光信号の一部が、光ファイバの端部の表面において、第1光信号の出射位置から最も離れた外周部付近から出射される光のうち、最大放射角を有する光信号の光路と同じ光路を有することが好ましい。
【0045】
上記の構成によれば、第1光信号の一部の反射戻り光を、確実に光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができ、クロストークノイズの発生を抑制することができる。
【0046】
また、光送信手段を光ファイバの中心軸から離れた領域に配することができる、その分、光受信手段における第2光信号の受光領域をより大きくすることができる。
【0047】
従って光受信手段の受信効率の向上を図ることができる。
【0048】
上記の光送受信装置は、光受信手段が、光ファイバの端部から光送受信装置側に延長した光ファイバの中心軸上に備えられていることが好ましい。
【0049】
上記の構成によれば、光受信手段における受信効率の向上を図ることができる。
【0050】
上記の光送受信装置は、光受信手段が、光送信手段より、光ファイバの端部の近くに備えられていることが好ましい。
【0051】
上記の構成によれば、光受信手段において、例えば、第2光信号をできるだけ小さな光学系で効率良く受信することができる。
【0052】
本発明の光送受信システムは、中心軸に対して軸対称な凸形状の端部を有する光ファイバと、第1光信号を出射して上記端部から上記光ファイバに入射させる光送信手段と、上記光ファイバの端部からの第2光信号を受信する光受信手段とを備え、一芯双方向通信を行う光送受信システムであって、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置と、上記光ファイバにおける上記第1光信号の入射位置とが、反対側に位置することを特徴としている。
【0053】
上記の構成によれば、光ファイバの端部は、光ファイバの中心軸に対して軸対称な凸形状であり、光送信手段は、対称平面(光送信手段における第1光信号の出射位置から光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、光ファイバの中心軸を含む平面)に対して、光送信手段における第1光信号の出射位置と、光ファイバにおける第1光信号の入射位置とが、反対側に位置するように、第1光信号を出射する。
【0054】
従って、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0055】
この結果、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0056】
また、光ファイバの端部が、光ファイバの中心軸に対して軸対称な凸形状であることにより、第1光信号のうち光ファイバに入射した光は、端部において大きく屈折することができる。従って、第1光信号を効率よく伝播させることができる。
【0057】
さらに、第1光信号と第2光信号とを、偏光分離素子を用いることなく空間で分離することにより、光学系におけるコストの低減および小型化を図ることができる。これにより、低コストで取り扱いやすい光学系を用いることができる。
【0058】
また、第1光信号と第2光信号とを空間で分離する場合、通常、光送信手段は光受信手段よりも小さくすることができる。
【0059】
従って、光受信手段を大きくとることができ、光受信手段の受信効率の向上を図ることができる。
【0060】
上記の光送受信システムは、光ファイバの端部の表面が球面であることが好ましい。あるいは、上記の光送受信システムは、光ファイバの端部形状が、円錐または円錐台であることが好ましい。
【0061】
上記の構成によれば、また、光ファイバの端部が、光ファイバの中心軸に対して軸対称な凸形状となる。
【0062】
従って、第1光信号のうち光ファイバに入射した光は、端部において大きく屈折することができる。この結果、第1光信号を効率よく伝播させることができる。
【0063】
また、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。従って、S/Nの良好な光送受信システムを提供することができる。
【0064】
上記の光送受信システムは、光ファイバのコアが、プラスチックからなることが好ましい。
【0065】
上記の構成によれば、プラスチックは加工が容易であるため、光ファイバの形状を加工しやすい。従って、光ファイバの端部の表面を例えば球面に加工したり、光ファイバの口径の大きさを調整したりすることが容易となる。
【0066】
上記の光送受信システムは、第1光信号の一部が、第2光信号のうち光ファイバの端部の表面における外周部付近から出射される光信号において、最大放射角を有する光信号の光路と同じ光路を有することが好ましい。
【0067】
上記の構成によれば、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光を、確実に光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができる。
【0068】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができ、S/Nの向上を図ることができる。
【0069】
本発明の光送受信方法は、端部が中心軸に対して軸対称な凸形状の光ファイバに、光送信手段からの第1光信号を上記端部から入射させるとともに、上記光ファイバの端部からの第2光信号を受信することにより、一芯双方向通信を行う光送受信方法であって、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置とは反対側の上記光ファイバの端部に、上記第1光信号を入射させることを特徴としている。
【0070】
上記の方法によれば、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0071】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0072】
また、第1光信号と第2光信号とを、偏光分離素子を用いることなく空間で分離することにより、光学系におけるコストの低減および小型化を図ることができる。これにより、低コストで取り扱いやすい光学系を用いることができる。
【0073】
さらに、第1光信号と第2光信号とを空間で分離する場合、通常、光送信手段は光受信手段よりも小さくすることができる。従って、光受信手段を大きくとることができ、光受信手段の受信効率の向上を図ることができる。
【0074】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図1ないし図14に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【0075】
図2は、本実施の形態に係る光送受信装置を備えた光通信リンク(光送受信システム)の要部の構成を示す。同図に示すように、光通信リンクは、光送受信装置1・1と光ファイバ2とを備えている。
【0076】
光送受信装置1は、光ファイバ2の両端に、光ファイバ2と光学的に接続するようにそれぞれ配されている。本実施の形態において特徴的な構成である光送受信装置1の構成については後述する。
【0077】
光ファイバ2は、伝送するデータ信号に基づく伝送に適した変調光(光信号)を、双方向に伝送する。
【0078】
また、光ファイバ2のコアは、例えば、直径約1mmであり、プラスチックからなる。光ファイバ2の開口数NAは、0.3とする。光ファイバ2の端部2aは、図1に示すように、半径1.5mmの球面加工が施されている。
【0079】
このように、光ファイバ2のコアが、加工が容易なプラスチックからなることにより、光ファイバ2の端部2aの表面を例えば球面に加工したり、光ファイバ2の口径の大きさを調整したりすることが容易となる。
【0080】
図1に示すように、端部2aが球状となっていることにより、光ファイバ2におけるある出射位置からの放射光の光軸は、光ファイバ2の光送受信装置1側で、光ファイバ2の中心軸側に傾いている。
【0081】
ここで、端部2aの表面が球面(端部2aが球端面)である場合の放射光について、端部が平坦である場合の比較例1と比較して説明する。
【0082】
図13は、比較例1における光ファイバ22からの出射光について示す図である。
【0083】
図13に示すように、比較例1においては、端部22aからの出射光のうち、ある出射位置からの放射光の光軸は、光ファイバ22の中心軸(図中、一点鎖線で示す)と略並行になる。
【0084】
一方、図1に示すように、本実施の形態における光ファイバ2からの出射光のうち、ある出射位置からの放射光の光軸は、光ファイバ2の光送受信装置1側で、光ファイバ2の中心軸側に傾いている。即ち、光ファイバ2からの各放射光の光軸は、端部2aより光送受信装置1側で交わるようになっている。
【0085】
即ち、端部2aが球端面を有する場合の放射光において、最も光ファイバ2の中心軸側よりに放射される光線の放射角が最大になる。一方、光ファイバ2の中心軸から離れる方向に放射される光線の放射角は通常(平坦面の場合(図13参照))より小さくなる。
【0086】
また、図1に示すように、光ファイバ2からの出射光において、最も光ファイバ2の中心軸側よりに放射される光線の放射角が最大になるのは、光ファイバ2の外周部(端部2aの最外周)からの放射光である。
【0087】
ここで、図4に、端部2aが球端面を有する光ファイバ2(図中実線)と、端部22aが平坦面を有する光ファイバ22(図中点線)との構成を示す。図4には、端部2a・22aからの出射光のうち、端部2a・22aの外周部付近から放射され、かつ、最も光ファイバ2・22の中心軸側に出射される出射光を示す。
【0088】
図4に示すように、光ファイバ2の中心軸側の放射角(放射光の光線と光ファイバの中心軸とがなす角度)は、端部2aからの出射光の方が、端部22aからの出射光よりも大きい。ここでは、励振NAが0.6の光源にて励振した場合の光ファイバ2からの放射光(出射光の一部)の状態を示す。
【0089】
即ち、光ファイバ2内の伝播角度が同じであれば、光が出射する端部が平端面の状態より球端面の状態の方が、光ファイバ2の中心軸に対する放射角は大きくなる。平坦面のときS20で示す光路を有する最大放射角の光線は、球端面にするとさらに放射角の大きいS10となる。
【0090】
これは、端部2aが球端面を有することにより、端部2aがレンズと同様にはたらくためである。また、このため、端部2aの外周部から出射される出射光ほど、その光路は大きく屈折する(光ファイバ2からの放射角は大きくなる)こととなる。
【0091】
なお、端部2aの形状は、凸形状であり、光ファイバ2の中心軸に関して軸対称である形状であれば、特に限定されるものではなく、例えば、光ファイバ2の中心軸上に頂点がある円錐(端面が円錐面)であっても、円錐台であってもかまわない。
【0092】
また、端部2aの表面が球面である場合、その球面の曲率は大きい方が好ましい。
【0093】
図3は、励振NAが0.6の光源にて励振し、上記光ファイバ2を用いて光を伝送した場合の、伝送距離ごと(1m、20m、定常状態)の出射光の強度分布パターン(ファーフィールドパターン、以下、FFPと称する)を示すグラフである。図3において、縦軸は放射角が0°(光ファイバの中心軸上を進む出射光)の光の強度を1とした場合の相対強度、横軸は、放射角(°)(光路における光ファイバ2の中心軸からの角度)を示す。
【0094】
ここでは、光ファイバ2の開口数NAを0.3としているため、本来定常状態では、0.3より大きい開口数NAに対応する伝搬光は減衰して、漏洩モードとなり、図3のグラフで示すところの最も小さいFFPを示すはずである。
【0095】
しかしながら、伝送距離が短い場合は漏洩モードとなる光線が十分減衰せず、図3に伝送距離が1m、20mのFFPとして示すような放射角の大きいパターンとなっている。距離が長くなる程FFPが小さくなり最終的には定常状態に近いFFPとなる。即ち、伝送距離が短い場合、光ファイバ2の開口数NA以上の光も十分伝送されることがわかる。
【0096】
以下、光送受信装置1の構成、光送受信装置1において受信する光信号(第2光信号)、および、光送受信装置1から送信する光信号(第1光信号)について説明する。
【0097】
まず、光送受信装置1の構成について説明する。光送受信装置1は、図1に示すように、受信部(光受信手段)3と送信部(光送信手段)4とを備える。
【0098】
通常、一芯双方向通信を行うため、光送受信装置1において受信する光信号(受信光)と、光送受信装置1から送信する光信号(送信光)とをPBS(偏光ビームスプリッタ)などの偏光分離素子を用いて分離すると、コストがかかる。
【0099】
このようなコストのかけた双方向光通信を行うことは、あらゆる機器に双方向通信が要求されるような現在の状況では好ましくない。
【0100】
従って、一本の光ファイバで送受信を行う場合、低コストとなるように、PBSなどの偏光分離素子を用いることなく、空間で送受信の分離を行う方が好ましいといえる。
【0101】
空間で送受信を分離する場合に、口径の大きい光ファイバを使用して、1mm程度の光ファイバの端面に送受信部を集積することを考えると、送信部と受信部の面積比が受信効率に影響し、これにより、さらにS/N(SNR:Signal to Noise Ratio)に影響することとなる。
【0102】
一般に、このような条件下においては、小さいビームに絞るのが容易な送信部を小さくして、小さいビームに絞ることが困難な受信部を大きくとるのが得策である。
【0103】
しかしながら、送信するビームをいくら小さく絞るといっても1mmの範囲に搭載できる大きさは限られるため、受信部と送信部との機械的な干渉、即ち、受信部と送信部とが重なり合うことをさけるため、受信部はある程度小さくせざるを得ない。
【0104】
また、送信光が光ファイバの端面で反射(近端反射)することによる、送受信光のクロストークノイズが発生しやすくなる。
【0105】
そこで、本実施の形態の光送受信装置1では、上述したように、受信部3と送信部4とを備える。
【0106】
図6に示すように、受信部3は、光学系であるレンズ31と受光素子であるフォトダイオード32とを有する。また、送信部4は、光学系であるレンズ41と発光素子であるフォトダイオード(発光手段)42とを有する。
【0107】
上述したように、受信効率を向上させるためには、受信部3を大きくとり、送信部4を小さくすることが好ましい。
【0108】
また、通常、図3に示したように、光ファイバ2からの出射光の強度分布はガウス型をしており、光ファイバ2の中心軸上の強度が最も強い。
【0109】
従って、受信効率を向上させるためには、受信部3の一部が光ファイバ2の中心軸上に存在することが好ましい。
【0110】
なお、受信部3および送信部4の配置は、特に限定されるものではなく、例えば、図5に示すように、受信部3を光ファイバ2の端部2aに近づけるように配置し、送信部4を受信部3より遠い位置に配置して、送信光を小さく絞ることにより光ファイバ2に結合させてもかまわない。これにより、光ファイバ2からの送信光をできるだけ小さな光学系で効率良く受信することができる。
【0111】
次に、受信部3および送信部4の配置について、詳述する。
【0112】
ところで、光ファイバ2からの出射光は、図1に示すように、端部2aが球端面であるため、疎密がはっきりと表れることになる。
【0113】
一方、図13に示すように、光ファイバ22からの出射光については、端部22aが平坦面を有するため、端部22aにおけるいずれの放射位置においても放射角は一定となる。従って、端面22aからの出射光は疎密とならずに、平均化されている。
【0114】
これにより、端部2aが球端面を有する場合には、出射光が疎の領域に送信部4を配置し、密の領域を含むように受信部3を配置させることで、受信部3における受信効率を最大にすることができる。
【0115】
また、送信光は、端部2aのうち、できるだけ外周部付近に入射させることが好ましい。即ち、送信光が、端部2aの外周部付近から放射される光のうち最大放射角を有する光とは逆向きに進むような(端部2aへの入射角が最大となる)光線にすればよい。これにより、受信部3を大きくとることができ、受信効率を最大にすることができる。
【0116】
通常、例えば光ファイバ2の中心軸付近に送信部4を配置し、送信光を光ファイバ2に入射させた場合、受信部3を光軸付近に配置することができなくなる。これにより、受信部3の受信効率は低下する。
【0117】
また、ここで、図14に、図1に示す光送受信装置1において、光ファイバの端部が球端面を有している場合と平坦面を有している場合とのそれぞれについて、送信部4における光ファイバ2の中心軸からの距離D(mm)と、受信部3の受信効率(%)との関係を示す。
【0118】
これにより、送信部4における光ファイバ2の中心軸からの距離D(受信部3と送信部4との分割比)が同じ場合、球端面を使用したときの方が、高い受信効率が得られていることがわかる。
【0119】
このように、受信部4は、光ファイバ2の端部2aから光送受信装置1側に延長した光ファイバ2の中心軸上に備えられていることが好ましい。これにより、受信部3における受信効率の向上を図ることができる。
【0120】
次に、端部2aが球端面を有する場合の送信光の、光ファイバ2への結合について図11を用いて説明する。
【0121】
ここで、送信光S11は、端部2aの略外周部付近に入射されており、さらに、送信部4における送信光S11の出射位置から光ファイバ2の中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、光ファイバ2の中心軸を含む平面(以下、対称平面と称する)に対して、送信光S11の出射位置とは反対側に入射されている。
【0122】
このとき、図11に示すように、送信光S11は伝播光S12となり、光ファイバ2内を反射しながら伝播していく。即ち、送信光S11は、光ファイバ2に結合することができる。
【0123】
一方、送信光S13は、対称平面に対して、送信光S13の出射位置と同じ側に入射されている。
【0124】
このとき、送信光S13は漏洩光S14となり、光ファイバ2を伝播することなく、光ファイバ2の外側に出て行く。即ち、送信光S13は、光ファイバ2に結合しない。
【0125】
このように、送信光を、対称平面に対して、送信光の出射位置と反対側に入射することにより、確実に、送信光は光ファイバ2に結合することができる。
【0126】
続いて、光ファイバ2の端部2aにおける送信光の近端反射について説明する。
【0127】
まず、送信部4のフォトダイオード42から出射された送信光の、端部2aにおける入射位置について図12を用いて説明する。以下、送信光のうち、入射位置で反射された光を、反射戻り光という。
【0128】
図中、入射位置A・B・Cは、送信光の入射位置とフォトダイオード42の位置とが、対称平面Xに対して反対側となっている。
【0129】
一方、入射位置Dは、送信光の入射位置とフォトダイオード42の位置とが、対称平面Xに対して同じ側となっている。
【0130】
ここで、端部2aは球端面を有しているため、入射位置A・B・Cに入射された送信光における反射戻り光は、入射位置A・B・Cで近端反射されて、受信部3の受信領域の外側に反射される。
【0131】
一方、入射位置Dに入射された送信光における反射戻り光は、入射位置Dで近端反射されても、受信部3の受信領域の外側に反射されない。即ち、入射位置Dでからの反射戻り光は、受信部3の受信領域に結合されることが多い。
【0132】
このように、反射戻り光が受信部3の受信領域に結合されると、それがクロストークノイズとなり、受信部3におけるS/Nが低下することとなる。
【0133】
しかしながら、本実施の形態に係る光送受信装置1においては、送信部4からの送信光を、対称平面Xに対して、送信光の出射位置とは反対側に入射することにより、反射戻り光が受信部3の例えばフォトダイオード32に結合することを防止することができる。
【0134】
従って、光送受信装置1におけるS/Nの向上を図ることができる。
【0135】
なお、送信光の入射位置は、送信部4における送信光の出射位置から最も遠い(出射位置と光ファイバ2の中心軸とを結ぶ延長線上にある)端部2aの外周部付近であることが好ましい。
【0136】
これにより、確実に反射戻り光が受光部3に入射されるのを防止することができる。
【0137】
また、このとき、フォトダイオード42において必ずしも光ファイバ2の開口数NA以下の角度で励振する必要は無く、図3に示すように所定の距離の伝播角を示す実効NA内の光線で励振すればよい。
【0138】
以下、受信部3がレンズ31とフォトダイオード32とからなり、送信部4がレンズ41とフォトダイオード42とからなる場合の送信光および受信光について、図7を用いて説明する。
【0139】
図7において、端部2aの表面の外周部付近から出射される放射光を放射光S15(S15a〜S15c)とし、放射光S15のうち放射角の最も大きい光を放射光S15bとしている。
【0140】
また、フォトダイオード42から出射された送信光S16は、レンズ41を介して端部2aに入射され、伝播光S17として光ファイバ2内を伝播するとともに、反射戻り光N18として近端反射される。
【0141】
ここで、送信光S16の光路は、放射光S15bの光路の逆向きとする。即ち、送信光S16の端部2aへの入射位置は、対称平面に対して、送信部4における送信光S16の出射位置つまりレンズ41からの送信光S16の出射位置と反対側にある。
【0142】
このように、送信光S16が凸状の端部2aの外周部付近に入射することにより、入射面が、光ファイバ2の中心軸に対して、外側に大きく傾くこととなる。従って、送信光S16の大部分は、端部2a表面において屈折し、伝播光S17となり光ファイバ2を伝播する。
【0143】
また、送信光S16の一部は反射戻り光N18となるが、この反射戻り光N18は、光ファイバ2の中心軸より離れる方向に反射することとなる。従って、クロストークノイズになりにくく、S/Nの向上を図ることができる。
【0144】
さらに、送信部4は受信部3より、比較的小さくすることができ、従って、受信部3を大きくすることができる。これにより、受信部3、即ち、フォトダイオード32の受信効率の向上を図ることができる。
【0145】
これにより、一本の光ファイバ2を使用した一芯双方向光通信方式でありながら、ほとんど二芯方式と変わらない信号品質の光送受信装置1を提供することができる。
【0146】
なお、フォトダイオード42は、発光する発光素子であれば特に限定されるものではなく、例えばLD(Laser Diode)やLED(Light Emitting Diode)などであってもかなわない。
【0147】
また、光学系として、受信部3にはレンズ31を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば図8に示す集光ミラー5を用いてもかまわない。
【0148】
以下、送信光S16の端部2aへの入射位置が、対称平面に対して、送信部4における送信光S16の出射位置つまりレンズ41からの送信光S16の出射位置と同じ側にある場合について、図9を用いて比較例2として説明する。
【0149】
図9においては、端部2aの表面の外周部付近から出射される放射光を放射光S15(S15a・S15b)とし、端部2aから出射される出射光のうち放射角の最も大きい光を放射光S15bとしている。
【0150】
また、フォトダイオード42から出射された送信光S36は、レンズ41を介して端部2aに入射され、光S37として光ファイバ2を伝播、あるいは、光ファイバ2から漏洩するとともに、反射戻り光N38として近端反射される。
【0151】
ここで、送信光S36は、対称平面の反対側から放射される放射光S15bと比較して、光ファイバ2の中心軸からの角度(広がり角)が小さい。なお、送信光は、端面2aの入射位置からの放射光における広がり角以上の角度で光ファイバに入射しても、光ファイバ2と結合することができない。
【0152】
このため、入射位置における広がり角が最も大きくなるように、送信光S36を入射させたとしても、図9に示すように、反射戻り光N38は、受信部3(レンズ31またはフォトダイオード32)に入射(結合)しやすく、受信部3においてクロストークが発生しやすくなる。
【0153】
また、図10を用いて、図13に示す比較例1の受信部23がレンズ25およびフォトダイオード26、送信部24がレンズ28およびフォトダイオード27からなるとして、受信光および送信光について比較例3として説明する。
【0154】
図10において、端部22aの表面の外周部付近から出射される放射光を放射光S45(S45a・S45b)とし、端部22aから出射される出射光のうち放射角の最も大きい光を放射光S45bとしている。
【0155】
また、フォトダイオード27から出射された送信光S46は、レンズ28を介して端部22aに入射され、光S47となるとともに、反射戻り光N48として近端反射される。
【0156】
ここで、端部22aの表面は平坦面であり、球端面である端部2aほど、入射された光の屈折効果は得られない。
【0157】
従って、図7に示すような表面が球端面である端部2aへの送信光S16と同じ位置および角度から送信光S46を励振しても、光S47は光ファイバ2を伝播せず、光ファイバ2から漏洩することとなる。
【0158】
また、図7に示す表面が球端面である端部2aへの送信光S16と同じ位置および角度から送信光S46を励振しても、反射戻り光N48は、反射戻り光N18ほど、光ファイバ2の中心軸に対して離れる方向に反射されない。
【0159】
従って、反射戻り光N48は、受信部23に入射され、受信領域(フォトダイオード26)に結合する割合が増える。これにより、結合した反射戻り光N48がクロストークノイズとなり、S/Nが劣化することとなる。
【0160】
以上のように、端部2aが中心軸に対して軸対称な凸形状の光ファイバ2に、送信部4からの送信光を端部2aから入射させるとともに、端部2aからの受信光を受信することにより、一芯双方向通信を行う。また、送信部4における送信光の出射位置から光ファイバ2の中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、光ファイバ2の中心軸を含む平面(対称平面)に対して、送信部4における送信光の出射位置とは反対側の光ファイバ2の端部2aに、送信光を入射させる。
【0161】
即ち、光ファイバ2と、送信部4と、受信部3とを備え、一芯双方向通信を行う光送受信システムにおいて、送信部4における送信光の出射位置と、光ファイバ2における送信光の入射位置とは、対称平面に対して反対側に位置する。
【0162】
従って、送信光の一部が、光ファイバ2の端部2aにおいて反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバ2の中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0163】
この結果、受信部3に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0164】
また、光ファイバ2の端部2aが、光ファイバ2の中心軸に対して軸対称な凸形状であることにより、送信光のうち光ファイバ2に入射した光は、端部2aにおいて大きく屈折することができる。従って、送信光を光ファイバ2において効率よく伝播させることができる。
【0165】
さらに、送信光と受信光とを、偏光分離素子を用いることなく空間で分離することにより、光学系におけるコストの低減および小型化を図ることができる。これにより、低コストで取り扱いやすい光学系を用いることができる。
【0166】
また、送信光と受信光とを空間で分離する場合、通常、送信部4は受信部3よりも小さくすることができる。
【0167】
従って、受信部3を大きくとることができ、受信部3の受信効率の向上を図ることができる。
【0168】
【発明の効果】
本発明の光送受信装置は、以上のように、中心軸に対して軸対称な凸形状の端部を有する光ファイバに接続され、第1光信号を出射して上記端部から上記光ファイバに入射させる光送信手段と、上記光ファイバの端部からの第2光信号を受信する光受信手段とを備え、一芯双方向通信を行う光送受信装置であって、上記光送信手段は、該光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置と、上記光ファイバにおける上記第1光信号の入射位置とが、反対側に位置するように、上記第1光信号を出射する構成である。
【0169】
これにより、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射(近端反射)したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0170】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0171】
また、第1光信号と第2光信号とを、PBS(偏光ビームスプリッタ)などの偏光分離素子を用いることなく空間で分離することにより、光学系におけるコストの低減および小型化を図ることができる。これにより、低コストで取り扱いやすい光学系を用いることができる。
【0172】
さらに、第1光信号と第2光信号とを空間で分離する場合、通常、光送信手段は光受信手段よりも小さくすることができる。
【0173】
従って、光受信手段を大きくとることができ、光受信手段の受信効率の向上を図ることができる。
【0174】
この結果、一本の光ファイバを使用した一芯双方向光通信方式でありながら、ほとんど二芯方式と変わらない信号品質の光送受信装置を提供することができるといった効果を奏する。
【0175】
本発明の光送受信装置は、光送信手段が、第1光信号を発生させる発光手段と、該発光手段において発生した第1光信号を光ファイバの端部に集光する光学系とを備え、光学系は、平面(光送信手段における第1光信号の出射位置から光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、光ファイバの中心軸を含む平面)に対して、光学系からの第1光信号の出射位置と、光ファイバにおける第1光信号の入射位置とが、反対側に位置するように集光する構成である。
【0176】
これにより、光学系を用いて、効率よく第1光信号を光ファイバに集光することができる。
【0177】
また、光学系からの第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0178】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0179】
本発明の光送受信装置は、第1光信号が、第2光信号のうち光ファイバの端部の表面における外周部付近から出射される光信号の光路と同じ光路を有する構成である。
【0180】
これにより、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光を、より光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができる。
【0181】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができ、S/Nの向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0182】
本発明の光送受信装置は、第1光信号の一部が、光ファイバの端部の表面における外周部付近から出射される光信号のうち、最大放射角を有する光信号の光路と同じ光路を有する構成である。
【0183】
これにより、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光を、確実に光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができる。
【0184】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができ、S/Nの向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0185】
本発明の光送受信装置は、第1光信号の一部が、光ファイバの端部の表面において、第1光信号の出射位置から最も離れた外周部付近から出射される光のうち、最大放射角を有する光信号の光路と同じ光路を有する構成である。
【0186】
これにより、第1光信号の一部の反射戻り光を、確実に光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができ、クロストークノイズの発生を抑制することができる。
【0187】
また、光送信手段を光ファイバの中心軸からはなれた領域に配することができる、その分、光受信手段における第2光信号の受光領域をより大きくすることができる。従って光受信手段の受信効率の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0188】
本発明の光送受信装置は、光受信手段が、光ファイバの端部から光送受信装置側に延長した光ファイバの中心軸上に備えられている構成である。
【0189】
これにより、光受信手段における受信効率の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0190】
本発明の光送受信装置は、光受信手段が、光送信手段より、光ファイバの端部の近くに備えられている構成である。
【0191】
これにより、光受信手段において、例えば、第2光信号をできるだけ小さな光学系で効率良く受信することができるといった効果を奏する。
【0192】
本発明の光送受信システムは、中心軸に対して軸対称な凸形状の端部を有する光ファイバと、第1光信号を出射して上記端部から上記光ファイバに入射させる光送信手段と、上記光ファイバの端部からの第2光信号を受信する光受信手段とを備え、一芯双方向通信を行う光送受信システムであって、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置と、上記光ファイバにおける上記第1光信号の入射位置とが、反対側に位置することを特徴としている。
【0193】
これにより、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0194】
この結果、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0195】
また、光ファイバの端部が、光ファイバの中心軸に対して軸対称な凸形状であることにより、第1光信号のうち光ファイバに入射した光は、端部において大きく屈折することができる。従って、第1光信号を効率よく伝播させることができる。
【0196】
さらに、第1光信号と第2光信号とを、偏光分離素子を用いることなく空間で分離することにより、光学系におけるコストの低減および小型化を図ることができる。これにより、低コストで取り扱いやすい光学系を用いることができる。
【0197】
また、第1光信号と第2光信号とを空間で分離する場合、通常、光送信手段は光受信手段よりも小さくすることができる。
【0198】
従って、光受信手段を大きくとることができ、光受信手段の受信効率の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0199】
本発明の光送受信システムは、光ファイバの端部の表面が球面である構成である。あるいは、本発明の光送受信装置は、光ファイバの端部形状が、円錐または円錐台である構成である。
【0200】
これにより、光ファイバの端部が、光ファイバの中心軸に対して軸対称な凸形状となる。従って、第1光信号のうち光ファイバに入射した光は、端部において大きく屈折することができる。この結果、第1光信号を効率よく伝播させることができる。
【0201】
また、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。従って、S/Nの良好な光送受信システムを提供することができるといった効果を奏する。
【0202】
本発明の光送受信システムは、光ファイバのコアが、プラスチックからなる構成である。
【0203】
これにより、プラスチックは加工が容易であるため、光ファイバの形状を加工しやすい。従って、光ファイバの端部の表面を例えば球面に加工したり、光ファイバの口径の大きさを調整したりすることが容易となるといった効果を奏する。
【0204】
本発明の光送受信システムは、第1光信号の一部が、第2光信号のうち光ファイバの端部の表面における外周部付近から出射される光信号において、最大放射角を有する光信号の光路と同じ光路を有する構成である。
【0205】
これにより、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光を、確実に光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することができる。
【0206】
従って、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができ、S/Nの向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0207】
本発明の光送受信方法は、端部が中心軸に対して軸対称な凸形状の光ファイバに、光送信手段からの第1光信号を上記端部から入射させるとともに、上記光ファイバの端部からの第2光信号を受信することにより、一芯双方向通信を行う光送受信方法であって、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置とは反対側の上記光ファイバの端部に、上記第1光信号を入射させる構成である。
【0208】
上記の方法によれば、第1光信号の一部が、光ファイバの端部において反射戻り光として反射したとしても、この反射戻り光は、光ファイバの中心軸から離れる方向に反射することとなる。
【0209】
これにより、光受信手段に反射戻り光が入射されることがなく、クロストークノイズの発生を抑制することができる。これにより、S/Nの向上を図ることができる。
【0210】
また、第1光信号と第2光信号とを、偏光分離素子を用いることなく空間で分離することにより、光学系におけるコストの低減および小型化を図ることができる。これにより、低コストで取り扱いやすい光学系を用いることができる。
【0211】
さらに、第1光信号と第2光信号とを空間で分離する場合、通常、光送信手段は光受信手段よりも小さくすることができる。従って、光受信手段を大きくとることができ、光受信手段の受信効率の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る光送受信装置の要部の構成を示す図である。
【図2】図1に示す光送受信装置を備えた光通信リンクの要部の構成を示す図である。
【図3】励振開口数NAが0.6の光源にて励振し、図2に示す光ファイバを用いて光を伝送した場合の、FFPを示すグラフである。
【図4】光ファイバの端面が球状の場合と平面の場合との構成を示す図である。
【図5】受信部を送信部よりも光ファイバの近くに配置した場合の光送受信装置の構成を示す図である。
【図6】送信部および受信部の構成を示す図である。
【図7】送信部および受信部がレンズとフォトダイオードとからなる場合の、送信光および受信光について示す図である。
【図8】光学系に集光ミラーを用いた場合の光送受信装置の構成を示す図である。
【図9】比較例2における送信光および受信光の光路を示す図である。
【図10】比較例3における送信光および受信光の光路を示す図である。
【図11】光ファイバに入射した送信光の結合を示す図である。
【図12】送信光の入射位置と送信部におけるフォトダイオードの位置との関係について説明する図である。
【図13】端面が平坦の光ファイバを用いた比較例1における出射光を示す図である。
【図14】光ファイバの端部が球端面と有している場合と平坦面を有している場合とのそれぞれについて、送信部における光ファイバの中心軸からの距離D(mm)と、受信部の受信効率(%)との関係を示すグラフである。
【図15】従来の光送受信装置の構成を示す図である。
【図16】従来の他の光送受信装置の構成を示す図である。
【図17】従来のさらに他の光送受信装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 光送受信装置
2 光ファイバ
3 受信部(光受信手段)
4 送信部(光送信手段)
5 集光ミラー(光学系)
31 レンズ
32 フォトダイオード
41 レンズ(光学系)
42 フォトダイオード(発光手段)
S16 送信光(第1光信号)
S15 受信光(第2光信号)
N18 反射戻り光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for transmitting and receiving optical signals in two directions using a single multi-mode optical fiber such as a plastic optical fiber as a transmission medium used in home communication, communication between electronic devices, LAN (Local Area Network), and the like. The present invention relates to an optical transmission / reception device, an optical transmission / reception system, and an optical transmission / reception method capable of two-way bidirectional communication.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an optical communication device that transmits and receives signal light using a single optical fiber as a transmission medium, the near-end reflected return light generated by using a single transmission path is incident on the light receiving element as noise. The mainstream is to suppress the transmission light by performing the polarization separation inherent to the reflected light.
[0003]
As one example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-96437 and 10-153720 disclose apparatuses configured to separate the near-end reflected return light of transmission light from reception light using a polarization beam splitter. ing.
[0004]
As shown in FIG. 15, an optical communication transmitting / receiving device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-96437 has an
[0005]
Here, the light emitting point of the
[0006]
The light emitted from the
[0007]
Light emitted from the
[0008]
On the other hand, the S-wave of the light 110 that has become substantially parallel light passes through the
[0009]
The rotation of the polarization plane does not occur in the reflection at the end face of the
[0010]
Further, as shown in FIG. 16, the optical transmitting and receiving device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-153720 has a
[0011]
The
[0012]
The light emitted from the
[0013]
On the other hand, the light emitted from the
[0014]
However, the configurations described in JP-A-4-96437 and JP-A-10-153720 use PBS. Since the PBS is expensive, the cost of the entire optical system in the device increases.
[0015]
Performing such costly two-way optical communication is not preferable in the current situation where two-way communication is required for all devices.
[0016]
Therefore, when transmission and reception are performed with one optical fiber, it can be said that it is preferable to perform transmission and reception separation in space without using a polarization separation element such as PBS so as to reduce the cost.
[0017]
In addition, since the PBS formed of the multilayer dielectric film is generally formed on the surface of a prism or the like, the place where it can be used is limited, and this is an obstacle to miniaturization of the optical transceiver.
[0018]
Further, since one polarization component of the received light is reflected, the signal itself is weakened, and the S / N is deteriorated.
[0019]
Therefore, an optical transceiver for preventing reflection of transmission light at the end of an optical fiber without using a PBS is described in JP-A-11-237535.
[0020]
As shown in FIG. 17, the optical transmitting and receiving apparatus includes a
[0021]
When the first optical signal S1 enters the
[0022]
This prevents the first optical signal S1 emitted from the light emitting means 302 from being reflected by the
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-237535, in order for light to propagate in the
[0024]
For this reason, the second optical signal S2 transmitted and emitted through the
[0025]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable transmission and reception of an optical signal by using a single optical fiber, to suppress near-end reflection at low cost, and to improve reception efficiency. An object of the present invention is to provide an optical transmission / reception device, an optical transmission / reception system, and an optical transmission / reception method.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the optical transmitting and receiving device of the present invention is connected to an optical fiber having a convex end that is axially symmetric with respect to a central axis, emits a first optical signal, and outputs the first optical signal from the end. An optical transmitting and receiving apparatus, comprising: a light transmitting means for entering the optical fiber; and a light receiving means for receiving a second optical signal from an end of the optical fiber, wherein the optical transmitting and receiving apparatus performs single-core bidirectional communication. Means for transmitting the light to a plane perpendicular to a perpendicular drawn from the emission position of the first optical signal in the optical transmission means to the central axis of the optical fiber and including the central axis of the optical fiber; The first optical signal is emitted such that an emission position of the first optical signal in the means and an incident position of the first optical signal in the optical fiber are located on opposite sides.
[0027]
According to the above configuration, the optical transmitting / receiving device is connected to the optical fiber having a convex end that is axially symmetric with respect to the central axis of the optical fiber, and the optical transmitting unit is provided with a symmetric plane (in the optical transmitting unit). An emission position of the first optical signal in the optical transmission means with respect to a plane perpendicular to a perpendicular drawn from the emission position of the first optical signal to the central axis of the optical fiber and including the central axis of the optical fiber; The first optical signal is emitted such that the incident position of the first optical signal on the optical fiber is located on the opposite side.
[0028]
Therefore, even if a part of the first optical signal is reflected at the end of the optical fiber as reflected return light (near-end reflection), the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. Become.
[0029]
As a result, the reflected return light does not enter the optical receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, the S / N can be improved.
[0030]
Further, by separating the first optical signal and the second optical signal in space without using a polarization separation element such as a PBS (polarization beam splitter), it is possible to reduce the cost and size of the optical system. . This makes it possible to use a low-cost and easy-to-handle optical system.
[0031]
Further, when the first optical signal and the second optical signal are separated in space, the optical transmitting means can usually be made smaller than the optical receiving means.
[0032]
Therefore, the size of the light receiving means can be increased, and the receiving efficiency of the light receiving means can be improved.
[0033]
As described above, it is possible to provide an optical transmitting and receiving apparatus having a signal quality that is almost the same as that of the two-core system even though it is a single-core bidirectional optical communication system using one optical fiber.
[0034]
In the above optical transmitting and receiving apparatus, the optical transmitting means includes: a light emitting means for generating a first optical signal; and an optical system for condensing the first optical signal generated by the light emitting means on an end of the optical fiber. The system is arranged such that a plane (a plane perpendicular to a perpendicular line drawn from the emission position of the first optical signal in the optical transmitting means to the central axis of the optical fiber and including the central axis of the optical fiber) is reflected from the optical system. It is preferable that the light is collected so that the emission position of the first optical signal and the incident position of the first optical signal on the optical fiber are located on opposite sides.
[0035]
According to the above configuration, the first optical signal can be efficiently focused on the optical fiber using the optical system.
[0036]
Even if a part of the first optical signal from the optical system is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. .
[0037]
Therefore, the reflected return light does not enter the light receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, the S / N can be improved.
[0038]
In the above optical transmitting and receiving apparatus, it is preferable that the first optical signal has the same optical path as the optical path of the optical signal out of the second optical signal from the vicinity of the outer peripheral portion on the surface of the end of the optical fiber.
[0039]
According to the above configuration, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected in a direction further away from the central axis of the optical fiber. Can be.
[0040]
Therefore, the reflected return light does not enter the optical receiving means, the occurrence of crosstalk noise can be suppressed, and the S / N can be improved.
[0041]
In the above optical transmitting and receiving apparatus, a part of the first optical signal has the same optical path as the optical path of the optical signal having the maximum radiation angle among the optical signals emitted from the vicinity of the outer peripheral portion on the surface of the end of the optical fiber. Is preferred. Here, the maximum radiation angle refers to a radiation angle having an optical path having the largest angle (radiation angle) from the central axis of the optical fiber in an optical path of an optical signal emitted from a certain emission position.
[0042]
According to the above configuration, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is surely reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. be able to.
[0043]
Therefore, the reflected return light does not enter the optical receiving means, the occurrence of crosstalk noise can be suppressed, and the S / N can be improved.
[0044]
In the above optical transmitting and receiving apparatus, a part of the first optical signal has a maximum radiation angle of light emitted from the vicinity of the outer periphery farthest from the emission position of the first optical signal on the surface of the end of the optical fiber. It is preferable to have the same optical path as the optical path of the optical signal having
[0045]
According to the above configuration, a part of the first optical signal can be reliably reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed.
[0046]
In addition, the light transmitting means can be arranged in a region distant from the central axis of the optical fiber, so that the light receiving region of the light receiving means for the second optical signal can be made larger.
[0047]
Therefore, it is possible to improve the receiving efficiency of the optical receiving means.
[0048]
In the above optical transmitting and receiving apparatus, it is preferable that the optical receiving means is provided on the central axis of the optical fiber extending from the end of the optical fiber toward the optical transmitting and receiving apparatus.
[0049]
According to the above configuration, it is possible to improve the receiving efficiency of the optical receiving unit.
[0050]
In the above optical transmitting and receiving apparatus, it is preferable that the optical receiving unit is provided closer to the end of the optical fiber than the optical transmitting unit.
[0051]
According to the above configuration, for example, the optical receiving unit can efficiently receive the second optical signal with the smallest possible optical system.
[0052]
An optical transmitting and receiving system according to the present invention includes an optical fiber having a convex end that is axially symmetric with respect to a central axis, an optical transmitting unit that emits a first optical signal and causes the optical fiber to enter the optical fiber from the end, An optical receiving system for receiving a second optical signal from an end of the optical fiber, wherein the optical transmitting and receiving system performs single-core bidirectional communication, wherein An emission position of the first optical signal in the optical transmission means, with respect to a plane perpendicular to a perpendicular line drawn to the central axis of the optical fiber and including the central axis of the optical fiber, It is characterized in that the incident position of the first optical signal is located on the opposite side.
[0053]
According to the above configuration, the end of the optical fiber has a convex shape that is axially symmetric with respect to the central axis of the optical fiber, and the optical transmitting unit is configured to have a plane of symmetry (from the emission position of the first optical signal in the optical transmitting unit). With respect to a plane perpendicular to the perpendicular drawn to the central axis of the optical fiber and including the central axis of the optical fiber), the emission position of the first optical signal in the optical transmission means and the position of the first optical signal in the optical fiber The first optical signal is emitted such that the incident position is located on the opposite side.
[0054]
Therefore, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber.
[0055]
As a result, the reflected return light does not enter the optical receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, the S / N can be improved.
[0056]
In addition, since the end of the optical fiber has a convex shape that is axially symmetric with respect to the central axis of the optical fiber, light of the first optical signal that has entered the optical fiber can be largely refracted at the end. . Therefore, the first optical signal can be efficiently propagated.
[0057]
Furthermore, by separating the first optical signal and the second optical signal in space without using a polarization separation element, it is possible to reduce the cost and size of the optical system. This makes it possible to use a low-cost and easy-to-handle optical system.
[0058]
In the case where the first optical signal and the second optical signal are separated in space, the optical transmitting means can usually be made smaller than the optical receiving means.
[0059]
Therefore, the size of the light receiving means can be increased, and the receiving efficiency of the light receiving means can be improved.
[0060]
In the above optical transmitting and receiving system, it is preferable that the surface of the end portion of the optical fiber is spherical. Alternatively, in the above optical transmitting and receiving system, it is preferable that the end portion of the optical fiber is a cone or a truncated cone.
[0061]
According to the above configuration, the end of the optical fiber has a convex shape that is axisymmetric with respect to the central axis of the optical fiber.
[0062]
Therefore, light incident on the optical fiber of the first optical signal can be refracted greatly at the end. As a result, the first optical signal can be efficiently propagated.
[0063]
Further, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected away from the central axis of the optical fiber. Therefore, it is possible to provide an optical transmission / reception system having a good S / N.
[0064]
In the above optical transmitting and receiving system, the core of the optical fiber is preferably made of plastic.
[0065]
According to the above configuration, since the plastic is easy to process, the shape of the optical fiber is easy to process. Therefore, it becomes easy to process the surface of the end portion of the optical fiber into, for example, a spherical surface or to adjust the size of the diameter of the optical fiber.
[0066]
In the above optical transmitting and receiving system, the optical path of the optical signal having the maximum radiation angle is obtained when the part of the first optical signal is emitted from the vicinity of the outer peripheral portion on the surface of the end of the optical fiber in the second optical signal. It is preferable to have the same optical path as
[0067]
According to the above configuration, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is surely reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. be able to.
[0068]
Therefore, the reflected return light does not enter the optical receiving means, the occurrence of crosstalk noise can be suppressed, and the S / N can be improved.
[0069]
The optical transmitting and receiving method according to the present invention is characterized in that the first optical signal from the optical transmitting means is made incident on the convex optical fiber whose end is axially symmetric with respect to the central axis from the end, and the end of the optical fiber is An optical transmission / reception method for performing single-core bidirectional communication by receiving a second optical signal from the optical fiber, comprising: a perpendicular line drawn from an emission position of the first optical signal in the optical transmission means to a central axis of the optical fiber. The first light is provided at an end of the optical fiber on the side opposite to the emission position of the first optical signal in the optical transmission means with respect to a plane including the central axis of the optical fiber. It is characterized in that a signal is incident.
[0070]
According to the above method, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. Become.
[0071]
Therefore, the reflected return light does not enter the light receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, the S / N can be improved.
[0072]
Further, by separating the first optical signal and the second optical signal in space without using a polarization separation element, it is possible to reduce the cost and size of the optical system. This makes it possible to use a low-cost and easy-to-handle optical system.
[0073]
Further, when the first optical signal and the second optical signal are separated in space, the optical transmitting means can usually be made smaller than the optical receiving means. Therefore, the size of the light receiving means can be increased, and the receiving efficiency of the light receiving means can be improved.
[0074]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0075]
FIG. 2 shows a configuration of a main part of an optical communication link (optical transmission / reception system) including the optical transmission / reception device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the optical communication link includes an optical transmitting /
[0076]
The
[0077]
The
[0078]
The core of the
[0079]
Since the core of the
[0080]
As shown in FIG. 1, since the
[0081]
Here, the emitted light when the surface of the
[0082]
FIG. 13 is a diagram illustrating light emitted from the
[0083]
As shown in FIG. 13, in Comparative Example 1, the light axis of the light emitted from a certain emission position in the light emitted from the
[0084]
On the other hand, as shown in FIG. 1, of the light emitted from the
[0085]
That is, in the radiation light in the case where the
[0086]
As shown in FIG. 1, in the light emitted from the
[0087]
Here, FIG. 4 shows a configuration of the optical fiber 2 (solid line in the figure) whose
[0088]
As shown in FIG. 4, the radiation angle on the central axis side of the optical fiber 2 (the angle between the light ray of the radiation light and the central axis of the optical fiber) is such that the light emitted from the
[0089]
That is, if the propagation angle in the
[0090]
This is because the
[0091]
The shape of the
[0092]
When the surface of the
[0093]
FIG. 3 shows the intensity distribution pattern of the emitted light (1 m, 20 m, steady state) for each transmission distance (1 m, 20 m, steady state) when the light is excited by the light source having the excitation NA of 0.6 and the light is transmitted using the
[0094]
Here, since the numerical aperture NA of the
[0095]
However, when the transmission distance is short, the light beam in the leaky mode is not sufficiently attenuated, and the pattern has a large radiation angle as shown in FIG. 3 as the FFP with the transmission distance of 1 m and 20 m. As the distance becomes longer, the FFP becomes smaller and finally becomes an FFP close to a steady state. That is, when the transmission distance is short, it is understood that light having a numerical aperture NA or more of the
[0096]
Hereinafter, the configuration of the
[0097]
First, the configuration of the
[0098]
Usually, in order to perform single-core bidirectional communication, an optical signal (received light) received by the
[0099]
Performing such costly two-way optical communication is not preferable in the current situation where two-way communication is required for all devices.
[0100]
Therefore, when transmission and reception are performed with one optical fiber, it can be said that it is preferable to perform transmission and reception separation in space without using a polarization separation element such as PBS so as to reduce the cost.
[0101]
When separating transmission and reception in space, considering that a transmission / reception unit is integrated on the end face of an optical fiber of about 1 mm using a large-diameter optical fiber, the area ratio between the transmission unit and the reception unit affects the reception efficiency. However, this further affects the S / N (Signal to Noise Ratio) (SNR).
[0102]
In general, under such conditions, it is advisable to reduce the size of the transmitting section that is easy to narrow down to a small beam and increase the size of the receiving section that is difficult to narrow down to a small beam.
[0103]
However, no matter how small the beam to be transmitted is, the size that can be mounted in a range of 1 mm is limited, so that the mechanical interference between the receiving unit and the transmitting unit, that is, the overlapping of the receiving unit and the transmitting unit is considered. To avoid this, the receiving unit has to be reduced to some extent.
[0104]
In addition, the transmission light is reflected on the end face of the optical fiber (near-end reflection), so that crosstalk noise of the transmission / reception light easily occurs.
[0105]
Therefore, the optical transmitting and receiving
[0106]
As shown in FIG. 6, the receiving
[0107]
As described above, in order to improve the receiving efficiency, it is preferable to increase the size of the receiving
[0108]
In general, as shown in FIG. 3, the intensity distribution of the light emitted from the
[0109]
Therefore, in order to improve the receiving efficiency, it is preferable that a part of the receiving
[0110]
The arrangement of the receiving
[0111]
Next, the arrangement of the receiving
[0112]
By the way, as shown in FIG. 1, the light emitted from the
[0113]
On the other hand, as shown in FIG. 13, the emission angle of the emitted light from the
[0114]
Accordingly, when the
[0115]
In addition, it is preferable that the transmission light be incident as close to the outer peripheral portion as possible of the
[0116]
Normally, for example, when the transmitting unit 4 is arranged near the central axis of the
[0117]
Further, FIG. 14 shows the transmitting and receiving unit 4 in the optical transmitting and receiving
[0118]
Accordingly, when the distance D (division ratio between the receiving
[0119]
Thus, it is preferable that the receiving unit 4 is provided on the central axis of the
[0120]
Next, coupling of transmission light to the
[0121]
Here, the transmission light S11 is incident substantially near the outer peripheral portion of the
[0122]
At this time, as shown in FIG. 11, the transmission light S11 becomes the propagation light S12, and propagates while being reflected in the
[0123]
On the other hand, the transmission light S13 is incident on the same side of the symmetry plane as the emission position of the transmission light S13.
[0124]
At this time, the transmission light S13 becomes leakage light S14, and goes out of the
[0125]
As described above, the transmission light is incident on the opposite side to the emission position of the transmission light with respect to the symmetry plane, so that the transmission light can be reliably coupled to the
[0126]
Next, near-end reflection of transmission light at the
[0127]
First, the incident position of the transmission light emitted from the
[0128]
In the drawing, the incident positions A, B, and C are such that the incident position of the transmission light and the position of the
[0129]
On the other hand, the incident position D is such that the incident position of the transmission light and the position of the
[0130]
Here, since the
[0131]
On the other hand, the reflected return light of the transmitted light that has entered the incident position D is not reflected outside the reception area of the receiving
[0132]
When the reflected return light is coupled to the receiving area of the receiving
[0133]
However, in the optical transmitting and receiving
[0134]
Therefore, it is possible to improve the S / N in the optical transmitting and receiving
[0135]
The incident position of the transmission light may be near the outer periphery of the
[0136]
Thereby, it is possible to reliably prevent the reflected return light from being incident on the
[0137]
At this time, it is not always necessary to excite the
[0138]
Hereinafter, transmission light and reception light when the receiving
[0139]
In FIG. 7, radiated light emitted from the vicinity of the outer periphery of the surface of the
[0140]
The transmission light S16 emitted from the
[0141]
Here, the optical path of the transmission light S16 is opposite to the optical path of the emission light S15b. That is, the incident position of the transmission light S16 on the
[0142]
As described above, when the transmission light S16 is incident near the outer peripheral portion of the
[0143]
Further, a part of the transmission light S16 becomes the reflected return light N18, and the reflected return light N18 is reflected in a direction away from the central axis of the
[0144]
Further, the transmitting unit 4 can be made relatively smaller than the receiving
[0145]
Thus, it is possible to provide the
[0146]
The
[0147]
Further, as the optical system, the receiving
[0148]
Hereinafter, the case where the incident position of the transmission light S16 on the
[0149]
In FIG. 9, radiated light emitted from the vicinity of the outer periphery of the surface of the
[0150]
The transmission light S36 emitted from the
[0151]
Here, the angle (spread angle) of the transmission light S36 from the central axis of the
[0152]
Therefore, even if the transmission light S36 is incident so that the spread angle at the incident position becomes the largest, as shown in FIG. 9, the reflected return light N38 is transmitted to the reception unit 3 (the
[0153]
Also, referring to FIG. 10, it is assumed that the receiving
[0154]
In FIG. 10, radiated light emitted from near the outer peripheral portion of the surface of the
[0155]
The transmission light S46 emitted from the
[0156]
Here, the surface of the
[0157]
Therefore, even if the transmission light S46 is excited from the same position and angle as the transmission light S16 to the
[0158]
Further, even if the transmission light S46 is excited from the same position and the same angle as the transmission light S16 to the
[0159]
Therefore, the ratio of the reflected return light N48 to the
[0160]
As described above, the transmission light from the transmission unit 4 is made incident on the
[0161]
That is, in an optical transmission / reception system that includes the
[0162]
Therefore, even if a part of the transmission light is reflected as reflected return light at the
[0163]
As a result, the reflected return light does not enter the receiving
[0164]
In addition, since the
[0165]
Further, by separating the transmission light and the reception light in space without using a polarization separation element, the cost and size of the optical system can be reduced. This makes it possible to use a low-cost and easy-to-handle optical system.
[0166]
Further, when the transmitting light and the receiving light are separated in space, the transmitting unit 4 can usually be smaller than the receiving
[0167]
Therefore, the size of the receiving
[0168]
【The invention's effect】
As described above, the optical transmitting and receiving device of the present invention is connected to an optical fiber having a convex end that is axially symmetric with respect to the central axis, emits a first optical signal, and from the end to the optical fiber. An optical transmitting and receiving apparatus comprising: an optical transmitting means for inputting light; and an optical receiving means for receiving a second optical signal from an end of the optical fiber, wherein the optical transmitting and receiving apparatus performs single-core bidirectional communication. The optical transmission means is perpendicular to a perpendicular line drawn from the emission position of the first optical signal to the central axis of the optical fiber, and is located on the plane including the central axis of the optical fiber. The first optical signal is emitted such that the emission position of one optical signal and the incident position of the first optical signal on the optical fiber are located on opposite sides.
[0169]
Thereby, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber (near-end reflection), the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. It becomes.
[0170]
Therefore, the reflected return light does not enter the light receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, the S / N can be improved.
[0171]
Further, by separating the first optical signal and the second optical signal in space without using a polarization separation element such as a PBS (polarization beam splitter), it is possible to reduce the cost and size of the optical system. . This makes it possible to use a low-cost and easy-to-handle optical system.
[0172]
Further, when the first optical signal and the second optical signal are separated in space, the optical transmitting means can usually be made smaller than the optical receiving means.
[0173]
Therefore, the size of the light receiving means can be increased, and the receiving efficiency of the light receiving means can be improved.
[0174]
As a result, it is possible to provide an optical transmitting and receiving apparatus having a signal quality almost the same as that of the two-core optical communication system even though it is a single-core bidirectional optical communication system using one optical fiber.
[0175]
The optical transmitting and receiving apparatus of the present invention is configured such that the optical transmitting unit includes a light emitting unit that generates a first optical signal, and an optical system that condenses the first optical signal generated by the light emitting unit on an end of the optical fiber, The optical system moves from the optical system to a plane (a plane that is perpendicular to a perpendicular line drawn from the emission position of the first optical signal in the optical transmitting means to the central axis of the optical fiber and includes the central axis of the optical fiber). The light is condensed so that the emission position of the first optical signal and the incident position of the first optical signal on the optical fiber are located on opposite sides.
[0176]
Thereby, the first optical signal can be efficiently focused on the optical fiber using the optical system.
[0177]
Even if a part of the first optical signal from the optical system is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. .
[0178]
Therefore, the reflected return light does not enter the light receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, there is an effect that the S / N can be improved.
[0179]
The optical transmitting and receiving apparatus according to the present invention is configured such that the first optical signal has the same optical path as the optical path of the optical signal out of the second optical signal from the vicinity of the outer peripheral portion on the surface of the end of the optical fiber.
[0180]
Thus, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light can be reflected further away from the central axis of the optical fiber.
[0181]
Therefore, the reflected return light is not incident on the light receiving means, the generation of crosstalk noise can be suppressed, and the S / N can be improved.
[0182]
In the optical transmitting and receiving apparatus of the present invention, a part of the first optical signal has the same optical path as the optical path of the optical signal having the maximum radiation angle among the optical signals emitted from the vicinity of the outer peripheral portion on the surface of the end of the optical fiber. It is a configuration to have.
[0183]
Thus, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light can be surely reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber.
[0184]
Therefore, the reflected return light is not incident on the light receiving means, the generation of crosstalk noise can be suppressed, and the S / N can be improved.
[0185]
In the optical transmitting and receiving apparatus of the present invention, a part of the first optical signal has a maximum radiation of the light emitted from the vicinity of the outer periphery farthest from the emission position of the first optical signal on the surface of the end of the optical fiber. This is a configuration having the same optical path as the optical path of the optical signal having an angle.
[0186]
Thereby, it is possible to surely reflect a part of the return light of the first optical signal in a direction away from the central axis of the optical fiber, and to suppress occurrence of crosstalk noise.
[0187]
Also, the light transmitting means can be arranged in a region separated from the central axis of the optical fiber, and accordingly, the light receiving region of the second light signal in the light receiving means can be made larger. Therefore, there is an effect that the receiving efficiency of the optical receiving means can be improved.
[0188]
The optical transceiver of the present invention is configured such that the optical receiving means is provided on the central axis of the optical fiber extending from the end of the optical fiber to the optical transceiver.
[0189]
Thereby, there is an effect that the receiving efficiency in the optical receiving unit can be improved.
[0190]
The optical transmitting and receiving apparatus according to the present invention has a configuration in which the optical receiving unit is provided closer to the end of the optical fiber than the optical transmitting unit.
[0191]
Thus, in the optical receiving means, for example, there is an effect that the second optical signal can be efficiently received by an optical system as small as possible.
[0192]
An optical transmitting and receiving system according to the present invention includes an optical fiber having a convex end that is axially symmetric with respect to a central axis, an optical transmitting unit that emits a first optical signal and causes the optical fiber to enter the optical fiber from the end, An optical receiving system for receiving a second optical signal from an end of the optical fiber, wherein the optical transmitting and receiving system performs single-core bidirectional communication, wherein An emission position of the first optical signal in the optical transmission means, with respect to a plane perpendicular to a perpendicular line drawn to the central axis of the optical fiber and including the central axis of the optical fiber, It is characterized in that the incident position of the first optical signal is located on the opposite side.
[0193]
Thus, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber.
[0194]
As a result, the reflected return light does not enter the optical receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, the S / N can be improved.
[0195]
In addition, since the end of the optical fiber has a convex shape that is axially symmetric with respect to the central axis of the optical fiber, light of the first optical signal that has entered the optical fiber can be largely refracted at the end. . Therefore, the first optical signal can be efficiently propagated.
[0196]
Furthermore, by separating the first optical signal and the second optical signal in space without using a polarization separation element, it is possible to reduce the cost and size of the optical system. This makes it possible to use a low-cost and easy-to-handle optical system.
[0197]
In the case where the first optical signal and the second optical signal are separated in space, the optical transmitting means can usually be made smaller than the optical receiving means.
[0198]
Therefore, it is possible to increase the size of the light receiving means, and it is possible to improve the receiving efficiency of the light receiving means.
[0199]
The optical transmitting / receiving system of the present invention has a configuration in which the surface of the end of the optical fiber is spherical. Alternatively, the optical transmitting and receiving apparatus of the present invention has a configuration in which the end portion of the optical fiber is a cone or a truncated cone.
[0200]
Thereby, the end of the optical fiber has a convex shape that is axially symmetric with respect to the central axis of the optical fiber. Therefore, light incident on the optical fiber of the first optical signal can be refracted greatly at the end. As a result, the first optical signal can be efficiently propagated.
[0201]
Further, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected away from the central axis of the optical fiber. Therefore, there is an effect that an optical transmission / reception system having a good S / N can be provided.
[0202]
The optical transmission / reception system of the present invention has a configuration in which the core of the optical fiber is made of plastic.
[0203]
Thus, the plastic can be easily processed, so that the shape of the optical fiber can be easily processed. Therefore, there is an effect that it becomes easy to process the surface of the end portion of the optical fiber into, for example, a spherical surface, or to adjust the diameter of the optical fiber.
[0204]
In the optical transmitting and receiving system of the present invention, a part of the first optical signal is an optical signal having the maximum radiation angle in the optical signal emitted from the vicinity of the outer peripheral portion on the surface of the end of the optical fiber in the second optical signal. The configuration has the same optical path as the optical path.
[0205]
Thus, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light can be surely reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber.
[0206]
Therefore, the reflected return light is not incident on the light receiving means, the generation of crosstalk noise can be suppressed, and the S / N can be improved.
[0207]
The optical transmitting and receiving method according to the present invention is characterized in that the first optical signal from the optical transmitting means is made incident on the convex optical fiber whose end is axially symmetric with respect to the central axis from the end, and the end of the optical fiber is An optical transmission / reception method for performing single-core bidirectional communication by receiving a second optical signal from the optical fiber, comprising: a perpendicular line drawn from an emission position of the first optical signal in the optical transmission means to a central axis of the optical fiber. The first light is provided at an end of the optical fiber on the side opposite to the emission position of the first optical signal in the optical transmission means with respect to a plane including the central axis of the optical fiber. This is a configuration in which a signal is incident.
[0208]
According to the above method, even if a part of the first optical signal is reflected as reflected return light at the end of the optical fiber, the reflected return light is reflected in a direction away from the central axis of the optical fiber. Become.
[0209]
Thereby, the reflected return light does not enter the optical receiving means, and the occurrence of crosstalk noise can be suppressed. Thereby, the S / N can be improved.
[0210]
Further, by separating the first optical signal and the second optical signal in space without using a polarization separation element, it is possible to reduce the cost and size of the optical system. This makes it possible to use a low-cost and easy-to-handle optical system.
[0211]
Further, when the first optical signal and the second optical signal are separated in space, the optical transmitting means can usually be made smaller than the optical receiving means. Therefore, it is possible to increase the size of the light receiving means, and it is possible to improve the receiving efficiency of the light receiving means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical transceiver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an optical communication link including the optical transceiver illustrated in FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing FFP when light is excited by a light source having an excitation numerical aperture NA of 0.6 and light is transmitted using the optical fiber shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a configuration in a case where an end face of an optical fiber is spherical and a configuration in a case where it is flat
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an optical transmitting and receiving apparatus when a receiving unit is arranged closer to an optical fiber than a transmitting unit;
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a transmission unit and a reception unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating transmission light and reception light when a transmission unit and a reception unit include a lens and a photodiode.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an optical transmitting and receiving device when a condensing mirror is used for an optical system.
FIG. 9 is a diagram illustrating optical paths of transmission light and reception light in Comparative Example 2.
FIG. 10 is a diagram illustrating optical paths of transmission light and reception light in Comparative Example 3.
FIG. 11 is a diagram illustrating coupling of transmission light incident on an optical fiber.
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between an incident position of transmission light and a position of a photodiode in a transmission unit.
FIG. 13 is a diagram showing emitted light in Comparative Example 1 using an optical fiber having a flat end surface.
FIG. 14 shows the distance D (mm) from the center axis of the optical fiber in the transmitting unit and the receiving distance for each of the case where the end of the optical fiber has a spherical end surface and the case where it has a flat surface. 6 is a graph showing a relationship with a receiving efficiency (%) of a unit.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a conventional optical transmission / reception device.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of another conventional optical transmitting / receiving device.
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of still another conventional optical transmission / reception device.
[Explanation of symbols]
1 Optical transceiver
2 Optical fiber
3 Receiver (optical receiving means)
4 Transmission unit (optical transmission means)
5 Condensing mirror (optical system)
31 lenses
32 Photodiode
41 lens (optical system)
42 Photodiode (light emitting means)
S16 Transmission light (first optical signal)
S15 Received light (second optical signal)
N18 reflected return light
Claims (14)
上記光送信手段は、該光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置と、上記光ファイバにおける上記第1光信号の入射位置とが、反対側に位置するように、上記第1光信号を出射することを特徴とする光送受信装置。An optical transmission means connected to an optical fiber having a convex end that is axially symmetric with respect to a central axis, for emitting a first optical signal and causing the first optical signal to enter the optical fiber from the end, and an end of the optical fiber And an optical receiving unit for receiving a second optical signal from
The optical transmission means is perpendicular to a perpendicular drawn from the emission position of the first optical signal in the optical transmission means to the central axis of the optical fiber, and with respect to a plane including the central axis of the optical fiber, The first optical signal is emitted such that an emission position of the first optical signal in the optical transmission unit and an incident position of the first optical signal in the optical fiber are located on opposite sides. Optical transceiver.
上記光学系は、上記平面に対して、上記光学系からの上記第1光信号の出射位置と上記光ファイバにおける上記第1光信号の入射位置とが反対側に位置するように集光することを特徴とする請求項1に記載の光送受信装置。The light transmitting unit includes a light emitting unit that generates the first optical signal, and an optical system that collects the first optical signal generated by the light emitting unit at an end of the optical fiber,
The optical system converges such that an emission position of the first optical signal from the optical system and an incident position of the first optical signal on the optical fiber are located on opposite sides with respect to the plane. The optical transmitting / receiving device according to claim 1, wherein:
上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置と、上記光ファイバにおける上記第1光信号の入射位置とが、反対側に位置することを特徴とする光送受信システム。An optical fiber having a convex end that is axially symmetric with respect to a central axis, an optical transmitting unit that emits a first optical signal and causes the optical fiber to enter the optical fiber from the end, An optical receiving and receiving system for receiving a second optical signal, the optical transmitting and receiving system for performing single-core bidirectional communication,
The optical transmission means is perpendicular to a perpendicular line drawn from the emission position of the first optical signal to the central axis of the optical fiber, and includes a central axis of the optical fiber. An optical transmitting / receiving system, wherein an emission position of a first optical signal and an incident position of the first optical signal in the optical fiber are located on opposite sides.
上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置から上記光ファイバの中心軸におろした垂線に垂直であり、かつ、上記光ファイバの中心軸を含む平面に対して、上記光送信手段における上記第1光信号の出射位置とは反対側の上記光ファイバの端部に、上記第1光信号を入射させることを特徴とする光送受信方法。The first optical signal from the optical transmission means is made incident on the convex optical fiber whose end is axially symmetric with respect to the central axis from the end, and the second optical signal is received from the end of the optical fiber. By doing, an optical transmission and reception method for performing single-core bidirectional communication,
The optical transmission means is perpendicular to a perpendicular line drawn from the emission position of the first optical signal to the central axis of the optical fiber, and includes a central axis of the optical fiber. An optical transmission / reception method, characterized in that the first optical signal is incident on an end of the optical fiber opposite to the emission position of the first optical signal.
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