JP2004191770A - 対向光学系を備えた光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】一対のファイバコリメータを対向配置させた光モジュールを用いずに、光伝送路の一部を光ファイバ外に形成することができるようにした光モジュールを提供する。
【解決手段】第１の光ファイバ１を備えた第１の光部品１１と、第２の光ファイバ２を備えた第２の光部品１２が対向配置された対向光学系を備え、第１の光ファイバ１で伝送された伝送光が第１の光部品１１から出射され、第２の光部品１２に入射された後、第２の光ファイバ２で伝送されるように構成されており、第１の光部品１１から出射される伝送光４が集束光であることを特徴とする光モジュール１０。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向光学系を備えた光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた光通信が幹線系からメトロ系に移行するにあたり、通信コストを大幅に下げないと光通信の普及拡大が難しいと言われている。これに伴って、光通信システムのコストの低減が求められており、光通信システムの構築に用いられる光部品や光モジュールのコストを、いかにして低減させるかが課題となっている。
【０００３】
ところで、光通信システムを構築する際には、光アイソレータや光フィルタなど、光ファイバとは別体の光部品を光ファイバからなる光伝送路の途中に挿入するために、光伝送路の一部において、伝送光が光ファイバ外の空間を通るように構成することが必要となる場合がある。
このような場合、従来は、例えば図２に示すように、光ファイバ３１からなる伝送路の途中に一対のファイバコリメータ３２，３２を対向配置させた対向光学系を設けて、それらの間の空間に平行光の光路３３を形成し、該平行光の光路３３上にアイソレータバルクやフィルタエレメント等の光部品３４を挿入することが行われていた。具体的には、筐体３５の両端面に、互いに対向する一対のファイバコリメータ３２，３２がそれぞれ固定されており、該筐体３５内にアイソレータバルクやフィルタエレメント等の光部品３４が設けられた光モジュール３０が用いられていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１７８９７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光モジュール３０は構成部品が高価であること、組立てに高精度が要求されること、したがって歩留まりが低くなりがちで製造コストも高くなること、などの問題があった。
特にファイバコリメータ３２は、内部に光ファイバ３１の端部が固定されたフェルール３２ａと非球面レンズ３２ｂとから構成されているが、このようなファイバコリメータ３２は光モジュール３０の構成部品の中でもコスト比率が高いものであった。
【０００６】
本発明は前記事情を鑑みてなされたもので、一対のファイバコリメータを対向配置させた構成の光モジュールを用いずに、光伝送路の一部において、伝送光が光ファイバ間の空間を伝送されるように構成した光モジュール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】
前記課題を解決するために、本発明の光モジュールは、第１の光ファイバを備えた第１の光部品と、第２の光ファイバを備えた第２の光部品が対向配置された対向光学系を備えてなり、前記第１の光ファイバで伝送された伝送光が前記第１の光部品から出射された後、前記第２の光部品に入射され、前記第２の光ファイバで伝送されるように構成された光モジュールであって、前記第１の光部品から出射される伝送光が集束光であることを特徴とする。
本発明の光モジュールは、光部品を挿入するために光ファイバ外を伝送させる伝送光を、平行光で形成するという従来の技術思想から脱却し、該伝送光を集束光で形成したものである。
本発明の光モジュールによれば、一対のファイバコリメータが対向配置された対向光学系を用いずに、光ファイバ間の空間を通る光路を形成することができる。本発明の光モジュールにおける対向光学系の間に形成された集束光の光路上には、アイソレータバルクやフィルタエレメント等の光部品を挿入することが可能である。
【０００８】
本発明に係る対向光学系の間に形成される集束光の光路上に光部品を挿入するには、前記第１の光部品の出射面から前記第２の光部品の入射面までの距離Ｌを２〜１０ｍｍとすることが好ましい。
前記第１の光部品と前記第２の光部品との距離Ｌが上記の範囲であるとき、前記第１の光部品の出射面におけるビーム径をＤ１、前記第２の光部品の入射面におけるビーム径をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２の値が５〜６０であることが好ましい。
前記第１の光部品は、好ましくは前記第１の光ファイバと集光レンズを備えてなり、前記第２の光部品は、好ましくはＭＦＤ拡大光ファイバを備えてなる。ＭＦＤとはモードフィールド径の略語である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の光モジュールの一実施形態を示した概略構成図である。
本実施形態の光モジュール１０は、筐体３の両端面に、第１の光ファイバ１を備えた第１の光部品１１と、第２の光ファイバ２を備えた第２の光部品１２がそれぞれ固定されて概略構成されている。第１の光部品１１と第２の光部品１２は光学的に結合するように対向配置されて対向光学系を構成している。
光モジュール１０は、光ファイバからなる光伝送路の途中に設けられている。第１の光ファイバ１および第２の光ファイバ２は、それぞれ光伝送路を構成している伝送用光ファイバの一部であってもよい。または第１の光ファイバ１および／または第２の光ファイバ２が伝送用光ファイバとは別体であり、伝送用光ファイバと光学的に接続されていてもよい。
本実施形態において、光伝送の方向は第１の光ファイバ１から第２の光ファイバ２へ向かう方向であり、例えば第１の光ファイバ１が光源側で第２の光ファイバ２が受光器側となっている。したがって、光モジュール１０においては、第１の光ファイバ１で伝送された伝送光が第１の光部品１１から出射され、次いで第２の光部品１２に入射された後、第２の光ファイバ２で伝送されるように構成されている。
【００１０】
第１の光部品１１の出射面１１ｃから第２の光部品１２の入射面１２ｃまでの距離Ｌは、これらの間に挿入される光部品（図示せず）の大きさに応じて設定することができる。
距離Ｌが小さすぎると光部品の挿入が困難となり、大きすぎると挿入損失（結合損失）の温度特性が悪化する。
一般に、アイソレータバルクやフィルタエレメント等の光部品の大きさ（光の進行方向における長さ）は１〜９ｍｍ程度であるので、第１の光部品１１と第２の光部品１２との距離Ｌは好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内とされる。
【００１１】
第１の光部品１１は、第１の光ファイバ１で伝送されてきた光を集束光として出射するものであり、本実施形態では、内部に第１の光ファイバ１の端部が固定されたフェルール１１ａと集光レンズ１１ｂからなっている。そして、第１の光部品１１の内部における、第１の光ファイバ１の端面と集光レンズ１１ｂとの距離を、集光レンズ１１ｂの焦点距離よりも長くすることによって、集光レンズ１１ｂから出射される光、すなわち第１の光部品１１の出射面１１ｃから出射される伝送光４が集束光となるように構成されている。
本実施形態では、伝送用光ファイバの端部が第１の光ファイバ１として用いられ、フェルール１１ａ内に固定されている。伝送用光ファイバとしては、一般的に、ファイバ径１２５μｍ、ＭＦＤ１０μｍのシングルモード光ファイバが用いられる。
集光レンズ１１ｂとしては、非球面レンズ、球レンズ等を用いることができる。好ましくは非球面レンズが用いられる。
集光レンズ１１ｂの好ましい焦点距離は、上記距離Ｌが上記の範囲である場合、０．５〜５ｍｍ程度である。集光レンズ１１ｂの焦点距離が小さすぎると、第１の光部品１１と第２の光部品１２との間で所望の光部品を挿入ために必要な距離（必要対向距離）を確保することができず、集光レンズ１１ｂの焦点距離が大きすぎると挿入損失（結合損失）の温度特性が悪化する。
【００１２】
第２の光部品１２は、伝送用光ファイバと光学的に接続可能であることが必要であるほか、第１の光部品１１から出射された伝送光４が入射される入射面１２ｃにおけるＭＦＤが大きいことが好ましい。本実施形態における第２の光部品１２は、第２の光ファイバ２として、入射面１２ｃ側の端部においてＭＦＤが選択的に拡大されているＭＦＤ拡大光ファイバを用い、該ＭＦＤ拡大光ファイバ２をジャケット１２ａ内に固定して構成されている。
【００１３】
ＭＦＤ拡大光ファイバとしては、例えば、光ファイバの一部においてＭＦＤが伝送用光ファイバのＭＦＤよりも大きく、他部は伝送用光ファイバと同じ光学的パラメータを有する光ファイバを好適に用いることができる。具体的には、伝送用光ファイバと同じ光学的パラメータを有する光ファイバの一部を加熱して屈折率制御用ドーパントを拡散させることによってＭＦＤを拡大させたＴＥＣ（Thermally Expanded Core）ファイバ；伝送用光ファイバと同じ光学的パラメータを有する光ファイバの一部を加熱延伸またはエッチングしてコアを細径化することによってＭＦＤを拡大させたｄｏｗｎテーパ形ＭＦＤ拡大ファイバ；伝送用光ファイバよりもコア径およびファイバ径が大きいプリフォームまたは大口径ファイバの一部を残して、伝送用光ファイバと同じ光学的パラメータとなるように線引きし、残した一部をＭＦＤ拡大部としたｕｐテーパ形ＭＦＤ拡大ファイバ；伝送用光ファイバと同じ光学的パラメータを有する光ファイバの端面に、入射光のビーム径を縮小する集光機能を有するロッドレンズを取付けたロッドレンズ付き光ファイバ；伝送用光ファイバと同じ光学的パラメータを有する光ファイバの端面に、入射光のビーム径を縮小する集光機能を有するマルチモード光ファイバを取付けたＧＩＦ（Graded-Index Optical Fiber）接続光ファイバ等を用いることができる。
【００１４】
第２の光部品１２の入射面１２ｃにおけるＭＦＤは、大きいほど第１の光部品１１から出射された伝送光４を低損失で第２の光部品１２に入射させ易くなるが、第２の光部品１２のコストも高くなる。したがって、第２の光部品１２の入射面１２ｃにおけるＭＦＤは２０〜５０μｍ程度が好ましく、より好ましい範囲は３０〜４０μｍである。
また第２の光部品１２の入射面１２ｃは無反射となるように構成されていることが好ましく、例えば無反射層が設けられている。
【００１５】
本実施形態において、第１の光部品１１から出射される伝送光４は集束光であり、第１の光部品１１の出射面１１ｃにおけるビーム径をＤ１、第２の光部品１２の入射面１２ｃにおけるビーム径をＤ２とすると、Ｄ２はＤ１より小さくなっている。
出射面１１ｃでのビーム径Ｄ１は、第１の光部品１１の内部における、第１の光ファイバ１の端面と集光レンズ１１ｂとの距離によって変わる。また第１の光部品１１と第２の光部品１２との距離Ｌが一定であるとき、第２の光部品１２の入射面１２ｃにおけるビーム径Ｄ２は、出射面１１ｃでのビーム径Ｄ１および第１の光部品１１を構成している集光レンズ１１ｂの焦点距離によって変わる。入射面１２ｃでのビーム径Ｄ２は、該入射面１２ｃにおけるＭＦＤ以下であることが好ましく、該ＭＦＤと等しいことがより好ましい。
出射面１１ｃと入射面１２ｃのビーム径の比Ｄ１／Ｄ２の値は、大きすぎると光学結合しにくくなり、小さすぎると第２の光部品のコストが高くなるので、該Ｄ１／Ｄ２の値は５〜６０の範囲内であることが好ましく、より好ましくは１０〜５０である。
【００１６】
本実施形態によれば、第１の光部品１１から出射される伝送光４が集束光であるので、第２の光部品１２にファイバコリメータ３２を用いなくても、第１の光部品１１と第２の光部品１２との間の空間に光路を形成することができる。かかる第１の光部品１１と第２の光部品１２との間の光路上には光部品を挿入することができる。
本実施形態において、第１の光部品１１は、従来の光モジュール３０に用いられていたファイバコリメータ３２と同じ構成部品で構成されるが、これと対向する第２の光部品１２がファイバコリメータ３２でなく、ＭＦＤ拡大光ファイバ（第２の光ファイバ２）とジャケット１２ａからなっているので、高価であるファイバコリメータ３２の使用箇所を減らすことができる。また、ＭＦＤ拡大光ファイバとジャケット１２ａからなる第２の光部品１２は、従来の光モジュール３０に用いられていたファイバコリメータ３２に比べて、部品点数が少なく、部品の価格も安価であるので、製造コストがかなり低く、したがって光モジュール１０の製造コストを大幅に低減させることができる。
【００１７】
また本実施形態の光モジュール１０にあっては、第１の光部品１１から出射される伝送光４が集束光であるので、第１の光部品１１と第２の光部品１２からなる対向光学系の間における伝送光４のビーム径を、従来の、対向光学系の間に平行光からなる光路３３が形成される光モジュール３０に比べて細くすることができる。これにより、本実施形態に係る伝送光４においては、光軸に対して垂直な断面方向における光の分布（光強度の分布）を小さくすることができるので、例えばこの伝送光４の光路に、フィルタエレメントなど断面方向における光の分布によって光学的特性に影響を生じ易い光部品が挿入される場合には、光モジュール１０としての光学的特性を向上させることができる。
【００１８】
また、第２の光ファイバ２としてＭＦＤ拡大光ファイバが用いられているので、第１の光部品１１から出射された伝送光４を、レンズ等の集光手段を用いなくても、容易にかつ低損失で第２の光ファイバ２に直接結合させることができる。
また、本実施形態の光モジュール１０は第２の光部品１２の入射面１２ｃにおけるＭＦＤが大きいので、従来の光モジュール３０に比べて、第１の光部品１１における光軸と第２の光部品１２における光軸とのなす角度の許容範囲が大きい。したがって、光モジュール１０の光学的特性がより安定化するとともに、光モジュール１０を製造する際に要求される組立精度が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す構成の光モジュール１０を作製した。
第１の光部品１１は、第１の光ファイバ１として、ファイバ径１２５μｍ、ＭＦＤ１０μｍのシングルモード光ファイバを用い、この第１の光ファイバ１を保持したフェルール１１ａの先端に焦点距離１．８ｍｍの非球面レンズ１１ｂ（レンズの厚み約２ｍｍ）を取り付けた。非球面レンズ１１ｂの主平面と第１の光ファイバ１の端面との距離は２．４ｍｍとした。
第２の光部品１２は、第２の光ファイバ２としてＴＥＣファイバを用い、該ＴＥＣファイバをジャケット１２ａ内に、先端面が面一となるように固定した。ＴＥＣファイバは、ファイバ径１２５μｍ、ＭＦＤ１０μｍのシングルモード光ファイバの、一方の端部の長さ約２〜５ｍｍにわたる部分において、ＭＦＤが先端に向かって漸次拡大されており、先端面におけるＭＦＤが３０μｍに形成されているものを用いた。また先端面には無反射層を形成した。
第１の光部品１１と第２の光部品１２とを、両者の光軸方向が一致するように対向させて筐体３に固定して光モジュール１０を作製した。第１の光部品１１の出射面１１ｃと第２の光部品１２の入射面１２ｃとの距離Ｌは６．２ｍｍに設定した。
【００２０】
（試験例１）
実施例１で得られた光モジュール１０の第１の光ファイバ１を光源に接続し、第２の光ファイバ２をパワーメータに接続して光伝送を行い、波長１．５５μｍにおける結合損失を測定した。光伝送を行ったとき、第１の光部品１１の出射面１１ｃにおけるビーム径Ｄ１は約４８０μｍで、第２の光部品１２の入射面１２ｃにおけるビーム径Ｄ２は３０μｍであった。
結合損失の測定は、同様にして作製した８個の光モジュール１０について、それぞれ同様にして行った。
その結果、８個の光モジュール１０における結合損失の最大値は０．１４５ｄＢ、最小値は０．１０５ｄＢ、平均値は約０．１２８ｄＢであった。
【００２１】
（比較例１）
図２に示す構成を有し、光部品３４が挿入されていない状態の光モジュール３０を作製した。
ファイバコリメータ３２は、実施例１における第１の光部品１１と同様の光ファイバ、フェルール、および非球面レンズを用いて構成した。ただし、非球面レンズから平行光を出射させるために、非球面レンズと光ファイバの端面との距離を１．８ｍｍとした。
２つのファイバコリメータ３２，３２を、両者の光軸方向が一致するように対向させて筐体３５に固定して光モジュール３０を作製した。ファイバコリメータ３２，３２間の距離は６．２ｍｍに設定した。
【００２２】
（比較試験例１）
比較例１で得られた光モジュール３０の、一方のファイバコリメータ３２の光ファイバ３１を光源に接続し、他方のファイバコリメータ３２の光ファイバ３１をパワーメータに接続して光伝送を行い、波長１．５５μｍにおける結合損失を測定した。２つのファイバコリメータ３２，３２の間における平行光のビーム径は３５０μｍであった。
結合損失の測定は、同様にして作製した８個の光モジュール３０について、それぞれ同様にして行った。
その結果、８個の光モジュール３０における結合損失の最大値は０．２５ｄＢ、最小値は０．１５ｄＢ、平均値は約０．１０ｄＢであった。
【００２３】
試験例１および比較試験例１の結果より、実施例１で作製した光モジュール１０は、比較例１の光モジュール３０と比べて、結合損失において遜色がなく、良好な伝送特性を有することが認められた。
また、比較例１で用いたファイバコリメータ３２に比べて、実施例１で用いた第２の光部品（ＴＥＣファイバ２およびジャケット１２ａ）は製造コストが約１／５程度であり、大幅なコストダウンを実現できた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光モジュールによれば、一対のファイバコリメータが対向配置された対向光学系を用いずに、光伝送路の一部を光ファイバ外に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光モジュールの一実施形態を示した概略構成図である。
【図２】従来の光モジュールの一例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１…第１の光ファイバ、
２…第２の光ファイバ（ＭＦＤ拡大光ファイバ、ＴＥＣファイバ）、
１０…光モジュール、
１１…第１の光部品、
１１ｃ…出射面
１２…第２の光部品、
１２ｃ…入射面。

Claims (4)

1. 第１の光ファイバを備えた第１の光部品と、第２の光ファイバを備えた第２の光部品が対向配置された対向光学系を備えてなり、
   前記第１の光ファイバで伝送された伝送光が前記第１の光部品から出射された後、前記第２の光部品に入射され、前記第２の光ファイバで伝送されるように構成された光モジュールであって、
   前記第１の光部品から出射される伝送光が集束光であることを特徴とする光モジュール。
2. 前記第１の光部品の出射面から前記第２の光部品の入射面までの距離が２〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記第１の光部品の出射面におけるビーム径をＤ１、前記第２の光部品の入射面におけるビーム径をＤ２とするとき、Ｄ１／Ｄ２の値が５〜６０であることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記第１の光部品が、前記第１の光ファイバと集光レンズとを備えてなり、前記第２の光部品がＭＦＤ拡大光ファイバを備えてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光モジュール。

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