JP2004240415A - 光ファイバタップ - Google Patents

Abstract

【課題】低損失・低価格の光ファイバタップを提供する。
【解決手段】光ファイバ内を伝搬する光の一部を分岐する光ファイバタップにおいて、表面に光ファイバ芯線収納溝２−１を設けた略板状のベース２を備え、べースの光ファイバ芯線収納溝に光ファイバ１の被覆を剥離した光ファイバ芯線を挿入し、光ファイバのコア近傍のクラッド部又はコアの一部に横断切削溝３−１を形成し、形成した光ファイバのコア近傍のクラッド部又はコアの一部の溝部に光学的に透明な光路充填物を充填し、光ファイバの伝搬光の一部を切削溝、光路充填物を介して取り出す。
【選択図】図２

Description

この発明は、光ファイバを伝搬する光の一部を分岐させて光量等の検出を行うために用いられる光ファイバタップに関し、特に低損失、低価格を図った光ファイバタップに関する。

従来の光分岐・合流部を持つ光ファイバ（光ファイバタップ）の構成を図１７に示す。
１１０はコア１１１とクラッド１１２からなる、例えば、円形断面の第１光ファイバ（例えば、コア径が１mmのプラスチック光ファイバ）、１１３,１１３’は円周方向に沿って光ファイバ１１０中に形成された夫々両側の壁が光の進行方向と垂直な垂直面１１４、１１４’となった矩形断面の孔、１２０は同じくコア１２１とクラッド１２２からなる、例えば、円形断面の第２光ファイバ、１２３,１２３’は第２光ファイバ１２０の光軸に垂直な端面に形成された楔断面形状の光タップ部である突起部である。第２光ファイバの突起部１２３，１２３’は、これらが第１光ファイバ１１０の穴１１３，１１３’にがたつくことなく所定の関係で嵌まり込むように形成されると共に、こうして嵌まり込んだ時に孔１１３，１１３’と夫々対向して斜面１２４，１２４’が来るように、第２光ファイバ１２０の端面の所定の位置に所定形状で形成される。斜面１２４，１２４’には反射膜を形成して、斜面に達した光を全て反射するようにすることが好適である。

次に機能を説明する。
第１光ファイバ１１０中を図面左側から入射された伝搬光の一部は矩形断面の穴１１３の分岐光の透過する垂直面１１４を介して分岐光を反射する斜面１２４で反射され第２光ファイバ１２０中へ導かれる。光タップ部が２個所ある理由は、第１光ファイバ１１０のどちらの方向から光が来ても、第２光ファイバ１２０へ光の一部を取り出せるためである。また、光タップ部が２個所あれば第２光ファイバ１２０が第１光ファイバ１１０に安定した姿勢で結合された２つの光ファイバ１１０，１２０は、例えば、対応した形状で基板に形成された溝内に安定的に配置されて光伝送路の一部を形成することができる。
上記構成を備えることにより、小型の光分岐・合流素子を光ファイバ中に構成でき、垂直面を通して分岐するので、伝搬する光をあまり乱すことなく分岐できる。（例えば、特許文献１）
特開２０００−１５５２３５号公報（図２（実施例２））

従来の光ファイバタップにおいては第１光ファイバ１１０と第２光ファイバ１２０との接続を行う必要がある。すなわち、（１）第１光ファイバ１１０と第２光ファイバ１２０との調芯を高精密で行う必要があり組立時間がかかり製造コスト高になる、また、（２）第２光ファイバ１２０の端面には第１光ファイバ１１０に形成された矩形形状の穴１１３にがたつくことなく嵌合する楔形状の光タップ突起部１２３,１２３’を設ける必要があるため高精度の加工が必要となる。 本発明は、光ファイバ端面の加工、及び光ファイバの調芯を必要としない低損失、低価格な光ファイバタップを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光ファイバ内を伝搬する光の一部を分岐する光ファイバタップにおいて、表面に溝を設けた略板状のベースを備え、べースの溝に光ファイバの芯線を挿入し、光ファイバのコア近傍のクラッド部又はコアの一部に溝を形成し、形成した光ファイバのコア近傍のクラッド部又はコアの一部の溝部分に光学的に透明で屈折率１よりも高い光路充填物を充填したことを特徴とする。
また、本発明は、光ファイバ内を伝搬する光の一部を分岐する光ファイバタップにおいて、光ファイバの一部に分岐溝を形成し、分岐溝に光学接着剤を充填し、分岐溝の光進行方向の先の傾斜面の傾斜角θ₀を０度＜θ₀＜９０度−sin^-1（ｎ₁／ｎ₃）（ここで、ｎ₁：光ファイバのコアの屈折率、ｎ₃：光学接着剤の屈折率）とすることを特徴とする。

本発明は、ベースに光ファイバを固定し、光ファイバとベースを切削して光ファイバ芯線の切削溝に光路充填物を充填することにより低損失で低価格な光ファイバタップ及び光ファイバタップアレーを提供することができる。また、アレー状に配置された光ファイバとベースを纏めて溝を作る場合においては、１つの工程で作製でき低価格な光ファイバタップを提供することができる。
また、本発明は、コア中を伝搬している光の一部が分岐溝から漏洩して放射光となった場合、分岐溝の光進行方向の先の傾斜面にぶつかり損失となる散乱光や透過光を低減することができる。

図１〜図６を参照して本発明の光ファイバタップの実施例を説明する。
図１は光検出器アレーを備えた光ファイバタップの斜視図、図２は横断切削溝（ダイシング加工溝）を備えた光ファイバタップの斜視図である。
光ファイバアレーは複数の光ファイバ１−１,１−２,・・・から構成され、光ファイバ１は光ファイバ芯線（コア１ａ、クラッド１ｂ）と被覆１ｃからなる。ベース２は、略板状の外形を有し、表面の中央部に所定の長さの被覆を除去した光ファイバ芯線の外径よりやや大きい幅の複数の平行した所要長さの光ファイバ芯線収納溝２−１とこの溝の両端に光ファイバを収納する凹部２−２を形成する。
複数の光ファイバ１−１,１−２,・・・の被覆の一部（光ファイバ芯線収納溝２−１の長さよりやや長い被覆）を除去し、芯線を光ファイバ芯線収納溝２−１に収納し、光ファイバを光ファイバ収納凹部２−２に収納すると共にベースに接着固定される。その後、光ファイバ１−１,１−２,・・・と直角方向からダイシングなどにより切削溝３−１が作製される（図２参照）。溝の深さは、検出したい光量、要求される分岐比、溝の幅や形状にも関係するが光ファイバのコア付近又はコアの一部を切削する程度から光ファイバ全体を切削するまで必要に応じて任意に設定できる。切削する溝３の形状は光ファイバからの一部の光を所定の光検出器アレーに効率的に検出できて容易に加工できる構造であれば良く、断面が楔形（図３ 参照）、三角形（図４ 参照）、四角形（図５ 参照）等の様々な形状が取り得る。切削溝３−１ａ,３−１ｂ,３−１ｃ,・・・には光路充填物５ａ,５ｂ,５ｃ・・・が充填される。光路充填物５は、光ファイバ１のコア１ａから染み出し易くするため及び染み出した光を閉じ込め効果的に光検出器アレー４に伝搬させるため周辺の光ファイバのコアやクラッド、ベースなどの屈折率と同等又は大きい材料が用いられる。より光を閉じ込めるためには、クラッドやベースより大きい方が効果的である。ちなみに石英ファイバのコアやクラッドの屈折率は１．４７程度である。また、光路充填物により切削された光ファイバ芯線部分の強度を高めることができる。
次に光路充填物５を充填した上方に光検出器アレー４を載置して接着材等を用いてベース２に固着する（図１ 参照）。

光ファイバタップの機能を説明する。
光ファイバ１の伝搬光は切削溝３を介して光路充填物５により漏れ波が生じて上方へと信号光の一部を取り出すことができる。取り出した信号光を光検出器アレー４に入射させることで伝搬光のモニタを行う。
図６に示す実施例は、光検出器アレー４と光路充填物５の間に光学フィルタ６を挿入する。ＦＴＴＨ(fiber to the home)等の光通信の伝送路で局側からの光と宅側からの光とそれぞれ異なった波長の光をキャリアとして使っている。ちなみに局側からの光へ、1.5μm帯の波長の光が利用され、宅側からは1.3μm帯の光が利用されている。このような伝送路において前述のように各波長に合わせて光学フィルタ６を挿入すると上りまたは下りの光をモニタすることが可能となる。上記のケースの場合、それぞれのフィルタ(1.3μm,1.5μm)を持った光タップを直列に構成することで光ファイバを伝搬する両方向の光の検出を容易とする。同一方向において波長多重化された伝送路でも同様に可能となる。

光ファイバの切削溝における出射光について説明する。
図３〜図６に記載のコア１ａから漏れた光、すなわち光路充填物５に入射された光は、図７に示すように漏れた光の進行方向に対応する面にぶつかり、一部は反射し、一部はクラッド１ｂの中に透過して透過光となる。また、反射光のうち、一部は上面から出射し、一部は面の凹凸により乱反射して散乱する。反射光の内の散乱光と透過光は、損失となる。
図８に示すように平坦部１３ａから出射した出射光は、凹部１３に充填された光学接着剤５の屈折率ｎ₃とコアの屈折率ｎ₁で決まる放射角で出射する。凹部１３の斜面１３ｂは、出射光の放射角より小さい角度に設定してある。
したがって、放射光（出射光）の進行方向に対応する斜面１３ｂの角度を、光ファイバにおける全反射条件である臨界角θ_Cでコア中を伝播している光の一部が漏洩し、放射光となった場合の放射角より実質的に小さくすれば図７で示した透過光や散乱光は生じることはないため損失を低減することができ、低損失の光ファイバタップを提供できる。
また、出射光の先には、光検出のための光検出器１２が配置されている。

図９、図１０を参照して具体的に説明する。
図９は、凹部１３をコア部１ａ境界までダイシング等により切削したケースを示し、図１０は、コア部１ａ近傍まで切削したケースを示す。
先ず図９において放射角θ₃を求める。
（１）光ファイバは、シングルモードファイバを使用し、（２）光ファイバのコア１ａの屈折率ｎ₁＝1.4681、クラッド１ｂの屈折率ｎ₂＝1.4628、（３）光学接着剤５の屈折率ｎ₃＝1.56とすると、光ファイバの臨界角θ_Cは、
θ_C＝sin^-1(ｎ₂／ｎ₁)で表される。
上式より臨界角θ_C≒８５．１°となる。
スネルの法則によりθ₂＝sin^-1((ｎ₁／ｎ₃)・sinθ₁)
ここでθ₁＝θ_Cとすると、θ₂＝69.7°となり、放射角θ₃は、90°−θ₂より20.3°となる。
一方、図１０のケースでは、上記同様、スネルの法則を使って解くと先ずθ₅＝89.4°、θ₆＝69.7°となり、放射角θ₇は20.3°となる。従ってこの２つのケースの場合、凹部１３の斜面１３ｂの角度θ₄，θ₈は、20.3°以下に設定される。

次に図１１〜図１３を参照して本発明の光ファイバタップを用いた漏れ光の検出手段に実施例を説明する。
図１１は、出射光（漏れ光）１４を斜めの端面をもつ光ガイド２１で受光器まで導く方法を示す。
ここで光ガイド２１の端面の傾きθ_aは、最適には光ガイド２１へ入射する光が水平となるように設定される。また光ガイド２１の端面には、必要に応じて反射防止膜２２が施される。光ガイド２１の後段にレンズを設けた光検出器への光を集光することも容易に可能である。また光ガイド２１に集光用の柱状レンズを用いてもよい。
図１２は、レンズ２３を用い光検出器２４への光を集光するようにした実施例である。このレンズ２３は、図１に示すようなアレー化された構成では、アレー状のレンズ又はチャンネルをまたぐ方向に長くしたレンズを用いることができる。また図においては、レンズ２３はかまぼこ型のレンズを示してあるが、球レンズ、円柱状のレンズ、レンズ２３を反対向きにするなど特に制約は無くとにかく光検出器への光を有効受光面内に集光できれば良い。

図１３は、出射光１４の延長上に反射板２５が設置されている。反射膜２６で反射された光は光検出器２４に到達する。ここで出射光１４は、凹部１３のコア部から長さＬ₁に渡って放射される。出射光１４は、（ｂ）に示すよう光ファイバの光軸方向に長楕円形状のビームが放射される。図１３の実施例では、Ｌ₁の幅を持つビームをＬ₂に変換することにある。今、出射光１４の角度θ₁₀（図９のθ₃，図１０のθ₇に相当）を20.3°とすると反射膜２６により真上に反射するための反射板２５の端面の傾きθ₂₀は、約55.2°となる。ここで、Ｌ₁とＬ₂は、Ｌ₁／Ｌ₂＝sinθ₁₀の関係があるので、Ｌ₁を300μmとするとＬ₂は、104μmとなりビームの径を約１／2.9小さくできる。この図では、反射光を直接光検出器２４に入射しているが光検出器２４との間にレンズを用い拡がったビームを光検出器に集光することができる。

図１４に示す実施例は、切削した溝３に光検出器アレー４の受光部を挿入した例であり、光ファイバ１からの漏れ光をできるだけ低損失で検出しようとする構成を示す。この場合も光検出器アレー４と光ファイバ１との間には通常光路充填物５が充填される。この場合も光検出器アレー４の受光面の前面に前記光学フィルタを配置しフィルタ効果を持たせることも可能である。
図１５に示す実施例は、多数配置した光ファイバ間をアイソレーションするために光ファイバ間に光遮蔽板９をベース２に設けた光遮蔽板用溝２−３に嵌合させて配置した構造を示す。図１５では、光遮蔽板９は単独部品として構成したが光検出器アレー４に一体化してもよい。要は、光ファイバ隣同士のアイソレーションを取るための構造であれば特に方式はこだわらない。

図１６は、光ファイバ１ごとに円筒状の溝を切削して部分切削溝３−１を形成し光ファイバ１からの光を漏洩させその光を検出しようとするものでこの場合ベース２を不透明とすることでファイバ間のアイソレーションを取ることができる。この場合の部分切削溝３−１には、前述のように光路充填物、光学フィルタ、光検出器アレーなどと組み合わせて同様の光タップモジュールを構成できる。実施例の部分切削溝３−１は、円形であるが楕円や四角などの形状とすることもでき、隣同士の溝が繋がっていなければよい。
どの実施例でも同じであるが光ファイバとベースとの膨張係数を合わせることで温度に対する特性劣化や剥離などの不具合を未然に防ぐことができる。

本発明の光検出器アレーを備えた光ファイバタップの構成例を示す斜視図。 本発明の横断切削溝を備えた光ファイバタップの構成例を示す斜視図。 本発明の楔形切削溝を備えた光ファイバタップの構成例を示す断面図。 本発明の三角形切削溝を備えた光ファイバタップの構成例を示す断面図。 本発明の四角形切削溝を備えた光ファイバタップの構成例を示す断面図。 本発明の光学フィルタを備えた光ファイバタップの構成例を示す断面図。 光ファイバの切削溝における反射光、散乱光、透過光の説明図。 光ファイバの切削溝における出射光の説明図。 光ファイバの切削溝における出射光（コア境界まで切削したケース）の説明図。 光ファイバの切削溝における出射光（コア近傍まで切削したケース）の説明図。 光ファイバの切削溝からの出射光を光ガイドを用いて光検出器に導くケースの説明図。 光ファイバの切削溝からの出射光をレンズを用いて光検出器に導くケースの説明図。 光ファイバの切削溝からの出射光を反射板を用いて光検出器に導くケースの説明図。 本発明の光検出器アレーの受光部を切削溝に挿入した光ファイバタップの構成例を示す断面図。 本発明の光遮蔽板を備えた光ファイバタップの構成例を示す斜視図。 本発明の部分切削溝を備えた光ファイバタップの構成例を示す斜視図。 従来の光分岐・合流部を持つ光ファイバ（光ファイバタップ）の構成を示す断面図。

符号の説明

１−１,１−２・・・光ファイバ
２・・・ベース
３・・・切削溝
４・・・光検出器アレー
５・・・光路充填物（光学接着剤）
６・・・光学フィルタ
１３・・・凹部
２１・・・光ガイド
２２・・・反射防止膜
２３・・・レンズ
２４・・・光検出器
２５・・・反射板
２６・・・反射膜

Claims (4)

1. 光ファイバ内を伝搬する光の一部を分岐する光ファイバタップにおいて、
   表面に溝を設けた略板状のベースを備え、
   べースの溝に光ファイバ芯線を挿入し、光ファイバのコア近傍のクラッド部又はコアの一部に溝を形成し、
   形成した光ファイバのコア近傍のクラッド部又はコアの一部の溝部分に光学的に透明で屈折率１よりも高い光路充填物を充填したことを特徴とする光ファイバタップ。
2. 光ファイバ内を伝搬する光の一部を分岐する光ファイバタップにおいて、
   光ファイバの一部に形成された分岐溝を有し、
   前記分岐溝上に光学接着剤を充填し、
   前記分岐溝の光進行方向の先の傾斜面の傾斜角θ₀を
   ０度＜θ₀＜９０度−sin^-1（ｎ₁／ｎ₃）
   （ここで、ｎ₁：光ファイバのコアの屈折率、ｎ₃：光学接着剤の屈折率）
   としたことを特徴とする光ファイバタップ。
3. 請求項１又は２に記載の光ファイバタップにおいて、
   前記光路充填物上に光検出器を載置し、
   前記光路充填物と前記光検出器との間には光学フィルタを介在させることを特徴とする光ファイバタップ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の光ファイバタップにおいて、
   複数の光ファイバを備え、
   複数の光ファイバ間に光ファイバに沿って光遮蔽板を配置し、光ファイバ間の光信号の混線を防止することを特徴とする光ファイバタップ。
   

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