JP2007206584A - 一方向性光パワーモニター - Google Patents

Abstract

【課題】 ３０ｄＢ以上の方向性特性を有する小型で高性能な一方向性光パワーモニター
を提供する。
【解決手段】 ＧＲＩＮレンズと光ダイオードを挿入装着する穴の中心軸がずれたスリー
ブを用い、スリーブ全体もしくは内周面を黒色で不透光な材料で構成し、スリーブ内の中
間壁の位置を０．５５Ｌ以上０．８Ｌ以下、中間壁の角度を４５度以上１３５度以下、中
間壁と内周壁の壁面の光反射率を１０％以下、表面粗さ２ｎｍ以下、うねりは使用波長の
１／２以下とする。

【選択図】 図１

Description

本発明は、主に光通信分野において用いられる光パワーモニターに係るものである。

近年、情報通信における技術革新は目覚しく、インターネットの普及による通信速度の
高速化の要求および情報量の増加に対応するため、電気信号による通信から光信号による
通信へと移行しつつある。多くの基幹となるケーブルは、様々な中継点から情報が集まっ
てくるため、光ケーブルへと置き換わりつつあり処理速度が格段に向上してきた。今後は
、そうした光ケーブルとユーザー端末との間の通信が見直されるようになり、より安くよ
り快適な情報通信環境の整備への要求は、ますます厳しくなってきている。

光通信網が徐々に整備されてくると、情報の授受が高速に行なわれるようになり、また
それに伴って新たな用途も拡大していくため、さらに光通信網を行き交う情報量は増加す
ることになる。光ファイバーの処理できる情報量を上げるためには、単位時間あたりの信
号量を増大させるために、高周波の信号を使用することや、波長多重方式と呼ばれる、異
なる情報を持つ多数の波長の信号を単一な光ファイバー中で同時に送信するという技術が
用いられている。また、緻密で信頼性の高い通信網を形成するには、多方向、多経路への
接続を確保する必要があり、保守用途の観点からも複数の光ファイバーの利用は必須とな
っている。

多数の信号を光ファイバーで伝送するような光通信回路を形成する際には、波長多重し
た光信号を各波長に分波したり、逆にそれぞれの波長の光信号を合波したり、更には、光
信号の分岐や挿入を行なうと言ったＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔ
ｉｐｌｅｘ（以下、ＷＤＭと略す）システムが必要になる。情報量が増加すると共に、扱
われる情報の重要性も高くなる。光信号が欠落した場合には、どの光信号がどこで欠落し
たのかを迅速に把握する必要があり、光信号の接続の可否だけでなく、場合によっては信
号強度を確認することも必要となる。また、伝送距離が長くなると、光ファイバー中を伝
播するだけでも光信号強度が減衰してしまうため、光信号を増幅するためのＥｒｂｉｕｍ
Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（以下、ＥＤＦＡと略す）という装置も
必要になる。ＥＤＦＡでは、増幅の割合を判断することを目的として外部から入力した光
信号における強度や、増幅した後外部に出射する光信号の強度を正確に把握することが必
要になり、信頼性の高い光通信システムを構築するためには、こうした細かいモニタリン
グ機能が不可欠となってきている。

ＷＤＭシステムにおいては、光信号の入射と出射の方向が決まっており、光信号をモニ
タリングする場合には、その方向性は特に必要とされなかった。一方、ＥＤＦＡにおいて
は、ポンプレーザーを入射して、特殊ファイバー内を伝播させることによって光信号を増
幅するという構造上、増幅した光信号が逆流することがあり、光信号の増幅量を正確に判
断するためには、入射側ファイバーからの光信号のみを検知し、出射側ファイバーからの
戻り光は検知しないという機能が必須となっている。

発明者らは、単一方向性を有した光パワーモニターを考案出願しており、特許文献１で
公開されている。図８に、一方向性光パワーモニターの断面構造を示す。小さな間隔で平
行に並べられた光ファイバーＡ３と光ファイバーＢ４がガラスフェルール２’に固着され
たピッグテールファイバー２と、光ファイバーＡ３と光ファイバーＢ４からの入射光を一
定の割合で反射と透過させるタップ膜８を有するＧＲＩＮレンズ７は、所定の間隙５を持
って円筒状チューブに挿入され、樹脂で固着されている。ＧＲＩＮレンズ７とタップ膜を
透過した光を受けるレンズ付きフォトダイオード１０は、円柱状の外形を有するスリーブ
９の孔に挿入され、樹脂で固着されている。円柱状の外形を有するスリーブ９の一方の端
面にはＧＲＩＮレンズを挿入する第一の円孔２１、他方の端面にはレンズ付き光ダイオー
ド１０を挿入する第二の円孔２２が設けられている。第一の円孔２１と第二の円孔２２の
中心軸は、スリーブ９の中心軸と平行でずれて設けられており、第一の円孔２１と第二の
円孔２２はスリーブ９の略中間位置で接続され、通孔２７と中間壁２６を形成している。
光ファイバーＡ３から入射した光（実線の矢印で図示している）で、ＧＲＩＮレンズのタ
ップ膜で反射した光は光ファイバーＢ４に入り、透過した光はレンズ付き光ダイオード１
０に入り電流に変換され、電極ピン１１から電気信号として取り出される。光ファイバー
Ｂ４から入射した光（破線の矢印で図示している）で、ＧＲＩＮレンズのタップ膜で反射
した光は光ファイバーＡ３に入り、透過した光は中間壁２６と第一の円孔２１の壁面２５
で反射と減衰を繰返し、レンズ付き光ダイオードには光の入射はない。光ファイバーＡ３
から入射しタップ膜を透過した光は、通孔２７を通りレンズ付き光ダイオード１０に達す
るが、光ファイバーＡ３から入射しタップ膜を透過した光は、レンズ付き光ダイオード１
０に達しないと言う方向性を持たせることができる。

ここで、ＧＲＩＮレンズの働きについて簡単に述べる。ピッグテールファイバー２の光
ファイバーＡ３から入射した光信号は、光ファイバーＡの端面から間隙５の空間に放射さ
れビーム径が広がりながらＧＲＩＮレンズ７に入る。ＧＲＩＮレンズ内で光の進行方向を
変化させ略平行光にする。タップ膜８に到達した略平行光は、一定の割合で反射と透過を
行なう。反射した光は、再びＧＲＩＮレンズ内を通過し、更にビーム径が絞られながら進
行し、間隙５の空間に放射される。放射された光は、光ファイバーＢの端面で焦点を結び
光ファイバーＡから入射した光が光ファイバーＢに接続される。

国際公開番号 ＷＯ ２００５／１２４４１５ Ａ１ 図１

特許文献１には、方向性特性で２５ｄＢ以上を得ることができると記載されている。方
向性特性とは、光ファイバーＡから光を入れた時の光ダイオードの受光感度Ａ（ｍＡ／Ｗ
）と、光ファイバーＢから光を入れた時の光ダイオードの受光感度Ｂ（ｍＡ／Ｗ）の比で
あり、方向性特性＝１０ｌｏｇ（受光感度Ａ／受光感度Ｂ）（ｄＢ）で計算される。

現行のＥＤＦＡは、光信号を１５から２０ｄＢ程度増幅するもので、方向性特性が２５
（ｄＢ）以上ある一方向性パワーモニターであれば、十分使用する事ができた。しかし、
情報量の増加により波長多重した光信号の分波や合波、分岐や挿入が増えて来るため、３
０ｄＢ以上の方向性特性が求められるようになってきた。

本特許の目的は、光ファイバーＡから入りタップ膜を透過した光をフォトダイオードで
検知し、光ファイバーＢから入りタップ膜を透過した光がフォトダイオードに入ることを
妨げる光パワーモニターであり、光ファイバーＢから入射しタップ膜を透過した光を、中
間壁と内周壁の壁面で反射と減衰を繰り返させることで、３０ｄＢ以上の方向性特性を有
する小型で高性能な一方向性光パワーモニターを提供することである。

本発明の一方向性光パワーモニターは、小さな間隔で平行に並べられた２本の光ファイ
バーＡ，Ｂを持ち、それら光ファイバーの開口を１つの端面上で端面中心の周りに持つピ
ッグテールファイバーと、互いに対向している２つの端面を持ち、それらのうち一方の端
面はピッグテールファイバーの前記１つの端面と対向していて、他の端面はその上にタッ
プ膜を有する円柱状ＧＲＩＮレンズと、所定の間隙を持って円筒状チューブに挿入固着さ
れている。ＧＲＩＮレンズと光ダイオードを接続するスリーブは、第一の端と第二の端と
を持つ。第一の端から、第一の端と第二の端との間の略中間位置まで開けられている第一
の円孔と、第二の端から前記中間位置まで開けられていて、第一の円孔の中心軸から偏芯
している中心軸を持つ第二の円孔とを有する。第一の円孔は略中間位置で第二の円孔と接
続する通孔と中間壁とを持つ。スリーブの第二の端において第二の円孔内に通孔に向かっ
て設けられているレンズを前面に持つ光ダイオードを設ける。光ファイバーＡから入力さ
れタップ膜を透過した光信号は第一の円孔と第二の円孔とを通って光ダイオードに達し電
気信号を発する。光ファイバーＢから入力されタップ膜を透過した光信号はスリーブの中
間壁によってその光路が妨げられ、光ダイオードには達しない構造であって、ＧＲＩＮレ
ンズのタップ膜とレンズを前面に持つ光ダイオードのレンズ頂点間の距離Ｌに対し、中間
壁がタップ膜から０．５５Ｌ以上０．８Ｌ以下の位置にあることが好ましい。

中間壁の位置は、第一の円孔の内周壁と中間壁の交わる点で規定される。

光ファイバーＡから入射した光信号は、端面において空間に放射され、ビーム径が広が
りながらＧＲＩＮレンズに入る。ＧＲＩＮレンズ内では、光の進行方向を変化させ略平行
光になったところでタップ膜に到達し、一定の割合で反射と透過を行なう。反射した光は
、再びＧＲＩＮレンズ内を通過し、更にビーム径が絞られながら進行し、空間に放射され
る。その後、他方の光ファイバーＢの端面にて焦点を結ぶため、光ファイバーＡから入射
した光が光ファイバーＢに接続する。タップ膜を透過した光は、スリーブによってＧＲＩ
Ｎレンズの中心線と偏芯して固着された光ダイオードに入り、光量を電流に変換すること
で光量に比例した電気信号が得られる。

光ファイバーＢから入射した光は、空間に放射された後ＧＲＩＮレンズに入る。ＧＲＩ
Ｎレンズ内では光の進行を変化させ略平行光になったところで、タップ膜により一定の反
射と透過を行なう。タップ膜で反射した光は、ＧＲＩＮレンズ、空隙の経路を取り光ファ
イバーＡに接続する。タップ膜で透過した光は、ＧＲＩＮレンズの中心線に対して対称な
方向に進み、スリーブ内に設けた中間壁の壁面で減衰をしながら反射し光の進行方向を変
える。光は第一の円孔の内周壁で反射と減衰を繰り返しながら、光ダイオードには入射し
ないようにすることで一方向性が得られる。

ＧＲＩＮレンズのタップ膜とレンズ付き光ダイオードのレンズ頂点間の距離Ｌに対し、
ＧＲＩＮレンズのタップ膜から中間壁までの距離は０．５５Ｌ以上が好ましい。０．５５
Ｌ未満の短い距離では、光ファイバーＢから入射しタップ膜を透過した光の一部が中間壁
に当たらず通孔を通り第二の円孔に入り、第二の円孔の内周壁で反射した後、減衰するこ
となく光ダイオードに入射してしまう危険性が大きくなる。また、０．８Ｌより長い距離
では、光ファイバーＢから入射した光、中間壁で反射する前に第一の円孔の内周壁で反射
することになり、フォトダイオードで検知されてしまう。０．８Ｌより大きくすると、中
間壁で光を反射させることが出来ない危険性が大きくなるためである。

本発明の一方向性光パワーモニターの、スリーブに設けたＧＲＩＮレンズのタップ膜と
対向する中間壁と第一の円孔の内周壁が成す角度は、４５度以上１３５度以下であること
が好ましい。

光ファイバーＡから入射した光でタップ膜を透過した光は光ダイオードに入するが、光
ファイバーＢから入射した光でタップ膜を透過した光は、中間壁に当たり反射と減衰を起
こす。中間壁と第一の円孔の内周壁とで成す角度が１３５度より大きい場合には、中間壁
に当たった光はＧＲＩＮレンズ側に戻らず、レンズ付き光ダイオード方向へと進むことに
なる。反射時の散乱光を含めて反射光が迷光として光ダイオードに入り、光ダイオードか
ら電流が出力されることになる。３０ｄＢ以上の方向性特性を得るには、この様な迷光を
無くすことが必要である。

中間壁と第一の円孔の内周壁とで成す角度が４５度より小さい場合には、中間壁に当た
った光は、ＧＲＩＮレンズ方向に反射するので、３０ｄＢ以上の方向性特性を得易くなる
。しかし、中間壁の先端部が鋭角になるため、スリーブを製造する際に中間壁の先端部に
欠けやクラックが生じやすくなってしまう。中間壁の先端部の欠けは、部品段階で確実に
除去すれば問題はないが、除去できなかった欠けやクラックが、使用環境温度の変化や振
動により欠けやクラックが進行して、スリーブ内に脱落してしまう恐れがある。スリーブ
内に脱落した破片は光路の妨げになるだけでなく、ＧＲＩＮレンズのタップ膜や光ダイオ
ードのレンズを傷付ける恐れがある。また、中間壁の先端部が鋭角になればなるほどスリ
ーブの製造が困難になることからも、４５度より小さい角度は好ましくない。

本発明の一方向性光パワーモニターのスリーブは、波長８００ｎｍから１６５０ｎｍの
領域で不透光で、少なくともＧＲＩＮレンズのタップ膜と対向する中間壁と第一の円孔及
び第二の円孔の内周壁の壁面の光反射率が１０％以下であることが好ましい。

スリーブに透明な材料を使用した場合、光が中間壁や第一の円孔の内周壁、第二の円孔
の内周壁を透過してスリーブ外に漏れる。光が透過して外部に漏れるということは、外部
からの光の進入を抑止することができないと言うことを意味している。一方向性光パワー
モニターを複数個並べて配置して使用することが多い。並べて使用した時、一方向性光パ
ワーモニターから漏れた光が、他の一方向性光パワーモニターに入射する恐れがある。一
方向性光パワーモニターから漏れた光が光ダイオードに入ると一方向性光パワーモニター
にとっては外乱ノイズとなり、安定した光のモニタリングが行なえなくなる。また、外部
に漏れた光が他の部品等に当たり予想もしない方向に進行することも考えられる。光通信
では、１３１０ｎｍや１５５０ｎｍといった可視光領域外の長波長光を使用しているため
、光の進行方向を視認することができず、安全面からも問題である。そのため、スリーブ
は、光を透過しない材質で形成し、外部に光を漏洩させないことが必要である。光を透過
させない材質で形成することで、自然光や照明等の影響も排除することができる。

光ファイバーＢから入射した光は、スリーブ内のＧＲＩＮレンズのタップ膜と対向する
中間壁に当たり、減衰と反射を起こす。中間壁の壁面で反射した光は、第一の円孔の内周
壁に当たり減衰と反射を１回以上起こし、ＧＲＩＮレンズの方向へと戻る。その後、ＧＲ
ＩＮレンズのタップ膜面に当たり反射して、再び中間壁の方向へと進むことになる。スリ
ーブの中間壁と内周壁で減衰と反射をした後、ＧＲＩＮレンズのタップ膜面で反射し光ダ
イオードに入射するのが最も悪いケースと考えられる。この、最悪のケースでも３０ｄＢ
の方向性特性を確保するため、壁面から反射する光の強度を低くすることが重要である。

壁面に照射した光の強さＰ０に対する反射光の強さＰ１の割合Ｐ１／Ｐ０の百分率を光
反射率と定義する。光反射率が１０％以下であれば、最悪のケースでも中間壁と内壁面で
の反射を各１回行なうので、反射光の強さは１／１００に低下する。反射光は中間壁と内
周壁の２回反射を起こしているので、その反射光の光軸の中心がＧＲＩＮレンズ中央部に
戻ることはない。また、ＧＲＩＮレンズのタップ膜面で反射した光の光軸の中心が光ダイ
オードのレンズ頂点からずれて入ることが考えられる。この光軸の中心のずれにより、光
ダイオードに入る光はガウス半径より外側の光となるので、光ダイオードで検知される光
の強さは、略１／１０程度に低下することが期待できる。光ダイオードに入る光は、２回
の反射で１／１００、光軸のずれで１／１０と総計１／１０００（３０ｄＢ）になる。内
周壁の壁面での反射回数を増やすことで、３０ｄＢ以上の方向性特性をより得易くできる
ものである。最悪のケースつまり最小の反射回数でもスリーブの光反射率を１０％以下と
することで、３０ｄＢの方向性特性を得ることができる。勿論、光反射率が小さい程方向
性特性も良くなるので、光反射率が数％以下の材料を使用することがより好ましいもので
ある。

本発明の一方向性光パワーモニターのスリーブは、黒色系セラミックもしくはグラファ
イト、黒色系ガラスであることが好ましい。

光ファイバーＢから入射した光は、スリーブの中間壁や内周壁の壁面で減衰と反射を起
こすため、光反射率が小さいことが必要である。光反射率が小さいということは、光を吸
収することであるので黒色系材料が好ましい。黒色系セラミックは、アルミナやジルコニ
ア、シリカ、ステアタイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミを主原料としたもの、
もしくはそれらの複合材料が好ましい。炭素系材料ではグラファイトが使用できる。特に
、黒色ガラス状のガス不透過性炭素材を使用すると樹脂接着も行い易い。黒色系ガラスは
、その主成分がアルミナ系やジルコニア系、シリカ系、チタニア系やそれらの複合材のガ
ラスを用いることができる。

本発明の一方向性光パワーモニターのスリーブに、可視光領域で透明な材料を用い、少
なくともＧＲＩＮレンズのタップ膜と対向する中間壁と第一の円孔及び第二の円孔の内周
壁の表面に、光反射率が１０％以下の黒色膜を設けたものを使用することもできる。

スリーブは、タップ膜を透過した光が外部に漏れず、外部からの光は遮断し、光反射率
が小さいものが好ましい。しかし、可視光領域で透明な材料であっても、ＧＲＩＮレンズ
のタップ膜と対向する中間壁と第一の円孔及び第二の円孔の内周壁に、光反射率が１０％
以下の黒色膜を設けることで、外部からの光を遮断し、中間壁及び内周壁で反射を起こさ
せ外部に漏れることを防ぐことができる。透光性のスリーブの外周面に黒色膜を形成した
場合は、タップ膜を透過した光の外部漏洩は防ぐことが出来るが、中間壁は役目を果さな
くなるだけでなく、内周壁も反射する位置が変わってくるため、方向性特性が得られなく
なる可能性が高くなる。

透光性のスリーブの中間壁と第一の円孔及び第二の円孔の内周壁に設ける黒色膜は、カ
ーボンや黒色系セラミック、黒色系ガラスを蒸着やスパッターで形成することができる。

本発明の光パワーモニターのスリーブは、少なくともＧＲＩＮレンズのタップ膜と対向
する中間壁と第一の円孔及び第二の円孔の内周壁の壁面の面粗さは、Ｒａ＝１０ｎｍ以上
で、うねりは粗さモチーフの平均長さＡＲが、使用する光の波長の１／２以下であること
が好ましい。

スリーブの中間壁や内周壁の壁面で光の反射を抑制するには、光反射率の小さな材料を
使用することと共に、表面での光散乱を大きくすることである。光散乱は、表面の凹凸（
表面粗さＲａ）に依存し、表面粗さが小さいほど光散乱は小さく、表面粗さが大きくなる
に従い光散乱は大きくなる傾向を示す。光反射率を１０％以下に抑えるには、Ｒａが１０
ｎｍ以上であることが好ましい。表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に従い測定した値
である。また、使用する光の波長が１５５０ｎｍ近傍の長波長であるので、表面粗さＲａ
だけでなく表面のうねりを規定するのも光反射率の低減に効果がある。ＪＩＳ Ｂ０６３
１に従い包絡うねり曲線から粗さモチーフの平均長さＡＲを求め、ＡＲが使用する波長の
１／２以下であることが好ましい。うねりの平均長さを使用する波長より小さくすること
で、光の散乱効果を上げることが可能となる。

ＧＲＩＮレンズと光ダイオードを挿入装着する穴の中心軸がずれたスリーブを用い、ス
リーブ全体もしくはスリーブの内周壁を黒色で不透明な材料で構成し、スリーブ内の中間
壁の位置と角度を規定し、中間壁と内周壁の壁面の光反射率を下げることで、３０ｄＢ以
上の高い方向性特性を有する一方向性光パワーモニターを提供することができた。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。説明を判り易くするため、
同じ部品、部位には同一の符号を用いている。

図１に、本発明の一方向性パワーモニターの断面図を示す。ピッグテールファイバー２
は、光ファイバーＡ３と光ファイバーＢ４を軸間で０．２５ｍｍ離してガラスフェルール
２’にモールドした。ピッグテールファイバー２の外径は１．８ｍｍである。ＧＲＩＮレ
ンズ７は、外径が１．８ｍｍ、屈折率が１．５９０、屈折率勾配定数が０．３２６のもの
を用いた。ＧＲＩＮレンズ端面に設けたタップ膜８は、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を周期的に積
層した誘電体多層膜とし、光の透過率を示すタップ率は１％とした。レンズ付き光ダイオ
ード１０は、スリーブ９に挿入される部分の直径を１．８ｍｍ、台座部１０’の直径を２
．１ｍｍとし、台座部１０’側に電極ピン１１を配した。レンズ付き光ダイオード１０の
光電気変換素子（図示せず）は、１５５０ｎｍ近傍の光通信波長帯で高い感度が得られる
ＩｎＧａＡｓを用いた。ＧＲＩＮレンズ７の中心軸とレンズ付き光ダイオード１０の中心
軸をずらして固定するスリーブ９は、黒色系セラミックスのアルミナで形成した。スリー
ブ９に設けられたＧＲＩＮレンズ７を挿入装着する第一の円孔２１とレンズ付き光ダイオ
ード１０を挿入装着する第二の円孔２２は、円柱状のアルミナにダイヤモンドエンドミル
を用いФ１．９ｍｍの孔を加工した。第一の円孔２１と第二の円孔２２は通孔２７で接続
するとともに、中間壁２６を形成している。第一の円孔２１の中心軸と第二の円孔２２の
中心軸は、０．９ｍｍずらした。中間壁２６と第一の円孔２１の内周壁の壁面の面粗さは
Ｒａで約２５ｎｍ、うねりの平均長さＡＲは約６４０ｎｍとした。ピッグテールファイバ
ー２とＧＲＩＮレンズ７を固定する円筒状チューブ６には、内径２．０ｍｍで外径２．８
ｍｍの不透光の黒色ガラスを用いた。特に断わりの無い限り他の実施例においても、これ
らの仕様の部品、部材を用いている。

本実施例で用いたこれら部品の組立て方法について述べる。ピッグテールファイバー２
とＧＲＩＮレンズ７の対向面は、各々の径方向断面に対し８度の傾斜角を持たせている。
８度の傾斜角を持つ対向面とすることで、ピッグテールファイバー２とＧＲＩＮレンズ７
の端部における光の反射の影響を抑えることができる。ＧＲＩＮレンズ７とピッグテール
ファイバー２を円筒状チューブ６に挿入した状態で、光ファイバーＡ３から光を入れ、光
ファイバーＢ４より出た光を光マルチメーターでモニタリングしながら、光ファイバーＢ
４から出た光の強度が最も大きくなる最適な間隙５を探し出し、ピッグテールファイバー
２とＧＲＩＮレンズ７を円筒状チューブ６にエポキシ樹脂で接着固定した。エポキシ樹脂
は、１００℃で４５分間加熱硬化させた。全長１４．０ｍｍのスリーブの両端の孔に、Ｇ
ＲＩＮレンズ７のタップ膜８側とレンズ付き光ダイオード１０を各端面から２ｍｍの深さ
まで挿入し、エポキシ樹脂で接着固定した。エポキシ樹脂は、１００℃で４５分間加熱硬
化させた。タップ膜８とレンズ付き光ダイオード１０のレンズ頂点１２との距離Ｌは１０
．０ｍｍである。光ファイバーＢ４から入射しＧＲＩＮレンズのタップ膜８を透過した光
の、減衰と反射を行なう中間壁２６は、タップ膜８からの距離が７．０ｍｍになるように
設けた。中間壁２６は、第一の円孔２１の内周壁に対し略９０度の壁面である。タップ膜
８から中間壁２６の位置は、０．７０Ｌに相当する。

本実施例の一方向性光パワーモニター１を１５０個製作し、光学特性及び電気特性の評
価を行なった。以下に示す測定結果は、１５０個の平均値である。光ファイバーＡ３から
波長１５５０ｎｍ、光強度０ｄＢｍの光を入射し測定した。光の接続度を示す挿入損失は
０．３１ｄＢ、電気的な出力を示す特性の受光感度Ａは９．８ｍＡ／Ｗであった。光ファ
イバーＢ３から波長１５５０ｎｍ、光強度０ｄＢｍの光を入射したときの、挿入損失は０
．３１ｄＢ、受光感度Ｂは７．３μＡ／Ｗであった。方向性特性は最小３０．８ｄＢで平
均３１．３ｄＢと良好な方向性特性が得られることが確認できた。

中間壁の位置を変化させた結果について述べる。図２に、中間壁の位置と方向性特性の
関係を示す。円柱状のアルミナの第一の端２３と第二の端２４からダイヤモンドエンドミ
ルで、第一の円孔２１と第二の円孔２２の深さを変えて、中間壁の位置が異なったスリー
ブ９を製作した。中間壁の位置が０４Ｌから０．８Ｌまで０．０５Ｌ間隔になるスリーブ
９を製作した。各間隔で５個の一方向性パワーモニター１を組立て供試した。図２は、５
個の一方向性パワーモニター中、最低の方向性特性値をプロットしている。中間壁の位置
を０．５５Ｌ以上０．８Ｌ以下にすることで、方向性特性が３０ｄＢを超える良好な性能
を有する一方向性パワーモニターが得られることが実証できた。

中間壁の角度を変化させた結果について述べる。図４に、中間壁の角度と方向性特性の
関係を示す。中間壁が４５度の一方向性パワーモニターの断面図を図３ａ）に、中間壁が
１３５度の一方向性パワーモニターの断面図を図３ｂ）に示す。小さな角度は中間壁がＧ
ＲＩＮレンズ側に突き出した形状で、大きな角度は、中間壁が光ダイオードの方向に倒れ
こんだ形状である。中間壁の角度は、第一の円孔を形成するダイヤモンドエンドミルの先
端の形状を変えることで形成した。第二の円孔の形成は従来通りとした。中間壁の角度を
３０度から１６０度間で角度の異なる８種のスリーブ９を各５個製作し、一方向性パワー
モニター１を組立て供試した。図４は、各角度５個の一方向性パワーモニター中、最低の
方向性特性値をプロットしている。角度が１３５度よりも大きくなると、方向性特性は３
０ｄＢよりも小さい値を示した。角度が１３５度よりも小さい形状では、中間壁で反射し
た光がＧＲＩＮレンズの方向に戻ってくるのに対し、１３５度よりも大きくなると、反射
光が光ダイオードの方向に進むことで方向性特性が劣化したと考えられる。

角度の小さい方は、３０度のスリーブは製作できたが、中間壁の先端部にはカケが多数
認められた。３０度未満の角度の試作を行ったが欠けが多発し、試作を進められなかった
。このことから、中間壁の角度は４５度以上１３５度以下が好ましい範囲であることが確
認できた。

スリーブの材質を変更して試作を行なった結果について述べる。用いた材料は、図５に
示す試料＃Ｍ１〜Ｍ７のセラミックと試料＃Ｍ８〜Ｍ１１のガラス、試料＃Ｍ１２のグラ
ファイトである。試料＃Ｍ１２のグラファイトは、セラミックやガラスの何れにも区分で
きないが、最も光の吸収が良いと考えられるものである。グラファイトには、黒色ガラス
状のガス不透過性炭素材を用いた。試料＃Ｍ１〜Ｍ１２の色調は、何れも黒色かまたは黒
色に近い暗灰色であった。スリーブの材質以外は実施例１と同じ仕様とし一方向性光パワ
ーモニターを組み立てた。図５に、スリーブ材のバルク材で波長１５５０ｎｍで測定した
光反射率と受光感度Ａ，Ｂ、方向性特性、暗電流を示す。受光感度と方向性特性、暗電流
は、供試した５個の一方向性パワーモニターの平均値である。暗電流は、光ファイバーＡ
、Ｂ何れからも光入力の無い状態での、光ダイオードの出力電流である。光ダイオード素
子自身の暗電流は、０．０４から０．１ｎＡであるため、暗電流が０．１ｎＡ以上の値を
示した場合は、外部の光がスリーブを通して一方向性パワーモニター内に入って来ている
ことを意味している。つまり、外部光の遮断が不完全で外部光がノイズになっていると言
うことになる。試料＃Ｍ１〜Ｍ１２の供試した一方向性パワーモニターの暗電流は、０．
０４８〜０．０８１ｎＡと何れも０．１ｎＡ以下の値であり、外部光の遮断は完全に行わ
れている事が確認できた。

方向性特性は、試料＃Ｍ１〜Ｍ１２で平均３０．２ｄＢ以上が得られた。また、各試料
＃の５個の試料の最低値でも、何れも３０ｄＢ以上が得られた。材質の種類による差は、
明確には見られていないが、＃Ｍ８〜＃Ｍ１１のガラス系スリーブよりも、＃Ｍ１〜＃Ｍ
７のセラミック系スリーブの方が、０．５〜１．０ｄＢ程度大きな値を示した。この差は
、中間壁と内周壁の壁面の面粗さの違いによるものと考えられる。ガラス系の面粗さＲａ
は略１０ｎｍで、硬度が高く加工し難いセラミック系の面粗さＲａは略５０ｎｍと粗くな
っている。また、セラミック材には数％程度であるが空孔が存在する。この空孔で光の乱
反射が大きくなった可能性も考えられる。受光感度Ｂが、ガラス系に比べセラミック系は
全体的に小さいことから、大きな面粗さと空孔により方向性特性が良くなったものと考え
られる。壁面のうねりはガラス系もセラミック系とも５００〜９００ｎｍ程度であったが
、＃Ｍ１１のチタニア系ガラスのスリーブには、約１５００ｎｍと約１８００ｎｍのうね
りを示すものがあった。この試料の受光感度Ｂは、１０．８と１２．３（μＡ／Ｗ）と大
きな値を示した。他の３つの試料の受光感度Ｂは低い値であったので、平均すると９．１
（μＡ／Ｗ）と他のガラス系の試料と大きな差は出てきていない。＃Ｍ１から＃Ｍ１０の
試料で受光感度Ｂ（μＡ／Ｗ）が図５に示す平均値より悪い試料のうねりを調べると、８
００ｎｍから９００ｎｍの値を示した。このうねりの値は、用いた光の波長１５５０ｎｍ
の半波長７７５ｎｍより大きいものであった。このことから、壁面のうねりは使用する光
の波長の１／２以下が好ましいと考えられる。グラファイトは、受光感度Ｂも小さく方向
性特性も３２ｄＢを超えており供試サンプル中最も良い特性を示した。

スリーブに透明なガラスを用い、少なくともＧＲＩＮレンズ端面と対向する中間壁と第
一の円孔及び第二の円孔の内周壁に、光反射率が小さな膜を成膜して試作を行なった結果
について述べる。用いた材料は実施例４と同じとし、セラミック系とガラス系材料はスパ
ッター装置を用い製膜、カーボンは蒸着装置を用い製膜を行った。ガラス板上に各材質を
製膜して分光光度計で光透過率を測定し、光透過率が０．０１％以下となる膜厚とした。
セラミック系は１μｍ程度、ガラスとグラファイトは３〜５μｍとなった。これらの試料
を用いて、光反射率も測定した。図７に、各膜材質の光反射率と受光感度Ａ，Ｂ、方向性
特性、暗電流を示す。受光感度と方向性特性、暗電流は、供試した５個の一方向性パワー
モニターの平均値である。試料＃Ｎ１〜Ｎ１２の供試した一方向性パワーモニターの暗電
流は、０．０５０〜０．０８２ｎＡと何れも０．１ｎＡ以下の値であり、外部光の遮断は
完全に行われている事が確認できた。

方向性特性は、試料＃Ｎ１〜Ｎ１２の何れも３０ｄＢ以上が得られた。材質による差は
、殆ど見られなかった。しかし、同一材料でも実施例４のバルク材と比べると、全体的に
受光感度Ｂと光反射率が悪くなっている。これは、実施例４はバルク材をダイヤモンドエ
ンドミル加工した面で、実施例５は円柱状ガラスをダイヤモンドエンドミル加工し、加工
面に製膜しているため面粗さが細かくなり、光反射率が高くなり受光感度Ｂも大きくなっ
たものと考えられる。

本実施例５では、製膜にスパッター装置と蒸着装置を用いたが、＃Ｎ１〜Ｎ１２の材料
の粉末を樹脂に混練して塗布する事も可能である。しかし、第一の円孔と第二の円孔の径
は約２ｍｍで深さは５〜８ｍｍであるので、中間壁や内周壁に製膜を行うのは技術的に非
常に難しい。容易に行う方法として、スリーブを半円筒状に半割にし、製膜した後円筒状
に組合わせて使用することもできる。

本発明の一方向性光パワーモニターの断面図である。 本発明の実施例２の、内周壁の位置と方向性特性の関係を示す図である。 本発明の実施例３の、中間壁の角度を変えた一方向性光パワーモニターの断面図である。 本発明の実施例３の、中間壁の角度と方向性特性の関係を示す図である。 本発明の実施例４のスリーブ材質と光反射率、方向性特性、暗電流の関係を示す図である。 本発明の実施例５の、黒色膜を有する一方向性光パワーモニターの断面図である。 本発明の実施例５のスリーブ材質と膜厚、光反射率、方向性特性、暗電流の関係を示す図である。 従来の一方向性光パワーモニターの断面図である。

符号の説明

１ 一方向性パワーモニター、２ ピッグテールファイバー、
２’ ガラスフェルール、３ 光ファイバーＡ、
４ 光ファイバーＢ、５ 間隙、
６ 円筒状チューブ、７ ＧＲＩＮレンズ、
８ タップ膜、９ スリーブ、
１０ レンズ付き光ダイオード、１０’ 台座部、
１１ 電極ピン、 １２ レンズ頂点、
２１ 第一の円孔、２２ 第二の円孔、
２３ 第一の端、２４ 第二の端、
２５ 内周壁、２６ 中間壁、
２７ 通孔、 ３０ 黒色膜。

Claims (7)

1. 小さな間隔で平行に並べられた２本の光ファイバーＡ，Ｂを持ち、それら光ファイバー
   の開口を１つの端面上で端面中心の周りに持つピッグテールファイバーと、互いに対向し
   ている２つの端面を持ち、それらのうち一方の端面はピッグテールファイバーの前記１つ
   の端面と対向していて、他の端面はその上にタップ膜を有する円柱状ＧＲＩＮレンズとは
   、所定の間隙を持って円筒状チューブに挿入固着され、第一の端と第二の端とを持つスリ
   ーブでは、第一の端から、第一の端と第二の端との間の略中間位置まで開けられている第
   一の円孔と、第二の端から前記略中間位置まで開けられていて、第一の円孔の中心軸から
   偏芯している中心軸を持つ第二の円孔とを有するとともに、第一の円孔は、略中間位置で
   第二の円孔と接続する通孔と中間壁とを持ち、スリーブの第二の端において第二の円孔内
   に通孔に向かって設けられているレンズを前面に持つ光ダイオードとを有し、光ファイバ
   ーＡから入力されタップ膜を透過した光信号は第一の円孔と第二の円孔とを通ってレンズ
   を前面に持つ光ダイオードに達し、光ファイバーＢから入力されタップ膜を透過した光信
   号はスリーブの中間壁によってその光路が妨げられるように、ＧＲＩＮレンズがスリーブ
   の第一の円孔内に位置決めされている一方向性光パワーモニターであって、ＧＲＩＮレン
   ズのタップ膜とレンズを前面に持つ光ダイオードのレンズ頂点間の距離Ｌに対し、中間壁
   がタップ膜から０．５５Ｌ以上０．８Ｌ以下の位置にあることを特徴とする一方向性光パ
   ワーモニター。
2. スリーブに設けた中間壁と第一の円孔の内周壁が成す角度が４５度以上１３５度以下で
   あることを特徴とする請求項１に記載の一方向性光パワーモニター。
3. スリーブは、波長８００ｎｍから１６５０ｎｍの領域で不透光で、少なくともＧＲＩＮ
   レンズのタップ膜と対向する中間壁と第一の円孔及び第二の円孔の内周壁の壁面の、光反
   射率が１０％以下であることを特徴とする請求項１および２に記載の一方向性光パワーモ
   ニター。
4. スリーブは、黒色系セラミックもしくはグラファイト、黒色系ガラスで形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の一方向性光パワーモニター。
5. スリーブは、可視光領域で透明な材料であり、少なくともＧＲＩＮレンズのタップ膜と
   対向する中間壁と第一の円孔及び第二の円孔の内周壁の壁面に、波長８００ｎｍから１６
   ５０ｎｍの領域で光反射率が１０％以下の黒色膜を設けたことを特徴とする請求項１およ
   び２に記載の一方向性光パワーモニター。
6. 黒色膜が、カーボンもしくは黒色系セラミック、黒色系ガラスで形成されていることを
   特徴とする請求項５に記載の一方向性光パワーモニター。
7. スリーブの少なくともＧＲＩＮレンズのタップ膜と対向する中間壁と第一の円孔及び第
   二の円孔の内周壁の壁面の面粗さは、Ｒａが２ｎｍ以上で、うねりは粗さモチーフの平均
   長さＡＲが、使用する光の波長の１／２以下であることを特徴とする請求項３から６に記
   載の一方向性光パワーモニター。
   

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