JP2008028630A

JP2008028630A - 光空間通信ユニット

Info

Publication number: JP2008028630A
Application number: JP2006198132A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tsujimura; 健辻村; Koichi Yoshida; 耕一吉田; Izumi Mikawa; 泉三川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】光空間通信ユニットにおいて、信号光の平行光化の困難及び結合効率の低下を回避する。
【解決手段】光空間通信ユニット１０において、光ファイバコネクタ１３と光導波路１８とを着脱可能にしてそれぞれの端面を接合した状態で割りスリーブ１７で固定する。光導波路１８は、光導波路筐体１５に予め固定され、レンズ筐体１６に配置されたアクロマートレンズ１９に対する光導波路１８の端面の位置は常に保持される。光ファイバコネクタ１３中の光ファイバ１１によって伝送される信号光は光導波路１８に入射され、その端部からアクロマートレンズ１９に向けて照射され、当該レンズ１９によって平行光化される。このとき、光ファイバコネクタ１３を着脱自在にしても、アクロマートレンズ１９に対する信号光の照射位置は変化しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、光透過媒質で隔てられた２地点間で光通信を行う光空間通信装置に用いられ、光ファイバによって伝送される光信号を光透過媒質中に出射する光空間通信ユニットに関する。

光空間通信装置は、光透過媒質中の２地点に一対の光空間通信ユニットを互いに対向配置して、信号源から光ファイバを通じて伝送される光信号を一方のユニットから光透過媒質中に送出し、他方のユニットでその送出光を受け取って光ファイバに送り込み、当該光ファイバにより目的の情報処理装置に伝送する。

ここで、上記光空間通信ユニットには、光ファイバによる光導波路の端面から光透過媒質中へ送出する光信号を整形する、または、光透過媒質中から光信号を取り込んで光ファイバによる光導波路の端面に集光する光学部品として、アクロマートレンズがよく用いられている（例えば非特許文献１参照）。すなわち、送信側の光空間通信ユニットにおいて、光ファイバを通じて伝送される光信号は、その端面からアクロマートレンズに照射され、平行光となって光透過媒質中へ出射される。そして、この光信号は、光透過媒質を隔てた位置に存在する受信側の光空間通信ユニットに入射され、その内部のアクロマートレンズにより光ファイバに集光されて伝播される。

ところで、上記光空間通信ユニットでは、光ファイバと筐体との接合にコネクタを用いる。そして、筐体にコネクタを挿入し嵌合したとき、光ファイバの端面がちょうどアクロマートレンズの焦点距離位置に配置される仕組みになっている。ここで、コネクタを筐体へ挿入及び嵌合するためには、コネクタと筐体との間にある程度のクリアランスが必要となる。特に、筐体との接合に割りスリーブを用いるときには、割りスリーブの製造精度と、コネクタの挿入及び嵌合時に生じる割りスリーブの変形等を考慮して、コネクタと筐体との間には数十μｍから数百μｍのクリアランスが必要になる。

T. Tsujimura, K. Yoshida : "Active Free Space Optics Systems for Ubiquitous User Networks", Conference on Optoelectronic and Microelectronic Materials and Device (COMMAD04), IEEE, pp. 197-200 (2004)。

しかしながら、単一モード光ファイバのようにコア径が数μｍ程度と極めて細い場合には、上記コネクタと筐体との間のクリアランスのため、アクロマートレンズに対する光ファイバの端面を正確に位置決めすることができなかった。そのため、光空間通信ユニットにおける信号光の平行光化が困難であり、また、結合効率が妨げられていた。

そこで、本発明の目的は、アクロマートレンズに対する光信号出射端面を正確に位置決めすることができ、これによって信号光を容易にかつ高精度に平行光化し、結合効率を高めることのできる光空間通信ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光空間通信ユニットは、以下のように構成される。
（１）光ファイバの端部に装着されるコネクタと、信号光を伝送する光導波路と、前記光導波路の一方の端面と対向するように配置されその端面から出射される信号光の整形及び集光を行うアクロマートレンズと、前記アクロマートレンズと前記光導波路を位置決めして固定し、前記光ファイバの前記コネクタ装着部分である光ファイバコネクタを前記光導波路の他方の端面に向けて着脱自在に嵌合させる筐体とを具備し、前記筐体は、前記光導波路のアクロマートレンズ側の端面が前記アクロマートレンズの焦点に合致するように両者を固定する。

このように構成することで、筐体によって予めアクロマートレンズと光導波路との間の位置が高精度に位置決めされた状態で、光導波路と光ファイバとを着脱することが可能となる。
（２）（１）の構成において、前記筐体は、前記光ファイバコネクタが嵌合されるコネクタ筐体部と、光導波路を固定する光導波路筐体部と、アクロマートレンズを固定するレンズ筐体部とを備える。

このように構成することで、光ファイバコネクタ、アクロマートレンズ、光導波路の各部品をそれぞれの筐体部に取り付けた後に各筐体部を合体し全体を組み上げることが可能となる。
（３）（２）の構成において、前記レンズ筐体部と前記光導波路筐体部は、両者の合体時に前記アクロマートレンズの焦点位置に前記光導波路の端面が位置するように前記光導波路、アクロマートレンズを固定する。

このように構成することで、レンズ筐体部と光導波路筐体部とを合体するだけで、アクロマートレンズの焦点位置に光導波路の端面を高精度に位置させることが可能となる。
（４）（２）の構成において、前記コネクタ筐体部は、前記光ファイバコネクタの端面と前記光導波路の端面を接合させるための割りスリーブを備える。

このように構成することで、光ファイバコネクタの端面と光導波路の端面とを容易に接合することが可能となる。
（５）（１）の構成において、前記光導波路は、その端面が、その端面における反射波の前記光導波路内の伝播を抑制する角度に成形される。

このように構成することで、光導波路の端面での反射波が抑制され、信号光を効率的に出射することが可能となる。
（６）（５）の構成において、前記光導波路は、さらに、前記アクロマートレンズのレンズ光軸に対する前記光導波路の光軸が、レンズ光軸に対して対称となる強度分布で信号光を平行光化する角度に傾斜される。

このように構成することで、（５）の構成により光導波路の端面から信号光が偏って出射されても均等な強度分布で平行光化することが可能となる。
（７）（１）の構成において、光ファイバから光信号が入射される場合の前記光導波路の端面の断面積を、前記光ファイバの端面の断面積よりも大きくする。

このように構成することで、光ファイバのコアが細芯であっても、光ファイバから光導波路に入射される信号光の漏れを低減することが可能となる。
（８）（１）の構成において、前記光導波路中に光学機能部品を介在する。
例えば、波長選択フィルタ、アイソレータ、偏光子などの光学機能部品を介在することで、信号光の特性を効率よく調整することが可能となる。

（９）（１）の構成において、前記光導波路の端面に光学機能材料を蒸着する。
このように構成することで、光導波路の端面に光学機能材料を蒸着させても光学的処理を実施することが可能となる。

本発明では、筐体に光導波路を予め配置することにより、光ファイバコネクタを着脱しても、アクロマートレンズに対する光導波路の端面の位置は変化しないため、アクロマートレンズにおける信号光の整形、集光を正確に行うことができる。したがって、本発明によれば、容易にかつ高精度に信号光の平行光化を実現することができ、かつ結合効率を飛躍的に高めることのできる光空間通信ユニットを提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光空間通信ユニットの断面を示す概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）図中のＡ−Ａ′線断面図である。
図１において、光空間通信ユニット１０は、光透過媒体によって隔てられた２地点間において、信号光を利用し通信を行う通信装置に用いられる。ユニット全体は、光ファイバ１１の端部に装着されるコネクタ１２とこのコネクタ１２を支持する円柱状のコネクタ筐体１４、光導波路１８とこの光導波路１８を支持する、一方の端面がコネクタ筐体１４と同径の円柱状で断面が凸形状の光導波路筐体１５、アクロマートレンズ１９とこのアクロマートレンズ１９を支持する、円筒状で内径が前記光導波路筐体１５の凸面側の径に一致するレンズ筐体１６を備え、各筐体１４，１５，１６を一体化することで構成される。以下、各構成部について説明する。

まず、信号光が伝播される光ファイバ１１の端部には筒状のコネクタ１２が装着される。以下、このコネクタ装着部分を光ファイバコネクタ１３と称する。この光ファイバコネクタ１３はコネクタ筐体１４に形成される貫通孔に挿入され、その孔内で先端部が光導波路１８の端部と接合された状態で割りスリーブ１７により固定される。これにより、光ファイバ１１によって伝送される信号光は光導波路１８に入射される。

上記コネクタ筐体１４は光導波路筐体１５と着脱自在に接合される。このとき、割りスリーブ１７と光導波路筐体１５及びコネクタ筐体１４との間には、光ファイバコネクタ１３が挿入及び嵌合するときに生じると考えられる変形を考慮したクリアランスが備えられる。このようにして光ファイバコネクタ１３の端面と光導波路１８の端面の接合することにより、光空間通信ユニット１０へ伝送された信号光は、光導波路筐体１５に取り付けられている光導波路１８へと受け渡される。

ここで、光導波路１８の光導波路筐体１５への取り付けは、例えば、光導波路筐体１５を暖めておき、光導波路１８を挿入した後、冷却して光導波路筐体１５の孔にかしめることにより行う。このとき、光導波路１８の端面は光導波路筐体１５の端面とそろっている。

光導波路１８へ受け渡された信号光は、光導波路１８の端面からレンズ筐体１６の内部へと照射され、レンズ筐体１６の内部に配置されたアクロマートレンズ１９へと到達する。アクロマートレンズ１９は、例えば凸レンズと凹レンズの２つのレンズを組み合わせて構成され、信号光の波長の差による影響を減少させるレンズである。アクロマートレンズ１９に照射された信号光は、平行光へと整形され、光空間通信ユニット１０より光透過媒質へ出射される。

光透過媒質を透過した光信号は、対向配置される他の光空間通信ユニットで受光される。このユニットも、図１に示す構成を適用することができる。この場合、アクロマートレンズ１９に照射された平行光は、当該レンズ１９によって光導波路１８の端面に集光される。光導波路１８に集光された信号光は、光導波路１８から光ファイバ１１へ受け渡されて伝播される。

図２は、上記ユニット１０の光導波路筐体１５及びレンズ筐体１６の構成を示す断面図である。
レンズ筐体１６の内径と光導波路筐体１５の嵌合部外径は等しく、その寸法はＤで定義され、また、両者の中心軸は一致している。光導波路１８は、光導波路筐体１５嵌合部外径の中心に配置され、アクロマートレンズ１９のレンズ光軸と光導波路１８の光軸とはΔの位置で一致する。

また、アクロマートレンズ１９はレンズ筐体１６の端面から距離Ｌの位置に設置され、光導波路１８の端面と光導波路筐体１５の端面との一致面から光導波路筐体１５のフランジ面までの寸法はＢと定義される。このとき、上記の寸法Ｌ及びＢを調整し、寸法ＬとＢとの寸法の差がアクロマートレンズ１９の焦点距離ｆとなるようにして、レンズ筐体１６に光導波路筐体１５を固定する。これにより、光導波路１８とアクロマートレンズ１９間の距離が焦点距離ｆと一致する。

以上のように、上記第１の実施形態の構成では、予め光導波路筐体１５に取り付けられた光導波路１８の端面を光ファイバコネクタ１３の端面と接合させて割りスリーブ１７によって着脱自在に固定する。このとき、アクロマートレンズ１９と光導波路１８の端面の位置関係は、光ファイバコネクタ１３の着脱に関わらず、常に保持される。

したがって、光ファイバコネクタ１３を着脱しても、アクロマートレンズ１９に対する信号光の照射位置を精密に定めることができるため、光ファイバと簡単かつ正確に接続することができ、信号光の平行光化の精度及び結合効率の向上を実現することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る、光導波路に光学的機能を付加したときの光空間通信ユニット３０の断面を示す概略図である。なお、図３において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

光導波路３２は、途中で分割されており、その間に波長選択フィルタ、アイソレータ、偏光子などの光学機能部品３３が配置される。この場合、光ファイバコネクタ１３から一方の分割光導波路３２ａへ受け渡された信号光は、光学機能部品３３で種々の処理が施され、再び他方の光導波路３２ｂへ伝送されて、その端面からアクロマートレンズ１９へと照射される。

このとき、光導波路３２ｂの光軸に対する光導波路３２ｂの端面の角度θ_１は、その端面における反射波の光導波路内の伝播を抑制する角度に成形されている。また、アクロマートレンズ１９のレンズ光軸に対する光導波路３２ｂの光軸の角度θ_２は、レンズ光軸に対して対象となる強度分布でアクロマートレンズ１９が信号光を平行光化する角度となるように傾斜している。このとき、光導波路筐体３１の端面は、上記第１の実施形態での光導波路筐体１５と比べ、光導波路３２ｂの端面の角度θ_１とアクロマートレンズ１９のレンズ光軸に対する光導波路３２ｂの光軸の角度θ_２との和θ_３分だけ傾斜しており、光導波路３２ｂの端面と一致している。具体的には、θ_１＝８度、θ_２＝３．６度、θ_３＝１１．６度程度が望ましい。アクロマートレンズ１９に照射された信号光は、平行光へと整形され、光透過媒質へと出射される。尚、本構成は光信号受信側に使用する光空間通信ユニットにも適用可能であり、光透過媒質を透過した光信号がアクロマートレンズ１９に照射されると、アクロマートレンズ１９により入射された平行光は光導波路３２ｂの端面に集光される。光導波路３２ｂに集光された信号光は、光学機能部品３３、光導波路３２ａを介して光ファイバ１１へ受け渡されて伝播される。

以上のように、上記第２の実施形態の構成では、光導波路筐体３１に光導波路３２ａ，３２ｂを設置し、光導波路３２ｂの端部の角度をその端面における反射波の光導波路内の伝播を抑制する角度に成形し、アクロマートレンズ１９のレンズ光軸に対する光導波路３２ｂの光軸の角度を、レンズ光軸に対して対象となる強度分布でアクロマートレンズ１９が信号光を平行光化する角度となるよう傾斜させた。また、光導波路３２は、分割されており、その間に光学機能部品３３が内蔵されている。

したがって、上記構成によれば、光ファイバコネクタ１３を着脱しても、アクロマートレンズ１９に対する信号光の照射位置を精密に定めることができるため、光ファイバと簡単にかつ正確に接続することができ、信号光の平行光化の精度を高め、かつ結合効率の向上を実現することができる。さらに、光導波路３２ｂを逆行する反射波による伝送品質の劣化を防止することができ、色収差等の悪影響等を回避することができる。また、特定の周波数の信号光のみをアクロマートレンズ１９に照射するなどの光学的処理を行うことができる。

なお、光学機能部品３３を光導波路３２ａ，３２ｂの間に配置させる代りに、光導波路３２の端面に光学機能材料を蒸着させても光学的処理を実施することができる。
（その他の実施形態）
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、光導波路と光ファイバの内径は同じであると考えているが、光空間通信ユニットを信号光の送信だけに用いるのであれば、光導波路の内径は光ファイバのものよりも大きくても良く、また、光空間通信ユニットを信号光の受信のためだけに用いるのであれば、光導波路の内径は光ファイバのものよりも小さくても良い。

その他、装置の構成や、各構成要素の種類や構成等についてもこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

本発明の第１の実施形態に係る、光空間通信ユニットの概略構成を示す断面図。本発明の第１の実施形態に係る、光空間通信ユニットのレンズ及び光導波路の位置関係を示す断面図。本発明の第２の実施形態に係る、光空間通信ユニットの構成を示す断面図。

符号の説明

１０…光空間通信ユニット、１１…光ファイバ、１２…コネクタ、１３…光ファイバコネクタ、１４…コネクタ筐体、１５…光導波路筐体、１６…レンズ筐体、１７…割りスリーブ、１８…光導波路、１９…コリメータレンズ、３０…光空間通信ユニット、３１…光導波路筐体、３２ａ，３２ｂ…光導波路、３３…光学機能部品。

Claims

光ファイバの端部に装着されるコネクタと、
信号光を伝送する光導波路と、
前記光導波路の一方の端面と対向するように配置されその端面から出射される信号光の整形及び集光を行うアクロマートレンズと、
前記アクロマートレンズと前記光導波路を位置決めして固定し、前記光ファイバの前記コネクタ装着部分である光ファイバコネクタを前記光導波路の他方の端面に向けて着脱自在に嵌合させる筐体と
を具備し、
前記筐体は、前記光導波路のアクロマートレンズ側の端面が前記アクロマートレンズの焦点に合致するように両者を固定することを特徴とする光空間通信ユニット。
前記筐体は、前記光ファイバコネクタが嵌合されるコネクタ筐体部と、光導波路を固定する光導波路筐体部と、アクロマートレンズを固定するレンズ筐体部とを備えることを特徴とする請求項１記載の光空間通信ユニット。
前記レンズ筐体部と前記光導波路筐体部は、両者の合体時に前記アクロマートレンズの焦点位置に前記光導波路の端面が位置するように前記光導波路、アクロマートレンズを固定することを特徴とする請求項２記載の光空間通信ユニット。
前記コネクタ筐体部は、前記光ファイバコネクタの端面と前記光導波路の端面を接合させるための割りスリーブを備えることを特徴とする請求項２記載の光空間通信ユニット。
前記光導波路は、その端面が、その端面における反射波の前記光導波路内の伝播を抑制する角度に成形されていることを特徴とする請求項１記載の光空間通信ユニット。
前記光導波路は、さらに、前記アクロマートレンズのレンズ光軸に対する前記光導波路の光軸が、レンズ光軸に対して対称となる強度分布で信号光を平行光化する角度に傾斜されていることを特徴とする請求項５記載の光空間通信ユニット。
光ファイバから光信号が入射される場合の前記光導波路の端面の断面積が、前記光ファイバの端面の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光空間通信ユニット。
前記光導波路中に光学機能部品を介在したことを特徴とする請求項１記載の光空間通信ユニット。
前記光導波路の端面に光学機能材料を蒸着したことを特徴とする請求項１記載の光空間通信ユニット。