JP2016091014A - マルチモード光ファイバへの単一モード光源の調整された発射 - Google Patents
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Abstract
【課題】後方反射を低減し且つ光ファイバリンクの長さを増大することを可能にすると同時に、光ファイバリンクの帯域幅を増大できる光送信機またはトランシーバモジュールを提供する。【解決手段】光送信機1は光ビームを生成する単一モード光源2と、光結合システム10を含み、光結合システムは、光ビームを受光し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ光ビームを変換し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光をマルチモード光ファイバ(MMF)4の端面4aの方へ送るように構成されており、予め選択された空間強度分布パターンは、予め選択された空間強度分布パターンを有する光がMMFを伝って移動する際に、欠陥を含む可能性があるMMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されている。【選択図】図1
Description
本発明は、光ファイバネットワークに関し、より具体的には、後方反射を低減し且つ光ファイバリンクの長さを増大することを可能にすると同時に、光ファイバリンクの帯域幅を増大するために、マルチモード光ファイバリンクと共に単一モード光源を使用することに関する。
発明の背景
光通信ネットワークにおいて、光学トランシーバモジュールは、光ファイバを介して光信号を送受信するために使用される。トランシーバモジュールは、送信機側および受信機側を含む。送信機側では、レーザ光源が変調レーザ光を生成し、光結合システムが当該変調レーザ光を受光し、当該光を光ファイバの端部上へ光学的に結合または投影する。レーザ光源は一般に、特定の波長または波長帯の光を生成する1つ又は複数のレーザダイオードを含む。送信機側のレーザダイオードのドライバ回路は、レーザダイオードを変調する電気駆動信号を出力する。光結合システムは一般に、1つ又は複数の反射要素、屈折要素および/または回折要素を含む。受信機側では、光ファイバの端部から排出される光信号が、トランシーバモジュールの光結合システムにより、フォトダイオード上へ光学的に結合される。フォトダイオードは、光信号を電気信号へ変換する。受信機側の受信機回路は、データを復元するために当該電気信号を処理する。
光通信ネットワークにおいて、光学トランシーバモジュールは、光ファイバを介して光信号を送受信するために使用される。トランシーバモジュールは、送信機側および受信機側を含む。送信機側では、レーザ光源が変調レーザ光を生成し、光結合システムが当該変調レーザ光を受光し、当該光を光ファイバの端部上へ光学的に結合または投影する。レーザ光源は一般に、特定の波長または波長帯の光を生成する1つ又は複数のレーザダイオードを含む。送信機側のレーザダイオードのドライバ回路は、レーザダイオードを変調する電気駆動信号を出力する。光結合システムは一般に、1つ又は複数の反射要素、屈折要素および/または回折要素を含む。受信機側では、光ファイバの端部から排出される光信号が、トランシーバモジュールの光結合システムにより、フォトダイオード上へ光学的に結合される。フォトダイオードは、光信号を電気信号へ変換する。受信機側の受信機回路は、データを復元するために当該電気信号を処理する。
高速データ通信ネットワーク(例えば、10ギガビット/秒(Gb/s)及びそれより高速)において、マルチモード光ファイバ(MMF)に関連したより低い実施コスト(例えば、安価なコネクタ及びより低いメンテナンス費用)に起因して、単一モード光ファイバ(SMF)ではないマルチモード光ファイバ(MMF)が使用されることが多い。係るネットワークにおいて、例えば、リンク伝送距離のような、特定のリンク性能の特徴は、レーザ光源の特性および光結合システムの設計に依存する。リンク伝送距離、即ちMMFリンクの長さは、ディファレンシャルモード分散(Differential Modal Dispersion:DMD)、色分散(Chromatic Dispersion:CD)、及びモード分配雑音(Modal Partition Noise:MPN)により制限されることが多い。CD及びMPDがマルチモード光源によってもたらされるのに対して、DMDは、MMFの不完全状態に起因してもたらされる。
MMFリンクに単一モード光源を使用することは、マルチモード光源によりもたらされるCD及びMPNの障害を取り除くことができ、それによってより大きいMMFリンクの長さを達成することが可能になる。更に、MMFリンクに単一モード光源を使用することは、コネクタを維持しやすくし、トランシーバのパッケージングの複雑性およびコストを低減する。しかしながら、単一モード光源は、マルチモード光源よりも後方反射に影響されやすい。データセンタのMMFインフラにおいて、特にMMFトランシーバのインターフェースが物理的コンタクトで終端されておらず、接続の特性が試験されていない場合、後方反射は固有である。
後方反射を操作(処理)するための従来の手法は、一定の偏光出力ビームを有する端面発光レーザダイオードを光アイソレータと連係して使用すること、又はリンクファイバの光軸に対して非ゼロ度の角度でリンクファイバの端面上に光源からの光を送るために、ピグテール付きトランシーバパッケージにおける傾斜したファイバ又はファイバスタブが使用される傾斜オフセット発射を含む。これら手法の全ては、利点と欠点を有する。光アイソレータは、可変偏光出力ビームを有するレーザ光源(例えば、面発光レーザ(VCSEL))と共に使用される場合には、所望の効果を有することができない。傾斜したファイバのピグテール又はファイバスタブを用いることは、トランシーバのパッケージングの複雑性およびコストを増大させる可能性がある。
DMDの原因となることが多いファイバの不完全状態は、MMFの屈折率プロファイルにおける中心およびエッジの欠陥(不良)である。係る欠陥は一般に、MMFを製造するために使用される工程の特性に起因している。様々な技術を用いて、MMFの端部へのレーザ光の発射に関する発射状態を制御して、欠陥が最も深刻である且つ欠陥の発生の頻度が最も高いMMFの領域を、レーザ光が通過しないようにされる。例えば、光がMMFを通過する際に光が欠陥の少なくとも一部を回避することを可能にするようにMMFの端部へ光を発射する(送り出す)ために、空間オフセット発射を使用することが知られている。空間オフセット発射において、レーザ光源とMMFの端面との間に配置された光学オフセットデバイスが、MMF端面の中心から空間的にオフセットしているMMFの端面の場所上に、レーザ光源により生成された光を送る。例えば、光学オフセットデバイスは、一端部上でMMFの端部に接続または光学的に結合され、MMFの光軸から空間的にオフセットしているけれどもその光軸に平行である光軸を有する光ファイバスタブとすることができる。光源からの光は、当該スタブを通過して、MMFの端面へ入る。スタブの光軸およびMMFの光軸がオフセットしている、即ち同軸ではないので、スタブから排出される光は、MMFの端面の中心から空間的にオフセットしている場所においてMMFの端面に入射する。適切に実施される場合、このタイプの空間オフセット発射は、レーザ光がMMFを通過する際に、中心およびエッジの欠陥を回避するレーザ光という結果になることができる。
例えば、スパイラル状発射のような、MMFの欠陥を回避するように設計された他のタイプの発射も知られている。スパイラル状発射には、光源からの光を光ファイバの端面上へ結合するために使用されるコリメータレンズの光軸の周りに線形的に光源からのレーザ光の位相を回転させる位相パターンでもって当該レーザ光をエンコードするスパイラル状発射光結合システムを使用することを含む。光軸を中心としてレーザ光の位相を回転させることは、ファイバの中心の欠陥を回避することを確実にすることに役立つ。
従って、MMFと共に単一モードレーザ光源を用いることは、増大した帯域幅、増大したリンクの長さ、及び低減されたトランシーバのパッケージングの複雑性という点で、利点を提供するが、克服される必要がある特定の障害が存在する。特に、後方反射およびMMF欠陥に関する問題に対する解決策が必要とされている。従って、より高い帯域幅およびより大きなリンクの長さを達成することを可能にしながら、後方反射を操作し且つMMFの欠陥を回避するように発射状態も制御するように、単一モード光源およびMMFを使用する光通信リンクを提供することが望ましい。
発明の概要
本発明は、後方反射を操作し且つMMFの欠陥を回避するように発射状態も制御しながら、より高い帯域幅およびより大きいリンクの長さを達成することを可能にするように単一モード光源およびMMFを使用する光送信機モジュール及び方法を対象とする。光送信機は、単一モード光源および光結合システムを含む。単一モード光源は、光結合システムにより受光される光ビームを生成する。光結合システムは、光ビームを受光し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ光ビームを変換し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光をMMFの端面の方へ送るように構成されている。予め選択された空間強度分布パターンは、予め選択された空間強度分布パターンを有する光がMMFを伝って移動する際に、欠陥を含む可能性があるMMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されている。
本発明は、後方反射を操作し且つMMFの欠陥を回避するように発射状態も制御しながら、より高い帯域幅およびより大きいリンクの長さを達成することを可能にするように単一モード光源およびMMFを使用する光送信機モジュール及び方法を対象とする。光送信機は、単一モード光源および光結合システムを含む。単一モード光源は、光結合システムにより受光される光ビームを生成する。光結合システムは、光ビームを受光し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ光ビームを変換し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光をMMFの端面の方へ送るように構成されている。予め選択された空間強度分布パターンは、予め選択された空間強度分布パターンを有する光がMMFを伝って移動する際に、欠陥を含む可能性があるMMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されている。
一実施形態に従って、方法は以下のことを含む。単一モード光源を用いて、光ビームを生成する。光結合システムを用いて、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ光ビームを変換し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光をMMFの端面上へ送る。予め選択された空間強度分布パターンは、予め選択された空間強度分布パターンを有する光がMMFを伝って移動する際に、欠陥を含む可能性があるMMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されている。
別の実施形態に従って、方法は以下のことを含む。MMFの第1の端面と単一モード光源との間に光結合システムを配置し、この場合、光結合システムは、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ光ビームを変換し、且つMMFの第1の端面から単一モード光源のアパーチャへの光の後方反射を低減するように設計されている。予め選択された空間強度分布パターンは、欠陥を含む可能性があるMMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されている。光結合システムを用いて、光ビームを受光し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ変換し、MMFの第1の端面上へ送る。
本発明のこれら及び他の特徴と利点は、以下の説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
例示的な実施形態の詳細な説明
本明細書で説明される例示的な又は説明上の実施形態に従って、SML光源へのレーザ光の後方反射を低減し且つレーザ光がMMFを伝って移動する際に当該レーザ光がMMFの欠陥領域を回避することを可能にする制御された発射状態を提供するように、単一モードレーザ(SML)光源からの光をMMFへ結合するための光結合システム及び方法が提供される。発射状態は、レーザ光がMMFを通過する際にレーザ光がMMFの欠陥領域を回避する予め選択された空間強度分布パターンをMMFへ発射するように制御される。これら特徴の組み合わせにより、トランシーバのパッケージングの複雑性を増大させることなしに、より大きなリンク帯域幅およびリンクの長さが、MMFで達成されることが可能になる。
本明細書で説明される例示的な又は説明上の実施形態に従って、SML光源へのレーザ光の後方反射を低減し且つレーザ光がMMFを伝って移動する際に当該レーザ光がMMFの欠陥領域を回避することを可能にする制御された発射状態を提供するように、単一モードレーザ(SML)光源からの光をMMFへ結合するための光結合システム及び方法が提供される。発射状態は、レーザ光がMMFを通過する際にレーザ光がMMFの欠陥領域を回避する予め選択された空間強度分布パターンをMMFへ発射するように制御される。これら特徴の組み合わせにより、トランシーバのパッケージングの複雑性を増大させることなしに、より大きなリンク帯域幅およびリンクの長さが、MMFで達成されることが可能になる。
1つの例示的な実施形態に従って、光結合システムは、後方反射を低減する第1の光学要素、及びSML光源からのレーザ光をMMFの端部へ結合する第2の光学要素を含む。第1及び第2の光学要素は、光学材料の単一の一体構成要素で形成され得るか、又はそれらは、光学材料の別個の構成要素で形成されて、次いで一つになるように固定される別個の要素とすることができる。説明のために、光学要素が、光学材料の単一の一体構成要素の両側に形成されているように示される。
光結合システムは、SML光源の出力ファセットとMMFの端面との間に延びる光路に沿って配置される。本明細書で説明される例示的な実施形態に従って、光結合システムの第1及び第2の光学要素は、SML光源の出力ファセットから放出されたレーザ光が第2の光学要素に衝突する前に第1の光学要素に衝突するように、SML光源およびMMFの端面に対して配置される。第1の光学要素は、予め選択された空間強度分布パターンへ光を変換すると同時に、SML光源に対する後方反射を低減する。第2の光学要素は、予め選択された空間強度分布パターンをMMFの端面上へ発射、投射または投影する。レーザ光の予め選択された空間強度分布パターンにより、レーザ光は、MMFの欠陥を回避する。空間強度分布パターンは、MMFへ発射されるレーザ光がMMFの中を進む際に欠陥領域を回避することを確実にするために、MMFの既知の又は可能性のある欠陥領域に基づいて予め選択される。さて、説明上の又は例示的な実施形態が図1〜図12に関連して説明され、係る図面において、同じ参照符号は、同様のコンポーネント、要素または特徴要素を意味する。
図1は、単一モードレーザ(SML)光源2と光結合システム10を含む光送信機1のブロック図を示す。光送信機1は一般に、光受信機(図示せず)も含む光トランシーバモジュール(図示せず)の一部である。用語「光送信機」は、本明細書で使用される限り、光導波路を介した伝送用の光信号を生成するためのコンポーネントを有する送信機を意味することが意図されている。
SML光源2は、電気データ信号により変調されて、光データ信号を生成する。この例示的な実施形態に従って、任意のレーザコントローラ3が、光源2に供給されるバイアス及び変調電流を制御することにより、光源2の動作を制御する。光送信機は、分かりやすくするために及び説明を容易にするために図示されていない追加の要素またはコンポーネントを含むことができる。SML光源2により生成されたレーザ光は、光結合システム10により受光され、光結合システム10によりMMF4の端部へ結合または発射される。
光結合システム10は、後方反射を操作し且つ光がMMFを伝って移動する際に光が欠陥を含むMMF中の領域を回避する制御された発射を提供するように設計された第1及び第2の光学要素10a及び10bを含む。例えば、MMFは中心およびエッジの欠陥を包含することが一般に知られている。従って、より詳細に後述されるように、制御された発射は、レーザ光がMMF4を伝って移動する際にレーザ光がMMF4の中心およびエッジの欠陥領域を回避することを確実にするレーザ光の予め選択された空間強度分布パターンをMMF4の端面4a上に投射または投影することができる。第1及び第2の光学要素10a及び10bが、これら目的を達成するように設計および製造される方法が、詳細に後述される。
図2及び図3は、コントローラ3を備えない、図1に示された光送信機1の例示的な実施形態の略図を示す。図2に示された例示的な実施形態に従って、光送信機1の光結合システム10’は、図1に示された第1の光学要素10aに対応するアナログ的自由形状表面である第1の面11、及び図1に示された第2の光学要素10bに対応するアナログ的自由形状表面でもある第2の面12を有する、単一の又は一体的に形成された要素である。図3に示された例示的な実施形態に従って、光送信機1の光結合システム10”は、図1に示された第1の光学要素10aに対応する回折面である第1の面13、及び図1に示された第2の光学要素10bに対応するアナログ的自由形状表面でもある第2の面14を有する、単一の又は一体的に形成された要素である。これら実施形態の双方において、第2の光学要素12及び14は、屈折レンズ又はコリメータレンズであるが、それらは他のタイプの光学要素とすることができる。
光結合システム10”の第1及び第2の面11及び12の自由形状表面は、予め選択された数式により定義される。第1の面11は、レーザ光を所定の空間強度分布パターンへ変換しながら、特定のデシベル(dB)レベル未満に後方反射を低減する、又は特定のデシベル(dB)レベルに後方反射を維持するように設計される。第2の面12は、レーザ光の所定の空間分布をMMF4の端面4a上に光学的に結合するための所定の方法でレーザ光を処理するように設計される。
図2に示された光結合システム10’は一般に、熱可塑性材料のような成形可能な光学材料を射出成形するためのモールド成形プロセスを用いることにより、又は表面11及び12をエポキシ樹脂において複製するためのエポキシ樹脂複製プロセスを用いることにより作成される。これらプロセスにおいて使用される光学モールド成形材料またはエポキシ樹脂は、SML光源2により放出された光の動作波長に透過的である。また、ダイヤモンド旋削を用いて、光結合システム10’を作成してもよい。
図3に示された光結合システム10”の第1の面13は、回折パターン又はホログラフィのパターンである。第1の面13は、レーザ光をレーザ光の所定の空間強度分布パターンへ変換しながら、特定のdBレベル未満に後方反射を低減する、又は特定のデシベルdBレベルに後方反射を維持するように設計される。第2の面14は、レーザ光の所定の空間強度分布パターンをMMF4の端面4a上に結合するように設計される。
図3に示された光結合システム10”は一般に、ガラス又はシリコン(ケイ素)から作成される。回折またはホログラフィのパターンは、第1の面13の表面13aに形成され、一般にフォトリソグラフィプロセス(即ち、マスクを形成するためにフォトレジストをパターン形成して、マスクされていない領域をエッチングする)を用いて形成される。同様に、第2の面14は、フォトリソグラフィのパターン形成およびエッチングプロセスを通じて製作され得る。代案として、表面13aに形成された回折またはホログラフィのパターンのマスターが、フォトリソグラフィプロセスを用いて生成されることができ、次いで当該マスターがモールド成形プロセス又はエポキシ樹脂複製プロセスにおいて使用されて、光結合システム10”をプラスチック又はエポキシ樹脂において複製することができる。図3に示された光結合システム10”の第2の光学要素14は、図2に示された光結合システム10’の第2の光学要素12と同一であってもよく、図2に関連して上述された方法で形成され得る。
留意されるべきは、本発明は、光結合システム10、10’及び10”を作成するために使用されるプロセス又は材料に関して制限されない。当業者には理解されるように、様々なプロセス及び材料が、光結合システム10、10’及び10”を作成するのに適している。上述されたプロセス及び材料は、このために使用され得る適切なプロセス及び材料の幾つかの単なる例である。
図4は、典型的なMMFの端面において、従来の屈折性光結合システムにより生じた発射状態の平面図を示す。円21は、典型的なMMFの50マイクロメータのコアを表す。看取されるように、図4に示された図の最も明るい領域は、コア21の中心に集束された光エネルギーであり、当該コア21の中心は、MMFの欠陥が存在することが多い場所である。MMFを伝って移動するレーザ光と係る欠陥との間の衝突は、上述されたようなDMDを引き起こし、帯域幅およびリンクの長さの低減につながる。
図5は、MMF4の端面4aにおいて、それぞれ図2及び図3に示された光結合システム10’又は10”により生じた発射状態の平面図を示す。円25は、MMF4の50マイクロメータのコアを表すが、MMF4のコアは他の寸法を有することができる。図5に示された図の最も明るい領域は、光結合システム10’又は10”によりもたらされた所定の発射状態により生じた所定の空間強度分布パターンである。看取され得るように、空間強度分布パターンは、コア25の中心に対して分散化され、即ちそれはコア25の外側にある。また、看取されるように、空間強度分布パターンは、コア25のエッジの内側であり、当該エッジは、欠陥がMMFに存在することが多い場所である。このように、光エネルギーの大部分は、MMF4の中心およびエッジの欠陥の何れも回避する。
図6は、MMF4の端面4aにおいて、図2及び図3に示された光結合システム10’又は10”により生じた発射状態の平面図を示す。円28は、MMF4の50マイクロメータのコアを表す。看取され得るように、所定の空間強度分布パターンが、コア28の外側および中心を除いて、取り巻く複数の領域において光エネルギーを分散させる。また、パターンはコア28のエッジの内側である。このように、光エネルギーの大部分は、MMF4の中心およびエッジの欠陥の何れも回避する。
留意すべきは、図5及び図6は、MMF4の特定の領域を回避する2つの所定の空間強度分布パターンを示すが、光結合システム10は、任意の所望の空間強度分布パターンを達成するように設計および製作され得る。図5及び図6に示されたパターンは、MMFが図5及び図6に示されたパターンにより回避される中心およびエッジの欠陥を備えやすいということが一般的に知られているという事実に起因して、一例として使用されている。
図7は、従来の屈折性光結合システムによるSML光源のアパーチャへ戻るように送られる後方反射された光パワーの平面図を示す。後方反射された光が中心に集められているので、光の大部分は、SML光源のアパーチャに入る。図8は、後方反射された光エネルギーの大部分がSML光源2のアパーチャへ戻るように送られないように、図2又は図3に示された光結合システム10’又は10”により分散化された、後方反射された光パワーの平面図を示す。図9は、後方反射された光エネルギーの大部分がSML光源2のアパーチャへ送られないように、図2又は図3に示された光結合システム10’又は10”により中心に集められない及び分散された、後方反射された光パワーの平面図を示す。このように、看取され得るように、光結合システム10’又は10”は、MMFの欠陥領域を回避する空間強度分布パターンを提供することに加えて、同時にSML光源2のアパーチャへ送られる光パワーのdBレベルを低減する目標も達成する。
図10は、第1の面11が、図5に示されたものと類似する空間強度分布パターンを達成するために、屈折レンズと組み合わされたアナログ的自由形状表面30として実現された例示的な実施形態による、図2に示された光結合システム10’の第1の面11の平面図を示す。アナログ的自由形状表面30は、−2πから+2πの範囲にわたる位相値を有する位相パターンにより画定され、この場合、−2πは自由形状表面30により形成された、レーザ光の最も小さい位相遅延に対応し、+2πは自由形状表面30により形成された、レーザ光の最も大きい位相遅延に対応する。位相値は以下のように計算される。即ち、
位相値=M×Φ 式1
ここで、Mは、定数、一般に整数であり、Φは、光結合システム10’の光軸に対応するZ軸を有する極座標系のアジマス角である。
位相値=M×Φ 式1
ここで、Mは、定数、一般に整数であり、Φは、光結合システム10’の光軸に対応するZ軸を有する極座標系のアジマス角である。
図10の例示的な実施形態に従って、アナログ的自由形状表面30は、SML光源2から受け取ったレーザ光を、図5に示されたパターンに類似した空間強度分布パターンへ変換する。このタイプの空間強度分布パターンを達成することができるアナログ的自由形状表面の例は、ボルテックスレンズである。同時に、アナログ的自由形状表面30は、図8に示されたものに類似する分散化された後方反射を提供する。
図11は、光結合システム10”の第1の面13が、図5に示された空間強度分布パターンを達成するために、屈折レンズと組み合わされた回折面35として実現された例示的な実施形態による、図3に示された光結合システム10”の第1の面の平面図を示す。図3に示された表面13aに対応する回折面35は、0から2πの範囲にわたる位相値から構成された位相パターンを含む。上述したように、スパイラル状発射を行う光結合システムは、コリメータレンズの光軸の周りに線形的に光の位相を回転させる位相パターンでもって光源からのレーザ光をエンコードするものである。スパイラル状発射は一般に、MMFファイバの中心およびエッジの欠陥を回避する時に有効である。この例示的な実施形態に従って、回折面13aに形成された回折パターンにより生成された所定の空間強度パターンは、SML光源2からの光を光結合システム10”の光軸の周りに線形的にエンコードする。第2の面14の屈折レンズは、エンコードされた光をMMF4の端面4a上に送る(向ける)。このように、光結合システム10”は、図9に示されたものに類似する分散した後方反射を提供しながら、同時にMMF4の中心およびエッジの欠陥を回避するように、図5に示された空間強度分布パターンを達成する。
スパイラル状発射は、MMF4の中心およびエッジの欠陥を回避する所定の空間強度分布を生じる制御された発射の一例であるが、MMF4の他の欠陥領域を回避する作用を有する他のタイプの制御された発射も使用され得る。上述したように、光結合システム10は、MMF4の端面4a上へのレーザ光の任意の所望の空間強度分布の発射を達成するように設計および製造され得る。従って、MMFの欠陥領域が位置する可能性が最も高い場所が予め分かっている限り、光結合システム10は、レーザ光がMMF中を伝播する際に、レーザ光がこれら領域を回避することを確実にする所望の発射状態を達成するように設計および製造され得る。
図12は、第1の面13にも形成されている屈折レンズと組み合わされて光結合システム10”(図3)の第1の面13の表面13aに形成された、ホログラフィのパターン40の例示的な実施形態に関するスクリーンショットの平面図を示す。ホログラフィのパターン40は、MMF4の欠陥領域を回避する図6に示されたようなMMF4への制御された発射を提供しながら、同時に図9に示されたように後方反射を低減する予め選択された空間強度分布パターンを生成することができる、コンピュータで生成されたホログラムに基づいて設計される。
図11に示された位相パターン35と同様に、この例示的な実施形態に従って、ホログラフィのパターン40は、SML光源2により放出されたレーザ光のスパイラル状発射を提供する。このように、この例示的な実施形態に従って、回折パターン40は、光結合システム10”の光軸の周りに線形的に光を回転させる位相でもって、光源2からのレーザ光をエンコードし、それによりMMF4の中心の欠陥およびMMF4のエッジの近くの欠陥が回避されることを確実にする。
そこに形成されたホログラフィのパターン40を有する表面13aは一般に、以下のように設計される。空間強度分布パターンを生成する1つ又は複数のアルゴリズムが実行される。次いで、生成された空間強度分布パターンの1つが、MMF4の欠陥領域を回避する際のその有効性に基づいて選択される。この例示的な実施形態に従って、空間強度分布パターンは、MMF4の中心およびエッジの欠陥を回避する際のその有効性に基づいて選択される。ひとたび空間強度分布パターンが選択されたなら、当該選択された強度分布パターンを入力として受け取り、ホログラムを生成する回折面シミュレーションアルゴリズムを実行する1つ又は複数の他のアルゴリズムが実行されて、各ホログラムをシミュレーションされた回折面へ挿入し、所望の強度分布パターンを達成するシミュレーションされた回折面という結果になるホログラムを選択する。
ひとたび、ホログラムが選択されたならば、シミュレーションされた設計を備える実際の光結合システム10”に使用するのに適した回折面が設計され、光結合システム10”は、表面13aがそこに形成された回折パターン40を有するように製造され、当該回折パターン40は、対応するホログラムを複製する。回折パターン40は、光結合システム10”の適切な基体材料の厚さ及び/又は屈折率における空間的変化へと、選択されたホログラムの位相パターンをマッピングすることにより製造され、例えば、当該材料は、ガラス、プラスチック、ポリマー又は半導体材料とすることができる。上述したように、フォトリソグラフィのプロセスが、基体材料の厚さ及び/又は屈折率におけるランダムな空間的変化を形成するのに良好に適している。
2011年9月13に発行されて本出願の譲受人に譲渡された米国特許第8,019,233号は、光ファイバの中心およびエッジの欠陥を回避する制御された発射を提供するためにそこに形成された回折パターンを有する、光送信機の光結合システムを設計および製造するための方法およびシステムを説明する。その特許に開示された方法およびシステムは、参照により全体として本明細書に組み込まれ、表面13aに回折パターン40を形成することに関して同様に良好に適している。従って、簡略にするために、これら方法およびシステムの詳細な説明は、本明細書に提供されない。
モジュールの複雑性を増大させることなく、MMFリンクの長さ及び帯域幅を増大することを可能にすることに加えて、本発明は、より低いMMF製造コスト及び増大した歩留まりのような他の利点も提供する。本発明は、欠陥を含む可能性があるファイバの特定の領域を回避する予め選択された空間強度分布を達成することを可能にするので、ファイバの製造業者は、これらの領域の欠陥を低減することにそれほど集中しなくてもよく、例えば、ファイバのプロファイルαの制御のような、性能最適化パラメータにもっと集中することができる。例えば、光学マルチモード(OM)1、OM2、OM3及びOM4光ファイバは、それらのコアに中心およびエッジの欠陥を有することが知られている。欠陥領域を低減すること及び性能最適化パラメータにもっと集中することに関連した許容誤差を緩和することにより、MMF性能が改善されると同時に、製造歩留まりも改善しコストを低減することができる。
留意すべきは、本発明は、本発明の原理および概念を例示するために幾つかの例示的な実施形態に関連して説明された。例えば、例示的な実施形態は、第2の光学要素10bよりもSML光源2に近く配置されている第1の光学要素10aがSML光源2に対してであるように説明および図示しているが、SML光源2に対する第1及び第2の光学要素10a及び10bの位置は、SML光源2に対する後方反射を低減する上述した同じ光学的効果を提供し且つMMF4の欠陥領域を回避するように発射状態を制御すると同時に、反対にすることができる。従って、本明細書に提供された説明に鑑みて当業者には理解されるように、本発明は、当該例示的な実施形態に制限されない。当業者ならば理解されるように、本明細書に説明された実施形態に対して、変更がなされることができ、係る変更の全ては、本発明の範囲内にある。
Claims (25)
- 光送信機またはトランシーバモジュールであって、
光ビームを生成する単一モード光源と、
光結合システムを含み、前記光結合システムは、前記光ビームを受光し、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ前記光ビームを変換し、前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光をマルチモード光ファイバ(MMF)の端面の方へ送るように構成されており、前記予め選択された空間強度分布パターンは、前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光が前記MMFを伝って移動する際に、欠陥を含む可能性がある前記MMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されている、光送信機またはトランシーバモジュール。 - 前記光結合システムが、第1の光学要素および第2の光学要素を含み、前記第1の光学要素は、前記第2の光学要素が受光される光ビームに衝突する前に、前記受光される光ビームに衝突し、前記第1の光学要素が、前記光ビームを前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ変換するための所定の方法で前記受光される光ビームに作用するアナログ的自由形状表面を含み、前記第2の光学要素が、前記MMFの端面上に前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光を送る屈折レンズである、請求項1に記載の光送信機またはトランシーバ。
- 前記第1及び第2の光学要素が、単一要素で形成される、請求項2に記載の光送信機またはトランシーバ。
- 前記単一要素が、モールド成形されたプラスチック要素である、請求項3に記載の光送信機。
- 前記単一要素が、エポキシ樹脂の複製された要素である、請求項3に記載の光送信機。
- 前記単一要素が、ガラス要素である、請求項3に記載の光送信機。
- 前記第1の光学要素が、ボルテックスレンズを含む、請求項3に記載の光送信機。
- 前記第1の光学要素が、前記MMFの前記端面からの前記単一モード光源のアパーチャへの後方反射を、少なくとも10デシベル(dB)だけ低減する、請求項2に記載の光送信機。
- 前記第1の光学要素が、前記MMFの前記端面からの前記単一モード光源のアパーチャへの後方反射を、最高30dBだけ低減する、請求項8に記載の光送信機。
- 前記予め選択された空間強度分布パターンは、前記光が前記MMFの中心およびエッジの欠陥を回避するように予め選択される、請求項2に記載の光送信機。
- 前記光結合システムが、第1の光学要素および第2の光学要素を含み、前記第1の光学要素は、前記第2の光学要素が受光される光ビームに衝突する前に、前記受光される光ビームに衝突し、前記第1の光学要素が、前記受光される光ビームを前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ変換するための所定の方法で前記受光される光ビームに作用する回折面を含み、前記第2の光学要素が、前記MMFの端面上に前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光を送る屈折レンズである、請求項1に記載の光送信機。
- 前記回折面が、前記予め選択された空間強度分布パターンを達成するコンピュータで生成されたホログラムに基づいて製造される位相パターンを含む、請求項11に記載の光送信機。
- 前記第1及び第2の光学要素が、単一要素で形成される、請求項11に記載の光送信機またはトランシーバ。
- 前記単一要素が、モールド成形されたプラスチック要素である、請求項11に記載の光送信機。
- 前記単一要素が、エポキシ樹脂の複製された要素である、請求項11に記載の光送信機。
- 前記位相パターンが、前記回折面の厚さの空間的変化を含む、請求項11に記載の光送信機。
- 前記位相パターンが、前記回折面の屈折率の空間的変化を含む、請求項11に記載の光送信機。
- 前記単一要素が、ガラス要素である、請求項11に記載の光送信機。
- 前記第1の光学要素が、回折ボルテックスレンズを含む、請求項11に記載の光送信機。
- 前記第1の光学要素が、前記MMFの前記端面からの前記単一モード光源のアパーチャへの後方反射を、少なくとも10デシベル(dB)だけ低減する、請求項11に記載の光送信機。
- 前記第1の光学要素が、前記MMFの前記端面からの前記単一モード光源のアパーチャへの後方反射を、最高30dBだけ低減する、請求項20に記載の光送信機。
- 単一モード光源により生成された光をマルチモード光ファイバ(MMF)の端面へ発射するための方法であって、
前記単一モード光源を用いて、光ビームを生成し、
光結合システムを用いて、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ前記光ビームを変換し、前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光を前記MMFの端面上へ送ることを含み、
前記予め選択された空間強度分布パターンは、前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光が前記MMFを伝って移動する際に、欠陥を含む可能性がある前記MMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されている、方法。 - 前記光結合システムが、前記MMFの前記端面からの前記単一モード光源のアパーチャへの後方反射を、少なくとも10デシベル(dB)だけ低減する、請求項22に記載の方法。
- 前記光結合システムが、前記MMFの前記端面からの前記単一モード光源のアパーチャへの後方反射を、最高30dBだけ低減する、請求項23に記載の方法。
- マルチモード光ファイバを含み、マルチモード光ファイバ(MMF)リンクの長さ及び帯域幅を増大させることを可能にするための方法であって、
MMFの第1の端面へ発射されるべき光ビームを生成するために単一モード光源を使用し、
前記MMFの前記第1の端面と前記単一モード光源との間に光結合システムを配置し、前記光結合システムは、予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ前記光ビームを変換し、且つ前記MMFの前記第1の端面から前記単一モード光源のアパーチャへの光の後方反射を低減するように設計されており、前記予め選択された空間強度分布パターンは、前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光が前記MMFを伝って移動する際に、欠陥を含む可能性がある前記MMFの1つ又は複数の領域を回避するように予め選択されており、
前記光結合システムを用いて、前記光ビームを受光し、その受光された光ビームを、前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光へ変換し、前記予め選択された空間強度分布パターンを有する光を前記MMFの前記第1の端面上へ送ることを含む、方法。
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