JP2020144186A - 光接続構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】端面反射を十分に抑制することができる光接続構造を提供する。【解決手段】光接続構造１Ａは、第１空間多重伝送路１１と、第２空間多重伝送路１２と、第１レンズ機構３１と、第２レンズ機構３２と、端面２１ａ及び端面２１ｂを有し、第１空間多重伝送路１１と第１レンズ機構３１との間に配置された第１ビーム径変換部２１と、を備え、第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２は、互いに光学的に結合され、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間で平行光を伝搬し、端面２１ａは、第１空間多重伝送路１１と接し、端面２１ｂは、複数のコア４１の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、第１ビーム径変換部２１は、端面２１ｂにおける光の径が端面２１ａにおける光の径よりも大きくなるように構成されている。【選択図】図２

Description

本開示は、光接続構造に関する。
特許文献１には、マルチコアファイバ（以下、「ＭＣＦ」とも略す）同士を一対の単一レンズを用いて接続する光接続器が記載されている。特許文献２には、ＭＣＦ及び複数のシングルモードファイバ（以下、「ＳＭＦ」とも略す）を単一レンズ及びプリズムを用いて接続する光接続器が記載されている。特許文献３には、ＭＣＦ及び複数のＳＭＦを一対の単一レンズを用いて接続する光接続器において、ＭＣＦ及び複数のＳＭＦの端面を斜め研磨し、反射防止膜を設けることが記載されている。
特開２０１４−５２４９６号公報 国際公開第２０１４／０３８５１４号 特開２０１６−１０９８８７号公報
上述の光接続器では、端面反射の抑制が不十分である。
そこで、端面反射を十分に抑制することができる光接続構造を提供することを目的とする。
本開示の光接続構造は、複数の第１伝送路を有する第１空間多重伝送路と、複数の第２伝送路を有する第２空間多重伝送路と、第１空間多重伝送路と光学的に結合された第１レンズ機構と、第２空間多重伝送路と光学的に結合された第２レンズ機構と、第１端面及び第２端面を有し、第１空間多重伝送路と第１レンズ機構との間に配置された第１ビーム径変換部と、を備え、第１レンズ機構及び第２レンズ機構は、互いに光学的に結合され、第１レンズ機構と第２レンズ機構との間で平行光を伝搬し、第１端面は、第１空間多重伝送路と接し、第２端面は、複数の第１伝送路の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、第１ビーム径変換部は、第２端面における光の径が第１端面における光の径よりも大きくなるように構成されている。
本開示によれば、端面反射を十分に抑制することができる光接続構造を提供することができる。
図１は、端面反射率のＭＦＤ依存性を示すグラフである。 図２は、第１実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図３は、第２実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図４は、第３実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図５は、第４実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図６は、第５実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図７は、第６実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図８は、第７実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図９は、第８実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図１０は、第８実施形態に係る光接続構造が適用される光増幅システムの一例を示す図である。 図１１は、第９実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図１２は、第９実施形態に係る光接続構造が適用される光増幅システムの一例を示す図である。 図１３は、第１０実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図１４は、第１１実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図１５は、第１２実施形態に係る光接続構造を示す図である。 図１６は、第１３実施形態に係る光接続構造を示す図である。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。実施形態に係る光接続構造は、複数の第１伝送路を有する第１空間多重伝送路と、複数の第２伝送路を有する第２空間多重伝送路と、第１空間多重伝送路と光学的に結合された第１レンズ機構と、第２空間多重伝送路と光学的に結合された第２レンズ機構と、第１端面及び第２端面を有し、第１空間多重伝送路と第１レンズ機構との間に配置された第１ビーム径変換部と、を備え、第１レンズ機構及び第２レンズ機構は、互いに光学的に結合され、第１レンズ機構と第２レンズ機構との間で平行光を伝搬し、第１端面は、第１空間多重伝送路と接し、第２端面は、複数の第１伝送路の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、第１ビーム径変換部は、第２端面における光の径が第１端面における光の径よりも大きくなるように構成されている。
上記実施態様に係る光接続構造では、第１ビーム径変換部は、第２端面における光の径が第１端面における光の径よりも大きくなるように構成されている。したがって、第２端面における光の径が、第１端面における光の径と同等以下の場合に比べて、第２端面と空間との間の反射を極力抑制できる。これにより、端面反射を十分に抑制することができる。
第３端面及び第４端面を有し、第２空間多重伝送路と第２レンズ機構との間に配置された第２ビーム径変換部を更に備え、第３端面は、第２空間多重伝送路と接し、第４端面は、複数の第２伝送路の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、第２ビーム径変換部は、第４端面における光の径が第３端面における光の径よりも大きくなるように構成されていてもよい。この場合、第２ビーム径変換部は、第４端面における光の径が第３端面における光の径よりも大きくなるように構成されている。したがって、第４端面における光の径が、第３端面における光の径と同等以下の場合に比べて、第４端面と空間との間の反射を極力抑制できる。これにより、端面反射を更に十分に抑制することができる。
第２端面には、複数の第１伝送路及び複数の第２伝送路を伝搬する光の反射を抑制する反射抑制膜が設けられていてもよい。この場合、端面反射を更に十分に抑制することができる。
第１空間多重伝送路は、単一の第１コアを第１伝送路としてそれぞれ含む複数の第１シングルコアファイバと、複数の第１シングルコアファイバを結束する樹脂と、を有するファイババンドルであってもよい。この場合であっても、端面反射を十分に抑制することができる。
第１ビーム径変換部は、第１コアと接続され、第１コアの屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材であってもよい。この場合、複数の第１伝送路との位置合わせを考慮することなく、第１ビーム径変換部を第１空間多重伝送路に配置することができる。
第１空間多重伝送路は、複数の第１伝送路として複数の第１コアを含むマルチコアファイバであってもよい。この場合であっても、端面反射を十分に抑制することができる。
第１ビーム径変換部は、複数の第１コアと接続された複数の第２コアを含むマルチコアファイバであり、第２端面における複数の第２コアのコア径は、第１端面における複数の第２コアのコア径よりも大きくてもよい。この場合、第１空間多重伝送路及び第１ビーム径変換部を１つのマルチコアファイバから、例えばＴＥＣ（Thermally-Expanded Core）処理により容易に形成することができる。
第１ビーム径変換部は、複数の第１コアと接続され、複数の第１コアの屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材であってもよい。この場合、複数の第１伝送路との位置合わせを考慮することなく、第１ビーム径変換部を第１空間多重伝送路に配置することができる。
第１レンズ機構及び第２レンズ機構は、単一のレンズであり、第１レンズ機構は、第１空間多重伝送路の端面に、第１レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、第２レンズ機構は、第２空間多重伝送路の端面に、第２レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、第１レンズ機構と第２レンズ機構との間では、複数の平行光が互いに平行な状態で伝搬してもよい。この場合、例えば、第１レンズ機構と第２レンズ機構との間に光学素子が配置されていても、光学素子の一部に光が集中することがない。よって、光学素子の局所的な損傷を抑制することができる。
第１レンズ機構及び第２レンズ機構は、単一のレンズであり、第１レンズ機構の焦点及び第２レンズ機構の焦点が互いに重なるように配置されており、第１レンズ機構は、第１空間多重伝送路の端面に、第１レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、第２レンズ機構は、第２空間多重伝送路の端面に、第２レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、第１レンズ機構と第２レンズ機構との間では、複数の平行光が互いに交差した状態で伝搬してもよい。この場合、第１空間多重伝送路と第２空間多重伝送路とを低損失で光学的に結合することができる。
第３端面及び第４端面を有し、第１空間多重伝送路と第１レンズ機構との間に配置された第２ビーム径変換部を更に備え、第３端面は、第２空間多重伝送路と接し、第４端面は、複数の第２伝送路の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、第２ビーム径変換部は、第４端面における光の径が第３端面における光の径よりも大きくなるように構成され、第２空間多重伝送路は、複数の第２伝送路として複数の第３コアを含むマルチコアファイバであり、第１ビーム径変換部の第１端面におけるモードフィールド径と第２ビーム径変換部の第３端面におけるモードフィールド径との比率、及び第１レンズ機構の焦点距離と第２レンズ機構の焦点距離との比率は、複数の第１コアのコアピッチと複数の第３コアのコアピッチとの比率と同等であってもよい。この場合、コアピッチが互いに異なる第１空間多重伝送路及び第２空間多重伝送路を接続することができる。
第１レンズ機構は、複数の第１コアのそれぞれに対応する複数のレンズを有するレンズアレイであってもよい。この場合、各レンズが各コアに対応して設けられているので、光が照射される位置によるレンズ性能のばらつきを抑制することができる。
第１レンズ機構及び第２レンズ機構と光学的に結合され、光を一方向にのみ通すアイソレータコアを更に備えてもよい。この場合、戻り光を抑制することができる。
第１レンズ機構及び第２レンズ機構と光学的に結合され、異なる波長の光を結合又は分離可能なフィルタを更に備えてもよい。この場合、例えば光接続構造を光増幅システムに適用し、励起光及び信号光を結合させることができる。
フィルタは、励起光及び第１レンズ機構から出力された光を結合して第２レンズ機構に入力させ、第２空間多重伝送路には、希土類が添加されており、第２空間多重伝送路は、第２レンズ機構から入力した光を、第２レンズ機構から入力した励起光で増幅してもよい。この場合であっても、端面反射を十分に抑制することができる。また、複数の光増幅器を１つに集約できるので、よりコンパクトな構成が可能となる。
第１レンズ機構及び第２レンズ機構を含む３つ以上のレンズ機構のうち、２つのレンズ機構を光学的に結合させる可動ミラーを更に備えてもよい。この場合であっても、端面反射を十分に抑制することができる。また、この場合、よりコンパクトな構成が可能となる。
第１伝送路の径は６μｍ以下であってもよい。このように第１伝送路が細径の場合でも、端面反射を十分に抑制することができる。
第２端面における光の径は８μｍ以上であってもよい。この場合、端面反射を十分に抑制することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の光接続構造の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
フォトニックネットワークの加速度的な大容量化に伴い、伝送路の高密度化が求められている。伝送路の高密度化を実現するデバイスとしては、細径ファイバ及びＭＣＦが挙げられる。前者はクラッド径の薄肉化によって高密度にファイバを束ねることができる。後者は単一のクラッドに複数のコアを適度なコアピッチで配置することによって、１つのファイバでコア数倍の高密度化を実現する。しかしながら、伝送路を高密度化しても、伝送路を接続するコネクタ、カプラ、フィルタ等の光学部品についても高密度化しなければ、システム全体を高密度化することができない。更に、カプラ、フィルタ等に空間結合する光学系については高密度化できても性能面での課題がある。
その課題の１つとしてファイバ端面での反射が挙げられる。ファイバ端面での反射を抑制する方法として、（ａ）端面を斜め研磨する方法、あるいは（ｂ）端面にＡＲコーティング（反射防止膜）を設ける方法が考えられる。細径ファイバ及びＭＣＦは、高密度化によりモードフィールド径（以下「ＭＦＤ」とも略す）の制限を受ける。このため、細径ファイバ及びＭＣＦでは、通常の伝送ファイバと比べて端面反射が大きくなる。実際に斜め研磨での反射率Ｒθは、ファイバのＭＦＤをＡ、屈折率をｎ、研磨角をθ、研磨角が０での反射率をＲ０としたとき、以下の式（１）で示される。
Figure 2020144186
図１は、端面反射率のＭＦＤ依存性を示すグラフである。グラフの横軸はＭＦＤを示し、縦軸は端面反射率を示す。図１では、波長１５５０ｎｍでの端面反射率のＭＦＤ依存性が、研磨角０度、研磨角４度、及び研磨角８度のそれぞれについて示されている。図１は、上記（ｂ）が考慮されていない場合、すなわち端面にＡＲコーティングが設けられていない場合（Ｒ０＝−１５ｄＢ）である。図１に示されるように、よく用いられている研磨角８度の斜め研磨の場合でも、ＭＦＤが４．２μｍの細径ファイバに対しては、端面反射率が−２９ｄＢである。
端面反射で生じる問題としては、（Ａ）レーザへの戻り光によるレーザの不安定化、（Ｂ）伝送路内の多重反射による伝送特性の劣化、（Ｃ）光増幅器内の多重反射による増幅特性の劣化がある。上記（Ａ）は、信号用レーザ及び励起用レーザの出力先に端面がある場合に生じ得る。相当量の戻り光があると、光線幅の拡張、モードホッピング、相対強度雑音（ＲＩＮ）の増大等によってレーザ光の品質が劣化する。とりわけ高出力レーザの場合はレーザの寿命低下及び内部損傷を引き起こすことが知られている。下記の参考文献１には、０．１％（−３０ｄＢ）の反射率でも影響があると記載されている。
（参考文献１）G.P. Agrawal, “Fiber-Optic Communication Systems,”Wiley.
上記（Ｂ）は、伝送路に２つ以上の反射点が存在する場合に生じ得る。複数回往復しながら伝搬する微小な信号光成分が生じ、その信号光成分が元の信号光と干渉することにより、ＭＰＩ（Multipath Interference）と呼ばれる雑音が発生する。ＭＰＩの許容レベルは伝送形態に依存するが、下記の参考文献２には、３２ＧｂａｕｄのＰＡＭ−８伝送の場合はＩＥＣの規格において−３５ｄＢ以下の反射率が必要であると記載されている。
（参考文献２）C.R. S. Fludger et. al, “Experimental measurements of the impact of multi-path interferenceon PAM signal,” OFC Proceedings, W1F6, 2014.
上記（Ｃ）は、光増幅器の入出力に端面が存在する場合に生じ得る。反射率と光増幅媒体の利得との積が１と同程度以上になると発振現象が発生し、光増幅器の動作が不安定になる。反射率が利得を下回る場合でも、前述のＭＰＩによる雑音指数（ＮＦ）が増加することが考えられる。光増幅器の性能を保証するには少なくとも−４０ｄＢ〜−４５ｄＢの反射率が必要である。
以上のことから、細径ファイバの端面反射率は、上記（Ａ）〜（Ｃ）で想定されるどの用途に対しても要求レベルに達していない。上記（ｂ）のＡＲコーティングを合わせて適用した場合、通信帯でのＡＲコーティングの典型的な反射率がＲ０＜０．２５％（＜−２６ｄＢ）であることから、細径ファイバの端面反射率は−４１ｄＢまで低下する。これにより、細径ファイバの端面反射率は、上記（Ａ），（Ｂ）の必要レベルをクリアするものの、上記（Ｃ）の必要レベルに対しては十分ではない。
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係る光接続構造を示す図である。図２に示されるように、光接続構造１Ａは、第１空間多重伝送路１１と、第２空間多重伝送路１２と、第１ビーム径変換部２１と、第２ビーム径変換部２２と、第１レンズ機構３１と、第２レンズ機構３２と、透過型光学素子２と、を備えている。光接続構造１Ａは、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２を互いに接続する空間光学系である。
第１空間多重伝送路１１は、例えば、ＭＣＦであり、伝送路としての複数のコア４１（第１伝送路）と、複数のコア４１を覆うクラッド４２と、を含んでいる。複数のコア４１は、例えば、第１空間多重伝送路１１の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。なお、第１空間多重伝送路１１は、単一のコア４１をそれぞれ含む複数の第１シングルコアファイバ（以下、「ＳＣＦ」とも略す）が樹脂により結束されたファイババンドルであってもよい。この場合、第１空間多重伝送路１１は、例えば、断面円形を有し、複数の第１ＳＣＦが六方充填状態で配置されていてもよい。第１空間多重伝送路１１は、例えば、複数の第１ＳＣＦが一次元的にアレイ状に配置されたテープファイバであってもよい。
第２空間多重伝送路１２は、例えば、ＭＣＦであり、伝送路としての複数のコア４３（第２伝送路）と、複数のコア４３を覆うクラッド４４と、を含んでいる。複数のコア４３は、例えば、第２空間多重伝送路１２の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。なお、第２空間多重伝送路１２は、単一のコア４３をそれぞれ含む複数の第２ＳＣＦが樹脂により結束されたファイババンドルであってもよい。この場合、第２空間多重伝送路１２は、例えば、断面円形を有し、複数の第２ＳＣＦが六方充填状態で配置されていてもよい。第２空間多重伝送路１２は、例えば、複数の第２ＳＣＦが一次元的にアレイ状に配置されたテープファイバであってもよい。
第１ビーム径変換部２１は、第１空間多重伝送路１１と第１レンズ機構３１との間に配置されている。第１ビーム径変換部２１は、光の径を変換するために用いられる。第１ビーム径変換部２１は、端面２１ａ及び端面２１ｂを有している。第１ビーム径変換部２１は、端面２１ｂにおける光の径が端面２１ａにおける光の径よりも大きくなるように構成されている。光の径は、例えば、ビーム径、ＭＦＤであり、直径に相当する大きさである。端面２１ｂは、複数のコア４１の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、その傾斜角は、例えば８度以下である。
端面２１ｂには、複数のコア４１を伝搬する光の反射を抑制する反射防止膜（ＡＲコーティング）（不図示）が設けられていてもよい。反射防止膜は、伝送路を通過する光の波長において反射を抑制する。反射防止膜は、例えば蒸着により設けられる。第１ビーム径変換部２１は、端面２１ａが第１空間多重伝送路１１の端面１１ａと接するように配置されている。第１ビーム径変換部２１は、例えば、複数のコア４１の全てと接続され、複数のコア４１の屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材（スペーサ）である。この場合、第１ビーム径変換部２１は、例えば端面１１ａに接着によって設けられる。第１ビーム径変換部２１の屈折率はコア４１の屈折率と同等なので、コア４１と第１ビーム径変換部２１との間における光の反射が抑制される。第１ビーム径変換部２１（スペーサ）の厚さ（端面２１ａと端面２１ｂとの間の最短距離）は、変換前後の光の径に応じて定められる。例えば、ファイバから出射される波長１．５５μｍの光のビーム径を４．２μｍから１０μｍに変換するには、スペーサの厚さを２９μｍ程度とする必要がある。
第２ビーム径変換部２２は、第２空間多重伝送路１２と第２レンズ機構３２との間に配置されている。第２ビーム径変換部２２は、光の径を変換するために用いられる。第２ビーム径変換部２２は、端面２２ａ及び端面２２ｂを有している。第２ビーム径変換部２２は、端面２２ｂにおける光の径が端面２２ａにおける光の径よりも大きくなるように構成されている。光の径は、例えば、ビーム径、ＭＦＤである。端面２２ｂは、複数のコア４３の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、その傾斜角は、例えば８度以下である。
端面２２ｂには、複数のコア４３を伝搬する光の反射を抑制する反射防止膜（ＡＲコーティング）（不図示）が設けられていてもよい。反射防止膜は、伝送路を通過する光の波長において反射を抑制する。反射防止膜は、例えば蒸着により設けられる。第２ビーム径変換部２２は、端面２２ａが第２空間多重伝送路１２の端面１２ａと接するように配置されている。第２ビーム径変換部２２は、例えば、複数のコア４３の全てと接続され、複数のコア４３の屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材（スペーサ）である。この場合、第２ビーム径変換部２２は、例えば端面１２ａに接着によって設けられる。第２ビーム径変換部２２の屈折率はコア４３の屈折率と同等なので、コア４３と第２ビーム径変換部２２との間における光の反射が抑制される。第２ビーム径変換部２２（スペーサ）の厚さ（端面２２ａと端面２２ｂとの間の最短距離）は、変換前後の光の径に応じて定められる。例えば、ファイバから出射される波長１．５５μｍの光のビーム径を４．２μｍから１０μｍに変換するには、スペーサの厚さを２９μｍ程度とする必要がある。
第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２は、互いに光学的に結合されている。第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２は、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間で平行光を伝搬する。すなわち、第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２は、コリメートレンズを有している。第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間では、複数の平行光が互いに平行な状態で伝搬する。第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２は、例えば、互いに同形状を有している。
第１レンズ機構３１は、端面２１ｂと光学的に結合されている。第１レンズ機構３１は、端面２１ｂと対面するように配置されている。第１レンズ機構３１は、例えば、複数のコア４１のそれぞれに対応する複数のレンズ５１と、複数のレンズ５１を保持する保持部５２と、を有するレンズアレイである。複数のレンズ５１は、例えば互いに同形状を有し、互いの焦点距離が等しい。第１レンズ機構３１は、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａからレンズ５１の焦点距離だけ離間して配置されている。第１レンズ機構３１は、レンズ５１の焦点が、端面１１ａにおいて対応するコア４１に位置するように配置されている。
第２レンズ機構３２は、端面２２ｂと光学的に結合されている。第２レンズ機構３２は、端面２２ｂと対面するように配置されている。第２レンズ機構３２は、例えば、複数のコア４３のそれぞれに対応する複数のレンズ５３と、複数のレンズ５３を保持する保持部５４と、を有するレンズアレイである。複数のレンズ５３は、例えば互いに同形状を有し、互いの焦点距離が等しい。第２レンズ機構３２は、第２空間多重伝送路１２の端面１２ａからレンズ５３の焦点距離だけ離間して配置されている。第２レンズ機構３２は、レンズ５３の焦点が、端面１２ａにおいて対応するコア４３に位置するように配置されている。
透過型光学素子２は、例えば、アイソレータコア、フィルタである。透過型光学素子２は、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間に配置され、第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２と光学的に結合されている。アイソレータコアは、光を一方向にのみ通すので、戻り光を抑制することができる。フィルタは、異なる波長の光を結合又は分離可能である。なお、光接続構造１Ａは、透過型光学素子２を備えていなくてもよい。
光接続構造１Ａでは、例えば、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａにおける各コア４１から出射した各光は、第１ビーム径変換部２１を通過する。このとき、各光の径が第１ビーム径変換部２１によって拡大される。すなわち、端面２１ｂにおける光の径は、端面２１ａにおける光の径よりも大きい。第１ビーム径変換部２１により径が拡大された各光は、第１レンズ機構３１によって平行光となる。複数の平行光は、互いに重なることなく空間伝搬し、透過型光学素子２を通過する。続いて、複数の平行光は第２レンズ機構３２によって集光されながら、第２ビーム径変換部２２を通過する。したがって、端面２２ｂにおける光の径は、端面２２ａにおける光の径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２を通過した各光は、端面１２ａにおける各コア４３に結合する。
コア４１，４３のコア径は、例えば６μｍ以下、５μｍ以下、又は４μｍ以下であってもよい。このようにコア４１，４３が細径の場合でも、端面反射を十分に抑制することができる。端面１１ａ，１２ａにおける光の径、及び、端面２１ａ，２２ａにおける光の径は、コア４１,４３のコア径と同等である。
端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径は、例えば８μｍ以上、９μｍ以上、又は１０μｍ以上であってもよい。これにより端面反射を十分に抑制することができる。端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径は、例えば１３μｍ以下、１２μｍ以下、又は１１μｍ以下であってもよい。これにより、ＭＣＦのコア間のクロストークを抑制することができる。
以上説明したように、光接続構造１Ａでは、第１空間多重伝送路１１と第１レンズ機構３１との間には第１ビーム径変換部２１が配置されている。端面２１ｂは斜め研磨されている。更に、第１ビーム径変換部２１は、端面２１ｂにおける光の径が端面２１ａにおける光の径よりも大きくなるように構成されている。したがって、光接続構造１Ａでは、端面２１ｂにおける光の径が、端面２１ａにおける光の径と同等以下の場合に比べて、端面２１ｂと空間との間の反射を極力抑制できる。また、光接続構造１Ａでは、第２空間多重伝送路１２と第２レンズ機構３２との間には第２ビーム径変換部２２が配置されている。端面２２ｂは斜め研磨されている。更に、第２ビーム径変換部２２は、端面２２ｂにおける光の径が端面２２ａにおける光の径よりも大きくなるように構成されている。したがって、光接続構造１Ａでは、端面２２ｂにおける光の径が、端面２２ａにおける光の径と同等以下の場合に比べて、端面２２ｂと空間との間の反射を極力抑制できる。以上により、光接続構造１Ａによれば、端面反射を十分に抑制することができる。
斜め研磨された研磨面では、光軸が曲がることにより、結合損失が大きくなり易い。その対策として、光接続構造１Ａでは、斜め研磨された端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径を大きくし、更に、端面２１ｂ，２２ｂに反射防止膜を設けている。これにより、研磨角が小さくても反射量を所定値以下にできるので、結合損失及び反射の双方を抑制することができる。
第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間では、複数の平行光が互いに重なることなく平行な状態で伝搬する。このため、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間に透過型光学素子２が配置されていても、透過型光学素子２の一部に光が集中することがない。よって、透過型光学素子２の局所的な損傷を抑制することができる。
単一のレンズでは、光が照射される位置によりレンズ性能がばらつき得る。光接続構造１Ａでは、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２がレンズアレイであり、各レンズ５１，５３が各コア４１，４３に対応して設けられている。したがって、光が照射される位置によるレンズ性能のばらつきを抑制することができる。
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る光接続構造を示す図である。第２実施形態に係る光接続構造１Ｂについて、光接続構造１Ａとの相違点を中心に説明する。図３に示されるように、光接続構造１Ｂでは、第１レンズ機構３１が単一のレンズ５７である。また、第２レンズ機構３２が単一のレンズ５８である。更に、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間では、複数の平行光が互いに交差した状態で伝搬する。
レンズ５７，５８は、例えば、互いに同形状を有し、互いの焦点距離が等しい。第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２は、レンズ５７，５８の焦点距離の２倍だけ離間して配置されている。第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２は、レンズ５７，５８の焦点が互いに重なるように配置されている。第１レンズ機構３１は、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａからレンズ５７の焦点距離だけ離間して配置されている。第１レンズ機構３１は、端面１１ａにレンズ５７の焦点が位置するように配置されている。第２レンズ機構３２は、第２空間多重伝送路１２の端面１２ａからレンズ５８の焦点距離だけ離間して配置されている。第２レンズ機構３２は、端面１２ａにレンズ５８の焦点が位置するように配置されている。透過型光学素子２からレンズ５７までの距離は、透過型光学素子２からレンズ５８までの距離と等しい。
光接続構造１Ｂでは、例えば、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａにおける各コア４１から出射した各光は、第１ビーム径変換部２１を通過する。このとき、各光の径が第１ビーム径変換部２１によって拡大される。すなわち、端面２１ｂにおける光の径は、端面２１ａにおける光の径よりも大きい。第１ビーム径変換部２１により径が拡大された各光は、第１レンズ機構３１によって平行光となる。複数の平行光は、透過型光学素子２の位置で１点に交わりながら透過型光学素子２を通過する。続いて、複数の平行光は第２レンズ機構３２によって集光されながら、第２ビーム径変換部２２を通過する。したがって、端面２２ｂにおける光の径は、端面２２ａにおける光の径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２を通過した各光は、端面１２ａにおける各コア４３に結合する。
光接続構造１Ｂにおいても光接続構造１Ａと同様に、端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径は、端面２１ａ，２２ａにおける光の径よりも大きい。よって、端面反射を十分に抑制することができる。
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る光接続構造を示す図である。第３実施形態に係る光接続構造１Ｃについて、光接続構造１Ｂとの相違点を中心に説明する。図４に示されるように、光接続構造１Ｃでは、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間では、複数の平行光が互いに平行な状態で伝搬する。
光接続構造１Ｃにおいても、レンズ５７，５８は、例えば、互いに同形状を有し、互いの焦点距離が等しい。第１レンズ機構３１は、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａからレンズ５７の焦点距離だけ離間して配置されている。第１レンズ機構３１は、端面１１ａにレンズ５７の焦点が位置するように配置されている。第２レンズ機構３２は、第２空間多重伝送路１２の端面１２ａからレンズ５８の焦点距離だけ離間して配置されている。第２レンズ機構３２は、端面１２ａにレンズ５８の焦点が位置するように配置されている。透過型光学素子２からレンズ５７までの距離は、透過型光学素子２からレンズ５８までの距離と等しい。
光接続構造１Ｃでは、例えば、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａにおける各コア４１から出射した各光は、第１ビーム径変換部２１を通過する。このとき、各光の径が第１ビーム径変換部２１によって拡大される。すなわち、端面２１ｂにおける光の径は、端面２１ａにおける光の径よりも大きい。第１ビーム径変換部２１により径が拡大された各光は、第１レンズ機構３１によって平行光となる。複数の平行光は、互いに重なりながら空間伝搬し、透過型光学素子２を通過する。続いて、複数の平行光は第２レンズ機構３２において集光されながら、第２ビーム径変換部２２を通過する。したがって、端面２２ｂにおける光の径は、端面２２ａにおける光の径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２を通過した各光は、端面１２ａにおける各コア４３に結合する。
光接続構造１Ｃにおいても光接続構造１Ａと同様に、端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径は、端面２１ａ，２２ａにおける光の径よりも大きい。よって、端面反射を十分に抑制することができる。
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態に係る光接続構造を示す図である。第４実施形態に係る光接続構造１Ｄについて、光接続構造１Ａとの相違点を中心に説明する。図５に示されるように、光接続構造１Ｄは、透過型光学素子２（図２参照）の代わりに反射型光学素子３を備えている。反射型光学素子３は、例えば、フィルタ、可動ミラーである。可動ミラーとしては、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）ミラー及びＭＥＭＳミラーアレイが挙げられる。反射型光学素子３は、反射面３ａを有している。反射型光学素子３は、反射面３ａがコア４１の中心軸及びコア４３の中心軸に対して、例えば４５度傾斜するように配置されている。なお、伝送路同士が干渉しなければ必ずしも４５度でなくてもよい。
光接続構造１Ｄでは、例えば、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａにおける各コア４１から出射した各光は、第１ビーム径変換部２１を通過する。このとき、各光の径が第１ビーム径変換部２１によって拡大される。すなわち、端面２１ｂにおける光の径は、端面２１ａにおける光の径よりも大きい。第１ビーム径変換部２１により径が拡大された各光は、第１レンズ機構３１によって平行光となる。複数の平行光は、互いに重なることなく空間伝搬し、反射型光学素子３の反射面３ａで反射される。続いて、複数の平行光は第２レンズ機構３２によって集光されながら、第２ビーム径変換部２２を通過する。したがって、端面２２ｂにおける光の径は、端面２２ａにおける光の径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２を通過した各光は、端面１２ａにおける各コア４３に結合する。
光接続構造１Ｃにおいても光接続構造１Ａと同様に、端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径は、端面２１ａ，２２ａにおける光の径よりも大きい。よって、端面反射を十分に抑制することができる。また、光接続構造１Ｄにおいても光接続構造１Ａと同様に、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間では、複数の平行光が互いに重なることなく平行な状態で伝搬する。このため、第１レンズ機構３１と第２レンズ機構３２との間に反射型光学素子３が配置されていても、反射型光学素子３の一部に光が集中することがない。よって、反射型光学素子３の局所的な損傷を抑制することができる。
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態に係る光接続構造を示す図である。第５実施形態に係る光接続構造１Ｅについて、光接続構造１Ｂとの相違点を中心に説明する。図６に示されるように、光接続構造１Ｅは、透過型光学素子２（図３参照）の代わりに反射型光学素子３を備えている。
光接続構造１Ｅでは、例えば、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａにおける各コア４１から出射した各光は、第１ビーム径変換部２１を通過する。このとき、各光の径が第１ビーム径変換部２１によって拡大される。すなわち、端面２１ｂにおける光の径は、端面２１ａにおける光の径よりも大きい。第１ビーム径変換部２１により径が拡大された各光は、第１レンズ機構３１によって平行光となる。複数の平行光は、反射型光学素子３の反射面３ａの位置で１点に交わりながら反射面３ａにより反射される。続いて、複数の平行光は第２レンズ機構３２によって集光されながら、第２ビーム径変換部２２を通過する。したがって、端面２２ｂにおける光の径は、端面２２ａにおける光の径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２を通過した各光は、端面１２ａにおける各コア４３に結合する。
光接続構造１Ｅにおいても光接続構造１Ａと同様に、端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径は、端面２１ａ，２２ａにおける光の径よりも大きい。よって、端面反射を十分に抑制することができる。
（第６実施形態）
図７は、第６実施形態に係る光接続構造を示す図である。第６実施形態に係る光接続構造１Ｆについて、光接続構造１Ｃとの相違点を中心に説明する。図７に示されるように、光接続構造１Ｆは、透過型光学素子２（図３参照）の代わりに反射型光学素子３を備えている。
光接続構造１Ｆでは、例えば、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａにおける各コア４１から出射した各光は、第１ビーム径変換部２１を通過する。このとき、各光の径が第１ビーム径変換部２１によって拡大される。すなわち、端面２１ｂにおける光の径は、端面２１ａにおける光の径よりも大きい。第１ビーム径変換部２１により径が拡大された各光は、第１レンズ機構３１によって平行光となる。複数の平行光は、互いに重なりながら空間伝搬し、反射型光学素子３の反射面３ａにより反射される。続いて、複数の平行光は第２レンズ機構３２において集光されながら、第２ビーム径変換部２２を通過する。したがって、端面２２ｂにおける光の径は、端面２２ａにおける光の径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２を通過した各光は、端面１２ａにおける各コア４３に結合する。
光接続構造１Ｆにおいても光接続構造１Ａと同様に，端面２１ｂ，２２ｂにおける光の径は、端面２１ａ，２２ａにおける光の径よりも大きい。端面反射を十分に抑制することができる。
（第７実施形態）
図８は、第７実施形態に係る光接続構造を示す図である。第７実施形態に係る光接続構造１Ｇは、光接続構造１Ａを基本構成として構成されている。図８では、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２の断面構成が、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２の横にそれぞれ示されている。図８に示されるように、光接続構造１Ｇでは、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２は、ファイババンドル（多芯ファイバ）である。第１空間多重伝送路１１は、複数のコア４１をそれぞれ含む複数の第１ＳＣＦ６１と、第１ＳＣＦ６１を結束する樹脂６２と、を有している。コア４１はそれぞれクラッド４２に覆われている。第１空間多重伝送路１１は、断面円形を有し、複数の第１ＳＣＦ６１が六方充填状態で配置されている。第２空間多重伝送路１２は、複数のコア４３をそれぞれ含む複数の第２ＳＣＦ６３と、第２ＳＣＦ６３を結束する樹脂６４と、を有している。コア４３はそれぞれクラッド４４に覆われている。第２空間多重伝送路１２は、断面円形を有し、複数の第２ＳＣＦ６３が六方充填状態で配置されている。第１レンズ機構３１及び第２レンズ機構３２では、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２に対応してレンズ５１，５３が六方充填状態で配置されている。
光接続構造１Ｇでは、第１ビーム径変換部２１は、複数のコア４１の全てと接続され、複数のコア４１の屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材である。第２ビーム径変換部２２は、複数のコア４３の全てと接続され、複数のコア４３の屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材である。透過型光学素子２は、アイソレータコアであり、第１空間多重伝送路１１から第２空間多重伝送路１２に向かう方向の光のみを通過させる。光接続構造１Ｇでは、透過型光学素子２以外の光学素子が用いられてもよい。
光接続構造１Ｇでは、例えば、第１空間多重伝送路１１の端面１１ａにおける各コア４１から出射した各光は、光接続構造１Ａの場合と同様に第１ビーム径変換部２１、第１レンズ機構３１、第２レンズ機構３２、及び第２ビーム径変換部２２を介して第２空間多重伝送路１２の端面１２ａにおける各コア４３に結合する。
光接続構造１Ｇでは、第１ビーム径変換部２１及び第２ビーム径変換部２２は、一様な屈折率を有する透光性材料である。このため、複数のコア４１及び複数のコア４３との位置合わせを考慮することなく、第１ビーム径変換部２１及び第２ビーム径変換部２２を第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２に配置することができる。
光接続構造１Ｇでは、第１ビーム径変換部２１は、複数の第１ＳＣＦ６１のコア４１で共有されている。このように、一部材からなる第１ビーム径変換部２１によれば、第１空間多重伝送路１１が複数の第１ＳＣＦ６１からなるファイババンドルの場合でも、複数の第１ＳＣＦ６１を容易に集積化することができる。第２ビーム径変換部２２は、複数の第２ＳＣＦ６３のコア４３で共有されている。このように、一部材からなる第２ビーム径変換部２２によれば、第２空間多重伝送路１２が複数の第２ＳＣＦ６３からなるファイババンドルの場合でも、複数の第２ＳＣＦ６３を容易に集積化することができる。
（第８実施形態）
図９は、第８実施形態に係る光接続構造を示す図である。第８実施形態に係る光接続構造１Ｈは、光接続構造１Ｂ及び光接続構造１Ｅを基本構成として構成されている。図９では、第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２、及び第３空間多重伝送路１３の断面構成が、第１空間多重伝送路１１の横、第２空間多重伝送路１２の横、及び第３空間多重伝送路１３の下にそれぞれ示されている。光接続構造１Ｈは、第３空間多重伝送路１３と、第３ビーム径変換部２３と、単一のレンズ５９である第３レンズ機構３３と、を更に備えている。光接続構造１Ｈは、透過型光学素子及び反射型光学素子の機能を備える光学素子として、フィルタ４を備えている。光接続構造１Ｈは、マルチコア光増幅器に適用されている。第１空間多重伝送路１１は増幅対象となる信号光Ｓ１を伝搬する。第２空間多重伝送路１２は、励起光Ｓ２を伝搬する。第３空間多重伝送路１３は、信号光Ｓ１及び励起光Ｓ２が結合された結合光Ｓ３を入力し、信号光Ｓ１を励起光Ｓ２で増幅する。光接続構造１Ｈは、フィルタ４の代わりに他の光学素子を備えてもよい。
光接続構造１Ｈでは、第１空間多重伝送路１１は、伝送路としての複数のコア４１と、複数のコア４１を覆うクラッド４２と、含むＭＣＦである。複数のコア４１は、例えば、第１空間多重伝送路１１の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。第２空間多重伝送路１２は、伝送路としての複数のコア４３と、複数のコア４３を覆うクラッド４４と、含むＭＣＦである。複数のコア４３は、例えば、第２空間多重伝送路１２の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。
第３空間多重伝送路１３は、伝送路としての複数のコア４５と、複数のコア４５を覆うクラッド４６と、含むＭＣＦである。複数のコア４５は、例えば、第３空間多重伝送路１３の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２及び第３空間多重伝送路１３は、互いに同じ形状を有している。第３空間多重伝送路１３は、希土類であるエルビウムが添加されたエルビウム添加ファイバ（以下「ＥＤＦ」とも略す）である。
第１ビーム径変換部２１は、複数のコア４１と接続された複数のコア４１ａを含むＭＣＦである。端面１２ｂにおける複数のコア４１ａのコア径は、端面１２ａにおける複数のコア４１ａのコア径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２は、複数のコア４３と接続された複数のコア４３ａを含むＭＣＦである。端面２２ｂにおける複数のコア４３ａのコア径は、端面２２ａにおける複数のコア４３ａのコア径よりも大きい。
第３ビーム径変換部２３は、第１ビーム径変換部２１，第２ビーム径変換部２２と同様に、光の径を変換するための部材である。第１ビーム径変換部２１、第２ビーム径変換部２２及び第３ビーム径変換部２３は、互いに同じ形状を有している。第３ビーム径変換部２３は、端面２３ａ及び端面２３ｂを有している。第３ビーム径変換部２３は、端面２３ｂにおける光の径が端面２３ａにおける光の径よりも大きくなるように構成されている。端面２３ｂは、複数のコア４５の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、その傾斜角は、例えば８度以下である。第３ビーム径変換部２３は、複数のコア４５と接続された複数のコア４５ａを含むＭＣＦである。端面２３ｂにおける複数のコア４５ａのコア径は、端面２３ａにおける複数のコア４５ａのコア径よりも大きい。
光接続構造１Ｈでは、第１ビーム径変換部２１、第２ビーム径変換部２２及び第３ビーム径変換部２３は、ＭＣＦの端部をＴＥＣ処理することにより形成されたＴＥＣ処理部であり、ＭＣＦのＴＥＣ処理部以外の部分が第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２及び第３空間多重伝送路１３である。ＴＥＣ処理は、ファイバに熱を加えてドーパントを拡散させることでテーパ状にコア径を拡大させる処理である。ＴＥＣ処理によれば、伝送ロスを最小限に抑えた状態でＭＦＤを拡大させることができる。ＭＣＦの場合、１回のＴＥＣ処理で全てのコアについてコア径を一括して拡大させることができる。
フィルタ４は、第１空間多重伝送路１１から出力された信号光Ｓ１及び第２空間多重伝送路１２から出力された励起光Ｓ２を結合（合波）し、結合光Ｓ３を出力する。フィルタ４は、第１空間多重伝送路１１と第３空間多重伝送路１３との間を伝搬する光である信号光Ｓ１に対しては透過型光学素子として機能する。フィルタ４は、第２空間多重伝送路１２と第３空間多重伝送路１３との間を伝搬する光である励起光Ｓ２に対しては反射型光学素子として機能する。
光接続構造１Ｈでは、第１ビーム径変換部２１がＭＣＦであるため、第１ビーム径変換部２１及び第１空間多重伝送路１１を１つのＭＣＦから、上述のようなＴＥＣ処理により容易に形成することができる。また、第２ビーム径変換部２２がＭＣＦであるため、第２ビーム径変換部２２及び第２空間多重伝送路１２を１つのＭＣＦから、上述のようなＴＥＣ処理により容易に形成することができる。また、第３ビーム径変換部２３がＭＣＦであるため、第３ビーム径変換部２３及び第３空間多重伝送路１３を１つのＭＣＦから、上述のようなＴＥＣ処理により容易に形成することができる。
図１０は、第８実施形態に係る光接続構造が適用される光増幅システムの一例を示す図である。図１０に示されるように、光増幅システム１００Ａは、アイソレータモジュール１０１、フィルタモジュール１０２、ＥＤＦ１０３、利得等化モジュール１０４、アイソレータモジュール１０５、及び複数のシングルモード励起光源１０６を備えている。光増幅システム１００Ａの光ファイバには全てＭＣＦ又はファイババンドルが用いられている。光接続構造１Ｈは、フィルタモジュール１０２に適用され得る。
光増幅システム１００Ａでは、信号光がアイソレータモジュール１０１を通ってフィルタモジュール１０２に入力され、シングルモード励起光源１０６からフィルタモジュール１０２に入力された励起光と結合する。結合光はＥＤＦ１０３に入力され、各コア又は各芯の信号光が増幅される。増幅された信号光は、利得等化モジュール１０４及びアイソレータモジュール１０５を通って出力される。アイソレータモジュール１０１によれば、光増幅システム１００Ａの前段に戻り光が及ぶことが抑制できる。利得等化モジュール１０４によれば、光増幅システム１００Ａの波長特性を均一にすることができる。アイソレータモジュール１０５によれば、ＥＤＦ１０３に戻り光が及ぶことが抑制できる。光増幅システム１００Ａは、アイソレータモジュール１０１及び利得等化モジュール１０４を備えていなくてもよい。
（第９実施形態）
図１１は、第９実施形態に係る光接続構造を示す図である。第９実施形態に係る光接続構造１Ｉは、光接続構造１Ｂを基本構成として構成されている。図１１では、第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２、及びマルチモードファイバ（以下、「ＭＭＦ」とも略す）７０の断面構成が、第１空間多重伝送路１１の横、第２空間多重伝送路１２の横、及びＭＭＦ７０の下にそれぞれ示されている。１０Ｃは、ＭＭＦ７０と、単一のレンズ７３と、を更に備えている。光接続構造１Ｉは、透過型光学素子２及び反射型光学素子３の機能を備える光学素子として、フィルタ４を備えている。光接続構造１Ｉは、マルチコア光増幅器に適用されている。第１空間多重伝送路１１は増幅対象となる信号光Ｓ１を伝搬する。ＭＭＦ７０は、励起光Ｓ２を伝搬する。第２空間多重伝送路１２は、信号光Ｓ１及び励起光Ｓ２が結合された結合光Ｓ３を入力し、信号光Ｓ１を励起光Ｓ２で増幅する。
光接続構造１Ｉでは、第１空間多重伝送路１１は、伝送路としての複数のコア４１と、複数のコア４１を覆うクラッド４２と、含むＭＣＦである。複数のコア４１は、例えば、第１空間多重伝送路１１の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。第２空間多重伝送路１２は、伝送路としての複数のコア４３と、複数のコア４３を覆うクラッド４４と、含むＭＣＦである。複数のコア４３は、例えば、第２空間多重伝送路１２の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。クラッド４４は、ダブルクラッド構造を有し、複数のコア４３を覆う内側クラッド４４ａと、内側クラッド４４ａを覆う外側クラッド４４ｂと、を含んでいる。第２空間多重伝送路１２は、ＥＤＦである。
ＭＭＦ７０は、伝送路としてのコア７１と、コア７１を覆うクラッド７２と、を含む。ＭＭＦ７０の端面７０ａは、斜め研磨されている。
第１ビーム径変換部２１は、複数のコア４１と接続された複数のコア４１ａを含むＭＣＦである。端面１２ｂにおける複数のコア４１ａのコア径は、端面１２ａにおける複数のコア４１ａのコア径よりも大きい。第２ビーム径変換部２２は、複数のコア４３と接続された複数のコア４３ａを含むＭＣＦである。端面２２ｂにおける複数のコア４３ａのコア径は、端面２２ａにおける複数のコア４３ａのコア径よりも大きい。
光接続構造１Ｉでは、第１ビーム径変換部２１及び第２ビーム径変換部２２は、ＭＣＦの端部をＴＥＣ処理することにより形成されたＴＥＣ処理部であり、ＭＣＦのＴＥＣ処理部以外の部分が第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２である。
レンズ７３は、ＭＭＦ７０から入力した励起光Ｓ２を平行光となる位置に配置されている。レンズ７３は、ＭＭＦ７０から入力した励起光Ｓ２を平行光にしてフィルタ４に出力する。第２レンズ機構３２は、フィルタ４から平行光の励起光Ｓ２を入力し、励起光Ｓ２を第２空間多重伝送路１２に出力する。レンズ７３及び第２レンズ機構３２は、励起光Ｓ２が第２空間多重伝送路１２の内側クラッド４４ａ全体に照射される位置に配置される。
フィルタ４は、第１空間多重伝送路１１から出力された信号光Ｓ１及びＭＭＦ７０から出力された励起光Ｓ２を結合（合波）し、結合光Ｓ３を出力する。フィルタ４は、第２空間多重伝送路１２とＭＭＦ７０との間を伝搬する光である励起光Ｓ２に対しては反射型光学素子として機能する。フィルタ４は、第１空間多重伝送路１１と第２空間多重伝送路１２との間を伝搬する光である信号光Ｓ１に対しては透過型光学素子として機能する。
光接続構造１Ｉでは、ＭＭＦ７０に適合した１台の励起光源で複数の信号光Ｓ１の全てに励起光Ｓ２を照射することができる。したがって、安価な構成で高い励起パワーでの増幅を行うことができる。
図１２は、第９実施形態に係る光接続構造が適用される光増幅システムの一例を示す図である。図１２に示されるように、光増幅システム１００Ｂは、アイソレータモジュール１０１、フィルタモジュール１０２、ＥＤＦ１０３、利得等化モジュール１０４、アイソレータモジュール１０５、及びマルチモード励起光源１０７を備えている。光増幅システム１００Ｂの光ファイバでは、例えば、マルチモード励起光源１０７にＭＭＦが用いられる以外は全てＭＣＦが用いられる。フィルタモジュール１０２及びＥＤＦ１０３間以外のＭＣＦは、ファイババンドルであってもよい。
光増幅システム１００Ｂでは、信号光がアイソレータモジュール１０１を通ってフィルタモジュール１０２に入力され、マルチモード励起光源１０７からフィルタモジュール１０２に入力された励起光と結合する。結合光はＥＤＦ１０３に入力され、各コア又は各芯の信号光が増幅される。増幅された信号光は、利得等化モジュール１０４及びアイソレータモジュール１０５を通って出力される。アイソレータモジュール１０１によれば、光増幅システム１００Ｂの前段に戻り光が及ぶことが抑制できる。利得等化モジュール１０４によれば、光増幅システム１００Ｂの波長特性を均一にすることができる。アイソレータモジュール１０５によれば、ＥＤＦ１０３に戻り光が及ぶことが抑制できる。光増幅システム１００Ｂは、アイソレータモジュール１０１及び利得等化モジュール１０４を備えていなくてもよい。
（第１０実施形態）
図１３は、第１０実施形態に係る光接続構造を示す図である。第１０実施形態に係る光接続構造１Ｊは、光接続構造１Ｂを基本構成として構成されている。光接続構造１Ｊでは、異なるコアピッチを有するＭＣＦ同士の接続を実現することができる。図１３では、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２の断面構成が、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２の横にそれぞれ示されている。
図１３に示されるように、光接続構造１Ｊでは、第１空間多重伝送路１１は、伝送路としての複数のコア４１と、複数のコア４１を覆うクラッド４２と、含むＭＣＦである。複数のコア４１は、例えば、第１空間多重伝送路１１の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。第２空間多重伝送路１２は、伝送路としての複数のコア４３と、複数のコア４３を覆うクラッド４４と、含むＭＣＦである。複数のコア４３は、例えば、第２空間多重伝送路１２の断面中央に配置された中央コアと、中央コアを取り囲む複数の外周コアと、を含んでいる。
光接続構造１Ｊでは、第１ビーム径変換部２１及び第２ビーム径変換部２２は、ＭＣＦの端部をＴＥＣ処理することにより形成されたＴＥＣ処理部であり、ＭＣＦのＴＥＣ処理部以外の部分が第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２である。
複数のコア４１のコアピッチΛ１及び複数のコア４３のコアピッチΛ２は、互いに相違している。コアピッチΛ１は、コアピッチΛ２よりも大きい。コアピッチΛ１は、隣り合う一対のコア４１の中心間距離である。コアピッチΛ２は、隣り合う一対のコア４３の中心間距離である。レンズ５７の焦点距離ｆ１及びレンズ５８の焦点距離ｆ２は、互いに相違している。レンズ５７の焦点距離ｆ１は、レンズ５８の焦点距離ｆ２よりも長い。第１ビーム径変換部２１の端面２１ａにおけるモードフィールド径ｄ１（不図示）及び第２ビーム径変換部２２の端面２２ａにおけるモードフィールド径ｄ２（不図示）は、互いに相違している。モードフィールド径ｄ１は、モードフィールド径ｄ２よりも大きい。
焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２との比率、及びモードフィールド径ｄ１とモードフィールド径ｄ２との比率は、コアピッチΛ１とコアピッチΛ２との比率と同等であり、以下の式（２）を満たす。これにより、結合損失を抑えつつ第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２を接続することができる。
Figure 2020144186
（第１１実施形態）
図１４は、第１１実施形態に係る光接続構造を示す図である。第１１実施形態に係る光接続構造１Ｋは、光接続構造１Ｃを基本構成として構成されている。光接続構造１Ｋでは、光接続構造１Ｊと同様に異なるコアピッチを有するＭＣＦ同士の接続を実現することができる。図１４では、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２の断面構成が、第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２の横にそれぞれ示されている。
図１４に示される光接続構造１Ｋの第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２、第１ビーム径変換部２１、及び第２ビーム径変換部２２は、図１３に示される光接続構造１Ｊの第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２、第１ビーム径変換部２１、及び第２ビーム径変換部２２互いに同等の構成を有している。光接続構造１Ｋにおいても、焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２との比率、及びモードフィールド径ｄ１とモードフィールド径ｄ２との比率は、コアピッチΛ１とコアピッチΛ２との比率と同等であり、上述の式（２）を満たす。これにより、結合損失を抑えつつ第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２を接続することができる。
（第１２実施形態）
図１５は、第１２実施形態に係る光接続構造を示す図である。第１２実施形態に係る光接続構造１Ｌは、光接続構造１Ｄ（図５参照）を基本構成として構成されている。光接続構造１Ｌでは、ＭＥＭＳミラーによる複数伝送路の一括スイッチングを実現することができる。ここでは、入出力のポート数が３つの例を説明するが、４つ以上であってもよい。
図１５に示されるように、光接続構造１Ｌでは、反射型光学素子３はＭＥＭＳミラーアレイ（可動ミラー）である。光接続構造１Ｌは、光接続構造１Ｈ（図９参照）と同様に第３空間多重伝送路１３と、第３ビーム径変換部２３と、第３レンズ機構３３と、を更に備えている。光接続構造１Ｌでは、第１レンズ機構３１は、複数のレンズ５１と、複数のレンズ５１を保持する保持部５２と、を有するレンズアレイである。第２レンズ機構３２は、複数のレンズ５３と、複数のレンズ５３を保持する保持部５４と、を有するレンズアレイである。第３レンズ機構３３は、複数のレンズ５５と、複数のレンズ５５を保持する保持部５６と、を有するレンズアレイである。第１レンズ機構３１、第２レンズ機構３２、及び第３レンズ機構３３は互いに同等の構成を有している。第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２、第３空間多重伝送路１３、第１ビーム径変換部２１、第２ビーム径変換部２２、及び第３ビーム径変換部２３は、光接続構造１Ｌ及び光接続構造１Ｈで互いに同等の構成を有している。
反射型光学素子３は、複数のミラーを有し、各ミラーは、第１レンズ機構３１、第２レンズ機構３２、及び第３レンズ機構３３のうち、２つのレンズ機構を光学的に結合させる。ここでは、各ミラーは、第１レンズ機構３１と、第２レンズ機構３２又は第３レンズ機構３３とを光学的に結合させる。各ミラーは、第１空間多重伝送路１１の各コア４１に対向して配置され、各コア４１からの光を各ミラーの向きにしたがって第２空間多重伝送路１２の対応するコア４３又は第３空間多重伝送路１３の対応するコア４５に結合させる。第１レンズ機構３１、第２レンズ機構３２及び第３レンズ機構３３は、レンズアレイであるため、反射型光学素子３の各ミラーにより、各コア４１からの光を個別に切り替えることができる。
（第１３実施形態）
図１６は、第１３実施形態に係る光接続構造を示す図である。第１３実施形態に係る光接続構造１Ｍは、光接続構造１Ｄ（図５参照）を基本構成として構成されている。光接続構造１Ｍにおいても、光接続構造１Ｌと同様にＭＥＭＳミラーによる複数伝送路の一括スイッチングを実現することができる。ここでは、入出力のポート数が３つの例を説明するが、４つ以上であってもよい。
図１６に示されるように、光接続構造１Ｍでは、反射型光学素子３はＭＥＭＳミラー（可動ミラー）である。第１空間多重伝送路１１、第２空間多重伝送路１２、第３空間多重伝送路１３、第１ビーム径変換部２１、第２ビーム径変換部２２、第３ビーム径変換部、第１レンズ機構３１、第２レンズ機構３２及び第３レンズ機構３３は、光接続構造１Ｍ及び光接続構造１Ｈ（図９参照）で互いに同等の構成を有している。
反射型光学素子３は、単一のミラーを有し、第１レンズ機構３１、第２レンズ機構３２、及び第３レンズ機構３３のうち、２つのレンズ機構を光学的に結合させる。反射型光学素子３のミラーは、第１空間多重伝送路１１に対向して配置され、複数のコア４１からの光を全て第２空間多重伝送路１２又は第３空間多重伝送路１３に結合させる。第１レンズ機構３１、第２レンズ機構３２及び第３レンズ機構３３は、いずれも単一のレンズ５７，５８，５９であることから、反射型光学素子３が比較的小さいＭＥＭＳミラーでも全ての光を一括して切り替えることができる。
本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。例えば、上述した各実施形態に係る光接続構造は、第２ビーム径変換部２２を備えていなくてもよい。第１空間多重伝送路１１及び第２空間多重伝送路１２は、伝送路として複数の導波路を有するアレイ状の平面導波路であってもよい。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ…光接続構造、２…透過型光学素子、３…反射型光学素子、４…フィルタ、１１…第１空間多重伝送路、１１ａ…端面、１２…第２空間多重伝送路、１２ａ…端面、１３…第３空間多重伝送路、２１…第１ビーム径変換部、２１ａ…端面（第１端面）、２１ｂ…端面（第２端面）、２２…第２ビーム径変換部、２２ａ…端面（第３端面）、２２ｂ…端面（第４端面）、２３…第３ビーム径変換部、３１…第１レンズ機構、３２…第２レンズ機構、３３…第３レンズ機構、４１…コア（第１伝送路、第１コア）、４１ａ…コア（第２コア）、４２…クラッド、４３…コア（第２伝送路、第３コア）、４３ａ…コア、４４…クラッド、５７…レンズ、５８…レンズ、６１…第１シングルコアファイバ、６２…樹脂、６３…第２シングルコアファイバ、６４…樹脂。

Claims (18)

  1. 複数の第１伝送路を有する第１空間多重伝送路と、
    複数の第２伝送路を有する第２空間多重伝送路と、
    前記第１空間多重伝送路と光学的に結合された第１レンズ機構と、
    前記第２空間多重伝送路と光学的に結合された第２レンズ機構と、
    第１端面及び第２端面を有し、前記第１空間多重伝送路と前記第１レンズ機構との間に配置された第１ビーム径変換部と、を備え、
    前記第１レンズ機構及び前記第２レンズ機構は、互いに光学的に結合され、前記第１レンズ機構と前記第２レンズ機構との間で平行光を伝搬し、
    前記第１端面は、前記第１空間多重伝送路と接し、
    前記第２端面は、前記複数の第１伝送路の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、
    前記第１ビーム径変換部は、前記第２端面における光の径が前記第１端面における光の径よりも大きくなるように構成されている、光接続構造。
  2. 第３端面及び第４端面を有し、前記第２空間多重伝送路と前記第２レンズ機構との間に配置された第２ビーム径変換部を更に備え、
    前記第３端面は、前記第２空間多重伝送路と接し、
    前記第４端面は、前記複数の第２伝送路の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、
    前記第２ビーム径変換部は、前記第４端面における光の径が前記第３端面における光の径よりも大きくなるように構成されている、請求項１に記載の光接続構造。
  3. 前記第２端面には、前記複数の第１伝送路及び前記複数の第２伝送路を伝搬する光の反射を抑制する反射抑制膜が設けられている、請求項１又は請求項２に記載の光接続構造。
  4. 前記第１空間多重伝送路は、単一の第１コアを前記第１伝送路としてそれぞれ含む複数の第１シングルコアファイバと、前記複数の第１シングルコアファイバを結束する樹脂と、を有するファイババンドルである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光接続構造。
  5. 前記第１ビーム径変換部は、前記第１コアと接続され、前記第１コアの屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材である、請求項４に記載の光接続構造。
  6. 前記第１空間多重伝送路は、前記複数の第１伝送路として複数の第１コアを含むマルチコアファイバである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光接続構造。
  7. 前記第１ビーム径変換部は、前記複数の第１コアと接続された複数の第２コアを含むマルチコアファイバであり、
    前記第２端面における前記複数の第２コアのコア径は、前記第１端面における前記複数の第２コアのコア径よりも大きい、請求項６に記載の光接続構造。
  8. 前記第１ビーム径変換部は、前記複数の第１コアと接続され、前記複数の第１コアの屈折率と同等の屈折率を一様に有する透光性部材である、請求項６に記載の光接続構造。
  9. 前記第１レンズ機構及び前記第２レンズ機構は、単一のレンズであり、
    前記第１レンズ機構は、前記第１空間多重伝送路の端面に、前記第１レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、
    前記第２レンズ機構は、前記第２空間多重伝送路の端面に、前記第２レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、
    前記第１レンズ機構と前記第２レンズ機構との間では、複数の前記平行光が互いに平行な状態で伝搬する、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の光接続構造。
  10. 前記第１レンズ機構及び前記第２レンズ機構は、単一のレンズであり、前記第１レンズ機構の焦点及び前記第２レンズ機構の焦点が互いに重なるように配置されており、
    前記第１レンズ機構は、前記第１空間多重伝送路の端面に、前記第１レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、
    前記第２レンズ機構は、前記第２空間多重伝送路の端面に、前記第２レンズ機構の焦点が位置するように配置されており、
    前記第１レンズ機構と前記第２レンズ機構との間では、複数の前記平行光が互いに交差した状態で伝搬する、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の光接続構造。
  11. 第３端面及び第４端面を有し、前記第２空間多重伝送路と前記第２レンズ機構との間に配置された第２ビーム径変換部を更に備え、
    前記第３端面は、前記第２空間多重伝送路と接し、
    前記第４端面は、前記複数の第２伝送路の中心軸に垂直な面に対して傾斜しており、
    前記第２ビーム径変換部は、前記第４端面における光の径が前記第３端面における光の径よりも大きくなるように構成され、
    前記第２空間多重伝送路は、前記複数の第２伝送路として複数の第３コアを含むマルチコアファイバであり、
    前記第１ビーム径変換部の前記第１端面におけるモードフィールド径と前記第２ビーム径変換部の前記第３端面におけるモードフィールド径との比率、及び前記第１レンズ機構の焦点距離と前記第２レンズ機構の焦点距離との比率は、前記複数の第１コアのコアピッチと前記複数の第３コアのコアピッチとの比率と同等である、請求項９又は１０に記載の光接続構造。
  12. 前記第１レンズ機構は、前記複数の第１コアのそれぞれに対応する複数のレンズを有するレンズアレイである、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の光接続構造。
  13. 前記第１レンズ機構及び前記第２レンズ機構と光学的に結合され、光を一方向にのみ通すアイソレータコアを更に備える、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光接続構造。
  14. 前記第１レンズ機構及び前記第２レンズ機構と光学的に結合され、異なる波長の光を結合又は分離可能なフィルタを更に備える、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光接続構造。
  15. 前記フィルタは、励起光及び前記第１レンズ機構から出力された光を結合して前記第２レンズ機構に入力させ、
    前記第２空間多重伝送路には、希土類が添加されており、
    前記第２空間多重伝送路は、前記第２レンズ機構から入力した前記光を、前記第２レンズ機構から入力した前記励起光で増幅する、請求項１４に記載の光接続構造。
  16. 前記第１レンズ機構及び前記第２レンズ機構を含む３つ以上のレンズ機構のうち、２つの前記レンズ機構を光学的に結合させる可動ミラーを更に備える、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の光接続構造。
  17. 前記第１伝送路の径は６μｍ以下である、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の光接続構造。
  18. 前記第２端面における光の径は８μｍ以上である、請求項１７に記載の光接続構造。
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