JP3012999B2 - 光部品の接続構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路や光ファイバ
等の光部品間を光学的に接続する光部品の接続構造に関
するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、３次元光導波路と光ファイバを接続
する方法には、以下のようなものがあった。

【０００３】直接光ファイバと光導波路の端面同士を
接続するようにしたもの（BUTT-JOINT法）。両者間の固
定には、接着剤を用いたり、レーザ溶着を行う。

【０００４】光ファイバ先端を先球状にしたり、光フ
ァイバのコア形状を細くしたりして、該コア形状を光導
波路の断面形状に近づけることにより、その結合効率を
高めるようにしたもの。

【０００５】光ファイバと光導波路の間にレンズを入
れたり、光導波路の接続端面付近をレンズ効果を持たせ
るような形状にしたもの。

【０００６】光導波路に光ファイバを接着する固定用
接着剤に集光効果を持たせたものとして、屈折率の異な
る２種類の接着剤を用いて、接着剤内にコア部とクラッ
ド部を形成したり、レンズを作ったりして、光ファイバ
出射端面からの光の広がりを小さくした構造のもの。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記各従
来例には、以下のような問題点があった。

【０００８】（１）上記の従来例においては、接続の
結合効率が、直接光ファイバと光導波路の位置合わせ精
度によって決定されてしまうため、位置決めの許容誤差
が厳しくなり、少しでもその位置がずれると結合効率が
かなり悪くなってしまう。

【０００９】（２）上記の従来例において、光ファイ
バのコア形状を光導波路の断面形状に近づける方法は困
難である。また、光ファイバ先端が先球状の場合、該光
ファイバの光導波路への接続固定方法が、通常に端面を
カットしてある光ファイバの光導波路への接続固定方法
に比較して不安定である。

【００１０】（３）上記の従来例において、光ファイ
バと光導波路間にレンズを入れる場合、数十ミクロンの
レンズの製作が高価となる。また光導波路側にレンズ部
を形成する場合は、光導波路の作製が複雑になる。

【００１１】（４）上記の従来例においては、接着剤
による接着・固定の工程が複雑になる。

【００１２】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、光導波路と光ファイバ
との光の結合効率を安定して高めることができ、しかも
その構造が簡単で、その接続作業が容易な光部品の接続
装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、光部品の接続構造を以下の〜の構成要
件によって構成した。

【００１４】使用する波長の光に対して光学的に透明
で、楕円面或いは回転楕円体面からなる反射面を有する
ブロックを具備すること。ここでこのブロックとして
は、楕円面（楕円柱の側面）或いは回転楕円体面形状の
側面を有するガラスブロック、有機高分子樹脂などの個
体ブロックが考えられる。

【００１５】前記楕円の２つの焦点上又はその近傍に
それぞれ２つの光部品の光入出射端面を配置すること。
この光部品としては、例えば、レーザーダイオード、発
光ダイオード、光ファイバ、光導波路デバイス、などが
考えられる。

【００１６】一方の焦点に配置された光部品から出射
された光の全てが前記反射面で反射されること。つまり
一方の焦点に配置された光部品から出射された光が直接
他方の焦点に入射することがないこと。

【００１７】該反射面で反射されて他方の焦点に配置
された光部品に入射する光の入射角がその光部品の光の
最大開口角（最大受光角）よりも小さくなるように、前
記２つの光部品の配置角度を設定したこと。

【００１８】

【作用】上記の如く光部品の入出射端面を楕円の２つの
焦点上又はその近傍に配置したので、一方の光部品から
光学的媒体中に放射されその反射面で反射された光は、
もう一方の焦点に集光され、該焦点に配置した光部品中
に入射される。しかも該入射する光の入射角はいずれも
該光部品の最大開口角よりも小さくなるように構成され
ているので原理上全て該光部品中に入射・伝搬されてい
く。従って、光部品間の光の結合効率が安定して高めら
れる。

【００１９】また本発明においては、一方の光部品から
光学的媒体中に放射される光はすべてその反射面で反射
され、他方の光部品中に導入されるが、楕円の性質から
一方の焦点から他方の焦点に至るまでの光学的媒体中で
の光の光路長は全て等しい。このため光の位相が光学的
媒体中を通過する光の経路によって変化することはな
く、全て一致する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明にかかる光部品の接続構造の実
施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の１実施例を示す図であり、
同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は斜視図である。同図
に示すようにこの実施例においては、光ファイバ５と光
導波路６の光入出射端面をブロック１に接続して構成さ
れている。以下各構成部品について説明する。

【００２２】ブロック１は、使用する波長の光に対して
光学的に透明な材料（例えばガラス、有機高分子樹脂な
ど）で構成されており、その形状は長軸を中心に回転し
た回転楕円体をその長軸を含む面で２つに切断した形状
に構成されている。またこのブロック１の一端部（同図
の右端部）は、回転楕円体の長軸に垂直で焦点Ｂを含む
面で切断されている。この切断面を光導波路接続面１１
とする。

【００２３】そして光導波路６は、その端面の中心がブ
ロック１の焦点Ｂ上に位置するように、その端面をブロ
ック１の光導波路接続面１１に接続する。

【００２４】一方光ファイバ５は、そのコア端面がブロ
ック１の焦点Ａ上に位置するように、その端面をブロッ
ク１の面に接続させる。

【００２５】なお光ファイバと光導波路６のブロック１
への接続角度には、所定の条件が必要であるが、該条件
の説明は次の作用の説明の中で行なう。

【００２６】図２はこの実施例の作用を説明するための
図である。同図に示すように光ファイバ５のコア端面か
らブロック１内に出射された光は、該コア端面を中心に
して所定の放射角度をもって放射される。ここでこの放
射光の内、最も右側（最も光導波路６に近い側）の放射
光と長軸（２つの焦点Ａ，Ｂを結ぶ直線）のなす角度を
θとする。

【００２７】一方この光ファイバ５は長軸に対して垂直
に取り付けられているので、該放射光の全てはブロック
１の回転楕円体面によって反射される。つまり該放射光
の内で直接焦点Ｂに向かう光はない。

【００２８】そして該回転楕円体面によって反射された
反射光の全ては、回転楕円体面の性質によって、もう一
方の焦点Ｂに集光される。ところで光導波路６には該光
導波路６内に光を導入できる最大開口角α（開口数Ｎ
Ａ）がある（同図に点線で示す）。そして同図に示すよ
うに焦点Ｂに集光される反射光の全てはこの最大開口角
α以下の角度で入射するので、これら反射光の全ては光
導波路６内を有効に伝搬していくこととなる。

【００２９】ここで光ファイバー５から発射された光が
光導波路６内に全て導入され伝搬されていく条件は、以
下のとおりである。

【００３０】即ち、光ファイバ５から放射される光の
内、最も右側の光（最も光導波路６に近い側の光）が２
つの焦点Ａ，Ｂを結ぶ軸となす角度をθとし、また光導
波路６の最大開口角が２つの焦点Ａ，Ｂを結ぶ軸となす
角度をαとすると、それぞれの角度θ，αが、式（１）
の条件を満たすときである。

【００３１】

【数１】

【００３２】なお同式において、ａは楕円長軸半径、ｂ
は楕円短軸半径、

【００３３】この条件を満たせば、光ファイバ５から光
導波路６へ導入される光の結合効率は、反射損失や伝搬
損失を除くと、原理上１００％を得ることができる。

【００３４】なお上記式(1)は以下の方法によって求め
る。即ち、図２に示す任意の光線Ｌについて、光ファイ
バ５から出射された光線Ｌが楕円の長軸（ｘ軸）となす
角度をθ１とし、該光線Ｌが楕円面Ｐで反射されてもう
一方の焦点Ｂに向かうときに長軸となす角度をψとし
て、該角度θ１とψの関係を求めると、式（２）に示す
ものとなる。

【００３５】

【数２】

【００３６】ここで、出射光線Ｌが全て光導波路６に入
射するには、入射角ψが光導波路６の開口角αより小さ
ければ良い。つまり tanα＞tanψ ・・・式（３） であればよいから、この式（３）を式（２）に代入する
とともにθ１をθに置き換えれば、式（１）が求められ
るのである。つまりこの式（１）を満足する限り光ファ
イバ５端面から出射された光は全て光導波路６に集光さ
れ、伝搬される。

【００３７】ところで、以上の条件を満たしさえすれ
ば、上記実施例以外の角度でブロック１に光ファイバ５
と光導波路６を接続してもよい。

【００３８】図３はこのような他の実施例を示す図であ
る。この実施例においては、上記図１に示す実施例と相
違し、光ファイバ５と光導波路６の接続角度を異ならせ
ている。このような角度で接続しても、上記条件を満た
すようにθとαを定めれば、原理上光ファイバ５から発
射された光の全ては光導波路６に入射、伝搬されていく
こととなる。

【００３９】上記各実施例においては、いずれも光学的
媒体として回転楕円体形状のブロック１を用いたが、回
転楕円体の代わりに図４に示すような楕円柱形状のブロ
ック１′を用いてもよい。この場合も２つの焦点Ａ，Ｂ
にそれぞれ２つの光部品の端面を接続し、上記式(1)の
条件を満たすように両光部品を配置すれば、一方の光部
品からブロック１′中に放射されその楕円面で反射され
た光の殆どは、他の光部品中に導入され伝搬されること
となる。

【００４０】

【００４１】なお本発明においては、一方の光部品から
光学的媒体中に出射される光はすべてその反射面で反射
された後に他方の光部品中に導入されるが、この場合、
楕円の性質から一方の焦点から他方の焦点（即ち一方の
光部品から他方の光部品）に至るまでの光学的媒体中で
の光の光路長は全て等しい。このため光の位相が光学的
媒体中を通過する光の経路によって変化することはな
く、全て一致する。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる光部品の接続構造によれば、以下のような優れた効
果を有する。

【００４３】光部品間の光の結合効率を安定して高め
ることができる。

【００４４】ブロックを用いるので、光ファイバや光
導波路などの光部品の光入出射端面の構造を特別な形状
にしなくてもよい。このためこれら各光部品の製造及び
これら各光部品の接続が容易且つ確実となる。

【００４５】一方の光部品からブロック中に出射され
他方の光部品に入射される光は全てその位相が一致す
る。

【００４６】ブロックの２つの焦点を含む接続面を備
え、これら２つの焦点上又はその近傍に２つの光部品の
光入出射端面を当接するだけでその接続ができるので、
正確に位置決めすることが容易に行なえる。またブロッ
クとこれに接続する光部品の端面はいずれも平面状に構
成できる。そして平面状に構成した場合は、接触面積が
広く取れ、さらにその接続が安定して確実・容易に行な
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す図であり、同図（ａ）
は平面図、同図（ｂ）は斜視図である。

【図２】図１に示す実施例の作用を説明するための図で
ある。

【図３】本発明の他の実施例を示す図である。

【図４】光学的媒体の他の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１′ ブロック（光学的媒体） Ａ，Ｂ 焦点 ５ 光ファイバ（光部品） ６ 光導波路（光部品）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/10 G02B 6/26 - 6/43

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 使用する波長の光に対して光学的に透明
   で、楕円面或いは回転楕円体面からなる反射面を有する
   ブロックを具備し、該ブロックは２つの焦点を含む接続面を備え、これら ２
   つの焦点上又はその近傍に２つの光部品の光入出射端面
   を当接して接続し、 前記一方の焦点に配置された光部品から出射された光の
   全てが前記反射面で反射されるとともに、該反射面で反
   射されて他方の焦点に配置された光部品に入射する光の
   入射角が該光部品の光の最大開口角よりも小さくなるよ
   うに、前記２つの光部品の配置角度を設定したことを特
   徴とする光部品の接続構造。