JP4888779B2 - Optical fiber coupler - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサに使用される複数の光ファイバを、光学的に結合する光ファイバ結合装置に関するものである。   The present invention relates to an optical fiber coupling device that optically couples a plurality of optical fibers used in an optical fiber communication system and an optical sensor such as a magnetic field sensor.

光ファイバ通信システムや光センサに使用される複数の光ファイバは、互いに光学的に結合されており、光ファイバを光学的に結合させる装置として、図4に示すような光ファイバ結合装置が考案されている(例えば、特許文献1を参照)。   A plurality of optical fibers used in an optical fiber communication system and an optical sensor are optically coupled to each other. As an apparatus for optically coupling optical fibers, an optical fiber coupling device as shown in FIG. 4 has been devised. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2005−37731(第2−3頁、第4図)JP-A-2005-37731 (page 2-3, FIG. 4)

図4において、100はアダプタ、101及び102は光ファイバ、103及び104はプラグ、105及び106は球レンズ、107はビームウエスト、C1及びC2は球レンズ105,106の中心である。   In FIG. 4, 100 is an adapter, 101 and 102 are optical fibers, 103 and 104 are plugs, 105 and 106 are spherical lenses, 107 is a beam waist, and C1 and C2 are the centers of the spherical lenses 105 and 106.

光ファイバ101から出射した信号光や励起光は、プラグ103内において空間系(空気中)に放射された後、その光ファイバ101に隣接して設置した球レンズ105でコリメートされる。   The signal light and excitation light emitted from the optical fiber 101 are radiated into the space system (in the air) within the plug 103 and then collimated by the spherical lens 105 installed adjacent to the optical fiber 101.

また逆に、光ファイバ102から出射した信号光や励起光は、プラグ104内において空間系(空気中)に放射された後、その光ファイバ102に隣接して設置した球レンズ106でコリメートされる。   Conversely, signal light and excitation light emitted from the optical fiber 102 are radiated into the space system (in the air) within the plug 104 and then collimated by the spherical lens 106 installed adjacent to the optical fiber 102. .

上記コリメートされた信号光や励起光は、プラグ対の他方のプラグ内にある球レンズで、その他方のプラグ内にある光ファイバに集光される。   The collimated signal light and excitation light are collected on an optical fiber in the other plug by a spherical lens in the other plug of the plug pair.

又、プラグ内光ファイバの球レンズに面した端面は、その端面における反射光低減のた
めに斜め加工が施されている。この端面斜め加工により、光ファイバ端面で反射した光が再び光ファイバ101,102に入射し、戻り光となって図示しない光源の安定度に影響を及ぼさないように構成されている。
Further, the end face of the optical fiber in the plug facing the spherical lens is subjected to oblique processing for reducing the reflected light at the end face. By this end face oblique processing, the light reflected by the end face of the optical fiber is incident on the optical fibers 101 and 102 again and becomes return light so as not to affect the stability of a light source (not shown).

図4の光ファイバ結合装置では、上記のように光ファイバ101,102端面に斜め加工を施
し、一対の光ファイバ101,102を同じファイバ軸107上に配置している。
In the optical fiber coupling device of FIG. 4, the end faces of the optical fibers 101 and 102 are obliquely processed as described above, and the pair of optical fibers 101 and 102 are disposed on the same fiber shaft 107.

しかしながら、光ファイバ結合装置の部品点数の削減や小型化及び低コスト化の市場要求に応えるため、レンズの個数を2つから1つへと削減し、1つのレンズによって一対の光ファイバを光学的に結合する光ファイバ結合装置が考案されている(例えば、特許文献2を参照)。   However, in order to meet the market demands for reducing the number of components and miniaturization and cost of optical fiber couplers, the number of lenses is reduced from two to one, and a pair of optical fibers is optically connected by one lens. An optical fiber coupling device has been devised (see, for example, Patent Document 2).

実開昭63−88805(第1頁、第1図)63-88805 (1st page, Fig. 1)

特許文献2に開示されている光ファイバ結合装置を図5に示す。図5より、円筒状のフェルール109,110の中心に設けた孔に光ファイバ111,112が挿入されて一対のプラグ113,114が形成される。更に、各々のプラグ113,114がそれぞれスリーブ115内に嵌入され、一つのロッドレンズ116が各々のプラグ113,114の端面に当接される。この構造によって、一つのロッドレンズ116を介して一対の光ファイバ111,112が光学的に結合される光ファイバ結合装置108が構成される。   An optical fiber coupling device disclosed in Patent Document 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, optical fibers 111 and 112 are inserted into holes provided at the centers of cylindrical ferrules 109 and 110 to form a pair of plugs 113 and 114. Further, the plugs 113 and 114 are fitted into the sleeve 115, respectively, and one rod lens 116 is brought into contact with the end surfaces of the plugs 113 and 114. With this structure, an optical fiber coupling device 108 in which a pair of optical fibers 111 and 112 are optically coupled via a single rod lens 116 is configured.

このような光ファイバ結合装置が利用される光ファイバ通信システムや磁界センサ等で
は、光学的に結合される入射側光ファイバと出射側光ファイバとで要求される機能が異なる場合がある。
In an optical fiber communication system, a magnetic field sensor, or the like in which such an optical fiber coupling device is used, the required functions may be different between the incident side optical fiber and the output side optical fiber that are optically coupled.

例えば、磁界センサでは出射側である光伝送用ファイバに、シングルモード光ファイバが使用されると共に、入射側である磁界計測対象付近に配置される光ファイバには、ファラデー効果を有する低複屈折光ファイバが使用される。このように特性が異なる光ファイバどうしを結合する光ファイバ結合系では、屈折率が異なる光ファイバどうしを光学的に結合することとなる。   For example, in a magnetic field sensor, a single mode optical fiber is used for the optical transmission fiber on the output side, and the low birefringence light having the Faraday effect is used for the optical fiber arranged near the magnetic field measurement target on the incident side. Fiber is used. In such an optical fiber coupling system that couples optical fibers having different characteristics, optical fibers having different refractive indexes are optically coupled.

このような屈折率が異なる光ファイバどうしの結合系でも、光ファイバ端面には反射光低減のために斜め加工が施される。しかしながら、光ファイバ端面に斜め加工が施されているため、光ファイバから出射した光の光路方向は、光ファイバのファイバ軸に対して傾きが生じる。   Even in such a coupling system between optical fibers having different refractive indexes, the end face of the optical fiber is obliquely processed to reduce reflected light. However, since the end face of the optical fiber is obliquely processed, the optical path direction of the light emitted from the optical fiber is inclined with respect to the fiber axis of the optical fiber.

更に、屈折率が異なる複数の光ファイバの端面を同一角度で斜め加工すると、屈折率が異なるため、ファイバ軸に対する、入出射光の光路の角度に差が生じてしまう。従って、一対の光ファイバのファイバ軸と1つのレンズの光軸を、互いに平行に且つ一軸上に配置すると結合損失が数dBレベル程度になってしまう。   Further, if the end faces of a plurality of optical fibers having different refractive indexes are obliquely processed at the same angle, the refractive index is different, so that a difference occurs in the angle of the optical path of incident / exit light with respect to the fiber axis. Accordingly, if the fiber axes of a pair of optical fibers and the optical axis of one lens are arranged parallel to each other and on one axis, the coupling loss becomes about several dB level.

そこで結合効率を改善するため、一方の光ファイバのファイバ軸を、前記角度差分だけ
傾けて配置することが考案されている。このような光ファイバ結合系を組み立てる場合、一方の光ファイバのファイバ軸調整を行った後、レンズ及びもう一方の光ファイバを配置し、次に調心用の専用装置によりレンズ及びもう一方の光ファイバの光軸及びファイバ軸調心を行っている。
Therefore, in order to improve the coupling efficiency, it has been devised that the fiber axis of one of the optical fibers is inclined by the angle difference. When assembling such an optical fiber coupling system, after adjusting the fiber axis of one optical fiber, the lens and the other optical fiber are placed, and then the lens and the other optical fiber are aligned by a dedicated device for alignment. The optical axis of the fiber and the fiber axis alignment are performed.

しかし、専用の装置は非常に高価であり、このような装置を光ファイバ結合装置の組み
立て工程に導入すると、その導入コストが個々の光ファイバ結合装置に反映されてしまうため、光ファイバ結合装置のコスト高を招いてしまう。しかしながら、専用の装置を使用せずに調心作業を行おうとしても作業に手間取ってしまうと共に、作業の正確性にも欠けるため、光ファイバ結合装置の歩留まり低下も招いてしまう。
However, a dedicated device is very expensive. If such a device is introduced into the assembly process of an optical fiber coupler, the introduction cost is reflected in each optical fiber coupler. Incurs high costs. However, even if the alignment operation is performed without using a dedicated device, the operation is time-consuming and the accuracy of the operation is also lacking, leading to a decrease in the yield of the optical fiber coupling device.

従って、本発明は、調心作業の簡略化のため、各光ファイバのファイバ軸とレンズの光軸を平行に且つ一軸上に配置することで容易な組み立てを可能としながら、高結合効率を有する、異なる屈折率を有する光ファイバどうしの光ファイバ結合装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has a high coupling efficiency while enabling easy assembly by arranging the fiber axes of the optical fibers and the optical axes of the lenses in parallel and on one axis in order to simplify the alignment work. Another object of the present invention is to provide an optical fiber coupling device for optical fibers having different refractive indexes.

本発明の請求項1に記載の光ファイバ結合装置は、第1の光ファイバと、第2の光ファイバと、1個のレンズを含み、
前記第1の光ファイバは、シングルモードを有する、石英材で構成された光ファイバであり、
前記第2の光ファイバは、シングルモードを有する、ケイ酸鉛ガラスを有する光ファイバであり、
前記第1の光ファイバのコアの屈折率n1と、前記第2の光ファイバのコアの屈折率n2が互いに異なり、
前記第1の光ファイバの端部と前記第2の光ファイバの端部が対向配置されると共に、前記第1の光ファイバの端部と前記第2の光ファイバの端部の間に前記レンズが配置され、
更に、前記第1の光ファイバのファイバ軸と、前記第2の光ファイバのファイバ軸と、前記レンズの光軸が一軸上に配置され、
前記レンズは前記光ファイバの各々のコアの光学的な結合用レンズとして配置され、
前記第1の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α1と、前記第2の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α2が等しくなるように、前記第1の光ファイバの端部と前記第2の光ファイバの端部の各々の傾斜角度θ1とθ2を異ならせて設定することを特徴とする光ファイバ結合装置である。
An optical fiber coupling device according to claim 1 of the present invention includes a first optical fiber, a second optical fiber, and one lens,
The first optical fiber is an optical fiber made of a quartz material having a single mode,
The second optical fiber is a single-mode optical fiber having lead silicate glass;
The refractive index n1 of the core of the first optical fiber and the refractive index n2 of the core of the second optical fiber are different from each other,
The end portion of the first optical fiber and the end portion of the second optical fiber are arranged to face each other, and the lens is disposed between the end portion of the first optical fiber and the end portion of the second optical fiber. Is placed,
Furthermore, the fiber axis of the first optical fiber, the fiber axis of the second optical fiber, and the optical axis of the lens are arranged on one axis,
The lens is arranged as an optical coupling lens for each core of the optical fiber;
An angle α1 with respect to the fiber axis direction of the optical path of the light incident / exited at the end of the first optical fiber, and an angle α2 with respect to the fiber axis direction of the optical path of the light incident / exited at the end of the second optical fiber. The optical fiber coupling device is characterized in that the inclination angles θ1 and θ2 of the end portion of the first optical fiber and the end portion of the second optical fiber are set different from each other so as to be equal to each other. .

本発明の光ファイバ結合装置では、一方の光ファイバの傾斜角度θ1を決定した上で、もう一方の光ファイバの傾斜角度θ2を調整することで、前記α1=α2を満足させている。このα1=α2とする設定が、シングルモードを有する石英材で構成された光ファイバと、シングルモードを有するケイ酸鉛ガラスを有する光ファイバのように、異なる屈折率を有する光ファイバの結合系において、各ファイバ軸fa1,fa2に対する入出射光の光路の角度差を解消する。従って、各ファイバ軸fa1,fa2とレンズの光軸oaを平行に一軸上に配置しながら、異なる屈折率を有する光ファイバどうしの結合効率を向上させることが可能となる。 In the optical fiber coupling device of the present invention, the inclination angle θ1 of one optical fiber is determined, and then the inclination angle θ2 of the other optical fiber is adjusted, thereby satisfying α1 = α2. This α1 = α2 is set in a coupling system of optical fibers having different refractive indexes , such as an optical fiber made of a quartz material having a single mode and an optical fiber having a lead silicate glass having a single mode . The angle difference between the optical paths of the incoming and outgoing light with respect to the fiber axes fa1 and fa2 is eliminated. Accordingly, it is possible to improve the coupling efficiency between optical fibers having different refractive indexes while arranging the fiber axes fa1 and fa2 and the optical axis oa of the lens in parallel on one axis.

これにより、各光ファイバを傾けることなく、調心作業の簡略化と容易な組み立てを可能としながら、結合効率を向上させることが可能になるという効果を本発明の光ファイバ結合装置は奏する。   As a result, the optical fiber coupling device of the present invention has an effect that the coupling efficiency can be improved while the alignment work can be simplified and easy assembly can be performed without tilting each optical fiber.

以下、本発明に係る光ファイバ結合装置の最良の実施の形態を、図1〜図3を参照して詳細に説明する。図1は本発明の光ファイバ結合装置の構成を示す概念図であり、図2は図1における光ファイバ間での光路を示す概念図であり、図3は図2の各光ファイバの端面付近を部分的に拡大した部分拡大図である。   The best mode of the optical fiber coupling device according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the optical fiber coupling device of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing an optical path between optical fibers in FIG. 1, and FIG. 3 is the vicinity of the end face of each optical fiber in FIG. It is the elements on larger scale which expanded partially.

図1の光ファイバ結合装置1は、第1の光ファイバ2と、第2の光ファイバ3と、1個
のレンズ4を備えて構成される。
The optical fiber coupling device 1 in FIG. 1 includes a first optical fiber 2, a second optical fiber 3, and a single lens 4.

第1の光ファイバ2は、シングルモード(Single Mode:SM)を有する、石英材で構成された光ファイバである。コア2aの屈折率n1は1.4492に設定される。更にその端面は、反
射光を低減するために斜め加工が施されている。図3より、斜め加工の傾斜角度θ1は、
ファイバ軸fa1に対して垂直方向から12.5度(θ1=12.5度)に設定される。斜め加工
端面は、図1より右下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がな
されていると共に、AR(Anti-Reflection)コートが施されている。
The first optical fiber 2 is an optical fiber made of a quartz material having a single mode (SM). The refractive index n1 of the core 2a is set to 1.4492. Furthermore, the end surface is subjected to oblique processing in order to reduce reflected light. From FIG. 3, the inclination angle θ1 of the oblique machining is
It is set to 12.5 degrees (θ1 = 12.5 degrees) from the direction perpendicular to the fiber axis fa1. The obliquely processed end surface is formed facing the lower right direction from FIG. Further, the end surface is subjected to an optical polishing process and an AR (Anti-Reflection) coat.

第2の光ファイバ3は、シングルモードを有する、ケイ酸鉛ガラスを主成分とする光ファイバである。従って、コア3aの屈折率n2は1.833に設定され、これより、第1の光ファイバ2のコア2aの屈折率n1と、第2の光ファイバ3のコア3aの屈折率n2は互いに異なるように構成される。更にその端面は、第1の光ファイバ2と同様、反射光を低減するために斜め加工が施されている。斜め加工の傾斜角度θ2は、ファイバ軸fa2に対して垂直方向から6.85度(θ2=6.85度)に設定される。斜め加工端面は、図1より左下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がなされていると共に、ARコートが施されている。   The second optical fiber 3 is a single mode optical fiber mainly composed of lead silicate glass. Accordingly, the refractive index n2 of the core 3a is set to 1.833, so that the refractive index n1 of the core 2a of the first optical fiber 2 and the refractive index n2 of the core 3a of the second optical fiber 3 are different from each other. Composed. Further, the end face is subjected to oblique processing in order to reduce the reflected light, like the first optical fiber 2. The inclination angle θ2 for the oblique processing is set to 6.85 degrees (θ2 = 6.85 degrees) from the direction perpendicular to the fiber axis fa2. The obliquely processed end face is formed facing the lower left direction from FIG. Further, the end surface is subjected to an optical polishing process and an AR coating.

レンズ4は、GRIN(Gradient Index)レンズであり、そのレンズ長L4は0.25P(P:レンズ4のピッチ)に設定される。又、外形形状は円柱状に成形され、光学面は光軸oaに対して垂直に形成される。レンズ長L4が0.25Pに設定されることで、図2に示すように、前記各光ファイバ2,3の各々のコア2a,3aへの光学的な収束結合用レンズとしてレンズ4は配置される。   The lens 4 is a GRIN (Gradient Index) lens, and its lens length L4 is set to 0.25P (P: the pitch of the lens 4). The outer shape is formed in a cylindrical shape, and the optical surface is formed perpendicular to the optical axis oa. By setting the lens length L4 to 0.25P, as shown in FIG. 2, the lens 4 is arranged as an optical convergence coupling lens to the cores 2a and 3a of the optical fibers 2 and 3, respectively. .

以上のような、第1の光ファイバ2の端部と第2の光ファイバ3の端部が対向するように配置されると共に、各光ファイバ2,3の端部の間にレンズ4が配置されることで、光ファイバ結合装置が構成される。更に、第1の光ファイバ2のファイバ軸fa1と、第2の光ファイバ3のファイバ軸fa2と、レンズ4の光軸oaは互いに平行に且つ一軸上に配置される。従って各ファイバ軸fa1及びfa2は、レンズ4の光軸oaと一致している。   As described above, the end of the first optical fiber 2 and the end of the second optical fiber 3 are disposed to face each other, and the lens 4 is disposed between the ends of the optical fibers 2 and 3. Thus, an optical fiber coupling device is configured. Furthermore, the fiber axis fa1 of the first optical fiber 2, the fiber axis fa2 of the second optical fiber 3, and the optical axis oa of the lens 4 are arranged in parallel and on one axis. Accordingly, the fiber axes fa1 and fa2 coincide with the optical axis oa of the lens 4.

前記コア2a内を伝搬し、第1の光ファイバ2端部から出射した信号光や励起光といった光は、光ファイバ結合装置1内において空間系(空気中)に出射された後、その光ファイバ2に隣接して設置されたレンズ4に入射される。光ファイバ2から光が出射されるとき、光の出射方向はファイバ軸fa1からずれ、角度α1の方向でレンズ4に結合する。角度α
1は、図3に示すように第1の光ファイバ1の端部で入出射(この説明では出射)される光の光路の、ファイバ軸fa1方向に対する角度である。
Light such as signal light and pumping light propagating through the core 2a and emitted from the end of the first optical fiber 2 is emitted into the space system (in the air) within the optical fiber coupler 1, and then the optical fiber. 2 is incident on the lens 4 installed adjacent to the lens 2. When light is emitted from the optical fiber 2, the light emission direction is deviated from the fiber axis fa1, and is coupled to the lens 4 in the direction of the angle α1. Angle α
Reference numeral 1 denotes an angle of the optical path of light incident / exited (exited in this description) at the end of the first optical fiber 1 with respect to the fiber axis fa1 as shown in FIG.

レンズ4に入射された光は、レンズ4内部の屈折率勾配によって蛇行しながら伝搬される。前記の通り、レンズ長L4は0.25Pに設定されているため、光は図2に示すような緩やかな曲線状の光路を描いて、レンズ4から空間系(空気中)に出射される。   The light incident on the lens 4 is propagated while meandering by the refractive index gradient inside the lens 4. As described above, since the lens length L4 is set to 0.25P, light is emitted from the lens 4 to the space system (in the air) while drawing a gentle curved optical path as shown in FIG.

レンズ4から出射された光は、次に図3に示すように角度α2で、第2の光ファイバへ
と光学的に結合される。角度α2は、図3に示すように第2の光ファイバ3の端部で入出射(この説明では入射)される光の光路の、ファイバ軸fa2方向に対する角度である。第2の光ファイバ3に入射された光は、前記コア3a内を伝搬していく。
The light emitted from the lens 4 is then optically coupled to the second optical fiber at an angle α2 as shown in FIG. The angle α2 is an angle with respect to the fiber axis fa2 direction of the optical path of the light incident / exited (incident in this description) at the end of the second optical fiber 3 as shown in FIG. The light incident on the second optical fiber 3 propagates through the core 3a.

角度α1と角度α2は互いに等しくなるように設定される。この設定は、第1の光ファイバ2の端部と、第2の光ファイバ3の端部の各々の傾斜角度θ1とθ2を異なるように設定することで行われる。具体的には前記θ2は、   The angle α1 and the angle α2 are set to be equal to each other. This setting is performed by setting the inclination angles θ1 and θ2 of the end portion of the first optical fiber 2 and the end portions of the second optical fiber 3 to be different. Specifically, the θ2 is

Figure 0004888779
Figure 0004888779

を満足するように設定される。伝搬光は、波長λ:1.55μmの単一波長を有する。   Is set to satisfy. The propagating light has a single wavelength of wavelength λ: 1.55 μm.

また逆に、光ファイバ3から出射した光が、レンズ4内を伝搬し、光ファイバ2に入射
するという逆方向に伝搬する構成でも、明らかに同様のことが成り立つことはいうまでもない。
On the other hand, it goes without saying that the same thing can be said for the configuration in which the light emitted from the optical fiber 3 propagates in the lens 4 and enters the optical fiber 2 in the reverse direction.

次に、傾斜角度θ1とθ2の設定の背景について説明する。前記の通り第1の光ファイバ軸fa1と第2の光ファイバのファイバ軸fa2が同軸上で一致するように、コア2a,3aの屈折率n1,n2、傾斜角度θ1,θ2、ファイバ軸fa1 ,fa2回りの設置角等が規定される。   Next, the background for setting the inclination angles θ1 and θ2 will be described. As described above, the refractive indexes n1 and n2 of the cores 2a and 3a, the inclination angles θ1 and θ2, the fiber axes fa1, so that the first optical fiber axis fa1 and the fiber axis fa2 of the second optical fiber coincide on the same axis. Installation angle around fa2 is specified.

図3に示すように、第1の光ファイバ2のコア屈折率をn1(=1.4492)、端面の傾斜角度をθ1(=12.5度)、空気の屈折率をn0(=1)とすると、第1の光ファイバ2の端部での光の入出射角度α1は、スネルの法則より、以下のように導き出される。   As shown in FIG. 3, when the core refractive index of the first optical fiber 2 is n1 (= 1.4492), the inclination angle of the end face is θ1 (= 12.5 degrees), and the refractive index of air is n0 (= 1), The light incident / exit angle α1 at the end of one optical fiber 2 is derived as follows from Snell's law.

Figure 0004888779
Figure 0004888779

同様に、第2の光ファイバ3のコア屈折率をn2(=1.833)、端面の傾斜角度をθ2、空気の屈折率をn0(=1)とすると、第2の光ファイバ3の端部での光の入出射角度α2は、以下のように導き出される。   Similarly, when the core refractive index of the second optical fiber 3 is n2 (= 1.833), the inclination angle of the end face is θ2, and the refractive index of air is n0 (= 1), the end of the second optical fiber 3 The light incident / exit angle α2 is derived as follows.

Figure 0004888779
Figure 0004888779

ここで、1つのレンズ4による1倍の光ファイバ結合系の結合効率を向上させるために、前記入出射角α1とα2を同一に設定する。入出射角α1及びα2の選定は、光ファイバ2,3に入射する光が、スネルの法則によって光ファイバ2,3端部で屈折され、各光ファイバ2,3のファイバ軸fa1,fa2と平行な方向に光ファイバ2又は3へと屈折することでなされる。従って、α1=α2よりθ2は、   Here, in order to improve the coupling efficiency of the one-time optical fiber coupling system using one lens 4, the incident / exit angles α1 and α2 are set to be the same. Selection of the incident and outgoing angles α1 and α2 is such that light incident on the optical fibers 2 and 3 is refracted at the ends of the optical fibers 2 and 3 according to Snell's law, and is parallel to the fiber axes fa1 and fa2 of the optical fibers 2 and 3 This is done by refracting the optical fiber 2 or 3 in any direction. Therefore, from α1 = α2, θ2 is

Figure 0004888779
Figure 0004888779

と求められる。前記のn1=1.4492、n2=1.833、θ1=12.5度を代入すると、θ2は6.85度と導出される。   Is required. Substituting n1 = 1.4492, n2 = 1.833, and θ1 = 12.5 degrees, θ2 is derived as 6.85 degrees.

このように、本実施形態の光ファイバ結合装置1では、各光ファイバ2,3の端部で屈折した光の光路方向をファイバ軸fa1,fa2に対し平行とすることにより、両光ファイバ2,3間の結合効率を向上させるものである。このためにθ1を決定後、α1=α2となるようにもう一方の光ファイバ3の傾斜角度θ2を決定する。   As described above, in the optical fiber coupling device 1 of the present embodiment, the optical path directions of the light refracted at the ends of the optical fibers 2 and 3 are made parallel to the fiber axes fa1 and fa2, so The coupling efficiency between the three is improved. For this purpose, after determining θ1, the inclination angle θ2 of the other optical fiber 3 is determined so that α1 = α2.

以上、本発明の光ファイバ結合装置1は、一方の光ファイバ2の傾斜角度θ1を決定した上で、もう一方の光ファイバ3の傾斜角度θ2を調整することで、α1=α2を満足させている。α1=α2という設定が、異なる屈折率を有する光ファイバの結合系において、ファイバ軸fa1,fa2に対する入出射光の光路の角度差を解消する。従って、各ファイバ軸fa1,fa2とレンズ4の光軸oaを平行に一軸上に配置しながら、異なる屈折率を有する光ファイバどうしの結合効率を向上させることが可能となる。これにより、光ファイバ2又は3を傾けることなく、調心作業の簡略化と容易な組み立てを可能としながら、結合効率を向上させることが可能になるという効果を本発明の光ファイバ結合装置1は奏する。   As described above, the optical fiber coupling device 1 of the present invention satisfies α1 = α2 by determining the inclination angle θ1 of one optical fiber 2 and adjusting the inclination angle θ2 of the other optical fiber 3. Yes. Setting α1 = α2 eliminates the angle difference between the optical paths of the incoming and outgoing light with respect to the fiber axes fa1 and fa2 in a coupling system of optical fibers having different refractive indexes. Therefore, it is possible to improve the coupling efficiency of optical fibers having different refractive indexes while arranging the fiber axes fa1 and fa2 and the optical axis oa of the lens 4 in parallel on one axis. Thereby, the optical fiber coupling device 1 of the present invention has the effect that the coupling efficiency can be improved while the alignment work can be simplified and easy assembly can be performed without tilting the optical fiber 2 or 3. Play.

各光ファイバ2,3及びレンズ4を保持する部品は説明しなかったものの、一般的なプラグやフェルール、キャピラリ、アダプタ、スリーブ等を使用すれば良い。   Although the components for holding the optical fibers 2 and 3 and the lens 4 have not been described, general plugs, ferrules, capillaries, adapters, sleeves, etc. may be used.

なお、光ファイバ2又は3の端部での反射戻り光損失は、傾斜角度θ1,θ2に依存するため、設定した傾斜角度θ1又はθ2に前記ARコートを含めて、目標とする反射戻り光損失を達成することは言うまでもない。   Since the return return light loss at the end of the optical fiber 2 or 3 depends on the inclination angles θ1 and θ2, the target return return light loss is included by including the AR coating in the set inclination angle θ1 or θ2. Needless to say,

θ1、θ2の角度公差については要求される結合効率にもよるが、±1度程度であれば実用上問題ない。   The angle tolerance of θ1 and θ2 depends on the required coupling efficiency, but there is no practical problem if it is about ± 1 degree.

なお、前記傾斜角度θ1とθ2が十分に小さく、sinθ1≒θ1,sinθ2≒θ2と近似できる場合には、計算がより簡単に行える。以下に、近似によるθ2の計算を示す。   If the tilt angles θ1 and θ2 are sufficiently small and can be approximated as sin θ1≈θ1 and sin θ2≈θ2, the calculation can be performed more easily. The calculation of θ2 by approximation is shown below.

第1の光ファイバ2のコア屈折率をn1、端面の傾斜角度をθ1、空気の屈折率をn0とすると、第1の光ファイバ2の端部での光の入出射角度α1は、スネルの法則より、以下のように導き出される。   If the core refractive index of the first optical fiber 2 is n1, the tilt angle of the end face is θ1, and the refractive index of air is n0, the light incident / exit angle α1 at the end of the first optical fiber 2 is Snell's From the law, it is derived as follows.

Figure 0004888779
Figure 0004888779

同様に、第2の光ファイバ3のコア屈折率をn2、端面の傾斜角度をθ2、空気の屈折率をn0とすると、第2の光ファイバ3の端部での光の入出射角度α2は、以下のように導き出される。   Similarly, if the core refractive index of the second optical fiber 3 is n2, the inclination angle of the end face is θ2, and the refractive index of air is n0, the light incident / exit angle α2 at the end of the second optical fiber 3 is Is derived as follows.

Figure 0004888779
Figure 0004888779

α1=α2より、θ2は以下のように求められる。   From α1 = α2, θ2 is obtained as follows.

Figure 0004888779
Figure 0004888779

前記のn1=1.4492、n2=1.833、θ1=12.5度を代入すると、θ2は6.74度と導出される。前記数5で導出した結果6.85度から多少差異はあるが、θ1、θ2の角度公差(±1度程度)内であるため、実用上問題はない。   By substituting n1 = 1.4492, n2 = 1.833, and θ1 = 12.5 degrees, θ2 is derived as 6.74 degrees. Although there is a slight difference from 6.85 degrees as a result derived from Equation 5, there is no practical problem because it is within the angle tolerance (about ± 1 degree) of θ1 and θ2.

又、伝搬光の波長λは、1.55μmの他に1.31μm,0.85μm,0.63μmが考えられ、一般的に波長に応じて光ファイバのコアの屈折率が決定されるので、その屈折率に応じたθ2を前記数5の式から導き出せば良い。   The wavelength λ of the propagating light may be 1.31 μm, 0.85 μm, and 0.63 μm in addition to 1.55 μm. Generally, the refractive index of the core of the optical fiber is determined according to the wavelength. The corresponding θ2 may be derived from the equation (5).

本発明の光ファイバ結合装置は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサ内の光ファイバ結合系に利用可能である。   The optical fiber coupling device of the present invention can be used for an optical fiber communication system and an optical fiber coupling system in an optical sensor such as a magnetic field sensor.

本発明の光ファイバ結合装置の構成を示す概念図。The conceptual diagram which shows the structure of the optical fiber coupling device of this invention. 図1における光ファイバ間での光路を示す概念図。The conceptual diagram which shows the optical path between the optical fibers in FIG. 図2の各光ファイバの端面付近を部分的に拡大した部分拡大図。FIG. 3 is a partially enlarged view in which the vicinity of the end face of each optical fiber in FIG. 2 is partially enlarged. 従来の光ファイバ結合装置の構成図。The block diagram of the conventional optical fiber coupling device. 他の従来の光ファイバ結合装置の構成図。The block diagram of the other conventional optical fiber coupling device.

符号の説明Explanation of symbols

1 光ファイバ結合装置
2 第1の光ファイバ
3 第二の光ファイバ
4 レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber coupling device 2 1st optical fiber 3 2nd optical fiber 4 Lens

Claims (1)

光ファイバ結合装置は、第1の光ファイバと、第2の光ファイバと、1個のレンズを含み、
前記第1の光ファイバは、シングルモードを有する、石英材で構成された光ファイバであり、
前記第2の光ファイバは、シングルモードを有する、ケイ酸鉛ガラスを有する光ファイバであり、
前記第1の光ファイバのコアの屈折率n1と、前記第2の光ファイバのコアの屈折率n2が互いに異なり、
前記第1の光ファイバの端部と前記第2の光ファイバの端部が対向配置されると共に、前記第1の光ファイバの端部と前記第2の光ファイバの端部の間に前記レンズが配置され、
更に、前記第1の光ファイバのファイバ軸と、前記第2の光ファイバのファイバ軸と、前記レンズの光軸が一軸上に配置され、
前記レンズは前記光ファイバの各々のコアの光学的な結合用レンズとして配置され、前記第1の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α1と、前記第2の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α2が等しくなるように、前記第1の光ファイバの端部と前記第2の光ファイバの端部の各々の傾斜角度θ1とθ2を異ならせて設定することを特徴とする光ファイバ結合装置。
The optical fiber coupling device includes a first optical fiber, a second optical fiber, and one lens,
The first optical fiber is an optical fiber made of a quartz material having a single mode,
The second optical fiber is a single-mode optical fiber having lead silicate glass;
The refractive index n1 of the core of the first optical fiber and the refractive index n2 of the core of the second optical fiber are different from each other,
The end portion of the first optical fiber and the end portion of the second optical fiber are arranged to face each other, and the lens is disposed between the end portion of the first optical fiber and the end portion of the second optical fiber. Is placed,
Furthermore, the fiber axis of the first optical fiber, the fiber axis of the second optical fiber, and the optical axis of the lens are arranged on one axis,
The lens is disposed as an optical coupling lens for each core of the optical fiber, and an angle α1 with respect to a fiber axis direction of an optical path of light incident / exited at an end of the first optical fiber, and the second Inclination of each of the end of the first optical fiber and the end of the second optical fiber so that the angle α2 with respect to the fiber axis direction of the optical path of the light incident / exited at the end of the optical fiber becomes equal An optical fiber coupling device, wherein the angles θ1 and θ2 are set differently.
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