JP4888854B2 - 光学モディファイア - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、単一または幾つかの波長チャネルの信号を導波管に挿入またはそれから抜き出すための光学モディファイアに関する。
【０００２】
特に、電気通信およびデータ通信では、情報を光学的に、すなわち、たとえば、光導波路によって伝送することが一般的になっている。光導波路は一般的に、高透過性光学材料の細いファイバであって、これは多数の全内面反射によって長手方向に沿って光を進める。一般的に平滑な入口面から入った光は、ファイバのすべてのカーブに沿って進み、最終的には、やはり一般的に平滑な端面から出る。伝送すべき電気信号は、電気−光学変換器による適当な変調後に、光信号に、ほとんどの場合は赤外線範囲のものに変換されて、光導波管に挿入され、光導波管によって送られて、最終的に光学−電気変換器によって電気信号に戻される。光導波管の伝送速度を高めるために、１つの光導波管で同時に幾つもの異なったメッセージ信号を伝送するのが一般的になっている。このため、メッセージ信号を変調する。異なったメッセージ信号の各々に異なった搬送周波数が使用され、伝送信号全体のうちの個々のそれぞれの周波数成分がチャネルとも呼ばれることが多い。光導波管で個々のメッセージ信号すなわち波長チャネルを伝送した後、個々の信号を分離して、復調しなければならない。
【０００３】
したがって、当該技術分野において、波長コード化信号（１個のあるいは複数の特定波長の光）の追加および選択を行う装置、いわゆるマルチプレクサおよびデマルチプレクサ構造が周知である。そのような装置は、大きい情報搬送密度を有する光ファイバを使用する。これらの装置の目的は、伝送された大量の情報から該当情報、すなわち、該当波長チャネルを分離することである。たとえば、この分離のために、特定の光周波数をほとんど妨害せずに通過させる一方、選択周波数を反射させる狭帯域反射体を使用することができる。しかし、光がガラスファイバから出る時、必然的にビームの拡散が生じ、これによって、焦点、すなわち、濾過光が評価される点での強度の大幅な低下か、光を平行にして対応の焦点に送るために、対応のレンズ系、たとえば、屈折率勾配レンズ（ＧＲＩＮレンズ）を使用する必要性のいずれかが生じる。
【０００４】
しかし、レンズを用いたタイプには、非常に高価であると共に、高精度の位置合わせが必要であり、さらに、集束特性が波長の影響も受けるという欠点がある。たとえば、単一モード光ファイバのコア直径はわずかに９μｍであるので、この位置合わせは一般的に、時間をかけて手動で行わなければならない。周知のマルチプレクサ／デマルチプレクサ構造はまた、大きい空間を占め、これは、それぞれの光学部材もそれに対応してかさばることにつながる。これの原因は、レンズ系の幾何学的拡大に加えて、意のままに撓ませたり、曲げることができないというガラスファイバの本来的な性質である。たとえば、ガラスファイバは、約２０〜３０ｍｍ未満の半径で曲げると、全内面反射の状態が満足できない程度になってしまうため、損失が大きくなりすぎるので、そのように曲げることができない。したがって、同様に大きな撓みループを配置しなければならないが、これは、光学系内で相当に大きい空間を占める。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、１つまたは複数の波長チャネルに狙いを定めて影響を与えることができ、製造が低コストであり、ほとんどの密閉空間内で最低限の損失で光の挿入および抜き出しを行うことができ、同時に位置合わせが容易である光学モディファイアが必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、湾曲反射面および波変更素子を備えた少なくとも１つのカップリング装置を提供することで達成される。波変更素子とは、ビーム路内に配置された時、光学チャネルの１つ、幾つかまたはすべての波長チャネルに影響を与える素子を意味する。影響とは、たとえば、反射、吸収、増幅、減衰、遮断または偏光を意味する。
【０００７】
カップリング装置は、たとえば、ガラスファイバへの信号の挿入およびそれからの抜き出しを行うことができる。湾曲した反射面が設けられているので、ガラスファイバの端部で発生するビームの拡散が、少なくとも部分的に湾曲面によって補償されるため、光学レンズ系を省略することができる。
【０００８】
カップリング装置の湾曲面の断面が、放物線、双曲線または楕円の一部にほぼ対応するタイプが特に好ましい。言い換えると、直線ではなく、円錐断面と呼ばれることが多い二次平面曲線のすべてが、湾曲面の断面形として特に適している。反射面は、仮想二次平面曲線の一部をたどるように湾曲している。これらの形状は、特に良好な集束特性を有するので、カップリング装置に使用するのに特に適している。したがって、たとえば、楕円の焦点で拡散して、楕円上で反射したビームは、楕円の他方の焦点で集束する。したがって、第１焦点で出た光の総量を、他方の焦点でほぼ点状に得ることができる。他方、放物線の焦点で拡散するビームは、放物線で反射して、反射光がほぼ平行になる。この平行光を使用して光変更素子に当てることができる。光がほぼ平行に進むため、光変更素子は、ほとんど損失なく、すべてのメッセージ信号を確実に受け取ることができる。
【０００９】
特に好都合なタイプでは、カップリング装置の反射面が、ほぼ回転放物面、回転楕円面または回転双曲面の一部の形状を有することができる。言い換えると、反射面は、少なくとも部分的に、回転体の外表面をたどる。このことは、回転軸に垂直な断面に沿った反射面を通る断面は、ほぼ円弧の形を有するが、回転軸を含む平面に沿った断面は、ほぼ放物線、双曲線または楕円の一部の形を有することを意味する。そのような湾曲反射面は、特に適当な集束特性を有するので、挿入または抜き出しによって生じる損失が非常に小さく、光学コリメータを使用する必要がない。
【００１０】
特に良好な集束特性を得るために、少なくとも１つの送信または受信素子を反射面の焦点付近に配置するのが好都合である。送信または受信素子とは、ガラスファイバおよび光導波管の端面などの光操作システムと共に、レンズ、屈折率勾配構造体またはミラー光学機器などの集束システムだけでなく、ＬＥＤまたはレーザなどの発光構造体、またはフォトダイオードまたは電気−光学変換器などの受光構造体のことである。湾曲面の焦点は、反射面がたどる仮想双曲線、放物線または楕円の焦点に対応する。
【００１１】
したがって、たとえば、放物線は、固定点、いわゆる焦点、および固定直線、いわゆる準線から等距離にある点の集まりと定義される。平行光が回転軸に平行に放物線反射体に当たると、すべての光ビームが１点に、すなわち焦点に集束する。したがって、焦点は、数学的構造から独立的に決定することができる。
【００１２】
同様に、双曲線は、２つの所定の固定点、いわゆる焦点からの距離の差が一定であるすべての点の集まりとして定義される。最後に、楕円は、２つの所定点、いわゆる焦点からの距離の合計が一定である点の集まりとして定義される。
【００１３】
たとえば、湾曲反射面の断面形が仮想放物線の形状をたどる場合、送信部材、たとえば、ガラスファイバの端部を仮想放物線の焦点付近に配置すると、ガラスファイバから出た光ビームは、放物線湾曲面で反射し、反射した光ビームは互いにほぼ平行に進む。
【００１４】
カップリング装置は、適当な光導波素子に対する光の挿入および抜き出しの両方に適することを、ここで強調する必要がある。したがって、たとえば、湾曲反射面の断面形が仮想放物線の形状であるカップリング装置は、湾曲反射面に入射する平行光を焦点に集束するために使用することもできる。言い換えると、平行で直角に反射面に入射するすべての光は、仮想放物線の焦点付近に配置されたガラスファイバに挿入される。
【００１５】
たとえば、湾曲面の焦点付近にガラスファイバを位置合わせするのを容易にするために、特に役立つタイプは、送信または受信素子の位置合わせ用の少なくとも１つのストッパを備えている。このストッパは、たとえば、湾曲面の焦点が位置する平坦面によって実現することができる。その場合、ガラスファイバを平坦面に載置するだけで、一方向でのガラスファイバの正確な位置合わせを容易に行うことができる。しかし、ストッパが少なくとも２方向の位置合わせを行うことができるタイプが好ましく、３方向であることが特に好ましい。
【００１６】
少なくとも１つのストッパが、必ずしも平坦面でなくてもよいことを、ここで強調する必要がある。たとえば、送信または受信素子から出る光ビームの中心軸が、湾曲面の回転軸に垂直な向きでない場合、ストッパは、円錐面として形成することが好都合であろう。
【００１７】
ストッパを反射面と一体に形成したタイプのカップリング装置が、特に好ましい。一体成形であるため、反射面に対するストッパの位置合わせが不必要である。代わりに、製造中に、対応した正確なストッパ配置を行うことに注意するだけでよい。
【００１８】
光学モディファイアの特に好都合なタイプは、少なくとも１つの入力部および１つの出力部を備えており、少なくとも２つのカップリング装置を、光学モディファイアの入力部で入った電磁波が最初に第１カップリング装置で反射されてから、波変更素子を通過し、最終的に第２カップリング装置で出力部に向けて反射されるように配置している。この構造は、波変更素子を利用して光を変更するために、たとえば、波長チャネルを濾過するために、第１カップリング装置によってガラスファイバから光を抜き出し、また、再び第２カップリング装置を利用して光を別のガラスファイバに挿入するために使用することができるので、非常に好都合である。この構造は、光学コリメータを追加する必要がない。反射湾曲面によって、波長の影響を受けない最適集束が確保される。
【００１９】
したがって、この構造は、非常に広範囲の波長に有用である。さらに、たとえば、ガラスファイバの簡単で最適な位置合わせを行うために、別の波長で、たとえば、可視光で位置合わせを実施することができる。位置合わせを行っている人に光路が見えるため、位置合わせを容易に行うことができる。位置合わせを行った後、まったく異なった波長の光を、再位置合わせの必要なく、光学モディファイアで反射することができる。
【００２０】
特に好適なタイプでは、波変更素子を、少なくとも１つの特定周波数区間内の電磁波を反射する周波数帯域反射体にすることができる。したがって、たとえば、到来した光信号を第１カップリング装置で周波数帯域反射体上に集束させ、その反射体が波長チャネルの少なくとも一部を直接的に別のガラスファイバに集束させるか、または最初に第２カップリング装置に集束させてから、それによって光を戻りガラスファイバに挿入できるようにすることが可能である。この構造によって、光信号から１つまたは複数の波長チャネルを選択することができる。
【００２１】
好ましくは、周波数帯域反射体は、所定周波数区間外の周波数の電磁波が透過するように形成されている。その場合、好ましくは第３カップリング装置を設けることができ、第１ガラスファイバから出た光を第１カップリング装置で周波数帯域反射体上に集束させ、この反射体が、波長チャネルの一部を反射する一方、別の一部の波長チャネルを通過させることによって、反射した波長チャネルを第２カップリング装置で第１導波ガラスファイバに挿入し、透過した波長チャネルを第３カップリング装置で第２導波ガラスファイバに挿入することができる。好ましくは、１つの波長または波長帯域を透過し、残りのすべての波長を反射する周波数帯域反射体またはフィルタが使用される。
【００２２】
もちろん、本明細書に記載したすべての構造は、常に両方向に使用することができる。したがって、３個のカップリング装置および周波数帯域反射体を用いた例は、それぞれ個別のガラスファイバで搬送された異なった周波数チャネルの２つの異なった信号を共通のガラスファイバに挿入するために使用することもできる。
【００２３】
波変更素子がフィルタであるタイプが特に好ましい。原則的に、これはいずれの光濾過素子でもよいが、ニュ−トラル濃度フィルタ、カラーフィルタ、偏光フィルタまたは光ダイオードまたは光アイソレータが特に好ましい。
【００２４】
ニュ−トラル濃度フィルタは、たとえば、それを通過する特定周波数のすべての光ビームを弱める。特に、個々の波長チャネルの強度が大きく異なっている場合、高強度波長チャネルを幾分弱めるために、デマルチプレクサの後にニュ−トラル濃度フィルタを使用することが好都合であろう。
【００２５】
カラーフィルタは、１個あるいは複数の特定周波数の光ビームを濾過または除去することができる。
【００２６】
偏光フィルタは、特定の偏光面上の光ビームだけを通過させることができる。
【００２７】
光ダイオードは、光ビームを一方向だけに通過させるが、他の方向にはまったく通過させない。光ダイオードは、たとえば、偏光フィルタ面を、たとえば、４５°だけ傾斜させ、ビームの方向に磁化された媒体（磁気光学媒体）を間に設けた２つの偏光フィルタによって実現することができる。光ビームが対応の磁化媒体内を通過すると、ファラディー効果のために、光の偏光面が、たとえば、約４５°回転する。回転方向は、光の伝搬方向の影響は受けないが、磁化の符号によって変化するため、この構造は、第１偏光フィルタを通過した光の偏光面が、第２偏光フィルタに当たる時に第２フィルタの偏光面に垂直であるため、一方向には光を通過させない非可逆成分を示すが、逆方向では、磁化媒体のため、２つのフィルタの両偏光面の傾斜が中和されるので、光が透過することができる。
【００２８】
波変更素子がスイッチ、好ましくは、オン／オフスイッチ、反射／透過スイッチ、または選択スイッチであるタイプが特に好ましい。オン／オフスイッチは、１つまたは複数の波長チャネルの透過を選択的に許可したり、許可しないように機能する。反射／透過スイッチは、１つまたは複数の波長チャネルを選択的に透過または反射させるように機能する。最後に、選択スイッチは、１つまたは複数の波長チャネルを一方向または逆方向に選択的に案内するように機能する。選択スイッチは、たとえば、必要に応じてビーム路に挿入することができるプリズムによって実現することができる。
【００２９】
本発明はまた、光学モディファイアを製造する方法に関する。したがって、光学モディファイアを低コストで、とりわけ高精度に製造できる方法を提供することも、本発明の目的である。
【００３０】
本発明によれば、この目的は、光学モディファイアのカップリング装置を、少なくとも１つの断面に沿って、断面形が円錐断面をたどる回転体として製造することで、達成される。これは、湾曲面を、たとえば、好ましくは、中実材料から旋削またはフライス削りによって形成することができるという利点を有する。旋削またはフライス削りによって、反射面を高精度に作製することができる。もちろん、湾曲面は、ファセット状にはめ合わされる小さい平坦面によってそれに近いものにすることもできる。
【００３１】
光学モディファイアのカップリング装置を形成する材料は、ほとんど何でもよい。銅またはガラスや、任意にシリコンや、高い熱伝導性および低い熱膨張係数を有する別の材料も、特に好都合に使用できる。
【００３２】
材料を、所望の波範囲用の反射面領域で反射するように選択することが好ましい場合でも、当然ながら、カップリング装置を透明材料で作製し、反射範囲に反射層、たとえば、金属層を蒸着することも可能である。本例では、反射面をコーティングかつ／または研磨することが好都合であろう。
【００３３】
特に役立つタイプでは、反射面（またはそれのネガまたはオリジナル）を旋削する同じクランプ内で、ストッパ面を反射面の回転軸に垂直に旋削することができる。このストッパ面は、焦点付近に送信または受信素子を位置合わせするのに有用である。この場合も、反射面およびストッパ面の形成が、時間短縮されるだけでなく、反射面に対するストッパ面の非常に正確な相対位置決めも実現できるようになる。したがって、カップリング装置の正確さは、旋削機の旋削バイトおよび位置決め装置の品質によってほぼ決定される。カップリング装置の製造において、問題になるのは、絶対的な精度ではなく、反射面に対するストッパ面の正確な位置決めだけであるので、バイトホルダ内での旋削バイトの、また加工物ホルダ内での加工物のほぼ手動による位置合わせを正確に行う必要がない。
【００３４】
多くの用途では、特に多数の加工片を製造する場合、旋削またはフライス削り部品のネガを作製し、その後に成形によってカップリング装置を製造することが好都合であろう。これには、一方では、時間のかかる旋削またはフライス削り加工を一度だけ実施すればよいという利点がある。その後は、金型によって、原則的にはいくつのカップリング装置も製造することができる。他方では、成形には、カップリング装置を製造するための材料の選択肢が大幅に増えるという利点がある。したがって、成形技術によって、旋削処理を考慮に入れる必要がなくなる。たとえば、カップリング装置をプラスチックやガラスなどから、射出成形、ホットスタンピング、ホットプレスまたは鋳造によって作製することができる。
【００３５】
ネガは好ましくは、直接的に旋削またはフライス削り部品として作製される。
【００３６】
特に好都合なタイプでは、成形されたポジが少なくとも１つのさらなるストッパを有するように、ネガの成形前に一部を切り欠くことができる。少なくとも１つのさらなるストッパがネガに形成されるため、少なくとも１つのさらなるストッパの作製が簡単になる。旋削またはフライス削り部品にさらなるストッパを取り付けようとするならば、旋削またはフライス削りによる第１ストッパの作製のため、さらなるストッパに使用できる材料のすべてが必然的に除去されるので、ストッパを溶接またはねじ付けすることが必要になるであろう。
【００３７】
もちろん、たとえば、楕円形反射面を用いたタイプの場合、焦点付近にもストッパを設けることができる。
【００３８】
幾つかのカップリング装置を隣接配置しようとする場合、好ましくは、幾つかのカップリング装置を予め互いの方に向けて設けた共通の事前成形部品を製造する。互いの方に向けたカップリング装置用の幾つかの（少なくとも２つの）成形用工具を予め含む成形用工具の一品製造によって、光学モディファイアを低コストで大量に製造することができる。
【００３９】
好ましくは、それぞれが少なくとも２つのカップリング装置を有する２つの事前成形部品を製造して、互いに、また、少なくとも１つの波変更素子に対して適正距離に配置するだけにする。
【００４０】
２つの事前成形部品の離隔距離は、事前成形部品上に、好ましくは一体化してスペーサを配置することによって定めることが好都合である。
【００４１】
プレートの相対する２側面にスペーサを配置した２つの事前成形部品が、特に好ましい。プレートは、透過すべき波長範囲に対して透明である。プレートを用いたタイプには、少なくとも１つの波変更素子をプレート上に配置することができるという利点もある。
【００４２】
スペーサおよび一体化カップリング装置を備えた事前成形部品は、非常に低コストで大量に製造することができる。プレート、たとえば、ガラスプレートも、低コストである。本発明に従った構造によって、光学モディファイアの受動位置決めが可能である、すなわち、個別部品を合わせて置き、ストッパを利用して送信および受信素子を配置するだけである。従来型モディファイアの場合では標準的であったような、光学モディファイアの伝送強度に応じた手動による微細位置合わせは不必要である。
【００４３】
本発明のさらなる利点、特徴および可能な用例は、好適なタイプの以下の説明および添付図面から明らかになるであろう。
【００４４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に従った光学モディファイアに使用されるカップリング装置を説明する。したがって、図１ａ〜図１ｄには、本発明に従ったカップリング装置の第１タイプが示されている。まず、図１ａで、方向転換の原理を概略的に説明する。反射面２が、放物線５の形状に沿った断面形を有する。放物線５の平面に垂直な方向では、回転体の表面の一部を形成することから、表面２の湾曲は円形である。放物線の焦点Ｂで、光ビーム３が拡散して、反射面２に当たり、反射ビーム４としてカップリング装置から出る。焦点Ｂから出たビームが、カップリング装置によって無限遠で集束することは明らかである。ここに図示した装置では、入射ビーム３と出射ビーム４とがなす角度が約９０°である。図１ｂおよび図１ｃには、第１タイプの断面図および側面図が示されている。カップリング装置１は、反射面２を有する本体１で構成されている。さらに、ガラスファイバを保持する働きをするストッパ７が設けられている。ガラスファイバ９を、放物線５の対称軸上で終端するようにしてストッパ面７に載置した場合、ストッパ面７が適切に配置されていれば、ファイバ９の端面がほぼ焦点Ｂに位置する。
【００４５】
図１ｄは、カップリング装置の斜視図である。反射面２が回転放物面の形をたどることは、明らかである。ここに示されたカップリング装置によって、ガラスファイバ９を通ってガラスファイバの端部から発散状態に出る光は、反射面２で約９０°偏向してから、ほぼ平行に進む。もちろん、ガラスファイバ９のファイバ端面が焦点Ｂに正確に配置されているほど、反射光ビーム４の平行特性が良好になる。複雑な位置合わせを行わないで最良の可能な位置決めを行うために、ストッパ面７に載置された時にガラスファイバ９のファイバ端面が正確に焦点Ｂの高さにくるように配置されたストッパ７が設けられている。ストッパ面７上でガラスファイバ９を変位させることによって、ファイバ端面を、反射面２の回転放物面の回転軸６上にほぼ位置するように、簡単に位置決めすることができる。図２ａ〜図２ｄに示されたタイプでわかるように、ガラスファイバ９から出る発散光ビーム３は、必ずしも回転軸６に垂直でなくてもよく、たとえば、傾斜してもよい。発散光ビームがほぼ放物線の焦点Ｂから出ることだけが、重要である。反射されるビーム３の入射点２がどこで反射面８に当たるかは、問題ではない。
【００４６】
光学モディファイアを理解しやすくするために、ここに示すすべてのタイプにおいて、ビーム路は逆方向にも進むことができることを、ここではっきり述べる必要がある。したがって、回転軸６に平行に反射面８に当たった光を、焦点付近に配置されたガラスファイバ９の端面に挿入することが可能である。
【００４７】
図３ａ〜図３ｄに、第３タイプのカップリング装置が示されている。図３ａの概略図から明らかなように、この場合の反射面２は、楕円１０の形状をたどる。すなわち、楕円の一方の焦点Ｂから出た光が発散状態で反射面２に当たって、他方の焦点Ｂで集束する。したがって、このタイプは、光を１つのガラスファイバから別のガラスファイバの端部に挿入するのに特に適している。それぞれのガラスファイバの（研磨）端面を楕円の焦点Ｂに配置するだけでよい。
【００４８】
前述したように、回転軸６の方向にガラスファイバを正確に位置決めするために、ストッパ面７が設けられている。図４ａおよび図４ｂに矢印で示されているように、回転軸６の方向でのガラスファイバの位置合わせを行うには、ガラスファイバ９をストッパ面７に載置するだけでよい。図４ａおよび図４ｂに示されたタイプでは、ファイバの軸に垂直に、かつ回転軸６に垂直に延びる線の方向にファイバを位置合わせできるようにするさらなるストッパ１２が設けられている。ストッパ１２によって、位置合わせがさらに大幅に簡単になる。ガラスファイバ９を２つのストッパ７、１２に載置するだけでよいので、複雑な位置合わせが不必要になる。位置合わせまたは位置決めは、ファイバの軸方向に行うだけでよい。この位置合わせは、たとえば、本体１上の光学マーカを利用して行うことができる。本発明に従った光学モディファイアは波長の影響を受けないので、信号伝送が見えない光で計画されている場合、位置合わせを可視光で行うこともできる。その場合、位置合わせを行う人がビーム路を目視で追跡することができ、調整を容易に行うことができる。次にカップリング装置を他の波長の光で作動させる場合、再位置合わせが不必要である。反対に、２つのＧＲＩＮレンズおよび鏡を備えた従来型カップリング装置では、位置合わせを必ず波長に合わせなければならないので、一般的に目視位置合わせはできない。
【００４９】
また、たとえば、第２ストッパ１２にほぼ垂直に延在し、たとえば、一種のノーズを形成する第３ストッパを設けて、正確に位置決めするには、ガラスファイバ９を最初にストッパ面７および１２と接触させてから、ガラスファイバ９を反射面８の方向に、平坦な段差の形の第３ストッパ面にガラスファイバの端面が接するまで移動させるようにすることも可能であることは、明らかである。ストッパが透明に形成されていない場合、それがファイバ端面の光伝送コアを覆わないように注意する必要がある。
【００５０】
図５ａ〜図５ｄには、高光学濃度媒体から低光学濃度媒体への移行部での全内面反射のため、反射が透明本体１内で発生する第５タイプを示す。反射原理が図５ａに概略的に示されているが、図３ａとほぼ同じである。ガラスファイバ９のファイバ端面から出た光は、透明本体１内の焦点Ｂに当たる。光は、湾曲した外面２に当たるまで、本体１内を進む。高光学濃度媒体から低光学濃度媒体への移行のため、ここで全内面反射が生じる。反射した光ビームは最終的に、全内面反射が起きる本体１から斜めに出る。
【００５１】
このタイプでも、一方の焦点Ｂでガラスファイバ９から出る光が、他方の焦点Ｂに集束する。この場合も、幾つかのストッパが設けられることは、明らかである。したがって、たとえば、回転軸６の方向のガラスファイバ９用位置決めストッパとして機能するように、ストッパ面７が設けられている。ファイバの軸の方向にストッパ１３が設けられている。
【００５２】
本発明に従った光学モディファイアの第１タイプが、図６に示されている。先の図面に関連して説明したように、２つのカップリング装置２０が明らかであり、それぞれにおいて焦点にガラスファイバ９のファイバ端面が配置されている。この場合のカップリング装置２０の反射面８は、断面形が放物線の形をしているので、一方の焦点Ｂからビームとして拡散した光がカップリング装置２０によって反射されることによって、光はほぼ平行に進む。２つのカップリング装置は、１つのガラスファイバ９から出た光が、まず一方のカップリング装置２０で反射してから、平行光ビームとして第２カップリング装置に当たり、第２カップリング装置は、その光ビームを直接的に第２ガラスファイバ９のファイバ端面上に集束させるように配置されている。２つのカップリング装置を配置する結果、一方のガラスファイバ９から出た光が、他方のガラスファイバ９のファイバ端面上に集束し、逆も同じである。波変更素子１９が概略的に示されており、これは、原則的にいずれの形状でもよく、ビーム路上に置かれる。１つまたは複数の波変更素子をビーム路上に特定配置することによって、伝送信号を、たとえば、シェーディングによって変更することができる。
【００５３】
図７には、別のタイプの光学モディファイアが示されている。この場合の波変更素子１９は、ほぼ平面的な構造であって、光の一部またはすべてを反射することができる一方、光の一部を透過することができる（たとえば、狭帯域フィルタ）。この構造では、たとえば、幾つかの波長チャネルで情報信号を搬送するガラスファイバから１つまたは複数の波長チャネルを選択して、その選択信号を他方のガラスファイバに挿入できるようにすることが可能である。
【００５４】
図８には、さらなるタイプの光学モディファイアが示され、この場合、これは簡単なタイプのマルチプレクサ／デマルチプレクサである。この場合、３つのカップリング装置２０と１つの波変更素子１９とが配置されている。たとえば、２つの波長を有する、すなわち、２つの波長チャネルで情報信号を図８の左下のカップリング装置から送ると、波変更素子１９により、一方の波長チャネル、すなわち、ある周波数は透過して、この波長チャネルが上側のカップリング装置上で、それに対応して準備したガラスファイバに挿入される一方、他方の波長チャネルは反射されて、右下のカップリング装置で別のガラスファイバに挿入されるようにすることができる。
【００５５】
もちろん、すべてのタイプにおいて、ガラスファイバを必ずしもカップリング装置２０上に配置しなくてもよく、たとえば、光情報信号を電気信号に変換する電気−光学変換器を設けることもできる。
【００５６】
図８のタイプは、デマルチプレクサとしてだけでなく、マルチプレクサとしても使用することができる。たとえば、異なった波長チャネルの２つの異なった情報信号が２つの異なったガラスファイバ上に存在する場合、一方の波長チャネルを右下のカップリング装置から挿入し、他方の波長チャネルを図８の上部のカップリング装置から挿入することができる。したがって波長チャネルの一つは、波変更素子１９を通過して、図８の左下のカップリング装置へ直接的に送られるのに対して、他の波長チャネルは波変更素子１９で反射されて、図８の左下のカップリング装置へ送られる。
【００５７】
図９および図１０には、例として、幾分複雑にしたタイプのマルチプレクサ／デマルチプレクサの側面図および断面図が示されている。このタイプは、６個のカップリング装置２０と、４個の波変更素子とが設けられている。このタイプの使用において、デマルチプレクサとしての作動モードだけを説明するが、ビームが逆方向に移動することによって、マルチプレクシング機能が得られる。
【００５８】
たとえば、ガラスファイバが、波長λ１、λ２、λ３、λ４およびλ５の５個の異なった波長チャネルの情報信号を搬送している場合、このガラスファイバの光が図１０の左下のカップリング装置２０からデマルチプレクサに挿入されると、光は平行になり、図１０の左上の波変更素子１９に当たる。この波変更素子１９は、１つの波長チャネル、すなわち、波長λ１の光だけを通す一方、その他の波長はすべて反射するように構成されている。その結果、１つのチャネル、すなわち、波長λ１の情報信号だけが、図１０の左上のカップリング装置で受け取られる。図１０の左上の波変更素子１９によって反射した信号は、波長λ２、λ３、λ４およびλ５の信号だけを含む。このように減少した信号が、図１０の左下の波変更素子に当たる。この波変更素子１９は、波長λ２の情報信号だけを透過する一方、その他の波長、すなわち、波長λ３、λ４およびλ５はすべて反射するように構成されている。この原理は、２つのさらなる波変更素子１９でも続行されるため、単一ガラスファイバで最初に送られた５個の波長チャネルは、デマルチプレクサ構造によって５本の異なったガラスファイバ上に分離される。
【００５９】
図１１には、マルチプレクサ／デマルチプレクサのさらなるタイプが示されている。カップリング装置２０を使用することにはさらに、構造全体が非常に小型化され、光またはガラスファイバを光学モディファイアからほぼいずれの所望向きにも案内することができるという利点がある。すべてのタイプが逆方向に進むビームにも使用できることを、ここで再び強調する必要がある。当然ながら、両方向の用例も可能である。したがって、図１１に示されたような構造では、たとえば、波長λ１＝１．３１μｍの信号を図１１の右上のカップリング装置で左下のガラスファイバに挿入することができる。同時に、たとえば、波長λ２＝１．５５μｍの情報を、右下のカップリング装置によって左下のガラスファイバで受け取ることができる。
【００６０】
図１１に示された構造では、すべてのガラスファイバが平行で、１つの平面、すなわち像面上に配置されている。したがって、一方側で、幾つかの波長チャネルを伝送する１つまたは複数のガラスファイバをプラグで光学モディファイアへ案内し、これと平行に、他方側で、個別の波長チャネルを受け取るように設けられた幾つかのガラスファイバを、たとえばプラグの形で、得ることができる構造が考えられる。
【００６１】
図１２に、本発明に従った光学モディファイアのさらなる構造が最後に示されており、これでは、波変更素子がスイッチである。このスイッチ１９は、たとえば、必要に応じてビーム路内に入れたり、それから取り除くことができるように形成することができる。図示のタイプでは、カップリング装置が湾曲面を有し、その断面形がほぼ楕円をたどるため、カップリング装置から出たビームは平行ではなく、湾曲面の焦点に集束されることが明らかである。スイッチ１９は、焦点１９に配置されている。焦点を有するこの２ｘ２スイッチ構造では、カップリング装置相互の配置を非常に正確に行う必要がある。焦点のない２ｘ２スイッチ構造である図１３に示されたタイプでは、カップリング間の正確な相互配置の必要性が非常に低い。しかし、焦点を有する２ｘ２スイッチ構造には、アクチュエータの、すなわち、接続波変更素子の完全には正確でない位置決めを考慮することができるという利点があるのに対して、焦点のない２ｘ２スイッチ構造の場合、アクチュエータの不正確な配置は、情報信号の強度を低下させるであろう。
【００６２】
たとえば、図１４には、合計で１６個のカップリング装置２０および１６個の波変更素子１９を備えたさらなるタイプの光学モディファイアが示されている。本発明に従った光学モディファイアによって、異なった波長または同一波長の複数のチャネルを最小のスペースで必要通りに接続することができることは、明らかである。特に、光学モディファイアに特別なカップリング装置を使用することによって、最小のスペースで、ある角度での反射によって光路を偏向させることができる。特に、電気通信およびデータ通信において、これによって使用システムの構造が大幅に小型化される。
【００６３】
図１５〜図２１は、マルチプレクサ／デマルチプレクサの構造を示す。マルチプレクサ／デマルチプレクサは、図１０に概略的に示されたタイプに対応する。重要な部材は、３つのカップリング装置２０を備えた、図１５に示されたキャリヤ２１である。図示のタイプでは、キャリヤ２１およびカップリング装置２０が一緒になって、事前成形部品を形成している。言い換えると、キャリヤ２１およびカップリング装置は、一体に形成されている。
【００６４】
カップリング装置２０は、図１６に示されているように、たとえば、ガラスファイバ９を受け取る働きをする２つのストッパ面を備えている。
【００６５】
図１７に、マルチプレクサ／デマルチプレクサの分解図が示されている。それは、カップリング装置２０を備えた２個のキャリヤ２１と、この場合には周波数帯域反射体として形成された４個の波変更素子１９と、ガラスプレート２２とで構成されている。
【００６６】
図１８および図２０は、組み立てられたマルチプレクサ／デマルチプレクサを側面図および斜視図で示している。図示のタイプでは、ガラスプレート２２の厚さが約５ｍｍであり、キャリヤ２１の高さが約２ｍｍであるため、マルチプレクサ／デマルチプレクサの全高すなわち全厚が約９〜１０ｍｍになる。
【００６７】
図１９および図２１では、わかりやすくするために、ガラスプレート２２が示されていない。説明のために、ビーム路４が表示されている。２つのキャリヤ２１の各々は、脚の形をしてキャリヤから延出する４個のスペーサ２３を有する。カップリング装置およびガラスプレート間の距離は、スペーサ２３の長さによって決まり、図示のタイプでは、スペーサがキャリヤ２１と一体に形成されている。図示のタイプが、たとえば、事前成形部品としての構造で可能になるように十分に正確に作製されれば、マルチプレクサ／デマルチプレクサを非常に容易に組み立てて、「受動的に」位置合わせすることができる。カップリング装置２０を備えた２つのキャリヤ２１を製造した後、それらをガラスプレート２２に対向する２方向から載置する。波変更素子１９は、ガラスプレートに載置するだけであり、任意であるが、接着剤などによって固定する。キャリヤ２１のスペーサ２３によって、カップリング装置の離隔距離および波変更素子に対する距離を正確にすることができる。キャリヤ２１上のカップリング装置２０は、すでに直角に形成されている。ストッパを利用して送信および受信素子、たとえば、ガラスファイバ９を位置合わせすれば、マルチプレクサ／デマルチプレクサが位置合わせ済みになる。カップリング装置に対する波変更素子の位置、またはカップリング装置相互の位置を調節しなければならない複雑な「能動的」位置合わせは不必要であるが、必要に応じて行うこともできる。
【００６８】
レンズ系と異なって、本発明に従ったカップリング装置には、集束誤差がない。さらに、１つの光学面が必要なだけであるので、製造が低コストであると同時に、他の方法では避け難い許容誤差の加算が回避される。
【００６９】
ＧＲＩＮレンズを用いた通常の偏向処理と異なって、カップリング装置のビーム路上に何の物質も必要ないので、吸収による損失が大幅に減少する。
【００７０】
カップリング装置は、全方向に５ｍｍ未満の大きさに作製することができる。したがって、たとえば、図１４に示されているような複雑な構造も、２ｘ２ｃｍの表面上に容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ〜図１ｄ】 本発明に従った光学モディファイアに使用されるカップリング装置の第１タイプの概略図、断面図、上面図および斜視図である。
【図２ａ〜図２ｄ】 カップリング装置の第２タイプの概略図、断面図、上面図および斜視図である。
【図３ａ〜図３ｄ】 カップリング装置の第３タイプの概略図、断面図、上面図および斜視図である。
【図４ａおよび図４ｂ】 カップリングの第４タイプの２つの斜視図である。
【図５ａ〜図５ｄ】 カップリング装置の第５タイプの概略図、断面図および２つの斜視図である。
【図６】 光学モディファイアの第１タイプを示す。
【図７〜図１４】 光学モディファイアのさらなるタイプを示す。
【図１５〜図２１】 特に小型のタイプの幾つかの図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 反射面
３ 入射光ビーム
４ 反射ビーム
５ 放物線
６ 回転軸
７ ストッパ面
８ 反射面
９ ガラスファイバ、送信または受信素子
１０ 楕円
１１ 送信または受信素子
１２ ストッパ面
１３ ストッパ
１９ 波変更素子
２０ カップリング装置
２１ キャリヤ
２２ ガラスプレート
２３ スペーサ
Ｂ 焦点

Claims (16)

1. １つまたは複数の波長チャンネル信号を、導波管を含む送信および／または受信素子に挿入またはそれから抜き出す少なくとも１つの入力及び出力を備えた光学モヂィファイアであって、支持体（２１）と湾曲した反射面（８）を有する少なくとも１つのカップリング装置（２０）とで構成される少なくとも２つの成形部品と、送られる前記信号を透過する材料で構成されるプレート（２２）と、前記プレート（２２）上に位置する波変更素子（１９）とを備え、前記成形部品にはスペーサ（２３）が備えられており、前記成形部品は前記プレート（２２）の相対する２面上に配置され、前記スペーサ（２３）の長さは前記カップリング装置と前記プレート（２２）との間の間隔を構成していることを特徴とする光学モディファイア。
2. 前記カップリング装置（２０）は、前記湾曲した反射面（８）を通る断面が、放物線（５）、双曲線または楕円（１０）の一部にほぼ対応するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学モディファイア。
3. 前記カップリング装置（２０）は、前記湾曲した反射面（８）が、ほぼ回転放物面（５）、回転楕円面（１０）または回転双曲面の一部の形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光学モディファイア。
4. 前記１つまたは複数の波長チャンネル信号を前記カップリング装置（２０）の前記反射面（８）に送るか、前記１つまたは複数の波長チャンネル信号を前記カップリング装置（２０）の前記反射面（８）から受け取る少なくとも１つの送信または受信素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学モディファイア。
5. 少なくとも１つの送信または受信素子（９、１１）が、前記カップリング装置の前記反射面（８）の焦点（Ｂ）付近に配置されていることを特徴とする請求項４記載の光学モディファイア。
6. 少なくとも１つの送信または受信素子（９、１１）が、導波管、好ましくはガラスファイバであることを特徴とする請求項４または５記載の光学モディファイア。
7. 送信または受信素子（９、１１）を位置合わせするために、少なくとも１つのストッパ（７、１２、１３）が前記カップリング装置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学モディファイア。
8. 前記ストッパ（７、１２、１３）は、送信および受信素子（９、１１）を互いにほぼ直交する２方向、好ましくは３方向に位置合わせすることができるように構成されていることを特徴とする請求項７記載の光学モディファイア。
9. 前記ストッパ（７、１２、１３）は、前記カップリング装置の前記反射面（８）と一体に成形されていることを特徴とする請求項７または８記載の光学モディファイア。
10. 少なくとも１つの入力部および出力部を備えており、少なくとも２つのカップリング装置（２０）が、前記入力部で入る前記１つまたは複数の波長チャンネル信号が最初に前記少なくとも２つのカップリング装置の第１カップリング装置（２０）で反射されてから、前記波変更素子（１９）を通過し、最終的に前記少なくとも２つのカップリング装置の第２カップリング装置（２０）で前記出力部に向けて反射されるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学モディファイア。
11. 前記波変更素子（１９）は、フィルタであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学モディファイア。
12. 前記波変更素子は、少なくとも特定周波数区間内の前記１つまたは複数の波長チャンネル信号を反射する周波数帯域フィルタであることを特徴とする請求項１１記載の光学モディファイア。
13. 前記波変更素子は、所定周波数区間外の周波数の前記１つまたは複数の波長チャンネル信号を通す周波数帯域フィルタであることを特徴とする請求項１１または１２記載の光学モディファイア。
14. 少なくとも３つのカップリング装置の第３カップリング装置（２０）が、前記周波数帯域フィルタから反射された光がそれに当たるように配置されていることを特徴とする請求項１２または１３記載の光学モディファイア。
15. 前記フィルタは、ニュートラル濃度フィルタ、カラーフィルタ、偏光フィルタまたは光ダイオードまたは光アイソレータであることを特徴とする請求項１４記載の光学モディファイア。
16. 波変更素子は、スイッチ、好ましくは、オン／オフスイッチ、反射／透過スイッチ、または選択スイッチであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学モディファイア。

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