JP6219288B2

JP6219288B2 - マルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器

Info

Publication number: JP6219288B2
Application number: JP2014534347A
Authority: JP
Inventors: 裕作鳥取; 小林　哲也; 哲也小林
Original assignee: Optoquest Co Ltd
Current assignee: Optoquest Co Ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: WO2014038514A1; JPWO2014038514A1

Description

本発明は，マルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器に関する。

例えば，国際公開ＷＯ２０１０／０３８８６１号パンフレット（特許文献１）及び国際公開ＷＯ２０１０／０３８８６３号パンフレット（特許文献２）には，マルチコアファイバが開示されている。

マルチコアファイバを伝送路として用い，通信を行うためには，マルチコアファイバとシングルモードファイバとを接続するための光接続器が必要となる。

非特許文献１には，バンドルファイバをテーパ状に引き延ばし，７コアのマルチコアファイバとシングルモードファイバを結合させる技術が開示されている。この技術は，複数本のシングルモードファイバを束ねて引き延ばし，マルチコアファイバと融着接合するものである。

国際公開ＷＯ２０１０／０３８８６１号パンフレット国際公開ＷＯ２０１０／０３８８６３号パンフレット

Ｂ．Ｚｈｕ，ｅｔ．ａｌ"Ｓｐａｃｅ−，Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−，Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆ５６−Ｔｂ／ｓｏｖｅｒａ７６．８−ｋｍＳｅｖｅｎ−ＣｏｒｅＦｉｂｅｒ，"ｉｎＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，２０１１），ｐａｐｅｒＰＤＰＢ７．

例えば，非特許文献１に開示された方法は，マルチコアファイバとシングルモードファイバのコアをサブミクロンオーダーであわせる必要が生ずる。このため，この方法は，マルチコアファイバとシングルモードファイバとを光学的に接続するために極めて高い加工精度が必要である。

また，非特許文献１に開示された方法は，マルチコアファイバとシングルモードファイバを接続するため接着剤を用いる。このため，この方法で光学的な光接続器を得ても，ハイパワーな光を用いて通信を行う用途に用いることができない。また，接着剤の経時劣化に対する対処も考慮しなければならない。さらに，この方法は，複数本のシングルモードファイバを束ねて引き延ばすため，ファイバの強度が損なわれるという問題もある。

そこで，本発明は，高い加工精度を必要とせず，ハイパワーな入力光にも対応でき，しかも十分な強度を有するマルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器を提供することを目的とする。

本発明は，基本的には，マルチコアファイバの端面をひとつのレンズ系の焦点付近に配置し，さらに屋根型プリズム，レンズアレイを配置することで，マルチコアファイバの各コアからの出射光をコリメート光として放出でき，これによりそれぞれのコア由来の光を対応するシングルモードファイバのコアへ導くことができるという知見に基づく。一般的に，マルチコアファイバの直径は，複数のシングルモードファイバの集合体の直径よりも小さい。本発明の光接続器は，各マルチコアファイバコアからの光束間隔を広げて分離させ，対応するシングルモードファイバへと導くことができる。

本発明は，マルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器に関する。この光接続器は，第１のレンズ１５と，第２のレンズ１７と，レンズアレイ１９と，を有する。光接続器は，マルチコアファイバの各コアからの光を対応するシングルモードファイバへと導くことができる。

マルチコアファイバ１１に含まれる複数のコア１３ａ，１３ｂからの出射光が第１のレンズ１５へ入射する。そして，第１のレンズ１５からの出射光が第２のレンズ１７へ入射する。第２のレンズ１７からの出射光がレンズアレイ１９へ入射する。レンズアレイ１９に含まれる構成レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃからの出射光が対応するシングルモードファイバ２３ａ，２３ｂ，２３ｃへ入射する。このようにして，本発明の光接続器は，マルチコアファイバとシングルモードファイバとを光学的に接続できる。

本発明の光接続器は，上記のような光学素子により構成される。このため，任意の方向の入射光と任意の方向の出射光を取り扱うことができる。また，光路中に接着剤や樹脂材料を含まないため，ハイパワーな光も取り扱うことができる。

本発明の光接続器の好ましい態様は，マルチコアファイバ１１の端面１２が，第１のレンズ１５の焦点位置に配置されるものである。

本発明の光接続器の好ましい態様は，第２のレンズ１７が，第１のレンズ１５から放射状に出射された出射光を入射させることができる位置に設置されるものである。そして，第２のレンズ１７は，マルチコアファイバ１１に含まれる複数のコア１３ａ，１３ｂからの複数の光をコリメート光として出射する。この態様の光接続器は，例えば，マルチコアファイバの外周コアからの光を第２のレンズ１７の軸外部分を経由させることで，マルチコアファイバからの光の間隔を拡大させ，ピッチ間隔の広いシングルモードファイバへ光を伝播することができる。

本発明の光接続器の好ましい態様は，第２のレンズ１７が屋根型プリズムである。

本発明の光接続器の好ましい態様は，構成レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが，複数のコア１３ａ，１３ｂのいずれかからの光が入射するものである。

本発明の第２の側面は，上記したいずれかの光接続器を含む光通信システムに関する。この光通信システムは，上記したいずれかの光接続器と，マルチコアファイバ１１及びシングルモードファイバ２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有する。

本発明の光接続器は，光学素子により構成することができるため，高い加工精度を必要とせず，ハイパワーな入力光にも対応でき，しかも十分な強度を有するマルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器を提供できる。

図１は，本発明の要素を説明するための概念図である。図２（ａ）は，７芯のマルチコアファイバの断面例を示す図である。図２（ｂ）は，１９芯のマルチコアファイバの断面例を示す図である。図３は，実施例における光接続器の要素を示す概念図である。

図１は，本発明の要素を説明するための概念図である。図１に示されるように，本発明のマルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器（本発明の光接続器）は，第１のレンズ１５と，第２のレンズ１７と，レンズアレイ１９と，を有する。

マルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器とは，複数のコアを有するマルチコアファイバからの出力光を，それぞれのコアに対応したシングルモードファイバへと伝えることができる光接続器を意味する。本発明の好ましい例は，マルチコアファイバのコア数がｎ個の場合，マルチコアファイバからの光をｎ個のシングルモードファイバ群へと伝えるものである。シングルモードファイバ群は１つの被覆内部に存在する複数のコア及びクラッドにより構成されても良いし，シングルモードファイバを複数本束ねたものであっても良い。

マルチコアファイバ１１は，先に説明した特許文献や非特許文献に開示されるとおり，ひとつのファイバ内に複数のコアを含む光ファイバである。マルチコアファイバ１１の例は，中心コアと中心コアの周囲に存在する１又は複数のコアを有するファイバである。マルチコアファイバ１１は，必ずしも中心にコアが存在するものでなくてもよい。たとえば，本発明のマルチコアファイバは，２から４つ（又はそれ以上）のコアが対称的に並べられたコアを有するマルチコアファイバであってもよい。

図２（ａ）は，７芯のマルチコアファイバの断面例を示す図である。図２（ｂ）は，１９芯のマルチコアファイバの断面例を示す図である。図中１３ａは中心コアを示し，１３ｂは周囲コアを示す。中心コアは，マルチコアファイバの中心位置に存在するコアを意味する。コア間の距離は，例えば２０μｍ以上６０μｍ以下である。コア間の距離とは，コアの中心から隣接するコアの中心までの距離を意味する。

第１のレンズ１５の例は，凸レンズである。第１のレンズが凸レンズであればマルチコアファイバから出射した光束の間隔を拡散させる（光束の径を広げる）ことができる。

本発明の光接続器の好ましい態様は，マルチコアファイバ１１の端面１２が，第１のレンズ１５の焦点位置に配置されるものである。特に，マルチコアファイバの中心コア１３ａが第１のレンズ１５の焦点位置に配置されるものが好ましい。

第２のレンズ１７は，第１のレンズ１５からの出射光が入射するレンズである。このため，第２のレンズ１７は，第１のレンズ１５から放射状に出射された出射光を入射させることができる位置に設置される。第２のレンズ１７は，第１のレンズ１５により径が広められた光束の径がシングルモードファイバの束の径以上に広がらないようにするためのレンズである。

この態様の光接続器は，例えば，マルチコアファイバの外周コアからの光を第２のレンズ１７の軸外部分を経由させることで，マルチコアファイバからの光の間隔を拡大させ，ピッチ間隔の広いシングルモードファイバへ光を伝播することができる。

第２のレンズ１７の例は，屋根型プリズム（台形プリズム）である。屋根型プリズムは例えば特開2010-256929号公報に開示されたとおり公知である。例えば，屋根型プリズムの屋根部分（頂点部分）に対応する位置１８ａに，マルチコアファイバの中心コア１３ａからの光が入射する。一方，マルチコアファイバの周囲コア１３ｂからの光は，屋根型プリズムの屋根のうち斜め部分１８ｂへ入射する。このようにして，この場合，第２のレンズ１７は，マルチコアファイバ１１に含まれる複数のコア１３ａ，１３ｂからの複数のコリメート光を平行に配列した光として出射することができる。

レンズアレイ１９は，屋根型プリズムなどの第２のレンズ１７からの出射光を対応するシングルモードファイバ２３ａ，２３ｂ，２３ｃへ集光する。このレンズアレイ１９を構成する構成レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは，それぞれが凸レンズであってもよい。構成レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃへは，例えば，複数のコア１３ａ，１３ｂのいずれかからの光が入射する。

構成レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの焦点位置に，それぞれの構成レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに対応したシングルモードファイバ（のコア）が配置されるものが好ましい。構成レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより，各コア１３ａ，１３ｂに由来するそれぞれの光の径を小さくすることができる。

本発明の第２の側面は，上記したいずれかの光接続器を含む光通信システムに関する。この光通信システムは，上記したいずれかの光接続器と，マルチコアファイバ１１及びシングルモードファイバ２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有する。この光通信システムは，通常の光通信システムが有する要素を適宜有すればよい。すると，通常の光通信システムと同様，送信局から送信される情報を，マルチコアファイバとシングルモードファイバを介して，受信局へ送信することができる。

図３は，本発明の実施例を示す図であり，３１はマルチコアファイバ，３１１はセンターコア，３１２はアウターコア，３２は単一レンズ系，３３は屋根型プリズム，３４はレンズアレイ，３５はシングルモードファイバアレイ，３５１はシングルモードファイバを示す。レンズ系３２の光軸に平行かつ，その前側焦点位置に置かれたマルチコアファイバ３１のセンターコア３１１からの出射光は，レンズ系３２によりコリメートされ，レンズ系３２の光軸と同軸で進む。このコリメート光は，プリズム３３の中央を通り，レンズアレイ３４の中心のレンズへ入射され，シングルモードファイバアレイ３５の中心のシングルモードファイバ３５１へ入力される。一方，アウターコア３１２からの出射光は，レンズ系３２により後側焦点を通るコリメート光として出射され，プリズム３３のウェッジ部へ入射する。このウェッジ角度は，入射するコリメート光透過後に，レンズアレイの光軸と平行になるような角度に研磨されており，コリメート光はレンズアレイ３４の外周のレンズへ入射し，シングルモードファイバアレイの外周のシングルモードファイバ３５２へ入射される。

ここで，本実施例の具体例を示す。マルチコアファイバ３１は，コア同士の間隔が４５μｍで，コア数が7つ，モードフィールド径（ＭＦＤ）１０μｍ(＠１５５０ｎｍ)のものを使用し，レンズ３２は，軸外の収差の少ない，焦点距離１．１２ｍｍの非球面レンズを用いた。レンズ３２から放射状に出力されるコリメート光の出射角度θは，式ｄ＝ｆ×ｔａｎθ(レンズ３２の焦点距離：ｆ，マルチコアファイバのコア間隔：ｄ)に従うため，θ＝２．３度である。この出射角度を，プリズム３３にてレンズアレイ３４の光軸に平行とするための，プリズム３３のウェッジ角度は，スネルの法則により計算でき，４．４７°である。なお，プリズムの材質は，波長１５５０ｎｍ帯にて吸収がほとんどない，ＢＫ７とした。レンズアレイ３４，及びファイバアレイ３５のアレイ間隔は，５００μｍとした。また，レンズアレイ３４の焦点距離は，シングルモードファイバのＭＤＦが，マルチコアファイバのMDFと同等であるため，１．１２ｍｍとした。

本発明は，光学機器及び光情報通信の分野で利用されうる。

１１マルチコアファイバ
１３ａ，１３ｂマルチコアファイバのコア
１５第１のレンズ
１７第２のレンズ
１９レンズアレイ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ構成レンズ
２３ａ，２３ｂ，２３ｃシングルモードファイバ

Claims

中心コア（１３ａ）とその周囲に位置する複数の周囲コア（１３ｂ）とを有するマルチコアファイバからの出力光を，それぞれのコアに対応したシングルモードファイバへと伝えるための光接続器であって，
前記マルチコアファイバ（１１）に含まれる中心コア（１３ａ）及び複数の周囲コア（１３ｂ）からの出射光が入射する第１のレンズ（１５）と，
前記第１のレンズ（１５）からの出射光が入射する第２のレンズ（１７）と，
前記第２のレンズ（１７）からの出射光が入射するレンズアレイ（１９）と，を有し，
前記第２のレンズ（１７）は，前記中心コア（１３ａ）からの光が入射する平坦な頂点部分（１８ａ）と，前記複数の周囲コア（１３ｂ）からの光が入射する複数の斜め部分（１８ｂ）とを有し，前記複数の周囲コア（１３ｂ）からの光を前記中心コア（１３ａ）からの光と平行に配列して射出するものであり，
前記レンズアレイ（１９）は，前記第２のレンズ（１７）の頂点部分（１８ａ）からの光を対応するシングルコアファイバ（２３ａ）に集光する構成レンズ（２１ａ）と，前記第２のレンズ（１７）の複数の斜め部分（１８ｂ）からの光を対応するシングルコアファイバ（２３ｂ，２１ｃ）に集光する複数の構成レンズ（２１ｂ，２１ｃ）とを有し，
前記レンズアレイ（１９）に含まれる構成レンズ（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）からの出射光が対応するシングルモードファイバ（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）へ入射することで，マルチコアファイバとシングルモードファイバとを光学的に接続できる，
マルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器。
請求項１に記載のマルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器であって，
前記マルチコアファイバ（１１）の端面（１２）は，前記第１のレンズ（１５）の焦点位置に配置される，
光接続器。
請求項１に記載のマルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器であって，
前記第２のレンズ（１７）は，前記第１のレンズ（１５）から放射状に出射された出射光を入射させることができる位置に設置され，前記マルチコアファイバ（１１）に含まれる複数のコア（１３ａ，１３ｂ）からの複数の光をコリメート光として出射する，
光接続器。
請求項１に記載のマルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器であって，
前記マルチコアファイバ（１１）は，中心位置に存在する１つの中心コア（１３ａ）と，その周囲に位置する６つの周囲コア（１３ｂ）とを有する７芯のマルチコアファイバであるか，若しくは中心位置に存在する１つの中心コア（１３ａ）と，その周囲に位置する６つの周囲コア（１３ｂ）と，さらにそれらの周囲に位置する１２個の周囲コア（１３ｂ）とを有する１９芯のマルチコアファイバである
光結合器。
請求項１に記載のマルチコアファイバとシングルモードファイバの光接続器を有する光通信システムであって，
前記光接続器に接続されるマルチコアファイバ（１１）と，
前記光接続器に接続されるシングルモードファイバ（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）と，を更に有する，
光通信システム。