JPH01225907A - 光カプラモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学的に結合され一体化された光カプラモジ
ュール、特に光双方向伝送を同一の波長を用いて一本の
光ファイバで行なう光双方向伝送用の光カプラモジュー
ルに関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、例えば特開昭６
２−１０６４１４号公報に記載されるものがあった。以
下、その構成を図を用いて説明する。

第２図は従来の光カプラモジュールの構成図である。

この光カプラモジュールは、伝送路側光ファイバ１、こ
の光ファイバ１から出射された光を受信装置へ導く受信
側光ファイバ２、及び送信側光ファイバ３を備えている
。さらに、伝送路側光ファイバ１と受信側光ファイバ３
との間には、伝送路測光ファイバ１からの出射光を平行
ビーム光Ｈ１に変換するレンズ４と、平行ビーム光Ｈ１
を受光側光ファイバ２に集光させるレンズ５が設けられ
ると共に、送信側光ファイバ３の光路にレンズ６及び全
反射ミラー７が設けられている。レンズ６は、送信側光
ファイバ３からの出射光を平行ビーム光Ｈ１より細いビ
ーム径の平行ビーム光Ｈ２に変換するレンズである。ま
た全反射ミラー７は、平行ビーム光Ｈ１のビーム径より
十分に小さい径をもち、レンズ４．５間においてその光
軸に対して４５度の角度に配置され、平行ビーム光Ｈ２
を全反射してレンズ４を介して伝送路側光ファイバ１に
結合するためのミラーである。

なお、第２図中、１ａは光ファイバ１の端面、４ａは全
反射ミラー７の表面である。

以上の構成において、送信側光ファイバ３より出射され
た光信号は、レンズ６により平行ビーム光Ｈ２に変換さ
れ、全反射ミラー７によって直角方向に反射し、レンズ
４を介して伝送路側光ファイバ１に結合し、伝送されて
いく。一方、伝送路測光ファイバ１より出射した光信号
は、レンズ４により平行ビーム光Ｈ１に変換され、レン
ズ５を介して受信側光ファイバ２に結合される第３図は
従来の他の光カプラモジュールの構成図であり、第２図
中の要素と同一または共通の要素には同一の符号が付さ
れている。

この光カプラモジュールでは、第２図の受信側光ファイ
バ２に代えて光／電気変換用の受光素子１２が設けられ
ると共に、送信側光ファイバ３に代えて電気／光変換用
の発光素子１３が設けられており、第２図の光カプラモ
ジュールとほぼ同様に機能する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の光カプラモジュールでは、次
のような問題点があった。

（ｉ）　　伝送路側光ファイバ１から受信側光ファイバ
２あるいは受光素子１２への光結合において、伝送路側
光ファイバ１から出射されレンズ４で変換された平行光
ビームＨ１は、その径が全反射ミラー７の径よりも相当
大きいので、その全反射ミラー７での遮光効果が僅少で
あり、そのため低損失で受光側光ファイバ２あるいは受
光素子１２に結合されるとも考えられる。つまり、光ビ
ーム断面積と全反射ミラーによる遮光面積との比から単
純に考えれば、損失の程度が一見小さいようにもみえる
。

しかしながら、実際には長い伝送路光ファイバ１１を伝
搬して到達した光は、高次モード成分程、光フアイバ伝
搬中に減衰が大きいため、定常モード分布状態にあり、
高次モード成分に少なく、低次モードに光のエネルギー
が集中している。一般に、光ファイバからの出射光が平
行ビームに変換される場合、高次モードはビームの周辺
部に、低次モードはビームの中央部に分布することを考
えると、長尺ファイバ伝搬後に変換された平行ビームの
中央部にそのエネルギーの大部分が存在し、周辺部には
僅かのエネルギーしか存在しない。従って伝送路側光フ
ァイバ１から受信側光ファイバ２あるいは受光素子１２
へ光結合量は、単に光ビーム断面積と全反射ミラー７の
遮光面積との比で決定されず、むしろ中心部に全反射ミ
ラー７があると、大きな損失となる。

（ｉｉ）　　送信側光ファイバ３あるいは発光素子１３
から、受信側光ファイバ２あるいは受光素子１２への漏
話量（クロストローク）の点について考察する。送信側
光ファイバ３あるいは発光素子１３から出射されレンズ
６で変換された平行光ビームＨ２は、全反射ミラー７に
より反射された後、レンズ４を介して伝送路側光ファイ
バ１に結合するが、レンズ４のミラー側表面４ａでのフ
レネル反射光は全反射ミラー７により遮ぎられるため、
受信側光ファイバ２あるいは受光素子１２へのクロスト
ークがないものとも考えられる。

ところが、クロストークの最大の問題は、レンズ４の表
面で発生する反射よりは、伝送路側光ファイバ端面１ａ
でのフルネル反射（約４％）、あるいは伝送路側光ファ
イバ１の先端に設けられる図示しない光コネクタからの
反射であり、これらの反射に対しては全反射ミラー７で
阻止することができず、受信側光ファイバ２あるいは受
光素子１２ヘクロストークとなって伝達される。

本発明は前記従来技術が持っていた課邸として、伝送路
側光ファイバ１から受信側光ファイバあるいは受光素子
への光結合量の損失が大きい点と、送信側光ファイバ３
あるいは発光素子から受信側光ファイバあるいは受光素
子へのクロストークが生じる点について解決した光カプ
ラモジュールを提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、伝送路用光ファイ
バと、前記伝送路用光ファイバから出射された光信号を
受光する受光素子あるいは光ファイバ等の受光部と、前
記伝送路用光ファイバと受光部間における光信号を平行
光にする第１および第２のレンズと、発光素子と、前記
発光素子から出射された光信号を平行光にする第３のレ
ンズと、前記第１と第２のレンズ間の光軸上に所定角度
傾斜して配置され前記第３のレンズからの平行光を前記
第１のレンズ方向へ反射する光反射素子とを備えた光カ
プラモジュールにおいて、前記光反射素子は、円あるい
はだ円等の形状をした中心部を光透過性にし、その周囲
を反射部構造にしたものである。

また、一方の面のみに無反射膜を被着した光透過部材の
他方の面を、前記光ファイバの端面に接着固定するよう
にしている。

（作用） 本発明によれば、以上のように光カプラモジュールを構
成したので、光反射素子の反射部は、発光素子から出射
され第３のレンズで変換された平行光のうちの主として
高次モードを反射し、第１のレンズを通して光ファイバ
へ結合すると共に、その光フアイバ側から受光部方向へ
の反射光を遮断するように働く、さらに光反射素子の中
心部は、光ファイバから出射され第１のレンズで変換さ
れた平行光のうちの主として低次モードを通過させ、第
２のレンズを通して受光部へ結合する。これにより、発
光素子から受光部へのクロストークの低減、および光フ
ァイバから受光部への光結合量の損失の低減が図れる。

従って前記課題を除去できるのである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す光カプラモジュールの構
成図である。

この光カプラモジュールは、単芯の伝送路側光ファイバ
２１、この光ファイバ２１から出射された光を電気信号
に変換する受光素子２２、及び電気信号を光信号に変換
する発光素子２３を備えている。さらに、伝送路側光フ
ァイバ２１の端面２１ａと受光素子２２との間には、光
ファイバ２１からの出射光を平行ビーム光Ｈ１ｌに変換
する第１のレンズ２４と、平行ビーム光Ｈ１ｌを受光素
子２２に集光させる第２のレンズ２５が設けられると共
に、受光素子２３の光路に第３のレンズ２６及び光反射
素子２７が設けられている。第３のレンズ２６は、発光
素子２３からの出射光を平行ビーム光Ｈ１ｌより太いビ
ーム径の平行ビーム光Ｈ１２に変換するレンズである。

光反射素子２７は、レンズ２４．２５間においてその光
軸に対して４５度あるいはそれ以外の角度に配置され、
平行ビーム光Ｈ１２を全反射してレンズ２４を介して伝
送路側光ファイバ２１へ結合する機能を有している。

また、伝送路側光ファイバ２１の端面には、−方の面の
み無反射膜をコーティングした光透過部材２８の他方の
非コーテイング面が接続固定され、さらにその光ファイ
バ２１の先端には端面２９ａを有する光コネクタ２９が
取付けられている。

第４図は、第１図の光反射素子２７の平面図である。

この光反射素子２７は、円形あるいはだ円形をした中心
部２７ａが光透過性を有し、その周囲が反射部２７ｂと
なっている。

以上のように構成される光カプラモジュールの動作等を
説明する。

発光素子２３から出射された一様モード状悪の光は、レ
ンズ２６により平行光ビームＨ１２に変換される。この
時、高次モードはビームの周辺部に、低次モードはビー
ムの中心部に分布している。

この平行光ビームＨ１２は光反射素子２７の反射部２７
ｂにより反射され、平行光ビームＨ１２の周辺部の高次
モードのみが集光レンズ２４により集光されて伝送路側
光ファイバ２１に結合される。

ここで、発光素子２３から出射された光は、高次モード
及び低次モードともに一様に分布しているため、光反射
素子２７による光結合損失は非常に少ない。

伝送路側光ファイバ２１から出射された光は、レンズ２
４に平行光ビームＨ１ｌに変換され、光反射素子２７に
入射する。この時、長尺の光フアイバ伝搬後の光は定常
モード分布状態にあり、低次モードに光のエネルギーが
集中しているため、平行光ビームＨ１ｌの中心部にエネ
ルギーが集中している。従ってこの状態にある平行光ビ
ームＨ１１は光反射素子２７の中心部２７ａを大部分の
光が透過して受光素子２２に結合するため、その光反射
素子２７による光結合損失は非常に少ない。

一方、発光素子２３から出射して伝送路側光ファイバ２
１に結合する光のうち、伝送路側光ファイバ２１に取付
けられた光コネクタ２９の端面２９ａのフルネル反射に
より、約４％の光が戻ってきても、また高次モードを維
持しているために光反射素子２７の反射部２７ｂ′″Ｃ
遮断される。そのため受光素子２２に結合する光の量は
侃かである。この時、伝送路側光ファイバ２１の端面１
−ａには無反射膜を有する光透過部材２８が接着されて
いるため、この部分でのフルネル反射は考えなくともよ
い。

ちなみに実際に集光カプラモジュールを試作した結果、
光反射素子２７を挿入したことによる光結合量の低下は
２ｄＢ以下と小さく、その上クロストークも約４０ｄＢ
以下と小さく、双方向光伝送用の光カプラモジュールと
して十分な性能が得られることを確認した。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。

（ａ＞　　受信側の受光素子２２に代えて、光ファイバ
を設けてもよい。

（ｂ）　　第１．第２．第３のレンズ２４，２５゜２６
は、それと同等の機能を有するロッドレンズや球レンズ
等で構成してもよい。

（ｃ）　　光反射素子２７は、図示のような板状ではな
く、プリズム等の他の形状であってもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、光ファイ
バから出射される平行光と、発光素子から出射される平
行光との交点に配置される光反射素子は、光透過性の中
心部の周囲を反射部構造にしたので、次のような効果が
得られる。

■　発光素子と光ファイバとの結合において、発光素子
から出射される光が一様モード°であるため、光反射素
子の反射部で高次モードのみを反射して光ファイバに結
合しても光結合量の低下が少ない。

■　光ファイバと受光部との結合において、長尺の光フ
ァイバを伝搬してきた光は低次モードにエネルギーが集
中しており、その低次モードが光反射素子の中心部を通
過するため、光結合量の低下が少ない。

■　発光素子から受光部へのクロストークは、本モジュ
ールの近傍に例えば光コネクタによるフレネル反射があ
ってもまた高次モードを維持しているので、光反射素子
の反射部により遮ぎられ、受光部へ結合するｌは便かで
ある。

■　光ファイバの端面に光透過部材を接着固定すれば、
その光フアイバ端面でのフルネル反射を防止でき、それ
によってクロストークをより低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光カプラモジュールの構
成図、第２図及び第３図は従来の光カプラモジュールの
構成図、第４図は第１図の光反射素子の平面図である。 ２１・・・・・・光ファイバ、２２・・・・・・受光素
子、２３・・・・・・発光素子、２４．２５．２６・・
・・・・第１．第２゜第３のレンズ、２７・・・・・・
光反射素子、２７ａ・・・・・・中心部、２７ｂ・・・
・・・反射部、２８・・・・・・光透過部材。 出願人代理人　　柿　　本　　恭　　成本発明の光カプ
ラモジュール 第１図 従来の光カプラモジュール 従来の光カブラモジ１−ル 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバか
   ら出射された光信号を受光する受光部と、前記光ファイ
   バと受光部間における光信号を平行光にする第１および
   第２のレンズと、電気信号を光信号に変換する発光素子
   と、前記発光素子から出射された光信号を平行光にする
   第３のレンズと、前記第１と第２のレンズ間の光軸上に
   所定角度傾斜して配置され前記第３のレンズからの平行
   光を前記第１のレンズ方向へ反射する光反射素子とを備
   えた光カプラモジュールにおいて、 前記光反射素子は、中心部を光透過性にし、その周囲を
   反射部にしたことを特徴とする光カプラモジュール。 ２、前記光反射素子の中心部は、円形である請求項１記
   載の光カプラモジュール。 ３、一方の面のみに無反射膜を被着した光透過部材の他
   方の面を、前記光ファイバの端面に接着固定した請求項
   １記載の光カプラモジュール。