JPH02149807A

JPH02149807A - 光結合回路

Info

Publication number: JPH02149807A
Application number: JP30438488A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Honmo; 本望　宏
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-08

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）この発明は、半導体発光素子の出力光ビームろ光ファイ
バに結合するための光通信用の光結合回路に関するもの
である。

（従来の技術）光通信システムにおける光信号源である半導体発光素子
の出力光を光伝送路である光ファイバに結合させる光結
合回路は、光通信システムを構成する上で重要なデバイ
スの１つである。

従来、性能の良い光結合回路としては、例えば電子通信
学会技術研究報告１９８４年、第８４巻、番号１９３、
第１７頁所載の河野氏による論文に記載された２つの集
来性ロッドレンズを使うものが揚げられる。この先光結
合回路では、先球面の集来性ロッドレンズを用いている
ため、先球面での光の屈折の利用することにより、レン
ズの受光角を大きくすることができる。これにより例え
ば半導体レーザと単一モードファイバを結合した場合に
は、約ｄＢの結合損失で半導体レーザからの出力光ビー
ムが結合されている。

この光結合回路は２つの集来性ロッドレンズの内の１つ
を単一モードファイバの入射端に一体化接続して用いら
れる。

（発明が解決しようとする課題）一般に、光路中に接着剤等を用いると、その接着剤等が
環境の温度変化等により、経時変化をお越し、光結合回
路の長期信頼性が低下する。このため、上記のような光
結合回路の場合、一体化接続部分には簡易な接着剤等を
用いることができ、集来性ロッドレンズと光ファイバと
の間に若干の空間を設けて、双方固定する必要がある。

これにより、一体化接続部分が複雑となるという屋やき
な欠点があった。一方、一体化接続部分を用いない光結
合回路としては、従来、入射端を半球面状に形成した単
一モードファイバを直接、半導体レーザの出射端に近接
して、半導体レーザからの出力光を単一モードファイバ
へ結合させるものがあるか、これは単一モードファ・イ
バの軸調整のトレランスが非常に厳しく、実用上組立て
調整に大きな問題を生じる。

本発明の目的は、上述のような課題を解決して、半導体
発光素子と光ファイバとの結合が高効率で行なうことが
でき、しかも光ファイバの軸調整のトレランスが比較的
緩く、構成が簡単な信頼性の高い光結合回路を提供する
ことある。

（課題を解決するための手段）本発明の光結合回路は、半導体発光素子と、前記半導体
発光素子に面する側の端面が半球面状に形成され中心部
分からの距離に対して屈折率がほぼ２乗分布で減少する
集来性ロッドレンズと、該集来性ロンド、レンズの前記
端面と反対側の端面に面した端面が半球面状に形成され
た光ファイバとを含むことを特徴とする。

（作用）本発明の光結合回路は、従来の一体化接続されている光
ファイバと集来性ロッドレンズの代わりに、入射端面が
半球面状に形成された光ファイバを用いた構成となって
いる。この入射端面が半球面状に形成された光ファイバ
は、一般に、通常の光ファイバの片端部を半球面状に研
磨して製作される。このため光路中に接着剤等を用いる
必要がなく、また従来のように複雑な一体化接続部分を
用いる必要が無いため、構成が簡単な信頼性の高い光結
合回路を得ることができる。また、半球面状部分へ入射
する光ビームのスポットサイズは従来の集来性ロッドレ
ンスの場合と同程度なので、光ファイバのトレランスは
、従来と同程度に太きい。

一方、上記のように製作した半球面状の部分は、比較的
、収差が大きくなるが、半球面状部分を透過する光ビー
ムはその半球面状の中央付近のみを透過するので半球面
状部分の収差は、結合損失にあまり影響されない。この
ため、本発明の半球面状に形成された光ファイバを用い
た場合においても従来と同等の高効率な結合が得られる
。

（実施例）以下、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す側面図である。半導
体レーザ１から出力される波長１．３μｍの光ビームの
光軸上に中心部からの距離に対して部からの距離に対し
て屈折率がほぼ２乗分布で減少する集来性ロッドレンズ
２が半導体レーザ１に近接して配置されている。ここで
半導体レーザ１側に面した集来性ロッドレンズ２の端面
ば先球状に研磨されている。集来性ロッドレンズとして
曲率半径が２ｍｍ、ピンチ数が０．１７５、集束パラメ
ータが０．３９２ｍｍ　　のものを用いた。半導体レー
ザ１熱放出を行うためヒートランス３上に固着されてい
る。また、集来性ロンドレンズ２の平坦な端面側に入射
端面が曲率半径３０ｐｍ像倍率的２倍の半球面状に形成
されたスポットサイズ約５ｐｍ、カットオフ波長１．１
ｐｍの単一モード光ファイバ４が配置されている。ここ
で、半球面状の曲率半径３０ｐｍは以下のようにして決
定した。まず、集来性ロッドレンス２により集光された
光ビームの集光点と半球面状部分の先端部の距離をａ（
第２図参照）とし、半球面状の曲率半径、像倍率をそれ
ぞれＲ，ｍとすると、それらの間の関係は次式で表すこ
とができる。

Ｒ（ｍ＋１）＝ａ（ｎ−１）　　　　　　　　　−・・
■ここで、ｎは半球面状部分の屈折率である。本実施例
では、単一モードファイバ４のトレランスを従来と同程
度にするため、像倍率ｍを従来の集来性ロッドレンズの
倍倍率と同程度の約２倍とし、また屈折率ｎは単一モー
ドファイバ４の屈折率と同じであるため、約１．５とし
た。

これらの値を０式に代入すると、となる。集光点と半球先端部との間の距離ａは、長い程
、曲率半径Ｒは大きくなり、その結果、半球面状部分の
加工が比較的容易となる。

しかし、その反面、ａが長くなると光ビームが拡がりの
ため半球面状部分が取り込む光ビーム量が少なくなり、
結合損失の増加を招く。第３図に距離ａとと集光点での
スポットサイズに対するビーム拡がりの割合の関係を示
す。ビーム拡がりの割合が２程度以下であれば、半球面
状部分が取り込む光ビームの量は、あまり減少せず、ま
た、曲率半径Ｒが約２０ｐｍ以上であれば、比較的容易
に加工できる（第３図の斜線部分の領域）。このことを
考慮して、本実施例では、曲率半径Ｒを約３０ｐｍとし
た。

上述のような構成で、半導体レーザーから出力された光
ビームは、集来性ロッドレンズ２により、集光され単一
モードファイバ４の入射端である半球面状の部分に入射
し、単一モードファイバ４に結合される。半球面状部分
は、単一モードファイバ４の片端部を半球面状に研磨し
て製作されるため、光路中に接着剤を用いる必要が無く
、また、従来のように、光ファイバの入射端に複雑な一
体化接続部分をを必要としない。このため構成が簡単な
信頼性の高い結合回路が得られる。また、半球面状部分
の像倍率約２倍は、従来の集来性ロンドレンズの場合と
同程度であるため、半球面状部分に入射する光ビームの
スポットサイズは、従来とほぼ同程度の約１０μｍとな
り、本実施例での単一モードファイバ４のトレランスは
従来と同程度に太きい。また、半球面状の部分の収差が
結合損失へ及ぼす影響はあまり無く、従来と同程度の高
倍率結合ゑ得られた。

なお、上記実施例では、発振波長１．３μｍの半導体レ
ーザ１を用いたが、これに限定されず、例えば、発振波
長が１．５μｍ帯の半導体レーザを用いても良い。

（発明の効果）以上述べた通り、半導体発光素子と光ファイバとの結合
が高効率で、光ファイバの軸調整のトレランスが比較的
緩く、しかも構成が簡単な信頼性が高い光結合回路が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の一実施例の構成を示す側
面図である。１は半導体レーザ、２は先球面集来性ロンドレンズ、３
はヒートシンク、４は半球面状の部分を有した単一モー
ド光ファイバである。また、第３図は、ビーム拡がり量
を説明するための説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

半導体発光素子と、前記半導体発光素子に面する側の端
面が半球面状に形成され中心部分からの距離に対して屈
折率がほぼ２乗分布で減少する集来性ロッドレンズと、
該集来性ロッドレンズの前記端面と反対側の端面に面し
た端面が半球面状に形成された光ファイバとを含むこと
を特徴とする光結合回路。