JPH0258568B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光導波手段を用いたリング干渉計に関
する。

光導波手段（光フアイバ）を用いた光データ伝
送は、その伝送媒体の高い伝送容量、低い減衰率
が得られる事及び好ましい製造価格の故に、ます
ます重要な技術となつてきた。完全な伝送システ
ムを作るためには、伝送線の光学的品質に関して
順守されるべき厳しい条件を実際に使用される際
に於ても満足させる様な例えばプラグ式の結合
器、いわゆる光プラグを備える事が必要であり、
さらに伝送される光波の減衰が可能な限り低い事
が要求されている。

（いわゆる単一モード・フアイバの場合の）数
μから（多モード・フアイバの場合の）最大
100μの範囲の光導波手段の非常に小さな幾何学
的寸法においては、２つのフアイバを結合する
（これはそれらを互いに正確に位置合わせする事
によつて行なわれる）ために、プラグの部品に高
度の機械的精度が要求された。光プラグを作るた
めの従来技術（例えばM.Kaisar、Elektronik、
1979、Vol.8、p.90参照）は、非常に正確であり
従つて高価な高精度の装置を用いてフアイバ端部
を相互に位置合せするという原理に基づいてい
る。

この問題を解決するためのもう１つの方法は、
結合すべき２つのフアイバの間に光学結像系を設
ける事である。そのような装置の例はドイツ国特
許公開第2905360号及び第2546861号に示されてい
る。高い精度が必要なため、そのような結像系は
精巧で、高価であり且つ位置合せが難しい。

非常に小さな寸法の相互位置合せを回避するた
めに、結合すべきフアイドの端部に対して太い端
末片を設ける事も提案されている。こうすれば位
置合せの困難度がより小さな、より大きな口径面
が得られる。そのような光プラグの例がドイツ国
特許公告公報第2135254号に示されている。太く
した端末片内に於ける光の伝播が妨げられないよ
うにするために、端末片に於ける屈折率のプロフ
イールは特殊な、例えば放射線状の形でなければ
ならない。この事は例えばイオン注入等を用いれ
ば原理的に可能であるが、製造費用はかなり高く
なる。

各フアイバ端部に設けられた、結合器として働
く透明な回転放物面によつて、光プラグに関する
これらの問題が解決される。この回転放物面は対
称軸に垂直な光学的に平坦な面を有し、フアイバ
は焦点の近傍に接続される。光学的接続は、２つ
の回転放物面をその平坦面で互いに押圧する事で
行なわれる。

回転放物面の焦点近傍に与えられた光は発散
し、全反射によつて平行ビームに変換される。回
転放物面の２つの平坦面は、光フアイバに比較す
ると非常に大きいので、容易に位置合せできる。
重要な工程、即ちフアイバを回転放物面の光学的
焦点に又はそこから制御された方式でずらして接
続する事は製造時に行なわれるので、非常に精度
良く制御し得る。そのようなプラグは光損失が非
常に低く、且つ汚れに対する感受性は小さい。あ
る伝送モードでは有害なモード分布の変化はこの
場合には存在しない。

このプラグのさらに重要な利点は、回転放物面
の断面の間に付加的な光学素子を容易に導入でき
る事である。従つてプラグ機能は単なる接続素子
から、光導波手段を有する伝送システム用の複雑
な多目的光学素子に拡張される。付加的に導入し
得る部品の例は光の周波数依存性結合を可能にす
る干渉フイルタである。さらに別の応用分野は任
意の選択可能な分割比を有するビーム・スピリツ
タ、任意に調整可能な伝達関数を有する波長依存
性結合器、等である。

以下図面を参照しながら本発明の実施例につい
て説明する。

２つの対称的半部分から成る放物面結合器の基
本設計が接続された状態で第１Ａ図及び第１Ｂ図
に示されている。図面の同一の参照番号は同一の
要素を示す。

互いに対称な放物面結合器の半部分１ａ，１ｂ
は（例えばガラス又はプラスチツク等の）透明な
材料から作られた回転放物面である。放物面はそ
の対称軸に垂直に切断され、その結果生じた断面
２ａ，２ｂが互いに向き合つている。これらの断
面は高い光学的品質を有する。接続するために、
それらは互いに直接重ね合わせてもよく、また間
隔Δをあけて互いに平行に位置付けてもよい。後
者の場合、断面を平行に位置付けるために２つの
放物面は正確に作られた留め具３ａ，３ｂを有す
る。

光プラグが接続された後、空間Δは空のままで
もよく、又浸漬液もしくはさらに他の光学部品を
充填してもよい。それらの機能は後で説明する。

相互に光学的に接続されたフアイバ４ａ，４ｂ
及び８ａ，８ｂは各々、適当なアパーチヤを経て
各放物面のちようど焦点Ｆに又はそのすぐ近くの
点のいずれかに接続される。

第１Ａ図の参考例では、ただ１本のフアイバ４
ａ，４ｂが各放物面の焦点Ｆに直接に接続され
る。もしフアイバ４ａからの光がフアイバ４ｂに
結合されるべきならば、条件は次の通りである。
即ちアパーチヤ角αでフアイバ４ａから放出され
る光が回転放物面の表面で全反射されて平行にな
り、従つて２つの放物面の断面を垂直に通過する
事である。この平行ビームは第２の放物面１ｂで
再び全反射され、焦点Ｆに集められて出口フアイ
バ４ｂに達する。

有効フアイバ・アパーチヤαは２つの周辺光線
５及び６によつて決定される。光線５は全反射の
臨界角βによつて決定され、光線６は放物面の幾
何学的形状により決定される。

有効アパーチヤ円錐の外の光線（例えば光線
９）は失なわれる。このように偽のモードは容易
に結合から排除できる。

良好な実施例では光フアイバ端部は各回転放物
面の焦点Ｆに直接に接続されず、そこからある距
離の回転軸に対称に配置された点に接続される。
これらの点は第１Ｂ図で１０ａ〜１０ｄと示され
ている。もし例えば２つの光フアイバ４ａ，４ｂ
を互いに接続すべきならば、１つのフアイバを点
１０ａに接続し他方のフアイバを点１０ｄに接続
してもよい。これに対応して１つのフアイバ８ａ
を点１０ｂに導入し、フアイバ８ｂを点１０ｃに
結合してもよい。

第１Ｂ図は点１０ｂと点１０ｃとの間の光学的
接続のビーム１１を示す。破線の変型楕円は回転
放物面の面上へのアパーチヤ円錐の入射点を表わ
す。放物面の周辺領域（例えばまつすぐな破線１
４ａ，１４ｂの外側の領域）はビーム経路に接触
せず、従つて実際には省略してもよい。

各回転放物面に２つの対称的な接続点を使用す
る事は結合器に複数の動作モードを可能にし、従
つて特に結合器の２つの半部分を別々に動作させ
る事ができる。この目的のために断面（又は空間
Δ）に鏡が設けられ、点１０ａから発した光は点
１０ｂに結像される。もし光フアイバに関して全
部で４つの対称的接続点が用いられるならば、光
がどのように印加されるかという事及び空間Δ中
で用いられる光学素子に依存して、各場合に定義
される入口と出口との間で複数の結合性能が生じ
る。この構成に関する詳細は第２Ａ図〜第２Ｆ図
を用いて説明する。

回転軸に対称に配置された接続点の場合、フア
イバ端部が共通面内に置かれるように注意が払わ
れなければならない。フアイバ端部を正確に固定
するためには、例えば保持器７ａ，７ｂのＶ字形
溝の凹みを用いて、フアイバ端部をその中に挿入
し対向片１２ａ，１２ｂで保持する事ができる。
第１Ｂ図はこの構成の上面図を示す。

ここで開示した放物面結合器はモノリシツク光
学部品として製造してもよい。即ち光フアイバ端
部は透明な放物面ブロツク中で注型され、これに
先立つてフアイバは基準面２で反射された光を第
２に対称的に配置された接続点上に集める事によ
つて単純な方法で位置合せされる。この単純な方
法において非常に小さな直径を有する単一モー
ド・フアイバでも工場の条件の下で容易に中心付
ける事ができる。

第２Ａ図〜第２Ｆ図は、空間Δ中に違つた付加
的な光学部品を用いた、放物面結合器回路の違つ
た応用例を示す。これらの機能図は（第１Ｂ図に
対応する）平面図である。第１Ｂ図の接続点１０
ａ〜１０ｄは第２Ａ図〜第２Ｆ図では〜とし
て表わされている。プラグ中のビーム経路は細い
線で示され、各光フアイバは細いチユーブで表わ
されている。入射光はフアイバ２０から供給さ
れ、出口フアイバは２１で表わされる。

第２Ａ図は単純な切り離し可能プラグとして２
つの回転放物面を用いた例を示す。互いに光学的
に結合すべきフアイバ２０，２１は、プラグの異
なつた半部分の対称軸Ｔの各側に配置された接続
点及びに結合される。２つの放物面の間の断
面は破線で示されている。

第２Ｂ図では、例えば適当にコーテイングされ
たガラス板であるビーム・スプリツタＳが空間Δ
に配置されている。このビーム・スプリツタによ
つて、接続点に加えられた光は２つの（同じ放
物面１ｂの）出口及び（他の放物面１ａの）出
口に、そして各々フアイバ２１ａ，２１ｂに分
配される。この場合分割比はビーム・スプリツタ
の特性によつて決定され広い範囲にわたつて変化
し得る。もしカツプリング・アウトが必要でない
ならば、接続点の入射光を損失なしに接続点
へ向ける事を可能にする全反射鏡を用いる事がで
きる。この機能は例えば第２のプラグの半分が接
続されない場合に有利であろう。

第２Ｃ図は第２Ｂ図のビーム・スプリツタのさ
らに発展したものを示す。ビーム・スプリツタＳ
を通過した光の部分は出口からフアイバ２２を
経て他の放物面１ｂの接続点に戻る。フイード
バツク分岐において、ビーム・スプリツタＳで反
射された光の部分と通過した部分とが互いに干渉
する。干渉光はビーム・スプリツタＳを通過し第
２の放物線の線続点で取り出される。従つてこ
れはリング（Sagnac）干渉計に関するものであ
る。

第２Ｄ図は２つの放物面の間の空間Δ中に選択
的な透過（及び選択的な反射）特性を有する光学
フイルタＭを導入する事によつて得られる色結合
器を示す。従つて入口に与えられた広帯域の光
の狭帯域部分が各々出口及びのフアイバ２１
ａ，２１ｂで取り出される。もし必要であれば、
そのような光帯域フイルタは（既知の）多層干渉
フイルタを分割する事によつて別々のプレートと
して作る事ができ、放物面結合器中に導入する事
ができる。このようにして同一のフイルタを有す
る色結合器を単純な手段によつて作る事ができ
る。

第２Ｅ図は狭帯域光学単チヤネル反復増幅器を
示す。放物面の間の空間Δは、スペクトルの非常
に限られた部分のみを反射する狭帯域光学フイル
タを含む。この部分は反射された後接続点で取
り出され、光フアイバ２３を経て増幅器に加えら
れ、もう一方の放物面１ａの接続点にフイード
バツクされる。新たな反射の後、増幅された単チ
ヤネルの光はフイルタＭを通過した他の周波数成
分と共に出口に伝達される。

第２Ｆ図はフエイル・セーフ光学リフレツシユ
増幅器を示す。このために放物面の間に偏向ビー
ム・スプリツタPSが導入される。このビーム・
スプリツタで反射された方向の偏光は接続点に
カツプル・アウトされ、増幅されフアイバ２４を
経て接続点に再結合される。第２の放物面で反
射された後、増幅された光は接続点に結像さ
れ、増幅されずに通過した他の方向の偏光と共に
出力信号を形成する。もし増幅器が故障すると、
増幅されない方向の偏光がいずれにせよ出力信号
として維持される。

そのような結合器は複雑な通信システムに用い
る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は接続状態にある２つの対称的部品か
ら成る光プラグの前面図、第１Ｂ図は第１Ａ図の
プラグの上面図、第２Ａ図は第１Ｂ図の光プラグ
の機能図、第２Ｂ図はビーム・スプリツタとして
動作する光プラグの図、第２Ｃ図はリング干渉計
として動作する光プラグの図、第２Ｄ図は色結合
器として動作する光プラグの図、第２Ｅ図は単チ
ヤネル反復増幅器として動作する光プラグの図、
第２Ｆ図はフエイル・セーフ・リフレツシユ増幅
器として動作する光プラグの図である。 １ａ，１ｂ……回転放物面部材、４ａ，４ｂ，
８ａ，８ｂ……光フアイバ、３ａ，３ｂ……留め
具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放物面及び上記放物面の軸に垂直な平面を有
   する透明部材を含み、上記放物面の焦点に関して
   対称的な２つの位置に光フアイバの接続部を有
   し、上記接続部から上記透明部材中に入射された
   光信号を上記放物面で全反射させて上記平面から
   送出する光フアイバ結合器を１対結合したもの
   と、上記光フアイバ結合器の間に挿入されたビー
   ム・スプリツタと、一方の上記光フアイバ結合器
   の一方の接続点に接続された入射光用の光フアイ
   バと、他方の上記光フアイバ結合器の一方の接続
   点に接続された出射光用の光フアイバと、上記１
   対の光フアイバ結合器の残りの接続点の間に接続
   された光フアイバとを有するリング干渉計。