JPH04324407A - 光結合回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体発光素子の出
力光ビームを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。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムにおける信号光源である
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。

【０００３】従来、性能の良い結合回路としては、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つの集束性ロッドレンズを使うものが挙げられる。 この結合回路では、半導体発光素子として半導体レーザ
、光ファイバとして単一モードファイバを用いた場合に
は、約３ｄＢの結合損失で半導体レーザからの出力光ビ
ームが単一モードファイバに結合されている。この集束
性ロッドレンズの外径は２ｍｍ程度で、２つの集束性ロ
ッドレンズの内の１つが単一モードファイバの入射端に
一体化接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、半導体レーザ
の寸法は約３００μｍ、光ファイバの外径は１２５μｍ
である。それに対して集束性ロッドレンズの外径は約２
ｍｍと大きい。このため、従来の光結合回路では結合回
路の大きさが集束性ロッドレンズの大きさで制限されて
しまい結合回路の小型化が困難であった。特に並列に、
複数個配置した半導体発光素子と光ファイバとを結合さ
せるアレイ状の光結合回路の場合には、個々の半導体素
子間の間隔が集束性ロッドレンズの外径寸法で制限され
るため、非常に大きな光結合回路となる大きな欠点があ
った。

【０００５】

【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、外径が光ファイバのガラス部の外径
とほぼ等しく、中心部分からの距離に対してほぼ２乗分
布で減少する屈折率を有する集束性レンズと、光ファイ
バとを含むことを特徴とする。集束性レンズの半導体発
光素子に面する側の端面または光ファイバに面する側の
端面は平坦でもよいが半球状にすると光結合特性がよく
なる。また、集束性レンズに面する側の光ファイバの端
面のコアが拡大されていると光ファイバの軸ずれに対し
て許容度が大きくなる。

【０００６】更に、前記半導体発光素子、集束性レンズ
、光ファイバがそれぞれ並列に複数個、一体化されてア
レイ状の光結合回路となる。

【０００７】

【作用】本発明の光結合回路は、外径が約２ｍｍの集束
性ロッドレンズの代わりに、外径が光ファイバのガラス
部の外径とほぼ等しく、屈折率が中心部分からの距離に
対してほぼ２乗分布で減少する集束性レンズを用いた構
成となっている。本発明では集束性レンズが小さいため
、従来に比べ光結合回路を小型にすることが出来る。 特にアレイ状の光結合回路の場合には、従来個々の半導
体発光素子間の間隔が集束性ロッドレンズの外径で制限
されていたのに対し、本発明では集束性レンズが小さい
ため、半導体発光素子間の間隔が集束性レンズの外径に
制限されず、小型な結合回路となる。尚、集束性レンズ
の作製は容易で、例えば光通信用に用いられている集束
性多モード光ファイバを所望の長さに切断または研磨す
れば良い。

【０００８】

【実施例】以下、本発明について、図面を参照して説明
する。図１は、本発明の第１の実施例を示す断面図であ
る。半導体レーザ１から出力される波長１．５５μｍの
光ビームの光軸上に中心部からの距離に対して屈折率が
ほぼ２乗分布で減少し、外径が光ファイバのガラス部の
外径とほぼ等しい集束性レンズ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
た集束性レンズ２の端面は、半球状に研磨されている。 集束性レンズ２は外径１２５μｍ、コア径５０μｍ、開
口数０．２のモード光ファイバで、長さ０．８ｍｍ、曲
率半径１００μｍである。半導体レーザ１は熱放出を行
うためヒートシンク３上に固着されている。単一モード
ファイバ４は外径１２５μｍ、コア径１０μｍである。 半導体レーザ１と集束性レンズ２との間の距離は約４６
μｍ、集束性レレンズ２と単一モードファイバ４との間
の距離は約０．６ｍｍである。

【０００９】上述のような構成で半導体レーザ１から出
力された光ビームは集束性レンズ２により集光され、単
一モードファイバ４に結合される。集束性レンズ２は外
径が１２５μｍと光ファイバのガラス部の外径とほぼ等
しく小さいため、小型な光結合回路が得られる。本実施
例では３ｄＢと従来と同程度の高効率結合で従来より形
状寸法が１／２程度に小さい、小型で高効率結合の光結
合回路が得られた。また、更に、上述のような構成で、
光ファイバ４の入射端面のコアを拡大させることにより
、光ファイバ４の軸ずれトレランスを緩和させ、結合回
路の組立を容易にすることも可能である。

【００１０】図２は、本発明の第２の実施例を示す４チ
ャンネルの光アレイ結合回路の平面図である。４つの半
導体レーザ１ａ〜１ｄがピッチ２５０μｍで並列にヒー
トシンク３上に固着され、一体化されている。また、４
つの集束性レンズ２ａ〜２ｄがピッチ２５０μｍでシリ
コン（Ｓｉ）基板５表面に形成したＶ溝内にそれぞれ固
着され、一体化されている。また４本の単一モードファ
イバ４ａ〜４ｄがピッチ２５０μｍでシリコン（Ｓｉ）
基板表面に形成したＶ溝内にそれぞれ固着され、一体化
されている。尚、集束性レンズ２ａ〜２ｄの形状寸法は
第１の実施例の場合と同様である。

【００１１】さて、集束性レンズ２ａ〜２ｄの外径が１
２５μｍと光ファイバのガラス部の外径とほぼ等しく小
さいため、個々の半導体レーザの間隔を上述の２５０μ
ｍピッチと非常に密に配列させることが出来る（従来の
ピッチ間隔は最小でも集束性ロッドレンズの外径である
２ｍｍピッチ）。このため、本発明の光結合回路は従来
に比べ非常に小型となる。

【００１２】以上、２つの実施例では集束性レンズ２と
してコア径５０μｍ、開口数０．２のものを用いたがこ
れに限定されず、基本的に光結合回路の結合条件（例え
ば半導体レーザ１と集束性レンズ２との間の距離など）
により決定すればよく、例えばコア径６２．５μｍ、開
口数０．２９のものを用いても良い。

【００１３】また、集束性レンズ２の片端を先球形状に
したが、さらに光結合特性を良くするために両端面を先
球形状にしても良い。また、特に光結合特性の向上が必
要ない場合には平坦でも良い。

【００１４】また、光反射特性を向上するため、半導体
レーザ１への反射戻り光を除く光アイソレータを集束性
レンズ２と単一モードファイバ４の間に挿入しても良く
、更に、単一モードファイバ４の入射端をそれぞれ光軸
に対して斜めに形成しても良い。

【００１５】また、半導体発光素子として半導体レーザ
１を用いたが、これは半導体光増幅素子でも良く、この
場合、集束性レンズ２及び単一モードファイバ４を半導
体増幅素子の入手出力側にそれぞれ配置すれば良い。

【００１６】また、第２の実施例ではチャンネル数を４
としたがこれに限定されず、４チャンネル以上に用いて
もよい。

【００１７】

【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、小型な光結合回路が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す概略図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

１　　１ａ〜１ｄ　　半導体レーザ ２　　２ａ〜２ｄ　　集束性レンズ ３　　ヒートシンク ４　　４ａ〜４ｄ　　単一モードファイバ５　　シリコ
ン基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体光素子と、外径が光ファイバの
   ガラス部の外径とほぼ等しく、中心部分からの距離に対
   してほぼ２乗分布で減少する屈折率を有する集束性レン
   ズと、光ファイバとを含むことを特徴とする光結合回路
   。
2. 【請求項２】　　集束性レンズの前記半導体発光素子に
   面する側の端面もしくは、前記光ファイバに面する側の
   端面と前記端面の両端面が半球状に形成されている請求
   項１記載の光結合回路。
3. 【請求項３】　　光ファイバの前記集束性レンズに面す
   る側の端面のコアが拡大されている請求項１または２に
   記載の光結合回路。
4. 【請求項４】　　半導体発光素子、前記集束性レンズ、
   光ファイバがそれぞれ並列に複数個、一体化されている
   請求項１、２または３に記載の光結合回路。