JPH06194545A

JPH06194545A - ファイバカプラ

Info

Publication number: JPH06194545A
Application number: JP34449492A
Authority: JP
Inventors: Naotaro Nakada; 直太郎中田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構造で結合損失の少ない安価なファイ
バカプラを提供する。【構成】発光素子からの光を集光する集光レンズ１
と、シングルモードファイバ６とを結合するカプラであ
って、該集光レンズの裏面にマルチモードファイバ３を
嵌入させたフェルール２を貼付し、該フェルールの表面
を球面研磨してシングルモードファイバ６と結合させる
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信の端末
におけるファイバカプラに関する。さらに詳しくは、各
家庭、事務所、工場などの光通信加入者用端末におい
て、発光素子からのビーム光を空間伝播後、集光レンズ
で集光し、光ファイバに効率よく導くファイバカプラに
関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信は近年急速に普及し、電話やファ
クシミリなどのパーソナルユースやテレビ情報などのマ
スメディアにも利用されつつある。このばあい、光信号
を伝送する光ファイバの接続や各家庭などに設置される
端末器の発光素子または受光素子と光ファイバとを結合
するファイバカプラなどが安価になることが、さらなる
普及のための課題となっている。また光ファイバは計測
にも応用され、とくに光ファイバジャイロの製品化が期
待されている。光ファイバジャイロはシングルモードフ
ァイバの干渉計であり、回転角速度を機械的可動部分を
必要とせずに非常にコンパクトに計測できるもので、そ
の性能向上のために、光源、ファイバ、光結合器、光変
調器、および信号処理について、現在精力的に研究が進
められている。

【０００３】その中で、ファイバ同士の結合には、図５
に示すような、コネクタ14とアダプタ15を用いたものが
一般化されており、結合損失を0.5 ｄＢ以下とすること
が可能となっている。このコネクタ14は先端にセラミッ
クフェルール12が突出したもので、このセラミックフェ
ルール12にはファイバ11が鉛筆の芯のように内蔵され、
その先端は、半径Ｒが約20ｍｍに球面研磨されている。
そこで、２つのコネクタ14ａ、および14ｂを、アダプタ
15の左右の孔15ａ、15ｂから螺入して、図６に示すよう
に、セラミックフェルール12ａ、および12ｂの心を合わ
せてファイバ11ａ、および11ｂを、結合させるものであ
る。なお、セラミックフェルール12には、アルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）製とジルコニア（ＺｒＯ₂）製があり、ジル
コニア製のほうが曲げ強度と破壊じん性に優れている。

【０００４】また発光素子からの光をシングルモードフ
ァイバのコアと結合させるには、シングルモードファイ
バの端部に発光素子をおいて直接結合させるか、発光素
子からの光を集光レンズで集光して、該集光レンズの裏
面側の焦点位置にシングルモードファイバーの光ファイ
バーを配置する方法が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、光ファ
イバの利用が急速に増加する一方で、光を光ファイバに
入れるためには精密加工、精密調整を必要とし、とく
に、シングルモードファイバのコア径は９〜10μｍ程度
と細く、細いコア内に発光素子からの光を効率よく入れ
ることは難しいという問題がある。すなわち発光素子か
らの光を受光するファイバの一端をパッケージに位置決
め固定し、他端をコネクタで外部の光ファイバと結合す
るカプラでは効率よく光を採り入れることができず、ま
た集光レンズを介在させるカプラでもパッケージに固定
するファイバの安定した位置決めや、集光レンズとファ
イバとの心出しなどの組み立てにコストがかかり過ぎる
という問題がある。

【０００６】また、光ファイバジャイロは、航空機、船
舶、ロボットなどの移動体の位置や姿勢を検出するもの
であるが、その他、各種センサとして光ファイバセンサ
の端末を、光通信システムと結合させて、各家庭、事務
所、工場などに普及させるために、安価な製品の開発を
しなければならないという問題がある。

【０００７】本発明はかかる問題を解消し、簡単な構造
で結合損失の少ない安価なファイバカプラを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のファイバカプラ
は、発光素子からの光を集光する集光レンズの裏面に、
マルチモードファイバを嵌入させたフェルールが貼付さ
れ、該フェルールの表面が球面状に研磨されてシングル
モードファイバと結合されてなるものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、集光レンズで発光素子からの
光を集光して、マルチモードファイバを介してシングル
モードファイバに結合（カップリング）するため、集光
レンズで集光した光を完全にマルチモードファイバにと
り入れることができ、集光レンズの位置の固定に精密な
調整を必要とせず、簡単な構造で結合損失の少ない安価
なファイバカプラがえられる。しかも、マルチモードフ
ァイバの開口数（ＮＡ＝0.21）はシングルモードファイ
バの開口数（ＮＡ＝0.1 ）より大きく、集光レンズの開
口数を大きくしても結合できるため、一層結合効率が向
上する。

【００１０】

【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明について説
明する。図１は本発明のファイバカプラの要部を示す断
面図で、図２は図１のII部詳細図である。

【００１１】図１において、１は集光レンズ、２はフェ
ルール、３はマルチモードファイバで、これらはアダプ
タ５の接続管４に嵌着されており、接続管４にシングル
モードファイバ６を内包するセラミックフェルール７を
挿入してマルチモードファイバ３とシングルモードファ
イバ６とを結合する。

【００１２】フェルール２はセラミック製の環状体で、
中央の孔にマルチモードファイバ３（ＪＩＳ規格ＳＧＩ
−50/125）が挿入され、裏面２ｂは平面研磨されたの
ち、集光レンズ１の底面１ｂに光硬化性樹脂などの接着
剤などで固定されている。そして、ダイヤモンドソーで
切断後ラッピング剤を用い、表面２ａは半径Ｒが約20ｍ
ｍ、中心部の肉厚（図２のＴ）が35±15μｍになるよう
に球面研磨する。

【００１３】その結果、マルチモードファイバ３の長さ
が約35μｍとなり、集光レンズ１で集光された光がさら
にマルチモードファイバの屈折率分布により絞られて、
図２に示すように、フェルール２の表面２ａで焦点を結
ぶように集光レンズ１の受光面１ａの球面および長さが
設定されており、１〜２μｍの偏心があっても10μｍの
シングルモードファイバに効率よく結合させることがで
きる。なお、マルチモードファイバの屈折率分布とは、
コアの径方向の位置により屈折率を異ならせることで、
コア中心の屈折率をｎ₁、クラッド側の屈折率をｎ₂、
コアの半径をａ、コアの中心からの距離をｒとするとｎ
（ｒ）＝ｎ₁［１−２Δ（ｒ／ａ）²］^1/2であらわせ
る。ここでΔは比屈折率差でΔ＝（ｎ₁−ｎ₂）／ｎ₁
である。

【００１４】このフェルール２は曲げ強度と破壊じん性
に優れているジルコニアフェルールを用いると研磨など
の加工工程が短縮され、低いコストですむ。

【００１５】集光レンズ１は、受光面１ａが球面または
非球面に形成され、受光面から入射する光が焦点を結べ
るようになっており、裏面１ｂが平面になっている。裏
面１ｂには前述のように、フェルール２が心出しして貼
付され、アダプタ５の接続管４に固着されている。集光
レンズ１の受光面１ａの曲率は入射光が丁度フェルール
２の表面２ａとシングルモードファイバ６のコア６ａと
の接点Ｓ（図２参照）で焦点を結ぶような球面に形成さ
れ、開口数ＮＡが大きく端部の光の屈折が大きくなり、
球面収差が発生するばあいはその収差をなくするため、
非球面レンズとされる。

【００１６】この集光レンズ１に、プレス法で形成した
ガラスレンズを用いると、レンズ外周精度をミクロンオ
ーダーに仕上げられるので、フェルール２との心出しが
楽に行える。

【００１７】また、集光レンズ１として、屈折率が1240
〜1580ｎｍの波長の光で、1.46〜1.50のガラス、たとえ
ばＳＣＨＯＴＴ社（ドイツ国）商品名ＢＫ10（屈折率ｎ
＝1.485 ）を用いると、コア材料（屈折率ｎ＝1.46）と
の屈折率が近く、反射率が小さくなりよい。

【００１８】つぎに、図２を参照しながら集光レンズ１
で集光された光の光路について説明する。図２におい
て、３ａはマルチモードファイバ３のコア、３ｂはマル
チモードファイバ３のクラッドで、球面状に研磨された
フェルール２の表面２ａは、外部から挿入され、同じく
半径Ｒが約20ｍｍの球面状に研磨されたセラミックフェ
ルール７の先端７ａと、中心部Ｓで空気層のない状態で
密着（フィジカルコンタクト）させられる。また、６ａ
はシングルモードファイバ６のコアである。なお、典型
的なコア径は、マルチモードファイバが50μｍ（図２で
Ｄ１）、シングルモードファイバが10μｍ（図２でＤ
２）である。

【００１９】この構造で集光レンズ１の受光面１ａから
入射した光は前述のように、フェルール２の表面２ａと
シングルモードファイバ６の表面との接触点Ｓで焦点を
結ぶように、集光レンズの受光面の曲率、長さおよびフ
ェルール２の長さが決められている。このようにする理
由についてつぎに説明する。

【００２０】シングルモードファイバの開口数ＮＡは0.
1 であり、開口数が0.1 より大きい集光レンズで集光し
た光の焦点位置に、たとえシングルモードファイバを配
置しても、開口数の大きいところから入射した光は全反
射しないで、クラッド側に抜けてコアを伝播できない。
そのため、集光レンズの開口数ＮＡも0.1 と小さくしな
ければならない。また、一般に集光レンズで集光した光
の焦点位置での光のスポットの直径ｄは、光の波長を
λ、集光レンズの開口数をＮＡ、とするとｄ＝1.22λ／
ＮＡで表され、波長λが1.31μｍ、開口数ＮＡが0.1 で
あるとき、ｄ＝16μｍとなり、シングルモードファイバ
のコア径10μｍより大きくなり、集光レンズとシングル
モードファイバの心が完全に一致していてもカップリン
グ効率は６０％しかえられない。

【００２１】前述の理由により、本発明では、一旦コア
径の大きいマルチモードファイバで集光レンズからの光
を全量とり入れ、その光をマルチモードファイバの屈折
率分布によりさらに収束してシングルモードファイバに
結合するようにしたものである。図２に戻って、マルチ
モードファイバ３を介してシングルモードファイバ６と
結合するばあいにも、マルチモードファイバ３の前面、
すなわち集光レンズ１の底面１ｂに焦点を結ぶように集
光レンズ１の受光面の曲率や長さを決めることもできる
が、本発明ではマルチモードファイバの長さをできるだ
け短くするため、マルチモードファイバ３のコア３ａの
直径５０μｍに、光が入る程度に収束されたところを集
光レンズの底面１ｂとし、焦点位置がマルチモードファ
イバの表面２ａ、すなわちシングルモードファイバ６と
の接触点Ｓとなるようにしたものである。

【００２２】その結果、集光レンズ１によって集光され
た光線Ｋの束は直径50μｍ以下に絞られ、マルチモード
ファイバ３のコア３ａに入射される。この入射光はコア
３ａ内の屈折率分布によってさらに絞られ、図２に示す
ように対向するシングルモードファイバ６のコア６ａの
表面で焦点を結び、コア６ａに入射される。このとき、
マルチモードファイバ３のコア３ａの厚さＴが35±15μ
ｍであれば、前述のように、集光レンズで集光された光
束がほぼ全量50μｍの径のマルチモードファイバに入射
し、光線Ｋの束の最初の焦点が、シングルモードファイ
バ６のコア６ａとの接点Ｓに来るので、効率よくカップ
リングされる。

【００２３】本発明によれば、集光レンズ１として開口
数ＮＡが0.1 のレンズを使用したばあい、集光レンズで
集光した光をほぼ全量マルチモードファイバにとり込
め、シングルモードファイバには70％の光量をとり込ま
せることができ、従来の直接シングルモードファイバに
結合させるカップリング効率60％より大幅に向上する。
さらにマルチモードファイバの開口数ＮＡは0.21と大き
いため、集光レンズの開口数ＮＡも大きくすることがで
き、たとえば集光レンズの開口数ＮＡを0.14とすると、
シングルモードファイバへのカップリング効率は83％に
向上する。

【００２４】前述のファイバカプラは、図３に示す、接
触損失の少ないＳＣコネクタ８のアダプタ９に装着する
ようにすれば、簡単な改良ですむので低コスト化がはか
れる。

【００２５】また、図４に示すように、集光レンズ１の
裏面１ｂは平面でなく球面など他の形状にしても、フェ
ルール２を同形状にして貼り合わせられればよい。な
お、各符号は図１の実施例と同じ部分を指し、図１の実
施例と同様の作用をする。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、シングルモードファイ
バと発光素子とのカップリングにおいて、集光レンズで
発光素子からの光を集光し、マルチモードファイバを介
してシングルモードファイバと結合させているため、結
合損失が少なく、集光レンズおよびマルチモードファイ
バの固定位置を精密に調整する必要がなく、簡単な構造
で、従来のコネクタを改良するだけでよいので安価なフ
ァイバカプラを製品化することができる。また、光ファ
イバジャイロに代表されるファイバセンサーの光導入部
に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のファイバカプラの一実施例の断面説明
図である。

【図２】図１のII部詳細図である。

【図３】ＳＣコネクタの一例の斜視図である。

【図４】本発明のファイバカプラの他の実施例の断面説
明図である。

【図５】従来のコネクタの斜視図である。

【図６】従来のコネクタの接続部を示す断面図である。

【符号の説明】

１集光レンズ２フェルール３マルチモードファイバ６シングルモードファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子からの光を集光する集光レンズ
と、シングルモードファイバとを結合するカプラであっ
て、該集光レンズの裏面に、マルチモードファイバを嵌
入させたフェルールが貼付され、該フェルールの表面が
球面状に研磨されてシングルモードファイバと結合され
てなるファイバカプラ。