JPH06342119A - 光結合器 - Google Patents
光結合器Info
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- JPH06342119A JPH06342119A JP13062293A JP13062293A JPH06342119A JP H06342119 A JPH06342119 A JP H06342119A JP 13062293 A JP13062293 A JP 13062293A JP 13062293 A JP13062293 A JP 13062293A JP H06342119 A JPH06342119 A JP H06342119A
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- Japan
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- lens
- light source
- optical
- laser diode
- refracting surface
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 厳密な計算によって求めたレンズ形状パラメ
ータをもつレンズを用いて、より高い結合効率を得るこ
とのできる光源と光導波路の結合系を備えた光結合器を
提供する。 【構成】 出射されるビーム光の広がり角が大きい光源
としてのレーザダイオード１と、このレーザダイオード
１からの発散光束を平行光束に変換する回転対称形のレ
ンズ６と、このレンズ６を介してレーザダイオード１か
らのビーム光を収束させて両者を結合する広がり角の小
さい光導波路としての光ファイバ３とを同一光軸上に配
置してなる光結合器において、前記レンズ６の第１屈折
面７を、該レンズ屈折率，厚さ，曲率半径，及びレーザ
ダイオード１とレンズ６を介した光ファイバ３との間の
それぞれの距離とから結合効率ηが最大になるように厳
密な計算により得たレンズ形状パラメータを持つ回転双
曲面とすると共に、この第１屈折面７の背面側に位置す
る第２屈折面８を、近軸近似で計算される球面形状とす
ることを特徴とする。
ータをもつレンズを用いて、より高い結合効率を得るこ
とのできる光源と光導波路の結合系を備えた光結合器を
提供する。 【構成】 出射されるビーム光の広がり角が大きい光源
としてのレーザダイオード１と、このレーザダイオード
１からの発散光束を平行光束に変換する回転対称形のレ
ンズ６と、このレンズ６を介してレーザダイオード１か
らのビーム光を収束させて両者を結合する広がり角の小
さい光導波路としての光ファイバ３とを同一光軸上に配
置してなる光結合器において、前記レンズ６の第１屈折
面７を、該レンズ屈折率，厚さ，曲率半径，及びレーザ
ダイオード１とレンズ６を介した光ファイバ３との間の
それぞれの距離とから結合効率ηが最大になるように厳
密な計算により得たレンズ形状パラメータを持つ回転双
曲面とすると共に、この第１屈折面７の背面側に位置す
る第２屈折面８を、近軸近似で計算される球面形状とす
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いられ、半
導体レーザと光ファイバとをレンズを介して光結合する
半導体レーザモジュール等の光結合器に関し、該光結合
器における半導体レーザ等の広がり角の大きい光源と、
光ファイバ等のように広がり角の小さい光導波路との光
学結合部に関するものである。
導体レーザと光ファイバとをレンズを介して光結合する
半導体レーザモジュール等の光結合器に関し、該光結合
器における半導体レーザ等の広がり角の大きい光源と、
光ファイバ等のように広がり角の小さい光導波路との光
学結合部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の光結合器の概略構成を示す
説明図であり、この種の光結合器としては、特開昭６２
−８１６１５号に開示されたものがあり、以下これに基
づいて従来例を説明する。図４において、１は光結合器
における光源となるレーザダイオードで、出射されるビ
ーム光の広がり角が大きい。
説明図であり、この種の光結合器としては、特開昭６２
−８１６１５号に開示されたものがあり、以下これに基
づいて従来例を説明する。図４において、１は光結合器
における光源となるレーザダイオードで、出射されるビ
ーム光の広がり角が大きい。
【０００３】２はこのレーザダイオード１からの発散光
束を平行光束に変換できる回転対称形のレンズ、３はこ
のレンズ２を介してレーザダイオード１のビーム光を収
束させて両者を結合する光導波路としての光ファイバで
あり、これらはそれぞれ一直線上に光軸を揃えた状態で
配置され、これにより光結合器を構成している。前記レ
ンズ２によるレーザダイオード１からの発散光束の平行
光束への変換は、レンズ２の後側屈折面４によって行わ
れる。図に示すように、レンズ２の後側屈折面４は、広
がり角の小さい近軸領域の部分では、近軸近似に基づく
曲率半径Ｒの球面を成し、また広がり角の大きい近軸領
域外の部分では双曲線の漸近線に従う円錐面を成し、こ
れら二つの面を組み合わせた形状となっている。また、
前側屈折面５もこの後側屈折面４と同様、中心部を球面
としこれに連接する円錐面とによりほぼ双曲面形状を成
した形状としている。
束を平行光束に変換できる回転対称形のレンズ、３はこ
のレンズ２を介してレーザダイオード１のビーム光を収
束させて両者を結合する光導波路としての光ファイバで
あり、これらはそれぞれ一直線上に光軸を揃えた状態で
配置され、これにより光結合器を構成している。前記レ
ンズ２によるレーザダイオード１からの発散光束の平行
光束への変換は、レンズ２の後側屈折面４によって行わ
れる。図に示すように、レンズ２の後側屈折面４は、広
がり角の小さい近軸領域の部分では、近軸近似に基づく
曲率半径Ｒの球面を成し、また広がり角の大きい近軸領
域外の部分では双曲線の漸近線に従う円錐面を成し、こ
れら二つの面を組み合わせた形状となっている。また、
前側屈折面５もこの後側屈折面４と同様、中心部を球面
としこれに連接する円錐面とによりほぼ双曲面形状を成
した形状としている。
【０００４】そして、レーザダイオード１からの出射光
の出射界強度が、中心から１／ｅとなる広がり角θ1 、
界が１／ｅとなるビーム幅ｗ0 の平行ビームとし、かつ
光軸をＺ，回転半径をｒ，屈折率をｎ，レーザダイオー
ド１の射出面と後側屈折面４の頂点との間を距離ｌ1 と
すると、前記レンズ２の第１屈折面としての後側屈折面
４の形状は次の式(1) により表すことができる。
の出射界強度が、中心から１／ｅとなる広がり角θ1 、
界が１／ｅとなるビーム幅ｗ0 の平行ビームとし、かつ
光軸をＺ，回転半径をｒ，屈折率をｎ，レーザダイオー
ド１の射出面と後側屈折面４の頂点との間を距離ｌ1 と
すると、前記レンズ２の第１屈折面としての後側屈折面
４の形状は次の式(1) により表すことができる。
【０００５】
【数１】 また、レーザダイオード１とレンズ２の第１屈折面の距
離ｌ1 は、次の式(2)により表すことができる。
離ｌ1 は、次の式(2)により表すことができる。
【０００６】
【数２】 さらに、光軸近傍での球面の曲率半径Ｒ1 は次の式(3)
により、また、光軸から離れた所での前記式１の漸近線
は次の式(4) により、そして、円錐面の傾き角α1 は式
(5) により表すことができる。
により、また、光軸から離れた所での前記式１の漸近線
は次の式(4) により、そして、円錐面の傾き角α1 は式
(5) により表すことができる。
【０００７】
【数３】
【０００８】
【数４】
【０００９】
【数５】 また、レンズ２の第２屈折面としての前側屈折面５は、
光ファイバ３の出射光の広がり角が小さいので、球面の
曲率半径は、次の式(6) により、また前側屈折面５と光
ファイバ３の端面との距離ｌ2 は次の式(7) により表す
ことができる。
光ファイバ３の出射光の広がり角が小さいので、球面の
曲率半径は、次の式(6) により、また前側屈折面５と光
ファイバ３の端面との距離ｌ2 は次の式(7) により表す
ことができる。
【００１０】
【数６】
【００１１】
【数７】 上記レンズ２を用いた光結合器の結合作用を説明する
と、まず、レーザダイオード１からの発散光束を、レン
ズ２を介してレーザダイオード１の反対側に配置された
光ファイバ３に収束させて両者を結合するには、レーザ
ダイオード１の射出面からレーザビームを放射すると、
レンズ２の後側屈折面４はほぼ双曲面形状にあるので、
光源であるレーザダイオード１からの発散光束は広がり
角θ0 の大小に関係なく平行光束に変換されて光ファイ
バ３側に位置する前側屈折面５に入射する。そして、こ
の前側屈折面５では、平行光束のビーム幅ｗ0 が大きく
ても、該前側屈折面５が双曲面形状であることから光フ
ァイバ３の入射面に収束することができるようになって
いる。
と、まず、レーザダイオード１からの発散光束を、レン
ズ２を介してレーザダイオード１の反対側に配置された
光ファイバ３に収束させて両者を結合するには、レーザ
ダイオード１の射出面からレーザビームを放射すると、
レンズ２の後側屈折面４はほぼ双曲面形状にあるので、
光源であるレーザダイオード１からの発散光束は広がり
角θ0 の大小に関係なく平行光束に変換されて光ファイ
バ３側に位置する前側屈折面５に入射する。そして、こ
の前側屈折面５では、平行光束のビーム幅ｗ0 が大きく
ても、該前側屈折面５が双曲面形状であることから光フ
ァイバ３の入射面に収束することができるようになって
いる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の技術においては、第１屈折面の形状を得る際、た
とえ近似のない前記従来例で示した式(1) を用いたとし
ても、厳密な計算をしてみたところ、高い結合効率が得
られないことがわかった。すなわち、例えばレンズ２の
屈折率ｎ＝１．８，長さｌ＝８００μｍ、光源であるレ
ーザダイオード１の出射光のウエスト幅ｗL ＝１μｍの
ガウスビームとすると、界の１／ｅ広がり角θ1 は２
７．６°となり、またレンズ２内の平行ビームの幅を１
５０μｍとすると、レーザダイオード１とレンズ２の第
１屈折面の距離は，前記(2) よりｌ1 ＝２４１μｍとな
る。
従来の技術においては、第１屈折面の形状を得る際、た
とえ近似のない前記従来例で示した式(1) を用いたとし
ても、厳密な計算をしてみたところ、高い結合効率が得
られないことがわかった。すなわち、例えばレンズ２の
屈折率ｎ＝１．８，長さｌ＝８００μｍ、光源であるレ
ーザダイオード１の出射光のウエスト幅ｗL ＝１μｍの
ガウスビームとすると、界の１／ｅ広がり角θ1 は２
７．６°となり、またレンズ２内の平行ビームの幅を１
５０μｍとすると、レーザダイオード１とレンズ２の第
１屈折面の距離は，前記(2) よりｌ1 ＝２４１μｍとな
る。
【００１３】従って、レンズ２の第１屈折面である後側
屈折面４の形状を表す式(1) を、次に示す式(8) に書き
換えると、
屈折面４の形状を表す式(1) を、次に示す式(8) に書き
換えると、
【００１４】
【数８】 となる。そして、この時の光軸部の曲率半径はＲ1 ＝１
９３．０μｍ、また、漸近線の傾き角は、α1 ＝５６．
３°となる。次に、第２屈折面である前側屈折面５は、
光導波路としての光ファイバ３からの出射光のウエスト
幅ｗF ＝５μｍのガウスビームとすると、界の１／ｅ広
がり角θ2 は５．６４°となり、光ファイバ３とレンズ
２の第２屈折面との距離は前記式(7) からｌ2 ＝１５１
０μｍとなり、そして曲率半径はＲ2 ＝１２０８μｍと
なる。
９３．０μｍ、また、漸近線の傾き角は、α1 ＝５６．
３°となる。次に、第２屈折面である前側屈折面５は、
光導波路としての光ファイバ３からの出射光のウエスト
幅ｗF ＝５μｍのガウスビームとすると、界の１／ｅ広
がり角θ2 は５．６４°となり、光ファイバ３とレンズ
２の第２屈折面との距離は前記式(7) からｌ2 ＝１５１
０μｍとなり、そして曲率半径はＲ2 ＝１２０８μｍと
なる。
【００１５】以上求められたレンズ形状パラメータを用
いて、レーザダイオード１とレンズ２との間の距離
ｌ1 、レーザダイオード１と光ファイバ３端面との間の
距離ｌ3を変化させた場合の結合効率ηの変化を、図５
の従来例の結合効率を示す説明図に示す。なお、この図
５に示した値の計算は二次元モデルを扱い、レンズ２内
の界はキルヒホッフの積分表現法で計算することによっ
て行い、また、レンズ２の両屈折面の反射を考慮してい
る。但し、第１屈折面は球面，円錐面と混合近似をせ
ず、双曲面を用いている。
いて、レーザダイオード１とレンズ２との間の距離
ｌ1 、レーザダイオード１と光ファイバ３端面との間の
距離ｌ3を変化させた場合の結合効率ηの変化を、図５
の従来例の結合効率を示す説明図に示す。なお、この図
５に示した値の計算は二次元モデルを扱い、レンズ２内
の界はキルヒホッフの積分表現法で計算することによっ
て行い、また、レンズ２の両屈折面の反射を考慮してい
る。但し、第１屈折面は球面，円錐面と混合近似をせ
ず、双曲面を用いている。
【００１６】図５によると、レーザダイオード１とレン
ズ２の第１屈折面との間の距離を、ｌ1 ＝２４０μｍと
した時、レーザダイオード１の出射面と光ファイバ３の
入射面との間の距離ｌ3 は、計算通りのｌ3 の位置、す
なわちｌ3 ＝２４０＋８００＋１５１０＝２５５０μｍ
の位置には、結合効率ηの最大値があらわれていないの
がわかる。
ズ２の第１屈折面との間の距離を、ｌ1 ＝２４０μｍと
した時、レーザダイオード１の出射面と光ファイバ３の
入射面との間の距離ｌ3 は、計算通りのｌ3 の位置、す
なわちｌ3 ＝２４０＋８００＋１５１０＝２５５０μｍ
の位置には、結合効率ηの最大値があらわれていないの
がわかる。
【００１７】すなわち、ｌ1 ＝２４０μｍでは、ｌ3 ＝
３０１０μｍであり、この位置での結合効率ηは最大と
なる。また、最も高い結合効率ηはｌ1 ＝２７０μｍ，
ｌ3＝２１２０μｍの位置であり、結合効率η＝５９．
４５％となるが、この数値では十分高い量であるとは言
えず、レーザダイオード１と光ファイバ３との間での満
足する光結合結果が得られないという問題を有してい
た。
３０１０μｍであり、この位置での結合効率ηは最大と
なる。また、最も高い結合効率ηはｌ1 ＝２７０μｍ，
ｌ3＝２１２０μｍの位置であり、結合効率η＝５９．
４５％となるが、この数値では十分高い量であるとは言
えず、レーザダイオード１と光ファイバ３との間での満
足する光結合結果が得られないという問題を有してい
た。
【００１８】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、上述した簡単な理論に基づいて得
られたレンズパラメーターでは十分高い結合効率が得ら
れないために、厳密な計算によって求められたレンズ形
状パラメータをもつレンズを用いて、より高い結合効率
の得られる半導体レーザと光ファイバの結合系を備えた
光結合器を提供することを目的とする。
なされたものであり、上述した簡単な理論に基づいて得
られたレンズパラメーターでは十分高い結合効率が得ら
れないために、厳密な計算によって求められたレンズ形
状パラメータをもつレンズを用いて、より高い結合効率
の得られる半導体レーザと光ファイバの結合系を備えた
光結合器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため本発明は、出射されるビーム光の広がり角が大きい
光源と、この光源からの発散光束を平行光束に変換する
回転対称形のレンズと、このレンズを介して光源からの
ビーム光を収束させて両者を結合する広がり角の小さい
光導波路を同一光軸上に配置してなる光結合器におい
て、前記レンズの光源と対向する第１屈折面を、該レン
ズの屈折率，厚さ，曲率半径，及び光源とレンズを介し
た光導波路との間のそれぞれの距離とから、光源と光導
波路との結合効率が最大になるように厳密な計算により
得たレンズ形状パラメータを持つ回転双曲面とすると共
に、この第１屈折面の背面側に位置する第２屈折面を、
近軸近似で計算される球面形状としたものである。
ため本発明は、出射されるビーム光の広がり角が大きい
光源と、この光源からの発散光束を平行光束に変換する
回転対称形のレンズと、このレンズを介して光源からの
ビーム光を収束させて両者を結合する広がり角の小さい
光導波路を同一光軸上に配置してなる光結合器におい
て、前記レンズの光源と対向する第１屈折面を、該レン
ズの屈折率，厚さ，曲率半径，及び光源とレンズを介し
た光導波路との間のそれぞれの距離とから、光源と光導
波路との結合効率が最大になるように厳密な計算により
得たレンズ形状パラメータを持つ回転双曲面とすると共
に、この第１屈折面の背面側に位置する第２屈折面を、
近軸近似で計算される球面形状としたものである。
【００２０】
【作用】上述した構成により、たとえば、最も高い曲率
半径が得られた場合の光源とレンズの第１屈折面との距
離ｌ1 ＝２７０μｍの時、第２屈折面をＲ2 ＝１２００
μｍの球面としておき、第１屈折面は双曲面とし、この
双曲面におけるレンズ形状パラメータａ1 とｂ1 の組み
合わせを、結合効率ηが最大になるように交互に変化さ
せながら行うことにより、ａ1 ＝１３７．０，ｂ1 ＝１
７０．５の結合効率ηが最大になる組み合わせが求めら
れることになる。
半径が得られた場合の光源とレンズの第１屈折面との距
離ｌ1 ＝２７０μｍの時、第２屈折面をＲ2 ＝１２００
μｍの球面としておき、第１屈折面は双曲面とし、この
双曲面におけるレンズ形状パラメータａ1 とｂ1 の組み
合わせを、結合効率ηが最大になるように交互に変化さ
せながら行うことにより、ａ1 ＝１３７．０，ｂ1 ＝１
７０．５の結合効率ηが最大になる組み合わせが求めら
れることになる。
【００２１】その結果、結合効率ηの最大値は８０．４
９％となり、レンズ形状パラメータａ1 ，ｂ1 を最適化
しない場合よりも約３５％上昇させることができる。
９％となり、レンズ形状パラメータａ1 ，ｂ1 を最適化
しない場合よりも約３５％上昇させることができる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は本発明の実施例を示す光結合器の光学結合
部の構成説明図であり、図において、１は光結合器にお
ける光源となるレーザダイオードで、出射されるビーム
光の広がり角が大きい。６はこのレーザダイオード１か
らの発散光束を平行光束に変換できる回転対称形のレン
ズ、３はこのレンズ６を介してレーザダイオード１のビ
ーム光を収束させて両者を結合する光導波路としての光
ファイバであり、これらはそれぞれ一直線上に光軸を揃
えた状態で配置され、これにより光結合器を構成してい
る。
する。図１は本発明の実施例を示す光結合器の光学結合
部の構成説明図であり、図において、１は光結合器にお
ける光源となるレーザダイオードで、出射されるビーム
光の広がり角が大きい。６はこのレーザダイオード１か
らの発散光束を平行光束に変換できる回転対称形のレン
ズ、３はこのレンズ６を介してレーザダイオード１のビ
ーム光を収束させて両者を結合する光導波路としての光
ファイバであり、これらはそれぞれ一直線上に光軸を揃
えた状態で配置され、これにより光結合器を構成してい
る。
【００２３】そして、本実施例における前記レンズ６の
形状は、ほぼ従来例の形状と近似してはいるが、図にも
示すように、第１屈折面としての後側屈折面７を厳密な
計算により最適化されたレンズ形状パラメータをもつ回
転双曲面とし、かつ第２の屈折面としての前側屈折面８
も、近軸近似計算によって得た球面をその中心部に有し
これに連接する円錐面とによりほぼ双曲面形状を成した
形状としている。
形状は、ほぼ従来例の形状と近似してはいるが、図にも
示すように、第１屈折面としての後側屈折面７を厳密な
計算により最適化されたレンズ形状パラメータをもつ回
転双曲面とし、かつ第２の屈折面としての前側屈折面８
も、近軸近似計算によって得た球面をその中心部に有し
これに連接する円錐面とによりほぼ双曲面形状を成した
形状としている。
【００２４】例えば、前記図５で示した説明図におい
て、最も高い曲率半径が得られた場合であるｌ1 ＝２７
０μｍの時、第２屈折面である前側屈折面８をＲ2 ＝１
２００μｍの球面としておき、第１屈折面である後側屈
折面７を双曲面とし、この双曲面におけるレンズ形状パ
ラメータａ1 とｂ1 とを交互に変化させながら、結合効
率ηが最大になるａ1 とｂ1 の組み合わせを求めると、
ａ1 ＝１３７．０，ｂ1＝１７０．５となる。
て、最も高い曲率半径が得られた場合であるｌ1 ＝２７
０μｍの時、第２屈折面である前側屈折面８をＲ2 ＝１
２００μｍの球面としておき、第１屈折面である後側屈
折面７を双曲面とし、この双曲面におけるレンズ形状パ
ラメータａ1 とｂ1 とを交互に変化させながら、結合効
率ηが最大になるａ1 とｂ1 の組み合わせを求めると、
ａ1 ＝１３７．０，ｂ1＝１７０．５となる。
【００２５】このレンズ形状パラメータで、レーザダイ
オード１とレンズ６の第１屈折面との間の距離ｌ1 、及
びレーザダイオード１の出射面と光ファイバ３の入射面
との間の距離ｌ3 ＝ｌ1 ＋ｌ＋ｌ2 を変化させたときの
結合効率ηの変化は、図２に示した本実施例のレンズ形
状パラメータによる結合効率を示す説明図に表わされて
いるようになっている。
オード１とレンズ６の第１屈折面との間の距離ｌ1 、及
びレーザダイオード１の出射面と光ファイバ３の入射面
との間の距離ｌ3 ＝ｌ1 ＋ｌ＋ｌ2 を変化させたときの
結合効率ηの変化は、図２に示した本実施例のレンズ形
状パラメータによる結合効率を示す説明図に表わされて
いるようになっている。
【００２６】この図にみられるように、本実施例のレン
ズを用いた場合の結合効率ηの最大値は８０．４９％と
なっており、レンズ形状パラメータａ1 ，ｂ1 を最適化
しない場合より、約３５％上昇していることがわかる。
また、レンズ６の厚さｌを、８００μｍから３００μｍ
にしても、ｌ3 ＝２４５０μｍから、約５００μｍ縮ん
だ位置で結合効率が最大になり、結合効率ηの量の劣化
は無くなる。すなわち、レンズの厚さは自由に決めるこ
とができる。
ズを用いた場合の結合効率ηの最大値は８０．４９％と
なっており、レンズ形状パラメータａ1 ，ｂ1 を最適化
しない場合より、約３５％上昇していることがわかる。
また、レンズ６の厚さｌを、８００μｍから３００μｍ
にしても、ｌ3 ＝２４５０μｍから、約５００μｍ縮ん
だ位置で結合効率が最大になり、結合効率ηの量の劣化
は無くなる。すなわち、レンズの厚さは自由に決めるこ
とができる。
【００２７】次に、図３はレンズ形状パラメータ，最大
結合効率，光ファイバ端面位置を示す説明図である。な
おこの図において、レンズ６は屈折率ｎ＝１．８，厚さ
ｌ＝３００μｍ、第２屈折面としての前側屈折面８は曲
率半径Ｒ2 ＝１２００μｍの球面とし、またレーザダイ
オード１の出射面と対向するレンズ６端面との間の距離
ｌ1 を２４０〜３３０μｍの間で１０μｍおきに変化さ
せて、結合効率ηが最大になるレンズ形状パラメータａ
1 ，ｂ1 、最大結合効率ηmax 、最大結合効率が得られ
るｌ3 ，ｌ2 ＝ｌ3 −ｌ−ｌ1 を示す。この時、それぞ
れｌ1 に対し、ほぼ同じ大きさの最大結合効率ηを与え
るａ1 ，ｂ1 の組み合わせが存在する。
結合効率，光ファイバ端面位置を示す説明図である。な
おこの図において、レンズ６は屈折率ｎ＝１．８，厚さ
ｌ＝３００μｍ、第２屈折面としての前側屈折面８は曲
率半径Ｒ2 ＝１２００μｍの球面とし、またレーザダイ
オード１の出射面と対向するレンズ６端面との間の距離
ｌ1 を２４０〜３３０μｍの間で１０μｍおきに変化さ
せて、結合効率ηが最大になるレンズ形状パラメータａ
1 ，ｂ1 、最大結合効率ηmax 、最大結合効率が得られ
るｌ3 ，ｌ2 ＝ｌ3 −ｌ−ｌ1 を示す。この時、それぞ
れｌ1 に対し、ほぼ同じ大きさの最大結合効率ηを与え
るａ1 ，ｂ1 の組み合わせが存在する。
【００２８】たとえば、ｌ1 ＝２４０μｍのときの最適
なレンズ形状パラメータの組み合わせａ1 ，ｂ1 は、ａ
1 ＝１２４．５，ｂ1 ＝１５１．５となり、前記式(8)
で計算されたａ1 ＝８６．２，ｂ1 ＝１２９．０とは違
った値となっている。また、図３の最大結合効率ηmax
の変化をよく見ると、ｌ1 ＝２９０μｍの位置が、わず
かの違いで最も高い値になっている。このときも、ｌ2
＝ｌ3 −ｌ−ｌ1 ＝１４５０μｍとなっており、第２屈
折面を計算するときに得られたｌ2 ＝１５１０μｍに近
いことから、この時にレンズ６内での光ビームの平行度
が最も高くなっていると思われ、ｌ1 ＝２９０μｍ，ａ
1 ＝１４１．５，ｂ1 ＝１８０．５が総合的に最も最適
なパラメータであると考えることができる。
なレンズ形状パラメータの組み合わせａ1 ，ｂ1 は、ａ
1 ＝１２４．５，ｂ1 ＝１５１．５となり、前記式(8)
で計算されたａ1 ＝８６．２，ｂ1 ＝１２９．０とは違
った値となっている。また、図３の最大結合効率ηmax
の変化をよく見ると、ｌ1 ＝２９０μｍの位置が、わず
かの違いで最も高い値になっている。このときも、ｌ2
＝ｌ3 −ｌ−ｌ1 ＝１４５０μｍとなっており、第２屈
折面を計算するときに得られたｌ2 ＝１５１０μｍに近
いことから、この時にレンズ６内での光ビームの平行度
が最も高くなっていると思われ、ｌ1 ＝２９０μｍ，ａ
1 ＝１４１．５，ｂ1 ＝１８０．５が総合的に最も最適
なパラメータであると考えることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、出
射されるビーム光の広がり角が大きい光源と、この光源
からの発散光束を平行光束に変換する回転対称形のレン
ズと、このレンズを介して光源からのビーム光を収束さ
せて両者を結合する広がり角の小さい光導波路を同一光
軸上に配置してなる光結合器において、前記レンズの光
源と対向する第１屈折面を、該レンズの屈折率，厚さ，
曲率半径，及び光源とレンズを介した光導波路との間の
それぞれの距離とから、光源と光導波路との結合効率が
最大になるように厳密な計算により得たレンズ形状パラ
メータを持つ回転双曲面とすると共に、この第１屈折面
の背面側に位置する第２屈折面を、近軸近似で計算され
る球面形状としたものである。
射されるビーム光の広がり角が大きい光源と、この光源
からの発散光束を平行光束に変換する回転対称形のレン
ズと、このレンズを介して光源からのビーム光を収束さ
せて両者を結合する広がり角の小さい光導波路を同一光
軸上に配置してなる光結合器において、前記レンズの光
源と対向する第１屈折面を、該レンズの屈折率，厚さ，
曲率半径，及び光源とレンズを介した光導波路との間の
それぞれの距離とから、光源と光導波路との結合効率が
最大になるように厳密な計算により得たレンズ形状パラ
メータを持つ回転双曲面とすると共に、この第１屈折面
の背面側に位置する第２屈折面を、近軸近似で計算され
る球面形状としたものである。
【００３０】これにより、結合効率ηの最大値は８０．
４９％となり、レンズ形状パラメータを厳密な計算によ
り最適値を求めなかった従来例の結合効率よりも、約３
５％上昇させることができた。その結果、上記構造のレ
ンズを介した光源と光導波路との光結合は、十分に満足
できる結合結果を得ることができるという効果が得られ
る。
４９％となり、レンズ形状パラメータを厳密な計算によ
り最適値を求めなかった従来例の結合効率よりも、約３
５％上昇させることができた。その結果、上記構造のレ
ンズを介した光源と光導波路との光結合は、十分に満足
できる結合結果を得ることができるという効果が得られ
る。
【図１】本実施例の光結合器の光学結合部の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】本実施例のレンズ形状パラメータによる結合効
率を示す説明図である。
率を示す説明図である。
【図３】レンズ形状パラメータ，最大結合効率，光ファ
イバ端面位置を示す説明図である。
イバ端面位置を示す説明図である。
【図４】従来の光結合器の概略構成を示す説明図であ
る。
る。
【図５】従来例の結合効率を示す説明図である。
１…レーザダイオード ３…光ファイバ ６…レンズ ７…後側屈折面 ８…前側屈折面
Claims (1)
- 【請求項１】 出射されるビーム光の広がり角が大きい
光源と、この光源からの発散光束を平行光束に変換する
回転対称形のレンズと、このレンズを介して光源からの
ビーム光を収束させて両者を結合する広がり角の小さい
光導波路を同一光軸上に配置してなる光結合器におい
て、 前記レンズの光源と対向する第１屈折面を、該レンズの
屈折率，厚さ，曲率半径，及び光源とレンズを介した光
導波路との間のそれぞれの距離とから、光源と光導波路
との結合効率が最大になるように厳密な計算により得た
レンズ形状パラメータを持つ回転双曲面とすると共に、 この第１屈折面の背面側に位置する第２屈折面を、近軸
近似で計算される球面形状とすることを特徴とする光結
合器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13062293A JPH06342119A (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | 光結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13062293A JPH06342119A (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | 光結合器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06342119A true JPH06342119A (ja) | 1994-12-13 |
Family
ID=15038639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13062293A Pending JPH06342119A (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | 光結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06342119A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001124962A (ja) * | 1999-09-02 | 2001-05-11 | Agilent Technol Inc | ファイバ光学用伝送レンズ |
| JP2003315637A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Yamaha Corp | 発光部構造 |
| JP2006133774A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Agilent Technol Inc | レンズ、レンズアレイ及び光レシーバ |
| JP2020201311A (ja) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | 富士通株式会社 | レンズ設計プログラム、レンズ設計方法および情報処理装置 |
-
1993
- 1993-06-01 JP JP13062293A patent/JPH06342119A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001124962A (ja) * | 1999-09-02 | 2001-05-11 | Agilent Technol Inc | ファイバ光学用伝送レンズ |
| US6349159B1 (en) | 1999-09-02 | 2002-02-19 | Agilent Technologies, Inc. | Lenses that launch high bandwidth modes into a fiber optic cable while eliminating feedback to a laser |
| GB2354839B (en) * | 1999-09-02 | 2003-06-25 | Agilent Technologies Inc | Lenses for fibre optics |
| JP2003315637A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Yamaha Corp | 発光部構造 |
| JP2006133774A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Agilent Technol Inc | レンズ、レンズアレイ及び光レシーバ |
| JP2020201311A (ja) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | 富士通株式会社 | レンズ設計プログラム、レンズ設計方法および情報処理装置 |
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