JPH08220387A - Optical coupler and its adjustment method and optical amplifier device - Google Patents

Optical coupler and its adjustment method and optical amplifier device

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JPH08220387A
JPH08220387A JP2426295A JP2426295A JPH08220387A JP H08220387 A JPH08220387 A JP H08220387A JP 2426295 A JP2426295 A JP 2426295A JP 2426295 A JP2426295 A JP 2426295A JP H08220387 A JPH08220387 A JP H08220387A
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JP
Japan
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plane
coupling
optical
semiconductor laser
coupling system
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JP2426295A
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Inventor
Akihiro Adachi
明宏 足立
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE: To make it possible to lessen the astigmatism at the imaging point generated by a deviation in the position setting between a semiconductor laser and a collimating lens by simple correction by providing the above optical coupler with a first coupling system, a second coupling system and an optical fiber for receiving the exit beam of this second coupling system. CONSTITUTION: This optical coupler has the first coupling system 9, the second coupling system 12 for receiving the exit beam of the coupling system 9 and imaging the beam within a first plane and a second plane and the optical fiber 2 for receiving the exit beam of the second coupling system. The first coupling system 9 receives the exit beam of the semiconductor laser 1 and images the beam within the first plane parallel with the direction of the exit beam. The exit beam of the semiconductor laser 1 is approximately paralleled within the second plane parallel with the direction of the exit beam of the semiconductor laser 1 and intersecting with the first plane. The second coupling system 12 receives the exit beam of the first coupling system 9 and images the beam within the first and second planes. The optical fiber 2 receives the exit beam of the second coupling system 12, by which the positions of the imaging points within the respective planes are independently adjusted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、レ−ザ発振器から出
射されたレーザ光を効率良く光ファイバに結合するため
の光結合装置、及びその調整方法、ならびにこの光結合
装置を用いた光増幅装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupling device for efficiently coupling laser light emitted from a laser oscillator to an optical fiber, a method of adjusting the optical coupling device, and an optical amplification device using the optical coupling device. It relates to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、従来の光結合装置について説明す
る。光結合装置は、半導体レーザ等のレーザ発振器から
出射されたレーザ光を効率良く光ファイバに入射させる
ために用いられる。半導体レーザの出射光を高率良く光
ファイバに結合するためには、半導体レーザと光ファイ
バとの間に設けられる光結合装置の結合系の倍率を最適
な値に設定する必要がある。
2. Description of the Related Art First, a conventional optical coupling device will be described. The optical coupling device is used to efficiently enter laser light emitted from a laser oscillator such as a semiconductor laser into an optical fiber. In order to efficiently couple the emitted light of the semiconductor laser to the optical fiber, it is necessary to set the magnification of the coupling system of the optical coupling device provided between the semiconductor laser and the optical fiber to an optimum value.

【0003】図10に示されるように、半導体レーザ1
の活性層1aに平行な面(X軸を含む面)におけるビ−
ムウエスト・スポットサイズをωLx、活性層に垂直な面
(Y軸を含む面)におけるビ−ムウエスト・スポットサ
イズをωLY、光ファイバの導波モ−ドのスポットサイズ
をωF と置くと、最適倍率MOPT は次式で表される。な
お、次式は、河野健治「光デバイスのための光結合系の
基礎と応用」(現代工学社、1991年)の58頁に記
載されている。 MOPT =ωF /(ωLX・ωLY1/2 ・・・(1)
As shown in FIG. 10, a semiconductor laser 1
On a plane parallel to the active layer 1a (a plane including the X axis).
If the mu-waist spot size is ω Lx , the beam-waist spot size in the plane perpendicular to the active layer (the plane including the Y axis) is ω LY , and the spot size of the waveguide mode of the optical fiber is ω F , The optimum magnification M OPT is expressed by the following equation. The following equation is described on page 58 of Kenji Kawano, “Basics and Applications of Optical Coupling Systems for Optical Devices” (Hyundai Engineering Co., 1991). M OPT = ω F / (ω LX・ ω LY ) 1/2・ ・ ・ (1)

【0004】上記式(1)は、図11に示されるよう
に、MOPT の倍率のレンズを通って光ファイバの端面に
照射されたレーザ光の大きさ(長軸MOPT ωLXと短軸M
OPT ωLYとの相乗平均値)と光ファイバのスポットサイ
ズωF とが等しいということを意味する。
As shown in FIG. 11, the above formula (1) is defined by the magnitudes of the laser light (long axis M OPT ω LX and short axis M OPT irradiating the end face of the optical fiber through the lens of M OPT magnification. M
It means that the geometric mean value of OPT ω LY ) and the spot size ω F of the optical fiber are equal.

【0005】また、光結合器の結合系がこのように設定
されたときの半導体レ−ザと光ファイバの結合効率ηは
次式で表される。 η=4・Dr/(1+Dr)2 ・・・(2) ここでDrはωLxとωLYの比(ωLY/ωLX)であり、半
導体レ−ザのビ−ム断面形状の楕円率(楕円の長軸と短
軸の比)を意味する。
Further, the coupling efficiency η between the semiconductor laser and the optical fiber when the coupling system of the optical coupler is set in this way is expressed by the following equation. η = 4 · Dr / (1 + Dr) 2 (2) where Dr is the ratio of ω Lx and ω LYLY / ω LX ), and the ellipticity of the beam cross section of the semiconductor laser (The ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse).

【0006】この式(2)に基づいて計算された楕円率
Drとモード形状不整合損失との関係を図12のグラフ
に示す。このグラフから分かるようにDr=1の時は損
失は零であるが、Drが大きくなるにしたがって楕円形
と円形のモ−ド形状不整合による損失が増加する。
The relationship between the ellipticity Dr calculated based on the equation (2) and the mode shape mismatch loss is shown in the graph of FIG. As can be seen from this graph, the loss is zero when Dr = 1, but the loss due to the mode shape mismatch between the elliptical and circular shapes increases as Dr increases.

【0007】現在通常の光ファイバ通信に用いられてい
る波長1.3μm、1.55μmの半導体レ−ザや、フ
ァイバ増幅器に用いられるエルビウム・ド−プファイバ
を励起するための波長1.48μmの半導体レ−ザのビ
−ム楕円率は約1.1〜1.2である。この場合、図1
2からわかるように、これらの半導体レ−ザにおける形
状不整合損失は0.1dB以下であり、あまり問題にな
らない。
A semiconductor laser having a wavelength of 1.3 .mu.m and a wavelength of 1.55 .mu.m currently used for ordinary optical fiber communication and a semiconductor having a wavelength of 1.48 .mu.m for exciting an erbium-doped fiber used for a fiber amplifier. The laser beam ellipticity is about 1.1 to 1.2. In this case,
As can be seen from 2, the shape mismatch loss in these semiconductor lasers is 0.1 dB or less, which is not a serious problem.

【0008】しかし、エルビウム・ド−プファイバ増幅
器の低雑音化、高効率化に有利である励起波長0.98
μmの半導体レ−ザの楕円率は2〜3と大きい。この場
合、図12からわかるように、この半導体レーザの形状
不整合損失は0.5〜1.3dBと大きな値となり、無
視できなくなる。
However, the pumping wavelength of 0.98 is advantageous for reducing the noise and increasing the efficiency of the erbium-doped fiber amplifier.
The ellipticity of the semiconductor laser of μm is as large as 2-3. In this case, as can be seen from FIG. 12, the shape mismatch loss of this semiconductor laser has a large value of 0.5 to 1.3 dB and cannot be ignored.

【0009】この問題点を解決するために、図13に示
される光結合装置が提案されている。同図は、1993
年電子情報通信学会秋季全国大会C−116に示された
従来の光結合装置の断面図であり、同図(a)は半導体
レ−ザの活性層に水平な水平結合面における断面図、同
図(b)は半導体レ−ザの活性層に垂直な垂直結合面に
おける断面図である。図13において、1はビ−ムウエ
スト・スポットサイズがωLX、ωLYであり、波長が0.
98μmである半導体レ−ザ、2は半導体レ−ザ1の出
射ビ−ムが結合される光ファイバである。光ファイバ2
の導波モ−ドスポットサイズはωF である。3は半導体
レ−ザ1の活性層に水平な水平結合面における水平面出
射ビ−ム、4は半導体レ−ザ1の活性層に垂直な垂直結
合面における垂直面出射ビ−ム、5は水平面出射ビ−ム
3及び垂直面出射ビ−ム4を平行ビ−ムに変換するコリ
メ−トレンズである。コリメートレンズ5は水平結合面
と垂直結合面において同じ値の焦点距離f1 を有する。
また、上記半導体レ−ザ1の出力面は上記コリメ−トレ
ンズ5のほぼ焦点面に設置されている。6は集光レンズ
である。集光レンズ6の水平結合面における焦点距離f
2Xと垂直結合面における焦点距離f2Yとは異なる。これ
らの値は、ほぼ以下の関係にある。 f2X=f1 ・ωF /ωLX ・・・(3) f2Y=f1 ・ωF /ωLY ・・・(4)
In order to solve this problem, an optical coupling device shown in FIG. 13 has been proposed. The figure shows 1993.
FIG. 11A is a cross-sectional view of a conventional optical coupling device shown in C-116 of the National Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Autumn National Convention in FIG. FIG. 1B is a sectional view of a vertical coupling surface perpendicular to the active layer of the semiconductor laser. In FIG. 13, 1 is the beam waist spot size ω LX and ω LY , and the wavelength is 0.
A semiconductor laser 2 having a diameter of 98 μm is an optical fiber to which the outgoing beam of the semiconductor laser 1 is coupled. Optical fiber 2
The guided mode spot size of is ω F. Reference numeral 3 is a horizontal plane emitting beam on a horizontal coupling surface horizontal to the active layer of the semiconductor laser 1, 4 is a vertical plane emitting beam on a vertical coupling surface vertical to the active layer of the semiconductor laser 1, and 5 is a horizontal plane. This is a collimating lens for converting the exit beam 3 and the vertical plane exit beam 4 into parallel beams. The collimating lens 5 has the same focal length f 1 on the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface.
The output surface of the semiconductor laser 1 is set substantially at the focal plane of the collimating lens 5. Reference numeral 6 denotes a condenser lens. Focal length f on the horizontal coupling surface of the condenser lens 6
2X is different from the focal length f 2Y in the vertical coupling plane. These values have the following relationships. f 2X = f 1 · ω F / ω LX (3) f 2Y = f 1 · ω F / ω LY (4)

【0010】7aは集光レンズ6の水平結合面における
主平面、7bは集光レンズ6の垂直結合面における主平
面である。集光レンズ6の長さは、水平結合面主平面7
aと結像点の距離が水平結合面焦点距離f2Xと等しく、
かつ、垂直結合面主平面7bと結像点の距離が垂直結合
面焦点距離f2Yと等しくなるように設定されいる。シン
グルモ−ドファイバである光ファイバ2の入力面は上記
結像点に設置されている。8aは集光レンズ6の水平結
合面にのみ曲率を有する、集光レンズ6の出力面に設け
られた円筒面、8bは集光レンズ6の垂直結合面にのみ
曲率を有する、集光レンズ6の入力面に設けられた円筒
面である。
Reference numeral 7a is a main plane on the horizontal coupling surface of the condenser lens 6, and 7b is a main plane on the vertical coupling surface of the condenser lens 6. The length of the condenser lens 6 is the horizontal coupling plane main plane 7
The distance between a and the image formation point is equal to the horizontal coupling plane focal length f 2X ,
Moreover, the distance between the principal plane 7b of the vertical coupling surface and the image forming point is set to be equal to the focal length f 2Y of the vertical coupling surface. The input surface of the optical fiber 2, which is a single mode fiber, is installed at the image forming point. Reference numeral 8a denotes a cylindrical surface provided on the output surface of the condenser lens 6 having a curvature only on the horizontal coupling surface of the condenser lens 6, and 8b has a curvature only on the vertical coupling surface of the condenser lens 6. Is a cylindrical surface provided on the input surface of.

【0011】次に、上記従来例における光結合装置の動
作について説明する。半導体レ−ザ1より出射された、
発散ビ−ムである水平面出射ビ−ム3及び垂直面出射ビ
−ム4は、コリメ−トレンズ5により平行ビ−ムに変換
される。ここで、半導体レ−ザ1の水平面ビ−ムウエス
ト・スポットサイズωLXは垂直面ビ−ムウエスト・スポ
ットサイズωLYに比較して小さい(ωLX<ωLY)ので、
水平面出射ビ−ム3の広がりは垂直面出射ビ−ム4の広
がりに比較して小さいビ−ムとなっている。これは、ビ
−ムウエスト・スポットサイズが小さい程、回折による
ビ−ム広がりが大きくなることによる。
Next, the operation of the conventional optical coupling device will be described. Emitted from the semiconductor laser 1,
The horizontal plane emitting beam 3 and the vertical plane emitting beam 4 which are diverging beams are converted into parallel beams by the collimating lens 5. Here, since the horizontal plane beam waist spot size ω LX of the semiconductor laser 1 is smaller than the vertical plane beam waist spot size ω LYLXLY ),
The spread of the horizontal plane emitting beam 3 is smaller than that of the vertical plane emitting beam 4. This is because the smaller the beam waist spot size, the larger the beam spread due to diffraction.

【0012】まず、水平結合面における動作について図
13(a)に基づき説明する。コリメ−トレンズ5によ
り平行ビ−ムに変換された水平面出射ビ−ム3は集光レ
ンズ6に入射され、集光レンズ6の出力面に設けられた
円筒面8aで屈折を受けて集光ビ−ムに変換され、光フ
ァイバ2に結合される。ここで、水平結合面における結
合倍率MX は、次式に示すようにコリメ−トレンズ5の
焦点距離f1 と集光レンズ6の水平結合面焦点距離f2X
の比で表される。 MX =f2X/f1 ・・・(5)
First, the operation on the horizontal coupling surface will be described with reference to FIG. The horizontal plane emitting beam 3 converted into the parallel beam by the collimating lens 5 is incident on the condenser lens 6 and is refracted by the cylindrical surface 8a provided on the output surface of the condenser lens 6 to be condensed. To the optical fiber 2 and coupled to the optical fiber 2. Here, the coupling magnification M X on the horizontal coupling surface is, as shown in the following expression, the focal length f 1 of the collimating lens 5 and the focal length f 2X of the horizontal coupling surface of the condenser lens 6.
It is expressed by the ratio of. M X = f 2X / f 1 (5)

【0013】ここで、f2Xは先に式(3)に示された値
に設定されているので、MX は次式で表される。 MX =ωF /ωLX ・・・(6)
Since f 2X has been set to the value shown in the equation (3), M X is represented by the following equation. M X = ω F / ω LX (6)

【0014】したがって、この結合系における水平結合
面・結合倍率MX は最適倍率ωF /ωLXに設定されてお
り、水平結合面でのモ−ド形状不整合損失は生じない。
Therefore, the horizontal coupling plane / coupling magnification M X in this coupling system is set to the optimum magnification ω F / ω LX , and the mode shape mismatch loss at the horizontal coupling plane does not occur.

【0015】次に、垂直結合面の動作について図13
(b)に基づき説明する。コリメ−トレンズ5により平
行ビ−ムに変換された垂直面出射ビ−ム4は、集光レン
ズ6に入射される。そして、集光レンズ6の入力面に設
けられた円筒面8bで屈折を受けて集光ビ−ムに変換さ
れ、光ファイバ2に結合される。ここで、垂直結合面に
おける結合倍率MY は、次式に示すように、コリメ−ト
レンズ5の焦点距離f1 と集光レンズ6の垂直結合面焦
点距離f2Yとの比で表される。 MY =f2Y/f1 ・・・(7)
Next, the operation of the vertical coupling surface will be described with reference to FIG.
A description will be given based on (b). The vertical plane emission beam 4 converted into the parallel beam by the collimating lens 5 enters the condenser lens 6. Then, the light is refracted by the cylindrical surface 8b provided on the input surface of the condenser lens 6, converted into a condenser beam, and coupled to the optical fiber 2. Here, the coupling magnification M Y on the vertical coupling surface is expressed by the ratio of the focal length f 1 of the collimating lens 5 and the vertical coupling surface focal length f 2Y of the condenser lens 6 as shown in the following equation. M Y = f 2Y / f 1 (7)

【0016】ここで、f2Yは先に式(4)に示した値に
設定されているのでMY は次式で表わされる。 MY =ωF /ωLY ・・・(8)
Here, since f 2Y is set to the value previously shown in the equation (4), M Y is represented by the following equation. M Y = ω F / ω LY (8)

【0017】したがって、この結合系における水平結合
面・結合倍率MY は最適倍率ωF /ωLYに設定されてお
り、垂直結合面でのモ−ド形状不整合損失も生じない。
Therefore, the horizontal coupling plane / coupling magnification M Y in this coupling system is set to the optimum magnification ω F / ω LY, and the mode shape mismatch loss at the vertical coupling plane does not occur.

【0018】このように、図13の従来の光結合装置に
おいて、半導体レ−ザのビ−ムが楕円であることによる
モ−ド形状不整合損失は、水平結合面と垂直結合面の最
適倍率をそれぞれ式(6)、式(8)に示したように独
立して設定することができるので、より低減される。
As described above, in the conventional optical coupling device of FIG. 13, the mode-shape mismatch loss due to the elliptic beam of the semiconductor laser causes the optimum magnification of the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface. Can be set independently as shown in equations (6) and (8), respectively, and thus can be further reduced.

【0019】しかし、一方で、水平結合面倍率MX と垂
直結合面MY が異なる場合は、半導体レ−ザ1とコリメ
−トレンズ5の設定によっては結像点において非点隔差
が生じるという問題が生じる。
However, on the other hand, when the horizontal coupling surface magnification M X and the vertical coupling surface M Y are different, an astigmatic difference occurs at the image forming point depending on the settings of the semiconductor laser 1 and the collimating lens 5. Occurs.

【0020】半導体レ−ザ1とコリメ−トレンズ5の設
定位置関係が、設計値から光軸方向にΔZ1 ずれた場
合、結像点は光軸方向に倍率の2乗を掛けた分だけずれ
る。したがって、水平結合面と垂直結合面の結像点のず
れをそれぞれΔZ2X、ΔZ2Yと置くとこれらはそれぞれ
以下の式で表される。 ΔZ2X=MX 2 ・ΔZ1 ・・・(9) ΔZ2Y=MY 2 ・ΔZ1 ・・・(10)
When the set positional relationship between the semiconductor laser 1 and the collimating lens 5 deviates from the design value by ΔZ 1 in the optical axis direction, the image forming point is displaced by the square of the magnification in the optical axis direction. . Therefore, if the shifts of the image forming points of the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface are respectively set as ΔZ 2X and ΔZ 2Y , these are expressed by the following equations. ΔZ 2X = M X 2 · ΔZ 1 (9) ΔZ 2Y = M Y 2 · ΔZ 1 (10)

【0021】ここで、上式よりMX とMY が等しい場合
はΔZ2XとΔZ2Yは一致するが、図13の光結合装置の
ように、MX とMY が異なる場合はΔZ2XとΔZ2Yは一
致しない。このような水平結合面と垂直結合面における
結像点のずれを非点隔差と称する。非点隔差がある場
合、光ファイバへの結合効率が低下する。結像点での非
点隔差の大きさΔAS は、式(9)(10)より次式で表
される。 ΔAS =(MY 2 −MX 2 )・ΔZ1 = MX 2 ・(Dr2 −1)・ΔZ1 ・・・(11)
[0021] Here, if M X and M Y are equal to the above formula match [Delta] Z 2X and [Delta] Z 2Y, but as in the optical coupler of Figure 13, if the M X and M Y are different and [Delta] Z 2X ΔZ 2Y does not match. Such a shift between the image forming points on the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface is called astigmatism. If there is an astigmatic difference, the coupling efficiency with the optical fiber decreases. The magnitude of the astigmatic difference ΔA S at the image forming point is expressed by the following equation from equations (9) and (10). ΔA S = (M Y 2 -M X 2) · ΔZ 1 = M X 2 · (Dr 2 -1) · ΔZ 1 ··· (11)

【0022】図14に、半導体レ−ザ1とコリメ−トレ
ンズ5の光軸方向位置ずれΔZ1 とこれにより生じる非
点隔差による結合損失の関係の計算結果を示す。これよ
り非点隔差損失を0.1dB以下に抑制して非点隔差に
よる影響を無視できるようにするためには、ΔZ1 を1
〜2μm以下にする必要がある。
FIG. 14 shows the calculation result of the relation between the positional deviation ΔZ 1 of the semiconductor laser 1 and the collimating lens 5 in the optical axis direction and the coupling loss due to the astigmatic difference. Therefore, in order to suppress the astigmatic loss to 0.1 dB or less so that the effect of the astigmatic difference can be ignored, ΔZ 1 is set to 1
It is necessary to set the thickness to 2 μm or less.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光結合装置では、水平結合面倍率MX と垂直結合面MY
が異なっているため、半導体レ−ザ1とコリメ−トレン
ズ5との間隔の設定がずれたときに結像点において非点
隔差が発生し、損失が生じる。この非点隔差による損失
を無視できるレベルに抑えるためには、半導体レ−ザ1
とコリメ−トレンズ5の位置の誤差を、光軸方向の設定
精度として1〜2μm以下にしなければならない。この
設定精度は非常に厳しい値であり、組み立てが非常に困
難になるという問題点があった。
As described above, in the conventional optical coupling device, the horizontal coupling plane magnification M X and the vertical coupling plane M Y are used.
Are different from each other, an astigmatic difference occurs at the image forming point when the setting of the distance between the semiconductor laser 1 and the collimating lens 5 is deviated, resulting in a loss. In order to suppress the loss due to this astigmatic difference to a level that can be ignored, the semiconductor laser 1
The error in the position of the collimating lens 5 must be set to 1-2 μm or less as the setting accuracy in the optical axis direction. This setting accuracy is a very strict value, and there is a problem that assembly becomes very difficult.

【0024】この発明は、このような問題点を解消する
ためになされたもので、半導体レ−ザとコリメ−トレン
ズの位置設定のずれにより生じる結像点での非点隔差
を、簡単な補正により低減することができる光結合装置
及びその調整方法を得るためのものである。さらに、こ
の光結合装置を用いた光増幅装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and simply corrects the astigmatic difference at the image forming point caused by the deviation of the position setting of the semiconductor laser and the collimating lens. The purpose of the present invention is to obtain an optical coupling device and an adjusting method thereof that can be reduced by. Furthermore, it aims at providing the optical amplification apparatus using this optical coupling device.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る光結合装
置は、レーザビームを出射する半導体レ−ザと、上記半
導体レーザの出射ビームを受けて上記出射ビームの方向
に平行な第1の平面内で結像させるとともに、上記半導
体レーザの出射ビームの方向に平行で、かつ、上記第1
の平面に交差する第2の平面内で上記半導体レーザの出
射ビームを略平行にする第1の結合系と、上記第1の結
合系の出射ビームを受けて上記第1の平面内及び上記第
2の平面内で結像させる第2の結合系と、上記第2の結
合系の出射ビームを受ける光ファイバとを備えたもので
ある。
An optical coupling device according to a first aspect of the present invention is a semiconductor laser which emits a laser beam, and a first laser which receives an emission beam of the semiconductor laser and is parallel to the direction of the emission beam. The image is formed in a plane, is parallel to the direction of the emitted beam of the semiconductor laser, and is the first beam.
A first coupling system that makes the emission beam of the semiconductor laser substantially parallel in a second plane that intersects the plane, and an emission beam of the first coupling system that receives the emission beam in the first plane and the first plane. A second coupling system for forming an image in the plane of 2 and an optical fiber for receiving an outgoing beam of the second coupling system.

【0026】請求項2に係る光結合装置は、上記半導体
レ−ザの出射ビ−ムの出射角が小さくなる方向に上記第
1の平面を設定したものである。
An optical coupling device according to a second aspect of the present invention is such that the first plane is set in a direction in which the emission angle of the emission beam of the semiconductor laser is reduced.

【0027】請求項3に係る光結合装置は、上記第1の
平面を上記半導体レーザの活性層に平行な水平結合面と
し、上記第2の平面を上記半導体レーザの活性層に垂直
な垂直結合面としたものである。
In the optical coupling device according to a third aspect of the present invention, the first plane is a horizontal coupling surface parallel to the active layer of the semiconductor laser, and the second plane is vertical coupling vertical to the active layer of the semiconductor laser. It is a face.

【0028】請求項4に係る光結合装置は、上記第1の
結合系を、上記第1の平面内及び上記第2の平面内で同
じ焦点距離を有し、それぞれの平面内で上記半導体レ−
ザの出射ビ−ムを平行ビ−ムに変換する第1のレンズ
と、入出力面のうちのすくなくとも一方が略円筒状であ
り、上記第1のレンズの出射ビームを受けて上記第1の
平面内で集光ビ−ムに変換するとともに、上記第2の平
面内で平行ビ−ムのまま透過する第2のレンズとから構
成したものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical coupling device in which the first coupling system has the same focal length in the first plane and the second plane, and the semiconductor laser is in each plane. −
The first lens for converting the outgoing beam of the beam into a parallel beam, and at least one of the input and output surfaces is substantially cylindrical, and receives the outgoing beam of the first lens to receive the first beam. It is composed of a second lens which is converted into a converging beam in the plane and transmits as a parallel beam in the second plane.

【0029】請求項5に係る光結合装置は、上記第1の
結合系を、略球面状の入力面及び略円筒状の出力面を有
し、上記半導体レーザの出射ビームを受けて上記第1の
平面内で集光ビ−ムに変換するとともに、上記第2の平
面内で平行ビ−ムにして出射するレンズから構成したも
のである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical coupling device, wherein the first coupling system has a substantially spherical input surface and a substantially cylindrical output surface, and receives the emitted beam of the semiconductor laser and the first coupling system. Is formed by a lens that converts light into a converging beam in the plane of (1) and emits a parallel beam in the second plane.

【0030】請求項6に係る光結合装置は、上記第2の
結合系を、屈折率の分布特性が光軸から半径方向に向か
って小さくなる放物線状であり、略円筒状の入力面及び
平面状の出力面を有し、上記第1の結合系により上記第
1の平面内で結像された後の発散ビ−ムを再度集光ビ−
ムに変換して上記光ファイバに結合するとともに、上記
第2の面内の平行ビ−ムを集光ビ−ムに変換して上記光
ファイバに結合する第3のレンズから構成したものであ
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical coupling device, the second coupling system has a parabolic shape in which the distribution characteristic of the refractive index decreases from the optical axis in the radial direction, and the input surface and the flat surface are substantially cylindrical. A divergent beam after having been imaged in the first plane by the first coupling system, and has a beam-shaped output surface.
And a third lens for converting the parallel beam in the second plane into a converging beam for coupling to the optical fiber. .

【0031】請求項7に係る光結合装置は、上記第2の
結合系を、略円筒状の入力面及び略球面状の出力面を有
し、上記第2のレンズにより上記第1の平面内で結像さ
れた後の発散ビ−ムを再度集光ビ−ムに変換して上記光
ファイバに結合するとともに、上記第2の平面内の平行
ビ−ムを集光ビ−ムに変換して上記光ファイバに結合す
る第3のレンズから構成したものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an optical coupling device, wherein the second coupling system has a substantially cylindrical input surface and a substantially spherical output surface, and the second lens allows the second coupling system to be provided in the first plane. The divergent beam after being imaged at is converted into a converging beam again and coupled to the optical fiber, and at the same time, the parallel beam in the second plane is converted into a converging beam. And a third lens coupled to the optical fiber.

【0032】請求項8に係る光結合装置は、上記第2の
結合系の出力面を、出射ビームが上記第2の結合系の光
軸に対して交差するように傾斜させて構成するととも
に、上記光ファイバの入力面を、入射されたビームが上
記光ファイバの光軸方向に屈折するように傾斜させて構
成したものである。
An optical coupling device according to an eighth aspect of the present invention is configured such that the output surface of the second coupling system is inclined so that the outgoing beam intersects the optical axis of the second coupling system. The input surface of the optical fiber is configured to be inclined so that the incident beam is refracted in the optical axis direction of the optical fiber.

【0033】請求項9に係る光結合装置の調整方法は、
上記第1の平面内の結像位置と上記第2の平面内の結像
位置とが一致するかどうか調べる第1の工程と、上記第
1の平面内の結像位置と上記第2の平面内の結像位置と
が一致しないときに、上記第1の平面内の結像位置を上
記第2の平面内の結像位置に近づけるように上記第2の
結合系を光軸方向に移動させ、上記第1の平面内の結像
位置と上記第2の平面内の結像位置とを一致させる第2
の工程とを備えるものである。
A method of adjusting an optical coupling device according to a ninth aspect is:
A first step of checking whether the image formation position in the first plane and the image formation position in the second plane match, the image formation position in the first plane and the second plane The second coupling system is moved in the optical axis direction so as to bring the image forming position in the first plane closer to the image forming position in the second plane when the image forming position in the second plane does not match. A second position for making the image forming position in the first plane coincide with the image forming position in the second plane
And the process of.

【0034】請求項10に係る光結合装置の調整方法
は、上記第2の工程における上記第2の結合系の移動量
Δdを、Mx を第1の平面における上記第1の結合系及
び上記第2の結合系の結合倍率、Drを上記半導体レー
ザの出射ビームの楕円率、Mx2を上記第1の平面におけ
る上記第2の結合系の倍率、ΔZ1 を上記半導体レーザ
の光軸方向の位置ずれとしたとき、次式で与えられる量
としたものである。 Δd=Mx 2 (Dr2 −1)/Mx2 2・ΔZ1
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an optical coupling device adjusting method, wherein the moving amount Δd of the second coupling system in the second step is M x , the first coupling system in the first plane, and the moving amount Δd. Coupling magnification of the second coupling system, Dr is the ellipticity of the emitted beam of the semiconductor laser, M x2 is the magnification of the second coupling system in the first plane, ΔZ 1 is the optical axis direction of the semiconductor laser. The amount of displacement is given by the following equation. Δd = M x 2 (Dr 2 −1) / M x2 2 · ΔZ 1

【0035】請求項11に係る光増幅装置は、レーザビ
ームを出射する半導体レ−ザ、上記半導体レーザの出射
ビームを受けて上記出射ビームの方向に平行な第1の平
面内で結像させるとともに、上記半導体レーザの出射ビ
ームの方向に平行で、かつ、上記第1の平面に交差する
第2の平面内で上記半導体レーザの出射ビームを略平行
にする第1の結合系、上記第1の結合系の出射ビームを
受けて上記第1の平面内及び上記第2の平面内で結像さ
せる第2の結合系、及び上記第2の結合系の出射ビーム
が結合される光ファイバからなる光結合装置と、外部か
ら入力される光と上記光結合装置が出力する光とを結合
する合波器と、励起媒質がド−プされ、上記合波器の出
力により励起されて上記外部から入力される光を増幅す
るとともに、増幅された光を出力する光ファイバとを備
えたものである。
An optical amplifying device according to an eleventh aspect of the present invention receives a semiconductor laser that emits a laser beam and an emission beam of the semiconductor laser, and forms an image in a first plane parallel to the direction of the emission beam. A first coupling system for parallelizing the emission beam of the semiconductor laser in a second plane that is parallel to the direction of the emission beam of the semiconductor laser and intersects the first plane. Light composed of a second coupling system for receiving an outgoing beam of the coupling system and forming an image in the first plane and the second plane, and an optical fiber to which the outgoing beam of the second coupling system is coupled A coupling device, a multiplexer for coupling the light input from the outside with the light output by the optical coupling device, and the pumping medium is doped and excited by the output of the multiplexer and input from the outside. Amplify the light that is The is obtained and an optical fiber for outputting light.

【0036】[0036]

【作用】請求項1の発明においては、半導体レーザがレ
ーザビームを出射し、第1の結合系が上記半導体レーザ
の出射ビームを受けて上記出射ビームの方向に平行な第
1の平面内で結像させるとともに、上記半導体レーザの
出射ビームの方向に平行で、かつ、上記第1の平面に交
差する第2の平面内で上記半導体レーザの出射ビームを
略平行にし、第2の結合系が上記第1の結合系の出射ビ
ームを受けて上記第1の平面内及び上記第2の平面内で
結像させ、光ファイバが上記第2の結合系の出射ビーム
を受けることにより、上記第2の結合系による第1の平
面内の結像点と第2の平面内の結像点の位置の調整が独
立になされる。
According to the first aspect of the invention, the semiconductor laser emits a laser beam, and the first coupling system receives the emitted beam of the semiconductor laser and combines it in a first plane parallel to the direction of the emitted beam. While making the image, the emitted beam of the semiconductor laser is made substantially parallel in a second plane which is parallel to the direction of the emitted beam of the semiconductor laser and intersects the first plane. The output beam of the first coupling system is received to form an image in the first plane and the second plane, and the optical fiber receives the output beam of the second coupling system, whereby the second beam is generated. The positions of the image forming points in the first plane and the image forming points in the second plane are independently adjusted by the coupling system.

【0037】請求項2の発明においては、上記半導体レ
−ザの出射ビ−ムの出射角が小さくなる方向に上記第1
の平面を設定し、収差を少なくする。
According to a second aspect of the present invention, the first angle is set so that the emission angle of the emission beam of the semiconductor laser decreases.
Set the plane of to reduce aberration.

【0038】請求項3の発明においては、上記第1の平
面を上記半導体レーザの活性層に平行な水平結合面と
し、上記第2の平面を上記半導体レーザの活性層に垂直
な垂直結合面とし、上記半導体の出射ビームの出射角を
最小にする。
In the invention of claim 3, the first plane is a horizontal coupling surface parallel to the active layer of the semiconductor laser, and the second plane is a vertical coupling surface vertical to the active layer of the semiconductor laser. , The output angle of the output beam of the semiconductor is minimized.

【0039】請求項4の発明においては、上記第1の平
面内及び上記第2の平面内で同じ焦点距離を有し、上記
第1の結合系を構成する第1のレンズが、それぞれの平
面内で上記半導体レ−ザの出射ビ−ムを平行ビ−ムに変
換し、入出力面のうちのすくなくとも一方が略円筒状で
あり、上記第1の結合系を構成する第2のレンズが、上
記第1のレンズの出射ビームを受けて上記第1の平面内
で集光ビ−ムに変換するとともに、上記第2の平面内で
平行ビ−ムのまま透過する。
In the fourth aspect of the invention, the first lens having the same focal length in the first plane and the second plane and forming the first coupling system is provided in each plane. The output beam of the semiconductor laser is converted into a parallel beam, and at least one of the input and output surfaces is substantially cylindrical, and the second lens forming the first coupling system is The beam emitted from the first lens is converted into a converging beam in the first plane, and is transmitted as a parallel beam in the second plane.

【0040】請求項5の発明においては、略球面状の入
力面及び略円筒状の出力面を有し、上記第1の結合系を
構成するレンズが、上記半導体レーザの出射ビームを受
けて上記第1の平面内で集光ビ−ムに変換するととも
に、上記第2の平面内で平行ビ−ムにして出射する。
According to a fifth aspect of the present invention, a lens having a substantially spherical input surface and a substantially cylindrical output surface, which constitutes the first coupling system, receives the emission beam of the semiconductor laser, and The light is converted into a converging beam in the first plane and is emitted as a parallel beam in the second plane.

【0041】請求項6の発明においては、屈折率の分布
特性が光軸から半径方向に向かって小さくなる放物線状
であり、略円筒状の入力面及び平面状の出力面を有し、
上記第2の結合系を構成する第3のレンズが、上記第1
の結合系により上記第1の平面内で結像された後の発散
ビ−ムを再度集光ビ−ムに変換して上記光ファイバに結
合するとともに、上記第2の面内の平行ビ−ムを集光ビ
−ムに変換して上記光ファイバに結合する。
In a sixth aspect of the invention, the distribution characteristic of the refractive index is a parabolic shape that decreases in the radial direction from the optical axis, and has a substantially cylindrical input surface and a planar output surface,
The third lens forming the second coupling system is the first lens.
The diverging beam after being imaged in the first plane is again converted into a converging beam by the coupling system and is coupled to the optical fiber, and at the same time, the parallel beam in the second plane. The beam is converted into a converging beam and coupled to the optical fiber.

【0042】請求項7の発明においては、略円筒状の入
力面及び略球面状の出力面を有し、上記第2の結合系を
構成する第3のレンズが、上記第2のレンズにより上記
第1の平面内で結像された後の発散ビ−ムを再度集光ビ
−ムに変換して上記光ファイバに結合するとともに、上
記第2の平面内の平行ビ−ムを集光ビ−ムに変換して上
記光ファイバに結合する。
According to a seventh aspect of the present invention, the third lens, which has a substantially cylindrical input surface and a substantially spherical output surface and constitutes the above-mentioned second coupling system, is constituted by the above-mentioned second lens. The diverging beam after being imaged in the first plane is converted into a converging beam again to be coupled to the optical fiber, and the parallel beam in the second plane is condensed beam. -The optical fiber and the optical fiber are coupled to the optical fiber.

【0043】請求項8の発明においては、出射ビームが
上記第2の結合系の光軸に対して交差するように出力面
を傾斜させて構成された上記第2の結合系、及び、入射
されたビームが上記光ファイバの光軸方向に屈折するよ
うに入力面を傾斜させて構成された上記光ファイバが、
上記半導体レーザへの戻り光を抑制する。
In the eighth aspect of the invention, the output beam is inclined so that the outgoing beam intersects the optical axis of the second coupling system, and the second coupling system is made incident. The optical fiber configured by tilting the input surface so that the beam is refracted in the optical axis direction of the optical fiber,
The light returning to the semiconductor laser is suppressed.

【0044】請求項9の発明においては、第1の工程で
上記第1の平面内の結像位置と上記第2の平面内の結像
位置とが一致するかどうか調べ、上記第2の工程で上記
第1の平面内の結像位置と上記第2の平面内の結像位置
とが一致しないときに、上記第1の平面内の結像位置を
上記第2の平面内の結像位置に近づけるように上記第2
の結合系を光軸方向に移動させ、上記第1の平面内の結
像位置と上記第2の平面内の結像位置とを一致させる。
According to the ninth aspect of the invention, it is checked in the first step whether the image forming position in the first plane and the image forming position in the second plane coincide with each other, and the second step is performed. When the image forming position in the first plane does not coincide with the image forming position in the second plane, the image forming position in the first plane is changed to the image forming position in the second plane. 2nd above to approach
By moving the coupling system in the optical axis direction so that the image forming position in the first plane coincides with the image forming position in the second plane.

【0045】請求項10の発明においては、上記第2の
工程における上記第2の結合系の移動量Δdを、上記半
導体レーザの光軸方向の位置ずれΔZ1 に比べて低い精
度ですむ、次式の値とする。 Δd=Mx 2 (Dr2 −1)/Mx2 2・ΔZ1
In the tenth aspect of the present invention, the movement amount Δd of the second coupling system in the second step can be performed with lower accuracy than the positional deviation ΔZ 1 of the semiconductor laser in the optical axis direction. The value of the expression. Δd = M x 2 (Dr 2 −1) / M x2 2 · ΔZ 1

【0046】請求項11の発明においては、半導体レー
ザがレーザビームを出射し、第1の結合系が上記半導体
レーザの出射ビームを受けて上記出射ビームの方向に平
行な第1の平面内で結像させるとともに、上記半導体レ
ーザの出射ビームの方向に平行で、かつ、上記第1の平
面に交差する第2の平面内で上記半導体レーザの出射ビ
ームを略平行にし、第2の結合系が上記第1の結合系の
出射ビームを受けて上記第1の平面内及び上記第2の平
面内で結像させて光ファイバに出射ビームを結合され、
合波器が成外部から入力される光と上記光ファイバから
の出射光とを結合し、励起媒質がド−プされた光ファイ
バが、上記合波器の出力により励起されて上記外部から
入力される光を増幅するとともに、増幅された光を出力
する。
In the eleventh aspect of the present invention, the semiconductor laser emits a laser beam, and the first coupling system receives the emitted beam of the semiconductor laser and couples in the first plane parallel to the direction of the emitted beam. While making the image, the emitted beam of the semiconductor laser is made substantially parallel in a second plane which is parallel to the direction of the emitted beam of the semiconductor laser and intersects the first plane. Receiving the outgoing beam of the first coupling system and forming an image in the first plane and in the second plane, the outgoing beam is coupled to the optical fiber,
The multiplexer couples the light input from the outside and the light emitted from the optical fiber, and the optical fiber in which the pumping medium is doped is excited by the output of the multiplexer and input from the outside. The amplified light is amplified and the amplified light is output.

【0047】[0047]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の一実施例を図に基づいて説
明する。図1はこの実施例1の光結合装置の構成図であ
る。図1(a)はこの光結合装置の上面図である。この
図は、半導体レ−ザの活性層に水平な水平結合面におけ
る光結合の状態を示している。図1(b)はこの光結合
装置の側面図である。この図は、半導体レ−ザの活性層
に垂直な垂直結合面における光結合の状態を示してい
る。
Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of the optical coupling device of the first embodiment. FIG. 1A is a top view of this optical coupling device. This figure shows a state of optical coupling on a horizontal coupling surface which is horizontal to the active layer of the semiconductor laser. FIG. 1B is a side view of this optical coupling device. This figure shows a state of optical coupling on a vertical coupling surface perpendicular to the active layer of the semiconductor laser.

【0048】これら、図1(a)、(b)において、1
は半導体レーザである。半導体レーザ1が出射するレー
ザ光は波長0.98μmである。また、そのビ−ムウエ
スト・スポットサイズは、水平結合面においてωLxであ
り、垂直結合面においてωLYである。2は半導体レ−
ザ1の出射ビ−ムが結合される光ファイバである。光フ
ァイバ2の導波モ−ドスポットサイズはω である。
3は半導体レ−ザ1の活性層に水平な水平結合面におけ
る水平面出射ビ−ム、4は半導体レ−ザ1の活性層に垂
直な垂直結合面における垂直面出射ビ−ムである。
In FIGS. 1 (a) and 1 (b), 1
Is a semiconductor laser. The laser light emitted from the semiconductor laser 1 has a wavelength of 0.98 μm. The beam waist spot size is ω Lx on the horizontal coupling plane and ω LY on the vertical coupling plane. 2 is a semiconductor ray
This is an optical fiber to which the outgoing beam of the 1 is coupled. The waveguide mode spot size of the optical fiber 2 is ω F.
Reference numeral 3 is a horizontal plane emission beam on a horizontal coupling surface horizontal to the active layer of the semiconductor laser 1, and 4 is a vertical plane emission beam on a vertical coupling surface vertical to the active layer of the semiconductor laser 1.

【0049】9は、水平結合面において、図1(a)に
示されるように水平面出射ビ−ム3を集光ビ−ムに変換
して倍率MX1で結像するとともに、垂直結合面におい
て、図1(b)に示されるように垂直面出射ビ−ム4を
平行ビ−ムに変換する第1の結合系である。第1の結合
系9の垂直結合面における焦点距離はfY1である。半導
体レ−ザ1は、ほぼこの焦点距離fY1の位置に配置され
ている。9aは第1の結合系9の入力面、9bは第1の
結合系9の出力面である。10は水平結合面における第
1の結合系9による第1の結像点である。
Numeral 9 is, on the horizontal coupling surface, as shown in FIG. 1 (a), the horizontal plane emitting beam 3 is converted into a converging beam to form an image at a magnification M X1 , and on the vertical coupling surface. , A first coupling system for converting the vertical plane emission beam 4 into a parallel beam as shown in FIG. 1 (b). The focal length on the vertical coupling surface of the first coupling system 9 is f Y1 . The semiconductor laser 1 is arranged at the position of this focal length f Y1 . Reference numeral 9a denotes an input surface of the first coupling system 9 and 9b denotes an output surface of the first coupling system 9. Reference numeral 10 is a first image forming point on the horizontal combination plane by the first combination system 9.

【0050】12は、水平結合面内において、図1
(a)に示されるように第1の結合系9により第1の結
像点10に結像され、発散ビ−ムとなった水平面出射ビ
−ム3を集光ビ−ムに変換して倍率MX2で光ファイバ2
に結合するとともに、垂直結合面内において、図1
(b)に示されるように第1の結合系9で平行ビ−ムに
変換された垂直面出射ビ−ム4を、集光ビ−ムに変換し
て光ファイバ2に結合する第2の結合系である。第2の
結合系12の垂直結合面における焦点距離はfY2であ
る。光ファイバ2の端面は、ほぼこの焦点距離fY2の位
置に配置されている。11aは水平結合面における第2
の結合系12による第2の結合点、11bは垂直結合面
における第2の結合系12による第2の結合点である。
半導体レーザ1、第1の結合系9及び第2の結合系12
の位置が予め定められた関係にある場合には、第2の結
合点11a及び11bは同一の位置にある。12aは第
2の結合系12の入力面、12bは第2の結合系12の
出力面である。なお、垂直結合面における第1の結合系
9及び第2の結合系12による倍率をMY とすると、M
Y =fY2/fY1の関係にある。
Reference numeral 12 in FIG.
As shown in (a), the horizontal plane emission beam 3 which is imaged at the first image formation point 10 by the first coupling system 9 and becomes a diverging beam is converted into a converging beam. Optical fiber 2 at magnification M X2
In the vertical coupling plane as well as in FIG.
As shown in (b), the vertical plane emission beam 4 converted into the parallel beam by the first coupling system 9 is converted into the condensing beam and coupled to the optical fiber 2. It is a combined system. The focal length on the vertical coupling plane of the second coupling system 12 is f Y2 . The end face of the optical fiber 2 is arranged at the position of this focal length f Y2 . 11a is the second on the horizontal coupling surface
Is a second coupling point by the coupling system 12, and 11b is a second coupling point by the second coupling system 12 on the vertical coupling surface.
Semiconductor laser 1, first coupling system 9 and second coupling system 12
If the positions are in a predetermined relationship, the second connecting points 11a and 11b are in the same position. Reference numeral 12a is an input surface of the second coupling system 12, and 12b is an output surface of the second coupling system 12. If the magnification of the first coupling system 9 and the second coupling system 12 on the vertical coupling plane is M Y , then M
The relationship is Y = f Y2 / f Y1 .

【0051】図2は、図1に示された光結合装置の第1
の結合系9と第2の結合系12を実現するための具体的
な構成図の例である。91は半導体レーザ1の出射ビー
ムが入射される第1のレンズである。第1のレンズ91
は、水平結合面及び垂直結合面において同じ焦点距離を
有する。第1のレンズ91は、水平結合面及び垂直結合
面において半導体レーザ1の出射ビーム3、4を平行ビ
ームにそれぞれ変換する。92は屈折率が一様なガラス
材料により構成され、第1のレンズ91の出射ビームが
入射される第2のレンズである。第2のレンズ92は水
平結合面において入出力面が曲面であり、第1の結像点
10に焦点を結ぶ。また、第2のレンズ92は垂直結合
面において入出力面が平面であり、第1のレンズ91が
出射する平行ビームをそのまま平行ビームとして出射す
る。第1のレンズ91及び第2のレンズ92は第1の結
合系9を構成する。
FIG. 2 shows a first example of the optical coupling device shown in FIG.
3 is an example of a specific configuration diagram for realizing the coupling system 9 and the second coupling system 12 of FIG. Reference numeral 91 is a first lens on which the emitted beam of the semiconductor laser 1 is incident. First lens 91
Have the same focal length in the horizontal and vertical coupling planes. The first lens 91 converts the outgoing beams 3 and 4 of the semiconductor laser 1 into parallel beams on the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface, respectively. Reference numeral 92 is a second lens which is made of a glass material having a uniform refractive index and into which the outgoing beam of the first lens 91 is incident. The input / output surface of the second lens 92 is a curved surface in the horizontal coupling surface and focuses on the first image formation point 10. Further, the second lens 92 has a flat input / output surface in the vertical coupling surface, and directly emits the parallel beam emitted from the first lens 91 as a parallel beam. The first lens 91 and the second lens 92 form the first coupling system 9.

【0052】121は、水平結合面において入力面が曲
面であるとともに、出力面が平面であり、また、垂直結
合面において入出力面が平面である第3のレンズであ
る。第3のレンズは、光軸から半径方向に離れるにした
がって屈折率の分布が方物線状に小さくなる屈折率分布
型のレンズである。第3のレンズ121は第2の結合系
12を構成する。
Reference numeral 121 denotes a third lens which has a curved input surface on the horizontal coupling surface, a flat output surface on the horizontal coupling surface, and a flat input / output surface on the vertical coupling surface. The third lens is a gradient index lens in which the refractive index distribution decreases in a parabolic shape as the distance from the optical axis in the radial direction increases. The third lens 121 constitutes the second coupling system 12.

【0053】次に動作について説明する。図2におい
て、半導体レ−ザ1より出射された発散ビ−ムである水
平面出射ビ−ム3は、第1のレンズ91により平行ビ−
ムに変換される。第1のレンズ91が出射する平行ビ−
ムである水平面出射ビ−ム3は、第2のレンズ92に入
射される。第2のレンズ92の水平結合面における入射
面は所定の曲率を有する。平行ビームはこの曲面により
屈折を受けて集光ビ−ムに変換され、第1の結像点10
に結像される。
Next, the operation will be described. In FIG. 2, the horizontal plane emitting beam 3 which is a diverging beam emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by the first lens 91.
Is converted to Parallel beam emitted from the first lens 91
The horizontal plane emitting beam 3, which is a beam, is incident on the second lens 92. The entrance surface of the horizontal coupling surface of the second lens 92 has a predetermined curvature. The parallel beam is refracted by this curved surface and converted into a converging beam, and the first image forming point 10
Is imaged.

【0054】一方、半導体レ−ザ1より出射された発散
ビ−ムである垂直面出射ビ−ム4は、第1のレンズ91
により平行ビ−ムに変換される。第1のレンズ91が出
射する平行ビ−ムである垂直面出射ビ−ム4は、第2の
レンズ92に入射される。垂直結合面においては、第2
のレンズの入出力面がいずれも平面であるので屈折を受
けない。したがって、入射された平行ビームは、平行ビ
−ムのまま第2のレンズ92から出射される。
On the other hand, the vertical plane emitting beam 4 which is the diverging beam emitted from the semiconductor laser 1 is the first lens 91.
Is converted into a parallel beam by. The vertical plane emission beam 4, which is a parallel beam emitted from the first lens 91, is incident on the second lens 92. In the vertical coupling plane, the second
Since the input and output surfaces of the lens are flat, they are not refracted. Therefore, the incident parallel beam is emitted from the second lens 92 as a parallel beam.

【0055】第1の結像点10に結像された水平面出射
ビ−ム3は、再び発散ビ−ムとなり第3のレンズ121
に入射される。水平結合面において第3のレンズ121
の入力面は所定の曲率を有する曲面であり、また、第2
のレンズ121は光軸から半径方向に離れるにしたがっ
て屈折率の分布が方物線状に小さくなるという特性を有
する。この曲面及びこの特性により、水平面出射ビーム
3は屈折を受け、集光ビ−ムに変換されて光ファイバ2
に結合する。
The horizontal plane exit beam 3 imaged at the first image forming point 10 becomes a divergent beam again and the third lens 121.
Is incident on. The third lens 121 in the horizontal coupling plane
The input surface of is a curved surface having a predetermined curvature, and
The lens 121 has a characteristic that the distribution of the refractive index decreases in a parabolic shape as the lens 121 moves away from the optical axis in the radial direction. Due to this curved surface and this characteristic, the horizontal plane outgoing beam 3 is refracted and converted into a converging beam to be converted into the optical fiber 2.
Bind to.

【0056】一方、第2のレンズ92を出射した、平行
ビ−ムである垂直面出射ビ−ム4は第3のレンズ121
に入射される。垂直結合面内において、第3のレンズ1
21の入出力面は平面であるが、光軸から半径方向に離
れるにしたがって方物線状に小さくなるように分布した
屈折率の変化により垂直面出射ビーム4は屈折を受け、
集光ビ−ムに変換されて光ファイバ2に結合する。すな
わち、第3のレンズ121は屈折率分布媒質でできてい
るため入出力端面が平面の場合でも屈折を受けるので、
平行ビ−ムが集光されるのである。
On the other hand, the vertical plane exit beam 4 which is a parallel beam and is emitted from the second lens 92 is the third lens 121.
Is incident on. In the vertical coupling plane, the third lens 1
Although the input / output surface of 21 is a plane, the vertical plane output beam 4 is refracted due to the change in the refractive index distributed so as to become smaller in a parabolic shape with increasing distance from the optical axis in the radial direction,
It is converted into a condensing beam and coupled to the optical fiber 2. That is, since the third lens 121 is made of a gradient index medium, it is refracted even when the input / output end face is a flat surface.
The parallel beams are collected.

【0057】なお、水平結合面においては、第3のレン
ズ121の入力面が曲面であるためこの部分の屈折力も
加わり、屈折効果は垂直結合面の場合に比べて大きくな
る。このため、水平結合面においては、一度結像点10
に結像された後発散ビ−ムとなった水平面出射ビ−ム3
を再度光ファイバ2に結像することができる。
In the horizontal coupling surface, since the input surface of the third lens 121 is a curved surface, the refracting power of this portion is also added, and the refraction effect becomes larger than that in the case of the vertical coupling surface. Therefore, once the image forming point 10
Horizontal plane exit beam 3 which became a divergent beam after being imaged on
Can be imaged again on the optical fiber 2.

【0058】ここで、第1のレンズ91は、通常の光軸
回りに対称な形状のレンズであるので、容易に実現でき
る。第2のレンズ92は、円筒形のガラス棒を輪切りに
することにより、容易に実現できる。第3のレンズ22
は、両端が平面の通常の屈折率分布型レンズの片端面を
円筒面に形成するだけで、容易に実現できる。
Here, since the first lens 91 is a lens having a shape symmetrical about a normal optical axis, it can be easily realized. The second lens 92 can be easily realized by cutting a cylindrical glass rod into slices. Third lens 22
Can be easily realized by forming one end surface of a normal gradient index lens having flat ends at a cylindrical surface.

【0059】以上のように、図2の第1の結合系9及び
第2の結合系12によれば、図1に示されるように、第
1の結合系9と第2の結合系12との間において、水平
結合面で第1の結像点10が形成されるとともに、垂直
結合面で出射ビームが平行ビームになる。
As described above, according to the first coupling system 9 and the second coupling system 12 of FIG. 2, as shown in FIG. 1, the first coupling system 9 and the second coupling system 12 are connected to each other. In between, the first imaging point 10 is formed on the horizontal coupling surface, and the outgoing beam becomes a parallel beam on the vertical coupling surface.

【0060】図1または図2に示された光学系におい
て、第1の結合系9と第2の結合系10を合わせた結合
系全体の水平結合面倍率MX は次式で表される。 MX =MX1・MX2 ・・・(12) また、第1の結合系9と第2の結合系10を合わせた結
合系全体の垂直結合面倍率MY は次式で表される。 MY =fY2/fY1 ・・・(13)
In the optical system shown in FIG. 1 or 2, the horizontal coupling surface magnification M X of the entire coupling system including the first coupling system 9 and the second coupling system 10 is represented by the following equation. M X = M X1 · M X2 (12) Further, the vertical coupling surface magnification M Y of the entire coupling system including the first coupling system 9 and the second coupling system 10 is expressed by the following equation. M Y = f Y2 / f Y1 (13)

【0061】ここで、水平結合面倍率MX は、以下の条
件を満足するように設定されている(ωF は光ファイバ
2の導波モードのスポットサイズ、ωLXは半導体レーザ
1の活性層に水平な面のビームウエスト・スポットサイ
ズ)。 MX =ωF /ωLX ・・・(14) また、垂直結合面倍率MY は、以下の条件を満足するよ
うに設定されている(ωLYは半導体レーザ1の活性層に
垂直な面のビームウエスト・スポットサイズ)。 MY =ωF /ωLY ・・・(15)
Here, the horizontal coupling surface magnification M X is set so as to satisfy the following conditions (ω F is the spot size of the guided mode of the optical fiber 2 and ω LX is the active layer of the semiconductor laser 1). Horizontal beam waist spot size). M X = ω F / ω LX (14) Further, the vertical coupling surface magnification M Y is set so as to satisfy the following condition (ω LY is a surface perpendicular to the active layer of the semiconductor laser 1). Beam waist spot size). M Y = ω F / ω LY・ ・ ・ (15)

【0062】したがって、水平結合面倍率MX と垂直結
合面倍率MY の比は、次式に示すように、半導体レ−ザ
1のビ−ムの楕円率Drと等しくなる。 MY /MX =ωLX/ωLY=Dr ・・・(16)
Therefore, the ratio between the horizontal coupling surface magnification M X and the vertical coupling surface magnification M Y is equal to the ellipticity Dr of the beam of the semiconductor laser 1 as shown in the following equation. M Y / M X = ω LX / ω LY = Dr (16)

【0063】図1または図2に示された光学系におい
て、水平結合面における結合倍率MXは式(14)の値
に設定されているので、従来例の場合と同様に、半導体
レ−ザ1の水平結合面ビ−ムウエスト・スポットサイズ
ωLXは、ωF に変換される。したがって、半導体レ−ザ
1より出射した水平面出射ビ−ム3は、効率良く光ファ
イバ2に結合される。
In the optical system shown in FIG. 1 or FIG. 2, since the coupling magnification M X on the horizontal coupling surface is set to the value of the equation (14), the semiconductor laser is similar to the case of the conventional example. The horizontal coupling plane beam waist spot size ω LX of 1 is converted to ω F. Therefore, the horizontal plane emitting beam 3 emitted from the semiconductor laser 1 is efficiently coupled to the optical fiber 2.

【0064】また、垂直結合面における結合倍率MY
式(15)の値に設定されているので、同様に、半導体
レ−ザ1の垂直結合面ビ−ムウエスト・スポットサイズ
ωLYは、ωF に変換される。したがって、半導体レ−ザ
1より出射した垂直面出射ビ−ム4は、効率良く光ファ
イバ2に結合される。
Since the coupling magnification M Y on the vertical coupling plane is set to the value of the equation (15), the vertical coupling plane beam waist spot size ω LY of the semiconductor laser 1 is also ω. Converted to F. Therefore, the vertical plane emitting beam 4 emitted from the semiconductor laser 1 is efficiently coupled to the optical fiber 2.

【0065】以上、説明したように、図1または図2に
示された光学系において、半導体レ−ザ1より出射され
た楕円ビ−ムは、効率良く光ファイバ2に結合される。
なお、以上の説明において、水平結合面に第1の結像点
10がある場合を例にとり説明してきたが、これに限る
ものではない。たとえば、垂直結合面に第1の結像点1
0があってもよい。また、以上の説明は、互いに直交す
る水平結合面や垂直結合面を用いた場合に限らず、光軸
に平行で、かつ、交差する2つの平面を用いた場合につ
いても適用できる。
As described above, in the optical system shown in FIG. 1 or 2, the elliptical beam emitted from the semiconductor laser 1 is efficiently coupled to the optical fiber 2.
In the above description, the case where the first image forming point 10 is on the horizontal coupling surface has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the first imaging point 1 on the vertical coupling plane.
There may be 0. Further, the above description is applicable not only to the case where the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface orthogonal to each other are used but also to the case where two planes that are parallel to and intersect with the optical axis are used.

【0066】次に、半導体レ−ザ1と第1の結合系9と
が位置関係が、光軸方向に対して予め定められた位置か
らずれた場合について、図3及び図4に基づき説明す
る。図3に示したように、半導体レ−ザ1と第1の結合
系9の設定位置関係が、設計値(同図の点線の位置)か
ら光軸方向にΔZ1 だけずれて、半導体レーザ1が第1
の結合系9に近づいたとする。これにともない、図3
(a)に示されるように、水平結合面の第2の結像点1
1cは、水平結合面における正規の第2の結像点11a
(同図の点線の位置)から光軸方向にΔZ21X だけ外側
に移動する。ここで、第2の結合系12の出力面12b
と第2の結像点11cとの間隔をWdxとおく。
Next, a case where the positional relationship between the semiconductor laser 1 and the first coupling system 9 deviates from a predetermined position in the optical axis direction will be described with reference to FIGS. 3 and 4. . As shown in FIG. 3, the set positional relationship between the semiconductor laser 1 and the first coupling system 9 deviates from the design value (the position of the dotted line in the figure) by ΔZ 1 in the optical axis direction, and the semiconductor laser 1 Is the first
Suppose that the binding system 9 of is approaching. Along with this, Fig. 3
As shown in (a), the second imaging point 1 on the horizontal coupling plane
1c is a regular second image forming point 11a on the horizontal coupling surface.
It moves outward from the position indicated by the dotted line in the figure by ΔZ 21X in the optical axis direction. Here, the output surface 12b of the second coupling system 12
The distance between the second image forming point 11c and the second image forming point 11c is W dx .

【0067】同様に、図3(b)に示されるように、垂
直結合面の第2の結像点11dは、垂直結合面における
正規の第2の結像点11b(同図の点線の位置)から光
軸方向にΔZ21Y だけ外側に移動する。ここで、第2の
結合系12の出力面12bと第2の結像点11dとの間
隔をWdyとおく。
Similarly, as shown in FIG. 3B, the second image forming point 11d on the vertical coupling surface is the regular second image forming point 11b on the vertical coupling surface (the position of the dotted line in the figure). ), It moves outward by ΔZ 21Y in the optical axis direction. Here, the distance between the output surface 12b of the second coupling system 12 and the second image forming point 11d is W dy .

【0068】ところで、結像点は光軸方向に倍率の2乗
を掛けた分だけずれるから、図1または図2に示された
光学系では、水平結合面の倍率MX と垂直結合面の倍率
Yの値が異なるので、水平結合面における結像点のず
れΔZ2Xと垂直結合面における結像点のずれΔZ2Yとは
異なる。この差をΔAS とおく。ここで、Wdy−Wdx
ΔZ21Y −ΔZ21X =ΔAS である。このように、第2
の結合系12の出力面12bに対する結像点の位置は、
水平結合面と垂直結合面とで異なり、非点隔差による結
合損失を生じてしまう。
By the way, since the image formation point is shifted by the square of the magnification in the optical axis direction, the magnification M X of the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface of the optical system shown in FIG. Since the value of the magnification M Y is different, the deviation ΔZ 2X of the image forming point on the horizontal coupling surface is different from the deviation ΔZ 2Y of the image forming point on the vertical coupling surface. Let this difference be ΔA S. Where W dy −W dx =
ΔZ 21Y −ΔZ 21X = ΔA S. Thus, the second
The position of the imaging point with respect to the output surface 12b of the coupling system 12 of
Different between the horizontal coupling surface and the vertical coupling surface, a coupling loss occurs due to the astigmatic difference.

【0069】この非点隔差をなくすために、第2の結合
系12の位置を調整してΔAS =0とすることを検討す
る。ここで、第2の結合系12を光軸方向に移動させる
ことを考える。図3のように、半導体レーザ1が第1の
結合系9に近づくようにΔZ1 だけずれた場合におい
て、図4のように、第2の結合系12を第1の結合系9
に近づくように移動させる。すると、図4(a)に示さ
れるように、水平結合面の第2の結像点11cは外側の
結像点11eに向かって移動する。すなわち、第2の結
合系12の出力面12bと第2の結像点との距離は、W
dxからWdx’(すなわちWdx<Wdx’)になる。
In order to eliminate this astigmatic difference, it is considered to adjust the position of the second coupling system 12 so that ΔA S = 0. Now, consider moving the second coupling system 12 in the optical axis direction. When the semiconductor laser 1 is displaced by ΔZ 1 so as to approach the first coupling system 9 as shown in FIG. 3, the second coupling system 12 is connected to the first coupling system 9 as shown in FIG.
Move to approach. Then, as shown in FIG. 4A, the second image forming point 11c on the horizontal coupling surface moves toward the outer image forming point 11e. That is, the distance between the output surface 12b of the second coupling system 12 and the second imaging point is W
From dx to W dx '(that is, W dx <W dx ').

【0070】一方、図4(b)に示されるように、垂直
結合面の第2の結像点11dの位置は変化しない(WdY
=WdY’)。これは、垂直結合面において、第2の結合
系12に入射するビ−ムが平行ビ−ムであるため、第2
の結合系12を光軸方向に移動させた場合においても第
2の結合系12による結像関係が変化しないからであ
る。つまり、第2の結合系12を光軸方向に移動させた
場合、光ファイバ2への結像点の位置は水平結合面にお
いてのみ変化する。したがって、水平結合面における第
2の結像点11cが垂直結合面における第2の結合点1
1dに一致するように(すなわち、Wdx’=WdY)、第
2の結合系12を光軸方向に移動させて調整することに
より、非点隔差を補正することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the position of the second image forming point 11d on the vertical coupling surface does not change (W dY
= W dY '). This is because the beam incident on the second coupling system 12 is a parallel beam on the vertical coupling plane, and
This is because the imaging relationship of the second coupling system 12 does not change even when the coupling system 12 is moved in the optical axis direction. That is, when the second coupling system 12 is moved in the optical axis direction, the position of the image forming point on the optical fiber 2 changes only on the horizontal coupling surface. Therefore, the second image forming point 11c on the horizontal connecting surface is the second connecting point 1 on the vertical connecting surface.
The astigmatic difference can be corrected by moving the second coupling system 12 in the optical axis direction and adjusting it so as to match 1d (that is, W dx '= W dY ).

【0071】なお、半導体レーザ1が第1の結合系9か
ら遠ざかるようにずれているときは、第2の結合系12
を第1の結合系9から遠ざかるように移動させる。
When the semiconductor laser 1 is displaced away from the first coupling system 9, the second coupling system 12 is moved.
Are moved away from the first coupling system 9.

【0072】次に、水平結合面の第1の結像点11cと
垂直結合面の第1の11dとを一致させて非点隔差を補
正するために必要な第2の結合系12の調整量Δdを示
す。半導体レ−ザ1と第1の結合系9の設定において光
軸方向の位置ずれΔZ1 が生じた場合に、非点隔差を補
正するために必要な第2の結合系12の調整量Δdは次
式で表される。 Δd=G・ΔZ1 ・・・(17)
Next, the adjustment amount of the second coupling system 12 required to correct the astigmatic difference by matching the first image forming point 11c on the horizontal coupling surface with the first 11d on the vertical coupling surface. Shows Δd. In the case where the semiconductor laser 1 and the first coupling system 9 are set in the positional deviation ΔZ1 in the optical axis direction, the adjustment amount Δd of the second coupling system 12 necessary for correcting the astigmatic difference is as follows. It is represented by a formula. Δd = G · ΔZ 1 (17)

【0073】ここで、 G=MX 2 (Dr2 −1)/MX2 2 ・・・(18) である。Here, G = M X 2 (Dr 2 -1) / M X2 2 (18).

【0074】上式に示されるように、第2の結合系12
の調整量ΔdはΔZ1 のG倍である。このGの値が大き
い程、実際の調整量であるΔdは大きくなり、調整が容
易になる。ここで、このGを緩和係数と称する。
As shown in the above equation, the second coupling system 12
The adjustment amount .DELTA.d of .gamma. Is G times .DELTA.Z1. The larger the value of G, the larger the actual adjustment amount Δd, and the easier the adjustment becomes. Here, this G is referred to as a relaxation coefficient.

【0075】次に、上式(17)(18)を導出する。図4
(a)において、半導体レーザ1と第1の結合系9との
位置関係が正しいときの第1の結像点を10a、半導体
レーザ1の位置がΔZ1 だけずれたときの第1の結像点
を10b、補正後の第1の結像点の位置を10cとお
く。そして、点10aと点10bの間の距離をΔSX
点10aと点10cの間の距離をΔSx ’とおく。
Next, the above equations (17) and (18) are derived. FIG.
In (a), the first image formation point 10a when the positional relationship between the semiconductor laser 1 and the first coupling system 9 is correct, and the first image formation when the position of the semiconductor laser 1 is displaced by ΔZ 1 The point is 10b, and the position of the corrected first image formation point is 10c. Then, the distance between the points 10a and 10b is ΔS X ,
The distance between the points 10a and 10c is set as ΔS x '.

【0076】ここで、 ΔSX =MX1 2 ・ΔZ1 ・・・(19) また、図からわかるように、 Δd=ΔSX ’−ΔSX ・・・(2
0) 一方、 ΔS ’=ΔZ21Y /MX2 2 ・・・(21)
[0076] In this case, ΔS X = M X1 2 · ΔZ 1 ··· (19) In addition, as can be seen from Figure, Δd = ΔS X '-ΔS X ··· (2
0) On the other hand, ΔS X '= ΔZ 21Y / M X2 2 (21)

【0077】式(20)に、式(19)(21)を代入すると、 Δd=ΔZ21Y /MX2 2 −MX1 2 ・ΔZ1 さらに、式(10)を代入して Δd=MY 2・ΔZ1 /MX2 2 −MX1 2 ・ΔZ1 ={(MY 2 −MX 2 )/MX2 2 }・ΔZ1 ={MX 2 (Dr2 −1)/MX2 2 }・ΔZ1 このように式(17)(18)が得られる。[0077] Equation (20) and substituting equation (19) (21), Δd = ΔZ 21Y / M X2 2 -M X1 2 · ΔZ 1 further by substituting equation (10) Δd = M Y 2 · ΔZ 1 / M X2 2 -M X1 2 · ΔZ 1 = {(M Y 2 -M X 2) / M X2 2} · ΔZ 1 = {M X 2 (Dr 2 -1) / M X2 2} · ΔZ 1 Equations (17) and (18) are thus obtained.

【0078】図5に、この緩和係数Gの値の計算例を示
す。ここで、標準的な0.98μm半導体レ−ザとして
楕円率Dr=2.5、ωLX=1.9μm、ωLY=0.7
6μmを仮定した。また光ファイバとしてはωF =3μ
mを仮定した。このとき、MX は式(14)より決ま
り、1.6である。また、式(12)より、MX2はMX1
とMX2の積がMX に一致するように決められる。図5
は、横軸にMX2をとり、縦軸に緩和係数Gをとり、両者
の関係を示すグラフである。
FIG. 5 shows a calculation example of the value of the relaxation coefficient G. Here, as a standard 0.98 μm semiconductor laser, ellipticity Dr = 2.5, ω LX = 1.9 μm, and ω LY = 0.7.
6 μm was assumed. As an optical fiber, ω F = 3μ
Assume m. At this time, M X is determined by the equation (14) and is 1.6. Further, from the equation (12), M X2 is M X1
And the product of M X2 is determined to match M X. Figure 5
Is a graph showing the relationship between M X2 on the horizontal axis and the relaxation coefficient G on the vertical axis.

【0079】図5により、MX2を1程度に設定した場
合、緩和係数Gは10以上となることが分かる。したが
って、この実施例1の光結合装置によれば、従来例の場
合に要求されていた精度1〜2μmは、10倍緩和され
て10〜20μmになる。
It can be seen from FIG. 5 that the relaxation coefficient G becomes 10 or more when M X2 is set to about 1. Therefore, according to the optical coupling device of the first embodiment, the accuracy of 1 to 2 μm required in the conventional example is reduced by 10 times to 10 to 20 μm.

【0080】以上のように、この実施例1の光結合装置
によれば、第1の結合系と第2の結合系の間において、
水平結合面で出射ビームの第1の結像点を有し、垂直結
合面で平行ビームとなるように構成したので、半導体レ
ーザと第1の結合系との位置関係がずれたときでも、第
2の結合系の位置を移動させて第2の結像位置を調整す
ることができて、非点隔差による結合損失を低減するこ
とができる。そして、この調整において、垂直結合面の
第2の結像位置は変化しないので、水平結合面の第2の
結像位置のみの調整ですむとともに、その調整の精度が
著しく緩和されるという特徴があり、調整が非常に容易
になる。
As described above, according to the optical coupling device of the first embodiment, between the first coupling system and the second coupling system,
Since the horizontal coupling surface has the first imaging point of the outgoing beam and the vertical coupling surface is a parallel beam, even if the positional relationship between the semiconductor laser and the first coupling system is deviated, The second imaging position can be adjusted by moving the position of the second coupling system, and the coupling loss due to the astigmatic difference can be reduced. In this adjustment, since the second image forming position on the vertical coupling surface does not change, only the second image forming position on the horizontal coupling surface needs to be adjusted, and the accuracy of the adjustment is remarkably eased. , Very easy to adjust.

【0081】なお、以上の説明において、水平結合面に
リレー結合系を設定していたが、水平結合面と垂直結合
面のどちらの面にリレ−結合系を設定してもよい。この
場合においても、半導体レ−ザとコリメ−トレンズの位
置設定のずれにより生じる結像点での非点隔差を、より
ゆるい精度の調整で補正することが出来るという効果を
得ることができる。
In the above description, the relay coupling system is set on the horizontal coupling plane, but the relay coupling system may be set on either the horizontal coupling plane or the vertical coupling plane. Also in this case, it is possible to obtain the effect that the astigmatic difference at the image forming point caused by the deviation of the position setting of the semiconductor laser and the collimating lens can be corrected by looser adjustment.

【0082】もっとも、リレ−結合系は結像を2回行う
ために、コリメ−ト系と比較してより多くの屈折面を必
要とする。一般に屈折面においては収差が発生し、この
収差により結合効率が劣化する。また、この収差は屈折
面への入射位置が光軸から離れた位置にある程大きい。
したがって、半導体レ−ザの出射ビ−ムの出射角が小さ
い方の結合面(水平結合面)をリレ−結合系とすること
により、より光ファイバへの結合効率が大きくなる。
However, since the relay-coupling system forms an image twice, it requires more refracting surfaces than the collimating system. Generally, an aberration occurs on the refracting surface, and this aberration deteriorates the coupling efficiency. Further, this aberration becomes larger as the position of incidence on the refracting surface is further away from the optical axis.
Therefore, by making the coupling surface (horizontal coupling surface) having the smaller emission angle of the emission beam of the semiconductor laser a relay coupling system, the coupling efficiency to the optical fiber is further increased.

【0083】また、図5からわかるように、リレ−レン
ズである第2の結合系及び第3のレンズのリレ−結合面
での倍率を1以下とすることにより、非点隔差を補正す
るために必要なレンズの光軸方向位置調整が従来方式に
比較して少なくとも10倍以上緩和される。たとえば、
リレ−倍率MX2を1以下に設定すれば緩和係数Gは10
以上となる。したがって、従来例においてΔZ1 に要求
されていた調整精度1〜2μmは、10倍以上緩和され
て、少なくとも10〜20μm以上になる。
Further, as can be seen from FIG. 5, in order to correct the astigmatic difference, the magnifications at the relay coupling surfaces of the second coupling system and the third lens, which are relay lenses, are set to 1 or less. The position adjustment of the lens in the optical axis direction required for the above is relaxed at least 10 times or more as compared with the conventional method. For example,
If the relay magnification M X2 is set to 1 or less, the relaxation coefficient G is 10
That is all. Therefore, the adjustment accuracy of 1-2 μm required for ΔZ 1 in the conventional example is relaxed 10 times or more to at least 10-20 μm.

【0084】実施例2.実施例2は、実施例1の光結合
装置を用いた光増幅装置である。以下、図6に基づいて
説明する。図6はこの実施例2の光増幅装置の構成ブロ
ック図である。同図において、14は、実施例1の図1
に示された、0.98μmの半導体レ−ザと光ファイバ
2とを効率良く結合するための光結合装置、15は増幅
される1.55μm帯の信号光を入力する入力ファイ
バ、16は利得媒質としてEr(エルビウム)原子がド
−プされているErド−プファイバ、17はこのErド
−プファイバ16に対し、光結合装置14からの0.9
8μm励起光と入力ファイバ15からの1.55μm帯
信号光を入力するための合波器、18は1.55μm帯
信号光の逆流を防いでレ−ザ発振を防止するためのアイ
ソレ−タ、19は増幅された1.55μm帯信号光を出
力するための出力ファイバである。
Example 2. The second embodiment is an optical amplification device using the optical coupling device of the first embodiment. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. FIG. 6 is a configuration block diagram of the optical amplifying device of the second embodiment. In the figure, 14 is the same as in FIG.
, An optical coupling device for efficiently coupling the 0.98 μm semiconductor laser and the optical fiber 2, 15 is an input fiber for inputting a 1.55 μm band signal light to be amplified, and 16 is a gain An Er-doped fiber in which Er (erbium) atoms are doped as a medium, and 17 is 0.9 from the optical coupling device 14 with respect to the Er-doped fiber 16.
A multiplexer for inputting the 8 μm pump light and the 1.55 μm band signal light from the input fiber 15, and an isolator 18 for preventing backflow of the 1.55 μm band signal light to prevent laser oscillation, Reference numeral 19 denotes an output fiber for outputting the amplified 1.55 μm band signal light.

【0085】次に動作について説明する。0.98μm
励起光は光結合装置14により効率良く光ファイバ2に
結合される。この光ファイバ2に結合された0.98μ
m励起光は合波器17に入力される。一方、1.55μ
m帯信号光は入力ファイバ15より合波器17に入力さ
れる。上記の合波器17に入力された0.98μm励起
光及び1.55μm帯信号光は、この合波器17で合波
されてからErド−プファイバ16に入力される。ここ
で上記0.98μm励起光はErド−プファイバ16中
のEr原子を励起し、1.55μm帯信号光はこの励起
されたEr原子のエネルギ−をもらって増幅される。こ
の増幅された1.55μm帯信号光はアイソレ−タ18
を透過した後に出力ファイバ19から出力される。
Next, the operation will be described. 0.98 μm
The excitation light is efficiently coupled to the optical fiber 2 by the optical coupling device 14. 0.98μ coupled to this optical fiber 2
The m excitation light is input to the multiplexer 17. On the other hand, 1.55μ
The m-band signal light is input to the multiplexer 17 from the input fiber 15. The 0.98 μm pump light and the 1.55 μm band signal light input to the multiplexer 17 are multiplexed by the multiplexer 17 and then input to the Er-doped fiber 16. Here, the 0.98 μm excitation light excites Er atoms in the Er doped fiber 16, and the 1.55 μm band signal light is amplified by receiving the energy of the excited Er atoms. This amplified 1.55 μm band signal light is transmitted to the isolator 18
Is output from the output fiber 19.

【0086】ここで、出力ファイバ19から出力され
た、増幅された1.55μm帯信号光のうちの一部が、
反射により逆方向に伝搬した場合を考える。このとき、
逆方向に伝搬した1.55μm帯信号光は、アイソレ−
タ18に入力される。ところで、アイソレ−タ18は逆
方向に進む1.55μm帯信号光を遮断するので、1.
55μm帯信号光のErド−プファイバ16への再入射
が防がれる。これにより1.55μm帯でのレ−ザ発振
が防がれる。
Here, a part of the amplified 1.55 μm band signal light output from the output fiber 19 is
Consider the case of propagating in the opposite direction due to reflection. At this time,
The 1.55 μm band signal light propagating in the opposite direction is isolated.
Is input to the data 18. By the way, the isolator 18 blocks the 1.55 μm band signal light traveling in the opposite direction.
It is possible to prevent the 55 μm band signal light from re-entering the Er-doped fiber 16. This prevents laser oscillation in the 1.55 μm band.

【0087】この構成の光増幅装置では、実施例1に示
された、結合効率の良い光結合装置14を用いることに
より、より多くの0.98μm励起パワ−をErド−プ
ファイバ16に入力することができるので、より低雑音
で高効率の光増幅特性を実現できる。
In the optical amplifying device of this structure, by using the optical coupling device 14 with good coupling efficiency shown in the first embodiment, more 0.98 μm pumping power is input to the Er-doped fiber 16. Therefore, it is possible to realize an optical amplification characteristic with lower noise and higher efficiency.

【0088】実施例3.なお、実施例1の光結合装置に
おいて、第2の結合系12の光軸と光ファイバ2の光軸
とが一致していたが、光ファイバからの反射を防止する
ためにこれら光軸をずらすように構成してもよい。
Example 3. In the optical coupling device of the first embodiment, the optical axis of the second coupling system 12 and the optical axis of the optical fiber 2 coincide with each other, but these optical axes are shifted to prevent reflection from the optical fiber. It may be configured as follows.

【0089】この実施例3は、反射を防ぐための傾斜面
を備えた光ファイバに対するビ−ムの整合性を向上する
ためのものである。以下、図7に基づいて説明する。同
図は、水平結合面におけるこの実施例3の光結合装置の
第2の結合系と光ファイバとの結合部を表示した図であ
る。
The third embodiment is intended to improve the matching of the beam to the optical fiber having the inclined surface for preventing the reflection. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. 7. This figure is a view showing the coupling portion between the second coupling system and the optical fiber of the optical coupling device of the third embodiment on the horizontal coupling surface.

【0090】同図において、上述の実施例1の図2にお
ける符号と同一符号は同一または相当部分を示すので、
符号の説明は適宜省略する。第3のレンズ121の出力
面121bは平面状であるが、この平面の法線と第3の
レンズ121の光軸とは一致せず、一定の角度をなす
(図2の場合は、これらは一致していた)。すなわち出
力面121bは傾斜面である。また、光ファイバ2の入
力面2aも同様に傾斜面である。25は光ファイバ2の
傾斜面2aで反射された反射光である。また、第3のレ
ンズ121の光軸と光ファイバ2の光軸とは、平行にな
るように設定されている。
In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 of the first embodiment described above indicate the same or corresponding portions,
The description of the reference numerals is omitted as appropriate. Although the output surface 121b of the third lens 121 is planar, the normal line of this plane and the optical axis of the third lens 121 do not coincide with each other and form a constant angle (in the case of FIG. 2, these are It was a match). That is, the output surface 121b is an inclined surface. The input surface 2a of the optical fiber 2 is also an inclined surface. Reference numeral 25 denotes reflected light reflected by the inclined surface 2a of the optical fiber 2. The optical axis of the third lens 121 and the optical axis of the optical fiber 2 are set to be parallel.

【0091】次に動作について説明する。第1の結像点
10に結像された水平面出射ビ−ム3は、再び発散ビ−
ムとなり第3のレンズ121に入射される。入射された
ビームは、水平結合面において、曲率を有する曲面によ
り屈折を受けるとともに、半径方向に方物線状に小さく
なるように分布した屈折率分布により屈折を受け、集光
ビ−ムに変換されて傾斜面121bに達する。この集光
ビ−ムは傾斜面121bにおいて屈折を受ける。傾斜面
121bの法線は光軸に対し傾いているから、出射され
るビームの方向は光軸に対して傾いている。この状態
で、水平面出射ビーム3は光ファイバ2の傾斜面2aに
入射される。
Next, the operation will be described. The horizontal plane exit beam 3 imaged at the first imaging point 10 is again a divergent beam.
Then, the light enters the third lens 121. The incident beam is refracted by a curved surface having a curvature on the horizontal coupling surface, and also refracted by a refractive index distribution distributed so as to be reduced in a parabolic shape in the radial direction, and converted into a converging beam. Then, the inclined surface 121b is reached. This condensing beam is refracted at the inclined surface 121b. Since the normal line of the inclined surface 121b is inclined with respect to the optical axis, the direction of the emitted beam is inclined with respect to the optical axis. In this state, the horizontal plane outgoing beam 3 is incident on the inclined surface 2a of the optical fiber 2.

【0092】ここで、ファイバ2の傾斜面2aと第3の
レンズ121の傾斜面121bは平行である。またファ
イバ2の光軸と第3のレンズ121の光軸は平行であ
る。この関係により、光ファイバ2の傾斜面2aに入射
された水平面出射ビ−ム3は、この傾斜面2aで屈折を
受けて光ファイバ2の光軸方向に伝搬するビ−ムとな
る。これにより、出射ビームは光ファイバ2に効率良く
結合される。
Here, the inclined surface 2a of the fiber 2 and the inclined surface 121b of the third lens 121 are parallel to each other. The optical axis of the fiber 2 and the optical axis of the third lens 121 are parallel. Due to this relationship, the horizontal plane emitting beam 3 incident on the inclined surface 2a of the optical fiber 2 becomes a beam which is refracted by the inclined surface 2a and propagates in the optical axis direction of the optical fiber 2. As a result, the outgoing beam is efficiently coupled to the optical fiber 2.

【0093】一方、光ファイバ2の傾斜面2aで反射さ
れた反射光25は入射光と異なる方向に反射されるの
で、第2のレンズ121に戻ることはない。したがっ
て、半導体レ−ザへの戻り光が抑制される。
On the other hand, since the reflected light 25 reflected by the inclined surface 2a of the optical fiber 2 is reflected in a direction different from the incident light, it does not return to the second lens 121. Therefore, the returning light to the semiconductor laser is suppressed.

【0094】なお、以上の説明において、第3のレンズ
121の出力面が水平結合面において傾斜している場合
を例にとり説明したが、垂直結合面において傾斜してい
る場合についても適用できて、同様の効果が得られる。
In the above description, the case where the output surface of the third lens 121 is inclined on the horizontal coupling surface has been described as an example, but the case where it is inclined on the vertical coupling surface is also applicable. The same effect can be obtained.

【0095】実施例4.実施例1の光結合装置におい
て、第1の結合系及び第2の結合系として図2に示され
るものが用いられた。この実施例4では、第2の結合系
の他の構成を説明する。
Example 4. In the optical coupling device of Example 1, the ones shown in FIG. 2 were used as the first coupling system and the second coupling system. In this fourth embodiment, another configuration of the second coupling system will be described.

【0096】この実施例4の第2の結合系を構成する第
3のレンズは、入力面に円筒面を、出力面に球面をそれ
ぞれ形成したものであり、第3のレンズの材質は屈折率
が一様なガラスである。以下、図8に基づいて説明す
る。同図において、上述の実施例における符号と同一符
号は同一または相当部分を示すので、符号の説明は適宜
省略する。122は屈折率が一様なガラスでできた第3
のレンズ、122aは第3のレンズの入力面である。入
力面121aは、水平結合面において曲率を有する曲面
であり、かつ、垂直結合面において平面であるような円
筒面をなしている。122bは第3のレンズの出力面で
ある。出力面121bは球面をなしている。
The third lens constituting the second coupling system of the fourth embodiment has a cylindrical surface on the input surface and a spherical surface on the output surface, and the material of the third lens is the refractive index. Is a uniform glass. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. In the figure, the same reference numerals as those in the above-mentioned embodiment indicate the same or corresponding portions, and therefore the explanation of the reference numerals will be appropriately omitted. 122 is the third made of glass with a uniform refractive index
Lens 122a is the input surface of the third lens. The input surface 121a is a curved surface having a curvature on the horizontal coupling surface and a flat surface on the vertical coupling surface. 122b is the output surface of the third lens. The output surface 121b is a spherical surface.

【0097】次に動作について説明する。この実施例4
は、実施例1の第3のレンズの構造を変えたものである
ので、主に、第3のレンズの動作について説明する。第
2の結像系9により第1の結像点10に結像された水平
面出射ビ−ム3は、再び発散ビ−ムとなり第3のレンズ
122に入射される。入射されたビームは、水平結合面
において曲率を有する第3のレンズ122の入力面12
2aにより屈折を受けて平行ビ−ムに変換される。この
平行ビ−ムは、第3のレンズ122の出力面122bに
よりさらに屈折を受けて集光ビ−ムに変換され、光ファ
イバ2に結合される。
Next, the operation will be described. This Example 4
Since the structure of the third lens in Example 1 is changed, the operation of the third lens will be mainly described. The horizontal plane exit beam 3 imaged at the first image forming point 10 by the second image forming system 9 becomes a divergent beam and enters the third lens 122. The incident beam has the input surface 12 of the third lens 122 having a curvature in the horizontal coupling surface.
It is refracted by 2a and is converted into a parallel beam. The parallel beam is further refracted by the output surface 122b of the third lens 122, converted into a converging beam, and coupled to the optical fiber 2.

【0098】一方、第2の結合系9により平行ビ−ムに
変換された垂直面出射ビ−ム4は、第3のレンズ122
に入射される。入射されたビームは、垂直結合面におい
て曲率を有さない平面である第3のレンズ122の入力
面122aにより屈折を受けずに平行ビ−ムのまま透過
する。この平行ビ−ムは、第3のレンズ122の出力面
122bによりに屈折を受けて集光ビ−ムに変換され、
光ファイバ2に結合される。以上のように、第3のレン
ズ122により第2の結合系12の働きを実現できる。
On the other hand, the vertical plane exit beam 4 converted into the parallel beam by the second coupling system 9 is the third lens 122.
Is incident on. The incident beam is not refracted by the input surface 122a of the third lens 122, which is a plane having no curvature on the vertical coupling surface, and is transmitted as a parallel beam as it is. This parallel beam is refracted by the output surface 122b of the third lens 122 and converted into a converging beam,
It is coupled to the optical fiber 2. As described above, the function of the second coupling system 12 can be realized by the third lens 122.

【0099】この実施例4は、実施例1の光結合装置と
同様の効果を奏する。さらに、この実施例4によれば、
第3のレンズ122の入力面122a及び出力面122
bがそれぞれ円筒面及び球面とからなり、曲率をそれぞ
れ変えることができる。したがって、実施例1に示した
屈折率分布形レンズを用いた場合と比較して、倍率、焦
点位置などに関する設計の自由度が大きい。
The fourth embodiment has the same effect as the optical coupling device of the first embodiment. Furthermore, according to the fourth embodiment,
The input surface 122a and the output surface 122 of the third lens 122.
Each of b is composed of a cylindrical surface and a spherical surface, and the curvature can be changed. Therefore, as compared with the case of using the gradient index lens shown in Example 1, the degree of freedom in designing the magnification, the focus position, and the like is large.

【0100】なお、第3のレンズ122の入力面122
aに形成された円筒面の曲面形状を非円筒形状とすると
ともに、出力面122bに形成された球面の形状を非球
面形状としてもよい。これにより通常の円筒面及び球面
で発生する波面収差を低減することができ、光ファイバ
への結合効率が増大する。
The input surface 122 of the third lens 122 is
The curved surface of the cylindrical surface formed on a may be an aspherical shape, and the spherical surface formed on the output surface 122b may be an aspherical shape. As a result, the wavefront aberration generated on the ordinary cylindrical surface and spherical surface can be reduced, and the coupling efficiency with the optical fiber is increased.

【0101】実施例5.この実施例5では、第1の結合
系9の他の構成について説明する。実施例5は、実施例
1の第1のレンズ91と第2のレンズ92を一体化した
ものである。以下、図9に基づいて説明する。同図にお
いて上述の実施例における符号と同一符号は同一または
相当部分を示すので、符号の説明は適宜省略する。同図
において、93は第1の結合系9を構成する一体化レン
ズである。一体化レンズ93は、半導体レ−ザ1の出射
ビ−ムを水平結合面内において集光ビ−ムに変換すると
ともに、垂直結合面内において平行ビ−ムに変換する。
93aは一体化レンズの入力面に形成された球面形状の
入力面、93bは水平結合面において曲率を有する曲面
であり垂直結合面において平面であるような円筒面をな
す出力面である。
Example 5. In this fifth embodiment, another configuration of the first coupling system 9 will be described. The fifth embodiment integrates the first lens 91 and the second lens 92 of the first embodiment. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. In the figure, the same reference numerals as those used in the above-mentioned embodiment indicate the same or corresponding portions, and therefore the explanation of the reference numerals will be appropriately omitted. In the figure, reference numeral 93 is an integrated lens forming the first coupling system 9. The integrated lens 93 converts the outgoing beam of the semiconductor laser 1 into a converging beam in the horizontal coupling plane and a parallel beam in the vertical coupling plane.
Reference numeral 93a is a spherical input surface formed on the input surface of the integrated lens, and 93b is a cylindrical output surface which is a curved surface having a curvature on the horizontal coupling surface and a flat surface on the vertical coupling surface.

【0102】次に動作について説明する。この実施例5
は、実施例1の第1のレンズ91と第2のレンズ92を
一体化したものであるので、主にこの一体化レンズ93
の動作について説明する。半導体レ−ザ1より出射され
た発散ビ−ムである水平面出射ビ−ム3は、一体化レン
ズ93の入力面93aにより屈折を受けて平行ビ−ムに
変換される。この平行ビ−ムに変換された水平面出射ビ
−ム3は、一体化レンズ93の水平結合面において曲率
を有する円筒面をなす出力面93bにより集光ビ−ムに
変換されて第1の結像点10に結像される。
Next, the operation will be described. This Example 5
Is a combination of the first lens 91 and the second lens 92 of the first embodiment.
The operation of will be described. The horizontal plane emission beam 3 which is a divergent beam emitted from the semiconductor laser 1 is refracted by the input surface 93a of the integrated lens 93 and is converted into a parallel beam. The horizontal plane exit beam 3 converted into the parallel beam is converted into the converging beam by the output surface 93b which is a cylindrical surface having a curvature at the horizontal coupling surface of the integrated lens 93 and is converted into the first beam. An image is formed at the image point 10.

【0103】一方、半導体レ−ザ1より出射された発散
ビ−ムである垂直面出射ビ−ム4は、一体化レンズ93
の入力面93aにより屈折を受けて平行ビ−ムに変換さ
れる。出力面93bは垂直結合面において曲率を持たな
い平面である。したがって、この平行ビ−ムに変換され
た垂直面出射ビ−ム4は、一体化レンズ93の出力面9
3bにより屈折を受けることなく、平行ビ−ムのまま一
体化レンズ29を出射する。以上のように、一体化レン
ズ93により実施例1における第1の結合系9の働きが
実現される。
On the other hand, the vertical plane emission beam 4 which is a diverging beam emitted from the semiconductor laser 1 is integrated lens 93.
The light is refracted by the input surface 93a and is converted into a parallel beam. The output surface 93b is a flat surface having no curvature in the vertical coupling surface. Therefore, the vertical plane exit beam 4 converted into the parallel beam is the output surface 9 of the integrated lens 93.
The parallel beam is emitted from the integrated lens 29 without being refracted by 3b. As described above, the function of the first coupling system 9 in the first embodiment is realized by the integrated lens 93.

【0104】この実施例5は、実施例1の光結合装置と
同様の効果を奏する。さらに、この実施例5によれば、
第2の結合系を1つのレンズにより構成したので、光結
合装置の構成が簡単になるという効果がある。
The fifth embodiment has the same effect as the optical coupling device of the first embodiment. Furthermore, according to the fifth embodiment,
Since the second coupling system is composed of one lens, there is an effect that the configuration of the optical coupling device becomes simple.

【0105】なお、一体化レンズ93の入力面93aに
形成された球面の形状を非球面形状とするとともに、出
力面93bに形成された円筒面の曲面形状を非円筒形状
としてもよい。これにより通常の円筒面及び球面で発生
する波面収差を低減し光ファイバへの結合効率を増大す
ることができる。
The spherical surface formed on the input surface 93a of the integrated lens 93 may be aspherical, and the curved surface of the cylindrical surface formed on the output surface 93b may be non-cylindrical. As a result, the wavefront aberration generated on the ordinary cylindrical surface and spherical surface can be reduced and the coupling efficiency with the optical fiber can be increased.

【0106】[0106]

【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、レーザビームを出射する半導体レ−ザと、上記半導
体レーザの出射ビームを受けて上記出射ビームの方向に
平行な第1の平面内で結像させるとともに、上記半導体
レーザの出射ビームの方向に平行で、かつ、上記第1の
平面に交差する第2の平面内で上記半導体レーザの出射
ビームを略平行にする第1の結合系と、上記第1の結合
系の出射ビームを受けて上記第1の平面内及び上記第2
の平面内で結像させる第2の結合系と、上記第2の結合
系の出射ビームを受ける光ファイバとを備えたので、上
記第2の結合系による上記第1の平面での結像点の位置
を上記第2の平面での結像点と独立に調整することがで
きて、非点隔差を低減するための調整が容易になる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the semiconductor laser which emits the laser beam and the first laser which receives the emitted beam of the semiconductor laser and is parallel to the direction of the emitted beam. A first plane for parallelizing the emission beam of the semiconductor laser in a plane parallel to the direction of the emission beam of the semiconductor laser and intersecting the first plane while forming an image in the plane A coupling system and an output beam of the first coupling system for receiving in the first plane and the second plane;
Of the second coupling system and the optical fiber for receiving the outgoing beam of the second coupling system, the image forming point on the first plane by the second coupling system. The position can be adjusted independently of the image formation point on the second plane, and the adjustment for reducing the astigmatic difference becomes easy.

【0107】また、請求項2の発明によれば、上記半導
体レ−ザの出射ビ−ムの出射角が小さくなる方向に上記
第1の平面を設定したので、屈折面で生じる収差を小さ
くできて、結合効率が増大する。
According to the second aspect of the invention, since the first plane is set in the direction in which the emission angle of the emission beam of the semiconductor laser is reduced, the aberration generated on the refracting surface can be reduced. Thus increasing the coupling efficiency.

【0108】また、請求項3の発明によれば、上記第1
の平面を上記半導体レーザの活性層に平行な水平結合面
とし、上記第2の平面を上記半導体レーザの活性層に垂
直な垂直結合面としたので、屈折面で生じる収差を最小
にできる。
Further, according to the invention of claim 3, the first
Since the plane is a horizontal coupling plane parallel to the active layer of the semiconductor laser and the second plane is a vertical coupling plane perpendicular to the active layer of the semiconductor laser, the aberration generated on the refracting surface can be minimized.

【0109】また、請求項4の発明によれば、上記第1
の結合系を、上記第1の平面内及び上記第2の平面内で
同じ焦点距離を有し、それぞれの平面内で上記半導体レ
−ザの出射ビ−ムを平行ビ−ムに変換する第1のレンズ
と、入出力面のうちのすくなくとも一方が略円筒状であ
り、上記第1のレンズの出射ビームを受けて上記第1の
平面内で集光ビ−ムに変換するとともに、上記第2の平
面内で平行ビ−ムのまま透過する第2のレンズとから構
成したので、簡単な構成のレンズで上記第1の結合系を
構成することができる。
According to the invention of claim 4, the first
Has a same focal length in the first plane and in the second plane, and converts the output beam of the semiconductor laser into a parallel beam in each plane. The first lens and at least one of the input / output surfaces have a substantially cylindrical shape, receive the beam emitted from the first lens and convert it into a converging beam in the first plane, and Since it is composed of the second lens which transmits the parallel beam in the plane of No. 2, it is possible to construct the first coupling system with a lens having a simple structure.

【0110】また、請求項5の発明によれば、上記第1
の結合系を、略球面状の入力面及び略円筒状の出力面を
有し、上記半導体レーザの出射ビームを受けて上記第1
の平面内で集光ビ−ムに変換するとともに、上記第2の
平面内で平行ビ−ムにして出射するレンズから構成した
ので、レンズの数を少なくできて、構成が簡単になる。
Further, according to the invention of claim 5, the first
Has a substantially spherical input surface and a substantially cylindrical output surface, and receives the emission beam of the semiconductor laser to produce the first
Since the light beam is converted into a condensing beam in the plane of (1) and is made up of parallel beams in the second plane and emitted, the number of lenses can be reduced and the configuration is simplified.

【0111】また、請求項6の発明によれば、上記第2
の結合系を、屈折率の分布特性が光軸から半径方向に向
かって小さくなる放物線状であり、略円筒状の入力面及
び平面状の出力面を有し、上記第1の結合系により上記
第1の平面内で結像された後の発散ビ−ムを再度集光ビ
−ムに変換して上記光ファイバに結合するとともに、上
記第2の面内の平行ビ−ムを集光ビ−ムに変換して上記
光ファイバに結合する第3のレンズから構成したので、
簡単な構成のレンズで上記第2の結合系を構成すること
ができる。
According to the invention of claim 6, the second
The coupling system is a parabola whose refractive index distribution characteristic decreases from the optical axis in the radial direction, has a substantially cylindrical input surface and a planar output surface, and has the above-mentioned first coupling system. The divergent beam after being imaged in the first plane is converted into a converging beam again and is coupled to the optical fiber, and the parallel beam in the second plane is condensed beam. -Since it is composed of a third lens which is converted into a lens and is coupled to the optical fiber,
The second coupling system can be configured with a lens having a simple configuration.

【0112】また、請求項7の発明によれば、上記第2
の結合系を、略円筒状の入力面及び略球面状の出力面を
有し、上記第2のレンズにより上記第1の平面内で結像
された後の発散ビ−ムを再度集光ビ−ムに変換して上記
光ファイバに結合するとともに、上記第2の平面内の平
行ビ−ムを集光ビ−ムに変換して上記光ファイバに結合
する第3のレンズから構成したので、簡単な構成のレン
ズで上記第2の結合系を構成することができるととも
に、レンズの倍率、焦点位置などの設計の自由度を大き
くできる。
According to the invention of claim 7, the second
Has a substantially cylindrical input surface and a substantially spherical output surface, and the divergent beam after the image is formed in the first plane by the second lens is focused again. Since it is composed of a third lens which is converted into a beam and is coupled to the optical fiber, and a parallel beam in the second plane is converted into a converging beam and coupled to the optical fiber, The second coupling system can be configured with a lens having a simple structure, and the degree of freedom in designing the lens magnification, focal position, etc. can be increased.

【0113】また、請求項8の発明によれば、上記第2
の結合系の出力面を、出射ビームが上記第2の結合系の
光軸に対して交差するように傾斜させて構成するととも
に、上記光ファイバの入力面を、入射されたビームが上
記光ファイバの光軸方向に屈折するように傾斜させて構
成したので、半導体レーザへの戻り光を抑制できる。
According to the invention of claim 8, the second
The output surface of the coupling system is tilted so that the outgoing beam intersects the optical axis of the second coupling system, and the input surface of the optical fiber is such that the incident beam is the optical fiber. Since the light beam is tilted so as to be refracted in the optical axis direction, the return light to the semiconductor laser can be suppressed.

【0114】また、請求項9の発明によれば、上記第1
の平面内の結像位置と上記第2の平面内の結像位置とが
一致するかどうか調べる第1の工程と、上記第1の平面
内の結像位置と上記第2の平面内の結像位置とが一致し
ないときに、上記第1の平面内の結像位置を上記第2の
平面内の結像位置に近づけるように上記第2の結合系を
光軸方向に移動させ、上記第1の平面内の結像位置と上
記第2の平面内の結像位置とを一致させる第2の工程と
を備えたので、上記第2の結合系による上記第1の平面
での結像点の位置を上記第2の平面での結像点と独立に
調整することができて、非点隔差を低減するための調整
が容易になる。
According to the invention of claim 9, the first
Of the image forming position in the plane and the image forming position in the second plane, the first step of checking whether the image forming position in the second plane and the image forming position in the second plane coincide with each other. When the image position does not coincide with the image position, the second coupling system is moved in the optical axis direction so that the image forming position in the first plane approaches the image forming position in the second plane. Since the image forming position in the first plane and the image forming position in the second plane are matched with each other, the image forming point on the first plane by the second coupling system is provided. The position can be adjusted independently of the image formation point on the second plane, and the adjustment for reducing the astigmatic difference becomes easy.

【0115】また、請求項10の発明によれば、上記第
2の工程における上記第2の結合系の移動量Δdを、M
x を第1の平面における上記第1の結合系及び上記第2
の結合系の結合倍率、Drを上記半導体レーザの出射ビ
ームの楕円率、Mx2を上記第1の平面における上記第2
の結合系の倍率、ΔZ1 を上記半導体レーザの光軸方向
の位置ずれとしたとき、次式で与えられる量としたの
で、上記半導体レーザの光軸方向の位置ずれに比べ低い
要求精度で非点隔差を低減できる。 Δd=Mx 2 (Dr2 −1)/Mx2 2・ΔZ1
According to the tenth aspect of the invention, the movement amount Δd of the second coupling system in the second step is M
x is the first coupled system in the first plane and the second coupled system
Of the coupling system, Dr is the ellipticity of the emitted beam of the semiconductor laser, M x2 is the second plane in the first plane.
When the magnification of the coupling system, ΔZ 1, is the positional deviation in the optical axis direction of the semiconductor laser, the amount is given by the following equation, so that the required accuracy is lower than the positional deviation in the optical axis direction of the semiconductor laser. The point difference can be reduced. Δd = M x 2 (Dr 2 −1) / M x2 2 · ΔZ 1

【0116】また、請求項11の発明によれば、レーザ
ビームを出射する半導体レ−ザ、上記半導体レーザの出
射ビームを受けて上記出射ビームの方向に平行な第1の
平面内で結像させるとともに、上記半導体レーザの出射
ビームの方向に平行で、かつ、上記第1の平面に交差す
る第2の平面内で上記半導体レーザの出射ビームを略平
行にする第1の結合系、上記第1の結合系の出射ビーム
を受けて上記第1の平面内及び上記第2の平面内で結像
させる第2の結合系、及び上記第2の結合系の出射ビー
ムが結合される光ファイバからなる光結合装置と、外部
から入力される光と上記光結合装置が出力する光とを結
合する合波器と、励起媒質がド−プされ、上記合波器の
出力により励起されて上記外部から入力される光を増幅
するとともに、増幅された光を出力する光ファイバとを
備えたので、より低雑音で、高効率の光増幅特性を有す
る光増幅装置を実現できる。
According to the eleventh aspect of the invention, a semiconductor laser for emitting a laser beam and an emission beam of the semiconductor laser are received to form an image in a first plane parallel to the direction of the emission beam. At the same time, a first coupling system that makes the emission beam of the semiconductor laser substantially parallel in a second plane that is parallel to the direction of the emission beam of the semiconductor laser and intersects the first plane, the first coupling system A second coupling system for receiving the outgoing beam of the coupling system and forming an image in the first plane and the second plane, and an optical fiber to which the outgoing beam of the second coupling system is coupled. An optical coupling device, a multiplexer for coupling the light input from the outside and the light output by the optical coupling device, and the pumping medium is doped, and excited by the output of the multiplexer to be excited from the outside. Amplifies and increases the input light Since an optical fiber for outputting the light, at a lower noise can be realized an optical amplification apparatus having a light amplification characteristic of the high efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施例1に係る光結合装置の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical coupling device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施例1に係る光結合装置の第1
の結合系及び第2の結合系の構成図である。
FIG. 2 is a first of the optical coupling device according to the first embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a coupling system and a second coupling system.

【図3】 この発明の実施例1に係る光結合装置の調整
方法の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an adjusting method of the optical coupling device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施例1に係る光結合装置の調整
方法の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an adjusting method of the optical coupling device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の実施例1に係る光結合装置の調整
の際の補正の精度が、従来に比べて何倍緩和されるかを
示す緩和係数Gのグラフの一例である。
FIG. 5 is an example of a graph of a relaxation coefficient G showing how many times the accuracy of correction when adjusting the optical coupling device according to the first embodiment of the present invention is relaxed compared to the conventional case.

【図6】 この発明の実施例2に係る光増幅装置の構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical amplifying device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施例3に係る光結合装置の要部
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a main part of an optical coupling device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の実施例4に係る光結合装置の第1
の結合系及び第2の結合系の構成図である。
FIG. 8 is a first optical coupling device according to a fourth embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a coupling system and a second coupling system.

【図9】 この発明の実施例5に係る光結合装置の第1
の結合系及び第2の結合系の構成図である。
FIG. 9 is a first optical coupling device according to a fifth embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a coupling system and a second coupling system.

【図10】 半導体レーザのビームウエストスポットサ
イズの説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a beam waist spot size of a semiconductor laser.

【図11】 半導体レーザの出射ビームを光ファイバに
結合させるための結合系の最適倍率の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of an optimum magnification of a coupling system for coupling an outgoing beam of a semiconductor laser with an optical fiber.

【図12】 半導体レ−ザのビ−ム断面形状の楕円率D
rとモ−ド形状不整合損失の関係を示すグラフの一例で
ある。
FIG. 12: Ellipticity D of beam cross section of semiconductor laser
5 is an example of a graph showing the relationship between r and mode shape mismatch loss.

【図13】 従来の光結合装置の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional optical coupling device.

【図14】 従来の光結合装置における、半導体レ−ザ
1とコリメ−トレンズ5の光軸方向位置ずれΔZ1 とこ
れにより生じる非点隔差による結合損失の関係を示すグ
ラフの一例である。
FIG. 14 is an example of a graph showing the relationship between the positional deviation ΔZ 1 of the semiconductor laser 1 and the collimating lens 5 in the optical axis direction and the coupling loss due to the astigmatic difference caused thereby in the conventional optical coupling device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レ−ザ、2 光ファイバ、3 水平面出射ビ
−ム、4 垂直面出射ビ−ム、9 第1の結合系、12
第2の結合系、14 光結合装置、15 入力ファイ
バ、16 Erド−プファイバ、17 合波器、18
アイソレ−タ、19 出力ファイバ、91 第1のレン
ズ、92 第2のレンズ、93 一体化レンズ、121
第3のレンズ、122 屈折率が一様なガラスででき
た第3のレンズ。
1 semiconductor laser, 2 optical fibers, 3 horizontal plane emitting beam, 4 vertical plane emitting beam, 9 first coupling system, 12
Second coupling system, 14 Optical coupling device, 15 Input fiber, 16 Er-doped fiber, 17 Multiplexer, 18
Isolator, 19 Output fiber, 91 First lens, 92 Second lens, 93 Integrated lens, 121
Third lens, 122 Third lens made of glass with a uniform refractive index.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザビームを出射する半導体レ−ザ
と、上記半導体レーザの出射ビームを受けて上記出射ビ
ームの方向に平行な第1の平面内で結像させるととも
に、上記半導体レーザの出射ビームの方向に平行で、か
つ、上記第1の平面に交差する第2の平面内で上記半導
体レーザの出射ビームを略平行にする第1の結合系と、
上記第1の結合系の出射ビームを受けて上記第1の平面
内及び上記第2の平面内で結像させる第2の結合系と、
上記第2の結合系の出射ビームを受ける光ファイバとを
備えた光結合装置。
1. A semiconductor laser that emits a laser beam, and an emission beam of the semiconductor laser, which receives the emission beam of the semiconductor laser and forms an image in a first plane parallel to the direction of the emission beam. A first coupling system that makes the emitted beam of the semiconductor laser substantially parallel in a second plane that is parallel to the direction of and that intersects the first plane;
A second coupling system which receives the outgoing beam of the first coupling system and forms an image in the first plane and in the second plane;
An optical coupling device comprising: an optical fiber that receives the outgoing beam of the second coupling system.
【請求項2】 上記半導体レ−ザの出射ビ−ムの出射角
が小さくなる方向に上記第1の平面を設定したことを特
徴とする請求項1記載の光結合装置。
2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the first plane is set in a direction in which the emission angle of the emission beam of the semiconductor laser is reduced.
【請求項3】 上記第1の平面を上記半導体レーザの活
性層に平行な水平結合面とし、上記第2の平面を上記半
導体レーザの活性層に垂直な垂直結合面としたことを特
徴とする請求項1記載の光結合装置。
3. The first plane is a horizontal coupling plane parallel to the active layer of the semiconductor laser, and the second plane is a vertical coupling plane vertical to the active layer of the semiconductor laser. The optical coupling device according to claim 1.
【請求項4】 上記第1の結合系を、上記第1の平面内
及び上記第2の平面内で同じ焦点距離を有し、それぞれ
の平面内で上記半導体レ−ザの出射ビ−ムを平行ビ−ム
に変換する第1のレンズと、入出力面のうちのすくなく
とも一方が略円筒状であり、上記第1のレンズの出射ビ
ームを受けて上記第1の平面内で集光ビ−ムに変換する
とともに、上記第2の平面内で平行ビ−ムのまま透過す
る第2のレンズとから構成することを特徴とする請求項
1記載の光結合装置。
4. The first coupling system has the same focal length in the first plane and the second plane, and an emission beam of the semiconductor laser is provided in each plane. At least one of the first lens for converting to a parallel beam and the input / output surface is substantially cylindrical, and receives a beam emitted from the first lens and collects a beam in the first plane. 2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical coupling device comprises a second lens which is converted into a beam and is transmitted as a parallel beam in the second plane.
【請求項5】 上記第1の結合系を、略球面状の入力面
及び略円筒状の出力面を有し、上記半導体レーザの出射
ビームを受けて上記第1の平面内で集光ビ−ムに変換す
るとともに、上記第2の平面内で平行ビ−ムにして出射
するレンズから構成することを特徴とする請求項1記載
の光結合装置。
5. The first coupling system has a substantially spherical input surface and a substantially cylindrical output surface, receives an emitted beam of the semiconductor laser, and collects a beam within the first plane. 2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical coupling device comprises a lens that converts the light into a beam and outputs a parallel beam in the second plane.
【請求項6】 上記第2の結合系を、屈折率の分布特性
が光軸から半径方向に向かって小さくなる放物線状であ
り、略円筒状の入力面及び平面状の出力面を有し、上記
第1の結合系により上記第1の平面内で結像された後の
発散ビ−ムを再度集光ビ−ムに変換して上記光ファイバ
に結合するとともに、上記第2の面内の平行ビ−ムを集
光ビ−ムに変換して上記光ファイバに結合する第3のレ
ンズから構成することを特徴とする請求項1記載の光結
合装置。
6. The second coupling system is parabolic in which the distribution characteristic of the refractive index decreases in the radial direction from the optical axis, and has a substantially cylindrical input surface and a planar output surface, The divergent beam after being imaged in the first plane by the first coupling system is converted into a converging beam again to be coupled to the optical fiber, and at the same time, in the second plane. 2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical beam is formed by a third lens which converts a parallel beam into a converging beam and couples it to the optical fiber.
【請求項7】 上記第2の結合系を、略円筒状の入力面
及び略球面状の出力面を有し、上記第2のレンズにより
上記第1の平面内で結像された後の発散ビ−ムを再度集
光ビ−ムに変換して上記光ファイバに結合するととも
に、上記第2の平面内の平行ビ−ムを集光ビ−ムに変換
して上記光ファイバに結合する第3のレンズから構成す
ることを特徴とする請求項1記載の光結合装置。
7. The divergence after the second coupling system has a substantially cylindrical input surface and a substantially spherical output surface and is imaged in the first plane by the second lens. The beam is converted into a converging beam again and coupled to the optical fiber, and the parallel beam in the second plane is converted into a condensing beam and coupled to the optical fiber. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical coupling device comprises three lenses.
【請求項8】 上記第2の結合系の出力面を、出射ビー
ムが上記第2の結合系の光軸に対して交差するように傾
斜させて構成するとともに、上記光ファイバの入力面
を、入射されたビームが上記光ファイバの光軸方向に屈
折するように傾斜させて構成したことを特徴とする請求
項1記載の光結合装置。
8. The output surface of the second coupling system is configured so as to be inclined so that the outgoing beam intersects the optical axis of the second coupling system, and the input surface of the optical fiber is 2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the incident beam is tilted so as to be refracted in the optical axis direction of the optical fiber.
【請求項9】 上記第1の平面内の結像位置と上記第2
の平面内の結像位置とが一致するかどうか調べる第1の
工程と、上記第1の平面内の結像位置と上記第2の平面
内の結像位置とが一致しないときに、上記第1の平面内
の結像位置を上記第2の平面内の結像位置に近づけるよ
うに上記第2の結合系を光軸方向に移動させ、上記第1
の平面内の結像位置と上記第2の平面内の結像位置とを
一致させる第2の工程とを備えることを特徴とする請求
項1記載の光結合装置の調整方法。
9. The imaging position in the first plane and the second position
The first step of checking whether or not the image forming position in the plane of the first image plane and the image forming position in the second plane do not coincide with each other. The second coupling system is moved in the optical axis direction so that the image forming position in the first plane approaches the image forming position in the second plane.
2. The method for adjusting an optical coupling device according to claim 1, further comprising a second step of matching an image forming position in the plane of 1) with an image forming position in the second plane.
【請求項10】 上記第2の工程における上記第2の結
合系の移動量Δdを、Mx を第1の平面における上記第
1の結合系及び上記第2の結合系の結合倍率、Drを上
記半導体レーザの出射ビームの楕円率、Mx2を上記第1
の平面における上記第2の結合系の倍率、ΔZ1 を上記
半導体レーザの光軸方向の位置ずれとしたとき、次式で
与えられる量としたことを特徴とする請求項9記載の光
結合装置の調整方法。 Δd=Mx 2 (Dr2 −1)/Mx2 2・ΔZ1
10. A moving amount Δd of the second coupling system in the second step, M x is a coupling magnification of the first coupling system and the second coupling system in a first plane, and Dr is The ellipticity of the emitted beam of the semiconductor laser, M x2, is set to the first
Magnification of the in plane second bond system, when a [Delta] Z 1 to the position shift of the optical axis of the semiconductor laser, an optical coupling device according to claim 9, characterized in that the amount given by the following equation Adjustment method. Δd = M x 2 (Dr 2 −1) / M x2 2 · ΔZ 1
【請求項11】 レーザビームを出射する半導体レ−
ザ、上記半導体レーザの出射ビームを受けて上記出射ビ
ームの方向に平行な第1の平面内で結像させるととも
に、上記半導体レーザの出射ビームの方向に平行で、か
つ、上記第1の平面に交差する第2の平面内で上記半導
体レーザの出射ビームを略平行にする第1の結合系、上
記第1の結合系の出射ビームを受けて上記第1の平面内
及び上記第2の平面内で結像させる第2の結合系、及び
上記第2の結合系の出射ビームが結合される光ファイバ
からなる光結合装置と、外部から入力される光と上記光
結合装置が出力する光とを結合する合波器と、励起媒質
がド−プされ、上記合波器の出力により励起されて上記
外部から入力される光を増幅するとともに、増幅された
光を出力する光ファイバとを備えた光増幅装置。
11. A semiconductor laser emitting a laser beam.
The receiving beam of the semiconductor laser is imaged in a first plane parallel to the direction of the emitting beam, and the image is formed on the first plane parallel to the direction of the emitting beam of the semiconductor laser. A first coupling system that makes the emitted beams of the semiconductor lasers substantially parallel in a second plane that intersects with each other, and the first coupled system and the second plane that receive the emitted beams of the first coupled system An optical coupling device formed of a second coupling system for forming an image with the optical coupling device and an optical fiber to which an output beam of the second coupling system is coupled, and light input from the outside and light output from the optical coupling device. A coupling multiplexer and an optical fiber which is pumped by the pumping medium, amplifies the light that is excited by the output of the multiplexer and is input from the outside, and outputs the amplified light, are provided. Optical amplifier.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015215537A (en) * 2014-05-13 2015-12-03 住友電気工業株式会社 Method of manufacturing optical module
CN115079346A (en) * 2022-07-20 2022-09-20 之江实验室 Installation and adjustment device and method for coupling space light to optical fiber

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