JPH10239559A

JPH10239559A - 光伝送装置

Info

Publication number: JPH10239559A
Application number: JP9042423A
Authority: JP
Inventors: Isato Yunoki; 勇人柚木
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-11
Also published as: DE69807544D1; EP0862073A1; US6094517A; CN1110713C; EP0862073B1; DE69807544T2; CN1193118A

Abstract

(57)【要約】【課題】チップ面積の小さい受光素子に対して、光照
射時の漏れを抑制する。【解決手段】光ファイバケーブル１の光出射端面１ａ
に、外周面がテーパ面とされた口径調整部材２を設け、
光ファイバケーブル１側からフォトダイオード３１へ向
かって順次縮径しながら光を収束させて照射すること
で、光損失を抑える。また、口径調整部材２のテーパ面
での光漏洩を防ぐため、テーパ面に低屈折率膜２３を塗
布する。口径調整部材２の光ファイバケーブル１に対す
る位置決めをフェルール３によって行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信システム
における光ファイバと受光素子との間の光伝送に使用さ
れる光伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光ファ
イバは、一般にガラス光ファイバとプラスチック光ファ
イバとに大別できる。このうち、ガラス光ファイバは光
透過性が高いため、光伝送精度の向上を目的として、コ
ア径を可及的に小さく設計し単一モード性を高めること
が容易である。これに対し、プラスチック光ファイバの
場合は、曲げに対する強度の向上、及び内部における光
の干渉や減衰に対する対策等の目的で、ファイバ径はガ
ラス光ファイバに比べて大きく設定されるのが通常であ
る。このように、プラスチック光ファイバの径が大きい
と、ある程度のモード分散が避けられないため光の伝搬
損失や波形歪が生じるという欠点があるものの、開口部
の口径が大きくなることから、光ファイバ同士や他の素
子との間の光結合において構成部品の位置決め精度等も
厳しく制限されず、光学的にアライメントしやすい安価
な光通信デバイスとして有用になるといった利点があ
る。このような状況下で、従来のプラスチック光ファイ
バでは、その口径が大きいために発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）から多くの光信号を光ファイバ内に導入し、また光
ファイバ出射側では大きなチップサイズのフォトダイオ
ード（ＰＤ）で受光して電気信号に変換するように構成
されていた。

【０００３】ところで、最近の光ファイバ通信において
は、数百Ｍｂｐｓ（メガビット毎秒）から数Ｇｂｐｓ
（ギガビット毎秒）オーダーの高速光通信を可能とする
研究が進みつつある。このことに伴って、受光側のフォ
トダイオードのチップサイズが制約されてくる。これ
は、フォトダイオード表面に照射される光によって発生
した（励起）電子がチップ端部のワイヤーボンディング
位置まで進む時間が、フォトダイオードのチップ面積が
大きい場合に多くの時間を要するため、フォトダイオー
ドのチップ面積をできるだけ小さく設計する必要がある
からである。

【０００４】しかしながら、このようにフォトダイオー
ドのチップ面積を小さく設定した場合、従来のプラスチ
ック光ファイバでは上述のように口径を大に設定してい
たため、図１１の如く、光ファイバＡ１の光出射端面Ａ
２から出る光信号の一部しかフォトダイオードＡ３に入
射されないことになり、光出射端面Ａ２とフォトダイオ
ードＡ３との間の光損失が大きくなってしまう。

【０００５】具体的には、例えば外径寸法が７５０μｍ
プラスチック光ファイバの端部から、受光面の径が２５
０μｍであるフォトダイオードに均一な光を出射する場
合を考えると、その面積比から換算して、もとの光量の
１１％程度しか受光できなくなってしまい、ｄＢｍに換
算すると、９．５４ｄＢｍだけ光量が低下することとな
る。

【０００６】以上のことから、取り扱いやすい大口径の
プラスチック光ファイバＡ１は、高速信号を受信できる
チップ面積の小さなフォトダイオードＡ３とは整合し難
く、結合損失の大きいものとなってしまっていた。

【０００７】そこで、この発明の課題は、チップ面積の
小さな受光素子を使用した場合に結合損失を低減し得る
光伝送装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
請求項１に記載の発明は、光ファイバケーブルと、前記
光ファイバケーブルの少なくとも一端部の口径を調整す
る口径調整部材と、前記光ファイバケーブルの少なくと
も前記一端部において前記口径調整部材を位置決め固定
するフェルールとを備え、前記口径調整部材の外周面
は、前記光ファイバケーブル側から光軸方向に離間する
に従って順次縮径するテーパ面とされたものである。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記フェルール
の内周面は、前記口径調整部材の外周面に対応して、前
記光ファイバケーブル側から光軸方向に離間するに従っ
て順次縮径するテーパ面とされたものである。

【００１０】請求項３に記載の発明は、前記口径調整部
材が、前記光ファイバケーブルと同等の開口数の光ファ
イバ部材が前記テーパ面を有するよう延伸されて形成さ
れるものである。

【００１１】請求項４に記載の発明は、前記口径調整部
材の一方端が前記光ファイバケーブル及び前記口径調整
部材の両コアと同等の屈折率を有する透明接着体によっ
て前記光ファイバケーブルの前記一端部に接着接合され
るものである。

【００１２】請求項５に記載の発明は、前記口径調整部
材は前記光ファイバケーブルの前記一端部が一体的に延
伸形成されてなるものである。

【００１３】請求項６に記載の発明は、前記口径調整部
材の外周面に、光の漏洩を防止するよう前記口径調整部
材の外周部分より低い屈折率を有する低屈折率膜が塗布
されたものである。

【００１４】請求項７に記載の発明は、前記光ファイバ
ケーブルはプラスチック光ファイバケーブルである。

【００１５】請求項８に記載の発明は、前記光ファイバ
ケーブルはステップインデクス型光ファイバケーブルで
ある。

【００１６】請求項９に記載の発明は、前記光ファイバ
ケーブルはグレーデッドインデクス型光ファイバケーブ
ルである。

【００１７】請求項１０に記載の発明は、前記口径調整
部材および前記フェルールが配置される前記光ファイバ
ケーブルの前記一端部は、外部の受光素子に向けて光を
照射する光照射端部であるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】

｛第１実施形態｝図１はこの発明の第１実施形態の光伝
送装置を示す図である。この実施形態の光伝送装置は、
図１の如く、一般的なプラスチック光ファイバケーブル
１の光出射端面１ａに、この光ファイバケーブル１の光
出力口径を調整するための円錐台形状の口径調整部材２
を貼着し、この状態でフェルール３内に収納されてなる
ものである。

【００１９】ここで使用される光ファイバケーブル１
は、コア／クラッドの屈折率差が比較的小さい低開口数
（ＮＡ）のステップインデクス型のものであって、図２
の如く、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）等の
屈折率が１．４９５のプラスチックからなるコア１１の
周囲にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の屈
折率が１．４９３のフッ素系樹脂からなるクラッド１２
を被覆し、さらにその外周にポリエチレン等のプラスチ
ック製の被覆部１３を被覆して構成され、光ファイバケ
ーブル１の先端から所定長の被覆部１３が剥取られて光
出射端面１ａが露出される。光ファイバケーブル１のク
ラッド１２の外径は７５０μｍとされ、また、この光フ
ァイバケーブル１の伝送損失は２３０ｄＢ／ｋｍとされ
る。コア１１とクラッド１２との屈折率差は０．００２
である。

【００２０】円錐台形状の口径調整部材２は、図３の如
く、コア２１及びクラッド２２からなる円錐台体のテー
パ面がさらに低屈折率膜２３（図２参照）で被覆されて
なるもので、前述の光ファイバケーブル１と同じまたは
同開口数のプラスチック光ファイバを円錐台形に延伸し
て使用する。例えば、口径調整部材２の長さＬ１が６ｍ
ｍ、コア２１及びクラッド２２からなる円錐台体の大径
面２ａの径Ｄａが光ファイバケーブル１の外径と同寸法
の７５０μｍ、同円錐台体の小径面２ｂの径Ｄｂが２０
０μｍないし７００μｍにそれぞれ設定される。なお、
大径面２ａにおけるコア２１とクラッド２２の層厚比が
光ファイバケーブル１のコア１１とクラッド１２の層厚
比と同一であることは当然であるが、小径面２ｂにおい
ても、かかる層厚比は維持されており、したがって、小
径面２ｂにおけるコア２１の径Ｄｃは、層厚比（＝コア
径／クラッド径）をαとするとＤｃ＝αＤｂで表すこと
ができる。

【００２１】このような円錐台体（２１，２２）の形状
は、上述の光ファイバケーブル１と同様のコア２１及び
クラッド２２が積層されてなる光ファイバの端部に約１
００ｇ程度の力を光軸方向に与えて加熱しながら延伸す
ることにより形成される。具体的な例としては、図４の
如く、既存のプラスチック光ファイバＡ１の端部に１０
０ｇの錘３０ａが縛り付けられた糸３０ｂを結びつけ、
光ファイバＡ１の糸３０ｂを結びつけた部分の近傍を約
１０ｍｍに渡って摂氏１５０度の熱風で加熱し、加熱時
間を５秒から１０秒の範囲で変化させながら、錘３０ａ
の重量を利用して光ファイバＡ１を略円錐形状に延伸す
れば、図３に示したような口径調整部材２の形状が得ら
れる。

【００２２】なお、このように光の導波路を円錐台形状
に形成すると、内部を進行する光は、図５のようにコア
２１及びクラッド２２の界面で反射する度に、進行光の
光軸に対する角度ψ１，ψ２，ψ３，…，ψｎは大きく
なる。すなわち、テーパ面の光軸に対する傾きをθ、コ
ア２１内での入射角度をψ０とすると、進行光の光軸に
対する角度ψ１，ψ２，ψ３，…，ψｎは ψ１＝ψ０＋２θ ψ２＝ψ１＋２θ ψ３＝ψ２＋２θ ： ψ(n-1)＝ψ(n-2)＋２θ ψｎ＝ψ(n-1)＋２θ となる。したがって、コア２１及びクラッド２２の界面
でｎ回の反射が行われた後の進行光の光軸に対する角度
ψｎは、 ψｎ＝ψ０＋２θ×ｎとなるため、反射回数に応じてコア２１及びクラッド２
２の界面における光の反射角が大になることが判る。そ
の結果、内部の進行光は反射を繰り返すうちに界面を突
き抜けるようになり、光の漏洩の程度が大きくなってし
まう。そこで、かかる漏洩防止のため、クラッド２２よ
り屈折率の小さいＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレー
ト）等の低屈折率膜２３を口径調整部材２のテーパ面に
塗布し、コア２１及びクラッド２２の界面を突き抜ける
光をコア２１内へ戻すよう構成している。かかる構成に
より、口径調整部材２の小径面２ｂでの開口数（ＮＡ）
は約０．５になる。

【００２３】この口径調整部材２は、光ファイバケーブ
ル１の光出射端面１ａに対して透明軟質シリコーンエラ
ストマー２４を介して継ぎ足すように接合される。この
軟質シリコーンエラストマー２４は、高屈折率シリコー
ン基材をシート状に延ばして常温硬化させたものを精密
ポンチ等で切り出したもので、その屈折率は、光ファイ
バケーブル１及び口径調整部材２の両コア１１，２１の
屈折率１．４９５と同一に設定されており、これにより
両コア１１，２１と軟質シリコーンエラストマー２４と
の接合界面でのフレネル反射を防止する。なお、光ファ
イバケーブル１と口径調整部材２とを貼着接合する目的
であれば、軟質シリコーンエラストマー２４に代えてマ
ッチング・オイルを注入する方法もあるが、その粘度が
温度によって変わったり注人時に気泡が入ったりして、
通信経路内の安定度に影響が出やすくなる。したがっ
て、ここでは高屈折率シリコーン基材を加工したものを
使用している。

【００２４】そして、フェルール３は、例えば黄銅材を
切削加工で加工して図６のように成形したもので、その
周胴部略中央部に径方向外側に張り出し状の鍔部２５が
形成され、この鍔部２５が図示しないコネクタに係止さ
れる。また、フェルール３の内部には、光ファイバケー
ブル１の被覆部１３とほぼ同径寸法のファイバ収容部２
６と、口径調整部材２の先端を露出させつつ口径調整部
材２を収容する調整部材収容部２７とがテーパ部２８を
介して同一直線上に連続的に形成してなる挿通孔２９を
備える。ここで、特に調整部材収容部２７は、口径調整
部材２と同様の円錐台形状に穿設されている。

【００２５】上記構成の光伝送装置の動作を説明する。
図１のように、プラスチック光ファイバケーブル１の一
端の光出射端面１ａに軟質シリコーンエラストマー２４
を介して口径調整部材２を継ぎ足すように接合した後、
これらをフェルール３の挿通孔２９に収納した状態で、
口径調整部材２の先端部近傍にフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）３１を対向配置する。ここで使用されるフォトダイ
オード３１は、高速通信を目的とするチップ面積の小さ
なものを使用する。一方、光ファイバケーブル１の他端
の光入射端面１ｂの近傍には、光源としての発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）３２を対向配置する。

【００２６】そして、発光ダイオード３２を点滅させて
所定の光信号を光入射端面１ｂに与えると、光は光ファ
イバケーブル１のコア１１及びクラッド１２の界面で反
射を繰返しながら進行し、光出射端面１ａから出射す
る。この出射光は、屈折率がほぼ同等の軟質シリコーン
エラストマー２４を透過した後、口径調整部材２の大径
面２ａからコア２１へ進入する。軟質シリコーンエラス
トマー２４における光の入出時では、軟質シリコーンエ
ラストマー２４の屈折率が両側の両コア１１，２１の屈
折率と同等に設定されているため、フレネル反射が防止
されて光の損失がほとんど発生しない。

【００２７】口径調整部材２のコア２１内に進入した光
は、コア２１とクラッド２２の界面で反射を繰返しなが
ら進行する。このとき、上述した通り、反射回数に応じ
てコア２１及びクラッド２２の界面における光の反射角
が大になるが、クラッド２２の上層側にさらに低屈折率
膜２３を塗布しているので、進行光の外部への漏洩が防
止される。

【００２８】そして、小径面２ｂを通過した光は、フォ
トダイオード３１の受光面に向けて出射され、このフォ
トダイオード３１で光電変換された後、所定の処理回路
３３で所定の信号処理が行われる。ここで、上述の通り
フォトダイオード３１は高速駆動を目的としてチップ面
積を小さく設定しているが、口径調整部材２の小径面２
ｂをフォトダイオード３１のチップ面積に応じた寸法に
設定しておけば、この小径面２ｂから出射された光のほ
とんどをフォトダイオード３１の受光面に照射でき、し
たがってフォトダイオード３１の受光時の光損失を大幅
に低減できる。

【００２９】ここで、表１は、口径調整部材２の小径面
２ｂの外径を変化させた場合のフォトダイオードにおけ
る受光感度の変化を測定した実験結果を示すものであ
る。ただし、表１では、フォトダイオードとしてチップ
面積の大きいものを使用しており、したがって外径寸法
が最も大きい７５０μｍの場合でも、口径調整部材２か
らの出射光は全てフォトダイオードに照射されるものと
する。また、この実験では、光ファイバケーブル１とし
て長さ２ｍのものを使用し、また発光ダイオード３２と
して中心波長が７００ｎｍ、出力３ｄＢｍのものを使用
した。口径調整部材２の長さＬ１は６ｍｍ、コア２１及
びクラッド２２からなる円錐台体の大径面２ａの径Ｄａ
は光ファイバケーブル１の外径と同寸法の７５０μｍで
ある。なお、光ファイバケーブル１のクラッド１２の外
径が７５０μｍであるため、口径調整部材２の小径面２
ｂの外径が７５０μｍのときにテーパが全くない状態と
なる。

【００３０】

【表１】

【００３１】ここで、上述の実験ではフォトダイオード
としてチップ面積の大きいものを使用したが、実際に使
用される高速駆動用（＝小面積）のフォトダイオード３
１の受光面の径が例えば２５０μｍであるとすると、こ
の面積の違いを考慮して最終的な受光感度を演算してお
く必要がある。もしプラスチック光ファイバの端面（外
径７５０μｍ）から均一に出射される光信号を２５０μ
ｍ径のフォトダイオード３１で受信すると仮定すると、
その面積比から元の信号の１１％程度しか受光できな
い。ｄＢｍに換算すると、 −１０＊ｌｏｇ（０．１１）＝９．５４（ｄＢ）となって、９．５４ｄＢｍだけ光量が低下することとな
る。

【００３２】これに対し、表１において小径面２ｂの外
径が７５０μｍの場合と２５０μｍの場合とを比較する
と約４．４ｄＢｍ程度しか受光感度が低下していないこ
とが判る。

【００３３】すなわち、この実施形態のように光ファイ
バケーブル１に口径調整部材２を継ぎ足すことによっ
て、従来例なら面積比によって元の光強度（−１１．１
１６）よりも９．５４ｄＢｍ程度低下するところを、約
４．４ｄＢｍの低下（−１５．５１９ｄＢｍ）に抑えら
れるため、９．５４−４．４＝５．１４となる。すなわち、従来例に比べて５．１４ｄＢの利得
があると言い換えられる。

【００３４】以上のことから、フォトダイオード３１等
の受光素子の入射面が微小になっても、口径調整部材２
内の光信号は小径面２ｂに近づくほど高密度化されるの
で、光損失を低減することにより効率良く光結合するこ
とができることが判る。したがって、特に数百Ｍｂｐｓ
オーダー以上の高速光信号を受信するために設計された
フォトダイオード３１と効率良く光結合させるために、
同じく高速光通信用に開発されたステップインデクス型
光ファイバケーブル１を伝送媒体とし、その先端にテー
パ形状の口径調整部材２を継ぎ足すことで、受信側の光
結合損失を低く抑えて効率良く結合することができる。

【００３５】また、光ファイバケーブル１の光出射端面
１ａに口径調整部材２を取り付ける際に、軟質シリコー
ンエラストマー２４を介在させて貼着によって容易に継
ぎ足すことができ、取り扱いが容易になる。

【００３６】｛第２実施形態｝図７及び図８はこの発明
の第２実施形態の光伝送装置を示す図である。なお、図
７及び図８では第１実施形態と同様の機能を有する要素
については同一符号を付している。第１実施形態では、
従来例と同様のステップインデクス型光ファイバケーブ
ル１の光出射端面１ａに口径調整部材２を軟質シリコー
ンエラストマー２４を介して貼着していたが、この実施
形態の光伝送装置は、図７及び図８の如く、従来例と同
様のプラスチック光ファイバの端部を直接延伸加工する
ことによって、プラスチック光ファイバケーブル１と口
径調整部材２とを一体的に延伸形成したものである。延
伸加工の方法としては、例えば図４に示したように錘の
重量を利用して伸張すればよい。

【００３７】ここで、光ファイバケーブル１及び口径調
整部材２は、コア１１，２１及びクラッド１２，２２を
それぞれ備えており、また、光ファイバケーブル１のク
ラッド１２の外周が被覆部１３で被覆され、さらに口径
調整部材２のクラッド２２の外周に低屈折率膜２３が塗
布されている点で第１実施形態の構成と類似している。
ただし、１個のプラスチック光ファイバの端部を延伸す
ることで口径調整部材２を形成しているので、第１実施
形態で説明した軟質シリコーンエラストマー（２４）は
不要であるため省略されている。その他の構成は第１実
施形態と同様である。

【００３８】かかる光伝送装置における受光感度の実測
結果を表２に示す。実験環境は第１実施形態で説明した
表１の場合と同一条件下で行った。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２の通り、口径調整部材２の小径面２ｂ
からの出射光を例えば２５０μｍのフォトダイオードで
受光した場合、−１５．３０５ｄＢｍであるため、テー
パなしの状態に比べて４．１８９ｄＢｍしか低下してお
らず、従来例の低下量９．５４ｄＢｍより大幅に光損失
を低減していることがわかる。したがって、第１実施形
態と同様に、フォトダイオード３１のチップ面積を高速
化の目的で小さく設定した場合に、従来例に比べて受光
感度を向上できる。

【００４１】｛第３実施形態｝第１実施形態では、従来
例と同様の光ファイバケーブル１の光出射端面１ａに口
径調整部材２を軟質シリコーンエラストマー２４を介し
て貼着し、第２実施形態では光ファイバケーブル１と口
径調整部材２とを一体的に延伸形成したものであった
が、この発明の第３実施形態の光伝送装置は、第１実施
形態と同様のステップインデクス型プラスチック光ファ
イバケーブル１の光出射端面１ａに、同じく第１実施形
態と同様の口径調整部材２を配置し、これらをフェルー
ル３内に収納して互いに位置決めしたものである。した
がって、第１実施形態に比べて軟質シリコーンエラスト
マー（２４）が省略されているが、その他の構成はすべ
て第１実施形態と同様である。

【００４２】かかる光伝送装置における受光感度の実測
結果を表３に示す。実験環境は第１実施形態で説明した
表１の場合と同一条件下で行った。

【００４３】

【表３】

【００４４】表３の通り、口径調整部材２の小径面２ｂ
からの出射光を例えば２５０μｍのフォトダイオードで
受光した場合、−１６．００３ｄＢｍであるため、テー
パなしの状態に比べて４．８８７ｄＢｍしか低下してお
らず、従来例の低下量９．５４ｄＢｍより大幅に光損失
を低減していることがわかる。したがって、第１実施形
態に比べると、光ファイバケーブル１と口径調整部材２
との間に軟質シリコーンエラストマー（２４）が省略さ
れている分だけ光結合ロスが生じるものの、従来例に比
べると、フォトダイオード３１のチップ面積を高速化の
目的で小さく設定した場合に、受光感度を飛躍的に向上
できる。

【００４５】｛第４実施形態｝上述した第１実施形態な
いし第３実施形態では、光ファイバケーブル１としてす
べてステップインデクス型のものを使用しており、した
がって、口径調整部材２についてもそのコア２１内の屈
折率は均一であったのに対し、この発明の第４実施形態
の光伝送装置では、プラスチック光ファイバケーブル１
としてコア内部の屈折率が変化して設定されたグレーデ
ッドインデクス型（屈折率分布型）のものを使用してい
る点で上述の各実施形態と異なるものである。

【００４６】図９はこの実施形態の光伝送装置を示す図
である。なお、図９では上記各実施形態と同様の機能を
有する要素については同一符号を付している。図９の如
く、この実施形態では、光ファイバケーブル１と口径調
整部材２としてグレーデッドインデクス型のものを使用
したものである。口径調整部材２の形成方法としては、
第２実施形態と同様に、既存のグレーデッドインデクス
型プラスチック光ファイバの端部を例えば図４のように
直接延伸加工することによって、光ファイバケーブル１
と口径調整部材２とを一体的に延伸形成している。ま
た、口径調整部材２においてクラッド２２の上層に低屈
折率膜２３を塗布している点についても第２実施形態と
同様である。なお、グレーデッドインデクス型プラスチ
ック光ファイバはファイバ径の約７０％がコアで、その
周囲径約３０％程度がクラッドであり、かかる比率は光
ファイバケーブル１及び口径調整部材２のコア１１，２
１及びクラッド１２，２２についてそれぞれ維持され
る。

【００４７】ここで、グレーデッドインデクス型光ファ
イバケーブル１において、クラッド１２の径を２ａ、比
屈折率差をΔ、所定の屈折率分布係数をα（≒２）とす
ると、中心軸からｒだけ離れた点の屈折率ｎ（ｒ）は次
の式（数１）で表される。

【００４８】

【数１】

【００４９】すなわち、このグレーデッドインデクス型
の光ファイバケーブル１及び口径調整部材２において
は、コア１１，２１の屈折率がクラッド１２，２２に近
づくほど連続的に小さくなるようになっており、かかる
屈折率分布により、図９の如く、コア１１，２１の中心
軸の光線のみ直進し、中心軸を外れた光線は連続的に方
向を変えて再び中心軸に戻ってくる。

【００５０】このような光線の軌跡は、光ファイバケー
ブル１内の場合だけでなく口径調整部材２の内部でも同
様であり、口径調整部材２の径が小さくなるにつれてそ
の径の変化と同等の比率で光の振幅が小さくなるため、
光ファイバケーブル１内の光は口径調整部材２の小径面
２ｂに近づくにつれて収束される。したがって、図１の
ように口径調整部材２の小径面２ｂからチップ面積の小
さなフォトダイオード３１に光を照射すれば、光損失を
飛躍的に低減できる。

【００５１】この光伝送装置における受光感度の実測結
果を表４に示す。実験環境は、光ファイバケーブル１及
び口径調整部材２としてグレーデッドインデクス型のも
のを使用する以外はすべて第２実施形態で説明した表２
の場合と同一条件下で行った。

【００５２】

【表４】

【００５３】表４の通り、５００μｍの径のコアから均
一に出射する光信号を２００μｍ径のフォトダイオード
３１で受信すると仮定すると、その面積比から元の信号
の１６％しか受光できない。ｄＢｍに換算すると、−１
０＊ｌｏｇ（０．１６）＝７．９６ｄＢｍの低下となる
はずである。

【００５４】ここで、グレーデッドインデクス型プラス
チック光ファイバはファイバ径の約７０％がコアなの
で、口径調整部材２の小径面２ｂにおいて２００μｍの
コア径を得るには、小径面２ｂの外径を３００μｍ程度
にしなければならない。表４中において小径面２ｂの外
径寸法が７５０μｍの場合と３００μｍの場合とを比較
すると、外径寸法が３００μｍの場合は７５０μｍの場
合よりも１．４ｄＢだけ低下している。すなわち、面積
比から換算して本来なら元の光強度よりも７．９６ｄＢ
ｍだけ低下するところを、１．４ｄＢの低下に抑えるこ
とができるため、従来例に比べて（７．９６−１．４
＝）６．５６ｄＢｍの利得があるといえる。

【００５５】｛第５実施形態｝図１０はこの発明の第５
実施形態の光伝送装置を示す図である。なお、図１０で
は上記各実施形態と同様の機能を有する要素については
同一符号を付している。この実施形態の光伝送装置は、
グレーデッドインデクス型のプラスチック光ファイバケ
ーブル１及び口径調整部材２を使用している点で第４実
施形態と類似するが、光ファイバケーブル１と口径調整
部材２とを別々の部品として成形した後、フェルール３
内に収納配置することのみで両者１，２を互いに位置決
めしている点で第４実施形態と異なる。なお、口径調整
部材２は第４実施形態と同様の方法で作成された後所定
寸法に切出して作成されるもので、口径調整部材２の材
料としては光ファイバケーブル１と全く同じものまたは
光ファイバケーブル１と開口数が同一のものが使用され
る。

【００５６】かかる光伝送装置における受光感度の実測
結果を表５に示す。実験環境は上記各実施形態で説明し
た場合と同一条件下で行った。

【００５７】

【表５】

【００５８】従来では、第４実施形態で説明した通り
７．９６ｄＢｍの光損失が理論上推定されるが、小径面
２ｂの外径寸法が７５０μｍの場合と３００μｍの場合
とを比較すると、外径寸法が３００μｍの場合（−１
４．３８７ｄＢｍ）は７５０μｍの場合（−１２．０８
６ｄＢｍ）よりも２．３０１ｄＢｍだけ低下している。
すなわち、面積比から換算して本来なら元の光強度より
も７．９６ｄＢｍだけ低下するところを、２．３０１ｄ
Ｂｍの低下に抑えることができるため、第４実施形態に
比べると伝送経路中の光結合ロスが出るものの、従来例
に比べて（７．９６−２．３０＝）５．６６ｄＢｍの利
得があるといえる。

【００５９】なお、上記各実施形態では、主としてプラ
スチック光ファイバのコア径が比較的大きいことを考慮
して、このプラスチック光ファイバの光出射の収束を目
的とした例について説明したが、ガラス光ファイバにつ
いてコア径の比較的大きなものについても同様に適用で
きることは言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】請求項１、請求項８及び請求項９に記載
の発明によれば、口径調整部材の外周面をテーパ面と
し、光ファイバケーブルの一端部における光を、テーパ
面で反射させながら案内するようにしているので、外部
の光学素子としてチップ面積の小さいものを使用して
も、光ファイバケーブルとの間で光を効率よく案内して
結合でき、光損失を大幅に低減できる。この際、フェル
ールによって光ファイバケーブル及び口径調整部材によ
って位置決め固定しているので、他の部材に依存せずに
位置決め固定が可能となり、故に部品点数の増大の抑制
が可能となる。

【００６１】請求項２に記載の発明によれば、フェルー
ルの内周面を口径調整部材の外周面に対応する縮径テー
パ面としているので、フェルールによる口径調整部材の
位置決めを一層確実に且つ容易に行うことができる。

【００６２】請求項３に記載の発明によれば、口径調整
部材について、これと接続する光ファイバケーブルの開
口数と同等の開口数を有する光ファイバ部材を用いて形
成しているので、光ファイバケーブルと口径調整部材と
の間で開口数の整合をとることができ、光ファイバケー
ブルとの間に入出する光を口径調整部材内で効率よく進
行させることができる。

【００６３】請求項４に記載の発明によれば、光ファイ
バケーブルと口径調整部材との間にこれらの両コアと同
等の屈折率を有する透明接着体を介在させているので、
これら相互間の接合部分におけるフレネル反射を防止で
き、光伝達効率を向上できる。

【００６４】請求項５に記載の発明によれば、光ファイ
バケーブルと口径調整部材とを一体的に延伸形成してい
るので、これら相互間の光の入出において光がフレネル
反射するのを防止でき、光伝達効率を向上できる。

【００６５】請求項６に記載の発明によれば、口径調整
部材のテーパ状の外周面に低屈折率膜を塗布しているの
で、口径調整部材のテーパ面に導入された光がそのテー
パ面から徐々に漏洩しようとしても、低屈折率膜によっ
て反射されて口径調整部材内に再び戻される。したがっ
て、口径調整部材での光の損失を大幅に抑制できるとい
う効果がある。

【００６６】請求項７に記載の発明のようにプラスチッ
ク光ファイバケーブルを使用する場合、一般にガラス光
ファイバケーブルより大口径になる場合が多く、したが
って、口径調整部材を用いた場合の請求項１ないし請求
項６の効果をより一層高めることができる。

【００６７】請求項１０に記載の発明によれば、口径調
整部材によって光を案内することで光を収束させて外部
へ照射できるので、特に高速通信が可能なチップ面積の
小さい受光素子を使用しても、光の損失をあまり発生さ
せることなく光を照射できる。したがって、簡単な構成
で通信の高速化を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態の光伝送装置の概略を
示す模式図である。

【図２】第１実施形態の光伝送装置における光ファイバ
ケーブルと口径調整部材の接合部分を示す断面図であ
る。

【図３】口径調整部材の形状を示す模式図である。

【図４】口径調整部材の作成動作を示す斜視図である。

【図５】口径調整部材内での光の進行動作を示す原理図
である。

【図６】第１実施形態の光伝送装置の光出射部分を示す
断面図である。

【図７】この発明の第２実施形態の光伝送装置の光出射
部分を示す断面図である。

【図８】第２実施形態の光伝送装置における光ファイバ
ケーブルと口径調整部材の一体形成部分を示す断面図で
ある。

【図９】この発明の第４実施形態の光伝送装置における
光ファイバケーブルと口径調整部材を示す断面図であ
る。

【図１０】この発明の第５実施形態の光伝送装置におけ
る光ファイバケーブルと口径調整部材を示す断面図であ
る。

【図１１】従来の光伝送装置の概略を示す動作図であ
る。

【符号の説明】

１光ファイバケーブル１ａ光出射端面１ｂ光入射端面２口径調整部材２ａ大径面２ｂ小径面３フェルール１１コア１２クラッド１３被覆部２１コア２２クラッド２３低屈折率膜２４軟質シリコーンエラストマー３１フォトダイオード３２発光ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバケーブルと、前記光ファイバケーブルの少なくとも一端部の口径を調
整する口径調整部材と、前記光ファイバケーブルの少なくとも前記一端部におい
て前記口径調整部材を位置決め固定するフェルールとを
備え、前記口径調整部材の外周面は、前記光ファイバケーブル
側から光軸方向に離間するに従って順次縮径するテーパ
面とされたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】請求項１に記載の光伝送装置であって、
前記フェルールの内周面は、前記口径調整部材の外周面
に対応して、前記光ファイバケーブル側から光軸方向に
離間するに従って順次縮径するテーパ面とされたことを
特徴とする光伝送装置。
【請求項３】請求項１に記載の光伝送装置であって、
前記口径調整部材は、前記光ファイバケーブルと同等の
開口数の光ファイバ部材が前記テーパ面を有するよう延
伸されて形成されることを特徴とする光伝送装置。
【請求項４】請求項１または請求項３に記載の光伝送
装置であって、前記口径調整部材の一方端は前記光ファ
イバケーブル及び前記口径調整部材の両コアと同等の屈
折率を有する透明接着体によって前記光ファイバケーブ
ルの前記一端部に接着接合されることを特徴とする光伝
送装置。
【請求項５】請求項１または請求項３に記載の光伝送
装置であって、前記口径調整部材は前記光ファイバケー
ブルの前記一端部が一体的に延伸形成されてなることを
特徴とする光伝送装置。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の光伝送装置であって、前記口径調整部材の外周面
に、光の漏洩を防止するよう前記口径調整部材の外周部
分より低い屈折率を有する低屈折率膜が塗布されたこと
を特徴とする光伝送装置。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれかに記
載の光伝送装置であって、前記光ファイバケーブルはプ
ラスチック光ファイバケーブルであることを特徴とする
光伝送装置。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかに記
載の光伝送装置であって、前記光ファイバケーブルはス
テップインデクス型光ファイバケーブルであることを特
徴とする光伝送装置。
【請求項９】請求項１ないし請求項７のいずれかに記
載の光伝送装置であって、前記光ファイバケーブルはグ
レーデッドインデクス型光ファイバケーブルであること
を特徴とする光伝送装置。
【請求項１０】請求項１ないし請求項９のいずれかに
記載の光伝送装置であって、前記口径調整部材および前
記フェルールが配置される前記光ファイバケーブルの前
記一端部は、外部の受光素子に向けて光を照射する光照
射端部であることを特徴とする光伝送装置。