JPH10300989A - 光結合器 - Google Patents

光結合器

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JPH10300989A
JPH10300989A JP10452597A JP10452597A JPH10300989A JP H10300989 A JPH10300989 A JP H10300989A JP 10452597 A JP10452597 A JP 10452597A JP 10452597 A JP10452597 A JP 10452597A JP H10300989 A JPH10300989 A JP H10300989A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical coupler
lens
semiconductor laser
wavelength
angle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10452597A
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English (en)
Inventor
Hidekazu Nishimura
英一 西村
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長0.98μmに用いても、十分な結合効
率を得ることができる回転非対称形のビーム整形レンズ
を有する光結合器を提供する。 【解決手段】 出射光の広がり角が接合面に対して水平
方向と垂直方向で異なる発光波長0.98μmの半導体
レーザー3と、この半導体レーザー3の光出射方向に配
置される回転対称形のコリメート用非球面レンズ1と、
このコリメート用非球面レンズ1の後方に配置される指
定の形状パラメータを持つ回転非対称形のビーム整形レ
ンズ2と、このビーム整形レンズ2の後方に配置される
波長0.98μm用の単一モード光ファイバ4とを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信技術におけ
る半導体レーザーと単一モード光ファイバとの光結合器
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】このような分野の技術としては、例え
ば、文献名:1993年電子情報通信学会秋季大会「ビ
ーム整形レンズによる0.98μmLDと光ファイバの
結合効率改善」、C−116、4−196頁に開示され
るものがあった。この従来の光結合器の場合、半導体レ
ーザー(LD)の接合面に対して、水平方向と垂直方向
のビーム広がり比が、1:3のLD、波長1.3〜1.
55μm用の単一モード光ファイバ(SMF)に対して
設計されており、LD側のレンズ及びSMF側のレンズ
の推定値は図4及び図5に示すようになっている。
【0003】すなわち、図4に示すように、LD側Aに
配置される回転対称形の非球面レンズ11は、ガラス名
SFS01、屈折率n=1.88445(λ=0.9
8μm)であり、厚さは0.9mm、LD側Aの中心の
曲率C1 =0.2963841、ファイバ側Bの中心の
曲率C2 =−1.428571、非球面係数K2 =−
1、a2 =−0.1894472、b2 =0.4024
104である。なお、中心の曲率Cの負値は右に凸を示
す。
【0004】図5に示すように、SMF側Bに配置され
る回転非対称形のビーム整形レンズ12は、ガラス名
SFS01、屈折率n=1.88445(λ=0.98
μm)、レンズの長さは5.4mmであり、図5(a)
に示すように、半導体レーザーの光出射方向(水平)方
向の場合は、LD側Aの中心の曲率C1 =0、フアイバ
側Bの中心の曲率C2 =−1.027749、非球面係
数K2 =−3.551146である。
【0005】また、図5(b)に示すように、半導体レ
ーザーの光出射方向(垂直)の場合は、LD側Aの中心
の曲率C1 =0.2801120、非球面係数K1 =−
0.4473189、ファイバ側Bの中心の曲率C2
0である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これを
波長0.98μmにおいて使用するとすれば、発光波長
0.98μmのLDには、接合面に対して水平及び垂直
方向のビーム広がり比が1:6程度のものがあり、波長
0.98μm用のSMFも波長1.3〜1.55μm用
のものとは異なっており、従来例のレンズを波長0.9
8μmで用いても最適な結合とならず、十分な結合効率
が得られないという問題点があった。
【0007】本発明は、上記問題点を除去し、波長0.
98μmに用いても、十分な結合効率を得ることができ
る光結合器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕半導体レーザーと単一モード光ファイバとの光結
合器において、出射光の広がり角が接合面に対して水平
方向と垂直方向で異なる発光波長0.98μmの半導体
レーザーと、この半導体レーザーの光出射方向に配置さ
れる回転対称形のコリメート用非球面レンズと、このコ
リメート用非球面レンズの後方に配置される指定の形状
パラメータを持つ回転非対称形のビーム整形レンズと、
このビーム整形レンズの後方に配置される波長0.98
μm用の単一モード光ファイバとを設けるようにしたも
のである。
【0009】〔2〕上記〔1〕記載の光結合器におい
て、前記半導体レーザーは、接合面に対して水平方向と
垂直方向のビーム広がり角の比がほぼ1:4乃至1:6
であるようにしたものである。 〔3〕上記〔2〕記載の光結合器において、前記回転非
対称形のビーム整形レンズは、接合面に対して水平方
向、垂直方向ともに、1/e2 値半角が6.8°で収束
する光を出射するようにしたものである。
【0010】〔4〕上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載
の光結合器において、前記単一モード光ファイバはコア
径6μmであり、ファイバビームはパワー分布で1/e
2 値半角が6.8°の広がり角を持つようにしたもので
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施
例を示す光結合器の構造を示す図であり、図1(a)は
半導体レーザーの光出射方向θ(垂直方向)から見たレ
ンズの構造を示す図、図1(b)は半導体レーザーの光
出射方向θ(水平方向)から見たレンズの構造を示す図
である。
【0012】それによれば、半導体レーザー(LD)3
側Aに回転対称形のコリメート用非球面レンズ1、単一
モード光ファイバ(SMF)4側Bに回転非対称形のビ
ーム整形レンズ2を配置した光結合器の構造となってい
る。そして、回転対称形のコリメート用非球面レンズ1
は、図4に示した従来例と同じレンズの推定値のものを
用いることができる。ただし、LD出射光のコリメート
用レンズであれば、形状パラメータは多少違っても構わ
ない。
【0013】発光素子としてのLDは、接合面に対して
水平方向と垂直方向のビーム広がり角の比が、1:6の
発光波長0.98μmのLD3を用いる。光伝送路とし
ての光ファイバは、波長0.98μm用のSMF4を用
いる。図2は本発明の第1実施例を示すLDとSMFの
特性に整合させ最も効率良く結合するように設計したフ
ァイバ側のレンズの構成図である。
【0014】この実施例で用いる発光波長0.98μm
のLD3の出射角は、接合面に水平な方向のパワー分布
で1/e2 値半角が5.6°、垂直な方向の同じくパワ
ー分布で1/e2 値半角が33°であり、ビーム広がり
角の比は1:59であるものとする。また、波長0.9
8μm用のSMF4は、コア径6μmであり、ファイバ
ビームはパワー分布で1/e2 値半角が6.8°の広が
り角を持つものとする。
【0015】更に、SMF側Bに配置される回転非対称
形のビーム整形レンズ2は、ガラス名 SFS01、屈
折率n=1.88445(λ=0.98μm)、レンズ
の長さは5.3mmであり、図2(a)に示すように、
半導体レーザーの光出射方向(水平)方向の場合は、L
D側Aの中心の曲率C1 =0、SMF側Bの中心の曲率
2 =−2.881844、非球面係数K2 =−3.5
51146である。
【0016】また、図2(b)に示すように、半導体レ
ーザーの光出射方向(垂直)の場合は、LD側Aの中心
の曲率C1 =0.3484321、非球面係数K1 =−
0.3578718、ファイバ側Bの中心の曲率C2
0である。そこで、LD3からの出射光がLD側回転対
称形のコリメート用非球面レンズ1に入射すると、この
回転対称形のコリメート用非球面レンズ1の出射光はほ
ぼ平行ビームになる。すなわち、図2(a)に示すよう
に、水平面内では1/e2値半幅が47μmであり、図
2(b)に示すように、垂直面内では1/e2 値半幅が
380μmの楕円平行ビームとなる。
【0017】この楕円平行ビームを、図2に従って製造
されたSMF側回転非対称形のビーム整形レンズ2に入
れると、接合面に対して水平方向、垂直方向ともに1/
2値半角が6.8°で収束する光となる。この角度
は、波長0.98μm用のSMF4のファイバビームの
広がり角と等しく、LD3とSMF4とを高い効率で結
合させることができる。
【0018】このように、理論計算によると、第1実施
例の回転非対称形のビーム整形レンズ2では、最大結合
効率は86%となる。従来例のレンズでは,最大結合効
率は75%であり、14.7%改善されたことになる。
次に、本発明の第2実施例について説明する。この第2
実施例も、図1に示した第1実施例と同様のレンズの配
置構成をしており、LD側回転対称形のコリメート用非
球面レンズ1も図4に示した従来の推定値のものを用い
る。
【0019】この実施例では、発光素子としてのLD
は、接合面に対して水平方向と垂直方向のビーム広がり
角の比が1:4の、発光波長0.98μmのLDを用い
る。光伝送路としては、波長0.98μm用のSMFを
用いる。図3は本発明の第2実施例を示すLDとSMF
の特性に整合させ最も効率良く結合するように設計した
SMF側のレンズの構成図である。
【0020】ここで、SMF側Bに配置される回転非対
称形のビーム整形レンズ5は、ガラス名 SFS01、
屈折率n=1.88445(λ=0.98μm)、レン
ズの長さは4.96mmであり、図3(a)に示すよう
に、半導体レーザーの光出射方向(水平)方向の場合
は、LD側Aの中心の曲率C1 =0、SMF側Bの中心
の曲率C2 =−1.936108、非球面係数K2 =−
3.551146である。
【0021】また、図3(b)に示すように、半導体レ
ーザーの光出射方向(垂直)の場合は、LD側Aの中心
の曲率C1 =0.3510004、非球面係数K1 =−
0.3726991、ファイバ側Bの中心の曲率C2
0である。図3にこの実施例で用いる発光波長0.98
μmのLDの出射角は、接合面に水平な方向でパワー分
布で1/e2 値半角が8.3°、接合面に垂直な方向で
同じくパワー分布で1/e2 値半角が33°であるもの
とする。波長0.98μm用のSMFは、コア径6μm
であり、ファイバビームはパワー分布で1/e2 値半角
が6.8の広がり角を持つものとする。
【0022】LDの光がLD側レンズに入射すると、こ
のレンズの出射光は、水平面内では1/e2 値半幅が7
0μm、垂直面内では1/e2 値半幅が380μmの楕
円平行ビームとなる。この楕円平行ビームを図3に従っ
て製造されたファイバ側回転対称形のコリメート用非球
面レンズに入射させると、出射光は、接合面に対して水
平方向、垂直方向ともに1/e2 値半角が6.8°で収
束する光となる。この角度は、波長0.98μm用SM
Fのファイバビーム広がり角と等しく、LDとSMFと
を高い効率で結合させることができる。
【0023】この第2実施例の結合効率は計算していな
いが、従来例は1.3〜1.55μm用のSMF用に設
計されたものであるが、第2実施例では、0.98μm
用のSMF用に特に設計したものであるので、従来例よ
りも、結合効率は改善されていると思われる。なお、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発
明の範囲から排除するものではない。
【0024】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
光結合器によれば、波長0.98μmに用いても、十分
な結合効率を得ることができる。また、LDとSMFと
を高い効率で結合させることができる。更に、最大結合
効率は86%となり、従来例のレンズの場合は、最大結
合効率は、75%であるから、結合効率を14.7%改
善したことになる。
【0025】また、0.98μm用のSMF用に特に設
計したものであり、従来例よりも、結合効率の大幅な改
善がなされている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す光結合器の構造を示す図
である。
【図2】本発明の第1実施例を示すLDとSMFの特性
に整合させ最も効率良く結合するように設計したファイ
バ側回転非対称形のビーム整形レンズの構成図である。
【図3】本発明の第2実施例を示すLDとSMFの特性
に整合させ最も効率良く結合するように設計したファイ
バ側回転非対称形のビーム整形レンズの構成図である。
【図4】従来の光結合器のLD側回転対称形のコリメー
ト用非球面レンズの構成図である。
【図5】従来の光結合器のSMF側回転非対称形のビー
ム整形レンズの構成図である。
【符号の説明】
1 回転対称形のコリメート用非球面レンズ 2,5 回転非対称形のビーム整形レンズ 3 半導体レーザー(LD) 4 単一モード光ファイバ(SMF)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザーと単一モード光ファイバ
    との光結合器において、(a)出射光の広がり角が接合
    面に対して水平方向と垂直方向で異なる発光波長0.9
    8μmの半導体レーザーと、(b)該半導体レーザーの
    光出射方向に配置される回転対称形のコリメート用非球
    面レンズと、(c)該コリメート用非球面レンズの後方
    に配置される指定の形状パラメータを持つ回転非対称形
    のビーム整形レンズと、(d)該ビーム整形レンズの後
    方に配置される波長0.98μm用の単一モード光ファ
    イバとを具備することを特徴とする光結合器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光結合器において、前記
    半導体レーザーは、接合面に対して水平方向と垂直方向
    のビーム広がり角の比がほぼ1:4乃至1:6であるこ
    とを特徴とする光結合器。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の光結合器において、前記
    回転非対称形のビーム整形レンズは、接合面に対して水
    平方向、垂直方向ともに、1/e2 値半角が6.8°で
    収束する光を出射することを特徴とする光結合器。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の光結合器にお
    いて、前記単一モード光ファイバはコア径6μmであ
    り、ファイバビームはパワー分布で1/e2 値半角が
    6.8°の広がり角を持つことを特徴とする光結合器。
JP10452597A 1997-04-22 1997-04-22 光結合器 Withdrawn JPH10300989A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102841409A (zh) * 2012-08-28 2012-12-26 中国科学院光电研究院 细光束小发散角光纤耦合结构
CN115201968A (zh) * 2022-06-14 2022-10-18 核工业理化工程研究院 一种光纤耦合器及其应用
CN115327685A (zh) * 2022-08-30 2022-11-11 山东理工大学 一种用于to封装的单个非球面透镜

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Effective date: 20040706