JPH11316318A - 光学結合装置 - Google Patents
光学結合装置Info
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- JPH11316318A JPH11316318A JP11056559A JP5655999A JPH11316318A JP H11316318 A JPH11316318 A JP H11316318A JP 11056559 A JP11056559 A JP 11056559A JP 5655999 A JP5655999 A JP 5655999A JP H11316318 A JPH11316318 A JP H11316318A
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
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- G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
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- G02B27/0955—Lenses
- G02B27/0966—Cylindrical lenses
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザー１２と光ファイバ１４との間の結合
効率を改善するためにアナモルフィックレンズ２０を含
む光学光結合装置１５を提供する。 【解決手段】 本発明の光学結合装置１６は、前記レー
ザーソース１２から出射した分散した楕円ビームを光フ
ァイバ１４方向に伝搬する集束した楕円ビームに合焦す
る対物合焦手段１８と、前記対物合焦手段１８の出力点
に配置され、前記高速軸に沿って伝搬する第１部分の集
束に適合し、楕円ビームをほぼ環状ビームに変換して、
その後環状ビームが光ファイバに結合するするよう、前
記低速軸に沿って伝搬する第２部分の集束を増加させる
アナモルフィックレンズ２０と、を有することを特徴と
する。
効率を改善するためにアナモルフィックレンズ２０を含
む光学光結合装置１５を提供する。 【解決手段】 本発明の光学結合装置１６は、前記レー
ザーソース１２から出射した分散した楕円ビームを光フ
ァイバ１４方向に伝搬する集束した楕円ビームに合焦す
る対物合焦手段１８と、前記対物合焦手段１８の出力点
に配置され、前記高速軸に沿って伝搬する第１部分の集
束に適合し、楕円ビームをほぼ環状ビームに変換して、
その後環状ビームが光ファイバに結合するするよう、前
記低速軸に沿って伝搬する第２部分の集束を増加させる
アナモルフィックレンズ２０と、を有することを特徴と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光カプラーに関
し、特に、レーザー送信器と光ファイバとの間の結合効
率を改善するために従来の合焦光学機器と共に使用され
る、アナモルフィックレンズを含む光学光カプラーに関
する。
し、特に、レーザー送信器と光ファイバとの間の結合効
率を改善するために従来の合焦光学機器と共に使用され
る、アナモルフィックレンズを含む光学光カプラーに関
する。
【０００２】
【従来の技術】多くのダイオードレーザー（通常９８０
ｎｍのエルビュームドープファイバポンプレーザー）に
おいて、ある軸の楕円ビームパターンは他の軸のそれよ
りもはるかに速い。すなわち、ある直交軸（高速軸と称
する）の開口数は、約sin３０゜であるが、に平行軸
（低速軸）の開口数は、約sin１０゜である。この開口
数の差は、シングルモードファイバへの高い結合効率を
達成するのが不可能である原因となっている。
ｎｍのエルビュームドープファイバポンプレーザー）に
おいて、ある軸の楕円ビームパターンは他の軸のそれよ
りもはるかに速い。すなわち、ある直交軸（高速軸と称
する）の開口数は、約sin３０゜であるが、に平行軸
（低速軸）の開口数は、約sin１０゜である。この開口
数の差は、シングルモードファイバへの高い結合効率を
達成するのが不可能である原因となっている。
【０００３】これに対するいくつかの解決法が提案され
実行されている。ある解決法は、レーザービームをコリ
メートし、そのビームを光ファイバに入れる前に、ビー
ムのある軸を再形成するプラズマビーム拡張器を用いて
いる。これに関しては、文献“Design of beam-shaping
optics”by J.Braat appearing in Applied Optics,Vo
l.34, No.15, May 20, 1995, at page 2665.を参照のこ
と。別の解決法は、高速軸における分散を低減するため
に、レーザーの前にアナモルフィックな対物レンズを配
置することである。この解決法の詳細は、文献“Diffra
ction Limited Virtual Point Source Microlenses”by
S.W.Connely et al appearing in SPIE,Vol.2383,199
5,at page 252.を参照のこと。前掲の S.W.Connely et
al 著の文献に議論されているように、高速軸の分散の
低減は、ビームは、点ソースから放射するように見える
ようになることである。レーザーソースと共に、このよ
うなアナモルフィックレンズを用いることは、有効な解
決法ではあるが、その組合せは、本来的に整合許容誤差
が厳しくなる。特にこの許容誤差は、０．５μｍのオー
ダーであり、製造環境で実現するのが不可能な程度の配
置構成となってしまう。
実行されている。ある解決法は、レーザービームをコリ
メートし、そのビームを光ファイバに入れる前に、ビー
ムのある軸を再形成するプラズマビーム拡張器を用いて
いる。これに関しては、文献“Design of beam-shaping
optics”by J.Braat appearing in Applied Optics,Vo
l.34, No.15, May 20, 1995, at page 2665.を参照のこ
と。別の解決法は、高速軸における分散を低減するため
に、レーザーの前にアナモルフィックな対物レンズを配
置することである。この解決法の詳細は、文献“Diffra
ction Limited Virtual Point Source Microlenses”by
S.W.Connely et al appearing in SPIE,Vol.2383,199
5,at page 252.を参照のこと。前掲の S.W.Connely et
al 著の文献に議論されているように、高速軸の分散の
低減は、ビームは、点ソースから放射するように見える
ようになることである。レーザーソースと共に、このよ
うなアナモルフィックレンズを用いることは、有効な解
決法ではあるが、その組合せは、本来的に整合許容誤差
が厳しくなる。特にこの許容誤差は、０．５μｍのオー
ダーであり、製造環境で実現するのが不可能な程度の配
置構成となってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光カ
プラーに関し、特にレーザー送信器と光ファイバとの間
の結合効率を改善するために従来の合焦光学機器と共に
使用される、アナモルフィックレンズを含む光学光カプ
ラーを提供するものである。
プラーに関し、特にレーザー送信器と光ファイバとの間
の結合効率を改善するために従来の合焦光学機器と共に
使用される、アナモルフィックレンズを含む光学光カプ
ラーを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の構成によれば、
従来の合焦光学機構がレーザーの出力点に配置され、ア
ナモルフィックレンズがこの合焦機構と光ファイバとの
間に配置され、そしてアナモルフィックレンズを用いて
レーザー出力ビームの楕円性を修正するものである。
従来の合焦光学機構がレーザーの出力点に配置され、ア
ナモルフィックレンズがこの合焦機構と光ファイバとの
間に配置され、そしてアナモルフィックレンズを用いて
レーザー出力ビームの楕円性を修正するものである。
【０００６】本発明の一実施例では、従来の対物要素を
用いて、レーザー出力ビームを光ファイバの端面に合焦
している。レーザーからの出力ビームは、対物レンズを
通過しても、その形状は楕円の形状を維持する。アナモ
ルフィックレンズ（すなわち、半径方向に非対称なレン
ズ）を光ファイバの入口点に配置して、対物レンズから
出射した楕円合焦ビームを捕獲する。このアナモルフィ
ックレンズは、第１の凹状表面とその反対側にある第２
の凸状表面とを有し、ビームがこのレンズから出射する
際に、高速軸ビームの集束が低速軸ビームの集束に整合
するように向けられ、その結果環状のビーム面が光ファ
イバに結合するようになる。
用いて、レーザー出力ビームを光ファイバの端面に合焦
している。レーザーからの出力ビームは、対物レンズを
通過しても、その形状は楕円の形状を維持する。アナモ
ルフィックレンズ（すなわち、半径方向に非対称なレン
ズ）を光ファイバの入口点に配置して、対物レンズから
出射した楕円合焦ビームを捕獲する。このアナモルフィ
ックレンズは、第１の凹状表面とその反対側にある第２
の凸状表面とを有し、ビームがこのレンズから出射する
際に、高速軸ビームの集束が低速軸ビームの集束に整合
するように向けられ、その結果環状のビーム面が光ファ
イバに結合するようになる。
【０００７】本発明の一対応は、アナモルフィックレン
ズを光ファイバの入力点に用いることにより、アナモル
フィックマイクロレンズをレーザーの端面に結合する従
来の構成に比較して、整合の許容差が改善されることで
ある。さらにまた、アナモルフィックレンズは、光ファ
イバに結合されるために、本発明の構成は、従来の構成
（すなわち、全焦点距離がより長くなるような、かつ大
きなレンズを用いて端面の許容度を大きくしている）に
対して小さな開口数のレンズにも設計可能である。
ズを光ファイバの入力点に用いることにより、アナモル
フィックマイクロレンズをレーザーの端面に結合する従
来の構成に比較して、整合の許容差が改善されることで
ある。さらにまた、アナモルフィックレンズは、光ファ
イバに結合されるために、本発明の構成は、従来の構成
（すなわち、全焦点距離がより長くなるような、かつ大
きなレンズを用いて端面の許容度を大きくしている）に
対して小さな開口数のレンズにも設計可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に代表的な本発明の光学シス
テム１０を示す。この光学システム１０は、従来の半導
体レーザー１２（例：９８０ｎｍポンプレーザー）と、
シングルモード光ファイバ１４との結合効率を最大にす
る結合装置１６とを有する。この本発明の結合装置１６
は、対物レンズ１８とアナモルフィックレンズ２０とを
有し、結合効率を改善している。半導体レーザー１２の
ような半導体ソースから出射した光は、強い楕円形状を
しており、これにより、直行軸（高速軸）の開口数は約
３０゜で、平行軸（低速軸）の開口数は約１０゜であ
る。従来のビーム整形修正効がない場合には、このよう
な楕円ビームの結合効率は２５〜４０％の範囲内であ
る。
テム１０を示す。この光学システム１０は、従来の半導
体レーザー１２（例：９８０ｎｍポンプレーザー）と、
シングルモード光ファイバ１４との結合効率を最大にす
る結合装置１６とを有する。この本発明の結合装置１６
は、対物レンズ１８とアナモルフィックレンズ２０とを
有し、結合効率を改善している。半導体レーザー１２の
ような半導体ソースから出射した光は、強い楕円形状を
しており、これにより、直行軸（高速軸）の開口数は約
３０゜で、平行軸（低速軸）の開口数は約１０゜であ
る。従来のビーム整形修正効がない場合には、このよう
な楕円ビームの結合効率は２５〜４０％の範囲内であ
る。
【０００９】本発明の光学結合装置によれば、半導体レ
ーザー１２を出射した楕円ビームＥを従来の光修正レン
ズ系（例えば、半径方向に対照な対物レンズ１８）を通
してまず合焦することにより結合効率を改善している。
レンズの組合せおよび／またはレンズ−プリズムの組合
せを含むビーム合焦用の他の構成も公知である。対物レ
ンズ１８は、分散ビームを集束ビームに変換するが、ビ
ームは楕円形を維持したままである。この楕円形状を修
正するために、アナモルフィックレンズ２０を用いる。
特にこのアナモルフィックレンズ２０は、第１凹状表面
２２と第２凸状表面２４とを有する。楕円ビームＥが第
１凹状表面２２に入射すると、低速軸に沿って伝搬した
光束の集束が低減する。第２凸状表面２４は、この低速
軸に沿って伝搬したビームを合焦するよう機能する。こ
のような動作の結果、アナモルフィックレンズ２０を出
射したビームは、その形状はほぼ環状でそれ故にシング
ルモード光ファイバ１４の特性にマッチして最大の結合
効率が達成できる。
ーザー１２を出射した楕円ビームＥを従来の光修正レン
ズ系（例えば、半径方向に対照な対物レンズ１８）を通
してまず合焦することにより結合効率を改善している。
レンズの組合せおよび／またはレンズ−プリズムの組合
せを含むビーム合焦用の他の構成も公知である。対物レ
ンズ１８は、分散ビームを集束ビームに変換するが、ビ
ームは楕円形を維持したままである。この楕円形状を修
正するために、アナモルフィックレンズ２０を用いる。
特にこのアナモルフィックレンズ２０は、第１凹状表面
２２と第２凸状表面２４とを有する。楕円ビームＥが第
１凹状表面２２に入射すると、低速軸に沿って伝搬した
光束の集束が低減する。第２凸状表面２４は、この低速
軸に沿って伝搬したビームを合焦するよう機能する。こ
のような動作の結果、アナモルフィックレンズ２０を出
射したビームは、その形状はほぼ環状でそれ故にシング
ルモード光ファイバ１４の特性にマッチして最大の結合
効率が達成できる。
【００１０】アナモルフィックレンズ２０をレーザの出
口点近傍（図１の点Ａ）の分散ビーム内に配置して、楕
円ビームを環状ビームに変化させるような従来システム
に対し、本発明は半径方向に対称な対物レンズ１８を用
い、本発明の入口点近傍の集束ビーム（図１の点Ｂ）内
にアナモルフィックレンズ２０を配置することによりは
るかに低い開口数でアナモルフィックレンズを用いて、
高い結合効率が達成できる。それ故に、回折を制限する
性能が容易に達成でき、これらのレンズは、従来システ
ムで用いられたそれに対し幾分大きいだけである。さら
にまた、光ファイバ近傍の集束ビーム内の有効開口数を
低減することは、本発明の装置の整合許容誤差を低減す
ることになる（例：本発明の３μｍオーダーの許容度に
対し、従来の構成は約０．５μｍの許容度である）。
口点近傍（図１の点Ａ）の分散ビーム内に配置して、楕
円ビームを環状ビームに変化させるような従来システム
に対し、本発明は半径方向に対称な対物レンズ１８を用
い、本発明の入口点近傍の集束ビーム（図１の点Ｂ）内
にアナモルフィックレンズ２０を配置することによりは
るかに低い開口数でアナモルフィックレンズを用いて、
高い結合効率が達成できる。それ故に、回折を制限する
性能が容易に達成でき、これらのレンズは、従来システ
ムで用いられたそれに対し幾分大きいだけである。さら
にまた、光ファイバ近傍の集束ビーム内の有効開口数を
低減することは、本発明の装置の整合許容誤差を低減す
ることになる（例：本発明の３μｍオーダーの許容度に
対し、従来の構成は約０．５μｍの許容度である）。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、どのような種類のアナ
モルフィックレンズも楕円ビームを環状ビームに変換で
きる、１対のパワー表面をレンズが有する限り、本発明
の構成においてはいかなるアナモルフィックレンズも用
いることができる。本発明におけるパワー表面とは、第
１凹状表面２２と第２凸状表面２４である。
モルフィックレンズも楕円ビームを環状ビームに変換で
きる、１対のパワー表面をレンズが有する限り、本発明
の構成においてはいかなるアナモルフィックレンズも用
いることができる。本発明におけるパワー表面とは、第
１凹状表面２２と第２凸状表面２４である。
【図１】アナモルフィックレンズとして柱状レンズを用
いた本発明の結合装置を表す図。
いた本発明の結合装置を表す図。
１０ 光学システム １２ 半導体レーザー １４ シングルモード光ファイバ １６ 結合装置 １８ 対物レンズ ２０ アナモルフィックレンズ ２２ 第１凹状表面 ２４ 第２凸状表面
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザーソース（１２）と光ファイバ
（１４）との間を光学的に結合する光学結合装置（１
６）において、 前記レーザーソース（１２）は、高速軸に沿って伝搬す
る第１部分と、高速軸に直交する低速軸に沿って伝搬す
る第２部分とを有する楕円ビームパターンを生成し、 前記光学結合装置（１６）は、 前記レーザーソース（１２）から出射した分散した楕円
ビームを光ファイバ（１４）方向に伝搬する集束した楕
円ビームに合焦する対物合焦手段（１８）と、 前記対物合焦手段（１８）の出力点に配置され、前記高
速軸に沿って伝搬する第１部分の集束に適合し、楕円ビ
ームをほぼ環状ビームに変換して、その後環状ビームが
光ファイバに結合するするよう、前記低速軸に沿って伝
搬する第２部分の集束を増加させるアナモルフィックレ
ンズ（２０）と、を有することを特徴とする光学結合装
置。 - 【請求項２】 前記アナモルフィックレンズ（２０）
は、第１凹状表面（２２）と、第２凸状表面（２４）と
を有し、 前記対物合焦手段（１８）から出射したビームが、前記
第１凹状表面（２２）に入り、前記第２凸状表面（２
４）から出射したビームが前記光ファイバ（１４）に入
るよう配置されたことを特徴とする請求項１記載の装
置。 - 【請求項３】 前記第２凸状表面（２４）は、球面であ
ることを特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 前記第１凹状表面（２２）は、球面であ
ることを特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項５】 前記第１凹状表面（２２）と第２凸状表
面（２４）とは、両方ともは球面であることを特徴とす
る請求項２記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/036636 | 1998-03-06 | ||
| US09/036,636 US6026206A (en) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | Optical coupler using anamorphic microlens |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11316318A true JPH11316318A (ja) | 1999-11-16 |
Family
ID=21889750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11056559A Pending JPH11316318A (ja) | 1998-03-06 | 1999-03-04 | 光学結合装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6026206A (ja) |
| EP (1) | EP0940701A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11316318A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19650696A1 (de) * | 1996-12-06 | 1998-06-10 | Deutsche Telekom Ag | Vorrichtung zur optischen Kopplung eines Festkörperlasers mit einem Lichtwellenleiter und Verfahren zu deren Herstellung |
| WO2002091048A1 (fr) * | 2001-04-20 | 2002-11-14 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Dispositif de connexion d'une source lumineuse de pompage d'un amplificateur a fibre a plusieurs etages a dopage er |
| JP2003188452A (ja) * | 2001-12-14 | 2003-07-04 | Minolta Co Ltd | 光源装置及び光ピックアップ |
| JP3935104B2 (ja) * | 2003-04-28 | 2007-06-20 | 株式会社東芝 | 半導体レーザモジュール及び映像表示装置 |
| JP4488287B2 (ja) * | 2003-11-21 | 2010-06-23 | フジノン株式会社 | ビーム集光用レンズ |
| JP4039399B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2008-01-30 | コニカミノルタオプト株式会社 | ビーム整形素子及び光ピックアップ装置 |
| JP2005310344A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-11-04 | Konica Minolta Opto Inc | ビーム整形素子及び光ピックアップ装置 |
| TW201421077A (zh) * | 2012-11-30 | 2014-06-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 透鏡單元及光纖耦合連接器 |
| JP6349792B2 (ja) * | 2014-03-07 | 2018-07-04 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光送信装置 |
| CN104076417A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-10-01 | 西安华科光电有限公司 | 一种可产生光环或光环中心有光点的复合透镜及可实现变焦光环的光学系统 |
| RU2625633C1 (ru) * | 2016-03-10 | 2017-07-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Устройство ввода некогерентного излучения в световод |
| DE102016221464A1 (de) | 2016-11-02 | 2018-05-03 | Karlsruher Institut für Technologie | Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems und optisches System |
| RU2666972C1 (ru) * | 2017-06-14 | 2018-09-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Способ ввода некогерентного излучения в световод и устройство для его реализации |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2368725A1 (fr) * | 1976-10-21 | 1978-05-19 | Labo Electronique Physique | Procede pour augmenter la fraction d'energie incidente transmise par une fibre optique a profil d'indice quasi parabolique ainsi que la bande passante du signal transmis et dispositif de mise en oeuvre |
| GB2220501A (en) * | 1988-07-06 | 1990-01-10 | Plessey Co Plc | Coupling waveguides using transverse cylindrical lenses |
| JP2793711B2 (ja) * | 1990-10-18 | 1998-09-03 | オリンパス光学工業株式会社 | 半導体レーザ用集光装置 |
| JPH0990174A (ja) * | 1995-09-28 | 1997-04-04 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザモジュール |
| JPH0996760A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 光学装置 |
| US5701373A (en) * | 1995-10-12 | 1997-12-23 | Sdl, Inc. | Method for improving the coupling efficiency of elliptical light beams into optical waveguides |
-
1998
- 1998-03-06 US US09/036,636 patent/US6026206A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-02-23 EP EP99301311A patent/EP0940701A3/en not_active Withdrawn
- 1999-03-04 JP JP11056559A patent/JPH11316318A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0940701A2 (en) | 1999-09-08 |
| EP0940701A3 (en) | 2000-03-29 |
| US6026206A (en) | 2000-02-15 |
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