JPS5813888B2 - ヒカリケツゴウキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光通信装置のための光結合器に関するものであ
る。

通信網によって処理すべき呼量は絶えず増大しており、
それがために大容量の通信方式の開発が促進されてきた
。

１０９〜１０１２Ｈｚで動作する通信方式は大容量のも
のであるが、それをもってしても、呼量の増加が急激で
あるがために、そのような方式も極めて近い将来に飽和
状態になることが予想される。

将来における呼量の増加に対処するためには、１０１５
Ｈｚ近辺で動作する大容量通信方式が必要とされる。

１０１５Ｈｚは光の周波数スペクトルに属するから、そ
のような方式は光通信方式と呼ばれる。

１０９Ｈｚから１０１２Ｈｚまでの周波数で使用されて
いた従来の導電性導波管は１０１５Ｈｚ近辺の搬送周波
数で情報を伝送するには不十分である。

１０１５Ｈｚ近辺の周波数を伝送するために要求される
伝送媒体を、ここでは光信号伝送線路あるいは単に伝送
線路と呼ぶが、その伝送線路は単一の光導波路あるいは
通常束またはケーブルと呼ばれている光導波路群で構成
されうる。

光導波路は、透明なコアと、それを取り囲んでいてその
コアの屈折率より小さい屈折率を有する透明なクラツド
材料層を有する光ファイバで通常構成されるのが普通で
ある。

光導波路に関する理論が知られてからしばらくたつが、
伝送光を過剰に吸収しない実用的な光導波路が開発され
たのはごく最近のことである。

例えば、米国特許第３６５９９１５号には、溶融シリカ
のクラツド層と、そのクラソド層の屈折率よりもコアの
屈折率を選択的に大きくする一種またはそれ以上の物質
をドープした溶融シリカのコアを有する低損失光導波路
が開示されている。

光導波路の他の構成としては、多重クラツド型ファイバ
や、傾斜屈折率を有するファイバがある。

管制ステーションまたは中央処理ユニット（ＣＰＵ）と
複数の加入者ステーションとの間に光通信網を確立する
ためには、種々の相互接続機構が利用されうる。

ＣＰＵは加入者ステーションに「ハード結線」（ｈａｒ
ｄ ｗｉｒｅｄ）されうるが、加入者ステーションが多
い場合には、必要な伝送線路がきわめて多量になるため
に、この方法は伝送線路の費用とその伝送線路のしめる
空間の点で望ましくない。

必要な伝送線路数を飛躍的に減らすループ・テータ母線
も使用できるが、そのような方式では、多数の結合器が
必要とされ、そのため特に多数の加入者ステーションが
存在する系統の場合には過犬な損失が生じることになる
。

特願昭４９−７６２２１に開示されている光通信網は、
光信号伝送線路の独特の性質を利用したものであり、ハ
ード結線の場合に必要とされる伝送線路よりも少ない線
路で複数個のステーションの相互接続を可能にし、しか
も上述ループ・データ母線の場合にみもれるような過犬
な損失をともなうことがないのである。

上記特許出願の発明によれば、ＣＰＵを含む複数個のス
テーションが、別々の伝送線路により共通の受動結合器
に接続され、その結合器は任意のステーションからの光
信号を受け、かつその信号の一部を他の各ステーション
に関連した伝送線路に結合せしめるようになされている
。

そのようなシステムでの伝送線路の結合において生じる
大きな難点は、複数の光信号伝送線路のうちの任意の１
つを伝搬する光信号を他の全ての伝送線路に結合するに
あたって十分な均一性が得られず、その結果信号損失が
生じることである。

従って、本発明は、複数の光信号伝送線路のうちの任意
の１つを伝搬する光信号を他の全ての伝送線路に均一に
結合せしめる低損失光結合器を提供することを目的とす
るものである。

簡単に説明すると、本発明は、それぞれ少なくとも１つ
の光導波路よりなる複数の光信号伝送線路を有する光通
信装置に用いるための受動結合器に関するものである。

任意の１つの伝送線路中を伝搬する光信号の一部を他の
各伝送線路に結合する機能をもつこの結合器は、光信号
伝送線路の端部を平行な束状配列として配置するための
支持手段を具備している。

光伝送線路を構成する光導波路は、実質的に平面状の配
列をなして配置された面で終端し、それによって伝送線
路束端面を形成する。

その端面から離間して設けられた凹面光反射手段は、任
意の１つの光信号伝送線路から放射する光信号の一部が
その反射手段により反射せしめられて他の各光信号伝送
線路に入るように前記端面に対して配置されている。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

第１図は、複数の光信号伝送線路１１〜１７を相互接続
するのに用いられる受勤光信号結合器の断面図である。

この結合器は、伝送線路１１〜１７の端部を、端面２０
が伝送線路端部の軸線に対して実質的に直交関係にある
平行な束状配列１９として保持する支持手段１８を具備
している。

支持手段１８は伝送線路の挿入を容易にするために一端
にテーパを付けられた円筒開孔２１を有するフエルール
で構成されうる。

開孔２１は円形、六角形等のような任意適当な横断面形
状を有しうる。

伝送線路は、フエルール中に挿入されて後、エポキシの
ような適当な接着剤で所定の位置に固定せしめられても
よく、あるいはコネクタの分野において公知の捲縮また
は締付手段によって束をフエルール内に保持せしめられ
てもよい。

伝送線路は最初開孔２１に挿通せしめられフエルール端
面２２かも外に突出せしめられるようにしてもよい。

伝送線路の突出端部は切り落され、端面２２とファイバ
の対応する端部は紙ヤスリで削り落される。

従って、フエルール１８は光導波路材料と同様の研磨特
性を有するガラス、真鍮または他の物質で構成されるこ
とが好ましい。

この場合、伝送線路の端部は、開孔２１の長手方向軸線
に対して実質的に直交していることが好ましいフエルー
ル端面２２と同一平面内にある。

束状配列１９の長手方向軸線に対して対称である凹面光
反射面２４は端面２０から離間せしめられている。

反射面２４は支持ブラケット２８により端面２０に対し
て遠隔の位置に配置された基板２Ｔの屈曲面上に配置さ
れた反射物質の層２６で構成してもよい。

第２図では、第１図に図示したものと同様な素子にはダ
ッシュ記号を付けた参照番号で示しているが、この図に
示されているように、光反射面は、層３１と端面２０’
間に置かれた透明物質の物体３２の屈曲面上に配置され
た反射物質の層３１で構成してもよい。

この後者の実施例においては、屈折率整合用流体の層が
透明物体３２と端面２０′との間に設けられうる。

結合器を適正に動作させるためには、光信号伝送線路１
１〜１７のうちの任意の１つの線路の全光導波路内を伝
搬する光信号の一部を、他の各伝送線路内の各党導波路
に結合せしめなければならない。

第３図を参照すると、結合器の寸法を計算するのに有用
な図が示されている。

距離Ｄは伝送線路の束状配列１９を横切る方向の最大距
離であり、たとえば、その距離は伝送線路の円形状配列
の直径または六角形状配列の相対向する２つの頂点間の
距離に等しい。

点ａおよびＣは、端面２０上の対向する周辺上の点で、
点ｂは線ａｃの中心である。

破線５０は束状配列１９の軸であるとともに、反射面２
４の軸でもある。

角度θは凹面反射面２４と端面２０間に置かれた媒体５
３中の光導波路の子午的許容角である。

反射面２４０寸法と、曲率と反射面と端面２０間の距離
は、任意の与えられた導波路ファイバより放射する光が
他の全てのファイバを照射するように選定されなければ
ならない。

この条件は、点ａで終端している光導波路から放射する
光が面２４で反射して、点ａおよびＣに配置された導波
路にもどり、かつ点ｂに配置された導波路から放射する
光が面２４で反射して点ａおよびＣに配置された導波路
にもどる場合に、満足される。

本発明の結合器に用いるのに適した反射面は、反射器の
軸を通る面内の断面が次の式で定義されるものである。

ただしｋは で与えられ、ｐは点ｂと、軸５０と反射器面２４０交点
ｅとの間の距離で、この距離は ｐ ＝Ｄ／ （ ２ ｔａｎθ）という式で決定される
。

束端面と反射器との間の距離は値ｐよりわずかにずれて
いても支障はない。

許容角θは、で定義されることは公知である。

ここにｎ１ およびｎ２はそれぞれ導波路のコアおよび
クラッドの屈折率、ｎ（，は周囲の媒体５３の屈折率で
ある。

式（１）は一群の円すい断面形状を定義し、そのいくつ
かは光反射面として一般に用いられる。

より一般的な反射器の表面の幾つかの断面は式（１）中
のｋを適当な値に選ぶことにより得られる。

例えば、ｋを零にした場合には、式（１）はｙ＝（ ４
ｐ ｘ ） ’／２と簡単化され、これは点ｐに焦点
を有する放物面の断面を定義する。

ｋを１／４ｐに等しくとると式はｙ−（ ４ ｐ ｘ
− ｘ２） １／２となり、中心を２ｐに有する球形反
射器の断面形状を定義する。

正のとなる。

これは楕円反射器の断面形状を定義する。となり、双曲
面反射器の断面形状を定義する。

上で得られた４つの特定の断面形状が第４図にプロット
されている。

この図において、距離ｐは１．０に選定されており、角
度θはここにおいて低損失光導波路に対する最大許容角
である１２°に選定されている。

光が光線６６で示されるように周囲に面した導波路から
放射される場合においても、光は曲線６７〜７０に対し
反射器の軸に比較的近い点で交わる。

この点でのＸの値はこの図では約０．０５である。

両極端での曲線６７と７０間のこのＸの値での勾配の差
はわずか約８％である。

従ってθ≦１２°において式（１）で定義されるすべて
の曲線は本質的に同じ反射特性を与える。

それはこの一群のすべての曲線がその領域ではほぼ重複
しているからである。

再び第３図を参照して、面２４の曲率が球または放物面
である本発明の２つの特定実施例について述べる。

まず球面反射器について検討する。前述の条件を満足す
るには、点ａに配置されている導波路から放射する線５
５で表わす極端にある光線は点ａにもどらなければなら
ない。

従って、結合器は線５５が球面反射器２４０半径上に位
置するように設計されている。

点ａに配置された導波路から放射する線５６で表わすも
う一方の極端にある光線は反射器２４で反射し線５７で
表わす光線で示されるように点Ｃにもどらなければなら
ない。

そのような反射は反射器２４が軸５０に関し対称であり
、かつ反射器の面が点ｅで軸５０に対し垂直であるため
に生じる。

幾何学原理を適用すると、点ｂと点ｅとの間の距離ｐは
Ｄ／ （ ２ ｔａｎθ）に等しくなる。

球面反射器の場合には、三角形ａｄｅは二等辺三角形で
あり、かつ距離ｄｂは距離ｂｅまたはｐに等しい。

点ｄは球面反射面の中心であるから、その面の半径Ｒは
２ｐまたはＤ／ ｔａｎθに等しい。

極端部の光線５５および５６は直径方向に相対向する周
辺上に配置された導波路に反射してもどるので、点ａに
配置された導波路から放射された光のある部分は反射器
２４で反射し端面２０に沿って点ａとＣ間に配置された
導波路に入射する。

最後に、軸５０上に位置する点ｂに配置された導波路か
ら放射された１つの極端光線は線５８と５９に沿って点
Ｃに実質的にもどるように反射されなければならない。

例えば距離Ｄが５０ミルで伝送線路を構成する光導波路
の許容角θが８°の場合、面２４より反射する光線は端
面２０上で点Ｃより約０．２ミル離れた点に入射する。

従って、点ｂで終端する導波路からの極端光線は点Ｃで
終端する導波路を実質的に照射することになる。

光反射面２４が放物面の場合には、端面２０は放物面の
焦点に中心を有し、点ｂと点Ｃとの間の距離ｐはＤ／
（ ２ ｔａｎθ）に等しくしなければならない。

軸５０に関し対称的な放物面反射器では光線５６は再び
点Ｃに反射される。

点ａに配置された導波路から放射する線６１で示される
軸光線は放物面反射器の軸に平行になり、従って線６２
で示されるように焦点ｂに反射される。

しかしながら、面２４は放物面であるから、線５５で示
される光線はそれが放射された同一点に正確にはもどら
ない。

例えば許容角が８°である導波路よりなる光信号伝送線
路の束直径が５０ミルの場合には、光線５５は面２４よ
り反射され点ａから約０．５ミル離れた端面２０にもど
る。

照射の均一性および製造の容易性という観点からは、放
物反射面よりむしろ球形反射面を用いた方がいくらか利
点があると思われる。

しかし、本発明を実施する目的に対しては、束配列１９
中の任意の光導波路からの光が反射され、その中の残り
の導波路を実質的に照射するような曲率を有する任意の
光反射面が使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例の断面図、第２図は他
の実施例の断面図、第３図は本発明の結合器の寸法を計
算するのに有用な図、第４図は本発明において使用可能
な４つの反射器の曲率を示す図である。 図面において、１１〜１７は光信号伝送線路、１８は支
持手段、２０は端面、およひ２４は反射面をそれだれ示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の光信号伝送線路のうちの任意の１つの線路を
   伝搬する信号の一部分を他の各伝送線路に低損失をもっ
   て均一に結合せしめるための光結合器において、 最大断面寸法Ｄを有する平行な束状配列１９をなして光
   信号伝送線路１１〜１７の端部を配置し、前記伝送線路
   を構成している光導波路が実質的に平面状の配列をなし
   て配置された面内で終端して伝送線路束端面２０を構成
   している支持手段１８と、 前記端面２０から離間せしめられて凹面光反射手段であ
   って、前記光信号伝送線路のうちの任意の１つから放射
   される光信号の一部分が前記反射手段から反射して他の
   各党信号伝送線路に入るように前記端面に関して配置さ
   れており、前記配列１９を通る軸線に関して対称であり
   、かつ光反射面２４を有しており、その光反射面の形状
   が、ｙ＝（ ４ｐｘ）１／２（１−ｋｘ）１／２という
   式で与えられ、 ただしｋは、 で与えられ、かつｐは、 という式で与えられ、許容角θが１２°までの角度であ
   る前記凹面光反射手段２４，２６，２７，３１，３２を
   具備していることを特徴とする光結合器。