JPS583392B2 - 光波エネルギ伝送装置 - Google Patents

光波エネルギ伝送装置

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JPS583392B2
JPS583392B2 JP50014796A JP1479675A JPS583392B2 JP S583392 B2 JPS583392 B2 JP S583392B2 JP 50014796 A JP50014796 A JP 50014796A JP 1479675 A JP1479675 A JP 1479675A JP S583392 B2 JPS583392 B2 JP S583392B2
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    • G02B6/40—Mechanical coupling means having fibre bundle mating means
    • G02B6/403—Mechanical coupling means having fibre bundle mating means of the ferrule type, connecting a pair of ferrules

Description

【発明の詳細な説明】 光通信装置のための有望な伝送媒体である光導波路は通
常、屈折率がｎ１の透明材料よりなるコアとそれを囲み
ｎ１より小さい屈折率ｎ２を有する透明なクラツド層と
からなるオプテイカルファイバで構成されている。
１本のファイバで伝送しうる光量よりもより大きい光量
を受信機に伝送するためおよびいくつかのファイバが破
損した場合に余裕を得るために、複数の光導波路ファイ
バを並置してファイバ束を形成することがしばしば行な
われている。
周囲よりも大きな屈折率を有する透明なファイバ構造に
沿って光が伝播せしめられうることが知られており、比
較的短い距離だけ光を伝送せしめるためにはクラツド・
ファイバが用いられている。
屈折率ｎ０を有する伝送媒体からこのようなファイバの
中へ光を導くためには、光は、ファイバの軸線から測定
された次の式（１）で与えられる２分角θｃを有する子
午線方向の入力円錘形（ｍｅｒｉｄｉ−ｏｎａｌ ｅｎ
ｔｒａｎｃｅ ｃｏｎｅ）内において、ファイバの端面
に向けて送られなければならない。
このようなファイバの開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐ
ｅｒｔｕｒｅ））（ＮＡ）、すなわちそのファイバの集
光能力の程度は、次の式で定義される。
ＮＡ＝ｎ０ｓｉｎθｃ＝（ｎ２１ｎ２２）１／２
（２）従来の光ファイバにおいては、コアの屈折率とク
ラツド材料の屈折率との差は非常に大きく、したがって
ＮＡが大きいので、ファイバは光源から放射される比較
的大きい光量を集光することが可能である。
しかしながら、光導波路の場合には、信号の包絡線（ｅ
ｎｖｅｌｏｐｅ）歪を避けるためおよび現時点において
利用可能な材料で屈折率の差が大きくなるようなものは
損失が大きくなる傾向を有するための２つの理由から、
コアとクラッドとの屈折率の差は小さい値に維持されて
いる。
式（２）によれば、光導波路におけるコアとクラツドと
の間の屈折率の差がこのように小さいので、従来の光フ
ァイバよりも小さい開口数を有することになる。
市販されている光ファイバや従来の光パイプの開口数は
０．６程度でよいが、光導波路の開口数は、入射の２分
角が５°ないし１０°であることに対応して、約０．１
０ないし０．１５である。
光導波路は受光角や開口数が比較的小さいので、光導波
路の光源からの放射は、光導波路や光導波路束に効率的
に結合するように、方向性の高いものでなければならな
い。
上述のような特性を有するコヒレント（可干渉性の）な
光源は効率的な結合をおこなうことが可能であるから、
この目的のために普通レーザを用いることが考えられて
いる。
しかしながら、発光ダイオード、電燈およびそれに類す
るようなインコヒレント（非干渉性の）な光源を光導波
路用の光源として用いることが望ましい場合がしばしば
ある。
たとえば、固体光源は従来のレーザより堅固でかつコン
パクトであり、しかも固体回路とより調和しているとい
う点で有利である。
このような光源から直接得られた光エネルギを光導波路
束に結合することは、光源の出力エネルギの空間的およ
び角度的な分布のためおよびファイバ束の開口数が低い
ことに起因して、非常に非効率的である。
たとえば、光放射分布が発光ダイオードからの光放射の
良好な近似であるランベルト分布（Ｌａｎｂｅｒｓｉａ
ｎ）である場合には、現在の低損失光導波路では、全放
射量の２パーセント以下が入射角内に含まれるにすぎな
い。
このことは、ダイオードの表面が光導波路束に接触せし
めて配置された場合に光学結合の損失が大きくなること
を示している。
ある種の発光ダイオードにはそれの発光部分を被ってレ
ンズ状の透明カバーが設けられている。
このようにすることによって放射される光はより指向的
にはなるか、ダイオードと光導波路束との間の結合損失
が大きくなり、従ってこのようなダイオードを用いよう
とすると付加的な光コリメート手段を用いなければなら
なくなる。
たとえば、光導波路ファイバ束の端部に近接して配置さ
れた透明なドームを有するモンサント社製ＮＶＩＯＡダ
イオードの場合の結合損失は、２６ｄＢと測定されてい
る。
このような大きさの損失は、光通信装置において、特に
光導波路における減衰が４ｄＢ／ｋｍであるという事実
からみて許容できない大きさである。
結合損失を減少させる試みとして、発光面に近接してい
るレンズ状のハウジングを研摩によって発光ダイオード
からとり除き、別のレンズ系を上記ダイオードと光導波
路束の端面との間に配置することが行なわれた。
このような構成によれば、最小損失は、心合せが比較的
困難な高価な顕微鏡の対物レンズを用いた場合、１２．
３ｄＢであった。
したがって、本発明の１つの目的は、光導波路束のため
の堅固で安価な光源を提供することである。
また他の目的は、心合せおよび組立てが容易な光導波路
束用光源を提供することである。
本発明は光波エネルギを導くための伝送装置に関し、特
に固体光源から低ＮＡの光導波路に光を結合するための
光学装置に関するものである。
簡単に述へると、本発明による装置は、長さ方向の軸に
沿って心合せして、固体光源と、均一な屈折率を有する
透明な球状ビードと、並置関係をもって配置されだ光導
波路の束よりなるものである。
光導波路の両端は、透明なビードに近接して配置された
端面を構成するように単一の平面内に配置される。
ビードの直径は少くとも光導波路束の直径と同じ大きさ
を有している。
以下図面に示された実施例につき本発明をさらに詳細に
説明しよう。
第１図は、光導波路束１４に結合されるべき光波エネル
ギを放射するための発光ダイオード１２を含む光通信装
置の入力部分を断面図で示したものである。
本発明においては、透明な球状ビード１６が光導波路束
１４と、ダイオード１２の発光部１８の中心部とに軸方
向に心合せして配置されている。
ビード１６はハウジング２４に配置された挿入部２２の
一端を貫通した開口部２０に固定して取付けられている
。
ビード１６を開口部２０に挿入することができるように
少し変形するプラスチックのような材料で挿入部２２が
作られている場合には、ビード１６の直径を開口部２０
の直径より若干大きくすることができる。
そのようにすれはビード１６が開口部２０に無理に入れ
込まれることにより、それによって、ビード１６の中心
を開口部２０の軸に沿って正確に心合させることになる
。
ダイオード１２はハウジング２６内に配置され、そのハ
ウジング２６は、ハウジング２４に固定された場合、ビ
ード１６に対して発光部１８を適切に心合せしめる。
上記ダイオードは、ハウジング２６を貫通した一対の導
線２８によって付勢される。
透明なエポキシで作られた薄い保護カバー３０がダイオ
ード１２の発光面を被って設けられている。
発光部１８の中心とビード１６の中心とが光導波路束１
４の長手方向軸線上に配置された時に最大結合効率が得
られる。
このような心合を実現するために、光導波路束１４の終
端部が終端嵌め輪部３４内に配置されている。
終端嵌め輪部３４には、光導波路束１４の挿入を容易に
するためテーパをつけた開口部３６が設けられている。
光導波路束１４はエポキシのような接着材で終端嵌め輪
部３４内に固着され、終端嵌め輪部とファイバの端面ば
、光導波路束１４の長手方向軸線に実質的に直交した光
学的性質を有する端面３８を光導波路束１４に設けるよ
うに研摩される。
終端嵌め輪部３４は開口部２０と同軸の挿入部２２の開
口部４２に挿入されている。
スリーブ４０はハウジング２４にねじ付けされて締めつ
けられており、それにより端面３８をビード１６に圧着
せしめ、その結果、ビード１６がダイオード１２と光導
波路束１４の端面３８との間に固着されることになる。
終端嵌め輪部３４は光導波路束１４の端部を実質的に平
行に整列せしめて保持しており、かつ挿入部２２と協働
して光導波路束１４、ビード１６およひダイオード１２
間に上述のごとき心合関係を与える。
第１図に示された装置の結合効率は、発光ダイオードを
光導波路束に隣接せしめて配直した場合の約１０倍であ
る。
しかしながら、結合効率の長大値は、第２図に示されて
いるように、ダイオードから若干離間せしめて配置した
場合に得られた。
第２図では、第１図に対応する部分は同一数字にダツシ
をつけて示されている。
この実施例においては、開口部２０′はプラスチック、
ガラス、あるいはそれに類する材料よりなる透明な窓５
０を収容するよう延長されている。
窓５０はビード１６′とダイオード１２′との間に配置
されている。
別の透明なビード１６′と光導波路束１４′の端面との
間には、他の透明な窓５２が配置されうる。
次に述べる例は本発明の装置によって実現された結合効
率の改善を示すものである。
モンサント社製ＭＶＩＯＢ型発光ダイオードを、それの
エポキシよりなる終端キャップを外して、光源として用
いた。
発光部の直径は約０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）
であった。
約０．２３６ｃｍ（０．０９３インチ）の直径を有する
光導波路束は６５本の光導波路ファイバを含んでおり、
各ファイバは直径が約０．０２２ｃｍ（０．００９イン
チ）でＮＡが０．１０であった。
光導波路束は真ちゅう製の終端嵌め輪部で終端せしめら
れ、エポキシで所定の位置に固着された。
光導波路束の端面は平らに研摩された。直径約０．２７
９ｃｍ（０．１１０インチ）で屈折率１４７の硼珪酸ガ
ラスのビードが、ダイオードと光導波路束の端面の間に
固定して保持され、光導波路束、ビードおよびダイオー
ドは第１図に示したように軸線方向に心合せしめられて
配置された。
約３０ｃｍ（１２インチ）の長さの光導波路束の出力端
は、一体化する球状部に連結され、光導波路束からの全
体の光出力が決定されうる。
光導波路束の長さが短いので、そこでは本質的に損失が
生じないと考えられうる。
光導波路束によって集められ、測定装置に伝送される光
量はダイオートから放射された全光量の４％であった。
ガラス製のビードを用いないで同じ実験を実施したとこ
ろ、その場合には、ダイオードから放射された全体の光
のうちわずか０．４％が伝送されるにすぎなかった。
透明なビードの直径が光導波路束の直径より若干大きい
場合に最大結合効率が得られた。
この関係は約０．１２７ｃｍ（５０ミル）と約０．５８
４ｃｍ（２３０ミル）の間の直径を有するビードを用い
て、約０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）の直径を有
する発光部をもつダイオードから直径０．２３６ｃｍ（
０．０９３インチ）の光導波路束に光を結合せしめるよ
うにすることによって決定された。
この実験の結果か第３図に示されている。
この図では、光導波路束の出力端から放射される光の相
対強度がビードの直径の関数としてプロットされている
。
曲線６２によって示されているように、ビードか発光ダ
イオードから若干、たとえばビードの直径の約１０％な
いし２０％だけ離間せしめられた場合に、最良の結果が
得られた。
曲線６４によって示されているように、ダイオードの表
面にビードが接触している場合には、それよりも若干低
い結合効率となった。
直径約０．２６７ｃｍ（０．１０５インチ）のビードの
場合に得られた曲線６２のピータは、１４ｄＢの結合損
失を示しており、これは本発明の装置によって得られた
最小損失であった。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にしたがって構成された光通信装置の入
力部を示す断面図、第２図は第１図における実施例の変
更例を示す部分的な断面図、第３図は透明な球状光結合
ビードの直径と、それによって光導波路束に結合せしめ
られる光の量との関係を示すグラフである。 図面において、１２，１２’はダイオード、１４、１４
’は光導波路束、１６，１６’はビード、１８，１８’
は発光部、２０、２０’、３６、４２は開口部、３８は
端面、５０，５２ぱ窓をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 発光ダイオードと、並置関係をもって配列された光
    導波路束とを有する光波エネルギ伝送装置において、均
    一な屈折率を有する透明な球状ビード１６が、前記光導
    波路束１４および前記発光ダイオード１２に対し、前記
    発光ダイオード１２の端面と前記光導波路束１４の端面
    との間に配置された変形可能な挿入部２２によって、正
    確に整列せしめられ、前記挿入部２２は前記球状ビード
    １６が装着されない状態では前記球状ビード１６の直径
    よりもある程度小さい直径を有する変形可能な開孔を具
    備していることを特徴とする光波エネルギ伝送装置。
JP50014796A 1974-02-06 1975-02-04 光波エネルギ伝送装置 Expired JPS583392B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/440,068 US3950075A (en) 1974-02-06 1974-02-06 Light source for optical waveguide bundle
US440068 1982-11-08

Publications (2)

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JPS50110703A JPS50110703A (ja) 1975-09-01
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JP (1) JPS583392B2 (ja)
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DE (1) DE2500367A1 (ja)
FR (1) FR2260120B1 (ja)
GB (1) GB1485695A (ja)
IT (1) IT1031163B (ja)
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