JPS587120A - 光方向性結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光ファ・ｆバ辿偏に使用する光方向性結合器
に係り、特に光の分割、果合等を効率良く行なう光方向
性結合器に関する。

従来光ファイバ伝送路における光の分割、果合を行なわ
せる方法として、端面を斜めに研摩（端面出し）した２
本のファイバを誘電体膜としてノ・−フミラーを介して
つき合せ、該防電体表面でのファイバ１を伝搬し、てき
た光ν１の反射を行ない、光ν１を透過光ν（、反射光
ν′（に分割しそれぞれファイバ２、ファイバ３１／ｉ
ｎ挿入している。また光の集合は、＠電体膜４でファイ
バ２の１云搬光ν２を通過させて透過光シロを、ファイ
バ３の伝搬光ν、を反射して反射光ν２をそれぞれファ
イバ１に挿入することにより行なっている。

ところでこのような方向性結合器では、光の分割の場合
誘電体膜４で分割された伝搬光ν１の透過光ν（および
反射光ν′）を利用することから比較的低損失で光を分
割することができるが、光を集合する場合には光ν２の
透過光シイ、光ν３の反射光■というように透過尤ある
いは反射光の一方を利用するため原理的に損出があり挿
入損失が多くなる、例えば第１図で他の挿入損失な０と
仮定した１対１の分配比の光集合で０１３ｄ１３の挿入
損失が附随し７ている。従ってこのような方向性結合器
を双方向通信などに使用−・Ｌるとき、出力端における
挿入損失の作置がに　（１１３以上と非常に大きくなり
、双方向通信の有用性がなくなってしまうととになる。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、フイイバ１、
ファイバ２、ファイバ３および誘電体膜等の光学媒体で
構成され、前記ファイバ１の屈折率ｎ１、前記ファイバ
２の屈折率ｎ２　、前記光学媒体の屈折率ｎ４ばｎ、、
（ｎ、、ｎ４（ｎ、　　の関係となっており、１）ゴ記
ファイバ１および前記ファイバ２とはその鴎′ｉｆ０を
同一の所定角ｊ現で屏［めに研摩されて前記光学媒体を
弁して欠き合わされて一直線上に配置され、前記ファイ
バ１内をその軸に潜って平何に伝伽する光を前記ファイ
バ１と前記光学３− 媒体の界面で全反射して前記ファイバ３　ｖ′Ｃ挿入し
、前記ファイバ２内をその軸に宿って平行に伝搬する光
は前記ファイバ２と前記光学媒体の界面で反射させず前
記光学媒体を通過させ前記ファイバ１に挿入させるよう
にした先方同性結合器を提供することを目的とする。

以下本発明を図面ＬＣ４つき′実施例につき詳細に説明
する、なお第１図と同一の部４」は同一の符号を使用す
るものとする。

第２図は本発明の一実施例を示したもので、コア屈折率
がそれぞれｎｌ、ｎ２、ｎ、のファイバ１、ファイバ２
、ファイバ３および屈折率１４の訪′亀体膜４から構成
され、これらをエポキシ等の透明樹脂５で固定しており
、ファイバ１およびファイバ２は所定の角度αで斜めに
研摩（以下端＋ＯＩ出しと称す）されて防電体ｌ戻４を
介して突き合わされ一直線」二に配置されている。ファ
イバ１の屈折率ｎ、　　はファイバ２の屈折率ｎ２　よ
りも犬キく、かつ誘導体膜４の屈折率１１４　よりも犬
きくなっている。例えはファイバ１としては多成分フー
ノ′イバ（４− 屈折率１．５１近辺）、ファイバ２としては石英ファイ
バ（屈せｆ率１．４５Ｊ辺）、誘電体膜４と１〜てはシ
リコン１伺、１］旨（ｊ＋Ｆ！４斤・准１．４　ＬＪ以
」二〕を用いることができる。

そしてファイバ１と誘電体）戻４との界面（以下誘電体
膜表面と・四す）６でファイバ１の１咄に平行に伝搬す
る九地を全反射［２てコア・Ｃバ３に反射光ντを挿入
し、一方ファイバ２の軸に平行に伝搬する光ν２に対［
７てはファイバ２と誘電体Ｊ俣４との界１ｍ（誘電体膜
光面）７で反射をし７ないで１誘電体腺を通過させ前記
訪′屯体１１１衣而６で屈折してファイバ１　［）ｆｆ
’、折光フ（を挿入するようになっている。

この場合屈折光フイがノア・イバ１の開口数以下の角波
なとるようにファイバｌの平行伝搬光７２をファイバ１
に挿入する、このように挿入することにより、独々のモ
ードで１ム憾しているファイバ２の元ν２はファイバ１
に効率良く結合される（屈折ブ１ξν（をファイバ１内
で・１／−何体敵するように挿入ずれは結合の効率は最
も良くなるが、ｎ２、ｎ４（ｎ、、αＮ９０°ｏ　＊　
メ不可ＮＱ　）。

端面出し、のＦ］］度α、ファイバ１．２および訪′亀
体膜４の屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ４は上記Ｌ７た宋件を満
すように決定さハ、る。

今、第３図に示すように１１２＝＋１４　とした場合（
／（ｉついて説明すると次のようになる。

ファイバ１の平行伝搬光ν１は誘電体膜光面６で全反射
するので、スネルの法則によりｎ　　ｃｏｓα＝ｎ　　
　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・■一方、フ
ァイバ２の平行体液光Ｔ；２がｄ電体膜表面６で屈折Ｌ
７フアイバ１の開口数ＮＡ以下の角度で挿入されること
から、屈折光射はファイバ１のクラッド８ヘフアイバ臨
界角δ。に対しδ。

≦δなる角Ｆ夏で入射する。このδ。は開口数ＮＡ、フ
ァイバ１のクラッド８のＪ［１折率をｎ、とするとから
氷捷り、？＋１えばＮＡ＝　０．２５　、　ｎｌ＝　１
，５１０ときθ。−８０，５００となる１、 寸だ誘電体ルＶべ而６で ｎ　、＋　ｓｉｎβ−二１１１Ｓｌｎγ、α＋Ｎ　　０
００１１．　ＣＯ８α二”ｌ５１ｆｌγ・・（■ 」／こ、ν４とν２のなすＪ（ｊイトεとすると、δは
δｉ−Ｅ　−＝　９　ｔｌｏ、α−ドア　１−ε−９０
０，δ＝屹１γ、−（４）であるから、式（」）、（３
）、（４）かし１１．を一定にしまたときのαに対−ｒ
る１１．．７’そしてδｌバ一般的に求捷り、１コ３、
ＮΔ（めへ・い＆−１：１１５）り足めることによりｔ
、２）　ｔ　＊　ｆるδ（）を考慮Ｌ２て、α、１】、
か氷めし１１゜る。

例えばｎ、　＝　１．５　’、１のときを小才と下表の
ようになり、１＼Ａ−０，２５のファイバ１ンこス；１
し、ては端面出しの円（及αを２００以下にし、α（Ｃ
刈ｊ芯才る屈折率ｎＩ　　をイＪする請′巾、１本＋１
史を１史几１−・Ｌ才Ｌ（ｒ丁、］゛アアイバ３ＶｆＴ
伝＋ｆｌｒツ光７．は乍反則して一ノＪ′イバ３１Ｌ伸
人さ１１、フッ′１パンσ）−”ｉ′ｆｆ毛へｌ板う’
（２”ｖ、、は万［（１斤されて開［１数ＮＡＩ以斗の
用度でフッ′イ　＜１ｖこ挿入さ）′シるようになる。

＝７− たたこの場合ファイバ２からファイバ１へ光を結合する
ｉ余、光の一■ニネルへ−−１１〕はノア・イバ２の１
ハ搬光ν、か第４図（イ）に概念的に示−４−ように平
イーＪ仏娘光−；２（ｏ’）を中心に−Ｌ下（または左
右）に対象に分布しているのに対し、ファイバ１では伝
摩光ν４　（Ｊ同図（■・）（・こ示１ようＧ′ことち
１つか一方に片寄ってし一土９゜たたし同図でσ。は’
［＋１σｎ−９００であるＣそして第４図（イ）、（「
りの７？し尿のｆｒｌＳ分の面積をそＪしそれＳｌ、８
□どしたとき、このＳｌ、８２　ＩＩよｄ？住体）俣の
７＋＋（４Ｊ’１゛率ｎ４　を１１ζ当（ｌこ選ぶこと
によりはは寺しくでさる。そこでＷｌｊ　Ｆ枕体ｉｌｌ
と１−ては屈折率８− かαに対応するものより一℃や大きいものを適宜便用し
て、ノブ・イバ２からファイバ１へ光を結合するときの
ｆ、　＝１−　□　ｌｏｇ　Ｓ　、　／　Ｓ□で示さ！
’Ｌ、　７：：）扱秋損失を小さくするようＶＣする。

以上の夫施例で（ｒ↓ソファバ１、ファイバ２、誘電体
膜４の屈折率１１１、ｎ２、■ｌ、の関係が１１２＝　
１１４＜９０１　　になっている」易合しこついて説明
Ｌ７だが、これらの屈」づｉ慴は第５［２１（イ）のグ
Ｉ］　（１１４＜　ｎ　、、・＜ｎ、、回（「ｊ）のり
（１＜　ｎ２＜　ｎ４・Ｃ１］１　、あるいは回Ｈの々
ＩＩ＜０４・−ｎ、、（、ｎ、　　のようＭＣなってい
ても良＜　、Ａｉｌ記と同様にしてノアイ・く１の半・
［−１伝搬尤地を全文射弧せる采πＦおよ０・ファイバ
ノの平行伝搬光）２をノア・イバ１の１４日１］数１夕
、−トの角１１Ｊｉでファイバ１杵こ挿入さ、忙る采Ｖ
ｔ＝から、端℃イ１１　ｌＶ、＋　Ｌ鳴１１ｆｉ　（、
ｔ、ファイバ１杵の屈１）〒＄１１１、ｎ２．１１４が
決定さ−ｔ’する。またこれらの場合には、ファイバ１
か１９フアイバ３に全ｌ又射して挿入される光量６−、
、Ｉ−フーアイノ・１、ノア・１バ３の屈折率１１　＋
、１］、ｖこよって決定さ扛、ファイバ２からファイバ
１　しｃ余尺射さぜずに挿入される光量はファイバ１、
ファイバ２のＪｉｆ２１１ｉ率によって犬輩さ扛る。、
［疋つ−こ、Ｊ１１１折率Ｊ１１、ｎ２、ｌ］、を適宜
調部シフてファイバ１からファイバ３へのｙ乙の分０己
布、ファイバ２から７７′イバ１への元のボ占臼゛１ｊ
１か力１１７威できる。

捷だソーｆイハ１とファイバ２を結合する光学媒体とｌ
−１−等方１″トな屈折率１１４　をイ］す乙赫電体槻
を用いた１列を述・べたが、Ｊ■’＋　、１耳率１］４
　を律■１胃するよう変化させても良く、例えばセルフ
ォックレンズな中７旨なすらして１史用す２）ことＣ（
よって；洋成される、この場合Ｃ′こはファイバ２の伝
厳光ｒ［／ンズの中）１．・に回かわせるｆｌ−質かめ
るので、ファイバ端面角αと逆作用−する」、うにすね
、はファイバ１しこ挿入さ２した光は軸８ｆこほぼ・Ｖ
−♀１に伝搬させることができる。

銀、干説明したように本発明の光力向１１結合器はファ
イバ１、ファイバノ、ファイバ３および６♂′屯体膜等
のＪｆＬ学媒体Ｃｆｌ＋成され、ｑｉＪ　ｉｆ己フ−ノ
′イバ１の屈ｉｔ−？率１１１、前記ファイバｌの屈折
−卆；口２、■ｉＪ記光学媒捧の屈１Ｊ１率ｒ〕、はｎ
、（ｎ、　、１１４（ｎ、　　の関係となつイ］１・・
す、前記ファイバ１およ０・前記ファイバ２とはぞの雌
１而が回−のＪ９ｒ定角［及で〕ｅｌめに１０１犀され
て前記光学媒体を介して突き合わされて一直線上に配置
され、前記ファイバ１内をその軸に漬って平行に伝搬す
る光を前記ファイバ１と前記光学媒体の界面で全反射し
７−ζ前記フーアイバ３に挿入し、前記ファイバ２内を
その軸に宿って平行に伝搬する光は前記ファイバ２と前
記光学媒体の界面で反射させず前記光学媒体を〕出退さ
せ前記ファイバ１に挿入さ伊ているので、光の分割、結
合を低損失でイテなうことができ、筐たその構成も簡便
なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光方向性結合器における元の分割、結合
の説明図、第２図は本発明の光方向性結合器における同
・峰な説明図、第３図は第２図の実施例のファイバ１、
ファイバ２、誘電体膜の屈折草１１１．　ｎ　２、ｎ４
の関係を示す図、第４図（イ）、（ロ）はそれぞれファ
イパンの伝搬光ν２のエネルギー分布、ν２が挿入され
たファイバ１０伝搬元νＳのエネルギー分布を不す図、
第５図（イ）、ｔ”）、ｔ’ｌは他の実施？ｌＪのフー
アイバ１、ファイバ２．訪′亀体ノ戻の屈折軍ｎ、　、
ｎ２、ｎ４の関係を示す図である。 １．２．３・・ファイバ ４　・・・・・・・・誘電体膜 α　・・・・・・・・・端面出しの角度ν１　・・・・
・・・・・ファイバ１の平行伝搬光ντ　・・・・・・
・・・ν１　の全反射光ν２　・・・・・・・・・ファ
イバ２の平行伝搬光ν２　・・・・・・・・・ν２　の
屈折光代理人　弁理士　　守　谷　−雄 −唄≦升Ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ファイバけ）、ファイバ（２）、ファイバ（３）および
   誘電体膜等の光学媒体で構成され、前記ファイバ（１）
   の屈折率（、］、）、前記ファイバ（２）の屈折率（ｎ
   ２）、前記光学媒体の屈折率＜ｎ＜＞ばｎ　、、　＜１
   １　、、ｎ４（ｎ。 の関係となっており、前記）−アイバ（１１：ｌ；・よ
   び前記ファイバ（２）とはその端面が同一の所定角度で
   斜めに研摩されて前記光学媒体を介（７て突き合わされ
   て一直森上に配置され、前記ファイバ（１）内をその軸
   に浴って平行に伝搬する光を前記ファイバ（１）と前記
   光学媒体の界面で全反射１７て前記フ′ｒイバ（３）に
   挿入し、前記ファイバ（２）内をその軸に沿って平行に
   伝搬する光は前記ファイバ（２）と前記光学媒体の界面
   で反射さゼず前記光学媒体を通過させ前記ファイバ（１
   ）に挿入させることを性徴とする光方向性結合器。