JPS59131908A - 光結合デバイス及びその製造方法 - 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】 発明の背景 本発明は光結合デバイス及びその製造方法に関し、特に
光学式マルチプレクサ／デマルチプレ９号のような、複
数伝送路間で光をダイバートするデバイスに関する。

光通信システムにおいては、現在、同一のファイバに１
つ以上の波長の信号を伝送したいと云う要求がある。勿
論、この要求では効率的に光信号を多重したり、多重光
を分解したりすることができる結合デバイスを備える必
要性がでてくる。焦点結像素子と反射素子とを組合せて
、この機能を実現させる試みは、いくつか行われている
。例えば、米国特許第４．２１３，６７７号によれば、
グレードインデックス形の屈折１ノンズを２個使用し、
フィルタ素子をこれらの屈折レンズ間に挿んだ構造があ
る。２つの波長を含む光がファイバからレンズの一表面
に入射した時、同一表面上でひとつの波長の光はフィル
タにより他のファイバへと反射するが、他のレンズの反
対側の表面上で、他の波長の光はファイバへと伝送され
てゆく。それぞれの信号が２つの波長から成る複数の異
なった信号を多重化したり、多重化された信号を分解し
たりするために、それぞれの表面上にファイバのアレイ
を配置することができる。米国特許第４，３０４，４６
０号においては、−表面上に複数の導波路より成るアレ
イを備え、反対側の表面の近傍で傾斜していて、回転可
能な反射手段を備えた焦点結像形ロッドレンズを示す。

レンズと反射器との間には、第１の波長の光を反射し、
第２の波長の光を伝送するフィルタがある。個々にフィ
ルタと反射器とを回転させることに（７） より、到来ビームの組成波長はレンズ表面上で２つの異
なった導波路に入射する。ひとつの波長の光が導波路に
反射して戻ってきても、第２の波長の光がフィルタの回
転を制御する変換器に伝送できるように、別の焦点結像
形レンズをフィルタの後に置いてもよい。

上記参考資料は、基本的にはわずかに２つの波長の光を
含む信号に関するものである。

将来システムの容量を増加させるためには、３つ以上の
波長の光が要求される。許容損失があるとは云え、適当
なファイバを備えた種々の波長の成分を適当に配列させ
たマルチプレクサやデマルチプレクサを設計するには、
この要求は問題である。４チヤネル形のマルチプレクサ
やデマルチプレクサ実現するひとつの方式は、米国特許
願第２４６，１０６号において提案されている。ここで
、ファイバのアレイはグレードインデックス形の屈折レ
ンズの一端に結合され、複数のフィルタ素子は他端に置
かれている。アレイにおいて各波長成（８） 分が異なったファイバ（（対して反射するように、異な
った角度でフィルタが配置されている。この形式のデバ
イスは一般に有利であるとは云え、組成波長光がフィル
タのひとつを通過するごとに可なりの損失を招き、背面
のフィルタのひとつにより反射した波長の光は減衰しす
ぎてしまう。さらに、部品の角度変位に対して適度の許
容差を与えることは、商業ベースの製造にとって困難な
ことであろう。

３つ以上の波長の光を多重したり、多重光を分解したシ
する方式は、さらに米国特許願第３７３１３５号に提案
されている。ここで、相互に一定の角度を保って配置し
たフィルタ素子は、グレードインデックス形の屈折レン
ズのような焦点結像形素子の間に置かれている。複数の
ファイバをフィルタの反対側のレンズの表面に配置して
、２つの波長成分の到来光のうち、異なった波長成分の
光が異なったファイバ上へ戻ってきて異なったフィルタ
により反射し、第３の波長の光が第２のレンズの反対側
の表面上に配置したファイバに伝送されるようにフィル
タ間の角度を調整する。

各波長の光の伝送は、フィルタの反対側の各表面上に光
学式タップを備えることにより観察することができる。

フィルタ間の角度を調整して、各デバイスに最大の結合
が得られるようにすることができる。このデバイスも有
利であるとは云え、最小コストを達成するための商業上
の過程においては、要求される角度調整は十分な処理能
力を与えることができるものではないであろう。

１つ以上の波長の光を使用した種々の光通信システムに
おいて、３極ならびに４極の結合器を備えることも望ま
しいことである。斯かる結合器は双方向性線路、あるい
は種々の端子により共有されている共通の中央処理ユニ
ットに対する結合のような、種々の目的に供することが
できる。

それゆえ、高効率で種々の伝送素子間に光を廻り込ませ
ることができる光学デバイスを提供することは望ましい
ことである。さらに、光の多重化と多重光の分解とをす
ることができると共に、商業ベースでの製造において容
易に組立てることができるようなデバイスを提供するこ
とも望ましいことである。

発明の要約 デバイスの面において、本発明は第１および第２のレン
ズアセンブリを備え、各レンズアセンブリは２つの端面
を有し、各アセンブリの一端面を近接して置いたもので
ある。各アセンブリは一対の焦点結像素子と、前記一対
の焦点結像素子間に配置した、少なくとも部分的には反
射性を有する素子とを具備して構成したものである。

少なくとも、第１、第２、ならびに第３の光伝送素子は
、第２のアセンブリの反対側の第１のアセンブリの端面
に結合しである。２つのアセンブリの光軸は基本的には
並行であって、第１のアセンブリに結合された第１およ
び第３の伝送素子間で伝達されるべき、第２のアセンブ
リにおいて反射性を有する素子により反射できる程度の
光量の変位があり、いっぽう、第１のアセンブリにおい
て反射性を有する素子により反射した光が第１および第
２の素子の間へ伝達できるように上記２つのアセンブリ
を配置しである。

方法の面においては、本発明は第１および第２のレンズ
アセンブリを提供する手段から成立つものであり、各レ
ンズアセンブリは一対の焦点結像素子と、前記一対の焦
点結像素子間に少なくとも部分的に反射性を有すると共
に２つの端面を有する素子とを具備して構成したもので
ある。各レンズアセンブリの一端面が離れて配置され、
レンズアセンブリの光軸が基本的には並行して構成され
るようにアセンブリを配置しである。第１および第２の
伝送素子間で、第１のアセンブリの反射性を有する素子
により反射する光を伝達することによると共に、第１お
よび第２の伝送素子間で光の結合を最大にするようにア
レイの位（１１） 置を調整することにより、第２のアセンブリの反射側に
置かれた第１のアセンブリの端面に、少なくとも第１、
第２、および第３の光伝達素子から成るアレイを配置す
る。そこで、第２のアセンブリの位置は、アセンブリの
光軸に対して基本的には平行な変位を与えるように調整
しであるが、第１および第３の伝送素子の間で光の結合
を最大にするため、第２のアセンブリの反射性を有する
素子により反射する光を、第１および第３の伝送素子の
間で伝送するものである、。

実施例の説明 本発明の原理は、第１図に示す実施例を議論すればよく
理解できよう。デバイスは２つのレンズアセンブリ１０
．１１を備え、それぞれのレンズアセンブリは２つの端
面１２．１３と１４．１５とを有する。各アセンブリシ
ま２つの焦点結像素子１６．１７ならびに１Ｂ、１９と
、上記２つの焦点結像素子間に配置した、少なくとも部
分的に反射性を有す（１２） る素子２１．２２とをそれぞれ具備している。

本実施例において、素子２１．２２はデバイスの動作時
に入射する異なった波長成分の光を選択的に反射するフ
ィルタである。本実施例において、各フィルタ素子は標
準の多層誘電体フィルタであった。素子２１は７６０〜
８６０　ｎｍの範囲の波長の光を反射し、フィルタ２２
は８００〜１０３０　ｎｍの範囲の波長の光を反射する
。本実施例における焦点結像素子は標準の円筒状グレー
ドインデックス形屈折レンズであって、直径がは’；１
．８ｍｍｆＶ４ピッチ長（は”ｉ　４．、７　ｍｍ　）
のものである。

勿論、特定の要求に応じてこれらのパラメータや寸法な
どは変えられるものである。ジェファーソン化学会社（
Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ　ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ
　）により製造されている、シェルとシェフアミン（Ｊ
ｅｆｆａｍｉｎｅ　）　Ｔ　４０３形硬化剤とにより製
造されたエポン（Ｅｐｏｎ　）　８２８形樹脂の混合物
のような、標準の市販エポキシにより、フィルタをそれ
らの焦点結像素子に接着した。各アセンブリ２３．２４
の光軸は円筒の軸に一致するものであった。

第２のアセンブリの反対側の第１のアセンブリの表面１
２に結合したものは、３つの光伝送素子のアレイであり
、この場合、３つの光伝送素子は標準の光ファイバ２５
．２６．２７であって、それぞれ５０μｍのコア直径と
１２５μｍの外径とを有するものである。本発明の範ち
ゅうにおいて゛光伝送素子”は光信号の伝送に通常使用
される素子であって、レンズ表面に直結された光源、あ
るいは光検出器を備えたものであると理解すべきである
。

複数のファイバのひとつ２５は３つの波長λ１１λ２、
λ３を有する光を伝送するために採用したものである。

他の複数のファイバのひとつ２７は第１のアセンブリＤ
一部を成すフィルタ素子′２１により反射した波長成分
λ、の光を伝送するために採用したものであり、いっぽ
うさらに他のフィルタ２６は他のアセンブリの一部を成
すフィルタ素子２２により反射した波長成分λ２の光を
伝送するために採用したものである。光ファイバ２８は
、第１のアセンブリの反対側の第２のアセンブリの表面
１５に結合した。このフィルタは、両方のフィルタ素子
を介して伝送された第３の波長成分λ３の光を伝送する
ように配置した。

ＵＶ６１の指定のもとてノーランド社（Ｎｏｒｌａｎｄ
）により市販されているもののような紫外線硬化形の市
販光セメントにより、フィルタを上記表面に接着した。

２つのレンズアセンブリのそれぞれのひとつの端面１３
．１４が近接して配置されるように、２つのレンズアセ
ンブリを配置した。

この場合には、ノーランド社（Ｎｏｒｌａｎｄ）による
セメント６１により両表面を接着した。２つのアセンブ
リの光軸２３．２４は、基本的には平行させた。すなわ
ち、さらに傾斜することは許されるとは云え、両光軸間
の角度の絶対値は１７９°〜１８１°の範囲にすること
が好ましい。しかしながら、軸は第２図の端（１５） 面図に示すように、量ｄだけ変位１〜てぃた。

第２のアセンブリのフィルタにより反射する波長成分λ
２に相当するファイバ２５．２６間で結合を最大にする
ような光量により、光軸をオフセットしている。本実施
例において゛は、オフセット迭ははソ５ｏμｍであった
。

第１図の矢印は、ファイバ間を進行する光線の中央部分
の近似的な方向を示すものである。既に説明したように
、３つの波長成分λ！、λ２、λ３より成立つ光はファ
イバ２５を介して伝送され、軸２３においてフィルタ２
１上へ焦点を結ぶ。第１の波長成分λ！の光はこのフィ
ルタにより反射し、ファイバ２７上に入射する。第２お
よび第３の波長の光は第２のアセンブリの軸２４でフィ
ルタ２２に入射することができるように、フィルタ２１
と焦点結像素子１７．１８とを介して伝送される。

波長成分λ３の光はこのフィルタを介して伝送され、フ
ァイバ２８上へ焦点を結ぶ。他の波長成分λ２の光はフ
ィルタ２２により反射（１６） し、２つのアセンブリの軸の変位によりファイバ２６上
へ焦点を結ぶ。デバイスはデマルチプレクスモードであ
るものとして説明したが、光を単に逆方向にすれば、例
えば第３図に示すようにファイバ２５上への３つの波長
成分の光を多重化することができるものと評価されよう
。本実施例においてはλｌはＩ丘ソ８２５ｎｍ、λ２は
はソ８７５ｎｍ、　　λ３はは’ｉ　１３００　ｎｍで
あったが、本発明は特定の波長成分を使用するものに限
ったものではない。

第１図に示すデバイスの製造においては、標準の光学セ
メントを使用し、２つのグリシ（屈折）レンズ間にフィ
ルタ素子を接着することによシ各レンズアセンブリを作
成した。

ファイバ（２５−２７）の７レイは第１のアセンブリ１
０の一端面１２において、接触端で硬化していない光セ
メントのようなものを含む標準のキャピラリ終端（図示
していない）により位置ぎめをした。波長λ１の光はフ
ァイバ２５を介して伝送したが、光のファイバ２７への
結合を最大にするように３本のファイバより成るアレイ
の位置ぎめをした。そこで、紫外線により光学セメント
を硬化することによりファイバを正しい位置に固定した
。

（第１図および第２図におけるファイバ間の距離は図示
するために誇張されているが、多くの場合、ファイバの
クラッドは接触しているものと考えなければならない。

）そこで、第２のレンズアセンブリ１１の端面１４のひ
とつは、３本のファイバより成るアレイの反対側の第１
のアセンブリの端面１３と接触するように、第２のレン
ズアセンブリ１１の位置ぎめをした。前記端面の少なく
ともひとつは未硬化の光学セメントを含むものであった
。

レンズアセンブリの光軸２３．２４が基本的には並行で
あって、同一直線上にあるように、レンズアセンブリの
位置ぎめをした。そこで、波長λ２の光はファイバ２５
を介して伝送しているが、光軸間の変位先はファイバ２
５．２６間で最大の結合が得られるように調整した。そ
こで、端面１３．１４間でセメントを硬化することによ
り変位を固定した。本実施例においては、硬化は紫外線
によって影響を受けるものであった。ファイバ２８はそ
の端部において硬化可能な光学セメントを含み、第１の
アセンブリの反対側の第２のアセンブリの端面１５にお
いて位置ぎめを行った。波長λ３の光はファイバ２５か
ら伝送されるものであるが、ファイバ２８の位置はファ
イバ２８に対して最大の結合が得られるように調整し、
ファイバの位置は前のようなセメントを硬化させること
によって固定した。すべての位置関係の調整は、標準の
マイクロポジショニング装置を使用して行った。

本実施例において得られたデバイスでは、ファイバ２５
．２７間の損失は１．３ｄＢ、ファイバ２５．２６間の
損失は］、、　６　ｄ　Ｂ　、ファイバ２５．２８間の
損失は］、、　５　ｄ　Ｂであった。

変位ヰは５０μｍであったが、３０〜２００（１９） μｍの範囲の変位が一般には好ましい。位置調整はファ
イバ２５からの光の伝送に関して説明してきたが、順次
行われる位置調整の期間にファイバ２６．２７．２８か
らの光を伝送し、ファイバ２５により受信した光を測定
することにより同じ結果を得ることができるものとみな
すべきである。

ファイバは第１図および第２図に示すように、正確に位
置ぎめをする必要はないものと考えなければならない。

既に説明したような結果を得るのに基本的に望ましい条
件は、ファイバ２５．２７が［１ｌＩ２３に対して軸対
称でなければならず、ファイバ２６．２Ｂも軸２３に対
して軸対称でなければならず、ファイバ２７．２８は軸
２４に対して軸対称でなければならないと云うことであ
る。

この形のマルチプレクサ／デ”ンルチプレク号のデバイ
スの特長のひとつは、光ファイバのスプライスを生成す
る必要なく光を観察できる点である。斯かる光学式タッ
プの使用の（２０） 一実施例を第３図、ならびに第４図に示すが、これらの
図では第１図、ならびに第２図に相当する素子は同じ番
号が付けである。追加したファイバ３０は第１のレンズ
アセンブリの・端に結合され、第１のレンズアセンブリ
は他のファイバ２５−２７を備えたものであることは注
目されよう。また、追加したファイバ３１は第１のアセ
ンブリの反対側の第２のアセンブリの端に結合されてい
る。これらの追加したファイバは、デバイスをマルチプ
レクサとして動作させている時に、波長λ２、λ３の光
を観察するための光学式タップとして働らくものである
。ファイバ３１．２８が軸２４に対して軸対称であり、
ファイバ３０．２６が軸２３に対して軸対称であること
は望ましい条件である。斯くして、第４図の端面図にお
いて、ファイバ３０は基本的（（はファイバ２８と同一
直線上にあり、ファイバ３１は基本的にはファイバ２７
と同一直線上にある。

動作上、ファイバ２７により伝送した波長λ１を有する
光はフィルタ２１上に入射し、出力ファイバ２５に反射
して出てくる。波しλ２の光はファイバ２６を介して伝
送され、この光の大半はフィルタ２１を介して伝送され
、矢印により示すようにファイバ２５にも入射するよう
に、フィルタ２２により反射する。しかしながら、この
光のはソ１０チはファイバ３０上に入射するように、フ
レネル反射によりフィルタ２１により反射する。これに
より、ファイバ３０により伝送される光景は、多重化さ
れた信号のλ２構成を観察できるのに十分なものである
。同様に、ファイバ２８からの波長λ３の成分の光はフ
ィルタ２２．２１を介して伝送され、はとんどファイバ
２５上に入射し、この光はわずかにフィルタ２２により
反射してファイバ３１に入射する。斯くして、λ３の成
分の光を観察することができる。λ３の成分の光はわず
かにフィルタ２１によっても反射するので、ファイバは
必要ならばその光を受信するように位置ぎめすることか
できる。本実施例においては、λｔ＝１３００ｎｍ、λ
２＝８２５ｎｍ、λ３＝８７５ｎｍであった。λｌ成分
は通常、高信頼の発光ダイオードにより与えられている
ので、この成分は観察する必要がない。ファイバ３０．
３１は、適当な波長λ２、λ３の光を相当する伝送素子
２６．２Ｂを介して単に伝送し、ファイバに対する反射
光の結合を最大にすることによって位置ぎめを行うこと
ができる。マルチプレクサ／デマルチプレクサ装置て光
学式タップの使用を検討するためには、米国特許願第３
７３，１３５号を参照されたい。

本発明は基本的にマルチプレクサ／デマルチプレクサ装
置として説明したが、ひとつ以−Ｆのフィルタ２１．２
２をビームスプリッタ、または鏡のような少なくとも部
分的に反射性を有する他の素子Ｋｉ換することにより、
本発明は他の光結合装置に対して使用できるものである
と考えられよう。例えば、単一波長（２３） の信号を使用したシステムにおいて、部分的に反射性を
有する素子を両アセンブリにおいて使用すれば３ウエイ
・パワー・デイバイダが構成できる。光学式タップと２
つの波長のマルチプレクサ／デマルチプレクサとの組合
せは、フィルタ２２を部分的に反射性を有する鏡で置換
することにより形成できる。既に説明したレンズアセン
ブリを追加したレンズアセンブリに加えて追加すること
により３つ以上の波長の光のマルチプレクサ／デマルチ
プレクサを提供することも可能である。

本発明の種々の変形は既に説明したよって、当業者（（
とって明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるデバイスの部分的前
面系統図である。 第２図は第１図の実施例によるデバイスの端面図である
。 第３図は、本発明の他の実施例によるデバイスの部分的
前面系統図である。 （２４） 第４図は、第３図の実施例によるデバイスの側面図であ
る。 （主要部分の符号の説明） １０．１１・・・レンズアセンブリ １２．１３．１４．１５・・・レンズアセンブリの端面 ２１．２２・・・焦点結像素子 ２５．２６．２７・・・光伝送素子 出願人　　　ウェスターン　エレクトリックカムパニー
、インコーポレーテツド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、それぞれが一対の焦点結像素子と、前記一対の焦点
   結像素子の間に配置され少なくとも部分的には反射性を
   有する素子とを備え、それぞれ２つの端面を有する第１
   および第２のレンズアセンブリを設け、 前記第１および第２のレンズアセンブリのそれぞれのひ
   とつの端面が離れて配置されていて前記それぞれの光軸
   が基本的には平行であるように前記第１および第２のレ
   ンズアセンブリを配置し、 前記第１のレンズアセンブリの反射性を有する素子によ
   り反射された光を第１および第２の伝送素子の間を伝送
   すると共に、前記第１および第２の伝送素子の間で光の
   結合が最大になるようにアレイの位置を調整することに
   より、前記第２のレンズアセンブリの反対側の前記第１
   のレンズアセンブリの端面上で、少なくとも前記第１お
   よび第２の光伝送素子、ならびに第３の光伝送素子のア
   レイを配置し、 前記第１および第３の伝送素子の間で光の結合が最大に
   なるように前記第２のレンズアセンブリの反射性を有す
   る素子により反射された光を、前記第１および第３の伝
   送素子の間に伝送する反面、前記第２のレンズアセンブ
   リの位置を基本的にはレンズアセンブリの光軸に並行な
   変位を生ぜしめるように調整することを特徴とする光結
   合デバイスの製造方法。 ２、それぞれ２つの端面を備え、前記２つの端面のひと
   つがそれぞれ離れて配置されしかもそれぞれ一対の焦点
   結像素子と、前記一対の焦点結像素子の間に配置され少
   なくとも部分的には反射性を有する素子とを備えた第１
   および第２のレンズアセンブリと、前記第２のアセンブ
   リの反対側の前記第１のアセンブリの端面に結合されて
   いる少なくとも第１、第２、および第３の光伝送素子と
   、 を具備し、前記第１のレンズアセンブリにおいて反射性
   を有する素子により反射した光が前記第１および第３の
   素子の間で伝送できる反面、前記第１のアセンブリに結
   合された前記第１および第２の伝送素子の間で伝送され
   るべき前記第２のアセンブリにおける反射性を有する素
   子により反射できる光量により前記２つのレンズアセン
   ブリの光軸が変位されるように前記２つのアセンブリを
   配置した ことを特徴とする光結合デバイス。 ３　特許請求の範囲第２項記載の光結合デバイスにおい
   て、 前記それぞれのレンズアセンブリの前記部分的に反射性
   を有する素子がフィルタ素子よりなると共に、入射した
   第１および第２の波長成分の光のひとつを反射するよう
   にしてなり、 且つ、 前記伝送素子のひとつが少なくとも３つの波長を有する
   光を伝送するためのものであって、前記他の２つの伝送
   素子がそれぞれ前記第１および第２の波長成分の光のひ
   とつを個々に伝送するためのものであるようにしてなり
   、 且つ、 前記少なくともひとつの光伝送素子が前記第１のレンズ
   アセンブリの反対側の前記第２のアセンブリの表面に結
   合されていて、前記第３の波長の成分の光を伝送するよ
   うにしてなる ことを特徴とした光結合デバイス。 ４、特許請求の範囲第３項記載の光結合デバイスにおい
   て、 前記焦点結像素子が円筒状、グレードインデックス形屈
   折レンズである ようにしたことを特徴とする光結合デバ（３） イス。 ５　特許請求の範囲第３項記載の光結合デバイスにおい
   て、 前記伝送素子が光ファイバであるようにしたことを特徴
   とする光結合デバイス。 ６、特許請求の範囲第３項記載の光結合デバイスにおい
   て、 前記光軸の変位が３０〜２００μｍの範囲の以内のもの
   であるよってしたことを特徴とする光結合デバイス。 ７、特許請求の範囲第３項記載の光結合デバイスにおい
   て、 第４の光伝送素子が前記第２のレンズアセンブリの反対
   側の第１のレンズアセンブリの端面に結合されていて、
   前記第１のレンズアセンブリにおける前記フィルタ素子
   により反射した前記第２の波長の成分の光の一部分を受
   信するようにしたものであり、且つ、 前記第２の光伝送素子が前記第１のレン（４） ズアセンブリの反対側の前記第２のレンズアセンブリの
   端面に結合されていて、前記２つのレンズアセンブリの
   フィルタのひとつにより反射した第３の波長成分の光の
   一部分を受信するようにした ことを特徴とする光結合デバイス。