JPS59177511A - 光結合器 - 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】 こめ発明は元ファイバ通信に使用されるレーザ（例えば
半導体１）−ザ）と光ファイバの結合器において、外部
からの反射による戻シ光の影響を除去する機能を有する
光結合器に関するものである。

従来この種の装置として第１図に示すものがあった。第
１図は従来の光結合器の概要を示す構成図である。図に
おいて、（１）（ｌ″ｌｔｌｔレーザでは半導体１〕−
ザを示す。）、＋２１は１ノンズ、（３）は偏光プリズ
ム（偏光ビームスプリッタ）、（４１は４分の１波長板
、（５）は元ファイバ、（５ａ）は元ファイバの芯部（
以下コア部とよぶ）、（５ｂ）は元ファイバの装甲部（
以下クラッド部とよぶ）、（５ｃ）は入射面、（５ｄ）
は出射端面である。

さて１ノ−ザ（１）の光をその偏光方向に対して光軸が
４５度の角度をなすように配置した４分のｌ波長板（４
）を透過させると、第２図で象徴的に図示したように入
射した直線偏光は円偏光に変換される。

そして反射鏡（６）によって反射された光（円偏光ンは
再び４分の１波長板（４）に入射され、直線偏光に変換
される。この直線偏光は１／−ザ（１）の出射時の偏光
に対して垂直な直線偏光となっているので、偏光プリズ
ム（３）によって１７−ザには再結合されない。従って
１７−ザ（１）を反射光の影響から保護することかでき
る。

第２図の購成におけるレーザの出力特性の１例を第３図
に示す。横軸は印加電流、縦軸６元出力で、力〜ブＡは
反射光による戻り光のない場合、カーブＢは反射光によ
る戻り光のある場合、カーブＣは反射ｊ滝による戻り光
のある場合でｆｉｉ元プリプリズム４分波長板を挿入し
た場合のレーザのそれぞれの後方出力を測定したもので
ある。

この仁とから第１図の従来例１では光ファイバ（５）の
端面（５Ｃ）からの反射光はレーデ（１）に再結合され
ず、光アイソレータとしての機能を持つことがわかる。

併し一般に光ファイバは偏波面が保存されず、光ファイ
バの振動や熱的歪みによって、屈折率が時間的・場Ｈ［
的に変化するので、光ファイバ（５）の他端面（５ｄ）
からの反射光は完全な円偏光にならない。従って４分の
１波長板で直線偏光に変換さえしず、偏光プリズムを通
って１ノ−ザに再結合され、死出力特性に影ＱＩ！を与
えるという問題があり、従来の１成の゛ま＼では伝送能
率上充分ではなかった。

この発νｊは上記のような従来のものの欠点を除云する
だめになされたもので、光コアイノ々の入射端のみなら
ず他端からの反射光に対しても有効なアイソ１ノ−ンヨ
ン機能を有する光結合器を提供することを目的としてい
る。

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第４図において（１）乃至（５）は従来の光結合器と同
じものである。（７）は個波面保存元ファイバ、（７ａ
）は（７）のコア部、（’７ｂ）は（７）のクラッド部
である。

次にこの発明の動作について説明する。

光ファイバにおいて、コアの半径をａ１光の波長をλ、
開口数をＮ　Ａ　（＝５＋　ｎ”　＊　ｎ２はそれぞれ
コアとクラッドの屈折率）とした場合、規格化周波数Ｖ
は ３Ｖ で表わされる。この場合伝搬モード数は７〜ｔである。

■の値が２，４１以下になるとＨＥＩＩモードと呼ばれ
る基本モードのみか伝搬され、この条件の光ファイバは
単一モード光ファイバと呼ばれる。

単一モード光ファイバを伝搬する光波は互いに直交する
ＥＸ　、〜成分のモードに分解される。これらの霜；赤
成分ｅｘ　、　ｅｙは一般的に次式によって表わすこと
ができる。

ここでＡＸ　、　Ａｙはへ、〜モードの断面方向の電界
分布、ωは角周波数、ｔは時間、βＸ、βｙはへ。

ＥＶモードの軸方向伝搬定数である。

もしβＸ〜βｙのとき、二つのモードは異った速度で伝
搬する（第５図参照）。式〔２〕において、Ｅｘ　ｓ〜
モードが同じ振幅を持つ場合、ωｔを消去すると、 ｅｘ’十ｅｙ’　−２ｅｘｅｙｃｏｓ　（４Ｚ）　＝Ａ
’ｓｉｎ”（＃９　Ｚ）−・・（３］ただＬ７、Δβ＝
１βＸ−βｙ１　で伝搬定数差である。

実際の光ファイバではコアとクラッドの材質が異ること
１（より、その熱膨張率の差でコア内に歪が発生してい
、右。

４ｚの大きさｆ（よって直線偏光、楕円偏光、円偏光を
繰り返しながら伝搬する。通常の単一モード光フフイバ
では僅かな振動や曲げあるいは温度変化によって備か々
ΔβＺの変動を生ずる。この結果偏波面が回転したり、
偏光特性が変化する。これらの外乱は時…」的あるいは
場所的に刻々と変化するため、出力光の偏光特性も時間
的に複雑に変化する。

これに対し、このような外乱による△β２が予め与えら
れた光ファイバを偏波面保存光ファイバと呼んでいる。

即ち、備波面保存元ファイバというのは入射光の儂光状
帽をその壕ま維持する特殊な購造をもった光ファイバで
ある。これを作るにはその一つの方法として、Ｘ方向と
Ｘ方向の屈折率差をつけるため、コアに対する物理的に
圧力差をつける方法には楕円クラッドをもつ光ファイバ
がある。

第６図のように△βがあると、直線偏光、楕円偏光、円
偏光を繰り返す。つまりムβＺが２π毎に同じことを繰
り返す１゜ ■７＝２π／−＝Ｉ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・〔４〕〔４〕式で表わさノするＩ、を
ビート長（１？ｊ合長）と呼んでいる。いまこの偏波面
保存ファイバの長さｌヒを １＝（２ＴＩ＋１）■／４．（ｒ７］＝０，１，２．・
・・）とすると、他端面（雄端）で反射されて入射面に
戻って来た光＆ｄ：　（２１１１＋　１．　）　Ｌ／２
の長さの光ファイバを伝搬したことになり、入射端で直
線偏光であった光は再び入射端に戻ってきた時、垂直′
ｊｒ個波面を持つ直線偏光になっている。

卯４図で示すこの発明では、この原理を利用し、伝送用
光ファイバ（５）の光ｔｐ、側に（加＋１）Ｌ、／４の
長さを持つ偏波面保存光ファイバ（７）が接続されてい
る。そこで半導体１ノ−ザ（１）から出た直ａ偏光は偏
光プリズム（３）を通り、偏波面保存光ファイバ（７）
の端面（７ｃ）に結合されるが、光ファイバ（７）の入
射端面（７ｃ）は光ファイバ（力の光軸に対して傾斜し
ているので、この面からの反射光はレーザ（１）に再結
合されない。また光ファイバ（７）に入射した光は他端
面（７ｄ）、伝送用光ファイバ（５）の入射面（５ｃ）
からも反射されるが、偏波面保存光ファイバ（力の入射
面に戻ってきたとき、垂直な偏波面は直線偏光に変換さ
れており、レーザ（１）の偏光方向とは垂直となり、偏
光プリズム（３）によって他方に取り出され、１ノ−ザ
（１）には再結合されない。

また、偏波面保存光ファイバ（７）は単一モード光ファ
イバであるので、コア（７ａ）の径は、６μｍ程度（′
波長０．８５μｍ）であり、伝送用に使用される光ファ
イバ（５）は一般にマルチモード九ファイバであり、コ
ア径１ｉ５０〜８０μｍと大きく、開口数も太きい。こ
の為光ファイバ（５）の出射端面（５ｄ）で反射されて
戻って来た光は光ファイバ（５）と元ファイバ（７）の
接続面（５Ｃ）、（７ｄ）で大半は光ファイバ（７）に
結合されないので、１／−デ（１）に再結合する光−建
ケ少く、アイソレーション機能が保持される。

光ファイバ（７）から光ファイバ（５）に入射する場合
の損失はほとんど々い。このことから、この構成によシ
光ファイバの入射端のみならず、出射端（遠端）からの
反射光に対しても有効なアイソ１ノージヨン機能を持っ
た光結合器が実検される。

偏波面保有光ファイツバ７）と云ｆ用元ファイバ（５）
の接続点は、コネクタによる接続、あるいは接着剤によ
る接着、融着による接続でもよい。

第７図′はこの発明の他の実施１夕１」を示すもので、
偏光子として異方性を有する方解石等の結晶板（８）を
使用したものである。（８ｃ）で示した矢印は結晶板（
８）の元軸方向を示し、次の（７ｃ）に接続する一端面
は光路に対し斜めに切断されでいる。

勿論、入射面側も斜めに切断されていても購わない。

なお上記実施例では偏光子として異方性を有する結晶に
よって作られた偏光プリズムを使用する場合について述
べたが、干渉膜を使った偏光ビームスプリッタ等の偏光
機能を有するもので購わない。

以上のようにこの発明によれば、偏波面保存光ファイバ
を伝送用光ファイバの先端部に接続するという簡単な構
成によシ経済性に優れまた性能のよいものが得られると
いう効果がある。

なお以上の実施例はレーザとして半導体レーザを使用し
た場合について述べたが、レーザとしては半導体レーザ
に限定されるものではなく、同様の目的に適合するもの
であれば同様に適用できることは申す迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光結合器の概要を示す構成図、第２図は
従来の光結合器の動作を示す説明図、第３図は従来例の
効果を示す特性図、第４図はこの発明の一実施例の概要
を示す構成図、第５図はこの発明に使用する偏波面保存
光ファイバの動作を説明するための三次元撮幅波形図、
第６図もこの発明に使用する偏波面保存光ファイバの動
作を説明するだめの光フアイバ内の光の偏光動作を示す
説明図、第７図はこの発明の他の実施例の概要を示す購
成図である。図において、（１）・・・半導体レーｆ、
（２１・・司／ンズ、（３）・・・偏光ビームスプリッ
タ、（４）・・・４分の１波長板、（５）・・・光ファ
イ−？、（６）・・・反射鏡、（力・・・偏波面保存光
ファイバ、（８）・・・結晶板、である。 なお各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　葛野信−外１名 −＋　／Ｉｆｆ 宜３（膳 光子４（い づ↑−５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光を光ファイバに結合させる装置において
   、上記伝送用光ファイバの上記レーザ側の先端部に偏波
   面保存光ファイバを設置接続し、かつ上記レーザと上記
   偏波面保存光ファイバとの間に結合用レンズと偏光子と
   を具備したことを特徴とする光結合器。
2. （２）偏波面保存光ファイバの長さを（２ｍ＋１）Ｌ／
   ４（Ｌは光ファイバの結合長、ｍ＝０．ｌ。 ２、・・・）としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の光結合器。
3. （３）偏波面保存光ファイバの光入射側端面を斜めにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項および第
   （２）項記載の光結合器。
4. （４）偏光子を異方性を有する結晶板とし、少／くとも
   １つの端面は光云送路に対して斜めにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項、第（２）項あるいは第
   （３）項記載の光結合器。
5. （５）　　レーザは半導体１ノ−ザであることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項、第（２）項、第（３）
   項又は第（４）項記載の光結合器。