JPS60128729A - 双方向伝送方式 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は１本の光フアイバ伝送路を用い、その伝゛送路
の上りと下りで５５＋１々の波長の光信号を伝送させる
双方向伝送方式に関する。

〔発明の背景〕

半導体レーザ（以下、ＬＤと略称する。）を用いたアナ
ログ伝送方式は、ＩＴＶ、高品位ＴＶ′。

ＣＡＴＶなとの画像情報伝送への応用が期待されている
。ところがＬＤと多モード光ファイバを用いた伝送系で
は、レーザ光の可干渉性によって伝搬モード間で相互に
干渉し、スペックル雑音、スペックル歪が生じるという
問題があり、現状では伝送距離を１〜２ｋｍ得るのがや
っとの状態である。これに対して単一モード光ファイバ
を用いると上記スペックル雑音、スペックル歪を回避で
きるので１０ｋｍ前後の長距離伝送を期待できる。しか
し、で実現されていない。これは低損失光分波器の実現
がむずかしいことと、システム構成が複雑で伝送品質の
劣化、低信頼性、高価といった問題があるからである。

第１図は現状のデバイスを用いて構成した双方向伝送方
式の概略図を示したものである。今、光フアイバ７内を
矢印８方向へ伝搬する光信号（波長λ１）を上り回線と
し、矢印８′方向へ伝搬する光信号（波長λ２）を下り
回線とする。まず上り回線は、情報入力端子１５から入
力した信号はＬＤ駆動回路１４に入る。この回路１４の
出力信号でＬＤＩを駆動する。ＬＤｌの発振波長はλ。

である。ＬＤＩからのレーザ光は球レンズ２、屈折率分
布型のロッドレンズ３（長さは約１／４ピツチ。）を通
して光フアイバ４内へ入り、矢印５のごとく進み、光分
波器６へ入射する。光分波器６へ入った信号は光フアイ
バ７内を矢印８のごとく進み、光分波器６′、光ファイ
バ９を通して受光器１１に入射する。そして増幅器１２
を経て復調器１３で情報信号が復調される。次に下り回
線は、情報入力端子１５′から入力した信号がＬＤ駆動
回路１４′に入り、この駆動回路１４′の出力でＬＤＩ
’　を駆動する。このＬＤＩ’は波長光フアイバ４′光
分波器６′、光ファイバ７、光分波器６を通して光フア
イバ９′内を矢印１０′のごとく進み、受光器１１′に
入る。受光器出力信号は増幅器１２′を経て復調器１３
’に入り、この復調器１３′で情報信号が復調される。

このようしこ、光分波器、球レンズ、ロッドレンズを各
各２つずつ必要とし、デバイスの数が多い。また各々の
デバイスの光軸調整も大変であり、低損失化、高信頼化
、低コスト化ともに問題がある。さらに各々のデバイス
からの反射光がＬＤへ再注入するとＬ　Ｄの縦モードが
変化し、それがモード分配ヤ（１：音になるため、各々
のデバイスの反射対策も必要であり、極めて複雑な構成
となる。

第２図は第１図に用いる光分波器６（あるいは６′）の
従来例を示したものである。同図において、光フアイバ
４内を波長λ、の光が矢印５のごとく伝搬し、ロッドレ
ンズ１７を経てペンタプリズム２１内に入る。そして誘
電体ミラー１９で反射し、干渉膜フィルタ２０でさらに
反射してロッドレンズ１８、光フアイバ７内を矢印８の
ごとく伝搬する。一方、波長λ２の光は光フアイバ７内
を矢印８′のごとく伝搬し、干渉膜フィルタ２０を通過
し、ロッドレンズ１６を経て光フアイバ９′内を矢印１
０′のごとく伝搬する。以上のようにして波長λ１．λ
２の光は分波されるが、デバイスの数が多く、構成も複
雑なため低コスト化、高信頼化も容易ではない。また単
一モード伝送であるので光ファイバのコア径は１０μｍ
以下であり。

非常にきびしい光フアイバ位置設定精度が要求され、低
損失化が困難という問題点がある。光分波器自身の損失
、ｔＪ’↓ンズ、レンズと光ファイバ、光ファイバと光
分波器などの接続部での損失が増えるとそれだけ伝送距
離が短くなり、長距離伝送も困難になる。以上のような
理由により、単一モード光ファイバを用いた双方向伝送
はまだ実現されていない。また片方向伝送でも伝送距離
は５ｋｍ程度しか実現されていない。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、極めて簡易な構成で単一モード光ファ
イバを用いた双方向伝送方式を実現させることにあり、
その結果、長距離伝送も可能にするものである。また多
モード光ファイバを用いた双方向伝送方式へも適用でき
る。

〔発明の概要〕

本発明は一本の光フアイバ内を上り方向と下り方向でそ
れぞわ波長の異なった光信号を用いて情報伝送を行なう
双方向伝送方式において、上り回線の光送信部は発振波
長λ１の半導体発光素子の光をレンズ、λ、の光を通ず
干渉膜フィルタ、ロッドレンズを通して上記光フアイバ
内へその一端から導入させる構成とし、下り回線の光送
信部は発振波長λ、の半導体発光素子の光をレンズ。

λ２の光を通す干渉膜フィルタ、ロッドレンズを通して
上記光ファイバの反対端からその内へ導入させる構成と
し、上記２つの干渉膜フィルタに対し、光フアイバ側か
ら入射した光（すなわち、反対回線の光）はそれぞれ反
射させて上記ロッドレンズの光フアイバ側端面に配置さ
せた別の光ファイバに入射させ、光受信部に導びいて情
報信号を復調するようにした双方向伝送方式である。ま
た上記反射光伝搬用光ファイバを上りおよび下り回線用
光ファイバとして、前記光送信部と光受信部を設け、３
波長以上の波長多重伝送を行なわせる方式である。

本発明は半導体発光素子の出射光を光フアイバ内へ導び
くためのロッドレンズに干渉膜フィルタを設けて双方向
伝送を行なわせているので、従来のように構成の複雑な
光分波器が不要である。すなわち、半導体発光素子の出
射光を光ファイバへ結合させる機能と光分波機能とを一
つのロッドレンズで合せもった新しい双方向伝送方式で
ある。

したがって極めて簡易な構成となり、かつ低損失な双方
向伝送方式であるので長距離伝送も可能である。なお、
発振波長λ２．λ２とは発振中心波長を言う。ロッドレ
ンズの長さは約ｎ　／　４ピツチ（ｎ　”　１　ｒ　３
ｙ　５・・・・）である。

〔発明の実施例〕

本発明の双方向伝送方式の実施例を第３図に示膜フィル
タ２３，２５を形成させ、その面と反対面に光ファイバ
を２本接近させて配置させた点と、光分波器６，６′を
なくした点にある。干渉膜フィルタ２３ば波長λ１の光
を透過させ、波長λ２の光を反射させる特性をもたせた
誘電体多層膜である。逆に干渉膜フィルタ２５は波長λ
１の光を反射させ、波長λ２の光を透過させる誘電体多
層膜である。これらのフィルタはたとえば帯域通過型フ
ィルタ、または短波長帯（あるいは長波長帯）通過型フ
ィルタで構成する。次にこの方式の動作について説明す
る。ＬＤＩからのレーザ光（波長λｌ）は球レンズ２を
通って平行光になり、干渉膜フィルタ２３に入射する。

干渉膜フィルタ２３内に入射した光はそのまま透過し、
ロッドレンズ２２内を伝搬し、光フアイバ７内に集光し
矢印８のとどく光フアイバ７内を伝送され、ロッドレン
ズ２４に入射する。ロッドレンズ２４内に入射した波長
λ、の光は干渉膜フィルタ２５に達し、このフィルタ２
５で反射される。反射された光は干渉膜フィルタ面が斜
め端面（その角度を０２とする。）に形成されているの
でその角度θ２に相当するだけロッドレンズ２４の端面
２７に集光する位置がずれる。その反射光（波長λ、）
が集光する位置に光ファイバ９を配置させておくと、」
−記反射光は光ファイバ９のコア内を矢印１０のごとく
伝搬し、受光器】１で受光され、増幅器１２を通し７て
復調器１３で情報信号が復調される。一方、Ｌ　Ｄ　］
、　’　からのレーザ光（波長λ２）は球レンズ２′を
通って平行光になり、干渉膜フィルタ２５に入射する。

干渉膜フィルタ２５内に入射した光はそのまま透過し、
ロッドレンズ２４内を伝俯し、ロッドレンズ端面２７近
傍に配置された光ファイバ７のコア内に焦点を結び、光
フアイバ７内を矢印８′のごとく伝送され、ロッドレン
ズ２２に入射する。ロッドレンズ２２内に入射した波長
λ２の光は干渉膜フィルタ２３に達し、このフィルタ２
３で反射され、ロッドレンズ２２の端面２６に達する。

ここで干渉膜フィルタ面が斜め端面（その角度を０１と
する。）に形成されているので、このフィルタ２３で反
射された光は上記角度θ。

に相当する量だけロッドレンズ２２の端面２６近傍に焦
点を結ぶ位置がずれる。この焦点を結ぶ位置に光ファイ
バ９′のコアが配置さＪＬるようにすることにより、上
記波長λ２の反射光は光フアイバ９′内を矢印１０′の
ごとく伝搬し、受光器１１′で受光され、増幅器１２′
を通して復調器１３′で情報信号が復調される。以上の
ように、第１図の構成に比し、極めて簡易な構成で波長
の異なる光を用いて双方向伝送を実現することができる
。デバイスの数が少ないことと、光軸位置調整が少ない
ことのために低損失伝送が可能となり、長距離伝送を期
待できる。またロッドレンズ２２゜２４のＬＤ側端面あ
るいは両端面を斜めカットしであるので、この端面での
反射光およご光フアイバ端面からの反射光がＬ　Ｄへも
どることがないという利点もあり、その結果、モード分
配雑音の増加を抑制することができるという一石二鳥の
効果もある。角度θ１．Ｏ２は０．数度から３０数度の
範囲から選ぶ。、角度が大きいほど光ファイバ７と光フ
ァイバ９′　（あるいは９）の並置間隔を広くできる。

この間隔は上記角度に比例している。

Ｏ３と０２を等しくすると左右対称な構成となる。

また干渉膜フィルタ２３．２５に帯域通過型フィルタを
用い、その通過帯域幅を極めて狭くしておけば（たとえ
ばフィルタを多段縦続接続するか、ロッドレンズの反対
端面２６，２７の反射光通過端面にフィルタを設ける。

）、不要な光信号の光ファイバ内伝送を抑制することも
可能となる。また上記実施例は光ファイバとして単一モ
ード光ファイバの場合について説明したが、多モード光
ファイバにも適用でき、またＬＤの代わりに発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）を用いてもよい。

さらに、光ファイバ７のみを単一モード光ファイバとし
、光ファイバ９，９′はその長さが数ｍ以下であれば、
コア径の大きな多モード光ファイバを用いることができ
る。その結果、受光器への光入力量を増やすことができ
る。また、光ファイ／＜９１９’は用いずに受光器１１
．１１’　をロッドレンズ２２．２４の端面２６，２７
の光焦点面にレンズを介して、あるいは直接とりつけて
もよい。このようにすれば、ＬＤと受光器を一体化した
双方向伝送用送受信モジュールを実現することができる
。なおＬＤＩの端面位置から球レンズ２までの距離は球
しン、ズ２の焦点距離だけ雛し、また球レンズ２とロッ
ドレンズ２２との距離は両者の焦点距離の和に設定しで
ある。Ｌ　Ｄ　］、　’　と球レンズ２′どの距離、球
１ノンズ２′とロッドレンズ２４との距離も同様である
。球レンズ、ロッドレンズの焦点距離は、公知のように
、光ファイバのスポットザイズ、Ｔ、、　Ｌ）の発光直
径に応じて選定する。

第４図は本発明の双方向伝送方式の別の実施例である。

これは光フアイバ７内を矢印８方向に伝送される上り回
線として、ＬＤＩ　Ｃ波長λｌ）からの光信号と［、Ｄ
ｌ“　（波長λ３）からの光信号としたものである。光
フアイバ７内を矢印８′方向に伝送させる下り回線はＬ
Ｄｉ’　（波長λ２）からの光信号としたものである。

この場合、干渉膜フィルタ２３は波長λ１の光を透過さ
せ、波長λ２とλ３の光を反射させる。干渉膜フィルタ
２５は波長λ２の光のみを透過させ、波長λ、とλ３の
光は反射させる。干渉膜フィルタ２８は波長λ３の光を
透過させ、波長λ２の光を反射させる。干渉膜フィルタ
３１は波長λ３の光を透過させ、波長λ１の光を反射さ
仕るように構成されている。この方式の動作を以下に示
す。

ＬＤＬからの３’６信号は前述のように光フアイバ７内
を矢印８のごどく伝送され、ロッドレンズ２４の端面の
干渉膜フィルタ２５で反射さ扛て光フアイバ９内を矢ｒ
−田１０のごとく伝送される。そしてロッドレンズ３０
内に入り、干渉膜フィルタ３１でさらに反射され、光フ
アイバ３５内を矢印３６のごとく伝送さＩｔで受光器１
１．増幅器１２を通して復調器１３で情報信号が復調さ
れる。一方ＬＤＩ“からの光信号は球レンズ２″、干渉
膜フィルタ２８．ロッドレンズ２９を通って光フアイバ
９′内に集光され、矢印１０’のごとく伝送されてロッ
ドレンズ２２内に入る。そして干渉膜フィルタ２３に達
してこのフィルタで反射されて光フアイバ７内に錐先さ
れ、先はどの波長λ１の光と同様に干渉膜フィルタ２５
に入射する。このフィルタ２５で反射されて光フアイバ
９内に伝送され、ロッドレンズ３０、干渉膜フィルタ３
１、球レンズ３２を通って受光器１１”に入射される。

そして増幅器１２″′を経て復調器１３＃で情報信号が
復調される。他方、ＬＤＩ’からの光信号は光フアイバ
７内を矢印８′のごとく伝送され、干渉膜フィルタ２３
で反射されて光フアイバ９′内を矢印１０′のごとく進
む。そして干渉膜フィルタ２８でふたたび反射されて光
フアイバ３３内を矢印３４のごとく進み、受光器１１′
に入射する。

受光器１１′に入射した信号は光電気変換され、増幅器
１２′を経て復調器１３′で情報信号が復調される。こ
のように本発明は、上り、下り回線を２波以」二の光波
長で波長多重伝送することも可能である。

第４図の場合も光ファイバは単一モード光ファイバ、多
モード光ファイバのいずれでもよい。また単一モード光
ファイバ伝送の場合、光ファイバ７．９．９’は単一モ
ード光ファイバを用い、光ファイバ３３．３５に多モー
ド光ファイバを用いて受光器１１．１１’への光結合効
率を増大させるようにしてもよい。さらに、光ファイバ
３３゜３５を用いないで受光器１１．１１’　をロッド
レンズ２９．３０の端面にはりあわせてもよい（ただし
、レンズを介してはりあわせてもよい）。なおここで言
う受光器とは、ＰＤ（ホトダイオード）、ＡＰＤ（アバ
ランシェホトダイオード）などの受光素子、あるいは前
置増幅器付き受光素子を言う。

第５図は第３図に示した半導体発光素子の出射光を光フ
アイバ内へ導びく構成と光分波機能部の構成を拡大して
示した別の実施例である。これはロッドレンズ２２を３
７と３８の２つの部分に切断し、その間に干渉膜フィル
タ２３を設けたものである。ここで、Ｑ、　十Ｑ、はほ
ぼ１／４ピツチ長である。Ｑ２は１／１０ピツチ以下の
長さが好ましい。光ファイバ７．９′はロッドレンズ３
８の端面に密着させである。Ｑ２の長さと、干渉膜フィ
ルタ２３の傾斜角度を調節することにより、光ファイバ
への光結合度を最適に調整することができる。

なお、上記説明では２．２’　、２“、３２は球レンズ
を用いたが、球レンズの代わりに円柱レンズを用いても
よい。また上記実施例では、ロッドレンズの端面を斜め
研磨し、その研磨面に干渉膜フィルタを設けたが、第６
図（ａ）のように、ロッドレンズ２２の片端面にスペー
サガラス３９をもうけ、そのガラスに干渉膜フィルタ２
３を形成させた構成、あるいは（ｂ）のように干渉膜フ
ィルタ付きのスペーサガラス３９をロッドレンズ２２の
前方にわずかに離して設けてもよい。さらに、各デバイ
ス（たとえば光ファイバ、ロッドレンズ）の端面には通
常よく用いられている無反射コーティング（ＡＲココ−
ィング）をほどこしてもよい。

その場合、光ファイバの先端やロッドレンズの光フアイ
バ側端（たとえば２６．２７）を斜め研磨イソレータを
挿入してもよい。

磨する以外に、ＬＤに対し、レンズを垂直方向にオフセ
ットしてもよい。またレンズを光軸に対しわずかに傾斜
させて配置させるとさらに反射波抑制効果を大きくとれ
る。また第６図（ｂ）の構成においてレンズ２２の端面
を丸めるようにしてもよい。

なお、光ファイバとして多モード光ファイバを用いる双
方向伝送方式の場合には、球レンズ２゜２’、２’、３
２は用いなくてもよい。

ＬＤと球レンズの実装は、通常、光学窓付きの容器内に
気密封止され、上記窓から光が出力されるように構成さ
れているが、この場合には上記光学窓の内側に前記干渉
膜フィルタを蒸着、あるいははりつけてもよい。このよ
うにすれば、干渉膜フィルタの温度および湿度変動によ
る特性劣化を低減することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体発光素子の出射光を光フアイバ
内へ導びくためのロッドレンズに干渉膜フィルタを形成
させることにより、光結合機能と光分波機能をもたせた
もので、その結果、別に部品点数が多く構成の複雑な光
分波器を設ける必要がなくなり、極めて簡易構成で、か
つ低損失な双方向伝送方式を得ることができる。

本発明はアナログ伝送以外にディジタル伝送にもｊ瓜用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデバイスを用いて構成した双方向伝送方
式の概略図、第２図は従来の光分波器の概略図、第３図
は本発明の双方向伝送方式の一実施例の系統図、第４図
は本発明の双方向伝送方式の別の実施例の系統図、第５
図および第６図は本発明において用いられる光結合機能
と光分波機能をそなえた部分の実施例を示す図である。 １．１’　、１’・・・半導体レーザ、２．２’　、２
’　。 ３２・・・球レンズ、３．３’　、２２，２４，２９゜
３０．１６，１７．１８・・・ロッドレンズ、４．４’
。 ９．９’　７，３３．３５・・・光ファイバ、５．５’
　。 ８、’８’　、１０，１０’　、１０’　、３４．３６
・・・光の伝送方向を示す矢印、６．．６’・・・光分
波器、１１．１１’　、１１’・・・受光器、１２．１
２’　。 １２″・・・増幅器、１３．１３’　、１３”・・・復
調器、１４．１４’　、１４’・・・半導体レーザの駆
動回路、１５．１５’　、１５’・・・情報入力端子、
１９・・・誘導体ミラー、２０，２３，２５，２８，３
１・・・干渉膜フィルタ、２１・・・ペンタプリズム、
２６゜２７・・・ロッドレンズの端面、３７．３８・・
・切断し第　５　図 舅　６　図 （ス）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一本の光フアイバ内を上り方向と下り方向でそれぞ
   れ波長の異なった光信号を用いて情報伝送を行なう双方
   向伝送方式において、上り回線の光送信部は発振波長λ
   １の半導体発光素子の光をレンズ、λ１の光を通す干渉
   膜フィルタ、ロッドレンズを通して該光フアイバ内へそ
   の一端から導入させる構成とし、下り回線の光送信部は
   発振波長λ２の半導体発光素子の光をレンズ、λ２の光
   を通す干渉膜フィルタ、ロッドリンズを通して該光ファ
   イバの反対端からその内へ導入させる構成とし、該２つ
   の干渉膜フィルに りに対し、光フアイバ側から入射しオ反対回線の光はそ
   れぞれ該フィルタで反射させて該ロツいて情報信号を復
   調するようにしたことを特徴とする双方向伝送方式。 ２、干渉膜フィルタで反射された光信号を伝搬させる光
   ファイバを別の上りおよび下り回線用光ファイバとして
   、別の発振波長を有する光送信部と光受信部を設け、３
   波長以上の波長多重伝送を行なうことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の双方向伝送方式。 ３、光ファイバに単一モード光ファイバを用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の双方向伝送方式
   。 ４、光ファイバに多モード光ファイバを用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の双方向方式。 ５、ロッドレンズの光フアイバ側端面に配置させた別の
   光ファイバに多モード光ファイバを用いるか、あるいは
   上記光ファイバを用いないで光受信部をロッドレンズ端
   面に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項もし
   くは第２項記載の双方向伝送方式。