JPS60186810A - 光スタ−カプラ - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、ｉ数の入力端子と複数の出力端子を持ち、
任意の入力端子より入力された元信号を全ての出力端子
に均等に分配する機能を持つ元スターカプラに関し、特
に出力端子への光信号の分配の均一性を改善した点に特
徴をもつものである。

〔従来技術〕

光スターカプラは、光フアイバケーブルを用いて構成さ
れた展性網において端末と連結されて使用される光回路
部品で、信号を入力する入力部と。

入力信号を混合して全ての出力端子に均等分配するミク
サと、信号を出力する出力部とからなっている。一般に
、ミクサ部分では信号の再生φ中継をおこなわない受動
型であるが、端子数を多くとる場合には分配損失を補償
するため受信、ゼ）生・中継、送信をおこなう電気回路
をミクサ部を２分割して挿入し、能動型とするＣとがあ
る。第１図は、従来開発されて来た元スターカプラの中
で最も挿入損失の少いものの導元部を抽出して描いた模
式図である。図において（１）は外部光回路から信号を
入力する光コネクタ丁なわち入力端子、（２）は後述す
るミクサにつき合せ接続を可能にするよう直線状に光フ
ァイバを整列し端面を光学研摩したファイバアレー、（
３）は入力端子（１）とファイバアレー（２）をつない
でいる元ファイバ、（４）はこれら３つの部品より構成
される入力部、（５）は入力部（４）のうちの任意の入
力端子（１１より元ファイバ（３）ヲ経て自身の入射面
に密着接続されているファイバアレー（２）より入力さ
れた光信号を自身の内部における多数回の全反射により
ほとんど無損失で自身の出射面に均等な強度分布となし
て伝搬させるミクサ。

（６）は形状は前述のファイバアレー（２）と同一であ
るがミクサ（５）の出射面に密着接続されていてミクサ
（５）の出射面で均一分布にされた元信号を出力用の元
コネクタすなわち出力端子に分配する第２のファイバア
レー、（７）はｕ１力用の元コネクタすなわち出力端子
、（８）は出力部１子（７）とファイバアレー（６）を
つないでいる元ファイバ、（９）は第２のファイバアレ
ー（６）と出力コネクタと元ファイバ（８）全構成要素
とする出力部、（【ωは上述の各要素を収納する筐体で
ある。第２図はミクサ（５）の詳細を示した図であり、
第２ａ図は入力部（４１側から見たもの、第２ｂ図はそ
れと直角方向から見たもの、第２Ｃ図は出力部（９）側
から見たもの、第２ｄ図は上面から見た図である。図に
於いて、　（ｉｌｌはファイバアレー（２）及び（６）
が密着接続される信号光に対して透明なコア部、鰺はコ
ア部（１１４よりも幾分屈折率の低い信号光に対して透
明な材質よりなるクラッド部である。

ところで、ミクサ（５）内部の上述の如き構造により。

ファイバアレー（２）を＋１４成する元ファイバ（３）
よりコア部α１）に入射した信号光はクラッド部ａ２に
散逸したり、コア部αυの内部で吸収されることなく、
コア部θ９とクラッド部Ｑ′２との境界面で全反射をく
り返して、ファイバアレー（６）の接合されている出力
側端面に到達し、そこに密着接続された出力側ファイバ
アレー（６）をＩｉ７ｆＩＭ、ｊるブＣファイバ（８）
に入射する。第３図はミクサ（５）の内部に於ける光線
の進行状況を、入力部側の光ファイバ（３）のうちの中
央部の１本を例にとって模式的に示したものである。

第４図はこの１８合の出力側端面に於ける強度分布を、
光ファイバ（８）と静しい開口面積と受容角度をもって
観測した場合の第４図に示したｙ方向依存性である。図
に於いて０は元ファイバ（８）のコアを示しており、■
は元ファイバ（８）のクラッドを示しており、０９は上
述の観測法による強就分布である。

さて、従来の発明による光スターカブラでは。

信号光がミクサ（５）のコア部αＢの中央部あるいはそ
の付近から入射した場合には、出力側端面に於ける信号
光の強度分布は第４図において曲線ｔｉｓをもって示し
たように非常に均一性が高く、シかも。

コア部ＩＯＸ軸方向の長さすなわち厚みを元ファイバ（
３）及び（８）のコア０の直径と等しい値に襠ぶことに
よりミクサ（５）のクラッド部０２に信号光をもらすこ
となく全て光ファイバ（８）のコア０３に移入すること
ができるたｙ）、低損失でかつ分配の均一性が茜かった
。しかし、信号光をコア部（Ｉｌｌの端部９例えは（Ｉ
Ｑあるいは鰭から入射した場合には、出力側端面に於け
る信号光の強歴分布は９例えは第５図における曲線ａ措
のように均一性が劣るという欠点かあった。

〔発明の概要〕

この発明は、上述の従来装置６１の欠点が、ミクサ（５
）の内部における４ｄ号尤の干渉によっておこることに
着目し、ミクサ（５）のコア部（１１１のｙ軸に垂直な
側面ｇ３をｘ　＋ＩＱ１１に対して傾斜させるとともに
、ミクサ（５）のコア部ＩＯＸ軸方向の距離すなわち厚
み全短縮することにより干渉縞のｙ軸方向の周期を短縮
するとともに干渉縞のＸ軸方向の振れ幅を圧縮すること
によって、出力用の元ファイバ（８）の開口面積と受容
角をもって受光した分配信号の各端子毎のほらつきを小
さく１９元スターカプラの性能を改善しようとするもの
でおる。

＠Ｔ図は、第５図におけるミクサ（５）の出力側端面に
於ける信号光の強度分布を説明するための図である。第
１図において、ｄｌ　は入力用の元ファイバ（３）とミ
クサ（５）のｙ軸に垂直な側面−との距離を示し、ｄ２
１は出力側端面（ハ）上におけるｙ軸に垂ｉｆな側面（
至）から１ｌｌ１１つた干渉縞の泥１の明線までの距１
ｉｉｆｌを示し、ｄ２２は第２の明線までの距離を示し
。

Ｈはミクサ（５）の２軸方向の長さであり、Ｌｌ　とＬ
２はミクサ（５）の２軸に垂１０．な端面丁なイつち入
力他端面（ハ）上の側面（イ）からｄｌ　の点とｚＩＩ
ＩｌｌｌＶｃ垂直な端面丁なイつち出力側端面（至）上
の側面（至）からｄ２１とｄ２２の点を結ぶ線分の長さ
であり、Ｌ１２　とＬ／　２は側面−によって上記３点
を結ぶ線分の長さである。このように信号を定めると、
ｄｌ　とｄ２　相互の関係は出力（１１１１端面体ｇ上
における明ｍｆの強度分布が干渉によって生じていると
して次式のようになることが導かれる。

ここで、λは元ファイバ（３）より入射させる信号光の
中心波長、ｎはミクサ（５）のコア部の屈折率、Ｎは側
面（イ）より数えた明線の番号である。いま、λを０．
８５μｍ、　Ｈを３５ｍｍｅ　ｎを１．５としてｄｌ　
とｄ２Ｎの関係を第１式による計算結果と実測の結果を
対比して第８図に示すと９両者は非常に良い一致を示す
。

第９図は、上述したようにミクサ（５）の出力側端面（
ハ）に出来るＢＡ暗の縞模様がミクサ（５）のｙ軸に垂
直な側面（イ）によって反射されたブＣ線と反射されず
に直接到達した光線との干渉によって出来ることを考慮
しｙ軸方向のみかけの縞の間隔を短縮して出力用光ファ
イバ（８）に入力される光信号のばらつきを抑圧した改
良されたスターカブラのミクサ（５）の２軸に垂直な断
面の図である。図において、　Ｃ！４１と（至）はコア
部（ＩＩ）よりも）ｉｊｌ折率が幾分低い材質よりなり
第２ａ図で計上″Ｑ２をつけて示しにクラッド部と同様
な働きを持つ部分で、コア部（［１）との境界面との平
行性及び傾きからそれぞれ平行うラッド層及び傾斜クラ
ッド層と名づけた信号光に対して透明な部分、（至）は
傾斜クラッド層（ハ）とコア部ａＩｌの境界面である。

この面の傾斜角度は第９図においては約４５°　に選定
しである。さて、このようにミクサ（５１の断面形状が
できているから、入射側の光ファイバ（３）のうち境界
面−に近接したものから入射した信号光の出力側端面に
おける強度分布は第１図と第８図及び第１式等力）ら予
想されるように第１０図の如くなる。

図中−よりｃ３のはそれぞれ傾斜１１１！１面（至）か
ら数えて第１番目から第６番目までめ明細を示している
。

第１１図は第１０図よりも長いｄｌ　に対する出力ｆｌ
ｌ１１端面における信号光の分布を示している。この分
布を出力用ファイバが並べられるｙ軸に投影してｆ１Ｍ
測するなら、第１１図において第ｎ番目の明線が観劇さ
れる距離ｄ′ｎは従来装置における１ｊＩ′ｔｎ蚤目の
四線までの距離ｄ′ｎの鳩に短縮されている。

第１２図は単１１図よりも更に長いｄｌ　に対する出力
側端面における信号光の分布を示している。

第１０図から第１２図を見て明らかなようにｄｌの増加
とともに明細の間隔が密になることがわかる。

第１４図は更に均一性を増重ため、第１０図の如き明線
のＸ軸方向の偏りを減少させたミクサ（５）のｚｉＩＩ
＋に垂直な断面の図である。第９図の実施例に比較して
異なるところは元ファイバ（８）のコア０の直径よりも
ミクサ（５）の厚さを薄くして元ファイバの受容角の大
きい領域に明ｌ＃全集中させたことである。このときの
ミクサ（５）の厚さに対する入力用の元ファイバ（３）
から出力用の元ファイバ（８）までの結合損失の相対値
ｔ−元ファイバを開口数が０．２でコア径５０μｍのグ
レーデッドインデックス型として示したのが第１５図で
あるが、この図よりミクサの厚さとして約４０μｍ付近
に最低の損失つまり最大の結合効率のあることがわかる
。

なお１以上の説明ではミクサ（５）のクラッド部が平行
うラッド層Ｑ４の部分と傾斜クラッド層（ハ）に分割さ
れていることの理由について言及していないが、その理
由は平行うラッド層（財）とコア部ａ１１の接合法と傾
斜クラッド層（ハ）とコア部Ｑυの接合法とが一般には
異なるからである。しかし、特殊な製法ではあるが１元
ファイバの線引き法のようにマサ”−ロツドとしてミク
サ（５）と同一の屈折率分布を持ち寸法だけが例えは１
００倍程も大きい複合ガラス棒金用いて線引き化する方
法を採用するならばクラッド部を平行部と傾斜部に分割
する必要のないことは首をすたない。

また、第１４図では元ファイバ（８）として第１３図と
同じ受容角分布を持つグレーデッドインデックス型のも
のを用いたように説明したが、第１０図に類似の出力側
端面におけるイど号元の強度分布のあることを考えるな
らば、コア内部で屈折率の半径方向依存性を持たない、
いイつゆるステップインデックス型の元ファイバを用い
る方が出力端子（７）への信号光の分布が均一化される
Ｃとは勿論である。

更に、入力側の元ファイバ（３）としてステップインデ
ックス型の光ファイバヶ用いるならは、外部光回路とに
用いるグレーテッド型光ファイバとの接続損失の元コネ
クタ（１）の精度依存性をゆるやかに１２で６結果と［
２て元スターカプラの出力端子に分配される信号光の分
配ばらつき全抑圧１−ることができるのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のべたように、この発明に係る薄板状のミクサを持
つ光スターカブラではミクサの断面形状を平行四辺形と
することによって、出力側端面に於ける干渉縞の出力１
７：ｉＡ子側元ファイバの配列方向における間隔を短編
するとともに、薄板状ミクサの厚みをこれに接続する光
ファイバのコアの直径よりも薄くシて元ファイバ内に注
入される分配された信号光の強度を大きくかつ均一化す
るようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はスターカプラの柘゛成全示′１−図、第２図は
従来のスターカブラの中で最も効率が高くかつ分配され
た信号光のばらつきが小さいと考えられたものに用いら
れていたミクサの＋ｉ４成金示す図。 綱３図は第２図に示したミクサを用いたスターカプラに
おいてどのようにして信号光か分割されるかを示す模式
図、第４図は第２図に示したミクサのｙＩｌｌ１１１方
向の周辺に近くない位１１′ｌより入射した信号光の出
力側端面に於いて同ミクサに接続される光ファイバヶ用
いてＶ、　１ｌｌｌｌされる分配パワーのｙｔＩＩＩ１
１方向依存性を示す図、第５図はミクサのｙ軸方向の周
辺に近い位（６より入射させた場合の分配パワーのｙ軸
方向依存性を示す図、第６図はｙ　１１１＋とＸ軸に垂
「うな側面全説明り−るミクサの２軸に垂直な断面の図
、第１図は出力１１ｉ１１端而に於ける信号光の強度分
布とこれを説明１“るｋめのミクサの７ｚ平１ａ１図、
第８図は出力側端面に於ける信号光の縞の位（ｈ＋と入
力側端面に於ける信号光の入射位置金星す図、第９図は
本発明による元スターカブラのミクサの２軸に垂直な断
面の図、第１０図、第１１図および第１２図は本発明に
よる元スターカブラのミクサの出力側ψ；Ｗ面における
信号光の強度分布を示す図、９４１３図はミクサに接続
される元ファイバとミクサの相互の１力係と元ファイバ
の受答角のｙ軸方向依存性を示す図、第１４図は第１３
図に示したイー″イ成の元スターカプラよりも損失を低
減するとともに分配される信号の均一性を旨めたこと’
ｔ％徴とする本発明による元スターカブラのミクサの２
軸に垂直なＬ〕［面とｔｅファイバの断面の関係を示す
図、第１５図は光ファイバとして開口数０２でコア径５
０μｍのグレーテッドインデックス型光ファイバを用い
たときのコア部の厚みに対づ−る光スターカブラの損失
変化を示す図である。 図に於いて、（１）は外部光回路と元スターカブラｆ：
接続する入カク１１１子となる元コネクタ、（２）はフ
ァイバアレー、（３）は入力側の元ファイバ、（４）は
以上３要素によりＪＩｔ（成される人力部、（５）はミ
クサ、　（ｆｉｌは出力側のファイバアレー、（力は出
力端子となる光コネクタ、（８）は出力１１１１のツｅ
ファイバ、（９）は（６）から（８）を構成要素と１−
る出力部、　（ｌＦｅは筺体、ｏｌ）はミクサ（５）の
コア部、（１１はクラッド部、０到まミクサ（５）に接
続される光ファイバ（３）又は（８）のコア、０４）は
クラッド、θωは出力端面に於ける信号う°Ｃの強度分
布。 Ｈ＋とα７）は信号光の入射位ｂ’７’＋　０８）と（
田はそれぞれに対応１−る出力側９；１°１；面におけ
るイぎ号）七の強度分布。 ■はＸ軸に垂直な側面、ＱＤはＸ軸に垂面な１１帽１ｊ
１゜ＣＩ！３とα９は２輔にｊｌｌ・直な入力側端面と
出力側端面。 ｃ！信ま平行うラッド層、ｉは傾斜クラッド層、α９を
ま傾斜ｆｌｌｌ１面、（２ｎからＣ（３は干渉縞の明細
である。 なお１図中同一あるいは相当部分には同一ね号を付して
示しである。 代理人　大　岩　増　ハ１ 第１図 ４１ρ　デ 第　４　図 第５図 第６１′４ 第７ｈ 第８図 第９図 第】０［で１ 第１１図 ２４　第１２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部光回路から信号を入出力する元コネクタと、
   ミクサにつき合せ接続を可能にするよう直線状に複数の
   元ファイバを整列し端面を光学研摩したファイバアレー
   と、一端がファイバアレーを構成するように成形され他
   端が上記党コネクタに接続される元ファイバ、及び上記
   ファイバアレーか両端に接続されるミクサを導光部品と
   する光スターカプラに於いて、ミクサの高屈折率領域の
   形状を平行四辺形を底面とする四角柱とし、ファイバア
   レーを平行四辺形の面に接続したことを特徴とする光ス
   ターカプラ。
2. （２）　平行四辺形の尚さを、ファイバアレーを構成す
   る元ファイバのコアの直径の６５％から９５％にしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１１項記載の元スタ
   ーカプラ。
3. （３）　出力用の光コネクタに接続されるファイバアレ
   ーを構成する元ファイバの屈折率分布をステップインデ
   ックス型にしたことを特徴とする特許請求の範囲第（２
   ）項記載の光スターカプラ。
4. （４）　入力用の元コネクタに接続されるファイバアレ
   ーを構成する元ファイバの屈折率分布をステップインデ
   ックス型にしたことを特徴とする特許請求の範囲第（２
   １項記載の元スターカブラ。