JPS602643B2 - 集束性光伝送体を用いた光結合分岐回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光通信用光回路素子特に集東性光伝送体を
用いた光結合分岐回路に関する。

近年、光伝送路としての光フアィバ、光源としての半導
体レーザ、発光ダイオード、光検出器としてのアバラン
シエフオトダイオード、フオトダィオード等の特性改善
に伴って、光通信システムの実現が現実のものとなりつ
つある。

このような光通信システムの実現のためには、従来の通
信システムを構成している機能素子からのアナロジーか
らも種々の光回路素子例えば、光結合回路、光分岐回路
、光スイッチ回路、光減衰器等が必要不可欠の素子とな
る。従釆は、光フアィバ通信の光結合分岐回路としてミ
ラー、プリズム等を用いることが考えられていた。

例えば、顕微鏡用対物レンズ等のレンズとミラーで構成
された光結合分岐回路があるが、対物レンズ、ミラー等
構成要素が多く、このためこれらの構成要素を結合分岐
機能を満すように光学的に配列するのが容易でなく、温
度変化等による特性の安定性に欠け、すなわち信頼性が
低く、また挿入損失が多いという欠点を有している。ま
た構成要素の大きさ、重量からも小型軽量にすることは
難かしく、低価格のものも得にくいという欠点も有して
いる。また、光フアィバの端面を斜め・に研磨した光フ
アィバ同志を近接させ、斜めに研磨した面での反射を利
用した光結合分岐回路や、二本の光フアィバをある長さ
だけ近接させ、一方の光フアィバを伝搬する光の漏れの
部分を他方の光フアィバに結合分岐させる光結合分岐回
路等も考えられているが、これらの場合も構成要素を結
合分岐機能を満すように光学的に配列するのが難かしく
、温度変化等による特性の安定性に欠け、すなわち信頼
性が低く、安価なものが得にくいという欠点を有してい
る。この発明の目的は、構成要素が少なく、構造が簡単
で結合分岐機能を満すように光学的に配列するのが容易
で、信頼性に富み小型・軽量で挿入損失が少なくかつ安
価な光結合分岐回路を提供することである。

この発明によれば長さが中心軸からの距離の２案に比例
して減少する屈折率分布を有する透明体であって、その
中を伝搬する光の蛇行周期のほぼ（２ｈ−１）／４（ｍ
は正の整数）倍の長さの集東性光伝送体と、その桑東性
光伝送体の第１の端面に、前記集東性光伝送体の中心軸
に対して鞄対称に配置された第１および第２の光学素子
と、前記集東性光伝送体の第２の端面に、前記集東性光
伝送体の中心軸付近に配置された第３の光学素子とを含
んで構成された光結合分岐回路が得られる。

次にこの発明に用いる集東性光伝送体について簡単に説
明する。この集東性光伝送体は屈折率ｎがｎ２ｎ。

（１−ずｘ２／２） …｛１｝で表わされる
。ここでｎｏは中心軸上の屈折率「 ｇは二次勾配係数
、そしてｘは中心軸からの距離を表わす。いま長さ１の
集東性光伝送体の中心軸に対し、位置ずれｄ，、角度ず
れａ，で入射した光は集東性光伝送体を伝搬して軸ずれ
ｄ２、角ずれａ２の光となって出射するが、これらの間
の関係は光線行列を用いると「次式で表わされる。すな
わち、軸ずれ、角度ずれを与えて集東性光伝送体に光を
入射させると、光は蛇行して進み、そのピッチ（周期）
ＰはＰ＝２参”Ｂ｝ で与えられる。

焦点距離ｆは、（２）式を用いて考えると、ｆ＝
１ ．．｛４｝ｎ。

ｇ Ｓｉｎ ｇで与えられ、主平面の位置は集東性光伝
送体の端面から内側にｈニｔａｎ ｇ′２”【５， ｎｏｇ の距離にある。

次にこの発明による光結合分岐回路の実施例について、
図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明による光結合分岐回路の基本構成を示す
第一の実施例の概略図である。図において、Ｔ’２は第
１、第２の光学素子である光フアィバ、３は第３の光学
素子である光ファィバ、４は長さが１′４ピッチの桑東
性光伝送体である。光ファィバ１，３は集東性光伝送体
４の中○軸にほ）、平行で，それぞれ鼠ずれｄ，の位置
にその端面を集東性光伝送体４の入出射面（第１の端面
）５に近接させて設置し、光ファィバ２は、集東性光伝
送体４のはゞ中心軸上にその光軸がくるように、端面を
集東性光伝送体４の入出射面（第２の端面））６に近接
させて設置する。光ファィバ１から出射された光は、集
東性光伝送体４の入出射面５に軸ずれｄ，で入射し、光
線７のように蛇行して中心軸に向って進む。集東性光伝
送体４の長さが１′４ピッチ‐乙あることから、入出射
面６においては「■，‘３｝式より、ｄ２＝０，８２
＝−〜ｇｄ， ｛４）となり、大部分
の光は集東性光伝送体４の中心軸から角度ｎはｄ，で出
射し、光フアィバ２に入射する。

一部の光は入出射面６で反射された集東性光伝送体４の
中心軸に対して光線７と対称に光線８のように、伝搬す
る。集東性光伝送体４の入出射面６から出射する光が十
分４・さな出射角の場合光フアィバ２の光軸と築東性光
伝送体４の中心軸はほゞ一致させておいて良い。しかし
、入出射面６からの光を光ファィバ２に最大の効率で入
射させる場合は、光ファィバ２の光軸を集東性光伝送体
‘１の光軸に対して〜ｇｄ．傾けて設置すれば良い。八
出射面６で反射された光は、前述のように光線８の様に
伝搬し、簾東性光伝送体４の入出射面５において、ほと
んど角度ずれがなく、秦東性光伝送体４の中心軸からの
軸ずれｄ，で出射し、光フアィ「バ３に入射する。結局
光フアィバ１から出た光は大部分が光フアィバ２に、一
部分が光フアィバ３に入射する。すなわち、光ファイバ
ー，２が幹線光ファィバ３が監視線として用いられる。
集東性光伝送体４の長さがほ）、１′４ピッチだから（
４’，風式よりｆ３ｈとなり、光ファィバ１，３の端面
は集東性光伝送体４の入出射面５に設置するのが最も結
合効率が良くなる。光フアィバ２の端面は集き東性光伝
送体４の入出射面６で十分な反射光を得るために該入出
射面６に近接させて設置する。なお光フアィバ３から光
を入射させ、一部分の光を光フアィバ１から取り出すよ
うな使い方をしても，良い。ここに用いた集東性光伝送
体４には、セルフオツクスレンズのようにガラスを用い
たもの、およびプラスチックを用いたもの等がある。光
ファィバ１，２，３の種類は特に限定しないが大口径の
光フアィバが一番適する。幹線用の光フアィバ１−２ま
たは３−２に対し、監視用の光ファィバ３または１とし
て幹線用の光フアィバと異なって例えばコア径の大きな
光フアィバを用いると良い。第２図は、本発明による光
結合分岐回路の基本構成を示す第二の実施例を示す概略
図である。

集東性光伝送体４の入出射面６に反射膜（例えば誘電体
多層膜）９が付けられている以外は第１図と全く同じ構
成である。ここでこの反射膜９に応じて光線７の入出射
面６で反射された光線８の量を変化させることができる
。結局第１図の場合と同様に光ファイバー−２を幹線と
考え光フアィバ３を監視用と考えることもできるし、光
線７の入出射面６で反射した光線８の割合が十分大きく
なるように反射膜９を付けて光フアィバ１−３を幹線と
考え「光フアィバ２を監視用と考えることもできる。こ
の監視用光フアィバ２の代りに検出器を直接設けても良
い。監視用光ファィバ３，２のコア径は他の光ファィバ
のコア径より大きくても良い。またある波長入，に対し
‘まとんど透過し、別の波長に対し‘まとんど反射する
ような反射膜９を用いると、光結合分岐回路を波長多重
分離回路として用いることができる。

すなわち、光ファイバーから二つの波長入，，入２ の
光が入射し、波長入，の光はほとんど光フアィバ２に入
射し、波長＾２の光はほとんど光フアィバ３に入射する
ことで波長分離される。波長多重も同様に行ないうる。
第３図は本発明による光結合分岐回路の基本構成を示す
第三の実施例を示す概略図である。第１図と構成の異な
る点は、光フアィバ１０を用いて光ファイバー，３から
それぞれ出射した光が集東性光伝送体４を伝搬し、その
第２の端面６において集東性光伝送体４の光軸に対しほ
ぼ土ｎはｄ，の角度に光ファィバ２，１０の光軸を一致
させて最大の効率で光ファィバ２，１０に入射するよう
した点である。従って光フアィバ１，２の幹線に対して
は光フアィバ３をモニター用に、光フアィバ３−１０１
こ対しては光ファイバーがモニタ用に用いることができ
る。第一、第二、第三の実施例において、集東性光伝送
体４はいずれの場合においても長さがほゞ１′４ピッチ
にしてあったが、これは（２ｈ−１）／４ピッチ（ｍは
正の整数）であればよい。

第卑図は、本発明による第一の実施例による光結合分岐
回路を用いた第一の応用例を示すブロック図で光源の監
視に用いた例である。

光源１０１から出た光１５１は、光結合分岐回路１００
を通過して幹線の光１５２となる。また光結合分岐回路
１００で分岐された一部の光１５３は監視回路１０２に
入射する。第５図は本発明の第一の実施例による光結合
分岐回路を用いた第二の応用例を示すブロック図で受信
側の結合回路として用いた例である。

幹線の光１５２は雑音源１０４から出た光１５５と光結
合分岐回路１００で結合させ、その光１５４は光検出器
１０３に入射する。第一、第二の応用例で用いる光結合
分岐回路１００は第一の実施例のもののみならず、第二
、第三の実施例のものでもよい。

第６図は本発明の第二の実施例による光結合分岐回路を
用いた第三の応用例を示すブロック図で波長多重回路と
して用いた例である。

ここで光結合分岐回路１００において、反射膜は波長入
，の光がほとんど透過し、波長入２の光がほとんど反射
されるように設けてある。波長入，の光源１０５と波長
＾，とは異なる波長＾２をもつ光源１０６からの光１５
６，１５７が光結合分岐回路１００‘こ入射し、二つの
異なる波長入，，入２ をもつ光１５８が出射する。第
７図は、本発明の第二の実施例による光結合分岐回路を
用いた第四の応用例を示すブロック図で多重化された光
を分離する例である。

二つの異なる波長入，，入２をもつ光１５８が光結合分
岐回路１００に入射し、波長入，，入２の別々の波長の
光１５６，１５７に別れ、別々の光検出器１０３に入射
する。以上述べたように、本発明によれば、構成要素が
少なく構造が簡単で信頼性に冨み小型軽量、挿入損失が
少なく、かつ安価な光結合分岐回路が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明による光結合分岐回路
の基本構成を示す第一、第二、第三の実施例を示す概略
図、第４図、第５図はそれぞれ本発明の第一の実施例の
光結合分岐回路を用いた第一および第二の応用例を示す
ブロック図、第６図、第７図はそれぞれ第二の実施例の
光結合分岐回路を用いた応用例を示すブロック図である
。 図において、１，２，３，１０は光フアィバ、４は集東
性光伝送体、５，６は集東性光伝送体４の第１、第２の
端面、７，８は光線、９は反射膜、１００は光分岐結合
回路、１０１は光源、１０２は監視回路、１０３は光検
出器、１０４は雑音源、１０５は波長入，の光源、１０
６は波長入２の光源、１５１，１５２，１５３，１５４
，１５５は光、１５６は波長＾．の光、１５７は波長入
２の光、１５８は異なる二つの波長入，，入２をもつ光
である。オー図 オ２図 オ３図 オ４図 オ５図 オ６図 オ７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心軸からの距離の二乗に比例して減少する屈折率
   分布を有する透明体であって、その中を伝搬する光の蛇
   行周期のほぼ（２ｍ−１）／４（ｍは正の整数）倍の長
   さの集束性光伝送体と、前記集束性光伝送体の第１の端
   面に前記集束性光伝送体の中心軸に対してほぼ軸対称に
   配置された第１および第２の光学素子と、前記集束性光
   伝送体の第２の端面に前記集束性光伝送体の中心軸付近
   に置設された第３の光学素子とを含む光結合分岐回路。 ２ 集束性光伝送体の第２の端面に反射膜が形成された
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光結合分
   岐回路。