JPS6061707A - Optical coupling method - Google Patents

Optical coupling method

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JPS6061707A
JPS6061707A JP16938383A JP16938383A JPS6061707A JP S6061707 A JPS6061707 A JP S6061707A JP 16938383 A JP16938383 A JP 16938383A JP 16938383 A JP16938383 A JP 16938383A JP S6061707 A JPS6061707 A JP S6061707A
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light
axis
optical
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健治 河野
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修 三冨
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Abstract

PURPOSE:To recuce an allowable axial shift quantity by a small number of lenses, and to raise a reliability and a productivity by stopping down a converging or diverging light emitted from the first lens, into a light incident element formed as one body with the second lens. CONSTITUTION:A spherical lens and a forcusing type rod lens are used for the first lens 4 and the second lens 9, respectively. A distance d0 between the first lens 4 and a light emitting surface 8 of an LD is made larger than a focal distance f1 of the first lens 4, and a slightly stopped-down light generated after emission from the lens 4 is stopped down, for instance, to an optical fiber 2 formed as one body with a rod lens 9 which is shorter than 1/4 pitch. A place to be adjusted is only the lens 9 + the optical fiber 2, and the productivity is raised remarkably. Also, a set shift of the lens 4 is comparatively small, therefore, the deterioration of a coupling efficiency caused by an angle shift which is left after correcting a position shift by moving the lens 9 + the optical fiber 2 in parallel is small, and when it is desired to correct, it is executed by inclining the lens 9 + the optical fiber 2.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光出射素子からの光を光入射素子へ効率良く結
合させる裏作性の良い光結合方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical coupling method that efficiently couples light from a light output element to a light input element with good productivity.

半導体レーザから出射された光を単一モード光ファイバ
へ効率良く結合させる結合法として二つのレンズを用い
て結合する(al従来の共焦点複合レンズ系、三つのレ
ンズを用いて結合する(bl tJ 2レンズ分割型共
焦点複合レンズ系がある。第1図および後述する第4図
にそれぞれの結合系を示す。
As a coupling method to efficiently couple the light emitted from a semiconductor laser to a single mode optical fiber, it is coupled using two lenses (al Conventional confocal compound lens system, coupled using three lenses (bl tJ There is a two-lens split type confocal compound lens system. Fig. 1 and Fig. 4, which will be described later, show the respective combination systems.

第1図(Atは前記(a)の方法を示し、半導体レーザ
1と単一モード光ファイバ2との間に焦点距離の異る二
つのレンズ4.5を配して半導体レーザlからの光を光
ファイバ2のコア8の入射端向に入射させている。また
光ファイバ2の入射端向〇に光ファイバのコア8と気油
折率の近いガラス板7を貼ることにより入射端面6から
の反射光を減少している。
FIG. 1 (At indicates the method of (a) above, in which two lenses 4.5 with different focal lengths are arranged between the semiconductor laser 1 and the single mode optical fiber 2, and the light from the semiconductor laser 1 is is incident on the incident end of the core 8 of the optical fiber 2.In addition, by attaching a glass plate 7 having a similar refractive index to the optical fiber core 8 to the incident end of the optical fiber 2, the The reflected light is reduced.

第1図(B)は第1図(A) Kおけろレンズ系の構成
を示している。図中8は半導体レーザの発光面、6は単
一モード光ファイバの入射端向をそれぞれ示す。第ルン
ズ4は半導体レーザの発光面8からほぼ第2レンズ5の
焦点距離f工だけ離れており、第2レンズ5(焦点距離
f、)と第ルンズ4との距離は両者の焦点距離の和(f
工+f2)であり、光ファイバの入射面の位置6は第2
レンズ5とf。
FIG. 1(B) shows the configuration of the K-scale lens system shown in FIG. 1(A). In the figure, 8 indicates the light emitting surface of the semiconductor laser, and 6 indicates the direction of the input end of the single mode optical fiber. The second lens 4 is separated from the light emitting surface 8 of the semiconductor laser by approximately the focal length f of the second lens 5, and the distance between the second lens 5 (focal length f) and the second lens 4 is the sum of their focal lengths. (f
+f2), and the position 6 of the optical fiber entrance plane is the second
Lens 5 and f.

だけ離れている。is far away.

このようなレンズ系をとると、半一導体レーザの発光直
径(スポットサイズ)2ivoはレンズ系の焦点距離の
比(f、/f1)だけ拡大され、光ファイバの入射面の
位置6にスポットサイズの直径2Wgが2w、 =:2
woX (fB/fz )の像を結ぶ。そこで光ファイ
バの導波光ビームの直径を2wfとするときwfとw2
がほぼ等しくなるようにf、 /f、を選べばよいこと
になる。
When such a lens system is used, the emission diameter (spot size) 2ivo of the semiconductor laser is expanded by the focal length ratio (f, /f1) of the lens system, and the spot size is increased at position 6 of the optical fiber entrance plane. The diameter of 2Wg is 2w, =:2
Form an image of woX (fB/fz). Therefore, when the diameter of the guided light beam of the optical fiber is 2wf, wf and w2
It is only necessary to choose f, /f, so that they are approximately equal.

次に従来の共焦点複合レンズ系の軸ずれ特性について説
明する。半導体レーザモジュールを製作するには、まず
第ルンズ4を位置合わせし、次に第2レンズ5を合わせ
、これらのレンズ系によ。
Next, the axis deviation characteristics of the conventional confocal compound lens system will be explained. To manufacture a semiconductor laser module, first align the first lens 4, then align the second lens 5, and use these lens systems.

るビーム変換でファイバとマツチングさせるので。This allows matching with the fiber by beam conversion.

第ルンズ4と嬶2レンズ5にどういうレンズ系を使用し
ても、光ファイバの固定精度は単一モード光ファイバ同
志の接続特性と同等になる。
No matter what kind of lens system is used for the second lens 4 and the second lens 5, the fixing accuracy of the optical fiber will be equivalent to the connection characteristics of single mode optical fibers.

第2図には、スポットサイズが1μmの半導体レーザと
、5.5μmの単一モード光ファイバを用いた場合につ
いて、横軸に光ファイバ8の光軸に垂直な方向のずれ量
Xをとり、縦軸に結合効率ηをとった図産示す。第2図
かられかるように、光ファイバ8が光軸に垂直に約±2
.5μm動けばldBの結合損失が生じ、光軸に垂直な
方向の許容軸ずれ量は小さく、厳しい固定精度が要求さ
れることがわかる。
In FIG. 2, when a semiconductor laser with a spot size of 1 μm and a single mode optical fiber with a spot size of 5.5 μm are used, the amount of deviation X in the direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber 8 is plotted on the horizontal axis. The figure shows the coupling efficiency η on the vertical axis. As can be seen from Figure 2, the optical fiber 8 is perpendicular to the optical axis by approximately ±2
.. It can be seen that a movement of 5 μm causes a coupling loss of 1 dB, and the permissible amount of axis deviation in the direction perpendicular to the optical axis is small, requiring strict fixing accuracy.

ところでスポットサイズの等しい二つのガウスビームの
結合特性は で表わされる(参考文献M、 Saruwatari 
andK、 Nawata * : Sem1cond
uctor fiber coupler :Appl
、0pticB、 vol、 18 、 All 、 
PP、1847〜1856.1979 )。ここでXは
光軸に垂直な方向の軸ずれ、θは二つのビームの角度ず
れ、wはガウスビームのスポットサイズ、λは半導体レ
ーザの発振波長である。この式よりWを大きくするとX
の許容軸ずれ鍬は大きくなるが、許容角度ずれ量は小さ
くなることがわかる。現在使用されている単一モード光
ファイバの場合には、1dB劣下のX、θの値はそれぞ
れ約±2.5μm、約±2.2度となる。モジュールM
伶の際、通〜常、角度ずれは一度以内には抑えられるの
で、このスポットサイズを数倍大きくすれば単一モード
光ファイバの光軸に垂直な方向における許容軸ずれ量が
かなり大きくなることがわかる。
By the way, the coupling characteristics of two Gaussian beams with the same spot size are expressed as (Reference M, Saruwatari
andK, Nawata *: Sem1cond
uctor fiber coupler :Appl
,0pticB, vol, 18, All,
PP, 1847-1856.1979). Here, X is the axis deviation in the direction perpendicular to the optical axis, θ is the angular deviation between the two beams, w is the spot size of the Gaussian beam, and λ is the oscillation wavelength of the semiconductor laser. From this formula, if W is increased, then
It can be seen that the allowable axial deviation of the hoe increases, but the allowable angular deviation decreases. In the case of currently used single mode optical fibers, the values of X and θ with 1 dB degradation are about ±2.5 μm and about ±2.2 degrees, respectively. module M
In the case of misalignment, the angular misalignment can usually be suppressed to within one degree, so if this spot size is increased several times, the allowable amount of misalignment in the direction perpendicular to the optical axis of the single mode optical fiber will become considerably large. I understand.

また嬉8図には光ファイバ2の光軸方向における軸ずれ
餠・zを横軸に、結合損失ηを縦軸にとった図を示す。
Further, Fig. 8 shows a diagram in which the horizontal axis represents the axis deviation z in the optical axis direction of the optical fiber 2, and the vertical axis represents the coupling loss η.

約60μmの光軸方向のずれによりl clBの劣化が
生じる。
A deviation in the optical axis direction of about 60 μm causes deterioration of l clB.

ここでスポットサイズを大きくするため第2レンズ5を
光ファイバ8と一体化した場合を考える。
Here, consider a case where the second lens 5 is integrated with the optical fiber 8 in order to increase the spot size.

第ルンズ4により半導体レーザの約1μmのスポットサ
イズW。は、レーザの発振波長λ=1.8μm、第ルン
ズ4の焦点圧#fl =456 μmとして、W=if
□/(πWo )の関係式よりスポットサイズW□=1
89μmに変換される。この値を式(1)に代入すると
、ldBの結合損失の増加に対する許容軸ずれ祈、許容
角度ずれ量X、θはそれぞれ約±87μm、約±8.6
分となり、角度すれか極めて厳しくなることがわかる。
The spot size W of the semiconductor laser is approximately 1 μm due to the fourth lens. Assuming that the laser oscillation wavelength λ = 1.8 μm and the focal pressure #fl of the 4th lens = 456 μm, W = if
From the relational expression □/(πWo), spot size W□=1
Converted to 89 μm. Substituting this value into equation (1), the allowable axis misalignment, allowable angular misalignment amount X, and θ for the increase in ldB coupling loss are approximately ±87 μm and approximately ±8.6 μm, respectively.
It can be seen that the angle becomes extremely difficult.

また第1ヒンズ4と半導体レーザlの光軸方向における
固定精度が±10μm程度あると、m2レンズ5を通過
したビームのウェストの位1uは光軸方向で(f/f 
)”X(±10)=±250#m程1 度ハらつくので、絶zレンズ5と光ファイバを一体化し
たのではこのずれを補正しきれない。
Furthermore, if the fixing accuracy of the first hinge 4 and the semiconductor laser l in the optical axis direction is approximately ±10 μm, the waist position 1u of the beam passing through the m2 lens 5 is (f/f
)"X(±10)=±250#m There is a deviation of about 1 degree, so this deviation cannot be corrected by integrating the Z lens 5 and the optical fiber.

さらに角度ずれのない平行ビームが第2レンズ5に入射
するとその光軸上に像を結ぶので、第2レンズ5の光軸
と光ファイバ8の光軸とを完全に同心にして一体化する
必要があるが、これは現在の工作精°度では困難である
Furthermore, when a parallel beam with no angular deviation enters the second lens 5, it forms an image on its optical axis, so the optical axis of the second lens 5 and the optical axis of the optical fiber 8 need to be completely concentric and integrated. However, this is difficult with current machining accuracy.

したがって第2レンズ5をそのまま光ファイバ8に一体
化したのでは高い結合効率は望めない。
Therefore, if the second lens 5 is directly integrated into the optical fiber 8, high coupling efficiency cannot be expected.

第4図(A)は以上の欠点を除去するためにすでに提案
されている前述の第2レンズ分割型共i 点複合レンズ
系の構成側図である。第ルンズ4としては球レンズを用
い、第2レンズ5としては二つの集束形ロッドレンズ(
以下、ロッドレンズと略−j”’)51.52を用い、
ロッドレンズ52を光7で0.5ピツチとは点光源を点
光源に結像するレンズの長さである)。ロッドレンズ5
2は光ファイバ2と接着剤等を用いて一体化してあり、
光ファイバ2の位置合わせはロッドレンズ52と光ファ
イバ2とを固定した状態で行う。
FIG. 4(A) is a side view of the configuration of the above-mentioned second lens split type common i point compound lens system which has been proposed to eliminate the above-mentioned drawbacks. A ball lens is used as the first lens 4, and two convergent rod lenses (
Below, using a rod lens and approximately -j"') 51.52,
0.5 pitch of the rod lens 52 with the light 7 is the length of the lens that images a point light source into a point light source). rod lens 5
2 is integrated with the optical fiber 2 using adhesive or the like,
The alignment of the optical fiber 2 is performed with the rod lens 52 and the optical fiber 2 fixed.

第4図(B)は第Φ図fA)のレンズ系の構成を示して
いる。このレンズ系の結合特性は、半導体レーザlから
出射され、第1し/ズ4によシスポットサイズがwoに
変換された光線が第10ツドレyズ51のみを通過して
生じた実像のスポットサイズ。
FIG. 4(B) shows the configuration of the lens system of FIG. Φ fA). The coupling characteristics of this lens system are as follows: A real image spot is generated when a light beam emitted from the semiconductor laser 1 and whose spot size is converted to WO by the first lens 4 passes only through the 10th lens 51. size.

w2□およびその位置と、光ファイバ2のコア誌からス
ポットサイズWfの光線が右からロッドレンズ52に入
射した場合にできる虚像のスポットサイズWf sおよ
びその位置とによりめられる。例えばスポットサイズW
□の光線が二つのロッドレンズ51.52を通過して生
じる光線のスポットサイズW、とWfとが一致する場合
には、実像WilF、と虚像Wfsの大きさと位置が一
致している。
It is determined by w2□ and its position, and the spot size Wfs of a virtual image created when a ray of spot size Wf from the core of the optical fiber 2 enters the rod lens 52 from the right and its position. For example, spot size W
When the spot sizes W and Wf of the light rays generated when the rays □ pass through the two rod lenses 51 and 52 match, the sizes and positions of the real image WilF and the virtual image Wfs match.

第6図にはロッドレンズ52と一体化した光ファイバ2
(以下レンズ52+光フアイバ2と略す)の光軸に垂直
な方向における軸ずれ量Xを横軸にとり、結合効率ηを
縦軸にとった図を示す。二つのロッドレンズ51.52
のピッチ長をそれぞれ0.06ピツチ、0.18ピツチ
としたとき、W8、=12.9μmとなり、1 dBの
損失゛増加を与える軸ずれXと角度ずれθはそれぞれ約
±5.9μm、約±56分となる。
FIG. 6 shows an optical fiber 2 integrated with a rod lens 52.
A diagram in which the axis deviation amount X in the direction perpendicular to the optical axis of (hereinafter abbreviated as lens 52 + optical fiber 2) is plotted on the horizontal axis and the coupling efficiency η is plotted on the vertical axis is shown. Two rod lenses 51.52
When the pitch lengths are 0.06 pitch and 0.18 pitch, respectively, W8 = 12.9 μm, and the axis deviation This will be ±56 minutes.

また光軸方向におけるレンズ52+光フアイバ2の軸ず
h量2と結合効率ηとの関係を第6図に示す。棺8図と
第6図を比較することにより光軸方向の許容軸ずれ濱に
ついても第2レンズ分割系は極めて緩いことがわかる。
Further, FIG. 6 shows the relationship between the axis misalignment h amount 2 of the lens 52 + optical fiber 2 in the optical axis direction and the coupling efficiency η. By comparing Figure 8 with Figure 6, it can be seen that the second lens division system is extremely loose regarding the allowable axis deviation in the optical axis direction.

椿2レンズ分割系ではl dBの結合損失増加を与える
2は約400μmと極めてゆるくなっている。
In the Tsubaki 2-lens split system, 2, which increases the coupling loss by 1 dB, is extremely loose at approximately 400 μm.

また第2レンズ分割系では、ロッドレンズ5zが反射M
止板の役目をし、光ファイバ2の端面6からの反射光を
抑えるので、従来の共焦点系における光学研磨をしたガ
ラス板6が必要でなくなった。
In addition, in the second lens division system, the rod lens 5z reflects M
Since it acts as a stop plate and suppresses the reflected light from the end face 6 of the optical fiber 2, the optically polished glass plate 6 in the conventional confocal system is no longer necessary.

前述のように、従来の共焦点系では光ファイバ2の許容
軸ずれ鮒が小さいばかりでなく、反射防止の光学研磨ガ
ラス板7が必要であり、これらの点を改良したHzレン
ズ分割系では、レンズの数が従来の共焦点系のものより
一つ増加するという欠点がある。
As mentioned above, in the conventional confocal system, not only the allowable axis deviation of the optical fiber 2 is small, but also the optically polished glass plate 7 for anti-reflection is required. The disadvantage is that the number of lenses is increased by one compared to the conventional confocal system.

さらに半導体レーザモジュールを製作する場合、従来の
共焦点系ではレンズ5と光ファイバ2、第2レンズ分割
系ではロッドレンズ51とレンズ52+光フアイバ2の
相互位置を調整する作業が必要である。この位置合わせ
の作業は難しく、昨導体レーザモジュールの製作性を著
しく低下していた。
Furthermore, when manufacturing a semiconductor laser module, it is necessary to adjust the mutual positions of the lens 5 and the optical fiber 2 in the conventional confocal system, and the rod lens 51 and the lens 52 + the optical fiber 2 in the second lens division system. This positioning work is difficult and has significantly reduced the productivity of previous conductor laser modules.

本発明は第ルンズ出射後の収束または発散光線を第2レ
ンズと一体化した光入射素子に絞り込むことを特徴とし
、その目的は製作性が極めて良く、レンズの数も2個と
少なく、許容軸ずれ鼠が緩(、かつ反射光の少ない半導
体レーザ光結合方法を提供することにある。以下図面に
より本発明の詳細な説明する。
The present invention is characterized by narrowing down the converging or diverging light beam after exiting from the first lens to a light input element integrated with a second lens.The purpose of the present invention is to achieve extremely high manufacturability, the number of lenses is as small as two, and the permissible axis It is an object of the present invention to provide a method for coupling semiconductor laser light with gentle misalignment (and less reflected light).The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第7図(Alは本発明の一実施例図であり、第7図(B
lはその原理図である。第1図、第4図と対応する部分
には同一符号を付けている。第ルンズ4としては球レン
ズを、第2レンズ9としてロッドレンズを使用している
。なお第2レンズ9として球レンズを用いる場合には、
レンズ9と光ファイバ2との間をあけねばならず、その
間に光学研磨したガラス板、光学接着剤、マツチングオ
イル等を挿入するか、光ファイバ2の端面に反射防止膜
を施す必要がある。以下、第2レンズ9と光ファイバ2
を一体化したものをレンズ9+光フアイバ2と略す。
Figure 7 (Al is a diagram of one embodiment of the present invention, Figure 7 (B
l is the principle diagram. Parts corresponding to those in FIGS. 1 and 4 are given the same reference numerals. A ball lens is used as the first lens 4, and a rod lens is used as the second lens 9. Note that when a spherical lens is used as the second lens 9,
It is necessary to leave a space between the lens 9 and the optical fiber 2, and it is necessary to insert an optically polished glass plate, optical adhesive, matting oil, etc. in between, or to apply an anti-reflection coating to the end face of the optical fiber 2. . Below, the second lens 9 and the optical fiber 2
The combination of these is abbreviated as lens 9 + optical fiber 2.

第7図(A) 、 (Blの実施例は第ルンズ4とLD
の発光面8との距離d。を第ルンズ4の焦点距離f よ
り大きくし、レンズ4出射後に生じた絞りぎみの光線を
、例えば1/4ピツチより短いロッドレンズ9と一体化
した光ファイバ2に絞り込むものである。このレンズ系
の結合特性は、スポットサイズW。の半導体レーザ光を
第ルンズ4によりg侠して作った実像のスポットサイズ
W8□およびその位置と、光ファイバ2のコア8からス
ポットサイズwfの光線が右からレンズ9に入射した場
合にできる虚像のスポットサイズWfsおよびその位置
とによりめられる。
FIG. 7(A), (The embodiment of Bl is the 4th run and the LD
distance d from the light emitting surface 8. is made larger than the focal length f of the lens 4, and the narrow rays generated after exiting the lens 4 are narrowed down to the optical fiber 2 integrated with the rod lens 9, which is shorter than, for example, 1/4 pitch. The coupling characteristic of this lens system is the spot size W. The spot size W8□ of the real image created by g-directing the semiconductor laser light with the lens 4 and its position, and the virtual image created when a ray of spot size wf enters the lens 9 from the right from the core 8 of the optical fiber 2. is determined by the spot size Wfs and its position.

半導体レーザーの発光面8と第ルンズ4との距k[[は
、虚像のスポットサイズWf、と実像のスポットサイズ
W81を一致させる条件から、光線行列(参考文献M、
 Saruwatari and K、 Nawata
 、 :Sem1conduct、or fiber 
coupler : Appl、0ptics 。
The distance k [[] between the light emitting surface 8 of the semiconductor laser and the first lens 4 is determined by the ray matrix (Reference M,
Saruwatari and K, Nawata
, :Sem1conduct, or fiber
coupler: Appl, 0ptics.

vol、 18 、All 、 PP、 184’7〜
1856 、 IQ19)を用いて次式のようにめられ
る。。
vol, 18, All, PP, 184'7~
1856, IQ19), it can be calculated as follows. .

例えば第ルンズ4として焦点距離f0がf、 =456
μmの球レンズを使用し、レンズ9として0.18ピツ
チのロンドレンズを用いると、半導体レーザの発振波長
λ=1.8μm、半導体レーザ光のスポットサイズW。
For example, as the fourth lens, the focal length f0 is f, =456
When a μm ball lens is used and a 0.18 pitch Rondo lens is used as the lens 9, the oscillation wavelength of the semiconductor laser is λ=1.8 μm and the spot size W of the semiconductor laser light.

21μm1虚像のスポットサイズw1. =、18μm
として、式(2)よりd。= 491μmとなる。
Spot size of 21 μm1 virtual image w1. =, 18μm
As, from equation (2), d. = 491 μm.

本発明では、従来の共焦点系におけるレンズ5、第2レ
ンズ分割系におけるレンズ51に対応したレンズは不要
であり、レンズ4を封入した半導体レーザパッケージを
用いた場合、調4!箇所はレンズ5z十光フアイバ2の
みであり、モジュール0製作性が著しく向上する。また
レンズ4の設定ずれは比較的小さいので、レンズ9+光
フアイノ<2を平行移動して位置ずれを補正した後に残
る角度ずれに起因する結合効率の劣下は小さい。従来の
共焦点系においてレンズ5と光コアイノく2を一体化し
た場合に比べて角度ずれに結合効率の劣下が小すいのは
、レンズ4出射後n光のスポットサイズが従来の共焦点
系では189μm、本発明では12.9μmと1/18
以下の大きさになるためである。
In the present invention, there is no need for lenses corresponding to the lens 5 in the conventional confocal system and the lens 51 in the second lens division system, and when a semiconductor laser package in which the lens 4 is enclosed is used, it is possible to use the lens 4! The only parts are the lens 5z and ten optical fibers 2, and the manufacturing efficiency of the module 0 is significantly improved. Further, since the setting deviation of the lens 4 is relatively small, the deterioration in coupling efficiency due to the angular deviation remaining after the positional deviation is corrected by moving the lens 9 + optical fiber <2 in parallel is small. In a conventional confocal system, the decrease in coupling efficiency due to angular shift is smaller than when the lens 5 and the optical core injector 2 are integrated, because the spot size of the n light after exiting the lens 4 is smaller than that in a conventional confocal system. In this case, it is 189 μm, and in the present invention, it is 12.9 μm and 1/18
This is because the size is as follows.

なお前述の角度ずれをも補正したい場合には、レンズ9
+光フアイバ2を傾ければよい。この場合にもスポット
サイズが12.9μm程度の大きさであるから1.iF
M整は比較的容易である。
If you also want to correct the angular deviation mentioned above, use lens 9.
+ Just tilt the optical fiber 2. In this case as well, the spot size is about 12.9 μm, so 1. iF
Adjusting M is relatively easy.

第8図には、レンズ9+光フアイ”バ2の光軸に垂直な
方向における軸ずれ量Xを横軸に、結合効至ηを縦軸に
とった図を示す。ここでレンズ9としては0.18ピツ
チのロンドレンズを仮定している。このとき1 dBの
損失増加を与える軸ずれXと角度ずれθはそれぞれ約±
6.8μm、約±52分となる。
FIG. 8 shows a diagram in which the axis deviation amount X of the lens 9 + optical fiber 2 in the direction perpendicular to the optical axis is plotted on the horizontal axis, and the coupling efficiency η is plotted on the vertical axis. A Rondo lens with a pitch of 0.18 is assumed.In this case, the axis deviation X and angular deviation θ that give a 1 dB loss increase are approximately ±
6.8 μm, approximately ±52 minutes.

また光軸方向におけるレンズ9+光フアイバ2の軸ずれ
餓zと結合効率ηとの関係を第9図に示′す。1 dB
の損失増加を与える2は約420 /1mとなる。この
ように許容軸ずれ鴬は、レンズが一つ少ないにもかかわ
らず光軸方向、光軸に垂面な方向とも、第2レンズ分割
系すなわち第4図のものと同程度であり、従来の共焦点
系すなわち第1図のものより極めて緩くなっている。
Further, FIG. 9 shows the relationship between the axis misalignment z of the lens 9 and the optical fiber 2 in the optical axis direction and the coupling efficiency η. 1 dB
2, which gives an increase in loss of , is approximately 420/1m. In this way, although there is one less lens, the allowable axis misalignment in both the optical axis direction and the direction perpendicular to the optical axis is comparable to that of the second lens division system, that is, the one shown in Fig. 4, which is the same as that of the conventional system. It is much looser than the confocal system, ie, the one in FIG.

また本発明では第ルンズ4の光軸方向における固定誤差
のため生じた第2レンズ通過後のビームウェストw2Q
の位置のばらつきは、第ルンズ4と第2レンズ9との間
隔を調整することKより、1容易に補正できることを確
認している。
In addition, in the present invention, the beam waist w2Q after passing through the second lens, which occurs due to a fixed error in the optical axis direction of the second lens 4, is
It has been confirmed that variations in position can be easily corrected by adjusting the distance between the first lens 4 and the second lens 9.

さらに本発明では、第2レンズ9を光ファイバに一体化
する構造をとっているので、光コアイノく入射端面では
屈折率差が小さく反射が少なくなる。
Furthermore, in the present invention, since the second lens 9 is integrated into the optical fiber, the difference in refractive index at the incident end face of the optical core is small, and reflection is reduced.

このように、従来の共焦点系に必要であった反射防止の
ための光学研磨したガラス板7が不必要となった。
In this way, the optically polished glass plate 7 for antireflection, which is necessary in the conventional confocal system, is no longer necessary.

以上の実施例では、半導体レーザ■の発光面8、と第ル
ンズ4との距離d。を、第ルンズ4の焦点距離f□より
大きくとり、第2レンズ9のピッチ数が1/′4ピツチ
より短い場合について述べた。
In the above embodiment, the distance d between the light-emitting surface 8 of the semiconductor laser (1) and the second lens 4 is d. The case has been described in which the focal length f□ of the second lens 4 is set larger than the focal length f□, and the pitch number of the second lens 9 is shorter than 1/'4 pitch.

しかしな違らd。をfoより小さくとり、植2レンズ9
のピッチ数を署より長めにとることも可能である。この
場合は、第ルンズ4を出射した後のスポットサイズW8
□が虚像のものとなり、光ファイバ?のコアBから第2
レンズ9に入射して生じたスポットサイズW8□が実像
のものとなる。結合効率ηはこの二つのスポットサイズ
の結合として計算できる。このときのd。は次式から算
出される。
However, there is a difference d. Set 2 lens 9 to be smaller than fo.
It is also possible to make the number of pitches longer than the station. In this case, the spot size after emitting the 4th run is W8.
□ becomes a virtual image, and is it an optical fiber? 2nd from core B of
A spot size W8□ generated by entering the lens 9 becomes a real image. The coupling efficiency η can be calculated as a combination of these two spot sizes. d at this time. is calculated from the following formula.

第1O図は第7図の実施例におけるレンズ90代わりに
、レンズ4と同様の球レンズ10を用い、光ファイバ2
の代わりに半導体レーザ11を用いた実施例図であり、
光直接増幅器を実現できる。
In FIG. 1O, instead of the lens 90 in the embodiment of FIG. 7, a ball lens 10 similar to the lens 4 is used, and the optical fiber 2 is
It is an example diagram using a semiconductor laser 11 instead of
A direct optical amplifier can be realized.

第11図は第10図の実施例における半導体レーザ1の
代わりに、光出射用の光ファイバ12を、球レンズ4の
代わりにロッドレンズ18を用いた実施例図であり、光
直接増幅器を実現できる。
FIG. 11 is an embodiment diagram in which an optical fiber 12 for light output is used instead of the semiconductor laser 1 in the embodiment shown in FIG. 10, and a rod lens 18 is used instead of the ball lens 4, realizing a direct optical amplifier. can.

なお第10図、第11図においては、球レンズ10と光
入射用半導体レーザ11を固定治具を用いて一体化する
In FIGS. 10 and 11, the ball lens 10 and the semiconductor laser 11 for light incidence are integrated using a fixing jig.

第12図は第11図の実施例における球レンズIOの代
わりに、ロッドレンズ9を用い、半導体レーザ11の代
わりに光ファイバ2を用いた実施例図であり、光の受動
回路を実現できる。゛なお第11図、第12回において
、光ファイバ12とロッドレンズ18を活着させてもよ
い。まtこ第11図の実施例において球レンズIOとロ
ッドレンズ18を入れかえてもよい。
FIG. 12 shows an embodiment in which a rod lens 9 is used in place of the ball lens IO in the embodiment shown in FIG. 11, and an optical fiber 2 is used in place of the semiconductor laser 11, making it possible to realize a passive optical circuit. In addition, in FIG. 11 and the 12th time, the optical fiber 12 and the rod lens 18 may be attached. In the embodiment shown in FIG. 11, the ball lens IO and the rod lens 18 may be replaced.

YIG球を用いたアイソレータ内献のLDモジュール(
猿渡・活性、昭和57年度゛dt子通信学会光・重液部
門全国大会816番)の場合、YIGは屈折率が高く、
球レンズの焦点が球の中に入るので、第18図(Alに
示すように、YIG球14から出射された光線は平行光
線にならず、絞りぎみとなる。
LD module with built-in isolator using YIG bulb (
In the case of YIG, which has a high refractive index,
Since the focal point of the spherical lens enters the sphere, the light rays emitted from the YIG sphere 14 do not become parallel rays, but are narrowed down, as shown in FIG. 18 (Al).

このため従来の共焦点系のレンズ構成はとれない。For this reason, a conventional confocal lens configuration cannot be used.

なお18図(A)において、15は磁石、16は偏光子
である。
In FIG. 18(A), 15 is a magnet and 16 is a polarizer.

本発明では、屈折率の高いレンズを第ルンズとして使用
しても、構成が可能となる。この場合の構成を第18図
(Blに示す。これによりYIG球を用いたアイソレー
タの場合にも、製作性の数置と、第2レンズを一体化し
た光ファイバ2の許容軸スれ菫を大きくすることが可能
となる。
In the present invention, even if a lens with a high refractive index is used as the first lens, a configuration is possible. The configuration in this case is shown in Fig. 18 (Bl).This allows us to improve the number of manufacturability and allowable axial deviation of the optical fiber 2 that integrates the second lens even in the case of an isolator using YIG spheres. It is possible to make it larger.

以上説明したように、本発明の方法によれば、従来の共
焦点系の同じレンズの数で、t/ンズの数が多い第2レ
ンズ分割系と同程唯の許容軸ずれ門が得られるので、信
頼性の高い光結合装置を構成することができるとともに
、その製゛作性が著しく向上する。
As explained above, according to the method of the present invention, with the same number of lenses in a conventional confocal system, it is possible to obtain a permissible axis shift gate as small as that of the second lens division system with a large number of t/lenses. Therefore, a highly reliable optical coupling device can be constructed, and its manufacturability is significantly improved.

なお従来の共焦点系には必要であった反射防止板が不必
要となる。
Note that an antireflection plate, which is necessary in conventional confocal systems, is no longer necessary.

また本発明の方法を多モード光ファイバ用半導体レーザ
結合装置の構成に適用することが可能で、その製作性の
向上が期待できる。
Furthermore, the method of the present invention can be applied to the configuration of a semiconductor laser coupling device for multimode optical fibers, and an improvement in the manufacturability can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

Ml(財)fAl 、 (B)は従来の共焦点系複合レ
ンズ系の構成例とその原理の説明図、第2図と第8図は
従来の共焦点系につめて光@に垂直な方向と光軸方向に
おける軸ずれ特性を説明する図、第4図(Al 、 。 (B)は第2レンズ分割型共焦点複合レンズ系の構成例
とその原理の説明図、第5図と第6図は第2レンズ分割
系について光軸に垂直な方向と光軸方向における中11
Iずれ特性を説明する図、Ml図(A) 、 (Blは
本発明の一実施例とその原理の説明図、第8図と第9図
は光軸に垂直な方向と光軸方向における軸ずれ特性をM
S?明する図、第10図、第11図、第12図は本発明
の他の実施例図、第18図(Alは従来のLDモジュー
ルの構成図、第18図(Blは本発明を適用した場合の
LDモジュールの構成図である。 l・・・光出射用半導体レーザ、 2・・・光入射用光ファイバ、8・・・光ファイバのコ
ア、番・・・第ルンズ、5・・・従来の共焦点系におけ
る第2レンズ、51・・・第zレンズ分割系の第1集束
形ロンドレンズ、52・・・第2レンズ分割系の第2集
東形ロツドレンズ、6・・・光ファイバの端面、?・・
・反射防止板、8・・・半導体レーザの発光面、9・・
・本発−明の一実施例における第2レンズ(集束形ロッ
ドレンズ)、lO・・・本発明の央倫例における第2レ
ンズ(球レンズ)、11・・・光入射用半導体レーザ(
光増幅器)、12・・・光出射用光ファイバ、1B・・
・本発明の実施例における6ルンズ、14・・・YIG
球、15・・・磁石、16・・・圏光子。 第1図 第2図 軸す【χ(メgI) 第3図 〃V 第4図 第7図 、 第8図 軸fれχ(/II?71) 第9図 @イ戚2(メ慴) 第1O図 第11図 第12図
Ml (Incorporated) fAl, (B) is an explanatory diagram of an example of the configuration of a conventional confocal compound lens system and its principle, and Figures 2 and 8 are views of the conventional confocal system in the direction perpendicular to the light @. Figure 4 (Al) is a diagram explaining the axis deviation characteristics in the direction of the optical axis. The figure shows the middle 11 in the direction perpendicular to the optical axis and in the optical axis direction for the second lens division system.
Figures illustrating the I-shift characteristics, Ml diagram (A), (Bl is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention and its principle, and Figures 8 and 9 are the directions perpendicular to the optical axis and the axis in the optical axis direction. The deviation characteristic is M
S? Figures 10, 11, and 12 are diagrams of other embodiments of the present invention, Figure 18 (Al is a configuration diagram of a conventional LD module, and Figure 18 (Bl is a diagram of a conventional LD module) It is a configuration diagram of the LD module in the case of the following. 1... Semiconductor laser for light emission, 2... Optical fiber for light input, 8... Core of optical fiber, No.... Runes, 5... Second lens in conventional confocal system, 51... First focusing type Rondo lens of the z-th lens division system, 52... Second convergence type Rondo lens of the second lens division system, 6... Optical fiber. The end face of...
・Anti-reflection plate, 8... Light emitting surface of semiconductor laser, 9...
・Second lens (focusing rod lens) in one embodiment of the present invention, lO...Second lens (spherical lens) in the Orin example of the present invention, 11...Semiconductor laser for light incidence (
optical amplifier), 12... optical fiber for light output, 1B...
・6 Runs, 14...YIG in the embodiment of the present invention
Sphere, 15...magnet, 16...sphere photon. Figure 1 Figure 2 Axis [χ (MegI) Figure 3 V Figure 4 Figure 7 , Figure 8 Axis f χ (/II?71) Figure 9 @I relative 2 (MegI) Figure 1O Figure 11 Figure 12

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、 光出射素子、第ルンズ、第2レンズと一体化した
光入射素子をこの順序に配列し、前記光出射素子と前記
第ルンズとの距離を前記第ルンズの焦点距離よりも大ま
たは小とすることにより、前記光出射素子から出射した
光線を前記第ルンズ出射後に収束または発散させ、かつ
この光線が前記光入射素子の端面に像を結ぶように前記
第2レンズの位置を設定することにより、前記光出射素
子から出射した光線を前記入射素子に入射させることを
特徴とする光結合方法。
1. A light output element, a second lun, and a light input element integrated with a second lens are arranged in this order, and the distance between the light output element and the first lun is set to be larger or smaller than the focal length of the second lens. By setting the position of the second lens so that the light beam emitted from the light output element converges or diverges after exiting from the light input element, and the image of this light beam is focused on the end surface of the light input element. . An optical coupling method, characterized in that the light beam emitted from the light output element is made incident on the input element.
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