JPS606801Y2

JPS606801Y2 - 光分配回路

Info

Publication number: JPS606801Y2
Application number: JP11300278U
Authority: JP
Inventors: 孝一峰村; 禎二内田
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 1978-08-17
Filing date: 1978-08-17
Publication date: 1985-03-06
Also published as: JPS5529481U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は光フアイバ通信に関し、特に光ファイバから
の光を他の複数個の光ファイバに分配する光フアイバ用
の光分配回路に関する。

通信システムでは信号を複数の個所に分配する目的で信
号の分配回路が必要である。

通信システムのうちでも近年、光通信がその広帯域性、
耐電磁誘導性等の種々の特長から注目されているが、特
に伝送路に光ファイバを用いる光フアイバ通信システム
は前記の特長の他に、長中継間隔、低価格、小形、光フ
ァイバの軽量、高可撓性等の種々の長所から有望である
と考えられている。

光フアイバ通信の分野での光分配回路としては従来、例
えば厚さ約８０μ汎のガラス板（一種の光伝送体）と板
状に一列に配置された光ファイバとを組み合せたものが
用いられていた。

しかし、この従来の光分配回路ではガラス板の厚さが約
８０μ九と薄いために、ガラス板の製作や光分配回路の
組立てが難かしいという欠点があった。

さらにこの光分配回路では光がガラス板の厚さ約８０μ
椛の両側の面で多重反射して伝搬する構成であるために
、これらの面の汚れ等の不完全性により光の多重反射に
おいて損失が生じるという欠点があった。

またこの光分配回路でガラス板の厚さを厚くすると、光
ファイバのコア直径がガラス板の厚さよりも小さくなり
、ガラス板から光ファイバへの光の結合損失が大きくな
るという欠点があった。

この考案の目的は低損失で、しかも光伝送体の製作や回
路の組立ての容易な光フアイバ用の光分配回路を提供す
ることにある。

この考案によれば、光軸を含む光軸面に垂直な断面内で
前記光軸面からの距離の二乗にほぼ比例して減少する屈
折率分布を有し、前記光軸に垂直な二つの端面の一方に
反射手段を形成してなる一次元集束性光伝送体と、この
集束性光伝送体の他方の端面に近接して前記光軸面にほ
ぼ垂直に中心軸が配置された複数個の円柱レンズと、こ
れら円柱レンズを前記集束性光伝送体とではさむように
配置した前記中心軸とほぼ垂直な光軸を有する複数個の
光ファイバとを含み、前記集束性光伝送体の長さと前記
円柱レンズの直径との和がほぼ前記集束性光伝送体を蛇
行しながら伝播するピッチ１１４の整数倍であることを
特徴とする光分配回路が得られる。

この考案の光分配回路に用いる１次元集束性光伝送体（
以下光伝送体と称する）はその光軸面に垂直な断面内で
屈折率ｎ（γ）が光軸面から距離γが大きくなるにつれ
てほぼ次式に従って減少する透明の物体である。

但し、馬は光軸面上の屈折率、ａは正の定数である。

このような光伝送体はイオン交換等を用いて作られ、両
端面を平面にしても光軸面と直角な方向にはレンズ作用
を有する。

屈折率が光軸面に垂直な方向に２乗分布しているから、
例えば光伝送体の光軸面に平行に光軸面と異軸面で入射
した光は光軸面にそって正弦波状に蛇行して進行する。

すなわち屈折率が２乗分布している光伝送体に入射する
光の入射位置を光軸面からγ１、入射角度を０１、出射
位置を７２、出射角度を０２、光伝送体の長さをＬとす
れば次式の関係が成立する。

光が入射したときと同じ位置、角度で出射するようにな
る光伝送体の長さ、すなわち１ピツチ長を塊とすれば（
２）、（３）式からり、、＝２π／ｊａ・・・・・・
（４）となる。

また（２＋、（３）式でγ、＝０、すなわち光が光伝
送体の端面で光軸面上に角度θ１で入射するようにすれ
ば、長さが１７２Ｌｏの所、すなわちｌ／２ピツチ長の
所でγ２＝０．θ２＝−０１となるから、光伝送体が１
７２ピツチ長ならば光は光伝送体の他の端面で光軸面上
から角度−〇□で出射するようになる。

但し、光軸面に平行な方向には垂直な方向のような屈折
率の分布がないから、光伝送体に発散光が入射するとす
れば、光軸面に平行な方向には光はそのまま広がり、場
合によっては光伝送体の側壁で反射したりして光伝送体
の他端に達する。

従って光伝送体の一方の端面に光フアイバ出力のスポッ
ト状の光が入射すれば、ｌ／２ピツチ長の出射側の他方
の端面では光は光軸面に平行な方向に細長いビームとな
る。

もし光伝送体が１１４ピツチ長で他方の端面が反射コー
トされていれば、光はそこで反射されて入射側の端面に
戻る。

この場合、光伝送体は往復で丁度１／２ピッチ長だから
、もとの端面で光フアイバ出力のスポット状の光は光軸
面に平行な方向に細長いビームとなる。

さらに、光伝送体の端面に複数個の円柱レンズをその光
軸が光伝送体の光軸面に垂直になるように配置するとと
もに、光伝送体の往復の長さをほぼ円柱レンズの直径の
往復の分だけ１／２ピツチ長よりも短かくすれば、細長
いビームは複数個の円柱レンズで集光されて複数個のス
ポット状の光になる。

なお、光伝送体を伝播する光の座標は（２）、（３）
式で表わされるように長さ方向に周期性を有するから、
往復の長さが１７２ピツチの整数倍の長さでも同様の現
象になる。

本考案は以上のように、一方の端面が反射コートされた
（１７４ｍピッチ−Ｄ）の長さく但し、ｍは正の整数り
は円柱レンズの直径）の光伝送体の他端に位置した光フ
ァイバからの出射光が、前記の反射コートされた端面で
反射されてもとの端面に細長いビームとなって戻ること
を利用し、その端面に複数個の円柱レンズと、複数個の
他の光ファイバの端面を位置させることにより、光をこ
れら複数個の光ファイバに入射させ、分配するものであ
る。

この考案によれば、光ファイバからのスポット状の出射
光は光伝送体と円柱レンズとにより、複数のスポット状
の光として出射されるから、入射光を効率よく、すなわ
ち低損失で複数個の光ファイバに分配することができる
。

すなわち、本考案では円柱レンズがあるために、光は光
ファイバのコア部以外のクラッド部等にはほとんど入射
しないから、円柱レンズが無い場合に比べ低損失にてき
る。

また、光伝送体は特に薄くする必要がないので、その製
作や回路の組立て等は簡単である。

次にこの考案について図面を参照して説明する。

第１図はこの考案の最も好ましい実施例の構成を示す図
で、ａは平面図、ｂは立面図、Ｃは光伝送体の光軸面に
垂直な方向の屈折率の分布を示した図である。

３／４ピツチより少し短かい光伝送体１の端面２は反射
コートされており、他の端面３には近接して円柱レンズ
１１〜１９がそれらの光軸と光伝送体１の光軸面６とが
垂直になるように配置されている。

さらに円柱レンズ１１〜１９の側壁にはそれぞれ光ファ
イバ２１〜２９の片側の端面が近接して配置されており
、円柱レンズ１１〜１９の近傍では光ファイバ２１〜２
９の光軸は光伝送体１の光軸面６のほぼ延長面上に配置
されている。

また光伝送体１の側壁４，５は光軸面６および端面２，
３に垂直に光学研磨されており、さらに反射コートされ
ていてもよい。

さて、例えば光ファイバ２１から出射した光は円柱レン
ズの光軸に平行な方向には広がりながら円柱レンズ１１
を通り光伝送体１に入射するが、円柱レンズの光軸に垂
直な方向では円柱レンズ１１で集光されて光伝送体１に
入射する。

光伝送体１の光軸面６に垂直な方向には屈折率は（１）
式および第１図Ｃに示したように２乗分布しているから
、円柱レンズ１１を通って光伝送体１に入射した光ファ
イバ２１からの光は、光伝送体１の光軸面６に垂直な方
向に関しては例えば第１図すの光線７のように進み、反
射端面２で光軸面６と平行に反射されてもとに戻り、円
柱レンズを通って集光される。

一方、光伝送体１の光軸面６に平行な方向に関しては円
柱レンズ１１により光伝送体１の端面３の付近に集光さ
れた光ファイバ２１からの光は、光伝送体１の光軸面６
に平行な方向の屈折率は一定だから、光伝送体１の中で
は広がりながら進み、また一部の光は第１図ａの光線８
のように側壁４，５で反射されて進み、端面２で反射さ
れて戻り、端面３の所に達する。

さらに、端面３には近接して円柱レンズ１２〜１９が配
置されているから、光伝送体１の光軸面６に平行な方向
に関しては端面３から出射した光は円柱レンズ１２〜１
９によりそれぞれ別れて集光される。

ところでこれらの集光点にはそれぞれ光ファイバ２２〜
２９の片側の端面が配置され、しかも光ファイバ２２〜
２９の光軸が光伝送体１の光軸面６の延長面上にくるよ
うに配置されているから、前記の光は効率よくすなわち
低損失で光ファイバ２２〜２９に入射する。

第１図Ｃに示すような屈折率分布を厚さ方向に有する光
伝送体１は、例えば厚さが約０．５ｍｍのタリウムイオ
ンを含むガラス製の基板を高温のカリウム熔融塩中にひ
たすことにより得られ、庚＝１．６３ｙａ＝１．
６ｍｍ−２のものが実現できテイル。

この場合の１ピツチの長さは（４）式よりＩａ”５．０
ｍｍとなる。

端面２の反射コートには誘電体多層膜やアルミコート等
が用い得る。

光ファイバ２１〜２９には例えばコア直径が１００μｍ
１フアイバ外径が１５０μ肌、Ｎ、Ａが０．２６Ｘコ
アの屈折率が１．６３のステップインデックス型ファイ
バが用い得る。

円柱レンズ１１〜１９＆；は、例えば直径りがファイバ
２１〜２９の外径に等しい１５０μ汎で、屈折率が１．
６３の細いガラス棒が用い得る。

この場合の光伝送体１の幅は１．２ｒｒＩＩｎ１厚さは
０．５ｒｒｒＩｒＬ１長さは（３１４ピッチ−Ｄ）とし
て約３．６ＴＩｒＩｎになる。

このような光伝送体１の製作および回路の組立ては光伝
送体１の厚さが０．５ｒｒｒＩＩＬと厚いから簡単であ
る。

また、光ファイバ２１から出射した光が光ファイバ２２
〜２９へ分れて入射するときには、光伝送体１および円
柱レンズ１２〜１９によりファイバのコア直径にほぼ等
しい大きさに集光されているから、低損失で光ファイバ
に入射する。

そのため、光ファイバのクラッド部をエツチング等によ
り取り除き、コア部だけにするという必要性も特に無い
。

８本の光ファイバに光を分配する第１図の実施例の場合
の８本の各光ファイバへの分配損失は、約ＩＱｄＢと低
損失である。

なお、第１の実施例では光ファイバ２１から光ファイバ
２２〜２９に光を分配するとしたが、光ファイバ２１〜
２９のうちの任意の光ファイバから任意の光ファイバに
光を分配できることは言うまでもない。

また、これらの光ファイバは分配する光を送り出すとと
もに、他の光ファイバからの光の分配を受ける、すなわ
ち双方向伝送路として使用することもできる。

なお、第１の実施例では光の一部が側壁４，５で反射す
るから側壁４，５を光学研磨したり、さらに反射コート
を施したりしているが、光が側壁４．５で反射しない場
合には側壁４，５の光学研磨や反射コート等は必要でな
い。

また、この実施例では光伝送体１は（３１４ピッチ−Ｄ
）の長さであるとしたが、（３１４ピッチ−Ｄ）の長さ
よりも少し短かくてもよく、その場合には円柱レンズと
光伝送体１とを少し離して対向させればよい。

さらに光伝送体１は（１１４ピッチ−Ｄ）の長さや（１
１２ピッチ−Ｄ）の長さように、１１４ピツチ長のほぼ
整数倍から円柱レンズの直径りを差し引いた長さでもよ
いことは言うまでもない。

なお、この実施例では光ファイバ２１〜２９の光軸は光
伝送体１の光軸面６の延長面上にくるとしたが、光伝送
体１が（１／４（：ｌ’−１）ピッチ長−Ｄ〕の長さの
場合には（但し、ｌは正の整数）、光ファイバ２１〜２
９の光軸と光軸面６とはほぼ平行でしかも光ファイバ２
１の光軸と光ファイバ２２〜２９の光軸とは光軸面６に
対して対称の面上にあってもよい。

但し、この場合には光ファイバは双方向伝送路としてい
ることができないが、光軸面６に対して光ファイバ２１
と対称の位置に光ファイバ２１からの光が分配される光
ファイバを１本増すことができる。

また、円柱レンズはその先軸と平行な方向に２つに切断
した形の半円柱レンズであってもよく、この場合には半
円柱レンズの前記の切断された平面を光伝送体１の端面
３に平行になるように配置すればよい。

また、円柱レンズや半円柱レンズはエポキシ樹脂やアク
リル樹脂等の材料で出来ていてもよい。

さらにまた、半円柱レンズの形の母体を別に作っておい
て、そのレプリカをエポキシ樹脂等で光伝送体１の端面
３の上に形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂおよびＣはこの考案の一実施例の構成を
示す図で、それぞれは平面図、ｂは立面図およびＣは光
伝送体１の光軸面６に垂直な方向の屈折率の分布を示し
た図である。なお図において、１・・・・・・光伝送体、２，３・・
・・°。光伝送体１の端面、４，５・・・・・・光伝送体１の側
面、６・・・・・・光伝送体１の光軸面、７，８・・・
・・・光伝送体１中の光線の一例、１１〜１９・・・・
・・円柱レンズ、２１〜２９・・・・・・光ファイバ、
である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

光軸を含む光軸面に垂直な断面内で前記光軸面からの距
離の二乗にほぼ比例して減少する屈折率分布を有し、前
記光軸に垂直な二つの端面の一方に反射手段を形成して
なる一次元集束性光伝送体と、この集束性光伝送体の他
方の端面に近接して前記光軸面にほぼ垂直に中心軸が配
置された複数個の円柱レンズと、これら円柱レンズを前
記集束性光伝送体とではさむように配置した前記中心軸
と垂直な光軸を有する複数個の光ファイバを含み前記集
束性光伝送体の長さと前記円柱レンズの直径との和がほ
ぼ前記集束性光伝送体を蛇行しながら伝播するピッチの
１７４の整数倍であることを特徴とする光分配回路。