JPS61188509A - 光結合装置 - Google Patents
光結合装置Info
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- JPS61188509A JPS61188509A JP60027551A JP2755185A JPS61188509A JP S61188509 A JPS61188509 A JP S61188509A JP 60027551 A JP60027551 A JP 60027551A JP 2755185 A JP2755185 A JP 2755185A JP S61188509 A JPS61188509 A JP S61188509A
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- G02B6/24—Coupling light guides
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- G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2817—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using reflective elements to split or combine optical signals
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- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
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- G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres
- G02B6/425—Optical features
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［技術分野］
本発明は、゛＊導体レーザの出力光を光ファイｌ＜に結
合させる光結合装置に関するものである。 ［従来技術］ 一般に、半導体レーザの、出力光を光ファイＩくに結合
させる場合、光ファイバの不連続部等により反射された
光が半導体レーザに再入射すると、半導体レーザの発振
・雑音等の特性に影響をおよぼす。 これを防止するためには、 （ｉ）不連続部において光が反射されないように光ファ
イバを加工する （１１）反射光が半導体レーザに戻らないようにするた
めに光アイソレータ等の非可逆素子を挿入する 等の方法が考えられる。（Ｎ）の方法では、光ファイバ
のすべての不連続部に処理を施さなければ効果が無く、
かつ加工後の光フアイバ相互の接続の難度が増すという
欠点があった。また、（ｉｉ）の方法には、光アイソレ
ータが高価であると１，１う欠点があった。 そこで、これまでは、第９図に示すように半導体レーザ
１からの出力光をレンズ２で集光してからコア径の小さ
な単一モード光ファイバ３に通し、その単一モード光フ
ァイバ３の出力光を多モード光ファイバ４に入射させる
ことによって、多モード光ファイバ４からの反射光が単
一モード光ファイバ３に入射しにくくなり、したがって
、かかる反射光がレンズ２を介して半導体レーザ１に戻
りに＜＜シている。しかし、この場合には。 コア径の小さい単一モード光ファイバ３を用いるので、
この単一モード光ファイバ３に光を入射させるための高
精度の調整を行うことが必要となり、そのための機構が
複雑、かつ高価になる欠点がある。 ［目 的］ そこで１本発明の目的は、上述の欠点を除去し、低廉な
部品を用い、単純な構成により、光ファイバの不連続部
において反射された光が、その極く一部を除いて半導体
レーザに戻らないように構・成し、以て、光ファイバか
らの反射光による半導体レーザの特性への影響を低減す
るようにした光結合装置を提供することにある。 ［発明の構成］ 本発明では、かかる目的を達成するために、半導体レー
ザの出力光を光ファイバに結合させる光結合装置におい
て、半導体レーザからの出力光を受光する受光面と光フ
ァイバに結合される結合面とを有する光学部材を具え、
受光面の面積がｓｊ１！結合面の面積より大きいことを
特徴とする。 ［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 本発明による光結合装置の構成の一実施一を第１図に示
す。 本例では、多モード光ファイバ４の一端にテーパ状光フ
ァイバ５を接続する。このテーパ状光ファイバ５は、多
モード光ファイバ４と接続される光出射側の端面のコア
径を、多モード光ファイバ４のコア径と同程度またはそ
れ以下となし、他側、すなわち半導体レーザ１からの光
を受光する光入射側の端面のコア径を、その入射側端面
に結像する半導体レーザ１の発光部の実像に比べて十分
大きくなるようになし１両端面間をテーパ状に形成した
ものである。 ここで、テーパ状とは、図示のような断面が円形状の場
合に限らず、方形あるいは半円形など、基板上に光導波
路を形成する場合に基板面に沿った適宜の形態としても
よい、、さらに加えて、本発明では１両端面でのコア径
が上述したように決められればよいので、両端面間での
光導波路は図示の如く直線状となす他、に曲線状にわん
曲させてもよい、あるいはまた、テーパ状光ファイバ５
と多モード光ファイバ４との接続は、一体に接着あるい
は溶着し、あるいは、光コネクタを介在させて行っても
よい。 半導体レーザ１の出力光をレンズ２により集光し、テー
パ状光ファイバ５へ入射させる。このテーパ状光フアイ
バ５内を導波した光は多モード光ファイバ４へ導かれ、
その中を伝搬していく。一方、反射光は多モード光ファ
イバ４の側からテーパ状光フアイバ５へ入射し、その中
を上述の光とは逆方向に進み、その一部が半導体レーザ
１に再入射する。このような反射光による半導体レーザ
１への影響を低減するためには、半導体レーザ１から多
モード光ファイバ４への結合効率Ｃ以下順方向結合効率
と呼ぶ）は低下させずに、多モード光ファイバ４から半
導体レーザ１への結合効率（以下逆方向結合効率と呼ぶ
）のみを低下させることが望まれる。 以□下に１本発明の光結合装置により、このような特性
を実現できることを説明する。 まず、説明を簡単にするために、テーパ状光ファイバの
代わりに第２図のように、長さ方向に太さの一定な光フ
ァイバ６について考える。レンズ２による半導体レーザ
ｌの発光部７の実像８が光ファイバ６の光入射端面に位
置する゛ときに、最大の順方向結合効率が得られる。こ
こで、像８の大きさを光ファイバ６のコア９のコア径近
くまで拡大して光ファイバ６への最大入射角ｏｆを小さ
くしておくのが一般的であるが、本発明では、後述のよ
うに逆方向結合効率街小さくするために、像８の大きさ
をθｆが光ファイバ６の許容入射角θＣを越えない範囲
で小さくしておく。 ここで、許容入射角θＣを越えてはならない理由は、θ
Ｃよりも小さな角度で入射した光は光５ファイバ６内を
伝搬していくが、θＣよりも大きな角度でコア９に入射
した光は光コアイノ＜６の外 、部へ放射されてし
まうからである。 次に、逆方向結合効率について考える。光ファイバ６か
ら半導体レーザ１の方向に進む光のうち、実際に半導体
レーザｌの発光部７にまで達するものは、光ファイバ６
の端面において半導体・レーザ１の実像８を横切ったも
のだけであり、その他の部分を通過した光は半導体レー
ザｌの発光部７には達しない、したがって、光ファイバ
６の端面を通過する光のうちの半導体レーザｌの発光部
７の実像８を通過する光の割合が逆方向結合効率となる
。 仮りに、光ファイバ６が均一コア光ファイノ（である場
合を考えてみると、その端面での光強度分布はコア９の
内部では一定と考えられるから、逆方向結合効率ηｒは
、半導体レーザ１の発光部７の実像８の面積をＳＩ、コ
ア９の面積をＳ２とすると、 ηｒ”Ｓｔ／Ｓｚ で与えられる。したがって、逆方向結合効率を小さくす
るためには、半導体レーザ１の発光部７の実像８を小さ
くするか、あるいは光ファイバ６のコア９の径を大きく
することが必要になる。 なお、前者の方法は光学系の収差などの問題により限度
がある。後者の方法を用いた場合でも、実用に使われて
いる多モード光ファイバの多くはコア径が５Ｑｇｍ程度
であり、これと異なるコア径の光ファイバを用いること
は他の光ファイバや機器との接続の場合に問題がある。 しかし、本発明によれば光ファイバの光入射端に上述し
たようなテーパ状光ファイバ５を結合することによって
そのテーパ状光ファイバ５の光入射端のコア径のみを拡
大することが可能であり、それにより、逆方向結合効率
を小さくす、、ることができる。 テーパ状光ファイバ５の形状としては第３図（Ａ）〜Ｃ
Ｃ）のようにテーパ部５Ａの両側、あるいは片側に太さ
が一定の部分５Ｂを形成したものであってもよい、また
、テーパ状光ファイバ５と多モード光ファイバ４との接
続部については、チー゛パ状光ファイバ５に関し第４図
のように多モード光ファイバ４側のコア径が光ファイバ
４のコア径よりも細くてもよい、この場合には、接続部
が第９図に示した装置と類似した構造になり、この部分
（接続部）でも順方向結合効率と逆方向結合効率に差を
生じさせることができ、以て反射−光の影響をさらに軽
減することができる。 また本発明においても、テーパ状光フアイバ５の光入射
端面で反射した光が半導体レーザに再入射しないように
しなければならない、そのためには、第５図に示すよう
な従来の光結合装置で用いられている方法を用いて、テ
ーパ状光ファイバ５の端面を斜めあるいは球面に加工し
、あるいはまた、無反射コーティング１０を施すことが
できる。 本発明の実施例として、両端のコア径がそれぞれ１２５
ル■および５ＱＢｓ＋のテーパ状光ファイバを製作し、
その順方向および逆方向結合効率を測定した結果を示す
、順方向および逆方向結合効率の測定系は、それぞれ第
６図および第７図に示すように構成した。光源には半導
体レーザの代わりにＨｅ４ｅレーザ１１を用い、半導体
レーザの発光部の代わりとして直径１０ＩＬｍのピンホ
ール１２を用いた。１３は光電力計である。その結果、
順方向結合効率−４ｄＢ、逆方向結合効率−２，５ｄＢ
であった。 さらにまた、第８図は、第９図に示した構成と同様に、
コア径の小さな光ファイバ１４を用いてテーパ状°光フ
ァイバ５に直接に光を入射させる場光ファイバ５との間
に挿入する細径の光ファイｔ＜１４のコア径に比べて十
分大きぐ選ぶことによって、第８図に示すように、テー
パ状光ファイバ５の光入射端面に多数本の細径光ファイ
バ１４を、それぞれの順方向結合効率を同程度に保った
ままで配列することが可能である。すなわち、第８図で
は、複数の半導体レーザ１の光出力を、順方向結合効率
に比べて逆方向結合効率を著しく低減させた状態で合成
することができる。
合させる光結合装置に関するものである。 ［従来技術］ 一般に、半導体レーザの、出力光を光ファイＩくに結合
させる場合、光ファイバの不連続部等により反射された
光が半導体レーザに再入射すると、半導体レーザの発振
・雑音等の特性に影響をおよぼす。 これを防止するためには、 （ｉ）不連続部において光が反射されないように光ファ
イバを加工する （１１）反射光が半導体レーザに戻らないようにするた
めに光アイソレータ等の非可逆素子を挿入する 等の方法が考えられる。（Ｎ）の方法では、光ファイバ
のすべての不連続部に処理を施さなければ効果が無く、
かつ加工後の光フアイバ相互の接続の難度が増すという
欠点があった。また、（ｉｉ）の方法には、光アイソレ
ータが高価であると１，１う欠点があった。 そこで、これまでは、第９図に示すように半導体レーザ
１からの出力光をレンズ２で集光してからコア径の小さ
な単一モード光ファイバ３に通し、その単一モード光フ
ァイバ３の出力光を多モード光ファイバ４に入射させる
ことによって、多モード光ファイバ４からの反射光が単
一モード光ファイバ３に入射しにくくなり、したがって
、かかる反射光がレンズ２を介して半導体レーザ１に戻
りに＜＜シている。しかし、この場合には。 コア径の小さい単一モード光ファイバ３を用いるので、
この単一モード光ファイバ３に光を入射させるための高
精度の調整を行うことが必要となり、そのための機構が
複雑、かつ高価になる欠点がある。 ［目 的］ そこで１本発明の目的は、上述の欠点を除去し、低廉な
部品を用い、単純な構成により、光ファイバの不連続部
において反射された光が、その極く一部を除いて半導体
レーザに戻らないように構・成し、以て、光ファイバか
らの反射光による半導体レーザの特性への影響を低減す
るようにした光結合装置を提供することにある。 ［発明の構成］ 本発明では、かかる目的を達成するために、半導体レー
ザの出力光を光ファイバに結合させる光結合装置におい
て、半導体レーザからの出力光を受光する受光面と光フ
ァイバに結合される結合面とを有する光学部材を具え、
受光面の面積がｓｊ１！結合面の面積より大きいことを
特徴とする。 ［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 本発明による光結合装置の構成の一実施一を第１図に示
す。 本例では、多モード光ファイバ４の一端にテーパ状光フ
ァイバ５を接続する。このテーパ状光ファイバ５は、多
モード光ファイバ４と接続される光出射側の端面のコア
径を、多モード光ファイバ４のコア径と同程度またはそ
れ以下となし、他側、すなわち半導体レーザ１からの光
を受光する光入射側の端面のコア径を、その入射側端面
に結像する半導体レーザ１の発光部の実像に比べて十分
大きくなるようになし１両端面間をテーパ状に形成した
ものである。 ここで、テーパ状とは、図示のような断面が円形状の場
合に限らず、方形あるいは半円形など、基板上に光導波
路を形成する場合に基板面に沿った適宜の形態としても
よい、、さらに加えて、本発明では１両端面でのコア径
が上述したように決められればよいので、両端面間での
光導波路は図示の如く直線状となす他、に曲線状にわん
曲させてもよい、あるいはまた、テーパ状光ファイバ５
と多モード光ファイバ４との接続は、一体に接着あるい
は溶着し、あるいは、光コネクタを介在させて行っても
よい。 半導体レーザ１の出力光をレンズ２により集光し、テー
パ状光ファイバ５へ入射させる。このテーパ状光フアイ
バ５内を導波した光は多モード光ファイバ４へ導かれ、
その中を伝搬していく。一方、反射光は多モード光ファ
イバ４の側からテーパ状光フアイバ５へ入射し、その中
を上述の光とは逆方向に進み、その一部が半導体レーザ
１に再入射する。このような反射光による半導体レーザ
１への影響を低減するためには、半導体レーザ１から多
モード光ファイバ４への結合効率Ｃ以下順方向結合効率
と呼ぶ）は低下させずに、多モード光ファイバ４から半
導体レーザ１への結合効率（以下逆方向結合効率と呼ぶ
）のみを低下させることが望まれる。 以□下に１本発明の光結合装置により、このような特性
を実現できることを説明する。 まず、説明を簡単にするために、テーパ状光ファイバの
代わりに第２図のように、長さ方向に太さの一定な光フ
ァイバ６について考える。レンズ２による半導体レーザ
ｌの発光部７の実像８が光ファイバ６の光入射端面に位
置する゛ときに、最大の順方向結合効率が得られる。こ
こで、像８の大きさを光ファイバ６のコア９のコア径近
くまで拡大して光ファイバ６への最大入射角ｏｆを小さ
くしておくのが一般的であるが、本発明では、後述のよ
うに逆方向結合効率街小さくするために、像８の大きさ
をθｆが光ファイバ６の許容入射角θＣを越えない範囲
で小さくしておく。 ここで、許容入射角θＣを越えてはならない理由は、θ
Ｃよりも小さな角度で入射した光は光５ファイバ６内を
伝搬していくが、θＣよりも大きな角度でコア９に入射
した光は光コアイノ＜６の外 、部へ放射されてし
まうからである。 次に、逆方向結合効率について考える。光ファイバ６か
ら半導体レーザ１の方向に進む光のうち、実際に半導体
レーザｌの発光部７にまで達するものは、光ファイバ６
の端面において半導体・レーザ１の実像８を横切ったも
のだけであり、その他の部分を通過した光は半導体レー
ザｌの発光部７には達しない、したがって、光ファイバ
６の端面を通過する光のうちの半導体レーザｌの発光部
７の実像８を通過する光の割合が逆方向結合効率となる
。 仮りに、光ファイバ６が均一コア光ファイノ（である場
合を考えてみると、その端面での光強度分布はコア９の
内部では一定と考えられるから、逆方向結合効率ηｒは
、半導体レーザ１の発光部７の実像８の面積をＳＩ、コ
ア９の面積をＳ２とすると、 ηｒ”Ｓｔ／Ｓｚ で与えられる。したがって、逆方向結合効率を小さくす
るためには、半導体レーザ１の発光部７の実像８を小さ
くするか、あるいは光ファイバ６のコア９の径を大きく
することが必要になる。 なお、前者の方法は光学系の収差などの問題により限度
がある。後者の方法を用いた場合でも、実用に使われて
いる多モード光ファイバの多くはコア径が５Ｑｇｍ程度
であり、これと異なるコア径の光ファイバを用いること
は他の光ファイバや機器との接続の場合に問題がある。 しかし、本発明によれば光ファイバの光入射端に上述し
たようなテーパ状光ファイバ５を結合することによって
そのテーパ状光ファイバ５の光入射端のコア径のみを拡
大することが可能であり、それにより、逆方向結合効率
を小さくす、、ることができる。 テーパ状光ファイバ５の形状としては第３図（Ａ）〜Ｃ
Ｃ）のようにテーパ部５Ａの両側、あるいは片側に太さ
が一定の部分５Ｂを形成したものであってもよい、また
、テーパ状光ファイバ５と多モード光ファイバ４との接
続部については、チー゛パ状光ファイバ５に関し第４図
のように多モード光ファイバ４側のコア径が光ファイバ
４のコア径よりも細くてもよい、この場合には、接続部
が第９図に示した装置と類似した構造になり、この部分
（接続部）でも順方向結合効率と逆方向結合効率に差を
生じさせることができ、以て反射−光の影響をさらに軽
減することができる。 また本発明においても、テーパ状光フアイバ５の光入射
端面で反射した光が半導体レーザに再入射しないように
しなければならない、そのためには、第５図に示すよう
な従来の光結合装置で用いられている方法を用いて、テ
ーパ状光ファイバ５の端面を斜めあるいは球面に加工し
、あるいはまた、無反射コーティング１０を施すことが
できる。 本発明の実施例として、両端のコア径がそれぞれ１２５
ル■および５ＱＢｓ＋のテーパ状光ファイバを製作し、
その順方向および逆方向結合効率を測定した結果を示す
、順方向および逆方向結合効率の測定系は、それぞれ第
６図および第７図に示すように構成した。光源には半導
体レーザの代わりにＨｅ４ｅレーザ１１を用い、半導体
レーザの発光部の代わりとして直径１０ＩＬｍのピンホ
ール１２を用いた。１３は光電力計である。その結果、
順方向結合効率−４ｄＢ、逆方向結合効率−２，５ｄＢ
であった。 さらにまた、第８図は、第９図に示した構成と同様に、
コア径の小さな光ファイバ１４を用いてテーパ状°光フ
ァイバ５に直接に光を入射させる場光ファイバ５との間
に挿入する細径の光ファイｔ＜１４のコア径に比べて十
分大きぐ選ぶことによって、第８図に示すように、テー
パ状光ファイバ５の光入射端面に多数本の細径光ファイ
バ１４を、それぞれの順方向結合効率を同程度に保った
ままで配列することが可能である。すなわち、第８図で
は、複数の半導体レーザ１の光出力を、順方向結合効率
に比べて逆方向結合効率を著しく低減させた状態で合成
することができる。
本発明によれば、光アイソレータのような特殊な部品を
用いていないため装置を低廉に構成することが可能であ
る。特に、テーパ状光ファイバは通常の光ファイバと同
一の材料を用いることができ、製作にも高い精度は要求
されない、しかもまた、光入射端の口径が大きいため組
立て時の調整も古島である。
用いていないため装置を低廉に構成することが可能であ
る。特に、テーパ状光ファイバは通常の光ファイバと同
一の材料を用いることができ、製作にも高い精度は要求
されない、しかもまた、光入射端の口径が大きいため組
立て時の調整も古島である。
第１図は本発明光結合装置の一実施例を示す斜視図、
第２図はその動作説明、用の斜視図、
第３図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の変形例を示す斜視。
図、
第４図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第５図（Ａ
）〜（Ｃ）は本発明のさらに別の変形例を□示す側面図
、 第６図および第７８１は本発明における順方向および逆
方向結合効率の測定系をそれぞれ示す線図、 第８図は本発明のさらに他の実施例を示す斜視図、 第゛９図は従来の光結合装置の一例を示す斜視図である
。 ・、 ｌ・・・半導体レーザ、 ２・・・レンズ、 ３・・・単一モート光ファイバ、 ・４・・・多モード光ファイバ、 ５・・・テーパ状光フアイバ、 ６・・・太さ一定の光ファイバ、 ７・・・半導体レーザの発光部、 ８・・・半導体レーザの発光部の実像、９・７・光ファ
、イバのコア。 １０・・・無反射コーティング、 １１・・・Ｈ＠−Ｎ ｅレーザ、 １２・・・ピンホール、 １３・・・光電力計、 １４−・・細径光ファイバ。
）〜（Ｃ）は本発明のさらに別の変形例を□示す側面図
、 第６図および第７８１は本発明における順方向および逆
方向結合効率の測定系をそれぞれ示す線図、 第８図は本発明のさらに他の実施例を示す斜視図、 第゛９図は従来の光結合装置の一例を示す斜視図である
。 ・、 ｌ・・・半導体レーザ、 ２・・・レンズ、 ３・・・単一モート光ファイバ、 ・４・・・多モード光ファイバ、 ５・・・テーパ状光フアイバ、 ６・・・太さ一定の光ファイバ、 ７・・・半導体レーザの発光部、 ８・・・半導体レーザの発光部の実像、９・７・光ファ
、イバのコア。 １０・・・無反射コーティング、 １１・・・Ｈ＠−Ｎ ｅレーザ、 １２・・・ピンホール、 １３・・・光電力計、 １４−・・細径光ファイバ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）半導体レーザの出力光を光ファイバに結合させる光
結合装置において、前記半導体レーザからの出力光を受
光する受光面と前記光ファイバに結合される結合面とを
有する光学部材を具え、前記受光面の面積が前記結合面
の面積より大きいことを特徴とする光結合装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の光結合装置において、
前記結合面は前記光ファイバのコアと同一またはそれ以
下のコア面積を有することを特徴とする光結合装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の光結合装
置において、前記光学部材はテーパ状光ファイバの形態
であることを特徴とする光結合装置。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの項
に記載の光結合装置において、前記光学部材は前記光フ
ァイバと一体に構成されていることを特徴とする光結合
装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60027551A JPS61188509A (ja) | 1985-02-16 | 1985-02-16 | 光結合装置 |
| DE8686101713T DE3674018D1 (de) | 1985-02-16 | 1986-02-11 | Optische kupplungsvorrichtung. |
| EP86101713A EP0192164B1 (en) | 1985-02-16 | 1986-02-11 | Optical coupling device |
| US07/828,247 US4807954A (en) | 1985-02-16 | 1986-02-11 | Optical coupling device |
| CA000501767A CA1273834A (en) | 1985-02-16 | 1986-02-13 | Optical coupling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60027551A JPS61188509A (ja) | 1985-02-16 | 1985-02-16 | 光結合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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