JPS6215513A - 光結合器 - Google Patents
光結合器Info
- Publication number
- JPS6215513A JPS6215513A JP15579185A JP15579185A JPS6215513A JP S6215513 A JPS6215513 A JP S6215513A JP 15579185 A JP15579185 A JP 15579185A JP 15579185 A JP15579185 A JP 15579185A JP S6215513 A JPS6215513 A JP S6215513A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- refractive index
- light source
- end surface
- radius
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Lenses (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 。
本発明は発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素子か
らの光を光伝送ファイバに効率良く入射させるための光
結合器に関するものである。
らの光を光伝送ファイバに効率良く入射させるための光
結合器に関するものである。
〔従来技術の説明〕 。
上記のような光源からの拡散光束を光結合器を介して光
伝送ファイバのコア内に効率良く伝送するためＫは、軸
上入射光ばかりでなく、組み立て課差等に起因する軸外
入射光も洩れなくファイバコア内に入射するように、結
合器を構成するレンズの軸上収差および軸外収差を十分
に補正しておく必要がある。 ・ 特に光伝送ファイバが単一ファイバである場合はコアの
径が極めて微小であるため上記レンズの収差について厳
しい性能が要求される。
伝送ファイバのコア内に効率良く伝送するためＫは、軸
上入射光ばかりでなく、組み立て課差等に起因する軸外
入射光も洩れなくファイバコア内に入射するように、結
合器を構成するレンズの軸上収差および軸外収差を十分
に補正しておく必要がある。 ・ 特に光伝送ファイバが単一ファイバである場合はコアの
径が極めて微小であるため上記レンズの収差について厳
しい性能が要求される。
また結合器は小型軽量であることや安価であることが要
求される。
求される。
従来この種の光結合器としては、両端面が平行平面の自
己集束型レンズを使用したものが知られている。
己集束型レンズを使用したものが知られている。
しかしながら、上記のような両端面が平行平面の自己集
束型レンズの場合、軸」二数差を小ざくするためには、
レンズの屈折率分布の制御が非常に難しく、仮りに軸上
収差が小さくなっても軸外収差、特にコマ収差が大きい
ために例えば光源がレンズ光軸からずれた時に光源から
出射した光線が □／点に集光しなくなってしまう。
束型レンズの場合、軸」二数差を小ざくするためには、
レンズの屈折率分布の制御が非常に難しく、仮りに軸上
収差が小さくなっても軸外収差、特にコマ収差が大きい
ために例えば光源がレンズ光軸からずれた時に光源から
出射した光線が □／点に集光しなくなってしまう。
又、片面を球面にしたレンズの例としては、特開昭Ｊ’
ｌ−，２／７！；／があるが、そこでは球面は屈折率分
布型レンズの収差を補正するためだけに用いられている
ために、球面収差は補正されてもコマ収差までは補正さ
れない。」二記要求を一応満足する光学系は屈折率の一
様な通常の球面レンズ３〜グ枚で構成することができる
。
ｌ−，２／７！；／があるが、そこでは球面は屈折率分
布型レンズの収差を補正するためだけに用いられている
ために、球面収差は補正されてもコマ収差までは補正さ
れない。」二記要求を一応満足する光学系は屈折率の一
様な通常の球面レンズ３〜グ枚で構成することができる
。
しかしながらこのような球面レンズの組み合せでは光学
系が大型になってしまい、装置全体の小型軽量化に支障
となる。またレンズの枚数が多いため、光学系の組み立
ておよびレンズ面研磨に多大の工数を要し、コストアッ
プになる欠点がある。
系が大型になってしまい、装置全体の小型軽量化に支障
となる。またレンズの枚数が多いため、光学系の組み立
ておよびレンズ面研磨に多大の工数を要し、コストアッ
プになる欠点がある。
Ｃ問題点を解決する手段〕
上記の従来技術の問題点を解決する本発明の結合器は、
光軸からｒの距離における屈折率ｎ（ｒ）がｎ２（ｒ）
＝ｎ□” （／−（ｇｒ ）２＋ｈ４（ｇｒ）’ｌ＋ｈ
６（ｇｒ）６＋Ｈ−＋〕で表わされる透明円柱体からな
り、以下の条件を満たすレンズから成る。
光軸からｒの距離における屈折率ｎ（ｒ）がｎ２（ｒ）
＝ｎ□” （／−（ｇｒ ）２＋ｈ４（ｇｒ）’ｌ＋ｈ
６（ｇｒ）６＋Ｈ−＋〕で表わされる透明円柱体からな
り、以下の条件を満たすレンズから成る。
（１，１／ 、 ０ ＜Ｒ１＜Ｊ 、 Ｏｍｍ（２）
Ｒ２−■ （３） ２．！；＜Ｚｏ＜１１．Ｏｔｎ、ｍ（４１／
、 ７ ＜２ ｒ □ ＜２ 、 Ｑｔｎｍ（５）
０．３＜ｌｈ＜八／ｍｍ （６） ハ乙４Ｚ＜ｎｏ（７，６９ （７１ｏ、３グ＜ｇｒｏ ＜０．３７ （８１０，７＜ｈ４〈２．０ （９） −ｓ＜ｈ６＜／。
Ｒ２−■ （３） ２．！；＜Ｚｏ＜１１．Ｏｔｎ、ｍ（４１／
、 ７ ＜２ ｒ □ ＜２ 、 Ｑｔｎｍ（５）
０．３＜ｌｈ＜八／ｍｍ （６） ハ乙４Ｚ＜ｎｏ（７，６９ （７１ｏ、３グ＜ｇｒｏ ＜０．３７ （８１０，７＜ｈ４〈２．０ （９） −ｓ＜ｈ６＜／。
ただしＲ１＋ Ｒ２はそれぞれ入射端面、出射端面の曲
率半径、Ｔｏはレンズの半径、１１は光源側バンク７オ
ーカス、ｚｏはレンズの長さ、ｎｏは中心軸上の屈折率
、ｇＸｈ４、ｈ６ は分布定数である。
率半径、Ｔｏはレンズの半径、１１は光源側バンク７オ
ーカス、ｚｏはレンズの長さ、ｎｏは中心軸上の屈折率
、ｇＸｈ４、ｈ６ は分布定数である。
前記（］）〜（９）の条件のうち、条件（１，ｌ 、
（２＋は光源に対向するレンズの入射端面が凸の球面で
、光伝送ファイバに対向する出射端面が平面であること
を示し、このように本発明の結合器レンズは片面が平面
であるため、研磨加工が極めて容易である。
（２＋は光源に対向するレンズの入射端面が凸の球面で
、光伝送ファイバに対向する出射端面が平面であること
を示し、このように本発明の結合器レンズは片面が平面
であるため、研磨加工が極めて容易である。
レンズの長さｚＯは、半導体レーザーと単一モードファ
イバのモードマツチングの条件から決められスポットサ
イズが大きすぎたり、小さすぎたりして実用的でなくな
る。レンズの外径２ｒ□については、２，０ｍｍ以上で
は全体の光学系が大きくなりすぎ、また八’７ ｒｎ、
ｍ以下では組立誤差の許容値が小さくなりすぎて組立て
が難しくなる。光源側バンクフォーカス１１は半導体レ
ーザとロンドレンズの端面の間隔であり、Ｉ！１がへ／
ｍｍ以上およびＱ、３ｍｍ以下では光学系が大きくなっ
たり、モードマツチングの条件が保てなくなったりする
。
イバのモードマツチングの条件から決められスポットサ
イズが大きすぎたり、小さすぎたりして実用的でなくな
る。レンズの外径２ｒ□については、２，０ｍｍ以上で
は全体の光学系が大きくなりすぎ、また八’７ ｒｎ、
ｍ以下では組立誤差の許容値が小さくなりすぎて組立て
が難しくなる。光源側バンクフォーカス１１は半導体レ
ーザとロンドレンズの端面の間隔であり、Ｉ！１がへ／
ｍｍ以上およびＱ、３ｍｍ以下では光学系が大きくなっ
たり、モードマツチングの条件が保てなくなったりする
。
前記条件（６１、（′７１は条件（１）〜（５）を満た
し且つモードマツチングを保つための屈折率分布定数で
、ｎｏは中心光軸上の屈折率でありｇは屈折率の勾配を
あられす。
し且つモードマツチングを保つための屈折率分布定数で
、ｎｏは中心光軸上の屈折率でありｇは屈折率の勾配を
あられす。
前記条件（８１、（９）は条件（］）〜（′７）を満た
した上で球面収差とコマ収差を小さくするための屈折率
分布定数ｈ４１ｈ６の条件である。そしてレンズ端面の
曲率半径、光源側バンクフォーカス、分布定数ｇ１ｈ４
、ｈ６を前述の条件（］）〜（９）の範囲内に選定する
ことにより、後述の数値実施例に示されるように球面収
差およびコマ収差を十分小さくおさえることができる。
した上で球面収差とコマ収差を小さくするための屈折率
分布定数ｈ４１ｈ６の条件である。そしてレンズ端面の
曲率半径、光源側バンクフォーカス、分布定数ｇ１ｈ４
、ｈ６を前述の条件（］）〜（９）の範囲内に選定する
ことにより、後述の数値実施例に示されるように球面収
差およびコマ収差を十分小さくおさえることができる。
図面に示した例について説明すると、第１図で／が発光
ダイオード、半導体レーザ等の光源、！が本発明の結合
器レンズ、３が光伝送ファイバである。レンズλは中心
軸から外周に向けて前述式に従い連続的に変化する屈折
率分布を有するガラス０、合成樹脂等からなる透明円柱
体で、光源／に対向する入射端面、２Ａ が軸対称の凸
球面で、７アイバＪＫ対向する出射端面２Ｂが光軸に垂
直な平面になっている。光源／から出た拡散光束は、上
記レンズ２で集束され光ファイバ３のコア内に入射する
。
ダイオード、半導体レーザ等の光源、！が本発明の結合
器レンズ、３が光伝送ファイバである。レンズλは中心
軸から外周に向けて前述式に従い連続的に変化する屈折
率分布を有するガラス０、合成樹脂等からなる透明円柱
体で、光源／に対向する入射端面、２Ａ が軸対称の凸
球面で、７アイバＪＫ対向する出射端面２Ｂが光軸に垂
直な平面になっている。光源／から出た拡散光束は、上
記レンズ２で集束され光ファイバ３のコア内に入射する
。
本発明に係る光結合器レンズは、例えばＴｌ、Ｏ８゜Ｌ
ｌなどガラスの屈折率増加に寄与の大きい修飾酸化物を
含有するレンズ母材の表面にガラスの屈折率減少に寄与
するＮａ、に等のイオンを含む溶融塩を接触させてガラ
ス中のＴ１．Ｏ８等のイオンと溶融塩中の上記イオンと
を交換させることにより母材ガラス中に屈折率勾配を形
成し、このレンズ母材を所定の長さに切断した、後、一
端側を凸球面にまた他端面な平面に研磨加工することに
より得られる０ 以下に本発明の具体的数値例について示す。
ｌなどガラスの屈折率増加に寄与の大きい修飾酸化物を
含有するレンズ母材の表面にガラスの屈折率減少に寄与
するＮａ、に等のイオンを含む溶融塩を接触させてガラ
ス中のＴ１．Ｏ８等のイオンと溶融塩中の上記イオンと
を交換させることにより母材ガラス中に屈折率勾配を形
成し、このレンズ母材を所定の長さに切断した、後、一
端側を凸球面にまた他端面な平面に研磨加工することに
より得られる０ 以下に本発明の具体的数値例について示す。
実施例１
Ｒ１−７，７９ｇｍｍ ｒ Ｒ２−〇〇＋ Ｚ□ −３
、Ｊ ７０ｍ１１１ ＋ ２ｒ □ −八ざ朋ｒ １１
−０ 、７ｍｍ ＋ ｎ□ −／ −６６＋ ｇｒｏ
１０−３ ｊ ／ １ｈ４−１．３３！、に１６＝０．
７１１９．ｈ８＝７．ざ２１本実施例の収差図を第２図
に示す。
、Ｊ ７０ｍ１１１ ＋ ２ｒ □ −八ざ朋ｒ １１
−０ 、７ｍｍ ＋ ｎ□ −／ −６６＋ ｇｒｏ
１０−３ ｊ ／ １ｈ４−１．３３！、に１６＝０．
７１１９．ｈ８＝７．ざ２１本実施例の収差図を第２図
に示す。
実施例２
Ｒ１−２，２７ＯＮＮ、Ｒ２−” ｚＺｏ−’１．３０
２ｔｎｍ、２ｒ□ −１，１ｊ；闘、 ７１−０．３０
ｇ’ａｍ 、 ｎ □ −／ 、乙１ｇｒ□−０，３！
；／＊ｈ４−０．７３３．ｈ６−−０’、／２’０ 、
ｈａ−八ざ７！本実施例の収差図を第３図に示す。
２ｔｎｍ、２ｒ□ −１，１ｊ；闘、 ７１−０．３０
ｇ’ａｍ 、 ｎ □ −／ 、乙１ｇｒ□−０，３！
；／＊ｈ４−０．７３３．ｈ６−−０’、／２’０ 、
ｈａ−八ざ７！本実施例の収差図を第３図に示す。
実施例３
Ｒ１＝−２，２０９ｆｎｆｎｅＲ２−ｏｏ、 Ｚｏ−３
，１１０９ｒｎ、２ｒｏ−１．Ｊ’（ｌｌｇｌ Ａ’ｌ
−０，！；００ｍｍ、 ｎ□ ＝１．６ｔ＜ 、ｇｒＱ
−０，３５／ 。
，１１０９ｒｎ、２ｒｏ−１．Ｊ’（ｌｌｇｌ Ａ’ｌ
−０，！；００ｍｍ、 ｎ□ ＝１．６ｔ＜ 、ｇｒＱ
−０，３５／ 。
ｈ４＝０．９２１ｒ、ｈ６−０ 、ｈａ−２，１７本実
施例の収差図を第を図に示す。
施例の収差図を第を図に示す。
実施例１
Ｒ１＝＝八６２！；ｍｌ Ｒ２−０’ ＋ Ｚ□＝Ｊ、
／ ９１１１ｍ、 、２ｒ□＝１．ｇ３ＷＬ’ａ＃１
１−０．１２２ｍｍ、ｎ□−１．Ａ＆ 、ｇｒｏ−０，
３！； ／ ＋ｈ４＝＝１．７３ダ、 ｈ６−／ 、４
’／ ７ 、 ｈａ −／ざ、７０！本実施例の収差図
を第Ｓ図に示す。
／ ９１１１ｍ、 、２ｒ□＝１．ｇ３ＷＬ’ａ＃１
１−０．１２２ｍｍ、ｎ□−１．Ａ＆ 、ｇｒｏ−０，
３！； ／ ＋ｈ４＝＝１．７３ダ、 ｈ６−／ 、４
’／ ７ 、 ｈａ −／ざ、７０！本実施例の収差図
を第Ｓ図に示す。
比較例
本発明範囲外の比較数値例として、
Ｒ１−１１，０ｔａＮ、 Ｒ２−ｏｏ 、 ｚｏ−３，
１コｔｉｍｓ 、 、２ｒ□−八ざ０ＷＬＪ１１＝ＯＪ
ｌ＋１ｌＩＩ、ｎ□−１．Ａｔ 、ｇｒＯ＝０．３！；
／ 。
１コｔｉｍｓ 、 、２ｒ□−八ざ０ＷＬＪ１１＝ＯＪ
ｌ＋１ｌＩＩ、ｎ□−１．Ａｔ 、ｇｒＯ＝０．３！；
／ 。
ｈ４−０．７１ダ、ｈ６−−０．１ ／ｊ、、ｈａ −
−０，３７ｇの諸元をもつ屈折率分布型レンズの収差図
を第を図に示す。
−０，３７ｇの諸元をもつ屈折率分布型レンズの収差図
を第を図に示す。
なお、第６図の横軸のｌ目盛は第２図〜第５図の本発明
実施例収差図の横軸ｌ目盛の２０倍にとっている。
実施例収差図の横軸ｌ目盛の２０倍にとっている。
本発明に係る光源、光フアイバ結合器は実施例から明ら
かなように球面収差、コマ収差が非常に小さく、シたが
って単一モードファイバのように極めてコア径の小さい
ファイバに対しても光源光を非常に効率良く集束入射さ
せることができる。
かなように球面収差、コマ収差が非常に小さく、シたが
って単一モードファイバのように極めてコア径の小さい
ファイバに対しても光源光を非常に効率良く集束入射さ
せることができる。
また収差が小さいために、組み立て誤糸等に起因して光
源がレンズ光軸から多少ずれていても波光損失が小さく
、シたがって軸合せの許容誤差−囲が拡大するので、部
品の組み支で作業もそれだけ容易化する。
源がレンズ光軸から多少ずれていても波光損失が小さく
、シたがって軸合せの許容誤差−囲が拡大するので、部
品の組み支で作業もそれだけ容易化する。
さらに、本願発明に係るレンズは片端面が平面であるの
で、多量のレンズをまとめて平面研磨することができ、
研磨加工も容易で安価に量産することができる。
で、多量のレンズをまとめて平面研磨することができ、
研磨加工も容易で安価に量産することができる。
第７図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図ないし
第Ｓ図は本発明の結合器レンズの収差図、第６図は本発
明の範囲外の屈折率分布型レンズの収差図である。 ／・・・・・・光 源 ２・・・・・・結合器レンズ３
・・・・・・光伝送ファイバ 第１図 第２０ −０．００５
＋０．００５第３図 第４図 −０，００５＋０．００５ 第５図 第６図 −０，１＋す、１ 手 続 補 正 書 昭和乙Ｑ年１２月７？１１ ＠！； 特願昭６０−／３！；７９／号 特公昭 −号 発明の名称 光結合器 １正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地名 称
（４１θθ）日本板硝子株式会社代表者 刺 賀 信
雄 戊理人 ｈ 錫１図 第２図 ？Ｉ／’−。 一〇〇〇５＋０ｏｏ５ 第３図 第４図
第Ｓ図は本発明の結合器レンズの収差図、第６図は本発
明の範囲外の屈折率分布型レンズの収差図である。 ／・・・・・・光 源 ２・・・・・・結合器レンズ３
・・・・・・光伝送ファイバ 第１図 第２０ −０．００５
＋０．００５第３図 第４図 −０，００５＋０．００５ 第５図 第６図 −０，１＋す、１ 手 続 補 正 書 昭和乙Ｑ年１２月７？１１ ＠！； 特願昭６０−／３！；７９／号 特公昭 −号 発明の名称 光結合器 １正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地名 称
（４１θθ）日本板硝子株式会社代表者 刺 賀 信
雄 戊理人 ｈ 錫１図 第２図 ？Ｉ／’−。 一〇〇〇５＋０ｏｏ５ 第３図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 光軸からｒの距離における屈折率ｎ（ｒ）がｎ＾２（ｒ
）＝ｎｏ＾２〔１−（ｇｒ）＾２＋ｈ＿４（ｇｒ）＾４
＋ｈ＿６（ｇｒ）＾６＋・・・・・・〕で表わされる透
明円柱体から成るレンズであって、以下の条件を備えて
いることを特徴とする光源と光ファイバの結合器。 （１）１．０＜Ｒ＿１＜３．０ｍｍ （２）Ｒ＿２＝∞ （３）２．５＜Ｚ＿０＜４．５ｍｍ （４）１．７５＜２ｒ＿０＜２．０ｍｍ （５）０．３＜ｌ＿１＜１．１ｍｍ （６）１．６４＜ｎ＿０＜１．６９ （７）０．３４＜ｇｒ＿０＜０．３７ （８）０．７＜ｈ＿４＜２．０ （９）−５＜ｈ＿６＜１０ ただしＲ＿１、Ｒ＿２はそれぞれ入射端面、出射端面の
曲率半径、ｒ＿０はレンズの半径、ｌ＿１は光源側バッ
クフォーカス、Ｚ＿０はレンズの長さ、ｎ＿０は中心軸
上屈折率、ｇ、ｈ＿４、ｈ＿６は分布定数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579185A JPH06103367B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 光結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579185A JPH06103367B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 光結合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6215513A true JPS6215513A (ja) | 1987-01-23 |
| JPH06103367B2 JPH06103367B2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=15613509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15579185A Expired - Lifetime JPH06103367B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 光結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06103367B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006154868A (ja) * | 2006-03-09 | 2006-06-15 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | レンズ機能付き光ファイバおよびその製造方法 |
-
1985
- 1985-07-15 JP JP15579185A patent/JPH06103367B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006154868A (ja) * | 2006-03-09 | 2006-06-15 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | レンズ機能付き光ファイバおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06103367B2 (ja) | 1994-12-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |