JPS62184406A - 光信号送受信器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバを破断することなしに、光ファイ
バを通して信号伝送を行うために、光ファイバへ側方か
ら効率よく光信号を入射し、また光ファイバの側方から
効率よく光信号を取り出す光信号送受信器に関するもの
である。

（従来の技術） 光ファイバへ側方から光信号を入射（送信）したり、光
ファイバの側方から光信号を取り出す（受光する）ため
の簡易な方法は、光ファイバに曲げを与えることである
。第６図は光ファイバを曲げたときの、光ファイバから
の光の放射を示した図であり、ｆｌは光ファイバ、１は
そのコア、ｒｌは光ファイバから放射される光束を表わ
す。また０は光ファイバ軸の曲がりはじめの位置を表わ
し、ＸはＯを原点とした光フアイバ軸上の座標を−表わ
し、θは放射角度を表わす。

第６図に示したように、光ファイバを曲げると、曲げは
じめの部分から、接線方向を中心に光が放射される。た
だし、コアからクラッドに放射された光が、クラッドか
らさらにその外側に放射されるためには、クラッドの外
側の境界面で光が全反射されないように、クラッドの外
側の屈折率は少なくともクラッドよりも大きいことが必
要である。

従って、被覆付きのファイバを曲げて、側面から効率よ
く光を取り出すためには、被覆の屈折率はクラッドの屈
折率よりも大きいことが必要であり、さらに被覆から空
気中へ光を放射させるためには、被覆と空気の境界面で
全反射が起こらないように、放射部分に整合剤を施すな
どの措置が必要である。

第７図、第８図は、コア径が５０μ１１コアとクラッド
間の比屈折率差が１％のグレーデッド形光ファイバを曲
げ半径５鶴で曲げたときの放射強度の計算例を示す。第
７図は光ファイバに沿った各点から放射される光の相対
強度を表わし、第８図は放射光強度の角度分布を表わす
。第７図、第８図かられかるように、放射される光の強
度はファイバ軸上で大略ガウス分布を呈し、また放射さ
れる光の強度は放射角度に対して大略ガウス分布を呈す
る。

従来、光ファイバを曲げて、側面から光信号を入射した
り、取り出したりする際の光信号送信器または受信器と
しては、第９図に示すような従来例が用いられている。

第９図において、ｆ２は入射（送信）用または受光用フ
ァイバ、２はそのコア、３と４はレンズを表わし、５は
光信号送信器の場合には発光素子を表わし、光信号受信
器の場合には受光素子を表わす。また６は整合材を表わ
す。

さて第６図〜第８図を用いて説明したように、光ファイ
バを曲げたときに放射される光は、放射位置の面におい
ても、放射角度の面においても、広く分布している。こ
のような光は、レンズ３を用いても位置的にも角度的に
も十分絞りきれない。

従って光信号受信器の場合には、ファイバｆ２は、その
屈折率分布を第１Ｏ図に示したように、コア径２ａ、が
大きく、コアとクラッド間の比屈折率差Δ１も大きいも
のでなくてはならない。なお第１θ図において、２ｂは
クラツド径を表わす。

一方、光を入射（送信）する場合には、放射時の強度が
最も大きい角度付近（８図においてθ＝０）に光の入射
角度をできるだけ絞り、最も強く放射するファイバ面付
近（第７図においてＸ＝３００〜４００μｍ）に光のビ
ームをできるだけ絞る必要がある。従って光信号送信器
の場合には、ファイバｆ２は、屈折率分布を第１１図に
示したように、コア径２ａ、が小さく、コアとクラフト
間の比屈折率差Δ２が小さいものでなくてはならない。

このようなわけで、従来、光信号送信器の場合には、フ
ァイバｆ２としてはコア径および比屈折率差の小さいも
のが用いられ、光信号受信器の場合には、コア径および
比屈折率差の大きいものが用いられてきた。

さて、１本のファイバを用いて双方向の信号伝送を行う
ためには、側方から効率よく光を入射すると同時に、効
率よく光を取り出す必要があるが、これまでに説明した
ことから明らかなように、第１０図または第１１図に屈
折率分布を示したようなファイバを用いては不可能であ
る。このように、従来の光信号送信器または受信器に用
いられていたファイバを用いた場合には、効率のよい側
方入射（送信）と側方受光を同時に行うことは不可能で
あり、双方向通信ができないという欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、効率のよい側方入射（送信）と側方受光を同
時に行うことが可能な光信号送受信器を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、直径および比屈折率差の小さな光信号入射（
送信）用のコアと、直径および比屈折率差の大きな光信
号受光用のコアを同心円状に有するファイバを使うこと
により、効率のよい側方入射（送信）と側方受光を同時
に行う。また発光部と受光部を同心円状に有する発光・
受光素子を用いるか、または光ファイバを斜めに切断し
て部分的に反射膜を施すことにより、送信光と受信光を
効率よく分離する。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す図であって、ｆ３
は結合用ファイバ、７はその第１のコア、８は第２のコ
ア、９は発光部と受光部を同心円状に有する発光・受光
素子である。その他の記号は第６図および第９図と同じ
ものを表わす。第２図（、（ファイバｆ３の屈折率分布
を示す図である。第１図におけるコア７は中心付近のコ
ア径が第２図に示す２ａｓの部分を指しており、コア８
はコア径が第２図に示す２ａａの部分を指している。コ
ア７とコア８の比屈折率差は／！Ｕ３で表わされている
が、このΔ、の値は小さい。コア８とその外側のクラッ
ドとの比屈折率差はｚ４で表わされているが、このΔ４
の値は大きい。第３図は発光・受光素子９を正面から見
た図であり、１０は発光・受光素子全体を表わしており
、１１は発光部、１２は受光部を表わしている。

第１図の動作を説明するに、まずファイバｆ１を直線部
の左側から伝ばんしてきた光は、曲げ部においてレンズ
３の方へ向けて放射され、レンズ３でビーム径がある程
度絞られてファイバｒ３に送られる。ファイバｆ３のコ
ア８のコア径２ａａおよびコア８とその外側のクラッド
との比屈折率差、４１１４を十分大きくしておけば、送
られてきた大部分の光はコア８にトラップされ、レンズ
４へと導かれる。

この光はレンズ４により、レンズ４から発光・受光素子
９へ至る間にビーム径が大きくなり過ぎないように伝ば
ん角度の修正を受け、発光・受光素子９へ送られる。発
光・受光素子９へ送られた光は、第２図に示す発光部１
１に当った一部の光を除いて、電気に変換される。発光
部１１に当った光は電気に変換されず損失となるが、発
光部１１と受光部１２との直径比を十分大きくし、受光
部１２の全面積にほぼ均一に光が当たるようにすれば、
損失となる割合を十分小さくできる。

次に側方入射（送信）を説明するに、発光・受光素子９
の発光部１１から発射された光は、レンズ４を通してフ
ァイバｆ３のコア７に入射される。一般に、コア径と比
屈折率差が小さなコアへの光の入射はむずかしいが、レ
ーザダイオードのような指向性のよい発光素子からの入
射は、最近の単一モードファイバへの結合技術を使えば
、十分効率よくできる。コア７を伝ばんした光はレンズ
３により伝ばん角度の修正を受けてファイバｆ１の曲げ
部に当てられ、コア１にトラップされて左側へと１市ん
でいく。コア７のコア径２ａｓおよびコア７とコア８と
の比屈折率差Δ３を小さくしておけば、ファイバｆ１の
曲げ部に当ったときの空間的および伝ばん角度面での拡
がりを小さくすることができ、ファイバｆ１への入射効
率を高めることができる。

第４図は本発明の第２の実施例を示す図であって、ｆ４
とｆ５はファイバ、１３と１４は各々のファイバのコア
、１５はファイバｆ３を斜めに切断してコア７の断面部
分を除いて施した反射膜、１６と１７はレンズ、１８は
発光素子、１９は受光素子である。その他の記号は第１
図と同じものを表わす。第５図は、ファイバｆ３とファ
イバｆ４の接続部を拡大して示した図である。ｆ２は送
信光、ｆ３は受信光を表わす。

ファイバｒ４のコア１３の直径およびコア１３とその外
側のクラッドとの比屈折率差は、ファイバｆ３のコア７
の直径２ａｚおよびコア７とコア８との比屈折率差Δ３
とほぼ等しい。ファイバｆ５のコア１４の直径およびコ
ア１４とその外側のクラッドとの比屈折率差は十分大き
い。

第４図の動作を説明するに、ファイバｆ１を左側から伝
ばんしてきた光は曲げ部で放射され、レンズ３を通して
ファイバｆ３のコア８に入射される。

コア８を伝ばんし、ファイバｆ４との接続部へ達した光
は、その大部分が、第５図においてｒ３で示したように
、反射膜１５で反射され、レンズ１６へ向かう。そして
第４図に示すように、ファイバｆ５、レンズ１７を介し
て受光素子１９へと導かれる。

一方、発光素子１８から発射された光は、レンズ４を経
てファイバｆ４のコア１３に入射され、接続部を経てフ
ァイバｆ３のコア７に入射され、レンズ３を経て曲げ部
からファイバｆ１のコア１へと入射される。この実施例
のような方法を用いれば、ファイバｆ４のコア１３から
ファイバｆ３めコア７へ入る送信光ｒ２は、両ファイバ
間でほとんど損失を受けず、また反射膜１５で反射され
てファイバｆ３のコアー８からファイバｆ５のコア１４
へ入る受信光についても損失を充分小さくでき、送信光
と受信光を効率よく分離できる。従って、別々に配置さ
れた発光素子１８と受光素子１９を用いても、光ファイ
バを破断することなく、双方向通信を行うことができる
。

おな第４図の実施例において、・反射膜１５をファイバ
ｆ３に施さず、ファイバｆ４の端面のクラフト部分に施
しても、全く同様の効果が得られることば自明である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の光信号送受信器は、光信
号を効率よく光ファイバへ側方入射（送信）すると同時
に、効率よく光ファイバから側方受光することができ、
光ファイバを破断することなしに、双方向通信を行うこ
とができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は側方
入射（送信）用ファイバおよび受光用ファイバの屈折率
分布を示す図、 第３図は発光・受光素子の正面図、 第４図は本発明の第２の実施例を示す図、第５図は第４
図の反射膜部分の拡大図、第６図は光ファイバ曲げ部か
らの光放射を示す図、 第７図は光フアイバ各点からの放射強度を示す図、 第８図は放射光強度の角度分布を示す図、第９図は側方
入射（送信）または側方受光を行う従来例を示す図、 第１０図は側方受光用ファイバの屈折率分布を示す図、 第１１図は側方入射（送信）用ファイバの屈折率分布を
示す図である。 ｆｌ−・信号伝送用光ファイバ ｆ２・−入射（送信）用または受光用ファイバｆ３−結
合用ファイバ ｆ４−・入射（送信）用ファイバ ｆ５−・・受光用ファイバ　　ｒ　１−　　光束ｒ２・
−送信光　　　　　　ｒ３−受信光１．２．１３．１４
−・・コア　　　７−・・入射（送信）用コア８−受光
用コア　　　　３，４．１６．１７−　レンズ５・・・
発光素子または受光素子 ６・−整合材　　　　　　９−・・発光・受光素子１０
・・・−発光・受光素子　　１１・−発光部１２・・・
受光部　　　　　　１５−・反射膜１８−発光素子　　
　　　１９−受光素子第４図 比ｉ折率差 第６図 笛７因 ０　　２５０　　５００　　７５゜ χ（ｆｉ領） 第８図 −ｏ、ｔ　　　　　　　ｏ　　　　　　　ｏ、ｌθ（ｒ
ａｄ、＞ 第９図 第１０図 第１Ｉ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号伝送用ファイバの曲げ部に接して該ファイバの
   外周部との屈折率整合をとる整合材と、該整合材を介し
   て前記信号伝送用ファイバから取り出された放射光を集
   光する光学系と、該集光された放射光を結合し、受光素
   子まで伝ぱんさせる結合用ファイバと、該結合用ファイ
   バの出射端に設置された受光素子からなる光信号受信器
   であり、該受光素子を発光素子と置き換えることにより
   、逆の過程で信号伝送用ファイバに信号光を結合可能な
   光信号送受信器において、前記結合用ファイバは、中心
   部に設置され、屈折率が最も高い第１のコア部と、その
   周囲の前記第１のコア部より屈折率の小さい第２のコア
   部と、さらにその外側の前記第２のコア部より屈折率の
   低いクラッド部からなり、該結合用ファイバの一端に設
   置された受光・発光素子は、第１のコア部と光学的に結
   合された発光素子と、第２のコア部と光学的に結合され
   た受光素子からなることを特徴とする光信号送受信器。 ２、結合用ファイバの第１のコア部と発光素子を光学的
   に結合する手段および第２のコア部と受光素子を光学的
   に結合する手段が、前記結合用ファイバの一端に設けた
   単一のレンズであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光信号送受信器。 ３、結合用ファイバの第２のコアと受光素子を光学的に
   結合する手段が、該第２のコア中を伝ぱんする光をファ
   イバ外へ反射させる反射鏡と該反射光を受光素子へ結合
   させる手段からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光信号送受信器。