JPS6281613A - 光結合器 - 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〕 この発明はレーザダイオードと光ファイバとを光学的に
結合させる光結合器に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の光結合器としては、種々のものが実施化
されている。

レーザダイオードからのレーザビームを単一モード光フ
ァイバに、ある程度の効率でしかも安定に集束させる光
結合器としては、レーザダイオードと光ファイバとの間
に複数のレンズを配置したものがあシ、例えば、電子通
信学会論文誌（Ｂ）。

Ｖｏｌ　、　Ｊ６５−Ｂ、　Ｎ（Ｌ４　、第３７４〜３
８１頁に記載されたものが知られている。

詳しくは、第２図に示すように、レーザダイオード１の
射出面と単一モード光ファイバ２の入射面との間に、第
１レンズ３および第２レンズ４が同一光軸上に配設され
ている。

レーザダイオード１の射出面と第１レンズ３の主面との
間の距離を第１レンズ３の焦点距離とし、第２レンズ４
の主面と単一モード光ファイバ２の入射面との間の距離
を第２レンズ４の焦点距離とする。

すなわち、この光結合器はレーザダイオード１および第
１レンズ３からなるレーザダイオードコリメータ５と、
単一モード光ファイバ２および第２レンズ４からなる光
ファイバコリメータ６が対向した構造となっている。第
１レンズ３としては球レンズ、第２レンズ４としては集
束形ロッドレンズが用いられる。

そして、前記構成において、レーザダイオード１からレ
ーザビームを一定の広がり角で射出させると、広がシ角
の大きいレーザビームは、第１レンズ３によって平行光
束に変換されて第２レンズ４に入射する。第２レンズ４
に入射した平行光束は第２レンズ４によってその焦点距
離の位置にある単一モード光ファイバ２の入射面に集束
する。

これによシ、ある程度の結合効率が得られるほか、比較
的大きなレンズを用いるので、加工が容易である、軸ず
れ許容量が非常に大きい、温度特性が良い、などいくつ
もの長所が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記構成では、以下に示すような問題点
があシ、これを第２図および第３図に基づいて説明する
。まず、第３図において、レーザダイオード１のビーム
軸を２軸、接合面１ａに垂直な方向をＸ軸、接合面１ａ
を含む平面内にあってＺ軸と垂直な方向をｙ軸とする。

第１レンズ３の後側屈折面３ａと２軸との交点を原点Ｏ
とする。

２軸を含み、接合面１ａに垂直な平面をｘｚ平面、接合
面１ａを含む平面をｙｚ平面とする。

第１レンズ３および第２レンズ４はともに２軸に対して
回転、対称の形状を有するので、レーザダイオード１と
してｘｚ平面内およびｙｚ平面内において異なった広が
９角で放射するものを用いた場合、レーザビームが２つ
のレンズ３　、４ヲ通過した後、単一モード光ファイバ
２の入射面に入射するビームの横断面内の強度分布は偏
平な楕円形となって単一モード光ファイバ２の導波モー
ドの円形に近い強度分布と一致しない。

また、レーザダイオード１からのレーザビームはｘｚ平
面内では、大きい広がシ角を有するので、第１レンズ３
の屈折面が球面形状であると、光軸から離れた近軸領域
外では収差によシ、平行光束への変換が困難となシ、レ
ーザダイオード１および第１レンズ３からなる系がコリ
メータとして十分機能せず、そのため高い結合効率が得
られないという問題点があった。

サラに、第２レンズ４としての集束形ロッドレンズは後
側屈折面が光軸に直角な平面形状であるので、反射光の
多くが光源に戻シ易く光源の動作に影響を与えるだけで
なく、レンズパラメータに再現性がなく、しかも加工が
困難で、高コストであるという問題点もあった。

そこで、この発明は前記問題点に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、収差をなくして高い結合
効率を確保し、反射特性および加工性を向上させ、コス
トの低減を図った光結合器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するこの発明の構成は第１レンズがｘｚ
平面内およびｙｚ平面内において、広がシ角を異にする
レーザダイオードからの発散光束を夫々独立に平行光束
に変換する断面双曲線形状の屈折面を備え、第２レンズ
が第１レンズによって変換された平行光束を光ファイバ
の入射面に集束させる球面形状の屈折面を備えているこ
とを要旨とする。

〔作　用〕

前記構成において、レーザダイオードかうｘｚ平面内お
よびｙｚ平面内において広がシ角を異にするレーザビー
ムを発散させると、第１レンズでは、発散光束は断面双
曲線形状の屈折面によってそれぞれ独立に任意の大きさ
のビーム幅を有する平行光束に変換されて第２レンズに
入射する。

そして、第２レンズにおいて、第１レンズによって変換
された平行光束が球面形状の屈折面によって光ファイバ
の入射面に集束する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の光結合器に係る実施例を示す構成図
、第４図（ａ）は第１レンズをｘｚ平面で切断した断面
図、第４図（ｂ）は第１レンズをｙｚ平面で切断した断
面図である。

図面において、１１はレーザダイオード、１２は第１レ
ンズ、１３は光ファイバコリメータであシ、夫々同一光
軸としての２軸に配設されている。

レーザダイオード１１はｘｚ平面内では広がシ角θ１を
なし、ｙｚ平面内では広がシ角θ２をなして射出面から
レーザビームを発散させる光源である。

θ１およびθ２はそれぞれレーザダイオード１１のｘｚ
平面内およびｙｚ平面内の遠方放射界が最大値の１／。

となる角度である。

第１レンズ１２のレーザダイオード１１側には、ｘｚ平
面内における大きい広がシ角θ１を有する発散光束をビ
ーム幅ω０をもつ平行光束に変換する後側屈折面１４が
形成されている。第１レンズ１２の後側屈折面１４はｘ
ｚ平面内では断面双曲線形状をなし、第１レンズ１２の
屈折率をｎとすると、以下の式で与えられる。

また、ｙｚ平面内では、Ｚ＝０で表される。

ここで、ｔはレーザダイオード１１の射出面と第１レン
ズ１２の後側屈折面１４の頂点間の距離を示し、以下の
式で表される。

第１レンズ１２の光ファイバコリメータ１３側には、ｙ
ｚ平面内における小さい広がシ角θ２を有する発散光束
を後側屈折面１４の場合と同じビーム幅ω０をなす平行
光束に変換する前側屈折面１５が形成されている。

第１レンズ１２の前側屈折面１５はｙｚ平面に関し、光
線理論に基づいて厳密に解けば、断面双曲線形状となる
が、広がシ角θ２が小さく、収差の影響を無視できるの
で、この実施例のように、球面形状としてもよい。球面
形状の曲率半径ｒおよび第１レンズ１２の前後端間の２
軸方向の長さＬは以下の式で表される。

また、ｘｚ平面内に関してはＺ＝Ｌで表される。

光ファイバコリメータ１３は第２レンズ１６と単一モー
ド光ファイバ１７とがケーシング１８に収容されて成る
。第２レンズ１６としては、好ましくは反射特性、加工
性、レンズパラメータの再現性およびコストの面で優れ
た球レンズを使用する。

１９は単−モード光ファイバ１７の入射面に取付けられ
る無反射コートガラスである。

次に作用を説明する。

前記構成において、レーザダイオード１１に駆動電流を
与えると、その射出面からｘｚ平面内においては、大き
い広がシ角θ１をなし、ｙｚ平面内においては、小さい
広がシ角θ２をなす発散光束が放射される。

放射した発散光束が第１レンズ１２の後側屈折面１４に
入射する際、Ｘｚ平面内においては、大きい広がシ角θ
１をなす発散光束は後側屈折面１４の断面双曲線形状に
よってビーム幅ω０を有する平行光束に変換される。ｙ
ｚ平面内においては小さい広がシ角θ２をなす発散光束
は後側屈折面１４をレンズの作用を受けずに通過する。

そして、第１レンズ１２の後側屈折面１４によって変換
されあるいは通過した光束が前側屈折面１５に入射する
際、Ｘｚ平面内においては、平行光束は前側屈折面１５
の湾曲していない部分の形状によってそのまま射出する
。ｙｚ平面内においては小さい広がフ角θ２をなす発散
光束は前側屈折面１５の円形断面形状によってビーム幅
ω０をもつ平行光束に変換される。

これによシ、ビーム幅ω０を有する横断面内でほぼ円形
の平行光束を光ファイバコリメータ１３の第２レンズ１
６に入射させることができる。第２レンズ１６に入射し
た平行光束はその球面形状の屈折面によって単一モード
光ファイバ１Ｔの入射面にその導波モードの円形に近い
強度分布で集束する。

なお、この発明は前記実施例に限定されるものでなく、
種々の改変が可能であることはもちろんである。例゛え
ば、この実施例では、結合用光ファイバとして導波モー
ドの強度分布が円形である単一モード光ファイバに限定
して説明したが、これに限らず、多モード光ファイバや
、偏波保存などを目的として作られた導波モードの強度
分布が円形でない光ファイバに対してもこの発明を適用
することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、第
１レンズはｘｚ平面内およびｙｚ平面内において広が多
角を異にするレーザダイオードからの発散光束を夫々独
立に平行光束に変換する断面双曲線形状の屈折面を備え
、第２レンズは第１レンズによって変換された平行光束
を光ファイバの入射面に集束させる球面形状の屈折面を
備えている構成としたので、方向によって広が多角を異
にする発散光束であっても、何んら収差を生じさせず、
ｘｚ平面内およびｙｚ平面内において、夫々独立にビー
ム幅を有する平行光束に変換できる。

したがって、レーザダイオードと光ファイバとを高い効
率で光結合させることができる。

また、第２レンズは球面形状の屈折面を有するので、逆
進する反射光が減少し、反射特性が向上する。第２レン
ズとして球レンズを用いれば、加工性およびレンズパラ
メータの再現性を向上させ、コストの低減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光結合器に係る実施例を示す構成図
、第２図は従来例を示す構成図、第３図はレーザダイオ
ード、第１レンズ部分の座標系を示す説明図、第４図（
、）は実施例の第１レンズをｘｚ平面で切断した断面図
、第４図（ｂ）は第１レンズをｙｚ平面で切断した断面
図である。 １１・・・レーザダイオード　１２・・・第１レンズ１
３・・・光ファイバコリメータ　１４・・・後側屈折面
１５・・・前側屈折面　１６・・・第２レンズ　１７・
・・単一モード光ファイバ。 手続補正書（、え。 昭和６１年１月１６日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特　許　願　第２２１９３３　　号２、発明
の名称　光結合器 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　東京都港区虎）門１丁目７番１２号名　称
　　（０２９）沖電気工業株式会社代表者　　　橋　本
　南　海　男 ４、代理人 ７、補正の内容 １、明細書第２頁第１２行目＋７）　「Ｖｏ　ｌ　、Ｊ
６５−　Ｂ　ｙＮｏ、４．−　Ｊをｒ　Ｖｏ　１．　Ｊ
６５−Ｂ　、　Ｎｏ、４．−　ｊ　と補正する。 ２、明細書第７頁第１６行目、第８頁第７〜８行目の数
式中、第８頁第１２行目、第９頁第３〜４行目の数式中
、第１０頁第３行目、第１０頁第１３行目、第１０頁第
１５行目の「ωｏＪを「ｗＯ」と補正する。 ３、明細書第８頁第１７行目〜第１８行目の「球面形状
」を「円弧形状」と補正する。 ４、明細書第９頁第１行〜２行目の 正する。 ５、図面第４図を別紙の通シ補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザダイオードと光ファイバとの間にレーザダイ
   オード側の第１レンズと光ファイバ側の第２レンズとを
   同一光軸上に配設した光結合器において、 第１レンズはｘｚ平面内（レーザダイオードの接合面に
   対して垂直な平面内）およびｙｚ平面内（レーザダイオ
   ードの接合面に対して平行な平面内）において広がり角
   を異にするレーザダイオードからの発散光束をそれぞれ
   独立に平行光束に変換する断面双曲線形状の屈折面を備
   え、 第２レンズは第１レンズによつて変換された平行光束を
   光ファイバの入射面に集束させる球面形状の屈折面を備
   えていることを特徴とする光結合器。