JPS63269106A - プラスチツク製光学素子 - 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） 本発明はプラスチック製光学素子に関し、より詳しくは
グラスチック光ファイバを通信用途に使用する場合で、
その入射光を抑制し高速が高精度の通信を可能にするプ
ラスチック製光学素子に関するものである。

（従来の技術） プラスチック光ファイバは無機ガラス系光ファイバに比
べ大口径で広開口数であるという特徴を生かし、装飾用
、照明用として使用されてきたが近年プラスチック光フ
ァイバはその製造法の改良によシ伝送可能距離と伸ばし
てきてお夛、無機ガラス系光ファイバに比べ軽量で曲げ
に強いという特徴を生かしグラスチック光ファイバを屋
内の短、中距離通信用に使用するケースが増加しつつあ
る。

ところで光フアイバ通信において半導体レーザーや発光
ダイオード等の光源と光ファイバとの結合効率の改善は
効率のよいシステムを構成するのに欠くことのできない
重要な線層である。

従来、このような光源と光ファイバの結合部の構成とし
ては第６図（＆）〜（ａに示すようなものがある。第６
図（ａ）はファイバ（２５）よシなる結合用素子の端部
（２０）を半球状に形成したものであり、第６図（１）
）はファイバ（２１）の端部に接近して球レンズ（２２
）を置いたもの、第６図（Ｃ）はこれらに代えて円柱レ
ンズ（２３）を置いたもの、第６図（（１）はファイバ
（２４）の入射端を円錐台状に引き所定の半径を有する
端面で切断した結合用素子の例を示すものである。

これらの中で最大の結合効率を実現できるものは第６図
（ｄ）の円錐台部を有するファイバであシ、事実、円錐
台付ファイバと半導体レーザーとの結合効率は９７Ｘに
達することが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらプラスチック光ファイバを通信用として使
用する場合光源との効率よい結合はもちろんのことであ
るが開口数の大きさが逆に大きなデメリットとなること
が知られている。

というのは開口数が大きい元ファイバは光フアイバ内に
光を伝達しうる多くのモードが存在ムこれが入力信号（
以下パルスと称す）を乱す原因となっているからである
。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は上記問題点を解決すべく鋭意検討したところ
、光源との結合効率に優れた円錐台形先端付ファイバに
光フアイバ内に入射する光の入射角度を限定する機能を
もたせることでパルスの乱れを小さくできることを見い
出し本発明を完成した。

本発明のプラスチック製光学素子は下記の式％式％（１
３ （式中ｒ　１　＃　ｒ　２は光学素子両端の断面半径、
ｌは光学素子の長さ、０゜は許容される光フアイバ内の
伝播角度を示す）１−満足するような円錐台形状の光透
過性重合体からなるものである。

本発明の光学素子は第１図に示すような円循台形状のも
のであり端面（１）は光を入射させる側で端面（２）は
光ファイバに接続し光ファイバへ光を入射する側である
。この光学素子は接続ファイバの芯材と同一のポリマー
もしくは同一の屈折率を有するポリマー、たとえばポリ
メタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン
などで作成するのがよい。

第１図に示す本発明の素子の光ファイバと接続する端面
（２）の半径ｒ２　　は接続する光ファイバの半径と等
しいとき最も接続効率を高いものとすることができるの
で望ましい。

入射端（１）の半径ｒ、については極端な入射光量の低
下を防ぎ出射端で受光可能な一定光量の光を確保するた
めｒ、　＞　０．７　ｒ、であることが望ましい。また
、本発明の光学素子が光ファイバへの入射光の入射角度
限定機能を有するためには、ｒ　　＜　ｒ２であること
が必要である。すなわち第１図の光の入射端面（１）の
半径ｒ。

は０．７　ｒ２　＜　ｒｌ　＜　ｒ２　　であることが
必要でｒ、≦Ｑ、７　ｒ２　　なる関係の素子において
は入射光の入射限定機能は顕著となるものの、光ファイ
バへの入射光量が本発明の光学素子を接続しない場合の
５０Ｘ以下となる。ま九ｒ、＞　ｒ２なる関係の素子は
本発明の光学素子の目的とする入射光入射角限定機能発
現し得るものとすることが難しい。

次に本発明の光学素子の長さｌは、光ファイバに要求さ
れる情報伝送能力（以下帯域と称す）により種々変わる
が、光ファイバが要求帯域を満次すため光フアイバ内の
被描を許される光の光ファイバのファイバ軸（１８）と
のなす角度をθとし、このうち最大のものをθ。とじた
場合、光ファイバへ入射する光の入射角度をθ。

以内にする次めには０゜以上の角度をもつ光ができ得る
限り本発明の光学素子側面で反射せしめるようにするこ
とが必要であり、この条件を満たすにはｔ　＝　（ｒ、
　十ｒ２）　／１ａｒｔ　ａ。なる関係を満足するよう
にするのがよい。

本発明の光学素子の円錐台側面にはこの円錐台全構成す
るポリマー（以下芯材と称す）よりわずかに屈折率の低
いポリマー（以下鞘材と称す）１塗布する。鞘材の屈折
１１ｎ２　　は光学素子の長さｌと同様光ファイバに要
求される帯域とｒ１ｅｒ２４で定められる光学素子の形
態によシ次式〔船、（２）にて求められる値とするのが
よい。

ｎ２＝ｌＣ０ｆｉ（＃０＋ｒ　）　　　　　　　（１）
（ｒ　＝　ｔａｉ−’（−！−−ユ〕なる関係を満足す
る値）ｌｙｌｌの値としては式（資）を満尺すものであ
ることが望ましく、これより大きいｎ値の鞘材を用いて
作った光学素子はその入射角限定が要求帯域以上となる
かわり全ファイバ内入射光量が低下する。またこれよシ
小さく　ｎ２　　値の鞘材を用いて作った光学素子はそ
の要求帯域に達しなくなる。

ここで入射角限定とは第５図に示すように開口数の大き
な光フアイバ内には（１５）〜（１７）のようなファイ
バ軸（１８）と入射光とのなす角（以下伝播角と称す）
が異なる多くの種類の光が存在する。ある一定の長さの
光フアイバ中をこれらの光が進むと入射光θの違いによ
り入射から出射までの光路長がまちまちとなる。そこで
この光路長の違いが無視できる角度で最大のものとａｏ
　　とするとこれより大きな伝播角ｌやＣなどを有する
入射光（１７）、（１９）を光ファイバへ入射せしめる
ことは望ましくなくこれより小さな伝播角の入射光（１
７）へ変換るか、もしくは（１９）で示した如く排除す
ることを相称する。

上記や件を満たす本発明の光学素子の製造は友とえば光
フアイバ自身の入射端を切削、研磨し、円錐台側面に式
〔釦で示す関係を満足する屈折率ｎ２ｆ：有する鞘材を
車高後、第１図の入射端を再び研磨し、黒色の光吸収性
ジャケットで側面を覆うのがよいが、素子単体を個別に
製造した後、光ファイバへ接続する方法を用いることに
より接続部での損失もなくかつ製造や各パラメーターの
コントロールが答易な本発明の光学素子ｔｍ造すること
ができるので本発明の光学素子の製法としては最適とい
える。

以下実施例によｐ本発明の詳細な説明する。

（実施例） 第１図に示す如く各パラメーターがｒ、　＝ｘ　Ｏ，４
ｗｘ、　ｒ２＝０−５ｎａ　ｌ＝５．８９　ａｍ　なる
円錐台形状のポリメチルメタクリレート裏の光学素子ｔ
−繊維径１０１１＋のグラスチック光ファイバ（三菱レ
イヨン社、商品名工スカエクストラ）の先端を切削し、
研磨しその側面に屈折＄１．４４８のフッ素化メタクリ
レート系ポリマーを鞘材として塗布后更に黒い光吸収性
ジャケットで円錐台側面および光ファイバを覆うことに
より光学素子と光ファイバとの一体化物とし友。評価は
上記加工を行った光ファイバとその１面をファイバ軸に
垂直に切断後平滑に仕上げた光フアイバ内を伝播する光
の角度分布を測定、比較することで行つ九。角度分布の
測定は第２図に示す測定装置を用いて行った。この装置
はハロゲンランプを内蔵する光源（３）の出力光を積分
球（４）内に導き完全な散乱光とし、積分球内の一部に
光ファイバ（７）をさしこむ。光ファイバは固定具（６
）によシ固定されており、入射光は全長１諷の光ファイ
バの入射端（５）を通過後もう一方の端面（８）より出
射する。ファイバ軸と垂直な平滑面に仕上げられた端面
（８）を固定軸（９）の中心に一致させ固定具（１ｏ）
で固定する。（１１）は回転腕で固定軸（９）中心軸の
まわりを回転し、回転角度を読み取ることができる。−
（１２）は光を検出する光電子増倍管であり、ケース（
１３）の中に取り付けられ、孔（１４）は直径が１．５
Ｍで中心軸から１′２５ｆｌの位置にある。第２図のよ
うな構成の装置により出射光の角度分布は回転腕の回転
角度０と光電子増倍管の電流との関係で測定される。第
３図に本発明の光学素子をファイバの入射端にもたない
ものの第４図に光学素子を有する光ファイバの測定結果
を示し次。最大電流をＺｍａｘｌｘｍａｘが％に減する
角度＠ｔ−２〜、２へとしたときの０ｗ、θ′１はそれ
ぞれ＃Ｗ＝　５０．１°、ｔ’、＝２０．２°であった
。

一定長さＬｍの光７ア゛イバの帯域は芯材の屈折率ｎ。

と上記角度θｗ＊’ｗで次式よシ求めることができる。

Ｘ （式中０：真空中での光速であ、ｐ　３．ＯＸ　１０８
（ｍ　／　ａ　）なる定数を示す） この式よシ第３図と第４図の角度分布をもつ光が伝播し
ている光ファイバの帯域を算出すると、第３図のような
光の角度分布を有する本発明の光学素子を入射端に持危
ない光ファイバではその帯域は２．２８　Ｘ　１０’（
ｂｉｔ　／　ｓ　）、第４図のような光の角度分布を有
する本発明の光学素子を入射端に備え次光ファイバでは
その帯域は５．０５　Ｘ　１０’（ｂｘｔ　／　ａ　）
　テロ　り、その帯域は広いものとなっていた。

（発明の効果） 以上説明し次ように本発明光学素子をプラスチック光フ
ァイバの光の入射端に接続することで光フアイバ内に入
射する光をコントロールし、帯域を広げ高速かつ高精度
の光通信を可能にできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学素子の概略を示す斜視図、第２図
は光ファイバを伝播する光の角度分布を測定する装置の
概略図、第３図は本発明の光学素子を入射端に有しない
光フアイバ中を伝播する光の角度分布を示す図であ夕、
第４図は本発明の光学素子を入射端に有する光フアイバ
中を伝播する光の角度分布を示す図を、第５図は本発明
の光学素子を光ファイバに接続したときの種々の光の伝
播の様子の模式図、第６図（ａ）〜（ａは光ファイバの
光結合装置の従来例である。 １・・・光学素子光入射端 ２・・・光ファイバへの接続端 ３・・・光源 ４・・・積分球 ５．８・・・光フアイバ端面 １２・・・光電子増倍管 １５．１６，１７．１９　　・・・光線１８・・・光７
アイバのファイバ軸 ２１．２４．２５・・・光ファイバ ２０・・・レンズ端部 ２２・・・球レンズ ２３・・・円柱レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光透過性プラスチック重合体からなる円錐台形状
   光学素子であつて素子両端部の断面半径及び素子の長さ
   （ｌ）が次式〔 I 〕、〔II〕で示される関係を満足す
   る大きさからなることを特徴とするプラスチック製光学
   素子 ０．７ｒ＿２＜ｒ＿１＜ｒ＿２〔 I 〕 ｌ＝（ｒ＿１＋ｒ＿２）／ｔａｎθ＿ｃ〔II〕 （式中θ＿ｃはプラスチック光ファイバ内の伝播を許容
   された光のうち光ファイバ軸と光のなす最大角度）
2. （２）光透過性プラスチック重合体からなる円錐台形状
   光学素子であり、両素子端部の断面半径の短径ｒ＿１と
   長径ｒ＿２とが式〔 I 〕なる関係を素子の長さｌが式
   〔II〕なる関係を満足するとともに、該素子の円錐台状
   側面に次式〔III〕で示される関係を満足するポリマー
   層を設け、その上に光吸収性層を設けたことを特徴とす
   るプラスチック製光学素子 ０・７ｒ＿２＜ｒ＿１＜ｒ＿２〔 I 〕 ｌ＝（ｒ＿１＋ｒ＿２）／ｔａｎθ＿ｃ〔II〕 （式θ＿ｃはプラスチック光ファイバ内の伝播をを許容
   された光のうち光ファイバ軸と光のなす最大角度） ｎ＿２＝ｎ＿１ｃｏｓ（θ＿ｃ＋ｒ）±０．００１〔I
   II〕 （式中ｒ＝ｔａｎ＾−＾１（（ｒ＿２−ｒ＿１）／ｌ）
   、ｎ＿１ｎはプラスチック製光学素子の屈折率）