WO2020246242A1 - 光学素子及び光伝送システム - Google Patents

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勝健 角田
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京セラ株式会社
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    • G02B6/2848—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 having refractive means, e.g. imaging elements between light guides as splitting, branching and/or combining devices, e.g. lenses, holograms

Definitions

  • the present disclosure relates to optical elements and optical transmission systems.
  • Patent Document 1 discloses an optical combined demultiplexing component that demultiplexes light of a plurality of wavelengths transmitted via an optical fiber.
  • an optical filter transmits light of the first wavelength and the second wavelength in the middle of the optical path, reflects light of the third wavelength, and transmits light of a plurality of wavelengths to a plurality of cores. Send to.
  • the optical element of the present disclosure is an optical element arranged so as to face one end of an optical fiber having a core, a first clad located around the core, and a second clad located around the first clad.
  • the first condensing lens arranged at the position corresponding to the core and It includes a plurality of second condenser lenses arranged around the first condenser lens and at positions corresponding to the first cladding.
  • the optical transmission system of the present disclosure includes an optical fiber including a core, a first clad located around the core, and a second clad located around the first clad, and signal light is transmitted through the optical fiber. It is an optical transmission system that transmits light and feed light. The optical element facing the output end of the optical fiber is provided.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the optical fiber power supply system of embodiment. It is a front view which shows the optical element of FIG. It is a figure which shows the optical element of FIG. 1 and its periphery. It is a figure which shows the modification of the optical element.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical fiber power supply system according to an embodiment.
  • the optical fiber power supply (PoF: Power over Fiber) system 1 of the present embodiment is an optical transmission system that performs power supply and optical communication via the optical fiber 250.
  • the optical fiber power supply system 1 includes a first data communication device 100 including a power supply device (PSE: PowerSourcing Equipment) 110, an optical fiber cable 200, and a second data communication device 300 including a power receiving device (PD: Powered Device) 310.
  • the optical fiber feeding system 1 includes an optical element 360.
  • the optical element 360 may be included in the second data communication device 300.
  • the power feeding device 110 includes a power feeding semiconductor laser 111.
  • the first data communication device 100 includes a power supply device 110, a transmission unit 120 that performs data communication, and a reception unit 130.
  • the first data communication device 100 corresponds to a data terminal device (DTE: Data Terminal Equipment), a repeater (Repeater), and the like.
  • the transmitter 120 includes a signal semiconductor laser 121 and a modulator 122.
  • the receiving unit 130 includes a signal photodiode 131.
  • the optical fiber cable 200 includes an optical fiber 250.
  • the optical fiber 250 is arranged around the core 210 forming the signal light transmission path, the clad 220 (corresponding to the first clad) 220 arranged around the core 210 and forming the feeding light transmission path, and the clad 220. It has an outer clad 225 (corresponding to the second clad).
  • the power receiving device 310 includes a photoelectric conversion element 311.
  • the second data communication device 300 includes a power receiving device 310, a transmitting unit 320, a receiving unit 330, and a data processing unit 340.
  • the second data communication device 300 corresponds to a power end station (Power End Station) or the like.
  • the transmitter 320 includes a signal semiconductor laser 321 and a modulator 322.
  • the receiving unit 330 includes a signal photodiode 331.
  • the data processing unit 340 is a unit that processes a received signal.
  • the second data communication device 300 is a node in the communication network. Alternatively, the second data communication device 300 may be a node that communicates with another node.
  • the first data communication device 100 is connected to a power source, and a power feeding semiconductor laser 111, a signal semiconductor laser 121, a modulator 122, a signal photodiode 131, and the like are electrically driven.
  • the first data communication device 100 is a node in the communication network.
  • the first data communication device 100 may be a node that communicates with another node.
  • the power feeding semiconductor laser 111 oscillates with the electric power from the above power source and outputs the power feeding light 112.
  • the photoelectric conversion element 311 converts the power feeding light 112 transmitted through the optical fiber cable 200 into electric power.
  • the electric power converted by the photoelectric conversion element 311 is the driving power of the transmitting unit 320, the receiving unit 330, and the data processing unit 340, and other driving power required in the second data communication device 300.
  • the second data communication device 300 may be capable of outputting the electric power converted by the photoelectric conversion element 311 for an external device.
  • the semiconductor material constituting the semiconductor region that exerts the light-electric conversion effect of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311 is a semiconductor having a short wavelength laser wavelength of 500 nm or less. Since a semiconductor having a short wavelength laser wavelength has a large band gap and high photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion efficiency on the power generation side and the power receiving side of optical power supply is improved, and the optical power supply efficiency is improved.
  • a semiconductor material of a laser medium having a laser wavelength (fundamental wave) of 200 to 500 nm such as diamond, gallium oxide, aluminum nitride, and GaN may be used.
  • a semiconductor having a band gap of 2.4 eV or more is applied.
  • a semiconductor material of a laser medium having a bandgap of 2.4 to 6.2 eV, such as diamond, gallium oxide, aluminum nitride, and GaN may be used.
  • a semiconductor material of a laser medium having a laser wavelength (primary wave) larger than 500 nm may be used.
  • a semiconductor material of a laser medium having a laser wavelength (fundamental wave) smaller than 200 nm may be used.
  • These semiconductor materials may be applied to either one of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311.
  • the photoelectric conversion efficiency on the power feeding side or the power receiving side is improved, and the optical power feeding efficiency is improved.
  • the modulator 122 of the transmission unit 120 modulates the laser light 123 from the signal semiconductor laser 121 based on the transmission data 124 and outputs it as the signal light 125.
  • the signal photodiode 331 of the receiving unit 330 demodulates the signal light 125 transmitted through the optical fiber cable 200 into an electric signal and outputs it to the data processing unit 340.
  • the data processing unit 340 transmits the data by the electric signal to the node, while receiving the data from the node and outputting the data as the transmission data 324 to the modulator 322.
  • the modulator 322 of the transmission unit 320 modulates the laser light 323 from the signal semiconductor laser 321 based on the transmission data 324 and outputs it as the signal light 325.
  • the signal photodiode 131 of the receiving unit 130 demodulates the signal light 325 transmitted through the optical fiber cable 200 into an electric signal and outputs it.
  • the data by the electric signal is transmitted to the node, while the data from the node is referred to as transmission data 124.
  • the feed light 112 and the signal light 125 from the first data communication device 100 are input to one end 201 of the optical fiber cable 200, the feed light 112 propagates through the clad 220, the signal light 125 propagates through the core 210, and the other end. It is output from 202 to the second data communication device 300.
  • the signal light 325 from the second data communication device 300 is input to the other end 202 of the optical fiber cable 200, propagates through the core 210, and is output from one end 201 to the first data communication device 100.
  • FIG. 2 is a front view showing the optical element of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the optical element of FIG. 1 and its periphery.
  • the optical element 360 faces the output end face of the optical fiber 250 and is divided into a signal light 125 and a feeding light 112 output from the optical fiber 250.
  • the optical element 360 includes a lens assembly 365 including a flat plate-shaped substrate 361 that transmits light, a first condensing lens 362, and a plurality of second condensing lenses 363.
  • Each of the first condensing lens 362 and the plurality of second condensing lenses 363 is a plano-convex lens having a convex surface on one side, and the flat side may be bonded to the substrate 361.
  • the diameter L2 of the second condenser lens 363 is smaller than the diameter L1 of the first condenser lens 362.
  • the plurality of second condenser lenses 363 may have the same diameter L2 as each other, or some may have different diameters.
  • the first condenser lens 362 is arranged at a position corresponding to the core 210 of the optical fiber 250.
  • the plurality of second condenser lenses 363 are arranged at positions corresponding to the clad 220.
  • the position corresponding to the core 210 corresponds to the position where the laser light output from the core 210 propagates.
  • the position corresponding to the clad 220 corresponds to the position where the laser light output from the clad 220 propagates.
  • the plurality of second condenser lenses 363 are densely arranged.
  • the plurality of second condenser lenses 363 are arranged in a honeycomb arrangement.
  • Each of the plurality of second condensing lenses 363 may be circular when viewed from the direction of the lens axis of the first condensing lens 362.
  • the honeycomb array of circles means an array in which the circle is each inscribed circle of the plurality of regular hexagons when a plurality of regular hexagons are virtualized.
  • the signal photodiode 331 is arranged in the axial direction of the first condensing lens 362 at a position where the first condensing lens 362 collects the signal light 125.
  • the photoelectric conversion element 311 of the power receiving device 310 is arranged at a position where a plurality of second condensing lenses 363 condense the feeding light 112.
  • the photoelectric conversion element 311 may be divided into a plurality of parts and may be dispersedly arranged around the signal photodiode 331.
  • the direction of the lens axis of each of the plurality of second condensing lenses 363 is arranged in the circumferential direction and the radial direction of each of the second condensing lenses 363 so as to collect the feeding light 112 on the plurality of photoelectric conversion elements 311 dispersedly arranged. It may be in different directions depending on the situation.
  • a configuration may be adopted in which the signal light 125 divided by the optical element 360 is guided to the signal photodiode 331 via a second optical fiber different from the optical fiber 250.
  • the input surface of the second optical fiber may be arranged at the position of the signal photodiode 331 in FIG.
  • a configuration may be adopted in which the feeding light 112 separated by the optical element 360 is guided to the photoelectric conversion element 311 via a third optical fiber different from the optical fiber 250.
  • the input surface of the third optical fiber may be arranged at the position of the photoelectric conversion element 311 in FIG.
  • the first condensing lens 362 and the plurality of second condensing lenses 363 can be formed by using, for example, nanoimprint technology.
  • the nanoimprint technology is a technology for transferring a target shape by pressing a mold formed by reversing the unevenness of the target shape against a resin which is a material to be molded.
  • the first condensing lens 362 of the optical element 360 and the plurality of second condensing lenses 363 may be formed by using various techniques such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) processing technology or mold molding. Good.
  • the feed light 112 and the signal light 125 input from the first data communication device 100 have different wavelengths from each other and propagate through the core 210 and the clad 220 of the optical fiber 250, respectively.
  • the signal light 125 output from the core 210 of the optical fiber 250 passes through the first focusing lens 362 of the optical element 360 and is focused on the signal photodiode 331.
  • Most of the feed light 112 output from the clad 220 passes through any of the plurality of second condenser lenses 363 and is condensed by the photoelectric conversion element 311. A part of the feeding light 112 passing through the gaps of the plurality of second condenser lenses 363 is not input to the photoelectric conversion element 311.
  • the ratio of the area of the gap between the plurality of second condenser lenses 363 to the area of the end face of the clad 220 is small. Therefore, the proportion of the feed light 112 output from the clad 220 that deviates from the photoelectric conversion element 311 is small, and highly efficient optical transmission and highly efficient photoelectric conversion are realized.
  • the signal light 325 output from the second data communication device 300 passes through the first condenser lens 362 and is sent to the core 210 of the optical fiber 250.
  • the first condensing lens 362 arranged at a position corresponding to the core 210 and a plurality of second condensing lenses arranged at a position corresponding to the clad 220. It has a lens 363 and. Therefore, the first condensing lens 362 and the second condensing lens 363 can separate the feeding light 112 and the signal light 125 with a small loss.
  • the diameter of the second condenser lens 363 is smaller than the diameter of the first condenser lens 362. Therefore, the second condenser lens 363 can be arranged densely, and the loss of the feeding light 112 can be further reduced.
  • the optical element 360 of the present embodiment since the plurality of second condenser lenses 363 are densely arranged by, for example, a honeycomb arrangement, the loss of the feeding light 112 is further reduced.
  • the lens assembly 365 having the substrate 361, the first condensing lens 362 coupled to the substrate 361, and the plurality of second condensing lenses 363 is provided. Therefore, the ease of handling of the optical element 360 is improved.
  • the optical element 360 capable of obtaining the above-mentioned effects is opposed to the output end face of the optical fiber 250, highly efficient transmission of the signal light 125 and the feeding light 112 can be realized. ..
  • FIG. 4 is a diagram showing a modified example of the optical element.
  • the optical element 360 may include a lens assembly 365 and an optical fiber side optical element 367 arranged closer to the optical fiber 250 of the lens assembly 365.
  • the optical fiber side optical element 367 has the functions of a refractive index adjusting unit, an antireflection unit, or both. Even if the function as the refractive index adjusting unit is realized by, for example, a biconvex lens, a plano-convex lens, a fullnel lens, an aspherical lens, a flat lens, etc. that adjust the spread angle of the laser beam output from the output end face of the optical fiber 250 Good.
  • the function as an antireflection part may be realized by an antireflection coating.
  • the function as the antireflection unit may be realized by forming an inclination in the same direction between the input end face of the optical fiber side optical element 367 and the output end face of the optical fiber 250.
  • FIG. 4 shows an example in which the optical fiber side optical element 367 and the lens assembly 365 are configured separately, the optical fiber side optical element 367 and the lens assembly 365 may be integrated.
  • the signal light 125 and the feeding light 112 are transmitted by the function as the refractive index adjusting unit, the function as the antireflection unit, or both of the optical fiber side optical element 367.
  • the efficiency can be further improved.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the first condensing lens and the second condensing lens are plano-convex lenses
  • these are various lenses such as a biconvex lens and a meniscus lens that can obtain a condensing action.
  • You may.
  • the plurality of second condenser lenses are not limited to a circular shape when viewed from the lens axial direction, and may have other shapes such as a hexagonal shape.
  • first condensing lens and the plurality of second condensing lenses are bonded to the flat substrate, but for example, each of the first condensing lens and the plurality of second condensing lenses.
  • Various support structures may be applied, such as structures in which the edges are glued together to support and fix each other.
  • the details shown in the embodiment can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
  • the present invention can be used for optical elements and optical transmission systems.
  • Optical fiber power supply system (optical transmission system) 100 First data communication device 110 Power supply device 111 Power supply semiconductor laser 112 Power supply light 120 Transmitter 125 Signal light 130 Receiver 200 Optical fiber cable 210 Core 220 clad (first clad) 225 outer clad (second clad) 250 Optical fiber 300 Second data communication device 310 Power receiving device 311 Photoelectric conversion element 320 Transmitter 325 Signal light 330 Receiver 331 Signal photodiode 360 Optical element 361 Base 362 First condensing lens 363 Second condensing lens 365 Lens assembly Body 367 Optical fiber side optical element (refractive index adjustment part, antireflection part)

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Abstract

高効率な光伝送が可能な光学素子及び光給電システムを提供する。コアと、コアの周囲に位置する第１クラッドと、第１クラッドの周囲に位置する第２クラッドとを有する光ファイバーの一端に対向して配置される光学素子である。そして、コアに対応する位置に配置された第１集光レンズと、第１集光レンズの周囲でかつ第１クラッドに対応する位置に配置された複数の第２集光レンズとを備える。光給電システムは、光ファイバー２５０の出力端に対向する光学素子を備える。

Description

光学素子及び光伝送システム
　本開示は、光学素子及び光伝送システムに関する。
　特許文献１には、光ファイバーを介して伝送される複数の波長の光を分波する光合分波部品が開示されている。特許文献１の光合分波部品においては、光路の途中で光学フィルタが第１波長と第２波長の光を透過し、第３波長の光を反射して、複数の波長の光を複数のコアへ送る。
特開２０１３－２２５０１０号公報
　光ファイバーを介して光を伝送する場合、光を効率的に伝送できることが望ましい。
　本開示の光学素子は、コアと、前記コアの周囲に位置する第１クラッドと、前記第１クラッドの周囲に位置する第２クラッドとを有する光ファイバーの一端に対向して配置される光学素子であって、
　前記コアに対応する位置に配置された第１集光レンズと、
　前記第１集光レンズの周囲でかつ前記第１クラッドに対応する位置に配置された複数の第２集光レンズと、を備える。
　本開示の光伝送システムは、コアと、前記コアの周囲に位置する第１クラッドと、前記第１クラッドの周囲に位置する第２クラッドとを含む光ファイバーを備え、前記光ファイバーを介して、信号光と給電光とを伝送する光伝送システムであって、
　前記光ファイバーの出力端に対向する上記の光学素子を備える。
実施形態の光ファイバー給電システムを示す構成図である。 図１の光学素子を示す正面図である。 図１の光学素子及びその周辺を示す図である。 光学素子の変形例を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態の光ファイバー給電システムを示す構成図である。
　図１に示すように本実施形態の光ファイバー給電（PoF: Power over Fiber）システム１は、光ファイバー２５０を介した給電と光通信とを行う光伝送システムである。光ファイバー給電システム１は、給電装置（PSE: Power Sourcing Equipment）１１０を含む第１のデータ通信装置１００と、光ファイバーケーブル２００と、受電装置（PD: Powered Device）３１０を含む第２のデータ通信装置３００とを備える。さらに、光ファイバー給電システム１は、光学素子３６０を備える。光学素子３６０は、第２のデータ通信装置３００に含まれてもよい。
　給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１を含む。第１のデータ通信装置１００は、給電装置１１０のほか、データ通信を行う発信部１２０と、受信部１３０とを含む。第１のデータ通信装置１００は、データ端末装置（DTE: Data Terminal Equipment）、中継器（Repeater）等に相当する。発信部１２０は、信号用半導体レーザー１２１と、モジュレーター１２２とを含む。受信部１３０は、信号用フォトダイオード１３１を含む。
　光ファイバーケーブル２００は、光ファイバー２５０を含む。光ファイバー２５０は、信号光の伝送路を形成するコア２１０と、コア２１０の周囲に配置され、給電光の伝送路を形成するクラッド（第１クラッドに相当）２２０と、クラッド２２０の周囲に配置される外クラッド２２５（第２クラッドに相当）とを有する。
　受電装置３１０は、光電変換素子３１１を含む。第２のデータ通信装置３００は、受電装置３１０のほか、発信部３２０と、受信部３３０と、データ処理ユニット３４０とを含む。第２のデータ通信装置３００は、パワーエンドステーション（Power End Station）等に相当する。発信部３２０は、信号用半導体レーザー３２１と、モジュレーター３２２とを含む。受信部３３０は、信号用フォトダイオード３３１を含む。データ処理ユニット３４０は、受信した信号を処理するユニットである。また、第２のデータ通信装置３００は、通信ネットワークにおけるノードである。または、第２のデータ通信装置３００は、他のノードと通信するノードでもよい。
　第１のデータ通信装置１００は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１、信号用半導体レーザー１２１、モジュレーター１２２、信号用フォトダイオード１３１等が電気駆動される。また、第１のデータ通信装置１００は、通信ネットワークにおけるノードである。または、第１のデータ通信装置１００は、他のノードと通信するノードでもよい。
　給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
　光電変換素子３１１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた給電光１１２を電力に変換する。光電変換素子３１１により変換された電力は、発信部３２０、受信部３３０及びデータ処理ユニット３４０の駆動電力、その他の第２のデータ通信装置３００内で必要となる駆動電力とされる。さらに、第２のデータ通信装置３００は、光電変換素子３１１により変換された電力を外部機器用に出力可能とされていてもよい。
　給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１の光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体とされる。短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
　そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、レーザー波長（基本波）が２００～５００ｎｍのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、同半導体材料として、２．４ｅＶ以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、バンドギャップ２．４～６．２ｅＶのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
　なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長（基本波）が５００ｎｍより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長（基本波）が２００ｎｍより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
　これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１のいずれか一方に適用してもよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
　発信部１２０のモジュレーター１２２は、信号用半導体レーザー１２１からのレーザー光１２３を送信データ１２４に基づき変調して信号光１２５として出力する。
　受信部３３０の信号用フォトダイオード３３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光１２５を電気信号に復調し、データ処理ユニット３４０に出力する。データ処理ユニット３４０は、当該電気信号によるデータをノードに送信し、その一方で当該ノードからデータを受信し、送信データ３２４としてモジュレーター３２２に出力する。
　発信部３２０のモジュレーター３２２は、信号用半導体レーザー３２１からのレーザー光３２３を送信データ３２４に基づき変調して信号光３２５として出力する。
　受信部１３０の信号用フォトダイオード１３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光３２５を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信され、その一方で当該ノードからデータが送信データ１２４とされる。
　第１のデータ通信装置１００からの給電光１１２及び信号光１２５が、光ファイバーケーブル２００の一端２０１に入力され、給電光１１２はクラッド２２０を伝搬し、信号光１２５はコア２１０を伝搬し、他端２０２から第２のデータ通信装置３００に出力される。
　第２のデータ通信装置３００からの信号光３２５が、光ファイバーケーブル２００の他端２０２に入力され、コア２１０を伝搬し、一端２０１から第１のデータ通信装置１００に出力される。
　＜光学素子＞
　図２は、図１の光学素子を示す正面図である。図３は、図１の光学素子及びその周辺を示す図である。光学素子３６０は、光ファイバー２５０の出力端面に対向し、光ファイバー２５０から出力される信号光１２５と給電光１１２とに分ける。光学素子３６０は、光を透過する平板状の基体３６１と、第１集光レンズ３６２と、複数の第２集光レンズ３６３とを含んだレンズ集合体３６５を備える。
　第１集光レンズ３６２及び複数の第２集光レンズ３６３の各々は、片方に凸面を有する平凸レンズであり、平らな方が基体３６１に結合されていてもよい。第２集光レンズ３６３の径Ｌ２は、第１集光レンズ３６２の径Ｌ１よりも小さい。複数の第２集光レンズ３６３は、互いに同一の径Ｌ２を有してもよいし、幾つかが異なる径を有してもよい。
　第１集光レンズ３６２は、光ファイバー２５０のコア２１０に対応する位置に配置される。複数の第２集光レンズ３６３は、クラッド２２０に対応する位置に配置される。コア２１０に対応する位置とは、コア２１０から出力されたレーザー光が伝搬する位置に相当する。クラッド２２０に対応する位置とは、クラッド２２０から出力されたレーザー光が伝搬する位置に相当する。
　複数の第２集光レンズ３６３は、密に並んでいる。例えば、複数の第２集光レンズ３６３はハニカム配列されている。複数の第２集光レンズ３６３の各々は、第１集光レンズ３６２のレンズ軸の方向から見て円形であってもよい。円のハニカム配列とは、複数の正六角形を仮想した場合に、円が複数の正六角形の各内接円となる配列を意味する。このような配置により、第１集光レンズ３６２を中心とする径方向及び周方向に複数の第２集光レンズ３６３が密に並んだ構成が実現される。
　図３に示すように、信号用フォトダイオード３３１は、第１集光レンズ３６２の軸方向で、第１集光レンズ３６２が信号光１２５を集光する位置に配置される。受電装置３１０の光電変換素子３１１は、複数の第２集光レンズ３６３が給電光１１２を集光する位置に配置される。光電変換素子３１１は、複数に分割され、信号用フォトダイオード３３１の周囲に分散配置されてもよい。複数の第２集光レンズ３６３それぞれのレンズ軸の方向は、分散配置された複数の光電変換素子３１１に給電光１１２を集めるよう、各第２集光レンズ３６３の周方向及び径方向の配置に応じて異なる方向であってもよい。
　なお、光学素子３６０が分けた信号光１２５を、光ファイバー２５０とは異なる第２の光ファイバーを介して信号用フォトダイオード３３１まで導く構成が採用されてもよい。この場合、図３の信号用フォトダイオード３３１の位置に第２の光ファイバーの入力面が配置されてもよい。同様に、光学素子３６０が分けた給電光１１２を、光ファイバー２５０とは異なる第３の光ファイバーを介して光電変換素子３１１まで導く構成が採用されてもよい。この場合、図３の光電変換素子３１１の位置に第３の光ファイバーの入力面が配置されてもよい。
　第１集光レンズ３６２及び複数の第２集光レンズ３６３は、例えばナノインプリント技術を用いて形成することができる。ナノインプリント技術とは、対象形状が凹凸反転して形成されたモールドを、被成形材料である樹脂に押し付け、対象形状を転写する技術である。光学素子３６０の第１集光レンズ３６２及び複数の第２集光レンズ３６３は、その他、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）加工技術、あるいは、金型成形など、様々な技術を用いて形成してもよい。
　＜光学素子の作用＞
　第１のデータ通信装置１００から入力された給電光１１２及び信号光１２５は、互いの波長が異なり、それぞれ光ファイバー２５０のコア２１０とクラッド２２０とを伝搬する。他端２０２において、光ファイバー２５０のコア２１０から出力された信号光１２５は、光学素子３６０の第１集光レンズ３６２を通過し、信号用フォトダイオード３３１に集光される。クラッド２２０から出力された給電光１１２は、多くが複数の第２集光レンズ３６３のいずれかを通過し、光電変換素子３１１に集光される。複数の第２集光レンズ３６３の隙間を通過する給電光１１２の一部は、光電変換素子３１１に入力しない。しかし、クラッド２２０の端面の面積に対して複数の第２集光レンズ３６３の隙間の面積の割合は少ない。したがって、クラッド２２０から出力された給電光１１２のうち、光電変換素子３１１から外れる割合は少なく、高効率な光伝送及び高効率な光電変換が実現される。
　第２のデータ通信装置３００から出力される信号光３２５は、第１集光レンズ３６２を通過して光ファイバー２５０のコア２１０へ送られる。
　以上のように、本実施形態の光学素子３６０によれば、コア２１０に対応する位置に配置された第１集光レンズ３６２と、クラッド２２０に対応する位置に配置された複数の第２集光レンズ３６３とを有する。したがって、第１集光レンズ３６２と第２集光レンズ３６３とにより、少ない損失で給電光１１２と信号光１２５とを分けることができる。
　さらに、本実施形態の光学素子３６０によれば、第２集光レンズ３６３の径が第１集光レンズ３６２の径よりも小さい。しだかって、第２集光レンズ３６３を密に配置することができ、給電光１１２の損失をより低減できる。
　さらに、本実施形態の光学素子３６０によれば、複数の第２集光レンズ３６３が例えばハニカム配列等により密に配置されているので、給電光１１２の損失がより低減される。
　さらに、本実施形態の光学素子３６０によれば、基体３６１と、基体３６１に結合された第１集光レンズ３６２及び複数の第２集光レンズ３６３とを有するレンズ集合体３６５を備える。したがって、光学素子３６０の取扱い容易性が向上する。
　本実施形態の光ファイバー給電システム１によれば、上述の作用効果が得られる光学素子３６０が光ファイバー２５０の出力端面に対向しているので、信号光１２５及び給電光１１２の高効率な伝送を実現できる。
　（変形例）
　図４は、光学素子の変形例を示す図である。光学素子３６０は、レンズ集合体３６５と、レンズ集合体３６５の光ファイバー２５０に近い方に配置される光ファイバー側光学素子３６７とを備えていてもよい。
　光ファイバー側光学素子３６７は、屈折率調整部、反射防止部又はこれら両方の機能を備える。屈折率調整部としての機能は、例えば、光ファイバー２５０の出力端面から出力されるレーザー光の広がり角を調整する両凸レンズ、平凸レンズ、フルネルレンズ、非球面レンズ、平面レンズなどにより実現されてもよい。反射防止部としての機能は、反射防止のコーティングにより実現されてもよい。あるいは、反射防止部としての機能は、光ファイバー側光学素子３６７の入力端面と光ファイバー２５０の出力端面とに同一方向の傾斜が形成されることで実現されてもよい。
　なお、図４では、光ファイバー側光学素子３６７とレンズ集合体３６５とを別構成とした例を示したが、光ファイバー側光学素子３６７とレンズ集合体３６５とは一体化されてもよい。
　以上のように、変形例の光学素子３６０によれば、光ファイバー側光学素子３６７の屈折率調整部としての機能、反射防止部としての機能、又はこれら両方により、信号光１２５及び給電光１１２の伝送効率をより向上できる。
　以上、実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態では、第１集光レンズと第２集光レンズとを平凸レンズとした例を示したが、これらは両凸レンズ、メニスカスレンズなど、集光作用が得られる種々のレンズであってもよい。複数の第２集光レンズは、レンズ軸方向から見て円形に限られず、例えば六角形状など、その他の形状であってもよい。また、上記実施形態では、第１集光レンズ及び複数の第２集光レンズが平板状の基体と結合した例を示したが、例えば第１集光レンズ及び複数の第２集光レンズの各縁部が接着されて互いに支持及び固定される構造など、様々な支持構造が適用されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　本発明は、光学素子及び光伝送システムに利用できる。
１　光ファイバー給電システム（光伝送システム）
１００　第１のデータ通信装置
１１０　給電装置
１１１　給電用半導体レーザー
１１２　給電光
１２０　発信部
１２５　信号光
１３０　受信部
２００　光ファイバーケーブル
２１０　コア
２２０　クラッド（第１クラッド）
２２５　外クラッド（第２クラッド）
２５０　光ファイバー
３００　第２のデータ通信装置
３１０　受電装置
３１１　光電変換素子
３２０　発信部
３２５　信号光
３３０　受信部
３３１　信号用フォトダイオード
３６０　光学素子
３６１　基体
３６２　第１集光レンズ
３６３　第２集光レンズ
３６５　レンズ集合体
３６７　光ファイバー側光学素子（屈折率調整部、反射防止部）

Claims (6)

  1. 　コアと、前記コアの周囲に位置する第１クラッドと、前記第１クラッドの周囲に位置する第２クラッドとを有する光ファイバーの一端に対向して配置される光学素子であって、
    　前記コアに対応する位置に配置される第１集光レンズと、
    　前記第１集光レンズの周囲でかつ前記第１クラッドに対応する位置に配置される複数の第２集光レンズと、
    　を備える光学素子。
  2. 　前記複数の第２集光レンズの各々は、前記第１集光レンズの径よりも小さい径を有する、
    　請求項１記載の光学素子。
  3. 　前記複数の第２集光レンズが密に並んでいる、
    　請求項１又は請求項２に記載の光学素子。
  4. 　光を透過する平板状の基体を備え、
    　前記第１集光レンズと前記複数の第２集光レンズは、片方に凸面を有する平凸レンズであり、
    　前記第１集光レンズと前記複数の第２集光レンズとが前記基体に結合されている、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
  5. 　前記第１集光レンズ及び前記複数の第２集光レンズを含むレンズ集合体の前記光ファイバーに近い方に配置される屈折率調整部、反射防止部、又はこれら両方を、更に備える、
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。
  6. 　コアと、前記コアの周囲に位置する第１クラッドと、前記第１クラッドの周囲に位置する第２クラッドとを含む光ファイバーを備え、前記光ファイバーを介して、信号光と給電光とを伝送する光伝送システムであって、
    　前記光ファイバーの出力端に対向する請求項１から請求項５のいずれか一項の光学素子を備える光伝送システム。
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