JP2820845B2 - 光結合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いられる光
ファイバとレーザーダイオードなどの光源とを結合する
光結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例を図面を参照して説明する。図３
は従来の光結合装置の構成を示す断面図、図４は従来例
の問題点を説明するための概略構成図である。図３に示
す光結合装置１は、レーザーダイオードから成る光源５
を内蔵した光コネクタ２と、この光コネクタ２に結合さ
れるプラグ３とを有して構成されている。

【０００３】前記光コネクタ２は、フランジが形成され
たほぼ円筒状からなるケース１０と、このケース１０の
図示左端部に固定された前記光源５と、この光源５から
照射されるレーザー光を集光する集光レンズ４とを備え
ている。このケース１０の図示右端部には、光ファイバ
９をその中心部に保持したフェルール８が遊挿される遊
挿孔６が形成されている。またケース１０の図示右端部
には位置決め用の溝１０ａが形成され、外周部には雄ね
じ部１０ｂが形成されている。このケース１０の図示右
端部にプラグ３が螺合される。

【０００４】前記プラグ３は、中心に光ファイバーコー
ド７の一端部が挿入されたほぼ円筒状からなるもので、
この光ファイバーコード７の中心部には、前記集光レン
ズ４で集光されたレーザー光が入射される光ファイバ９
が埋設されている。また前記光ファイバーコード７を保
持しているプラグ本体１１には円筒状の突出部１１ａが
形成され、さらにこのプラグ本体１１の外周に設けられ
た締結部材１２の図示左部内面には雌ねじ１２ａが形成
されている。

【０００５】光コネクタ２とプラグ３とが連結されると
きには、中心に光ファイバ９を保持したフェルール８が
光コネクタ２の遊挿孔６内に挿入され、またプラグ本体
１１の突出部１１ａが光コネクタ２の溝１０ａ内に挿入
され、さらに締結部材１２の雌ねじ１２ａと光コネクタ
２の雄ねじ部１０ｂとが螺着される。そして突出部１１
ａの先端面Ａと溝１０ａの内端面Ｂとがつき合わされる
ことにより、光コネクタ２とプラグ３との軸方向の位置
決めが行われる。

【０００６】図４を参照して上記構成の光結合装置１に
おける光の伝達状態を説明する。光コネクタ２とプラグ
３とが連結された光結合装置１では、光源５から出射さ
れたレーザビームが集光レンズ４により集光されて、レ
ンズ４の焦点に集光された光が、前記ファイバ９の入射
端面９ａ上でファイバ９の中心軸Ｏfに一致するように
入射される。このため、前記ファイバ９の入射端面９ａ
は光源５からの光軸Ｏと直交するように位置し、また光
源５の光軸Ｏとファイバの中心軸Ｏfが一致するように
配置される必要がある。

【０００７】しかし、この構成では、光源５から入射す
るレーザビームＬfの一部が光ファイバ９の端面９ａで
反射され、反射光Ｌｂとして光源５に戻るという現象が
発生する。このように反射光Ｌｂが光源５に戻ると、こ
れが光源５に設けられた光量測定用の光電変換素子（図
示しない）により測定され、発光光量がその分だけ大き
な値となって測定される。この結果光源５の駆動制御に
悪影響を与えることになる。

【０００８】このような問題の対策として、図５に示す
ように入射端面１３ａに反射防止膜を形成した石英板１
３を前記ファイバ９の前面に設けたものが提案されてい
る。これにより、ファイバ端面９ａから光源５に戻る反
射光Ｌｂは防止できるが、石英板１３からの反射光Ｌｂ
1が光源５に戻るという問題を生じる。

【０００９】さらに、この改良案として図６に示すよう
に、前記石英板１３の入射端面１３ａを傾斜面として形
成するものがある。このような改良例によれば、入射端
面１３ａが傾斜して形成されているため、反射光Ｌｂ１
が光源５と異なる方向へ反射することになり、反射光Ｌ
ｂ及びＬｂ１により光源５の駆動制御に悪影響を与える
ことがなくなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図６に示
した改良例では、石英板１３の入射端面１３ａを傾斜し
ている構造であるので、レーザビームを効率良く入射さ
せるためにレーザビームとファイバ９の位相整合させる
必要がある。このため、図６に示すように、光源５の光
軸Ｏをファイバ９の中心軸Ｏfに対して所定の角度だけ
傾斜させるように、光源５及びレンズ４，ファイバ９の
軸をそれぞれずらして配置しなくてはならない。

【００１１】このように、光源５及びレンズ４，ファイ
バ９の軸をそれぞれずらして配置した結果、レンズ４の
収差及び、光源５のレーザビームのけられ現象が発生し
て、レーザビームのファイバ９への入射効率が低下す
る。また、それぞれの軸をずらして配置することにより
結合装置全体の外形寸法が、図示Ｘ１ないしＸ２方向に
大きくなってしまう。

【００１２】そこで本発明は、光源に戻る反射光を防止
することができ、レーザビームのファイバへの入射効率
が低下しない光結合装置の提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光結合装置は、
屈折率がｎ３の光ファイバが当接する位置に設けられた
前記屈折率ｎ３とほぼ等しい屈折率ｎ１の第１の屈折部
材と、この第１の屈折部材の光入射側に設けられた屈折
率ｎ２の第２の屈折部材とを有し、第１の屈折部材と第
２の屈折部材とが光ファイバの軸の直交面に対して傾斜
した接合面にて接合され、第２の屈折部材の光入射面も
光ファイバの軸の直交面に対して傾斜して形成されてお
り、前記光入射面と接合面のそれぞれの傾斜角度は、入
射面に対し光ファイバの軸と平行に入射された光の光軸
が、光ファイバに対しその軸方向と一致して入射するよ
うに設定されていることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】前記手段によれば、光ファイバが当接する相手
側にこの光ファイバの屈折率とほぼ同じ屈折率の第１の
屈折部材が設けられているため、第１の屈折部材と光フ
ァイバとの間では入射光の反射は生じない。またこの第
１の屈折部材に第２の屈折部材が接合され、この接合面
の傾斜角度と第２の屈折部材の光入射面の傾斜角度の設
定により、光ファイバの軸と平行な光軸を有する光が、
第２と第１の屈折部材を透過して光ファイバに入射され
る。第２の屈折部材に入射される光の光軸が、光ファイ
バの軸と平行であるため、光結合装置を小型化できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、本実施例に示す光結合装置は前記図３に示
したものと同様なので、本実施例はその特徴部分である
光コネクタの要部を説明する。図１は本発明の一実施例
に係る光コネクタの要部を示す概略構成説明図、図２は
本発明の一実施例に係る光コネクタの作用説明図であ
る。図１において、２１はファイバ９及びこれを中心に
保持するフェルール８が挿入されるケースである。この
ケース２１は、例えば図３に示すコネクタ２の内部にお
ける遊挿孔６の奥部位置で且つ光源５と集光レンズ４に
対向する位置に固定される。

【００１６】ケース２１の光源側には、凹溝２２が形成
され、この凹溝２２には、屈折率ｎ２の第２の屈折部材
２４が設けられている。この第２の屈折部材２４の光入
射面２４ａは、光ファイバ９の中心軸Ｏｆの垂直面に対
して角度θ２だけ傾斜して形成されている。また凹溝２
２の奥側には屈折率ｎ１の第１の屈折部材２３が設けら
れている。この第１の屈折部材２３と第２の屈折部材２
４とは接合面２３ａにて接合されており、この接合面２
３ａの前記中心軸Ｏｆの垂直面に対する傾斜角度はθ１
である。前記光ファイバ９の入射面は球面状に加工され
ており、このファイバ９はフェルール８と共にコネクタ
２に挿入されたときに、ファイバ９の先端が前記第１の
屈折部材２３に当接する。

【００１７】ここで、光源５から発せられ集光レンズ４
により集光されたレーザビームの光軸Ｏがファイバの中
心軸Ｏｆと平行に入射した場合に、第１と第２の屈折部
材２４，２３を経た後にその光軸が前記中心軸Ｏｆと一
致してファイバ９に入射されるための条件を示す。この
条件が満たされたときファイバ９に対するレーザビーム
の入射結合効率が最も良い状態となる。空気の屈折率を
「１」、前記第２の屈折部材２４の屈折率をｎ２、第１
の屈折部材２３の屈折率をｎ１、前記ファイバ９の屈折
率をｎ３とする。ここで、第１の屈折部材２３の屈折率
ｎ１とファイバの屈折率ｎ３とをほぼ等しくすることに
より、第１の屈折部材２３とファイバ９との接合部にお
いて入射光が反射するのを防止できる。

【００１８】また光源５の光軸Ｏが入射面２４ａから第
２の屈折部材２４内に入る光軸Ｏｉの屈折角をθ３、こ
の光軸Ｏｉが接合面２３ａから第１の屈折部材２３への
入射する入射角をθ４とする。なお（ｎ２＞ｎ１）、
（角度θ１＞角度θ２）とする。まず、光源５からの光
軸Ｏがファイバ９の中心軸Ｏfと平行となりこれが入射
面２３ａに入射すると、その入射角度は、入射面に対す
る垂直線と光軸Ｏとの成す角で表され、これはθ２に等
しくなる。よって、スネルの法則により数１が成立す
る。

【００１９】

【数１】ｓｉｎθ３＝（１／ｎ２）ｓｉｎθ２

【００２０】また、光軸Ｏｉが第１の屈折部材２３に入
射し、これがファイバ９に対し中心軸Ｏｆと一致して入
射するための条件は、接合面２３ａから第１の屈折部材
２３に入射する光軸の屈折角がθ１に等しくなることで
ある。したがって、スネルの法則により数２が成立する
ことが必要である。

【００２１】

【数２】ｓｉｎθ４＝（ｎ１／ｎ２）ｓｉｎθ１

【００２２】このときのθ４とθ１，θ２，θ３との関
係を求めると、光軸Ｏと中心軸Ｏｆとが平行であり、光
軸Ｏｉと光軸Ｏとの角度と、光軸Ｏｉと中心軸Ｏｆとの
角度は錯角の関係にあるから、光軸Ｏｉと中心軸Ｏｆと
の角度は（θ２−θ３）である。よって、θ１と（θ２
−θ３＋θ４）とが対頂角の関係となり、以下の数３が
成立する。

【００２３】

【数３】θ１＝θ２−θ３＋θ４

【００２４】と表され、これを変形してすると、

【００２５】

【数４】θ４＝（θ１−θ２＋θ３）

【００２６】と表わされる。数４を数２に代入すれば、

【００２７】

【数５】 ｓｉｎ（θ１−θ２＋θ３）＝（ｎ１／ｎ２）ｓｉｎθ１

【００２８】となる。この数５の条件を満足すれば、光
源５からのレーザビームの光軸Ｏをファイバ９の中心軸
Ｏｆと平行に出射させて、この光をファイバ９に対し、
中心軸Ｏｆと一致させて入射させることができ、ファイ
バ９への光の整合性が保て、結合効率が最良となる。ま
た光源５からのレーザビームの一部が、第２の屈折部材
２４の入射面２４ａにて反射されても、この反射光が光
源に戻ることはない。

【００２９】また第１の屈折部材２３の屈折率ｎ１がフ
ァイバ９の屈折率ｎ３とほぼ等しいため、第１の屈折部
材２３とファイバ９との接合点での入射光の反射は生じ
ない。よって第１と第２の屈折部材２３と２４を備えた
ケース２１を図３に示すコネクタ２に保持させれば、プ
ラグ３に保持したファイバ９をそのまま装着するだけ
で、前記の屈折関係を保つことができ、常に最良の結合
効率にて光がファイバ９に入射されることになる。さら
に、光源５からの光軸Ｏはファイバ９の中心軸Ｏｆと平
行になるため、図６に示したように入射光を中心軸Ｏｆ
に対して傾斜させる必要がなくなり、コネクタ２の構造
を小型にできる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、光源を有
するコネクタにファイバを接合する光結合装置におい
て、結合されるファイバに光源からの光を最良の結合効
率にて入射させることができ、また実施例に示すように
光源から発せられる光の光軸をファイバの中心軸と平行
に配置することができ、小型の光学装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光コネクタの要部を示
す概略構成説明図である。

【図２】本発明の一実施例に係る光コネクタの光入射作
用の説明図である。

【図３】従来の光結合装置の構成を示す断面図である。

【図４】従来例の問題点を説明するための概略構成図で
ある。

【図５】従来の改良例を示す概略構成図である。

【図６】従来の改良例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

８ フェルール ９ ファイバ ２１ ケース ２２ 凹溝 ２３ 第１の屈折部材 ２３ａ 接合面 ２４ 第２の屈折部材 ２４ａ 入射面 ｎ１ 第１の屈折部材の屈折率 ｎ２ 第２の屈折部材の屈折率 Ｏ 光軸 Ｏf ファイバの中心軸

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率がｎ３の光ファイバが当接する位
   置に設けられた前記屈折率ｎ３とほぼ等しい屈折率ｎ１
   の第１の屈折部材と、この第１の屈折部材の光入射側に
   設けられた屈折率ｎ２の第２の屈折部材とを有し、第１
   の屈折部材と第２の屈折部材とが光ファイバの軸の直交
   面に対して傾斜した接合面にて接合され、第２の屈折部
   材の光入射面も光ファイバの軸の直交面に対して傾斜し
   て形成されており、前記光入射面と接合面のそれぞれの
   傾斜角度は、入射面に対し光ファイバの軸と平行に入射
   された光の光軸が、光ファイバに対しその軸方向と一致
   して入射するように設定されていることを特徴とする光
   結合装置。