JP3112198B2 - 分布屈折率棒状レンズ及び光受信機 - Google Patents
分布屈折率棒状レンズ及び光受信機Info
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- JP3112198B2 JP3112198B2 JP04059773A JP5977392A JP3112198B2 JP 3112198 B2 JP3112198 B2 JP 3112198B2 JP 04059773 A JP04059773 A JP 04059773A JP 5977392 A JP5977392 A JP 5977392A JP 3112198 B2 JP3112198 B2 JP 3112198B2
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- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
- G02B6/4207—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
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- G02B6/24—Coupling light guides
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- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
- G02B6/327—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends with angled interfaces to reduce reflections
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/36—Mechanical coupling means
- G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
- G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
- G02B6/381—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres
- G02B6/3818—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres of a low-reflection-loss type
- G02B6/3822—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres of a low-reflection-loss type with beveled fibre ends
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は検査及び計測機器に関
し、特に光信号を受信し、受信した光信号を光検出のた
めに光電変換器へと伝送する方法と装置に関する。特に
本発明は光ファイバ・ケーブルなどの光発射体と光検出
器との間の光学回路に接続され、光ファイバを介して受
光される光線を光検出器に有効に結合するようにする分
布屈折率(GRIN)棒状レンズに関するものである。
し、特に光信号を受信し、受信した光信号を光検出のた
めに光電変換器へと伝送する方法と装置に関する。特に
本発明は光ファイバ・ケーブルなどの光発射体と光検出
器との間の光学回路に接続され、光ファイバを介して受
光される光線を光検出器に有効に結合するようにする分
布屈折率(GRIN)棒状レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】光学反射減衰量(ORL)は、 ORL=10*log(Pi/Pr)(dB) 方程式(1) により算定され、ここにPiは入射光パワーであり、P
rは反射光パワーである。光受信機では種々の理由から
ORLが高いことが望ましい。
rは反射光パワーである。光受信機では種々の理由から
ORLが高いことが望ましい。
【0003】例えば光源として使用される分布帰還レー
ザのような能動光学素子の摂動を避けるために、光受信
機のORLが高いことが望ましい。Agrawal、
G.PとDutta、N.K共著の「Long Wav
elength Semiconductor Las
er」(Van Nostrand Reinhol
d、NewYork刊、1986年)やTkach、
R.WとChraplyvy、A.R共著の」Line
width broadining and mode
splitting due to Weak fee
dback in single frequency
1.5μm lasers (ElectLett.
21号、1081−1083ページ、1985年刊)参
照のこと。更に変調帯域幅を測定する光波部品測定シス
テムで光受信機が使用される場合、測定の不整合による
不確実さを軽減するためにORLが高いことが望まし
い。
ザのような能動光学素子の摂動を避けるために、光受信
機のORLが高いことが望ましい。Agrawal、
G.PとDutta、N.K共著の「Long Wav
elength Semiconductor Las
er」(Van Nostrand Reinhol
d、NewYork刊、1986年)やTkach、
R.WとChraplyvy、A.R共著の」Line
width broadining and mode
splitting due to Weak fee
dback in single frequency
1.5μm lasers (ElectLett.
21号、1081−1083ページ、1985年刊)参
照のこと。更に変調帯域幅を測定する光波部品測定シス
テムで光受信機が使用される場合、測定の不整合による
不確実さを軽減するためにORLが高いことが望まし
い。
【0004】公知の光受信機の一つは単一モード光ファ
イバと、GRIN棒状レンズと、光回路内に接続された
光検出器とから成っている。GRIN棒状レンズは例え
ば、光検出器に対する写像位置が1:1又は拡大され
た、ピッチが0.2ないし0.3のGRIN棒状レンズ
であることができる。この公知の光受信機では、光線は
光ファィバの端面、GRIN棒状レンズの両面及び光検
出機の面で反射することがある。高いORLを達成する
ため、これらの面からの反射を最小限にするか、光ファ
ィバを通る戻り経路から逸らせなければならない。光フ
ァィバの端面からの鏡面反射は通常光線の戻り経路から
逸らされる。Marcuse、D.の「Reflect
ion losses form imperfect
ly broken fiber ends」(App
l. opt.14号、3016−3020ページ、1
975年刊)やUlrich、RとRashleig
h、S.C共著の「Beam−to−fiber co
upling with low standing
wave ratio」(Appl. opt.19号
2453−2456ページ、1980年刊)を参照のこ
と。レンズの入射面からこのような反射も従来方法では
光線の戻り経路から逸らされる。von Bally、
G.とSchmidhaus、W.とSacwski、
H.及びMette、W.共著の「Gradient−
index optical system inho
lographic endoscopy」(App
l. opt23号、1725−1729ページ、19
84年刊)参照のこと。光検出器の面からの鏡面反射も
一般に光線の戻り経路から逸らされる。これは一般に光
ファィバの端面及びレンズの入射面に適宜に勾配を付
け、かつ付加的に光検出器の面の法線に対して光検出器
を傾けることによって達成される。更にレンズの出射面
からの反射は一般に反射防止(AR)被覆で最小限にさ
れる。しかし、欠点の一つは光受信機のORL帯域幅が
AR被覆の帯域幅によって制約されることである。
イバと、GRIN棒状レンズと、光回路内に接続された
光検出器とから成っている。GRIN棒状レンズは例え
ば、光検出器に対する写像位置が1:1又は拡大され
た、ピッチが0.2ないし0.3のGRIN棒状レンズ
であることができる。この公知の光受信機では、光線は
光ファィバの端面、GRIN棒状レンズの両面及び光検
出機の面で反射することがある。高いORLを達成する
ため、これらの面からの反射を最小限にするか、光ファ
ィバを通る戻り経路から逸らせなければならない。光フ
ァィバの端面からの鏡面反射は通常光線の戻り経路から
逸らされる。Marcuse、D.の「Reflect
ion losses form imperfect
ly broken fiber ends」(App
l. opt.14号、3016−3020ページ、1
975年刊)やUlrich、RとRashleig
h、S.C共著の「Beam−to−fiber co
upling with low standing
wave ratio」(Appl. opt.19号
2453−2456ページ、1980年刊)を参照のこ
と。レンズの入射面からこのような反射も従来方法では
光線の戻り経路から逸らされる。von Bally、
G.とSchmidhaus、W.とSacwski、
H.及びMette、W.共著の「Gradient−
index optical system inho
lographic endoscopy」(App
l. opt23号、1725−1729ページ、19
84年刊)参照のこと。光検出器の面からの鏡面反射も
一般に光線の戻り経路から逸らされる。これは一般に光
ファィバの端面及びレンズの入射面に適宜に勾配を付
け、かつ付加的に光検出器の面の法線に対して光検出器
を傾けることによって達成される。更にレンズの出射面
からの反射は一般に反射防止(AR)被覆で最小限にさ
れる。しかし、欠点の一つは光受信機のORL帯域幅が
AR被覆の帯域幅によって制約されることである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って光受信機の光反
射減衰量を高めることが望ましい。更に広範囲の波長に
わたり光反射減衰量をより大きくすることが望ましい。
射減衰量を高めることが望ましい。更に広範囲の波長に
わたり光反射減衰量をより大きくすることが望ましい。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施例では光
受信機で使用するための分布屈折率(GRIN)棒状レ
ンズを提供するものであり、その際、GRIN棒状レン
ズの光発射体と対向する面に傾斜が付けられているだけ
ではなく、光検出器と対向するGRIN棒状レンズの端
面にも傾斜が付けられている。驚くべきことには、その
結果、光受信機はGRIN棒状レンズの光発射体側にだ
け傾斜端面を有する公知の光受信機よりも10dB以上
高い光反射減衰量(ORL)が達成される。
受信機で使用するための分布屈折率(GRIN)棒状レ
ンズを提供するものであり、その際、GRIN棒状レン
ズの光発射体と対向する面に傾斜が付けられているだけ
ではなく、光検出器と対向するGRIN棒状レンズの端
面にも傾斜が付けられている。驚くべきことには、その
結果、光受信機はGRIN棒状レンズの光発射体側にだ
け傾斜端面を有する公知の光受信機よりも10dB以上
高い光反射減衰量(ORL)が達成される。
【0007】本発明に従って、両面に傾斜を付けたGR
IN棒状レンズが光ファイバなどの光発射体と、フォト
ダイオードなどの光検出器との間に挿入されて、ORL
が向上した光受信機が形成される。光受信機は好ましく
は単一モードの光ファイバと、入射面と出射面の双方に
傾斜を付けたGRIN棒状レンズと、In0.53Ga
0.47As/InP p−i−nフォトダイオード検
出器とから成っている。この光検出器構造では、光線の
戻り経路方向への光の再反射は光ファィバの端面と、G
RIN棒状レンズの両面と、光検出器の面とで最適に縮
減され、従来の受信機よりも高いORLが達成される。
測定の結果、端面に傾斜を付けたGRIN棒状レンズは
87dB以上の広帯域光反射減衰量を達成することが明
らかになった。測定結果によれば更に、傾斜を付けた出
射面を有するこのようなGRIN棒状レンズを組み込ん
だ光受信器のORLは65dB以上であり、かつ、光受
信機全体のORLはGRIN棒状レンズの出射面からの
鏡面反射によってではなく、光検出器からの拡散反射に
よって制限されることが明らかになった。更に、傾斜を
付けた出射面と、傾斜を付けた入射面とを有するGRI
N棒状レンズから成るピグテール・パッケージの20G
Hzの光受信機は波長λ=1300nmで57.6dB
のORLを、又、λ=1550nmで65dB以上のO
RLを達成した。このような光受信機は米国ヒューレッ
ト・パッカード社から市販されているHP83411A
又はHP83410B光波受信機に好適に組み入れるこ
とができ、又は、同ヒューレット・パッカード社HP5
4121、HP54123又はHP54124ディジタ
ル・オシロスコープ用の光学フロントエンドのための高
速光受信機して有用である。
IN棒状レンズが光ファイバなどの光発射体と、フォト
ダイオードなどの光検出器との間に挿入されて、ORL
が向上した光受信機が形成される。光受信機は好ましく
は単一モードの光ファイバと、入射面と出射面の双方に
傾斜を付けたGRIN棒状レンズと、In0.53Ga
0.47As/InP p−i−nフォトダイオード検
出器とから成っている。この光検出器構造では、光線の
戻り経路方向への光の再反射は光ファィバの端面と、G
RIN棒状レンズの両面と、光検出器の面とで最適に縮
減され、従来の受信機よりも高いORLが達成される。
測定の結果、端面に傾斜を付けたGRIN棒状レンズは
87dB以上の広帯域光反射減衰量を達成することが明
らかになった。測定結果によれば更に、傾斜を付けた出
射面を有するこのようなGRIN棒状レンズを組み込ん
だ光受信器のORLは65dB以上であり、かつ、光受
信機全体のORLはGRIN棒状レンズの出射面からの
鏡面反射によってではなく、光検出器からの拡散反射に
よって制限されることが明らかになった。更に、傾斜を
付けた出射面と、傾斜を付けた入射面とを有するGRI
N棒状レンズから成るピグテール・パッケージの20G
Hzの光受信機は波長λ=1300nmで57.6dB
のORLを、又、λ=1550nmで65dB以上のO
RLを達成した。このような光受信機は米国ヒューレッ
ト・パッカード社から市販されているHP83411A
又はHP83410B光波受信機に好適に組み入れるこ
とができ、又は、同ヒューレット・パッカード社HP5
4121、HP54123又はHP54124ディジタ
ル・オシロスコープ用の光学フロントエンドのための高
速光受信機して有用である。
【0008】
【実施例】本発明の一実施例は光反射減衰量(ORL)
が高い光受信機に使用するための入射面と出射面の双方
に勾配をつけた分布屈折率(GRIN)棒状レンズを提
供するものである。本発明に従ったGRIN棒状レンズ
の一実施例は参照符号10で図1に示されている。
が高い光受信機に使用するための入射面と出射面の双方
に勾配をつけた分布屈折率(GRIN)棒状レンズを提
供するものである。本発明に従ったGRIN棒状レンズ
の一実施例は参照符号10で図1に示されている。
【0009】図1を参照すると、GRIN棒状レンズ1
0は光軸12にほぼ沿って配置されている。例えば、G
RIN棒状レンズ10はSELFOC(日本板ガラス
(東京)の登録商標)マイクロレンズ、H型、屈折率n
o(λ=1300nm)=1.636、no(λ=15
50nm)=1.634、直径1.8mm及びλ=13
00nmで0.27ピッチのレンズであることができ
る。GRIN棒状レンズ10は光軸12に沿って位置合
わせされた入射面14と出射面16とを有している。
0は光軸12にほぼ沿って配置されている。例えば、G
RIN棒状レンズ10はSELFOC(日本板ガラス
(東京)の登録商標)マイクロレンズ、H型、屈折率n
o(λ=1300nm)=1.636、no(λ=15
50nm)=1.634、直径1.8mm及びλ=13
00nmで0.27ピッチのレンズであることができ
る。GRIN棒状レンズ10は光軸12に沿って位置合
わせされた入射面14と出射面16とを有している。
【0010】図1に示すように、GRIN棒状レンズ1
0の入射面14も光軸12に対して第1の所定角度18
をもって勾配が付いている。GRIN棒状レンズ10の
出射面16は光軸12に対して第2の所定角度20をも
って勾配が付いている。第1の所定角度18と第2の所
定角度20は図1に示すように異なる角度であることが
好ましい。例えば、第1の所定角度10は約8°であ
り、第2の所定角度20は約10.5°であることがで
きる。10.5°の勾配は、GRIN棒状レンズ10の
出射面16からの測定される反射が拡散反射に起因し、
鏡面反射に起因しなくなる勾配である。
0の入射面14も光軸12に対して第1の所定角度18
をもって勾配が付いている。GRIN棒状レンズ10の
出射面16は光軸12に対して第2の所定角度20をも
って勾配が付いている。第1の所定角度18と第2の所
定角度20は図1に示すように異なる角度であることが
好ましい。例えば、第1の所定角度10は約8°であ
り、第2の所定角度20は約10.5°であることがで
きる。10.5°の勾配は、GRIN棒状レンズ10の
出射面16からの測定される反射が拡散反射に起因し、
鏡面反射に起因しなくなる勾配である。
【0011】図1に示すように、GRIN棒状レンズ1
0は光受信機30に組み入れられることができる。光受
信機30は更に光ファイバの形をとる光発光体40を備
えることができる。例えば、光ファイバ40は9μmの
コアを有する単一モード光ファイバ・ケーブルである。
光ファイバ40は光軸12に対して第4の所定角の勾配
を付された端面42を有している。第4の角度は例えば
10.5°でよく、従って、第2の所定角度20と対応
する角度である。光ファイバ40の端面42の勾配の第
4の所定角度44とGRIN棒状レンズ10の入射面1
4の勾配の第1の所定角度18は光ファイバとGRIN
棒状レンズの幾何的な中心軸が平行で、0.12mmの
横方向にずれており、図1に示すようにレンズを通る軸
上への光経路が得られるような角度にされている。光受
信機30は更に光検出器50を備えている。例えば、光
検出器50は前面が照射され、直径が60μmのIn
0.53Ga0.47As/InP p−i−nフォト
ダイオード検出器から成ることができる。光検出器50
は垂線に対して第3の所定角度54で傾斜を付けられて
いる。第3の所定角度54は例えば、約22°にするこ
とができる。
0は光受信機30に組み入れられることができる。光受
信機30は更に光ファイバの形をとる光発光体40を備
えることができる。例えば、光ファイバ40は9μmの
コアを有する単一モード光ファイバ・ケーブルである。
光ファイバ40は光軸12に対して第4の所定角の勾配
を付された端面42を有している。第4の角度は例えば
10.5°でよく、従って、第2の所定角度20と対応
する角度である。光ファイバ40の端面42の勾配の第
4の所定角度44とGRIN棒状レンズ10の入射面1
4の勾配の第1の所定角度18は光ファイバとGRIN
棒状レンズの幾何的な中心軸が平行で、0.12mmの
横方向にずれており、図1に示すようにレンズを通る軸
上への光経路が得られるような角度にされている。光受
信機30は更に光検出器50を備えている。例えば、光
検出器50は前面が照射され、直径が60μmのIn
0.53Ga0.47As/InP p−i−nフォト
ダイオード検出器から成ることができる。光検出器50
は垂線に対して第3の所定角度54で傾斜を付けられて
いる。第3の所定角度54は例えば、約22°にするこ
とができる。
【0012】図1に示すように、光ファイバ40の端面
42はGRIN棒状レンズ10の入射面から第1のエア
ギャップ60によって間隔を隔てられている。例えば、
図1に示した光受信機30の一つの実施例では、エヤギ
ャップ60と62は各々約1.3mmにすることができ
る。すなわち、GRIN棒状レンズ10は光ファイバ4
0と光検出器50との間で等距離で隔てられ、エヤギャ
ップ60と62によってそれぞれ分離されている。光フ
ァイバ40から受光した光線を光検出器50の受光面5
2上に適正に集束するのに必要な実際の動作距離は第2
のエヤギャップ62を変化させることによって調整する
ことができる。光受信機30は機械式保持器及びx−y
−z位置決め装置を有する光学テーブル上に組み立てる
ことができる。
42はGRIN棒状レンズ10の入射面から第1のエア
ギャップ60によって間隔を隔てられている。例えば、
図1に示した光受信機30の一つの実施例では、エヤギ
ャップ60と62は各々約1.3mmにすることができ
る。すなわち、GRIN棒状レンズ10は光ファイバ4
0と光検出器50との間で等距離で隔てられ、エヤギャ
ップ60と62によってそれぞれ分離されている。光フ
ァイバ40から受光した光線を光検出器50の受光面5
2上に適正に集束するのに必要な実際の動作距離は第2
のエヤギャップ62を変化させることによって調整する
ことができる。光受信機30は機械式保持器及びx−y
−z位置決め装置を有する光学テーブル上に組み立てる
ことができる。
【0013】光検出器50の受光面52はエヤギャップ
62とエヤギャップ60と62によってそれぞれ分離さ
れ、光検出器50の受光面52との境界での反射を軽減
するため、反射防止(AR)被覆剤を被覆することが好
ましい。例えば、AR被覆剤はBraun、D.M著
「Design of single layer a
ntireflection coatings fo
r In 0.53Ga0.47As/InP plo
todetectors for 1200−1600
nm wavelength range」(App
l.opt.27号、2006−2011ページ、19
88年刊)に記載されているように、窒化シリコンのA
R被覆であることができる。このAR被覆の反射率は、
Braun、D.M、Leyde、K.W共著「Opt
ical reflection measureme
nt system using a swept m
odulation frequency techn
ique Opt.Eng.28号286−289ペー
ジ、1989年刊)に記載されている技術を利用し、垂
直入射で測定して、λ=1300nmで0.4%、λ=
1550nmで1.3%であった。
62とエヤギャップ60と62によってそれぞれ分離さ
れ、光検出器50の受光面52との境界での反射を軽減
するため、反射防止(AR)被覆剤を被覆することが好
ましい。例えば、AR被覆剤はBraun、D.M著
「Design of single layer a
ntireflection coatings fo
r In 0.53Ga0.47As/InP plo
todetectors for 1200−1600
nm wavelength range」(App
l.opt.27号、2006−2011ページ、19
88年刊)に記載されているように、窒化シリコンのA
R被覆であることができる。このAR被覆の反射率は、
Braun、D.M、Leyde、K.W共著「Opt
ical reflection measureme
nt system using a swept m
odulation frequency techn
ique Opt.Eng.28号286−289ペー
ジ、1989年刊)に記載されている技術を利用し、垂
直入射で測定して、λ=1300nmで0.4%、λ=
1550nmで1.3%であった。
【0014】次に光連続波反射率計技術を用いてORL
が測定された。測定は光検出器50がありとなしの双方
の場合でλ=1300nmとλ=1550nmで行われ
た。より詳細に考察するため、光波連続反射率計を用い
た測定システムの構成図が図2に示されている。このシ
ステムは、反射率が−14.7dBであるものと算出さ
れた光ファイバ対空気の基準境界で校正された。10.
5°の勾配を付けられた光ファイバ端面を有するパッチ
コードを用いて、光カップラの分離度と、光カップラの
出力ポートでの一対のコネクタからの反射が測定され
た。次にこの信号レベルが検査中の各GRIN棒状レン
ズもしくは光受信機で測定されたレベルから減算され
て、ORLの絶対値が算出された。63dBのORLを
有するコネクタ及び−50dBの分離度を有する光カッ
プラを使用することによって、図2に示した光連続波反
射率計測定システムでは70dBのORL測定上限と、
±2dBの測定精度が得られた。
が測定された。測定は光検出器50がありとなしの双方
の場合でλ=1300nmとλ=1550nmで行われ
た。より詳細に考察するため、光波連続反射率計を用い
た測定システムの構成図が図2に示されている。このシ
ステムは、反射率が−14.7dBであるものと算出さ
れた光ファイバ対空気の基準境界で校正された。10.
5°の勾配を付けられた光ファイバ端面を有するパッチ
コードを用いて、光カップラの分離度と、光カップラの
出力ポートでの一対のコネクタからの反射が測定され
た。次にこの信号レベルが検査中の各GRIN棒状レン
ズもしくは光受信機で測定されたレベルから減算され
て、ORLの絶対値が算出された。63dBのORLを
有するコネクタ及び−50dBの分離度を有する光カッ
プラを使用することによって、図2に示した光連続波反
射率計測定システムでは70dBのORL測定上限と、
±2dBの測定精度が得られた。
【0015】測定はGRIN棒状レンズに勾配付と勾配
なしの、又、AR被覆なしとAR被覆付のレンズ出射面
を有するGRIN棒状レンズ及び光受信機のORL性能
を比較するために種々の構造のもので行われた。レンズ
を交換することによって以下の5つのレンズ出射面構造
を有するGRIN棒状レンズの評価がなされた。A)勾
配なしのレンズ出射面であるが、λ=1300nmでの
単一の最小値用にAR被覆が成されているもの。B)勾
配なしのレンズ出射面であるが、λ=1300nmとλ
=1550nmの二つの最小値用にAR覆がなされてい
るもの。C)図1に示した本発明の実施例に従った勾配
付レンズ出射面16であるが、AR被覆はなされていな
いもの。D)図1に示した本発明の実施例に従った勾配
付レンズ出射面16であり、λ=1300nmとλ=1
550nmの二つの最小値用にAR被覆がなされている
もの。及びE)勾配のないレンズ出射面で、AR被覆が
なされていないもの。GRIN棒状レンズの勾配付のレ
ンズ入射面は、鏡面反射を軽減し、光透過性を高めるた
め、構造C及びEを除いて全てAR被覆がなされた。双
方とも光検出器50がありとなしの場合について全ての
構造でORLの測定結果が表1に示されている。
なしの、又、AR被覆なしとAR被覆付のレンズ出射面
を有するGRIN棒状レンズ及び光受信機のORL性能
を比較するために種々の構造のもので行われた。レンズ
を交換することによって以下の5つのレンズ出射面構造
を有するGRIN棒状レンズの評価がなされた。A)勾
配なしのレンズ出射面であるが、λ=1300nmでの
単一の最小値用にAR被覆が成されているもの。B)勾
配なしのレンズ出射面であるが、λ=1300nmとλ
=1550nmの二つの最小値用にAR覆がなされてい
るもの。C)図1に示した本発明の実施例に従った勾配
付レンズ出射面16であるが、AR被覆はなされていな
いもの。D)図1に示した本発明の実施例に従った勾配
付レンズ出射面16であり、λ=1300nmとλ=1
550nmの二つの最小値用にAR被覆がなされている
もの。及びE)勾配のないレンズ出射面で、AR被覆が
なされていないもの。GRIN棒状レンズの勾配付のレ
ンズ入射面は、鏡面反射を軽減し、光透過性を高めるた
め、構造C及びEを除いて全てAR被覆がなされた。双
方とも光検出器50がありとなしの場合について全ての
構造でORLの測定結果が表1に示されている。
【0016】
【表1】
【0017】AR被覆された勾配なしのレンズ出射面構
造の最良のORLはλ=1300nmで57.4dBで
あった。このレンズ出射面からの反射では光受信機のO
RLは57.2dBに限定された。勾配付のレンズ出射
面構造のORLはλ=1300nmとλ=1550nm
の双方で70dB以上であり、別の光学部品解析器で測
定した結果、約87dBであった。従って、本発明に従
ってGRIN棒状レンズのレンズ出射面に勾配を付ける
ことによって、AR被覆された、勾配を付けないレンズ
出射面構造と比較してほぼ20dBだけORLの向上が
達成された。
造の最良のORLはλ=1300nmで57.4dBで
あった。このレンズ出射面からの反射では光受信機のO
RLは57.2dBに限定された。勾配付のレンズ出射
面構造のORLはλ=1300nmとλ=1550nm
の双方で70dB以上であり、別の光学部品解析器で測
定した結果、約87dBであった。従って、本発明に従
ってGRIN棒状レンズのレンズ出射面に勾配を付ける
ことによって、AR被覆された、勾配を付けないレンズ
出射面構造と比較してほぼ20dBだけORLの向上が
達成された。
【0018】表1に示されているように、勾配がないレ
ンズ出射面構造の光受信機(A、B及びE)のORLは
GRIN棒状レンズの勾配のない出射面からの反射によ
って限定された。これと対照的に、勾配付のレンズ出射
面構造の光受信機(C及びD)では、ORLは光検出器
からのより小さい拡散反射によって平均68dBに限定
された。要約すると、両面に勾配を有するGRIN棒状
レンズを使用した光受信機は65dB以上の広帯域OR
Lを達成した。全体的な光受信機のORLは勾配付のレ
ンズ出射面からの鏡面反射によってではなく、光検出器
50の受光面52からの拡散反射によって限定された。
ンズ出射面構造の光受信機(A、B及びE)のORLは
GRIN棒状レンズの勾配のない出射面からの反射によ
って限定された。これと対照的に、勾配付のレンズ出射
面構造の光受信機(C及びD)では、ORLは光検出器
からのより小さい拡散反射によって平均68dBに限定
された。要約すると、両面に勾配を有するGRIN棒状
レンズを使用した光受信機は65dB以上の広帯域OR
Lを達成した。全体的な光受信機のORLは勾配付のレ
ンズ出射面からの鏡面反射によってではなく、光検出器
50の受光面52からの拡散反射によって限定された。
【0019】このようなORLの測定に際して、GRI
N棒状レンズ内の光経路は軸上にあり、これは勾配を付
けないレンズ出射面構造では最悪の場合ORLの経路に
なる。光ファイバ40を横方向に0.1mm又はそれ以
上ずらすことによって、レンズ出射面からの反射は光線
の戻り経路から逸れ、70dB以上のORLを達成する
ことができる。しかし、その場合は光経路は軸上にはな
く、レンズの収差が原因で光検出器50の受光面52上
の焦点のある程度の劣化が生ずる。更に、光ファイバ発
射体の最適な位置は円内の領域にではなく、環状リング
内にあるので、光受信機の光学的な位置合わせが一層困
難になる。
N棒状レンズ内の光経路は軸上にあり、これは勾配を付
けないレンズ出射面構造では最悪の場合ORLの経路に
なる。光ファイバ40を横方向に0.1mm又はそれ以
上ずらすことによって、レンズ出射面からの反射は光線
の戻り経路から逸れ、70dB以上のORLを達成する
ことができる。しかし、その場合は光経路は軸上にはな
く、レンズの収差が原因で光検出器50の受光面52上
の焦点のある程度の劣化が生ずる。更に、光ファイバ発
射体の最適な位置は円内の領域にではなく、環状リング
内にあるので、光受信機の光学的な位置合わせが一層困
難になる。
【0020】更に、構造A、B、及びDで使用されるA
R被覆の反射率が構造Eを有するGRIN棒状レンズの
ORL測定から計算された。被覆がなされないレンズ出
射面の反射率がnoを用いて簡単に計算できるものと想
定すると、光受信機の過剰減衰量lは次の通りである。 l=Lu+20×log((no−1)/(no+1))(dB) 方程式(2) ここにLuは構造EのGRIN棒状レンズの場合の測定
されたORLである。そこでAR被覆の場合の反射率
(R)は次の式により計算することができる。 ここにLmはAR被覆がなされたGRIN棒状レンズの
測定されたORLである。表2は構造A及びBについて
計算された過剰減衰量と計算された反射率のリストであ
る。
R被覆の反射率が構造Eを有するGRIN棒状レンズの
ORL測定から計算された。被覆がなされないレンズ出
射面の反射率がnoを用いて簡単に計算できるものと想
定すると、光受信機の過剰減衰量lは次の通りである。 l=Lu+20×log((no−1)/(no+1))(dB) 方程式(2) ここにLuは構造EのGRIN棒状レンズの場合の測定
されたORLである。そこでAR被覆の場合の反射率
(R)は次の式により計算することができる。 ここにLmはAR被覆がなされたGRIN棒状レンズの
測定されたORLである。表2は構造A及びBについて
計算された過剰減衰量と計算された反射率のリストであ
る。
【0021】
【表2】
【0022】重要なことには、表2に示されるように、
中心波長において0.03%の低い反射率を有する単一
の最小値AR被覆がなされた勾配のないレンズ出射面で
さえも、光受信機のORLを57.2dBに限定してい
ることである。勾配を付けたレンズ出射面構造(C及び
D)はこの性能より優れ、勾配付のレンズ出射面構造は
波長には影響されないので、光受信機のORLは光検出
器50の950−1700nmの波長全体に渉って光検
出器により限定されるものである。
中心波長において0.03%の低い反射率を有する単一
の最小値AR被覆がなされた勾配のないレンズ出射面で
さえも、光受信機のORLを57.2dBに限定してい
ることである。勾配を付けたレンズ出射面構造(C及び
D)はこの性能より優れ、勾配付のレンズ出射面構造は
波長には影響されないので、光受信機のORLは光検出
器50の950−1700nmの波長全体に渉って光検
出器により限定されるものである。
【0023】入射偏光を変化させ、最小及び最大の光電
流を記録することによって、勾配付のレンズ出口面構造
Dの偏光感度の測定がなされた。次に、以下の方程式に
よって偏光感度(S)が算出される。 S=10*log((IM−Im)/IM)(dB) 方程式(4) ここに、IMは測定された最大光電流であり、Imは測
定された最小光電流である。勾配付のレンズ出射面構造
Dの偏光感度はλ=1300nmで±0.015dB、
λ=1550nmで±0.027dBであるものと測定
された。これらの値は理論上の計算値とよく一致する。
流を記録することによって、勾配付のレンズ出口面構造
Dの偏光感度の測定がなされた。次に、以下の方程式に
よって偏光感度(S)が算出される。 S=10*log((IM−Im)/IM)(dB) 方程式(4) ここに、IMは測定された最大光電流であり、Imは測
定された最小光電流である。勾配付のレンズ出射面構造
Dの偏光感度はλ=1300nmで±0.015dB、
λ=1550nmで±0.027dBであるものと測定
された。これらの値は理論上の計算値とよく一致する。
【0024】最後に、図3に示すように勾配付のレンズ
出射面構造Cがパッケージされた光受信機で実施され
た。図3に示す光受信機は更に20GHzの変調帯域幅
を許容できるように、25μmと能動領域の直径が小さ
い光検出器を組み入れている。Bowers、J.E、
Burrus、C.A及びMitschke F.共著
の「Millimetre−Wavegide−Mou
nted In GaAs Photodetecto
rs」(Electron.Lett.22号、633
−635ページ、1986年刊)を参照のこと。図3に
示すパッケージされた光受信機内の面積が狭い検出器
は、光受信機のORLを低い値に限定した表1の測定用
に使用された面積が大きい光検出器よりも大きい拡散反
射を呈した。米国ヒューレット・パッカード社のHP8
702Bの光波解析器を使用して図3に示したパッケー
ジされた光受信機のORLが測定された。この解析器は
光ファイバのコネクタと光受信機の部品からの反射を空
間的に分離するために用いられた。
出射面構造Cがパッケージされた光受信機で実施され
た。図3に示す光受信機は更に20GHzの変調帯域幅
を許容できるように、25μmと能動領域の直径が小さ
い光検出器を組み入れている。Bowers、J.E、
Burrus、C.A及びMitschke F.共著
の「Millimetre−Wavegide−Mou
nted In GaAs Photodetecto
rs」(Electron.Lett.22号、633
−635ページ、1986年刊)を参照のこと。図3に
示すパッケージされた光受信機内の面積が狭い検出器
は、光受信機のORLを低い値に限定した表1の測定用
に使用された面積が大きい光検出器よりも大きい拡散反
射を呈した。米国ヒューレット・パッカード社のHP8
702Bの光波解析器を使用して図3に示したパッケー
ジされた光受信機のORLが測定された。この解析器は
光ファイバのコネクタと光受信機の部品からの反射を空
間的に分離するために用いられた。
【0025】図4は勾配付のレンズ出射面構造Cを組み
入れた図3に示すパッケージされた光受信機HP870
2Bを使用したλ=1300nmでのORL測定結果を
示している。ファイバ・コネクタからの反射は相対距離
0.0mにあり、−42dBである。マーカ1で識別さ
れている光受信器部品からの反射はコネクタから1.5
7mの距離で生じ、−57.6dBであり、57.6d
BのORLを示している。λ=1550nmでは、HP
8702Bのダイナミック・レンズはわずかに55dB
であった。λ=1550nmでは受信機部品からの反射
は観察されず、ORLは55dB以上であることを示し
ている。
入れた図3に示すパッケージされた光受信機HP870
2Bを使用したλ=1300nmでのORL測定結果を
示している。ファイバ・コネクタからの反射は相対距離
0.0mにあり、−42dBである。マーカ1で識別さ
れている光受信器部品からの反射はコネクタから1.5
7mの距離で生じ、−57.6dBであり、57.6d
BのORLを示している。λ=1550nmでは、HP
8702Bのダイナミック・レンズはわずかに55dB
であった。λ=1550nmでは受信機部品からの反射
は観察されず、ORLは55dB以上であることを示し
ている。
【0026】図1に示した光受信機はヒューレット・パ
ッカード社のHP83411A及びHP83410B光
波受信機に好適に組み入れることができる。更に、図3
に示したパッケージ化された光受信機はHP5412
1、HP54123及び、HP54124のディジタル
・オシロスコープ用の光学フロントエンドとして利用す
ることがきる。
ッカード社のHP83411A及びHP83410B光
波受信機に好適に組み入れることができる。更に、図3
に示したパッケージ化された光受信機はHP5412
1、HP54123及び、HP54124のディジタル
・オシロスコープ用の光学フロントエンドとして利用す
ることがきる。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の実施によ
り、光発射体と光検出器等の結合において、大きな反射
減衰量を得ることができるので、光発射体への妨害光入
射減あるいは光計測精度向上に資すること大である。
り、光発射体と光検出器等の結合において、大きな反射
減衰量を得ることができるので、光発射体への妨害光入
射減あるいは光計測精度向上に資すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に従った勾配付の(傾斜)出
射面を有する分布屈折率(GRIN)棒状レンズを組み
入れた光受信機の概略断面図である。
射面を有する分布屈折率(GRIN)棒状レンズを組み
入れた光受信機の概略断面図である。
【図2】図1に示したGRIN棒状レンズと光受信機で
光反射減衰量(ORL)の測定を行うために使用される
光線の光連続波反射測定システムの構成図である。
光反射減衰量(ORL)の測定を行うために使用される
光線の光連続波反射測定システムの構成図である。
【図3】図1に示し、DCバイアス・ピン及び20GH
z無線周波数(RF)ポートを有するGRIN棒状レン
ズを組み入れたパッケージされた光ファイバ・ピグテー
ル形光受信機の図面である。
z無線周波数(RF)ポートを有するGRIN棒状レン
ズを組み入れたパッケージされた光ファイバ・ピグテー
ル形光受信機の図面である。
【図4】図3に示した光受信機のλ=1300nmでの
ORL測定結果のグラフである。
ORL測定結果のグラフである。
40:光発射体(例えば光ファイバ) 10:分布屈折率(GRIN)棒状レンズ 50:光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/06 10/14 10/26 10/28 (73)特許権者 399117121 395 Page Mill Road Palo Alto,Californ ia U.S.A. (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/32 G02B 3/00 G02B 6/42 H01L 31/0232 H04B 10/04 - 10/28
Claims (4)
- 【請求項1】後記(イ)から(ハ)を含み、(ニ)の特
徴を有する光受信機、 (イ)端面を有する光発射体、 (ロ)光軸に沿って配設され、入射面と出射面が前記光
軸とそれぞれ第1及び第2の所定の角度で傾斜した分布
屈折率棒状レンズ、 (ハ)受光面を有し、垂線に対し第3の所定の角度で傾
斜した光検出器、 (ニ)前記光発射体と前記分布屈折率棒状レンズと前記
光検出器とは光学回路を形成し、前記端面は前記入射面
と対向しかつ第1の空隙により離隔され、前記出射面は
前記受光面と対向しかつ第2の空隙により離隔される。 - 【請求項2】前記光発射体が光ファイバであり、該光フ
ァイバの端面が前記光軸と第4の所定の角度をなして傾
斜していることを特徴とする請求項1記載の光受信機。 - 【請求項3】前記光ファイバが単一モード・ファイバー
であることを特徴とする請求項2記載の光受信機。 - 【請求項4】前記第1の所定の角度と前記第4の所定の
角度は、前記分布屈折率棒状レンズと前記光ファイバと
の幾何学的中心軸が平行で、所定距離だけ横方向へずれ
て前記分布屈折率棒状レンズを通る軸上の光学経路が得
られるような角度にされていることを特徴とする請求項
2記載の光受信機。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/656,884 US5221839A (en) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | Double bevel gradient-index rod lens optical receiver having high optical return loss |
US656884 | 1991-02-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07174904A JPH07174904A (ja) | 1995-07-14 |
JP3112198B2 true JP3112198B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=24634973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04059773A Expired - Fee Related JP3112198B2 (ja) | 1991-02-15 | 1992-02-14 | 分布屈折率棒状レンズ及び光受信機 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5221839A (ja) |
JP (1) | JP3112198B2 (ja) |
GB (1) | GB2253073B (ja) |
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---|---|---|---|---|
US5278412A (en) * | 1992-08-18 | 1994-01-11 | Nirsystems Incorporated | System for measuring the moisture content of powder and fiber optic probe therefor |
US5553174A (en) * | 1993-02-22 | 1996-09-03 | Blue Sky Research, Incorporated | Monolithic cylindrical optic |
US5606415A (en) * | 1994-09-23 | 1997-02-25 | Rockwell International | Fiber optic gyro with reduced readout reflection coupling characteristics |
JP3124467B2 (ja) * | 1995-04-21 | 2001-01-15 | 株式会社精工技研 | 光カプラ |
US5621517A (en) * | 1995-05-02 | 1997-04-15 | Teradyne, Inc. | Method and apparatus for testing fiber optic telephone lines |
AU725615B2 (en) * | 1996-02-23 | 2000-10-12 | British Telecommunications Public Limited Company | Optical interconnect |
JP2983177B2 (ja) * | 1996-07-23 | 1999-11-29 | 株式会社精工技研 | 傾斜接続端面を有する光デバイス |
US5801849A (en) * | 1996-10-21 | 1998-09-01 | Telesensory Corporation | Image reading device and document scanning system |
JPH10123358A (ja) * | 1996-10-21 | 1998-05-15 | Ando Electric Co Ltd | 光結合器 |
JP2000152205A (ja) * | 1998-11-09 | 2000-05-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 撮像・表示装置 |
JP2001356248A (ja) * | 2000-06-15 | 2001-12-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光モジュール |
GB0026413D0 (en) * | 2000-10-28 | 2000-12-13 | Bookham Technology Ltd | Polarisation dependent loss generators |
JP2002196182A (ja) * | 2000-12-27 | 2002-07-10 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 傾斜面を有する光学素子 |
US20020197042A1 (en) * | 2001-04-06 | 2002-12-26 | Shigeo Kittaka | Optical device, and wavelength multiplexing optical recording head |
CN100367056C (zh) * | 2003-03-14 | 2008-02-06 | 创威光电股份有限公司 | 具有抑制背反射杂光的光学次模块结构 |
TWI242942B (en) * | 2004-02-17 | 2005-11-01 | Asia Optical Co Inc | Optical return loss detecting device |
FI20050218A0 (fi) * | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Ruuttu Jari | Menetelmä optisten tuotteiden, kuten kameroiden, silmälasien, aurinkolasien, matkapuhelimien jne. linssien valmistamiseksi |
TWI366348B (en) * | 2006-10-04 | 2012-06-11 | Finisar Corp | Managing backreflection |
JP5823198B2 (ja) | 2011-07-15 | 2015-11-25 | 北日本電線株式会社 | フォトモジュール |
JP5968033B2 (ja) * | 2012-04-18 | 2016-08-10 | アルプス電気株式会社 | 傾斜面付きレンズの製造方法 |
CN109828335A (zh) * | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 海思光电子有限公司 | 一种光学耦合模块及电子设备 |
US11300728B2 (en) * | 2020-02-11 | 2022-04-12 | Cisco Technology, Inc. | Solder reflow compatible connections between optical components |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4331380A (en) * | 1980-05-21 | 1982-05-25 | Xerox Corporation | Gradient index lens array having reduction properties |
GB2137768B (en) * | 1983-02-23 | 1986-06-04 | Plessey Co Plc | Optical connectors |
-
1991
- 1991-02-15 US US07/656,884 patent/US5221839A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-02-04 GB GB9202296A patent/GB2253073B/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-02-14 JP JP04059773A patent/JP3112198B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
US5221839A (en) | 1993-06-22 |
GB2253073A (en) | 1992-08-26 |
GB9202296D0 (en) | 1992-03-18 |
JPH07174904A (ja) | 1995-07-14 |
GB2253073B (en) | 1994-04-27 |
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