JPH0540215A - 光結合装置 - Google Patents

光結合装置

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JPH0540215A
JPH0540215A JP19548791A JP19548791A JPH0540215A JP H0540215 A JPH0540215 A JP H0540215A JP 19548791 A JP19548791 A JP 19548791A JP 19548791 A JP19548791 A JP 19548791A JP H0540215 A JPH0540215 A JP H0540215A
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JP
Japan
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array
lens
type
light
shaped
Prior art date
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Withdrawn
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JP19548791A
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English (en)
Inventor
Kenji Kono
健治 河野
Naoto Yoshimoto
直人 吉本
Mitsuaki Yanagibashi
光昭 柳橋
Satoshi Sekine
聡 関根
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アレー形モジュールの製作性を大幅に改善し
た光結合装置を提供する。 【構成】 アレー形単一モード光ファイバ14とアレー
形第2レンズとを該アレー形単一モード光ファイバ14
から光を入射させたと仮定したときにアレー形第2レン
ズから出射後形成される光が広がり気味のアレービーム
となるように位置決め一体化する一方、アレー形半導体
光導波路11とアレー形第1レンズ12とを該アレー形
半導体光導波路11から出射した光がアレー形第1レン
ズ12を通過後に絞り気味のビームアレーとなるよう配
置し、アレー形第2レンズからの広がり気味のアレービ
ームの虚像とアレー形第1レンズからの広がり気味のア
レービームの実像とのスポットサイズ及び位置を一致す
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アレー形光出射素子か
らの光をアレー形光入射素子に結合させる低損失で製作
性のよい光結合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ(LDとも表す)から出射
された光を単一モード光ファイバへ結合させる光結合系
として種々の構成が提案されているが、著者らは結合効
率が高くかつモジュールの製作時におけるトレランスが
緩い擬似共焦点複合レンズ系を提案するとともに、その
モジュールの特性について先に提案した[特開昭60−
61707号公報、及び河野著、“光結合系の基礎と応
用”(現代工学社)]。
【0003】図2には擬似共焦点複合レンズ系を用いた
半導体レーザモジュールの模式図を、図3には擬似共焦
点複合レンズ系における光結合の原理をそれぞれ示す。
これらの図において、1は半導体レーザ、2は第1レン
ズ、3は第1レンズ2が設けられているハウジング、4
は第2レンズ、5は単一モード光ファイバ、6は単一モ
ード光ファイバを固定した中子、7は中子6と第2レン
ズ4とを一体化した一体化ホルダ、8は一体化ホルダ7
をハウジング3に対して光ファイバ5の軸方向移動自在
に取付けるためのガイド、9はナイロンコードである。
かかる擬似共焦点複合レンズ系を用いた光結合では、半
導体レーザ1の発光面と第1レンズ2との距離が第1レ
ンズ2の焦点距離より大きくなっており、スポットサイ
ズがWLDの半導体レーザ1からの出射光を先球GRIN
ロッドレンズである第1レンズ2により、スポットサイ
ズがWLD′のやや絞りぎみのビームに変換するようにな
っている。一方、スポットサイズがWF の単一モード光
ファイバ5を固定した中子6は、例えば1/4ピッチよ
り短い第2レンズ4と一体化ホルダ7に予め一体化して
あり、光ファイバ5から第2レンズ4に光を入射させた
と仮定した場合に広がり気味のビームとなるようになっ
ている。つまり、単一モード光ファイバ5から第2レン
ズ4に光を注入したと考えると、この一体化部はスポッ
トサイズがWF ′の仮想ファイバ(Virtual Fiber )と
みなすことができる。
【0004】図2及び図3に示す光結合ではスポットサ
イズがWLD′のやや絞りぎみのビームを、スポットサイ
ズがWF ′の仮想ファイバに入射させることにより、半
導体レーザ1の出射光を単一モード光ファイバ5へ入射
させることができ、これはスポットサイズがWLD′の第
1レンズ2出射後のビームと、スポットサイズがWF
の仮想ファイバとの結合と考えることができる。このた
め、WLD′とWF ′との2つのスポットサイズが一致す
るように設計しておけば、高い結合効率を実現できる。
【0005】ここで、スポットサイズがWの2つのガウ
シアンビームが光軸に垂直な方向にXだけ互いに軸ずれ
し、θだけ角度ずれして結合する場合を考える。この時
の結合効率ηは、 η=exp(−X2 /W2 −π2 2 θ2 /λ2 ) と表される。この式からわかるように、スポットサイズ
Wが大きい程光軸に垂直な方向の軸ずれ量Xによる結合
効率の劣化は小さくなるが、スポットサイズWが大きす
ぎると角度ずれθの影響が大きくなる。そこで、適当な
大きさのスポットサイズ(例えば13μm程度)を選ん
でおけばよい。
【0006】スポットサイズWLD′,WF ′で表される
前述のスポットサイズは単一モード光ファイバのスポッ
トサイズWF よりも大きいので、一体化部、即ち仮想フ
ァイバの軸ずれのトレランスは緩和され、半導体レーザ
モジュールの製作性が大幅に緩和される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2に
示す従来の光結合では、第1レンズ2及び第2レンズ4
は共に1個ずつの個別レンズである。従って、導波路形
半導体光スイッチなど、近年、研究開発が盛んに行われ
ているアレー形半導体光導波路と複数の単一モード光フ
ァイバとの結合にこの従来例を適用すると、アレー形半
導体光導波路内の各光導波路に対して第1レンズと仮想
ファイバを1個づつ結合させることになり、モジュール
化は事実上困難である。
【0008】本発明はこのような事情に鑑み、アレー形
モジュールの製作性を大幅に改善した光結合装置を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る光結合装置は、少なくとも2個以上の光出射素
子が集積されたアレー形光出射素子、少なくとも2個以
上のレンズが集積されたアレー形第1レンズ、少なくと
も2個以上のレンズが集積されたアレー形第2レンズ及
び少なくとも2個以上の光入射素子が集積されたアレー
形光入射素子を具備する光結合装置において、前記アレ
ー形光入射素子から前記アレー形第2レンズに光を入射
させたと仮定した場合に前記アレー形第2レンズ出射後
形成される光が広がり気味のアレービーム若しくは絞り
気味のアレービームとなるように前記アレー形第2レン
ズと前記アレー形光入射素子とを位置決め一体化するこ
とによりアレー形一体化部とする一方、前記光出射素子
から出射した光が前記アレー形第1レンズを通過後に絞
り気味のアレービーム若しくは広がり気味のアレービー
ムとなるように前記アレー形光出射素子に対して前記ア
レー形第1レンズを配置してあり、前記アレー形第2レ
ンズからの広がり気味のアレービームの虚像若しくは絞
り気味のアレービームの実像と前記アレー形第1レンズ
からの絞り気味のアレービームの実像若しくは広がり気
味のアレービームの実像との各々のビームウエストのス
ポットサイズ及び位置が一致するように前記アレー形第
1レンズと前記アレー形一体化部とを配置したことを特
徴とする。
【0010】
【作用】アレー形第2レンズからの広がり気味のアレー
ビームの虚像とアレー形第1レンズからの絞り気味のア
レービームの実像との各々のビームウエストのスポット
サイズ及び位置が一致するか、又はアレー形第2レンズ
からの絞り気味のアレービームの実像とアレー形第1レ
ンズからの広がり気味のアレービームの実像との各々の
ビームウエストのスポットサイズ及び位置が一致するこ
とにより、アレー形第1レンズとアレー形一体化部とが
光学的に結合されており、位置合せするスポットサイズ
が大きくなっているので、高い結合効率が実現される。
【0011】
【実施例】以下、本発明を一実施例に基づいて説明す
る。
【0012】図1には本実施例に係る光結合装置の平面
図及び断面図を示し、図中、11はアレー形光出射素子
としてのアレー形半導体導波路、12はアレー形第2レ
ンズ、13はアレー形第2レンズ、14はアレー形光入
射素子としてのアレー形単一モード光ファイバ、15は
アレー形半導体光導波路用マウント、16はアレー形第
1レンズ用ホルダ、17はアレー形第1レンズ用マウン
ト、18はアレー形第2レンズ用ホルダ、19はアレー
形光ファイバ用ホルダ、20はアレー形一体化部用マウ
ントである。
【0013】アレー形半導体導波路11はアレー形半導
体光導波路用マウント上に設けられ、一方、アレー形第
1レンズ12はアレー形第1レンズ用ホルダ16を介し
てアレー形第1レンズ用マウント17上に固着されてお
り、アレー形半導体導波路11の各導波路端面はアレー
形第1レンズ12の各レンズとそれぞれ対向し、両者の
距離はアレー形第1レンズ12の焦点距離より大きくな
っている。つまり、アレー形半導体導波路11から出射
した光がアレー形第1レンズ12を通過後に絞り気味の
アレービームとなるように配置してある。一方、アレー
形第2レンズ13はアレー形第1レンズ用ホルダ18を
介して、また、アレー形単一モード光ファイバ14はア
レー形光ファイバ用ホルダ19を介して、両者の各レン
ズと各単一モード光ファイバ端面とが密着するようにア
レー形一体化部用マウント20上に固着されており、ア
レー形一体化部を形成している。このアレー形一体化部
は、アレー形単一モード光ファイバ14からアレー形第
2レンズ13に光を入射させたと仮定した場合に該アレ
ー形第2レンズ13出射後に形成される光が広がり気味
のアレービームとなるように設定されている。なお、ア
レー形光ファイバ用ホルダ19はSiにV溝をエッチン
グ加工して形成したものである。
【0014】上述した光結合装置の光結合の原理は図
2、3に示した擬似共焦点複合レンズ系と同じである。
すなわち、アレー形半導体光導波路11の一個のスポッ
トサイズW0 は、アレー形第1レンズ12で実像として
0′に拡大され、一方、アレー形第2レンズ13とア
レー形光ファイバ用ホルダ19とを一体化したアレー形
仮想ファイバのスポットサイズWF ′はアレー形単一モ
ード光ファイバ14の各光ファイバのスポットサイズW
Fと比較して拡大されている。したがって、実際のモジ
ュールにおいて高い結合効率を得るにはこの両者を一致
させておけばよい。つまり、本発明においても従来の擬
似共焦点複合レンズ系が有している長所、即ちスポット
サイズ拡大による軸ずれのトレランスの緩和の効果があ
る。さらに、本実施例では、第1レンズ及び第2レンズ
としてアレー形第1レンズ12及びアレー形第2レンズ
13を用いているので、従来の共焦点複合レンズ系では
困難であったアレー形半導体光導波路11とアレー形単
一モード光ファイバ14との結合モジュールを容易に製
作できるという利点がある。
【0015】なお、本実施例の説明ではアレー形第1レ
ンズ12及びアレー形第2レンズ13に片面が球形状の
いわゆる平凸レンズを用いたが、屈折率分布形の平板マ
イクロレンズを用いてもよい。また、SiにV溝を形成
したアレー形ファイバホルダ以外の構成でもアレー形フ
ァイバホルダを構成できることは言うまでもない。さら
に、光ファイバとしてアレー形単一モード光ファイバに
ついて説明したが、アレー形多モード光ファイバを用い
てもよい。
【0016】また、上述した実施例では、アレー形第1
レンズ12から出射した後のアレービームのスポットサ
イズW0 ′が実像で、アレー形単一モード光ファイバ1
4からアレー形第2レンズ13に入射して生じたスポッ
トサイズWF ′が虚像であったが、アレー形半導体光導
波路11の各光導波路端面とアレー形第1レンズ12と
の距離を該アレー形第1レンズ12の焦点距離より小さ
くすることによりアレー形第1レンズ12から出射した
後の広がり気味のアレービームとしてそのスポットサイ
ズW0 ′を虚像とすると共に、アレー形第2レンズ13
とアレー形単一モード光ファイバ14とを該アレー形単
一モード光ファイバ14から光を入射したと仮定したと
きに該アレー形第2レンズ13出射後に形成される光が
絞り気味のアレービームとなるように一体化することに
よりそのスポットサイズWF ′を実像とし、これらの位
置及びサイズを一致させるようにしてもよい。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、アレー
形第1レンズとアレー形第2レンズを用いているため、
アレー形光導波路に対してアレー形の擬似共焦点複合レ
ンズ系を容易に構成できる。したがって、アレー形モジ
ュールの製作性が飛躍的に向上するという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光結合装置を示す平面
図及び断面図である。
【図2】従来の擬似共焦点複合系半導体レーザモジュー
ルの構成図である。
【図3】擬似共焦点複合レンズ系の原理を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
11 アレー形半導体光導波路 12 アレー形第1レンズ 13 アレー形第2レンズ 14 アレー形単一モード光ファイバ 15 アレー形半導体光導波路用マウント 16 アレー形第1レンズ用ホルダ 17 アレー形第1レンズ用マウント 18 アレー形第2レンズ用ホルダ 19 アレー形光ファイバ用ホルダ 20 アレー形一体化部用マウント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 聡 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2個以上の光出射素子が集積
    されたアレー形光出射素子、少なくとも2個以上のレン
    ズが集積されたアレー形第1レンズ、少なくとも2個以
    上のレンズが集積されたアレー形第2レンズ及び少なく
    とも2個以上の光入射素子が集積されたアレー形光入射
    素子を具備する光結合装置において、前記アレー形光入
    射素子から前記アレー形第2レンズに光を入射させたと
    仮定した場合に前記アレー形第2レンズ出射後形成され
    る光が広がり気味のアレービーム若しくは絞り気味のア
    レービームとなるように前記アレー形第2レンズと前記
    アレー形光入射素子とを位置決め一体化することにより
    アレー形一体化部とする一方、前記光出射素子から出射
    した光が前記アレー形第1レンズを通過後に絞り気味の
    アレービーム若しくは広がり気味のアレービームとなる
    ように前記アレー形光出射素子に対して前記アレー形第
    1レンズを配置してあり、前記アレー形第2レンズから
    の広がり気味のアレービームの虚像若しくは絞り気味の
    アレービームの実像と前記アレー形第1レンズからの絞
    り気味のアレービームの実像若しくは広がり気味のアレ
    ービームの実像との各々のビームウエストのスポットサ
    イズ及び位置が一致するように前記アレー形第1レンズ
    と前記アレー形一体化部とを配置したことを特徴とする
    光結合装置。
JP19548791A 1991-08-05 1991-08-05 光結合装置 Withdrawn JPH0540215A (ja)

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JPH0540215A true JPH0540215A (ja) 1993-02-19

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2261710A1 (en) * 2001-06-25 2010-12-15 Fujitsu Limited Optical coupling device with optical waveguide coupled to optical device
JP2014153485A (ja) * 2013-02-06 2014-08-25 Nikon Corp 光分配装置、照明システム及びこれを備える露光装置
JP2015021977A (ja) * 2013-07-16 2015-02-02 日本電信電話株式会社 1×n光スイッチ素子及びn×n光スイッチ素子

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2261710A1 (en) * 2001-06-25 2010-12-15 Fujitsu Limited Optical coupling device with optical waveguide coupled to optical device
JP2014153485A (ja) * 2013-02-06 2014-08-25 Nikon Corp 光分配装置、照明システム及びこれを備える露光装置
JP2015021977A (ja) * 2013-07-16 2015-02-02 日本電信電話株式会社 1×n光スイッチ素子及びn×n光スイッチ素子

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Effective date: 19981112