JPH0555841B2 - - Google Patents

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JPH0555841B2
JPH0555841B2 JP61165642A JP16564286A JPH0555841B2 JP H0555841 B2 JPH0555841 B2 JP H0555841B2 JP 61165642 A JP61165642 A JP 61165642A JP 16564286 A JP16564286 A JP 16564286A JP H0555841 B2 JPH0555841 B2 JP H0555841B2
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JP
Japan
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optical
refractive index
optical coupling
inner layer
optical fiber
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JP61165642A
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JPS6321609A (en
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Eiji Toba
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Terumo Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 (1) 技術分野 本発明は、光フアイバ用光結合素子に関する。
さらに詳しくは、光結合素子として使用される光
フアイバ用光結合素子に関する。ここで、光フア
イバ用光結合素子とは、複数の光フアイバを結合
してその間に光を通す素子、または光フアイバか
ら複数の光フアイバに光を分岐する素子である。 (2) 先行技術およびその問題点 プラスチツク製の光結合素子として、UV硬化
アクリル樹脂を用いた2層クラツド構成の光フア
イバ用光導波路が報告されている(第2介オプテ
イツクスとエレクトロニクス有機材料に関するシ
ンポジウム 1985,5/1〜2)。 この光フアイバ用光導波路は、屈折率の異なる
UV硬化アクリル樹脂を用いコアとクラツドを成
形したものであるが、まだ挿入損失が大きくまた
出力間の分岐特性に均一性を欠いているため、実
用的な光結合素子として満足できるものとは言え
なかつた。 また、折り曲げる角度が大きい曲がり部におい
て、内層と外層の間に金属薄膜による中間層を被
着することにより光の損失を防止する方法(特開
昭61−156204号公報)が開示されている。しかし
ながら、金属薄膜を被着するため、装置の問題、
製造上の工程の繁雑さなどの点で満足の行くもの
ではなかつた。 発明の目的 本発明の目的は、上記先行技術の問題点を解決
して、実用的な光結合素子として使用でき、挿入
損失が小さく出力間の分岐特性に均一性のある光
フアイバ用光結合素子を提供することにある。 さらに、本発明の目的は、製造が簡単で安価な
光フアイバ用光結合素子を提供することにある。 発明の構成 前記目的を達成するために、本発明の光フアイ
バ用光結合素子は、複数の光フアイバの端面に介
在させて光結合のための素子として使用される光
結合素子であつて、前記複数の光フアイバの端面
から前記端面同士を結ぶ方向に伸びた枝状の内層
と、該内層を被包する該内層よりも屈折率の小さ
い外層と、前記内層と前記外層と間に、前記内層
と前記外層との間の屈折率を持つ屈折率整合液を
塗布した構成からなるものである。 本発明の好ましい態様において、屈折率整合液
がマツチングオイルからなるものである。 本発明の好ましい態様において、マツチングオ
イルによる薄膜の厚さが、1μmから20μmである
ものである。 発明の具体的説明 第1図は本発明に係わる一実施例の光フアイバ
用光結合素子の構成図である。第2図および第3
図は、各々AA′およびBB′の縦断面を示したもの
である。光フアイバ10から出射した光を光フア
イバ11,12に分岐する分岐素子であり、光フ
アイバ11,12から出射した光を光フアイバ1
0に結合する素子でもある。光フアイバ10,1
1,12の間を接続する内層13、外層15,内
層13と外層15の間に設けられた屈折率整合液
としてのマツチングオイル14および整合層1
6,17,18から構成されている。マツチング
オイル14の屈折率は内層13の屈折率と外層1
5の屈折率の間の屈折率を有している。 従来の場合は、前述の屈折率整合液が設けられ
ておらず2層構造となつていた。 第4図は、従来の光結合素子の光の伝搬の状態
を示した図である。光結合素子の端面の中心に入
射角θ0で光が入射するとき、この光結合素子の中
を伝搬するのは、コア19とクラツド20との間
の界面で全反射しながら進行する場合であり、全
反射の条件はCOSθ′>n3>n1で与えられる。い
ま、コア19およびクラツド20の間に第4図に
示すような界面不整が生じたとすると、光はクラ
ツド20を通過し、光結合素子外に漏れてしま
い、光損失を生じることになる。 一方、本実施例の場合、第5図に示すように光
結合素子が屈折率整合液としてマツチングオイル
14を塗布した構成になつており、内層13とマ
ツチングオイル14の間に界面不整が生じてもマ
ツチングオイル14と外層15の間で光を全反射
させることができ、光は内層13内を伝搬する。
従つて、本実施例の場合、光の漏れが少なくなり
光損失を小さくすることができる。 また、さらに光フアイバ10,11,12と内
層13の間に整合層16,17,18を設けるこ
とにより光フアイバと光結合素子の結合損失を少
なくすることができ、光損失の低減につながつて
いる。 光結合素子の製造法としては、光フアイバ外径
とほぼ等しい線幅で光の全反射角度より小さい分
岐角度のY字形パターンを転写フイルム面に作成
し、これをネガフイルムに転写する。ネガフイル
ムとフオオトレジストを密着させて紫外線露光後
に洗浄し、矩形断面のY字形凸パターン(マスタ
型)を作成する。マスタ型を使用して真空注型法
によりシリコンゴムでY字形パターンを作成す
る。シリコンゴムで作成したY字形凹パターンの
各々の溝内に、端面を研磨した光フアイバを挿入
する。なお、光フアイバの端面にはマツチングオ
イルを装荷しておく。このマツチングオイルは屈
折率整合液として用いられるものであり、シリコ
ンオイルが好ましい。溝内に内層用として高屈折
率のUV硬化アクリル樹脂を所定量注型し硬化さ
せる。次に、この全表面に屈折率整合液として、
内層用の高屈折率のUV硬化アクリル樹脂と外層
用の低屈折率のUV硬化アクリル樹脂の間の屈折
率を持つたマツチングオイルを均一な被膜を形成
するように塗布する。さらに、外層用として低屈
折率のUV硬化アクリル樹脂を全面に注入し硬化
させる。硬化後シリコンゴム型から取りはずし、
反対側も同様な方法でマツチングオイルの塗布、
外層の成形を行なう。なお、両面を同時に行なつ
てもよい。 屈折率整合液としてのマツチングオイルを塗布
して形成される薄膜の厚さは1μm〜20μm、好ま
しくは7μm程度がよい。外層の厚さ、形状は特に
制限はない。屈折率整合液による薄膜はマツチン
グオイルの塗布後に、硬化後の内層のUV硬化ア
クリル樹脂を垂直に立てることにより達成され
る。屈折率整合液として用いられるマツチングオ
イルはシリコンオイルが好ましい。本実施例で使
用されたマツチングオイルは、例えば具体的に
は、OF−35A〜39C(信越化学工業(株)製)の名称
で市販されているものである。 実施例 光フアイバ…−φ1.0mmのプラスチツク光フアイ
バ 内 層…n1=1.556のUV硬化アクリル樹脂 屈折率整合液…n2=1.458のマツチングオイル 外 層…n3=1.449のUV硬化アクリル樹脂 を用い、分岐角ψ=17°、内層の幅1mmの矩形断
面形状とした2分岐光結合素子を製作し、挿入損
失Ls、2出力ボード間の均一性ηを従来品と比
較した。 Ls=−10log10(P2+P3/P1) η=−10log10(P3/P2) と定義する。 ここで、P1は入力ポートの光パワー、P2,P3
は分岐による出力ポートの光パワーを示す。 第1表に従来品と本実施例による2分岐光結合
素子の比較を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Background of the Invention (1) Technical Field The present invention relates to an optical coupling device for optical fiber.
More specifically, the present invention relates to an optical coupling element for optical fiber used as an optical coupling element. Here, the optical fiber optical coupling element is an element that couples a plurality of optical fibers and passes light between them, or an element that branches light from an optical fiber to a plurality of optical fibers. (2) Prior art and its problems As a plastic optical coupling device, an optical waveguide for optical fibers with a two-layer cladding structure using UV-curable acrylic resin has been reported (Symposium on Organic Materials for Intermediate Optics and Electronics). 1985, May 1-2). This optical waveguide for optical fiber has different refractive index.
Although the core and cladding are molded using UV-curable acrylic resin, the insertion loss is still high and the branching characteristics between outputs lack uniformity, so it cannot be said to be satisfactory as a practical optical coupling device. Nakatsuta. Furthermore, a method has been disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 156204/1983) in which light loss is prevented by depositing an intermediate layer of a thin metal film between the inner layer and the outer layer at a bent portion where the bending angle is large. However, since the metal thin film is deposited, there are problems with the equipment.
The results were not satisfactory due to the complexity of the manufacturing process. OBJECT OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and to provide an optical coupling device for optical fiber that can be used as a practical optical coupling device and has low insertion loss and uniform branching characteristics between outputs. Our goal is to provide the following. A further object of the present invention is to provide an optical coupling element for optical fiber that is easy to manufacture and inexpensive. Structure of the Invention In order to achieve the above-mentioned object, an optical coupling element for optical fibers of the present invention is an optical coupling element used as an element for optical coupling by interposing the end faces of a plurality of optical fibers. a branch-like inner layer extending from the end faces of the plurality of optical fibers in a direction connecting the end faces, an outer layer having a lower refractive index than the inner layer surrounding the inner layer, and an inner layer between the inner layer and the outer layer; The structure includes a refractive index matching liquid coated with a refractive index between the outer layer and the outer layer. In a preferred embodiment of the invention, the refractive index matching liquid consists of matching oil. In a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the thin film formed by the matching oil is from 1 μm to 20 μm. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIG. 1 is a block diagram of an optical fiber optical coupling element according to an embodiment of the present invention. Figures 2 and 3
The figures show longitudinal sections of AA' and BB', respectively. This is a branching element that branches the light emitted from the optical fiber 10 into the optical fibers 11 and 12.
It is also an element that couples to 0. Optical fiber 10,1
Inner layer 13 and outer layer 15 connecting between 1 and 12, matching oil 14 as a refractive index matching liquid provided between inner layer 13 and outer layer 15, and matching layer 1
It is composed of 6, 17, and 18. The refractive index of the matching oil 14 is the refractive index of the inner layer 13 and the outer layer 1.
It has a refractive index between 5 and 5. In the conventional case, the above-mentioned refractive index matching liquid was not provided and the structure was two-layered. FIG. 4 is a diagram showing the state of light propagation in a conventional optical coupling element. When light is incident on the center of the end face of the optical coupling element at an incident angle θ 0 , it propagates through the optical coupling element while undergoing total reflection at the interface between the core 19 and the cladding 20. The condition for total internal reflection is given by COSθ'> n 3 > n 1 . Now, if an interface irregularity as shown in FIG. 4 occurs between the core 19 and the cladding 20, light will pass through the cladding 20 and leak out of the optical coupling element, resulting in optical loss. On the other hand, in the case of this embodiment, as shown in FIG. 5, the optical coupling element has a structure in which a matching oil 14 is applied as a refractive index matching liquid, and there is no interfacial irregularity between the inner layer 13 and the matching oil 14. Even if this occurs, the light can be totally reflected between the matching oil 14 and the outer layer 15, and the light will propagate within the inner layer 13.
Therefore, in the case of this embodiment, light leakage is reduced and optical loss can be reduced. Further, by further providing matching layers 16, 17, 18 between the optical fibers 10, 11, 12 and the inner layer 13, the coupling loss between the optical fiber and the optical coupling element can be reduced, leading to a reduction in optical loss. There is. As a method for manufacturing an optical coupling element, a Y-shaped pattern with a line width approximately equal to the outer diameter of an optical fiber and a branching angle smaller than the total reflection angle of light is created on a transfer film surface, and this is transferred onto a negative film. A negative film and a photoresist are brought into close contact with each other, exposed to ultraviolet rays, and then washed to create a Y-shaped convex pattern (master mold) with a rectangular cross section. A Y-shaped pattern is created from silicone rubber by vacuum casting using a master mold. An optical fiber with a polished end face is inserted into each groove of a Y-shaped concave pattern made of silicone rubber. Note that matching oil is loaded on the end face of the optical fiber. This matching oil is used as a refractive index matching liquid, and is preferably silicone oil. A predetermined amount of high refractive index UV-curable acrylic resin for the inner layer is poured into the groove and cured. Next, as a refractive index matching liquid on this entire surface,
A matching oil having a refractive index between the high refractive index UV-cured acrylic resin for the inner layer and the low-refractive index UV-cured acrylic resin for the outer layer is applied to form a uniform film. Furthermore, for the outer layer, a low refractive index UV-curable acrylic resin is injected into the entire surface and cured. After curing, remove from the silicone rubber mold,
Apply matting oil to the other side in the same way.
Molding the outer layer. Note that both sides may be processed at the same time. The thickness of the thin film formed by applying matching oil as a refractive index matching liquid is 1 μm to 20 μm, preferably about 7 μm. There are no particular restrictions on the thickness or shape of the outer layer. A thin film of refractive index matching liquid is achieved by vertically standing the inner layer of UV-cured acrylic resin after hardening after applying matching oil. The matching oil used as the refractive index matching liquid is preferably silicone oil. The matting oils used in this example are, for example, those commercially available under the names OF-35A to 39C (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.). Example Optical fiber...-plastic optical fiber of φ1.0mm Inner layer...UV-cured acrylic resin with n 1 = 1.556 Refractive index matching liquid...n 2 = Matching oil with 1.458 Outer layer... UV-cured acrylic resin with n 3 = 1.449 Using this method, we fabricated a two-branch optical coupling device with a rectangular cross-section with a branching angle ψ = 17° and an inner layer width of 1 mm, and compared the insertion loss Ls and uniformity η between the two output boards with conventional products. Define Ls=-10log 10 (P 2 + P 3 /P 1 ) η=-10log 10 (P 3 /P 2 ). Here, P 1 is the optical power of the input port, P 2 , P 3
indicates the optical power of the output port due to branching. Table 1 shows a comparison between the conventional product and the two-branch optical coupling device according to this example.

【表】 第1表に示すように、光結合素子の内層と外層
の間にに整合液を設けたことにより挿入損失が少
なく、出力ポート間の出力の均一性に優れた光結
合素子が得られる。 また、使用材料は本発明の技術思想を達成する
ものであれば本例に限られるものではない。 発明の具体的効果 前述のように、光結合素子に屈折率整合液を用
いた薄膜を用いることにより、従来の光結合素子
よりも挿入損失と分岐損失(出力ポート間の光出
力の均一性)が非常に少ない光フアイバ用光結合
素子の実現に成功した。 本発明に係る光フアイバ用光結合素子は、ロー
カル・エリア・ネツトワーク(LAN)において
データベースからの光信号モニタ、光計測用の光
信号分岐回路素子としても利用可能である。 さらに、本発明の光フアイバ用光結合素子は製
造が簡単で安価である。
[Table] As shown in Table 1, by providing a matching liquid between the inner layer and outer layer of the optical coupling element, an optical coupling element with low insertion loss and excellent output uniformity between output ports can be obtained. It will be done. Further, the materials used are not limited to those shown in this example as long as they achieve the technical idea of the present invention. Specific Effects of the Invention As mentioned above, by using a thin film using a refractive index matching liquid in the optical coupling element, insertion loss and branching loss (uniformity of optical output between output ports) are lower than in conventional optical coupling elements. We have succeeded in realizing an optical coupling device for optical fibers with very little loss. The optical fiber optical coupling device according to the present invention can also be used as an optical signal branching circuit device for monitoring optical signals from a database and for optical measurement in a local area network (LAN). Furthermore, the optical fiber optical coupling device of the present invention is easy to manufacture and inexpensive.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る光フアイバ用光結合素子
の構成図、第2図は第1図のAA′断面図、第3図
は第1図のBB′断面図、第4図は従来の光フアイ
バ用光結合素子の光伝搬説明図、第5図は本発明
に係る光フアイバ用光結合素子の光伝搬説明図で
ある。 図中、10,11,12……光フアイバ、13
……光結合素子の内層、14……屈折率整合液、
15……光結合素子の外層、16,17,18…
…光結合素子の光フアイバとの整合層である。
Fig. 1 is a block diagram of an optical fiber optical coupling device according to the present invention, Fig. 2 is a sectional view AA' in Fig. 1, Fig. 3 is a sectional view BB' in Fig. 1, and Fig. 4 is a conventional sectional view. FIG. 5 is an explanatory diagram of light propagation in the optical coupling element for optical fiber according to the present invention. In the figure, 10, 11, 12...optical fiber, 13
... Inner layer of optical coupling element, 14 ... Refractive index matching liquid,
15... Outer layer of optical coupling element, 16, 17, 18...
...A matching layer with the optical fiber of the optical coupling element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数の光フアイバの端面間に介在させて光結
合のための素子として使用される光フアイバ用の
光結合素子であつて、 前記複数の光フアイバ端面から前記端面同士を
結ぶ方向に伸びた枝状の内層と、 該内層を被包する該内層よりも屈折率の小さい
外層と、 前記内層と前記外層との間に、前記内層と前記
外層との間の屈折率を持つ屈折率整合液を塗布し
たことを特徴とする光フアイバ用光結合素子。 2 屈折率整合液がマツチングオイルからなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光フ
アイバ用光結合素子。 3 マツチングオイルによる薄膜の厚さが、1μm
から20μmであることを特徴とする特許請求の範
囲第2項記載の光フアイバ用光結合素子。
[Scope of Claims] 1. An optical coupling element for optical fibers that is used as an element for optical coupling by being interposed between the end faces of a plurality of optical fibers, wherein the end faces are connected from the end faces of the plurality of optical fibers to each other. a branch-like inner layer extending in the connecting direction; an outer layer enclosing the inner layer and having a refractive index lower than that of the inner layer; and a refractive index between the inner layer and the outer layer; An optical coupling element for an optical fiber, characterized in that it is coated with a refractive index matching liquid. 2. The optical coupling device for optical fiber according to claim 1, wherein the refractive index matching liquid comprises matching oil. 3 The thickness of the thin film made of matting oil is 1 μm.
3. The optical coupling device for optical fiber according to claim 2, wherein the optical fiber has a thickness of 20 μm.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56126809A (en) * 1980-03-10 1981-10-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light branching circuit
JPS60156021A (en) * 1984-01-25 1985-08-16 Matsushita Electric Works Ltd Optical branching device

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