JPS63291012A - 多端子発光モジュ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、発光ダイオードやレーザダイオード等の単一
の発光素子から出射される光信号を複数本の光ファイバ
ーに分配して出力する多端子発光モジュールに関するも
のである。

（従来の技術） 従来、この種の多端子発光モジュールとしては、例えば
第６図に示すようなものが知られている（昭和５９年度
電子通信学会　光・電波部門全国大会３５０「多端子レ
ーザダイオードモジュール」中口智之他）。同図におい
てレーザダイオードなどの発光素子１からの出力光は、
球レンズ２を介して三層構造スラブ型ミクサー３の平板
型導波路５の入力端に集光して入射され、平板型導波路
５をミクサーとして伝搬した後、出力端に接合して配列
された複数本の光ファイバーからなる光フアイバーアレ
ー４に均等に分配される仕組みとなっている。

また、第７図に示すように、一方向性屈折率分布型のス
ラブレンズを用いたさらに簡単な構造からなるものも知
られている（　ＩＩｎ和６１年度電子通信学会　光・電
波部門全国大会２４２「一方向屈折率分布型スラブレン
ズを用いた多端子レーザダイオードモジコール」中山伸
他）。同図においてスラブレンズ６は上下方向Ｊなゎち
Ｙ方向（ファイバーアレー４の配ＩＩＩとは垂直な方向
）にのみ中心部が高く周辺に行くに従って徐々に減少覆
るような屈折率分布を右するレンズで・あり、モジュー
ルはスラブレンズ６の入力端に発光素子１を、またスラ
ブレンズ６の出力端にファイバーアレー４を接合した１
Ｍ造からなる。発光索子１より発した光線は第８図に示
すように屈折率分布のある方向（Ｙ方向）では内側へと
曲げられるので、レンズ６を適当な長さに選ぶと出力端
で光を集光することができるが、屈折率分布のない方向
（Ｙ方向）では、第９図に示づ”ように光線はレンズ６
の側面で全反則を繰り返し、レンズ６の出力端面上では
一様な光強度分布となる。このｊζめ、発光素子１より
発した光線はレンズ６の出力端では一直線状に集光する
（第１１図参照）ので、集光形状に沿ってファイバー４
を配列することによって均一に光を分配することができ
る。

一方、発光ダイオード（ｌ　ＥＤ）を発光索子とする場
合でも、第１０図に示すようにロッド状に配列された１
ｉｉｌ折率分布型レンズ９とファイバー８を接合したも
のをＬ　Ｅ　Ｄ　１１の発光角に合ｔＩＣ放射状にホル
ダー１０を用いて配置した構造のモジュールが知られ−
Ｃいる（第１１回光学シンポジウム講演予稿集［多出力
ＬＥＤモジコール］砂ＩＴＩ匡他（１９８６））Ｑ （発明が解決しようとする問題点） 第６図に示す構造の従来の多端子モジコールでは、球レ
ンズ２を用いて光を平板型導波路５の入力端に挿入する
必要があるため、発光素子１、レンズ２、平板型導波路
５および光フアイバーアレー４の相互間の軸合せ工程が
必要とされるため、作業時間が長くかかるのみならずそ
の軸合氾に相当の熟練を必要とし、また部品点数も多い
などという問題点があった。この問題点を解決するため
、第７図に示す様な一方向性屈折率分布ハＩ（のスラブ
レンズ６を用いた多端子モジコールが提案された。

この素子においては、発光素子１がら直接光を入力する
ので球レンズ等が不用な上に、構造が簡単で複雑な軸合
せも必要としない利点はあるものの、第１１図に示すよ
うに集光した一直線状の光束７をファイバーアレー４に
分配する際に光ファイバーのクラッド部４ａがあるため
に一部の光線が斜線領域４Ｃによって示されるように光
損失となるという欠点があった。このような光の損失を
出来るだけ少なくするためには、ファイバーをエツチン
グなどしてクラッド部分４ａを薄くすることも考えられ
るが、エツチングという面倒な工程を必要とするばかり
か、その場合ファイバーは脆くなり、ファイバーの僅か
の曲りで光が容易に外部に漏れてしまう不都合があった
。

Ｌ　Ｅ　Ｄを発光素子とした場合に関しては、第１０図
に示すような構造のモジコールがあるが、これとても複
雑な形状のホルダー１０が必要である事に加えて、ファ
イバーの本数と等しい数の屈折率分布型のロッドレンズ
９が必要となり、素子全体としてコストが高くなるとい
う問題点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前述した従来技術における諸問題点を解決する
ためになされたものであり、発光素子から出射される光
信号を複数本の光ファイバーに分配して出力する多端子
発光モジコールにおいて、透明基板中にその基板面に実
質的に垂直な光軸方向に沿って該基板面から遠ざかるに
従って次第に減少する第１屈折率分布と、さらに光軸と
実質的に垂直な断面内で該光軸から遠ざかるに従って次
第に減少づる第２屈折率分布とを有する大口径平板マイ
クロレンズと複数の小口径平板マイクロレンズとを具備
し、前記発光素子から出（ト）される光線が前記大口径
平板マイクロレンズにＪ：って実質的な平行光束とされ
、該平行光束が前記小口径平板マイクロレンズの各々に
よって夫々集光され、そして該集光された光が夫々前記
光ファイバーの夫々のコア端面に照射されることを特徴
とするものである。

−６＝ 本発明の多端子発光モジュールの好ましい態様として次
のものが列挙され得る。

（１）　　前記大口径平板マイクロレンズと前記複数の
小口径平板マイクロレンズとが同一の透明基板に形成さ
れている。

（２）　　前記大口径平板マイクロレンズの焦点距離位
置に前記発光素子が配置され得るように、屈折率及び厚
さの選択されたスペーサーガラスが前記大口径平板マイ
クロレンズと前記発光素子との間に配置される。

（３）　　前記複数の小口径平板マイクロレンズの夫々
の焦点距離位置に前記複数の光ファイバーの夫々のコア
端面が配置され得るように、屈折率及び厚さが選択され
たスペーサーガラスが前記小口径平板マイクロレンズと
前記光ファイバーとの間に配置される。

（４）　　前記各小口径平板マイクロレンズの直径と前
記各光ファイバーの直径とが実質的に等しい。

（５）　　前記小口径平板マイクロレンズの個数が３個
、５個、７個または１９個である。

（６）　　前記大口径及び小口径平板マイクロレンズが
、アルカリ酸化物を含有するガラス平板の両面にそれぞ
れ径の異なる開口部を有する金属マスクを設け、該開口
部を介して、ＴｌあるいはＡＱイオンをガラス基板内に
拡散させることによって作製される。

（実施例） 以下図面に示す本発明の実施例につき詳説覆る。

第１図は本発明の多端子発光モジュールの基本構成とし
ての平板マイクロレンズの屈折率分布を説明する図面で
あって、第１図に示すような透明基板１２の中に、この
基板面に垂直な光軸（Ｚ軸）方向に、基板面から遠ざか
るに従って次第に屈折率が減少する屈折率分布（第１図
（ｂ））および光軸に垂直な断面内で上記光軸（７軸）
から遠ざかるに従って次第に屈折率が減少するような屈
折率分布く第１図（ａ））を有する半球状の領域１３か
らなる平板マイクロレンズ１３Ｌ及び１３Ｓを利用する
ことによって、上記の従来の多端子発光モジュールのも
つ問題点を解決しようとするものである。

即ち、本発明の多端子発光モジュールは、第２図に示す
ように発光素子１５から出射される光信号を、透明基板
１２中の片面（入射面）に形成した大口径平板マイクロ
レンズ１３ｍにより平行光束１９とする。従って発光素
子１５はレンズ１３Ｌの焦点距離にほぼ等しい厚さを有
するスペーサーガラス１４ａを介してレンズ１３Ｌに接
合する。

この平行光束１９を得るためには、大口径平板マイクロ
レンズ１３Ｌの焦点距離位置に発光素子１５が設置され
得るようにスペーサーガラス１４ａの屈折率およびその
厚さを選択する必要がある。

この平板マイクロレンズ１３Ｌは透明基板１２の入射端
に形成されており、それと反対側の出射端にはやはり第
１図（ａ）及び（ｂ）に示すような屈折率分布を有する
小口径平板マイクロレンズ１３ｓが配列されている。小
口径レンズ１３８の配列は、大口径レンズ１３Ｌによっ
て形成された平行光束の最大有効径の中に３個のレンズ
１３Ｓが納まるように全体では合計７個の小口径レンズ
１３ｓが配置され、各小口径レンズ１３ｓの背後には各
１本の光ファイバー（コア１７とクラッド１６とから構
成される光ファイバー）が第３図に示すごとく配列され
ている。小口径レンズ１３ｓと光フアイバ一端面との間
には各小口径レンズ１３８の焦点が光ファイバーのコア
１７の夫々に集まるように、その屈折率と厚さの選択さ
れたスペーサーガラス１４ｂが装着されている。

以上述べた構成によれば、発光素子１５がら発した光線
は大口径平板マイクロレンズ１３Ｌによって平行光束１
９となり、この平行光束の最大有効径内に配置された７
個の小口径レンズ１３ｓによって７個の光ファイバー（
外径１２５μ）の各コア１７に集光され、夫々光量の等
しい光信号が各ファイバーに分配されることになる。し
かしながら、第３図の斜線部分１８は平行光束１９のう
ち損失となる部分を示し、光強度を一様なものとした場
合、その損失は平行光束中の全光線に対して約２２％と
なる。

これに対して第１１図に示したように光ファイ−１〇　
− バーを集光光束７にそって配列する従来の方式では、斜
線部４ｃの光が光損失となり、コア径５０μ、クラツド
径１２５μのファイバーを用いた場合は６１％が、また
コア径５０μ、クラツド径６２．５μのファイバーを用
いた場合には２１％、またコア径８０μ、クラツド径１
２５μのファイバーを用いた場合は３６％が損失となる
。従って第３図に示した実施例にお（ｊる光の損失はク
ラッドの厚さの薄い６２，５μのファイバーの光損失に
ほぼ等しいと見積ることができる。従って、さらに小ざ
な径の平板マイクロレンズの複数個を光束１９に含まれ
るように充填すれば、ファイバーを集光光線に治って一
列に配列する従来の方式に比較して光の損失を少なくす
ることができる。一方、平行光束１９の最大有効径はレ
ンズ１３　Ｌの直径を超えることはないので、最大有効
径がレンズ１３Ｌの直径に等しいとした場合、本実施例
の小口径レンズ１３Ｓの直径はぼレンズ１３Ｌの直径の
１／３に相当する。

第４図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は、小口怪事板マイク
ロレンズ１３ｓの個数と配列及びその夫々に対向配置さ
れる光ファイバーの本数ど配列を示す３つの別実施例を
示す。す４Ｔわも、第４図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）で
は平行光束１つの最大有効径内に人々３個、５個及び１
９個の小口径レンズ１３ｓが配列され、それに対応して
コア１７、クラッド１６を有する光ファイバーの３木、
５本及び１９本が配列される。このように小口径平板マ
イク［ルンズ及び光ファイバーの本数が増えれば増える
程、前述した光損失が減少し光分配効率が向上すること
は明らかである。

第２図及び第３図で述べた実施例及び第４図（ａ）、（
ｂ）及び（Ｃ）で述べた各実施例においては、小口径平
板マイクロレンズ１３Ｓの直径と各光ファイバーのクラ
ッド１６の直径とをほぼ等しいものとして）ボベてきた
が、それは本発明にとって必須のものではなく両者のう
ちどちらかの直径が他方より大きくても支障ない。両名
の直径を実質的に等しくした場合においては、複数の光
ファイバーを束ねたものをスペーサーガラス１４ｂを介
して複数のレンズ１３ｓと接合するのみで、レンズ１３
ｓと光ファイバーとの光学的位置の整合が容易に得られ
るという利点がある。

第５図は本発明における平板マイクロレンズの製造方法
を示す図面であって、第５図に示すようにアルカリ酸化
物を含有するガラス平板２゜の両面にそれぞれ径の責な
る間口部を有する金属マスク２１を設け、これをＴｊ！
ＮＯ３あるいはＡＯＮ０３等の高屈折率を示すイオンの
化合物を含有する溶融塩に高温で浸漬し、間口部よりＴ
ｕあるいはＡｇイオンをガ′ラス平板２ｏ内に拡散させ
ることによって平板マイクロレンズを作製することがで
きる。−例としてＴｉＦ６と称するガラスの片方の面に
５５０μｍの開口径を有するマスクを、また他方の面に
５０μ和の開口径を有するマスクを設け、これを６０重
指％ＫＮＯ３，４０重量％ＡｇＮＯ３よりなる溶融塩中
で３５０℃で８０時間浸漬処理することによって、片方
の面に１．５ｍｔｎの直径をもつ平板マイクロレンズ１
３しを、他方の面に０．５咽の直径を有する平板マイク
ロレンズ１３Ｓを作ることができる。

第２図と第３図および第５図において述べた実施例にお
いては、発光素子の光束を平行なものとする大口径平板
マイクロレンズ１３Ｌとその平行光束を複数の光ファイ
バーに夫々分配するだめの複数の小口径平板マイクロレ
ンズ１３Ｓとが単一の透明基板中に形成されているが、
本発明はそれに限定されることなく、両者を夫々別個の
基板に形成しそれらを接合したものであっても支障ない
。

（発明の効果） 以上述べた様に、本発明の多端子発光モジコールは、発
光素子から出射された光信号を、大口径平板マイクロレ
ンズ及び複数の小口径平板マイクロレンズを用いて複数
本のファイバーに分配するため、従来の様な多数の部品
を用いたり、部品間の複鮪な光軸合せをする必要がなく
、作業時間の短縮とコストダウンを図ることができる。

またファイバーをエツチングしてクラッド厚を薄くする
という面倒な工程も必要としないのでファイバーが脆く
なるａ３それもなくまた光ファイバーの僅かの屈曲によ
っても光が漏洩するという問題も未然に防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は本発明の多端子発光
モジュールの基本構成としての平板マイクロレンズの屈
折率分布を説明するためのグラフ及び斜視図、第２図は
本発明の多端子発光モジュールの一実施例を示す光学的
断面図、第３図は第２図の実施例における小口径平板マ
イクロレンズ及び光ファイバーの配列を示す概略平面図
、第４図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は小口径平板マイク
ロレンズ及び光ファイバーの配列の別実施例を示す概略
平面図、第５図は本発明における平板マイクロレンズの
製造方法を示す光学的断面図、第６図及び第７図は従来
の多端子発光モジュール例を夫々示す斜視図、第８図及
び第９図は第７図に示した従来の多端子発光モジュール
の光線伝搬路を示す光学的断面図、第１０図は従来の多
端子発光モジュールの他の一例を示す光学的断面図、第
１１図は従来の多端子発光モジュールにおける光束と光
ファイバーとの位置関係を示す平面図である。 １・・・発光素子、２・・・球レンズ、３・・・スラブ
型ミクサー、４・・・ファイバーアレー、４ａ・・・ク
ラッド、４ｂ・・・コア、４Ｃ・・・光損失部、５・・
・平板型導波路、６・・・スラブレンズ、７・・・光束
、８・・・ファイバー、９・・・屈折率分布型レンズ、
１ｏ・・・ホルダー、１１・・・発光ダイオード、１２
・・・透明基板、１３ｍ・・・大口径平板マイクロレン
ズ、１３ｓ・・・小口径平板マイクロレンズ、１４ａ、
１４ｂ・・・スペーザーガラス、１５・・・発光素子、
１６・・・クラッド、１７・・・コア、１８・・・光損
失部、１９・・・平行光束、２０・・・・・・ガラス平
板、２１・・・金属マスク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光素子から出射される光信号を複数本の光ファ
   イバーに分配して出力する多端子発光モジュールにおい
   て、透明基板中にその基板面に実質的に垂直な光軸方向
   に沿って該基板面から遠ざかるに従つて次第に減少する
   第１屈折率分布と、さらに光軸と実質的に垂直な断面内
   で該光軸から遠ざかるに従って次第に減少する第２屈折
   率分布とを有する大口径平板マイクロレンズと複数の小
   口径平板マイクロレンズとを具備し、前記発光素子から
   出射される光線が前記大口径平板マイクロレンズによっ
   て実質的な平行光束とされ、該平行光束が前記小口径平
   板マイクロレンズの各々によつて夫々集光され、そして
   該集光された光が夫々前記光ファイバーのそれぞれのコ
   ア端面に照射されることを特徴とする多端子発光モジュ
   ール。