JP4017577B2 - 双方向光通信用光学部品 - Google Patents
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Description
プリズム11の第1の面11aとそれぞれ隣接する第2の面11b及び第3の面11cは、第1の面11aとそれぞれ直角をなすものとされて互いに対向し、五角形の残る第4の面11d及び第5の面11eは内側にへこんだ面とされてV字を形成するものとされる。第4の面11dと第5の面11eとがなす角部Pは第1の面11aに近接した位置に位置されている。
光ファイバ21はその端面が面11aに位置するレンズ12,14に近接対向されて配置される。受光素子22は面11bに位置するレンズ13と対向配置され、発光素子23は面11cに位置するレンズ15と対向配置される。受光素子22と発光素子23とは平行対向されて配置されている。
光ファイバ21の端面から出射された受信光31は図10Aに示したようにレンズ12で集光されてプリズム11内に入射し、面11dで反射されて面11bに向い、レンズ13で集光されて受光素子22に結合される。一方、発光素子23から出射された送信光32はレンズ15によって集光されてプリズム11内に入射し、面11eで反射されて面11aに向い、レンズ14で集光されて光ファイバ21の端面に結合される。
このように、この例では光学部品10はブロック状とされ、発光素子23、受光素子22及び光ファイバ21端面の3者と対向配置されて送受信経路を構成するものとなっており、この光学部品10を通して光の送受信が行われるものとなっている。
レーザダイオード41より出射された送信光43はS偏光状態でプリズム44の傾斜面上の偏光反射膜42に入射し、この送信光43は偏光反射膜42によってその大部分が反射され、レンズ45により集光されて光ファイバ46の端面に結合される。
光ファイバ46の端面から出射された受信光47はレンズ45で集光され、偏光反射膜42に入射する。マルチモードの光ファイバ46から出射された受信光47は略半分が偏光反射膜42で反射され、残りの半分は偏光反射膜42を透過して受光素子48に結合する。
図12は図10に示した双方向光通信用光学部品10を用いて構成された一対の通信系の構成及び各種光経路を例示したものであり、ここではポート1の送信系1から送信された送信光がポート2の受信系2に受信される場合を例に、各種光経路を示している。なお、送信系とは発光素子、偏向系(反射面、屈折面など)、レンズ等よりなる構成を言い、受信系とは受光素子、偏向系(反射面、屈折面など)、レンズ等よりなる構成を言う。また、開口面とは光送受信器(光学部品)において光ファイバと対向する面を言う。以下、各経路について説明する。
二点鎖線で示した経路(2)は送信光が送信系2へ混入し、ロスや遠端クロストーク、送信系2の送信信号へのノイズ混入の原因となる経路である。
数字〈1〉〜〈7〉を付し、破線の矢印を記入した箇所は送信系1より送信された送信光のうち、自局の受信系1に混入し、受信系1の受信信号のS/N低下の原因となる光(クロストーク光)の主な発生箇所であり、〈1〉〜〈7〉はそれぞれ
〈1〉:送信系2各面(発光素子面、リードフレーム、コリメータレンズ面など)における反射
〈2〉:受信系2各面(受光素子面、リードフレーム、集光レンズ面など)における反射
〈3〉:ポート2開口面における反射
〈4〉:光ファイバ遠端(相手(ポート2)側のファイバ端面)の反射
〈5〉:光ファイバ近端(自局(ポート1)側のファイバ端面)の反射
〈6〉:ポート1開口面における反射
〈7〉:隙間からの混入
を表している。なお、ポート2側で発生したクロストーク(〈1〉〜〈4〉及びその他迷光)全体をポート1の遠端クロストークと呼び、ポート1側で発生したクロストーク(〈5〉〜〈7〉及びその他迷光)全体をポート1の近端クロストークと呼んでおり、送信光が自局の受信系1に混入するクロストーク(矢印(3)で示す)はこれら近端クロストークと遠端クロストークの和となる。
即ち、従来においては送信光を効率よく光ファイバに結合させるために送信光を光ファイバに結合させるレンズの結合効果の最適化を一般に図るものとなっており、例えば図10Aに示した光学部品10で言えば、面11a(開口面)に位置する送信光集光用のレンズ14の光軸を面11eで反射されてくる送信光32の光束の最大強度部の方向に一致させていた。
しかるに、このような構成とすると、送信系と光ファイバとは共役関係となるため、レンズ14に入射する受信光(光ファイバ端面から出射する受信光の略半分)は送信経路を逆にたどり、送信系に混入し、ロスや相手側ポートの遠端クロストークの原因のひとつとなっていた。また、例えば発光素子23がレーザダイオードの場合、受信光が入射することによって送信光のノイズ発生の原因となっていた。
さらに、図10Bに示したようにレンズ14の頂点付近の接平面が光ファイバ21の端面と対向した状態となるため、この部分における受信光31の反射が再び光ファイバ21に結合し、相手側ポートの遠端クロストークになってしまうことが問題となっていた。
この発明はこのような状況を鑑みてなされたものであり、受信光の送信系への混入を低減し、かつ開口面における受信光の反射が再び光ファイバに結合することを低減できるようにした双方向光通信用光学部品を提供するものである。
請求項2の発明では、送信光結合用要素が頂点が光ファイバ端面と対向された円錐体形状をなすものとされる。
請求項3の発明では、送信光結合用要素が送信光光束の最大強度部の方向に対して光軸がずらされたレンズとされる。
そして、上記光結合用要素が光ファイバ端面に対して傾斜面を構成するプリズムとされる。
請求項1乃至5のいずれかの発明では、上記ブロックを構成する基体は、上記光ファイバ端面と対向する面を構成する第1の面と、受光素子が対向配置される第2の面と、発光素子が対向配置される第3の面と、第1の面から入射される受信光を第2の面に向って反射する第4の面と、第3の面から入射される送信光を第1の面に向って反射する第5の面とを有する五角形プリズムとされ、第2、第3の面は第1の面とそれぞれほぼ直角をなして隣接し、かつ互いに対向されているものとされる。
請求項6の発明では請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、第2の面及び第3の面にそれぞれ集光用のレンズが形成されているものとされる。
従って、送信系の発光素子面やリードフレームなどによる反射及び送信側開口面における反射に起因する遠端クロストークを低減することができ、また発光素子にレーザダイオードを用いる場合に発生していた送信光のノイズを低減することができ、これらの点で高性能な双方向光通信用光学部品を実現することができる。
図1はこの発明による双方向光通信用光学部品の一実施例の構成を、図10Aに示した従来例と同様、光ファイバ及び発光素子、受光素子と共に示したものであり、図10Aに示した従来の光学部品10と対応する部分には同一符号を付してある。
この例では光ファイバ21の端面と対向する五角形プリズム11の面11aには受信光集光用のレンズ12と送信光結合用要素としてのプリズム51とが隣接形成されたものとされ、即ち従来の光学部品10における送信光集光用のレンズ14に代えてプリズム51が形成されたものとされる。
プリズム51はこの例では断面形状が直角三角形をなすものとされ、その三角形の直交2面は面11aとレンズ12との隣接面に位置され、斜面が開口面を構成するものとされる。
さらに、このプリズム51においては従来のレンズのような光ファイバ21と対向する接平面が存在しないため、図1Bに示したように受信光31の反射31′を光ファイバ21から逸らすことができ、よって開口面における受信光31の反射31′が再び光ファイバ21に結合し、相手側ポートの遠端クロストーク(図12中、〈3〉)となることを低減することができる。なお、プリズム51を透過する受信光31は送信経路の光軸を逸れ、図1Bに示したようにその一部を受信系方向に導くことが可能であり、そのため従来ロスとなっていた送信側開口面を透過した受信光31も有効に利用でき、受信のロスが低減される。
なお、送信光32の光束の最大強度部を光ファイバ21に結合させることは、例えば光ファイバ21が大口径で開口面に近接している限り、容易であり、その点で例えばプラスチック光ファイバ(POF)などの大口径の光ファイバを用いる場合に、この光学部品52は特に好適なものとなる。
なお、このような簡易な構成の一つの光学部品52によって、送受信経路が構成されるものであるため、安価に構成することができる。
送信光結合用要素はこの図1に示したようなプリズム51に限らず、他の構成とすることもできる。
図3はプリズム51に代えてレンズ54を用いた例を示したものであり、この例におけるレンズ54はその光軸(一点鎖線で示す)が送信光光束の最大強度部の方向に対してずらされて(偏心されて)おり、その頂点(二点鎖線で示した仮想部分に存在する)が光ファイバ21の端面と対向しないようにされている。なお、レンズ54はこの例では球面レンズとされているが、非球面レンズとしてもよい。
図4はプリズム51に代えて用いるレンズをフレネルレンズ形状とした例を示したものであり、このフレネルレンズ55の光軸及び頂点は図3のレンズ54と同様に設定されている。
図5は上述した例のように受信光集光用レンズ12と送信光結合用要素とを開口面に隣接して設けるのではなく、受信側開口面及び送信側開口面を一つの光結合用要素で構成した例を示したものであり、この例では光結合用要素としてレンズ(球面レンズ)61がプリズム11の面11aに形成されたものとなっている。
このレンズ61は光ファイバ21の光軸に対して光軸(一点鎖線で示す)が図に示したように受信側に偏心されており、頂点が光ファイバ21の端面と対向しないようにされている。
この図5に示した光学部品62によれば開口面には一つのレンズ61が設けられているのみであり、つまり図3に示した光学部品57における送信光結合用要素としてのレンズ54と受信光集光用レンズ12とが一つのレンズ61に一体化されたような構造となっており、よってその分構造が簡略化されたものとなっている。
なお、この例ではレンズ61に対して送信系のみならず、受信系も光ファイバ21と共役関係にないため、受信側開口面における受信光31の反射も減少し、その点で相手側ポートの遠端クロストークをさらに改善できるものとなっている。
なお、プリズム64は図7に示したように断面形状が直角三角形をなすものとされ、その斜辺をなす傾斜面が光ファイバ21の端面と対向され、開口面をなすものとされる。また、レンズを図6に示したように非球面構造とすることにより、受信光31がより受光素子22に集光されるようにすることができ、つまり受信側開口面の最適化を図ることが可能となる。
これら図5〜7に示した光学部品62,65及び66においても前述の図1に示した光学部品52等と同様、送信光32の光ファイバ21との所要の結合効率を維持しつつ、送信系への受信光31の混入及び送信側開口面における受信光31の反射の光ファイバ21への結合を低減することができる。
図8Aに示したように、従来例ではレンズ(送信光集光用レンズ)よりなる光結合用要素74に対して光ファイバ21と送信系とが共役関係となっているため、送信光光束最大強度部の方向71と、光結合用要素74に入射する受信光光束最大強度部の方向72とは一致し、また受信光反射光束の最大強度部の方向73は光ファイバ21に向き、光ファイバ21に結合するものとなる。
なお、図8Bに示したように、光ファイバ21のコア径をa、発光素子23の発光面の径をbとした時、これらはa>bの関係とされ、また光ファイバ21の端面と開口面間の経路長をc、開口面と発光素子23間の経路長をdとした時、これらはc<dの関係とされる。
図9はこの発明による双方向光通信用光学部品と受光素子22と発光素子23とよりなる光送受信器が組み込まれている一芯の光コネクタ81の構成の一例を示したものであり、この例では図1に示した光学部品52が組み込まれたものとなっている。図中、82は光ファイバプラグが挿入されるスリーブを示す。
Claims (6)
- ブロック状をなし、発光素子、受光素子及び光ファイバ端面の3者と対向配置されて送受信経路を構成し、発光素子から出射された送信光を光ファイバ端面に結合させ、その光ファイバ端面から出射された受信光を受光素子に結合させる双方向光通信用光学部品であって、
上記ブロックを構成する基体は、上記光ファイバ端面と対向する面を構成する第1の面と、上記受光素子が対向配置される第2の面と、上記発光素子が対向配置される第3の面と、上記第1の面から入射される受信光を上記第2の面に向って反射する第4の面と、上記第3の面から入射される送信光を上記第1の面に向って反射する第5の面とを有する五角形プリズムとされ、
光ファイバ端面と対向する面に受信光集光用レンズと送信光結合用要素とが隣接形成され、
上記送信光結合用要素は直角三角形プリズムとされ、その三角形の直交2面は上記光ファイバ端面と対向する面と上記受信光集光用レンズとの隣接面に位置され、
上記送信光結合用要素は送信光光束の最大強度部を光ファイバの開口数以下の角度で光ファイバ端面に入射させると共に、入射した受信光光束の最大強度部の方向を送信光光束の最大強度部の方向と逸らせ、かつその受信光の反射光束の最大強度部を光ファイバの開口数以上の角度にするものとされていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。 - ブロック状をなし、発光素子、受光素子及び光ファイバ端面の3者と対向配置されて送受信経路を構成し、発光素子から出射された送信光を光ファイバ端面に結合させ、その光ファイバ端面から出射された受信光を受光素子に結合させる双方向光通信用光学部品であって、
上記ブロックを構成する基体は、上記光ファイバ端面と対向する面を構成する第1の面と、上記受光素子が対向配置される第2の面と、上記発光素子が対向配置される第3の面と、上記第1の面から入射される受信光を上記第2の面に向って反射する第4の面と、上記第3の面から入射される送信光を上記第1の面に向って反射する第5の面とを有する五角形プリズムとされ、
光ファイバ端面と対向する面に受信光集光用レンズと送信光結合用要素とが隣接形成され、
上記送信光結合用要素は頂点が上記光ファイバ端面と対向された円錐体形状をなすものとされ、
上記送信光結合用要素は送信光光束の最大強度部を光ファイバの開口数以下の角度で光ファイバ端面に入射させると共に、入射した受信光光束の最大強度部の方向を送信光光束の最大強度部の方向と逸らせ、かつその受信光の反射光束の最大強度部を光ファイバの開口数以上の角度にするものとされていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。 - ブロック状をなし、発光素子、受光素子及び光ファイバ端面の3者と対向配置されて送受信経路を構成し、発光素子から出射された送信光を光ファイバ端面に結合させ、その光ファイバ端面から出射された受信光を受光素子に結合させる双方向光通信用光学部品であって、
上記ブロックを構成する基体は、上記光ファイバ端面と対向する面を構成する第1の面と、上記受光素子が対向配置される第2の面と、上記発光素子が対向配置される第3の面と、上記第1の面から入射される受信光を上記第2の面に向って反射する第4の面と、上記第3の面から入射される送信光を上記第1の面に向って反射する第5の面とを有する五角形プリズムとされ、
光ファイバ端面と対向する面に受信光集光用レンズと送信光結合用要素とが隣接形成され、
上記送信光結合用要素は送信光光束の最大強度部の方向に対して光軸がずらされたレンズとされ、
上記送信光結合用要素は送信光光束の最大強度部を光ファイバの開口数以下の角度で光ファイバ端面に入射させると共に、入射した受信光光束の最大強度部の方向を送信光光束の最大強度部の方向と逸らせ、かつその受信光の反射光束の最大強度部を光ファイバの開口数以上の角度にするものとされていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。 - ブロック状をなし、発光素子、受光素子及び光ファイバ端面の3者と対向配置されて送受信経路を構成し、発光素子から出射された送信光を光ファイバ端面に結合させ、その光ファイバ端面から出射された受信光を受光素子に結合させる双方向光通信用光学部品であって、
上記ブロックを構成する基体は、上記光ファイバ端面と対向する面を構成する第1の面と、上記受光素子が対向配置される第2の面と、上記発光素子が対向配置される第3の面と、上記第1の面から入射される受信光を上記第2の面に向って反射する第4の面と、上記第3の面から入射される送信光を上記第1の面に向って反射する第5の面とを有する五角形プリズムとされ、
光ファイバ端面と対向する面に光結合用要素が形成され、
上記光結合用要素は光ファイバ端面に対して傾斜面を構成するプリズムとされ、
上記送信光結合用要素は送信光光束の最大強度部を光ファイバの開口数以下の角度で光ファイバ端面に入射させると共に、入射した受信光光束の最大強度部の方向を送信光光束の最大強度部の方向と逸らせ、かつその受信光の反射光束の最大強度部を光ファイバの開口数以上の角度にするものとされていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。 - ブロック状をなし、発光素子、受光素子及び光ファイバ端面の3者と対向配置されて送受信経路を構成し、発光素子から出射された送信光を光ファイバ端面に結合させ、その光ファイバ端面から出射された受信光を受光素子に結合させる双方向光通信用光学部品であって、
上記ブロックを構成する基体は、上記光ファイバ端面と対向する面を構成する第1の面と、上記受光素子が対向配置される第2の面と、上記発光素子が対向配置される第3の面と、上記第1の面から入射される受信光を上記第2の面に向って反射する第4の面と、上記第3の面から入射される送信光を上記第1の面に向って反射する第5の面とを有する五角形プリズムとされ、
光ファイバ端面と対向する面に光結合用要素が形成され、
上記光結合用要素は光ファイバ光軸に対して光軸が偏心されたレンズとされ、
上記光結合用要素は送信光光束の最大強度部を光ファイバの開口数以下の角度で光ファイバ端面に入射させると共に、入射した受信光光束の最大強度部の方向を送信光光束の最大強度部の方向と逸らせ、かつその受信光の反射光束の最大強度部を光ファイバの開口数以上の角度にするものとされていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。 - 請求項1乃至5に記載のいずれかの双方向光通信用光学部品において、
上記第2の面及び第3の面にそれぞれ集光用のレンズが形成されていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。
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