JPS6015243B2 - 光分岐結合器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光フアィバ伝送路を使用してデ−タバスやＣ
ＡＴＶシステムなどを構成する場合に有効な光分岐結合
器に関する。

例えば、データバスシステムは、第１図の系統図によっ
て見られるように、空間的に離れた２つの集団の間で、
１つの集団に属する１つの女９点が他の１つの集団に属
するすべての地点との間で情報の交換が可能なように構
成される場合がある。

即ち、集団１川こおける地点１０１が集団２０に属する
＃２点２０１，２０２，２０３，……………との間で情
報の交換を行うような場合に相当する。図において、１
つの８２点に注目すれば、この地点から他の集団のすべ
ての地点まで伝送路１５０，１５１，…・・・・・・・
・・・・・を敷設することになり経済的でない。そこで
第２図に示すように１つの集団のある地点からの信号を
他の１つの集団の各地点へ等しく分配する機能を持つ光
分岐結合器３０を使用すれば、伝送路が著しく簡略化さ
れることがわかる。このような機能を持つ素子として、
伝送路に使用される光フアィバと同じ関口角を持つ複数
本の光フアイバを密に集合させて、その集合外径とほぼ
等しいコア蓬を有するファイバロッドをミキサーとして
使用する、いわゆるスターカブラが提案されている。し
かし、この形式のスターカプラは本質的に挿入損失が大
きいという欠点を有する。また、半透明鏡を多数組合せ
ることによっても、このような光分岐結合器を構成する
ことが原理的に可能であるが、多数のレンズや半透明鏡
を使用しなければならないため、それらの位置調整が非
常に簸かしく、またある特定の光線についてみると、機
能上不事実な半透明鏡をいくつか通過せざるを得ないた
め光の損失が大きくなる等の欠点を有する。本発明の目
的は、上記の問題点を解決し、従釆技術によって得られ
る光分岐結合器と比較して挿入損失の少ない多分岐用に
適した光分岐結合器を提供するにある。

本発明の第２の目的は、礎成素子が少なく、組立調整が
容易であり、かつ４・型で経済的な光分岐結合器を提供
するにある。

本発明によれば、光軸に垂直な面内における屈折率分布
が光軸上で最大となる放物線状の分布をもち、長さを享
Ｘｎピッチ（ｎは正の整数）、またはそれよりわずかに
短かく選定し、内部に、長さ方向部分的に前記光軸を含
む第１の全反射面と、前記光藤を中心とし前記第１の全
反射面との間に角度をもち、かつ長さ方向で前記第１の
全反射面と交わらない位置に前記光軸を含む第２の全反
射面とを備えた集東性光伝送体がｍ個（ｍ＝１、２、３
・…・・・・・・・・…）縦続接続されてなる光分岐結
合器が得られる。

次に本発明の実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明
する。

まず、第３図は、本考案による光分岐結合器の動作原理
の理解を助けるため、本器に使用する光学素子の一般的
な構造と、その基本原理を説明する図である。本素子は
、図ａの側断面図によって見られるように、集東性光伝
送体と呼ばれるガラス製の円柱体であり、光軸ＡＡ′と
垂直な面内における光軸からの距離ｙと屈折率ｎとの関
係は、図ｂに示される如く、光軸上で最大の屈折率を持
ち、ｙとともに放物線状に低下する。図ａの斜線部は光
伝送体４０の長さ１が、いわゆる１／２ピッチの時の光
の送伝様態を示している。光藤ＡＡ′と平行に配置され
た光フアィバ５０より広がりながら出射した光線は、図
示のような経路および拡がり角をもって進行し、光フア
ィバ６０に入射する。この集東性光伝送体はしンズ作用
があり、出射点にビームウエストがあるために光ファィ
バとの結合には他のレンズを要しないのが特長である。
第４図は本発明の第１の実施例を示したものであり、そ
の外形構造を示す同図ａにおいて、４０１は長さが１／
２ピッチ長の袋東性光伝送体であり、第３図のそれと異
なる点は、長さの半分を境界として左右に互いに直角な
相対位置関係にある光軸を含む２面の全反射膜７０１と
７０２とを有していることである。

光フアィバ５０１〜５０４および６０１〜６０４は光軸
にほぼ平行に、かつ光軸から等距離で上記２つの全反射
面に対し４５ｏの角度をもつ面内に配置されている。第
２図に示したような用途では、光フアィバ５０１〜５０
４には、集団１１の地点１１１，１１２，１１３・１１
４がそれぞれ接続され、光フアィバ６０１〜６０４には
各々集団２１の地点２１ １，２１２，２１３，２１４
が接続される。同図ｂは、地点１１１の送受信器に接続
された光フアィバ５０１からの光線が光フアイバ６０１
，６０２，６０３，６０４に分割結合される場合の動作
モードを示しており、光伝送体４０１に入射した光線（
斜線で示す）のうち、右下り斜線で示した光線は全反射
膜７０１によって反射された後、その半分は直ちに全反
射膜７０２によって再び反射されて光フアィバ６０１に
入射し、他の半分は全反射膜７０２には向かわずに光フ
アィバ６０２に入射する。また、残りの光線、即ち右上
り斜線で示した光線は、半分が全反射膜７０２によって
反射されて光フアィバ６０４に入射し、残りの半分の光
線は全反射膿７０１は勿論、７０２によっても反射され
ることなく、光フアィバ６０３に入射する。以上は、入
力側の光フアィバ５０１の１本について説明したが、光
フアイバ５０２，５０３，５０４についても全く同様で
あり、また、左右対称性であることから、例えば光フア
ィバ６０１から光が入射しても同様に動作する。従って
、第４図ａのように構成された光分岐結合器では、光フ
アィバ５０１，５０２，６０３，５０４から出射した光
世力はそれぞれ４分割されて光フアイバ６０１，６０２
，６０３，６０４のいずれにも入射し、また、その逆に
光フアィバ６０１，６０２，６０３，６０４から出射し
た光世力はそれぞれ４分割されて光フアイバ５０１，５
０２，５０３，５０４のいずれにも入射することが判る
であろう。上記の説明に於ては、光フアィバ５０１〜５
０４および６０１〜６０４は光軸にほぼ平行に、かつ等
距離で２つの直交する全反射面に対し４５ｏの面内に配
置されていた。即ち、光フアィバ５０１〜５０４および
６０１〜６０４は、集東性光伝送体４０１の両端面にお
いて、各々正方形の各項点に位置するごとく配置されて
いた。しかし、第４図ｃの光フアィバの配置を光軸方向
に透視した図に示すように、光フアィバ群５０５〜５０
８と６０５〜６０８が、合同であるような２つの長方形
の各頂点にあるように配置された場合でも、この２つの
長方形の各辺が全反射膜７０１と７０２に対し、平行か
、又は直角となり、かつ２つの長方形が光藤方向に重な
るように配置されることによつて、前述と同一の機能を
有することができる。また、上記の実施例においては、
２つの全反射膜７０１および７０２が光軸を含み互いに
直角に配置されていたが、これ等の全反射膜が光鞄のま
わりに直角でない位置関係にあっても差支えなく、その
場合の説明を光軸方向からの透視を示す第４図ｄを参照
して行う。図に於て、２つの全反射膜７０３および７０
４は光軸のまわりに互いにｏｏ及び９０ｏ以外の任意の
角度０をなしている。この場合、どちらか一方の全反射
面、例えば７０３に垂直で光軸を含む面８０１の上に一
本の光フアィバ５０９を配置すれば、光線の授受を行う
他の光フアィバは、図に示す如く、全反射面７０４に平
行か、又は直交する辺を有する長方形の各頂点に配置す
れば良い。特殊な例として、同図ｄに於ける角度０＝４
５ｏの場合は、上記長方形は正方形となる。但し、８羊
９ぴの場合は等しい光力では分岐されない。例えば、ａ
＝４ｙで光フアィバ５０９から光線が入射する場合は、
光フアィバ６０９，６１０，６１１，６１２に入射する
光力の比率は３：１：１：３になる。このように分岐比
率を変えることが出来るという性質は、例えば本光分岐
結合器に接続される光伝送路の長さが異なる（つまり伝
送損失が異なる）場合、その伝送損失に見合ったような
光の分岐比率を選択する際に利用することができる。第
５図は１／２ピッチ長の光分岐結合器を２個縦続接続し
た場合の実施例を示している。

図ａは、第４図ａで示したものと同じ構造の光分岐結合
器４０２と４０３を縦続援続したもので、光分岐結合器
４０２に含まれる全反射膜７０５と光分岐結合器４０３
に含まれる全反射膜７０７が、図ｂに示すように、松．
５０の角度をなすように縦続的に接続された構造を示し
ている。図ｂにおいて、全反射面７０５と４５ｏの角度
をなし、光軸を含む面８０２内で光フアィバ５１３より
光分岐結合器４０２に入射した光線は、光分岐結合器４
０２から４０３に入射する時点で、接続面から４０３側
を見た図ｃに示すように、集光点６１３，６１４，６１
５，６１６に４等分されて集光する。図ｄは、上記の集
光点６１３，６１４，６１５，６１６から光分岐結合器
４０３に入射し、全反射膜７０７および７０８によって
分岐された光線が光分岐結合器の出力端面上に結像され
る位置を透視的に示している。即ち、図ｄにおいて、６
１３から入射した光線は、前記第４図ｃにおける説明と
全く同様にして、出力面上で点６１７，６１８，６１９
，６２０‘こ結像し、６１４から入射した光線は点６２
１，６２２．６２３，６２４に結像し、６１５から入射
した光線は点６１７，６１８，６１９，６２０‘こ結像
し、６１６から入射した光線は、点６２１，６２２，６
２３，６２４に結像する。即ち、図ｂ中の光フアィバ５
１３から光分岐結合器４０２に入射する光力を１とする
と、集光点６１３，６１４，６１５，６１６の各点にお
ける集光力は光伝送煤質の散乱吸収損失が零ならば、各
々０．２５である。さらに、出力面上の集光点６１７，
……………，６２４に於ける集光力は０．１２５となる
。しかも、これらの集光点は図ｄから明らかなように光
軸まわりに４５度間隔で配列されている。従って、光分
岐結合器４０２，４０３の光軸に平行で、かつ光軸から
等しい距離にあり、光鞠まわり１こ４５０おきに入力側
と出力側が対称になるように各々８本の光フアィバを配
置し、しかも、そのいずれか１本が、入力点５１３で示
されるように、入力面に接している第１の全反射面と４
５ｏの角度をなす８０２で示された面内に有る如く配す
ることによって８端子の光分岐結合器が構成できる。上
記の実施例によって、４端子と８端子の光分岐結合器を
説明したが、これらは入力側の光フアイバを１本に限定
した場合にはそれぞれ４分岐器、８分岐器としての機能
を有することは明らかであろう。

同様に、１／２ピッチの光分岐結合器をｍ個（ｍこ１、
２、３、・・・・・・・・・・・・・・・）縦続接続す
ることにより、４×ｍ端子の光分岐結合器が実現できる
と同時に、一般的な４×ｍ分岐器が実現できる。また、
集東性光伝送体内部の全反射膜は光軸方向に１／４ピッ
チの長さに選定されるように説明してきたが、例えば第
４図ａに於ける全反射膜７０１と７０２の光軸方向の長
さは必らずしも等しい必要はなく、また内部に全反射膜
を持たない部分が存在しても良い。このような光分岐結
合器は、結果的に分岐比率を変えることになり、第４図
ｄで説明した方法による場合と同等の機能を有する。更
にまた、第４図ａで示した光フアイバ５０１〜５０４の
配列と、第４図ｃで示した光フアイバ５０５〜５０８の
配列とを１つの１′２ピッチ長の光分岐結合器の入出力
面内で同時に行えば、２回路４端子光分岐結合器が実現
できるし、第５図ｄに示された８本の光フアィバの属す
る光軸を中心とする円の半径と異なる半径を有する円周
上に、他の８本の光フアィバを１本が第５図ｂの面８０
２上にあるように等角度毎に配置すれば、２回略８端子
の光分岐結合器が実現できる。

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
従来技術によるものと比較して、素子の数が少なく構成
が簡単となるので組立調整が容易で小型、かつ経済的で
あり、さらに光フアィバ伝送路の光多分岐用として好適
である点において、データバスシステムやＣＡＴＶシス
テムに使用すれば大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のデータバスシステムにおける系統の１
例を示す図、第２図は本発明による光分岐結合器を適用
したデータバスシステムにおける系統の１例を示す図、
第３図ａおよびｂは一般的な簾東性光伝送体の構成およ
び特性をそれぞれ説明する図、第４図ａ〜ｄは本発明に
よる光分岐結合器の側面図、動作モード説明図および端
面図をそれぞれ示し、第５図ａ〜ｄは本発明による光分
岐結合器を２個縦綾的に接続した場合の側面図および端
面図をそれぞれ示す。 なお、図において５０１〜５１３，６０１〜６１２，６
１７〜６２４は光フアイバ、６１３〜６１６は集光スポ
ットの位道、４０１〜４０３は本発明による光分岐結合
器、７０１〜７０８は全反射膜である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光軸に垂直な面内における屈折率分布が光軸上で最
   大となる放物線状の分布をもち、長さを１／２×ｎピツ
   チ（ｎは正の整数）、またはそれよりわずかに短かく選
   定し、内部の長さ方向に部分的に前記光軸を含む第１の
   全反射面と、前記光軸を中心とし前記第１の全反射面と
   の間に角度をもち、かつ長さ方向で前記第１の全反射面
   と交わらない位置に前記光軸を含む第２の全反射面とを
   備えた集束性光伝送体がｍ個（ｍ＝１、２、３、………
   …）縦続接続されてなる光分岐結合器。