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JPS635730B2 - - Google Patents
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JPS635730B2 - - Google Patents

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JPS635730B2
JPS635730B2 JP55051811A JP5181180A JPS635730B2 JP S635730 B2 JPS635730 B2 JP S635730B2 JP 55051811 A JP55051811 A JP 55051811A JP 5181180 A JP5181180 A JP 5181180A JP S635730 B2 JPS635730 B2 JP S635730B2
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grating
glass fiber
optical signal
phase grating
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Kirato Ururitsuhi
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、第１ガラスフアイバからの第１波長
の第１光信号を伝送ガラスフアイバに結合し、か
つ伝送ガラスフアイバを第１光信号とは逆方向に
進行しかつ第１波長とは異なる第２波長を有する
伝送ガラスフアイバからの第２光信号を少なくと
も１つの第２ガラスフアイバに結合し、第１及び
第２ガラスフアイバを分離し、伝送ガラスフアイ
バ並びに第１および第２のガラスフアイバの間に
配置する結像装置を備え、該結像装置の瞳孔部に
２値光格子を配置し、前記第２ガラスフアイバが
前記光格子の回折次数にて回折された第２光信号
を受信する光信号結合装置に関するものである。
また本発明はかかる光信号結合装置を使用する光
伝送装置に関するものである。
最も簡単な場合ガラスフアイバを介する情報即
ちデータ伝送は伝送ガラスフアイバにより相互に
接続した２局または２個の端局Ｅ１，Ｅ２の間の
対話または対向通信として行われる。その一例に
は電話端局およびこれに関連する交換機がある。
伝送ガラスフアイバの容量を一層効果的に使用し
かつ一層経済的な通信系を得るため両方向の伝送
に対し１個の伝送ガラスフアイバで足りるように
するのが有利である。この場合各加入者（端局Ｅ
１，Ｅ２）には、第１波長の光信号（送信光信
号）を伝送ガラスフアイバに結合すると共に、第
１波長とは異なる第２波長の光信号（受信光信
号）を伝送ガラスフアイバから逆結合することが
問題となる。
かかる結合装置は文献“SPIE”、Vol.139、
Guided Wave optical Systems and Devices
（1978年）第63〜69頁、例えば第２図から既知で
ある。この既知の結合装置では光信号は回折格子
によりその波長に応じて相違する如く回折され
る。
かかる態様において、伝送ガラスフアイバに結
合すべき光信号および伝送ガラスフアイバから逆
結合すべき光信号が幾何学的に分離され、これら
の光信号は２個の他のガラスフアイバを介して伝
送され、これらガラスフアイバには送信機または
検出器が結合される。
しかしこの既知の装置では反射格子を使用して
いるから光信号が結合装置を通過する際反射およ
び分散によつて光信号の損失が比較的大きくな
る。更に、この結合装置は共通光軸を有しないの
で、構造上および整列配置に当り問題が起る。
従つて本発明の目的は光信号の結合損失を最小
ならしめかつ１個の光軸のみ有する前述した形式
の光信号結合装置を提供するにある。
本発明の光信号結合装置は、前記光格子が位相
格子の形態を有し、かつ前記結像装置と共通な光
軸上に配設され、前記位相格子が少なくともほぼ
１：１のデイーテイ係数有し、かつ少なくともほ
ぼ Ｈ＝（Ｎ−１）ｈ＝n1λ〓 （但しn1＝１、２、３、……、Ｎは前記位相格子
の材料の屈折率、ｈは格子の高さ、λ〓は前記伝
送ガラスフアイバに結合すべき光信号の波長）で
表わされる光路差を有し、更に前記位相格子が要
件 （Ｎ−１）ｈ＝（m1＋１／２）λk （但しm1＝０、１、２、……；ｋ＝、、…
…） を少なくともほぼ満足する如く構成したことを特
徴とする。
本発明の結合装置では結像装置の瞳孔部に配置
した透明な位相格子の光路差Ｈを適切に選定し
て、光軸上に配置したガラスフアイバ（送信ガラ
スフアイバ）から送出される第１波長λ〓の送信
信号が結合装置の他側において光軸上に配置した
送信ガラスフアイバに結合され、その際送信信号
が位相格子によつて影響されることがない。
しかし、伝送ガラスフアイバを第１光信号とは
反対方向に進行し伝送ガラスフアイバから逆結合
される第２波長λ〓の光信号は位相格子に影響さ
れ、回折次数＋１次および−１次にて回折され
る。次いで、これら２つの格子次数にて回折され
た光信号は他のガラスフアイバ（受信ガラスフア
イバ）に結合され、共通の検出器に供給される。
位相格子自体は２値形式のものとし、少なくと
もほぼ１：１のデユーテイ係数を有するようにす
る。かかる位相格子は２つの異なる格子高さのみ
有する格子構造を有する（凹凸形状位相格子）。
デユーテイ係数が１：１の場合かかる構造の位相
格子では１格子周期内の平面寸法は同じである。
従つてかかる位相格子は極めて簡単に製造するこ
とができる。
位相格子が要件 （Ｎ−１）ｈ＝（m1＋１／２）λk（但しm1＝０、 １、２、……およびｋ＝、、……） を少なくともほぼ満足する場合には、伝送ガラス
フアイバから逆結合すべき波長λ〓の光信号は格
子次数＋１次および−１次にて最大光度で回折さ
れ、従つて２つの格子次数にて回折された光信号
を供給される検出器は最大検出出力信号を発生す
る。上記要件が満足される場合には、別の波長例
えばλ〓、λ〓の光信号の次数＋１次および−１次
での回折を上述した所と同様な態様で最適化する
ことができる。
本発明の結合装置の好適な実施例では位相格子
を光軸上に配置した２個のレンズの間に配設し、
これらレンズはセルフオツク・レンズの形態に構
成する。セルフオツク・レンズは円筒レンズで、
その光軸が円筒軸と合致し、光軸およびセルフオ
ツク・レンズの入射面上に配置した光点がセルフ
オツクス・レンズ（この目的のため特定の長さを
有する）から平行ビームとして遠ざかるような半
径方向屈折率変化を呈する。かかるレンズを使用
することにより前述した形式の結合装置は特に小
形かつ安定な態様で製造することができる。
更に本発明の好適な実施例では位相格子をセル
フオツク・レンズの対向表面の一方に形成して、
位相格子を別個に製造することおよびセルフオツ
ク・レンズ相互間の整列配置工程を不要ならしめ
ることができる。位相格子は例えばウエツト式化
学エツチングまたは反応スパツタリングと共にリ
ソグラフイ法によつて形成することができる。
反応スパツタリングの場合ホトリソグラフイ過
程に当り露光されたガラスまたは石英表面が除去
され、反応物質が表面材料と共に揮発性化合物内
に入り、その結果極めて鋭い縁部を有する構造が
得られる。
図面につき本発明を説明する。
第１図は２つの端局Ｅ１およびＥ２例えば１個
の加入電話およびこれと関連する１個の交換機の
間において２つの波長の２つの光信号で作動させ
る情報伝送路を示す。端局Ｅ１は波長λ〓を有す
る光信号を送信する光送信機Ｓ１、波長λ〓の光
信号を受信する検出器Ｄ２および光信号結合装置
Ｋ１を備え、この結合装置Ｋ１がガラスフアイバ
１および２を介し光送信機Ｓ１および検出器Ｄ２
にそれぞれ接続する。更に結合装置Ｋ１は端局Ｅ
１およびＥ２を接続する伝送ガラスフアイバ３に
接続し、波長λ〓の送信光信号を伝送ガラスフア
イバ３に結合すると同時に、端局Ｅ２の光送信機
Ｓ２により送信され伝送ガラスフアイバ３を波長
λ〓の伝送信号とは逆方向に進行して伝送ガラス
フアイバ３から到来する波長λ〓の光信号を検出
器Ｄ２に結合する。
一方、端局Ｅ２の結合装置Ｋ２は光送信機Ｓ２
によりガラスフアイバ４上に送信される光信号を
伝送ガラスフアイバ３に結合し、また結合装置Ｋ
２は伝送ガラスフアイバ３から到来する波長λ〓
の光信号をガラスフアイバ５を介して検出器Ｄ１
に結合する。
かくして２個の端局Ｅ１およびＥ２は単一伝送
ガラスフアイバ３だけを介して相互接続され、こ
の伝送ガラスフアイバ内を異なる波長λ〓および
λ〓の光信号が互に反対方向に進行する。かかる
態様で伝送ガラスフアイバ３の容量は遥に効果的
に使用され、従つてかかる情報伝送路は一層経済
性が向上する。
第２図に端局Ｅ１の結合装置Ｋ１の一例を詳細
に示す。本例の結合装置は２個の円筒状セルフオ
ツク・レンズ７および８を備え、これらレンズは
長さＬを有しかつ共通光軸６上に配設し、これら
レンズの間には適切な構造の位相格子９を配置す
る。伝送ガラスフアイバ３（第１図）はセルフオ
ツク・レンズ７の外側表面７ａ上に垂直に配設
し、伝送ガラスフアイバ３のセルフオツク・レン
ズ７との接触面は光軸６と同軸状態になるように
する。伝送ガラスフアイバ３はセルフオツク・レ
ンズ７に対し例えば接合により剛固に接続する。
送信用ガラスフアイバ１と、検出器Ｄ２および
セルフオツク・レンズ８を接続する２個の受信用
ガラスフアイバ２ａおよび２ｂとをセルフオツ
ク・レンズ８の外側表面８ａ上に垂直に配設す
る。送信用ガラスフアイバ１のセルフオツク・レ
ンズ８上の接触面は光軸６と同軸状態となるよう
にする一方、受信用ガラスフアイバ２ａおよび２
ｂは、後で詳細に説明するように、光軸６から距
離ｌで配置し、かつ位相格子９により回折次数＋
１にて回折された波長λ〓の光信号を受信する。
受信用ガラスフアイバ２ａおよび２ｂも例えば接
合によりセルフオツク・レンズ８に剛固に接続す
る。
セルフオツク・レンズ７および８は長さＬを有
し、ガラスフアイバ１および３により外側表面８
ａおよび７ａ上に形成される点状光源を平行光線
に変換する。位相格子９を介挿しない場合ガラス
フアイバ１および３は１：１の比率で互に他方ガ
ラスフアイバ上に結像する。
端局Ｅ１の位相格子９の光路差H1は、光送信
機Ｓ１によつて送信される光信号の波長λ〓の整
数倍に等しくなるように選定する。従つて光路差
H1は次式 H1＝（N1−１）h1＝n1λ〓 （但しn1＝１、２、３……） (1) で表わされる。この式においてN1は位相格子９
に使用する材料の屈折率、h1はその格子の高さで
ある（第４図のｈ）。位相格子９を介挿すること
によつては、波長λ〓の光信号に対する状態の変
化は起らず、その理由はかかる位相高さH1を有
する位相格子９は波長λ〓の光信号に対しては影
響を及ぼさないからである。従つて光送信機Ｓ１
からの信号は実際上放射損失を伴うことなく伝送
ガラスフアイバ３に結合される。その場合送信用
ガラスフアイバ１および受信用ガラスフアイバ２
ａ，２ｂ間のクロストーク、即ち波長λ〓の光信
号が受信用ガラスフアイバ２ａ，２ｂへ伝送され
る事態は殆んど起らない。
一方、例えば光送信機Ｓ２によつて送信され、
伝送ガラスフアイバ３を介して受信する波長λ〓
の光信号は、受信用ガラスフアイバ２ａ，２ｂの
中心から光軸６までの距離l1が位相格子９の回折
次数０次および±１次の間隔（スペーシング）に
等しい場合、即ち l1＝ｆ／d1・λ〓 (2) である場合、上記受信光信号のうちη1の部分（パ
ーセントで示す）が受信用ガラスフアイバ２ａ，
２ｂに結合される。この式においてｆはセルフオ
ツク・レンズ８の焦点距離、l1は端局Ｅ１におけ
る位相格子９の位相周期（第４図のｄ）である。
上記結合される光信号部分η1は次式 η1＝８／π2sin2（πh1（N1−１）／λ〓） (3) で表わされ、η1は次式の要件 （N1−１）h1＝（m1＋１／２）λ〓 （但しm1＝０、１、２、……） (4) が少なくともほぼ満足された場合、その最大値81
％になる。式(1)および(4)は小さい値のn1および
m1で満足されるようにして、過大な光路差H1に
より位相格子９の製造が複雑にならないようにす
るのが好適である。
本例ではセルフオツク・レンズ７および８（日
本板硝子株式会社製の形式SSSLセルフオツク・
レンズ）並に２個の端局Ｅ１，Ｅ２（第１図）に
配置するセルフオツク・レンズは長さＬ＝7.85
mm、直径２mmおよび焦点距離ｆ＝3.2mmを有する。
一方、ガラスフアイバ１〜５は外径100μｍを有
する。
端局Ｅ１において光送信機Ｓ１は波長λ〓＝
825nｍの光を放射する発光ダイオードで構成す
る。端局Ｅ１で使用する位相格子９は例えば格子
周期d1＝20μｍで格子高さh1＝3.0μｍを有するも
のが好適であり、格子周期d1の最大値は送信用ガ
ラスフアイバ１および受信用ガラスフアイバ２
ａ，２ｂが丁度互に接触する場合に得られる。そ
の場合波長λ〓の受信光信号のうち光信号部分η1
＝78％が検出器Ｄ２に結合される。
端局Ｅ２に配置する光送信機Ｓ２は波長λ〓＝
1060nｍの光信号を送出する発光ダイオードを備
える。端局Ｅ２では光路差 H2＝（N2−１）h2＝n2λ〓 （但しn2＝１、２、３、……） (5) を有する位相格子を使用し、この位相格子は格子
周期d2＝20μｍに対し格子高さh2＝3.86μｍを有す
る。伝送された波長λ〓の光信号のうち検出器Ｄ
１に結合される波長λ〓の光信号部分η2は次式 η2＝８／π2sin2（πh2（N2−１）／λ〓） (6) から約77％になり、 （N2−１）h2＝（m2＋１／２）λ〓 （但しm2＝０、１、２、……） (7) に対しη2の最大値81％が得られる。
端局Ｅ１およびＥ２における両方の位相格子は
屈折率Ｎ＝N1＝N2＝1.45を有する材料で構成す
る。
しかし、２個の端局Ｅ１およびＥ２における２
個の位相格子が等しい格子周期を有する（d1＝
d2）場合には、これら端局Ｅ１およびＥ２におい
て光軸６から受信ガラスフアイバ（例えば第２図
における受信ガラスフアイバ２ａおよび２ｂ）の
中心までの距離l1およびl2が相違する（式(4)参
照）。位相格子の格子周期d1およびd2を適切に選
定することにより距離l1およびl2の値を等しくす
ることができる。
式(1)、(4)、(5)および(7)から次式 λ〓／λ〓＝m1＋x1／n1＝n2／m2＋x2 (8) が得られる。この式においてx1およびx2は式(4)ま
たは(7)から得られ、その値はx1、x20.5である。
第３図はｍおよびｎの種々の固定値をパラメー
タとして式(8)によつて規定されるλ〓／λ〓をｘ＝
x1およびｘ＝x2の関数として示したグラフであ
り、図中の実線は（m1＋ｘ）／n1に対応し、破
線はn2／（m2＋ｘ）に対応する。従つてλ〓／λ〓
のあらかじめ選定した値に対しこのグラフから
n1、m1、x1およびn2、m2、x2の値を導出するこ
とができる。本例ではλ〓＝825nｍおよびλ〓＝
1060nｍに対し商λ〓／λ〓0.78が得られる。横軸
上をこの値の点から垂直上方へ延長した点線直線
は実線直線m2＝n2＝２および破線直線m1＝１、
n1＝２と交さし、これら交さ点から横軸と平行に
延長した点線と縦軸との交点から異なる値のｘ即
ちx1およびx2が得られる。これらの値はdBで表
わした損失Ｖとして第２の縦軸上で直読すること
ができ、これらの損失値は関連する光信号が受信
ガラスフアイバに結合される場合に生ずるもので
ある。他の波長の光源が選択された場合には、同
様な態様でm1、n1、x1およびm2、n2、x2に対し
他の値従つて他の損失値V1、V2が得られる。
第４図は第２図の２値透明位相格子９の断面を
詳細に示し、この格子はデユーテイ係数が１：１
の矩形格子形状を有し、即ち２分の１周期毎に格
子低部１０および格子高部１１が反復する格子周
期ｄの矩形格子形状を有する。この位相格子は例
えばポリ塩化ビニール箔格子の形態とすることが
でき（Knop、Optics、Comm.、Vol.18、298頁
（1976年）参照）、或はホトリソグラフイ法を介し
セルフオツク・レンズ７若しくは８の対向内側表
面の一方にエツチングにより構成することができ
る。
セルフオツク・レンズおよび位相格子と整列配
置（結合）する装置Ｋ１，Ｋ２は、成形によりエ
ポキシ樹脂その他の適当なボインデイング剤にお
いて出ガラスフアイバ１，２ａ，２ｂおよび３
（第２図参照）または３，４および５ａ，５ｂ（個
別に図示せず）を有するブロツクの形態に構成す
ることができ、従つて誤整列配置されることのな
い機械的に安定な結合装置が得られる。その場
合、関連する出ガラスフアイバの端部には適当な
コネクタを設けるので、結合装置Ｋ１，Ｋ２に容
易に相互接続することができ、かつ関連する送信
機Ｓ１，Ｓ２および検出器Ｄ１，Ｄ２に容易に接
続することができる。
代案としてセルフオツク・レンズは、伝送ガラ
スフアイバ３から到来する光信号を受信ガラスフ
アイバ２ａ，２ｂ上に結像するか、または送信ガ
ラスフアイバ１から送信される光信号を伝送ガラ
スフアイバ３上に結像する他のレンズまたはレン
ズ系で置換することができる。光信号は位相格子
９を少なくともほぼ垂直に通過するようにする必
要がある。従つてガラスフアイバは他の適当な手
段により位置決めする必要がある。位相格子は例
えば両面凸レンズの瞳孔部に配設するかまたは２
個の両面凸レンズの間に配設することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の結合装置を使用する情報伝送
系の概要を示すブロツク図、第２図は本発明結合
装置の実施例を示す略線図、第３図は本発明結合
装置の作動説明図、第４図は第２図の位相格子の
一例の要部を詳細に示す平面図である。 Ｅ１，Ｅ２……端局、Ｓ１，Ｓ２……光送信
機、Ｋ１，Ｋ２……結合装置、Ｄ１，Ｄ２……検
出器、１，２，３，４，５……ガラスフアイバ、
２ａ，２ｂ……ガラスフアイバ、６……光軸、
７，８……円筒状セルフオツク・レンズ、９……
位相格子、１０……格子低部、１１……格子高
部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１ガラスフアイバからの第１波長の第１光
    信号を伝送ガラスフアイバに結合し、かつ伝送ガ
    ラスフアイバを第１光信号とは逆方向に進行しか
    つ第１波長とは異なる第２波長を有する伝送ガラ
    スフアイバからの第２光信号を少なくとも１つの
    第２ガラスフアイバに結合し、第１及び第２ガラ
    スフアイバを分離し、伝送ガラスフアイバ並びに
    第１および第２ガラスフアイバの間に配置する結
    像装置を備え、該結像装置の瞳孔部に２値光格子
    を配置し、前記第２ガラスフアイバが前記光格子
    の回折次数にて回折された第２光信号を受信する
    光信号結合装置において、前記光格子が位相格子
    の形態を有し、かつ前記結像装置と共通な光軸上
    に配設され、前記位相格子が少なくともほぼ１：
    １のデユーテイ係数を有し、かつ少なくともほぼ Ｈ＝（Ｎ−１）ｈ＝n1λ〓 （但しn1＝１、２、３、……、Ｎは前記位相格子
    の材料の屈折率、ｈは格子の高さ、λ〓は前記伝
    送ガラスフアイバに結合すべき光信号の波長）で
    表わされる光路差を有し、更に前記位相格子が要
    件 （Ｎ−１）ｈ＝（m1＋１／２）λk （但しm1＝０、１、２、……；ｋ＝、、…
    …）を少なくともほぼ満足する如く構成したこと
    を特徴とする光信号結合装置。 ２ 位相格子９を光軸６上に配置した２個のレン
    ズ７，８の間に配置したことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の結合装置。 ３ レンズ７，８をセルフオツクス・レンズとし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
    結合装置。 ４ 位相格子９を適切に構成したポリ塩化ビニー
    ル箔で構成したことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の結合装置。 ５ 位相格子９をセルフオツク・レンズ７，８の
    対向表面の一方に形成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第１または３項記載の結合装置。 ６ 伝送ガラスフアイバ３並びに第１および第２
    のガラスフアイバ１，２ａ，２ｂをセルフオツ
    ク・レンズの外側表面７ａ，８ａに接着の如き方
    法で剛固に接続したことを特徴とする特許請求の
    範囲第１または３項記載の結合装置。 ７ エポキシ樹脂の如きボンデイング剤を介しセ
    ルフオツク・レンズおよび位相格子を互に膠着し
    て、伝送ガラスフアイバ並びに第１および第２ガ
    ラスフアイバを有するブロツクを形成するよう構
    成したことを特徴とする特許請求の範囲第６項記
    載の結合装置。 ８ ２つの波長で作動する伝送ガラスフアイバを
    介し情報を伝送するため、第１端局に、第１波長
    の光信号を送信する光送信機および第２波長の光
    信号を受信する検出器を設け、第２端局に、第２
    波長の光信号を送信する光送信機および第１波長
    の光信号を受信する検出器を設け、これら２個の
    端局の各々が伝送ガラスフアイバ並びに光送信器
    および検出器の間に配置する結像装置を具え、結
    像装置の瞳孔部に２値光格子を配置する光伝送装
    置において、第１端局における２値光格子を次式 （N1−１）h1＝n1λ〓 （但しn1＝１、２、……）で表わされる光路差を
    有する第１位相格子とし、第２端局における２値
    光格子を、次式 （N2−１）h2＝n2λ〓 （但しn2＝１、２、……）で表わされる光路差を
    有する第２位相格子とし、第１位相格子が次式で
    表わされる付加的要件 （N1−１）h1＝（m1＋１／２）λ〓 （但しm1＝０、１、２、……）を少なくともほ
    ぼ満足し、第２位相格子が次式で表わされる付加
    的要件 （N2−１）h2＝（m2＋１／２）λ〓 （但しm2＝０、１、２、……）を少なくともほ
    ぼ満足する（但しN1およびN2は第１および第２
    位相格子の屈折率、h1およびh2は第１および第２
    位相格子の格子高さ）如く構成したことを特徴と
    する光伝送装置。 ９ 比率λ〓／λ〓0.78、m1＝１、m2＝n2＝n1＝
    ２としたことを特徴とする特許請求の範囲第８項
    記載の光伝送装置。 １０ λ〓＝825nｍおよびλ〓＝1060nｍとしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第９項記載の光伝送
    装置。 １１ 伝送ガラスフアイバ３から結合すべき光信
    号の波長（λ〓、λ〓）の第１および第２位相格子
    の格子周期（d1、d2）に対する比率λ〓／d1または
    λ〓／d2を同一としたことを特徴とする特許請求
    の範囲第８項記載の光伝送装置。
JP5181180A 1979-04-21 1980-04-21 Optical signal coupling unit and optical transmission unit Granted JPS55156905A (en)

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DE19792916234 DE2916234A1 (de) 1979-04-21 1979-04-21 Kopplungsvorrichtung zum ein- bzw. auskoppeln von optischen signalen in eine bzw. aus einer uebertragungsglasfaser

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FR (1) FR2454634A1 (ja)
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