(57)【要約】  複数のコア部と前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部とを有するマルチコア光ファイバと、前記マルチコア光ファイバとは傾斜して配置されており、前記マルチコア光ファイバの端面に入力するための光を端面から出力する光ファイバと、前記光ファイバの端面から出力した前記光を前記マルチコア光ファイバの端面に反射させるための光反射素子と、を備え、前記マルチコア光ファイバの端面、前記光ファイバの端面、および前記光反射素子は近接して配置され、前記光は前記光ファイバから出力後に前記光反射素子のみを介して前記マルチコア光ファイバに入力する光結合構造である。これにより、マルチコア光ファイバに光を結合する際に高い結合効率が得られる光結合構造を提供する。
2014168040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコア部と前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部とを有するマルチコア光ファイバと、
前記マルチコア光ファイバとは傾斜して配置されており、前記マルチコア光ファイバの端面に入力するための光を端面から出力する光ファイバと、
前記光ファイバの端面から出力した前記光を前記マルチコア光ファイバの端面に反射させるための光反射素子と、
を備え、前記マルチコア光ファイバの端面、前記光ファイバの端面、および前記光反射素子は近接して配置され、前記光は前記光ファイバから出力後に前記光反射素子のみを介して前記マルチコア光ファイバに入力することを特徴とする光結合構造。
【請求項２】
前記マルチコア光ファイバの端面は前記光ファイバとは反対側に傾斜する法線を有するように、前記マルチコア光ファイバの光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光結合構造。
【請求項３】
前記マルチコア光ファイバと前記光ファイバとの傾斜角度が１５度〜４５度であることを特徴とする請求項１または２に記載の光結合構造。
【請求項４】
前記光ファイバの端面から前記マルチコア光ファイバの端面までの前記光の光路長が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光結合構造。
【請求項５】
前記マルチコア光ファイバは、フェルールに挿通固定されており、前記光ファイバは前記フェルールに形成された保持部に保持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光結合構造。
【請求項６】
前記フェルールは、前記光ファイバが出力する前記光に対して透明な材質からなることを特徴とする請求項５に記載の光結合構造。
【請求項７】
前記マルチコア光ファイバは、前記複数のコア部の少なくともいずれか一つに光増幅媒体が添加されたダブルクラッド型のマルチコア増幅光ファイバであり、前記光ファイバが出力する前記光は前記増幅媒体を光励起する励起光であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光結合構造。
【請求項８】
前記光反射素子を挟んで前記マルチコア増幅光ファイバの端面に対向するように配置され、前記マルチコア増幅光ファイバで光増幅をさせるための信号光を該マルチコア増幅光ファイバに入力できるように構成された第１レンズをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の光結合構造。
【請求項９】
前記マルチコア増幅光ファイバの端面は、前記第１レンズから、該第１レンズの焦点距離よりも遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光結合構造。
【請求項１０】
前記マルチコア増幅光ファイバの端面は、前記第１レンズの略焦点距離の位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光結合構造。
【請求項１１】
前記第１レンズを挟んで前記マルチコア増幅光ファイバの端面に対向するように配置された第１光路変位光学素子をさらに備え、前記第１光路変位光学素子は、該第１光路変位光学素子に入力された複数の前記信号光を、前記レンズを介して前記マルチコア増幅光ファイバに、互いに平行な光軸で入力させることができるように構成されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つに記載の光結合構造。
【請求項１２】
前記第１光路変位光学素子はレンズまたはプリズムであることを特徴とする請求項１１に記載の光結合構造。
【請求項１３】
前記複数の信号光を前記マルチコア増幅光ファイバに出力する信号光結合用光ファイバと、
前記信号光結合用光ファイバの端面に対向するように配置された第２レンズと、
前記第２レンズを挟んで前記信号光結合用光ファイバの端面に対向するように配置された第２光路変位光学素子と、
をさらに備え、
前記第２レンズは、前記複数の信号光を前記マルチコア増幅光ファイバに結合させることができるように構成されており、
前記第２光路変位光学素子は、前記信号光結合用光ファイバから、前記第２レンズを介して入力された前記複数の信号光が、互いに平行な光軸で出力するように構成されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光結合構造。
【請求項１４】
前記第２光路変位光学素子はレンズまたはプリズムであることを特徴とする請求項１３に記載の光結合構造。
【請求項１５】
前記第１および第２光路変位光学素子の間に配置された光アイソレータをさらに備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光結合構造。
【請求項１６】
前記光ファイバは、該光ファイバの端面側に配置された分布屈折率型の光ファイバ部を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の光結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のコア部を有するマルチコア光ファイバに励起光などの光を結合させるための光結合構造として、たとえば特許文献１に記載されるような光合波器を用いる構造や、非特許文献１に記載されるようにレンズを用いた構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２５９８８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Y.Mumura,  et  al.,  “Batch  Multicore  Amplification  with  Cladding-Pumped  Multicore  EDF”,  ECOC  2012  Tu.4.F.1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、公知の光結合構造では、マルチコア光ファイバに光を結合する際に十分に高い結合効率が得られないという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチコア光ファイバに光を結合する際に高い結合効率が得られる光結合構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光結合構造は、複数のコア部と前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部とを有するマルチコア光ファイバと、前記マルチコア光ファイバとは傾斜して配置されており、前記マルチコア光ファイバの端面に入力するための光を端面から出力する光ファイバと、前記光ファイバの端面から出力した前記光を前記マルチコア光ファイバの端面に反射させるための光反射素子と、を備え、前記マルチコア光ファイバの端面、前記光ファイバの端面、および前記光反射素子は近接して配置され、前記光は前記光ファイバから出力後に前記光反射素子のみを介して前記マルチコア光ファイバに入力することを特徴とする。【０００８】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記マルチコア光ファイバの端面は前記光ファイバとは反対側に傾斜する法線を有するように、前記マルチコア光ファイバの光軸に対して傾斜していることを特徴とする。【０００９】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記マルチコア光ファイバと前記光ファイバとの傾斜角度が１５度〜４５度であることを特徴とする。【００１０】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記光ファイバの端面から前記マルチコア光ファイバの端面までの前記光の光路長が１ｍｍ以下であることを特徴とする。【００１１】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記マルチコア光ファイバは、フェルールに挿通固定されており、前記光ファイバは前記フェルールに形成された保持部に保持されていることを特徴とする。【００１２】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記フェルールは、前記光ファイバが出力する前記光に対して透明な材質からなることを特徴とする。【００１３】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記マルチコア光ファイバは、前記複数のコア部の少なくともいずれか一つに光増幅媒体が添加されたダブルクラッド型のマルチコア増幅光ファイバであり、前記光ファイバが出力する前記光は前記光増幅媒体を光励起する励起光であることを特徴とする。【００１４】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記光反射素子を挟んで前記マルチコア増幅光ファイバの端面に対向するように配置され、前記マルチコア増幅光ファイバで光増幅をさせるための信号光を該マルチコア増幅光ファイバに入力できるように構成された第１レンズをさらに備えることを特徴とする。【００１５】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記マルチコア増幅光ファイバの端面は、前記第１レンズから、該第１レンズの焦点距離よりも遠い位置に配置されていることを特徴とする。【００１６】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記マルチコア増幅光ファイバの端面は、前記第１レンズの略焦点距離の位置に配置されていることを特徴とする。【００１７】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記第１レンズを挟んで前記マルチコア増幅光ファイバの端面に対向するように配置された第１光路変位光学素子をさらに備え、前記第１光路変位光学素子は、該第１光路変位光学素子に入力された複数の前記信号光を、前記レンズを介して前記マルチコア増幅光ファイバに、互いに平行な光軸で入力させることができるように構成されていることを特徴とする。【００１８】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記第１光路変位光学素子はレンズまたはプリズムであることを特徴とする。【００１９】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記複数の信号光を前記マルチコア増幅光ファイバに出力する信号光結合用光ファイバと、前記信号光結合用光ファイバの端面に対向するように配置された第２レンズと、前記第２レンズを挟んで前記信号光結合用光ファイバの端面に対向するように配置された第２光路変位光学素子と、をさらに備え、前記第２レンズは、前記複数の信号光を前記マルチコア増幅光ファイバに結合させることができるように構成されており、前記第２光路変位光学素子は、前記信号光結合用光ファイバから、前記第２レンズを介して入力された前記複数の信号光が、互いに平行な光軸で出力するように構成されていることを特徴とする。【００２０】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記第２光路変位光学素子はレンズまたはプリズムであることを特徴とする。【００２１】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記第１および第２光路変位光学素子の間に配置された光アイソレータをさらに備えることを特徴とする。【００２２】
本発明に係る光結合構造は、上記発明において、前記光ファイバは、該光ファイバの端面側に配置された分布屈折率型の光ファイバ部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、マルチコア光ファイバに光を結合する際に十分に高い結合効率が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光結合構造の模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１に示すマルチコア光ファイバの模式的な断面図である。
【図３】図３は、実施の形態２に係る光結合モジュールの模式的な側面切り欠き図である。
【図４】図４は、図３に示す光結合モジュールの平面図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係る光結合構造の模式的な構成図である。
【図６】図６は、実施の形態４に係る光結合構造の模式的な構成図である。
【図７】図７は、実施の形態５に係る光結合構造の模式的な構成図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図７に示すプリズムの模式図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ｎ＝８の場合に使用できるプリズムの模式図である。
【図９】図９は、実施の形態６係る光結合構造の模式的な構成図である。
【図１０】図１０は、光ファイババンドルの構成を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態７に係る光結合構造の模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を参照して本発明に係る光結合構造の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光結合構造の模式的な構成図である。光結合構造１０は、マルチコア光ファイバ１と、光ファイバ２と、光反射素子である光フィルタ３とを備えている。
【００２７】
図２は、図１に示すマルチコア光ファイバ１の模式的な断面図である。図１、２に示すように、マルチコア光ファイバ１は、たとえば石英系ガラスからなる７つのコア部１ａと、７つのコア部１ａの外周に形成された、たとえばコア部１ａよりも屈折率が低い石英系ガラスからなる内側クラッド部１ｂと、内側クラッド部１ｂの外周に形成された、たとえば内側クラッド部１ｂよりも屈折率が低い石英系ガラスや樹脂からなる外側クラッド部１ｃとを有しているダブルクラッド型のマルチコア光ファイバである。コア部１ａは、三角格子状に配置されており、マルチコア光ファイバ１の略中心に位置するコア部とその周囲に正六角形を形成するように配置されたコア部とからなる。
【００２８】
また、マルチコア光ファイバ１のコア部１ａには、たとえば希土類元素であるエルビウム（Ｅｒ）やイッテルビウム（Ｙｂ）などの光増幅媒体が添加されている。したがって、マルチコア光ファイバ１はマルチコア増幅光ファイバである。マルチコア光ファイバ１は端面１ｄを有している。端面１ｄはマルチコア光ファイバ１のコア部１ａおよび内側クラッド部１ｂの光軸に平行な軸Ｘに対して傾斜した法線Ｖを有する。
【００２９】
なお、コア部１ａは、後述するように、たとえば１．０μｍ波長帯や１．５５μｍ波長帯の信号光が外部から入力されるが、この信号光をシングルモードで伝送できるようにコア直径およびクラッド部１ｂに対する比屈折率差が設定されている。たとえば、コア部１ａのコア直径は２．０μｍ以上５．５μｍ以下であり、コア部１ａ同士の間隔は３０μｍ以上６０μｍ以下である。
【００３０】
光ファイバ２は、たとえば石英系ガラスからなるコア部２ａと、コア部２ａの外周に形成された、たとえばコア部２ａよりも屈折率が低い石英系ガラスからなるクラッド部２ｂと、端面２ｃとを有するマルチモード光ファイバである。光ファイバ２はマルチコア光ファイバ１とは傾斜角度Ａだけ傾斜して配置されている。なお、マルチコア光ファイバ１の端面１ｄの法線Ｖは、光ファイバ２とは反対側に傾斜している。
【００３１】
光フィルタ３は、反射面３ａを有しており、反射面３ａがマルチコア光ファイバ１の端面１ｄおよび光ファイバ２の端面２ｃと近接して対向するように配置されている。光フィルタ３の反射面３ａは、光ファイバ２から出力される光Ｌ１の波長の光を全反射する誘電体多層膜が形成される。光フィルタ３はたとえば石英ガラスやＢＫ７、ＳＦ６等のガラスからなる。
【００３２】
光結合構造１０の光結合作用について説明する。光ファイバ２は、端面２ｃから光Ｌ１を出力する。光Ｌ１は、たとえばマルチコア光ファイバ１のコア部１ａに添加された光増幅媒体を光励起できる波長の光（たとえば９８０ｎｍ波長帯や１４８０ｎｍ波長帯の励起光）である。つぎに、光フィルタ３は、端面２ｃから出力された光Ｌ１をマルチコア光ファイバ１の端面１ｄに反射させる。反射された光Ｌ１はマルチコア光ファイバ１の内側クラッド部１ｂに光結合し、コア部１ａに添加された光増幅媒体を光励起することができる。
【００３３】
ここで、光結合構造１０では、光Ｌ１は光ファイバ２から出力後に、光フィルタ３のみを介してマルチコア光ファイバ１に入力する。このように、光結合構造１０では、反射面３ａを端面１ｄおよび端面２ｃと近接させて、レンズを介さずに光Ｌ１をマルチコア光ファイバ１に結合させているので、実用上好ましい程度の高い結合効率（たとえば５０％程度以上）を実現することができる。
【００３４】
より高い結合効率を実現するためには、光ファイバ２の端面２ｃからマルチコア光ファイバ１の端面１ｄまでの光Ｌ１の光路長Ｐが１ｍｍ以下で有ることが好ましく、数百μｍ程度であることがより好ましい。
【００３５】
また、マルチコア光ファイバ１の内側クラッド部１ｂのＮＡ（開口数）をＮＡ１、外径をｄ１とし、光ファイバ２のＮＡをＮＡ２、外径をｄ２とすると、ｄ１＞ｄ２、ＮＡ１＞ＮＡ２の関係が成り立つことが結合効率の向上の点から好ましい。ただし、これらの関係は、許容される結合効率によっては必ずしも満たさなくてもよい。ＮＡ１はたとえば約０．１５、ｄ１は約１５０μｍである。また、ＮＡ２はたとえば約０．１１、ｄ２は約５０μｍまたは１０５μｍである。
【００３６】
また、マルチコア光ファイバ１、光ファイバ２、光フィルタ３の配置については、より高い結合効率を実現するように設定される。たとえは、マルチコア光ファイバ１、光ファイバ２、光フィルタ３の配置については、マルチコア光ファイバ１に入射される光Ｌ１の光軸が内側クラッド部１ｂの光軸と略一致し、かつ光Ｌ１がマルチコア光ファイバ１によってけられない（マルチコア光ファイバ１の端部などで光Ｌ１が遮られない）ような配置とすることが好ましい。また、光ファイバ２とマルチコア光ファイバ１との間の傾斜角度Ａは、上記結合効率が最大になるように設定すればよいが、たとえば１５度から４５度の範囲である。
【００３７】
また、マルチコア光ファイバ１の端面１ｄの法線Ｖが、光ファイバ２とは反対側に傾斜していると、スネルの法則によって、内側クラッド部１ｂの光軸に一致させて光Ｌ１を入射させるための端面１ｄへの入射角が、光ファイバ２側に傾斜することとなる。その結果、傾斜角度Ａを大きくすることができるので、光フィルタ３をマルチコア光ファイバ１および光ファイバ２とより近接させることができるので、さらに高い結合効率および小型化が実現される。法線Ｖの傾斜角度についても、より高い結合効率を実現するために適宜設定できる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光結合構造１０によれば、マルチコア光ファイバ１に光Ｌ１を結合する際に十分に高い結合効率を得ることができる。
【００３９】
なお、マルチコア光ファイバ１の端面１ｄや光ファイバ２の端面２ｃに反射防止膜を形成してもよい。このような反射防止膜は、たとえば５酸化タンタル膜、酸化チタン膜、アルミナ膜、およびＳｉＯ２膜の積層膜で構成される。また、法線Ｖは必ずしも傾斜していなくてもよく、軸Ｘに対して平行でもよい。
【００４０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る光結合構造である光結合モジュールの模式的な側面切り欠き図である。図４は、図３に示す光結合モジュールの平面図である。光結合モジュール１００は、実施の形態１に係る光結合構造１０をモジュール化したものである。
【００４１】
光結合モジュール１００は、マルチコア光ファイバ１と、光ファイバ２と、光フィルタ３とを備える光結合構造１０と、フェルール１０１と、筐体１０２と、レンズ１０３と、レンズホルダ１０４とを備えている。
【００４２】
フェルール１０１は、略円柱状であって、マルチコア光ファイバ１を挿通固定する挿通孔１０１ａと、光フィルタ３が装着される傾斜面１０１ｂと、光ファイバ２を保持する保持部である溝１０１ｃとを有している。溝１０１ｃは、挿通孔１０１ａに対して傾斜角度Ａで傾斜した底面を有しており、挿通孔１０１ａに挿通固定されたマルチコア光ファイバ１と光ファイバ２との傾斜角度を傾斜角度Ａに保持することができる。また、傾斜面１０１ｂは、マルチコア光ファイバ１、光ファイバ２に対して光フィルタ３が適切な配置となるように傾斜角度が設定されている。このようなフェルール１０１の構造によって、マルチコア光ファイバ１、光ファイバ２、および光フィルタ３の配置が適切に保持される。なお、フェルール１０１は、ガラス等の光Ｌ１に対して透明な材質や、ジルコニア、金属等の材質で構成することができるが、透明な材質であれば、光Ｌ１のうちマルチコア光ファイバ１に結合できずに漏洩した光を透過し、光のエネルギーを外部に拡散できるので、光Ｌ１の強度が高いときには耐光強度性の点から好ましい。
【００４３】
筐体１０２は、略円筒状であり、フェルール１０１を収容するとともに、レンズ１０３を収容したレンズホルダ１０４を保持する。筐体１０２には光ファイバ２を外部に取り出すための開口部１０２ａが形成されている。筐体１０２はたとえばステンレス鋼等の金属であれば、上述した漏洩光を受けたときに発生した熱を放熱することができる。これによって、光結合モジュール１００の温度上昇を抑制することができる。
【００４４】
レンズ１０３は、光フィルタ３を挟んでマルチコア光ファイバ１の端面に対向するように配置され、外部から入力された光、たとえば１．０μｍ波長帯や１．５５μｍ波長帯の信号光を、マルチコア光ファイバ１で光増幅するためにマルチコア光ファイバ１に入力できるように構成されている。
レンズホルダ１０４はレンズ１０３を収容し、保持するものであり、たとえばステンレス等からなり、筐体１０２にレーザ溶接等で接合されている。
【００４５】
この光結合モジュール１００によれば、実施の形態１に係る光結合構造１０の構成要素の配置をより好適に設定することができる。
【００４６】
なお、フェルール１０１にマルチコア光ファイバ１が挿通固定された構造を作製する場合には、まず傾斜面１０１ｂが形成されていない状態のフェルール１０１にマルチコア光ファイバ１を挿通し、フェルール１０１およびマルチコア光ファイバ１の端面を研磨して傾斜面１０１ｂとマルチコア光ファイバ１の傾斜した端面１ｄとを同時に形成し、その後マルチコア光ファイバ１を傾斜面１０１ｂから後方側（紙面右側）に所定長さだけ引き抜いて、そこで固定することによって、より簡易に作製することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る光結合構造の模式的な構成図であって、マルチコア光ファイバ１に信号光を結合する際に集光光学系を構成する場合のレンズ配置例１を説明する図である。
【００４８】
この光結合構造２０Ａは、マルチコア光ファイバ１と、光ファイバ２と、光フィルタ３と、さらに図３、４のレンズ１０３に対応するレンズ４とを備えている。第１レンズであるレンズ４は、光フィルタ３を挟んでマルチコア光ファイバ１の端面に対向するように配置され、外部から入力された光、たとえば通信用の信号光を、マルチコア光ファイバ１で光増幅するためにマルチコア光ファイバ１に入力できるように構成されている。レンズ４は球面レンズ、非球面レンズ、分布屈折率型レンズ等であるが、特に限定はされない。
【００４９】
また、光フィルタ３の反射面３ａ（図１参照）は、光ファイバ２から出力される光Ｌ１の波長の光を全反射し、信号光が含まれる波長帯の光を透過する誘電体多層膜が形成される。また、反射面３ａとは反対側の面も、信号光が含まれる波長帯の光を透過する誘電体多層膜が形成される。
【００５０】
なお、図５では、マルチコア光ファイバ１のコア部１ａのうち、外周側に配置されたコア部のうち２つをコア部１ａ１、１ａ２として示してあり、他のコア部は記載を省略してある。
【００５１】
ここで、この光結合構造２０Ａでは、レンズ４の焦点距離をｆとすると、マルチコア光ファイバ１の端面１ｄは、レンズ４から、レンズ４の焦点距離ｆよりも遠い位置に配置されている。すなわち、マルチコア光ファイバ１の端面１ｄとレンズ４との距離をａとすると、ｆ＜ａが成り立つ。すると、外部から入力された信号光のビームＢ１、Ｂ２が、レンズ４によって、端面１ｄにおけるコア部１ａ１、１ａ２のそれぞれに集光するとき、ビームＢ１、Ｂ２のビームウエストＷ１、Ｗ２は、レンズ４から距離ｂの位置となる。ここで、ｂについては、１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂの関係が成り立つ。なお、他のコア部１ａに入力されるべき信号光のビームも、ビームＢ１、Ｂ２と同様にレンズ４から距離ｂの位置となる。
【００５２】
（実施の形態４）
図６は、実施の形態４に係る光結合構造の模式的な構成図であって、マルチコア光ファイバ１に信号光を結合する際に平行光学系を構成する場合のレンズ配置例２を説明する図である。
【００５３】
この光結合構造２０Ｂは、図５に示す光結合構造２０Ａと比較すると、マルチコア光ファイバ１の端面１ｄが、レンズ４の略焦点距離ｆの位置に配置されている点が異なり、その他の構成は同様である。すると、外部から入力された信号光のビームＢ１、Ｂ２を平行光としてレンズ４に入力したときに、端面１ｄにおけるコア部１ａ１、１ａ２のそれぞれに集光する。なお、他のコア部１ａの入力されるべき信号光のビームも、ビームＢ１、Ｂ２と同様である。
【００５４】
レンズ４の配置については、光結合構造２０Ａ、２０Ｂのレンズ配置例１、２のいずれの配置も利用できる。
【００５５】
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５に係る光結合構造の模式的な構成図であって、図５に示すレンズ配置例１を採用した場合の信号光入力部の構成例１を示す図である。
【００５６】
この光結合構造３０Ａは、マルチコア光ファイバ１と、光ファイバ２と、光フィルタ３と、レンズ４と、信号光結合用マルチコア光ファイバとしてのマルチコア光ファイバ５と、第２レンズであるレンズ６と、光路変位光学素子としてのプリズム７、８と、光アイソレータ９とを備えている。
【００５７】
マルチコア光ファイバ５は、マルチコア光ファイバ１とのコア部１ａと同様に配置された、石英系ガラスからなる７つの複数のコア部５ａと、７つのコア部５ａの外周に形成された、たとえばコア部５ａよりも屈折率が低い石英系ガラスからなるクラッド部５ｂとを備えている。なお、図７では、マルチコア光ファイバ５のコア部５ａのうち、外周側に配置された２つのコア部をコア部５ａ１、５ａ２として示してあり、他のコア部は記載を省略してある。マルチコア光ファイバ５はマルチコア光ファイバ１にて光増幅させるための信号光を入力するためのものである。
【００５８】
レンズ６は、マルチコア光ファイバ５の端面に対向するように配置されており、マルチコア光ファイバ５のコア部５ａから出力された信号光を、その光軸およびビームウエストが、信号光のビームＢ１、Ｂ２の光軸およびビームウエストＷ１、Ｗ２と略一致するように空間伝搬させて、コア部１ａ１、１ａ２に結合させるものである。
【００５９】
第２光路変位光学素子としてのプリズム７は、レンズ６を挟んでマルチコア光ファイバ５の端面５ｃに対向するように配置されている。第１光路変位光学素子としてのプリズム８は、レンズ４を挟んでマルチコア光ファイバ１の端面１ｄに対向するように配置されている。プリズム７、８は、入射された光の光路を変位させるための傾斜面７ａ、８ａと、光軸に垂直な平行面７ｂ、８ｂをそれぞれ有する。図８Ａは、図７に示すプリズム７（８）の模式図である。プリズム７、８の傾斜面７ａ、８ａは、正ｎ角錐の頂部を中心軸に垂直な面で切断したような形状をしている。ここで、ｎはマルチコア光ファイバ１、５のコア部の数（ただし略同心円状に並んだコア部の数）に等しい。したがって、図８Ａの場合はｎ＝６である。なお、ｎ＝８の場合は、図８Ｂに示す正８角錐形状のプリズムを用いることができる。ここで、レンズの光軸をマルチコア光ファイバの中心軸上に置きかつ焦点位置をマルチコア光ファイバの中心にする。このとき、マルチコア光ファイバ５のコア部５ａ１、５ａ２から出力された光の進行角度が決まる。この進行角度で進んだ光が、正ｎ角錐の一面、二面（平行面と傾斜面）に入射し、スネルの法則に従って屈折する。この屈折角度が光ファイバの中心軸と平行になるように正ｎ角錐の角度、レンズの焦点距離を決める。傾斜面７ａ、８ａは、マルチコア光ファイバ１、５の外周側のコア部に対応させて形成されている。マルチコア光ファイバ１、５の中心のコア部に入出力される信号光が通過する部分は、平行面７ｂ、８ｂに平行な平行面７ｃ、８ｃとなっている。プリズム７、８はたとえば石英ガラスやＢＫ７、ＳＦ６等のガラスからなる。
【００６０】
プリズム７、８の間には光アイソレータ９が配置されている。光アイソレータ９は、マルチコア光ファイバ５側から入力された光を透過し、マルチコア光ファイバ１側から入力された光をほとんど透過しないように構成されている。
【００６１】
また、図７に示すように、光アイソレータ９の位置においてビームＢ１、Ｂ２のビームウエストＷ１、Ｗ２が形成されるように、レンズ４、６が配置される。
【００６２】
図７に示すように、プリズム７は、マルチコア光ファイバ５のコア部５ａ１、５ａ２から出力し、レンズ６を介して各信号光が入力されるように配置される。そして、プリズム７から出力した各信号光は、その各々の光軸が互いに平行になるようになっている。また、プリズム８は、マルチコア光ファイバ５のコア部５ａ１、５ａ２から出力され、プリズム７によって光軸が平行にされた信号光のビームＢ１、Ｂ２を、レンズ４を介してマルチコア光ファイバ１のコア部１ａ１、１ａ２に互いに平行な光軸で入力させることができるように、傾斜面８ａの傾斜角が設定されている。マルチコア光ファイバ５の他のコア部から出力された信号光のビームも同様である。このように、プリズム７、８によって、マルチコア光ファイバ５からマルチコア光ファイバ１への信号光の入力を低損失で行うことができる。このようにマルチコア光ファイバ１へ入力された信号光は、光ファイバ２から入力された励起光である光Ｌ１によって光励起されたコア部１ａを伝搬しながら、光増幅される。
【００６３】
（実施の形態６）
図９は、本発明の実施の形態６に係る光結合構造の模式的な構成図であって、図６に示すレンズ配置例２を採用した場合の信号光入力部の構成例２を示す図である。
【００６４】
この光結合構造３０Ｂは、図７に示す光結合構造３０Ａと比較すると、図６に示すレンズ配置例２を採用した点が異なり、その他の構成は同様である。
【００６５】
信号光入力部の構成については、光結合構造３０Ａ、３０Ｂの構成例１、２のいずれの構成も利用できる。なお、図７に示す集光光学系のレンズ配置例１を採用した光結合構造３０Ａの方が、ビームの角度ずれに対するトレランスが大きいので、プリズム７、８の傾斜面７ａ、８ａの製造誤差に対する許容値が大きい点で好ましい。一方、図９に示す平行光学系のレンズ配置例２を採用した光結合構造３０Ｂの方が、作製するときの光学素子の位置調整がより容易である点で好ましい。
【００６６】
本実施の形態で用いられる光アイソレータ９は、たとえば楔形プリズムとガーネット結晶とを用いた１段型構造、または偏波モード分散をキャンセルする構造を有する２段型構造のような公知のものであるが、特に限定はされない。楔形プリズムを用いた光アイソレータとは、たとえば、光入出射面が非平行になるように楔型に成形された複屈折光学結晶を信号光の入出射側に、その複数の複屈折光学結晶間に４５度偏波面回転素子および４５度回転ファラデー素子を備えることで、光伝送方向の信号光のみが光ファイバのコア部に結合するように構成された光アイソレータである。
【００６７】
なお、図９のような平行光学系を用いた場合には、ビーム角度ずれに対するトレランスが小さいため、楔型プリズムを使用した光アイソレータを用いると、戻り光の光軸が光伝送方向の信号光の光軸に対し角度ずれを持つこととなり、戻り光を効果的に遮断できるので好ましい。
【００６８】
また、図７のような集光光学系を用いた場合には、光軸に垂直方向のビーム位置ずれに対するトレランスが小さいため、複屈折結晶として平行平板型のものを使用した光アイソレータを用いると、戻り光の光軸が光伝送方向の信号光の光軸に対し位置ずれを持つこととなり、戻り光を効果的に遮断できるので好ましい。
【００６９】
なお、光結合構造３０Ａ、３０Ｂでは、プリズム７、８は、平行面７ｂ、８ｂが対向するように配置されているが、傾斜面７ａ、８ａが対向するように配置してもよい。また、プリズム７、８に代えて、平行面７ｂ、８ｂが無く、両面が傾斜したプリズムを用いても良い。あるいは、プリズム７、８に代えて、光路変位光学素子としてのレンズを用いても良い。
【００７０】
なお、プリズム７、８に代えてレンズを用いる場合は、該レンズの焦点距離がそれぞれレンズ４、６よりも長いものを用いることが好ましい。これにより、光路変位光学素子の間で互いに平行になった各信号光の光軸間の間隔がマルチコア光ファイバのコア間の間隔より大きくなるため、各信号光同士が干渉しにくくなる。これは、たとえば、プリズム７の代わりにレンズ６より焦点距離の長いレンズを、プリズム８の代わりにレンズ４より焦点距離の長いレンズを用いることで実現される。
【００７１】
更に、光路変位光学素子の間で互いに平行になった各信号光は、その伝搬方向と垂直な面内におけるビームの広がりが互いに重なり合わない程度の間隔にするとより好ましい。
【００７２】
また、信号光を入力するために、マルチコア光ファイバ５の代わりに、図１０に示すような光ファイババンドル５Ａを使用しても良い。光ファイババンドル５Ａは、コア部５Ａａ１とクラッド部５Ａａ２とを備える７つの光ファイバ５Ａａを束ねて一体化したものである。
【００７３】
（実施の形態７）
図１１は、本発明の実施の形態７に係る光結合構造の模式的な構成図である。光結合構造１０Ａは、図１に示す実施の形態１に係る光結合構造１０において、光ファイバ２を光ファイバ２Ａに置き換えたものである。
【００７４】
光ファイバ２Ａは、ステップインデックス型の屈折率分布を有する光ファイバ部２Ａ１と、光ファイバ２Ａの端面２Ａａ側に配置された、分布屈折率型の光ファイバ部２Ａ２とを有する。この光ファイバ２Ａでは、分布屈折率型の光ファイバ部２Ａ２によって光Ｌ１をある程度集光させ、平行光または集光光として出力するので、結合効率をより高めることができる。
【００７５】
なお、上記実施の形態では、マルチコア光ファイバ１はダブルクラッド型増幅光ファイバであるが、コア部に光増幅媒体が添加されていないマルチコア光ファイバに置き換えても良い。この場合、光Ｌ１は励起光でなくてもよい。また、光ファイバ２はマルチモード光ファイバにかぎられず、シングルモード光ファイバでもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、マルチコア光ファイバ５からマルチコア光ファイバ１へ信号光を入力させているが、光の相反性によって、マルチコア光ファイバ１から出力された増幅された信号光をマルチコア光ファイバ５に入力させる場合にも、上記実施の形態を適用できることは言うまでもない。
【００７７】
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、上記実施の形態３〜７に係る光結合構造のいずれについても、実施の形態２に係る光結合モジュールのように構成してもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明に係る光結合構造は、主に光通信の用途に利用して好適なものである。
【符号の説明】
【００７９】
１、５  マルチコア光ファイバ
１ａ、１ａ１、１ａ２、２ａ、５ａ、５ａ１、５ａ２、５Ａａ１  コア部
１ｃ  外側クラッド部
１ｂ  内側クラッド部
１ｄ、２ｃ、２Ａａ、５ｃ  端面
２、２Ａ、５Ａａ  光ファイバ
２ｂ、５ｂ、５Ａａ２  クラッド部
２Ａ１、２Ａ２  光ファイバ部
３  光フィルタ
３ａ  反射面
４、６、１０３  レンズ
５Ａ  光ファイババンドル
７、８  プリズム
７ａ、８ａ  傾斜面
７ｂ、７ｃ、８ｂ、８ｃ  平行面
９  光アイソレータ
１０、１０Ａ、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂ  光結合構造
１００  光結合モジュール
１０１  フェルール
１０１ａ  挿通孔
１０１ｂ  傾斜面
１０１ｃ  溝
１０２  筐体
１０２ａ  開口部
１０４  レンズホルダ
Ａ  傾斜角度
Ｂ１、Ｂ２  ビーム
Ｌ１  光
Ｐ  光路長
Ｖ  法線
Ｗ１、Ｗ２  ビームウエスト
Ｘ  軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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