(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコアを持つマルチコアファイバと、前記と異なる数の複数のコアを持つマルチコアファイバを含む複数の光ファイバとを光学的に結合する接続装置であって、
前記複数のコアを持つマルチコアファイバから出射された光は少なくとも二枚のレンズを通り、
前記出射された光のうち少なくとも一本を含む光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる光路に変換される光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つマルチコアファイバに入射する、
ことを特徴とした、マルチコアファイバ接続装置。
【請求項２】
複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバと、前記と異なる数の複数のコアを持つマルチコアファイバを含む複数の光ファイバとを光学的に結合する接続装置であって、
前記複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバから出射された光は少なくとも二枚のレンズを通り、
前記出射された光の一部となる第一の光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる光路に変換される光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つ第二のマルチコアファイバに入射し、
前記出射された光の別の一部となる第二の光線のグループは、前記光学部品を経由しまたは経由せずに、光軸を変更されずに、０枚または少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つ第三のマルチコアファイバに入射する、
ことを特徴とした、請求項１に記載のマルチコアファイバ接続装置。
【請求項３】
複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバと、前記と異なる数の複数のコアを持つマルチコアファイバを含む複数の光ファイバとを光学的に結合する接続装置であって、
前記複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバから出射された光は少なくとも二枚のレンズを通り、
前記出射された光の一部となる第一の光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる光路に変換される第一の光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つ第二のマルチコアファイバに入射し、
前記出射された光の別の一部となる第二の光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる別の光路に変換される第二の光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つ第三のマルチコアファイバに入射する、
ことを特徴とした、請求項１に記載のマルチコアファイバ接続装置。
【請求項４】
複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバと、前記と異なる数の複数のコアを持つマルチコアファイバを含む複数の光ファイバとを光学的に結合する接続装置であって、
前記複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバから出射された光は少なくとも二枚のレンズを通り、
前記出射された光の一部となる第一の光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる光路に変換される第一の光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つ第二のマルチコアファイバに入射し、
前記出射された光のうち一本からなる第二の光線は、光軸を変更されずに、０枚または少なくとも二枚のレンズを通って、単一コアファイバに入射する、
ことを特徴とした、請求項１に記載のマルチコアファイバ接続装置。
【請求項５】
複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバと、前記と異なる数の複数のコアを持つマルチコアファイバを含む複数の光ファイバとを光学的に結合する接続装置であって、
前記複数のコアを持つ第一のマルチコアファイバから出射された光は少なくとも二枚のレンズを通り、
前記出射された光の一部となる第一の光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる光路に変換される第一の光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つ第二のマルチコアファイバに入射し、
前記出射された光の別の一部となる第二の光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる別の光路に変換される第二の光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つ第三のマルチコアファイバに入射し、
前記出射された光のうち一本からなる第三の光線は、光軸を変更されずに、０枚または少なくとも二枚のレンズを通って、単一コアファイバに入射する、
ことを特徴とした、請求項１に記載のマルチコアファイバ接続装置。
【請求項６】
前記進行方向が同じで光軸が異なる光路に変換される光学部品がプリズムであり、プリズム面における全反射を利用したことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチコアファイバ接続装置に係り、一本のマルチコアファイバと、前記マルチコアファイバとは異なるコア数を持つ、少なくとも二本以上のマルチコアファイバを含む、複数の光ファイバとを光接続させる装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信によるアプリケーションサービスのブロードバンド化の結果、２年で約２倍の高いレートでインターネットのトラフィック量が成長しており、この傾向は今後も続くと予想されている。今後は、基幹、メトロ、アクセス系といった数キロメートル以上の比較的長い距離のネットワークに加えて、データセンタにおけるサーバなど情報通信（ICT）機器の装置間（数メートル〜数百メートル）あるいは装置内（数センチメートル〜数十センチメートル）といった極めて近距離についても、信号配線を電気配線から、高速化ならびに低消費電力化が実現可能な光配線に切替わると考えられる。
【０００３】
さらなる大容量化については、これまで適用してきた波長多重技術、多値変復調技術による通信容量増大に限界が見え始めてきている（非特許文献1）。その限界を打破する技術として、マルチコアファイバ（MCF）を伝送路として用いた光通信技術が期待されている。従来のファイバでは一本のファイバの中に一つのコアにしか持たない。一方、マルチコアファイバは、一本のファイバの中に複数のコアを有しており、大容量ならびに高密度伝送を可能とする伝送媒体として関心を集めている。マルチコアファイバを適用するネットワークとしては、基幹系から短距離系を想定した研究が、各機関で盛んに行われている（非特許文献１、２）。
【０００４】
マルチコアファイバ内を伝送された各信号を装置の光入出力部に接続する場合には、接続部品が必要である。従来の方法によれば、一本のマルチコアファイバの各コアから出た光を、複数の単一コアファイバに光接続する方法が開示されている（特許文献１、２）。また、マルチコアファイバ同士を接続する方法として、一本のマルチコアファイバの各コアから出た光を、同じ配列を持つもう一本のマルチコアファイバの各コアに光接続する方法が開示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８６６９７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８２２２２号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０５１５２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】盛岡ら：“将来の革新的光トランスポートネットワーク技術”、ＮＴＴ技術ジャーナル（２０１１．３）ｐ．３２．
【非特許文献２】Benjamin G. Lee、 et. al.、 “End-to-End Multicore Multimode Fiber Optic Link Operating up to 120 Gb/s”、 JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY、 VOL. 30、 NO. 6、 P. 886、 MARCH 15、 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マルチコアファイバを利用する大容量・高密度配線網のうち、基幹系では、コア間クロストークを低減するため、コア数が少ない（たとえば、２、３、４、６、７、８、１２など）マルチコアファイバを利用し、短距離系では、接続配線数低減を考慮してコア数のより多い（たとえば、７、８、１２、１９、３７など）マルチコアファイバを利用することがありうる。ここで、基幹系の光信号を短距離系に接続する場合に、コア数および配列の異なるマルチコアファイバ同士を接続する必要が生じる。
【０００８】
図１を用いて、コア数および配列の異なるマルチコアファイバ同士を接続するために、従来の技術を用いる場合について説明する。まず、第一のマルチコアファイバ１００の各コアを、複数の単一コアファイバ１０１に光接続するファンアウトデバイス１０２を用いて、各コアに伝送される信号を複数の単一コアファイバ１０１に分離する。複数のアダプタ１０３には、複数の単一コアファイバ１０１と複数の単一コアファイバ２０１、２１１、２２１、・・・が対向して接続される。第二のマルチコアファイバ２００の入力数と同じ数の単一コアファイバ２０１を第二のマルチコアファイバ２００に光接続するファンインデバイス２０２を用いて、各単一コアファイバ２０１からの光信号を第二のマルチコアファイバ２００の各コアに伝送させる。第一のマルチコアファイバ１００のコア数が第二のマルチコアファイバ２００のコア数より多い場合は、第一のマルチコアファイバ１００の光信号の余剰分は第三、第四、・・・のマルチコアファイバ２１０、２２０、・・・に、ファンインデバイス２１２、２２２、・・・を用いて光接続する。逆に、第一のマルチコアファイバ１００のコア数が第二のマルチコアファイバ２００のコア数より少ない場合は、第二のマルチコアファイバの余剰コアに、第五、第六、・・・のマルチコアファイバの光出力からの光信号を、ファンイン・ファンアウトデバイスを用いて光接続することができる。
【０００９】
伝送容量が増大した場合、ファンイン・ファンアウトデバイス、および単一コアファイバの数が膨大になる。このため、ファイバとファンイン・ファンアウトデバイスの装置内収容が困難になる課題が生じ、装置の高価格化、大型化に繋がる。また、その単一コアファイバが直線配列のリボンファイバとなっている場合でも、曲げられる方向が限られているため、ファイバの引きまわしには工夫が必要となり、装置内収容が困難になる課題が生じる。従って、伝送容量が増加した場合においても、安価で小型なマルチファイバネットワーク対応の光接続装置を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、一本のマルチコアファイバを複数の従来の単一コアファイバに分岐することなく、レンズやプリズムを含んだ空間光学系を用いて、コア数および配列の異なるマルチコアファイバ同士を光接続する。
【００１１】
本発明の一側面は、複数のコアを持つマルチコアファイバと、これと異なる数の複数のコアを持つマルチコアファイバを含む複数の光ファイバとを光学的に結合する接続装置である。複数のコアを持つマルチコアファイバから出射された光は少なくとも二枚のレンズを通り、出射された光のうち少なくとも一本を含む光線のグループは、進行方向が同じで光軸が異なる光路に変換される光学部品を経由し、少なくとも二枚のレンズを通って、グループに含まれる光線の数と同数以上のコアを持つマルチコアファイバに入射する。
【００１２】
ファイバから射出された光は、そのままでは拡散していくため、少なくとも二枚のレンズを通過させることにより、光路変換が容易となる。また、少なくとも二枚のレンズを通って、マルチコアファイバに入射することにより、ファイバの各コアへの入力を容易とする。
【００１３】
本発明の他の側面は、第１の数のコアを持つ第１の光ファイバからの光を、第１の数と異なる第２の数のコアを持つ第２の光ファイバと、第１の数と異なる第３の数のコアを持つ第３の光ファイバと、に伝達する接続装置である。この装置では、第１の光ファイバの第１の数のコアから伝送される光を、第１の数の平行光線群に変換する第１の光学系と、第１の数の平行光線群の少なくとも一部を、光軸方向を変えずに平行移動させる変換光学系と、変換光学系を通過した第１の数の平行光線群のうちの一部である第２の平行光線あるいは第２の平行光線群を、第２の光ファイバのコアに結像させる第２の光学系と、変換光学系を通過した第１の数の平行光線群のうちの他の一部である第３の平行光線あるいは第３の平行光線群を、前記第３の光ファイバのコアに結像させる第３の光学系を有する。複数の光信号を平行光線とすることで、光学素子の配置を容易とする。
【００１４】
また、好ましい例では、第１、第２、第３の光学系の少なくとも一つの倍率を変更する。この構成を追加することで、平行光線の間の間隔を変更して変換光学系の配置を容易にすることができる。あるいは、接続する第２、第３のファイバの径に光線を適合し、効率的にカップリングすることができる。
【００１５】
複数の光線のうちの一部のみの進路を変更するには、プリズムなどの反射面を利用し、その少なくとも一部に、平行光線群の少なくとも一部を平行移動させずに直進させるための、切欠き部を形成する例が考えられる。プリズムの反射面は三角形、四角形などの多角形に形成するのが容易である。
【００１６】
また、別の好ましい例では、第２の平行光線群は、変換光学系により、光軸方向から見て各光線の光軸が円周上に配置するごとく形成され、第３の平行光線群は、変換光学系により、光軸方向から見て各光線が円周上に配置するごとく形成される、このように構成することで、第２、第３の光ファイバのコアに効率的に光信号を伝達することができる。
【００１７】
また、本発明のさらに他の側面は、上記の装置を用いて光ファイバを接続したマルチコアファイバ接続システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、コア数および配列の異なるマルチコアファイバ同士を容易に光接続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の技術によるコア数および配列の異なるマルチコアファイバ光接続の構成例のブロック図
【図２】本発明の実施例のマルチコアファイバ光接続装置の構成図
【図３】本発明の実施例の光路シフトプリズムの光軸に垂直な透過図
【図４】本発明の実施例の光路シフトプリズムの光軸に平行な断面図
【図５】本発明の実施例の光路シフトプリズムの斜視図
【図６】本発明の実施例の光路シフトプリズムの斜視図
【図７】本発明の実施例の光路シフトプリズムの斜視図
【図８Ａ】本発明の実施例の光路シフトプリズムの斜視図
【図８Ｂ】本発明の実施例の光路シフトプリズムの光軸に平行な断面図
【図９】本発明の実施例のマルチコアファイバ光接続装置の構成図
【図１０】マルチコアファイバの断面図
【図１１】本発明の実施例の光路シフトプリズムの光軸に垂直な断面図
【図１２】本発明の実施例の光路シフトプリズムの斜視図
【図１３】本発明の実施例のマルチコアファイバ光接続装置の構成図
【図１４】マルチコアファイバの断面図
【図１５】本発明の実施例の光路シフトプリズムの光軸に垂直視点からの斜視図
【図１６】本発明の実施例の光路シフトプリズムの斜視図
【図１７】本発明の実施例の光路シフトプリズムの斜視図
【図１８】本発明の実施例の光路シフトミラーの光軸に平行な断面図
【図１９】本発明の実施例の光路シフトミラーの光軸に垂直な視点から見た構成図
【図２０】本発明の実施例の光路シフトミラーの光軸に垂直な視点から見た構成図
【図２１】本発明の実施例のプリズムホルダの斜視図
【図２２】本発明の実施例のマルチコアファイバ光接続装置の組立方法の斜視図
【図２３】本発明の実施例のマルチコアファイバ光接続装置の組立方法の斜視図
【図２４】本発明の実施例のマルチコアファイバ光接続装置の組立斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００２１】
以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
【００２２】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００２３】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。  本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。
【００２４】
コア数の異なるマルチコアファイバの間にレンズやプリズムを含んだ空間光学系を用いた接続装置を設ける。プリズムの形状ついては、一部のコアからの光が選択的に透過したり、反射したりするように決める。特にコアの選び方は、対称性を考慮して、光学素子を効率よく使って、部品点数を最小限にするよう工夫する。
【００２５】
従来の技術との相違を述べる。特許文献１、２には、レンズやプリズムを用いて、マルチコアファイバの光を単一コアファイバまたは直線状に配置された複数の単一コアファイバに結合させる技術が開示されている。しかし、接続先が、一つのクラッド層内に、近接した複数のコアが二次元配置となっているマルチコアファイバへの接続の具体的な実施例が記載されていない。また、特許文献３にはコア数の等しいマルチコアファイバ同士の光をレンズやプリズムを用いて結合させる技術が開示されている。光学素子を途中に挿入してもよいと記載されているが、コア数の異なるマルチコアファイバ同士への適用例は記載されていない。一方、本発明では、マルチコアファイバの光を、コア数の異なるマルチコアファイバへ効率よく接続するためのコアの選び方、プリズムの形状、配置等を実施例にて示す。本発明により接続装置の大きさは、特許文献１〜３のいずれともほぼ同じにすることができ、コア数の異なるマルチコアファイバへの接続という機能が追加されても小型化を維持できる。本発明による接続装置の入出力がマルチコアファイバになることにより、従来のマルチコアファイバ入力・単一コアファイバ出力の場合に比べて、使用する光ファイバの本数が減り、省スペースも実現できる。
【００２６】
以下に、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に述べる。
【実施例１】
【００２７】
本発明であるマルチコアファイバ同士の光接続装置の実施例１について、図２〜図８を用いて説明する。以降、マルチコアファイバの光軸方向をz軸とし、図２の紙面に垂直な方向をx軸、鉛直方向をy軸とする。
【００２８】
図２は円周上に配置された１２個の信号を通すコアを持つマルチコアファイバ１００と、円周上に配置された各６個の信号を通すコアを持つマルチコアファイバ２００、３００とを光接続する光接続装置の構成図を示す。図２に示されるように、本発明のマルチコアファイバ光接続装置５０は、マルチコアファイバ１００、コリメートレンズ５１、５２、光路シフトプリズム群６０、レンズ５３、５４、５５、５６、マルチコアファイバ２００、３００から構成される。一般には、コア数の多いファイバのほうがクロストークの影響を受けやすいので、短距離通信に向く。例えば、マルチコアファイバ１００を装置内あるいは屋内配線に、マルチコアファイバ２００、３００を長距離通信に用いることができる。
【００２９】
マルチコアファイバ１００の各コア1〜１２のうち奇数番号のコア（黒丸で示す）から出射された光は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制することで、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、光路シフトプリズム群６０を透過する。レンズ５５、５６を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制し、平行光となって、マルチコアファイバ３００の各コアに入射する。一般にマルチコアファイバ１００から抽出された奇数コア間隔とマルチコアファイバ３００のコア間隔とは異なると考えられるため、レンズ５５と５６の焦点距離を変えて倍率を調節する。たとえば、マルチコアファイバ１００のコア１とコア７の中心間の距離が０．１８ｍｍで、マルチコアファイバ３００の対向する２本のコアの中心間の間隔が０．０９ｍｍの場合は、倍率を０．５にする必要があるため、レンズ５６の焦点距離はレンズ５５の焦点距離の半分とする。
【００３０】
マルチコアファイバ１００の各コア1〜１２のうち偶数番号のコア（白丸で示す）から出射された光は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制することで、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、光路シフトプリズム群６０の中で二回反射する。レンズ５３、５４を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制し、平行光となって、マルチコアファイバ２００の各コアに入射する。一般にマルチコアファイバ１００から抽出された偶数コア間隔とマルチコアファイバ２００のコア間隔とは異なると考えられるため、レンズ５３と５４の焦点距離を変えて倍率を調節する。たとえば、マルチコアファイバ１００のコア２とコア８の中心間の距離が０．１８ｍｍで、マルチコアファイバ２００の対向する２本のコアの中心間の間隔が０．０９ｍｍの場合は、倍率を０．５にする必要があるため、レンズ５４の焦点距離はレンズ５３の焦点距離の半分とする。  ここで、光路シフトプリズム群６０の内部のプリズム６２について図３〜図５を用いて説明する。
【００３１】
図３は光路シフトプリズム群６０をマルチコアファイバ１００側から見た図である。奇数番号のコアからの光軸（黒丸で示す）はｚ方向に直進し、偶数番号のコアからの光軸（白丸で示す）は、プリズムの斜面でｙ方向に偏向されるように構成されている。
【００３２】
図４は光路シフトプリズム６２の光軸に平行な断面図である。
【００３３】
光路シフトプリズム群６０の中央にあるプリズム６２は、光軸に垂直な断面が長方形、光軸に平行な断面が図４に示す平行四辺形であり、マルチコアファイバ１００のコア４とコア１０からの光信号の光軸を面６５、６７での反射により平行移動させる役割を持つ。
【００３４】
図５に示すように、立体のイメージは、たとえば六面体である。プリズム６２の材料は、たとえば、石英ガラスを用いる場合、波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率は１．４４４となり、空気（屈折率１）との界面において、光が全反射する条件は、入射臨界角４３．８３度（sin−１（１／１．４４４））以上となる。光の全反射の条件を満たし、かつ光軸を制御しやすいように、面６４と面６５の間の角θ１、および面６６と面６７の間の角θ２は、４５±１度程度とすることが望ましい。また、石英ガラスと空気の界面で波長１５５０ｎｍの光を垂直入射させた場合の反射率は３．３％となるので、マルチコアファイバ１００の奇数コアからの光を透過させるために、面６４と面６６に反射防止コーティングを施し、入射光の光軸に垂直な面を持つように、プリズム６２をマルチコアファイバ光接続装置５０内に設置することが望ましい。面６４と面６６が入射光の光軸に垂直でない場合は、プリズム内での光の屈折により、光軸がずれてしまうが、面６４と面６６が互いに平行であるため、出射光は光軸の間隔を保ったまま平行移動する。また、光の散乱を防ぐために、面６４、面６５、面６６、面６７は表面粗さが波長と同程度に平坦である必要がある。なお、波長がより短い場合は、石英ガラスの屈折率が上記より大きいため、臨界角は上記より小さいので、問題はない。波長がより長い場合は、その波長において石英ガラスより屈折率ｎが大きく、入射臨界角sin−１（１／ｎ）が４５度未満となり、かつ透明な材料、たとえばプラスチックなどを使う必要がある。
【００３５】
光路シフトプリズム群６０の両端にあるプリズム６１とプリズム６３は、基本構造はプリズム６２と同じで、マルチコアファイバ１００の偶数コアからの光信号の光軸を平行移動させる役割を持つ。しかし、図３より明らかなように、プリズム６１とプリズム６３はマルチコアファイバ１００の奇数コア、特にコア１とコア７の光軸を遮らないようにしなければならない。そのためには、光透過用の穴を設け、プリズムの全反射面が奇数コアの光軸にかからないようにする。
【００３６】
図６に光軸を遮らない構成を設けた、光路シフトプリズムの一構成例の斜視図を示す。
【００３７】
図７に光軸を遮らない構成を設けた、光路シフトプリズムの他の構成例の斜視図を示す。
【００３８】
穴を設けたプリズム形状の例としては、図６のような矩形穴６８でも、図７のような円筒形穴６９でもよく、穴の面の加工精度は問わない。
【００３９】
図８は、光軸を遮らない構成を設けた、光路シフトプリズムのさらに他の例の斜視図を示す。図８Ａの斜視図に示すようにプリズムに穴を設けずに、矢印で示した奇数コアからの光軸７０の位置にプリズムの２つの垂直面が来るように、面６６を延長しておくのもよい。図８Ｂはプリズムの光軸７０に平行な断面図であり、反射防止コーティングを施した面６４と面６６を奇数コアからの光が透過できる様子を示している。
【００４０】
図２のマルチコアファイバ光接続装置５０は、接続する光ファイバが収容できる大きさが必要である。図２の出射側にある２本のマルチコアファイバ２００、３００の外径は、いずれも最小で０．２５ｍｍ、または０．９ｍｍがよく用いられている。これらの光ファイバを使用すると、光軸をシフトさせるべき位置から考慮して、プリズム６１〜６３は全体で十から二十ミリメートル程度の大きさとなる。プリズム６１〜６３の厚さは、取り扱いを容易にするために、たとえば１〜数ミリメートルとする。レンズ５１〜５６の焦点距離は、取り扱い容易な範囲で小型化するとして、たとえば１〜数ミリメートルの範囲とすることができる。以上より、マルチコアファイバ光接続装置５０は、直径十から二十ミリメートル程度の太さ、数十から百ミリメートル程度の長さで実現できる。
【００４１】
なお、マルチコアファイバ１００の１２個のコアが図２のような円周ではなく、六方格子の外周に配置されている場合も同じ構成で接続可能である。また、マルチコアファイバ２００や３００が図２に示した６個のコアの中心にさらに1個のコアを持ち、全体で六方格子配列の７個のコアを持つ場合は、中心のコアを不使用とすることで適用可能となる。
【００４２】
本構成は、入出力の向きが逆の場合、すなわち、図２において、マルチコアファイバ２００および３００から光が出射され、マルチコアファイバ１００に入射する場合にも適用できる。
【実施例２】
【００４３】
本発明であるマルチコアファイバ同士の光接続装置の実施例２について、図９〜図１２を用いて説明する。
【００４４】
図９は六方格子上に配置された３７個の信号を通すコアを持つマルチコアファイバ４００と、六方格子上に配置された各７個の信号を通すコアを持つ６本のマルチコアファイバ５００、６００および単一コアファイバ７００とを光接続する光接続装置の構成図を示す。図９に示されるように、本発明のマルチコアファイバ光接続装置５０は、マルチコアファイバ４００、コリメートレンズ５１、５２、光路シフトプリズム群６０、レンズ５３、５４、５５、５６、マルチコアファイバ５００、６００および単一コアファイバ７００から構成される。マルチコアファイバ５００、６００以外の４本のマルチコアファイバは、理解しやすくするために図９には示されていない。また、プリズム群６０も、６個あるプリズムのうち、７１と７２のみ示している。この構成では、ファイバ７００を中心に６０度、１２０度回転した部分の断面図は、図９と同様の図となる。なお、マルチコアファイバ５００、６００のうち、薄い色で示されるコアXは未使用のコアである。
【００４５】
図１０にマルチコアファイバ４００の断面を示す。以下、マルチコアファイバ４００の各コアを図１０に示す６つの領域４０１〜４０６と中心コア１に分けて光路を制御する。
【００４６】
マルチコアファイバ４００のコア１から出射された光は２つのコリメートレンズ５１、５２を通って径の広がりを抑制することで、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、そのまま単一コアファイバ７００のコアに入射される。マルチコアファイバ４００の領域４０１に含まれるコア２〜７から出射された光は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、光路シフトプリズム群６０の中にあるプリズム７２内で二回反射する。レンズ５５、５６を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制し、平行光となって、マルチコアファイバ６００の各コアに入射する。マルチコアファイバ４００のコア間隔とマルチコアファイバ６００のコア間隔とが異なる場合は、レンズ５５と５６の焦点距離を変えて倍率を調節する。たとえば、マルチコアファイバ４００の隣接するコア同士、たとえばコア１とコア３の中心間の距離が０．０４ｍｍで、マルチコアファイバ６００の隣接する２本のコアの中心間の間隔が０．０５ｍｍの場合は、倍率を１．２５にする必要があるため、レンズ５４の焦点距離はレンズ５３の焦点距離の１．２５倍とする。
【００４７】
マルチコアファイバ４００の領域４０２、４０３、４０４、４０５、４０６は、領域４０１と同じ形状であり、ファイバ中心に対し、領域４０１をそれぞれ６０、１２０、１８０、２４０、３００度時計回りに回転させた位置にある。したがって、上記領域４０１の光学系を各角度回転させることにより、同様の効果を実現できる。たとえば、領域４０４に含まれるコアから出射された光は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、光路シフトプリズム群６０の中の、（プリズム７２をファイバ中心に対して１８０度回転させた位置にある）プリズム７１内で二回反射する。（レンズ５５、５６をファイバ中心に対して１８０度回転させた位置にある）レンズ５３、５４を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制し、平行光となって、マルチコアファイバ５００の各コアに入射する。マルチコアファイバ４００のコア間隔とマルチコアファイバ５００のコア間隔とが異なる場合は、レンズ５３と５４の焦点距離を変えて倍率を調節する。
【００４８】
ここで、光路シフトプリズム群６０の内部の六個のプリズム７１、７２、・・・について図１１、図１２を用いて説明する。
【００４９】
図１１は光路シフトプリズム群６０をマルチコアファイバ４００側から見た断面図である。光路シフトプリズム群６０のプリズム７２は、光軸に垂直な断面がマルチコアファイバ４００の領域４０１に含まれるコアからの光がコリメートレンズ５１、５２を通過後に達する領域４０１´を含む多角形（図は五角形）、光軸に平行な断面が図９内に示す平行四辺形であり、マルチコアファイバ４００のコア２〜７からの光信号の光軸を平行移動させる役割を持つ。図１１に示した六個のプリズム７１、７２、・・・の角θ３とθ４は合計１２０度（誤差は＋０／−１度）にしておくと、隣接のプリズムと貼り合わせて固定しやすい。
【００５０】
図１２にプリズム７１の斜視図を示す。立体のイメージは、たとえば図１２に示す七面体である。マルチコアファイバ４００のコアの一つから出射した光の光軸７３はプリズム７１の斜線を施した面での反射により平行移動される。プリズム７１、７２、・・・の材料として、たとえば、石英ガラスを用いる場合、図１２の角θ１、θ２については、実施例１に記載したのと同様の理由で４５度±１度程度とすることが望ましい。同様に、プリズムの入射面、出射面には反射防止コーティングを施したほうがよい。
【００５１】
図９のマルチコアファイバ光接続装置５０は、接続する光ファイバが収容できる大きさが必要である。図９の出射側にある６本のマルチコアファイバ５００、６００、・・・、単一コアファイバ７００の被覆を含めた外径は、いずれも最小で０．２５ｍｍ、または０．９ｍｍがよく用いられている。これらの光ファイバを使用すると、光軸をシフトさせるべき位置から考慮して、図１１のプリズム７１〜７６は全体で数十ミリメートル程度の大きさとなる。プリズム７１〜７６の厚さは最小でもマルチコアファイバのコア間隔の三倍程度であるが、取り扱いを容易にするために、たとえば１〜数ミリメートルとする。レンズ５１〜５６の焦点距離は、取り扱い容易な範囲で小型化するとして、たとえば１〜数ミリメートルの範囲とすることができる。以上より、マルチコアファイバ光接続装置５０は、直径十から数十ミリメートル程度の太さ、数十から百ミリメートル程度の長さで実現できる。
【００５２】
本構成は、入出力の向きが逆の場合、すなわち、図９において、マルチコアファイバ５００、６００、・・・および単一コアファイバ７００から光が出射され、マルチコアファイバ４００に入射する場合にも適用できる。
【実施例３】
【００５３】
本発明であるマルチコアファイバ同士の光接続装置の実施例３について、図１３〜図１７を用いて説明する。
【００５４】
図１３は六方格子上に配置された１９個の信号を通すコアを持つマルチコアファイバ８００と、六方格子上に配置された各７個の信号を通すコアを持つ３本のマルチコアファイバ５００、６００、６１０および単一コアファイバ７００とを光接続する光接続装置の構成図を示す。図１３に示されるように、本発明のマルチコアファイバ光接続装置５０は、マルチコアファイバ８００、コリメートレンズ５１、５２、６個のプリズムを含む光路シフトプリズム群６０、３組のレンズ５３、５４、５５、５６（マルチコアファイバ６１０に対して、もう一組のレンズがあるが、図１３では示していない）、マルチコアファイバ５００、６００、６１０、および単一コアファイバ７００から構成される。光路シフトプリズム群６０はz方向に３個ずつ２列に配置された合計６個のプリズムを有するが、図１３ではそのうち４個（プリズム７４〜７７）のみを示している。
【００５５】
図１４にマルチコアファイバ８００の断面を示す。以下、マルチコアファイバ４００の各コアを図１４に示す３つの領域８０１、８０２、８０３と中心コア１に分けて光路を制御する。
【００５６】
マルチコアファイバ８００のコア１から出射された光は２つのコリメートレンズ５１、５２を通って径の広がりを抑制することで、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、そのまま単一コアファイバ７００のコアに入射される。マルチコアファイバ８００の領域８０１に含まれるコア２〜６から出射された光は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制することで、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、光路シフトプリズム群６０の中にあるプリズム７４内で二回反射する。レンズ５３、５４を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制し、平行光となって、マルチコアファイバ５００の各コアに入射する。マルチコアファイバ８００の領域８０１に含まれるコア７から出射された光は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制することで、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、光路シフトプリズム群６０の中にあるプリズム７５内で三回反射する。レンズ５３、５４を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制し、平行光となって、マルチコアファイバ５００の該当コアに入射する。マルチコアファイバ８００のコア間隔とマルチコアファイバ５００のコア間隔とが異なる場合は、レンズ５３と５４の焦点距離を変えて倍率を調節する。たとえば、マルチコアファイバ８００の隣接するコア同士、たとえばコア１とコア２の中心間の距離が０．０４ｍｍで、マルチコアファイバ５００の隣接する２本のコアの中心間の間隔が０．０５ｍｍの場合は、倍率を１．２５にする必要があるため、レンズ５４の焦点距離はレンズ５３の焦点距離の１．２５倍とする。
【００５７】
マルチコアファイバ８００の領域８０２、８０３は、領域８０１と同じ形状であり、ファイバ中心に対し、領域８０１をそれぞれ１２０、２４０度時計回りに回転させた位置にある。したがって、上記領域８０１の光学系を各角度回転させることにより、同様の効果を実現できる。たとえば、領域８０２に含まれるコアから出射された光は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制することで、隣どうしのコアからの光と重ならないようにして、平行に進み、光路シフトプリズム群６０の中の、（プリズム７４、７５をファイバ中心に対して１２０度回転させた位置にある）プリズム７６、７７内で二回ないしは三回反射する。（レンズ５３、５４をファイバ中心に対して１２０度回転させた位置にある）レンズ５５、５６を通って、各レンズの共通の焦点に対して点対称の位置に導かれ、径の広がりを抑制し、平行光となって、マルチコアファイバ６００の各コアに入射する。マルチコアファイバ８００のコア間隔とマルチコアファイバ６００のコア間隔とが異なる場合は、レンズ５５と５６の焦点距離を変えて倍率を調節する。
【００５８】
ここで、光路シフトプリズム群６０の内部のプリズム７４、７５、・・・について図１５〜図１７を用いて説明する。
【００５９】
図１５は光路シフトプリズム群６０をマルチコアファイバ８００側から見た図である。マルチコアファイバ８００の領域８０１、８０２、８０３は、２つのコリメートレンズ５１、５２を通った後に領域８０１´、８０２´、８０３´にそれぞれ移る。光路シフトプリズム群６０のプリズム７４は、光軸に垂直な断面がマルチコアファイバ８００の領域８０１´のうち５個のコアからの光軸を含む多角形（図は五角形）、光軸に平行な断面が図１３内に示す平行四辺形であり、マルチコアファイバ８００のコア２〜６からの光信号の光軸を平行移動させる役割を持つ。
【００６０】
図１６にプリズム７４の斜視図を示す。立体のイメージは、たとえば図１６に示す多面体（図は七面体）である。
【００６１】
図１７は、プリズム７５の斜視図の例であり、マルチコアファイバ８００のコア７からの光信号の光軸７８を平行移動させる役割を持つ。プリズム７４、７５のいずれも、斜線を施した面において、光を反射させて光軸を移動させる。なお、プリズム７４、７５、・・・の材料として、たとえば、石英ガラスを用いる場合、図１６の角θ１、θ２については、実施例１に記載したのと同様の理由で４５度±１度程度とすることが望ましい。図１６の角θ5については、１２０度（誤差は＋０／−１度）としておくと、隣接のプリズムとぶつからない。同様に、図１７の角θ１、θ６、θ７については、４５度±１度程度、θ８については、９０度とするのがよい。また同様に、プリズムの入射面、出射面には反射防止コーティングを施したほうがよい。
【００６２】
マルチコアファイバ光接続装置５０の大きさは、実施例２と同様に数十ミリメートルの程度となる。
【００６３】
本構成は、入出力の向きが逆の場合、すなわち、図１３において、マルチコアファイバ５００、６００、６１０および単一コアファイバ７００から光が出射され、マルチコアファイバ８００に入射する場合にも適用できる。
【実施例４】
【００６４】
本発明であるマルチコアファイバ同士の光接続装置の実施例４について、図９、図１８〜図２０を用いて説明する。
【００６５】
構成は図９のうち、光路シフトプリズム群６０の代わりに光路シフトミラー群８０を用いる。
【００６６】
図１８に光軸に平行な断面図を示す。図では４つのミラー８１，８２，８３，８４を示すが、実際は光軸を中心に１２個のミラーが配置されている。
【００６７】
図１９に、図１８で内側に位置するミラー８１，８２部分を、光軸に垂直方向から見た図を示す。このミラーは図１８でｚ方向に進む光を、ｘｙ平面上で外側のミラー８３，８４方向に偏向する。
【００６８】
図２０にミラー８３，８４部分を光軸に垂直な方向から見た図を示す。このミラーは図１８でミラー８１，８２からきた光を、ｚ方向に偏向する。
【００６９】
光路シフトミラー群８０のミラー８２、８４は、光軸に垂直な断面がマルチコアファイバ４００の領域４０１に含まれるコアからの光がコリメートレンズ５１、５２を通過後に達する領域４０１´を含む多角形（図１９ではミラー８２は六角形、図２０ではミラー８４は台形）である。また、光軸に平行な断面が図１８内に示す直角二等辺三角形であり、マルチコアファイバ４００のコア２〜７からの光信号の光軸を平行移動させる役割を持つ。実施例２のプリズムと同様に隣接のミラーと貼り合わせると固定しやすい。ミラー光が反射する表面は、金属や誘電体薄膜の多層膜を蒸着やスパッタリングなどによって形成して、使用する波長での反射率を９９．５％以上に制御する。光軸の移動は、光路シフトミラー群８０の外部においては実施例２と同じであり、同じ効果が得られる。
【実施例５】
【００７０】
本発明であるマルチコアファイバ同士の光接続装置の図２に示した構成の製造工程について、図２１〜２４を用いて説明する。
【００７１】
光学設計により、光学部品(光ファイバ１００、２００、３００、レンズ５１〜５６、プリズム６１〜６３)の位置を決める。次に、マルチコアファイバ接続装置５０の外形となる本体、および光路を遮らないよう穴をあけた部品ホルダを、たとえばステンレスで作る。
【００７２】
図２１はプリズムホルダの一例の斜視図である。プリズム６１〜６３のホルダは、たとえば図２１に示した９１〜９３のように、光路を通す穴を持ち、各プリズムをy方向に可動となるよう挿入する場所に切り込みを設ける。本体はプリズム取り付け位置付近で少なくとも二分割しておく。
【００７３】
光学部品(レンズ５１〜５６、プリズム６１〜６３)はたとえば石英(BK-7など)で作り、全反射に用いる面を除いた各面に反射防止コーティングを施す。各光学部品は調芯後に、対応するホルダに、たとえばYAG溶接、UV接着などで固定する。必要であれば、たとえばホルダとステンレス製の押さえ板とで光学部品をはさみ、ねじ止めする。
【００７４】
図２２でファイバとレンズの組み立て工程を説明する。８５〜８７はレンズホルダ、８８〜８９はマルチコアファイバ光接続装置本体、９０はカメラ、９１〜９３はプリズムホルダである。
【００７５】
まず、レンズ５１、５２とマルチコアファイバ１００を調芯してホルダ８５に固定する。レンズ５１をホルダ８５の所定の位置に固定し、マルチコアファイバ１００の全コアに使用する波長の光を入れ、焦点距離の分だけ離してマルチコアファイバ１００を固定し、レンズ５２を通った後に平行光になるように遠方に置いたカメラ９０で確認しながらレンズ５２の位置を決め、ホルダ８５に固定する。ホルダ８５は本体８９に固定する。各部品の位置関係は図２２のようになっている。このとき、カメラ９０で確認した発光点の配置を保存しておく。同様にレンズ５３、５４および５５、５６とマルチコアファイバ２００および３００をそれぞれ調芯して、発光点が上記と同じ所定の間隔となるような位置で、ホルダ８６、８７に固定する。 
図２３でプリズムの組み立て工程を説明する。  図２１で示したようにプリズム６３をホルダ９３に挿入後、ホルダ９３を図２３に示す本体８８の設計位置にYAG溶接で固定する。プリズム６３は調芯後にUV接着でホルダ９３に固定する。調芯の際は、レンズの付いたマルチコアファイバ２００、３００のホルダ８６、８７を回転の自由度を残して本体８８に仮固定し、各コアに使用する波長の光を入れる。プリズム６３通過後の遠方での光分布をカメラ９０で記録し、保存したマルチコアファイバ１００の所定の光位置と一致するよう、マルチコアファイバ２００、３００を固定したホルダ８６、８７の回転とプリズム６３の平行移動で調芯して、プリズム６３をホルダ９３に固定する。続いてプリズム６２、６１も同様に調芯後ホルダ９２、９１に固定する。ファイバ２００、３００を固定したホルダ８６、８７をYAG溶接で本体８８に固定する。
【００７６】
図２４は組み立て完了時のイメージを示す斜視図である。最後に、図２４のようにファイバ２００、３００に光を入れて、ファイバ１００の固定された本体８９の位置を合わせ、 YAG溶接で本体８８に固定する。
【００７７】
以上の実施例によれば、コア数および配列の異なるマルチコアファイバ同士を光接続することが可能となる。伝送容量が増加した場合においても、光ファイバを接続する光装置のポート数ならびにシングルコアファイバの配線数の増大を抑えることができる。加えて、複数のファンイン・ファンアウトデバイスは不要となり、部品点数が削減される。従って、安価で小型なマルチコアファイバから構成される光ネットワーク対応のマルチコアファイバ接続装置を提供することが可能となる。
【００７８】
特に、マルチコアファイバを利用する大容量・高密度配線網のうち、基幹系では、コア間クロストークを低減するため、コア数が少ないマルチコアファイバを利用し、短距離系では、接続配線数低減を考慮してコア数のより多いマルチコアファイバを利用することがありうる。ここで、基幹系の光信号を短距離系に接続する場合に、コア数および配列の異なるマルチコアファイバ同士を接続する必要が生じる。上記説明した本実施例を適用することで、一本のマルチコアファイバを複数の従来の単一コアファイバに分岐することなく、レンズやプリズムを含んだ空間光学系を用いて、コア数および配列の異なるマルチコアファイバ同士を光接続することができる。
【００７９】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１〜１２マルチコアファイバのコア
５０マルチコアファイバ光接続装置
５１、５２コリメートレンズ
５３〜５６レンズ
６０光路シフトプリズム群
６１〜６３プリズム
６４〜６７プリズムの面
６８矩形穴
６９円筒形穴
７０光軸
７１、７２プリズム
７３光軸
７４〜７７プリズム
７８光軸
８０光路シフトミラー群
８１〜８４ミラー
８５〜８７レンズホルダ
８８〜８９マルチコアファイバ光接続装置本体
９０カメラ
９１〜９３プリズムホルダ
１００マルチコアファイバ
１０１単一コアファイバ
１０２ファンアウトデバイス
１０３アダプタ
２００、２１０、２２０マルチコアファイバ
２０１、２１１、２２１単一コアファイバ
２０２、２１２、２２２ファンアウトデバイス
３００、４００マルチコアファイバ
４０１〜４０６マルチコアファイバ４００断面内の領域
４０１´〜４０６´マルチコアファイバ４００断面内の領域で、領域４０１〜４０６内の光がそれぞれコリメートレンズ５１、５２を通った後の位置を示す
５００、６００マルチコアファイバ
７００単一コアファイバ
８００マルチコアファイバ
８０１〜８０３マルチコアファイバ８００断面内の領域
８０１´〜８０３´マルチコアファイバ８００断面内の領域で、領域８０１〜８０３内の光がそれぞれコリメートレンズ５１、５２を通った後の位置を示す
【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】
0006411899.tif 000008
【図８Ａ】
0006411899.tif 000009
【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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