(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２n本の光ファイバが、それぞれ対の互いに超音波溶着された分岐結合部を上流側から下流側に向けて複数段備えられてなる光スターカプラにおいて、
上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間に、その間の各光ファイバを最小曲げ半径よりも大きい円弧状に曲げた状態で保持するモードスクランブラ部を、それぞれ備え、
前記最小曲げ半径よりも大きい円弧状の光ファイバ装填溝が形成されたスクランブラ形成体における前記光ファイバ装填溝に、前記各分岐結合部間の各光ファイバが装填固定されて、前記モードスクランブラ部が構成されたことを特徴とする光スターカプラ。
【請求項２】
前記光ファイバ装填溝が８の字形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の光スターカプラ。
【請求項３】
２n本の光ファイバが、それぞれ対の互いに超音波溶着された分岐結合部を上流側から下流側に向けて複数段備えられてなる光スターカプラにおいて、
上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間に、その間の各光ファイバ全体に捻りを加えた状態で保持するモードスクランブラ部を、それぞれ備えたことを特徴とする光スターカプラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバを伝送媒体に用いた光通信ネットワーク等において、光信号を分配または結合させる際に使用される光スターカプラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光信号を分配または結合させる方法として、光学ミラーを使って光信号の進行方向を固定させたり、プリント基板のように光導波路を同一平面上に形成させて進行方向を制御させたりする方法があった。
【０００３】
また、対のプラスチック光ファイバを互いに溶着接合して分岐結合部を構成し、その分岐結合部を通じて光信号を抽出する光カプラもある。
【０００４】
例えば、特開昭６２−２９９８０８号公報に開示の如くである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、分岐結合部を超音波溶着により形成する超音波溶着型の光カプラにおいては、主線側の出力光には入力光がそのまま直進して伝搬してくる光の成分が多く、分岐側の出力光には入力光が分岐結合部や光ファイバ内で反射して伝搬してくる光の成分が多くなる傾向にある。
【０００６】
これは、光の損失を抑えるために元の光ファイバの形状をなるべく保とうとする超音波溶着型の光カプラ特有の問題であり、これに対し、溶着される分岐結合部を延伸させる溶着延伸型の光カプラでは、分岐結合部の光ファイバの太さが狭められているので、このような問題は起こりにくい。
【０００７】
そして、この「偏り」のある光信号をさらに分岐する４×４の光スターカプラにおいては、「偏り」がさらに拡大していくことになる。
【０００８】
また、前記特開昭６２−２９９８０８号公報に開示のように、光カプラの分岐結合部をモードスクランブラに構成すると、出力光の「偏り」は是正されるが、モードスクランブラでの反射損失が増加し、分岐の段数に応じてその損失が積み重なっていく。
【０００９】
従って、４×４の光スターカプラにおいては、モードスクランブラを兼ねた分岐結合部が２個直列状態となるため、モードスクランブラ２個分の光の損失が生じる。
【００１０】
そこで、この発明は光の損失を有効に防止して、出力側での光信号の偏りを防止し、分配性能の向上を図った光スターカプラを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の技術的手段は、２n本の光ファイバが、それぞれ対の互いに超音波溶着された分岐結合部を上流側から下流側に向けて複数段備えられてなる光スターカプラにおいて、上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間に、その間の各光ファイバを最小曲げ半径よりも大きい円弧状に曲げた状態で保持するモードスクランブラ部を、それぞれ備え、前記最小曲げ半径よりも大きい円弧状の光ファイバ装填溝が形成されたスクランブラ形成体における前記光ファイバ装填溝に、前記各分岐結合部間の各光ファイバが装填固定されて、前記モードスクランブラ部が構成された点にある。
【００１３】
さらに、前記光ファイバ装填溝が８の字形状に形成された構造としてもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するための第２の技術的手段は、２n本の光ファイバが、それぞれ対の互いに超音波溶着された分岐結合部を上流側から下流側に向けて複数段備えられてなる光スターカプラにおいて、上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間に、その間の各光ファイバ全体に捻りを加えた状態で保持するモードスクランブラ部を、それぞれ備えた点にある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、第１発明にかかる第１の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１および図２において、１０は４×４の光スターカプラで、４本の光ファイバ１１のうち２本毎、互いに超音波溶着された分岐結合部１２を上流側から下流側に向けて２段に備えられている。
【００１６】
そして、従来における４×４の光スターカプラにあってはなるべく近接配置される上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との距離Ｌを、本実施形態にあってはより長い所定長さ離した構造とされ、この上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との間に位置する各光ファイバ１１を、曲げによって光の損失が生じない最小曲げ半径よりも大きい円弧状に曲げた状態で保持するモードスクランブラ部１３が備えられている。
【００１７】
このモードスクランブラ部１３は、前記最小曲げ半径よりも大きい曲げ半径Ｒを有する円弧状の光ファイバ装填溝１４が形成されたスクランブラ形成体１５を備え、スクランブラ形成体１５の光ファイバ装填溝１４に、前記上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との間に位置する各光ファイバ１１が装填された状態で固定されている。
【００１８】
従って、光ファイバ１１を伝搬する光信号は、コアおよびクラッド層の界面で全反射を繰り返しながら進行し、また経路の屈曲などによって伝搬モードがその都度変えられながら伝搬する。そして、光ファイバ１１の一部が接合された分岐結合部１２から出射するいわゆる偏った分布を有する光信号は、下流側の分岐結合部１２に至るまでに、円弧状に曲げられたモードスクランブラ部１３で平坦な光強度分布とされ、その下流側の分岐結合部１２では、その上流側の分岐結合部１２と同様の特性で光信号の分配がなされる。
【００１９】
以上のように、下流側の分岐結合部１２に至る間に、モードスクランブラ部１３によって光強度分布の平坦化が図られるため、従来のように各段の分岐結合部毎に光信号の偏りが拡大することもなく、出力側での光信号の偏りが有効に防止でき、分配性能の向上が図れる。
【００２０】
また、前述従来公報に開示のように分岐結合部にモードスクランブラ機能を備えた構造の場合と比較して、上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２間にモードスクランブラ機能を備えたモードスクランブラ部１３を備えた構造であり、モードスクランブラの数の低減が図れ、モードスクランブラによる光の損失も有効に防止できる。
【００２１】
次に、上記実施形態における具体的実施例について説明する。
【００２２】
使用する光ファイバは、１層クラッド型プラスチック光ファイバで、クラッドはフッ化アクリルレートで形成されている。また、直径は１．０ｍｍ、コア径は０．９７ｍｍであり、コア屈折率は１．４９５、クラッド屈折率は１．３７５、開口数は０．６である。
【００２３】
そして、光ファイバを長手方向に平行に並べ、その一部を以下の条件で超音波溶着する。
【００２４】
即ち、光ファイバ同士の互いに溶着される接合長は２０ｍｍ、光ファイバの主線側を下段の不動アンビルに固定し、光ファイバの分岐側を上段の振動アンビルに固定する。なお、超音波接合用アンビル（固定治具）の光ファイバ接触面は滑らかに加工され、光ファイバ側面に傷などが転写されない構造とされている。
【００２５】
また、超音波エネルギーは２１ＫＨｚ、１００Ｗ以下とされ、接合時間は１０秒以内に設定する。接合形態は、圧縮率で２０％以下にする。
【００２６】
以上の条件で２本の光ファイバの一部（２０ｍｍ）を超音波溶着して、できあがったサンプルの形態は、超音波ホーンと振動／不動アンビルで固定されたままの状態で形状は安定していた。
【００２７】
そして、その接合部分、即ち、分岐結合部１２から距離Ｌ＝６０ｍｍ離したところに次の接合部分（分岐結合部１２）を同様に形成し、図２に示される構造の光スターカプラ１０を構成する。
【００２８】
そして、上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との間に位置する各光ファイバ１１が、スクランブラ形成体１５における曲げ半径Ｒ＝１５ｍｍの光ファイバ装填溝１４に装填された状態で図示省略の蓋体等により固定される。
【００２９】
次に、この光スターカプラ１０の一方側（図２に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）より、７００ｎｍ、３８μＷの安定化光源を入射光として入力し、他方側（図２に示すＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）からの出力を測定した結果および、過剰損失＝−１０×ｌｏｇ｛（出力光トータル）／（入力光トータル）｝を、以下の表１に示す。
【００３０】
【表１】
0003959871.tif 000002
【００３１】
また、同一プラスチック光ファイバを使用した同様構成の光スターカプラで、上流側の分岐結合部と下流側の分岐結合部との距離Ｌが２０ｍｍで、その間の各光ファイバが曲げなしの場合（比較カプラ）の比較データを以下の表２に示し、従来の標準的なプラスチック光ファイバ（開口数０．５）を使用した同様構成の光スターカプラ（従来カプラ）の比較データを以下の表３に示す。
【００３２】
【表２】
0003959871.tif 000003
【００３３】
【表３】
0003959871.tif 000004
【００３４】
即ち、Ａ〜Ｄの各入力ポートに３８μＷの測定光を入力した場合、Ｅ〜Ｈの各出力ポートから９．５μＷ〜６．７３μＷの光出力が得られ、本実施例におけるＡ入力ポートの場合、各出力ポート（Ｅ〜Ｈ）間の最大出力差は２．７６３μＷ（全体の７、３％）であり、比較カプラにおけるＡ入力ポートの場合、各出力ポート（Ｅ〜Ｈ）間の最大出力差は３．３０８μＷ（全体の８．７％）であった。
【００３５】
従って、従来カプラと比較して過剰損失値も小さく、出力側では均等に近いレベルの光信号が得られ、比較カプラと比較しても出力側ではより均等に近いレベルの光信号が得られ、分配性能が向上したことが解る。
【００３６】
即ち、光スターカプラ１０を構成する場合、光ファイバ１１同士を接合する分岐結合部１２間の間隔の距離Ｌを大きくとり、その部分で最小曲げ半径より大きな円弧状に曲げるとよく、プラスチック光ファイバの接合形状を複雑に設計することなく光信号の出力差を小さく抑えることができる。
【００３７】
図３は第１発明における第２の実施形態を示しており、スクランブラ形成体１５に複数の光ファイバ装填溝１４が形成され、上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との間の各光ファイバ１１がいわゆるＳの字形状に曲げられた構造とされている。
【００３８】
そして、この場合も上記第１の実施形態と同様の効果が得られ、入出力ポートの位置が向かい合っている場合の光スターカプラ１０に適する。
【００３９】
図４は第１発明における第３の実施形態を示しており、スクランブラ形成体１５に所定の曲げ半径Ｒの光ファイバ装填溝１４が８の字形状に形成された構造とされている。
【００４０】
そして、具体的には、上記第１の実施形態と同様のプラスチック光ファイバ１１が使用され、図２に示される光スターカプラ１０における上流側の分岐結合部１２と下流側における分岐結合部１２との距離Ｌを１５０ｍｍとし、スクランブラ形成体１５における曲げ半径Ｒ＝１５ｍｍの８の字形状に形成された光ファイバ装填溝１４に各光ファイバ１１が装填された状態で図示省略の蓋体等により固定される。
【００４１】
そして、第１の実施形態と同様に、光スターカプラ１０の一方側（図２に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）より、７００ｎｍ、３８μＷの安定化光源を入射光として入力し、他方側（図２に示すＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）からの出力を測定した結果および、過剰損失を、以下の表４に示す。
【００４２】
【表４】
0003959871.tif 000005
【００４３】
従って、第１の実施形態と同様の結果が得られ、同様の利点が得られる。
【００４４】
図５は第２発明における実施形態を示しており、第１発明における実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
即ち、本実施形態においては、上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２との間に、その間の各光ファイバ１１全体に捻りを加えた状態で保持するモードスクランブラ部１７を備えた構造とされている。また、モードスクランブラ部１７はその捻り状態を保持すべく、例えば、保持ケース１８に収容された構造とされている。
【００４６】
従って、第１発明と同様、下流側の分岐結合部１２に至る間に、モードスクランブラ部１７によって光強度分布の平坦化が図られるため、従来のように各段の分岐結合部毎に光信号の偏りが拡大することもなく、出力側での光信号の偏りが有効に防止でき、分配性能の向上が図れる。
【００４７】
また、前述従来公報に開示のように分岐結合部にモードスクランブラ機能を備えた構造の場合と比較して、上流側の分岐結合部１２と下流側の分岐結合部１２間にモードスクランブラ機能を備えたモードスクランブラ部１７を備えた構造であり、モードスクランブラの数の低減が図れ、モードスクランブラによる光の損失も有効に防止できる。
【００４８】
さらに、この捻りを加えたモードスクランブラ部１７方式の場合、入出力ポートの位置が向かい合っている場合の光スターカプラ１０に適し、過度な曲げを伴うモードスクランブラよりも低過剰損失を維持する上で好ましく、製品全体としての容積もコンパクトに構成できる利点がある。
【００４９】
そして、具体的には、上記第１発明の第１の実施形態と同様のプラスチック光ファイバ１１が使用され、図２に示される光スターカプラ１０における上流側の分岐結合部１２と下流側における分岐結合部１２との距離Ｌを６０ｍｍとし、上流側の分岐結合部１２と下流側における分岐結合部１２との間における各光ファイバ１１は、４本束ねて各分岐結合部１２に負荷がかからないように全体を２回ひねってモードスクランブラ部１７が構成されている。なお、この捻りによって生じる各光ファイバ１１の曲げ状態は最小曲げ半径よりも大きい弧になるように構成される。
【００５０】
そして、第１発明の第１の実施形態と同様に、光スターカプラ１０の一方側（図２に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）より、７００ｎｍ、３８μＷの安定化光源を入射光として入力し、他方側（図２に示すＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）からの出力を測定した結果および、過剰損失を、以下の表５に示し、また、モードスクランブラ部１７を形成しない場合（比較カプラ）の比較データを以下の表６に示す。
【００５１】
【表５】
0003959871.tif 000006
【００５２】
【表６】
0003959871.tif 000007
【００５３】
この場合も前述同様、Ａ〜Ｄの各入力ポートに３８μＷの測定光を入力した場合、Ｅ〜Ｈの各出力ポートから９．５μＷ〜６．７３μＷの光出力が得られ、本実施例におけるＡ入力ポートの場合、各出力ポート（Ｅ〜Ｈ）間の最大出力差は２．７６３μＷ（全体の７、３％）であり、比較カプラにおけるＡ入力ポートの場合、各出力ポート（Ｅ〜Ｈ）間の最大出力差は３．３０８μＷ（全体の８．７％）であった。
【００５４】
従って、比較カプラと比較しても出力側ではより均等に近いレベルの光信号が得られ、分配性能が向上したことが解る。
【００５５】
上記第１発明および第２発明の各実施形態において、４×４の光スターカプラ１０を使用した構造を示しているが、８×８の光スターカプラ１０であっても上流側から第１段目の分岐結合部１２とその次の下流側の第２段目の分岐結合部１２との間にモードスクランブル部１３、１７を備え、第２段目の分岐結合部１２とその次の下流側の第２段目の分岐結合部１２との間にモードスクランブル部１３、１７を備えることによって同様に構成でき、同様の利点が得られる。また、さらにより多数の２n（この場合、ｎは４以上の整数）の光ファイバ１１を使用した場合にも、上流側の分岐結合部１２とその次の下流側の分岐結合部１２との間にモードスクランブル部１３、１７を順次備えていけばよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光スターカプラによれば、上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間に、その間の各光ファイバを最小曲げ半径よりも大きい円弧状に曲げた状態で保持するモードスクランブラ部を、それぞれ備え、最小曲げ半径よりも大きい円弧状の光ファイバ装填溝が形成されたスクランブラ形成体における光ファイバ装填溝に、各分岐結合部間の各光ファイバが装填固定されて、モードスクランブラ部が構成されたものであり、また、上流側の分岐結合部とその次の下流側の分岐結合部との間に、その間の各光ファイバ全体に捻りを加えた状態で保持するモードスクランブラ部を、それぞれ備えたものであり、光の損失を有効に防止して、出力側での光信号の偏りを防止し、分配性能の向上が図れるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明の第１実施形態にかかる光スターカプラの説明図である。
【図２】同光スターカプラの説明図である。
【図３】第１発明の第２実施形態にかかる光スターカプラの説明図である。
【図４】第１発明の第３実施形態にかかる光スターカプラの説明図である。
【図５】第２発明の実施形態にかかる光スターカプラの説明図である。
【符号の説明】
１０  光スターカプラ
１１  光ファイバ
１２  分岐結合部
１３  モードスクランブラ部
１４  光ファイバ装填溝
１５  スクランブラ形成体
１７  モードスクランブラ部
１８  保持ケース
【図１】
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【図２】
0003959871.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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