(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ結合装置は、第１の光ファイバと、第２の光ファイバと、１個のレンズを含み、
前記第１の光ファイバは、シングルモードを有する、石英材で構成された光ファイバであり、
前記第２の光ファイバは、シングルモードを有する、ケイ酸鉛ガラスを有する光ファイバであり、
前記第１の光ファイバのコアの屈折率n1と、前記第２の光ファイバのコアの屈折率n2が互いに異なり、
前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部が対向配置されると共に、前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部の間に前記レンズが配置され、
更に、前記第１の光ファイバのファイバ軸と、前記第２の光ファイバのファイバ軸と、前記レンズの光軸が一軸上に配置され、
前記レンズは前記光ファイバの各々のコアの光学的な結合用レンズとして配置され、前記第１の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α１と、前記第２の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α２が等しくなるように、前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部の各々の傾斜角度θ１とθ２を異ならせて設定することを特徴とする光ファイバ結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサに使用される複数の光ファイバを、光学的に結合する光ファイバ結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムや光センサに使用される複数の光ファイバは、互いに光学的に結合されており、光ファイバを光学的に結合させる装置として、図４に示すような光ファイバ結合装置が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３７７３１（第２−３頁、第４図）
【０００４】
図４において、100はアダプタ、101及び102は光ファイバ、103及び104はプラグ、105及び106は球レンズ、107はビームウエスト、C1及びC2は球レンズ105，106の中心である。
【０００５】
光ファイバ101から出射した信号光や励起光は、プラグ103内において空間系（空気中）に放射された後、その光ファイバ101に隣接して設置した球レンズ105でコリメートされる。
【０００６】
また逆に、光ファイバ102から出射した信号光や励起光は、プラグ104内において空間系（空気中）に放射された後、その光ファイバ102に隣接して設置した球レンズ106でコリメートされる。
【０００７】
上記コリメートされた信号光や励起光は、プラグ対の他方のプラグ内にある球レンズで、その他方のプラグ内にある光ファイバに集光される。
【０００８】
又、プラグ内光ファイバの球レンズに面した端面は、その端面における反射光低減のた
めに斜め加工が施されている。この端面斜め加工により、光ファイバ端面で反射した光が再び光ファイバ101，102に入射し、戻り光となって図示しない光源の安定度に影響を及ぼさないように構成されている。
【０００９】
図４の光ファイバ結合装置では、上記のように光ファイバ101，102端面に斜め加工を施
し、一対の光ファイバ101，102を同じファイバ軸107上に配置している。
【００１０】
しかしながら、光ファイバ結合装置の部品点数の削減や小型化及び低コスト化の市場要求に応えるため、レンズの個数を２つから１つへと削減し、１つのレンズによって一対の光ファイバを光学的に結合する光ファイバ結合装置が考案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【００１１】
【特許文献２】実開昭６３−８８８０５（第１頁、第１図）
【００１２】
特許文献２に開示されている光ファイバ結合装置を図５に示す。図５より、円筒状のフェルール109，110の中心に設けた孔に光ファイバ111，112が挿入されて一対のプラグ113，114が形成される。更に、各々のプラグ113，114がそれぞれスリーブ115内に嵌入され、一つのロッドレンズ116が各々のプラグ113，114の端面に当接される。この構造によって、一つのロッドレンズ116を介して一対の光ファイバ111，112が光学的に結合される光ファイバ結合装置108が構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このような光ファイバ結合装置が利用される光ファイバ通信システムや磁界センサ等で
は、光学的に結合される入射側光ファイバと出射側光ファイバとで要求される機能が異なる場合がある。
【００１４】
例えば、磁界センサでは出射側である光伝送用ファイバに、シングルモード光ファイバが使用されると共に、入射側である磁界計測対象付近に配置される光ファイバには、ファラデー効果を有する低複屈折光ファイバが使用される。このように特性が異なる光ファイバどうしを結合する光ファイバ結合系では、屈折率が異なる光ファイバどうしを光学的に結合することとなる。
【００１５】
このような屈折率が異なる光ファイバどうしの結合系でも、光ファイバ端面には反射光低減のために斜め加工が施される。しかしながら、光ファイバ端面に斜め加工が施されているため、光ファイバから出射した光の光路方向は、光ファイバのファイバ軸に対して傾きが生じる。
【００１６】
更に、屈折率が異なる複数の光ファイバの端面を同一角度で斜め加工すると、屈折率が異なるため、ファイバ軸に対する、入出射光の光路の角度に差が生じてしまう。従って、一対の光ファイバのファイバ軸と１つのレンズの光軸を、互いに平行に且つ一軸上に配置すると結合損失が数dBレベル程度になってしまう。
【００１７】
そこで結合効率を改善するため、一方の光ファイバのファイバ軸を、前記角度差分だけ
傾けて配置することが考案されている。このような光ファイバ結合系を組み立てる場合、一方の光ファイバのファイバ軸調整を行った後、レンズ及びもう一方の光ファイバを配置し、次に調心用の専用装置によりレンズ及びもう一方の光ファイバの光軸及びファイバ軸調心を行っている。
【００１８】
しかし、専用の装置は非常に高価であり、このような装置を光ファイバ結合装置の組み
立て工程に導入すると、その導入コストが個々の光ファイバ結合装置に反映されてしまうため、光ファイバ結合装置のコスト高を招いてしまう。しかしながら、専用の装置を使用せずに調心作業を行おうとしても作業に手間取ってしまうと共に、作業の正確性にも欠けるため、光ファイバ結合装置の歩留まり低下も招いてしまう。
【００１９】
従って、本発明は、調心作業の簡略化のため、各光ファイバのファイバ軸とレンズの光軸を平行に且つ一軸上に配置することで容易な組み立てを可能としながら、高結合効率を有する、異なる屈折率を有する光ファイバどうしの光ファイバ結合装置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】
【００２０】
本発明の請求項１に記載の光ファイバ結合装置は、第１の光ファイバと、第２の光ファイバと、１個のレンズを含み、
前記第１の光ファイバは、シングルモードを有する、石英材で構成された光ファイバであり、
前記第２の光ファイバは、シングルモードを有する、ケイ酸鉛ガラスを有する光ファイバであり、
前記第１の光ファイバのコアの屈折率n1と、前記第２の光ファイバのコアの屈折率n2が互いに異なり、
前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部が対向配置されると共に、前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部の間に前記レンズが配置され、
更に、前記第１の光ファイバのファイバ軸と、前記第２の光ファイバのファイバ軸と、前記レンズの光軸が一軸上に配置され、
前記レンズは前記光ファイバの各々のコアの光学的な結合用レンズとして配置され、
前記第１の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α１と、前記第２の光ファイバの端部で入出射される光の光路のファイバ軸方向に対する角度α２が等しくなるように、前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部の各々の傾斜角度θ１とθ２を異ならせて設定することを特徴とする光ファイバ結合装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光ファイバ結合装置では、一方の光ファイバの傾斜角度θ１を決定した上で、もう一方の光ファイバの傾斜角度θ２を調整することで、前記α１＝α２を満足させている。このα１＝α２とする設定が、シングルモードを有する石英材で構成された光ファイバと、シングルモードを有するケイ酸鉛ガラスを有する光ファイバのように、異なる屈折率を有する光ファイバの結合系において、各ファイバ軸fa1，fa2に対する入出射光の光路の角度差を解消する。従って、各ファイバ軸fa1，fa2とレンズの光軸oaを平行に一軸上に配置しながら、異なる屈折率を有する光ファイバどうしの結合効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
これにより、各光ファイバを傾けることなく、調心作業の簡略化と容易な組み立てを可能としながら、結合効率を向上させることが可能になるという効果を本発明の光ファイバ結合装置は奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る光ファイバ結合装置の最良の実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。図１は本発明の光ファイバ結合装置の構成を示す概念図であり、図２は図１における光ファイバ間での光路を示す概念図であり、図３は図２の各光ファイバの端面付近を部分的に拡大した部分拡大図である。
【００２４】
図１の光ファイバ結合装置１は、第１の光ファイバ２と、第２の光ファイバ３と、１個
のレンズ４を備えて構成される。
【００２５】
第１の光ファイバ２は、シングルモード（Single Mode：SM）を有する、石英材で構成された光ファイバである。コア2aの屈折率n1は1.4492に設定される。更にその端面は、反
射光を低減するために斜め加工が施されている。図３より、斜め加工の傾斜角度θ１は、
ファイバ軸fa1に対して垂直方向から12.5度（θ１＝12.5度）に設定される。斜め加工
端面は、図１より右下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がな
されていると共に、AR（Anti-Reflection）コートが施されている。
【００２６】
第２の光ファイバ３は、シングルモードを有する、ケイ酸鉛ガラスを主成分とする光ファイバである。従って、コア3aの屈折率n2は1.833に設定され、これより、第1の光ファイバ２のコア2aの屈折率n1と、第２の光ファイバ３のコア3aの屈折率n2は互いに異なるように構成される。更にその端面は、第１の光ファイバ２と同様、反射光を低減するために斜め加工が施されている。斜め加工の傾斜角度θ２は、ファイバ軸fa2に対して垂直方向から6.85度（θ２＝6.85度）に設定される。斜め加工端面は、図１より左下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がなされていると共に、ARコートが施されている。
【００２７】
レンズ４は、GRIN（Gradient Index）レンズであり、そのレンズ長L4は0.25P（P：レンズ４のピッチ）に設定される。又、外形形状は円柱状に成形され、光学面は光軸oaに対して垂直に形成される。レンズ長L4が0.25Pに設定されることで、図２に示すように、前記各光ファイバ２，３の各々のコア2a，3aへの光学的な収束結合用レンズとしてレンズ４は配置される。
【００２８】
以上のような、第1の光ファイバ２の端部と第２の光ファイバ３の端部が対向するように配置されると共に、各光ファイバ２，３の端部の間にレンズ４が配置されることで、光ファイバ結合装置が構成される。更に、第１の光ファイバ２のファイバ軸fa1と、第２の光ファイバ３のファイバ軸fa2と、レンズ４の光軸oaは互いに平行に且つ一軸上に配置される。従って各ファイバ軸fa1及びfa2は、レンズ４の光軸oaと一致している。
【００２９】
前記コア2a内を伝搬し、第１の光ファイバ２端部から出射した信号光や励起光といった光は、光ファイバ結合装置１内において空間系（空気中）に出射された後、その光ファイバ２に隣接して設置されたレンズ４に入射される。光ファイバ２から光が出射されるとき、光の出射方向はファイバ軸fa1からずれ、角度α１の方向でレンズ４に結合する。角度α
１は、図３に示すように第１の光ファイバ１の端部で入出射（この説明では出射）される光の光路の、ファイバ軸fa1方向に対する角度である。
【００３０】
レンズ４に入射された光は、レンズ４内部の屈折率勾配によって蛇行しながら伝搬される。前記の通り、レンズ長L4は0.25Pに設定されているため、光は図２に示すような緩やかな曲線状の光路を描いて、レンズ４から空間系（空気中）に出射される。
【００３１】
レンズ４から出射された光は、次に図３に示すように角度α２で、第２の光ファイバへ
と光学的に結合される。角度α２は、図３に示すように第２の光ファイバ３の端部で入出射（この説明では入射）される光の光路の、ファイバ軸fa2方向に対する角度である。第２の光ファイバ３に入射された光は、前記コア3a内を伝搬していく。
【００３２】
角度α１と角度α２は互いに等しくなるように設定される。この設定は、第1の光ファイバ２の端部と、第２の光ファイバ３の端部の各々の傾斜角度θ１とθ２を異なるように設定することで行われる。具体的には前記θ２は、
【００３３】
【数１】
0004888779.tif 000002
【００３４】
を満足するように設定される。伝搬光は、波長λ：1.55μｍの単一波長を有する。
【００３５】
また逆に、光ファイバ３から出射した光が、レンズ４内を伝搬し、光ファイバ２に入射
するという逆方向に伝搬する構成でも、明らかに同様のことが成り立つことはいうまでもない。
【００３６】
次に、傾斜角度θ１とθ２の設定の背景について説明する。前記の通り第１の光ファイバ軸fa1と第２の光ファイバのファイバ軸fa2が同軸上で一致するように、コア2a，3aの屈折率n1，n2、傾斜角度θ１，θ２、ファイバ軸fa1 ，fa2回りの設置角等が規定される。
【００３７】
図３に示すように、第１の光ファイバ２のコア屈折率をn1（＝1.4492）、端面の傾斜角度をθ１（＝12.5度）、空気の屈折率をn0（＝１）とすると、第１の光ファイバ２の端部での光の入出射角度α１は、スネルの法則より、以下のように導き出される。
【００３８】
【数２】
0004888779.tif 000003
【００３９】
同様に、第２の光ファイバ３のコア屈折率をn2（＝1.833）、端面の傾斜角度をθ２、空気の屈折率をn0（＝１）とすると、第２の光ファイバ３の端部での光の入出射角度α２は、以下のように導き出される。
【００４０】
【数３】
0004888779.tif 000004
【００４１】
ここで、１つのレンズ４による１倍の光ファイバ結合系の結合効率を向上させるために、前記入出射角α１とα２を同一に設定する。入出射角α１及びα２の選定は、光ファイバ２，３に入射する光が、スネルの法則によって光ファイバ２，３端部で屈折され、各光ファイバ２，３のファイバ軸fa1，fa2と平行な方向に光ファイバ２又は３へと屈折することでなされる。従って、α１＝α２よりθ２は、
【００４２】
【数４】
0004888779.tif 000005
【００４３】
と求められる。前記のn1＝1.4492、n2＝1.833、θ１＝12.5度を代入すると、θ２は6.85度と導出される。
【００４４】
このように、本実施形態の光ファイバ結合装置１では、各光ファイバ２，３の端部で屈折した光の光路方向をファイバ軸fa1，fa2に対し平行とすることにより、両光ファイバ２，３間の結合効率を向上させるものである。このためにθ１を決定後、α１＝α２となるようにもう一方の光ファイバ３の傾斜角度θ２を決定する。
【００４５】
以上、本発明の光ファイバ結合装置１は、一方の光ファイバ２の傾斜角度θ１を決定した上で、もう一方の光ファイバ３の傾斜角度θ２を調整することで、α１＝α２を満足させている。α１＝α２という設定が、異なる屈折率を有する光ファイバの結合系において、ファイバ軸fa1，fa2に対する入出射光の光路の角度差を解消する。従って、各ファイバ軸fa1，fa2とレンズ４の光軸oaを平行に一軸上に配置しながら、異なる屈折率を有する光ファイバどうしの結合効率を向上させることが可能となる。これにより、光ファイバ２又は３を傾けることなく、調心作業の簡略化と容易な組み立てを可能としながら、結合効率を向上させることが可能になるという効果を本発明の光ファイバ結合装置１は奏する。
【００４６】
各光ファイバ２，３及びレンズ４を保持する部品は説明しなかったものの、一般的なプラグやフェルール、キャピラリ、アダプタ、スリーブ等を使用すれば良い。
【００４７】
なお、光ファイバ２又は３の端部での反射戻り光損失は、傾斜角度θ１，θ２に依存するため、設定した傾斜角度θ１又はθ２に前記ARコートを含めて、目標とする反射戻り光損失を達成することは言うまでもない。
【００４８】
θ１、θ２の角度公差については要求される結合効率にもよるが、±１度程度であれば実用上問題ない。
【００４９】
なお、前記傾斜角度θ１とθ２が十分に小さく、sinθ１≒θ１，sinθ２≒θ２と近似できる場合には、計算がより簡単に行える。以下に、近似によるθ２の計算を示す。
【００５０】
第１の光ファイバ２のコア屈折率をn1、端面の傾斜角度をθ１、空気の屈折率をn0とすると、第１の光ファイバ２の端部での光の入出射角度α１は、スネルの法則より、以下のように導き出される。
【００５１】
【数５】
0004888779.tif 000006
【００５２】
同様に、第２の光ファイバ３のコア屈折率をn2、端面の傾斜角度をθ２、空気の屈折率をn0とすると、第２の光ファイバ３の端部での光の入出射角度α２は、以下のように導き出される。
【００５３】
【数６】
0004888779.tif 000007
【００５４】
α１＝α２より、θ２は以下のように求められる。
【００５５】
【数７】
0004888779.tif 000008
【００５６】
前記のn1＝1.4492、n2＝1.833、θ１＝12.5度を代入すると、θ２は6.74度と導出される。前記数５で導出した結果6.85度から多少差異はあるが、θ１、θ２の角度公差（±１度程度）内であるため、実用上問題はない。
【００５７】
又、伝搬光の波長λは、1.55μｍの他に1.31μｍ,0.85μｍ,0.63μｍが考えられ、一般的に波長に応じて光ファイバのコアの屈折率が決定されるので、その屈折率に応じたθ２を前記数５の式から導き出せば良い。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の光ファイバ結合装置は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサ内の光ファイバ結合系に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の光ファイバ結合装置の構成を示す概念図。
【図２】図１における光ファイバ間での光路を示す概念図。
【図３】図２の各光ファイバの端面付近を部分的に拡大した部分拡大図。
【図４】従来の光ファイバ結合装置の構成図。
【図５】他の従来の光ファイバ結合装置の構成図。
【符号の説明】
【００６０】
１      光ファイバ結合装置
２      第１の光ファイバ
３      第二の光ファイバ
４      レンズ
【図１】
0004888779.tif 000009
【図２】
0004888779.tif 000010
【図３】
0004888779.tif 000011
【図４】
0004888779.tif 000012
【図５】
0004888779.tif 000013