(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が伝播するコア部を有する光導波路と該光導波路の内部に設けられた信号光を透過して拡散する透過光拡散部とから成る光導波手段と、
光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元または二次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の一端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第１のファイバアレイと、
光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元または二次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の他端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第２のファイバアレイと、
を含み、
前記光導波路の前記コア部の厚みと前記第１のファイバアレイ及び前記第２のファイバアレイの前記光ファイバのコア部の厚さ方向の長さとを略等しくし、
前記光導波路の前記コア部の幅と前記第１のファイバアレイの配列側端面の前記光導波路の前記コア部の幅方向の長さとを略等しくし、
前記光導波路の前記コア部の幅と前記第２のファイバアレイの配列側端面の前記光導波路の前記コア部の幅方向の長さとを略等しくした、
光スターカプラ。
【請求項２】
光が伝播するコア部を有する光導波路と該光導波路の内部に設けられた信号光を透過して拡散する透過光拡散部とから成る光導波手段と、
光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の一端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第１のファイバアレイと、
光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の他端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第２のファイバアレイと、
を含み、
前記光導波路の前記コア部の厚みと前記光ファイバのコア部のコア径とを略等しくし、
前記光導波路の前記コア部の幅と前記第１のファイバアレイの配列側端面の前記光ファイバの配列方向の長さとを略等しくし、
前記光導波路の前記コア部の幅と前記第２のファイバアレイの配列側端面の前記光ファイバの配列方向の長さとを略等しくした、
光スターカプラ。
【請求項３】
前記光導波手段は、前記透過光拡散部と、光が伝播する第１のコア部を有し前記透過性光拡散部の一端と接続された第１の光導波路と、光が伝播する第２のコア部を有し前記透過性光拡散部の他端と接続された第２の光導波路と、を含んで構成される請求項１または請求項２に記載の光スターカプラ。
【請求項４】
前記光導波手段の少なくとも一方の端面に、光路を変換することによって前記透過光拡散部に光を導く光路変換手段を設けた請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光スターカプラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スターカプラに係り、特に、光ファイバから伝送された信号光を分岐し、他の光ファイバに効率良く均等に光結合するための光スターカプラに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光スターカプラは、光ファイバを用いたネットワークシステムや装置、装置内のデータ伝送を光ファイバを用いて行う光インターコネクション等において、信号光を直接合流または分配するために使用されている。
【０００３】
本発明の基礎になった従来の光スターカプラ(特開平９−１８４９４１号公報）を図３を参照して説明する。この光スターカプラは、複数の光ファイバ２１Ａ〜２１Ｄの一端を束ねて固定し、この端面が平面になるように形成したバンドル部２２と、バンドル部２２の端面に当接させた光導波路から成るミキシング部２３と、ミキシング部２３の他方の端面に配備された光拡散反射手段２４とで構成されている。
【０００４】
このミキシング部２３は、屈折率が一様なコア部２５とコア部２５の周囲に形成されたコア部２５より屈折率が小さいクラッド部２６とからなる光導波路で構成されている。
【０００５】
この光スターカプラによれば、光ファイバ２１Ａからミキシング部２３に入射した信号光は、ミキシング部２３を伝播し、光拡散反射手段２４によって反射及び拡散され、再びミキシング部２３に入射される。ミキシング部２３に再度入射された拡散信号光の一部は、ミキシング部２３のコア部２５とクラッド部２６との界面で全反射されながら伝播し、光ファイバ２１Ａ〜２１Ｄ側に戻る。各光ファイバのコア部に到達した光は、光ファイバ２１Ａ〜２１Ｄの各々を通過して射出される。
【０００６】
この光スターカプラでは、光拡散反射手段における反射光の拡散分布特性を予め定められた値にすると共に、ミキシング部の長さを充分長くすることにより、ミキシング部のどの位置から信号光が入射した場合でも、ミキシング部のバンドル部と接する端面全面に一様な光強度分布を与えることができ、これにより各光ファイバから出力される信号光強度のばらつき（分岐比）を小さくすることができる。
【０００７】
しかしながら、従来の光スターカプラでは、ミキシング部がバンドル部と接する端面全面に信号光が拡散されることから、信号光を伝送した光ファイバにも信号光が分配され、他の光ファイバへ分配される光量が少なくなるため光損失が発生する、という問題がある。例えば、図３に示すように、４本の光ファイバを当接した光スターカプラの場合には、光スターカプラに入射した信号光の約２５％が信号光を伝送した光ファイバに入射されるので、約２５％の光損失となる。
【０００８】
また、信号光を伝送した光ファイバに入射した信号光は、信号光を伝送した発光素子に戻り光として入射することになるため、戻り光が発光素子から出力される光の雑音成分を増加させ、伝送品質を低下させる、という問題が発生する。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解消するために成されたもので、低光損失でかつ信号光を伝送した発光素子への戻り光を低減させた光スターカプラを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光が伝播するコア部を有する光導波路と該光導波路の内部に設けられた信号光を透過して拡散する透過光拡散部とから成る光導波手段と、光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元または二次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の一端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第１のファイバアレイと、光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元または二次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の他端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第２のファイバアレイと、を含み、前記光導波路の前記コア部の厚みと前記第１のファイバアレイ及び前記第２のファイバアレイの前記光ファイバのコア部の厚さ方向の長さとを略等しくし、前記光導波路の前記コア部の幅と前記第１のファイバアレイの配列側端面の前記光導波路の前記コア部の幅方向の長さとを略等しくし、前記光導波路の前記コア部の幅と前記第２のファイバアレイの配列側端面の前記光導波路の前記コア部の幅方向の長さとを略等しく構成したものである。
また、請求項２の発明は、光が伝播するコア部を有する光導波路と該光導波路の内部に設けられた信号光を透過して拡散する透過光拡散部とから成る光導波手段と、光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の一端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第１のファイバアレイと、光が伝播するコア部を有する複数の光ファイバの一端を一次元に配列させると共に、配列側端面が前記光導波手段の他端面に光学的に接続された複数の光ファイバから成る第２のファイバアレイと、を含み、前記光導波路の前記コア部の厚みと前記光ファイバのコア部のコア径とを略等しくし、前記光導波路の前記コア部の幅と前記第１のファイバアレイの配列側端面の前記光ファイバの配列方向の長さとを略等しくし、前記光導波路の前記コア部の幅と前記第２のファイバアレイの配列側端面の前記光ファイバの配列方向の長さとを略等しく構成したものである。
【００１１】
本発明の第１のファイバアレイの光ファイバから入射された信号光は、透過光拡散部を透過して拡散され、光導波路を伝播する。光導波路を伝播した拡散された信号光は、他の透過光拡散部を透過して再度拡散され、第２のファイバアレイの光ファイバから射出される。なお、第２のファイバアレイの光ファイバから信号光を入射した場合も、上記と同様に信号光が伝播して、第１のファイバアレイの光ファイバから射出される。
【００１２】
上記のように請求項１及び請求項２の発明では、光導波路の光導波路の内部に透過光拡散部を設け、信号光が一方のファイバアレイの光ファイバから他方のファイバアレイの光ファイバに伝播されて分配されるので、低光損失にさせると共に信号光を伝送した発光素子への戻り光を低減させることができる。また、光導波手段の一方の端面の任意の位置から信号光が入射されたときに、対向する他方の端面全面において一様な光強度分布となるように、透過光拡散部の拡散分布特性及び光導波路の長さを調整することにより、分岐比を均一な小さな値にすることができる。
【００１３】
請求項３の発明のように、前記光導波手段は、前記透過光拡散部と、光が伝播する第１のコア部を有し前記透過性光拡散部の一端と接続された第１の光導波路と、光が伝播する第２のコア部を有し前記透過性光拡散部の他端と接続された第２の光導波路と、を含んで構成することができる。
【００１４】
透過光拡散部を光導波路の内部に設けた場合には、請求項４の発明のように、光導波手段の少なくとも一方の端面に、光路を変換することによって透過光拡散部に光を導く光路変換手段を設けると効果的である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。第１の実施の形態は、４×４光スターカプラに本発明を適用したものである。図１に示すように、第１の実施の形態は、４本の光ファイバ１Ａ〜１Ｄの一端を１列に配列させて固定したファイバアレイ１を備えている。ファイバアレイ１の配列側端面は、透過光拡散部２に光学的に接続されている。透過光拡散部２は、屈折率が一様なコア部４とコア部４の周囲に形成されたコア部４より屈折率が小さいクラッド部５とから構成された矩形板状の光導波路３に光学的に接続されている。この光導波路３の他端部には、透過光拡散部２と同様の透過光拡散部６が光学的に接続されている。
【００１７】
そして、透過光拡散部６には、４本の光ファイバ７Ａ〜７Ｄの一端を１列に配列させて固定したファイバアレイ７の配列側端面が光学的に接続されている。
【００１８】
本実施の形態によれば、発光素子から光ファイバ１Ａを介して伝送された信号光は、透過光拡散部２を透過して拡散され、光導波路３内に入射される。光導波路３内に入射された拡散信号光は、一部が光導波路３のコア部４とクラッド部５との界面で全反射されながら、信号光が入射された端面と対向する端面へと端面全面に略一様な光強度分布で伝播し、透過光拡散部６に入射される。
【００１９】
透過光拡散部６に入射された信号光は、透過光拡散部６を透過して拡散され、光ファイバ７Ａ〜７Ｄ側へ伝播される。各光ファイバ７Ａ〜７Ｄのコア部に到達した信号光は、各光ファイバ７Ａ〜７Ｄから射出される。光ファイバ１Ｂ〜１Ｃのいずれかから信号光が入射された場合も同様に、各光ファイバ７Ａ〜７Ｄから射出される。
【００２０】
また、ファイバアレイ７側の各光ファイバから信号光が入射された場合も同様にして各光ファイバ１Ａ〜１Ｄから射出される。
【００２１】
従って、光スターカプラに入射した信号光は、信号光を伝送した光ファイバには入射されず、対向して配置された他の光ファイバの全てに分配されるので、光損失及び発光素子への戻り光を低減することができる。
【００２２】
本実施の形態では、光導波路のコア部４の幅とファイバアレイ１、７の端面の光ファイバ配列方向の長さ、及び光導波路のコア部４の厚さと光ファイバのコア径を略等しくすることにより、光導波路３とファイバアレイ１、７との間の接続損失を小さくできるので好ましい。また、光導波路３の一方の端面の任意の位置から信号光が入射した場合でも、光導波路３の対向する他方の端面全面において一様な光強度分布が得られるように、透過光拡散部２、６の拡散分布特性及び光導波路３の長さを調整することにより、分岐比を均一で小さな値にすることができる。
【００２３】
本実施の形態では、透過光拡散部を光導波路の両端面に設けた例について説明したが、透過光拡散部の一方または両方を光導波路の内部に設けてもよい。また、ファイバアレイは、光ファイバを１次元的に配列して構成したが、光ファイバを２次元的に配列したファイバアレイを用いてもよい。さらに、分配数として４×４の場合を示したがこれに限定されるものではなく、光ファイバの本数をｎ本とすることによりｎ×ｎ（ｎは自然数）に分配することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、２×４光スターカプラに本発明を適用したものである。本実施の形態は、図２に示すように、４本の光ファイバ１７Ａ〜１７Ｄの一端を１列に配列させて固定したファイバアレイ１７を備えている。ファイバアレイ１７の配列側端面は、光路変換手段１４に光学的に接続されている。光路変換手段１４は、平面形状が凸型の板状に形成され、屈折率が一様なコア部１５とコア部１５の周囲に形成されたコア部１５より屈折率が小さいクラッド部１６とから構成された光導波路１２の幅広部分１２Ｂに光学的に接続されている。この光導波路１２の幅狭部分１２Ａの幅広部分１２Ｂ側には、透過光拡散部１３が設けられている。また、光導波路１２の他端面には、２本の光ファイバ１１Ａ、１１Ｂの一端を１列に配列させて固定したファイバアレイ１１が光学的に接続されている。
【００２５】
光導波路の幅狭部分１２Ａの幅とファイバアレイ１１の配列端面の列方向の長さ、及び光導波路の幅広部分１２Ｂとファイバアレイ１７の配列端面の列方向の長さは、略等しく形成され、また光導波路のコア部１５の厚さと光ファイバのコア径も略等しく形成されている。
【００２６】
上記光路変換手段１４は、ファイバアレイ１７の各光ファイバから出力された信号光を光導波路１２内に設けられた透過光拡散部１３へ導光する作用を有するものであり、プリズムアレイや透過光拡散部１３上に焦点を持つレンズ等によって、または光導波路の幅広部分の端面をレンズ形状に加工すること等によって構成される。
【００２７】
本実施の形態によれば、発光素子から光ファイバ１７Ａを介して入射された信号光は、光路変換手段１４により光路が変換されて光導波路１２内に設けられた透過光拡散部１３に向かって光導波路の幅広部分１２Ｂ内を伝播する。透過光拡散部１３に到達した信号光は、透過光拡散部１３を透過して拡散され、光導波路の幅狭部分１２Ａ内に入射される。幅狭部分１２Ａ内に入射され拡散信号光は、一部が光導波路の幅狭部分１２Ａのコア部１５とクラッド部１６との界面で全反射されながら伝播し、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂ方向へ伝播し、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂから射出される。なお、光ファイバ１７Ｂ〜１７Ｄのいずれかに入射された信号光も上記で説明したのと同様に伝播する。
【００２８】
このようにして、ファイバアレイ１７の各光ファイバから入射された信号光は、全て光導波路の幅狭部分１２Ａ内へ拡散入射され、ファイバアレイ１１と接する側の光導波路の端面全面に略一様な光強度分布で伝播される。光導波路の幅狭部分１２Ａの幅とファイバアレイ１１の配列端面の列方向の長さが略等しいため、光導波路１２とファイバアレイ１１との接続損失は小さく、光損失を小さくすることができる。
【００２９】
また、透過光拡散部１３の拡散特性と光導波路の幅狭部分１２Ａの長さは、第１の実施の形態と同様にファイバアレイ１１と接する側の光導波路１２の端面全面において一様な光強度分布が得られるように調整しておくことにより、小さな分岐比を得ることができる。
【００３０】
一方、ファイバアレイ１１側から信号光を入射すると、ファイバアレイ１１の各光ファイバから入射された信号光は、全て透過光拡散部１３へ到達し、光導波路の幅広部分１２Ｂ内へと拡散入射される。拡散されて光導波路の幅広部分１２Ｂ内に入射された信号光は、光導波路の幅広部分１２Ｂの幅とファイバアレイ１７の配列端面の列方向の長さが略等しいため、光導波路１２からファイバアレイ１７へと小さな接続損失で結合される。
【００３１】
上記の第２の実施の形態では２×４の光スターカプラについて説明したが、本発明は分配数がＮ×Ｍ（Ｎ、Ｍは１以上の整数でＮ≠Ｍ）の光スターカプラにも適用することができ、このように構成した場合において、互いに接するファイバアレイの配列端面の列方向の長さと光導波路の幅を略等しくすることができるため、ファイバアレイと光導波路の接続損失が低減され、光損失を小さくすることができる。また、ファイバアレイは、光ファイバを１次元的に配列して構成したが、光ファイバを２次元的に配列したファイバアレイを用いてもよい。
【００３２】
また、上記第１及び第２の各実施の形態では、光導波路として板状の光導波路を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、円柱状、多角柱状、又は円筒状の光導波路を用いるようにしてもよい。この場合のファイバアレイの配列部の端面形状は、複数の光ファイバを用いて光導波路の端面形状に合わせた形状に形成すればよい。また、光導波路のクラッド部は、コア部に光を閉じ込める効果を有すれば良いので、金属膜や誘電体多層膜から成る反射面で構成してもよく、また光導波路を屈折率分布型の光導波路で構成してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４の発明によれば、信号光が一方のファイバアレイの光ファイバから他方のファイバアレイの光ファイバに伝播されて分配されるので、低光損失でかつ信号光を伝送した発光素子への戻り光を低減させることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の４×４光スターカプラの平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の２×４光スターカプラの平面図である。
【図３】従来の光スターカプラの平面図である。
【符号の説明】
１、７、１１、１７  ファイバアレイ
２、６、１３  透過光拡散部
３、１２  光導波路
１４  光路変換手段
【図１】
0003799860.tif 000002
【図２】
0003799860.tif 000003
【図３】
0003799860.tif 000004