(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガウス分布の拡散特性を持ち入射光を拡散する光拡散部を備えると共にこの光拡散部で拡散された光を伝送する透光性媒体と、
前記光拡散部に光を伝達する少なくとも１つ以上の入射導光路と、
前記透光性媒体から出射された光を伝達する少なくとも１つ以上の出射導光路と、
を含んで構成された光分岐結合装置であって、
前記入射導光路で発散される光の発散角度Ａと、平行光が前記光拡散部に入射したときに該光拡散部で拡散される拡散光の拡散角度Ｂとに対し、前記出射導光路の開口数で決まる角度Ｃが、式（１）
【数１】
0003820816.tif 000007
を満足することを特徴とする光分岐結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を複数の光ファイバに分岐したり、複数の光ファイバからの光信号を１つの光信号に集めたりする光分岐結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数のマイクロプロセッサを結合したマルチマイクロプロセッサシステムが増加しており、このプロセッサ間のデータ伝送路として、光ファイバが用いられるようになった。ここで、光ファイバを用いて複数のプロセッサ間を接続するためには、複数の光ファイバに分岐したり、複数の光ファイバからの光信号を１つの光ファイバに集めたりする光分岐結合装置が必要となる。
【０００３】
従来技術として、図７に示すように、特開平７−２０９５４３号公報には、光分岐結合装置６０が開示されている。この光分岐結合装置６０は、屈折率の大きいコア部５０の上下左右面にコア部５０の屈折率よりは小さい屈折率のクラッド部５２が光学的に接合したミキシング部５６を備えている。また、このミキシング部５６の一方の端面には反射面５４が形成されている。そして、ミキシング部５６の反射面５４が形成された端面と向かい合う端面には、光信号を伝達する複数の光ファイバ５８が光学的に結合している。この光分岐結合装置６０では、ミキシング部５６の長さを十分とることにより、１つの入力光線を任意の数の光線に高精度で分岐することができる。
【０００４】
また、図８に示すように、特開平９−１８４９４１号公報には光分岐結合装置７４が開示されている。この光分岐結合装置７４は、光ファイバ６２を束ねて固定したバンドル部６８を備えており、その端面６４の一部に光反射手段６６が形成されている。そして、このバンドル部６８の端面６４にはミキシング部７０が当接している。さらに、ミキシング部７０の他方の端面には光拡散反射手段７２が配置されている。この光分岐結合装置７４では、バンドル部６８とミキシング部７０の接合する面にバンドル部６８の光ファイバ６２のコア部分以外の全面にバンドル側ミラーの光反射手段６６を形成したので、入力した光信号は、出力光となるまでミキシング部７０の中で多重反射され、出力光以外の形で外部に放射されることが無いので損失を小さく、光信号を効率良く伝送できる。
【０００５】
その他、図示しないが、低コストで低損失な分岐結合を行う光分岐結合装置として、複数の光ファイバから透光性媒体に入射された光信号を光拡散部により拡散し、伝送することにより、複数の光ファイバに分岐する光スターカプラが提案されている。この光分岐結合装置では、分岐比を均一にするためにミキシング部と光拡散部とを組合せて設けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ファイバなどの導光路を光拡散部と組合せた場合には、以下に示すような問題が発生する。
【０００７】
すなわち、光ファイバにより導光された光はその開口数ＮＡによって決まる角度で出射される。この光ファイバで出射された光は光拡散部で拡散されるが、透過型の光拡散部の場合、損失を少なくするために透過率を上げようとすると、その拡散特性に指向性をもつようになる。光拡散部の拡散特性に指向性がある場合には、平行光を入射した場合と、発散光を入射した場合とでは、光拡散部の拡散特性が異なってしまう不都合がある。
【０００８】
ここで、例えば、図６（Ａ）に示すように、入射側の光ファイバ７６からの出射光の発散角度は光ファイバ７６の開口数ＮＡによって決まり、この発散角度をＡ（開口数ＮＡ＝ｓｉｎＡのＡを指す）とおく。また、図６（Ｂ）に示すように、ガウス分布の拡散特性を持つ光拡散部７８に平行光Ｌが入射する場合の拡散角をＢとおく。
【０００９】
このとき、発散角度Ａで発散される光が光拡散部７８に入射すると、図６（Ｃ）に示すように、光は式（２）
【数２】
0003820816.tif 000002
の角度で拡散される。
【００１０】
したがって、例えば、入射側の光ファイバ７６と出射側の光ファイバ８０との開口数ＮＡが同じのものを使用すると、光拡散部７８を透過した光の拡散角が出射側の光ファイバ８０の開口数で決まる角度Ａより大きくなってしまい、出射側の光ファイバ８０の開口数ＮＡで決まる角度Ａより大きな角度となった分の光（図中の斜線部）は、たとえ、光ファイバ内８０に入射しても光ファイバ８０内で全反射することなく、損失してしまうことになる。
【００１１】
そこで、本発明は、光拡散部で拡散された光を全て出射導光路内で全反射させることにより、光拡散部の拡散によって生じる光の損失を低減ないしなくす光分岐結合装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光分岐結合装置は、ガウス分布の拡散特性を持ち入射光を拡散する光拡散部を備えると共にこの光拡散部で拡散された光を伝送する透光性媒体と、光拡散部に光を伝達する少なくとも１つ以上の入射導光路と、透光性媒体から出射された光を伝達する少なくとも１つ以上の出射導光路と、を含んで構成された光分岐結合装置であって、入射導光路で発散される光の発散角度Ａと、平行光が光拡散部に入射したときに光拡散部で拡散される拡散光の拡散角度Ｂとに対し、出射導光路の開口数で決まる角度Ｃが、式（１）
【数３】
0003820816.tif 000003
を満足することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、入射導光路を伝達してきた光は、入射導光路で発散角度Ａ（入射導光路の開口数で決まる角度Ａ）で発散し、この発散角度Ａで光拡散部に入射する。
【００１４】
ところで、透光性媒体の光拡散部は平行光が入射すると、光拡散部のガウス分布特性により、この平行光は拡散角度Ｂの角度に拡散される。したがって、この光拡散部に発散角度Ａで発散した拡散光が入射した場合には、この入射光は、式（２）
【数４】
0003820816.tif 000004
の角度で拡散される。
【００１５】
ここで、本装置において、出射導光路は自らの開口数ＮＡで決まる角度Ｃ（ＮＡ＝ｓｉｎＣのＣをいう。）が、上述した
【数５】
0003820816.tif 000005
以上である。
【００１６】
したがって、光拡散部で光が拡散されたとしても、この拡散光は、その全てが出射導光路に入射され、出射導光路内で全反射されつつ伝達される。このため、光の損失を防止することができる。
なお、上記入射導光路及び出射導光路は、単数の場合でも、複数の場合でも良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る光分岐結合装置について説明する。図１は本発明の光分岐結合装置の全体構成を示す図であり、（Ａ）がその平面図、（Ｂ）が側面図である。
【００１８】
図１に示すように、光分岐結合装置１０は、全体として、シート状の透光性媒体である光ミキシング部１２と、この光ミキシング部１２の入射側に配置された入射導光路である少なくとも１つ以上の光ファイバ１４と、光ミキシング部１２の出射側に配置された出射側導光路である少なくとも１つ以上の光ファイバ１６とが光学的に結合されて構成されている。
【００１９】
光ミキシング部１２は、屈折率の比較的高いコア層と、このコア層の屈折率よりは小さい屈折率を持つクラッド層とで構成されている。光ミキシング部１２には、例えば、幅６ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの大きさのプラスチックシートが用いられている。
【００２０】
また、光ミキシング部１２の入射側には光ファイバ１４からの出射光を拡散させる光拡散部１８が設けられている。この光拡散部１８は、ガウス分布の拡散特性を備えた、例えば、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の透過型の拡散フィルムで形成されており、この透過型拡散フィルムが光ミキシング部１２の端面に接着されている。この光拡散部１８に入射した平行光が拡散する拡散角度Ｂは２０度（半値全角は４０度となる）である。
【００２１】
一方、入射側の光ファイバ１４は、直径０．９８ｍｍのコア部のまわりをクラッド部で包み、さらにクラッド部のまわりにはプラスチックプライマリコートが施されて構成され、全体として直径１ｍｍの円柱状に形成されている。また、その開口数ＮＡは０．３２である。
【００２２】
また、出射側の光ファイバ１６は、直径０．９８ｍｍのコア部のまわりをクラッド部で包み、さらにクラッド部のまわりにはプラスチックプライマリコートが施されて構成され、全体として直径１ｍｍの円柱状に形成されているが、その開口数ＮＡが０．５のものが用いられている。
【００２３】
なお、光ミキシング部１２の開口数ＮＡを出射側の光ファイバ１６の開口数ＮＡよりも大きくすることにより、入射側の光ファイバ１４から伝達してきた信号光が光ミキシング部１２において損失するのを防止している。
【００２４】
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
【００２５】
以下の説明において、図２に示す光ファイバ１４、光拡散部１８及び光ファイバ１６は、実際にはそれぞれ接触し光結合しているが、説明の便宜上、光ファイバ１４と光拡散部１８間、光拡散部１８と光ファイバ１６間の距離を離して表している。
【００２６】
図示しない発光素子から出射した信号光は、光ファイバ１４内を伝搬した後、光拡散部１８で拡散されて光ミキシング部１２に入射し、その後光ファイバ１６に入射して図示しない受光素子まで伝達される。
【００２７】
ところで、一般的に、開口数ＮＡはｓｉｎθ（ＮＡ＝ｓｉｎθ）で表され、このときのθが開口数ＮＡで決まる角度となる。したがって、開口数０．３２の光ファイバ１４のコア層を伝達した信号光は、発散角度Ａ（ＮＡ＝ｓｉｎＡとした際のＡ）＝１８．７度の角度で発散される。そして、信号光は、発散光として光拡散部１８に入射する。ここで、光拡散部１８はガウス分布の拡散特性を有しているため、光拡散部１８に平行光が入射した場合の拡散角度をＢとすると、発散角度Ａの発散光が入射した場合の拡散角度Ｄは、式（３）
【数６】
0003820816.tif 000006
となる。
【００２８】
したがって、本実施形態では、光拡散部１８に入射した信号光は、拡散角度Ｄ＝２７．３８度の角度で拡散される。
【００２９】
ここで、本実施形態では、出射側の光ファイバ１６の開口数ＮＡを０．５としたため、この開口数ＮＡで決まる角度Ｃ（ＮＡ＝ｓｉｎＣとした場合のＣ）は３０度となり、光拡散部１８で拡散された信号光の拡散角度Ｄ＝２７．３８度よりも大きくなる。このため、光拡散部１８で拡散された信号光は、光ミキシング部１２のコア層内で全反射を繰り返した後、光ファイバ１６に入射し光ファイバ１６内で全反射する。
【００３０】
このように、光ファイバ１６の開口数で決まる角度Ｃを、上記のように光拡散部１８で拡散された信号光の拡散角度Ｄよりも大きくすることにより、光ファイバ１６内で全反射させることができるので、光拡散部１８の拡散による損失を低減ないし防止することができる。
【００３１】
また、光ファイバ１６の開口数ＮＡで決まる角度Ｃと光拡散部１８で拡散された信号光の拡散角度Ｄとを同じにしても、光ミキシング部１２を伝搬した信号光が光ファイバ１６内を全反射するため、光拡散部１８の拡散に起因した損失を防止することができる。
【００３２】
なお、入射導光路及び出射導光路として、光ファイバ１４、１６を用いることにより、信号光の伝送効率を小さくすることができる上に、軽くて曲げ易く、発光素子等の配置自由度を上げることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態の光分岐結合装置について説明する。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態の光分岐結合装置２０においては、第１実施形態のシート状の光ミキシング部１２に替えて円柱状の光ミキシング部２２を用いた点で第１実施形態の光分岐結合装置１０と異なるが、その他の構成は同じであり、適宜省略して以下に説明する。
【００３５】
また、本実施形態の光分岐結合装置２０は、第１実施形態の光分岐結合装置と同様に、光ミキシング部２２には拡散角度Ｂが２０度の光拡散部２４が形成されており、さらに、入射側の光ファイバ２６には開口数ＮＡが０．３２、出射側の光ファイバ２８には開口数ＮＡが０．５のものが用いられている。
【００３６】
本実施形態の光分岐結合装置２０においても、出射側の光ファイバ２８の開口数ＮＡで決まる角度Ｃを、光拡散部２４で拡散された信号光の拡散角度Ｄよりも大きくなるように設定したので、第１実施形態の光分岐結合装置１０と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
次に、本発明の第３実施形態に係る光分岐結合装置について説明する。
【００３８】
また、図４に示すように、本発明の第３実施形態の光分岐結合装置３０では、角柱形状の光ミキシング部３２が用いられている。なお、本実施形態では四角柱の光ミキシング部３２が用いられているが、これに限定されず、五角柱、六角柱等の多角柱形状のものでもよい。
【００３９】
また、光ミキシング部３２には拡散角度Ｂが２０度の光拡散部３４が形成され、さらに、入射側の光ファイバ３６として開口数ＮＡが０．３２、出射側の光ファイバ３８として開口数ＮＡが０．５のものを用いることで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、上記各実施形態では、入射導光路及び出射導光路として光ファイバを用いたが、開口数ＮＡが定義でき、光を導光するものであれば、これに限られるものではない。
【００４１】
また、図５（Ｂ）に示すように、出射側の光ファイバ４０を角柱形状とすることにより、図５（Ａ）に示すように円柱形状の光ファイバ４２を並べて配置するときに生じる隙間（図中の斜線部分）をなくすことができ、光ミキシング部３２から出射した信号光をすべて光ファイバ４０内に入射させることができるので、角柱形状の光ミキシング部３２との結合損失を低減することができる。
【００４２】
なお、同図においては、光ファイバ４０の断面が四角形状のものを示したが、これに限られず、隙間なく並べられるものであれば、三角形、六角形のものでもよい。
【００４３】
なお、入射側の光ファイバ１４からの信号光を光拡散部１８により複数の光ファイバ１６に分岐する例を示したが、複数の光ファイバ１４からの信号光を光ミキシング部１２でミキシングすることにより、１つの光ファイバ１６に結合することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の光分岐結合装置によれば、入射導光路で発散される光の発散角度Ａと、平行光を入射した場合の光拡散部の拡散特性による拡散角度Ｂに対して、出射導光路の開口数で決まる角度Ｃとが式（１）を満足することにより、透光性媒体から出射した光を出射導光路へ入射させ、出射導光路内で全反射させて伝搬することができるので、光拡散部の拡散によって生じる信号光の損失をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る光分岐結合装置の平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。
【図２】光拡散部により拡散された光と、出射導光路に入射することができる光の範囲との関係を示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光分岐結合装置の全体構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る光分岐結合装置の全体構成図である。
【図５】（Ａ）は円形断面の出射導光路を用いた場合の光ミキシング部との光の結合損失を示した図であり、（Ｂ）は四角形断面の出射導光路を用いた場合の図である。
【図６】（Ａ）は入射導光路で発散された発散光を示した図であり、（Ｂ）は光拡散部に平行光が入射した場合に拡散された拡散光を示した図であり、（Ｃ）は光拡散部に発散光が入射した場合に拡散された拡散光を示した図である。
【図７】従来の光分岐結合装置の全体構成図である。
【図８】従来の光分岐結合装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０  光分岐結合装置
１２、２２、３２  光ミキシング部（透光性媒体）
１４、２６、３６  光ファイバ（入射導光路）
１６、２８、３８、４０  光ファイバ（出射導光路）
１８、２４、３４  光拡散部
【図１】
0003820816.tif 000008
【図２】
0003820816.tif 000009
【図３】
0003820816.tif 000010
【図４】
0003820816.tif 000011
【図５】
0003820816.tif 000012
【図６】
0003820816.tif 000013
【図７】
0003820816.tif 000014
【図８】
0003820816.tif 000015