JPH0264509A - 光ファイバと受光素子の光学的結合構造 - Google Patents
光ファイバと受光素子の光学的結合構造Info
- Publication number
- JPH0264509A JPH0264509A JP21525788A JP21525788A JPH0264509A JP H0264509 A JPH0264509 A JP H0264509A JP 21525788 A JP21525788 A JP 21525788A JP 21525788 A JP21525788 A JP 21525788A JP H0264509 A JPH0264509 A JP H0264509A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- light
- optical
- spherical lens
- receiving element
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
概要
光ファイバと受光素子の光学的結合構造に関し、高い光
結合効率、広帯域性及び低雑音性を確保することができ
小型化に適した光ファイバと受光素子の光学的結合構造
の提供を目的とし、光ファイバの端部に球形レンズ部を
形成し、この球形レンズ部の中心を上記光ファイバの軸
に対して偏らせ、上記球形レンズ部の表面で上記軸と交
わる部分の周辺に反射膜を形成し、上記光ファイバを伝
搬してきた光を上記反射膜で反射させて上記球形レンズ
部の反射膜が形成されていない部分から取り出して、上
記軸とほぼ平行な受光面を有する受光素子にて受光する
ようにして構成する。
結合効率、広帯域性及び低雑音性を確保することができ
小型化に適した光ファイバと受光素子の光学的結合構造
の提供を目的とし、光ファイバの端部に球形レンズ部を
形成し、この球形レンズ部の中心を上記光ファイバの軸
に対して偏らせ、上記球形レンズ部の表面で上記軸と交
わる部分の周辺に反射膜を形成し、上記光ファイバを伝
搬してきた光を上記反射膜で反射させて上記球形レンズ
部の反射膜が形成されていない部分から取り出して、上
記軸とほぼ平行な受光面を有する受光素子にて受光する
ようにして構成する。
産業上の利用分野
本発明は光ファイバと受光素子の光学的結合構造に関す
る。
る。
近年、光通信又は光伝送の分野においては、ＩＧｂ／ｓ
以上の伝送速度を有する高速システムの開発が盛んに行
われており、これにともない個々のシステム構成要素に
おける高速化の要求が高まっている。具体的には、光伝
送路としては、本質的に広帯域なシングルモード光ファ
イバが使用され、受光素子としては、受光面積が小さく
素子容量の小さなものが使用されている。このようによ
り微細化する方向にある光ファイバ及び受光素子を光学
的に結合するに際して要求されることは、（イ） 高い
光結合効率の確保、 （ロ） 広帯域・低雑音性の確保、 （ハ） 小型化に適していること、 等である。
以上の伝送速度を有する高速システムの開発が盛んに行
われており、これにともない個々のシステム構成要素に
おける高速化の要求が高まっている。具体的には、光伝
送路としては、本質的に広帯域なシングルモード光ファ
イバが使用され、受光素子としては、受光面積が小さく
素子容量の小さなものが使用されている。このようによ
り微細化する方向にある光ファイバ及び受光素子を光学
的に結合するに際して要求されることは、（イ） 高い
光結合効率の確保、 （ロ） 広帯域・低雑音性の確保、 （ハ） 小型化に適していること、 等である。
従来の技術
第４図は光ファイバと受光素子の従来の光学的結合構造
の一例を示す図である。光ファイバ２１を伝搬してきた
光を、斜めに形成された光ファイバの端面２１ａで反射
させて光ファイバ２１の側方から取り出し、その光を受
光素子２２により光−電気変換するようにしたものであ
る。２３は受光素子２２の電気出力を処理□する増幅器
等の電子回路、２４は受光素子２２及び電子回路２３を
保持している基板である。光ファイバ２１の伝搬光をフ
ァイバ端面２１ａにて反射させるためには、全反射角と
なるように端面２１ａを形成するか、あるいは、端面２
１ａに反射膜を形成すれば良い。
の一例を示す図である。光ファイバ２１を伝搬してきた
光を、斜めに形成された光ファイバの端面２１ａで反射
させて光ファイバ２１の側方から取り出し、その光を受
光素子２２により光−電気変換するようにしたものであ
る。２３は受光素子２２の電気出力を処理□する増幅器
等の電子回路、２４は受光素子２２及び電子回路２３を
保持している基板である。光ファイバ２１の伝搬光をフ
ァイバ端面２１ａにて反射させるためには、全反射角と
なるように端面２１ａを形成するか、あるいは、端面２
１ａに反射膜を形成すれば良い。
この構成によれば、光ファイバ２１を基板２４に対して
平行に保持することができるので、装置の小型化が容易
である。
平行に保持することができるので、装置の小型化が容易
である。
第５図は光ファイバと受光素子の従来の他の光学的結合
構造を示す図である。光ファイバ３１の端部にテーパ先
球部３１ａを形成しておき、光ファイバ３１の伝搬光を
テーパ先球部３１ａにより集束させて、電子回路３３と
ともに基板３４上に保持された受光素子３２にて光−電
気変換するようにしたものである。この構成によれば、
比較的小さな受光径の受光素子を用いることができるの
で、広帯域性く高速動作性）及び低雑音性の確保が容易
である。
構造を示す図である。光ファイバ３１の端部にテーパ先
球部３１ａを形成しておき、光ファイバ３１の伝搬光を
テーパ先球部３１ａにより集束させて、電子回路３３と
ともに基板３４上に保持された受光素子３２にて光−電
気変換するようにしたものである。この構成によれば、
比較的小さな受光径の受光素子を用いることができるの
で、広帯域性く高速動作性）及び低雑音性の確保が容易
である。
発明が解決しようとする課題
第４図の従来例であると、光ファイバの光軸方向（Ｘ方
向）とＸ方向に垂直で基板面に平行なＸ方向とで出射光
の拡がり方が異なるものの、いずれの方向についても出
射光は集束されないから、受光素子２２の受光面２２Ｈ
における照射パターンは、第６図に示すように、光ファ
イバと受光素子の離間距離に応じて大きなものとなる（
特にＸ方向に大きく拡がる。）。このため、高い光結合
効率を確保するためには、大受光面積で素子容量が大き
な受光素子が必要となり、広帯域性及び低雑音性が阻害
される。これを避けるために、光ファイバを受光素子に
接近させることが提案され得るが、こうすると受光面が
損傷するおそれが生じる。一方、光ファイバを離間させ
たまま小径の受光素子を使用すると、広帯域性は確保さ
れるものの、光結合効率が低下する。
向）とＸ方向に垂直で基板面に平行なＸ方向とで出射光
の拡がり方が異なるものの、いずれの方向についても出
射光は集束されないから、受光素子２２の受光面２２Ｈ
における照射パターンは、第６図に示すように、光ファ
イバと受光素子の離間距離に応じて大きなものとなる（
特にＸ方向に大きく拡がる。）。このため、高い光結合
効率を確保するためには、大受光面積で素子容量が大き
な受光素子が必要となり、広帯域性及び低雑音性が阻害
される。これを避けるために、光ファイバを受光素子に
接近させることが提案され得るが、こうすると受光面が
損傷するおそれが生じる。一方、光ファイバを離間させ
たまま小径の受光素子を使用すると、広帯域性は確保さ
れるものの、光結合効率が低下する。
第５図に示される従来例であると、高い光結合効率、広
帯域性及び低雑音性の確保は可能になるが、光ファイバ
と基板とが垂直に配置されるため、装置の小型化が困難
であるという問題がある。
帯域性及び低雑音性の確保は可能になるが、光ファイバ
と基板とが垂直に配置されるため、装置の小型化が困難
であるという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、高
い光結合効率、広帯域性及び低雑音性を確保することが
でき小型化に適した光ファイバと受光素子の光学的結合
構造の提供を目的としている。
い光結合効率、広帯域性及び低雑音性を確保することが
でき小型化に適した光ファイバと受光素子の光学的結合
構造の提供を目的としている。
課題を解決するための手段
第１図は本発明の原理図である。
１は光ファイバ、２は光ファイバ１の端部に形成された
球形レンズ部であり、この球形レンズ部２の中心３は、
光ファイバ１の軸４に対して偏らされている。
球形レンズ部であり、この球形レンズ部２の中心３は、
光ファイバ１の軸４に対して偏らされている。
５は球形レンズ部２の表面で軸４と交わる部分の周辺に
形成された反射膜である。
形成された反射膜である。
そして、光ファイバ１を伝搬してきた光を、反射膜５で
反射させて球形レンズ部２の反射膜５が形成されていな
い部分から取り出して、軸４とほぼ平行な受光面６を有
する受光素子７にて受光するようにしている。
反射させて球形レンズ部２の反射膜５が形成されていな
い部分から取り出して、軸４とほぼ平行な受光面６を有
する受光素子７にて受光するようにしている。
作 用
本発明の構成によれば、光ファイバ１を伝搬してきた光
は、凹面鏡として作用する反射膜５で反射して、凸レン
ズとして作用する球形レンズ部２の側方から出射される
ので、この出射光の、光ファイバの軸に平行な面におけ
る照射面は、適当なところで最小となる。このため、小
さな受光面を有する受光素子で上記出射光を受光したと
しても、高い光結合効率を得ることができ、従って、高
い光結合効率、広帯域性及び低雑音性の確保が可能にな
る。又、受光素子の受光面は光ファイバの軸とほぼ平行
であるから、小型化が容易である。尚、球形レンズ部に
おける出射光取り出し部分にのみ正の屈折力を付与した
構成、つまり、例えば反射膜を形成すべき部分を平坦面
に形成するとともに、この平坦面が全反射条件を満たす
ようにした構成と本発明の構成とを比較した場合、反射
膜が凹面鏡として機能する分だけ、本発明の方が集光性
が増し、球形レンズ部の形状、その中心点のファイバ軸
からの偏り量、及び受光面の配置について自由度が増大
する。
は、凹面鏡として作用する反射膜５で反射して、凸レン
ズとして作用する球形レンズ部２の側方から出射される
ので、この出射光の、光ファイバの軸に平行な面におけ
る照射面は、適当なところで最小となる。このため、小
さな受光面を有する受光素子で上記出射光を受光したと
しても、高い光結合効率を得ることができ、従って、高
い光結合効率、広帯域性及び低雑音性の確保が可能にな
る。又、受光素子の受光面は光ファイバの軸とほぼ平行
であるから、小型化が容易である。尚、球形レンズ部に
おける出射光取り出し部分にのみ正の屈折力を付与した
構成、つまり、例えば反射膜を形成すべき部分を平坦面
に形成するとともに、この平坦面が全反射条件を満たす
ようにした構成と本発明の構成とを比較した場合、反射
膜が凹面鏡として機能する分だけ、本発明の方が集光性
が増し、球形レンズ部の形状、その中心点のファイバ軸
からの偏り量、及び受光面の配置について自由度が増大
する。
本願明細書中、球形レンズ部というのは、必ずしも真球
の形状をしたレンズを意味するものでなく、反射膜が形
成された部分が凹面鏡として機能し、且つ、出射光を取
り出す部分が凸レンズとして機能するようなものを意味
する。
の形状をしたレンズを意味するものでなく、反射膜が形
成された部分が凹面鏡として機能し、且つ、出射光を取
り出す部分が凸レンズとして機能するようなものを意味
する。
実 施 例
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第２図は本発明の実施例を示す光受信機の部分破断側面
図である。１１は光ファイバであり、その端部には、端
部に向かうに従って径が減少するようなテーパ部１２が
形成されている。１３はテーパ部１２の先端に設けられ
た球形レンズ部であり、その中心は光ファイバ１１の軸
に対して偏らされている。球形レンズ部にあける少なく
とも光ファイバ１１の伝搬光の照射部分には、使用する
光の波長において反射率が充分に高い金属、誘電体多層
膜等からなる反射膜１４が形成されている。
図である。１１は光ファイバであり、その端部には、端
部に向かうに従って径が減少するようなテーパ部１２が
形成されている。１３はテーパ部１２の先端に設けられ
た球形レンズ部であり、その中心は光ファイバ１１の軸
に対して偏らされている。球形レンズ部にあける少なく
とも光ファイバ１１の伝搬光の照射部分には、使用する
光の波長において反射率が充分に高い金属、誘電体多層
膜等からなる反射膜１４が形成されている。
１６はＡＰＤ（アバランシェホトダイオード）等の受光
素子であり、その受光面１５は、広帯域性（〜数Ｇｂ／
ｓ） 及び低雑音性を確保するために、充分小さな面積
（例えば直径５０μｍ以下）を有している。受光素子１
６は増幅器等の電子回路１８とともに基板１７上に固定
されており、これら受光素子１６及び電子回路１８はボ
ンディングワイヤ１９により相互接続されている。
素子であり、その受光面１５は、広帯域性（〜数Ｇｂ／
ｓ） 及び低雑音性を確保するために、充分小さな面積
（例えば直径５０μｍ以下）を有している。受光素子１
６は増幅器等の電子回路１８とともに基板１７上に固定
されており、これら受光素子１６及び電子回路１８はボ
ンディングワイヤ１９により相互接続されている。
このような構成によれば、球形レンズＢ１３から出射し
た光を直径５０μｍよりも充分小さな直径のスポットサ
イズまで集束させることができるので、当該集束点近傍
に受光素子の受光面１５を配置することにより、高い光
結合効率を得ることができる。この場合、球形レンズ部
１３から出射した光が受光素子の受光面１５に垂直に入
射しないように、受光面１５に垂直な方向に対して光軸
を傾斜させておくことにより、光源が比較的近距離にあ
るときの反射帰還光の光源に対する影響を排除すること
ができる。一方、球径レンズ部１３から出射した光の集
束点近傍に受光素子の受光面１５を配置するという条件
のもとに、光ファイバ１１を適当な保持手段を介して基
板１７に対して固定した場合、光ファイバ１１と基板１
７はほぼ平行となるから、光受信機を容易に小型化する
ことが可能になる。又、本実施例では、基板１７上で受
光素子１６と電子回路１８を充分に接近させることがで
きるので、これらの電気的な相互接続を極めて短距離に
て行うことができ、広帯域性及び低雑音性の確保が容易
である。
た光を直径５０μｍよりも充分小さな直径のスポットサ
イズまで集束させることができるので、当該集束点近傍
に受光素子の受光面１５を配置することにより、高い光
結合効率を得ることができる。この場合、球形レンズ部
１３から出射した光が受光素子の受光面１５に垂直に入
射しないように、受光面１５に垂直な方向に対して光軸
を傾斜させておくことにより、光源が比較的近距離にあ
るときの反射帰還光の光源に対する影響を排除すること
ができる。一方、球径レンズ部１３から出射した光の集
束点近傍に受光素子の受光面１５を配置するという条件
のもとに、光ファイバ１１を適当な保持手段を介して基
板１７に対して固定した場合、光ファイバ１１と基板１
７はほぼ平行となるから、光受信機を容易に小型化する
ことが可能になる。又、本実施例では、基板１７上で受
光素子１６と電子回路１８を充分に接近させることがで
きるので、これらの電気的な相互接続を極めて短距離に
て行うことができ、広帯域性及び低雑音性の確保が容易
である。
以下、光ファイバの先端部の加工方法について第３図に
より説明する。先ず、同図（ａ）に示すように、光ファ
イバ１１をアーク放電、Ｈ２０２バーナ等のバーナ、そ
の他の加熱手段によって加熱しながら延伸させ、冷却後
に括れ部にて光ファイバ１１を切断する。次に、切断面
が下方に位置するように光ファイバ１１を鉛直方向に支
持して、下方から例えばバーナにより加熱すると、同図
（ｂ）に示すように、延伸により形成された光ファイバ
のテーパ部１２ａの先端は部分的に溶融するから、溶融
部分に表面張力が生じて微小な球形部１３ａが形成され
る。先端部の加熱を続けると、同図（Ｃ）に示すように
、球形部は増大しテーパ部は縮小するので、適当なとこ
ろで加熱を中止することによって、所望形状のテーパ部
１２及び球形レンズ部１３を形成することができる。テ
ーパ部１２のテーパ率、即ちファイバ長さ方向の径の変
化率については、光ファイバの延伸量によりコントロー
ルすることができる。そして、同図（ｄ）に示すように
、光ファイバ１１を水平に支持し、その端部を低温バー
ナにより加熱して軟化させると、重力の作用により、球
形レンズ部１３の中心０を光ファイバ１１の光軸○Ａに
対して偏らせることができる。球形レンズ部１３が小さ
く、重力の作用だけでは変形が困難な場合には、窒素等
の不活性ガスの噴出力、バーナの炎の噴出力により変形
を行っても良いし、白金棒等の固体を当接させて変形を
行っても良い。最後に、同図（ｅ）に示すように、球形
レンズ部１３０表面に部分的に反射膜１４を例えば蒸着
により形成する。
より説明する。先ず、同図（ａ）に示すように、光ファ
イバ１１をアーク放電、Ｈ２０２バーナ等のバーナ、そ
の他の加熱手段によって加熱しながら延伸させ、冷却後
に括れ部にて光ファイバ１１を切断する。次に、切断面
が下方に位置するように光ファイバ１１を鉛直方向に支
持して、下方から例えばバーナにより加熱すると、同図
（ｂ）に示すように、延伸により形成された光ファイバ
のテーパ部１２ａの先端は部分的に溶融するから、溶融
部分に表面張力が生じて微小な球形部１３ａが形成され
る。先端部の加熱を続けると、同図（Ｃ）に示すように
、球形部は増大しテーパ部は縮小するので、適当なとこ
ろで加熱を中止することによって、所望形状のテーパ部
１２及び球形レンズ部１３を形成することができる。テ
ーパ部１２のテーパ率、即ちファイバ長さ方向の径の変
化率については、光ファイバの延伸量によりコントロー
ルすることができる。そして、同図（ｄ）に示すように
、光ファイバ１１を水平に支持し、その端部を低温バー
ナにより加熱して軟化させると、重力の作用により、球
形レンズ部１３の中心０を光ファイバ１１の光軸○Ａに
対して偏らせることができる。球形レンズ部１３が小さ
く、重力の作用だけでは変形が困難な場合には、窒素等
の不活性ガスの噴出力、バーナの炎の噴出力により変形
を行っても良いし、白金棒等の固体を当接させて変形を
行っても良い。最後に、同図（ｅ）に示すように、球形
レンズ部１３０表面に部分的に反射膜１４を例えば蒸着
により形成する。
本実施例においてテーパ部を形成しているのは以下の理
由による。即ち、テーパ部を形成しない場合に球形レン
ズ部の曲率半径を光ファイバの半径よりも小さくできな
いのと比較して、本実施例のようにテーパ部を形成すれ
ば、球形レンズ部の曲率半径を光ファイバの半径よりも
小さくして大きな集光作用を得ることができるからであ
る。尚、本発明は光ファイバと受光素子の光学的結合構
造に関するものであるが、光の反射及び屈折について光
路の可逆性が成立することに着目すれば、本発明を光フ
ァイバと発光素子の光学的結合構造に利用することは容
易である。
由による。即ち、テーパ部を形成しない場合に球形レン
ズ部の曲率半径を光ファイバの半径よりも小さくできな
いのと比較して、本実施例のようにテーパ部を形成すれ
ば、球形レンズ部の曲率半径を光ファイバの半径よりも
小さくして大きな集光作用を得ることができるからであ
る。尚、本発明は光ファイバと受光素子の光学的結合構
造に関するものであるが、光の反射及び屈折について光
路の可逆性が成立することに着目すれば、本発明を光フ
ァイバと発光素子の光学的結合構造に利用することは容
易である。
発明の効果
以上詳述したように、本発明によれば、光ファイバと受
光素子を光学的に結合するに際して、高い光結合効率、
広帯域性及び低雑音性を確保することができ、且つ、装
置の小型化が可能になるとういう効果を奏する。
光素子を光学的に結合するに際して、高い光結合効率、
広帯域性及び低雑音性を確保することができ、且つ、装
置の小型化が可能になるとういう効果を奏する。
第１図は本発明の原理図、
第２図は本発明の実施例を示す光受信機の部分破断側面
図、 第３図は本発明の実施に使用する光ファイバの先端部の
加工方法を説明するための図、第４図は光ファイバと受
光素子の従来の光学的結合構造を示す図、 第５図は光ファイバと受光素子の従来の光学的結合構造
の他の例を示す図、 第６図は第４図に示される従来例における問題点を説明
するための図である。 １．１ ２、 １ ５．１ ６．１ ７．１ １・・・光ファイバ、 ３・・・球形レンズ部、 ４・・・反射膜、 ５・・・受光面、 ６・・・受光素子。
図、 第３図は本発明の実施に使用する光ファイバの先端部の
加工方法を説明するための図、第４図は光ファイバと受
光素子の従来の光学的結合構造を示す図、 第５図は光ファイバと受光素子の従来の光学的結合構造
の他の例を示す図、 第６図は第４図に示される従来例における問題点を説明
するための図である。 １．１ ２、 １ ５．１ ６．１ ７．１ １・・・光ファイバ、 ３・・・球形レンズ部、 ４・・・反射膜、 ５・・・受光面、 ６・・・受光素子。
Claims (2)
- （１）光ファイバ（１）の端部に球形レンズ部（２）を
形成し、 この球形レンズ部（２）の中心（３）を上記光ファイバ
（１）の軸（４）に対して偏らせ、 上記球形レンズ部（２）の表面で上記軸（４）と交わる
部分の周辺に反射膜（５）を形成し、 上記光ファイバ（１）を伝搬してきた光を上記反射膜（
５）で反射させて上記球形レンズ部（２）の反射膜（５
）が形成されていない部分から取り出して、上記軸（４
）とほぼ平行な受光面（６）を有する受光素子（７）に
て受光するようにしたことを特徴とする光ファイバと受
光素子の光学的結合構造。 - （２）光ファイバの端部に近づくに従って径が減少する
ようなテーパ部を設けたことを特徴とする請求項１記載
の光ファイバと受光素子の光学的結合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21525788A JPH0264509A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 光ファイバと受光素子の光学的結合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21525788A JPH0264509A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 光ファイバと受光素子の光学的結合構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264509A true JPH0264509A (ja) | 1990-03-05 |
Family
ID=16669318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21525788A Pending JPH0264509A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 光ファイバと受光素子の光学的結合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0264509A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5416878A (en) * | 1993-07-29 | 1995-05-16 | Endeavor Surgical Products, Inc. | Surgical methods and apparatus using a bent-tip side-firing laser fiber |
| US6215925B1 (en) | 1996-05-31 | 2001-04-10 | Nec Corporation | Optical combination of photoreceptor and optical fiber |
| JP2004272016A (ja) * | 2003-03-10 | 2004-09-30 | Seiko Epson Corp | 光通信モジュール、光通信システム、光通信モジュールの製造方法、及び電子機器 |
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-
1988
- 1988-08-31 JP JP21525788A patent/JPH0264509A/ja active Pending
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