[发明专利]光学元件

说明书

本发明涉及利用光导纤维的通信系统中使用的光学元件。更详细地说，涉及使用棒状透镜的光学元件。

近年来，由于互联网的爆发性的普及，强烈要求光导纤维通信网增大容量，作为其方法正在快速地开发WDM(波长多重)通信。在WDM通信中，由于波长差别微小的光传递个别的信息，所以要求波长选择性好的被称为滤波器、隔离器的光学功能元件。

在上述的光学功能元件中多半采用这样的结构：利用平行光管使从出射侧光导纤维的端面射出的光呈平行光束，该平行光束透过具有滤波器和隔离器的功能的平板状的部件后，再利用聚光透镜聚光后被送入入射侧光导纤维的端面。作为平行光管及聚光透镜使用沿半径方向有折射率分布的棒状透镜、玻璃制球透镜或非球面模压透镜等，从形状和像差修正的观点来看，棒状透镜是最容易使用的透镜。

图1模式地表示使用棒状透镜的光学元件的光学系统。如图1所示，为了防止反射光产生的交调失真，出射侧光导纤维1及入射侧光导纤维2的端面(与棒状透镜相对的面)通常加工成倾斜6°～8°(假设出射侧光导纤维1的端面的倾角为θ_FA，入射侧光导纤维2的端面的倾角为θ_FB)。由于同样的理由，第一棒状透镜3及第二棒状透镜4的端面(与光导纤维相对的面)也加工成倾斜状态(设第一棒状透镜3的端面的倾角为θ_PA，第二棒状透镜4的端面的倾角为θ_PB)。出射侧光导纤维1和第一棒状透镜3相对配置，两者之间有适当的空气间隔W_A，第二棒状透镜4和入射侧光导纤维2相对配置，两者之间夹着适当的空气间隔W_B。另外，在出射侧光导纤维1和第一棒状透镜3之间、以及在第二棒状透镜4和入射侧光导纤维2之间，为了降低反射光产生的损耗，有时填充具有接近于光导纤维及棒状透镜的折射率的透明液体或固体。另外，在两个棒状透镜3、4之间(间隔L)设置滤波器、隔离器等光学功能元件。

作为通信用的光导纤维，通常使用单模光纤，所以射出的光束成为高斯光束。这里，将构成高斯光束的对称中心的最大强度的光线定义为“中轴光线”。为了增大图1中的两条光导纤维1、2间的耦合效率，需要将各光导纤维1、2和各棒状透镜3、4配置得满足以下条件(1)～(3)。

(1)从出射侧光导纤维1射出的光束在入射侧光导纤维2的端面上会聚成交点。

(2)上述焦点处的数值孔径NA与入射侧光导纤维2的数值孔径NA一致。

(3)入射到入射侧光导纤维2上的中轴光线与入射侧光导纤维2的光轴一致。

另外，为了在实用上没有遮掩地传输高斯光束，各棒状透镜3、4最好至少有光导纤维的数值孔径NA的1.5～2倍的数值孔径NA。当然，还必须充分地修正工作波长的各像差。

可是，如图1所示，如果将所有的光导纤维和棒状透镜的光轴排列在一直线上，则由于存在许多倾斜加工面，所以难以满足上述的条件，由于发生

(4)焦点位置偏离入射侧光导纤维2的光轴

(5)中轴光线和入射侧光导纤维2的光轴倾斜

两者中的任意一者或两者，所以耦合效率下降。作为一例，将所有的光导纤维和棒状透镜的光轴排列在一直线上，使倾角(θ_FA、θ_FB、θ_PA、θ_PB)一律为8°的情况下，将(参考例1)的具体的设计值示于下面的(表1)。在此情况下，“焦点位置的偏移”极其微小，“中轴光线的倾斜”大，达到2.85°，所以耦合效率变小，为77.3％(-1.118dB)。因此，如图13所示，有必要通过进行入射侧光导纤维2的修正(倾角的修正，X、Y方向的位置修正等)，使其光轴和中轴光线一致。在参考例1中进行了倾角的修正后是参考例2(参照下面的(表1))，该情况的耦合效率提高到98.28％(-0.075dB)。