[发明专利]双向光通信设备器件和双向光通信装置

说明书

发明的背景

本发明涉及一种用于进行光信号的发射和接收的双向光通信设备和双向光通信装置，特别是涉及一种用在民用通信、电子设备间的通信及带有如塑料光纤的多模光纤作为传输介质的LAN(局域网)中的双向光通信设备和双向光通信装置。

随着信息化社会的发展，使用光纤的网络技术也日益受到人们的注意。特别是随着最近低损耗宽带POF(塑料光纤)技术的发展，将光纤应用于民用通信和LAN中的技术也正在进行。在用光纤作为传输介质而发射和接收具有相同波长信号光的光通信设备中，引导系统(the leading system)已成为一个使用双光纤的全双工系统。但是，使用两根光纤带来了难于缩小光学装置的问题并使光纤的成本随传输距离的增加而增大。因此，曾提出过一种进行全双工光通信的双向光通信装置。

在这种使用一条光纤的双向光通信装置中，发射和接收是在同一条光纤中进行的，重要的是要避免发射信号和接收信号的干扰。发射信号干扰接收信号的主要原因包括：

(1)当发射信号进入光纤时在该光纤的端面上进行了反射(以下称作“近端反射”)，

(2)当经光纤传输过的发射信号从光纤出来时在该光纤的端面上进行了反射(以下称作“远端反射”)，

(3)来自远程双向光通信装置的反射(以下称作“远程模块反射”)，及

(4)在双向光通信装置内的内部杂散光(以下称作“杂散光”)。

在(1)到(4)的四种原因中，(2)的远端反射由光纤的端面形状来确定，故而难以用双向光通信装置的结构来控制远端反射。例如，在塑料光纤中，如果具有一垂直于光轴的平坦的端面，从光纤出来的光因纤芯和空气之间的折射率的差异而使得远端反射增加了约4％。因此，众所周知的一种方法是通过处理光纤的端面来减少远端反射。根据光纤端面的形状减少远端反射，公知有效的是使用如在日本专利公开说明书平成11-72622中披露的如球面和椭球面的曲面。

传统的能用一条光纤进行全双工通信的双向光通信装置采用了从光纤端面中心沿径向方向移动发射光的入射位置和在没有光从光纤反射回来的(近端反射)入射位置处设置光接收元件的方法，如日本专利公开说明书平成11-27217、平成11-237535和平成11-352364中所披露的那样。该方法将参照图14所示的双向光通信装置进行说明。

在图14中，从光发射元件304发出的发射光313由一透镜306会聚，同时其光路由一竖板式反射镜308改变，以便在偏离开光纤302的端面中心位置处入射。从光纤302射出的接收光309耦合到一设置在光纤302相对端的光接收元件305上。其光路由竖板式反射镜308改变的发射光31在进入光纤302时具有一个从周边部分倾向光纤302中心的斜度。因此，被光纤302反射的反射光317指向光纤302的周边部分，且照射在除了光接收元件305以外的区域，由此可避免因近端反射而产生的干扰。而且，减小发射光313的数值孔径(NA)可以减少反射光317的传播，从而确保不发生近端反射。

但是，将图14所示的双向光通信设备应用于使用一根其端面为如球状的曲面光纤的情况会出现以下的问题。

入射到光纤的发射光因光纤的纤芯与外界(空气)之间的折射率不同而发生折射。例如，在具有球形端面的光纤中，其入射位置沿径向方向移离光纤端面中心的发射光朝光纤的中心方向折射，且其折射角随入射到光纤的发射光的位置越接近光纤的周边部分而变得越大。在这种情况下，如图15所示，光纤2内的发射光8包括一个具有相对于光纤2光轴为一大角度的主(dominant)分量(高次模)和一个具有相对于光纤2的光轴为一小角度的小(fractional)分量(低次模)。通常，发射光8的模式在经光纤2传输时被转换，使得从光纤2而输出的光的分布只取决于光纤2的特性而不会受入射光的状态影响。因此，只需考虑将发射光8耦合到光纤2的条件就可以使发射光8进入光纤2(根据光纤2的数值孔径NA而减小发射光8的数值孔径(NA))。但是，近年来，设备内部传输中的所需传输容量增加了，且采用光纤的通信已开始应用于传输距离为1米(m)的情况，从而带来了新的问题。即，短的传输距离妨碍了模式的充分转换，且其出射光受到了入射光状态的影响极大。例如，如图15所示，当发射光8的入射位置沿径向方向移离光纤2的球形端面的中心时，出射光的辐射强度如图16的实线所示地为一环形分布，从光纤的中心部分辐射的光量小、而从光纤的周边部分辐射的光量大。在具有多个如POF模式的大直径光纤的情况下，该影响尤为明显。