專利名稱：光通信微型組件和光纖及兩者的光學耦合結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以芯部為單芯的光纖作為傳輸媒體，能雙向傳輸光信號的光通信微型組件、所述光纖、以及單芯光纖與雙向光通信微型組件光學耦合，能用于光通信環(huán)路的結構(下面記為“光學耦合結構”)。
光通信環(huán)路3根據(jù)其通信形態(tài)大致可分成以下幾種1)光纖2為單芯和多芯、2)使信號雙向通信和單向通信、3)信號同時(全雙工)通信和半雙工通信等。例如，通過將上述器件組合起來，進行單芯全雙工通信方式的光通信。
在信號雙向通信時，光通信微型組件1要有發(fā)光元件和受光元件兩者，在信號單向通信時，光通信微型組件1可以在發(fā)光元件及受光元件中兩者有其一。
再者，在下面將自光通信微型組件1的發(fā)光元件射出，射入光纖2端部的光稱為“發(fā)送光”，將自光纖2的端部射出、射入光通信微型組件1的受光元件的光稱為“接收光”。
日本特開昭61-65208號公報(1986年4月23日公開)、特開平8-234060號公報(1996年9月13日公開)揭示了一種通過擴大光纖的端面，改善發(fā)送光和光纖耦合效率(發(fā)送效率)的方法。
即通過擴大光纖的端面，從而能使石英光纖那樣芯徑小的光纖也能很方便地、高效地使發(fā)送光耦合，能改善對于位置偏差的容許量(tolerance)。
還有，這些公報所揭示的內容只是改善光纖和發(fā)光元件的耦合的方法，對于改進接收效率的方法，以及與單芯全雙工方式對應的結構，尤其是高效進行收發(fā)信光的分離，還有防止收發(fā)信光相互干擾的方法等均未涉及。
以往，在使用多根光纖的全雙工通信方式中，存在光通信微型組件難以小型化、以及隨著傳輸距離變長而發(fā)生的光纖成本增高等問題。因此，提出了用同一波長的光能同時收發(fā)信的單芯全雙工方式的光通信微型組件。
特別是隨著近年來塑料光纖(以下，以“POF”表示)的低損耗化以及寬頻帶化，在家庭內通信、電子設備間通信上的應用得到發(fā)展。POF因為芯徑約為1mm，口徑大，因此與光通信微型組件的耦合容易。因而，通過使用POF，POF和光通信微型組件間能很簡單地插入和拔出，能得到用戶易于使用的光通信環(huán)路。
另外，在另一單芯光纖以同一波長的光源進行全雙工通信的光通信微型組件上，防止發(fā)送光和接收光的相互干擾變得重要起來。發(fā)送光干擾接收光的原因有以下幾種情形1)發(fā)送光射入光纖時在光纖端面反射(以下表述為“近端反射”)、2)因光通信微型組件內的內部散射光引起(以下表述為“內部散射光”)、3)在通信對方的光通信微型組件上產生反射(以下表述為“對方微型組件反射”)、4)通過光纖傳送的發(fā)送光從光纖射出時在光纖端面反射(以下表述為“遠端反射”)。此外還有5)電氣干擾的問題。
又，在將光纖作為傳輸媒體的光通信環(huán)路中，為了得到高SN比(信噪比)，使光纖射出的接收光高效率地與受光元件耦合就變得重要了。
作為以往提議的單芯全雙工通信用光通信微型組件，例如，如特開平10-153720號公報(1998年6月9日公開)所揭示，列舉了利用偏振光分離元件分離收發(fā)信光的方法。
即對于通過光纖傳送來的接收光在傳送途中偏振光方向變得無規(guī)則，在光纖端面反射的發(fā)送光(近端反射)的偏振光方向是相同的。因此，通過在光纖和受光元件之間配置只反射有這種偏振的光線的偏振光分離元件，能防止近端反射產生的干擾。
但，采用該方法時因為約一半的接收光被偏振光分離元件的反射，故產生約3dB的接收損耗，不能夠高效率地利用接收光。另外，因為將偏振的光線作為發(fā)送光利用，故難以使用廉價的發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光元件。
因而，特開平11-27217號公報(1999年1月29日公開)、特開平11-352364號公報(1999年12月24日公開)揭示了使發(fā)送光射入偏離光纖中心的位置，接收從光纖的其他區(qū)域射出的接收光的方法。對于該方法，下面利用

圖12及圖13進行說明。
發(fā)光元件104射出的發(fā)送光121由發(fā)送透鏡106聚焦，在立式反射鏡107反射，在光纖102的端而108上射入偏離光纖中心的位置。另一方面，從光纖102的端面108射出的接收光122與受光元件105耦合。
圖13表示在光纖102的端面108的，發(fā)送光121耦合位置和接收區(qū)域的關系。在使發(fā)送光121射入偏離光纖102中心的位置的方法中，通過在空間上將單芯的光纖102的端面分為發(fā)送光121入射的發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域，以實現(xiàn)單芯全雙工通信。
該方法中將接收區(qū)域做得比發(fā)送區(qū)域大，從而能以比用偏振光分離元件的方法產生的約3dB的損耗還少的損耗進行收發(fā)信光的分離，以此可提高接收效率。
但是，為了使發(fā)送光121和光纖102耦合，當然要向光纖102端面的芯徑內射入發(fā)送光121，另外，考慮到光纖102自身的軸偏移引起的公差以及光通信微型組件組裝的公差，有必要使發(fā)送光121射入離光纖102的外圍有這些公差大小的余量的位置。
因此，要將收信區(qū)域做得充分大是件難事，所以存在著提高收信效率有困難的問題。再加上通信速度一快通帶要加寬，通過接收電路頻帶增加，則電氣噪聲亦增加，所以為了維持SN比，就要求更高的接收效率。
為達到上述目的，本發(fā)明的光信號微型組件為將單芯光纖作為傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件，其特征在于，上述光通信微型組件具備產生發(fā)送光的發(fā)光元件、使上述發(fā)送光與上述光纖耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收上述光纖射出的接收光的受光元件、以及使上述接收光與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)，對于具有傳輸光的芯部的端部至少一方比芯部其他部分擴大的擴大部的光纖，配置上述接收光學系統(tǒng)，使得上述受光元件能夠接收到從具有所述擴大部的上述端部射出的接收光。
采用上述的結構，光纖的端部由于具有擴大部，這樣，射出接收光的區(qū)域得以擴大。隨著其擴大，降低了從端部的單位面積射出的接收光的強度。
另外，即使光纖的端部具有擴大部，也不必改變在上述端部發(fā)送光耦合的區(qū)域、即發(fā)送光耦合區(qū)域的大小。
因而，降低了從上述端部的發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光的強度，故能抑制因受光元件接收不到上述區(qū)域射出的接收光引起的接收效率降低，即能提高接收效率。
還有，由于也接收從端部的擴大部射出的接收光，只要與以往相比能提高接收效率，則也可以在上述端部從上述發(fā)送光耦合的區(qū)域以外的區(qū)域射出的接收光僅一部分與受光元件耦合。
另外，本發(fā)明的光通信微型組件是一種將單芯的光纖作為傳輸媒體進行雙向通信的光通信微型組件，其特征在于，上述光通信微型組件具備產生發(fā)送光的發(fā)光元件、使上述發(fā)送光與上述光纖耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收從上述光纖射出的接收光的受光元件、以及使上述接收光與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)；對于具有傳送光的芯部的端部至少一方比芯部的其他部分擴大的擴大部的光纖，配置上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)，以使上述發(fā)送光耦合于具有上述擴大部的上述端部的區(qū)域至少一部分包括在上述擴大部之內。
采用上述的結構，則光纖的端部由于具有擴大部，從而擴大了能和發(fā)送光耦合的區(qū)域。這樣，與以往相比，能夠使上述發(fā)送光耦合區(qū)域向外側移動。
另外，從擴大部射出的接收光與從中心部射出的接收光相比強度顯著降低。因而，上述發(fā)送光耦合區(qū)域的至少一部分包括在上述擴大部內時，從上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光的強度顯著降低。這樣，能大幅度地抑制因受光元件接收不到上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光引起的接收效率降低。即能大幅度提高接收效率。
另外，本發(fā)明的光纖是進行光通信用的傳輸媒體，其特征在于，傳送光線的芯部的端部至少一方具有比芯部的其他部分擴大的擴大部，上述光纖具備從具有上述擴大部的端部朝上述光纖的光軸方向內慢慢變細的錐部，該錐部做成上述光纖的光軸和該錐部形成的角度比根據(jù)上述光纖的數(shù)值孔徑規(guī)定的角度大。
在光纖中，傳輸光線傳輸方向和上述光軸形成的角度小于根據(jù)數(shù)值孔徑規(guī)定的角度的光線。因此，如果采用上述結構，則上述端部的擴大部就存在沒有傳輸?shù)墓饩€射出的區(qū)域。因此從上述擴大部射出的單位面積的光量(光的強度)就減少。
所以，如前所述，在上述擴大部包含上述發(fā)送光耦合區(qū)域的至少一部分的情況下，從上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光的強度確實降低。這樣，能可靠地抑制因受光元件不接收上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光而引起的接收效率降低，即能可靠地提高接收效率。
另外，本發(fā)明的光纖是進行光通信用的傳送媒體，其特征在于，傳送光線的芯部的端部的至少一方具有比芯部的其他部分擴大的擴大部，該擴大部的端面為凹狀。
采用上述構成，則上述擴大部向光軸方向內并且向直徑方向內的方向傾斜。這時，如果使上述發(fā)送光射入上述擴大部，則折射后的發(fā)送光的傳送方向和光軸形成的夾角比上述擴大部是與光軸垂直的面的情況變得小了。
為了在光纖內傳送光線，光的傳送方向和光軸的夾角要小于由數(shù)值孔徑規(guī)定的角度。所以，本發(fā)明的光纖與上述擴大部為與光軸垂直的面的情況相比，能將與端部耦合前的發(fā)送光的傳送方向和上述光軸的夾角加大。其結果是，與以往相比，可以將把發(fā)送光射入光纖用的發(fā)光元件及發(fā)送光學系統(tǒng)配置在更向徑向外側，提高進行光通信的光通信微型組件的各構成要素的配置自由度。
另外，本發(fā)明的光纖和通信微型組件的光學耦合構成為單芯的光纖和將該光纖作為傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件的光學耦合結構，其特征在于，上述光纖至少在傳送光線的芯部的端部的一方具有比芯部的其他部分大的擴大部，上述光通信微型組件具備發(fā)生發(fā)送光的發(fā)光元件、使上述發(fā)送光與上述光纖耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收從上述光纖射出的接收光的受光元件、以及使上述接收光和上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)；上述受光元件及上述接收光學系統(tǒng)配置成，能夠接收上述光纖的從具有上述擴大部的上述端部射出的接收光。
采用上述的結構，則光纖的端部由于具有擴大部，射出接收光的區(qū)域擴大了。與此同時，端部單位面積射出的接收光的強度降低。
另外，即使是光纖的端部具有擴大部，在上述端部，作為發(fā)送光耦合的區(qū)域即發(fā)送光耦合區(qū)域的大小沒有必要改變。
因而，上述端部發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光的強度降低，所以能抑制因受光元件接收不到該區(qū)域射出的接收光引起的接收效率下降，也就是能提高接收效率。
另外，本發(fā)明的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構為單芯的光纖和將該光纖作為傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件的光學耦合結構，其特征在于，上述光纖在傳送光線的芯部的端部的至少一方具有比芯部的其他部分大的擴大部，上述光通信微型組件具備產生發(fā)送光的發(fā)光元件、使上述發(fā)送光和上述光纖的端部耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收上述光纖射出的接收光的受光元件、以及使上述接收光與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)；在上述光纖的具有上述擴大部的上述端部上配置上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)，使得上述發(fā)送光與上述光纖的具有上述擴大部的所述端部耦合的區(qū)域的至少一部分包含于上述擴大部內。
采用上述的結構，光纖的端部由于有擴大部，能與發(fā)送光耦合的區(qū)域得以擴大。因而，與以往相比能使上述發(fā)送光耦合區(qū)域向外側移動。
另外，擴大部射出的接收光比中心部射出的接收光強度顯著降低。因此，上述發(fā)送光耦合區(qū)域至少一部分被包含在上述擴大部的情況下，從上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光的強度顯著降低。由此，能大幅度地抑制因受光元件接收不到上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光而引起的接收效率降低，也就是能使接收效率大幅度地提高。
本發(fā)明還具有的其他目的、特征、及優(yōu)點通過以下的記述將能充分得以理解。還有，本發(fā)明之益處在參照附圖進行以下的說明之后也將會更加明瞭。
圖1(a)為有關本發(fā)明的光纖的部分。
圖1(b)為有關已有的光纖的部分。
圖2為表示光纖射出的光的NFP的概要示意圖。
圖2(a)為有關本發(fā)明的光纖的部分。
圖2(b)為有關已有的光纖的部分。
圖3為表示本發(fā)明的一實施形態(tài)即單芯光纖和雙向通信微型組件間光學耦合結構的剖面圖。
圖4為表示圖3的光纖的端部剖面圖。
圖5(a)～(c)表示本實施形態(tài)適用的其他光纖端部的剖面圖。
圖6為本實施形態(tài)的概要示意圖，表示防止因近端反射和內部散射光產生的干擾的情況。
圖7為表示圖6主要部分的概要示意圖，表示防止因對方微型組件的反射產生的干擾的情況。
圖8為表示本發(fā)明的其他實施形態(tài)即單芯光纖和雙向光通信微型組件間光學耦合結構的剖面圖。
圖9為表示本發(fā)明的又一實施形態(tài)即單芯光纖和雙向光通信微型組件間光學耦合結構的概要示意圖。
圖10為表示本發(fā)明的又一實施形態(tài)即單芯光纖和雙向光通信微型組件間光學耦合結構的概要示意圖。
圖11為表示光通信環(huán)路結構的概要示意圖。
圖12為表示已有的單芯光纖和雙向光通信微型組件間光學耦合結構的概要示意13為有關圖12所示的已有的光學耦合結構的，表示光纖端部的發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的概要示意圖。
通常，從像POF那樣芯徑大的光纖2射出的光的NFP如圖2(b)所示，在光纖2的中心部最大，在光纖2的外圍部最小，但在外圍部附近(圖2中注明“射入光纖的光的入射位置”處)也射出較強的光量。
另一方面，如圖2(a)所示，可以看出，在將光纖2的端面擴大的情況下，光纖2射出的光的NFP與圖2(b)所示的未擴大的情況相比，光纖2的中心部射出的光的強度為最大，這一點是相同的，但光的強度總體上變小，光纖2的外圍部分(擴大部29)射出的光的強度顯著減小。
再者，嚴格地說，光纖2射出的光的NFP受芯徑、數(shù)值孔徑等光纖2自身的特性、擴大部29的形狀等所左右，具體內容將在后面詳述。
根據(jù)上述研討，通過擴大光纖2的端面，積極利用光纖2射出的光的NFP變化的現(xiàn)象，同時在光通信微型組件的發(fā)送、接收部的光學系統(tǒng)、以及光纖2的端面形狀上下功夫，直至發(fā)明出能得到高接收效率的單芯光纖和雙向光通信微型組件間光學耦合的結構。
即如已有的單芯光纖相應的光通信微型組件，光纖2的端面未被擴大時，從發(fā)送光射入光纖2的區(qū)域射出的接收光，從圖2(b)所示的NFP可知，因為是光量比較強的區(qū)域，所以接收光的損失大。
另一方面，如圖2(a)所示，本發(fā)明的單芯光纖和雙向通信微型組件間光學耦合的結構上，其特征為將光纖2的端面擴大，在該擴大部29的附近射入發(fā)送光，因此能抑制接收光的損失。以下就具體的結構進行說明。
實施形態(tài)1下面利用圖3說明本發(fā)明一實施形態(tài)，圖3表示本實施形態(tài)的光通信微型組件。
光通信微型組件1具有，發(fā)光元件4，能生成按照數(shù)據(jù)信號調制的調制光即發(fā)送光21、受光元件5，能夠接收光纖2來的接收光22生成數(shù)據(jù)信號、發(fā)送透鏡(發(fā)送光學系統(tǒng))6，能夠對發(fā)光元件4射出的發(fā)送光21進行聚焦，然后使其與光纖2耦合、以及反射鏡(接收光學系統(tǒng))7，反射光纖2射出的接收光22，使其與受光元件5耦合。
發(fā)送透鏡6及反射鏡7一起形成光學構件10。另外，發(fā)光元件4配置在SiC等散熱特性優(yōu)良的輔助固定架12上。這些構件對準位置配置在心柱13上，心柱13和圖中未示出的電路電氣連接。
光纖2至少一端固定在光纖插頭26上，通過將光纖插頭26插入光通信微型組件1的一部分即插座27的凹部中，使光纖2和光通信微型組件1光學耦合。又，光纖2的端部有比芯部28擴大的擴大部29，擴大部29有光纖2的直徑往端面慢慢變粗的錐部。
由發(fā)光元件4生成的發(fā)送光21隨發(fā)光元件4的輻射角呈放射狀發(fā)散，由發(fā)送透鏡6變換成任意的數(shù)值孔徑進行聚焦，通過光學構件10，與光纖2耦合。另一方面，光纖2射出的接收光22的大半部分由反射鏡7向受光元件5的配置方向反射，同時，利用有曲率的反射鏡7聚光，與受光元件5耦合。
如前所述，發(fā)送光21和接收光22在光纖2的端面附近在空間上分離時，光纖2射出的接收光22中，從發(fā)送光21的射入位置射出的接收光22不與受光元件5耦合。
當時，本實施形態(tài)中，因為將發(fā)送光21的射入位置取在光纖2的更靠近外圍的部分，所以從發(fā)送光21的射入位置射出的接收光22減少，借助于此，接收光22能高效地與受光元件耦合。因此，利用使發(fā)送光21射入光纖2端部的擴大部29的方法，能夠得到接收區(qū)域擴大的，接收效率高的光通信微型組件1。
光學構件10在發(fā)送光21射出的面上具有對光纖2的光軸傾斜的棱鏡面11，借助于此，使發(fā)送光折射射入光纖2。又，光學構件10還在接收光22射入的面上有反射鏡7。反射鏡7的一部分即遮光部(防干擾構件)9與光纖2接觸或接近配置。
還有，遮光部9在圖3為了強調用斜線表示，實際上是反射鏡7的一部分，和反射鏡7沒有區(qū)別。另外，作為反射鏡7可以使用以蒸鍍法等形成的鋁膜等。
本發(fā)明涉及的光通信微型組件1和光纖2間光學耦合結構，其特征在于，通過使發(fā)送光21與光纖2的擴大部29耦合，從而擴大受光元件5接收的接收光22的接收區(qū)域。以下就其耦合方法進行說明。
利用一根光纖2在空間上將發(fā)送光21和接收光22加以分離時，如前所述，通過將發(fā)送光21與光纖2端面耦合的發(fā)送區(qū)域做小，從而能擴大接收區(qū)域，使可利用的接收光22增加，所以能得到接收效率高的光通信微型組件1。
因此，以下4點是重要的。
A.設定發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的分離比，使接收區(qū)域更大。
B.在接收光22射出量少的區(qū)域設置發(fā)送區(qū)域。
C.使光纖2的端面形狀和發(fā)送光21射入光纖2的方法最佳化。
D.使發(fā)送光21與接收22分離，防止兩者相互干擾并降低損耗。
首先，根據(jù)圖1對“A.設定發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的分離比，使接收區(qū)域更大?！钡姆椒ㄟM行說明。
圖1表示單芯光纖2和光通信微型組件1間光學耦合結構中，光纖2端面處的發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域，圖1(a)為有關本發(fā)明涉及的光學耦合結構，圖1(b)為有關已有的光學耦合結構。這里，作為光纖2，例如假設用芯徑1mm的POF。
發(fā)送光21考慮到光通信微型組件1裝配精度和光纖2的軸偏離精度等問題，有必要從光纖周邊向內側，入射到有某種程度的余量(margin)的位置。例如，設發(fā)送光21的位置偏離公差為±100μm，光纖2的端面上發(fā)送光21的光點直徑為100μm的情況下，為了減少發(fā)送光量的變動，如圖1(b)所示，發(fā)送光21的中心設定在從外圍部的頂點向下方150μm的位置上。
另外，考慮到向發(fā)送光21相反方向的偏離(圖1(b)的下方100μm)，則接收區(qū)域如圖1(b)所示，變成從外圍部的頂點開始向下方300μm的位置更下面的區(qū)域。即發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的分割比以直徑方向的長度比表示為3∶7。
下面根據(jù)圖1(a)，對如本發(fā)明所述將光纖2擴大，假定其他條件均相同的情況下的接收區(qū)域進行說明。設擴大后的光纖2端面直徑為1.4mm，發(fā)送光21的射入位置和圖1(b)一樣為從外圍部的頂點向下方150μm的位置的情況下，接收區(qū)域為比從外圍部頂點向下方300μm的位置更加下面的區(qū)域。即發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的分割比以直徑方向的長度比表示為3∶11。
圖1(a)與圖1(b)相比，光纖2的端部擴大的本發(fā)明的情況比未擴大的已有的情況，更能將光纖2端部區(qū)域的接收區(qū)域的比率設定得大些，能更有效利用光纖2射出的接收光。
還有，在圖1所示的光纖2的端面，也可將發(fā)送光21耦合的位置左右的區(qū)域作為接收區(qū)域。這時，從光纖2射出的接收光22內，能利用的光量、即被聚光反射鏡7照射的光量進一步增加，能夠耦合于受光元件5的接收光22進一步增加，能使接收效率進一步提高。另外，即使是在光纖2和光通信微型組件1的位置同時發(fā)生偏離的情況下，也有能使發(fā)送效率和接收效率的變動量比以往減小的效果。
下面對“B.在接收光22射出量少的區(qū)域設置發(fā)送區(qū)域?！钡姆椒ㄟM行說明。如圖2(a)所示，將光纖2的端面擴大的情況下，從該擴大部29射出的接收光22的強度相對變小。通過使發(fā)送光21射入該接收光22的強度小的區(qū)域、即光纖2端部的擴大部29，就能進一步減少接收光22的損耗。
還有，如前所述，發(fā)送光21的射入位置是考慮位置公差后設定的。因此，例如和上述的例子一樣使用芯徑1mm的POF，考慮位置公差，將發(fā)送光21中心部的入射位置設為從外圍部向內側150μm的物質的情況下，為了使發(fā)送光21射入光纖2端部的擴大部29，擴大部29的寬度最好是150μm以上。即如圖1(a)所示，將光纖2的端面中心對稱擴大時，最好是將端面的直徑做得大于1.3mm。
下面對“C.使光纖2的端面形狀和發(fā)送光21射入光纖2的方法最佳化?！钡姆椒ㄟM行說明。光纖2的端面如圖4所示最好是做成錐形，即越是靠近端面光纖的直徑慢慢增大。通過做成錐形，減少在錐形部8處接收光22的傳送損耗，同時還能將發(fā)送光21平穩(wěn)地導入光纖2內。
另外，光纖2的光軸和錐形部8的夾角θ，最好是比光纖2的數(shù)值孔徑NA決定的角度大。這里，光纖2的數(shù)值孔徑NA在光纖2為POF時，遵照日本工業(yè)標準JIS C 6822。
這時，從光纖2射出的光線(接收光22)的最大角度大致可以以Sin-1(NA)表示。因此，設光纖2的芯部28的折射率為np，則對光纖2傳送光線的光軸的最大角度αmax可以αmax＝Sin-1(NA/np)表示。
通過把錐形部8的角度θ設成大于αmax，使光纖2擴大部29射出的光線量減少，所以能可靠地減少擴大部29的接收光22的光量，同時能減少在錐形部8的接收光的損耗。
然后，通過使發(fā)送光耦合于擴大部29，能使光纖2端部的接收區(qū)域的比例增加，因此能減少接收光22的損耗。例如，在使用數(shù)值孔徑NA為0.3，芯部的折射率np為1.5的光纖2的情況下，錐形部8的角度θ最好是11.6°以上。
另外，此時如果使發(fā)送光21與光纖2的光軸平行，使其與擴大部29耦合，則在發(fā)送光21中產生照射錐形部8和光纖插頭26的內壁，不與光纖2的芯部28耦合的光線。因而，發(fā)送光21最好是從光纖2的外圍方向向中心方向傾斜耦合。
通過這樣使發(fā)送光21從光纖2的外圍方向射入，可以把發(fā)送光學系統(tǒng)(發(fā)送透鏡6)配置得更靠外側，以此增加接收光學系統(tǒng)(反射鏡7)的配置自由度，就容易設定接收效率高的接收光學系統(tǒng)。當然，發(fā)送光21射入光纖2的角度最好是設定成小于由光纖2的數(shù)值孔徑NA規(guī)定的角度。
還有，這里芯部28表示光纖2的端面擴大前的光纖2的芯部，擴大部29為將芯部28擴大后的部分，是芯的一部分。因而芯部28和擴大部29的折射率相同。作為芯部28的擴大方法，有切削、研磨的方法、或熔融的方法等。特別是POF，通過將端面按壓在任意形狀的熱板上，能很容易地加工成任意形狀。
下面說明錐形部8的長度。在錐形角度θ相同的情況下，隨著錐形長度L變長，光纖2的端面直徑2R變大(R＝r+L·Tan(θ))。光纖的2端面直徑一旦變大，從光纖2射出的光的射出面積就大。因此，在光纖2中心部射出的接收光22的光量降低，同時，設計能高效聚光的小型接收光學系統(tǒng)就變得困難，接收光學系統(tǒng)的聚光效率變差。
為了防止這樣的、接收光22的色散，對于光纖2的芯徑2r的，錐形長度L作如下規(guī)定即可。在光纖2的中心，從錐形長度為零的位置(A點)射出的光在錐形長度L的位置(光纖2的端面)上，到達從光纖2的中心略向外側L·NA的位置(B點)。通過設定錐形長度L使B點處于光纖2的芯的半徑r內，從而能減少從光纖放射出的接收光22的擴展。即最好是將錐形長度L設定得使L＜r/NA。例如用芯徑1mm、NA為0.3的POF作為光纖2時，最好是錐形長度L設定為小于1.67mm。
以下對光纖2的端面形狀進行說明。光纖2的端面如前所述不必為平端面，可以為圖5(a)所示的球形端面、或圖5(b)所示的傾斜端面。或，將上述形狀加以組合成的形狀。通過改變光纖2端面形狀，能降低光纖2遠端反射(還有，對于減少遠端反射，以后將作敘述。)。通過使發(fā)送光21、接收光22折射，有能提高發(fā)送效率、接收效率的效果等。
例如，如圖5(a)所示，光纖2的端面為球形時，光纖2射出的接收光由于球形的端面而向光纖2中心方向折射，因此利用接收光學系統(tǒng)使其向受光元件5聚光就變得容易。
另一方面，如圖5(b)所示，光纖2的端面形狀為傾斜狀時，接收光22由于傾斜狀的端面的作用而向光纖2的外側方向(圖5的下方)折射。因此，將接收光學系統(tǒng)配置在該折射方向(圖5的下側)上，在其相反一側配置發(fā)送光學系統(tǒng)，容易進行收發(fā)信分離，同時將增加各光學系統(tǒng)的配置自由度。
還有，如圖5(c)所示，也可以將光纖2端面中心部做成凸出的球面狀，外圍部做成凹入的球面狀。采用這樣的形狀，能在凸面使光纖2中心部射出的接收光22折射后使其聚焦，故能提高接收效率，同時，通過使發(fā)送光21在外圍部凹面處折射，能夠從更外側射入發(fā)送光21。
也就是說，即使以比由光纖2的數(shù)值孔徑NA規(guī)定的角度大的角度使發(fā)送光21射入光纖2，由于在凹面部折射，與光纖2的耦合角度可以取小于光纖2的數(shù)值孔徑NA的角度。因此能使發(fā)送光21從更外側處射入，增加接收光學系統(tǒng)的配置自由度，容易提高接收效率。
尤其是，最好是選擇發(fā)送光21耦合的位置的光纖2的端面形狀和發(fā)送光21射入光纖2的入射角度，使得發(fā)送光21和光纖2的光軸間的夾角，在射入光纖2后比射入光纖2前小。也就是使發(fā)送光21從光纖2的外側向中心方向傾斜射入時，取光纖2的端面為凹面狀，與此相反，從中心方向向外圍方向傾斜射入時為凸面狀。
通過這樣的設定，能使發(fā)送光21與光纖2的耦合效率提高，同時，能使耦合時的NA(激勵NA)減小。通過減小激勵NA，能減少光纖2傳送時的傳送損耗，同時能減少波模色散，故能提高傳輸頻帶。
下面對“D.使發(fā)送光21與接收22分離，防止兩者相互干擾并降低損耗?！钡姆椒ㄟM行說明。本實施形態(tài)中，如圖3所示，對于反射鏡7，通過使發(fā)送光21通過與配置受光元件5的一側的相反側(圖3上方)，能與單芯雙向通信對應。
又，本實施形態(tài)所示的方式，因利用薄膜反射鏡7分離發(fā)送光21和接收光22，所以實質上能使分離部的損耗為零。又因為能使發(fā)送光21通過極靠近反射鏡的邊上，所以發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的交接幾乎為零，能使接收區(qū)域更加擴大。
再有，因為通過棱鏡11使發(fā)送光21從光纖2的外圍方向折射后射入，故能更加擴大接收區(qū)域，能夠得到相當高的接收效率。
關于接收光22和發(fā)送光21間的干擾，如前所述存在以下4個原因。
1)近端反射產生的干擾
2)內部散射光產生的干擾3)對方的微型組件反射產生的干擾4)遠端反射產生的干擾還再加上5)電氣干擾也是個問題。
首先，根據(jù)圖6對“1)近端反射產生的干擾”的防止方法進行說明。發(fā)送光21在光學構件10的棱鏡面11上折射，自光纖2的外圍部射入光纖2，其反射光(近端反射光17)朝著光纖2的光軸反射。
但在光學構件10上，設置在反射鏡7的端部，和棱鏡面11的端部連接的遮光部9，與光纖2接觸或設在離光纖2幾十～幾百μm的位置上，故近端反射光17利用遮光部9對于反射鏡7向和受光元件5的配置側相反的一側反射，即可以利用遮光部9防止近端反射光17射入受光元件(將其遮住)。
下面利用圖6對“2)內部散射光產生的干擾”的防止方法進行說明。發(fā)光元件4發(fā)射的發(fā)送光21的一部分不射入發(fā)送透鏡6，變成雜散光18，在光通信微型組件內散射。
但反射鏡7在光學上將受光元件5的配置側和發(fā)光元件4的配置側加以分離，能防止雜散光18和受光元件5耦合。還有，由于發(fā)光元件4的裝配誤差，發(fā)光元件4產生位置偏離時，也能防止未料到的雜散光18射入受光元件5，故能加大發(fā)光元件4的裝配公差，降低裝配成本。
另外，近端反射光17也成為雜散光在光通信微型組件內散射，但根據(jù)同樣的理由，可以防止其與受光元件5耦合。即反射鏡7在將接收光22反射、聚焦，并使其與受光元件5耦合的同時，具有作為在光學上從受光元件5將近端反射光17和雜散光18分離的，防干擾構件的作用。
還有，由于利用反射鏡7在光學上將受光元件5分離，所以可以不必留意散亂光18的影響地決定受光元件5的配置，起到能夠增加光通信微型組件1的設計自由度，能夠配置得容易進行組裝調整的效果。
以下參照圖7說明防止“3)對方的微型組件反射產生的干擾”的方法，在本實施形態(tài)所示的光通信微型組件1中，作為對方微型組件反射產生的原因主要有在受光元件5的表面反射的接收部反射光19再度與光纖2耦合的情況、以及從光纖2射出的接收光22的一部分由照射的面(主要是棱鏡面11)向光學構件10反射的棱鏡反射光20再次與光纖2耦合的情況這兩種情形。
通常，受光元件5的受光面通過用例如氮化硅等薄膜施以防反射涂膜(AR涂膜)防止接收光22的反射，提高接收光效率。通過這層防反射涂膜能減少接收部反射光19，但要完全防止受光元件5來的反射是件困難的事。另外，有時，由于接收光22的射入角度的關系，反射率會提高。
作為接收部反射光19與光纖2再度耦合的路徑，如圖7所示，大半為再次在聚光反射鏡7處反射，返回光纖2的方向。因此，最好是借助于例如受光元件5的傾斜配置或聚光反射鏡7的形狀等，設定成接收部反射光19不返回光纖2的配置。
對于棱鏡反射光20，通過使棱鏡面11的傾角最佳化，即使棱鏡反射光20射入光纖2，也可以使其不耦合。也就是說，只要使棱鏡反射光20以比光纖2的數(shù)值孔徑NA大的角度射入光纖2即可。因此，可以將棱鏡面11的傾角β設定成大于光纖2的NA。
但是，在將棱鏡面11的傾角做大的情況下，因為發(fā)送光21向光纖2射入的角度也變大，所以有時發(fā)送光21的耦合效率降低，或只有高次模激勵。因此，有必要對兩者折衷考慮設定棱鏡面11的傾斜角度β。
又，如前所述，通過改變光纖2擴大部29的形狀，能夠改變射入光纖2的發(fā)送光21相對于光纖2的光軸的角度，一并考慮該影響再決定棱鏡面11的傾斜角度β。另外，通過在接收光22照射的光學構件10的面(主要是棱鏡面11)上施以防反射涂膜也可使反射率減小。
以下就“4)遠端反射產生的干擾”的防止方法進行說明。如圖3所示，在光纖2的端面與光軸垂直時，由于光纖2和空氣的折射率差，對射出光量產生約4％的遠端反射。這一遠端反射可以通過改進光纖2的端面形狀的方法加以減低。
也可做成如圖5(a)～(c)所示的形狀。通過做成這類形狀，能夠改變光纖2端面處的遠端反射方向，通過采用大于光纖2的數(shù)值孔徑的角度，能使遠端反射不在光纖2中傳輸。
例如，對于光芯直徑1mm，數(shù)值孔徑NA為0.3的POF，取圖5(a)的形狀(曲率1.5mm)時，遠端反射降低至0.7％，取圖5(b)的形狀(傾角10°)時，遠端反射減低至0.4％。
另外，在光纖2的端面形狀為圖5(a)～(c)所示的形狀時，如前所述，通過使發(fā)送光21的入射條件等最佳化，能夠同時取得擴大接收區(qū)域，增加配置接收光學系統(tǒng)的自由度等效果。
以下就“5)電氣干擾”的防止方法進行說明。在圖3，心柱13和受光元件5的接地電極連接。另外，輔助固定架12由Sic等絕緣體構成，以此將發(fā)光元件4和受光元件5在電氣上分離。
另外，反射鏡7和光學構件10下部的電極16導通，通過電極16和心柱13電路連接。即從發(fā)光元件4的角度看時，受光元件5借助反射鏡7及心柱13在電氣上被屏蔽，以此能抑制電氣干擾。
還有，反射鏡7能通過將鋁、金等反射率高并具有導電特性的材料從圖3所示的光學構件10的下側蒸鍍形成。與此同時，形成電極16。反射鏡7及電極16因為在光學構件10下部一側的整個面上形成，所以不必利用蔭罩等形成圖案，能夠簡單地形成。
另外，發(fā)光元件4及監(jiān)視光電二極管14由發(fā)送部罩蓋15覆蓋。發(fā)送部罩蓋15與光學構件10、心柱13粘接，發(fā)光元件4與外部氣體隔絕，發(fā)送部罩蓋15與心柱13也形成電氣連接，也具有使發(fā)光元件4相對于外部電氣屏蔽的作用。
另外，因為光學構件10的一部分作為玻璃罩蓋那樣的，發(fā)光元件4的密封構件的一部分使用，所以，隨著構件件數(shù)減少，零部件成本可以降低，同時制造工序也能簡化。
以下就圖3所示光通信微型組件1的各構件進行說明。作為光纖2最好是使用例如POF等多模光纖。POF的芯材用PMMA(polymethyl methacrylate；聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯等透光性良好的塑料構成，包層由比上述芯材折射率低的塑料構成。
這樣的光纖2與石英制的光纖比，很容易地將其芯徑做大為從約200μm到1mm左右大小，和光通信微型組件1的耦合容易調整，能獲得廉價的雙向光通信環(huán)路3還有，如本實施形態(tài)，在空間上將發(fā)送光21和接收光22分離的情況下，考慮到光學系統(tǒng)的配置空間，最好是使用芯徑0.5mm以上的。另外，在POF的情況下，其包層比較薄，約為20μm左右。
另外，也可使用芯材為石英玻璃，包層由聚合物構成的PCF(plastic clad fiber塑料包層光纖)。PCF與POF相比具有價格貴但傳輸損耗小，傳輸頻帶寬的特點，因此，通過將PCF作為傳輸媒體，能得到可進行長距離通信或更高速通信的雙向光通信環(huán)路3。還有，當然也可以使用石英制的光纖。
另外，光纖2大致可分為其芯部的折射率均相同的SI(Step Index；階躍折射率)型光纖和中心部的折射率高，朝著其周圍折射率慢慢降低的GI(GradientIndex；梯度折射率)型光纖兩種。本實施形態(tài)的情況下，因為用GI型的光纖2時，光纖2的外圍部(擴大部29)處的發(fā)送光21的耦合效率變差，因此，發(fā)送光21的入射角度設定范圍變得更小，所以，最好是使用SI型光纖2。
另外，光纖2的端面形狀，如圖5(b)所示，不是中心對稱的形狀的情況下，插入光通信微型組件1的方向受到限制，所以以中心對稱的形狀為理想。
作為發(fā)光元件4可用半導體激光器或發(fā)光二極管(LED)。發(fā)光元件4最好是所發(fā)射的光的波長在使用的光纖2中傳輸損耗小，并價格低廉的發(fā)光元件，例如，用POF作為光纖2時，可用DVD等具有批量生產效果的，波長650nm的半導體激光器等。另外，在發(fā)光元件4的后部，配置著監(jiān)控用光電二極管14，使得發(fā)光元件4的光量保持一定。
光電檢測5將接收到的調制光的強弱變換成電信號。作為受光元件5可用在發(fā)光元件4的波長范圍中靈敏度高的光電二極管，例如，可用以硅為材料的PIN光電二極管、或雪崩光電二極管等。
光學構件10以PMMA或聚碳酸酯等塑料為材料，用注射成型等方法制作。而且，在作為反射鏡7的反射面的一側上用蒸鍍法等方法形成鋁、金等反射率高的金屬薄膜。反射鏡7利用從光學構件10的下方蒸鍍的方法，可以就不必用蔭罩等形成圖案，能簡單地形成。
另外，在光學構件10中，和心柱13接觸的下表面上形成電極16。電極16和反射鏡7一起同時用蒸鍍法等形成，至少其一部分連著反射鏡7，以此與反射鏡7導通。
反射鏡7可取將旋轉橢圓體、球面等曲面的一部分切去的形狀。在光學構件10上形成用于使發(fā)送光21聚光并與光纖2耦合的發(fā)送透鏡6、使發(fā)送光21折射并射入光纖2的棱鏡面11、以及發(fā)光元件4與受光元件5對準位置用的定位部(未圖示)。
這樣，通過使一個光學構件10具備多種功能，大大減少構件數(shù)量，同時因為能降低裝配時的公差，所以能得到低成本、小型的光通信微型組件1。還有，因為能在一個心柱13上與光纖2的光軸平行地配置發(fā)光元件4、受光元件5及光學構件10，所以就不需要復雜的裝配工序，可以減少工序道數(shù)。
以下就以本實施形態(tài)的構成測定接收效率的結果進行說明。作為光纖2使用芯徑980μm、包層厚度10μm、端面形狀為圖5(b)所示的球端面(曲率1.5mm)、錐度θ為16°，并且錐長度L為0.7mm的POF。作為聚光反射鏡7使用曲率2.3mm的球面的一部分，并且使用的反射鏡的反射率為89％。作為受光元件5，使用受光直徑0.34mm的PIN光電二極管。另外，發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的分離比為直徑方向上的長度比取3∶1。
將固定在光纖2上的光纖插頭26插入光纖插塞27，測定對于從光纖2射出的全部光量的，受光元件5的耦合效率(接收效率)，結果為-3.5dB(分貝)。另一方面，利用沒有擴大部29的POF，發(fā)送區(qū)域和接收區(qū)域的分離比以直徑方向的長度比取3∶7，并且其他條件和上述條件相同，測定接收效率，得到結果為-5.5dB。即，可以理解為本實施形態(tài)比以往在接收效率上有2dB的改善。
因此，接收效率因聚光反射鏡7等接收光學系統(tǒng)的設定或配置、所用的光纖2或受光元件5等而變化，但是如上所述，通過擴大光纖2的端面，接收區(qū)域得以擴大，因此能使接收效率得到提高。
另外，還確認了作為發(fā)光元件4使用波長650nm的激光二極管的發(fā)送光21與光纖2耦合。這時的近端反射和內部散射光產生的干擾是總計是發(fā)送光量的0.05％。還有，發(fā)送效率可以由發(fā)送透鏡6任意設定。
另外，光纖2端面上的遠端反射是光纖2的射出光量的0.7％，由于對方微型組件的反射產生的干擾是光纖2的射出光量的0.5％?？梢源_認，利用該光通信微型組件1在傳輸距離(光纖2長度)20m上，以500Mbps的傳輸速度進行全雙工通信時，位錯率(Bit Error Rate)為10-12以下。
實施形態(tài)2以下參照圖8就本發(fā)明的其他實施形態(tài)進行說明。還有，對于具有和上述實施形態(tài)中已說明過的部分同樣功能的構件，賦予同一編號，其說明省略。本實施形態(tài)中，其配置如圖8所示，經反射鏡7聚光的接收光22再在接收透鏡(第2接收光學系統(tǒng))24上聚光使接收效率更加提高。
另外，和接收透鏡24成一體形成的罩殼部(mould)32將受光元件5和配置在其邊上的前置放大器25封在一起。受光元件5及前置放大器25通過罩殼部32與外部氣體隔絕，能防止時效引起的性能降低。另外，因在罩殼部32上形成接收透鏡24，所以能實現(xiàn)小型化。
在接收透鏡24上被反射的第2接收部反射光23也會成為對方微型組件反射的原因。但是，第2接收部反射光23由于被接收透鏡24的形狀散射，所以能防止其返回光纖2。
電極16一部分與反射透鏡7導通，并且與受光元件5及前置放大器25的接地電極31導通。另外，電極16由于發(fā)光元件4與受光元件5在光學上、電氣上都分離、絕緣，從而有防止內部散射光引起的干擾或電氣、電磁干擾的作用。
發(fā)光元件4和輔助固定件12配置在發(fā)送桿30上。發(fā)送桿30與光學構件10的一部分對準位置而配置。發(fā)送桿30和接收側的接地電極31在電氣上分離。另外，發(fā)送桿30具有使受光元件5散熱的作用。
如上所述，使用圖8所示的光通信微型組件1，能一并運用聚光反射鏡7和接收透鏡24，提高接收效率，同時容易防止對方微型組件反射、內部散射光、近端反射、以及電氣、電磁干擾，而且小型又廉價，能獲得時效劣化程度小，性能穩(wěn)定等好處。
實施形態(tài)3以下再參照9就本發(fā)明的另一其他實施形態(tài)進行說明。還有，對于具有和在上述實施形態(tài)說明過的部分同樣功能的構件，賦予同一編號，其說明省略。
圖9表示與上述實施形態(tài)相比，將發(fā)送及接收的光學系統(tǒng)相反配置的情形。發(fā)光元件4射出的發(fā)送光21通過立式反射鏡33，反射到光纖2配置的方向上同時亦被聚光，再射入光纖2的擴大部29。另一方面，光纖2射出的接收光22通過接收透鏡24聚光并與受光元件5耦合。
立式反射鏡33及接收透鏡24形成于光學構件10。立式反射鏡33也有將發(fā)送光21和接收光22分離的防干擾構件的作用。
實施形態(tài)4下面參照圖10再對本發(fā)明的再一實施形態(tài)進行說明。對于具有與上述實施形態(tài)說明過的部分同樣功能的構件，賦予同一編號，其說明省略。
圖10表示從光纖2的外圍方向射入發(fā)送光21時的光學配置。發(fā)光元件4射出的發(fā)送光21通過發(fā)送透鏡6聚光，從光纖2的外圍方向向中心方向傾斜，與光纖2的擴大部29耦合。光纖2的端面與圖5(c)所示的一樣，是外圍部為凹面，內圓部為凹面的形狀，擴大部29為凹面的一部分。
發(fā)送光21射入光纖2時，向與光纖2光軸的夾角變小的方向折射。因此，即使以比光纖2的數(shù)值孔徑大的角度使發(fā)送光21射入光纖2也能與光纖2耦合，發(fā)送透鏡6(發(fā)送光學系統(tǒng))可配置在更靠近外圍部(圖10的右方)。因此，配置接收透鏡24(接收光學系統(tǒng))的空間更大，容易地配置接收效率高的接收光學系統(tǒng)。
另外，在發(fā)送光學系統(tǒng)和接收光學系統(tǒng)之間還配置著防干擾構件34，防干擾構件34防止發(fā)送光21和接收光22互相干擾。防干擾構件34觸及光纖2的端面配置或配置在其附近。
如上所述，使用上述實施形態(tài)所示光通信微型組件1和單芯光纖2的光學耦合結構，能防止近端反射、內部散亂光(雜散光)、遠端反射、以及對方微型組件反射產生的干擾，又能降低電氣的干擾，因此能高效地以一根光纖進行全雙工方式的雙向通信。
尤其是通過擴大光纖2的端面，使發(fā)送光21與該擴大部29耦合，以及將光纖2的端面形狀和發(fā)送光21的入射條件最佳化，從而擴大接收區(qū)，配置光學系統(tǒng)的自由度也增大，因此能得到接收效率高的光通信環(huán)路3。另外，又因使一個光學構件10持有多種功能，故造價低，外形小，并能獲得制作簡單的光通信微型組件1。
上述實施形態(tài)為一示例，本發(fā)明范圍并非囿于這些結構。本發(fā)明之特點為使發(fā)送光21耦合于光纖2的擴大部29，采用其他的光學系統(tǒng)配置也能獲得同樣的效果。另外，例如還能采用下述構成。
單芯光纖和雙向光通信微型組件的光學耦合結構是將單芯的光纖作為傳輸媒體能在雙向上進行光通信的雙向光通信微型組件和該光纖的光學耦合結構，該雙向光通信微型組件采用的結構是，具有發(fā)生發(fā)送光的發(fā)光元件和接收上述光纖射出的接收光的受光元件，同時上述光纖的與上述雙向光通信微型組件耦合的端面具有較其芯部大的經擴大過的擴大區(qū)域，從上述光纖端面的上述發(fā)送光耦合的區(qū)域以外射出的接收光至少一部分被耦合于上述受光元件的結構。
采用上述構成，利用射入發(fā)送光的區(qū)域以外的接收光，所以容易將光纖端面反射的發(fā)送光和接收光分離，能夠減少干擾。又因光纖的端面被擴大，因此可以增加裝配公差。又容易進一步擴大接收區(qū)域，所以能提高接收效率。
再者，上述光學的耦合結構能采用使上述發(fā)送光至少一部分與上述光纖的擴大區(qū)域相耦合的構成。
采用上述的結構，可以擴大接收區(qū)，可以使發(fā)送光射入接收光射出量較少的區(qū)域，故能使光纖射出的接收光高效地耦合于受光元件。
再者，上述光學耦合結構可以采用具有將上述接收光聚光并使其與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)的構成。
采用上述的結構，利用接收光學系統(tǒng)可以把接收光導向受光元件，能在小型的受光元件上高效聚光，或增加受光元件配置位置的自由度。
再者，上述光學耦合結構可以采用設置防干擾構件的構成，能夠防止上述發(fā)送光的一部分與上述受光元件耦合。
采用上述的構成能防止發(fā)送光對接收光干擾，可得到高信噪比。
再者，上述光學耦合結構，所述防干擾構件為反射鏡，該反射鏡也是反射上述接收光同時將其聚光，并使其與受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)。
采用上述的結構，接收光學系統(tǒng)和防干擾構件可采用同一構件，故能將光通信微型組件小型化。另外，通過將防干擾構件做成薄膜反射鏡，能防止因防干擾構件引起的接收效率降低，可取得頗高的接收效率。
再者，上述光學耦合結構可采用在上述光纖的端面上使上述發(fā)送光折射后與光纖耦合的構成。
采用上述的結構，則即使使發(fā)送光射入光纖的射入角度大于光纖的數(shù)值孔徑，也能夠通過使其在光纖中折射，使其與光纖耦合，增加發(fā)送光學系統(tǒng)的配置自由度。容易將激勵NA做小，能使光纖中的傳輸損耗、振蕩型色散減小，可以使傳送頻帶提高。
再者，上述光學耦合結構可以采用設定光纖端面形狀及發(fā)送光射入光纖的射入角度，使得上述發(fā)送光的光軸和上述光纖的光軸的交角在上述發(fā)送光與上述光纖耦合后變得比耦合之前小的結構。
采用上述的結構，可以將射入光纖的發(fā)送光的數(shù)值孔徑減小，故能減小因振蕩型色散引起的頻帶降低。又可以將發(fā)送光學系統(tǒng)配置在離開光纖的光軸的位置上，增加了光學系統(tǒng)配置自由度。
再者，上述光學耦合結構可采用使上述發(fā)送光光軸從光纖的外圍方向向內圓方向傾斜并使其與上述光纖耦合的結構。
采用上述的結構，使發(fā)送光從外圍部射入，可以更擴大接收區(qū)。增加接收光學系統(tǒng)的配置自由度，能方便地配置接收效率高的接收光學系統(tǒng)。
再者，上述光學耦合結構可采用上述光纖具有其直徑隨著靠近端面而慢慢變粗的錐形部，上述光纖的光軸和該錐形部的夾角比由光纖的數(shù)值孔徑規(guī)定的角度大的構成。
采用上述構成，因光纖傳輸?shù)慕邮展獠粫丈湓阱F部，故能減少接收光的損失。另外，還容易把發(fā)送光導往光纖的芯部。
再者，上述光學耦合結構可以采用上述錐形部的長度L滿足L＜r/NA的光學的結構；2r為上述光纖的芯徑，NA為光纖的數(shù)值孔徑。
采用上述的結構，能抑制光纖射出的接收光從光纖端面分散射出的情況，接收光容易聚光。
再者，上述光學耦合結構可采用上述光纖的端面其外圍部是凹面形狀，內圓部是凸面形狀的構成。
采用上述的結構，通過使發(fā)送光在凹面部處折射，能使發(fā)送光從光纖的更靠近外圍部分耦合。光纖射出的接收光在凸面部被聚光，所以接收光學系統(tǒng)的設計就變得容易，可以提高接收效率。
再者，上述光學耦合結構可以采用上述光纖為塑料光纖的構成。
采用上述的結構，可以用POF作為光纖，因此彎曲損耗小，不易折斷，而且容易制成芯徑1mm左右的大口徑的光纖，故光纖和雙向光通信微型組件間的耦合容易調整，并且可以以低廉的價格實現(xiàn)雙向光通信環(huán)路。再者，端面容易加工成任意形狀。
如上所述，本發(fā)明的光通信微型組件為以單芯的光纖為傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件，上述光通信微型組件其構成為，具備發(fā)生發(fā)送光的發(fā)光元件、使上述發(fā)送光與上述光纖耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收上述光纖射出的接收光的受光元件、和使上述接收光與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)；對著傳輸光的芯部的端部的至少一端具有比芯部的其他部分大的擴大部的光纖，配置上述接收光學系統(tǒng)，以使上述受光元件能夠接收從具有該擴大部的上述端部射出的接收光。
這樣，上述端部的發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光的強度減低，所以起到能抑制因受光元件接收不到該區(qū)域射出的接收光而產生的接收效率降低的效果。
另外，本發(fā)明的光通信微型組件如上所述，是以單芯的光纖作傳輸媒體，進行雙向光通信的光通信微型組件，上述光通信微型組件其構成為，具備發(fā)生發(fā)送光的發(fā)光元件、使上述發(fā)送光與上述光纖耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收從上述光纖射出的接收光的受光元件、和使上述接收光與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)；對著具有擴大部、即傳輸光線的芯部的端部至少一方比芯部的其他部分大的擴大部的光纖，配置上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)，使上述發(fā)送光與具有上述擴大部的上述端部耦合的區(qū)域至少一部分包含在上述擴大部之內。
這樣，從上述發(fā)送光耦合區(qū)射出的接收光強度顯著降低，所以起到能大幅度地抑制因受光元件接收不到上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光而引起的接收效率降低的效果。
再有，本發(fā)明的光通信微型組件，如上所述，在上述的構成中，將上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)配置得使上述發(fā)送光傳送方向朝內側傾斜地耦合于上述光纖的端部。
采用上述的結構，則同使上述發(fā)送光在上述光纖的端部與上述光纖的光軸平行地耦合的情況相比，能將上述發(fā)光元件和上述發(fā)送光學系統(tǒng)配備在離開上述光軸的位置。這樣，能將上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)配置在較上述發(fā)送光耦合區(qū)更近直徑方向外側的位置上，故起到增大配置上述受光元件及上述接收光學系統(tǒng)的自由度的效果。
再者，也可配置所述接收光學系統(tǒng)，使得上述受光元件能接收從上述光纖的具有上述擴大部的上述端部射出的接收光。
另外，本發(fā)明的光纖如上所述是光通信用的傳輸媒體，傳輸光線的芯部的端部至少一方有比芯部的其他部分擴大的擴大部，所述光纖從有著上述擴大部的端部越朝上述光纖的光軸方向向前越慢慢變細的錐形部，該錐形部的構成做成上述光纖的光軸和該錐形部的夾角比上述光纖的數(shù)值孔徑所規(guī)定的角度大的結構。
這樣，從上述發(fā)送光耦合區(qū)射出的接收光的強度降低，因此起到能抑制因受光元件接收不到上述發(fā)送光耦合區(qū)射出的接收光而引起的接收效率降低的效果。
另外，本發(fā)明涉及的光纖如上所述，是作為光通信用傳輸媒體的光纖，其構成為，傳輸光線的芯部的端部至少一方具有比芯部的其他部分大的擴大部，該擴大部的端面為凹狀。
只要，與端部耦合前的發(fā)送光傳送方向和上述光軸間夾角可增大，所以起到這樣的效果，即可把將發(fā)送光射入光纖用的發(fā)光元件及發(fā)送光學系統(tǒng)配置在較以往更靠直徑方向外側，同時還能提高配置進行光通信的光通信微型組件的各構成要素的配置自由度。
再有，本發(fā)明的光纖其構成如上所述，即在上述的構成中，具有上述擴大部的端部其中央部為凹面狀。
采用上述的結構，從上述端部射出的接收光被聚光，故能將使接收光與受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)尺寸縮小。這樣，在上述光通信微型組件中，起到使尺寸小型化，提高配置各構成要素自由度的效果。
另外，本發(fā)明的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構如上所述，是單芯的光纖和以該光纖作傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件的光學耦合結構，其構成為，上述光纖在傳輸光線的芯部的端部至少一方上具有比芯部的其他部分大的擴大部，上述光通信微型組件具備發(fā)生發(fā)送光的發(fā)光元件、使上述發(fā)送光與上述光纖耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收從上述光纖射出的接收光的受光元件、和使上述接收光與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)；上述受光元件及上述接收光學系統(tǒng)配置成能夠接收從上述光纖的具有上述擴大部的上述端部射出的接收光的結構。
這樣，上述端部的發(fā)送光耦合區(qū)射出的接收光強度降低，故起到能抑制因受光元件接收不到該區(qū)域射出的接收光而引起接收效率降低的效果。
另外，本發(fā)明的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構如上所述，是單芯光纖和以該光纖作傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件的光學耦合結構，其構成為，上述光纖在傳輸光線的芯部的端部至少一方上，具有比芯部的其他部分大的擴大部，上述光通信微型組件具備，發(fā)生發(fā)送光的發(fā)光元件，使上述發(fā)送光與上述光纖端部耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)、接收上述光纖射出的接收光的受光元件、和使上述接收光與上述受光元件耦合的接收光學系統(tǒng)；上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)配置成在具有上述光纖的上述擴大部的上述端部，上述發(fā)送光耦合的區(qū)域至少一部包括在上述擴大部之內。
這樣，上述發(fā)送光耦合區(qū)射出的接收光強度顯著降低，故起到能大幅度抑制因受光元件接收不到上述發(fā)送光耦合區(qū)射出的接收光而引起的接收效率降低的效果。
再有，本發(fā)明涉及的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構如上所述，在上述構成中，將上述光纖的端部形狀和上述發(fā)送光向上述光纖射入的角度設定成使得上述發(fā)送光的傳送方向和上述光纖光軸的夾角在上述發(fā)送光與上述光纖耦合后比耦合前要小。
這樣，能將輸入光纖的發(fā)送光的數(shù)值孔徑做小，所以起到能減少因振蕩型色散引起的頻率降低的效果。另外，能將發(fā)送光學系統(tǒng)配置在離開光纖光軸的位置，故起到能提高配置光學系統(tǒng)的自由度的效果。
再有，本發(fā)明的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構其構成如上所述，在上述構成中，上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)配置成使上述發(fā)送光與上述光纖的端部耦合，而且使其傳送方向向內側傾斜地耦合。
采用上述的結構，與使上述發(fā)送光在上述光纖端部和上述光纖光軸平行地耦合的情況相比，上述發(fā)光元件及上述發(fā)送光學系統(tǒng)能配置在離開上述光軸的位置上。另外，通過使上述發(fā)送光向內側傾斜射入，能更擴大接收區(qū)，因此，起到能提高配置受光元件及接收光學系統(tǒng)的自由度、容易配置接收效率高的接收光學系統(tǒng)的效果。
還有，也可將上述接收光學系統(tǒng)配置成上述受光元件接收從上述光纖的具有上述擴大部的上述端部射出的接收光。
再者，本發(fā)明的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構其構成為，如上所述，在上述構成中，上述光纖形成從有前端擴大部的端部開始沿上述光纖光軸方向越向內越慢慢變細的錐形部，該錐形部具有上述光纖光軸與該錐形部的夾角比上述光纖的數(shù)值孔徑所規(guī)定的角度大的結構。
采用上述的結構，如前所述，上述端部的擴大部就存在著沒有傳送的光線射出的區(qū)域。這樣，從上述擴大部射出的接收光的單位面積光量減少。
因此，在上述擴大部包含上述發(fā)送光耦合區(qū)時，從上述發(fā)送光耦合區(qū)射出的接收光強度確實降低。這樣，能可靠地抑制因受光元件接收不到上述發(fā)送光耦合區(qū)域射出的接收光而引起接收效率降低，即起到能可靠地提高接收效率的效果。
再有，本發(fā)明的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構其構成為如上所述，在上述構成中，形成上述錐形部，上述錐形部的長度L滿足L＜r/NA的關系，其中2r為上述光纖的芯徑，NA為光纖的數(shù)值孔徑。
采用上述結構，能抑制光纖射出的接收光從光纖的端面擴展射出，起到接收光容易聚光的效果。
再有，本發(fā)明的光纖和光通信微型組件的光學耦合結構如上所述，在上述構成中，上述光纖上具有上述擴大部的端部，其周圍的上述擴大部是凹狀，中央部是凹面狀。
采用上述的結構，通過在凹部使發(fā)送光折射，起到能將發(fā)送光從更近光纖直徑方向外側耦合的效果。又，在凸面部，光纖射出的接收光被聚光，故起到接收光學系統(tǒng)的設計容易，接收效率可以提高的效果。
本發(fā)明的詳細說明項中所說明的具體實施形態(tài)或實施例，歸根結底，在于弄清本發(fā)明的技術內容，本發(fā)明并非僅限于那些具體示例，不應該被狹義地解釋，在本發(fā)明的精神和下述的權利要求范圍內，可作種種變更并實施。
權利要求
1.一種光通信微型組件，將單芯光纖(2)作為傳輸媒體，進行雙向光通信，其特征在于，所述光通信微型組件(1)具備發(fā)生發(fā)送光(21)的發(fā)光元件(4)、使所述發(fā)送光(21)與所述光纖(2)耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)、接收所述光纖(2)射出的接收光(22)的受光元件(5)、以及使所述接收光(22)與所述受光元件(5)耦合的接收光學系統(tǒng)(7、24)，對著具有傳送光線的芯部(28)的端部至少一方比芯部(28)的其他部分大的擴大部(29)的光纖(2)，配置所述接收光學系統(tǒng)(7、24)，使所述受光元件(5)接收從具有該擴大部(29)的所述端部射出的接收光(22)。
2.一種光通信微型組件，將單芯光纖(2)作為傳輸媒體進行雙向光通信，其特征在于，所述光通信微型組件(1)具備發(fā)生發(fā)送光(21)的發(fā)光元件(4)、使所述發(fā)送光(21)與所述光纖(2)耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)、接收所述光纖(2)射出的接收光(22)的受光元件(5)、以及使所述接收光(22)與所述受光元件(5)耦合的接收光學系統(tǒng)(7、24)，對著具有傳送光線的芯部(28)的端部至少一方比芯部(28)的其他部分大的擴大部(29)的光纖(2)，配置所述發(fā)光元件(4)及所述發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)，使所述發(fā)送光(21)與具有所述擴大部(29)的所述端部耦合的區(qū)域至少一部分包括在所述擴大部(29)之內。
3.根據(jù)權利要求2所述的光通信微型組件，其特征在于，所述發(fā)光元件(4)及所述發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)配置成使所述發(fā)送光(21)與所述光纖(2)的端部耦合，而且其傳送方向向內側傾斜。
4.根據(jù)權利要求2所述的光通信微型組件，其特征在于，所述接收光學系統(tǒng)(7、24)配置成使所述受光元件(5)接收從所述光纖(2)的具有所述擴大部(29)的所述端部射出的接收光(22)。
5.一種光纖(2)，是光通信用的傳送媒體，其特征在于，傳送光線的芯部(28)的端部至少一方具有比芯部(28)的其他部分大的擴大部(29)，所述光纖(2)具有從有所述擴大部(29)的端部沿所述光纖(2)的光軸方向向內慢慢變細的錐形部(8)，該錐形部(8)做成所述光纖(2)的光軸和該錐形部(8)的夾角比所述光纖(2)的數(shù)值孔徑所規(guī)定的角度大。
6.一種光纖(2)，是光通信用的傳輸媒體，其特征在于，傳送光線的芯部(28)的端部的至少一方具有比芯部(28)的其他部分大的擴大部(29)，該擴大部(29)的端面為凹狀。
7.根據(jù)權利要求6所述的光纖(2)，其特征在于，具有所述擴大部(29)的端部，其中央部為凸面狀。
8.一種光纖(2)和光通信微型組件(1)光學耦合結構，是單芯的光纖(2)和以該光纖(2)作傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件(11)的光學耦合結構，其特征在于，所述光纖(2)在傳送光線的芯部(28)的端部的至少一方具有比芯部(28)的其他部分大的擴大部(29)，所述光通信微型組件(1)具備發(fā)生發(fā)送光(21)的發(fā)光元件(4)、使所述發(fā)送光(21)與所述光纖(2)耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)、接收所述光纖(2)射出的接收光(22)的受光元件(5)、以及使所述接收光(22)與所述受光元件(5)耦合的接收光學系統(tǒng)(7、24)，所述受光元件(5)及所述接收光學系統(tǒng)(7、24)配置成能夠接收從所述光纖(2)的具有所述擴大部(29)的所述端部射出的接收光(22)。
9.一種光纖(2)和光通信微型組件(1)的光學耦合結構，是單芯的光纖(2)和以該光纖(2)作傳輸媒體進行雙向光通信的光通信微型組件(1)的光學耦合結構，其特征在于，所述光纖(2)在傳送光線的芯部(28)的端部的至少一方具有比芯部(28)的其他部分大的擴大部(29)，所述光通信微型組件(1)具備發(fā)生發(fā)送光(21)的發(fā)光元件(4)、使所述發(fā)送光(21)與所述光纖(2)端部耦合的發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)、接收所述光纖(2)射出的接收光(22)的受光元件(5)、以及使所述接收光(22)與所述受光元件(5)耦合的接收光學系統(tǒng)(7、24)，所述發(fā)光元件(4)及所述發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)配置成所述光纖(2)的具有所述擴大部(29)的所述端部上耦合所述發(fā)送光(21)的區(qū)域的至少一部分包括在所述擴大部(29)之內。
10.根據(jù)權利要求9所述的光纖(2)和光通信微型組件(1)的光學耦合結構，其特征在于，設定所述光纖(2)的端部形狀和所述發(fā)送光(21)射入所述光纖(2)的角度，使得所述發(fā)送光(21)的傳送方向和所述光纖(2)光軸形成的夾角同所述發(fā)送光(21)與所述光纖(2)耦合前相比，耦合后的該角度要小。
11.根據(jù)權利要求9所述的光纖(2)和光通信微型組件(1)的光學耦合結構，其特征在于，所述發(fā)光元件(4)及所述發(fā)送光學系統(tǒng)(6、33)配置成使所述發(fā)送光(21)與所述光纖(2)的端部耦合，并且是其傳送方向向內側傾斜地耦合。
12.根據(jù)權利要求9所述的光纖(2)和光通信微型組件(1)的光學耦合結構，其特征在于，所述受光元件(5)及所述接收光學系統(tǒng)(7、24)配置成能夠接收所述光纖(2)的具有所述擴大部(29)的所述端部射出的接收光(22)。
13.根據(jù)權利要求9所述的光纖(2)和光通信微型組件(1)的光學耦合結構，其特征在于，所述光纖(2)形成從具有所述擴大部(29)的端部沿著所述光纖(2)的光軸方向向內慢慢變細的錐形部(8)，該錐形部(8)，所述光纖(2)的光軸和該錐形部(8)形成的角度比由所述光纖(2)的數(shù)值孔徑所規(guī)定的角度大。
14.根據(jù)權利要求8或9所述的光纖(2)和光通信微型組件(1)光學耦合結構，其特征在于，形成所述錐形部(8)，使所述光纖(2)的芯徑2r、光纖(2)的數(shù)值孔徑NA、以及所述錐形部(8)的長度L，滿足L＜r/NA的關系。
15.根據(jù)權利要求8或9所述的光纖(2)和光通信微型組件(1)的光學耦合結構，其特征在于，在所述光纖(2)，具有所述擴大部(29)的端部，其周圍的所述擴大部(29)為凹狀，中央部為凸面形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及光通信微型組件和光纖及兩者的光學耦合結構。光纖在傳輸光線的芯部的端部至少一方，具有比芯部的其他部分擴大的擴大部。光通信微型組件具備發(fā)生發(fā)送光的發(fā)光元件、使發(fā)送光與光纖端部耦合的發(fā)送透鏡、接收從光纖射出的接收光的受光元件、以及使接收光與受光元件耦合的聚光反射鏡。發(fā)光元件及發(fā)送透鏡配置成發(fā)送光與光纖的端部耦合的區(qū)域至少一部分被包括在擴大部內。受光元件及聚光反射鏡配置成能接收從具有擴大部的端部射出的接收光。
文檔編號G02B6/42GK1444066SQ0312027
公開日2003年9月24日 申請日期2003年3月7日 優(yōu)先權日2002年3月7日
發(fā)明者藤田英明, 石井賴成, 田村壽宏 申請人:夏普株式會社