[发明专利]光学仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光纤通讯系统中的光学仪器，尤其是一种采用设置了反射层的梯度折射率棒形透镜的光学仪器。

背景技术

近年来，由于互联网的迅速普及，人们迫切需要增大光纤通讯网络的容量。波长分割多路传输(WDM)通讯作为一种增大容量的方法得到迅速发展。在WDM通讯中，波长略有不同的光束分量被分别解调并混合成为一个光学信号，这样通过一个光纤就可以将这个光学信号进行传输。在传输的末端，这个由不同波长的光束分量混合而成的光学信号被按照波长区分为不同波长的光束分量，这样就可以接收到具有不同波长的光束分量。将光束分量混合成为一个光学信号的过程称为“多路传输”，将一个光学信号区分为不同波长的光束分量的过程称为“多路分解”。使用光纤的多路转换器/多路分解器是完成这种多路传输/多路分解的一种方法。

图6的上半部分显示了多路转换器的一个例子。如图6的上半部分所示，波长多路转换器具有三条光纤、一对透镜和一个滤光器。即，波长为λ1的光由光纤101输出，并输入到棒形透镜103中，这条波长为λ1的光被棒形透镜103转变为平行光束后到达滤光器104。滤光器104反射波长为λ1的光。被反射的光再次进入棒形透镜103并由棒形透镜103会聚。会聚的光被耦合至光纤102。另一方面，波长为λ2的光由光纤111输出，被棒形透镜113转变为平行光束后到达滤光器104。这条波长为λ2的光由滤光器104传送至棒形透镜103，并由棒形透镜103会聚。会聚的光被耦合至光纤102。采用这种方式，一条从光纤101输出的波长为λ1的光线分量和一条从光纤111输出的波长为λ2的光线分量被多路传输，从而多路传输的光被耦合至光纤102。

图6的下半部分显示了多路分解过程。即，波长为λ1和λ2的光线分量由光纤102输出并输入至棒形透镜103。这些光线分量被棒形透镜103转变为平行光束后到达滤光器104。滤光器104反射波长为λ1的光。被反射的光再次进入棒形透镜103，并由棒形透镜103会聚。会聚的光线被耦合至光纤101。另一方面，波长为λ2的光被棒形透镜103转变为平行光束后到达滤光器104。这条光线分量由滤光器104传送至棒形透镜113并由棒形透镜113会聚。会聚的光线被耦合至光纤112。采用这种方式，一条从光纤102输出的波长为λ1和λ2的光线分量和被多路分解并送至光纤101和112。

当实际使用图6所示的光学系统时，滤光器4与左侧棒形透镜3的一个端面43b接触，如图7所示。附带说明，图7中并未显示右侧棒形透镜。当按照图7所示安放滤光器4时，由于光学系统制成一个模块，并不需要分别放置和固定棒形透镜和滤光器。从长远角度看，这样能增强光学系统的稳定性，并使其易于装配。这种构造有效地利用了棒形透镜具有平端面的特性。

在图7中，一条输出光纤1和一条输入光纤2彼此平行放置，与图6中的光纤相似。光纤1和2的端面41和42要通过一个具有适当距离的间隔朝向棒形透镜3的端面43a放置。这个间隔可以由一个空气层形成，也可以填充一种介质5，例如匹配油或者粘合剂。

例如，棒形透镜3的折射率分布情况可由下面的公式得出(请参阅日本专利公开文件No.91316/1985)：

n(r)²＝n₀²×{1-(g×r)²+h₄(g×r)⁴+h₆(g×r)⁶+h₈(g×r)⁸+...}

其中：r为从棒形透镜的光轴测量的径向距离，r₀是棒形透镜的有效半径，n₀是棒形透镜在其光轴上的折射率，g是二阶梯度折射率分布系数，h₄、h₆和h₈分别是四、六和八阶梯度折射率分布系数。

棒形透镜的周期长度P等于2π/g。当棒形透镜在光轴上的长度Z设定为略小于0.25P时，从光纤1发出的光通量在设置了滤光器4的端面上被校正为近似的平行光线。因此，由滤光器4反射的光通量再次会聚并返回到光纤2。

当光纤1端面41的位置在光轴21的方向上和与光轴21垂直的方向上被调整，而两条光纤1和2与棒形透镜3的光轴23平行，从光纤1发出的光通量集中在光纤2的光轴22上的端面42上，由此获得较高的耦合效率。