本發(fā)明涉及一種使帶grin透鏡光纖相對(duì)置的光耦合器及其光耦合方法。

背景技術(shù)：

在使用光纖的光信息傳輸系統(tǒng)中，使從一方的光纖端射出的光經(jīng)由空間入射到另一方的光纖端的光耦合器是能夠在其空間內(nèi)插入波長(zhǎng)選擇器、分光器、光開(kāi)關(guān)、光隔離器、光調(diào)變器等功能元件的功能性較高的光模組。這種光耦合器以往是通過(guò)使用一對(duì)凸透鏡的準(zhǔn)直器，使通過(guò)空間的光接近平行光，但存在使用凸透鏡的準(zhǔn)直器相對(duì)于光纖外徑直徑較大，不能應(yīng)對(duì)光傳輸系統(tǒng)的細(xì)徑化/高密度化要求的問(wèn)題。

對(duì)此，作為能夠應(yīng)對(duì)細(xì)徑化/高密度化要求的光耦合器，已知有配置為將光纖和grin透鏡(折射率分布型透鏡)在同軸上接合、并使一對(duì)grin透鏡的前端面隔開(kāi)規(guī)定的透鏡間距離地相對(duì)置的光纖準(zhǔn)直器對(duì)(參考下述專利文獻(xiàn)1)。如圖1的(a)所示，在這里使用的grin透鏡為與光纖大致同直徑的圓柱狀，如圖1的(b)所示，具有在中心軸的折射率n1最高、并且折射率n隨著從中心軸向外周方向遠(yuǎn)離而以二次曲線狀連續(xù)降低的折射率分布，若由距中心軸的距離r的函數(shù)n(r)表示該折射率分布的截面方向x、y的折射率n，能夠由下述式(1)表示。

[數(shù)學(xué)式1]

其中，g為表示grin透鏡的聚光能力的常數(shù)(分布常數(shù))，n1為grin透鏡的中心折射率，r為半徑方向上的距離(r²＝x²+y²)，n2為在透鏡半徑r處的折射率。中心折射率n1與分布常數(shù)g、透鏡半徑r的關(guān)系由下述式(2)表示。

[數(shù)學(xué)式2]

其中，na稱為數(shù)值孔徑numericalaperture(以下，簡(jiǎn)稱為“na”)，是表示透鏡性能的參數(shù)。na較高的透鏡為光的聚光能力較高的透鏡。

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2008-20560號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)1：jungw,benalcazarwa,ahmada,sharmau,tuhandboppartsa,"numericalanalysisofgradientindexlens-basedopticalcoherencetomographyimagingprobes",j.biomed.opt.15(6),066027(december30,2010)

非專利文獻(xiàn)2：marcused,"lossanalysisofsingle-modefibersplices",bellsystemtechnicaljournal,56:5.may-june1977pp703-718

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)課題

圖2示出使帶grin透鏡光纖10相對(duì)置而成的光耦合器1。該光耦合器1將光纖11與grin透鏡12在同軸上接合后，設(shè)定透鏡間距離wd并使它們相對(duì)置。作為光耦合器1的結(jié)構(gòu)例，接合石英類grin透鏡12與作為單模光纖的光纖11，在將光纖11的數(shù)值孔徑設(shè)為naf、將grin透鏡12的數(shù)值孔徑設(shè)為nag的情況下，0.090≤nag≤0.17且naf≤nag，并且，在將光纖11的外徑設(shè)為df、將grin透鏡12的外徑設(shè)為r的情況下，df-3μm≤r≤df。

在透鏡間距離wd較短時(shí)，使帶grin透鏡光纖10相對(duì)置而成的光耦合器1中的grin透鏡的光軸方向上的長(zhǎng)度z被設(shè)定為由下述式(3)表示的z1/4的長(zhǎng)度，或者其奇數(shù)倍的長(zhǎng)度，但由于將透鏡間距離wd設(shè)定得較長(zhǎng)時(shí)會(huì)提高耦合效率，因此將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定為比z1/4長(zhǎng)。

z1/4＝π/(2g)…(3)

如圖3所示，若將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)為比由上述(3)式表示的z1/4長(zhǎng)，則從光纖11射出的光近似成為高斯光束，若將其通過(guò)grin透鏡12進(jìn)行聚光，則不會(huì)收攏成一點(diǎn)而是收攏成某一大小(2ω0)的直徑。將該收攏狀態(tài)的部分稱為束腰，將其直徑2ω0稱為束腰直徑。

使grin透鏡12的長(zhǎng)度z在由上述式(3)表示的z1/4與z1/2＝2×z1/4之間變化時(shí)，束腰直徑2ω0與從grin透鏡12的光射出側(cè)端面到束腰位置的距離(束腰距離)l0如圖3所示變化。即，若使grin透鏡12的長(zhǎng)度z在z1/2＞z＞z1/4之間以z1＞z2＞z3逐漸變小的方式變化，則束腰直徑2ω0逐漸變大，束腰距離l0也逐漸變大，但束腰直徑2ω0和束腰距離l0在各不相同的透鏡長(zhǎng)度z具有峰值。

在使具有這種聚光特性的帶grin透鏡光纖10在同軸上左右對(duì)稱地相對(duì)置而成的光耦合器1，通過(guò)將grin透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定為z1/4＜z＜z1/2，能夠在grin透鏡12的端面之間設(shè)定有效的透鏡間距離wd，并且，通過(guò)將透鏡間距離wd設(shè)定為束腰距離l0的2倍(wd＝2×l0)，能夠使耦合效率最佳化。

然而，通過(guò)光纖11傳輸不同波長(zhǎng)的光時(shí)，在具備具有特定的折射率分布的grin透鏡的光耦合器中，由于折射率賦予物質(zhì)自身的分散而使透鏡的折射率分布按每個(gè)傳輸光的波長(zhǎng)發(fā)生變化，其結(jié)果，束腰距離l0成為不同值，因此若基于相對(duì)于特定波長(zhǎng)的束腰距離l0來(lái)設(shè)定透鏡間距離wd(＝2×l0)，則產(chǎn)生通過(guò)進(jìn)行傳輸?shù)钠渌ㄩL(zhǎng)的光不能得到最佳耦合效率的問(wèn)題。

本發(fā)明將解決這種問(wèn)題為課題的一例。即，本發(fā)明的目的為，使帶grin透鏡光纖在同軸上隔開(kāi)規(guī)定透鏡間距離地相對(duì)置而成的光耦合器中，即使傳輸不同波長(zhǎng)的光時(shí)，也無(wú)需按每個(gè)波長(zhǎng)改變透鏡間距離的設(shè)定，就能夠在各波長(zhǎng)下得到適合的耦合效率等。

用于解決技術(shù)課題的手段

為了實(shí)現(xiàn)這種目的，本發(fā)明的光耦合器，使帶grin透鏡光纖在同軸上隔開(kāi)已設(shè)定的透鏡間距離地相對(duì)置而成，將一方的帶grin透鏡光纖的傳輸光耦合于另一方的帶grin透鏡光纖，其中，該帶grin透鏡光纖由光纖和grin透鏡在同軸上接合而成，該光耦合器的特征在于，以使所述透鏡間距離的中間位置與所述傳輸光中最短波長(zhǎng)的光的束腰位置對(duì)準(zhǔn)的方式設(shè)定所述透鏡間距離的中間位置，根據(jù)因所述傳輸光中與所述最短波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)的光的束腰位置的距離偏移所產(chǎn)生的耦合損失的底部來(lái)設(shè)定沿所述grin透鏡的光軸方向的透鏡長(zhǎng)度。

并且，本發(fā)明的帶grin透鏡光纖的光耦合方法，用于使帶grin透鏡光纖在同軸上隔開(kāi)已設(shè)定的透鏡間距離地相對(duì)置，將一方的帶grin透鏡光纖的傳輸光耦合于另一方的帶grin透鏡光纖，其中，該帶grin透鏡光纖由光纖和grin透鏡在同軸上接合而成，該光耦合方法的特征在于，以使所述透鏡間距離的中間位置與所述傳輸光中最短波長(zhǎng)的光的束腰位置對(duì)準(zhǔn)的方式設(shè)定所述透鏡間距離的中間位置，根據(jù)因所述傳輸光中與所述最短波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)的光的束腰位置的距離偏移所產(chǎn)生的耦合損失的底部來(lái)設(shè)定沿所述grin透鏡的光軸方向的透鏡長(zhǎng)度。

發(fā)明效果

依具有這種特徵的本發(fā)明，在使帶grin透鏡光纖在同軸上隔開(kāi)規(guī)定透鏡間距離地相對(duì)置的光耦合器及光耦合方法中，即使傳輸不同波長(zhǎng)的光時(shí)，也無(wú)需按每個(gè)波長(zhǎng)改變透鏡間距離的設(shè)定，就能夠在各波長(zhǎng)下得到適當(dāng)?shù)鸟詈闲省?/p>

附圖說(shuō)明

圖1是表示grin透鏡的折射率分布的說(shuō)明圖。

圖2是表示使帶grin透鏡光纖相對(duì)置而成的光耦合器的說(shuō)明圖。

圖3是表示帶grin透鏡光纖中，改變grin透鏡長(zhǎng)度時(shí)，射出光的聚光特性的差異的說(shuō)明圖。

圖4是表示涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器的設(shè)計(jì)方法的說(shuō)明圖。

圖5是表示涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器的透鏡長(zhǎng)度的設(shè)定例的說(shuō)明圖(表示改變透鏡長(zhǎng)度z時(shí)的各波長(zhǎng)(λ1、λ2、λ3)的光的束腰距離l0的曲線圖)。

圖6是表示涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器的透鏡長(zhǎng)度的設(shè)定例的說(shuō)明圖(表示改變透鏡長(zhǎng)度z時(shí)的各波長(zhǎng)(λ1、λ2、λ3)的光的束腰直徑2ω0的曲線圖)。

圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器的透鏡長(zhǎng)度的設(shè)定例的說(shuō)明圖(表示改變透鏡長(zhǎng)度z時(shí)的各波長(zhǎng)(λ1、λ2、λ3)的光的基于距離偏移d的耦合損失的曲線圖)。

圖8是表示涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器的透鏡長(zhǎng)度的設(shè)定例的說(shuō)明圖(合成圖5和圖7的曲線圖)。

圖9是表示涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器的從帶grin透鏡光纖射出的光的聚光狀態(tài)的曲線圖。

具體實(shí)施方式

作為涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器及光耦合方法，以使帶grin透鏡光纖10在同軸上隔開(kāi)規(guī)定透鏡間距離wd地相對(duì)置而成的光耦合器1為例進(jìn)行說(shuō)明，該帶grin透鏡光纖10將單模光纖接合于石英類grin透鏡(折射率分布型透鏡)而成(參考圖2)。此處的grin透鏡12的透鏡長(zhǎng)度z在由上述式(3)表示的z1/4與z1/2＝2×z1/4之間設(shè)定。這種情況下，如前所述，從一方的帶grin透鏡光纖10射出的光近似成為高斯光束，該射出光的變動(dòng)主要能夠通過(guò)束腰直徑2ω0和束腰距離l0來(lái)描述(參考圖3)。

在此，具備所述式(1)、(2)成立的grin透鏡12的光耦合器1能夠通過(guò)下述式(4)、(5)表示束腰距離l0和束腰半徑ω0(參考非專利文獻(xiàn)1)。即，能夠?qū)⒐怦詈掀?的束腰距離l0和束腰半徑ω0作為傳輸光的波長(zhǎng)λ和透鏡長(zhǎng)度z的函數(shù)來(lái)表示。在式(4)、(5)中，由作為單模光纖的光纖11傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)λ的光的模場(chǎng)直徑(稍微大于單模光纖的芯直徑)設(shè)為2ωs。

[數(shù)學(xué)式3]

在求取光耦合器1的耦合效率時(shí)，若考慮由兩個(gè)帶grin透鏡光纖分別射出波長(zhǎng)λ的光時(shí)形成的束腰直徑為2ω1、2ω2且束腰位置具有距離偏移d的狀態(tài)來(lái)求出此時(shí)的耦合效率η，設(shè)k＝2π/λ,則能夠由下述式(6)、(7)表示(參考非專利文獻(xiàn)2)。

[數(shù)學(xué)式4]

涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1使用左右對(duì)稱的帶grin透鏡光纖10，因此ω1＝ω2＝ω0(λ，z)。而且，向該光耦合器1傳輸不同波長(zhǎng)λi的光時(shí)，具有距離偏移d時(shí)的耦合效率η為傳輸光的波長(zhǎng)λi和透鏡長(zhǎng)度z的函數(shù)η(λi，z)，能夠如下述式(8)、(9)表示。在此，ki＝2π/λi。

[數(shù)學(xué)式5]

圖4中示出涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1的設(shè)計(jì)方法。涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1通過(guò)沿grin透鏡12的光軸方向的透鏡長(zhǎng)度z和透鏡間距離wd的設(shè)定，謀求耦合不同波長(zhǎng)的光時(shí)的耦合效率的最佳化。首先，如圖4的(a)所示，將傳輸光中最短波長(zhǎng)λm的光作為對(duì)象，求出束腰距離l0(λm，z)，以該束腰位置與透鏡間距離wd的中間位置一致的方式設(shè)定透鏡間距離wd。

在透鏡間距離wd的中間位置與波長(zhǎng)λm的光的束腰位置一致的狀態(tài)下，若通過(guò)光耦合器1耦合與波長(zhǎng)λm不同的波長(zhǎng)λi的光，則如圖4的(b)所示，波長(zhǎng)λi的光的束腰位置具有距離偏移d，此時(shí)的耦合效率η能夠由式(8)、(9)表示。在此，調(diào)整在式(8)、(9)中的透鏡長(zhǎng)度z來(lái)謀求耦合波長(zhǎng)λi的光時(shí)的耦合效率η(λi，z)的適當(dāng)化。此時(shí)，與透鏡長(zhǎng)度z的調(diào)整相應(yīng)地，波長(zhǎng)λm的光的束腰距離l0(λm，z)發(fā)生變化，因此，與之相應(yīng)地，以波長(zhǎng)λm的光的束腰位置與透鏡間距離wd的中間位置一致的方式對(duì)透鏡間距離wd進(jìn)行可變調(diào)整。

圖5～圖8中示出涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1的透鏡長(zhǎng)度z的設(shè)定例，示出在使由具有某一透鏡參數(shù)的grin透鏡12和設(shè)定了某一光束直徑2ωs的單模光纖11構(gòu)成的帶grin透鏡光纖10在同軸上相對(duì)置而成的光耦合器1中，耦合不同波長(zhǎng)的單波長(zhǎng)光(波長(zhǎng)λ1：450nm，波長(zhǎng)λ2：532nm，波長(zhǎng)λ3：635nm)時(shí)的透鏡間距離wd和透鏡長(zhǎng)度z的設(shè)定例。

圖5中示出改變透鏡長(zhǎng)度z時(shí)的各波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)的光的束腰距離l0，圖6中示出改變透鏡長(zhǎng)度z時(shí)的各波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)的光的束腰直徑2ω0，圖7中示出改變透鏡長(zhǎng)度z時(shí)的各波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)的基于距離偏移d的耦合損失(db)。此處的耦合損失由-10·log10(η(λi，z))計(jì)算。圖8中重疊圖5所示的束腰距離l0和圖7所示的基于距離偏移d的耦合損失(db)來(lái)表示。

在此，若調(diào)整透鏡長(zhǎng)度z，則各波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)下的束腰距離l0發(fā)生變化，但作為求出各波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)下的基于距離偏移d的耦合損失-10·log10(η(λi，z))的條件，最短波長(zhǎng)即波長(zhǎng)λ1(＝450nm)的光的束腰位置始終為透鏡間距離wd的中間位置，即，將波長(zhǎng)λ1下的耦合損失與透鏡長(zhǎng)度z無(wú)關(guān)始終成為0db這一情況作為條件。

在透鏡長(zhǎng)度z的設(shè)定中，在此，波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)中最長(zhǎng)波長(zhǎng)λ3＝635nm的光的耦合損失顯示底部，將λ3的光的束腰距離l0成為最大的透鏡長(zhǎng)度z＝606μm設(shè)為設(shè)定值。若求出基于該透鏡長(zhǎng)度z的波長(zhǎng)λ1的光的束腰距離l0來(lái)設(shè)定透鏡間距離wd，則如圖5所示，波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)中最短波長(zhǎng)λ1的光的束腰距離l0為750μm，因此設(shè)定為透鏡間距離wd＝2×l0＝1500μm(1.5mm)。

通過(guò)具備這樣設(shè)定的透鏡長(zhǎng)度z(606μm)和透鏡間距離wd(1.5mm)的光耦合器1(實(shí)施例)，將耦合波長(zhǎng)λ1(450nm)、λ2(532nm)、λ3(635nm)的光時(shí)的耦合損失的實(shí)測(cè)值示于表1。在這樣設(shè)定的實(shí)施例中，將不同波長(zhǎng)的光的耦合損失差(與450nm的差)抑制成小于0.3db。

[表1]

在所述的實(shí)施例中，關(guān)于透鏡長(zhǎng)度z的設(shè)定，設(shè)定為波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)中最長(zhǎng)波長(zhǎng)λ3＝635nm的光的耦合損失顯示底部的值，但并不限于此，也能夠在中間波長(zhǎng)λ2的光的耦合損失顯示底部的值與最長(zhǎng)波長(zhǎng)λ3的光的耦合損失顯示底部的值之間設(shè)定透鏡長(zhǎng)度z。即，傳輸光為3種波長(zhǎng)以上的不同波長(zhǎng)的光時(shí)，根據(jù)最短波長(zhǎng)以外的2種波長(zhǎng)以上的不同波長(zhǎng)的光的耦合損失的底部來(lái)設(shè)定透鏡長(zhǎng)度。關(guān)于此處的耦合損失的底部，能夠在例如耦合損失為0.5db以下、優(yōu)選0.3db以下的范圍內(nèi)確定。另外，實(shí)施例中，對(duì)傳輸3個(gè)不同波長(zhǎng)的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但傳輸光的波長(zhǎng)只要為不同的2種波長(zhǎng)以上，則能夠同樣地進(jìn)行設(shè)定。

對(duì)此，圖5～圖8中所示的例子中，將以下情況作為比較例：不著眼于耦合損失而將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定得較長(zhǎng)，在不同波長(zhǎng)(λ1、λ2、λ3)各自的束腰距離l0近似之處設(shè)定透鏡長(zhǎng)度z。例如，若將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定為766μm，則關(guān)于透鏡間距離wd，如圖5所示，波長(zhǎng)λ1的光的基于該透鏡長(zhǎng)度z的束腰距離l0為200μm，因此透鏡間距離wd＝2×l0＝400μm(0.4mm)。

通過(guò)具備這樣設(shè)定的透鏡長(zhǎng)度z(766μm)和透鏡間距離wd(0.4mm)的光耦合器(比較例)，耦合波長(zhǎng)λ1(450nm)、λ2(532nm)、λ3(635nm)的光時(shí)的耦合損失的實(shí)測(cè)值示于表2。在這樣設(shè)定的比較例中，不同波長(zhǎng)的光的耦合損失的差(與450nm的差)最大為1.76db。

[表2]

這樣，涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1耦合不同波長(zhǎng)的光時(shí)，以使透鏡間距離wd的中間位置與傳輸光中最短波長(zhǎng)λm的光的束腰位置對(duì)準(zhǔn)的方式設(shè)定透鏡間距離wd的中間位置，以因其它波長(zhǎng)λi的光的束腰位置的距離偏移d所產(chǎn)生的耦合損失顯示底部的方式設(shè)定沿grin透鏡12的光軸方向的透鏡長(zhǎng)度z。這樣設(shè)定的光耦合器1能夠在傳輸光的所有波長(zhǎng)下使耦合效率適當(dāng)化。

將透鏡間距離wd的中間位置與傳輸光中最短波長(zhǎng)λm的光的束腰位置對(duì)準(zhǔn)的情況下，因其它波長(zhǎng)λi的光的束腰位置的距離偏移d所產(chǎn)生的耦合損失-10·log10(η(λi，z))如圖7所示那樣根據(jù)透鏡長(zhǎng)度z而變化，但該耦合損失-10·log10(η(λi，z))的底部通過(guò)將在由上述式(3)表示的z1/4與z1/2＝2×z1/4之間設(shè)定的透鏡長(zhǎng)度z設(shè)為較短來(lái)獲得。若透鏡長(zhǎng)度z在z1/4與z1/2＝2×z1/4之間逐漸變短，則如圖8所示，波長(zhǎng)λi的束腰距離l0顯示峰值，但在成為該峰值的透鏡長(zhǎng)度z附近耦合損失-10·log10(η(λi，z))顯示底部(最小值附近)。本發(fā)明的實(shí)施方式利用該特性，通過(guò)透鏡長(zhǎng)度z的調(diào)整，謀求產(chǎn)生距離偏移d的其它波長(zhǎng)λi的光的耦合損失的適當(dāng)化。

對(duì)此，以往，不著眼于所述的耦合損失-10·log10(η(λi，z))，而是僅著眼于所有波長(zhǎng)的束腰距離l0，如所述比較例，在由上述式(3)表示的z1/4與z1/2＝2×z1/4之間將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定得較長(zhǎng)，進(jìn)行將所有波長(zhǎng)的束腰距離l0設(shè)為近似值的設(shè)定。如圖8所示，若將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定較長(zhǎng)為766μm，則每個(gè)波長(zhǎng)的束腰距離l0的差變小。

然而，在這種透鏡長(zhǎng)度的設(shè)定中，如表2所示，不能使不同波長(zhǎng)的光的耦合效率適當(dāng)化。這是因?yàn)椋谶@種較長(zhǎng)的透鏡長(zhǎng)度z的設(shè)定中，束腰距離l0在各波長(zhǎng)下成為近似值，但束腰直徑的變化率在束腰位置附近變得急劇，較小的束腰距離l0的差異會(huì)導(dǎo)致每個(gè)波長(zhǎng)的耦合效率的大的差異。

圖9示出在涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1中從帶grin透鏡光纖10射出的光的聚光狀態(tài)。如前所述，以使透鏡間距離wd的中間位置與傳輸光中最短波長(zhǎng)λm的光的束腰位置對(duì)準(zhǔn)的方式設(shè)定透鏡間距離wd的中間位置，在以因其它波長(zhǎng)λi的光的束腰位置的距離偏移d所產(chǎn)生的耦合損失顯示底部的方式設(shè)定沿grin透鏡12的光軸方向的透鏡長(zhǎng)度z的情況下，傳輸光(波長(zhǎng)λ1：450nm、波長(zhǎng)λ2：532nm、波長(zhǎng)λ3：635nm)的束腰距離l0(λ1)、l0(λ2)、l0(λ3)如圖所示那樣成為l0(λ1)＜l0(λ2)＜l0(λ3)的大小關(guān)系，各個(gè)波長(zhǎng)下的束腰半徑ω0(λ1)、ω0(λ2)、ω0(λ3)如圖所示那樣成為ω0(λ1)＜ω0(λ2)＜ω0(λ3)的關(guān)系。

而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中的透鏡間距離wd和透鏡長(zhǎng)度z的設(shè)定，從帶grin透鏡光纖10射出的光的聚光狀態(tài)顯示沿光軸方向的聚光狀態(tài)的變化率按每個(gè)波長(zhǎng)而不同的特性，在最短波長(zhǎng)λ1下束腰位置附近的聚光狀態(tài)變化急劇，而最長(zhǎng)波長(zhǎng)λ3下束腰位置附近的聚光狀態(tài)變化平緩。這種束腰位置附近的聚光狀態(tài)的變化能夠通過(guò)下述式(10)表示的高斯光束的瑞利長(zhǎng)度xr進(jìn)行說(shuō)明(ω0：束腰半徑，λ：傳輸光的波長(zhǎng))。

xr＝πω0²/λ…(10)

瑞利長(zhǎng)度xr為光束直徑成為束腰直徑的2^1/2倍的光軸方向的位置與束腰位置的距離，瑞利長(zhǎng)度xr越短，則束腰附近的聚光狀態(tài)的變化越急劇，瑞利長(zhǎng)度xr越長(zhǎng)，則束腰附近的聚光狀態(tài)的變化越平緩。

而且，如圖9所示，從帶grin透鏡光纖10射出的光的聚光狀態(tài)下，能夠在束腰位置的前后設(shè)定瑞利長(zhǎng)度范圍(在束腰位置的前后兩側(cè)設(shè)定瑞利長(zhǎng)度xr的范圍)。若導(dǎo)入該瑞利長(zhǎng)度范圍的概念，則如本發(fā)明的實(shí)施方式那樣，設(shè)定透鏡間距離wd和沿grin透鏡12的光軸方向的透鏡長(zhǎng)度z時(shí)，將透鏡間距離wd的中間位置設(shè)定在傳輸光的所有波長(zhǎng)下的各個(gè)瑞利長(zhǎng)度范圍重疊的位置。

這樣，涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1中，在束腰位置附近的聚光狀態(tài)的變化最急劇，對(duì)于因透鏡間距離wd的中央位置與束腰位置的偏移而使耦合效率的降低最大的波長(zhǎng)(最短波長(zhǎng))，通過(guò)將透鏡間距離wd的中央位置與束腰位置對(duì)準(zhǔn)來(lái)得到最佳的耦合效率。而且，關(guān)于束腰附近的聚光狀態(tài)的變化比較平緩的其它波長(zhǎng)，通過(guò)以透鏡間距離wd的中央位置在各個(gè)波長(zhǎng)的光的束腰的瑞利長(zhǎng)度范圍內(nèi)的方式設(shè)定，在其它波長(zhǎng)下也實(shí)現(xiàn)耦合效率不會(huì)降低較大的光耦合狀態(tài)。

如本發(fā)明的實(shí)施方式那樣，這種每個(gè)波長(zhǎng)的射出光的聚光狀態(tài)通過(guò)在z1/4與z1/2＝2×z1/4之間將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定得較短來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在z1/4與z1/2＝2×z1/4之間將透鏡長(zhǎng)度z設(shè)定得較長(zhǎng)時(shí)，在所有波長(zhǎng)下，束腰位置附近的聚光狀態(tài)的變化急劇，不能使各波長(zhǎng)的光的耦合效率適當(dāng)化。

如以上說(shuō)明的那樣，涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的光耦合器1及利用該光耦合器的光耦合方法，通過(guò)以使透鏡間距離wd的中間位置與傳輸光中最短波長(zhǎng)λm的光的束腰位置對(duì)準(zhǔn)的方式設(shè)定透鏡間距離wd的中間位置，根據(jù)因傳輸光中與波長(zhǎng)λm不同的波長(zhǎng)λi的光的束腰位置的距離偏移d所產(chǎn)生的耦合損失的底部來(lái)設(shè)定沿grin透鏡12的光軸方向的透鏡長(zhǎng)度z，由此傳輸不同波長(zhǎng)的光時(shí)，也無(wú)需按每個(gè)波長(zhǎng)改變透鏡間距離wd的設(shè)定，就能夠在各波長(zhǎng)下得到適合的耦合效率。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1：光耦合器；10：帶grin透鏡光纖；11：光纖；12：grin透鏡；wd：透鏡間距離；z：透鏡長(zhǎng)度；l0：束腰距離。