JP3124465B2 - 光カプラ - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
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- G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
- G02B6/29361—Interference filters, e.g. multilayer coatings, thin film filters, dichroic splitters or mirrors based on multilayers, WDM filters
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-
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- G02B6/29382—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM including at least adding or dropping a signal, i.e. passing the majority of signals
- G02B6/29383—Adding and dropping
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1本の光ファイバ
に方向の異なる2種類の波長の光を重畳して伝送する双
方向光通信に用いる双方向光カプラ、一方向光分波合波
器等に利用される光カプラに関する。
に方向の異なる2種類の波長の光を重畳して伝送する双
方向光通信に用いる双方向光カプラ、一方向光分波合波
器等に利用される光カプラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の分布屈折率ロッドレンズと、分光
特性を有するフィルタと、反射面からなる分光手段を用
いた光カプラの構造を説明する。図10は前記光カプラ
を用いた双方向性光カプラを原理的に示した説明図、図
11は一方向光分岐器の構造を原理的に示した説明図で
ある。光カプラの部分は共通しているのでまず光カプラ
の構造を説明する。分布屈折率ロッドレンズ1,2は軸
長Z1 =Z2 =0.25ピッチに切断されている。この
ような分布屈折率ロッドレンズは、例えばセルホックレ
ンズ(日本板硝子株式会社の商品名)として販売されて
いる。ガラス板3は反射と透過にそれぞれ分光特性を持
つように表面に誘電体層を多層に蒸着したものであり、
第1の波長λ1 成分を透過し、第2の波長λ2 成分を反
射する。光ファイバ6A,6B,6Cは図10に示すよ
うに分布屈折率ロッドレンズ1,2の外側端面に接続さ
れている。図12に示すように各光ファイバ6A,6
B,6Cの先端は分布屈折率ロッドレンズの中心(光
軸)からの距離が各r1 =r2 =r3 と同一半径上、か
つ中心を通る線YY′線上にエポキシ接着剤5により正
確に接着固定されている。図10に示す双方向性光カプ
ラでレーザダイオード光源8は第1の波長λ1 を含む光
を発生しており、この光は光ファイバ6Aに接続されて
いる。光ファイバ6Bの一端は、フォトダイオードを含
む受光器9に接続されている。光ファイバ6Cを通って
くる波長λ2 の光は、前記分光手段4により反射され、
分布屈折率ロッドレンズ1を逆進して光ファイバ6Bに
入射する。一方、波長λ1 のレーザダイオード光源8か
ら分布屈折率ロッドレンズ2に入射した光は分光手段3
を透過し、分布屈折率ロッドレンズ1を透過して光ファ
イバ6Cに結合される。
特性を有するフィルタと、反射面からなる分光手段を用
いた光カプラの構造を説明する。図10は前記光カプラ
を用いた双方向性光カプラを原理的に示した説明図、図
11は一方向光分岐器の構造を原理的に示した説明図で
ある。光カプラの部分は共通しているのでまず光カプラ
の構造を説明する。分布屈折率ロッドレンズ1,2は軸
長Z1 =Z2 =0.25ピッチに切断されている。この
ような分布屈折率ロッドレンズは、例えばセルホックレ
ンズ(日本板硝子株式会社の商品名)として販売されて
いる。ガラス板3は反射と透過にそれぞれ分光特性を持
つように表面に誘電体層を多層に蒸着したものであり、
第1の波長λ1 成分を透過し、第2の波長λ2 成分を反
射する。光ファイバ6A,6B,6Cは図10に示すよ
うに分布屈折率ロッドレンズ1,2の外側端面に接続さ
れている。図12に示すように各光ファイバ6A,6
B,6Cの先端は分布屈折率ロッドレンズの中心(光
軸)からの距離が各r1 =r2 =r3 と同一半径上、か
つ中心を通る線YY′線上にエポキシ接着剤5により正
確に接着固定されている。図10に示す双方向性光カプ
ラでレーザダイオード光源8は第1の波長λ1 を含む光
を発生しており、この光は光ファイバ6Aに接続されて
いる。光ファイバ6Bの一端は、フォトダイオードを含
む受光器9に接続されている。光ファイバ6Cを通って
くる波長λ2 の光は、前記分光手段4により反射され、
分布屈折率ロッドレンズ1を逆進して光ファイバ6Bに
入射する。一方、波長λ1 のレーザダイオード光源8か
ら分布屈折率ロッドレンズ2に入射した光は分光手段3
を透過し、分布屈折率ロッドレンズ1を透過して光ファ
イバ6Cに結合される。
【0003】次に図11を参照して一方向光分波器の動
作を説明する。前述したように光カプラの構造は双方向
光カプラと同様である。光ファイバ6Cを通ってきた波
長λ1 ,λ2 の複合光は、まず分布屈折率ロッドレンズ
1に入射し、分光手段4により第2の波長λ2 成分は反
射され第1の波長λ1 成分は透過され分布屈折率ロッド
レンズ2に入射し、光ファイバ6Aに接続される。一
方、分光手段4により反射された波長λ2 の成分は分布
屈折率ロッドレンズ1を逆進し、光ファイバ6Bに分波
される。合波する場合には光ファイバ6Aに波長λ1 成
分を接続し、光ファイバ6Bに波長λ2 成分を接続する
と光ファイバ6Cに波長λ1 ,λ2 の複合光が得られ
る。つまり合波される。
作を説明する。前述したように光カプラの構造は双方向
光カプラと同様である。光ファイバ6Cを通ってきた波
長λ1 ,λ2 の複合光は、まず分布屈折率ロッドレンズ
1に入射し、分光手段4により第2の波長λ2 成分は反
射され第1の波長λ1 成分は透過され分布屈折率ロッド
レンズ2に入射し、光ファイバ6Aに接続される。一
方、分光手段4により反射された波長λ2 の成分は分布
屈折率ロッドレンズ1を逆進し、光ファイバ6Bに分波
される。合波する場合には光ファイバ6Aに波長λ1 成
分を接続し、光ファイバ6Bに波長λ2 成分を接続する
と光ファイバ6Cに波長λ1 ,λ2 の複合光が得られ
る。つまり合波される。
【0004】前述した分布屈折率ロッドレンズを用いた
光カプラとは異なる加熱延伸したヒュージョン方式光カ
プラが知られている。例えば、ロバートダイグレンの英
国特許出願GB2239719Aには前記加熱延伸によ
る光カプラが示されている。またエバネッセント効果を
利用する光カプラが株式会社フジクラにより製造販売さ
れている(定偏波光シリーズカタログ番号900730
00D)。光分波合波器として前記分布屈折率ロッドレ
ンズを用いたものと加熱延伸したヒュージョン方式光カ
プラを比較すると、各光波間のアイソレーションをヒュ
ージョン方式の15dBから40dB以上に大きく改善
できる。また、分布屈折率ロッドレンズを用いたもの
は、光波長によって分岐比が変動しないなどの利点をも
っている。しかしながら、分布屈折率ロッドレンズを用
いるものは、各光ファイバ6A,6B,6Cを分布屈折
率ロッドレンズ1,2に接続するときの機械的な組立精
度によって挿入損失が大きくなる欠点がある。分布屈折
率ロッドレンズを用いるものは、図12に示すように、
特に各光ファイバ6A,6B,6Cの分布屈折率ロッド
レンズ1,2の中心光軸からの接着半径r1 ,r2 ,r
3 の位置誤差を1〜2μm程度以内に調整しなければな
らない。また、取り付け角度も中心を通る線YY′線上
に正確に接着固定しなければならない。もし取り付け位
置に誤差を生じた場合は取り付け位置の誤差値に比例し
て大きな過剰損失を生ずる。したがって、各光ファイバ
6A,6B,6Cを分布屈折率ロッドレンズ1,2の端
面に正確にエポキシ接着剤で接着しなければならない。
そのため多大な工数と熟練を要し、製造費用も大きくな
るので必然的に製品価格は高くならざるを得なかった。
さらに光出力の大きいレーザ光源を使用した場合は、長
期間の使用による光透過面に介在しているエポキシ等の
接着剤の劣化などが懸念されていた。
光カプラとは異なる加熱延伸したヒュージョン方式光カ
プラが知られている。例えば、ロバートダイグレンの英
国特許出願GB2239719Aには前記加熱延伸によ
る光カプラが示されている。またエバネッセント効果を
利用する光カプラが株式会社フジクラにより製造販売さ
れている(定偏波光シリーズカタログ番号900730
00D)。光分波合波器として前記分布屈折率ロッドレ
ンズを用いたものと加熱延伸したヒュージョン方式光カ
プラを比較すると、各光波間のアイソレーションをヒュ
ージョン方式の15dBから40dB以上に大きく改善
できる。また、分布屈折率ロッドレンズを用いたもの
は、光波長によって分岐比が変動しないなどの利点をも
っている。しかしながら、分布屈折率ロッドレンズを用
いるものは、各光ファイバ6A,6B,6Cを分布屈折
率ロッドレンズ1,2に接続するときの機械的な組立精
度によって挿入損失が大きくなる欠点がある。分布屈折
率ロッドレンズを用いるものは、図12に示すように、
特に各光ファイバ6A,6B,6Cの分布屈折率ロッド
レンズ1,2の中心光軸からの接着半径r1 ,r2 ,r
3 の位置誤差を1〜2μm程度以内に調整しなければな
らない。また、取り付け角度も中心を通る線YY′線上
に正確に接着固定しなければならない。もし取り付け位
置に誤差を生じた場合は取り付け位置の誤差値に比例し
て大きな過剰損失を生ずる。したがって、各光ファイバ
6A,6B,6Cを分布屈折率ロッドレンズ1,2の端
面に正確にエポキシ接着剤で接着しなければならない。
そのため多大な工数と熟練を要し、製造費用も大きくな
るので必然的に製品価格は高くならざるを得なかった。
さらに光出力の大きいレーザ光源を使用した場合は、長
期間の使用による光透過面に介在しているエポキシ等の
接着剤の劣化などが懸念されていた。
【0005】そのために本件発明者等は、前記エポキシ
接着剤固定の問題を解決するための実験を行った。図1
3に前記実験装置、図14にフェルール14と光ファイ
バの取り付け位置関係を示す。フェルール14,14に
図13に示すようにそれぞれ2本の貫通孔10,11を
設ける。そして一方のフェルール14に光ファイバ1
2,13を取り付けて2心フェルール14を製作した。
他方のフェルール14に光ファイバ13のみを取り付け
た。整列スリーブ15の貫通孔16に取り付けた2個の
分布屈折率ロッドレンズ1,2の外側端面に前記各フェ
ルールを接続する。2心フェルールは機械加工法では不
可能なのでジルコニアセラミック焼結材の使用を試み
た。しかしながら、ジルコニアセラミック焼結材は15
00℃以上の高温で焼結する際に20%前後の大きな寸
法収縮をする。また寸法ばらつきも比例して大きくな
り、±2%程度は不可避である。例えば貫通孔10,1
1間寸法を1mmとした場合の誤差のばらつきは±20
μmに達するのでこの改良は成功しなかった。
接着剤固定の問題を解決するための実験を行った。図1
3に前記実験装置、図14にフェルール14と光ファイ
バの取り付け位置関係を示す。フェルール14,14に
図13に示すようにそれぞれ2本の貫通孔10,11を
設ける。そして一方のフェルール14に光ファイバ1
2,13を取り付けて2心フェルール14を製作した。
他方のフェルール14に光ファイバ13のみを取り付け
た。整列スリーブ15の貫通孔16に取り付けた2個の
分布屈折率ロッドレンズ1,2の外側端面に前記各フェ
ルールを接続する。2心フェルールは機械加工法では不
可能なのでジルコニアセラミック焼結材の使用を試み
た。しかしながら、ジルコニアセラミック焼結材は15
00℃以上の高温で焼結する際に20%前後の大きな寸
法収縮をする。また寸法ばらつきも比例して大きくな
り、±2%程度は不可避である。例えば貫通孔10,1
1間寸法を1mmとした場合の誤差のばらつきは±20
μmに達するのでこの改良は成功しなかった。
【0006】なおUSP4,989,946号には後述
する本発明による4心光ファイバつきフェルールと外観
が類似するフェルールを用いた光ファイバスイッチの発
明が示されている。このフェルールと本発明による4心
光ファイバフェルールの関係については後に詳しく説明
する。
する本発明による4心光ファイバつきフェルールと外観
が類似するフェルールを用いた光ファイバスイッチの発
明が示されている。このフェルールと本発明による4心
光ファイバフェルールの関係については後に詳しく説明
する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述したように分布屈
折率ロッドレンズを用いた光カプラを用いた双方向光カ
プラおよび一方向光分波合波器は優れた光学性能を持っ
ている。しかしながら光ファイバと分布屈折率ロッドレ
ンズの接続作業性に問題があった。本発明の目的は接続
性の優れた光カプラを提供することにある。
折率ロッドレンズを用いた光カプラを用いた双方向光カ
プラおよび一方向光分波合波器は優れた光学性能を持っ
ている。しかしながら光ファイバと分布屈折率ロッドレ
ンズの接続作業性に問題があった。本発明の目的は接続
性の優れた光カプラを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による請求項1記載の光カプラは、円筒状の
フェルールの先端中心孔に4本の光ファイバ素線端を密
着挿入して形成した第1および第2の光ファイバフェル
ールと、一対の分布屈折率ロッドレンズと、入射光の一
部を透過し一部を反射する被膜と、前記一対の分布屈折
率ロッドレンズ間に前記被膜を配置し、前記各分布屈折
率ロッドレンズの他の端面にそれぞれ前記第1および第
2の光ファイバフェルールの先端を当接して前記各分布
屈折率ロッドレンズと前記各光ファイバフェルールの中
心軸を一致させ、少なくとも前記一方のフェルールを回
転して前記一方のフェルールの一つの光ファイバの光軸
が、他方のフェルールの一つの光ファイバの光軸に対し
て前記分布屈折率ロッドレンズの光軸に軸対称となるよ
うに角度調整して固定する固定手段から構成されてい
る。請求項2記載の光カプラは、請求項1記載の光カプ
ラにおいて、前記固定手段は光軸および角度合わせに利
用される円筒スリーブとしたものである。請求項3記載
の光カプラは、請求項1記載の光カプラにおいて、前記
光軸および角度合わせにV溝を有するブロックを使用し
たものである。請求項4記載のフェルールは、請求項1
記載の、前記第1および第2の光ファイバフェルール
で、基準外径に平行な中心線をもつフェルール孔の先端
に4本の光ファイバ素線を挿入固定した光ファイバフェ
ルールであって、前記先端の中心孔と光ファイバ素線間
に以下の関係を成立させた4心光ファイバフェルールで
ある。 d=(21/2 +1)d1 +δ ここにおいて d :フェルールの中心孔径 d1 :光ファイバの素線の直径 δ :許容誤差値 請求項5記載のフェルールは、請求項4記載の光ファイ
バフェルールにおいて、前記フェルールの基準外径は前
記フェルール先端が結合させられる他の光学部品、例え
ば光ファイバフェルール、分布屈折率ロッドレンズの外
径と同一外径である光ファイバフェルールである。
に、本発明による請求項1記載の光カプラは、円筒状の
フェルールの先端中心孔に4本の光ファイバ素線端を密
着挿入して形成した第1および第2の光ファイバフェル
ールと、一対の分布屈折率ロッドレンズと、入射光の一
部を透過し一部を反射する被膜と、前記一対の分布屈折
率ロッドレンズ間に前記被膜を配置し、前記各分布屈折
率ロッドレンズの他の端面にそれぞれ前記第1および第
2の光ファイバフェルールの先端を当接して前記各分布
屈折率ロッドレンズと前記各光ファイバフェルールの中
心軸を一致させ、少なくとも前記一方のフェルールを回
転して前記一方のフェルールの一つの光ファイバの光軸
が、他方のフェルールの一つの光ファイバの光軸に対し
て前記分布屈折率ロッドレンズの光軸に軸対称となるよ
うに角度調整して固定する固定手段から構成されてい
る。請求項2記載の光カプラは、請求項1記載の光カプ
ラにおいて、前記固定手段は光軸および角度合わせに利
用される円筒スリーブとしたものである。請求項3記載
の光カプラは、請求項1記載の光カプラにおいて、前記
光軸および角度合わせにV溝を有するブロックを使用し
たものである。請求項4記載のフェルールは、請求項1
記載の、前記第1および第2の光ファイバフェルール
で、基準外径に平行な中心線をもつフェルール孔の先端
に4本の光ファイバ素線を挿入固定した光ファイバフェ
ルールであって、前記先端の中心孔と光ファイバ素線間
に以下の関係を成立させた4心光ファイバフェルールで
ある。 d=(21/2 +1)d1 +δ ここにおいて d :フェルールの中心孔径 d1 :光ファイバの素線の直径 δ :許容誤差値 請求項5記載のフェルールは、請求項4記載の光ファイ
バフェルールにおいて、前記フェルールの基準外径は前
記フェルール先端が結合させられる他の光学部品、例え
ば光ファイバフェルール、分布屈折率ロッドレンズの外
径と同一外径である光ファイバフェルールである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下図面等を参照して本発明をさ
らに詳しく説明する。図1は、本発明による4心光ファ
イバつきフェルールの実施例を示す断面図、図2は前記
フェルールの実施例の先端を示す図であって、中心の孔
の部分を一部拡大して示してある。フェルール17は円
筒形のジルコニアセラミック焼結材で、先端の中心に内
径d=303μmの貫通孔18が相当の長さ設けられて
いる。基部よりにフランジ17aが設けられており、基
部側には被覆部19つき光ファイバを受け入れることが
できるように、先端の径よりは大きい径の孔20が設け
られている。この大径の孔と前記先端の孔とは傾斜角度
15°以下の斜面を有する連絡孔21で結ばれている。
光ファイバ素線22,23,24および25は、それぞ
れ樹脂性の被覆を除去した外径d1 =125μmのシン
グルモード光ファイバ素線である。前記フェルール17
の先端の中心孔と光ファイバ素線間に以下の関係を成立
させる。 d=(21/2 +1)d1 +δ ここにおいて d :フェルールの中心孔径 d1 :光ファイバの素線の直径 δ :数μmの値 なおこの実施例では、前記フェルールの先端の中心に内
径dが公称d=303μm、光ファイバ素線の直径の公
称d1 がd1 =125μmであるとき前記許容誤差δは
δ≦3μmとしてある。図2に示すように各光ファイバ
素線22,23,24および25は、相互に外径面が密
着し、かつ、貫通孔18の内径面にも同時に接触するよ
うに挿入接着して構成した2個の4心光ファイバつきフ
ェルールF1 ,F2 が形成される。
らに詳しく説明する。図1は、本発明による4心光ファ
イバつきフェルールの実施例を示す断面図、図2は前記
フェルールの実施例の先端を示す図であって、中心の孔
の部分を一部拡大して示してある。フェルール17は円
筒形のジルコニアセラミック焼結材で、先端の中心に内
径d=303μmの貫通孔18が相当の長さ設けられて
いる。基部よりにフランジ17aが設けられており、基
部側には被覆部19つき光ファイバを受け入れることが
できるように、先端の径よりは大きい径の孔20が設け
られている。この大径の孔と前記先端の孔とは傾斜角度
15°以下の斜面を有する連絡孔21で結ばれている。
光ファイバ素線22,23,24および25は、それぞ
れ樹脂性の被覆を除去した外径d1 =125μmのシン
グルモード光ファイバ素線である。前記フェルール17
の先端の中心孔と光ファイバ素線間に以下の関係を成立
させる。 d=(21/2 +1)d1 +δ ここにおいて d :フェルールの中心孔径 d1 :光ファイバの素線の直径 δ :数μmの値 なおこの実施例では、前記フェルールの先端の中心に内
径dが公称d=303μm、光ファイバ素線の直径の公
称d1 がd1 =125μmであるとき前記許容誤差δは
δ≦3μmとしてある。図2に示すように各光ファイバ
素線22,23,24および25は、相互に外径面が密
着し、かつ、貫通孔18の内径面にも同時に接触するよ
うに挿入接着して構成した2個の4心光ファイバつきフ
ェルールF1 ,F2 が形成される。
【0010】前述したように、フェルールの中心の貫通
孔18の先端の内径d=303μm、シングルモード光
ファイバ素線の外径d1 =125μmとすれば、フェル
ールの孔18の中心軸に対する各光ファイバ素線22,
23,24および25の光軸からの距離r1 ,r2 ,r
3 およびr4 (図2の拡大図参照)を計算すると、8
8.39〜89.00μmとなる。半径方向の位置の誤
差は0.3μmとなる。また円周方向の角度位置誤差
0.004°に原因する誤差は2.2μmとなり、これ
らは後述するように克服できる大きさである。
孔18の先端の内径d=303μm、シングルモード光
ファイバ素線の外径d1 =125μmとすれば、フェル
ールの孔18の中心軸に対する各光ファイバ素線22,
23,24および25の光軸からの距離r1 ,r2 ,r
3 およびr4 (図2の拡大図参照)を計算すると、8
8.39〜89.00μmとなる。半径方向の位置の誤
差は0.3μmとなる。また円周方向の角度位置誤差
0.004°に原因する誤差は2.2μmとなり、これ
らは後述するように克服できる大きさである。
【0011】次に前述した2個の4心光ファイバつきフ
ェルールF1 ,F2 が結合されて、光カプラを形成する
レンズユニットの構成について説明する。図3は、光カ
プラに用いる分布屈折率ロッドレンズユニットの実施例
を示す断面図である。図4は、前記レンズユニットに前
記フェルールを結合させて形成した光カプラの実施例を
示す断面図である。図3に示すように、円筒精密スリー
ブ26には精密貫通孔27が設けられている。円筒精密
スリーブ26には、ガラス,ジルコニアセラミック焼結
材,燐青銅およびステンレス鋼などの材料が使用でき
る。このスリーブ26を、スリーブの管軸方向にスリッ
トを設けて構成したスリットスリーブとすることもでき
る。精密貫通孔27の中央部には、2個の軸長Z1 =Z
2 =0.25ピッチの分布屈折率ロッドレンズ28,2
9が挿入されている。なお前記2個の4心光ファイバつ
きフェルールF1 ,F2 の外径と分布屈折率ロッドレン
ズ28,29の外径は、高い精度で一致させられている
必要がある。分布屈折率ロッドレンズ29の一方の接合
面側に誘電体多層被膜処理を施して被膜30を形成し、
これにより入射光の一部を反射し、一部を透過する。こ
の被膜は光の波長に依存しないもの(例えば入射光をそ
の波長に無関係に50%反射し50%透過するもの)で
も良いし、第1の波長(λ1 )成分を透過し第2の波長
(λ2 )成分を反射する波長依存性をもつ被膜であって
も良い。
ェルールF1 ,F2 が結合されて、光カプラを形成する
レンズユニットの構成について説明する。図3は、光カ
プラに用いる分布屈折率ロッドレンズユニットの実施例
を示す断面図である。図4は、前記レンズユニットに前
記フェルールを結合させて形成した光カプラの実施例を
示す断面図である。図3に示すように、円筒精密スリー
ブ26には精密貫通孔27が設けられている。円筒精密
スリーブ26には、ガラス,ジルコニアセラミック焼結
材,燐青銅およびステンレス鋼などの材料が使用でき
る。このスリーブ26を、スリーブの管軸方向にスリッ
トを設けて構成したスリットスリーブとすることもでき
る。精密貫通孔27の中央部には、2個の軸長Z1 =Z
2 =0.25ピッチの分布屈折率ロッドレンズ28,2
9が挿入されている。なお前記2個の4心光ファイバつ
きフェルールF1 ,F2 の外径と分布屈折率ロッドレン
ズ28,29の外径は、高い精度で一致させられている
必要がある。分布屈折率ロッドレンズ29の一方の接合
面側に誘電体多層被膜処理を施して被膜30を形成し、
これにより入射光の一部を反射し、一部を透過する。こ
の被膜は光の波長に依存しないもの(例えば入射光をそ
の波長に無関係に50%反射し50%透過するもの)で
も良いし、第1の波長(λ1 )成分を透過し第2の波長
(λ2 )成分を反射する波長依存性をもつ被膜であって
も良い。
【0012】次に組立調整工程を簡単に説明する。 (第1の工程)まず前記円筒精密スリーブ26の精密貫
通孔27の両端から、2個の4心光ファイバつきフェル
ールF1,F2 が各4心光ファイバつきフェルール17
の先端面が前記2個の分布屈折率ロッドレンズ28,2
9の外側端面に各々接触するように挿入する。 (第2の工程)各4心光ファイバつきフェルールの光フ
ァイバの光軸心がそれぞれ一致するように、4心光ファ
イバつきフェルールF1,F2 のいずれか一方を円周方
向に回転して調心固定する。
通孔27の両端から、2個の4心光ファイバつきフェル
ールF1,F2 が各4心光ファイバつきフェルール17
の先端面が前記2個の分布屈折率ロッドレンズ28,2
9の外側端面に各々接触するように挿入する。 (第2の工程)各4心光ファイバつきフェルールの光フ
ァイバの光軸心がそれぞれ一致するように、4心光ファ
イバつきフェルールF1,F2 のいずれか一方を円周方
向に回転して調心固定する。
【0013】図5は前記構成の光カプラを1×2光カプ
ラ2組として使用する状態を示す説明図である。4心光
ファイバつきフェルールF1 ,F2 の先端をそれぞれの
分布屈折率ロッドレンズ側から見た拡大図である。い
ま、説明の便宜のために、4心光ファイバつきフェルー
ルF1 側の光ファイバ素線を221 ,231 ,241 お
よび251 、4心光ファイバつきフェルールF2 側の光
ファイバ素線を222 ,232 ,242 および252 と
する。F1 側の光ファイバ素線221 ,231 の中心は
Y1 −Y1 平面内にあり、F1 側の光ファイバ素線24
1 ,251 の中心はX1 −X1 平面内にあり、各平面は
フェルールF1 の中心の孔(フェルール17の孔18の
中心)で直角に交わっている。F2 側の光ファイバ素線
222 ,232 の中心はY2 −Y2 平面内にあり、F2
側の光ファイバ素線242 ,252 の中心はX2 −X2
平面内にあり、各平面はフェルールF2 の中心の孔(フ
ェルール17の孔18の中心)で直角に交わっている。
前述した第2の工程は、Y1 −Y1 平面とY2 −Y2 平
面(またはX1 −X1 平面とX2 −X2 平面)を一致さ
せることに他ならない。
ラ2組として使用する状態を示す説明図である。4心光
ファイバつきフェルールF1 ,F2 の先端をそれぞれの
分布屈折率ロッドレンズ側から見た拡大図である。い
ま、説明の便宜のために、4心光ファイバつきフェルー
ルF1 側の光ファイバ素線を221 ,231 ,241 お
よび251 、4心光ファイバつきフェルールF2 側の光
ファイバ素線を222 ,232 ,242 および252 と
する。F1 側の光ファイバ素線221 ,231 の中心は
Y1 −Y1 平面内にあり、F1 側の光ファイバ素線24
1 ,251 の中心はX1 −X1 平面内にあり、各平面は
フェルールF1 の中心の孔(フェルール17の孔18の
中心)で直角に交わっている。F2 側の光ファイバ素線
222 ,232 の中心はY2 −Y2 平面内にあり、F2
側の光ファイバ素線242 ,252 の中心はX2 −X2
平面内にあり、各平面はフェルールF2 の中心の孔(フ
ェルール17の孔18の中心)で直角に交わっている。
前述した第2の工程は、Y1 −Y1 平面とY2 −Y2 平
面(またはX1 −X1 平面とX2 −X2 平面)を一致さ
せることに他ならない。
【0014】図6は光カプラの分布屈折率ロッドレンズ
28,被膜30,分布屈折率ロッドレンズ29のY1 −
Y1 断面(=Y2 −Y2 断面)図、X1 −X1 断面(=
X2−X2 断面)図であり、対応するフェルールの光フ
ァイバの位置を示してある。いま、被膜30が入射光を
波長に関係なく50%反射し、50%透過するものとす
る。光ファイバ221 から分布屈折率ロッドレンズ28
に入射した光の50%は被膜30で反射されて逆行し、
光ファイバ231 に接続され、被膜30を透過した50
%の光は、分布屈折率ロッドレンズ29を通過して光フ
ァイバ232 に接続されることになる。前記被膜30
は、入射光の含まれる第1の波長成分(λ1 )を透過
し、第2の波長成分(λ2 )を反射する被膜であるとす
る。光ファイバ252 に第1の波長成分(λ1 )の光が
供給され、光ファイバ251 に第2の波長成分(λ2 )
が供給されると、光ファイバ241 に前記各光ファイバ
から供給された第1の波長成分(λ1 )および第2の波
長成分(λ2 )が結合されて取り出される。
28,被膜30,分布屈折率ロッドレンズ29のY1 −
Y1 断面(=Y2 −Y2 断面)図、X1 −X1 断面(=
X2−X2 断面)図であり、対応するフェルールの光フ
ァイバの位置を示してある。いま、被膜30が入射光を
波長に関係なく50%反射し、50%透過するものとす
る。光ファイバ221 から分布屈折率ロッドレンズ28
に入射した光の50%は被膜30で反射されて逆行し、
光ファイバ231 に接続され、被膜30を透過した50
%の光は、分布屈折率ロッドレンズ29を通過して光フ
ァイバ232 に接続されることになる。前記被膜30
は、入射光の含まれる第1の波長成分(λ1 )を透過
し、第2の波長成分(λ2 )を反射する被膜であるとす
る。光ファイバ252 に第1の波長成分(λ1 )の光が
供給され、光ファイバ251 に第2の波長成分(λ2 )
が供給されると、光ファイバ241 に前記各光ファイバ
から供給された第1の波長成分(λ1 )および第2の波
長成分(λ2 )が結合されて取り出される。
【0015】以上述べたように、本発明による4本の光
ファイバをもつフェルール2組とレンズユニットを用い
れば、最大2組の光分岐合流器が得られる。この実施例
では4心光ファイバつきフェルールF1,F2 のうち、
F2 側の1本とF1 側の2本を組み合わせて使用する構
成を示した。フェルールF1 の方の1本とF2 の2本を
組み合わせ使用することにより、1組の光分岐合流器と
して使用することも無論可能である。しかし、本発明に
おいてはフェルールの一つの孔に同一の光ファイバ4本
が前述の関係を保って固定されることが不可欠の条件で
あり、使用しないものは使用される光ファイバの位置を
確保するために機械的に不可欠なものである。使用しな
い光ファイバの端面は必要に応じてフェルール後端で切
断しておく。
ファイバをもつフェルール2組とレンズユニットを用い
れば、最大2組の光分岐合流器が得られる。この実施例
では4心光ファイバつきフェルールF1,F2 のうち、
F2 側の1本とF1 側の2本を組み合わせて使用する構
成を示した。フェルールF1 の方の1本とF2 の2本を
組み合わせ使用することにより、1組の光分岐合流器と
して使用することも無論可能である。しかし、本発明に
おいてはフェルールの一つの孔に同一の光ファイバ4本
が前述の関係を保って固定されることが不可欠の条件で
あり、使用しないものは使用される光ファイバの位置を
確保するために機械的に不可欠なものである。使用しな
い光ファイバの端面は必要に応じてフェルール後端で切
断しておく。
【0016】次に前述した光カプラのようなスリーブを
使用しない本発明の第2の実施例について説明する。図
7に本発明による光カプラの第2の実施例を示す。図
8、図9は前記第2の実施例の組立、調整過程を示す一
部断面図である。各図においてフェルールF1 ,F2 の
構造は、前述した第1の実施例の4心フェルールと基本
的に同じである。この実施例フェルールF1 ,F2 は円
筒形のジルコニアセラミック焼結材のフェルールであ
り、前記第1の実施例の4心フェルールのフランジ17
aに相当する構造はない。分布屈折率ロッドレンズ28
1,291および片面にミラー被膜が形成されたガラス
板301の基本構成は先に第1の実施例で説明したとこ
ろとかわらない。フェルールF1 ,F2 の本体171の
外径は分布屈折率ロッドレンズ281,291の外径と
等しくし、少なくとも2μm以内の精度で正確に一致す
るように選ばれる。フェルールの中心内径d=303μ
mの貫通孔、および光ファイバ素線の径d1 間には前述
同様にd=(21/2 +1)d1 +δ が成立させられて
いる。前記フェルールの先端の中心に内径dが公称d=
303μm、光ファイバ素線の直径の公称d1 がd1 =
125μmであるとき、前記許容誤差δはδ≦3μmで
あれば良い。
使用しない本発明の第2の実施例について説明する。図
7に本発明による光カプラの第2の実施例を示す。図
8、図9は前記第2の実施例の組立、調整過程を示す一
部断面図である。各図においてフェルールF1 ,F2 の
構造は、前述した第1の実施例の4心フェルールと基本
的に同じである。この実施例フェルールF1 ,F2 は円
筒形のジルコニアセラミック焼結材のフェルールであ
り、前記第1の実施例の4心フェルールのフランジ17
aに相当する構造はない。分布屈折率ロッドレンズ28
1,291および片面にミラー被膜が形成されたガラス
板301の基本構成は先に第1の実施例で説明したとこ
ろとかわらない。フェルールF1 ,F2 の本体171の
外径は分布屈折率ロッドレンズ281,291の外径と
等しくし、少なくとも2μm以内の精度で正確に一致す
るように選ばれる。フェルールの中心内径d=303μ
mの貫通孔、および光ファイバ素線の径d1 間には前述
同様にd=(21/2 +1)d1 +δ が成立させられて
いる。前記フェルールの先端の中心に内径dが公称d=
303μm、光ファイバ素線の直径の公称d1 がd1 =
125μmであるとき、前記許容誤差δはδ≦3μmで
あれば良い。
【0017】次に図8、図9を参照して前記第2の実施
例の組立、調整過程を説明する。この実施例では4心フ
ェルールと分布屈折率ロッドレンズの光軸および角度合
わせにV溝を有するブロック261を使用する。V溝2
61aを有するブロック261の中央部に分布屈折率ロ
ッドレンズ281,291が配置される。片面にミラー
被膜が形成されたガラス板301が前記分布屈折率ロッ
ドレンズ281,291間に配置されている。V溝26
1aに第1の4心光ファイバつきフェルールF1 のフェ
ルール本体171の先端面が分布屈折率ロッドレンズ2
81の外側端面に接触するように配置整列固定する。次
に図9に示すように、第2の4心光ファイバつきフェル
ールF2 の先端面が第2の分布屈折率ロッドレンズ29
1の外側端面に接触させた状態に整列させる。第1およ
び第2のフェルールF1 ,F2 および第1および第2の
分布屈折率ロッドレンズ281,291の外径は同一で
あるから、この状態で各中心軸は一致させられることに
なる。
例の組立、調整過程を説明する。この実施例では4心フ
ェルールと分布屈折率ロッドレンズの光軸および角度合
わせにV溝を有するブロック261を使用する。V溝2
61aを有するブロック261の中央部に分布屈折率ロ
ッドレンズ281,291が配置される。片面にミラー
被膜が形成されたガラス板301が前記分布屈折率ロッ
ドレンズ281,291間に配置されている。V溝26
1aに第1の4心光ファイバつきフェルールF1 のフェ
ルール本体171の先端面が分布屈折率ロッドレンズ2
81の外側端面に接触するように配置整列固定する。次
に図9に示すように、第2の4心光ファイバつきフェル
ールF2 の先端面が第2の分布屈折率ロッドレンズ29
1の外側端面に接触させた状態に整列させる。第1およ
び第2のフェルールF1 ,F2 および第1および第2の
分布屈折率ロッドレンズ281,291の外径は同一で
あるから、この状態で各中心軸は一致させられることに
なる。
【0018】この状態で前記フェルールF2 を回転して
フェルールF1 の一つの光ファイバの光軸がフェルール
F2 の一つの光ファイバの光軸に対して前記分布屈折率
ロッドレンズの光軸に軸対称となるように角度調整して
固定する。この結果として各フェルールの光ファイバの
光軸はそれぞれ一致させられることになる。この状態で
第1の4心光ファイバつきフェルールF1 、第1の分布
屈折率ロッドレンズ281、第2の分布屈折率ロッドレ
ンズ291、第2の4心光ファイバつきフェルールF2
を、棒状に固定して図7に示す光カプラを形成する。な
お前記V溝を有するブロック261に固定した状態で使
用することも可能である。
フェルールF1 の一つの光ファイバの光軸がフェルール
F2 の一つの光ファイバの光軸に対して前記分布屈折率
ロッドレンズの光軸に軸対称となるように角度調整して
固定する。この結果として各フェルールの光ファイバの
光軸はそれぞれ一致させられることになる。この状態で
第1の4心光ファイバつきフェルールF1 、第1の分布
屈折率ロッドレンズ281、第2の分布屈折率ロッドレ
ンズ291、第2の4心光ファイバつきフェルールF2
を、棒状に固定して図7に示す光カプラを形成する。な
お前記V溝を有するブロック261に固定した状態で使
用することも可能である。
【0019】前述したUSP4,989,946号には
フェルールの孔に2本の光ファイバ先端を挿入したもの
と7本の光ファイバ先端を挿入したものが示されてい
る。2本の光ファイバ先端を挿入したもののフェルール
の孔の直径は、光ファイバの外径の2倍に設定されてい
る。このとき、フェルールの内径をdw、光ファイバの
直径をd1 として、それらの間に誤差δwが存在する
と、dw=2d1 +δwの関係が成立する。δwが3μ
mであったとすると、2本の光ファイバ間の円周方向の
角度誤差は一方のフェルールについて12.5°、両方
では25°に達し、本発明のような用途のフェルールに
は使用できない。なお本発明の前記実施例では角度誤差
は0.004°である。また前記公報に示されている7
本の光ファイバについては、dw=3d1 +δwの関係
が成立することになるが、7本の光ファイバを順序良く
配列させることは製造上極めて困難で良い結果が得られ
ていない。
フェルールの孔に2本の光ファイバ先端を挿入したもの
と7本の光ファイバ先端を挿入したものが示されてい
る。2本の光ファイバ先端を挿入したもののフェルール
の孔の直径は、光ファイバの外径の2倍に設定されてい
る。このとき、フェルールの内径をdw、光ファイバの
直径をd1 として、それらの間に誤差δwが存在する
と、dw=2d1 +δwの関係が成立する。δwが3μ
mであったとすると、2本の光ファイバ間の円周方向の
角度誤差は一方のフェルールについて12.5°、両方
では25°に達し、本発明のような用途のフェルールに
は使用できない。なお本発明の前記実施例では角度誤差
は0.004°である。また前記公報に示されている7
本の光ファイバについては、dw=3d1 +δwの関係
が成立することになるが、7本の光ファイバを順序良く
配列させることは製造上極めて困難で良い結果が得られ
ていない。
【0020】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
る光カプラではフェルールの唯一の孔に4本の光ファイ
バを固定するので、光カプラの組立作業性は通常の光コ
ネクタ組立とほぼ同等であり、熟練は必要としない。さ
らに組立工数の大幅な低減ができる。また各光ファイバ
と分布屈折率ロッドレンズ間の光軸ずれは、一方の4心
光ファイバつきフェルールの円周方向の回転調整のみに
より、光コネクタと同等の1〜2μm程度にできる。V
溝を有するブロックを用いると、中心合わせおよびフェ
ルールの角度合わせが簡単になる。このときV溝を有す
るブロックを用いて光カプラを固定したのちにブロック
を外して使用することができる。また前記ブロック自体
に固定した状態で用いることもできる。また従来エポキ
シ接着剤等が光路に存在すると光出力の大きいレーザ光
源を使用した場合には前記エポキシ接着剤等の劣化が問
題となっていたが、本発明による構成ではそのような経
年劣化はなくなった。
る光カプラではフェルールの唯一の孔に4本の光ファイ
バを固定するので、光カプラの組立作業性は通常の光コ
ネクタ組立とほぼ同等であり、熟練は必要としない。さ
らに組立工数の大幅な低減ができる。また各光ファイバ
と分布屈折率ロッドレンズ間の光軸ずれは、一方の4心
光ファイバつきフェルールの円周方向の回転調整のみに
より、光コネクタと同等の1〜2μm程度にできる。V
溝を有するブロックを用いると、中心合わせおよびフェ
ルールの角度合わせが簡単になる。このときV溝を有す
るブロックを用いて光カプラを固定したのちにブロック
を外して使用することができる。また前記ブロック自体
に固定した状態で用いることもできる。また従来エポキ
シ接着剤等が光路に存在すると光出力の大きいレーザ光
源を使用した場合には前記エポキシ接着剤等の劣化が問
題となっていたが、本発明による構成ではそのような経
年劣化はなくなった。
【0021】以上詳しく説明した実施例につき本発明の
範囲内で種々の変形を施すことができる。前記4心の光
ファイバフェルールの利用例として光カプラの例を示し
たが、この光ファイバフェルールは前記以外の用途、例
えば同様な他の光ファイバフェルールとの結合にも利用
できる。ただしこの場合結合対象の光学部品の外径はこ
の光ファイバフェルールの外径と同じにしておく必要が
ある。
範囲内で種々の変形を施すことができる。前記4心の光
ファイバフェルールの利用例として光カプラの例を示し
たが、この光ファイバフェルールは前記以外の用途、例
えば同様な他の光ファイバフェルールとの結合にも利用
できる。ただしこの場合結合対象の光学部品の外径はこ
の光ファイバフェルールの外径と同じにしておく必要が
ある。
【図1】本発明による光カプラで使用するフェルールの
実施例を示す断面図である。
実施例を示す断面図である。
【図2】前記フェルールの実施例の先端を示す図であ
る。
る。
【図3】本発明による光カプラの第1の実施例の分布屈
折率ロッドレンズ対とスリーブの組立の実施例を示す断
面図である。
折率ロッドレンズ対とスリーブの組立の実施例を示す断
面図である。
【図4】前記分布屈折率ロッドレンズ対とスリーブの組
立に前記フェルールを結合させて形成した光カプラの第
1の実施例を示す断面図である。
立に前記フェルールを結合させて形成した光カプラの第
1の実施例を示す断面図である。
【図5】図4に示した光カプラを1×2光カプラ2組と
して使用する状態を説明するためのフェルール先端の拡
大図である。
して使用する状態を説明するためのフェルール先端の拡
大図である。
【図6】図4に示した光カプラを1×2光カプラ2組と
して使用する状態を説明するための分布屈折率ロッドレ
ンズと被膜の断面図である。
して使用する状態を説明するための分布屈折率ロッドレ
ンズと被膜の断面図である。
【図7】本発明による光カプラの第2の実施例を示す図
である。
である。
【図8】前記第2の実施例の製造過程を示した一部断面
図である。
図である。
【図9】前記第2の実施例の調整過程を示した一部断面
図である。
図である。
【図10】従来の分布屈折率ロッドレンズと分光特性を
有するフィルタと反射面を組み合わせた2方向光カプラ
の構造を原理的に示した断面図である。
有するフィルタと反射面を組み合わせた2方向光カプラ
の構造を原理的に示した断面図である。
【図11】従来の分布屈折率ロッドレンズと分光特性を
有するフィルタと反射面を組み合わせた一方向光分波器
の構造を原理的に示した断面図である。
有するフィルタと反射面を組み合わせた一方向光分波器
の構造を原理的に示した断面図である。
【図12】図10および図11に示した装置の分布屈折
率ロッドレンズと光ファイバの接合位置を図解した説明
図である。
率ロッドレンズと光ファイバの接合位置を図解した説明
図である。
【図13】前記従来装置の問題点を解決するために本件
発明者等が試みた改良実験のための装置を示す断面図で
ある。
発明者等が試みた改良実験のための装置を示す断面図で
ある。
【図14】図13に示した改良実験のための装置の光フ
ァイバとフェルールの位置関係を示す説明図である。
ァイバとフェルールの位置関係を示す説明図である。
1,2,28,29 分布屈折率ロッドレンズ 3 ガラス板 4 分光手段 5 接着剤 6A,6B,6C 光ファイバ 8 光源 9 受光器 10,11 2心フェルール用貫通孔 12,13 光ファイバ 14 2心フェルール 15 2心フェルール用整列スリーブ 17 フェルール本体 17a フェルールのフランジ 18 貫通孔 19 被覆部 20 フェルールの基部の孔 21 連絡孔 22,23,24,25(221 ,231 ,241 ,2
51 ,222 ,232,242 ,252 ) シングルモ
ード光ファイバ素線 26 円筒精密スリーブ 27 円筒精密スリーブ精密貫通孔 28,29 分布屈折率ロッドレンズ 30 被膜 F1 ,F2 4心光ファイバつきフェルール 171,光ファイバフェルール本体 261 V溝を有するブロック 281,291 分布屈折率ロッドレンズ 301 ガラス板
51 ,222 ,232,242 ,252 ) シングルモ
ード光ファイバ素線 26 円筒精密スリーブ 27 円筒精密スリーブ精密貫通孔 28,29 分布屈折率ロッドレンズ 30 被膜 F1 ,F2 4心光ファイバつきフェルール 171,光ファイバフェルール本体 261 V溝を有するブロック 281,291 分布屈折率ロッドレンズ 301 ガラス板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−288955(JP,A) 特開 昭63−21613(JP,A) 特開 昭60−214336(JP,A) 特開 昭62−269909(JP,A) 特開 昭60−48004(JP,A) 特開 昭60−19111(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/24 - 6/42
Claims (5)
- 【請求項1】 円筒状のフェルールの先端中心孔に4本
の光ファイバ素線端を密着挿入して形成した第1および
第2の光ファイバフェルールと、 一対の分布屈折率ロッドレンズと、 入射光の一部を透過し一部を反射する被膜と、 前記一対の分布屈折率ロッドレンズ間に前記被膜を配置
し、前記各分布屈折率ロッドレンズの他の端面にそれぞ
れ前記第1および第2の光ファイバフェルールの先端を
当接して前記各分布屈折率ロッドレンズと前記各光ファ
イバフェルールの中心軸を一致させ、 少なくとも前記一方のフェルールを回転して前記一方の
フェルールの一つの光ファイバの光軸が、他方のフェル
ールの一つの光ファイバの光軸に対して前記分布屈折率
ロッドレンズの光軸に軸対称となるように角度調整して
固定する固定手段から構成した光カプラ。 - 【請求項2】 請求項1記載の光カプラにおいて、前記
固定手段は光軸および角度合わせに利用される円筒スリ
ーブである光カプラ。 - 【請求項3】 請求項1記載の光カプラにおいて、前記
光軸および角度合わせにV溝を有するブロックを使用し
た光カプラ。 - 【請求項4】 請求項1記載の、前記第1および第2の
光ファイバフェルールは、基準外径に平行な中心線をも
つフェルール孔の先端に4本の光ファイバ素線を挿入固
定した光ファイバフェルールであって、 前記先端の中心孔と光ファイバ素線間に以下の関係を成
立させた4心光ファイバフェルール。 d=(21/2 +1)d1 +δ ここにおいて d :フェルールの中心孔径 d1 :光ファイバの素線の直径 δ :許容誤差値 - 【請求項5】 請求項4記載の光ファイバフェルールに
おいて、前記フェルールの基準外径は前記フェルール先
端が結合させられる他の光学部品、例えば光ファイバフ
ェルール、分布屈折率ロッドレンズの外径と同一外径で
ある光ファイバフェルール。
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