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技術 光分岐装置

出願人 富士通株式会社
発明者 田淵晴彦
出願日 1992年10月16日 (28年2ヶ月経過) 出願番号 1992-279031
公開日 1994年5月13日 (26年7ヶ月経過) 公開番号 1994-130335
状態 未査定
技術分野 光の変調
主要キーワード 液晶ブロック 受光強度信号 電気的雑音 光交換器 フレンネルレンズ レンズ形 強度比率 強度設定
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

目的

本発明は、入射光から光を分岐する光分岐装置に関し、必要な強度の光を安定的に分岐し、光の利用効率を高めることができる光分岐装置を提供することを目的とする。

構成

入射する偏光を、TE偏波成分TM偏波成分が所定の強度比になるように偏波状態を制御する偏波制御手段10と、偏波制御手段10により偏波状態を制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する偏波分離手段14とを有し、入射する光から所定の強度のTE偏波成分又はTM偏波成分を分岐するように構成する。

概要

背景

光信号を用いた光通信技術は、使用可能な周波数領域が広く一度に大量のデータを伝送できる点や、伝送損失が小さく長距離伝送が可能である点、電気的雑音の影響を受けにくい点等の種々の長所があり、次代の通信技術として大いに注目されている。

通信技術においては信号を交換する交換処理が必要であるが、光通信技術において取り扱うHDTV信号等は600Mb/s以上の高いビットレートの信号となる。このような高い周波数の光信号を一度電気信号に変換して処理するのは困難であると共に非常にコストアップとなるため、光信号を電気信号に変換することなく光信号のままで処理することが望まれている。

光信号による光ローカルネットワークでは、従来は図26に示すような方法で光分岐が行われていた。信号源から光信号が出力される光ファイバの光分岐点に、図26(a)に示すようにハーフミラーを設けて光分岐したり、図26(b)に示すようにハーフミラーの代わりにファイバカプラーを設けて光分岐していた。

しかしながら、図26に示すようにハーフミラーやファイバカプラを用いて光分岐する方法では、端末装置が光信号を使用していなくても常に光が分岐されてしまうので、光の利用効率が悪いという問題があった。また、光分岐点における光分岐の強度比率が常に一定なので、信号源に近い光分岐点では分岐光の光強度が過剰になり、信号源から遠い末端の光分岐点では分岐光の光強度が不十分になるという問題があった。信号源からの距離に応じて反射率の異なるハーフミラーを用いることも考えられるが、ハーフミラーの種類が増えて、全体のコストアップになるという問題があった。

一方、光通信網の交換処理技術として、光信号を一度電気信号に変換して交換処理を行う方法がある。図27に示すように、ファイバからの光信号を光/電気変換器により電気信号に変換し、電気的な交換器により交換処理を行った後に、電気/光変換器により光信号に変換してファイバに伝送する。しかしながら、このように一度電気信号に変換して交換処理を行う方法では、光信号を使用することのメリットが失われると共に、光ファイバを利用したHDTVのような高速のデータ電送を実現できるような、高速の光/電気変換器、電機/光変換器が非常に高価になるという問題があった。

また、図28に示すように、入力した光信号を多数に分岐する光分岐ファイバと、多数の光信号を合成する光合成ファイバとの間に、液晶スイッチ等の光ゲートアレーを挿入する交換処理技術がある。ひとつのゲートだけで光が通過するように光ゲートアレーを制御して、光信号の交換処理を行う。しかしながら、光ゲートアレーを用いた場合、光源側の光信号をn個に分岐すると、光源のパワーが1/nに減衰してしまい、しかも、受信側で使用されるのはm個の受信側のチャネルのうちいくつかのチャンネルのみであり、利用効率が非常に低くなってしまうという問題があった。

概要

本発明は、入射光から光を分岐する光分岐装置に関し、必要な強度の光を安定的に分岐し、光の利用効率を高めることができる光分岐装置を提供することを目的とする。

入射する偏光を、TE偏波成分TM偏波成分が所定の強度比になるように偏波状態を制御する偏波制御手段10と、偏波制御手段10により偏波状態を制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する偏波分離手段14とを有し、入射する光から所定の強度のTE偏波成分又はTM偏波成分を分岐するように構成する。

目的

本発明の目的は、必要な強度の光を安定的に分岐し、光の利用効率を高めることができる光分岐装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

光の電界偏波面を光の進行方向に垂直な面に投影した場合の偏波面の形状がTE偏波面に対して一定の角度を持つ直線であるような偏波状態を有する入射光偏波成分の大きさを、TE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように制御する偏波制御手段と、前記偏波制御手段により偏波成分が制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する偏波分離手段とを、前記偏波制御手段、前記偏波分離手段の順に光が通過するように構成して、入射する光から所定の強度のTE偏波成分又はTM偏波成分を分岐することを特徴とする光分岐装置

請求項2

入射する任意の偏波状態の光の偏波状態を、光の電界の偏波面を光の進行方向に垂直な面に投影した場合の偏波面の形状がTE偏波面に対して一定の角度を持つ直線になるように制御する第1の偏波制御手段と、前記第1の偏波制御手段により偏波状態が制御された光の偏波成分を、TE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように制御する第2の偏波制御手段と、前記第2の偏波制御手段により偏波成分が制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する偏波分離手段とを、前記第1の偏波制御手段、前記第2の偏波制御手段、前記偏波分離手段の順に光が通過するように構成して、入射する任意の偏波状態の光から所定の強度のTE偏波成分又はTM偏波成分を分岐することを特徴とする光分岐装置。

請求項3

請求項1又は2記載の光分岐装置において、前記偏波分離手段により分離されたTE偏波成分及びTM偏波成分のいずれか一方の偏波成分の偏光の強度が所望の強度になるように、請求項1の前記偏波制御手段又は請求項2の前記第2の偏波制御手段の偏波制御量を制御する偏波制御量制御手段を有することを特徴とする光分岐装置。

請求項4

第1の信号光源から出力された光束から所定の光強度の光束を分岐する請求項1乃至3記載の第1の光分岐装置と、第2の信号光源から出力された光束から所定の光強度の光束を分岐する光分岐装置で、この光分岐装置が偏波分離手段によって光路を変えられたTM偏波成分、又はTE偏波成分のみを有する光束の光軸に、TE偏波成分又はTM偏波成分のみを有する外部から入射させられた他の光束の光軸を重ねることができる偏波分離手段によって構成されている請求項1乃至3記載の第2の光分岐装置と、偏波面を90度回転させる偏波面回転手段とを有し、前記第1の光分岐装置により分岐されたTM偏波成分又はTE偏波成分のみを有する光が前記偏波面回転手段を通過して前記第2の光分岐装置の偏波分離手段に入射し、前記第1の光分岐装置により分岐されたTM偏波成分又はTE偏波成分のみを有する光束の光軸と前記第2の光分岐装置により分岐されたTM偏波成分又はTE偏波成分のみを有する光束の光軸とが一致するような構成となるように、前記第1の光分岐装置、前記偏波面回転手段、前記第2の光分岐装置を配置し、前記第1の光分岐装置の分岐光の光軸と前記第2の光分岐装置の分岐光の光軸とが一致する領域において、前記第1の光分岐装置の分岐光と前記第2の光分岐装置の分岐光のうち、任意の一方を選択的に分岐した出力を得ることを特徴とする光分岐装置。

請求項5

請求項1乃至4のいずれかに記載の光分岐装置において、分岐された光を利用する端末装置からのアクセス要求信号に基づいて、前記偏波制御手段を能動状態にするアクセス制御手段を有し、前記端末装置からアクセス要求されたときのみ光を分岐することを特徴とする光分岐装置。

請求項6

請求項1乃至5のいずれかに記載の光分岐装置において、分岐された光を利用する端末装置からの受光強度信号に基づいて、前記偏波分離手段により分離されたTE偏波成分及びTM偏波成分のいずれか一方の偏波成分の強度が所望の強度になるように、前記偏波制御手段又は前記第2の偏波制御手段を制御する第2の偏波制御量制御手段を有することを特徴とする光分岐装置。

請求項7

複数の信号源にそれぞれ設けられ、各信号源から出力された光束から所定の強度比の光を分岐する請求項1乃至6のいずれかに記載の複数の光分岐装置と、前記複数の光分岐装置により分岐された光束を同じ光軸を有する光束に合成する光合成手段とを有することを特徴とする光分岐装置。

技術分野

0001

本発明は入射光から光を分岐する光分岐装置に関する。

背景技術

0002

光信号を用いた光通信技術は、使用可能な周波数領域が広く一度に大量のデータを伝送できる点や、伝送損失が小さく長距離伝送が可能である点、電気的雑音の影響を受けにくい点等の種々の長所があり、次代の通信技術として大いに注目されている。

0003

通信技術においては信号を交換する交換処理が必要であるが、光通信技術において取り扱うHDTV信号等は600Mb/s以上の高いビットレートの信号となる。このような高い周波数の光信号を一度電気信号に変換して処理するのは困難であると共に非常にコストアップとなるため、光信号を電気信号に変換することなく光信号のままで処理することが望まれている。

0004

光信号による光ローカルネットワークでは、従来は図26に示すような方法で光分岐が行われていた。信号源から光信号が出力される光ファイバの光分岐点に、図26(a)に示すようにハーフミラーを設けて光分岐したり、図26(b)に示すようにハーフミラーの代わりにファイバカプラーを設けて光分岐していた。

0005

しかしながら、図26に示すようにハーフミラーやファイバカプラを用いて光分岐する方法では、端末装置が光信号を使用していなくても常に光が分岐されてしまうので、光の利用効率が悪いという問題があった。また、光分岐点における光分岐の強度比率が常に一定なので、信号源に近い光分岐点では分岐光の光強度が過剰になり、信号源から遠い末端の光分岐点では分岐光の光強度が不十分になるという問題があった。信号源からの距離に応じて反射率の異なるハーフミラーを用いることも考えられるが、ハーフミラーの種類が増えて、全体のコストアップになるという問題があった。

0006

一方、光通信網の交換処理技術として、光信号を一度電気信号に変換して交換処理を行う方法がある。図27に示すように、ファイバからの光信号を光/電気変換器により電気信号に変換し、電気的な交換器により交換処理を行った後に、電気/光変換器により光信号に変換してファイバに伝送する。しかしながら、このように一度電気信号に変換して交換処理を行う方法では、光信号を使用することのメリットが失われると共に、光ファイバを利用したHDTVのような高速のデータ電送を実現できるような、高速の光/電気変換器、電機/光変換器が非常に高価になるという問題があった。

0007

また、図28に示すように、入力した光信号を多数に分岐する光分岐ファイバと、多数の光信号を合成する光合成ファイバとの間に、液晶スイッチ等の光ゲートアレーを挿入する交換処理技術がある。ひとつのゲートだけで光が通過するように光ゲートアレーを制御して、光信号の交換処理を行う。しかしながら、光ゲートアレーを用いた場合、光源側の光信号をn個に分岐すると、光源のパワーが1/nに減衰してしまい、しかも、受信側で使用されるのはm個の受信側のチャネルのうちいくつかのチャンネルのみであり、利用効率が非常に低くなってしまうという問題があった。

発明が解決しようとする課題

0008

このように従来の技術では、光信号を電気信号に変換すると、高速のデータ電送を実現するために非常にコストがかかるという問題があった。また、光信号を電気信号に変換することなく処理する従来の技術では、光の利用効率が非常に低いという問題があった。

0009

本発明の目的は、必要な強度の光を安定的に分岐し、光の利用効率を高めることができる光分岐装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

本発明の原理について説明する前に、説明の混乱を避けるために、本明細書において使用される用語の説明と定義を行う。図1及び図2は、本明細書において記載される偏波状態を具体的に説明するための図である。光の偏波状態とは厳密には光の電界ベクトル偏波面の状態のことである。以下これを光の偏波状態と表現する。図1(a)は、光の進行方向と、進行方向に直交する軸と、光の偏波面とを説明するための図である。図1(a)において光は紙面に垂直に、紙面の裏から表に進行するものとする。光の進行方向をz軸とし、これに直交する軸をx軸とy軸とする。光の電界ベクトルが(1)であるとき、x軸に投影された成分をTE偏波成分、y軸に投影された成分をTM偏波成分と定義する。また、TE偏波成分はx軸成分、TM偏波成分はy軸成分でもある。電界ベクトル(1)のTE偏波成分、すなわち、x軸成分は(1x),電界ベクトル(1)のTM偏波成分、すなわち、y軸成分は(1y)である。

0011

時間を停止してz軸に沿って前後に移動したとき、(1x)と(1y)の大きさの比が変化しない光、すなわち、図1(a)のθが変化しない電界ベクトルを有する光の偏波面は、3次元方向に平らな面となる。このような偏波状態を直線偏波状態といい、このような偏波状態にある光を偏波状態が直線偏波である光あるいは直線偏波の光あるいは直線偏光と定義する。直線偏波である場合は、観測位置を固定して光の電界ベクトルの先端の時間による変化を観測すると、やはり図1(a)の(1)のような軌跡を描く。なお、図1(b)は直線偏光の光を立体的に図示したものである。

0012

次に、図1(a)のθが時間あるいはz軸上の位置によって変化する電界ベクトルを有する光も存在する。その様子を示したのが図2(b)である。このような電界ベクトルをz軸方向から見ると、図2(a)のように、電界ベクトルの先端の軌跡が楕円になるように、電界ベクトル(1)のx軸成分(1x)とy軸成分(1y)の強度が変化する。このような偏波状態を楕円偏波状態といい、このような偏波状態にある光を偏波状態が楕円偏波である光あるいは楕円偏波の光あるいは楕円偏光と定義する。なお、楕円偏波の特殊な状態として、電界ベクトルの先端の軌跡が真円になるような偏波状態がある。このような偏波状態を円偏波状態といい、このような偏波状態にある光を偏波状態が円偏波である光あるいは円偏波の光あるいは円偏光と定義する。

0013

上述した用語の定義を踏まえて本発明の原理について図3乃至図12を用いて説明する。図3は本発明による光分岐装置である。図3の光分岐装置は直線偏光から所定の強度比の光を分岐する。偏波制御手段10は、駆動手段12により駆動され、入射する直線偏光をTE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように変換する。偏波分離手段14は、偏波制御手段10により偏波制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する。このようにして入射する直線偏光から所定の強度比の光(TM偏光)が分岐される。

0014

図4も本発明による光分岐装置である。図3の光分岐装置は直線偏光から光を分岐したが、図4の光分岐装置は任意の偏波状態にある光から光を分岐する。偏波制御手段10の前段に、任意の偏波状態にある光を特定の偏波状態の光(図4では直線偏光)になるように変換する偏波制御手段16を設ける。偏波制御手段16は駆動手段18により駆動される。

0015

入射した任意の偏波状態にある光は、その楕円偏光に応じて偏波制御手段16により偏波制御されて特定の偏波状態の光(直線偏光)に偏波状態を制御される。偏波制御手段16により偏波制御された直線偏光は、偏波制御手段10により、TE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように偏波制御される。偏波分離手段14は、偏波制御手段10により偏波状態を制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する。このようにして入射する任意の偏波状態にある光から所定の強度比の光(TM偏光)が分岐される。

0016

図5乃至図10を用いて、本発明における偏波制御手段10、16と駆動手段12、18について説明する。図5結晶に圧力を印加することにより複屈折を生じさせて偏波状態を制御するものである。均質結晶材料からなる結晶ブロック20に対して、圧力印加手段22により一方向のみに圧力を加えると歪みにより複屈折を生じるようになり、入射する光の偏波状態を制御することができる。圧力印加手段22により加える圧力を制御することにより、TE偏波成分とTM偏波成分の強度比を制御することができる。圧力印加手段22として圧電素子を用いれば電気的に圧力を制御することができる。

0017

図6は結晶に電界を印加することにより複屈折を生じさせて偏波状態を制御するものである。均質な結晶材料からなる結晶ブロック24に対して、電界印加手段26により一方向のみに電界を加えると歪みにより複屈折を生じるようになり、入射する光の偏波状態を制御することができる。電界印加手段26により加える電圧を制御することにより、TE偏波成分とTM偏波成分の強度比を制御することができる。

0018

図5及び図6に示す偏波制御手段により偏波する原理について図7を用いて説明する。図7(a)は結晶ブロック20、24のX軸方向の結晶軸とY軸方向の結晶軸を示す図である。さらに、図7(a)には直線偏波の光をX軸方向の結晶軸あるいはY軸方向の結晶軸に斜めになるように入射させた場合の様子と、この光のX軸方向成分とY軸方向成分も示されている。なお、前述したように、X軸上に偏波面がある直線偏波した光電界波動をTE偏波、Y軸上に偏波面がある直線偏波した光電界の波動をTM偏波と表現する。

0019

図7(b)、(c)は、直線偏波の光を、偏波面が図7(a)のX軸に対して斜めになるような状態で入射させた場合のX偏波成分とY偏波成分の伝播の様子を示したものである。図7(b)はX方向とY方向の屈折率位相が同じである場合の伝搬の様子を示し、図7(c)はXとY方向の屈折率が同じで位相が90度ずれた場合の伝搬の様子を示している。

0020

直線偏波した光を、複屈折を生じた軸に対して斜の角度に偏波面が一致するような状態で入射すると、屈折率の小さい面の偏波成分と屈折率の大きい面の偏波成分の速度が異なってくるため、二つの偏波に位相の差が生じる。そのため結晶ブロック20、24中を進行するに従って偏波状態が直線偏波から楕円偏波に変化し、やがて位相が90度ずれると図7(c)のような円偏光になる。さらに結晶ブロック20、24中を進行すると再び元の直線偏光になる。無限に長い結晶ブロック20、24中を進行しているとすると、周期的に直線偏光−楕円偏光−直線偏光を繰り返す。途中で結晶ブロック20、24中から空間(又は屈折率が等方的な材料中)に出力されると、位相差を保ったまま伝播する。例えば位相が90度ずれたところで出力されると、図7(c)のようになる。

0021

結晶ブロック20、24中を光が通過する距離が同じの場合、複屈折の大きさを圧力や電界で制御すると、偏波状態の変化量は圧力又は電界に比例する。したがって、適切な長さの結晶ブロック20、24を用い、圧力又は電界を変化させることにより偏波状態を制御することができる。図8YIG等のファラデー効果の大きい材料に磁界を加えることにより偏波状態を制御するものである。ファラデー効果の大きい材料からなるファラデー素子ブロック28に対して、磁界印加手段(図示せず)により磁界を加えるとファラデ−効果により偏光面が回転する。磁界印加手段により加える磁界の強度を制御することにより、偏光面の回転角を制御することができる。比較的小さい磁界で直線偏光のまま偏波面を回転させることができる。

0022

図9液晶に電界を印加することにより偏波状態を制御するものである。液晶材料からなる液晶ブロック30に対して、電界印加手段32により電界を印加することにより偏光面が回転する。電界印加手段32により加える電界の強度を制御することにより、偏光面の回転角を制御することができる。図10は1/4波長板と1/2波長板を回転させることにより偏波状態を制御するものである。入射する光が透過するように1/4波長板34と1/2波長板36を直列に配置し、1/4波長板34と1/2波長板36のそれぞれにモーターガルバノメータ等の回転手段(図示せず)を設ける。1/4波長板34の回転角度と1/2波長板36の回転角度を調節することにより、入射する光を任意の偏波状態の光に変換することができる。

0023

次に、図11及び図12を用いて、本発明における偏波分離手段14について説明する。図11方解石等の複屈折性を示す結晶を用いた偏波分離手段である。図11(a)に示すように、方解石等の複屈折性を示す結晶ブロック38に光を入射すると偏波方向によって光路が分かれる。この性質を利用してTE偏波成分とTM偏波成分に分離することができる。

0024

入射光が偏波面が図11(b)に示すようにTE偏波面に対して角度θだけ傾いた直線状である場合には、それぞれsinθの成分、cosθの成分に相当する電界強度を有する光が異なる光路を進行する。入射光が楕円偏光の場合、図11(c)に示すように、X軸及びY軸に投影された成分の電界強度を持つ光が異なる光路を進行する。

0025

図12は偏波分離プリズムPBS)を用いた偏波分離手段である。偏波分離プリズム40では、図12(a)に示すように、一般に45度の偏波分離面に対してP波となる成分(TE偏光成分)は偏波分離面を通過する。一方、偏波分離面に対してS波となる成分(TM偏光成分)は偏波分離面で反射されて直角に曲げられる。

0026

偏波分離プリズム40がP波とS波を分離できるのは、図12(b)に示すように、P波に対してはαがブリュースター角となるような屈折率を持つ屈折率n1とn2の材料が使用されているためである。TE偏波面に対して角度θだけ傾いた偏光面で振動する光は、cosθの電界強度を有する成分が偏波分離プリズム40を通過し、sinθの電界強度を有する成分が偏波分離プリズム40で90度光路を曲げられて分離される。任意の偏波状態にある光の場合は、それぞれTE偏光面及びTM偏光面に投影される電界強度の光が分離される。

0027

なお、図11及び図12に示す偏波分離手段における損失は非常に小さく、更に偏波分離された光の偏波クロストークも小さい。損失の代表的な値は1dB以下、クロストークの代表的な値は−30dB以下である。

0028

本発明によれば、入射する光を、TE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように変換する偏波制御手段と、偏波制御手段により偏波状態が制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する偏波分離手段と設けたので、必要な強度の光を安定的に分岐し、光の利用効率を高めることができる。

0029

本発明の第1の実施例による光分岐装置を図13を用いて説明する。本実施例では、偏波制御手段として、1辺2mmの立方体のLiNbO3結晶50を設け、このLiNbO3 結晶50の対向面に金を蒸着した電極52、54を形成している。駆動手段として直流電源56が設けられ、電極52、54からLiNbO3 結晶50に電圧を印加している。偏波分離手段として、45度の接着面に誘電体多層膜を使用した偏波分離プリズム58が設けられている。

0030

入射する直線偏光のTE偏波面に対して、LiNbO3結晶50を45度傾けて配置し、LiNbO3 結晶50からの光の出射方向に偏波分離プリズム58を配置する。入射する直線偏光は、LiNbO3 結晶50により、直流電源56から印加される電圧に応じて、TE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように偏波状態を制御される。偏波分離プリズム58によりTM偏波成分が分離されて光分岐される。

0031

LiNbO3結晶50への印加電圧が0Vの場合、分岐光の割合は0%であり、LiNbO3 結晶50への印加電圧が2000Vの場合、分岐光の割合は100%であった。したがって、LiNbO3 結晶50への印加電圧がXVの場合、sin(Xπ/4000)の2乗に比例した強度の光が分岐される。必要な分岐光の強度にしたがって、上式による印加電圧を直流電源56により印加すればよい。

0032

本実施例によれば直線偏光から必要な任意の強度の光を分岐することができる。例えば、ローカルネットワーク等における光分岐装置に用いると、必要な部分で必要な時に必要な強度の光のみを分岐することができ、光を効率的に利用することができる。なお、LiNbO3結晶50の電界印加方向の厚さを薄くすると、直流電源56による駆動電圧を低くすることができる。

0033

また、LiNbO3結晶50にTiを拡散させて結晶の表面に導波路構造を形成してもよい。さらに、偏波制御手段としては、前述したように、他の電気光学結晶、ファラデ−効果素子、液晶、回転可能な波長板等を用いることができる。本発明の第2の実施例による光分岐装置を図14を用いて説明する。図13に示す第1の実施例の光分岐装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

0034

LiNbO3結晶50の手前に、偏波制御手段として、2つのLiNbO3 結晶60、62を光軸を共通にして相対角度45度で配置している。LiNbO3結晶60、62には直流電源64が設けられている。直流電源64により各LiNbO3 結晶60、62に印加する電圧を制御することにより任意の偏波状態にある光を特定の偏波状態(本実施例では直線偏光)に変換することができる。

0035

入射する任意の偏波状態にある光はLiNbO3結晶60、62により直線偏光に偏波状態を制御される。この直線偏光はLiNbO3 結晶50によりTE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように偏波状態を制御され、偏波分離プリズム58によりTM偏波成分が分離されて光分岐される。本実施例によれば任意の偏波状態にある光から必要な強度の光を分岐することができる。光信号の伝送手段として通常光ファイバが用いられるが、光ファイバに残留したわずかな歪みや機械的曲げによる歪みのために複屈折を生じて伝搬中に光信号の偏波が変動して光ファイバから出射される光が楕円偏光になることがある。本実施例によれば楕円偏光が直線偏光に変換されるので、長い光ファイバを光伝送路に用いて信号光の偏波状態が楕円偏波になっても、必要な強度の光を分岐することができる。

0036

本発明の第3の実施例による光分岐装置を図15を用いて説明する。図13に示す第1の実施例の光分岐装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例では、分岐光の強度が所望の強度になるように、偏波制御手段を制御する偏波制御量制御手段を設けている。偏波制御量制御手段は、ハーフミラー66、フォトダイオード68、差動増幅器70、光強度設定可変電源72、直流電源56で構成されている。偏波分離プリズム58により分離された分岐光をハーフミラー66により分岐し、フォトダイオード68により光強度を検出する。フォトダイオード68による検出信号は差動増幅器70の負端子に入力される。差動増幅器70の正端子には光強度設定用可変電源72からの設定電圧が印加されている。差動増幅器70は、光強度設定用可変電源72からの設定電圧とフォトダイオード68からの検出電圧の差に応じた電圧信号を、駆動手段としての直流電源56に対して出力する。直流電源56は差動増幅器70からの電圧信号に応じた電圧をLiNbO3結晶50に印加する。

0037

通常、分岐された光は端末装置において受信されるが、ビットレートや受信装置が決まれば受信に必要な光強度はほぼ決まった値となる。したがって、本実施例により必要最小限の強度の光だけを分岐するようにすれば、伝送する光信号のパワーの分岐点における減衰が最小限に押さえられ、光のパワーの利用効率が高くなる。したがって、同じパワーの光信号に対して多くの分岐点を設けることができるようになる。

0038

また、ビットレートが変化した場合いは、光強度設定用可変電源72による設定電圧を変更して、受信に必要な最小限のパワーの光を供給するようになる。このようにすると、それぞれ時間によって受信する信号のビットレートが異なる多数の端末装置が接地される場合には、仮想的に全ての端末に高いビットレートの信号を送信できる伝送路が形成されているとみなすことができるようになる。但し、高ビットレートの信号を同時に受信できる端末数が制限されることはいうまでもない。一般的に端末の可動率が100%になるあことはまれであるので、端末の可動率を考慮して信号原の光パワー供給能力よりも多めの端末を設置するようにすれば、信号原の光パワーが有効利用される利点がある。

0039

本発明の第4の実施例による光分岐装置を図16を用いて説明する。上述した第1乃至第3の実施例は光信号の信号源がひとつの場合である。本実施例は2つの信号源A、Bからの光信号を選択的に分岐するものである。本実施例では、第1の実施例の光分岐装置を各信号源A、Bに対して並列的に設けている。一方の信号源Aに対して、LiNbO3結晶50A、直流電源56A、偏波分離プリズム58Aを設け、他方の信号源Bに対して、LiNbO3 結晶50B、直流電源56B、偏波分離プリズム58Bを設けている。

0040

偏波分離プリズム58Aによる分岐光の光軸と偏波分離プリズム58Bによる分岐光の光軸とが一致するように配置され、偏波分離プリズム58Aと偏波分離プリズム58Bの間に、分岐光を90度回転させる偏光面回転手段73を設けている。この偏光面回転手段73としては、水晶等を特定の厚さに研磨した1/2波長板や、ファラデー効果素子、液晶素子等が考えられる。

0041

偏波分離プリズム58Aによる分岐光(TM偏光)は、偏光面回転手段73によりTE偏光に変換されて偏波分離プリズム58Bに入射される。入射されたTE偏光は偏波分離プリズム58B中を直進して、分岐光と同じ方向に出射される。一方の信号源Aからの光信号を分岐する場合には、直流電源56AによりLiNbO3結晶50Aに所定の電圧を印加すると共に、LiNbO3 結晶50Bへの印加電圧を0Vにすればよい。他方の信号源Bからの光信号を分岐する場合には、直流電源56BによりLiNbO3 結晶50Bに所定の電圧を印加すると共に、LiNbO3 結晶50Aへの印加電圧を0Vにする。このようにすることにより、2つの信号源A、Bからの光信号を選択的に分岐することができる。

0042

このように本実施例によれば簡単な構成により2チャンネルの信号源から選択的に光信号を分岐することができるので、光交換器を構成する場合等において、チャンネル数を容易に2倍にすることができる。本発明の第5の実施例による光分岐装置を図17を用いて説明する。本実施例は、上述した第4の実施例と同様に2つの信号源A、Bからの光信号を選択的に分岐するものである。図16に示す第4の実施例の光分岐装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

0043

本実施例では、偏波分離プリズム58Aによる分岐光の光軸と偏波分離プリズム58Bによる分岐光の光軸とが直交するように配置されている。偏波分離プリズム58Aと偏波分離プリズム58Bの間に、偏波分離プリズム58Aにより分離される分岐光の光路を90度屈折させる光路屈折手段74を設けている。この光路屈折手段74としては、直角プリズム等が考えられる。

0044

偏波分離プリズム58Aによる分岐光(TM偏光)は、光路屈折手段74により光路が90度屈折されると共にTE偏光に変換されて偏波分離プリズム58Bに入射される。入射されたTE偏光は偏波分離プリズム58B中を直進して、分岐光と同じ方向に出射される。一方の信号源Aからの光信号を分岐する場合には、直流電源56AによりLiNbO3結晶50Aに所定の電圧を印加すると共に、LiNbO3 結晶50Bへの印加電圧を0Vにすればよい。他方の信号源Bからの光信号を分岐する場合には、直流電源56BによりLiNbO3 結晶50Bに所定の電圧を印加すると共に、LiNbO3 結晶50Aへの印加電圧を0Vにする。このようにすることにより、2つの信号源A、Bからの光信号を選択的に分岐することができる。

0045

このように本実施例によれば簡単な構成により2チャンネルの信号源から選択的に光信号を分岐することができるので、光交換器を構成する場合等において、チャンネル数を容易に2倍にすることができる。本発明の第6の実施例による光分岐装置を図18を用いて説明する。図18(a)は本実施例の光分岐装置の全体を示す図であり、図18(b)は本実施例で用いられる偏波制御手段の斜視図である。

0046

本実施例では、偏波制御手段として、図18(b)に示すように、Ti拡散により光導波路78を形成したLiNbO3結晶76を用いている。電極80は光導波路78上面に形成され、電極82はLiNbO3 結晶76底面に形成されている。駆動手段として直流電源84が設けられ、電極80、82からLiNbO3 結晶76の光導波路78に電圧を印加している。偏波分離手段として、45度の接着面に誘電体多層膜を使用した偏波分離プリズム86が設けられている。

0047

LiNbO3結晶76の光導波路78との光結合は光ファイバの先端を球状にしたファイバ88、90により行う。偏波分離プリズム86とファイバ90、92、94の光結合は球レンズ96、98、100によって行う。なお、球レンズ96、98、100を、ガラスイオン拡散を行ってレンズ効果を持たせた平板レンズや、円板状のフォトレジストベーキングして形成したマイクロレンズや、円板状のフォトレジストをベーキングしてレンズ形状を形成した後にイオンビームエッチング半導体結晶やガラスに形状を転写したマイクロレンズや、マイクロフレンネルレンズ等を用い、これらを偏波分離プリズム86表面に張り付けてもよい。

0048

本実施例によればファイバとの光結合が容易に行えるので光信号の伝送路との接続を容易に行うことができる。なお、図18(c)に示すように、LiNbO3結晶76の光導波路78と偏波分離プリズム86とを結合するファイバ90を除去すれば、光分岐装置全体の小型化を図ることができる。

0049

本発明の第7の実施例による光分岐装置を図19を用いて説明する。本実施例は、光ファイバに圧力を加えると複屈折を生じるというファイバの特性を利用すると共に、偏波面保持ファイバを用いてカプラ製作すると偏波分離カプラを実現できるという特性を利用して、光分岐装置中の伝送路をファイバにより構成したものである。

0050

光信号が伝送されるファイバ102を挟むように、圧力印加手段として一組の圧電素子104、106を設け、各圧電素子104、106に電圧印加手段(図示せず)を設ける。圧電素子104、106は、例えば5mm角、長さ20mmで側面に形成された電極に所定の電圧を印加することによりファイバ102に所定の圧力を印加する。

0051

一方、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する偏波分離手段としてと偏波分離カプラ108を用いる。ファイバ102と偏波分離カプラ108はスプライス融着)接続される。入射した直線偏光が圧力が印加されたファイバ102中を伝送すると、複屈折によりTE偏波成分とTM偏波成分が印加圧力に応じた所定の強度比になるように偏波状態を制御される。偏波制御された光はそのまま偏波分離カプラ108に入射され、TE偏波成分とTM偏波成分に分離される。ファイバ102への印加圧力を制御することにより所定の強度比の光を分岐することができる。

0052

本実施例によれば光分岐装置が基本的にファイバにより構成されているので、光分岐装置内の損失が少なく、温度安定性、機械的安定性に優れている。また、圧電素子は小型なので装置全体を小型化することができる。本発明の第8の実施例による光分岐装置を図20を用いて説明する。図19に示す第7の実施例と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

0053

本実施例では、1組の圧電素子104、106の手前に、偏波制御手段として、2組の圧電素子110、112、114、116を圧力印加方向が45度異なるように配置している。各圧電素子110、112、114、116には電圧印加手段(図示せず)が設けられている。最初の2組の圧電素子110、112、114、116に印加する電圧を制御することによりファイバ102中を伝送する任意の偏波状態にある光を特定の偏波状態(本実施例では直線偏光)の光に変換することができる。

0054

入射する任意の偏波状態にある光は2組の圧電素子110、112、114、116により直線偏光に変換される。この直線偏光は1組の圧電素子104、106によりTE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように偏波状態を制御され、偏波分離カプラ108によりTM偏波成分が分離されて光分岐される。

0055

本実施例によれば任意の偏波状態にある光から必要な強度の光を分岐することができる。光信号の伝送手段として通常光ファイバが用いられるが、光ファイバに残留したわずかな歪みや機械的曲げによる歪みのために複屈折を生じて伝搬中に光信号の偏波が変動して光ファイバから出射される光は楕円偏光になる。本実施例によれば任意の偏波状態にある光が直線偏光に変換されるので、長い光ファイバを光伝送路に用いて光信号が楕円偏光になっても、必要な強度の光を分岐することができる。

0056

本発明の第9の実施例による光分岐装置を図21を用いて説明する。本実施例は例えば第1の実施例の光分岐装置を多数個直列に接続したものである。偏波制御手段であるLiNbO3結晶50、駆動手段である直流電源56、偏波分離手段である偏波分離プリズム58により構成される光分岐装置が多数個直列に接続されている。各光分岐装置には端末装置(図示せず)が設けられている。

0057

一方から入射された光信号(例えばTV信号)が各端末装置の必要に応じて各光分岐装置により分岐される。光信号を必要とする端末装置のみに光を分岐するので光信号のパワーの利用効率を高めることができる。なお、光分岐装置として図14に示す第4の実施例や図15に示す第5の実施例を用いれば、ほぼ同じ構成で2チャンネルのTV信号を選択的に受信することができる。

0058

本発明の第10の実施例による光分岐装置を図22を用いて説明する。本実施例の光分岐装置は電話局118に設置されている。加入者電話機120は電話局118とファイバ122により接続されている。光分岐装置の偏波分離プリズム58により分離された分岐光がファイバ122を介して電話機120に伝送される。

0059

LiNbO3結晶50と直流電源56の間には電磁スイッチ124が挿入されている。電磁スイッチ124の電磁石124bは、電池127及び電話機120のフック用のスイッチ126に直列接続されている。電話機120のフックをオンするとスイッチ126が閉じ、電磁石124bに電池127からの電流が流れ、電磁スイッチ124の接点124aがオンする。接点124aがオンすると、駆動手段である直流電源56からの電圧がLiNbO3 結晶50に印加され、光信号が電話機120に分岐される。

0060

本実施例によれば加入者が要求する場合のみ電話局から電話機に光を分岐するので光信号のパワーを有効に利用することができる。本発明の第11の実施例による光分岐装置を図23を用いて説明する。図13に示す第3の実施例と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。加入者の電話機128は偏波分離プリズム58により分岐された光信号をモニターし、受信に充分なパワーかどうかを判断する。パワーが不足する場合は電話機128より光強度設定用可変電源72の出力電圧を増加させる信号を出力して光強度設定用可変電源72の出力電圧を高くする。光強度設定用可変電源72の出力電圧が高くなると直流電源56の出力電圧も高くなり、分岐される光信号のパワーも大きくなる。逆に、パワーが大きすぎる場合には電話機128より光強度設定用可変電源72の出力電圧を低くさせる信号を出力して光強度設定用可変電源72の出力電圧を低くする。光強度設定用可変電源72の出力電圧が低くなると直流電源56の出力電圧も低くなり、分岐される光信号のパワーも低下する。

0061

本実施例によれば電話局から電話機へのファイバでの損失や電話機の受信感度を含めた、必要最小限のパワーの光だけの分岐することができるので、光の利用効率が更に高くなる。また、ビットレートが変化すれば、そのビットレートに応じた必要最小限のパワーの光を分岐差せることができ、やはり光の利用効率を高くできる。

0062

本発明の第12の実施例による光分岐装置を図24を用いて説明する。図21に示す第9の実施例と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例も例えば第1の実施例の光分岐装置を多数個直列に接続したものであるが、分岐点の数が多くなると光信号のパワーが減衰するので、所定数の分岐毎、例えば24分岐毎に光増幅器129を設ける。光増幅器129としては、石英系光ファイバコアにErをドープしたErドープファイバを用いたファイバアンプを用いる。励起光には0.98μmの光を使用する。このファイバアンプの利得は20dB以上である。

0063

例えば、光増幅器129を含む24個の光分岐装置を1モジュールとし、更に、モジュール等の損失がになるように構成する。そして、分岐数が増える場合にはモジュール単位増設すれば、非常に多数の分岐数の光分岐装置を実現できる。本発明の第13の実施例による光分岐措置図25を用いて説明する。

0064

光信号が伝送される複数本の光ファイバ131、132、…、13nが配置され、各光ファイバ131、132、…、13nに上述した実施例の光分岐装置141、142、…、14n;151、152、…、15n;161、162、…、16n;…が設けられている。光分岐装置141、142、…、14n;151、152、…、15n;161、162、…、16n;…には、n個の分岐光をひとつの光導波路あるいは光ファイバに導く光合成導波路171、172、173、…が設けられている。光合成導波路171、172、173、…の終端には加入者の受信装置181、182、183、…が接続され、各受信装置181、182、183、…からはチャネルを選択するための信号線が各光分岐装置141、142、…、14n;151、152、…、15n;161、162、…、16n;…に接続されている。

0065

加入者が受信装置181、182、183、…から特定のチャネルを選択する信号を出力すると、選択信号が信号線を介して各光分岐装置141、142、…、14n;151、152、…、15n;161、162、…、16n;…に送信され、選択されたチャネルの光分岐装置だけが光信号を分岐し、他の光分岐装置は光を分岐しない。光合成導波路171、172、173、…は光分岐装置141、142、…、14n;151、152、…、15n;161、162、…、16n;…からの分岐光を合成し、受信装置181、182、183、…に選択されたチャネルの光信号を送信する。

0066

このように本実施例によれば、実際に受信している加入者が必要とするパワーだけが消費されるので、信号原の光パワーの利用効率が高くなる。例えば、CATV等で1加入者に1のパワーが必要で、加入者が100であるとすると、分岐が固定されている場合には信号源には100の光パワーが要求される。しかし、本発明のように必要な加入者のみに光を分岐する場合では、加入者端末の最大可動率が50%である場合には、信号源の光パワーは50で十分である。このため光源を小型化できると共に光源の寿命延ばすことができるようになる。

発明の効果

0067

以上の通り、本発明によれば、入射する任意の偏波状態の光を直線偏波の光に変換する第1の偏波制御手段と、第1の偏波制御手段により偏波制御した光を、TE偏波成分とTM偏波成分が所定の強度比になるように偏波状態を制御する第2の偏波制御手段と、第2の偏波制御手段により偏波制御された光を、TE偏波成分とTM偏波成分に分離する偏波分離手段と設けたので、必要な強度の光を安定的に分岐し、光の利用効率を高めることができる。

図面の簡単な説明

0068

図1本明細書における用語の定義の説明図である。
図2本明細書における用語の定義の説明図である。
図3本発明の原理図(その1)である。
図4本発明の原理図(その2)である。
図5偏波制御手段の原理図(その1)である。
図6偏波制御手段の原理図(その2)である。
図7図3及び図4の偏波制御手段の偏波する原理を示す図である。
図8偏波制御手段の原理図(その3)である。
図9偏波制御手段の原理図(その4)である。
図10偏波制御手段の原理図(その5)である。
図11偏波分離手段の原理図(その1)である。
図12偏波分離手段の原理図(その2)である。
図13本発明の第1の実施例による光分岐装置を示す図である。
図14本発明の第2の実施例による光分岐装置を示す図である。
図15本発明の第3の実施例による光分岐装置を示す図である。
図16本発明の第4の実施例による光分岐装置を示す図である。
図17本発明の第5の実施例による光分岐装置を示す図である。
図18本発明の第6の実施例による光分岐装置を示す図である。
図19本発明の第7の実施例による光分岐装置を示す図である。
図20本発明の第8の実施例による光分岐装置を示す図である。
図21本発明の第9の実施例による光分岐装置を示す図である。
図22本発明の第10の実施例による光分岐装置を示す図である。
図23本発明の第11の実施例による光分岐装置を示す図である。
図24本発明の第12の実施例による光分岐装置を示す図である。
図25本発明の第13の実施例による光分岐装置を示す図である。
図26従来の光分岐装置を示す図である。
図27従来の光通信網の交換処理装置を示す図である。
図28従来の光交換処理装置を示す図である。

--

0069

10…偏波制御手段
12…駆動手段
14…偏波分離手段
16…偏波制御手段
18…駆動手段
20…結晶ブロック
22…圧力印加手段
24…結晶ブロック
26…電界印加手段
28…ファラデー素子ブロック
30…液晶ブロック
32…電界印加手段
34…1/4波長板
36…1/2波長板
38…結晶ブロック
40…偏波分離プリズム
50…LiNbO3結晶
52、54…電極
56…直流電源
58…偏波分離プリズム
60、62…LiNbO3 結晶
64…直流電源
66…ハーフミラー
68…フォトダイオード
70…差動増幅器
72…光強度設定用可変電源
73…偏光面回転手段
74…光路屈折手段
76…LiNbO3 結晶
78…光導波路
80、82…電極
84…直流電源
86…偏波分離プリズム
88、90…ファイバ
90、92、94…ファイバ
96、98、100…球レンズ
102…ファイバ
104、106、110、112、114、116…圧電素子
108…偏波分離カプラ
118…電話局
120…電話機
122…ファイバ
124…電磁スイッチ
124a…接点
124b…電磁石
126…スイッチ
127…電池
128…電話機
129…光増幅器
131、132、…、13n…光ファイバ
141、142、…、14n;151、152、…、15n;161、162、…、16n;…光分岐装置
171、172、173、…光合成導波路
181、182、183、…受信装置

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