JP2004145136A - 光分離器およびotdr装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光分離器100は,非相反部140と,第2ポートP2としてのファイバコリメータ120と,第1ポートP1としてのLDコリメータ110,第3ポートP3としてのファイバコリメータ130,光路折り曲げプリズム150を有する。LDコリメータ110は,光源としての半導体レーザとコリメータ用レンズを有する。第1ポートP1から非相反部140に対し所定の偏波面の方向を有し,かつ角度θで斜入射した光は第2ポートP2に出射し,第2ポートP2から非相反部140に入射した光は第3ポートP3に出射し,光路折り曲げプリズム150を経由してファイバコリメータ130に入射する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,光源を内蔵した方向性光分離器およびOTDR(Optical Time Domain Reflectometer)装置に関し,特に,光ファイバ通信に使用される光ファイバの破断点を検出する際に,送信信号光と破断点から反射して戻る受信信号光とを分離するのに好適な光分離器と該光分離器を用いたOTDR装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバ通信に使用される敷設された光ファイバの破断点を検出する方法として,光ファイバの片端から光パルス信号を送信し,その一部が破断点で反射されて得られる受信信号光が送信源に戻ってくるまでの遅延時間を測定することによって,破断点までの距離を算出して破断点を求める方法がある。この方法は従来,OTDR装置で利用されている。上記方法を実現する手段は非特許文献1に示されている。非特許文献1では送信信号光と反射により戻る受信信号光を分離する機能素子に3ポート光サーキュレータが使用されている。
【0003】
図11は上記分野で使用される一般的な3ポート光サーキュレータの機能を説明するための模式図である。光サーキュレータ2は第1ポートP1,第2ポートP2,第3ポートP3を有し,これら3つの全てのポートには光ファイバ4が接続されている。第1ポートP1には光源としての半導体レーザ6が光ファイバ4を介して接続されている。第2ポートP2には伝送路ファイバ7が光ファイバ4を介して接続されている。第3ポートP3には受光器8が光ファイバ4を介して接続されている。
【0004】
第1ポートP1の半導体レーザ6から出射した信号光は,光ファイバ4を経由した後に,光サーキュレータ2に入射する。この光は光サーキュレータ2内を通過して第2ポートP2へ出射して伝送路ファイバ7を進行する。伝送路ファイバ7の破断点で反射されて戻った光は第2ポートP2から光サーキュレータ2に入射する。この光は光サーキュレータ2内を通過して第3ポートP3から出射して受光器8に入射する。
【0005】
特殊な光サーキュレータとして,非相反性を有する素子を用い,偏波保存光ファイバを用いて信号光を入射させる光サーキュレータが知られている(例えば特許文献1参照)。図12にこの光サーキュレータの概略構成図を示す。この光サーキュレータは,所定の頂角を有する2つの楔形複屈折プリズム42a,42bと,円筒状の永久磁石46で磁化されたファラデー回転子44から非相反部40が構成されている。そして第1ポートP1に偏波保存光ファイバを用いた偏波保存ファイバコリメータ10を配置し,第2ポートP2,第3ポートP3にシングルモード光ファイバを用いたファイバコリメータ20,30をそれぞれ配置する。この光サーキュレータでは,第1ポートP1からの直線偏波信号光は非相反部40を通って第2のポートに結合し,第2ポートから入射した信号光は偏波状態の如何に関わりなく,偏波無依存で非相反部40を通って第3ポートに結合する。
【0006】
【非特許文献1】
Harry J.R.Dutton著, 「Understanding Optical Communication」, IBM Communications Networkings, p.433, Fig.274
【特許文献1】
特開平5−323234号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,図11に示す従来の光サーキュレータでは,半導体レーザと光サーキュレータが光ファイバで結合されていることに起因する多数の問題がある。まず,光サーキュレータの第1ポートP1と第2ポートP2の結合部分で光量損失が生じる。同様に,光サーキュレータの第2ポートP2と第3ポートP3の結合部分もまた,光ファイバで結合されているため,この結合でも光量損失が生じる。したがって,半導体レーザから受光素子までの経路で光量損失が累積されて光量損失が大きくなってしまうという大きな問題がある。
【0008】
また,半導体レーザと光サーキュレータ間を光ファイバで結合するために,光ファイバ融着作業(スプライス)が必要となると共に,余長の光ファイバを収納処理するための工程が必要であり,煩雑である。余長の光ファイバを収納する空間が必要なため,装置寸法が大きくなり,小型化の障害となる。
【0009】
さらに,第1ポートP1から第2ポートP2への結合では光サーキュレータ2自身にPDL(Polarization Dependent Loss)特性が良好でなくてはならないという制限がある。PDL特性が悪い場合には,半導体レーザの光は直線偏波特性を有するので,半導体レーザ光源から第1ポートへの光ファイバ中で進行する光の偏波状態が変化する(例えば振動などで光ファイバがゆらいだ場合に)と,その変化量は直接第2ポートへの光量損失変動となって現れるからである。
【0010】
特許文献1に記載のものは,偏波保存ファイバコリメータを用いているため,以下のような多数の問題がある。まず,偏波保存光ファイバは通常の光ファイバとは異なる特殊な光ファイバであり,そのファイバ自体が高価である。この点はコスト削減を図る際に大きな問題となる。
【0011】
さらにまた,偏波保存ファイバコリメータを製作する際には,多数の煩雑な工程が必要である。例えば,偏波保存光ファイバの両端面を斜めに光学研磨し,その研磨面に反射防止処理を施し,かつ偏波保存光ファイバ特有の偏波方向を特定づける必要がある。これらの作業は煩雑であるだけでなく,製造コストの増大につながる。また,ファイバ端面が少しでも汚れると大きな結合損失が発生するので,処理後のファイバ端面を汚さないように常に細心の注意を払う必要がある。
【0012】
偏波保存光ファイバの特性の1つである偏波消光比は,一般的には少なくとも20dB〜30dB以上必要である。しかし,偏波保存光ファイバの両端面に光コネクタを装着する際,偏波消光比の劣化がしばしば起こる。そのため,光コネクタ装着後,偏波消光比を測定し評価する必要があるが,この作業も煩雑である。測定の結果,所望の値が得られないときは,その偏波保存光ファイバは廃棄せざるを得ず,歩留まりの低下,コスト増大につながってしまう。
【0013】
偏波保存ファイバコリメータを実装する際には,特許文献1に記載されているように,偏波保存ファイバコリメータからの出射光が非相反部の光軸に対し特定の傾斜角をもって入射するように配置しなくてはならない。この傾斜角を図12ではθで表している。また,偏波保存ファイバコリメータから出射する直線偏波光の偏波面方向を特定の回転角の方向に合わせなくてはならない。この回転角を図12ではφで表している。偏波保存ファイバコリメータの実装時には,これら2つの角度θおよびφを共に適正に合わせなくてはならない。θおよびφのどちらか一方でも適正でない場合には,光サーキュレータとして機能しない。
【0014】
さらに,特許文献1に記載のものは,偏波保存ファイバコリメータの問題を別にしても,第1ポートP1の偏波保存ファイバコリメータ10と第3ポートP3のファイバコリメータ30の機械的干渉を避けるために,これら2つのファイバコリメータの間隔を大きくとる必要がある。このため,両者の光軸がなす角である傾斜角θをできるだけ大きくし,両者を非相反部40から遠く離れた位置に配置しなくてはならない。その結果,光結合距離が長くなり,結合損失が大きくなるという欠点が生じると共に,装置寸法が大きくなり,小型化の障害になるという問題が発生する。また,θを大きくとりすぎると,第2ポートP2から第3ポートP3への光の伝播特性,つまり前述のPDL特性が極端に劣化してしまうので,θを過大にすることはできない。
【0015】
本発明の目的は,このような問題に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,結合損失を低く抑え,低コスト化および小型化が可能な光分離器および該光分離器を備えるOTDR装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために,本発明の第1の観点によれば,ファラデー回転子と前記ファラデー回転子の両側に反転配置された楔形形状の複屈折プリズムとを有する1つの非相反部と,前記非相反部に対し光を出射させるための第1のポートに配置され,半導体レーザとコリメート用レンズを光学的に結合した半導体レーザコリメータと,前記非相反部に対し光を入出射させるための第2,第3のポートそれぞれに配置され,光ファイバとコリメート用レンズを光学的に結合した2つのファイバコリメータと,を具備し,前記第1のポートから前記非相反部への光の入射は光ファイバを介さずに行うことを特徴とする光分離器が提供される。
【0017】
かかる構成によれば,光分離器内に光源としての半導体レーザを備え,半導体レーザコリメータから非相反部に光入射させる。光源からの光を光ファイバを介さずに非相反部に入射できるので,結合損失を低く抑えることができる。また,従来使用していた偏波保存ファイバが不要になるため,低コスト化が達成できると共に,従来は必要であった偏波保存ファイバコリメータの製作,実装時の煩雑な作業が不要になる。
【0018】
この際に,前記第1のポートから前記非相反部に入射した光は,その偏波状態が直線偏波状態であり,かつ前記非相反部に対して所定の偏波面の方向をもち,かつ所定の角度で入射することにより,前記第2のポートの前記ファイバコリメータへ出射し,前記第2のポートから前記非相反部に入射した光は第3のポートへ出射することが好ましい。
【0019】
また,前記第1のポートと前記第3のポートとは前記非相反部の同じ側に配置されており,前記第1のポートと前記非相反部の間の光路および前記第3のポートと前記非相反部の間の光路の少なくともいずれか一方には,前記半導体レーザコリメータと前記第3のポートのファイバコリメータとの間を広げるべく光路を折り曲げる光路折り曲げプリズムおよび反射ミラーのいずれかが配置されていることが好ましい。
【0020】
かかる構成によれば,光路折り曲げプリズムまたは反射ミラーにより,半導体レーザコリメータからの出射光と第3のポートのファイバコリメータへの入射光とのなす角度(θ)を小さくしたまま,半導体レーザコリメータと第3のポートのファイバコリメータとの間隔を広くとることができる。これにより,非相反部と両コリメータの間隔を従来よりも短くすることができ,小型化が可能になる。
【0021】
そして,前記半導体レーザコリメータと前記第3のポートのファイバコリメータとは略平行に配置されているようにしてもよい。かかる構成によれば,半導体レーザコリメータと第3のポートのファイバコリメータを略矩形状の筐体に垂直に並列配置することができる。
【0022】
さらに,前記半導体レーザコリメータと前記非相反部の間の光路および前記第3のポートのファイバコリメータと前記非相反部の間の光路に,光路反転プリズムを配置して,光路を反転することにより,前記非相反部の同一側に前記第1のポートと前記第2のポートと前記第3のポートを配置するように構成してもよい。
【0023】
かかる構成によれば,3つのコリメータが全て同一側に配置でき,この光分離器を他の基盤に実装する際,基盤の隅に実装することが可能であり,光ファイバ実装の際のデッドスペースがなくなるのでレイアウト上有利である。
【0024】
なお,前記非相反部と前記第1のポートの間に,前記非相反部を通過する光の光軸の周りに回転可能な1/2波長板を配置してもよい。周知のように,1/2波長板は任意の直線偏波方向を任意の直線偏波方向に回転変換する効果をもっている。その回転角は1/2波長板の回転角に依存する。かかる構成によれば,半導体レーザコリメータからの光が非相反部に入射する前に,その直線偏波面方向を自由に回転させることができるので,半導体レーザコリメータを配置する際,光サーキュレータの第1のポートへの入射に必要な特定の直線偏波面方向に関し,自由度が高くなる。
【0025】
本発明の第2の観点によれば,上記記載の光分離器を具備し,前記光分離器の前記第2のポートは伝送路ファイバと接続され,前記第3のポートは受光器と接続されていることを特徴とするOTDR装置が提供される。小型で結合損失が低く,低コスト化が可能な光分離器を用いているため,高精度な測定と低コスト化が可能なOTDR装置を提供することができる。
【0026】
本発明の第3の観点によれば,上記記載の複数の光分離器と,前記複数の光分離器の前記第2のポートの各々が接続された第1の合分波器と,前記複数の光分離器の前記第3のポートの各々が接続された第2の合分波器と,を具備し,前記第1の合分波器は伝送路ファイバに接続され,前記第2の合分波器は受光器に接続されており,前記複数の光分離器に含まれる複数の半導体レーザの少なくとも2つは互いに異なる波長の光を発することを特徴とするOTDR装置が提供される。
【0027】
かかる構成によれば,高精度な測定と低コスト化が可能なOTDR装置を提供することができる。さらに,複数種類の波長の光を用いた測定が可能なOTDR装置を提供できる。
【0028】
なお,上記記載の光分離器において,前記第3のポートの前記ファイバコリメータの代わりに,受光素子とコリメート用レンズを光学的に結合した受光素子コリメータを用いてもよい。かかる構成によれば,第2のポートから第3のポートへの光結合もまた,光ファイバを介さずに行うことができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下,図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお,以下の説明および添付図面において,略同一の機能および構成を有する構成要素については,同一符号を付すことにより,重複説明を省略する。
【0030】
本発明の典型的な形態の光分離器は,レーザ光源を内蔵した構成を有し,従来の3ポート光サーキュレータの1つのポートあるいは2つのポートから光ファイバを除去した構成,特に偏波保存光ファイバを全く用いない構成を有する光源内蔵型方向性光分離器である。
【0031】
図1は,本発明の第1実施例の光分離器100の構成図である。光分離器100は,非相反部140と,非相反部140の一側に配置されたファイバコリメータ120と,非相反部140の他側に配置されたLDコリメータ110,ファイバコリメータ130,光路折り曲げプリズム150を有する。上記3つのコリメータは非相反部140に対して光を入出射させるためのポートに配置されており,第1ポートP1にLDコリメータ110,第2ポートP2にファイバコリメータ120,第3ポートP3にファイバコリメータ130が配置されている。光分離器100において,第1ポートP1から入射した光は第2ポートP2へ出射し,第2ポートP2から入射した光は第3ポートP3へ出射するよう構成されている。
【0032】
非相反部140は,図2にその構成を示すように,2枚の楔形形状の複屈折光学結晶141a,141bを反転対向配置し,この複屈折光学結晶141a,141bの間にファラデー回転子142を配置した構成を有する。複屈折光学結晶141a,141bは,進行する光の偏波面により屈折率が異なる性質を有し,例えばルチル結晶からなる。複屈折光学結晶141a,141bは,図に示す光軸AXの方向に対して略垂直な面内に正方形状を有し,その一辺の方向に対して例えば22.5度の方向に光学結晶軸を有する。
【0033】
ファラデー回転子142は,永久磁石143内に配置され,磁化されており,磁化の方向はAX軸と同一方向である。ファラデー回転子142は,その内部を進行する光の偏波面を回転させ,その回転方向は光の進行方向に依存する性質を有し,例えばガーネット結晶からなる。ここで光軸AXは,複屈折光学結晶141aが有する面のうちのファラデー回転子142に対向する面に垂直な方向にとっている。
【0034】
非相反部140において,左方向から入射した平行光は,複屈折光学結晶141aで互いに直交する直線偏波Pと直線偏波Sに分かれる。分かれた2つの光はファラデー回転子142により偏波面の回転を受け,複屈折光学結晶141bにより再び平行光となって非相反部140の右側に出射する。この分かれた2つの偏波の分離幅はごくわずかである。したがって,出射側にあるファイバコリメータには,これら2つの光はほとんど損失を生じることなく結合することができ,第2ポートP2から第3ポートP3に出射する場合は偏波状態の如何にかかわらず結合することができる。すなわち,第2ポートP2から第3ポートP3への結合は偏波無依存性を有する。
【0035】
図1の右方向から平行光が入射する場合は,同様に2つの直線偏波光に分かれるが,非相反部140の非相反性により,分かれた2つの光は非平行の状態で非相反部140の左側に出射する。そのため,第1ポートP1からは非相反部140に対して所定の偏波面の方向をもち,かつ所定の角度で入射した光の分かれた2つの光のうちの1つのみが第2ポートP2に出射する。したがって,第1ポートP1から第2ポートP2に出射する場合は偏光依存である。このような非相反部140の作用は特許文献1等に詳細に記載されている。
【0036】
LDコリメータ110は,光源としての半導体レーザと,その半導体レーザのチップ前面に搭載され光学的に結合されたコリメータ用レンズとを有し,半導体レーザからの出射光を平行光に変換して出射する。このコリメータ用レンズの焦点距離位置に半導体レーザのチップが位置している。LDコリメータ110は,その出射光の光軸を中心とする同軸構造を有し,その軸の周りに自由に回転させて筐体等に実装可能なように構成されている。したがって,LDコリメータ110が有する半導体レーザからの出射光の直線偏波の偏波面の方向を所定の回転角φの方向に決めた状態で筐体に実装可能である。
【0037】
ファイバコリメータ120,130は共に,光学的に結合されたシングルモードファイバとコリメータ用レンズを有し,ファイバ内を伝搬した光を平行光に変換して出射することが可能である。光路折り曲げプリズム150は,図1に示すように光路に平行な面内において略平行四辺形状を有する。光路折り曲げプリズム150は,LDコリメータ110とファイバコリメータ130の間隔を広げるように光路を折り曲げる機能を有する。
【0038】
光路折り曲げプリズム150は,図3に示すように,2つの光透過面150a,150dと2つの全反射面150b,150cとを有する。全反射面150b,150cは光学研磨された全反射面であり,光透過面150a,150dは反射防止処理された光通過面である。全反射面150b,150cでの反射による光損失は極めて微小であり,無視できる程度である。光路折り曲げプリズム150では,図3点線で示すように,入射光線と出射光線との光路を変えることができる。
【0039】
光路折り曲げプリズム150は,ここでは,非相反部140とファイバコリメータ130の間の光路に配置されている。LDコリメータ110からの出射光の光路と,非相反部140から出射してファイバコリメータ130へ向かう光の光路とで挟まれる範囲内に,光路折り曲げプリズム150の頂角の1つが位置するよう配置されている。
【0040】
図1に示す構成において,ファイバコリメータ120を出射して右方向に光軸AXに平行に非相反部140に入射した光は,光軸AXに平行に非相反部140から出射し,光路折り曲げプリズム150を経由してファイバコリメータ130に入射する。この際,光路折り曲げプリズム150において,非相反部140を出射した光は,光透過面150aを透過し,全反射面150bで反射されて光路を折り曲げられ,プリズム内を進行後,全反射面150cで再び反射されて光路を折り曲げられ,光透過面150dから出射してファイバコリメータ130に入射する。
【0041】
また,LDコリメータ110は,その出射光が光軸AXに対して角度θをもって斜入射するように斜めに配置されている。また,半導体レーザからの出射光の直線偏波の偏波面の方向が前述の所定の回転角φの方向になるように配置されている。この回転角φの設定は,従来の偏波保存光ファイバで行うよりも,LDコリメータ110で行う方が実装上容易である。したがって,LDコリメータ110から出射して非相反部140に入射した光は,光軸AXに平行に非相反部140から出射し,ファイバコリメータ120に入射する。
【0042】
図1にファイバコリメータ120からの出射光およびLDコリメータ110からの出射光を点線で示す。なお,実際には複屈折光学結晶141a,141bでの屈折によって,非相反部140の左側の光路と右側の光路は光軸AXに平行に微小量ずれるが,図1および以降の図面では理解を容易にするためにこの微小量を0として描いている。
【0043】
上記構成において発光波長1.5μmをもつLD(Laser Diode)を用いたLDコリメータ110からファイバコリメータ120への結合について,実験を行ったところ,両者の距離を60mmにした場合,これらの結合損失は1.8dBであった。この値は通常のLDモジュールの結合損失と比較しても遜色ないレベルである。
【0044】
ファイバコリメータ120からファイバコリメータ130への結合は,特許文献1で詳細に説明されているように,偏波無依存で低損失結合が可能である。上記構成において実験を行ったところ,ファイバコリメータ120からファイバコリメータ130への結合は,両者の距離を60〜100mmにした場合,その結合損失は0.5dBであった。
【0045】
なお,LDコリメータ110とファイバコリメータ130とが干渉しないように光路折り曲げプリズム150を配置する際,LDコリメータ110からの出射光ビームとファイバコリメータ130へ向かう光ビームがなす空間に光路折り曲げプリズム150の頂点部分が位置するよう配置すればよい。具体的にはこれらの光ビームの直径(通常0.5mm〜0.8mm)以上の幅が上記空間にあれば,光路折り曲げプリズム150は2つの光ビームを分離することができる。よって,図12に示す従来の装置で必要とされていた,傾斜角θを大きくすることや,非相反部とファイバコリメータとの距離を大きくすることは,本実施例では不要である。例えば,傾斜角θを3度とし,光路折り曲げプリズム150の頂点部分を配置するための2つの光ビームの間隔を1.5mmとすると,LDコリメータ110と非相反部140との間隔は29mmになる。光路折り曲げプリズムの寸法を任意に決めることにより,LDコリメータ110とファイバコリメータ130との間隔は任意に決定できる。なお,光路折り曲げプリズム150での反射による光量損失は前述のように極めて微小であるため,光路折り曲げプリズム150を配置したことによる光量損失を考慮する必要はない。
【0046】
本実施例によれば,以下に述べる多数の効果が得られる。本実施例では,第1ポートP1から非相反部への入射に偏波保存光ファイバ等の光ファイバを用いず,LDコリメータ110を内蔵することにより,レーザ光源の光をレンズを介して直接非相反部へ入射する。これにより,結合損失を極めて低く抑えることができるという大きな効果が得られる。
【0047】
高価な偏波保存光ファイバを用いないため,大幅にコストを削減できる。従来必要であったファイバ端面の研磨,反射防止処理,防汚に対する注意,所定の偏波消光比確保のための測定,ファイバの偏波方向の特定づけ,光学調整,融着作業,余長光ファイバの収納処理等の煩雑な作業が不要になり,製造工程における低コスト化を図ることができる。また,従来存在していた第1ポートでの余長ファイバが,本実施例では存在しないため,小型化を進めることができる。
【0048】
また,本実施例では,非相反部140と第3ポートP3の間に光路折り曲げプリズム150を配置している。これにより,傾斜角θを小さい値にしたままでLDコリメータ110とファイバコリメータ130との間隔を広くとることが可能になる。さらに,非相反部140とLDコリメータ110やファイバコリメータ130との距離を小さくできるので,光結合距離を短くでき,結合損失を抑えることができると共に,小型化を進めることができる。従来では,LDコリメータ110とファイバコリメータ130とが干渉しないように,傾斜角θを大きくし,非相反部とLDコリメータ110やファイバコリメータ130との距離を大きくする必要があったが,本実施例ではそのようなことは不要になる。
【0049】
さらに,LDコリメータ110を出射して第2ポートに入射した光が,その後反射を受けても,その反射光は全て第3ポートに出射されLD素子側に戻ることはない。非相反部140の非相反性のために,反射光がLDコリメータ110に入射するのを防ぐことができる。このように,非相反部140はアイソレータとしても機能するため,一般のLDモジュール内部に設けられているようにLD素子保護用のアイソレータを設ける必要がない。
【0050】
図4は,本発明の第2実施例の光分離器200の構成図である。本実施例の光分離器200は,図1に示す第1実施例の光分離器100と比べて,光路折り曲げプリズム150の配置位置が異なると共に,新たに1/2波長板240が設けられている。以下,この点に着目して説明を行い,第1実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【0051】
1/2波長板240は非相反部140のファイバコリメータ130側に設置されている。1/2波長板240は,入射した直線偏波を偏波面の方向を回転させて出射する機能を有する。また,1/2波長板240は,ここでは不図示の機械的機構により,非相反部140を通過する光の光軸の周りに回転可能なように構成されている。
【0052】
以上の構成により,LDコリメータ110からの出射光の偏波面の方向を1/2波長板240により回転させて任意の方向にして非相反部140に入射させることが可能である。例えば,LDコリメータ110からの出射光の偏波面の方向を図4の紙面に平行あるいは垂直であるように設定した場合でも,1/2波長板240を用いることにより,非相反部140へ入射する光の偏波面の方向を所定の回転角φの方向にして入射させることができる。言い換えれば,所定の回転角φの方向によらずに,LDコリメータ110からの出射光の偏波面の方向が図4の紙面に平行あるいは垂直であるようにLDコリメータ110を実装できる。
【0053】
光路折り曲げプリズム150は本実施例では,非相反部140とファイバコリメータ130の間ではなく,非相反部140とLDコリメータ110の間に設けられている。光路折り曲げプリズム150の頂角や配置角度を適当に設定することにより,LDコリメータ110からの出射光と,ファイバコリメータ130への入射光を平行にすることができ,図4に示すように,LDコリメータ110とファイバコリメータ130を平行にして配置できる。
【0054】
本実施例では,第1ポートP1のLDコリメータ110から出射した直線偏波光は光路折り曲げプリズム150を経由して光路を折り曲げられた後,1/2波長板240により偏波面の回転を受けて,所定の回転角φの偏波面の方向を有して,非相反部140に入射する。そして,この光は第1実施例と同様に第2ポートP2のファイバコリメータ120に出射する。
【0055】
第2ポートP2のファイバコリメータ120から出射した光は,非相反部140に入射し,1/2波長板240を経由した後,直接第3ポートP3のファイバコリメータ130に入射する。前述のように,第2ポートP2から第3ポートP3への結合に関しては,偏波無依存であるため,1/2波長板240を透過しても何ら問題はない。
【0056】
以上より,本実施例では,第1実施例と同様に多数の効果が得られ,結合損失を低く抑えることができ,低コスト化,小型化を図ることができる。その上,本実施例では,LDコリメータ110を傾けることなく,ファイバコリメータ130と平行に配置できる。この場合,図4に示すような矩形状の筐体290に対してLDコリメータ110,ファイバコリメータ120,130の3つのコリメータが全て垂直に実装できるという効果が得られる。また,1/2波長板240を用いることにより,LDコリメータ110の出射光の偏波面の方向を固定して配置しつつ,非相反部140へは所定の回転角φの偏波面の方向にして入射させることが可能である。
【0057】
図5は,本発明の第3実施例の光分離器300の構成図である。本実施例の光分離器300は,図4に示す第2実施例の光分離器200と比べて,光路反転プリズム350が新たに設けられている。以下,この点に着目して説明を行い,第2実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【0058】
本実施例では,図5に示すように光路に平行な面内において略二等辺三角形状を有する光路反転プリズム350が,1/2波長板240とLDコリメータ110,ファイバコリメータ130の間の光路に配置されている。光路反転プリズム350は二等辺である二辺部分が全反射面,底辺部分が光透過面となっている。図5に示すように,光路反転プリズム350の光透過面から入射した光は2つの全反射面で反射された後,再び光透過面から出射する。これにより,光路を折り返すことができ,LDコリメータ110とファイバコリメータ130をファイバコリメータ120と同じ側に平行に配置することができる。
【0059】
以上より,本実施例では,第1実施例と同様の多数の効果が得られ,結合損失を低く抑えることができ,低コスト化,小型化を図ることができる。その上,本実施例では,光路反転プリズム350を用いることにより,LDコリメータ110,ファイバコリメータ120,130の3つのコリメータを全て同一側に平行に配置できる。この場合,図5に示すような略矩形状の筐体390に対してこれれら3つのコリメータが全て垂直に実装でき,しかも同一側に並列配置できるという効果が得られる。全てのポートが同じ側に配置できるため,光分離器300を他の基盤に実装する際,基盤の隅に実装することが可能であり,デッドスペースが発生しない。また,図5に示す左右方向の幅を小さくすることができ,コンパクトな装置が可能になる。
【0060】
図6は,本発明の第4実施例の光分離器400の構成図である。本実施例の光分離器400は,図1に示す第1実施例の光分離器100と比べて,ファイバコリメータ130に代わり,受光素子コリメータ430が配置されている。以下,この点に着目して説明を行い,第1実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【0061】
受光素子コリメータ430は,半導体受光素子とコリメータ用レンズとを有し,半導体受光素子のチップ面上にレンズの焦点が位置するように半導体受光素子とレンズを一体的に構成したものである。半導体受光素子は受光した光量をその量に応じて電流に変換する素子であり,受光素子コリメータ430は,受光素子コリメータ430に入射する略平行光をその光量に応じて電流に変換する機能を有する。
【0062】
本実施例では,第2ポートP2のファイバコリメータ120から出射した光は,非相反部140に入射し,光路折り曲げプリズム150を経由した後,受光素子コリメータ430に入射する。すなわち,本実施例では,第2ポートP2から第3ポートP3への光結合は光ファイバを介さずに行う。図1に示す第1実施例では第2ポートP2から第3ポートP3への光結合は光ファイバ同士の結合であり,この点が第1実施例と本実施例とで大きく異なる点である。
【0063】
一般にファイバコリメータからの出射光を他のファイバコリメータへ結合するよりは,図6に示すような受光素子コリメータに結合する方が結合に必要とされる条件は遙かに緩い。なぜならば,光ファイバの受光面に相当するコアの径は一般的に10μm程度であるのに対して,受光素子の受光面の一辺は100〜300μmであり,両者の受光面の面積比は100倍以上になる。さらに光ファイバでは受光する入射角度は一般に5度〜6度以内に制限されるが,受光素子では受光する入射角度は数十度以内であればよく,制限が緩い。
【0064】
以上より,本実施例では,第1実施例と同様の多数の効果に加えて以下に述べる効果が得られる。本実施例では,第2ポートP2から第3ポートP3への光結合は光ファイバを介さずに行うため,結合させるための制限条件を緩くでき,光結合損失をさらに低くなると共に実装作業が容易になる。結合のための制限条件が緩和されるため,例えば温度環境が変化しても光結合の変化は少なく,結合安定性を期待できる。また,第3ポートP3には光ファイバそのものが存在しないため,光ファイバのとり回し作業等が不要になり,デッドスペースが減ることにより小型化を進めることができ,低コスト化を推進することができる。
【0065】
なお,ここでは第1実施例の光分離器100の構成において,ファイバコリメータ130に代わり受光素子コリメータ430を用いる例を説明したが,第2実施例の光分離器200,第3実施例の光分離器300の構成においても同様に,ファイバコリメータ130の代わりに受光素子コリメータ430を適用することは可能である。
【0066】
上記実施例において,光路折り曲げプリズム150の代わりに,反射ミラーを用いることもできる。その場合は,上記実施例における光路折り曲げプリズム150の全反射面150b,150cの位置に,全反射面150b,150cと同様の機能を有する反射ミラーを配置すればよい。また同様に,上記実施例において,光路反転プリズム350の代わりに,反射ミラーを用いることもできる。
【0067】
図7は,本発明の第5実施例の光分離器440の構成図である。本実施例の光分離器440は,図6に示す第4実施例の光分離器400と比べて,光路折り曲げプリズム150に代わり,1つの反射ミラー450が配置され,受光素子コリメータ430の配置位置が変更されている。以下,この点に着目して説明を行い,第4実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【0068】
反射ミラー450は,非相反部140と受光素子コリメータ430の間の光路に配置され,ここでは非相反部140から受光素子コリメータ430へ向かう光路を略直角に折り曲げるように構成されている。その結果,受光素子コリメータ430はLDコリメータ110と並んだ位置ではなく,図7に示すようにLDコリメータ110から離れた位置に配置される。
【0069】
一般に,LDコリメータと受光素子コリメータとが隣接していると電気的な信号の干渉が生じやすい。本実施例では,図7に示すように両者を略直角方向に,しかも離れた位置に配置しているため,上記のような信号干渉の問題が生じにくいという効果が得られる。
【0070】
図8は,上記の光分離器200を用いたOTDR装置の概略構成図である。光分離器200の第2ポートP2のファイバコリメータ120は伝送路ファイバ470に接続され,第3ポートP3のファイバコリメータ130は受光器480に接続されている。
【0071】
光分離器200内の第1ポートP1のLDコリメータ110から出射した光は,1/2波長板240および非相反部140を経由して,第2ポートP2に出射され,ファイバコリメータ120を介して伝送路ファイバ470内を伝搬する。伝送路ファイバ470の破断点で反射された光は伝送路ファイバ470内を戻り,光分離器200の第2ポートのファイバコリメータ120に入射し,非相反部140および1/2波長板240を経由して,第3ポートに出射される。そして,ファイバコリメータ130を経由して受光器480に達する。
【0072】
図9は,2つの光分離器200a,200bを用いたOTDR装置の概略構成図である。光分離器200a,200bは上記の光分離器200と同様の構成,機能を有する。ただし,光分離器200a,200bが内蔵するレーザ光源の波長は互いに異なる。このため,図9に示す例では図8に示す例と異なり,合分波器500a,500bが設けられている。
【0073】
光分離器200a,200bの第2ポートP2は合分波器500aを介して伝送路ファイバ470に接続され,光分離器200a,200bの第3ポートP3は合分波器500bを介して受光器480に接続されている。合分波器500a,500bは,波長の異なる複数の光ビームを合成および分離する機能を有する。
【0074】
光分離器200a,200bの第1ポートP1の各レーザ光源を出射した光は,前述の場合と同様に,それぞれの第2ポートP2に出射され,合分波器500aで合成された後,伝送路ファイバ470内を伝搬する。伝送路ファイバ470の破断点で反射された光は伝送路ファイバ470内を戻り,合分波器500aで波長ごとに分離されてそれぞれ対応する光分離器200a,200bの第2ポートP2に入射する。光分離器200a,200bでは前述の場合と同様に,第2ポートP2に入射した光はそれぞれ第3ポートに出射され,合分波器500bで合成されて受光器480に入射する。受光器480では波長ごとに検出作業が行われる。
【0075】
光分離器200a,200bに内蔵されるレーザ光源が発する光の波長は例えば,1.3μmと,1.55μmを採用することができる。このように,WDM(Wavelength Division Multiplexing)技術を適用し,受光器を共通とすることにより,複数の波長に対応したOTDR装置を実現することができる。
【0076】
図10は,3つ以上の光分離器200a,200b,…,200n(ただし,ここでnは3以上の整数)を用いたOTDR装置の概略構成図である。光分離器200a,200b,…,200nは上記の光分離器200と同様の構成,機能を有する。ただし,光分離器200a,200b,…,200nが内蔵するレーザ光源の波長は互いに異なる。
【0077】
この場合も図9に示す例と同様に,合分波器500a,500bを設けて,異なる波長の光を合成,分離することにより,3以上の複数の波長に対応したOTDR装置を実現することができる。光分離器200a,200b,…,200nに内蔵されるレーザ光源が発する光の波長は例えば,1.3μm,1.55μm,1.6μmを採用することができる。
【0078】
なお,図8,図9,図10に示す例では,光分離器として光分離器200の構成を採用しているが,これに限定するものではなく,光分離器100,光分離器300を適用することも当然可能である。
【0079】
以上,添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0080】
【発明の効果】
以上,詳細に説明したように本発明によれば,結合損失を低く抑え,低コスト化および小型化が可能な光分離器および該光分離器を備えるOTDR装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の光分離器の構成図である。
【図2】非相反部の構成図である。
【図3】光路折り曲げプリズムの光透過面,全反射面を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例の光分離器の構成図である。
【図5】本発明の第3実施例の光分離器の構成図である。
【図6】本発明の第4実施例の光分離器の構成図である。
【図7】本発明の第5実施例の光分離器の構成図である。
【図8】本発明にかかる光分離器を用いたOTDR装置の概略構成図である。
【図9】2つの光分離器を用いたOTDR装置の概略構成図である。
【図10】3つ以上の光分離器を用いたOTDR装置の概略構成図である。
【図11】従来の一般的な3ポート光サーキュレータの機能を説明するための模式図である。
【図12】従来の3ポート光サーキュレータの構成図である。
【符号の説明】
100,200,300,400,440 光分離器
110 LDコリメータ
120,130 ファイバコリメータ
140 非相反部
141a,141b 複屈折光学結晶
142 ファラデー回転子
150 光路折り曲げプリズム
240 1/2波長板
350 光路反転プリズム
430 受光素子コリメータ
450 反射ミラー
470 伝送路ファイバ
480 受光器
500a,500b 合分波器
Claims (9)
- ファラデー回転子と前記ファラデー回転子の両側に反転配置された楔形形状の複屈折プリズムとを有する1つの非相反部と,
前記非相反部に対し光を出射させるための第1のポートに配置され,半導体レーザとコリメート用レンズを光学的に結合した半導体レーザコリメータと,
前記非相反部に対し光を入出射させるための第2,第3のポートそれぞれに配置され,光ファイバとコリメート用レンズを光学的に結合した2つのファイバコリメータと,を具備し,
前記第1のポートから前記非相反部への光の入射は光ファイバを介さずに行うことを特徴とする光分離器。 - 前記第1のポートから前記非相反部に入射した光は,その偏波状態が直線偏波状態であり,かつ前記非相反部に対して所定の偏波面の方向をもち,かつ所定の角度で入射することにより,前記第2のポートの前記ファイバコリメータへ出射し,
前記第2のポートから前記非相反部に入射した光は第3のポートへ出射することを特徴とする請求項1に記載の光分離器。 - 前記第1のポートと前記第3のポートとは前記非相反部の同じ側に配置されており,
前記第1のポートと前記非相反部の間の光路および前記第3のポートと前記非相反部の間の光路の少なくともいずれか一方には,前記半導体レーザコリメータと前記第3のポートのファイバコリメータとの間を広げるべく光路を折り曲げる光路折り曲げプリズムおよび反射ミラーのいずれかが配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光分離器。 - 前記半導体レーザコリメータと前記第3のポートのファイバコリメータとは略平行に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の光分離器。
- 前記半導体レーザコリメータと前記非相反部の間の光路および前記第3のポートのファイバコリメータと前記非相反部の間の光路に,光路反転プリズムを配置して,光路を反転することにより,前記非相反部の同一側に前記第1のポートと前記第2のポートと前記第3のポートを配置したことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光分離器。
- 前記非相反部と前記第1のポートの間に,前記非相反部を通過する光の光軸の周りに回転可能な1/2波長板を配置したことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光分離器。
- 前記第3のポートの前記ファイバコリメータの代わりに,受光素子とコリメート用レンズを光学的に結合した受光素子コリメータを用いたことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光分離器。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の光分離器を具備し,
前記光分離器の前記第2のポートは伝送路ファイバと接続され,前記第3のポートは受光器と接続されていることを特徴とするOTDR装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の複数の光分離器と,
前記複数の光分離器の前記第2のポートの各々が接続された第1の合分波器と,
前記複数の光分離器の前記第3のポートの各々が接続された第2の合分波器と,を具備し,
前記第1の合分波器は伝送路ファイバに接続され,前記第2の合分波器は受光器に接続されており,
前記複数の光分離器に含まれる複数の半導体レーザの少なくとも2つは互いに異なる波長の光を発することを特徴とするOTDR装置。
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