JP2005345841A - 光合分波器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型化が可能であって特性劣化を抑制することができる可変の光合分波器を提供する。
【解決手段】 光合分波器1は、光学系111、回折格子素子121、光学系112および光路変更部131〜133を備える。光合分波器1は、光ファイバ11〜14それぞれの端面位置に入出力ポートを有していて、これら4つのポートのうちの何れかのポートに光を入力したときに、その光に含まれる各波長の光を4つのポートのうちの何れかのポートから出力する。光路変更部131〜133は、光学系112により集光された各波長の光を入力し、その入力した光の入力光路と平行であって同一直線上にない出力光路に該光を出力する。
【選択図】 図1
【解決手段】 光合分波器1は、光学系111、回折格子素子121、光学系112および光路変更部131〜133を備える。光合分波器1は、光ファイバ11〜14それぞれの端面位置に入出力ポートを有していて、これら4つのポートのうちの何れかのポートに光を入力したときに、その光に含まれる各波長の光を4つのポートのうちの何れかのポートから出力する。光路変更部131〜133は、光学系112により集光された各波長の光を入力し、その入力した光の入力光路と平行であって同一直線上にない出力光路に該光を出力する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、波長分割多重光通信システム等において信号光を合波または分波する光合分波器に関するものである。
多波長の信号光を多重化して光伝送路により伝送する波長分割多重(WDM: Wavelength Division Multiplexing)光通信システムでは、多波長の信号光を合波または分波する光合分波器が用いられる。特許文献1に開示された光合分波器は、各波長の光を入力または出力するポートを選択することが可能であり、信号光伝送経路や信号光波長がフレキシブルな光通信ネットワークにおいて好適に用いられる。
この特許文献1に開示された光合分波器は、入力ポートに入力した光に含まれる各波長の光を空間的に分岐する波長分岐素子と、この波長分岐素子により分岐された各波長の光を出力する先の出力ポートを任意に選択する回転ミラーと、を備える。すなわち、各波長の光の出力先である出力ポートは、回転ミラーの回転角によって決定される。
図8は、特許文献1に開示された従来の光合分波器9の構成図である。この光合分波器9では、光ファイバ11の端面から出射された光は、光学系111によりコリメートされて回折格子素子121に入力し、この回折格子素子121により波長毎に異なる回折角で回折されて、波長毎に異なる光路へ出力される。回折格子素子121から出力された各波長(図ではλ1〜λ3)の光は光学系112により集光される。
光学系112により集光された波長λ1の光は、その集光位置に配置された反射鏡131により反射されて、再び光学系112に入力する。光学系112により集光された波長λ2の光は、その集光位置に配置された反射鏡132により反射されて、再び光学系112に入力する。また、光学系112により集光された波長λ3の光は、その集光位置に配置された反射鏡133により反射されて、再び光学系112に入力する。
反射鏡131〜133により反射されて光学系112に入力した各波長の光は、光学系112によりコリメートされて回折格子素子121に入力し、この回折格子素子121により回折されて光学系111に入力する。回折格子素子121から光学系111に入力した各波長の光は、この光学系111に集光されて、光ファイバ11〜13のうちの何れの光ファイバの端面に入射する。
この光合分波器9は、或る光ファイバ端面から出射された各波長の光を何れかの光ファイバ端面に入射させることができ、反射鏡131〜133の傾斜角を設定することにより入出射光ファイバを任意に選択することができる。
米国特許第5960133号明細書
しかしながら、上記特許文献1に開示された光合分波器では、以下に説明するような問題点を有している。図9は、従来の光合分波器9の問題点を説明する図である。この図は、反射鏡131〜133それぞれの反射面における光学系112による集光の様子を示している。反射鏡131〜133のうちの中央にある反射鏡132について説明すると、光学系112により集光されて反射鏡132に到達する光は、中心波長λ2の光だけでなく、その近傍の波長の光も含まれる。また、反射鏡132に到達する特定の単一波長の光のみについて注目したときに、反射鏡132の反射面における集光は、理想的な点とはならず、或る大きさφの拡がりを有している。このことから、反射鏡132の反射特性は、中心波長λ2から離れた波長では反射率が低くなる。その結果、この光合分波器9の特性が劣化することとなる。
この特性劣化を抑制するには、光ファイバ11〜13それぞれに対応して設けられた光学系111の各レンズとして、焦点距離fが長く径が大きいものを使用すればよい。このようにすることにより、回折格子素子121から光学系112に入射する光束の径が大きくなって、反射鏡131〜133それぞれの反射面における集光径が小さくなり、光合分波器9の特性の劣化が防止され得る。
しかし、このように光学系111において焦点距離fが長く径が大きいレンズを用いると、光学系111が長くなることに加えて、光学系111を伝搬する光の全体の幅wが大きくなり、光合分波器9が大型のものとなる。また、光学系111を構成する各レンズの設計や加工に際しては高度な技術が要求される。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小型化が可能であって特性劣化を抑制することができる可変の光合分波器を提供することを目的とする。
本発明に係る光合分波器は、複数のポートのうちの何れかのポートに光を入力したときに、その光に含まれる各波長の光を複数のポートのうちの何れかのポートから出力する光合分波器であって、(1) 複数のポートのうちの何れかのポートに入力した光を出力する第1光学系と、(2) 第1光学系により出力された光を入力し、その光に含まれる各波長の光を空間的に分岐して、その分岐した各波長の光を互いに異なる光路へ出力する第1波長分岐素子と、(3) 第1波長分岐素子から出力された各波長の光を集光する第2光学系と、(4) 第2光学系により集光された各波長の光を入力し、その入力した光の入力光路と同一直線上にない出力光路に該光を出力するとともに、その出力光路が可変である光路変更部と、(5) 光路変更部から出力された光を入力し、その光を出力する第3光学系と、(6) 第3光学系により出力された各波長の光を入力し、波長に応じて進行方向を変更して該光を出力する第2波長分岐素子と、(7) 第2波長分岐素子から出力された各波長の光を入力して集光し、複数のポートのうちの何れかのポートから各波長の光を出力させる第4光学系と、を備えることを特徴とする。ここで、第1光学系および第3光学系の双方または何れか一方が、入力した光をコリメートして出力するものであるのが好適である。また、第1,第3の光学系は、それぞれ焦点が、入射光の入射方向に対して、逆側にある、のが好ましい。さらに、第1波長分岐素子および第2波長分岐素子の双方または何れか一方が回折格子素子を含むのが好適である。
この光合分波器では、複数のポートのうちの何れかのポートに入力した光は、第1光学系によりコリメートされた後、第1波長分岐素子により各波長の光に空間的に分岐されて、各波長の光が互いに異なる光路へ出力される。第1波長分岐素子から出力された各波長の光は、第2光学系により集光され、光路変更部により光路が変更される。光路変更部から出力される光の出力光路は、光路変更部に入力する光の入力光路と平行であって同一直線上になく、可変である。光路変更部から出力された光は、第3光学系によりコリメートされた後、第2波長分岐素子により波長に応じた進行方向に変更され、第4光学系により集光されて互いに平行な光路を経て複数のポートのうちの何れかのポートから出力される。
本発明に係る光合分波器では、第1光学系と第4光学系とが互いに共通の光学系であり、第2光学系と第3光学系とが互いに共通の光学系であり、第1波長分岐素子と第2波長分岐素子とが互いに共通の素子であり、光路変更部が入力光路を折り返して出力光路とするのが好適である。また、このとき、光路変更部が、互いに実質的に垂直な第1反射面および第2反射面を含み、第1反射面および第2反射面それぞれが、同一ポートから出力され第1光学系,第1波長分岐素子および第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して傾斜可能であるとともに、第2光学系の光軸に対しても傾斜可能であり、第1反射面および第2反射面により光を順次に反射させることで光路を折り返すのが好適である。
本発明に係る光合分波器では、第1光学系と第4光学系とが互いに別個の光学系であり、第2光学系と第3光学系とが互いに別個の光学系であり、第1波長分岐素子と第2波長分岐素子とが互いに別個の素子であり、光路変更部が入力光路を実質的に平行移動させて出力光路とするのが好適である。また、このとき、光路変更部が、互いに実質的に平行な第1反射面および第2反射面を含み、第1反射面および第2反射面それぞれが、同一ポートから出力され第1光学系,第1波長分岐素子および第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して傾斜可能であるとともに、第2光学系の光軸に対しても傾斜可能であり、第1反射面および第2反射面により光を順次に反射させることで光路を実質的に平行移動させるのが好適である。
本発明に係る光合分波器では、光路変更部の第1反射面および第2反射面それぞれが、同一ポートから出力され第1光学系,第1波長分岐素子および第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して実質的に垂直な方向に移動可能であり、この移動により出力光路を可変とするのが好適である。光路変更部の第1反射面および第2反射面の相対的位置関係が固定されているのが好適である。光路変更部の第1反射面と第2反射面との中間地点に集光位置があるのが好適である。第1反射面と集光位置との間に第1集光光学系が設けられるとともに、第2反射面と集光位置との間に第2集光光学系が設けられていて、第1反射面および第2反射面それぞれにも集光位置があるのが好適である。また、複数のポートが、同一ポートから出力され第1光学系,第1波長分岐素子および第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して垂直な方向に配列されているのが好適である。
本発明によれば、小型化が可能であって特性劣化を抑制することができる可変の光合分波器を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
先ず、本発明に係る光合分波器の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る光合分波器1の構成図である。この図に示される光合分波器1は、光学系111、回折格子素子121、光学系112および光路変更部131〜133を備えている。この光合分波器1は、光ファイバ11〜14それぞれの端面位置に入出力ポートを有していて、これら4つのポートのうちの何れかのポートに光を入力したときに、その光に含まれる各波長の光を4つのポートのうちの何れかのポートから出力する。
光ファイバ11〜14と回折格子素子121との間では、xyz直交座標系を設定し、光学系111の光軸に平行にz軸を設定する。回折格子素子121と光路変更部131〜133との間では、xy'z'直交座標系を設定し、光学系112の光軸に平行にz'軸を設定する。また、回折格子素子121における各格子が延びる方向に平行にx軸を設定する。
図1(a)は、yz(y'z')平面への投影図である。図1(b)は、光ファイバ11〜14と回折格子素子121との間ではxz平面への投影図であり、回折格子素子121と光路変更部131〜133との間ではxz'平面への投影図である。
光ファイバ11〜14は、xz平面に平行な共通の平面上に並列配置されている。光ファイバ11〜14それぞれの端面に入出射する光はz軸方向に平行に進む。
光学系111は、光ファイバ11〜14のうちの何れかの端面から光が出射されると、その光を入力しコリメートして出力する。このとき光学系111によりコリメートされて出力された光はxz平面に平行に進む。
回折格子素子121は、波長分岐素子として作用し、光学系111によりコリメートされた光を入力し、その光に含まれる各波長(本実施形態では3波長λ1〜λ3)の光を空間的に分岐して、その分岐した各波長の光を互いに異なる光路へ出力する。この回折格子素子121の各格子がx軸方向に延びている。
この往路において回折格子素子121から出力された各波長の光は、図1(b)に示されるようにxz(xz')平面へ投影したときには、回折格子素子121への入力の際の方向と同一の方向に進むが、図1(a)に示されるようにyz(y'z')平面へ投影したときには、波長によって異なる方向に進む。
光学系112は、回折格子素子121から出力された各波長の光を集光する。このとき光学系112から集光されて出力された各波長の光は、y'z'平面に平行な方向に進む。また、各波長の光の集光位置は、光学系112の後焦点面P上にあって、y'軸方向に平行な直線上に並ぶ。
光路変更部131は、光学系112により集光された波長λ1の光を入力し、その入力した光の入力光路と平行であって同一直線上にない出力光路に該光を出力する。光路変更部132は、光学系112により集光された波長λ2の光を入力し、その入力した光の入力光路と平行であって同一直線上にない出力光路に該光を出力する。また、光路変更部133は、光学系112により集光された波長λ3の光を入力し、その入力した光の入力光路と平行であって同一直線上にない出力光路に該光を出力する。光路変更部131〜133それぞれは、出力光路を変更することができる。特に、本実施形態では、光路変更部131〜133それぞれは、入力光路を折り返して出力光路とする。
図2は、光路変更部131の構成を説明する斜視図である。なお、光路変更部131〜133それぞれは共通の構成を有している。光路変更部131は、互いに垂直な第1反射面131Aおよび第2反射面131Bを含んでいる。第1反射面131Aおよび第2反射面131Bそれぞれは、交線Lで直交し、同一ポートから出力され光学系111,回折格子素子121および光学系112を経た各波長の光の主光線を含む平面(すなわち、y'z'平面に平行な面)に対して45度傾斜しているとともに、光学系112の光軸(すなわち、z'軸方向に平行な直線)に対しても45度傾斜している。そして、光路変更部131は、第1反射面131Aおよび第2反射面131Bにより光を順次に反射させることで光路を折り返す。
光路変更部131〜133それぞれにおいて、第1反射面および第2反射面それぞれは、同一ポートから出力され光学系111,回折格子素子121および光学系112を経た各波長の光の主光線を含む平面(すなわち、y'z'平面に平行な面)に対して垂直な方向(すなわち、x軸方向に平行な方向)に移動可能であり、この移動により出力光路を可変とする。また、光路変更部131〜133それぞれにおいて、第1反射面および第2反射面それぞれは、両者間の相対的位置関係が固定されていて、両者が一体としてx軸方向に平行な方向に移動可能であるのが好適である。光路変更部131〜133それぞれにおいて、第1反射面と第2反射面との間の中央地点に集光位置がある。
再び図1を用いて説明すると、光学系112は、光路変更部131〜133それぞれにより光路を折り返された光を入力し、その光をコリメートして出力する。回折格子素子121は、光学系112によりコリメートされた各波長の光を入力し、波長に応じて進行方向を変更して該光を出力する。
この復路において回折格子素子121から出力された各波長の光は、図1(b)に示されるようにxz(xz')平面へ投影したときには、回折格子素子121への入力の際の方向と同一の方向に進むが、図1(a)に示されるようにyz(y'z')平面へ投影したときには、波長によって異なる方向に進む。
また、往路と復路とを比較すると、回折格子素子121の前後における光の光路は、図1(a)に示されるようにyz(y'z')平面へ投影したときには同一(ただし、光進行方向が相違する)であり、図1(b)に示されるようにxz(xz')平面へ投影したときには相違する。
そして、光学系111は、回折格子素子121から出力された各波長の光を入力して集光し、z軸方向に平行な光路を経て光ファイバ11〜14のうちの何れかの光ファイバの端面に入射させる。
次に、第1実施形態に係る光合分波器1の動作について図1を用いて説明する。図1(b)において、位置x1は、光ファイバ11の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。また、位置x2は、光ファイバ12の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。
すなわち、光路変更部131が無い場合には、光ファイバ11の端面から出射された波長λ1の光は、光学系111,回折格子素子121および光学系112を順に経て、光学系112の後焦点面P上の位置x1に集光される。また、光路変更部131が無い場合には、光学系112の後焦点面P上の位置x2から発した波長λ1の光は、光学系112,回折格子素子121および光学系111を順に経て、光ファイバ12の端面に集光されて入射される。
図1(b)に示されるように、光路変更部131の交線Lは、光学系112の後焦点面P上であって、位置x1と位置x2との中間位置((x1+x2)/2)にあるものとする。このとき、光ファイバ11の端面から出射されて往路を経た波長λ1の光は、光路変更部131の第1反射面と第2反射面との間の中央地点に集光され、光路変更部131により光路が折り返される。この光路が折り返された後の光は、光路変更部131が無い場合に光学系112の後焦点面P上の位置x2から発した光と同様に進んで、復路を経て光ファイバ12の端面に集光入射される。
この波長λ1の光の往路と復路とは、光路変更部131と光学系112との間では互いに平行であり、光学系112と回折格子素子121との間ではy’z’平面に対する角度が互いに異なり、回折格子素子121と光学系111との間ではyz平面に対する角度が互いに異なり、光学系111と光ファイバ11,12との間では互いに平行である。また、光学系111と光ファイバ11,12との間における往路と復路との間の間隔は、光路変更部131と光学系112との間における往路と復路との間の間隔に応じたものとなる。
したがって、光路変更部131と光学系112との間における往路と復路との間の間隔を変更することができれば、光ファイバ11の端面から出射した光を、光ファイバ12〜14のうちの何れかの光ファイバの端面に選択的に入射させることができる。つまり、光路変更部131をx軸方向に移動可能として、その光路変更部131の位置が適切に設定されることで、入出力ポートを選択することができる。他の光路変更部132,133についても同様である。
以上のように構成される光合分波器1は、4つの入出力ポート(すなわち、4本の光ファイバ11〜14)に対して光学系111として共通のものを使用することができる。したがって、光学系111の焦点距離を長くして、光路変更部131〜133における集光径を小さくすることで、特性劣化を抑制することができ、しかも、その場合であっても、光学系111を伝搬する光の全体の幅を小さくすることができ、小型化が可能である。
(第2実施形態)
次に、本発明に係る光合分波器の第2実施形態について説明する。図3は、第2実施形態に係る光合分波器2の構成図である。この図に示される光合分波器2は、光学系111、回折格子素子(不図示)、光学系112および光路変更部131〜133を備えている。これらの構成は、第1実施形態の場合と同様である。また、第1実施形態の場合と同様に第2実施形態でもxyz直交座標系およびxy'z'直交座標系を設定する、
この光合分波器2は、光ファイバ11〜16それぞれの端面位置に入出力ポートを有していて、これら6つのポートのうちの何れかのポートに光を入力したときに、その光に含まれる各波長の光を6つのポートのうちの何れかのポートから出力する。光合分波器2は光ADM(Add Drop Multiplexer)として用いられ得る。
同図(a)〜(c)それぞれは、光ファイバ11〜16と回折格子素子との間ではxz平面への投影図であり、回折格子素子と光路変更部131〜133との間ではxz'平面への投影図である。なお、yz(y'z')平面への投影図は、図1(a)と同様であるので、ここでは図示を省略する。
同図(a)〜(c)それぞれにおいて、位置x1は、光ファイバ11の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。位置x2は、光ファイバ12の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。位置x3は、光ファイバ13の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。位置x4は、光ファイバ14の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。位置x5は、光ファイバ15の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。また、位置x6は、光ファイバ16の端面から出射した光が光学系112により集光される位置(x座標値)である。
図3(a)では、光路変更部131〜133それぞれの交線Lは、光学系112の後焦点面P上であって、位置x3と位置x4との中間位置((x3+x4)/2)にある。このとき、光ファイバ13の端面から出射されて往路を経た各波長の光は、光学系111を経た後に回折格子素子により波長分岐されて光学系112により集光され、波長に対応する光路変更部131〜133の何れかにより光路が折り返される。この光路が折り返された後の光は、光路変更部131〜133が無い場合に光学系112の後焦点面P上の位置x4から発した光と同様に進んで、復路を経て光ファイバ14の端面に集光入射される。
図3(b)では、光路変更部131,132それぞれの交線Lは、光学系112の後焦点面P上であって、位置x3と位置x4との中間位置((x3+x4)/2)にある。一方、光路変更部133の交線Lは、光学系112の後焦点面P上であって、位置x4と位置x5との中間位置((x4+x5)/2)にある。
このとき、光ファイバ13の端面から出射された波長λ1〜λ3の光のうち波長λ1,λ2の光は、光路変更部131,132により光路が折り返されて、光ファイバ14の端面に集光入射される。一方、光ファイバ13の端面から出射された波長λ1〜λ3の光のうち波長λ3の光は、光路変更部133により光路が折り返されて、光路変更部133が無い場合に光学系112の後焦点面P上の位置x6から発した光と同様に進んで、復路を経て光ファイバ16の端面に集光入射される。
また、光ファイバ15の端面から波長λ3の光が出射されると、その光は、光路変更部133により光路が折り返されて、光路変更部133が無い場合に光学系112の後焦点面P上の位置x4から発した光と同様に進んで、復路を経て光ファイバ14の端面に集光入射される。このように、光ファイバ13の端面から出射された波長λ1〜λ3のうち、波長λ3の光は光ファイバ16の端面に集光入射され、波長λ1,λ2の光は、光ファイバ15の端面から出射された波長λ3の光とともに、光ファイバ14の端面に集光入射される。
図3(c)では、光路変更部131,133それぞれの交線Lは、光学系112の後焦点面P上であって、位置x3と位置x4との中間位置((x3+x4)/2)にある。一方、光路変更部132の交線Lは、光学系112の後焦点面P上であって、位置x2と位置x3との中間位置((x2+x3)/2)にある。
このとき、光ファイバ13の端面から出射された波長λ1〜λ3の光のうち波長λ1,λ3の光は、光路変更部131,133により光路が折り返されて、光ファイバ14の端面に集光入射される。一方、光ファイバ13の端面から出射された波長λ1〜λ3の光のうち波長λ2の光は、光路変更部132により光路が折り返されて、光路変更部132が無い場合に光学系112の後焦点面P上の位置x2から発した光と同様に進んで、復路を経て光ファイバ12の端面に集光入射される。
また、光ファイバ11の端面から波長λ2の光が出射されると、その光は、光路変更部132により光路が折り返されて、光路変更部132が無い場合に光学系112の後焦点面P上の位置x4から発した光と同様に進んで、復路を経て光ファイバ14の端面に集光入射される。このように、光ファイバ13の端面から出射された波長λ1〜λ3のうち、波長λ2の光は光ファイバ12の端面に集光入射され、波長λ1,λ3の光は、光ファイバ11の端面から出射された波長λ2の光とともに、光ファイバ14の端面に集光入射される。
以上のように、この光合分波器2は、光路変更部131〜133それぞれのX軸方向についての位置を変更することにより、各波長の光についての入出力ポートを選択することができ、可変の光ADMとして用いられる。なお、光路変更部の可動範囲を大きくすることにより、入出力ポートの数を増やすことができる。また、光路変更部の個数を増やすことにより、合波または分波することができる光の波長の数を増やすことができる。
光学系111の焦点距離をf1とし、光学系112の焦点距離をf2とする。また、光ファイバ11〜16の配置のピッチをΔxfとし、光路変更部131〜133の配置のピッチをΔxm(=x1−x2=x2−x3=・・・=x5−x6)とする。このとき、これらのパラメータの間には以下の式で表される関係がある。
Δxf/f1=Δxm/f2 …(1)
Δxf/f1=Δxm/f2 …(1)
光を入出射する2つの光ファイバの間の間隔の最大値をΔxf,maxとすると、x軸方向についての光路変更部131〜133それぞれの幅は、Δxf,maxf2/f1 より充分に大きいことが必要である。
また、光路変更部131〜133それぞれにおいて、第1反射面および第2反射面それぞれでの反射位置と光学系112の後焦点面Pとの間の距離は、往路と復路との間の距離の半分である。光路が折り返される際の光の損失を小さくするには、x軸方向についての光路変更部131〜133それぞれの幅は、反射位置での光束径を考慮して充分に大きいことが必要である。
また、光ファイバ端面位置(すなわち、入出力ポート位置)が連続的ではなく離散的に配置されているので、光路変更部131〜133それぞれにおいて交線L付近には光は入射しない。したがって、光路変更部131〜133それぞれは、図4に示されるように、第1反射面と第2反射面とが直接に互いに直交していなくてもよい。
光学系111から光路変更部131〜133の1回目の反射位置までの各光束の中心と、光路変更部131〜133の2回目の反射位置から光学系111までの各光束に中心とは、各々平行であることが好ましく、光学系112の後焦点面Pに対してテレセントリック光学系となるように光学系112が設計されていることが好ましい。同様に、光ファイバ11〜16と光学系112の間の各光束の中心は、各々平行であることが好ましく、光ファイバ11〜16の端面位置を含みxy平面に平行な面対してテレセントリック光学系となるように光学系112が設計されていることが好ましい。
図4は、光路変更部131の他の構成を説明する斜視図である。前述の図2に示されたものと比較すると、この図4に示される構成のものは、第1反射面131Aおよび第2反射面131Bは、互いに垂直ではあるものの、各反射面が直接に互いに直交しているのではなく、各反射面を延長した面が互いに交線Lで直交するようになっている。なお、光を入出射する2つの光ファイバの間の間隔の最小値をΔxf,minとすると、x軸方向についての第1反射面131Aと第2反射面131Bとの間の間隔d1は、Δxf,minf2/f1 から反射位置での光束径を減じた値より小さいことが必要である。また、x軸方向についての第1反射面131Aおよび第2反射面131Bの全体幅d2は、上記の Δxf,maxf2/f1 に反射位置での光束径を加えた値より大きいことが必要である。
図5は、光路変更部131の更に他の構成を説明する斜視図である。この図に示される光路変更部131は、図4に示された構成に加えて、レンズ131C〜131Fを更に含んでいる。この光路変更部131では、第1反射面131Aでの反射位置において光が集光され、第1反射面131Bでの反射位置において光が集光され、また、第1反射面131Aおよび第1反射面131Bそれぞれでの反射位置の中央位置においても光が集光される。
レンズ131Cおよび131Dは、第1反射面131Aでの反射位置と中央地点との間に設けられた第1集光光学系として作用し、第1反射面131A上で集光された光を中央位置で再び集光する。レンズ131Cとレンズ131Dとの間では光は平行光とされる。
また、レンズ131Eおよび131Fは、第2反射面131Bでの反射位置と中央地点との間に設けられた第2集光光学系として作用し、中央位置で集光された光を第2反射面131B上で再び集光する。レンズ131Eとレンズ131Fとの間では光は平行光とされる。
レンズ131Cとレンズ131Dとの間の距離を変更するとともに、レンズ131Eとレンズ131Fとの間の距離を変更することにより、集光位置を調整することができる。中央位置でも集光しているのは、y’軸方向に各波長の光の集光位置が配列されるが、中央位置での集光では波長の配列方向が逆になるため、もう一度コリメートおよび集光して、波長の配列方向を元に戻すためである。
この図5に示された構成では、光路変更部131〜133は、第1反射面および第2反射面それぞれでの反射位置における光束径が小さいので、端部の波長の光の損失が小さく、光合分波器2の特性が向上する。
(第3実施形態)
次に、本発明に係る光合分波器の第3実施形態について説明する。図6は、第3実施形態に係る光合分波器3の構成図である。この図に示される光合分波器3は、光学系111、回折格子素子121、光学系112、複数の光路変更部(図中では光路変更部141のみが示されている)、光学系113、回折格子素子122および光学系114を備えている。この光合分波器3は、光ファイバ11〜13,21〜23それぞれの端面位置に入出力ポートを有していて、何れかのポートに光を入力したときに、その光に含まれる各波長の光を何れかのポートから出力する。
光ファイバ11〜13と回折格子素子121との間、および、回折格子素子122と光ファイバ21〜23との間では、xyz直交座標系を設定し、光学系111,114の光軸に平行にz軸を設定する。回折格子素子121と回折格子素子122との間では、xy'z'直交座標系を設定し、光学系112,113の光軸に平行にz'軸を設定する。また、回折格子素子121および回折格子素子122それぞれにおける各格子が延びる方向に平行にx軸を設定する。
同図は、光ファイバ11〜13と回折格子素子121との間、および、回折格子素子122と光ファイバ21〜23との間では、xz平面への投影図であり、回折格子素子121と回折格子素子122との間ではxz'平面への投影図である。なお、yz(y'z')平面への投影図は、図1(a)と略同様であるので、ここでは図示を省略する。
光ファイバ11〜13は、xz平面に平行な共通の平面上に並列配置されている。同様に、光ファイバ21〜23は、xz平面に平行な共通の平面上に並列配置されている。光ファイバ11〜13,21〜23それぞれの端面に入出射する光はz軸方向に平行に進む。
光学系111は、光ファイバ11〜13のうちの何れかの端面から光が出射されると、その光を入力しコリメートして出力する。このとき光学系111によりコリメートされて出力された光はxz平面に平行に進む。
回折格子素子121は、波長分岐素子として作用し、光学系111によりコリメートされた光を入力し、その光に含まれる各波長の光を空間的に分岐して、その分岐した各波長の光を互いに異なる光路へ出力する。この回折格子素子121の各格子がx軸方向に延びている。
このとき回折格子素子121から出力された各波長の光は、xz(xz')平面へ投影したときには、回折格子素子121への入力の際の方向と同一の方向に進むが、yz(y'z')平面へ投影したときには、波長によって異なる方向に進む。
光学系112は、回折格子素子121から出力された各波長の光を集光する。このとき光学系112から集光されて出力された各波長の光は、y'z'平面に平行な方向に進む。また、各波長の光の集光位置は、光学系112の後焦点面P上にあって、y'軸方向に平行な直線上に並ぶ。
光路変更部141は、光学系112により集光された波長λ1の光を入力し、その入力した光の入力光路と平行であって同一直線上にない出力光路に該光を出力する。他の光路変更部についても同様である。各光路変更部は、出力光路を変更することができる。特に、本実施形態では、各光路変更部は、入力光路を平行移動させて出力光路とする。
図7は、光路変更部141の構成を説明する図である。光路変更部141は、互いに平行な第1反射面141Aおよび第2反射面141Bを含み、レンズ141C〜141Fを更に含んでいる。第1反射面141Aおよび第2反射面141Bそれぞれは、同一ポートから出力され光学系111,回折格子素子121および光学系112を経た各波長の光の主光線を含む平面(すなわち、y'z'平面に平行な面)に対して45度傾斜しているとともに、光学系112の光軸(すなわち、z'軸方向に平行な直線)に対しても45度傾斜している。そして、光路変更部141は、第1反射面141Aおよび第2反射面141Bにより光を順次に反射させることで光路を平行移動させる。
また、この光路変更部141では、第1反射面141Aでの反射位置において光が集光され、第1反射面141Bでの反射位置において光が集光され、また、第1反射面141Aおよび第1反射面141Bそれぞれでの反射位置の中央位置においても光が集光される。
レンズ141Cおよび141Dは、第1反射面141Aでの反射位置と中央地点との間に設けられた第1集光光学系として作用し、第1反射面141A上で集光された光を中央位置で再び集光する。レンズ141Cとレンズ141Dとの間では光は平行光とされる。
また、レンズ141Eおよび141Fは、第2反射面141Bでの反射位置と中央地点との間に設けられた第2集光光学系として作用し、中央位置で集光された光を第2反射面141B上で再び集光する。レンズ141Eとレンズ141Fとの間では光は平行光とされる。
レンズ141Cとレンズ141Dとの間の距離を変更するとともに、レンズ141Eとレンズ141Fとの間の距離を変更することにより、集光位置を調整することができる。この図7に示された構成でも、各光路変更部は、第1反射面および第2反射面それぞれでの反射位置における光束径が小さいので、端部の波長の光の損失が小さく、光合分波器3の特性が向上する。
各光路変更部において、第1反射面および第2反射面それぞれは、同一ポートから出力され光学系111,回折格子素子121および光学系112を経た各波長の光の主光線を含む平面(すなわち、y'z'平面に平行な面)に対して垂直な方向(すなわち、x軸方向に平行な方向)に移動可能であり、この移動により出力光路を可変とする。また、各光路変更部において、第1反射面および第2反射面それぞれは、両者間の相対的位置関係が固定されていて、両者が一体としてx軸方向に平行な方向に移動可能であるのが好適である。各光路変更部において、第1反射面上および第2反射面上それぞれに集光位置がある。
再び図6を用いて説明すると、光学系113は、光路変更部により光路を平行移動された光を入力し、その光をコリメートして出力する。回折格子素子122は、光学系113によりコリメートされた各波長の光を入力し、波長に応じて進行方向を変更して該光を出力する。
このとき回折格子素子122から出力された各波長の光は、xz(xz')平面へ投影したときには、回折格子素子122への入力の際の方向と同一の方向に進むが、yz(y'z')平面へ投影したときには、波長によって異なる方向に進む。
また、光路変更部の前後で比較すると、回折格子素子121の前後における光の光路と、回折格子素子122の前後における光の光路とは、yz(y'z')平面へ投影したときには同一(ただし、光進行方向が相違する)であり、xz(xz')平面へ投影したときには相違する。
そして、光学系114は、回折格子素子122から出力された各波長の光を入力して集光し、z軸方向に平行な光路を経て光ファイバ21〜23のうちの何れかの光ファイバの端面に入射させる。
この第3実施形態に係る光合分波器3は、前述の光合分波器1,2と比較すると、光路変更部により光路が折り返されるのではなく、光路変更部により光路が平行移動される点で相違するが、略同様に動作し、同様の効果を奏することができる。
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、光路変更部としてフォトニック結晶も用いられ得る。波長分岐素子して用いられる回折格子素子は、透過型のものであってもよいし、反射型のものであってもよく、後者の場合には、光学系111と光学系112とを共通の光学系とすることができる。光ファイバに替えて、平面基板に形成された光導波路が用いられてもよい。
1〜3…光合分波器、11〜16…光ファイバ、21〜23…光ファイバ、111〜114…光学系、121,122…回折格子素子、131〜133,141…光路変更部。
Claims (12)
- 複数のポートのうちの何れかのポートに光を入力したときに、その光に含まれる各波長の光を前記複数のポートのうちの何れかのポートから出力する光合分波器であって、
前記複数のポートのうちの何れかのポートに入力した光を出力する第1光学系と、
前記第1光学系により出力された光を入力し、その光に含まれる各波長の光を空間的に分岐して、その分岐した各波長の光を互いに異なる光路へ出力する第1波長分岐素子と、
前記第1波長分岐素子から出力された各波長の光を集光する第2光学系と、
前記第2光学系により集光された各波長の光を入力し、その入力した光の入力光路と同一直線上にない出力光路に該光を出力するとともに、その出力光路が可変である光路変更部と、
前記光路変更部から出力された光を入力し、その光を出力する第3光学系と、
前記第3光学系により出力された各波長の光を入力し、波長に応じて進行方向を変更して該光を出力する第2波長分岐素子と、
前記第2波長分岐素子から出力された各波長の光を入力して集光し、前記複数のポートのうちの何れかのポートから各波長の光を出力させる第4光学系と、
を備えることを特徴とする光合分波器。 - 前記第1光学系および前記第3光学系の双方または何れか一方が、入力した光をコリメートして出力するものである、ことを特徴とする請求項1記載の光合分波器。
- 前記第1波長分岐素子および前記第2波長分岐素子の双方または何れか一方が回折格子素子を含むことを特徴とする請求項2記載の光合分波器。
- 前記第1光学系と前記第4光学系とが互いに共通の光学系であり、前記第2光学系と前記第3光学系とが互いに共通の光学系であり、前記第1波長分岐素子と前記第2波長分岐素子とが互いに共通の素子であり、前記光路変更部が前記入力光路を折り返して前記出力光路とする、ことを特徴とする請求項1記載の光合分波器。
- 前記光路変更部が、
互いに実質的に垂直な第1反射面および第2反射面を含み、
前記第1反射面および前記第2反射面それぞれが、同一ポートから出力され前記第1光学系,前記第1波長分岐素子および前記第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して傾斜可能であるとともに、前記第2光学系の光軸に対しても傾斜可能であり、
前記第1反射面および前記第2反射面により光を順次に反射させることで光路を折り返す、
ことを特徴とする請求項4記載の光合分波器。 - 前記第1光学系と前記第4光学系とが互いに別個の光学系であり、前記第2光学系と前記第3光学系とが互いに別個の光学系であり、前記第1波長分岐素子と前記第2波長分岐素子とが互いに別個の素子であり、前記光路変更部が前記入力光路を実質的に平行移動させて前記出力光路とする、ことを特徴とする請求項1記載の光合分波器。
- 前記光路変更部が、
互いに実質的に平行な第1反射面および第2反射面を含み、
前記第1反射面および前記第2反射面それぞれが、同一ポートから出力され前記第1光学系,前記第1波長分岐素子および前記第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して傾斜可能であるとともに、前記第2光学系の光軸に対しても傾斜可能であり、
前記第1反射面および前記第2反射面により光を順次に反射させることで光路を実質的に平行移動させる、
ことを特徴とする請求項6記載の光合分波器。 - 前記光路変更部の前記第1反射面および前記第2反射面それぞれが、同一ポートから出力され前記第1光学系,前記第1波長分岐素子および前記第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して実質的に垂直な方向に移動可能であり、この移動により出力光路を可変とする、ことを特徴とする請求項4または6の何れか1項に記載の光合分波器。
- 前記光路変更部の前記第1反射面および前記第2反射面の相対的位置関係が固定されていることを特徴とする請求項4または6の何れか1項に記載の光合分波器。
- 前記光路変更部の前記第1反射面と前記第2反射面との中間地点に集光位置があることを特徴とする請求項4または6の何れか1項に記載の光合分波器。
- 前記第1反射面と前記集光位置との間に第1集光光学系が設けられるとともに、前記第2反射面と前記集光位置との間に第2集光光学系が設けられていて、前記第1反射面および前記第2反射面それぞれにも集光位置がある、ことを特徴とする請求項10記載の光合分波器。
- 前記複数のポートが、同一ポートから出力され前記第1光学系,前記第1波長分岐素子および前記第2光学系を経た各波長の光の主光線を含む平面に対して垂直な方向に配列されている、ことを特徴とする請求項4または6の何れか1項に記載の光合分波器。
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