JP7141708B2 - 光結合器及び光結合方法 - Google Patents
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Description
以下、実施の形態1について図面を参照しながら説明する。
図1は、実施の形態1に係る光結合器の構成を示す図である。図1及び以降の図において、X軸方向は、光ファイバの伝搬軸に平行な方向であり、Y軸方向及びZ軸方法は、光ファイバの伝搬軸に直交する方向である。
次に、以上のように構成された光結合器を用いた光結合方法について説明する。図3は、実施の形態1に係る光結合方法を示すフローチャートである。
以上のように、本実施の形態に係る光結合器によれば、光ファイバ100の伝搬軸に垂直な方向(例えばZ軸方向)から回折光学素子10に入力光130を入射することで、光ファイバ100に入力光130を結合することができる。したがって、コア110の端面に入力光130を集光する必要がないので、回折光学素子10で入力光130の強度分布を光ファイバ100のモードの分布に合わせることが可能となり、光結合効率を向上させることができる。また、コア110の端面に入力光130を集光する必要がないので、コア110の光学的損傷を抑制することができる。また、コア110の内部に回折光学素子10が形成されるので、光ファイバ100の伝搬軸に垂直な面内であれば360度どの方向(例えばY軸方向及びZ軸方向)から入力光130が回折光学素子10に入射しても、光結合効率のばらつきを抑えて入力光130を光ファイバ100に結合することができ、光結合器を使用する環境の自由度を高めることができる。その結果、光結合器の設置場所の制約が厳しい環境(例えば、顕微鏡の受光部など)でも本実施の形態に係る光結合器を使用することができる。
ここで、コアの内部に形成された回折光学素子を用いて伝搬軸に垂直な方向から入射した入力光を光ファイバに結合する実験について説明する。図4Aは、光結合実験の概要を示す図である。
次に、実施の形態2について説明する。本実施の形態では、光導波路の伝搬軸に平行な方向に延びる線状に入力光を集光する集光素子が光結合器に含まれる点が上記実施の形態1と主として異なる。以下に、本実施の形態に係る光結合器について、上記実施の形態1と異なる点を中心に、図面を参照しながら具体的に説明する。
図5は、実施の形態2に係る光結合器の構成を示す斜視図である。図5に示すように、本実施の形態に係る光結合器は、回折光学素子10に加えて、集光素子20を備える。
以上のように、本実施の形態に係る光結合器によれば、伝搬軸に平行な方向(X軸方向)に延びる線状に入力光131aを集光する集光素子20を備えることができる。したがって、コア110に形成された回折光学素子10に沿って線状に入力光131aを集光することができる(線状光131b)。その結果、入力光131aを確実に回折光学素子10に入射することができ、さらに光結合効率を向上させることができる。
次に、実施の形態3について説明する。本実施の形態では、コアの端面に形成された反射部が光結合器に含まれる点が上記実施の形態1と主として異なる。以下に、本実施の形態に係る光結合器について、上記実施の形態1と異なる点を中心に、図面を参照しながら具体的に説明する。
図6は、実施の形態3に係る光結合器の構成を示す斜視図である。図6に示すように、本実施の形態に係る光結合器は、回折光学素子10に加えて、反射部30を備える。
以上のように、本実施の形態に係る光結合器によれば、コア110を伝搬してきた光をコア110の端面で反射することができる。したがって、伝搬軸の両方向に回折された回折光の一方(回折光140a)を他方(回折光140b)と合波することができ、光結合効率を向上させることができる。
次に、実施の形態4について説明する。本実施の形態では、入力光を光導波路の伝搬軸に平行な方向に分散する分散素子が光結合器に含まれる点が上記実施の形態1と主として異なる。以下に、本実施の形態に係る光結合器について、上記実施の形態1と異なる点を中心に、図面を参照しながら具体的に説明する。
図9は、実施の形態4に係る光結合器の構成を示す側面図である。図9に示すように、本実施の形態に係る光結合器は、回折光学素子11と、分散素子40と、レンズ41とを備える。
以上のように、本実施の形態に係る光結合器によれば、入力光132aを伝搬軸に平行な方向(X軸方向)に分散する分散素子40を備えることができる。さらに、伝搬軸に平行な方向(X軸方向)において、FBGの格子定数の分布を、分散光132bの波長の分布に対応させることができる。したがって、広帯域な入力光に対しても、分散光132bの波長とFBGの格子定数とを高い精度で一致させることができ、回折光の進行方向と光ファイバの伝搬軸の方向とのずれを削減することができる。つまり、広帯域の入力光に対しても、より高い精度で回折光を光ファイバ100のモードに適合させることができ、光結合効率を向上させることができる。
次に、実施の形態5について説明する。入力光が単波長でない場合、回折光学素子に入射した入力光は、その波長によって異なる角度で回折する。したがって、波長によって回折光の位相にずれが生じる。その結果、入力光がパルス光である場合に、パルス光の波形が変化してしまう。そこで、本実施の形態に係る光結合器は、波長による位相のずれを補償するための位相補償部を備える。以下に、本実施の形態に係る光結合器について、上記実施の形態1と異なる点を中心に、図面を参照しながら具体的に説明する。
図10は、実施の形態5に係る光結合器の構成を示す側面図である。図10に示すように、本実施の形態に係る光結合器は、回折光学素子10に加えて、位相補償部50を備える。
以上のように、本実施の形態に係る光結合器によれば、コア110に結合された光の位相を補償することができる。したがって、結合光の位相のずれを補償することができ、例えば入力光がパルス光である場合に光結合による波形の変化を抑制することができる。
次に、実施の形態6について説明する。本実施の形態では、入力光の波長に応じてFBGの格子定数を調整する調整部が光結合器に含まれる点が上記実施の形態1と主として異なる。以下に、本実施の形態に係る光結合器について、上記実施の形態1と異なる点を中心に、図面を参照しながら具体的に説明する。
図11は、実施の形態6に係る光結合器の構成を示す側面図である。図11に示すように、本実施の形態に係る光結合器は、調整部60を備える。
以上のように、本実施の形態に係る光結合器によれば、入力光130の波長に応じてFBG(回折光学素子10)の格子定数を調整することができる。したがって、結合できる入力光の波長の範囲を広げることができ、光結合器の汎用性を向上させることができる。
以上、本発明の1つまたは複数の態様に係る光結合器について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の1つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
20 集光素子
30 反射部
40 分散素子
50 位相補償部
51 光サーキュレータ
52 FBG
60 調整部
100、101、102 光ファイバ
110 コア
120 クラッド
130、131a、132a 入力光
131b 線状光
132b 分散光
140a、140b 回折光
Claims (8)
- 入力光を光ファイバに結合する光結合器であって、
前記光ファイバのコアの内部に形成されたファイバブラッググレーティングを備え、
前記入力光は、前記光ファイバの伝搬軸に垂直な方向から前記ファイバブラッググレーティングに入射し、
前記ファイバブラッググレーティングは、前記光ファイバの伝搬軸に対して傾斜されておらず、
前記ファイバブラッググレーティングの格子定数は前記入力光の波長と前記コアの屈折率との比と一致し、
前記光結合器は、さらに、
前記伝搬軸に垂直な方向から前記ファイバブラッググレーティングに前記入力光を入射する入力部を備え、
前記入力部は、前記入力光を前記伝搬軸に平行な方向に分散する分散素子を含み、
前記伝搬軸に平行な方向において、前記ファイバブラッググレーティングの前記格子定数の分布は、分散された前記入力光の波長の分布に対応する、
光結合器。 - 前記ファイバブラッググレーティングは、前記光ファイバの伝搬軸に垂直な方向から入射する前記入力光に対してブラッグ条件(Bragg condition)を満たす、
請求項1に記載の光結合器。 - 前記光ファイバの伝搬軸に垂直な方向は、前記光ファイバの伝搬軸に厳密に垂直な方向から予め定められた角度範囲内の方向であり、
前記予め定められた角度範囲は、結合波理論(coupled-wave theory)において回折効率が0.5以上となる範囲である、
請求項1又は2に記載の光結合器。 - 前記入力部は、前記伝搬軸に平行な方向に延びる線状に前記入力光を集光する集光素子を含む、
請求項1に記載の光結合器。 - 前記光結合器は、さらに、
前記入力光の波長に応じて前記ファイバブラッググレーティングの格子定数を調整する調整部を備える、
請求項1~3のいずれか1項に記載の光結合器。 - 前記光結合器は、さらに、
前記ファイバブラッググレーティングによって前記伝搬軸に平行な方向の2つの向きに回折された光の一方を逆向きに反射する反射部を備える、
請求項1~5のいずれか1項に記載の光結合器。 - 前記光結合器は、さらに、
前記ファイバブラッググレーティングによって前記コアに結合された光の位相を補償する位相補償部を備える、
請求項1~6のいずれか1項に記載の光結合器。 - 入力光を光ファイバに結合する光結合方法であって、
前記光ファイバの伝搬軸に垂直な方向から、前記光ファイバのコアの内部に形成されたファイバブラッググレーティングに光を入力する入力ステップと、
前記ファイバブラッググレーティングに入力された光を回折することにより前記光ファイバに光を結合する回折ステップと、を含み、
前記ファイバブラッググレーティングは、前記光ファイバの伝搬軸に対して傾斜されておらず、
前記ファイバブラッググレーティングの格子定数は前記入力光の波長と前記コアの屈折率との比と一致し、
前記入力ステップでは、前記入力光を前記伝搬軸に平行な方向に分散し、
前記伝搬軸に平行な方向において、前記ファイバブラッググレーティングの前記格子定数の分布は、分散された前記入力光の波長の分布に対応する、
光結合方法。
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