JPH03154004A - 光遅延装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光通信や光学計測等の分野において光信号の
遅延や光路長の調整に用いる光遅延装置に関する。

［従来の技術１ 光信号を光電変換過程を取らずに遅延させるには、従来
では一般に信号光を反射鏡やコーナキューブ等の組合せ
により空間伝搬させ、一部の反射鏡を移動させることに
より光の伝搬距離を変化させることで信号の遅延および
その遅延量の調整を行なっていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のような従来技術では、空間伝搬長
を長く取ると光ビームの回折効果により光損失が増大す
るので、実用的には遅延距離としてｉｎ以下程度が限界
であるという欠点があった。

また、信号光を光ファイバ中に伝搬させ、光ファイバの
伸縮を利用して光路長を調整することも出来るが、遅延
距離を長く取るには必要な光ファイバが非常に長くなっ
て装置が大がかりになるし、また光ファイバの弾性を利
用するために経時的な物理的特性（例えば、弾性率や引
張強度）などが劣化して不安定になり遅延距離に対する
精度が低くなる等の欠点があった。

そこで、本発明の目的は、上述のような欠点を除去し、
調整可能な遅延時間、遅延距離のダイナミックレンジを
数μｍ〜数百ｍ程度に広げ、かつ連続的に可変とするこ
とを可能にし、また、信号光を遅延させるときの信号光
の伝送損失を低くおさえることができ、信号自体の伝送
速度、伝送品質をほとんど劣化させないような光路長可
変の光遅延装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、単一モード光フ
ァイバを巻線として、該−光ファイバの一端から光信号
が取り出される円筒状のコイル部と、該コイル部の光フ
ァイバの外側面の一部と接触あるいは数μｍに近接する
部分を有する単一モード光ファイバから構成されて、該
光ファイバの一端から光信号が入力するピックアップ部
と、前記コイル部を該コイル部の円筒の中心の周りに回
転する第１の駆動系と、前記ピックアップ部を前記コイ
ル部の軸方向に沿って移動する第２の駆動系と、前記第
１および第２の駆動系を通じて前記コイル部の回転位置
および前記ピックアップ部の移動位置を前記光信号の遅
延量の指示に応じて制御する制御系とを具備したことを
特徴とする。

また、本発明は、その一形態として、前記単一モード光
ファイバの代わりに偏波保持光ファイバを用いて構成し
たことを特徴とする。

また、本発明は、その別の形態として、前記ピックアッ
プ部及び前記コイル部はそれぞれ不透明なジャケットを
有する光ファイバで構成されるが、該コイル部の外側面
は該光ファイバのクラッドがコア直径の３〜５倍まで一
様に研磨され、該ピックアップ部は該光ファイバ側面が
該コイル部外面と接触あるいは数μｍに近接する部分だ
けそのクラッドがコア直径の１〜３倍まで研磨され、こ
れにより結合領域を短く設定できるように構成したこと
を特徴とする。

また、本発明はそのさらに別の形態として、前記ピッツ
クアップ部及び前記コイル部はそれぞれ不透明なジャケ
ットを有するクラッド直径が５０〜８０μｌ程度の細径
光ファイバで構成され、該コイル部の外側面は該光ファ
イバ１本当り２０〜３０μ膿程度の幅で該ジャケットが
除かれ、同じく該ピックアップ部も該光ファイバ側面が
該コイル部の外面と接触あるいは数μｍに近接する部分
だけ該ジャケットが除かれ、これにより結合領域を短く
設定できるように構成したことを特徴とする。

さらに、本発明は、そのさらに別の形態として、信号光
の装置への入力または出力部分に前記光ファイバのねじ
れを解消するための回転式光コネクタを用いることを特
徴とする。

［作　用］ 本発明は、単一モード光ファイバ（または偏波保持光フ
ァイバ）で構成される光ファイバピックアップ部と円筒
に巻かれた単一モード光ファイバ（または偏波保持光フ
ァイバ）のコイルで構成されるコイル部からなり、上記
ピックアップ部の一部にこのコイル部の外側断面の一部
との接触あるいは数μｍに近接する部分を設けることに
より、互いに導波光間の電力結合を生じさせるようにし
ているので、これにより、ピックアップ部の一端に入っ
た光信号はコイル部と接触あるいは近接した部分から光
ファイバコイル側へ穆り、コイル部の光ファイバ中を伝
搬した後、コイル部の光ファイバの一端から取り出され
る。このときピックアップ部とコイル部の接触あるいは
近接部分をコイル部の任意の位置に移動させることによ
り、コイル部内での光路長（すなわち信号光の遅延量）
が可変にかつ連続的に調整が行なわれる。

このように、本発明では、光ファイバコイルを利用して
信号光の遅延を行なっているので装置全体の小型化が可
能であり、原理的には可変な遅延距離は上限が光ファイ
バコイルにおける光ファイバ長で決まるのでほぼ無限に
長く取ることが可能になる。また、本発明の遅延距離の
精度は、距離のダイナミックレンジとは無関係に光ファ
イバコイル部、ピックアップ部の位置精度で決まり、制
御系に通常の制御技術（例えば数値制御）を用いるとそ
れらの光ファイバコイル部等は数μｌの精度で位置制御
が、可能であると考えられる。これにより、本発明では
遅延距離として零から例えば数百ｍ程度のレンジを持ち
、その距離精度として数μｍ程度の光路調整が可能とな
る。従って、本発明の光遅延装置は光学計測においては
各種干渉計の光路調整用として、また光通信システムで
は遅延検波時の光路調整部品として幅広い使用が可能で
ある。

このように、本発明では、調整可能な遅延時間、遅延距
離のダイナミックレンジを数μｍ〜数百ｍ程度に広げ、
かつ連続的に可変とすることができる。また、本発明で
は、信号光を遅延させるのに光の空間伝搬などを利用し
ないので、信号光の伝送損失を低くおさえることができ
る。また、本発明では、途中に光電変換過程を設けない
ので、信号自体の伝送速度、伝送品質をほとんど劣化さ
せない。

［実施例Ｊ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

■゛結Δ部の結合係数 後述の本発明実施例の構成を具体的に説明する前に、本
発明実施例の理解を容易にするため、まず第２図に示す
ような２本の光ファイバで構成される光結合部について
考える。第２図（Ａ）は光結合部の断面、第２図（Ｂ）
はその光結合部を上からみた状態を示す、同図中、１．
２は単一モード光ファイバ、３は屈折率整合部である。

この結合部における結合係数には次式（１）で近似出来
る。（文献：　Ｅ、Ａ、Ｊ、Ｍａｒｃａｔｉｌｉ、”’
　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　　ｗ
ａｖｅｇｕｉｄｅ　　ａｎｄ　　ｄｆｒｅｃｔｉｏｎａ
ｌｃｏｕｐｌｅｒ　　ｆｏｒ　　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
　　ｏｐｔｉｃｓ、−Ｂｅ１ｌ　　５ｙｓｔ。

Ｔｅｃｈ、、　ｖｏｌ、４８．ｐｐ、２Ｑ７１−２１０
２．１９６９．参照）ここで、ａはコア１１の直径、に
、、に、はコア伝搬光の波数および２方向の波数、Ｌは
コア伝搬光の授受をするのに適切な結合長、ｎｌ＋ｎ２
はコア１１およびクラッド１２の屈折率（なお整合部３
の屈折率はクラッド１２の屈折率と等しいものとする）
。通常、単一モード光ファイバでは比屈折率差は０．５
％以下であり、ｋ、／に、＝＋１が成立する。例えば、
コア直径ａが波長（１，５５μ１１）の４倍程度でｄ　
／　ａ　＝　６の時、結合係数ｋが１となる結合長しは
式（１）から約２ＣＩ１１となる。このように結合係数
にはコア間の適当な間隔ｄと結合長しにより設定できる
。

隻叉Δ■二韮１ 第１図は本発明の一実施例の概略構成を示す。

同図において、４は一部側面が研磨された単一モード光
ファイバからなるピックアップ部、５は円筒外側面が一
様に研磨された光ファイバコイルからなる信号遅延用の
コイル部（光ファイバの巻き数はＮとする）、６は装置
への入出力部分となる光コネクタ（あるいは外部光ファ
イバとの接続点）である。７および８は回転および一軸
移動のための駆動部、９はこれらの駆動部７．８を制御
する制御部（計算機制御の場合は計算機）である。図中
、破線で囲まれた部分１４は光ファイバの伸縮を防ぐた
めコイル部５とピックアップ部４を恒温に保持する恒温
器である。

光は上記のピックアップ部４の光ファイバの一端から入
射し、そのピックアップ部４のコイル部５との接触ある
いは数μｍに近接する部分を経てコイル５を構成する光
ファイバへと導かれる。このときの結合長（作用長とも
称する）Ｌおよび結合係数に等は、上式（１）に基づい
て前述したような関係にある。

第３図には上述のコイル部５とピックアップ部４の位置
関係を示す、第３図ではコイル部５と接触するピックア
ップ部４の一部分がコイル部５の外形に沿って円弧形状
を取る場合（同図（Ａ））、及び直線形状を取る場合（
同図（Ｂ）　）　　（同図（Ｂ）はコイル部直径〉〉接
触部分の長さが成立する場合に相当する）を示し、同図
（Ｃ）にはコイル部５の側面方向から見た図を示してい
る。ピックアップ部４の光ファイバはコイル部５の円筒
断面にほぼ平行Ｃｘｙ面にほぼ平行）にコイル部５の光
ファイバ中の任意の１木と近接するように２軸方向に位
置決めされる。なお、第２図で上述したように、近接し
、対面する２つの光ファイバ部分の間３には導波路間で
の光の反射抑制と潤滑のためにクラッド１２と同等な屈
折率を有する屈折率整合剤が充填される。

東夾ｉ班二１立 第１図の構成において、駆動部８によるピックアップ部
４の２軸方向の移動により、ピックアップ部から入射し
た信号光が伝搬するコイル部５の光ファイバ巻き数Ｎが
調整でき、その結果、光ファイバコイル１巻きの長さ（
２πＲ，Ｒは半径）をステップ間隔とした離散的な遅延
距離の調整が可能となる。このとき、光ファイバコイル
５の回転角φは最低０≦φ≦２πで可変とする。これに
駆動部７による光ファイバコイル５の２＠周りの回転機
能を加えると、光ファイバコイル１巻き以内の遅延距離
の微調整が可能となり、結局、２πＮＨにわたり遅延距
離が連続的に変化できる。このとき、調整可能な遅延時
間をτとすると近似的に０≦τ≦２ｙｒｎ、ＮＲ／ｃ　
　（ｃは光速）（２）となる０例えばＲ−５ｃｏ＋、　
Ｎ−１０００回、ｎ、−１，４６の場合、遅延時間では
Ｏ〜１．５ｍｓにわたり可変できることが分かる。

また、ピックアップ部４の位置とコイル部５の回転角度
の制御技術では、それらの精度はすでに市販品において
各々１μｍｌ　、ｌ／１００度程度以下（パルスモータ
駆動機構を有す微動台等における位置設定精度の代表的
製品カタログ値）で制御可能なため、τの精度としては
９．０１ｐｓ程度が達成できる。

ところで、厳密には光ファイバの厚みにより、光ファイ
バコイル５では、光ファイバが螺旋を描くため、第３図
（Ｃ）　に示すようにこの光ファイバはＺ軸に対して、
光ファイバの螺旋ピッチ分だけθ度傾く。この傾きによ
る結合量への影響を補正するため本実施例では、第３図
（Ｂ）に示すようにピックアップ部４の光ファイバを２
軸に対してθ度傾け、コイル側光ファイバと平行になる
ように設定し、かつコイル５のφ方向の回転軸７もθ度
傾ける。この際、回転軸７１の回転にともなうＸ。

ｙ方向の微動により接触、あるいは近接した部分がずれ
ないようにするためにピックアップ部４には第３図（Ａ
）中の矢印Ｘの方向に僅かな張力を不図示のばね等によ
り与えておく。また、これとは別に、光ファイバコイル
５の回転はＺ軸の周りに固定し、光ファイバピックアッ
プ部４の位置をコイルの回転角に応じてＺ軸方向のずれ
量（ｐφ／２πＲａｐはコイルのピッチ）だけ補正する
べく駆動部８を介して制御部９により計算機制御を実行
し、コイル５とピックアップ部４の接触部分に置ける光
の結合条件が一定となるようにすることも可能である。

第４図は上述の光ファイバコイル部５とピックアップ部
４の近接（あるいは接触した）領域の円筒断面を示し、
その斜線部分は屈折率整合剤１５の塗布を示す。同図（
Ａ）は通常の単一モード光ファイバを用いた場合である
。この場合、ピックアップ部４およびコイル部５は不透
明なジャケット１３を有する光ファイバで構成されるが
、コイル部５の外側面は光ファイバのクラッド１２がコ
ア直径の３〜５倍まで一様に研摩され、ピックアップ部
５は光ファイバ側面がコイル部外面と接触あるいは数μ
ｍに近接する部分だけそのクラッドがコア直径の１〜３
倍まで研摩され、これにより結合領域を短く設定できる
ようにしている。

第４図（Ｂ）は偏波保持光ファイバを用いた場合である
。同図（Ｂ）の図中の網線部分は応力付与部１６であり
、この応力付与部１Ｂに誘起された光ファイバの複屈折
軸はコイル部５とピックアップ部４においてＺ軸方向、
あるいはコイル５の径方向に統一される。このように偏
波保持光ファイバを用いることにより、ピックアップ部
４への入射光の偏光をＸあるいはｙ方向に設定しておく
と、コイル部５の出射光の偏光がピックアップ部４の位
置に依らずに常に直線偏光で得られるという特徴を持つ
。偏光状態が問題となるデバイス間の接続や光学干渉装
置においてはこのような偏光状態の固定化が必要となる
。

第５図は第４図と同様に光ファイバコイル部５とピック
アップ部４の近接（あるいは接触した）領域の円筒断面
を示し、光ファイバとしてクラッド直径５０〜８０μｌ
の細径単一モード光ファイバを用いた例を示す、すなわ
ち、この場合は、ピックアップ部４およびコイル部５は
不透明なジャケット１３を有するクラッド１２の直径が
５０〜８０μｍ程度の細径光ファイバで構成され、コイ
ル部５の外側面は光ファイバ１本当り２０〜３０μｍ程
度の幅でジャケット１３が除かれ、同じくピックアップ
部４も光ファイバ側面がコイル部外面と接触あるいは数
μｍに近接する部分だけジャケット１３が除かれ、これ
により結合領域を短く設定できるようにしている。

また、細径の偏波保持光ファイバを用いる場合は第４図
（Ｂ）　に準する。

■その他 第１図に示す光コネクタ６としては、信号光の装置への
入力または出力部分に光ファイバのねじれを解消するた
めに回転式光コネクタを用いることが好ましい、第６図
にこのような回転式光コネクタの一例を断面で示す、第
６図（＾）に示すものは、キャップ状の受部材２１の内
周面に円柱状の部材２２を回転可能に遊嵌し、両部材２
１．２２間を複数のベアリング２３で連結して、このベ
アリング２３を介して両部材２１．２２を自由に回転可
能に構成したはめ込み式の光コネクタである。なお、両
部材２１．２２の軸中心に光ファイバがそれぞれ接続さ
れる。

他方、第６図（Ｂ）に示すものは、同じような形状の一
対の円板状の磁性部材２４．２５間に複数のベアリング
２６を介装し、磁性部材２４．２５の磁力で生じる吸引
力を利用し、ベアリング２６で回転する構成の光コネク
タである。両部材２４．２５の中心軸には、それぞれ光
ファイバを接続する受部が開口している。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、光ファイバコイ
ルを利用して信号光の遅延を行なっているので、光信号
の光路長調整において数百ｍを越えるダイナミックレン
ジでかつ数μｍの距離精度を保持した連続的な長さ調整
が可能となる。そのため、本発明では、光通信において
は信号光の検波や信号切り替え時の光遅延装置として大
幅な遅延時間調整が可能となる。また、光学計測の分野
においては特に干渉光束間の光路長調整素子として有用
であり、ダイナミックレンジの拡大実現に伴い、例えば
、より長い光ファイバでの特性評価が可能となり計測対
象が広がるなどの効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光遅延装置の概略構成を示
す構成図、 第２図は２つの先導波路間における電力結合を説明する
ための模式的な図であり、同図（Ａ）は光ファイバの断
面図、同図（８）は上から見た上面図、 第３図は第１図の本発明の実施例の光遅延装置における
光ファイバ部分の模式的な図であり、同図（＾）はピッ
クアップ部の一部が円弧の場合の斜視図、同図（Ｂ）は
ピックアップの一部が直線の場合の斜視図、同図（Ｃ）
はコイル部側面の方向から見た正面図、 第４図は本発明実施例の光遅延装置における光ファイバ
の接触面が研摩されている場合のコイル部とピックアッ
プ部の接触（あるいは近接した）領域の円筒縦断面の模
式的な図であり、同図（Ａ）は光ファイバに通常の単一
モード光ファイバを用いた場合の断面図、同図（Ｂ）は
応力付与型の偏波保持光ファイバを用いた場合の断面図
、第５図は本発明実施例の光遅延装置におけるジャケッ
トの一部が削られた細径の光ファイバが用いられている
場合のコイル部とピックアップ部の接触（あるいは近接
した）領域の円筒縦断面の模式的な断面図、 第６図（Ａ）　、　（Ｂ）はそれぞれ第１図の光コネク
タとして好適な回転式光コネクタの構成例を示す断面図
である。 ２１．２２，２４．２５・・・コネクタ部材（部品）、
２３．２６・・・ベアリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）単一モード光ファイバを巻線として、該光ファイバ
   の一端から光信号が取り出される円筒状のコイル部と、 該コイル部の光ファイバの外側面の一部と接触あるいは
   数μｍに近接する部分を有する単一モード光ファイバか
   ら構成されて、該光ファイバの一端から光信号が入力す
   るピックアップ部と、前記コイル部を該コイル部の円筒
   の中心の周りに回転する第１の駆動系と、 前記ピックアップ部を前記コイル部の軸方向に沿って移
   動する第２の駆動系と、 前記第１および第２の駆動系を通じて前記コイル部の回
   転位置および前記ピックアップ部の移動位置を前記光信
   号の遅延量の指示に応じて制御する制御系と を具備したことを特徴とする光遅延装置。 ２）前記単一モード光ファイバの代わりに偏波保持光フ
   ァイバを用いて構成したことを特徴とする請求項１に記
   載の光遅延装置。 ３）前記ピックアップ部及び前記コイル部はそれぞれ不
   透明なジャケットを有する光ファイバで構成されるが、
   該コイル部の外側面は該光ファイバのクラッドがコア直
   径の３〜５倍まで一様に研磨され、該ピックアップ部は
   該光ファイバ側面が該コイル部外面と接触あるいは数μ
   ｍに近接する部分だけそのクラッドがコア直径の１〜３
   倍まで研磨され、これにより結合領域を短く設定できる
   ように構成したことを特徴とする請求項１または２に記
   載の光遅延装置。 ４）前記ピッックアップ部及び前記コイル部はそれぞれ
   不透明なジャケットを有するクラッド直径が５０〜８０
   μｍ程度の細径光ファイバで構成され、該コイル部の外
   側面は該光ファイバ１本当り２０〜３０μｍ程度の幅で
   該ジャケットが除かれ、同じく該ピックアップ部も該光
   ファイバ側面が該コイル部の外面と接触あるいは数μｍ
   に近接する部分だけ該ジャケットが除かれ、これにより
   結合領域を短く設定できるように構成したことを特徴と
   する請求項１または２に記載の光遅延装置。 ５）信号光の装置への入力または出力部分に前記光ファ
   イバのねじれを解消するための回転式光コネクタを用い
   ることを特徴とする請求項１ないし４に記載の光遅延装
   置。