JP2006317614A - Light incident/exit part of optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光デバイスの光入出射部に関するものである。 The present invention relates to a light incident / exit section of an optical device.
光サーキュレータは、光通信や光計測等の分野における重要な光デバイスの1つであり、光アイソレータが入射側と出射側の2ポート構成であるのに対し、少なくとも3つ以上のポートを有する非相反性の光デバイスである。例えば、1,2,3の番号で表される3ポートを有する場合、順方向の1→2,2→3,3→1の方向に進む伝搬光は低損失で、逆方向の2→1,3→2,1→3の方向に進む伝搬光は高損失の出力として伝送する。
An optical circulator is one of important optical devices in fields such as optical communication and optical measurement, and an optical isolator has a two-port configuration on an incident side and an emission side, whereas a non-circulator having at least three or more ports. It is a reciprocal optical device. For example, in the case of having three ports represented by
このような光サーキュレータの一例として、光入出射側の他端に反射体を配列した構造の光サーキュレータが考案されている(例えば、特許文献1参照)。 As an example of such an optical circulator, an optical circulator having a structure in which a reflector is arranged at the other end on the light incident / exit side has been devised (for example, see Patent Document 1).
図5は、上記反射体を配列した光サーキュレータの一例を示す斜視図である。図5の光サーキュレータ100は大きく分けて、本体部分101と光入出射部102及び反射部103とから構成されている。本体部分101は、第1の複屈折素子104及び第2の複屈折素子105とそれらの間に挿入した45度ファラデー回転子106及び2分の1波長板107を一列に配列した構成である。両複屈折素子104、105の結晶軸は光軸との角度が45度となるように設定されており、互いの結晶軸は光軸方向で見て垂直な関係にある。2分の1波長板107の結晶軸は光軸方向で見て水平軸から±22.5度の方向に設定されると共に、ファラデー回転子106の偏光面回転方向は図面左手側のポート(光ファイバ108)から見て、左回り45度となるように設定する。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of an optical circulator in which the reflectors are arranged. The
光入出射部102は、3本の光ファイバ108を有する3芯フェルール109と、それらに共通の光ファイバ結合用レンズ110、及び光路補正素子111との配列からなる。光路補正素子111は、光ファイバ108から前記レンズ110を通った入射光の光線軸を光軸に平行なコリメート光又は収束光にし、また光軸に平行な光線軸の戻り光(コリメート光又は収束光)を、レンズ110を通して光ファイバ102へ入射して光結合させる機能を果たす。
The light incident /
又、反射部103は伝搬光の偏光面を往復で90度回転させる偏光面回転素子112とミラー(反射体)113とで構成される。この偏光面回転素子112としては、例えば4分の1波長板が適用できる。4分の1波長板を使用する場合その結晶軸は光軸方向で見て、水平軸から45度の方向に設定するものとする。
The
このような光サーキュレータ100の動作を以下に説明する。ポート108aから入射した光は、第1の複屈折素子104で常光線と異常光線に分離され、ファラデー回転子106及び2分の1波長板107を透過する。その際、異常光線は偏光面が90度回転するが、常光線は偏光面が元の状態に戻るため結果的に回転しない。次に、第2の複屈折素子105に対しては異常光線になるので、伝搬光は光路シフトして伝搬する。4分の1波長板112では直線偏光が円偏光に変換され、ミラー113で反射した戻り光は、4分の1波長板112で再び直線偏光に変換される。結局、4分の1波長板112では、伝搬光が往復する間に偏光面が90度回転し、第2の複屈折素子105に対しては常光線となる。それぞれの伝搬光は、2分の1波長板107及びファラデー回転子106で偏光面が一方は90度回転するが、他方は回転しない。そして、第1の複屈折素子104で常光線と異常光線が合成されて1本の伝搬光となり、中央のポート108bに出射する。なお、ポート108bから外側のポート108cへと伝搬光が伝搬される場合も、ポート108aからポート108bへ伝搬される場合と全く同様である。
The operation of such an
一方、ポート108cから伝搬光が入射しても、本体部分101等を通過しミラー113で反射されて、再度本体部分101等を通過するという光路を辿って戻ってくることはできるが、結合するポートが存在せず、ポート108a及び108bには結合しない。
On the other hand, even if propagating light enters from the
光入出射部102について更に図6を参照して説明する。光路補正素子111は、外側の光ファイバからの入射光がレンズ110によって斜めの伝搬光になったものを光軸に平行な光線軸のコリメート光又は収束光にすると共に、戻り光のうちのオフセットしている(光軸から離れている)光軸に平行な光線軸の伝搬光(コリメート光又は収束光)を、レンズ110へ斜めに入射させて外側の光ファイバに光結合させる機能を果たすものである。更に、中央の光ファイバからレンズ110の中心に向かう入射光を、そのまま角度変化無しに光軸に沿った伝搬光にし、戻り光のうちレンズ110の中心に向かう光軸に沿った伝搬光も、そのまま角度変化無しに中央の光ファイバへ出射させて光結合する機能も有する。光路補正素子111には、両側の光に対してはそれぞれ傾斜面を透過し、中央の光に対しては垂直面を透過するプリズムを用いている。
The light incident /
又、その他にも入出射側の他端に反射体を配列した構造の光サーキュレータが考案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, an optical circulator having a structure in which reflectors are arranged at the other end on the incident / exit side has been devised (see, for example, Patent Document 2).
図7に示す特許文献2の光サーキュレータ114は、入出射側ポート(光入出射部)に非一列型の光ファイバ束115を用いた光サーキュレータであり、2つの複屈折素子116a及び116b、2つのファラデー回転子117及び118(又は、偏光面回転素子119)、及び反射体として反射プリズム120とを備えるものである。2つのファラデー回転子117,118の回転方向は逆向きになるように配置されている。
An
更に、入出射側ポートに注目すると、2つのレンズ121と122により伝搬光の光線軸を互いに平行にしている。
Further, paying attention to the incident / exit side port, the light axes of the propagating light are made parallel to each other by the two
しかしながら、従来の反射型光サーキュレータの光入出射部は、何れも2つの光学素子(レンズ110と光路補正素子111、又は、レンズ121と122)が必要であり、折角、往復光路により光サーキュレータの小型化を図っても、光入出射部の構成素子数の増加により、透過形サーキュレータと比較しても大幅な小型化が困難であった。
However, each of the light incident / exit portions of the conventional reflection type optical circulator requires two optical elements (the
又、構成素子数の増加は光サーキュレータの組み立て作業の煩雑化と、コストの高騰を招いていた。その結果、光サーキュレータ100又は114全体が、伝搬光の光路方向に大型化してしまっていた。
In addition, the increase in the number of constituent elements has complicated the assembly work of the optical circulator and increased the cost. As a result, the entire
本発明は上記各課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、構成する光学素子数を減少させると共に、調芯作業や組み立て作業の容易化、低コスト化、製造の簡素化等を実現した光デバイスの光入出射部を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the number of constituent optical elements, facilitate alignment work and assembly work, reduce costs, simplify production, and the like. It is to provide a light incident / exit part of the realized optical device.
本発明の請求項1記載の発明は、複数の導波路と、単一のレンズとから構成されると共に、
各導波路からの出射光がレンズの光軸を横切るように伝搬してレンズに入射され、
更に、レンズから出射される各伝搬光の光線軸が互いに平行となるように、各導波路の光入出射端面が斜めに形成されることを特徴とする光デバイスの光入出射部である。
The invention according to claim 1 of the present invention comprises a plurality of waveguides and a single lens,
The outgoing light from each waveguide propagates across the optical axis of the lens and enters the lens,
Further, the light incident / exit section of the optical device is characterized in that the light incident / exit end faces of the respective waveguides are formed obliquely so that the light axes of the propagating lights emitted from the lenses are parallel to each other.
更に、本発明の請求項2記載の発明は、前記導波路が光ファイバであり、更に光ファイバを保持するフェルールが備えられ、前記レンズの光軸に対して全ての光ファイバの中心軸が等距離となるように、フェルールによって全ての光ファイバが保持されると共に、全ての光ファイバの光入出射端面が同一傾斜角度で斜めに形成されることを特徴とする光デバイスの光入出射部である。
Furthermore, the invention according to
本発明の請求項1記載の光デバイスの光入出射部に依れば、導波路と単一のレンズのみで、光デバイスの光入出射部を構成することが出来る。よって、光入出射部の構成素子数を減少させることが可能となる。 According to the light incident / exit part of the optical device according to the first aspect of the present invention, the light incident / exit part of the optical device can be configured only by the waveguide and the single lens. Therefore, it is possible to reduce the number of constituent elements of the light incident / exit section.
更に、構成素子数の減少に伴って光学面数が減少するので低損失化が図られると共に、光デバイス全体の小型化と、光入出射部の組み立て作業や光デバイスの構成素子との調芯作業の容易化、及び低コスト化を実現することが出来る。 Furthermore, the number of optical surfaces is reduced as the number of constituent elements is reduced, so that the loss is reduced, the entire optical device is downsized, the light input / output part is assembled, and the optical device is aligned with the constituent elements. Ease of work and cost reduction can be realized.
又、導波路の光入出射端面を、その中心軸に対して斜めに形成することにより、光デバイスからの戻り光と導波路との再結合が防止され、戻り光による損失も改善出来る。 Further, by forming the light incident / exit end face of the waveguide obliquely with respect to its central axis, recombination between the return light from the optical device and the waveguide can be prevented, and loss due to the return light can be improved.
更に、請求項2記載の光デバイスの光入出射部に依れば、各光ファイバの光入出射端面を、同一の傾斜角度で斜めに形成することにより、製造の簡素化が図れる。
Furthermore, according to the light incident / exit part of the optical device according to
又、レンズの光軸に対して全ての光ファイバの中心軸が等距離となるように、フェルールによって各光ファイバを保持することにより、各光ファイバの光入出射端面と、レンズの光軸との間を等距離に設定することが出来る。これにより、レンズから出射及びレンズ2に入射される光のビーム径を同一サイズに設定することが可能となる。従って、より一層、光入出射部の構成素子と光デバイスの構成素子との調芯作業が容易化できる。
Also, by holding each optical fiber with a ferrule so that the central axes of all optical fibers are equidistant with respect to the optical axis of the lens, the light input / output end face of each optical fiber, the optical axis of the lens, Can be set to be equidistant. Thereby, it is possible to set the beam diameter of the light emitted from the lens and incident on the
以下、本発明の第1の実施の形態に係る光入出射部1を、図1と図2を参照して説明する。図1は前記光入出射部1の概略構成図であり、図2は光ファイバP1〜P3を挿入、保持するフェルール3の構成図である。なお、図1と図2に示してあるx軸乃至z軸は、各図で対応している。
Hereinafter, a light incident / exit section 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the light incident / exit section 1, and FIG. 2 is a configuration diagram of a
図1に示すように光入出射部1は、導波路として用いられる複数の光ファイバP1〜P3と、単一のレンズ2とから構成されると共に、各光ファイバP1〜P3の光入出射端面は、各光ファイバP1〜P3の中心軸fcに対して非垂直となるように形成されている。
As shown in FIG. 1, the light incident / exit section 1 includes a plurality of optical fibers P1 to P3 used as waveguides and a
各光ファイバP1〜P3は3芯フェルール3の孔に挿入されて保持される。図2(a)に示すように、各孔の中心からフェルール3の中心点Cまでは等間隔となるように形成される。従って、孔に挿入された各光ファイバP1〜P3の中心軸fcを結ぶ対角線上の中心点は前記中心点C上に来るので、全ての光ファイバP1〜P3はフェルール3に保持されることで、中心点Cから等間隔に配置される。
The optical fibers P1 to P3 are inserted and held in the holes of the three-
更に、図1に示すように、レンズ2の光軸oaとフェルール3の中心点Cとがz軸方向において同一直線上に来るように、レンズ2とフェルール3とを互いに配置し、位置決めを行う。このようにレンズ2とフェルール3とを配置することにより、各光ファイバP1〜P3の中心点(前記中心点C)とレンズ2の光軸oaとは同一直線上に配置され、レンズ2の光軸oaに対して、全ての光ファイバP1〜P3の中心軸fcが等距離となるように、フェルール3によって保持されることになる。
Further, as shown in FIG. 1, the
又、全ての光ファイバP1〜P3の光入出射端面は、図2に示すように同一傾斜角度φで斜めに形成される。図2では、製造のし易さを考慮して、中心点Cが頂点となるようにフェルール3端面を四つの平面から成るように形成することで、光ファイバP1〜P3の光入出射端面を斜めに形成する例を挙げた。
Further, the light incident / exit end faces of all the optical fibers P1 to P3 are formed obliquely at the same inclination angle φ as shown in FIG. In FIG. 2, in consideration of ease of manufacture, the
このような光入出射部1を、例えば図5の光入出射部102に換えて光サーキュレータ100等の光デバイスに適用する。
Such a light incident / exit section 1 is applied to an optical device such as an
次に、光入出射部1の動作について説明する。光ファイバP1に光が入射されると、その光は光ファイバP1を伝搬して、斜めに形成された光入出射端面から出射される。出射の際に、その出射光は傾斜角度φに応じて斜めに出射され、一定の広がり角θ≒λ/(πω0)でビーム径が広がりながら、レンズ2の光軸oaを横切るように伝搬して、レンズ2の表面に入射される。
Next, the operation of the light incident / exit section 1 will be described. When light is incident on the optical fiber P1, the light propagates through the optical fiber P1 and is emitted from a light incident / exit end face formed obliquely. At the time of emission, the emitted light is emitted obliquely according to the inclination angle φ, and propagates across the optical axis oa of the
レンズ2に入射された光は、図1で示すレンズ2の左側の凸曲面で光軸oaから外側へと屈折され、光線軸ba1がz軸に対し平行になるようにレンズ2から出射される。出射された光B1は、コリメート光又は収束光に変換される。
The light incident on the
光入出射部1が光サーキュレータ100に適用される場合、レンズ2から出射される光B1は光サーキュレータ100の各光学素子を透過して行き、反射体113で反射されて再びレンズ2へと入射される。その際、レンズ2に再入射される光B2の光線軸ba2も、z軸に対し平行に保たれる。なお、光B2もコリメート光又は収束光である。又、本発明では、光の中心軸を「光線軸」という言葉で定義するものとする。
When the light incident / exit section 1 is applied to the
レンズ2に入射された光B2はレンズ2右の凸曲面でレンズ内部で内側へと屈折され、レンズ左の凸曲面で更に内側へと屈折されて光ファイバP2の光入出射端面に向かって斜めにレンズ2から出射される。
The light B2 incident on the
光ファイバP2の光入出射端面に結合した光は、その光入出射端面で屈折し、光ファイバP2内部に伝搬されて行く。 The light coupled to the light incident / exit end face of the optical fiber P2 is refracted at the light incident / exit end face and propagates into the optical fiber P2.
同様に、光ファイバP2から出射された光は、レンズ2の光軸oaを横切るように伝搬してレンズ2に入射し、レンズ2から光B2として出射され、反射体113で反射されてレンズ2に再入射後、光ファイバP3へと結合される。
Similarly, the light emitted from the optical fiber P2 propagates across the optical axis oa of the
なお、本発明の光入出射部1は相反性の光デバイスなので光ファイバP1〜P3の入出射に関しては上記説明の逆も云える。従って、本発明の光入出射部1は、各光ファイバP1〜P3からの出射光がレンズ2の光軸oaを横切るように伝搬してレンズ2に入射され、更にレンズ2から出射される各伝搬光(図1では、B1,B2に相当)の互いの光線軸が平行となるように、各光ファイバP1〜P3の光入出射端面を一定の傾斜角度φを以て斜めに形成するものである。本発明の光入出射部1に依れば、基本的に導波路と単一のレンズのみで、光デバイスの光入出射部を構成することが出来る。よって、従来の光入出射部と比較して構成素子数を減少して、光入出射部を形成することが可能となる。
In addition, since the light incident / exit part 1 of this invention is a reciprocal optical device, it can be said that the reverse of the above-mentioned description regarding the incident / exit of the optical fibers P1 to P3. Accordingly, the light incident / exiting section 1 of the present invention propagates the light emitted from the optical fibers P1 to P3 so as to cross the optical axis oa of the
更に、構成素子数の減少に伴って光学面数が減少するので低損失化が図られると共に、光デバイス全体の小型化と、組み立て作業や光デバイスの構成素子との調芯作業の容易化、及び低コスト化を実現することが出来る。 Furthermore, the number of optical surfaces is reduced as the number of constituent elements is reduced, so that the loss is reduced, the entire optical device is downsized, and the assembly work and the alignment work with the constituent elements of the optical device are facilitated. In addition, cost reduction can be realized.
又、導波路(光ファイバP1〜P3)の光入出射端面を、その中心軸(fcに相当する軸)に対して斜めに形成することにより、光デバイスからの戻り光と導波路との再結合が防止され、戻り光による損失も改善される。 In addition, by forming the light incident / exit end faces of the waveguides (optical fibers P1 to P3) obliquely with respect to the central axis (axis corresponding to fc), the return light from the optical device and the waveguide can be reproduced. Coupling is prevented and loss due to return light is also improved.
更に、本実施形態の様に、各導波路(光ファイバP1〜P3)の光入出射端面を、同一の傾斜角度φで斜めに形成するように構成すれば、製造の簡素化が図れる。 Furthermore, if the light incident / exit end faces of the respective waveguides (optical fibers P1 to P3) are formed obliquely at the same inclination angle φ as in this embodiment, the manufacturing can be simplified.
又、レンズ2の光軸oaに対して全ての光ファイバP1〜P3の中心軸fcが等距離となるように、フェルール3によって光ファイバP1〜P3を保持することで、各光ファイバP1〜P3の光入出射端面と、レンズ2の光軸oaとの間を等距離に設定することが出来る。これにより、レンズ2から出射及びレンズ2に入射される光B1及びB2のビーム径を同一サイズに設定することが可能となる。従って、より一層、光入出射部の構成素子と光デバイスの構成素子との調芯作業が容易化できる。
Further, by holding the optical fibers P1 to P3 by the
なお、本発明はその技術的思想により種々変更可能であり、例えば、図2のフェルール3端面形状に変えて、図3に示すように円錐状に加工することにより、導波路(光ファイバP1〜P3)の光入出射端面を、同一の傾斜角度φで斜めに形成しても良いし、導波路の数に合わせて三つの平面で構成して、同一の傾斜角度φで斜めに形成しても良い。又は図4に示すようにフェルール3端面から各光ファイバP1〜P3を突出させて、各光ファイバP1〜P3の各入出射端面のみを研磨して斜めに形成しても良い。
The present invention can be variously modified depending on its technical idea. For example, the waveguide (optical fibers P1 to P1) is changed by processing into a conical shape as shown in FIG. 3 instead of the end face shape of the
更に、前記傾斜角度を中心点Cを境にして左右不均等の角度に形成し、導波路毎に光入出射端面の傾斜角度を変更すると共に、フェルール3の中心点Cとレンズ2の光軸oaとをオフセット配置するように変更することも可能である。
Further, the inclination angle is formed to be an uneven angle with respect to the center point C, the inclination angle of the light incident / exit end face is changed for each waveguide, and the center point C of the
又、導波路の数は3本に限らず、4本以上又は2本未満に変更しても良い。 The number of waveguides is not limited to three, and may be changed to four or more or less than two.
なお、本発明に係る光入出射部1は、光サーキュレータのみならず光アイソレータ等、その他の光デバイスにも適用可能であることは言うまでもない。 Needless to say, the light incident / exit section 1 according to the present invention can be applied not only to an optical circulator but also to other optical devices such as an optical isolator.
本発明の光入出射部は、光サーキュレータや光アイソレータ等の光デバイスに利用することが出来る。 The light incident / exit section of the present invention can be used for optical devices such as an optical circulator and an optical isolator.
1 光入出射部
2 レンズ
3 フェルール
1 Light entrance /
Claims (2)
各導波路からの出射光がレンズの光軸を横切るように伝搬してレンズに入射され、
更に、レンズから出射される各伝搬光の光線軸が互いに平行となるように、各導波路の光入出射端面が斜めに形成されることを特徴とする光デバイスの光入出射部。 Composed of a plurality of waveguides and a single lens,
The outgoing light from each waveguide propagates across the optical axis of the lens and enters the lens,
Further, the light incident / exiting portion of the optical device is characterized in that the light incident / exit end surfaces of the respective waveguides are formed obliquely so that the beam axes of the propagating light emitted from the lens are parallel to each other.
前記レンズの光軸に対して全ての光ファイバの中心軸が等距離となるように、フェルールによって全ての光ファイバが保持されると共に、
全ての光ファイバの光入出射端面が同一傾斜角度で斜めに形成されることを特徴とする請求項1記載の光デバイスの光入出射部。
The waveguide is an optical fiber, and further includes a ferrule that holds the optical fiber,
All the optical fibers are held by the ferrule so that the central axes of all the optical fibers are equidistant with respect to the optical axis of the lens,
2. The light incident / exit section of an optical device according to claim 1, wherein the light incident / exit end faces of all optical fibers are formed obliquely at the same inclination angle.
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A02 | Decision of refusal |
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