CN110651210A - 光合波器 - Google Patents

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Abstract

光合波器(100)的特征在于，其具有：偏振片(4‑1、4‑2)；接受器(8)；转子(6)，其配置于偏振片(4‑1、4‑2)与接受器(8)之间，使从偏振片(4‑1、4‑2)朝向接受器(8)的正方向(D1)的一对直线偏振光和从接受器(8)朝向偏振片(4‑1、4‑2)的反方向(D2)的光的偏振面旋转45度；以及双折射棱镜(7)，其配置于转子(6)与接受器(8)之间，对正方向(D1)的一对直线偏振光进行合波，将反方向(D2)的光分离成寻常光线和非常光线，转子(6)和双折射棱镜(7)固定于接受器(8)。

Description

光合波器
技术领域
本发明涉及具有隔离器的功能的光合波器。
背景技术
光合波器是对不同波段的多个光进行合波的光部件，在利用波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)的光通信设备等中进行使用。隔离器是透射一个方向的光而遮断相反方向的光的光器件。通过在光合波器中具有隔离器功能，能够防止反射后的光返回光源而使光源的光学特性劣化。
在专利文献1中公开了具有隔离器的功能的光合波器。专利文献1所记载的光合波器具有偏振片、法拉第转子和双折射棱镜。双折射棱镜具有对多个偏振波进行合波的合波器的功能，偏振片遮挡反射光，由此具有隔离器的功能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-101652号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1所公开的光器件存在光的行进方向的尺寸较大这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，得到具有隔离器的功能、且能够抑制光的行进方向的尺寸的光合波器。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题并实现目的，本发明的光合波器具有：偏振片；接受器；转子，其配置于偏振片与接受器之间，使从偏振片朝向接受器的正方向的一对直线偏振光和从接受器朝向偏振片的反方向的光的偏振面旋转45度；以及双折射棱镜，其配置于转子与接受器之间，对正方向的一对直线偏振光进行合波，将反方向的光分离成寻常光线和非常光线。其特征在于，转子和双折射棱镜固定于接受器。
发明的效果
根据本发明，发挥能够得到具有隔离器的功能、且能够抑制光的行进方向的尺寸的光合波器这样的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的光合波器的结构的图。
图2是示出图1的a的位置处的光的偏振方向的图。
图3是示出图1的b的位置处的光的偏振方向的图。
图4是示出图1的c的位置处的光的偏振方向的图。
图5是示出图1的d的位置处的光的偏振方向的图。
图6是示出图1的e的位置处的光的偏振方向的图。
图7是示出图1的f的位置处的光的偏振方向的图。
图8是示出本发明的实施方式2的光合波器的结构的图。
图9是示出本发明的实施方式3的双折射棱镜的结构的图。
图10是示出比较例的双折射棱镜的结构的图。
图11是示出图10所示的双折射棱镜中的偏振的间隔的变化的图。
图12是示出图9所示的双折射棱镜中的偏振的间隔的变化的图。
图13是示出本发明的实施方式4的光合波器的结构的图。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式的光合波器进行详细说明。另外，本发明不由该实施方式进行限定。
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的光合波器100的结构的图。光合波器100具有一对光源1-1和光源1-2、一对准直透镜2-1和准直透镜2-2、一对半波长板3-1和半波长板3-2、一对偏振片4-1和偏振片4-2、会聚透镜5、转子6、双折射棱镜7、接受器(receptacle)8、磁铁9。光合波器100所具有的各结构要素按照上述顺序排列配置。
准直透镜2-1、半波长板3-1和偏振片4-1配置于从光源1-1出射的光L1的光路上，准直透镜2-2、半波长板3-2和偏振片4-2配置于从光源1-2出射的光L2的光路上。会聚透镜5、转子6和双折射棱镜7跨越配置于光L1的光路上和光L2的光路上。
这里，如图1所示，设光源1-1和光源1-2出射的光的行进方向为Z轴方向，是光源1-1和光源1-2排列的方向，设与Z轴方向正交的方向为X轴方向，设与X轴方向和Z轴方向正交的方向为Y轴方向。此外，将光源1-1和光源1-2出射的光朝向接受器8的方向称为正方向D1，将从接受器8朝向光源1-1和光源1-2的方向即与正方向D1相反的方向称为反方向D2。
光源1-1和光源1-2是半导体激光器(LD：Laser Diode)等，分别出射直线偏振光。准直透镜2-1和准直透镜2-2对入射光进行准直。从光源1-1出射的直线偏振光入射到准直透镜2-1，从光源1-2出射的直线偏振光入射到准直透镜2-2。
半波长板3-1和半波长板3-2是使正交的偏振成分之间产生180度相位差的双折射元件。透射过半波长板3-1和半波长板3-2的直线偏振光的偏振方向变化。偏振方向是电场矢量振动的方向，直线偏振光是偏振方向固定的光。半波长板3-1和半波长板3-2各自的偏振轴相互相差45度。偏振轴是朝向与出射的直线偏振光的偏振方向一致的轴。
偏振片4-1和偏振片4-2生成预定的偏振方向的直线偏振光。偏振片4-1和偏振片4-2的偏振轴相互正交。偏振轴是偏振片4-1和偏振片4-2分别透射的直线偏振光的偏振方向。透射过半波长板3-1的光入射到偏振片4-1，透射过半波长板3-2的光入射到偏振片4-2。
在本实施方式中，光分别从半波长板3-1或半波长板3-2入射到偏振片4-1和偏振片4-2。因此，偏振片4-1和偏振片4-2各自的偏振轴被定向为能够透射由半波长板3-1或半波长板3-2出射的光。
会聚透镜5配置于偏振片4-1及偏振片4-2与转子6之间，使来自偏振片4-1和偏振片4-2的正方向D1的光会聚于接受器8。转子6配置于偏振片4-1及偏振片4-2与接受器8之间，且配置于会聚透镜5与双折射棱镜7之间。转子6通过夹着转子6配置的2个磁铁9产生的磁场使入射光的偏振状态旋转，使所入射的直线偏振光的偏振面旋转。这里，偏振面是包含偏振方向和光的行进方向的面。在从相同方向观察时，在正方向D1和反方向D2中，偏振面的旋转方向相同。
双折射棱镜7配置于转子6与接受器8之间，对正方向D1的2个入射光进行合波，将反方向D2的入射光分离成偏振面相差90度的相同强度的2个光。分离后的2个光分别被称为寻常光线和非常光线。从转子6入射到双折射棱镜7的正方向D1的2个直线偏振光以使光路及偏振方向与寻常光线及非常光线一致的方式入射到双折射棱镜7。即，正方向D1且与寻常光线的光路一致地入射的光的偏振方向与将反方向D2的光分离后的寻常光线的偏振方向相同，正方向D1且与非常光线的光路一致地入射的光的偏振方向与反方向D2的非常光线的偏振方向相同。使满足上述条件的一对直线偏振光在正方向D1上入射到双折射棱镜7，由此，一对直线偏振光被合波。因此，关于与寻常光线和非常光线的光路一致的2个方向，正方向D1可以说是即使入射光、光也不会分离的晶体光轴的方向。因此，可以说一对直线偏振光在正方向D1上以与双折射棱镜7的晶体光轴的方向一致的入射角入射到双折射棱镜7。
双折射棱镜7是沃拉斯顿棱镜，贴合有2个双折射性材料。2个双折射性材料以晶体光轴相互正交的状态被固定。双折射棱镜7的偏振分离角为10度以上。
接受器8是内置光纤插芯(optical fiber stub)、且具有与光连接器连接的连接功能的光模块部件。转子6、双折射棱镜7和磁铁9固定于接受器8。转子6、双折射棱镜7和磁铁9例如通过粘接而固定于接受器8。供正方向D1的光出射的转子6的一面6a和正方向D1的光入射到双折射棱镜7的面7a被粘接，供正方向D1的光出射的双折射棱镜7的一面7b和正方向D1的光入射到接受器8的面8a被粘接。接受器8具有能够与端部直径较宽的锥形光纤连接的套圈(ferrule)。
图1所示的多个结构要素也可以全部封入未图示的壳体而被模块化。例如，光合波器100是被称为TOSA(Transmitter Optical SubAssembly)的光模块，进行光轴调整以使得仅插入光纤就能够使用。
图2～图7示出图1所示的光合波器100的各部中的光的偏振方向的推移。图2是示出图1的a的位置处的光的偏振方向的图。图3是示出图1的b的位置处的光的偏振方向的图。图4是示出图1的c的位置处的光的偏振方向的图。图5是示出图1的d的位置处的光的偏振方向的图。图6是示出图1的e的位置处的光的偏振方向的图。图7是示出图1的f的位置处的光的偏振方向的图。
如图2所示，图1的(a)所示的位置处的光L1-1和光L2-1是偏振方向水平的直线偏振光。光L1通过准直透镜2-1进行准直而成为准直光，入射到半波长板3-1。光L2通过准直透镜2-2进行准直而成为准直光，入射到半波长板3-2。如图3所示，图1的(b)所示的位置处的光L1-2和光L2-2成为±45度的直线偏振光。这里，半波长板3-1和半波长板3-2的偏振轴31a和偏振轴32a为±22.5度。
偏振片4-1的偏振轴41a的方向为-45度，偏振片4-2的偏振轴42a的方向为+45度。如图4所示，图1的(c)所示的位置处的光L1-3的偏振方向为-45度，光L2-3的偏振方向为+45度。因此，从偏振片4-1和偏振片4-2入射到会聚透镜5的光L1和光L2是±45度的直线偏振光。
光L1和光L2通过会聚透镜5会聚后入射到转子6。在在转子6中透射的期间内，直线偏振光的偏振面旋转45度，因此，如图5所示，图1(d)所示的位置处的光L1-4和光L2-4的偏振方向分别成为垂直方向和水平方向。在正方向D1上透射过转子6的光L1和光L2分别以不同角度入射到双折射棱镜7。在图1的(e)所示的位置，在正方向D1上透射过双折射棱镜7的光L1-5和光L2-5如图6所示合波成1个光路。合波后的光从接受器8的出射口出射。
在接受器8反射后的反方向D2的光在双折射棱镜7中分离成寻常光线和非常光线。当分离后的寻常光线和非常光线透射过转子6后，直线偏振光的偏振面旋转45度。在从相同方向观察的情况下，关于转子6中的偏振面的旋转方向，在正方向D1的入射光和反方向D2的入射光中相同。透射过转子6的寻常光线和非常光线在正方向D1的光从会聚透镜5入射到转子6的光路中通过，在反方向D2上入射到会聚透镜5，成为准直光而分别入射到偏振片4-1和偏振片4-2。在图1(f)所示的位置，在反方向D2上入射到偏振片4-1的光L1-6与偏振片4-1的偏振轴41a的方向正交，在反方向D2上入射到偏振片4-2的光L2-6如图7所示与偏振片4-2的偏振轴42a的方向正交。因此，偏振片4-1和偏振片4-2具有透射正方向D1的光且遮断反方向D2的光的作为隔离器的功能。
另外，图2～图7所示的偏振方向的推移是代表例，不限于图2～图7所示的例子。偏振方向的推移的顺序也可以不同，只要能够实现光合波器100的功能即可，偏振方向也可以不同。此外，在上述实施方式1中，光合波器100具有一对半波长板3-1和半波长板3-2，但是，本发明不限于该例子。在使一个半波长板3的偏振轴相对于偏振光的偏振方向倾斜45度的情况下，光合波器100能够省略另一个半波长板3。
如以上说明的那样，本发明的实施方式1的光合波器100具有对2个光源1-1和光源1-2出射的光进行合波后出射的功能，并且具有遮断进行反射而在反方向D2上行进的光的隔离器的功能。转子6使入射光的偏振面旋转45度，因此，在正方向D1上行进的光反射而在反方向D2上行进，在透射过转子6时，偏振面在往复中旋转90度。因此，在正方向D1上透射过偏振片4-1和偏振片4-2的光被遮断，而无法在反方向D2上透射过偏振片4-1和偏振片4-2。转子6和双折射棱镜7固定于接受器8，因此，与使用反射镜以及带通滤波器或偏振滤波器的光合波器、使用PLC(PlanarLightwave Circuit)-AWG(Arrayed-Waveguide Grating)的光合波器等相比，能够实现小型的光合波器。
此外，在本实施方式1的光合波器100中，关于入射到转子6的2个光，准直光通过会聚透镜5会聚，分别以不同角度入射到转子6的入射面。因此，与准直光且相对于转子6的入射面垂直入射的光入射到转子6的情况相比，在确保相同光路长度的情况下，能够缩短与转子6的入射面垂直的方向上的距离。因此，能够使光合波器100在光的行进方向上的尺寸成为小型。
此外，本实施方式1的光合波器100所具有的双折射棱镜7是贴合2种双折射材料而成的沃拉斯顿棱镜。因此，与使用单一的双折射材料的情况相比，能够增大偏振分离角，并且能够大致对称地分离偏振光。
实施方式2
图8是示出本发明的实施方式2的光合波器200的结构的图。光合波器200与光合波器100相比，不同之处在于，颠倒半波长板3和偏振片4的配置，代替一对偏振片4-1和偏振片4-2而使用一体的偏振片4。由光源1-1出射且透射过准直透镜2-1的光和由光源1-2出射且透射过准直透镜2-2的光这双方入射到偏振片4。因此，如果使由光源1-1出射的光的偏振方向和由光源1-2出射的光的偏振方向一致，则能够使用一体型的偏振片4。
另外，在图8的例子中，光合波器200具有2个半波长板3-1和半波长板3-2，但是，与实施方式1同样能够省略一方。根据本实施方式2，偏振片4为一个，因此，结构简单，能够削减光合波器200的成本。
实施方式3
图9是示出本发明的实施方式3的双折射棱镜7的结构的图。图9所示的双折射棱镜7是贴合2种双折射材料而成的沃拉斯顿棱镜，也可以对图1所示的光合波器100和图8所示的光合波器200中的任意一方应用图9所示的结构。
本实施方式3的双折射棱镜7设计成，贴合双折射材料的贴合面I相对于入射到双折射棱镜7的光的2个光路的中心线垂直且偏差为±10度以下。
图10是示出比较例的双折射棱镜7A的结构的图。图10所示的双折射棱镜7A的贴合面I相对于2个光路的中心线倾斜。一般而言，入射到双折射棱镜7A的光在向双折射棱镜7A入射的面和贴合面I进行折射。如图10所示的比较例那样，在贴合面I相对于2个光路的中心线倾斜的情况下，在贴合面I中产生折射，因此，当接受器8和双折射棱镜7A的相对位置偏移时，如图11所示，接受器8的位置处的2个偏振的间隔从l1变化成l2。图11是示出图10所示的双折射棱镜7A中的偏振的间隔的变化的图。与此相对，如图9所示，在贴合面I相对于2个光路的中心线垂直的情况下，贴合面I中的折射较小。因此，如图12所示，接受器8的位置处的2个偏振的间隔不容易变化。图12是示出图9所示的双折射棱镜7中的偏振的间隔的变化的图。因此，即使产生双折射棱镜7与接受器8之间的位置偏移，光轴的偏移也较小而成为能够忽略的程度，因此，能够抑制合波效率的降低。
如以上说明的那样，设双折射棱镜7为贴合2种双折射材料而成的沃拉斯顿棱镜，使贴合双折射材料的贴合面I相对于入射到双折射棱镜7的光的2个光路的中心线垂直，由此，入射到双折射棱镜7的2个光在贴合面I中直线前进而几乎不会进行折射，在接受器8中被合波。因此，即使产生双折射棱镜7与接受器8之间的位置偏移，也能够抑制光轴的偏移，能够抑制合波效率的降低。
实施方式4
图13是示出本发明的实施方式4的光合波器300的结构的图。光合波器300代替准直透镜2-1和准直透镜2-2而设置微透镜阵列13，在微透镜阵列13与光源1-1及光源1-2之间分别配置调芯用透镜12-1和调芯用透镜12-2。
图1和图8所示的准直透镜2-1和准直透镜2-2需要结合光源1-1和光源1-2的位置偏移而分别各自进行调芯和粘接，为了设置调芯余量和粘接余量，外径尺寸和有效直径较小。此外，双折射棱镜7中的偏振分离角存在制约，因此，要合波的2个光的光路以与波束直径相同的程度接近。因此，波束从准直透镜2-1和准直透镜2-2的有效直径的范围偏离，容易产生光学损失。
与此相对，通过设置有效直径较小的调芯用透镜12-1和调芯用透镜12-2、以及作为准直透镜发挥功能且得到与光学间距相同程度的较大的有效直径的微透镜阵列13，能够确保调芯性，并且形成接近的准直波束，能够将双折射棱镜7的偏振分离角抑制为最小。
此外，光源1-1和光源1-2也可以是集成型半导体激光器。在集成型半导体激光器内集成了MMI(Multi-Mode Interference)型合波器、使用马赫曾德干涉仪的合波器等。
另外，优选构成上述实施方式1～4所示的光合波器100、200和300的各部件被封入陶瓷制、树脂制或金属制的壳体。该情况下，能够发挥如下效果：能够确保高气密性和冲击吸收性，携带容易，能够容易地与收发器进行连接。
以上实施方式所示的结构示出本发明的内容的一例，还能够与其他公知技术进行组合，还能够在不脱离本发明主旨的范围内省略、变更结构的一部分。
例如，在上述各实施方式中，双折射棱镜为沃拉斯顿棱镜，但是，本发明不限于该例子。双折射棱镜也可以是金红石、方解石等单一的双折射晶体。
此外，在上述各实施方式中，使用会聚透镜5使正方向D1的光会聚于接受器8，但是，本发明不限于该例子。例如，也能够省略会聚透镜5而使准直光入射到转子6和双折射棱镜7。但是，通过使用会聚透镜5，能够抑制光的行进方向的尺寸。
标号说明
1-1、1-2：光源；2-1、2-2：准直透镜；3-1、3-2：半波长板；4、4-1、4-2：偏振片；5：会聚透镜；6：转子；7、7A：双折射棱镜；8：接受器；9：磁铁；12-1、12-2：调芯用透镜；13：微透镜阵列；100、200、300：光合波器；D1：正方向；D2：反方向；I：贴合面。

Claims (16)

1.一种光合波器，其特征在于，所述光合波器具有：
偏振片；
接受器；
转子，其配置于所述偏振片与所述接受器之间，使从所述偏振片朝向所述接受器的正方向的一对直线偏振光和从所述接受器朝向所述偏振片的反方向的光的偏振面旋转45度；以及
双折射棱镜，其配置于所述转子与所述接受器之间，对所述正方向的一对直线偏振光进行合波，将所述反方向的光分离成寻常光线和非常光线，
所述转子和所述双折射棱镜固定于所述接受器。
2.根据权利要求1所述的光合波器，其特征在于，
所述光合波器还具有会聚透镜，该会聚透镜配置于所述偏振片与所述转子之间，使来自所述偏振片的所述正方向的光会聚于所述接受器。
3.根据权利要求1或2所述的光合波器，其特征在于，
所述正方向的一对所述直线偏振光分别与所述寻常光线的光路和所述非常光线的光路一致地入射到所述双折射棱镜。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的光合波器，其特征在于，
所述双折射棱镜的偏振分离角为10度以上。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的光合波器，其特征在于，
所述双折射棱镜是沃拉斯顿棱镜。
6.根据权利要求5所述的光合波器，其特征在于，
所述沃拉斯顿棱镜是贴合2个双折射材料而构成的，
以所述2个双折射材料的贴合面相对于入射到所述沃拉斯顿棱镜的2个光的光路的中心线垂直的方式配置所述沃拉斯顿棱镜。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的光合波器，其特征在于，
所述光合波器还具有偏振轴相互相差45度且设置于分别不同的光路上的一对半波长板、或在2个光路中的一个光路上使偏振方向变化90度的1个半波长板。
8.根据权利要求7所述的光合波器，其特征在于，
所述半波长板配置于所述偏振片与所述转子之间，
所述偏振片跨越设置于所述2个光路上。
9.根据权利要求8所述的光合波器，其特征在于，
在所述半波长板与所述转子之间配置有一对所述偏振片，
所述偏振片具有沿着从所述半波长板出射的光的偏振方向的偏振轴。
10.根据权利要求9所述的光合波器，其特征在于，
一对所述偏振片具有相互正交的偏振轴。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的光合波器，其特征在于，
所述光合波器还具有：
2个光源；以及
准直透镜，其对来自所述光源的光进行准直。
12.根据权利要求11所述的光合波器，其特征在于，
所述准直透镜是跨越配置于来自所述2个光源的2个光的光路上的微透镜阵列。
13.根据权利要求12所述的光合波器，其特征在于，
所述光合波器还具有光轴校正用的透镜，该光轴校正用的透镜配置于所述光源与所述微透镜阵列之间。
14.根据权利要求1所述的光合波器，其特征在于，
所述光合波器还具有壳体，该壳体中封入所述偏振片、所述转子和所述双折射棱镜、所述接受器。
15.根据权利要求1所述的光合波器，其特征在于，
所述接受器具有能够与锥形光纤连接的套圈。
16.根据权利要求11～13中的任意一项所述的光合波器，其特征在于，
所述光源是集成型半导体激光器。
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