JP2005140990A - 光デバイス及びそれを用いた光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 光路に対する光学部品の位置を適切な位置に維持することができる光デバイス及びそれを用いた光通信システムを提供する。
【解決手段】 光デバイス１は、第１の光学ユニット２、連結部３、及び第２の光学ユニット４を備える。第１の光学ユニット２は、スリーブ６と、スリーブ６によって保持された円柱状のキャピラリ７と、キャピラリ７の中心軸上に内蔵された光ファイバ８とからなる。第２の光学ユニット４は、レンズ９と、レンズ９を保持する円筒状の保持部１１とからなる。連結部３は、第１の光学ユニット２と第２の光学ユニット４を連結する。連結部３の周面には、所定間隔で電気抵抗１３が取り付けられている。この電気抵抗に選択的に電流を供給して発熱させることで、連結部３を部分的に膨張変形させ、レンズ９に対する光ファイバ８の位置及び姿勢を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に光通信に用いられる光デバイス及びそれを用いた光通信システムに関する。

従来における光デバイスの製造方法としては、例えば特許文献１に記載された調芯固定方法がある。この調芯固定方法では、ファイバコリメータ内のレンズ及び光ファイバと筐体に収容された光機能部品とを調芯したうえで、ファイバコリメータと筐体とを溶接して固定する。
特開平８−１６０２５１号公報

上述した調芯固定方法により製造された光デバイスにあっては、ファイバコリメータと筐体とを溶接する際に、光機能部品の光路に対してレンズ等の光学部品が位置ずれや角度ずれを起こすおそれがある。また、光デバイスの環境温度の変化等、光デバイスに作用する外乱を原因とした筐体等の膨張や機械的強度の劣化等によっても、光機能部品の光路に対してレンズ等の光学部品が位置ずれや角度ずれを起こすおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、光路に対する光学部品の位置及び姿勢を適切に維持することができる光デバイス及びそれを用いた光通信システムを提供することを目的とする。

本発明に係る光デバイスは、光路上に配置される第１の光学部品と、光路に対して第１の光学部品の位置及び姿勢を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。この光デバイスにおいては、光路に対する第１の光学部品に位置ずれや角度ずれが生じた場合にも、調整手段によって光路に対する第１の光学部品の位置及び姿勢を調整することにより、第１の光学部品の位置及び姿勢を適切に維持することができる

更に本発明に係る光デバイスは、第１の光学部品と光路を結ぶ第２の光学部品をさらに備えるとよい。この構成によれば、第１の光学部品と第２の光学部品とを結ぶ光路に対して第１の光学部品の位置及び姿勢を調整することができるため、第２の光学部品に対する第１の光学部品の位置及び姿勢を適切に維持することができる。

また調整手段は、第１の光学部品と第２の光学部品との間に配置され、第１の光学部品と第２の光学部品とを連結する連結部と、連結部に取り付けられた電気抵抗とを有することが好適である。この構成によれば、電気抵抗に電流を流して電気抵抗を発熱させ、その熱によって連結部を膨張変形させることができる。したがって、この連結部の膨張変形によって、第２の光学部品に対する第１の光学部品の位置及び姿勢を調整することができる。

更に本発明に係る光デバイスは、第１の光学部品を通過する光の強度に基づいて調整手段を制御する制御手段をさらに備えると好適である。この構成によれば、第１の光学部品に十分な光が通過するように、制御手段によって調整手段を制御して光路に対する第１の光学部品の位置及び姿勢を調整することができる。

更に、上記のような光デバイスを光通信システムに適用し、光デバイスが光路上に配置されている光通信システムを構成するとよい。この構成により、光通信システムに適用された光デバイスにおいて、光路に対する第１の光学部品の位置及び姿勢を適切に維持することができる。そのため、光通信システムにおける光伝送損失を低減することができる。

本発明によれば、光路に対する光学部品の位置及び姿勢を適切に維持することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光デバイス及びそれを用いた光通信システムの好適な第１の実施形態及び第２の実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
図１〜図３を参照して第１の実施形態における光デバイス１を説明する。図１は光デバイス１の斜視図であり、図２は光デバイス１の正面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面図である。

光デバイス１は、第１の光学ユニット２、連結部３、及び第２の光学ユニット４を備えている。第１の光学ユニット２は、スリーブ６と、スリーブ６によって保持された円柱状のキャピラリ７と、キャピラリ７の中心軸上に内蔵された光ファイバ８とからなる。光ファイバ８の端面８ａは、キャピラリ７の連結部３側の端面７ａまで達している。第２の光学ユニット４は、レンズ９と、レンズ９を保持する円筒状の保持部１１とからなる。連結部３は円筒形状であり、第１の光学ユニット２と第２の光学ユニット４との間に配置されている。この連結部３には、レンズ９の光軸と光ファイバ８の軸芯とが一致するように、第１の光学ユニット２のスリーブ６と第２の光学ユニット４の保持部１１とが接合している。このように、連結部３は光ファイバ８とレンズ９とを連結する機能を有している。レンズ９と光ファイバ８の端面８ａとの距離は、光デバイス１の外部からレンズ９に伝送される光Ｌがレンズ９によって光ファイバ８の端面８ａに集光する距離である。なお、連結部３の内径は、レンズ９から光ファイバ８の端面８ａへの集光を阻害しない十分な大きさである。このように光デバイス１を構成することにより、光ファイバ８とレンズ９との間で光路が結ばれる。

連結部３は熱によって膨張変形する材料、例えばステンレス鋼で形成されている。連結部３の周面には、所定間隔、例えば１２０度間隔で３個の電気抵抗１３が取り付けられている（図２参照）。各電気抵抗１３はリード線１３ａ，１３ｂを有している。これら連結部３及び電気抵抗１３により調整手段が構成される。

次に、図４を参照して光デバイス１を利用した光通信システム２０を説明する。

光デバイス２１は、電気抵抗を備えていない点以外は光デバイス１と同じ構成であり、光デバイス２１の光ファイバ２２はレーザーダイオード光源（ＬＤ光源）２３の出射口と接続されている。そして、ＬＤ光源２３及び光デバイス２１により光増幅用励起光源が構成される。光デバイス１及び光デバイス２１は、光デバイス１のレンズ９と光デバイス２１のレンズ２４とが対向するように配置され、光デバイス１と光デバイス２１との間には光学フィルタ２６が配置されている。

光ファイバ８の他端はフォトカプラ２７に接続されており、光ファイバ８により伝送された光は、フォトカプラ２７に接続されている光ファイバ２８及び２９に分岐される。フォトカプラ２７では、光ファイバ８により伝送される光のうち約９０％が光ファイバ２８に伝送され、残りの約１０％が光ファイバ２９に伝送される。光ファイバ２８の他端は、ＷＤＭカプラ３１に接続されている。このＷＤＭカプラ３１には信号光を伝送する光ファイバ３２が接続されている。そして、ＷＤＭカプラ３１は、光ファイバ３１により伝送される信号光と光ファイバ２８により伝送される励起光とを合成し、その合成光がエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）３３により伝送される。この光ファイバ３３は光通信網３４と繋がっている。

フォトカプラ２７に接続された光ファイバ２９の他端には、光ファイバ２９により伝送された光を検出するフォトダイオード３６が接続され、このフォトダイオード３６にはコントローラ３７が接続されている。このコントローラ３７は、フォトダイオード３６から出力された検出信号に基づいて、リード線１３ａ，１３ｂを介して各電気抵抗１３に電流を供給する電流供給装置３８を制御する。

次に、本第１の実施形態における光デバイス１及びこれを利用した光通信システム２０における動作について説明する。

ＬＤ光源２３から出射された光は光デバイス２１の光ファイバ２２により伝送され、レンズ２４によって平行光に整形されて光学フィルタ２６に照射される。光学フィルタ２６を透過した光は、光デバイス１のレンズ９によって光ファイバ８の端面８ａに集光され、光ファイバ８により伝送される。光ファイバ８により伝送された光はフォトカプラ２７によって分岐されて、約９０％の光は光ファイバ２８に伝送され、ＷＤＭカプラ３１において光ファイバ３２により伝送されてきた信号光と合成された後、ＥＤＦファイバ３３、光通信網３４へと伝送される。

フォトカプラ２７において光ファイバ２９に分岐された光の約１０％はフォトダイオード３６によって検出され、その検出信号がコントローラ３７に出力される。このとき、光デバイス１が外乱を受けて歪むなど何らかの原因によりレンズ９の光軸と光ファイバ８の軸芯とがずれると、コントローラ３７は、フォトダイオード３６によって検出される光の強度が最大となるように、つまり検出信号が最大となるように、発熱させる電気抵抗を電気抵抗１３から選択すると共に、選択した電気抵抗１３に流す電流値を決定する。そして、コントローラ３７は、決定内容を指示する制御信号を電流供給装置３８に出力する。電流供給装置３８は、コントローラ３７によって出力された制御信号に基づいて、選択された電気抵抗１３に対し、決定された電流値の電流を供給する。これらフォトダイオード３６、コントローラ３７、及び電流供給装置３８により制御手段が構成され、この制御手段によりフィードバック制御が行われる。

なお、コントローラ３７によって選択される電気抵抗１３は、連結部３を変形させたい形状、姿勢によって、１個である場合もあり、２個又は３個の場合もある。また、コントローラ３７は、フォトダイオード３６の検出信号が最大となるように制御するため、レンズ９を介して光ファイバ８を通過する光が最大となるように制御することとなる。

電流の供給を受けた電気抵抗１３は発熱し始める。その熱は、連結部３のうち発熱した電気抵抗と接触した部分からその部分の周囲及び内部へ伝導していく。熱が伝導してきた部分は熱量に応じて膨張変形する。このようにして、連結部３が部分的に膨張変形するため、連結部３に接合された第２の光学ユニット２に対する第１の光学ユニット３の位置及び姿勢が変化する。ここで、コントローラ３７はフィードバック制御によって、フォトダイオード３６の検出信号が最大となるように電流供給装置３８を制御し、選択的に電気抵抗１３を所定発熱量まで発熱させる。そのため、レンズ９に対する光ファイバ８の位置及び姿勢が微調整され、レンズ９の光軸と光ファイバ８の軸芯とが調芯されることになる。

以上、本発明を第１の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明はこの第１の実施形態に限定されるものではない。上記第１の実施形態では、コントローラ３７はフォトダイオード３６の検出信号が最大となるように電流供給装置３８を制御したが、これに限らず、コントローラ３７は、フォトダイオード３６の検出信号が所定の閾値以上となるように電流供給装置３８を制御してもよい。この場合、閾値はレンズ９の光軸と光ファイバ８の軸芯とが調芯されていると判定される程度に十分高い値とする。

また、上記第１の実施形態においては、フィードバック制御を行う制御手段（フォトダイオード３６，コントローラ３７、電流供給装置３８）によってレンズ９に対する光ファイバ８の位置及び姿勢を微調整したが、このような制御手段を設けずに、電気抵抗１３に対してマニュアル操作で選択的に電流を流すことができるように電源を接続してもよい。また、上記第１の実施形態では、光学フィルタ２６の代わりに光学アイソレータ等の光学部品であってもよく、フォトカプラ２７はＴＡＰフィルタであってもよい。また、光増幅用励起光源を構成するＬＤ光源２３及び光デバイス２１に代えて、ＬＤチップでもよい。

また、上記第１の実施形態においては、電気抵抗１３のいずれかの発熱によって連結部３を膨張変形させたが、これに限らず、ピエゾ圧電効果を用いることもできる。この場合、連結部の材料にピエゾ圧電素子を用い、連結部をピエゾ圧電効果により変形させてレンズ９に対する光ファイバ８の位置及び姿勢を微調整することもできる。或いは、静電力或いは電気磁気力によって連結部の位置及び姿勢を微調整するようにしてもよい。

＜第２の実施形態＞
図５及び図６を参照して第２の実施形態における光デバイス４０を説明する。図５は光デバイス４０の斜視図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿っての断面図である。

図５及び図６に示すように、光デバイス４０は、光学ユニット４１と、その光学ユニット４１を支持する支持部材４４Ａ〜４４Ｄとを備えている。この光デバイス４０は支持台４５の上に設置されている。光学ユニット４１は、光学フィルタ４２と光学フィルタ４２を収容する直方体状のハウジング４３とを有している。光学フィルタ４２はハウジング４３内で固定され、このハウジング４３の底板の四隅の下に支持部材４４Ａ〜４４Ｄが１つずつ配置されている。また、ハウジング４３には、外部から照射された光が光学フィルタ４２を透過できるように前後に開口部４３ａ,４３ｂが形成されている。

支持部材４４Ａ〜４４Ｄは熱によって膨張変形する材料、例えばステンレス鋼で形成されている。支持部材４４Ａ〜４４Ｄの側面には、それぞれ電気抵抗４６が１つずつ取り付けられている。各電気抵抗４６はリード線４６ａ，４６ｂを有している。これら支持部材４４及び電気抵抗４６により調整手段が構成される。この光デバイス４０の前後には、光を照射する光デバイス２１、及び光デバイス２１により出射された光を受光する光デバイス６１が光学フィルタ４２を挟むように対向して配置される。

次に、図７を参照して光デバイス４０を利用した光通信システム６０を説明する。図７は光デバイス４０を利用した光通信システムの構成図である。

光通信システム６０において、第１の実施形態における光通信システム２０（図４参照）と異なる点は次の点である。まず、光学フィルタ２６の代わりに光デバイス４０が配置されている。また、フォトダイオード３６にはコントローラ６２が接続されており、このコントローラ６２は、フォトダイオード３６から出力された検出信号に基づいて、リード線４６ａ，４６ｂを介して各電気抵抗４６に電流を供給する電流供給装置６３を制御する。なお、光デバイス６１は、電気抵抗が取り付けられていない点を除いて光デバイス１と同じ構成であり、光デバイス２１のレンズ２４と光デバイス６１のレンズ９とが互いに対向して光デバイス６１の光学フィルタ４２を挟むように配置されている。

次に、本第２の実施形態における光デバイス４０及びこれを利用した光通信システム６０における動作について説明する。

ＬＤ光源２３から出射された光は光デバイス２１の光ファイバ２２により伝送され、レンズ２４によって平行光に整形されて光学フィルタ４２に照射される。光学フィルタ４２を透過した光は、光デバイス６１のレンズ９によって光ファイバ８の端面８ａに集光され、光ファイバ８により伝送される。光ファイバ８により伝送された光はフォトカプラ２７によって分岐されて、ほとんどの光（約９０％）は光ファイバ２８により伝送され、ＷＤＭカプラ３１において光ファイバ３２により伝送されてきた信号光と合成された後、ＥＤＦファイバ３３、光通信網３４へ伝送される。

フォトカプラ２７において分岐された光は、光ファイバ２９によりフォトダイオード３６に伝送される。フォトダイオード３６は伝送された光を検出し、その検出信号がコントローラ６２に出力される。このとき、光デバイス４０が外乱を受けて歪むなど何らかの原因により光学フィルタ４２の光軸と光ファイバ８の軸芯とが傾いてずれると、コントローラ６２は、フォトダイオード３６の検出信号が最大となるように、発熱させる電気抵抗を４つの電気抵抗４６から選択し、その選択した電気抵抗４６に流す電流値を決定する。さらに、コントローラ６２は決定内容を制御信号に変換し電流供給装置６３に出力する。電流供給装置６３は、コントローラ６２によって出力された制御信号に基づいて、選択された電気抵抗４６に対し、決定された大きさの電流を供給する。これらフォトダイオード３６、コントローラ６２、電流供給装置６３により制御手段が構成され、この制御手段によりフォードバック制御が行われる。なお、ハウジング４３を調整する位置及び姿勢によって、選択される電気抵抗４６は１個の場合もあり、或いは２〜４個の場合もある。

電流の供給を受けた電気抵抗４６は発熱し、その電気抵抗４６が取り付けられた支持部材４４に熱が伝導する。その支持部材４４は、伝導してきた熱量に応じて膨張変形する。このようにして、選択された支持部材４４が膨張変形するため、支持部材４４Ａ〜４４Ｄによって支持された光学ユニット４１の位置及び姿勢が変化する。ここで、コントローラ６２はフィードバック制御によって、フォトダイオード３６の検出信号が最大となるように電流供給装置６３を制御し、選択的に電気抵抗４６を所定発熱量まで発熱させる。そのため、光路に対する光学フィルタ４２の位置及び姿勢が微調整され、光学フィルタ４２の光軸と光デバイス６１の光ファイバ８の軸芯とが調芯されることになる。

以上、本発明を第２の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記第２の実施形態に限定されるものではない。上記第２の実施形態において、コントローラ６２は、フォトダイオード３６の検出信号が最大となるように電流供給装置３８を制御したが、その代わりに、コントローラ６２は、フォトダイオード３６の検出信号が所定の閾値以上となるように、発熱させる電気抵抗４６及びその電気抵抗４６に流す電流値を決定するようにしてもよい。

また、上記第２の実施形態において、フィードバック制御を行う制御手段（フォトダイオード３６，コントローラ６２、電流供給装置６３）によって光学フィルタ４２の位置及び姿勢を微調整したが、このような制御手段を設けずに、電気抵抗４６に対してマニュアル操作で選択的に電流を流すことができるように電源を接続してもよい。

また、上記第２の実施形態では、光学フィルタ４２の代わりに全反射ミラーを配置してもよい。この場合、図５において二点鎖線で示す如く、光デバイス２１によって出射された光が全反射ミラーによって反射されて光デバイス６１により受光されるように、全反射ミラーに対する光デバイス２１の出射口の角度（入射角）と、全反射ミラーに対する光デバイス６１の受光口の角度（反射角）とを一致させて、光デバイス２１及び光デバイス６１を配置する。このような構成とした場合、全反射ミラーに位置ずれや角度ずれが生じても、選択した支持部材４４を熱により膨張変形させることで全反射ミラーの位置及び姿勢を調整できるため、光路に対する全反射ミラーの位置及び姿勢を適切に維持することができる。また、上記第２の実施形態において光学フィルタ４２の代わりに複屈折材料など他の光学部品を用いても良い。

本発明に係る光デバイスの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１に示した光デバイスの正面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面図である。 図１に示した光デバイスを利用した光通信システムの構成図である。 本発明に係る光デバイスの第２の実施形態を示す斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿っての断面図である。 図５に示した光デバイスを利用した光通信システムの構成図である。

符号の説明

１…光デバイス、３…連結部、８…光ファイバ（第１の光学部品）、９…レンズ（第２の光学部品）、１３…電気抵抗、２０…光通信システム、３６…フォトダイオード、３６…コントローラ、３８…電流供給装置、４０…光デバイス、４２…光学フィルタ（第１の光学部品）、４４Ａ〜４４Ｄ…支持部材、４６…電気抵抗、６０…光通信システム、６２…コントローラ、６３…電流供給装置。

Claims (5)

1. 光路上に配置される第１の光学部品と、
   前記光路に対して前記第１の光学部品の位置及び姿勢を調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とする光デバイス。
2. 前記第１の光学部品と前記光路を結ぶ第２の光学部品をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記調整手段は、
   前記第１の光学部品と前記第２の光学部品との間に配置され、前記第１の光学部品と前記第２の光学部品とを連結する連結部と、
   前記連結部に取り付けられた電気抵抗と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記第１の光学部品を通過する光の強度に基づいて前記調整手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光デバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光デバイスが光路上に配置されていることを特徴とする光通信システム。
   
   
   
   
   
   
   

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