JP2006309187A - 光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハーフミラー2と、N個の屈折率nの遅延素子311、312、…、31Nを有し、N個の遅延素子の各々が、ハーフミラー2の一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、最も小さい厚みをΔとしたとき、各々、Δ,2Δ,…,2N-1Δの互いに異なる厚みを有する。また、平行配置されたミラー11,12を有し、ハーフミラー2が、ミラー11,12の中間位置近傍に平行配置され、N個の遅延素子が、ミラー12とハーフミラー2の間に配置されている。N個の遅延素子の各々は、平行平面板であり、該平行平面板の面の法線方向がハーフミラー2の一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されている。
【選択図】 図1
Description
図11に示す光パルス発生器は、パルス光源51と、遅延構造52と、集光レンズ53と、導波路54によって構成されている。遅延構造52は、図12に示すように、階段状の形状をしている。これは、屈折率が等しく、厚さが異なる平行平板が複数並んでいるとみなすことができる。各平行平板は、光軸に垂直な方向に、等間隔で並んでいる。また、隣り合う平行平板の光軸に沿った厚さの差は、一定になっている。パルス光源51から出射した光パルスをこの遅延構造52に平面波として入射させると、通過する平行平板の厚さに応じて光路長に変化が生じる。つまり、図12に551,552,…55nで示したように、波面は階段状に変調される。これを、集光レンズ53を介して集光することにより、導波路54に光パルス列を伝送させるというものである。
通常、導波路では、伝播する光パルスの伝播モードを制限しないと、モード分散による伝播速度の違いにより、光パルス列のパルス間隔を一定に保つことは困難である。つまり、導波路は単一モードであることが望ましいのであるが、単一モードにすると光結合の条件が非常に厳しくなる。これは、光通信技術において、シングルモードファイバーへの光結合が難しいということと同じ理屈である。
ここで、実質的な光路長差とは、例えば、屈折率nで光の透過部分における厚みが異なる素子又は多数の反射鏡の組合わせによる素子により実際の光路長に差を設けるものの他、屈折率を適宜異ならせて実質的に光路長に差を設けるもの及びそれらの組合わせを含むものとする。
図1は本発明の第1実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの説明図であり、(a)は概略構成図、(b)〜(d)は各光パルスの遅延状態を示し、(b)は経路B1O2間の光パルスP、(c)は経路A1O2間の光パルスP1、(d)は経路B2O3間の光パルスP,P1、(e)は経路A2O3間の光パルスP2,P3、(f)は所定箇所O3で分波・合波された直後の光パルスP,P1,P2,P3、を夫々示す説明図である。
第1実施形態の光パルス多重化ユニットは、第1ミラー11と、第2ミラー12と、ハーフミラー2と、N個の屈折率nの遅延素子311、312、…、31Nを有して構成されている。
第1ミラー11と第2ミラー12は、平行に対向配置されている。
ハーフミラー2は、第1ミラー11と第2ミラー12の中間位置近傍に、第1ミラー11及び第2ミラー12と平行に配置されている。
所定箇所O2を通過した直後では、分波された光パルス(透過側と反射側の光パルス)は、両者とも、光パルスPとP1を含んでいる。
分波されたパルスのうち、第1ミラー11に向かう光パルスP及びP1は、遅延素子312を通過する。このとき、時間遅延が生じるので、光パルスPは光パルスP2になり、光パルスP1は光パルスP3になる(図1(e))。この光パルスP2及びP3は、第1ミラー11上の所定箇所A2で反射されてハーフミラー2上の所定箇所O3に入射する。分波された光パルスのうち、第2ミラー12に向かう光パルスP及びP1は、第2ミラー12上の所定箇所B2で反射されるだけなので、時間遅延は生じない。すなわち、光パルスP及びP1のままである(図1(d))。この光パルスP及びP1は、ハーフミラー2上の所定箇所O3に入射する。即ち、ハーフミラー2上の所定箇所O2で分波された光パルスは、夫々経路O2A2O3と経路O2B2O3を経て、ハーフミラー2上の所定箇所O3において交わる。
所定箇所O3では、所定箇所O2と同じように、分波が行なわれる。よって、図1(f)に示すように、分波された光パルスの各々は、光パルスP,P1,P2,P3が含まれる。
このように、第1実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光に対して、光路O1・A1・O2・B2・O3を進行する過程で、反射と分波・合波を交互に繰り返す。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光に対して、光路O1・B1・O2・A2・O3で、反射と分波・合波を交互に繰り返す。
(1)O1A1O2A2O3
(2)O1A1O2B2O3
(3)O1B1O2A2O3
(4)O1B1O2B2O3
の4つの経路が存在する。
経路 光路長差
O1A1O2A2O3 3Δ(n−1)
O1A1O2B2O3 1Δ(n−1)
O1B1O2A2O3 2Δ(n−1)
O1B1O2B2O3 0Δ(n−1)
図2は本発明の第2実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
第1実施形態の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子として肉厚が固定の平行平板を用いたため、光パルス列のパルス間隔は固定であった。これに対し、第2実施形態の光パルス多重化ユニットでは、図1に示した遅延素子311、312、…、31Nの代わりに、肉厚が可変の遅延素子321、322、…、32Nを用いている。これにより、第2実施形態の光パルス多重化ユニットでは、光パルス列のパルス間隔を可変にしている。
1対の楔形プリズム321aと321b、322aと322b、…、32Naと32Nbは、夫々互いに面同士で接触し、プリズムユニットを構成している。そして、その接触する面(最も小さな頂角を形成している面)に沿って、2つの楔形プリズムが、相対的に平行移動するように構成されている。この移動は、2つの楔形プリズムのうち1つを移動させてもよく、2つを移動させてもよい。このように、第2実施形態の光パルス多重化ユニットでは、2つの楔形プリズムが移動する。よって、この1対の楔形プリズムの重なりに応じて、遅延素子としての肉厚Δ’を可変にすることができる。このため、第2実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることが可能となる。
その他の構成及び作用効果は、第1実施形態の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
図3は本発明の第3実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図、図4は第3実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて用いられる、遅延素子の一構成例及びこの遅延素子の位置を変化させたときの光路長の変化を示す説明図であり、(a)は状態説明図、(b)は(a)の遅延素子を構成するプリズムの移動量に対する光路長の変化量を示すグラフである。
第3実施形態の光パルス多重化ユニットは、ミラー12と、ハーフミラー2と、N個の屈折率nの遅延素子331、332、…、33Nを有して構成されている。
ハーフミラー2は、ミラー12と平行に配置されている。
また、楔形プリズムの各々は、対向する面からハーフミラー2までの距離が、互いに異なるように配置されている。また、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー2を透過した光パルスに対して、最小偏角を満足するように夫々配置されている。
このように、第3実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光は、光路O1・プリズム331・O2・B2・O3を進行する過程で、屈折、分波・合波及び反射を所定の順番で行う。図3の場合、所定の順番は、屈折、分波・合波、反射、分波・合波、屈折となる。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光は、光路O1・B1・O2・プリズム332・O3を進行する過程で、屈折、分波・合波及び反射を所定の順番で行う。図3の場合、所定の順番は、反射、分波・合波、屈折、分波・合波、反射となる。
図4(a)に示す遅延素子33は、硝材としては合成石英を用いている。そして、遅延素子33は、頂角が45°の二等辺三角形の形状に形成されている。このプリズム33を用いた第3実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて、波長が800nmの光パルスが入射するものとする。
図4(a),(b)より明らかなように、遅延素子33を紙面に対して上下方向に(即ち、ハーフミラー2に対して垂直方向に)に変化させても、遅延素子33に対する光パルスの入射光線及び射出光線の角度は全く変化しない。一方で、光パルスが通過する位置における遅延素子の肉厚が、第1実施形態の光パルス多重化ユニットと同様にΔ、2Δ、…、2N-1Δと変化する。このため、ハーフミラー2上の所定箇所O1から所定箇所ON+1に至る各経路における光路長差が、第3実施形態の光パルス多重化ユニットでも変化することがわかる。つまり、図3に示した光パルス多重化ユニットにおいて、夫々の遅延素子331、332、…、33Nについて、ハーフミラー2に対する距離を変化させる。これによって、第1実施形態及び第2実施形態の光パルス多重化ユニットと同様に、第3実施形態の光パルス多重化ユニットでも光パルス列を生成させることができる。しかも、第2実施形態の光パルス多重化ユニットと同様に、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることができる。
図5は本発明の第4実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
第4実施形態の光パルス多重化ユニットは、図3に示した第3実施形態の光パルス多重化ユニットにおけるミラー12の代わりに、N個の遅延素子331、332、…、33Nと同様の楔形プリズムで構成されたN個の遅延素子121、122、…、12N)を用いている。
N個の遅延素子121、122、…、12Nは、ハーフミラー2を挟んで、N個の遅延素子331、332、…、33Nに対向して配置されている。また、N個の遅延素子121、122、…、12Nは、ハーフミラー2を透過、反射した光パルスに対して、最少偏角を満足するように配置されている。また、N個の遅延素子121、122、…、12Nは、入射した光パルスを偏向して、ハーフミラー2に向けて出射するようになっている。
第4実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光に対して、光路O1・プリズム331・O2・プリズム122・O3を進行する過程で、屈折と分波・合波を交互に繰り返す。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光に対して、光路O1・プリズム121・O2・プリズム332・O3を進行する過程で、屈折と分波・合波を交互に繰り返す。
第4実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、第3実施形態の光パルス多重化ユニットと同様の効果が得られる。
図6は本発明の第5実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図であり、(a)は全体図、(b)は(a)中の第1の遅延手段(円で囲んだ部分)の拡大図である。
第5実施形態の光パルス多重化ユニットでは、第2実施形態における1対の楔形プリズムを組合わせてなる遅延素子321、322、…、32Nの代わりに、4枚のミラー341、342、…、34Nの組み合せを用いて光パルス列のパルス間隔を可変とするように構成されている。
即ち、第5実施形態では、図6に示すとおり、第1の遅延手段としてのミラーユニット341は、それぞれ直交方向に光を偏向するミラー3411、3412、3413、4314を備えている。そして、ミラー3412及びミラー3413は、ミラー移動ユニット3415に一体に固定され、ミラー移動ユニット3415は、ミラー3411及び3414に対して対向間隔が可変である。
その他の構成及び作用効果は、第1及び第2実施形態の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
実施例1の光パルス多重化ユニットは、図1に示した第1実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、第1ミラー11と、第2ミラー12と、ハーフミラー2と、3個の屈折率nの遅延素子311、312、313を有して構成されている。
ハーフミラー2、及び2つのミラー11,12の半透過反射膜及び反射膜の配置、並びに平行平板の肉厚をこのように設計することで、ハーフミラー2を介して分波される光パルスの光路長を、いずれの経路を辿っても等しくすることができ、再びハーフミラー2上の共通箇所において合波することができるようにしている。
ハーフミラー2は、第1ミラー11と第2ミラー12の中間位置近傍に、第1ミラー11及び第2ミラー12と平行に配置されている。
そして、ハーフミラー2は、光パルスをハーフミラー2に対して斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側とに分波する。分波された一方の光パルスは、第1ミラー11において反射される。また、分波された他方の光パルスは、第2ミラー12において反射される。第1ミラー11及び第2ミラー12で反射された各々の光は、再びハーフミラー2上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー2で分波される。このように、実施例1の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー2による光パルスの分波から、ハーフミラー2上における光パルスの合波までを、3回繰り返す。第1ミラー11、第2ミラー12及びハーフミラー2は、このような分波と合波が複数回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、第1ミラー11、第2ミラー12及びハーフミラー2が傾斜するように配置して、使用される。
その他の構成及び作用効果は、第1実施形態の光パルス多重化ユニットと同じである。
なお、実施例1の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を3個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
実施例2の光パルス多重化ユニットは、図2に示した第2実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、図7に示した実施例1の光パルス多重化ユニットの構成における遅延素子311、312、313の代わりに、肉厚を可変の遅延素子321、322、323を用いて光パルス列のパルス間隔を可変に構成されている。
各遅延素子321、322、323は、夫々、1対の楔形プリズム321aと321b、322aと322b、323aと323bで構成されている。
1対の楔形プリズム321aと321b、322aと322b、323aと323bは、夫々互いに面同士で接触し、プリズムユニットを構成している。そして、その接触する面に沿って、平行移動可能に構成されている。そして、この1対の楔形プリズムの重なりに応じて、遅延素子としての肉厚Δ’を可変にすることができるようになっている。このため、実施例2の光パルス多重化ユニットによれば、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることが可能となる。
その他の構成及び作用効果は実施例1の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
なお、実施例1の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を3個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
実施例3の光パルス多重化ユニットは、図3及び図4に示した第3実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、ミラー12と、ハーフミラー2と、3個の屈折率nの遅延素子331、332、333を有して構成されている。
ハーフミラー2、及びミラー12の半透過反射膜及び反射膜の配置、並びに平行平板の肉厚をこのように設計することで、ハーフミラー2を介して分波される光パルスの光路長を、いずれの経路を辿っても等しくすることができ、再びハーフミラー2上の共通箇所において合波することができるようにしている。
3個の遅延素子331、332、333は、夫々、屈折率がnの同じ硝材を用いて形成された同一形状の楔形プリズムで構成されている。そして、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー2を挟んでミラー12の反対側に、配置されている。また、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー2を透過した光パルスに対して、最小偏角を満足するように夫々配置されている。
その他の構成及び作用効果は、第3実施形態の光パルス多重化ユニットと同じである。
なお、実施例3の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を3個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
実施例4の光パルス多重化ユニットは、図5に示した第4実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、図8に示した実施例3の光パルス多重化ユニットの構成におけるミラー12の代わりに、3個の遅延素子331、332、333と同様の楔形プリズムで構成された3個の遅延素子121、122、123を用いている。
3個の遅延素子121、122、123は、ハーフミラー2を挟んで、3個の遅延素子331、332、333に対向して配置されている。また、N個の遅延素子121、122、123は、ハーフミラー2を透過、反射した光パルスに対して、最少偏角を満足するように配置されている。また、N個の遅延素子121、122、123は、入射した光パルスを偏向して、ハーフミラー2に向けて出射するようになっている。
なお、実施例3の光パルス多重化ユニットでは、2組の遅延素子331〜333、121〜123を夫々3個ずつ配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
2a、11a、12a 平行平板
11 第1ミラー
12 第2ミラー
33、121、122、123、12N、311、312、313、31N、321、322、323、323N、331、332、33N、341、342、34N 遅延素子
3411、3412、3413、3414、3421、3422、3423、3424、34N1,34N2、34N3、34N4 ミラー
51 パルス光源
52 遅延構造
53 集光レンズ
54 導波路
551,552,…55n 各光パルスの波面
Claims (20)
- 入射光を分波して、透過光及び反射光を生成する分波手段と、
前記分波手段の一方側及び他方側に配置され、前記分波手段により分波された透過光及び反射光を夫々偏向して、再び前記分波手段上の共通箇所で合波を行わせる一対の光偏向手段と、
前記分波手段の一方側及び他方側の少なくともいずれかに設けられ、前記分波手段で分波されて再び前記分波手段上の共通箇所で合波する光相互間の光路に実質的な光路長差を設けて、前記分波手段の一方側を進行した光との間で時間遅延を与える遅延手段とを有することを特徴とする光パルス多重化ユニット。 - 前記分波手段の一方側に、前記遅延手段をN個備え、
第1の前記遅延手段による前記実質的な光路長差をDとしたときに、前記第Nの前記遅延手段による前記実質的な光路長差が2N-1Dである請求項1に記載の光パルス多重化ユニット。 - 前記各遅延手段が屈折率nの遅延素子であり、第1から第Nまでの前記各遅延素子における光の透過部位における厚みが夫々異なる請求項1又は2に記載の光パルス多重化ユニット。
- 前記各遅延手段が複数のミラーを備え、第1から第Nまでの前記複数のミラー間の間隔が異なる請求項1又は2に記載の光パルス多重化ユニット。
- 前記一対の光偏向手段が平行に配置された第1ミラー及び第2ミラーである請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光パルス多重化ユニット。
- 前記光偏向手段及び前記各遅延手段が楔形プリズムからなる請求項1又は2に記載の光パルス多重化ユニット。
- 前記一対の光偏向手段が一対の楔形プリズムからなる請求項1、2又は6に記載の光パルス多重化ユニット。
- ハーフミラーと、N個の屈折率nの遅延素子を有し、
前記N個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーの一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、互いに異なる厚みを有し、
最も小さい厚みをΔとしたとき、前記N個の遅延素子の各々の厚みが、Δ,2Δ,…,2N-1Δであることを特徴とする光パルス多重化ユニット。 - 平行に対向配置された第1ミラーと第2ミラーを有し、
前記ハーフミラーが、前記第1ミラーと前記第2ミラーの中間位置近傍に、該前記第1ミラー及び前記第2ミラーと平行に配置され、
前記第1ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記N個の遅延素子が配置され、
前記N個の遅延素子の各々が、平行平面板であり、且つ、該平行平面板の面の法線方向が、前記ハーフミラーの一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されていることを特徴とする請求項8に記載の光パルス多重化ユニット。 - 平行に対向配置された第1ミラーと第2ミラーを有し、
前記ハーフミラーが、前記第1ミラーと前記第2ミラーの中間位置近傍に、該前記第1ミラー及び前記第2ミラーと平行に配置され、
前記第1ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記N個の遅延素子が配置され、
前記N個の遅延素子の各々は、同一形状の楔形プリズムを2つ有するプリズムユニットであり、
前記プリズムユニットの各々において、前記2つの楔形プリズムは、最も小さな頂角を形成している面が互いに接触するように、重なって配置され、
前記プリズムユニットの各々は、前記接触する面の面積が互いに異なることを特徴とする請求項8に記載の光パルス多重化ユニット。 - 前記ハーフミラーと平行に配置されたミラーを有し、 前記ハーフミラーを挟んで、前記ミラー側とは反対側に、前記N個の遅延素子が配置され、
前記N個の遅延素子が、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、
前記楔形プリズムの各々は、頂角と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が、互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項8に記載の光パルス多重化ユニット。 - 更に別のN個の遅延素子を有し、 前記別のN個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーを挟んで、前記N個の遅延素子側とは反対側に、前記ハーフミラーの一端から他端に向かって、等間隔で配置され、
前記N個の遅延素子と前記別のN個の遅延素子は、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、
前記N個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が互いに異なるように配置され、
前記別のN個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離を同じにして配置されていることを特徴とする請求項8に記載の光パルス多重化ユニット。 - 前記プリズムユニットの楔形プリズムが、互いに接触する面に沿って平行移動可能であることを特徴とする請求項10に記載の光パルス多重化ユニット。
- 前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の一方の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、
前記第1のミラーと前記第2のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側に配置されたミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成され、
前記第1のミラーと前記第2のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側とは反対側に配置されたミラーが、平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側の面に設けられた反射膜とで構成されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の光パルス多重化ユニット。 - 前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ミラー側の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、
前記ミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成されていることを特徴とする請求項11に記載の光パルス多重化ユニット。 - 請求項1〜15のいずれかに記載の光パルス多重化ユニットと、パルス光源を有することを特徴とする光パルス発生器。
- 入射光を分波して、透過光と反射光を生成し、
前記透過光が進行する第1の光路と前記反射光が進行する第2光路の各々で、光路長を変化させ、
前記第1の光路を通過した光と前記第2の光路を通過した光を合波して、該合波した光に時間遅延を与える方法であって、
前記第1の光路における光路長の変化量と、前記第2光路における光路長の変化量が異なることを特徴とする光パルス多重化方法。 - 前記第1の光路で、前記透過光の反射と分波・合波を交互に行い、
前記第2の光路で、前記反射光の反射と分波・合波を交互に行うことを特徴とする請求項17に記載の光パルス多重化方法。 - 前記第1の光路で、前記透過光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行い、
前記第2の光路で、前記反射光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行うことを特徴とする請求項17に記載の光パルス多重化方法。 - 前記第1の光路で、前記透過光の屈折と分波・合波を交互に行い、
前記第2の光路で、前記反射光の屈折と分波・合波を交互に行うことを特徴とする請求項17に記載の光パルス多重化方法。
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