JP2008003211A - In-line type hybrid optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インライン型反射型光アイソレータ部と光能動素子とを備えたインライン型ハイブリッド光デバイスに関するものである。 The present invention relates to an inline hybrid optical device including an inline reflective optical isolator section and an optical active element.
近年においては、いわゆるFTTH(Fiber to the home)接続サービス等の普及による急激な光通信の発展に伴い、光信号の伝送損失や光信号の分岐による光信号強度の減少などを補償するために、光信号を電気信号に変換することなく直接増幅する光ファイバ増幅器の導入が進んでいる。一般的に、光ファイバ増幅器は、増幅用の光ファイバの他、偏波無依存型光アイソレータ、励起用半導体レーザ光源、光合波器、光スプリッタ、およびモニタ用受光素子といった光機能素子などから構成され、励起用半導体レーザ光源から出力される励起光(ポンプ光)により光ファイバ中の光信号を増幅する。 In recent years, with the rapid development of optical communication due to the spread of so-called FTTH (Fiber to the home) connection services, etc., in order to compensate for optical signal transmission loss and optical signal strength decrease due to optical signal branching, The introduction of optical fiber amplifiers that directly amplify optical signals without converting them into electrical signals is advancing. In general, optical fiber amplifiers are composed of optical functional elements such as polarization-independent optical isolators, pumping semiconductor laser light sources, optical multiplexers, optical splitters, and monitoring light receiving elements in addition to optical fibers for amplification. The optical signal in the optical fiber is amplified by the pumping light (pump light) output from the pumping semiconductor laser light source.
従来、光ファイバ増幅器は、これらの各単機能光部品を光ファイバで相互に接続することで構成されていたが、このようにして光ファイバ増幅器を構成する場合には、部品点数の増加に伴い組立工程が増加すると共に、各光部品の接続箇所の増加に伴い接続損失が増加するといった問題があった。また、このような部品点数や接続箇所の増加は、光ファイバ増幅器の製造原価の上昇や光ファイバ増幅器の大型化の原因にもなっていた。 Conventionally, an optical fiber amplifier has been configured by interconnecting each of these single-function optical components with an optical fiber. When an optical fiber amplifier is configured in this manner, the number of components increases. As the assembly process increases, there is a problem that the connection loss increases with the increase in the number of connection parts of the optical components. In addition, such an increase in the number of parts and the number of connected parts has caused an increase in the manufacturing cost of the optical fiber amplifier and an increase in the size of the optical fiber amplifier.
上記の光ファイバ増幅器の製造原価の上昇や大型化は、FTTH接続サービスなどの光アクセス系で光ファイバ増幅器を多量に用いる際に、特に大きな問題となってくる。この問題を解決するための方策の一つとして、上記の各光部品相互間を光ファイバ等を用いて接続することなく、各光部品をレンズやミラーなどの光素子と共に強固な基板上に配置し、空間系で光結合させる方策がある。しかしながら、この方策では、各光部品の配置にサブミクロン単位の位置精度が要求されるため、光ファイバ増幅器の信頼性に問題が生じやすく、また、製造原価が高価になるという欠点があった。 The increase in the manufacturing cost and the increase in size of the optical fiber amplifier described above become a particularly serious problem when a large amount of optical fiber amplifier is used in an optical access system such as FTTH connection service. As one of the measures to solve this problem, each optical component is arranged on a strong substrate together with optical elements such as a lens and a mirror without connecting the optical components to each other using an optical fiber or the like. However, there is a method of optical coupling in a spatial system. However, this measure requires a submicron positional accuracy for the placement of each optical component, and thus has a drawback that the reliability of the optical fiber amplifier is likely to be problematic, and the manufacturing cost is high.
そこで、近年では、上記の問題を解消する有効な方策として、光ファイバ増幅器を構成する光部品の一部を一体化した部品、すなわちハイブリッド光デバイスを用いる方策が採用されている。特に、主要部品である光アイソレータと光合分波器や光スプリッタなどの光フィルタとを組み合わせた多機能光デバイス、さらには、光アイソレータと光フィルタと半導体レーザや受光素子といった光能動素子とを組み合わせたハイブリッド光デバイスは、有用である。なお、ここでいう「光能動素子」は、LD(レーザダイオード)やLED(発光ダイオード)、PD(フォトダイオード)などの電気を用いる素子を意味しており、この「光能動素子」に対して、光カプラや光スプリッタなどの電気を用いない素子は「光受動素子」と呼ばれている。このようなハイブリッド光デバイスは、市販品としても幾つかの提供がなされているが、その中でも、反射型のインライン光アイソレータと光能動素子とを直列に接続したインライン型ハイブリッド光デバイスは、組立作業が容易で、入出力光ファイバの取り出しが光デバイスの片側で行なわれるために扱いやすく、装置が小型化して、製造原価が安価になるといった多くの利点を備えている。 Therefore, in recent years, as an effective measure for solving the above-described problem, a measure using a component in which a part of optical components constituting an optical fiber amplifier is integrated, that is, a hybrid optical device is employed. In particular, multifunctional optical devices that combine optical isolators, which are major components, and optical filters such as optical multiplexers / demultiplexers and optical splitters, and optical isolators, optical filters, and optical active elements such as semiconductor lasers and light receiving elements. A hybrid optical device is useful. Here, the “photoactive element” means an element using electricity such as LD (laser diode), LED (light emitting diode), PD (photodiode), etc. Elements that do not use electricity, such as optical couplers and optical splitters, are called “optical passive elements”. Several such hybrid optical devices have been provided as commercial products. Among them, an inline hybrid optical device in which a reflective inline optical isolator and an optical active element are connected in series is an assembly operation. It is easy to handle because the input / output optical fiber is taken out on one side of the optical device, and has many advantages such as downsizing the apparatus and reducing the manufacturing cost.
上記の反射型のインライン光アイソレータとしては、従来、特許文献1や特許文献2に開示されたものがある。また、反射型のインライン光アイソレータを用いたハイブリッド光デバイスとしては、例えば、非特許文献1や特許文献3に開示されているものがある。また、単に反射型のインライン光フィルタと光能動素子とを組み合わせる技術としては、特許文献4、特許文献5および特許文献6などに開示されている。
Conventionally, as the above-described reflection type inline optical isolator, there are those disclosed in
非特許文献1に開示された光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスでは、入出力光ファイバ側に配置される第1の円柱状の屈折率分布型レンズ(以下、ロッドレンズと記す)および光信号観測用のモニタPD(フォトダイオード)側に配置される第2のロッドレンズがコリメート光系で光学的に結合しているので、これら第1のロッドレンズおよび第2のロッドレンズの間の位置合わせは、相対位置の誤差の許容度が大きいため、比較的容易に行なうことができる。しかしながら、第2のロッドレンズおよびモニタPDの間は、コリメート光系による光結合ではなく、いわゆる集光系により光結合する構成となっている。このため、これら第2のロッドレンズおよびモニタPDの間における光結合効率は、両者の相対位置関係によって大きく影響を受けるようになり、第2のロッドレンズおよびモニタPDの間の位置合わせには、第1のロッドレンズおよび第2のロッドレンズの間の位置合わせに比べて高い位置精度が要求されることになる。
In the hybrid optical device for an optical fiber amplifier disclosed in Non-Patent
また、特許文献3に開示されている光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスでは、反射板よりも光入力側に位置する第1,第2,第3のロッドレンズは光アイソレータの一部を構成しており、反射板よりも光出力側に、第4のロッドレンズを介して受光素子が設けられている。
Further, in the hybrid optical device for optical fiber amplifier disclosed in
この特許文献3に開示されている光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスにおいても、第4のロッドレンズおよび受光素子間の位置合わせは、集光系により光結合する構成であるため、非特許文献1に開示されている光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスと同様、高い相対位置精度が要求されるものになっている。
しかしながら、上記の非特許文献1や特許文献3に示すような従来の光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスでは、複数のロッドレンズが複屈折板などの光素子を挟んだ状態で直列に接続される構成となっており、受光素子とこれに対峙するロッドレンズとの間における位置合わせは、各ロッドレンズ間の位置合わせが完了していないと、行なえない。従って、比較的に高い精度を必要としないロッドレンズ間の位置合わせを先に行ない、高精度な位置合わせが必要なロッドレンズおよび受光素子間の組立てを最後に行なう必要がある。これを防ぐには、ロッドレンズおよび受光素子間を予め位置合わせし、これらの間を固定する必要がある。しかし、受光素子の取付位置は信号光のロッドレンズへの入射位置に大きく依存するため、受光素子とこの受光素子と対峙するレンズとの間の単独で位置合わせをすることは難しく、必然的に、光アイソレータ部と受光素子に対峙するロッドレンズと受光素子との3体間で同時に位置合わせを行なうことになるので、現実的でない。また、一般的に、受光素子に光信号を集光させるレンズに、ロッドレンズはあまり用いられない。
However, in conventional hybrid optical devices for optical fiber amplifiers as shown in Non-Patent
この結果、上記の非特許文献1や特許文献3に示すような光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスの構造は、そのパッケージが複雑になって組立作業工程で高度な位置合わせが要求されることが製造原価を上昇させる要因となり、また、光結合を不安定にさせ易くする要因となる。また、これらの要因はさらに、光学的特性を劣化させやすく、信頼性を劣らせる誘因となる。
As a result, the structure of the hybrid optical device for an optical fiber amplifier as shown in the above-mentioned Non-Patent
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、光信号の入力端子および出力端子を一端に有し、入力端子から入射する光信号を出力端子側へ反射させると共に入射した光信号の一部を透過させる反射手段を他端に有するインライン型の反射型光アイソレータ部と、
反射手段の光透過側に配置される光能動素子と、
を備えて構成されるインライン型ハイブリッド光デバイスであって、
光能動素子は、反射手段と対峙する側に反射手段を透過する光または反射手段へ出射される光の集光状態を変換する、例えば球面レンズ、非球面レンズまたは溶融レンズなどの集光手段を備え、
反射型光アイソレータ部と光能動素子とは、反射手段で反射する光の光軸または反射手段を透過する光の光軸と集光手段を介する光能動素子の光軸とが一致またはほぼ一致して、反射型光アイソレータ部と光能動素子とがコリメート光により光結合するように互いに固定されていることを特徴とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and has an optical signal input terminal and an output terminal at one end, reflects an optical signal incident from the input terminal to the output terminal side, and enters the optical signal. An inline-type reflective optical isolator having a reflecting means at the other end for transmitting a part of
An optical active element disposed on the light transmitting side of the reflecting means;
An in-line hybrid optical device configured with
The optical active element converts the condensing state of the light transmitted through the reflecting means or the light emitted to the reflecting means on the side facing the reflecting means, for example, a condensing means such as a spherical lens, an aspherical lens, or a fused lens. Prepared,
In the reflective optical isolator section and the optical active element, the optical axis of the light reflected by the reflecting means or the optical axis of the light transmitted through the reflecting means and the optical axis of the optical active element via the condensing means match or substantially match. The reflection type optical isolator section and the optical active element are fixed to each other so as to be optically coupled by collimated light.
この構成によれば、反射手段で反射する光の光軸または反射手段を透過する光の光軸と光能動素子の光軸とが一致またはほぼ一致することで、反射型光アイソレータ部と光能動素子とがコリメート光により光結合する。このため、光能動素子から出射されて反射手段で反射する光と共に反射型光アイソレータ部へ出射される光、および反射手段を透過して反射型光アイソレータ部から光能動素子へ入射される光のモードフィールドがほぼ平行光となり、かつモードフィールド径が大きなものとなる。この結果、反射型光アイソレータ部と光能動素子との間における3軸(XYZ軸)方向の相対位置合わせの誤差の許容度が向上する。従って、光能動素子の光軸の反射手段に対する角度合わせを正確に行なって反射型光アイソレータ部と光能動素子とを互いに固定するだけで、反射型光アイソレータ部と光能動素子との間の光結合を確実かつ容易に行なうことができるようになり、従来のように、光能動素子用の集光手段を予め反射型光アイソレータ部と一体化させておき、この一体化された反射型光アイソレータ部と集光手段を備えていない光能動素子とを、光結合系で位置合わせする必要がなくなる。この結果、パッケージ構造が比較的に簡易化されると共に、光学特性が安定し、製造原価を抑制できるインライン型ハイブリッド光デバイスが提供される。 According to this configuration, the optical axis of the light reflected by the reflecting means or the optical axis of the light transmitted through the reflecting means and the optical axis of the optical active element coincide or substantially coincide with each other. The element is optically coupled by collimated light. Therefore, the light emitted from the active optical element and reflected by the reflecting means together with the light emitted to the reflective optical isolator section, and the light transmitted through the reflecting means and incident from the reflective optical isolator section to the optical active element The mode field becomes almost parallel light and the mode field diameter becomes large. As a result, the tolerance of the relative alignment error in the three-axis (XYZ-axis) direction between the reflective optical isolator section and the optical active element is improved. Accordingly, the optical axis between the reflection type optical isolator part and the optical active element can be obtained simply by accurately adjusting the angle of the optical axis of the optical active element with respect to the reflection means and fixing the reflection type optical isolator part and the optical active element to each other. As a result, the condensing means for the optical active element is previously integrated with the reflection type optical isolator portion, and this integrated reflection type optical isolator is used. Therefore, it is not necessary to align the optical active element not provided with the light collecting unit with the optical coupling system. As a result, an in-line hybrid optical device is provided in which the package structure is relatively simplified, the optical characteristics are stable, and the manufacturing cost can be suppressed.
また、本発明は、反射手段が入力端子から入射した光信号の強度を透過させるハーフミラーからなり、光能動素子が受光素子からなることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the reflecting means comprises a half mirror that transmits the intensity of the optical signal incident from the input terminal, and the optical active element comprises a light receiving element.
この構成によれば、入力端子から入射した光信号は、ハーフミラーで反射する光信号とハーフミラーを透過する光信号とに光強度が分岐され、ハーフミラーを透過した光信号は受光素子において受光される。このため、入力端子から反射型光アイソレータ部に入射した光信号は、受光素子において受光された光信号に基づいて観測される。また、光能動素子が受光素子からなる場合、光能動素子の光軸の反射手段に対する角度合わせは、光受光素子の光受光面の面積を大きくすることができるので、相対位置合わせの誤差の許容度が他の光能動素子に比べて比較的大きくなる。このため、光アイソレータ部と光能動素子との相対位置合わせは、さらに、確実かつ容易に行なうことができる。 According to this configuration, the optical signal incident from the input terminal is split in light intensity into an optical signal reflected by the half mirror and an optical signal transmitted through the half mirror, and the optical signal transmitted through the half mirror is received by the light receiving element. Is done. For this reason, the optical signal incident on the reflective optical isolator from the input terminal is observed based on the optical signal received by the light receiving element. Further, when the optical active element is a light receiving element, the angle alignment of the optical axis of the optical active element with respect to the reflecting means can increase the area of the light receiving surface of the light receiving element. The degree is relatively large compared to other photoactive elements. For this reason, the relative alignment between the optical isolator portion and the optical active element can be more reliably and easily performed.
また、本発明は、反射手段が、特定の波長領域の光信号、例えば波長1480nm近傍の光信号を透過させる波長選択フィルタからなり、光能動素子が、受光素子または発光素子の中の少なくとも1つ以上の素子で構成されることを特徴とする。 According to the present invention, the reflecting means includes a wavelength selection filter that transmits an optical signal in a specific wavelength region, for example, an optical signal in the vicinity of a wavelength of 1480 nm, and the optical active element is at least one of the light receiving element and the light emitting element. It is characterized by comprising the above elements.
この構成によれば、反射型光アイソレータ部が、受光素子または発光素子などの素子で構成される光能動素子と光結合し、特定の波長領域の光信号について光能動素子が持つ種々の機能により、反射型光アイソレータ部でアイソレートされる光信号に付加価値を付けたり、アイソレートされる光信号の一部を利用することができる。 According to this configuration, the reflection type optical isolator unit is optically coupled with an optical active element composed of an element such as a light receiving element or a light emitting element, and the optical active element has various functions for optical signals in a specific wavelength region. Further, it is possible to add value to the optical signal isolated by the reflection type optical isolator section, or to use a part of the isolated optical signal.
また、本発明は、反射手段が、入力端子から入射する光信号の光軸と出力端子へ出射される光信号の光軸とを含む面と直交する断面が楔型に形成された光学材料の光能動素子と対峙する面に、光信号を反射させると共に一部を透過させる反射部材を設けて構成されていることを特徴とする。 Further, the present invention provides an optical material in which the reflecting means has a wedge-shaped cross section perpendicular to a plane including the optical axis of the optical signal incident from the input terminal and the optical axis of the optical signal output to the output terminal. A reflection member that reflects an optical signal and partially transmits the optical signal is provided on a surface facing the optical active element.
この構成によれば、入力端子から入射する光信号は、反射手段を構成する光学材料の光能動素子と対峙する面に設けられた反射部材で反射すると共に一部が透過する。反射部材は、入力端子から入射する光信号の進行方向に対して傾斜する光学材料の面に設けられているため、光学材料の光能動素子と対峙する面で多重反射する光により、反射型光アイソレータ部内の光学的特性に影響が生じてしまうことが防止されるようになる。 According to this configuration, the optical signal incident from the input terminal is reflected and partially transmitted by the reflecting member provided on the surface facing the optical active element of the optical material constituting the reflecting means. Since the reflecting member is provided on the surface of the optical material that is inclined with respect to the traveling direction of the optical signal incident from the input terminal, the reflection light is reflected by the light that is multiply reflected by the surface facing the optical active element of the optical material. It is prevented that the optical characteristics in the isolator section are affected.
本発明によるインライン型ハイブリッド光デバイスによれば、上記のように、光能動素子の光軸の反射手段に対する角度合わせを正確に行なって反射型光アイソレータ部と光能動素子とを互いに固定するだけで、反射型光アイソレータ部と光能動素子との間の光結合を確実かつ容易に行なうことができるようになり、パッケージ構造が比較的に簡易化されると共に、光学特性が安定し、製造原価を抑制できるインライン型ハイブリッド光デバイスが提供される。 According to the inline-type hybrid optical device of the present invention, as described above, the angle of the optical axis of the optical active element with respect to the reflecting means is accurately adjusted, and the reflective optical isolator portion and the optical active element are simply fixed to each other. The optical coupling between the reflective optical isolator and the optical active element can be performed reliably and easily, the package structure is relatively simplified, the optical characteristics are stable, and the manufacturing cost is reduced. An in-line hybrid optical device that can be suppressed is provided.
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1は、本実施形態によるインライン型ハイブリッド光デバイス1の内部構造を示す一部破断側面図である。また、図2は、図1に示す反射型光アイソレータ2の概略構成を示しており、同図(a)はその平面図、同図(b)はその側面図である。なお、図2において、図1と同一部分には同一の符号を付して説明する。
FIG. 1 is a partially broken side view showing the internal structure of the inline-type hybrid
インライン型ハイブリッド光デバイス1は、図1に示すように、インライン型の反射型光アイソレータ2および受光素子3を備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the inline-type hybrid
反射型光アイソレータ2は、2心フェルール4、ルチル板5、石英ガラス板6(図1では不図示)および半波長板7、集束性ロッドレンズ8、スペーサ9、磁化ガーネット結晶板10、および反射鏡11がこの順に配列されて構成されている。
The reflective
2心フェルール4には、光軸が互いに平行な入出力光ファイバ15,16が125[μm]の間隔で平行に配置されて一体化されている。反射型光アイソレータ2は、一方の入出力光ファイバ15(または入出力光ファイバ16)から入射した光信号が、他方の入出力光ファイバ16(または入出力光ファイバ15)から出射する構成になっている。入出力光ファイバ15,16の各一端15a,16aは、図示しない外部の光信号路に接続されており、それぞれ、反射型光アイソレータ2の一端に備えられた光信号の入力端子および出力端子を構成している。また、入出力光ファイバ15,16の他端15b,16bは、2心フェルール4の端面4aに配置されている。2心フェルール4の端面4aは、入出力光ファイバ15,16のいずれの光軸にも垂直な平面に対して所定角度(例えば、8°)傾けて形成されている。ルチル板5、石英ガラス板6および半波長板7は、それらの各光入出力端面が2心フェルール4の端面4aと平行になるように傾けて配置されている。また、集束性ロッドレンズ8の石英ガラス板6および半波長板7に対峙する端面8aは、2心フェルール4の端面4aとほぼ平行になるように、傾けて形成されている。
Input / output
ルチル板5は、複屈折結晶であるルチル結晶からなり、図2(a)に矢印で示す順方向から入射される光信号Aを常光線Oと異常光線Eとに分離する(図2(a),(b)参照)。ルチル板5の結晶光学軸5cは、図2(b)に矢印で示す方向に配向されており、この結晶光学軸5cに平行な方向の偏波を有する光信号の常光線Oまたは異常光線Eに対して空間変位5dを作用させる。
The
ルチル板5と集束性ロッドレンズ8との間には、入出力光ファイバ15から入射された光信号Aが通過する位置に、順方向または逆方向の伝搬方向によって常光線O及び異常光線Eの偏波方向を逆に回転させる半波長板7が配置されている。また、反射鏡11で反射して入出力光ファイバ16へ入射する光信号(反射光R)が通過する位置に、非晶性光学素子である石英ガラス板6が配置されている。石英ガラス板6は、順方向動作において、反射鏡11から反射された反射光Rのみが通過するように半波長板7と並列配置されている。半波長板7の光軸は、分離されて順方向に進む常光線Oの偏波方向に対して反時計方向に22.5°の角度で配向されており、半波長板7は、光信号Aが図2(a)に矢示する順方向に伝搬する場合、常光線O及び異常光線Eの偏波方向をそれぞれ反時計方向に45°回転させ、光信号Aが図示しない逆方向に伝搬する場合、常光線O及び異常光線Eの偏波方向をそれぞれ時計方向に45°回転させる。
Between the
集束性ロッドレンズ8は、位相差が約π/2の屈折率分布型ロッドレンズからなり、常光線O及び異常光線Eが順方向に伝搬するときは、これらの各光線O,Eを平行光線に変換してからレンズ端面8b側において集束中心光軸8cに近接させて集光し、逆方向に伝搬するときは、各光線O,Eを集束中心光軸8cから遠ざけると共にレンズ端面8a側において平行光線に変換する。また、集束性ロッドレンズ8のレンズ端面8bには、断面が凹状をしたガラス板からなるスペーサ9が固定されている。このスペーサ9の凹部には、ファラデー素子からなる磁化ガーネット結晶板10が配置されて固定されている。磁化ガーネット結晶板10は、予め磁化されており、常光線O及び異常光線Eの偏波方向を、その伝搬方向に関係なく非相反に、常に一定の反時計方向に22.5°だけ回転させる。
The converging
また、スペーサ9の凹部を覆う反射型光アイソレータ2の他端には、反射鏡11がスペーサ9に固定されている。反射鏡11は、一端15aから入射する光信号Aの強度の95[%]を他端16a側へ反射光Rとして反射させると共に、入射した光信号Aの強度の5[%]を透過光Tとして透過させるハーフミラー11bがガラス板11aに設けられて、反射手段を構成している。本実施形態では、ガラス板11aは、一端15aから入射する光信号Aが伝搬する入出力光ファイバ15の光軸と他端16aへ出射される光信号(反射光R)が伝搬する入出力光ファイバ16の光軸とを含む面と直交し、一端15aから入射する光信号Aの進行方向と平行な断面が楔型に形成されており、このガラス板11aの受光素子3と対峙する一方の端面に、上記のハーフミラー11bが反射部材として設けられている。ハーフミラー11bの反射面は、集束性ロッドレンズ8の集束中心光軸8cに垂直な面に対して約1°傾いて形成されている。
A reflecting
図1に示すように、光能動素子を構成する受光素子3は、反射鏡11の光透過側において、その受光面3aが反射鏡11の端面とほぼ平行になるように配置されている。受光素子3は、高感度で応答速度の速いPINフォトダイオードからなり、その受光面3aには、半球面レンズ13が設けられている。半球面レンズ13は、反射鏡11のハーフミラー11bと対峙する側に設けられた、反射鏡11を透過する透過光Tまたは受光素子3から反射鏡11へ出射される光の集光状態を変換する集光手段を構成している。
As shown in FIG. 1, the
また、反射型光アイソレータ2は、光アイソレータ部保持部21によりその周囲を保持された状態で、筒状をした光アイソレータ部筐体22の内部に収納されて固定されている。この光アイソレータ部筐体22の左端側開口部には、エンドキャップ23が取り付けられてこの左端側開口部が塞がれている。エンドキャップ23の中央部付近には、入出力光ファイバ15,16が貫通する穴が形成されている。光アイソレータ部保持部21,光アイソレータ部筐体22およびエンドキャップ23はいずれもステンレスで形成されており、反射型光アイソレータ2は、これら光アイソレータ部保持部21,光アイソレータ部筐体22およびエンドキャップ23からなるアイソレータ用筐体20によって保持固定される。一方、光アイソレータ部筐体22の右端側開口部には、ステンレスで形成された受光素子用筐体30が取り付けられてこの右端側開口部は塞がれている。この受光素子用筐体30には、受光素子3が挿入される穴が形成されており、受光素子3は、この穴に挿入された状態で受光素子用筐体30に保持固定されている。この際、受光素子3は、反射鏡11を透過する透過光Tの光軸と半球面レンズ13の光軸とが一致またはほぼ一致するように、位置調整されている。
The reflective
インライン型ハイブリッド光デバイス1は、反射型光アイソレータ2と受光素子3とが、反射鏡11で反射する反射光Rの光軸または反射鏡11を透過する透過光Tの光軸と、半球面レンズ13を介する受光素子3の光軸とが一致またはほぼ一致して、コリメート光により光結合するように、アイソレータ用筐体20と受光素子用筐体30とを介して、互いに固定されて構成されている。
The inline-type hybrid
上記の構成において、波長1.55[μm]の光信号Aがインライン型ハイブリッド光デバイス1に入射した場合の動作について、図3を用いて説明する。
The operation when the optical signal A having a wavelength of 1.55 [μm] is incident on the in-line hybrid
同図(a)〜(i)には、図2に矢印で示すFA,FB,FC,FD,FE,FF,FG,FH,FJの各位置における、順方向に伝搬する光信号Aの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されている。この偏波状態と配置関係とは、図2において、2心フェルール4側からルチル板5側を見た状態で表示されており、紙面に垂直な方向が入出力光ファイバ15,16のそれぞれの光軸方向になっている。また、図3において、水平に描かれた点線は入出力光ファイバ15,16のそれぞれの光軸を含む平面、垂直に描かれた一点鎖線は入出力光ファイバ15,16の光軸間中心を通り、入出力光ファイバ15,16のそれぞれの光軸を含む平面に垂直な平面を示す。
FIGS. 7A to 7I show the normal state of the optical signal A propagating in the forward direction at the positions FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, and FJ indicated by arrows in FIG. The polarization state and arrangement relationship of the light beam O and the extraordinary light beam E are shown. The polarization state and the arrangement relationship are shown in FIG. 2 in a state where the
入出力光ファイバ15の一端15aから順方向に入射された波長1.55[μm]の光信号Aは、始めにルチル板5に所定角度で入射される。図3(a)には、このときの光信号Aの配置関係が示されており、光信号Aは、直交する常光線Oと異常光線Eとの2つの独立した偏波成分からなると考えることができる。前述したように、ルチル板5の結晶光学軸5cは入出力光ファイバ15,16のそれぞれの光軸を含む平面に垂直な方向に配向されている。このため、光信号Aは、ルチル板5を通過する際に、異常光線Eが常光線Oから空間変位5dを受け、図3(b)に示すように、入出力光ファイバ15,16のそれぞれの光軸を含む平面に対して垂直な方向において常光線Oと異常光線Eとは、空間的に分離される。
An optical signal A having a wavelength of 1.55 [μm] incident in the forward direction from one
分離された常光線Oおよび異常光線Eは半波長板7に所定角度で入射される。半波長板7の光軸は、図3(b)に示す状態の常光線Oの偏波方向に対して反時計方向に22.5°の角度で配向されているため、常光線O及び異常光線Eの偏波方向は、図3(c)に示すようにそれぞれ反時計方向に45°回転される。 The separated ordinary ray O and extraordinary ray E are incident on the half-wave plate 7 at a predetermined angle. The optical axis of the half-wave plate 7 is oriented at an angle of 22.5 ° counterclockwise with respect to the polarization direction of the ordinary ray O in the state shown in FIG. The polarization direction of the light beam E is rotated by 45 degrees counterclockwise as shown in FIG.
続いて、常光線O及び異常光線Eは集束性ロッドレンズ8に入射される。その際、常光線O及び異常光線Eは、入出力光ファイバ15,16のそれぞれの光軸を含む平面に平行で集束性ロッドレンズ8の集束中心光軸8cを含む平面を、常光線Oと異常光線Eとがほぼ等間隔に上下で挟む位置に入射される(図2(b)参照)。このとき、常光線O及び異常光線Eは集束中心光軸8cからほぼ等距離の位置にある。集束性ロッドレンズ8内において常光線O及び異常光線Eは、コリメート光に変換され、進むに連れて互いに近接するとともに集束中心光軸8cにも近接し、レンズ端面8bから出射される。このときの常光線O及び異常光線Eの状態が図3(d)に示されている。
Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are incident on the converging
集束性ロッドレンズ8のレンズ端面8bから出射された常光線O及び異常光線Eは、次に、スペーサ9を通過して磁化ガーネット結晶板10に入射される。常光線O及び異常光線Eは、この磁化ガーネット結晶板10によってその偏波方向がそれぞれ反時計方向に22.5°回転される。磁化ガーネット結晶板10からの光信号Aは、次に、反射鏡11のハーフミラー11bによって反射されて反射光Rとなり、一部が透過光Tになるが、このハーフミラー11b上では、常光線O及び異常光線Eの位置は、図3(e)に示すように、ほぼ一致する。透過光Tは、コリメート光として伝搬し、半球面レンズ13を介して受光素子3の受光面3aに入射する。この結果、入出力光ファイバ15から順方向に入射される光信号Aは、受光素子3で検出される透過光Tに基づいて常時観測される。
The ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the
一方、反射鏡11によって反射された反射光Rの常光線O及び異常光線Eは、再び磁化ガーネット結晶板10に入射され、この磁化ガーネット結晶板10によってさらにそれぞれ反時計方向に22.5°回転される。各光線O,Eは、磁化ガーネット結晶板10を往復して通過することで、それぞれの偏波方向が反時計方向に45°回転されたことになり、半波長板7での45°の回転と合わせると、結果的にそれぞれ反時計方向に90°回転されたことになる。この状態が図3(f)に示されている。
On the other hand, the ordinary ray O and extraordinary ray E of the reflected light R reflected by the reflecting
次に、磁化ガーネット結晶板10から出射した常光線O及び異常光線Eは、スペーサ9を通過して集束性ロッドレンズ8に入射される。反射鏡11での反射により、集束性ロッドレンズ8の集束中心光軸8cに対し、常光線O及び異常光線Eは物理的位置が入れ替えられるが、各々の偏波状態は反射前と同じ状態を保持している。
Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the magnetized
常光線O及び異常光線Eは、磁化ガーネット結晶板10を通過した後も、進むに連れて互いに離されるとともに集束中心光軸8cからも離されるが、集束性ロッドレンズ8を通過した後は集束性ロッドレンズ8の効果により、集光光線に変換されて互いにほぼ平行な光線となる。このときの状態が図3(g)に示されている。続いて、常光線O及び異常光線Eは石英ガラス板6を通過するが、各光線の偏波方向は影響されない。このときの状態が図3(h)に示されている。
Even after passing through the magnetized
次に、常光線O及び異常光線Eはルチル板5に所定角度で入射される。ルチル板5内において、常光線Oは、その偏波方向が90°回転されてルチル板5の結晶光学軸5cに平行な方向の偏波を有する状態になっているため、異常光として空間変位作用を受ける。しかし、異常光線Eは、その偏波方向が90°回転されてルチル板5の結晶光学軸5cに垂直な方向の偏波を有する状態になっているため、常光として空間変位作用を受けずに通過する。従って、空間変位を受けた常光線Oは、図3(i)に示すように、異常光線Eと光軸が一致し、入射光信号Aと同じ光線となって入出力光ファイバ16に入射し、順方向の出力光信号として入出力光ファイバ16の一端16aから外部の光信号路へ伝送される。
Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are incident on the
同様に、入出力光ファイバ16の一端16aから逆方向に光信号Aが入射された場合にも、常光線Oおよび異常光線Eに分離された光信号Aは、反射鏡11のハーフミラー11bにおいて、光信号Aの約95[%]の強度成分が反射光Rとして反射し、約5[%]の強度成分が透過光Tとして透過する。そして、透過光Tは、コリメート光として伝搬し、半球面レンズ13を介して受光素子3の受光面3aに入射する。一方、反射鏡11によって反射された反射光Rの常光線O及び異常光線Eは、半波長板7によって回転される偏波方向の角度−45°と、磁化ガーネット結晶板10によって回転される偏波方向の角度45°とが相殺され、常光線O及び異常光線Eの偏波方向の回転角度の総和は0°となるので、ルチル板5を通過後に互いの光軸は一致せず、入出力光ファイバ15の光軸とも一致しない。従って、入出力光ファイバ16から逆方向に入射される光信号Aは、入出力光ファイバ15から順方向に光信号Aが入射される場合と同様、受光素子3で検出される透過光Tに基づいて常時観測されるが、上記のように反射光Rはアイソレートされるため、逆方向の出力光信号として入出力光ファイバ15の一端15aから外部の光信号路へ伝送されることはない。
Similarly, when the optical signal A is incident in the opposite direction from the one
このような本実施形態によるインライン型ハイブリッド光デバイス1によれば、上述したように、反射鏡11で反射する反射光Rの光軸または反射鏡11を透過する透過光Tの光軸と受光素子3の光軸とが一致またはほぼ一致することで、反射型光アイソレータ2と受光素子3とがコリメート光により光結合する。このため、反射鏡11を透過して反射型光アイソレータ2から半球面レンズ13を介して受光素子3の受光面3aへ入射される透過光Tのモードフィールドがほぼ平行光となり、かつモードフィールド径が大きなものとなる。この結果、反射型光アイソレータ2と受光素子3との間における3軸(XYZ軸)方向の相対位置合わせの誤差の許容度が向上する。従って、受光素子3の光軸の反射鏡11に対する角度合わせを正確に行なって反射型光アイソレータ2と受光素子3とをアイソレータ用筐体20および受光素子用筐体30を介して互いに固定するだけで、反射型光アイソレータ2と受光素子3との間の光結合を確実かつ容易に行なうことができるようになり、非特許文献1や特許文献3に開示される従来のもののように、モニタPD用の第2のロッドレンズまたは受光素子用の第4のロッドレンズを予め光アイソレータ部と一体化させておき、第2のロッドレンズまたは第4のロッドレンズと一体化された光アイソレータ部とこれらのロッドレンズを備えていないモニタPDまたは受光素子とを光結合系で位置合わせするといった必要はなくなる。この結果、パッケージ構造が比較的に簡易化されると共に、光学特性が安定し、製造原価を抑制できるインライン型ハイブリッド光デバイス1が提供される。
According to the in-line type hybrid
また、本実施形態では、反射鏡11が入出力光ファイバ15,16から入射した光信号の強度を透過させるハーフミラー11bからなり、光能動素子が受光素子3からなるので、受光素子3の光受光面3aの面積を大きくすることができ、受光素子3の光軸の反射鏡11に対する角度合わせは、相対位置合わせの誤差の許容度が他の光能動素子に比べて比較的大きくなる。このため、反射型光アイソレータ2と受光素子3との相対位置合わせは、他の光能動素子に比べて、さらに、確実かつ容易に行なうことができる。
In the present embodiment, the reflecting
また、本実施形態では、ハーフミラー11bは、入出力光ファイバ15の一端15aから入射する光信号Aの進行方向に対して傾斜するガラス板11aの端面に設けられているため、このハーフミラー11bで多重反射する光により、反射型光アイソレータ2内の光学的特性に影響が生じてしまうことが防止されるようになる。
In the present embodiment, the
なお、上記実施形態においては、受光素子3の受光面3aに設ける集光手段として半球面レンズ13を用いた場合を説明したが、反射型光アイソレータ2と受光素子3とがコリメート光により光結合される構成であれば、受光素子3の集光手段に用いるレンズは、適宜変更可能である。例えば、半球面レンズ13の代わりに、他の球面レンズや、非球面レンズまたは溶融レンズなどの種々のレンズを受光素子3の集光手段として用いることができる。
In the above embodiment, the case where the
また、上記実施形態においては、受光素子3としてPINフォトダイオードを用いた場合を説明したが、受光素子3として用いる素子は、適宜変更可能である。
In the above embodiment, a PIN photodiode is used as the
また、上記実施形態においては、反射鏡11が、断面が楔型に形成されたガラス板11aからなり、ハーフミラー11bにおける反射率および透過率がそれぞれ約95[%],約5[%]に設定されている場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。反射鏡11の断面形状やその光学材料、反射部材の材料などは適宜変更可能である。このように反射手段の特性を異ならせることで、反射率や透過率、多重反射の防止効果などを適宜調整することができる。
Moreover, in the said embodiment, the
また、上記実施形態においては、反射手段として、入射した光信号の強度を透過させるハーフミラー11bからなる反射鏡11を用いると共に、光能動素子として受光素子3を用いた場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。反射手段が、特定の波長領域の光信号を透過させる波長選択フィルタからなり、光能動素子が、受光素子または発光素子の中の少なくとも1つ以上の素子で構成されると共に、波長選択フィルタと対峙する側に、波長選択フィルタを透過する光または光能動素子から反射手段へ出射される光の集光状態を変換する集光手段を備えた構成とすることも可能である。
In the above embodiment, the case where the reflecting
この構成においても、波長選択フィルタを透過して反射型光アイソレータ2から光能動素子へ出射される光、または、光能動素子から反射型光アイソレータ2へ出射される光は、コリメート光として伝搬し、反射型光アイソレータ2と光能動素子とが集光手段を介してこのコリメート光により光結合するので、上記実施形態と同様、反射型光アイソレータ2と光能動素子との間の相対位置合わせを容易に行なうことができると共に、製造コストを抑え、光学的特性の安定したインライン型ハイブリッド光デバイスを提供することができるようになる。
Also in this configuration, the light that passes through the wavelength selection filter and is emitted from the reflective
さらに、この構成によれば、反射型光アイソレータ2が、受光素子または発光素子などの素子で構成される光能動素子と光結合し、特定の波長領域の光信号について、光能動素子が持つ種々の機能により、反射型光アイソレータ2でアイソレートされる光信号に付加価値を付けたり、アイソレートされる光信号の一部を利用することができる。
Further, according to this configuration, the reflection type
例えば、波長1480[nm]近傍の光信号、例えば、1480±10〜20[nm]の波長領域の光信号を透過させると共に、上記実施形態における波長1.55[μm]の光信号Aのような、これよりも長波長側の光信号を反射させる波長選択フィルタを反射手段として用いると共に、励起用半導体レーザ光源といった発光素子を光能動素子として用いることで、インライン型ハイブリッド光デバイスは光ファイバ増幅器用のデバイスとして機能する。この場合、励起用半導体レーザ光源から出射されて、反射手段で反射する反射光Rと共に反射型光アイソレータ2へ出射される光のモードフィールドがほぼ平行光となり、かつモードフィールド径が大きなものとなる。この結果、反射型光アイソレータ2および励起用半導体レーザ間の組立作業時における相対位置合わせが容易で、製造コストの低い、光学的特性の安定したハイブリッド光デバイスが実現されることになる。
For example, an optical signal in the vicinity of a wavelength of 1480 [nm], for example, an optical signal in a wavelength region of 1480 ± 10 to 20 [nm] is transmitted, and the optical signal A having a wavelength of 1.55 [μm] in the above embodiment is used. The in-line type hybrid optical device is an optical fiber amplifier by using a wavelength selection filter that reflects an optical signal longer than this as a reflection means and using a light emitting element such as a pumping semiconductor laser light source as an optical active element. It functions as a device for use. In this case, the mode field of the light emitted from the pumping semiconductor laser light source and emitted to the reflective
1…インライン型ハイブリッド光デバイス
2…反射型光アイソレータ
3…受光素子
3a…受光面
4…2心フェルール
5…ルチル板
5c…結晶光学軸
5d…空間変位
6…石英ガラス板
7…半波長板
8…集束性ロッドレンズ
8c…集束中心光軸
9…スペーサ
10…磁化ガーネット結晶板
11…反射鏡
11a…ガラス板
11b…ハーフミラー
13…半球面レンズ
15,16…入出力光ファイバ
20…アイソレータ用筐体
21…光アイソレータ部保持部
22…光アイソレータ部筐体
23…エンドキャップ
30…受光素子用筐体
A…光信号
E…異常光線
O…常光線
R…反射光
T…透過光
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記反射手段の光透過側に配置される光能動素子と、
を備えて構成されるインライン型ハイブリッド光デバイスであって、
前記光能動素子は、前記反射手段と対峙する側に前記反射手段を透過する光または前記反射手段へ出射される光の集光状態を変換する集光手段を備え、
前記反射型光アイソレータ部と前記光能動素子とは、前記反射手段で反射する光の光軸または前記反射手段を透過する光の光軸と前記集光手段を介する前記光能動素子の光軸とが一致またはほぼ一致して、前記反射型光アイソレータ部と前記光能動素子とがコリメート光により光結合するように互いに固定されていることを特徴とするインライン型ハイブリッド光デバイス。 An inline type having an optical signal input terminal and an output terminal at one end and reflecting means for reflecting an optical signal incident from the input terminal to the output terminal side and transmitting a part of the incident optical signal at the other end A reflective optical isolator portion of
An optical active element disposed on the light transmitting side of the reflecting means;
An in-line hybrid optical device configured with
The optical active element includes a condensing unit that converts a condensing state of light transmitted through the reflecting unit or light emitted to the reflecting unit on a side facing the reflecting unit,
The reflection type optical isolator section and the optical active element include an optical axis of light reflected by the reflection means or an optical axis of light transmitted through the reflection means, and an optical axis of the optical active element via the condensing means. Are matched or substantially matched, and the reflective optical isolator section and the optical active element are fixed to each other so as to be optically coupled by collimated light.
前記光能動素子は受光素子からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインライン型ハイブリッド光デバイス。 The reflecting means comprises a half mirror that transmits the intensity of the optical signal incident from the input terminal,
The inline hybrid optical device according to claim 1, wherein the optical active element is a light receiving element.
前記光能動素子は、受光素子または発光素子の中の少なくとも1つ以上の素子で構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインライン型ハイブリッド光デバイス。 The reflecting means comprises a wavelength selection filter that transmits an optical signal in a specific wavelength region,
The inline hybrid optical device according to claim 1, wherein the optical active element includes at least one element among a light receiving element or a light emitting element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006171220A JP2008003211A (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | In-line type hybrid optical device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006171220A JP2008003211A (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | In-line type hybrid optical device |
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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- 2006-06-21 JP JP2006171220A patent/JP2008003211A/en active Pending
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