JP2008052144A - Heat lens reciprocal optical path switching device and optical path switching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信、光情報処理などの光エレクトロニクスおよびフォトニクスの分野において有用な、熱レンズ形成素子を用いる光路切替装置および光路切替方法に関するものである。 The present invention relates to an optical path switching device and an optical path switching method using a thermal lens forming element, which are useful in the fields of optoelectronics and photonics such as optical communication and optical information processing.
本発明者らは、全く新しい原理に基づく光路切替方法および装置として、熱レンズ形成素子中の光吸収層に、光吸収層が吸収する波長帯域の制御光、および、光吸収層が吸収しない波長帯域の信号光を各々収束させて照射し、制御光が照射されない場合は信号光が鏡の穴を通して直進するようにし、一方、制御光が照射され場合は、信号光の進行方向に対して傾けて設けた穴付ミラーを用いて反射することによって光路を変更させる方法およびそのための装置を発明した(特許文献1参照)。この発明以前の背景技術については、特許文献1に詳しく記載されている。
As an optical path switching method and apparatus based on a completely new principle, the inventors of the present invention have incorporated into the light absorption layer in the thermal lens forming element, the control light in the wavelength band that the light absorption layer absorbs, and the wavelength that the light absorption layer does not absorb When the control light is not irradiated, the signal light travels straight through the hole of the mirror. On the other hand, when the control light is irradiated, it is tilted with respect to the traveling direction of the signal light. Invented a method of changing the optical path by reflecting using a mirror with a hole provided and a device therefor (see Patent Document 1). The background art prior to the present invention is described in detail in
本発明者らは、また、熱レンズ形成素子および穴付ミラーを複数組み合わせて用いる光制御式光路切替型光信号伝送装置および光信号光路切替方法を開示した(特許文献2参照)。 The present inventors have also disclosed an optical control type optical path switching type optical signal transmission device and optical signal optical path switching method using a combination of a plurality of thermal lens forming elements and mirrors with holes (see Patent Document 2).
特許文献1に記載の発明は、電気回路や機械的可動部分を用いずに、耐久性の高い、偏波依存性のない、光路切替の角度および方向を自由に設定可能な、信号光の光強度減衰が少なく多重連結使用が可能で、充分実用的な応答速度の光路切替装置および光路切替方法を提供している。しかるに、熱レンズ効果によってビーム断面の形状が「ドーナツ形」に変換された信号光を、単純なレンズ光学系でシングルモード光ファイバー中へ結合させようとすると、結合効率を高めにくいという制約が生ずる。
The invention described in
一方、特許文献2に記載のように、熱レンズ形成素子を用いる光路切替装置の基本ユニットを2段、組み合わせ、ドーナツ断面の信号光を第2の熱レンズ形成素子を通過させることによって、ビーム断面のエネルギー分布を、概ねガウス分布に変換することは可能である。しかしながら、その場合、装置の光学系が複雑になり、調整に多くの時間を要する、第2の熱レンズ形成のために制御光光源を追加する必要がある、などの課題が残る。
On the other hand, as described in
本発明は、熱レンズ効果によってビーム断面の形状が「ドーナツ形」に変換された信号光を、できる限り簡潔な光学系によって、ビーム断面のエネルギー分布を概ねガウス分布に変換すること、および、シングルモード光ファイバーへの結合効率を高めること、を目的とする。 According to the present invention, the signal light whose shape of the beam cross section is converted into the “doughnut shape” by the thermal lens effect is converted into an approximately Gaussian distribution of the energy of the beam cross section by an optical system as simple as possible. The purpose is to increase the coupling efficiency to the mode optical fiber.
本発明の光路切替装置は、以下の特徴を有する。 The optical path switching device of the present invention has the following features.
(1)少なくとも制御光が焦点を結ぶように配置された光吸収層と、
少なくとも前記光吸収層に、前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれる波長の制御光と、前記光吸収層が吸収しない波長帯域から選ばれる波長の信号光とを各々収束させて照射する手段と、
前記光吸収層を含み、前記光吸収層が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に形成される屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、制御光が照射されず熱レンズが形成されない場合は前記収束された信号光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は前記収束された信号光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、前記制御光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、
通常の開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する前記信号光を受光レンズによって前記通常の開き角度を変更させコリメートした後、通過させる穴を設けたミラーであって、通常よりも大きい開き角度で前記熱レンズ形成素子から拡がりながら出射する前記信号光について前記受光レンズによって前記通常よりも大きい開き角度を変更させコリメートした後、正反射させる穴付きミラーと、
前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴付きミラーによって正反射されて逆方向に進む信号光とを分離する手段と、
を備える。
(1) a light absorption layer arranged so that at least the control light is focused;
Means for converging and irradiating at least the light absorption layer with control light having a wavelength selected from a wavelength band absorbed by the light absorption layer and signal light having a wavelength selected from a wavelength band not absorbed by the light absorption layer When,
By using a thermal lens that includes the light absorption layer and is based on a refractive index distribution that is reversibly formed due to a temperature rise that occurs in the region where the control light has absorbed the control light and the surrounding region. When the control lens is not irradiated and a thermal lens is not formed, the converged signal light is emitted at a normal opening angle, and when the control lens is irradiated and a thermal lens is formed, the converged signal is emitted. A thermal lens forming element that realizes a state in which light is emitted at an opening angle larger than a normal opening angle in correspondence with the presence or absence of irradiation of the control light;
A mirror provided with a hole through which the signal light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle is collimated by changing the normal opening angle by a light receiving lens, and has a larger opening angle than usual. A mirror with a hole that makes regular reflection after changing and collimating the signal light emitted from the thermal lens forming element while spreading from the light receiving lens with a larger opening angle than the normal.
Means for separating the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction after being regularly reflected by the holed mirror;
Is provided.
(2)前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴付きミラーによって正反射されて逆方向に進む信号光とを分離する手段として、さらに、
前記受光レンズと前記穴付きミラーの間に設けられた、通常の開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する前記信号光について受光レンズによって前記通常の開き角度を変更させコリメートした後、通過させる穴を設けた1/4波長板と、
前記1/4波長板を通過したのち前記穴付きミラーで正反射され、再度前記穴付1/4波長板を通過することによって偏光面が90度回転した信号光を選択して反射させるために、設けられた偏光ビームスプリッターとを有する。
(2) As means for separating the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction after being regularly reflected by the holed mirror,
A hole provided between the light receiving lens and the mirror with a hole, through which the signal light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle is collimated by changing the normal opening angle by the light receiving lens. A quarter wave plate provided with
In order to selectively reflect the signal light whose polarization plane is rotated 90 degrees by passing through the quarter-wave plate and then being regularly reflected by the mirror with the hole, and passing through the quarter-wave plate with the hole again. And a polarizing beam splitter provided.
(3)前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴付きミラーで正反射されて逆方向に進む信号光とを分離する手段は、光サーキュレーターである。 (3) The means for separating the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction after being regularly reflected by the holed mirror is an optical circulator.
本発明の光路切替方法は、また、以下の特徴を有する。 The optical path switching method of the present invention also has the following characteristics.
(4)少なくとも光吸収層を含む熱レンズ形成素子中の光吸収層に、前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれる波長の制御光と、前記光吸収層が吸収しない波長帯域から選ばれる波長の信号光とを各々収束させて照射し、少なくとも前記制御光が前記光吸収層内において焦点を結ぶように前記光吸収層の配置を調整し、前記光吸収層が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、制御光が照射されず熱レンズが形成されない場合は前記収束された信号光が通常の開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は前記収束された信号光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する状態とを、前記制御光の照射の有無に対応させて実現させ、
制御光が照射されず熱レンズが形成されない場合は、通常の開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する前記信号光を受光レンズによって前記通常の開き角度を変更させコリメートした後、前記信号光が通過する穴を設けた穴付きミラーの穴を通して直進させ、
一方、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は、通常よりも大きい開き角度で前記熱レンズ形成素子から拡がりながら出射する前記信号光を受光レンズによって前記拡がりの開き角度を変更させコリメートした後、前記穴付きミラーの反射面を用いて正反射させ、
更に、前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴付きミラーで正反射されて逆方向に進む信号光とを分離することによって光路を変更させる。
(4) The light absorbing layer in the thermal lens forming element including at least the light absorbing layer is selected from the control light having a wavelength selected from the wavelength band absorbed by the light absorbing layer and the wavelength band not absorbed by the light absorbing layer. The signal light of the wavelength is converged and irradiated, and the arrangement of the light absorption layer is adjusted so that at least the control light is focused in the light absorption layer, and the light absorption layer absorbs the control light When a thermal lens is used that is not irradiated with control light and a thermal lens is formed by using a thermal lens based on a refractive index distribution that occurs reversibly due to a temperature rise that occurs in the region and its surrounding region, the converged signal light Is emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle, and when a control lens is irradiated to form a thermal lens, the converged signal light has a front opening angle larger than the normal opening angle. And a state of emitting the thermal lens forming device, is realized in correspondence to the presence or absence of irradiation of the control light,
When the control light is not irradiated and a thermal lens is not formed, the signal light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle is collimated by changing the normal opening angle by a light receiving lens, and then the signal light is Go straight through the hole in the mirror with a hole that has a hole to pass through,
On the other hand, when a thermal lens is formed by irradiation with control light, the signal light emitted while spreading from the thermal lens forming element with a larger opening angle than usual is changed by the light receiving lens to change the opening angle of the spreading. After that, regular reflection using the reflective surface of the mirror with a hole,
Further, the optical path is changed by separating the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction after being regularly reflected by the holed mirror.
(5)前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴を設けた鏡で正反射されて逆方向に進む信号光とを分離するにあたり、前記穴付きミラーで正反射されて逆方向に進む信号光を1/4波長板を用いて偏光面を90度回転させ、偏光面が90度回転した信号光を偏光ビームスプリッターを用いて取り出す。 (5) When separating the signal light that travels in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light that is specularly reflected by the mirror provided with the hole and proceeds in the reverse direction, it is specularly reflected by the mirror with the hole. Then, the signal light traveling in the reverse direction is rotated by 90 degrees using the quarter wavelength plate, and the signal light having the polarization plane rotated by 90 degrees is taken out by using the polarization beam splitter.
(6)前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴付ミラーで正反射されて逆方向に進む信号光とを分離するにあたり、光サーキュレーターを用いて取り出す。 (6) In order to separate the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction after being regularly reflected by the mirror with holes, it is extracted using an optical circulator.
本発明の装置および方法によって、熱レンズ効果によってビーム断面の形状が「ドーナツ形」に変換された信号光を、簡潔な光学系によって、ビーム断面のエネルギー分布を概ねガウス分布に変換すること、および、シングルモード光ファイバーへの結合効率を高めること、ができる。 By the apparatus and method of the present invention, the signal light whose beam cross-sectional shape has been converted to a “doughnut shape” by the thermal lens effect is converted into a substantially Gaussian distribution by the simple optical system, and The coupling efficiency to a single mode optical fiber can be increased.
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施形態にかかる概略構成例である。本発明の第1の実施の形態は、図1に概要を例示するように入射信号光の光ファイバー100と、信号光をほぼ平行光にするコリメートレンズ30と、入射制御光の光ファイバー200と、入射信号光は透過するが光路切替され戻ってきた信号光は反射する偏光ビームスプリッター20と、制御光をほぼ平行光にするコリメートレンズ31と、制御光を反射させるミラー41と、信号光と制御光とを合わせるダイクロイックミラー40と、熱レンズ形成素子10と、信号光1と制御光2とを熱レンズ形成素子10の光吸収層15に集光する集光手段である集光レンズ50と、熱レンズ形成素子10を透過した光をほぼ平行光にする受光レンズ60と、制御光が照射されリング状に拡がり光路が切替された信号光6を円偏光にする穴付1/4波長板70と、制御光が照射されリング状に拡がり光路が切替された信号光6を反射する穴付ミラー80と、直進信号光の光ファイバー111と、制御光が照射されない場合に直進する信号光5を集光し、収束光101として直進信号光の光ファイバー111に結合させる集光レンズ90と、光路切替された信号光の光ファイバー112と、制御光が照射されリング状に拡がり光路が切替された穴付ミラー80で反射され、受光レンズ60、熱レンズ形成素子10、集光レンズ50、ダイクロイックミラー40を経て、偏向ビームスプリッター20により反射されてきた信号光を集光し、収束光102として光路切替された信号光の光ファイバー112に集光する集光レンズ91とを有する。光学系配置の必要に応じて、例えば図1に示すように、穴付きミラー80により反射された信号光を光ファイバー112に導くため、偏光ビームスプリッター20から出射する信号光を反射するミラー42を光路上に設けても良く、図1に記載したミラー41を設けずに、制御光2を直接、ダイクロイックミラー40に入射させても良い。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration example according to the first embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the first embodiment of the present invention includes an
図1において、入射信号光の光ファイバー100は偏波面保存光ファイバーを用いた。信号光1の光源としては発振波長780nmのレーザーダイオードを用い、波長780nmを伝送可能な信号光の光ファイバー100を通して入射させた。また、制御光2の光源としては発振波長660nmのレーザーダイオードを用い、波長660nmを伝送可能な入射制御光の光ファイバー200を通して入射させた。コリメートレンズ30と31には、焦点距離8mmの非球面レンズを用いた。偏光ビームスプリッター20においては、非偏光状態の入射信号光1は透過し、一方、光路切替され逆行してくる、偏光面が90度回転した信号光7は反射する様にした。ダイクロイックミラー40は、780nmの信号光1および7は透過するが660nmの制御光2は反射する様にした。言うまでもなく、信号光と制御光の位置を逆にし、780nmの信号光は反射し、660nmの制御光は透過するようにしても良い。
In FIG. 1, a polarization-preserving optical fiber is used as the
制御光1と信号光2は、焦点距離8mmの集光レンズ50により熱レンズ形成素子10の光吸収層の入射面またはその近辺で同一のところに集光する様にした。
The
熱レンズ形成素子10としては、直径10mm厚さ1mmの石英ガラスの丸板に直径10mm内径8mmのリング状石英ガラスを溶融・接着したものを精密研磨して、厚さ100μmの液膜を保持できるように加工したものへ、後述の色素溶液を入れ、もう1枚の直径10mm厚さ1mmの石英ガラスを紫外線硬化樹脂で接着したものを用いた。
The thermal
熱レンズ形成素子10の光吸収層15としては、フタロシアニン系色素、銅(II)2,9,16,23−テトラ−tert−ブチル−29H,31H−フタロシアニン(Copper(II)2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-phthalocyanine)を色素濃度0.5重量%で1,2-ジクロロベンゼン中に溶解したものを用いた。光吸収層15の吸光度スペクトルを図5に示す。
The
制御光2が照射されない場合は、信号光1は熱レンズ形成素子10をそのまま通過し、受光レンズ60と集光レンズ90とで、直進信号光の光ファイバー111に結合される。制御光2が照射されない場合の信号光5は、穴付1/4波長板70および穴付ミラー80の各々に設けられた穴を通過して前記集光レンズ90に入射する。受光レンズ60は焦点距離8mmの非球面レンズを、集光レンズ90は焦点距離13mmの非球面レンズを用いた。穴付1/4波長板70と穴付ミラー80の穴径は、制御光が照射されない場合の信号光が殆ど蹴られることなく通過するよう、制御光2が照射されない状態で受光レンズ60を通過する信号光のビーム径に対し、10ないし20%大きくなるよう調整した。
When the
制御光2が照射されると、信号光6はリング状に拡がり、穴付1/4波長板70を通過し円偏光となり、穴付ミラー80で反射し、再び穴付1/4波長板70を通過し偏光面が90度回転した直線偏光となる。そして、受光レンズ60、熱レンズ形成素子10、集光レンズ50を入射の時と逆にたどり、逆行信号光7として偏光ビームスプリッター20で反射され、ミラー42で方向を変えた後、集光レンズ91で光路切替された信号光の光ファイバー112に集光する。集光レンズ91も焦点距離13mmの非球面レンズを用いた。穴付ミラー80で反射した光は入射光が進んできたところを逆にたどれるように、受光レンズ60の立体配置および穴付ミラー80の角度を精密に調整をした。受光レンズでの位置および穴付ミラー80の角度調整を正確に行うと、リング状に拡がった信号光は、再び元の入射とほぼ同じ円ビームに戻り、光路切替された信号光の光ファイバー112への入射効率が高くなった。ビームプロファイラーを用いて、光路切替された信号光の光ファイバー112へ入射する信号光のビーム断面エネルギー分布を測定したところ、概ねガウス分布に戻っていることが確認された。
When the
表1に測定データを示す。No.1は、制御光を入射せず、直進する信号光5を直進信号光の光ファイバー111に収束入射させた場合である。No.2は、比較例1として、制御光を入射させリング形状のビームにした後、図1の穴付1/4波長板70と穴付ミラー80を取り除き、直進信号光の光ファイバー111に入射させた場合である。詳細は後に述べる。No.3は、本実施形態のようにし、光路切替された信号光の光ファイバー112へ入射させた場合である。なお、直進信号光の光ファイバー111および光路切替された信号光の光ファイバー112は、コアー径約6μmのシングルモード石英ファイバーである。
Table 1 shows the measurement data. No.
(第2の実施の形態)
図2は本発明の第2の実施形態にかかる光路切替装置の概略構成例である。本発明の第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同じ光学部材については、同一の番号を付けた。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic configuration example of an optical path switching apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment of the present invention, the same optical members as those in the first embodiment are given the same numbers.
図2において、図1と異なるところは、偏光ビームスプリッター20、集光レンズ91、および、1/4波長板70を用いず、代わりに、光サーキュレーター300を用いることである。
2 is different from FIG. 1 in that the
一般的には、光を一方向のみ通すデバイス「光アイソレータ」としては、偏光を利用したものが使われている。ここで、光アイソレータを3個以上リング状に接続すると、一方の回転方向には透過するが逆方向には透過しないようにすることができる。これを「光サーキュレーター」と呼ぶ。 In general, as a device “optical isolator” that allows light to pass only in one direction, a device using polarized light is used. Here, when three or more optical isolators are connected in a ring shape, the light can be transmitted in one rotational direction but not transmitted in the reverse direction. This is called “optical circulator”.
図2において、入射信号光の光ファイバー100はコアー径約9.5μmシングルモード石英ファイバーを用いた。
In FIG. 2, an
信号光の光源としては発振波長1550nmのレーザーダイオードを用い、これを信号光の光ファイバー100から入射させ、一方、制御光の光源としては発振波長980nmのレーザーダイオードを用い、これを入射制御光の光ファイバー200から入射させた。コリメートレンズ30と31には、焦点距離8mmの非球面レンズを用いた。ダイクロイックミラー40は、1550nmの信号光は透過するが980nmの制御光は反射する様にした。言うまでもなく、信号光と制御光の位置を逆にし、1550nmの信号光は反射し980nmの制御光は透過するようにしても良い。
A laser diode with an oscillation wavelength of 1550 nm is used as the light source for signal light, and this is made incident from the
制御光1と信号光2は、焦点距離8mmの集光レンズ50により熱レンズ形成素子10の光吸収層の入射面またはその近辺で同一のところに集光する様にした。熱レンズ形成素子10の光吸収層15としては、赤外線吸収シアニン色素の8-[2-Chloro-3-(2,4-diphenyl-6,7-dihydro-5H-chromone-8-ylmethylene)-cyclohex-1-enylmethylene]-2,4-diphenyl-5,6,7,8-tetorahydro-chromenylium perchlorateを1,2-ジクロロベンゼンに0.2重量%で溶解させたものを、セルギャップ500μmの石英セルに充填して用いた。
The
制御光が照射されない場合は、信号光5は熱レンズ形成素子10をそのまま通過し、受光レンズ60と集光レンズ90とで、直進信号光の光ファイバー111に集光する。制御光が照射されない場合の信号光5は、穴付ミラー80の穴を通過する。受光レンズ60は焦点距離8mmの非球面レンズを、集光レンズ90は焦点距離13mmの非球面レンズを用いた。穴付ミラー80の穴径は、4mmφにした。
When the control light is not irradiated, the
制御光が照射されると、信号光6はリング状に拡がり、穴付ミラー80で反射し、そして、受光レンズ60、熱レンズ形成素子10、集光レンズ50を入射の時と逆にたどり、逆行信号光7として光サーキュレーター300に入射し、最終的に光路切替された信号光の光ファイバー112に入射する。穴付ミラー80で反射した光は入射光が進んできたところを逆にたどれるように、受光レンズ60の位置および穴付ミラー80の角度調整をした。受光レンズ60の位置および穴付ミラー80の角度調整を正確に行うと、リング状に拡がった信号光は、再び元の入射とほぼ同じ円ビームに戻り、光サーキュレーター300で光路切替された信号光の光ファイバー112への入射効率は、上記第1の実施形態の場合と同等に高くなった。
When the control light is irradiated, the
(比較例1)
特許文献1に記載の穴付ミラー400を用いる光路切替装置の概略構成図を図3に示す。なお、上記第1,第2の実施の形態で説明した構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
(Comparative Example 1)
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of an optical path switching device using the
図3に概要を例示するように入射信号光の光ファイバー100と、信号光をほぼ平行光にするコリメートレンズ30と、入射制御光の光ファイバー200と、制御光をほぼ平行光にするコリメートレンズ31と、制御光を反射させるミラー41と、信号光と制御光とを合わせるダイクロイックミラー40と、信号光1と制御光2とを熱レンズ形成素子10の光吸収層15に集光する集光手段である集光レンズ50と、熱レンズ形成素子10と、熱レンズ形成素子10を透過した光をほぼ平行光にする受光レンズ60と、制御光が照射されリング状に拡がり光路が切替された信号光6を反射する穴付ミラー400と、直進信号光の光ファイバー111と、制御光が照射されない場合に直進する信号光5を集光し、収束光101として直進信号光の光ファイバー111に結合させる集光レンズ90と、光路切替された信号光の光ファイバー112と、制御光が照射されリング状に拡がり、光路が切替された穴付ミラー400で反射してきた信号光を集光させる集光レンズ91と、集光レンズ91により集光され収束光102が入射される信号光の光ファイバー112と、を有する。
As schematically illustrated in FIG. 3, an
図3において、信号光1の光源としては発振波長780nmのレーザーダイオードを用い、波長780nmを伝送可能な信号光の光ファイバー100を通して入射させた。たま、制御光2の光源としては発振波長660nmのレーザーダイオードを用い、波長660nmを伝送可能な入射制御光の光ファイバー200を通して入射させた。コリメートレンズ30と31には、焦点距離8mmの非球面レンズを用いた。ダイクロイックミラー40は、780nmの信号光1および7は透過するが660nmの制御光2は反射する様にした。
In FIG. 3, a laser diode having an oscillation wavelength of 780 nm is used as the light source of the
制御光1と信号光2は、焦点距離8mmの集光レンズ50により熱レンズ形成素子10の光吸収層の入射面またはその近辺で同一のところに集光する様にした。
The
熱レンズ形成素子10および光吸収層15としては、第1の実施の形態に記載したものと同じものを用いた。
As the thermal
制御光2が照射されない場合は、信号光1は熱レンズ形成素子10をそのまま通過し、受光レンズ60と集光レンズ90とで、直進信号光の光ファイバー111に結合される。制御光2が照射されない場合の信号光5は、穴付ミラー400に設けられた穴401を通過し、更に制御光の漏れ光を反射させるダイクロイックミラー48を透過して前記集光レンズ90に入射する。受光レンズ60は焦点距離8mmの非球面レンズを、集光レンズ90は焦点距離13mmの非球面レンズを用いた。穴付ミラー400の穴401の径は、制御光が照射されない場合の信号光が殆ど蹴られることなく通過するよう、制御光2が照射されない状態で受光レンズ60を通過する信号光のビーム径に対し、10ないし20%大きくなるよう調整した。
When the
制御光2が照射されると、信号光6はリング状に拡がり、受光レンズ60にてコリメートされた後、光学系配置の必要上設けられるミラー46で方向を変えた後、集光レンズ91にて集光され、光路切替された信号光の光ファイバー112に結合される。集光レンズ91も焦点距離13mmの非球面レンズを用いた。
When the
本比較例の場合の光ファイバー結合効率の実験結果は、表1.No.2に示すように、第1,第2の実施形態に比べ、著しく劣るものであった。 The experimental results of the optical fiber coupling efficiency in this comparative example are shown in Table 1. No. As shown in FIG. 2, it was significantly inferior to the first and second embodiments.
(比較例2)
比較例2の光路切替装置の概略構成を図4に示す。なお、上記第1,第2の実施の形態及び比較例1にて、説明した構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
(Comparative Example 2)
A schematic configuration of the optical path switching device of Comparative Example 2 is shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure demonstrated in the said 1st, 2nd embodiment and the comparative example 1, and the description is abbreviate | omitted.
比較例1において、リング状に広がった信号光に、ダイクロイックミラー45を用いて、第2の制御光の光ファイバーから出射した波長660nmのレーザー光をコリメートレンズ32によってコリメートした制御光を重ね合わせ、第2の集光レンズ51にて集光し、第2の熱レンズ形成素子11の光吸収層16の信号光出射面またはその近傍へ収束入射光8および9として入射させた。なお、第2の熱レンズ形成素子11および光吸収層16としては、第1の実施の形態にて説明した熱レンズ形成素子10および光吸収層15と同じものを用いた。
In the first comparative example, the control light obtained by collimating the laser light having a wavelength of 660 nm emitted from the optical fiber of the second control light with the collimating
第2の制御光によって光吸収層16内部に形成される熱レンズによって、信号光ビームは概ねガウス分布に変換され、受光レンズ61および集光レンズ91を経由して光路切替された信号光102として光路切替された信号光の光ファイバー112へ収束入射させられる際の光ファイバー結合効率は、本発明の第1の実施形態の場合と、ほぼ同等であった。
The signal light beam is converted into a Gaussian distribution by the thermal lens formed inside the light absorption layer 16 by the second control light, and the
同等の性能を示す比較例2に比較して、本発明の第1の実施形態には、以下に列挙するようなメリットがある。すなわち、
(i)第2の制御光にかかる光学部品一式(光源、光ファイバー220、コリメートレンズ32、ミラー47)が不要となる。
(ii)第2の熱レンズにかかる光学部品一式(集光レンズ51、熱レンズ形成素子11、受光レンズ61)が不要となる。
(iii)上記の光学部品を精密に調整する必要がない。
Compared to Comparative Example 2 that shows equivalent performance, the first embodiment of the present invention has the following merits. That is,
(I) A set of optical components (light source,
(Ii) A set of optical components (the condensing
(Iii) It is not necessary to precisely adjust the above optical components.
本発明の光路切替装置および光路切替方法は、例えば、企業のオフィス、工場、病院、一般家庭などにおいて、高精細画像データおよび高精細動画データなどの大容量デジタル情報を、サーバーから複数のクライアントの特定の1箇所を選択し、光路を切り替えて高速に配信するシステムにおいて好適に使用される。 The optical path switching device and the optical path switching method of the present invention can be used to transfer large-capacity digital information such as high-definition image data and high-definition video data from a server to a plurality of clients in a corporate office, factory, hospital, general home, and the like. It is suitably used in a system that selects a specific location and switches the optical path to deliver at high speed.
1 信号光、2,3 制御光、4 収束入射する制御光および信号光、5 直進出射信号光、6 リング状に拡がる出射信号光、7 光路切替された逆行信号光、8 収束入射するリング状出射信号光、9 収束入射する第2の制御光、10,11 熱レンズ形成素子、15,16 光吸収層、20 偏光ビームスプリッター、30,31,32 コリメートレンズ、40 ダイクロイックミラー、41,42,43 ミラー、45 ダイクロイックミラー、46,47 ミラー、48 ダイクロイックミラー、50,51 集光レンズ、60,61 受光レンズ、70 穴付1/4波長板、80 穴付ミラー、90,91 集光レンズ、100 入射信号光の光ファイバー、101 直進信号光、102 光路切替された信号光、107 直進および逆行信号光の光ファイバー、112 直進信号光の光ファイバー、111 光路切替された信号光の光ファイバー、200 入射制御光の光ファイバー、220 第2の制御光の光ファイバー、300 光サーキュレーター、400 信号光進行方向に対し傾けて設けられた穴付ミラー、401 信号光進行方向に対し傾けて設けられた穴付ミラー400の穴。
1 signal light, 2, 3 control light, 4 convergent incident control light and signal light, 5 rectilinear outgoing signal light, 6 outgoing signal light that spreads in a ring shape, 7 reverse signal light whose optical path has been switched, and 8 in a convergent incident ring shape Output signal light, 9 Convergent incident second control light, 10, 11 Thermal lens forming element, 15, 16 Light absorption layer, 20 Polarizing beam splitter, 30, 31, 32 Collimator lens, 40 Dichroic mirror, 41, 42, 43 mirror, 45 dichroic mirror, 46, 47 mirror, 48 dichroic mirror, 50, 51 condenser lens, 60, 61 light receiving lens, 70 quarter-wave plate with hole, 80 mirror with hole, 90, 91 condenser lens, 100 optical fiber for incident signal light, 101 straight signal light, 102 signal light whose optical path has been switched, 107 straight and reverse signal Optical fiber, 112 Straight signal light optical fiber, 111 Optical path switched optical fiber, 200 Incident control light optical fiber, 220 Second control light optical fiber, 300 Optical circulator, 400 Tilt with respect to signal light traveling direction Mirror with hole provided, 401 Hole of
Claims (6)
少なくとも前記光吸収層に、前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれる波長の制御光と、前記光吸収層が吸収しない波長帯域から選ばれる波長の信号光とを各々収束させて照射する手段と、
前記光吸収層を含み、前記光吸収層が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に形成される屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、制御光が照射されず熱レンズが形成されない場合は前記収束された信号光が通常の開き角度で出射する状態と、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は前記収束された信号光が通常の開き角度よりも大きい開き角度で出射する状態とを、前記制御光の照射の有無に対応させて実現させる熱レンズ形成素子と、
通常の開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する前記信号光を受光レンズによって前記通常の開き角度を変更させコリメートした後、通過させる穴を設けたミラーであって、通常よりも大きい開き角度で前記熱レンズ形成素子から拡がりながら出射する前記信号光について前記受光レンズによって前記通常よりも大きい開き角度を変更させコリメートした後、正反射させる穴付きミラーと、
前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴付きミラーによって正反射されて逆方向に進む信号光とを分離する手段と、
を備えることを特徴とする光路切替装置。 A light absorption layer arranged so that at least the control light is focused; and
Means for converging and irradiating at least the light absorption layer with control light having a wavelength selected from a wavelength band absorbed by the light absorption layer and signal light having a wavelength selected from a wavelength band not absorbed by the light absorption layer When,
By using a thermal lens that includes the light absorption layer and is based on a refractive index distribution that is reversibly formed due to a temperature rise that occurs in the region where the control light has absorbed the control light and the surrounding region. When the control lens is not irradiated and a thermal lens is not formed, the converged signal light is emitted at a normal opening angle, and when the control lens is irradiated and a thermal lens is formed, the converged signal is emitted. A thermal lens forming element that realizes a state in which light is emitted at an opening angle larger than a normal opening angle in correspondence with the presence or absence of irradiation of the control light;
A mirror provided with a hole through which the signal light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle is collimated by changing the normal opening angle by a light receiving lens, and has a larger opening angle than usual. A mirror with a hole that makes regular reflection after changing and collimating the signal light emitted from the thermal lens forming element while spreading from the light receiving lens with a larger opening angle than the normal.
Means for separating the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction after being regularly reflected by the holed mirror;
An optical path switching device comprising:
前記受光レンズと前記穴付きミラーの間に設けられ、通常の開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する前記信号光について受光レンズによって前記通常の開き角度を変更させコリメートした後、通過させる穴を設けた1/4波長板と、
前記1/4波長板を通過したのち前記穴付きミラーで正反射され、再度前記穴付1/4波長板を通過することによって偏光面が90度回転した信号光を選択して反射させるために、設けられた偏光ビームスプリッターと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の光路切替装置。 As a means for separating the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction by being regularly reflected by the holed mirror,
A hole that is provided between the light receiving lens and the mirror with a hole, passes through the signal light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle after the normal opening angle is changed and collimated by the light receiving lens. A quarter wave plate provided,
In order to selectively reflect the signal light whose polarization plane is rotated 90 degrees by passing through the quarter-wave plate and then being regularly reflected by the mirror with the hole, and passing through the quarter-wave plate with the hole again. A provided polarizing beam splitter;
The optical path switching device according to claim 1, comprising:
制御光が照射されず熱レンズが形成されない場合は、通常の開き角度で前記熱レンズ形成素子から出射する前記信号光を受光レンズによって前記通常の開き角度を変更させコリメートした後、前記信号光が通過する穴を設けた穴付きミラーの穴を通して直進させ、
一方、制御光が照射されて熱レンズが形成される場合は、通常よりも大きい開き角度で前記熱レンズ形成素子から拡がりながら出射する前記信号光を受光レンズによって前記拡がりの開き角度を変更させコリメートした後、前記穴付きミラーの反射面を用いて正反射させ、
更に、前記熱レンズ形成素子に最初に入射した方向に進む信号光と、前記穴付きミラーで正反射されて逆方向に進む信号光とを分離することによって光路を変更させることを特徴とする光路切替方法。 Control light having a wavelength selected from a wavelength band absorbed by the light absorption layer and a signal having a wavelength selected from a wavelength band not absorbed by the light absorption layer in the light absorption layer in the thermal lens forming element including at least the light absorption layer The light is converged and irradiated, and the arrangement of the light absorption layer is adjusted so that at least the control light is focused in the light absorption layer, and the light absorption layer absorbs the control light and the region thereof By using a thermal lens based on a refractive index distribution that occurs reversibly due to a temperature rise that occurs in the peripheral region, when the control light is not irradiated and a thermal lens is not formed, the converged signal light is normal. When the thermal lens is emitted from the thermal lens forming element at an opening angle and when a thermal lens is formed by irradiation with control light, the converged signal light is heated at an opening angle larger than a normal opening angle. And a state emitted from's forming element, to realize in correspondence to the presence or absence of irradiation of the control light,
When the control light is not irradiated and a thermal lens is not formed, the signal light emitted from the thermal lens forming element at a normal opening angle is collimated by changing the normal opening angle by a light receiving lens, and then the signal light is Go straight through the hole in the mirror with a hole that has a hole to pass through,
On the other hand, when a thermal lens is formed by irradiation with control light, the signal light emitted while spreading from the thermal lens forming element with a larger opening angle than usual is changed by the light receiving lens to change the opening angle of the spreading. After that, regular reflection using the reflective surface of the mirror with a hole,
Further, the optical path is changed by separating the signal light traveling in the direction first incident on the thermal lens forming element and the signal light traveling in the reverse direction after being regularly reflected by the holed mirror. Switching method.
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