JP2008262109A

JP2008262109A - 光送受信装置

Info

Publication number: JP2008262109A
Application number: JP2007106093A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Mesaki; 明年目崎; Masaki Kuribayashi; 昌樹栗林; Kentaro Yoshizaki; 健太郎吉崎; Takashi Yamane; 隆志山根
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-30
Also published as: US20080252961A1

Abstract

【課題】送受信特性に影響を与えることなく全長の短尺化が可能な１芯双方向用の光送受信装置を提供する。
【解決手段】本発明の光送受信装置は、発光部１０および光ファイバ４０の端面の間の光軸上に、偏光依存性波長分離膜３０を形成した磁石フリーファラデー回転子２０を配置し、発光部１０から出力される第１波長の光Ｌ１の偏光面をファラデー回転子２０で略４５°回転した後に、該光Ｌ１がＰ偏光として偏光依存性波長分離膜３０に入射される。偏光依存性波長分離膜３０は、第１波長のＰ偏光を透過すると共に、第１波長のＳ偏光および光ファイバ４０から出力される第２波長の光Ｌ２を反射する特性をもつ。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ通信に使用する光送受信装置に関し、特に、１芯の光ファイバを用いて双方向に伝送される光を送受信する光送受信装置に関する。

図６は、従来の１芯双方向用の光送受信装置の構成例を示す断面図である。

図６において、従来の光送受信装置は、筐体１６１の一端に発光部１１０が固定されており、該発光部１１０から出力される光Ｌ１が光アイソレータ１２０に入力される。光アイソレータ１２０は、入力光Ｌ１の光軸方向に配置された偏光子１２１、ファラデー回転子１２２および検光子１２３、並びに、ファラデー回転子１２２に一定の磁界を与える磁石１２４を有し、それらを格納するケース１２５が筐体１６１内に例えば接着または溶接にて固定されている。なお、ケース１２５が発光部１１０に固定される場合もある。この光アイソレータ１２０は、発光部１１０からの光Ｌ１を透過し、発光部１１０への反射戻り光を抑止する機能をもつ。光アイソレータ１２０を透過した光Ｌ１は、波長分離部１３０を介して光ファイバ１４０に入力される。波長分離部１３０は、例えば図７に示すような透過波長特性を有する波長分離膜１３１を透明な平板１３２上に形成し、それを筐体６１内の所定位置に接着固定したものであり、波長λ１の光Ｌ１は波長分離膜１３１を透過し、波長λ２の光Ｌ２は波長分離膜１３１で反射される。光ファイバ１４０は、先端部分を囲むフェルール１４１を有し、フェルール保持部材１６２を介して筐体１６１の他端に固定されている。光ファイバ１４０内を光Ｌ１とは逆方向に伝搬して光ファイバ１４０の端面から出力される波長λ２の光Ｌ２は、波長分離膜１３１で反射されて受光部１５０に入力される。受光部１５０は、筐体１６１の側面に固定されており、波長分離膜１３１からの反射光をレンズで集光して受光素子で受光する。これにより一芯双方向の光通信が実現される（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２０００−１８０６７１号公報特開２００５−２２２０５０号公報

ところで、近年、上記図６に示したような光送受信装置を搭載した光トランシーバーモジュールにおいて、システムの小型化による高密度実装が主流になりつつあり、光送受信装置の小型化に対する要求が強くなってきている。具体的には、光トランシーバーモジュールがプラガブル形態に移行してきており、光送受信装置の全長の短尺化が重要な課題の１つとなっている。

上記のような従来の光送受信装置の構成について、全長の短尺化を実現するための対策としては、例えば、焦点距離の短いレンズを搭載した発光部１１０を使用することにより、該発光部１１０と光ファイバ１４０の端面との間の距離を短くすることが考えられる。しかしながら、発光部１１０と光ファイバ１４０の端面との間の光軸上には、光アイソレータ１２０および波長分離部１３０を挿入するためのスペース、並びに、発光部１１０の焦点距離のばらつきに応じて光ファイバ１４０の端面位置を光軸方向に調整するためのスペースを確保する必要があり、上記の対策による全長の短尺化には制約がある。例えば、光アイソレータ１２０の挿入スペースについて詳しく説明すると、一般的に入手可能な光アイソレータを使用する場合、発光部１１０と光ファイバ１４０の端面との間には約１．５ｍｍの物理的なスペースが必要であり、かつ、屈折率（約１．５〜２．３）の観点より光路長を試算すると約２ｍｍのスペースが必要となる。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、送受信特性に影響を与えることなく全長の短尺化が可能な１芯双方向用の光送受信装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明は、光ファイバに第１波長の光を送信すると共に、該第１波長の光とは逆方向に光ファイバ内を伝送された、前記第１波長とは異なる第２波長の光を受信する光送受信装置において、前記第１波長の直線偏光を前記光ファイバの端面に向けて出力する発光部と、前記発光部および前記光ファイバの端面の間の光軸上に配置され、該光軸に平行に伝搬する光の偏光面を一方向に略４５°回転させるファラデー回転部と、前記ファラデー回転部および前記光ファイバの端面の間の光軸上に位置し、かつ、前記発光部から出力され前記ファラデー回転部を通過した前記第１波長の光がＰ偏光として入射するように配置され、前記第１波長のＰ偏光を透過して前記光軸と同じ方向に出射すると共に、前記第１波長のＳ偏光および前記第２波長の光を反射して前記光軸とは異なる方向に出射する特性をもつ偏光依存波長分離部と、前記光ファイバの端面から出力され前記偏光依存波長分離部で反射された前記第２波長の光を受光する受光部と、を備えて構成される。

上記のような構成の光送受信装置では、発光部から出力された第１波長の直線偏光が、ファラデー回転部に入力されて偏光面が一方向に略４５°回転された後に、当該光が偏光依存波長分離部にＰ偏光として入射され、該偏光依存波長分離部を透過して光ファイバの端面に入力される。一方、光ファイバ内を第１波長の光とは逆方向に伝送された第２波長の光は、光ファイバの端面から出力され、偏光依存波長分離部で反射されて受光部で受光される。また、光ファイバを伝搬する第１波長の光の反射戻り光は、ランダムな偏光状態で光ファイバの端面から出力されて偏光依存波長分離部に入射し、そのＰ偏光成分が偏光依存波長分離部を透過して、ファラデー回転部で偏光面が一方向に略４５°回転されて発光部に入力するようになるが、その反射戻り光の偏光面は、発光部で発生する光の偏光面と直交するため、発光部の動作に実質的な影響を及ぼすことはない。

上記のように本発明の光送受信装置によれば、従来と同様の機能を維持したまま光学部品数を削減することができ、発光部と光ファイバの端面との間に確保しなければならないスペースを縮小して全長の短尺化を実現することが可能になる。これにより、プラガブル形態のモジュール等に搭載可能な小型の１芯双方向用光送受信装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。

図１は、本発明の第１実施形態による光送受信装置の構成を示す断面図である。

図１において、本実施形態の光送受信装置は、例えば、発光部１０、磁石フリーファラデー回転子２０、偏光依存波長分離膜３０、光ファイバ４０、フェルール４１、受光部５０、筐体６１およびフェルール保持部材６２を備えて構成される。

発光部１０は、半導体レーザ（ＬＤ）等により発光される第１波長λ１（例えば、１．４９μｍなど）の直線偏光Ｌ１を光ファイバ４０の端面に向けて出力する。この発光部１０は、筐体６１の一端に例えば溶接にて固定されている。

磁石フリーファラデー回転子２０は、発光部１０および光ファイバ４０の端面の間の光軸上に配置され、該光軸に平行に伝搬する光の偏光面を一方向に略４５°回転させることが可能な磁石を必要としないファラデー回転子であり、例えば、グラノプト(GRANOPT)社製の磁石不要タイプＦＲ(Magnet-Free Faraday Rotator)などを使用することが可能である。

偏光依存波長分離膜３０は、ここでは、磁石フリーファラデー回転子２０の光ファイバ４０側に位置する平面上に形成されており、その透過特性が波長依存性および偏光依存性を有する光デバイスである。図２は、偏光依存波長分離膜３０の透過特性を示したものである。このように、偏光依存波長分離膜３０は、Ｐ偏光に対する透過波長特性（実線）とＳ偏光に対する透過波長特性（破線）とが波長λ１の付近で異なっており、波長λ１の光Ｌ１のうちのＰ偏光は透過、Ｓ偏光は反射となる。また、波長λ２の光Ｌ２に対しては偏光状態に関係なく反射となる。上記のような偏光依存波長分離膜３０の具体例としては、エプソントヨコム社製のダイクロイックプリズムなどを用いることが可能である。

上記の偏光依存波長分離膜３０が一平面に形成された磁石フリーファラデー回転子２０は、発光部１０からの光Ｌ１の光軸方向に対して偏光依存波長分離膜３０の形成面の法線方向を約４５°傾けた状態で、かつ、磁石フリーファラデー回転子２０により略４５°の偏光回転を受けた光Ｌ１が偏光依存波長分離膜３０にＰ偏光として与えられるように、筐体６１内の所定位置に固定されている。

光ファイバ４０は、先端部分を囲むフェルール４１を有し、フェルール保持部材６２を介して筐体６１の他端に固定されている。光ファイバ４０の端面の位置は、筐体６１に対する発光部１０の固定位置に応じてフェルール保持部材６２の固定位置を調整すると共に、発光部１０に内蔵された図示しないレンズの焦点距離に応じてフェルール保持部材６２内のフェルール４１の固定位置を調整することにより、発光部１０からの光Ｌ１が所要の結合効率で端面に入力するように光軸調整されている。

受光部５０は、偏光依存波長分離膜３０で反射された光をレンズで集光して図示しない受光素子で受光する一般的な光部品であり、筐体６１の側面に例えば溶接にて固定されている。

次に、第１実施形態の動作について説明する。

上記のような構成の光送受信装置では、発光部１０から出力された波長λ１の直線偏光Ｌ１が、磁石フリーファラデー回転子２０に入力されて偏光面が一方向に略４５°回転された後に偏光依存波長分離膜３０に与えられる。このとき、偏光依存波長分離膜３０は、入射する光Ｌ１がＰ偏光となるように配置されているため、上記図２の実線に示したように波長λ１の光Ｌ１は偏光依存波長分離膜３０を透過し、光ファイバ４０の端面に到達して光ファイバ４０内を伝搬するようになる。

一方、上記波長λ１の光Ｌ１とは逆方向に光ファイバ４０内を伝送された波長λ２の光は、ランダムな偏光状態で光ファイバ４０の端面から出力され、偏光依存波長分離膜３０に到達する。偏光依存波長分離膜３０に入射した波長λ２の光Ｌ２は、上記図２に示したように偏光依存波長分離膜３０が任意の偏光状態の波長λ２の光に対して低い透過率をもつので、偏光依存波長分離膜３０で反射されて進行方向が略直角に曲げられ、受光部５０で受光される。このとき、磁石フリーファラデー回転子２０を使用するので、光Ｌ２の光路を確保するために複雑な構造の磁石を使用する必要がない。

また、上記光ファイバ４０を伝搬する波長λ１の光Ｌ１は外部の要因で反射され、その戻り光が光ファイバ４０の端面から出力される可能性がある。このような場合、波長λ１の反射戻り光は、ランダムな偏光状態で偏光依存波長分離膜３０に入射し、偏光依存波長分離膜３０のＰ偏光に相当する成分が偏光依存波長分離膜３０を透過し、Ｓ偏光に相当する成分が偏光依存波長分離膜３０で反射される。偏光依存波長分離膜３０を透過した波長λ１の反射戻り光は、磁石フリーファラデー回転子２０で偏光面が一方向に略４５°回転されて発光部１０に入力するようになる。しかしながら、発光部１０に入力する反射戻り光の偏光面は、発光部１０で発生する光Ｌ１の偏光面に対して直交する関係となるため、発光部１０の動作に実質的な影響を及ぼすことはない。

上記のように本光送受信装置によれば、上述の図６に示した従来の構成における光アイソレータ１２０の構成要素うちの偏光子１２１および検光子１２３を省略し、ファラデー回転子１２２および磁石１２４に代えて磁石フリーファラデー回転子２０を用い、さらに、該磁石フリーファラデー回転子２０の光ファイバ４０側の一平面に偏光依存波長分離膜３０を形成することで、従来と同様の機能を維持したまま、光学部品数を削減することができ、１芯双方向用光送受信装置の小型化を図ることが可能になる。具体的な一例を挙げると、偏光子１２１および検光子１２３の削減により、屈折率を考慮した光路長において、発光部１０と光ファイバ４０の端面との間の距離を約１．３ｍｍ短くすることが可能である。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図３は、本発明の第２実施形態による光送受信装置の構成を示す断面図である。

図３において、本実施形態の光送受信装置は、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、光ファイバ４０およびフェルール４１の端面に直角プリズム７１を設け、磁石フリーファラデー回転子２０に形成された偏光依存波長分離膜３０を直角プリズム７１の斜面に固定すると共に、直角プリズム７１の受光部５０に対向する面に波長分離膜７２を形成するようにしたものである。

直角プリズム７１は、直角二等辺三角柱の形状を有する一般的なプリズムである。この直角プリズム７１は、光ファイバ４０と同じ屈折率をもつようにするのが好ましい。波長分離膜７２は、例えば図４に示すような透過波長特性を有し、波長λ２の光を透過し、波長λ１の光を反射する。なお、この波長分離膜７２には偏光依存性がない。

前述した第１実施形態の構成では、偏光依存波長分離膜３０で反射された波長λ１の反射戻り光のＳ偏光成分が受光部５０に入力し、受光部５０を誤動作させてしまう可能性がある。そこで、本実施形態の光送受信装置では、偏光依存波長分離膜３０、光ファイバ４０および受光部５０の間の空間に直角プリズム７１を配置し、該直角プリズム７１の受光部５０に対向する面に、波長λ２の光を透過し波長λ１の光を反射する波長分離膜７２を設けることにより、波長λ１の反射戻り光の受光部５０への入力を防ぎ、受光部５０の誤動作を回避可能にしている。また、光ファイバ４０と同じ屈折率をもつ直角プリズム７１を用いているので、光ファイバ４０と空気の屈折率差による損失を防ぐことも可能になる。さらに、上記直角プリズム７１を光ファイバ４０およびフェルール４１の端面に固定し、該直角プリズム７１の斜面に偏光依存波長分離膜３０を固定するようにしたことで、光ファイバ４０と受光部５０とに対する、磁石フリーファラデー回転子２０および偏光依存波長分離膜３０の位置決めを容易に行うことができるため、生産性の向上を図ることも可能になる。

なお、上記の第２実施形態では、直角プリズム７１に波長分離膜７２を設けるようにしたが、直角プリズム７１を設ける前の第１実施形態の構成において、偏光依存波長分離膜３０と受光部５０の間の空間に、ガラス板等に形成した波長分離膜を配置することも勿論可能である。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図５は、本発明の第３実施形態による光送受信装置の構成を示す断面図である。

図５において、本実施形態の光送受信装置は、前述の図３に示した第２実施形態の構成について、直角プリズム７１と同様の直角プリズム７３を追加し、２つの直角プリズム７１，７３の斜面を向かい合わせにしてその間に偏光依存波長分離膜３０を形成し、直角プリズム７３の発光部１０に対向する面に磁石フリーファラデー回転子２０を固定するようにしたものである。具体的に、２つの直角プリズム７１，７３を組み合わせたキューブ型のプリズムの大きさが、例えば約１ｍｍ角であるとすると、磁石フリーファラデー回転子２０は約０．５ｍｍの厚みで上記プリズムの外形に対応した約１ｍｍ角のサイズのものを用いることが可能である。

なお、磁石フリーファラデー回転子２０の特性は、第１，２実施形態の場合と同様に、発光部１０から出力される光Ｌ１の光軸方向に平行に伝搬する光の偏光面を一方向に略４５°回転させるものとなっている。また、偏光依存波長分離膜３０および波長分離膜７２の特性も第１，２実施形態の場合と同様である（図２および図４参照）。

上記のような構成の光送受信装置によれば、前述した第２実施形態の場合と同様の作用効果を得ることが可能である。

以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）光ファイバに第１波長の光を送信すると共に、該第１波長の光とは逆方向に光ファイバ内を伝送された、前記第１波長とは異なる第２波長の光を受信する光送受信装置において、
前記第１波長の直線偏光を前記光ファイバの端面に向けて出力する発光部と、
前記発光部および前記光ファイバの端面の間の光軸上に配置され、該光軸に平行に伝搬する光の偏光面を一方向に略４５°回転させるファラデー回転部と、
前記ファラデー回転部および前記光ファイバの端面の間の光軸上に位置し、かつ、前記発光部から出力され前記ファラデー回転部を通過した前記第１波長の光がＰ偏光として入射するように配置され、前記第１波長のＰ偏光を透過して前記光軸と同じ方向に出射すると共に、前記第１波長のＳ偏光および前記第２波長の光を反射して前記光軸とは異なる方向に出射する特性をもつ偏光依存波長分離部と、
前記光ファイバの端面から出力され前記偏光依存波長分離部で反射された前記第２波長の光を受光する受光部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光送受信装置。

（付記２）付記１に記載の光送受信装置であって、
前記ファラデー回転部は、磁石フリーファラデー回転子を用いて構成され、
前記偏光依存波長分離部は、前記磁石フリーファラデー回転子の前記光ファイバ側に位置する平面上に固定されたことを特徴とする光送受信装置。

（付記３）付記２に記載の光送受信装置であって、
前記磁石フリーファラデー回転子は、前記発光部および前記光ファイバの端面の間の光軸方向に対して、前記偏光依存波長分離部が固定された平面の法線方向を略４５°傾けて配置されたことを特徴とする光送受信装置。

（付記４）付記１に記載の光送受信装置であって、
前記偏光依存波長分離部および前記受光部の間に配置され、前記第２波長の光を透過し、前記第１波長の光を反射する透過特性をもつ波長分離部を備えたことを特徴とする光送受信装置。

（付記５）付記４に記載の光送受信装置であって、
前記光ファイバの端面に固定された第１直角プリズムを備え、
前記偏光依存波長分離部は、前記第１直角プリズムの斜面に固定され、
前記波長分離部は、前記第１直角プリズムの前記受光部に対向する面に固定されたことを特徴とする光送受信装置。

（付記６）付記５に記載の光送受信装置であって、
前記ファラデー回転部は、磁石フリーファラデー回転子を用いて構成され、
前記偏光依存波長分離部は、前記磁石フリーファラデー回転子の前記光ファイバ側に位置する平面と前記第１直角プリズムの斜面との間に固定されたことを特徴とする光送受信装置。

（付記７）付記５に記載の光送受信装置であって、
前記第１直角プリズムは、前記光ファイバと同じ屈折率を有することを特徴とする光送受信装置。

（付記８）付記４に記載の光送受信装置であって、
前記光ファイバの端面に固定された第１直角プリズムと、
前記第１直角プリズムに対して互いの斜面を向かい合わせにして配置された第２直角プリズムと、を備え、
前記偏光依存波長分離部は、前記第１および第２直角プリズムの斜面の間に固定され、
前記ファラデー回転部は、前記第２直角プリズムの前記発光部に対向する面に固定され、
前記波長分離部は、前記第１直角プリズムの前記受光部に対向する面に固定されたことを特徴とする光送受信装置。

（付記９）付記８に記載の光送受信装置であって、
前記第１および第２直角プリズムは、前記光ファイバと同じ屈折率を有することを特徴とする光送受信装置。

本発明の第１実施形態による光送受信装置の構成を示す断面図である。上記第１実施形態における偏光依存波長分離膜の透過特性を示す図である。本発明の第２実施形態による光送受信装置の構成を示す断面図である。上記第２実施形態における波長分離膜の透過特性を示す図である。本発明の第３実施形態による光送受信装置の構成を示す断面図である。従来の１芯双方向用光送受信装置の構成例を示す断面図である。従来の光送受信装置における波長分離膜の特性の一例を示す図である。

符号の説明

１０…発光部
２０…磁石フリーファラデー回転子
３０…偏光依存波長分離膜
４０…光ファイバ
４１…フェルール
５０…受光部
６１…筐体
６２…フェルール保持部材
７１，７３…直角プリズム
７２…波長分離膜

Claims

光ファイバに第１波長の光を送信すると共に、該第１波長の光とは逆方向に光ファイバ内を伝送された、前記第１波長とは異なる第２波長の光を受信する光送受信装置において、
前記第１波長の直線偏光を前記光ファイバの端面に向けて出力する発光部と、
前記発光部および前記光ファイバの端面の間の光軸上に配置され、該光軸に平行に伝搬する光の偏光面を一方向に略４５°回転させるファラデー回転部と、
前記ファラデー回転部および前記光ファイバの端面の間の光軸上に位置し、かつ、前記発光部から出力され前記ファラデー回転部を通過した前記第１波長の光がＰ偏光として入射するように配置され、前記第１波長のＰ偏光を透過して前記光軸と同じ方向に出射すると共に、前記第１波長のＳ偏光および前記第２波長の光を反射して前記光軸とは異なる方向に出射する特性をもつ偏光依存波長分離部と、
前記光ファイバの端面から出力され前記偏光依存波長分離部で反射された前記第２波長の光を受光する受光部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光送受信装置。
請求項１に記載の光送受信装置であって、
前記ファラデー回転部は、磁石フリーファラデー回転子を用いて構成され、
前記偏光依存波長分離部は、前記磁石フリーファラデー回転子の前記光ファイバ側に位置する平面上に固定されたことを特徴とする光送受信装置。
請求項１に記載の光送受信装置であって、
前記偏光依存波長分離部および前記受光部の間に配置され、前記第２波長の光を透過し、前記第１波長の光を反射する透過特性をもつ波長分離部を備えたことを特徴とする光送受信装置。
請求項３に記載の光送受信装置であって、
前記光ファイバの端面に固定された第１直角プリズムを備え、
前記偏光依存波長分離部は、前記第１直角プリズムの斜面に固定され、
前記波長分離部は、前記第１直角プリズムの前記受光部に対向する面に固定されたことを特徴とする光送受信装置。
請求項３に記載の光送受信装置であって、
前記光ファイバの端面に固定された第１直角プリズムと、
前記第１直角プリズムに対して互いの斜面を向かい合わせにして配置された第２直角プリズムと、を備え、
前記偏光依存波長分離部は、前記第１および第２直角プリズムの斜面の間に固定され、
前記ファラデー回転部は、前記第２直角プリズムの前記発光部に対向する面に固定され、
前記波長分離部は、前記第１直角プリズムの前記受光部に対向する面に固定されたことを特徴とする光送受信装置。