JP4617938B2 - 光送信器 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重分割化方式の光通信に用いられる光送信器に係り、特に、波長の異なる光信号を反射、透過型の光部品で結合して波長多重化する光送信器に関するものである。

光通信の分野においては、複数の信号を別々の波長の光にのせ、各波長の光を多重化して一本の光ファイバで伝送する波長分割多重化方式（ＷＤＭ）による光伝送が情報容量を拡大する有力な方式とされている。

図７は導波路型の光カプラを用いた光送信器の概略図である。

図７に示すように、光送信器７０は、光源部７１と光結合部７２とで構成される。光源部７１は、回路基板７３と、回路基板７３に所定間隔をおいて配置された４つの光源７４から７７とを備える。なお、回路基板７３には光源７４〜７７の光出力を制御する制御用ＩＣや抵抗、コンデンサ等の電子部品（図示せず）が搭載されている。光結合部７２は、平面光導波路型の光カプラであり、４つの入射端８１〜８４から延びるそれぞれ２つのコアがＹ結合部８５，８６で結合され、結合された導波路同士がＹ結合部８７で結合されて、結合された光導波路は出射端８８に通じている。

光源７４〜７７から波長の異なる光信号をそれぞれ４つの入射端８１〜８４に入射させると、各Ｙ結合部８５〜８７で合波され、出射端８２より４つの異なる波長が合波された波長多重光信号が出射される。

光送信器７０は、光源部７１と、平面光導波路型の光結合部７２とで構成されているので、部品点数が少なく、構造が単純である（例えば、特許文献１参照）。

しかし、光送信器７０では、光結合部７２として平面光導波路型の光カプラを形成しているため、導波路を伝搬する光信号の偏光依存損失が大きくなってしまう。また、光送信器７０は光結合部７２が平面光導波路型のデバイスであるため製造歩留まりが低い。４波長多重光信号の光送信器の場合では、光源７１〜７４としてＬＤを４個実装するので、光結合部７２の導波路間隔を大きくしなければならず、光結合部７２のサイズを大きくするので高コスト化してしまう
そこで、図６に示すように、光部品を用いて光信号を結合させる光送信器６０がある。

光送信器６０には、波長の異なる光信号Ｌ６１〜Ｌ６４をそれぞれ平行に出射する４個の光源６１〜６４がアレイ状に設けられ、各光源から出射する光信号の光路にそれぞれ光部品６５〜６８が一列に設けられている。

光信号Ｌ６１の光路に配置される光部品６５は、光源６１から出射された光信号Ｌ６１を反射させる。光信号Ｌ６２の光路に配置される光部品６６は、光信号Ｌ６２を反射させると共に、光部品６５で反射された光信号ｌ６１を透過させて、光信号Ｌ６２と光信号ｌ６１とを結合させる。光信号Ｌ６３の光路に配置される光部品６７は、光信号Ｌ６３を反射させると共に、光部品６６で結合された結合光信号ｌ６２を透過させて、光信号Ｌ６３と結合光信号ｌ６２とを結合させる。光信号Ｌ６４の光路に配置される光部品６８は、光信号Ｌ６４を反射させると共に、光部品６７で結合された結合光信号ｌ６３を透過させて、光信号Ｌ６４と結合光信号ｌ６３とを結合させる。光部品６８で結合された光信号Ｌは４波長多重光信号として出射される。

ここで、光部品６８で結合された光信号Ｌの各光信号Ｌ６１〜６４の光信号パワーを等しくするために、光部品６５の反射率を１００％、光部品６６の反射率を５０％、光部品６７の反射率を３３％、光部品６８の反射率を２５％としている。

光信号Ｌ６１は、光部品６５で光信号パワーの１００％が反射され、光部品６６でその５０％が透過され、光部品６７でその６７％透過され、光部品６８でその７５％が透過されて他の光信号Ｌ６２，Ｌ６３，Ｌ６４と結合される。したがって、光部品６８を透過する光信号Ｌ６１の光信号パワーは、
１×０．５×０．６７×０．７５＝０．２５
となり、光源６１の光信号パワーの２５％になる。

光信号Ｌ６２は、光部品６６で光信号パワーの５０％が反射され、光部品６７でその６７％が透過され、光部品６８でその７５％が透過されて、他の光信号Ｌ６１，Ｌ６３，Ｌ６４と結合される。したがって、光部品６８を透過する光信号Ｌ６２の光信号パワーは、 ０．５×０．６７×０．７５＝０．２５
となり、光源６２の光信号パワーの２５％になる。

光信号Ｌ６３は、光部品６７で光信号パワーの３３％が反射され、光部品６８でその７５％が透過されて、他の光信号Ｌ６１，Ｌ６２，Ｌ６４と結合される。したがって、光部品６８を透過する光信号Ｌ６３の光信号パワーは、
０．３３×０．７５＝０．２５
となり、光源６３の光信号パワーの２５％になる。

光信号Ｌ６４は、光部品６８で光信号パワーの２５％が反射されて、他の光信号Ｌ６１，Ｌ６２，Ｌ６３と結合される。

このように、４波多重光信号Ｌは各光信号Ｌ６１〜Ｌ６４が２５％ずつ結合されたものである。そして、光送信器６０は、光部品６５〜６８の反射率を異ならせることにより、各波長の光信号パワーを等しく波長多重化させている。

特開２００３−１４９９４号公報 特開２００３−１９５１１９号公報

しかしながら、図６に示した光送信器６０では、波長多重化させる光信号のパワーを等しくするためには各光部品６５〜６８の反射率をそれぞれ異ならせる必要があるため、使用する光部品の種類が多く、製造コストが高くなるといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、少ない種類の光部品で波長多重化できると共に、波長多重化した光信号パワーを等しくできる光送信器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、３以上の光源から平行に出射されたそれぞれ波長の異なる光信号を結合して波長多重化する光送信器において、上記光信号を反射させる反射用光部品と、上記光信号を反射及び透過させる結合用光部品（該結合用光部品の反射率はｘ、透過率は１−ｘ、ただしｘは０＜ｘ＜１）とからなる２種類の光部品を用い、上記反射用光部品と上記結合用光部品を各光源の光路に、各光源を出射した光信号が一つに結合するように配置し、かつ各光信号が上記反射用光部品と上記結合用光部品を反射或いは透過して結合し、各光信号の各光源における光信号パワーに対する上記光送信器から出力される際の光信号パワーの比率が同じとなるように上記２種類の光部品の反射率或いは透過率をそれぞれ設定した光送信器である。

請求項２の発明は、上記反射用光部品の反射率を１、上記結合用光部品の反射率を０．５（透過率０．５）とし、ある２つの光信号の結合において、第一の光信号を上記結合用光部品で透過させ、第二の光信号を上記結合用光部品で反射させて第一の光信号と結合させて、光信号パワーを０．５倍として各光信号を出力する結合構成を用い、光信号パワーが０．５のｎ乗（ｎ≧０：ｎは光信号が上記結合構成を通過した回数）倍となった光信号と、他の光信号パワーが０．５のｎ乗倍となった光信号とを、上記３以上の光源の光信号が一つに結合するまで、繰り返し結合するように上記結合構成を複数配置した請求項１記載の光送信器である。

請求項３の発明は、上記反射用光部品の反射率をｙ、上記結合用光部品の反射率をｘとしたとき、ｘとｙとがｙ＝ｘ／（１−ｘ）ただし、０＜ｘ≦０．５の関係を満たし、ある２つの光信号の結合において、第一の光信号を上記反射用光部品で反射させた後、上記結合用光部品で透過させ、第二の光信号を上記結合用光部品で反射させて第一の光信号と結合させて、光信号パワーをｘ倍として各光信号を出力する結合構成を用い、光信号パワーがｘのｎ乗（ｎ≧０：ｎは光信号が上記結合構成を通過した回数）倍となった光信号と、他の光信号パワーがｘのｎ乗倍となった光信号とを、上記３以上の光源の光信号が一つに結合するまで、繰り返し結合するように上記結合構成を複数配置した請求項１記載の光送信器である。

請求項４の発明は、上記反射用光部品の反射率をｙ、上記結合用光部品の反射率をｘとしたとき、ｘとｙとがｙ＝（１−ｘ）／ｘただし、０．５≦ｘ＜１の関係を満たし、ある２つの光信号の結合において、第一の光信号を上記反射用光部品で反射させた後、上記結合用光部品で反射させ、第二の光信号を上記結合用光部品で透過させて第一の光信号と結合させて、光信号パワーを（１−ｘ）倍として各光信号を出力する結合構成を用い、光信号パワーが（１−ｘ）のｎ乗（ｎ≧０：ｎは光信号が上記結合構成を通過した回数）倍となった光信号と、他の光信号パワーが（１−ｘ）のｎ乗倍となった光信号とを、上記３以上の光源の光信号が一つに結合するまで、繰り返し結合するように上記結合構成を複数配置した請求項１記載の光送信器である。

請求項５の発明は、反射用光部品の反射率ｙを１、結合用光部品の反射率ｘを０．５とする請求項３または４記載の光送信器である。

請求項６の発明は、４つ光源の光信号を一つに結合して４波長多重化とする請求項１から５いずれかに記載の光送信器である。

請求項７の発明は、アレイ状に配置され、それぞれ波長の異なる光信号を平行に出射する４つの光源と、第一の光源の光信号を反射させる第一の反射用光部品と、第一光源に隣接する第二の光源の光信号を反射させると共に、上記第一の反射用光部品で反射した光信号を透過させて、第一と第二の光信号を結合させる第一の結合用光部品と、第四の光源の光信号を反射させる第二の反射用光部品と、第四の光源に隣接する第三の光源の光信号を反射させると共に、第二の反射用光部品で反射した光を透過させて、第三と第四の光信号を結合させる第二の結合用光部品と、第二の結合用光部品で結合された第三と第四の光信号を反射させる第三の反射用光部品と、第一の結合用光部品で結合された第一と第二の光信号を透過させると共に、第三の反射用光部品で反射された第三と第四の光信号を反射させて、第一から第四の光信号を結合させる第三の結合用光部品とを備え、上記第一から第三の反射用光部品の反射率を１とし、上記第一から第三の結合用光部品の反射率を０．５とした請求項１記載の光送信器である。

請求項８の発明は、アレイ状に配置され、それぞれ波長の異なる光信号を平行に出射する４つの光源と、第一の光源の光信号を反射させる第一の反射用光部品と、第一の光源に隣接する第二の光信号を反射させると共に、第一の反射用光部品で反射した光信号を透過させて、第一と第二の光信号を結合させる第一の結合用光部品と、第三の光源の光信号を反射させる第二の反射用光部品と、第三の光源に隣接する第四の光源の光信号を透過させると共に、第二の反射用光部品で反射した光信号を反射させて、第三と第四の光信号を結合させる第二の結合用光部品と、第一の結合用光部品で結合された第一と第二の光信号を透過させると共に、第二の結合用光部品で結合された第三と第四の光信号を反射させて、第一から第四の光信号を結合させる第三の結合用光部品とを備え、上記第一から第三の反射用光部品の反射率を１とし、上記第一から第三の結合用光部品の反射率を０．５とした請求項１記載の光送信器である。

請求項９の発明は、アレイ状に配置され、それぞれ波長の異なる光信号を平行に出射する４つの光源と、第一の光源の光信号を反射させる第一の反射用光部品と、第一光源に隣接する第二の光源の光信号を反射させると共に、上記第一の反射用光部品で反射した光信号を透過させて、第一と第二の光信号を結合させる第一の結合用光部品と、第四の光源の光信号を反射させる第二の反射用光部品と、第四の光源に隣接する第三の光源の光信号を反射させると共に、第二の反射用光部品で反射した光を透過させて、第三と第四の光信号を結合させる第二の結合用光部品と、第二の結合用光部品で結合された第三と第四の光信号を反射させる第三の反射用光部品と、第一の結合用光部品で結合された第一と第二の光信号を反射させると共に、第三の反射用光部品で反射された第三と第四の光信号を透過させて、第一から第四の光信号を結合させる第三の結合用光部品とを備え、上記第一から第三の反射用光部品の反射率をｙとし、上記第一から第三の結合用光部品の反射率をｘとしたとき、ｙ＝ｘ／（１−ｘ）ただし０＜ｘ≦０．５である請求項１記載の光送信器である。

本発明によれば、より少ない種類の光部品で波長多重化できると共に、波長多重化した光信号パワーを等しくできるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る光送信器の好適な第一の実施形態を示した概略図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る光送信器１０は、筐体１１と、筐体１１の内部或いは外部にアレイ状に配置され、波長の異なる光信号を平行に出射する複数の光源１２ａ〜１２ｄと、光信号を反射させる反射用光部品１３ａ〜１３ｃと、光信号を結合させる結合用光部品１４ａ〜１４ｃとを備える。

光源１２ａ〜１２ｄは、それぞれ出射する光信号の光信号パワーが等しく、互いに一定間隔をおいて筐体１１の一側（図中右側）に固定されている。

筐体１１の他側（図中下側）は波長多重光信号を外部に出力するレセプタクル１５が形成されている。レセプタクル１５の内部にはフェルール１６が設けられている。フェルール１６には、波長多重光信号を外部に伝送する光ファイバが挿入される（図示せず）。レセプタクル１５付近には、フェルール１６の端面に光信号を集光させるレンズ１７が設けられている。

さて、光送信器１０は、２種類の光信号反射率の光部品１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃを複数個用い、各光源１２ａ〜１２ｄより出射した光信号が等しい光信号パワーで一つに結合するよう反射用光部品１３ａ〜１３ｄ及び結合用光部品１４ａ〜１４ｄを配置したことに特徴がある。

ここで、２つの光信号の光信号パワーを等しくして結合させるために必要な反射用光部品２１と結合用光部品２２の反射率について図２及び図３に基づいて説明する。

図２に示すように、波長λ₁ の光信号を反射用光部品２１に、波長λ₂ の光信号を結合用光部品２２にそれぞれ入射させると、波長λ₁ の光信号は反射用光部品２１で反射して結合用光部品２２を透過し、波長λ₂ の光信号は結合用光部品２２で反射し、両信号は、結合用光部品２２で結合される。結合時点で光信号パワーを等しくするには、反射用光部品２１の反射率をｙ、結合用光部品２２の反射率をｘとしたとき、ｘとｙとの関係が以下の（１）式で表されるように光部品の反射率をそれぞれ設定する。

ｙ＝ｘ／（１−ｘ） …（１）
ただし、反射用光部品２１の反射率ｙが１を超えないように、０＜ｘ≦０．５の範囲内で結合用光部品２２の反射率ｘを設定する。

波長λ₁ ，λ₂ の光信号の光信号パワーを共にＩとすると、波長λ₁ の光信号パワーＩは、反射用光部品２１で反射されてｙ×Ｉとなり、結合用光部品２２の透過後にはｙ×（１−ｘ）×Ｉ、すなわちｘＩとなる。また、波長λ₂ の光信号パワーＩは、結合用光部品３２で反射されてｘＩとなる。

したがって、反射用用及び結合用光部品２１，２２の各反射率を（１）式を満たすように設定すれば２つの光信号の結合率をそれぞれ等しくして光信号同士を結合させることができる。

また、図３に示すように、波長λ₁ の光信号を反射用光部品２１に、波長λ₂ の光信号を結合用光部品２２にそれぞれ入射させると、波長λ₁ の光信号は反射用光部品２１で反射し、さらに結合用光部品２２で反射し、波長λ₂ の光信号は結合用光部品２２を透過し、波長λ₁ の光信号と結合用光部品２２で結合する。

この図３の例では、結合時点で光信号パワーを等しくするために、反射用光部品２１の反射率をｙ、結合用光部品２２の反射率をｘとしたとき、ｘとｙとの関係が以下の（２）式で表されるように光部品の反射率をそれぞれ設定する。

ｙ＝（１−ｘ）／ｘ …（２）
ただし、反射用光部品２１の反射率ｙが１を超えないように、０．５≦ｘ＜１の範囲内で結合用光部品２２の反射率ｘを設定する。

図２のときと同様に、光部品２１，２２に入射される光信号の光信号パワーを共にＩとすると、波長λ₁ の光信号パワーＩは、反射用光部品２１で反射した後ではｙ×Ｉとなり、結合用光部品２２を透過した後ではｙ×ｘ×Ｉ、すなわち（１−ｘ）Ｉとなる。一方、波長λ₂ の光信号パワーＩは、結合用光部品２２を透過した後では（１−ｘ）Ｉとなる。したがって、反射用及び結合用光部品２１，２２の各反射率を（２）式を満たすように設定すれば２つの光信号の結合率をそれぞれ等しくして光信号同士を結合させることができる。

（１）式または（２）式において、反射用光部品２１の反射率を１００％、結合用光部品２２の反射率を５０％とすると、光信号が結合された結合光信号のパワーを最大（５０％）とすることができる。

図１に戻り、本実施の形態の光送信器１０の光部品の配置について説明する。

まず、波長多重光信号の出射端となるフェルール１６とレンズ１７の光軸を光軸Ｏａとし、アレイ状に配置された光源１２ａ〜１２ｄを、レセプタクル１５に向かって順に第一の光源１２ａ、第二の光源１２ｂ，第三の光源１２ｃ，第四の光源１２ｄとする。

光軸Ｏａには、第一の光源１２ａを出射した光信号Ｌ１を反射させる第一の反射用光部品１３ａが、光軸Ｏａに対してその反射面が４５°斜めに、かつ第一の光源１２ａの光軸と合うように配置される。

この光軸Ｏａには、第二の光源１２ｂを出射した光信号Ｌ２を反射させる第一の結合用光部品１４ａが、光軸Ｏａに対してその反射面が４５°斜めに、かつ第二の光源１２ｂの光軸と合うように配置される。これにより、第一の結合用光部品１４ａは、第一の反射用光部品１３ａで反射された光信号Ｌ１を透過させ、光信号Ｌ２を反射させて両光信号Ｌ１、Ｌ２を結合させるようになっている。

また、第四の光源１２ｄの光軸上で、かつ光軸Ｏａに重ならない位置には、第四の光源１２ｄを出射した光信号Ｌ４を反射させる第二の反射用光部品１３ｂが、第四の光源１２ｄの光軸に対してその反射面が４５°斜めになるよう配置される。ここで、第二の反射用光部品１３ｂは、光信号Ｌ４を光軸Ｏｂに反射させる。光信号Ｌ４の反射方向は、レセプタクル１５側とは反対側（図中上側）であり、かつ光軸Ｏａに対して平行になるようにされる。

光軸Ｏｂには、第三の光源１２ｃを出射した光信号Ｌ３を反射させる第二の結合用光部品１４ｂが、光軸Ｏｂに対してその反射面が４５°斜めに、かつ第三の光源１２ｃの光軸と合うように配置される。この第二の結合用光部品１４ｂは光信号Ｌ３を反射させると共に、光信号Ｌ４を透過して、両信号Ｌ３，Ｌ４を結合させるようになっている。

さらに、光軸Ｏｂには、第二の結合用光部品１４ｂで結合された光信号ｌ₃₄を反射させる第三の反射用光部品１３ｃが、光軸Ｏｂに対してその反射面が４５°斜めに配置される。ただし、第三の反射用光部品１３ｃは、第二の光源１２ｂの光軸と第三の光源１２ｃの光軸との間に位置するように配置される。

光軸Ｏａには、第三の反射用光部品１３ｃで反射された光信号ｌ₃₄を反射させる第三の結合用光部品１４ｃが、光軸Ｏａに対してその反射面が４５°斜めに、かつ光信号ｌ₃₄の光軸と合うように配置される。この第三の結合用光部品１４ｃは、光信号ｌ₃₄を反射させると共に、光信号ｌ₁₂を透過させて、光信号ｌ₁₂と光信号ｌ₃₄とを結合させるようになっている。

本実施の形態においては、まず、第一の光源１２ａを出射した波長λ₁ の光信号Ｌ１は、第一の反射用光部品１３ａで光軸Ｏａ方向に反射された後、第一の結合用光部品１４ａを透過する。第二の光源１２ｂを出射した波長λ₂ の光信号Ｌ２は、第一の結合用光部品１４ａの反射面で光軸Ｏａ方向に反射される。第一の結合用光部品１４ａを透過した光信号Ｌ１と反射した光信号Ｌ２は、両光信号Ｌ１、Ｌ２の光軸が略一致し、２つの光信号Ｌ１，Ｌ２が結合した結合光信号ｌ₁₂として第一の結合用光部品１４ａを出射する。

また、第四の光源１２ｄを出射した波長λ₄ の光信号Ｌ４は、第二の反射用光部品１３ｂで光軸Ｏｂ方向に反射された後、第二の結合用光部品１４ｂを透過する。第三の光源１２ｃを出射した波長λ₃ の光信号Ｌ３は、第二の結合用光部品１４ｂの反射面で光軸Ｏｂ方向に反射される。第二の結合用光部品１４ｂを反射した光信号Ｌ３と透過した光信号Ｌ４は、両光信号Ｌ３，Ｌ４の光軸が略一致し、２つの光信号Ｌ３，Ｌ４は結合した結合光信号ｌ₃₄として結合用光部品１４ｂを出射する。

第二の結合用光部品１４ｂを出射した結合光信号ｌ₃₄は、第三の反射用光部品１３ｃで第三の結合用光部品１４ｃの方向へと直角に反射される。

第三の反射用光部品１３ｃを反射した結合光信号ｌ₃₄は、第三の結合用光部品１４ｃの反射面で光軸Ｏａに沿ってレセプタクル１５の方向へ反射される。また、第一の結合用光部品１４ａを出射した結合光信号ｌ₁₂は、第三の結合用光部品１４ｃを透過する。第三の結合用光部品１４ｃを透過した結合光信号ｌ₁₂と、反射した結合光信号ｌ₃₄は、両光信号ｌ₁₂，ｌ₃₄の光軸が略一致し、２つの結合光信号ｌ₁₂，ｌ₃₄同士が結合して４波長多重化された結合光信号ｌ₁₂₃₄として第三の結合用光部品１４ｃを出射する。

結合光信号ｌ₁₂₃₄は、レンズ１７によってフェルール１６の端面に集光され、フェルール１６に接続された光伝送路等によって外部に送信される。

さて、本実施の形態の光送信器１０は、それぞれ反射率の等しい反射用光部品１３ａ〜１３ｃと結合用光部品１４ａ〜１４ｃで、４つの異なる波長の光信号の各光信号パワーを等しくして波長多重化できるものである。

本実施の形態では、上記の（１）式或いは（２）式を満たすべく、例えば、第一から第三の反射用光部品１３ａ〜１３ｃとして反射率１の全反射ミラーを用い、第一から第三の結合用光部品１４ａ〜１４ｃとして反射率０．５のハーフミラーを用いた。

また、光送信器１０では、光源１２ａ〜１２ｄとして鏡筒型のレーザダイオード（Can−ＬＤ）を４個用い、各光源１２ａ〜１２ｄの発振波長はそれぞれ、１２７６ｎｍ（λ₁ ），１３００ｎｍ（λ₂ ），１３２４ｎｍ（λ₃ ），１３４８ｎｍ（λ₄ ）とし、波長間隔が略２４ｎｍである。

波長λ₁ の光信号Ｌ１は、第一の反射用光部品１３ａで全反射された後、第一の結合用光部品１４ａで光信号パワーの５０％が透過し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーの５０％が透過している。よって、光信号Ｌ１が他の光信号Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ１の光信号パワーは、
１×０．５×０．５＝０．２５
と、光源１２ａの光信号パワーの２５％になる。

波長λ₂ の光信号Ｌ２は、第一の結合用光部品１４ａで光信号パワーの５０％が反射した後、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーの５０％が透過している。よって、光信号Ｌ２が他の光信号Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ２の光信号パワーは、
０．５×０．５＝０．２５
と、光源１２ｂの光信号パワーの２５％になる。

波長λ₃ の光信号Ｌ３は、第二の結合用光部品１４ｂで光信号パワーの５０％が反射した後、第三の反射用光部品１３ｃで全反射し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーの５０％が透過している。よって、光信号Ｌ３が他の光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ３の光信号パワーは、
０．５×１×０．５＝０．２５
と、光源１２ｃの光信号パワーの２５％になる。

波長λ₄ の光信号Ｌ４は、第二の反射用光部品１３ｂで全反射した後、第二の結合用光部品１４ｂで光信号パワーの５０％が透過し、第三の反射用光部品１３ｃで全反射し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーの５０％が透過している。よって、光信号Ｌ４が他の光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ４の光信号パワーは、
１×０．５×１×０．５＝０．２５
と、光源１２ｄの光信号パワーの２５％になる。

以上、各光源１２ａ〜１２ｄからそれぞれ出射する光信号Ｌ１〜Ｌ４は、第三の結合用光部品１４ｃを透過或いは反射する光信号パワーが全て光源出射時の略２５％と同じ結合率で結合させることができる。即ち、各光信号の損失が６ｄＢで等しくなるように、４つの波長の光信号Ｌ１〜Ｌ４を結合して波長多重化することができる。

このように、本実施の形態の光送信器１０では、まず２つの光信号Ｌ１、Ｌ２を一つの結合用光部品１４ａで結合させ、さらに、結合された結合光信号ｌ₁₂，ｌ₃₄同士を同じ反射率の結合用光部品１４ｃで結合させることで、すなわち、２種類の反射率の光部品を組み合わせることで、容易に、等しい結合率で光信号の波長多重化を実現することができ、ひいては光部品の種類が少なく、製造コストを安価に抑えることができる。

光部品１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃの配置は、筐体１１を加工する際に光部品の位置決めをして加工するので、筐体１１への実装を高精度で容易に行うことができる。

本実施の形態では、光信号を４波長多重化して送信する光送信器１０について説明したが、波長多重数は４以上でもよい。

本実施の形態の光送信器１０では、結合用光部品１４ａ〜１４ｃとして反射率５０％のハーフミラーを使用しており、ハーフミラーで反射させた光信号とハーフミラーを透過させた光信号とでは、それぞれ光信号パワーが同じであるので、ハーフミラーを配置する際に透過、反射を区別を考慮せずに設計することができる。そのため、光送信器１０では、図２に示した光部品２１，２２の配置と、図３に示した光部品２１，２２の配置を組み合わせて光部品を配置することができる。

また、本実施の形態の光送信器１０に用いた反射用光部品１３ａ〜１３ｃは、その反射率が１００％であるので、光信号の光路を変えるためにいくつ設けてもよい。

図４は本発明に係る光送信器の好適な第二の実施の形態を示した概略図である。

基本的な構成部分は、上述した図１の光送信器１０と略同様であり、同一構成部分には、図１の場合と同一の符号を付してあるが、前実施の光送信器１０とは第二の反射用光部品１３ｂ、第二の結合用光部品１４ｂ及び第三の結合用光部品１４ｃの位置を変え、第三の反射用光部品１３ｃを省略した点において異なる。

第三の光源１２ｃを出射した光信号Ｌ３を反射させる第二の反射用光部品１３ｂは、第三の光源１２ｃの光軸上で、かつ第三の光源１２ｃと光軸Ｏａと間に、第三の光源１２ｃの光軸に対してその反射面が４５°斜めになるように配置される。ここで、第二の反射用光部品１３ｂは、光信号Ｌ３を光軸Ｏｃに反射する。この反射方向は、レセプタクル１５側（図中下側）に、かつ光軸Ｏａに対して平行になるような光軸Ｏｃとなる。

この光軸Ｏｃには第二の反射用光部品１３ｂで反射された光信号Ｌ３を反射させる第二の結合用光部品１４ｂが、光軸Ｏｃに対してその反射面が４５°斜めに配置される。さらに、第二の結合用光部品１４ｂは、第四の光源１２ｄの光信号Ｌ４を透過させるようになっており、光源１２ｄの光軸と光軸Ｏｃとが反射面上で合うように配置されている。

第三の結合用光部品１４ｃは、光軸Ｏａに対してその反射面を４５°斜めに、かつ結合光信号ｌ₃₄の光軸と合うように配置される。

この第二の実施の形態において、第一及び第二の光源１２ａ，１２ｂを出射した光信号Ｌ１，Ｌ２は、図１の実施の形態と同様に、第一の結合用光部品１４ａで結合され、結合光信号ｌ₁₂が第三の結合用光部品１４ｃを透過する。

第三の光源１２ｃを出射した光信号Ｌ３は、第二の反射用光部品１３ｂで光軸Ｏｃ方向に反射された後、第二の結合用光部品１４ｂで第三の結合用光部品１４ｃの方向へと直角に反射される。

第四の光源１２ｄを出射した光信号Ｌ４は、第二の結合用光部品１４ｂを透過する。

第二の結合用光部品１４ｂを反射した光信号Ｌ３と透過した光信号Ｌ４は、第二の結合用光部品１４ｂの反射面で光軸が一致するので、２つの光信号Ｌ３，Ｌ４が結合した結合光信号ｌ₃₄として第二の結合用光部品１４ｂを出射する。

結合光信号ｌ₃₄は、第三の結合用光部品１４ｃでレセプタクル１５の方向へ反射されると共に、第一の結合用光部品１４ａを透過した結合光信号ｌ₁₂と、その反射面で光軸が略一致するので、２つの結合光信号ｌ₁₂，ｌ₃₄が結合して４波長多重化された結合光信号ｌ₁₂₃₄となる。

本実施の形態の光送信器３０において、光信号Ｌ３は、第二の反射用光部品１３ｂで全反射した後、第二の結合用光部品１４ｂで光信号パワーの５０％が反射し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーの５０％が反射している。よって、光信号Ｌ３が他の光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ３の光信号パワーは、
１×０．５×０．５＝０．２５
と、光源１２ｃの光信号パワーの２５％になる。

また、光信号Ｌ４は、第二の結合用光部品１４ｂで光信号パワーの５０％が透過し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーの５０％が反射している。よって、光信号Ｌ４が他の光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ４の光信号パワーは、
０．５×０．５＝０．２５
と、光源１２ｄの光信号パワーの２５％になる。

以上、本実施の形態の光送信器３０においても、第三の結合用光部品１４ｃを出射して波長多重化した各光信号パワーがそれぞれ光源１２ａ〜１２ｄの光信号パワーの略２５％と同じ結合率となるように結合させることができる。

さらに、本実施の形態の光送信器３０では、第一の反射用光部品１３ａ及び結合用光部品１４ａを図２に示したような位置関係で配置し、第二の反射用光部品１３ｂ及び結合用光部品１４ｂを図３に示したような位置関係で配置することで、反射用光部品１３ｃ（図１参照）を用いずに、結合光信号ｌ₁₂と結合光信号ｌ₃₄とを第三の結合用光部品１４ｃに入射させて結合させることができる。

図５は本発明に係る光送信器の好適な第三の実施の形態を示した概略図である。

基本的な構成部分は、上述した図１の光送信器１０と略同様であり、同一構成部分には、図１の場合と同一の符号を付してあるが、第一の実施の形態の光送信器１０では、複数の光源１２ａ〜１２ｄの光軸と、フェルール１６の光軸とが略直交していたのに対し、本実施の形態の光送信器４０では、複数の光源１２ａ〜１２ｄの光軸とフェルール１６の光軸が略平行になっている。それに伴い、本実施の形態の光送信器４０では、第三の反射用光部品１３ｃ及び第三の結合用光部品１４ｃの配置が第一の実施の形態の光送信器１０と異なる。

また、第一の実施の形態では、反射用光部品１３ａ〜１３ｃを反射率が略１００％の全反射ミラーとし、結合用光部品を反射率が略５０％のハーフミラーとしていたが、本実施の形態の光送信器４０では、反射用光部品１３ａ〜１３ｃ及び結合用光部品１４ａ〜１４ｃの反射率が上記（１）式を満たす範囲内で設定した。

レセプタクル１５は、４つの光源１２ａ〜１２ｄが設けられた筐体４１の側面と対向する側面（図中左側）に、かつ第二の光源１２ｂの光軸と第三の光源１２ｃの光軸との間に、フェルール１６の光軸が位置するように形成されている。それに伴い、レンズ１７が、レセプタクル１５付近のフェルール１６の端面に光信号ｌ₁₂₃₄を集光させる位置に配置されている。

結合光信号ｌ₃₄を反射させる第三の反射用光部品１３ｃは、光軸Ｏｂに対してその反射面が４５°斜めに、かつ、レンズ１７の光軸と合うように配置される。

また、光軸Ｏａには、結合光信号ｌ₁₂を反射させる第三の結合用光部品１４ｃが、光軸Ｏａに対してその反射面が４５°斜めに、かつレンズ１７の光軸と合うように配置される。第三の結合用光部品１４ｃは、結合光信号ｌ₁₂を反射させると共に、結合光信号ｌ₃₄を透過させて、両光信号ｌ₁₂，ｌ₃₄を結合させるようになっている。

この第三の実施の形態において、第二の結合用光部品１４ｂで結合された結合用光信号ｌ₃₄は、第三の反射用光部品１３ｃで第三の結合用光部品１４ｃの方向へと直角に反射される。

結合用光信号ｌ₃₄は、第三の結合用光部品１４ｃを透過し、結合光信号ｌ₁₂は、第三の結合用光部品１４ｃでレセプタクル１５の方向へ反射する。

第三の結合用光部品１４ｃを反射した結合光信号ｌ₁₂と透過した結合光信号ｌ₃₄は、第三の結合用光部品１４ｃの反射面で光軸が一致するので、結合光信号ｌ₁₂，Ｌ₃₄同士が結合した結合光信号ｌ₁₂₃₄として第三の結合用光部品１４ｃを出射し、結合光信号ｌ₁₂₃₄はレンズ１７へ結合される。

ここで、各波長の光信号Ｌ１〜Ｌ４の光信号パワーの変化について説明する。

光信号Ｌ１は、第一の反射用光部品１３ａでその光信号パワーがｙ倍になって反射した後、第一の結合用光部品１４ａで光信号パワーが（１−ｘ）倍になって透過し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーがｘ倍になって反射している。よって、光信号Ｌ１が他の光信号Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ１の光信号パワーは、
ｙ×（１−ｘ）×ｘ＝ｘ／（１−ｘ）×（１−ｘ）×ｘ
＝ｘ²
と、光源１２ａの光信号パワーのｘ² 倍になる。

光信号Ｌ２は、第一の結合用光部品１４ａでその光信号パワーがｘ倍になって反射した後、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーがｘ倍になって反射している。よって、光信号Ｌ２が他の光信号Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ２の光信号パワーは、
ｘ×ｘ＝ｘ²
と、光源１２ｂの光信号パワーのｘ² 倍になる。

光信号Ｌ３は、第二の結合用光部品１４ｂでその光信号パワーがｘ倍になって反射した後、第三の反射用光部品１３ｃで光信号パワーがｙ倍になって反射し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーが（１−ｘ）倍になって透過している。よって、光信号Ｌ３が他の光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ３の光信号パワーは、
ｘ×ｙ×（１−ｘ）＝ｘ×ｘ／（１−ｘ）×（１−ｘ）
＝ｘ²
と、光源１２ｃの光信号パワーのｘ² 倍になる。

光信号Ｌ４は、第二の反射用光部品１３ｂでその光信号パワーがｙ倍になって反射した後、第二の結合用光部品１４ｂで光信号パワーが（１−ｘ）倍になって透過し、第三の反射用光部品１３ｃで光信号パワーがｙ倍になって反射し、第三の結合用光部品１４ｃで光信号パワーが（１−ｘ）倍になって透過している。よって、光信号Ｌ４が他の光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と結合された結合光信号ｌ₁₂₃₄において、光信号Ｌ４の光信号パワーは、
ｙ×（１−ｘ）×ｙ×（１−ｘ）
＝ｘ／（１−ｘ）×（１−ｘ）×ｘ／（１−ｘ）×（１−ｘ）
＝ｘ²
と、光源１２ｄの光信号パワーのｘ²倍になる。

以上、各光源１２ａ〜１２ｄからそれぞれ出射する光信号Ｌ１〜Ｌ４は、第三の結合用光部品１４ｃを出射する光信号パワーが全て光源出射時のｘ² 倍と同じ結合率で結合させることができる。

ところで、図１の実施の形態の光送信器１０においては、第一の反射用光部品及び結合用光部品１３ａ，１４ａを図２に示した例のように配置し、第三の反射用光部品及び結合用光部品１３ｃ，１４ｃを図３に示した例のように配置している。このため、２種類の光部品を用いて各光信号の結合率をそれぞれ等しくして波長多重化するには、２種類の光部品の反射率（ｘ，ｙ）を（１）式及び（２）式の両式を満たすべく、それぞれ（０．５，１）とする必要がある。

本実施の形態の光送信器４０では、図２に示した例のように、一つの光信号を反射用光部品２１で反射させた後、結合用光部品２２で透過させ、もう一つの光信号を結合用光部品２２で反射させて、２つの光信号を結合させるよう全ての光部品１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃを配置している。

これにより、２種類の光部品の反射率（ｘ，ｙ）の組み合わせを（０．５，１）に限らず、（１）式を満たす範囲内であれば反射率（ｘ、ｙ）を自由に設定することが可能である。

第一の好適な実施形態の光送信器を示す概略図である。 ２種類の光部品の反射率の関係を説明する図である。 ２種類の光部品の反射率の関係を説明する図である。 第二の好適な実施形態の光送信器を示す概略図である。 第三の好適な実施形態の光送信器を示す概略図である。 従来の光送信器を示す概略図である。 平面光導波路型の光カプラを用いた光送信器を示す概略図である。

符号の説明

１０ 光送信器
１１ 筐体
１２ 光源
１３ 反射用光部品
１４ 結合用光部品
１５ レセプタクル
１６ フェルール
１７ レンズ

Claims (9)

1. ３以上の光源から平行に出射されたそれぞれ波長の異なる光信号を結合して波長多重化する光送信器において、
   上記光信号を反射させる反射用光部品と、上記光信号を反射及び透過させる結合用光部品（該結合用光部品の反射率はｘ、透過率は１−ｘ、ただしｘは０＜ｘ＜１）とからなる２種類の光部品を用い、
   上記反射用光部品と上記結合用光部品を各光源の光路に、各光源を出射した光信号が一つに結合するように配置し、かつ各光信号が上記反射用光部品と上記結合用光部品を反射或いは透過して結合し、各光信号の各光源における光信号パワーに対する上記光送信器から出力される際の光信号パワーの比率が同じとなるように上記２種類の光部品の反射率或いは透過率をそれぞれ設定したことを特徴とする光送信器。
2. 上記反射用光部品の反射率を１、上記結合用光部品の反射率を０．５（透過率０．５）とし、
   ある２つの光信号の結合において、第一の光信号を上記結合用光部品で透過させ、第二の光信号を上記結合用光部品で反射させて第一の光信号と結合させて、光信号パワーを０．５倍として各光信号を出力する結合構成を用い、
   光信号パワーが０．５のｎ乗（ｎ≧０：ｎは光信号が上記結合構成を通過した回数）倍となった光信号と、他の光信号パワーが０．５のｎ乗倍となった光信号とを、上記３以上の光源の光信号が一つに結合するまで、繰り返し結合するように上記結合構成を複数配置した請求項１記載の光送信器。
3. 上記反射用光部品の反射率をｙ、上記結合用光部品の反射率をｘとしたとき、ｘとｙとが
   ｙ＝ｘ／（１−ｘ）
   ただし、０＜ｘ≦０．５
   の関係を満たし、
   ある２つの光信号の結合において、第一の光信号を上記反射用光部品で反射させた後、上記結合用光部品で透過させ、第二の光信号を上記結合用光部品で反射させて第一の光信号と結合させて、光信号パワーをｘ倍として各光信号を出力する結合構成を用い、
   光信号パワーがｘのｎ乗（ｎ≧０：ｎは光信号が上記結合構成を通過した回数）倍となった光信号と、他の光信号パワーがｘのｎ乗倍となった光信号とを、上記３以上の光源の光信号が一つに結合するまで、繰り返し結合するように上記結合構成を複数配置した請求項１記載の光送信器。
4. 上記反射用光部品の反射率をｙ、上記結合用光部品の反射率をｘとしたとき、ｘとｙとが
   ｙ＝（１−ｘ）／ｘ
   ただし、０．５≦ｘ＜１
   の関係を満たし、
   ある２つの光信号の結合において、第一の光信号を上記反射用光部品で反射させた後、上記結合用光部品で反射させ、第二の光信号を上記結合用光部品で透過させて第一の光信号と結合させて、光信号パワーを（１−ｘ）倍として各光信号を出力する結合構成を用い、
   光信号パワーが（１−ｘ）のｎ乗（ｎ≧０：ｎは光信号が上記結合構成を通過した回数）倍となった光信号と、他の光信号パワーが（１−ｘ）のｎ乗倍となった光信号とを、上記３以上の光源の光信号が一つに結合するまで、繰り返し結合するように上記結合構成を複数配置した請求項１記載の光送信器。
5. 上記反射用光部品の反射率ｙを１、上記結合用光部品の反射率ｘを０．５とする請求項３または４記載の光送信器。
6. ４つ光源の光信号を一つに結合して４波長多重化とする請求項１から５いずれかに記載の光送信器。
7. アレイ状に配置され、それぞれ波長の異なる光信号を平行に出射する４つの光源と、
   第一の光源の光信号を反射させる第一の反射用光部品と、
   第一光源に隣接する第二の光源の光信号を反射させると共に、上記第一の反射用光部品で反射した光信号を透過させて、第一と第二の光信号を結合させる第一の結合用光部品と、
   第四の光源の光信号を反射させる第二の反射用光部品と、
   第四の光源に隣接する第三の光源の光信号を反射させると共に、第二の反射用光部品で反射した光を透過させて、第三と第四の光信号を結合させる第二の結合用光部品と、
   第二の結合用光部品で結合された第三と第四の光信号を反射させる第三の反射用光部品と、
   第一の結合用光部品で結合された第一と第二の光信号を透過させると共に、第三の反射用光部品で反射された第三と第四の光信号を反射させて、第一から第四の光信号を結合させる第三の結合用光部品とを備え、
   上記第一から第三の反射用光部品の反射率を１とし、上記第一から第三の結合用光部品の反射率を０．５とした請求項１記載の光送信器。
8. アレイ状に配置され、それぞれ波長の異なる光信号を平行に出射する４つの光源と、
   第一の光源の光信号を反射させる第一の反射用光部品と、
   第一の光源に隣接する第二の光信号を反射させると共に、第一の反射用光部品で反射した光信号を透過させて、第一と第二の光信号を結合させる第一の結合用光部品と、
   第三の光源の光信号を反射させる第二の反射用光部品と、
   第三の光源に隣接する第四の光源の光信号を透過させると共に、第二の反射用光部品で反射した光信号を反射させて、第三と第四の光信号を結合させる第二の結合用光部品と、 第一の結合用光部品で結合された第一と第二の光信号を透過させると共に、第二の結合用光部品で結合された第三と第四の光信号を反射させて、第一から第四の光信号を結合させる第三の結合用光部品とを備え、
   上記第一から第三の反射用光部品の反射率を１とし、上記第一から第三の結合用光部品の反射率を０．５とした請求項１記載の光送信器。
9. アレイ状に配置され、それぞれ波長の異なる光信号を平行に出射する４つの光源と、
   第一の光源の光信号を反射させる第一の反射用光部品と、
   第一光源に隣接する第二の光源の光信号を反射させると共に、上記第一の反射用光部品で反射した光信号を透過させて、第一と第二の光信号を結合させる第一の結合用光部品と、
   第四の光源の光信号を反射させる第二の反射用光部品と、
   第四の光源に隣接する第三の光源の光信号を反射させると共に、第二の反射用光部品で反射した光を透過させて、第三と第四の光信号を結合させる第二の結合用光部品と、
   第二の結合用光部品で結合された第三と第四の光信号を反射させる第三の反射用光部品と、
   第一の結合用光部品で結合された第一と第二の光信号を反射させると共に、第三の反射用光部品で反射された第三と第四の光信号を透過させて、第一から第四の光信号を結合させる第三の結合用光部品とを備え、
   上記第一から第三の反射用光部品の反射率をｙとし、上記第一から第三の結合用光部品の反射率をｘとしたとき、ｙ＝ｘ／（１−ｘ）ただし０＜ｘ≦０．５である請求項１記載の光送信器。

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