JP4889417B2

JP4889417B2 - 光パルス多重化ユニット

Info

Publication number: JP4889417B2
Application number: JP2006248110A
Authority: JP
Inventors: 満雙木; 悠次酒井
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: JP2008070536A

Description

本発明は、光パルス列を生成するための光パルス多重化ユニットに関するものである。

従来、光パルス列を生成する光パルス発生器として、例えば、特許文献１に提案されたものがある。図１０は、従来の光パルス発生器の概略構成を示している。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とにより構成されている。

遅延構造５２は、図１０に示すように、階段状の形状を有している。このため、遅延構造５２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、透過する平行平板の厚さに応じて光路長に変化が生じる。図１０において、パルス５５_１、５５_２、・・・、５５_ｎで示すように、波面は階段状に変調される。

このパルス列を集光レンズ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ことができる。

米国特許出願公開第２００３／００１２２３６Ａ１号明細書

しかしながら、特許文献１に開示されている構成は、以下の問題を有している。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相違により、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。

導波路は、単一モードであることが望ましいが、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困難であることと同じ理由である。

図１０の構成において、結合効率を高めるためには、導波路５４の入力側の開口数（ＮＡ）と、集光レンズ５３を介して光パルスの開口数（ＮＡ）とを略一致させなければならない。

ここで、階段状に変調された各光パルスのＮＡは非常に小さくなり、かつ導波路５４への入射角度がそれぞれ異なる。この結果、遅延機構５２の各平行平板を透過したすべての光パルスに対して、導波路５４への結合効率を同時に高めることは不可能である。

また、遅延構造５２の各平行平板を透過した光パルスのＮＡが小さくなることにより、集光レンズ５３を介して集光した際のスポットサイズを小さくすることができないという問題もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結合効率が高い光パルス列を射出できる光パルス多重化ユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、入射光を分波して、透過光及び反射光を生成するハーフミラーと、互いに反射面が平行で対向する２枚のミラーと、前記ハーフミラーの一方側及び他方側に配置され、前記ハーフミラーにより分波された透過光及び反射光を各々偏向して、再び前記ハーフミラー上で合波を行わせる一対の光偏向ユニットと、前記ハーフミラーの一方側及び他方側の少なくともいずれかに設けられ、複数の光路に実質的な光路長差を与える遅延部とを有し、前記遅延部は、前記ハーフミラーで分波されて再び前記ハーフミラー上で合波される間に、該遅延部を通過する光に時間遅延を与え、前記ハーフミラーは、前記対向する２枚のミラーの間に、２枚のミラーの反射面と垂直になるように配置され、前記一対の光偏向ユニットの２つの光偏向ユニットは、前記ハーフミラーを間に挟んで対向配置され、前記２枚のミラーの各々は、該ミラーに入射した前記透過光と前記反射光を、前記２つの光偏向ユニットに向けて反射するように配置され、前記２つのミラー間の中点の位置が、前記２つの光偏向ユニットで決まる中心線と異なる位置となるように、前記２つのミラーが配置されていることを特徴とする光パルス多重化ユニットを提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記遅延部は、互いに光路差が異なるｎ個の光路を有し、基準となる光路長差をＬとしたとき、各光路の光路長差にＬ、２Ｌ、…、２^ｎ−１Ｌのいずれかが割り当てられるように構成されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記遅延部は、ｎ個の複数の厚さを有する、屈折率Ｎの平行平板であり、各平行平板は、基準の厚さをΔとしたとき、Δ、２Δ、…、２^ｎ−１Δのいずれかの厚さを有し、前記基準の光路長差Ｌと前記基準の厚さΔとはＬ＝（Ｎ−１）Δの関係を満足することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記遅延部は、２つのプリズムミラーからなるプリズムユニットをｎ個備え、個々のプリズムユニットのプリズムミラー間隔を変えることで、光路長差を生成することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、光偏向ユニットは、２枚のミラーから構成され、２枚のミラーの間隔を調整することで、光路長差を調整することが望ましい。

２枚のミラーは、それぞれプリズムであることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記２枚のミラーは、それぞれプリズムで構成されていることが望ましい。

本発明によれば、結合効率が高い光パルス列を射出できる光パルス多重化ユニットを提供できるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる光パルス多重化ユニットの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る光パルス多重化ユニットにおける概略の光路を示している。光パルス多重化ユニットは、ハーフミラー２と、２枚のミラー１１、１２と、一対の光偏向ユニット３１、３２とを備えている。

ハーフミラー２は、入射光を分波して、透過光及び反射光を生成する。２枚のミラー１１、１２は、互いに反射面が平行で対向するように配置されている。ハーフミラー２は、入射光を分波して、透過光及び反射光を生成する。

一対の光偏向ユニット３１、３２は、ハーフミラー２の一方側及び他方側に配置されている。そして、光偏向ユニット３１、３２は、ハーフミラー２により分波された透過光及び反射光を各々偏向して、再びハーフミラー２上で合波を行わせる。

光偏向ユニット３１は、ミラー３１１、３１２で構成されている。光偏向ユニット３２は、ミラー３２１、３２２で構成されている。また、図１において、線分Ｃは、光偏向ユニット３１、３２の中心線を示している。ここで、ミラー１１とミラー１２との中点ＭＣは、線分Ｃ上とは異なる位置になるように構成されている。

さらに、ハーフミラー２は、対向する２枚のミラー１１、１２の間に、２枚のミラー１１、１２の反射面と垂直になるように配置されている。また、２つの光偏向ユニット３１、３２は、ハーフミラー２を間に挟んで対向配置されている。

次に、光の進行に沿って説明を続ける。尚、図中において「Ｌ」は左側、「Ｒ」は右側を示すことと約束する。例えば、ＯＬ１のＬとＯＲ１のＲはこのルールに従っている。位置Ａからハーフミラー２に４５度の入射角度で入射した光は、点ＨＭ１で光路ＫＬ１と光路ＫＲ１とに分岐される。光路ＫＬ１において、ＨＭ１―ＯＬ１―ＰＬ１１―ＰＬ１２―ＯＬ１―ＨＭ２を経由して点ＨＭ２に至る。また、光路ＫＲ１は、ＨＭ１―ＯＲ１―ＰＲ１１―ＰＲ１２―ＯＲ１―ＨＭ２を経由して点ＨＭ２に至る。そして、点ＨＭ２において合波される。

点ＨＭ２で合波した光は、再び、
光路ＫＬ２では、ＨＭ２―ＱＬ１―ＯＬ２―ＰＬ２１―ＰＬ２２―ＯＬ２―ＱＬ２―ＨＭ３、
光路ＫＲ２では、ＨＭ２―ＱＲ１―ＯＲ２―ＰＲ２１―ＰＲ２２―ＯＲ２―ＱＲ２―ＨＭ３、とに分岐される。

さらに、点ＨＭ３と点ＨＭ４との間の光路ＫＬ３、ＫＲ３と、点ＨＭ４と点ＨＭ５との間の光路ＫＬ４、ＫＲ４についても同様に分波と合波とが繰り返される。そして、点ＨＭ５で合波した後は、位置Ｂへ向けて光は出射される。

図２に示すように、点ＨＭ１から点ＨＭ５に至るまで、ＫＬｉ、ＫＲｉ（ｉ＝１、２、３、４）の計８個の経路の組み合わせ、つまり２^４＝１６通りの経路が存在することになる。ここで、図３に示すように、遅延部４をハーフミラー２の一方側及び他方側の少なくともいずれかに設ける。本例では、一方側のみに遅延部４を配置している。遅延部４は、ハーフミラー２で分波されて再びハーフミラー２上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、時間遅延を与える機能を有する。

図４は、遅延部４の構成を示している。遅延部４は、ｎ個（図４では４個）の複数の光路において光路長差を付与する。基準となる光路長差をＬとしたとき、遅延部は、第ｎ番目の光路の光路長差に対して２^ｎ−１Ｌの光路長差を与えるように構成されている。

遅延部４は、ｎ個の複数の厚さを有する、屈折率Ｎの平行平板である。基準の厚さをΔとしたとき、第ｎ番目の厚さは２^ｎ−１Δである。ここで、基準の光路長差Ｌと基準の厚さΔとはＬ＝（Ｎ−１）Δの関係を満足する。

遅延部４により、光路ＫＬｉ（ｉ＝１、２、３、４）のそれぞれに屈折率Ｎで厚さが（２ｉー１）Δの平行平板が配置されると、光路ＫＬｉでは、２^ｉ−１（Ｎ−１）Δの光路長が生じる。

図５は、本実施例のさらに具体的な概略構成を示している。ミラー１１は、直角三角プリズム１１ａ、１１ｂを接合して構成されている。接合面には、ハーフミラー２の機能を有する半透過膜２ａが形成されている。ミラー１２は、直角三角プリズム１２ａ、１２ｂを接合して構成されている。接合面には、ハーフミラー２の機能を有する半透過膜２ｂが形成されている。また、プリズム１１ｂの、光の入射部及び射出部にはプリズム２０が設けられている。プリズム２０の入射面（射出面）に対して、光は垂直に入射（射出）する。この光は、ミラー１１に４５度入射（反射）する。

さらに、光偏向ユニット３１は、２枚のミラー３１ａ、３１ｂで構成されている。光偏向ユニット３２は、２枚のミラー３２ａ、３２ｂで構成されている。そして、一方の光路に上述した遅延部４は配置されている。これにより、上述したような光パルス列を得ることができる。

次に、本実施例の変形例について説明する。本変形例では、遅延部の構成が上記実施例と異なっている。遅延部４は、光軸に沿った方向に厚さが異なる構成である。この結果、光軸に沿った方向に光路長差を与えることができる。

本変形例では、図６に示すように、遅延部は、反射プリズム４１と、コーナーキューブの機能を有する反射部４２とから構成される。このような構成において、遅延部は、紙面に鉛直なｚ方向の間隔Ｌが各光路ごとに所定の光路長差を付与するように配置されている。これにより、所望の光路長差（時間的遅延）を各光路に付与できる。

次に、本発明の実施例２に係る光パルス多重化ユニットについて説明する。図７は、さらに、他の変形例について説明する。図７は、本変形例の概略構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例において、点Ａの位置で分波された光は、点Ｂで合波するように構成されている。遅延部Ｄ１で得られる時間遅延量と同等の時間遅延量は、光路Ｌ２側の光偏向ユニットを構成するミラー３２ａ、３２ｂを図中に示す矢印方向へシフトさせることで得ることができる。なお、遅延部Ｄ１は、図６で示したような構成を用いているが、図４で示すような構成でも良い。

なお、図７においては、理解の容易のため、ミラー３２ａ、３２ｂをシフトする前とシフトした後との光路を同時に図示している。ミラー３２ａ、３２ｂを矢印方向にシフトするとき、光軸はずれることはない。このため、実施例１で述べたような、光の分波、合波機能は、そのまま維持される。

（変形例）
次に変形例について説明する。図８は、変形例に係る光パルス多重化ユニットの上面図である。図９は、その斜視図である。本変形例では、光パルス多重化ユニットは、２つの３１００、３２００を有している。そして、プリズム３１００とプリズム３２００とは、所定面において密着、接合されている。

プリズムどうしの接合面には、半透過膜２が蒸着されている。また、プリズム３１００の面３１１０、３１２０には、ミラーが蒸着されている。同様にプリズム３２００の面３２１０、３２２０には、ミラーが蒸着されている。

光Ｌｉｎの入射面（光Ｌｏｕｔの射出面を兼ねる）には、効率良く光を入射、射出させるようにプリズム３３００が接合されている。ここで、面１１０、１２０は、特別に反射面としなくても、自動的に全反射が生ずるように構成されている。

遅延部４は、上述した実施例における遅延部と同じ機能を有する。本変形例では、遅延部４は、空洞で形成されている。遅延部４を除いたプリズム３１００、３２００は、所定の光学媒質で構成されている。本変形例によっても、上記実施例と同様に高い結合効率の光パルス列を得ることができる。

以上説明したように、光パルス多重化ユニットによれば、各光パルスが同一の軸に沿って伝播する光パルス列を生成できる。このため、射出する光パルス列のＮＡが小さくなることを防ぐことができる。この結果、結合効率の高い光パルス列を得ることができる。また、光パルス列のパルス間隔を任意に設定できる。また、本変形例での遅延部に液体を充填させても良い。種々の液体を用いることで、光路長を変化させることができる。

以上のように、本発明にかかる光パルス多重化ユニットは、結合効率が高い光パルス列を射出するときに有用である。

実施例１の概略構成を示す図である。光路の様子を説明する図である。実施例１の概略構成を示す他の図である。遅延部の構成を示す図である。実施例１の具体的構成を示す図である。遅延部の他の構成を示す図である。実施例２の概略構成を示す図である。変形例の概略構成を示す図である。変形例の斜視構成を示す図である。従来技術の概略構成を示す図である。

符号の説明

２ハーフミラー
２ａ、２ｂ半透過膜
４遅延部
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ直角三角プリズム
１１、１２ミラー
２０プリズム
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ
３１、３２光偏向ユニット
４１反射プリズム
４２反射部
３１１、３１２、３２１、３２２ミラー
Ｄ１遅延部
５１パルス光源
５２遅延構造
５３集光レンズ
５４導波路
５５_１〜５５_ｎパルス
３１００、３２００プリズム
３１１０、３１２０、３２１０、３２２０反射面
１１０、１２０全反射面

Claims

入射光を分波して、透過光及び反射光を生成するハーフミラーと、
互いに反射面が平行で対向する２枚のミラーと、
前記ハーフミラーの一方側及び他方側に配置され、前記ハーフミラーにより分波された透過光及び反射光を各々偏向して、再び前記ハーフミラー上で合波を行わせる一対の光偏向ユニットと、
前記ハーフミラーの一方側及び他方側の少なくともいずれかに設けられ、複数の光路に実質的な光路長差を与える遅延部とを有し、
前記遅延部は、前記ハーフミラーで分波されて再び前記ハーフミラー上で合波される間に、該遅延部を通過する光に時間遅延を与え、
前記ハーフミラーは、前記対向する２枚のミラーの間に、２枚のミラーの反射面と垂直になるように配置され、
前記一対の光偏向ユニットの２つの光偏向ユニットは、前記ハーフミラーを間に挟んで対向配置され、
前記２枚のミラーの各々は、該ミラーに入射する前記透過光や前記反射光を、前記２つの光偏向ユニットに向けて反射するように配置され、
前記２つのミラー間の中点の位置が、前記２つの光偏向ユニットで決まる中心線と異なる位置となるように、前記２つのミラーが配置されていることを特徴とする光パルス多重化ユニット。
前記遅延部は、互いに光路差が異なるｎ個の光路を有し、
基準となる光路長差をＬとしたとき、各光路の光路長差にＬ、２Ｌ、…、２^ｎ−１Ｌのいずれかが割り当てられるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光パルス多重化ユニット。
前記遅延部は、ｎ個の複数の厚さを有する、屈折率Ｎの平行平板であり、
各平行平板は、基準の厚さをΔとしたとき、Δ、２Δ、…、２^ｎ−１Δのいずれかの厚さを有し、
前記基準の光路長差Ｌと前記基準の厚さΔとはＬ＝（Ｎ−１）Δの関係を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光パルス多重化ユニット。
前記遅延部は、２つのプリズムミラーからなるプリズムユニットをｎ個備え、個々のプリズムユニットのプリズムミラー間隔を変えることで、光路長差を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光パルス多重化ユニット。
前記光偏向ユニットは、２枚のミラーから構成され、
前記２枚のミラーの間隔を調整することで、光路長差を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光パルス多重化ユニット。
前記２枚のミラーは、それぞれプリズムで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光パルス多重化ユニット。