JP5110533B2

JP5110533B2 - 光路長補正モジュール

Info

Publication number: JP5110533B2
Application number: JP2008259544A
Authority: JP
Inventors: 直人馬場
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: JP2010091658A

Description

本発明は、光路長補正モジュールに関し、特に、並行する二つの光路の長さ（光路長という）を等しいように調整できる光路長補正モジュールに関する。

近年、２相差分位相偏移変調（ＤＰＳＫ）または４相差分位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）などの多値化位相偏移変調による光通信方式が開発されている。これら通信方式では、受光器の前段においては複数の光ファイバによる伝送となっており、受光器の内部では各光ファイバから出射された光信号を複数の受光素子で受光する構成となっている(例えば、特許文献１参照)。各受光素子に入射される光の位相を通信方式に合った条件に調整するのが重要であるが、光の位相を調整することは、物理的には光路長を調整することに相当する。

図９は、ＤＰＳＫ方式において、２つの光路Ａ，Ｂの光路長が合っている場合の波形を示す。この場合は伝送特性が良好で理想的な状態となる。しかしながら、光受信器に実装される複数の光ファイバ同士の光ファイバ長や光受信器の前段に配置される光デバイスの光ファイバ同士のファイバ長を厳密に合わせることは現実的には不可能である。

例えば、光ファイバへの光コネクタ付けの工事シーンを想起すれば、数mm単位での長さ合わせは困難であろうことは容易に考えられよう。その結果、図１０に示す波形例のように、光路Ａの光路長＞光路Ｂの光路長である状態や、図１１に示す波形例のように、光路Ａの光路長＜光路Ｂの光路長である状態になってしまう。この場合には、図９の波形例の場合に比べ、伝送特性が劣化してしまう。そこで、光受信器および光受信器の前段に配置される光デバイスが持つ光ファイバの長さが異なっていても、容易に所望の光路長調整（位相調整）を行うことができる光路長補正モジュールが必要となる。

この種の従来技術１（特許文献２、特許文献３）は、光を２つのガラスブロックなどを透過させ、ガラスブロックを光路方向（光軸）と異なる方向へ移動させたときの屈折率差で光路長を調整し、従来技術２（特許文献４）は、２つの二等辺直角プリズムの一方を移動させたときの斜辺での光の反射を利用して光路長を変更する。

また、従来技術３（特許文献５）は、それぞれが光路を９０度折り曲げる２つの反射鏡をＬ字様に組み合わせたものを２組備え、合計で光路を４回折り曲げるように構成している光路折曲手段としての合焦位置調整機構を開示している。また、従来技術４（特許文献６）は、光源系と記録動作を行なう表面スキャナとの間にミラーボディを設け、その揺動往復旋回により光の反射角度を変えることによって、照明視野絞りと照明光路の光を反射するミラーボディの表面との間の光路長を、観察光路の光を反射するミラーボディの表面と観察視野絞りとの間の光路長と等しくする検眼鏡を開示している。
特開2006-323020（第２頁）特許第3726676（第５頁、図２ａ）特開2006-287493（第１２頁、図４，図５）特許第3726676（第５頁、図２b）特開2005-107859（第９頁、図９）特開2007-105479（第６頁−第７頁、図２）

しかしながら、上述した従来技術１では、光受信器の前段に配置する光路長補正モジュールに適用するには、例えば、40Gbpsの信号の場合、前後１周期分に相当する光路長を調整するには±7.5mmの光路長の変化が必要である。また、従来技術２では、光路長を変化させる（伸ばす）には、反射折返しブロックを本来の光軸から遠ざける方向に動かす必要があり、モジュールが横方向に大きくなってしまうという問題点がある。それは、モジュールの装置への実装を考えれば、光軸に対して横方向にサイズが大きくなるということであって、装置の小型化に必要な高密度実装上好ましくない構造である。

また、従来技術３では、二つの光路長に差をつけるためには、その長さに相当する距離だけ１組の反射鏡を移動させる必要があるので、モジュールが縦方向（光軸方向）に大きくなってしまうという問題点がある。また、従来技術４では、ミラーボディは移動せず回転運動により光路長を変えるため、変化の程度は僅少であるという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、小型で高密度実装に適した光路長補正モジュールを提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明の光路長補正モジュールは、並行する複数の光ファイバの光路長を調整する光路長補正モジュールにおいて、入力側光ファイバの端末にコリメータレンズを接続したコリメータユニットから出力側光ファイバの端末にコリメータレンズを接続したコリメータユニットへ到る光路の間に、光路の中央に位置して光軸方向に移動可能であり、入射する光を干渉しないように180°反射して折り返す光ファイバ共用の可動ミラーと、可動ミラーとコリメータユニットの間に位置して、入射する光を干渉しないように180°反射して折り返す光ファイバと１対１対応の固定ミラーを配置し、可動ミラーと固定ミラーにより、入力側コリメータユニットからの光を出力側コリメータユニットへ導くことを特徴とする。

より具体的には、本発明の光路長補正モジュールは、並行する２本の光ファイバの光路長を調整する光路長補正モジュールにおいて、入力側光ファイバの端末（図１の１ａ，３ａ）にコリメータレンズ（図１の１ｂ，３ｂ）を接続したコリメータユニット（図１の１，３）から出力側光ファイバの端末にコリメータレンズを接続したコリメータユニット（図１の２，４）へ到る光路の間に、光ファイバと１対１対応の固定ミラー（図１の６，７）と光ファイバ共用の可動ミラー（図１の５）を配置し、第１の光ファイバ対応の固定ミラー（図１の６）は、可動ミラーと入力側コリメータユニットの間に位置して、可動ミラーから入射する光を干渉しないように180°反射して第１の出力側コリメータユニット（図１の２）へ向けて折り返し、第２の光ファイバ対応の固定ミラー（図１の７）は、可動ミラーと出力側コリメータユニットの間に位置して、第２の入力側コリメータユニット（図１の３）から入射する光を干渉しないように180°反射し可動ミラーへ向けて折り返し、可動ミラーは、光路の中央に位置して光軸方向に移動可能であり、第１の入力側コリメータユニット（図１の１）から入射する光を干渉しないように180°反射し第１の光ファイバ対応の固定ミラーへ向けて折り返し、また、第２の光ファイバ対応の固定ミラーから入射する光を干渉しないように180°反射し第２の出力側コリメータユニット（図１の４）へ向けて折り返すことを特徴とする。

更に詳しくは、可動ミラー（図１の５）は長方形平板を断面がクランク様の形状（頂角90°）になるように２回折り曲げ形成され、固定ミラー（図１の６，７）は長方形平板を断面がＬ字様の形状（頂角90°）になるように１回折り曲げ形成される。

また、第１の光ファイバ対応の固定ミラー（図１の６）における反射光路で形成される面は、可動ミラー（図１の５）における反射光路で形成される水平面に対して+45°傾くように配置され、第２の光ファイバ対応の固定ミラー（図１の７）における反射光路で形成される面は、可動ミラーにおける反射光路で形成される水平面に対して-45°傾くように配置される。

また、本光路長補正モジュールの筐体の内部にベース（図１２の９）が精密に移動できるガイド（図１２の１０）を設け、ガイドの一方にはバネ（図１２の１１）、他方にはマイクロメータ（図１２の１２）を取り付け、ベースに可動ミラー（図１２の５）を実装し、マイクロメータを回転させることでベースが左右に移動し、可動ミラーの位置調整を行う。

本発明においては、光路長を調整する可動ミラーの反射面が入力側および出力側にそれぞれ正対している。更に、光路を折り返すための固定ミラーを可動ミラーの両側に有し、且つそれぞれのミラーが光路を干渉しない位置に配置にされることにより、光路長の調整の可動部が光軸（光ファイバの方向）と並行になり、モジュールの小型化が可能になる。

また、光路の中間位置に配備された可動ミラーを光軸方向に移動させることにより、第１の光路と第２の光路に光路長の差が生じ光路長を調整することができる。可動ミラーは光路長を調整する可動部を光軸と並行に移動するため、モジュールの横方向のサイズを抑制することができ小型化が実現できる。

本発明の効果は、折返しの反射ミラーに更にもう一段折り返しの反射ミラー配置し、且つ折返しミラー同士に光軸が干渉しないような位置関係にすることにより、入力側の光ファイバと出力側の光ファイバを正対する向きに配置することができるため、小型化した光路長補正モジュールを提供することができるようになるということである。

上記の効果は、各光ファイバ共用の可動部の光軸と並行した動作で光路長を調整する構成としたため、可動部の移動効率が良くなるので、更に高めることができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図５は本発明の光路長補正モジュールの光学系の構成を示す。図１は斜視図、図２は図１において視線を左回りに移動させた場合の他の斜視図であり、図３平面図、図４は正面図、図５は左側面図を示している。

光ファイバ端末１ａおよびコリメータ（collimator）レンズ１ｂで構成されるコリメータユニット１と、光ファイバ端末３ａおよびコリメータレンズ３ｂで構成されるコリメータユニット３は一対の入力を形成し、光ファイバ端末２ａおよびコリメータレンズ２ｂで構成されるコリメータユニット２と、光ファイバ端末４ａおよびコリメータレンズ４ｂで構成されるコリメータユニットは一対の出力を形成している。そして、これら入出力の間に、断面がＬ字様の２つの固定ミラー６，７と、断面がクランチ（crank）様の可動ミラー５が介在する。

コリメータユニット１とコリメータユニット２で光路Ａ、コリメータユニット３とコリメータユニットで光路Ｂを形成する。固定ミラー６は光路Ａ用、固定ミラー７は光路Ｂ用、可動ミラー５は光路Ａ，Ｂ共用である。即ち、コリメータユニット１から入射された光は、固定ミラー６と可動ミラー５で反射されてコリメータユニット２から出射され、コリメータユニット３から入射された光は、固定ミラー７と可動ミラー５で反射されてコリメータユニット４から出射される。

固定ミラー６，７それぞれは、長方形平板を断面が頂角90°のＬ字様の形状になるように１回折り曲げ形成しており、可動ミラー５は長方形平板を断面がクランク様の形状になるように２回折り曲げ形成している。これらミラー５〜７の内面はコーティング等により反射率の高いミラー面が形成されている。図６は可動ミラー５の断面図を示している。

光路Ａにおいて、コリメータユニット１から入射された光は、可動ミラー５の光路Ａ用反射面で２回反射され光軸の向きが180°折り返される。可動ミラー５で折り返された光は固定ミラー６で２回反射され再度光軸の向きが180°折り返され、コリメータユニット２に入力される。この際、固定ミラー６における反射光路で形成される面は、可動ミラー５における反射光路で形成される面（水平面という）に対し+45°傾くように配置されており、固定ミラー６で折り返された光は同時に高さ方向にも光軸が異なるため、可動ミラー５に干渉することなく、コリメータユニット２に入力することができる。

光路Ｂにおいて、コリメータユニット３から入射された光は、固定ミラー７で２回反射され光軸の向きが水平方向に180°折り返される。固定ミラー７で折り返された光は可動ミラー５で反射され再度光軸の向きが180°折り返され、コリメータユニット４に入力される。この際、固定ミラー７における反射光路で形成される面は、水平面に対し-45°傾くように配置されており、固定ミラー７で折り返された光は同時に高さ方向にも光軸が異なるため、可動ミラー５に干渉することなく、コリメータユニット３に入力することができる。

さて、光路長の補正について説明する。図９に示した波形例のように光路長が合っている理想的な状態においては、可動ミラー５を中間位置とすることによって（図７−１）、光路Ａと光路Ｂの光路長を同じにする。

図１０に示した波形例のように、光路Ａの光路長＞光路Ｂの光路長である状態においては、種種の伝送特性が図９に示した波形に比べ劣化しており、図９の波形状になるよう光路長を調整する必要がある。そこで、可動ミラー５を図中左に移動させることで、光路Ａの光路長を短くし、光路Ｂの光路長を長くする(図７−２)。

図１１に示した波形例のように、光路Ａの光路長＜光路Ｂの光路長である状態においては、種種の伝送特性が図９に比べ劣化しており、図９の波形状になるよう光路長を調整する必要がある。そこで、可動ミラー５を図中右に移動させることで、光路Ａの光路長を長くし、光路Ｂの光路長を短くする(図７−３)。なお、図９〜図１１に示した波形は、本光路長補正モジューの外部において、光信号から変換された電気信号をオシロスコープにて観測したものである。

本発明の構造では、光路Ａの光路長と光路Ｂの光路長が逆の動きをする（例えば、光路Ａを長くすると、同時に光路Ｂが短くなる）ため、例えば、光路Ａと光路Ｂの差を1mm調整する場合は、可動ミラー５を0.5mm移動するだけで済むことになる。

可動ミラー５の具体的な移動方法を図１２および図１３を参照して説明する。図１２は可動ミラー５の移動機構を示す光路長補正モジュールの平面図、図１３は断面図である。筐体８の内部にベース９が精密に移動できるガイド１０を設け、ガイド１０の一方（図中右側）にはバネ１１、他方（図中左側）にはマイクロメータ１２を取り付ける。ベース９に可動ミラー５を実装し、マイクロメータ１２を回転させることでベース９が左右に移動し、可動ミラー５の位置調整を行うことができる。

なお、コリメータユニット１〜４は筐体８に取り付けられ、固定ミラー６，７は周知のｙａｇ溶接法により筐体８に固定される。

［発明の他の実施の形態］
上記の説明では、可動ミラー５を光路Ａ，Ｂ共用としたが、光路Ａ用と光路Ｂ用に分割し、それぞれＬ字様の固定ミラーとして動作も独立させる構造でもかまわない。それにより、例えば、光路Ａの光路長を保持したまま光路Ｂの光路長を変更することが可能となる。

また、図８の斜視図で示すように、各ミラー５〜７をガラスプリズムとしてもかまわない。その際、ガラスプリズムの光の出入り口である三角形の底辺の面には反射防止用に無反射コートを施し、ミラー部分に相当する二等辺の面には蒸着などにより反射率の高いコートを施すとよい。

本発明の光路長補正モジュールの斜視図本発明の光路長補正モジュールの他の斜視図本発明の光路長補正モジュールの平面図本発明の光路長補正モジュールの正面図本発明の光路長補正モジュールの左側面図本発明における可動ミラーの平面図。本発明の光路長補正モジュールの機能を説明するための図本発明の他の光路長補正モジュールの斜視図２つの光路における光路長が合っている状態の波形図２つの光路における光路長が合っていない状態の波形図２つの光路における光路長が合っていない状態の他の波形図可動ミラーの移動機構を示す光路長補正モジュールの平面図可動ミラーの移動機構を示す光路長補正モジュールの正面図

符号の説明

１〜４コリメータユニット
１ａ〜４ａ光ファイバ端末
１ｂ−４ｂコリメータレンズ
５可動ミラー
６〜７固定ミラー
８筐体
９ベース
１０ガイド
１１バネ
１２マイクロメータ

Claims

並行する光路間の光路長が等しくなるように調整する光路長補正モジュールにおいて、
入力側光ファイバの端末にコリメータレンズを接続したコリメータユニットから出力側
光ファイバの端末にコリメータレンズを接続したコリメータユニットへ到る光路の間に、
前記光ファイバと１対１対応の固定ミラーと前記光ファイバ共用の可動ミラーを配置し、
第１の光ファイバ対応の固定ミラーは、前記可動ミラーと入力側コリメータユニットの
間に位置して、前記可動ミラーから入射する光を干渉しないように180°反射して第１の
出力側コリメータユニットへ向けて折り返し、
第２の光ファイバ対応の固定ミラーは、前記可動ミラーと出力側コリメータユニットの
間に位置して、前記第２の入力側コリメータユニットから入射する光を干渉しないように
180°反射し前記可動ミラーへ向けて折り返し、
前記可動ミラーは、前記２つの固定ミラーの間に位置して光軸方向に移動可能であり、第１の入力側コリメータユニットから入射する光を干渉しないように180°反射し前記第１の光ファイバ対応の固定ミラーへ向けて折り返し、また、該折返し面と異なる面で、前記第２の光ファイバ対応の固定ミラーから入射する光を干渉しないように180°反射し前記第２の出力側コリメータユニットへ向けて折り返すことを特徴とする光路長補正モジュール。
前記可動ミラーは、長方形平板を断面がクランク様の形状（頂角90°）になるように２
回折り曲げ形成したことを特徴とする請求項１に記載の光路長補正モジュール。
前記固定ミラーは、長方形平板を断面がＬ字様の形状（頂角90°）になるように１回折
り曲げ形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の光路長補正モジュール。
前記第１の光ファイバ対応の固定ミラーにおける反射光路で形成される面は、前記可動
ミラーにおける反射光路で形成される水平面に対して+45°傾くように配置され、
前記第２の光ファイバ対応の固定ミラーにおける反射光路で形成される面は、前記可動
ミラーにおける反射光路で形成される水平面に対して-45°傾くように配置されることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光路長補正モジュール。
本光路長補正モジュールの筐体の内部にベースが精密に移動できるガイドを設け、前記
ガイドの一方にはバネ、他方にはマイクロメータを取り付け、前記ベースに前記可動ミラ
ーを実装し、前記マイクロメータを回転させることで前記ベースが左右に移動し、前記可
動ミラーの位置調整を行うことを特徴とする請求項１ない４のいずれかに記載の光路長補正モジュール。