JP5502271B2

JP5502271B2 - 双方向光モジュールおよび光パルス試験器

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Publication number: JP5502271B2
Application number: JP2007275590A
Authority: JP
Inventors: 克志太田; 春夫渋谷; 安昭田村; 俊二坂井
Original assignee: Yokogawa Electric Corp; Optohub Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Electric Corp; Optohub Co Ltd
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: JP2009103578A

Description

本発明は、双方向光モジュールに関し、より詳細には、光ファイバ通信網の破断点測定等に用いられる光パルス試験器に用いる双方向光モジュールに関する。

光通信システムや、光を用いた例えば光ファイバセンサ等の測定機器は、光を出射する光源および光を感知する受光部を備える。また、光通信システムの保守・管理等に用いられる測定機器は、被測定光ファイバに測定用の光を出射する光源および被測定光ファイバによって伝送された光を感知する受光部を備えている。

例えば、光信号によりデータ通信等を行う光通信システムでは、光信号を伝送する光ファイバの状態を監視するため、光ファイバの敷設や保守等において、例えばＯＴＤＲ（ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）と呼ばれる光パルス試験器が用いられる。ＯＴＤＲは、被測定光ファイバに対してパルス光を繰り返し入力し、被測定光ファイバからの反射光および後方散乱光のレベルと受光時間とを測定することで、被測定光ファイバの断線や損失等の状態を測定する。

光パルス試験器は、送信部および受信部を同一のケースに収め、ひとつにモジュール化した双方向光モジュールやＢｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌモジュール等を備えている。これらのモジュールは、近年のＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）の普及に伴い低価格となり、ＯＴＤＲに限らず、その他の測定機器や光通信システムにも多く使用されている。

例えば、双方向光モジュールを用いたＯＴＤＲは、図４に示すように、双方向光モジュール１と、ＬＤ駆動部２と、サンプリング部３と、信号処理部４と、表示部５とを備えて構成される。

双方向光モジュール１は、測定コネクタ６を介して被測定光ファイバ７にパルス光を出力し、被測定光ファイバ７からの戻り光を感知するモジュールである。ＬＤ駆動部２は、双方向光モジュール１内の光源を駆動する駆動部である。サンプリング部３は、双方向光モジュール１内の受光部からの電気信号（光電流）を電圧に変換してサンプリングする機能部である。信号処理部４は、ＬＤ駆動部２を介して双方向光モジュール１にパルス光を出力させ、また、サンプリング部３にサンプリングを行わせる機能部である。さらに、信号処理部４は、サンプリング部３によるサンプリング結果の電気信号の演算処理を行う。表示部５は、信号処理結果を表示する機能部であり、例えばディスプレイ等を用いることができる。

従来の双方向光モジュール１は、例えば、図５に示すように、光分離器１０ａ、１０ｂと、合分波カプラ２０、３０と、レンズ４０と、受光素子５０とから構成される（例えば、特許文献１）。

光分離器１０ａは、例えば図６に示すように、半導体レーザ１１と、非相反部１３と、光ファイバ１５、１８と、屈折プリズム１６と、レンズ１２、１４、１７とから構成される。光分離器１０ａの半導体レーザ１１から出射された光は、レンズ１２により平行光にされた後、非相反部１３へ入射する際の入射面に対して所定方向の偏波面を有する光が、所定の角度θで入射する。非相反部１３に入射した光は、非相反部１３を通過し、レンズ１４を介して、図５に示す合分波カプラ２０と接続された光ファイバ１５に結合される。また、光分離器１０ｂも光分離器１０ａと同様に構成されている。

光分離器１０ａ、１０ｂは、それぞれ異なる波長λ_１、λ_２の光を半導体レーザ１１から出射する。これらの波長λ_１、λ_２の光は、光分離器１０ａ、１０ｂの光ファイバ１５を介して合分波カプラ２０に入射する。合分波カプラ２０により合波された光は、測定コネクタ６を介して被測定光ファイバ７に出力され、被測定光ファイバ７内の破断点（あるいは接続点）において反射される。反射された光は、戻り光として測定コネクタ６を介して合分波カプラ２０に入射する。合分波カプラ２０は、被測定光ファイバ７からの戻り光を分波して、波長λ_１の光を光分離器１０ａに、波長λ_２の光を光分離器１０ｂに出力する。

分波された波長λ_１の戻り光は、光分離器１０ａ内のレンズ１４を介して非相反部１３を通過して屈折プリズム１６に入射する。屈折プリズム１６に入射した光は屈折プリズム１６内を屈折して進み、レンズ１７を介して合分波カプラ３０と接続された光ファイバ１８に結合される。光分波カプラ２０により分波された波長λ_２の戻り光も同様に、光分離器１０ｂを通過して、合分波カプラ３０と接続された光ファイバ１８に結合される。そして、光分離器１０ａ、１０ｂの光ファイバ１８から合分波カプラ３０に入射された波長λ_１、λ_２の光は、合分波カプラ３０により合波された後、レンズ４０により集光されて受光素子５０に結合される。

このようなＯＴＤＲを用いることにより、被測定光ファイバ７の破断点位置を、半導体レーザ１１において出射パルス光を発生してから破断点において反射した戻り光が受光素子５０に到達するまでの時間に基づいて検出することができる。図５に示す構成のＯＴＤＲ用双方向光モジュール１は、サーキュレータ機能を有しており低損失で光分離が可能なため、光出力が高く、かつ高い感度を有する。

特開２００４−１４５１３６号公報

しかし、図６に示すように、１つの光分離器１０ａには１つの半導体レーザ１１しか設けられていない。このため、一般に多波長の測定が要求されるＯＴＤＲでは、図５に示すように、複数の光分離器１０ａ、１０ｂを合分波カプラ２０、３０にて結合する必要がある。すなわち、被測定光ファイバ７からの戻り光を合分波カプラ２０により一旦波長分波した後、専用波長の光分離器１０ａ、１０ｂを通過させ、再び合分波カプラ３０により合波しなければならなかった。

このように双方向光モジュール１の構成が複雑になると、その構成部品数が増加する。このため、製造コストが高くなり、部品の結合損失が増加して双方向光モジュール１の性能に悪影響を与える。また、合分波カプラ２０、３０には一般に溶融型光ファイバカプラが使用されるため、光ファイバの融着作業、余長光ファイバの収納処理などの煩雑な作業が発生する。このため、製造工程における作業工数が増加し、双方向光モジュール１の小型化が困難であるという問題があった。さらに、３波以上のＯＴＤＲ用双方向光モジュール１を構成する場合は、合分波カプラ２０、３０の構成が非常に複雑となり、製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高光出力かつ高感度を有するとともに小型化することの可能な、新規かつ改良された双方向光モジュールおよび光パルス試験器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光ファイバに光を出射し、光ファイバから戻り光が入射される双方向光モジュールが提供される。かかる双方向光モジュールは、光ファイバに入射する光を発する複数の発光素子と、光ファイバから出射された光を受光する受光素子と、発光素子から光ファイバへ向かう順方向における光路と光ファイバから受光素子へ向かう逆方向における光路とを相違させる非相反部と、を備える。このとき、複数の発光素子から発せられ、光ファイバに入射する光の偏波面は互いに直交し、非相反部は、複数の発光素子から発せられ、光ファイバから受光素子へ向かう戻り光を１つの受光素子へ出射することを特徴とする。

本発明によれば、複数の発光素子から出射された光の偏波面は互いに直交する。発光素子から出射されたこのような偏波面を有する光は、非相反部を介して光ファイバに入射する。そして、光ファイバからの戻り光は、非相反部を介して１つの受光素子に入射する。このように、複数の発光素子から発せられる光の偏波面の方向を直交させることにより、非相反部における順方向と逆方向の光路を相違させることができ、少ない部品数で双方向光モジュールを構成することができる。

ここで、複数の発光素子から発せられた光は、第１のポートまたは第２のポートから出射される。このとき、第１のポートから出射される光は、非相反部の光軸に対して正方向に所定の角度の傾きを有して入射され、第２のポートから出射される光は、非相反部の光軸に対して負方向に所定の角度の傾きを有して入射される。これにより、非相反部の光軸に対して垂直方向における発光素子と受光素子との間隔を広げることができる。

また、第１のポートから出射される光の偏波面と、第２のポートから出射される光の偏波面とは、互いに直交するように構成される。第１のポートから出射される光は、少なくとも２つの発光素子から発せられ、少なくとも２つの発光素子から発せられた光の偏波面の方向が同一となるようにされる。なお、第２のポートから出射される光についても、少なくとも２つの発光素子から発せられ、少なくとも２つの発光素子から発せられた光の偏波面の方向が同一となるようにすることができる。

ここで、非相反部は、ファラデー回転子と、ファラデー回転子の両側に反転配置された楔形状の複屈折光学素子とから構成することができる。ファラデー回転子は、非相反部に入射した光の偏波面を所定の角度回転させるように機能する。また、複屈折光学素子は、楔形状として傾斜面を形成することにより、複屈折光学素子に入射した光を屈折させるように機能する。

また、発光素子と非相反部との間には、光路を屈折させる屈折光学素子を備えることもできる。これにより、発光素子と非相反部との間の距離を短くすることができ、光双方向モジュールをより小型化することができる。

さらに、発光素子と屈折光学素子との間には、複数の発光素子から出射された光を合波する合分波フィルタを備えることもできる。すなわち、２以上の発光素子から出射された光を合分波フィルタにより合波し、１つのポートから出射するようにする。これにより、簡単な構成で３波長以上の光を光ファイバに入射させることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光ファイバの損失特性を試験する光パルス試験器が提供される。かかる光パルス試験器は、光ファイバに光を出射し、光ファイバから戻り光が入射される双方向光モジュールと、光を所定のタイミングで発生させるように双方向光モジュールを駆動する双方向光モジュール駆動部と、双方向光モジュールに入射した光を電気信号に変換する電気信号変換部と、電気信号変換部にて変換された電気信号に基づいて、光ファイバの損失特性を算出する信号処理部とを備える。そして、双方向光モジュールは、光ファイバに入射する光を発する複数の発光素子と、光ファイバから出射された光を受光する受光素子と、発光素子から光ファイバへ向かう順方向における光路と光ファイバから受光素子へ向かう逆方向における光路とを相違させる非相反部と、を備える。このとき、複数の発光素子から発せられ、光ファイバに入射する光の偏波面は互いに直交し、非相反部は、複数の発光素子から発せられ、光ファイバから受光素子へ向かう戻り光を１つの受光素子へ出射することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、高光出力かつ高感度を有するとともに小型化することの可能な双方向光モジュールおよび光パルス試験器を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、図１に基づいて、本発明の第１の実施形態にかかる双方向光モジュール１００の構成について説明する。なお、図１は、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の構成を示す説明図である。

＜双方向光モジュールの構成＞
本実施形態にかかる双方向光モジュール１００は、図１に示すように、光を発する発光素子１１０、１２０と、光を平行光にするレンズ１３１、１３２と、光を集光するレンズ１３３、１３４と、屈折プリズム１４１、１４２と、光を一方向にのみ通過させる非相反部１５０と、光ファイバ１６０と、光を感知する受光素子１７０とを備える。本実施形態にかかる双方向光モジュール１００は、第１ポートＰ１に発光素子１１０、第２ポートＰ２に発光素子１２０、第３ポートＰ３に光ファイバ１６０、第４ポートＰ４に受光素子１７０が配置されている。かかる双方向光モジュール１００において、第１ポートＰ１および第２ポートＰ２から出射した光は非相反部１５０を介して第３ポートＰ３から出射される。また、第３ポートＰ３から入射した戻り光は、非相反部１５０を介して第４ポートＰ４から出射される。

発光素子１１０、１２０は、光ファイバ１６０に入射する光を発する素子であり、例えばレーザダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）を用いることができる。発光素子１１０、１２０は、各発光素子１１０、１２０からの出射光の光軸を中心とする同軸構造を有しており、当該光軸回りに自由に回転させて双方向光モジュール１００の筐体等に実装することができる。したがって、発光素子１１０、１２０は、発光素子１１０、１２０からの出射光の直線偏波の偏波面の方向を所定の回転角φ_１、φ_２だけ回転させた状態で実装することができる。本実施形態において、発光素子１１０は、非相反部１５０へ入射する際の入射面に対して垂直方向の偏波面を有する直線偏光、すなわちｓ波を出射するように備えられる。また、発光素子１２０は、非相反部１５０へ入射する際の入射面に対して水平方向の偏波面を有する直線偏光、すなわちｐ波を出射するように備えられる。

レンズ１３１、１３２は、光を平行光にするためのレンズであり、例えばコリメータレンズ等を用いることができる。レンズ１３１は発光素子１１０から出射された光を平行光にし、レンズ１３２は発光素子１２０から出射された光を平行光にする。

レンズ１３３、１３４は、光を集光するためのレンズであり、例えば平凸レンズ等を用いることができる。レンズ１３３は、非相反部１５０を通過した光を集光して光ファイバ１６０に結合させる。レンズ１３４は、非相反部１５０を通過した光ファイバ１６０からの戻り光を集光して受光素子１７０に結合させる。

屈折プリズム１４１、１４２は、光路を屈折させる光学素子であって、例えば平行四辺形プリズムや全反射ミラーなどを用いることができる。屈折プリズム１４１、１４２は、双方向光モジュール１００を小型化するために設けられる素子であり、発光素子１１０、１２０から出射された光を屈折させることにより後述する受光素子１７０との間隔を大きくし、発光素子１１０と非相反部１５０とを近づけることを可能にする。

非相反部１５０は、光の伝搬方向によって物質から受ける効果が異なる非相反性を有する偏波無依存型の光アイソレータである。本実施形態にかかる非相反部１５０は、複屈折、自然旋光性、およびファラデー効果を利用したものである。なお、複屈折とは、光の２つの成分の一方はまっすぐ進み、それに対して直角な他方の成分は進む方向が変わる現象をいう。自然旋光性とは、一方から入射した光の偏波方向が回転する性質をいう。ファラデー効果とは、一方から入射した光の偏波方向が回転し、反対方向から入射した光の偏波方向は元に戻さず、さらに同じ方向に回転させる磁性材料の性質による現象をいう。本実施形態にかかる非相反部１５０は、順方向から入射した光に対しては低損失で通過させるが、逆方向から入射した光に対しては偏波の状態により光路を切り替えるように作用する。

本実施形態にかかる非相反部１５０は、図２Ａに示すように、複屈折光学素子１５１、１５２と、ファラデー回転子１５３と、永久磁石１５４ａ、１５４ｂとから構成される。複屈折光学素子１５１、１５２は、後述するファラデー回転子１５３を挟んで光軸ＡＸ（図１参照）方向に並んで反転対向配置された、略楔形形状の光学素子である。複屈折光学素子１５１、１５２は、進行する光の偏波面により屈折率が異なる性質を有し、例えばルチル結晶を用いることができる。複屈折光学素子１５１、１５２は、光軸ＡＸ方向に対向する２つの面のうちファラデー回転子１５３側の面は光軸ＡＸに対して略垂直に形成され、他方の面は所定の角度（例えば２２．５°）だけ傾斜を有するように形成されている。

ファラデー回転子１５３は、光軸ＡＸに対して垂直方向に配置された永久磁石１５４ａ、１５４ｂの間に設けられ、光軸ＡＸと同一方向に磁化された素子である。ファラデー回転子１５３は、その内部を進行する光の偏波面を光軸ＡＸ回りに所定の角度、例えば４５°回転させる。このとき、偏波面の回転方向は、光の進行方向に依存する。ファラデー回転子１５３には、例えばガーネット結晶を用いることができる。

非相反部１５０は、非相反部１５０に入射された光を非測定光ファイバと接続された光ファイバ１６０へ入射させる。一方、非測定光ファイバからの戻り光が非相反部１５０に入射されると、非相反部１５０は、かかる戻り光を受光素子１７０へ出力する。なお、非相反部１５０内における光の進行の詳細な説明については、後述する。

受光素子１７０は、光を感知する素子であり、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ；以下、「ＡＰＤ」とする。）を用いることができる。ＡＰＤは、雪崩増幅効果を利用した受光素子であり、微弱な光も高感度に検出することができる。このため、ＡＰＤ（特に、小口径のＡＰＤ）は、微弱な戻り光を高い距離分解能で検出しなければならないＯＴＤＲ等の受光素子に適している。

このような双方向光モジュール１００は、図１に示すように、非相反部１５０を挟んで、一側に発光素子１１０、１２０、および受光素子１７０が配置され、他側に被測定光ファイバ７と接続される光ファイバ１６０が配置されている。また、光軸ＡＸ上に光ファイバ１６０および受光素子１７０が配置される。そして、発光素子１１０、レンズ１３１および屈折プリズム１４１は、光軸ＡＸに対して角度θを有して非相反部１５０に入射するように配置され、発光素子１２０、レンズ１３２および屈折プリズム１４２は、光軸ＡＸに対して角度−θを有して非相反部１５０に入射するように配置される。

以上、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の構成について説明した。次に、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の機能を、この双方向光モジュール１００を備えた光パルス試験器の動作とともに説明する。ここで、光パルス試験器の構成は図４と同様であり、双方向光モジュール１の代わりに本実施形態にかかる双方向光モジュール１００が適用されているとする。また、図１において、破線は発光素子１１０、１２０から非相反部１５０への光路を示し、実線は光ファイバ１６０から受光素子１７０への光路を示す。

＜双方向光モジュールを備えた光パルス試験器の動作＞
本実施形態にかかる光パルス試験器は、まず、光パルス試験器ＯＴＤＲの信号処理部４により、ＬＤ駆動部２に対してあらかじめパルス光のパルス幅を設定する。次いで、信号処理部４内のタイミング発生手段（図示せず。）により、所定の間隔でタイミング信号をＬＤ駆動部２に送信する。タイミング信号を受信したＬＤ駆動部２は、タイミング信号に同期するように、双方向光モジュール１００の発光素子１１０または発光素子１２０にパルス光を出力させる。

発光素子１１０から発光された波長λ_１のパルス光は、レンズ１３１により平行光とされ、屈折プリズム１４１により屈折される。そして、屈折プリズム１４１を通過した光は、非相反部１５０へ入射する際の入射面に対して垂直方向の偏波面を有する直線偏光として、所定の角度θで入射する。一方、発光素子１２０から発光された波長λ_２のパルス光は、レンズ１３２により平行光とされ、屈折プリズム１４２により屈折される。そして、屈折プリズム１４２を通過した光は、非相反部１５０へ入射する際の入射面に対して水平方向の偏波面を有する直線偏光として、所定の角度−θで入射する。なお、発光素子１１０から発光された光の波長λ_１は例えば約１３１０ｎｍ、発光素子１２０から発光された光の波長λ_２は例えば約１５５０ｎｍとすることができる。

非相反部１５０に入射した、互いに直交する直線偏光である波長λ_１、λ_２の光は、図２Ａに示すように、複屈折光学素子１５１、１５２およびファラデー回転子１５３の内部を進行する。発光素子１１０から発光された波長λ_１の直線偏光は、複屈折光学素子１５１に、所定の角度θで入射した後、複屈折光学素子１５１の反射面で屈折して光軸ＡＸと略平行に複屈折光学素子１５１、ファラデー回転子１５３、複屈折光学素子１５２内を進行する。このとき、ファラデー回転子１５３を通過することにより光の偏波面が所定の角度、例えば４５°だけ回転される。なお、図２Ａおよび図２Ｂにおいて、楕円形の内部に示す矢印は、偏波面の方向を表している。

一方、発光素子１２０から発光された波長λ_２の直線偏光は、複屈折光学素子１５１に、所定の角度−θで入射した後、複屈折光学素子１５１の反射面で屈折して複屈折光学素子１５１を進行する。複屈折光学素子１５１から出射した波長λ_２の直線偏光は、ファラデー回転子１５３内を光軸ＡＸと略平行に進行した後、複屈折光学素子１５２の反射面において屈折して複屈折光学素子１５２内を進行する。このとき、ファラデー回転子１５３を通過することにより光の偏波面が所定の角度、例えば４５°だけ回転される。

波長λ_１の直線偏光および波長λ_２の直線偏光は、複屈折光学素子１５２の出射面において合波され、レンズ１３３によって光ファイバ１６０の端面に結合される。光ファイバ１６０に入射した光は、測定コネクタ６を介して被測定光ファイバ７に入力される。このようにして第１ポートＰ１および第２ポートＰ２から出射した光は、第３ポートに入射される。そして、被測定光ファイバ７の破断点（あるいは接続点）において光が反射されると、戻り光として、被測定光ファイバ７から測定コネクタ６、レンズ１３３を介して再び非相反部１５０に入射する。

非相反部１５０に入射した戻り光は、図２Ｂに示すように、複屈折光学素子１５１、１５２およびファラデー回転子１５３の内部を進行する。すなわち、複屈折光学素子１５２に入射した戻り光は、非相反部１５０に入射する際の入射面に対して垂直方向の偏波面を有する直線偏光ｓ波と、入射面に対して水平方向の偏波面を有する直線偏波ｐ波とに分かれる。

直線偏波ｓ波は複屈折光学素子１５２の反射面において屈折した後、複屈折光学素子１５２およびファラデー回転子１５３内を光軸ＡＸと略平行に進行する。そして、複屈折光学素子１５１の反射面において屈折して複屈折光学素子１５１内を進行する。一方、直線偏波ｐ波は、複屈折光学素子１５２の反射面において屈折して複屈折光学素子１５２内を進行する。そして、ファラデー回転子１５３および複屈折光学素子１５１内を光軸ＡＸと略平行に進行する。ここで、ｓ波およびｐ波は、ファラデー回転子１５３を通過することにより光の偏波面が所定の角度、例えば４５°だけさらに回転される。

その後、戻り光のｓ波およびｐ波は、複屈折光学素子１５１の出射面において合波され、レンズ１３４によって受光素子１７０の受光面に結合される。ここで、複屈折光学素子１５２において分かれた２つの偏波の分離幅はごく僅かである。したがって、２つの偏波は、ほとんど損失を生じることなく結合することができる。すなわち、本実施形態にかかる非相反部１５０は、第３ポートＰ３から第４ポートへ光が進行する場合には偏光状態の如何にかかわらず結合することができるという偏波無依存性を有する。

なお、図１では、非相反部１５０の光の入射側と出射側における光路は光軸ＡＸと同一であるように記載したが、実際の光路は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、非相反部１５０の光の入射側と出射側において光軸ＡＸから微少量だけずれる。しかし、本実施形態において、第１ポートＰ１から第３ポートＰ３、および第２ポートＰ２から第３ポートＰ３への結合損失が約３．０ｄＢ以下であり、第３ポートＰ３から第４ポートＰ４への結合損失が約１．０ｄＢ以下であることから、微少量とみなして、図１では結合損失をゼロとして示した。

受光素子１７０により戻り光を受光すると、サンプリング部３は、双方向光モジュール１００の受光素子１７０からの電気信号（光電流）を電圧に変換してサンプリングする。そして、信号処理部４によりサンプリング結果の電気信号の演算処理が行われ、演算処理の結果が表示部５に表示される。

以上、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の構成とこれを用いた光パルス試験器ＯＴＤＲの動作について説明した。かかる双方向光モジュール１００は、１つの非相反性を有する非相反部１５０を用いて複数の波長の光を搭載することができる。これにより、部品点数を少なくすることができ、低コスト化が可能となる。また、サーキュレータ機能を有する非相反部である非相反部１５０を用いることにより、光の結合損失を極めて低く抑えることができるという効果を奏する。さらに、従来必要であった融着作業、余長光ファイバの収納処理などの煩雑な作業が不要となり、製造工程における低コスト化を図ることができる。また、従来用いていた合分波カプラが不要となり、装置の小型化を実現することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３に基づいて、本発明の第２の実施形態にかかる双方向光モジュール２００について説明する。なお、図３は、本実施形態にかかる双方向光モジュール２００の構成を示す説明図である。本実施形態にかかる双方向光モジュール２００は、第１の実施形態と比較して、発光素子２１０を増加して３波長対応の双方向光モジュールとした点で相違する。以下では、第１の実施形態との相違点について主に説明し、同一構成、同一動作については詳細な説明を省略する。

＜双方向光モジュールの構成＞
本実施形態にかかる双方向光モジュール２００は、図３に示すように、光を発する発光素子１１０、１２０、２１０と、光を平行光にするレンズ１３１、１３２、２３１と、光を集光するレンズ１３３、１３４と、合分波フィルタ２４０と、屈折プリズム１４１、１４２と、光を一方向にのみ通過させる非相反部１５０と、光ファイバ１６０と、光を感知する受光素子１７０とを備える。本実施形態にかかる双方向光モジュール１００は、第１ポートＰ１に発光素子１１０および発光素子２１０、第２ポートＰ２に発光素子１２０、第３ポートＰ３に光ファイバ１６０、第４ポートＰ４に受光素子１７０が配置されている。かかる双方向光モジュール１００において、第１ポートＰ１および第２ポートＰ２から出射した光は非相反部１５０を介して第３ポートＰ３から出射される。また、第３ポートＰ３から入射した戻り光は、非相反部１５０を介して第４ポートＰ４から出射される。

発光素子２１０は、光ファイバ１６０に入射する光を発する素子であり、発光素子１１０、１２０と同様に、例えばレーザダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）を用いることができる。発光素子２１０は、発光素子２１０からの出射光の直線偏波の偏波面の方向を所定の回転角φ_３だけ回転させた状態で、双方向光モジュール２００の筐体などに実装される。本実施形態において、発光素子２１０は、発光素子１１０と同様、非相反部１５０へ入射する際の入射面に対して垂直方向の偏波面を有する直線偏光、すなわちｓ波を出射するように設けられる。発光素子２１０は、波長λ_３（例えば約１４９０ｎｍ）の光を出射する。

レンズ２３１は、光を平行光にするためのレンズであり、例えばコリメータレンズ等を用いることができる。レンズ２３１は発光素子２１０から出射された光を平行光にする。

合分波フィルタ２４０は、光を合波・分波するフィルタであって、例えば誘電体多層膜フィルタを用いることができる。合分波フィルタ２４０は、発光素子１１０から入射する光を透過させ、発光素子２１０から入射する光を反射させるため、波長λ_１の光は透過させ、波長λ_３の光は反射させる特性を有する。また、合分波フィルタ２４０は、発光素子１１０から入射された光および発光素子２１０から入射された光を、屈折プリズム１４１へ導くように配置される。

＜双方向光モジュールを備えた光パルス試験器の動作＞
次に、本実施形態にかかる双方向光モジュール２００の動作について説明する。双方向光モジュール２００は、第１の実施形態と同様に、例えば図４に示す光パルス試験器ＯＴＤＲに用いることができる。双方向光モジュール２００の発光素子１１０、１２０、２１０は、ＬＤ駆動部２により駆動制御され、パルス光を出力する。発光素子１１０から発光された波長λ_１のパルス光は、レンズ１３１により平行光とされ、合分波フィルタ２４０に入射する。また、発光素子２１０から発光された波長λ_３のパルス光は、レンズ２３１により平行光とされ、合分波フィルタ２４０に入射する。

このとき、合分波フィルタ２４０は波長λ_１の光を透過させて波長λ_３の光を反射させるため、合分波フィルタ２４０の波長λ_３の光の反射面において２つの波長の光が結合される。なお、発光素子１１０、２１０は、発光素子１１０から出射された光と発光素子２１０から出射された光の偏波面が同一方向となるように、予め配置されている。結合された光は、屈折プリズム１４１に入射して、屈折プリズム１４１内を進行する。屈折プリズム１４１を通過した光は、非相反部１５０へ入射する際の入射面に対して垂直方向の偏波面を有する直線偏光（ｓ波）として、所定の角度θで入射する。

一方、発光素子１２０から発光された波長λ_２のパルス光は、レンズ１３２により平行光とされ、屈折プリズム１４２により屈折される。そして、屈折プリズム１４２を通過した光は、非相反部１５０へ入射する際の入射面に対して水平方向の偏波面を有する直線偏光（ｐ波）として、所定の角度−θで入射する。

非相反部１５０に入射した、直線偏光である波長λ_１、λ_３と、これに直交する直線偏波である波長λ_２の光は、第１の実施形態と同様、図２Ａに示すように、複屈折光学素子１５１、１５２およびファラデー回転子１５３の内部を進行する。波長λ_１、λ_３の直線偏光および波長λ_２の直線偏光は、複屈折光学素子１５２の出射面において合波され、レンズ１３３によって光ファイバ１６０の端面に結合される。光ファイバ１６０に入射した光は、測定コネクタ６を介して被測定光ファイバ７に入力される。このようにして第１ポートＰ１および第２ポートＰ２から出射した光は、第３ポートに入射される。そして、被測定光ファイバ７の破断点（あるいは接続点）において光が反射されると、戻り光として、被測定光ファイバ７から測定コネクタ６、レンズ１３３を介して再び非相反部１５０に入射する。

非相反部１５０に入射した戻り光は、第１の実施形態と同様、図２Ｂに示すように、複屈折光学素子１５１、１５２およびファラデー回転子１５３の内部を進行する。すなわち、複屈折光学素子１５２に入射した戻り光は、非相反部１５０に入射する際の入射面に対して垂直方向の偏波面を有する直線偏光ｓ波と、入射面に対して水平方向の偏波面を有する直線偏波ｐ波とに分かれて、非相反部１５０内を進行する。その後、複屈折光学素子１５１の出射面において戻り光のｓ波およびｐ波は合波され、レンズ１３４によって受光素子１７０の受光面に結合される。

このように、合分波フィルタ２４０を用いることにより、３波長の光に対しても１つの非相反部１５０で光の合分離をすることができる。したがって、多波長への対応により複雑かつ高価となる合分波カプラが不要となるため、装置の小型化および低コスト化が実現できる。

また、本実施形態にかかる双方向光モジュール２００と同様に構成することにより、４波長以上に対応可能な双方向光モジュールを構成することもできる。ここで、非相反部１５０のファラデー回転子１５３は、波長依存性を有する素子である。このため、ファラデー回転子については、例えばファラデー回転子１５３に入射される光の波長の中間波長である波長帯のファラデー回転子１５３を用いたり、損失を低減させたい特定波長に近い波長帯のファラデー回転子１５３を用いたりするなど、使用に応じて設計することが望ましい。

さらに、本実施形態にかかる双方向光モジュール２００と同様の構成として、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２から出射される光の波長を同一にして同時発光させることにより、各波長の光出力を約２倍とすることができる。例えば、第１ポートＰ１および第２ポートＰ２からそれぞれ２つの発光素子から発せられた光を出射する場合を考える。なお、１つのポートから出射される光の波長は相違する。また、本例では、同一波長の光を出射する発光素子は同一のものを用いるとする。

このとき、まず、第１ポートＰ１から波長λ_１および波長λ_２の光が出射され、合分波フィルタにて合波された後、屈折プリズムを介して非相反部に入射される。一方、第２ポートＰ２からも同様に波長λ_１および波長λ_２の光が出射され、合分波フィルタにて合波された後、屈折プリズムを介して非相反部に入射される。このとき、第１ポートＰ１から出射される光を発する２つの発光素子および第２ポートＰ２から出射される光を発する２つの発光素子を同時に発光させることにより、波長λ_１、λ_２の各光出力を、１つの発光素子から光を出力した場合と比較して約２倍とすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態にかかる双方向光モジュールの構成を示す説明図である。同実施形態にかかる非相反部の構成および発光素子から光ファイバへの光路を示す説明図である。同実施形態にかかる非相反部の構成および光ファイバから受光素子への光路を示す説明図である。本発明の第２の実施形態にかかる双方向光モジュールの構成を示す説明図である。光パルス試験器の構成を示すブロック図である。従来の双方向光モジュールの構成を示す説明図である。従来の光分離器の構成を示す説明図である。

符号の説明

１００、２００双方向光モジュール
１１０、１２０、２１０発光素子
１３１、１３２、１３３、１３４、２３１レンズ
１４１、１４２屈折プリズム
１５０非相反部
１５１、１５２複屈折光学素子
１５３ファラデー回転子
１５４ａ、１５４ｂ永久磁石
１６０光ファイバ
１７０受光素子
２４０合分波フィルタ

Claims

光ファイバに光を出射し、前記光ファイバから戻り光が入射される双方向光モジュールであって、
光ファイバに入射する、それぞれ波長の異なる光を発する複数の発光素子と、
前記光ファイバから出射された光を受光する、アバランシェフォトダイオードを用いた受光素子と、
前記発光素子から前記光ファイバへ向かう順方向における光路と前記光ファイバから前記受光素子へ向かう逆方向における光路とを相違させる非相反部と、
前記各発光素子と前記非相反部との間にそれぞれ配置され、光路を屈折させる複数の屈折光学素子と、
を備え、
前記非相反部は、ファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の両側に反転配置された楔形状の複屈折光学素子とからなり、
前記各発光素子から発せられた光は、それぞれ前記屈折光学素子を介して前記非相反部に入射され、
前記非相反部から前記光ファイバに入射する光の偏波面は互いに直交し、
前記非相反部は、波長特性が前記複数の発光素子から発せられる各波長の中間波長近傍の波長に設定されており、前記複数の発光素子から発せられ、前記光ファイバから前記受光素子へ向かう複数の異なる波長の戻り光を１つの前記受光素子へ出射することを特徴とする、双方向光モジュール。
前記複数の発光素子から発せられた光は、第１のポートまたは第２のポートから出射され、
前記第１のポートから出射される光は、前記非相反部の光軸に対して正方向に所定の角度の傾きを有して入射され、
前記第２のポートから出射される光は、前記非相反部の光軸に対して負方向に所定の角度の傾きを有して入射されることを特徴とする、請求項１に記載の双方向光モジュール。
前記第１のポートから出射される光の偏波面と、前記第２のポートから出射される光の偏波面とは、互いに直交することを特徴とする、請求項２に記載の双方向光モジュール。
前記第１のポートから出射される光は、少なくとも２つの前記発光素子から発せられ、
前記少なくとも２つの発光素子から発せられた光の偏波面の方向は同一であることを特徴とする、請求項２または３に記載の双方向光モジュール。
前記発光素子と前記屈折光学素子との間に、複数の前記発光素子から出射された光を合波する合分波フィルタを備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の双方向光モジュール。
光ファイバの損失特性を試験する光パルス試験器であって、
前記光ファイバに光を出射し、前記光ファイバから戻り光が入射される双方向光モジュールと、
光を所定のタイミングで発生させるように前記双方向光モジュールを駆動する双方向光モジュール駆動部と、
前記双方向光モジュールに入射した光を電気信号に変換する電気信号変換部と、
前記電気信号変換部にて変換された電気信号に基づいて、前記光ファイバの損失特性を算出する信号処理部と、
を備え、
前記双方向光モジュールは、
光ファイバに入射する、それぞれ波長の異なる光を発する複数の発光素子と、
前記光ファイバから出射された光を受光する、アバランシェフォトダイオードを用いた受光素子と、
前記発光素子から前記光ファイバへ向かう順方向における光路と前記光ファイバから前記受光素子へ向かう逆方向における光路とを相違させる非相反部と、
前記各発光素子と前記非相反部との間にそれぞれ配置され、光路を屈折させる複数の屈折光学素子と、
を備え、
前記非相反部は、ファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の両側に反転配置された楔形状の複屈折光学素子とからなり、
前記各発光素子から発せられた光は、それぞれ前記屈折光学素子を介して前記非相反部に入射され、
前記非相反部から前記光ファイバに入射する光の偏波面は互いに直交し、
前記非相反部は、波長特性が前記複数の発光素子から発せられる各波長の中間波長近傍の波長に設定されており、前記複数の発光素子から発せられ、前記光ファイバから前記受光素子へ向かう複数の異なる波長の戻り光を１つの前記受光素子へ出射することを特徴とする、光パルス試験器。