JP5623675B2

JP5623675B2 - 光信号多重化方法および光多重化装置

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Publication number: JP5623675B2
Application number: JP2014515032A
Authority: JP
Inventors: シャオルソン; ウェンビンジャン; キデン; リゼン
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: US9294217B2; CN102301739A; US20140126909A1; EP3121979B1; EP2696525B1; EP2696525A4; WO2012083682A1; EP2696525A1; JP2014518402A; ES2706950T3; EP3121979A1; CN102301739B

Description

本発明は通信分野、特に光信号多重化方法および光多重化装置に関する。

ネットワークトラフィックの急速な増大は進行中のルータおよび伝送装置のラインカード容量の増加を促進する。光通信産業の発展とともに、顧客側の光送受信モジュールに関連する技術もまた絶えず進化し続けている。高速、低コスト、低消費電力、小型、プラグイン可能な光送受信モジュールは段々と業界の注目の的となっている。

近年では、様々なモジュールの製造業者が１００ＧＥ顧客側モジュールを継続的に売り出しており、送信側解決策では主に４つのスタンドアロン型ＴＯＳＡ（ＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＯｐｔｉｃａｌＳｕｂａｓｓｅｍｂｌｙ、送信機光サブアセンブリ）デバイスを採用し、外部光ＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、多重化装置）デバイスは４つのＴＯＳＡによる光出力を光合波し、光は伝送用にシングルモードファイバに入力される。次世代光モジュールの多くのベンダーの目標は、統合化されたＴＯＳＡを設計することにより、モジュールをＣＦＰ２またはＣＦＰ４程度のパッケージに小型化を進展させるため送信側のキーデバイスの大きさおよび消費電力を低減することである。

次世代小型パッケージ用の進展プロセスで、モジュールの送信側が統合化されたＴＯＳＡ設計解決策を採用するのであれば、４つのレーザおよびＭＵＸデバイスおよびレーザドライバをＴＯＳＡに統合する必要がある。どのように４つのレーザによる光出力をシングルモードファイバに結合するのか、すなわち、どのように統合化された光学式の４：１多重化装置を設計するのかが、研究のホットなトピックとなる。従来技術では、光学式ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸデバイスがＴＦＦ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＦｉｌｔｅｒ、薄膜フィルタ）ベース、またはＰＬＣ（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ、平面光波回路）ベースの設計を採用してもよい。

既存のＭＵＸ装置設計の解決策はジグザグＴＦＦに基づいている。図１Ａに示すように、マルチパスレーザによる光出力はレンズによりコリメート（平行光化）され、フィルタおよび反射板により複数回反射および光合波され、次にシングルモードファイバに結合される。フィルタアレイおよび反射板は光多重化装置、すなわち、光ＭＵＸを構成する。

従来技術の他のＭＵＸ装置設計の解決策はＰＬＣベースの光ＭＵＸ装置を実装する。図１Ｂに示すように、レーザによる光出力はＰＬＣアレイベースの導波路回折格子により光合波され、その後に転送用にシングルモードファイバに結合される。

しかしながら、図１Ａに示す光ＭＵＸ装置の大きさは大き過ぎて統合化に適さない。加えて、光ＭＵＸ装置の異なるチャネルのレーザ光は異なる回数で反射され、有意に異なる光路を通って伝播する。したがって、異なるチャネルによるレーザ光出力は有意に異なる入射光パワーおよび光学場エネルギー分布を有する。多大な挿入損失が図１Ｂに示すＭＵＸ装置およびレーザ間の結合に存在し、また多大な挿入損失がＭＵＸ装置およびファイバ間の結合にも存在する。システムのアプリケーションの要件を満たすために、レーザ出力光パワーは挿入損失を補償するために向上させる必要があり、それにより消費電力を全体的に増加させシステムの信頼性を低下させることにつながる。

本発明は、異なるチャネル間で出力光パワーおよび光学場エネルギー分布の有意な差異、およびファイバとの結合において生成される多大な挿入損失を有する、かなりの大きさとなる光多重化装置の従来技術でのそのような欠点を解決するための光信号多重化方法および光多重化装置設計解決策を提供する。

本発明の実施形態は、少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化するように構成され、第１の偏光状態調整素子、第２の偏光状態調整素子、第１の光路変更素子、第２の光路変更素子、偏光ビーム光合波器、およびビーム光合波器を含む光多重化装置を提供し、
第１の偏光状態調整素子は、第１の光信号が偏光ビーム光合波器に入力される前に少なくとも４つの光信号中の第１の光信号の偏光状態を調整し、それにより少なくとも４つの光信号中の第１の光信号および第３の光信号が偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されることができるように構成され、
第２の偏光状態調整素子は、第２の光信号が偏光ビーム光合波器に入力される前に少なくとも４つの光信号中の第２の光信号の偏光状態を調整し、それにより少なくとも４つの光信号中の第２の光信号および第４の光信号が偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されることができるように構成され、
第１の光路変更素子は、第３の光信号の伝搬方向および第４の光信号の伝搬方向を変更し、それにより信号が偏光ビーム光合波器に入力されるように構成され、
偏光ビーム光合波器は、第５の光信号を得るために受信される第１の光信号および第３の光信号を光合波するように構成され、第６の光信号を得るために受信される第２の光信号および第４の光信号を光合波するようにさらに構成され、
第２の光路変更素子は、偏光ビーム光合波器により出力される第５の光信号の伝搬方向または第６の光信号の伝搬方向を変更し、それにより第５の光信号および第６の光信号がビーム光合波器に入力された後ビーム光合波器により１つの光信号に光合波されるように構成され、
ビーム光合波器は、第５の光信号および第６の光信号が１つの光信号として受信されるように光合波されるように構成される。

本発明の実施形態は、少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化するように構成され、第１の偏光状態調整素子、第２の偏光状態調整素子、第１の光路変更素子、第２の光路変更素子、第３の光路変更素子、第１の偏光ビーム光合波器、第２の偏光ビーム光合波器、およびビーム光合波器を含む光多重化装置を提供し、
第１の偏光状態調整素子は、第１の光信号が偏光ビーム光合波器に入力される前に少なくとも４つの光信号中の第１の光信号の偏光状態を調整し、それにより少なくとも４つの光信号中の第１の光信号および第２の光信号が第１の偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されることができるように構成され、
第２の偏光状態調整素子は、第３の光信号が偏光ビーム光合波器に入力される前に少なくとも４つの光信号中の第３の光信号の偏光状態を調整し、それにより少なくとも４つの光信号中の第３の光信号および第４の光信号が第２の偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されることができるように構成され、
第１の光路変更素子は、第２の光信号の伝搬方向を変更し、それにより信号が第１の偏光ビーム光合波器に入力されるように構成され、
第２の光路変更素子は、第４の光信号の伝搬方向を変更し、それにより信号が第２の偏光ビーム光合波器に入力されるように構成され、
第１の偏光ビーム光合波器は、受信される第１の光信号および第２の光信号を光合波し、第５の光信号を出力するように構成され、
第２の偏光ビーム光合波器は、受信される第３の光信号および第４の光信号を光合波し、第６の光信号を出力するように構成され、
第３の光路変更素子は、第５の光信号の伝搬方向または第６の光信号の伝搬方向を変更し、それにより第５の光信号および第６の光信号がビーム光合波器に入力された後ビーム光合波器により１つの光信号に光合波されるように構成され、
ビーム光合波器は、第５の光信号および第６の光信号が１つの光信号として受信されるように光合波されるように構成される。

本発明の実施形態は、少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化するための光信号多重化方法をさらに提供し、方法は、
少なくとも４つの光信号中の第１の光信号および第２の光信号が偏光多重化を介して１つの光信号に光合波されることができるように、少なくとも４つの光信号中の第１の光信号の偏光状態を調整することと、少なくとも４つの光信号中の第３の光信号および第４の光信号が偏光多重化を介して１つの光信号に光合波されることができるように、少なくとも４つの光信号中の第３の光信号の偏光状態を調整することと、
調整された偏光状態の第１の光信号および第２の光信号を偏光多重化を介して光合波し、第５の光信号を出力することと、調整された偏光状態の第３の光信号および第４の光信号を偏光多重化を介して光合波し、第６の光信号を出力することと、
第５の光信号の伝搬方向または第６の光信号の伝搬方向を変更し、それにより第５の光信号および第６の光信号が１つの光信号に光合波されることと、
を含む。

本発明の実施形態で提供される光多重化装置および光信号多重化方法は多重化される多重光信号の一部の偏光状態を変更させるためにレーザ光の偏光特性を使用し、次に変更された偏光状態のいずれか１つの光信号および変更されていない偏光状態のいずれか１つの光信号を偏光多重化を介して１つの光信号に光合波し、最終的に、偏光多重化を介して得られた多重光信号は１つの光信号にさらに光合波される。偏光多重化に基づいて、本発明の解決策は多重光信号を１つの光信号に多重化するのに必要な反射回数を低減し、したがって、本発明の解決策で提供される光多重化装置は小さな体積を有し、光多重化装置内の異なる光信号により伝搬する光路はわずかに異なり、本発明の解決策で公開される光多重化装置がファイバまたはレーザに結合される際に小さな挿入損失を生じる。

本発明の実施形態での技術的解決策または従来技術をより明確に例示するために、以下に実施形態または従来技術を説明するために必要な添付図面が簡潔に紹介される。明らかに、以下の説明での添付図面は本発明のいくつかの実施形態を単に示し、当業者であれば創造的努力なしにこれらの図面から他の図面を想起するであろう。

図１Ａは、従来技術の光合波器の第１の種類の概略構成図である。図１Ｂは、従来技術の光合波器の第２の種類の概略構成図である。図２Ａは、本発明の実施形態１による光多重化装置の第１の概略構成図である。図２Ｂは、本発明の実施形態１による光多重化装置の第２の概略構成図である。図２Ｃは、本発明の実施形態１による光多重化装置の第３の概略構成図である。図２Ｄは、本発明の実施形態１による光多重化装置の第４の概略構成図である。図３Ａは、本発明の実施形態２による光多重化装置の第１の概略構成図である。図３Ｂは、本発明の実施形態２による光多重化装置の第２の概略構成図である。図３Ｃは、本発明の実施形態２による光多重化装置の第３の概略構成図である。図３Ｄは、本発明の実施形態２による光多重化装置の第４の概略構成図である。図４は、本発明の実施形態３による光信号多重化方法の概略フロー図である。

以下に本発明の実施形態での添付図面を参照して本発明の実施形態での技術的解決策を明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される実施形態は本発明のすべての実施形態ではなく、単に実施形態の一部のみである。本発明の実施形態に基づいて当業者により創造的努力なしに得られる他のすべての実施形態は本発明の保護範囲に帰属すべきものである。

本発明の目的、技術的解決策、および利点をより明確にするために、以下に添付図面を参照して詳細に本発明の実施形態をさらに説明する。

実施形態１
この実施形態は少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化するように構成された、光多重化装置を提供する。図２Ａに示すように、光多重化装置の構造は少なくとも偏光状態調整素子３１、偏光状態調整素子３２、偏光ビーム光合波器３３、光路変更素子３４、ビーム光合波器３５、および光路変更素子３６を含む。

偏光状態調整素子３１は、偏光ビーム光合波器３３に入力される第１の光信号１および第３の光信号３が偏光ビーム光合波器３３により１つの光信号に光合波されることができるように、光多重化装置に入力される第１の光信号１の偏光状態を調整する。

偏光状態調整素子３２は、偏光ビーム光合波器３３に入力される第２の光信号２および第４の光信号４が偏光ビーム光合波器３３により１つの光信号に光合波されることができるように、光多重化装置に入力される第２の光信号２の偏光状態を調整する。

偏光状態調整素子３１および偏光状態調整素子３２は具体的には波長板であってもよい。偏光状態調整素子３１および偏光状態調整素子３２は偏光状態を調整可能な任意のデバイスであってもよく、波長板に限定されるものではないことに留意すべきである。実施形態では、偏光状態調整素子３１および偏光状態調整素子３２の両方は半波長板であってもよい。

光路変更素子３４は、第３の光信号３および第４の光信号４が偏光ビーム光合波器３３に入力されるように、第３の光信号３の伝搬方向および第４の光信号４の伝搬方向を変更する。光路変更素子３４は反射板またはプリズムであってもよく、本発明により特に限定されない。光信号エネルギーの損失を低減するために、反射増加フィルムが反射板またはプリズムの反射面上にめっきされてもよい。

偏光ビーム光合波器３３は第５の光信号を得るために受信した第１の光信号１および第３の光信号３を光合波し、偏光ビーム光合波器３３は第６の光信号を得るために受信した第２の光信号２および第４の光信号４を光合波する。

偏光ビーム光合波器は偏光多重化を介して異なる偏光状態の２つの光信号を１つの光信号に光合波する。本実施形態では、第１の光信号１が偏光状態調整素子３１を通過した後、第１の光信号の偏光状態が変更されるが、第３の光信号３が偏光ビーム光合波器３３に入力される前には、第３の光信号の偏光状態は変更されない。したがって、偏光ビーム光合波器３３に入力される第１の光信号１の偏光状態は偏光ビーム光合波器３３に入力される第３の光信号３の偏光状態とは異なり、第１の光信号１の偏光状態は偏光ビーム光合波器３３に入力される第１の光信号１および第３の光信号３が偏光ビーム光合波器３３により１つの光信号に光合波されることができるそのような程度に変更される。このように、偏光ビーム光合波器３３は受信される第１の光信号１および第３の光信号３を１つの光信号に光合波することができる。同様に、偏光ビーム光合波器３３はまた受信される第２の光信号２および第４の光信号４を１つの光信号に光合波することもできる。

偏光ビーム光合波器３３による第６の光信号が光路変更素子３６を通過した後、その伝搬方向は変更され、信号はビーム光合波器３５へ適切な角度で入力され、次にビーム光合波器３５に入力される第６の光信号と共に１つの光信号に光合波されることができる。光路変更素子３６は光路変更素子３４と同一であってもまたは異なっていてもよく、本発明により限定されるものではないことに留意すべきである。

本実施形態では、ビーム光合波器３５は偏波ビーム光合波器３３による第５の光信号出力の光路上に配置され、第６の光信号の伝搬方向を変更して第６の光信号をビーム光合波器３５に入力するために、光路変更素子３６は偏光ビーム光合波器３３による第６の光信号出力の光路上に配置される。別の実施形態では、ビーム光合波器３５は偏光ビーム光合波器３３による第６の光信号出力の光路上に配置されてもよく、第５の光信号の伝搬方向を変更して第５の光信号をビーム光合波器３５に入力するために、光路変更素子３６は偏光ビーム光合波器３３による第５の光信号出力の光路上に配置される。

ビーム光合波器３５は第１の光信号１および第３の光信号３上で伝送効果を及ぼし、第２の光信号２および第４光信号４上で反射効果を及ぼす。光信号エネルギーの損失を低減するために、第１の光信号１および第３の光信号３用の伝送効果を増加させる伝送ブーストフィルムがビーム光合波器３５上にめっきされ、第２の光信号２および第４の光信号４用の反射効果を増加させる反射増加フィルムもまためっきされる。

別の実施形態では、図２Ｂに示すように、本発明で提供される光多重化装置は４つのコリメータ素子：コリメータ素子３７、コリメータ素子３８、コリメータ素子３９、コリメータ素子３１０をさらに含んでいてもよい。４つコリメータ素子は、コリメートされたビームが良好な指向性およびより多くの光エネルギーを有するようにそれら各々の光路上でビームをコリメートするために、光多重化装置に入力される４つの光信号の光路上に配置される。別の実施形態では、４つすべてのコリメータ素子はコリメートレンズであってもよい。コリメータ素子は具体的には光多重化装置内の４つの光信号の光路上のどこにでも配置されてもよく、好ましくは、光多重化装置の入力ポートの近傍に配置されてもよい。本発明ではコリメータ素子および偏光状態調整素子の相対的な位置は限定しない。

実施形態では、本発明で提供される光多重化装置は光アイソレータ３１１をさらに含んでいてもよい。図２Ｂに示すように、光アイソレータはビーム光合波器３５の後に配置され、ビーム光合波器３５による光信号出力の光路上に配置され、リターンロスを低減するために使用される。

実施形態では、図２Ｃに示すように、本発明で提供される光多重化装置は偏光状態調整素子３１２、偏光状態調整素子３１３、偏光状態調整素子３１４、偏光状態調整素子３１５、偏光ビーム光合波器３１６、光路変更素子３１７、光路変更素子３１９、およびビーム光合波器３１８を含む。本実施形態では、偏光状態調整素子３１２は第１の光信号１の偏光状態を第２の光信号２の偏光状態用の偏光状態調整素子３１３により実行される変更と同程度に変更し、偏光状態変更素子３１４は第３の光信号３の偏光状態を第４の光信号４の偏光状態用の偏光状態調整素子３１５により実行される変更の程度と同程度に変更し、偏光状態調整素子３１２は第１の光信号１の偏光状態を第３の光信号３の偏光状態用の偏光状態調整素子３１４により実行される変更の程度から異なる程度に変更し、それにより調整された偏光状態の第１の光信号１および調整された偏光状態の第３の光信号３が偏光ビーム光合波器３１６内で１つの光信号に光合波されることができるようになる。好ましくは、偏光状態調整素子３１２により出力される第１の光信号１の偏光状態は偏光状態調整素子３１４により出力される第３の光信号３の偏光状態と直交する。別の実施形態では、偏光状態調整素子３１２、３１３、３１４および３１５は波長板であってもよく、好ましくは、偏光状態調整素子３１２および偏光状態調整素子３１３の両方は１／４波長板であり、偏光状態調整素子３１４および偏光状態調整素子３１５の両方は３／４波長板であってもよい。図２Ｃに示す構造の光多重化装置では、偏光ビーム光合波器３１６の動作原理は図２Ａに示す光多重化装置での偏光ビーム光合波器３３の動作原理と同様であるが、選択されるデバイスがわずかに異なり、偏光ビーム光合波器３１６の光軸は偏光ビーム光合波器３３の光軸に対して一定の角度で回転する。例えば、適切な偏光ビーム光合波器３１６が選択され、それにより図２Ａに示す光多重化装置での偏光状態調整素子３１および偏光ビーム光合波器３３との間での協働と同等の効果をもたらすために偏光状態調整素子３１２と協働する。図２Ｃに示す構造の光多重化装置内の光路変更素子３１７、ビーム光合波器３１８、および光路変更素子３１９は図２Ａに示す構造の光多重化装置内の光路変更素子３４、ビーム光合波器３５、および光路変更素子３６の夫々と同様であり、ここではそれらを繰り返し説明しない。

図２Ｃに示す光多重化装置と比較して、図２Ｄに示す別の実施形態で提供される光多重化装置は、コリメータ素子３２０、コリメータ素子３２１、コリメータ素子３２３、コリメータ素子３２４、および光アイソレータ３２５をさらに含んでいてもよい。本実施形態でのコリメータ素子および光アイソレータは、図２Ｂに示すコリメータ素子および光アイソレータと同様であり、ここではそれらを繰り返し説明しない。

本発明の実施形態で提供される光多重化装置は光信号の偏光状態を変更させるためにレーザの偏光特性を使用し、多重光信号を１つの光信号に多重化するのに必要とされる反射回数を低減するために、偏光多重化に基づいて、異なる偏光状態の２つの光信号を１つの光信号に光合波する。したがって、本発明の実施形態で提供される光多重化装置は小さい体積を有し、加えて、パワーおよび光学場エネルギー分布は出力される多重化された信号内の異なる光信号間でわずかに異なり、本発明の実施形態で提供される光多重化装置およびレーザまたはファイバ間の結合で小さい挿入損失を生成する。

実施形態２
本実施形態は少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化するように構成された、光多重化装置を提供する。図３Ａに示すように、光多重化装置の構造は少なくとも偏光状態調整素子４１、偏光状態調整素子４２、偏光ビーム光合波器４３、偏光ビーム光合波器４４、光路変更素子４５、光路変更素子４６、ビーム光合波器４７、および光路変更素子４８を含む。

偏光状態調整素子４１は、偏光ビーム光合波器４３に入力された後、偏光ビーム光合波器４３に入力された第１の光信号１が第２の光信号２と共に１つの光信号に光合波されることができるように、入力された第１の光信号１の偏光状態を調整する。

偏光状態調整素子４２は、偏光ビーム光合波器４４に入力された後、偏光ビーム光合波器４４に入力された第３の光信号３が第４の光信号４と共に１つの光信号に光合波されることができるように、入力された第３の光信号３の偏光状態を調整する。

偏光状態調整素子４３および４４は具体的には波長板であってもよい。偏光状態調整素子は偏光状態を調整可能な任意の素子であってもよく、波長板に限定されるものではないことに留意すべきである。別の実施形態では、偏光状態調整素子４３および偏光状態調整素子４４の両方は半波長板であってもよい。

光路変更素子４５は、偏光ビーム光合波器４３に入力された後、偏光ビーム光合波器４３に入力された第２の光信号２が第１の光信号１と共に１つの光信号に光合波されることができるように、光多重化装置に入力される第２の光信号２の伝搬方向を変更する。

光路変更素子４６は、偏光ビーム光合波器４４に入力された後、偏光ビーム光合波器４４に入力された第４の光信号４が第３の光信号３と共に１つの光信号に光合波されることができるように、光多重化装置に入力される第４の光信号４の伝搬方向を変更する。

光路変更素子４５および４６は反射板またはプリズムであってもよく、本発明により限定されない。光信号エネルギーの損失を低減するために、反射増加フィルムが反射板またはプリズムの反射面にめっきされてもよい。

偏光ビーム光合波器４３は第５の光信号を得るために受信される第１の光信号１および第２の光信号２を光合波し、偏光ビーム光合波器４４は第６の光信号を得るために受信される第３の光信号３および第４の光信号４を光合波する。偏光ビーム光合波器４３および偏光ビーム光合波器４４の動作原理は実施形態１の偏光ビーム光合波器と同様であり、ここでさらに繰り返さない。

第５の光信号はビーム光合波器４７に直接入力される。光路変更素子４８を通過した後、第６の光信号は、第６の光信号および第５の光信号がビーム光合波器４７内で１つの光信号に光合波されることができるように、その伝搬方向を変更しビーム光合波器４７に適切な角度で入力される。

本実施形態では、第６の光信号の伝搬方向を変更し第６の光信号をビーム光合波器４７に入力するために、ビーム光合波器４７は偏光ビーム光合波器４３による第５の光信号出力の光路上に配置され、光路変更素子４８は偏光ビーム光合波器４４による第６の光信号出力の光路上に配置される。別の実施形態では、第５の光信号の伝搬方向を変更し第５の光信号をビーム光合波器４７に入力するために、ビーム光合波器４７は偏光ビーム光合波器４３による第６の光信号出力の光路上に配置されてもよく、光路変更素子４８は偏光ビーム光合波器４３による第５の光信号出力の光路上に配置される。

ビーム光合波器４７は受信された第５の光信号および第６の光信号を１つの光信号に光合波する。ビーム光合波器４７は第１の光信号１および第２の光信号２に伝送効果を及ぼし、第３の光信号３および第４の光信号４に反射効果を及ぼす。光信号エネルギーの損失を低減するために、第１の光信号１および第２の光信号２用の伝送効果を増加させる伝送ブーストフィルムがビーム光合波器４７上にめっきされてもよく、第３の光信号３および第４の光信号４用の反射効果を増加させる反射増加フィルムもめっきされてもよい。

別の実施形態では、図３Ｂに示すように、本発明で提供される光多重化装置は４つのコリメータ素子：コリメータ素子４９、コリメータ素子４１０、コリメータ素子４１１、およびコリメータ素子４１２をさらに含む。４つコリメータ素子は、コリメートされたビームが良好な指向性およびより多くの光エネルギーを有するようにそれら各々の光路上でビームをコリメートするために、光多重化装置に入力される４つの光信号の光路上に配置される。別の実施形態では、４つすべてのコリメータ素子はコリメータレンズであってもよい。コリメータ素子は具体的に光多重化装置内の４つの光信号の光路のどこに配置されてもよく、好ましくは、光多重化装置の入力ポート近傍に配置される。本発明ではコリメータ素子およびの偏光状態調整素子の相対的な位置は限定しない。

本発明で提供される光多重化装置は光アイソレータ４１３をさらに含んでいてもよい。図３Ｂに示すように、光アイソレータはビーム光合波器４７の後に配置され、ビーム光合波器４７による光信号出力の光路上に配置され、リターンロスを低減するために使用される。

実施形態では、図３Ｃに示すように、本発明で提供される光多重化装置は偏光状態調整素子４１４、偏光状態調整素子４１５、偏光状態調整素子４１６、偏光状態調整素子４１７、偏光ビーム光合波器４１８、偏光ビーム光合波器４１９、光路変更素子４２０、光路変更素子４２１、ビーム光合波器４２２、および光路変更素子４２３を含む。本実施形態では、偏光状態調整素子４１４は第１の光信号１の偏光状態を第２の光信号２の偏光状態用の偏光状態調整素子４１４により実行される変更の程度とは異なる程度に変更し、それにより調整された偏光状態の第１の光信号１および調整された偏光状態の第２の光信号２が偏光ビーム光合波器４１８内で１つの光信号に光合波されることができる。好ましくは、偏光状態調整素子４１４により出力される第１の光信号１の偏光状態は偏光状態調整素子４１５により出力される第２の光信号２の偏光状態に直交する。偏光状態調整素子４１６は第３の光信号３の偏光状態を第４の光信号４の偏光状態用の偏光状態調整素子４１７により実行される変更の程度とは異なる程度に変更し、それにより調整された偏光状態の第３の光信号３および調整された偏光状態の第４の光信号４が偏光ビーム光合波器４１９内で１つの光信号に光合波されることができる。好ましくは、偏光状態調整素子４１６により出力される第３の光信号３の偏光状態は偏光状態調整素子４１７により出力される第４の光信号４の偏光状態に直交する。別の実施形態では、偏光状態調整素子４１４、４１５、４１６および４１７は波長板であってもよく、好ましくは、偏光状態調整素子４１４および偏光状態調整素子４１６の両方は１／４波長板であり、偏光状態調整素子４１５および偏光状態調整素子４１７の両方は３／４波長板であってもよい。図３Ｃに示す構造の光多重化装置では、偏光ビーム光合波器４１８および４１９の動作原理は図３Ａに示す光多重化装置での偏光ビーム光合波器４３および４４と同様であるが、選択されるデバイスがわずかに異なり、偏光ビーム光合波器４１８の光軸は偏光ビーム光合波器４３の光軸に対して一定の角度で回転し、偏光ビーム光合波器４１９の光軸は偏光ビーム光合波器４４の光軸に対して一定の角度で回転する。例えば、適切な偏光ビーム光合波器４１８が選択され、それにより図３Ａに示す光多重化装置での偏光状態調整素子４１および偏光ビーム光合波器４３との間での協働と同等の効果をもたらすために偏光状態調整素子４１４と協働する。適切な偏光ビーム光合波器４１９が選択され、それにより図３Ａに示す光多重化装置での偏光状態調整素子４２および偏光ビーム光合波器４４との間での協働と同等の効果をもたらすために偏光状態調整素子４１６と協働する。図３Ｃに示す構造の光多重化装置内の光路変更素子４２０、光路変更素子４２１、ビーム光合波器４２２、および光路変更素子４２３は図３Ａに示す構造の光多重化装置内の光路変更素子４５、光路変更素子４６、ビーム光合波器４７、および光路変更素子４８の夫々と同様であり、ここでは繰り返し説明しない。

図３Ｃに示す光多重化装置と比較して、別の実施形態で提供される光多重化装置は、図３Ｄに示すように、コリメータ素子４２４、コリメータ素子４２５、コリメータ素子４２６、コリメータ素子４２７、および光アイソレータ４２８をさらに含んでいてもよい。本実施形態でのコリメータ素子および光アイソレータは、図３Ｂに示すコリメータ素子および光アイソレータと同様であり、ここでは繰り返し説明しない。

本発明の実施形態で提供される光多重化装置は光信号の偏光状態を変更させるためにレーザ光の偏光特性を使用し、多重光信号を１つの光信号に多重化するのに必要とされる反射回数を低減するために、偏光多重化に基づいて、異なる偏光状態の２つの光信号を１つの光信号に光合波する。したがって、本発明の実施形態で提供される光多重化装置は小さな体積を有し、加えて、出力される多重化信号中の異なる光信号間でパワーおよび光学場エネルギー分布はわずかに異なり、本発明の実施形態で提供される多重化装置およびレーザまたはファイバ間の結合で小さな挿入損失が生成される。

実施形態３
実施形態１および実施形態２に対応して、本発明の実施形態は少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化する光信号多重化方法をさらに提供する。図４に示すように、処理手順は以下のステップを含む。

ステップＳ１：少なくとも４つの光信号中の第１の光信号および第２の光信号が偏光多重化を介して１つの光信号に光合波されることができるように少なくとも４つの光信号中の第１の光信号の偏光状態を調整し、少なくとも４つの光信号中の第３の光信号および第４の光信号が偏光多重化を介して１つの光信号に光合波されることができるように少なくとも４つの光信号中の第３の光信号の偏光状態を調整する。

ステップＳ２：調整された偏光状態の第１の光信号および第２の光信号を偏光多重化を介して光合波し、第５の光信号を出力し、調整された偏光状態の第３の光信号および第４の光信号を偏光多重化を介して光合波し、第６の光信号を出力する。

ステップＳ３：第５の光信号の伝搬方向または第６の光信号の伝搬方向を変更し、それにより一方の光信号および他方の光信号を１つの光信号に光合波する。

ステップＳ１では、光信号の偏光状態は波長板などのような偏光状態調整素子により調整されてもよい。特定の実施形態では、半波長板が第１の光信号および第３の光信号の偏光状態を調整するために使用されてもよく、調整後の偏光状態は調整前の偏光状態と互いに直交する。

別の実施形態では、本発明で提供される光信号多重方法は、
調整された偏光状態の第１の光信号が第２の光信号と共に偏光多重化を介して光合波される前に、光合波される第２の光信号の偏光状態も調整することであって、それにより、好ましくは、調整された偏光状態の第２の光信号の偏光状態が調整された偏光状態の第１の光信号の偏光状態と互いに直交する、調整することと、
調整された偏光状態の第３の光信号が第４の光信号と共に偏光多重化を介して光合波される前に、光合波される第４の光信号の偏光状態も調整することであって、それにより、好ましくは、調整された偏光状態の第４の光信号の偏光状態が調整された偏光状態の第３の光信号の偏光状態と互いに直交する、調整することと、
をさらに含んでいてもよい。

本実施形態では、第１の光信号および第3の光信号の偏光状態は１／４波長板の使用により調整されてもよく、第２の光信号および第４光信号の偏光状態は３／４波長板の使用により調整されてもよい。

別の実施形態では、本発明で提供される光信号多重化方法は、
調整された偏光状態の第１の光信号が第２の光信号と共に偏光多重化を介して光合波される前に第１の光信号および第２の光信号をコリメートすることと、
調整された偏光状態の第３の光信号が第４の光信号と共に偏光多重化を介して光合波される前に第３の光信号および第４の光信号をコリメートすることと、
をさらに含む。

光信号をコリメートすることは光信号の偏光状態が調整される前に実行されてもよく、または光信号の偏光状態が調整された後に実行されてもよく、本発明により限定されるものではないことに留意すべきである。

本発明の実施形態で提供される光信号多重化方法は、光信号の偏光状態を変更させるためにレーザ光の偏光特性を使用し、多重光信号を１つの光信号に多重化するのに必要とされる反射回数を低減するために、偏光多重化に基づいて、異なる偏光状態の２つの光信号を１つの光信号に光合波する。したがって、本発明の実施形態で提供される光信号多重化方法によって多重信号が多重化された後、最終的に得られた多重化信号中のすべての信号のパワーおよび光学場エネルギー分布はわずかに異なる。

光多重化装置および光信号多重化方法に関する上記実施形態では、４つの光信号が１つの光信号に多重化されることが想定されている。当然のことながら、４つより多い光信号が１つの光信号に多重化される際にも、本発明の解決策は適用可能である。例えば、５つの光信号が１つの光信号に多重化される際には、上述した解決策によりそれら光信号中の４つの光信号が１つの光信号に多重化されてもよく、次に残りの光信号とともに１つの光信号に光合波されてもよい。

上述の説明は単に本発明の特定の実施形態であり、本発明の保護の範囲を限定するものではない。本発明で開示されている技術的範囲において当業者により容易に解決される任意の変更や置き換えは本発明の保護の範囲内に含まれるべきである。したがって、本発明の保護の範囲は特許請求の範囲を前提とするべきである。

Claims

少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化するように構成され、少なくとも第１の偏光状態調整素子と、第２の偏光状態調整素子と、第３の偏光状態調整素子と、第４の偏光状態調整素子と、第１の光路変更素子と、第２の光路変更素子と、偏光ビーム光合波器と、ビーム光合波器と、を備える光多重化装置であって、
前記第１の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第１の光信号の偏光状態を前記第１の光信号が前記偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより前記少なくとも４つの光信号中の前記第１の光信号および第３の光信号が前記偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第２の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第２の光信号の偏光状態を前記第２の光信号が前記偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより前記少なくとも４つの光信号中の前記第２の光信号および第４の光信号が前記偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第３の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第３の光信号の偏光状態を前記第３の光信号が前記偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより調整された偏光状態の前記第３の光信号および調整された偏光状態の前記第１の光信号が前記偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第４の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第４の光信号の偏光状態を前記第４の光信号が前記偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより調整された偏光状態の前記第４の光信号および調整された偏光状態の前記第２の光信号が前記偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第１の光路変更素子は前記第３の光信号の伝搬方向および前記第４の光信号の伝搬方向を変更し、それにより前記２つの光信号が前記偏光ビーム光合波器に入力されるように構成され、
前記偏光ビーム光合波器は第５の光信号を得るために受信される前記第１の光信号および前記第３の光信号を光合波するように構成され、第６の光信号を得るために受信される前記第２の光信号および前記第４の光信号を光合波するようにさらに構成され、
前記第２の光路変更素子は前記偏光ビーム光合波器により出力される前記第５の光信号の伝搬方向または前記第６の光信号の伝搬方向を変更し、それにより前記第５の光信号および前記第６の光信号が前記ビーム光合波器に入力された後前記ビーム光合波器により１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記ビーム光合波器は受信される前記第５の光信号および前記第６の光信号を光合波するように構成される、
光多重化装置。
前記第１の偏光状態調整素子および前記第２の偏光状態調整素子は１／４波長板であり、前記第３の偏光状態調整素子および前記第４の偏光状態調整素子は３／４波長板である、請求項１に記載の光多重化装置。
少なくとも４つの光信号を１つの光信号に多重化するように構成され、少なくとも第１の偏光状態調整素子と、第２の偏光状態調整素子と、第３の偏光状態調整素子と、第４の偏光状態調整素子と、第１の光路変更素子と、第２の光路変更素子と、第３の光路変更素子と、第１の偏光ビーム光合波器と、第２の偏光ビーム光合波器と、ビーム光合波器と、を備える光多重化装置であって、
前記第１の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第１の光信号の偏光状態を前記第１の光信号が前記第１の偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより前記少なくとも４つの光信号中の前記第１の光信号および第２の光信号が前記第１の偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第２の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第３の光信号の偏光状態を前記第３の光信号が前記第２の偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより前記少なくとも４つの光信号中の前記第３の光信号および第４の光信号が前記第２の偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第３の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第２の光信号の偏光状態を前記第２の光信号が前記第１の偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより調整された偏光状態の前記第２の光信号および調整された偏光状態の前記第１の光信号が前記第１の偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第４の偏光状態調整素子は前記少なくとも４つの光信号中の第４の光信号の偏光状態を前記第４の光信号が前記第２の偏光ビーム光合波器に入力される前に調整し、それにより調整された偏光状態の前記第４の光信号および調整された偏光状態の前記第３の光信号が前記第２の偏光ビーム光合波器内で１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記第１の光路変更素子は前記第２の光信号の伝搬方向を変更し、それにより前記第２の光信号は前記第１の偏光ビーム光合波器に入力されるように構成され、
前記第２の光路変更素子は前記第４の光信号の伝搬方向を変更し、それにより前記第４の光信号は前記第２の偏光ビーム光合波器に入力されるように構成され、
前記第１の偏光ビーム光合波器は受信される前記第１の光信号および前記第２の光信号を光合波し、第５の光信号を出力するように構成され、
前記第２の偏光ビーム光合波器は受信される前記第３の光信号および前記第４の光信号を光合波し、第６の光信号を出力するように構成され、
前記第３の光路変更素子は前記第５の光信号の伝搬方向または前記第６の光信号の伝搬方向を変更し、それにより前記第５の光信号および前記第６の光信号は前記ビーム光合波器に入力された後前記ビーム光合波器により１つの光信号に光合波されるように構成され、
前記ビーム光合波器は受信される前記第５の光信号および前記第６の光信号を１つの光信号に光合波するように構成される、
光多重化装置。
前記第１の偏光状態調整素子および前記第２の偏光状態調整素子は１／４波長板であり、前記第３の偏光状態調整素子および前記第４の偏光状態調整素子は３／４波長板である、請求項３に記載の光多重化装置。