JP6276936B2 - 反転位相差板を用いたモード合分波器 - Google Patents
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Description
本発明は，反転位相差板を用いたモード合分波器に関する。
特表2012-524302号公報には，ファイバベースのレーザコンバイナが開示されている。このレーザコンバイナは，複数の光ファイバの光を１つのマルチモードファイバへと集約する。この方法は，複数のシングルモードファイバ又は少数モードファイバ（ＦＭＦ）と，１つの１つのマルチモードファイバとを接続するものである。
特開2004-004579号公報には，ファイバにおける直交円偏光伝送方法が開示されている。この文献では，フューモードファイバ（少数モードファイバ：ＦＭＦ）が用いられている。
本発明は，シングルモードファイバ（ＳＭＦ）と，フューモードファイバ（ＦＭＦ）とを接続する際に要求されるモード結合およびモード分離をファイバ位置精度によらずに達成でき，かつ広範囲な波長で使用しても特性が劣化しないモード合分波器およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は，モード合分波器に関する。モード合分波器は，複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３と，複数の光学レンズ部２１，２２，２３と，モード変調部３０と，合分波部４０と，第２のファイバ５０と，を有する。
複数の光学レンズ部２１，２２，２３は，複数の第１の光ファイバ群のそれぞれに対応し，第１の光ファイバ群１１，１２，１３からの出力光を複数の平行光に変換する複数の光学レンズである。
モード変調部３０は，複数の光学レンズ部２１，２２，２３から出射された複数の光のモードを調整するための要素である。モード変調部３０は，複数の光学レンズ部２１，２２，２３の少なくとも１つ以上に対応した１又は複数の反転位相差板３１，３２を有する。
合分波部４０は，モード変調部３０を経た複数の光を合波するための要素である。
第２のファイバ５０は，合分波部４０で合波された光が入射するファイバである。
このモード合分波器の好ましい例は，
第１の光ファイバ群１１，１２，１３は，シングルモードファイバであり，
第２の光ファイバ５０は，フューモードファイバである。
第１の光ファイバ群１１，１２，１３は，シングルモードファイバであり，
第２の光ファイバ５０は，フューモードファイバである。
このモード合分波器の好ましい例は，１又は複数の反転位相差板３１，３２は，隣接する光の位相が１８０度異なるように光の位相を変調するものである。
このモード合分波器の好ましい例は，１又は複数の反転位相差板３１，３２は，複屈折結晶を有するものである。
このモード合分波器の好ましい例は，１又は複数の反転位相差板３１，３２が，
第１の位相差板部分３５と第２の位相差板部分３６とを有し，
第１の位相差板部分３５の結晶軸方向と第２の位相差板部分３６の結晶軸方向の成す角が９０°である。
第１の位相差板部分３５と第２の位相差板部分３６とを有し，
第１の位相差板部分３５の結晶軸方向と第２の位相差板部分３６の結晶軸方向の成す角が９０°である。
このモード合分波器の好ましい例は，１又は複数の反転位相差板３１，３２は，要求される出力光のモードに応じて入れ替えできるものである。
本発明の第２の側面は，反転位相差板の製造方法に関する。まず，複屈折結晶を有する波長板を所望の角度で切り出して，第１の位相差板片と第２の位相差板片とを得る。次に，第１の位相差板部分の結晶軸方向と第２の位相差板部分の結晶軸方向の成す角が９０°となるように結合させる。この場合、第１の位相差板片または第２の位相差板片を反転させてから接合させてもよい。このようにすれば容易に，反転位相差板３１，３２を製造できる。ここで，複屈折結晶を有する波長板は，１／２波長板であることが好ましい。
本発明の第３の側面は，モード合分波器の調整方法に関する。複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３を設置する。ファイバはあらかじめ設置されていても良い。複数の第１の光ファイバ群のそれぞれに対応し，第１の光ファイバ群１１，１２，１３からの出力光を複数の平行光に変換する複数の光学レンズ部２１，２２，２３を設置する。
次に，複数の光学レンズ部２１，２２，２３から出射された複数の光のモードを調整するためのモード変調部３０を設置する。このモード変調部３０は，複数の光学レンズ部２１，２２，２３の少なくとも１つ以上に対応した１又は複数の反転位相差板３１，３２を有する。そして，要求されるモードに応じて１又は複数の反転位相差板３１，３２の種類を調整する。モード変調部３０を経た複数の光を合波するための合分波部４０を設置する。合分波部４０で合波された光が入射する第２のファイバ５０を設置する。
この方法は，複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３と，複数の光学レンズ部２１，２２，２３と，モード変調部３０と，合分波部４０と，第２のファイバ５０とを有するモード合分波器に対して，モード変調部３０の反転位相差板３１，３２の種類を調整するものであっても良い。
本発明は，シングルモードファイバ（ＳＭＦ）と，フューモードファイバ（ＦＭＦ）とを接続する際に要求されるモード結合およびモード分離をファイバ位置精度によらずに達成でき，かつ広範囲な波長で使用しても特性が劣化しないモード合分波器およびその製造方法を提供できる。
図１は，本発明のモード合分波器の概念図である。図１に示されるように，このモード合分波器は，複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３と第２のファイバ５０とを接続するモード合分波器に関する。このモード合分波器は，複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３からの光を合波して第２のファイバ５０へ伝える。一方，このモード合分波器は，第２のファイバ５０からの入力光を分波して複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３へ伝える。第１の光ファイバ群１１，１２，１３の例は，シングルモードファイバであり，第２の光ファイバ５０の例は，フューモードファイバである，フューモードファイバは，少数モードファイバともよばれ，上記した特許文献１及び２や特開２００１−３４３５４５号公報に開示されているとおり公知の光ファイバである。
次に，複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３からの光を合波して第２のファイバ５０へ伝える場合に基づいて，このモード合分波器を説明する。
このモード合分波器は，複数の第１の光ファイバ群のそれぞれに対応し，第１の光ファイバ群１１，１２，１３からの出力光を複数の平行光に変換する複数の光学レンズ部２１，２２，２３を有する。この複数の光学レンズ部２１，２２，２３により，第１の光ファイバ群１１，１２，１３からの出力光が複数の平行光となる。複数の光学レンズ部２１，２２，２３は，出力方向が調整された複数の光学素子からなるアライメントにより達成できる。
このモード合分波器は，複数の光学レンズ部２１，２２，２３から出射された複数の光のモードを調整するためのモード変調部３０を有する。モード変調部３０は，複数の光学レンズ部２１，２２，２３の少なくとも１つ以上に対応した１又は複数の反転位相差板３１，３２を有する。図１に示されるように，たとえば，第１の光ファイバ群のうちの１つの光ファイバ１１に対応した光学レンズ部２１には，反転位相差板が存在しなくても良い。そして，図１に示されるように，この場合は，光学レンズ部２１以外の光学レンズ部２２，２３に対応した反転位相差板３１，３２が存在する。
一方，図２に示されるように，全ての光学レンズ部２１，２２，２３に対応した反転位相差板３１，３２，３３が存在しても良い。空間モード光の制御技術として知られているフェーズプレートを用いた方式では，光ファイバ内の伝搬モードに合わせて空間光における隣り合う強度の位相差をπ(１８０°)にすることは知られていた（ＥＣＯＣ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ２０１２ ＴＵ.1.Ｃ.２ Ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ３×１１２−Ｇｂ/ｓ ＤＰ−ＱＰＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ８０−ｋｍ Ｆｅｗ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｉｎｌｉｎｅ ＭＭ−ＥＤＦＡ ａｎｄ Ｂｌｉｎｄ ＤＳＰ 及びＯｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ４５(７),０７４６０２(Ｊｕｌｙ ２００６) Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＬＰ１１ ｍｏｄｅ ｉｎ ｓｔｅｐ ｉｎｄｅｘ ｆｉｂｅｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｈａｓｅ ｍａｓｋ）。フェーズプレートでは位相差を与えるために，光ファイバ内の伝搬モードに合わせて空間光における隣り合う強度の片側に特定の屈折率をもった透明媒質を配置し，その波長における位相差相当の物理的な光路差を与えることで行っていた。一方、本発明における反転位相差板は，位相差を生む方法として正常波と異常波に相対的な位相差をもたらすことで同様の効果を生むことに着眼し，例えば，一般的な１／２波長板を用いる。１／２波長板を用いた場合，空間光における隣り合う強度同士の遅相軸が相対的に９０°になるように配置することで，相対的な位相差がπ(１８０°)になることを実現できる。例えば，４５°の直線偏光が垂直の遅相軸を持った１／２波長板に入射した場合，−４５°の直線偏光に変調される。同様に４５度°の直線偏光を水平の遅相軸を持った１／２波長板に入射した場合は１３５°に変調される。この２つの結果を比較した場合，偏光方向が−４５°と１３５°となり，相対的な位相差がπ(１８０°)となる。
１又は複数の反転位相差板３１，３２のうち好ましいものは，隣接する光の位相差が１８０°異なるように光の位相を変調するものである。１又は複数の反転位相差板３１，３２は，複屈折結晶を有するものが好ましい。本発明に複屈折結晶を用いるのが良い理由は，上記したように正常波と異常波の位相を変えるためである。一般的に複屈折結晶は速軸と遅延軸とがある。このため複屈折結晶を用いることは，正常波と異常波の両方もしくはどちらかを変調させるのに都合がよい。複屈折結晶の条件としては、結晶自体に十分な透過性があり、透過面が光学研磨されていて且つ薄板状でも十分な強度を維持し、適切な複屈折(ｎｅとｎｏの差)を持っていることである。
図３は，反転位相差板の製造工程の例を示す図である。図３に示されるように，反転位相差板は，以下のようにして製造できる。まず，複屈折結晶を有する波長板を所望の角度で切り出して，第１の位相差板片と第２の位相差板片とを得る。次に，第１の位相差板部分の結晶軸方向と第２の位相差板部分の結晶軸方向の成す角が９０°となるように結合させる。この場合、第１の位相差板片または第２の位相差板片を反転させてから接合させてもよい。このようにすれば容易に，反転位相差板３１，３２を製造できる。ここで，複屈折結晶を有する波長板は，１／２波長板であることが好ましい。複屈折結晶は，公知である。また，複屈折結晶を切断する方法や，複屈折結晶を結合させる方法は公知である。よって，反転位相差板の製造方法においては，公知の結晶や方法を適宜採用すればよい。複屈折結晶を用いた位相制御方法は，例えば，特開２０１３−１０１４１３号公報，特許５０８７５２１号公報，特許２５７９３９４号公報，及び特許３９０８０３７号公報に開示されている。
図４は，反転位相差板のパターン例を示す図である。図４は，各ＬＰｌｍモード（直線偏光モード）に対応した反転位相差板の例と，それぞれのＬＰｌｍモードについて光ファイバに直線偏光を入射したときに得られるＬＰｌｍモードのパターンを示す。図４に示されるように，１又は複数の反転位相差板３１，３２は，第１の位相差板部分３５と第２の位相差板部分３６とを有する者が好ましい。反転位相差板は，さらに第３，第４などの部分を有していてもよい。この反転位相差板は，１の位相差板部分３５の結晶軸方向と第２の位相差板部分３６の結晶軸方向の成す角が９０°であるものが好ましい。
１又は複数の反転位相差板３１，３２は，要求される出力光のモードに応じて入れ替えできるものが好ましい。
このモード合分波器は，モード変調部３０を経た複数の光を合波するための合分波部４０を有する。この合分波部４０は，モード変調部３０を経た複数の光を合波し第２のファイバ５０へと導くことができるものであれば特に限定されない。図１に示される例では，合分波部４０は，それぞれの光学レンズ部２１，２２，２３（反転位相差板３１，３２）に対応した複数のビームスプリッタ４１，４２，４３を有している。たとえば，上から３番目のビームスプリッタ４３は，上から３番目の第１の光ファイバ１３に対応した光学レンズ部２２からの光を上から２番目のビームスプリッタ４２を経て，一番上のビームスプリッタ４１へと向かわせる。すると一番上のビームスプリッタ４１では，この光が，一番上の第１の光ファイバ１１からの光と合波される。そして，合波された光は，一番上のビームスプリッタ４１により，第２のファイバ５０へと導かれる。この際，第２のファイバ５０に対応したレンズ５１により，入力光が第２のファイバ５０のコアへ伝達されるようにしても良い。
次に，モード合分波器がモード分波器として機能する場合について説明する。モード合分波器がモード分波器として機能する場合，第２のファイバ５０からの光を分波して複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３へ伝える。第２のファイバ５０からの光は，合分波部４０において分離される。具体的に説明すると，第２のファイバ５０からの光は，複数のビームスプリッタ４１，４２，４３により順次分波されて，光学レンズ部２１や１又は複数の反転位相差板３１，３２を経て光学レンズ部２２，２２へと伝えられ，その後，第１の光ファイバ群１１，１２，１３へ伝えられる。このようにして，第２のファイバ５０からの光が，複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３へ伝えらえる。
図５は，モード合分波器を利用した光通信システムの概念図である。図５に示されるように，それぞれのモード合分波器は，一方が送信機となり他方が受信機となる。
次に，モード合分波器の調整方法の例について説明する。まず，複数の第１の光ファイバ群１１，１２，１３を設置する。
複数の第１の光ファイバ群のそれぞれに対応した，複数の光学レンズ部２１，２２，２３を設置する。この際第１の光ファイバ群１１，１２，１３からの出力光が複数の平行光となるように複数の光学レンズ部２１，２２，２３を調整する。
複数の光学レンズ部２１，２２，２３から出射された複数の光のモードを調整するためのモード変調部３０を設置する。この際に，要求されるモードに応じて１又は複数の反転位相差板３１，３２の種類を調整する。
モード変調部３０を経た複数の光を合波するための合分波部４０を設置する。
合分波部４０で合波された光が入射する第２のファイバ５０を設置する。
本発明は，光学機器及び光情報通信の分野で利用されうる。
１１，１２，１３ 第１の光ファイバ群
２１，２２，２３ 光学レンズ部
３０ モード変調部
３１，３２，３３ 反転位相差板
３５ 第１の位相差板部分
３６ 第２の位相差板部分
４０ 合分波部
４１，４２，４３ ビームスプリッタ
５０第２の光ファイバ
５１ レンズ
２１，２２，２３ 光学レンズ部
３０ モード変調部
３１，３２，３３ 反転位相差板
３５ 第１の位相差板部分
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４０ 合分波部
４１，４２，４３ ビームスプリッタ
５０第２の光ファイバ
５１ レンズ
Claims (4)
- 複数の第１の光ファイバ群（１１，１２，１３）と，
前記複数の第１の光ファイバ群のそれぞれに対応し，前記第１の光ファイバ群（１１，１２，１３）からの出力光を複数の平行光に変換する複数の光学レンズ部（２１，２２，２３）と，
前記複数の光学レンズ部（２１，２２，２３）から出射された複数の光のモードを，隣接する光の位相差が１８０度異なるように光の位相を調整するためのモード変調部（３０）と，
前記モード変調部（３０）を経た複数の光を合波するための合分波部（４０）と，
前記合分波部（４０）で合波された光が入射する第２のファイバ（５０）と，
を有し，
前記モード変調部（３０）は，
前記複数の光学レンズ部（２１，２２，２３）の少なくとも１つ以上に対応した１又は複数の反転位相差板（３１，３２）を有し，
前記１又は複数の反転位相差板（３１，３２）は，
第１の位相差板部分（３５）と第２の位相差板部分（３６）とを有し，
第１の位相差板部分（３５）の結晶軸方向と第２の位相差板部分（３６）の結晶軸方向の成す角が９０度である，
モード合分波器。 - 請求項１に記載のモード合分波器であって，
前記第１の光ファイバ群（１１，１２，１３）は，シングルモードファイバであり，
前記第２の光ファイバ（５０）は，フューモードファイバである，
モード合分波器。 - 請求項１に記載のモード合分波器であって，
前記１又は複数の反転位相差板（３１，３２）は，複屈折結晶を有する，
モード合分波器。
モード合分波器。 - 請求項１に記載のモード合分波器であって，
前記１又は複数の反転位相差板（３１，３２）は，要求される出力光のモードに応じて入れ替えできる，
モード合分波器。
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