JPH01129227A - 光合波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、小形にして、高度な加工部品を必要としない
光合波器に関するものである。

〔従来技術・発明が解決しようとする問題点）波長多重
技術は、光フアイバ伝送システムの伝送容けを増加する
だけでなく、双方向伝送や異種信号の伝送を可能にする
などシステム構成の柔軟性向上にも効果があり、その適
用が種々の伝送システムで盛んに検討されている魅力あ
る技術である。波長多重システムを構成するには、異な
る波長の複数の光を１本の光ファイバに結合して多重す
る光合波器と、伝送されてきた多重光を各波長の光ごと
に分離する光分波器が必要である。従来、光合波器は、
主に、プリズムや回折格子などの角度分散素子を用いて
、あるいは、干渉フィルタやブラッグ回折格子などの波
長フィルタ素子を用いて構成してきた。しかしながら、
これらの素子は、いずれも、その製作に高度で特殊な加
工技術を必要とする。これに対し、光の偏光の性質を利
用して特に高度で特殊な加工技術を必要としない光合波
器も提案され−（１’るが［Ｒ，ＷａｔａｎａＭ　ａｎ
ｄＫ、Ｎｏ５ｕ、”Ｎｅｗ　２−ｃｈａｎｎｅｌ　　ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ　ｕｓｉｎｇｐｏｌａｒｉｓａＮ
ｏｎ、”　　ＥＩｃｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、、１７，３
．ｐｐ、１３３−１３５、１９８１．　］、２波■にの
多重に限定されるという問題があった。この欠点を改善
するため、２軸性光学結晶の円鉗雇折を利用する多波長
多重の光合波器も提案されているが［藤井、野須、箕輸
：特願昭５７−８４８６０］、小形に構成するには屈折
率差の大きい２軸性光学結晶を必要とし、このような光
学結晶の人手は、現時点において、はとんど不可能な状
態にあるという問題があった。

本発明の目的は、従来の偏光を利用した光合波器に係わ
る波長多重数が２波に限定される、あるいは、結晶の入
手がほとんど王道１能といった問題を解決する、波長多
重数が３波あるいは４波の偏光を利用した光合波器を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、波長が異なり、その偏光方向が直交する２つ
の直線偏光を合波したあと、これらの直線偏光の偏光方
向を同一方向にし、さらに、上記２波の直線偏光とは波
長が異なり、その偏光方向は直交づる方向である直線偏
光を偏光素子を用いて合流することを最も主要な特徴と
するものである。

すなわち、本発明のうち、第１の発明は、波長が異なり
、その偏光方向が直交する２本の光ビームを合波して１
本の２波多重光ビームとづる第１の偏光素子と、この第
１の偏光素子からの２波多重光ビームを通過させて、該
２波多重光ビームを構成する波長の異なる２つの光の偏
光方向を同一方向に揃える偏光回転素子と１、この偏光
回転素子で偏光方向を揃えた２波多重光ビームと、その
偏光方向が該２波多重光ビームの偏光方向とは直交した
方向の直線偏光の上記光ビームと別の波長の光ビームと
を合波して１本の光ビームとする第２の偏光素子とを具
備してなることを特徴とする。

また第２の発明は、偏光方向が直交する第１の波長と第
２の波長の光ビームを合波して１本の第１の２波多重光
ビームとする第１の偏光素子と、偏光方向が直交し、波
長が上記波長と別の第３の波長と第４の波長の光ビーム
を合波して１本の第２の２波多重光ビームとする第３の
偏光素子と、上記第１の２波多弔光ビームを通過させて
、該第１の２波多重光ビームを構成する第１の波長と第
２の波長の光の偏光方向を同一方向に揃える第１の偏光
回転素子と、上記第２の２波多重光ビームを通過させて
、該第２の２波多重光ビームを構成する第３の波長と第
４の波長の光の偏光方向を上記第１の偏光回転素子を通
過したあとの第１の２波多屯光ビームの偏光方向と直交
する方向に揃える第２の偏光回転素子と、偏光方向をそ
れぞれ揃えた第１の２波多１光ビームと第２の２波多重
光ビームとを合波して１本の光ビームとする第２の偏光
素子とを具備してなることを特徴とする。

本発明は、従来の偏光を利用した光合波器とは、最初に
合波された２波の光の偏光方向を同一方向に１消える動
作を加えた点がｌＡすり、このことによって、さらに別
の波長の光を合波することが可能となる利点がある。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示１図であって
、１は第１の偏光素子である偏光ビームスプリッタ、２
は第２の偏光素子である偏光ビームスプリッタ、３ｔよ
偏光回転素子である。また、第２図は、第１図に示し１
＝実施例の光合波器の点Ａ−Ｆにおける光ビームの偏光
状態を示す図である。以下、第２図を参照しながら、第
１図の光合波器の動作を説明する。第１図の紙面に平行
な方位の波長λ１の直線偏光は点Ａを経て（偏光状態は
第２図ａ）、偏光ビームスプリッタ１に入射する。この
直線偏光は偏光ビームスプリッタ１にとってｐ偏光であ
るので、偏光ビームスプリッタ１を通過する。第１図の
紙面に対して垂直な方位の波長λ２の直線偏光は点Ｂを
経て（偏光状態は第２図ｂ）、偏光ビームスプリッタ１
に入射する。

この直線偏光は偏光ビームスプリッタ１にとってＳ偏光
であるので、偏光ビームスプリッタ１で反射され、点Ｃ
の方向へ進む。これにより、波長λ１の光と波長λ２の
光は合波され（偏光状態は第２図Ｃ）、この２波多重光
ビームは偏光回転素子３に入％１づる。ここで、偏光回
転′Ｍｆ３が後述するように適当に構成されており、偏
光回転索子３Ｃの偏光方向の回転角度が、波長λ１の光
に対しては（１８０ｘｍ）　’　、波長λ２の光に対し
ては（９０＋　１８０ｘ　ｎ　）　’であるとすると、
波長λ１の光と波長λ２の光が合波された光ビームの偏
光状態は、偏光回転索子３を出射した点Ｄ１．：Ｊ３い
て、第２図ｄのように、波長λ１の光、波長λ２の光は
偏光方向が同一方向にそろい、それらの方位がともに第
１図の紙面に平行な方向の直線偏光となる。ここで、ｍ
Ｊ３よびｎは自然数である。第１図の紙面に平行な方位
の直線偏光は偏光ビームスプリッタ２にとってｐ偏光で
あるので、結局、波長λ１の光と波長λ２の光は偏光ビ
ームスプリッタ２を通過し、点Ｆの方向に進む。偏光ビ
ームスプリッタ２に点［を経て、方位が第１図の紙面に
垂直な方向の第３の波長λ３の直線偏光を人）ｊすると
（偏光状態は第２図ｅ）、この直線偏光は偏光ビームス
プリッタ２にとってはＳ偏光Ｃあるので、偏光ビームス
プリッタ２で反射して点Ｆの方向に進む。以上の結果、
偏光ビームスプリッタ２を出射し叉点Ｆに向かう光ビー
ムには、波長λ１の光、波長λ２の光、および、波長λ
、３の光が多重されることとなる（偏光状態は第２図ｆ
）。

以上の動作では、偏光回転素子３による偏光の回転角が
波長λ電の光に対して（１８０ｘｍ）’、波長λ２の光
に対しては（９０＋１８０ｘ　ｎ　）　’であるとして
説明したが、これは必ずしも必須の条件ではなく、−収
約には、αを任意の角度として、波長λ１の光、あるい
は、波長λ２の光に対する回転角が、それぞれ、（α＋
　１８０ｘｍ）　６．　　（αＦ９１　１８０ｘ　ｎ　
）　’であっても、点りにおいて波長λ１の光と波長λ
２の光の偏光の方位は同一方向に揃えられるので上述の
動作が実現゛Ｃきる。ただし、この場合には、点りにお
ける新しい偏光方向が偏光ビームスプリッタ２にとって
０１ｍ光となるように、偏光ビームスプリッタ２を、点
Ａ１点Ｃ１点０１点Ｆを含む直線を軸としてα０同転し
て設定する必要があり、この結果、波長λ３の光は、偏
光ビームスプリッタ２に対してＳ偏光となる直線偏光の
方位で、偏光ビームスプリッタ２に第１図の紙面に対し
てα０斜め方向から入射する必要がある。このような偏
光ビームスプリッタ２の配置や、波長λ３の光の入射は
かなり繁雑であるので、結局、す℃に説明したような偏
光回転索子３による偏光の回転角が波長λｌの光に対し
て（１８０Ｘｍ）　”　、波長λ２の光に対して（９０
÷１８０×ｎ）０とするのが構成の上で有利である。こ
れは、偏光回転素子３として、適当な厚さ、適当４≧旋
光分散の旋光ｆ１結晶、あるいは、波長λ１で１波長板
、波長λｚ−ｅ１／２波長板として作用９°る波長板を
用いることにより実現できる。一般には、任意の波長の
組合わゼに対して、上記の条件を）４１足する旋光性結
晶は存在しないが、異なる旋光分散の結晶を２種以上組
合わせることにＪ、りこれを実現できる［藤ｔｔ、、Ｔ
：Ｌ輪：特願昭６２−８３０５０１゜また、波長板につ
いでも、１種類の複屈折結晶からなる通常の波長板では
上記の機能の波長板には成り青むいが、旋光性結晶の場
合と同様に、常光線と異常光線の屈折率差の分散が異な
る２種以上の複屈折結晶を組合わせることにより、上記
のような波長板が実現できることがわかっている。

第３図は、本発明の別の実施例の構成図であって、１は
第１の偏光素子である偏光ビームスプリッタ、２は第２
の偏光素子である偏光ビームスプリッタ、４は第３の偏
光素子である偏光ビームスプリッタ、３は第１の偏光回
転素子、５は第２の偏光回転素子、６はミラーである。

第１図の実施例の説明から明らかなように、第３図の紙
面対して平行な方位の直線偏光である波長λ１の光と、
第３図の紙面に対して垂直な方位の直線偏光である波長
λ２の光は、偏光ビームスプリッタ１で合波され、点Ｖ
の方向へ進む。同様に、第３図の紙面に平行な方位の直
線偏光であるλ３の光と、第３図の紙面に対して垂直な
方位の直線偏光である波長λ４の光は、偏光ビームスプ
リッタ４で合波され、点Ｘの方向へ進む。ここで、偏光
回転素子３の波長λ１の光と波長λ２の光に対する偏光
方向の回転角が、それぞれ、ｍ、ｎを自然数とするとき
、（１８０ｘｒｎ）　０．　　（９０＋１８０ｘ　ｎ　
）　’であり、また、偏光回転索子５の波長λ３の光と
波長λ４の光に対する偏光方向の回転角が、それぞれ、
ｊ、ｋを自然数とするとき、（９０＋　　１８０ｘ　ｊ
　）　’　。

（１８０×ｋ）０であるとする。このようなとき、波長
λ電の光と波長λ２の光が合波された光ビームの偏光状
態は、偏光回転索子３を通過した点Ｗで、方位が第３図
の紙面に平行な直線偏光となり、また、波長λ３の光と
波長λ４の光が合波された光ビームの偏光状態は、偏光
回転索子５を通過した点Ｙで、方位が第３図の紙面に垂
直な直線偏光となる。このように点Ｗおよび点Ｙでは２
波艮の光の偏光方向はそれぞれ同一方向となっている。

波長λ１の光と波長λ２の光が合波された光ビームは、
点Ｗを通過して、偏光ビームスプリッタ２に入射する。

一方、波長λ３の光と波長λ４の光が合波された光ビー
ムは、貞Ｙを通過したあと、ミラー６で反射して光路を
曲げ、偏光ビームスプリッタ２に入射する。偏光ビーム
スプリッタ２にとって、第３図の紙面に平行な方位の直
線偏光はｐ偏光、垂直な方位の直線偏光はＳ偏光である
ので、波長λ１の光と波長λ２の光が合波された光ビー
ムは偏光ビームスプリッタ２を通過して点２の方向に進
み、また、波長λ３の光と波長λ４の光が合波された光
ビームは偏光ビームスプリッタ２で反射して点Ｚの方向
に進む。したがって、点７においては、波長７λ１の光
、波長λ２の光、波長λ３の光、さらには、波長λ４の
光が１つの光ビームに合波される。

なお、第３図では、波長λ１と波長λ２の光の２波多重
光ビームと波長λ３と波長λ４の光の２波多重光ビーム
を対照させるため、それぞれの光路を平行にしたので、
波長λ３と波長λ４の光の２波多重光ビームは点Ｙを通
過したあと、ミラー６をもちいて光路を曲げ、偏光ビー
ムスプリッタ２に反射する図を示したが、偏光ビームス
プリッタ２を交点として、偏光ビームスプリッタ１、偏
光回転素子３と偏光ビームスプリッタ４、偏光回転素子
５をＬ字状に配置すれば、ミラー６を省略して構成でき
ることは明らかである。また、第１図の実施例でも示し
たように、波長λブ、波長λ２の光の偏光回転角は、必
ずしも、（１８０Ｘｎｌ）’　。

（９０＋　１８０ｘ　ｎ　）　’である必要はなく、α
を任意の角度として、（（Ｚ＋　　１８０ｘｍ）　’　
、　　（α＋９０＋１８０Ｘ　ｎ　）　’であってもよ
い。この場合には、波長λ１、波長λ２の光の新しい偏
光方向が偏光ビームスプリッタ２にとってｐ偏光となる
ように、偏光ビームスプリッタ２を、点■１点Ｗ１点Ｚ
を含む直線を軸としてα０回転して設定する必要があり
、この結果、波長λ３、波長λ４の光の２波多重光ビー
ムは、その偏光方向が偏光ビームスプリッタ２に対しで
Ｓ偏光となるようにして、偏光ビームスプリッタ２に第
１図の紙面に対してα０斜め方向から入射する必及があ
る。ざらに、波長λ３、波長λ４の光の偏光回転角が、
βを任意の角度として、（β＋９０＋　１８０ｘｊ　）
　’　、　　（β＋４８０×ｋ）°であっても、この状
況は上述の状況と対称の関係にあるので、同様に４波多
市の合波器が構成できることは明らかであろう。しかし
ながら、このような（１−光ビームスプリッタ２の配置
７？―、波艮λ３、波長λ４の光の２波多重光ビームの
入射、あるいは、波長λ１、波長λ２の光の２波多重光
ビームの入射はかなり繁雑であるので、結局、すでに説
明したような、波長λ１、波長λ２、波長λ３、波長λ
４の光の偏光の方位の回転角が、それぞれ、（１８０ｘ
ｍ）　０．　　（’ｌＯ＋　１８０ｘ　ｎ　）　’　。

（９０＋　１８０ｘｊ　）　０．　　（１８０ｘｋ）　
’であるのが構成の上で右利である。

以上の説明では、第１の実施例でも、第３図の実施例で
も、その方位が互いに直交する直線偏光を合波り゛るの
に、偏光ビームスプリッタを用いるとしたが、従来の検
討［１１，Ｗａｔａｎａｂｅ　ａｎｄ　Ｋ、Ｎｏ５ｕ。

”Ｎｅｗ　２−ｃｈａｎｎｅｌ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅ
ｒ　ｕｓｉｎｇ　ｐｏｌａｒｉｓａ−ｔ　ｉｏｎ、　”
　Ｉ’　１ｃｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、　、　１７．３
．　ｐｐ、　１３３−１３５．１９８１．　］のように
、複屈折物質を用いても同様の効果が明持ぐきることは
明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光合波器では、波長が異
なり、その偏光方向が直交する２つの直線偏光を合波し
たあと、これらの直線偏光の方位を同一方向に揃え、さ
らに、上記２波の直線偏光とは波長が異ｔする別の１波
あるいは２波の直ＦＡ偏光をその偏光方向が揃えられた
偏光方向とは直交りる方向にして偏光素ｆを用いて合流
するものであるから、３波あるいは４波の直線偏光の合
波が可能となり、ざらに、本発明で用いられる部品ｔ、
Ｌ全て容易に入手できるものであるので、２軸性光学結
晶の円錐屈折を利用した多波長多種の光合波器で問題で
ある部品の入手がほとんど不可能ということもなく、結
果とし℃、ポピユラーな部品だけを用いて、光の偏光を
利用した多波長多種の光合波器を小形に構成できるとい
う利点がある。

４、図ｉｆ＋ｉの筒中な説明 第１図は本発明の１つの実施例の構成を示す図、第２図
は第１図にホした光合波器の動作を説明ゆるための光合
波器の各点にお（）る偏光状態を示ず図、第３図は本発
明の別の実施例の構成図である。

１・・・・・・第１の偏光素子（偏光ビームスプリッタ
）、２・・・・・・第２の偏光素子（偏光ビームスプリ
ッタ）、３・・・・・・第１の偏光回転素子、 ４・・・・・・第３の偏光素子〈偏光ビームスプリッタ
）、５・・・・・・第２の偏光回転素子、 ６・・・・・・ミラー。

出願人　　日本電信電話株式会ネト ″″二゛〕、 代理人　　弁理士　志　賀　正　酸 第３図 λ２ ２　舅２の偏光素子 ３　・　　１（１０偏ヤこ回申ｇ東弓−４賛３の偏光素
子 ５　第２０偏光回！ｆ棄子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）波長が異なり、その偏光方向が直交する２本の光
   ビームを合波して１本の２波多重光ビームとする第１の
   偏光素子と、 この第１の偏光素子からの２波多重光ビームを通過させ
   て、該２波多重光ビームを構成する波長の異なる２つの
   光の偏光方向を同一方向に揃える偏光回転素子と、 この偏光回転素子で偏光方向を揃えた２波多重光ビーム
   と、その偏光方向が該２波多重光ビームの偏光方向とは
   直交した方向の直線偏光の上記光ビームと別の波長の光
   ビームとを合波して１本の光ビームとする第２の偏光素
   子と、 を具備してなることを特徴とする光合波器。
2. （２）偏光方向が直交する第１の波長と第２の波長の光
   ビームを合波して１本の第１の２波多重光ビームとする
   第１の偏光素子と、 偏光方向が直交し、波長が上記波長と別の第３の波長と
   第４の波長の光ビームを合波して１本の第２の２波多重
   光ビームとする第３の偏光素子と、上記第１の２波多重
   光ビームを通過させて、該第１の２波多重光ビームを構
   成する第１の波長と第２の波長の光の偏光方向を同一方
   向に揃える第１の偏光回転索子と、 上記第２の２波多重光ビームを通過させて、該第２の２
   波多重光ビームを構成する第３の波長と第４の波長の光
   の偏光方向を上記第１の偏光回転素子を通過したあとの
   第１の２波多重光ビームの偏光方向と直交する方向に揃
   える第２の偏光回転素子と、 偏光方向をそれぞれ揃えた第１の２波多重光ビームと第
   ２の２波多重光ビームとを合波して１本の光ビームとす
   る第２の偏光素子と、 を具備してなることを特徴とする光合波器。