JPH03163536A - 光分離合成器 - 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】 本発明は光分離合成器に関し、特に、ヘテロダイン型光
通信方式に従う偏波ダイバーシティ光受信機に適用して
好適なものである． ［従来の技術］ 従来のバランス型偏波ダイバーシティ光受信機では、２
個の光入力の直交偏光成分を分離した後、分離された偏
光或分を適宜合成し、合戒光の所定方向の偏光或分を出
力する光分離合成器が用いられている。

第２図に、このような偏波ダイバーシティ光受信機の構
成を示す（前田他、「バランス型偏波ダイバーシティ光
受信機，　、１９８９年電子情報通信学会春季全国大会
、Ｂ−７６１　’）。

ベースバンド信号に応じて変調された信号光入力Ｐｓが
シングルモードファイバ■によってこの偏波ダイバーシ
ティ光受信機に伝送されてくる。

信号光入力Ｐｓは、ファイバ■の端部に設けられている
コリメータ（レンズ）ｌａから、光分離合戒器３に入力
される。ここで、ｘｙ直交系の各偏光成分がそれぞれ［
αＰｓ、（１−α）Ｐｓ］である状態で信号光入力Ｐｓ
が入力されたとする（αは偏光Ｘ成分からみた偏光強度
分離比）。

また、Ｘ軸方向の直線偏光である局部発振光入力ＰＬが
偏光保持ファイバ２によって伝送されてきており、その
端部に設けられているコリメータ２ａを介して光分離合
成器３に入力される。ここで、偏光軸が４５度回転する
ようにコリメータ２ａをファイバ２に対して回転させて
あるため、コリメータ２ａからの光のｘｙ方向の各偏光
成分は［ＰＬ／２、ＰＬ／２］となる。

光分離合成器３は、偏光ビームスプリッタブロック４、
７及び８と、両端部にコリメー夕を有する偏光保持ファ
イバ５及び６からなる。

信号入力光及び局部発振入力光は、偏光ビームスプリッ
タブロック４によってｘｙ方向のそれぞれの偏光或分に
分離された後、相手測入力光の異なる偏光戒分と合或さ
れる。すなわち、［αＰＳ、ＰＬ／２］と［（１−α）
　ＰＳ　，　ＰＬ　／２］という偏光状態をもつ２つの
光に変換される。

［αＰＳ　，ＰＬ／２］という偏光状態をもつ第｛の合
戒光は、コリメータ５ａを介して偏光保持ファイバ５に
入力される。このファイバ５の出力側コリメータ５ｂは
入力側コリメータ５ａに対して物理的に４５゜回転され
ており、第↓の合或光［αＰＳ　，ＰＬ／２］に対して
偏光軸が４５゜回転した光が出力される。この出力光は
偏光ビームスプリッタブロック７に入力され、この偏光
ビームスプリッタブロック７によってそれぞれがαＰＳ
／２＋ＰＬ／４の直線偏光状態をもつ２つの光に分けら
れる。これら２つの光はそれぞれ、コリメータ９ａ、１
０ａを介して対応する偏光保持ファイバ９、■０に入力
される。

また、偏光ビームスプリッタブロック４から射出された
［（１−α）ＰＳ　，ＰＬ　／２］という偏光状態をも
つ第２の合成光も、偏光保持ファイバ６及び偏光ビーム
スプリッタブロック８によって同様に処理され、（ｌ一
α）　ＰＳ　／２＋ＰＬ　／４の直線偏光状態の２つの
光がそれぞれ偏光保持ファイバ１１，１２に入力される
。

以上のように、光分離合成器３は、信号光入力の偏光Ｘ
或分の１／２と局部発振光入力の１／４との和を強度と
する２個の光出力と、信号光入力の偏光ｙ或分の１／２
と局部発振入力の１／４との和を強度とする２個の光出
力とを得るものである。

各偏光保持ファイバ９、１０、１ｌ、工２は光コネクタ
エ３、１４、■５、１６を介してシングルモードファイ
バｌ７、■８、ｌ９、２０に接続されている。各シング
ルモードファイバエ７、１８、１９、２０の出力側端部
は損失なく光結合するように先球化しており、この端部
より伝送されてきた光を対応するＰＩＮフォトダイオー
ド（例えばＩ　ｎＧａＡｓでなる＞２１、２２、２３、
２４の受光部に入射する。

ＰＩＮフォトダイオード２ｌ及び２２は直列接続されて
おり、その接続中点は集積回路（例えばＧａＡｓでなる
）構戒のブリアンプ回路２５に接続されている。かくし
て、ＰＩＮフォトダイオード２ｌ、２２、ブリアンプ回
路２５でなるバランス型ＰＩＮアンプモジュール２６に
よってヘテロダイン検波され、偏光分離比αの平方根に
比例した電気信号が得られる。なお、このときに強度雑
音が抑圧される。この電気信号は遅延検波器２７による
２乗検波を通じて偏光分離比αに比例する信号に変換さ
れて加算器２８に与えられる。

偏光ビームスプリッタブロック８から射出された２つの
光も、同様に、ＰＩＮフォトダイオード２３及ひ゛２４
とブリアンプ回＃Ｉ２９とでなるＰＩＮアンブモジュー
ル３０と、遅延検波器３ｌとによって、偏光ビームスプ
リッタブロック８からの光が有する偏光分離比（１−α
）に比例する信号に変換されて加算器２８に与えられる
。

かくして、両遅延検波器２７及び３１からの出力信号が
加算器２８において加算されてベースバンド信号が得ら
れる。

この受信機によって信号入力光に偏光変動があっても安
定したベースバンド信号が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した光分離合成器３を用いた従来の
バランス型偏波ダイバーシティ光受信機では、以下のよ
うな問題が生じる。

■コリメー夕を用いた光結合が１０カ所もあるために光
学調整作業が煩雑となる。また、それに伴って光結合で
の損失が増大している。

■光分離合成器３の入力側の偏光ビームスプリッタブロ
ック４と出力イ則の偏光ビームスピンドルブロツク７、
８との間の光結合に、両端コリメー夕付偏光保持ファイ
バ５、６を用いているため、実際上の形状が大きくなっ
ていた。また、これらファイバ５及び６において偏光軸
を４５度回転させるために、出力側のコリメータ５ｂ及
び６ｂを回転させているが、このときに煩雑な光軸調整
作業を伴う。

■両端コリメー夕付偏光保持ファイバ５及び６を用いて
いるが、これらファイバ５及び６に応力などが加わると
偏光軸が回転したり、光出力が損失したりして、光出力
が非常に不安定となってしまう。そのため、実装に厳し
い制約がついてしまう。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、取
付け実装条件に対する自由度が高く、シンプルな構成で
、しかも、光結合における損失が少ない、光軸調整作業
が容易な光分離合成器を提供しようとするものである。

［課題を解決するための千段］ 本発明は、第１及び第２の光入力から、第１の光入力の
偏光Ｘ成分の１／２と、第２の光入力の偏光ｙ或分の１
／２との和を強度とする２個の光出力と、第１の光入力
の偏光ｙ戒分の｛／２と、第２の光入力の偏光Ｘ戒分の
１／２との和を強度とする２個の光出力とを得る、又は
、光入力及び光出力がその反対になるようにする光分離
合戒器を以下の各要素で構成したものである。

すなわち、偏光ビームスプリッタキューブと、この偏光
ビームスプリッタキューブの対向する２つの面に設けら
れた、しかも斜辺面に反射処理が施されている２個の三
角プリズムとでなる第１の偏光ビームスプリッタブロッ
クを備えている。また、偏光ビームスプリッタキューブ
とこの偏光ビームスプリッタキューブの一面に設けられ
た、斜辺面に反射処理が施されている三角プリズムとで
なる第２の偏光ビームスプリッタブロックと、この第２
の偏光ビームスプリッタブロックと同一構成の第３の偏
光ビームスプリッタブロックとを備えている。さらに、
第１の偏光ビームスプリッタブロックと第２の偏光ビー
ムスプリッタブロックの間に配置され、入射光の偏光軸
を４５度回転させる、ブロック構戒の第１の偏光軸回転
手段と、第１の偏光ビームスプリッタブロックと第３の
偏光ビームスプリッタブロックの間に配置され、入射光
の偏光軸を４５度回転させる、ブロック構成の第２の偏
光軸回転手段とを備えている。

なお、第｛及び第２の偏光軸回転手段として、ファラデ
ー回転子あるいは１／２波長板を用いることが好ましい
。

［作用］ 第１〜第３の各偏光ビームスプリッタブロックはそれぞ
れ光を適宜分離合成するものである。第｛の偏光ビーム
スプリッタブロックと第２の偏光ビームスプリッタブロ
ックとの間に第１の偏光軸回転手段が配置され、入射光
の偏光軸を４５度回転させて射出させる。同様に、第１
の偏光ビームスプリッタブロックと第３の偏光ビームス
プリッタブロックとの間に第２の偏光軸回転手段が配置
され、入射光の偏光軸を４５度回転させて射出させる。

ここで、第１の偏光ビームスプリッタブロックを入力側
、第２及び第３の偏光ビームスプリッタブロックを出力
側ブロックとすると、第１及び第２の光入力から、第１
の光入力の偏光Ｘ成分のｌ／２と、第２の光入力の偏光
ｙ戒分の１／２との和を強度とする２個の光出力と、第
１の光入力の偏光ｙ戒分の１７２と、第２の光入力の偏
光Ｘ或分の１／２との和を強度とする２個の光出力が得
られる。

この際、上述のように、第１及び第２の偏光軸回転手段
によって偏光軸を４５度回転させることを要するが、光
軸調整の簡単化や光結合による損失の減少や構成の簡単
化を考慮すると、偏光軸回転手段としては他のブロック
と一体化できるブロック構成のものが良い。すなわち、
ファラデー回転子や１／２波長板で構成したものである
ことが好ましい。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

ここで、第１図がこの実施例の光分離合成器を示す構成
図、第３図は実施例の光分離合成器を適用したバランス
型偏波ダイバーシティ光受信機を示す構成図である。第
３図において、第２図との対応部分には同一符号を付し
ている。

バランス型　゛　　イバーシティ　　　ーこの実施例の
光分離合成器５０を、バランス型偏波ダイバーシティ光
受信機に適用する場合、第３図に示すように、この光分
離合成器５０の構成を除き、第２図に示した構成をその
まま用いることができる。

すなわち、信号光入力Ｐｓは、ファイバ１の端部に設け
られているコリメータ１ａから、ｘｙ方向の偏光成分が
それぞれ［αＰｓ、（１−α〉ＰＳ］である状態で光分
離合成器５０に入力される。

他方、Ｘ軸方向の直線偏光である局部発振光入力ＰＬは
、偏光保持ファイバ２の端部に設けられているコリメー
タ２ａを介して、ｘｙ方向の各偏光戒分が［ＰＬ／２、
ＰＬ／２］である状態で光分離合戒器５０に入力される
。

この実施例の光分離合成器５０を介することで、従来と
同様に、信号光入力の偏光Ｘ成分の１／２と局部発振光
入力の１／４との和αＰＳ／２＋Ｐ［／４を強度とする
２個の光出力と、信号光入力の偏光ｙ或分の１／２と局
部発振入力の１／４との和（１−α）ＰＳ／２＋ＰＬ／
４を強度とする２個の光出力とが得られる。

前者の２つの光は、ＰＩＮフォトダイオード２ｌ及び２
２とプリアンプ回路２５とでなるＰＩＮアンプモジュー
ル２６と、遅延検波器２７とによって、それら光が有す
る偏光分離比αに比例する電気信号に変換されて加算器
２８に与えられる。

後者の２つの光は、同様に、ＰＩＮフォトダイオード２
３及び２４とプリアンプ回路２つとでなるＰＩＮアンプ
モジュール３０と、遅延検波器３ｌとによって、それら
光が有する偏光分離比（１−α）の２乗に比例する電気
信号に変換されて加算器２８に与えられる。両遅延検波
器２７及び３１からの出力信号が加算器２８において加
算されてベースバンド信号が得られる。

この第３図の受信機によっても、信号入力光に偏光変動
があっても安定したベースバンド信号が得られる。

の　　　　ム　　謔 次に、例えば上述したように用いられる実施例の光分離
合戒器５０を詳細に説明する。

この実施例の光分離合戒器５０は、第１図に示すように
、入力側の偏光ビームスプリッタブロック６０と、２個
のファラデー回転子７０及び７１と、出力側の２個の偏
光ビームスプリッタブロック７５及び８０と、光遮断板
８５とを所定の位置関係で固定的に設けることで一体的
に構成されている。

入力側の偏光ビームスプリッタブロック６０は、詳細に
は、４個の三角プリズム６１〜６４と誘電体多層膜フィ
ルタ６５とで構成されており、全体として平行四辺形の
形状を有する。

三角プリズム６２及び６３を、その斜辺面同士で誘導体
多層膜フィルタ６５を挾むように配置して偏光ビームス
プリッタキューブを形成している。

他の三角プリズム６１及び６４の斜辺の面には全反射コ
ーティングを施している。全反射コーティング面６１ａ
が偏光ビームスプリッタキューブの多層膜フィルタ面に
平行になるように、三角プリズム６１を偏光ビームスプ
リッタキューブに配置し、また、全反射コーティング面
６４ａが偏光ビームスプリッタキューブの多層膜フィル
タ面に平行になるように、三角プリズム６４を偏光ビー
ムスプリッタキューブに配置する。

三角プリズム６２及び６４の外部に露出している斜辺以
外の辺の面６２ａ及び６４ｂに、２個の入射光が与えら
れ、三角プリズム６ｌ及び６３の外部に露出している斜
辺以外の辺の面６ｌｂ及び６３ａから２個の光を射出す
るようになされている。

出力側の偏光ビームスプリッタブロック７５は、３個の
三角プリズム７６〜７８と誘電体多層膜フィルタ７９と
で構成されており、全体として台形形状を有する。

三角プリズム７７及び７８と、誘電体多層膜フィルタ７
９とで漏光ビームスプリッタキューブが形成されており
、このキューブの一面に、斜辺面７６ａに反射コーティ
ングが施されている三角プリズム７６を接するように、
がっ、その斜辺面７６ａが誘電体多層膜フィルタ７つの
面と平行になるように配置してブロック７５が形成され
ている。

出力側の他の偏光ビームスプリッタブロック８０も、３
個の三角プリズム８ｌ〜８３と誘電体多層膜フィルタ８
４とを上述と同様に配置して形成されている。

これら偏光ビームスプリッタブロック７５及び８０は、
三角プリズム７６、８ｌを配置した偏光ビームスプリッ
タキューブの面の向いの面７８ａ、８３ａによって光遮
断板８５を挾むように配置されている。また、これら２
個のブロック７５及び８０は、線対称な位置関係となる
ように、従って、台形の上底面同±７７ａ及び８２ａ、
下底面同士７６ｂと７８ａ、及び、８ｌｂと８３ａが同
一面上に位置するように配置されている。これら２個の
ブロック７５及び８０は共に、上底面７７ａ、８２ａを
入射面とし、下底面７６ｂ、７８ａ、８ｌｂ、８３ａを
射出面としている。

入力四の偏光ビームスプリッタブロック６０と、２個の
出力側の偏光ビームスプリツタブロック７５及び８０と
の間に、偏光軸回転手段（旋光手段〉としてのファラデ
ー回転子７０及び７１が配置されている。すなわち、偏
光ビームスプリッタブロック６０の一方の射出面６ｌｂ
と、偏光ビームスプリッタブロック７５の入射面７７ａ
との間に第１のファラデー回転子７０が配置され、偏光
ビームスプリッタブロック６０の他方の射出面６３ａと
、偏光ビームスプリッタブロック８０の入射面８２ａと
の間に第２のファラデー回転子７ｌが配置されている。

これらファラデー回転子７０及び７１は共に、例えば円
筒形の永久磁石の内側に、イットリウムアイアンガーネ
ット（ＹＩＧ）で或る光学結晶を配置して構成されたも
のであり、入力光の偏光軸を４５度回転して射出するよ
うに内部の光学結晶の長さが定められている。

以上の構成を有する光分離合成器５０において、一方の
入射面６２ａから入射された光（第３図ではコリメータ
ｌａからの光）の偏光Ｘ戒分は、誘電体多層膜フィルタ
６５で反射された後、三角プリズム６Ｆの全反射コーテ
ィング面６１ａで反射されて第１のファラデー回転子７
０に入射され、その偏光ｙ或分は、誘電体多層膜フィル
タ６５を直進して第２のファラデー回転子７１に入射さ
れる。他方の入射面６４ｂから入射された光〈第３図で
はコリメータ２ａからの光〉の偏光Ｘ成分は、三角プリ
ズム６４の全反射コーティング面６４ａで反射された後
さらに誘電体多層膜フィルタ６５で反射されて第２のフ
ァラデー回転子７１に入射され、その偏光ｙ成分は、三
角プリズム６４の全反射コーティング面６４ａで反射さ
れた後誘電体多層膜フィルタ６５を直進し、さらに三角
プリズム６ｌの全反射コーティング面６１ａで反射され
て第１のファラデー回転子７０に入射される。

このようにして光分離合或がなされる。

第１のファラデー回転子７０によって４５度だけ偏光軸
が回転された光のｘｙ方向の一方の偏光成分は、誘電体
多Ｍ膜フィルタ７つを直進して射出され、他方の偏光或
分はこの誘電体多層膜フィルタ７９で反射された後、さ
らに三角プリズム７６の全反射コーティング面７６ａ″
″Ｃ’Ｋ射されて射出される。また、第２のファラデー
回転子７１によって４５度だけ偏光軸が回転された光の
ｘｙ方向の一方の偏光成分は、誘電体多層膜フィルタ８
４を直進して射出され、他方の偏光或分はこの誘電体多
層膜フィルタ８４で反射された後、さらに三角プリズム
８■の全反射コーティング面８１ａで反射されて射出さ
れる。

このようにしてこの光分離合成器５０に対する第１の光
入力の偏光Ｘ或分の１／２と、第２の光入力の偏光ｙ成
分の１／２との和を強度とする２個の光出力（偏光軸は
異なっている）と、第１の光入力の偏光ｙ或分の１／２
と、第２の光入力の偏光Ｘ戒分のｌ／２との和を強度と
する２個の光出力（偏光軸は異なっている）とが得られ
る。

なお、この光分離合成器５ｏをいずれかの装置に用いる
場合、入射側の偏光ビームスプリッタブロック６０の２
個の入射面６２ａ及び６４ｂに近接して入力ポート〈第
３図ではコリメー夕付ファイバ１及び２〉を設けること
を要し、射出側の偏光ビームスプリッタブロック７５及
び８０の計４個の射出面７６ｂ、７８ａ、８３ａ及び８
ｌｂに近接して出力ボート（第３図ではコリメー夕付フ
ァイバ９〜１２〉を設けることを要する。

大旌透Ω動盟 上述の実施例によれば、光分離合成用の偏光ビームスプ
リッタブロック６０、７５、８０と偏光軸を回′転させ
るためのファラデー回転子７０、７ｌとを一体化して光
分離合成器５０を形戒したので、下記の効果を得ること
ができる。

■コリメー夕による光結合が当該光分離合戒器ではなく
なり、この光分離合成器を用いた各種装置でもコリメー
タによる光結合が大幅に少なくなり（例えばバランス型
偏波ダイバーシティ光受信機について従来と比較すると
約１／２＞、光軸調整作業が非常に簡略化される。また
、コリメー夕による光結合で生じていた損失を大幅に減
少させることができる。

■コリメー夕付ファイバを用いていないので、構成が簡
単で小形になり、取付け実装性に対する自由度が増大す
る。

■偏光軸の回転にファイバを用いずにファラデー回転子
を用いているので、正確に偏光軸を回転でき、安定した
光出力を得ることができる。

蝕Ｄ実施例 上述の実施例においては、偏光軸を４５度回転させる偏
光軸回転手段（旋光手段）としてファラデー回転子を用
いたものを示したが、これに代えて１／２波長板を用い
るようにしても良い。要は、偏光ビームスプリッタブロ
ックと一体化できるブロック構戒の偏光軸回転手段であ
れば良い。

また、本発明は、バランス型偏波ダイバーシティ光受信
機に適用することを意図したものであるが、他の装置に
適用することもできる。すなわち、第１及び第２の光入
力から、第１の光入力の偏光Ｘ或分の１／２と、第２の
光入力の偏光ｙ成分の１／２との和を強度とする２個の
光出力と、第１の光入力の偏光ｙ或分の１／２と、第２
の光入力の偏光Ｘ成分の１／２との和を強度とする２個
の光出力とを得ることを必要とする各種の装置に適用す
ることができる。

なお、光の逆進性を考慮すると、入射及び出射が逆状態
であることが求められる装置にも適用できる。

上述の実施例においては、偏光ビームスプリッタブロッ
ク７５及び８０の下底の面の長平方向が等しいものを示
したが、実装時の要求によってはこれら長手方向が直交
するようにこれらブロック７５及び８０を設けても良い
。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、光分離合或用の偏光ビ
ームスプリッタブロックと偏光軸を回転させるためのブ
ロック構戒でなる偏光軸回転手段とを一体化して光分離
合戒器を形成したので、取付け実装条件に対する自由度
を高くすることができ、構成をシンプルにすることがで
き、光結合における損失を少なくすることができ、光軸
調整作業を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光分離合戒器の一実施例を示す構
成図、第２図は従来の光分離合成器を用いたバランス型
偏波ダイバーシティ光受信機を示す構戒図、第３図は上
記実施例の光分離合成器を適用したバランス型偏波ダイ
バーシティ光受信機を゛示す構成図である。 ５０・・・光分離合成器、６０、７５、８０・・・偏光
ビームスプリッタブロック、７０、７ｔ・・・ファラデ
ー回転子、６ｌ〜６４、７６〜７８、８ｌ〜８３・・・
三角プリズム、６５、７９、８４・・・誘電体多層膜フ
ィルタ。 実施例の構成図 第Ｉ図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏光ビームスプリッタキューブと、この偏光ビー
   ムスプリッタキューブの対向する２つの面に設けられた
   、しかも斜辺面に反射処理が施されている２個の三角プ
   リズムとでなる第１の偏光ビームスプリッタブロックと
   、 偏光ビームスプリッタキューブと、この偏光ビームスプ
   リッタキューブの一面に設けられた、斜辺面に反射処理
   が施されている三角プリズムとでなる第２の偏光ビーム
   スプリッタブロックと、偏光ビームスプリッタキューブ
   と、この偏光ビームスプリッタキューブの一面に設けら
   れた、斜辺面に反射処理が施されている三角プリズムと
   でなる第３の偏光ビームスプリッタブロックと、上記第
   １の偏光ビームスプリッタブロックと上記第２の偏光ビ
   ームスプリッタブロックの間に配置され、入射光の偏光
   軸を４５度回転させる、ブロック構成の第１の偏光軸回
   転手段と、 上記第１の偏光ビームスプリッタブロックと上記第３の
   偏光ビームスプリッタブロックの間に配置され、入射光
   の偏光軸を４５度回転させる、ブロック構成の第２の偏
   光軸回転手段とでなることを特徴とした光分離合成器。
2. （２）上記第１及び第２の偏光軸回転手段がファラデー
   回転子であることを特徴とする請求項第１項に記載の光
   分離合成器。
3. （３）上記第１及び第２の偏光軸回転手段が１／２波長
   板であることを特徴とする請求項第１項に記載の光分離
   合成器。