JPH03243905A

JPH03243905A - 双方向型光合分波素子

Info

Publication number: JPH03243905A
Application number: JP4210090A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Ouchida; 茂大内田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 1991-10-30

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、光多重システムに用いられる双方向型光合分
波素子に関する。

従来の技術近年、光波長多重伝送技術は、光フアイバ伝送において
光ファイバを有効に活用し、伝送容量の増大を図る手段
として利用されている。そのための、光分波器として特
開昭６２−６２０５号公報に示されるものがある。第５
図はその内容を示すもので、集光機能付き回折格子とし
ての平面曲線回折格子１を透明角柱による誘電体２，３
でサンドイッチした構造とし、誘電体２側に入力光ファ
イバ４を結合させ、誘電体３側に出力光ファイバ５．６
，７，８．９を結合させてなる。これにより、入力光フ
ァイバ４から導波させた多重化光を、平面曲線回折格子
１により分波・集光させて出力光ファイバ５〜９へ導か
せるものである。この方式は、平面回折格子を使用する
ことにより、作製容易にして、貼り合わせて一体化する
ことにより、損失を低下させ得るメリットがある。

このような光分波器を、双方向型光合分波素子として使
用するためには、出力光ファイバ５〜９の何れかから光
を入力させ、平面曲線回折格子ｌで回折させて入力光フ
ァイバ４へ導くようにすればよい。

発明が解決しようとする課題ところが、回折格子を用いた光分波器の場合、干渉膜利
用の場合に比べ、利用できる波長域が狭くなる特性があ
る。即ち、ある特定の波長に対して高回折効率が得られ
るように格子を作製すると、その格子は他の大きく波長
の異なる光に対しては効率が低くなってしまう。例えば
、現在、光通信に利用できる光源としては、近赤外光（
波長λ＝７８０〜８８００ｍ）と赤外光（λ＝１２００
〜１５００ｎｍ）であり、これらの両方の光を扱う場合
を想定すると、回折格子の本来の性能を十分に発揮させ
ることができず、損失が大きくなる。

課題を解決するための手段受光素子と、発光素子と、光ファイバにより導波入力さ
れた光を前記受光素子へ導き前記発光素子から導波され
た光を前記光ファイバへ導く球レンズと、前記受光素子
及び発光素子と前記球レンズとの間に位置して前記発光
素子から発せられる光の偏光方向に直交する格子方向を
持つ光波長合分波用の透過型回折格子とを一体的に設け
た。

この際、透過型回折格子の格子深さと格子ピッチとの比
を１．０以上とした。

作用受信すべき波長光に適した透過型回折格子としておけば
、受信波長光を高効率で回折させて受光素子に導かせる
ことができる。一方、回折格子の回折効率の偏光依存性
に着目すると、発光素子の発光光の偏光方向に対して格
子方向を直交させているので、発光素子からの光は高効
率で透過することになり、球レンズを経て光フアイバ側
に導くことができる。よって、発光素子の波長変動に影
響されることなく、低損失で安定性の高い合波が可能と
なる。さらには、送信用と受信用とで使用する光の波長
帯を変えることで、受光素子を短波長用と長波長用を使
い分けるため、発光素子からの光がノイズになりにくい
という利点も得られる。

特に、格子深さと格子ピッチとの比が１．０以上のよう
な深溝回折格子の場合には、上記のような回折効率の偏
光依存性が顕著に得られ、効果的である。

実施例本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説明
する。本実施例の双方向型光合分波素子１１には光ファ
イバ１２が結合され、受信光を拡散光１３として導波さ
せるように構成されている。

この拡散光１３を収束光１４として収束させる球レンズ
１５が設けられている。この球レンズ１５による収束光
１４の光路上に位置させて表面レリーフ型構成の透過型
回折格子１６が設けられ、その回折光１７の集光受光位
置に受光素子１８が設けられている。また、この受光素
子１８の近傍であって前記光ファイバ１２、球レンズ１
５及び透過型回折格子１６を結ぶ線上に位置させて発光
素子１９が前記透過型回折格子１６側に向けて光を射出
させるように設けられている。

ここに、光ファイバ１２から送信されてきた受信光は例
えば波長λ、＝７８０ｎｍのものであり、拡散光１３と
して球レンズ１５に入射し、収束光１４となって透過型
回折格子１６に入射する。この透過型回折格子１６は第
２図に示すような回折効率η特性を持つものである。即
ち、波長λ１７８０ｎｍに対して格子ピッチｄ＝０．７
１μｍとされ、ＴＥ、ＴＭの偏光に依存せずに高回折効
率が得られるように設定されている。格子深さｈはｈ＝
２．０Ｘｄ＝１．４２ｐｍとされている。つまり、透過
型回折格子１６に入射した波長λ、＝７８０ｎｍの光は
、回折され回折光１７となって受光素子１８に導かれ、
光信号として検出されることになる。このとき、高回折
効率を得るために回折格子１６は入射光（収束光１４）
に対してブラッグ角θ、　＝ｓｉｎ−’（λ、／２ｄ）
　　の状態に傾けられている。また、高性能な信号検出
のために受光素子１８の大きさは、波長変動による回折
角ずれをカバーし得る大きさに設定されている。

一方、本素子１１の送信動作について説明する。

本実施例の発光素子１９は例えば長波長帯の発光をする
レーザダイオードであり、例えば波長λ。

＝１．３μｍとされている。すると、この波長λ。

の光２０は回折格子１６に対してブラッグ角０Ｌｌ（＝
ｓｊｎ−’（λ、／２ｄ））　　は６６．３°となり、
図示のような受信側を考慮した角度Ｑ　（＝ｓｉｎ−（
λ／２ｄ）＝３３．３°）とは大きく異なるため、回折
効率ηが低くなってしまう。ところが、第２図の回折効
率特性をみると、λ、／ｄ＝１゜８３では、ＴＭ偏光（
即ち、格子方向と垂直な方向）の回折効率は殆どＯであ
る。即ち、第３図に示すように、発光素子１９の出射光
２０の偏光方向Ａが透過型回折格子１６の格子方向Ｂと
直交するように両者を配置すると、出射光２０がこの透
過型回折格子１６をほぼ１００％透過することになる。

より詳細には、発光素子（レーザダイオード）１９の出
射光２０が完全に直線偏光でない場合でも、ＴＥ偏光偏
光成分はブラッグ角関係で配置されていないので、その
回折光パワーは極めて小さく、損失を小さく抑えること
ができる。このように透過型回折格子１６を透過した波
長λ、の光は球レンズ１５により収束光２１　（拡散光
１３の逆）となって光ファイバ１２へと導かれる。

このようにして、本実施例の双方向型光合分波素子１１
は送受信機能を併せ持つものとなる。本実施例によれば
、従来のフィルタ利用方式のものに比して、回折格子利
用によるため、波長選択性に優れ、多波長に増えた場合
でも受光素子の数を増やすだけで容易に対応できる。ま
た、透過型回折格子１６はい′わゆる２Ｐ法により低コ
ストで量産できるため、素子全体の低コスト化も図れる
。

ところで、第１図に示した双方向型光合分波素子１１に
相対する双方向型光合分波素子について説明する。構成
的には、第１図に示したものと同一であるため、第１図
を兼用して説明する。まず、光ファイバ１２からは波長
λ、＝１．３μｍの光が拡散光１３として送信されてく
る。この拡散光１３は球レンズ１５により収束光１４と
されて透過型回折格子１６に入射する。透過型回折格子
１６の格子ピッチｄは、この双方向型光合分波素子では
ｄ＝λ、／１．ｌ＝１．１８μｍに設定され、ブラッグ
角θ、＝ｓｉｎ″″°（λ、／２ｄ）＝３３．４°に傾
けて配設される。これにより、送信されてきた波長λ、
＝１．３μｍの光は偏光に依存せずに高回折効率で受光
素子１８へ導かれる。一方、送信用の波長λ、＝７８０
ｎｍの光は、格子ピッチｄ＝１１８μｍであるので、回
折効率は第４図に示すようにλ／ｄ＝０．６６のときに
ＴＥ偏光で３０％、ＴＭ偏光は推定２０％程度となる。

これは、波長λ、＝７８０ｎｍの光に対しブラッグ角θ
、＝ｓｉｎ””（λ、／２ｄ）＝１９．３°で配設され
た場合であり、実際は３３．４°に配設されているので
、実際の効率はさらに低くなる。よって、本双方向型光
合分波素子においても、第３図に示したように、格子方
向と発光素子１９の偏光方向とが垂直となる関係に両者
を配設することにより、波長λ、＝７８０ｎｍの光は１
０％以下の回折効率、即ち９０％以上が透過し、球レン
ズ１５を通って光ファイバ１２に導かれるものとなる。

近赤外レーザダイオード（波長λ＝７８０〜８３０ｎｍ
）は、長波長レーザダイオードに比べて高出力のものが
実用化されているため、このような１０％程度の回折損
失は、高出力レーザダイオードを使用することで十分に
補え、実用上、何ら問題とならない。

つまり、本実施例のように、ｈ／ｄ＝２．０のような深
溝構造の透過型回折格子１６の回折効率における偏光依
存性に着目し、受信すべき波長に適した定数構成の回折
格子を用いて受信波長光を高効率で回折させて受光に供
する一方、送信波長光は透過を利用することで高透過率
にて光ファイバに導くことができる。即ち、従来の回折
格子を用いた光合分波素子にあっては、合波するときに
も回折現象により光ファイバへ光を噂くようにしている
ため、波長変動やスポット拡大などにより損失が大きく
なってしまうが、本実施例では、合波時には、回折格子
に対する透過光を利用しているので、低損失化が可能と
なる。また、本実施例によれば、従来の干渉膜（フィル
タ）型光合分波素子の特徴である広帯域波長を光源とし
てｆｌｌ用できる点はそのまま維持しており、システム
設計上の自由度も大きなものとなる。

発明の効果本発明は、上述したように回折格子、特に深溝構成の回
折格子の回折効率の偏光依存性に着目し、受信側では回
折を利用し、送信側では透過を利用するように構成した
ので、受信波長光を高効率で回折させて受光素子により
受光検知できるとともに発光素子からの光は波長変動等
に影響されず高効率で透過させて光フアイバ側に導かせ
ることができ、結局、回折格子の持つ多波長対応性を維
持しつつ、広波長域の発光素子にも対応できるものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略平面図、第２図は
回折効率とλ／８との関係を示す特性図、第３図は発光
素子と回折格子との配置関係を示す概略斜視図、第４図
は回折効率とλ／８との関係を示す特性図、第５図は従
来例を示す斜視図である。１２・・・光ファイバ、１５・・・球レンズ、１６・・
・透過型回折格子、１８・・・受光素子、１９・・・発
光素子１．１　図入／ヨーｌろ図」ｑ図０めＪ」 λム− 現

Claims

【特許請求の範囲】１、受光素子と、発光素子と、光ファイバにより導波入
力された光を前記受光素子へ導き前記発光素子から導波
された光を前記光ファイバへ導く球レンズと、前記受光
素子及び発光素子と前記球レンズとの間に位置して前記
発光素子から発せられる光の偏光方向に直交する格子方
向を持つ光波長合分波用の透過型回折格子とを一体的に
設けたことを特徴とする双方向型光合分波素子。２、透過型回折格子の格子深さと格子ピッチとの比を１
．０以上としたことを特徴とする請求項１記載の双方向
型光合分波素子。