JPH05100259A - 光素子間光結合装置 - Google Patents

光素子間光結合装置

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JPH05100259A
JPH05100259A JP29075291A JP29075291A JPH05100259A JP H05100259 A JPH05100259 A JP H05100259A JP 29075291 A JP29075291 A JP 29075291A JP 29075291 A JP29075291 A JP 29075291A JP H05100259 A JPH05100259 A JP H05100259A
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JP
Japan
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light
coupling device
signal light
optical
photodetector
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Application number
JP29075291A
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English (en)
Inventor
Kazuto Fujii
和人 藤井
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光伝送路からの光を光検出器に、また逆に光検
出器からの光を光伝送路に高効率で結合させる。 【構成】フォトリフラクティブ結晶などから成る位相共
役鏡1と、それから同じ光学距離だけ離れた異なる位置
に設けられた導波型の光検出器8及び信号光と同じ波長
の光を発する半導体レーザー7とが設けられている。偏
光ビームスプリッター5、5′により、フォトリフラク
ティブ結晶1に、ほぼ対向する方向から、半導体レーザ
ー光と偏波保存ファイバー4からの信号光が入射させら
れる。信号光とレーザー光を分離する為に、非相反型、
相反型ファラデー素子2、3;2′、3′が設けられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フォトリフラクティブ
効果などを持つ電気光学結晶等を用いた位相共役鏡ない
しダブル位相共役鏡を用いて導波型光電変換素子等に信
号光を高効率で結合する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4及び図5に信号光結合装置の従来例
を示す。従来の光結合系は、全てレンズ等のパッシブな
部品で構成されていた。
【0003】図4は先球ファイバー41により信号光を
導波型ディテクター42に結合したものである。ファイ
バー41の位置の固定には、光による硬化型接着剤43
(紫外線で硬化するものが一般的)を用いている。位置
決めは、ファイバー41とディテクター42の導波路の
相対位置を信号光の結合が最大になった所で紫外線を照
射し接着剤43を固定して行なう。
【0004】図5は、球状レンズ51を用いて信号光を
導波型ディテクター42に結合した従来例を示す。この
場合の光の結合効率は、ファイバー52間のみの結合で
は最大95%程度となっているが、導波型ディテクター
42とファイバ52間の場合にはそれより効率が落ち
る。また、図5の例で云えば、4つの球レンズ51、2
本のファイバー52、ディテクター42の光軸を一致さ
せる必要があり、調整とレンズ51等の固定にかなりの
時間がかかり、さらに十分なAR(反射防止)コートを
レンズ51等に施すのが難しいために、戻り光によるS
/Nの劣化などが問題であった。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記のような方法では、一般には結合効率を上げることは
難しく、先にも述べたようにファイバーやレンズなどの
位置の調整に時間がかかるのみでなく、温度変化による
ファイバー、ディテクター等の相対位置のずれによる結
合効率の変化が問題であった。
【0006】よって、本発明の目的は、上記の問題点に
鑑み、ファイバー等の光伝送路からの光を高効率で光検
出器に結合させられ、また検出器により信号を読み取っ
た後の光信号を他のファイバー等の光伝送路に高効率で
結合させられる光素子間光結合装置に関する。
【0007】
【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する本発明
によれば、フォトリフラクティブ結晶などから成る位相
共役鏡と、例えば、それから同じ光学距離だけ離れた異
なる位置に設けられた導波型等の光検出器及び信号光と
同じ波長の光を発する半導体レーザーなどのポンプ光用
光源とが設けられ、更に、フォトリフラクティブ結晶な
どの位相共役鏡に、ほぼ対向する方向から、半導体レー
ザー光などのポンプ光と偏波保存ファイバーなどの光伝
送路からの信号光を入射させる手段と、信号光とレーザ
ー光などのポンプ光を分離する手段とを有することによ
り、一つのファイバーなどの光伝送路から出た信号光を
高効率で導波型等の光検出器に結合させ、又、該検出器
により信号を読みとった後の光信号を他のファイバーな
どの光伝送路に高効率で結合させることができる。
【0008】より具体的には、光検出器が導波型光検出
器であり、ポンプ光用光源が該導波型光検出器と同様な
導波路形状を有する半導体レーザであったり、前記光検
出器と半導体レーザがモノリシックに形成されていた
り、信号光が直線偏光であり、直線偏光を有する信号光
を得る光伝送路として偏波保存ファイバーを用いたり、
前記信号光とポンプ光を分離する手段として、λ/4偏
光面を回転させる相反、非相反型のファラデー素子対を
用いたり、前記信号光とポンプ光を位相共役鏡に入射さ
せる手段として、偏光ビームスプリッタを用いたり、前
記位相共役鏡として、フォトリフラクティブ効果の大き
い結晶を用いたり、前記ポンプ光用光源の出射口から位
相共役鏡までの光学距離と光検出器の入射口から位相共
役鏡までの光学距離を等しく設定したり、信号光の増幅
がポンプ光用光源で可能な様に形成されていたり、光伝
送路からの信号光がTM光であり、ポンプ光がTE光で
ある様に形成されていたり、光伝送路が複数本並行して
設けられていたりする。
【0009】
【実施例】図1は本発明に用いた位相共役波を説明する
ための略図である。図1に示すように、位相共役鏡1か
らの位相共役波は入射光(信号光)と同位相(同波面)
の反射光であり、このため光路の途中に波面を乱すもの
があっても“行き”と全く同じ光路を通って元に帰って
いく。更に、実際には信号光側にはポンプ光が信号光と
同じ位相面で出射され、ポンプ光側には信号光がポンプ
光と同じ位相面を持って出射されていく。この位相共役
波の発生効率は(信号光強度)×(ポンプ光強度)に比
例する。この為、ポンプ光強度を上げることで信号光の
増幅も可能である。ここで、ポンプ光の偏光と信号光の
偏光を同じとする。また、一般の反射光が、比較の為、
示してある。
【0010】以下に示す本発明の実施例を説明する準備
として、更に、位相共役鏡ないしダブル位相共役鏡(D
PCM)の原理について図1を用いて説明する。同図に
おいて、1はフォトリフラクティブないし光誘起屈折率
効果(hotoefractive effec
t,以下PR効果と言う)を有する電気光学結晶であ
る。ここで、PR効果とは光照射により結晶1中に空間
電界分布が生じて、線形電気光学効果(ポッケルス効
果)により屈折率の変化が生じる現象である。この様な
ものとして、強誘電体電気光学結晶であるチタン酸バリ
ウム等や半導体電気光学結晶であるGaAs等がある
が、ここでは、チタン酸バリウムを例にとって説明す
る。図1において、チタン酸バリウム結晶1のc軸が適
当な方向に配置された場合には、入射光束(信号光)が
結晶1の中で散乱されるが、その散乱光と入射光束とで
結晶1中に多くの屈折率格子が形成される。この場合、
散乱光が入射光束との間で(2波結合と呼ばれる)非線
形な相互作用によりエネルギーの交換が行なわれて、散
乱光に入射光束のエネルギーが移っていく。一方、図の
左側から他の入射光束(ポンプ光)が結晶1に入射する
と、この光束によっても結晶1中でその散乱光により屈
折率格子が形成され、この入射光束のエネルギーが散乱
光に移行していく。この様な過程において、2つの入射
光束(信号光とポンプ光)が夫々の散乱光とで形成した
屈折率格子群のうち、共通の屈折率格子が互いの入射光
束を回折させて、この共通の屈折率格子を強調すると言
う誘導散乱を引き起こす。この為に、定常状態ではこの
様な共通の屈折率格子のみが生き残ることになる。ここ
で注意すべきことは、該屈折率格子は一方の入射光束
(信号光)とその散乱光及び他方の入射光束(ポンプ
光)とその散乱光とで形成されたものである為に、入射
光束(信号光とポンプ光)は互いにコヒーレントである
必要はないと言うことである。
【0011】それ故に、2つの入射光束が同時に結晶1
中に存在する時には、入射光束が互いにインコヒーレン
トであってもそれらの散乱光は、夫々、2つの入射光束
の位相共役波となる。更に、これら位相共役波のエネル
ギーは、2つの入射光束から来ている(即ち、2つの入
射光束の該屈折率格子による回折光となっている)こと
に大きな特徴がある。つまり、信号光側への位相共役波
は、そのエネルギーを他方の入射光束(ポンプ光)から
受けるが入射光束(信号光)の時間反転波となってお
り、ポンプ光側への位相共役波は、そのエネルギーを一
方の入射光束(信号光)から受けるが入射光束(ポンプ
光)の時間反転波となっている。以上の理論及び実験の
詳細は、文献「B.Fischer et al.,I
EEE J.Quantum Electron.QE
−25,550−569(1989)」に述べられてい
る。
【0012】実施例1 図2は本発明における第一の実施例を示す。本実施例で
は半導体レーザー7からのレーザー光と検出器8への信
号光の分離に、λ/4偏光方向を回転させる相反型ファ
ラデー素子3′、非相反型のファラデー素子2′と偏光
ビームスプリッター5′を用いた。
【0013】ここで、伝送路であるファイバー4からは
TMモードで信号光が出射され、又レーザー光はTEモ
ードであるとする。更に、非相反のファラデー素子2、
2′については左からくる光に対して相反の素子3、
3′と同じ方向にλ/4回転するようにする。この様に
することで、ファイバー4からTMモードのままで偏光
ビームスプリッター5を透過してきた信号光は、非相
反、相反のファラデー素子2、3によりλ/2だけ偏波
面が回転させられてPR結晶1の位置ではTEモードに
なり、検出器8の位置では再びTMモードになってい
る。又、レーザー光は右側から相反、非相反のファラデ
ー素子3′、2′;3,2に入るので、どの位置でもT
Eモードであり、このため信号光とレーザー光の分離は
偏光ビームスプリッター5、5′で容易にできる。一
方、位相共役鏡であるPR結晶部1では偏光が一致して
おり、二光束干渉が起こる。この為、PR結晶1では、
左からの信号光の情報を持った位相共役波(ポンプ光で
あるレーザ光の)が発生し、レーザー7側に戻ろうとす
る。しかし、この共役波の偏光は、非相反、相反ファラ
デー素子2′、3′によりTEからTMモードに変換さ
れるために偏光ビームスプリッター5′で分離反射さ
れ、検出器8側へ行く。
【0014】ここで、PR結晶1から検出器8までと、
PR結晶1からレーザー7までは同じ光学長であり、か
つ検出器8とレーザー7の導波路の形(開口数)が同じ
にしてあるために、ほぼ100%に近い(各面には十分
なARコートがされている)検出器8への光結合が可能
になる。
【0015】ファイバー4側への共役波(もともとはレ
ーザー光)はTEモードであるために、偏光ビームスプ
リッター5で分離され、ファイバー4に結合はしない。
ファイバー4自身は偏波保存になっているので、偏光ビ
ームスプリッター5がなくとも目的は達成されるが、十
分にノイズを減らすために素子5を使う。
【0016】又、少なくとも図2に示す点線内の半導体
レーザー7と導波型光検出器8(例えば、光をほとんど
吸収せずに光の強度を検出できる特願平2−45085
号の検出器を参照)をモノリシックに作ることで熱によ
る光路長の変化に起因する悪影響を激減することができ
る。この場合、検出器8からの信号光を再び他の伝送路
であるファイバーに光結合するのに上記の方法を用いれ
ば、簡単な構成で確実に光結合ができる。
【0017】実施例2 図3は本発明の第二の実施例を示す図である。本例の場
合、ファイバー41、42、43を複数本にしたもので
あるが、各々のファイバーから出る信号光とレーザー7
からのポンプ光との位相共役波が全て前実施例で述べた
ように光検出器8に高効率で結合する。このような光結
合は、従来例で示したようなレンズ系では不可能であ
る。図3において、図2と同符号で示すものは同部材な
いし素子を示す。動作は第一の実施例と同じである。
【0018】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で以下のような効果を持つ。
【0019】 位相共役波を利用するので素子の位置
決めが容易である。 現有技術で容易に実現できる検出器、ポンプ光光源
であるレーザーをモノリシックに構成することで熱の影
響を低減できる。 装置内のポンプ光光源であるレーザーなどのパワー
を上げることで信号光を増幅できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】位相共役波の説明図である。
【図2】本発明の第一の実施例を示す図である。
【図3】本発明の第二の実施例を示す図である。
【図4】第一の従来例の説明図である。
【図5】第二の従来例の説明図である。
【符号の説明】
1……フォトリフラクティブ結晶(PR結晶) 2,2′……非相反型ファラデー素子(両方向からの光
をλ/4回転) 3,3′……相反型ファラデー素子(一方向からの光を
λ/4回転、反対方向からの光を−λ/4回転) 4,41,42,43……信号光用ファイバー(TMモ
ード出射) 5,5′……TEモード光を90°方向に反射し、TM
モード光をパスする型のビームスプリツター 7……光検出器 41……先球ファイバー 42……導波型光検出器 43……接着剤 51……球レンズ 52……光ファイバー

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相共役鏡と、光検出器と、信号光と同
    じ波長の光を発するポンプ光用光源と、該位相共役鏡
    に、ほぼ対向する方向から、該ポンプ光用光源のポンプ
    光と光伝送路からの信号光を入射させる手段と、信号光
    とポンプ光を分離する手段とを有し、光伝送路から出た
    信号光を高効率で光検出器に結合させることを特徴とす
    る光結合装置。
  2. 【請求項2】 光検出器が導波型光検出器であり、ポン
    プ光用光源が該導波型光検出器と同様な導波路形状を有
    する半導体レーザである請求項1記載の光結合装置。
  3. 【請求項3】 前記光検出器と半導体レーザがモノリシ
    ックに形成されている請求項2記載の光結合装置。
  4. 【請求項4】 信号光が直線偏光であり、直線偏光を有
    する信号光を得る光伝送路として偏波保存ファイバーを
    用いる請求項1記載の光結合装置。
  5. 【請求項5】 前記信号光とポンプ光を分離する手段と
    して、λ/4偏光面を回転させる相反、非相反型のファ
    ラデー素子対を用いる請求項1記載の光結合装置。
  6. 【請求項6】 前記信号光とポンプ光を位相共役鏡に入
    射させる手段として、偏光ビームスプリッタを用いる請
    求項5記載の光結合装置。
  7. 【請求項7】 前記位相共役鏡として、フォトリフラク
    ティブ効果の大きい結晶を用いる請求項1記載の光結合
    装置。
  8. 【請求項8】 前記ポンプ光用光源の出射口から位相共
    役鏡までの光学距離と光検出器の入射口から位相共役鏡
    までの光学距離が等しい請求項1記載の光結合装置。
  9. 【請求項9】 信号光の増幅がポンプ光用光源で可能な
    様に形成されている請求項1記載の光結合装置。
  10. 【請求項10】光伝送路からの信号光がTM光であり、
    ポンプ光がTE光である様に形成されている請求項1記
    載の光結合装置。
  11. 【請求項11】光伝送路が複数本並行して設けられてい
    る請求項1記載の光結合装置。
JP29075291A 1991-10-09 1991-10-09 光素子間光結合装置 Pending JPH05100259A (ja)

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