JPH0667052A

JPH0667052A - 光スターカップラ

Info

Publication number: JPH0667052A
Application number: JP21919692A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Noguchi; 一博野口; Takao Matsumoto; 隆男松本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-08-18
Filing date: 1992-08-18
Publication date: 1994-03-11
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JP3133833B2

Abstract

(57)【要約】【目的】任意の偏光状態の入力光を分岐比の変動を来
すことなくすべての出力端に等しい強度で分岐し、かつ
偏光の伝搬時間差に起因する信号のジッタを抑制できる
高速光信号に適用可能な光カップラを得ることを目的と
する。【構成】入射側光ファイバ51から入力された光信号は
コリメータアレイ52を介して伝搬時間等化型光路変換素
子55−１に入射され、さらに、交互に配列された偏光分
配素子53−１〜53−６と光路変換素子54−１〜54−６、
および伝搬時間等化型光路変換素子55−２とにより、入
射した水平偏光成分と垂直偏光成分の伝搬時間を互いに
等しく、かつすべての出力端に等しい強度で分岐し、最
後にコリメートアレイ56によって集光された信号光を取
り出して出射側光ファイバ57に伝搬する構造を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の光信号入力ポー
トの任意の１つから入力される光信号を、その偏光状態
に依存せずに複数の光信号出力ポートの全てに、互いに
等しい光強度で分配する機能を持った光スターカップラ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光スタータップラは平面
導波路を用いて作製されていた。図１(a) に平面導波路
により構成された光スターカップラの構造を示す。図１
(a) において、１は石英基板、２は光信号入力ポート、
３は入力側光導波路、４は光結合部、５は出力側光導波
路、６は光信号出力ポートである。

【０００３】光ファイバを介して光信号入力ポート２よ
りカップラに結合された光信号は、入力側光導波路３を
伝搬して光結合部４に導かれる。光結合部４は、図１
(b) に示すような幅の広い導波路構造となっており、各
入力側光導波路３からの光信号は、この幅の広い導波路
中を拡散することによって、出力側光導波路５のすべて
に結合される。出力側光導波路５に導かれて光信号出力
ポート６に達した光信号は、再び光ファイバに結合さ
れ、この光ファイバによってふたたび伝送される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
形の光スターカップラでは、全ての入力および出力側の
光導波路同士を等しい光強度で結合させることは本質的
に不可能であり、若干の結合のばらつきが結合部の設計
段階で既に存在している。また、このような形の光スタ
ーカップラは、入力および出力側の光導波路が１つの平
面内に配置される構造のため、導波路が多数になるに従
って上記のような結合のばらつきが特に大きくなり、こ
うしたばらつきを許容量以下に抑制するための光結合部
の設計が非常に困難となる。さらに、このような形の光
スターカップラでは、導波路製造時に発生するひずみ応
力によって、導波路間の結合特性に偏光依存性が生じ、
結果として、入力光の偏光状態の変動によって分岐比が
変動し、光スターカップラとしての機能が損なわれると
いう問題がある。

【０００５】上記のような結合のばらつきを回避できる
大規模光スターカップラの構成法として図２に示すもの
がある。図２において、11は平面導波路で作製された２
×２光スターカップラ、12は２×２光スターカップラ11
間を結線するための光導波路あるいは光ファイバであ
る。図２の構成は２×２光スターカップラ11を用いて入
力されるすべての光信号をすべて合成した後、これを再
び２×２光スターカップラ11を用いて出力側に分配する
ものである。２×２光スターカップラの場合、正確にそ
の分岐比を１：１に設計することが可能であるため、す
べての光出力を同一の強度にすることが原理的に可能と
なる。しかし、カップラが大規模化すると、多数の２×
２光スターカップラ11および結線部12を通過するため、
通過に伴う過剰損失の増加が避けられない。また、大規
模化に伴い、２×２光スターカップラ11および結線導波
路12のすべてを１枚の基板上に配置することが困難とな
る。従って、カップラ全体を複数の基板上に分割して作
製し、これらの基板間を光ファイバで結合する方式を採
らざるを得ない。このため新たな基板上の導波路と光フ
ァイバとの結合損失による過剰損失の増加が問題とな
る。また、上述の導波路製造時に発生するひずみ応力に
よる導波路の偏光依存性の問題もこの方式では解決され
ない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、任意の偏光状
態の入力光を、分岐比の変動を来たすことなくすべての
出力端に等強度に分岐する光スターカップラを空間３次
元結線技術を用いて実現することにより、上述のような
平面導波路形光スターカップラが本質的に持つ問題点の
根本的な解決を図ることを１つの目的とし、入力光を直
交偏光に分離して再合成する過程で生じる偏光の伝搬時
間差に起因した信号ジッタを抑制し、高速光信号にも適
用可能な光カップラを実現することをもう１つの目的と
する。

【０００７】本発明は、複数の光ファイバ伝搬光を、互
いに等しい間隔に配置されたコリメート光ビームに変換
してスターカップラ本体に入射する手段と、上記スター
カップラ本体から出射される、互いに等しい間隔に配置
されたコリメート光ビームのそれぞれを、個々の複数の
光ファイバに結合させる手段とを有する光スターカップ
ラにおいて、上記スターカップラ本体が、複数の入射コ
リメート光ビームのすべてに対して、上記光ビームを直
交する２つの直線偏光成分に分離し、その一方の直線偏
光成分の光路を変換して、これを他の光ビームの、光路
変換されない直線偏光成分と合成し、同一光路上を伝搬
させる機能を有する光路変換素子を具え、上記光路変換
素子が、複数の入射コリメート光ビームのすべてに対
し、上記コリメート光ビームの直交する２つの直線偏光
成分のそれぞれを、上記直線偏光成分とこれに直交する
直線偏光成分とに分離し、かつ分離された各光ビームの
強度を互いに等しくする機能を有する偏光分配素子と
を、交互に配置することによって構成され、上記スター
カップラの入射側の第１段および最終段に、上記光路変
換素子が配置され、上記光路変換素子が互いに同等の光
路変換機能を有し、上記スターカップラの入射側の第１
段の光路変換素子により分離され、かつ上記スターカッ
プラの最終段の光路変換素子により合成される光信号の
一方が上記２つの光路変換素子内を通過するのに要する
時間の総計と、上記光信号のもう一方が上記２つの光路
変換素子内を通過するのに要する時間の総計とが、常に
互いに等しくなるような伝搬時間等化機能を持つよう
に、上記２つの光路変換素子が構成されていることを特
徴としている。

【０００８】本発明は、上記伝搬時間を等化する光路変
換素子が、互いに直交する２つの直線偏光ビームの一方
を透過し、もう一方を、その進入方向に対して垂直な方
向に反射する、複数個の同一形状を有する偏光ビームス
プリッタを、上記の反射された直線偏光の進行方向に向
かって積層した第１偏光ビームスプリッタアレイと、上
記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ上記
直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置された
第２偏光ビームスプリッタアレイと、上記２つのビーム
スプリッタアレイに挟まれ、かつ通過する上記２つの直
線偏光の偏光面を互いに交換させる機能を有する偏光面
回転素子によって構成され、光ビームを分離する上記伝
搬時間を等化する光路変換素子と上記光ビームを合成す
る上記伝搬時間等化光路変換素子とが、これらの素子の
光入射側に配置された各偏光ビームスプリッタによって
反射される偏光成分の反射方向が互いに逆方向となるよ
うに構成されていることを特徴としている。

【０００９】本発明は、上記伝搬時間を等化する光路変
換素子が、互いに直交する２つの直線偏光ビームの一方
をそのまま透過し、もう一方を、その進入方向に対して
垂直な方向に反射する、複数個の同一形状を有する偏光
ビームスプリッタを、上記の反射された直線偏光の進行
方向に向かって積層した第１偏光ビームスプリッタアレ
イと、上記偏光ビームスプリッタと同一形状で、かつ上
記直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置され
た偏光ビームスプリッタを、透明で上記偏光ビームスプ
リッタと同一形状であり、かつ同一屈折率のスペーサを
介して積層した第２偏光ビームスプリッタアレイと、上
記第１偏光ビームスプリッタアレイと同一形状の偏光ビ
ームスプリッタアレイと、上記偏光ビームスプリッタア
レイと同一形状で、かつ上記直線偏光ビームの反射方向
が逆となるように配置された偏光ビームスプリッタアレ
イとを合成し、かつ全体を上記第１あるいは第２偏光ビ
ームスプリッタアレイに対して光の進入方向を軸として
直角に回転した第３偏光ビームスプリッタアレイによっ
て構成され、光ビームを分離する上記伝搬時間を等化す
る光路変換素子と上記光ビームを合成する上記伝搬時間
を等化する光路変換素子とが、これらの素子の第１偏光
ビームスプリッタアレイを構成する各偏光ビームスプリ
ッタによって反射される偏光成分の反射方向が互いに同
一になるように構成されていることを特徴としている。

【００１０】本発明は、空間３次元光結線技術を適用し
た光スターカップラの実現を目的としたもので、平面導
波路を全く使用しない構成による光スターカップラを実
現している点で、従来技術とは根本的に異なっている。

【００１１】

【実施例】図３は、すべての入力光信号がすべての出力
に等分配される光スターカップラ中の光信号の経路を模
式的に示した結線図である。図３において、31は２×２
の光分岐素子であり、入射する２つの光信号の各々を
１：１の強度で２つに等分し、等分された光信号の一方
同士をおのおの合成して２つの同一の光信号として出射
する機能を有する。32−１〜32−５は光分岐素子31間を
接続する結線部である。スターカップラの機能を持った
結線は、光分岐素子31を並列に配置した分岐素子段と結
線部32−１〜32−５とを交互に配置することにより実現
される。

【００１２】この結線図に示された各光分岐素子への２
個の光入力は、同一光路を伝搬し、互いに偏光面が直交
する２つの直線偏光を表わしている。また、近接して隣
接する２本の入力あるいは出力は、それぞれ１つの光信
号の互いに直交する偏光成分に対応している。従って、
図３に示されている32本づつの入力あるいは出力は、２
本１組で１つの光信号の入力あるいは出力を示してい
る。従って、図３は16入力16出力の光信号に対する光ス
ターカップラの例を示していることになる。図３におい
て、光分岐素子および結線部の機能をそれぞれ後述する
偏光分配素子、光路変換素子を用いて実現することによ
り、直接的に光スターカップラを実現することができ
る。

【００１３】一般に、１つの光信号を互いに直交する直
線偏光成分に分離すると、もとの信号が完全に白色偏光
でない限り、この成分同士は互いに光周波数レベルでの
位相の相関を持つことになる。このため、これらを再び
同一の偏光成分に変換して合成すると、両方の成分同士
で干渉を起こし、分岐比がカップラ本来の設計値からは
ずれたり、入力光の偏光状態の変動に伴って分岐比が変
動したりしてカップラとしての動作が保証されなくな
る。従って、このような干渉の影響を除くためには、入
射する光信号を最初に直交偏光成分に分離して、それぞ
れを個別に分岐した後、最後にこれらが互いに直交する
偏光成分の光として合成されるような結線形態が必要と
なる。

【００１４】このような結線形態を実現するため、図３
の結線は、入力側および出力側に互いに同等の機能を持
った結線部32−１および32−５を設け、その中間に、互
いに全く同様な構造を持った中間結線部（図中の点線で
囲った部分）を２つ並列に配置した構成となっている。
図から明らかなように、本中間結線部の任意の１つの入
力端から入力した光信号は各分岐素子段で順次２等分さ
れ、最終的に本中間結線部の出力端全てに等しい強度で
分配される。

【００１５】ここで、図３に示される結線網に入力した
すべての入力光信号は、１段目の結線部32−１によって
直交偏光成分に分離され、これらは互いに別の中間結線
部に導かれる。従って、２つの中間結線部には、それぞ
れ16個の互いに位相の相関がない光信号が入力される。
図から明らかなように、本中間結線部の任意の１つの入
力端から入力した光信号は各分岐素子段で順次２等分さ
れ、最終的に中間結線部の16個の出力端の全てに等しい
強度で分配される。２つの中間結線部は最終段の結線部
32−５によって合成される。この時、同じ入力光信号の
互いに直交する偏光成分が合成されるが、合成される光
信号は互いに直交偏光であるため、これら同じ入力光信
号の成分も、合成される際に互いに直交した偏光成分と
なる。従って、これらの成分間では干渉は起こらず、等
分配の光スターカップラが実現される。

【００１６】図３に示された結線図の中間結線部は２^N
入力２^N出力に容易に拡張できる。この拡張は、端子２
^N-1個の中間結線部を２個並列に配置して、その前段お
よび後段に分岐素子段を設け、各分岐素子の２本の出力
を１本づつ上記２個の結線のおのおのに分配する結線網
によって、新たに設けられたこの分岐素子段を接続する
ことにより実現される。例えば、前段のｉ番目の光分岐
素子31の２個の出力を、次段のｉ番目の光分岐素子31と
ｉ＋２^N-1番目（ｉ≦２^N-1の時) またはｉ−２^{N -1}番
目（ｉ＞２^N-1の時）の光分岐素子31とにそれぞれ接続
する結線部によって新たに設けられた光分岐素子を接続
すれば、上記の条件は満たされる。このように、図３の
中間結線部が容易に２^N入力２^N出力に拡張できるた
め、初段および最終段の光結線部で１つの光信号の互い
に直交する成分を互いに異なる中間結線部に導くことに
より、図３の結線図全体も容易に２^N入力２^N出力に拡
張できる。

【００１７】図４は図３と等価な結線を示している。図
４において、41は２×２の光分岐素子である。42−１〜
42−５は光分岐素子41間を接続する結線部である。図３
では両端の結線部で大きく光路をシフトする必要がある
が、図４のような結線では隣接した光路へのシフトで同
様な機能を達成できる。これは、実際に本発明による光
スターカップラを作製する際に、大きな光路シフトを実
現する光路変換素子の数を減らす効果がある。従って、
図４の構成を用いることにより、カップラを通過する光
の光路長を短縮することができ、光の回折による通過光
ビームの広がりや光学系の調整の不備による通過損失の
増加を減少させることができる。

【００１８】図５に、本発明による64入力64出力光カッ
プラの実施例を示す。図５において、51は光カップラに
入力光を導くための64本の光ファイバ、52は各光ファイ
バ51の出射光を等間隔で８行８列に配置し、かつ互いに
光軸が平行なコリメート光ビームに変換するためのコリ
メートアレイである。53−１〜53−６は偏光分配素子で
あり、複数の入射コリメート光ビームのすべてに対し、
その直交する２つの直線偏光成分のそれぞれを、分岐比
１：１でもとの直線偏光成分とこれに直交する直線偏光
成分とに分離する機能を持つ。54−１〜54−５は、光路
変換素子であり、すべての入射コリメート光ビームを直
交する２つの直線偏光成分に分離し、２つの光ビームの
おのおの一方の直線偏光成分の光路を変換してこれらを
もう一方の光ビームの、光路変換されない直線偏光成分
と合成し、同一光路上を伝搬させる機能を有する。55−
１，55−２は、伝搬時間等化型光路変換素子であり、光
路変換素子54と同等の機能を持ち、同一の光路から入射
した水平偏光成分と垂直偏光成分がこれら２つの素子を
通過する際に要する伝搬時間が互いに等しくなるように
構成されている。56は偏光分配素子53−１〜53−６およ
び光路変換素子54−１〜54−７を通過した８行８列のコ
リメート光を集光してファイバに再び結合させるための
コリメータアレイである。また、57はコリメータアレイ
56によって集光された信号光を光カップラから取り出
し、伝搬させるための64本の光ファイバである。

【００１９】図５の伝搬時間等化型光路変換素子55−１
は、図３の初段の結線網に対応し、伝搬時間等化型光路
変換素子55−２は、図３の最終段の結線網に対応する。
また、偏光分配素子53−１〜53−６および光路変換素子
54−１〜54−５は、図３の、並列に配置された２つの中
間結線部に対応する。

【００２０】一般に、偏光分配素子53−１〜53−６の機
能は、主軸方向を入射偏光の偏光面に対して±45°回転
させた 1/4波長板あるいは旋光角が45°となるように厚
みを調整した旋光子によって実現できる。また、光路変
換素子54−１〜54−５の機能は、例えば、それぞれ図６
(a) 〜(e) に示すような形に偏光ビームスプリッタを積
層した素子によって実現できる。

【００２１】ここで、図６(a),(b),(c),(d) および(e)
は、おのおの図５の光路変換素子54−５，54−４，54−
３，54−２および54−１に対応している。一般に偏光ビ
ームスプリッタは、入射する光の一方の直線偏光成分を
そのまま透過し、これに直交する偏光成分を入射光に垂
直な方向に反射する機能を持っている。この透過される
成分はＰ波と呼ばれ、反射される成分はＳ波と呼ばれて
いる。Ｐ波は、入射光と反射されるＳ波を含む平面に垂
直な電界の振動方向を持ち、Ｓ波はこの平面内に含まれ
る電界振動方向を持つ。従って、図６(a) 〜(c) のよう
に配置された偏光ビームスプリッタでは、紙面の奥行き
方向に電界が振動する偏光成分（水平偏光成分）がＰ波
となり、紙面の上下方向に電界が振動する偏光成分（垂
直偏光成分）がＳ波となる。一方、図６(d) 、(e) のよ
うに配置された偏光ビームスプリッタでは、垂直偏光成
分がＰ波となり、水平偏光成分がＳ波となる。図６(a)
は、紙面の奥行き方向に隣接した光ビームのＳ光波同士
を交換する機能を持つ。図６(b),(c) は、(a) の偏光ビ
ームスプリッタのサイズをそれぞれ２倍、４倍すること
により、それぞれ紙面の奥行き方向に光ビーム間隔の２
倍、４倍離れた光ビームのＳ波同士を交換する機能を持
たせている。図６ (d),(e) はそれぞれ(a),(b) を光の
入射方向を軸に 90 °回転したものであり、(d) は上下
方向に隣接した光ビームのＳ波同士を交換し、(e) は上
下方向に光ビーム間隔の２倍離れた光ビームＳ波同士を
交換する。図５の光ビームに、上から紙面の奥行き方向
に順に番号を付けた場合、図６(d),(e) の光路交換は番
号がそれぞれ８番、16番だけ離れた光ビームを交換する
ことに相当する。従って、図３の中間結線網の機能がこ
れらの光路変換素子により実現できる。

【００２２】この場合、図５の偏光分配素子５３−１〜
５３−６および光路変換素子５４−１〜５４−５の上側
半分の領域と下側半分の領域が、それぞれ並列に配置さ
れた個別の中間結線部に対応する。この中間結線部は、
全く同型のものが２個並列に配置された形である。従っ
て、それぞれの中間結線部の互いに同一の入射位置から
入射し、互いに同一の出射位置から出射する光信号成分
の中間結線部通過時間は、その入射位置、出射位置によ
らず互いに等しくなる。

【００２３】一方、伝搬時間等化型光路変換素子５５−
１、５５−２に相当する部分に、単に図３の初段あるい
は最終段の結線網に相当する光路変換素子を適用する
と、カップラ内の結線は図３と同等となるが、初段の光
路変換素子５５−１で分離された光信号が最終段の光路
変換素子５５−２で合成されるまでの伝搬時間が一般に
は等しくならない。このため、カップラ内を通過する光
信号が高速になるにつれ、この伝搬時間差が信号のジッ
タとして作用し、カップラとしての性能に影響を及ぼ
す。従って、高速な光信号に本光カップラを適用するた
めには、図５に示すような伝搬時間等化型光光路変換素
子５５−１、５５−２を用いる必要が生じる。

【００２４】図７に光信号伝搬時間等化型光路変換素子
の第１の構成例を示す。図７(a) はその構成を示し、
(b) はその光路を示す。図7(a)において、71はコリメー
ト光信号入力端子であり、72は偏光ビームスプリッタで
ある。73は偏光面変換素子アレイであり、半波長板、旋
光子等の水平偏光と垂直偏光とを交換する機能を持った
素子（図のハッチング部分）と、通常のガラス板等の偏
光面交換機能を持たない素子（図の白ぬきの部分）とを
交互に配置した構造を持っている。また、74はコリメー
ト光信号受信端子である。本構成では、入力側の光路変
換素子が、Ｓ波を偏光ビームスプリッタ72の一辺の長さ
に等しい距離だけ上方にシフトする偏光ビームスプリッ
タアレイと、Ｓ波を偏光ビームスプリッタ72の一辺の長
さに等しい距離だけ下方にシフトする偏光ビームスプリ
ッタアレイとの間に偏光面変換素子アレイを挿入した構
造を有し、出力側の光路変換素子が、入力側の光路変換
素子の上下を逆転した構造を有している。

【００２５】図７(b) から明らかなように、本構成を用
いた場合、入射側の光路変換素子では、同じ位置から入
射した光ビームはその入射位置によらず上側に出射する
光ビームの方が下側に出射する光ビームよりも常にｄだ
け長い光路を通過し、かつ出射側の光路変換素子では、
同じ位置から出射する光ビームはその出射位置によらず
常に上側から入射する光ビームの方が下側から入射する
光ビームよりもｄだけ短い光路を通過するため、両方の
光路変換素子内での光路長差が相殺されて、結果的に分
離された２つの光信号の伝搬時間が等しくなる。ただ
し、ｄは偏光ビームスプリッタ72の一辺の長さを表わ
す。

【００２６】図７の構成は、図３の配線網に対応したも
のであるが、図４の配線網に対しても、同様な構成によ
って光信号伝搬時間等化型光路変換素子を構成できる。
図８に、図４の配線網に対応した光信号伝搬時間等化形
光路変換素子の第１の構成例を示す。図８において、81
はコリメート光信号入力端子であり、82は偏光ビームス
プリッタであり、かつ83は偏光面変換素子アレイであ
る。また、84はコリメート光信号受信端子である。図８
の構成の場合、入射側の光路変換素子では、同じ位置か
ら入射した光ビームはその入射位置によらずコリメート
光信号入力端子の奇数番目の行の高さに出射する光ビー
ムの方が偶数番目の行の高さに出射する光ビームよりも
常にｄだけ長い光路を通過し、かつ出射側の光路変換素
子では、同じ位置から出射する光ビームはその出射位置
によらず常にコリメート光信号受信端子の奇数番目の行
の高さから入射する光ビームの方が偶数番目の行の高さ
から入射する光ビームよりもｄだけ短い光路を通過する
ため、両方の光路変換素子内での光路長差が相殺され、
結果的に分離された２つの光信号の伝搬時間が等しくな
る。ただし、ｄは偏光ビームスプリッタ82の一辺の長さ
である。

【００２７】なお、図７および図８の構成例では、光信
号の入射側と出射側の光路変換素子を交換した場合で
も、分離した光信号が再び合成されるまでの伝搬時間が
等しくなることは明白である。従って、図７および図８
の構成例で入射側と出射側の光路変換素子を交換した構
成も本発明に含まれる。

【００２８】図９に、光信号伝搬時間等化型光路変換素
子の第２の構成例を示す。図９(a)はその構成を示し、
(b) はその光路を示す。図９(a) において、91はコリメ
ート光信号入力端子であり、92は偏光ビームスプリッタ
である。93は偏光ビームスプリッタ92の構成材料と同一
の屈折率を持つ材料で構成され、かつ偏光ビームスプリ
ッタ92と同一の形状を持つ透明ロッドである。また、94
はコリメート光信号受信端子である。

【００２９】図９に示した光路変換素子は、偏光ビーム
スプリッタ92を積層した第１偏光ビームスプリッタアレ
イと、偏光ビームスプリッタ92とガラスロッド93とを交
互に積層した第２偏光ビームスプリッタアレイとを接合
した構造を持つ光路変換素子の後段に、偏光ビームスプ
リッタ92のみで構成された偏光ビームスプリッタアレイ
を光の入射方向を軸にして直角に回転させたものを付加
したものである。後段に付加されたこの偏光ビームスプ
リッタアレイは、このアレイに対するＳ波のみを、ビー
ムスプリッタの一辺のｄだけ、互いに逆方向に２度シフ
トする。従って、このアレイを通過する光ビームは位置
のシフトは全く受けないが、そのＳ波成分はＰ波成分に
比べて、２ｄだけ長さ光路を通ることとなる。すなわ
ち、この偏光ビームスプリッタアレイは、前段の光路変
換素子部分によるＰ波とＳ波の間の光路差を補正する機
能を果たしている。

【００３０】図９(b) から明らかなように、本構成を用
いた場合、入射側の光路変換素子では、同じ位置から入
射した光ビームはその入射位置によらず下側に出射する
光ビームの方が上側に出射する光ビームよりも常にｄだ
け長い光路を通過し、かつ出射側の光路変換素子では、
同じ位置から出射する光ビームはその出射位置によらず
常に下側から入射する光ビームの方が上側から入射する
光ビームよりもｄだけ短い光路を通過するため、両方の
光路変換素子内での光路長差が相殺されて、結果的に分
離された２つの光信号の伝搬時間が等しくなる。ただ
し、ｄは偏光ビームスプリッタ92の一辺の長さを表して
いる。

【００３１】図10に、図９とは異なる光信号伝搬時間等
化型光路変換素子の第２の構成例を示す。図10(a) はの
構成を示し、(b) はその光路を示す。図10(a) におい
て、101 はコリメート光信号入力端子であり、102 は偏
光ビームスプリッタである。103 は偏光ビームスプリッ
タ102 の構成材料と同一の屈折率を持った材料で構成さ
れ、かつ偏光ビームスプリッタ102 と同一形状を持つ透
明ロッドである。また、104 はコリメート光信号受信端
子である。

【００３２】図10の構成は、図９の出力側の光信号伝搬
時間等化型偏光ルーチング素子の前段部分を紙面に垂直
な軸を中心にして 180°回転した形となっている。図10
(b)の光路図から明らかなように、この様な形の構成で
も、出射側のルーチング素子では、同じ位置から出射す
る光ビームはその出射位置によらず常に下側から入射す
る光ビームの方が上側から入射する光ビームよりもｄだ
け短い光路を通過する。従って、図10の構成でも図９の
場合と同様に、分離された２つの光信号の伝搬時間を等
しくすることができる。

【００３３】図９および図10は、ルーチング機能を有す
る偏光ビームスプリッタアレイの後段に光路長補正のた
めの偏光ビームスプリッタアレイを付加した構成となっ
ているが、本構成では通過する光の偏光面を回転させる
素子が使用されていないため、この光路長補正偏光ビー
ムスプリッタアレイは、図11(a), (b)に示すように、ル
ーチング機能を有する偏光ビームスプリッタアレイの前
段あるいはその中間に設置した構成とすることも可能で
ある。なお、図11の112 は偏光ビームスプリッタを示
し、113 は透明ロッドを示す。

【００３４】また、図４の結線網に対応する構成とし
て、図12に示すようなルーチング素子の構成も可能であ
る。図12において、121 はコリメート光信号入力端子、
122 は偏光ビームスプリッタ、123 は透明ロッド、124
はコリメート光信号受信端子である。この構成は、図５
の光ビームに、紙面の奥側から上下方向に順に番号を付
け、光路変換素子５４−１, ２, ３, ５に対応する素子
として、順に図６の(c)，(b), (a), (e) を用い、図５
の中間段の光路変換素子５４−４に対応する素子とし
て、図６(c) を(e) と同一方向に向くように回転した偏
光ビームスプリッタアレイを用いることにより実現され
る。この構成の場合、入射側のルーチング素子では、同
じ位置から入射した光ビームはその入射位置によらずコ
リメート光信号入力端子の偶数番目の行の高さに出射す
る光ビームの方が奇数番目の行の高さに出射する光ビー
ムよりも常にｄだけ長い光路を通過し、かつ出射側のル
ーチング素子では、同じ位置から出射する光ビームはそ
の出射位置によらず常にコリメート光信号受信端子の偶
数番目の行の高さから入射する光ビームの方が奇数番目
の行の高さから入射する光ビームよりもｄだけ短い光路
を通過するため、両方のルーチング素子内での光路長差
が相殺されて、結果的に分離された２つの光信号の伝搬
時間が等しくなる。従って、図11および図12の構成も本
発明に含まれる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光ス
ターカップラでは、カップラ入力部で２つ分離された光
信号が再合成されるまでの伝搬時間差が除去されている
ため、高速な光信号に対してもジッタの影響がなく、安
定に動作する光スターカップラが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は平面導波路により構成された光スターカ
ップラを示し、(a) はその全体の構造を示す図であり、
(b) は光結合部の拡大図である。

【図２】図２は大規模光スターカップラの構成法の一例
を示す図である。

【図３】図３は光スターカップラ中の光信号の径路を示
す結線図である。

【図４】図４は図３と等価な結線を示す結線図である。

【図５】図５は本発明による64入力64出力光カップラの
実施例である。

【図６】図６は(a) 〜(e) は、通常の光路変換素子の構
成を説明するための図である。

【図７】図７は図３の配線網に対応した光信号伝搬時間
等化型光路変換素子の第１の構成例であり、(a) はその
構成を示し、(b) はその光路を示している。

【図８】図８は図４の配線網に対応した光信号伝搬時間
等化型光路変換素子の第１の構成例である。

【図９】図９は光信号伝搬時間等化型光路変換素子の第
２の構成例であり、(a) はその構成を示し、(b) はその
光路を示している。

【図１０】図10は図９とは異なる光信号伝搬時間等化型
光路変換素子の第２の構成例であり、(a) はその構成を
示し、(b) はその光路を示している。

【図１１】図11(a), (b)は偏光ビームスプリッタアレイ
の配置を変更した光信号伝搬時間等化型光路変換素子の
第２の構成例である。

【図１２】図12は図４の結線網に対応した光信号伝搬時
間等化型光路変換素子の第２の構成例である。

【符号の説明】

１石英基板２光信号入力ポート３入力側光導波路４光結合部５出力側光導波路６光信号出力ポート 11 平面導波路型２×２光スターカップラ 12 結線用光導波路あるいは光ファイバ 31 光分岐素子 32-1〜32-5 結線部 41 光分岐素子 42-1〜42-5 結線分岐 51 入射側光ファイバ 52 入射側コリメータアレイ 53-1〜53-6 偏光分配素子 54-1〜54-5 光路変換素子 55-1, 55-2 伝搬時間等化型光路変換素子 56 出射側コリメータアレイ 57 出射側光ファイバ 71 コリメート光信号入力端子 72 偏光ビームスプリッタ 73 偏光面変換素子アレイ 74 コリメート光信号受信端子 81 コリメート光信号入力端子 82 偏光ビームスプリッタ 83 偏光面変換素子アレイ 84 コリメート光信号受信端子 91 コリメート光信号入力端子 92 偏光ビームスプリッタ 93 透明ロッド 94 コリメート光信号受信端子 101 コリメート光信号入力端子 102 偏光ビームスプリッタ 103 透明ロッド 104 コリメート光信号受信端子 112 偏光ビームスプリッタ 113 透明ロッド 121 コリメート光信号入力端子 122 偏光ビームスプリッタ 123 透明ロッド 124 コリメート光信号受信端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光ファイバ伝搬光を、互いに等し
い間隔に配置されたコリメート光ビームに変換してスタ
ーカップラ本体に入射する手段と、上記スターカップラ
本体から出射される、互いに等しい間隔に配置されたコ
リメート光ビームのそれぞれを、個々に複数の光ファイ
バに結合させる手段とを有する光スターカップラにおい
て、上記光スターカップラ本体が、複数の入射コリメート光
ビームのすべてに対して、上記光ビームを直交する２つ
の直線偏光成分に分離し、その一方の直線偏光成分の光
路を変換して、これを他の光ビームの、光路変換されな
い直線偏光成分と合成し、同一光路上を伝搬させる機能
を有する光路変換素子を具え、上記光路変換素子が、複数の入射コリメート光ビームの
すべてに対し、上記コリメート光ビームの直交する２つ
の直線偏光成分のそれぞれを、上記直線偏光成分とこれ
に直交する直線偏光成分とに分離し、かつ分離された各
光ビームの強度を互いに等しくする機能を有する偏光分
配素子とを、交互に配置することによって構成され、上記スターカップラの入射側の第１段および最終段に、
上記光路変換素子が配置され、上記光路変換素子が互い
に同等の光路変換機能を有し、上記スターカップラの入射側の第１段の光路変換素子に
より分離され、かつ上記スターカップラの最終段の光路
変換素子により合成される光信号の一方が上記２つの光
路変換素子内を通過するのに要する時間の総計と、上記
光信号のもう一方が上記２つの光路変換素子内を通過す
るのに要する時間の総計とが、常に互いに等しくなるよ
うな伝搬時間等化機能を持つように、上記２つの光路変
換素子が構成されていることを特徴とする光スターカッ
プラ。
【請求項２】上記伝搬時間を等化する光路変換素子
が、互いに直交する２つの直線偏光ビームの一方を透過
し、もう一方を、その進入方向に対して垂直な方向に反
射する、複数個の同一形状を有する偏光ビームスプリッ
タを、上記の反射された直線偏光の進行方向に向かって
積層した第１偏光ビームスプリッタアレイと、上記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ上
記直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置され
た第２の偏光ビームスプリッタアレイと、上記２つのビームスプリッタアレイに挟まれ、かつ通過
する上記２つの直線偏光の偏光面を互いに交換させる機
能を有する偏光面回転素子によって構成され、光ビームを分離する上記伝搬時間を等化する光路変換素
子と上記光ビームを合成する上記伝搬時間等化光路変換
素子とが、これらの素子の光入射側に配置された各偏光
ビームスプリッタによって反射される偏光成分の反射方
向が互いに逆方向となるように構成されていることを特
徴とする請求項１に記載の光スターカップラ。
【請求項３】上記伝搬時間を等化する光路変換素子
が、互いに直交する２つの直線偏光ビームの一方をその
まま透過し、もう一方を、その進入方向に対して垂直な
方向に反射する、複数個の同一形状を有する偏光ビーム
スプリッタを、上記の反射された直線偏光の進行方向に
向かって積層した第１偏光ビームスプリッタアレイと、上記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ上
記直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置され
た偏光ビームスプリッタアレイを、透明で上記偏光ビー
ムスプリッタと同一形状であり、かつ同一屈折率のスペ
ーサを介して積層した第２偏光ビームスプリッタアレイ
と、上記第１偏光ビームスプリッタアレイと同一形状の偏光
ビームスプリッタアレイと、上記偏光ビームスプリッタ
アレイと同一形状で、かつ上記直線偏光ビームの反射方
向が逆となるように配置された偏光ビームスプリッタア
レイとを合成し、かつ全体を上記第１あるいは第２偏光
ビームスプリッタアレイに対して光の進入方向を軸とし
て直角に回転した第３偏光ビームスプリッタアレイとに
よって構成され、光ビームを分離する上記伝搬時間を等化する光路変換素
子と上記光ビームを合成する上記伝搬時間を等化する光
路変換素子とが、これらの素子の第１偏光ビームスプリ
ッタアレイを構成する各偏光ビームスプリッタによって
反射される偏光成分の反射方向が互いに同一になるよう
に構成されていることを特徴とする請求項１あるいは２
に記載の光スターカップラ。