JPH07253559A

JPH07253559A - 双方向光通信装置

Info

Publication number: JPH07253559A
Application number: JP4457894A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Tabuchi; 晴彦田淵
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】一本の光ファイバを用いて双方向の通信を行う
双方向光通信装置に関し、送信光と受信光とを分岐する
際の光パワー損失を少なくすることを目的とする。【構成】光伝送路３と、光電気変換手段41と、電気
光変換手段42と、偏波無依存型光アイソレータ1 とを有
し、光伝送路３から入射する受信光Ｒを偏波無依存型光
アイソレータ１で光電気変換手段41にロスなしで光結合
する。出射点に入射する反射戻り光Ｆは受信光Ｒの入射
点とずれた位置に導かれる。そして、電気光変換手段(4
2)を、偏波無依存性光アイソレータ１の出射面の、前記
ずれ量だけ前記出射点から離れた位置に送信光Ｔを入射
するように設けると、偏波無依存性光アイソレータ１の
入射側に出射する該送信光Ｔは光伝送路３にロスなしで
光結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一本の光ファイバを用
いて双方向の通信を行う双方向光通信装置に関する。

【０００２】近年、双方向光通信システムの加入者系へ
の適用が検討されている。このようなシステムでは経済
性が重要な課題であるため、送受信を一本の光ファイバ
で行う方式が採用される。この場合システムの端末の光
送受信装置では送信すべき電気信号を発光素子で光に変
換して光ファイバに導くと同時に、その光ファイバから
受信すべき光信号を受光素子に導いて電気信号に変換す
る必要がある。この際に光信号の減衰が小さいことが望
ましい。

【０００３】

【従来の技術】一本の光ファイバを送受信に共用するた
めには、従来は受信に用いる光と送信に用いる光の分岐
と光軸の重ね合わせるための手段として、ハーフミラ
ー、方向性結合器、分岐光導波路などを使用して、低価
格の双方向光通信装置を構成していた。例えば、図11は
ハーフミラーによる構成で、光ファイバ３からの受信光
Ｒの１／２をハーフミラー31により通過させて受光素子
32に導き、発光素子33からの送信光Ｔの１／２ををハー
フミラー31で反射させて光ファイバ３に導くことによっ
て、同一光ファイバ３を送信と受信に共用している。他
の方法でも、空間的に離れた位置にある発光素子と受光
素子と一本の光ファイバとの間で光信号を結合するため
に光を分岐する必要がある。なお、この通信システムは
例えばピンポン伝送方式の如く、送信と受信を同時には
行わない半二重伝送方式を対象としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術におい
ては、光を分岐する際に、送信光、受信光とも光パワー
が１／２となり３dBのロスが生じ、送受両側では最低で
も6dB のパワー損失が生じるという問題がある。一本の
光伝送路でリモートターミナルに送った同一送信信号を
複数の加入者回線に分配する放送型の光通信では、この
６dBのパワー損失が改善されれば、分配先の加入者回線
数を４倍にすることができ、極めて経済的である。

【０００５】本発明は上記課題に鑑み創出されたもの
で、光パワー損失が少ない双方向光通信装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の双方向
光通信装置の原理構成図である。図において、３は光フ
ァイバ等の光伝送路、41はフォトダイオード等の光電気
変換手段、42は半導体レーザ等の電気光変換手段、１は
偏波無依存型光アイソレータである。、この偏波無依存
型光アイソレータ１は、光伝送路３から入射する受信光
Ｒを光電気変換手段41に出射し、出射点に入射する光を
前記受信光の入射点とずれた位置に導くことにより反射
戻り光をアイソレートするものであり、前記電気光変換
手段41は、該偏波無依存性光アイソレータ１の出射面側
に、前記ずれ量だけ前記出射点から離れた位置に送信光
Ｔを入射し、該偏波無依存性光アイソレータ１の入射側
に出射する該送信光Ｔが前記光伝送路３に入射するよう
に設けられている。また、この偏波無依存型光アイソレ
ータ１は、第一の複屈折板11a,第二の複屈折板11b,両複
屈折板の間に置かれた４５°旋光１／２波長板12, ４５
°旋光ファラデー回転子13とからなり、第一の複屈折板
11a から第二の複屈折板11b へ向かう方向が順方向とな
るように構成されており、受信光Ｒが順方向に通過する
ように光伝送路３と光電変換手段41との間に設けられて
おり、第二の複屈折板11b に入射する送信光は、該第二
の複屈折板の光学軸方向またはその直交方向の直線偏光
を有するように設けられている。さらにまた、前記フォ
トダイオードは二つの受光部を有するフォトダイオード
アレイの一方を使用し、レーザダイオードは一方を光強
度モニタ用の光源として使用できる二つの壁開面を有
し、他方のフォトダイオードでモニタ用光源からの光を
測定することによって、送信光の強度をモニタするよう
に構成されている。

【０００７】

【作用】第一の複屈折板11a と４５°旋光１／２波長板
12と４５°旋光ファラデー回転子13と第二の複屈折板11
b とからなる偏波面無依存型光アイソレータ１は、第一
の複屈折板11a に入射して順方向に進む光を偏波方向に
無関係にパワー損失なしに出射させる。そして、順方向
光の出射位置から入射して反対向きに進む逆行光を、順
方向光の入射位置から距離±ｄだけ平行移動した位置に
出射する。この光軸の移動方向は逆行光の偏波方向によ
って定まり、第二の複屈折板の光学軸に平行の偏波成分
は＋d 、垂直の偏波成分は−d となる。

【０００８】従って、逆行光の偏波を上記何れかの偏波
成分のみを有する直線偏波とし、逆行する光の入射位置
での光軸を偏波方向に対応して＋ｄまたは−ｄ平行移動
させれば逆行光の出射位置での光軸を順方向光の入射位
置での光軸と重ねることができる。

【０００９】そこで、この偏波無依存性光アイソレータ
１の入力側に光ファイバ等からなる光伝送路３を配置す
る。そして、出力側にフォトダイオード等からなる光電
気変換手段41と、半導体レーザ等からなる電気光変換手
段42とを光軸が平行になるように、かつ光電気変換手段
41は光アイソレータの本来の光軸位置に配置し、また電
気光変換手段42をその偏波面が光アイソレータの出力側
の複屈折板（第二の複屈折板）11b の光学軸に平行にな
るような向きでかつ本来の光軸位置から距離ｄだけ離し
て配置している。これにより、光伝送路３からの受信光
Ｒが無損失で光電気変換手段41に結合し、電気光変換手
段42からの送信光Ｔが無損失で光伝送路３に結合する。
従って、一本の光伝送路を送受信光で共用する双方向光
通信システムの送信光と受信光との光軸の分離をこのよ
うな構成で行うことにより低損失の通信端末装置が得ら
れる。

【００１０】

【実施例】以下添付図面により本発明の実施例を説明す
る。図２〜10は本発明の実施例の構成図である。なお全
図を通じて同一符号は同一対象物を表す。

【００１１】図２は本発明の第一の実施例構成図であ
り、１は偏波無依存性の光アイソレータ、３は光伝送回
線からの受信光と、同一光伝送回線への送信光とを導く
光ファイバ、2i、2a,2b はレンズ、41はフォトダイオー
ド、42は半導体レーザである。本実施例の光アイソレー
タ１は、以下の如く構成される。11a,11b は第一および
第二の複屈折板で、方解石やルチル等の複屈折物質をそ
の光学軸が表面に対して所定に傾斜をもつように平行平
板に形成して、光学軸が互いに平行になるように配置す
る。( 図では光学軸が紙面内にあるように配置されてい
る) そしてその間に石英等の複屈折物質からなる1/2 波
長板12と、ＹＩＧ等からなるファラデー回転子13を挟ん
で積層する。14は軸方向に磁化された円筒状の永久磁石
で、ファラデー回転子13に軸方向の磁界を印加して、フ
ァラデー回転子13を順方向（図では左→右）に通過する
光に、1/2 波長板12による旋光と同一方向に45°旋光を
与えるようになっている。レンズ2i、2a,2b は永久磁石
14に内嵌する非磁性のレンズ固定板15a,15ｂで所定の光
軸位置に位置決めされ、積層された4 枚の光学素子は永
久磁石内に収容されて、一体の部品として構成されてい
る。

【００１２】そして受信光は光アイソレータ１を順方向
に通過する。即ち、光ファイバ３からの受信光Ｒは、レ
ンズ2iで平行光にされて第一の複屈板11a に入射する。
この複屈折板11a は、入射光を偏波面が直交する常光R1
と異常光R2とに分離し、異常光R2を屈折させてｄだけ隔
たった光軸で出射する。この二つの光は、１／２波長板
12とファラデー回転子13とで計９０°旋光し、第二の複
屈折板11ｂに入射する。第一の複屈折板から出射した常
光・異常光は第二の複屈折板ではそれぞれ異常光R1・常
光R2となるので、今度はR1が同様に屈折し、第二の複屈
折板11b から出射する際には両光が合成されて一つの光
となり、受信光の偏波面に依存せずにパワー損失なしに
光アイソレータ１から出射する。この受信光はレンズ2a
で絞られてホトダイオード41に結合し、所定に光電気変
換され、後段の図示せぬ復調回路で受信信号に復調され
る。尚、同一光軸で右から入射する反射戻り光は、第二
の複屈折板11b で常光と異常光とに分離されて、順方向
と同じ光路を逆行する。この逆光のファラデー回転子で
の旋光は１／２波長板と逆になるので、第一の複屈折板
に入射する光は常光・異常光が入れ代わらず、従って二
つの光は合成されず、何れの光も入射点から距離ｄだけ
離れた位置から出射する。これにより、受信側からの反
射戻り光が光ファイバ３に導かれることがなく、アイソ
レートされる。

【００１３】一方、送信光Ｓを出射する半導体レーザ42
は、フォトダイオード42の位置から、さらにd だけ離れ
た位置に、その偏波方向が第二の複屈折板11b の光学軸
に一致するように設けられている。送信信号は図示せぬ
変調回路で所定の伝送路符号に変調され、半導体レーザ
42から送信光Ｓとして出射されて、光アイソレータ１に
逆向きに入射する。逆行する送信光は第二の複屈折板11
b でｄだけ光軸がずらされ、ファラデー回転子13に入射
する。そして、ファラデー回転子13と1/2 波長板12とで
互いに逆方向に45°旋光されるので、偏波面が変化せず
に第一の複屈折板11a に入射する。そして、光軸がさら
にd だけずらされて受信光と同じ光軸から出射しレンズ
2iにより集光されて、光ファイバ３に入射する。このよ
うに構成すると、複屈折により全ての光を通過させるの
で、ハーフミラー等の光分岐手段と異なり、受信光は光
電変換手段へ、また送信光は光伝送路へ原理的には光パ
ワーの損失なしに接続される。

【００１４】図３は第二の実施例構成図で、９０°旋光
の１／２波長板17により送信光Ｔの偏波方向を回転させ
て、第二の複屈折板11b の光学軸に直交させた常光とし
て光アイソレータ１を逆行させた実施例を示す。この場
合には送信光Ｔの光軸は直線となるので、受信光Ｒの入
射点の光軸と一致する位置に半導体レーザ42を配置す
る。このようにすれば、送受信系の位置を光ファイバの
軸との偏心を小さくできる。図４は第三の実施例、図５
は第四の実施例で、発光/ 受光部をキャンタイプのパッ
ケージ内に一体化した構成例である。

【００１５】何れも、側断面Ｌ字型の金属スタッド61
に、チップ状の半導体レーザ42と、二つの受光部41r 、
41m を有するフォトダイオードアレー41ｔのチップとを
ボンディングして搭載する。そして窓63を有するキャッ
プ62により気密封止されている。半導体レーザ42は対向
する二つの壁開面42a,42b を有するチップ状に形成さ
れ、両壁開面から水平偏波( 紙面と垂直方向の偏波面)
のレーザ光を放射する。このレーザ光は送信信号により
変調されており、一方壁開面42b からの光を送信光、他
方42a からの光をを光パワー制御用のモニタ光として使
用する。

【００１６】図４は、半導体レーザ42が出射する送信光
の偏波方向に対して直交方向にモニタ光と受信光の光軸
が並ぶようにしたもの、図５は送信光の偏波方向にモニ
タ光と受信光の光軸が並ぶようにしたものであり、レー
ザから出力される光の偏波面がレーザの接合に平行な場
合と垂直な場合( 何れも紙面と垂直になる) とにそれぞ
れ適用すると光ファイバの光軸と送受信系の光軸の偏心
を小さくできるという特徴がある。

【００１７】何れの場合にも、送信光と反対方向に出射
する光をモニタするために、半導体レーザの送信光出射
壁開面42ｂの反対側の壁開面42a に対向させて、フォト
ダイオードアレイのモニタ光受光部41m を配置してい
る。

【００１８】なおこの実施例では、半導体レーザ42と光
ファイバのモード整合を行うことを目的に、ファイバ側
のレンズ2iを光アイソレータ１の外側に配置し、焦点距
離をレーザ側のレンズ2bの焦点距離の例えば４倍にして
いる。これにより、例えば大きさが2.5 μm でレーザか
ら出射する送信光を10μｍの光スポットに変換して光フ
ァイバに入射させるというモード変換を行い、光パワー
の損失を低減している。

【００１９】図６に示す第五の実施例は、これまでの実
施例におけるホトダイオードの位置にマルチモードの光
ファイバ32を、半導体レーザの位置に偏波面保存型の光
ファイバ33をそれぞれ設けて、別に設置した図示せぬ受
光素子、発光素子と光アイソレータと間で送／受信光を
導くようにしたもである。このようにすれば、前述の実
施例の如く両素子の外形や設置方法による制限を受けず
に、光アイソレータ１の出力側における受信光出射位置
と送信光入射位置とをファイバの外径まで近づけること
ができる。光アイソレータの複屈折材として一般的な方
解石やルチルを使用すると複屈折板の厚さは二つの光軸
の間隔ｄの約１０倍にする必要がある。図６の構成にす
ると、二つの光軸間の距離ｄを、例えば光ファイバの外
径１２５μｍまで小さくできるので、複屈折板の厚さは
１．２５ｍｍとなり、光アイソレータを小型化できる。
なお、この実施例での光ファイバの代わりにSiO₂導波
路、ガラス導波路、プラスチック導波路、半導体導波路
等を設ければ、それぞれの導波路の寸法に対応して、光
軸間距離を小さくできる。

【００２０】次に図７の第六の実施例では、受信光を、
Si基板71上に形成した光導波路72でフォトダイオード41
に導き、発信光は光導波路72の表面に配置した半導体レ
ーザ42から光アイソレータ１に直接入射させるものであ
る。光導波路72は約１０μｍ厚のコア層72a と各２０μ
m 厚の上下のクラッド層72b,72c とからなり、その上部
に、下面から数μｍに発光層( 活性層) を持つ半導体レ
ーザ42をボンデングするので、受信光の光軸8rと送信光
の光軸8fとの間隔を約30μm にすることができ、複屈折
板の厚さは0.3mm あればよく光アイレータをさらに小型
化できる。また光導波路の先で光導波路をさえぎるよう
に斜めの溝（空気層）75を形成し、光導波路に導かれて
くる受信光を上方に反射させて、フォトダイオード41に
光結合させている。ホトダイオード41は受光面を下にし
て、ＡｕＳｎ合金によりフリップチップボンデング５で
Ｓi 基板71に搭載している。

【００２１】次に図８の第七の実施例は、伝送路側の光
ァイバ３、光アイソレータ１、出射面側の各素子を、一
体のＳi 基板71上に搭載するように構成して、光軸合わ
せを容易にした構造を示すものである。

【００２２】半導体レーザ42からのＴＥ波はそのままで
は複屈折板11b にとって常光となるので、90°旋光して
ＴＭ波とする1/2 波長板17を設けて、異常光とし下向け
に屈曲させることにより光ファイバ３の光軸を下げられ
るようした。これにより、光ファイバ３の位置決めをす
るＶ溝71a を、出射面側の素子を搭載するSI基板71の延
長上に設けることが可能となった。また、光アイソレー
タ１は、同様に基板に設けた窪み71ｂで位置決めする。
また図９の第八の実施例では、さらに光ファイバ側のレ
ンズ2iを球レンズとし、この球レンズ2iを位置決めする
窪み71c を設けたものである。このようにすることによ
り、構成部品の光軸合わせのための位置決めを無調整に
することができる。

【００２３】次に図10の(a) 、(b) の実施例は光アイソ
レータの主要部を示すもので、基板18または基板19にマ
イクロレンズ181,182,191,192 を形成したマイクロレン
ズアレイ18、19を、第一の複屈折板11a 、１／２波長板
13、ファラデー回転子13、第二の複屈折板11a を積層し
た上にさらに積層した光アイソレータの実施例である。
図の(a) において、基板18はガラス基板よりなり、略半
球状に熱拡散によりイオン拡散を行いその部分の屈折率
をもとの基板18よりも高めてマイクロレンズ181,182 を
形成したものである。また図の（b)において、基板19は
シリコン基板よりなりフォトレジストパターンを円筒状
に転写したものを加熱溶解させ表面張力により半球状に
形成することによって、シリコン基板19上に所定の位置
関係で二つのマイクロレンズ191,192 を形成したもので
ある。これらのマイクロレンズアレイを光アイソレータ
の出力側に使用することにより、前述した個別のレンズ
の組込みが不要となり、さらにこれらのマイクロレンズ
は半導体製造の際のパターンニング精度で超小型に形成
できるので、前述の第五〜第七の実施例において、発光
／受光素子の間隔を狭めて両光軸間距離ｄを小さくした
場合でも、それに対応してレンズ間隔を小さくでき、装
置の小型化と製造容易性を達成できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した如く本発明によれば、偏波
無依存型アイソレータを用いる等により双方向光通信装
置の光パワー損失の減少、小型化、製造容易化が達成で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の双方向光通信装置の原理構成図

【図２】第一の実施例構成図

【図３】第二の実施例構成図

【図４】第三の実施例構成図

【図５】第四の実施例構成図

【図６】第五の実施例構成図

【図７】第六の実施例構成図

【図８】第七の実施例構成図

【図９】第八の実施例構成図

【図10】第九の実施例構成図

【図11】従来の双方向通信装置の一例

【符号の説明】

１…偏波無依存型光アイソレータ、11a …第一の複屈折
板、11b …第二の複屈折板、12…1/2 波長板、13…ファ
ラデー回転子、14…永久磁石、2i,2a,2b…レンズ（光伝
送路）、３…光ファイバ、41…フォトダイオード( 光電
気変換手段) 、42…半導体レーザ（電気光変換手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送路(3) と、光電気変換手段(41)
と、電気光変換手段(42)と、偏波無依存型光アイソレー
タ(1) とを有し、前記偏波無依存型光アイソレータ(1) は、該光伝送路
(3) から入射する受信光(R) を該光電気変換手段(41)に
出射し、出射点に入射する光(F) を前記受信光(R) の入
射点とずれた位置に導くものであり、前記電気光変換手段(42)は、該偏波無依存性光アイソレ
ータ(1) の出射面の、前記ずれ量だけ前記出射点から離
れた位置に送信光(T) を入射し、該偏波無依存性光アイ
ソレータ(1) の入射側に出射する該送信光(T) が前記光
伝送路(3) に入射するように設けられていることを特徴
とする双方向光通信装置。
【請求項２】前記光伝送路(3) は光ファイバであり、前
記光電変換手段(41)がフォトダイオードであり、前記電
気光変換手段(42)が半導体レーザであり、前記偏波無依
存型光アイソレータ(1) は、第一の複屈折板(11a) と第
二の複屈折板(11b) と、両複屈折板の間に置かれた４５
°旋光１／２波長板(12)と４５°旋光ファラデー回転子
(13)とからなり、第一の複屈折板から第二の複屈折板へ
向かう方向が順方向となるように構成されており、受信
光(R) が順方向に通過するように光伝送路(3)と光電変
換手段(41)との間に設けられていることを特徴とする請
求項１記載の双方向光通信装置。
【請求項３】前記第二の複屈折板(11b) に入射する送信
光は、該第二の複屈折板の光学軸方向またはその直交方
向の直線偏光を有することを特徴とする請求項２記載の
双方向光通信装置。
【請求項４】前記フォトダイオードは二つの受光部を有
するホォトダイオードアレイの一方を使用し、半導体レ
ーザは一方を光強度モニタ用の光源として使用できる二
つの壁開面を有し、他方のフォトダイオードでモニタ用
光源からの光を測定することによって、送信光の強度を
モニタするようにしたことを特徴とする請求項２記載の
双方向光通信装置。
【請求項５】前記偏波無依存型光アイソレータから出射
する受信光を光導波手段を介して光電変換手段に導き、
前記電気光変換手段からの送信光を光導波手段を介して
前記偏波無依存型光アイソレータに導くことを特徴とす
る請求項１または２記載の双方向光通信装置。
【請求項６】前記偏波無依存型光アイソレータから出射
する受信光を光導波手段を介して光電変換手段に導き、
前記電気光変換手段を該光導波手段に密着させて配置し
送信光を直接前記偏波無依存型光アイソレータに入射さ
せることを特徴とする請求項１または２記載の双方向光
通信装置。
【請求項７】前記偏波無依存型光アイソレータの出力側
に、受信光と送信光の光軸間隔に等しい間隔で複数のレ
ンズが形成されたマイクロレンズアレイを設けたことを
特徴とする請求項１または２記載の双方向光通信装置。