WO2018216216A1 - 光合波器 - Google Patents

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polarizer
optical
optical multiplexer
receptacle
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義也 佐藤
覚志 村尾
敬太 望月
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical multiplexer having an isolator function.
  • An optical multiplexer is an optical component that multiplexes a plurality of lights in different wavelength bands, and is used in optical communication equipment using wavelength division multiplexing (WDM).
  • An isolator is an optical device that transmits light in one direction and blocks light in the opposite direction.
  • Patent Document 1 discloses an optical multiplexer having an isolator function.
  • the optical multiplexer described in Patent Document 1 includes a polarizer, a Faraday rotator, and a birefringent prism.
  • the birefringent prism has a function of a multiplexer that combines a plurality of polarized waves, and has a function of an isolator when the polarizer blocks the reflected light.
  • Patent Document 1 has a problem that the size in the light traveling direction becomes large.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an optical multiplexer having an isolator function and capable of suppressing the size in the traveling direction of light.
  • an optical multiplexer is disposed between a polarizer, a receptacle, and a polarizer and a receptacle, and is in a forward direction from the polarizer to the receptacle.
  • the rotator and the birefringent prism are fixed to the receptacle.
  • an optical multiplexer that has the function of an isolator and can suppress the size of the light traveling direction.
  • the figure which shows the structure of the optical multiplexer concerning Embodiment 1 of this invention The figure which shows the polarization direction of the light in the position of a of FIG. The figure which shows the polarization direction of the light in the position of b of FIG. The figure which shows the polarization direction of the light in the position of c of FIG. The figure which shows the polarization direction of the light in the position of d of FIG. The figure which shows the polarization direction of the light in the position of e of FIG. The figure which shows the polarization direction of the light in the position of f of FIG. The figure which shows the structure of the optical multiplexer concerning Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical multiplexer 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical multiplexer 100 includes a pair of light sources 1-1 and 1-2, a pair of collimating lenses 2-1 and collimating lenses 2-2, a pair of half-wave plates 3-1 and half-wave plates 3-2. And a pair of polarizers 4-1 and 4-2, a condenser lens 5, a rotor 6, a birefringent prism 7, a receptacle 8, and a magnet 9.
  • the components included in the optical multiplexer 100 are arranged in the order described above.
  • the collimating lens 2-1, the half-wave plate 3-1 and the polarizer 4-1 are disposed on the optical path of the light L1 emitted from the light source 1-1, and the collimating lens 2-2, the half-wave plate 3- 2 and the polarizer 4-2 are disposed on the optical path of the light L2 emitted from the light source 1-2.
  • the condenser lens 5, the rotator 6, and the birefringent prism 7 are disposed over the optical path of the light L1 and the optical path of the light L2.
  • the traveling direction of the light emitted from the light source 1-1 and the light source 1-2 is the Z-axis direction, and the light source 1-1 and the light source 1-2 are aligned
  • a direction orthogonal to the X-axis direction is defined as a direction perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction as a Y-axis direction.
  • the direction in which the light emitted from the light source 1-1 and the light source 1-2 is directed to the receptacle 8 is referred to as a forward direction D1, and is the direction from the receptacle 8 to the light source 1-1 and the light source 1-2, and is the forward direction D1.
  • the opposite direction is referred to as a reverse direction D2.
  • the light source 1-1 and the light source 1-2 are semiconductor lasers (LD: Laser Diode) or the like, and each emits linearly polarized light.
  • the collimating lens 2-1 and the collimating lens 2-2 collimate incident light. Linearly polarized light emitted from the light source 1-1 is incident on the collimating lens 2-1, and linearly polarized light emitted from the light source 1-2 is incident on the collimating lens 2-2.
  • the half-wave plate 3-1 and the half-wave plate 3-2 are birefringent elements that generate a phase difference of 180 degrees between orthogonal polarization components.
  • the polarization direction of the linearly polarized light transmitted through the half-wave plate 3-1 and the half-wave plate 3-2 changes.
  • the polarization direction is the direction in which the electric field vector oscillates, and linearly polarized light is light with a constant polarization direction.
  • the polarization axes of the half-wave plate 3-1 and the half-wave plate 3-2 are different from each other by 45 degrees.
  • the polarization axis is an axis whose direction coincides with the polarization direction of the outgoing linearly polarized light.
  • the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 generate linearly polarized light having a predetermined polarization direction.
  • the polarization axes of the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 are orthogonal to each other.
  • the polarization axis is the polarization direction of linearly polarized light that each of the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 transmits.
  • the light transmitted through the half-wave plate 3-1 is incident on the polarizer 4-1, and the light transmitted through the half-wave plate 3-2 is incident on the polarizer 4-2.
  • each of the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 has a polarization axis directed so that the light emitted from the half-wave plate 3-1 or the half-wave plate 3-2 can be transmitted. .
  • the condenser lens 5 is disposed between the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 and the rotator 6, and the light in the forward direction D 1 from the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 is supplied to the receptacle 8. Collect light.
  • the rotator 6 is disposed between the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 and the receptacle 8 and between the condenser lens 5 and the birefringent prism 7.
  • the rotor 6 rotates the polarization state of the incident light and rotates the polarization plane of the incident linearly polarized light by the magnetic field generated by the two magnets 9 arranged so as to sandwich the rotor 6.
  • the polarization plane is a plane including the polarization direction and the traveling direction of light. When viewed from the same direction, the rotation direction of the polarization plane is the same in the forward direction D1 and the reverse direction D2.
  • the birefringent prism 7 is disposed between the rotor 6 and the receptacle 8, and combines two incident lights in the forward direction D1 and two incident lights in the reverse direction D2 having the same intensity but whose polarization planes are different by 90 degrees. Separate into light. The two separated lights are called ordinary rays and extraordinary rays, respectively. Two linearly polarized light beams in the forward direction D1 that are incident on the birefringent prism 7 from the rotor 6 are incident on the birefringent prism 7 with the ordinary light beam and extraordinary light beam combined with the optical path and polarization direction.
  • the polarization direction of the light incident along the normal light path in the forward direction D1 is the same as the polarization direction of the normal light from which the light in the reverse direction D2 is separated.
  • the polarization direction of the incident light is the same as the polarization direction of the extraordinary ray in the reverse direction D2.
  • the birefringent prism 7 is a Wollaston prism, and two birefringent materials are bonded together.
  • the two birefringent materials are fixed with the crystal optical axes orthogonal to each other.
  • the polarization separation angle of the birefringent prism 7 is 10 degrees or more.
  • the receptacle 8 is an optical module component that incorporates an optical fiber stub and has a function of connecting to an optical connector.
  • the rotor 6, the birefringent prism 7 and the magnet 9 are fixed to the receptacle 8.
  • the rotor 6, the birefringent prism 7 and the magnet 9 are fixed to the receptacle 8 by, for example, adhesion.
  • One surface 6a of the rotor 6 from which the light in the forward direction D1 is emitted and the surface 7a into which the light in the forward direction D1 is incident are bonded to the birefringent prism 7, and one surface of the birefringent prism 7 from which the light in the forward direction D1 is emitted. 7b and the surface 8a on which the light in the forward direction D1 is incident on the receptacle 8 are bonded.
  • the receptacle 8 has a ferrule that can be connected to a tapered fiber having a wide end diameter.
  • the optical multiplexer 100 is an optical module called TOSA (Transmitter Optical SubAssembly), and the optical axis is adjusted so that it can be used simply by inserting an optical fiber.
  • TOSA Transmitter Optical SubAssembly
  • FIG. 2 is a diagram showing the polarization direction of light at the position a in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the polarization direction of light at the position b in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the polarization direction of light at the position c in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing the polarization direction of light at the position d in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the polarization direction of light at the position e in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing the polarization direction of light at the position f in FIG.
  • the light L1-1 and the light L2-1 at the positions shown in FIG. 1A are linearly polarized light whose polarization direction is horizontal as shown in FIG.
  • the light L1 is collimated by the collimating lens 2-1 to become collimated light, and enters the half-wave plate 3-1.
  • the light L2 is collimated by the collimating lens 2-2 to become collimated light, and enters the half-wave plate 3-2.
  • the light L1-2 and the light L2-2 at the positions shown in FIG. 1B are linearly polarized light of ⁇ 45 degrees as shown in FIG.
  • the polarization axis 31a and the polarization axis 32a of the half-wave plate 3-1 and the half-wave plate 3-2 are ⁇ 22.5 degrees.
  • the direction of the polarization axis 41a of the polarizer 4-1 is -45 degrees
  • the direction of the polarization axis 42a of the polarizer 4-2 is +45 degrees.
  • the polarization direction of the light L1-3 at the position shown in FIG. 1C is ⁇ 45 degrees
  • the polarization direction of the light L2-3 is +45 degrees. Therefore, the light L1 and the light L2 incident on the condenser lens 5 from the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 are ⁇ 45 degrees linearly polarized light.
  • the light L 1 and the light L 2 are collected by the condenser lens 5 and then enter the rotor 6. Since the plane of polarization of linearly polarized light rotates 45 degrees while passing through the rotator 6, the polarization directions of the light L1-4 and the light L2-4 at the positions shown in FIG. 1 (d) are as shown in FIG. , Respectively in the vertical direction and the horizontal direction.
  • Light L1 and light L2 transmitted through the rotor 6 in the forward direction D1 are incident on the birefringent prism 7 at different angles.
  • the light L1-5 and the light L2-5 that have passed through the birefringent prism 7 in the forward direction D1 are combined into one optical path as shown in FIG. The combined light is emitted from the outlet of the receptacle 8.
  • the light in the reverse direction D2 reflected by the receptacle 8 is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray by the birefringent prism 7.
  • the plane of polarization of the linearly polarized light is rotated by 45 degrees.
  • the rotation direction of the polarization plane in the rotor 6 is the same for the incident light in the forward direction D1 and the incident light in the reverse direction D2.
  • the ordinary ray and the extraordinary ray transmitted through the rotor 6 pass through the optical path in which the light in the forward direction D1 enters the rotor 6 from the condenser lens 5 and enter the condenser lens 5 in the reverse direction D2.
  • the light enters the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2.
  • the light L1-6 incident on the polarizer 4-1 in the reverse direction D2 at the position shown in FIG. 1 (f) is orthogonal to the direction of the polarization axis 41a of the polarizer 4-1, and the polarizer 4-4 in the reverse direction D2.
  • the light L2-6 incident on 2 is orthogonal to the direction of the polarization axis 42a of the polarizer 4-2.
  • the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 have a function as an isolator that transmits the light in the forward direction D1 and blocks the light in the reverse direction D2.
  • the transition of the polarization direction shown in FIGS. 2 to 7 is a representative example, and is not limited to the examples shown in FIGS.
  • the order of transition of the polarization direction may be different, and the polarization direction may be different as long as the function of the optical multiplexer 100 can be realized.
  • the optical multiplexer 100 includes the pair of half-wave plates 3-1 and half-wave plates 3-2.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the other half-wave plate 3 can be omitted.
  • the optical multiplexer 100 has the function of combining and emitting the light emitted from the two light sources 1-1 and 1-2, and reflects the light. And has an isolator function of blocking light traveling in the reverse direction D2. Since the rotator 6 rotates the polarization plane of the incident light by 45 degrees, when the light traveling in the forward direction D1 is reflected and travels in the reverse direction D2, and passes through the rotator 6, the polarization plane is reciprocated by 90 degrees. . For this reason, light transmitted through the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 in the forward direction D1 cannot be transmitted through the polarizer 4-1 and the polarizer 4-2 in the reverse direction D2, and is blocked.
  • collimated light is collected by the condenser lens 5 and the two lights incident on the rotor 6 are respectively incident on the incident surface of the rotor 6. Incident at different angles. For this reason, the collimated light, which is perpendicular to the incident surface of the rotor 6 and has the same optical path length as compared with the case where the light enters the rotor 6, can be used with respect to the incident surface of the rotor 6. It is possible to shorten the distance in the vertical direction. For this reason, it is possible to reduce the size of the optical multiplexer 100 in the light traveling direction.
  • the birefringent prism 7 included in the optical multiplexer 100 according to the first embodiment is a Wollaston prism in which two types of birefringent materials are bonded. For this reason, it is possible to increase the polarization separation angle as compared with the case where a single birefringent material is used, and to separate polarized light almost symmetrically.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the optical multiplexer 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • the arrangement of the half-wave plate 3 and the polarizer 4 is interchanged as compared with the optical multiplexer 100, and instead of the pair of polarizer 4-1 and polarizer 4-2, an integrated polarization
  • the child 4 is used.
  • Both the light emitted from the light source 1-1 and transmitted through the collimator lens 2-1 and the light emitted from the light source 1-2 and transmitted through the collimator lens 2-2 are incident on the polarizer 4. Therefore, if the polarization direction of the light emitted from the light source 1-1 is aligned with the polarization direction of the light emitted from the light source 1-2, the integrated polarizer 4 can be used.
  • the optical multiplexer 200 includes the two half-wave plates 3-1 and the half-wave plate 3-2, but one of them can be omitted as in the first embodiment. is there. According to the second embodiment, since the number of the polarizers 4 is one, the configuration becomes simple, and the cost of the optical multiplexer 200 can be reduced.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the birefringent prism 7 according to the third embodiment of the present invention.
  • the birefringent prism 7 shown in FIG. 9 is a Wollaston prism in which two types of birefringent materials are bonded together. Either the optical multiplexer 100 shown in FIG. 1 or the optical multiplexer 200 shown in FIG. The configuration shown may be applied.
  • the bonding surface I on which the birefringent material is bonded is ⁇ 10 degrees perpendicular to the center line of the two optical paths of the light incident on the birefringent prism 7. Designed to be:
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a birefringent prism 7A according to a comparative example.
  • the bonding surface I is inclined with respect to the center line of the two optical paths.
  • light incident on the birefringent prism 7A is refracted on the surface incident on the birefringent prism 7A and the bonding surface I.
  • the bonding surface I is inclined with respect to the center line of the two optical paths, refraction occurs at the bonding surface I, so the relative positions of the receptacle 8 and the birefringent prism 7A are When shifted, as shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing a change in the polarization interval in the birefringent prism 7A shown in FIG.
  • FIG. 9 when the bonding surface I is perpendicular to the center line of the two optical paths, the refraction at the bonding surface I is small. For this reason, as shown in FIG. 12, the interval between the two polarized lights at the position of the receptacle 8 hardly changes.
  • FIG. 12 is a diagram showing a change in the polarization interval in the birefringent prism 7 shown in FIG. Therefore, even if a positional deviation between the birefringent prism 7 and the receptacle 8 occurs, the optical axis deviation is so small as to be negligible, so that a reduction in multiplexing efficiency can be suppressed.
  • the birefringent prism 7 is a Wollaston prism in which two types of birefringent materials are pasted together, and the bonding surface I in which the birefringent material is pasted is used as the light incident on the birefringent prism 7.
  • the two lights incident on the birefringent prism 7 travel straight without being refracted at the bonding surface I and are combined at the receptacle 8. become. Therefore, even if a positional shift between the birefringent prism 7 and the receptacle 8 occurs, the shift of the optical axis can be suppressed, and the reduction of the multiplexing efficiency can be suppressed.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an optical multiplexer 300 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the optical multiplexer 300 is provided with a microlens array 13 instead of the collimating lens 2-1 and the collimating lens 2-2, and for alignment between the microlens array 13, the light source 1-1, and the light source 1-2, respectively.
  • a lens 12-1 and an alignment lens 12-2 are disposed.
  • the collimating lens 2-1 and the collimating lens 2-2 as shown in FIGS. 1 and 8 need to be aligned and bonded separately according to the positional deviation of the light source 1-1 and the light source 1-2. Since the allowance and the allowance are provided, the outer diameter size and the effective diameter are reduced. Further, since there is a restriction on the polarization separation angle in the birefringent prism 7, the optical paths of the two lights to be combined are close to each other as much as the beam diameter. For this reason, the beam is likely to be out of the effective diameter range of the collimating lens 2-1 and the collimating lens 2-2, and an optical loss is likely to occur.
  • the alignment lens 12-1 and alignment lens 12-2 having a small effective diameter, and the microlens array 13 that functions as a collimating lens and has a large effective diameter comparable to the optical pitch.
  • the light source 1-1 and the light source 1-2 may be integrated semiconductor lasers.
  • an MMI (Multi-Mode Interference) type multiplexer, a multiplexer using a Mach-Zehnder interferometer, and the like are integrated.
  • each component constituting the optical multiplexers 100, 200, and 300 shown in the first to fourth embodiments is preferably enclosed in a ceramic, resin, or metal casing. In this case, high airtightness and shock absorption can be ensured, and it is easy to carry and effects such as easy connection to the transceiver can be achieved.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • the birefringent prism is a Wollaston prism, but the present invention is not limited to such an example.
  • the birefringent prism may be a single birefringent crystal such as rutile or calcite.
  • the light in the forward direction D1 is condensed on the receptacle 8 using the condenser lens 5, but the present invention is not limited to this example.
  • the condensing lens 5 can be omitted and collimated light can be incident on the rotor 6 and the birefringent prism 7.
  • the condensing lens 5 it is possible to suppress the size of the light traveling direction.

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Abstract

光合波器（１００）は、偏光子（４－１，４－２）と、レセプタクル（８）と、偏光子（４－１，４－２）とレセプタクル（８）との間に配置され、偏光子（４－１，４－２）からレセプタクル（８）に向かう順方向（Ｄ１）の一対の直線偏光およびレセプタクル（８）から偏光子（４－１，４－２）に向かう逆方向（Ｄ２）の光の偏光面を４５度回転させる回転子（６）と、回転子（６）とレセプタクル（８）との間に配置され、順方向（Ｄ１）の一対の直線偏光を合波し、逆方向（Ｄ２）の光を常光線と異常光線とに分離する複屈折プリズム（７）とを備え、回転子（６）および複屈折プリズム（７）は、レセプタクル（８）に固定されていることを特徴とする。

Description

光合波器
　本発明は、アイソレータの機能を有する光合波器に関する。
　光合波器は、異なる波長帯の複数の光を合波させる光部品であり、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength　Division　Multiplexing）を利用した光通信機器などで使用されている。アイソレータは、一方向の光を透過させて逆方向の光を遮断する光デバイスである。光合波器にアイソレータ機能を備えることで、反射した光が光源に戻って光源の光学特性が劣化することを防止することができる。
　特許文献１には、アイソレータの機能を有する光合波器が開示されている。特許文献１に記載の光合波器は、偏光子とファラデー回転子と複屈折プリズムとを備えている。複屈折プリズムは、複数の偏波を合波する合波器の機能を有し、偏光子が反射光を遮ることによりアイソレータの機能を有する。
特開２００７－１０１６５２号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された光デバイスは、光の進行方向のサイズが大きくなってしまうという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アイソレータの機能を有し、光の進行方向のサイズを抑制することができる光合波器を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光合波器は、偏光子と、レセプタクルと、偏光子とレセプタクルとの間に配置され、偏光子からレセプタクルに向かう順方向の一対の直線偏光およびレセプタクルから偏光子に向かう逆方向の光の偏光面を４５度回転させる回転子と、回転子とレセプタクルとの間に配置され、順方向の一対の直線偏光を合波し、逆方向の光を常光線と異常光線とに分離する複屈折プリズムとを備える。回転子および複屈折プリズムは、レセプタクルに固定されていることを特徴とする。
　本発明によれば、アイソレータの機能を有し、光の進行方向のサイズを抑制することができる光合波器を得ることが可能であるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる光合波器の構成を示す図 図１のａの位置における光の偏光方向を示す図 図１のｂの位置における光の偏光方向を示す図 図１のｃの位置における光の偏光方向を示す図 図１のｄの位置における光の偏光方向を示す図 図１のｅの位置における光の偏光方向を示す図 図１のｆの位置における光の偏光方向を示す図 本発明の実施の形態２にかかる光合波器の構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかる複屈折プリズムの構成を示す図 比較例にかかる複屈折プリズムの構成を示す図 図１０に示す複屈折プリズムにおける偏光の間隔の変化を示す図 図９に示す複屈折プリズムにおける偏光の間隔の変化を示す図 本発明の実施の形態４にかかる光合波器の構成を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる光合波器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる光合波器１００の構成を示す図である。光合波器１００は、一対の光源１－１および光源１－２と、一対のコリメートレンズ２－１およびコリメートレンズ２－２と、一対の半波長板３－１および半波長板３－２と、一対の偏光子４－１および偏光子４－２と、集光レンズ５と、回転子６と、複屈折プリズム７と、レセプタクル８と、磁石９とを有する。光合波器１００が有する各構成要素は、上記の順に並んで配置されている。
　コリメートレンズ２－１、半波長板３－１および偏光子４－１は、光源１－１から出射される光Ｌ１の光路上に配置されており、コリメートレンズ２－２、半波長板３－２および偏光子４－２は、光源１－２から出射される光Ｌ２の光路上に配置されている。集光レンズ５、回転子６および複屈折プリズム７は、光Ｌ１の光路上および光Ｌ２の光路上に渡って配置されている。
　ここで図１に示すように、光源１－１および光源１－２が出射する光の進行方向をＺ軸方向とし、光源１－１および光源１－２が並ぶ方向であり、Ｚ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＺ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。また、光源１－１および光源１－２が出射した光がレセプタクル８に向かう方向を順方向Ｄ１と称し、レセプタクル８から光源１－１および光源１－２に向かう方向であって、順方向Ｄ１と逆の方向を逆方向Ｄ２と称する。
　光源１－１および光源１－２は、半導体レーザ（ＬＤ：Laser　Diode）などであり、それぞれが直線偏光を出射する。コリメートレンズ２－１およびコリメートレンズ２－２は、入射光をコリメートする。コリメートレンズ２－１には、光源１－１から出射される直線偏光が入射され、コリメートレンズ２－２には、光源１－２から出射される直線偏光が入射される。
　半波長板３－１および半波長板３－２は、直交する偏光成分の間に位相差１８０度を生じさせる複屈折素子である。半波長板３－１および半波長板３－２を透過した直線偏光は、偏光方向が変化する。偏光方向とは、電場ベクトルが振動する方向であり、直線偏光は偏光方向が一定な光である。半波長板３－１および半波長板３－２のそれぞれの偏光軸は、互いに４５度異なる。偏光軸は、出射する直線偏光の偏光方向と向きが一致する軸である。
　偏光子４－１および偏光子４－２は、予め定められた偏光方向の直線偏光を生成する。偏光子４－１および偏光子４－２の偏光軸は、互いに直交している。偏光軸は、偏光子４－１および偏光子４－２のそれぞれが透過させる直線偏光の偏光方向である。偏光子４－１には、半波長板３－１を透過した光が入射され、偏光子４－２には、半波長板３－２を透過した光が入射される。
　本実施の形態では、偏光子４－１および偏光子４－２には、それぞれ半波長板３－１または半波長板３－２から光が入射される。このため、偏光子４－１および偏光子４－２のそれぞれは、半波長板３－１または半波長板３－２が出射する光を透過することができるように偏光軸が向けられている。
　集光レンズ５は、偏光子４－１および偏光子４－２と回転子６との間に配置され、偏光子４－１および偏光子４－２からの順方向Ｄ１の光をレセプタクル８に集光させる。回転子６は、偏光子４－１および偏光子４－２とレセプタクル８との間であって、集光レンズ５と複屈折プリズム７との間に配置されている。回転子６は、回転子６を挟むように配置された２つの磁石９が生じさせる磁界によって、入射光の偏光状態を回転させて、入射される直線偏光の偏光面を回転させる。ここで偏光面とは、偏光方向と光の進行方向とを含む面である。同じ方向からみたとき、順方向Ｄ１と逆方向Ｄ２では、偏光面の回転方向は同じである。
　複屈折プリズム７は、回転子６とレセプタクル８との間に配置され、順方向Ｄ１の２つの入射光を合波し、逆方向Ｄ２の入射光を偏光面が９０度異なる同一強度の２つの光に分離する。分離された２つの光は、それぞれ常光線と異常光線と呼ばれる。回転子６から複屈折プリズム７に入射される順方向Ｄ１の２つの直線偏光は、常光線および異常光線と光路および偏光方向を合わせて複屈折プリズム７に入射されている。つまり、順方向Ｄ１で常光線の光路に合わせて入射される光の偏光方向は、逆方向Ｄ２の光が分離された常光線の偏光方向と同じであり、順方向Ｄ１で異常光線の光路に合わせて入射される光の偏光方向は、逆方向Ｄ２の異常光線の偏光方向と同じである。複屈折プリズム７に、上記の条件を満たす一対の直線偏光を順方向Ｄ１に入射させることで、一対の直線偏光は合波される。このため、常光線および異常光線の光路と一致する２つの方向は、順方向Ｄ１では、光を入射しても光が分離しない結晶光軸の方向と言うことができる。このため、一対の直線偏光は、順方向Ｄ１で、複屈折プリズム７の結晶光軸の方向に合わせた入射角で複屈折プリズム７に入射されるということもできる。
　複屈折プリズム７は、ウォラストンプリズムであり、２つの複屈折性材料がはり合わされている。２つの複屈折性材料は、互いに結晶光軸が直交する状態で固定されている。複屈折プリズム７の偏光分離角は１０度以上である。
　レセプタクル８は、光ファイバスタブを内蔵し、光コネクタとの接続機能を有する光モジュール部品である。回転子６、複屈折プリズム７および磁石９は、レセプタクル８に固定されている。回転子６、複屈折プリズム７および磁石９は、例えば接着によりレセプタクル８に固定されている。順方向Ｄ１の光が出射する回転子６の一面６ａと、複屈折プリズム７に順方向Ｄ１の光が入射する面７ａとが接着され、順方向Ｄ１の光が出射する複屈折プリズム７の一面７ｂと、レセプタクル８に順方向Ｄ１の光が入射する面８ａとが接着される。レセプタクル８は、端部の径が広がっているテーパーファイバと接続可能なフェルールを有する。
　図１に示す複数の構成要素は、全て図示しない筐体に封入されてモジュール化されていてもよい。例えば、光合波器１００は、ＴＯＳＡ（Transmitter　Optical　SubAssembly）と呼ばれる光モジュールであり、光ファイバを差し込むだけで使用することができるように光軸調整されている。
　図２から図７は、図１に示す光合波器１００の各部における光の偏光方向の推移を示している。図２は、図１のａの位置における光の偏光方向を示す図である。図３は、図１のｂの位置における光の偏光方向を示す図である。図４は、図１のｃの位置における光の偏光方向を示す図である。図５は、図１のｄの位置における光の偏光方向を示す図である。図６は、図１のｅの位置における光の偏光方向を示す図である。図７は、図１のｆの位置における光の偏光方向を示す図である。
　図１の（ａ）に示す位置における光Ｌ１－１および光Ｌ２－１は、図２示すように、偏光方向が水平な直線偏光である。光Ｌ１は、コリメートレンズ２－１でコリメートされてコリメート光となり、半波長板３－１に入射する。光Ｌ２は、コリメートレンズ２－２でコリメートされてコリメート光となり、半波長板３－２に入射する。図１の（ｂ）に示す位置における光Ｌ１－２および光Ｌ２－２は、図３に示すように、±４５度の直線偏光となる。ここで、半波長板３－１および半波長板３－２の偏光軸３１ａおよび偏光軸３２ａは±２２．５度である。
　偏光子４－１の偏光軸４１ａの方向は－４５度であり、偏光子４－２の偏光軸４２ａの方向は＋４５度である。図４に示すように、図１の（ｃ）に示す位置における光Ｌ１－３の偏光方向は－４５度であり、光Ｌ２－３の偏光方向は＋４５度である。このため、偏光子４－１および偏光子４－２から集光レンズ５に入射する光Ｌ１および光Ｌ２は、±４５度の直線偏光である。
　光Ｌ１および光Ｌ２は、集光レンズ５により集光された後、回転子６に入射する。回転子６を透過する間に、直線偏光の偏光面は４５度回転するため、図１（ｄ）に示す位置における光Ｌ１－４および光Ｌ２－４の偏光方向は、図５に示すように、それぞれ垂直方向および水平方向となる。回転子６を順方向Ｄ１に透過した光Ｌ１および光Ｌ２は、それぞれが複屈折プリズム７に対して異なる角度で入射する。図１の（ｅ）に示す位置において、複屈折プリズム７を順方向Ｄ１に透過した光Ｌ１－５および光Ｌ２－５は、図６に示すように１つの光路に合波される。合波された光は、レセプタクル８の出射口から出射される。
　レセプタクル８で反射した逆方向Ｄ２の光は、複屈折プリズム７で常光線と異常光線とに分離される。分離された常光線と異常光線とが回転子６を透過すると、直線偏光の偏光面が４５度回転する。回転子６における偏光面の回転方向は、同じ方向から見た場合、順方向Ｄ１の入射光と逆方向Ｄ２の入射光とで同じである。回転子６を透過した常光線および異常光線は、順方向Ｄ１の光が集光レンズ５から回転子６に入射した光路を通って、逆方向Ｄ２で集光レンズ５に入射し、コリメート光となって偏光子４－１および偏光子４－２のそれぞれに入射する。図１（ｆ）に示す位置において逆方向Ｄ２で偏光子４－１に入射する光Ｌ１－６は、偏光子４－１の偏光軸４１ａの方向と直交し、逆方向Ｄ２で偏光子４－２に入射する光Ｌ２－６は、図７に示すように、偏光子４－２の偏光軸４２ａの方向と直交している。このため、偏光子４－１および偏光子４－２は、順方向Ｄ１の光を透過して逆方向Ｄ２の光を遮断するアイソレータとしての機能を有する。
　なお、図２から図７に示した偏光方向の推移は代表例であって、図２から図７に示す例に限定されない。偏光方向の推移の順番が異なっていてもよいし、光合波器１００の機能を実現することができれば、偏光方向が異なっていてもよい。また、上記の実施の形態１では、光合波器１００は、一対の半波長板３－１および半波長板３－２を備えていたが、本発明はかかる例に限定されない。光合波器１００は、片方の半波長板３の偏光軸を、偏光の偏光方向に対して４５度傾けた場合、他方の半波長板３を省略することが可能である。
　以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる光合波器１００は、２つの光源１－１および光源１－２が出射した光を合波して出射する機能を有すると共に、反射して逆方向Ｄ２に進む光を遮断するアイソレータの機能を有する。回転子６が入射光の偏光面を４５度回転させるため、順方向Ｄ１に進んだ光が反射して逆方向Ｄ２に進み、回転子６を透過したとき、偏光面は往復で９０度回転する。このため、偏光子４－１および偏光子４－２を順方向Ｄ１に透過した光は、逆方向Ｄ２で偏光子４－１および偏光子４－２を透過することができず遮断される。回転子６および複屈折プリズム７は、レセプタクル８に固定されているため、ミラーと、バンドパスフィルタまたは偏光フィルタとを用いた光合波器、ＰＬＣ（Planar　Lightwave　Circuit）－ＡＷＧ（Arrayed－Waveguide　Grating）を用いた光合波器などと比較して小型な光合波器を実現することができる。
　また、本実施の形態１にかかる光合波器１００においては、回転子６に入射する２つの光は、コリメート光が集光レンズ５で集光されて、回転子６の入射面に対してそれぞれ異なる角度で入射する。このため、コリメート光であり、回転子６の入射面に対して垂直に入射する光が回転子６に入射する場合よりも同じ光路長を確保する場合に、回転子６の入射面に対して垂直な方向の距離を短くすることが可能である。このため、光の進行方向における光合波器１００のサイズを小型にすることが可能である。
　また、本実施の形態１にかかる光合波器１００が有する複屈折プリズム７は、２種類の複屈折材料が貼り合されたウォラストンプリズムである。このため、単一の複屈折材料を用いる場合と比較して偏光分離角を大きくすることができると共に、偏光をほぼ対称に分離することが可能になる。
実施の形態２．
　図８は、本発明の実施の形態２にかかる光合波器２００の構成を示す図である。光合波器２００は、光合波器１００と比較して、半波長板３と偏光子４との配置が入れ替わっており、一対の偏光子４－１および偏光子４－２の代わりに一体の偏光子４が用いられている点が異なる。偏光子４には、光源１－１が出射してコリメートレンズ２－１を透過した光と、光源１－２が出射してコリメートレンズ２－２を透過した光の両方が入射される。このため、光源１－１が出射する光の偏光方向と光源１－２が出射する光の偏光方向とを揃えれば、一体型の偏光子４を用いることが可能である。
　なお、図８の例では、光合波器２００は、２つの半波長板３－１および半波長板３－２を備えているが、実施の形態１と同様に片方を省略することが可能である。本実施の形態２によれば、偏光子４が１つであるため、構成が単純になり、光合波器２００のコストを削減することが可能になる。
実施の形態３．
　図９は、本発明の実施の形態３にかかる複屈折プリズム７の構成を示す図である。図９に示す複屈折プリズム７は、２種類の複屈折材料が貼りあわされたウォラストンプリズムであり、図１に示す光合波器１００、図８に示す光合波器２００のいずれに図９に示す構成を適用してもよい。
　本実施の形態３にかかる複屈折プリズム７は、複屈折材料が貼りあわされた貼り合せ面Ｉが、複屈折プリズム７に入射される光の２つの光路の中心線に対して垂直±１０度以下となるように設計されている。
　図１０は、比較例にかかる複屈折プリズム７Ａの構成を示す図である。図１０に示す複屈折プリズム７Ａは、貼り合せ面Ｉが２つの光路の中心線に対して傾いている。一般的に複屈折プリズム７Ａに入射する光は、複屈折プリズム７Ａへ入射する面と、貼り合せ面Ｉとにおいて屈折する。図１０に示す比較例のように、貼り合せ面Ｉが２つの光路の中心線に対して傾いている場合、貼り合せ面Ｉで屈折が生じるため、レセプタクル８および複屈折プリズム７Ａの相対位置がずれると、図１１に示すように、レセプタクル８の位置における２つの偏光の間隔がｌ１からｌ２に変化する。図１１は、図１０に示す複屈折プリズム７Ａにおける偏光の間隔の変化を示す図である。これに対して、図９に示すように、貼り合せ面Ｉが２つの光路の中心線に対して垂直である場合、貼り合せ面Ｉにおける屈折が小さくなる。このため、図１２に示すように、レセプタクル８の位置における２つの偏光の間隔は変化し難い。図１２は、図９に示す複屈折プリズム７における偏光の間隔の変化を示す図である。したがって、複屈折プリズム７とレセプタクル８との間の位置ずれが生じたとしても、光軸のずれは無視できる程度に小さいため、合波効率の低下を抑制することができる。
　以上説明したように、複屈折プリズム７を２種類の複屈折材料が貼りあわされたウォラストンプリズムとし、複屈折材料が貼りあわされた貼り合せ面Ｉを、複屈折プリズム７に入射される光の２つの光路の中心線に対して垂直とすることにより、複屈折プリズム７に入射される２つの光は、貼り合せ面Ｉではほとんど屈折せずに直進してレセプタクル８において合波されることになる。したがって、複屈折プリズム７とレセプタクル８との間の位置ずれが生じても光軸のずれを抑制することができ、合波効率の低下を抑制することが可能になる。
実施の形態４．
　図１３は、本発明の実施の形態４にかかる光合波器３００の構成を示す図である。光合波器３００は、コリメートレンズ２－１およびコリメートレンズ２－２の代わりにマイクロレンズアレイ１３を設けて、マイクロレンズアレイ１３と光源１－１および光源１－２との間にそれぞれ調芯用レンズ１２－１および調芯用レンズ１２－２を配置している。
　図１および図８に示すようなコリメートレンズ２－１およびコリメートレンズ２－２は、光源１－１および光源１－２の位置ずれに合わせてそれぞれ別に調芯および接着する必要があり、調芯代および接着代を設けるために、外径サイズおよび有効径が小さくなる。また複屈折プリズム７における偏光分離角の制約があるため、合波すべき２つの光の光路は、ビーム径と同程度に近接している。このため、コリメートレンズ２－１およびコリメートレンズ２－２の有効径の範囲からビームが外れて光学損失が生じやすい。
　これに対して、有効径が小さい調芯用レンズ１２－１および調芯用レンズ１２－２と、コリメートレンズとして機能し、光学ピッチと同程度の大きな有効径が得られるマイクロレンズアレイ１３とを設けることによって、調芯性を保ちつつ、近接するコリメートビームを形成することができ、複屈折プリズム７の偏光分離角を最小限に抑制することが可能になる。
　また、光源１－１および光源１－２は、集積型半導体レーザであってもよい。集積型半導体レーザ内には、ＭＭＩ（Multi－Mode　Interference）型合波器、マッハツェンダー干渉計を用いた合波器などが集積されている。
　なお、上記の実施の形態１から４に示した光合波器１００，２００および３００を構成する各部品は、セラミックス製、樹脂製または金属製の筐体に封入されていることが望ましい。この場合、高い気密性、衝撃吸収性を確保することができ、持ち運びが容易であり、トランシーバへの接続を容易に行うことができるといった効果を奏することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　例えば、上記の各実施の形態では、複屈折プリズムはウォラストンプリズムであることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。複屈折プリズムは、ルチル、方解石などの単一の複屈折結晶であってもよい。
　また上記の各実施の形態では、集光レンズ５を用いて順方向Ｄ１の光をレセプタクル８に集光させたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、集光レンズ５を省略してコリメート光を回転子６および複屈折プリズム７に入射させることもできる。しかしながら、集光レンズ５を用いることで、光の進行方向のサイズを抑制することが可能になる。
　１－１，１－２　光源、２－１，２－２　コリメートレンズ、３－１，３－２　半波長板、４，４－１，４－２　偏光子、５　集光レンズ、６　回転子、７，７Ａ　複屈折プリズム、８　レセプタクル、９　磁石、１２－１，１２－２　調芯用レンズ、１３　マイクロレンズアレイ、１００，２００，３００　光合波器、Ｄ１　順方向、Ｄ２　逆方向、Ｉ　貼り合せ面。

Claims (16)

  1. 　偏光子と、
    　レセプタクルと、
    　前記偏光子と前記レセプタクルとの間に配置され、前記偏光子から前記レセプタクルに向かう順方向の一対の直線偏光および前記レセプタクルから前記偏光子に向かう逆方向の光の偏光面を４５度回転させる回転子と、
    　前記回転子と前記レセプタクルとの間に配置され、前記順方向の一対の直線偏光を合波し、前記逆方向の光を常光線と異常光線とに分離する複屈折プリズムと、
    　を備え、
    　前記回転子および前記複屈折プリズムは、前記レセプタクルに固定されていることを特徴とする光合波器。
  2. 　前記偏光子と前記回転子との間に配置され、前記偏光子からの前記順方向の光を前記レセプタクルに集光させる集光レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光合波器。
  3. 　前記順方向の一対の前記直線偏光は、それぞれが前記常光線の光路と前記異常光線の光路とに合わせて前記複屈折プリズムに入射されることを特徴とする請求項１または２に記載の光合波器。
  4. 　前記複屈折プリズムの偏光分離角は、１０度以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光合波器。
  5. 　前記複屈折プリズムは、ウォラストンプリズムであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光合波器。
  6. 　前記ウォラストンプリズムは、２つの複屈折材料を貼り合わせて構成されており、
    　前記２つの複屈折材料の貼り合せ面が、前記ウォラストンプリズムに入射される２つの光の光路の中心線に対して垂直となるように前記ウォラストンプリズムが配置されることを特徴とする請求項５に記載の光合波器。
  7. 　偏光軸が互いに４５度異なり、それぞれ異なる光路上に設けられた一対の半波長板、または２つの光路のうち一方の光路上に偏光方向を９０度変化させる１つの半波長板をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光合波器。
  8. 　前記半波長板は、前記偏光子と前記回転子との間に配置され、
    　前記偏光子は、前記２つの光路上に渡って設けられることを特徴とする請求項７に記載の光合波器。
  9. 　前記半波長板と前記回転子との間に一対の前記偏光子が配置され、
    　前記偏光子は、前記半波長板が出射する光の偏光方向に沿った偏光軸を有することを特徴とする請求項８に記載の光合波器。
  10. 　一対の前記偏光子は、互いに直交する偏光軸を有することを特徴とする請求項９に記載の光合波器。
  11. 　２つの光源と、
    　前記光源からの光をコリメートするコリメートレンズとをさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光合波器。
  12. 　前記コリメートレンズは、前記２つの光源からの２つの光の光路上に渡って配置されるマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１１に記載の光合波器。
  13. 　前記光源と前記マイクロレンズアレイとの間に配置された光軸補正用のレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の光合波器。
  14. 　前記偏光子と、前記回転子と、前記複屈折プリズムと、前記レセプタクルとを封入する筐体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光合波器。
  15. 　前記レセプタクルは、テーパーファイバと接続可能なフェルールを有することを特徴とする請求項１に記載の光合波器。
  16. 　前記光源は、集積型半導体レーザであることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の光合波器。
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