(57)【要約】【課題】構成する光学素子数を減少させると共に、調芯作業や組み立て作業の容易化、低コスト化、製造の簡素化等を実現した光デバイスの光入出射部の提供。【解決手段】複数の導波路と、単一のレンズとから構成すると共に、各導波路からの出射光がレンズの光軸を横切るように伝搬してレンズに入射し、更に、レンズから出射する各伝搬光の光線軸が互いに平行となるように、各導波路の光入出射端面を斜めに形成して光デバイスの光入出射部を構成する。更に、導波路を光ファイバとし、光ファイバを保持するフェルールを備え、レンズ光軸に対して全ての光ファイバの中心軸が等距離となるように、フェルールによって全ての光ファイバを保持すると共に、全ての光ファイバの光入出射端面を同一傾斜角度で斜めに形成する。【選択図】  図１
2006317614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導波路と、単一のレンズとから構成されると共に、
各導波路からの出射光がレンズの光軸を横切るように伝搬してレンズに入射され、
更に、レンズから出射される各伝搬光の光線軸が互いに平行となるように、各導波路の光入出射端面が斜めに形成されることを特徴とする光デバイスの光入出射部。
【請求項２】
前記導波路が光ファイバであり、更に光ファイバを保持するフェルールが備えられ、
前記レンズの光軸に対して全ての光ファイバの中心軸が等距離となるように、フェルールによって全ての光ファイバが保持されると共に、
全ての光ファイバの光入出射端面が同一傾斜角度で斜めに形成されることを特徴とする請求項１記載の光デバイスの光入出射部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスの光入出射部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光サーキュレータは、光通信や光計測等の分野における重要な光デバイスの１つであり、光アイソレータが入射側と出射側の２ポート構成であるのに対し、少なくとも３つ以上のポートを有する非相反性の光デバイスである。例えば、１，２，３の番号で表される３ポートを有する場合、順方向の１→２，２→３，３→１の方向に進む伝搬光は低損失で、逆方向の２→１，３→２，１→３の方向に進む伝搬光は高損失の出力として伝送する。
【０００３】
このような光サーキュレータの一例として、光入出射側の他端に反射体を配列した構造の光サーキュレータが考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３９５９０号公報（第３−５頁、第１図）
【０００５】
図５は、上記反射体を配列した光サーキュレータの一例を示す斜視図である。図５の光サーキュレータ100は大きく分けて、本体部分101と光入出射部102及び反射部103とから構成されている。本体部分101は、第１の複屈折素子104及び第２の複屈折素子105とそれらの間に挿入した45度ファラデー回転子106及び２分の１波長板107を一列に配列した構成である。両複屈折素子104、105の結晶軸は光軸との角度が45度となるように設定されており、互いの結晶軸は光軸方向で見て垂直な関係にある。２分の１波長板107の結晶軸は光軸方向で見て水平軸から±22.5度の方向に設定されると共に、ファラデー回転子106の偏光面回転方向は図面左手側のポート（光ファイバ108）から見て、左回り45度となるように設定する。
【０００６】
光入出射部102は、３本の光ファイバ108を有する３芯フェルール109と、それらに共通の光ファイバ結合用レンズ110、及び光路補正素子111との配列からなる。光路補正素子111は、光ファイバ108から前記レンズ110を通った入射光の光線軸を光軸に平行なコリメート光又は収束光にし、また光軸に平行な光線軸の戻り光（コリメート光又は収束光）を、レンズ110を通して光ファイバ102へ入射して光結合させる機能を果たす。
【０００７】
又、反射部103は伝搬光の偏光面を往復で90度回転させる偏光面回転素子112とミラー（反射体）113とで構成される。この偏光面回転素子112としては、例えば４分の１波長板が適用できる。４分の１波長板を使用する場合その結晶軸は光軸方向で見て、水平軸から45度の方向に設定するものとする。
【０００８】
このような光サーキュレータ100の動作を以下に説明する。ポート108aから入射した光は、第１の複屈折素子104で常光線と異常光線に分離され、ファラデー回転子106及び２分の１波長板107を透過する。その際、異常光線は偏光面が90度回転するが、常光線は偏光面が元の状態に戻るため結果的に回転しない。次に、第２の複屈折素子105に対しては異常光線になるので、伝搬光は光路シフトして伝搬する。４分の１波長板112では直線偏光が円偏光に変換され、ミラー113で反射した戻り光は、４分の１波長板112で再び直線偏光に変換される。結局、４分の１波長板112では、伝搬光が往復する間に偏光面が90度回転し、第２の複屈折素子105に対しては常光線となる。それぞれの伝搬光は、２分の１波長板107及びファラデー回転子106で偏光面が一方は90度回転するが、他方は回転しない。そして、第１の複屈折素子104で常光線と異常光線が合成されて１本の伝搬光となり、中央のポート108bに出射する。なお、ポート108bから外側のポート108cへと伝搬光が伝搬される場合も、ポート108aからポート108bへ伝搬される場合と全く同様である。
【０００９】
一方、ポート108cから伝搬光が入射しても、本体部分101等を通過しミラー113で反射されて、再度本体部分101等を通過するという光路を辿って戻ってくることはできるが、結合するポートが存在せず、ポート108a及び108bには結合しない。
【００１０】
光入出射部102について更に図６を参照して説明する。光路補正素子111は、外側の光ファイバからの入射光がレンズ110によって斜めの伝搬光になったものを光軸に平行な光線軸のコリメート光又は収束光にすると共に、戻り光のうちのオフセットしている（光軸から離れている）光軸に平行な光線軸の伝搬光（コリメート光又は収束光）を、レンズ110へ斜めに入射させて外側の光ファイバに光結合させる機能を果たすものである。更に、中央の光ファイバからレンズ110の中心に向かう入射光を、そのまま角度変化無しに光軸に沿った伝搬光にし、戻り光のうちレンズ110の中心に向かう光軸に沿った伝搬光も、そのまま角度変化無しに中央の光ファイバへ出射させて光結合する機能も有する。光路補正素子111には、両側の光に対してはそれぞれ傾斜面を透過し、中央の光に対しては垂直面を透過するプリズムを用いている。
【００１１】
又、その他にも入出射側の他端に反射体を配列した構造の光サーキュレータが考案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
【特許文献２】特表２００２−５２８７６５号公報（第３８−３９頁、第１２図）
【００１３】
図７に示す特許文献２の光サーキュレータ114は、入出射側ポート（光入出射部）に非一列型の光ファイバ束115を用いた光サーキュレータであり、２つの複屈折素子116a及び116b、２つのファラデー回転子117及び118（又は、偏光面回転素子119）、及び反射体として反射プリズム120とを備えるものである。２つのファラデー回転子117，118の回転方向は逆向きになるように配置されている。
【００１４】
更に、入出射側ポートに注目すると、２つのレンズ121と122により伝搬光の光線軸を互いに平行にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の反射型光サーキュレータの光入出射部は、何れも２つの光学素子（レンズ110と光路補正素子111、又は、レンズ121と122）が必要であり、折角、往復光路により光サーキュレータの小型化を図っても、光入出射部の構成素子数の増加により、透過形サーキュレータと比較しても大幅な小型化が困難であった。
【００１６】
又、構成素子数の増加は光サーキュレータの組み立て作業の煩雑化と、コストの高騰を招いていた。その結果、光サーキュレータ100又は114全体が、伝搬光の光路方向に大型化してしまっていた。
【００１７】
本発明は上記各課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、構成する光学素子数を減少させると共に、調芯作業や組み立て作業の容易化、低コスト化、製造の簡素化等を実現した光デバイスの光入出射部を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１記載の発明は、複数の導波路と、単一のレンズとから構成されると共に、
各導波路からの出射光がレンズの光軸を横切るように伝搬してレンズに入射され、
更に、レンズから出射される各伝搬光の光線軸が互いに平行となるように、各導波路の光入出射端面が斜めに形成されることを特徴とする光デバイスの光入出射部である。
【００１９】
更に、本発明の請求項２記載の発明は、前記導波路が光ファイバであり、更に光ファイバを保持するフェルールが備えられ、前記レンズの光軸に対して全ての光ファイバの中心軸が等距離となるように、フェルールによって全ての光ファイバが保持されると共に、全ての光ファイバの光入出射端面が同一傾斜角度で斜めに形成されることを特徴とする光デバイスの光入出射部である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１記載の光デバイスの光入出射部に依れば、導波路と単一のレンズのみで、光デバイスの光入出射部を構成することが出来る。よって、光入出射部の構成素子数を減少させることが可能となる。
【００２１】
更に、構成素子数の減少に伴って光学面数が減少するので低損失化が図られると共に、光デバイス全体の小型化と、光入出射部の組み立て作業や光デバイスの構成素子との調芯作業の容易化、及び低コスト化を実現することが出来る。
【００２２】
又、導波路の光入出射端面を、その中心軸に対して斜めに形成することにより、光デバイスからの戻り光と導波路との再結合が防止され、戻り光による損失も改善出来る。
【００２３】
更に、請求項２記載の光デバイスの光入出射部に依れば、各光ファイバの光入出射端面を、同一の傾斜角度で斜めに形成することにより、製造の簡素化が図れる。
【００２４】
又、レンズの光軸に対して全ての光ファイバの中心軸が等距離となるように、フェルールによって各光ファイバを保持することにより、各光ファイバの光入出射端面と、レンズの光軸との間を等距離に設定することが出来る。これにより、レンズから出射及びレンズ２に入射される光のビーム径を同一サイズに設定することが可能となる。従って、より一層、光入出射部の構成素子と光デバイスの構成素子との調芯作業が容易化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る光入出射部１を、図１と図２を参照して説明する。図１は前記光入出射部１の概略構成図であり、図２は光ファイバP1〜P3を挿入、保持するフェルール３の構成図である。なお、図１と図２に示してあるx軸乃至z軸は、各図で対応している。
【００２６】
図１に示すように光入出射部１は、導波路として用いられる複数の光ファイバP1〜P3と、単一のレンズ２とから構成されると共に、各光ファイバP1〜P3の光入出射端面は、各光ファイバP1〜P3の中心軸fcに対して非垂直となるように形成されている。
【００２７】
各光ファイバP1〜P3は３芯フェルール３の孔に挿入されて保持される。図２(a)に示すように、各孔の中心からフェルール３の中心点Cまでは等間隔となるように形成される。従って、孔に挿入された各光ファイバP1〜P3の中心軸fcを結ぶ対角線上の中心点は前記中心点C上に来るので、全ての光ファイバP1〜P3はフェルール３に保持されることで、中心点Cから等間隔に配置される。
【００２８】
更に、図１に示すように、レンズ２の光軸oaとフェルール３の中心点Cとがz軸方向において同一直線上に来るように、レンズ２とフェルール３とを互いに配置し、位置決めを行う。このようにレンズ２とフェルール３とを配置することにより、各光ファイバP1〜P3の中心点（前記中心点C）とレンズ２の光軸oaとは同一直線上に配置され、レンズ２の光軸oaに対して、全ての光ファイバP1〜P3の中心軸fcが等距離となるように、フェルール３によって保持されることになる。
【００２９】
又、全ての光ファイバP1〜P3の光入出射端面は、図２に示すように同一傾斜角度φで斜めに形成される。図２では、製造のし易さを考慮して、中心点Cが頂点となるようにフェルール３端面を四つの平面から成るように形成することで、光ファイバP1〜P3の光入出射端面を斜めに形成する例を挙げた。
【００３０】
このような光入出射部１を、例えば図５の光入出射部102に換えて光サーキュレータ100等の光デバイスに適用する。
【００３１】
次に、光入出射部１の動作について説明する。光ファイバP1に光が入射されると、その光は光ファイバP1を伝搬して、斜めに形成された光入出射端面から出射される。出射の際に、その出射光は傾斜角度φに応じて斜めに出射され、一定の広がり角θ≒λ／(πω0)でビーム径が広がりながら、レンズ２の光軸oaを横切るように伝搬して、レンズ２の表面に入射される。
【００３２】
レンズ２に入射された光は、図１で示すレンズ２の左側の凸曲面で光軸oaから外側へと屈折され、光線軸ba1がz軸に対し平行になるようにレンズ２から出射される。出射された光B1は、コリメート光又は収束光に変換される。
【００３３】
光入出射部１が光サーキュレータ100に適用される場合、レンズ２から出射される光B1は光サーキュレータ100の各光学素子を透過して行き、反射体113で反射されて再びレンズ２へと入射される。その際、レンズ２に再入射される光B2の光線軸ba2も、z軸に対し平行に保たれる。なお、光B2もコリメート光又は収束光である。又、本発明では、光の中心軸を「光線軸」という言葉で定義するものとする。
【００３４】
レンズ２に入射された光B2はレンズ２右の凸曲面でレンズ内部で内側へと屈折され、レンズ左の凸曲面で更に内側へと屈折されて光ファイバP2の光入出射端面に向かって斜めにレンズ２から出射される。
【００３５】
光ファイバP2の光入出射端面に結合した光は、その光入出射端面で屈折し、光ファイバP2内部に伝搬されて行く。
【００３６】
同様に、光ファイバP2から出射された光は、レンズ２の光軸oaを横切るように伝搬してレンズ２に入射し、レンズ２から光B2として出射され、反射体113で反射されてレンズ２に再入射後、光ファイバP3へと結合される。
【００３７】
なお、本発明の光入出射部１は相反性の光デバイスなので光ファイバP1〜P3の入出射に関しては上記説明の逆も云える。従って、本発明の光入出射部１は、各光ファイバP1〜P3からの出射光がレンズ２の光軸oaを横切るように伝搬してレンズ２に入射され、更にレンズ２から出射される各伝搬光（図１では、B1，B2に相当）の互いの光線軸が平行となるように、各光ファイバP1〜P3の光入出射端面を一定の傾斜角度φを以て斜めに形成するものである。本発明の光入出射部１に依れば、基本的に導波路と単一のレンズのみで、光デバイスの光入出射部を構成することが出来る。よって、従来の光入出射部と比較して構成素子数を減少して、光入出射部を形成することが可能となる。
【００３８】
更に、構成素子数の減少に伴って光学面数が減少するので低損失化が図られると共に、光デバイス全体の小型化と、組み立て作業や光デバイスの構成素子との調芯作業の容易化、及び低コスト化を実現することが出来る。
【００３９】
又、導波路（光ファイバP1〜P3）の光入出射端面を、その中心軸（fcに相当する軸）に対して斜めに形成することにより、光デバイスからの戻り光と導波路との再結合が防止され、戻り光による損失も改善される。
【００４０】
更に、本実施形態の様に、各導波路（光ファイバP1〜P3）の光入出射端面を、同一の傾斜角度φで斜めに形成するように構成すれば、製造の簡素化が図れる。
【００４１】
又、レンズ２の光軸oaに対して全ての光ファイバP1〜P3の中心軸fcが等距離となるように、フェルール３によって光ファイバP1〜P3を保持することで、各光ファイバP1〜P3の光入出射端面と、レンズ２の光軸oaとの間を等距離に設定することが出来る。これにより、レンズ２から出射及びレンズ２に入射される光B1及びB2のビーム径を同一サイズに設定することが可能となる。従って、より一層、光入出射部の構成素子と光デバイスの構成素子との調芯作業が容易化できる。
【００４２】
なお、本発明はその技術的思想により種々変更可能であり、例えば、図２のフェルール３端面形状に変えて、図３に示すように円錐状に加工することにより、導波路（光ファイバP1〜P3）の光入出射端面を、同一の傾斜角度φで斜めに形成しても良いし、導波路の数に合わせて三つの平面で構成して、同一の傾斜角度φで斜めに形成しても良い。又は図４に示すようにフェルール３端面から各光ファイバP1〜P3を突出させて、各光ファイバP1〜P3の各入出射端面のみを研磨して斜めに形成しても良い。
【００４３】
更に、前記傾斜角度を中心点Cを境にして左右不均等の角度に形成し、導波路毎に光入出射端面の傾斜角度を変更すると共に、フェルール３の中心点Cとレンズ２の光軸oaとをオフセット配置するように変更することも可能である。
【００４４】
又、導波路の数は３本に限らず、４本以上又は２本未満に変更しても良い。
【００４５】
なお、本発明に係る光入出射部１は、光サーキュレータのみならず光アイソレータ等、その他の光デバイスにも適用可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の光入出射部は、光サーキュレータや光アイソレータ等の光デバイスに利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の光入出射部の概略構成図。
【図２】光ファイバを挿入、保持するフェルールの構成図。
【図３】図２の変更例を示す構成図。
【図４】図２の更に他の変更例を示す構成図。
【図５】反射体を備えた光サーキュレータの構成を示す斜視図。
【図６】図５の光入出射部を示す構成図。
【図７】反射体を備えた光サーキュレータの他の構成を示す構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１      光入出射部
２      レンズ
３      フェルール
【図１】
2006317614.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006317614.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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