(57)【要約】【課題】偏波クロストークを低減しつつ、基板上に複数の送受信ユニットが配設された一対の基板上の複数の送受信ユニットを共通化する。【解決手段】光伝送装置１ａは、基板２ａ上に配設された複数の送受信ユニット８ａ〜８ｄを有する。送受信ユニットはそれぞれ、光送信部３ａ〜３ｄ、光受信部４ａ〜４ｄ、偏波合分波部５ａ〜５ｄ、及び接続部７ａ〜７ｄを有する。複数の送受信ユニットの接続部は、第一方向Ａに並列して配設され、少なくとも一対の接続部が第一方向に垂直な方向に延びる仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置に配設される。対称な位置に配設される一対の接続部において、一方の接続部からから外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波の接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある偏波状態の光波を出射可能な光送信部と、光受信部と、前記光送信部及び前記光受信部に接続され、異なる偏波状態の光波を分波および合波可能な偏波合分波部と、前記偏波合分波部に接続されかつ偏波保持光ファイバの一方の端部と接続可能な接続部と、を有する送受信ユニットを基板上に複数有する光伝送装置であって、
前記複数の送受信ユニットの前記接続部は、前記基板上に第一方向に並列して配設され、少なくとも一対の前記接続部が前記第一方向に垂直な方向に延びる仮想対称軸線に対して対称な位置に配設されており、
前記対称な位置に配設される一対の前記接続部において、
一方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを前記仮想対称軸線に対して反転させた向きと、
他方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交するように構成されている、光伝送装置。
【請求項２】
前記複数の送受信ユニットの前記接続部のうち、隣接する前記接続部において、一方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを前記仮想対称軸線に対して反転させた向きと、他方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交するように構成されている、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３】
前記送受信ユニットは、前記光受信部と前記偏波合分波部との間又は前記光送信部と前記偏波合分波部との間の少なくとも一方に配設された、光波の電界面を９０°回転可能な偏波ローテータをさらに有する請求項１又は２に記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記複数の送受信ユニットにおける各接続部同士は等間隔をあけて前記基板上に配設されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の光伝送装置。
【請求項５】
前記複数の送受信ユニットの前記接続部は、前記基板上において前記第一方向に垂直な第二方向にも配設されている請求項１から３のいずれか一項に記載の光伝送装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の光伝送装置の前記接続部と、前記光伝送装置のうち少なくとも前記複数の送受信ユニットと同じ構成を備えた光伝送装置の接続部との一対の接続部が互いに前記偏波保持光ファイバで接続されて構成されている、双方向光伝送装置。
【請求項７】
前記偏波保持光ファイバは、複数のコアを有する偏波保持マルチコア光ファイバである請求項６に記載の双方向光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送装置及び双方向光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に示されるような双方向光伝送装置が知られている。この双方向光伝送装置は、光送信部と、光受信部と、偏波合分波部と、を有する一対の送受信ユニットを備えている。光送信部は、ある偏波状態の光波を出射する。光受信部は、ある偏波状態の光波を受信可能である。偏波合分波部は、異なる偏波状態の光波を分波および合波可能であり、光送信部および光受信部に接続されている。一対の送受信ユニットは、偏波保持光ファイバで接続されている。
この双方向光伝送装置では、１本の偏波保持光ファイバ内を双方向に通過する２つの光波の電界面の向きを互いに直交させることが開示されている。また、このように１本の偏波保持光ファイバ内を通過する２つの光波の電界面の向きを互いに直交させるために、一方の光送信部と、他方の光送信部と、は電界面が互いに直交する光波をそれぞれ出射している。このような構成を採用することで、上記２つの光波の偏波クロストークを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−３２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の構成では、一方の光送信部と、他方の光送信部と、が出射する光波の偏波状態が異なっている。このため、一方の光送信部を備えた基板型光導波路素子と、他方の光送信部を備えた基板型光導波路素子と、で異なる種類の基板型光導波路素子を用意する必要がある。
このように、種類が異なる２つの基板型光導波路素子を対にして用いる場合、双方向光伝送装置の製造時のコストアップや、メンテナンス性の低下につながる。
【０００５】
また、この種の双方向光伝送装置では、基板上に複数の送受信ユニットが配設された基板型光導波路素子を用いることによって、より大容量の光伝送を可能とすることが求められている。その場合、基板上に複数の送受信ユニットが並べて配設された基板型光導波路素子を対にして、対応する送受信ユニット同士を偏波保持光ファイバで接続して用いる場合がある。
複数の送受信ユニットが備わる場合には、二つのモードを使用して同一の偏波保持光ファイバ内で送信するという方法が考えられる。これに対して二つのモードを送受信に使用すると、二つのモード間での偏波クロストークの影響を低減することができる。しかし、このような一つの偏波保持光ファイバ内で送受信を行う場合、例えば一方の基板型光導波路素子の各光送信部から横電界（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ，ＴＥ）モードの光波が出力されるように構成した場合、対応する他方の基板型光導波路素子の各光受信部ではＴＥモードの光波を受信できるように構成される。従って、偏波クロストークを低減するためには、他方の基板型光導波路素子の各光送信部から、電界面がＴＥモードと直交する横磁界（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｍａｇｎｅｔｉｃ，ＴＭ）モードの光波が出力されるように構成する必要がある。従って、この場合も種類が異なる２つの基板型光導波路素子を用意する必要があり、製造時のコストアップだけでなく、メンテナンスや配線の変更における制約が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、一つの偏波保持ファイバ（コア）内で光の送受信を行うことにより偏波クロストークを低減しつつ、一対の基板上の複数の送受信ユニットの構成を共通化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る光伝送装置は、ある偏波状態の光波を出射可能な光送信部と、光受信部と、前記光送信部及び前記光受信部に接続され、異なる偏波状態の光波を分波および合波可能な偏波合分波部と、前記偏波合分波部に接続されかつ偏波保持光ファイバの一方の端部と接続可能な接続部と、を有する送受信ユニットを基板上に複数有する光伝送装置であって、前記複数の送受信ユニットの前記接続部は、前記基板上に第一方向に並列して配設され、少なくとも一対の前記接続部が前記第一方向に垂直な方向に延びる仮想対称軸線に対して対称な位置に配設されており、前記対称な位置に配設される一対の前記接続部において、一方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを前記仮想対称軸線に対して反転させた向きと、他方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交するように構成されている。
【０００８】
上記態様に係る光伝送装置によれば、第一方向に垂直に伸びる仮想対称軸線に対して対称な位置にそれぞれ配設される複数の送受信ユニットにおいて、一方の接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを前記仮想対称軸線に対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。
これにより、上記光伝送装置の接続部と、少なくとも上記複数の送受信ユニットと同じ構成を備える光伝送装置の接続部との一対の接続部が互いに偏波保持光ファイバで接続されて、双方向光伝送装置の構成を取る際において、偏波保持光ファイバ内で双方向に伝播する光波間の偏波クロストークを低減しつつ、一対の光伝送装置における少なくとも複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
【０００９】
また、上記態様に係る光伝送装置は、前記複数の送受信ユニットのうち、前記接続部が隣接する送受信ユニットにおいて、一方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを前記仮想対称軸線に対して反転させた向きと、他方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交するように構成されてもよい。
【００１０】
この場合、隣接する接続部において、主電界の向きがそれぞれ略直交するため、隣接する偏波保持光ファイバ内を同一方向に伝播する光波の主電界の向きがそれぞれ略直交し、偏波クロストークを低減することができる。
【００１１】
また、上記態様に係る送受信ユニットが、前記光受信部と前記偏波合分波部との間又は前記光送信部と前記偏波合分波部との間の少なくとも一方に配設された、光波の電界面を９０°回転可能な偏波ローテータをさらに有してもよい。
【００１２】
この場合、例えば偏波合分波部から光受信部に向かう光波がＴＭモードであって、ＴＭモードよりＴＥモードの光波の受信効率が高い光受信部を用いる際に、偏波ローテータがＴＭモードの電界面を９０°回転させたＴＥモードに変換させてから光受信部に受信させることで、光受信部の受光効率を向上させることができる。また、光送信部においては、たとえばＴＥモードで効率の高い変調器を使用するため、送信側での変調器やＬａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ（ＬＤ）は全て同一偏波に設計しておき、ＴＭモードとして出力したい送受信部のみを偏波ローテータで回転することができる。
【００１３】
また、上記態様に係る前記複数の送受信ユニットにおける各接続部同士は等間隔をあけて前記基板上に配設されていてもよい。
【００１４】
この場合、接続部が基板上に等間隔をあけて配設されていることにより、例えば複数の偏波保持光ファイバのうち、それぞれ両端部以外の箇所などを束ねてから一対の光伝送装置に接続する際に、偏波保持光ファイバの束の両端部のうち少なくとも一方の端部における各偏波保持光ファイバの間隔を同等にすることができる。これにより、偏波保持光ファイバの束の両端部のうち少なくとも一方の端部における各偏波保持光ファイバがいずれも光伝送装置に容易に接続可能となり、光伝送装置の設置時の作業性を向上させることができる。
【００１５】
また、上記態様に係る複数の送受信ユニットの前記接続部は、前記基板上において前記第一方向に垂直な第二方向にも配設されていてもよい。
【００１６】
この場合、基板上に２方向に送受信ユニットが配設されることで、より多くの送受信ユニットを基板上に配設することが可能となり、より大容量の通信が可能な光伝送装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明の第２態様に係る双方向光伝送装置は、上記態様に係る光伝送装置の前記接続部と、前記光伝送装置のうち少なくとも前記複数の送受信ユニットと同じ構成を備えた光伝送装置の接続部との一対の接続部が互いに前記偏波保持光ファイバで接続されて構成されている。
【００１８】
上記第２態様に係る双方向光伝送装置によれば、第一方向に垂直に伸びる仮想対称軸線に対して対称な位置にそれぞれ配設される複数の送受信ユニットにおいて、一方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを前記仮想対称軸線に対して反転させた向きと、他方の前記接続部から外部へ出射される光波の前記接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。
このため、偏波保持光ファイバ内で双方向に伝播する光波間の偏波クロストークを低減しつつ、一対の光伝送装置における少なくとも複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
【００１９】
また、上記第２態様に係る双方向光伝送装置が、上記態様に係る光伝送装置に接続され、複数のコアを有する偏波保持マルチコア光ファイバをさらに備えていてもよい。
【００２０】
この場合、偏波保持マルチコア光ファイバを用いて光伝送装置同士を接続することにより、光伝送装置を比較的簡易な構成で実現することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の上記態様によれば、偏波クロストークを低減しつつ、一対の光伝送装置における少なくとも複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る光伝送装置の構成を示す図である。
【図２】図１の偏波合分波部の構成を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る光伝送装置の構成を示す図である。
【図４】図３の光伝送装置の変形例を説明する図であり、偏波保持光ファイバと光伝送装置との接続部の断面図である。
【図５】図３の光伝送装置の変形例を説明する図であり、偏波保持光ファイバと光伝送装置との接続部の断面図である。
【図６】グレーティングカプラの構成を示す図である。
【図７】第３実施形態に係る光伝送装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る双方向光伝送装置の構成を、図１を参照しながら以下に説明する。
図１に示すように、双方向光伝送装置１０は光伝送装置１ａ、１ｂ、および複数の偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄを備える。
【００２４】
図１に示すように、光伝送装置１ａは、基板２ａと、基板２ａ上に配設された送受信ユニット８ａ〜８ｄを備える。送受信ユニット８ａ〜８ｄは、基板２ａ上に第一方向Ａに並列して配設されている。光伝送装置１ｂは、基板２ｂと、基板２ｂ上に配設された送受信ユニット８ｅ〜８ｈを備える。送受信ユニット８ｅ〜８ｈは、基板２ｂ上に第一方向Ａに並列して配設されている。送受信ユニット８ａ〜８ｈはそれぞれ、光送信部３ａ〜３ｈ、光受信部４ａ〜４ｈ、偏波合分波部５ａ〜５ｈ、及び接続部７ａ〜７ｈを備える。本実施形態において第一方向Ａは直線状である。
【００２５】
光伝送装置１ａ、１ｂとしては、例えばＳｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）基板を用いた素子が挙げられる。また、インジウムリン（ＩｎＰ）基板上に光導波路が形成されていてもよい。
光伝送装置１ａ、１ｂとしてＳＯＩ基板を用いる場合には、アンドープＳｉで形成され、平面を有する基板２ａ、２ｂを用いる。基板２ａ、２ｂ上に例えば３μｍ程度の厚みを有する不図示のＳｉＯ２で形成されるＢｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ（ＢＯＸ）層である下クラッドと、その上部にＳＯＩ層により作製されるＳｉのコア及びたとえばその上部にＳｉＯ２で形成した上クラッドとからなるＳｉ導波路を作製することができる。
Ｓｉ導波路は、矩形の導波路及びリブ型の導波路を基本構造とした方向性結合器などの各要素デバイスを構成し、基板２ａ、２ｂ上で各要素デバイスがそれぞれ接続される。これにより、１チップ（１素子）上に集積デバイスを形成することができる。
ここで、基板２ａ、２ｂは互いに同一の基板を用いているが、これに限定されず、基板２ａ、２ｂは互いに異なる基板を用いてもよい。
【００２６】
光送信部３ａ〜３ｄは、基板２ａ上に実装されている。光送信部３ｅ〜３ｈは、基板２ｂ上に実装されている。
光送信部３ａ〜３ｈとしては、例えばインジウムリン（ＩｎＰ）系の材料で構成されたＬａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ（ＬＤ）を用いることができる。光送信部３ａ〜３ｈとしてＩｎＰ系のＬＤを用いることで間接遷移型バンドギャップを持ち非発光なデバイスであるシリコンを導波路として使用するとともに、１チップ上に送受信に必要な光部品も集積することができる。
光送信部３ａ〜３ｈは、偏光された光波を出射する。図示の例では、光送信部３ａ、３ｃ、３ｆ、ｄｈはＴＥモードの光波を出射しており、光送信部３ｂ、３ｄ、３ｅ、３ｇはＴＭモードの光波を出射している。ＴＥモードの光波は、電界面の向きが基板２ａ、２ｂの平面に平行であり、ＴＭモードの光波は、電界面の向きが基板２ａ、２ｂに対して垂直である。
また、光送信部３ａ〜３ｈとしてＬＤを用いる場合、ＬＤと光導波路との接続部には、ＬＤの持つ大きなモードフィールド径に合せるために、モードコンバータを利用することもできる。これにより損失を低減することができる。
なお、光送信部３ａ〜３ｈは基板２ａ、２ｂ上に実装されていなくてもよく、例えば基板２ａ、２ｂの外部にＬＤを配設して、このＬＤから基板２ａ、２ｂに対して光を入力してもよい。この場合には、基板２ａ、２ｂ上に配設された各入力端を、光送信部３ａ〜３ｈとみなすことができる。
なお、共通化の観点から、例えば光伝送装置１ａの外部にＬＤが配設される場合は、光伝送装置１ｂについても外部にＬＤが配設されるように構成することが好ましい。
【００２７】
ここで、本発明において、ＴＥモードとは、光伝送装置１ａ、１ｂにおいて主電界面が基板２ａ、２ｂに対して水平となるモードの事を指す。また、本実施形態において、ＴＭモードとは、光伝送装置１ａ、１ｂにおいて主電界面が基板２ａ、２ｂに対して垂直となるモードの事を指す。なお、上記のＴＥモードとは厳密には光の進行方向に対して電界が垂直方向にのみ存在するモードのことを指し、光伝送装置１ａ、１ｂにおいては厳密なＴＥモードとはならないが、本実施形態ではこれもＴＥモードと定義する。
【００２８】
また、光伝送装置１ａ、１ｂと偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄとの接続において、基板側のＴＥモードの導波方向に垂直な面内における主電界の向きと、偏波保持ファイバのスローまたはファスト軸の意図した方向とを合わせて接続する際には、０度で接続することが望ましいが、ここで、この角度は０°に限定されず、光伝送装置１０が正常に機能する範囲内でずれが生じてもよい。その場合、この角度が具体的には−１０°〜＋１０°をなす範囲で、対応する偏波保持光ファイバと偏波合分波部とをそれぞれ接続することが好ましい。
なお、本実施形態における「略直交」とは、光波が光伝送装置１ａ、１ｂ内に伝達された際にＴＥモード若しくはＴＭモードとして正常に機能する範囲をいう。すなわち、「略直交」とは厳密に９０°を指す概念ではなく、例えば９０°±１０°であればよい。
【００２９】
また、データを光に変換する場合、光送信部３ａ〜３ｈに直接又は光送信部３ａ〜３ｈと偏波合分波部５ａ〜５ｈとの間に不図示の変調器を設けてもよい。
この場合、変調器としてリング共振器や、マッハツェンダ型光変調器などの、基板２ａ、２ｂ上に実装可能な変調器を利用することができる。特に高速動作に適した変調としてキャリアプラズマ効果を利用した変調が挙げられる。この場合、Ｓｉが半導体であることを利用して、イオン注入によりｐｎ接合を形成し、電圧を印加することによりキャリアの濃度を変化させることで、変調器を伝播する光の位相を変調することができる。このような変調器は通常、導波路の持つ二つの互いに略直交する偏光を持つ導波モードの内、片方のモードに合わせて設計され、異なる偏波面に対応するためには、設計を変える必要がある。
【００３０】
光受信部４ａ〜４ｈとしては、例えばＰｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＰＤ）素子を用いることができる。また、基板２ａ、２ｂ上にゲルマニウム（Ｇｅ）を成長させたＧｅＰＤを利用してもよい。ＰＤについては、両偏波を同時に受信できる形状はあるが、通常はそれぞれの偏波に対して異なる特性をもつことから、受信感度を最大化するなど、特性面から各偏波に応じた設計が望ましい。
光受信部４ａ〜４ｄは基板２ａ上に実装され、光受信部４ｅ〜４ｈは基板２ｂ上に実装されている。
なお、光受信部４ａ、４ｂは基板２ａ、２ｂ上に実装せずに基板２ａ、２ｂの外部に実装して、基板２ａ、２ｂの外部で光を受信することもできる。なお、この場合、基板上の、光信号が外部へ出力される出力端を光受信部とみなすことができる。
【００３１】
偏波合分波部５ａ〜５ｈは、異なる偏波状態の光波を分波および合波可能である。偏波合分波部５ａは、光送信部３ａおよび光受信部４ａに対して光導波路により接続されている。同様に、偏波合分波部５ｂ〜５ｈはそれぞれ、光送信部３ｂ〜３ｈおよび光受信部４ｂ〜４ｈに対して光導波路により接続されている。偏波合分波部５ａ〜５ｈには、例えば方向性結合器を用いることができる。
方向性結合器では、導波路のＴＥモードとＴＭモードとの間に実効屈折率差があることを利用して、異なるビート長を持ち、片方の偏波のみを選択的に遷移させることが可能である。
【００３２】
図２は偏波合分波部５ａに方向性結合器５０を用いた場合の概念図である。なお、偏波合分波部５ｂ〜５ｈについても図２と同様の構成である。
図２に示すように、偏波合分波部５ａは、光導波路５１、５２を有する。光導波路５１は、第１のポート５１ａと、曲がり導波路５１ｂと、直線導波路５１ｃと、曲がり導波路５１ｄと、第３のポート５１ｅと、を有する。光導波路５２は、第２のポート５２ａと、曲がり導波路５２ｂと、直線導波路５２ｃと、を有する。方向性結合器５０では、矩形形状のシリコン導波路から不連続な断面を有することなく連続的に各導波路と接続されることが可能である。
第１のポート５１ａは、光送信部３ａに接続されている。第２のポート５２ａは、光受信部４ａに接続されている。第３のポート５１ｅは、接続部７ａ（図１参照）に接続されている。
【００３３】
光導波路５１、５２は、第１のポート５１ａ及び第２のポート５２ａから直線導波路５１ｃおよび直線導波路５２ｃに向かって、曲がり導波路５１ｂ、５２ｂによって互いになだらかに接近するように曲げられる。直線導波路５１ｃおよび直線導波路５２ｃは、光が選択的に遷移可能な所定の間隔を空けて互いに平行に配置され、方向性結合器５０を構成する。そして光導波路５１は、曲がり導波路５１ｄによって光導波路５２から第３のポート５１ｅ近傍までなだらかに離れる方向に曲げられ偏波保持光ファイバ６に接続される。一方、光導波路５２は光導波路５１からなだらかに離れる方向に曲げられて終端される。
【００３４】
第１のポート５１ａには、光送信部３ａが出射したＴＥモードの光波が入射する。第１のポート５１ａから入射したＴＥモードの光波は、曲がり導波路５１ｂを通過し、光導波路５２に遷移することなく、直線導波路５１ｃ、曲がり導波路５１ｄ、第３のポート５１ｅ、および接続部７ａを介して、偏波保持光ファイバ６ａ内に進入する。
一方、第３のポート５１ｅには、偏波保持光ファイバ６ａ内をＴＥモードの光波の進行方向と逆方向に進行するＴＭモードの光波が入射する。第３のポート５１ｅに入射したＴＭモードの光波は、曲がり導波路５１ｄを通過し、方向性結合器５０内で直線導波路５１ｃから直線導波路５２ｃに遷移する。直線導波路５２ｃに遷移されたＴＭモードの光波は曲がり導波路５２ｂに進入する。曲がり導波路５２ｂに進入したＴＭモードの光波は、第２のポート５２ａを介して、光受信部４ａに入射する。
つまり、光導波路５１において、第３のポート５１ｅから直線導波路５１ｃの途中にかけて、ＴＭモードとＴＥモードとの２種類のモードの光波が共存する。
なお、第３のポート５１ｅと偏波保持光ファイバ６ａとの間には、モードフィールド径を調整するために不図示のモードコンバータが配置されてもよい。
【００３５】
なお、光導波路の場合、ＴＥモードの方が実効屈折率が高いため、ＴＭモードの方が他方に遷移しやすい。そのため、図２では、光導波路５１を伝播するＴＭモードの光波が光導波路５２に遷移するように構成される。しかしながら、方向性結合器は、図２の構成に限定されず、使用する光送信部及び光受信部の種類に対応するように適宜設計可能である。例えば実行屈折率の条件を調整して、光導波路５１を伝播するＴＥモードの光波が光導波路５２に遷移するように構成してもよい。その場合、第３のポート５１ｅにはＴＥモードの光波が入射し、光導波路５１を伝播するように構成される。
また、図２では光導波路５１、５２の両方がそれぞれ曲がり導波路を有するが、光導波路５１、５２の一方のみに曲がり導波路を設けて方向性結合器５０を構成してもよい。
【００３６】
図１に示すように、偏波合分波部５ａ〜５ｈは、接続部７ａ〜７ｈに接続されている。接続部７ａ〜７ｈには、偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄの一方の端部が接続される。各接続部７ａ〜７ｈは、第一方向Ａに等間隔をあけて配設されている。
【００３７】
ここで、光送信部３ａ〜３ｈが出射する光波のモードに着目すると、光伝送装置１ａについては、光送信部３ａ、３ｃはＴＥモードの光波を出射し、光送信部３ｂ、３ｄはＴＭモードの光波を出射している。同様に、光伝送装置１ｂについては、光送信部３ｆ、３ｈはＴＥモードの光波を出射し、光送信部３ｅ、３ｇはＴＭモードの光波を出射している。このように、光伝送装置１ｂの各光送信部の配置および出射する光波のモードは、光伝送装置１ａの各光送信部の配置および出射する光波のモードと一致している。
また、光受信部４ａ〜４ｈに入射する光波のモードに着目すると、光伝送装置１ａについては、光受信部４ａ、４ｃにはＴＭモードの光波が入射し、光受信部４ｂ、４ｄはＴＥモードの光波が入射している。同様に、光伝送装置１ｂについては、光受信部４ｆ、４ｈはＴＭモードの光波が入射し、光受信部４ｅ、４ｇはＴＥモードの光波が入射している。このように、光伝送装置１ｂの各光受信部の配置および入射する光波のモードは、光伝送装置１ａの各光送信部の配置および出射する光波のモードと一致している。
従って、基板上の複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。また、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いれば光伝送装置１ａ、１ｂを共通化することもできる。さらに、各偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄ内を伝播する二つのモードの伝播方向が互いに逆方向となるため、単一コア内での偏波クロストークを低減することができる。
【００３８】
次に、上記のように偏波クロストークを低減しつつ、基板上の複数の送受信ユニットの構成を共通化するための条件について説明する。
【００３９】
図１に示すように、光伝送装置１ａ、１ｂを、それぞれの偏波合分波部同士が対向するように配置させ、向かい合う送受信ユニット同士を偏波保持光ファイバで接続した場合について考える。この場合、送受信ユニット８ａ、８ｅが対となって機能する。１心送受信を行いながら基板上の複数の送受信ユニットの構成を共通化するための条件は、まず、光送信部から出射される光波と光受信部に入射する光波とが共存する導波路において、それぞれの光波の導波方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交すること、つまりそれぞれの光波が異なる偏波モードの光波であることである。従って、本実施形態では対となる送受信ユニットの光送信部３ａ、３ｅが出射する光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交するように構成される。また、対となる送受信ユニットの光受信部４ａ、４ｅに入射する光波の導波方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交するように構成される。
同様に送受信ユニット８ｂ、８ｆ、送受信ユニット８ｃ、８ｇ、及び送受信ユニット８ｄ、８ｈが対となって機能し、光送信部から出射される光波と光受信部に入射する光波とが共存する導波路において、それぞれの光波の導波方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交するように構成される。
【００４０】
さらに基板上の複数の送受信ユニットの構成を共通化するには、１つの光伝送装置内で対象な位置に配設される一対の接続部において、一方の接続部から外部へ出射される光波の接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波の接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交するように構成されている必要がある。
図１では、光伝送装置１ａ内において送受信ユニット８ｂの接続部７ｂと送受信ユニット８ｃの接続部７ｃとが、仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置に配設されている。そして、送受信ユニット８ｂ、８ｃの光送信部３ｂ、３ｃが出射する光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交している。さらに送受信ユニット８ｂ、８ｃの光受信部４ｂ、４ｃに入射する光波の入射方向に垂直な面内における主電界の向きも互いに略直交している。送受信ユニット８ｂ、８ｃと同様に、送受信ユニット８ａ、８ｄの接続部７ａ、７ｄについても、仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置に配設されている。そして、光送信部３ａ、３ｄから出射される光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きも互いに略直交している。また、光受信部４ａ、４ｄに入射する光波の入射方向に垂直な面内における主電界の向きも互いに略直交している。
【００４１】
これにより、例えば、光伝送装置１ａ側に存在し得る光波を一例に取ると、接続部７ｂから外部（偏波保持光ファイバ６ｂ）へ出射される光波の接続部７ｂにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、接続部７ｃから外部（偏波保持光ファイバ６ｃ）へ出射される光波の接続部７ｃにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。さらに、接続部７ａから外部（偏波保持光ファイバ６ａ）へ出射される光波の接続部７ａにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、接続部７ｄから外部（偏波保持光ファイバ６ｄ）へ出射される光波の接続部７ｄにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。
【００４２】
ここで、一つの光伝送装置に設けられる送受信ユニットが偶数個（２Ｎ個）の場合、並列に配置される送受信ユニットの接続部のうち、列の一番上から数えてＮ番目の送受信ユニットの接続部とＮ＋１番目の送受信ユニットの接続部との間に第一方向Ａと垂直な方向に延びる仮想対称軸線Ｏが設けられていればよい。一方、一つの光伝送装置に設けられる送受信ユニットが奇数（２Ｎ＋１）個の場合、並列に配置される送受信ユニットの接続部のうち、列の一番上から数えてＮ＋１番目の送受信ユニットの接続部上において第一方向Ａと垂直な方向に延びる様に仮想対称軸線Ｏが設けられていればよい。
なお、本実施形態における「略直交」とは、光波が光伝送装置１ａ、１ｂ内に伝達された際にＴＥモード若しくはＴＭモードとして正常に機能する範囲をいう。すなわち、「略直交」とは厳密に９０°を指す概念ではなく、例えば−１０°〜＋１０°であればよい。
さらに、本実施形態において、仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置とは、仮想対称軸線Ｏから数えて同じ順番に配置されていることを意味し、仮想対称軸線Ｏからの距離が等しくなくてもよい。
【００４３】
より詳しく説明すると、図１に示すように、送受信ユニット８ａは、偏波保持光ファイバ６ａを介して送受信ユニット８ｅに接続されている。これにより、光送信部３ａが出射したＴＥモードの光波は、偏波保持光ファイバ６ａを通過して、光受信部４ｅに入射する。また、光送信部３ｅが出射したＴＭモードの光波は、偏波保持光ファイバ６ａを通過して、光受信部４ａに入射する。
同様に送受信ユニット８ｂ、８ｆにおいては、送受信ユニット８ｂは、偏波保持光ファイバ６ｂを介して送受信ユニット８ｆに接続されている。これにより、光送信部３ｂが出射したＴＭモードの光波は、偏波保持光ファイバ６ｂを通過して、光受信部４ｆに入射する。また、光送信部３ｆが出射したＴＥモードの光波は、偏波保持光ファイバ６ｂを通過して、光受信部４ｂに入射する。
送受信ユニット８ｃ、８ｇについては、送受信ユニット８ａ、８ｅと同様の構成、送受信ユニット８ｄ、８ｈについては、送受信ユニット８ｂ、８ｆと同様の構成により光信号の送受信が行われる。
【００４４】
なお、送受信ユニットの配置は図１の例に限定されず、１つの光伝送装置内で第一方向Ａに垂直に伸びる仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置に配設されている一方の接続部からから外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交していれていれば他の配置でもよい。例えば、図１を平面視した際において、送受信ユニットの接続部が上から７ａ、７ｃ、７ｂ、７ｄの順に配置されていてもよい。ただし、隣接する送受信ユニットの導波路を同一方向に伝播する光波同士の隣接コア間の偏波クロストークを低減する観点から、図１のように隣接する２つの送受信ユニットの接続部において、それぞれが接続される光送信部から出射される光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きがそれぞれ略直交するように構成されていることが好ましい。
【００４５】
また、図１では、送受信ユニット全体が第一方向Ａに並列されているが、これに限定されない。１つの光伝送装置内で少なくとも接続部が第一方向Ａに配設されていれば、必ずしも光送信部、光受信部、偏波合分波部については第一方向Ａに並列されていなくてもよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態における光伝送装置１ａ、１ｂによれば、例えば、光伝送装置１ａの送受信ユニット８ａ〜８ｄのうち、接続部が仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置に配設される一対の送受信ユニットにおいて、一方の接続部からから外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交するように構成される。それにより、送受信ユニット８ａと８ｈ、送受信ユニット８ｂと８ｇ、送受信ユニット８ｃと８ｆ、及び送受信ユニット８ｄと８ｅにそれぞれ同じものを使用することができる。このため、光伝送装置１ａの接続部と、光伝送装置１ｂのうち少なくとも複数の送受信ユニットと同じ構成を備える光伝送装置１ｂの接続部との一対の接続部が互いに偏波保持光ファイバで接続されて、双方向光伝送装置１０の構成を取る際において、偏波保持光ファイバ内で双方向に伝播する光波間における単一コア内での偏波クロストークを低減しつつ、一対の光伝送装置１ａ、１ｂにおける少なくとも複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
また、本実施形態に係る双方向光伝送装置１０は、光伝送装置１ａの接続部と、光伝送装置１ｂのうち少なくとも複数の送受信ユニットと同じ構成を備えた光伝送装置１ｂの接続部との一対の接続部が互いに偏波保持光ファイバで接続されて構成されている。
このため、第一方向Ａに垂直に伸びる仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置にそれぞれ配設される複数の送受信ユニットにおいて、一方の接続部からから外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。このため、偏波保持光ファイバ内で双方向に伝播する光波間における単一コア内での偏波クロストークを低減しつつ、一対の光伝送装置における少なくとも複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
従って、比較的簡易な構成で光伝送装置１ａ、１ｂまたは双方向光伝送装置１０を実現することができ、製造コストの低減、及びメンテナンス性の向上を実現できる。
また、本実施形態では、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いれば光伝送装置１ａおよび光伝送装置１ｂの構成を共通化することも可能となる。従って、この場合、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いない場合と比べて、より一層簡易な構成で光伝送装置１ａ、１ｂおよび双方向光伝送装置１０を実現することができる。また、この場合においても、光伝送装置１ａ、１ｂまたは双方向光伝送装置１０の製造コストの低減、及びメンテナンス性の向上を実現できる。
また、双方向光伝送装置１０においては、一対の光伝送装置１ａ、１ｂを接続する偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄ内を伝播する二つのモードの伝播方向が互いに逆方向となるため、単一コア内での偏波クロストークを低減することができる。
【００４７】
また、接続部７ａ〜７ｈが基板２ａ、基板２ｂ上に等間隔をあけて配設されていることにより、例えば偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄを束ねてから光伝送装置１ａ、１ｂに接続する際に、偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄの束の両端部における各偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄの間隔を同等にすることができる。これにより、偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄの束の両端部がいずれも光伝送装置１ａ、１ｂに容易に接続可能となり、光伝送装置１０を比較的簡易な構成で実現することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、偏波保持マルチコア光ファイバを用いている点が第１実施形態と異なる。
【００４９】
図３に示すように、本実施形態の双方向光伝送装置２０は、２つのコア６１ｂ、６１ｃを有する偏波保持マルチコア光ファイバ６１を備えている。コア６１ｂ、６１ｃは偏波保持マルチコア光ファイバ内で隣接している。光伝送装置１ａは、基板２ａ上で隣接する２つの送受信ユニット８ｂ、８ｃを第一方向Ａに沿って、備えている。また、光伝送装置１ｂは、基板２ｂ上で隣接する２つの送受信ユニット８ｆ、８ｇを第一方向Ａに沿って、備えている。なお、光伝送装置１ａ、１ｂは２つ以上の送受信ユニットを備えていてもよい。
【００５０】
図３に示すように、コア６１ｂの両端部は、光伝送装置１ａ、１ｂの接続部７ｂ、７ｆに接続されている。コア６１ｃの両端部は、光伝送装置１ａ、１ｂの接続部７ｃ、７ｇに接続されている。
コア６１ｂ内を光伝送装置１ｂに向かって伝播する光波は基板２ｂ上でＴＭモードとなり、光伝送装置１ａに向かって伝播する光波は基板２ａ上でＴＥモードとなる。さらに、コア６１ｃ内を光伝送装置１ａに向かって伝播する光波は基板２ａ上でＴＥモードになり、光伝送装置１ｂに向かって伝播する光波は基板２ｂ上でＴＭモードとなる。このように、偏波保持マルチコア光ファイバ６１内の隣接するコア６１ｂ、６１ｃにおいて、同一方向に伝播する光波の導波方向に垂直な面内における主電界の向きは互いに略直交している。
【００５１】
本実施形態の双方向光伝送装置２０によれば、第１実施形態と同様に、隣接する光送信部３ｂ、３ｃから出射される光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交するため、また、隣接する光受信部４ｂ、４ｃから出射される光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交するため、隣接する送受信ユニットの導波路内及び偏波保持光ファイバの隣接するコア６１ｂ、６１ｃ内を同一方向に伝播する光波の導波方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交し、隣接コア間の偏波クロストークを低減することができる。特に基板上での単一コア内での偏波クロストークに加え、特にマルチコアファイバ等のファイバでは、隣接コアで同一偏波の方向が逆となるため、同一方向時に特に課題となる隣接コア間の偏波クロストークを低減することができる。
また、本実施形態における光伝送装置１ａ、１ｂにおいては、図３のように配置することによって、送受信ユニット８ｂと８ｇ、及び送受信ユニット８ｃと８ｆにそれぞれ同じものを使用することができる。このため、光伝送装置１ａの接続部と、光伝送装置１ｂのうち少なくとも複数の送受信ユニットと同じ構成を備える光伝送装置１ｂの接続部との一対の接続部が互いに偏波保持マルチコア光ファイバ６１で接続されて、双方向光伝送装置２０の構成を取る際において、偏波保持光ファイバ内で双方向に伝播する光波間の隣接コア間の偏波クロストークを低減しつつ、一対の光伝送装置１ａ、１ｂにおける少なくとも複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いれば光伝送装置１ａおよび光伝送装置１ｂの構成を共通化することも可能となる。また、この場合、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いない場合と比べて、より一層簡易な構成で光伝送装置１ａ、１ｂまたは双方向光伝送装置２０を実現することができる。
また、偏波保持マルチコア光ファイバ６１を用いて光伝送装置１ａ、１ｂを接続することにより、複数の偏波保持光ファイバを用いて接続する必要がなく、双方向光伝送装置２０を比較的簡易な構成で実現することができる。また、偏波保持マルチコア光ファイバ６１は、１本の光ファイバでたとえばＮ個のコアを有することから、偏波保持マルチコア光ファイバ６１を用いることにより、Ｎ本の光ファイバを使って束ねた光ケーブルに比べ、同一容量の伝送が１本の光ファイバで実現可能となる。このため、光ファイバにおける調心時のコストを低減することができる。また、より細径の光ケーブルを実現することが可能となるため、光ケーブルを曲げることが容易となり、かつ配線の際に配線スペースを節約できるので、光ケーブルの取り扱い性を向上することができる。
【００５２】
なお、図３では偏波保持マルチコア光ファイバ６１が有するコアの数は２であったが、以下に示すような３つ以上のコアを有する偏波保持マルチコア光ファイバを用いてもよい。
【００５３】
図４は、光伝送装置１ａの接続部に接続され、８つのコア６２ａ〜６２ｈを備える偏波保持マルチコア光ファイバ６２の、光伝送装置１ａ側から見た場合の接続面を示す図である。図示は省略するが、光伝送装置１ａ、１ｂには、コア６２ａ〜６２ｈに接続される送受信ユニットが配設されている。光伝送装置１ａ、１ｂの接続部（接続面）はコア６２ａ〜６２ｈに対応する位置に配置される。本実施形態の送受信ユニットの接続部は、第一方向Ａに加えて、これに垂直な第二方向Ｂにも並設されている。これに伴い、光伝送装置１ａのそれぞれの接続部に接続されるコア６２ａ〜６２ｈも、第一方向Ａと、第二方向Ｂとの双方向に並設されている。コア６２ａ〜６２ｈ内には、双方向に光波が伝播している。図４では、接続部において、偏波保持マルチコア光ファイバ６２内に向かう光波の導波方向に垂直な面内における主電界の向き（以下、送信側偏波方向という）を実線の矢印で記し、光伝送装置１ａに向かう光波の導波方向に垂直な面内における主電界の向き（以下、受信側偏波方向という）を破線の矢印で記している。
【００５４】
図４に示すように、第一方向Ａに垂直に伸びる仮想対称軸線ｙに対して、コア６２ａおよびコア６２ｄは対称な位置に配設されている。そして、コア６２ａの送信側偏波方向と、コア６２ｄの送信側偏波方向とは互いに略直交している。同様に、仮想対称軸線ｙに対して、コア６２ｂおよびコア６２ｃは対称な位置に配設されている。そして、コア６２ｂの送信側偏波方向と、コア６２ｃの送信側偏波方向とは互いに略直交している。これにより、第１実施形態と同様に、これらのコア６２ａ〜６２ｈに接続される一対の送受信ユニットの構成を同様にすることが可能となり、一対の基板上の複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。また、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いれば光伝送装置１ａ、１ｂの構成を共通化することもできる。従って、この場合、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いない場合と比べて、より一層簡易な構成で光伝送装置１ａ、１ｂおよび双方向光伝送装置２０を実現することができる。
【００５５】
また、図４では、第二方向Ｂに垂直に伸びる仮想対称軸線ｚに対しても、コア６２ａおよびコア６２ｅは対称な位置に配設されている。そして、コア６２ａの送信側偏波方向と、コア６２ｅの送信側偏波方向とは互いに略直交している。同様に、仮想対称軸線ｚに対して、コア６２ｂおよびコア６２ｆは対称な位置に配設されている。そして、コア６２ｂの送信側偏波方向と、コア６２ｆの送信側偏波方向とは互いに略直交している。コア６２ｃおよび６２ｇ、６２ｄおよび６２ｈについても、同様の関係が成立している。これにより、これらのコア６２ａ〜６２ｈに接続される一対の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
【００５６】
なお、図４では第一方向Ａに垂直に伸びる仮想対称軸線ｙに対しても、第二方向Ｂに垂直に伸びる仮想対称軸線ｚに対しても、対称な位置に配設されている送受信ユニットの光送信部が出射する光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交しているが、これに限定されない。つまり、第一方向Ａに垂直に伸びる仮想対称軸線ｙ又は第二方向Ｂに垂直に伸びる仮想対称軸線ｚの少なくとも一方の仮想対称軸線に対して対称な位置に配設されている送受信ユニットの光送信部が出射する光波の出射方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交されていればよい。
【００５７】
ただし、図４のように配置することで隣接する送受信ユニットの導波路を伝播する光波同士における隣接コア間の偏波クロストークを低減することができる。
つまり、図４に示すように、コア６２ａはコア６２ｂに第一方向Ａに隣接している。また、コア６２ａの送信側偏波方向と、コア６２ｂの送信側偏波方向と、は互いに略直交している。同様に、他の第一方向Ａに隣接するコア同士の送信側偏波方向は互いに互いに略直交している。これにより、第一方向Ａに隣接するコア同士で、同じ方向に伝播する光波の伝搬方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交することになり、隣接コア間の偏波クロストークを低減することができる。
また、図４に示すように、コア６２ａはコア６２ｅに第二方向Ｂに隣接している。また、コア６２ａの送信側偏波方向と、コア６２ｅの送信側偏波方向と、は互いに略直交している。同様に、他の第二方向Ｂに隣接するコア同士の送信側偏波方向は互いに略直交している。これにより、第二方向Ｂに隣接するコア同士で、同じ方向に伝播する光波の伝搬方向に垂直な面内における主電界の向きが互いに略直交することになり、隣接コア間の偏波クロストークを低減することができる。
【００５８】
また、図３のように基板２ａ、２ｂ上に２方向に送受信ユニットが配設されることで、より多くの送受信ユニットを基板２ａ、２ｂ上に配設することが可能となり、より大容量の通信が可能な双方向光伝送装置２０を提供することができる。
なお、図４では第一方向Ａ及び第二方向Ｂは直線状である。なお、本実施形態では便宜的にＡを第一方向、Ｂを第二方向としたが、第一方向をＢ、第二方向をＡと考えてもよい。
【００５９】
また、図４では、偏波保持マルチコア光ファイバ６２内で、コア６２ａ〜６２ｈは直線上に配設されていたが、これに限られず、例えば図５に示すように各コアが円周状に配設されていてもよい。
図５（ａ）では、偏波保持マルチコア光ファイバ６３が、コア６３ａ〜６３ｆを備えている。コア６３ａ〜６３ｆは、偏波保持マルチコア光ファイバ６３内で周方向Ｒ（第一方向）に沿って環状に並設されている。周方向Ｒに垂直に伸びる仮想対称軸線Ｏ’に対して、コア６３ａおよび６３ｆは対称な位置に配設されている。そして、コア６３ａの送信側偏波方向は仮想対称軸線Ｏ’に平行な方向であり、コア６３ｆの送信側偏波方向は仮想対称軸線Ｏ’に垂直な方向であるから、コア６３ａおよび６３ｆの送信側偏波方向は互いに略直交している。同様に、仮想対称軸線Ｏ’に対して、コア６３ｂおよびコア６３ｅ、コア６３ｃおよびコア６３ｄは対称な位置に配設されている。そして、これら対称な位置に配設されている一対のコア同士で、送信側偏波方向が互いに略直交している。
このように、図５（ａ）のように配置することによって、偏波保持マルチコア光ファイバ６３の両端部に接続される複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
また、それにより光伝送装置１ａ、１ｂの製造時のコストを削減し、メンテナンスや配線の変更における制約を抑制することができる。さらに、各コア間における送信側偏波方向と受信側偏波方向とが、互いに略直交しているため、コア内を伝播する光波における隣接コア間の偏波クロストークを低減することができる。
また、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いれば光伝送装置１ａ、１ｂの構成を共通化することもできる。従って、この場合、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いない場合と比べて、より一層簡易な構成で光伝送装置１ａ、１ｂまたは双方向光伝送装置２０を実現することができる。また、光伝送装置１ａ、１ｂの製造コストの低減、及びメンテナンス性の向上を実現できる。
【００６０】
図５（ｂ）では、偏波保持マルチコア光ファイバ６４が、コア６４ａ〜６４ｆを備えている。コア６４ａ〜６４ｆは、偏波保持マルチコア光ファイバ６４内で周方向Ｒ（第一方向）に沿って並設されている。コア６４ａおよび６４ｆとの間を通り、図５（ｂ）の図面下方向に沿って垂直に伸びる仮想対称軸線Ｏ’（コア６４ａおよび６４ｆとの距離は略同一）に対して、コア６４ａおよび６４ｆは対称な位置に配設されている。そして、コア６４ａの送信側偏波方向は仮想対称軸線Ｏ’に約４５°傾いた方向であり、コア６４ｆの送信側偏波方向はコア６４ａにおける送信側偏波方向に互いに同一方向である。同様に、仮想対称軸線Ｏ’に対して、コア６４ｂおよびコア６４ｅ、コア６４ｃおよびコア６４ｄは対称な位置に配設されている。そして、これら対称な位置に配設されている一対のコア同士のうち、コア６４ｂおよびコア６４ｅについては、送信側偏波方向が互いに略直交しており、コア６４ｃおよびコア６４ｄについては、送信側偏波方向が互いに同一方向である。
このように、本実施形態における光伝送装置１ａ、１ｂにおいては、図５（ａ）のように配置することによって、偏波保持マルチコア光ファイバ６４の両端部に接続される複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。また、それにより光伝送装置の製造時のコストを削減し、メンテナンスや配線の変更における制約を抑制することができる。さらに、隣接コア間における送信側偏波方向と受信側偏波方向とが、互いに略直交しているため、各コアを伝播する光波における隣接コア間の偏波クロストークを低減することができる。また、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いれば光伝送装置１ａ、１ｂを共通化することもできる。従って、この場合、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いない場合と比べて、より一層簡易な構成で光伝送装置１ａ、１ｂまたは双方向光伝送装置２０を実現することができる。
また、光伝送装置１ａ、１ｂの製造コストの低減、及びメンテナンス性の向上を実現できる。
図５（ａ）及び（ｂ）に示すような、コアが複数列、または一列ではない偏波保持マルチコアファイバとの接続口を持つ構造としては、例えば、シリコン層を多段にして端部に２層の結合部を作製することや、基板上方に光を伝送するグレーティングカプラなどを利用して実現することが可能である。
なお、図５（ａ）及び５（ｂ）では便宜的に周方向Ｒを第一方向としたが、限定されない。例えば、コア６３ａと６３ｆとが並列する直線方向を第一方向と考えてもよい。
【００６１】
以下において、グレーティングカプラ７０を図３の送受信ユニット８ｂに適用する場合を一例として、図６を用いて説明するが、本実施形態におけるいずれの送受信ユニットに適用してもよい。
グレーティングカプラ７０は、偏波合分波部５ｂの機能およびと接続部７ｂの機能および構成とを合わせもっており、図６で示す通り、基板上に配置されている。このため、本実施形態においてグレーティングカプラ７０を用いる場合は、偏波合分波部５ｂおよび接続部７ｂと替えて用いる。
次に、グレーティングカプラ７０は、導波路のコアとして使用しているシリコンを平面状に広げ、その中に光の進行方向に対して屈折率が変化するように、構造変化部７１の高さ、又は材質を変えることで構成されている。この屈折率変化により、光は基板に平行な面内の外の方向に出射、又は入射することが出来る。また、ここでは便宜上図６の円形部を、構造変化部７１と呼ぶ。
なお、導波路のコアとは、一般に光導波路を構成するコアとクラッドのうちのコアのことを示す。
さらに、偏波合分波の機能を持たせるために、上述した屈折率変化を基板に平行な面内で格子状につけ、互いに垂直に異なる方向に二つの導波路を接続することで、それぞれの導波路からグレーティングカプラ７０へ入射した光は、出射（入射）時に出射（入射）面内で互いに垂直な主電界の方向をもつ光として重ね合わされ、基板面内の外、例えば上方に配置した光ファイバに結合することができる。
また、グレーティングカプラ７０は相反であるから、前述した光ファイバにおける光の結合現象において、それぞれの導波路を導波する光と、出射（入射）面内における主電界の方向は、一対一に対応している。すなわち、基板に平行な面内の外からグレーティングカプラ７０に入射した光が、その入射方向に垂直な面内で「ある」方向に主電界を持ちグレーティングカプラ７０を介して導波路の一方に結合するならば、同じ導波路から逆方向に進行してグレーティングカプラを介して出射する光は、その出射面内において、その出射方向に垂直な面内において前述の「ある偏波」と同じ方向に主電界を持つ。ここで、出射方向と入射方向は互いに空間上で逆向きであるから、その垂直な面は、同一の面を示す。
また、上述の格子状の形状の一例としては、たとえば、図６に示すように、構造変化部７１の円形部にシリコンを除いたものを用いてもよいし、高さを変えてもよい。なお、このグレーティング形状の種類は、上述の通り、格子状に特定されない。
また、上述した二つの導波路とグレーティングカプラ７０とが接続されていない側の二つの導波路の端部のうち、一方の導波路７４は光送信部３ｂと接続され、他方の導波路７３は光受信部４ｂと接続されている。また、この二つの導波路７４、７３に対して接続されるグレーティングカプラ７０一つにつき、基板２ａに平行な面外の方向に配置された偏波保持マルチコア光ファイバ６１のコアのうち１つのコアと結合されている。このため、グレーティングカプラ７０は、基板に対して上方に向かって光を跳ね上げて、光を偏波保持マルチコア光ファイバ６１に入射させる機能を果たしている。また、上記では、グレーティングカプラ７０の表面（接続部７ｂ）は偏波保持マルチコア光ファイバ６１のコアと結合されていると説明したが、グレーティングカプラ７０の表面（接続部７ｂ）は偏波保持光ファイバのコアと結合されていてもよい。
【００６２】
次に、グレーティングカプラ７０を用いた場合における光の入出射の具体的な態様については、例えば、以下の通りとなる。すなわち、光伝送装置１ａの光送信部３ｂから出射され、図６の導波路７４に入射して±Ｙ方向に主電界面を持つ光波モードを有する光波（ＴＥモード）は、図６の＋Ｘ方向に向かって導波路７４内を伝搬し、グレーティングカプラ７０に入射される。ここで、グレーティングカプラ７０に入射された光波は、グレーティングによって基板に平行な面外の方向に出射し、偏波保持マルチコア光ファイバ６１に光波が結合される。その後、偏波保持マルチコア光ファイバ６１を介してもう一方の光伝送装置１ｂの光受信部４ｆまで伝搬される。また、この場合、光伝送装置１ｂの光送信部３ｆから出射された光波は、偏波保持マルチコア光ファイバ６１を介して、グレーティングカプラ７０に入射する。ここで、グレーティングカプラ７０に入射された光波は、±Ｘ方向に主電界面を持つ光（ＴＥモード）として図６の光受信部４ｂに接続される導波路７３に結合し、＋Ｙ方向に向かって導波路７３内を伝搬した後、光伝送装置１aの光受信部４ｂまで伝搬される。以上により、グレーティングカプラ７０を用いた場合においては、仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置に配設される一対の接続部７ｂは、接続部７ｂから基板に平行な面外の方向に入出射する際に出射光と入射光は入出射光の進行方向と垂直な面内において主電界面の向きが互いに略直交されるように構成され、各々の電界の向きに応じて結合される導波路７４又は７３はそれぞれ光送信部３ｂ及び光受信部４ｂに接続される。
【００６３】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態の双方向光伝送装置３０は、偏波ローテータを備えている点が第１実施形態と異なる。
【００６４】
図７に示すように、送受信ユニット８ａ〜８ｈは、偏波ローテータ９ａ〜９ｈをそれぞれ有する。偏波ローテータ９ａは、光波の電界面を９０°回転可能である。偏波ローテータ９ａ〜９ｈとしては、例えば国際公開第２０１４／２０７９４９号に記載されているように、シリコン導波路に対して２段階の高さを持つ構造を有する偏波変換素子を用いることができる。
図７に示すように、偏波ローテータ９ａは偏波合分波部５ａおよび光受信部４ａに接続されている。偏波合分波部５ａから出射されたＴＭモードの光波は、偏波ローテータ９ａによりＴＥモードに変換され、光受信部４ａに入射する。他の偏波ローテータ９ｃ、９ｆ、９ｈも同様に、各送受信ユニットの光受信部および偏波合分波部に接続されている。また、偏波ローテータ９ｂは光送信部３ｂ及び偏波合分波部５ｂに接続されている。光送信部３ｂから出射されたＴＥモードの光波は、偏波ローテータ９ｂによりＴＭモードに変換され、偏波合分波部５ｂに入射する。他の偏波ローテータ９ｄ、９ｅ、９ｇも同様に、各送受信ユニットの光送信部および偏波合分波部に接続されている。
【００６５】
これにより、本実施形態に係る双方向光伝送装置３０は、第１実施形態と同様に、光伝送装置１ａの接続部と、光伝送装置１ｂのうち少なくとも複数の送受信ユニットと同じ構成を備えた光伝送装置１ｂの接続部との一対の接続部が互いに偏波保持光ファイバで接続されて構成されている。
このため、例えば、光伝送装置１ａ側に存在し得る光波を一例に取ると、接続部７ｂからから外部（偏波保持光ファイバ６ｂ）へ出射される光波の接続部７ｂにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、接続部７ｃから外部（偏波保持光ファイバ６ｃ）へ出射される光波の接続部７ｃにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。さらに接続部７ａからから外部（偏波保持光ファイバ６ａ）へ出射される光波の接続部７ａにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、接続部７ｄから外部（偏波保持光ファイバ６ｄ）へ出射される光波の接続部７ｄにおける出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。
このため、第一方向Ａに垂直に伸びる仮想対称軸線Ｏに対して対称な位置にそれぞれ配設される複数の送受信ユニットにおいて、一方の接続部からから外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを仮想対称軸線Ｏに対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波のこの接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとが、互いに略直交する。このため、偏波保持光ファイバ内で双方向に伝播する光波間における隣接コア間の偏波クロストークを低減しつつ、一対の光伝送装置における少なくとも複数の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
これによって、双方向光伝送装置３０の製造時のコストを削減し、メンテナンスや配線の変更における制約を抑制することができる。また、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いれば光伝送装置１ａ、１ｂの構成を共通化することもできる。従って、この場合、基板２ａ及び２ｂに同一の基板を用いない場合と比べて、より一層簡易な構成で双方向光伝送装置３０を実現することができる。また、光伝送装置１ａ、１ｂの製造コストの低減、及びメンテナンス性の向上を実現できる。
【００６６】
本実施形態の双方向光伝送装置３０によれば、例えば光受信部４ａなどに入射する光波をＴＭモードからＴＥモードに変換することができる。光受信部の受光効率が、ＴＭモードよりＴＥモードの方が高い場合には、本実施形態のように偏波ローテータを用いることで、この高い受光効率を有するＴＥモードの光波を光受信部に入射させることができる。
さらに、光伝送装置１ａ、１ｂに配設される光受信部４ａ〜４ｈの種類を、例えばＴＥモードを受信可能な光受信部に統一することにより、製造コストを低減することができる。
【００６７】
また、本実施形態の双方向光伝送装置３０によれば、例えば光送信部３ｂなどから出射される光波をＴＥモードからＴＭモードに変換することができる。この結果、光送信部においてもたとえばＴＥモードで効率の高い変調器を作成できるため、送信側での変調器やＬＤは全て同一偏波に設計しておき、ＴＭモードとして出力したい送受信部のみを偏波ローテータで回転することが出来る。さらに、光伝送装置１ａ、１ｂに配設される光受信部の種類を統一することにより、製造コストを低減することができる。
【００６８】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００６９】
例えば、上記第１実施形態では、光伝送装置１ａ、１ｂは偶数個の送受信ユニットを備えていたが、奇数個の送受信ユニットを備えていてもよい。この場合、第一方向Ａに直交する仮想対称軸線Ｏは、第一方向Ａにおける中央の送受信ユニット上に存在する。なお、一つの光伝送装置１ａ、１ｂに並列して設けられる送受信ユニットの数は２つ以上であればよく、上記実施形態の構成に限定されない。
また、前記第１実施形態では、光伝送装置１ａ、１ｂを、偏波合分波部５ａ〜５ｈが向かい合うように対向配置されるが、これは便宜上このように示されているだけであり、本発明はこれに限られない。例えば、光伝送装置１ａから数ｋｍ程度離れた場所に光伝送装置１ｂを配置して、光伝送装置１ａ、１ｂを偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄで接続してもよい。この場合には、例えば偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄをテープ状に結合して、偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄの並び及び偏波保持面が両端部で変化しないように構成することができる。これによって、偏波保持光ファイバ６ａ〜６ｄと光伝送装置１ａ、１ｂとの接続を容易にすることができ、作業性を向上できる。
【００７０】
また上記第３実施形態では、すべての送受信ユニットが偏波ローテータを有しているが、１つの光伝送装置内で対象な位置に配設される一対の接続部において、一方の接続部から外部へ出射される光波の接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きを前記対称軸に対して反転させた向きと、他方の接続部から外部へ出射される光波の接続部における出射方向に垂直な面内における主電界の向きとがそれぞれ略直交するように構成されていればこれに限定されない。例えば、偏波合分波部と光受信部との間に偏波ローテータを設けて、偏波合分波部と光送信部との間には偏波ローテータが設けられていなくてもよい。また、偏波合分波部と光送信部との間に偏波ローテータを設けて、偏波合分波部と光受信部との間には偏波ローテータが設けられていなくてもよい。
【００７１】
また上記第１〜３実施形態では、第一方向における接続部の並び順と接続部を除く送受信ユニットの並び順とが一致しているが、本発明はこれに限定されない。接続部が上述で定義されるように配置されていれば、送受信ユニット中の光送信部、光受信部、偏波合分波部、偏波ロ−テータ等は、第一方向において接続部とは異なる順に並べられていてもよい。また、同様に図４及び５では、接続部が二次元に配置されているが、接続部を除く送受信ユニットが接続部に対応するように二次元に並設される必要はなく、基板上で一次元方向に並設されていてもよい。
【００７２】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１ａ、１ｂ…光伝送装置、２ａ、２ｂ…基板、３ａ〜３ｈ…光送信部、４ａ〜４ｈ…光受信部、５ａ〜５ｈ…偏波合分波部、６ａ〜６ｄ…偏波保持光ファイバ、７ａ〜７ｈ…接続部、９ａ、９ｃ、９ｆ、９ｈ…偏波ローテータ、１０、２０、３０…双方向光伝送装置、６１〜６４…偏波保持マルチコア光ファイバ、６１ｂ、６１ｃ、６２ａ〜６２ｈ、６３ａ〜６３ｆ、６４ａ〜６４ｆ…コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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