(57)【要約】【課題】双方向光伝送装置に用いられる送受信ユニットの構成を共通化する。【解決手段】双方向光伝送装置１０は、光導波路素子１ａ、１ｂと、これらを接続する偏波保持光ファイバ６と、を備える。光導波路素子１ａ、１ｂはそれぞれ、基板２ａ、２ｂと、光送信部３ａ、３ｂと、光受信部４ａ、４ｂと、偏波合分波部５ａ、５ｂと、を有する。光導波路素子１ａとの接続部における偏波保持光ファイバ６の基板２ａに対するスロー軸の向きと、光導波路素子１ｂとの接続部における偏波保持光ファイバ６の基板２ｂに対するスロー軸の向きと、は互いに略直交している。【選択図】図１
2018081204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光送信部と、第１の光受信部と、前記第１の光送信部及び前記第１の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第１の偏波合分波部と、を有する第１の送受信ユニットが第１の基板上に配設された第１の光導波路素子と、
第２の光送信部と、第２の光受信部と、前記第２の光送信部及び前記第２の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第２の偏波合分波部と、を有する第２の送受信ユニットが第２の基板上に配設された第２の光導波路素子と、
前記第１の光導波路素子と前記第２の光導波路素子とを接続する偏波保持光ファイバと、を備え、
前記第１の光導波路素子と前記偏波保持光ファイバとの接続部における前記偏波保持光ファイバの前記第1の基板に対するスロー軸の向きと、前記第２の光導波路素子と前記偏波保持光ファイバとの接続部における前記偏波保持光ファイバの前記第２の基板に対する前記スロー軸の向きと、が互いに略直交している双方向光伝送装置。
【請求項２】
前記第１の光導波路素子と前記第２の光導波路素子との間で前記偏波保持光ファイバが軸方向にねじられている、請求項１に記載の双方向光伝送装置。
【請求項３】
前記偏波保持光ファイバは、前記偏波保持光ファイバの一方の端部に配設された、前記光波の電界面の向きを回転可能な偏波回転素子を有する、請求項１に記載の双方向光伝送装置。
【請求項４】
前記偏波保持光ファイバを複数備え、
前記第１の光導波路素子は、前記第１の基板上に配設された複数の前記第１の送受信ユニットを有し、
前記第２の光導波路素子は、前記第２の基板上に配設された複数の前記第２の送受信ユニットを有し、
複数の前記偏波保持光ファイバは、複数の前記第１の送受信ユニットと、複数の前記第２の送受信ユニットと、を各別に接続し、複数の前記偏波保持光ファイバ同士が並列して一体化されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の双方向光伝送装置。
【請求項５】
第１の光導波路素子に接続される第１の端部と、第２の光導波路素子に接続される第２の端部と、光波の電界面の向きを変換する偏波回転部と、を備える偏波保持光ファイバであって、
前記偏波回転部から出射する光波の電界面の向きが、前記偏波回転部に入射する光波の電界面の向きに略直交し、
前記第１の端部は、前記第１の光導波路素子に対する前記第１の端部における前記偏波保持光ファイバのスロー軸の方向を規制する第１のコネクタキーを備え、
前記第２の端部は、前記第２の光導波路素子に対する前記第２の端部における前記偏波保持光ファイバのスロー軸の方向を、前記第１の光導波路素子に対する前記第１の端部における前記偏波保持光ファイバのスロー軸の方向に対して略直交する方向に規制する第２のコネクタキーを備える偏波保持光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波保持光ファイバおよ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、第１の送受信ユニットと、第２の送受信ユニットと、偏波保持光ファイバと、を備える。第１の送受信ユニットは、第１の光送信部と、第１の光受信部と、第１の偏波合分波部と、を有する。第１の偏波合分波部は、第１の光送信部及び第１の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する。第２の送受信ユニットは、第２の光送信部と、第２の光受信部と、第２の偏波合分波部と、を有する。第２の偏波合分波部は、第２の光送信部及び第２の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する。偏波保持光ファイバは、第１の偏波合分波部と第２の偏波合分波部とを接続する。
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、第１の光送信部と、第２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】
この種の双方向光伝送装置では、送受信ユニットを基板上に配設した光導波路素子を用いる場合がある。上記特許文献１の構成では、第１の光送信部と、第２の光送信部と、が出射する光波の電界面の基板に対する向きが異なっている。同様に、第１の光受信部と、第２の光受信部と、が受信可能な光波の電界面の向きが異なっている。このため、第１の送受信ユニットと、第２の送受信ユニットと、で異なる種類の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つの送受信ユニット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】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、双方向光伝送装置に用いられる一対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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る双方向光伝送装置は、第１の光送信部と、第１の光受信部と、前記第１の光送信部及び前記第１の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第１の偏波合分波部と、を有する第１の送受信ユニットが第１の基板上に配設された第１の光導波路素子と、第２の光送信部と、第２の光受信部と、前記第２の光送信部及び前記第２の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第２の偏波合分波部と、を有する第２の送受信ユニットが第２の基板上に配設された第２の光導波路素子と、前記第１の光導波路素子と前記第２の光導波路素子とを接続する偏波保持光ファイバと、を備え、前記第１の光導波路素子との接続部における前記偏波保持光ファイバの前記第１の基板に対するスロー軸の向きと、前記第２の光導波路素子との接続部における前記偏波保持光ファイバの前記第２の基板に対する前記スロー軸の向きと、が互いに略直交している。
【０００７】
上記態様に係る双方向光伝送装置によれば、第１の光導波路素子との接続部における偏波保持光ファイバの第１の基板に対するスロー軸の向きと、第２の光導波路素子との接続部における偏波保持光ファイバの第２の基板に対するスロー軸の向きと、が互いに略直交する。このため、例えば第１の光送信部が横電界（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ，ＴＥ）モードの光波を出射すると、第２の光受信部に入射する光波はＴＥモードと直交する横磁界（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｍａｇｎｅｔｉｃ，ＴＭ）モードとなる。また、第２の光送信部がＴＥモードの光波を出射すると、第１の光受信部に入射する光波はＴＭモードとなる。このように、第１および第２の光送信部が出射する光波の電界面の向きを共通にしつつ、第１および第２の光受信部に入射する光波の電界面の向きを共通にすることができる。これにより、第１および第２の光送信部を共通化し、かつ第１および第２の光受信部を共通化できるため、第１および第２の送受信ユニットの構成を共通化することが可能となる。
【０００８】
また、前記第１の光導波路素子と前記第２の光導波路素子との間で前記偏波保持光ファイバが軸方向にねじられていてもよい。
【０００９】
この場合、第１の光導波路素子と第２の光導波路素子との間で偏波保持光ファイバがねじられることで、このねじられた部分の前後におけるスロー軸の向きを互いに略直交させることができる。これにより、第１の光導波路素子との接続部における偏波保持光ファイバの第１の基板に対するスロー軸の向きと、第２の光導波路素子との接続部における偏波保持光ファイバの第２の基板に対するスロー軸の向きと、が互いに略直交する構成を、容易に実現することができる。
【００１０】
また、前記偏波保持光ファイバは、前記偏波保持光ファイバの一方の端部に配設された、前記光波の電界面の向きを回転可能な偏波回転素子を有し、前記偏波回転素子によって、前記第１の光導波路素子との接続部における前記偏波保持光ファイバの前記第１の基板に対するスロー軸の向きと、前記第２の光導波路素子との接続部における前記偏波保持光ファイバの前記第２の基板に対する前記スロー軸の向きと、が互いに略直交するように構成されていてもよい。
【００１１】
この場合、偏波回転素子が光波の電界面の向きを回転させることで、第１および第２の光送信部が出射する電界面の向きを共通にしつつ、第１および第２の光受信部に入射する光波の電界面の向きを共通にすることができる。これにより、第１および第２の送受信ユニットの構成を共通化することが可能となる。
さらに、このような偏波回転素子を偏波保持光ファイバの一方の端部に設けることにより、偏波回転素子以外の部分には汎用の偏波保持光ファイバを用いて上記態様の双方向光伝送装置を構成することができるため、製造コストを低減してメンテナンス性を向上することが可能となる。
【００１２】
また、上記態様に係る双方向光伝送装置が、前記偏波保持光ファイバを複数備え、前記第１の光導波路素子は、前記第１の基板上に配設された複数の前記第１の送受信ユニットを有し、前記第２の光導波路素子は、前記第２の基板上に配設された複数の前記第２の送受信ユニットを有し、複数の前記偏波保持光ファイバは、複数の前記第１の送受信ユニットと、複数の前記第２の送受信ユニットと、を各別に接続し、複数の前記偏波保持光ファイバ同士が並列して一体化されていてもよい。
【００１３】
この場合、複数の送受信ユニットの構成を共通化しつつ、複数の送受信ユニットを各別に接続する複数の偏波保持光ファイバが並列して一体化されていることで、設置性に優れ、かつ大容量の通信を行える双方向光伝送装置を提供することができる。
【００１４】
また、本発明の第２態様に係る偏波保持光ファイバは、第１の光導波路素子に接続される第１の端部と、第２の光導波路素子に接続される第２の端部と、光波の電界面の向きを変換する偏波回転部と、を備える偏波保持光ファイバであって、前記偏波回転部から出射する光波の電界面の向きが、前記偏波回転部に入射する光波の電界面の向きに略直交し、前記第１の端部は、前記第１の光導波路素子に対する前記第１の端部における前記偏波保持光ファイバのスロー軸の方向を規制する第１のコネクタキーを備え、前記第２の端部は、前記第２の光導波路素子に対する前記第２の端部における前記偏波保持光ファイバのスロー軸の方向を、前記第１の光導波路素子に対する前記第１の端部における前記偏波保持光ファイバのスロー軸の方向に対して略直交する方向に規制する第２のコネクタキーを備える。
【００１５】
上記態様に係る偏波保持光ファイバは、光波の電界面の向きを変換する偏波回転部を備えている。さらに、偏波保持光ファイバの両端部には、第１の光導波路素子に対する第１の端部における偏波保持光ファイバのスロー軸の方向と、第２の光導波路素子に対する前記第２の端部における偏波保持光ファイバのスロー軸の方向と、を互いに略直交させる第１および第２のコネクタキーが備えられている。このため、偏波保持光ファイバの両端部を第１および第２の光導波路素子に接続し、第１および第２の光導波路素子が電界面の向きが互いに同一な光波を出射した場合、第１および第２の光導波路素子に入射する光波の電界面の向きが同一となる。これにより、第１および第２の光送信部が同一の電界面の向きを有する光波を出射し、かつ第１および第２の光受信部に同一の電界面の向きを有する光波が入射する。以上により、第１および第２の送受信ユニットの構成を共通化することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の上記態様によれば、双方向光伝送装置に用いら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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る双方向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】図１の偏波保持光ファイバおよび偏波回転部の構成を示す図である。
【図４】図３の偏波保持光ファイバおよび偏波回転部の変形例を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る双方向光伝送装置の構成を示す図である。
【図６】図５の偏波保持光ファイバおよび偏波回転部の構成を示す図である。
【図７】第３実施形態に係る双方向光伝送装置の構成を示す図である。
【図８】偏波保持マルチコア光ファイバを本実施形態に用いた場合の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（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は光導波路素子（第１の光導波路素子）１ａ、光導波路素子（第２の光導波路素子）１ｂ、および偏波保持光ファイバ６を備える。
【００１９】
また図１に示すように、光導波路素子（基板型光導波路素子）１ａは、基板（第１の基板）２ａ、光送信部（第１の光送信部）３ａ、光受信部（第１の光受信部）４ａ、および偏波合分波部（第１の偏波合分波部）５ａを備える。光導波路素子（基板型光導波路素子）１ｂは、基板（第２の基板）２ｂ、光送信部（第２の光送信部）３ｂ、光受信部（第２の光受信部）４ｂ、および偏波合分波部（第２の偏波合分波部）５ｂを備える。
【００２０】
光導波路素子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。
光導波路素子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からなるＳｉ導波路を作製することができる。
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。
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。
【００２１】
光送信部３ａ、３ｂ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、３ｂは、基板２ａ、２ｂ上にそれぞれ実装されている。光送信部３ａ、３ｂ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、３ｂは、偏光された光波を出射する。図示の例では、光送信部３ａ、３ｂはＴＥモードの光波を出射している。ＴＥモードの光波は、主電界の向きが基板２ａ、２ｂの平面に平行である。
また、光送信部３ａ、３ｂ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、３ｂ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、３ｂとみなすことができる。
なお、共通化の観点から、例えば光導波路素子１ａの外部にＬＤが配設される場合は、光導波路素子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。
【００２２】
ここで、本発明において、ＴＥモードとは、光導波路素子１ａ、１ｂにおいて主電界が基板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、光導波路素子１ａ、１ｂにおいて主電界が基板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、光導波路素子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。
【００２３】
また、偏波合分波部５ａ、５ｂと偏波保持光ファイバ６との接続においては、ＴＥ及びＴＭの二つのモードの主電界の向きが直交（略直交）することから、偏波保持光ファイバ６の両端部のうち、一方を偏波保持光ファイバ６のスロー軸方向に、他方を上記のスロー軸と直交（略直交）するファスト軸方向に合うように偏波保持光ファイバ６と偏波合分波部５ａ、５ｂとを接続することが可能である。
また、ファイバとの接続において、基板側のＴＥモードの主電界の向きと、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、双方向光伝送装置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、偏波保持光ファイバ６と偏波合分波部５ａ、５ｂとを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、光波が光導波路素子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。
【００２４】
また、データを光に変換する場合、光送信部３ａ、３ｂに直接又は光送信部３ａ、３ｂと偏波合分波部５ａ、５ｂ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。
【００２５】
光受信部４ａ、４ｂ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、４ｂは、基板２ａ、２ｂ上にそれぞれ実装されている。
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。
なお、共通化の観点から、例えば光導波路素子１ａの外部にＰＤ等が配設される場合は、光導波路素子１ｂについても外部にＰＤ等が配設されるように構成することが好ましい。
【００２６】
偏波合分波部５ａ、５ｂ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。偏波合分波部５ｂは、光送信部３ｂおよび光受信部４ｂ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、５ｂ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。
【００２７】
図２は偏波合分波部５ａ、５ｂに方向性結合器５０を用いた場合の概念図である。図２に示すように、偏波合分波部５ａ、５ｂ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。ここで、方向性結合器５０および光導波路５１、５２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若しくは光送信部３ｂに接続されている。第２のポート５２ａは、光受信部４ａ若しくは光受信部４ｂに接続されている。第３のポート５１ｅは、偏波保持光ファイバ６に接続されている。
【００２８】
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。
【００２９】
第１のポート５１ａには、光送信部３ａ若しくは光送信部３ｂ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、および第３のポート５１ｅを介して、偏波保持光ファイバ６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６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若しくは光受信部４ｂ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６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。
【００３０】
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。
【００３１】
図３に示すように、偏波保持光ファイバ６は、コア６ａと、一対の応力付与部６ｂと、クラッド６ｃとで構成される光ファイバ本体部６ｄと、コネクタキー（第１のコネクタキー）６５ａと、コネクタキー（第２のコネクタキー）６５ｂと、を備える。光ファイバ本体部６ｄ内には、図３に示すようにコア６ａと、一対の応力付与部６ｂと、クラッド６ｃとが長手方向の全長に亘って延在している。
コア６ａの両端部は、不図示の接続部を介して、それぞれ偏波合分波部５ａ、５ｂの第３のポート５１ｅに光学的に接続される。コネクタキー６５ａ、６５ｂは、偏波保持光ファイバ６の両端部に配設されている。コネクタキー６５ａ、６５ｂはそれぞれ、フェルール６３、シース６４、及びキー部６５で構成される。フェルール６３はジルコニアなどのセラミクスや金属等で形成され、クラッド６ｃの外周を覆っている。シース６４は、金属等で形成され、空間Ｓを介してフェルール６３の外周を囲むように形成される。キー部６５ａ、６５ｂは、シース６４の外周面から径方向の外側に向けて突出している。キー部６５ａ、６５ｂは、光導波路素子１ａ、１ｂの接続部が備える不図示のキー溝と係合して、基板２ａ、２ｂに対する偏波保持光ファイバ６の両端部におけるスロー軸の向きをそれぞれ規制する。
なお、図示例の偏波保持光ファイバ６は、応力付与部６ｂが略円形の断面を有するＰＡＮＤＡ形光ファイバであるが、他の種類の偏波保持光ファイバ、例えばボウタイ形光ファイバや、楕円コア形光ファイバも使用可能である。
【００３２】
ここで本実施形態の偏波保持光ファイバ６は、図１および図３に示すように、光波の電界面の向きを変換する偏波回転部７を備えている。偏波回転部７は、偏波保持光ファイバ６の光ファイバ本体部６ｄに配設されている。本実施形態における偏波回転部７は、偏波保持光ファイバ６（光ファイバ本体部６ｄ）を軸方向にねじることで形成されている。これにより、偏波回転部７から出射する光波の電界面の向きが、偏波回転部７に入射する光波の電界面の向きに対して略直交する。
図１に示す例では、光導波路素子１ａから出射したＴＥモードの光波は、偏波回転部７でＴＭモードの光波に変換されて光導波路素子１ｂに入射する。また、光導波路素子１ｂから出射したＴＥモードの光波は、偏波回転部７でＴＭモードの光波に変換されて光導波路素子１ａに入射する。
【００３３】
また、図３に示すように、キーリング６１のコネクタキー６５ａは、光ファイバ６の一方の端部における外周面のうち、スロー軸上に配設されている。キーリング６２のコネクタキー６５ｂは、光ファイバ６の他方の端部における外周面のうち、ファスト軸上に配設されている。これにより、コネクタキー６５ａ、６５ｂは、光導波路素子１ａとの接続部における基板２ａに対する光ファイバ６のスロー軸の方向と、光導波路素子１ｂとの接続部における基板２ｂに対する光ファイバ６のスロー軸の方向と、を互いに略直交させる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の双方向光伝送装置１０によれば、光導波路素子１ａとの接続部における偏波保持光ファイバ６の基板２ａに対するスロー軸の向きと、光導波路素子１ｂとの接続部における偏波保持光ファイバ６の基板２ｂに対するスロー軸の向きと、が互いに略直交する。このため、光送信部３ａがＴＥモードの光波を出射すると、光受信部４ｂに入射する光波はＴＭモードとなる。
また、光送信部３ｂがＴＥモードの光波を出射すると、光受信部４ａに入射する光波はＴＭモードとなる。このように、光送信部３ａおよび光送信部３ｂが出射する光波の電界面の向きを共通にしつつ、光受信部４ａおよび光受信部４ｂに入射する光波の電界面の向きを共通にすることができる。
これにより、光送信部３ａおよび光送信部３ｂを共通化し、かつ光受信部４ａおよび光受信部４ｂを共通化できるため、光導波路素子１ａおよび光導波路素子１ｂの構成のうち、送受信ユニットの構成を共通化することが可能となる。従って、比較的簡易な構成で双方向光伝送装置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。
なお、本実施形態において、送受信ユニットとは、図１の構成のうち、光送信部３ａ、光受信部４ａ、および偏波合分波部５ａ、もしくは、光送信部３ｂ、光受信部４ｂ、および偏波合分波部５ｂのいずれかの構成を有するものとする。
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導波路素子１ａおよび光導波路素子１ｂの構成を共通化することも可能となる。従って、本実施形態を用いることで、比較的簡易な構成で双方向光伝送装置を実現することができる。また、基板２ａ、２ｂには同一の基板を使用するため、基板２ａ、２ｂ上に同一の送受信ユニットを作製すれば、共通の光導波路素子１ａおよび光導波路素子１ｂを容易に製造することが可能となる。また、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。
【００３５】
また、光導波路素子１ａと光導波路素子１ｂとの間で光ファイバ本体部６ｄが軸方向にねじられることで、このねじられた部分の前後におけるスロー軸の向きを互いに略直交させることができる。
これにより、光導波路素子１ａとの接続部における偏波保持光ファイバ６の基板２ａに対するスロー軸の向きと、光導波路素子１ｂとの接続部における偏波保持光ファイバ６の基板２ｂに対するスロー軸の向きとが互いに略直交する構成を、比較的簡易な構成の双方向光伝送装置で実現することができる。
【００３６】
また、本実施形態の偏波保持光ファイバ６によれば、その両端部の間に配設された偏波回転部７が、光波の電界面の向きを変換する。さらに、偏波保持光ファイバ６の両端部には、光導波路素子１ａとの接続部における基板２ａに対する偏波保持光ファイバ６のスロー軸の方向と、光導波路素子１ｂとの接続部における基板２ｂに対する偏波保持光ファイバのスロー軸の方向と、を互いに略直交させるコネクタキー６５ａ、６５ｂが備えられている。
このため、偏波保持光ファイバ６の両端部を光導波路素子１ａ、１ｂに接続し、光送信部３ａ、３ｂが電界面の向きが互いに同一な光波を出射した場合、光受信部４ａ、４ｂに入射する光波の電界面の向きが同一となる。これにより、光送信部３ａ、３ｂが同一の電界面の向きを有する光波を出射し、かつ光受信部４ａ、４ｂに同一の電界面の向きを有する光波が入射する。
以上により、光送信部３ａおよび光送信部３ｂを共通化し、かつ光受信部４ａおよび光受信部４ｂを共通化できるため、光導波路素子１ａおよび光導波路素子１ｂの構成のうち、送受信ユニットの構成を共通化することが可能となる。従って、比較的簡易な構成で双方向光伝送装置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導波路素子１ａおよび光導波路素子１ｂの構成を共通化することも可能となる。従って、本実施形態を用いることで、比較的簡易な構成で双方向光伝送装置を実現することができる。また、基板２ａ、２ｂには同一の基板を使用するため、基板２ａ、２ｂ上に同一の送受信ユニットを作製すれば、共通の光導波路素子１ａおよび光導波路素子１ｂを容易に製造することが可能となる。また、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。このように、本実施形態の偏波保持光ファイバ６を用いることで、双方向光伝送装置１０の構成の簡易化を容易に実現することができる。
【００３７】
なお、偏波保持光ファイバ６は、偏波回転部７として、図４に示すような偏波回転素子７Ａを有していてもよい。この偏波回転素子７Ａは、光波の電界面の向きを９０°回転可能であり、偏波保持光ファイバ６の一方の端部に配設されている。偏波回転素子７Ａの一方の端部には、コネクタキー６５ａ若しくは６５ｂと係合するキー溝７ｂが形成されている。偏波回転素子７Ａのキー溝７ｂが形成されている端部は、偏波保持光ファイバ６に光学的に接続される。偏波回転素子７Ａの他方の端部には、キーリング６１、６２と同様のコネクタキー７ｃが形成されている。偏波保持光ファイバ６と偏波回転素子７Ａとは、コネクタキー６５ａ若しくは６５ｂと、キー溝７ｂと、によりスロー軸の方向が一致した状態で連結される。偏波回転素子７Ａのコネクタキー７ｃが形成されている側の端部は、光導波路素子１ａ若しくは１ｂに光学的に接続される。
なお、偏波回転素子７Ａは、偏波保持光ファイバ６の一方の端部に装着されていてもよい。あるいは、偏波回転素子７Ａは、偏波保持光ファイバ６と一体に形成されていてもよい。
【００３８】
つまり、本実施形態では、偏波保持光ファイバ６の一方の先端部に偏波回転素子７Ａを付加する構成をとる。これにより、汎用の偏波保持光ファイバ６をねじらずに実質的に偏波保持光ファイバ６の基板２ａに対するスロー軸の向きと、偏波保持光ファイバ６の基板２ｂに対するスロー軸の向きとを互いに略直交する構成を実現する事が可能となる。したがって、汎用の偏波保持光ファイバ６をそのまま使用できる為、両端のコネクタキーの向きが互いに９０度異なった短尺ファイバなどの特殊ファイバが不要となる。また、このことから、故障時及び配線引き直し時などにおいて、偏波保持光ファイバ６を光導波路素子１ａ、１ｂに接続する作業が容易となる等、メンテナンス性に優れた双方向光伝送装置１０を実現する事が可能となる。
【００３９】
（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、光導波路素子１ａ、１ｂが複数の送受信ユニットを備えている点が第１実施形態と異なる。
【００４０】
図５に示すように、本実施形態の双方向光伝送装置２０は、光導波路素子１ａ、１ｂと、複数の偏波保持光ファイバ６と、偏波回転部７と、を備える。
光導波路素子１ａは、基板２ａおよび基板２ａ上に配設された複数の送受信ユニット（第１の送受信ユニット）８ａ〜８ｃを備える。送受信ユニット８ａ〜８ｃはそれぞれ、光送信部３ａ、光受信部４ａ、および偏波合分波部５ａを有する。各送受信ユニット８ａ〜８ｃの構成要素は互いに同一であるため、送受信ユニット８ａ〜８ｃは互いに同一である。
光導波路素子１ｂは、基板２ｂおよび基板２ｂ上に配設された複数の送受信ユニット（第２の送受信ユニット）８ｄ〜８ｆを備える。送受信ユニット８ｄ〜８ｆはそれぞれ、光送信部３ｂ、光受信部４ｂ、および偏波合分波部５ｂを有する。各送受信ユニット８ｄ〜８ｆの構成要素は互いに同一であるため、送受信ユニット８ｄ〜８ｆは互いに同一である。
なお、図５では、一つの偏波回転部７が３本の偏波保持光ファイバ６に対して、一直線状に延在しているが、これは、後述する図６について、３本の偏波保持光ファイバ６それぞれにおいて９０度ねじった箇所３つが、偏波保持光ファイバ６の長手方向に対して垂直方向にそれぞれ並列して配置されている構造を示している。ここで、偏波回転部７は、前述した構造に限定されず、例えば、３本の偏波保持光ファイバそれぞれにおいて９０度ねじった箇所３つが、偏波保持光ファイバ６の長手方向に対して垂直方向にそれぞれ並列して配置されていなくてもよい。
【００４１】
図５に示すように、複数の偏波保持光ファイバ６はそれぞれ、送受信ユニット８ａ〜８ｃと、送受信ユニット８ｄ〜８ｆと、を各別に接続している。
【００４２】
図６は、図５に示す複数の偏波保持光ファイバ６の説明図である。図６に示すように、複数の偏波保持光ファイバ６はそれぞれ、両端部の間でねじれた状態で並列して一体化されている。複数の偏波保持光ファイバ６同士を一体化する方法としては、樹脂固定によるファイバ同士の接着、固定や図６に示すようにテープ１１で固定することで、両端をテープ化してもよい。
複数の偏波保持光ファイバ６を並列して一体化する場合、例えば、ファイバ同士を一体化する前にそれぞれの偏波保持光ファイバ６の先端部を一度、図６に対し、上方向に引き出して、光ファイバの軸回りに９０度ねじることが好ましい。そして、ねじれを保った状態で先端部を、上方向に引き出される前の位置と同等の位置まで戻し、それぞれのファイバ同士を並列して一体化する。このように引き出してねじることで偏波回転部７を確実に形成することができる。
【００４３】
また、偏波保持光ファイバ６を引き出すことなく、並列された状態でねじって偏波回転部７を形成してもよい。
なお、偏波回転部７に代えて、図４に示すような偏波回転素子７Ａを一方の端部に備えた複数の偏波保持光ファイバ６を、並列して一体化してもよい。
【００４４】
本実施形態の双方向光伝送装置２０によれば、複数の送受信ユニット８ａ〜８ｆの構成を共通化しつつ、複数の送受信ユニット８ａ〜８ｆを各別に接続する複数の偏波保持光ファイバ６が並列して一体化されていることで、設置性に優れ、かつ大容量の通信を行える双方向光伝送装置２０を提供することができる。
なお、本実施形態では、光導波路素子１ａ、１ｂがそれぞれ３つの送受信ユニットを備えている場合を例示しているが、これに限定されない。光導波路素子１ａ、１ｂがそれぞれ２つの送受信ユニットを備え、２本の偏波保持光ファイバ６で接続されていてもよいし、光導波路素子１ａ、１ｂがそれぞれ４つ以上の送受信ユニットを備え、４本以上の偏波保持光ファイバ６で接続されていてもよい。
【００４５】
（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、図７に示すように、光導波路素子１ａ、１ｂが偏波ローテータ９ａ、９ｂを備えている点が第１実施形態と異なる。
【００４６】
偏波ローテータ９ａ、９ｂは、光波の電界面の向きを変換する。偏波ローテータ９ａ、９ｂ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。偏波ローテータ９ｂは偏波合分波部５ｂおよび光受信部４ｂに接続されている。偏波合分波部５ａ、５ｂから出射されたＴＭモードの光波は、偏波ローテータ９ａ若しくは９ｂによりＴＥモードに変換され、光受信部４ａ若しくは４ｂに入射する。
【００４７】
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、４ｂ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４ａ、４ｂ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９ａ、９ｂ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４ａ、４ｂに入射させることができる。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、前述した第１〜３実施形態では、コネクタキー６５ａ、６５ｂはシース６４の外周面から径方向の外側に向けて突出していたが、本発明はこれに限られない。例えば、シース６４の外周面から径方向の内側に向けて窪む凹部をコネクタキー６５ａ、６５ｂとしてもよい。この場合、光導波路素子１ａ、１ｂは、凹部であるコネクタキー６５ａ、６５ｂと係合して基板２ａ、２ｂに対するスロー軸の向きを規制する凸部を備えていてもよい。
【００５０】
また、前述した第１〜３実施形態では、偏波保持光ファイバ６をねじることで偏波回転部７を形成していたが、本発明はこれに限られない。例えば、偏波ローテータ９ａ、９ｂを偏波回転部７として用いてもよい。
また、前述した第１〜３実施形態では、偏波保持光ファイバ６の両端部間に偏波回転部７を配設したが、本発明はこれに限られない。例えば、偏波回転部７を偏波保持光ファイバ６の一方の端部と、この端部に接続される光導波路素子と、の間に配設してもよい。
【００５１】
また、前述した第１〜３実施形態では、シングルコアの偏波保持光ファイバ６を用いて偏波回転部７を形成していたが、本発明はこれに限られず偏波保持マルチコア光ファイバ６Ａを用いてもよい。
この場合、送信側（第１の光導波路素子）と受信側（第２の光導波路素子）とで共通の光導波路素子を用いるためには図８に示すようなコアで構成することが好ましい。つまり、光ファイバ６Ａが光ファイバ６Ａの軸回りに９０°回転された場合に、対応する位置にそれぞれコアが存在するように４つのコア６ａ１〜６ａ４が配置され、さらに送信側の光波がすべて同一の偏波状態を有するように構成することが好ましい。このようにコア６ａ１〜６ａ４を配置することで偏波保持マルチコア光ファイバを用いた場合でも本発明を適用でき、受信側と送信側とで共通の光導波路素子を用いることができる。
また、偏波保持マルチコア光ファイバ６Ａを、例えば、図５に示すような複数の送受信ユニット同士を光接続するために用いた場合、隣接した送受信ユニット間において偏波合分波部で分波された導波路を伝播する光の偏波モードが隣同士で異なるように構成される。そのため、隣接した送受信ユニット間におけるクロストークの影響を低減できる。このため、隣接した送受信ユニット同士をより近距離に配置することが可能である。
なお、図８において、応力付与部については記載を省略している。また、図８ではコアの数が４個の場合を示しているが光ファイバ６Ａが９０°回転された場合に対応する位置にそれぞれコアが存在するように構成されていれば、コアの数が８個や１２個など、４の倍数であればよい。
また、偏波保持マルチコア光ファイバにおける偏波保持方向については、図８のように全てのコアに対して同一方向にスロー軸が配置されている構造のほかに、図８の偏波保持光ファイバ６Ａの断面構造において、偏波保持光ファイバ６Ａの軸回り方向に延在する偏波保持光ファイバ６Ａの外形に沿った方向に、それぞれのコアにおけるスロー軸が配置され、偏波保持光ファイバ６Ａの径方向に、それぞれのコアにおけるファスト軸が配置されている構造が挙げられる。
【００５２】
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】
【００５３】
１ａ、１ｂ…光導波路素子、２ａ、２ｂ…基板、３ａ、３ｂ…光送信部、４ａ、４ｂ…光受信部、５ａ、５ｂ…偏波合分波部、６…偏波保持光ファイバ、６５ａ、６５ｂ…コネクタキー、７…偏波回転部、７Ａ…偏波回転素子（偏波回転部）、１０、２０、３０…双方向光伝送装置
【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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【図８】
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