(57)【要約】【課題】結合損失を低く抑え，低コスト化および小型化が可能な光分離器および該光分離器を備えるＯＴＤＲ装置を提供すること。【解決手段】光分離器１００は，非相反部１４０と，第２ポートＰ２としてのファイバコリメータ１２０と，第１ポートＰ１としてのＬＤコリメータ１１０，第３ポートＰ３としてのファイバコリメータ１３０，光路折り曲げプリズム１５０を有する。ＬＤコリメータ１１０は，光源としての半導体レーザとコリメータ用レンズを有する。第１ポートＰ１から非相反部１４０に対し所定の偏波面の方向を有し，かつ角度θで斜入射した光は第２ポートＰ２に出射し，第２ポートＰ２から非相反部１４０に入射した光は第３ポートＰ３に出射し，光路折り曲げプリズム１５０を経由してファイバコリメータ１３０に入射する。【選択図】　　　図１
2004145136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転子と前記ファラデー回転子の両側に反転配置された楔形形状の複屈折プリズムとを有する１つの非相反部と，
前記非相反部に対し光を出射させるための第１のポートに配置され，半導体レーザとコリメート用レンズを光学的に結合した半導体レーザコリメータと，
前記非相反部に対し光を入出射させるための第２，第３のポートそれぞれに配置され，光ファイバとコリメート用レンズを光学的に結合した２つのファイバコリメータと，を具備し，
前記第１のポートから前記非相反部への光の入射は光ファイバを介さずに行うことを特徴とする光分離器。
【請求項２】
前記第１のポートから前記非相反部に入射した光は，その偏波状態が直線偏波状態であり，かつ前記非相反部に対して所定の偏波面の方向をもち，かつ所定の角度で入射することにより，前記第２のポートの前記ファイバコリメータへ出射し，
前記第２のポートから前記非相反部に入射した光は第３のポートへ出射することを特徴とする請求項１に記載の光分離器。
【請求項３】
前記第１のポートと前記第３のポートとは前記非相反部の同じ側に配置されており，
前記第１のポートと前記非相反部の間の光路および前記第３のポートと前記非相反部の間の光路の少なくともいずれか一方には，前記半導体レーザコリメータと前記第３のポートのファイバコリメータとの間を広げるべく光路を折り曲げる光路折り曲げプリズムおよび反射ミラーのいずれかが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光分離器。
【請求項４】
前記半導体レーザコリメータと前記第３のポートのファイバコリメータとは略平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光分離器。
【請求項５】
前記半導体レーザコリメータと前記非相反部の間の光路および前記第３のポートのファイバコリメータと前記非相反部の間の光路に，光路反転プリズムを配置して，光路を反転することにより，前記非相反部の同一側に前記第１のポートと前記第２のポートと前記第３のポートを配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光分離器。
【請求項６】
前記非相反部と前記第１のポートの間に，前記非相反部を通過する光の光軸の周りに回転可能な１／２波長板を配置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光分離器。
【請求項７】
前記第３のポートの前記ファイバコリメータの代わりに，受光素子とコリメート用レンズを光学的に結合した受光素子コリメータを用いたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光分離器。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光分離器を具備し，
前記光分離器の前記第２のポートは伝送路ファイバと接続され，前記第３のポートは受光器と接続されていることを特徴とするＯＴＤＲ装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の複数の光分離器と，
前記複数の光分離器の前記第２のポートの各々が接続された第１の合分波器と，
前記複数の光分離器の前記第３のポートの各々が接続された第２の合分波器と，を具備し，
前記第１の合分波器は伝送路ファイバに接続され，前記第２の合分波器は受光器に接続されており，
前記複数の光分離器に含まれる複数の半導体レーザの少なくとも２つは互いに異なる波長の光を発することを特徴とするＯＴＤＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光源を内蔵した方向性光分離器およびＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）装置に関し，特に，光ファイバ通信に使用される光ファイバの破断点を検出する際に，送信信号光と破断点から反射して戻る受信信号光とを分離するのに好適な光分離器と該光分離器を用いたＯＴＤＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信に使用される敷設された光ファイバの破断点を検出する方法として，光ファイバの片端から光パルス信号を送信し，その一部が破断点で反射されて得られる受信信号光が送信源に戻ってくるまでの遅延時間を測定することによって，破断点までの距離を算出して破断点を求める方法がある。この方法は従来，ＯＴＤＲ装置で利用されている。上記方法を実現する手段は非特許文献１に示されている。非特許文献１では送信信号光と反射により戻る受信信号光を分離する機能素子に３ポート光サーキュレータが使用されている。
【０００３】
図１１は上記分野で使用される一般的な３ポート光サーキュレータの機能を説明するための模式図である。光サーキュレータ２は第１ポートＰ１，第２ポートＰ２，第３ポートＰ３を有し，これら３つの全てのポートには光ファイバ４が接続されている。第１ポートＰ１には光源としての半導体レーザ６が光ファイバ４を介して接続されている。第２ポートＰ２には伝送路ファイバ７が光ファイバ４を介して接続されている。第３ポートＰ３には受光器８が光ファイバ４を介して接続されている。
【０００４】
第１ポートＰ１の半導体レーザ６から出射した信号光は，光ファイバ４を経由した後に，光サーキュレータ２に入射する。この光は光サーキュレータ２内を通過して第２ポートＰ２へ出射して伝送路ファイバ７を進行する。伝送路ファイバ７の破断点で反射されて戻った光は第２ポートＰ２から光サーキュレータ２に入射する。この光は光サーキュレータ２内を通過して第３ポートＰ３から出射して受光器８に入射する。
【０００５】
特殊な光サーキュレータとして，非相反性を有する素子を用い，偏波保存光ファイバを用いて信号光を入射させる光サーキュレータが知られている（例えば特許文献１参照）。図１２にこの光サーキュレータの概略構成図を示す。この光サーキュレータは，所定の頂角を有する２つの楔形複屈折プリズム４２ａ，４２ｂと，円筒状の永久磁石４６で磁化されたファラデー回転子４４から非相反部４０が構成されている。そして第１ポートＰ１に偏波保存光ファイバを用いた偏波保存ファイバコリメータ１０を配置し，第２ポートＰ２，第３ポートＰ３にシングルモード光ファイバを用いたファイバコリメータ２０，３０をそれぞれ配置する。この光サーキュレータでは，第１ポートＰ１からの直線偏波信号光は非相反部４０を通って第２のポートに結合し，第２ポートから入射した信号光は偏波状態の如何に関わりなく，偏波無依存で非相反部４０を通って第３ポートに結合する。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｈａｒｒｙ　Ｊ．Ｒ．Ｄｕｔｔｏｎ著，　「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」，　ＩＢＭ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇｓ，　ｐ．４３３，　Ｆｉｇ．２７４
【特許文献１】
特開平５−３２３２３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，図１１に示す従来の光サーキュレータでは，半導体レーザと光サーキュレータが光ファイバで結合されていることに起因する多数の問題がある。まず，光サーキュレータの第１ポートＰ１と第２ポートＰ２の結合部分で光量損失が生じる。同様に，光サーキュレータの第２ポートＰ２と第３ポートＰ３の結合部分もまた，光ファイバで結合されているため，この結合でも光量損失が生じる。したがって，半導体レーザから受光素子までの経路で光量損失が累積されて光量損失が大きくなってしまうという大きな問題がある。
【０００８】
また，半導体レーザと光サーキュレータ間を光ファイバで結合するために，光ファイバ融着作業（スプライス）が必要となると共に，余長の光ファイバを収納処理するための工程が必要であり，煩雑である。余長の光ファイバを収納する空間が必要なため，装置寸法が大きくなり，小型化の障害となる。
【０００９】
さらに，第１ポートＰ１から第２ポートＰ２への結合では光サーキュレータ２自身にＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｌｏｓｓ）特性が良好でなくてはならないという制限がある。ＰＤＬ特性が悪い場合には，半導体レーザの光は直線偏波特性を有するので，半導体レーザ光源から第１ポートへの光ファイバ中で進行する光の偏波状態が変化する（例えば振動などで光ファイバがゆらいだ場合に）と，その変化量は直接第２ポートへの光量損失変動となって現れるからである。
【００１０】
特許文献１に記載のものは，偏波保存ファイバコリメータを用いているため，以下のような多数の問題がある。まず，偏波保存光ファイバは通常の光ファイバとは異なる特殊な光ファイバであり，そのファイバ自体が高価である。この点はコスト削減を図る際に大きな問題となる。
【００１１】
さらにまた，偏波保存ファイバコリメータを製作する際には，多数の煩雑な工程が必要である。例えば，偏波保存光ファイバの両端面を斜めに光学研磨し，その研磨面に反射防止処理を施し，かつ偏波保存光ファイバ特有の偏波方向を特定づける必要がある。これらの作業は煩雑であるだけでなく，製造コストの増大につながる。また，ファイバ端面が少しでも汚れると大きな結合損失が発生するので，処理後のファイバ端面を汚さないように常に細心の注意を払う必要がある。
【００１２】
偏波保存光ファイバの特性の１つである偏波消光比は，一般的には少なくとも２０ｄＢ〜３０ｄＢ以上必要である。しかし，偏波保存光ファイバの両端面に光コネクタを装着する際，偏波消光比の劣化がしばしば起こる。そのため，光コネクタ装着後，偏波消光比を測定し評価する必要があるが，この作業も煩雑である。測定の結果，所望の値が得られないときは，その偏波保存光ファイバは廃棄せざるを得ず，歩留まりの低下，コスト増大につながってしまう。
【００１３】
偏波保存ファイバコリメータを実装する際には，特許文献１に記載されているように，偏波保存ファイバコリメータからの出射光が非相反部の光軸に対し特定の傾斜角をもって入射するように配置しなくてはならない。この傾斜角を図１２ではθで表している。また，偏波保存ファイバコリメータから出射する直線偏波光の偏波面方向を特定の回転角の方向に合わせなくてはならない。この回転角を図１２ではφで表している。偏波保存ファイバコリメータの実装時には，これら２つの角度θおよびφを共に適正に合わせなくてはならない。θおよびφのどちらか一方でも適正でない場合には，光サーキュレータとして機能しない。
【００１４】
さらに，特許文献１に記載のものは，偏波保存ファイバコリメータの問題を別にしても，第１ポートＰ１の偏波保存ファイバコリメータ１０と第３ポートＰ３のファイバコリメータ３０の機械的干渉を避けるために，これら２つのファイバコリメータの間隔を大きくとる必要がある。このため，両者の光軸がなす角である傾斜角θをできるだけ大きくし，両者を非相反部４０から遠く離れた位置に配置しなくてはならない。その結果，光結合距離が長くなり，結合損失が大きくなるという欠点が生じると共に，装置寸法が大きくなり，小型化の障害になるという問題が発生する。また，θを大きくとりすぎると，第２ポートＰ２から第３ポートＰ３への光の伝播特性，つまり前述のＰＤＬ特性が極端に劣化してしまうので，θを過大にすることはできない。
【００１５】
本発明の目的は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，結合損失を低く抑え，低コスト化および小型化が可能な光分離器および該光分離器を備えるＯＴＤＲ装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，ファラデー回転子と前記ファラデー回転子の両側に反転配置された楔形形状の複屈折プリズムとを有する１つの非相反部と，前記非相反部に対し光を出射させるための第１のポートに配置され，半導体レーザとコリメート用レンズを光学的に結合した半導体レーザコリメータと，前記非相反部に対し光を入出射させるための第２，第３のポートそれぞれに配置され，光ファイバとコリメート用レンズを光学的に結合した２つのファイバコリメータと，を具備し，前記第１のポートから前記非相反部への光の入射は光ファイバを介さずに行うことを特徴とする光分離器が提供される。
【００１７】
かかる構成によれば，光分離器内に光源としての半導体レーザを備え，半導体レーザコリメータから非相反部に光入射させる。光源からの光を光ファイバを介さずに非相反部に入射できるので，結合損失を低く抑えることができる。また，従来使用していた偏波保存ファイバが不要になるため，低コスト化が達成できると共に，従来は必要であった偏波保存ファイバコリメータの製作，実装時の煩雑な作業が不要になる。
【００１８】
この際に，前記第１のポートから前記非相反部に入射した光は，その偏波状態が直線偏波状態であり，かつ前記非相反部に対して所定の偏波面の方向をもち，かつ所定の角度で入射することにより，前記第２のポートの前記ファイバコリメータへ出射し，前記第２のポートから前記非相反部に入射した光は第３のポートへ出射することが好ましい。
【００１９】
また，前記第１のポートと前記第３のポートとは前記非相反部の同じ側に配置されており，前記第１のポートと前記非相反部の間の光路および前記第３のポートと前記非相反部の間の光路の少なくともいずれか一方には，前記半導体レーザコリメータと前記第３のポートのファイバコリメータとの間を広げるべく光路を折り曲げる光路折り曲げプリズムおよび反射ミラーのいずれかが配置されていることが好ましい。
【００２０】
かかる構成によれば，光路折り曲げプリズムまたは反射ミラーにより，半導体レーザコリメータからの出射光と第３のポートのファイバコリメータへの入射光とのなす角度（θ）を小さくしたまま，半導体レーザコリメータと第３のポートのファイバコリメータとの間隔を広くとることができる。これにより，非相反部と両コリメータの間隔を従来よりも短くすることができ，小型化が可能になる。
【００２１】
そして，前記半導体レーザコリメータと前記第３のポートのファイバコリメータとは略平行に配置されているようにしてもよい。かかる構成によれば，半導体レーザコリメータと第３のポートのファイバコリメータを略矩形状の筐体に垂直に並列配置することができる。
【００２２】
さらに，前記半導体レーザコリメータと前記非相反部の間の光路および前記第３のポートのファイバコリメータと前記非相反部の間の光路に，光路反転プリズムを配置して，光路を反転することにより，前記非相反部の同一側に前記第１のポートと前記第２のポートと前記第３のポートを配置するように構成してもよい。
【００２３】
かかる構成によれば，３つのコリメータが全て同一側に配置でき，この光分離器を他の基盤に実装する際，基盤の隅に実装することが可能であり，光ファイバ実装の際のデッドスペースがなくなるのでレイアウト上有利である。
【００２４】
なお，前記非相反部と前記第１のポートの間に，前記非相反部を通過する光の光軸の周りに回転可能な１／２波長板を配置してもよい。周知のように，１／２波長板は任意の直線偏波方向を任意の直線偏波方向に回転変換する効果をもっている。その回転角は１／２波長板の回転角に依存する。かかる構成によれば，半導体レーザコリメータからの光が非相反部に入射する前に，その直線偏波面方向を自由に回転させることができるので，半導体レーザコリメータを配置する際，光サーキュレータの第１のポートへの入射に必要な特定の直線偏波面方向に関し，自由度が高くなる。
【００２５】
本発明の第２の観点によれば，上記記載の光分離器を具備し，前記光分離器の前記第２のポートは伝送路ファイバと接続され，前記第３のポートは受光器と接続されていることを特徴とするＯＴＤＲ装置が提供される。小型で結合損失が低く，低コスト化が可能な光分離器を用いているため，高精度な測定と低コスト化が可能なＯＴＤＲ装置を提供することができる。
【００２６】
本発明の第３の観点によれば，上記記載の複数の光分離器と，前記複数の光分離器の前記第２のポートの各々が接続された第１の合分波器と，前記複数の光分離器の前記第３のポートの各々が接続された第２の合分波器と，を具備し，前記第１の合分波器は伝送路ファイバに接続され，前記第２の合分波器は受光器に接続されており，前記複数の光分離器に含まれる複数の半導体レーザの少なくとも２つは互いに異なる波長の光を発することを特徴とするＯＴＤＲ装置が提供される。
【００２７】
かかる構成によれば，高精度な測定と低コスト化が可能なＯＴＤＲ装置を提供することができる。さらに，複数種類の波長の光を用いた測定が可能なＯＴＤＲ装置を提供できる。
【００２８】
なお，上記記載の光分離器において，前記第３のポートの前記ファイバコリメータの代わりに，受光素子とコリメート用レンズを光学的に結合した受光素子コリメータを用いてもよい。かかる構成によれば，第２のポートから第３のポートへの光結合もまた，光ファイバを介さずに行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００３０】
本発明の典型的な形態の光分離器は，レーザ光源を内蔵した構成を有し，従来の３ポート光サーキュレータの１つのポートあるいは２つのポートから光ファイバを除去した構成，特に偏波保存光ファイバを全く用いない構成を有する光源内蔵型方向性光分離器である。
【００３１】
図１は，本発明の第１実施例の光分離器１００の構成図である。光分離器１００は，非相反部１４０と，非相反部１４０の一側に配置されたファイバコリメータ１２０と，非相反部１４０の他側に配置されたＬＤコリメータ１１０，ファイバコリメータ１３０，光路折り曲げプリズム１５０を有する。上記３つのコリメータは非相反部１４０に対して光を入出射させるためのポートに配置されており，第１ポートＰ１にＬＤコリメータ１１０，第２ポートＰ２にファイバコリメータ１２０，第３ポートＰ３にファイバコリメータ１３０が配置されている。光分離器１００において，第１ポートＰ１から入射した光は第２ポートＰ２へ出射し，第２ポートＰ２から入射した光は第３ポートＰ３へ出射するよう構成されている。
【００３２】
非相反部１４０は，図２にその構成を示すように，２枚の楔形形状の複屈折光学結晶１４１ａ，１４１ｂを反転対向配置し，この複屈折光学結晶１４１ａ，１４１ｂの間にファラデー回転子１４２を配置した構成を有する。複屈折光学結晶１４１ａ，１４１ｂは，進行する光の偏波面により屈折率が異なる性質を有し，例えばルチル結晶からなる。複屈折光学結晶１４１ａ，１４１ｂは，図に示す光軸ＡＸの方向に対して略垂直な面内に正方形状を有し，その一辺の方向に対して例えば２２．５度の方向に光学結晶軸を有する。
【００３３】
ファラデー回転子１４２は，永久磁石１４３内に配置され，磁化されており，磁化の方向はＡＸ軸と同一方向である。ファラデー回転子１４２は，その内部を進行する光の偏波面を回転させ，その回転方向は光の進行方向に依存する性質を有し，例えばガーネット結晶からなる。ここで光軸ＡＸは，複屈折光学結晶１４１ａが有する面のうちのファラデー回転子１４２に対向する面に垂直な方向にとっている。
【００３４】
非相反部１４０において，左方向から入射した平行光は，複屈折光学結晶１４１ａで互いに直交する直線偏波Ｐと直線偏波Ｓに分かれる。分かれた２つの光はファラデー回転子１４２により偏波面の回転を受け，複屈折光学結晶１４１ｂにより再び平行光となって非相反部１４０の右側に出射する。この分かれた２つの偏波の分離幅はごくわずかである。したがって，出射側にあるファイバコリメータには，これら２つの光はほとんど損失を生じることなく結合することができ，第２ポートＰ２から第３ポートＰ３に出射する場合は偏波状態の如何にかかわらず結合することができる。すなわち，第２ポートＰ２から第３ポートＰ３への結合は偏波無依存性を有する。
【００３５】
図１の右方向から平行光が入射する場合は，同様に２つの直線偏波光に分かれるが，非相反部１４０の非相反性により，分かれた２つの光は非平行の状態で非相反部１４０の左側に出射する。そのため，第１ポートＰ１からは非相反部１４０に対して所定の偏波面の方向をもち，かつ所定の角度で入射した光の分かれた２つの光のうちの１つのみが第２ポートＰ２に出射する。したがって，第１ポートＰ１から第２ポートＰ２に出射する場合は偏光依存である。このような非相反部１４０の作用は特許文献１等に詳細に記載されている。
【００３６】
ＬＤコリメータ１１０は，光源としての半導体レーザと，その半導体レーザのチップ前面に搭載され光学的に結合されたコリメータ用レンズとを有し，半導体レーザからの出射光を平行光に変換して出射する。このコリメータ用レンズの焦点距離位置に半導体レーザのチップが位置している。ＬＤコリメータ１１０は，その出射光の光軸を中心とする同軸構造を有し，その軸の周りに自由に回転させて筐体等に実装可能なように構成されている。したがって，ＬＤコリメータ１１０が有する半導体レーザからの出射光の直線偏波の偏波面の方向を所定の回転角φの方向に決めた状態で筐体に実装可能である。
【００３７】
ファイバコリメータ１２０，１３０は共に，光学的に結合されたシングルモードファイバとコリメータ用レンズを有し，ファイバ内を伝搬した光を平行光に変換して出射することが可能である。光路折り曲げプリズム１５０は，図１に示すように光路に平行な面内において略平行四辺形状を有する。光路折り曲げプリズム１５０は，ＬＤコリメータ１１０とファイバコリメータ１３０の間隔を広げるように光路を折り曲げる機能を有する。
【００３８】
光路折り曲げプリズム１５０は，図３に示すように，２つの光透過面１５０ａ，１５０ｄと２つの全反射面１５０ｂ，１５０ｃとを有する。全反射面１５０ｂ，１５０ｃは光学研磨された全反射面であり，光透過面１５０ａ，１５０ｄは反射防止処理された光通過面である。全反射面１５０ｂ，１５０ｃでの反射による光損失は極めて微小であり，無視できる程度である。光路折り曲げプリズム１５０では，図３点線で示すように，入射光線と出射光線との光路を変えることができる。
【００３９】
光路折り曲げプリズム１５０は，ここでは，非相反部１４０とファイバコリメータ１３０の間の光路に配置されている。ＬＤコリメータ１１０からの出射光の光路と，非相反部１４０から出射してファイバコリメータ１３０へ向かう光の光路とで挟まれる範囲内に，光路折り曲げプリズム１５０の頂角の１つが位置するよう配置されている。
【００４０】
図１に示す構成において，ファイバコリメータ１２０を出射して右方向に光軸ＡＸに平行に非相反部１４０に入射した光は，光軸ＡＸに平行に非相反部１４０から出射し，光路折り曲げプリズム１５０を経由してファイバコリメータ１３０に入射する。この際，光路折り曲げプリズム１５０において，非相反部１４０を出射した光は，光透過面１５０ａを透過し，全反射面１５０ｂで反射されて光路を折り曲げられ，プリズム内を進行後，全反射面１５０ｃで再び反射されて光路を折り曲げられ，光透過面１５０ｄから出射してファイバコリメータ１３０に入射する。
【００４１】
また，ＬＤコリメータ１１０は，その出射光が光軸ＡＸに対して角度θをもって斜入射するように斜めに配置されている。また，半導体レーザからの出射光の直線偏波の偏波面の方向が前述の所定の回転角φの方向になるように配置されている。この回転角φの設定は，従来の偏波保存光ファイバで行うよりも，ＬＤコリメータ１１０で行う方が実装上容易である。したがって，ＬＤコリメータ１１０から出射して非相反部１４０に入射した光は，光軸ＡＸに平行に非相反部１４０から出射し，ファイバコリメータ１２０に入射する。
【００４２】
図１にファイバコリメータ１２０からの出射光およびＬＤコリメータ１１０からの出射光を点線で示す。なお，実際には複屈折光学結晶１４１ａ，１４１ｂでの屈折によって，非相反部１４０の左側の光路と右側の光路は光軸ＡＸに平行に微小量ずれるが，図１および以降の図面では理解を容易にするためにこの微小量を０として描いている。
【００４３】
上記構成において発光波長１．５μｍをもつＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）を用いたＬＤコリメータ１１０からファイバコリメータ１２０への結合について，実験を行ったところ，両者の距離を６０ｍｍにした場合，これらの結合損失は１．８ｄＢであった。この値は通常のＬＤモジュールの結合損失と比較しても遜色ないレベルである。
【００４４】
ファイバコリメータ１２０からファイバコリメータ１３０への結合は，特許文献１で詳細に説明されているように，偏波無依存で低損失結合が可能である。上記構成において実験を行ったところ，ファイバコリメータ１２０からファイバコリメータ１３０への結合は，両者の距離を６０〜１００ｍｍにした場合，その結合損失は０．５ｄＢであった。
【００４５】
なお，ＬＤコリメータ１１０とファイバコリメータ１３０とが干渉しないように光路折り曲げプリズム１５０を配置する際，ＬＤコリメータ１１０からの出射光ビームとファイバコリメータ１３０へ向かう光ビームがなす空間に光路折り曲げプリズム１５０の頂点部分が位置するよう配置すればよい。具体的にはこれらの光ビームの直径（通常０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ）以上の幅が上記空間にあれば，光路折り曲げプリズム１５０は２つの光ビームを分離することができる。よって，図１２に示す従来の装置で必要とされていた，傾斜角θを大きくすることや，非相反部とファイバコリメータとの距離を大きくすることは，本実施例では不要である。例えば，傾斜角θを３度とし，光路折り曲げプリズム１５０の頂点部分を配置するための２つの光ビームの間隔を１．５ｍｍとすると，ＬＤコリメータ１１０と非相反部１４０との間隔は２９ｍｍになる。光路折り曲げプリズムの寸法を任意に決めることにより，ＬＤコリメータ１１０とファイバコリメータ１３０との間隔は任意に決定できる。なお，光路折り曲げプリズム１５０での反射による光量損失は前述のように極めて微小であるため，光路折り曲げプリズム１５０を配置したことによる光量損失を考慮する必要はない。
【００４６】
本実施例によれば，以下に述べる多数の効果が得られる。本実施例では，第１ポートＰ１から非相反部への入射に偏波保存光ファイバ等の光ファイバを用いず，ＬＤコリメータ１１０を内蔵することにより，レーザ光源の光をレンズを介して直接非相反部へ入射する。これにより，結合損失を極めて低く抑えることができるという大きな効果が得られる。
【００４７】
高価な偏波保存光ファイバを用いないため，大幅にコストを削減できる。従来必要であったファイバ端面の研磨，反射防止処理，防汚に対する注意，所定の偏波消光比確保のための測定，ファイバの偏波方向の特定づけ，光学調整，融着作業，余長光ファイバの収納処理等の煩雑な作業が不要になり，製造工程における低コスト化を図ることができる。また，従来存在していた第１ポートでの余長ファイバが，本実施例では存在しないため，小型化を進めることができる。
【００４８】
また，本実施例では，非相反部１４０と第３ポートＰ３の間に光路折り曲げプリズム１５０を配置している。これにより，傾斜角θを小さい値にしたままでＬＤコリメータ１１０とファイバコリメータ１３０との間隔を広くとることが可能になる。さらに，非相反部１４０とＬＤコリメータ１１０やファイバコリメータ１３０との距離を小さくできるので，光結合距離を短くでき，結合損失を抑えることができると共に，小型化を進めることができる。従来では，ＬＤコリメータ１１０とファイバコリメータ１３０とが干渉しないように，傾斜角θを大きくし，非相反部とＬＤコリメータ１１０やファイバコリメータ１３０との距離を大きくする必要があったが，本実施例ではそのようなことは不要になる。
【００４９】
さらに，ＬＤコリメータ１１０を出射して第２ポートに入射した光が，その後反射を受けても，その反射光は全て第３ポートに出射されＬＤ素子側に戻ることはない。非相反部１４０の非相反性のために，反射光がＬＤコリメータ１１０に入射するのを防ぐことができる。このように，非相反部１４０はアイソレータとしても機能するため，一般のＬＤモジュール内部に設けられているようにＬＤ素子保護用のアイソレータを設ける必要がない。
【００５０】
図４は，本発明の第２実施例の光分離器２００の構成図である。本実施例の光分離器２００は，図１に示す第１実施例の光分離器１００と比べて，光路折り曲げプリズム１５０の配置位置が異なると共に，新たに１／２波長板２４０が設けられている。以下，この点に着目して説明を行い，第１実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【００５１】
１／２波長板２４０は非相反部１４０のファイバコリメータ１３０側に設置されている。１／２波長板２４０は，入射した直線偏波を偏波面の方向を回転させて出射する機能を有する。また，１／２波長板２４０は，ここでは不図示の機械的機構により，非相反部１４０を通過する光の光軸の周りに回転可能なように構成されている。
【００５２】
以上の構成により，ＬＤコリメータ１１０からの出射光の偏波面の方向を１／２波長板２４０により回転させて任意の方向にして非相反部１４０に入射させることが可能である。例えば，ＬＤコリメータ１１０からの出射光の偏波面の方向を図４の紙面に平行あるいは垂直であるように設定した場合でも，１／２波長板２４０を用いることにより，非相反部１４０へ入射する光の偏波面の方向を所定の回転角φの方向にして入射させることができる。言い換えれば，所定の回転角φの方向によらずに，ＬＤコリメータ１１０からの出射光の偏波面の方向が図４の紙面に平行あるいは垂直であるようにＬＤコリメータ１１０を実装できる。
【００５３】
光路折り曲げプリズム１５０は本実施例では，非相反部１４０とファイバコリメータ１３０の間ではなく，非相反部１４０とＬＤコリメータ１１０の間に設けられている。光路折り曲げプリズム１５０の頂角や配置角度を適当に設定することにより，ＬＤコリメータ１１０からの出射光と，ファイバコリメータ１３０への入射光を平行にすることができ，図４に示すように，ＬＤコリメータ１１０とファイバコリメータ１３０を平行にして配置できる。
【００５４】
本実施例では，第１ポートＰ１のＬＤコリメータ１１０から出射した直線偏波光は光路折り曲げプリズム１５０を経由して光路を折り曲げられた後，１／２波長板２４０により偏波面の回転を受けて，所定の回転角φの偏波面の方向を有して，非相反部１４０に入射する。そして，この光は第１実施例と同様に第２ポートＰ２のファイバコリメータ１２０に出射する。
【００５５】
第２ポートＰ２のファイバコリメータ１２０から出射した光は，非相反部１４０に入射し，１／２波長板２４０を経由した後，直接第３ポートＰ３のファイバコリメータ１３０に入射する。前述のように，第２ポートＰ２から第３ポートＰ３への結合に関しては，偏波無依存であるため，１／２波長板２４０を透過しても何ら問題はない。
【００５６】
以上より，本実施例では，第１実施例と同様に多数の効果が得られ，結合損失を低く抑えることができ，低コスト化，小型化を図ることができる。その上，本実施例では，ＬＤコリメータ１１０を傾けることなく，ファイバコリメータ１３０と平行に配置できる。この場合，図４に示すような矩形状の筐体２９０に対してＬＤコリメータ１１０，ファイバコリメータ１２０，１３０の３つのコリメータが全て垂直に実装できるという効果が得られる。また，１／２波長板２４０を用いることにより，ＬＤコリメータ１１０の出射光の偏波面の方向を固定して配置しつつ，非相反部１４０へは所定の回転角φの偏波面の方向にして入射させることが可能である。
【００５７】
図５は，本発明の第３実施例の光分離器３００の構成図である。本実施例の光分離器３００は，図４に示す第２実施例の光分離器２００と比べて，光路反転プリズム３５０が新たに設けられている。以下，この点に着目して説明を行い，第２実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【００５８】
本実施例では，図５に示すように光路に平行な面内において略二等辺三角形状を有する光路反転プリズム３５０が，１／２波長板２４０とＬＤコリメータ１１０，ファイバコリメータ１３０の間の光路に配置されている。光路反転プリズム３５０は二等辺である二辺部分が全反射面，底辺部分が光透過面となっている。図５に示すように，光路反転プリズム３５０の光透過面から入射した光は２つの全反射面で反射された後，再び光透過面から出射する。これにより，光路を折り返すことができ，ＬＤコリメータ１１０とファイバコリメータ１３０をファイバコリメータ１２０と同じ側に平行に配置することができる。
【００５９】
以上より，本実施例では，第１実施例と同様の多数の効果が得られ，結合損失を低く抑えることができ，低コスト化，小型化を図ることができる。その上，本実施例では，光路反転プリズム３５０を用いることにより，ＬＤコリメータ１１０，ファイバコリメータ１２０，１３０の３つのコリメータを全て同一側に平行に配置できる。この場合，図５に示すような略矩形状の筐体３９０に対してこれれら３つのコリメータが全て垂直に実装でき，しかも同一側に並列配置できるという効果が得られる。全てのポートが同じ側に配置できるため，光分離器３００を他の基盤に実装する際，基盤の隅に実装することが可能であり，デッドスペースが発生しない。また，図５に示す左右方向の幅を小さくすることができ，コンパクトな装置が可能になる。
【００６０】
図６は，本発明の第４実施例の光分離器４００の構成図である。本実施例の光分離器４００は，図１に示す第１実施例の光分離器１００と比べて，ファイバコリメータ１３０に代わり，受光素子コリメータ４３０が配置されている。以下，この点に着目して説明を行い，第１実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【００６１】
受光素子コリメータ４３０は，半導体受光素子とコリメータ用レンズとを有し，半導体受光素子のチップ面上にレンズの焦点が位置するように半導体受光素子とレンズを一体的に構成したものである。半導体受光素子は受光した光量をその量に応じて電流に変換する素子であり，受光素子コリメータ４３０は，受光素子コリメータ４３０に入射する略平行光をその光量に応じて電流に変換する機能を有する。
【００６２】
本実施例では，第２ポートＰ２のファイバコリメータ１２０から出射した光は，非相反部１４０に入射し，光路折り曲げプリズム１５０を経由した後，受光素子コリメータ４３０に入射する。すなわち，本実施例では，第２ポートＰ２から第３ポートＰ３への光結合は光ファイバを介さずに行う。図１に示す第１実施例では第２ポートＰ２から第３ポートＰ３への光結合は光ファイバ同士の結合であり，この点が第１実施例と本実施例とで大きく異なる点である。
【００６３】
一般にファイバコリメータからの出射光を他のファイバコリメータへ結合するよりは，図６に示すような受光素子コリメータに結合する方が結合に必要とされる条件は遙かに緩い。なぜならば，光ファイバの受光面に相当するコアの径は一般的に１０μｍ程度であるのに対して，受光素子の受光面の一辺は１００〜３００μｍであり，両者の受光面の面積比は１００倍以上になる。さらに光ファイバでは受光する入射角度は一般に５度〜６度以内に制限されるが，受光素子では受光する入射角度は数十度以内であればよく，制限が緩い。
【００６４】
以上より，本実施例では，第１実施例と同様の多数の効果に加えて以下に述べる効果が得られる。本実施例では，第２ポートＰ２から第３ポートＰ３への光結合は光ファイバを介さずに行うため，結合させるための制限条件を緩くでき，光結合損失をさらに低くなると共に実装作業が容易になる。結合のための制限条件が緩和されるため，例えば温度環境が変化しても光結合の変化は少なく，結合安定性を期待できる。また，第３ポートＰ３には光ファイバそのものが存在しないため，光ファイバのとり回し作業等が不要になり，デッドスペースが減ることにより小型化を進めることができ，低コスト化を推進することができる。
【００６５】
なお，ここでは第１実施例の光分離器１００の構成において，ファイバコリメータ１３０に代わり受光素子コリメータ４３０を用いる例を説明したが，第２実施例の光分離器２００，第３実施例の光分離器３００の構成においても同様に，ファイバコリメータ１３０の代わりに受光素子コリメータ４３０を適用することは可能である。
【００６６】
上記実施例において，光路折り曲げプリズム１５０の代わりに，反射ミラーを用いることもできる。その場合は，上記実施例における光路折り曲げプリズム１５０の全反射面１５０ｂ，１５０ｃの位置に，全反射面１５０ｂ，１５０ｃと同様の機能を有する反射ミラーを配置すればよい。また同様に，上記実施例において，光路反転プリズム３５０の代わりに，反射ミラーを用いることもできる。
【００６７】
図７は，本発明の第５実施例の光分離器４４０の構成図である。本実施例の光分離器４４０は，図６に示す第４実施例の光分離器４００と比べて，光路折り曲げプリズム１５０に代わり，１つの反射ミラー４５０が配置され，受光素子コリメータ４３０の配置位置が変更されている。以下，この点に着目して説明を行い，第４実施例と同様のものについては重複説明を省略する。
【００６８】
反射ミラー４５０は，非相反部１４０と受光素子コリメータ４３０の間の光路に配置され，ここでは非相反部１４０から受光素子コリメータ４３０へ向かう光路を略直角に折り曲げるように構成されている。その結果，受光素子コリメータ４３０はＬＤコリメータ１１０と並んだ位置ではなく，図７に示すようにＬＤコリメータ１１０から離れた位置に配置される。
【００６９】
一般に，ＬＤコリメータと受光素子コリメータとが隣接していると電気的な信号の干渉が生じやすい。本実施例では，図７に示すように両者を略直角方向に，しかも離れた位置に配置しているため，上記のような信号干渉の問題が生じにくいという効果が得られる。
【００７０】
図８は，上記の光分離器２００を用いたＯＴＤＲ装置の概略構成図である。光分離器２００の第２ポートＰ２のファイバコリメータ１２０は伝送路ファイバ４７０に接続され，第３ポートＰ３のファイバコリメータ１３０は受光器４８０に接続されている。
【００７１】
光分離器２００内の第１ポートＰ１のＬＤコリメータ１１０から出射した光は，１／２波長板２４０および非相反部１４０を経由して，第２ポートＰ２に出射され，ファイバコリメータ１２０を介して伝送路ファイバ４７０内を伝搬する。伝送路ファイバ４７０の破断点で反射された光は伝送路ファイバ４７０内を戻り，光分離器２００の第２ポートのファイバコリメータ１２０に入射し，非相反部１４０および１／２波長板２４０を経由して，第３ポートに出射される。そして，ファイバコリメータ１３０を経由して受光器４８０に達する。
【００７２】
図９は，２つの光分離器２００ａ，２００ｂを用いたＯＴＤＲ装置の概略構成図である。光分離器２００ａ，２００ｂは上記の光分離器２００と同様の構成，機能を有する。ただし，光分離器２００ａ，２００ｂが内蔵するレーザ光源の波長は互いに異なる。このため，図９に示す例では図８に示す例と異なり，合分波器５００ａ，５００ｂが設けられている。
【００７３】
光分離器２００ａ，２００ｂの第２ポートＰ２は合分波器５００ａを介して伝送路ファイバ４７０に接続され，光分離器２００ａ，２００ｂの第３ポートＰ３は合分波器５００ｂを介して受光器４８０に接続されている。合分波器５００ａ，５００ｂは，波長の異なる複数の光ビームを合成および分離する機能を有する。
【００７４】
光分離器２００ａ，２００ｂの第１ポートＰ１の各レーザ光源を出射した光は，前述の場合と同様に，それぞれの第２ポートＰ２に出射され，合分波器５００ａで合成された後，伝送路ファイバ４７０内を伝搬する。伝送路ファイバ４７０の破断点で反射された光は伝送路ファイバ４７０内を戻り，合分波器５００ａで波長ごとに分離されてそれぞれ対応する光分離器２００ａ，２００ｂの第２ポートＰ２に入射する。光分離器２００ａ，２００ｂでは前述の場合と同様に，第２ポートＰ２に入射した光はそれぞれ第３ポートに出射され，合分波器５００ｂで合成されて受光器４８０に入射する。受光器４８０では波長ごとに検出作業が行われる。
【００７５】
光分離器２００ａ，２００ｂに内蔵されるレーザ光源が発する光の波長は例えば，１．３μｍと，１．５５μｍを採用することができる。このように，ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を適用し，受光器を共通とすることにより，複数の波長に対応したＯＴＤＲ装置を実現することができる。
【００７６】
図１０は，３つ以上の光分離器２００ａ，２００ｂ，…，２００ｎ（ただし，ここでｎは３以上の整数）を用いたＯＴＤＲ装置の概略構成図である。光分離器２００ａ，２００ｂ，…，２００ｎは上記の光分離器２００と同様の構成，機能を有する。ただし，光分離器２００ａ，２００ｂ，…，２００ｎが内蔵するレーザ光源の波長は互いに異なる。
【００７７】
この場合も図９に示す例と同様に，合分波器５００ａ，５００ｂを設けて，異なる波長の光を合成，分離することにより，３以上の複数の波長に対応したＯＴＤＲ装置を実現することができる。光分離器２００ａ，２００ｂ，…，２００ｎに内蔵されるレーザ光源が発する光の波長は例えば，１．３μｍ，１．５５μｍ，１．６μｍを採用することができる。
【００７８】
なお，図８，図９，図１０に示す例では，光分離器として光分離器２００の構成を採用しているが，これに限定するものではなく，光分離器１００，光分離器３００を適用することも当然可能である。
【００７９】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８０】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，結合損失を低く抑え，低コスト化および小型化が可能な光分離器および該光分離器を備えるＯＴＤＲ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の光分離器の構成図である。
【図２】非相反部の構成図である。
【図３】光路折り曲げプリズムの光透過面，全反射面を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例の光分離器の構成図である。
【図５】本発明の第３実施例の光分離器の構成図である。
【図６】本発明の第４実施例の光分離器の構成図である。
【図７】本発明の第５実施例の光分離器の構成図である。
【図８】本発明にかかる光分離器を用いたＯＴＤＲ装置の概略構成図である。
【図９】２つの光分離器を用いたＯＴＤＲ装置の概略構成図である。
【図１０】３つ以上の光分離器を用いたＯＴＤＲ装置の概略構成図である。
【図１１】従来の一般的な３ポート光サーキュレータの機能を説明するための模式図である。
【図１２】従来の３ポート光サーキュレータの構成図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，４４０　　　　光分離器
１１０　　　　ＬＤコリメータ
１２０，１３０　　　　ファイバコリメータ
１４０　　　　非相反部
１４１ａ，１４１ｂ　　　　複屈折光学結晶
１４２　　　　ファラデー回転子
１５０　　　　光路折り曲げプリズム
２４０　　　　１／２波長板
３５０　　　　光路反転プリズム
４３０　　　　受光素子コリメータ
４５０　　　　反射ミラー
４７０　　　　伝送路ファイバ
４８０　　　　受光器
５００ａ，５００ｂ　　　　合分波器
【図１】
2004145136.tif 000003
【図２】
2004145136.tif 000004
【図３】
2004145136.tif 000005
【図４】
2004145136.tif 000006
【図５】
2004145136.tif 000007
【図６】
2004145136.tif 000008
【図７】
2004145136.tif 000009
【図８】
2004145136.tif 000010
【図９】
2004145136.tif 000011
【図１０】
2004145136.tif 000012
【図１１】
2004145136.tif 000013
【図１２】
2004145136.tif 000014