(57)【要約】【課題】  簡便な光変換素子であって、光送受信における外部電源の省略及び待機電力の省力化及び稼動費の低価格化を提供することにある。【解決手段】  第１の光ファイバ１ａから受光素子２へ光学的に結合し、受光素子２から発光素子３へ電気的に結合し、発光素子３から第２の光ファイバ１ｂへ光学的に結合している構造であり、第１の光ファイバ１ａにより伝播されてきた光信号及び光パワーを受光素子２により電気信号と電力が発生し、この電力により発光素子３が起動し、電気信号から光信号へ変換した光を放射し、この光を第２の光ファイバ１ｂにより伝播させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射用光導波路により伝播してきた任意の波長の光信号及び光パワーを受光素子により、電気信号及び電力を発生させ、電気回路を駆動させることを特徴とする光リレー方法。
【請求項２】
受光素子と共に電気回路を構成している発光素子により発生した任意の波長の光を光出射用光導波路により伝播することを特徴とする請求項１記載の光リレー方法。
【請求項３】
光入射用光導波路により伝播してきた任意の波長の光信号及び光パワーを任意の分岐比の分岐膜において光パワーと光信号に分離した後、上記光パワーは光パワー用受光素子により電力を発生させ、スイッチ回路を駆動させて外部電源を起動させ、上記光信号は光信号用受光素子により電気信号を発生させ、上記外部電源により駆動した信号処理回路を介して、上記光信号用受光素子と共に電気回路を構成している上記光信号用発光素子により発生した任意の波長の光を光出射用光導波路により伝播することを特徴とする請求項１記載の光リレー方法。
【請求項４】
光入射用光導波路と、この光入射用光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーを電気信号に変換しかつ電力を発生させるための受光素子とを備え、この受光素子により発生された電力によって電気回路を駆動させるものであることを特徴とする光リレー。
【請求項５】
受光素子とこの受光素子と電気的に結合されている発光素子とによって電気回路が構成され、上記発光素子と光学的に結合されている光出射用光導波路である第２の光導波路を設けてあり、光入射用光導波路である第１の光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーを上記受光素子により、電気信号及び電力を発生させて、上記発光素子を駆動可能とし、上記発光素子から発生した光を上記第２の光導波路により伝播するものであることを特徴とする請求項４記載の光リレー。
【請求項６】
受光素子とこの受光素子と電気的に結合されている発光素子とによって電気回路が構成され、上記発光素子と光学的に結合されている光出射用光導波路である第２の光導波路を設け、光入射用光導波路である第１の光導波路と上記受光素子の間に光量均一化素子を設け、上記発光素子と第２の光導波路との間に集光手段を設けてあり、上記第１の光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーは上記光量均一化素子を介して上記受光素子に供給され、上記受光素子は電気信号及び電力を発生させて、上記発光素子を駆動可能とし、上記発光素子から発生した光を上記集光手段を介して上記第２の光導波路により伝播するものであることを特徴とする請求項４記載の光リレー。
【請求項７】
受光素子とこの受光素子と電気的に結合されている発光素子とによって電気回路が構成され、上記発光素子と光学的に結合されている光出射用光導波路である第２の光導波路を設けてあり、上記発光素子と第２の光導波路との間に光を任意の偏光にする偏光素子と集光手段を配置してあり、光入射用光導波路である第１の光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーを上記受光素子により電気信号及び電力を発生させて、上記発光素子を駆動可能とし、上記発光素子から発生した光を上記偏光素子により規定した偏光にして上記集光手段を介して上記第２の光導波路により伝播するものであることを特徴とする請求項４記載の光リレー。
【請求項８】
受光素子とこの受光素子と電気的に結合されている発光素子とによって電気回路が構成され、上記発光素子と光学的に結合されている光出射用光導波路である第２の光導波路を設け、光入射用光導波路である第１の光導波路と受光素子の間に光量均一化素子を設け、上記発光素子と第２の光導波路との間に光を任意の偏光にする偏光素子と集光手段を配置してあり、上記第１の光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーを上記光量均一化素子により光強度分布を均一にし、この光を受光して受光素子により電気信号及び電力を発生させて、上記発光素子を駆動可能とし、上記発光素子から発生した光を上記偏光素子により規定した偏光にして上記集光手段を介して上記第２の光導波路により伝播するものであることを特徴とする請求項４記載の光リレー。
【請求項９】
分岐膜と、電気回路とを備えており、受光素子は光パワー用の第１の受光素子と、光信号用の第２の受光素子とから構成されており、上記分岐膜は光入射用光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーをそれぞれ分離させるためのものであり、上記光パワー用の第１の受光素子は上記分岐膜から分離された光パワーを電力に変換させるためのものであり、上記光信号用の第２の受光素子は上記分岐膜から分離された光信号を電気信号に変換させるためのものであり、上記電気回路は上記第１及び第２の受光素子と電気的に結合されており、上記第１の受光素子により発生された電力によって上記電気回路を駆動可能であることを特徴とする請求項４記載の光リレー。
【請求項１０】
光入射用光導波路である第１の光導波路に対して第２及び第３の光導波路は分岐膜を介してそれぞれ光学的に結合されており、上記第２の光導波路は光量均一化素子及び光パワー用の第１の受光素子の順に光学的に結合されており、上記第１の受光素子はスイッチ回路に電気的に結合されており、上記スイッチ回路は外部電源に電気的に結合されており、上記外部電源は信号処理回路、光信号用の第２の受光素子及び発光素子に電気的に結合されており、上記第３の光導波路は第１の集光手段及び光信号用の第２の受光素子の順に光学的に結合されており、上記発光素子は第２の集光手段と第４の光導波路の順に結合されているものであり、
上記分岐膜は上記第１の光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーを光パワーと光信号とに分離するものであり、
上記光量均一化素子は、上記分岐膜で分離され上記第２の光導波路を伝播してきた光パワーの光強度分布を均一にするものであり、
上記光パワー用の第１の受光素子は、均一化された光を受光して電力を発生させて上記スイッチ回路を駆動可能とするものであり、
上記スイッチ回路は、上記外部電源のオンオフ操作可能のものであり、
上記光信号用の第２の受光素子は、上記分岐膜で分離され上記第３の光導波路を伝播し、上記第１の集光手段により集光された光を受光するものであり、
上記信号処理回路は上記光信号用の第２の受光素子からの光信号を処理するものであり、
処理された光信号を受信した上記発光素子は光を発生させて上記第２の集光手段を介して上記第４の光導波路により伝播するものであることを特徴とする請求項４記載の光リレー。
【請求項１１】
光量均一化素子は、拡散板、透過率調整膜、マイクロレンズアレイ及び光ファイバアレイの中から選択されるものであることを特徴とする請求項６、請求項８又は請求項１０記載の光リレー。
【請求項１２】
任意の偏光にする偏光素子は、偏光板と偏光プリズムの中から選択されるものであることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の光リレー。
【請求項１３】
任意の偏光にする偏光素子は偏光板または偏光プリズムのいずれかと波長板であることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の光リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信機器、光情報処理機器、光学的分析機器、光パワー伝送機器などに用いられる光リレー方法及び光リレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信においては、例えば、特開平８−２３４２４４号公報に記載の光ルータや特開２００２−１１１５３４号公報に記載の光信号トランスポンダ等を介して光信号を送受信している。これは、高速な演算処理部品や電子回路等により信号を処理するため、高価で大型である。また、常に電力供給を続けなければならず、発熱対策にかかる電力も合わせると大きな待機電力が必要とされる。
【０００３】
そして光通信において光の偏光状態は重要な要素である。この偏光状態を任意に固定するために偏波コントローラを用いる必要があった。これは任意の入力偏光をある一定の偏光として出力するものであるが、入力若しくは出力の偏光状態を観測し、制御回路によりフィードバックさせる必要があり、応答性が低い。
【特許文献１】特開平８−２３４２４４号公報
【特許文献２】特開２００２−１１１５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、多くの技術分野において地球環境保護の面から省エネルギー化が求められているが、光通信においては、基地局、中継器及び端末のすべての装置に電力供給を常時行う必要がある。このため、装置自体の稼動電力のみならず、発熱対策による電力消費もあり、省電力製品が求められている。光通信における従来技術では、光受信機により光信号のみを感知し、電子回路により処理されるため、光信号を感知していない状態のときでも待機電力として多くの電気が消費されている。
【０００５】
一方、テレビや映画等のストリーミングを本格的に普及させるためには、伝送容量の拡大が必要となる。このため、今後益々の通信インフラの充実が求められている。
【０００６】
本発明の目的は、外部電源の省略、待機電力の省力化を図ると共に稼動費の低価格化にある。
【０００７】
本発明の他の目的は、光の送受信の高速処理を可能にすることにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、構成を簡素にし、故障率を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光リレー方法は、光入射用光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーを受光素子により、電気信号及び電力を発生させて、電気回路を駆動させるものである。
受光素子と発光素子によって上記電気回路を構成している場合には、駆動する上記発光素子より発生した光を光出射用光導波路により伝播させるものである。
【００１０】
本発明の光リレーは、光入射用光導波路と、この光入射用光導波路により伝播してきた光信号及び光パワーを電気信号に変換しかつ電力を発生させるための受光素子とを備え、この受光素子により発生された電力によって電気回路を駆動させるものである。
【００１１】
本発明の光リレーの典型例としては、光入射用光導波路、光強度整形手段、受光素子、発光素子、集光手段及び光出射用光導波路を具備している。上記光強度整形手段、受光素子、発光素子及び集光手段は、上記光入射用光導波路と光出射用光導波路との間に配置されている。
上記光入射用光導波路は光信号と光パワーを同時に伝播する機能を備えているものであるために、例えばシングルモードファイバ又はマルチモードファイバからなる光ファイバ、偏波保持光ファイバ等が使用される。上記光強度整形手段は、上記光入射用光導波路からの入射光の光強度を均一に照射する機能を有している。上記光強度整形手段は、拡散板、透過率調整膜が使用されるが、その他の例として複数の光源からの強度分布の重ね合わせによる均一化の手法、上記拡散板との組み合わせによるもの等が用いられる。上記受光素子は光信号を受信し出力し（望ましくは高速受信し、高出力し）、かつ電気回路（機器又は装置）を駆動する電力を供給する機能を有している。上記発光素子は、上記受光素子により供給された電力又は上記受光素子により供給された電力により起動した外部電源からの電力によって駆動可能であり、受信した光信号を発信する機能を有している。上記発光素子は低電力で光信号を発生する手段であり、単一波長、単一偏光状態又は単一モードの光発生手段である半導体レーザーや発光ダイオードの他に、複数波長又は波長可変、任意の偏光状態、複数モードの半導体レーザーや発光ダイオードなどが含まれる。上記集光手段は、光出射用光導波路へ効率よく光を集める機能を有し、レンズなどが使用される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光リレー方法によれば、光信号のみならず、光パワーを効率的に利用するので、待機電力の省略又は省電力電源を使用でき、省エネルギー化へ貢献することができる。
【００１３】
本発明の光リレーによれば、受光素子が光信号を受信し、かつ光パワーによる自己発電を行えるため、自力で電気回路を駆動することができ、外部電源の省略、待機電力の省力化及び稼動費の低価格化を図ることができる。
【００１４】
本発明の光リレーによれば、任意の偏光にする偏光素子を設けることにより、外部の電力供給なしに光の変調信号を維持させたまま、光の偏光状態を簡便に任意の偏光状態へ変換及び固定することができ、光偏波コントローラやポッケルスセルを用いることなく任意の偏光状態の規定及び位相制御が可能となる。
【００１５】
本発明の光リレーによれば、受光素子と発光素子とを電気的に結合させることにより、高価な非線形光学結晶、増幅用ファイバ、増幅用レーザー等の多種の部品を必要とせず、容易に波長変換が可能となり、低価格なデバイスを提供することができ、そして外部電源に頼らずに送受信の高度な処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１に示す光リレーＡについて説明する。
光リレーＡは、光入射用光導波路である第１の光ファイバ１ａと、光受信機である受光素子２と、光送信機である発光素子３と、光出射用光導波路である第２の光ファイバ１ｂとを備えている構造である。光リレーＡは第１の光ファイバ１ａが受光素子２と光学的に結合され、受光素子２が発光素子３と電気的に結合され、発光素子３が第２の光ファイバ１ｂと光学的に結合されている。
両光ファイバ１ａ，１ｂには、石英系のシングルモード光ファイバ、石英系のマルチモード光ファイバ、偏波依存光ファイバ及びプラスチック光ファイバ等光を伝播する機能を有するファイバが使用される。また、受光素子２は、第１の光ファイバ１ａより伝播してきた光信号及び光パワーを電気信号に変換可能であり同時に電力を発生させる機能を備えている。受光素子２としては、例えば特開２００３−３０３９７７号公報に記載のフォトダイオードなどの素子が使用される。受光素子２は高速応答性を有し、高出力な起電力を発生する受光半導体素子であることが望ましい。受光素子２は図示するような単一のものに限られず、複数でも良い。発光素子３は、半導体レーザー又は発光ダイオードである。
【００１７】
光リレーＡの作用について説明する。
光ファイバ１ａにより伝播されてきた光信号及び光パワーが受光素子２に送信され、供給されると、受光素子２は上記光信号を電気信号に変換し同時に電力を発生させる。このために、受光素子２に電気的に結合されている発光素子３は、受光素子２から得られた電力により起動し、同時に電気信号から光信号へ変換して光を放射する。発光素子３から放射された光は第２の光ファイバ１ｂへ送信されるから、この第２の光ファイバ１ｂを介して所定個所まで伝播される。
【００１８】
（第２の実施の形態）
図２に示す光リレーＢについて説明する。
光リレーＢの特徴は、光量均一化素子５と集光手段であるレンズ８とを備えている点にあり、その他の構成は光リレーＡのそれと実質的に同一である。
なお、光リレーＡの構成部分と共通する光リレーＢの構成部分についての詳細な説明を省略する。
光リレーＢは、光入射用光導波路である第１の光ファイバ４ａと、光量均一化素子５と、光量均一化素子５を介して第１の光ファイバ４ａと光学的に結合している光受信機である受光素子６と、受光素子６と電気的に結合している光送信機である発光素子７と、発光素子７から集光手段であるレンズ８を介して光学的に結合している光出射用光導波路である第２の光ファイバ４ｂとを備えている構造である。
光量均一化素子５は、拡散板、例えばフィルタなどのような透過率調整膜、レンズ集積体などが使用される。レンズ集積体としては、例えばマイクロレンズアレイやレンズのいずれか単一体又は２つ以上の集合体からなるものなどが使用される。
第１の光ファイバ４ａ、第２の光ファイバ４ｂ、受光素子６及び発光素子７は、上述の光リレーＡにおける第１の光ファイバ１ａ、第２の光ファイバ１ｂ、受光素子２及び発光素子３にそれぞれ対応している。
【００１９】
光リレーＢの作用について説明する。
光リレーＢは、光ファイバ４ａにより伝播されてきた光の信号を保持しつつ、光量均一化素子５により光パワーを均等に受光素子６へ入射させることで、受光素子６では電気信号と電力が発生される。この電力により発光素子７は起動し、かつ電気信号を光信号へ変換し、変換した光を放射する。レンズ８は発光素子７から放射された光を効率よく光ファイバ４ｂへ入射させ、入射光は第２の光ファイバ４ｂを通じて所定個所まで伝播される。
【００２０】
（第３の実施の形態）
図３に示す光リレーＣについて説明する。
光リレーＣの構成は、入射光を任意の偏光にする偏光素子１３を設けている点を除いて光リレーＢの構成と実質的に同一構成である。このために、光リレーＢの構成部分と共通する光リレーＣの構成部分についての詳細な説明を省略する。
光リレーＣにおいて、光入射用光導波路である第１の光ファイバ９ａが光量均一化素子１０を介して光受信機である受光素子１１へ光学的に結合され、受光素子１１が光送信機である発光素子１２と電気的に結合され、発光素子１２が入射光を任意の偏光にする偏光素子１３及び集光手段であるレンズ１４を介して第２の光ファイバ９ｂへ光学的に結合されている構造である。
任意の偏光にする偏光素子１３は、発光素子１２から入射される光を任意の偏光に決定するためのものである。任意の偏光にする偏光素子１３は、偏光板、偏光プリズム又は波長板などから選択されたもの、また偏光板、偏光プリズム又は波長板などを複合したものである。任意の偏光にする偏光素子１３とレンズ１４との配置位置は、偏光状態に対し等価であるため、任意の偏光にする偏光素子１３を前側（図左側）に、レンズ１４を後側（図右側）としているが、その位置を反対にしてもかまわない。
第１の光ファイバ９ａ、第２の光ファイバ９ｂ、光量均一化素子１０、受光素子１１、発光素子１２及びレンズ１４は、上述の光リレーＢにおける第１の光ファイバ４ａ、第２の光ファイバ４ｂ、光量均一化素子５、受光素子６、発光素子７及びレンズ８にそれぞれ対応している。
【００２１】
光リレーＣの作用について説明する。
光リレーＣは、第１の光ファイバ９ａにより伝播されてきた光の信号を保持しつつ、光量均一化素子１０により光パワーを均等に受光素子１１へ入射することで、受光素子１１によって電気信号と電力が発生される。この電力により発光素子１２は起動し、電気信号から光信号へ変換した光を放射する。この光の偏光状態を任意の偏光状態にする偏光素子１３により任意に決定し、任意の偏光に決定する偏光素子１３により偏光状態が決まった光をレンズ１４により効率よく第２の光ファイバ９ｂへ入射させ、光ファイバ９ｂにより光を伝播させる。
【００２２】
（第４の実施の形態）
図４に示す光リレーＤについて説明する。
光リレーＤは、光入射用光導波路である第１の光ファイバ１５ａと、光信号と光パワーとを分離する分岐膜１６と、光パワー伝播用光導波路である第３の光ファイバ１５ｃと、光信号伝播用光導波路である第４の光ファイバ１５ｄと、光量均一化素子１７と、受光発電機である第１の受光素子１８と、スイッチ回路１９と、外部電源２０と、第１及び第２の集光手段であるレンズ２１及び２５と、光受信機である第２の受光素子２２と、信号処理回路２３と、光送信機である発光素子２４と光出射用光導波路である第２の光ファイバ１５ｂとを備えている構造である。
光リレーＤにおいて、第１の光導波路である第１の光ファイバ１５ａが分岐膜１６を介して第３の光導波路である第３の光ファイバ１５ｃと第４の光導波路である第４の光ファイバ１５ｄそれぞれに光学的に結合されている。第３の光ファイバ１５ｃは、光パワー用の第１の受光素子１８と、第１の受光素子１８と光量均一化素子１７を介して光学的に結合されている。第１の受光素子１８がスイッチ回路１９と電気的に結合され、スイッチ回路１９が外部電源２０へ電気的に結合されている。第４の光ファイバ１５ｄが光信号用の第２の受光素子２２とレンズ２１を介して光学的に結合されている。第２の受光素子２２が信号処理回路２３及び外部電源２０へ電気的に結合され、信号処理回路２３が発光素子２４へ電気的に結合されている。発光素子２４がレンズ２５を介して第２の光導波路である第２の光ファイバ１５ｂへ光学的に結合されている。
全ての光ファイバ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄには、石英系のシングルモード光ファイバ、石英系のマルチモード光ファイバ、偏波依存光ファイバ及びプラスチック光ファイバ等光を伝播する機能を有するファイバが使用される。分岐膜１６は、ハーフミラー、任意の透過率（反射率）に規定されたビームスプリッタプリズム及びフィルタ、波長分離フィルタ又はファイバカプラなど第１の光ファイバ１５ａより伝播してきた光を光信号と光パワーとに分離する機能を有する。光量均一化素子１７は、拡散板、例えばフィルタなどのような透過率調整膜、レンズ集積体などが使用される。レンズ集積体としては、例えばマイクロレンズアレイやレンズのいずれか単一体又は２つ以上の集合体からなるものなどが使用される。第１の受光素子１８は、第３の光ファイバ１５ｃより伝播してきた光パワーから電力を発生させる機能を備えている。第１の受光素子１８としては、例えば特開２００３−３０３９７７号公報に記載のフォトダイオードなどの素子が使用される。受光素子１８は高出力な起電力を発生する受光半導体素子であることが望ましい。第１の受光素子１８は図示するような単一のものに限られず、複数でも良い。スイッチ回路１９は、受光素子１８により発生した電力を用いて駆動され、外部電源２０を操作するものである。第２の受光素子２２は、光通信に使用される一般的なフォトダイオードである。信号処理回路２３は、第２の受光素子２２で受信された信号を処理し、発光素子２４を駆動させるものである。発光素子２４は、半導体レーザー又は発光ダイオードである。
【００２３】
光リレーＤの作用について説明する。
第１の光ファイバ１５ａにより伝播されてきた光信号と光パワーを分岐膜１６で光信号と光パワーとに分離し、光パワーは第３の光ファイバ１５ｃを伝播し、光量均一化素子１７により光パワーを均等に第１の受光素子１８へ入射することで、電力が発生する。この電力によりスイッチ回路１９を駆動し外部電源２０を起動させる。
一方、光信号は第４の光ファイバ１５ｄを伝播し、レンズ２１は第４の光ファイバ１５ｄから放射された光を効率よく第２の受光素子２２へ入射させ、第２の受光素子２２は光信号を受信する。この信号は外部電源２０によって起動された信号処理回路２３によって処理され、発光素子２４により電気信号が光信号に変換し、変換された光が放射する。レンズ２５は発光素子２４から放射された光を効率よく第２の光ファイバ１５ｂへ入射させるものである。外部電源２０の起動によって発光素子２４は起動し、電気信号から光信号へ変換した光を放射する。この光は第２の光ファイバ１５ｂを通じて所定個所まで伝播される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光リレーの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による光リレーの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による光リレーの構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態による光リレーの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ                光リレー
１ａ，４ａ，９ａ，１５ａ      第１の光ファイバ（第１の光導波路）
１ｂ，４ｂ，９ｂ，１５ｂ      第２の光ファイバ（第２の光導波路）
２，６，１１                  受光素子
３，７，１２，２４            発光素子
５，１０，１７                光量均一化素子
８，１４                      レンズ（集光手段）
１３                          偏光素子
１５ｃ                        第３の光ファイバ（第３の光導波路）
１５ｄ                        第４の光ファイバ（第４の光導波路）
１６                          分岐膜
１８                          光パワー用の第１の受光素子
１９                          スイッチ回路
２０                          外部電源
２１                          レンズ（第１の集光手段）
２２                          光信号用の第２の受光素子
２３                          信号処理回路
２５                          レンズ（第２の集光手段）
【図１】
2005333036.tif 000003
【図２】
2005333036.tif 000004
【図３】
2005333036.tif 000005
【図４】
2005333036.tif 000006