JP3133833B2 - Light star coupler - Google Patents
Light star couplerInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、複数の光信号入力ポー
トの任意の1つから入力される光信号を、その偏光状態
に依存せずに複数の光信号出力ポートの全てに、互いに
等しい光強度で分配する機能を持った光スターカップラ
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical signal input from an arbitrary one of a plurality of optical signal input ports and being equal to all of the plurality of optical signal output ports independently of the polarization state. The present invention relates to an optical star coupler having a function of distributing by light intensity.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種の光スタータップラは平面
導波路を用いて作製されていた。図1(a) に平面導波路
により構成された光スターカップラの構造を示す。図1
(a) において、1は石英基板、2は光信号入力ポート、
3は入力側光導波路、4は光結合部、5は出力側光導波
路、6は光信号出力ポートである。2. Description of the Related Art Conventionally, this type of optical star tapler has been manufactured using a planar waveguide. FIG. 1A shows the structure of an optical star coupler constituted by a planar waveguide. FIG.
In (a), 1 is a quartz substrate, 2 is an optical signal input port,
3 is an input side optical waveguide, 4 is an optical coupling part, 5 is an output side optical waveguide, and 6 is an optical signal output port.
【0003】光ファイバを介して光信号入力ポート2よ
りカップラに結合された光信号は、入力側光導波路3を
伝搬して光結合部4に導かれる。光結合部4は、図1
(b) に示すような幅の広い導波路構造となっており、各
入力側光導波路3からの光信号は、この幅の広い導波路
中を拡散することによって、出力側光導波路5のすべて
に結合される。出力側光導波路5に導かれて光信号出力
ポート6に達した光信号は、再び光ファイバに結合さ
れ、この光ファイバによってふたたび伝送される。An optical signal coupled to the coupler from an optical signal input port 2 via an optical fiber propagates through an input optical waveguide 3 and is guided to an optical coupling section 4. The optical coupling unit 4 is shown in FIG.
(b), the optical signal from each input side optical waveguide 3 is diffused in the wide optical waveguide, so that all of the output side optical waveguides 5 are diffused. Is combined with The optical signal guided to the output side optical waveguide 5 and reaching the optical signal output port 6 is again coupled to the optical fiber and transmitted again by this optical fiber.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
形の光スターカップラでは、全ての入力および出力側の
光導波路同士を等しい光強度で結合させることは本質的
に不可能であり、若干の結合のばらつきが結合部の設計
段階で既に存在している。また、このような形の光スタ
ーカップラは、入力および出力側の光導波路が1つの平
面内に配置される構造のため、導波路が多数になるに従
って上記のような結合のばらつきが特に大きくなり、こ
うしたばらつきを許容量以下に抑制するための光結合部
の設計が非常に困難となる。さらに、このような形の光
スターカップラでは、導波路製造時に発生するひずみ応
力によって、導波路間の結合特性に偏光依存性が生じ、
結果として、入力光の偏光状態の変動によって分岐比が
変動し、光スターカップラとしての機能が損なわれると
いう問題がある。However, in such an optical star coupler, it is essentially impossible to couple all the input and output optical waveguides with the same light intensity. Coupling variations already exist at the design stage of the coupling. In addition, the optical star coupler of this type has a structure in which the optical waveguides on the input and output sides are arranged in one plane. Therefore, as the number of waveguides increases, the above-described variation in coupling becomes particularly large. However, it becomes very difficult to design an optical coupling portion for suppressing such variations to be below an allowable amount. Furthermore, in such an optical star coupler, the polarization stress occurs in the coupling characteristics between the waveguides due to the strain stress generated at the time of manufacturing the waveguide.
As a result, there is a problem that the branching ratio fluctuates due to the fluctuation of the polarization state of the input light, and the function as an optical star coupler is impaired.
【0005】上記のような結合のばらつきを回避できる
大規模光スターカップラの構成法として図2に示すもの
がある。図2において、11は平面導波路で作製された2
×2光スターカップラ、12は2×2光スターカップラ11
間を結線するための光導波路あるいは光ファイバであ
る。図2の構成は2×2光スターカップラ11を用いて入
力されるすべての光信号をすべて合成した後、これを再
び2×2光スターカップラ11を用いて出力側に分配する
ものである。2×2光スターカップラの場合、正確にそ
の分岐比を1:1に設計することが可能であるため、す
べての光出力を同一の強度にすることが原理的に可能と
なる。しかし、カップラが大規模化すると、多数の2×
2光スターカップラ11および結線部12を通過するため、
通過に伴う過剰損失の増加が避けられない。また、大規
模化に伴い、2×2光スターカップラ11および結線導波
路12のすべてを1枚の基板上に配置することが困難とな
る。従って、カップラ全体を複数の基板上に分割して作
製し、これらの基板間を光ファイバで結合する方式を採
らざるを得ない。このため新たな基板上の導波路と光フ
ァイバとの結合損失による過剰損失の増加が問題とな
る。また、上述の導波路製造時に発生するひずみ応力に
よる導波路の偏光依存性の問題もこの方式では解決され
ない。FIG. 2 shows a configuration of a large-scale optical star coupler capable of avoiding the above-described variation in coupling. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a 2 made of a planar waveguide.
× 2 light star coupler, 12 is 2 × 2 light star coupler 11
An optical waveguide or an optical fiber for connecting between them. In the configuration shown in FIG. 2, all the optical signals input using the 2 × 2 optical star coupler 11 are combined, and then distributed to the output side using the 2 × 2 optical star coupler 11 again. In the case of the 2 × 2 optical star coupler, the branching ratio can be accurately designed to be 1: 1. Therefore, it is possible in principle to make all the optical outputs have the same intensity. However, as the size of the coupler increases, a large number of 2 ×
To pass through the two-light star coupler 11 and the connection part 12,
An increase in excess loss due to passage is inevitable. Also, with the increase in scale, it becomes difficult to dispose all of the 2 × 2 optical star coupler 11 and the connection waveguide 12 on one substrate. Therefore, it is inevitable to adopt a method in which the entire coupler is divided and manufactured on a plurality of substrates, and these substrates are coupled with an optical fiber. For this reason, an increase in excess loss due to coupling loss between the waveguide on the new substrate and the optical fiber poses a problem. In addition, the above-described method does not solve the problem of the polarization dependence of the waveguide due to the strain stress generated at the time of manufacturing the waveguide.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、任意の偏光状
態の入力光を、分岐比の変動を来たすことなくすべての
出力端に等強度に分岐する光スターカップラを空間3次
元結線技術を用いて実現することにより、上述のような
平面導波路形光スターカップラが本質的に持つ問題点の
根本的な解決を図ることを1つの目的とし、入力光を直
交偏光に分離して再合成する過程で生じる偏光の伝搬時
間差に起因した信号ジッタを抑制し、高速光信号にも適
用可能な光カップラを実現することをもう1つの目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a spatial three-dimensional connection technology of an optical star coupler that branches input light of an arbitrary polarization state to all output terminals without changing the branching ratio with equal intensity. One of the objectives is to achieve a fundamental solution to the problems inherent in the planar waveguide optical star coupler as described above, by separating the input light into orthogonal polarized light and resynthesizing it. It is another object of the present invention to suppress the signal jitter caused by the difference in the propagation time of the polarized light generated in the process, and to realize an optical coupler applicable to a high-speed optical signal.
【0007】本発明は、複数の光ファイバ伝搬光を、互
いに等しい間隔に配置されたコリメート光ビームに変換
してスターカップラ本体に入射する手段と、上記スター
カップラ本体から出射される、互いに等しい間隔に配置
されたコリメート光ビームのそれぞれを、個々に複数の
光ファイバに結合させる手段とを有する光スターカップ
ラにおいて、上記スターカップラ本体が、複数の入射コ
リメート光ビームのすべてに対して、上記光ビームを直
交する2つの直線偏光成分に分離し、その一方の直線偏
光成分の光路を変換して、これを他の光ビームの、光路
変換されない直線偏光成分と合成し、同一光路上を伝搬
させる機能を有する光路変換素子と、複数の入射コリメ
ート光ビームのすべてに対し、上記コリメート光ビーム
の直交する2つの直線偏光成分のそれぞれを、上記直線
偏光成分とこれに直交する直線偏光成分とに分離し、か
つ分離された各光ビームの強度を互いに等しくする機能
を有する偏光分配素子とを、交互に配置することによっ
て構成され、上記スターカップラ本体の入射側の第1段
および最終段は、上記光路変換素子であって、上記スタ
ーカップラ本体の入射側の第1段の光路変換素子により
分離されかつ上記スターカップラ本体の最終段の光路変
換素子により合成される光信号の一方が上記スターカッ
プラ本体の入射側の第1段から最終段までの光路変換素
子を通過するのに要する時間の総計と、上記光信号のも
う一方が上記スターカップラ本体の入射側の第1段から
最終段までの光路変換素子を通過するのに要する時間の
総計とが、常に互いに等しくなるような伝搬時間等化機
能を持つ光路変換素子によって構成されていることを特
徴とする。According to the present invention, there is provided a means for converting a plurality of optical fiber propagating lights into collimated light beams arranged at an equal interval from each other and injecting the collimated light beams into a star coupler main body, Means for individually coupling each of the collimated light beams arranged on the optical fiber to a plurality of optical fibers. Is separated into two orthogonal linearly polarized light components, the optical path of one of the linearly polarized light components is converted, and this is combined with the linearly polarized light component of the other light beam that is not subjected to the optical path conversion, and propagates on the same optical path. An optical path-changing element having: and two orthogonal collimated light beams for all of the plurality of incident collimated light beams. Each of the linearly polarized light components is separated into the linearly polarized light component and the linearly polarized light component orthogonal thereto, and polarization splitting elements having a function of equalizing the intensities of the separated light beams are alternately arranged. The first stage and the last stage on the incident side of the star coupler body are the optical path conversion elements, which are separated by the first stage optical path conversion element on the incident side of the star coupler body, and The total time required for one of the optical signals synthesized by the optical path conversion element at the last stage of the coupler body to pass through the optical path conversion elements from the first stage to the last stage on the incident side of the star coupler body; The sum of the time required for the other signal to pass through the optical path conversion elements from the first stage to the last stage on the incident side of the star coupler body always becomes equal to each other. Characterized in that it is constituted by an optical path conversion element with Do propagation time equalization function.
【0008】本発明は、上記伝搬時間を等化する光路変
換素子が、互いに直交する2つの直線偏光ビームの一方
を透過し、もう一方を、その進入方向に対して垂直な方
向に反射する、複数個の同一形状を有する偏光ビームス
プリッタを、上記の反射された直線偏光の進行方向に向
かって積層した第1偏光ビームスプリッタアレイと、上
記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ上記
直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置された
第2偏光ビームスプリッタアレイと、上記2つのビーム
スプリッタアレイに挟まれ、かつ通過する上記2つの直
線偏光の偏光面を互いに交換させる機能を有する偏光面
回転素子によって構成され、光ビームを分離する上記伝
搬時間を等化する光路変換素子と上記光ビームを合成す
る上記伝搬時間等化光路変換素子とが、これらの素子の
光入射側に配置された各偏光ビームスプリッタによって
反射される偏光成分の反射方向が互いに逆方向となるよ
うに構成されていることを特徴としている。According to the present invention, an optical path changing element for equalizing the propagation time transmits one of two linearly polarized beams orthogonal to each other and reflects the other in a direction perpendicular to the direction of its entrance. A first polarizing beam splitter array in which a plurality of polarizing beam splitters having the same shape are stacked in the direction of travel of the reflected linearly polarized light; and a linear polarizing beam having the same shape as the polarizing beam splitter array. A second polarization beam splitter array arranged so that the reflection directions of the two linearly polarized light beams are opposite to each other, and a polarization plane having a function of exchanging the polarization planes of the two linearly polarized light beams that are sandwiched between the two beam splitter arrays and pass therethrough. An optical path changing element configured by a rotating element, which equalizes the propagation time for separating the light beam, and the propagation time for synthesizing the light beam, etc. An optical path conversion element is characterized in that the direction of reflection of polarized light component reflected by the polarizing beam splitter disposed on the light incident side of these elements are configured so as to be opposite to each other.
【0009】本発明は、上記伝搬時間を等化する光路変
換素子が、互いに直交する2つの直線偏光ビームの一方
をそのまま透過し、もう一方を、その進入方向に対して
垂直な方向に反射する、複数個の同一形状を有する偏光
ビームスプリッタを、上記の反射された直線偏光の進行
方向に向かって積層した第1偏光ビームスプリッタアレ
イと、上記偏光ビームスプリッタと同一形状で、かつ上
記直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置され
た偏光ビームスプリッタを、透明で上記偏光ビームスプ
リッタと同一形状であり、かつ同一屈折率のスペーサを
介して積層した第2偏光ビームスプリッタアレイと、上
記第1偏光ビームスプリッタアレイと同一形状の偏光ビ
ームスプリッタアレイと、上記偏光ビームスプリッタア
レイと同一形状で、かつ上記直線偏光ビームの反射方向
が逆となるように配置された偏光ビームスプリッタアレ
イとを合成し、かつ全体を上記第1あるいは第2偏光ビ
ームスプリッタアレイに対して光の進入方向を軸として
直角に回転した第3偏光ビームスプリッタアレイによっ
て構成され、光ビームを分離する上記伝搬時間を等化す
る光路変換素子と上記光ビームを合成する上記伝搬時間
を等化する光路変換素子とが、これらの素子の第1偏光
ビームスプリッタアレイを構成する各偏光ビームスプリ
ッタによって反射される偏光成分の反射方向が互いに同
一になるように構成されていることを特徴としている。According to the present invention, the optical path changing element for equalizing the propagation time transmits one of the two linearly polarized beams orthogonal to each other as it is and reflects the other in a direction perpendicular to the direction of entry. A first polarizing beam splitter array in which a plurality of polarizing beam splitters having the same shape are stacked in the traveling direction of the reflected linearly polarized light, and a linear polarizing beam having the same shape as the polarizing beam splitter. A second polarizing beam splitter array, which is transparent and has the same shape as the polarizing beam splitter, and is stacked via a spacer having the same refractive index; 1 A polarizing beam splitter array having the same shape as the polarizing beam splitter array, and a polarizing beam splitter array having the same shape as the polarizing beam splitter array. And a polarizing beam splitter array arranged so that the reflection direction of the linearly polarized light beam is reversed, and the whole is perpendicular to the first or second polarizing beam splitter array with the light entering direction as an axis. An optical path conversion element configured to equalize the propagation time for separating the light beam and an optical path conversion element for equalizing the propagation time for synthesizing the light beam. The device is characterized in that the polarization directions of the polarization components reflected by the respective polarization beam splitters constituting the first polarization beam splitter array of the element are the same.
【0010】本発明は、空間3次元光結線技術を適用し
た光スターカップラの実現を目的としたもので、平面導
波路を全く使用しない構成による光スターカップラを実
現している点で、従来技術とは根本的に異なっている。An object of the present invention is to realize an optical star coupler to which a spatial three-dimensional optical connection technology is applied, and to realize an optical star coupler having a configuration using no planar waveguide at all. Is fundamentally different.
【0011】[0011]
【実施例】図3は、すべての入力光信号がすべての出力
に等分配される光スターカップラ中の光信号の経路を模
式的に示した結線図である。図3において、31は2×2
の光分岐素子であり、入射する2つの光信号の各々を
1:1の強度で2つに等分し、等分された光信号の一方
同士をおのおの合成して2つの同一の光信号として出射
する機能を有する。32−1〜32−5は光分岐素子31間を
接続する結線部である。スターカップラの機能を持った
結線は、光分岐素子31を並列に配置した分岐素子段と結
線部32−1〜32−5とを交互に配置することにより実現
される。FIG. 3 is a wiring diagram schematically showing a path of an optical signal in an optical star coupler in which all input optical signals are equally distributed to all outputs. In FIG. 3, 31 is 2 × 2
Optical splitting element, which divides each of two incident optical signals into two equal parts with an intensity of 1: 1 and combines one of the equally divided optical signals into two identical optical signals. It has the function of emitting light. 32-1 to 32-5 are connection portions for connecting the optical branching elements 31. The connection having the function of the star coupler is realized by alternately arranging the branch element stages in which the optical branch elements 31 are arranged in parallel and the connection parts 32-1 to 32-5.
【0012】この結線図に示された各光分岐素子への2
個の光入力は、同一光路を伝搬し、互いに偏光面が直交
する2つの直線偏光を表わしている。また、近接して隣
接する2本の入力あるいは出力は、それぞれ1つの光信
号の互いに直交する偏光成分に対応している。従って、
図3に示されている32本づつの入力あるいは出力は、2
本1組で1つの光信号の入力あるいは出力を示してい
る。従って、図3は16入力16出力の光信号に対する光ス
ターカップラの例を示していることになる。図3におい
て、光分岐素子および結線部の機能をそれぞれ後述する
偏光分配素子、光路変換素子を用いて実現することによ
り、直接的に光スターカップラを実現することができ
る。Each of the optical branching elements shown in this connection diagram
Each light input represents two linearly polarized lights that propagate in the same optical path and whose polarization planes are orthogonal to each other. Further, two adjacent inputs or outputs correspond to mutually orthogonal polarization components of one optical signal. Therefore,
Each of the 32 inputs or outputs shown in FIG.
One set indicates the input or output of one optical signal. Therefore, FIG. 3 shows an example of an optical star coupler for an optical signal having 16 inputs and 16 outputs. In FIG. 3, by realizing the functions of the optical branching element and the connection unit using a polarization distribution element and an optical path conversion element described later, an optical star coupler can be directly realized.
【0013】一般に、1つの光信号を互いに直交する直
線偏光成分に分離すると、もとの信号が完全に白色偏光
でない限り、この成分同士は互いに光周波数レベルでの
位相の相関を持つことになる。このため、これらを再び
同一の偏光成分に変換して合成すると、両方の成分同士
で干渉を起こし、分岐比がカップラ本来の設計値からは
ずれたり、入力光の偏光状態の変動に伴って分岐比が変
動したりしてカップラとしての動作が保証されなくな
る。従って、このような干渉の影響を除くためには、入
射する光信号を最初に直交偏光成分に分離して、それぞ
れを個別に分岐した後、最後にこれらが互いに直交する
偏光成分の光として合成されるような結線形態が必要と
なる。In general, if one optical signal is separated into mutually orthogonal linearly polarized light components, these components will have a phase correlation with each other at the optical frequency level unless the original signal is completely white polarized light. . Therefore, if they are converted to the same polarization component again and combined, interference occurs between both components, and the splitting ratio deviates from the original design value of the coupler, or the splitting ratio changes with the change in the polarization state of the input light. And the operation as a coupler cannot be guaranteed. Therefore, in order to eliminate the influence of such interference, an incident optical signal is first separated into orthogonal polarization components, each of which is individually branched, and finally, these are combined as light having polarization components orthogonal to each other. It is necessary to have such a connection form.
【0014】このような結線形態を実現するため、図3
の結線は、入力側および出力側に互いに同等の機能を持
った結線部32−1および32−5を設け、その中間に、互
いに全く同様な構造を持った中間結線部(図中の点線で
囲った部分)を2つ並列に配置した構成となっている。
図から明らかなように、本中間結線部の任意の1つの入
力端から入力した光信号は各分岐素子段で順次2等分さ
れ、最終的に本中間結線部の出力端全てに等しい強度で
分配される。To realize such a connection form, FIG.
Are provided with connection portions 32-1 and 32-5 having the same functions on the input side and the output side, and an intermediate connection portion having a completely similar structure (dotted line in FIG. (Enclosed part) are arranged in parallel.
As is apparent from the figure, the optical signal input from any one input terminal of the intermediate connection section is divided into two equal parts at each branching element stage, and finally has the same intensity as all the output terminals of the intermediate connection section. Be distributed.
【0015】ここで、図3に示される結線網に入力した
すべての入力光信号は、1段目の結線部32−1によって
直交偏光成分に分離され、これらは互いに別の中間結線
部に導かれる。従って、2つの中間結線部には、それぞ
れ16個の互いに位相の相関がない光信号が入力される。
図から明らかなように、本中間結線部の任意の1つの入
力端から入力した光信号は各分岐素子段で順次2等分さ
れ、最終的に中間結線部の16個の出力端の全てに等しい
強度で分配される。2つの中間結線部は最終段の結線部
32−5によって合成される。この時、同じ入力光信号の
互いに直交する偏光成分が合成されるが、合成される光
信号は互いに直交偏光であるため、これら同じ入力光信
号の成分も、合成される際に互いに直交した偏光成分と
なる。従って、これらの成分間では干渉は起こらず、等
分配の光スターカップラが実現される。Here, all the input optical signals input to the connection network shown in FIG. 3 are separated into orthogonal polarization components by a first connection unit 32-1 and these are guided to another intermediate connection unit. I will Therefore, 16 optical signals each having no phase correlation with each other are input to the two intermediate connection portions.
As is apparent from the figure, the optical signal input from any one input terminal of the intermediate connection section is sequentially divided into two equal parts at each branch element stage, and finally, all of the 16 output terminals of the intermediate connection section Equally distributed. The two intermediate connections are the final connection
Synthesized by 32-5. At this time, mutually orthogonal polarization components of the same input optical signal are combined. However, since the combined optical signals are orthogonal to each other, the components of the same input optical signal are also orthogonal to each other when they are combined. Component. Therefore, interference does not occur between these components, and an equal distribution optical star coupler is realized.
【0016】図3に示された結線図の中間結線部は2N
入力2N 出力に容易に拡張できる。この拡張は、端子2
N-1 個の中間結線部を2個並列に配置して、その前段お
よび後段に分岐素子段を設け、各分岐素子の2本の出力
を1本づつ上記2個の結線のおのおのに分配する結線網
によって、新たに設けられたこの分岐素子段を接続する
ことにより実現される。例えば、前段のi番目の光分岐
素子31の2個の出力を、次段のi番目の光分岐素子31と
i+2N-1 番目(i≦2N-1 の時) またはi−2N -1番
目(i>2N-1 の時)の光分岐素子31とにそれぞれ接続
する結線部によって新たに設けられた光分岐素子を接続
すれば、上記の条件は満たされる。このように、図3の
中間結線部が容易に2N 入力2N 出力に拡張できるた
め、初段および最終段の光結線部で1つの光信号の互い
に直交する成分を互いに異なる中間結線部に導くことに
より、図3の結線図全体も容易に2N 入力2N 出力に拡
張できる。In the connection diagram shown in FIG. 3, the intermediate connection portion is 2 N
It can be easily expanded to input 2N output. This extension is connected to terminal 2
Two ( N-1 ) intermediate connection portions are arranged in parallel, and branch element stages are provided before and after the intermediate connection portions, and two outputs of each branch element are distributed one by one to each of the two connection lines. This is realized by connecting the newly provided branch element stage by a connection network. For example, the two outputs of the i-th optical branching element 31 in the preceding stage are connected to the i-th optical branching element 31 in the next stage and the (i + 2 N−1) th (when i ≦ 2 N−1 ) or i−2 N −. The above condition is satisfied if the newly provided optical branching element is connected by a connection portion connected to the first optical branching element 31 (when i> 2 N -1 ). As described above, since the intermediate connection portion in FIG. 3 can be easily expanded to 2 N inputs and 2 N outputs, components orthogonal to each other in one optical signal are guided to different intermediate connection portions in the first and last optical connection portions. Thus, the entire connection diagram of FIG. 3 can be easily extended to 2 N inputs and 2 N outputs.
【0017】図4は図3と等価な結線を示している。図
4において、41は2×2の光分岐素子である。42−1〜
42−5は光分岐素子41間を接続する結線部である。図3
では両端の結線部で大きく光路をシフトする必要がある
が、図4のような結線では隣接した光路へのシフトで同
様な機能を達成できる。これは、実際に本発明による光
スターカップラを作製する際に、大きな光路シフトを実
現する光路変換素子の数を減らす効果がある。従って、
図4の構成を用いることにより、カップラを通過する光
の光路長を短縮することができ、光の回折による通過光
ビームの広がりや光学系の調整の不備による通過損失の
増加を減少させることができる。FIG. 4 shows a connection equivalent to FIG. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes a 2 × 2 optical branching element. 42-1
Reference numeral 42-5 denotes a connection portion connecting the optical branching elements 41. FIG.
In this case, it is necessary to largely shift the optical path at the connection portions at both ends, but in the connection as shown in FIG. 4, a similar function can be achieved by shifting to the adjacent optical path. This has the effect of reducing the number of optical path conversion elements that realize a large optical path shift when actually manufacturing the optical star coupler according to the present invention. Therefore,
By using the configuration of FIG. 4, the optical path length of the light passing through the coupler can be shortened, and the spread of the passing light beam due to the diffraction of the light and the increase in the passing loss due to inadequate adjustment of the optical system can be reduced. it can.
【0018】図5に、本発明による64入力64出力光カッ
プラの実施例を示す。図5において、51は光カップラに
入力光を導くための64本の光ファイバ、52は各光ファイ
バ51の出射光を等間隔で8行8列に配置し、かつ互いに
光軸が平行なコリメート光ビームに変換するためのコリ
メートアレイである。53−1〜53−6は偏光分配素子で
あり、複数の入射コリメート光ビームのすべてに対し、
その直交する2つの直線偏光成分のそれぞれを、分岐比
1:1でもとの直線偏光成分とこれに直交する直線偏光
成分とに分離する機能を持つ。54−1〜54−5は、光路
変換素子であり、すべての入射コリメート光ビームを直
交する2つの直線偏光成分に分離し、2つの光ビームの
おのおの一方の直線偏光成分の光路を変換してこれらを
もう一方の光ビームの、光路変換されない直線偏光成分
と合成し、同一光路上を伝搬させる機能を有する。55−
1,55−2は、伝搬時間等化型光路変換素子であり、光
路変換素子54と同等の機能を持ち、同一の光路から入射
した水平偏光成分と垂直偏光成分がこれら2つの素子を
通過する際に要する伝搬時間が互いに等しくなるように
構成されている。56は偏光分配素子53−1〜53−6およ
び光路変換素子54−1〜54−7を通過した8行8列のコ
リメート光を集光してファイバに再び結合させるための
コリメータアレイである。また、57はコリメータアレイ
56によって集光された信号光を光カップラから取り出
し、伝搬させるための64本の光ファイバである。FIG. 5 shows an embodiment of a 64-input / 64-output optical coupler according to the present invention. In FIG. 5, reference numeral 51 denotes 64 optical fibers for guiding input light to an optical coupler, and 52 denotes collimators in which the output lights of the respective optical fibers 51 are arranged at equal intervals in 8 rows and 8 columns, and whose optical axes are parallel to each other. It is a collimated array for converting into a light beam. 53-1 to 53-6 are polarization distributing elements, which are provided for all of a plurality of incident collimated light beams.
It has a function of separating each of the two orthogonal linearly polarized light components into the original linearly polarized light component at a branching ratio of 1: 1 and the linearly polarized light component orthogonal thereto. Reference numerals 54-1 to 54-5 denote optical path conversion elements, which separate all incident collimated light beams into two orthogonal linearly polarized light components, and convert the optical path of one linearly polarized light component of each of the two light beams. These have a function of synthesizing them with a linearly polarized light component of the other light beam, the light path of which is not changed, to propagate on the same optical path. 55−
1, 55-2 is a propagation time equalization type optical path conversion element, which has the same function as the optical path conversion element 54, and the horizontal polarization component and the vertical polarization component incident from the same optical path pass through these two elements. It is configured so that the propagation times required at this time are equal to each other. Reference numeral 56 denotes a collimator array for collecting collimated light in 8 rows and 8 columns that has passed through the polarization distribution elements 53-1 to 53-6 and the optical path conversion elements 54-1 to 54-7, and couples the collimated light to the fiber again. Also, 57 is a collimator array
There are 64 optical fibers for taking out the signal light condensed by 56 from the optical coupler and transmitting it.
【0019】図5の伝搬時間等化型光路変換素子55−1
は、図3の初段の結線網に対応し、伝搬時間等化型光路
変換素子55−2は、図3の最終段の結線網に対応する。
また、偏光分配素子53−1〜53−6および光路変換素子
54−1〜54−5は、図3の、並列に配置された2つの中
間結線部に対応する。The propagation time equalizing type optical path conversion element 55-1 shown in FIG.
Corresponds to the first connection network in FIG. 3, and the propagation time equalization type optical path conversion element 55-2 corresponds to the last connection network in FIG.
In addition, a polarization distribution element 53-1 to 53-6 and an optical path conversion element
54-1 to 54-5 correspond to the two intermediate connection portions arranged in parallel in FIG.
【0020】一般に、偏光分配素子53−1〜53−6の機
能は、主軸方向を入射偏光の偏光面に対して±45°回転
させた 1/4波長板あるいは旋光角が45°となるように厚
みを調整した旋光子によって実現できる。また、光路変
換素子54−1〜54−5の機能は、例えば、それぞれ図6
(a) 〜(e) に示すような形に偏光ビームスプリッタを積
層した素子によって実現できる。In general, the function of the polarization distribution elements 53-1 to 53-6 is to function such that the principal axis direction is rotated by ± 45 ° with respect to the polarization plane of the incident polarized light, or the optical rotation angle becomes 45 °. It can be realized by an optical rotator whose thickness has been adjusted. The functions of the optical path conversion elements 54-1 to 54-5 are, for example, respectively shown in FIG.
(a) to (e) can be realized by an element in which polarizing beam splitters are stacked in the shapes shown in (a) to (e).
【0021】ここで、図6(a),(b),(c),(d) および(e)
は、おのおの図5の光路変換素子54−5,54−4,54−
3,54−2および54−1に対応している。一般に偏光ビ
ームスプリッタは、入射する光の一方の直線偏光成分を
そのまま透過し、これに直交する偏光成分を入射光に垂
直な方向に反射する機能を持っている。この透過される
成分はP波と呼ばれ、反射される成分はS波と呼ばれて
いる。P波は、入射光と反射されるS波を含む平面に垂
直な電界の振動方向を持ち、S波はこの平面内に含まれ
る電界振動方向を持つ。従って、図6(a) 〜(c) のよう
に配置された偏光ビームスプリッタでは、紙面の奥行き
方向に電界が振動する偏光成分(水平偏光成分)がP波
となり、紙面の上下方向に電界が振動する偏光成分(垂
直偏光成分)がS波となる。一方、図6(d) 、(e) のよ
うに配置された偏光ビームスプリッタでは、垂直偏光成
分がP波となり、水平偏光成分がS波となる。図6(a)
は、紙面の奥行き方向に隣接した光ビームのS光波同士
を交換する機能を持つ。図6(b),(c) は、(a) の偏光ビ
ームスプリッタのサイズをそれぞれ2倍、4倍すること
により、それぞれ紙面の奥行き方向に光ビーム間隔の2
倍、4倍離れた光ビームのS波同士を交換する機能を持
たせている。図6 (d),(e) はそれぞれ(a),(b) を光の
入射方向を軸に 90 °回転したものであり、(d) は上下
方向に隣接した光ビームのS波同士を交換し、(e) は上
下方向に光ビーム間隔の2倍離れた光ビームS波同士を
交換する。図5の光ビームに、上から紙面の奥行き方向
に順に番号を付けた場合、図6(d),(e) の光路交換は番
号がそれぞれ8番、16番だけ離れた光ビームを交換する
ことに相当する。従って、図3の中間結線網の機能がこ
れらの光路変換素子により実現できる。Here, FIGS. 6 (a), (b), (c), (d) and (e)
Are respectively the optical path conversion elements 54-5, 54-4, 54- of FIG.
3, 54-2 and 54-1. In general, a polarizing beam splitter has a function of transmitting one linearly polarized light component of incident light as it is and reflecting a polarized light component orthogonal to the linearly polarized light component in a direction perpendicular to the incident light. The transmitted component is called a P-wave, and the reflected component is called an S-wave. The P wave has a vibration direction of an electric field perpendicular to a plane including the incident light and the reflected S wave, and the S wave has a vibration direction of the electric field included in this plane. Accordingly, in the polarization beam splitters arranged as shown in FIGS. 6A to 6C, the polarization component (horizontal polarization component) in which the electric field oscillates in the depth direction of the paper becomes a P wave, and the electric field is generated in the vertical direction of the paper. The oscillating polarization component (vertical polarization component) becomes an S-wave. On the other hand, in the polarization beam splitters arranged as shown in FIGS. 6D and 6E, the vertical polarization component becomes a P wave and the horizontal polarization component becomes an S wave. Fig. 6 (a)
Has a function of exchanging S light waves of light beams adjacent in the depth direction of the paper surface. FIGS. 6B and 6C show that the size of the polarizing beam splitter in FIG. 6A is doubled and quadrupled, respectively, so that the light beam interval in the depth direction of the paper is 2 times.
It has a function of exchanging S waves of light beams that are twice or four times apart. FIGS. 6 (d) and 6 (e) are views obtained by rotating (a) and (b) by 90 ° about the incident direction of light, respectively, and FIG. 6 (d) shows the S waves of vertically adjacent light beams. (E) exchanges light beams S waves vertically separated from each other by twice the light beam interval. If the light beams in FIG. 5 are numbered sequentially from the top in the depth direction of the paper, the light path exchanges in FIGS. 6 (d) and (e) exchange light beams separated by the numbers 8 and 16 respectively. It is equivalent to Therefore, the function of the intermediate connection network of FIG. 3 can be realized by these optical path conversion elements.
【0022】この場合、図5の偏光分配素子53−1〜
53−6および光路変換素子54−1〜54−5の上側
半分の領域と下側半分の領域が、それぞれ並列に配置さ
れた個別の中間結線部に対応する。この中間結線部は、
全く同型のものが2個並列に配置された形である。従っ
て、それぞれの中間結線部の互いに同一の入射位置から
入射し、互いに同一の出射位置から出射する光信号成分
の中間結線部通過時間は、その入射位置、出射位置によ
らず互いに等しくなる。In this case, the polarization distribution elements 53-1 to 53-1 in FIG.
The upper half region and the lower half region of 53-6 and the optical path conversion elements 54-1 to 54-5 respectively correspond to individual intermediate connection portions arranged in parallel. This intermediate connection is
It is a form in which two identical types are arranged in parallel. Therefore, the optical signal components that enter from the same incident position of each intermediate connection portion and exit from the same emission position pass through the intermediate connection portion at the same time irrespective of the incident position and the emission position.
【0023】一方、伝搬時間等化型光路変換素子55−
1、55−2に相当する部分に、単に図3の初段あるい
は最終段の結線網に相当する光路変換素子を適用する
と、カップラ内の結線は図3と同等となるが、初段の光
路変換素子55−1で分離された光信号が最終段の光路
変換素子55−2で合成されるまでの伝搬時間が一般に
は等しくならない。このため、カップラ内を通過する光
信号が高速になるにつれ、この伝搬時間差が信号のジッ
タとして作用し、カップラとしての性能に影響を及ぼ
す。従って、高速な光信号に本光カップラを適用するた
めには、図5に示すような伝搬時間等化型光光路変換素
子55−1、55−2を用いる必要が生じる。On the other hand, the propagation time equalizing type optical path conversion element 55-
If an optical path conversion element corresponding to the first or last stage connection network in FIG. 3 is simply applied to a portion corresponding to 1, 55-2, the connection in the coupler becomes equivalent to that in FIG. In general, the propagation times until the optical signals separated by 55-1 are combined by the optical path conversion element 55-2 in the final stage are not equal. For this reason, as the speed of the optical signal passing through the coupler increases, the propagation time difference acts as signal jitter, affecting the performance of the coupler. Therefore, in order to apply the present optical coupler to a high-speed optical signal, it is necessary to use the propagation time equalization type optical optical path conversion elements 55-1 and 55-2 as shown in FIG.
【0024】図7に光信号伝搬時間等化型光路変換素子
の第1の構成例を示す。図7(a) はその構成を示し、
(b) はその光路を示す。図7(a)において、71はコリメー
ト光信号入力端子であり、72は偏光ビームスプリッタで
ある。73は偏光面変換素子アレイであり、半波長板、旋
光子等の水平偏光と垂直偏光とを交換する機能を持った
素子(図のハッチング部分)と、通常のガラス板等の偏
光面交換機能を持たない素子(図の白ぬきの部分)とを
交互に配置した構造を持っている。また、74はコリメー
ト光信号受信端子である。本構成では、入力側の光路変
換素子が、S波を偏光ビームスプリッタ72の一辺の長さ
に等しい距離だけ上方にシフトする偏光ビームスプリッ
タアレイと、S波を偏光ビームスプリッタ72の一辺の長
さに等しい距離だけ下方にシフトする偏光ビームスプリ
ッタアレイとの間に偏光面変換素子アレイを挿入した構
造を有し、出力側の光路変換素子が、入力側の光路変換
素子の上下を逆転した構造を有している。FIG. 7 shows a first example of the structure of an optical signal propagation time equalizing type optical path conversion element. FIG. 7A shows the configuration.
(b) shows the optical path. In FIG. 7A, reference numeral 71 denotes a collimated optical signal input terminal, and reference numeral 72 denotes a polarization beam splitter. Numeral 73 denotes a polarization plane conversion element array, an element having a function of exchanging horizontal polarization and vertical polarization such as a half-wave plate and an optical rotator (hatched portion in the figure), and a polarization plane exchange function of a normal glass plate or the like. And the elements having no (the white portions in the figure) are alternately arranged. 74 is a collimated optical signal receiving terminal. In this configuration, the optical path conversion element on the input side shifts the S wave upward by a distance equal to the length of one side of the polarizing beam splitter 72, and the length of one side of the polarizing beam splitter 72 for the S wave. Has a structure in which a polarization plane conversion element array is inserted between a polarization beam splitter array that shifts downward by a distance equal to, and a structure in which an output side optical path conversion element is inverted upside down of an input side optical path conversion element. Have.
【0025】図7(b) から明らかなように、本構成を用
いた場合、入射側の光路変換素子では、同じ位置から入
射した光ビームはその入射位置によらず上側に出射する
光ビームの方が下側に出射する光ビームよりも常にdだ
け長い光路を通過し、かつ出射側の光路変換素子では、
同じ位置から出射する光ビームはその出射位置によらず
常に上側から入射する光ビームの方が下側から入射する
光ビームよりもdだけ短い光路を通過するため、両方の
光路変換素子内での光路長差が相殺されて、結果的に分
離された2つの光信号の伝搬時間が等しくなる。ただ
し、dは偏光ビームスプリッタ72の一辺の長さを表わ
す。As is clear from FIG. 7 (b), when this configuration is used, in the light path conversion element on the incident side, the light beam incident from the same position is the same as the light beam emitted upward regardless of the incident position. Always passes through the optical path longer by d than the light beam emitted downward, and in the optical path conversion element on the emission side,
Regarding the light beam emitted from the same position, the light beam incident from the upper side always passes through the optical path shorter by d than the light beam incident from the lower side regardless of the emission position, so that the light beam in both optical path conversion elements The optical path length difference is canceled, and as a result, the propagation times of the two separated optical signals become equal. Here, d represents the length of one side of the polarizing beam splitter 72.
【0026】図7の構成は、図3の配線網に対応したも
のであるが、図4の配線網に対しても、同様な構成によ
って光信号伝搬時間等化型光路変換素子を構成できる。
図8に、図4の配線網に対応した光信号伝搬時間等化形
光路変換素子の第1の構成例を示す。図8において、81
はコリメート光信号入力端子であり、82は偏光ビームス
プリッタであり、かつ83は偏光面変換素子アレイであ
る。また、84はコリメート光信号受信端子である。図8
の構成の場合、入射側の光路変換素子では、同じ位置か
ら入射した光ビームはその入射位置によらずコリメート
光信号入力端子の奇数番目の行の高さに出射する光ビー
ムの方が偶数番目の行の高さに出射する光ビームよりも
常にdだけ長い光路を通過し、かつ出射側の光路変換素
子では、同じ位置から出射する光ビームはその出射位置
によらず常にコリメート光信号受信端子の奇数番目の行
の高さから入射する光ビームの方が偶数番目の行の高さ
から入射する光ビームよりもdだけ短い光路を通過する
ため、両方の光路変換素子内での光路長差が相殺され、
結果的に分離された2つの光信号の伝搬時間が等しくな
る。ただし、dは偏光ビームスプリッタ82の一辺の長さ
である。Although the configuration shown in FIG. 7 corresponds to the wiring network shown in FIG. 3, an optical signal propagation time equalizing type optical path conversion element can also be configured for the wiring network shown in FIG.
FIG. 8 shows a first configuration example of an optical signal conversion device of the optical signal propagation time equalization type corresponding to the wiring network of FIG. In FIG. 8, 81
Is a collimated light signal input terminal, 82 is a polarization beam splitter, and 83 is a polarization plane conversion element array. Reference numeral 84 denotes a collimated optical signal receiving terminal. FIG.
In the case of the above configuration, in the light path conversion element on the incident side, the light beams incident from the same position are emitted at the odd-numbered row height of the collimated optical signal input terminal regardless of the incident position, and the even-numbered light beams are emitted. In the optical path conversion element on the emission side, the light beam emitted from the same position always passes through the optical path longer by d than the light beam emitted at the height of the row, and the collimated light signal receiving terminal is always independent of the emission position. Since the light beam incident from the height of the odd-numbered row passes through an optical path shorter by d than the light beam incident from the height of the even-numbered row, the optical path length difference in both optical path conversion elements Are offset,
As a result, the propagation times of the two separated optical signals become equal. Here, d is the length of one side of the polarizing beam splitter 82.
【0027】なお、図7および図8の構成例では、光信
号の入射側と出射側の光路変換素子を交換した場合で
も、分離した光信号が再び合成されるまでの伝搬時間が
等しくなることは明白である。従って、図7および図8
の構成例で入射側と出射側の光路変換素子を交換した構
成も本発明に含まれる。In the configuration examples shown in FIGS. 7 and 8, even when the optical path conversion elements on the incident side and the exit side of the optical signal are exchanged, the propagation times until the separated optical signals are combined again are equal. Is obvious. Therefore, FIGS. 7 and 8
The present invention also includes a configuration in which the optical path conversion elements on the incident side and the output side are replaced with each other in the above configuration example.
【0028】図9に、光信号伝搬時間等化型光路変換素
子の第2の構成例を示す。図9(a)はその構成を示し、
(b) はその光路を示す。図9(a) において、91はコリメ
ート光信号入力端子であり、92は偏光ビームスプリッタ
である。93は偏光ビームスプリッタ92の構成材料と同一
の屈折率を持つ材料で構成され、かつ偏光ビームスプリ
ッタ92と同一の形状を持つ透明ロッドである。また、94
はコリメート光信号受信端子である。FIG. 9 shows a second example of the configuration of the optical signal transit time equalizing type optical path conversion element. FIG. 9A shows the configuration,
(b) shows the optical path. In FIG. 9A, reference numeral 91 denotes a collimated optical signal input terminal, and reference numeral 92 denotes a polarization beam splitter. 93 is a transparent rod made of a material having the same refractive index as the constituent material of the polarization beam splitter 92 and having the same shape as the polarization beam splitter 92. Also, 94
Is a collimated optical signal receiving terminal.
【0029】図9に示した光路変換素子は、偏光ビーム
スプリッタ92を積層した第1偏光ビームスプリッタアレ
イと、偏光ビームスプリッタ92とガラスロッド93とを交
互に積層した第2偏光ビームスプリッタアレイとを接合
した構造を持つ光路変換素子の後段に、偏光ビームスプ
リッタ92のみで構成された偏光ビームスプリッタアレイ
を光の入射方向を軸にして直角に回転させたものを付加
したものである。後段に付加されたこの偏光ビームスプ
リッタアレイは、このアレイに対するS波のみを、ビー
ムスプリッタの一辺のdだけ、互いに逆方向に2度シフ
トする。従って、このアレイを通過する光ビームは位置
のシフトは全く受けないが、そのS波成分はP波成分に
比べて、2dだけ長さ光路を通ることとなる。すなわ
ち、この偏光ビームスプリッタアレイは、前段の光路変
換素子部分によるP波とS波の間の光路差を補正する機
能を果たしている。The optical path conversion device shown in FIG. 9 comprises a first polarizing beam splitter array in which polarizing beam splitters 92 are stacked, and a second polarizing beam splitter array in which polarizing beam splitters 92 and glass rods 93 are alternately stacked. A polarization beam splitter array composed of only the polarization beam splitter 92, which is rotated at a right angle about the light incident direction, is added to the subsequent stage of the optical path conversion element having the joined structure. The polarization beam splitter array added at the subsequent stage shifts only the S wave for the array by d on one side of the beam splitter twice in the opposite direction. Therefore, the light beam passing through this array does not undergo any positional shift, but its S-wave component passes through the optical path by 2d compared to the P-wave component. That is, the polarization beam splitter array has a function of correcting an optical path difference between the P wave and the S wave due to the optical path conversion element at the preceding stage.
【0030】図9(b) から明らかなように、本構成を用
いた場合、入射側の光路変換素子では、同じ位置から入
射した光ビームはその入射位置によらず下側に出射する
光ビームの方が上側に出射する光ビームよりも常にdだ
け長い光路を通過し、かつ出射側の光路変換素子では、
同じ位置から出射する光ビームはその出射位置によらず
常に下側から入射する光ビームの方が上側から入射する
光ビームよりもdだけ短い光路を通過するため、両方の
光路変換素子内での光路長差が相殺されて、結果的に分
離された2つの光信号の伝搬時間が等しくなる。ただ
し、dは偏光ビームスプリッタ92の一辺の長さを表して
いる。As is apparent from FIG. 9B, when this configuration is used, the light beam incident from the same position in the light path changing element on the incident side is a light beam emitted downward regardless of the incident position. Always passes through an optical path longer by d than the light beam emitted upward, and in the optical path conversion element on the emission side,
Regarding the light beam emitted from the same position, the light beam incident from the lower side always passes through the optical path shorter by d than the light beam incident from the upper side regardless of the emission position, so that the light beam in both optical path conversion elements The optical path length difference is canceled, and as a result, the propagation times of the two separated optical signals become equal. Here, d represents the length of one side of the polarization beam splitter 92.
【0031】図10に、図9とは異なる光信号伝搬時間等
化型光路変換素子の第2の構成例を示す。図10(a) はの
構成を示し、(b) はその光路を示す。図10(a) におい
て、101 はコリメート光信号入力端子であり、102 は偏
光ビームスプリッタである。103 は偏光ビームスプリッ
タ102 の構成材料と同一の屈折率を持った材料で構成さ
れ、かつ偏光ビームスプリッタ102 と同一形状を持つ透
明ロッドである。また、104 はコリメート光信号受信端
子である。FIG. 10 shows a second example of the configuration of an optical path conversion element of the optical signal propagation time equalization type different from that of FIG. FIG. 10A shows the configuration, and FIG. 10B shows the optical path. In FIG. 10A, reference numeral 101 denotes a collimated optical signal input terminal, and reference numeral 102 denotes a polarization beam splitter. Reference numeral 103 denotes a transparent rod made of a material having the same refractive index as the constituent material of the polarization beam splitter 102 and having the same shape as the polarization beam splitter 102. Reference numeral 104 denotes a collimated optical signal receiving terminal.
【0032】図10の構成は、図9の出力側の光信号伝搬
時間等化型偏光ルーチング素子の前段部分を紙面に垂直
な軸を中心にして 180°回転した形となっている。図10
(b)の光路図から明らかなように、この様な形の構成で
も、出射側のルーチング素子では、同じ位置から出射す
る光ビームはその出射位置によらず常に下側から入射す
る光ビームの方が上側から入射する光ビームよりもdだ
け短い光路を通過する。従って、図10の構成でも図9の
場合と同様に、分離された2つの光信号の伝搬時間を等
しくすることができる。The configuration shown in FIG. 10 is such that the front part of the optical signal propagation time equalization type polarization routing element on the output side in FIG. 9 is rotated by 180 ° about an axis perpendicular to the paper. FIG.
As is clear from the optical path diagram of (b), even with such a configuration, in the routing element on the emission side, the light beam emitted from the same position always reflects the light beam incident from below regardless of the emission position. The light passes through an optical path shorter by d than the light beam incident from above. Therefore, even in the configuration of FIG. 10, the propagation times of the two separated optical signals can be made equal as in the case of FIG.
【0033】図9および図10は、ルーチング機能を有す
る偏光ビームスプリッタアレイの後段に光路長補正のた
めの偏光ビームスプリッタアレイを付加した構成となっ
ているが、本構成では通過する光の偏光面を回転させる
素子が使用されていないため、この光路長補正偏光ビー
ムスプリッタアレイは、図11(a), (b)に示すように、ル
ーチング機能を有する偏光ビームスプリッタアレイの前
段あるいはその中間に設置した構成とすることも可能で
ある。なお、図11の112 は偏光ビームスプリッタを示
し、113 は透明ロッドを示す。FIGS. 9 and 10 show a configuration in which a polarizing beam splitter array for correcting the optical path length is added after the polarizing beam splitter array having the routing function. Since the element for rotating the optical path length is not used, the optical path length correcting polarizing beam splitter array is installed at a stage before the polarizing beam splitter array having a routing function or in the middle thereof as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). It is also possible to adopt a configuration in which: In FIG. 11, reference numeral 112 denotes a polarizing beam splitter, and reference numeral 113 denotes a transparent rod.
【0034】また、図4の結線網に対応する構成とし
て、図12に示すようなルーチング素子の構成も可能であ
る。図12において、121 はコリメート光信号入力端子、
122 は偏光ビームスプリッタ、123 は透明ロッド、124
はコリメート光信号受信端子である。この構成は、図5
の光ビームに、紙面の奥側から上下方向に順に番号を付
け、光路変換素子54−1, 2, 3, 5に対応する素子
として、順に図6の(c),(b), (a), (e) を用い、図5
の中間段の光路変換素子54−4に対応する素子とし
て、図6(c) を(e) と同一方向に向くように回転した偏
光ビームスプリッタアレイを用いることにより実現され
る。この構成の場合、入射側のルーチング素子では、同
じ位置から入射した光ビームはその入射位置によらずコ
リメート光信号入力端子の偶数番目の行の高さに出射す
る光ビームの方が奇数番目の行の高さに出射する光ビー
ムよりも常にdだけ長い光路を通過し、かつ出射側のル
ーチング素子では、同じ位置から出射する光ビームはそ
の出射位置によらず常にコリメート光信号受信端子の偶
数番目の行の高さから入射する光ビームの方が奇数番目
の行の高さから入射する光ビームよりもdだけ短い光路
を通過するため、両方のルーチング素子内での光路長差
が相殺されて、結果的に分離された2つの光信号の伝搬
時間が等しくなる。従って、図11および図12の構成も本
発明に含まれる。Further, as a configuration corresponding to the connection network of FIG. 4, a configuration of a routing element as shown in FIG. 12 is also possible. In FIG. 12, reference numeral 121 denotes a collimated optical signal input terminal,
122 is a polarizing beam splitter, 123 is a transparent rod, 124
Is a collimated optical signal receiving terminal. This configuration is shown in FIG.
Are sequentially numbered in the vertical direction from the back side of the paper surface, and the elements corresponding to the optical path conversion elements 54-1, 2, 3, and 5 are sequentially denoted by (c), (b), and (a) in FIG. ) and (e), and FIG.
This is realized by using a polarization beam splitter array rotated so that FIG. 6C is oriented in the same direction as FIG. 6E as an element corresponding to the optical path conversion element 54-4 in the middle stage. In the case of this configuration, in the routing element on the incident side, the light beam incident from the same position has the odd-numbered light beam emitted at the height of the even-numbered row of the collimated optical signal input terminal regardless of the incident position. In a routing element on the emission side, which always passes through an optical path longer by d than the light beam emitted at the row height, the light beam emitted from the same position is always an even number of collimated optical signal receiving terminals regardless of the emission position. Since the light beam incident from the height of the second row passes through an optical path shorter by d than the light beam incident from the height of the odd-numbered row, the optical path length difference in both routing elements is canceled. As a result, the propagation times of the two separated optical signals become equal. Therefore, the configurations of FIGS. 11 and 12 are also included in the present invention.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光ス
ターカップラでは、カップラ入力部で2つ分離された光
信号が再合成されるまでの伝搬時間差が除去されている
ため、高速な光信号に対してもジッタの影響がなく、安
定に動作する光スターカップラが実現できる。As described above, in the optical star coupler according to the present invention, the propagation time difference until the optical signal separated into two by the coupler input section is recombined is removed, so that the high-speed optical signal Therefore, an optical star coupler that operates stably without being affected by jitter can be realized.
【図1】図1は平面導波路により構成された光スターカ
ップラを示し、(a) はその全体の構造を示す図であり、
(b) は光結合部の拡大図である。FIG. 1 shows an optical star coupler constituted by a planar waveguide, and FIG. 1 (a) is a view showing the entire structure thereof;
(b) is an enlarged view of the optical coupling part.
【図2】図2は大規模光スターカップラの構成法の一例
を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration method of a large-scale optical star coupler.
【図3】図3は光スターカップラ中の光信号の径路を示
す結線図である。FIG. 3 is a connection diagram illustrating a path of an optical signal in an optical star coupler.
【図4】図4は図3と等価な結線を示す結線図である。FIG. 4 is a connection diagram showing a connection equivalent to FIG. 3;
【図5】図5は本発明による64入力64出力光カップラの
実施例である。FIG. 5 is an embodiment of a 64-input, 64-output optical coupler according to the present invention.
【図6】図6は(a) 〜(e) は、通常の光路変換素子の構
成を説明するための図である。FIGS. 6A to 6E are diagrams for explaining the configuration of a normal optical path conversion element.
【図7】図7は図3の配線網に対応した光信号伝搬時間
等化型光路変換素子の第1の構成例であり、(a) はその
構成を示し、(b) はその光路を示している。7 is a first configuration example of an optical signal propagation time equalizing type optical path conversion element corresponding to the wiring network of FIG. 3, (a) shows the configuration, and (b) shows the optical path. Is shown.
【図8】図8は図4の配線網に対応した光信号伝搬時間
等化型光路変換素子の第1の構成例である。8 is a first configuration example of an optical signal propagation time equalization type optical path conversion element corresponding to the wiring network of FIG. 4;
【図9】図9は光信号伝搬時間等化型光路変換素子の第
2の構成例であり、(a) はその構成を示し、(b) はその
光路を示している。FIGS. 9A and 9B show a second configuration example of the optical signal transit time equalization type optical path conversion element. FIG. 9A shows the configuration, and FIG. 9B shows the optical path.
【図10】図10は図9とは異なる光信号伝搬時間等化型
光路変換素子の第2の構成例であり、(a) はその構成を
示し、(b) はその光路を示している。10A and 10B show a second configuration example of the optical signal transit time equalizing type optical path conversion element different from that of FIG. 9; FIG. 10A shows the configuration; and FIG. 10B shows the optical path. .
【図11】図11(a), (b)は偏光ビームスプリッタアレイ
の配置を変更した光信号伝搬時間等化型光路変換素子の
第2の構成例である。FIGS. 11 (a) and 11 (b) show a second configuration example of an optical signal propagation time equalizing type optical path conversion element in which the arrangement of a polarization beam splitter array is changed.
【図12】図12は図4の結線網に対応した光信号伝搬時
間等化型光路変換素子の第2の構成例である。FIG. 12 is a second configuration example of an optical signal propagation time equalizing type optical path conversion element corresponding to the connection network of FIG. 4;
1 石英基板 2 光信号入力ポート 3 入力側光導波路 4 光結合部 5 出力側光導波路 6 光信号出力ポート 11 平面導波路型2×2光スターカップラ 12 結線用光導波路あるいは光ファイバ 31 光分岐素子 32-1〜32-5 結線部 41 光分岐素子 42-1〜42-5 結線分岐 51 入射側光ファイバ 52 入射側コリメータアレイ 53-1〜53-6 偏光分配素子 54-1〜54-5 光路変換素子 55-1, 55-2 伝搬時間等化型光路変換素子 56 出射側コリメータアレイ 57 出射側光ファイバ 71 コリメート光信号入力端子 72 偏光ビームスプリッタ 73 偏光面変換素子アレイ 74 コリメート光信号受信端子 81 コリメート光信号入力端子 82 偏光ビームスプリッタ 83 偏光面変換素子アレイ 84 コリメート光信号受信端子 91 コリメート光信号入力端子 92 偏光ビームスプリッタ 93 透明ロッド 94 コリメート光信号受信端子 101 コリメート光信号入力端子 102 偏光ビームスプリッタ 103 透明ロッド 104 コリメート光信号受信端子 112 偏光ビームスプリッタ 113 透明ロッド 121 コリメート光信号入力端子 122 偏光ビームスプリッタ 123 透明ロッド 124 コリメート光信号受信端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quartz substrate 2 Optical signal input port 3 Input optical waveguide 4 Optical coupling part 5 Output optical waveguide 6 Optical signal output port 11 Planar waveguide type 2 × 2 optical star coupler 12 Optical waveguide or optical fiber for connection 31 Optical branching element 32-1 to 32-5 Connection part 41 Optical branching element 42-1 to 42-5 Connection branching 51 Incident optical fiber 52 Incident collimator array 53-1 to 53-6 Polarization distribution element 54-1 to 54-5 Optical path Conversion element 55-1, 55-2 Propagation time equalization type optical path conversion element 56 Outgoing collimator array 57 Outgoing optical fiber 71 Collimated optical signal input terminal 72 Polarizing beam splitter 73 Polarizing plane converting element array 74 Collimated optical signal receiving terminal 81 Collimated light signal input terminal 82 Polarized beam splitter 83 Polarization plane conversion element array 84 Collimated light signal receiving terminal 91 Collimated light signal input terminal 92 Polarized beam splitter 93 Transparent rod 94 Collimated light signal reception Terminal 101 Collimated optical signal input terminal 102 Polarizing beam splitter 103 Transparent rod 104 Collimated optical signal receiving terminal 112 Polarizing beam splitter 113 Transparent rod 121 Collimated optical signal input terminal 122 Polarizing beam splitter 123 Transparent rod 124 Collimated optical signal receiving terminal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/28 - 6/293 G02B 27/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/28-6/293 G02B 27/28
Claims (3)
い間隔に配置されたコリメート光ビームに変換してスタ
ーカップラ本体に入射する手段と、上記スターカップラ
本体から出射される、互いに等しい間隔に配置されたコ
リメート光ビームのそれぞれを、個々に複数の光ファイ
バに結合させる手段とを有する光スターカップラにおい
て、 上記光スターカップラ本体が、 複数の入射コリメート光ビームのすべてに対して、上記
光ビームを直交する2つの直線偏光成分に分離し、その
一方の直線偏光成分の光路を変換して、これを他の光ビ
ームの、光路変換されない直線偏光成分と合成し、同一
光路上を伝搬させる機能を有する光路変換素子と、 複数の入射コリメート光ビームのすべてに対し、上記コ
リメート光ビームの直交する2つの直線偏光成分のそれ
ぞれを、上記直線偏光成分とこれに直交する直線偏光成
分とに分離し、かつ分離された各光ビームの強度を互い
に等しくする機能を有する偏光分配素子とを、交互に配
置することによって構成され、 上記スターカップラ本体の入射側の第1段および最終段
は、上記光路変換素子であって、上記スターカップラ本
体の入射側の第1段の光路変換素子により分離されかつ
上記スターカップラ本体の最終段の光路変換素子により
合成される光信号の一方が上記スターカップラ本体の入
射側の第1段から最終段までの光路変換素子を通過する
のに要する時間の総計と、上記光信号のもう一方が上記
スターカップラ本体の入射側の第1段から最終段までの
光路変換素子を通過するのに要する時間の総計とが、常
に互いに等しくなるような伝搬時間等化機能を持つ光路
変換素子によって構成されていることを特徴とする光ス
ターカップラ。1. A means for converting a plurality of optical fiber propagating lights into collimated light beams arranged at equal intervals from each other and entering the star coupler body, and arranged at equal intervals emitted from the star coupler body. Means for individually coupling each of the collimated light beams to a plurality of optical fibers, wherein the optical star coupler main body converts the light beam with respect to all of a plurality of incident collimated light beams. A function of separating the light into two orthogonal linearly polarized light components, converting the optical path of one of the linearly polarized light components, synthesizing this with the linearly polarized light component of the other light beam that is not subjected to the optical path conversion, and propagating on the same optical path. An optical path-changing element having two linearly polarized light beams orthogonal to the collimated light beam with respect to all of the plurality of incident collimated light beams. Each of the light components is separated into the linearly polarized light component and the linearly polarized light component orthogonal thereto, and polarization splitting elements having a function of equalizing the intensities of the separated light beams are alternately arranged. The first stage and the last stage on the incident side of the star coupler main body are the optical path conversion elements, which are separated by the first stage optical path conversion element on the incident side of the star coupler main body, and are separated by the star coupler. The total amount of time required for one of the optical signals synthesized by the optical path conversion element at the last stage of the main body to pass through the optical path conversion elements from the first stage to the last stage on the incident side of the star coupler main body; Of the time required for the other to pass through the optical path conversion elements from the first stage to the last stage on the incident side of the star coupler body. An optical star coupler comprising an optical path conversion element having a transit time equalizing function.
が、互いに直交する2つの直線偏光ビームの一方を透過
し、もう一方を、その進入方向に対して垂直な方向に反
射する、複数個の同一形状を有する偏光ビームスプリッ
タを、上記の反射された直線偏光の進行方向に向かって
積層した第1偏光ビームスプリッタアレイと、 上記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ上
記直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置され
た第2の偏光ビームスプリッタアレイと、 上記2つのビームスプリッタアレイに挟まれ、かつ通過
する上記2つの直線偏光の偏光面を互いに交換させる機
能を有する偏光面回転素子によって構成され、 光ビームを分離する上記伝搬時間を等化する光路変換素
子と上記光ビームを合成する上記伝搬時間等化光路変換
素子とが、これらの素子の光入射側に配置された各偏光
ビームスプリッタによって反射される偏光成分の反射方
向が互いに逆方向となるように構成されていることを特
徴とする請求項1に記載の光スターカップラ。2. An optical path changing element for equalizing the propagation time, wherein one of the two linearly polarized beams orthogonal to each other is transmitted, and the other is reflected in a direction perpendicular to the entering direction. A first polarizing beam splitter array in which polarizing beam splitters having the same shape are stacked in the traveling direction of the reflected linearly polarized light, and a first polarizing beam splitter array having the same shape as the polarizing beam splitter array and reflecting the linearly polarized light beam. A second polarization beam splitter array arranged so that the directions are opposite to each other, and a polarization plane rotation having a function of exchanging the polarization planes of the two linearly polarized lights that are sandwiched between the two beam splitter arrays and pass therethrough. An optical path conversion element configured to equalize the propagation time for separating a light beam, and the propagation time equalizing optical path for combining the light beam 2. The conversion element according to claim 1, wherein the reflection directions of the polarization components reflected by the respective polarization beam splitters disposed on the light incident side of these elements are opposite to each other. Light star coupler as described.
が、互いに直交する2つの直線偏光ビームの一方をその
まま透過し、もう一方を、その進入方向に対して垂直な
方向に反射する、複数個の同一形状を有する偏光ビーム
スプリッタを、上記の反射された直線偏光の進行方向に
向かって積層した第1偏光ビームスプリッタアレイと、 上記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ上
記直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置され
た偏光ビームスプリッタアレイを、透明で上記偏光ビー
ムスプリッタと同一形状であり、かつ同一屈折率のスペ
ーサを介して積層した第2偏光ビームスプリッタアレイ
と、 上記第1偏光ビームスプリッタアレイと同一形状の偏光
ビームスプリッタアレイと、上記偏光ビームスプリッタ
アレイと同一形状で、かつ上記直線偏光ビームの反射方
向が逆となるように配置された偏光ビームスプリッタア
レイとを合成し、かつ全体を上記第1あるいは第2偏光
ビームスプリッタアレイに対して光の進入方向を軸とし
て直角に回転した第3偏光ビームスプリッタアレイとに
よって構成され、 光ビームを分離する上記伝搬時間を等化する光路変換素
子と上記光ビームを合成する上記伝搬時間を等化する光
路変換素子とが、これらの素子の第1偏光ビームスプリ
ッタアレイを構成する各偏光ビームスプリッタによって
反射される偏光成分の反射方向が互いに同一になるよう
に構成されていることを特徴とする請求項1あるいは2
に記載の光スターカップラ。3. An optical path changing element for equalizing the propagation time, which transmits one of two linearly polarized beams orthogonal to each other as it is and reflects the other in a direction perpendicular to the entering direction. A first polarizing beam splitter array in which a plurality of polarizing beam splitters having the same shape are stacked in the traveling direction of the reflected linearly polarized light; and a first polarizing beam splitter array having the same shape as the polarizing beam splitter array. A second polarizing beam splitter array, which is transparent and has the same shape as the polarizing beam splitter, and is stacked via a spacer having the same refractive index; A polarizing beam splitter array having the same shape as the one polarizing beam splitter array, and a same shape as the polarizing beam splitter array; And a polarization beam splitter array arranged so that the reflection direction of the linearly polarized light beam is reversed, and the whole is made to have the light entering direction with respect to the first or second polarization beam splitter array. An optical path conversion element configured to equalize the propagation time for separating the light beams, and an optical path conversion element for equalizing the propagation time for combining the light beams. 3. The apparatus according to claim 1, wherein the polarization directions of the polarization components reflected by the respective polarization beam splitters constituting the first polarization beam splitter array of these elements are the same.
The light star coupler according to 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04219196A JP3133833B2 (en) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Light star coupler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04219196A JP3133833B2 (en) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Light star coupler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0667052A JPH0667052A (en) | 1994-03-11 |
| JP3133833B2 true JP3133833B2 (en) | 2001-02-13 |
Family
ID=16731720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04219196A Expired - Fee Related JP3133833B2 (en) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Light star coupler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3133833B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9057490B2 (en) | 2010-08-03 | 2015-06-16 | Streamlight, Inc. | Portable light having a movable head and a USB charging port |
| US9206951B2 (en) | 2013-12-20 | 2015-12-08 | Streamlight, Inc. | Rechargeable clip-on light with male USB connector |
| USD782716S1 (en) | 2013-12-20 | 2017-03-28 | Streamlight, Inc. | Portable light |
-
1992
- 1992-08-18 JP JP04219196A patent/JP3133833B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9057490B2 (en) | 2010-08-03 | 2015-06-16 | Streamlight, Inc. | Portable light having a movable head and a USB charging port |
| US9206951B2 (en) | 2013-12-20 | 2015-12-08 | Streamlight, Inc. | Rechargeable clip-on light with male USB connector |
| US9347656B2 (en) | 2013-12-20 | 2016-05-24 | Streamlight, Inc. | Portable light having a light source on a flexible stalk |
| USD782716S1 (en) | 2013-12-20 | 2017-03-28 | Streamlight, Inc. | Portable light |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0667052A (en) | 1994-03-11 |
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