JPH0430583Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、例えばOTDR（Optical Time
Reflectometer…光フアイバ障害点検出器）など
のように送信側、受信側が固定され、さらに送信
側の光が直線偏光となつているような装置に用い
て好適な光スイツチに関する。

〈従来の技術〉 第５図は従来知られているOTDR用１×２の
光スイツチの構成を示す要部平面図である。図に
おいて、１は第１の直角プリズム付き偏光ビーム
スプリツタ（以下、PBS−１という）、２はPBS
−１と同等の第２の直角プリズム付き偏光ビーム
スプリツタ（以下、PBS−２という）であり、
所定の距離を隔てて対向して配置されている。こ
れらの偏光ビームスプリツタ１，２の間にPLZT
からなるスイツチング素子５および６が配置さ
れ、直線偏光された光がポートからへと入出
射する。本従来例においては、ポート側に光フ
アイバ１１が配置され、ポート側には受光素子
１２が、ポート側にはレーザ光源１０が配置さ
れている。なお、図では省略するがポートから
へと入出射する光は光フアイバや分布屈折型レ
ンズ等を介して伝送され、これらの部品は図示し
ないスイツチブロツクに固定されているものとす
る。

上記構成において、各光学部品の表面反射を無
視し、またスイツチング素子（PLZT）は理想的
に動作するものと仮定する。

今、スイツチング素子５，６に電圧（半波長）
を印加しない状態で、ポートにレーザ光源１０
から例えば水平偏光（以下、Ｐ波という）を入射
すると、このＰ波はPBS−１の誘電体多層膜面
（以下PBS面という）n₁を透過して直角プリズム
P₁で反射してスイツチング素子５を透過し、
PBS−２のPBS面n₂を透過して光フアイバ１１
に入射する。このとき光フアイバ１１からは (1) 入射端面で生じるフレネル反射、 (2) 光フアイバの接続点や破断点および出射端面
で生じるフレネル反射、 (3) 後方散乱光、 等が戻つてくる。このうち(1)は本来検出すべき信
号(2)，(3)に比べて大きく、しかもOTDRにおい
ては有害なものである。この様な光スイツチにお
いて、ポート，間の消光比が小さいと、この
有害に光の除去が難しくなる。またこの消光比は
偏光ビームスプリツタ（PBS）の不完全性に大
きく依存する。

第６図ａ，ｂは偏光ビームスプリツタ（PBS）
の不完全さを模式的に示すものでａ図は矢印ｄ方
向から強さ１のＰ波がPBSに入射にした場合、
その一部εpがPBS面ｎで反射され、矢印ｅ方向
には１−εpの透過度となり、ｂ図は同様に矢印
ｄ方向から強さ１の垂直偏光（以下、Ｓ波とい
う）がPBSに入射にした場合、その一部εsが矢印
ｅ方向にPBS面ｎを透過し、矢印ｆ方向には１
−εsの反射度となる事を示している。

第５図に戻り、スイツチング素子に電圧を印加
しない場合、ｃ方向からの戻り光のうちポート
に漏れる光を考えると、Ｐ波の一部（εp）は
PBS面n₂で反射し、プリズム面P₂で反射してス
イツチング素子６およびPBS−１のPBS面n₁を
透過してポートから出射し、受光素子１２に達
する。

一方、Ｓ波の一部（εs）はPBS−２のPBS面n₂
を透過し、スイツチング素子５を透過してPBS
−１のプリズム面P₁およびPBS面n₁で反射して
ポートから出射し、受光素子１２に達する。な
お、ポートからの戻り光のうちの大部分（１−
εp，１−εs）はポートに戻る。

ここで、ポートに達する光の漏れ量に注目す
ると、その漏れ量P_pは次式で表わす事が出来
る。

P_p＝（１−εs₂）εs₁＋（１−εp₂）εp₁＋（１
−
εs₁）εs₂＋（１−εp₁）εp₂＝εs₁＋εp₁＋εs₂＋
εp₂）−２（εs₁・εs₂＋εp₁・εp₂） …(1) ここで、εs₁，εp₁はPBS−１のＳ波、Ｐ波に対
する不完全さを示し、εs₂，εp₂はPBS−２のＳ
波、Ｐ波に対する不完全さを示している。

次に、レーザ光源をオフとし、スイツチング素
子に電圧（半波長）を印加した場合のポートに
達する光ｃの強さをみると、Ｐ波はPBS−２の
PBS面n₂をその大部分（１−εp₂）が透過する。
この透過光はスイツチング素子５で偏光面が90度
回転してＳ波となり、PBS−１のプリズム面P₁
およびPBS面n₁で反射してポートに達する。ま
た、Ｓ波はPBS−２のPBS面n₂でその大部分
（１−εs₂）が下方に反射され、この反射光はスイ
ツチング素子６で偏光面が90度回転してＰ波とな
り、PBS−１のPBS面n₁を透過してポートに
達する。この場合の光の強さP_poは次式で表わす
事が出来る。

P_po＝（１−εs₂）（１−εp₁）＋（１−εp₂）（１
−
εs₁）＋εs₂・εp₁＋εp₂・εs₁＝２−（εs₁＋εp₁＋
εs₂＋εp₂）＋２（εp₁＋εs₂＋εs₁＋εp₂） …(2) 今、PBS−１，２の不完全さを５×10^-3（この
値を有するPBSは市販されている）として式(1)，
(2)の比すなわち、ポート−間の戻り光の消光
比P_p／P_poを求めると、 消光比＝0.0199／1.9801≒１／99.5＝20.0dBとな
る。

〈考案が解決しようとする問題点〉 OTDRにおいて後方散乱光は極めて微弱なた
め、後方散乱光の測定を可能にするためには上記
消光比の改善をはかる必要がある。本考案は消光
比の改善をはかることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記問題点を解決するための本考案の構成は、
対向して配置され、入射光を偏光分離・合成する
第１および第２の直角プリズム付き偏光ビームス
プリツタと、前記直角プリズム付き偏光ビームス
プリツタの間に配置され、前記直角プリズム付き
偏光ビームスプリツタ間を透過する直線偏光の振
動方向を制御するスイツチング素子とを有するス
イツチング素子において、前記第１、第２の直角
プリズム付き偏光ビームスプリツタおよび前記第
１、第２のスイツチング素子間に複数の偏光ビー
ムスプリツタを配置したことを特徴とするもので
ある。

〈実施例〉 第１図は本考案の第１の一実施例を示す要部平
面図である。図において、第３図と同一要素には
同一符号を付して説明は省略するが、本考案にお
いてはスイツチング素子５とPBS−２の間に第
３の偏光ビームスプリツタ３（以下、PBS−３
という）を、PBS−１とスイツチング素子６の
間に第４の偏光ビームスプリツタ４（以下、
PBS−４という）を追加したものである。

第１図において、スイツチング素子５，６に電
圧を印加しない状態でレーザ光源１０からポート
を介してPBS−１にＰ波を入射すると、この
Ｐ波はPBS−１のPBS面n₁を透過しプリズム面
P₁で反射し、スイツチング素子５、PBS−３お
よびPBS−２を透過してポートに出射するの
で、PBS−３，PBS−４を追加しても問題はな
い。この場合、ポート−間の戻り光の消光比
を考えるとＰ波の大部分（１−εp₂）はPBS−２
を透過し、PBS−３に達し、このPBS−３を透
過した時点でＰ波の強さは（１−εp₂）（１−εp₃）
となり、PBS−１のPBS面n₁を透過した時点で
大部分の光（１−εp₂）（１−εp₃）（１−εp₁）が
ポートに入射し、ポートには（１−εp₂）（１
−εp₃）εp₁の光が出射する。一方PBS−２のPBS
面n₂で反射した僅かな光εp₂はプリズムP₂で反射
してスイツチング素子を透過してPBS−４を透
過した時点でεp₂（１−εp₄）となり、PBS−１を
透過した時点でεp₂（１−εp₄）（１−εp₁）の光が
ポートへ、εp₂（１−εp₄）εp₁の光がポートへ
戻る。

同様にｃ方向からのＳ波の大部分（１−εs₂）
はPBS−２のPBS面n₂で下方に反射し、プリズ
ム面P₂で反射し、スイツチング素子６を透過し
てPBS−４に達する。このPBS−４を透過した
時点でＳ波の強さは（１−εs₂）・εs₄となり、
PBS−１のPBS面n₁で反射した大部分の光（１
−εs₂）・εs₄（１−εs₁）がポートに入射し、ポー
トには（１−εs₂）・εs₄・εs₁の光が出射する。
また、PBS−２のPBS面n₂を透過した僅かな光
εs₂はPBS−３を透過した時点でεs₂・εs₃となり、
スイツチング素子５を透過してPBS−１のプリ
ズム面P₁で反射したPBS面n₁で反射した時点で
εs₂・εs₃（１−εs₁）の光となつてポートへ出射
し、εs₂・εs₃・εs₁の光がポートへ戻る。

上記のようにレーザ光源１０をオンとし、スイ
ツチング素子５，６に電圧を印加していない場合
のポートへの漏れ量P_pは次式で表わす事が出
来る。

P_p＝（１−εp₂）（１−εp₃）εp₁＋εp₂（１−
εp₄）（１−εp₁）＋（１−εs₂）εs₄・εs₁＋εs₂・
εs₃（１−εs₁） …(3) 次に、レーザ光源をオフとし、スイツチング素
子に電圧（半波長）を印加した場合のポートに
達する後方散乱光ｃの強さをみると、Ｐ波は
PBS−２のPBS面n₂をその大部分（１−εp₂）が
透過する。この透過光はPBS−３を透過しスイ
ツチング素子５で偏光面が90度回転してＳ波とな
り、PBS−１のプリズム面P₁、およびPBS面n₁
で反射してポートに達する。また、Ｓ波は
PBS−２のPBS面n₂でその大部分（１−εs₂）が
下方に反射され、この反射光はスイツチング素子
６で偏光面が90度回転してＰ波となり、PBS−
４を透過し、PBS−１のPBS面n₁を透過してポ
ートに達する。この光の強さP_poは次式で表わ
す事が出来る。

P_po＝（１−εs₂）（１−εs₄）（１−εp₁）＋（１
−
εp₂）（１−εp₃）（１−εs₁）＋εs₂εs₃εp₁＋εp₂
εs₄εs₁＝２−（εp₁＋εs₁＋εp₂＋εs₂＋εp₃＋εs₄
）
＋εp₁εs₂＋εp₁εp₄＋εs₂εp₄＋εs₁εp₂＋εs₁εp₃
＋
εp₂εp₃＋εs₂εs₃εp₁＋εp₂εs₄εs₁−εs₂εp₄εp₁
−
εp₂εs₃εs₁ …(4) ここで、式(3)，(4)から従来例と同様にPBS−
１〜４の不完全さを５×10^-3として消光比P_p／
P_poを求めると、 消光比＝0.00995／1.9702≒１／198.0＝23.0dB
となる。従つて消光比を3dB改善する事ができ
る。

第２図はポートからＳ波を入射した場合の第
２の実施例を示すもので、この場合は偏光ビーム
スプリツタ７（PBS−７）をPBS−１とスイツ
チング素子５の間に配置し、偏光ビームスプリツ
タ８（PBS−８）をPBS−２とスイツチング素
子６の間に配置する。第２図の構成においても消
光比は第１図の場合と同様となり消光比を3dB改
善することが出来る。

第３図は第３の実施例を示すもので、この例に
おいては第１の実施例の光スイツチにさらに偏光
ビームスプリツタ８（PBS−８）を追加したも
のであり、第１図と同様スイツチング素子５，６
をオフにした状態でポートからＰ波を入射す
る。この様な構成の場合、ｃ方向へ入射した光が
ポートに戻る場合、P_pは次式により求める事
が出来る。

P_p＝（１−εp₂）（１−εp₃）εp₁＋εp₂εs₇（
１−
εp₄）（１−εp₁）＋（１−εs₂）（１−εp₇）εs₄
εs₁＋εs₂εs₃（１−εs₁） …(5) 次に、レーザ光源１０をオフとし、スイツチン
グ素子５，６に電圧（半波長）を印加した場合の
ポートに達する光ｃの強さP_poは、 P_po＝（１−εp₂）（１−εp₃）（１−εs₁）＋εp₂
εs₇
εs₄εs₁＋（１−εs₂）（１−εs₇）（１−εp₄）（１
−
εp₁）＋εs₂εs₃εp₁ …(6) ここで、式(5)，(6)から従来例と同様にPBS−
１〜４およびPBS−７の不完全さを５×10^-3とし
て消光比P_p／P_poを求めると、 消光比＝0.005025／1.970≒１／392.1＝25.9dB
となる。

従つて従来例に比較して消光比を約6dB改善す
る事ができる。

第４図はポートからＳ波を入射した場合の第
４の実施例を示すもので、この場合は第２図の構
成のスイツチング素子のPBS−２とスイツチン
グ素子６の間にPBS−３が配置されている。第
４図の構成においてもポート−間の消光比は
第３図の場合と同様となり消光比を約6dB改善す
ることが出来る。

〈考案の効果〉 以上、実施例とともに具体的に説明したように
本考案によれば、従来の光スイツチの機能を損わ
ずに消光比を改善する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す要部平面図、
第２図〜第４図は他の実施例を示す平面図、第５
図は従来例を示す要部平面図、第６図ａ，ｂは
PBSの不完全さを説明するための模式図である。 １……第１の直角プリズム付き偏光ビームスプ
リツタ（PBS−１）、２……第２の直角プリズム
付き偏光ビームスプリツタ（PBS−２）、３，
４，７，８……偏光ビームスプリツタ、５，６…
…スイツチング素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 対向して配置され、入射光を偏光分離・合成す
   る第１および第２の直角プリズム付き偏光ビーム
   スプリツタと、前記直角プリズム付き偏光ビーム
   スプリツタの間に配置され、前記直角プリズム付
   き偏光ビームスプリツタ間を透過する直線偏光の
   振動方向を制御するスイツチング素子とを有する
   光スイツチにおいて、前記第１、第２の直角プリ
   ズム付き偏光ビームスプリツタおよび前記第１、
   第２のスイツチング素子間に複数の偏光ビームス
   プリツタを配置したことを特徴とする光スイツ
   チ。