JPH0549963B2 - - Google Patents
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- JPH0549963B2 JPH0549963B2 JP59202792A JP20279284A JPH0549963B2 JP H0549963 B2 JPH0549963 B2 JP H0549963B2 JP 59202792 A JP59202792 A JP 59202792A JP 20279284 A JP20279284 A JP 20279284A JP H0549963 B2 JPH0549963 B2 JP H0549963B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光通信装置に利用する。本発明は光周
波数多重伝送の光合波および光分波に適する光合
分波器であつて、異なる波長の光信号を合波また
は分波する装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is applied to an optical communication device. The present invention relates to an optical multiplexer/demultiplexer suitable for optical multiplexing and optical demultiplexing in optical frequency multiplexing transmission, and relates to an apparatus for multiplexing or demultiplexing optical signals of different wavelengths.
第11図は従来例装置のブロツク構成図であ
る。この図で符号1,5,9はウオラストンプリ
ズムにより構成された検光子、符号2,6,10
は4分の1波長板、符号3,7,11はフアブリ
ペロ干渉計、符号4,8,12は反射鏡である。
FIG. 11 is a block diagram of a conventional device. In this figure, numerals 1, 5, and 9 are analyzers composed of Wollaston prisms, and numerals 2, 6, and 10
is a quarter-wave plate; numerals 3, 7, and 11 are Fabry-Perot interferometers; and numerals 4, 8, and 12 are reflecting mirrors.
フアブリペロ干渉計3は周波数f1の光を透過し
周波数f2およびf3の光を反射する特性であり、フ
アブリペロ干渉計7は中心周波数f2の信号を透過
し、フアブリペロ干渉計11は中心周波数f3の光
を透過する特性である。 The Fabry-Perot interferometer 3 has a characteristic of transmitting light with a frequency f 1 and reflecting light with frequencies f 2 and f 3 , the Fabry-Perot interferometer 7 transmits a signal with a center frequency f 2 , and the Fabry-Perot interferometer 11 has a characteristic of transmitting a signal with a center frequency f 2. It has the property of transmitting f 3 light.
いま、周波数f1、f2およびf3の光が多重された
光信号が、透過軸方向に偏光した状態で検光子1
に入射すると、4分の1波長板2により円偏光に
なりフアブリペロ干渉計3に入射する。ここで周
波数f1の光はフアブリペロ干渉計3を通過する。
しかし、周波数f2およびf3の光はここで反射され
て4分の1波長板2に戻る。この4分の1波長板
2を通過した周波数f2およびf3の光は、再び直線
偏光となつて検光子1に入射するが、その偏波方
向は入射したときの偏波方向から90゜ずれている
ので、到来方向とは別の方向に出射し、反射鏡4
に反射され検光子5に入射する。このような操作
を繰り返すことにより周波数f2およびf3の光がそ
れぞれ分離される。 Now, an optical signal in which lights of frequencies f 1 , f 2 and f 3 are multiplexed is polarized in the direction of the transmission axis and is passed through the analyzer 1.
When the light is incident on the optical fiber, it becomes circularly polarized light by the quarter-wave plate 2 and enters the Fabry-Perot interferometer 3. Here, the light of frequency f 1 passes through the Fabry-Perot interferometer 3 .
However, the light at frequencies f 2 and f 3 is reflected here and returns to the quarter-wave plate 2 . The light at frequencies f 2 and f 3 that has passed through the quarter-wave plate 2 becomes linearly polarized light again and enters the analyzer 1, but the polarization direction is 90 degrees from the polarization direction at the time of incidence. Since it is shifted, the light is emitted in a direction different from the direction of arrival, and the reflected mirror 4
It is reflected by the beam and enters the analyzer 5. By repeating such operations, the lights of frequencies f 2 and f 3 are separated.
この装置では、フアブリペロ干渉計を光濾波器
として用いるので、装置構成が大きくなる。また
検光子は方解石で構成され、4分の1波長板は雲
母などを用いるので、価格が高価であり、均一の
製品を量産するには適さない。さらに、多重光信
号を分離するための光損失が大きく、装置構成が
安定にできない欠点がある。
Since this device uses a Fabry-Perot interferometer as an optical filter, the device configuration becomes large. Furthermore, the analyzer is made of calcite, and the quarter-wave plate is made of mica, etc., which are expensive and not suitable for mass production of uniform products. Furthermore, there is a drawback that the optical loss required for separating multiplexed optical signals is large, and the device configuration cannot be stabilized.
本発明はこれを改良するもので構成が簡単であ
り、損失が小さく、小型で安定であり、量産の可
能な装置として構成することができる光合分波器
を提供することを目的とする。 The present invention is an improvement on this, and aims to provide an optical multiplexer/demultiplexer that has a simple configuration, low loss, is small and stable, and can be configured as a device that can be mass-produced.
本発明は、4個の端子を備えた光方向性結合器
を2個備え、その光方向性結合器は、第一の端子
に入力する光信号は第二の端子には現れず第三お
よび第四の端子に現れ、第三の端子に入力する光
信号は第四の端子に現れず第一および第二の端子
に現れるように構成され、上記2個の光方向性結
合器のうちの第一の光方向性結合器の第三の端子
と第二の光方向性結合器の第一の端子とを接続す
る第一の光導波路と、上記2個の光方向性結合器
のうちの第一の光方向性結合器の第四の端子と第
二の光方向性結合器の第二の端子とを接続する第
二の光導波路と、上記第一の光導波路および上記
第二の光導波路の相対的な実効長を変化させる変
化手段と、上記第一の光方向性結合器の第二の端
子の光信号を検出する検出手段と、上記第一の光
導波路および上記第二の光導波路の相対的な実効
長を所望の値とするように、上記検出手段の検出
出力により上記変化手段を自動的に制御する制御
手段とを備え、上記第一の光方向性結合器の第一
の端子を入力とするとき上記第二の光方向性結合
器の第三および第四の端子を出力とし、上記第二
の光方向性結合器の第三および第四の端子を入力
とするとき上記第一の光方向性結合器の第一の端
子を出力とすることを特徴とする。
The present invention includes two optical directional couplers each having four terminals, and the optical directional coupler is configured such that an optical signal inputted to the first terminal does not appear at the second terminal, but only at the third and third terminals. The optical signal appearing at the fourth terminal and input to the third terminal is configured so that it does not appear at the fourth terminal but appears at the first and second terminals, and a first optical waveguide connecting a third terminal of the first optical directional coupler and a first terminal of the second optical directional coupler; a second optical waveguide connecting the fourth terminal of the first optical directional coupler and the second terminal of the second optical directional coupler; a changing means for changing the relative effective length of the waveguide; a detecting means for detecting the optical signal at the second terminal of the first optical directional coupler; control means for automatically controlling the change means based on the detection output of the detection means so as to set the relative effective length of the wave path to a desired value; When the third and fourth terminals of the second optical directional coupler are outputs, and the third and fourth terminals of the second optical directional coupler are inputs. It is characterized in that the first terminal of the first optical directional coupler is used as an output.
上記発明は、その構成を縦続に接続して一つの
装置を構成するように利用することができる。 The above invention can be used to configure one device by cascading the configurations.
2個の光方向性結合器の端子間を2本の光導波
路で結合し、その光導波路の相対長を違えておく
と、この2本の光導波路に同一の信号が通過する
とき位相の相反する周波数の信号が互いに打ち消
され、位相の一致する周波数の信号が強調され
る。したがつて、この周波数を入力光信号の周波
数に合わせることにより、光合分波器を構成する
ことができる。この時、上記光導波路の相対長を
可変とし、自動制御することにより常に最良の状
態で動作させることができる。
If the terminals of two optical directional couplers are coupled using two optical waveguides and the relative lengths of the optical waveguides are different, then when the same signal passes through these two optical waveguides, there will be a phase conflict. Signals with frequencies that match each other cancel each other out, and signals with frequencies that match the phase are emphasized. Therefore, by matching this frequency to the frequency of the input optical signal, an optical multiplexer/demultiplexer can be constructed. At this time, by making the relative length of the optical waveguide variable and automatically controlling it, it is possible to always operate it in the best condition.
第1図は本発明の基本となる実施例装置のブロ
ツク構成図である。この例は、6個の光方向性結
合器C1〜C6と、8本の光フアイバL1〜L8を用い
て第1図のように接続する。光フアイバLiは入力
端子用の光フアイバであり、光フアイバL01〜L04
は出力端子用の光フアイバである。入力端子用の
光フアイバLiに、4つの周波数f1,f2,f3,f4が
多重された光信号が入力すると、光方向性結合器
C2の出力で光フアイバL3に周波数f1およびf3の光
信号が現れ、光フアイバL4に周波数f2およびf4の
信号が現れる。さらに出力端子には光フアイバ
L01〜L04にそれぞれ4つの周波数f1〜f4の光信号
が現れる。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the device which is the basis of the present invention. In this example, six optical directional couplers C 1 to C 6 and eight optical fibers L 1 to L 8 are used to connect as shown in FIG. Optical fiber Li is an optical fiber for input terminal, and optical fiber L 01 to L 04
is an optical fiber for the output terminal. When an optical signal with four frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 multiplexed is input to the optical fiber Li for the input terminal, the optical directional coupler
At the output of C 2 , optical signals with frequencies f 1 and f 3 appear in optical fiber L 3 , and signals with frequencies f 2 and f 4 appear in optical fiber L 4 . Furthermore, there is an optical fiber at the output terminal.
Optical signals of four frequencies f 1 to f 4 appear in L 01 to L 04 , respectively.
これをさらに説明する。第2図は上記装置のう
ち、第一の光方向性結合器C1および第二の光方
向性結合器C2の部分を取り出して表示する図で
ある。すなわちこの構成は4個の端子を備えた光
方向性結合器C1およびC2を備える。この光方向
性結合器C1およびC2は、それぞれ第一の端子
(Li)に入力する光信号は第二の端子(Li′)には
現れず、第三の端子(L1)および第四の端子
(L2)に現れ、第三の端子(L1)に入力する光信
号は第四の端子(L2)に現れず第一の端子(Li)
および第二の端子(Li′)に現れるように構成さ
れた公知の光方向性結合器である。この2個の光
方向性結合器C1およびC2のうち第一の光方向性
結合器C1の第三の端子と第二の光方向性結合器
C2の第一の端子とを光フアイバL1で接続する。
またこの2個の光方向性結合器のうち第一の光方
向性結合器C1の第四の端子と第二の光方向性結
合器C2の第二の端子とを光フアイバL2で接続す
る。しかも、この光フアイバL1およびL2は、そ
の相対的な実効長が異なるように設定され、第一
の光方向性結合器C1の第一の端子を入力とし、
第二の光方向性結合器C2の第三および第四の端
子を出力とするように構成されている。 This will be explained further. FIG. 2 is a diagram showing a portion of the first optical directional coupler C 1 and second optical directional coupler C 2 extracted from the above device. That is, this configuration includes optical directional couplers C 1 and C 2 with four terminals. In these optical directional couplers C 1 and C 2 , the optical signal input to the first terminal (Li) does not appear at the second terminal (Li′), and the optical signal input to the third terminal (L 1 ) and The optical signal that appears at the fourth terminal (L 2 ) and is input to the third terminal (L 1 ) does not appear at the fourth terminal (L 2 ) and is input to the first terminal (Li).
and a known optical directional coupler configured to appear at the second terminal (Li'). The third terminal of the first optical directional coupler C 1 and the second optical directional coupler among these two optical directional couplers C 1 and C 2
Connect the first terminal of C 2 with optical fiber L 1 .
Also, of these two optical directional couplers, the fourth terminal of the first optical directional coupler C1 and the second terminal of the second optical directional coupler C2 are connected by an optical fiber L2 . Connecting. Moreover, the optical fibers L 1 and L 2 are set to have different relative effective lengths, and the first terminal of the first optical directional coupler C 1 is input,
It is configured to output the third and fourth terminals of the second optical directional coupler C2 .
このような構成の装置では、入力端子の光フア
イバLiに入力する光信号は、第一の光方向性結合
器C1で二つの光フアイバL1およびL2に分岐され、
第二の光方向性結合器C2で再び結合される。こ
のとき、二つの光フアイバL1およびL2の相対的
な実効長が異なると、ある周波数の光信号につい
ては光方向性結合器C2で位相が等しくなつて相
加され、また別の周波数の光信号については光方
向性結合器C2で位相が相反することになつて打
ち消される。 In a device with such a configuration, an optical signal input to the optical fiber Li of the input terminal is branched into two optical fibers L 1 and L 2 by the first optical directional coupler C 1 .
They are combined again in a second optical directional coupler C2 . At this time, if the relative effective lengths of the two optical fibers L 1 and L 2 are different, optical signals of a certain frequency will be added with the same phase in the optical directional coupler C 2 , and optical signals of a certain frequency will be added with the same phase. The optical signals have opposite phases at the optical directional coupler C2 and are canceled.
第3図はこれをシユミレーシヨンにより求めて
図示したものである。第3図の横軸は光信号の周
波数(GHz)であり、縦軸は光信号の透過率
(dB)である。実線で示すt12は第2図で端子Liか
らL3への光信号透過率特性であり、破線で示す
t13は端子LiからL4への光信号透過特性である。
すなわち、一方の出力端子で相加される周波数で
は、他方の出力端子で打ち消され、他方の出力端
子で相加される周波数では、一方の出力端子で打
ち消されることになる。 FIG. 3 shows this obtained by simulation. The horizontal axis in FIG. 3 is the frequency (GHz) of the optical signal, and the vertical axis is the transmittance (dB) of the optical signal. t12 shown by the solid line is the optical signal transmittance characteristic from terminal Li to L3 in Figure 2, and is shown by the broken line.
t13 is the optical signal transmission characteristic from terminal Li to L4 .
That is, a frequency that is added at one output terminal will be canceled at the other output terminal, and a frequency that is added at the other output terminal will be canceled at one output terminal.
これはマツハツエンダー干渉計を構成してい
て、この透過率特性を数式で示すと、
t12=(1−T)2+T2
−2(1−T)Tcos2πnf/C(l1−l2)
t13=2(1−T)T・
{1+cos2πnf/C(l1−l2)}
ただし、fは光波の周波数、
nは光導波路の屈折率、
Tは方向性結合器の結合効率、
l1は光導波路L1の長さ、
l2は光導波路L2の長さ、
Cは真空中の光速
となる。ここでいう透過率は光信号の出力パワー
と入力パワーとの比である。 This constitutes a Matsuhatsu Ender interferometer, and the transmittance characteristic is expressed mathematically as t 12 = (1-T) 2 +T 2 -2 (1-T) Tcos2πnf/C(l 1 - l 2 ) t 13 =2(1-T)T {1+cos2πnf/C(l 1 -l 2 )} Where, f is the frequency of the light wave, n is the refractive index of the optical waveguide, T is the coupling efficiency of the directional coupler, l 1 is the length of the optical waveguide L 1 , l 2 is the length of the optical waveguide L 2 , and C is the speed of light in vacuum. The transmittance here is the ratio of the output power and input power of the optical signal.
第3図の特性は、実効的な光路長差(l1−l2)
を1cm、二つの光方向性結合器C1およびC2の結
合効率Tを0.5としてシユミレーシヨンを行つた
ものである。この場合に、約20GHzおきに通過周
波数または阻止周波数が現れる。したがつて、4
つの周波数f1,f2,f3,f4をこれに合わせて10GHz
おきに配置しておくと、光フアイバLiに4つの周
波数f1,f2,f3,f4が多重された光信号を入力す
ると、光方向性結合器C2の出力で光フアイバL3
に周波数f1およびf3の信号が現れ、光フアイバL4
に周波数f2およびf4の信号が現れる。この第2図
と同等の装置を光方向性結合器C3およびC4、光
方向性結合器C5およびC6による装置に用いると、
ちようど第1図で示すような装置を得ることがで
きる。 The characteristics in Figure 3 are the effective optical path length difference (l 1 − l 2 )
1 cm, and the coupling efficiency T of the two optical directional couplers C 1 and C 2 was 0.5. In this case, a pass frequency or a stop frequency appears at approximately every 20 GHz. Therefore, 4
The three frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 are combined to 10 GHz.
If the optical fiber Li is arranged at intervals, when an optical signal in which four frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 are multiplexed is input to the optical fiber Li, the output of the optical directional coupler C 2 is connected to the optical fiber L 3
Signals with frequencies f 1 and f 3 appear on the optical fiber L 4
Signals with frequencies f 2 and f 4 appear at . When a device equivalent to that shown in FIG. 2 is used in a device including optical directional couplers C 3 and C 4 and optical directional couplers C 5 and C 6 ,
A device as shown in FIG. 1 can now be obtained.
第4図は第2図に示す装置について、二つの光
フアイバL1およびL2の実効的な光路長差(l1−
l2)を1cm(実線)としたとき、0.5cmとしたとき
(破線)とを示すものである。このように二つの
光フアイバL1およびL2の実効的な光路長差(l1−
l2)を変えることにより、通過周波数および阻止
周波数の配置を変更することができる。 FIG . 4 shows the effective optical path length difference (l 1 −
l 2 ) is 1 cm (solid line) and 0.5 cm (broken line). In this way, the effective optical path length difference (l 1 −
By changing l 2 ), it is possible to change the arrangement of pass frequencies and stop frequencies.
第1図の装置で、単純にこの二つの光フアイバ
の実効的な光路長差を正確に設定することは、実
用上はかなり精密な工作を要することになる。そ
こで以下に本発明の装置の実施例を説明する。 In the apparatus shown in FIG. 1, simply setting accurately the effective optical path length difference between these two optical fibers requires quite precise machining in practice. Therefore, embodiments of the apparatus of the present invention will be described below.
第5図は本発明の第一の実施例装置のブロツク
構成図である。この例はまず第1図に示す装置と
比べると、入力端と出力端とを逆転させたもので
ある。第1図の装置は光信号に対して可逆的であ
るからこれは問題ない。さらにこの例は、光フア
イバに機械的な圧力を印加すると、その光屈折率
に変化があり、光フアイバの実効的な光路長を変
化させることを利用したものである。すなわち、
光フアイバL2、光フアイバL5および光フアイバ
L8にそれぞれ光フアイバを圧縮するように圧電
素子Pを配置し、これに制御回路CONTから電
圧を与えて光フアイバに機械的な圧力を与えるも
のである。しかも、この圧電素子Pが設けられた
光フアイバの出力側の光方向性結合器では、その
出力側の空き端子で光信号を検出器Dで検出し、
この空き端子の出力光信号が最小になるように自
動制御される。 FIG. 5 is a block diagram of an apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this example, compared to the device shown in FIG. 1, the input end and output end are reversed. This is not a problem since the device of FIG. 1 is reversible with respect to optical signals. Furthermore, this example utilizes the fact that when mechanical pressure is applied to an optical fiber, its optical refractive index changes, which changes the effective optical path length of the optical fiber. That is,
Fiber optic L 2 , Fiber optic L 5 and Fiber optic
A piezoelectric element P is arranged in each L8 so as to compress the optical fiber, and a voltage is applied to this from the control circuit CONT to apply mechanical pressure to the optical fiber. Moreover, in the optical directional coupler on the output side of the optical fiber provided with this piezoelectric element P, the optical signal is detected by the detector D at the free terminal on the output side,
Automatic control is performed so that the output optical signal of this vacant terminal is minimized.
たとえば、第5図の最も右側の光方向性結合器
C1について考えると、実効的な光路長の差が最
適に調整されたときには、その出力端光フアイバ
Loには多重化された光信号が最大レベルで出力
されるが、理論的には光フアイバLo′の出力光は
なくなる。したがつてこの光フアイバLo′に漏洩
する出力光レベルが最小になるように圧電素子P
に印加する電圧を制御することにより最適の条件
に自動制御することができる。第5図に示す他の
二つの光フアイバLn1およびLn2についても同様
である。 For example, the rightmost optical directional coupler in Figure 5
Considering C 1 , when the effective optical path length difference is optimally adjusted, its output end optical fiber
The multiplexed optical signal is output at the maximum level to Lo, but theoretically there is no output light from optical fiber Lo'. Therefore, the piezoelectric element P is adjusted so that the output light level leaking to this optical fiber Lo' is minimized.
The optimum conditions can be automatically controlled by controlling the voltage applied to. The same applies to the other two optical fibers L n1 and L n2 shown in FIG.
第6図は光フアイバに機械的な圧力を印加した
ときの効果をシユミレーシヨンにより示す図であ
る。このシユミレーシヨンは、第5図の光方向性
結合器C2から右方の構成の装置において、光フ
アイバL1を9.5cm、光フアイバL2を10cmとし、こ
の10cmの光フアイバの全長の3分の2の長さにわ
たり0.1Kg/mm2の圧力を加えたときに、この装置
の透過率の変化を示すものである。光フアイバを
構成する石英の光弾性係数は約3×10-5mm2/Kgで
あるとした。透過周波数は圧力を加えることによ
り、第6図にfで示す量(約8GHz)だけ移動し
たことを示す。 FIG. 6 is a simulation diagram showing the effect of applying mechanical pressure to an optical fiber. This simulation assumes that the optical fiber L 1 is 9.5 cm and the optical fiber L 2 is 10 cm, and that the optical fiber L 1 is 9.5 cm and the optical fiber L 2 is 10 cm. This figure shows the change in transmittance of this device when a pressure of 0.1 Kg/mm 2 is applied over the length of 2. The photoelastic coefficient of quartz constituting the optical fiber is approximately 3×10 −5 mm 2 /Kg. The transmission frequency is shown to have shifted by an amount indicated by f (approximately 8 GHz) in FIG. 6 by applying pressure.
機械的な圧力0.1Kg/mm2は、圧電素子により十
分に印加することができる値であり、第5図の方
法により透過周波数を自動制御することができる
ことがわかる。 It can be seen that a mechanical pressure of 0.1 Kg/mm 2 is a value that can be sufficiently applied by the piezoelectric element, and that the transmission frequency can be automatically controlled by the method shown in FIG.
第7図は本発明の第二実施例装置のブロツク構
成図である。この例はその基本的な構成は第5図
で説明した第一実施例装置と同等であるが、光導
波路および光方向性結合器をLiNbO3結晶基板に
集積回路により形成したとことろに特徴がある。
すなわち各光導波路L1〜L8、入出力端子Li、L0、
Lm等はすべて光フアイバではなく、LiNbO3結
晶基板に公知の方法により屈折率の異なる領域を
形成することにより構成される。また光方向性結
合器C1〜C6についても、個別の部品ではなく、
同様にLiNbO3結晶基板に公知の方法により形成
される。さらにこの例では光導波路の実効的な光
路長を変化させるために、機械的圧力の印加する
のではなく、各光導波路の近傍に電極M1〜M6を
設け、これに電圧を与えることにより各光導波路
に電界を印加する。この構造によつても光導波路
の実効的な光屈折率を変化することができるの
で、前例と同様の作用で本発明を実施することが
できる。各電極に印加する電圧は前例と同様に、
漏洩する光信号を光検出器Dで検出し、その出力
が最小になるように制御回路CONTで制御する
ように構成される。 FIG. 7 is a block diagram of an apparatus according to a second embodiment of the present invention. The basic configuration of this example is the same as that of the first embodiment device explained in FIG. 5, but the feature is that the optical waveguide and optical directional coupler are formed on a LiNbO 3 crystal substrate using an integrated circuit. There is.
That is, each optical waveguide L 1 to L 8 , input/output terminal Li, L 0 ,
Lm, etc. are all constructed not from optical fibers but by forming regions with different refractive indexes on a LiNbO 3 crystal substrate by a known method. Also, the optical directional couplers C 1 to C 6 are not separate components, but
Similarly, it is formed on a LiNbO 3 crystal substrate by a known method. Furthermore, in this example, in order to change the effective optical path length of the optical waveguide, instead of applying mechanical pressure, electrodes M 1 to M 6 are provided near each optical waveguide and a voltage is applied to them. Apply an electric field to each optical waveguide. This structure also allows the effective optical refractive index of the optical waveguide to be changed, so the present invention can be implemented with the same effect as in the previous example. The voltage applied to each electrode is the same as in the previous example.
The leaking optical signal is detected by a photodetector D, and the control circuit CONT is configured to control the output so as to minimize it.
第8図はLiNbO3結晶基板上に形成された光導
波路に電界を与えた場合の透過率周波数特性の変
化を示す図である。この特性は第7図の光方向性
結合器C2から右方の構成について、シユミレー
シヨンを行つた結果を示すもので、二つの光導波
路L1およびL2の光路長の差を3.5mmとし、光導波
路L1の長さ3mmにわたり電極を設け、光導波路
に106V/mの電界を印加した例を示す。第8図
から上記条件で透過周波数が約20GHz変化してい
ることがわかる。実用的な装置では、LiNbO3結
晶基板に形成される光導波路の径は数μmであ
り、これに数Vの電界を印加することが可能であ
るから、上記の透過周波数な変化はほぼ実用的な
装置の値である。 FIG. 8 is a diagram showing changes in transmittance frequency characteristics when an electric field is applied to an optical waveguide formed on a LiNbO 3 crystal substrate. This characteristic shows the result of simulation for the configuration on the right side of the optical directional coupler C2 in Figure 7.The difference in optical path length between the two optical waveguides L1 and L2 is assumed to be 3.5 mm. An example is shown in which an electrode is provided over a length of 3 mm in the optical waveguide L 1 and an electric field of 10 6 V/m is applied to the optical waveguide. It can be seen from FIG. 8 that the transmission frequency changes by about 20 GHz under the above conditions. In a practical device, the diameter of the optical waveguide formed on the LiNbO 3 crystal substrate is several μm, and it is possible to apply an electric field of several V to it, so the change in transmission frequency described above is almost practical. is the value of the device.
第9図は本発明の第三実施例装置のブロツク構
成図である。この例は第1図で説明した装置と同
等であり、さらに第5図で説明した装置とは信号
を逆方向に伝搬させた構成であり、各部分は光信
号に対して可逆的であるから、多重された光信号
を分離させることができる。この第9図の構成で
は出力端の光フアイバL01およびL03にはその出射
端にコーテイングが施され、出射光の一部が反射
されて戻るように構成されている。この戻る光波
は、この装置各部が理想的なマツハツエンダー干
渉計を構成しているときには、元のとおりの光路
で入射端光フアイバLiに戻るはずである。ところ
が、各マツハツエンダー干渉計にずれがあるとき
には、元のとおりの光路を戻らずに、光フアイバ
Ln1あるいはLn2もしくはLi′に漏洩することにな
る。したがつて、この漏洩する光を観測しこれが
最小になるように各圧電素子Pに印加する電圧を
制御することにより、上記反射光は元の光路のと
おりに戻つていることになり、装置を最良の状態
に調整し維持することができる。 FIG. 9 is a block diagram of an apparatus according to a third embodiment of the present invention. This example is equivalent to the device explained in Fig. 1, and has a configuration in which the signal propagates in the opposite direction to the device explained in Fig. 5, and each part is reversible with respect to the optical signal. , multiplexed optical signals can be separated. In the configuration shown in FIG. 9, the output ends of the optical fibers L 01 and L 03 are coated so that a portion of the emitted light is reflected back. This returning light wave should return to the input end optical fiber Li along the original optical path when each part of this device constitutes an ideal Matsuhatsu Ender interferometer. However, when there is a misalignment in each Matsuhatsu Ender interferometer, the optical fiber does not return to the original optical path.
It will leak to L n1 or L n2 or Li'. Therefore, by observing this leaked light and controlling the voltage applied to each piezoelectric element P so as to minimize it, the reflected light will return to its original optical path, and the device can be operated. It can be adjusted and maintained in the best condition.
第10図は本発明の第四実施例装置のブロツク
構成図である。この例は上述の第9図に示す実施
例装置と同等の構成をLiNbO3結晶基板に構成し
たものである。出力端の光導波路L01およびL03に
はコーテイングが施され、その出射光の一部が戻
るように構成されている。との作用は前述の例と
同様である。この例では各光導波路の実効長を制
御するために電極M1〜M6を設け、これに印加す
る電圧を制御する方法を用いる。この作用は第7
図および第8図で説明した例と同等である。 FIG. 10 is a block diagram of an apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In this example, a structure similar to that of the embodiment shown in FIG. 9 described above is constructed on a LiNbO 3 crystal substrate. The optical waveguides L 01 and L 03 at the output end are coated so that a portion of the emitted light is returned. The effect is the same as in the previous example. In this example, in order to control the effective length of each optical waveguide, a method is used in which electrodes M 1 to M 6 are provided and the voltage applied thereto is controlled. This effect is the seventh
This is equivalent to the example explained in FIG. 8 and FIG.
上記各例は4つの周波数について多重または分
離を行う装置であるが、これは一例であり、一般
に複数n個の周波数について、本発明の装置によ
る多重または分離する装置をこの手法を必要な数
だけ組合せもしくは繰り返すことにより同様に構
成することができる。 Each of the above examples is a device that performs multiplexing or demultiplexing on four frequencies, but this is just an example, and in general, the device of the present invention can be used to multiplex or demultiplex a plurality of n frequencies as many times as necessary. Similar configurations can be made by combining or repeating.
また集積回路化する構成は上記LiNbO3結晶基
板にかぎるものではなく、その他の技術によつて
も同様に本発明を実施することができる。 Furthermore, the structure for integrated circuits is not limited to the above-mentioned LiNbO 3 crystal substrate, and the present invention can be similarly implemented using other technologies.
第13図は本発明実施例装置の試験結果を示す
図である。これは第2図で説明した構成について
試験を行つた結果であり、第13図の上段の軌跡
は光フアイバLiに半導体レーザ光を入力し、その
周波数を掃引したときに、光フアイバL4に出力
される光パワーを真数で示す。また第13図の下
段の軌跡はフアブリペロ干渉計(FSR7.5kHz)に
よつて同時に測定した周波数マーカを示す。二つ
の光路長の差(l1−l2)は約1cmになるように製
作した。この第13図の結果から、通過周波数ま
たは阻止周波数のピツチは約22GHzであることが
わかる。これは前述の第3図の計算値(透過率は
対数尺)とよく符合する。
FIG. 13 is a diagram showing the test results of the apparatus according to the present invention. This is the result of testing the configuration explained in Fig. 2. The locus in the upper row of Fig. 13 shows that when the semiconductor laser light is input to the optical fiber Li and its frequency is swept, The output optical power is expressed as an antilog. Moreover, the locus in the lower part of FIG. 13 shows frequency markers simultaneously measured by a Fabry-Perot interferometer (FSR7.5kHz). It was manufactured so that the difference (l 1 −l 2 ) between the two optical path lengths was about 1 cm. From the results shown in FIG. 13, it can be seen that the pitch of the passing frequency or blocking frequency is approximately 22 GHz. This agrees well with the calculated value shown in FIG. 3 described above (the transmittance is on a logarithmic scale).
第12図は第5図で説明した自動制御につい
て、その効果を試験した結果である。入力するレ
ーザ光の波長を一定に保ち、空き端子に漏洩する
光パワーを測定したものである。非制御時と制御
時についてそれぞれ数分間の測定を行うと、非制
御時には外部擾乱により光フアイバの実効長に変
化が生じ、平衡がくずれて空き端子の光パワーの
漏洩があるが、前述の自動制御を行うことによ
り、空き端子への光パワーの漏洩は小さくなり、
平衡状態は長く維持させることができることがわ
かる。 FIG. 12 shows the results of testing the effectiveness of the automatic control described in FIG. 5. The wavelength of the input laser light was kept constant, and the optical power leaking to the vacant terminal was measured. When measurements are taken for several minutes each in the non-controlled and controlled states, it is found that in the non-controlled state, the effective length of the optical fiber changes due to external disturbances, causing imbalance and leakage of optical power from free terminals. By performing control, leakage of optical power to vacant terminals is reduced,
It can be seen that the equilibrium state can be maintained for a long time.
以上説明したように、本発明によれば、構成が
簡単であり、損失が小さく、小型で安定な装置と
して構成することができる光合分波器が得られ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an optical multiplexer/demultiplexer that has a simple configuration, has low loss, and can be configured as a small and stable device.
本発明の光合分波器は、
分波可能な波長差が二つの光導波路の実効長
差で決まるので、1Å以下の波長差でも分波可
能となる、
本発明の光合分波器を多段接続することによ
りN多重された光信号を分離できるが、そのと
き信号光を半分ずつに分けていくので、信号光
が通過する段数はどの信号光についてもlog2N
段であり、どの信号光に対しても損失が実質的
に等しく、信号光間のばらつきが少ない、
漏洩する光信号を監視して実効長差を最適化
する際に、光方向性結合器の空き端子を利用す
ることにより、入力光と漏洩光とを切り分ける
構成を別に設けることなく漏洩光を検出でき
る、
という利点を有する。 The optical multiplexer/demultiplexer of the present invention is capable of demultiplexing even with a wavelength difference of 1 Å or less because the wavelength difference that can be demultiplexed is determined by the effective length difference between the two optical waveguides.The optical multiplexer/demultiplexer of the present invention is connected in multiple stages. By doing this, it is possible to separate N multiplexed optical signals, but at that time, the signal light is divided into halves, so the number of stages that the signal light passes through is log2N for any signal light.
Optical directional coupler By using a vacant terminal, there is an advantage that leakage light can be detected without providing a separate structure for separating input light and leakage light.
本発明の装置はLiNbO3結晶基板などに例示す
うるように集積回路として構成するに適するの
で、実用的な安定を得ることができる。本発明の
装置は均一な製品を量産するに適する。 Since the device of the present invention is suitable for being configured as an integrated circuit, as exemplified by a LiNbO 3 crystal substrate, it can achieve practical stability. The apparatus of the present invention is suitable for mass producing uniform products.
さらに自動制御により、常に最良の状態で動作
することができる。 Furthermore, automatic control ensures that it always operates at its best.
第1図は本発明の基本となる装置のブロツク構
成図。第2図はその動作原理を説明するための部
分構成図。第3図は二つの出力端への透過率周波
数特性を示す図。第4図は光フアイバの光路長の
差により透過率特性の相違を示す図。第5図は本
発明第一実施例装置のブロツク構成図。第6図は
光フアイバに機械的な圧力を印加したときの透過
率特性の変化を示す図。第7図は本発明第二実施
例装置のブロツク構成図。第8図は光導波路に印
加する電界を変化させたときの透過率特性の変化
を示す図。第9図は本発明第三実施例装置のブロ
ツク構成図。第10図は本発明第四実施例装置の
ブロツク構成図。第11図は従来例装置のブロツ
ク構成図。第12図は自動制御の状態の試験結果
を示す図。第13図は本発明実施例装置の試験結
果を示す図。
FIG. 1 is a block diagram of a device that is the basis of the present invention. FIG. 2 is a partial configuration diagram for explaining the principle of operation. FIG. 3 is a diagram showing transmittance frequency characteristics to two output ends. FIG. 4 is a diagram showing differences in transmittance characteristics due to differences in optical path length of optical fibers. FIG. 5 is a block diagram of the apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing changes in transmittance characteristics when mechanical pressure is applied to the optical fiber. FIG. 7 is a block diagram of an apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing changes in transmittance characteristics when changing the electric field applied to the optical waveguide. FIG. 9 is a block diagram of a device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a block diagram of an apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a block diagram of a conventional device. FIG. 12 is a diagram showing the test results of the automatic control state. FIG. 13 is a diagram showing the test results of the apparatus according to the present invention.
Claims (1)
え、 その光方向性結合器は、第一の端子に入力する
光信号は第二の端子には現れず第三および第四の
端子に現れ、第三の端子に入力する光信号は第四
の端子に現れず第一および第二の端子に現れるよ
うに構成され、 上記2個の光方向性結合器のうち第一の光方向
性結合器の第三の端子と第二の光方向性結合器の
第一の端子とを接続する第一の光導波路と、 上記2個の光方向性結合器のうちの第一の光方
向性結合器の第四の端子と第二の光方向性結合器
の第二の端子とを接続する第二の光導波路と、 上記第一の光導波路および上記第二の光導波路
の相対的な実効長を変化させる変化手段と、 上記第一の光方向性結合器の第二の端子の光信
号を検出する検出手段と、上記第一の光導波路お
よび上記第二の光導波路の相対的な実効長を所望
の値とするように、上記検出手段の検出出力によ
り上記変化手段を自動的に制御する制御手段とを
備え、 上記第一の光方向性結合器の第一の端子を入力
とするとき上記第二の光方向性結合器の第三およ
び第四の端子を出力とし、上記第二の光方向性結
合器の第三および第四の端子を入力とするとき上
記第一の光方向性結合器の第一の端子を出力とす
る ことを特徴とする光合分波器。 2 上記第一および第二の光導波路は光フアイバ
であり、 上記変化手段は上記第一および第二の光導波路
の少なくとも一方に機械的な圧力を印加する手段
である ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
光合分波器。 3 上記機械的な圧力を印加する手段は圧電素子
を含み、 上記制御手段は上記圧電素子に印加する電圧を
制御する ことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の
光合分波器。 4 上記第一および第二の光導波路はLiNbO3結
晶基板に形成された光導波路であり、 上記変化手段は上記第一および第二の光導波路
の少なくとも一方に電界を与える電極であり、 上記制御手段は上記電極に印加する電圧を制御
する ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
光合分波器。[Claims] 1. Two optical directional couplers each having four terminals are provided, and the optical directional coupler is configured such that an optical signal input to the first terminal does not appear at the second terminal. The two optical directional couplers are configured such that an optical signal appearing at the third and fourth terminals and input to the third terminal does not appear at the fourth terminal but appears at the first and second terminals. a first optical waveguide connecting the third terminal of the first optical directional coupler and the first terminal of the second optical directional coupler; a second optical waveguide connecting a fourth terminal of the first optical directional coupler and a second terminal of the second optical directional coupler; changing means for changing the relative effective lengths of the optical waveguides; detecting means for detecting the optical signal at the second terminal of the first optical directional coupler; control means for automatically controlling the changing means based on the detection output of the detecting means so that the relative effective length of the optical waveguide of the first optical directional coupler is set to a desired value; When the first terminal is used as an input, the third and fourth terminals of the second optical directional coupler are used as outputs, and the third and fourth terminals of the second optical directional coupler are used as inputs. An optical multiplexer/demultiplexer, wherein the first terminal of the first optical directional coupler is used as an output. 2. A patent claim characterized in that the first and second optical waveguides are optical fibers, and the changing means is a means for applying mechanical pressure to at least one of the first and second optical waveguides. The optical multiplexer/demultiplexer according to item 1. 3. The optical multiplexer/demultiplexer according to claim 2, wherein the means for applying mechanical pressure includes a piezoelectric element, and the control means controls the voltage applied to the piezoelectric element. 4 The first and second optical waveguides are optical waveguides formed on a LiNbO 3 crystal substrate, the changing means is an electrode that applies an electric field to at least one of the first and second optical waveguides, and the control The optical multiplexer/demultiplexer according to claim 1, wherein the means controls the voltage applied to the electrodes.
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