JPS6157745B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光源に半導体レーザ、伝送路に光
フアイバを使用する光フアイバ伝送システム、特
に、半導体レーザの出力光のうちの一部が光フア
イバの光入出射端面等で反射されて半導体レーザ
に戻ることによつてもたらされる雑音や波形歪の
発生等の亜影響が生じないようにした光フアイバ
伝送システムに関する。

光源に半導体レーザ、伝送路に光フアイバを用
いる従来の光フアイバ伝送システムでは、半導体
レーザの出力光のうちの一部が、光フアイバの光
入出射端面等で反射されて半導体レーザの活性層
に帰還され、出力光に雑音や波形歪を発生させる
という欠点があつた。特に、半導体レーザと光フ
アイバとの結合効率が高いと、反射光が半導体レ
ーザに帰還され易くなり、雑音や波形歪が生じ易
かつた。この反射光が半導体レーザに帰還される
のを防ぐ目的で、YIG等の結晶中での光の偏波面
のフアラデー回転作用を用いた光アイソレータを
半導体レーザと光フアイバとの間に挿入する方法
が開発されてきてはいるが、光アイソレータは
YIG等の高価なフアラデー回転用結晶や偏光子、
検光子等の高価な部品を使用するということと、
構成部品点数が多いために多大の組立工数が必要
である上に、さらに実装のための工数が必要であ
るということにより、高価であるという欠点があ
つた。

また同様の目的で、半導体レーザの出力光が入
力される一本目の光フアイバのコア径を、この一
本目の光フアイバの次に接続される二本目の光フ
アイバのコア径よりも十分に小さくし、二本目の
光フアイバの光出射端面等での反射光が一本目の
光フアイバに結合しにくくすることにより、この
反射光が半導体レーザに帰還しにくくするという
方法が開発されてきている。しかし、この方法で
は、一本目の光フアイバの光入出射端面や二本目
の光フアイバの光入射端面での反射光の半導体レ
ーザへの帰還は十分には防げないという欠点があ
つた。

また同様の目的で、半導体レーザと一本目の光
フアイバとの間にロツシヨンプリズムと1/4波長
板とを挿入する方法が開発されてきているが、こ
の方法では一本目の光フアイバの光入射端面での
反射光の影響は防ぐことは出来るが、一本目の光
フアイバの光出射端面での反射光や二本目の光フ
アイバの光入出射端面での反射光の影響は十分に
は防ぐことが出来ないという欠点があつた。

この発明の目的は、これら上記の欠点を除去
し、光フアイバの光入出射端面での反射光に基づ
く雑音や波形歪の発生を抑えた光フアイバ伝送シ
ステム、特に、安価な方法で反射光に基づく雑音
や波形歪の発生を抑えた光フアイバ伝送システム
を提供することにある。

この発明によれば、半導体レーザと第１の光フ
アイバと光検出器とを備え前記半導体レーザの出
力光が前記第１の光フアイバを伝搬して前記光検
出器に入力する光フアイバ伝送システムにいて、
前記半導体レーザの出力光は結合回路と1/4波長
板とを通つて円偏波状態を保存する第２の光フア
イバに入力したのち前記第１の光フアイバに入力
することを特徴とする光フアイバ伝送システムが
得られる。

この発明の光フアイバ伝送システムでは、半導
体レーザの出力光の直線偏光は1/4波長板を通過
することにより円偏光（例えば右廻り円偏光）に
変換される。この右廻り円偏光が、例えば、光フ
アイバの端面で反射されると逆廻りの円偏光であ
る左廻り円偏光に変換される。従つて、円偏波状
態を保存する第２の光フアイバの光入射端面での
反射光は左廻り円偏光に変換されて4/1波長板に
入力（帰還）するし、またこの第２の光フアイバ
は入力光の円偏波状態を保存して伝搬する特性を
有するから、第２の光フアイバの光出射端面での
反射光やこの第２の光フアイバの光出射端に接続
される第１の光フアイバの光入射端面での反射光
も左廻り円偏光に変換されて1/4波長板に入力す
る。反射光である上記の左廻り円偏光は、1/4波
長板を通過すると、半導体レーザの出力光の直線
偏光と直交する偏波面を有する直線偏光に変換さ
れる。反射光が直線偏光で、その偏波面が半導体
レーザの出力光の直線偏光の偏波面と直交してい
る場合には、反射光は半導体レーザの動作にはほ
とんど影響を及ぼさないから、雑音や波形歪は発
生しない。一方、第２の光フアイバのコア断面積
は、この第２の光フアイバの光出射端に接続され
る第１の光フアイバのコア断面積よりも小さくす
ることができるから、この第１の光フアイバの光
出射端面等での反射光が第２の光フアイバに帰還
する場合には大きな接続損失を受ける。また、第
１の光フアイバの光出射端面等での反射光は、第
１の光フアイバの光入射端面での反射光と比べる
と、第１の光フアイバの往復損失に相当するレベ
ル低下を受けて第２の光フアイバに戻る。これら
のために、第１の光フアイバの光出射端面等での
反射光は半導体レーザに戻りにくくなり、半導体
レーザの出力光には雑音や波形歪が発生しない。

なお、この発明の光フアイバ伝送システムは、
フアラデー回転用結晶等の高価な部品は使用しな
いこと、1/4波長板や円偏波状態を保存する光フ
アイバは特に高価ではないこと、さらに、使用部
品の組立工数や実装工数は特に多くはないこと等
により、安価な光フアイバ伝送システムである。

次に、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第１図はこの発明の最も好ましい実施例を示す
構成図である。半導体レーザ１の活性層から出力
された出力光２は1/4波長板４を通過するととも
に、結合回路である第１の集束性ロツドレンズ３
で集光されて円偏波状態を保存する第２の光フア
イバ５（以後円偏波保存光フアイバ５と呼ぶ。）
に入力する。半導体レーザ１はInGaAsP等の材
料で構成されており、波長1.3μｍ、偏波面が第
１図の紙面と平行な方向のほぼ直線偏光の光を出
力する。第１の集束性ロツドレンズ３には日本板
ガラス株式会社製のセルフオツクレンズSLW1.8
を使用しており、その光入射端は半導体レーザ１
と円偏波保存光フアイバ５との光結合効率を向上
させるために半球状に研磨され、反射防止膜が付
けられている。また、その光出射端面は平面に研
磨されている。この第１の集束性ロツドレンズ３
の外径は1.8mm、長さは4.5mmになつている。この
第１の集束性ロツドレンズ３の光出射端には、縦
と横の長さが３mm、厚さが約0.5mmで、結晶石英
から出来ている1/4波長板が透明接着剤で接着さ
れている。この1/4波長板の光入出射端面は平面
に研磨されており、そのうち光出射端面に反射防
止膜が付けられている。1/4波長板４の主軸の一
つは第１の集束性ロツドレンズ３の光軸に垂直な
面内にあり、半導体レーザ１の出力光２の偏波面
に対して45゜の角度をなすように設定されてい
る。1/4波長板４は、半導体レーザ１の出力光２
の波長である1.3μｍで90゜のリターダンスを与
えるもので、入射直線偏光を円偏光（この場合、
右廻り円偏光）に変換する。円偏波保存光フアイ
バ５はコア径10μｍ、外径125μｍの単一モード
シリカフアイバを約８回／ｍの割合で捩じつたも
ので、英国の雑誌エレクトロニクスレターズ
（Electronics Letters）1980年11月20日号に掲載
のエル・ジエンホーム（L.Jeunhomme）氏らに
よる文献“ポラリゼイシヨン−メインテイニング
シングル−モード フアイバ ケーブル デザ
イン（Polarisation maintaining single−mode
fibre cable design）”に述べられているように、
外部圧力等に依存せずに、円偏波入射光の円偏波
状態を保存して伝搬させる特性を有する。半導体
レーザ１の出力光２は、円偏波保存光フアイバ５
に−4dBの結合効率で入力している。円偏波保存
光フアイバ５の長さは２ｍである。この円偏波保
存光フアイバ５の光出射端面には第１の光コネク
タにより第１の光フアイバ６が接続されている。
第１の光フアイバ６はコア径が50μｍ、フアイバ
外径が125μｍ、N.Aが0.2の集束型マルチモード
光フアイバである。第１の光コネクタでの接続損
失は0.5dB以下になつている。第１の光フアイバ
６にはさらに第３の光フアイバ８が第２の光コネ
クタ９により接続されている。第３の光フアイバ
８には第１の光フアイバ６と同種のものが用いら
れている。第２の光コネクタ９での接続損失は
0.5bB以下である。第３の光フアイバ８の出力光
は、第２の集束性ロツドレンズ１０で集光され、
光検出器である受光径が100μｍφのGe−APD
（アバランシエ・ホトダイオード）１１に入力さ
れている。第２の集束性ロツドレンズ１０には第
１の集束性ロツドレンズ３と同種の日本板ガラス
株式会社製のセルフオツクレンズSLW1.8が使用
されており、外径が1.8mm、長さが4.5mmで、その
光入出射端面は平面に研磨されて反射防止膜が付
けられている。

ここで送信すべき電気信号は増幅等を受けたの
ち、直流バイアス電流に重量されそ半導体レーザ
１に印加され、光信号である出力光２に変換され
る。一方、Ge−APD１１に入力した光信号はこ
のGe−APD１１で検波、増幅されたのち、さら
に電気回路で増幅等を受けて送信信号にほぼ等し
い信号に復調される。

さて、円偏波保存光フアイバ５の光入射端面で
反射された光は、反射により1/4波長板４の出力
光である右廻り円偏光とは逆廻りの左廻り円偏光
に変換される。左廻り円偏光である反射光が1/4
波長板４を通過すると、第１図の紙面に垂直の偏
波面の直線偏光に変換される。このように、円偏
波保存光フアイバ５の光入射端面での反射光は、
半導体レーザ１の出力光２の直線偏光とは直交し
た偏波面の直線偏光に変換されて半導体レーザ１
に帰還するために、半導体レーザ１の動作には影
響を及ぼさず、雑音や波形歪を発生させるという
ことが無い。また、円偏波保存光フアイバ５に入
力した右廻り円偏光は、その偏光状態が保存され
て円偏波保存光フアイバ５から出力される。円偏
波保存光フアイバ５の光出射端面や第１の光フア
イバ６の光入射端面、すなわち第１の光コネクタ
７での反射光は、反射により円偏波保存光フアイ
バ５の出力光の右廻り円偏光とは逆廻り円偏光に
変換される。左廻り円偏光であるこれら反射光
は、円偏波状態が保存されて円偏波保存光フアイ
バ５を通過するから、円偏波保存光フアイバ５の
光入射端面での反射光と同様に、半導体レーザ１
には出力光２の直線偏光とは偏波面の直交した直
線偏光に変換されて帰還する。従つて、これらの
反射光も半導体レーザ１の動作には影響を及ぼさ
ず、雑音や波形歪を発生させるということが無
い。一方、第１の光フアイバ６の光出射端面や第
３の光フアイバ８の光入射端面、すなわち第２の
光コネクタ９では反射光や、第３の光フアイバ８
の光出射端面での反射光は、第１、第３の光フア
イバ６，８が円偏波保存光フアイバではないため
に、これら第１、第３の光フアイバ６，８の曲げ
状態等に左右されたでたらめの偏光状態で円偏波
保存光フアイバ５に戻る。しかし、円偏波保存光
フアイバ５のコア断面積は、この場合第１の光フ
アイバ６のコア断面積の1/25であるために、これ
ら反射光は第１の光コネクタ７で約14dB以上の
損失を受ける。また、第２の光コネクタ９での反
射光や第３の光フアイバ８の光出射端面での反射
光は、第１の光フアイバ６の光入射端面での反射
光と比べると第１の光フアイバ６の往復損失に相
当するレベル低下を受けている。これらのため
に、仮に反射光が半導体レーザ１に出力光２の直
線偏光の偏波面と同じ偏波面の直線偏光で帰還し
たとしても、すなわち反射光が半導体レーザ１の
動作に最も影響を及ぼし易い偏光状態で帰還した
としても、帰還する反射光のレベルが低いために
半導体レーザ１の動作には影響を及ぼさず、雑音
や波形歪を発生させるということが無い。

従来のフアラデー回転用結晶を用いた光アイソ
レータを使用したシステムでは、フアラデー回転
用結晶等が高価なために、光アイソレータ材料費
だけでも、相当高額の価格増加になつていたし、
その他に光アイソレータの部品数が多いために光
アイソレータの組立工数だけでも相当の増加にな
つており、さらに光アイソレータの実装のための
工数が必要であつた。これに対し、以上の実施例
の光フアイバ伝送システムでは、光アイソレータ
に比べてずつと安価で、しかも組立工数や実装工
数のほとんど必要でない1/4波長板４を用いてい
ることと、通常の光フアイバの代りに一部で円偏
波保存光フアイバ５を用いているだけなので、安
価である。

なお、以上の実施例では、半導体レーザ１に
InGaAsPを材料とした出力光２の波長が1.3μｍ
のものを使用するとしたが、AlGaAs等の他の材
料を使用したものや、出力光２の波長が0.85μｍ
等の他の波長のものであつてもよい。また、第
１、第３の光フアイバ６，８にはコア径が50μ
ｍ、フアイバ外径が125μｍ、N.A.が0.2の集速型
マルチモード光フアイバを使用するとしたが、他
のパラメータや他の種類のものであつてもよい。
なお、円偏波保存光フアイバ５も円偏波状態保存
の特性を満す限り、他のパラメータや他の構造の
ものであつてもよい。また、円偏波保存光フアイ
バ５の光出射端に接続される光フアイバの構成は
任意でよく、例えば、第１の光フアイバ６と第３
の光フアイバ８とを第２の光コネクタ９で接続す
る代りに、融着スプライス接続してもよい。この
ようにすれば、第１の光フアイバ６と第３の光フ
アイバ８の接続端での反射光はほとんど生じな
い。また、1/4波長板４と半導体レーザ１との間
には、方解石板等の複屈折結晶を挿入し、この複
屈折結晶中を半導体レーザ１の出力光２は常光線
として通過するが、円偏波保存光フアイバ５の光
入出射端面や第１の光フアイバ６の光入射端面で
の反射光は異常光線として通過するようにしても
よい。このようにすれば、複屈折結晶を光が通過
する場合、常光線は直進するが異常光線は位置が
ずらされるために、反射光は半導体レーザ１の活
性層に帰還しなくなるから、反射光は半導体レー
ザ１の動作にはさらに影響を与え難くなる。ま
た、光検出器にはGe−APD１１を使用するとし
たが、その代りにSi−APD、Si−PD、InGaAs−
APG、InGaAs−PD等の他の種類のものを使用し
てもよい。

なお、第１の光フアイバ６と円偏波保存光フア
イバ５との間には、円偏波保存光フアイバ５と同
種の円偏波保存光フアイバを追加接続してもよい
ことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の最も好ましい実施例を示す
構成図である。 なお図において、１……半導体レーザ、２……
出力光、３……第１の集束性ロツドレンズ、４…
…1/4波長板、５……第２の光フアイバ（円偏波
保存光フアイバ）、６……第１の光フアイバ、７
……第１の光コネクタ、８……第３の光フアイ
バ、９……第２の光コネクタ、１０……第２の集
束性ロツドレンズ、１１……Ge−APDである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体レーザと第１の光フアイバと光検出器
   とを備え前記半導体レーザの出力光が前記第１の
   光フアイバを伝搬して前記光検出器に入力する光
   フアイバ伝送システムにおいて、前記半導体レー
   ザの出力光は結合回路と1/4波長板を通つて円偏
   波状態を保存する第２の光フアイバに入力したの
   ち前記第１の光フアイバに入力することを特徴と
   する光フアイバ伝送システム。