特開 2024-173409 光デバイス、光増幅装置及び光通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024173409

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】光デバイス、光増幅装置及び光通信システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/26 20060101AFI20241205BHJP

   G02B 6/27 20060101ALI20241205BHJP

   H04J 14/00 20060101ALI20241205BHJP

   H04B 10/291 20130101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

G02B6/26 301

G02B6/27

G02B6/27 301

H04J14/00

H04B10/291

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091811

(22)【出願日】2023-06-02

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３度、国立研究開発法人情報通信研究機構、「革新的情報通信技術研究開発委託研究／Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ超大容量無線通信を支える空間多重光ネットワーク・ノード技術の研究開発（ＳＤＭ光ネットワークシステム技術） 副題：経済性と転送性能に優れた空間多重光ネットワークの研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】若山 雄太

(72)【発明者】

【氏名】角田 聖也

(72)【発明者】

【氏名】釣谷 剛宏

(72)【発明者】

【氏名】吉兼 昇

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル エルソン

【テーマコード（参考）】

2H137

5K102

【Ｆターム（参考）】

2H137AB01

2H137BA18

2H137BC44

2H137BC46

2H137BC47

2H137BC50

2H137BC51

5K102AA06

5K102AD00

5K102AD15

5K102AL11

5K102PA00

5K102PH11

5K102PH22

5K102PH24

5K102RB02

5K102RB07

(57)【要約】

【課題】ＭＣＦ光通信システムにおける損失を減少させることができる光デバイスを提供する。
【解決手段】第１ポート、第２ポート、第３ポート及び第４ポートを有する光デバイスは、前記第１ポートに入力されたＸ個の信号光を前記第３ポートから出力し、前記第４ポートに入力されたＹ個の信号光を前記第２ポートから出力し、前記第３ポート及び前記第２ポートに入力された信号光をいずれのポートからも出力せず、前記第１ポートは、第１マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第２ポートは、前記第１マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている、或いは、前記第３ポートは、第２マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第４ポートは、前記第２マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ポート、第２ポート、第３ポート及び第４ポートを有する光デバイスであって、
前記第１ポートに入力されたＸ個（Ｘは１以上の整数）の信号光を前記第３ポートから出力し、
前記第４ポートに入力されたＹ個（Ｙは１以上の整数）の信号光を前記第２ポートから出力し、
前記第３ポート及び前記第２ポートに入力された信号光をいずれのポートからも出力せず、
前記第１ポートは、第１マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第２ポートは、前記第１マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている、或いは、前記第３ポートは、第２マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第４ポートは、前記第２マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている、光デバイス。

【請求項2】

前記第１ポートが前記第１マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第２ポートが前記第１マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている場合、前記第３ポートは、Ｘ個のシングルコア光ファイバ又は第３マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、前記第４ポートは、Ｙ個のシングルコア光ファイバ又は第４マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている、請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

前記第３ポートが前記第２マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第４ポートが前記第２マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている場合、前記第１ポートは、Ｘ個のシングルコア光ファイバ又は第３マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、前記第２ポートは、Ｙ個のシングルコア光ファイバ又は第４マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている、請求項１に記載の光デバイス。

【請求項4】

前記第１ポートからの第１信号光を第１偏波の第２信号光と前記第１偏波に直交する第２偏波の第３信号光とに分離する第１手段と、
通過する前記第１偏波の前記第２信号光及び前記第２偏波の前記第３信号光の偏波面を９０度だけ回転させることで、前記第２偏波の前記第２信号光及び前記第１偏波の前記第３信号光を出力する回転手段と、
前記第２偏波の前記第２信号光と前記第１偏波の前記第３信号光とを合成して前記第３ポートに前記第１信号光を出力する第２手段と、
を備え、
前記第２手段は、前記第４ポートからの第４信号光を前記第１偏波の第５信号光と前記第２偏波の第６信号光とに分離し、
前記回転手段は、通過する前記第１偏波の前記第５信号光及び前記第２偏波の前記第６信号光の偏波面を回転させず、
前記第１手段は、前記第１偏波の前記第５信号光と前記第２偏波の前記第６信号光とを合成して前記第２ポートに前記第４信号光を出力する、請求項１に記載の光デバイス。

【請求項5】

前記回転手段は、通過する信号光の偏波面を４５度だけ回転させる半波長板と、通過する信号光の偏波面を４５度だけ回転させるファラデーローテータと、を有し、
前記第１偏波の前記第２信号光及び前記第２偏波の前記第３信号光が前記回転手段を通過する方向と、前記第１偏波の前記第５信号光及び前記第２偏波の前記第６信号光が前記回転手段を通過する方向は、互いに異なる、請求項４に記載の光デバイス。

【請求項6】

前記第１ポートからの第１信号光に含まれる第１偏波の成分を第１方向に偏向し、前記第１信号光に含まれる前記第１偏波とは直交する第２偏波の成分を偏向しないことで、前記第１偏波の第２信号光と、前記第２偏波の第３信号光と、を出力する第１光学部材と、
前記第１光学部材が出力する前記第１偏波の前記第２信号光及び前記第２偏波の前記第３信号光の内の前記第２偏波の前記第３信号光の偏波を９０度だけ回転させることで、前記第１偏波の前記第２信号光及び前記第１偏波の前記第３信号光を出力する第２光学部材と、
前記第２光学部材が出力する前記第１偏波の前記第２信号光及び前記第１偏波の前記第３信号光の内の前記第１偏波の前記第３信号光の偏波を９０度だけ回転させることで、前記第２偏波の前記第２信号光及び前記第１偏波の前記第３信号光を出力する第３光学部材と、
前記第３光学部材が出力する前記第１偏波の前記第３信号光を前記第１方向に偏向し、前記第２偏波の前記第２信号光を偏向しないことで、前記第１偏波の前記第３信号光と前記第２偏波の前記第２信号光とを合成して前記第３ポートに前記第１信号光を出力する第４光学部材と、
を備えている、請求項１に記載の光デバイス。

【請求項7】

前記第１光学部材及び前記第４光学部材は、複屈折デバイスであり、
前記第２光学部材及び前記第３光学部材は、半波長板とファラデーローテータとを含む、請求項６に記載の光デバイス。

【請求項8】

前記第２ポートからの第１信号光に含まれる第１偏波の成分を第１方向に偏向し、前記第１信号光に含まれる前記第１偏波とは直交する第２偏波の成分を偏向しないことで、前記第１偏波の第２信号光と、前記第２偏波の第３信号光と、を出力する第１光学部材と、
前記第１光学部材が出力する前記第１偏波の第２信号光及び前記第２偏波の第３信号光の内の前記第１偏波の前記第２信号光の偏波を９０度だけ回転させることで、前記第２偏波の前記第２信号光及び前記第２偏波の前記第３信号光を出力する第２光学部材と、
前記第２光学部材が出力する前記第２偏波の前記第２信号光及び前記第２偏波の前記第３信号光を前記第１方向とは直交する第２方向に偏向する第３光学部材と、
前記第３光学部材が出力する前記第２偏波の前記第２信号光及び前記第２偏波の前記第３信号光の内の前記第２偏波の前記第３信号光の偏波を９０度だけ回転させることで、前記第２偏波の前記第２信号光及び前記第１偏波の前記第３信号光を出力する第４光学部材と、
前記第４光学部材が出力する前記第１偏波の前記第３信号光を前記第１方向に偏向し、前記第２偏波の前記第２信号光を偏向しないことで、前記第１偏波の前記第３信号光と前記第２偏波の前記第２信号光とを合成して前記第２ポートに前記第２信号光を出力する第５光学部材と、
を備えている、請求項１に記載の光デバイス。

【請求項9】

前記第１光学部材、前記第３光学部材及び前記第５光学部材は、複屈折デバイスであり、
前記第２光学部材及び前記第４光学部材は、半波長板とファラデーローテータとを含む、請求項８に記載の光デバイス。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の光デバイスを含む光増幅装置。

【請求項11】

請求項１から９のいずれか１項に記載の光デバイスを含むマルチコア光ファイバを使用する光通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）を使用する光通信システムのための光デバイス、当該光デバイスを含む光増幅装置及び光通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

光通信システムの伝送容量を拡大させるため、ＭＣＦが利用されている。ＭＣＦは、複数のコアを有する光ファイバである。以下の説明において、ＭＣＦを用いた光通信システムをＭＣＦ光通信システムと表記する。ＭＣＦ光通信システムにおいては、コア間でのクロストークが生じ得る。クロストークの影響を抑えるため、ＭＣＦ光通信システムでは、１つのＭＣＦに双方向の信号光を収容する。

【0003】

非特許文献１は、Ｎ個のコア（Ｎは２以上の整数）を有するＭＣＦを使用するＭＣＦ光通信システムの光増幅装置を開示している。非特許文献１によると、光増幅装置は、ファンイン・ファンアウト（ＦＩＦＯ）と呼ばれる光デバイスを２つと、Ｎ個の光アンプと、を有する。ＦＩＦＯは、ＭＣＦのＮ個のコアとＮ個のシングルコア光ファイバ（ＳＣＦ）のコアとを接続する光デバイスである。非特許文献１によると、第１ＦＩＦＯは、第１ＭＣＦのＮ個のコアとＮ個の第１ＳＣＦとを接続し、第２ＦＩＦＯは、第２ＭＣＦのＮ個のコアとＮ個の第２ＳＣＦとを接続する。Ｎ個の第１ＳＣＦは、Ｎ個の光アンプの第１ポートに接続され、Ｎ個の第２ＳＣＦは、Ｎ個の光アンプの第１ポートとは異なる第２ポートに接続される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Ｄ．Ｓｏｍａ ｅｔ ａｌ．，"Ｔｒａｎｓｏｃｅａｎｉｃ－Ｃｌａｓｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｓｔｅｐ－Ｉｎｄｅｘ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ ４－Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｒｅ ｗｉｔｈ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，" ＥＣＯＣ２０２２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

光アンプを通過した信号光の一部が反射して、再度、光アンプに入射すると、光アンプは反射光により発振し得る。光アンプに反射光が入射することを防ぐために、光デバイスである光アイソレータが使用される。つまり、ＭＣＦ光通信システムの光増幅装置には、ＦＩＦＯに加えて光アイソレータが必要になる。さらに、ＭＣＦ光通信システムでは、ＭＣＦのＮ個のコアをＮ個の光通信装置と接続する際にもＦＩＦＯが使用される。光通信装置も内部に光アンプを有するためＦＩＦＯに加えて光アイソレータが必要になる。

【0006】

この様に、ＭＣＦ光通信システムでは、多くのＦＩＦＯ及び光アイソレータを使用するため、ＦＩＦＯ及び光アイソレータが信号光に与える損失が大きくなる。

【0007】

本開示は、ＭＣＦ光通信システムにおける損失を減少させることができる光デバイス、当該光デバイスを含む光増幅装置及び光通信システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様によると、第１ポート、第２ポート、第３ポート及び第４ポートを有する光デバイスは、前記第１ポートに入力されたＸ個（Ｘは１以上の整数）の信号光を前記第３ポートから出力し、前記第４ポートに入力されたＹ個（Ｙは１以上の整数）の信号光を前記第２ポートから出力し、前記第３ポート及び前記第２ポートに入力された信号光をいずれのポートからも出力せず、前記第１ポートは、第１マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第２ポートは、前記第１マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている、或いは、前記第３ポートは、第２マルチコア光ファイバのＸ個のコアに接続され、かつ、前記第４ポートは、前記第２マルチコア光ファイバのＹ個のコアに接続される様に構成されている。

【発明の効果】

【0009】

本開示によると、ＭＣＦ光通信システムにおける損失を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】幾つかの実施形態による光デバイスの機能の説明図。

【図2】幾つかの実施形態による光デバイスを含む光増幅装置の構成図。

【図3】一実施形態による光デバイスの構成図。

【図4】一実施形態による光デバイスの構成図。

【図5】一実施形態による光デバイスの構成図。

【図6】一実施形態による光デバイスを伝搬する信号光の状態を示す図。

【図7】一実施形態による光デバイスを伝搬する信号光の状態を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0012】

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光デバイス１の機能の説明図である。光デバイス１は、ポートＰ＃１～Ｐ＃４の４つのポートを有する。ポートＰ＃１及びポートＰ＃３は、光ファイバのＸ個のコア（Ｘは１以上の整数）と接続できる様に構成される。なお、Ｘ個のコアは、光デバイス１を使用する対象に応じて、ＭＣＦのＸ個のコア又はＸ個のＳＣＦのコアである。光デバイス１は、ポート＃Ｐ１に入射された信号光をポートＰ＃３から出力する様に構成されるが、ポート＃Ｐ３に入射された信号光をいずれのポートからも出力しない様に構成される。ポートＰ＃２及びポートＰ＃４は、光ファイバのＹ個のコア（Ｙは１以上の整数）と接続できる様に構成される。なお、Ｙ個のコアは、光デバイス１を使用する対象に応じて、ＭＣＦのＹ個のコア又はＹ個のＳＣＦのコアである。光デバイス１は、ポート＃Ｐ４に入射された信号光をポートＰ＃２から出力する様に構成されるが、ポート＃Ｐ２に入射された信号光をいずれのポートからも出力しない様に構成される。

【0013】

図２は、光デバイス１を用いたＭＣＦ光通信システムの光増幅装置の例を示している。ＭＣＦ＃１及びＭＣＦ＃２は（Ｘ＋Ｙ）個のコアを有する。なお、Ｘ個の第１コアは、第１方向の信号光を収容し、Ｙ個の第２コアは第１方向とは逆の第２方向の信号光を収容する。光デバイス＃１のポートＰ＃１は、ＭＣＦ＃１のＸ個の第１コアに接続され、ポートＰ＃２は、ＭＣＦ＃１のＹ個の第２コアに接続される様に構成される。また、光デバイス＃１のポートＰ＃３は、Ｘ個のＳＣＦ＃１に接続され、ポートＰ＃４は、Ｙ個のＳＣＦ＃３に接続される様に構成される。また、光デバイス＃２のポートＰ＃３は、ＭＣＦ＃２のＸ個の第１コアに接続され、ポートＰ＃４は、ＭＣＦ＃２のＹ個の第２コアに接続される様に構成される。また、光デバイス＃２のポートＰ＃１は、Ｘ個のＳＣＦ＃２に接続され、ポートＰ＃２は、Ｙ個のＳＣＦ＃４に接続される様に構成される。

【0014】

Ｘ個のＳＣＦ＃１とＸ個のＳＣＦ＃２との間にはＸ個の信号光を増幅するＸ個の光アンプ＃１が設けられる。同様に、Ｙ個のＳＣＦ＃３とＹ個のＳＣＦ＃４との間にはＹ個の信号光を増幅するＹ個の光アンプ＃２が設けられる。

【0015】

ＭＣＦ＃１のＸ個の第１コアから光デバイス＃１に出力されたＸ個の信号光は、Ｘ個の光アンプ＃１で増幅され、光デバイス＃２を介してＭＣＦ＃２のＸ個の第１コアに入射する。同様に、ＭＣＦ＃２のＹ個の第２コアから光デバイス＃２に出力されたＹ個の信号光は、Ｙ個の光アンプ＃２で増幅され、光デバイス＃１を介してＭＣＦ＃１のＹ個の第２コアに入射する。図２から明らかな様に、光デバイス＃１及び光デバイス＃２は、ＭＣＦとＳＣＦとを接続するＦＩＦＯとして機能すると共に、信号光の伝搬方向を規制するアイソレータとしても機能する。

【0016】

なお、光アンプがマルチコア（ＭＣ）型である場合、Ｘ個のＳＣＦ＃１及びＸ個のＳＣＦ＃２に代えて、Ｘ個のコアを有するＭＣＦを使用し、Ｙ個のＳＣＦ＃３及びＹ個のＳＣＦ＃４に代えて、Ｙ個のコアを有するＭＣＦを使用することもできる。この場合、光デバイス＃１のポートＰ＃３は、Ｘ個のコアを有するＭＣＦに接続され、ポートＰ＃４は、Ｙ個のコアを有するＭＣＦに接続される様に構成され、光デバイス＃２のポートＰ＃１は、Ｘ個のコアを有するＭＣＦに接続され、ポートＰ＃２は、Ｙ個のコアを有するＭＣＦに接続される様に構成される。

【0017】

なお、光デバイス１は、光増幅装置に使用されるのみならず、例えば、ＭＣＦと光通信装置との接続のために使用され得る。また、光デバイス１は、ＭＣＦの各コアを異なるＭＣＦに接続する際にも使用される。つまり、光デバイス１は、ＭＣＦ光通信システムにおいてコアを分配する必要がある場所でも使用され得る。

【0018】

なお、光ファイバと光デバイス１のポートＰ＃１～Ｐ＃４との間には、光ファイバのコアからの信号光をポートの所定位置に入射させるための光学部材や、ポートの所定位置からの信号光を光ファイバのコアに入射させるための光学部材が設けられるが、説明の簡略化のため、これらの光学部材については省略する。以下、Ｘ＝１及びＹ＝１の場合の光デバイス１の構成について説明する。

【0019】

図３は、本実施形態による光デバイス１の構成図である。なお、図３において、実線の矢印は、第１方向に伝搬する信号光を示し、点線の矢印は、第２方向に伝搬する信号光を示している。また、以下の説明では、互いに直交する第１偏波及び第２偏波を、水平偏波及び垂直偏波として説明する。しかしながら、水平偏波及び垂直偏波は、互いに直交する２つの偏波の例であり、第１偏波や第２偏波の偏波面は、地上に対して水平方向や垂直方向である必要はない。図において、各矢印に付与した文字は偏波の方向を示している。具体的には、"Ｈ"は水平偏波を示し、"Ｖ"は垂直偏波を示し、"Ｖ＋Ｈ"は、水平偏波と垂直偏波が合成されていることを示している。また、半波長板とファラデーローテータとの間には文字を付与していないが、この区間においては、水平偏波に対して４５度傾いた偏波（以下、４５度偏波と表記する）となっている。

【0020】

まず、第１方向について説明する。ポートＰ＃１に入射した第１信号光は、図示しない光学部材によって偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）＃１の第１面の第１領域に入射される。なお、図においてＰＢＳの各面の１～４の数字は、ＰＢＳの第１面～第４面を示している。また、各面の領域の違いは矢印の位置によって示している。ＰＢＳ＃１は、水平偏波については直進させ、垂直偏波については入射方向に対して９０度の方向に反射する様に配置される。したがって、第１信号光の内の水平偏波成分（以下、第１成分光）は、ＰＢＳ＃１を直進して、ミラー＃１に入射し、第１信号光の内の垂直偏波成分（以下、第２成分光）は、ＰＢＳ＃１で反射されて半波長板に入射する。ミラー＃１は、第１成分光を半波長板に向けて反射する。

【0021】

半波長板は、その光軸が水平偏波に対して２２．５度の角度となる様に設けられる。したがって、半波長板を通過した第１成分光及び第２成分光は、４５度偏波となる。但し、第１成分光及び第２成分光の偏波面は互いに直交する。ファラデーローテータは、第１成分光及び第２成分光の偏波面を４５度だけ回転させる。本実施形態においては、半波長板によって第１方向に伝搬する光に与えられる偏波面の回転方向を、ファラデーローテータが与える偏波面の回転方向と同じとする。結果、半波長板及びファラデーローテータにより第１成分光及び第２成分光の偏波面は９０度だけ回転する。つまり、第１成分光は垂直偏波となり、第２成分光は水平偏波となる。ファラデーローテータを通過した第１成分光はＰＢＳ＃２に入射する。ミラー＃２は、ファラデーローテータを通過した第２成分光を９０度だけ偏向して、ＰＢＳ＃２に入射させる。

【0022】

ＰＢＳ＃２も、水平偏波については直進させ、垂直偏波については入射方向に対して９０度の方向に反射する様に設けられる。したがって、第１成分光は９０度だけ偏向され、第２成分光は直進する。結果、ＰＢＳ＃２の第３面の第１領域から第１成分光と第２成分光を合成した第１信号光が出力される。この第１信号光は、図示しない光学部材によりポートＰ＃３に導かれる。

【0023】

続いて、第２方向について説明する。ポートＰ＃４に入射した第２信号光は、図示しない光学部材によってＰＢＳ＃２の第２面の第１領域に入射される。第２信号光の内の水平偏波成分（以下、第３成分光）は、ＰＢＳ＃２を直進して、ファラデーローテータに入射し、第２信号光の内の垂直偏波成分（以下、第４成分光）は、ＰＢＳ＃２で反射されてミラー＃２に入射する。ミラー＃２は、第４成分光をファラデーローテータに向けて反射する。

【0024】

第３成分光及び第４成分光は、ファラデーローテータ及び半波長板を通過する。ここで、ファラデーローテータによる偏波の回転方向は、光の通過方向に拘わらず同じであるが、半波長板による偏波の回転方向は、光の通過方向に応じて異なる。上述した様に、本実施形態において、半波長板は、第１方向に通過する光の偏波面を、ファラデーローテータと同じ方向に回転させる。したがって、半波長板は、第２方向に通過する光の偏波面を、ファラデーローテータとは逆方向に回転させる。結果、ファラデーローテータ及び半波長板を通過した第３成分光及び第４成分光の偏波面は通過前と同じとなる。半波長板を通過した第３成分光はミラー＃１で９０度だけ偏向されてＰＢＳ＃１に入射する。半波長板を通過した第４成分光はＰＢＳ＃１に入射する。ＰＢＳ＃１は、水平偏波である第３成分光を直進させ、垂直偏波である第４成分光を９０度だけ偏向する。したがって、ＰＢＳ＃１の第１面の第２領域から第３成分光と第４成分光を合成した第２信号光が出力される。この第２信号光は、図示しない光学部材によりポートＰ＃２に導かれる。

【0025】

続いて、ポートＰ＃３に第２方向の第３信号光を入射した場合について図４を用いて説明する。ポートＰ＃３に入射した第３信号光は、図示しない光学部材によってＰＢＳ＃２の第３面の第１領域に入射される。第３信号光の内の水平偏波成分（以下、第５成分光）は、ＰＢＳ＃２を直進して、ミラー＃２に入射する。ミラー＃２は、第５成分光をファラデーローテータに向けて反射する。また、第３信号光の内の垂直偏波成分（以下、第６成分光）は、ＰＢＳ＃２で反射されてファラデーローテータに入射する。

【0026】

上述した様に、ファラデーローテータ及び半波長板を第２方向に通過する光の偏波面は通過の前後において変化しない。したがって、半波長板は、水平偏波の第５成分光及び垂直偏波の第６成分光を出力する。第５成分光は、ＰＢＳ＃１に入射し、第６成分光は、ミラー＃１で９０度だけ偏向されてＰＢＳ＃１に入射する。結果、第５成分光及び第６成分光を合成した第３信号光はＰＢＳ＃１の第４面から出力される。したがって、ポートＰ＃３から信号光を入射しても、当該信号光は、光デバイス１のいずれのポートからも出力されない。

【0027】

続いて、ポートＰ＃２に第１方向の第４信号光を入射した場合について図４を用いて説明する。ポートＰ＃２に入射した第４信号光は、図示しない光学部材によってＰＢＳ＃１の第１面の第２領域に入射される。第４信号光の内の水平偏波成分（以下、第７成分光）は、ＰＢＳ＃１を直進して、ミラー＃１に入射する。ミラー＃１は、第７成分光を半波長板に向けて反射する。また、第４信号光の内の垂直偏波成分（以下、第８成分光）は、ＰＢＳ＃１で反射されて半波長板に入射する。

【0028】

上述した様に、ファラデーローテータ及び半波長板を第１方向に通過する光の偏波面は通過の前後において９０度だけ回転する。したがって、ファラデーローテータは、垂直偏波の第７成分光及び水平偏波の第８成分光を出力する。第７成分光は、ＰＢＳ＃２に入射し、第８成分光は、ミラー＃２で９０度だけ偏向されてＰＢＳ＃２に入射する。結果、第７成分光及び第８成分光を合成した第４信号光はＰＢＳ＃２の第３面の第２領域から出力される。したがって、ポートＰ＃２から信号光を入射しても、当該信号光は、光デバイス１のいずれのポートからも出力されない。

【0029】

なお、図３は、Ｘ及びＹが共に１の場合の構成であったがＸ又はＹが１より大きい場合には、例えば、図２の構成をＸとＹの内の大きい方の数だけ設ければ良い。或いは、図２の各部材のサイズを調整して、Ｘ個の第１方向の信号光と、Ｙ個の第２方向の信号光を通過できるようにすれば良い。また、図３におけるＰ＃１とＰ＃４を入れ替え、かつ、Ｐ＃２とＰ＃３を入れ替えた構成とすることもできる。

【0030】

以上の構成により、ＦＩＦＯと光アイソレータの両方の機能を有する光デバイス１を実現することができる。ＦＩＦＯ及び光アイソレータの機能を１つの光デバイスに纏めることで、ＭＣＦ光通信システムにおける損失を減少させることができる。

【0031】

＜第二実施形態＞
図５は、本実施形態による光デバイス１の構成図である。光デバイス＃１は、第１方向に沿って、複屈折デバイス＃１、半波長板＃１、ファラデーローテータ＃１、複屈折デバイス＃２、ファラデーローテータ＃２、半波長板＃２、複屈折デバイス＃３を直列に接続した構成を有する。なお、図５では、複屈折デバイス＃１をポートＰ＃１及びＰ＃２側とし、複屈折デバイス＃３をポートＰ＃３及びＰ＃４側としている。しかしながら、複屈折デバイス＃１をポートＰ＃３及びＰ＃４側とし、複屈折デバイス＃３をポートＰ＃１及びＰ＃２側とすることも可能である。図６（Ａ）～図６（Ｈ）は、図５に示す各光学部材の境界Ａ～境界Ｈでの信号光の状態を示している。なお、丸の中の"横線"は水平偏波を示し、"縦線"は垂直偏波を示し、"十字"は水平偏波と垂直偏波が合成されていることを示し、"斜め線"は、４５度偏波を示している。なお、"斜め線"の方向は、水平偏波に対する回転方向の違いを示している。また、図６（Ａ）～図６（Ｈ）では、信号光の伝搬方向に直交する断面を８つの領域に分割して表示している。以下では、この８つの領域を区別するため、図６（Ｉ）に示す様に、領域＃１～領域＃８と表記する。

【0032】

まず、第１方向について説明する。ポートＰ＃１に入射した第１信号光は、図示しない光学部材によって境界Ａの領域＃３に入射される。複屈折デバイス＃１は、第１方向に伝搬する垂直偏波の光を図６の上方向に偏向し、水平偏波の光を直進させる。よって、複屈折デバイス＃１は、第１信号光を垂直偏波の第１成分光と水平偏波の第２成分光に分離し、第１成分光を境界Ｂの領域＃１に出力し、第２成分光を境界Ｂの領域＃３に出力する。半波長板＃１は、通過する光の偏波を４５度だけ回転させる様に配置される。なお、半波長板＃１は、領域＃１及び領域＃２を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向と、領域＃３及び領域＃４を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向が互いに逆方向となる様に構成される。したがって、半波長板＃１は、第１成分光及び第２成分光を同じ方向の４５度偏波に変換し、第１成分光を境界Ｃの領域＃１に出力し、第２成分光を境界Ｃの領域＃３に出力する。ファラデーローテータ＃１は、第１成分光及び第２成分光を４５度だけ回転させて共に垂直偏波とし、第１成分光を境界Ｄの領域＃１に出力し、第２成分光を境界Ｄの領域＃３に出力する。

【0033】

複屈折デバイス＃２は、第１方向に伝搬する水平偏波の光を図６の右方向に偏向し、垂直偏波の光を直進させる。したがって、複屈折デバイス＃２は、第１成分光を境界Ｅの領域＃１に出力し、第２成分光を境界Ｅの領域＃３に出力する。ファラデーローテータ＃２は、第１成分光及び第２成分光を４５度だけ回転させて共に同じ方向の４５度偏波とし、第１成分光を境界Ｆの領域＃１に出力し、第２成分光を境界Ｆの領域＃３に出力する。半波長板＃２は、通過する光の偏波を４５度だけ回転させる様に配置される。なお、半波長板＃２は、領域＃１及び領域＃２を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向と、領域＃３及び領域＃４を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向が互いに逆方向となる様に構成される。したがって、半波長板＃２は、第１成分光を水平偏波に変換し、第２成分光を垂直偏波に変換し、第１成分光を境界Ｇの領域＃１に出力し、第２成分光を境界Ｇの領域＃３に出力する。

【0034】

複屈折デバイス＃３は、第１方向に伝搬する垂直偏波の光を図の上方向に偏向し、水平偏波の光を直進させる。よって、複屈折デバイス＃３は、第１成分光及び第２成分光を合成した第１信号光を境界Ｈの領域＃１に出力する。境界Ｈの領域＃１から出力される第１信号光は、図示しない光学部材によりポートＰ＃３に導かれる。

【0035】

続いて、第２方向について説明する。ポートＰ＃４に入射した第２信号光は、図示しない光学部材によって境界Ｈの領域＃６に入射される。複屈折デバイス＃３は、第２方向に伝搬する垂直偏波の光を図の下方向に偏向し、水平偏波の光を直進させる。よって、複屈折デバイス＃３は、第２信号光を垂直偏波の第３成分光と水平偏波の第４成分光に分離し、第３成分光を境界Ｇの領域＃８に出力し、第４成分光を境界Ｇの領域＃６に出力する。半波長板＃２は、通過する光の偏波を４５度だけ回転させる様に配置される。なお、半波長板＃２は、領域＃５及び領域＃６を第２方向に通過する光に与える偏波の回転方向と、領域＃７及び領域＃８を第２方向に通過する光に与える偏波の回転方向が互いに逆方向となる様に構成される。したがって、半波長板＃２は、第３成分光及び第４成分光を同じ方向の４５度偏波に変換し、第３成分光を境界Ｆの領域＃８に出力し、第４成分光を境界Ｆの領域＃６に出力する。ファラデーローテータ＃２は、第３成分光及び第４成分光を４５度だけ回転させて共に水平偏波とし、第３成分光を境界Ｅの領域＃８に出力し、第４成分光を境界Ｅの領域＃６に出力する。

【0036】

複屈折デバイス＃２は、第２方向に伝搬する水平偏波の光を図６の左方向に偏向し、垂直偏波の光を直進させる。したがって、複屈折デバイス＃２は、第３成分光を境界Ｄの領域＃７に出力し、第４成分光を境界Ｄの領域＃５に出力する。ファラデーローテータ＃１は、第３成分光及び第４成分光を４５度だけ回転させて共に同じ方向の４５度偏波とし、第３成分光を境界Ｃの領域＃７に出力し、第４成分光を境界Ｃの領域＃５に出力する。半波長板＃１は、通過する光の偏波を４５度だけ回転させる様に配置される。なお、半波長板＃１は、領域＃５及び領域＃６を第２方向に通過する光に与える偏波の回転方向と、領域＃７及び領域＃８を第２方向に通過する光に与える偏波の回転方向が互いに逆方向となる様に構成される。したがって、半波長板＃１は、第３成分光を水平偏波に変換し、第４成分光を垂直偏波に変換し、第３成分光を境界Ｂの領域＃７に出力し、第４成分光を境界Ｂの領域＃５に出力する。

【0037】

複屈折デバイス＃１は、第２方向に伝搬する垂直偏波の光を図の下方向に偏向し、水平偏波の光を直進させる。よって、複屈折デバイス＃１は、第３成分光及び第４成分光を合成した第２信号光を境界Ａの領域＃７に出力する。境界Ａの領域＃７から出力される第２信号光は、図示しない光学部材によりポートＰ＃２に導かれる。

【0038】

続いて、ポートＰ＃３に第２方向の第３信号光を入射した場合について図７を用いて説明する。ポートＰ＃３に入射した第３信号光は、図示しない光学部材によって境界Ｈの領域＃１に入射される。複屈折デバイス＃３は、第２方向に伝搬する垂直偏波の光を図の下方向に偏向し、水平偏波の光を直進させる。よって、複屈折デバイス＃３は、第３信号光を垂直偏波の第５成分光と水平偏波の第６成分光に分離し、第５成分光を境界Ｇの領域＃３に出力し、第６成分光を境界Ｇの領域＃１に出力する。半波長板＃２は、領域＃１及び領域＃２を第２方向に通過する光に与える偏波の回転方向と、領域＃３及び領域＃４を第２方向に通過する光に与える偏波の回転方向が互いに逆方向となる様に構成されている。したがって、半波長板＃２は、第５成分光及び第６成分光を同じ方向の４５度偏波に変換し、第５成分光を境界Ｆの領域＃３に出力し、第６成分光を境界Ｆの領域＃１に出力する。ファラデーローテータ＃２は、第５成分光及び第６成分光を４５度だけ回転させて共に水平偏波とし、第５成分光を境界Ｅの領域＃３に出力し、第６成分光を境界Ｅの領域＃１に出力する。

【0039】

複屈折デバイス＃２は、第２方向に伝搬する水平偏波の光を図７の左方向に偏向し、垂直偏波の光を直進させる。したがって、複屈折デバイス＃２は、第５成分光及び第６成分光を領域＃１及び領域＃３より図７の左側に出力する。したがって、ポート１２から信号光を入射しても、当該信号光は、光デバイス１のいずれのポートからも出力されない。

【0040】

続いて、ポートＰ＃２に第１方向の第４信号光を入射した場合について図７を用いて説明する。ポートＰ＃２に入射した第４信号光は、図示しない光学部材によって境界Ａの領域＃７に入射される。複屈折デバイス＃１は、第４信号光を垂直偏波の第７成分光と水平偏波の第８成分光に分離し、第７成分光を境界Ｂの領域＃５に出力し、第８成分光を境界Ｂの領域＃７に出力する。半波長板＃１は、領域＃５及び領域＃６を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向と、領域＃７及び領域＃８を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向が互いに逆方向となる様に構成されている。したがって、半波長板＃１は、第７成分光及び第８成分光を同じ方向の４５度偏波に変換し、第７成分光を境界Ｃの領域＃５に出力し、第８成分光を境界Ｃの領域＃７に出力する。ファラデーローテータ＃１は、第７成分光及び第８成分光を４５度だけ回転させて共に垂直偏波とし、第７成分光を境界Ｄの領域＃５に出力し、第８成分光を境界Ｄの領域＃７に出力する。

【0041】

複屈折デバイス＃２は、第１方向に伝搬する水平偏波の光を図の右方向に偏向し、垂直偏波の光を直進させる。したがって、複屈折デバイス＃２は、第７成分光を境界Ｅの領域＃５に出力し、第８成分光を境界Ｅの領域＃７に出力する。ファラデーローテータ＃２は、第７成分光及び第８成分光を４５度だけ回転させて共に同じ方向の４５度偏波とし、第７成分光を境界Ｆの領域＃５に出力し、第８成分光を境界Ｆの領域＃７に出力する。半波長板＃２は、領域＃５及び領域＃６を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向と、領域＃７及び領域＃８を第１方向に通過する光に与える偏波の回転方向が互いに逆方向となる様に構成されている。したがって、半波長板＃２は、第７成分光を水平偏波に変換し、第８成分光を垂直偏波に変換し、第７成分光を境界Ｇの領域＃５に出力し、第８成分光を境界Ｇの領域＃７に出力する。

【0042】

複屈折デバイス＃３は、第１方向に伝搬する垂直偏波の光を図の上方向に偏向し、水平偏波の光を直進させる。よって、複屈折デバイス＃３は、第７成分光及び第８成分光を合成した第４信号光を境界Ｈの領域＃５に出力する。境界Ｈの領域＃５は、どのポートにも接続されない。したがって、ポートＰ＃２から信号光を入射しても、当該信号光は、光デバイス１のいずれのポートからも出力されない。

【0043】

なお、図６は、Ｘ及びＹが共に１の場合の構成であったがＸ又はＹが１より大きい場合には、例えば、図５の構成をＸとＹの内の大きい方の数だけ設ければ良い。或いは、図５の各部材のサイズを調整して、Ｘ個の第１方向の信号光と、Ｙ個の第２方向の信号光を通過できるようにすれば良い。

【0044】

以上の構成により、ＦＩＦＯと光アイソレータの両方の機能を有する光デバイス１を実現することができる。ＦＩＦＯ及び光アイソレータの機能を１つの光デバイスに纏めることで、ＭＣＦ光通信システムにおける損失を減少させることができる。

【0045】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【0046】

以上の構成により、ＭＣＦ光通信システムにおける損失を減少させることができる。したがって、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

【符号の説明】

【0047】

１：光デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】