JP2003121669A

JP2003121669A - 偏光分離装置

Info

Publication number: JP2003121669A
Application number: JP2001320254A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Koto; 雅弘湖東; Koichi Taniguchi; 浩一谷口; Junya Maeda; 純也前田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】高い組立て精度を必要とせず、簡便に製造す
ることができる偏光分離装置を提供する。【解決手段】相互に略直交する一対の偏光を含む波長
分割多重信号光が入射される光導波路１２が形成された
非線形光学結晶の基板からなり、光導波路１２が波長分
割多重信号光のうち基板の基板面に対して略垂直な偏波
面を有する偏光を選択的に伝搬させるように構成された
偏光分離素子１０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光分離装置に関
し、特に、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムにおい
て好適に用いられる偏光分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信システムにおいて、伝送量
の増加に対応するために、１本の光ファイバに異なる波
長の信号を重畳して送受信する波長分割多重（ＷＤＭ）
方式の伝送技術が開発されている。

【０００３】この波長分割多重（ＷＤＭ）方式におい
て、さらに情報を高密度化するために、光信号の波長間
隔を１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）から５０ＧＨｚ（約
０．４ｎｍ）に短くする検討がなされている。

【０００４】しかしながら、波長間隔を短くすると、隣
接する光信号の広がり（裾）が重なり合うので、Ｓ／Ｎ
比が低下してしまう。

【０００５】そこで、一定波長おきに偏波面を直交させ
て光信号を伝送することにより、すなわち、隣接する光
信号同士で偏光方向が直交するようにして光信号を伝送
することにより、隣接する光信号間の相互作用を抑制
し、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制する方式が提案されている。

【０００６】上述の方式によって伝送された複数の光信
号を波長ごとに分離する方法としては、石英導波路等を
用いたアレイ導波路（ＡＷＧ）で直接波長ごとに分離す
る方法と、偏光分離フィルターを用いて偏光方向によっ
て分離し、隣接する光信号の間隔を広げた後、ＡＷＧ等
で波長ごとに分離する方法とがある。偏光分離フィルタ
ーとしては、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）を用い
ることができる。

【０００７】５０ＧＨｚ間隔で多重化された光信号を、
ＡＷＧで直接波長ごとに分離すると、現状では、クロス
トークが２０ｄＢ以下になってしまい、Ｓ／Ｎ比が低下
するという問題がある。

【０００８】これに対して、偏光分離フィルターを用い
て偏光方向によって分離し、隣接する光信号の間隔を広
げた後、ＡＷＧ等で波長ごとに分離すると、Ｓ／Ｎ比が
向上する。この方法で、偏光分離フィルターとして偏光
ビームスプリッター（ＰＢＳ）を用いると、クロストー
クは３０ｄＢ程度となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、偏光ビ
ームスプリッター（ＰＢＳ）を用いるためには、インラ
イン型の空間モジュールを形成する必要があるので、レ
ンズ等の部品が多くなるという問題がある。また、光の
入射角度によって偏光選択性が低下するので、高い組立
て精度が要求されるという問題もある。

【００１０】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、高い組立て精度を必要とせず、
簡便に製造することができる偏光分離装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による偏光分離装
置は、相互に略直交する一対の偏光を含む波長分割多重
信号光が入射される光導波路が形成された非線形光学結
晶の基板からなり、前記光導波路が波長分割多重信号光
のうち前記基板の基板面に対して略垂直な偏波面を有す
る偏光を選択的に伝搬させるように構成された偏光分離
素子を備えており、そのことによって上記目的が達成さ
れる。

【００１２】前記非線形光学結晶の基板は、ニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウム、マグネシウム添加ニオブ
酸リチウムまたはマグネシウム添加タンタル酸リチウム
で形成されていることが好ましい。

【００１３】前記基板の光導波路は、プロトン交換法に
よって形成されていることが好ましい。

【００１４】前記偏光分離素子に入射されるのと同じ波
長分割多重信号光が入射され、その波長分割多重信号光
の偏光方向を略９０°回転させる偏光回転素子と、前記
偏光回転素子からの偏光方向が略９０°回転した波長分
割多重信号光が入射される光導波路が形成された非線形
光学結晶の基板からなり、前記光導波路が波長分割多重
信号光のうち前記基板の基板面に対して略垂直な偏波面
を有する偏光を選択的に伝搬させるように構成されたさ
らなる偏光分離素子と、をさらに備えた構成としてもよ
い。

【００１５】以下、本発明の作用を説明する。

【００１６】本発明による偏光分離装置は、相互に略直
交する一対の偏光（互いの偏波面が略直交する光）を含
む波長分割多重信号光が入射される光導波路が形成され
た非線形光学結晶の基板からなる偏光分離素子を備えて
おり、この偏光分離素子は、光導波路が波長分割多重信
号光のうち基板の基板面に対して略垂直な偏波面を有す
る偏光を選択的に伝搬させるように構成されている。従
って、本発明による偏光分離装置を用いると、相互に略
直交する一対の偏光（互いの偏波面が直交する光）を含
む波長分割多重信号光から、基板面に対して略垂直な偏
光方向の光を分離することができる。本発明による偏光
分離装置が有する偏光分離素子は、その偏光特性が光導
波路の作製精度によらないので、偏光分離特性の誤差が
小さく、安定した偏光選択比が得られる。従って、本発
明による偏光分離装置は、高い組立て精度を要求され
ず、簡便に製造することができる。また、光ファイバを
バットジョイントで光導波路に接続できるので、モジュ
ールの部品数が少なく、組立てが簡単になるという利点
もある。

【００１７】非線形光学結晶の基板としては、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、マグネシウム添加ニオ
ブ酸リチウムまたはマグネシウム添加タンタル酸リチウ
ムで形成されているものを好適に用いることができる。

【００１８】光導波路は、上記の材料で形成された基板
に、プロトン交換法によって形成することが好ましい。

【００１９】上述の偏光分離素子と同様の構造のさらな
る偏光分離素子と、光の偏波面を略９０°回転させる偏
光回転素子とをさらに備え、上述の偏光分離素子に入射
されるのと同じ波長分割多重信号光が偏光回転素子に入
射され、偏波面が略９０°回転した波長分割多重信号光
がさらなる偏光分離素子の光導波路に入射するような構
成を採用してもよい。このような構成を採用すると、相
互に略直交する一対の偏光（互いの偏波面が直交する
光）を含む波長分割多重信号光を、偏光方向に基づいて
（偏光方向によって）分離し、取り出すことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による実施形態の偏光分離装置を説明する。なお、本発
明は以下の実施形態に限定されるものではない。（実施形態１）まず、図１を参照しながら、本発明によ
る実施形態１の偏光分離装置１００の構造を説明する。
図１は、本実施形態の偏光分離装置１００を模式的に示
す斜視図である。

【００２１】偏光分離装置１００は、非線形光学結晶の
基板からなる偏光分離素子１０を有している。非線形光
学結晶の基板からなる偏光分離素子１０には、光導波路
１２が形成されており、この光導波路１２には、光源か
ら、相互に略直交する一対の偏光（互いの偏波面が略直
交する光）を含む波長分割多重信号光が入射する。典型
的には、基板の基板面に対して略垂直な偏波面を有する
偏光と、基板面に対して略平行な偏波面を有する偏光と
を含む波長分割多重信号光が入射する。

【００２２】上述した光導波路１２は、入射する波長分
割多重信号光のうち、基板面に対して略垂直な偏波面を
有する偏光を選択的に伝搬させるように構成されてい
る。言い換えると、偏光分離素子１０の光導波路１２に
入射した波長分割多重信号光のうち、基板面に対して略
垂直な偏波面を有する偏光（ＴＭモードの偏光）は光導
波路１２内を伝搬するが、基板面に対して略平行な偏波
面を有する偏光（ＴＥモードの偏光）は、光導波路１２
内に閉じこめられず、伝搬しない。

【００２３】次に、偏光分離装置１００が有する偏光分
離素子１０の製造方法を説明する。

【００２４】まず、非線形光学結晶からなる基板を用意
する。本実施形態においては、Ｚカットニオブ酸リチウ
ム（ＬＮ）基板を用意する。勿論、これに限定されず、
非線形光学結晶として公知の材料を用いて形成されたも
のを用いることができる。例えば、タンタル酸リチウ
ム、マグネシウム添加ニオブ酸リチウムまたはマグネシ
ウム添加タンタル酸リチウムからなる基板を用いること
ができる。

【００２５】次に、用意された非線形光学結晶の基板
に、光導波路１２を形成する。本実施形態においては、
プロトン交換法を用いて、以下のようにして光導波路１
２を形成する。まず、基板上にフォトリソグラフィプロ
セスによりＣｒからなるマスクを形成し、次に、安息香
酸中で、約２００℃で約２時間プロトン交換処理を行
う。続いて、Ｃｒからなるマスクを除去し、その後、熱
処理炉中で約３５０℃で約４時間熱処理を行う。勿論こ
れに限定されず、非線形光学結晶の基板に光導波路を形
成する方法として公知の方法を用いることができる。例
えば、Ｔｉ拡散法を用いることができる。ただし、Ｔｉ
拡散法を用いて形成された光導波路は、ＴＭモードおよ
びＴＥモードの両方の偏光が伝搬しやすいので、Ｔｉ拡
散法を用いる場合には、ＴＭモードのみが伝搬するよう
な光導波路を形成する条件の設定が比較的難しい。これ
に対して、上述したようにプロトン交換法を用いると、
厳密に条件を設定することなく、ＴＭモードのみを伝搬
させる光導波路が得られるという利点がある。

【００２６】上述の製造方法に従って製造された偏光分
離素子１０を備えた偏光分離装置１００の偏光特性を測
定した。

【００２７】図２に示すように、１５５０ｎｍの半導体
レーザ光（単一偏波光）を、偏波コントローラ２０によ
って偏波面を回転させて光導波路１２に入射させ、偏向
角に対する出力強度をモニターしたところ、図３に示す
ように約３０ｄＢの消光比が得られた。なお、偏波コン
トローラ２０と光導波路１２とは光ファイバ３０によっ
て接続し、光導波路１２とモニター側とは同様に光ファ
イバ３０によって接続した。

【００２８】また、図４に示すように多波長光源４０と
偏光分離素子１０とを光ファイバで接続し、図５（ａ）
に示すような、波長間隔５０ＧＨｚで隣接する信号光の
偏波面が直交する波長分割多重信号光を光導波路１２に
入射させたときの出力波形を図５（ｂ）に模式的に示
す。なお、図５（ａ）および（ｂ）中の実線は、偏光分
離素子１０の基板面に垂直な偏波面を有する信号光を示
し、破線は、基板面に平行な偏波面を有する信号光を示
している。図５（ｂ）に示したように、基板面に垂直な
偏波面を有する信号光を１００ＧＨｚの波長間隔で取り
出すことができた。

【００２９】上述したように、本発明による実施形態１
の偏光分離装置１００を用いると、相互に略直交する一
対の偏光（互いの偏波面が直交する光）を含む波長分割
多重信号光から、基板面に対して略垂直な偏光方向の光
を分離することができる。本発明による偏光分離装置１
００が有する偏光分離素子１０は、その偏光特性が光導
波路１２の作製精度によらないので、偏光分離特性の誤
差が小さく、安定した偏光選択比が得られる。従って、
本発明による偏光分離装置１００は、高い組立て精度を
要求されず、簡便に製造することができる。また、光フ
ァイバをバットジョイントで光導波路１２に接続できる
ので、モジュールの部品数が少なく、組立てが簡単にな
るという利点もある。（実施形態２）図６に、本発明による実施形態２の偏光
分離装置２００を模式的に示す。本実施形態の偏光分離
装置２００は、実施形態１の偏光分離装置１００が備え
る偏光分離素子１０に加えて、非線形光学結晶からなる
さらなる偏光分離素子１０’と、光の偏波面を略９０°
回転させる偏光回転子５０とを有している。

【００３０】偏光回転子５０には、偏光分離素子１０に
入射されるのと同じ波長分割多重信号光が入射される。
典型的には、光源からの光が、光分配器（例えば３ｄＢ
カップラ）６０によって等分配され、偏光分離素子１０
の光導波路１２と、偏光回転素子５０とに入射する。偏
光回転子５０は、入射した波長分割多重信号光の偏光方
向を略９０°回転させる。

【００３１】非線形光学結晶の基板からなる偏光分離素
子１０’には、光導波路１２’が形成されており、この
光導波路１２’には、偏光回転素子５０からの偏光方向
が略９０°回転した波長分割多重信号光が入射される。

【００３２】上述した光導波路１２’は、入射する波長
分割多重信号光のうち、基板面に対して略垂直な偏波面
を有する偏光を選択的に伝搬させるように構成されてい
る。言い換えると、偏光分離素子１０’の光導波路１
２’に入射した波長分割多重信号光のうち、基板面に対
して略垂直な偏波面を有する偏光（ＴＭモードの偏光）
は光導波路１２’内を伝搬するが、基板面に対して略平
行な偏波面を有する偏光（ＴＥモードの偏光）は、光導
波路１２’内に閉じこめられず、伝搬しない。

【００３３】上述した構成を有する偏光分離素子１０’
は、実施形態１の偏光分離装置１００が備える偏光分離
素子１０と同様にして形成される。

【００３４】上述した本実施形態の偏光分離装置２００
において、多波長光源から、図７（ａ）に示すように、
基板の基板面に対して略垂直な偏波面を有する信号光Ｌ
１（図中に実線で示す）と、基板面に対して略平行な偏
波面を有する信号光Ｌ２（図中に破線で示す）とを含む
波長分割多重信号光（波長間隔は５０ＧＨｚ）が出射さ
れると、この波長分割多重信号光は、光分配器６０によ
って等分配され、偏光分離素子１０の光導波路１２と、
偏光回転素子５０とに入射する。

【００３５】偏光分離素子１０の光導波路１２は、基板
面に略垂直な偏波面を有する偏光を選択的に伝搬させる
ので、図７（ｂ）に示すように、偏光分離素子１０から
は、波長間隔が１００ＧＨｚの信号光Ｌ１が主に出力さ
れ、信号光Ｌ２はほとんど出力されない。

【００３６】一方、偏光回転素子５０に入射した波長分
割多重信号光は、偏光回転素子５０によって、その偏波
面を略９０°回転させられる。このとき、信号光Ｌ１
（基板の基板面に対して略垂直な偏波面を有する）の偏
波面は、基板面に対して略平行となり、信号光Ｌ２（基
板の基板面に対して略平行な偏波面を有する）の偏波面
は、基板面に対して略垂直となる。偏波面が略９０°回
転した波長分割多重信号光は、偏光分離素子１０’の光
導波路１２’に入射する。

【００３７】偏光分離素子１０’の光導波路１２’は、
基板面に略垂直な偏波面を有する偏光を選択的に伝搬さ
せるので、図７（ｃ）に示すように、偏光分離素子１
０’からは波長間隔が１００ＧＨｚの信号光Ｌ２が主に
出力され、信号光Ｌ１はほとんど出力されない。

【００３８】上述したように、本発明による実施形態２
の偏光分離装置２００を用いると、相互に略直交する一
対の偏光（互いの偏波面が直交する光）を含む波長分割
多重信号光を、偏光方向に基づいて（偏光方向によっ
て）分離し、取り出すことができる。本発明による偏光
分離装置２００が有する偏光分離素子１０および１０’
は、その偏光特性が光導波路１２および１２’の作製精
度によらないので、偏光分離特性の誤差が小さく、安定
した偏光選択比が得られる。従って、本発明による偏光
分離装置２００は、高い組立て精度を要求されず、簡便
に製造することができる。また、光ファイバをバットジ
ョイントで光導波路１２および１２’に接続できるの
で、モジュールの部品数が少なく、組立てが簡単になる
という利点もある。

【００３９】

【発明の効果】本発明によると、高い組立て精度を必要
とせず、簡便に製造することができる偏光分離装置が提
供される。本発明による偏光分離装置は、波長分割多重
（ＷＤＭ）伝送システムにおいて好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態１の偏光分離装置１００
を模式的に示す斜視図である。

【図２】本発明による実施形態１の偏光分離装置１００
の偏光特性の測定方法を模式的に示す図である。

【図３】本発明による実施形態１の偏光分離装置１００
の偏光特性を示すグラフであり、縦軸に出力強度を示
し、横軸に偏向角を示している。

【図４】本発明による実施形態１の偏光分離装置１００
の偏光特性の測定方法を模式的に示す図である。

【図５】（ａ）は、多波長光源４０からの波長分割多重
信号光の波形を示す図であり、（ｂ）は、偏光分離素子
１０から出力された信号光の波形を示す図である。

【図６】本発明による実施形態２の偏光分離装置２００
を模式的に示す上面図である。

【図７】（ａ）は、多波長光源からの波長分割多重信号
光の波形を示す図であり、（ｂ）は、偏光分離素子１０
から出力された信号光の波形を示す図であり、（ｃ）
は、さらなる偏光分離素子１０’から出力された信号光
の波形を示す図である。

【符号の説明】

１０、１０’ 偏光分離素子１２、１２’ 光導波路２０偏波コントローラ３０光ファイバ４０多波長光源５０偏光回転素子６０光分配器１００、２００偏光分離装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前田純也兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 2H047 KA03 LA18 LA21 NA02 PA05 PA13 PA14 QA03 TA05 TA21 2H049 BA05 BA08 BA42 BB03 BB06 BC25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に略直交する一対の偏光を含む波長
分割多重信号光が入射される光導波路が形成された非線
形光学結晶の基板からなり、前記光導波路が波長分割多
重信号光のうち前記基板の基板面に対して略垂直な偏波
面を有する偏光を選択的に伝搬させるように構成された
偏光分離素子を備えた、偏光分離装置。
【請求項２】前記非線形光学結晶の基板は、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、マグネシウム添加ニオ
ブ酸リチウムまたはマグネシウム添加タンタル酸リチウ
ムで形成されている、請求項１に記載の偏光分離装置。
【請求項３】前記基板の光導波路は、プロトン交換法
によって形成されている、請求項２に記載の偏光分離装
置。
【請求項４】前記偏光分離素子に入射されるのと同じ
波長分割多重信号光が入射され、その波長分割多重信号
光の偏光方向を略９０°回転させる偏光回転素子と、前記偏光回転素子からの偏光方向が略９０°回転した波
長分割多重信号光が入射される光導波路が形成された非
線形光学結晶の基板からなり、前記光導波路が波長分割
多重信号光のうち前記基板の基板面に対して略垂直な偏
波面を有する偏光を選択的に伝搬させるように構成され
たさらなる偏光分離素子と、をさらに備えた請求項１から３のいずれかに記載の偏光
分離装置。