JP2004062034A

JP2004062034A - 偏光カプラ

Info

Publication number: JP2004062034A
Application number: JP2002223029A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iizuka; 飯塚　孝; Tetsuya Kobayashi; 小林　哲也; Masayuki Watanabe; 渡辺　正行; Shojiro Kawakami; 川上　彰二郎; Takashi Sato; 佐藤　尚; Osamu Ishikawa; 石川　理; Takayuki Kawashima; 川嶋　貴之
Original assignee: AUTOCLONING TECHNOLOGY KK; Optoquest Co Ltd
Current assignee: AUTOCLONING TECHNOLOGY KK; Optoquest Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】部品点数が少なく、高信頼性で、かつ、全ての光ファイバをケースの一方の側に出すことができる取扱の容易な偏光カプラを提供する。
【解決手段】複数本の光ファイバ１１〜１３をレンズ１５の一方の側に配置して構成した光ファイバコリメータと、特定方向の直線偏光を反射させるが、その直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過する性質を有する素子１６と、その素子を透過して進行する偏光を反射する反射体１９とを、これら複数本の光ファイバのうちのいずれか１本から出射した光が、これらの複数本の光ファイバのうち、他の光ファイバに光結合できるように配置した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏光カプラに関し、さらに具体的には、レンズの一方の側に配置した複数本の光ファイバ端部と前記レンズとを有して構成されている光ファイバコリメータと、特定方向の直線偏光を反射するが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過するという性質を有する素子および前記素子の裏側に、すなわち光路において前記素子に直列に配置され前記素子を透過して入射した光を反射するように配置された反射体とを対向させて配置して構成した、小型で高品質の偏光カプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明における以下の説明では、偏光のことを偏波ということもある。
偏光カプラは、偏光合成・分離器あるいは偏波合成・分離器ということもできるが、たとえば、これに限定されないが、２つの入力ポートから入力したそれぞれ直交する偏光光線を合成して１つの出力ポートから出力する光デバイスである。
【０００３】
偏光カプラは、たとえば光ファイバ増幅器に用いられており、２つの励起光源としてのレーザダイオードからの励起光を偏波合成してＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）に入力する励起光パワーを増幅するのに用いられている。
【０００４】
従来、偏光カプラとしては種々の方式のものが開発されており、その代表的な例として、まず、図４に示すような２個の直角三角形プリズムを接合して構成した偏光プリズムを用いた偏光カプラと、それを改良した、図５に示すような光路変更素子と複屈折平行板を用いた偏光カプラをあげることができる。
【０００５】
図４と図５に示す方式の偏光カプラの詳細については、偏光合成器として特開２００１−７５０５２号公報に述べられているが、以下にそれらの特徴を簡単に記す。
【０００６】
図４は従来の偏光カプラの第１の例を説明する図である。図４で、符号１０１は偏光カプラ、１０２は偏波保持光ファイバ１０５（以下、光ファイバのことを、単に、ファイバともいい、偏波保持光ファイバのことを、単に、ＰＭＦともいう）の端部を保持している光ファイバ保持部材としてのフェルールとコリメートレンズ（図示せず）とで構成されている第１の光ファイバコリメータ、１０３はＰＭＦ１０６の端部を保持している光ファイバ保持部材としてのフェルールとコリメートレンズ（図示せず）とで構成されている第２の光ファイバコリメータ、１０４は光ファイバ１０７の端部を保持している光ファイバ保持部材としてのフェルールとコリメートレンズ（図示せず）とで構成されている第３の光ファイバコリメータ、１１０は２個の直角三角形プリズム１１１と１１２の斜面を偏光分離膜１１４を介して接着剤で接合した偏光分離プリズム、１１５〜１１７は光路、１１８，１１８ａ，１１９，１１９ａは偏光の方向を説明するための記号である。
【０００７】
図４の偏光カプラ１０１で、ＰＭＦ１０５を伝送され第１の光ファイバコリメータ１０２から出射された、記号１１８の矢印方向の偏光光線は、光路１１５を通り、偏光分離プリズム１１０に入射し、偏光分離膜１１４を透過して直進し、記号１１８ａの矢印方向の偏光光線として光路１１７を進行して第３の光ファイバコリメータ１０４に入射する。ＰＭＦ１０６を伝送され第２の光ファイバコリメータ１０３から出射された、記号１１９の○印で示した紙面に垂直方向の偏光光線は、光路１１６を通り、偏光分離プリズム１１０に入射し、偏光分離膜１１４で反射し、記号１１９ａの○印で示した紙面に垂直方向の偏光光線として光路１１７を進行して第３の光ファイバコリメータ１０４に入射する。すなわち、第１の光ファイバコリメータ１０２からの偏光光線と第２の光ファイバコリメータ１０３からの偏光光線は、合成されて光路１１７から第３の光ファイバコリメータ１０４の光ファイバ１０７に光結合する。
【０００８】
しかし、図４の偏光カプラ１０１は、第１の光ファイバコリメータ１０２と第２の光ファイバコリメータ１０３と第３の光ファイバコリメータ１０４を、図のようにＴ字型に配置しなければならず、光通信システム内で大きなスペースを必要とし、さらに、光ファイバを大きく引き回さなければならないため、小型化、細径化ができなかった。また、偏光分離膜１１４の部分は２個のプリズムの接着剤による張り合わせで構成されているためにハイパワーの光が入射すると光パワーを吸収し熱を発生させ偏光分離膜１１４の焼けによる劣化の原因となってしまっていた。
【０００９】
図５は従来の偏光カプラの第２の例を説明する図で、図４の偏光カプラについての前記の如き欠点を改善せんとして開発されたものである。図５で、符号１５０は偏光カプラ、１５１は平行な２本のＰＭＦ１５５，１５６の端部を、それらの出力光の偏光方向が互いに直交するようにフェルールで保持して、コリメートレンズ（図示せず）とともに構成した第１の光ファイバコリメータ、１５２は光ファイバ１５７の端部を保持して、コリメートレンズ（図示せず）とともに構成した第２の光ファイバコリメータ、１５３は光路変更素子、１５４は複屈折結晶を使用した複屈折平行板、１６１ａ，１６１ｂ，１６２ａ〜１６２ｃ，１６３は光路、１７１〜１７６は偏光方向を説明するための記号である。
【００１０】
図５の偏光カプラ１５０で、２本のＰＭＦ１５５，１５６の一方のファイバから出射した記号１７１で示した矢印方向の偏光光線は、第１の光ファイバコリメータのコリメートレンズの中心を通り、光路１６１ａを通り、複屈折平行板１５４で光路を曲げられて記号１７３で示した矢印方向の偏光光線として光路１６１ｂを進行し、複屈折平行板１５４から出て光路１６３を進行する。
【００１１】
一方、２本のＰＭＦ１５５，１５６の他方のファイバから出射した記号１７２の○印で示した紙面に垂直方向の偏光光線は、第１の光ファイバコリメータのコリメートレンズの中心からはずれた位置を通り、光路１６２ａを通り、光路変更素子１５３で光路を光路１６１ａと平行な光路１６２ｂを通り、複屈折平行板１５４に入射して記号１７４の○印で示した紙面に垂直方向の偏光光線として光路１６２ｃを進行し、複屈折平行板１５４からの出射位置で光路１６１ｂを進行してきた前記一方の偏光光線と合成されて光路１６３を進行する。すなわち、第１の光ファイバコリメータ１５１の光ファイバ１５５，１５６からの互いに直交する偏光光線は、複屈折平行板１５４を出射して光路１６３から第２の光ファイバコリメータ１５２の光ファイバ１５７に光結合し、矢印１７５と○印１７６で示した偏光成分を合成された光となる。
【００１２】
図５の偏光カプラは、図４の偏光カプラが入力ポートすなわち３つの光ファイバコリメータをＴ字型に配置しなければならなかったのに比較して、入力側と出力側の光ファイバコリメータを一直線上に配置することができ、小型化・細径化できる利点が強調されている。
【００１３】
図６は従来の偏光カプラの第３の例を説明する図で、偏波合成素子として、方解石などの結晶を用いずに、光学ガラスからなる平行平面板３６０に、図示のように、反射防止膜３６１と３６２，偏光膜３６３と３６４を形成したものを用いており、その詳細は特開２０００−２１４３２８号公報に述べられているが、以下にその特徴を簡単に記す。
【００１４】
図６で、符号３５１は偏光カプラ、３５２〜３５４は光ファイバ、３５２ａ，３５３ａ，３５４ａは光ファイバの巻回部、３５５〜３５７は光ファイバコリメータ、３６０ａと３６０ｂは平行平面板３６０の面、３６５〜３６７および３７１〜３７５は光路である。
【００１５】
図６の偏光カプラ３５１では、光ファイバ３５２を進行し光ファイバコリメータ３５５から出射した偏光ｐ波は、光路３６５からほぼブリュースター角で偏光膜３６３を透過して平行平面板３６０に入射し、光路３６６を通り、反射防止膜３６２から出射し光路３６７から光ファイバコリメータ３５７に光結合し、光ファイバ３５４を進行する。また、光ファイバ３５３を進行し光ファイバコリメータ３５６から出射した偏光ｓ波（ｐ波に直交する偏光）は、光路３７１からほぼブリュースター角で反射防止膜３６１を透過して平行平面板３６０に入射し、光路３７２を通り、偏光膜３６４で反射され光路３７３を通り、偏光膜３６３で反射され光路３７４を通り、偏光膜３６４で反射され光路３７５を通り、偏光膜３６３で反射され光路３６６を通り、反射防止膜３６２から出射し光路３６７から光ファイバコリメータ３５７に光結合し、光ファイバ３５４を進行する。
【００１６】
図７と図８は従来の小型化を図った偏光カプラの実装について説明する図で、図７は角形ケースに実装した偏光分離合成カプラ、図８は光ファイバ保持部材として２芯キャピラリを使用して円筒ケースに実装した２芯型偏光カプラある。
【００１７】
図７と図８で、符号２０１と２５１は偏光カプラ、２０２〜２０４と２５２〜２５４は光ファイバ、２０２ａ，２０３ａ，２０４ａ，２５２ａ，２５３ａ，２５４ａはそれぞれ光ファイバ２０２〜２０４，２５２〜２５４の円形に束ねた巻回部、２０５〜２０７，２５５，２５７は光ファイバ保持部材、２０８〜２１０，２５８，２６０は光ファイバコリメータ、２１１と２６１は筐体である。
【００１８】
図６の偏光カプラは図７のように実装することができ、図５の偏光カプラは図８のように実装することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５の偏光カプラ１５０は、脆いためにその取扱および実装時には十分な経験と注意が必要な複屈折結晶を用いていること、複屈折結晶を使用する際に光路を操作するための光学部品が必要となり部品点数が増えること、長さが長くなること、信頼性上に不安があることなどの欠点を有していた。また、光ファイバを偏光カプラの両側に出すため、光ファイバを６０ｍｍ以下の径に巻くと破損するということがいわれていることからもわかるように、光ファイバのとり回し容積を大きく必要とした。
【００２０】
図６の偏光カプラ３５１は、複屈折結晶を使用しなくてもよいという利点はあるが、偏波合成素子に入射する偏光の入射角をブリュースター角すなわち５７度近傍にしなければ低損失の偏光カプラを作成できず、ｐ波とｓ波の間隔を大きくする必要があり、長さが長いだけでなく幅の広いケースを必要としている。
【００２１】
また、偏光カプラ３５１は、誘電体多層膜を最低４面は蒸着しなくてはならず、コスト及び歩留まりが悪くなる欠点があった。
【００２２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、従来の欠点を一掃し、取扱の容易な部品を偏光分離・合成素子に用いることができ、部品点数が少なく、高信頼性で、細型で、長さも短く、全ての光ファイバをケースの一方の側に出すことができる取扱の容易な偏光カプラを安価に提供するものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するため、本発明の偏光カプラは、レンズの一方の側に配置した複数本の光ファイバ端部と前記レンズとを有して構成されている光ファイバコリメータと、前記光ファイバコリメータに対向させて配置されている特定方向の直線偏光を反射するが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過するという性質を有する素子と、前記素子を透過して入射した光を反射するように光路において前記素子と直列に配置された反射体とを有する偏光カプラであって、前記光ファイバのうちのいずれか１本の光ファイバから出射して前記素子を透過して前記反射体に入射し前記反射体によって反射される偏光光線の入射光路と該偏光光線の入射点における前記素子の入射面の法線がなす角度と、前記入射光路と前記反射体の入射面の法線がなす角度が異なる角度であり、前記素子と前記反射体は、前記光ファイバコリメータを構成している異なる各１本の光ファイバから前記各１本の光ファイバとは別の１本の光ファイバに光結合を行うことができるように配置されていることを特徴としている。
【００２４】
本発明の偏光カプラの例は、前記各１本の光ファイバとは別の１本の光ファイバから円偏光を出射させて前記素子に入射させた場合に、前記偏光光線の入射点における前記素子の入射面の法線と前記反射体の入射面の法線が、前記素子を透過して前記反射体に入射して前記反射体によって反射される偏光光線の入射光路の互いに反対側にあることを特徴としている。
【００２５】
本発明の偏光カプラの例は、前記各１本の光ファイバとは別の１本の光ファイバから円偏光を出射させて前記素子に入射させた場合に、前記偏光光線の入射点における前記素子の入射面の法線と前記反射体の入射面の法線が、前記素子を透過して前記反射体に入射して前記反射体によって反射される偏光光線の入射光路に関して対称な関係にあることを特徴としている。
【００２６】
本発明の偏光カプラの例は、前記光ファイバコリメータを構成している複数本の光ファイバが、光ファイバを挿入して保持することができる貫通孔が形成されている一体の光ファイバ保持部材に保持されていることを特徴としている。
【００２７】
本発明の偏光カプラの例は、前記光ファイバ保持部材に形成されている少なくとも３つの貫通孔の互いに隣り合っている２つの貫通孔のうちの少なくとも１組が、少なくともそこに保持される光ファイバの端部が位置する側の端部の近傍において、当該貫通孔の長手方向に沿って形成されている、当該貫通孔の最大径より小さい寸法の幅のスリットもしくは当該貫通孔の最大径より小さい寸法の短径を有する穴を介して連結されていることを特徴としている。
【００２８】
本発明の偏光カプラの例は、前記保持部材の２つの貫通孔を連結しているスリットの幅もしくは穴の短径は、その両側に位置する貫通孔のうち、内径の小さい方の貫通孔の、そこに保持される光ファイバの端部が位置する側の端面における内径の２０％以上８０％以下であることを特徴としている。
【００２９】
本発明の偏光カプラの例は、前記光ファイバ保持部材が円柱形の外形を有していることを特徴としている。
【００３０】
本発明の偏光カプラの例は、前記光ファイバ保持部材に形成されている貫通孔の１つは、そこに保持される光ファイバの端部が保持される側における内径が他の貫通孔の内径よりも小さい内径の貫通孔であることを特徴としている。
【００３１】
本発明の偏光カプラの例は、前記小さい内径の貫通孔に保持されている光ファイバが前記光ファイバ保持部材の中心に位置していることを特徴としている。
【００３２】
本発明の偏光カプラの例は、前記素子と前記反射体に対向させて配置されている前記光ファイバコリメータを構成する前記複数の光ファイバの数が３本であることを特徴としている。
【００３３】
本発明の偏光カプラの例は、前記複数本の光ファイバには、少なくとも１本の以下においてＳＭＦとも称するシングルモード光ファイバと少なくとも２本の以下においてＰＭＦとも称する偏波保持光ファイバとがあり、２本の前記ＰＭＦの間に１本の前記ＳＭＦが配置されていることを特徴としている。
【００３４】
本発明の偏光カプラの例は、前記光ファイバ保持部材の中心に位置している光ファイバがＳＭＦであることを特徴としている。
【００３５】
本発明の偏光カプラの例は、前記素子と前記反射体とが一体に形成されているか一体の状態に接合されていることを特徴としている。
【００３６】
前記素子は、前記光ファイバ保持部材の中心に位置する光ファイバから出射される光の特定の方向の偏光を反射して前記中心に位置する光ファイバの一方の側の隣に配置されている光ファイバに光結合することができるように配置されているとともに、前記反射体は、前記光ファイバ保持部材の中心に位置する光ファイバから出射されて前記素子に入射し透過してきた前記特定の方向に直交する方向の偏光を反射して前記中心に位置する光ファイバの他方の側に配置されている光ファイバ、すなわち、前記素子により反射される前記特定の方向の偏光が入射する光ファイバが配置されている前記一方の側とは異なる側に配置されている光ファイバに光結合することができるように配置されていることを特徴としている。
【００３７】
本発明の偏光カプラの例は、前記反射体は前記素子の前記光ファイバコリメータに対向して配置されている面の裏側の面に薄膜形成技術を用いて形成された反射膜であることを特徴としている。
【００３８】
本発明の偏光カプラの例は、前記反射体は前記素子とは独立に作製された反射体であることを特徴としている。
【００３９】
本発明の偏光カプラの例は、前記光ファイバから前記素子と前記反射体のいずれか一方または双方への入射光の入射角を変える手段を設けたことを特徴としている。
【００４０】
本発明の偏光カプラの例は、前記入射角を変える手段が前記素子と前記反射体のいずれか一方または双方の位置または光路に対する傾きを変えることができる手段であることを特徴としている。
【００４１】
本発明の偏光カプラの例は、前記入射角を変える手段が前記素子と反射体のいずれか一方または双方を回転することができる回転機構であることを特徴としている。
【００４２】
本発明の偏光カプラの例は、前記素子と前記反射体の前記素子を含む一方または双方が、以下において層Ｌとも称する屈折率が比較的低い膜と以下において層Ｈとも称する屈折率が比較的高い膜とを交互に複数層積層して形成した多層膜で形成されている、以下において多層膜偏光子とも称する素子であることを特徴としている。
【００４３】
本発明の偏光カプラの例は、前記層ＬがＳｉＯ_２を主成分とする層であり、前記層ＨがＳｉまたはＴｉＯ_２を主成分とする層であることを特徴としている。
【００４４】
本発明の偏光カプラの例は、前記多層膜偏光子の多層膜が形成されている基板の前記素子を形成する面には凹凸構造があり、前記反射体が位置する側の面には凹凸構造が形成されていないことを特徴としている。
【００４５】
本発明の偏光カプラの例は、前記素子がフォトニック結晶であることを特徴としている。
【００４６】
本発明の偏光カプラの例は、前記フォトニック結晶が、３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて、屈折率の異なる２種類以上の透明体よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各透明体ごとに積層の単位となる層の形状がｘ軸方向に周期凹凸構造を有し、ｙ軸方向には一様であるか、またはｘ軸方向より大きい長さの周期的または非周期的な凹凸構造を有し、その形状を周期ごとに繰り返しつつｚ軸方向に層状に積層されていて、入射方向がｚ軸方向に零でない成分を持つ光に対して作用する素子であることを特徴としている。
【００４７】
本発明の偏光カプラの例は、前記光ファイバコリメータに用いられているレンズとして、凸レンズ、平凸レンズ、グリンレンズなどを用いて前記光ファイバから出射する光を平行光線にすることができる。
【００４８】
本発明の偏光カプラの例は、前記複数本の光ファイバとして少なくとも１本のＳＭＦと少なくとも２本のＰＭＦが用いられており、前記光ファイバ保持部材の概ね中心に前記ＳＭＦが保持されており、前記２本のＰＭＦは前記光ファイバ保持部材の中心に保持されているＳＭＦに隣接させ、かつ、少なくとも光ファイバの端部近傍において１本の当該ＳＭＦと２本の当該ＰＭＦの中心線が大凡一平面をなすように保持されていることを特徴としている。
【００４９】
本発明の偏光カプラの例は、前記素子に対向して、１本のＳＭＦと２本のＰＭＦを１つの光ファイバ保持部材に保持して光コリメータを構成するレンズとともに配置し、前記ＳＭＦを中央にその両隣に各前記ＰＭＦを配置し、一方のＰＭＦからは前記素子に反射される偏光を出射させて前記素子に入射させ前記素子で反射させて前記ＳＭＦに入射させ、他方のＰＭＦからは前記素子を透過する偏光を出射させて前記素子を透過させ前記反射体に入射させ前記反射体で反射させて再び前記素子を透過させ前記ＳＭＦに入射させるように構成したことを特徴としている。
【００５０】
本発明の偏光カプラの例は、前記偏光カプラが１つの筐体に３本の光ファイバが前記筐体の同一側に出るように実装されていることを特徴としている。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例について説明する。なお、説明に用いる各図は、本発明の実施の形態例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。
【００５２】
図１は本発明の実施の形態例としての偏光カプラの構成を説明する図で、符号１は、本発明の実施の形態例としての偏光カプラ、１１〜１３は光ファイバ、１１ａ，１２ａ，１３ａはそれぞれ光ファイバ１１，１２，１３の端面、１４は光ファイバ保持部材、１５はレンズ、１６は特定方向の直線偏光を反射するが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過するという性質を有する素子の例としての、たとえば、光学基板１７に多層膜１８を形成して成るフォトニック結晶、１９は反射体、２１〜４４は光路である。なお、符号１６は、誤解を生じないようにしながら、前記特定方向の直線偏光を反射するが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過するという性質を有する素子に用いる場合と、その例としてのフォトニック結晶に用いる場合がある。
【００５３】
各部品の実装に関する部品は図示しないが、実装においては、従来上記各部品を保持するのに用いることができる各種保持部材を使用して、たとえば、これに狭く限定されないが、図２で後述するようなケースに実装することができる。
【００５４】
図１において、光ファイバ１１から出射してレンズ１５を通りフォトニック結晶１６で反射された偏光は再びレンズ１５を通り光ファイバ１２に光結合して入射し、光ファイバ１３から出射してレンズ１５を通りフォトニック結晶１６を透過して反射体１９で反射された偏光は再びレンズ１５を通り光ファイバ１２に光結合して入射するように、各構成要素が配置されている。
【００５５】
図１の偏光カプラ１において、光ファイバ１１と１３としてＰＭＦを用い、光ファイバ１２としてＳＭＦを用いる。そして、前記のように、光ファイバ１１と光ファイバ１３を伝送される偏光を偏光の振動方向が互いに直交する直線偏光で、一方はフォトニック結晶１６で反射され、他方はフォトニック結晶１６を透過する偏光であるようにする。
【００５６】
図１における光結合の例をさらに具体的に説明すると、光ファイバ１１から出射されたフォトニック結晶１６で反射される偏光ビームは、光路２１，２３，２５のように広がり、レンズ１５を通り平行光線となって光路２２，２４，２６を通り、フォトニック結晶１６で反射されて平行光線として光路２８，３１，３４を通り、レンズ１５を通り光路２７，３０，３３を通り、光ファイバ１２に光結合して入射する。
【００５７】
光ファイバ１３から出射されたフォトニック結晶１６を透過して反射体１９に入射して反射体１９で反射される偏光ビームは、光路３６，３９，４０のように広がり、レンズ１５を通り平行光線となって光路３７，４０，４３を通り、フォトニック結晶１６を透過して平行光線として光路３８，４１，４４を通り反射体１９で反射されて平行光線として光路２９，３２，３５を通り、フォトニック結晶１６を透過して平行光線として光路２８，３１，３４を通りレンズ１５を通り光路２７，３０，３３を通り、光ファイバ１２に光結合して入射する。
【００５８】
このようにして、光ファイバ１１と１３から出射した互いに振動方向が直交する２つの直線偏光は光ファイバ１２に光結合して入射され、円偏光あるいは楕円偏光としてＳＭＦ１２内を伝送される。
【００５９】
図１の例のように、光ファイバ１１から出射する素子１６で反射される性質を有する光ビームを、レンズ１５を使用して平行光線にすることにより、レンズの前焦点位置に配置した素子１６で反射させ、レンズ１５を介して光ファイバ１２に結合させる。そして、光ファイバ１３から出射する素子１６を透過する性質を有する光ビームを、レンズ１５を使用して平行光線にすることにより、素子１６を透過させ、反射体１９で反射させて再び素子１６を透過させ、レンズ１５を介して光ファイバ１２に結合させる。
【００６０】
前記素子１６を透過する偏光光線（図１の例の場合は光ファイバ１３から出射する光線）はレンズによって平行光線になっているので、たとえば、前記反射体の位置はその光路に沿った位置を限定せずに光路に対する反射体の角度だけを調整することによって、目的とする光ファイバ（図１の場合は光ファイバ１２）に光結合するようにすることができる。
【００６１】
前記反射体を前記素子の基板の裏面に蒸着等によって反射膜を形成すれば、反射体の構造を簡単にすることができ、偏光カプラの構造も簡単になり、製造コストを安くすることができる。
【００６２】
図２は図１で説明した構成の本発明による偏光カプラを実装した図である。図２で、符号５１は本発明の光カプラ、５２と５４はＰＭＦ、５３はＳＭＦ、５２ｂ、５４ｂは光ファイバを巻回した部分、５５は光ファイバコリメータ、５６は円筒ケース、５７は光ファイバ保持部材である。
【００６３】
ＰＭＦ５２、ＰＭＦ５４、ＳＭＦ５３は一体の光ファイバ保持部材５７に保持されている。保持部材５７は外形形状が円柱形状をしており、図示しないが、その中心軸線にほぼ平行な３つの貫通孔が設けられており、前記３つの貫通孔はその各中心軸線が概ね一平面を形成するように、かつ、互いに隣り合った２つの貫通孔は、その断面の直径よりも小さな幅のスリットあるいはその貫通孔の断面の最大径よりも小さな短径の細長い穴で連結されている。保持部材５７に設けられている前記３つの貫通孔は、前記のように、スリットあるいは穴を介してつながっており、その中の２つの貫通孔にはＰＭＦがそれぞれ挿入され、残りの１つにはＳＭＦが挿入され、いずれも接着剤で固定されている。各貫通孔には各光ファイバの被覆を除去したファイバ自体（光ファイバのコアとクラッド部から成る）が挿入され保持される。
【００６４】
前記３つの各貫通孔は各光ファイバの被覆を除去したファイバ自体の外径よりほんのわずかに大きな直径を有している。ＳＭＦ５３が挿入・保持されている貫通孔は、その中心軸線は光ファイバ保持部材５７の中心軸線と概ね一致するように形成されており、前記３つの貫通孔のうち最も小さい内径を有している。ＰＭＦ５２と５４が挿入・保持されている残りの２つの貫通孔は、その各中心軸線は光ファイバ保持部材５７の中心軸線とほぼ平行で、ＳＭＦ５３が挿入・保持されている貫通孔をはさんでその両側に設けられており、その各内径はおおよそ等しく、かつ、ＳＭＦ５３が挿入・保持されている貫通孔の内径よりも大きい。光ファイバ保持部材に保持された状態で、ＳＭＦ５３とＰＭＦ５２とＰＭＦ５４は、ＳＭＦ５３を挟んでその両側に、３本の光ファイバの各中心軸線がおおよそ一平面上になるように配置されており、３本の光ファイバは、隣り合っている各２本づつほぼ密着状態になっている。
【００６５】
光ファイバ保持部材５７に前記のように１本のＳＭＦとその両側に２本のＰＭＦがほぼ密着状態で平行に保持されているため、図１のフォトニック結晶１６及び反射板１９への入射角は９０度に近い値にすることができる。
【００６６】
図３は、前記特定方向の直線偏光を反射するが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過するという性質を有する素子と光路において前記素子に直列に配置されている反射板の形状と配置について説明する断面図で、図１の素子１６の一部を拡大して、説明に必要な部分を追記したものである。
【００６７】
図３で、符号７０は光路３２に直交する線分、７１は光路３１を通る光の前記特定方向の直線偏光を反射するが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過するという性質を有する素子１６への入射位置における前記素子１６の法線、７２は光路３１を通り前記素子１６を透過した偏光が光路３２を通り反射体１９へ入射する入射位置における反射体１９の法線、７３は光路４０を通り前記素子１６を透過し光路４１を進行して反射体１９で反射され光路３２へと進行する偏光の前記素子１６への入射位置における前記素子１６の法線、θ１は法線７１と光路３１のなす角、θ２は法線７２と光路３２のなす角、θ３は光路４０と法線７３のなす角、θ４は光路４１と法線７２のなす角である。
【００６８】
図１を用いて説明したように、光ファイバ１１と光ファイバ１３から前記の各偏光を出射させて前記素子１６と反射体１９によってそれぞれ反射させて光ファイバ１２に光結合させるためには、図３において、角θ１とθ２は光路３１から前記素子１６を透過して光路３２を通り反射体１９に入射する光路に関して互いに反対側にあり、角θ３とθ４は異なる値になっている。
【００６９】
また、素子１６の面１８と反射体１９は線分７０に関しておおよそ同じ大きさで逆方向の傾きを有している。
【００７０】
以上、図１と図２を用いて、ＳＭＦとその両隣に配置した２本のＰＭＦの間において、前記２本のＰＭＦから互いに直交する方向の振動面を有する直線偏光を出射させ、フォトニック結晶と反射体によって反射させて前記ＳＭＦに光結合させる偏光カプラの動作について説明したが、本発明の偏光カプラの用い方はこれに限定されるものでなく、前記ＳＭＦから、たとえば、円偏光を出射させてフォトニック結晶と反射体によって偏光分離ならびに反射させて前記２本のＰＭＦに互いに直交する偏光として光結合させることもできる。
【００７１】
なお、図１で説明したフォトニック結晶１６はレンズ１５の焦点位置に配置されている。
【００７２】
ここでいうフォトニック結晶１６は、透過・反射型の偏光分離素子として作用する素子であり、特定の方向の偏光を透過し、前記特定の偏光に直交する方向の偏光を反射するという性質を有する素子である。
【００７３】
フォトニック結晶１６は、屈折率が比較的高い層（以下、層Ｈともいう）と屈折率が比較的低い層（以下、層Ｌともいう）を複数層積層して形成した多層膜素子で構成することができ、前記層ＨとしてはＳｉまたはＴｉＯ_２を主成分とする層があり、前記層ＬとしてはＳｉＯ_２を主成分とする層がある。そして、前記多層膜素子の各層はアモルファス層を用いて形成することができる。
【００７４】
本発明に用いるフォトニック結晶の構造としては、本発明の発明者らが特許出願している、３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて、屈折率の異なる２種類以上の透明体よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各透明体ごとに積層の単位となる層の形状がｘ軸方向に周期凹凸構造を有し、ｙ軸方向には一様であるか、またはｘ軸方向より大きい長さの周期的または非周期的な凹凸構造を有し、その形状を周期ごとに繰り返しつつｚ軸方向に層状に積層されていて、入射方向がｚ軸方向に零でない成分を持つ光に対して作用する素子をあげることができる。
【００７５】
反射体１９は、素子１６の基板の一方の側に薄膜技術を用いて、たとえば、層Ｌと層Ｈと交互に多層形成して作製することができ、あるいは素子１６の裏面に接合して素子１６と一体化させることもできる。
【００７６】
上記の説明で明らかにわかることであるが、図１の基板１７の多層膜１８を形成する面と反射体１９側の面の傾きと素子１６と反射体１９を光路に配置する傾きを適宜調整して、光ファイバコリメータの各光ファイバの配置条件に応じた各光ファイバ間の光結合を高品質で行わせることができる。この調整の手段として、素子１６，反射体１９に回転機構を設けると便利である。
【００７７】
また、反射体を素子１６の基板の裏側に薄膜技術で作成するのではなく、素子１６とは独立に作製し、素子１６の裏側すなわち図１の反射体１９の位置の近傍に、反射体１９の代わりに配置することもできる。このように配置した素子と反射体は、光ファイバコリメータから素子に入射し、素子を透過して反射体に入射する偏光の光路において直列に配置されることになり、光ファイバコリメータを構成する各光ファイバの配置条件に応じて素子と反射体を独立に調整することもでき、また、必要に応じて連動して調整することもできるなど、利用範囲を広げることができる。この場合も、素子と反射体に連動した回転機構、あるいは各独立した回転機構、あるいはいずれか一方に回転機構を設けて、調整機構つき偏光カプラを構成することができ、高精度の偏光カプラを作製することができる。
【００７８】
また、本発明においては、前記素子と反射体のいずれか一方または双方への入射光の入射角を変える手段を、前記回転機構の他に設けることができる。
【００７９】
図１の例では、光ファイバ端末部とともに光ファイバコリメータを構成するレンズとして、平凸レンズ１５を用いたが、平凸レンズの代わりに凸レンズを用いることもできる。光ファイバコリメータの構成方法は上記実施の形態の例に限定されるものではなく、グリンレンズを用いても良い。
【００８０】
以上、本発明について図面を用いて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に狭く限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想である「複数本の光ファイバをレンズの一方の側に配置して構成した光ファイバコリメータと、たとえばフォトニック結晶のように、特定方向の直線偏光を透過させるが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は反射させるという性質を有する素子と、前記素子を透過して進行する偏光を反射する反射体とを、前記光ファイバコリメータを構成する複数本の光ファイバのうちのいずれか１本から出射した光を前記光ファイバコリメータを構成する複数本の光ファイバのうちの他の光ファイバに光結合ができるように配置して偏光カプラを構成すること」を基本として、種々のバリエーションを可能とするものであることは、以上の説明からもいえることである。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、部品点数が少なくて済み、小型で、細径で、長さが短く、そして、通常の誘電体多層膜フィルタを取り扱うのとほとんど同様な取扱で製造ができ、高い信頼性の偏光カプラを安価に提供することができるという多大な効果を奏するものであり、光通信などの産業分野の発展に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例としての偏光カプラを説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態例としての偏光カプラの実装例を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態例における素子と反射体の配置を説明する図である。
【図４】従来の偏光カプラの第１の例を説明する図である。
【図５】従来の偏光カプラの第２の例を説明する図である。
【図６】従来の偏光カプラの第３の例を説明する図である。
【図７】従来の小型化を図った偏光カプラの実装について説明する図で、角形ケースに実装した偏光分離合成カプラを説明する図である。
【図８】従来の小型化を図った偏光カプラの実装について説明する図で、２芯型偏光カプラを説明する図である。
【符号の説明】
１，１０１，１５０，２０１，２５１：偏光カプラ
１４，５７，２０５〜２０７，２５５，２５７：光ファイバ保持部材
１１，１３，５２，５４，１０５，１０６，１５５，１５６：ＰＭＦ
１１ａ，１２ａ，１３ａ：光ファイバの端面
１２，５３：ＳＭＦ
１５：レンズ
１６：フォトニック結晶
１７：基板
１８：多層膜
１９：反射体
２１〜４４，３６５〜３６７，３７１〜３７５：光路
５２ａ，５３ａ，５４ａ，２０２ａ，２０３ａ，２０４ａ，２５２ａ，２５３ａ，２５４ａ，３５２ａ，３５３ａ，３５４ａ：光ファイバの巻回部
５５，２０８〜２１０，２５８，２６０，３５５〜３５７：光ファイバコリメータ
５６：円筒ケース
７０：線分
７１〜７３：法線
１１８，１１８ａ，１１９，１１９ａ，１７１〜１７６：振動方向を説明する記号
１１１，１１２：直角三角形プリズム
１１０：偏光分離プリズム
１１４：偏光分離膜
１５３：光路変更素子
１５４：複屈折平行板
２０２〜２０４，２５２〜２５４，３５２〜３５４：光ファイバ
２１１，２６１：筐体
３６０：平行平面板
３６０ａ，３６０ｂ：平行平面板の面
３６１，３６２：反射防止膜
３６３，３６４：偏光膜
θ１〜θ４：角

Claims

レンズの一方の側に配置した複数本の光ファイバ端部と前記レンズとを有して構成されている光ファイバコリメータと、前記光ファイバコリメータに対向させて配置されている特定方向の直線偏光を反射するが前記直線偏光に直交する方向の直線偏光は透過するという性質を有する素子と、前記素子を透過して入射した光を反射するように光路において前記素子と直列に配置された反射体とを有する偏光カプラであって、前記光ファイバのうちのいずれか１本の光ファイバから出射して前記素子を透過して前記反射体に入射し前記反射体によって反射される偏光光線の入射光路と該偏光光線の入射点における前記素子の入射面の法線がなす角度と、前記入射光路と前記反射体の入射面の法線がなす角度が異なる角度であり、前記素子と前記反射体は、前記光ファイバコリメータを構成している異なる各１本の光ファイバから前記各１本の光ファイバとは別の１本の光ファイバに光結合を行うことができるように配置されていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１に記載の偏光カプラにおいて、前記各１本の光ファイバとは別の１本の光ファイバから円偏光を出射させて前記素子に入射させた場合に、前記偏光光線の入射点における前記素子の入射面の法線と前記反射体の入射面の法線が、前記素子を透過して前記反射体に入射して前記反射体によって反射される偏光光線の入射光路の互いに反対側にあることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１に記載の偏光カプラにおいて、前記各１本の光ファイバとは別の１本の光ファイバから円偏光を出射させて前記素子に入射させた場合に、前記偏光光線の入射点における前記素子の入射面の法線と前記反射体の入射面の法線が、前記素子を透過して前記反射体に入射して前記反射体によって反射される偏光光線の入射光路に関して対称な関係にあることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバコリメータを構成している複数本の光ファイバが、光ファイバを挿入して保持することができる貫通孔が形成されている一体の光ファイバ保持部材に保持されていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項４に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバ保持部材に形成されている少なくとも３つの貫通孔のうちの少なくとも１組の互いに隣り合っている２つの貫通孔が、少なくともそこに保持される光ファイバの端部が位置する側の端部の近傍において、当該貫通孔の長手方向に沿って形成されている、当該貫通孔の最大径より小さい寸法の幅のスリットもしくは当該貫通孔の最大径より小さい寸法の短径を有する穴を介して連結されていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項５に記載の偏光カプラにおいて、前記保持部材の２つの貫通孔を連結しているスリットの幅もしくは穴の短径は、その両側に位置する貫通孔のうちの内径の小さい方の貫通孔の、そこに保持される光ファイバの端部が位置する側の端面における内径の２０％以上８０％以下であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバ保持部材が円柱形の外形を有していることを特徴とする偏光カプラ。
請求項４乃至７のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバ保持部材に形成されている貫通孔の１つは、そこに保持される光ファイバの端部が保持される側における内径が他の貫通孔の内径よりも小さい内径の貫通孔であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項８に記載の偏光カプラにおいて、前記小さい内径の貫通孔に保持されている光ファイバが前記光ファイバ保持部材の中心に位置していることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記素子と前記反射体に対向させて配置されている前記光ファイバコリメータを構成する前記複数の光ファイバの数が３本であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記複数本の光ファイバには、少なくとも１本の以下においてＳＭＦとも称するシングルモード光ファイバと少なくとも２本の以下においてＰＭＦとも称する偏波保持光ファイバとがあり、２本の前記ＰＭＦの間に１本の前記ＳＭＦが配置されていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項４乃至１１のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバ保持部材の中心に位置している光ファイバがＳＭＦであることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記素子と前記反射体とが一体に形成されているか一体の状態に接合されていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項４乃至１３のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記素子は、前記光ファイバ保持部材の中心に位置する光ファイバから出射される光の特定の方向の偏光を反射して前記中心に位置する光ファイバの一方の側に配置されている光ファイバに光結合することができるように配置されているとともに、前記反射体は、前記光ファイバ保持部材の中心に位置する光ファイバから出射されて前記素子に入射し透過してきた前記特定の方向に直交する方向の偏光を反射して前記中心に位置する光ファイバの、前記素子により反射される前記特定の方向の偏光が入射する光ファイバが配置されている前記一方の側とは異なる側に配置されている、他方の側に配置されている光ファイバに光結合することができるように配置されていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記反射体は前記素子の前記光ファイバコリメータに対向して配置されている面の裏側の面に薄膜形成技術を用いて形成された反射膜であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記反射体は前記素子とは独立に作製された反射体であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバから前記素子と前記反射体のいずれか一方または双方への入射光の入射角を変える手段を設けたことを特徴とする偏光カプラ。
請求項１７に記載の偏光カプラにおいて、前記入射角を変える手段が前記素子と前記反射体のいずれか一方または双方の位置または光路に対する傾きを変えることができる手段であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１７または１８に記載の偏光カプラにおいて、前記入射角を変える手段が前記素子と反射体のいずれか一方または双方を回転することができる回転機構であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記素子と前記反射体の前記素子を含む一方または双方が、以下において層Ｌとも称する屈折率が比較的低い膜と以下において層Ｈとも称する屈折率が比較的高い膜とを交互に複数層積層して形成した多層膜で形成されている、以下において多層膜偏光子とも称する素子であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項２０に記載の偏光カプラにおいて、前記層ＬがＳｉＯ_２を主成分とする層であり、前記層ＨがＳｉまたはＴｉＯ_２を主成分とする層であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項２０または２１に記載の偏光カプラにおいて、前記多層膜偏光子の多層膜が形成されている基板の前記素子を形成する面には凹凸構造があり前記反射体が位置する側の面には凹凸構造が形成されていないことを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記素子がフォトニック結晶であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項２３に記載の偏光カプラにおいて、前記フォトニック結晶が、３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて、屈折率の異なる２種類以上の透明体よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各透明体ごとに積層の単位となる層の形状がｘ軸方向に周期凹凸構造を有し、ｙ軸方向には一様であるか、またはｘ軸方向より大きい長さの周期的または非周期的な凹凸構造を有し、その形状を周期ごとに繰り返しつつｚ軸方向に層状に積層されていて、入射方向がｚ軸方向に零でない成分を持つ光に対して作用する素子であることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバコリメータのレンズに凸レンズもしくは平凸レンズを用いて前記光ファイバから出射する光を平行光線にしていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記光ファイバコリメータのレンズにグリンレンズを用いて前記光ファイバから出射する光を平行光線にしていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項４乃至２６のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記複数本の光ファイバとして少なくとも１本のＳＭＦと少なくとも２本のＰＭＦが用いられており、前記光ファイバ保持部材の概ね中心に前記ＳＭＦが保持されており、前記２本のＰＭＦは前記光ファイバ保持部材の中心に保持されているＳＭＦに隣接させ、かつ、少なくとも光ファイバの端部近傍において１本の当該ＳＭＦと２本の当該ＰＭＦの中心線が大凡一平面をなすように保持されていることを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記素子に対向して、１本のＳＭＦと２本のＰＭＦを１つの光ファイバ保持部材に保持して光コリメータを構成するレンズとともに配置し、前記ＳＭＦを中央にその両隣に各前記ＰＭＦを配置し、一方のＰＭＦからは前記素子に反射される偏光を出射させて前記素子に入射させ前記素子で反射させて前記ＳＭＦに入射させ、他方のＰＭＦからは前記素子を透過する偏光を出射させて前記素子を透過させ前記反射体に入射させ前記反射体で反射させて再び前記素子を透過させ前記ＳＭＦに入射させるように構成したことを特徴とする偏光カプラ。
請求項１乃至２８のいずれか１項に記載の偏光カプラにおいて、前記偏光カプラが１つの筐体に３本の光ファイバが前記筐体の同一側に出るように実装されていることを特徴とする偏光カプラ。