JP2004264872A - Optical device using photonic crystal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device which can be realized only by working of an optical fiber. <P>SOLUTION: This optical device is provided with a 1st function part 7 having a plurality of Faraday crystal replacement columns 5 parallel to each other which mostly penetrate the core 3 of the optical fiber 1 vertically to the optical axis 2 of the optical fiber 1, and a 2nd function part 8 having a plurality of holes 6 parallel to each other which mostly penetrate the core 3 of the optical fiber 1 vertically to the optical axis 2 of the optical fiber 1, in a specified section of the optical fiber 1. The longitudinal direction of the Faraday crystal replacement columns 5 and the longitudinal direction of the plurality of holes form an angle of 45° along the plane vertical to the optical axis 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信などに使用される各種光デバイスに関し、より特定的には、光ファイバの波長や偏波の分散補償器、光アイソレータ、光変調器、送電線や配電線などの電圧または電流を検知するために使用される光学式センサなどの光デバイスに関する。   The present invention relates to various optical devices used for optical communication and the like, and more specifically, a dispersion compensator for the wavelength and polarization of an optical fiber, an optical isolator, an optical modulator, a voltage of a transmission line or a distribution line, or the like. The present invention relates to an optical device such as an optical sensor used for detecting a current.

まず、従来の各種光デバイスについて以下に説明する。図31は、従来の光デバイスである光アイソレータの構造を示す概略図である。本光アイソレータは、第1の光ファイバ1001と第2の光ファイバ1002間の光学系を結合する第1および第2のレンズ1003および1004を備え、これらの間に、偏光子1005と、ファラデー素子1006と、検光子1007とを備えている。なお、図31において、光学系内の光ビーム1009は、その外延が直線で図示されている。さらに、本光アイソレータには、ファラデー素子1006を飽和させるのに十分な磁界1008が存在する。また、偏光子1005と検光子1007は互いに45°の角度をなしている。ファラデー結晶1006としては、ガーネット結晶などが使用される。   First, various conventional optical devices will be described below. FIG. 31 is a schematic diagram showing the structure of an optical isolator as a conventional optical device. This optical isolator includes first and second lenses 1003 and 1004 for coupling an optical system between a first optical fiber 1001 and a second optical fiber 1002, and a polarizer 1005 and a Faraday element between them. 1006 and an analyzer 1007. Note that, in FIG. 31, the extension of the light beam 1009 in the optical system is shown as a straight line. Further, the optical isolator has a magnetic field 1008 sufficient to saturate the Faraday element 1006. Further, the polarizer 1005 and the analyzer 1007 make an angle of 45 ° with each other. As the Faraday crystal 1006, a garnet crystal or the like is used.

次に、光アイソレータの原理について説明する。図31の光アイソレータにおいて、第1の光ファイバ1001から発した無偏波光は、まず、第1のレンズ1003で結合された偏光子1005によって直線偏光に変換される。次に、当該直線偏光は、ファラデー素子1006によって、偏波面が45°回転する。偏波面が45°回転した直線偏光は、上述の角度をなす検光子1007によって、すべて第2のレンズ1004を介して第2の光ファイバ1002に結合される。   Next, the principle of the optical isolator will be described. In the optical isolator shown in FIG. 31, non-polarized light emitted from the first optical fiber 1001 is first converted into linearly polarized light by the polarizer 1005 coupled by the first lens 1003. Next, the plane of polarization of the linearly polarized light is rotated by 45 ° by the Faraday element 1006. All the linearly polarized light whose polarization plane is rotated by 45 ° is coupled to the second optical fiber 1002 via the second lens 1004 by the analyzer 1007 having the above-mentioned angle.

一方、第2の光ファイバ1002からの戻り光は、第2のレンズ1004を介して検光子1007に結合されて直線偏光に変換される。次に、当該直線偏光は、ファラデー素子1006によって偏波面が45°回転する。しかし、偏光子1005においては、直線偏光の偏波面は、偏光子1005の偏光方向と直交することになる。したがって、第1のレンズ1003を介して第1の光ファイバ1001に結合される戻り光は無い。このように、従来の光アイソレータにおいて、光ファイバ間の光学系の結合には2個のレンズを必要とする。   On the other hand, return light from the second optical fiber 1002 is coupled to the analyzer 1007 via the second lens 1004 and is converted into linearly polarized light. Next, the plane of polarization of the linearly polarized light is rotated by 45 ° by the Faraday element 1006. However, in the polarizer 1005, the plane of polarization of linearly polarized light is orthogonal to the polarization direction of the polarizer 1005. Therefore, no return light is coupled to the first optical fiber 1001 via the first lens 1003. As described above, in the conventional optical isolator, coupling of the optical system between the optical fibers requires two lenses.

次に、従来の分散補償器について説明する。従来の分散補償器は、光ファイバ間に設けられる。そのことから、光ファイバ間の光学系の結合に少なくとも2つのレンズを必要とする。   Next, a conventional dispersion compensator will be described. Conventional dispersion compensators are provided between optical fibers. Therefore, coupling of the optical system between the optical fibers requires at least two lenses.

次に、従来の光変調器について説明する。例えば、光変調器は、機能的には偏光子と、λ/4板と、ポッケルス素子と、検光子とで構成される。偏光子で得られた直線偏光は、λ/4板によって円偏光になり、ポッケルス素子において印加された電界に応じて円偏光が楕円化する。次に、検光子においては、円偏光の楕円化に応じて光量が変化するので、印加電界に応じた光変調を行うことができる。このように、従来の光変調器においても、光ファイバ間の光学系の結合に少なくとも2個のレンズを必要とする。   Next, a conventional optical modulator will be described. For example, the optical modulator functionally includes a polarizer, a λ / 4 plate, a Pockels element, and an analyzer. The linearly polarized light obtained by the polarizer becomes circularly polarized light by the λ / 4 plate, and the circularly polarized light becomes elliptical according to the electric field applied in the Pockels element. Next, in the analyzer, the light quantity changes according to the ellipticalization of the circularly polarized light, so that the light modulation according to the applied electric field can be performed. Thus, the conventional optical modulator also requires at least two lenses for coupling the optical system between the optical fibers.

さらに、従来の光変調器の構成について詳細に説明する。例えば、図32に示すように、光変調器として用いられるマッハ・ツェンダ(Mach-Zehnder)型変調器2012は、例えば、LiNbO3 結晶からなる基板2001上に形成される。このマッハ・ツェンダ型変調器2012は、導波路部2002は、入射側で無偏光(TM光+TE光)2005の光が入射される導波路と、2つの偏光(TM光およびTE光)に偏光分離して出射する各導波路と、これらの偏光を結合して出射する導波路とを含む。このうち、偏光分離用の導波路には電界を印加する電極2003が設けられている。この電極2003は、信号源2004から所定の電圧を印加される。そして、出射光2010は、レンズ2009によって光ファイバ2006に結合される。なお、光ファイバ2006は、コア2007と、クラッド2008とを備え、光はコア2007中を伝送されていく。 Further, the configuration of a conventional optical modulator will be described in detail. For example, as shown in FIG. 32, a Mach-Zehnder modulator 2012 used as an optical modulator is formed on a substrate 2001 made of, for example, a LiNbO 3 crystal. In the Mach-Zehnder modulator 2012, the waveguide unit 2002 has a waveguide on which light of unpolarized light (TM light + TE light) 2005 is incident on the incident side, and polarized light into two polarized lights (TM light and TE light). Includes waveguides that emit separately, and waveguides that combine and emit these polarized lights. Among them, an electrode 2003 for applying an electric field is provided in the waveguide for polarization separation. A predetermined voltage is applied to the electrode 2003 from the signal source 2004. Then, the outgoing light 2010 is coupled to the optical fiber 2006 by the lens 2009. The optical fiber 2006 includes a core 2007 and a clad 2008, and light is transmitted through the core 2007.

以上のように、従来、光変調器等の光デバイスでは、高価な導波路と、光変調器から光ファイバへの光学系を結合するために少なくとも1つのレンズを必要としている。また、この導波路と光ファイバとの光学系の結合には、多大な時間と労力を要する。   As described above, conventionally, an optical device such as an optical modulator requires an expensive waveguide and at least one lens to couple an optical system from the optical modulator to the optical fiber. In addition, the coupling of the optical system between the waveguide and the optical fiber requires a great deal of time and effort.

次に、従来の光学式センサについて説明する。図33は、従来の光電圧センサの概略構造を示す透視正面図である。この光電圧センサは、センサ部と、発光部と、受光部と、発光側および受光側信号処理回路(図示せず)とを備えている。そのセンサ部は、光の入射側から順に同一光軸上に配置された偏光子241、1/4波長板(「λ/4板」とも呼ばれる)242、電気光学結晶243、および検光子244で構成される。また、発光部は、光源としてのLED(Light Emitting Diode)等の発光素子を含むE/O回路と、同一光軸上に配置された光ファイバ246a、フェルール248a、GRINレンズ247a、およびホルダ245aからなる入力側光学系とで構成されており、その入力側光学系における各光学部品は互いに接する光軸面が接着剤により接着されている。そして受光部は、同一光軸上に配置された光ファイバ246b、フェルール248b、GRINレンズ247bおよびホルダ245bからなる出力側光学系と、その出力側光学系から出射される光信号を電気信号に変換する変換素子を含むO/E回路とで構成されており、出力側光学系における各光学部品も互いに接する光軸面で接着剤により接着されている。   Next, a conventional optical sensor will be described. FIG. 33 is a transparent front view showing a schematic structure of a conventional optical voltage sensor. The optical voltage sensor includes a sensor unit, a light emitting unit, a light receiving unit, and a light emitting side and light receiving side signal processing circuit (not shown). The sensor unit includes a polarizer 241, a quarter-wave plate (also referred to as a “λ / 4 plate”) 242, an electro-optic crystal 243, and an analyzer 244 sequentially arranged on the same optical axis from the light incident side. Be composed. Further, the light emitting unit includes an E / O circuit including a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) as a light source, and an optical fiber 246a, a ferrule 248a, a GRIN lens 247a, and a holder 245a arranged on the same optical axis. Each of the optical components of the input-side optical system has an optical axis surface that is in contact with each other and is bonded by an adhesive. The light receiving unit converts an optical signal output from the output optical system into an electric signal, which includes an optical fiber 246b, a ferrule 248b, a GRIN lens 247b, and a holder 245b arranged on the same optical axis. And an O / E circuit including a conversion element. The optical components in the output-side optical system are also bonded by an adhesive on optical axis surfaces that are in contact with each other.

上記光電圧センサのセンサ部において同一光軸上に配置された上記各光学部品、すなわち偏光子241、λ/4板242、電気光学結晶243、および検光子244は、互いに接する光軸面が全て接着剤で接着されている。ここで、光軸面とは光軸に垂直な面をいい、各光学部品につき光の入射面と出射面との2つが存在する(以下同様)。電気光学結晶243には1対の電極235が蒸着されており、その1対の電極235のそれぞれはリード線によって1対の電極端子249のそれぞれに電気的に接続されている。上記光電圧センサで測定されるべき電圧(被測定電圧)は、1対の電極端子249の端子間に印加される。   Each of the optical components, that is, the polarizer 241, the λ / 4 plate 242, the electro-optic crystal 243, and the analyzer 244, which are arranged on the same optical axis in the sensor unit of the optical voltage sensor, have optical axes that are in contact with each other. Adhered with adhesive. Here, the optical axis plane refers to a plane perpendicular to the optical axis, and each optical component has two surfaces, a light entrance surface and a light exit surface (the same applies hereinafter). A pair of electrodes 235 is deposited on the electro-optic crystal 243, and each of the pair of electrodes 235 is electrically connected to each of the pair of electrode terminals 249 by a lead wire. The voltage to be measured by the optical voltage sensor (measured voltage) is applied between the pair of electrode terminals 249.

発光側および受光側信号処理回路は、それぞれ発光部および受光部によってセンサ部と接続されている。センサ部の偏光子241の入力側光軸面は発光部のGRINレンズ247aの光軸面と、センサ部の検光子244の出力側光軸面は受光部のGRINレンズ247bの光軸面と、それぞれ接着剤により固定される。そして、接着固定されたセンサ部、発光部における入力側光学系、および受光部における出力側光学系は、ケース(図示せず)に機構的に固定される。なお、上記光電圧センサにおける各光学部品のための接着剤としては、エポキシ系あるいはウレタン系等の樹脂が使用される。   The light emitting side and light receiving side signal processing circuits are connected to the sensor unit by a light emitting unit and a light receiving unit, respectively. The input side optical axis surface of the polarizer 241 of the sensor unit is the optical axis surface of the GRIN lens 247a of the light emitting unit, the output side optical axis surface of the analyzer 244 of the sensor unit is the optical axis surface of the GRIN lens 247b of the light receiving unit, Each is fixed with an adhesive. The sensor unit, the input side optical system in the light emitting unit, and the output side optical system in the light receiving unit are mechanically fixed to a case (not shown). Note that an epoxy-based or urethane-based resin is used as an adhesive for each optical component in the optical voltage sensor.

上記光電圧センサにおいて、電気光学結晶243としては、Bi12SiO20(BSO)や、KH2PO4(KDP)、自然複屈折を有するLiNbO3 およびLiTaO3 等が使用される。 In the optical voltage sensor, Bi 12 SiO 20 (BSO), KH 2 PO 4 (KDP), LiNbO 3 having natural birefringence, LiTaO 3, or the like is used as the electro-optic crystal 243.

次に、光電圧センサの動作原理を図34を参照して説明する。発光部における光源として、例えば中心波長0.85μmのLED(Light Emitting Diode)を使用した場合、LEDの無偏光は、発光部から出射され、入射光109としてセンサ部に入射される。この入射光109は、センサ部の偏光子241を通過した後、直線偏光となる。この直線偏光はλ/4板242を通過すると円偏光になり、この円偏光は、電気光学結晶(LiNbO3 )243を通過した後、その電気光学結晶243への印加電圧Vmに応じて楕円化する。すなわち、電気光学結晶243の通過光の偏光状態は印加電圧Vmによって変化する。このような楕円偏光は検光子244を通過した後に出射光110として受光部で受光される。この出射光110の強度変化である出力強度変化は、電気光学結晶243の通過光の偏光状態に対応する。この偏光状態は印加電圧Vmにより変化するため、受光側の光ファイバ246bを介して、受光部において検光子244の出力強度変化をモニターし、光量(強度)の変調度を計算することで、印加電圧Vmを測定することができる。ここで、光量の変調度とは、光量のAC成分と光量のDC成分の比のことである。 Next, the operating principle of the optical voltage sensor will be described with reference to FIG. For example, when an LED (Light Emitting Diode) having a center wavelength of 0.85 μm is used as a light source in the light emitting unit, non-polarized light of the LED is emitted from the light emitting unit and is incident on the sensor unit as incident light 109. The incident light 109 becomes linearly polarized light after passing through the polarizer 241 of the sensor unit. The linearly polarized light becomes circularly polarized after passing through lambda / 4 plate 242, the circularly polarized light passes through the electro-optic crystal (LiNbO 3) 243, elliptical in response to the applied voltage Vm to the electro-optic crystal 243 I do. That is, the polarization state of the light passing through the electro-optic crystal 243 changes according to the applied voltage Vm. After passing through the analyzer 244, such elliptically polarized light is received by the light receiving unit as the outgoing light 110. The change in the output intensity, which is the change in the intensity of the outgoing light 110, corresponds to the polarization state of the light passing through the electro-optic crystal 243. Since this polarization state changes according to the applied voltage Vm, the output intensity of the analyzer 244 is monitored at the light receiving unit via the optical fiber 246b on the light receiving side, and the modulation of the light amount (intensity) is calculated to apply the applied voltage. The voltage Vm can be measured. Here, the modulation degree of the light amount is a ratio of the AC component of the light amount to the DC component of the light amount.

ところで、光電圧センサは、屋外の厳しい環境下で使用されることが多く、その温度特性には厳しい条件が要求され、−20℃〜80℃において変調度変化が±1%以下であることが望まれる。上記従来の光電圧センサにおいて温度特性が生じる要因としては、λ/4板242や電気光学結晶243における接着部の応力による屈折率の変化や、λ/4板242の複屈折の温度特性がある。また、LiNbO3 など自然複屈折を有する電気光学結晶が使用される場合には、電気光学結晶243への入射光のビーム状態により、光電圧センサの出力などが変化する。 By the way, optical voltage sensors are often used under severe outdoor environments, and strict conditions are required for their temperature characteristics, and the modulation degree change at -20 ° C to 80 ° C is ± 1% or less. desired. Factors that cause the temperature characteristics in the above-described conventional optical voltage sensor include a change in the refractive index due to the stress of the bonding portion in the λ / 4 plate 242 and the electro-optic crystal 243 and the temperature characteristics of the birefringence of the λ / 4 plate 242. . When an electro-optic crystal having natural birefringence, such as LiNbO 3 , is used, the output of the optical voltage sensor changes depending on the state of the beam of light incident on the electro-optic crystal 243.

図35は、軸ずれ角度αおよび軸ずれ方向βと、光電圧センサ出力との関係を例示したグラフである。図35において、点線で表されたβ1は、軸ずれ方向が0、90、180、270(度)の場合を、一点鎖線で表されたβ2は、軸ずれ方向が45、225(度)の場合を、通常の線で表されたβ3は、軸ずれ方向が135、315(度)の場合をそれぞれ表している。図35が示すように、電気光学結晶243への入射光のビーム状態(軸ずれ角度αや軸ずれ方向βなど)により、光電圧センサの出力である変調度が変化したり、その変調度の温度特性が変化したりする。   FIG. 35 is a graph illustrating the relationship between the axis shift angle α and the axis shift direction β and the output of the optical voltage sensor. In FIG. 35, β1 represented by a dotted line indicates a case where the axis deviation direction is 0, 90, 180, and 270 (degree), and β2 represented by a dashed line indicates a case where the axis deviation direction is 45, 225 (degree). Β3 represented by a normal line represents the case where the axis deviation directions are 135 and 315 (degrees). As shown in FIG. 35, the degree of modulation, which is the output of the optical voltage sensor, changes depending on the beam state of the light incident on the electro-optic crystal 243 (such as the axis shift angle α and the axis shift direction β). Temperature characteristics change.

このような要因のそれぞれに対応した改善方法としては、現在、次の3つのようなものが挙げられる。
(1)第1に、電気光学結晶に加わる応力の緩和により電気光学結晶の温度特性を改善する方法が挙げられる。この方法では、電気光学結晶を無接着状態で固定することにより、電気光学結晶に加わる応力が緩和される。この方法は、特開平9−145745号公報に開示されている。
(2)第2に、入射光の軸ずれ角度の低減により電気光学結晶の自然複屈折の温度特性を改善する方法が挙げられる。この方法では、光学部品自身の機械的な面精度を向上させて電気光学結晶における光の入射角を0.2°以下にすることにより、入射光の軸ずれによる温度特性が改善される。この方法は特開平3−44562号公報に開示されている。
(3)第3に、電気光学素子に対する入射光の入射角度を周囲温度に対応して変化させることにより、センサ出力の温度特性を改善する方法が挙げられる。この方法では、電気光学結晶(ポッケルス素子)に対する入射光の入射角度を周囲温度に対応して変化させる入射角調整部で、その入射角度の変化による出力変化で温度変化による出力変化を相殺することにより、センサ出力の温度特性が改善される。この方法に基づく光学式センサは、特開平7−248339号公報に開示されている。
At present, the following three methods can be cited as an improvement method corresponding to each of such factors.
(1) First, there is a method of improving the temperature characteristics of the electro-optic crystal by relaxing the stress applied to the electro-optic crystal. In this method, the stress applied to the electro-optic crystal is reduced by fixing the electro-optic crystal in a non-adhesive state. This method is disclosed in JP-A-9-145745.
(2) Secondly, there is a method of improving the temperature characteristic of spontaneous birefringence of the electro-optic crystal by reducing the axis shift angle of the incident light. In this method, by improving the mechanical surface accuracy of the optical component itself to reduce the incident angle of light on the electro-optic crystal to 0.2 ° or less, the temperature characteristics due to the axis shift of the incident light are improved. This method is disclosed in JP-A-3-44562.
(3) Third, there is a method of improving the temperature characteristics of the sensor output by changing the incident angle of the incident light on the electro-optical element according to the ambient temperature. According to this method, an incident angle adjustment unit that changes an incident angle of incident light on an electro-optic crystal (Pockels element) in accordance with an ambient temperature, and cancels an output change due to a temperature change with an output change due to the change in the incident angle. Thereby, the temperature characteristic of the sensor output is improved. An optical sensor based on this method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-248339.

以上のように、従来の光デバイスでは、光ファイバとの光学系を結合するために少なくとも1つまたは2つのレンズを必要とし、部品点数も多くなる。また、このような光学系の結合には、多大な時間と労力を要する。したがって、以上のような光デバイスの構成によれば、装置の高コスト化を招く、という問題点がある。   As described above, in the conventional optical device, at least one or two lenses are required to couple the optical system with the optical fiber, and the number of components is increased. In addition, such coupling of optical systems requires a great deal of time and effort. Therefore, according to the configuration of the optical device as described above, there is a problem that the cost of the apparatus is increased.

さらに、光学式センサには、上記の問題点の他に、温度特性に関連した特有の問題点もある。すなわち、上記(1)の方法によれば、大きな温度特性の原因となるビーム状態の変動を防止できるが、初期のビーム状態がばらつく場合は温度特性のバラツキは避けられない。上記(2)の方法は、使用が容易であるが、軸ずれの影響は、軸ずれ角度だけでなく、軸ずれ方向にも関係する。このため、上記(2)の方法に基づく軸ずれ角度の低減だけでは、安定な特性が得られない。上記(3)の方法では、電気光学結晶に対する入射光の入射角度を周囲温度に対応して変化させる入射角調整部を必要とし、これにより構成が複雑化し、生産性の低下やコストの上昇を招く。また、前述のように軸ずれの影響は軸ずれ角度だけでなく軸ずれ方向にも関係するので、入射光の入射角度すなわち軸ずれ角度の調整だけでは安定な温度特性が得られない。   Further, in addition to the above-described problems, the optical sensor has a specific problem related to the temperature characteristics. That is, according to the above method (1), it is possible to prevent the fluctuation of the beam state which causes a large temperature characteristic, but when the initial beam state varies, the fluctuation of the temperature characteristic cannot be avoided. The method (2) is easy to use, but the effect of the axis shift is related not only to the axis shift angle but also to the axis shift direction. Therefore, stable characteristics cannot be obtained only by reducing the axis deviation angle based on the method (2). The method (3) requires an incident angle adjustment unit that changes the incident angle of the incident light on the electro-optic crystal in accordance with the ambient temperature, thereby complicating the configuration, reducing the productivity and increasing the cost. Invite. Further, as described above, since the influence of the axis shift relates not only to the axis shift angle but also to the axis shift direction, stable temperature characteristics cannot be obtained only by adjusting the incident angle of the incident light, that is, the axis shift angle.

これに対し本願出願人は、自然複屈折率を有する電気光学結晶の軸ずれ特性を利用して変調度の温度特性を制御するという方法に基づく光電圧センサの発明につき、特願平11−215798号として既に出願している。この出願中の発明に係る光電圧センサによれば、電気光学結晶への入射光のビーム状態(軸ずれ角度および軸ずれ方向、または広がり角度など)を制御することにより、光電圧センサの温度特性が改善される。すなわち、軸ずれ角度のみならず軸ずれ方向をも考慮して軸ずれ状態を適切に設定することにより温度特性等が改善される。   On the other hand, the applicant of the present application has disclosed an invention of an optical voltage sensor based on a method of controlling the temperature characteristic of the degree of modulation by utilizing the off-axis characteristic of an electro-optic crystal having a natural birefringence. No. has already been filed. According to the optical voltage sensor according to the invention of the present application, the temperature characteristic of the optical voltage sensor is controlled by controlling the beam state (axis shift angle and axis shift direction or spread angle) of the incident light on the electro-optic crystal. Is improved. That is, the temperature characteristics and the like are improved by appropriately setting the state of the axis deviation in consideration of not only the axis deviation angle but also the axis deviation direction.

しかし、この出願中の発明に基づくビーム状態の制御は、レンズなどの光学部品の公差に起因するビーム状態のバラツキを防止するためのビーム状態管理がコスト上昇を招くため、価格的に不利である。   However, the beam state control based on the invention of the present application is disadvantageous in terms of cost because beam state management for preventing variations in the beam state due to tolerances of optical components such as lenses causes an increase in cost. .

したがって、現在、光電圧センサの低価格化を図るために、低コストでビーム状態を管理することが求められている。   Therefore, at present, it is required to manage the beam state at low cost in order to reduce the price of the optical voltage sensor.

以上より、本発明の目的は、光ファイバと簡易かつ低コストに光学系の結合を行うことができ、部品点数の少ない低コストな光デバイスを提供することである。また、以下では、参考例として、コスト上昇を招くことなく、光学部品の公差等に起因するビーム状態のバラツキを抑制することにより、温度特性の安定化された光電圧センサなどの光学式センサについても説明する。   As described above, an object of the present invention is to provide a low-cost optical device that can easily and inexpensively couple an optical system to an optical fiber and has a small number of components. In the following, as a reference example, an optical sensor such as an optical voltage sensor whose temperature characteristics are stabilized by suppressing variations in a beam state due to tolerances of optical components and the like without increasing costs. Will also be explained.

第1の発明は、光軸に対して傾斜した端面を有する光ファイバと、
前記傾斜端面を基板として前記端面に直接に前記端面の法線方向に成長したフォトニック結晶とで構成されることを特徴とする光デバイスである。
第2の発明は、フォトニック結晶端面上に直接に形成され、端面の法線が光ファイバの光軸に平行となる材料で構成されることを特徴とする光デバイスである。
A first invention provides an optical fiber having an end surface inclined with respect to an optical axis,
An optical device comprising: a photonic crystal that is grown on the end face directly in a direction normal to the end face using the inclined end face as a substrate.
A second invention is an optical device characterized by being formed directly on an end face of a photonic crystal and made of a material whose normal to the end face is parallel to the optical axis of the optical fiber.

上記のように、第1および第2の発明によれば、フォトニック結晶により実現可能な機能を有する光学素子の製作コストの低減が可能となり、また、そのような光学素子や光ファイバを使用する光学機器の部品点数の削減が可能となる。   As described above, according to the first and second aspects, it is possible to reduce the manufacturing cost of an optical element having a function that can be realized by a photonic crystal, and to use such an optical element or an optical fiber. It is possible to reduce the number of components of the optical device.

まず、光デバイスの構成を詳説する前に、各光デバイスを構成する偏光子(直線偏光子や円偏光子)、検光子、λ/4板、ポッケルス素子などにおいて利用されるフォトニック結晶について概説するとともに、その形成方法について説明する。   First, before detailing the configuration of optical devices, the photonic crystals used in polarizers (linear polarizers and circular polarizers), analyzers, λ / 4 plates, Pockels elements, etc., that make up each optical device are outlined. And a method of forming the same will be described.

<直線偏光子として機能するフォトニック結晶の形成>
フォトニック結晶に関する文献として、例えば、ジョアノポーロス(John D.Joannopoulos)、ミード(Robert D.Meade)、およびウィン(Josua N. Winn)によって著された「Photonic crystal (フォトニック結晶)」という文献が、プリンストン大学出版局(Princeton University Press)から発行されている(1995年発行)。この文献に記載されているように、フォトニック結晶は、相対的に高い屈折率材料と低い屈折率材料からなる1〜3次元の周期構造を有し、主に高屈折率材料および低屈折率材料の屈折率および形状や、屈折率の空間的変化の周期、入射される光ビームの方向および波長(以下、それぞれ「使用ビーム方向」、「使用ビーム波長」という)に起因する、前記周期構造内での光波の分散特性を利用して、光波を制御するものである。したがって、使用ビーム波長に対し、フォトニック結晶における前記屈折率および形状や、屈折率の空間的変化の周期、使用ビーム方向を適切に制御すると、2種類の直線偏光であるTM波とTE波の分散特性に相違が生じるという現象を利用することにより、偏光子やλ/4板等を実現することができる。例えば、このようなフォトニック結晶を利用した偏光子については、特開2000−56133号公報に開示されている。また、フォトニック結晶に使用される高屈折率材料と低屈折率材料の形状については、前記文献にも記載されているように、多くの種類が提案され作製されている。
<Formation of photonic crystal that functions as linear polarizer>
References relating to photonic crystals include, for example, "Photonic crystal", written by John D. Joannopoulos, Robert D. Meade, and Josua N. Winn. Published by Princeton University Press (published in 1995). As described in this document, a photonic crystal has a 1-3 dimensional periodic structure composed of a relatively high refractive index material and a low refractive index material, and is mainly composed of a high refractive index material and a low refractive index material. The periodic structure caused by the refractive index and shape of the material, the period of the spatial change of the refractive index, the direction and wavelength of the incident light beam (hereinafter, referred to as “used beam direction” and “used beam wavelength”, respectively). The light wave is controlled by utilizing the dispersion characteristics of the light wave in the inside. Therefore, when the refractive index and the shape in the photonic crystal, the period of the spatial change of the refractive index, and the used beam direction are appropriately controlled with respect to the used beam wavelength, the two types of linearly polarized light, the TM wave and the TE wave, can be used. By utilizing the phenomenon that the dispersion characteristics are different, a polarizer, a λ / 4 plate, or the like can be realized. For example, a polarizer using such a photonic crystal is disclosed in JP-A-2000-56133. As for the shapes of the high-refractive index material and the low-refractive index material used for the photonic crystal, many types have been proposed and manufactured as described in the above-mentioned literature.

よって、後述する第18の参考例などで用いられるような、直線偏光子や検光子として機能するフォトニック結晶層を光ファイバ端面に形成することが可能である。すなわち、高屈折率材料と低屈折率材料からなるフォトニック結晶層を光ファイバの端面に形成する際に、その光ファイバを伝送すべき光を構成するTM波とTE波のうち一方のみがそのフォトニック結晶層を通過するように、その光の波長に対して高屈折率材料および低屈折率材料の屈折率および形状や、屈折率の空間的変化の周期、使用ビーム方向を設定することができる(例えば特開2000−56133号公報に記載の図4および図6参照)。光ファイバ端面へのフォトニック結晶の具体的な形成方法については後述する。   Therefore, it is possible to form a photonic crystal layer that functions as a linear polarizer or an analyzer on the end face of the optical fiber as used in an eighteenth reference example described later. That is, when a photonic crystal layer made of a high-refractive-index material and a low-refractive-index material is formed on the end face of an optical fiber, only one of the TM wave and the TE wave constituting the light to be transmitted through the optical fiber is used. The refractive index and shape of the high-refractive index material and the low-refractive index material, the period of the spatial change of the refractive index, and the beam direction to be used are set so that the light passes through the photonic crystal layer. (For example, see FIGS. 4 and 6 described in JP-A-2000-56133). A specific method of forming a photonic crystal on the end face of the optical fiber will be described later.

なお、後述する第13の参考例では、高屈折率層と低屈折率層という2種類の層が交互に積層されてなるフォトニック結晶として多層膜を作製する際に、その2種類の層がセンサ部への入射光の方向(光軸方向)に積層され、高屈折率層の厚みと低屈折率層の厚みとの和がその入射光の波長の1/4となるように設定されていれば、これにより、TM波とTE波のいずれもがそのフォトニック層を通過できないようにすることができる。これは、1次元フォトニック結晶として形成された多層膜がその入射光に対して反射膜として機能することを意味する。このような機能を用いた具体的な光デバイスの構成については、対応する参考例において後述する。   In a thirteenth reference example described later, when a multilayer film is manufactured as a photonic crystal in which two types of layers, a high refractive index layer and a low refractive index layer, are alternately stacked, the two types of layers are used. The layers are stacked in the direction (optical axis direction) of the incident light on the sensor unit, and are set so that the sum of the thickness of the high refractive index layer and the thickness of the low refractive index layer is 1 / of the wavelength of the incident light. This makes it possible to prevent both the TM wave and the TE wave from passing through the photonic layer. This means that the multilayer film formed as a one-dimensional photonic crystal functions as a reflection film for the incident light. A specific configuration of an optical device using such a function will be described later in a corresponding reference example.

<λ/4板として機能するフォトニック結晶の形成>
また、上記のように、使用ビーム波長に対してフォトニック結晶における前記屈折率および形状や、屈折率の空間的変化の周期、使用ビーム方向を適切に制御すると、2種類の直線偏光であるTM波とTE波の分散特性に相違が生じるという現象を利用することにより、λ/4板を実現することができる。したがって、後述する第19の参考例などのように、λ/4板として機能するフォトニック結晶層を光ファイバ端面に形成することが可能である。すなわち、高屈折率材料と低屈折率材料からなるフォトニック結晶層を光ファイバの端面に形成する際に(具体的な形成方法は後述するが)、その光ファイバを伝送されるべき光を構成するTM波とTE波の双方がそのフォトニック結晶層を通過し且つその通過によってTM波とTE波との間にその光の波長の1/4に相当する位相差が生じるように、その光の波長について高屈折率材料および低屈折率材料の屈折率および形状や、屈折率の空間的変化の周期、使用ビーム方向を設定することができる。
<Formation of photonic crystal functioning as λ / 4 plate>
As described above, if the refractive index and the shape of the photonic crystal, the period of the spatial change of the refractive index, and the direction of the used beam are appropriately controlled with respect to the used beam wavelength, two types of linearly polarized light TM The λ / 4 plate can be realized by utilizing the phenomenon that the dispersion characteristics of the wave and the TE wave are different. Therefore, a photonic crystal layer functioning as a λ / 4 plate can be formed on the end face of the optical fiber as in a nineteenth reference example described later. That is, when a photonic crystal layer made of a high-refractive-index material and a low-refractive-index material is formed on an end face of an optical fiber (a specific forming method will be described later), light to be transmitted through the optical fiber is formed. Both the TM wave and the TE wave pass through the photonic crystal layer, and the passage causes a phase difference corresponding to 1/4 of the wavelength of the light between the TM wave and the TE wave. It is possible to set the refractive index and shape of the high refractive index material and the low refractive index material, the period of the spatial change of the refractive index, and the beam direction to be used for the wavelength of.

<円偏光子として機能するフォトニック結晶層の形成>
無偏光を円偏光に変換する偏光子である円偏光子は、光伝播方向に相対的に高い透磁率材料と低い透磁率材料からなる1〜3次元の周期構造を有するフォトニック結晶によって実現することができる。
<Formation of photonic crystal layer functioning as circular polarizer>
A circular polarizer, which is a polarizer that converts non-polarized light into circularly polarized light, is realized by a photonic crystal having a 1-3-dimensional periodic structure composed of a material having relatively high permeability and a material having low permeability in the light propagation direction. be able to.

図1は、円偏光子として機能するフォトニック結晶の一例を示す斜視図である。このフォトニック結晶は、低透磁率の媒質(例えば空気)中に高透磁率の材料からなる円柱状の部分が周期的に配置されることにより、高透磁率部分211と低透磁率部分212とが2次元的に一定の周期で繰り返される周期構造、すなわち透磁率が2次元的かつ周期的に変化する周期構造(以下「透磁率についての2次元周期構造」という)を有している。なお、高透磁率部分211は、この2次元フォトニック結晶210への入射光の伝播方向に対する透磁率が高ければよく、全ての方向に対して透磁率が高いものである必要はない。また、低透磁率部分212は、この2次元フォトニック結晶210への入射光の伝播方向に対する透磁率が低ければよく、全ての方向に対して透磁率が低いものである必要はない。   FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a photonic crystal that functions as a circular polarizer. This photonic crystal has a high magnetic permeability portion 211 and a low magnetic permeability portion 212 formed by periodically disposing a columnar portion made of a high magnetic permeability material in a low magnetic permeability medium (for example, air). Has a periodic structure that is repeated two-dimensionally at a constant period, that is, a periodic structure in which the magnetic permeability changes two-dimensionally and periodically (hereinafter, referred to as “two-dimensional periodic structure regarding magnetic permeability”). The high magnetic permeability portion 211 only needs to have high magnetic permeability in the propagation direction of the incident light to the two-dimensional photonic crystal 210, and does not need to have high magnetic permeability in all directions. The low magnetic permeability portion 212 only needs to have a low magnetic permeability in the direction of propagation of light incident on the two-dimensional photonic crystal 210, and does not need to have a low magnetic permeability in all directions.

いま、このように透磁率についての2次元周期構造を有するフォトニック結晶210に無偏光が入射するものとし(以下、この無偏光を「無偏波入射光」という)、2次元フォトニック結晶210は、図1に示すように、この無偏波入射光215の伝播方向とその伝播方向に垂直な少なくとも1方向とに透磁率が周期的に変化するように配置されているものとする。無偏波入射光215は、一般に、電界ベクトルが右回りに回転する右回円偏光213と電界ベクトルが左回りに回転する左回円偏光214とに分解することができる。右回円偏光213の磁界(以下、この磁界の波を「第1磁界波」という)と左回円偏光214の磁界(以下、この磁界の波を「第2磁界波」という)とは、共に無偏波入射光215の伝播方向に平行で互いに逆向きになっている。無偏波入射光215の波長に対して、2次元フォトニック結晶210における高透磁率部分211と低透磁率部分212の透磁率や、透磁率の空間的変化の周期、無偏波入射光215の方向が適切に設定されていれば、第1および第2磁界波が2次元フォトニック結晶210における高透磁率部分211と低透磁率部分212との境界で反射される際に、その反射前の位相と反射後の位相との差が第1磁界波と第2磁界波とで相違する。このようにして生じる位相差の相違が所定の条件を満たすと、第1および第2磁界波のうち一方については散乱がその磁界を弱める方向に働き、他方については散乱がその磁界を強める方向に働く。その結果、直線偏光子として機能する前述のフォトニック結晶と同様、第1および第2磁界波のうち一方のみが2次元フォトニック結晶210を通過するようになる。したがって、2次元フォトニック結晶210において高透磁率部分211と低透磁率部分212の透磁率や、透磁率の空間的変化の周期、無偏波入射光215の方向を適切に設定することにより、その2次元フォトニック結晶210を無偏波入射光215に対して円偏光子として機能させ、円偏波出射光216を得ることができる。よって、後述する第20の参考例などのように、円偏光子として機能するフォトニック結晶層を光ファイバ端面に単一層として形成することが可能である(具体的な形成方法は後述する)。   Now, it is assumed that non-polarized light is incident on the photonic crystal 210 having the two-dimensional periodic structure with respect to the magnetic permeability (hereinafter, this non-polarized light is referred to as “non-polarized light incident light”). As shown in FIG. 1, it is assumed that the magnetic permeability is periodically changed in the propagation direction of the non-polarized light 215 and at least one direction perpendicular to the propagation direction. The unpolarized incident light 215 can be generally decomposed into right-handed circularly polarized light 213 in which the electric field vector rotates clockwise and left-handed circularly polarized light 214 in which the electric field vector rotates counterclockwise. The magnetic field of right-handed circularly polarized light 213 (hereinafter, the wave of this magnetic field is referred to as “first magnetic field wave”) and the magnetic field of left-handed circularly polarized light 214 (hereinafter, the wave of this magnetic field is referred to as “second magnetic field wave”) Both are parallel to the propagation direction of the non-polarized incident light 215 and opposite to each other. For the wavelength of the non-polarized light 215, the magnetic permeability of the high magnetic permeability part 211 and the low magnetic permeability part 212 in the two-dimensional photonic crystal 210, the period of the spatial change of magnetic permeability, the non-polarized light 215. Is properly set, the first and second magnetic field waves are reflected at the boundary between the high permeability portion 211 and the low permeability portion 212 in the two-dimensional photonic crystal 210, before the reflection. Is different between the first magnetic field wave and the second magnetic field wave. When the difference in phase difference thus generated satisfies a predetermined condition, scattering acts in a direction to weaken the magnetic field for one of the first and second magnetic field waves, while scattering acts in a direction to strengthen the magnetic field for the other. work. As a result, similarly to the above-described photonic crystal that functions as a linear polarizer, only one of the first and second magnetic field waves passes through the two-dimensional photonic crystal 210. Therefore, in the two-dimensional photonic crystal 210, by appropriately setting the magnetic permeability of the high magnetic permeability part 211 and the low magnetic permeability part 212, the period of the spatial change of the magnetic permeability, and the direction of the non-polarized light 215, The two-dimensional photonic crystal 210 functions as a circular polarizer with respect to the non-polarized incident light 215 to obtain circularly polarized light 216. Therefore, as in a twentieth reference example described below, the photonic crystal layer functioning as a circular polarizer can be formed as a single layer on the end face of the optical fiber (a specific forming method will be described later).

<光ファイバ端面へのフォトニック結晶層の形成>
次に、光ファイバの端面にフォトニック結晶を作製する方法を説明する。図2は、3次元の高屈折率微粒子221と低屈折率部分222とからなる周期構造を有するフォトニック結晶を作製する方法を説明するための図である。この作製方法では、以下のようにして、光ファイバの端面にフォトニック結晶223が形成される。なお、以下では屈折率についての周期構造を有するフォトニック結晶の作製について説明するが、透磁率についての周期構造を有するフォトニック結晶も同様にして作製することが可能である。
<Formation of photonic crystal layer on optical fiber end face>
Next, a method for producing a photonic crystal on the end face of the optical fiber will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining a method of producing a photonic crystal having a periodic structure including three-dimensional high refractive index fine particles 221 and low refractive index portions 222. In this manufacturing method, the photonic crystal 223 is formed on the end face of the optical fiber as described below. In the following, the production of a photonic crystal having a periodic structure with a refractive index will be described. However, a photonic crystal having a periodic structure with a magnetic permeability can be produced in a similar manner.

(1)まず、複数の光ファイバを各光ファイバの一方の端面がほぼ同一平面上に揃うように束ねて、光ファイバ束224を作成する。
(2)上記のようにしてほぼ同一平面上に揃えられた各端面からなる光ファイバ束224の端面を基板とし、その基板上に、それらの光ファイバで伝送すべき光ビームの波長(使用ビーム波長)の20〜80%程度の粒径を有する高屈折率微粒子221を周期的に積層する。
(3)上記のようにして端面に高屈折率微粒子221が周期的に積層された光ファイバ束224を個々の光ファイバに分離する。
(1) First, an optical fiber bundle 224 is created by bundling a plurality of optical fibers such that one end face of each optical fiber is substantially aligned on the same plane.
(2) The end face of the optical fiber bundle 224 composed of the end faces aligned on substantially the same plane as described above is used as a substrate, and the wavelength of the light beam to be transmitted by those optical fibers (used beam) is placed on the substrate. The high refractive index fine particles 221 having a particle diameter of about 20 to 80% of the wavelength (wavelength) are periodically laminated.
(3) The optical fiber bundle 224 in which the high refractive index fine particles 221 are periodically laminated on the end face as described above is separated into individual optical fibers.

以上の工程(1)〜(3)により、端面上にフォトニック結晶が作製された光ファイバを量産することができる。もちろん、光ファイバ束224の数に制限はなく、量産には適しないが、その数が1本であってもよい。   Through the above steps (1) to (3), it is possible to mass-produce an optical fiber having a photonic crystal formed on an end face. Of course, the number of the optical fiber bundles 224 is not limited and is not suitable for mass production, but the number may be one.

図2では光ファイバのコア3の断面と高屈折率微粒子221とがほぼ同じ大きさで描かれているが、通常の光ファイバのコア径は5〜300μmであり、使用ビーム波長が0.85μmである場合、高屈折率微粒子221の粒径は0.17〜0.68μmとなる。また、図2に示したフォトニック結晶223では低屈折率部分222は空気であるが、上記工程(2)と同様にして微粒子を積層した後に、その微粒子間の間隙にその微粒子の屈折率よりも大きい屈折率の材料を充填するようにしてもよい。この場合、積層された前記微粒子部分を低屈折率部分とし前記微粒子間に充填された材料を高屈折部分とする周期構造を有するフォトニック結晶が得られる。なお、図2に示したフォトニック結晶223は高屈折率部分と低屈折率部分とが交互に繰り返される周期構造を有しているが、高透磁率部分と低透磁率部分とが交互に繰り返される周期構造を有するフォトニック結晶も上記と同様にして光ファイバ端面に形成することができる。   In FIG. 2, the cross section of the core 3 of the optical fiber and the high-refractive-index fine particles 221 are drawn with almost the same size. However, the core diameter of a normal optical fiber is 5 to 300 μm, and the beam wavelength used is 0.85 μm. In this case, the particle size of the high refractive index fine particles 221 is 0.17 to 0.68 μm. In the photonic crystal 223 shown in FIG. 2, the low-refractive-index portion 222 is air. However, after laminating the fine particles in the same manner as in the above step (2), the gap between the fine particles is smaller than the refractive index of the fine particles. May be filled with a material having a large refractive index. In this case, a photonic crystal having a periodic structure in which the laminated fine particle portion is a low refractive index portion and the material filled between the fine particles is a high refractive portion is obtained. The photonic crystal 223 shown in FIG. 2 has a periodic structure in which a high refractive index portion and a low refractive index portion are alternately repeated, but a high magnetic permeability portion and a low magnetic permeability portion are alternately repeated. A photonic crystal having a periodic structure can be formed on the end face of the optical fiber in the same manner as described above.

以上のような工程(1)〜(3)により、高屈折率微粒子221を周期的に積層する方法によれば、高屈折率微粒子221は、規則的なパターンで、典型的には等間隔に配列されることになる。しかし、光ファイバの端面上に高屈折率微粒子221を所定のパターンで配列する場合には、さらに工程が必要となる。   According to the method of periodically laminating the high-refractive-index fine particles 221 by the steps (1) to (3) as described above, the high-refractive-index fine particles 221 have a regular pattern, typically at regular intervals. Will be arranged. However, when the high refractive index fine particles 221 are arranged in a predetermined pattern on the end face of the optical fiber, an additional process is required.

例えば、工程(2)において、高屈折率微粒子221を積層させる前に、光ファイバの端面に所望の溝パターンを作成する工程を追加する。このように所定の溝パターンを作成した後に、高屈折率微粒子221を積層すれば、当該パターンに合わせて高屈折率微粒子221を配列することができ、光ファイバ面に対して所望の構造を持ったフォトニック結晶を形成することができる。   For example, in the step (2), before laminating the high refractive index fine particles 221, a step of forming a desired groove pattern on the end face of the optical fiber is added. If the high-refractive-index fine particles 221 are laminated after forming the predetermined groove pattern in this way, the high-refractive-index fine particles 221 can be arranged according to the pattern, and have a desired structure with respect to the optical fiber surface. Photonic crystals can be formed.

ここで、溝パターンとは、高屈折率微粒子221をそれぞれ所定の位置に固定するために設けられた浅い溝の集合をいう。溝の幅や深さは特に限定されない。また、高屈折率微粒子221をそれぞれ所定の位置に固定することができるパターンであれば、溝状のパターンに限られるわけではなく、1本または2本以上の線状または点状の突起で構成されるパターンであっても、点状または面状のくぼみで構成されるパターンであってもよい。   Here, the groove pattern refers to a set of shallow grooves provided for fixing the high refractive index fine particles 221 at predetermined positions. The width and depth of the groove are not particularly limited. The pattern is not limited to a groove pattern as long as it can fix the high-refractive-index fine particles 221 at predetermined positions, and is formed of one or two or more linear or dot-like projections. Pattern or a pattern composed of point-like or planar depressions.

以上のような溝パターンを光ファイバの端面に作成する具体的な方法としては、例えば、以下の3つのような方法が考えられる。第1は、PMMA(ポリメチルメタクリレート)などの樹脂膜をスピンコート法などで基板上に作成した後、電子ビームによって所望の溝パターンを描画し、現像することによって溝パターンを作成する方法である。第2には、所望の溝パターンのマスクを基板上に配置し、エッチング処理を行った後にマスクを除去することによって作成する方法である。第3は、所望の溝パターンの精密金型を基板に対して所定の力で押しつけることにより、溝パターンを作成する方法である。   As a specific method of forming the above groove pattern on the end face of the optical fiber, for example, the following three methods can be considered. The first is a method in which a resin film such as PMMA (polymethyl methacrylate) is formed on a substrate by spin coating or the like, and then a desired groove pattern is drawn by an electron beam and developed to form a groove pattern. . The second is a method in which a mask having a desired groove pattern is arranged on a substrate, and the mask is removed after performing an etching process. A third method is to form a groove pattern by pressing a precision mold having a desired groove pattern against a substrate with a predetermined force.

ところで、図2に示したフォトニック結晶223が形成される光ファイバ端面は、光ファイバのコア3の中心軸に垂直であるが、上記のフォトニック結晶223の積層方向(成長方向)と異なる方向が最適条件(または好適な条件)に対応する場合がある。すなわち、例えば偏光子として機能するフォトニック結晶を光ファイバ端面に形成する場合において、そのフォトニック結晶の積層方向を光ファイバのその端面からの光の出射方向(またはその端面への光の入射方向)と異なる所定方向に設定したときに、そのフォトニック結晶が偏光子として最適または好適に機能するときがある。このときには、まず、フォトニック結晶を形成すべき端面が光ファイバのコア3の中心軸(後述する図3においてはコア173の光軸225)に対して所定の角度をなすように、例えば斜め研磨によって光ファイバの端面を加工する。すなわち、図3に示すように、法線方向と光軸225とのなす角が上記の最適条件に対応するように加工された斜め端面226を持つ光ファイバ148を作製する。次に、上記工程(2)と同様にして、この斜め端面226の法線方向227へ高屈折率微粒子221を周期的に積層する。これにより、微粒子221を高屈折率部分とし微粒子221間の間隙に存在する空気を低屈折率部分222とする周期構造を有するフォトニック結晶が、光ファイバ148の斜め端面226に形成される。   The end face of the optical fiber on which the photonic crystal 223 shown in FIG. 2 is formed is perpendicular to the central axis of the core 3 of the optical fiber, but in a direction different from the laminating direction (growing direction) of the photonic crystal 223. May correspond to optimal conditions (or suitable conditions). That is, for example, when a photonic crystal that functions as a polarizer is formed on the end face of an optical fiber, the laminating direction of the photonic crystal is determined by the direction in which light is emitted from the end face of the optical fiber (or the direction in which light is incident on the end face). When the photonic crystal is set in a predetermined direction different from that of the photonic crystal, the photonic crystal may function optimally or suitably as a polarizer. At this time, first, for example, oblique polishing is performed so that the end face on which the photonic crystal is to be formed makes a predetermined angle with respect to the central axis of the optical fiber core 3 (the optical axis 225 of the core 173 in FIG. 3 described later). Process the end face of the optical fiber. That is, as shown in FIG. 3, an optical fiber 148 having an oblique end surface 226 processed so that the angle between the normal direction and the optical axis 225 corresponds to the above-mentioned optimum condition is manufactured. Next, similarly to the step (2), the high refractive index fine particles 221 are periodically laminated in the normal direction 227 of the oblique end face 226. As a result, a photonic crystal having a periodic structure in which the fine particles 221 have high refractive index portions and the air existing in the gaps between the fine particles 221 has low refractive index portions 222 is formed on the oblique end surface 226 of the optical fiber 148.

なお、上記工程(1)〜(3)のように、斜め端面226の形成された複数の光ファイバ148を各斜め端面226が同一平面上に揃うように束ねて光ファイバ束を作成し、その光ファイバ束の斜めの端面に対して上記のようにしてフォトニック結晶を形成した後に、その光ファイバ束を個々の光ファイバに分離してもよい。このようにすれば、斜め端面226上にフォトニック結晶が作製された光ファイバを量産することができる。   As in the above steps (1) to (3), a plurality of optical fibers 148 having the slanted end faces 226 are bundled so that the slanted end faces 226 are aligned on the same plane to form an optical fiber bundle. After forming the photonic crystal on the oblique end face of the optical fiber bundle as described above, the optical fiber bundle may be separated into individual optical fibers. By doing so, it is possible to mass-produce an optical fiber in which a photonic crystal is formed on the oblique end surface 226.

また、図3に示したように光ファイバ148の光軸225に対して斜め方向に積層したフォトニック結晶を光軸225に垂直な面を持つ光学部品と光学的に結合する場合には、斜め端面で使用してもよいが、フォトニック結晶が積層された光ファイバ148の端面がその光学部品の面に密着するように、斜めに積層されたそのフォトニック結晶上に樹脂などを塗布して光軸225に垂直な端面を形成するようにしてもよい。   In addition, as shown in FIG. 3, when a photonic crystal laminated in a direction oblique to the optical axis 225 of the optical fiber 148 is optically coupled to an optical component having a surface perpendicular to the optical axis 225, The end face of the optical fiber 148 on which the photonic crystal is laminated may be used, but a resin or the like is applied onto the diagonally laminated photonic crystal such that the end face of the optical fiber 148 is in close contact with the surface of the optical component. An end face perpendicular to the optical axis 225 may be formed.

なお、以上では光ファイバ端面に3次元フォトニック結晶を作製する場合について説明したが、光軸に対して垂直ないし斜めの端面において3次元的な周期構造ではなく積層方向への周期構造を有する多層膜構造の1次元フォトニック結晶を作製する場合についても同様な方法を用いることができる。   Although the case where a three-dimensional photonic crystal is formed on the end face of the optical fiber has been described above, a multilayer having a periodic structure in the stacking direction instead of a three-dimensional periodic structure on the end face perpendicular or oblique to the optical axis. A similar method can be used for producing a one-dimensional photonic crystal having a film structure.

<光ファイバ内へのフォトニック結晶層の形成>
次に、光ファイバ内にフォトニック結晶を作製する方法について説明する。コアとクラッドとを有する光ファイバを貫通するように、互いに平行な複数の円柱状のホールを形成し、この円柱状のホールは一定の間隔で分布してものとする。このような円柱状のホールは、例えば、光ファイバの光軸に対して垂直方向にドリルなどを用いた機械的処理、レーザなどを用いた光学的処理または熱処理、エッチングなどの化学的処理によって形成され、コアを貫通する複数の微小なホールが作成される。なお、エッチングは、例えば陽極酸化アルミナをマスクとしたドライエッチングによって行われる。このようにして形成された円柱状のホールには、空気や種々の屈折率を有する気体が満たされていてもよいし、任意の屈折率を有する材料が例えばゾルゲル法によって充填されてもよい。ここで、充填される材料がファラデー結晶や液晶等の機能材料であれば、光ファイバにおける該当部分は、機能材料の性質に応じて、偏光子、ファラデー素子、λ/4板等の機能を有することになる。それらを利用した光デバイスの具体的な作製方法については、各参考例において後述する。
<Formation of photonic crystal layer in optical fiber>
Next, a method for producing a photonic crystal in an optical fiber will be described. A plurality of cylindrical holes parallel to each other are formed so as to penetrate an optical fiber having a core and a clad, and the cylindrical holes are distributed at regular intervals. Such a cylindrical hole is formed by, for example, mechanical processing using a drill or the like in a direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber, optical processing using a laser or the like, heat treatment, or chemical processing such as etching. Then, a plurality of minute holes penetrating the core are created. The etching is performed, for example, by dry etching using anodized alumina as a mask. The thus formed columnar hole may be filled with air or a gas having various refractive indexes, or may be filled with a material having an arbitrary refractive index by, for example, a sol-gel method. Here, if the material to be filled is a functional material such as a Faraday crystal or a liquid crystal, the corresponding portion in the optical fiber has a function such as a polarizer, a Faraday element, and a λ / 4 plate according to the properties of the functional material. Will be. A specific method for fabricating an optical device using them will be described later in each reference example.

以上のような複数の円柱状ホールがフォトニック結晶を構成するのは、ホールの分布状態に係る。図4は、光ファイバのコアに円柱状のホールを正方分布させた場合に、シミュレーションの結果得られたフォトニックバンドを示している。図4において、横軸は光の伝搬方向に対応し、ブリルアンゾーン内の全方向を展開している。また、縦軸は、規格化周波数に対応する。実線はTMモードの光を示し、点線はTEモードの光を示している。なお、横軸のブリルアンゾーン内の波数ベクトルは光ファイバ中の光の伝搬方向に対応し、縦軸の規格周波数は光源波長に対応している。   The reason why the plurality of cylindrical holes constitute the photonic crystal is related to the distribution state of the holes. FIG. 4 shows a photonic band obtained as a result of simulation when cylindrical holes are squarely distributed in the core of the optical fiber. In FIG. 4, the horizontal axis corresponds to the light propagation direction, and extends in all directions in the Brillouin zone. The vertical axis corresponds to the normalized frequency. The solid line indicates light in the TM mode, and the dotted line indicates light in the TE mode. The wave vector in the Brillouin zone on the horizontal axis corresponds to the propagation direction of light in the optical fiber, and the standard frequency on the vertical axis corresponds to the light source wavelength.

図4の例において、TMモード禁止帯の光源波長ではいかなるTMモードの光も存在できず、TEモードの光のみが伝搬しうる。しかもこのTEモードの光の許される伝播方向は、一定の伝搬方向に限られることがわかる。そこで、このTEモードが伝搬しうる方向を光ファイバの光軸と一致させるように、円柱状のホールを分布させることが好ましい。この光デバイスは、この周波数帯の光源波長で、一定の伝搬方向についてTEモードのみを伝搬させる偏光子として機能させることができる。したがって、偏光子となる伝搬方向を光ファイバの光軸に一致させるように円柱状のホールを分布させれば、光ファイバは、光軸近傍を伝搬するモードに対しても偏光子として作用する。   In the example of FIG. 4, no light in the TM mode can exist at the light source wavelength in the TM mode forbidden band, and only light in the TE mode can propagate. Moreover, it can be seen that the permissible propagation direction of this TE mode light is limited to a certain propagation direction. Therefore, it is preferable to distribute cylindrical holes so that the direction in which the TE mode can propagate is coincident with the optical axis of the optical fiber. This optical device can function as a polarizer that propagates only the TE mode in a certain propagation direction at the light source wavelength in this frequency band. Therefore, if the cylindrical holes are distributed so that the propagation direction of the polarizer coincides with the optical axis of the optical fiber, the optical fiber also functions as a polarizer for a mode propagating near the optical axis.

なお、図4に示すフォトニックバンドは、円柱状のホールを分布させた場合として例示したが、これに限られない。例えば、円柱状のホールを種々の物質で充填して円柱体とした場合には、この円柱体を構成する物質の屈折率を変化させることができる。したがって、円柱状ホール部分の屈折率、外径、分布態様などの条件によって全ての伝搬方向について、TEモードだけでなくTMモードについても偏光子として機能させることができる。   Note that the photonic band shown in FIG. 4 is illustrated as an example in which cylindrical holes are distributed, but the present invention is not limited to this. For example, when a cylindrical hole is filled with various materials to form a cylindrical body, the refractive index of the material constituting the cylindrical body can be changed. Therefore, not only the TE mode but also the TM mode can function as a polarizer in all propagation directions depending on the conditions such as the refractive index, the outer diameter, and the distribution mode of the cylindrical hole portion.

このように、光ファイバの光軸に対して垂直方向にコアの屈折率と異なる屈折率を有する互いに平行な複数の円柱状のホールを一定の間隔で形成すると、光ファイバの光導波機能以外に、円柱状のホールの屈折率および外径と、円柱状のホールの分布とを制御することにより、光源波長に対して、2種類の直線偏光(TM、TE)の分散特性に相違が生じ、偏光子やλ/4板等の機能を有することが可能となる。なお、ホールの形状は、円柱には限定されず、他の形状であってもよい。以下、上記の方法を各種光デバイスについて応用した形態を各参考例として示す。   As described above, when a plurality of parallel cylindrical holes having a refractive index different from the refractive index of the core in a direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber are formed at a fixed interval, in addition to the optical waveguide function of the optical fiber, By controlling the refractive index and outer diameter of the cylindrical hole and the distribution of the cylindrical hole, a difference occurs in the dispersion characteristics of the two types of linearly polarized light (TM, TE) with respect to the wavelength of the light source. It is possible to have functions such as a polarizer and a λ / 4 plate. Note that the shape of the hole is not limited to a cylinder, but may be another shape. Hereinafter, embodiments in which the above method is applied to various optical devices will be described as reference examples.

以下の各参考例に係る光デバイスは、光が伝播するコアと、該コアを包むクラッドとからなる光ファイバの光軸に沿って一定区間に、第1の機能部と第2の機能部からなる2つの機能部を有し、またはさらに第3の機能部を含む3つの機能部を有している。これらの機能部は、光ファイバの光軸に沿って一定間隔をおいて設けられている。第1の機能部は、前記コアを形成する物質の屈折率と異なる屈折率を有する物質からなる互いに平行な複数の柱状体が光ファイバまたはそのコアを貫通して構成されている。具体的には、この柱状体は、例えば、電気光学効果を有する物質やファラデー効果を有する物質が充填されてなる。第2および第3の機能部は、内部が空洞(ホール)の互いに平行な複数の柱状体がコアを貫通して構成されている。これらの機能部を有することから、本光デバイスは、2種類の直線偏光(TM、TE)の各分散特性に相違を生じさせて、偏光子、λ/4板、ファラデー素子等として各機能部を機能させることができる。   The optical device according to each of the following reference examples includes a first functional unit and a second functional unit in a certain section along an optical axis of an optical fiber including a core through which light propagates and a clad surrounding the core. , Or three functional units including a third functional unit. These functional units are provided at regular intervals along the optical axis of the optical fiber. The first functional unit includes a plurality of parallel pillars made of a material having a refractive index different from that of the material forming the core, penetrating the optical fiber or its core. Specifically, the columnar body is filled with, for example, a substance having an electro-optic effect or a substance having a Faraday effect. Each of the second and third functional units has a configuration in which a plurality of columnar bodies having a cavity (hole) parallel to each other penetrate the core. Due to having these functional units, the present optical device causes each of the dispersion characteristics of two types of linearly polarized light (TM, TE) to have a difference, and is used as a polarizer, a λ / 4 plate, a Faraday element, or the like. Can function.

(第1の参考例)
以下、本発明の第1の参考例について図面を参照して説明する。図5(a)は、本発明の第1の参考例に係る光デバイスの構成を示した側面概略図である。図5(b)は、図5(a)の光デバイスを図中の線B−B’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。図5(c)は、図5(a)の光デバイスを図中の線C−C’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。なお、図5(a)において、光ファイバ1は、光デバイスに対応する所定の区間だけを取り出して示されている。
(First Reference Example)
Hereinafter, a first reference example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5A is a schematic side view showing the configuration of the optical device according to the first reference example of the present invention. FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 5A taken perpendicularly to the optical axis 2 at the position of line BB ′ in the drawing. FIG. 5C is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 5A taken perpendicularly to the optical axis 2 at the position of line CC ′ in the drawing. In FIG. 5A, the optical fiber 1 is shown by extracting only a predetermined section corresponding to the optical device.

図5(a)に示すように、本光デバイスは、光ファイバ1に形成されており、光ファイバ1は、光を伝達するコア3と、該コア3を包むクラッド4とからなる。また、光ファイバ1には、第1の機能部7と第2の機能部8とからなる2つの機能部が形成されており、光デバイスとして機能する。この第1の機能部7と第2の機能部8とは、光ファイバ1の光軸2に沿って所定の間隔をあけて設けられている。なお、光ファイバ1において、上記機能部以外の部分は、光ファイバの通常の機能である光伝送機能を実現するのみである。   As shown in FIG. 5A, the present optical device is formed on an optical fiber 1, and the optical fiber 1 includes a core 3 for transmitting light and a clad 4 surrounding the core 3. Further, the optical fiber 1 is formed with two functional units including a first functional unit 7 and a second functional unit 8, and functions as an optical device. The first function unit 7 and the second function unit 8 are provided at a predetermined interval along the optical axis 2 of the optical fiber 1. Note that, in the optical fiber 1, portions other than the above-described functional unit only realize an optical transmission function which is a normal function of the optical fiber.

まず、この第1の機能部7は、光ファイバ1の光軸2に沿った一定区間について、光軸2に対して垂直方向に光ファイバ1のコア3とクラッド4とを貫通するように形成された、互いに平行な複数のファラデー結晶置換円柱5で構成される。この複数のファラデー結晶置換円柱5は、光軸2に対して垂直方向に光ファイバ1のコア3とクラッド4とを貫通する円柱状のホールに対して、例えばゾルゲル法によって、コア3の屈折率と異なる屈折率を有するファラデー結晶を充填して作製する。ファラデー結晶は、例えばガーネット結晶などである。また、このファラデー結晶置換円柱5は、その長手方向に対して垂直な面において、それぞれが格子をなすように分布している。なお、ここでは、光の偏光面のファラデー回転を飽和させるのに十分な強度の磁界20が、光ファイバ1の光軸2に対して平行に存在するものとする。   First, the first functional unit 7 is formed so as to penetrate the core 3 and the clad 4 of the optical fiber 1 in a direction perpendicular to the optical axis 2 for a certain section along the optical axis 2 of the optical fiber 1. And a plurality of Faraday crystal replacement cylinders 5 parallel to each other. The plurality of Faraday crystal-replaced cylinders 5 are used to form a cylindrical hole penetrating the core 3 and the clad 4 of the optical fiber 1 in a direction perpendicular to the optical axis 2 by, for example, a sol-gel method. It is manufactured by filling a Faraday crystal having a refractive index different from the above. The Faraday crystal is, for example, a garnet crystal. The Faraday crystal-substituted cylinders 5 are distributed so as to form a lattice on a plane perpendicular to the longitudinal direction. Here, it is assumed that a magnetic field 20 having sufficient strength to saturate the Faraday rotation of the polarization plane of light exists parallel to the optical axis 2 of the optical fiber 1.

次に、第2の機能部8は、光ファイバ1の光軸2に沿った一定区間について、光軸2に対して垂直方向に光ファイバ1のコア3とクラッド4とを貫通するように形成された、内部が空洞であって互いに平行な複数のホール6によって構成される。この複数のホール6も、ファラデー結晶置換円柱5と同様に、その長手方向に対して垂直な面において、それぞれが格子をなすように分布している。ただし、複数のホール6の長手方向は、光軸2に垂直な平面に沿って、第1の機能部7のファラデー結晶置換円柱5の長手方向に対して45°の角度を有するように設定される。この円柱状のホール6も、例えば空気が自然に充填されるなどして、光ファイバ1のコア3の屈折率と異なる屈折率を有することになる。   Next, the second functional unit 8 is formed so as to penetrate the core 3 and the clad 4 of the optical fiber 1 in a direction perpendicular to the optical axis 2 for a certain section along the optical axis 2 of the optical fiber 1. And a plurality of holes 6 having a hollow inside and parallel to each other. Like the Faraday crystal-substituted cylinder 5, the holes 6 are also distributed so as to form a lattice on a plane perpendicular to the longitudinal direction. However, the longitudinal direction of the plurality of holes 6 is set to have an angle of 45 ° along the plane perpendicular to the optical axis 2 with respect to the longitudinal direction of the Faraday crystal replacement column 5 of the first functional unit 7. You. This cylindrical hole 6 also has a refractive index different from the refractive index of the core 3 of the optical fiber 1 due to, for example, natural filling of air.

なお、第1の機能部7のファラデー結晶置換円柱5と、第2の機能部8の円柱状のホール6とが、互いに45°の角度をなすことについては、図5(b)と図5(c)とを比較参照すれば明らかである。   The fact that the Faraday crystal-substituted cylinder 5 of the first functional unit 7 and the cylindrical hole 6 of the second functional unit 8 form an angle of 45 ° with each other will be described with reference to FIGS. It is clear from comparison with (c).

さらに、第1および第2の機能部7および8について詳細に説明する。光ファイバ1のコア3の屈折率とは異なる屈折率の円柱は、光ファイバ1の光軸2に対して垂直方向にドリル、レーザ、またはエッチングなどの方法によって形成できることは前述したとおりである。第1の機能部7は、このようにして形成された円柱状のホールにファラデー結晶をゾルゲル法で充填して作製した複数のファラデー結晶置換円柱5で構成され、偏光子とファラデー素子の機能を同時に持つ。さらに、第2の機能部8は、複数のホール6のみで構成され、偏光子(検光子)の機能を持たせるように、ホール6の外径とホール6の分布状態とを予め計算し、第1の機能部7のファラデー結晶置換円柱5の長手方向と45°の角度をなす方向を長手方向として形成されたホール6を有する。   Further, the first and second functional units 7 and 8 will be described in detail. As described above, a column having a refractive index different from that of the core 3 of the optical fiber 1 can be formed in a direction perpendicular to the optical axis 2 of the optical fiber 1 by a method such as drilling, laser, or etching. The first functional unit 7 is composed of a plurality of Faraday crystal-substituted cylinders 5 formed by filling the thus-formed cylindrical holes with Faraday crystals by a sol-gel method, and functions as a polarizer and a Faraday element. Have at the same time. Further, the second functional unit 8 is composed of only a plurality of holes 6, and calculates the outer diameter of the holes 6 and the distribution state of the holes 6 in advance so as to have a function of a polarizer (analyzer). The first functional unit 7 has a hole 6 formed with a longitudinal direction at an angle of 45 ° with the longitudinal direction of the Faraday crystal substitution column 5.

このように、光ファイバの光軸2に対して垂直方向にコア3の屈折率と異なる屈折率を有する互いに平行な複数の円柱状のホールまたは当該ホールに機能材料を充填した円柱を一定の間隔で形成すると、光源波長について、ホールまたは円柱の屈折率および外径と、ホールまたは円柱の分布とを制御することにより、2種類の直線偏光(TM、TE)の分散特性に相違が生じる。その結果、光ファイバ1における第1の機能部7は偏光子とファラデー素子とを形成し、第2の機能部8は検光子を形成するので、光ファイバ1は、光導波機能の他、光アイソレータとして作用する。したがって、レンズで光アイソレータの導波路に結合する作業が無くなると同時に部品点数の低減もでき、大幅なコストダウンを図ることができる。   As described above, a plurality of parallel cylindrical holes having a refractive index different from the refractive index of the core 3 in a direction perpendicular to the optical axis 2 of the optical fiber, or a cylindrical column filled with the functional material is fixed at a predetermined interval. By controlling the refractive index and outer diameter of the hole or the cylinder and the distribution of the hole or the cylinder with respect to the wavelength of the light source, a difference occurs in the dispersion characteristics of the two types of linearly polarized light (TM, TE). As a result, the first functional part 7 of the optical fiber 1 forms a polarizer and a Faraday element, and the second functional part 8 forms an analyzer. Act as an isolator. Therefore, the operation of coupling the optical waveguide to the optical isolator with the lens is eliminated, and the number of components can be reduced, so that the cost can be significantly reduced.

次に、図6は、本発明の第1の参考例に係る光デバイスの別例に係る部分的な構成概要図である。なお、図6に示されるホール6は、図5(a)における第2の機能部8に含まれるホール6であっても、ファラデー結晶置換円柱5を形成する前のホールであってもよい。   Next, FIG. 6 is a partial schematic configuration diagram of another example of the optical device according to the first reference example of the present invention. The hole 6 shown in FIG. 6 may be the hole 6 included in the second functional unit 8 in FIG. 5A or the hole before forming the Faraday crystal replacement column 5.

前述の説明において、円柱状のホール6またはファラデー結晶置換円柱5を形成するためのホールは、クラッド4を含めて貫通するように形成されたが、図6に示すように、コア3の部分のみにホールを形成してもよい。なぜなら、実際に、光は光ファイバ1内部のコア3のみを透過するのみであって、円柱状のホールがクラッド4を含めて貫通していても、コア3のみであっても、光ファイバ1内部を透過する光が受ける影響はほとんど変わらないからである。   In the above description, the columnar hole 6 or the hole for forming the Faraday crystal-substituted column 5 is formed so as to penetrate including the clad 4, but as shown in FIG. A hole may be formed in the hole. This is because light actually passes only through the core 3 inside the optical fiber 1, and even if the cylindrical hole penetrates including the cladding 4, or the core 3 alone, This is because the effect of light passing through the inside is hardly changed.

なお、ホールの形状は、第1の参考例では、円柱であるとして説明したが、円柱に限定されず、4角柱、多角柱、楕円柱など、他の形状であってもよい。また、上記の機能は、互いに平行な複数のホールまたは円柱からなる2次元フォトニック結晶で実現されるものとして説明したが、このような場合に限られず、ヤブロノバイトやウッドパイルと呼ばれる構造を有する3次元フォトニック結晶で実現されてもよい。   In the first reference example, the shape of the hole is described as a cylinder, but the shape is not limited to a cylinder, and may be another shape such as a quadrangular prism, a polygonal prism, or an elliptical cylinder. In addition, the above function has been described as being realized by a two-dimensional photonic crystal including a plurality of holes or columns parallel to each other. However, the present invention is not limited to such a case. It may be realized by a two-dimensional photonic crystal.

(第2の参考例)
以下、本発明の第2の参考例について図面を参照して説明する。図7は、図7(a)は、本発明の第2の参考例に係る光デバイスの構成を示した側面概略図である。図7(b)は、図7(a)の光デバイスを図中の線B−B’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。図7(c)は、図7(a)の光デバイスを図中の線C−C’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。なお、図7(a)において、光ファイバ1は、光デバイスに対応する所定の区間だけを取り出して示されている。
(Second reference example)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7A is a schematic side view showing a configuration of an optical device according to a second reference example of the present invention. FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 7A taken perpendicularly to the optical axis 2 at the position of line BB ′ in the figure. FIG. 7C is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 7A taken perpendicularly to the optical axis 2 at the position of line CC ′ in the drawing. In FIG. 7A, the optical fiber 1 is shown by extracting only a predetermined section corresponding to the optical device.

図7に示すように、本デバイスは、コア45とクラッド46とを有しかつ光を入射する入射側光ファイバ41と、コア45とクラッド46とを有しかつ光を出射する出射側光ファイバ42と、入射側光ファイバ41と出射側光ファイバ42との間に設けられ、かつ光の偏光面を回転させるファラデー素子47と、入射側光ファイバ41の光軸とファラデー素子47の光軸と出射側光ファイバ42の光軸とを機構的に調整するガイド48とで構成される。ファラデー素子47は、例えばガーネット結晶である。   As shown in FIG. 7, the present device comprises an incident optical fiber 41 having a core 45 and a clad 46 and receiving light, and an output optical fiber having a core 45 and a clad 46 and emitting light. 42, a Faraday element 47 provided between the input side optical fiber 41 and the output side optical fiber 42 and rotating the plane of polarization of light, and an optical axis of the input side optical fiber 41 and an optical axis of the Faraday element 47. And a guide 48 for mechanically adjusting the optical axis of the emission side optical fiber 42. The Faraday element 47 is, for example, a garnet crystal.

入射側光ファイバ41は、光軸49に沿った一定区間について、光軸49に対して垂直方向にコア45とクラッド46とを貫通するように形成された、互いに平行な複数の円柱状の第1のホール43を有する。第1のホール43は一定の間隔で分布しており、光ファイバ41におけるコア45の屈折率と異なる屈折率を有する。   The incident side optical fiber 41 is formed so as to penetrate the core 45 and the clad 46 in a direction perpendicular to the optical axis 49 for a certain section along the optical axis 49, and has a plurality of cylindrical columnar parts parallel to each other. It has one hole 43. The first holes 43 are distributed at regular intervals and have a refractive index different from that of the core 45 in the optical fiber 41.

同様に、出射側光ファイバ42は、光軸49に沿った一定区間について、光軸49に対して垂直方向にコア45とクラッド46とを貫通するように形成された、互いに平行な複数の円柱状の第2のホール44を有する。第2のホール44も一定の間隔で分布しており、光ファイバ42におけるコア45の屈折率と異なる屈折率を有する。   Similarly, the output side optical fiber 42 has a plurality of parallel circles formed so as to penetrate the core 45 and the clad 46 in a direction perpendicular to the optical axis 49 for a certain section along the optical axis 49. It has a columnar second hole 44. The second holes 44 are also distributed at regular intervals, and have a refractive index different from that of the core 45 in the optical fiber 42.

ここで、第1のホール43と第2のホール44については、第1の参考例において説明されているように、複数の第1のホール43と、複数の第2のホール44がそれぞれ偏光子として作用するように分布している。第1および第2のホール43および44の配置については、図4において前述したように周期的に分布していればよい。また、第1のホール43の方向と、第2のホールの方向は、図7(b)と図7(c)とを比較参照すれば明らかなように、互いの長手方向が45°異なるように設定されている。なお、ここで、ファラデー素子47に関連して、光の偏光面のファラデー回転を飽和させるのに十分な強度の磁界40が、光軸49に対して平行に存在するものとする。   Here, regarding the first hole 43 and the second hole 44, as described in the first reference example, the plurality of first holes 43 and the plurality of second holes 44 are respectively polarizers. Are distributed to act as The arrangement of the first and second holes 43 and 44 only needs to be periodically distributed as described above with reference to FIG. The direction of the first hole 43 and the direction of the second hole are different from each other in the longitudinal direction by 45 °, as is clear from comparison between FIG. 7B and FIG. 7C. Is set to Here, it is assumed that a magnetic field 40 having a strength sufficient to saturate the Faraday rotation of the polarization plane of light exists parallel to the optical axis 49 in relation to the Faraday element 47.

また、第1および第2のホール43および44の形成方法については、第1の参考例と同様であり、光ファイバの光軸49に対して垂直方向に、ドリル、レーザ、エッチングを用いてホールを形成する。   The method of forming the first and second holes 43 and 44 is the same as that of the first embodiment, and the holes are formed in a direction perpendicular to the optical axis 49 of the optical fiber by using a drill, laser, or etching. To form

ところで、本参考例においては、入射側光ファイバ41と出射側光ファイバ42とがガイド48によって機構的に関連付けられており、それぞれを光軸49周りに自由に回転させることができる。したがって、入射側光ファイバ41における第1のホール43と出射側光ファイバ42における第2のホール44とが相対的に45°の角度をなすように、ガイド48において光軸調整する時に角度調整がされてもよい。このような光デバイスの構成によれば、入射側光ファイバ41における第1のホール43と出射側光ファイバ42における第2のホール44とを同様に製作することができ、互いの相対角度は後で調整すればよいことから、低コストで作製することができる。   By the way, in the present reference example, the input side optical fiber 41 and the output side optical fiber 42 are mechanically associated with each other by the guide 48, and can be freely rotated around the optical axis 49. Therefore, when the optical axis is adjusted in the guide 48 so that the first hole 43 in the input side optical fiber 41 and the second hole 44 in the output side optical fiber 42 form a relative angle of 45 °, the angle adjustment is performed. May be done. According to the configuration of such an optical device, the first hole 43 in the input side optical fiber 41 and the second hole 44 in the output side optical fiber 42 can be manufactured in the same manner, and the relative angle between them becomes later. Since the adjustment can be made in the above, it can be manufactured at low cost.

なお、前述の説明において、円柱状のホールはクラッド46を含めて貫通するように形成されたが、図6の場合と同様に、コア45の部分のみにホールを形成してもよい。また、第1のホール43または第2のホール44に各光ファイバのコア45の屈折率とは異なる屈折率を有するファラデー結晶等の物質が充填されてもよい。ここで、第1のホール43または第2のホール44にファラデー結晶が充填される場合には、ファラデー素子47は省略されてもよい。   In the above description, the cylindrical hole is formed so as to penetrate including the clad 46, but the hole may be formed only in the core 45 as in the case of FIG. Further, the first hole 43 or the second hole 44 may be filled with a substance such as a Faraday crystal having a refractive index different from that of the core 45 of each optical fiber. Here, when the first hole 43 or the second hole 44 is filled with the Faraday crystal, the Faraday element 47 may be omitted.

さらに、ホールの形状は、第2の参考例でも、円柱であるとして説明したが、円柱に限定されず、4角柱、多角柱、楕円柱など、他の形状であってもよい。また、上記の機能は、互いに平行な複数の円柱からなる2次元フォトニック結晶で実現されるものとして説明したが、このような場合に限られず、ヤブロノバイトやウッドパイルと呼ばれる構造を有する3次元フォトニック結晶で実現されてもよい。さらに、入射側光ファイバ41における第1のホール43および出射側光ファイバ42における第2のホール44に代えて、入射側光ファイバ41および出射側光ファイバ42の端面へフォトニック結晶層を形成して用いてもよい。光ファイバの端面にフォトニック結晶を作製する方法については、例えば、図2を用いて、3次元の高屈折率微粒子221と低屈折率部分222とからなる周期構造を有するフォトニック結晶を作製する方法として前述した。   Further, the shape of the hole is also described as a cylinder in the second reference example, but is not limited to a cylinder, and may be another shape such as a quadrangular prism, a polygonal prism, and an elliptical cylinder. Also, the above function has been described as being realized by a two-dimensional photonic crystal composed of a plurality of cylinders parallel to each other. However, the present invention is not limited to such a case, and a three-dimensional photonic crystal having a structure called a jabronobite or a woodpile is provided. It may be realized by a nick crystal. Furthermore, instead of the first hole 43 in the incident side optical fiber 41 and the second hole 44 in the exit side optical fiber 42, a photonic crystal layer is formed on the end faces of the incident side optical fiber 41 and the exit side optical fiber 42. May be used. With respect to a method of forming a photonic crystal on the end face of an optical fiber, for example, a photonic crystal having a periodic structure including three-dimensional high refractive index fine particles 221 and a low refractive index portion 222 is manufactured using FIG. The method has been described above.

このように、光ファイバに対してホールを形成する同様の加工を行うだけで、偏光子と検光子とを形成することができ、偏光子と検光子として作用する光ファイバにファラデー素子を組み合わせることによって、光アイソレータを構成することができる。したがって、レンズで光アイソレータの導波路に結合する作業が無くなると同時に部品点数の低減もでき、大幅なコストダウンを図ることができる。   As described above, the polarizer and the analyzer can be formed only by performing the same processing for forming a hole in the optical fiber, and the Faraday element is combined with the optical fiber acting as the polarizer and the analyzer. Thus, an optical isolator can be configured. Therefore, the operation of coupling the optical waveguide to the optical isolator with the lens is eliminated, and the number of components can be reduced, so that the cost can be significantly reduced.

(第3の参考例)
以下に、本発明の第3の参考例について図面を参照して説明する。図8は、本発明の第3の参考例に係る光デバイスの構成を示した側面概略図である。なお、図8において、光ファイバ51は、光デバイスに対応する所定の区間だけを取り出して示されている。
(Third reference example)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic side view showing the configuration of the optical device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 8, the optical fiber 51 is shown by extracting only a predetermined section corresponding to the optical device.

図8に示すように、本光デバイスは、光ファイバ51と、光ファイバの光軸52に対して垂直方向に電界を発生させる一対の電極59と、電極59に所定の電圧を印加する信号源50とで構成される。光ファイバ51は、光を伝達するコア53と、該コア53を包むクラッド54とからなる。また、光ファイバ51には、第1の機能部57と第2の機能部58とからなる2つの機能部が形成されており、光デバイスとして機能する。この第1の機能部57と第2の機能部58とは、光ファイバ51の光軸52に沿って所定の間隔をあけて設けられている。   As shown in FIG. 8, the present optical device comprises an optical fiber 51, a pair of electrodes 59 for generating an electric field in a direction perpendicular to the optical axis 52 of the optical fiber, and a signal source for applying a predetermined voltage to the electrode 59. 50. The optical fiber 51 includes a core 53 for transmitting light and a clad 54 surrounding the core 53. Further, the optical fiber 51 is formed with two functional units including a first functional unit 57 and a second functional unit 58, and functions as an optical device. The first functional unit 57 and the second functional unit 58 are provided at a predetermined interval along the optical axis 52 of the optical fiber 51.

まず、この第1の機能部57は、光ファイバ51の光軸52に沿った一定区間について、光軸52に対して垂直方向に光ファイバ51のコア53とクラッド54とを貫通するように形成された、互いに平行な複数のポッケルス結晶置換円柱55で構成される。このポッケルス結晶置換円柱55は、その長手方向に対して垂直な面において、それぞれが格子をなすように分布している。ところで、この複数のポッケルス結晶置換円柱55は、円柱状のホールに対して、例えばゾルゲル法によって、ポッケルス結晶を充填して作製する。このポッケルス結晶は、一次電気光学効果を示す物質として知られており、例えば、LiNbO3 結晶、LiTaO3 結晶、NH42PO4 結晶、KH2PO4結晶等を用いることができる。 First, the first functional part 57 is formed so as to penetrate the core 53 and the clad 54 of the optical fiber 51 in a direction perpendicular to the optical axis 52 for a certain section along the optical axis 52 of the optical fiber 51. And a plurality of Pockels crystal replacement cylinders 55 parallel to each other. The Pockels crystal replacement cylinders 55 are distributed so as to form a lattice on a plane perpendicular to the longitudinal direction. Incidentally, the plurality of Pockels crystal-substituted cylinders 55 are formed by filling Pockels crystals into cylindrical holes by, for example, a sol-gel method. The Pockels crystal is known as a substance exhibiting a primary electro-optic effect, and for example, a LiNbO 3 crystal, a LiTaO 3 crystal, an NH 4 H 2 PO 4 crystal, a KH 2 PO 4 crystal, or the like can be used.

次に、第2の機能部58は、光ファイバ51の光軸52に沿った一定区間について、光軸52に対して垂直方向に光ファイバ51のコア53とクラッド54とを貫通するように形成された、内部が空洞であって互いに平行な複数のホール56によって構成される。この複数のホール56も、その長手方向に対して垂直な面において、それぞれが格子をなすように分布しており、光ファイバ5のコア53の屈折率と異なる屈折率を有する。   Next, the second functional unit 58 is formed so as to penetrate the core 53 and the clad 54 of the optical fiber 51 in a direction perpendicular to the optical axis 52 for a certain section along the optical axis 52 of the optical fiber 51. And a plurality of holes 56 which are hollow and parallel to each other. The plurality of holes 56 are also distributed so as to form a lattice in a plane perpendicular to the longitudinal direction, and have a refractive index different from that of the core 53 of the optical fiber 5.

さらに、第1および第2の機能部57および58について詳細に説明する。光ファイバ51のコア53の屈折率とは異なる屈折率の円柱は、光ファイバ51の光軸52に対して垂直方向にドリル、レーザ、またはエッチングなどの方法によって形成できることは前述したとおりである。第1の機能部57は、このようにして形成されたポッケルス結晶置換円柱で構成され、偏光子とポッケルス素子の機能を同時に持つ。さらに、第2の機能部58は、複数のホール56のみで構成され、偏光子(検光子)の機能を持たせるように、ホール56の外径とホール56の分布状態とを予め計算し、第1の機能部57におけるポッケルス結晶置換円柱55に対して光軸52に対して垂直な平面に沿って垂直または平行に形成されたホール56を有する。ホールの配置については、図4の説明において前述したような周期構造を持って分布していればよい。   Further, the first and second functional units 57 and 58 will be described in detail. As described above, a column having a refractive index different from the refractive index of the core 53 of the optical fiber 51 can be formed in a direction perpendicular to the optical axis 52 of the optical fiber 51 by a method such as drilling, laser, or etching. The first functional unit 57 is configured by the Pockels crystal-substituted cylinder thus formed, and has the functions of a polarizer and a Pockels element at the same time. Further, the second functional unit 58 is composed of only a plurality of holes 56, and calculates the outer diameter of the holes 56 and the distribution state of the holes 56 in advance so as to have a function of a polarizer (analyzer). The first functional portion 57 has a hole 56 formed perpendicularly or parallel to the Pockels crystal replacement cylinder 55 along a plane perpendicular to the optical axis 52. Regarding the arrangement of the holes, it is sufficient that the holes are distributed with the periodic structure as described above with reference to FIG.

さらに、ポッケルス結晶置換円柱55がλ/4板としても作用するように、信号源50により電極59に印加される電界の大きさを制御して、ポッケルス結晶置換円柱55の屈折率を変化させる。また、信号源50は、電極59に印加する電界を周期的に変化させることができる。すると、ポッケルス結晶置換円柱55の屈折率が変化するので、第1の機能部57を透過する光信号を変化させることができる。   Further, the magnitude of the electric field applied to the electrode 59 by the signal source 50 is controlled so that the refractive index of the Pockels crystal replacement cylinder 55 is changed so that the Pockels crystal replacement cylinder 55 also functions as a λ / 4 plate. Further, the signal source 50 can periodically change the electric field applied to the electrode 59. Then, the refractive index of the Pockels crystal replacement cylinder 55 changes, so that the optical signal transmitted through the first functional unit 57 can be changed.

このように、光ファイバ51の加工だけで、偏光子とポッケルス素子とλ/4板と検光子を形成することができるので、光ファイバ51は光変調器として作用する。したがって、レンズで光変調器の導波路に結合する作業が無くなると同時に部品点数の低減もでき、大幅なコストダウンを図ることができる。   As described above, the polarizer, the Pockels element, the λ / 4 plate, and the analyzer can be formed only by processing the optical fiber 51, so that the optical fiber 51 functions as an optical modulator. Therefore, the work of coupling the optical modulator to the waveguide of the optical modulator by the lens is eliminated, and the number of components can be reduced, so that the cost can be significantly reduced.

なお、前述の説明において、円柱状のホールはクラッド54を含めて貫通するように形成されたが、図6の場合と同様に、コア53の部分のみにホールを形成してもよい。また、ホールの形状は、円柱であるとして説明したが、円柱に限定されず、4角柱、多角柱、楕円柱など、他の形状であってもよい。また、上記の機能は、互いに平行な複数の円柱からなる2次元フォトニック結晶で実現されるものとして説明したが、このような場合に限られず、ヤブロノバイトやウッドパイルと呼ばれる構造を有する3次元フォトニック結晶で実現されてもよい。   In the above description, the cylindrical hole is formed so as to penetrate including the clad 54, but the hole may be formed only in the core 53 as in the case of FIG. Further, the shape of the hole has been described as a cylinder, but the shape is not limited to a cylinder, but may be other shapes such as a quadrangular prism, a polygonal prism, and an elliptical cylinder. Also, the above function has been described as being realized by a two-dimensional photonic crystal composed of a plurality of cylinders parallel to each other. However, the present invention is not limited to such a case, and a three-dimensional photonic crystal having a structure called a jabronobite or a woodpile is provided. It may be realized by a nick crystal.

(第4の参考例)
以下、本発明の第4の参考例について図面を参照して説明する。図9は、本発明の第4の参考例に係る光デバイスを示した側面概略図である。なお、図9において、光ファイバ61は、光デバイスに対応する所定の区間だけを取り出して示されている。
(Fourth reference example)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a schematic side view showing an optical device according to a fourth reference example of the present invention. In FIG. 9, the optical fiber 61 is shown by extracting only a predetermined section corresponding to the optical device.

図9に示すように、本光デバイスは、光ファイバ61と、光ファイバ61の光軸62に対して垂直方向に電界を発生させる電極63と、電極63に電界を印加する信号源60とで構成される。光ファイバ61は、光を伝達するコア83と、該コア83を包むクラッド84とからなる。また、光ファイバ61には、第1の機能部67と第2の機能部68と第3の機能部69とからなる3つの機能部が形成されており、光デバイスとして機能する。この第1ないし第3の機能部67〜69は、光ファイバ61の光軸62に沿って所定の間隔をあけて設けられている。   As shown in FIG. 9, the present optical device includes an optical fiber 61, an electrode 63 for generating an electric field in a direction perpendicular to an optical axis 62 of the optical fiber 61, and a signal source 60 for applying an electric field to the electrode 63. Be composed. The optical fiber 61 includes a core 83 for transmitting light, and a clad 84 surrounding the core 83. Further, the optical fiber 61 is formed with three functional units including a first functional unit 67, a second functional unit 68, and a third functional unit 69, and functions as an optical device. The first to third functional units 67 to 69 are provided at predetermined intervals along the optical axis 62 of the optical fiber 61.

ここで本参考例における第1の機能部67は、第3の参考例における第1の機能部57と同様に、光ファイバ61の光軸62に沿った一定区間について、光軸62に対して垂直方向に光ファイバ61のコア83とクラッド84とを貫通するように形成された、互いに平行な複数のポッケルス結晶置換円柱64で構成される。   Here, the first functional unit 67 in the present embodiment is similar to the first functional unit 57 in the third embodiment, with respect to the optical axis 62 for a certain section along the optical axis 62 of the optical fiber 61. It comprises a plurality of Pockels crystal-substituted cylinders 64 parallel to each other and formed to penetrate the core 83 and the clad 84 of the optical fiber 61 in the vertical direction.

また、本参考例における第2および第3の機能部68および69は、第3の参考例における第2の機能部58と同様に、光ファイバ61の光軸62に沿った一定区間について、光軸62に対して垂直方向に光ファイバ61のコア83とクラッド84とを貫通するように形成された、内部が空洞であって互いに平行な複数の第1および第2のホール65および66によって構成される。この複数の第1および第2のホール65および66は、その長手方向に対して垂直な面において、それぞれが格子をなすように分布しており、光ファイバ61のコア83の屈折率と異なる屈折率を有する。また、第1および第2のホール65および66は、第1の機能部67におけるポッケルス結晶置換円柱64に対して、光軸62に垂直な平面に沿って垂直または平行に設けられる。   Further, the second and third functional units 68 and 69 in the present reference example are similar to the second functional unit 58 in the third reference example, and are used for a certain section along the optical axis 62 of the optical fiber 61. It is constituted by a plurality of first and second holes 65 and 66 which are hollow and parallel to each other and are formed so as to penetrate the core 83 and the clad 84 of the optical fiber 61 in a direction perpendicular to the axis 62. Is done. The plurality of first and second holes 65 and 66 are distributed so as to form a lattice in a plane perpendicular to the longitudinal direction, and have a refractive index different from that of the core 83 of the optical fiber 61. Having a rate. The first and second holes 65 and 66 are provided perpendicular or parallel to the Pockels crystal replacement cylinder 64 in the first functional unit 67 along a plane perpendicular to the optical axis 62.

さらに、第1ないし第3の機能部67〜69について詳細に説明する。光ファイバ61のコア83の屈折率とは異なる屈折率の円柱は、光ファイバ61の光軸62に対して垂直方向にドリル、レーザ、またはエッチングなどの方法によって形成できることは前述したとおりである。第1の機能部67は、このようにして形成されたポッケルス結晶置換円柱64で構成され、偏光子とポッケルス素子の機能を同時に持つ。さらに、第2の機能部68は、複数の第1のホール65のみで構成され、λ/4板の機能を持たせるように、第1のホール65の外径と第1のホール65の分布状態とを予め計算し、第1の機能部67におけるポッケルス結晶置換円柱64に対して垂直または平行に形成された第1のホール65を有する。ホールの配置については、図4において前述したように周期的に分布していればよい。また、第3の機能部69も、第2の機能部68と同様に、偏光子(検光子)の機能を持たせるように、第1の機能部67におけるポッケルス結晶置換円柱64に対して垂直または平行に形成された第2のホール66を有する。   Further, the first to third functional units 67 to 69 will be described in detail. As described above, a cylinder having a refractive index different from that of the core 83 of the optical fiber 61 can be formed in a direction perpendicular to the optical axis 62 of the optical fiber 61 by a method such as drilling, laser, or etching. The first functional unit 67 is constituted by the Pockels crystal-substituted cylinder 64 thus formed, and has the functions of the polarizer and the Pockels element at the same time. Further, the second function part 68 is constituted only by the plurality of first holes 65, and has an outer diameter of the first holes 65 and a distribution of the first holes 65 so as to have a function of a λ / 4 plate. The state is calculated in advance, and the first functional unit 67 has a first hole 65 formed perpendicularly or parallel to the Pockels crystal replacement cylinder 64. As for the arrangement of the holes, it is sufficient that the holes are periodically distributed as described above with reference to FIG. Similarly to the second functional unit 68, the third functional unit 69 is perpendicular to the Pockels crystal replacement cylinder 64 in the first functional unit 67 so as to have a function of a polarizer (analyzer). Or, it has a second hole 66 formed in parallel.

さらに、信号源50は、電極59に印加する電界を周期的に変化させて、ポッケルス結晶置換円柱55の屈折率を変化させることにより、第1の機能部67を透過する光信号を変化させることができる。   Further, the signal source 50 changes the optical signal transmitted through the first functional unit 67 by periodically changing the electric field applied to the electrode 59 to change the refractive index of the Pockels crystal replacement cylinder 55. Can be.

このように、光ファイバ61の加工だけで、偏光子とポッケルス素子とλ/4板と検光子を形成することができるので、光ファイバ61は光変調器として作用する。したがって、レンズで光変調器の導波路に結合する作業が無くなると同時に部品点数の低減もでき、大幅なコストダウンを図ることができる。   As described above, the polarizer, the Pockels element, the λ / 4 plate, and the analyzer can be formed only by processing the optical fiber 61, so that the optical fiber 61 functions as an optical modulator. Therefore, the work of coupling the optical modulator to the waveguide of the optical modulator by the lens is eliminated, and the number of components can be reduced, so that the cost can be significantly reduced.

なお、前述の説明において、円柱状のホールはクラッド84を含めて貫通するように形成されたが、図6の場合と同様に、コア83の部分のみにホールを形成してもよい。また、ホールの形状は、円柱であるとして説明したが、円柱に限定されず、4角柱、多角柱、楕円柱など、他の形状であってもよい。また、上記の機能は、互いに平行な複数の円柱からなる2次元フォトニック結晶で実現されるものとして説明したが、このような場合に限られず、ヤブロノバイトやウッドパイルと呼ばれる構造を有する3次元フォトニック結晶で実現されてもよい。   In the above description, the cylindrical hole is formed so as to penetrate including the clad 84, but the hole may be formed only in the core 83 as in the case of FIG. Further, the shape of the hole has been described as a cylinder, but the shape is not limited to a cylinder, but may be other shapes such as a quadrangular prism, a polygonal prism, and an elliptical cylinder. Also, the above function has been described as being realized by a two-dimensional photonic crystal composed of a plurality of cylinders parallel to each other. However, the present invention is not limited to such a case, and a three-dimensional photonic crystal having a structure called a jabronobite or a woodpile is provided. It may be realized by a nick crystal.

(第5の参考例)
以下、本発明の第5の参考例について図面を参照して説明する。図10は、本発明の第5の参考例に係る光デバイスの全体図であり、図11は、図10に示された機能部78を拡大し、光ファイバ71を斜め方向から見た概略的な透視図である。
(Fifth reference example)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is an overall view of an optical device according to a fifth reference example of the present invention, and FIG. 11 is a schematic view in which the functional unit 78 shown in FIG. FIG.

図11に示すように、本光デバイスは、光ファイバ71に形成され、光ファイバ71は、光を伝達するコア75と、該コア75を包むクラッド76とからなる。また、光ファイバ71には、機能部78が形成されており、光デバイスとして機能する。   As shown in FIG. 11, the present optical device is formed on an optical fiber 71, and the optical fiber 71 includes a core 75 for transmitting light and a clad 76 surrounding the core 75. Further, the optical fiber 71 is provided with a function section 78, which functions as an optical device.

機能部78は、光ファイバ71の光軸72に沿った一定区間について、光軸72に対して垂直方向に光ファイバ71のコア75とクラッド76とを貫通するように形成された、内部が空洞であって互いに平行な複数のホール77によって構成される。この複数のホール77は、その長手方向に対して垂直な面において、それぞれが格子をなすように分布しており、光ファイバ71のコア75の屈折率とは異なる屈折率を有する。当該ホール77は、光ファイバ71の光軸72に対して垂直方向にドリル、レーザ、またはエッチングなどの方法によって形成できることは前述したとおりである。   The function part 78 is formed so as to penetrate the core 75 and the clad 76 of the optical fiber 71 in a direction perpendicular to the optical axis 72 for a certain section along the optical axis 72 of the optical fiber 71. And is constituted by a plurality of holes 77 parallel to each other. The plurality of holes 77 are distributed so as to form a lattice on a plane perpendicular to the longitudinal direction, and have a refractive index different from that of the core 75 of the optical fiber 71. As described above, the hole 77 can be formed in a direction perpendicular to the optical axis 72 of the optical fiber 71 by a method such as drill, laser, or etching.

このように、光ファイバの光軸72に対して垂直方向にコア75の屈折率と異なる屈折率を有する互いに平行な複数の円柱状のホールを一定の間隔で形成すると、光源波長について、円柱の屈折率および外径と、円柱の分布とを制御することにより、2種類の直線偏光(TM、TE)の分散特性に相違が生じる。その結果、進んでいる波長を遅らせ、遅れている波長を進めるような分散特性を機能部78に持たせることができる。このように、光源波長の位相速度を速めたり、遅らせたりすることができると、光ファイバ固有の波長分散特性により広がった信号79aも機能部78を通過した後には入射光73のような急峻なパルス信号79bに復元するような波長分散特性を有するように形成することができる。したがって、出射光74は、入射光73のような信号となるので、本光デバイスは、分散補償器として機能する。   As described above, when a plurality of parallel cylindrical holes having a refractive index different from the refractive index of the core 75 are formed at regular intervals in a direction perpendicular to the optical axis 72 of the optical fiber, the light source wavelength can be reduced. By controlling the refractive index and the outer diameter and the distribution of the cylinder, a difference occurs in the dispersion characteristics of the two types of linearly polarized light (TM, TE). As a result, the function section 78 can have a dispersion characteristic that delays the wavelength that is advanced and advances the wavelength that is delayed. As described above, if the phase speed of the light source wavelength can be increased or decreased, the signal 79a spread due to the chromatic dispersion characteristic inherent to the optical fiber also becomes steep like the incident light 73 after passing through the functional unit 78. It can be formed so as to have a wavelength dispersion characteristic that restores to the pulse signal 79b. Therefore, the outgoing light 74 becomes a signal like the incident light 73, and thus the present optical device functions as a dispersion compensator.

このように、光ファイバ71の加工だけで、光ファイバ71は分散補償器として作用する。したがって、レンズで光変調器の導波路に結合する作業が無くなると同時に部品点数の低減もでき、大幅なコストダウンを図ることができる。   Thus, the optical fiber 71 acts as a dispersion compensator only by processing the optical fiber 71. Therefore, the work of coupling the optical modulator to the waveguide of the optical modulator by the lens is eliminated, and the number of components can be reduced, so that the cost can be significantly reduced.

なお、前述の説明において、円柱状のホールはクラッド76を含めて貫通するように形成されたが、図6の場合と同様に、コア75の部分のみにホールを形成してもよい。また、ホールの形状は、円柱であるとして説明したが、円柱に限定されず、4角柱、多角柱、楕円柱など、他の形状であってもよい。また、上記の機能は、互いに平行な複数の円柱からなる2次元フォトニック結晶で実現されるものとして説明したが、このような場合に限られず、ヤブロノバイトやウッドパイルと呼ばれる構造を有する3次元フォトニック結晶で実現されてもよい。ただし、光ファイバ71が偏波面保存型の光ファイバである場合には、配列方向が問題となるので、3次元フォトニック結晶で実現するには好適ではない。   In the above description, the cylindrical hole is formed so as to penetrate including the clad 76, but the hole may be formed only in the core 75 as in the case of FIG. Further, the shape of the hole has been described as a cylinder, but the shape is not limited to a cylinder, but may be other shapes such as a quadrangular prism, a polygonal prism, and an elliptical cylinder. Also, the above function has been described as being realized by a two-dimensional photonic crystal composed of a plurality of cylinders parallel to each other. However, the present invention is not limited to such a case, and a three-dimensional photonic crystal having a structure called a jabronobite or a woodpile is provided. It may be realized by a nick crystal. However, when the optical fiber 71 is a polarization-maintaining optical fiber, the arrangement direction becomes a problem, so that it is not suitable for realizing a three-dimensional photonic crystal.

<光ファイバへの具体的な実装形態>
次に、以下の参考例において、光変調器等の光デバイスを光ファイバに実装する場合について具体的に説明する。以下の参考例においては、クラッドを部分的に除去して形成された平面を利用して、互いに平行な複数の柱状体を、コアを貫通して形成することを容易にしている。また、このクラッド除去面に電極を設けることができるので、機能部に一様で安定した電界を印加することができる。以下に、詳述する。
<Specific mounting form to optical fiber>
Next, in the following reference examples, a case where an optical device such as an optical modulator is mounted on an optical fiber will be specifically described. In the following reference example, it is easy to form a plurality of columnar bodies parallel to each other through a core by using a plane formed by partially removing a clad. In addition, since an electrode can be provided on the clad-removed surface, a uniform and stable electric field can be applied to the functional unit. The details will be described below.

(第6の参考例)
以下、本発明の第6の参考例について図面を参照して説明する。図12は、本発明の第6の参考例に係る光デバイスの全体を示した水平断面図である。図13(a)は、図12に示された一部を拡大した側断面図である。図13(b)は、図13(a)の光デバイスを図中の線B−B’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。
(Sixth reference example)
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a horizontal sectional view showing the entire optical device according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 13A is an enlarged side sectional view of a part shown in FIG. FIG. 13B is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 13A taken perpendicular to the optical axis 2 at the position of line BB ′ in the figure.

図12および図13に示すように、本光デバイスは、光ファイバ1と該光ファイバ1の周囲を覆うキャピラリ12とからなる。光ファイバ1は、光を伝達するコア3と、該コア3を包むクラッド4からなる。また、この光ファイバ1は、第1の機能部7と第2の機能部8とからなる2つの機能部を有している。この第1の機能部7と第2の機能部8とは、光ファイバ1の光軸22に沿って所定の間隔をおいて設けられている。これらの機能部を有することから、この光デバイスは、入射光16に含まれる2種類の直線偏光(TM、TE)の各分散特性に相違を生じさせることにより、偏光子等として用いることができる。   As shown in FIGS. 12 and 13, the present optical device includes an optical fiber 1 and a capillary 12 that covers the periphery of the optical fiber 1. The optical fiber 1 includes a core 3 for transmitting light and a clad 4 surrounding the core 3. The optical fiber 1 has two function units including a first function unit 7 and a second function unit 8. The first function unit 7 and the second function unit 8 are provided at a predetermined interval along the optical axis 22 of the optical fiber 1. Having these functional units, this optical device can be used as a polarizer or the like by causing a difference in the dispersion characteristics of two types of linearly polarized light (TM, TE) included in the incident light 16. .

ここで、本参考例に係る第1および第2の機能部7および8は、第3の参考例に係る第1および第2の機能部57および58と同様であり、本参考例に係る円柱体19およびホール6は、第3の参考例に係るポッケルス結晶置換円柱55およびホール56と同様に形成され、分布しているので、これらについての説明は省略する。ただし、円柱体19およびホール6は、互いに平行になるよう配置される。   Here, the first and second functional units 7 and 8 according to the present embodiment are the same as the first and second functional units 57 and 58 according to the third embodiment, and the cylinder according to the present embodiment. Since the body 19 and the holes 6 are formed and distributed in the same manner as the Pockels crystal-substituted cylinder 55 and the holes 56 according to the third reference example, the description thereof is omitted. However, the cylindrical body 19 and the hole 6 are arranged so as to be parallel to each other.

ここで、光ファイバ1は、第1および第2の機能部7および8を形成するために、所定の区間においてクラッド削除部分18が除去されており、クラッド削除部分18は、コア3にほぼ接する位置まで、光ファイバ1の両側から除去されている。その結果、コア3を挟んで互いに平行であって、側断面が長方形になるような平行境界面対23が形成されている。したがって、図13(b)に示されるように、光ファイバ1は所定の区間において、削除されなかったクラッド残留部分21を図中の上下に残して、その左右を削られた形状を呈しており、平行境界面対23が外部に露出することになる。このように作製すれば、円柱体19およびホール6を容易に形成することができる。   Here, in the optical fiber 1, in order to form the first and second functional units 7 and 8, the clad-removed portion 18 is removed in a predetermined section, and the clad-removed portion 18 is almost in contact with the core 3. Up to the position, it has been removed from both sides of the optical fiber 1. As a result, a pair of parallel boundary surfaces 23 that are parallel to each other across the core 3 and have a rectangular side cross section are formed. Therefore, as shown in FIG. 13 (b), the optical fiber 1 has a shape in which the left and right sides of the optical fiber 1 are cut off in a predetermined section, leaving the unremoved clad residual portions 21 up and down in the figure. , The parallel boundary surface pair 23 is exposed to the outside. By manufacturing in this manner, the columnar body 19 and the hole 6 can be easily formed.

さらに、第1の機能部7を構成するポッケルス結晶からなる複数の円柱体19に電界を印加する一対の電極9は、上述したような平行境界面対23上に設けられている。この電極9は、光ファイバ1の側方に設けられており、印加される電界方向は複数の円柱体19に平行となっている。このように、平行境界面対23上に電極9を配置することにより、円柱体19に対して容易かつ正確に電界を印加することができる。また、この電極9に電圧を印加する信号源10は、キャピラリ12の外部に設置されている。なお、電極9の一方は、アース11に接続されている。   Further, a pair of electrodes 9 for applying an electric field to the plurality of cylindrical bodies 19 made of Pockels crystal constituting the first functional unit 7 are provided on the above-described parallel boundary surface pair 23. The electrode 9 is provided on the side of the optical fiber 1, and the direction of the applied electric field is parallel to the plurality of cylindrical bodies 19. By arranging the electrode 9 on the parallel boundary surface pair 23 in this manner, an electric field can be easily and accurately applied to the cylindrical body 19. A signal source 10 for applying a voltage to the electrode 9 is provided outside the capillary 12. One of the electrodes 9 is connected to the ground 11.

次に、光ファイバ1の周囲を覆うキャピラリ12は、接続しようとする他の光ファイバ13のフェルール14とほぼ同等の外径を有している。これによって、この光デバイスを他の光ファイバ13と接続しようとする場合に、キャピラリ12を他の光ファイバのフェルールと割スリーブ15で押えて、光ファイバ間の光学系結合と同様にして光軸合わせができるので、光学系の結合を容易に行うことができる。   Next, the capillary 12 covering the periphery of the optical fiber 1 has an outer diameter substantially equal to that of the ferrule 14 of another optical fiber 13 to be connected. Thus, when this optical device is to be connected to another optical fiber 13, the capillary 12 is pressed by the ferrule of another optical fiber and the split sleeve 15, and the optical axis is adjusted in the same manner as the optical system coupling between the optical fibers. Since the alignment can be performed, the optical systems can be easily combined.

(第7の参考例)
以下、本発明の第7の参考例について図面を参照して説明する。図14(a)は、第7の参考例に係る光デバイスを示した側面概略図である。図14(b)は、図14(a)の光デバイスを図中の線B−B’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。
(Seventh Reference Example)
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14A is a schematic side view showing an optical device according to a seventh reference example. FIG. 14B is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 14A taken perpendicular to the optical axis 2 at the position of line BB ′ in the figure.

図14に示すように、本光デバイスは、図13に示す第6の参考例に係る光デバイスとほぼ同様の構成であるが、平行電極24の設置位置および形状が第6の参考例に係る電極9と異なる。本参考例に係る平行電極24は、第1の機能部7を構成するポッケルス結晶からなる複数の円柱体19の長手方向に対して垂直でかつ光軸22に対しても垂直に電界を印加するように、光ファイバ1の光軸22に互いに平行であって、かつ、円柱体19の長手方向に対して垂直に平行電極24が設けられることを特徴とする。すなわち、図14(a)に示すように、円柱体19の長手方向に対して垂直な面上において、複数の円柱体19の上下に一対の平行電極24が設けられている点で電極9の場合とは相違する。なお、円柱体19の長手方向に対して垂直な面とは、図14(b)に示すように、クラッド削除部分18が除去された結果として形成された、コア3を挟んで互いに平行であって、側断面が長方形になるような平行境界面対23である。もっとも、一対の平行電極24は、同一平面上に設けられることから、かならずしも図14(b)に示すように、光ファイバ1の左右からクラッド削除部分18を除去して2つの面(平行境界面対23)を形成する必要はない。したがって、平行電極24を配置するためのいずれか一方の平面のみが形成されるように、クラッド削除部分18を除去してもよい。以上のように配置された平行電極24によってポッケルス結晶からなる複数の円柱体19で構成される第1の機能部7の光変調機能を調整することができる。   As shown in FIG. 14, the present optical device has substantially the same configuration as the optical device according to the sixth reference example shown in FIG. 13, but the installation position and the shape of the parallel electrode 24 according to the sixth reference example. Different from electrode 9. The parallel electrode 24 according to the reference example applies an electric field perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of cylindrical bodies 19 made of Pockels crystal constituting the first functional unit 7 and perpendicular to the optical axis 22. As described above, parallel electrodes 24 are provided parallel to the optical axis 22 of the optical fiber 1 and perpendicular to the longitudinal direction of the cylindrical body 19. That is, as shown in FIG. 14A, the electrode 9 is different from the electrode 9 in that a pair of parallel electrodes 24 are provided above and below the plurality of cylinders 19 on a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cylinder 19. It is different from the case. The plane perpendicular to the longitudinal direction of the cylindrical body 19 is, as shown in FIG. 14B, parallel to each other with the core 3 interposed therebetween, which is formed as a result of the removal of the clad-removed portion 18. Thus, the parallel boundary surface pair 23 has a rectangular side cross section. However, since the pair of parallel electrodes 24 are provided on the same plane, as shown in FIG. 14B, the cladding-removed portions 18 are always removed from the left and right sides of the optical fiber 1 to form two surfaces (parallel boundary surfaces). It is not necessary to form pair 23). Therefore, the cladding-removed portion 18 may be removed so that only one of the planes for arranging the parallel electrodes 24 is formed. With the parallel electrodes 24 arranged as described above, the light modulation function of the first functional unit 7 including the plurality of cylindrical bodies 19 made of Pockels crystal can be adjusted.

なお、この平行電極24に電圧を印加する信号源10は、キャピラリ12の外部に設置され、平行電極24のもう一方は、アース11に接続されている点は、第6の参考例に係る光デバイスと同様であるので、同様な構成部分については説明を省略する。   The signal source 10 for applying a voltage to the parallel electrode 24 is provided outside the capillary 12, and the other of the parallel electrodes 24 is connected to the ground 11. Since the configuration is the same as that of the device, the description of the same components will be omitted.

(第8の参考例)
以下、本発明の第8の参考例について図面を参照して説明する。図15(a)は、第8の参考例に係る光デバイスを示した側面概略図である。図15(b)は、図15(a)の光デバイスを図中の線B−B’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。
(Eighth Reference Example)
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 15A is a schematic side view showing an optical device according to an eighth reference example. FIG. 15B is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 15A taken perpendicular to the optical axis 2 at the position of line BB ′ in the figure.

図15に示すように、本光デバイスは、図13に示す第6の参考例に係る光デバイスとほぼ同様の構成であるが、縦列電極25の設置位置および形状が第6の参考例に係る電極9と異なる。本参考例に係る縦列電極25は、第1の機能部7を構成するポッケルス結晶からなる複数の円柱体19の長手方向に対して垂直でかつ光軸22に対して平行に電界を印加するように、光ファイバ1の光軸22に平行であって、かつ、円柱体19の長手方向に対して垂直に縦列電極25が設けられたことを特徴とする。すなわち、図15(a)に示すように、円柱体19の長手方向に対して垂直な面上において、複数の円柱体19の左右に一対の縦列電極25が設けられている点で電極9の場合とは相違する。なお、円柱体19の長手方向に対して垂直な面とは、前述したように図15(b)に示す平行境界面対23である。もっとも、一対の縦列電極25は、同一平面上に設けられることから、かならずしも図15(b)に示すように、光ファイバ1の左右からクラッド削除部分18を除去して2つの面(平行境界面対23)を形成する必要はない。したがって、縦列電極25を配置するためのいずれか一方の平面のみが形成されるように、クラッド削除部分18を除去してもよい。以上のように配置された縦列電極25によってポッケルス結晶からなる複数の円柱体19で構成される第1の機能部7の光変調機能を調整することができる。   As shown in FIG. 15, the present optical device has substantially the same configuration as the optical device according to the sixth reference example shown in FIG. 13, but the installation position and shape of the column electrode 25 according to the sixth reference example. Different from electrode 9. The column electrode 25 according to the reference example applies an electric field perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of cylindrical bodies 19 made of Pockels crystal constituting the first functional unit 7 and parallel to the optical axis 22. In addition, a column electrode 25 is provided parallel to the optical axis 22 of the optical fiber 1 and perpendicular to the longitudinal direction of the cylindrical body 19. That is, as shown in FIG. 15A, on a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cylindrical body 19, the pair of column electrodes 25 is provided on the left and right of the plurality of cylindrical bodies 19. It is different from the case. The plane perpendicular to the longitudinal direction of the cylindrical body 19 is the parallel boundary surface pair 23 shown in FIG. 15B as described above. However, since the pair of tandem electrodes 25 are provided on the same plane, as shown in FIG. 15 (b), the clad-removed portions 18 are always removed from the left and right sides of the optical fiber 1 to form two surfaces (parallel boundary surfaces). It is not necessary to form pair 23). Therefore, the cladding removal portion 18 may be removed so that only one of the planes for arranging the column electrodes 25 is formed. The light modulation function of the first functional unit 7 including the plurality of cylindrical bodies 19 made of Pockels crystal can be adjusted by the cascade electrodes 25 arranged as described above.

なお、この縦列電極25に電圧を印加する信号源10は、キャピラリ12の外部に設置され、縦列電極25のもう一方は、アース11に接続されている点は、第6の参考例に係る光デバイスと同様であるので、同様な構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。   The signal source 10 for applying a voltage to the column electrode 25 is provided outside the capillary 12, and the other of the column electrodes 25 is connected to the ground 11. Since the configuration is the same as that of the device, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

(第9の参考例)
以下、本発明の第9の参考例について図面を参照して説明する。図16(a)は、第9の参考例に係る光デバイスを示した側面概略図である。図16(b)は、図16(a)の光デバイスを図中の線B−B’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。
(Ninth Reference Example)
Hereinafter, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 16A is a schematic side view showing an optical device according to a ninth reference example. FIG. 16B is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 16A taken perpendicularly to the optical axis 2 at the position of line BB ′ in the figure.

図16に示すように、本光デバイスは、図13に示す第6の参考例に係る光デバイスとほぼ同様の構成であるが、クラッド4がさらに削除され、対面電極26の設置位置が第6の参考例に係る電極9と異なる。   As shown in FIG. 16, the present optical device has substantially the same configuration as the optical device according to the sixth reference example shown in FIG. 13, except that the cladding 4 is further removed and the installation position of the facing electrode 26 is changed to the sixth. Is different from the electrode 9 according to the reference example.

まず、図16(b)に示すように、光ファイバ1は、第1および第2の機能部7および8を形成し、対面電極26を設置するために、所定の区間においてクラッド削除部分18が除去されており、クラッド削除部分18は、コア3にほぼ接する位置まで、光ファイバ1の上下および左右から除去されている。その結果、コア3を挟んで互いに平行であって、側断面が長方形になるような第1の平行境界面対31がコア3の左右に形成され、第2の平行境界面対32がコア3の上下に形成される。したがって、図16(a)に示されるように、光ファイバ1は所定の区間において、削除されなかったクラッド残留部分21がコア3を包むように残って、光軸22を中心軸とする四角柱の形状を呈しており、第1および第2の平行境界面対31および32が外部に露出することになる。このように作製すれば、円柱体19およびホール6を容易に形成することができるとともに、第6の参考例の場合とは異なる平面に対面電極26を設置することができる。   First, as shown in FIG. 16B, in the optical fiber 1, the first and second functional units 7 and 8 are formed, and the cladding-removed portion 18 is provided in a predetermined section in order to install the facing electrode 26. The cladding-removed portion 18 has been removed from above and below and from the left and right of the optical fiber 1 to a position almost in contact with the core 3. As a result, a first pair of parallel boundary surfaces 31 that are parallel to each other with the core 3 interposed therebetween and have a rectangular side cross section are formed on the left and right sides of the core 3, and a second pair of parallel boundary surfaces 32 are formed on the core 3. Formed above and below. Therefore, as shown in FIG. 16A, the optical fiber 1 has a quadrangular prism having the optical axis 22 as the central axis, in a predetermined section, the unremoved clad residual portion 21 remains so as to surround the core 3. The first and second pairs of parallel boundary surfaces 31 and 32 are exposed to the outside. By manufacturing in this manner, the cylindrical body 19 and the hole 6 can be easily formed, and the facing electrode 26 can be provided on a plane different from that in the sixth embodiment.

次に、対面電極26は、第1の機能部7を構成するポッケルス結晶からなる複数の円柱体19の長手方向に対して垂直でかつ光軸22に対しても垂直に電界を印加するように、光ファイバ1の光軸22に互いに平行であって、かつ、円柱体19の長手方向に対しても平行に対面電極26が設けられることを特徴とする。すなわち、図16(a)および図16(b)に示すように、円柱体19の長手方向に対して平行であってかつ光軸22に対しても平行な面、すなわち第2の平行境界面対32上において、複数の円柱体19の上下に一対の対面電極26が設けられている点で電極9の場合とは相違する。このように配置された対面電極26によってポッケルス結晶からなる複数の円柱体19で構成される第1の機能部7の光変調機能を調整することができる。   Next, the facing electrode 26 applies an electric field perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of cylindrical bodies 19 made of Pockels crystal constituting the first functional unit 7 and perpendicular to the optical axis 22. A facing electrode 26 is provided parallel to the optical axis 22 of the optical fiber 1 and parallel to the longitudinal direction of the cylindrical body 19. That is, as shown in FIGS. 16A and 16B, a plane parallel to the longitudinal direction of the cylindrical body 19 and also parallel to the optical axis 22, that is, a second parallel boundary surface The pair 32 is different from the electrode 9 in that a pair of facing electrodes 26 are provided above and below the plurality of cylindrical bodies 19. The light modulation function of the first functional unit 7 composed of the plurality of cylindrical bodies 19 made of Pockels crystal can be adjusted by the facing electrodes 26 arranged as described above.

なお、この対面電極26に電圧を印加する信号源10は、キャピラリ12の外部に設置され、対面電極26のもう一方は、アース11に接続されている点は、第6の参考例に係る光デバイスと同様であるので、同様な構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。   The signal source 10 for applying a voltage to the facing electrode 26 is provided outside the capillary 12, and the other of the facing electrode 26 is connected to the ground 11. Since the configuration is the same as that of the device, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

(第10の参考例)
以下、本発明の第10の参考例について図面を参照して説明する。図17(a)は、第10の参考例に係る光デバイスを示した側面概略図である。図17(b)は、図17(a)の光デバイスを図中の線B−B’の位置で光軸2に対して垂直に切り取った断面概略図である。
(10th reference example)
Hereinafter, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 17A is a schematic side view showing an optical device according to a tenth reference example. FIG. 17B is a schematic cross-sectional view of the optical device of FIG. 17A taken perpendicularly to the optical axis 2 at the position of line BB ′ in the figure.

図17(a)に示すように、本光デバイスは、図16に示す第9の参考例に係る光デバイスとほぼ同様の構成であるが、ホール6の長手方向が第6の参考例の場合とは異なる。すなわち、本参考例に係る光デバイスは、光ファイバ1に設けられた第1の機能部7を構成する複数の円柱体19の長手方向と第2の機能部8を構成する複数のホール6の長手方向とが互いに垂直であることを特徴とする。すなわち、本参考例に係る光デバイスは、光ファイバ1に設けられた第1の機能部7を構成する複数の円柱体19の長手方向と第2の機能部8を構成する複数のホール6の長手方向とが互いに垂直であることを特徴とする。具体的には、図17(b)に示すように、円柱体19の長手方向は、図の水平方向に延びており、一方、ホール6の長手方向は、図の上下方向に延びている。   As shown in FIG. 17A, the present optical device has substantially the same configuration as the optical device according to the ninth embodiment shown in FIG. 16 except that the longitudinal direction of the hole 6 is the sixth embodiment. And different. That is, in the optical device according to the present reference example, the longitudinal direction of the plurality of cylindrical bodies 19 constituting the first functional unit 7 provided in the optical fiber 1 and the plurality of holes 6 constituting the second functional unit 8 are different. It is characterized in that the longitudinal directions are perpendicular to each other. That is, in the optical device according to the present reference example, the longitudinal direction of the plurality of cylindrical bodies 19 constituting the first functional unit 7 provided in the optical fiber 1 and the plurality of holes 6 constituting the second functional unit 8 are different. It is characterized in that the longitudinal directions are perpendicular to each other. Specifically, as shown in FIG. 17 (b), the longitudinal direction of the columnar body 19 extends in the horizontal direction in the figure, while the longitudinal direction of the hole 6 extends in the vertical direction in the figure.

以上のように第1および第2の機能部7および8を構成する円柱体19およびホール6の長手方向を互いに垂直とすることによって、各機能部での光変調機能の作用を調整することができる。   As described above, by setting the longitudinal directions of the cylindrical body 19 and the hole 6 constituting the first and second functional units 7 and 8 to be perpendicular to each other, it is possible to adjust the function of the light modulation function in each functional unit. it can.

なお、以上は、機能部が2つある場合について説明したが、第4の参考例に係る光デバイスのように、機能部が3つある場合であっても、同様に適用することができる。   The case where there are two functional units has been described above, but the present invention can be similarly applied to a case where there are three functional units as in the optical device according to the fourth reference example.

(第11の参考例)
本発明の第11の参考例に係る光デバイスは、電界を印加する電極を、電界方向が第1の機能部を構成する柱状体の長手方向と角度θをなす面に設けることを特徴とする。このように柱状体の長手方向と電界方向とを一定の角θをなすようにすることで、第1の機能部の光変調機能を調整できる。
(Eleventh Reference Example)
An optical device according to an eleventh reference example of the present invention is characterized in that an electrode for applying an electric field is provided on a surface where the direction of the electric field forms an angle θ with the longitudinal direction of the columnar body constituting the first functional unit. . The light modulation function of the first functional unit can be adjusted by making the longitudinal direction of the columnar body and the direction of the electric field form a constant angle θ in this manner.

この光デバイスは、図18(a)に示す光ファイバ1の横断面において、第9または第10の参考例に係る光デバイスと比較して、電界を印加する平行電極87を、電界方向が第1の機能部7を構成する円柱体19の長手方向と角度θをなすように設けている点で相違する。具体的には、所定の区間において、コア3を残してクラッド4をほぼ除去し、コア3に接しまたはほぼ接する位置に、円柱体19の長手方向と角度θをなすように一対の平行電極87を設けている。なお、図18(a)に示すような平板な平行電極87に代えて、本光デバイスは、図18(b)に示すようなコア3の曲面にほぼ沿って歪曲した曲面電極88が用いられてもよい。曲面電極88を用いる場合には、円柱体19の長手方向と曲面中央における法線方向35とが角度θをなすように設ける。   This optical device is different from the optical device according to the ninth or tenth embodiment in that the parallel electrode 87 for applying an electric field is different from the optical device according to the ninth or tenth embodiment in the cross section of the optical fiber 1 shown in FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that the first functional unit 7 is provided at an angle θ with respect to the longitudinal direction of the cylindrical body 19. Specifically, in a predetermined section, the clad 4 is substantially removed except for the core 3, and a pair of parallel electrodes 87 is formed at a position in contact with or substantially in contact with the core 3 so as to form an angle θ with the longitudinal direction of the cylindrical body 19. Is provided. Note that, instead of the flat parallel electrode 87 as shown in FIG. 18A, the present optical device uses a curved electrode 88 which is distorted substantially along the curved surface of the core 3 as shown in FIG. 18B. May be. When the curved electrode 88 is used, the column electrode 19 is provided so that the longitudinal direction of the cylindrical body 19 and the normal direction 35 at the center of the curved surface form an angle θ.

(第12の参考例)
本発明の第12の参考例に係る光デバイスは、光ファイバの第1の機能部を、コアを貫通しているファラデー効果を有する結晶からなる複数の円柱体で構成していることを特徴とする。このように第1の機能部がファラデー効果を有する結晶からなる円柱体で構成されているので、磁界を印加することで第1の機能部のファラデー回転角を調整できる。従って、本光デバイスは、光アイソレータとして機能する。
(Twelfth Reference Example)
An optical device according to a twelfth reference example of the present invention is characterized in that the first functional portion of the optical fiber is constituted by a plurality of cylindrical bodies penetrating the core and having a Faraday effect crystal. I do. As described above, since the first functional unit is formed of the columnar body made of the crystal having the Faraday effect, the Faraday rotation angle of the first functional unit can be adjusted by applying a magnetic field. Therefore, the present optical device functions as an optical isolator.

図19は、本発明の第12の参考例に係る光デバイスを示した水平断面図である。本光デバイスは、図19に示すように、第6の参考例に係る光変調器と比較して、光ファイバ1の第1の機能部7を、コア3を貫通しているファラデー効果を有する結晶からなる複数の円柱体91で構成している点で相違する。具体的には、第1の機能部7を構成する円柱体をポッケルス結晶ではなくファラデー効果を有する結晶で構成している。このファラデー効果を有する結晶としては、例えば、ガーネット結晶、希土類鉄ガーネット結晶(YIG他)等を用いることができる。さらにこのファラデー効果を有する結晶に磁界94を印加する磁石95をキャピラリ12の外面に(または外面を加工してはめ込むように)設けている。なお、磁石95は希土類磁石等の永久磁石や、電磁石など、およそ光の偏光面のファラデー回転を飽和させるのに十分な強度の磁界を発生させるものであればどのようなものを用いてもよい。また、ファラデー回転角は磁界の方向によらないので、磁界94を印加する方向を種々に選択することができる。   FIG. 19 is a horizontal sectional view showing an optical device according to a twelfth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19, the present optical device has a Faraday effect in which the first functional unit 7 of the optical fiber 1 penetrates the core 3 as compared with the optical modulator according to the sixth reference example. It is different in that it is composed of a plurality of cylindrical bodies 91 made of crystals. Specifically, the columnar body forming the first functional unit 7 is formed of a crystal having a Faraday effect instead of the Pockels crystal. As the crystal having the Faraday effect, for example, a garnet crystal, a rare earth iron garnet crystal (YIG or the like), or the like can be used. Further, a magnet 95 for applying a magnetic field 94 to the crystal having the Faraday effect is provided on the outer surface of the capillary 12 (or so that the outer surface is processed and fitted). The magnet 95 may be a permanent magnet such as a rare-earth magnet, an electromagnet, or any other magnet that generates a magnetic field having a strength sufficient to substantially saturate the Faraday rotation of the polarization plane of light. . Since the Faraday rotation angle does not depend on the direction of the magnetic field, the direction in which the magnetic field 94 is applied can be selected in various ways.

<光学式センサに関する参考例>
次に、以下の参考例において、本発明に関する光電圧センサ、光電流センサ、光学式磁界センサなどの光学式センサの構成および動作について具体的に説明する。
<Reference example regarding optical sensor>
Next, in the following reference examples, the configuration and operation of an optical sensor such as an optical voltage sensor, a photocurrent sensor, and an optical magnetic field sensor according to the present invention will be specifically described.

(第13の参考例)
まず、本発明の第13の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、図20に示すように、センサ部と、発光部118と、受光部119とを備えており、センサ部は、光の入射側から順に同一光軸108上に配置された、偏光子101、λ/4板102、第1導電性反射膜106、電気光学結晶103、第2導電性反射膜107および検光子104で構成される。
(Thirteenth Reference Example)
First, an optical voltage sensor according to a thirteenth embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 20, the optical voltage sensor of the present reference example includes a sensor unit, a light emitting unit 118, and a light receiving unit 119, and the sensor unit is arranged on the same optical axis 108 in order from the light incident side. It comprises a polarizer 101, a λ / 4 plate 102, a first conductive reflective film 106, an electro-optic crystal 103, a second conductive reflective film 107, and an analyzer 104, which are arranged.

発光部118は、光源としてのLED等の発光素子を含むE/O回路と、光ファイバ等を含む入力側光学系とから構成されている。光源から発射された光ビームは、入力側光学系を経てセンサ部に入射する。   The light emitting unit 118 includes an E / O circuit including a light emitting element such as an LED as a light source, and an input optical system including an optical fiber. The light beam emitted from the light source enters the sensor unit via the input side optical system.

センサ部では、その光ビームの光路に上記の偏光子101、λ/4板102、第1導電性反射膜106、電気光学結晶103、第2導電性反射膜107および検光子104が順に配置されており、その光ビームは、これらの光学素子により被測定電圧Vmで変調された後に出射される。本参考例では、電気光学結晶103として、Z軸伝播LiNbO3 結晶が使用されており、電気光学結晶103はそのZ軸(C軸)を光軸108に合わせるように配置されている。また、第1導電性反射膜106および第2導電性反射膜107は、それらの反射面が光軸108に垂直となるように、かつ、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107との間隔drがセンサ部への入射光109の波長の半分の整数倍となるように配置されている。なお、図20に示す如く、Z軸が光軸108に沿いX軸とY軸が光軸108に垂直な平面内の互いに垂直な2方向のそれぞれに沿うように座標系が設定されているものとする。このとき、Z軸伝播LiNbO3 結晶に対しZ軸方向に電界を印加した場合すなわち縦型変調の場合の変調度に関係する電気光学定数はγ33とγ31であり、Z軸伝播LiNbO3 結晶103の設定方向がX軸方向の場合、偏光子101と検光子104の設定方向はX軸に対して±45°であり、λ/4板102の設定方向はX軸方向またはY軸方向である。ここで、設定方向とは、電気光学結晶やλ/4板などに入射する光ビームに対する屈折率を示す楕円の主軸方向をいう。 In the sensor section, the polarizer 101, the λ / 4 plate 102, the first conductive reflection film 106, the electro-optic crystal 103, the second conductive reflection film 107, and the analyzer 104 are sequentially arranged on the optical path of the light beam. The light beam is emitted after being modulated by the measured voltage Vm by these optical elements. In the present reference example, a Z-axis propagating LiNbO 3 crystal is used as the electro-optic crystal 103, and the electro-optic crystal 103 is arranged so that its Z-axis (C-axis) matches the optical axis 108. The first conductive reflecting film 106 and the second conductive reflecting film 107 have their reflecting surfaces perpendicular to the optical axis 108, and the first conductive reflecting film 106 and the second conductive reflecting film 107 The distance dr with respect to the sensor 107 is set to be an integral multiple of half the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. As shown in FIG. 20, the coordinate system is set such that the Z axis is along the optical axis 108 and the X and Y axes are along two mutually perpendicular directions in a plane perpendicular to the optical axis 108. And At this time, when an electric field is applied to the Z-axis propagating LiNbO 3 crystal in the Z-axis direction, that is, the electro-optic constants related to the degree of modulation in the case of vertical modulation are γ33 and γ31, and the Z-axis propagating LiNbO 3 crystal 103 When the setting direction is the X-axis direction, the setting direction of the polarizer 101 and the analyzer 104 is ± 45 ° with respect to the X-axis, and the setting direction of the λ / 4 plate 102 is the X-axis direction or the Y-axis direction. Here, the setting direction refers to a principal axis direction of an ellipse indicating a refractive index for a light beam incident on an electro-optic crystal, a λ / 4 plate, or the like.

受光部119は、光ファイバ等を含む出力側光学系と、光信号を電気信号に変換する光電変換素子を含むO/E回路とから構成されている。センサ部から出射された光ビームは出力側光学系を経てO/E回路内の光電変換素子で受光されて電気信号に変換される。この電気信号は、LiNbO3 結晶103を通過した後の光ビームの偏光状態に応じたものであって、その偏光状態は被測定電圧Vmに応じて変化する。受光部119に接続される受光側信号処理回路(図示せず)では、この電気信号に基づき変調度を計算することで、被測定電圧の値が求められる。 The light receiving unit 119 includes an output optical system including an optical fiber and the like, and an O / E circuit including a photoelectric conversion element that converts an optical signal into an electric signal. The light beam emitted from the sensor unit passes through the output side optical system, is received by a photoelectric conversion element in the O / E circuit, and is converted into an electric signal. This electric signal depends on the polarization state of the light beam after passing through the LiNbO 3 crystal 103, and the polarization state changes according to the measured voltage Vm. In a light receiving side signal processing circuit (not shown) connected to the light receiving section 119, the value of the voltage to be measured is obtained by calculating the degree of modulation based on this electric signal.

上記のように構成される光電圧センサの具体的な構造は、例えば後述する図24または図30に示すような構造となっている。これらの構造の詳細については、後で他の参考例として説明するので、ここでの詳しい説明を省略する。   The specific structure of the optical voltage sensor configured as described above is, for example, a structure as shown in FIG. 24 or FIG. 30 described later. Since the details of these structures will be described later as another reference example, detailed description thereof will be omitted.

本参考例の光電圧センサでは、前述のように、センサ部における第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107との間隔drがセンサ部への入射光109の波長の半分の整数倍となるように設定されている。このように設定されると、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107の間でエタロン共振器(「ファブリー・ペロ共振器」とも呼ばれる)が構成される。これにより、第1導電性反射膜106および第2導電性反射膜107に垂直な方向である光軸108の方向に伝播する光が支配的となり、図20に示すように、ビーム角度分布115は急峻となる。すなわち、光学部品の公差や構造上のバラツキ等によって入射光109の中心方向や分布にばらつきがあっても、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107によって構成されるエタロン共振器により、電気光学結晶103を通過する光は、その中心方向が反射面に垂直(光軸108に平行)で、分布も一定となる。さらに、このようなエタロン共振器によって、電気光学結晶103を通過する光の波長も一定となる。   In the optical voltage sensor of this reference example, as described above, the distance dr between the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107 in the sensor unit is an integer of half the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. It is set to double. With this setting, an etalon resonator (also called a “Fabry-Perot resonator”) is formed between the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107. As a result, light propagating in the direction of the optical axis 108 which is a direction perpendicular to the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107 becomes dominant, and as shown in FIG. It becomes steep. That is, even if the central direction and distribution of the incident light 109 vary due to tolerances of optical components, structural variations, and the like, the etalon resonator constituted by the first conductive reflective film 106 and the second conductive reflective film 107. Accordingly, the light passing through the electro-optic crystal 103 has a center direction perpendicular to the reflection surface (parallel to the optical axis 108) and a uniform distribution. Further, the wavelength of light passing through the electro-optic crystal 103 becomes constant by such an etalon resonator.

上記のように本参考例によれば、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107によって構成されるエタロン共振器により、電気光学結晶103を通過する光の中心方向および分布が一定となる。すなわち、電気光学結晶103への入射光ビームおよび電気光学結晶103を通過した後の光ビームのビーム状態が安定する。その結果、光学部品の公差等によってセンサ部への入射光109のビーム状態にバラツキがあっても、本参考例の光電圧センサの出力である変調度は安定化する。なお、センサ部への入射光109の中心方向がばらつくと、電気光学結晶103に入射する光ビームの強度が変化するが、その分布は一定となるので、センサ部への入射光109の中心方向のバラツキは、受光部119における受光量のAC成分とDC成分との比として与えられる変調度のバラツキには実質的に影響しない。   As described above, according to the present embodiment, the center direction and distribution of light passing through the electro-optic crystal 103 are fixed by the etalon resonator constituted by the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107. It becomes. That is, the beam states of the light beam incident on the electro-optic crystal 103 and the light beam after passing through the electro-optic crystal 103 are stabilized. As a result, even if the beam state of the incident light 109 to the sensor unit varies due to the tolerance of the optical parts and the like, the modulation degree which is the output of the optical voltage sensor of the present embodiment is stabilized. If the center direction of the incident light 109 on the sensor unit varies, the intensity of the light beam incident on the electro-optic crystal 103 changes, but the distribution is constant. Does not substantially affect the variation in the degree of modulation given as the ratio between the AC component and the DC component of the amount of light received by the light receiving unit 119.

なお、上記のビーム角度分布115は、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107の反射率に依存し、反射率が高いほどビーム角度分布115が小さくなるので、反射率は0.6以上であることが好ましい。このように、ビーム角度分布115が小さくなると、図35に示したような複屈折による軸ずれ特性に対して一定の特性が得られることになる。   Note that the above-described beam angle distribution 115 depends on the reflectance of the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107. The higher the reflectance is, the smaller the beam angle distribution 115 is. .6 or more. As described above, when the beam angle distribution 115 becomes smaller, a certain characteristic can be obtained with respect to the axis shift characteristic due to birefringence as shown in FIG.

本参考例では、Z軸伝播LiNbO3 結晶103に対しZ軸方向すなわち光軸108の方向に電界が印加される縦型変調方式が採用されているが、これに代えて、Z軸伝播LiNbO3 結晶103に対しX軸方向に電界が印加される横型変調方式を採用してもよい。横型変調方式の光電圧センサの具体的構成としては、例えば後で説明されているような構成が挙げられる(図25参照)。 In the present embodiment, although the vertical modulation scheme field is applied to the Z-axis propagation LiNbO 3 crystal 103 in a direction of the Z-axis direction, that is the optical axis 108 is employed, instead of this, the Z-axis propagation LiNbO 3 A lateral modulation method in which an electric field is applied to crystal 103 in the X-axis direction may be employed. As a specific configuration of the optical voltage sensor of the horizontal modulation system, for example, a configuration described later is cited (see FIG. 25).

横型変調方式を採用した場合、光電圧センサの変調度に関係する電気光学定数はγ22で、Z軸伝播LiNbO3 結晶膜103の設定方向がX軸方向の場合、偏光子101と検光子104の設定方向はX軸方向かY軸方向であり、λ/4板102の設定方向はX軸に対して±45°である。電気光学定数γ22の温度特性は小さいため、横型変調方式の場合、光電圧センサの出力(変調度)の温度による変化(以下「温度による出力変化」という)のうちLiNbO3 結晶103の温度特性による寄与分は、図21において点線で示されているように、ほとんど無視できる程度である(図21において縦軸は25℃のときの光電圧センサの出力(変調度)を基準とする相対出力変化を表している)。しかし、λ/4板102の複屈折の温度特性により、横型変調方式の光電圧センサの出力である変調度は温度特性を持つことになる。ただし、上記のようにLiNbO3 結晶膜103を囲む領域内にエタロン共振器が構成されて光ビーム状態が安定化されるため、光学部品の公差等によってセンサ部への入射光109のビーム状態にバラツキがあっても、光電圧センサの出力の温度特性がばらつかずに安定化する。なお、このことから、横型変調方式を採用した場合には、温度センサとしての用途も可能である。 When the horizontal modulation method is adopted, the electro-optic constant related to the modulation degree of the optical voltage sensor is γ22, and when the setting direction of the Z-axis propagating LiNbO 3 crystal film 103 is the X-axis direction, the polarizer 101 and the analyzer 104 The setting direction is the X axis direction or the Y axis direction, and the setting direction of the λ / 4 plate 102 is ± 45 ° with respect to the X axis. Since the temperature characteristic of the electro-optic constant γ22 is small, in the case of the lateral modulation method, the change in the output (modulation degree) of the optical voltage sensor due to temperature (hereinafter referred to as “output change due to temperature”) depends on the temperature characteristic of the LiNbO 3 crystal 103 The contribution is almost negligible, as shown by the dotted line in FIG. 21 (in FIG. 21, the vertical axis represents the relative output change based on the output (modulation degree) of the optical voltage sensor at 25 ° C.). Represents). However, due to the birefringence temperature characteristics of the λ / 4 plate 102, the modulation degree, which is the output of the photovoltaic sensor of the horizontal modulation type, has temperature characteristics. However, since the etalon resonator is formed in the region surrounding the LiNbO 3 crystal film 103 as described above and the state of the light beam is stabilized, the beam state of the incident light 109 to the sensor unit is changed due to the tolerance of the optical components and the like. Even if there is variation, the temperature characteristics of the output of the optical voltage sensor are stabilized without variation. From this, when the horizontal modulation method is adopted, it can be used as a temperature sensor.

本参考例のように縦型変調方式を採用した場合には、前述のように、光電圧センサの出力である変調度に関係する電気光学定数はγ33とγ31であり、Z軸伝播LiNbO3 結晶103の設定方向がX軸方向の場合に、偏光子101と検光子104の設定方向はX軸に対して±45°であり、λ/4板102の設定方向はX軸方向またはY軸方向である。縦型変調方式の場合、電気光学定数γ33とγ31の温度特性により、光電圧センサにおける温度による出力変化のうちLiNbO3 結晶103の温度特性による寄与分は、図21において点線で示されているようになる。すなわち、温度が上昇すると、LiNbO3 結晶103の温度特性によって光電圧センサの出力が低下する。また、光電圧センサの温度による出力変化には、λ/4板102の複屈折の温度特性に起因する成分が存在する(以下、これを「λ/4板102の温度特性による出力変化」という)。ところで、λ/4板102のその入射光に対する屈折率を示す楕円(以下「屈折率楕円」という)は、温度が高くなるほど真円に近づく。一方、LiNbO3 結晶103のその入射光に対する屈折率を示す楕円(屈折率楕円)は、温度が高くなるほど扁平な楕円になる。したがって、λ/4板102の屈折率楕円の進相軸方向とLiNbO3 結晶103の屈折率楕円の進相軸方向とを一致させれば、両者の温度特性に起因するセンサ出力の温度依存性が互いにキャンセルされ(図21における点線と実線の直線参照)、その結果、温度による光電圧センサの出力変化が低減される。すなわち、LiNbO3 結晶103の設定方向がX軸方向の場合、λ/4板102の設定方向もX軸方向となるように設定することにより、光電圧センサの出力の温度特性を改善することができる。 When the vertical modulation method is adopted as in this reference example, as described above, the electro-optic constants related to the modulation degree which is the output of the optical voltage sensor are γ33 and γ31, and the Z-axis propagating LiNbO 3 crystal is used. When the setting direction of 103 is the X axis direction, the setting direction of the polarizer 101 and the analyzer 104 is ± 45 ° with respect to the X axis, and the setting direction of the λ / 4 plate 102 is the X axis direction or the Y axis direction. It is. In the case of the vertical modulation method, due to the temperature characteristics of the electro-optic constants γ33 and γ31, the contribution of the temperature characteristics of the LiNbO 3 crystal 103 to the temperature change of the optical voltage sensor is indicated by the dotted line in FIG. become. That is, when the temperature increases, the output of the optical voltage sensor decreases due to the temperature characteristics of the LiNbO 3 crystal 103. Further, in the output change due to the temperature of the optical voltage sensor, there is a component caused by the temperature characteristic of the birefringence of the λ / 4 plate 102 (hereinafter, this is referred to as “output change due to the temperature characteristic of the λ / 4 plate 102”). ). By the way, the ellipse indicating the refractive index of the λ / 4 plate 102 with respect to the incident light (hereinafter referred to as “refractive index ellipse”) becomes closer to a perfect circle as the temperature increases. On the other hand, the ellipse (refractive index ellipse) indicating the refractive index of the LiNbO 3 crystal 103 with respect to the incident light becomes a flat ellipse as the temperature increases. Therefore, if the direction of the fast axis of the refractive index ellipse of the λ / 4 plate 102 and the direction of the fast axis of the refractive index ellipse of the LiNbO 3 crystal 103 are matched, the temperature dependence of the sensor output due to the temperature characteristics of the two. Are canceled out (see the dotted line and the solid line in FIG. 21), and as a result, a change in the output of the optical voltage sensor due to the temperature is reduced. That is, when the setting direction of the LiNbO 3 crystal 103 is the X-axis direction, the temperature characteristic of the output of the optical voltage sensor can be improved by setting the setting direction of the λ / 4 plate 102 to the X-axis direction. it can.

(第14の参考例)
次に、本発明の第14の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、第13の参考例と基本的に同様の構成すなわち図20に示すような構成を有している。本参考例の光電圧センサにおける構成要素のうち第13の参考例におけるものと同一の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、本参考例の光電圧センサの全体的な動作も、実質的に第13の参考例と同様であるので、詳しい説明を省略する。
(14th reference example)
Next, an optical voltage sensor according to a fourteenth embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor of the present embodiment has basically the same configuration as that of the thirteenth embodiment, that is, the configuration as shown in FIG. The same components as those in the thirteenth reference example among the components in the optical voltage sensor of the present reference example are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In addition, the overall operation of the optical voltage sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the thirteenth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

本参考例では、図22に示すように、センサ部においてエタロン共振器を構成するための導電性反射膜が、反射膜と透明導電性膜とで構成される多層膜で実現されている。すなわち、上記第13の参考例における第1導電性反射膜106が、本参考例では、第1透明導電性膜121と第1反射膜122とで構成される多層膜で実現される(この多層膜で実現される本参考例の第1導電性反射膜を参照符号106bで示すものとする)。また、上記第13の参考例における第2導電性反射膜107が、本参考例では、第2透明導電性膜123と第2反射膜124とで構成される多層膜で実現される(この多層膜で実現される本参考例の第2導電性反射膜を参照符号107bで示すものとする)。したがって、本参考例では、第1反射膜122と第2反射膜124との間隔dr2がセンサ部への入射光109の波長の半分の整数倍となるように配置される。第1および第2透明導電性膜121および123としては、例えばITO( Indium-Tin-Oxide)膜などを使用することができる。   In the present reference example, as shown in FIG. 22, the conductive reflection film for forming the etalon resonator in the sensor unit is realized by a multilayer film including a reflection film and a transparent conductive film. That is, in the present embodiment, the first conductive reflection film 106 in the thirteenth embodiment is realized by a multilayer film composed of the first transparent conductive film 121 and the first reflection film 122 (this multilayer film). The first conductive reflective film of the present embodiment realized by a film is denoted by reference numeral 106b). Further, in the present embodiment, the second conductive reflection film 107 in the thirteenth embodiment is realized by a multilayer film composed of the second transparent conductive film 123 and the second reflection film 124 (this multilayer film). The second conductive reflection film of the present embodiment realized by a film is denoted by reference numeral 107b). Therefore, in this embodiment, the distance dr2 between the first reflection film 122 and the second reflection film 124 is arranged so as to be an integral multiple of half the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. As the first and second transparent conductive films 121 and 123, for example, an ITO (Indium-Tin-Oxide) film or the like can be used.

なお、図22は、第1導電性反射膜106bを構成する第1透明導電性膜121と第2導電性反射膜107bを構成する第2透明導電性膜123とが、共にLiNbO3 結晶(電気光学結晶)103の側に配置された例を示しているが、第1透明導電性膜121と第1反射膜122との順序、および、第2透明導電性膜123と第2反射膜124との順序は、任意である。ただし、上述のように、これらの順序に拘わらず、第1反射膜122と第2反射膜124との間隔がセンサ部への入射光109の波長の半分の整数倍となるように配置される。 FIG. 22 shows that the first transparent conductive film 121 forming the first conductive reflective film 106b and the second transparent conductive film 123 forming the second conductive reflective film 107b are both LiNbO 3 crystals (electrically conductive). Although an example in which the first transparent conductive film 121 and the first reflective film 122 are arranged, and the second transparent conductive film 123 and the second reflective film The order of is arbitrary. However, as described above, regardless of the order, the first reflective film 122 and the second reflective film 124 are arranged such that the distance between the first reflective film 122 and the second reflective film 124 is an integral multiple of half the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. .

本参考例によれば、透明導電性膜と反射膜とからなる多層膜として実現される、第1導電性反射膜106bおよび第2導電性反射膜107bによって、第13の参考例と同様にエタロン共振器が構成され、これにより、電気光学結晶103を通過する光の中心方向および分布が一定となる。その結果、光学部品の公差等によってセンサ部への入射光109のビーム状態にバラツキがあっても、本参考例の光電圧センサの出力である変調度は安定化する。さらに、本参考例によれば、第1導電性反射膜106bおよび第2導電性反射膜107bが透明導電性膜と反射膜とからなる多層膜として実現されるため、第1および第2導電性反射膜106bおよび107bを作製する際に、それらの導電率と反射率とを別個に制御することが可能となる。したがって、単層膜によって導電性反射膜を実現する場合に比べ、反射率の大きな導電性反射膜を容易に作成できるので、上記ビーム状態の安定化という効果をより高めることができる。   According to this embodiment, the etalon is formed by the first conductive reflection film 106b and the second conductive reflection film 107b, which are realized as a multilayer film including the transparent conductive film and the reflection film, as in the thirteenth embodiment. A resonator is formed, whereby the center direction and distribution of light passing through the electro-optic crystal 103 become constant. As a result, even if the beam state of the incident light 109 to the sensor unit varies due to the tolerance of the optical parts and the like, the modulation degree which is the output of the optical voltage sensor of the present embodiment is stabilized. Further, according to the present embodiment, the first and second conductive reflecting films 106b and 107b are realized as a multilayer film including a transparent conductive film and a reflecting film, and thus the first and second conductive reflecting films 106b and 107b are realized. When fabricating the reflective films 106b and 107b, it is possible to control their conductivity and reflectance separately. Therefore, as compared with the case where a conductive reflection film is realized by a single-layer film, a conductive reflection film having a high reflectance can be easily formed, and the effect of stabilizing the beam state can be further enhanced.

(第15の参考例)
次に、本発明の第15の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、第13の参考例と基本的に同様の構成すなわち図20に示すような構成を有している。本参考例の光電圧センサにおける構成要素のうち第13の参考例におけるものと同一の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、本参考例の光電圧センサの全体的な動作も実質的に第13の参考例と同様であるので、詳しい説明を省略する。
(Fifteenth Reference Example)
Next, an optical voltage sensor according to a fifteenth embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor of the present embodiment has basically the same configuration as that of the thirteenth embodiment, that is, the configuration as shown in FIG. The same components as those in the thirteenth reference example among the components in the optical voltage sensor of the present reference example are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, the overall operation of the optical voltage sensor according to the present embodiment is substantially the same as that of the thirteenth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

本参考例では、センサ部において電気光学結晶103であるLiNbO3 結晶膜を挟むように配置される2つの導電性反射膜が、図23に示すような多層膜で実現されている。すなわち、上記第13の参考例における第1導電性反射膜106が、本参考例では、第1透明導電性膜121と反射膜として機能する第1多層膜133とで構成される(このように本参考例において第1透明導電性膜121と第1多層膜133とで構成される第1導電性反射膜を参照符号106cで示すものとする)。また、上記第13の参考例における第2導電性反射膜107が、本参考例では、第2透明導電性膜123と反射膜として機能する第2多層膜134とで構成される(このように本参考例において第2透明導電性膜123と第2多層膜134とで構成される第2導電性反射膜を参照符号107cで示すものとする)。第1多層膜133および第2多層膜134は、共に、光軸108の方向に高屈折率層131と低屈折率層132という2種類の層が交互に積層された多層膜であって、屈折率が光軸108の方向に周期的に変化するという周期構造を有している。すなわち、第1多層膜133および第2多層膜134は1次元フォトニック結晶である。また本参考例では、第1透明導電性膜121は第1多層膜133とLiNbO3 結晶膜103との間に、第2透明導電性膜123は第2多層膜134とLiNbO3 結晶膜103との間に、それぞれ挟まれている。そして、第1多層膜133を構成する層のうち第1透明導電性膜121に接している層すなわちLiNbO3 結晶膜103に最も近い層(以下「第1近接層」という)と、第2多層膜134を構成する層のうち第2透明導電性膜123に接している層すなわちLiNbO3 結晶膜103に最も近い層(以下「第2近接層」という)とは、同種類の層である(すなわち同じ屈折率を有している)。図23に示した例では、第1および第2近接層は、共に高屈折率層131である。なお、第1および第2透明導電性膜121および123としては、例えばITO(Indium-Tin-Oxide)膜などを使用することができる。また、高屈折率層131の材料としては、Ta25や、TiO2 、Ge、Si等(例えば屈折率3.4〜3.6程度の材料)を使用することができ、低屈折率層132の材料としては、SiO2 (屈折率1.46程度)や空気(屈折率1)などを使用することができる。 In the present reference example, two conductive reflection films arranged so as to sandwich the LiNbO 3 crystal film serving as the electro-optic crystal 103 in the sensor unit are realized by a multilayer film as shown in FIG. That is, in the present embodiment, the first conductive reflective film 106 in the thirteenth embodiment is composed of the first transparent conductive film 121 and the first multilayer film 133 functioning as a reflective film (as described above). In the present embodiment, the first conductive reflection film composed of the first transparent conductive film 121 and the first multilayer film 133 is indicated by reference numeral 106c). Further, the second conductive reflection film 107 in the thirteenth embodiment is composed of the second transparent conductive film 123 and the second multilayer film 134 functioning as a reflection film in this embodiment (as described above). In the present embodiment, the second conductive reflection film composed of the second transparent conductive film 123 and the second multilayer film 134 is indicated by reference numeral 107c). Each of the first multilayer film 133 and the second multilayer film 134 is a multilayer film in which two types of layers, that is, a high refractive index layer 131 and a low refractive index layer 132 are alternately stacked in the direction of the optical axis 108. It has a periodic structure in which the rate changes periodically in the direction of the optical axis 108. That is, the first multilayer film 133 and the second multilayer film 134 are one-dimensional photonic crystals. In this embodiment, the first transparent conductive film 121 is between the first multilayer film 133 and the LiNbO 3 crystal film 103, and the second transparent conductive film 123 is the second multilayer film 134 and the LiNbO 3 crystal film 103. Between, each is sandwiched. Then, of the layers constituting the first multilayer film 133, the layer in contact with the first transparent conductive film 121, that is, the layer closest to the LiNbO 3 crystal film 103 (hereinafter referred to as “first proximity layer”) and the second multilayer Among the layers constituting the film 134, the layer in contact with the second transparent conductive film 123, that is, the layer closest to the LiNbO 3 crystal film 103 (hereinafter, referred to as “second proximity layer”) is a layer of the same type ( That is, they have the same refractive index). In the example shown in FIG. 23, the first and second proximity layers are both high refractive index layers 131. In addition, as the first and second transparent conductive films 121 and 123, for example, an ITO (Indium-Tin-Oxide) film or the like can be used. In addition, as a material of the high refractive index layer 131, Ta 2 O 5 , TiO 2 , Ge, Si, or the like (for example, a material having a refractive index of about 3.4 to 3.6) can be used. As a material of the layer 132, SiO 2 (refractive index: about 1.46), air (refractive index: 1), or the like can be used.

上記の第1導電性反射膜106cおよび第2導電性反射膜107cにおいて、1つの高屈折率層131の厚みと1つの低屈折率層132の厚みとの和がセンサ部への入射光109の波長の1/4となるように各層が形成されている。また、第1多層膜133と第2多層膜134とは、第1近接層と第2近接層との間隔、すなわち第1多層膜133の第1透明導電性膜121に接する面と第2多層膜134の第2透明導電性膜123に接する面との間隔dr3が、センサ部への入射光109の波長の半分の整数倍となるように配置されている。   In the above-mentioned first conductive reflection film 106c and second conductive reflection film 107c, the sum of the thickness of one high-refractive index layer 131 and the thickness of one low-refractive index layer 132 is the ratio of the incident light 109 to the sensor unit. Each layer is formed so as to have a wavelength of 1/4. Further, the first multilayer film 133 and the second multilayer film 134 are separated from each other by the distance between the first adjacent layer and the second adjacent layer, that is, the surface of the first multilayer film 133 in contact with the first transparent conductive film 121 and the second multilayer film. The space dr3 between the film 134 and the surface in contact with the second transparent conductive film 123 is arranged so as to be an integral multiple of half the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit.

上記のように構成され配置された第1導電性反射膜106cおよび第2導電性反射膜107cは、入射光109に対していわゆるPBG(Photonic Band Gap )反射鏡として機能し、これらのPBG反射鏡で囲まれた空間内で強い共振が生じる。すなわち、第13の参考例におけるエタロン共振器と同質のより強い効果が得られる。これにより、電気光学結晶103を通過する光の中心方向および分布が一定となり、その結果、光学部品の公差等によってセンサ部への入射光109のビーム状態にバラツキがあっても、本参考例の光電圧センサの出力である変調度は安定化する。   The first conductive reflecting film 106c and the second conductive reflecting film 107c configured and arranged as described above function as a so-called PBG (Photonic Band Gap) reflecting mirror for the incident light 109, and these PBG reflecting mirrors are used. Strong resonance occurs in the space surrounded by. That is, a stronger effect of the same quality as that of the etalon resonator in the thirteenth embodiment is obtained. Thereby, the center direction and distribution of light passing through the electro-optic crystal 103 become constant, and as a result, even if the beam state of the incident light 109 to the sensor unit varies due to tolerances of optical components and the like, the present embodiment does The degree of modulation, which is the output of the optical voltage sensor, is stabilized.

ところで上記構成では、高屈折率層131の厚みと低屈折率層132の厚みとの和がセンサ部への入射光109の波長の1/4となるように第1導電性反射膜106cおよび第2導電性反射膜107cが形成されているが、上記効果を高めるうえで、高屈折率層131の厚みと低屈折率層132の厚みとを共にセンサ部への入射光109の波長の1/8とするのが好ましい。   By the way, in the above configuration, the first conductive reflection film 106c and the first conductive reflection film 106c are so arranged that the sum of the thickness of the high refractive index layer 131 and the thickness of the low refractive index layer 132 is 1 / of the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. Although the two conductive reflection films 107c are formed, in order to enhance the above effect, both the thickness of the high refractive index layer 131 and the thickness of the low refractive index layer 132 are set to 1/1 / of the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. It is preferably 8.

なお、PBG反射鏡の応用については、既に複数の文献で紹介されており、例えば米国特許5,365,541号に開示されている。   The application of the PBG reflecting mirror has already been introduced in a plurality of documents, and is disclosed in, for example, US Pat. No. 5,365,541.

(第16の参考例)
次に、本発明の第16の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、第13の参考例と同様の構成すなわち図20に示すような構成を有している。本参考例の光電圧センサにおける構成要素のうち第13の参考例におけるものと同一の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、本参考例の光電圧センサの全体的な動作も、実質的に第13の参考例と同様であるので詳しい説明を省略する。
(16th reference example)
Next, an optical voltage sensor according to a sixteenth embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor of this embodiment has the same configuration as that of the thirteenth embodiment, that is, the configuration as shown in FIG. The same components as those in the thirteenth reference example among the components in the optical voltage sensor of the present reference example are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, the overall operation of the optical voltage sensor according to the present embodiment is substantially the same as that of the thirteenth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

図24は、本参考例に係る光電圧センサの要部の具体的な構造を示す透視正面図である。この光電圧センサは、基板144を備えており、この光電圧センサのセンサ部を構成する偏光子101、λ/4板102、第1導電性反射膜106、電気光学結晶としてのLiNbO3 結晶膜103、第2導電性反射膜107および検光子104をそれぞれ密着させて所定の光軸108上に順に配置するように位置決めする部品ガイド143が、基板144の中央部に設けられている。この部品ガイド143は4つの縁から構成されていて、これら4つの縁のうち対向する2つの縁のそれぞれに垂直に接続された光ファイバガイド142aおよび142bが更に基板144に設けられている。これらのうち光ファイバガイド142aは、発光部118の入力側光学系を構成する光ファイバ246aを部品ガイド143で位置決めされた偏光子101に光学的に結合させるように、光ファイバ246aを案内する。光ファイバガイド142bは、受光部119の出力側光学系を構成する光ファイバ246bを部品ガイド143で位置決めされた検光子104に光学的に結合させるように、光ファイバ246bを案内する。また、基板144には1対の電極141が取り付けられており、その1対の電極141の一方は部品ガイド143によって位置決めされた第1導電性反射膜106に、他方は部品ガイド143によって位置決めされた第2導電性反射膜107に、それぞれリード線145によって電気的に接続されている。したがって、1対の電極141間に被測定電圧Vmが印加されると、その電圧Vmが電気光学結晶であるLiNbO3 膜103にZ軸方向(光軸108の方向)に印加される。 FIG. 24 is a transparent front view showing a specific structure of a main part of the optical voltage sensor according to the present reference example. This optical voltage sensor includes a substrate 144, and a polarizer 101, a λ / 4 plate 102, a first conductive reflection film 106, and a LiNbO 3 crystal film as an electro-optic crystal, which constitute a sensor unit of the optical voltage sensor. A component guide 143 that positions the 103, the second conductive reflection film 107, and the analyzer 104 in close contact with each other and positions them sequentially on a predetermined optical axis 108 is provided at the center of the substrate 144. The component guide 143 is composed of four edges, and the substrate 144 is further provided with optical fiber guides 142a and 142b which are vertically connected to two opposing edges of the four edges. Among these, the optical fiber guide 142a guides the optical fiber 246a so that the optical fiber 246a constituting the input side optical system of the light emitting unit 118 is optically coupled to the polarizer 101 positioned by the component guide 143. The optical fiber guide 142b guides the optical fiber 246b so that the optical fiber 246b constituting the output side optical system of the light receiving unit 119 is optically coupled to the analyzer 104 positioned by the component guide 143. Further, a pair of electrodes 141 is attached to the substrate 144, and one of the pair of electrodes 141 is positioned on the first conductive reflection film 106 positioned by the component guide 143, and the other is positioned by the component guide 143. The second conductive reflection film 107 is electrically connected to each other by a lead wire 145. Therefore, when the measured voltage Vm is applied between the pair of electrodes 141, the voltage Vm is applied to the LiNbO 3 film 103, which is an electro-optic crystal, in the Z-axis direction (the direction of the optical axis 108).

また、本参考例では、第13の参考例と同様、センサ部における第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107との間隔drが、センサ部への入射光109の波長の半分の整数倍となるように設定されている。これによって第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107の間でエタロン共振器が構成されるため、第1導電性反射膜106および第2導電性反射膜107に垂直な方向である光軸108の方向に伝播する光が支配的となり、ビーム角度分布115は急峻となる。その結果、光学部品の公差等によってセンサ部への入射光109のビーム状態にバラツキがあっても、本参考例の光電圧センサの出力である変調度は安定化するという効果が得られ、更に、センサ部を通過する光の指向性が向上するという効果が得られる。   In the present embodiment, as in the thirteenth embodiment, the distance dr between the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107 in the sensor unit is half the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. Is set to be an integral multiple of. As a result, an etalon resonator is formed between the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107, so that the direction is perpendicular to the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107. Light propagating in the direction of the optical axis 108 becomes dominant, and the beam angle distribution 115 becomes steep. As a result, even if the beam state of the incident light 109 to the sensor unit varies due to tolerances of the optical components and the like, the modulation degree, which is the output of the optical voltage sensor of the present reference example, is stabilized. This has the effect of improving the directivity of light passing through the sensor section.

上記のように本参考例によれば、センサ部においてLiNbO3 結晶膜103を囲む領域にエタロン共振器が構成されることによって、センサ部を通過する光の指向性が向上してLiNbO3 結晶膜103への入射光ビームの軸ずれが抑えられる。また、センサ部を構成する各光学部品が板状または膜状となっていて、かつ部品ガイド143によりそれらの光学部品のそれぞれが密着した状態で位置決めされているため、センサ部における光路長が従来の構成(図33参照)に比べて短縮化される(この光路長を例えば2〜3mm程度とすることができる)。本参考例では、このようにしてセンサ部を通過する光の指向性を高めるとともにセンサ部における光路長を短縮化した上で、光ファイバガイド142aによって入力側光学系の光ファイバ246aを直接に偏光子101に光学的に結合し、光ファイバガイド142bによって出力側光学系の光ファイバ246bを直接に検光子104に光学的に結合している。すなわち、本参考例では、センサ部における光の指向性の向上および光路長の短縮化により、レンズを使用することなく、偏光子101側での光ファイバ246aの結合ロスと検光子104側での光ファイバ246bの結合ロスとを、実用上問題のない範囲に収めることができる。このようにして本参考例によれば、光学式のセンサとしての性能の低下を抑えつつ、レンズを不要として部品点数を削減することで、コストを低減することができる。 According to the present embodiment as described above, the etalon resonator is formed in the region surrounding the LiNbO 3 crystal film 103 in the sensor portion, so that the directivity of light passing through the sensor portion is improved and the LiNbO 3 crystal film The deviation of the axis of the light beam incident on the optical axis 103 is suppressed. Further, since each optical component constituting the sensor unit is plate-shaped or film-shaped, and each of the optical components is positioned in close contact with the component guide 143, the optical path length in the sensor unit is conventionally reduced. (See FIG. 33) (the optical path length can be, for example, about 2 to 3 mm). In the present reference example, after increasing the directivity of light passing through the sensor unit and shortening the optical path length in the sensor unit, the optical fiber 246a of the input side optical system is directly polarized by the optical fiber guide 142a. The optical fiber 246b of the output side optical system is directly optically coupled to the analyzer 104 by an optical fiber guide 142b. That is, in this reference example, the coupling loss of the optical fiber 246a on the polarizer 101 side and the analysis loss on the analyzer 104 side can be achieved without using a lens by improving the directivity of light and shortening the optical path length in the sensor section. The coupling loss of the optical fiber 246b can be kept within a range having no practical problem. As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce costs by suppressing the deterioration of the performance as an optical sensor and reducing the number of parts by eliminating the need for a lens.

(第17の参考例)
次に、本発明の第17の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、横型変調方式のセンサであって、電気光学結晶であるZ軸伝播LiNbO3 結晶膜103に対しX軸方向に電界が印加され(座標系については図20参照)、この点で、縦型変調方式の光電圧センサである第13の参考例や第16の参考例などと相違する。本参考例では、このように、LiNbO3 結晶膜103への電界の印加方向は、Z軸方向(光軸108の方向)ではなくX軸方向であるので、センサ部において、第1導電性反射膜106に代えて第1反射膜122が、第2導電性反射膜107に代えて第2反射膜124がそれぞれ使用され(第1および第2反射膜122および124には導電性が要求されない)、LiNbO3 結晶膜103に被測定電圧Vmを印加するための1対の印加電極151がX軸方向に対向してLiNbO3 結晶膜103をX軸方向に挟むように配置される。また、本参考例のようにZ軸伝播LiNbO3結晶膜103に対しX軸方向に電界を印加した場合の変調度に関係する電気光学定数はγ22であり、偏光子101と検光子104の設定方向はX軸方向かY軸方向であり、λ/4板102の設定方向はX軸に対して±45°である。
(17th reference example)
Next, an optical voltage sensor according to a seventeenth embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor of the present reference example is a sensor of a horizontal modulation type, in which an electric field is applied in the X-axis direction to a Z-axis propagating LiNbO 3 crystal film 103 which is an electro-optic crystal (see FIG. 20 for a coordinate system). This is different from the thirteenth reference example and the sixteenth reference example which are optical voltage sensors of the vertical modulation type. In this reference example, since the direction of application of the electric field to the LiNbO 3 crystal film 103 is not the Z-axis direction (the direction of the optical axis 108) but the X-axis direction, the first conductive reflection A first reflection film 122 is used in place of the film 106, and a second reflection film 124 is used in place of the second conductive reflection film 107 (the first and second reflection films 122 and 124 do not require conductivity). They are arranged a pair of applying electrodes 151 for applying a voltage Vm to be measured is opposed to the X-axis direction in the LiNbO 3 crystal film 103 so as to sandwich the LiNbO 3 crystal film 103 in the X-axis direction. Further, the electro-optic constant related to the degree of modulation when an electric field is applied to the Z-axis propagating LiNbO 3 crystal film 103 in the X-axis direction as in this reference example is γ22, and the setting of the polarizer 101 and the analyzer 104 is performed. The direction is the X axis direction or the Y axis direction, and the setting direction of the λ / 4 plate 102 is ± 45 ° with respect to the X axis.

上記以外の部分についての本参考例の基本的構成は、図20に示す第13の参考例の構成と同様であるので、本参考例の光電圧センサにおける構成要素のうち第13の参考例におけるものと同一の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、本参考例の光電圧センサの全体的な動作も実質的に第13の参考例と概ね同様であるので、詳しい説明を省略する。   Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the thirteenth embodiment shown in FIG. 20 except for the above, the components of the optical voltage sensor according to the thirteenth embodiment are the same as those of the thirteenth embodiment. The same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Further, the overall operation of the optical voltage sensor according to the present embodiment is substantially the same as that of the thirteenth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

図25は、本参考例に係る光電圧センサの要部の具体的な構造を示す透視正面図である。この光電圧センサは、第16の参考例と同様に基板144を備えており、この光電圧センサのセンサ部を構成する偏光子101、λ/4板102、第1反射膜122、電気光学結晶としてのLiNbO3 結晶膜103、第2反射膜124および検光子104をそれぞれ密着させて所定の光軸108上に順に配置するように位置決めする部品ガイド143が、基板144の中央部に設けられている。また、第16の参考例の場合と同様の構成の光ファイバガイド142aおよび142bが基板144に設けられていて、光ファイバガイド142aは、発光部118の入力側光学系を構成する光ファイバ246aを部品ガイド143で位置決めされた偏光子101に光学的に結合させるように、光ファイバ246aを案内する。光ファイバガイド142bは、受光部119の出力側光学系を構成する光ファイバ246bを部品ガイド143で位置決めされた検光子104に光学的に結合させるように、光ファイバ246bを案内する。また、基板144には1対の電極152が取り付けられており、その1対の電極152の一方および他方は、1対の印加電極151の一方および他方にそれぞれリード線によって接続されている。したがって、1対の印加電極151間に被測定電圧Vmが印加されると、その電圧Vmが電気光学結晶であるLiNbO3 膜103にX軸方向に印加される。 FIG. 25 is a transparent front view showing a specific structure of a main part of the optical voltage sensor according to this reference example. This optical voltage sensor includes a substrate 144 as in the sixteenth embodiment, and a polarizer 101, a λ / 4 plate 102, a first reflection film 122, an electro-optic crystal constituting a sensor unit of the optical voltage sensor. A component guide 143 for positioning the LiNbO 3 crystal film 103, the second reflection film 124, and the analyzer 104 in close contact with each other and sequentially arranging them on a predetermined optical axis 108 is provided at the center of the substrate 144. I have. Further, optical fiber guides 142a and 142b having the same configuration as that of the sixteenth embodiment are provided on the substrate 144, and the optical fiber guide 142a connects the optical fiber 246a constituting the input side optical system of the light emitting unit 118. The optical fiber 246a is guided so as to be optically coupled to the polarizer 101 positioned by the component guide 143. The optical fiber guide 142b guides the optical fiber 246b so that the optical fiber 246b constituting the output side optical system of the light receiving unit 119 is optically coupled to the analyzer 104 positioned by the component guide 143. A pair of electrodes 152 is attached to the substrate 144, and one and the other of the pair of electrodes 152 are connected to one and the other of the pair of application electrodes 151 by lead wires, respectively. Therefore, when the measured voltage Vm is applied between the pair of application electrodes 151, the voltage Vm is applied to the LiNbO 3 film 103, which is an electro-optic crystal, in the X-axis direction.

また、本参考例では、センサ部における第1反射膜122と第2反射膜124との間隔がセンサ部への入射光109の波長の半分の整数倍となるように設定されている。これによって第13および第16の参考例と同様、第1反射膜122と第2反射膜124の間でエタロン共振器が構成されるため、第1反射膜122および第2反射膜124に垂直な方向である光軸108の方向に伝播する光が支配的となり、ビーム角度分布115は急峻となる。その結果、光学部品の公差等によってセンサ部への入射光109のビーム状態にバラツキがあっても、本参考例の光電圧センサの出力である変調度は安定化するという効果に加えて、センサ部を通過する光の指向性が向上するという効果が得られる。   In the present embodiment, the distance between the first reflection film 122 and the second reflection film 124 in the sensor unit is set to be an integral multiple of half the wavelength of the light 109 incident on the sensor unit. Thus, similarly to the thirteenth and sixteenth embodiments, an etalon resonator is formed between the first reflection film 122 and the second reflection film 124, and therefore, the etalon resonator is perpendicular to the first reflection film 122 and the second reflection film 124. Light propagating in the direction of the optical axis 108, which is the direction, becomes dominant, and the beam angle distribution 115 becomes steep. As a result, even if the beam state of the incident light 109 to the sensor unit varies due to tolerances of the optical components and the like, the modulation degree which is the output of the optical voltage sensor of the present reference example is stabilized. The effect is obtained that the directivity of light passing through the section is improved.

上記のように本参考例によれば、第16の参考例と同様、センサ部においてLiNbO3 結晶膜103を囲む領域にエタロン共振器が構成されることによって、センサ部を通過する光の指向性が向上してLiNbO3 結晶膜103への入射光ビームの軸ずれが抑えられる。また、センサ部を構成する各光学部品が板状または膜状となっていて部品ガイド143によりそれらの光学部品のそれぞれが密着した状態で位置決めされているため、センサ部における光路長が短縮化される(この光路長を例えば2〜3mm程度とすることができる)。すなわち本参考例においても、センサ部における光の指向性の向上および光路長の短縮化により、レンズを使用することなく、偏光子101側での光ファイバ246aの結合ロスと検光子104側での光ファイバ246bの結合ロスとを、実用上問題のない範囲に収めることができる。したがって、第16の参考例と同様、光学式センサとしての性能の低下を抑えつつ、レンズを不要として部品点数を削減することで、コスト低減が図られる。 As described above, according to the present embodiment, as in the sixteenth embodiment, the etalon resonator is formed in a region surrounding the LiNbO 3 crystal film 103 in the sensor unit, so that the directivity of light passing through the sensor unit is improved. And the axial deviation of the light beam incident on the LiNbO 3 crystal film 103 is suppressed. Further, since each optical component constituting the sensor unit is in a plate shape or a film shape and is positioned in a state where the optical components are in close contact with each other by the component guide 143, the optical path length in the sensor unit is shortened. (This optical path length can be, for example, about 2 to 3 mm). That is, also in this reference example, the coupling loss of the optical fiber 246a on the polarizer 101 side and the analysis loss on the analyzer 104 side can be achieved without using a lens by improving the directivity of light and shortening the optical path length in the sensor section. The coupling loss of the optical fiber 246b can be kept within a range having no practical problem. Therefore, as in the sixteenth embodiment, the cost can be reduced by reducing the number of parts by eliminating the need for a lens while suppressing a decrease in performance as an optical sensor.

(第18の参考例)
次に、本発明の第18の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、第13の参考例と基本的に同様の構成、すなわち図20に示すような構成を有している。本参考例の光電圧センサにおける構成要素のうち第13の参考例におけるものと同一の構成要素については、同一の参照符号を付すものとする。なお、本参考例の光電圧センサの全体的な動作は、実質的に第13の参考例と同様であるので、詳しい説明を省略する。
(Eighteenth Reference Example)
Next, an optical voltage sensor according to an eighteenth embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor according to the present embodiment has a configuration basically similar to that of the thirteenth embodiment, that is, a configuration as shown in FIG. The same components as those in the thirteenth embodiment among the components in the optical voltage sensor of the present embodiment are denoted by the same reference numerals. Note that the overall operation of the optical voltage sensor of this embodiment is substantially the same as that of the thirteenth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

図26は、本参考例の光電圧センサの要部の具体的な構造を示す透視正面図である。この光電圧センサは、第16の参考例と同様、基板144を備え、この光電圧センサのセンサ部を構成する光学部品を所定の光軸108上に配置するように位置決めするための部品ガイド143と、発光部118の入力側光学系を構成する光ファイバ(以下「入力側光ファイバ」という)148aを部品ガイド143で位置決めされた所定の光学部品に光学的に結合させるための入力側光ファイバガイド142aと、受光部119の出力側光学系を構成する光ファイバ(以下「出力側光ファイバ」という)148bを部品ガイド143で位置決めされた所定の光学部品に光学的に結合させるための出力側光ファイバガイド142bとが、基板144に設けられている。   FIG. 26 is a transparent front view showing a specific structure of a main part of the optical voltage sensor of the present reference example. This optical voltage sensor includes a substrate 144, as in the sixteenth embodiment, and a component guide 143 for positioning an optical component constituting a sensor unit of the optical voltage sensor so as to be arranged on a predetermined optical axis 108. And an input-side optical fiber for optically coupling an optical fiber (hereinafter, referred to as an “input-side optical fiber”) 148 a constituting the input-side optical system of the light emitting unit 118 to a predetermined optical component positioned by the component guide 143. An output side for optically coupling a guide 142a and an optical fiber (hereinafter referred to as an “output side optical fiber”) 148b constituting an output side optical system of the light receiving section 119 to a predetermined optical component positioned by the component guide 143. An optical fiber guide 142b is provided on the substrate 144.

本参考例では、入力側光ファイバ148aの一方の端面には、偏光子として機能するフォトニック結晶層(以下「フォトニック結晶偏光子」という)171が形成されており、出力側光ファイバ148bの一方の端面には、検光子として機能するフォトニック結晶層(以下「フォトニック結晶検光子」という)172が形成されている。また、本参考例における部品ガイド143は、第16の参考例とは異なり、センサ部を構成する光学部品のうち、λ/4板102、第1導電性反射膜106、電気光学結晶としてのLiNbO3 結晶膜103および第2導電性反射膜107をそれぞれ密着させて位置決めするように構成されている。そして、入力側光ファイバガイド142aは、入力側光ファイバ148aの端面に形成されたフォトニック結晶偏光子171を部品ガイド143で位置決めされたλ/4板102に光学的に結合させるように、入力側光ファイバ148aを案内する。出力側光ファイバガイド142bは、出力側光ファイバ148bの端面に形成されたフォトニック結晶検光子172を部品ガイド143で位置決めされた第2導電性反射膜107に光学的に結合させるように、出力側光ファイバ148bを案内する。本参考例の光電圧センサの具体的な構造のうち上記以外の点については第16の参考例と同様であるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、フォトニック結晶偏光子171およびフォトニック結晶検光子172の形成については後述する。 In the present reference example, a photonic crystal layer (hereinafter, referred to as a “photonic crystal polarizer”) 171 functioning as a polarizer is formed on one end face of the input side optical fiber 148a. On one end face, a photonic crystal layer 172 functioning as an analyzer (hereinafter referred to as “photonic crystal analyzer”) is formed. The component guide 143 of this embodiment is different from the sixteenth embodiment in that the λ / 4 plate 102, the first conductive reflection film 106, and the LiNbO 2 The three- crystal film 103 and the second conductive reflection film 107 are configured to be in close contact with each other and positioned. Then, the input side optical fiber guide 142 a is configured to optically couple the photonic crystal polarizer 171 formed on the end face of the input side optical fiber 148 a to the λ / 4 plate 102 positioned by the component guide 143. The side optical fiber 148a is guided. The output-side optical fiber guide 142b is configured to optically couple the photonic crystal analyzer 172 formed on the end face of the output-side optical fiber 148b to the second conductive reflective film 107 positioned by the component guide 143. The side optical fiber 148b is guided. In the specific structure of the optical voltage sensor according to the present embodiment, the other points are the same as those of the sixteenth embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. . The formation of the photonic crystal polarizer 171 and the photonic crystal analyzer 172 will be described later.

上記のような本参考例では、第16の参考例と同様、センサ部における光の指向性の向上および光路長の短縮化によりレンズを不要とした構成となっており、更に、偏光子および検光子がフォトニック結晶層として光ファイバの端面に形成されている。このため、光電圧センサの部品点数が更に削減されて更にコスト低減が図られる。なお、偏光子および検光子をフォトニック結晶層として光ファイバの端面に形成することも、光路長の短縮化に寄与する。また、本参考例では、第16の参考例と同様、センサ部においてLiNbO3 結晶膜103を囲む領域にエタロン共振器を構成して光ビームの指向性を高めているが、このようにして指向性を高めなくてもレンズを不要とするのに十分なほど光路長が短縮化されている場合には、エタロン共振器等を構成する必要はないので、第1および第2導電性反射膜106および107に代えて透明導電性膜を使用してもよい。 In the present embodiment as described above, similarly to the sixteenth embodiment, a lens is not required by improving the directivity of light in the sensor section and shortening the optical path length. Photons are formed on the end face of the optical fiber as a photonic crystal layer. For this reason, the number of components of the optical voltage sensor is further reduced, and the cost is further reduced. Forming the polarizer and the analyzer as a photonic crystal layer on the end face of the optical fiber also contributes to shortening the optical path length. In this embodiment, as in the sixteenth embodiment, an etalon resonator is formed in a region surrounding the LiNbO 3 crystal film 103 in the sensor unit to increase the directivity of the light beam. If the optical path length is sufficiently shortened to eliminate the need for a lens without increasing the performance, it is not necessary to configure an etalon resonator or the like. And 107, a transparent conductive film may be used.

(第19の参考例)
次に、本発明の第19の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、第13の参考例と基本的に同様の構成すなわち図20に示すような構成を有している。本参考例の光電圧センサにおける構成要素のうち第13の参考例におけるものと同一の構成要素については、同一の参照符号を付するものとする。なお、本参考例の光電圧センサの全体的な動作は、実質的に第13の参考例と同様であるので、詳しい説明を省略する。
(19th reference example)
Next, an optical voltage sensor according to a nineteenth embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor of the present embodiment has basically the same configuration as that of the thirteenth embodiment, that is, the configuration as shown in FIG. The same components as those in the thirteenth embodiment among the components in the optical voltage sensor of this embodiment are denoted by the same reference numerals. Note that the overall operation of the optical voltage sensor of this embodiment is substantially the same as that of the thirteenth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

図27は、本参考例の光電圧センサの要部の具体的な構造を示す透視正面図である。この光電圧センサは、第18の参考例と同様、基板144を備え、この光電圧センサのセンサ部を構成する光学部品を所定の光軸108上に配置するように位置決めするための部品ガイド143と、発光部118の入力側光学系を構成する入力側光ファイバ148aを部品ガイド143で位置決めされた所定の光学部品に光学的に結合させるための入力側光ファイバガイド142aと、受光部119の出力側光学系を構成する出力側光ファイバ148bを部品ガイド143で位置決めされた所定の光学部品に光学的に結合させるための出力側光ファイバガイド142bとが、基板144に設けられている。   FIG. 27 is a transparent front view showing a specific structure of a main part of the optical voltage sensor of the present reference example. This optical voltage sensor is provided with a substrate 144 similarly to the eighteenth embodiment, and a component guide 143 for positioning an optical component constituting a sensor section of the optical voltage sensor so as to be arranged on a predetermined optical axis 108. And an input-side optical fiber guide 142a for optically coupling the input-side optical fiber 148a constituting the input-side optical system of the light emitting section 118 to a predetermined optical component positioned by the component guide 143; An output optical fiber guide 142b for optically coupling the output optical fiber 148b constituting the output optical system to a predetermined optical component positioned by the component guide 143 is provided on the substrate 144.

本参考例では、入力側光ファイバ148aの一方の端面には、直線偏光子として機能するフォトニック結晶層であるフォトニック結晶偏光子171が形成され、更にその上に、λ/4板として機能するフォトニック結晶層であるフォトニック結晶λ/4板181が形成されている。すなわち、フォトニック結晶偏光子171とフォトニック結晶λ/4板181とが積層されることによって円偏光子として機能するフォトニック結晶の多層膜が、入力側光ファイバ148aの一方の端面に形成されている。また、出力側光ファイバ148bの一方の端面には、検光子として機能するフォトニック結晶層であるフォトニック結晶検光子172が形成されている。   In this embodiment, a photonic crystal polarizer 171 which is a photonic crystal layer functioning as a linear polarizer is formed on one end face of the input side optical fiber 148a, and further functions as a λ / 4 plate. A photonic crystal λ / 4 plate 181 is formed as a photonic crystal layer. That is, a multilayer film of a photonic crystal that functions as a circular polarizer by laminating the photonic crystal polarizer 171 and the photonic crystal λ / 4 plate 181 is formed on one end face of the input-side optical fiber 148a. ing. A photonic crystal analyzer 172, which is a photonic crystal layer functioning as an analyzer, is formed on one end face of the output side optical fiber 148b.

本参考例における部品ガイド143は、第18の参考例とは異なり、センサ部を構成する光学部品のうち、第1導電性反射膜106、電気光学結晶としてのLiNbO3 結晶膜103および第2導電性反射膜107をそれぞれ密着させて位置決めするように構成されている。また、入力側光ファイバガイド142aは、入力側光ファイバ148aの端面に形成されたフォトニック結晶λ/4板181を部品ガイド143で位置決めされた第1導電性反射膜106に光学的に結合させるように、入力側光ファイバ148aを案内する。出力側光ファイバガイド142bは、出力側光ファイバ148bの端面に形成されたフォトニック結晶検光子172を部品ガイド143で位置決めされた第2導電性反射膜107に光学的に結合させるように、出力側光ファイバ148bを案内する。 The component guide 143 in this embodiment is different from the eighteenth embodiment in that the first conductive reflective film 106, the LiNbO 3 crystal film 103 as an electro-optical crystal, and the second conductive It is configured such that the conductive reflective films 107 are positioned in close contact with each other. The input-side optical fiber guide 142a optically couples the photonic crystal λ / 4 plate 181 formed on the end face of the input-side optical fiber 148a to the first conductive reflection film 106 positioned by the component guide 143. As described above, the input side optical fiber 148a is guided. The output-side optical fiber guide 142b is configured to optically couple the photonic crystal analyzer 172 formed on the end face of the output-side optical fiber 148b to the second conductive reflective film 107 positioned by the component guide 143. The side optical fiber 148b is guided.

本参考例の光電圧センサの具体的な構造のうち上記以外の点については第16の参考例と同様であるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、フォトニック結晶偏光子171、フォトニック結晶λ/4板181およびフォトニック結晶検光子172の形成については後述する。   In the specific structure of the optical voltage sensor according to the present embodiment, the other points are the same as those of the sixteenth embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. . The formation of the photonic crystal polarizer 171, the photonic crystal λ / 4 plate 181, and the photonic crystal analyzer 172 will be described later.

上記のように本参考例では、第16の参考例と同様、センサ部における光の指向性の向上および光路長の短縮化によりレンズを不要とした構成となっていて、更に、入力側光ファイバ148aの端面に直線偏光子およびλ/4板がフォトニック結晶層として形成され、出力側光ファイバ148bの端面には検光子がフォトニック結晶層として形成されている。このため、光電圧センサの部品点数が更に削減されて更にコスト低減が図られる。なお、偏光子、λ/4板および検光子をフォトニック結晶層として光ファイバの端面に形成することも、光路長の短縮化に寄与する。   As described above, in the present embodiment, similarly to the sixteenth embodiment, a lens is not required by improving the directivity of light in the sensor unit and shortening the optical path length. A linear polarizer and a λ / 4 plate are formed as a photonic crystal layer on the end face of 148a, and an analyzer is formed as a photonic crystal layer on the end face of the output side optical fiber 148b. For this reason, the number of components of the optical voltage sensor is further reduced, and the cost is further reduced. Forming the polarizer, the λ / 4 plate, and the analyzer as a photonic crystal layer on the end face of the optical fiber also contributes to shortening the optical path length.

(第20の参考例)
次に、本発明の第20の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、第13の参考例と基本的に同様の構成、すなわち図20に示すような構成を有している。ただし、第13の参考例における偏光子101およびλ/4板102は、本参考例では1つの円偏光子として実現されている。本参考例の光電圧センサにおける構成要素のうち第13の参考例におけるものと同一の構成要素については、同一の参照符号を付するものとする。なお、本参考例の光電圧センサの全体的な動作は、実質的に第13の参考例と同様であるので、詳しい説明を省略する。
(20th reference example)
Next, an optical voltage sensor according to a twentieth embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor according to the present embodiment has a configuration basically similar to that of the thirteenth embodiment, that is, a configuration as shown in FIG. However, the polarizer 101 and the λ / 4 plate 102 in the thirteenth embodiment are realized as one circular polarizer in this embodiment. The same components as those in the thirteenth embodiment among the components in the optical voltage sensor of this embodiment are denoted by the same reference numerals. Note that the overall operation of the optical voltage sensor of this embodiment is substantially the same as that of the thirteenth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

図28は、本参考例の光電圧センサの要部の具体的な構造を示す透視正面図である。この光電圧センサの要部は、図27に示した第19の参考例における要部の構造とほぼ同様の構造を有している。しかし、本参考例では、入力側光ファイバ148aの一方の端面に円偏光子として機能するフォトニック結晶層(以下「フォトニック結晶円偏光子」という)191が単一層として形成されており、この点で、フォトニック結晶偏光子171とフォトニック結晶λ/4板181とが積層されることによって円偏光子が実現されている第19の参考例と相違する。また、本参考例では、入力側光ファイバガイド142aは、入力側光ファイバ148aの端面に形成された上記のフォトニック結晶円偏光子191を部品ガイド143で位置決めされた第1導電性反射膜106に光学的に結合させるように、入力側光ファイバ148aを案内する。本参考例における上記の点以外の構造は第19の参考例における構造と同様であるので、本参考例の光電圧センサの要部の構造を構成する各部のうち第19の参考例におけるものと同一の部分については、同一の参照符号を付して詳しい説明を省略する。なお、フォトニック結晶円偏光子191およびフォトニック結晶検光子172の形成については前述したとおりである(図1参照)。   FIG. 28 is a transparent front view showing a specific structure of a main part of the optical voltage sensor of the present reference example. The main part of this optical voltage sensor has substantially the same structure as the main part in the nineteenth embodiment shown in FIG. However, in this embodiment, a photonic crystal layer (hereinafter, referred to as a “photonic crystal circular polarizer”) 191 functioning as a circular polarizer is formed as a single layer on one end face of the input side optical fiber 148a. This is different from the nineteenth embodiment in which a photonic crystal polarizer 171 and a photonic crystal λ / 4 plate 181 are stacked to form a circular polarizer. In the present embodiment, the input-side optical fiber guide 142a is formed by the first conductive reflection film 106 in which the photonic crystal circular polarizer 191 formed on the end face of the input-side optical fiber 148a is positioned by the component guide 143. The input optical fiber 148a is guided so as to be optically coupled to the optical fiber. Since the structure of the present embodiment other than the above points is the same as the structure of the nineteenth embodiment, of the components constituting the main structure of the optical voltage sensor of the nineteenth embodiment, The same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The formation of the photonic crystal circular polarizer 191 and the photonic crystal analyzer 172 is as described above (see FIG. 1).

上記のように本参考例では、第19の参考例と同様、センサ部における光の指向性の向上および光路長の短縮化によりレンズを不要とした構成となっていて、更に、入力側光ファイバ148aの端面に円偏光子がフォトニック結晶層として形成され、出力側光ファイバ148bの端面に検光子がフォトニック結晶層として形成されている。このため、本参考例は、第19の参考例と同様に、光電圧センサの部品点数が削減されてコスト低減が図られるという利点を有している。更に、本参考例では、第19の参考例におけるフォトニック結晶偏光子171とフォトニック結晶λ/4板181とが、円偏光子として機能する単一のフォトニック結晶層であるフォトニック結晶円偏光子191として実現されるため、本参考例は、第19の参考例よりもコスト面において有利である。   As described above, in the present embodiment, as in the nineteenth embodiment, a lens is not required by improving the directivity of light in the sensor unit and shortening the optical path length. A circular polarizer is formed as a photonic crystal layer on the end face of 148a, and an analyzer is formed as a photonic crystal layer on the end face of the output side optical fiber 148b. Therefore, this embodiment has an advantage that the number of components of the optical voltage sensor is reduced and the cost is reduced, as in the nineteenth embodiment. Furthermore, in this embodiment, the photonic crystal polarizer 171 and the photonic crystal λ / 4 plate 181 in the nineteenth embodiment are a single photonic crystal layer functioning as a circular polarizer. Since this embodiment is implemented as the polarizer 191, this embodiment is more advantageous in cost than the nineteenth embodiment.

(第21の参考例)
次に、本発明の第21の参考例に係る光学式磁界センサについて説明する。
本参考例の光学式磁界センサは、図26に示した第18の参考例に係る光電圧センサにおいて部品ガイド143によって位置決めされているλ/4板102、第1導電性反射膜106、LiNbO3 結晶膜103および第2導電性反射膜107に代えて、磁気光学結晶膜201を備えている。この光学式磁界センサは、送電線や配電線等を流れる電流によって誘起される磁界を磁気光学結晶膜201にX軸方向(光軸方向)に印加してその磁界強度を測定するために使用される。したがって、電気光学結晶であるLiNbO3 結晶膜103に電界(電圧)を印加するための電極やリード線は不要である。本参考例の光学式磁界センサにおける上記以外の部分の構成については、第18の参考例と概ね同様であるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付して詳しい説明を省略する。なお、このような光学式磁界センサによれば、送電線や配電線等を流れる電流によって誘起される磁界の強度を測定することにより、その電流の大きさを検知することができる。
(Twenty-first reference example)
Next, an optical magnetic field sensor according to a twenty-first embodiment of the present invention will be described.
The optical magnetic field sensor of this embodiment is a λ / 4 plate 102, a first conductive reflection film 106, and a LiNbO 3 positioned by the component guide 143 in the optical voltage sensor according to the eighteenth embodiment shown in FIG. A magneto-optical crystal film 201 is provided instead of the crystal film 103 and the second conductive reflection film 107. This optical magnetic field sensor is used for applying a magnetic field induced by a current flowing through a transmission line or a distribution line to the magneto-optical crystal film 201 in the X-axis direction (optical axis direction) to measure the magnetic field strength. You. Therefore, electrodes and lead wires for applying an electric field (voltage) to the LiNbO 3 crystal film 103, which is an electro-optic crystal, are unnecessary. The configuration of the other parts of the optical magnetic field sensor of the present embodiment other than the above is substantially the same as that of the eighteenth embodiment, so that the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. In addition, according to such an optical magnetic field sensor, the magnitude of the current can be detected by measuring the intensity of the magnetic field induced by the current flowing in the transmission line, the distribution line, and the like.

図29は、本参考例の光学式磁界センサの要部の具体的な構造を示す透視正面図である。この光学式磁界センサは、基板144を備え、磁気光学結晶膜201を所定の光軸108上に配置するように位置決めするための部品ガイド143と、発光部の入力側光学系を構成する入力側光ファイバ148aを部品ガイド143で位置決めされた磁気光学結晶膜201に光学的に結合させるための入力側光ファイバガイド142aと、受光部119の出力側光学系を構成する出力側光ファイバ148bを部品ガイド143で位置決めされた磁気光学結晶膜201に光学的に結合させるための出力側光ファイバガイド142bとが、基板144に設けられている。   FIG. 29 is a transparent front view showing a specific structure of a main part of the optical magnetic field sensor of the present reference example. This optical magnetic field sensor includes a substrate 144, a component guide 143 for positioning the magneto-optical crystal film 201 so as to be arranged on a predetermined optical axis 108, and an input side constituting an input side optical system of a light emitting unit. The input side optical fiber guide 142a for optically coupling the optical fiber 148a to the magneto-optical crystal film 201 positioned by the component guide 143, and the output side optical fiber 148b constituting the output side optical system of the light receiving unit 119 are parts. An output side optical fiber guide 142b for optically coupling to the magneto-optical crystal film 201 positioned by the guide 143 is provided on the substrate 144.

本参考例では、第18の参考例と同様、入力側光ファイバ148aの一方の端面には、直線偏光子として機能するフォトニック結晶偏光子171が形成されており、出力側光ファイバ148bの一方の端面にはフォトニック結晶検光子172が形成されている。そして、入力側光ファイバガイド142aは、入力側光ファイバ148aの端面に形成されたフォトニック結晶偏光子171を部品ガイド143で位置決めされた磁気光学結晶膜201の一方の面に光学的に結合させるように、入力側光ファイバ148aを案内する。出力側光ファイバガイド142bは、出力側光ファイバ148bの端面に形成されたフォトニック結晶検光子172を部品ガイド143で位置決めされた磁気光学結晶膜201の他方の面に光学的に結合させるように、出力側光ファイバ148bを案内する。上記のようにして磁気光学結晶膜201の2つの面に光学的にそれぞれ結合するフォトニック結晶偏光子171とフォトニック結晶検光子172は、それらの設定方向が45度をなすように設定される。したがって、フォトニック結晶偏光子171を通過した後の直線偏光の偏光方向と、フォトニック結晶検光子172を通過した後の直線偏光の偏光方向とは、互いに45度だけずれている。   In this embodiment, as in the eighteenth embodiment, a photonic crystal polarizer 171 functioning as a linear polarizer is formed on one end face of the input side optical fiber 148a, and one end of the output side optical fiber 148b. A photonic crystal analyzer 172 is formed on an end face of the photonic crystal. Then, the input-side optical fiber guide 142a optically couples the photonic crystal polarizer 171 formed on the end face of the input-side optical fiber 148a to one surface of the magneto-optical crystal film 201 positioned by the component guide 143. As described above, the input side optical fiber 148a is guided. The output side optical fiber guide 142b is configured to optically couple the photonic crystal analyzer 172 formed on the end face of the output side optical fiber 148b to the other surface of the magneto-optical crystal film 201 positioned by the component guide 143. , And the output side optical fiber 148b. As described above, the photonic crystal polarizer 171 and the photonic crystal analyzer 172 optically coupled to the two surfaces of the magneto-optical crystal film 201 are set such that their setting directions are at 45 degrees. . Therefore, the polarization direction of the linearly polarized light after passing through the photonic crystal polarizer 171 and the polarization direction of the linearly polarized light after passing through the photonic crystal analyzer 172 are shifted from each other by 45 degrees.

上記のように構成された光学式磁界センサにおいて、発光部の光源から出射された無偏光は、入力側光ファイバ148aを通過して磁気光学結晶膜201に向う際に、入力側光ファイバ148aの端面に形成されたフォトニック結晶偏光子171を通過する。フォトニック結晶偏光子171を通過した光は直線偏光となって磁気光学結晶膜201に入射する。この直線偏光が磁気光学結晶膜201を通過する際に、その偏光方向が、磁気光学結晶膜201に印加される磁界Hmのうち磁気光学結晶膜201に垂直な方向の成分の強度に応じた角度だけ回転する。磁気光学結晶膜201を通過した直線偏光は、出力側光ファイバ148bの端面に形成されたフォトニック結晶検光子172を経て、出力側光ファイバ148bによって受光部内の光電変換素子へ伝送され、そこで受光されて電気信号に変換される。フォトニック結晶検光子172を通過した後の直線偏光の光量は、磁気光学結晶膜201における偏光方向の回転角度に応じて変化するため、受光部内の光電変換素子から出力される電気信号に基づき、磁気光学結晶膜201に印加された磁界Hmの強度を求めることができる。   In the optical magnetic field sensor configured as described above, the non-polarized light emitted from the light source of the light emitting unit passes through the input side optical fiber 148a and travels toward the magneto-optical crystal film 201, whereupon the input side optical fiber 148a The light passes through the photonic crystal polarizer 171 formed on the end face. Light that has passed through the photonic crystal polarizer 171 becomes linearly polarized light and enters the magneto-optical crystal film 201. When this linearly polarized light passes through the magneto-optical crystal film 201, the polarization direction is an angle corresponding to the intensity of the component of the magnetic field Hm applied to the magneto-optical crystal film 201 in the direction perpendicular to the magneto-optical crystal film 201. Just rotate. The linearly polarized light that has passed through the magneto-optical crystal film 201 passes through a photonic crystal analyzer 172 formed on the end face of the output-side optical fiber 148b, and is transmitted by the output-side optical fiber 148b to the photoelectric conversion element in the light receiving unit, where it is received. And converted into an electric signal. Since the amount of linearly polarized light after passing through the photonic crystal analyzer 172 changes according to the rotation angle of the polarization direction in the magneto-optical crystal film 201, based on the electric signal output from the photoelectric conversion element in the light receiving unit, The intensity of the magnetic field Hm applied to the magneto-optical crystal film 201 can be obtained.

上記のような本参考例によれば、偏光子および検光子がフォトニック結晶層として光ファイバの端面に形成されているため、部品点数が削減されるとともに、発光部における光源からの光が入力側光ファイバ148aを出射してから偏光子171、磁気光学結晶膜201および検光子172を経て出力側光ファイバ148bの端面に到達するまでの光路長が短縮化される。本参考例はこの光路長の短縮化によってレンズを使用しない構成となっており、これによりまた部品点数が削減される。本参考例によれば、このような部品点数の削減によってコストの低減が図られる。   According to the present embodiment as described above, since the polarizer and the analyzer are formed on the end face of the optical fiber as a photonic crystal layer, the number of components is reduced, and light from the light source in the light emitting unit is input. The optical path length from exiting the side optical fiber 148a to reaching the end face of the output side optical fiber 148b via the polarizer 171, the magneto-optical crystal film 201, and the analyzer 172 is reduced. In this embodiment, a lens is not used by shortening the optical path length, thereby reducing the number of parts. According to this embodiment, the cost can be reduced by reducing the number of components.

(第22の参考例)
次に、本発明の第22の参考例に係る光電圧センサについて説明する。
本参考例の光電圧センサは、縦型変調方式の光電圧センサであって第13の参考例と基本的に同様の構成を有している(図20参照)。一方、具体的な構造の点では、この光電圧センサは図33に示した従来の構造に類似し、偏光子および検光子として直角PBS(Polarization Beam Splitter)が使用されている。
(22nd reference example)
Next, an optical voltage sensor according to a twenty-second embodiment of the present invention will be described.
The optical voltage sensor according to the present embodiment is a vertical modulation type optical voltage sensor and has basically the same configuration as the thirteenth embodiment (see FIG. 20). On the other hand, in terms of a specific structure, this optical voltage sensor is similar to the conventional structure shown in FIG. 33, and a right-angle PBS (Polarization Beam Splitter) is used as a polarizer and an analyzer.

図30は、本参考例に係る光電圧センサの具体的な構造を示す透視正面図である。この光電圧センサは、センサ部と、発光部と、受光部と、発光側および受光側信号処理回路(図示せず)とを備えている。センサ部は、光の入射側から順に同一光軸上に配置された、偏光子としての直角PBS241、λ/4板242、第1導電性反射膜106、電気光学結晶243、第2導電性反射膜107、および検光子としての直角PBS244で構成される。また、発光部は、光源としての発光素子を含むE/O回路と、同一光軸上に配置された光ファイバ246a、フェルール248a、0.25ピッチのGRINレンズ247a、およびホルダ245aからなる入力側光学系とで構成されており、その入力側光学系における各光学部品は互いに接する光軸面が接着剤により接着されている。受光部は、同一光軸上に配置された光ファイバ246b、フェルール248b、0.25ピッチのGRINレンズ247bおよびホルダ245bからなる出力側光学系と、その出力側光学系から出射される光信号を電気信号に変換する変換素子を含むO/E回路とで構成されており、出力側光学系における各光学部品も互いに接する光軸面で接着剤により接着されている。   FIG. 30 is a transparent front view showing a specific structure of the optical voltage sensor according to the present reference example. The optical voltage sensor includes a sensor unit, a light emitting unit, a light receiving unit, and a light emitting side and light receiving side signal processing circuit (not shown). The sensor unit includes a right-angled PBS 241 as a polarizer, a λ / 4 plate 242, a first conductive reflection film 106, an electro-optic crystal 243, and a second conductive reflection, which are arranged on the same optical axis in order from the light incident side. It is composed of a membrane 107 and a right-angle PBS 244 as an analyzer. The light-emitting unit includes an input / output circuit including an E / O circuit including a light-emitting element as a light source, an optical fiber 246a, a ferrule 248a, a 0.25-pitch GRIN lens 247a, and a holder 245a arranged on the same optical axis. Each optical component in the input-side optical system has an optical axis surface that is in contact with each other and is bonded with an adhesive. The light receiving unit outputs an output optical system including an optical fiber 246b, a ferrule 248b, a 0.25 pitch GRIN lens 247b, and a holder 245b disposed on the same optical axis, and an optical signal emitted from the output optical system. It is composed of an O / E circuit including a conversion element for converting into an electric signal, and each optical component in the output-side optical system is also bonded by an adhesive on optical axis surfaces that are in contact with each other.

上記光電圧センサのセンサ部において同一光軸上に配置された上記各光学部品、すなわち偏光子241、λ/4板242、第1導電性反射膜106、電気光学結晶243、第2導電性反射膜107、および検光子244は、互いに接する光軸面が全て接着剤で接着されている。また、第1導電性反射膜106は1対の電極端子249の一方に接続され、第2導電性反射膜107は1対の電極端子249の他方に接続されている。上記光電圧センサの被測定電圧Vmは、この1対の電極端子249の間に印加される。   In the sensor section of the optical voltage sensor, the optical components arranged on the same optical axis, that is, the polarizer 241, the λ / 4 plate 242, the first conductive reflection film 106, the electro-optic crystal 243, and the second conductive reflection The optical axis surfaces of the film 107 and the analyzer 244 that are in contact with each other are all bonded with an adhesive. Further, the first conductive reflection film 106 is connected to one of the pair of electrode terminals 249, and the second conductive reflection film 107 is connected to the other of the pair of electrode terminals 249. The measured voltage Vm of the optical voltage sensor is applied between the pair of electrode terminals 249.

発光側および受光側信号処理回路は、それぞれ発光部および受光部によってセンサ部と接続されている。センサ部の偏光子241の入力側光軸面は発光部のGRINレンズ247aの光軸面と、センサ部の検光子244の出力側光軸面は受光部のGRINレンズ247bの光軸面と、それぞれ接着剤により固定される。そして、接着固定されたセンサ部、発光部における入力側光学系、および受光部における出力側光学系は、ケース(図示せず)に機構的に固定される。なお、上記光電圧センサにおける各光学部品のための接着剤としては、エポキシ系あるいはウレタン系等の樹脂が使用される。また、上記光電圧センサにおいて、電気光学結晶243としては、Bi12SiO20(BSO)や、KH2PO4(KDP)、自然複屈折を有するLiNbO3 およびLiTaO3 等が使用される。 The light emitting side and light receiving side signal processing circuits are connected to the sensor unit by a light emitting unit and a light receiving unit, respectively. The input side optical axis surface of the polarizer 241 of the sensor unit is the optical axis surface of the GRIN lens 247a of the light emitting unit, the output side optical axis surface of the analyzer 244 of the sensor unit is the optical axis surface of the GRIN lens 247b of the light receiving unit, Each is fixed with an adhesive. The sensor unit, the input side optical system in the light emitting unit, and the output side optical system in the light receiving unit are mechanically fixed to a case (not shown). Note that an epoxy-based or urethane-based resin is used as an adhesive for each optical component in the optical voltage sensor. In the optical voltage sensor, Bi 12 SiO 20 (BSO), KH 2 PO 4 (KDP), LiNbO 3 having natural birefringence, and LiTaO 3 are used as the electro-optic crystal 243.

ところで上記構成では、発光部および受光部における各光学部品や、センサ部を構成する各光学部品は、互いに接する光軸面で接着剤により接合されており、発光部とセンサ部、および、受光部とセンサ部も、それぞれ互いに接する光軸面で接着剤により接合されている。しかし、センサ部を構成する各光学部品は、接着剤を用いずに、それぞれの接合面間に働く摩擦力で保持される構成とするのが好ましい。すなわち、偏光子241である直角PBSの出射側光軸面とλ/4板242の入射側光軸面、λ/4板242の出射側光軸面と第1導電性反射膜106の入射側光軸面、第1導電性反射膜106の出射側光軸面と電気光学結晶243の入射側光軸面、電気光学結晶243の出射側光軸面と第2導電性反射膜107の入射側光軸面、および、第2導電性反射膜107の出射側光軸面と検光子244である直角PBSの入射側光軸面の5カ所の無接着接合面を介して、λ/4波長板242と第1導電性反射膜106と電気光学結晶243と第2導電性反射膜107とが適当な力で挟み込まれている。これら5カ所の無接着接合面に発生する摩擦力で、λ/4波長板242と第1導電性反射膜106と電気光学結晶243と第2導電性反射膜107とが、入力側光学系に接着された偏光子241と出力側光学系に接着された検光子244との間に、固定且つ保持されている。このような構成によれば、電気光学結晶243に加わる応力の緩和により電気光学結晶の温度特性が改善される(特開平9−145745号公報参照)。   By the way, in the above configuration, each optical component in the light emitting section and the light receiving section, and each optical component forming the sensor section are bonded by an adhesive on optical axis surfaces that are in contact with each other, and the light emitting section, the sensor section, and the light receiving section And the sensor unit are also joined by an adhesive on optical axis surfaces that are in contact with each other. However, it is preferable that each optical component forming the sensor unit is configured to be held by a frictional force acting between the respective joining surfaces without using an adhesive. That is, the light-exiting-side optical axis surface of the right-angle PBS that is the polarizer 241 and the incident-side optical-axis surface of the λ / 4 plate 242, the light-exiting-side optical axis surface of the λ / 4 plate 242 and the incident side of the first conductive reflection film 106 The optical axis surface, the emission-side optical axis surface of the first conductive reflection film 106 and the incidence-side optical axis surface of the electro-optic crystal 243, the emission-side optical axis surface of the electro-optic crystal 243, and the incidence side of the second conductive reflection film 107 A λ / 4 wavelength plate is formed through five non-adhesive bonding surfaces of an optical axis surface and an emission optical axis surface of the second conductive reflection film 107 and an incidence optical axis surface of the right angle PBS which is the analyzer 244. 242, the first conductive reflection film 106, the electro-optic crystal 243, and the second conductive reflection film 107 are sandwiched by an appropriate force. The frictional force generated at these five non-adhesive bonding surfaces causes the λ / 4 wavelength plate 242, the first conductive reflection film 106, the electro-optic crystal 243, and the second conductive reflection film 107 to form an input-side optical system. It is fixed and held between the bonded polarizer 241 and the analyzer 244 bonded to the output side optical system. According to such a configuration, the temperature characteristics of the electro-optic crystal are improved by relaxing the stress applied to the electro-optic crystal 243 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-145745).

また、本参考例のセンサ部において、第13の参考例と同様、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107との間隔がセンサ部への入射光の波長の半分の整数倍となるように、センサ部を構成する各光学部品の厚みなどが設定されている。これにより、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107によって電気光学結晶243を囲む領域内に、エタロン共振器が構成される。   In the sensor section of the present embodiment, similarly to the thirteenth embodiment, the distance between the first conductive reflecting film 106 and the second conductive reflecting film 107 is an integral multiple of half the wavelength of light incident on the sensor section. The thickness and the like of each optical component constituting the sensor unit are set so that Thus, an etalon resonator is formed in a region surrounding the electro-optic crystal 243 by the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107.

上記のような本参考例によれば、第1導電性反射膜106と第2導電性反射膜107によって電気光学結晶243を囲む領域内にエタロン共振器が構成されて光ビーム状態が安定化されるため、光学部品の公差等によってセンサ部への入射光のビーム状態にバラツキがあっても、光電圧センサの出力の温度特性はばらつかずに安定化する。   According to the present embodiment as described above, the etalon resonator is formed in the region surrounding the electro-optic crystal 243 by the first conductive reflection film 106 and the second conductive reflection film 107, and the light beam state is stabilized. Therefore, even if the beam state of the light incident on the sensor unit varies due to the tolerance of the optical components and the like, the temperature characteristics of the output of the optical voltage sensor are stabilized without variation.

本発明の光デバイスは、製作コストが低く、光学機器の部品点数の削減にも寄与できるので、各種の光学機器に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The optical device of the present invention has a low manufacturing cost and can contribute to a reduction in the number of components of an optical device, and thus can be used for various optical devices.

フォトニック結晶円偏光子の構造を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a structure of a photonic crystal circular polarizer. 偏光子、検光子、円偏光子等として機能するフォトニック結晶の作製方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a photonic crystal that functions as a polarizer, an analyzer, a circular polarizer, and the like. 偏光子、検光子、円偏光子等として機能するフォトニック結晶の他の作製方法を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating another method for manufacturing a photonic crystal that functions as a polarizer, an analyzer, a circular polarizer, and the like. 光ファイバのコアに円柱状のホールを正方分布させた場合のフォトニックバンドを示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a photonic band when cylindrical holes are squarely distributed in the core of an optical fiber. 本発明の第1の参考例に係る光デバイスの構成を示した概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical device according to a first reference example of the present invention. 本発明の第1の参考例に係る光デバイスの別例に係る部分的な構成概要図である。FIG. 4 is a partial schematic diagram of another example of the optical device according to the first reference example of the present invention. 本発明の第2の参考例に係る光デバイスの構成を示した概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical device according to a second reference example of the present invention. 本発明の第3の参考例に係る光デバイスの構成を示した側面概略図である。FIG. 9 is a schematic side view showing a configuration of an optical device according to a third reference example of the present invention. 本発明の第4の参考例に係る光デバイスの構成を示した側面概略図である。FIG. 14 is a schematic side view showing a configuration of an optical device according to a fourth reference example of the present invention. 本発明の第5の参考例に係る光デバイスの全体図である。FIG. 13 is an overall view of an optical device according to a fifth reference example of the present invention. 図10に示された機能部78を拡大し、光ファイバ71を斜め方向から見た概略的な透視図である。FIG. 11 is a schematic perspective view of an enlarged view of the functional unit 78 shown in FIG. 10 and viewing the optical fiber 71 from an oblique direction. 本発明の第6の参考例に係る光デバイスの全体を示した水平断面図である。FIG. 16 is a horizontal sectional view showing the entire optical device according to a sixth reference example of the present invention. 本発明の第6の参考例に係る光デバイスの構成を示した概略図である。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical device according to a sixth reference example of the present invention. 本発明の第7の参考例に係る光デバイスの構成を示した概略図である。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical device according to a seventh reference example of the present invention. 本発明の第8の参考例に係る光デバイスの構成を示した概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical device according to an eighth reference example of the present invention. 本発明の第9の参考例に係る光デバイスの構成を示した概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical device according to a ninth embodiment of the present invention. 本発明の第10の参考例に係る光デバイスの構成を示した概略図である。It is the schematic which showed the structure of the optical device concerning the 10th reference example of this invention. 本発明の第11の参考例に係る光デバイスにおいて、電極の配置例を示した断面概略図である。FIG. 27 is a schematic sectional view showing an example of electrode arrangement in an optical device according to an eleventh reference example of the present invention. 本発明の第12の参考例に係る光デバイスを示した水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the optical device concerning a 12th example of the present invention. 本発明の第13の参考例に係る光電圧センサの構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of an optical voltage sensor concerning a 13th example of the present invention. 水晶製λ/4板の温度特性による光電圧センサの出力変化、電気光学結晶であるLiNbO3 の温度特性による縦型変調方式の光電圧センサの出力変化、および、電気光学結晶であるLiNbO3 の温度特性による横型変調方式の光電圧センサの出力変化を示す温度特性図である。The output change of the optical voltage sensor due to the temperature characteristic of the quartz λ / 4 plate, the output change of the vertical modulation type optical voltage sensor due to the temperature characteristic of LiNbO 3 as the electro-optical crystal, and the change of the output of the LiNbO 3 as the electro-optical crystal It is a temperature characteristic diagram which shows the output change of the optical voltage sensor of a horizontal modulation system by a temperature characteristic. 本発明の第14の参考例に係る光電圧センサにおける導電性反射膜を示す図である。It is a figure showing the conductive reflective film in the optical voltage sensor concerning the fourteenth example of the present invention. 本発明の第15の参考例に係る光電圧センサにおいて低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層されている多層膜で構成される導電性反射膜を示す図である。It is a figure which shows the electroconductive reflection film comprised by the multilayer film which the low refractive index layer and the high refractive index layer alternately laminated | stacked in the optical voltage sensor which concerns on the 15th Example of this invention. 本発明の第16の参考例に係る光電圧センサの要部構造を示す透視正面図である。It is a see-through | perspective front view which shows the principal part structure of the optical voltage sensor which concerns on the 16th Embodiment of this invention. 本発明の第17の参考例に係る光電圧センサの要部構造を示す透視正面図である。It is a see-through | perspective front view which shows the principal part structure of the optical voltage sensor which concerns on the 17th reference example of this invention. 本発明の第18の参考例に係る光電圧センサの要部構造を示す透視正面図である。It is a perspective front view which shows the principal part structure of the optical voltage sensor which concerns on the 18th reference example of this invention. 本発明の第19の参考例に係る光電圧センサの要部構造を示す透視正面図である。It is a perspective front view which shows the principal part structure of the optical voltage sensor which concerns on the nineteenth reference example of this invention. 本発明の第20の参考例に係る光電圧センサの要部構造を示す透視正面図である。It is a perspective front view which shows the principal part structure of the optical voltage sensor which concerns on the 20th Example of this invention. 本発明の第21の参考例に係る光学式磁界センサの要部構造を示す透視正面図である。It is a see-through | perspective front view which shows the principal part structure of the optical magnetic field sensor which concerns on the 21st reference example of this invention. 本発明の第22の参考例に係る光電圧センサの構成を示す透視正面図である。It is a perspective front view which shows the structure of the optical voltage sensor which concerns on the 22nd reference example of this invention. 従来の光デバイスである光アイソレータの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical isolator which is a conventional optical device. 従来のマッハ・ツェンダ型変調器の構造を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a structure of a conventional Mach-Zehnder modulator. 従来の光電圧センサの構成を示す透視正面図である。It is a perspective front view which shows the structure of the conventional optical voltage sensor. 光電圧センサの動作原理を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation principle of the optical voltage sensor. 従来の光電圧センサにおける出力と電気光学結晶への入射光の軸ずれ角度との関係を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating a relationship between an output in a conventional optical voltage sensor and an axis shift angle of light incident on an electro-optic crystal.

符号の説明Explanation of reference numerals

θ 円柱体と電極面法線のなす角度
k ビーム方向
dr 第1導電性反射膜と第2導電性反射膜との間隔
Vm 印加電圧(被測定電圧)
Hm 印加磁界(被測定磁界)
1 光ファイバ
2 光軸
3 コア
4 クラッド
5 ファラデー結晶置換円柱
6 ホール
7 第1の機能部
8 第2の機能部
9 電極
10 信号源
11 アース
12 キャピラリ
13 光ファイバ
14 フェルール
15 割スリーブ
16 入射光
17 出射光
18 クラッド削除部分
19 円柱体
20 磁界
21 クラッド残留部分
22 光軸
23 平行境界面対
24 平行電極
25 縦列電極
26 対面電極
31 第1の平行境界面対
32 第2の平行境界面対
35 法線方向
40 磁界
41 入射側光ファイバ
42 出射側光ファイバ
43 第1のホール
44 第2のホール
45 コア
46 クラッド
47 ファラデー素子
48 ガイド
49 光軸
50 信号源
51 光ファイバ
52 光軸
55 ポッケルス結晶置換円柱
56 ホール
57 第1の機能部
58 第2の機能部
59 電極
60 信号源
61 光ファイバ
62 光軸
63 電極
64 ポッケルス結晶充填円柱
65 第1のホール
66 第2のホール
67 第1の機能部
68 第2の機能部
69 第3の機能部
71 光ファイバ
72 光軸
73 入射光
74 出射光
75 コア
76 クラッド
77 ホール
78 機能部
83 コア
84 クラッド
87 平行電極
88 曲面電極
91 円柱体
94 磁界
95 磁石
101 偏光子
102 λ/4板
103 LiNbO3 結晶膜(電気光学結晶)
104 検光子
106 第1導電性反射膜
107 第2導電性反射膜
108 光軸
109 入射光
110 出射光
115 ビーム角度分布
118 発光部
119 受光部
121 第1透明導電性膜
122 第1反射膜
123 第2透明導電性膜
124 第2反射膜
131 高屈折率層
132 低屈折率層
133 第1多層膜
134 第2多層膜
141 電極(縦型変調の場合の電極)
142a 入力側光ファイバガイド
142b 出力側光ファイバガイド
143 部品ガイド
148a 入力側光ファイバ
148b 出力側光ファイバ
148 光ファイバ
151 印加電極
152 電極(横型変調の場合の電極)
171 フォトニック結晶偏光子
172 フォトニック結晶検光子
181 フォトニック結晶λ/4板
191 フォトニック結晶円偏光子
201 磁気光学結晶膜
210 2次元フォトニック結晶
211 光伝播方向高透磁率部分
212 光伝播方向低透磁率部分
213 右回円偏光
214 左回円偏光
215 無偏波入射光
216 円偏波出射光
221 高屈折率微粒子
222 低屈折率部分
223 3次元フォトニック結晶
224 光ファイバ束
225 光ファイバの光軸
226 斜め端面
227 積層方向
241 PBS偏光子
242 λ/4板
243 LiNbO3 結晶
244 PBS検光子
246a 入力側光ファイバ
246b 出力側光ファイバ
249 電極端子
1010 第1の光ファイバ
1020 第2の光ファイバ
1030 第1のレンズ
1040 第2のレンズ
1050 偏光子
1060 ファラデー素子
1070 検光子
1080 磁界
2001 基板
2002 導波路
2003 電極
2004 信号源
2005 入射光
2006 光ファイバ
2007 コア
2008 クラッド
2009 レンズ
2010 出射光
2011 アース
2012 マッハ・ツェンダ(Mach-Zehnder)型変調器
θ Angle between the cylinder and the normal to the electrode surface k Beam direction dr Distance between the first conductive reflection film and the second conductive reflection film Vm Applied voltage (voltage to be measured)
Hm Applied magnetic field (magnetic field to be measured)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Optical axis 3 Core 4 Cladding 5 Faraday crystal substitution cylinder 6 Hole 7 1st functional part 8 2nd functional part 9 Electrode 10 Signal source 11 Ground 12 Capillary 13 Optical fiber 14 Ferrule 15 Split sleeve 16 Incident light 17 Outgoing light 18 Cladding-removed part 19 Column 20 Magnetic field 21 Remaining part of clad 22 Optical axis 23 Parallel interface pair 24 Parallel electrode 25 Column electrode 26 Face-to-face electrode 31 First parallel interface pair 32 Second parallel interface pair 35 Method Linear direction 40 Magnetic field 41 Incident optical fiber 42 Exit optical fiber 43 First hole 44 Second hole 45 Core 46 Cladding 47 Faraday element 48 Guide 49 Optical axis 50 Signal source 51 Optical fiber 52 Optical axis 55 Pockels crystal replacement cylinder 56 hole 57 first functional unit 58 second functional unit 59 electrode 60 signal source 61 optical fiber 62 optical axis 63 electrode 64 Pockels crystal-filled cylinder 65 first hole 66 second hole 67 first functional unit 68 second functional unit 69 third functional unit 71 optical fiber 72 Optical axis 73 Incident light 74 Outgoing light 75 Core 76 Cladding 77 Hole 78 Functional part 83 Core 84 Cladding 87 Parallel electrode 88 Curved electrode 91 Cylindrical body 94 Magnetic field 95 Magnet 101 Polarizer 102 λ / 4 plate 103 LiNbO 3 crystal film (electro-optical crystal)
104 Analyzer 106 First conductive reflective film 107 Second conductive reflective film 108 Optical axis 109 Incident light 110 Outgoing light 115 Beam angle distribution 118 Light emitting unit 119 Light receiving unit 121 First transparent conductive film 122 First reflective film 123 First 2 Transparent conductive film 124 Second reflective film 131 High refractive index layer 132 Low refractive index layer 133 First multilayer film 134 Second multilayer film 141 Electrode (electrode in case of vertical modulation)
142a Input-side optical fiber guide 142b Output-side optical fiber guide 143 Parts guide 148a Input-side optical fiber 148b Output-side optical fiber 148 Optical fiber 151 Applied electrode 152 Electrode (electrode for horizontal modulation)
171 Photonic crystal polarizer 172 Photonic crystal analyzer 181 Photonic crystal λ / 4 plate 191 Photonic crystal circular polarizer 201 Magneto-optical crystal film 210 Two-dimensional photonic crystal 211 Light propagation direction High permeability portion 212 Light propagation direction Low permeability part 213 Right-handed circularly polarized light 214 Left-handed circularly polarized light 215 Non-polarized light incident light 216 Circularly polarized light emission light 221 High refractive index fine particles 222 Low refractive index part 223 Three-dimensional photonic crystal 224 Optical fiber bundle 225 Optical fiber Optical axis 226 Oblique end face 227 Stacking direction 241 PBS polarizer 242 λ / 4 plate 243 LiNbO 3 crystal 244 PBS analyzer 246a Input optical fiber 246b Output optical fiber 249 Electrode terminal 1010 First optical fiber 1020 Second optical fiber 1030 First lens 104 0 Second lens 1050 Polarizer 1060 Faraday element 1070 Analyzer 1080 Magnetic field 2001 Substrate 2002 Waveguide 2003 Electrode 2004 Signal source 2005 Incident light 2006 Optical fiber 2007 Core 2008 Clad 2009 Lens 2010 Outgoing light 2011 Mach Zehnder) type modulator

Claims (2)

光軸に対して傾斜した端面を有する光ファイバと、
前記傾斜端面を基板として前記端面に直接に前記端面の法線方向に成長したフォトニック結晶とで構成されることを特徴とする光デバイス。
An optical fiber having an end surface inclined with respect to the optical axis,
An optical device comprising: a photonic crystal that is grown directly on the end face in a direction normal to the end face using the inclined end face as a substrate.
前記フォトニック結晶端面上に直接に形成され、端面の法線が光ファイバの光軸に平行となる材料で構成されることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。
The optical device according to claim 1, wherein the optical device is formed directly on the end face of the photonic crystal, and is made of a material whose normal line is parallel to the optical axis of the optical fiber.
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