JP2005502903A

JP2005502903A - Optical fiber Bragg grating polarizer

Info

Publication number: JP2005502903A
Application number: JP2003505697A
Authority: JP
Inventors: ペドロ，イグナシオ，トッレストルジッロ，; ルイズ，カルロス，グエデスヴァレンテ，
Original assignee: Ericsson Telecomunicacoes SA
Current assignee: Ericsson Telecomunicacoes SA
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2005-01-27

Abstract

光ファイバーを伝播する光を偏光させる方法及び装置である。その装置は所定の長さのファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）部をもつ光ファイバーと、横方向の力をそのＦＢＧ部の所定の部分に印加する力の印加機構とを有する。その所定の部分は、その所定の長さのファイバーブラッグ格子部の所定の割合を有している。その所定の割合が１０％以上であるとき、その光ファイバーを通過する光についての２つの偏光状態が得られる。その所定の割合が、格子長の小さな部分、例えば、チャープされた格子長の約１％であるとき、微妙に調整可能な光ファイバー偏光器が備えられる。その装置は、通信ファイバーのような標準的な光ファイバーを用いることができ、単に横方向の力を加えたり取り除いたりすることにより、スイッチのオンオフがなされる能力を含む様々な利点を提供している。A method and apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber. The apparatus includes an optical fiber having a fiber Bragg grating (FBG) portion of a predetermined length, and a force application mechanism that applies a lateral force to a predetermined portion of the FBG portion. The predetermined portion has a predetermined ratio of the fiber Bragg grating portion of the predetermined length. When the predetermined ratio is 10% or more, two polarization states for light passing through the optical fiber are obtained. When the predetermined percentage is a small part of the grating length, for example about 1% of the chirped grating length, a finely adjustable fiber optic polarizer is provided. The device can use standard optical fibers such as communication fibers and offers various advantages including the ability to switch on and off simply by applying or removing lateral forces. .

Description

【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００１年６月１４日に出願された米国特許仮出願シリアル番号第６０／２９８，６１８号の優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて主張するものである。
【０００２】
本発明は一般には偏光の分野に関するものである。特に、限定をすることなく、本発明は光ファイバーを伝播する光の偏光に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来技術の説明
多くの応用分野において、偏光の純粋な状態を得ると同時に光ファイバーのコアの内側を光が伝わるように維持することは重要である。例えば、１つの重要な応用分野では、外部の光電変調器に光を送信するのに先立ち、その光の偏光を調整する必要がある。
【０００４】
光ファイバーにおいて直線偏光を提供するために知られた１つのアプローチは、特別な光ファイバー、例えば、３Ｍ（登録商標）により製造された特別な偏光ファイバーを利用することである。そのようなファイバーにおいて、偏光の１つの状態は、非常に大きな損失を被る一方、他の状態では被る損失は相対的に小さい。この製造業者によれば、この特別なファイバーが直線で３ｍの長さがあると、２０ｄＢの減衰比を得ることが可能であり、同じ長さを３ｃｍの直径でコイルにして棒状にすると、４０ｄＢを超える減衰比となってしまう。
【０００５】
インライン偏光器を備える他のアプローチでは、研磨されたファイバーカプラ或いはＤ形のファイバーを製造するのに利用される技術を採用している。これらの代替的なアプローチにおいて、ファイバーの平坦な部分がバッファ層と金属吸収層とを含む異なる層でコーティングされている。
【０００６】
上述のアプローチ各々は十分に満足するものではない。例えば、特別な３Ｍ（登録商標）の偏光ファイバーを利用するアプローチでは、むしろ高価な数ｍの長さのファイバーの使用を示唆している。さらにその上、通信分野では、その特別なファイバーの使用に基づいたアプローチに共通の問題は、標準的な通信ファイバーから偏光ファイバーへの光のカップリング効率である。研磨されたファイバーカプラ或いはＤ形のファイバーを製造する技術を利用するアプローチでは、非常に良く制御されたフィルム蒸着とクラッディング厚が要求されるという問題がある。
【０００７】
また、光ファイバーを伝播する光を偏光させるための格子を組み込んだ光ファイバーは、例えば、メルツら（Meltz et al.）による米国特許第５，５４６，４８１号でも知られており、それは、そこに組み込まれた格子タップをもつ非偏光性を保存するファイバーを含んだ単一偏光性のファイバー／増幅器を開示している。メルツら（Meltz et al.）の特許による格子タップは、所定の角度に合わせられ、所定の格子間隔と格子強度とをもち、実質的にはその光ファイバーの全長に伸びて、その光ファイバーの内、所定の波長の範囲にわたり所定量の１つの偏光と結合する一方で、その光ファイバーからの出力光として第２の偏光を通過させる格子長をもつものとして説明されている。
【０００８】
メルツら（Meltz et al.）は前述のような特別なファイバーよりむしろ普通の光ファイバーでガイドされる直線偏光を提供するが、メルツら（Meltz et al.）による偏光はブルースタ（Brewster）角の反射により達成されるものである。その結果、メルツら（Meltz et al.）では、拒絶された偏光状態の光はファイバー外で結合され、使用できないので都合が悪い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は特別なファイバーの使用を必要とすることなく、そして、公知の光ファイバー偏光器では一般には見出せない、いくつかの有利な特性を備える光ファイバーを伝播する光を偏光させる方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従う光ファイバーを伝播する光を偏光させる装置は、所定の長さのファイバーブラッグ格子部（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）をもつ光ファイバーと、横方向の力をそのファイバーブラッグ格子部の所定の部分に印加する力の印加機構とを有する。
【００１１】
光ファイバーにファイバーブラッグ格子部を備えることにより、その光ファイバーを伝播する光の２つの偏光状態の分離が、そのファイバーブラッグ格子部の所定の部分に横方向の力を印加することにより得られることが発見された。その結果、より高価な特別なファイバーを用いる必要なく、強い屈折率の変調が得られる標準的な通信ケーブル或いは他の光ファイバーを用いて、偏光を得ることができる。
【００１２】
本発明の実施例に従えば、光の偏光は、力の印加機構により印加される力の位置を変化させることにより、或いは、印加される力の量を制御することにより調整される。特に、ＦＢＧに圧力が加えられる部分が全格子長の小さな部分、例えば、格子長の約１％であるなら、もう１つの偏光についての破壊的な干渉を起こすことなく、１つの偏光についての反射率のスペクトラムにおいて、バンド内スペクトラル孔をもつことが可能である。この場合、その短い長さは、印加される力が小さな圧力が加えられた領域により分離される格子の２つの長い部分の間に位相差を導入するように、それ自身で顕著な反射率を呈するほどには長くない。これに対して、ＦＧＢに圧力が加えられる部分が格子長の約１０％以上であるなら、その圧力が加えられる領域の高速軸と低速軸とに対応する主要な損失ピークと副次的な損失ピークとが観察される。この場合、その圧力が加えられた領域は、それ自身で強い反射率を呈するのに十分でなければならない。即ち、その圧力が加えられた領域は、非対称格子として作用するであろう。例えば、１つの実施例において、均一な格子が提供され、その全長に圧力が加えられる。従って、その格子長の所定の部分に制御された方法でＦＢＧに圧力を加えることにより、光ファイバーを伝播する光の偏光が容易に成し遂げられる。
【００１３】
本発明において、偏光は、各偏光状態のブラッグ（Bragg）波長における違いを導入するために光ファイバーのＦＢＧ部の一部に力を印加することにより得られる。その結果、拒絶された偏光状態の光がそのファイバーの外側で結合されるというよりはむしろ、そのファイバーにおいて後方に導かれる。従って、本発明によれば、望むならば、拒絶された偏光状態の光を利用することが可能になる。さらにその上、本発明に従う偏光させる装置は、各偏光状態に対して反対の効果をもち、２つのスペクトラルバンドで動作する。言い換えると、本発明によれば、第１の動作バンドでは、偏光状態Ｙが伝送され、偏光状態Ｘが反射される。一方、第２の動作バンドでは、その効果は反対となる。ここで、ｘｙ平面はファイバーの伝播軸ｚに対して垂直であり、そして、ｘは力の印加方向に沿った方向として定義される。
【００１４】
本発明のさらなる実施例に従えば、その偏光はＦＢＧ部分に印加される力に依存するので、偏光装置は単にその力を加えたり、或いはその力を解放することにより、容易にスイッチがオンオフされる。
【００１５】
本発明の他の実施例に従えば、ＦＢＧは均質でも良いし、或いは、チャープされていても良い。そのＦＢＧが均質であるとき、その動作範囲は数ナノメータであり、その中心波長の調整はある程度限定されたものとなる。そのＦＢＧがチャープされたものであるとき、偏光効果は狭い波長ウィンドウ内で発生するが、そのチャープされた格子反射スペクトラムにそって連続的に調整が可能である。
【００１６】
本発明のさらに別の実施例に従えば、その光ファイバーは高複屈折のファイバーを有することができる。そのようなファイバーを用いるとき、その結合効率はいくらか小さくなるが、永久的な複屈折によりその装置には力を印加することなく、或いは、標準的な通信ファイバーに要求されるものと比較して小さな力を印加すれば使用することが可能になる。
【００１７】
本発明に従う偏光装置を用いることで、特別な光ファイバーではなくむしろ標準的な光ファイバーを使用することが可能である。その光ファイバーは、強い屈折率の変調が作られる標準的な通信ファイバー或いは他の光ファイバーでも良い。その装置は大量生産の手順にも適したものである。
【００１８】
本発明のさらに付加的な目的、特徴、及び利点については、次に詳細に説明する現在のところ好適であると考えられる実施例と関連して、これ以後、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の現在のところ好適な実施例に従う光ファイバーを伝播する光を偏光させる装置を模式的に示す図である。その装置は参照番号１０によりその全体が指示されており、そこにＦＢＧ部１４をもつ光ファイバー１２を含んでいる。光ファイバー１２は、光が矢１８により示されるようにその光ファイバーに入力される入力端１６と、その光ファイバーの中を伝播する光が矢２４により示されるようにその光ファイバーから出力する出力端２２とを含んでいる。
【００２０】
光ファイバー１２は特定の応用分野のために適した任意の長さと直径とをもっても良いが、標準的な通信ファイバーや標準的な通信ファイバーと結合特性の良い別のファイバーであり、強い屈折率の変調が創成されるような標準的な光ファイバーを有していることが好ましい。光ファイバー１２のＦＢＧ部１４はこれ以後より十分に説明するように、所定の長さの部分を有している。
【００２１】
また、図１に図示されているように、装置１０はさらに横方向の力をＦＢＧ部１４の所定の部分に制御しながら印加する力の印加機構２６を含んでいる。力の印加機構２６は種々の機構の内の、いずれか１つを有していれば良く、そして、圧電或いは磁歪素子、或いはその機器により印加される力の量を制御することが相対的には容易な他の素子を有していることが好ましい。力の印加機構は光ファイバーを伝播する光の各偏光状態のブラッグ波長における違いを導入するために機能する。その力は、光ファイバーの上部から底部へと印加されるか、或いは偏光効果を生み出すために必要な非対称性を備えるために何らかの他の方法で印加される。加えて、これ以後により十分に説明されるように、小さなモータ等のような移動機器が備えられて力の印加機構により力が印加される位置を変更する。この移動機器は図１においては矢２８により模式的に表現されており、光ファイバーと力の印加機構との少なくともいずれかを移動させるように設計される。
【００２２】
特に、光ファイバーが横方向に圧力が加えられるとき、その光ファイバーを通る光の経路は、屈折率とファイバー長との両方の変化のために変えられる。もし、その圧力のかかった領域がＦＢＧを含むなら、これらの効果は、ブラッグ波長での定量的な局部的なシフトを引き起こす。ブラッグ波長シフト量は、その印加された歪み（ε）が等方的ではないなら、偏光に依存する。
【００２３】
歪みとＦＢＧでの反射された波長で誘導された変化との間の関係は、（ｚ方向に平行にファイバー軸があるとき）次のように表現される。
【００２４】

【００２５】

【００２６】
ここで、添字ｘ、ｙ、ｚは３つの直交軸（図１を参照）を表わしており、ｎ_effはファイバーの有効屈折率であり、Ｐ₁₁とＰ₁₂とは光電センサのマトリクス要素（例えば、シリカについて言えば、Ｐ₁₁＝０．１１３、Ｐ₁₂＝０．２５２）である。歪みε_iとその影響をうける長さとは、“局部圧力によるファイバーブラッグ格子（ＦＧＢ）特性及びシェイピング（Fiber Bragg Grating (FGB) Characterization and Shaping by Local Pressure）”, C J S de Matos, P Torres, L C G Valente, W Margulis and R Stubbe, Journal of Lightwave Technology, vol. 19, no. 8, pages 1206-1211, August, 2001（これ以降、“ＪＬＴ”論文として言及する）という論文で提案されたモデルを用いることにより印加された力と結び付けられる。
【００２７】
平面歪み： ε_z ＝０
【００２８】
その方程式は以下のように書き下される。
【００２９】

【００３０】

【００３１】
もし、ε_x＝−２ε_yであれば、ＪＬＴ論文で提案されたように、次の関係を得ることができる。
【００３２】

【００３３】
この方程式は、“ファイバーブラッグ格子における誘導された複屈折効果の解析（Analaysis of Induced Birefringence Effects on Fiber Bragg Gratings）”, R. Gafsi and M A El-Sherif, Optical Fiber Technology, no. 6, pages 299-323 (2000) という論文に記載されたシミュレートされた結果を確認している。
【００３４】
局所的に圧力が加えられたＦＢＧをモデル化するために、１つの偏光についてのΔλ_Bの値が、所望の伝送条件が得られるまで調整される。それ故に、方程式（３）を用いることにより、もう１つの偏光についてのΔλ_Bもまた、シミュレートされる。
【００３５】
４ｃｍの長さの、２．５×１０^-4の屈折率変化があり、チャープが−４５ｐｍ／ｍｍであるアンアポダイゼーションされた（unapodized）強い格子を仮定する。そのファイバーコアの有効屈折率がｎ_eff＝１．４６であるようにとられ、設計波長は１５３０ｎｍである。このような条件下で、格子は〜１．４９ｎｍのバンド幅をもつ。そのファイバー軸はｚ方向に平行であり、その力はｘ軸に沿って加えられることが考慮された。このようにして、方程式（１ａ）と（１ｂ）とから、Δλ_By＞Δλ_Bxである。用いられた格子構造は、フェーズマスク或いはホログラフィーのアプローチを用いて容易に製造される。
【００３６】
各偏光がどのように伝送されるのか（或いは反射されるのか）について調査するために、次のような偏光因子が定義される。
【００３７】

【００３８】
ここで、Ｔ_xとＴ_yとは夫々、ｘ軸とｙ軸とについての偏光についての格子の伝送である。もし、Ｆ＝０であれば、格子は完全に偏光に独立である。Ｆが正の値であれば、ｘ偏光の光についての伝送がｙ偏光の光のそれよりも大きい。Ｆが負の値であれば、その格子はｙ偏光の光について、伝送モードでは適切なものである。
【００３９】
Ｌ₂＝０．２ｍｍと考えて、摂動する小さな部分をもったチャープされたＦＢＧをモデル化した。伝送スペクトラムが図２Ａ〜図２Ｃに示されている。図２Ａの曲線は力が印加されていない場合の両方の偏光状態を表現しており、図２Ｂの曲線は力が印加された場合のｘ偏光を表現しており、図２Ｃの曲線は力が印加された場合のｙ偏光を表現している。この場合には、波長増加Δλ_By＝２ｎｍが考慮され、方程式（１ａ）と（１ｂ）とを用いてもう１つの偏光が計算される。ｙ偏光の光については、Δλ_By＝２ｎｍにおいて圧力が加えられた部分のブラッグ波長を増加させることにより伝送での強い増加が得られることが見られる。この波長増加は３２０ｇｆの横方向の力を加えることで得られる。ｘ偏光の光は重大な破壊的な干渉を誘導するに必要な位相をもちこむには十分ではない程度のブラッグ波長における小さな変化を被っている。Ｙ偏光の光は、〜２２ｐｍのライン幅をもつ狭帯域で伝送される。この場合についての対応する偏光因子Ｆ（方程式４）から、即ち、図３のプロットから、実際には、ｙ偏光の光は固定波長で伝送される光だけである。この特性を用いると、この局所的に圧力が加えられたＦＢＧが高度に選択的な偏光器として用いられる。同じ歪み強度で格子に沿って力を印加する機器を走査することにより、この例では、十分な格子スペクトラム〜１．９ｎｍにわたり動作を調整することが可能である。
【００４０】
摂動部Ｌ₂＝１０ｍｍであるときの第２の条件についての結果が図４Ａ〜図４Ｃと図５に図示されている。図４Ａの曲線は力が印加されていない場合の両方の偏光状態を表現しており、図４Ｂの曲線は力が印加された場合のｘ偏光を表現しており、図４Ｃの曲線は力が印加された場合のｙ偏光を表現している。スペクトラル応答における主要な損失ピークと副次的な損失ピークとは圧力が加えられた領域の高速軸と低速軸とに対応しており、〜２ｎｍ程度の偏光による分割と〜６２０ｐｍ程度のライン幅があることが見られる。この場合、考慮されている長さはＬ₂＝１０ｍｍであり、波長増加はΔλ_By＝２ｎｍである。方程式（１ａ）と（１ｂ）とを適用することにより、もう１つの偏光が計算される。対応する偏光因子Ｆ（図５）は、各偏光について１００％に近い伝送率（反射率）を示している。この特性を用いると、格子は図５においてＦが＋／−１に近い波長において偏光器としてうまく動作する。この構成における動作モードは第１の場合の動作モードとは完全に異なっていることは明らかである。この構成において、格子に圧力が加えられた領域による大きな反射強度は、偏光効果が発生する強いサイドローブをもつために必要とされる。副次的な損失のピークの位置が印加される力の関数であるので、スペクトラルの調整は印加される力を変化させることにより成し遂げられる。それにもかかわらず、１０ｎｍを超えるバンド幅をもったチャープされた格子は日常的に製造可能である。
【００４１】
最後に、印加される力を制御することにより、モデル化された偏光器は単に、力の印加機構により印加される力を印加したり解放したりすることにより、所望の波長に対して、容易にスイッチのオンオフができる。達成可能な究極のバンド幅は、印加される力に直接関係する偏光の分割により制限される。
【００４２】
図６は、本発明の実施例に従う所定長のファイバーブラッグ格子を含む光ファイバーを伝播する光を偏光させる方法４０を図示したフローチャートである。まず、ステップ４２に見られるように、力が所定長のＦＢＧの所定の割合に印加されて偏光器のスイッチをオンにする。その印加された力は制御され、光ファイバーを伝播する光を偏光させる（ステップ４４）。最後に、その偏光器はステップ４６に示されるように印加された力を解放することによりスイッチオフされる。
【００４３】
本発明に従う光ファイバーを伝播する光を偏光させる装置は、標準的な通信ファイバーのような標準的な光ファイバーを用いて容易に構築され、そして、上述のように、特別なファイバーを用いることに依存する偏光器をしのぐ顕著な利点を提供しており、それにはより経済的であることや、標準的な光ファイバーに結合されたときに、より大きな結合効率を備えることが含まれる。加えて、本発明では、拒絶された偏光状態の光は光ファイバーを後方に導かれるので、望むなら、その光は利用可能である。例えば、その装置が偏光状態を厳密に調べるために用いられるなら、１つの偏光は失われるのであるが以前に装置で取得される１つの偏光状態における光量だけではなく、各偏光における光の相対量に関する情報を必要とする。本発明に従う装置はまた、大量生産技術にも適している。
【００４４】
本発明に従うＦＢＧは均質であっても良いし、或いはチャープされていても良い。均質的なＦＢＧに関して、動作範囲は最大で数ナノメータであり、その中心波長の調整にはいくらかの制限がある。チャープされたＦＢＧに関して、偏光効果は相対的に狭い波長だけで発生するが、チャープされた格子反射スペクトラムに沿って連続的に調整される。従って、チャープされたＦＢＧに関しては、装置は偏光の調整可能な選択的狭帯域伝送フィルタとして動作する。また、もし望むなら、通信ファイバーの代わりに高度複屈折のフィルタを用いることも可能である。そのような場合、結合効率は低下するが、永久的な複屈折によりその装置は力を印加せずに、或いは、標準的な通信ファイバーを用いてなされる装置と比較してより小さな力を印加さえすれば使用可能である。
【００４５】
なお、“有する／有した”という用語がこの明細書において用いられるときには、そこに述べられた特徴、整数、ステップ、或いは構成要素の存在を特定するのに用いているが、１つ以上の別の特徴、整数、ステップ、構成要素、或いはそれらのグループの存在や付加を排除するものではない。
【００４６】
ここで説明された事項は、現在のところ好適と考えられている本発明の実施例を構成するものであるが、本発明はその範囲を逸脱することなく、数々の方法で変形できることを理解すべきである。従って、本発明は請求の範囲で必要とされる限りにおいてのみ限定されるべきであることを認識すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の現在のところ好適な実施例に従う光ファイバーを伝播する光を偏光させる装置を模式的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施例に従う、力が印加されていない場合の両方の偏光について、圧力が加えられた領域がｌ＝０．２ｍｍである、アンアポダイゼーションされ（unapodized）チャープされたＦＢＧの伝送スペクトラムを図示するグラフである。
【図２Ｂ】本発明の実施例に従う、力が印加された場合のｘ偏光について、圧力が加えられた領域がｌ＝０．２ｍｍである、アンアポダイゼーションされ（unapodized）チャープされたＦＢＧの伝送スペクトラムを図示するグラフである。
【図２Ｃ】本発明の実施例に従う、力が印加された場合のｙ偏光について、圧力が加えられた領域がｌ＝０．２ｍｍである、アンアポダイゼーションされた（unapodized）チャープされたＦＢＧの伝送スペクトラムを図示するグラフである。
【図３】図２の条件で偏光因子Ｆ（Ｆ＝Ｔ_x−Ｔ_y）を図示するグラフである。
【図４Ａ】本発明の実施例に従う、力が印加されていない場合の両方の偏光について、圧力が加えられた領域がｌ＝１０ｍｍである、アンアポダイゼーションされ（unapodized）チャープされたＦＢＧの伝送スペクトラムを図示するグラフである。
【図４Ｂ】本発明の実施例に従う、力が印加された場合のｘ偏光について、圧力が加えられた領域がｌ＝１０ｍｍである、アンアポダイゼーションされ（unapodized）チャープされたＦＢＧの伝送スペクトラムを図示するグラフである。
【図４Ｃ】本発明の実施例に従う、力が印加された場合のｙ偏光について、圧力が加えられた領域がｌ＝１０ｍｍである、アンアポダイゼーションされた（unapodized）チャープされたＦＢＧの伝送スペクトラムを図示するグラフである。
【図５】図４の条件で偏光因子Ｆ（Ｆ＝Ｔ_x−Ｔ_y）を図示するグラフである。
【図６】本発明の別の実施例に従う光ファイバーを伝播する光を偏光させる方法を図示したフローチャートである。【Technical field】
[0001]
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority from US Patent Provisional Application Serial No. 60 / 298,618, filed June 14, 2001, under 35 USC 119 (e) It is.
[0002]
The present invention relates generally to the field of polarization. In particular, without limitation, the present invention relates to the polarization of light propagating through an optical fiber.
[Background]
[0003]
DESCRIPTION OF THE PRIOR ART In many fields of application, it is important to obtain a pure state of polarization while at the same time maintaining light traveling inside the core of the optical fiber. For example, in one important application field, it is necessary to adjust the polarization of the light prior to transmitting the light to an external photoelectric modulator.
[0004]
One approach known to provide linear polarization in an optical fiber is to utilize a special optical fiber, such as a special polarizing fiber manufactured by 3M®. In such a fiber, one state of polarization suffers a very large loss while the other suffers a relatively small loss. According to this manufacturer, if this special fiber is straight and 3 m long, it is possible to obtain an attenuation ratio of 20 dB, and if the same length is coiled with a diameter of 3 cm into a rod shape, 40 dB The attenuation ratio will exceed.
[0005]
Other approaches with in-line polarizers employ techniques used to produce polished fiber couplers or D-shaped fibers. In these alternative approaches, the flat portion of the fiber is coated with different layers including a buffer layer and a metal absorbing layer.
[0006]
Each of the above approaches is not fully satisfactory. For example, an approach that utilizes special 3M® polarizing fibers suggests the use of rather expensive fiber lengths of a few meters. Moreover, in the communications field, a common problem with approaches based on the use of that particular fiber is the efficiency of light coupling from standard communication fibers to polarizing fibers. The approach that utilizes techniques to produce polished fiber couplers or D-shaped fibers has the problem of requiring very well controlled film deposition and cladding thickness.
[0007]
An optical fiber incorporating a grating for polarizing light propagating through the optical fiber is also known, for example, in US Pat. No. 5,546,481 by Meltz et al., Which is incorporated therein. Discloses a single-polarization fiber / amplifier including a non-polarization-preserving fiber with a defined grating tap. The grating tap according to the Meltz et al. Patent is tuned to a predetermined angle, has a predetermined grating spacing and grating strength, and extends substantially the entire length of the optical fiber, It is described as having a grating length that couples a predetermined amount of one polarization over a range of wavelengths while passing the second polarization as output light from the optical fiber.
[0008]
Meltz et al. Provide linear polarization guided by ordinary optical fibers rather than special fibers as described above, but the polarization by Meltz et al. Is at the Brewster angle. This is achieved by reflection. As a result, Meltz et al. Is inconvenient because light in the rejected polarization state is coupled outside the fiber and cannot be used.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0009]
The present invention provides a method and apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber that does not require the use of special fibers and that is not generally found in known optical fiber polarizers, with several advantageous properties. .
[Means for Solving the Problems]
[0010]
An apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber according to the present invention includes an optical fiber having a fiber Bragg grating (FBG) having a predetermined length and a lateral force applied to a predetermined portion of the fiber Bragg grating. An application mechanism for applying force.
[0011]
It has been discovered that by providing a fiber Bragg grating part in an optical fiber, the separation of the two polarization states of the light propagating through the optical fiber can be obtained by applying a lateral force to a predetermined part of the fiber Bragg grating part. It was done. As a result, polarized light can be obtained using standard communication cables or other optical fibers that provide strong refractive index modulation without the need for more expensive special fibers.
[0012]
According to an embodiment of the present invention, the polarization of the light is adjusted by changing the position of the force applied by the force application mechanism or by controlling the amount of force applied. In particular, if the portion of the FBG where the pressure is applied is a small portion of the total grating length, eg, about 1% of the grating length, the reflection for one polarization without causing destructive interference for the other polarization. It is possible to have in-band spectral holes in the rate spectrum. In this case, the short length provides a significant reflectivity on its own so that the applied force introduces a phase difference between the two long portions of the grating separated by the area under small pressure. Not long enough to present. On the other hand, if the portion where the pressure is applied to the FGB is about 10% or more of the lattice length, the main loss peak and the secondary loss corresponding to the high speed axis and the low speed axis in the area where the pressure is applied A peak is observed. In this case, the area where the pressure is applied must be sufficient to exhibit strong reflectivity by itself. That is, the area where the pressure is applied will act as an asymmetric grating. For example, in one embodiment, a uniform grid is provided and pressure is applied to its entire length. Accordingly, by applying pressure to the FBG in a controlled manner to a predetermined portion of its grating length, polarization of light propagating through the optical fiber can be easily achieved.
[0013]
In the present invention, polarization is obtained by applying a force to a portion of the FBG portion of the optical fiber to introduce differences in the Bragg wavelength of each polarization state. As a result, rejected polarization state light is guided backwards in the fiber rather than being coupled outside the fiber. Thus, according to the present invention, it is possible to utilize rejected polarization state light if desired. Moreover, the polarizing device according to the invention operates in two spectral bands with the opposite effect for each polarization state. In other words, according to the present invention, the polarization state Y is transmitted and the polarization state X is reflected in the first operating band. On the other hand, the effect is opposite in the second operating band. Here, the xy plane is perpendicular to the propagation axis z of the fiber, and x is defined as the direction along the force application direction.
[0014]
According to a further embodiment of the invention, the polarization depends on the force applied to the FBG part, so that the polarizing device can be easily switched on and off simply by applying or releasing the force. The
[0015]
According to other embodiments of the invention, the FBG may be homogeneous or may be chirped. When the FBG is homogeneous, its operating range is a few nanometers and its center wavelength adjustment is limited to some extent. When the FBG is chirped, the polarization effect occurs within a narrow wavelength window, but can be continuously adjusted along the chirped grating reflection spectrum.
[0016]
According to yet another embodiment of the invention, the optical fiber can comprise a high birefringence fiber. When using such a fiber, its coupling efficiency is somewhat reduced, but with permanent birefringence, no force is applied to the device or compared to what is required for a standard communication fiber. If a small force is applied, it can be used.
[0017]
By using the polarizing device according to the invention, it is possible to use standard optical fibers rather than special optical fibers. The optical fiber may be a standard communication fiber or other optical fiber that produces a strong refractive index modulation. The device is also suitable for mass production procedures.
[0018]
Further additional objects, features and advantages of the present invention will become apparent hereinafter in connection with the presently preferred embodiments described in detail below.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0019]
FIG. 2 schematically illustrates an apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber in accordance with a presently preferred embodiment of the present invention. The apparatus is generally designated by reference numeral 10 and includes an optical fiber 12 having an FBG portion 14 therein. The optical fiber 12 has an input end 16 where light is input to the optical fiber as indicated by arrow 18 and an output end 22 where light propagating through the optical fiber is output from the optical fiber as indicated by arrow 24. Contains.
[0020]
The optical fiber 12 may have any length and diameter suitable for a particular application, but is a standard communication fiber or another fiber that has good coupling characteristics with a standard communication fiber and has a strong refractive index modulation. It is preferred to have a standard optical fiber such that is created. The FBG portion 14 of the optical fiber 12 has a portion of a predetermined length, as will be more fully described hereinafter.
[0021]
Further, as shown in FIG. 1, the apparatus 10 further includes a force application mechanism 26 that applies a lateral force to a predetermined portion of the FBG unit 14 while controlling it. The force application mechanism 26 only needs to have one of various mechanisms, and it is relatively possible to control the amount of force applied by the piezoelectric or magnetostrictive element or the device. It is preferable to have other elements that are easy. The force application mechanism functions to introduce differences in the Bragg wavelength of each polarization state of light propagating through the optical fiber. The force is applied from the top to the bottom of the optical fiber, or in some other way to provide the necessary asymmetry to create the polarization effect. In addition, as will be more fully described hereinafter, a mobile device such as a small motor is provided to change the position where the force is applied by the force application mechanism. This moving device is schematically represented by an arrow 28 in FIG. 1, and is designed to move at least one of an optical fiber and a force application mechanism.
[0022]
In particular, when an optical fiber is pressurized laterally, the path of light through the optical fiber is changed due to changes in both refractive index and fiber length. If the pressured region contains FBG, these effects cause a quantitative local shift at the Bragg wavelength. The amount of Bragg wavelength shift depends on the polarization if the applied strain (ε) is not isotropic.
[0023]
The relationship between strain and the induced change in the reflected wavelength at the FBG is expressed as follows (when the fiber axis is parallel to the z direction):
[0024]

[0025]

[0026]
Here, the subscripts x, y, and z represent three orthogonal axes (see FIG. 1), n _eff is the effective refractive index of the fiber, and P ₁₁ and P ₁₂ are matrix elements of the photoelectric sensor (for example, Speaking of silica, P ₁₁ = 0.113, P ₁₂ = 0.252). The strain ε _i and the length affected by it are “Fiber Bragg Grating (FGB) Characterization and Shaping by Local Pressure”, CJS de Matos, P Torres, LCG Valente. , W Margulis and R Stubbe, Journal of Lightwave Technology, vol. 19, no. 8, pages 1206-1211, August, 2001 (hereinafter referred to as “JLT” paper). Is combined with the applied force.
[0027]
Plane strain: ε _z = 0
[0028]
The equation is written as follows:
[0029]

[0030]

[0031]
If ε _x = −2ε _y , the following relationship can be obtained as proposed in the JLT paper.
[0032]

[0033]
This equation is described in “Analaysis of Induced Birefringence Effects on Fiber Bragg Gratings”, R. Gafsi and MA El-Sherif, Optical Fiber Technology, no. 6, pages 299- The simulated results described in the paper 323 (2000) are confirmed.
[0034]
In order to model a locally pressurized FBG, the value of Δλ _B for one polarization is adjusted until the desired transmission conditions are obtained. Therefore, by using equation (3), also [Delta] [lambda] _B of another polarization, is simulated.
[0035]
Assume a strong unapodized grating with a refractive index change of 2.5 × 10 ⁻⁴ with a length of 4 cm and a chirp of −45 pm / mm. The effective refractive index of the fiber core is taken to be n _eff = 1.46 and the design wavelength is 1530 nm. Under such conditions, the grating has a bandwidth of ˜1.49 nm. It was considered that the fiber axis was parallel to the z direction and the force was applied along the x axis. In this way, Δλ _By > Δλ _Bx from equations (1a) and (1b). The grating structure used is easily manufactured using a phase mask or holographic approach.
[0036]
In order to investigate how each polarization is transmitted (or reflected), the following polarization factors are defined:
[0037]

[0038]
Here, T _x and T _y are the transmission of the grating with respect to the polarization about the x-axis and the y-axis, respectively. If F = 0, the grating is completely polarization independent. If F is a positive value, the transmission for x-polarized light is greater than that for y-polarized light. If F is negative, the grating is appropriate for y-polarized light in transmission mode.
[0039]
A chirped FBG with a small perturbed part was modeled, assuming L ₂ = 0.2 mm. The transmission spectrum is shown in FIGS. 2A-2C. The curve in FIG. 2A represents both polarization states when no force is applied, the curve in FIG. 2B represents x-polarized light when a force is applied, and the curve in FIG. It represents y-polarized light when applied. In this case, the wavelength increase Δλ _By = 2 nm is taken into account, and another polarization is calculated using equations (1a) and (1b). For y-polarized light, it can be seen that a strong increase in transmission can be obtained by increasing the Bragg wavelength in the portion where pressure is applied at Δλ _By = 2 nm. This wavelength increase is obtained by applying a lateral force of 320 gf. x-polarized light suffers small changes in Bragg wavelength that are not sufficient to introduce the phase necessary to induce significant destructive interference. Y-polarized light is transmitted in a narrow band having a line width of ˜22 pm. From the corresponding polarization factor F (Equation 4) for this case, ie from the plot of FIG. 3, in practice, the only y-polarized light is the light transmitted at a fixed wavelength. Using this property, this locally pressurized FBG is used as a highly selective polarizer. By scanning an instrument that applies force along the grating with the same strain intensity, it is possible in this example to tune the operation over the full grating spectrum to 1.9 nm.
[0040]
The results for the second condition when the perturbation part L ₂ = 10 mm are shown in FIGS. 4A to 4C and FIG. The curve in FIG. 4A represents both polarization states when no force is applied, the curve in FIG. 4B represents x-polarized light when a force is applied, and the curve in FIG. It represents y-polarized light when applied. The main loss peak and the secondary loss peak in the spectral response correspond to the high-speed axis and the low-speed axis in the region where pressure is applied, and the division by polarization of about 2 nm and the line width of about 620 pm It is seen that there is. In this case, the considered length is L ₂ = 10 mm and the wavelength increase is Δλ _By = 2 nm. By applying equations (1a) and (1b), another polarization is calculated. The corresponding polarization factor F (FIG. 5) shows a transmission rate (reflectance) close to 100% for each polarization. Using this property, the grating works well as a polarizer at wavelengths where F is close to +/- 1 in FIG. It is clear that the operating mode in this configuration is completely different from the operating mode in the first case. In this configuration, a large reflection intensity due to the area where pressure is applied to the grating is required in order to have a strong sidelobe in which the polarization effect occurs. Since the location of the secondary loss peak is a function of the applied force, spectral adjustment is accomplished by changing the applied force. Nevertheless, chirped gratings with bandwidths exceeding 10 nm can be routinely manufactured.
[0041]
Finally, by controlling the applied force, the modeled polarizer can be easily applied to the desired wavelength by simply applying and releasing the force applied by the force application mechanism. The switch can be turned on and off. The ultimate achievable bandwidth is limited by the polarization split that is directly related to the applied force.
[0042]
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method 40 for polarizing light propagating through an optical fiber including a length of fiber Bragg grating in accordance with an embodiment of the present invention. First, as seen in step 42, force is applied to a predetermined percentage of a predetermined length of FBG to turn on the polarizer. The applied force is controlled to polarize the light propagating through the optical fiber (step 44). Finally, the polarizer is switched off by releasing the applied force as shown in step 46.
[0043]
An apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber according to the present invention is easily constructed using standard optical fibers, such as standard communication fibers, and relies on using special fibers as described above. It offers significant advantages over polarizers, including being more economical and having greater coupling efficiency when coupled to standard optical fibers. In addition, in the present invention, the rejected polarized light is directed back through the optical fiber so that it can be used if desired. For example, if the device is used to probe the polarization state, one polarization is lost, but not just the amount of light in one polarization state previously acquired by the device, but the relative amount of light in each polarization Need information about. The device according to the invention is also suitable for mass production techniques.
[0044]
The FBG according to the present invention may be homogeneous or chirped. For homogeneous FBGs, the operating range is at most a few nanometers and there are some limitations in adjusting its center wavelength. For a chirped FBG, the polarization effect occurs only at a relatively narrow wavelength, but is continuously tuned along the chirped grating reflection spectrum. Thus, for chirped FBGs, the device operates as a selective narrowband transmission filter with adjustable polarization. It is also possible to use highly birefringent filters instead of communication fibers if desired. In such cases, the coupling efficiency is reduced, but the device does not apply force due to permanent birefringence, or less force compared to devices made using standard communication fibers. You can use it as long as you do.
[0045]
It should be noted that when the term “having / having” is used in this specification, it is used to identify the presence of a feature, integer, step, or component described therein, but one or more other It does not exclude the presence or addition of features, integers, steps, components, or groups thereof.
[0046]
What has been described here constitutes an embodiment of the invention presently considered to be preferred, but it will be understood that the invention can be modified in numerous ways without departing from its scope. Should. Accordingly, it should be recognized that the invention should be limited only as long as required by the appended claims.
[Brief description of the drawings]
[0047]
FIG. 1 schematically illustrates an apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber in accordance with a presently preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2A shows an unapodized chirped FBG with a pressure applied area of l = 0.2 mm for both polarizations when no force is applied, according to an embodiment of the present invention. It is a graph which illustrates a transmission spectrum.
FIG. 2B is a transmission spectrum of an unapodized chirped FBG with a pressure applied area of l = 0.2 mm for x-polarized when force is applied, according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2C illustrates transmission of an unapodized chirped FBG with a pressure applied area of l = 0.2 mm for y-polarized when force is applied, according to an embodiment of the present invention. It is a graph which illustrates a spectrum.
Figure 3 is a graph illustrating the polarization factor _{_{F (F = T x -T y}} ) in the condition of Figure 2.
FIG. 4A is a transmission spectrum of an unapodized chirped FBG with a pressure applied area of l = 10 mm for both polarizations when no force is applied, in accordance with an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4B illustrates the transmission spectrum of an unapodized chirped FBG with a pressure applied area of l = 10 mm for x polarization when force is applied, according to an embodiment of the present invention. It is a graph to do.
FIG. 4C shows the transmission spectrum of an unapodized chirped FBG with a pressure applied area of l = 10 mm for y polarization when force is applied, according to an embodiment of the present invention. It is a graph to illustrate.
FIG. 5 is a graph illustrating the polarization factor F (F = T _x −T _y ) under the conditions of FIG.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of polarizing light propagating through an optical fiber in accordance with another embodiment of the present invention.

Claims

An apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber,
An optical fiber having a fiber Bragg grating portion of a predetermined length;
And a force applying mechanism for applying a lateral force to a predetermined portion of the fiber Bragg grating portion.

The apparatus of claim 1, wherein the predetermined portion has a predetermined proportion of the fiber Bragg grating portion of the predetermined length.

The apparatus of claim 2, wherein the predetermined percentage is a small portion of the total lattice length.

4. The apparatus of claim 3, wherein the predetermined percentage has about 1%.

The predetermined percentage has about 10% or more;
The apparatus according to claim 2, wherein a spectral adjustment of the light is made.

The fiber Bragg grating part is homogeneous,
The apparatus of claim 1, wherein the apparatus has an adjustable operating range of a few nanometers.

The fiber Bragg grating part is chirped,
The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is continuously tuned along a chirped grating reflection spectrum.

The apparatus of claim 1, wherein the optical fiber is a communication optical fiber.

The apparatus of claim 1, wherein the optical fiber comprises a high optical sensitivity communication optical fiber.

The apparatus of claim 1, wherein the optical fiber comprises a high birefringence communication optical fiber.

The apparatus according to claim 1, further comprising a moving device that changes a place where the force is applied by the force application mechanism.

A method of polarizing light propagating through an optical fiber,
Providing an optical fiber having a fiber Bragg grating portion of a predetermined length;
Applying a lateral force to a predetermined portion of the fiber Bragg grating portion to polarize light propagating through the optical fiber.

The method of claim 12, further comprising removing the applied lateral force to depolarize the light.

Applying the lateral force to a predetermined portion of the fiber Bragg grating portion includes applying a lateral force to a predetermined proportion of the fiber Bragg grating portion of the predetermined length, The method according to claim 12.

The method of claim 14, wherein the predetermined percentage includes a small portion of the total lattice length.

The method of claim 15, wherein the predetermined percentage comprises about 1%.

The method of claim 14, wherein the predetermined percentage comprises about 10% or more.

A method of controlling an apparatus for polarizing light propagating through an optical fiber,
Providing an optical fiber having a fiber Bragg grating portion of a predetermined length;
Switching on the device by applying a lateral force to the predetermined portion of the predetermined length;
Polarizing light propagating through the optical fiber by controlling one or both of the position and magnitude of the force applied to the predetermined portion;
Switching off the device by removing the lateral force.