JP2012098601A - Polarization synthesis-and-separation device - Google Patents

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Manabu Shiozaki
学 塩▲崎▼
Yutaka Moriyama
豊 森山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization synthesis-and-separation device which can have high optical coupling efficiency.SOLUTION: A polarization synthesis-and-separation device 1A comprises a birefringent material 11, a half wave plate 15, a birefringent material 12, a lens 16 and a transparent flat plate 17. The birefringent material 11 makes light of linear polarization to be input and output in a port P1 propagate as ordinary light and makes light of linear polarization to be input and output in a port P2 propagate as extraordinary light. The birefringent material 12 makes the light of linear polarization to be input and output in the port P1 propagate as extraordinary light and makes the light of linear polarization to be input and output in the port P2 propagate as ordinary light. The lens 16 condenses light from each of the ports P1 and P2 in a port P3 and condenses light from the port P3 in each of the ports P1 and P2.

Description

本発明は、光の偏波合成または偏波分離を行う偏波合成分離装置に関するものである。   The present invention relates to a polarization beam combining / separating apparatus that performs polarization beam combining or polarization separation.

光の偏波合成または偏波分離を行う偏波合成分離装置は、互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの直線偏光の光を第１ポートおよび第２ポートに入力される光を複屈折材料により偏波合成して、その偏波合成した光を第３ポートから出力することができる。また、偏波合成分離装置は、第３ポートに入力される光を複屈折材料により偏波分離して、その偏波分離で得られた第１方位の直線偏光の光を第１ポートから出力するとともに、第２方位の直線偏光の光を第２ポートから出力することができる。   A polarization beam combiner / separator that performs polarization synthesis or polarization separation of light birefringes light input to the first port and the second port of linearly polarized light in the first and second directions orthogonal to each other. Polarization combining is performed using the material, and the polarization combined light can be output from the third port. The polarization beam combiner / separator separates the light input to the third port with a birefringent material, and outputs the linearly polarized light in the first azimuth obtained by the polarization separation from the first port. In addition, linearly polarized light in the second orientation can be output from the second port.

第１ポートおよび第２ポートには、光の偏光状態を維持して該光を伝搬させることができる偏波保持光ファイバや平面光導波路の端面が位置している。第３ポートには、光ファイバや平面光導波路の端面が位置している。このような場合、入力ポート（光ファイバまたは平面光導波路の端面位置）に入力した光は発散するので、その発散光はレンズにより収斂されて出力ポート（光ファイバまたは平面光導波路の端面位置）に集光される。   End faces of a polarization maintaining optical fiber and a planar optical waveguide that can propagate the light while maintaining the polarization state of the light are located at the first port and the second port. The end face of the optical fiber or the planar optical waveguide is located at the third port. In such a case, the light input to the input port (end face position of the optical fiber or planar optical waveguide) diverges, so the divergent light is converged by the lens and output to the output port (end face position of the optical fiber or planar optical waveguide). Focused.

特許文献１に開示された発明の偏波合成分離装置は、第１ポートおよび第２ポートと複屈折材料との間にはレンズが設けられることなく、第３ポートと複屈折材料との間のみにレンズが設けられている。これにより、この偏波合成分離装置は小型化が図られている。   In the polarization beam combiner / separator of the invention disclosed in Patent Document 1, no lens is provided between the first port and the second port and the birefringent material, but only between the third port and the birefringent material. Is provided with a lens. Thereby, the polarization combining / separating apparatus is downsized.

特開２０００−１３１５５４号公報JP 2000-131554 A

しかしながら、特許文献１に開示された発明の偏波合成分離装置は、第１ポートおよび第２ポートと第３ポートとの間の光結合効率が低いという問題点を有している。   However, the polarization beam combiner / separator of the invention disclosed in Patent Document 1 has a problem that the optical coupling efficiency between the first port, the second port, and the third port is low.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高い光結合効率を有することができる偏波合成分離装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a polarization beam combiner / separator that can have high optical coupling efficiency.

本発明の偏波合成分離装置は、互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの直線偏光の光を第１ポートおよび第２ポートに入力し偏波合成して第３ポートから出力し、第３ポートに入力される光を偏波分離して第１方位の直線偏光の光を第１ポートから出力するとともに第２方位の直線偏光の光を第２ポートから出力する偏波合成分離装置であって、第１ポートおよび第２ポートから第３ポートへ向かう光路に沿って順に設けられた第１複屈折材料，半波長板，第２複屈折材料およびレンズを備え、第１複屈折材料の結晶軸の方位と第２複屈折材料の結晶軸の方位とが互いに異なり、第１複屈折材料が、第１ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させるとともに、第２ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させ、第２複屈折材料が、第１ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、第２ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させ、レンズが、第１ポートおよび第２ポートそれぞれからの光を第３ポートに集光し、第３ポートからの光を第１ポートおよび第２ポートそれぞれに集光することを特徴とする。   The polarization beam combiner / separator of the present invention inputs linearly polarized light in each of the first and second azimuths orthogonal to each other to the first port and the second port, combines the polarized light, and outputs it from the third port. A polarization beam combining / separating apparatus that separates light input to three ports to output linearly polarized light in the first direction from the first port and outputs linearly polarized light in the second direction from the second port. A first birefringent material, a half-wave plate, a second birefringent material, and a lens provided in order along an optical path from the first port and the second port to the third port; The orientation of the crystal axis and the orientation of the crystal axis of the second birefringent material are different from each other, and the first birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as ordinary light and enters the second port. Propagate linearly polarized light as anomalous light The second birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as extraordinary light and propagates linearly polarized light input / output to / from the second port as ordinary light. The light from each of the port and the second port is condensed on the third port, and the light from the third port is condensed on each of the first port and the second port.

本発明の偏波合成分離装置は、第１複屈折材料および第２複屈折材料それぞれが、互いに同じ結晶からなり、光軸と結晶軸とがなす角度が互いに同じであり、厚みが互いに同じであるのが好適である。第２複屈折材料と第３ポートとの間の光軸に垂直な面に対してレンズが傾斜して配置されているのが好適である。また、第２複屈折材料と第３ポートとの間の光路上に設けられ、その光軸に垂直な平面に対して主面が傾斜して配置された透明平板を更に備えるのが好適である。   In the polarization beam combiner / separator of the present invention, the first birefringent material and the second birefringent material are made of the same crystal, the angles formed by the optical axis and the crystal axis are the same, and the thicknesses are the same. Preferably there is. It is preferable that the lens is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis between the second birefringent material and the third port. In addition, it is preferable to further include a transparent flat plate provided on the optical path between the second birefringent material and the third port and having a principal surface inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis. .

また、他の本発明の偏波合成分離装置は、互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの直線偏光の光を第１ポートおよび第２ポートに入力し偏波合成して第３ポートから出力し、第３ポートに入力される光を偏波分離して第１方位の直線偏光の光を第１ポートから出力するとともに第２方位の直線偏光の光を第２ポートから出力する偏波合成分離装置であって、第１ポートおよび第２ポートから第３ポートへ向かう光路に沿って順に設けられた第１複屈折材料，第２複屈折材料およびレンズを備え、第１複屈折材料および第２複屈折材料のうち一方が正結晶であって他方が負結晶であり、第１複屈折材料が、第１ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、第２ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させ、第２複屈折材料が、第１ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、第２ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させ、レンズが、第１ポートおよび第２ポートそれぞれからの光を第３ポートに集光し、第３ポートからの光を第１ポートおよび第２ポートそれぞれに集光することを特徴とする。   In another polarization combining / separating device of the present invention, linearly polarized light in the first direction and the second direction orthogonal to each other is input to the first port and the second port to combine the polarized light from the third port. Polarized light that is output and separated from the light input to the third port to output linearly polarized light in the first direction from the first port and output linearly polarized light in the second direction from the second port A combining / separating device, comprising: a first birefringent material, a second birefringent material, and a lens provided in order along an optical path from the first port and the second port to the third port; One of the second birefringent materials is a positive crystal and the other is a negative crystal. The first birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as extraordinary light, and the second port. Linearly polarized light input to and output from The second birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as extraordinary light and propagates linearly polarized light input / output to / from the second port as ordinary light. The light from each of the first port and the second port is condensed on the third port, and the light from the third port is condensed on each of the first port and the second port.

本発明の偏波合成分離装置は、高い光結合効率を有することができる。   The polarization beam combiner / separator of the present invention can have high optical coupling efficiency.

比較例の偏波合成分離装置１の構成図である。It is a block diagram of the polarization beam combiner / separator 1 of a comparative example. 比較例の偏波合成分離装置１の光結合効率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the optical coupling efficiency characteristic of the polarization beam combiner / separator 1 of a comparative example. 第１実施形態の偏波合成分離装置１Ａの構成図である。1 is a configuration diagram of a polarization beam combiner / separator 1A of a first embodiment. 第２実施形態の偏波合成分離装置１Ｂの構成図である。It is a block diagram of the polarization beam combiner / separator 1B of the second embodiment. 第３実施形態の偏波合成分離装置１Ｃの構成図である。It is a block diagram of 1 C of polarization beam combining / separating apparatuses of 3rd Embodiment.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、初めに比較例について説明し、その後に本実施形態について説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. A comparative example will be described first, and then the present embodiment will be described.

図１は、比較例の偏波合成分離装置１の構成図である。この偏波合成分離装置１は、複屈折材料１０、レンズ１６および透明平板１７を備える。偏波合成分離装置１は、ポートＰ１（平面光導波路２１の端面位置）に第１方位の直線偏光の光を入力するとともに、ポートＰ２（平面光導波路２２の端面位置）に第２方位の直線偏光の光を入力し、これらの光を複屈折材料１０により偏波合成して、その偏波合成した光をポートＰ３（光ファイバ２３の端面位置）から出力することができる。また、偏波合成分離装置１は、ポートＰ３に入力される光を複屈折材料１０により偏波分離して、その偏波分離で得られた第１方位の直線偏光の光をポートＰ１から出力するとともに、第２方位の直線偏光の光をポートＰ２から出力することができる。   FIG. 1 is a configuration diagram of a polarization beam combiner / separator 1 of a comparative example. The polarization beam combiner / separator 1 includes a birefringent material 10, a lens 16, and a transparent flat plate 17. The polarization beam combiner / separator 1 inputs linearly polarized light in the first direction to the port P1 (end face position of the planar optical waveguide 21), and the second direction straight line to the port P2 (end face position of the planar optical waveguide 22). Polarized light can be input, the light can be combined by the birefringent material 10, and the combined light can be output from the port P3 (end face position of the optical fiber 23). Further, the polarization beam combiner / separator 1 separates the light input to the port P3 by the birefringent material 10 and outputs the linearly polarized light in the first azimuth obtained by the polarization separation from the port P1. In addition, linearly polarized light in the second direction can be output from the port P2.

複屈折材料１０は、ポートＰ１に入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させるとともに、ポートＰ２に入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させる。複屈折材料１０は、例えば、ルチル（ＴｉＯ２）、方解石（ＣａＣＯ３）、ＹＶＯ４およびＢＢＯ等の結晶からなる。複屈折材料１０の２つの主面は、互いに平行であり、光軸に直交している。複屈折材料１０の結晶軸は光軸に対して角度θだけ傾斜している。 The birefringent material 10 propagates linearly polarized light input / output to / from the port P1 as ordinary light and propagates linearly polarized light input / output to / from the port P2 as abnormal light. The birefringent material 10 is made of crystals such as rutile (TiO 2 ), calcite (CaCO 3 ), YVO 4, and BBO, for example. The two principal surfaces of the birefringent material 10 are parallel to each other and perpendicular to the optical axis. The crystal axis of the birefringent material 10 is inclined by an angle θ with respect to the optical axis.

レンズ１６は、ポートＰ３と複屈折材料１０との間に設けられている。このレンズ１６は、ポートＰ１，Ｐ２それぞれから到達した発散光を収斂させてポートＰ３に集光する。また、レンズ１６は、ポートＰ３から到達した発散光を収斂させてポートＰ１，Ｐ２それぞれに集光する。なお、ポートＰ１，Ｐ２と複屈折材料１０との間にはレンズが設けられていない。ポートＰ１，Ｐ２と複屈折材料１０とは、互いに接していてもよいし、離間していてもよい。   The lens 16 is provided between the port P3 and the birefringent material 10. The lens 16 converges the diverging light that has reached from each of the ports P1 and P2 and condenses it on the port P3. Further, the lens 16 converges the divergent light that has reached from the port P3 and condenses it on the ports P1 and P2. A lens is not provided between the ports P1 and P2 and the birefringent material 10. The ports P1 and P2 and the birefringent material 10 may be in contact with each other or may be separated from each other.

透明平板１７は、複屈折性を有しない材料（例えばサファイア）からなり、ポートＰ３とレンズ１６との間に設けられている。透明平板１７は、互いに平行な２つの主面を有する。透明平板１７の２つの主面は、光軸に対して直交していてもよいし、光軸に垂直な平面に対して傾斜していてもよい。   The transparent flat plate 17 is made of a material that does not have birefringence (for example, sapphire), and is provided between the port P3 and the lens 16. The transparent flat plate 17 has two main surfaces parallel to each other. The two main surfaces of the transparent flat plate 17 may be orthogonal to the optical axis, or may be inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis.

このように構成される偏波合成分離装置１において偏波分離が行われる場合について以下に考える。ポートＰ３に入力されレンズ１６により収斂されて複屈折材料１０に入力された光は、複屈折材料１０において、常光として伝搬する直線偏光の光と、異常光として伝搬する直線偏光の光と、に分離される。複屈折材料１０において、常光は光軸に平行に伝搬するのに対して、異常光は光軸に対して斜めに伝搬する。また、常光および異常光それぞれに対する複屈折材料１０の屈折率は互いに異なる。したがって、常光として伝搬する直線偏光の光と、異常光として伝搬する直線偏光の光とでは、光軸に垂直な方向について集光位置が互いに異なるだけでなく、光軸の方向についても集光位置が互いに異なる。   A case where polarization separation is performed in the polarization beam combiner / separator 1 configured as described above will be considered below. The light input to the port P3 and converged by the lens 16 and input to the birefringent material 10 is, in the birefringent material 10, linearly polarized light propagating as ordinary light and linearly polarized light propagating as extraordinary light. To be separated. In the birefringent material 10, ordinary light propagates parallel to the optical axis, whereas extraordinary light propagates obliquely with respect to the optical axis. Further, the refractive indexes of the birefringent material 10 for ordinary light and extraordinary light are different from each other. Therefore, linearly polarized light propagating as ordinary light and linearly polarized light propagating as extraordinary light not only have different condensing positions in the direction perpendicular to the optical axis, but also in the optical axis direction. Are different from each other.

ここで、光ファイバ２３の端面から出射されポート３に入力される光の波長を１.５５μｍとし、その出射時の光のモードフィールド径を１０.５μｍとする。複屈折材料１０はルチルからなり、複屈折材料１０の結晶軸は光軸に対して４５度だけ傾斜しているとする。常光として伝搬する直線偏光の光と、異常光として伝搬する直線偏光の光とで、光軸に垂直な方向について集光位置を１２７μｍだけ離間させるには、複屈折材料１０は厚み１.３ｍｍを有する必要がある。この場合の偏波合成分離装置１の光結合効率特性が図２に示されている。   Here, the wavelength of the light emitted from the end face of the optical fiber 23 and input to the port 3 is 1.55 μm, and the mode field diameter of the light at the time of emission is 10.5 μm. The birefringent material 10 is made of rutile, and the crystal axis of the birefringent material 10 is inclined by 45 degrees with respect to the optical axis. In order to separate the condensing position by 127 μm in the direction perpendicular to the optical axis between linearly polarized light propagating as ordinary light and linearly polarized light propagating as extraordinary light, the birefringent material 10 has a thickness of 1.3 mm. It is necessary to have. The optical coupling efficiency characteristic of the polarization beam combiner / separator 1 in this case is shown in FIG.

図２は、比較例の偏波合成分離装置１の光結合効率特性を示すグラフである。常光および異常光それぞれの光結合効率特性が示されている。横軸は、複屈折材料１０とレンズ１６との間の距離を表す。常光および異常光それぞれの光結合効率が互いに等しくなる距離が基準（ｚ＝０）とされている。例えば、ｚ＝−５０μｍの距離は、複屈折材料１０とレンズ１６との間の距離が基準より５０μｍだけ短いことを表す。この図から判るように、常光と異常光とでは、光結合効率が最大となる距離ｚは互いに約５０μｍだけ異なっている。基準位置では、常光および異常光それぞれの光結合効率は７４％である。この比較例の偏波合成分離装置１と比較して、以下に説明する本実施形態の偏波合成分離装置は高い光結合効率を有することができる。   FIG. 2 is a graph showing the optical coupling efficiency characteristics of the polarization beam combiner / separator 1 of the comparative example. The optical coupling efficiency characteristics of ordinary light and extraordinary light are shown. The horizontal axis represents the distance between the birefringent material 10 and the lens 16. The distance at which the optical coupling efficiencies of ordinary light and extraordinary light are equal to each other is set as a reference (z = 0). For example, a distance of z = −50 μm indicates that the distance between the birefringent material 10 and the lens 16 is 50 μm shorter than the reference. As can be seen from this figure, the distance z at which the optical coupling efficiency is maximum differs between ordinary light and extraordinary light by about 50 μm. At the reference position, the optical coupling efficiency of each of ordinary light and extraordinary light is 74%. Compared with the polarization beam combiner / separator 1 of this comparative example, the polarization beam combiner / separator of this embodiment described below can have higher optical coupling efficiency.

図３は、第１実施形態の偏波合成分離装置１Ａの構成図である。図１に示された比較例の偏波合成分離装置１の構成と比較すると、この図３に示される第１実施形態の偏波合成分離装置１Ａは、複屈折材料１０に替えて、複屈折材料１１，１２および半波長板１５を備える点で相違する。透明平板１７の２つの主面は、光軸に対して直交している。   FIG. 3 is a configuration diagram of the polarization beam combiner / separator 1A of the first embodiment. Compared with the configuration of the polarization beam combiner / separator 1 of the comparative example shown in FIG. 1, the polarization beam combiner / separator 1A of the first embodiment shown in FIG. The difference is that the materials 11 and 12 and the half-wave plate 15 are provided. The two main surfaces of the transparent flat plate 17 are orthogonal to the optical axis.

複屈折材料１１，１２および半波長板１５それぞれの２つの主面は、互いに平行であり、光軸に直交している。複屈折材料１１と複屈折材料１２との間に半波長板１５が配置されている。これらは互いに接していなくてもよい。複屈折材料１１および複屈折材料１２それぞれの結晶軸は、光軸に対して傾斜しており、方位が互いに異なる。複屈折材料１１および複屈折材料１２それぞれは、互いに同じ結晶からなり、光軸と結晶軸とがなす角度が互いに同じであり、厚みが互いに同じであってもよい。   The two principal surfaces of each of the birefringent materials 11 and 12 and the half-wave plate 15 are parallel to each other and orthogonal to the optical axis. A half-wave plate 15 is disposed between the birefringent material 11 and the birefringent material 12. These do not have to be in contact with each other. The crystal axes of the birefringent material 11 and the birefringent material 12 are inclined with respect to the optical axis, and have different orientations. Each of the birefringent material 11 and the birefringent material 12 is made of the same crystal, and the angles formed by the optical axis and the crystal axis may be the same and the thicknesses may be the same.

複屈折材料１１は、ポートＰ１に入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させるとともに、ポートＰ２に入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させる。複屈折材料１２は、ポートＰ１に入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、ポートＰ２に入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させる。レンズ１６は、ポートＰ１，Ｐ２それぞれからの光をポートＰ３に集光し、ポートＰ３からの光をポートＰ１，Ｐ２それぞれに集光する。   The birefringent material 11 propagates linearly polarized light input / output to / from the port P1 as ordinary light and propagates linearly polarized light input / output to / from the port P2 as abnormal light. The birefringent material 12 propagates linearly polarized light input / output to / from the port P1 as abnormal light and propagates linearly polarized light input / output to / from the port P2 as ordinary light. The lens 16 condenses the light from each of the ports P1 and P2 on the port P3, and condenses the light from the port P3 on each of the ports P1 and P2.

このように構成される偏波合成分離装置１Ａにおいて偏波分離が行われる場合について以下に考える。ポートＰ３に入力されレンズ１６により収斂されて複屈折材料１２に入力された光は、複屈折材料１２において、常光として伝搬する直線偏光の光と、異常光として伝搬する直線偏光の光と、に分離される。複屈折材料１２において、常光は光軸に平行に伝搬するのに対して、異常光は光軸に対して斜めに伝搬する。   A case where polarization separation is performed in the polarization beam combiner / separator 1A configured as described above will be considered below. The light input to the port P3 and converged by the lens 16 and input to the birefringent material 12 is, in the birefringent material 12, linearly polarized light propagating as ordinary light and linearly polarized light propagating as extraordinary light. To be separated. In the birefringent material 12, ordinary light propagates parallel to the optical axis, whereas extraordinary light propagates obliquely with respect to the optical axis.

複屈折材料１２の後に半波長板１５を経て複屈折材料１１に入力される光は、半波長板１５により直線偏光の方位が９０度だけ異なったものとなる。したがって、複屈折材料１２において常光として伝搬した直線偏光の光は、複屈折材料１１において異常光として伝搬する。また、複屈折材料１２において異常光として伝搬した直線偏光の光は、複屈折材料１１において常光として伝搬する。複屈折材料１１において、常光は光軸に平行に伝搬するのに対して、異常光は光軸に対して斜めに伝搬する。ここで、複屈折材料１２における異常光の伝搬方向と、複屈折材料１１における異常光の伝搬方向とは、光軸に対して互いに反対の方向である。   The light input to the birefringent material 11 after passing through the half-wave plate 15 after the birefringent material 12 is different in the direction of linearly polarized light by 90 degrees depending on the half-wave plate 15. Therefore, the linearly polarized light propagated as ordinary light in the birefringent material 12 propagates as extraordinary light in the birefringent material 11. Further, linearly polarized light propagated as extraordinary light in the birefringent material 12 propagates as ordinary light in the birefringent material 11. In the birefringent material 11, ordinary light propagates parallel to the optical axis, whereas extraordinary light propagates obliquely with respect to the optical axis. Here, the propagation direction of extraordinary light in the birefringent material 12 and the propagation direction of extraordinary light in the birefringent material 11 are opposite to each other with respect to the optical axis.

したがって、互いに直交する２つの直線偏光の光それぞれは、複屈折材料１１，１２の双方において光軸に垂直な方向に離れていく。また、互いに直交する２つの直線偏光の光それぞれは、複屈折材料１１，１２のうち一方の複屈折材料では常光として伝搬し、他方の複屈折材料では異常光として伝搬するので、光軸の方向について同じ集光位置を有することができる。   Accordingly, the two linearly polarized lights orthogonal to each other are separated in the direction perpendicular to the optical axis in both the birefringent materials 11 and 12. Also, each of the two linearly polarized lights orthogonal to each other propagates as ordinary light in one of the birefringent materials 11 and 12, and propagates as extraordinary light in the other birefringent material. Can have the same collection position.

ここで、光ファイバ２３の端面から出射されポート３に入力される光の波長を１.５５μｍとし、その出射時の光のモードフィールド径を１０.５μｍとする。複屈折材料１１，１２それぞれは厚み０.６５ｍｍのルチルからなるとする。複屈折材料１１，１２それぞれの結晶軸は、光軸に対して４５度だけ傾斜していて光軸に対して対称な方位であるとする。このとき、互いに直交する２つの直線偏光の光の集光位置の間隔（すなわち、ポートＰ１，Ｐ２の間の間隔）は１２７μｍとなる。また、互いに直交する２つの直線偏光の光の光軸方向の集光位置は互いに同じであり、両光の光結合効率は９４％である。   Here, the wavelength of the light emitted from the end face of the optical fiber 23 and input to the port 3 is 1.55 μm, and the mode field diameter of the light at the time of emission is 10.5 μm. Each of the birefringent materials 11 and 12 is made of rutile having a thickness of 0.65 mm. It is assumed that the crystal axes of the birefringent materials 11 and 12 are inclined by 45 degrees with respect to the optical axis and are symmetric with respect to the optical axis. At this time, the interval between the condensing positions of the two linearly polarized lights orthogonal to each other (that is, the interval between the ports P1 and P2) is 127 μm. Further, the condensing positions in the optical axis direction of two linearly polarized lights orthogonal to each other are the same, and the optical coupling efficiency of both lights is 94%.

図４は、第２実施形態の偏波合成分離装置１Ｂの構成図である。図３に示された第１実施形態の偏波合成分離装置１Ａの構成と比較すると、この図４に示される第２実施形態の偏波合成分離装置１Ｂは、光軸に垂直な平面に対して透明平板１７の主面が傾斜している点で相違する。   FIG. 4 is a configuration diagram of the polarization beam combiner / separator 1B of the second embodiment. Compared with the configuration of the polarization beam combiner / separator 1A of the first embodiment shown in FIG. 3, the polarization beam combiner / separator 1B of the second embodiment shown in FIG. 4 has a plane perpendicular to the optical axis. The difference is that the main surface of the transparent flat plate 17 is inclined.

複屈折材料１１，１２において異常光は光軸に対して斜めに伝搬することから、非点収差等が発生し、これがロスの原因となる。本実施形態は、光軸に垂直な平面に対して透明平板１７の主面が傾斜していることにより、この非点収差を補正することができる。透明平板１７は、例えば厚さ０.２８ｍｍのサファイア板であり、光軸に垂直な平面に対して主面が３０度だけ傾斜して配置される。これにより、互いに直交する２つの直線偏光の光それぞれの光結合効率は９７％まで上昇する。   In the birefringent materials 11 and 12, extraordinary light propagates obliquely with respect to the optical axis, resulting in astigmatism and the like, which causes loss. In the present embodiment, this astigmatism can be corrected because the main surface of the transparent flat plate 17 is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis. The transparent flat plate 17 is, for example, a sapphire plate having a thickness of 0.28 mm, and the main surface is inclined by 30 degrees with respect to a plane perpendicular to the optical axis. Thereby, the optical coupling efficiency of each of the two linearly polarized lights orthogonal to each other is increased to 97%.

なお、透明平板１７の傾斜は、この図のように平面内だけでなく、上下にあおってもよい。また、レンズ１６を傾けても同様な効果が得られる。   The slope of the transparent flat plate 17 may be raised not only in the plane as shown in this figure but also in the upper and lower sides. The same effect can be obtained by tilting the lens 16.

図５は、第３実施形態の偏波合成分離装置１Ｃの構成図である。図１に示された比較例の偏波合成分離装置１の構成と比較すると、この図５に示される第３実施形態の偏波合成分離装置１Ｃは、複屈折材料１０に替えて、複屈折材料１３，１４を備える点で相違する。偏波合成分離装置１Ｃは半波長板を備えていない。   FIG. 5 is a configuration diagram of the polarization beam combiner / separator 1C of the third embodiment. Compared with the configuration of the polarization beam combiner / separator 1 of the comparative example shown in FIG. 1, the polarization beam combiner / separator 1C of the third embodiment shown in FIG. The difference is that the materials 13 and 14 are provided. The polarization beam combiner / separator 1C does not include a half-wave plate.

複屈折材料１３，１４それぞれの２つの主面は、互いに平行であり、光軸に直交している。複屈折材料１３と複屈折材料１４とは互いに接していなくてもよい。複屈折材料１３は負結晶であり、複屈折材料１４は正結晶である。なお、正結晶とは、異常光の屈折率より常光の屈折率が小さい結晶である。また、複屈折材料１３を正結晶とし複屈折材料１４を負結晶としても良い。   The two principal surfaces of each of the birefringent materials 13 and 14 are parallel to each other and orthogonal to the optical axis. The birefringent material 13 and the birefringent material 14 may not be in contact with each other. The birefringent material 13 is a negative crystal, and the birefringent material 14 is a positive crystal. A positive crystal is a crystal having a refractive index of ordinary light smaller than that of extraordinary light. Alternatively, the birefringent material 13 may be a positive crystal and the birefringent material 14 may be a negative crystal.

複屈折材料１３は、ポートＰ１に入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、ポートＰ２に入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させる。複屈折材料１４は、ポートＰ１に入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、ポートＰ２に入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させる。レンズ１６は、ポートＰ１，Ｐ２それぞれからの光をポートＰ３に集光し、ポートＰ３からの光をポートＰ１，Ｐ２それぞれに集光する。   The birefringent material 13 propagates linearly polarized light input / output to / from the port P1 as extraordinary light and propagates linearly polarized light input / output to / from the port P2 as ordinary light. The birefringent material 14 propagates linearly polarized light input / output to / from the port P1 as extraordinary light and propagates linearly polarized light input / output to / from the port P2 as ordinary light. The lens 16 condenses the light from each of the ports P1 and P2 on the port P3, and condenses the light from the port P3 on each of the ports P1 and P2.

複屈折材料の結晶軸と光軸とがなす角度をθとし、複屈折材料の厚みをｔとし、常光の屈折率をｎｏとし、異常光の屈折率をｎｅとする。このとき、光軸に垂直な方向の常光と異常光との間隔Δｙは下記（１）式で表される。また、光軸方向の常光と異常光との集光位置のズレ量Δｆは下記（２）式で表される。異種の複屈折材料１３，１４を組み合わせる場合は、各複屈折材料のΔｙの和が所望の値になり、かつ、各複屈折材料のΔｆの和が０になるよう、各複屈折材料の厚みｔや軸角度θを決定すればよい。 The angle between the crystal axis and the optical axis of the birefringent material and theta, the thickness of the birefringent material is t, the refractive index of ordinary light and n o, a refractive index of extraordinary light and n e. At this time, the interval Δy between the ordinary light and the extraordinary light in the direction perpendicular to the optical axis is expressed by the following equation (1). Further, the amount of deviation Δf of the condensing position between the ordinary light and the extraordinary light in the optical axis direction is expressed by the following equation (2). When different types of birefringent materials 13 and 14 are combined, the thickness of each birefringent material is set so that the sum of Δy of each birefringent material becomes a desired value and the sum of Δf of each birefringent material becomes zero. What is necessary is just to determine t and axial angle (theta).

Figure 2012098601
Figure 2012098601

Figure 2012098601
Figure 2012098601

本実施形態では、光ファイバ２３の端面から出射されポート３に入力される光の波長を１.５５μｍとし、その出射時の光のモードフィールド径を１０.５μｍとする。複屈折材料１４は厚み０.８２２ｍｍで軸角度４５度のルチルであるとする。複屈折材料１３は厚み０.４７０ｍｍで軸角度４５度の方解石であるとする。ただし、複屈折材料１３，１４それぞれの結晶軸は、光軸に対して対称な方位であるとする。このとき、互いに直交する２つの直線偏光の光の集光位置の間隔（すなわち、ポートＰ１，Ｐ２の間の間隔）は１２７μｍとなる。また、互いに直交する２つの直線偏光の光の光軸方向の集光位置は互いに同じであり、両光の光結合効率は９７％である。   In this embodiment, the wavelength of the light emitted from the end face of the optical fiber 23 and input to the port 3 is 1.55 μm, and the mode field diameter of the light at the time of emission is 10.5 μm. The birefringent material 14 is assumed to be rutile with a thickness of 0.822 mm and an axial angle of 45 degrees. The birefringent material 13 is assumed to be calcite having a thickness of 0.470 mm and an axial angle of 45 degrees. However, it is assumed that the crystal axes of the birefringent materials 13 and 14 are symmetric with respect to the optical axis. At this time, the interval between the condensing positions of the two linearly polarized lights orthogonal to each other (that is, the interval between the ports P1 and P2) is 127 μm. Further, the condensing positions in the optical axis direction of two linearly polarized lights orthogonal to each other are the same, and the optical coupling efficiency of both lights is 97%.

１，１Ａ〜１Ｃ…偏波合成分離装置、１０〜１４…複屈折材料、１５…半波長板、１６…レンズ、１７…透明平板、２１，２２…平面光導波路、２３…光ファイバ、Ｐ１〜Ｐ３…ポート。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A-1C ... Polarization combining / separating device, 10-14 ... Birefringent material, 15 ... Half-wave plate, 16 ... Lens, 17 ... Transparent flat plate, 21,22 ... Planar optical waveguide, 23 ... Optical fiber, P1- P3 ... Port.

Claims (5)

互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの直線偏光の光を第１ポートおよび第２ポートに入力し偏波合成して第３ポートから出力し、前記第３ポートに入力される光を偏波分離して前記第１方位の直線偏光の光を前記第１ポートから出力するとともに前記第２方位の直線偏光の光を前記第２ポートから出力する偏波合成分離装置であって、
前記第１ポートおよび前記第２ポートから前記第３ポートへ向かう光路に沿って順に設けられた第１複屈折材料，半波長板，第２複屈折材料およびレンズを備え、
前記第１複屈折材料の結晶軸の方位と前記第２複屈折材料の結晶軸の方位とが互いに異なり、
前記第１複屈折材料が、前記第１ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させるとともに、前記第２ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させ、
前記第２複屈折材料が、前記第１ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、前記第２ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させ、
前記レンズが、前記第１ポートおよび前記第２ポートそれぞれからの光を前記第３ポートに集光し、前記第３ポートからの光を前記第１ポートおよび前記第２ポートそれぞれに集光する、
ことを特徴とする偏波合成分離装置。 Lights of linearly polarized light in the first and second directions orthogonal to each other are input to the first port and the second port, combined with each other, output from the third port, and the light input to the third port is polarized. A polarization beam combining / separating device that outputs the linearly polarized light in the first direction from the first port and outputs the linearly polarized light in the second direction from the second port after wave separation,
A first birefringent material, a half-wave plate, a second birefringent material, and a lens provided in order along an optical path from the first port and the second port to the third port;
The orientation of the crystal axis of the first birefringent material and the orientation of the crystal axis of the second birefringent material are different from each other.
The first birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as ordinary light, and propagates linearly polarized light input / output to / from the second port as extraordinary light,
The second birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as extraordinary light, and propagates linearly polarized light input / output to / from the second port as ordinary light,
The lens condenses light from the first port and the second port to the third port, and condenses light from the third port to the first port and the second port, respectively.
A polarization beam combiner / separator. 前記第１複屈折材料および前記第２複屈折材料それぞれが、互いに同じ結晶からなり、光軸と結晶軸とがなす角度が互いに同じであり、厚みが互いに同じである、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波合成分離装置。   Each of the first birefringent material and the second birefringent material is made of the same crystal, the angles formed by the optical axis and the crystal axis are the same, and the thicknesses are the same. Item 2. The polarization beam combiner / separator according to item 1. 前記第２複屈折材料と前記第３ポートとの間の光軸に垂直な面に対して前記レンズが傾斜して配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波合成分離装置。   2. The polarization combining / separating according to claim 1, wherein the lens is disposed to be inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis between the second birefringent material and the third port. apparatus. 前記第２複屈折材料と前記第３ポートとの間の光路上に設けられ、その光軸に垂直な平面に対して主面が傾斜して配置された透明平板を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波合成分離装置。   A transparent flat plate provided on an optical path between the second birefringent material and the third port and having a principal surface inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis; The polarization beam combiner / separator according to claim 1. 互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの直線偏光の光を第１ポートおよび第２ポートに入力し偏波合成して第３ポートから出力し、前記第３ポートに入力される光を偏波分離して前記第１方位の直線偏光の光を前記第１ポートから出力するとともに前記第２方位の直線偏光の光を前記第２ポートから出力する偏波合成分離装置であって、
前記第１ポートおよび前記第２ポートから前記第３ポートへ向かう光路に沿って順に設けられた第１複屈折材料，第２複屈折材料およびレンズを備え、
前記第１複屈折材料および前記第２複屈折材料のうち一方が正結晶であって他方が負結晶であり、
前記第１複屈折材料が、前記第１ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、前記第２ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させ、
前記第２複屈折材料が、前記第１ポートに入出力する直線偏光の光を異常光として伝搬させるとともに、前記第２ポートに入出力する直線偏光の光を常光として伝搬させ、
前記レンズが、前記第１ポートおよび前記第２ポートそれぞれからの光を前記第３ポートに集光し、前記第３ポートからの光を前記第１ポートおよび前記第２ポートそれぞれに集光する、
ことを特徴とする偏波合成分離装置。 Lights of linearly polarized light in the first and second directions orthogonal to each other are input to the first port and the second port, combined with each other, output from the third port, and the light input to the third port is polarized. A polarization beam combining / separating device that outputs the linearly polarized light in the first direction from the first port and outputs the linearly polarized light in the second direction from the second port after wave separation,
A first birefringent material, a second birefringent material, and a lens provided in order along an optical path from the first port and the second port to the third port;
One of the first birefringent material and the second birefringent material is a positive crystal and the other is a negative crystal,
The first birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as extraordinary light, and propagates linearly polarized light input / output to / from the second port as ordinary light,
The second birefringent material propagates linearly polarized light input / output to / from the first port as extraordinary light, and propagates linearly polarized light input / output to / from the second port as ordinary light,
The lens condenses light from the first port and the second port to the third port, and condenses light from the third port to the first port and the second port, respectively.
A polarization beam combiner / separator.
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