JP2012211971A

JP2012211971A - 偏波合成装置

Info

Publication number: JP2012211971A
Application number: JP2011076942A
Authority: JP
Inventors: Sawaji Maie; 沢二真家; Takatomo Ito; 孝知伊藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-01

Abstract

【課題】偏波合成後の偏波間の光強度差を、簡素な構成により低減する。
【解決手段】光変調器１は、入射面から入射された偏波の異なる２つの光ＬＯ，ＬＥを出射面上の離間した２点から出射させる複屈折媒質１１０と、前記２点から出射された偏波の異なる２つの光が導入されるよう配置された光ファイバ１１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏波合成装置に関する。

従来の偏波合成装置として、特許文献１には、偏波面が直交した２つの光を複屈折結晶に入射して一方の偏波（異常光）の光路を結晶内で屈折させ、同一光軸上に両偏波の光を出射させるようにした構成が示されている。

特開２００３−２０４１１８号公報

上記のような偏波合成装置において、偏波合成された２つの偏波間に光強度の差が生じることがある。従来、偏波合成後に偏波間の光強度のバランスをとるためには、複屈折結晶の前段に光減衰器を設け、偏波合成する前に２つの偏波の光強度を調整する必要がある。しかしながら、光減衰器を追加することは部品点数の増加につながり、偏波合成装置の構成の簡素化の面で好ましくない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏波合成後の偏波間の光強度差を、簡素な構成により低減することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、入射面から入射された偏波の異なる２つの光を出射面上の離間した２点から出射させる複屈折媒質と、前記２点から出射された偏波の異なる２つの光が導入されるよう配置された光ファイバと、を備えることを特徴とする偏波合成装置である。

また、本発明は、上記の偏波合成装置において、前記光ファイバは、前記導入された２つの光の強度差が最小となる位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の偏波合成装置において、前記複屈折媒質の長さは、前記入射された２つの光を前記出射面上の同一点から出射させるのに必要な長さとは異なる長さに設定されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の偏波合成装置において、前記入射面に入射される２つの光の離間距離は、前記複屈折媒質に入射された２つの光が前記出射面上の同一点から出射されるのに必要な離間距離とは異なる離間距離に設定されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の偏波合成装置において、前記入射面に入射される２つの光は非平行であることを特徴とする。

また、本発明は、上記の偏波合成装置において、前記入射面のうち、前記入射面に入射される一方の光の入射位置の部分が、前記一方の光の光軸に対して傾斜していることを特徴とする。

また、本発明は、上記の偏波合成装置において、前記複屈折媒質の前段にレンズを備え、前記複屈折媒質に入射される２つの光が前記レンズを通過する位置は、前記レンズの光軸に対し非対称な位置であることを特徴とする。

本発明によれば、偏波合成後の偏波間の光強度差を、簡素な構成により低減することができる。

本発明の一実施形態による偏波合成装置の構成を示す上面図である。偏波合成された２つの光の光強度差と光路ａ，ｂ間の光軸間隔ｄとの関係を説明するための図である。偏波合成された２つの光の光強度差と光路ａ，ｂ間の光軸間隔ｄとの関係を説明するための図である。偏波合成された２つの光の光強度差と光路ａ，ｂ間の光軸間隔ｄとの関係を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による偏波合成装置の構成を示す上面図である。この偏波合成装置は、２つの変調光を偏波合成する光変調器１であって、ＬＮ基板上に導波路及び変調電極が形成された変調器本体１０と、変調器本体１０からの出力光を偏波合成する空間コリメート光学系による偏波合成部２０とを有している。なお、変調電極については図示を省略する。

変調器本体１０は、マッハツェンダー導波路ＭＡの両アームにマッハツェンダー導波路ＭＢ，ＭＣが設けられ、マッハツェンダー導波路ＭＢの両アームにマッハツェンダー導波路１０１，１０２が、マッハツェンダー導波路ＭＣの両アームにマッハツェンダー導波路１０３，１０４が、それぞれ設けられた入れ子構造を有する。即ち、入力ファイバ１０５からマッハツェンダー導波路ＭＡの入力導波路１０６へ導入された入力光は、アーム上のマッハツェンダー導波路ＭＢとＭＣへ分岐して入力される。また、マッハツェンダー導波路ＭＢへの入力光は、マッハツェンダー導波路１０１と１０２へ分岐して入力され、マッハツェンダー導波路ＭＣへの入力光は、マッハツェンダー導波路１０３と１０４へ分岐して入力される。更に、マッハツェンダー導波路１０１と１０２からの出力光は、マッハツェンダー導波路ＭＢにより合波され、マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム１０８へ導入され、マッハツェンダー導波路１０３と１０４からの出力光は、マッハツェンダー導波路ＭＣにより合波され、マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム１０９へ導入される。

マッハツェンダー導波路１０１〜１０４は、それぞれに設けられた変調電極とともにＬＮ光変調器を形成している。各ＬＮ光変調器１０１〜１０４の変調電極には、不図示の駆動回路から２５Ｇｂ／ｓの駆動信号が与えられ、各ＬＮ光変調器１０１〜１０４は、２５Ｇｂ／ｓで変調された変調光を出力する。ここで、マッハツェンダー導波路ＭＢのＬＮ光変調器１０１と１０２の変調方式は、ＤＱＰＳＫ（差動四相位相偏移変調）を用いる。マッハツェンダー導波路ＭＣのＬＮ光変調器１０３と１０４の変調方式も同様である。これにより、マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム１０８，１０９へは、それぞれ５０Ｇｂ／ｓの変調光が入力されることになる。

マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム１０８は、ＬＮ基板（変調器本体１０）の出力側端面（図の右側端面）の近傍部分が、端面の法線に対し傾斜して設けられている。また、同様に、マッハツェンダー導波路ＭＡのアーム１０９は、出力側端面の近傍部分が、端面の法線に対し傾斜して設けられている。２つのアーム１０８，１０９の傾斜角は、アーム１０８とアーム１０９がＬＮ基板の内部で交差するような角度である。このような導波路配置により、出力導波路１０８からは図１中の下方へ向けて斜めに光が出射され、出力導波路１０９からは図１中の上方へ向けて斜めに光が出射されることとなる。なお、例えば各アーム１０８，１０９の傾斜角を４°程度とすることにより、端面から出力導波路１０８，１０９への戻り光を低減することができる。

偏波合成部２０は、変調器本体１０の側から順に、コリメートレンズ１１１と偏波回転手段１０７と偏波合成素子１１０とコリメータ１１２の各光学素子が配置されてなる空間コリメート光学系として構成されている。

コリメートレンズ１１１は、例えばロッドレンズであり、変調器本体１０の出力側端面に装着されている。このコリメートレンズ１１１の焦点距離ｆは、出力導波路１０８，１０９から出射された２つの光がコリメートされ、且つコリメートレンズ１１１を通過後にこれら２つの光の伝搬方向が互いに平行となるような値が選ばれている。コリメートレンズ１１１から出射された２つの平行光の光軸間隔Ｄは、ＬＮ基板内におけるアーム１０８とアーム１０９の傾斜角、ＬＮ基板の出射端面におけるアーム１０８とアーム１０９の離間間隔、および、コリメートレンズ１１１の焦点距離ｆによって決まる値である。

偏波回転手段１０７は、変調器本体１０の出力導波路１０９から出射されてコリメートレンズ１１１を通過した光が伝搬する光路上に設けられ、偏波回転手段１０７を通過した光の偏波面を９０°回転させる機能を有する。これにより、変調器本体１０の出力導波路１０８から出射された光と偏波回転手段１０７を通過した光は、互いに偏波面が９０°傾いた状態になる。偏波回転手段１０７としては、例えば、１／２波長板を用いることとする。

偏波合成素子１１０は、光軸方向の長さＬを有した複屈折結晶（例えば、ルチルや方解石）であり、変調器本体１０の一方の出力導波路１０９側から偏波合成素子１１０へ入射した光が常光ＬＯとして偏波合成素子１１０内を伝搬し、他方の出力導波路１０８側から偏波合成素子１１０へ入射した光が異常光ＬＥとして偏波合成素子１１０内を伝搬するように、その光学軸の向きが設定されている。偏波合成素子１１０の内部では、異常光ＬＥの光路が常光ＬＯの光路に対して屈折する。このため、偏波合成素子１１０の出射端面（図の右側端面）における常光ＬＯと異常光ＬＥの光軸間隔ｄは、入射端面（図の左側端面）の光軸間隔Ｄよりも狭くなる。

従来の偏波合成装置では、偏波合成素子の出射端面における常光ＬＯと異常光ＬＥの光軸間隔ｄがゼロとなるように、すなわち、偏波合成素子から２つの偏波が同一の光路上に出射されるように、偏波合成素子の光軸方向の長さＬが設定されていた。しかしながら、本実施形態の偏波合成装置では、偏波合成素子１１０の出射端面における常光ＬＯと異常光ＬＥの光軸間隔ｄがｄ≠０となるように、すなわち、偏波合成素子１１０から２つの偏波が間隔ｄ（≠０）だけ離間した異なる光路（光路ａ，光路ｂ）上に出射されるように、偏波合成素子１１０の光軸方向の長さＬを設定する。

コリメータ１１２は、１穴フェルールの穴部にシングルモードファイバを用いたファイバコリメータを内蔵した構成を有し、このファイバコリメータが偏波合成素子１１０の２つの出射光光路ａ，ｂの中間に来るようにして配置される。これにより、コリメータ１１２には、光路ａ，光路ｂに沿って偏波合成素子１１０から出射された２つの変調光の両方が導入されて、５０Ｇｂ／ｓの変調光が偏波合成されてなる１００Ｇｂ／ｓの変調光が得られる。

次に、偏波合成された２つの光の光強度差と光路ａ，ｂ間の光軸間隔ｄとの関係について、図２〜図４の具体例を用いて説明する。図２〜図４において、横軸はコリメータ１１２のファイバコリメータが配置された位置を示している。但し、ファイバコリメータが光路ａと一致した状態を原点にとり、ファイバコリメータが光路ａよりも光路ｂの側にある状態を正にとる。また、左側の縦軸は、偏波合成素子１１０から光路ａおよび光路ｂ上にそれぞれ出射されてコリメータ１１２へ導入された光の結合損失（ロス）を示し、右側の縦軸は、光路ａの結合損失と光路ｂの結合損失の差（ロス差）である。

図２〜図４では、偏波合成素子１１０から光路ａ上に出射された光よりも、光路ｂ上に出射された光の方が１ｄＢだけ光強度が弱いものとし、また、偏波合成装置の要求仕様としてロス差（２つの光の光強度差）が１ｄＢ以下、且つロスが１．２ｄＢ以下であるとする。各図中に、要求仕様を満足する許容範囲を示す。

図２は、光軸間隔がｄ＝０．０６ｍｍの場合の例である。この場合、図２によれば、上記の要求仕様を満足するためには、コリメータ１１２のファイバコリメータを配置する位置を、０．０３１ｍｍ〜０．０９７ｍｍとすればよく、トレランス（位置の許容範囲の幅）は０．０６６ｍｍであることが分かる。但し、ロス差は最小でも０．０１８ｄＢであり、ロス差を完全にゼロにすることはできない。

図３は、光軸間隔がｄ＝０．１ｍｍの場合の例である。この場合、図３によれば、上記の要求仕様を満足するためには、コリメータ１１２のファイバコリメータを配置する位置を、０．０６３ｍｍ〜０．０９８ｍｍとすればよく、トレランスは０．０３５ｍｍであることが分かる。また、この場合には、ロス差をゼロにすることも可能である。

図４は、光軸間隔がｄ＝０．１３５ｍｍの場合の例である。この場合、図４によれば、上記の要求仕様を満足するためには、コリメータ１１２のファイバコリメータを配置する位置を０．０９８ｍｍとしなければならず、トレランスがほとんどないことが分かる。

なお、ｄ＜０．０６ｍｍの範囲ではトレランスはｄ＝０．０６６ｍｍの場合よりも小さくなり、ｄ＞０．１３５ｍｍの範囲では上記要求仕様を満足できるファイバコリメータの配置は存在しない。

このように、本実施形態の偏波合成装置では、偏波合成素子１１０から出射される２つの偏波の光軸間隔ｄをｄ≠０とすることで、偏波合成された偏波間の光強度差を小さくすることが可能である。

なお、光軸間隔ｄをｄ≠０とする手法としては、次のようなものがある。
（１）偏波合成素子１１０の長さＬを、従来の長さ（ｄ＝０となるようにする場合の偏波合成素子の長さ）よりも長くまたは短くする。
（２）コリメートレンズ１１１から出射された２つの光の光軸間隔Ｄを、従来（ｄ＝０となるようにする場合のファイバコリメータ間隔）よりも大きくまたは小さくする。そのためには、前述したように、ＬＮ基板内におけるアーム１０８とアーム１０９の傾斜角、ＬＮ基板の出射端面におけるアーム１０８とアーム１０９の離間間隔、および、コリメートレンズ１１１の焦点距離ｆを調整すればよい。
（３）偏波合成素子１１０へ入射させる２つの光を非平行とする。そのために、例えば、偏波合成素子１１０の前段にレンズを設け、レンズの光軸に対し非対称な位置に２つの光を入射させレンズを通過させる。または、レンズの光軸を偏波合成素子１１０の光軸に対して傾かせる。
（４）偏波合成素子１１０の入射端面のうち、片方の光の入射位置の部分を入射光軸に対して傾斜した面にする。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

例えば、本発明の偏波合成装置は、上述した実施形態の光変調器にしか適用できない訳ではなく、異なる２つの偏波を合成する機能を有する他の種々の光学装置にも適用可能であることは言うまでもない。

１…光変調器１０，１１…変調器本体２０…偏波合成部１０１〜１０４…ＬＮ光変調器１０５…入力ファイバ１０６…入力導波路１０７…偏波回転手段１０８，１０９…アーム１１０…偏波合成素子１１１…コリメートレンズ１１２…コリメータ１１３…出力ファイバＭＡ，ＭＢ，ＭＣ…マッハツェンダー導波路

Claims

入射面から入射された偏波の異なる２つの光を出射面上の離間した２点から出射させる複屈折媒質と、
前記２点から出射された偏波の異なる２つの光が導入されるよう配置された光ファイバと、
を備えることを特徴とする偏波合成装置。
前記光ファイバは、前記導入された２つの光の強度差が最小となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の偏波合成装置。
前記複屈折媒質の長さは、前記入射された２つの光を前記出射面上の同一点から出射させるのに必要な長さとは異なる長さに設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波合成装置。
前記入射面に入射される２つの光の離間距離は、前記複屈折媒質に入射された２つの光が前記出射面上の同一点から出射されるのに必要な離間距離とは異なる離間距離に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波合成装置。
前記入射面に入射される２つの光は非平行であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波合成装置。
前記入射面のうち、前記入射面に入射される一方の光の入射位置の部分が、前記一方の光の光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波合成装置。
前記複屈折媒質の前段にレンズを備え、前記複屈折媒質に入射される２つの光が前記レンズを通過する位置は、前記レンズの光軸に対し非対称な位置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波合成装置。