JP2012506561A

JP2012506561A - 空間フィルタリングのための装置および方法

Info

Publication number: JP2012506561A
Application number: JP2010526394A
Authority: JP
Inventors: ルイス，ジェフリー・イー
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2012-03-15
Also published as: US20090087133A1; EP2193393A4; US7711216B2; WO2009109806A1; EP2193393A1; WO2009109806A8

Abstract

プロトン交換ポラライザ内で光を偏光させる方法および装置が提供され、望まないモードの光の連結を、統合された空間フィルタにより減少させる。ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３から形成された基板（１６ａ）のような光学的に透過性の基板は、側部表面を備え、この側部表面は案内されないＴＭモード光を反射する。入力ファイバ（１２）から光は発される。入力ファイバは、一方の端部で基板に接続され、出力ファイバは反対の端部で案内されたＴＭモード光を受け取るために接続される。空間フィルタ（３４、３８ａ−ｃ、４２、４４）は、光のポラライザの側部に関して一次反射位置に位置決めされる。代替実施形態において、消光費を改善するために、空間フィルタを二次反射位置に配置することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は空間フィルタリングのための装置および方法に関する。

プロトン交換（Proton Exchange, PE）方法により形成される光学導波装置はいくつかのユニークな性質を提供する。プロトン交換のプロセスは、異状軸に関する屈折率だけを減少させ、そのため１つの偏光状態だけをガイドする。他の偏光状態はガイドされず、結局は除去される。プロトン交換装置のこの性質は、本来的にこれらを非常に高性能（６０ｄＢまたはそれ以上）なポラライザにする。さらに、この性質は、光ファイバージャイロスコープ（fiber optic gyros, FOG）の構成に用いられる多機能チップ（Multiple Function Chips, MFCs）での使用にとって非常に魅力的である。

ここで、クロストークを備えるプロトン交換ポラライザの概略図を示す図１Ａを参照する。プロトン交換ポラライザ１０は、光学伝達基板１６を形成するＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３材料を含む。プロトン交換ポラライザ１０はさらに、光ファイバー１２のための入力連結部としてガラスフェルール２０を含み、出力ファイバー１４に連結されるガラスフェルール２２を含む。光学ファイバー１２は、ＴＥモード２４およびＴＭモード２６の両方を有する光を受け取る。ＴＥモード２４は、導波路内を伝播する光波のための対称な境界条件（すなわち、導波路の両側におけるＬｉＮｂＯ_３）でのマックスウェル方程式の解を含み、ＴＭモード２６は、導波路内を伝播する光波の非対称な境界条件（すなわち、導波路の一方の側のＬｉＮｂ３および導波路の反対側の空気）でのマックスウェル方程式の解を含む。ＴＥモード光３２は、実質的に光学伝播基板１６を通るプロトン交換導波路１８によりガイドされる。光がファイバー１２を出るとき、ＴＭモード２６はガイドされないＴＭモード光３０となる。ＴＥモード２４は、プロトン交換導波路１８によりガイドされるＴＭモード光３２になる。

ガイドされていないＴＭモード光３０は、光学伝達基板１６を通って伝播する。ガイドされていないＴＭモード光３０の一部は、ポラライザから逃げる。反射角度２８は、具体的な実施形態の寸法により決定され、特に、ガラスフェルール２０とガラスフェルール２２との間の距離により決定される。

ＴＭモードのガイドされない光３０は、光３６で示されるように基板１６の底部１７および側部から反射され、ファイバー１４を通って基板を出る。反射されたガイドされないＴＭモード光３６は、光ファイバージャイロのような様々な用途において望まれない。

プロトン交換装置の開発のときに、いくつかの装置は予想される非常に高い消光比（６０ｄＢより大きい）を備えないことが分かった。また、ポラライザの消光比は、装置の長さとともに減少することがわかった。異なる装置の調査により、クロストーク／モジュレータ機構は、導波路１８によりガイドされず且つ基板１６の底部１７および側部から反射されるＴＭ光３０を備えると結論付けられた。反射されるＴＭ光３６は、出口ファイバー１４により集められた。より長いポラライザの長さは、小さな反射角度をもたらすと考えられ、これがこのピックアップを増加させると考えられた。異なる長さのいくつかのポラライザがこの理論を確かめるために測定された。

本発明は、望ましくない光のモードのクロスカップリングが統合される空間フィルタにより減少されるプロトン交換ポラライザを提供する。ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３から形成される基板のような光学的に透過性の基板は、ガイドされないＴＭモード光を反射する側部表面を備える。光は入口ファイバーから発される。入口ファイバーは、基板の一方の端部に接続され、ガイドされたＴＭモード光を受け取るために出口ファイバーが反対側の端部に接続される。基板の側部は、ガイドされないＴＭモード光を出口ファイバーに連結する。この連結は、光ファイバージャイロで用いられるポラライザのような、様々なポラライザの用途において望ましくない。基板の消光比は空間フィルタの導入により改善される。空間フィルタは、ポラライザの側部に対して光の一次反射位置（primary reflection position）に位置決めされる。さらに消光比を改善するために、他の実施形態において空間フィルタを二次反射位置に配置することができる。空間フィルタは、基板内にまたは基板の側部に位置決めされ、これは障壁が物理的方法または化学的方法により形成される。方法はたとえば切断、エッチング、ダイヤモンド機械加工、微細機械加工、またはレーザー加工などである。空間フィルタは、ガイドされないＴＭ光の伝播をブロックするように作用する。

本発明の好ましい実施形態および代替実施形態が以下において添付図面を参照しながら詳細に説明される。添付図面は以下のとおりである。

プロトン交換ポラライザの側面図であり、従来技術による形成されるクロストーク／モジュレータ機構を示す図である。プロトン交換ポラライザの上面図であり、従来技術による形成されるクロストーク／モジュレータ機構を示す図である。本発明の一実施形態により形成されるフィルタの側面図である。本発明の一実施形態により形成されるフィルタの上面図である。基板の側部にスロットを切断加工して形成された空間フィルタの斜視図である。図３Ａの空間フィルタの側面図である。基板の側壁に溝を備える基板の斜視図である。ガイドされないＴＭ光または抗反射層内の光を吸収するために用いられる、基板の側部上の抗反射膜を示す図である。

図２Ａ、２Ｂは、基板１６ａ内に配置される一体的な空間フィルタ３４を備えるプロトン交換ポラライザ１１を示している。基板１６ａは、フェルール２０を備えるファイバー１２を、フェルール２２を備えるファイバー１４に連結する。基板１６ａは、プロトン交換導波路１６を統合する。ＴＭモードのガイドされない光３０は、光伝導性基板１６ａを通って伝播するが、基板１６ａ内に統合された空間フィルタ３４によりブロックされる。空間フィルタ３４は、光波の伝播をブロックすることで反射光が出口ファイバー１４に戻って結合するのを防止する。バリアまたは空間フィルタ３４は、様々なプロセスで作ることができ、基板１６ａ内に空間フィルタ３４を物理的に堆積させるプロセスを含むことができる。基板は、ガイドされないＴＭモード光３０の伝播を防ぐ空隙を基板１６ａ内に形成するために切削加工することができる。側部を、ダイアモンド機械加工、エッチング加工、微小機械加工、またはレーザー加工してもよい。代替的に、表面を、ＴＭモードのガイドされない光３０の伝播路内に空間フィルタを提供するように、単純にスクラッチ加工または同様な損傷を与える加工をしてもよい。

反射したＴＭモード光３０は、基板１６ａの側部３９内に空間フィルタ３４を形成することにより実質的に取り除かれる。基板１６ａ内に統合された空間フィルタ３４またはバリアにより、反射したＴＭ光３０は実質的にブロックされる。しかし、反射が生じる多数の経路が存在する。高い性能を達成するために、一次反射および二次反射を実質的に取り除かなければならない。一次反射および二次反射を十分に取り除くために、３つの等間隔の空間フィルタが必要であることが実験的に分かった。

図３Ａ、３Ｂは、ダイシング切断により形成される空間フィルタを示している。図３Ａは、３つのスロット３８ａ、３８ｂ、３８ｃを備える基板１６の斜視図である。スロット３８ａ、３８ｃは、二次反射を減衰させるために用いられ、スロット３８ｂは、一次反射を取り除くことを意図している。基板１６の側部は、基板１６の高さ全体にわたって切り取られた状態で示されている。側面図は、基板１６の側部に切断加工された、一次反射および二次反射を減衰させるスロット３８ａ、３８ｂ、３８ｃを示している。

図４は、基板７６上でミクロエッチングされた溝４２を示す。このミクロエッチングされた溝４２は、入射ビーム光に対して実質的に約４５°の角度で基板７６の垂直側部上に形成される。このようにして、反射した光は、入射ビームに対して約９０°の角度ではねかえされる。この溝は、化学エッチングにより、または機械加工（切削、研磨等）により形成することができる。

図５は、基板８６の側部から反射が生じないように基板８６の側面において抗反射層４４または吸収層４４を用いる、本発明の代替実施形態を示している。抵反射層は、フッ化マグネシウム、シリコン、またはポリマーのような誘電体材料の堆積により形成することができる。

本発明は、米国特許第５４７５７７２号明細書に記載されているような、基板の底部表面上に位置する空間フィルタと組み合わせることができる。本特許文献は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

プロトン交換ポラライザ装置（１１）であって、
前記装置は、光学的に透過性の基板（１６ａ）を有し、前記基板は、第１表面、および前記第１表面に実質的に垂直な第２表面および第３表面を備え、１つの偏光状態の光だけを案内するために、前記表面は大きな屈折率を備える異状軸を備え、
前記装置はさらに、前記光学的に透過性の基板の前記第１表面上に形成されるプロトン交換導波路（１８）を有し、前記プロトン交換導波路は、１つの偏光状態の光だけを案内するために、大きな屈折率を備える異状軸を備え、且つ、第１端部上に入口連結部および第２端部上に出口連結部を備え、
前記装置は、前記光学的に透過性の基板の前記第２表面および前記第３表面に関して形成される抗反射要素を備え、
前記入口連結部に入る光は、ＴＥモードおよびＴＭモードを備え、
ＴＥモードを備える光は、前記プロトン交換導波路により実質的に案内され、
ＴＭモードを備える光は、実質的に案内されず、
ＴＭモードを備える光の一部は、前記光学的に透明な基板を通って伝播し、この光のほとんど全ては、前記抗反射要素により反射されない、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記基板はＬｉＮｂＯ_３を有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記基板はＬｉＴａＯ_３を有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記抗反射要素は、前記第２表面および前記第３表面上に形成される微小溝のアレイを有し、前記微小溝のアレイは、前記プロトン交換導波路の前記第１端部から前記第２端部の方向に対して約４５°の方向を備える、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記抗反射要素は、前記第２表面および前記第３表面上に形成される１つまたはそれ以上の変形部を有し、前記変形部の１つは、前記基板の異状軸に対してほぼ垂直な長手方向を備えるスロットであり、前記１つまたはそれ以上のスロットは、第１スロット、第２スロットおよび第３スロットを含み、前記第２スロットは、前記光学的に透過性の基板の前記第１端部および前記第２端部からほぼ等距離にあり、前記第１スロットは、前記第２スロットおよび前記光学的に透過性の基板の前記第１端部からほぼ等距離にあり、前記第３スロットは、前記第２スロットおよび前記光学的に透過性の基板の前記第２端部からほぼ等距離にある、装置。
光を偏光させる方法であって、
前記方法は、光学的に透過性の基板の第１表面上に形成されるプロトン交換導波路で光を受け取るステップを有し、前記導波路は、１つの偏光状態の光だけを案内するために大きな屈折率を備える異状軸を有し、且つ、第１端部上に入口連結部を有し、第２端部上に出口連結部を有し、前記入口連結部に入る光はＴＥモードおよびＴＭモードを有し、ＴＥモードを備える光は前記プロトン交換導波路により実質的に案内され、ＴＭモードを備える光は実質的に案内されず、
前記方法は、前記光学的に透過性の基板の第２表面および第３表面に関して形成された抗反射要素により、ＴＭモードを備える光の少なくとも一部をブロックするステップを有し、前記第２表面および前記第３表面は、前記第１表面に対してほぼ垂直である、方法。
請求項６に記載の方法であって、前記抗反射要素は、前記第２表面および前記第３表面上に形成された微小溝のアレイを有する、方法。
請求項６に記載の方法であって、前記微小溝のアレイは、前記プロトン交換導波路の前記第１端部から前記第２端部の方向に対して約４５°の方向を備える、方法。
請求項６に記載の方法であって、前記抗反射要素は、前記第２表面および前記第３表面上に形成される１つまたはそれ以上の変形部を有する、方法。
請求項９に記載の方法であって、前記変形部の１つは、前記基板の異状軸にほぼ垂直な長手方向を備えるスロットであり、前記変形部は、第１スロット、第２スロット、および第３スロットを含み、前記第２スロットは、前記基板の前記第１端部および前記第２端部からほぼ等距離にあり、前記第１スロットは、前記第２スロットおよび前記基板の前記第１端部からほぼ等距離にあり、前記第３スロットは、前記第２スロットおよび前記基板の前記第２端部からほぼ等距離にある、方法。