JP2528094B2 - Fiber type polarizer - Google Patents

Fiber type polarizer

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JP2528094B2
JP2528094B2 JP60228299A JP22829985A JP2528094B2 JP 2528094 B2 JP2528094 B2 JP 2528094B2 JP 60228299 A JP60228299 A JP 60228299A JP 22829985 A JP22829985 A JP 22829985A JP 2528094 B2 JP2528094 B2 JP 2528094B2
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勝就 岡本
壽一 野田
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/105Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光フアイバセンサおよび光通信に用いられ
るフアイバ他偏光子に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber sensor and a fiber other polarizer used for optical communication.

(従来の技術) 一定方向の偏光のみを通すようにしたものは、これを
用い偏光の発生および検出ができ、これをその用途によ
り偏光子(polarizer)および検光子(analyser)と呼
ばれる。前者は自然光より平面偏光を作るのに用いら
れ、後者は偏光面の検出に用いられる。
(Prior Art) Those that pass only polarized light in a certain direction can generate and detect polarized light, and are referred to as a polarizer and an analyzer depending on the application. The former is used to make plane polarized light from natural light, and the latter is used to detect the plane of polarization.

第8図は従来より用いられている偏光子の説明図であ
つて、1が図に示すような方解石をカナダバルサムで互
いに逆向きに接着させたグラン−トンプソンプリズムで
ある。
FIG. 8 is an explanatory view of a conventionally used polarizer, and 1 is a Glan-Thompson prism in which calcite as shown in the drawing is adhered in opposite directions with Canadian balsam.

偏光子に入射した自然光のうち、P成分の平面偏光の
みが透過する。
Of the natural light incident on the polarizer, only the plane polarized light of the P component is transmitted.

しかし従来のこのようなバルク形の偏光子をフアイバ
センサに用いるためには、光フアイバとの光の結合のた
めにレンズを用いなければならない。レンズやバルク偏
光子を用いると振動や熱等により容易に光学軸がずれ
て、光量が変動するので、システムの信頼性が乏しいと
いう欠点があつた。
However, in order to use such a conventional bulk polarizer in a fiber sensor, a lens must be used for coupling light with the optical fiber. When a lens or a bulk polarizer is used, the optical axis easily shifts due to vibration, heat, etc., and the amount of light fluctuates, so there is a drawback in that the reliability of the system is poor.

(発明が解決しようとする問題点) 前述の欠点を除去するために、フアイバにおける偏波
依存性曲げ損失を利用したフアイバ形の偏光子を提供す
ることにある。
(Problems to be Solved by the Invention) In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, it is an object of the present invention to provide a fiber-type polarizer using polarization-dependent bending loss in fiber.

(問題点を解決するための手段) 以下の条件を満たすPANDAファイバをドラムに巻回す
ることにより、ファイバ形偏光子を形成する。
(Means for Solving Problems) A PANDA fiber satisfying the following conditions is wound around a drum to form a fiber type polarizer.

すなわち、入射光の波長をλ、前記PANDAファイバの
コアとクラッドの比屈折率差Δ Δ=(n1 2−n2 2)/2n1 2 に対して(ただし、n1及びn2は各々前記コア及び前記ク
ラッドの屈折率)、 前記PANDAファイバのガウス波形以外の電界分布を持
つ高次モードの群の遮断波長のうち最も長い遮断波長λ
cが 4.3×102Δ+0.18≦λ/λc≦4.3×102Δ+0.8 なる条件を満足するよう設計する。
That is, the wavelength of incident light is λ, and relative refractive index difference ΔΔ = (n 1 2 −n 2 2 ) / 2n 1 2 between the core and the cladding of the PANDA fiber (where n 1 and n 2 are respectively The refractive index of the core and the clad), the longest cutoff wavelength λ of the cutoff wavelengths of the higher-order mode group having an electric field distribution other than the Gaussian waveform of the PANDA fiber
Design so that c satisfies the condition of 4.3 × 10 2 Δ + 0.18 ≦ λ / λc ≦ 4.3 × 10 2 Δ + 0.8.

本発明はすべて光フアイバで構成されており、レンズ
等を用いなくても、他の光ブアイバと光結合ができる点
が従来の偏光子と異なる。
The present invention is composed entirely of optical fibers, and differs from conventional polarizers in that it can be optically coupled to other optical fibers without using a lens or the like.

第1図は本発明の一実施例図である。第1図のフアイ
バ形偏光子は応力付与形のPANDAフアイバ2を直径Dの
ドラムに巻いたものである。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. The fiber type polarizer shown in FIG. 1 is obtained by winding a stress-applying PANDA fiber 2 on a drum having a diameter D.

第2図はPANDAフアイバの断面図であつて、コア3の
両側に熱膨張係数がクラツド4の熱膨張係数と異なる応
力付与部5が配置されている。具体的には、応力付与部
には石英にB2O3が15mol%ドーブされたガラスが用いら
れている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the PANDA fiber, in which stress applying portions 5 having a coefficient of thermal expansion different from that of the cladding 4 are arranged on both sides of the core 3. Specifically, a glass in which 15 mol% of B 2 O 3 is doped in quartz is used for the stress applying portion.

第3図はPANDAフアイバの作製方法の説明図である。 FIG. 3 is an explanatory view of a method for manufacturing a PANDA fiber.

第3図において、6はコアであつて、超音波ドリルで
穴開けしたブリフオーム7に応力付与母材8を挿入し、
ヒータ9で2100℃に加熱して線引きする。
In FIG. 3, reference numeral 6 is a core, and the stress-applying base material 8 is inserted into a brif ohm 7 which is drilled with an ultrasonic drill.
Heat to 2100 ° C with heater 9 and draw.

第4図はPANDAフアイバにおける応力による光弾性効
果を考慮した屈折率分布を示したものである。n10およ
びn20は各々応力を考慮しないときのコアおよびクラツ
ドの屈折率である。
Fig. 4 shows the refractive index distribution considering the photoelastic effect due to stress in PANDA fiber. n 10 and n 20 are the refractive indices of the core and the cladding when stress is not considered, respectively.

第4図には、第2図におけるy軸上の屈折率分布nx,n
yを示してある。第4図により、コアおよびコア近傍で
は nx>ny (1) であるが、クラツド中では nx≒ny (2) であることがわかる。図中、βx/kまたはβy/kはx,y偏
波の規格化伝搬定数である。このようなPANDAフアイバ
が 第5図に示すように、半径R(=D/2)で曲げられて
いるとき、フアイバ中の平面波の位相速度は で与えられる。ここで、vは曲げがないとき(R=
∞)の位相速度である。なお第5図に示すE(r)は光
の電界分布である。
FIG. 4 shows the refractive index distribution n x , n on the y axis in FIG.
y is shown. The Figure 4, although the core and the core near a n x> n y (1) , it can be seen that the in Kuratsudo a n x ≒ n y (2) . In the figure, β x / k or β y / k is the normalized propagation constant of the x and y polarized waves. When such a PANDA fiber is bent with a radius R (= D / 2) as shown in Fig. 5, the phase velocity of the plane wave in the fiber is Given in. Where v is when there is no bending (R =
∞) is the phase velocity. Note that E (r) shown in FIG. 5 is the electric field distribution of light.

クラッド中の平面波の位相速度はrの増加とともに大
きくなり、r=roの位置で媒質中の位相速度vcl=c/ncl
を越えクラツド中に放射される。ここで、nclはクラツ
ドの屈折率、cは真空中の光速である。放射が始まる位
置rOはvR(rO)=c/nclより で与えられる。第4図に示すように βx/k−βy/k=B (5) (B:モード複屈折率) であるから、x偏波の放射される位置ro (x)とy偏波の
放射される位置ro (y)の間には、次のような差があるこ
とがわかる。
The phase velocity of the plane wave in the cladding increases with the increase of r, and at the position of r = r o , the phase velocity in the medium v cl = c / n cl
It is radiated into the clad over. Here, n cl is the refractive index of the cladding, and c is the speed of light in vacuum. The position r O at which radiation begins is v R (r O ) = c / n cl Given in. As shown in Fig. 4, β x / k−β y / k = B (5) (B: mode birefringence), so the position r o (x) of radiated x polarization and y polarization It can be seen that there is the following difference between the radiated positions r o (y) of.

この実施例の場合には、B=4.5×10-4,D=2R=4.5cm
であるから ro (x)−ro (y)≒7μm (7) となる。従つて、y偏波はx偏波に比べてコアに近い位
置から放射されることがわかる。
In the case of this embodiment, B = 4.5 × 10 −4 , D = 2R = 4.5 cm
Therefore, r o (x) −r o (y) ≈ 7 μm (7). Therefore, it can be seen that the y-polarized wave is emitted from a position closer to the core than the x-polarized wave.

クラツド中の電界は指数関数的に減少するので、y偏
波の方が大きな曲げ損失を被るのに対して、x偏波はほ
とんど曲げ損失を受けず、曲げ損失の偏波依存性が生じ
ることがわかる。
Since the electric field in the cladding decreases exponentially, the y-polarization suffers a larger bending loss, whereas the x-polarization receives almost no bending loss and the bending loss has polarization dependence. I understand.

第6図は第1図に示すフアイバ偏光子(Δ=0.24%)
の消光比およびx偏波の損失の波長依存性を示したもの
である。2R=4.5cm、巻き数N=4、PANDAフアイバの長
さL=1.5mの場合、消光比20dB以上で、x偏波の損失が
1dB以下の波長範囲は 1.48μmλ1.61μm (8) である(第6図の斜線部分)。
FIG. 6 shows the fiber polarizer shown in FIG. 1 (Δ = 0.24%).
2 shows the wavelength dependence of the extinction ratio and the loss of x polarization. When 2R = 4.5 cm, number of turns N = 4, and length of PANDA fiber L = 1.5 m, the extinction ratio is 20 dB or more, and the loss of x polarization is
The wavelength range below 1 dB is 1.48 μm λ1.61 μm (8) (hatched area in Fig. 6).

用いているPANDAフアイバの遮断波長はλ=1.1μm
であるから となる。
The cutoff wavelength of the PANDA fiber used is λ c = 1.1 μm
Because Becomes

比屈折率差Δ、遮断波長λ、モード複屈折率B、曲
げ半径Rおよび巻き数Nを種々変えて実験を行つた結果
を第7図に示す。図中直線aより上の領域は、消光比が
20dB以上となる領域であり、直線bより下の領域はx偏
波の損失が1dB以下の条件を満足する領域である。
FIG. 7 shows the results of experiments conducted by variously changing the relative refractive index difference Δ, the cutoff wavelength λ c , the mode birefringence B, the bending radius R and the number of turns N. In the area above the straight line a in the figure, the extinction ratio is
The region is 20 dB or more, and the region below the straight line b is a region that satisfies the condition that the loss of x polarization is 1 dB or less.

すなわち第7図の斜線で囲まれた部分が偏光子として
の特性を満足する領域である。
That is, the portion surrounded by the diagonal lines in FIG. 7 is a region that satisfies the characteristics as a polarizer.

直線aおよびbは実験式として次式で近似できる。 The straight lines a and b can be approximated by the following formula as an empirical formula.

直線a: λ/λ=4.3×102Δ+0.18 (10) 直線b: λ/λ=4.3×102Δ+0.8 (11) 従つて斜線で囲まれた範囲は と表わされる。Straight line a: λ / λ c = 4.3 × 10 2 Δ + 0.18 (10) Straight line b: λ / λ c = 4.3 × 10 2 Δ + 0.8 (11) Therefore, the range enclosed by the diagonal lines is Is represented.

結局、光源の波長がλであるとき比屈折率差がΔであ
るフアイバを用いる場合には、遮断波長λは式(12)
を満足するように設計すればよいことがわかる。
After all, when a fiber whose relative refractive index difference is Δ is used when the wavelength of the light source is λ, the cutoff wavelength λ c is calculated by the formula (12).
It can be seen that the design should be made so that

(発明の効果) 以上の説明により明らかなように、本発明のフアイバ
形偏光子は、小形、軽量であり、かつ他のフアイバとの
光結合をコネクタや融着接続によつて容易に達成できる
利点がある。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the fiber-type polarizer of the present invention is small and lightweight, and optical coupling with other fibers can be easily achieved by a connector or fusion splicing. There are advantages.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例図、 第2図はPANDAフアイバの断面図、 第3図はPANDAフアイバの作製方法の説明図、 第4図はPANDAフアイバの各偏波の屈折率分布を示す
図、 第5図は曲がりフアイバによる放射損失を説明する図、 第6図は2R=4.5cm,N=4の場合のフアイバ偏光子の消
光比とx偏波の損失の波長依存性を示す図、 第7図は消光比20dB以上、損失1dB以下を満足する領域
を示す図、 第8図は従来のバルク形のグラン−トンプソン偏光子の
説明図である。 1……グラン−トンプソンプリズム 2……PANDAフアイバ、3……コア 4……クラツド、5……応力付与部 6……コア 7……穴開けしたプリフオーム 8……応力付与母材、9……ヒータ 10……コア
FIG. 1 is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the PANDA fiber, FIG. Fig. 5 is a diagram for explaining the radiation loss due to the curved fiber, and Fig. 6 shows the wavelength dependence of the extinction ratio of the fiber polarizer and the loss of x polarization in the case of 2R = 4.5cm and N = 4. FIG. 7 is a diagram showing a region satisfying an extinction ratio of 20 dB or more and a loss of 1 dB or less, and FIG. 8 is an explanatory diagram of a conventional bulk-type Glan-Thompson polarizer. 1 …… Gran-Thompson prism 2 …… PANDA fiber 3 …… Core 4 …… Clad 5 …… Stress applying part 6 …… Core 7 …… Perforated preform 8 …… Stress applying base material, 9 …… Heater 10 ... core

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−189848(JP,A) ELECTRONICS LETTE RS Vol.19,No.17,PP. 679〜680 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-58-189848 (JP, A) ELECTRONICS LETTE RS Vol. 19, No. 17, PP. 679-680

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】PANDAファイバが、ドラムに巻回されたフ
ァイバ形偏光子であって、 前記PANDAファイバは、入射光の波長をλとして、前記P
ANDAファイバのコアとクラッドの比屈折率差Δ Δ=(n1 2−n2 2)/2n1 2 に対して(ただし、n1及びn2は各々前記コア及び前記ク
ラッドの屈折率)、 前記PANDAファイバのガウス波形以外の電界分布を持つ
高次モードの群の遮断波長のうち最も長い遮断波長λc
が 4.3×102Δ+0.18≦λ/λc≦4.3×102Δ+0.8 なる条件を満足することを特徴とするファイバ形偏光
子。
1. A PANDA fiber is a fiber-type polarizer wound around a drum, wherein the PANDA fiber has the wavelength of incident light of λ and the P
Relative refractive index difference between the core and the cladding of ANDA fiber against Δ Δ = (n 1 2 -n 2 2) / 2n 1 2 ( although, n 1 and n 2 are respectively the refractive index of the core and the cladding), The longest cutoff wavelength λc of the cutoff wavelengths of the higher-order mode group having an electric field distribution other than the Gaussian waveform of the PANDA fiber
Is a fiber-type polarizer characterized by satisfying the condition of 4.3 × 10 2 Δ + 0.18 ≦ λ / λc ≦ 4.3 × 10 2 Δ + 0.8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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ELECTRONICSLETTERSVol.19,No.17,PP.679〜680

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