JP2568487B2 - 光デバイス製造方法 - Google Patents
光デバイス製造方法Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
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- G02B6/274—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means in or on light guides, e.g. polarisation means assembled in a light guide based on light guide birefringence, e.g. due to coupling between light guides
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は一般には光デバイス、具体的には光フアイバ
の集積化された一部として形成された光学フイルタを有
する光フアイバのようなデバイスに係る。
の集積化された一部として形成された光学フイルタを有
する光フアイバのようなデバイスに係る。
発明の背景 光フアイバは相互干渉センサのような他の用途ととも
に、光伝送システム用として、関心がもたれている。光
フアイバは典型的な場合、高屈折率コアを含み、それは
低屈折率クラツドにより囲まれている。現在考えられて
いる光伝送システムの本質的な要素は、光源及び光フア
イバにより相互に光学的に結合された光検出器である。
最高容量の光伝送システムは、シングルモード光フアイ
バを用いて得られるであろう。光フアイバはシングルモ
ードフアイバと呼ばれるが、それらは実際には直角の極
性を有する二つのモードを維持することができること
が、当業者には容易に理解できる。
に、光伝送システム用として、関心がもたれている。光
フアイバは典型的な場合、高屈折率コアを含み、それは
低屈折率クラツドにより囲まれている。現在考えられて
いる光伝送システムの本質的な要素は、光源及び光フア
イバにより相互に光学的に結合された光検出器である。
最高容量の光伝送システムは、シングルモード光フアイ
バを用いて得られるであろう。光フアイバはシングルモ
ードフアイバと呼ばれるが、それらは実際には直角の極
性を有する二つのモードを維持することができること
が、当業者には容易に理解できる。
すぐ上で述べたものに加え、他の型のデバイスも、光
伝送システム中で有用であると確信される。たとえば、
偏向変換器は、伝搬する電磁波の偏向の状態を変える光
デバイスである。そのようなデバイスは、もし偏向変換
効率が波長依存性であれば、光伝送システム中で、光変
調器又は波長選択要素として使用できる。そのようなデ
バイスの適用性及び有用性のため、それらはシングルモ
ード光伝送システム中で、高い重要性をもつと確信され
る。従つて、効率のよい偏向変換器及び波長選択要素を
開発するために、多くの努力が払われてきた。
伝送システム中で有用であると確信される。たとえば、
偏向変換器は、伝搬する電磁波の偏向の状態を変える光
デバイスである。そのようなデバイスは、もし偏向変換
効率が波長依存性であれば、光伝送システム中で、光変
調器又は波長選択要素として使用できる。そのようなデ
バイスの適用性及び有用性のため、それらはシングルモ
ード光伝送システム中で、高い重要性をもつと確信され
る。従つて、効率のよい偏向変換器及び波長選択要素を
開発するために、多くの努力が払われてきた。
波長選択フイルタは以前から知られている。たとえ
ば、リオフイルタ（Lyot filter）は複数の複屈折波長
プレートから成る。各プレートは平行な線形ポラライザ
間に置かれ、前のポラライザの２倍の遅れをもつ。もう
一つの型のフイルタは、ソルクフイルタ（Solc filte
r）で、それは複数の二分の一波長板を有し、各プレー
トの高速軸は、光学軸の周囲に特定の角度だけ回転し、
その角度は特定の方式により、プレート毎に異る。バル
ク光学要素を用いたリオフイルタ及びソルフイルタを実
現すると、典型的な場合、かさばる。すなわち、大きな
空間を必要とし、伝送システム用に都合よく製作するこ
とはできない。
ば、リオフイルタ（Lyot filter）は複数の複屈折波長
プレートから成る。各プレートは平行な線形ポラライザ
間に置かれ、前のポラライザの２倍の遅れをもつ。もう
一つの型のフイルタは、ソルクフイルタ（Solc filte
r）で、それは複数の二分の一波長板を有し、各プレー
トの高速軸は、光学軸の周囲に特定の角度だけ回転し、
その角度は特定の方式により、プレート毎に異る。バル
ク光学要素を用いたリオフイルタ及びソルフイルタを実
現すると、典型的な場合、かさばる。すなわち、大きな
空間を必要とし、伝送システム用に都合よく製作するこ
とはできない。
やはり波長選択フイルタである偏向変換器を開発する
もう一つの方法は、集積化された光学系を用いることで
ある。集積化光学系の一つの方法については、アプライ
ド・フイジツクス・レターズ（Applied Physics Letter
s）、36,513−515頁,1980年４月１日に述べられてい
る。この論文には、効率のよいプレーナ波長電子−光学
TE−TMモード変換器と波長フイルタについて述べられて
いる。詳細に述べられたモード変換器の具体的な実施例
において、波長選択偏向変換器は、ストリツプTi拡散リ
チウムナイオベート導波路を用いて実現されている。横
方向の電界及び磁界モード間の効率のよい結合は、TE及
びTMモード間の所望の位相整合を生じるよう周期的なフ
インガ電極を用いることにより、得られた。リチウムナ
イオベートの高い複屈折性により生じた偏向変換の強い
波長依存性により、マルチプレクシング及びデマルチプ
レクシングのような用途において、デバイスは有用であ
る。
もう一つの方法は、集積化された光学系を用いることで
ある。集積化光学系の一つの方法については、アプライ
ド・フイジツクス・レターズ（Applied Physics Letter
s）、36,513−515頁,1980年４月１日に述べられてい
る。この論文には、効率のよいプレーナ波長電子−光学
TE−TMモード変換器と波長フイルタについて述べられて
いる。詳細に述べられたモード変換器の具体的な実施例
において、波長選択偏向変換器は、ストリツプTi拡散リ
チウムナイオベート導波路を用いて実現されている。横
方向の電界及び磁界モード間の効率のよい結合は、TE及
びTMモード間の所望の位相整合を生じるよう周期的なフ
インガ電極を用いることにより、得られた。リチウムナ
イオベートの高い複屈折性により生じた偏向変換の強い
波長依存性により、マルチプレクシング及びデマルチプ
レクシングのような用途において、デバイスは有用であ
る。
偏向変換器に対する集積光学系の方法は、多くの用途
に有用であると確信されるが、光フアイバの偏向変換器
の一部とすることが望ましい他の用途がある。そのよう
な変換器は、インライン回転器又は変換器とよぶことが
できる。この型の変換器中で用いられるフアイバは、必
然的にシングルモードフアイバである。実際、多くの光
フアイバは、故意又は製作プロセス中の変動により、光
複屈折性を示す。それは主フアイバ軸の一つが他の主軸
とは異なる実効屈折率をもつためである。従つて、イン
ライン光フアイバ偏向変換器は、概念的には可能であ
る。そのような変換器において、偏向変換は先に述べた
プレーナ導波路電子−光モード変換器と同様の位相整合
結合型により生じる。
に有用であると確信されるが、光フアイバの偏向変換器
の一部とすることが望ましい他の用途がある。そのよう
な変換器は、インライン回転器又は変換器とよぶことが
できる。この型の変換器中で用いられるフアイバは、必
然的にシングルモードフアイバである。実際、多くの光
フアイバは、故意又は製作プロセス中の変動により、光
複屈折性を示す。それは主フアイバ軸の一つが他の主軸
とは異なる実効屈折率をもつためである。従つて、イン
ライン光フアイバ偏向変換器は、概念的には可能であ
る。そのような変換器において、偏向変換は先に述べた
プレーナ導波路電子−光モード変換器と同様の位相整合
結合型により生じる。
シングルモードフアイバ光偏向回転器の一つについて
は、アプライド・オプテイクス（Applied Optics）、1
8,1857−1861頁1979年６月１日に述べられている。この
論文に述べられている方法では、複屈折シングルモード
光フアイバを用い、フアイバは半波長フアイバ部分毎に
順次異なる方向に機械的にねじられる。すなわち、外部
から導入された応力が用いられている。著者は偏向変換
を生じる動作機構は、光複屈折率だけでなく、機械的な
ねじれにより導入された光学的な働きによると信じてい
る。また、ねじられた複屈折性光フアイバを用いた光フ
イルタについて述べた1982年７月27日承認の米国特許第
4,341,442号を参照のこと。
は、アプライド・オプテイクス（Applied Optics）、1
8,1857−1861頁1979年６月１日に述べられている。この
論文に述べられている方法では、複屈折シングルモード
光フアイバを用い、フアイバは半波長フアイバ部分毎に
順次異なる方向に機械的にねじられる。すなわち、外部
から導入された応力が用いられている。著者は偏向変換
を生じる動作機構は、光複屈折率だけでなく、機械的な
ねじれにより導入された光学的な働きによると信じてい
る。また、ねじられた複屈折性光フアイバを用いた光フ
イルタについて述べた1982年７月27日承認の米国特許第
4,341,442号を参照のこと。
別の方法では、複屈折光フアイバ中でフアラデー回転
器を用い、アール・エイチ・ストーレン（R.H.Stolen）
及びイー・エイチ・ターナ（E.H.Turner）による論文、
アプライド・オプテイクス（Applied Optics）、19,842
−845頁,1980年３月15日に述べられている。この論文は
光フアイバ中のフアラデー回転は、たとえば磁界の交互
に変る領域を用いることにより、得ることができること
を示している。周期的に空間的な分離がなされた磁界領
域のような他の技術についても述べられている。
器を用い、アール・エイチ・ストーレン（R.H.Stolen）
及びイー・エイチ・ターナ（E.H.Turner）による論文、
アプライド・オプテイクス（Applied Optics）、19,842
−845頁,1980年３月15日に述べられている。この論文は
光フアイバ中のフアラデー回転は、たとえば磁界の交互
に変る領域を用いることにより、得ることができること
を示している。周期的に空間的な分離がなされた磁界領
域のような他の技術についても述べられている。
もう一つのシングルモード・フアイバフイルタについ
ては、オプテイクス・レターズ（Optics Letters）、5,
142−144頁,1980年４月に述べられている。相互の偏向
に所望の遅延を実現するために、複屈折フアイバ長を切
断及び溶接することによるフアイバの製作について述べ
られている。すでに述べたような外部から導入された歪
を用いた同調可能なフイルタの実施例についても、提案
されている。著者はねじれが光学的に効果又は円状複屈
折性を導入すると信じている。
ては、オプテイクス・レターズ（Optics Letters）、5,
142−144頁,1980年４月に述べられている。相互の偏向
に所望の遅延を実現するために、複屈折フアイバ長を切
断及び溶接することによるフアイバの製作について述べ
られている。すでに述べたような外部から導入された歪
を用いた同調可能なフイルタの実施例についても、提案
されている。著者はねじれが光学的に効果又は円状複屈
折性を導入すると信じている。
フアイバ中の屈折率変化を基本とした別の光フアイバ
フイルタについては、アプライド・フイジツクス・レタ
ーズ（Applied Physics Letters）、32,647−649頁,197
8年５月15日に述べられている。同調可能フイルタは、
ゲルマニウムをドープしたシリカコア中の光誘起屈折率
変化により、光フアイバ中に形成された。
フイルタについては、アプライド・フイジツクス・レタ
ーズ（Applied Physics Letters）、32,647−649頁,197
8年５月15日に述べられている。同調可能フイルタは、
ゲルマニウムをドープしたシリカコア中の光誘起屈折率
変化により、光フアイバ中に形成された。
インライン・フアイバ偏向回転器は、現在しばしば集
積光学偏向回転器より好ましい。その理由は、集積光デ
バイスより損失の少い組成で赤誠された場合、それらは
損失が少く、界面ではほとんど反射がないからである。
おそらく、更に一層著しいことは、インライン回転器
は、理論的には非常に小型に製作できるということであ
る。しかし上で述べたインライン・フアイバ偏向変換器
は、一般的にはすべての用途に対し、全体的に十分とは
いえない。その理由は、所望の偏向変換を行うには、外
部手段が必要で、これらの手段は一様に製作するのが困
難で、フアイバは部分毎に切断しなければならず、それ
らは回転後接続されるということである。
積光学偏向回転器より好ましい。その理由は、集積光デ
バイスより損失の少い組成で赤誠された場合、それらは
損失が少く、界面ではほとんど反射がないからである。
おそらく、更に一層著しいことは、インライン回転器
は、理論的には非常に小型に製作できるということであ
る。しかし上で述べたインライン・フアイバ偏向変換器
は、一般的にはすべての用途に対し、全体的に十分とは
いえない。その理由は、所望の偏向変換を行うには、外
部手段が必要で、これらの手段は一様に製作するのが困
難で、フアイバは部分毎に切断しなければならず、それ
らは回転後接続されるということである。
本発明の要約 フアイバの主軸のねじれのような、フアイバの集積化
された一部である周期的な変動を有する複屈折シングル
モード光フアイバから成る光デバイスは、たとえばイン
ラインフアイバ偏向回転器のような用途に有利であるこ
とを見出した。周期的な変動のくり返し周期は、複屈折
ビート距離にほぼ等しく、一主軸から他へのゆつくりし
た変換が起る。光デバイスは狭帯域フイルタとして用い
てもよい。別の実施例において、デバイスは同調フイル
タとして用いられ、フイルタの同調性は、たとえば複屈
折性を変えるため、フアイバを伸ばすことにより得られ
る。同調可能なフイルタは、不要のチヤネルが偏向変換
デバイスにより減衰するように、デマルチプレクシング
の用途に用いると有利である。
された一部である周期的な変動を有する複屈折シングル
モード光フアイバから成る光デバイスは、たとえばイン
ラインフアイバ偏向回転器のような用途に有利であるこ
とを見出した。周期的な変動のくり返し周期は、複屈折
ビート距離にほぼ等しく、一主軸から他へのゆつくりし
た変換が起る。光デバイスは狭帯域フイルタとして用い
てもよい。別の実施例において、デバイスは同調フイル
タとして用いられ、フイルタの同調性は、たとえば複屈
折性を変えるため、フアイバを伸ばすことにより得られ
る。同調可能なフイルタは、不要のチヤネルが偏向変換
デバイスにより減衰するように、デマルチプレクシング
の用途に用いると有利である。
実施例の説明 第１図はシングルモード複屈折フアイバの一例の断面
図で、これはたとえば本発明に従い、インラインフアイ
バ偏向回転器として有用である。一般的に１と印された
フアイバは、コア３、ストレスクラツド５、外部クラツ
ド７及び基板９から成る。コア直径とシングルモード伝
搬として満さなければならないコアとクラツド間の屈折
率差の関係は、当業者にはよく知られており、これ以上
述べる必要はない。ここで述べる実施例において、コア
にはクラツドにより著しくストレスが加わり、従つてフ
アイバは複屈折性となる。ストレスクラツドは長円形
で、コア上のストレスはフアイバの縦軸周囲の回転に対
し、対称ではないことに注意すべきである。従つて、フ
アイバは複屈折性である。
図で、これはたとえば本発明に従い、インラインフアイ
バ偏向回転器として有用である。一般的に１と印された
フアイバは、コア３、ストレスクラツド５、外部クラツ
ド７及び基板９から成る。コア直径とシングルモード伝
搬として満さなければならないコアとクラツド間の屈折
率差の関係は、当業者にはよく知られており、これ以上
述べる必要はない。ここで述べる実施例において、コア
にはクラツドにより著しくストレスが加わり、従つてフ
アイバは複屈折性となる。ストレスクラツドは長円形
で、コア上のストレスはフアイバの縦軸周囲の回転に対
し、対称ではないことに注意すべきである。従つて、フ
アイバは複屈折性である。
他の型の複屈折性シングルモードフアイバを用いても
よい。たとえば、コアから180度離れ、分離された二つ
のストレス領域により、コアにストレスを加えてもよ
い。ストレス領域がクラツドであることは、従つて本質
的ではない。ストレス領域、クラツド又は他の部分は、
コアとは異なる熱膨張係数をもち、プリフオームから引
かれた後、フアイバが冷却されるとともに、コアに非対
称ストレスが加わり、それは複屈折を発生させる。加え
て、長円コアを有する光フアイバもまた、それらが幾何
学的な複屈折を示すため、用いてもよい。組成には重点
が置かれないが、二つの直角方向の実効屈折率は、異な
る。このようにして、幾何学的複屈折の用語ができた。
よい。たとえば、コアから180度離れ、分離された二つ
のストレス領域により、コアにストレスを加えてもよ
い。ストレス領域がクラツドであることは、従つて本質
的ではない。ストレス領域、クラツド又は他の部分は、
コアとは異なる熱膨張係数をもち、プリフオームから引
かれた後、フアイバが冷却されるとともに、コアに非対
称ストレスが加わり、それは複屈折を発生させる。加え
て、長円コアを有する光フアイバもまた、それらが幾何
学的な複屈折を示すため、用いてもよい。組成には重点
が置かれないが、二つの直角方向の実効屈折率は、異な
る。このようにして、幾何学的複屈折の用語ができた。
第２図は第１図中で一般的に２−２と印されたフアイ
バの軸を横切る屈折率変化を示し、屈折率は各種フアイ
バ領域について、垂直にプロツトされている。図からわ
かるように、コアは相対的に高い屈折率を有し、低屈折
率のクラツドと、相対的に高い屈折率の基板により囲ま
れている。一実施例において、フアイバはシリカコア、
長円ボロシリケート・ストレスクラツド及びフロロシリ
ケート外部クラツドから成る。基板はシリカから成つ
た。フアイバは直径124μｍの円で、560nmより長い波長
に対しては、基本モードのみを維持する。すでに述べた
ように、他のフアイバ構成及び組成も用いることができ
る。
バの軸を横切る屈折率変化を示し、屈折率は各種フアイ
バ領域について、垂直にプロツトされている。図からわ
かるように、コアは相対的に高い屈折率を有し、低屈折
率のクラツドと、相対的に高い屈折率の基板により囲ま
れている。一実施例において、フアイバはシリカコア、
長円ボロシリケート・ストレスクラツド及びフロロシリ
ケート外部クラツドから成る。基板はシリカから成つ
た。フアイバは直径124μｍの円で、560nmより長い波長
に対しては、基本モードのみを維持する。すでに述べた
ように、他のフアイバ構成及び組成も用いることができ
る。
フアイバはフアイバの縦軸に沿つた移動に対し対称で
はなく、フアイバの集積化された一部として、フアイバ
の縦軸を中心とした角の、フアイバ主軸のねじれのよう
な周期的変動をもつ。集積化というのは、外部ストレス
又はフアイバ切断は、周期的変動を形成するためには用
いられないこと、すなわちこれらの変動はフアイバの一
部であることを意味するために用いられる。変動の周期
は、複屈折ビート距離に等しい。ビート距離は周波数と
ともに変化するから、このことは条件が少くとも一つの
周波数に対し満されることを意味することが理解され
る。ねじれは順に交互に異る方向になる。このことは第
３図を参照することにより、容易に理解される。この図
は本発明に従うフアイバの概略透視図である。ねじれ
が、急激であるように描かれており、以下でそのように
述べるが、好ましい実施例においては、それらは勾配を
もつていてもよい。しかし、本発明に従うデバイスの説
明は、急激なねじれを参照することにより、容易になる
と確信される。電磁波の伝搬方向は、矢印で示されてい
る。フアイバの主軸はｘ及びｙと印されている。フアイ
バは点Ａ及びＢ間で角度θだけ急激なねじれをもち、点
Ｃ及びＤ間で同じ角度だけ、反対方向にねじれている。
最初のねじれの後の主軸は、ｘ′及びｙ′と印されてい
る。ねじれの全周期、すなわち点Ａ及びＥ間のフアイバ
は、Ltと印されている。周期Ltはビート長LBに等しい必
要があり、それはλ／σｎに等しい。ここで、Ｌは真空
波長で、σｎは二つの主軸間の屈折率差である。実際に
は、上の等しい関係から、わずかなずれが生じることが
ある。この条件は単一波長に対してのみ一般に満足され
ることが、当業者には理解されよう。
はなく、フアイバの集積化された一部として、フアイバ
の縦軸を中心とした角の、フアイバ主軸のねじれのよう
な周期的変動をもつ。集積化というのは、外部ストレス
又はフアイバ切断は、周期的変動を形成するためには用
いられないこと、すなわちこれらの変動はフアイバの一
部であることを意味するために用いられる。変動の周期
は、複屈折ビート距離に等しい。ビート距離は周波数と
ともに変化するから、このことは条件が少くとも一つの
周波数に対し満されることを意味することが理解され
る。ねじれは順に交互に異る方向になる。このことは第
３図を参照することにより、容易に理解される。この図
は本発明に従うフアイバの概略透視図である。ねじれ
が、急激であるように描かれており、以下でそのように
述べるが、好ましい実施例においては、それらは勾配を
もつていてもよい。しかし、本発明に従うデバイスの説
明は、急激なねじれを参照することにより、容易になる
と確信される。電磁波の伝搬方向は、矢印で示されてい
る。フアイバの主軸はｘ及びｙと印されている。フアイ
バは点Ａ及びＢ間で角度θだけ急激なねじれをもち、点
Ｃ及びＤ間で同じ角度だけ、反対方向にねじれている。
最初のねじれの後の主軸は、ｘ′及びｙ′と印されてい
る。ねじれの全周期、すなわち点Ａ及びＥ間のフアイバ
は、Ltと印されている。周期Ltはビート長LBに等しい必
要があり、それはλ／σｎに等しい。ここで、Ｌは真空
波長で、σｎは二つの主軸間の屈折率差である。実際に
は、上の等しい関係から、わずかなずれが生じることが
ある。この条件は単一波長に対してのみ一般に満足され
ることが、当業者には理解されよう。
描かれたデバイスの動作は、以下の考察から理解され
るであろう。最初、点Ａでｙ軸に沿つて偏向した光は、
ねじれには従わず、点Ｂにおいて、フアイバの両方の主
偏向軸が励起される。もし、部分Ｂ−Ｃの部分の長さ
が、複屈折長の２分の１であると、点Ｃにおける偏向状
態は、再び直線状であるが、新しいｙ′軸を通して、角
θだけ反射される。フアイバはＣ及びＤ間でねじれがそ
の最初の方向に戻され、それによつて点Ｄにおける電磁
波の直線偏光の方向が、最初の方向に対し、角度２θだ
け回転している。やはりビート長の半分である距離Ｄ−
Ｅの後、偏向は再び直線的になり、ｙ軸を通して反射さ
れる。Ｅ及びＦ間のねじれもまた、正味の回転を加え
る。Ｎ個の全ビート長の後、正味の回転はＮθである。
これにより、ｙ軸からｘ軸へ、以下の量だけ正味の変換
が生じる。
るであろう。最初、点Ａでｙ軸に沿つて偏向した光は、
ねじれには従わず、点Ｂにおいて、フアイバの両方の主
偏向軸が励起される。もし、部分Ｂ−Ｃの部分の長さ
が、複屈折長の２分の１であると、点Ｃにおける偏向状
態は、再び直線状であるが、新しいｙ′軸を通して、角
θだけ反射される。フアイバはＣ及びＤ間でねじれがそ
の最初の方向に戻され、それによつて点Ｄにおける電磁
波の直線偏光の方向が、最初の方向に対し、角度２θだ
け回転している。やはりビート長の半分である距離Ｄ−
Ｅの後、偏向は再び直線的になり、ｙ軸を通して反射さ
れる。Ｅ及びＦ間のねじれもまた、正味の回転を加え
る。Ｎ個の全ビート長の後、正味の回転はＮθである。
これにより、ｙ軸からｘ軸へ、以下の量だけ正味の変換
が生じる。
px＝posin22Nθ 及び py＝pocos22Nθ LtがLBに等しい波長において、部分当り積算される回転
は、位相整合と等価である。LtがLBに等しくない他の波
長の場合、各部分からの干渉と打ち消し効果が増すであ
ろう。従つて、正味の変換は減少する。
は、位相整合と等価である。LtがLBに等しくない他の波
長の場合、各部分からの干渉と打ち消し効果が増すであ
ろう。従つて、正味の変換は減少する。
一つの軸から他の軸への完全な変換が、典型的な場合
望ましいから、Ｎとθの選択は関連していることが、明
らかであろう。そのような変換に対しては一つ以上のＮ
の選択が可能である。以下で述べるように、Ｎの選択が
デバイスの帯域を決め、大きな値ほど帯域は狭くなる。
望ましいから、Ｎとθの選択は関連していることが、明
らかであろう。そのような変換に対しては一つ以上のＮ
の選択が可能である。以下で述べるように、Ｎの選択が
デバイスの帯域を決め、大きな値ほど帯域は狭くなる。
実際のフアイバ偏向回転器中での軸回転は、フアイバ
全体に沿つて分布しており、従つてθは実効角となり、
結合係数Ｋで扱うのが、より適切である。当業者にはよ
く知られている結合波表式は、回転器を説明するのに使
うと便利である。電界に対する全ねじれ周期Ltのそれぞ
れの効果は、マトリクスで記述され、最大パワー変換は
マトリクスの非対角線要素が最大になる時起る。
全体に沿つて分布しており、従つてθは実効角となり、
結合係数Ｋで扱うのが、より適切である。当業者にはよ
く知られている結合波表式は、回転器を説明するのに使
うと便利である。電界に対する全ねじれ周期Ltのそれぞ
れの効果は、マトリクスで記述され、最大パワー変換は
マトリクスの非対角線要素が最大になる時起る。
本発明に従うフアイバ回転器の場合、複屈折は典型的
な場合、結合係数よりはるかに大きく、実効角はK/σと
なる。同じ制限内で、σはＫよりはるかに大きく、最大
パワー変換は、ビート長Lpがねじれ周期Ltに等しくなる
波長において起る。また、ピークパワー変換点より十分
離れた波長において、偏向の状態は、フイルタには本質
的に影響を受けないことに注意すべきである。これらフ
イルタの帯域は、ほぼ周期部分の全数の逆数に等しい。
な場合、結合係数よりはるかに大きく、実効角はK/σと
なる。同じ制限内で、σはＫよりはるかに大きく、最大
パワー変換は、ビート長Lpがねじれ周期Ltに等しくなる
波長において起る。また、ピークパワー変換点より十分
離れた波長において、偏向の状態は、フイルタには本質
的に影響を受けないことに注意すべきである。これらフ
イルタの帯域は、ほぼ周期部分の全数の逆数に等しい。
偏向軸すなわち主軸の周期的振動は、フアイバ引張り
プロセス中、その縦方向軸の周囲に、プレフオームを振
動させることにより、実現するのが便利である。振動の
周波数は、明らかにフアイバ引張りの速度に関連してい
る。しかし、遅い引張り速度と複屈折の比較的低い値
は、高い速度及び高い複屈折より、幾分有利である。な
ぜならば、それらにより位相整合に必要な振動周波数が
非常に高くなるのが抑えられ、改善が困難になるのが抑
制されるからである。
プロセス中、その縦方向軸の周囲に、プレフオームを振
動させることにより、実現するのが便利である。振動の
周波数は、明らかにフアイバ引張りの速度に関連してい
る。しかし、遅い引張り速度と複屈折の比較的低い値
は、高い速度及び高い複屈折より、幾分有利である。な
ぜならば、それらにより位相整合に必要な振動周波数が
非常に高くなるのが抑えられ、改善が困難になるのが抑
制されるからである。
フアイバのねじれはプレフオーム振動の駆動振幅だけ
でなく、炉温度にも依存する。温度は十分高く、著しい
変形ねじれが、高温領域から短い距離の範囲内で起るこ
とが必要である。もし、フアイバを引張る温度が低すぎ
ると、フアイバは硬くなりすぎ、フアイバ全体がプレフ
オームに沿つて振動し、ねじれはフアイバ中にはほとん
ど導入されない。
でなく、炉温度にも依存する。温度は十分高く、著しい
変形ねじれが、高温領域から短い距離の範囲内で起るこ
とが必要である。もし、フアイバを引張る温度が低すぎ
ると、フアイバは硬くなりすぎ、フアイバ全体がプレフ
オームに沿つて振動し、ねじれはフアイバ中にはほとん
ど導入されない。
インラインフアイバ回転器の他の実施例も考案され、
そのような実施例の一つが、第４図中に断面図で描かれ
ている。フアイバはコア11、ストレス領域13及び基板15
から成る。斜線で印した引張つたばかりの部分17は、更
にデバイスプロセスを行うため、除去されている。フア
イバは長方形複屈折フアイバとよばれ、フアイバの一部
17が図示されているように除去されていることを除い
て、先に描かれたフアイバと、一般的には同様である。
除去された材料はコア又はストレス領域は含まず、その
ためコアに貫く電磁波は乱されないことに、注意する必
要がある。材料はエツチング、ポリシング又はサンドブ
ラストなど、周知の技術の中のいずれかにより、除去す
ればよい。斜線を施した領域19で示された余分の材料は
とり除いて、くぼみを形成する。この材料はフアイバの
一方の側に、ストレス領域の一部を含む。一つだけのく
ぼみが図示されているが、材料はこのようにして、ビー
ト波長の周期に等しい周期を有する距離で、周期的に除
去される。上部部分を除去すると、主軸の角がわずかに
乱れる。なぜならば、フアイバコアに働く力が、もはや
対称でないからである。除去される材料の量は、変動の
大きさに関連し、深いほど変動は大きくなる。主軸の変
動の大きさは、顕著な変動を与える大きさに比べ、その
一部だけが必要である。除去する必要のある材料の量
は、当業者には容易に確かめられる。
そのような実施例の一つが、第４図中に断面図で描かれ
ている。フアイバはコア11、ストレス領域13及び基板15
から成る。斜線で印した引張つたばかりの部分17は、更
にデバイスプロセスを行うため、除去されている。フア
イバは長方形複屈折フアイバとよばれ、フアイバの一部
17が図示されているように除去されていることを除い
て、先に描かれたフアイバと、一般的には同様である。
除去された材料はコア又はストレス領域は含まず、その
ためコアに貫く電磁波は乱されないことに、注意する必
要がある。材料はエツチング、ポリシング又はサンドブ
ラストなど、周知の技術の中のいずれかにより、除去す
ればよい。斜線を施した領域19で示された余分の材料は
とり除いて、くぼみを形成する。この材料はフアイバの
一方の側に、ストレス領域の一部を含む。一つだけのく
ぼみが図示されているが、材料はこのようにして、ビー
ト波長の周期に等しい周期を有する距離で、周期的に除
去される。上部部分を除去すると、主軸の角がわずかに
乱れる。なぜならば、フアイバコアに働く力が、もはや
対称でないからである。除去される材料の量は、変動の
大きさに関連し、深いほど変動は大きくなる。主軸の変
動の大きさは、顕著な変動を与える大きさに比べ、その
一部だけが必要である。除去する必要のある材料の量
は、当業者には容易に確かめられる。
除去された材料はまた、フアイバ複屈折も変えるが、
この不利益な効果は、デバイス中の張力又は温度によ
り、配慮してもよい。すなわち、デバイス中のフアイバ
の張力又は温度は変えてもよい。あるいは、フアイバの
設計を変えてもよい。フアイバに沿つて材料を周期的に
除去することは、フアイバの表面をマスクし、次に必要
な深さまで、フアイバをエツチング又はサンドブラスト
することにより、実現すると便利である。もし、エツチ
ングを用いるならば、エツチング孔を有する金属プレー
トを、マスクとして用いてもよい。偏向回転器としての
フアイバの動作は、この除去工程中、モニターしてもよ
いことが、容易に認識されるであろう。
この不利益な効果は、デバイス中の張力又は温度によ
り、配慮してもよい。すなわち、デバイス中のフアイバ
の張力又は温度は変えてもよい。あるいは、フアイバの
設計を変えてもよい。フアイバに沿つて材料を周期的に
除去することは、フアイバの表面をマスクし、次に必要
な深さまで、フアイバをエツチング又はサンドブラスト
することにより、実現すると便利である。もし、エツチ
ングを用いるならば、エツチング孔を有する金属プレー
トを、マスクとして用いてもよい。偏向回転器としての
フアイバの動作は、この除去工程中、モニターしてもよ
いことが、容易に認識されるであろう。
一主軸からもう一方へのパワー変換の波長依存性を、
同調可能な色素レーザを用いて、実際のデバイスについ
て調べた。デバイスに用いたフアイバは124μｍの直径
を有する円形で、560nmより長波長の基本モードのみを
維持した。コアはシリカで、ストレスクラツド及び外部
クラツドは、それぞれボロシリケート及びフロロシリケ
ートであつた。ねじれ周期は1.48cmで、屈折率差で表さ
れるフアイバ複屈折度は4.04×10-5であつた。色素レー
ザはアルゴンイオンレーザによりポンピングされ、550
ないし630nmの範囲の波長で同調できた。フアイバ入力
の主軸は色素レーザの直線偏向の方向に整合するよう
に、向いていた。入力偏向器により、入力偏向の微調整
が可能になつた。測定は入力偏向軸と平行及び垂直の両
方に出力偏向器を用いて行つた。フアイバはまた歪のた
めに局部的な複屈折を修正する鋭い曲りを避けるよう
に、配置した。第５図は二つの異なるフアイバ長に対す
るフアイバ偏向回転器の場合のスペクトルを示す。波長
はnm単位で水平軸にプロツトされ、変換効率はパーセン
トで、垂直にプロツトされている。曲線（ａ）は170cm
のフアイバ長の場合の変換効率で、曲線（ｂ）は100cm
のフアイバ長の場合である。最大効率の波長は613.7nm
で、パワー半値幅は曲線（ａ）のフアイバの場合4.8nm
であり、曲線（ｂ）のより短い波長は、より低い変換効
率と、7.9nmのパワー半値幅を有する。ピーク波長も曲
線（ｂ）の場合には、0.5nmシフトしている。予想され
るように、帯域は周期数とともに変化することに注意す
る必要がある。100パーセント変換に必要な長さを越え
ると、ピーク変換は減少し、側方極大が増し、スペクト
ルは狭くなる。
同調可能な色素レーザを用いて、実際のデバイスについ
て調べた。デバイスに用いたフアイバは124μｍの直径
を有する円形で、560nmより長波長の基本モードのみを
維持した。コアはシリカで、ストレスクラツド及び外部
クラツドは、それぞれボロシリケート及びフロロシリケ
ートであつた。ねじれ周期は1.48cmで、屈折率差で表さ
れるフアイバ複屈折度は4.04×10-5であつた。色素レー
ザはアルゴンイオンレーザによりポンピングされ、550
ないし630nmの範囲の波長で同調できた。フアイバ入力
の主軸は色素レーザの直線偏向の方向に整合するよう
に、向いていた。入力偏向器により、入力偏向の微調整
が可能になつた。測定は入力偏向軸と平行及び垂直の両
方に出力偏向器を用いて行つた。フアイバはまた歪のた
めに局部的な複屈折を修正する鋭い曲りを避けるよう
に、配置した。第５図は二つの異なるフアイバ長に対す
るフアイバ偏向回転器の場合のスペクトルを示す。波長
はnm単位で水平軸にプロツトされ、変換効率はパーセン
トで、垂直にプロツトされている。曲線（ａ）は170cm
のフアイバ長の場合の変換効率で、曲線（ｂ）は100cm
のフアイバ長の場合である。最大効率の波長は613.7nm
で、パワー半値幅は曲線（ａ）のフアイバの場合4.8nm
であり、曲線（ｂ）のより短い波長は、より低い変換効
率と、7.9nmのパワー半値幅を有する。ピーク波長も曲
線（ｂ）の場合には、0.5nmシフトしている。予想され
るように、帯域は周期数とともに変化することに注意す
る必要がある。100パーセント変換に必要な長さを越え
ると、ピーク変換は減少し、側方極大が増し、スペクト
ルは狭くなる。
主軸の回転角は評価できる。なぜならば、100パーセ
ント変換の場合、2Nθ＝π/2であるからである。実際の
ねじれはほぼ正弦状で、急峻及び均一なねじれの場合そ
れぞれで、0.4度ないし0.6度の角となる。
ント変換の場合、2Nθ＝π/2であるからである。実際の
ねじれはほぼ正弦状で、急峻及び均一なねじれの場合そ
れぞれで、0.4度ないし0.6度の角となる。
最大変換の波長は温度を変えるか、フアイバを軸方向
に伸すことにより、同調させることができる。これらの
変化により、フアイバの複屈折特性が変り、従つて複屈
折ビート長が変る。
に伸すことにより、同調させることができる。これらの
変化により、フアイバの複屈折特性が変り、従つて複屈
折ビート長が変る。
第６図は本発明に従う光デバイスを示す。描かれたデ
バイスは、偏向回転器111及び偏向スプリツタ113から成
り、それらはたとえば傾斜屈折率レンズ115により、相
互に光学的に結合されている。他の結合手段もまた用い
ることができた。ω１及びω２として示された周波数に
おける放射は、たとえば光フアイバの波長を通して、回
転器上に入射する。偏向状態は、矢印で示されている。
第２の周波数ω２における放射の偏向状態は、90度回転
され、一方第１の周波数ω１における偏向状態は変らな
い。放射が偏向スプリツタ113上に入射した時、一波長
ω１は透過し、第２の波長ω２は図示されるように分離
される。偏向スプリツタは当業者には周知であり、これ
以上説明する必要はない。
バイスは、偏向回転器111及び偏向スプリツタ113から成
り、それらはたとえば傾斜屈折率レンズ115により、相
互に光学的に結合されている。他の結合手段もまた用い
ることができた。ω１及びω２として示された周波数に
おける放射は、たとえば光フアイバの波長を通して、回
転器上に入射する。偏向状態は、矢印で示されている。
第２の周波数ω２における放射の偏向状態は、90度回転
され、一方第１の周波数ω１における偏向状態は変らな
い。放射が偏向スプリツタ113上に入射した時、一波長
ω１は透過し、第２の波長ω２は図示されるように分離
される。偏向スプリツタは当業者には周知であり、これ
以上説明する必要はない。
第７図は本発明に従うマルチプレクサを概略的に示
す。マルチプレクサは本発明に従い、光デバイス71、73
及び75を含む。デバイス71及び73は73及び75と同様、手
段74及び76により、それぞれ相互に結合されている。た
とえば、手段74及び76は光導波路又は光フアイバでよ
い。71に入射する光は、ω１と示されている。ω２と示
されている光も、デバイス71上に入射する。光フアイバ
のような手段で、複数の周波数でデバイスに放射を導入
させてもよい。ω２において位相整合の条件が満された
時、その周波数における放射も、デバイス中に結合さ
れ、マルチプレクシングが起る。ω３及びω４と示され
た放射に対するデバイス73及び75の動作は、同様であ
る。もし矢印の方向を逆にするならば、マルチプレクシ
ングではなくデマルチプレクシングが起るであろうこと
は、当業者には容易に認識されよう。すなわち、デバイ
ス75は周波数ω４等において、放射を分離する。
す。マルチプレクサは本発明に従い、光デバイス71、73
及び75を含む。デバイス71及び73は73及び75と同様、手
段74及び76により、それぞれ相互に結合されている。た
とえば、手段74及び76は光導波路又は光フアイバでよ
い。71に入射する光は、ω１と示されている。ω２と示
されている光も、デバイス71上に入射する。光フアイバ
のような手段で、複数の周波数でデバイスに放射を導入
させてもよい。ω２において位相整合の条件が満された
時、その周波数における放射も、デバイス中に結合さ
れ、マルチプレクシングが起る。ω３及びω４と示され
た放射に対するデバイス73及び75の動作は、同様であ
る。もし矢印の方向を逆にするならば、マルチプレクシ
ングではなくデマルチプレクシングが起るであろうこと
は、当業者には容易に認識されよう。すなわち、デバイ
ス75は周波数ω４等において、放射を分離する。
引張り工程中プリフオームを振動させること以外の、
インライン・フアイバフイルタを製作する方法について
も考える。たとえば、1.06μｍにおいて放射するCO2レ
ーザのようなレーザを、垂直方向に掛けられ、相互にね
じられたガラス板の対に固着されたフアイバの短い部分
に、焦点を合わせてもよい。フアイバは局部的に軟化点
まで加熱され、熱はフアイバを柔かくし、巻きをほど
く。フアイバは局部のみが加熱されているから、ねじれ
は加熱部分のみで全体的に和らげられ、フアイバは加熱
領域の上下では直線のままである。複数のねじれをその
ように発生させてもよいことは、明らかである。
インライン・フアイバフイルタを製作する方法について
も考える。たとえば、1.06μｍにおいて放射するCO2レ
ーザのようなレーザを、垂直方向に掛けられ、相互にね
じられたガラス板の対に固着されたフアイバの短い部分
に、焦点を合わせてもよい。フアイバは局部的に軟化点
まで加熱され、熱はフアイバを柔かくし、巻きをほど
く。フアイバは局部のみが加熱されているから、ねじれ
は加熱部分のみで全体的に和らげられ、フアイバは加熱
領域の上下では直線のままである。複数のねじれをその
ように発生させてもよいことは、明らかである。
ねじれの距離を変えてもよいことに、注意すべきであ
る。加えて、本発明に従う２個の回転器は、変動のない
フアイバでよいドリフト長により、結合してもよい。変
動の距離は、センチメートル以下と小さくしてもよい。
る。加えて、本発明に従う２個の回転器は、変動のない
フアイバでよいドリフト長により、結合してもよい。変
動の距離は、センチメートル以下と小さくしてもよい。
第１図は典型的な複屈折光フアイバの概略断面図、 第２図は第１図に描かれた複屈折光フアイバの断面にお
ける屈折率の変化をプロツトした図、 第３図は本発明に従うフアイバ偏向回転器の概略図、 第４図は本発明に従うもう一つのフアイバ偏向回転器を
示す図、 第５図は二つのフアイバ長を有する本発明に従うデバイ
スの垂直軸への一主軸からのパワー変換をプロツトした
図、 第６図及び第７図は偏向回転器を用いた本発明に従う二
つのデバイスの概略図である。 〔主要部分の符号の説明〕 光フアイバ……１ くぼみ……19
ける屈折率の変化をプロツトした図、 第３図は本発明に従うフアイバ偏向回転器の概略図、 第４図は本発明に従うもう一つのフアイバ偏向回転器を
示す図、 第５図は二つのフアイバ長を有する本発明に従うデバイ
スの垂直軸への一主軸からのパワー変換をプロツトした
図、 第６図及び第７図は偏向回転器を用いた本発明に従う二
つのデバイスの概略図である。 〔主要部分の符号の説明〕 光フアイバ……１ くぼみ……19
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロジヤーズ ホール ストーレン アメリカ合衆国 07760 ニユージヤー シイ，モンマウス，ラムソン，ウオータ ーマン アヴエニユー 77 (56)参考文献 特開 昭54−92766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−111646（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−7202（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (6)
- 【請求項１】横方向の主軸とコアを通る光軸とを有する
複屈折性単一モード光ファイバからなり、該光ファイバ
には複屈折性ビート長とほぼ等しい長さの領域を単位と
する前記主軸の周期的変動が内在する光デバイス製造方
法において、 プリフォームからの前記光ファイバの線引きの間に、前
記複屈折性ビート長のほぼ半分の間隔毎に、前記光軸の
周りに前記光ファイバを交互に所定角度回転させ、該回
転により前記周期的変動は前記主軸が前記光軸を中心に
交互に所定角度回転するように設定されることを特徴と
する光デバイス製造方法。 - 【請求項２】横方向の主軸とコアを通る光軸とを有する
複屈折性単一モード光ファイバからなり、該光ファイバ
には複屈折性ビート長とほぼ等しい長さの領域を単位と
する前記主軸の周期的変動が内在する光デバイス製造方
法において、 前記光ファイバの複屈折性ビート長のほぼ半分の間隔毎
に前記光ファイバを加熱し、該加熱位置で前記光軸の周
りに前記光ファイバを交互に所定角度回転させ、該回転
により前記周期的変動は前記主軸が前記光軸を中心に交
互に所定角度回転するように設定されることを特徴とす
る光デバイス製造方法。 - 【請求項３】少なくとも一つのストレス領域と、横方向
の主軸と、コアを通る光軸とを有する複屈折性単一モー
ド光ファイバからなり、該光ファイバには複屈折性ビー
ト長とほぼ等しい長さの領域を単位とする前記主軸の周
期的変動が内在する光デバイス製造方法において、 前記ストレス領域中へ延びるくぼみを前記領域のほぼ半
分に形成し、該くぼみにより前記周期的変動は前記主軸
が前記光軸を中心に交互に所定角度回転するように設定
されることを特徴とする光デバイス製造方法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
光デバイス製造方法において、 前記光ファイバの回転は、急峻であること又はなだらか
であることから選択されることを特徴とする光デバイス
製造方法。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項に記載の光デバイス
製造方法において、 前記光ファイバの回転は、前記光ファイバの線引き処理
中に前記プリフォームを振動させることで与えられるこ
とを特徴とする光デバイス製造方法。 - 【請求項６】特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項
のいずれかに記載の光デバイス製造方法において、 前記複屈折ビート長は、前記光軸方向の延伸により変化
させることを特徴とする光デバイスの製造方法。
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