JP2594574B2 - 光学偏光調整器 - Google Patents

光学偏光調整器

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JP2594574B2
JP2594574B2 JP62225423A JP22542387A JP2594574B2 JP 2594574 B2 JP2594574 B2 JP 2594574B2 JP 62225423 A JP62225423 A JP 62225423A JP 22542387 A JP22542387 A JP 22542387A JP 2594574 B2 JP2594574 B2 JP 2594574B2
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/095Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、通過する光学ビームの偏光状態を変える
ため導波構造体(wave−guide structure)を有し、光
学ビームのTEおよびTMモードの結合定数を変え、これら
モードの伝播定数βTEとβTMの差Δβを変えるための装
置を具えた光学偏光調整器(optical polarization reg
ulator)に関するものである。
かかる装置はドイツ国特許公開公報第3600458号に公
知で、光学ビームの偏光状態を明確に変えるよう作用す
る。より特別には線形に偏光された光が与えられた偏光
を有する楕円形に偏光された光に変換される。好適に
は、ストリップ形導波路(wave−guide)の形態でのか
かる要素は電気通信技術でのヘテロダイン受信に要求さ
れる。それら周波数が互いに中間周波数だけ異なる2つ
の光学ビームは、可能な限り互いに等しい量(tot)で
偏光の状態が重ねられねばならぬ。おなじ周波数のビー
ム(中間周波数零)が重ねられる場合にもおなじことが
適用される。両ビームに関して等量であることが直交平
面で導波されるTMおよびTEモードの商(quotient)に要
求されるもにならず、また2つのモードのそれぞれの位
相差は等しくあらねばならない。一般に、このことは2
つのビームのうちの1つ、例えば局部発振器のビームの
偏光状態の調整によってのみ到達され、それは光学路を
介してやってくるビームの時間とともに変化する偏光の
状態に適合される。再調整しないと、中間周波数信号の
強度の変動が得られるだろう(またElectronic Letters
1985,Vol.21,p.78 7−788を参照されたい)。
冒頭に述べた種類の公知のモノリシック要素では、一
方ではKそして他方ではΔβが、複雑な構成を有し電気
電圧に適用される異なった電極系を介して個々に調整さ
れ得る電気光学要素が導波構造体として作用する。
本発明の目的は冒頭に述べた種類の別の構成を有する
装置を提供せんとするものである。
この目的は、導波構造体が磁気光学要素であり、前記
結合定数が導波構造体上で作用する制御可能な磁界によ
り可変とされるとともに、前記伝播定数の差が導波構造
体上に作用する制御可能な機械的変形力により可変とさ
れることで達成される。
本発明に関わる偏光調整器はストリップ形の導波路と
してより複雑性の少ない要素を備えている。この要素の
ため単一の本体でKの調整のみならずΔβの調整もまた
特許請求の範囲第1項に記載の方法で可能である。
磁気光学要素用に適した層材料は一体化された光学系
の他の要素にとっても必要であるから、本発明に関わる
偏光調整器は簡単な手法でより特別にはアイソレータの
ような他の公知の光学要素と組合わされてもよい。
位相差Δβの調整用に要求される圧力は他の手法で光
学導波構造体に印加されることができる。
正規の条件では、機械的応力は全磁気光学導波路にわ
たって一様であるという注意がはらわれねばならぬ。し
かしながら、特殊の効果を得るために、層表面に非一様
に作用する機械的力をひきおこすのが有利なこともあ
る。
正のまたは負のみの圧力を適用するだけでなく、正の
圧力と負の圧力両方を適用することで制御範囲を拡大す
ることも有利である。
この関係での有利な解は、機械的変形力が導波構造体
に作用する曲げモーメントにより発生されることを特徴
とするものである。
それはまた機械的変形力がダイを介して層平面に垂直
に作用することで可能である。
正確な微細なステップの調整が簡単な手法で得られる
特殊な簡潔な解は、ピエゾ要素が磁気光学導波構造体の
層へ直接に接続し、より特別には固着されることを特徴
とするものである。
本発明に使用される磁気光学要素の好適な構成は、純
粋なまたは(例えば鉛/ビスマス/ガリウムの)置換型
稀土類/鉄/ガーネットを基礎とした別の層が純粋のま
たは置換型ガドリニウム/ガリウム/ガーネット(GG
G)からなる基板にエピタキシャルに付加されるもので
ある。吸収層が基板層ならびに/またはより上の表面層
に適用されるのは効果的である。
より上のより下の表面層の屈折率は中間の導波層のそ
れよりより低くなければならない。
結合定数Kの制御は、光学ビームの方向に作用するそ
の成分が変えられる磁界の適用により公知の手法(ドイ
ツ特許公開公報第1529374号参照)で効果的に処理され
る。
レーザ光源用に要求される光学アイソレータを具える
偏光調整器の特に有利な組合わせは、その偏光調整器が
共通の基板本体上でほぼ同じ層構造体を有する光学アイ
ソレータに接続されて得られるものである。
加うるに導波路の部分はアイソレータと偏光調整器間
の偏光子として構成される。
偏光調整器のアイソレータの機械的解結合は組合わさ
れた構成群がそれらの間にあって光学ビームの方向と直
角に延在する刻み目により結合が解かれるということで
有利に得られる。
偏光調整器に適用される磁界によるアイソレータの影
響は遮蔽により防止することができ、それはくぼみが強
磁性遮蔽積層により掛合されるということで特に効果的
な手法で、それらの高い磁気透磁性が漏洩磁界を収集す
るということで到達される。
本発明が容易に実施されるよう添付図面を参照し実施
例により本発明をより詳細に説明する。
第1図において、送信機端で通信信号で符号化された
波長λ〜λを有する送信ビームは、各時間に光学ア
イソレータ1からnを介して共通の光学伝送路5へと通
過させられる。アイソレータは普通半導体レーザーとし
て構成される送信光源に光がもどって擾乱されるのを防
止する。
受信機端では送信ビームに重畳される波長λの局部
発振器の光ビームが存在し、その周波数は選択して受信
されるビームとの差周波数が光検出器4の電気出力信号
を得る受信機回路(図示されず)が同調される中間周波
数に正確に対応するような値に調整される。
局部発振器のビームは光学アイソレータ6を次にさら
に偏光調整器7を通過させられる。偏光調整器7により
局部発振器ビームの偏光状態は受信機端に到達する受信
ビームの時間とともに変動する偏光状態にに適合させら
れる。
偏光調整器7は磁気光学要素を具え、その要素は公知
の手法で構成され装置はその要素と関連づけられ一方で
はKを他方ではΔβを明確に調整する。磁気光学要素は
導波路で、その光学的性質は磁界と機械的応力により変
化させられる。
実際には固有のファラデー回転に対応する結合定数K
は、導波路での光伝播方向に対する磁界の方向により公
知の手法で調整され得る。磁界の量は導波路の磁気光学
材料を飽和に維持するためある与えられた最小の力を常
に持たねばならぬ。ファラデー効果のためのそれ故にモ
ード間の結合のための決定的な因子は磁界の成分のみ
で、それは導波路の光の伝播方向に能動的である。Kmax
を最大結合定数、αを磁界と光の伝播方向間の角度とす
ると、値Kmaxと−Kmax間関係Kmax cos αに従って結合
定数Kは調整され得る。
TMおよびTEモードの伝播定数βTMとβTEの差Δβは磁
気光学要素の導波路に外から印加される機械的応力によ
り本発明に従って調整され得る。
第2図は機械的応力を印加する装置の実施例を線図的
に示す。基板8と導波層9を具える導波構造体は剛性の
ハウジング(housing)10のなかに配列されている。ピ
エゾ要素11の手段により、機械的な圧縮力がダイ12を介
して特に図面の平面に直角に延在し導波層に埋めこまれ
ている光導電ストリップに印加される。変形のために要
求される応力は光導電領域13で指向的に発生されるか
ら、ピエゾ要素11は比較的小さな力の発生のみでよい。
曲げモーメントの手段により、圧縮または引張り応力
が第3図よりわかるように印加され、第3図では好適な
とくに簡潔な構成が示されている。もし曲げの力が導波
構造体で矢印14および15の方向に作用すると、圧縮応力
が導波路ストリップ13で層表面に平行に発生され、参照
番号16は応力のない中性層を破線で示している。圧縮応
力は層9の平面に直角にはストリップ13の材料にあたか
もこの垂直方向に引張り力が作用したごとき膨脹を与え
る。方向17と18に作用する力が、反対に引張り応力がス
トリップ13に発生し、その応力は層9の平面に直角には
ストリップ13に圧縮を与える。正の最大値から負の最大
値への機械的応力の変化に基づいてΔβは広範囲に変化
する。これはその電極に印加される電圧により凹面にま
たは凸面になるように曲げ可能な公知の構成のピエゾ要
素11によって効果的になされる。
本発明に特に適した導波構造体はエピタキシャル層付
き本体である。第1には約3μmの厚さを有するC0−YI
Gのより下の高い吸収層が約0.5μmの厚みを有するGGG
基板層8に付加される。この層の上に約4μmの厚みを
有するより特別には鉛置換型イットリウム−鉄−ガーネ
ット(YIG)のより下の表面層が配列される。約6μm
厚の純粋のまたは置換型のYIGの導波層13はこの層とよ
り下の表面層に等しいより上の表面層との間に埋めこま
れる。表面層9の屈折率は導波層13の屈折率よりわずか
に低い。
別の高い吸収層がより上の表面層の上に配列され、こ
の場合より下の吸収層は免除されてもよい。
第4図に線図的に示される装置では、アイソレータ6
と偏光調整器7が共通に製作される磁気光学要素の部分
として構成される。破線19または20の領域での断面が第
5図に図示され、そこには第3図示の層順次に加うるに
吸収層21とピエゾ要素を有する曲げ装置22(線図的にの
み図示されている)がみられる。
アイソレータ6と偏光調整器7について、相互に独立
の曲げ装置22が備えられるべきで、それらは各時間にそ
れらと関連した構成的グループのみに作用する。構成的
グループの機械的結合をより十分に解くために、それら
の間に形成されるくぼみ23と24が強磁性遮蔽積層25によ
って掛合され、その積層23は偏光調整器7へ作用する磁
界の漏洩線がアイソレータ6へ適用されるのを防げる。
幅の削減した所で、導波層13には金属でおおった層26
が設けられ、その結果偏光子の効果がそこで得られる。
環状コイル27と28が光の伝播方向に磁界の発生を示し
ており、それにより材料は磁気的に飽和される。この磁
界はまた永久磁石によって発生される。コイルの使用
で、ファラデー効果の微調が電流の制御で得られる。
アイソレータと関連するピエゾ装置22の力の効果の手
段により、値Δ=β=0がアイソレータに関して維持さ
れる(位相整合) 偏光調整器7と関連したピエゾ装置22の手段により、
反対に任意の値βがある制限内でこの領域で調整可能で
ある(位相同調)。
偏光調整器7の結合係数Kは磁界を電気的に発生する
ことで要求される値に調整される。層本体と共軸に整列
される環状コイル29と30は導波層13の方向に磁界成分を
発生し、一方横方向環状コイル31と32はそれと直角にそ
の層の平面方向に成分を発生する。結合定数Kは導波層
13の方向に関するこれら2つの磁界成分から形成される
結果の磁界方向の角度に依存する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、異なった波長の送信光選択へテロダイン受信
用の装置を示し、 第2図は、調整可能な圧力がピエゾ要素により発生され
る本発明に関する磁気光学要素の線図的断面図を示し、 第3図は、ピエゾ要素に掛合することにより発生される
曲げモーメントによる所望の変形力を発生する特に有利
な可能性を示し、 第4図は、本発明に関する光学アイソレータと偏光調整
器のモノリシックユニットの平面図を示し、 第5図は、第4図示装置の断面図を示す。 1……光学アイソレータ、4……光検出器 5……光学伝送路、6……アイソレータ 7……偏光調整器、8……基板 9……導波層、10……ハウジング 11……ピエゾ要素、12……ダイ 13……導波路ストリップ、21……吸収層 22……曲げ装置、23,24……くぼみ 25……強磁性遮蔽積層、26……偏光子 27,28,29,30,31,32……環状コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルケ・ベッチィナ・プロス ドイツ連邦共和国 2000 ハンブルク 61シェールリンク14 (72)発明者 ゲルト・ラーベ ドイツ連邦共和国 2080 ピンネベルク ニーランド22 (72)発明者 ウォルフガング・フランツ・マリア・ト ルクスドルフ ドイツ連邦共和国 2082 トルネッシュ ケーニヒベルゲルシュトラーセ34 (72)発明者 マンフレッド・ブルノ・ツィンケ ドイツ連邦共和国 2000 ハンブルク 76 レイセスベーク10 (56)参考文献 特開 昭51−43949(JP,A) 特開 昭56−85728(JP,A)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通過する光学ビームの偏光状態を変えるた
    め導波構造体を有し、光学ビームのTEおよびTMモードの
    結合定数を変え、これらモードの伝播定数βTEとβTM
    差Δβを変えるための装置を具えた光学偏光調整器にお
    いて、導波構造体が磁気光学要素(8,9,13)であり、結
    合定数Kが導波構造体(8,9,13)に作用する制御可能な
    磁界により可変とされるとともに、前記差Δβが導波構
    造体に作用する制御可能な機械的変形力により可変とさ
    れることを特徴とする光学偏光調整器。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の調整器にお
    いて、機械的変形力が導波構造体(8,9,13)に作用する
    曲げモーメントにより発生させられることを特徴とする
    光学偏光調整器。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項に記載
    の調整器において、機械的変形力がダイ(12)を介して
    層平面に垂直に作用することを特徴とする光学偏光調整
    器。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第2項に記載の調整器にお
    いて、ピエゾ要素(11)が磁気光学導波構造体の層
    (8)へ直接に接続し、より特別には固着されることを
    特徴とする光学偏光調整器。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項から第4項いずれか
    に記載の調整器において、導波路がより特別にはガドリ
    ニウム−ガリウム−ガーネットを基礎とした純粋のまた
    は置換型の基板(8)を有し、それに純粋のまたは(例
    えば鉛−、ビスマス−、ガリウムの)置換型稀土類/鉄
    /ガーネットを基礎とした別の層(9,13,21)がエピタ
    キシャルに付加されることを特徴とする光学偏光調整
    器。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲第5項に記載の調整器にお
    いて、吸収層(21)が基板層(8)ならびに/またはよ
    り上の表面層に付加されることを特徴とする光学偏光調
    整器。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第1項から第6項いずれか
    に記載の調整器において、それが共通の基板本体(8)
    上でほぼ同じ層構造を有する光学アイソレータ(6)に
    接続されることを特徴とする光学偏光調整器。
  8. 【請求項8】特許請求の範囲第7項に記載の調整器にお
    いて、偏光子(26)がアイソレータ(6)と偏光調整器
    (7)の間に組込まれていることを特徴とする光学偏光
    調整器。
  9. 【請求項9】特許請求の範囲第7項または第8項に記載
    の調整器において、その組合わされた構成群はそれらの
    間にあって光学ビームの方向と直角に延在する刻み目に
    より結合が解かれることを特徴とする光学偏光調整器。
  10. 【請求項10】特許請求の範囲第9項に記載の調整器に
    おいて、その刻み目が高い透過性遮蔽積層により掛合さ
    れることを特徴とする光学偏光調整器。
JP62225423A 1986-09-10 1987-09-10 光学偏光調整器 Expired - Lifetime JP2594574B2 (ja)

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DE19863630741 DE3630741A1 (de) 1986-09-10 1986-09-10 Optischer polarisationsregler mit einer wellenleiterstruktur
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JPS63113405A JPS63113405A (ja) 1988-05-18
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