JP2737030B2 - 陽子交換導波路デバイスの偏光消光比を改善するための空間フィルタ - Google Patents

陽子交換導波路デバイスの偏光消光比を改善するための空間フィルタ

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JP2737030B2 JP8501203A JP50120395A JP2737030B2 JP 2737030 B2 JP2737030 B2 JP 2737030B2 JP 8501203 A JP8501203 A JP 8501203A JP 50120395 A JP50120395 A JP 50120395A JP 2737030 B2 JP2737030 B2 JP 2737030B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陽子交換偏光子に関し、特に空間フィルタ
を用いて反射光を遮断するための陽子交換偏光子に関す
る。
発明の背景 陽子交換（PE）法を用いて作られた光導波路には、独
特の性質がいくつかある。陽子交換のプロセスは、異常
光軸だけしか屈折率を増加させず、そのために１つの偏
光状態しかガイドしない。他の偏光状態はガイドされ
ず、最終的には除去される。このような性質があるた
め、陽子交換導波路デバイスは必然的に非常に高性能の
偏光子（60dB以上）として用いられることになる。さら
に、この性質のため、陽子交換導波路デバイスは、光フ
ァイバジャイロ（FOG）の製造に使用される多機能チッ
プ用として、非常に魅力的な存在になっている。
英国特許出願第GB ２ 223 860A号には、Ｙジャン
クション及び迷走放射を捕捉し、吸収するための機構を
有する集積光導波路が記載されている。また、迷走放射
を導波路の光回路に再結合し、変調し、復調して、検出
回路から迷走放射によって生じた誤差成分を除去するた
めの機構も記載されている。オプティクスレターズ（Op
tics Letters）Vol.13,No.2収載の「陽子交換法により
LiNbO3中に形成した低損失高消光比偏光子（Low−loss
high−extinction polarizer fabricated in LiN
bO3 by proton exchange）」という名称の論文に
は、陽子交換法と共にチタン注入拡散法を用いて形成さ
れた偏光子の特性が記載されている。
発明の概要 本発明は、不必要なモードの光のクロスカップリング
を一体化された空間フィルタによって減少させる陽子交
換偏光子を提供するものである。本発明の空間フィルタ
においては、LiNbO3またはLiTaO3で形成された基板のよ
うな光透過性基板が、ガイドされないのTMモードの光を
反射する底面を有する。光は入力ファイバから発する。
入力ファイバは、基板の一端に接続されており、基板の
他端には、ガイドされたTEモードの光を受け取る出力フ
ァイバが接続されている。基板の底面は、ガイドされな
いのTMモード光を出力ファイバに結合する。この結合
は、光ファイバジャイロのような各種の偏光子の用途に
おいては好ましくない。基板の消光比は、空間フィルタ
を組み込むことによって改善することができる。空間フ
ィルタは、偏光子の底面に関して光の一次反射位置に置
く。他の実施形態においては、消光比をさらに改善する
ために、空間フィルタを二次反射点に設けることも可能
である。空間フィルタは、ソー切削、エッチング、ダイ
ヤモンド機械加工、ミクロ機械加工、あるいはレーザ機
械加工のような物理的方法または化学的方法によってバ
リアができているかどうかにより、基板の内部またはま
たは底面に配置する。空間フィルタは、ガイドされない
TMモードの光の伝播を阻止するよう作用する。
本発明のその他の目的、特徴及び長所については、当
業者であれば実施形態の説明、特許請求の範囲及び添付
図面により明らかになると考えられ、添付図面中同じ参
照符号は土曜の構成要素・部分を指示する。
図面の簡単な説明 以下、本発明を図面に示す一実施形態により例示説明
する。
図1Aは、陽子交換偏光子の概略側面図で、クロストー
クの仕組みが示されている。
図1Bは、陽子交換偏光子の概略上面図で、クロストー
クの仕組みが示されている。
図２は、本発明の方法を用いることによって偏光消光
比が改善されることを示すグラフである。
図３は、本発明の一体化された空間フィルタにおける
陽子交換偏光子クロスカップリング除去方法及び装置を
示す概略図である。
図4Aは、ガイドされないTMモードの一次反射を示す概
略図である。
図4Bは、ガイドされないTMモードの二次反射を示す概
略図である。
図5Aは、ダイシングソーで基板底面にスロットを切る
ことによって得られる空間フィルタを示す斜視図であ
る。
図5Bは、ダイシングソーを用いて得られる空間フィル
タの側面図である。
図6Aは、ミクロ機械加工またはダイヤモンド研削によ
って基板底面に穴を設けることにより得られる空間フィ
ルタの斜視図である。
図6Bは、ダイヤモンド研削またはミクロ機械加工によ
って得られる空間フィルタを示す側面図である。
図7Aは、溝を有する基板の概略底面図である。
図7Bは、ミクロ機械加工またはエッチングで形成され
た溝を有する基板の斜視図である。
図８は、ガイドされないTM光を反射防止層に吸収する
ために用いられる基板底面上の反射防止コーティングを
示す斜視図である。
発明の実施形態の詳細な説明 まず、クロストークのある陽子交換偏光子の概略図を
示す図1Aを参照して説明する。陽子交換偏光子10は、Li
NbO3またはLiTaO3材の光透過性基板16よりなる。陽子交
換偏光子10は、さらに、光ファイバ12用の入力カップリ
ングであるガラスフェルール20及び出力ファイバに接続
されたガラスフェルール22を有する。光ファイバ12は、
TEモード24及びTMモード26を共に含む光を受け取る。TE
モード24は光波の電気成分からなり、TMモード26は光波
の磁気成分からなる。TEモード光34は、大部分が陽子交
換導波路18によって光透過性基板16中をガイドされる。
光が光ファイバ12から出る時には、TMモード26はガイド
されないTMモード30になる。TEモード24は、陽子交換導
波路導波によってガイドされたTEモード光32になる。
ガイドされないTMモード光30は、光透過性基板16中を
伝播する。偏光子中で反射するガイドされないTMモード
光の一部は外に逃げる。反射角28は、各特定実施形態の
寸法、特にガラスフェルール20とガラスフェルール22と
の間の距離によって決まる。
TMモード、すなわちガイドされない光は、破線で示す
ように、基板16の底面17で反射し、光ファイバ14を通っ
て基板の外に出る。この反射されたガイドされないTMモ
ード光36は、光ファイバジャイロのような様々な用途に
おいて望ましくない。
陽子交換導波路デバイスの開発中に、一部の装置は、
予期したような非常に高い消光比（60dB以上）を持たな
いということが分かった。また、偏光子の消光比は装置
の長さと共に小さくなるということも明らかになった。
いろいろな装置について研究した結果、クロストークの
仕組みは、導波路18によってガイドされずにウェーハ16
の底面17で反射されるTM光30にあるという結論が得られ
た。反射TM光36を、次に出力ファイバ14によって集光し
た。偏光子の長さが大きいほど、反射角が小さくなっ
て、この集光量が増大すると考えられた。この理論を確
認するために、長さの異なるいくつかの偏光子について
測定を行った。
次に、図２を参照すると、この図には、本発明の陽子
交換偏光子における消光比の改善効果をプロットしたグ
ラフが示されている。一実施形態においては、消光比は
40dBから57dBに改善された。
次に、図３を参照する。この図には、一体化された空
間フィルタ34を基板16aに配置した陽子交換偏光子11が
示されている。基板16aは、図１に示すのと同様に、光
ファイバ12とフェルール20で接続され、光ファイバ14と
フェルール22で接続されている。基板16aは、陽子交換
導波路18が組み込まれている。ガイドされないTMモード
光30は、図１の場合同様に、光透過性の基板16a中を伝
播するが、基板16aに組み込まれた空間フィルタ34によ
って阻止される。空間フィルタ34は、光波の伝播を阻止
することによって、反射光が出力ファイバ14に入る光に
再度結合されるのを防ぐ。このバリア、すなわち空間フ
ィルタ34は、たとえば空間フィルタ34を基板16a中に物
理的に堆積させるなど、いくつかのプロセスにより好適
な方法で形成することができる。基板16aは、ソー切削
よってガイドされないTMモード光30の伝播を妨げる溝を
形成してもよい。また、底面は、ダイヤモンド研削、エ
ッチング、ミクロ機械加工あるいはレーザ機械加工等の
加工を行うことができる。あるいは、表面を単にスクラ
ッチ加工または同様の加工によって傷を形成するだけ
で、ガイドされないTMモード光30の伝播路に空間フィル
タを設けることも可能である。
このように、反射TMモード光30は、基板16aの底面17
に空間フィルタ34を形成することによって実質的に取り
除くことができる。空間フィルタ34すなわちバリアを基
板16a中に組み込むと、反射TMモード光30はほぼ全て遮
断される。しかしながら、反射が起こり得る経路は多数
ある。高性能を達成するためには、一次反射及び二次反
射をほぼ完全に除去しなければならない。実験的には、
一次及び二次反射を十分に取り除くためには、等間隔で
配置した３つの空間フィルタが必要なことが分かってい
る。
次に、ガイドされないTMモード光の一次反射及び二次
反射を示す図４を参照して説明する。ガイドされないTM
モード光36aは、光ファイバケーブル12から光透過性基
板16を通って光ファイバケーブル14へ一次反射される。
ガイドされないTMモード光36bは、光ファイバケーブル1
2から基板16を通って基板の上面及び底面で何回も繰り
返した後光ファイバケーブル14へ伝送される。当業者な
らば、一次反射及び二次反射を共に減衰させるには、空
間フィルタを一次反射位置にも二次反射位置にも設けな
ければならないということは理解できよう。
次に、図５を参照して、ダイシングソーによって形成
される空間フィルタを具備した本発明の装置について説
明する。図５は、38a、38b及び38cの３つのスロットを
有する基板16の斜視図である。スロット38a及び38cは二
次反射を減衰させるために用いられ、38bは、一次反射
を除去するためのスロットである。基板16の底面には、
図示のように、全長を横切る方向に溝が切られている。
側面図には、一次反射光路36a及び二次反射光路36bと共
に、基板16の底面に切られていて、一次反射及び二次反
射を減衰させるスロット38a、38b及び38cが示されてい
る。
図６は、ダイヤモンドソーまたはその他の機械研削法
を用いて基板16にほぼ円形の穴を設ける本発明のもう一
つの実施形態を示す。穴40a、40b、及び40cは、ダイシ
ングソーで溝を形成した図５の場合と同様に、一次及び
二次反射位置に設けられる。穴40a及び40は、二次反射3
6bを減衰させる。穴40bは、一次反射36aを減衰させる。
以上、空間フィルタを実装するためのいくつかの技術
を開示し、説明した。ダイシングソーでは、装置の裏面
にスロットを切って、空間フィルタを形成する。この方
法は、長さ1.9インチの縦長の装置で使用した場合、偏
光消光比が17dB以上大きくなった。
次に、図7aを参照して説明する。図7aには、基板76に
マイクロエッチングされた溝42が示されている。これら
のマイクロエッチングされた溝は、基板76の裏面78に、
入射光ビームに対して実質的に約45度の角度で形成され
ている。このようにして、反射光は、矢印80で示すよう
に、入射ビームに対して約90度の角度の方向にはねつけ
られる。
図８は、基板86の底面から反射が起こらないように基
板86の底面に反射防止吸光層を設けた本発明のもう一つ
の実施形態を示す。
実験結果によると、スロット式空間フィルタを適切な
位置に設けた場合、反射して出力側に結合されるTMモー
ド光が0.01％から0.0005％以下に低減されるということ
が実証されている。同時に、空間フィルタを有する偏光
子の偏光消光比は、17dB以上増加した。本発明のこの方
法によれば、偏光子の性能が最小限のコスト及び極めて
簡単な構造によって大きく改善される。
以上、本発明を、特許法令の規定に合致するように、
また当業者が本発明の新規な原理を応用し、必要に応じ
て本発明の独特の構成要素を作製し、使用するのに必要
な情報を提供するよう相当程度詳細に説明した。しかし
ながら、本発明は、具体的に異なる装置及び手段によっ
て実施することができ、装置の詳細についても使用要領
についても、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な
順修正態様を実施することができるものとする。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の表面、及びその第１の表面とほぼ平
    行な第２の表面（17）を有する光透過性基板（16）と； 一つの偏向状態のみをガイドするよう屈折率を高めた異
    常光軸を有し、かつ第１の端部に入力カップリング、第
    ２の端部に出力カップリングをそれぞれ有して、前記光
    透過性基板（16）の第１の表面に形成された陽子交換導
    波路（18）と； を具備した陽子交換偏光子において： 前記第２の表面に形成され、前記陽子交換導波路（18）
    の第１の端部と第２の端部とを結ぶ方向に対して約45度
    の角度の方向を有する微小溝のアレイ（42）よりなる空
    間フィルタを具備し； 前記入力カップリングに入る光がTEモードとTMモードを
    有し； そのTEモードを有する光が実質的に陽子交換導波路によ
    ってガイドされ； そのTMモードを有する光が実質的にガイドされない状態
    になり； TMモードを有する光の一部が光透過性基板（16）中を伝
    播し、 光透過性基板（16）の第２の表面（17）上の微小溝のア
    レイに当たるTMモードを有する光のほとんどの部分は、
    光透過性基板（16）の第２の表面（17）に当たるTMモー
    ドを持つ光のほとんどの部分の方向に対して約90度偏向
    される； ことを特徴とする陽子交換偏光子（10）。
  2. 【請求項２】LiNbO3材よりなる請求項１記載の陽子交換
    偏光子（10）。
  3. 【請求項３】LiTaO3材よりなる請求項１記載の陽子交換
    偏光子（10）。
  4. 【請求項４】第１の表面、及びその第１の表面とほぼ平
    行な第２の表面（17）を有し、かつ第１の端部及び第２
    の端部を有する光透過性基板（16）と； 一つの偏光状態のみをガイドするように屈折率を高めた
    異常光軸を有し、かつ第１の端部に入力カップリング、
    第２の端部に出力カップリングをそれぞれ有する前記光
    透過性基板（16）の第１の表面に形成された陽子交換導
    波路（18）と； を具備した陽子交換偏光子において： 前記第２の表面に形成され、各々他の変形部からほぼ等
    距離に配置された複数の変形部（34,38,40）よりなる空
    間フィルタを具備し； 前記入力カップリングに入る光がTEモードとTMモードを
    有し； そのTEモードを有する光が実質的に陽子交換導波路によ
    ってガイドされ； そのTMモードを有する光が実質的にガイドされない状態
    になり； TMモードを有する光の一部が、光透過性基板中を伝播
    し、光透過性基板（16）の第２の表面（17）上の複数の
    変形部のいずれかに当たり、TMモードを有する光の部分
    が減衰させられる； ことを特徴とする陽子交換偏光子（10）。
  5. 【請求項５】上記複数の変形部が複数のスロット（38）
    であり； 上記複数の各スロットが、他のスロットからほぼ等距離
    にあり； 複数の各スロットの長手方向が、陽子交換偏光子の異常
    光軸に対してほぼ直交する； 請求項４記載の陽子交換偏光子（10）。
  6. 【請求項６】上記複数のスロット（38）が、第１、第２
    及び第３のスロットよりなり； 第２のスロットが、上記光透過性基板（16）の上記第１
    及び第２の端部からほぼ等距離にあり； 第１のスロットが、第２のスロット及び光透過性基板の
    第１の端部からほぼ等距離にあり； 第３のスロットが、第２のスロット及び光透過性基板の
    第２の端部からほぼ等距離にある請求項５記載の陽子交
    換偏光子。
  7. 【請求項７】LiNbO3材よりなる請求項６記載の陽子交換
    偏光子（10）。
  8. 【請求項８】LiTaO3材よりなる請求項６記載の陽子交換
    偏光子（10）。
  9. 【請求項９】上記複数の変形部が複数の穴（40）であ
    り； 上記複数の各穴が、複数の中の他の穴からほぼ等距離に
    あり； 複数の穴が、陽子交換偏光子の異常光軸にほぼ平行な方
    向に一列に整列されている； 請求項４記載の陽子交換偏光子。
  10. 【請求項１０】上記複数の穴（40）が、第１、第２及び
    第３の穴よりなり； 第２の穴が、上記光透過性基板（16）の上記第１及び第
    ２の端部からほぼ等距離にあり； 第１の穴が、第２の穴と光透過性基板の第１の端部とか
    らほぼ等距離にあり； 第３の穴が、第２の穴と光透過性基板の第２の端部とか
    らほぼ等距離にあり； 第１、第２及び第３の穴が、上記入力カップリングから
    発し、第１、第２及び第３の穴による減衰を受ける上記
    出力カップリングへ至る光路を有するTMモードの光の一
    次及び二次反射を減衰させるように整列されている； 請求項９記載の陽子交換偏光子。
  11. 【請求項１１】LiNbO3材よりなる請求項10記載の陽子交
    換偏光子。
  12. 【請求項１２】LiTaO3材よりなる請求項10記載の陽子交
    換偏光子。
JP8501203A 1994-06-02 1995-06-02 陽子交換導波路デバイスの偏光消光比を改善するための空間フィルタ Expired - Lifetime JP2737030B2 (ja)

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US252,704 1981-04-09
US08/252,704 1994-06-02
US08/252,704 US5475772A (en) 1994-06-02 1994-06-02 Spatial filter for improving polarization extinction ratio in a proton exchange wave guide device

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JPH09506720A JPH09506720A (ja) 1997-06-30
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US (1) US5475772A (ja)
EP (1) EP0763212B1 (ja)
JP (1) JP2737030B2 (ja)
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