JP3242839B2 - 可変波長選択装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、特定の波長の光
を選択して透過させる可変波長選択装置に関わり、特に
多数の異なる波長の光信号を伝送する波長多重通信に最
適な可変波長選択装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いて多数の異なる波長の
光信号を伝送する、いわゆる波長多重通信を行う際に
は、多数の波長の光信号の中から任意所望の波長の光の
みを選択する可変波長選択フィルタが必要となる。可変
波長選択フィルタとして、例えば、電界中で屈折率が変
化する液晶エタロンを使用する場合には、その透過率が
光の偏波の方向に大きく依存するため、偏波保持ファイ
バなどの特殊な光ファイバを入力側に設けなくてはなら
ず、実用的ではない。

【０００３】このため従来では、光の偏波の方向に依存
しない、いわゆる偏波無依存型の可変波長選択装置が提
案されており、図６および図７にその例を示す。

【０００４】図６は、特開平４−１４０７１４号公報に
記載されたものである。これは、光ファイバ１からコリ
メートレンズ３を通して出た光信号は、複屈折プリズム
５に入射し、ここでＰ波とＳ波は、進行方向が別れてそ
れぞれＰ₁ とＳ₁ の２本となる。複屈折プリズム５を出
た光信号Ｓ₁ については、２分の１波長板７を透過して
Ｓ波がＰ波となり、Ｐ波のままの光信号Ｐ₁ とともに、
Ｐ波に対して屈折率が変化するよう液晶分子が配向され
た液晶エタロンからなる可変波長フィルタ９に入射す
る。可変波長フィルタ９から出た２本の光信号は、入力
側と対称に配置された２分の１波長板１１と複屈折プリ
ズム１３により１本の光となり、さらに集光レンズ１５
を通って出力側の光ファイバ１７に導かれる。

【０００５】上記した従来の可変波長選択装置では、可
変波長フィルタ９を通過する２本の光は、いずれもＰ波
であって同一偏光状態であるので、入力側にどのような
偏波の光が入射しても、出力側にて偏波依存性が発生す
ることなく波長選択が可能となる。

【０００６】一方、図７における可変波長選択装置は、
「１９９５年 電子情報通信学会エレクトロニクスソサ
イエティ大会 Ｃ−１７６ ダブルパス構成とした偏波
無依存型可変波長液晶光フィルタの検討（吉沢鐵夫
他）」によるものである。この装置は、偏光分離プリズ
ム（素子）２１，２３および２分の１波長板２５，２７
からなる偏光分離合成部２９と、ファラディ素子３１
と、可変波長フィルタである液晶エタロン３３と、光路
変換用のプリズム３５とを備えており、コリメータレン
ズ３７から出て入射された、Ｐ波およびＳ波を含んだ光
信号は、偏光分離合成部２９にて、Ｐ波とＳ波とに分離
された後、それぞれファラディ素子３１を通過して共に
Ｐ偏光の状態で、液晶エタロン３３の相互に近接する部
位を通過する。液晶エタロン３３通過後の各光信号は、
プリズム３５で反射して液晶エタロン３３の互いに異な
る部位を通過した後、ファラディ素子３１および偏光分
離合成部２９を再度通過して、Ｐ波とＳ波とが混合した
光信号となって出力側のコリメータレンズ３９に出力さ
れる。

【０００７】このため、上記図７の可変波長選択装置に
おいても、入力される光信号のＰ波およびＳ波の偏光比
が変化しても出力の偏波依存性は原理的には発生しない
ものとなる。また、この装置は、光信号が液晶エタロン
３３を２度通過する、いわゆるダブルパス構成とするこ
とで、より近接した多くの波長の光信号を多重化して伝
送する際に、近接波長の影響が小さいクロストーク特性
の優れたものとなっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した各
可変波長選択装置は、可変波長選択フィルタである液晶
エタロンにおいて、Ｐ波とＳ波とが個々の別々な経路を
通るため、ピーク波長を均一化しかつ損失および半値幅
を小さくするためには、液晶を封入する基板間ギャップ
を、別々な経路相互間で完全に一致させることが不可欠
であり、高度な光軸調整や高い基板平面度が必要となっ
て、液晶エタロンの製造に高精度が要求され、コスト高
を招く。

【０００９】そこで、この発明は、高度な光軸調整や高
い基板平面度を不要として液晶エタロンの製造を容易な
ものとすることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、光の入射方向に対しほぼ４５度傾斜し
て配置され、前記光の垂直成分を透過させると同時に、
前記光の水平成分を反射させる偏光分離素子と、この偏
光分離素子で分離されて出た各光の成分の進行方向前方
に配置され、互いに向かい合う同一光軸上に向けて反射
させる一対の反射面と、この一対の反射面で反射した各
光の成分の進行方向前方でかつ前記一対の反射面相互間
にそれぞれ配置され、光の各成分を光軸を中心として一
方の方向にほぼ４５度回転させる一方のファラディ素子
および、光の各成分を光軸を中心として前記一方の方向
とは反対の他方の方向に向けてほぼ４５度回転させる他
方のファラディ素子と、前記各ファラディ素子を通過し
た光を透過させ、前記各ファラディ素子による各成分の
回転角度と同角度に傾斜した配列方向となる液晶分子を
備えた液晶エタロンとを有する構成としてある。

【００１１】また、光の入射方向に対しほぼ４５度傾斜
して配置され、前記光の垂直成分を透過させると同時
に、前記光の水平成分を反射させる偏光分離素子と、こ
の偏光分離素子で分離された各光の成分の進行方向前方
にそれぞれ配置され、垂直成分を光の進行方向に向かっ
て光軸を中心として一方の方向にほぼ４５度回転させる
第１のファラディ素子および、水平成分を光の進行方向
に向かって光軸を中心として前記一方の方向とは反対の
他方の方向に向けてほぼ４５度回転させる第２のファラ
ディ素子と、前記第１，第２の各ファラディ素子を間に
挟んで前記偏光分離素子と反対側にそれぞれ配置され、
第１，第２の各ファラディ素子を通過した各光の成分を
互いに近付く方向に向けて交差させるべく反射させる第
１，第２の各反射面と、この第１，第２の各反射面で反
射した各光の成分を同一部位にて透過させ、前記第１，
第２の各ファラディ素子による各成分の回転角度と同角
度に傾斜した配列方向となる液晶分子を備えた液晶エタ
ロンと、この液晶エタロンを透過した各光の成分を、前
記第１，第２の各反射面で反射して進行した光軸上の逆
方向に向けて反射させ、前記液晶エタロンを再度透過さ
せる第３，第４の各反射面とを有する構成としてもよ
い。

【００１２】このような構成の可変波長選択装置によれ
ば、偏光分離素子に入射して分離された光の垂直成分と
水平成分は、液晶エタロンにおいて同一部位を透過する
ため、高度な光軸調整や高い基板平面度が特に必要な
く、液晶エタロンの製造がコスト高を招くことなく容易
なものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。

【００１４】図１は、この発明の実施の一形態を示す可
変波長選択装置の全体構成図である。この可変波長選択
装置は、偏光分離素子としての偏光分離プリズム４１、
一対の反射面としてのミラー４３，４５、一方のファラ
ディ素子４７および他方のファラディ素子４９、可変波
長選択フィルタとして機能する液晶エタロン５１で構成
されている。

【００１５】偏光分離プリズム４１は、２個のプリズム
５３，５５相互を偏光分離膜５７を間に挟んで接着剤で
接合したもので、図１にて上下方向に向けて配置された
偏光分離膜５７が、入射側のコリメータレンズ５９から
入射される光信号および、出射側のコリメータレンズ６
１に出射する光信号に対し、４５度傾斜した状態となっ
ている。光信号は、垂直成分であるＰ波と水平成分であ
るＳ波とを含んでおり、偏光分離プリズム４１に入射す
ることで、Ｐ波が透過して直進する一方、Ｓ波は反射し
て９０度方向が変換する。

【００１６】ミラー４３は、偏光分離プリズム４１中を
直進して出たＰ波の進行方向前方に配置され、ミラー４
５は偏光分離プリズム４１中を９０度方向転換して出た
Ｓ波の進行方向前方に配置されている。これら各ミラー
４３，４５は、偏光分離プリズム４１を出たＰ波とＳ波
とをそれぞれ反射させた光が、互いに向かい合う同一光
軸上に進行するよう角度調整されている。

【００１７】各ファラディ素子４７，４９は、各ミラー
４３，４５でのそれぞの反射光の進行方向前方に配置さ
れている。一方のファラディ素子４７は、図２に示すよ
うに、Ｐ波が図中で右側から入射した場合を考えると、
上方に向くベクトルＰ_V1が、図中で左方向から見て、光
の進行方向（光路）に垂直な面内にて矢印Ａで示す一方
の方向としての反時計回りに４５度回転させ、ベクトル
Ｐ_V2を有するＰ波とする。他方のファラディ素子４９
は、図３に示すように、Ｓ波が図中で左側から入射した
場合を考えると、この入射側から見て右方向に向くベク
トルＳ_V1が、図中で左方向から見て、光の進行方向（光
路）に垂直な面内にて矢印Ｂで示す他方の方向としての
時計回りに４５度回転させ、ベクトルＳ_V2を有するＳ波
とする。つまり、二つのファラディ素子４７，４９は、
磁界の方向が相互に反対となっている。

【００１８】液晶エタロン５１は、光軸に対して垂直に
配置され、かつ図４に示すように、液晶分子の配列方向
（破線図示）が、上記した二つのファラディ素子４７，
４９を通過して回転した後のＰ波，Ｓ波のベクトルと同
方向の角度となるよう４５度傾斜した状態となるよう設
計されている。

【００１９】上記した可変波長選択装置において、Ｐ波
とＳ波とを含んだ光信号が偏光分離プリズム４１に入射
すると、Ｐ波は直進してミラー４３に向かい、Ｓ波は反
射して９０度方向転換しミラー４５に向かう。

【００２０】ミラー４３で反射したＰ波は、ファラディ
素子４７を通過することで、図２に示したように、ベク
トルが４５度回転し、この状態で液晶エタロン５１を透
過して波長選択がなされ、ファラディ素子４９に達す
る。ファラディ素子４９ではＰ波は、ベクトルが上記と
は逆方向に４５度回転して元に戻り、ミラー４５にて反
射した後、偏光分離プリズム４１を透過して出射側のコ
リメータレンズ６１に達する。

【００２１】一方、ミラー４５で反射したＳ波は、ファ
ラディ素子４９を通過することで、図３に示したよう
に、ベクトルが４５度回転し、この状態で液晶エタロン
５１を透過して波長選択がなされ、ファラディ素子４７
に達する。ファラディ素子４７ではＳ波は、ベクトルが
上記とは逆方向に４５度回転して元に戻り、ミラー４３
にて反射した後、偏光分離プリズム４１で反射して９０
度方向転換し出射側のコリメータレンズ６１に達する。

【００２２】上記した可変波長選択装置によれば、液晶
エタロン５１における波長選択位置、すなわちＰ波、Ｓ
波の透過位置が同一位置であるので、高精度な光軸調整
や高い基板平面度が不要となって液晶エタロン５１の製
造が容易となり、コスト低下が達成される。また、Ｐ波
とＳ波は、光路長が同一のため位相ずれが発生しないと
ともに、二つのファラディ素子４７，４９により同角度
回転して同じ偏光成分となった状態で液晶エタロン５１
を通過するので、偏光による損失が減少して偏波無依存
型の可変波長選択装置として機能し、さらにＰ波とＳ波
は、液晶エタロン５１の同一部位にて表裏から入射およ
び出射がなされるので、Ｐ波とＳ波が合波する際に光軸
のずれが発生せず、信頼性の高いものとなる。

【００２３】図５は、この発明の実施の他の形態を示す
可変波長選択装置の全体構成図である。この可変波長選
択装置は、偏光分離素子としての偏光分離プリズム６
３、第１，第２のファラディ素子６５，６７、第１，第
２の反射面としての第１，第２のミラー６９，７１、可
変波長選択フィルタとして機能する液晶エタロン７３、
第３，第４の反射面としての第３，第４のミラー７５，
７７で構成されている。

【００２４】偏光分離プリズム６３は、前記図１で使用
したものと同様に、２個のプリズム７９，８１相互を偏
光分離膜８３を間に挟んで接着剤で接合したもので、図
５にて上下方向に向けて配置された偏光分離膜８３が、
入射側のコリメータレンズ８５から入射される光信号お
よび、出射側のコリメータレンズ８７に出射する光信号
に対し、４５度傾斜した状態となっている。垂直成分で
あるＰ波と水平成分であるＳ波とを含む光信号が、偏光
分離プリズム６３に入射すると、Ｐ波が透過して直進
し、Ｓ波は反射して９０度方向が変換する。

【００２５】第１，第２のファラディ素子６５，６７
は、偏光分離プリズム６３から出射したＰ波，Ｓ波それ
ぞれの進行方向前方に配置されている。第１のファラデ
ィ素子６５は、Ｐ波が偏光分離プリズム６３側から入射
した場合を考えると、上方に向くベクトルが、光の進行
方向（光路）に垂直な面内にて一方の方向である矢印Ｃ
方向に４５度回転させる。一方、第２のファラディ素子
６７は、Ｓ波が偏光分離プリズム６３側から入射した場
合を考えると、光の進行方向に向かって左方向（図５中
で紙面手前に向く方向）に向くベクトルが、光の進行方
向（光路）に垂直な面内にて他方の方向である矢印Ｄ方
向に４５度回転させる。つまり、二つのファラディ素子
６５，６７は、磁界の方向が相互に反対となっている。

【００２６】第１のミラー６９は第１のファラディ素子
６５を出たＰ波の進行方向前方に、第２のミラー７１は
第２のファラディ素子６７を出たＳ波の進行方向前方
に、反射面が相互に対向し、かつ各偏光成分の光軸に対
して４５度傾斜した状態でそれぞれ配置されている。

【００２７】液晶エタロン７３は、前記図４に示したも
のと同様に、液晶分子の配列方向が、上記した第１，第
２の各ファラディ素子６５，６７を通過して回転した後
のＰ波，Ｓ波のベクトルと同方向の角度となるよう４５
度傾斜した状態となるよう設計されており、Ｐ波，Ｓ波
の各光軸に対して４５度傾斜した状態で配置されてい
る。

【００２８】第３のミラー７５は、液晶エタロン７３を
通過したＰ波の光軸に対して垂直となる状態で、第４の
ミラー７７は液晶エタロン７３を通過したＳ波の光軸に
対して垂直となる状態でそれぞれ配置され、各ミラー７
５，７７で反射したＰ波，Ｓ波は、各ミラー７５，７７
への入射時での光路を逆行することとなる。

【００２９】上記した可変波長選択装置において、Ｐ波
とＳ波とを含んだ光信号が偏光分離プリズム６３に入射
すると、Ｐ波は直進して第１のファラディ素子６５に、
Ｓ波は反射し９０度方向転換して第２のファラディ素子
６７に、それぞれ達する。Ｐ波が第１のファラディ素子
６５を通過すると、ベクトルが矢印Ｃ方向に４５度回転
し、第１のミラー６９で反射して液晶エタロン７３を透
過して波長選択がなされる。一方、Ｓ波が第２のファラ
ディ素子６７を通過すると、ベクトルが矢印Ｄ方向に４
５度回転し、第２のミラー７１で反射して液晶エタロン
７３を透過して波長選択がなされる。このとき、Ｐ波と
Ｓ波は、ベクトルが４５度回転したことによって相互に
同一方向で、液晶エタロン７３の液晶分子の配列方向と
同方向の直線偏光であるため、偏波に依存することなく
波長選択が可能となる。つまり、偏波無依存型の可変波
長選択装置として機能する。

【００３０】液晶エタロン７３を通過したＰ，Ｓ各波
は、それぞれ第３，第４の各ミラー７５，７７で反射し
て、入射時での光路を逆方向に進行して液晶エタロン７
３を再度透過して波長選択がなされる。これにより、こ
の可変波長選択装置は、光信号が液晶エタロン７３に対
して２度通過する、いわゆるダブルパス構成となり、近
接波長の影響が小さいクロストーク特性に優れたものと
なり、より近接した多くの波長を多重化して伝送する場
合に適する。

【００３１】液晶エタロン７３を再度透過したＰ波は、
第１のミラー６９で反射して第１のファラディ素子６５
を通過し、ここでさらに矢印Ｃ方向にベクトルが４５度
回転する。これにより、Ｐ波は、ベクトルが入射時での
方向に対して９０度回転したことになってＳ波に変わ
り、偏光分離プリズム６３で反射して９０度方向転換
し、出射側のコリメータレンズ８７に出射される。一
方、液晶エタロン７３を再度透過したＳ波は、第２のミ
ラー７１で反射して第２のファラディ素子６７を通過
し、ここでさらに矢印Ｄ方向にベクトルが４５度回転す
る。これにより、Ｓ波は、ベクトルが入射時での方向に
対して９０度回転したことになってＰ波に変わり、偏光
分離プリズム６３中を直進して出射側のコリメータレン
ズ８７に出射される。

【００３２】上記した図５の可変波長選択装置によれ
ば、液晶エタロン７３における波長選択位置、すなわち
Ｐ波、Ｓ波の透過位置が同一位置であるので、高精度な
光軸調整や高い基板平面度が不要となって液晶エタロン
７３の製造が容易となり、コスト低下が達成される。ま
た、Ｐ波とＳ波は、光路長が同一のため位相ずれが発生
せず、信頼性の高いものとなる。

【００３３】なお、上記各実施の形態におけるファラデ
ィ素子に代えて、偏光面回転素子として液晶素子を使用
し、偏光面を４５度回転させるようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、偏光分離素子に入射して分離された光の垂直成分
と水平成分は、液晶エタロンにおいて同一部位を透過す
るため、高度な光軸調整や高い基板平面度が特に必要な
く、液晶エタロンの製造がコスト高を招くことなく容易
なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示す可変波長選択装
置の全体構成図である。

【図２】図１の可変波長選択装置に用いられる一方のフ
ァラディ素子の動作説明図である。

【図３】図１の可変波長選択装置に用いられる他方のフ
ァラディ素子の動作説明図である。

【図４】図１の可変波長選択装置に用いられる液晶エタ
ロンの液晶分子の配列方向を示す斜視図である。

【図５】この発明の実施の他の形態を示す可変波長選択
装置の全体構成図である。

【図６】従来例を示す可変波長選択装置の全体構成図で
ある。

【図７】他の従来例を示す可変波長選択装置の全体構成
図である。

【符号の説明】

４１，６３ 偏光分離プリズム（偏光分離素子） ４３，４５ ミラー（一対の反射面） ４７ 一方のファラディ素子 ４９ 他方のファラディ素子 ５１，７３ 液晶エタロン ６５ 第１のファラディ素子 ６７ 第２のファラディ素子 ６９ 第１のミラー（第１の反射面） ７１ 第２のミラー（第２の反射面） ７５ 第３のミラー（第３の反射面） ７７ 第４のミラー（第４の反射面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−230166（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−113859（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−5976（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−128532（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−323265（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/01 G02F 1/13 505 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の入射方向に対しほぼ４５度傾斜して
   配置され、前記光の垂直成分を透過させると同時に、前
   記光の水平成分を反射させる偏光分離素子と、この偏光
   分離素子で分離されて出た各光の成分の進行方向前方に
   配置され、互いに向かい合う同一光軸上に向けて反射さ
   せる一対の反射面と、この一対の反射面で反射した各光
   の成分の進行方向前方でかつ前記一対の反射面相互間に
   それぞれ配置され、光の各成分を光軸を中心として一方
   の方向にほぼ４５度回転させる一方のファラディ素子お
   よび、光の各成分を光軸を中心として前記一方の方向と
   は反対の他方の方向に向けてほぼ４５度回転させる他方
   のファラディ素子と、前記各ファラディ素子を通過した
   光を透過させ、前記各ファラディ素子による各成分の回
   転角度と同角度に傾斜した配列方向となる液晶分子を備
   えた液晶エタロンとを有することを特徴とする可変波長
   選択装置。
2. 【請求項２】 光の入射方向に対しほぼ４５度傾斜して
   配置され、前記光の垂直成分を透過させると同時に、前
   記光の水平成分を反射させる偏光分離素子と、この偏光
   分離素子で分離された各光の成分の進行方向前方にそれ
   ぞれ配置され、垂直成分を光の進行方向に向かって光軸
   を中心として一方の方向にほぼ４５度回転させる第１の
   ファラディ素子および、水平成分を光の進行方向に向か
   って光軸を中心として前記一方の方向とは反対の他方の
   方向に向けてほぼ４５度回転させる第２のファラディ素
   子と、前記第１，第２の各ファラディ素子を間に挟んで
   前記偏光分離素子と反対側にそれぞれ配置され、第１，
   第２の各ファラディ素子を通過した各光の成分を互いに
   近付く方向に向けて交差させるべく反射させる第１，第
   ２の各反射面と、この第１，第２の各反射面で反射した
   各光の成分を同一部位にて透過させ、前記第１，第２の
   各ファラディ素子による各成分の回転角度と同角度に傾
   斜した配列方向となる液晶分子を備えた液晶エタロン
   と、この液晶エタロンを透過した各光の成分を、前記第
   １，第２の各反射面で反射して進行した光軸上の逆方向
   に向けて反射させ、前記液晶エタロンを再度透過させる
   第３，第４の各反射面とを有することを特徴とする可変
   波長選択装置。