JP4015017B2

JP4015017B2 - Polarized beam splitter

Info

Publication number: JP4015017B2
Application number: JP2002374806A
Authority: JP
Inventors: 康弘大内
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004205811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を２つの直交する偏波成分に分波する偏波ビームスプリッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏波ビームスプリッタは、入力ポートから入射したランダム偏波の光を直交偏波成分に分けて異なる出射ポートから出射させる光回路である。近年では種々の偏波ビームスプリッタが提案され、使用されている（非特許文献１参照。）。
図７は、複屈折光学結晶を用いた偏波ビームスプリッタを示す。図中（ａ）はグラントムソンプリズム形であり、ランダム偏波の入射光から直線偏波が取り出せるようになっている。また図中（ｂ）はローションプリズム形であり、ランダム偏波の入射光から２つの直交する直線偏波成分に分波できるようになっている。この複屈折光学結晶を用いた偏波ビームスプリッタは、６０ｄＢ以上の消光比が得られ、優れた分離特性が実現できるが、非常に高価である。
【０００３】
図８は、光がブリュースター角で媒質の界面に入射するとき、偏波方向が入射面に平行な光（以下、ｓｌｏｗ偏波と言う。）は全透過する現象を利用した偏波ビームスプリッタを示す。このとき、偏波方向が入射面に垂直な光（以下、ｆａｓｔ偏波と言う。）は、その一部は界面で反射し、一部は界面を透過する。
多層膜構成とすることによってｆａｓｔ偏波の反射率を高めることができ、３０ｄＢ程度の消光比が実現できる。また、構造が簡単で比較的安価に製造できる。しかし、光ファイバを接続するとき、軸ズレなどによって光学特性が左右されるため、高い精度で光ファイバを位置決めし接続する必要がある。また、光ファイバとの接続端面では、入射光の光パワー密度が高くなるため、接続端面への不純物混入を極力抑える必要がある。このため光ファイバを接続する際、専用の接続装置が必要となり、困難である。
【０００４】
また、他の偏波ビームスプリッタとして、偏波保持光ファイバを溶融延伸して製造された偏波保持光ファイバカプラも挙げられる。この偏波保持光ファイバカプラは、構造が簡単であり非常に安価に製造でき、大量生産に適している。また、光ファイバ内から光が漏れない構造であり、非常に高い光パワー密度の光を入力したときの耐光性に優れ、また長期安定性にも優れている。しかし、この偏波保持光ファイバカプラの消光比は波長依存性があり、高い消光比が得られない問題がある。
【０００５】
【非特許文献１】
中川清司著，「光増幅器とその応用」，第１版，株式会社オーム社，１９９２年５月３０日，ｐ．１４８−１５０
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各偏波ビームスプリッタは長所と共に欠点があり、使用用途に応じて適したものを選択しなければならず、また消光比などの光学特性だけでなく、耐光性、長期安定性や、価格、生産加工性などの全てにおいて優れた特性を有する偏波ビームスプリッタは実現されていなかった。
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち偏波保持光ファイバカプラに着目し、この構造が簡単であることや、耐光性、長期安定性に優れる長所を生かし、かつ消光比の波長依存性を低減し、広帯域で高い消光比が得られる偏波ビームスプリッタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、入射するランダム偏波の光を２つの直交する偏波に分波して出射する偏波ビームスプリッタであって、偏波保持光ファイバカプラの消光比の波長依存性における消光比が最大となる波長を消光比の中心波長とするとき、消光比の中心波長が等しい偏波保持光ファイバカプラを多段接続してなることを特徴とする偏波ビームスプリッタである。
ここで、偏波保持光ファイバカプラの消光比とは、偏波保持光ファイバカプラから出射された光の直交する偏光の混じりの程度を評価する値である。
【０００８】
請求項２にかかる発明は、入射するランダム偏波の光を２つの直交する偏波に分波して出射する偏波ビームスプリッタであって、偏波保持光ファイバカプラを順次、前段の偏波保持光ファイバカプラからの出力が後段の偏波保持光ファイバカプラに入力されるように多段接続し、前記偏波保持光ファイバカプラの消光比の波長依存性における消光比が最大となる波長を消光比の中心波長とするとき、消光比の中心波長が異なる偏波保持光ファイバカプラを多段接続してなることを特徴とする偏波ビームスプリッタである。
【０００９】
請求項３にかかる発明は、前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された応力付与部を有し、コア又はクラッドの同心円で、応力付与部にかからず、かつその内部に応力付与部を含まないもののうち、最大のものの直径が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波ビームスプリッタである。
【００１０】
請求項４にかかる発明は、前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、ＰＡＮＤＡ型偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波ビームスプリッタである。
【００１１】
請求項５にかかる発明は、前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、ｂｏｗ−ｔｉｅ型偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波ビームスプリッタである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の偏波ビームスプリッタ１０の一例を示す模式図である。この偏波ビームスプリッタ１０は、３つの２入力２出力型（以下、２×２型と言う。）の偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂからなる。この２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂには入力ポートが２つ設けられているが、一方の入力ポートのみ使用する。
入力端側に前段となる１つの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１が設けられ、この入力ポートは入力端（図示省略）に融着接続されている。また、出力端（図示省略）側には後段となる２つの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂが設けられている。この前段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１の２つの出力ポートは、それぞれ後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂの入力ポートに融着接続されている。
なお、図１中、前段と後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂの融着接続点を符号１３で示した。また、前段と後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂの入出力ポートのうち、ほとんど光が入射又は出射されないものは図示を省略した。
【００１３】
入力端より入射したランダム偏波の光は、前段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１にて、偏波方向が入射面に平行な光（以下、ｓｌｏｗ偏波と言う。）と、偏波方向が入射面に垂直な光（以下、ｆａｓｔ偏波と言う。）の２つの直交する偏波に分波されて各出力ポートより出射する。このとき完全にはｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波には分波できず、各出力ポートにはそれと直交する漏洩した直線偏波が一部含まれる。
そして、各出力ポートより出射した光は、それぞれ後段の各２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂに入射して、再びｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波に分波されて各出力ポートより出射するようになっている。
このため後段の一方の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａには、ｓｌｏｗ偏波と漏洩したｆａｓｔ偏波とが入射し、更に分波されて出力ポートからｓｌｏｗ偏波が高い消光比で出射することになる。また後段の他方の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ｂには、ｆａｓｔ偏波と漏洩したｓｌｏｗ偏波とが入射し、更に分波されて出力ポートからｆａｓｔ偏波が高い消光比で出射することになる。
【００１４】
図２は、本発明の偏波ビームスプリッタ１０に用いられる２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０の一例を示す斜視図である。この２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０は、２本のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１をその表面に設けられたプラスチックなどの被覆層の一部を除去した後、各々の偏波軸が平行になるように整合させて並列させ、これらのＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１の途中のクラッド２２を接触させ、加熱、溶融するとともに、その長さ方向に延伸することによって融着延伸部（光結合部）２３を形成し、その後、必要に応じて融着延伸部２３を保護ケース（図示省略）などに収容したものである。
なお、偏波軸とは、各々のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１において、応力付与部２４，２４の中心を通る直線を言う。
【００１５】
この偏波保持光ファイバカプラ２０は、融着延伸部２３におけるＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波の結合度を制御し、一方の出力ポートへｓｌｏｗ偏波が伝搬し、他方の出力ポートへｆａｓｔ偏波が伝搬するようになっている。
【００１６】
図３は、上記したＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１の断面図である。このＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１は、その中心にコア２５が設けられ、このコア２５の周囲には、コア２５と同心円状にクラッド２２が設けられている。更に、このクラッド２２内には、クラッド２２よりも低屈折率であり断面円形の２つの応力付与部２４，２４が、コア２５を中心に対称配置されている。
応力付与部２４，２４は、クラッド２２よりも大きな熱膨張係数を有している。このため、光ファイバ母材を溶融線引きして得られたＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１が冷却される過程で、この応力付与部２４，２４に起因して横方向と縦方向から異なる応力がコア２５にかかり、これにより複屈折性が得られるようになっている。このため光を構成する２つの直交する偏波のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波とが保存された状態で伝搬する特性が得られる。
【００１７】
本実施形態では、この応力付与部２４，２４は、コア２５又はクラッド２２の同心円で、応力付与部２４，２４にかからず、かつその内部に応力付与部２４，２４を含まないもののうち、最大のものの直径Ａが２０μｍ以上となるようになっている。
このようなＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１を用いて、上述したように２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０を形成した場合、その融着延伸部２３にてコア２５から染み出した光が、２つの応力付与部２４，２４のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１の半径方向外方のクラッド２２に回り込むことがなく、過剰損失を抑えることができる。
【００１８】
図４は、上記した２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０の波長−損失特性の一例を示す。ここで消光比とは、ｓｌｏｗ偏波又はｆａｓｔ偏波を入射し、このときの出力ポートのいずれか一方側から出射された光のうち、ｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波の光強度を測定し、その比を算出してデシベル（ｄＢ）で示したものである。図４中では、消光比と損失は、負の符号をとって絶対値で表している。この消光比が高いほど優れた分離特性で入射光をｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波に分波できることになる。
【００１９】
上記した偏波保持光ファイバカプラ２０に無偏光の光を入射したとすると、出射端での消光比はｓｌｏｗ偏波を入射したときとｆａｓｔ偏波を入射したときの損失の比でも表されるため、どちらの出力ポートの消光比も特定の波長にて最大値を示すことになる。この最大値が得られるときの波長を偏波保持光ファイバカプラ２０の消光比の中心波長と言う。この２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０では、消光比の中心波長は１５４６ｎｍである。
【００２０】
図５は、本発明の偏波ビームスプリッタの波長−損失特性の一例を示す。この偏波ビームスプリッタ１０は、上述した図４に示された特性を有する２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０が前段と後段に設けられている。このときｓｌｏｗ偏波が出力される出力ポートでの消光比の最大値は６０ｄＢであり、ｆａｓｔ偏波が出力される出力ポートでの消光比の最大値は約５０ｄＢであり、高い分離特性が実現できる。また、１５３５〜１５５５ｎｍの波長帯域において、３０ｄＢ以上の高い消光比が実現できる。
【００２１】
更に、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域において、損失は０．８ｄＢ以下と非常に小さく、低損失の偏波ビームスプリッタ１０が実現できる。これは、前段と後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂが同種のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１，‥‥を用いて形成されたものであり、これらの融着接続点１３における接続損失は非常に小さいものとなるためである。
このように消光比の中心波長が同一の偏波保持光ファイバカプラ２０を前段と後段に設けることによって、高い消光比が得られ、かつ損失の小さい偏波ビームスプリッタが実現できる。
【００２２】
図６は、本発明の偏波ビームスプリッタ１０の波長−損失特性の他の一例を示す。この偏波ビームスプリッタ１０は、消光比の中心波長が１５４０ｎｍの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１を前段に設け、消光比の中心波長が１５４６ｎｍの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂを後段に設けたものである。他の構成は、上述したものと同一であるため説明を省略する。
【００２３】
ｓｌｏｗ偏波が出力される出力ポートとｆａｓｔ偏波が出力される出力ポートにおける消光比の最大値は共に約５０ｄＢであり、高い分離特性が実現できる。また、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域において、消光比の最大値と最小値の差が２０ｄＢであり、消光比の波長依存性が小さく、１５３０〜１５７０ｎｍの広い波長帯域において３０ｄＢ以上の高い消光比が実現できる。また、出力ポート間の消光比の差も小さく、ほぼ同等の光強度のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波が得られる。
更に、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域において、損失は０．８ｄＢ以下と非常に小さく、低損失の偏波ビームスプリッタ１０が実現できる。
【００２４】
このように消光比の中心波長が異なる偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂを前段と後段に設けることによって、広い波長帯域で消光比が高く、かつ損失が低い偏波ビームスプリッタ１０が実現でき、例えば偏波インターリーブ多重伝送方式の信号光の偏波分離素子としての利用が期待できる。
【００２５】
上述したように、本発明の偏波ビームスプリッタ１０は、偏波保持光ファイバカプラ２０を融着接続してなり、構造が簡単であり、生産加工性、長期安定性、強度、耐光性などの点において優れ、また安価に製造できる。
また、図１に示されたように、前段の偏波保持光ファイバカプラ１１からの出力が後段の偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂに入力されるように多段接続することで消光比の高い偏波ビームスプリッタ１０が実現できる。
【００２６】
本発明の偏波ビームスプリッタ１０を構成する偏波保持光ファイバカプラ２０の多段接続の段数は、偏波ビームスプリッタ１０の損失や装置のサイズなどを考慮し決定することが好ましい。特に本実施形態のように１つの偏波保持光ファイバカプラ１１を前段とし、この出力ポートにそれぞれ１つずつ後段の偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂを接続した２段接続の偏波ビームスプリッタ１０が好ましい。
【００２７】
また、ＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１は、偏波保持光ファイバとして複屈折率が大きく、また偏波軸合わせが容易であり、また、応力付与部２４の形状が単純である。このため、このＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１を用いることによって、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波保持光ファイバカプラ２０を安価に形成できる。このため、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波ビームスプリッタ１０を安価に製造できる。
【００２８】
なお、本発明の技術範囲は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、偏波保持光ファイバは、ＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１に限定されず、ｂｏｗ−ｔｉｅ型光ファイバ，楕円コア光ファイバなども使用できる。特に、ｂｏｗ−ｔｉｅ型光ファイバを使用した場合、ＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１を用いた場合と同様の構造を有する偏波保持光ファイバカプラ２０を形成でき、同様の作用効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１乃至５に係る発明によれば、消光比の波長依存性が小さく、広い波長帯域で高い消光比が得られる。また広い波長帯域で損失が非常に小さい。更に、構造が簡単であり、生産加工性、長期安定性、強度、耐光性などの点において優れ、また安価に製造できる。
【００３０】
特に請求項２に係る発明によれば、更に消光比の波長依存性が抑えられ、より広い波長帯域において高い消光比が実現できる。また、出力ポート間の消光比の差も小さく、ほぼ同等の光強度のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波が得られる。このように広い波長帯域で消光比が高く、かつ損失が低いため、偏波インターリーブ多重伝送方式の信号光の偏波分離素子としての利用が期待できる。
【００３１】
これに加えて請求項３に係る発明によれば、偏波保持光ファイバカプラの融着延伸部にてコアから染み出した光が、２つの応力付与部の偏波保持光ファイバの半径方向外方のクラッドに回り込むことがなく、過剰損失を抑えることができ、低損失の偏波ビームスプリッタが実現できる。
【００３２】
また、請求項４及び５に係る発明によれば、ＰＡＮＤＡ型光ファイバやｂｏｗ−ｔｉｅ型光ファイバは、偏波保持光ファイバとして複屈折率が大きく、また偏波軸合わせが容易であり、また、応力付与部の形状が単純であるため、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波保持光ファイバカプラを安価に形成できる。このため、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波ビームスプリッタ１０を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏波ビームスプリッタの一例を示す概略模式図である。
【図２】２×２型偏波保持光ファイバカプラの一例を示す概略斜視図である。
【図３】ＰＡＮＤＡ型光ファイバの一例を示す断面図である。
【図４】偏波保持光ファイバカプラの波長−損失特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の偏波ビームスプリッタの波長−損失特性の一例を示す図である。
【図６】本発明の偏波ビームスプリッタの波長−損失特性の他の一例を示す図である。
【図７】複屈折光学結晶を用いた偏波ビームスプリッタの一例を示す概略模式図であり、（ａ）はグラントムソンプリズム形であり、（ｂ）はローションプリズム形である。
【図８】ブリュースター条件を利用した偏波ビームスプリッタの一例を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１０‥‥偏波ビームスプリッタ、２０‥‥偏波保持光ファイバカプラ、２１‥‥ＰＡＮＤＡ型光ファイバ、１１‥‥前段の偏波保持光ファイバカプラ、１２ａ，１２ｂ‥‥後段の偏波保持光ファイバカプラ、２２‥‥クラッド、２４‥‥応力付与部、２５‥‥コア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization beam splitter that demultiplexes light into two orthogonal polarization components.
[0002]
[Prior art]
A polarization beam splitter is an optical circuit that divides randomly polarized light incident from an input port into orthogonal polarization components and emits the light from different output ports. In recent years, various polarization beam splitters have been proposed and used (see Non-Patent Document 1).
FIG. 7 shows a polarization beam splitter using a birefringent optical crystal. In the figure, (a) is a Glan-Thompson prism type, and linearly polarized light can be extracted from randomly polarized incident light. Further, in the figure, (b) is a lotion prism type, which can demultiplex from randomly polarized incident light into two orthogonally polarized components. A polarization beam splitter using this birefringent optical crystal can obtain an extinction ratio of 60 dB or more and can realize excellent separation characteristics, but is very expensive.
[0003]
FIG. 8 shows a polarization beam splitter that utilizes the phenomenon that when the light is incident on the interface of the medium at a Brewster angle, the light whose polarization direction is parallel to the incident surface (hereinafter referred to as slow polarization) is totally transmitted. Indicates. At this time, part of the light whose polarization direction is perpendicular to the incident surface (hereinafter referred to as “fast polarization”) is reflected at the interface and part of the light is transmitted through the interface.
By adopting a multilayer structure, the reflectance of fast polarization can be increased, and an extinction ratio of about 30 dB can be realized. Also, the structure is simple and can be manufactured at a relatively low cost. However, when optical fibers are connected, optical characteristics are affected by axial misalignment and the like, so it is necessary to position and connect the optical fibers with high accuracy. Further, since the optical power density of the incident light is increased at the connection end face with the optical fiber, it is necessary to suppress impurities from being mixed into the connection end face as much as possible. For this reason, when connecting an optical fiber, a dedicated connection device is required, which is difficult.
[0004]
Another polarization beam splitter includes a polarization maintaining optical fiber coupler manufactured by melting and stretching a polarization maintaining optical fiber. This polarization maintaining optical fiber coupler has a simple structure, can be manufactured at a very low cost, and is suitable for mass production. In addition, it has a structure in which light does not leak from the inside of the optical fiber, and has excellent light resistance when inputting light having a very high optical power density, and also has excellent long-term stability. However, the extinction ratio of this polarization-maintaining optical fiber coupler has a wavelength dependency, and there is a problem that a high extinction ratio cannot be obtained.
[0005]
[Non-Patent Document 1]
Nakagawa Kiyoji, “Optical Amplifier and its Applications”, 1st Edition, Ohm Co., Ltd., May 30, 1992, p. 148-150
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, each polarization beam splitter has its advantages and disadvantages, and must be selected according to the intended use. In addition to optical characteristics such as extinction ratio, light resistance and long-term stability In addition, a polarization beam splitter having excellent characteristics in terms of price, production processability, etc. has not been realized.
Therefore, the object of the present invention has been made in view of the above circumstances. In other words, focusing on polarization-maintaining optical fiber couplers, taking advantage of the simplicity of this structure, excellent light resistance and long-term stability, and reducing the wavelength dependence of the extinction ratio, a high extinction ratio can be obtained over a wide band. An object of the present invention is to provide a polarization beam splitter.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 is a polarization beam splitter that demultiplexes incident random polarization light into two orthogonal polarization beams and emits the light , and the polarization maintaining optical fiber coupler. When the wavelength at which the extinction ratio in the wavelength dependence of the extinction ratio is the maximum is the center wavelength of the extinction ratio, polarization maintaining optical fiber couplers having the same center wavelength of the extinction ratio are connected in multiple stages. It is a wave beam splitter.
Here, the extinction ratio of the polarization maintaining optical fiber coupler is a value for evaluating the degree of mixing of orthogonally polarized light emitted from the polarization maintaining optical fiber coupler.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a polarization beam splitter that demultiplexes incident random polarization light into two orthogonal polarizations and emits the polarization polarization optical fiber coupler in order. Multiple stages are connected so that the output from the holding optical fiber coupler is input to the polarization maintaining optical fiber coupler in the subsequent stage, and the wavelength at which the extinction ratio in the wavelength dependence of the extinction ratio of the polarization maintaining optical fiber coupler is maximized is extinguished. The polarization beam splitter is characterized in that polarization maintaining optical fiber couplers having different center wavelengths of extinction ratios are connected in multiple stages when the center wavelength of the ratio is set.
[0009]
In the invention according to claim 3, the polarization maintaining optical fiber coupler is formed using a polarization maintaining optical fiber,
The polarization maintaining optical fiber has a stress applying portion disposed symmetrically with respect to the core in a clad surrounding the core, and is concentric with the core or the clad, does not reach the stress applying portion, and is inside the stress applying portion. 3. The polarization beam splitter according to claim 1, wherein a diameter of the largest one not including the stress applying portion is 20 μm or more. 4.
[0010]
In the invention according to claim 4, the polarization maintaining optical fiber coupler is formed using a polarization maintaining optical fiber,
The polarization beam splitter according to any one of claims 1 to 3, wherein the polarization maintaining optical fiber is a PANDA type polarization maintaining optical fiber.
[0011]
In the invention according to claim 5, the polarization maintaining optical fiber coupler is formed using a polarization maintaining optical fiber,
The polarization beam splitter according to any one of claims 1 to 3, wherein the polarization maintaining optical fiber is a bow-tie type polarization maintaining optical fiber.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a polarization beam splitter 10 of the present invention. The polarization beam splitter 10 includes three two-input two-output (hereinafter referred to as 2 × 2 type) polarization-maintaining optical fiber couplers 11, 12a, and 12b. This 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 11, 12a, 12b has two input ports, but only one input port is used.
One 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 11 is provided on the input end side, and this input port is fusion-connected to the input end (not shown). Further, two 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber couplers 12a and 12b are provided on the output end (not shown) side. The two output ports of the preceding 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 11 are fusion-connected to the input ports of the subsequent 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber couplers 12a and 12b, respectively.
In FIG. 1, reference numeral 13 denotes a fusion splice point between the 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber couplers 11, 12 a, and 12 b in the former stage and the latter stage. Of the input and output ports of the 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber couplers 11, 12 a, and 12 b at the front and rear stages, those that hardly receive or emit light are not shown.
[0013]
Randomly polarized light incident from the input end is light having a polarization direction parallel to the incident surface (hereinafter referred to as slow polarization) in the preceding 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 11. The light whose polarization direction is perpendicular to the incident surface (hereinafter referred to as “fast polarization”) is demultiplexed into two orthogonal polarization waves and emitted from each output port. At this time, the slow polarization and the fast polarization cannot be completely demultiplexed, and each output port includes a part of the leaked linear polarization orthogonal to the output port.
The light emitted from each output port is incident on each of the subsequent 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber couplers 12a and 12b, and is again demultiplexed into slow polarization and fast polarization, and is output from each output port. It comes out.
For this reason, the slow polarization and the leaked fast polarization are incident on one of the 2 × 2 polarization maintaining optical fiber couplers 12a in the subsequent stage, and are further demultiplexed so that the slow polarization from the output port has a high extinction ratio. It will be emitted. In addition, the fast polarization and the leaked slow polarization are incident on the other 2 × 2 polarization maintaining optical fiber coupler 12b in the subsequent stage, and are further split and output from the output port with a high extinction ratio. Will do.
[0014]
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 20 used in the polarization beam splitter 10 of the present invention. This 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 20 has two PANDA type optical fibers 21, 21 after removing a part of the coating layer such as plastic provided on the surface thereof, The clad 22 in the middle of these PANDA type optical fibers 21 and 21 is brought into contact with each other, heated, melted, and stretched in the length direction thereof to be fused and stretched (optical (Bonding part) 23 is formed, and then the fusion stretched part 23 is accommodated in a protective case (not shown) or the like as necessary.
The polarization axis means a straight line passing through the centers of the stress applying portions 24 and 24 in each of the PANDA optical fibers 21 and 21.
[0015]
The polarization maintaining optical fiber coupler 20 controls the degree of coupling between the slow polarization and the fast polarization of the PANDA type optical fibers 21 and 21 in the fusion extending section 23, and the slow polarization propagates to one of the output ports. Fast polarization is propagated to the other output port.
[0016]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the PANDA type optical fiber 21 described above. The PANDA type optical fiber 21 is provided with a core 25 at its center, and a clad 22 is provided around the core 25 concentrically with the core 25. Further, in the clad 22, two stress applying portions 24, 24 having a lower refractive index than the clad 22 and having a circular cross section are arranged symmetrically around the core 25.
The stress applying portions 24 and 24 have a thermal expansion coefficient larger than that of the clad 22. For this reason, in the process of cooling the PANDA type optical fiber 21 obtained by melting and drawing the optical fiber preform, different stresses in the horizontal direction and the vertical direction are caused in the core 25 due to the stress applying portions 24 and 24. Thus, birefringence can be obtained. For this reason, the characteristic of propagating in a state where the slow polarization and the fast polarization of the two orthogonal polarizations constituting the light are preserved is obtained.
[0017]
In the present embodiment, the stress applying portions 24 and 24 are concentric circles of the core 25 or the clad 22 and do not cover the stress applying portions 24 and 24 and do not include the stress applying portions 24 and 24 therein. The maximum diameter A is 20 μm or more.
When the 2 × 2 type polarization-maintaining optical fiber coupler 20 is formed using the PANDA type optical fiber 21 as described above, the light that oozes out from the core 25 at the fusion extending portion 23 is 2 Excessive loss can be suppressed without wrapping around the cladding 22 radially outward of the PANDA optical fiber 21 of the two stress applying portions 24, 24.
[0018]
FIG. 4 shows an example of the wavelength-loss characteristic of the 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 20 described above. Here, the extinction ratio is measured by measuring the light intensity of the slow polarization and the fast polarization out of the light emitted from either one of the output ports at this time. The ratio is calculated and expressed in decibels (dB). In FIG. 4, the extinction ratio and the loss are expressed as absolute values with a negative sign. The higher the extinction ratio, the more the incident light can be demultiplexed into slow polarization and fast polarization with superior separation characteristics.
[0019]
Assuming that non-polarized light is incident on the polarization maintaining optical fiber coupler 20, the extinction ratio at the output end is also expressed by the ratio of the loss when the slow polarization is incident and when the fast polarization is incident. Therefore, the extinction ratio of either output port shows a maximum value at a specific wavelength. The wavelength at which this maximum value is obtained is referred to as the center wavelength of the extinction ratio of the polarization maintaining optical fiber coupler 20. In this 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 20, the center wavelength of the extinction ratio is 1546 nm.
[0020]
FIG. 5 shows an example of the wavelength-loss characteristic of the polarization beam splitter of the present invention. This polarization beam splitter 10 is provided with a 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 20 having the characteristics shown in FIG. At this time, the maximum extinction ratio at the output port from which the slow polarization is output is 60 dB, and the maximum extinction ratio at the output port from which the fast polarization is output is approximately 50 dB, realizing high separation characteristics. it can. In addition, a high extinction ratio of 30 dB or more can be realized in the wavelength band of 1535 to 1555 nm.
[0021]
Further, in the wavelength band of 1530 to 1570 nm, the loss is as small as 0.8 dB or less, and the low-loss polarization beam splitter 10 can be realized. This is because the front and rear 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber couplers 11, 12 a, 12 b are formed using the same type of PANDA type optical fibers 21, 21,... This is because the connection loss at the point 13 is very small.
In this way, by providing the polarization maintaining optical fiber couplers 20 having the same center wavelength of the extinction ratio at the front and rear stages, a polarization beam splitter having a high extinction ratio and low loss can be realized.
[0022]
FIG. 6 shows another example of the wavelength-loss characteristic of the polarization beam splitter 10 of the present invention. This polarization beam splitter 10 is provided with a 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler 11 having an extinction ratio center wavelength of 1540 nm in the preceding stage, and a 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler having an extinction ratio center wavelength of 1546 nm. 12a and 12b are provided in the subsequent stage. Other configurations are the same as those described above, and thus the description thereof is omitted.
[0023]
The maximum value of the extinction ratio at both the output port from which the slow polarization is output and the output port from which the fast polarization is output is approximately 50 dB, and high separation characteristics can be realized. In addition, the difference between the maximum value and the minimum value of the extinction ratio is 20 dB in the wavelength band of 1530 to 1570 nm, the wavelength dependency of the extinction ratio is small, and a high extinction ratio of 30 dB or more is realized in the wide wavelength band of 1530 to 1570 nm. it can. Further, the difference in the extinction ratio between the output ports is small, and a slow polarization and a fast polarization with substantially the same light intensity can be obtained.
Further, in the wavelength band of 1530 to 1570 nm, the loss is as small as 0.8 dB or less, and the low-loss polarization beam splitter 10 can be realized.
[0024]
Thus, by providing polarization maintaining optical fiber couplers 11, 12a, 12b having different center wavelengths of extinction ratios at the front and rear stages, a polarization beam splitter 10 having a high extinction ratio and low loss in a wide wavelength band is realized. For example, it can be expected to be used as a polarization beam splitter for polarization interleave multiplex transmission signal light.
[0025]
As described above, the polarization beam splitter 10 of the present invention is formed by fusion-splicing the polarization-maintaining optical fiber coupler 20 and has a simple structure, such as production processability, long-term stability, strength, and light resistance. In that respect, it can be manufactured at low cost.
Further, as shown in FIG. 1, the extinction ratio is high by performing multi-stage connection so that the output from the polarization maintaining optical fiber coupler 11 at the previous stage is input to the polarization maintaining optical fiber couplers 12a and 12b at the subsequent stage. A polarization beam splitter 10 can be realized.
[0026]
The number of stages of the multi-stage connection of the polarization maintaining optical fiber couplers 20 constituting the polarization beam splitter 10 of the present invention is preferably determined in consideration of the loss of the polarization beam splitter 10 and the size of the apparatus. In particular, as in the present embodiment, one polarization-maintaining optical fiber coupler 11 is a front stage, and two-stage polarization beam splitters each having a subsequent stage polarization-maintaining optical fiber coupler 12a, 12b connected to each output port. 10 is preferred.
[0027]
Further, the PANDA type optical fiber 21 has a large birefringence as a polarization maintaining optical fiber, is easy to align the polarization axis, and has a simple shape of the stress applying portion 24. For this reason, by using this PANDA type optical fiber 21, the polarization maintaining optical fiber coupler 20 that can be connected to an external optical fiber with low loss can be formed at low cost. Therefore, the polarization beam splitter 10 that can be connected to an external optical fiber with low loss can be manufactured at low cost.
[0028]
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the polarization maintaining optical fiber is not limited to the PANDA type optical fiber 21, but a bow-tie type optical fiber, an elliptical core optical fiber, or the like can also be used. In particular, when a bow-tie type optical fiber is used, the polarization maintaining optical fiber coupler 20 having the same structure as that when the PANDA type optical fiber 21 is used can be formed, and the same operation effect can be obtained.
[0029]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the inventions according to claims 1 to 5, the wavelength dependency of the extinction ratio is small, and a high extinction ratio can be obtained in a wide wavelength band. Also, the loss is very small over a wide wavelength band. Furthermore, it has a simple structure, is excellent in terms of production processability, long-term stability, strength, light resistance, etc., and can be manufactured at low cost.
[0030]
In particular, according to the invention of claim 2, the wavelength dependence of the extinction ratio is further suppressed, and a high extinction ratio can be realized in a wider wavelength band. Further, the difference in the extinction ratio between the output ports is small, and a slow polarization and a fast polarization with substantially the same light intensity can be obtained. Since the extinction ratio is high and the loss is low in such a wide wavelength band, it can be expected to be used as a polarization separation element for signal light of the polarization interleave multiplex transmission method.
[0031]
In addition, according to the third aspect of the invention, the light that has oozed out of the core at the fusion-stretched portion of the polarization maintaining optical fiber coupler is outside the radial direction of the polarization maintaining optical fiber at the two stress applying portions. Therefore, the excess loss can be suppressed without wrapping around the cladding, and a low-loss polarization beam splitter can be realized.
[0032]
According to the inventions according to claims 4 and 5, the PANDA type optical fiber and the bow-tie type optical fiber have a large birefringence as a polarization maintaining optical fiber, and are easy to align the polarization axis. Since the shape of the stress applying portion is simple, a polarization maintaining optical fiber coupler that can be connected to an external optical fiber with low loss can be formed at low cost. Therefore, the polarization beam splitter 10 that can be connected to an external optical fiber with low loss can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a polarization beam splitter of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a 2 × 2 type polarization maintaining optical fiber coupler.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a PANDA type optical fiber.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of wavelength-loss characteristics of a polarization maintaining optical fiber coupler.
FIG. 5 is a diagram showing an example of wavelength-loss characteristics of the polarization beam splitter of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another example of wavelength-loss characteristics of the polarization beam splitter of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams showing an example of a polarization beam splitter using a birefringent optical crystal, in which FIG. 7A is a Glan-Thompson prism type and FIG. 7B is a lotion prism type.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a polarization beam splitter using Brewster conditions.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Polarization beam splitter, 20 ... Polarization-maintaining optical fiber coupler, 21 ... PANDA type optical fiber, 11 ... Pre-stage polarization-maintaining optical fiber coupler, 12a, 12b ... Rear-stage polarization-maintaining optical fiber Coupler, 22 ... Cladding, 24 ... Stress applying part, 25 ... Core

Claims

A polarization beam splitter that splits incident randomly polarized light into two orthogonally polarized beams and emits them.
When the wavelength with the maximum extinction ratio in the wavelength dependence of the extinction ratio of the polarization maintaining optical fiber coupler is the center wavelength of the extinction ratio, polarization maintaining optical fiber couplers having the same center wavelength of the extinction ratio are connected in multiple stages. A polarization beam splitter characterized by that.

A polarization beam splitter that splits incident randomly polarized light into two orthogonally polarized beams and emits them.
The polarization maintaining optical fiber coupler is sequentially connected in multiple stages so that the output from the previous polarization maintaining optical fiber coupler is input to the subsequent polarization maintaining optical fiber coupler,
When the wavelength at which the extinction ratio in the wavelength dependence of the extinction ratio of the polarization maintaining optical fiber coupler is the maximum is the center wavelength of the extinction ratio, polarization maintaining optical fiber couplers having different center wavelengths of the extinction ratio are connected in multiple stages. A polarization beam splitter characterized by comprising:

The polarization maintaining optical fiber coupler is formed using a polarization maintaining optical fiber,
The polarization maintaining optical fiber has a stress applying portion disposed symmetrically with respect to the core in a clad surrounding the core, and is concentric with the core or the clad, does not reach the stress applying portion, and is inside the stress applying portion. 3. The polarization beam splitter according to claim 1, wherein the largest one among those not including the stress applying portion has a diameter of 20 μm or more. 4.

The polarization maintaining optical fiber coupler is formed using a polarization maintaining optical fiber,
The polarization beam splitter according to any one of claims 1 to 3, wherein the polarization maintaining optical fiber is a PANDA type polarization maintaining optical fiber.

The polarization maintaining optical fiber coupler is formed using a polarization maintaining optical fiber,
4. The polarization beam splitter according to claim 1, wherein the polarization maintaining optical fiber is a bow-tie type polarization maintaining optical fiber.