JP4707059B2

JP4707059B2 - 分岐比切り替え型光スプリッタ

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Publication number: JP4707059B2
Application number: JP2005322554A
Authority: JP
Inventors: 博章小野; 英則中田
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-11-07
Also published as: JP2007127988A

Description

本発明は、入力光を予め設定した複数の分岐比（例えば２状態もしくは３状態）のいずれかで出力する機能を有する分岐比切り替え型光スプリッタに関するものである。本装置は、例えば光通信などの分野において、システム構築後の変更などの際に光導波路や光ファイバを伝搬する光の分岐比切り替える場合などに有用である。

光通信などの分野では、光導波路や光ファイバを伝搬してくる光（情報）を２つの経路に分岐して伝送したい場合がある。そのような場合には光スプリッタが用いられている。従来の光スプリッタは、分岐導波路やファイバ融着などにより作製されている。これらの光スプリッタは、構成が簡単であるが、分岐比は固定されていて可変できない謂わば固定分岐比型である。つまり、入力光の分岐比がシステム構築時に決まっており、その後、システム変更があっても分岐比を変えることができない。

それに対して、入力光の分岐比率を自由に変えることができる機能を有する可変分岐比光スプリッタが提案されている（特許文献1参照）。ここでは、ファラデー素子と該ファラデー素子に可変磁界を印加する９０度自由可変ファラデー回転子を用い、そのファラデー回転角を０度から９０度の範囲で連続的に制御できるように構成されている。この可変分岐比光スプリッタは、入力光を任意の比率で２つの光に分岐して出力できるため、システム変更に対応できるばかりでなく、それを利用した新たな機能を持つ光デバイスを開発できる可能性がある。しかし、分岐比を一定に保つには、電磁石への駆動電流を常時精密に制御し続けなければならない。つまり、常に電流を供給しているため消費電力が大きく、また分岐比が安定するまでに時間がかかる他、特に電気駆動・制御系統が複雑化するなどの問題がある。

光スプリッタの用途として、前記のように、光通信システム構築後におけるシステム変更の際に、光路を切り替え、利用されなくなった系統への出力供給を停止して、ネットワークを効率的に運用できるようにすることが考えられる。しかし、システム変更は、しばしば行われるものではなく、そのため従来の可変分岐比光スプリッタは、このような用途には必ずしも適していない。
特開２００２−３７２６９６号公報

本発明が解決しようとする課題は、入力光を予め設定した複数の分岐比（通常２状態あるいは３状態）のいずれかで、光を２つの出力ポート（いずれか一方の出力ポートのみに出力する場合も含む）に分岐できるようにすることである。

本発明は、偏波面が直交関係にある同じ光路の光を分離する分離用複屈折素子、偏波方向に応じて光路を制御する光路制御用複屈折素子、偏波面が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子を、この順序で間隔をおいて配置し、前記分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に、両側光路の光の偏波面を直交関係から２２．５度の平行関係に揃えるように変換する偏波回転手段と、それらの光の偏波面を±２２．５度回転させる可変ファラデー回転子とを配置し、それらによって光路制御用複屈折素子の光学軸に対して偏波面が４５度あるいは９０度となるようにし、前記光路制御用複屈折素子と合成用複屈折素子との間に、合成される関係にある２つの光路の光の偏波面が合成用複屈折素子の光学軸に対して垂直及び水平となるように制御する偏波制御手段を配置し、前記可変ファラデー回転子による偏波回転方向の制御に応じて分岐比を２状態で切り替え可能としたことを特徴とする分岐比切り替え型光スプリッタである。

ここで前記偏波回転手段は、−５６．２５度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、−１１．２５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造であり、前記偏波制御手段は、４５度の１／２波長板を一方の分岐光路に挿入すると共に、０度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、４５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造が好ましい。

また本発明は、偏波面が直交関係にある同じ光路の光を分離する分離用複屈折素子、偏波面に応じて光路を制御する光路制御用複屈折素子、偏波面が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子を、この順序で間隔をおいて配置し、前記分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に、両側光路の光の偏波面を直交関係から４５度の平行関係に揃えるように変換する偏波回転手段と、それらの光の偏波面を±２２．５度回転させる第１及び第２の可変ファラデー回転子とを配置し、それらによって光路制御用複屈折素子の光学軸に対して偏波面が０度、４５度、あるいは９０度となるようにし、前記光路制御用複屈折素子と合成用複屈折素子との間に、合成される関係にある２つの光路の光の偏波面が合成用複屈折素子の光学軸に対して垂直及び水平となるように制御する偏波制御手段を配置し、前記２個の可変ファラデー回転子による偏波回転方向の制御に応じて分岐比を３状態で切り替え可能としたことを特徴とする分岐比切り替え型光スプリッタである。

ここで前記偏波回転手段は、＋２２．５度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、−２２．５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造であり、前記偏波制御手段は、４５度の１／２波長板を一方の分岐光路に挿入すると共に、０度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、４５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造が好ましい。

前記偏波制御手段において、一方の分岐光路に挿入する４５度の１／２波長板に代えて９０度固定ファラデー回転子を用いることもできる。

本発明において、可変ファラデー回転子の偏波回転方向を制御する磁気回路機構は、そのヨークの一部もしくは全部が半硬質磁性材料からなり、非通電時に印加磁界の自己保持機能をもたせる構成が好ましい。

本発明に係る分岐比切り替え型光スプリッタは、例えば光の偏波面を±２２．５度だけ回転させる１個もしくは２個の可変ファラデー回転子を組み込み、偏波回転方向の制御に応じて分岐比を２状態もしくは３状態で切り替えるように構成されているので、入力光を予め設定した複数の分岐比のいずれかで、光を２つの出力ポート（いずれか一方の出力ポートのみに出力する場合も含む）に分岐できる。この構成は、分岐比が安定するまでに時間がかからず、また電気駆動・制御系統を簡素化できる。特に、ヨークに半硬質磁性材料を用いると、非通電時に磁界の自己保持機能をもたせることができ、切り替え時のみの通電でよいために省電力化が可能となる。従って、この分岐比切り替え型光スプリッタを用いることによって、光通信システム構築後におけるシステム変更の際に、光路を切り替えて、利用されなくなった系統への出力供給を停止し、ネットワークを効率的に運用できるようになる。

本発明に係る分岐比切り替え型光スプリッタの概念を図１に示す。信号源１０からの信号光を受信側へ送る場合に、分岐比切り替え型光スプリッタ１２を通すことによって、１つの入力を２つの出力（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）に、信号レベル５０％：５０％で分岐させるとする。従来技術では、５０％：５０％の固定分岐比光スプリッタを用いて分岐させている。システム構築後、ネットワークの使用状態が変わって片方の出力が必要なくなったとき、分岐手段としての５０％：５０％光スプリッタは不要になってしまう。このとき、光スプリッタを取り除かなければ、出力は５０％のままである。このような場合、本発明の分岐比切り替え型光スプリッタを用いると、必要の無くなった出力側へ信号を送らないように光路を切り替えることによって１００％レベルの出力が可能となり、効率的な分岐を行わせることができる。

分岐比切り替え型光スプリッタ１２は、分岐比を５０％：５０％とすると、２つの出力ポートへはそれぞれ５０％ずつ等分に出力される。２つの出力ポートのうち、一方を使用しない場合には、可変ファラデー回転子の磁気回路を制御し、ファラデー素子への印加磁界の向きを逆にして偏波面を切り替えると、一方の出力ポートへの出力光は遮断され（０％）、他方の出力ポートへの出力光を１００％とすることができる。

このような分岐比切り替え型光スプリッタは、偏波面が直交関係にある同じ光路の光を分離する分離用複屈折素子、偏波方向に応じて光路を制御する光路制御用複屈折素子、偏波面が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子を、この順序で間隔をおいて配置し、前記分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に、両側光路の光の偏波面を直交関係から平行関係に変換する偏波回転手段と、それらの光の偏波面を複数の角度から選択して回転させる可変ファラデー回転手段とを配置し、前記光路制御用複屈折素子と合成用複屈折素子との間に、合成される関係にある２つの光路の光の偏波面が合成用複屈折素子の光学軸に対して垂直及び水平となるように制御する偏波制御手段を配置する構成とし、前記可変ファラデー回転手段による偏波回転方向の制御に応じて分岐比を複数の状態で切り替え可能とすることで実現できる。

図２は本発明に係る分岐比切り替え型光スプリッタの一実施例を示す説明図であり、各光学部品の配列状況を示している。なお、各光学部品中における矢印は、光学軸の方向もしくはファラデー回転の方向を示している。また、説明を分かり易くするために、次のような座標軸を設定する。光学部品の配列方向をｚ方向（図面では奥行き方向）とし、それに対して直交する２方向をｘ方向（図面では水平方向）、ｙ方向（図面では垂直方向）とする。回転方向は、ｚ方向を見て時計回りをプラス側とする。

偏波面が直交関係にある同じ光路の光をｘ方向に分離する分離用複屈折素子２０と、偏波方向に応じて常光は直進し異常光は−ｙ方向に光路をシフトする光路制御用複屈折素子２２と、偏波面が直交関係にある異なる光路の光をｘ方向で合成する合成用複屈折素子２４を、この順序で間隔をおいてｚ方向に配置する。

ｚ方向を見て、分離用複屈折素子２０と光路制御用複屈折素子２２との間に、偏波面を直交関係から−２２．５度の平行関係に揃えるように変換する偏波回転手段２６と、それらの光の偏波面を±２２．５度のいずれかに回転させる可変ファラデー回転子２８とを配置し、それらによって光路制御用複屈折素子２２の光学軸に対して偏波面が４５度あるいは９０度となるようにする。ここで偏波回転手段２６は、左側光路と右側光路にそれぞれ１／２波長板３０，３２を並設した構成である。図３のＡに示されているように、左側光路の１／２波長板３０は光学軸がｘ軸から−５６．２５度傾いているものであり、右側光路の１／２波長板３２は光学軸がｘ軸から−１１．２５度傾いているものである。可変ファラデー回転子２８は、ファラデー素子３４と該ファラデー素子３４に可変磁界を印加する電磁石（図４参照）とを組み合わせた構造であり、電磁石への通電電流の向きによって−２２．５度または＋２２．５度のいずれかに偏波面を切り替えることができるように構成する。ファラデー素子２２としては、例えばＢｉ置換希土類鉄ガーネットＬＰＥ（液相エピタキシャル成長）膜が好適である。

更にｚ方向を見て、光路制御用複屈折素子２２と合成用複屈折素子２４との間に、合成される関係にある２つの光路の光の偏波面が合成用複屈折素子２４の光学軸に対して垂直及び水平となるように制御する偏波制御手段３６を配置し、それによって対角の関係にある２つの光路の光は偏波面を９０度回転し、他の２つの光路の光は偏波面を維持するようにする。ここで偏波制御手段３６は、下段光路に１／２波長板３８を挿入し、左側光路と右側光路にそれぞれ１／２波長板４０，４２を並設した構成である。下段光路の１／２波長板３８は、図３のＢに示されているように、光学軸がｘ軸から＋４５度（−４５度でもよい）傾いているものである。図３のＣに示されているように、左側光路の１／２波長板４０は光学軸がｘ軸から０度傾いているものであり、右側光路の１／２波長板４２は光学軸がｘ軸から＋４５度（−４５度でもよい）傾いているものである。

可変ファラデー回転子２８は、例えば図４に示すように、Ｃ型のヨーク４４にコイル４６を巻装して電磁石とし、前記ヨーク４４のギャップ部にファラデー素子３４を配置した構成である。ファラデー素子３４は、それに飽和磁化が印加された時に、入力光の偏波面を２２．５度回転させる厚さに設定されている。ここで、ヨーク４４の一部あるいは全部を半硬質磁性材料で作製すると、通電後に電流供給を停止しても磁化状態が保持され、ギャップ部に磁界を印加し続けることができる。この磁界がファラデー素子３４の飽和磁界以上となるように設計することで、自己保持型の±２２．５度切り替え型の可変ファラデー回転子が構成できる。本発明では、このような自己保持型の可変ファラデー回転子を用いることが好ましい。

ｚ方向を見て、分離用複屈折素子２０の前方の左上段位置に入力ポート（ＩＮ）を設定し、合成用複屈折素子１４の後方の右上段位置に出力ポート１（ＯＵＴ１）を、右下段位置に出力ポート２（ＯＵＴ２）を設定する。この状態で、可変ファラデー回転子２８による偏波面の回転角度を±２２．５度に切り替えると、それに応じて出力ポート１と出力ポート２への光分岐比を５０％：５０％あるいは１００％：０％の比率で変えることができる。

図５は、この分岐比切り替え型光スプリッタの光路説明図であり、各光学部品間での偏波状況を示している。この光路説明図を用いて、上記構成の分岐比切り替え型光スプリッタの動作について、更に詳しく説明する。入力ポートからｚ方向に入力した光は、分離用複屈折素子２０で常光は直進し、異常光は屈折してｘ方向に分離する。左側光路を通る光は、偏波回転手段２６である１／２波長板３０によって偏波面が−２２．５度回転し、右側光路を通る光は、偏波回転手段２６である１／２波長板３２によって偏波面が−２２．５度回転する。１／２波長板は、入力光の偏波面をその光学軸に関して対称に変換する性質を有するからである。従って、左右の光路を通る光の偏波面は平行（−２２．５度）となって、可変ファラデー回転子２８に入力する。

電磁石への通電電流の向きを変化させると、ファラデー素子３４に印加される磁界が反転し、それに応じてファラデー素子３４を通過する光の偏波面が切り替わることになる。つまり、通電電流の向きの制御によって通過光の偏波面を正方向もしくは負方向に切り替えることができる。そこで、まず、入力光の偏波面がファラデー素子３４によって負方向に回転する向きにコイル４６へ通電するものとする（図５のＡの光路図参照）。すると、可変ファラデー回転子２８を通過することで、偏波面は更に−２２．５度回転する。

偏波面が合計で−４５度回転した両光は、光路制御用複屈折素子２２に入力し、それぞれ常光は直進し、異常光は屈折して−ｙ方向（下方）に等分に分離する。光路制御用複屈折素子２２への入力光の偏波面と、出力光の偏波面及び成分を、図６のＡに示す。上段を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板３８をバイパスし、下段を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板３８によって偏波面が９０度回転して、全ての光路の光の偏波面は水平となる。次に、左側光路を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板４０を通るが偏波面は回転せず、右側光路を通る光は１／２波長板４２によって偏波面が９０度回転する。従って、上段光路の両光は偏波面が互いに直交する関係となり、下段光路の両光も偏波面が互いに直交する関係となる。そして、合成用複屈折素子２４ではｘ方向で光が合成するため、右側の出力ポート１及び出力ポート２から、それぞれ分岐比５０％：５０％で分岐光が出力することになる。

次に、入力光の偏波面がファラデー素子３４によって正方向に回転する向きにコイル４６へ通電するとする（図５のＢの光路図参照）。すると、偏波面は＋２２．５度回転して元に戻り（即ち、水平方向）、両光は光路制御用複屈折素子２２に入力し、両光は共に常光であるため直進する（下段光路への屈折光は生じない）。光路制御用複屈折素子２２への入力光の偏波面と、出力光の偏波面及び成分を、図６のＢに示す。上段を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板３８をバイパスし、次に、左側光路を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板４０を通るが偏波面は回転せず、右側光路を通る光は１／２波長板４２によって偏波面が９０度回転する。従って、上段光路の両光は偏波が互いに直交する関係となり、合成用複屈折素子２４では、ｘ方向で光が合成するため、右側の出力ポート１のみから、１００％の光が出力することになる。出力ポート２へは光は伝播しない。つまり、１００％：０％の分岐比が実現できる。

このようにして、可変ファラデー回転子２８のコイル４６への通電電流の向きを切り替えることによって、分岐比５０％：５０％の状態からから分岐比１００％：０％の状態に切り替えることができる。なお、電磁石のヨークの全部もしくは一部に半硬質磁性材料を使用すれば、通電を停止しても磁界が自己保持されるので、分岐比を変える時のみ通電すればよいことになり、省エネルギー化を図ることができる。

図７は本発明に係る分岐比切り替え型光スプリッタの他の実施例を示す説明図であり、各光学部品の配列状況を示している。この実施例は、図２の実施例と比べて、分離用複屈折素子２０と光路制御用複屈折素子２２との間に位置する偏波回転手段及び可変ファラデー回転子の部分のみが異なる構成であるので、説明を簡略化するために、偏波回転手段を除く他の光学部品などには同一符号を付す。なお、各光学部品中における矢印は、光学軸の方向もしくはファラデー回転の方向を示しており、座標軸の設定及び偏波面の回転方向についても図２と同様としている。

偏波面が直交関係にある同じ光路の光をｘ方向に分離する分離用複屈折素子２０と、偏波面に応じて常光は直進し異常光は−ｙ方向に光路をシフトする光路制御用複屈折素子２２と、偏波面が直交関係にある異なる光路の光をｘ方向で合成する合成用複屈折素子２４を、この順序で間隔をおいてｚ方向に配置する。

ｚ方向を見て、分離用複屈折素子２０と光路制御用複屈折素子２２との間に、偏波面を直交関係から−４５度の平行関係に揃えるように変換する偏波回転手段４６と、それらの光の偏波面を±２２．５度回転させる第１の可変ファラデー回転子４８及び光の偏波面を±２２．５度回転させる第２の可変ファラデー回転子５０とを配置し、それらによって光路制御用複屈折素子の光学軸に対して偏波面が０度、４５度あるいは９０度となるようにする。ここで偏波回転手段４６は、左側光路に＋２２．５度の１／２波長板５２、右側光路に−２２．５度の１／２波長板５４を並設した構成である。第１及び第２の可変ファラデー回転子４８、５０は、いずれもファラデー素子と電磁石を組み合わせた構造であり、電磁石への通電電流の向きによって、−２２．５度または＋２２．５度のいずれかに偏波面を切り替えることができるように構成されている。

更にｚ方向を見て、光路制御用複屈折素子２２と合成用複屈折素子２４との間に、合成される関係にある２つの光路の光の偏波面が合成用複屈折素子２４の光学軸に対して垂直及び水平となるように制御する偏波制御手段３６を配置し、それによって対角の関係にある２つの光路の光は偏波面を９０度回転し、他の２つの光路の光は偏波面を維持するようにする。ここで偏波制御手段３６は、下段光路に＋４５度（−４５度でもよい）の１／２波長板３８を挿入し、左側光路に０度の１／２波長板４０、右側光路に＋４５度（−４５度でもよい）の１／２波長板４２を並設した構成である。

第１及び第２の可変ファラデー回転子４８，５０は、図２の実施例の場合と同様、電磁石のヨークの一部もしくは全部を半硬質磁性材料で作製した自己保持型とするのが好ましい。ヨークを半硬質磁性材料で作製すると、通電後に電流供給を停止しても磁化状態が保持され、ギャップ部に磁界を印加し続けることができる。なお、第１及び第２の可変ファラデー回転子４８，５０のヨークは、一体化することも可能である。

ｚ方向を見て、分離用複屈折素子２０の前方の左上段位置に入力ポート（ＩＮ）を設定し、合成用複屈折素子１４の後方の右上段位置に出力ポート１（ＯＵＴ１）を、右下段位置に出力ポート２（ＯＵＴ２）を設定する。この状態で、第１及び第２の可変ファラデー回転子４８，５０による偏波面の回転角度を±２２．５度に切り替えると、それに応じて出力ポート１と出力ポート２への光分岐比を１００％：０％、５０％：５０％あるいは０％：１００％の比率で変えることができる。

図８は、この分岐比切り替え型光スプリッタの光路説明図であり、各光学部品間での偏波状況を示している。この光路説明図を用いて、上記構成の分岐比切り替え型光スプリッタの動作について、更に詳しく説明する。入力ポートからｚ方向に入力した光は、分離用複屈折素子２０で常光は直進し、異常光は屈折してｘ方向に分離する。左側光路を通る光は、偏波回転手段４６である１／２波長板５２によって偏波面が−４５度回転し、右側光路を通る光は、偏波回転手段４６である１／２波長板５４によって偏波面が−４５度回転する。従って、左右の光路を通る光の偏波面は平行（−４５度）となって、第１の可変ファラデー回転子４８に入力する。

電磁石への通電電流の向きを変化させると、通過光の偏波面を正方向もしくは負方向に切り替えることができる。そこで、第１及び第２の可変ファラデー回転子４８，５０について、入力光の偏波面がそれらのファラデー素子によっていずれも正方向に＋２２．５度回転する向きにコイルへ通電するものとする（図８のＡの光路図参照）。すると、ファラデー回転角は合計で＋４５度となるため、偏波面が元に戻り（即ち、水平方向）、両光は光路制御用複屈折素子２２に入力する。両光は共に常光であるため直進する（下段光路への屈折光は生じない）。上段を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板３８をバイパスし、左側光路を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板４０を通るが偏波面は回転せず、右側光路を通る光は１／２波長板４２によって偏波面が９０度回転する。従って、上段光路の両光は偏波面が互いに直交する関係となり、合成用複屈折素子２４では、ｘ方向で光が合成するため、右側の出力ポート１のみから、１００％の光が出力することになる。出力ポート２へは光は伝播しない。つまり、１００％：０％の分岐比が実現できる。

第１の可変ファラデー回転子４８の偏波面が正方向（＋２２．５度）、第２可変のファラデー回転子５０の偏波面が負方向（−２２．５度）に回転するようにコイル電流の向きを制御するとする（図８のＢの光路図参照）。実際には、切り替える方のコイルにのみ通電すればよい。この場合、第１の可変ファラデー回転子４８の偏波面の回転方向と第２可変のファラデー回転子５０の偏波面の回転方向が丁度逆なので、打ち消し合い（ファラデー回転角の合計が０度）、出力光は偏波面が−４５度回転したままの光となる。偏波面が−４５度回転した両光は、光路制御用複屈折素子２２に入力し、それぞれ常光は直進し、異常光は屈折して−ｙ方向（下方）に等分に分離する。上段を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板３８をバイパスし、下段を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板３８によって偏波面が９０度回転して、全ての光路の光の偏波面は水平となる。次に、左側光路を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板４０を通るが偏波面は回転せず、右側光路を通る光は１／２波長板４２によって偏波面が９０度回転する。従って、上段光路の両光は偏波面が互いに直交する関係となり、下段光路の両光も偏波面が互いに直交する関係となる。そして、合成用複屈折素子２４では、ｘ方向で光が合成するため、右側の出力ポート１及び出力ポート２から、それぞれ分岐比５０％：５０％で分岐光が出力することになる。

上記の説明では第１の可変ファラデー回転子４８の偏波面が正方向（＋２２．５度）、第２可変のファラデー回転子５０の偏波面が負方向（−２２．５度）に回転するようにコイル電流の向きを制御しているが、第１の可変ファラデー回転子４８の偏波面が負方向（−２２．５度）、第２可変のファラデー回転子５０の偏波面が正方向（＋２２．５度）に回転するようにコイル電流の向きを制御してもよい。このように第１と第２の可変ファラデー回転子が互いに逆方向に偏波面を回転させると、同じファラデー素子を使用すれば、波長特性及び温度特性が相殺され、特性が向上する利点がある。

第１及び第２の可変ファラデー回転子４８，５０について、入力光の偏波面がそれらのファラデー素子によっていずれも負方向に−２２．５度回転する向きにコイルへ通電するものとする（図８のＣの光路図参照）。すると、ファラデー回転角は合計で−４５度となるため、偏波面が９０度回転し（即ち、垂直方向）、両光は光路制御用複屈折素子２２に入力する。両光は共に異常光であるため、全て−ｙ方向（下方）に屈折して進む（上段光路への直進光は生じない）。下段を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板３８によって偏波面が９０度回転して、全ての光路の光の偏波面は水平となる。次に、左側光路を通る光は、偏波制御手段３６である１／２波長板４０を通るが偏波面は回転せず、右側光路を通る光は１／２波長板４２によって偏波面が９０度回転する。従って、下段光路の両光は偏波面が互いに直交する関係となり、合成用複屈折素子２４では、ｘ方向で光が合成するため、右側の出力ポート２のみから、１００％の光が出力することになる。出力ポート１へは光は伝播しない。つまり、０％：１００％の分岐比が実現できる。

このようにして、第１及び第２の可変ファラデー回転子４８，５０の各コイルへの通電電流の向きを独立に切り替えることによって、分岐比１００％：０％、５０％：５０％、０％：１００％の３状態のいずれかに切り替えることができる。なお、電磁石のヨークの全部もしくは一部に半硬質磁性材料を使用すれば、通電を停止しても磁界が自己保持されるので、分岐比を変える時のみ通電すればよいことになり、省エネルギー化を図ることができる。

これら実施例の変形例として、図示するのを省略するが、偏波制御手段３６において下段光路に挿入する４５度の１／２波長板３８に代えて、９０度固定ファラデー回転子を用いることもできる。ここで４５度の１／２波長板３８は、偏波面が垂直の光を水平の光に変換する機能を果たしている。つまり、偏波面を９０度回転させている。従って、９０度固定ファラデー回転子を用いて偏波面を９０度回転させても同じ結果が得られることになる。

本発明の機能説明図。本発明に係る分岐比切り替え型光スプリッタの一実施例を示す説明図。偏波回転手段と偏波制御手段に用いる１／２波長板の光学軸の説明図。可変ファラデー回転子の構造例を示した説明図。この分岐比切り替え型光スプリッタの光路説明図。光路制御用複屈折素子の入力光と出力光の偏波面及び成分を示す説明図。本発明に係る分岐比切り替え型光スプリッタの他の実施例を示す説明図。その分岐比切り替え型光スプリッタの光路説明図。

符号の説明

２０分離用複屈折素子
２２光路制御用複屈折素子
２４合成用複屈折素子
２６偏波回転手段
２８可変ファラデー回転子
３０，３２１／２波長板
３４ファラデー素子
３６偏波制御手段
３８，４０，４２１／２波長板

Claims

偏波面が直交関係にある同じ光路の光を分離する分離用複屈折素子、偏波方向に応じて光路を制御する光路制御用複屈折素子、偏波面が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子を、この順序で間隔をおいて配置し、
前記分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に、両側光路の光の偏波面を直交関係から２２．５度の平行関係に揃えるように変換する偏波回転手段と、それらの光の偏波面を±２２．５度回転させる可変ファラデー回転子とを配置し、それらによって光路制御用複屈折素子の光学軸に対して偏波面が４５度あるいは９０度となるようにし、
前記光路制御用複屈折素子と合成用複屈折素子との間に、合成される関係にある２つの光路の光の偏波面が合成用複屈折素子の光学軸に対して垂直及び水平となるように制御する偏波制御手段を配置し、
前記可変ファラデー回転子による偏波回転方向の制御に応じて分岐比を２状態で切り替え可能としたことを特徴とする分岐比切り替え型光スプリッタ。
前記偏波回転手段は、−５６．２５度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、−１１．２５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造であり、前記偏波制御手段は、４５度の１／２波長板を一方の分岐光路に挿入すると共に、０度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、４５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造である請求項１記載の分岐比切り替え型光スプリッタ。
偏波面が直交関係にある同じ光路の光を分離する分離用複屈折素子、偏波方向に応じて光路を制御する光路制御用複屈折素子、偏波面が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子を、この順序で間隔をおいて配置し、
前記分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に、両側光路の光の偏波面を直交関係から４５度の平行関係に揃えるように変換する偏波回転手段と、それらの光の偏波面を±２２．５度回転させる第１及び第２の可変ファラデー回転子とを配置し、それらによって光路制御用複屈折素子の光学軸に対して偏波面が０度、４５度、あるいは９０度となるようにし、
前記光路制御用複屈折素子と合成用複屈折素子との間に、合成される関係にある２つの光路の光の偏波面が合成用複屈折素子の光学軸に対して垂直及び水平となるように制御する偏波制御手段を配置し、
前記２個の可変ファラデー回転子による偏波回転方向の制御に応じて分岐比を３状態で切り替え可能としたことを特徴とする分岐比切り替え型光スプリッタ。
前記偏波回転手段は、＋２２．５度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、−２２．５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造であり、前記偏波制御手段は、４５度の１／２波長板を一方の分岐光路に挿入すると共に、０度に光学軸が存在する１／２波長板を一方の分離光路に、４５度に光学軸が存在する１／２波長板を他方の分離光路に、それぞれ挿入した構造である請求項３記載の分岐比切り替え型光スプリッタ。
前記偏波制御手段において、一方の分岐光路に挿入する４５度の１／２波長板に代えて９０度固定ファラデー回転子を用いる請求項２又は４記載の分岐比切り替え型光スプリッタ。
可変ファラデー回転子の偏波回転方向を制御する磁気回路機構は、そのヨークの一部もしくは全部が半硬質磁性材料からなり、非通電時に磁界の自己保持機能を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の分岐比切り替え型光スプリッタ。