JP6107877B2 - 偏波合成モジュール - Google Patents

Description

本発明は、偏波合成モジュールに関し、特に、偏波回転素子と光合成素子とを用いた偏波合成モジュールに関する。

光通信分野や光計測分野において、基板に光導波路や当該光導波路を伝播する光波を制御する制御電極を備えた光変調器などの光変調モジュールが多用されている。
このような光変調モジュールは、例えば、電気光学効果を有する基板上に２組のマッハツェンダー型光導波路を設け、それぞれの光導波路から出射された光波（直線偏波光）の一方又は両方の偏波面を回転させ、これらの偏波面が互いに直交する関係にして合成することで偏波合成し、出力する構成となっている。

上記のような偏波合成に関し、特許文献１には、偏波合成にルチルを用いる構成が開示されているが、偏波合成の光学系の全長が長くなってしまうため、光変調モジュールの小型化が困難であるという問題がある。
これに対し、特許文献２や特許文献３のように、偏波合成にＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を用いることで、ルチルを用いる場合に比べて光変調モジュールを小型化することが可能となる。
しかしながら、特許文献２では、ＰＢＳに光波を入射する２つの入射面が互いに直交する位置関係であり、一方の光波をＰＢＳとは別体の反射ミラーで反射させてＰＢＳに導く構成であるため、光軸の安定性に欠けるという問題がある。また、特許文献３では、反射ミラーを一体化したＰＢＳが開示されているが、波長板の固定の仕方について十分に検討されていない。

図１には、特許文献３と同様に、波長板と、反射ミラーを一体化したＰＢＳとを用いて構成された偏波合成の光学系を示してある。同図では、２つの光導波路１の出射端に接続された出射レンズアレイ２から出射される２つの光波（直線偏波光）がＰＢＳ４に至る光路のうち、一方の光路上にλ／２波長板３を設けてある。これにより、出射レンズアレイ２から偏波方向が紙面に対して平行な２つの偏波光（以下、水平偏波光という）Ｌ１，Ｌ２が出射される場合に、一方の水平偏波光Ｌ１はλ／２波長板３で９０度の偏波回転を受けて偏波方向が紙面に対して垂直な偏波光（以下、垂直偏波光Ｌ３という）に変換されてＰＢＳ４に入射され、他方の水平偏波光Ｌ２はそのままＰＢＳ４に入射され、ＰＢＳ４によって合成される。このような偏波合成によって得られる合成光Ｌ４は、集光レンズ５や偏波保持ファイバ付きフェルール６などで構成された出射コリメータ７を通じて出力される。

しかしながら、厚さが数十μｍ程度の非常に薄い波長板を用いる場合、波長板を所望の角度で固定することが難しく、波長板とＰＢＳとの平行性を保つのが困難である。このため、波長板の傾きによっては波長板透過後の光波が完全な直線偏波とならず、ＰＢＳにおいて光損失が発生したり、光波がシフトして出射コリメータ７で結合損失が生じてしまうという問題がある。
また、ＰＢＳに波長板を接着して一体化することも考えられるが、波長板は非常に薄くハンドリングが困難であること、及びこれらを接着する接着剤の表面張力等により波長板とＰＢＳとの平行性を保つのが困難であった。また接着剤が他の光路に回り込み光損失を発生させる可能性もあった。

特開２０１４−１４９３９８号公報 特開２０１２−０４７９５３号公報 特開２０１４−１９９３６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記のような問題を解決し、偏波合成の光学系における光軸のズレを抑制し、光損失の少ない効率的な偏波合成を行うことが可能な偏波合成モジュールを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の偏波合成モジュールは、以下のような技術的特徴を有する。
（１） 入射された２つの直線偏波光を合成して出射する光合成素子と、該光合成素子に入射する２つの直線偏波光の少なくとも一方の光路上に設けられ、透過する直線偏波光に所定角度の偏波回転を与える偏波回転素子と、該偏波回転素子及び該光合成素子が取り付けられる台座部材と、を備え、該台座部材は、該偏波回転素子及び該光合成素子の取り付け位置を離間させて平行に定めた突出部を有し、かつ、該台座部材は、個別の部品であるベース部と該突出部とを一体化した構成を備えており、該偏波回転素子及び該光合成素子は、各々の一部を該突出部に当接させて、該台座部材に取り付けられることを特徴とする。
ここで、本発明における「当接」は、各部材を直接接触させる態様だけでなく、その間に接着剤を介在させる態様も含む。

（２） 上記（１）に記載の偏波合成モジュールにおいて、該突出部は、該台座部材における該偏波回転素子及び該光合成素子の取り付け面から垂直に突き出た凸形状を有し、該偏波回転素子及び該光合成素子は、該偏波回転素子の光出射面の一部と該光合成素子の光入射面の一部とで挟み込むように該突出部の垂直面に当接させて、該台座部材に取り付けられることを特徴とする。

（３） 上記（１）又は（２）に記載の偏波合成モジュールにおいて、該偏波回転素子は、波長板であり、該波長板の一部が、該突出部に接着固定されることを特徴とする。

（４） 上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の偏波合成モジュールにおいて、該偏波合成モジュールは、光変調モジュールの筐体に内蔵され、該台座部材は、該台座部材の光出射側の端面を該光変調モジュールの筐体の内壁面に当接させて、該光変調モジュールの筐体内に取り付けられることを特徴とする。

本発明は、偏波回転素子及び光合成素子が取り付けられる台座部材が、偏波回転素子及び光合成素子の取り付け位置を離間させて定めた突出部を有しており、偏波回転素子及び光合成素子は、各々の一部を突出部に当接させて台座部材に取り付けられるので、ＰＢＳに波長板を接着して一体化する従来の構成にくらべて偏波回転素子と光合成素子の平行性を保つのが容易であり、偏波回転素子と光合成素子を各光波の光軸に対して決められた角度（設計された角度）で実装できる。このため、偏波合成の光学系における光軸のズレを抑制でき、光損失の少ない効率的な偏波合成を行うことが可能な偏波合成モジュールを提供することができる。

従来技術に係る偏波合成の光学系の概要を示す図である。 本発明に係る偏波合成の光学系の概要を示す図である。 本発明に係る偏波合成モジュールの他の構成例１を示す図である。 本発明に係る偏波合成モジュールの他の構成例２を示す図である。 本発明に係る偏波合成モジュールの他の構成例３を示す図である。

本発明に係る偏波合成モジュールについて、好適例を用いて詳細に説明する。
以下では、光変調モジュールの筐体に内蔵される偏波合成モジュールを例に説明する。
図２は、光変調モジュールにおける偏波合成の光学系の概要を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
同図では、２つの光導波路１の出射端に接続された出射レンズアレイ２から２つの水平偏波光Ｌ１，Ｌ２が平行に出射される。一方の水平偏波光Ｌ１はλ／２波長板３で９０度の偏波回転を受けて垂直偏波光Ｌ３に変換されてＰＢＳ４に導かれ、他方の水平偏波光Ｌ２はそのままＰＢＳ４に導かれる。本例では、λ／２波長板３として、厚さ数十μｍ程度のものを使用している。

ＰＢＳ４は、垂直偏波光Ｌ３の入射面がある第１のガラス基材と、水平偏波光Ｌ２の入射面がある第２のガラス基材とを、これらの入射面が同一平面上となるように配置して接合した構成となっている。また、ガラス基材の接合面には、水平偏波光Ｌ２を透過する一方で垂直偏波光Ｌ３を反射する性質の誘電体多層膜を設けて偏波合成面を形成してある。また、第１のガラス基材には、接合面の対向面を該接合面と平行に形成してあり、該対向面に反射膜を設けて反射ミラーを形成してある。このような構成により、ＰＢＳ４に入射した垂直偏波光Ｌ３は、反射ミラーによって偏波合成面に向けて反射され、該偏波合成面でＰＢＳ４に入射した水平偏波光Ｌ２と合成される。
ＰＢＳ４によって合成された合成光Ｌ４は、集光レンズ５や偏波保持ファイバ付きフェルール６などで構成された出射コリメータ７を通じて、光変調モジュールの筐体から出力される。

ここで、本例の偏波合成の光学系では、λ／２波長板３及びＰＢＳ４を台座部材１０に取り付けて固定し、部品化してある。この部品化したモジュールを、偏波合成モジュールと呼称する。
台座部材１０は、ベース部１１と、ベース部１１から突き出た突出部１２とを有している。本例では、台座部材１０として金属製のものを用いるが、ガラス、セラミックなどの他の素材で形成されたものを用いることもできる。また、本例では、ベース部１１と突出部１２は個別の部品で構成され、接着剤や半田、レーザ溶接等により一体化される構成としている。

突出部１２は、台座部材１０に対するλ／２波長板３及びＰＢＳ４の取り付け位置を定めるものであり、λ／２波長板３とＰＢＳ４とが離間し且つ平行となるように設定されている。本例の突出部１２は、ベース部１１の面から垂直に突き出た一定幅の凸形状を有している。すなわち、本例の突出部１２は、直線状に延びた凸形状の両側が互いに平行な垂直面となっており、その一方の垂直面にλ／２波長板３の光出射面の一部（下側部分）を当接させ、他方の垂直面にＰＢＳ４の光入射面の一部（下側部分）を当接させるようにしてある。このように、本例では、λ／２波長板３及びＰＢＳ４を、λ／２波長板３の光出射面の一部とＰＢＳ４の光入射面の一部とで挟み込むように突出部１２に当接させて、台座部材１０に取り付けられる。

台座部材１０に取り付けられたλ／２波長板３及びＰＢＳ４は、接着剤により台座部材１０に固定される。台座部材１０に対するλ／２波長板３の接着は、一例として、突出部１２の垂直面とλ／２波長板３との間に塗布した接着剤により行われるが、ベース部１１の面とλ／２波長板３との間にも接着剤を塗布してもよいし、突出部１２の垂直面とλ／２波長板３との間、及びベース部１１の面とλ／２波長板３との間の両方に接着剤を塗布してもよい。また、台座部材１０に対するＰＢＳ４の接着は、一例として、ベース部１１の上面とＰＢＳ４との間に塗布した接着剤により行われるが、突出部１２の垂直面とＰＢＳ４との間にも接着剤を塗布してもよいし、ベース部１１の上面とＰＢＳ４との間、及び突出部１２の垂直面とＰＢＳ４との間の両方に接着剤を塗布してもよい。

以上のように、本例の偏波合成モジュールは、入射された２つの直線偏波光を合成して出射するＰＢＳ４と、ＰＢＳ４に入射する２つの直線偏波光の少なくとも一方の光路上に設けられ、透過する直線偏波光に所定角度の偏波回転を与えるλ／２波長板３と、λ／２波長板３及びＰＢＳ４が取り付けられる台座部材１０と、を備え、台座部材１０は、λ／２波長板３及びＰＢＳ４の取り付け位置を離間させて平行に定めた突出部１２を有し、λ／２波長板３及びＰＢＳ４は、各々の一部を突出部１２に当接させて、台座部材１０に取り付けられる構成となっている。

このような構成により、λ／２波長板３とＰＢＳ４を、台座部材１０上に、突出部１２の幅分（一定幅）の間隔を空けて平行に取り付けて固定できる。このため、λ／２波長板３とＰＢＳ４の平行性を保つのが容易であり、λ／２波長板３とＰＢＳ４を各光波の光軸に対して決められた角度（設計された角度）で実装できる。
したがって、本例の偏波合成モジュールによれば、光軸のズレを効果的に抑制でき、光損失の少ない効率的な偏波合成を行うことが可能となる。また、特性バラツキの少ない偏波合成を実現できる。

また、本例の偏波合成モジュールでは、λ／２波長板３及びＰＢＳ４は、λ／２波長板３の光出射面の一部とＰＢＳ４の光入射面の一部とで挟み込むように突出部１２の垂直面に当接されるので、λ／２波長板３とＰＢＳ４とを平行な状態で固定する工程を容易に実施できる。
また、本例では、ベース部１１と突出部１２は個別の部品が一体化された構成としている。このような構成とすることで、ベース部１１と突出部１２の接合部をほぼ直角とすることができる。このため、接合部にλ／２波長板３やＰＢＳ４の角が当たっても、入射面の角度ズレが生じてしまうことを抑制できる。なお、本例では、ベース部１１と突出部１２は個別の部品が一体化された構成としているが、ベース部１１と突出部１２を個別の部品とせず１つの部品を研削により加工した一体型成形としてもよい。ただし、この場合、ベース部１１と突出部１２の接合部に丸み（Ｒ）が生じ、丸み部分にλ／２波長板３やＰＢＳ４の角が当たるため、入射面の角度ズレの安定性は個別の部品が一体化された構成にくらべ若干劣ることとなる。この場合、ベース部１１と突出部１２の接合部の丸み（Ｒ）を削除する加工を更に追加し、接合部にλ／２波長板３やＰＢＳ４の角が当たらないようにすることが好ましい。

ここで、λ／２波長板３を突出部１２の垂直面に接着剤で固定するようにすれば、λ／２波長板３に入射する光波の入射面の角度が安定し、偏波の回転角が安定する。また、接着剤によるλ／２波長板３に対する応力を小さくすることができるため、λ／２波長板３の複屈折量の変化を抑えることができ、偏波の回転角を更に安定させる効果も得られる。

上記のようにして構成された偏波合成モジュールは、光変調モジュールの筐体内に取り付けられて固定される。本例の偏波合成モジュールは、台座部材１０の光出射側の端面を光変調モジュールの筐体の内壁面に当接させて、光変調モジュールの筐体内に取り付けられる。このため、各光波の光軸と、光導波路１の光軸やλ／２波長板３及びＰＢＳ４の相対的位置及び角度が正確に決まるため、光軸調整が容易になるとともに、実装後の光軸の安定性も高まる。

ここで、図３に偏波合成モジュールの他の構成例１を示すように、ベース部１１の中央付近ではなく端部に突出部１２を設けてもよい。
また、図４に偏波合成モジュールの他の構成例２を示すように、連続的ではなく一部が途切れた断続的な形状の突出部１２を設けてもよい。
また、図５に偏波合成モジュールの他の構成例３を示すように、平行な複数本の突出部１２を設けてもよい。
このような構成でも、台座部材１０に対し、λ／２波長板３とＰＢＳ４を突出部１２の幅分（一定幅）の間隔を空けて平行に取り付けて固定できるため、光軸のズレを効果的に抑制でき、光損失の少ない効率的な偏波合成を行うことが可能となる。

また、例えば、λ／２波長板３に代えて、透過する直線偏波光に所定角度の偏波回転を与える任意の偏波回転素子を用いることもできる。
また、例えば、ＰＢＳ４に代えて、入射された２つの直線偏波光を合成して出射する任意の光合成素子を用いることもできる。
また、これまでの説明では、２つの光導波路１の出射端に接続された出射レンズアレイ２から出射される２つの光波における一方の光路上に偏波回転素子を設けたが、他方の光路上に偏波回転素子を設けてもよく、両方の光路上に偏波回転素子を設けてもよく、他の光学部品（例えば光合成素子）の特性などに応じて設計すればよい。

以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した内容に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能であることはいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、偏波合成の光学系における光軸のズレを抑制し、光損失の少ない効率的な偏波合成を行うことが可能な偏波合成モジュールを提供することができる。

１ 光導波路
２ 出射レンズアレイ
３ λ／２波長板
４ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
５ 集光レンズ
６ フェルール（偏波保持ファイバ付き）
７ 出射コリメータ
１０ 台座部材
１１ ベース部
１２ 突出部
Ｌ１，Ｌ２ 水平偏波光
Ｌ３ 垂直偏波光
Ｌ４ 合成光

Claims (4)

1. 入射された２つの直線偏波光を合成して出射する光合成素子と、
   該光合成素子に入射する２つの直線偏波光の少なくとも一方の光路上に設けられ、透過する直線偏波光に所定角度の偏波回転を与える偏波回転素子と、
   該偏波回転素子及び該光合成素子が取り付けられる台座部材と、を備え、
   該台座部材は、該偏波回転素子及び該光合成素子の取り付け位置を離間させて平行に定めた突出部を有し、かつ、該台座部材は、個別の部品であるベース部と該突出部とを一体化した構成を備えており、
   該偏波回転素子及び該光合成素子は、各々の一部を該突出部に当接させて、該台座部材に取り付けられることを特徴とする偏波合成モジュール。
2. 請求項１に記載の偏波合成モジュールにおいて、
   該突出部は、該台座部材における該偏波回転素子及び該光合成素子の取り付け面から垂直に突き出た凸形状を有し、
   該偏波回転素子及び該光合成素子は、該偏波回転素子の光出射面の一部と該光合成素子の光入射面の一部とで挟み込むように該突出部の垂直面に当接させて、該台座部材に取り付けられることを特徴とする偏波合成モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の偏波合成モジュールにおいて、
   該偏波回転素子は、波長板であり、
   該波長板の一部が、該突出部に接着固定されることを特徴とする偏波合成モジュール。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の偏波合成モジュールにおいて、
   該偏波合成モジュールは、光変調モジュールの筐体に内蔵され、
   該台座部材は、該台座部材の光出射側の端面を該光変調モジュールの筐体の内壁面に当接させて、該光変調モジュールの筐体内に取り付けられることを特徴とする偏波合成モジュール。

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