JP7290854B2

JP7290854B2 - モードコントローラ

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Publication number: JP7290854B2
Application number: JP2019017465A
Authority: JP
Inventors: 寛和久保田; 正治大橋; 悠司三好
Original assignee: University Public Corporation Osaka
Current assignee: University Public Corporation Osaka
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2023-06-14
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: JP2020126111A

Description

本発明は光ファイバ中における光の電界強度分布を制御するモードコントローラに関する。

近年、光通信分野において、空間分割多重方式による通信の研究が進められている。空間分割多重方式においては、高次モードの光の、当該光の伝搬方向に垂直な断面における電界強度分布を、任意の方向に回転させる必要がある。

非特許文献１には、応力付与型偏波保持光ファイバを光軸の周りで回転させることにより、光ファイバ中を伝搬される高次モードの光の電界強度分布を制御するモードコントローラが開示されている。当該モードコントローラにおいて、応力付与型偏波保持光ファイバは、高速軸および低速軸を有している。低速軸の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモードの光の位相は、高速軸の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモードの光の位相に対して１／２波長分遅延する。応力付与型偏波保持光ファイバを回転させ、光軸の周りにおける高速軸および低速軸の方向を変化させることで、電界強度分布を任意の方向に回転させることができる。

XIAOBIN HONG et. al.，"Tunable mode rotator for space-division multiplexing based on a few mode-polarization maintaining fiber"，November 14, 2016

しかしながら、非特許文献１に記載のモードコントローラは、光軸方向における応力付与型偏波保持光ファイバの長さが１０ｃｍ程度と長いため、サイズが大型であるという問題がある。

本発明の一態様は、小型化が可能なモードコントローラを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るモードコントローラは、所定の光軸に沿って高次モードの光を伝搬する光学素子であって、前記光軸に垂直な断面における第１の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第１のモードの光と、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第２のモードの光とで１／２波長分の位相差を生じさせる第１の光学素子と、前記光軸を回転軸として前記第１の光学素子を回転させる第１の回転機構とを備え、前記断面において、前記第１の光学素子の、前記第１の方向の幅と、前記第２の方向の幅とは互いに異なっている。

本発明の一態様によれば、小型化が可能なモードコントローラを実現できる。

実施形態１に係るモードコントローラの構成を示す図である。実施形態１における１／４波長素子の断面図である。（ａ）は、本実施形態に係るモードコントローラの外観を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。（ａ）および（ｂ）は、１／４波長素子による光の電界強度分布の変換について説明するための図である。（ａ）～（ｄ）は、図３の（ａ）に示す電界強度分布を有する光が１／２波長素子に入射した場合に、１／２波長素子から出射される光の電界強度分布の例を示す図である。１／２波長素子の回転量と、１／２波長素子から出射される光の電界強度分布の回転量および偏波の回転量との関係を示すグラフである。ＬＰ_２１モードの光の電界強度分布の、１／２波長素子による回転の例を示す図である。１／２波長素子のコア寸法およびコアの屈折率と、１／２波長素子の長さとの関係を示す表である。平面光波回路である１／２波長素子を示す図である。実施形態２に係るモードコントローラの構成を示す図である。実施形態３に係るモードコントローラの構成を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るモードコントローラ１の構成を示す図である。モードコントローラ１は、入射側光ファイバ４１から入射する光の電界強度分布を変換し、出射側光ファイバ４２に出射する。図１に示すように、モードコントローラ１は、１／４波長素子１１（第２の光学素子）、１／２波長素子２１（第１の光学素子）、１／４波長素子３１（第３の光学素子）、筐体１４（第２の回転機構）、筐体２４（第１の回転機構）、および筐体３４（第３の回転機構）を備える。１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１はいずれも、光軸Ｃ（所定の光軸）に沿って高次モードの光を伝搬する。また、モードコントローラ１は、レンズ１２、１３、２２、２３、３２、３３、および台座５０（第１～第３の回転機構）を備える。

図２は、本実施形態における１／４波長素子１１の断面図である。図２に示すように、１／４波長素子１１は、光軸Ｃに垂直な断面が楕円形であるコア１１ａと、その周囲のクラッド１１ｂを有する。ここでいうコアおよびクラッドは、一般的な光ファイバにおけるコアおよびクラッドと同様の構造である。ただし、本明細書における光ファイバのコアおよびクラッドの径は、一般的な光ファイバにおけるコアおよびクラッドの径に限定されず、コアの長軸の径を１ｍｍ以上とすることもできる。以下の説明では、このようなコアおよびクラッドを有する部材について光ファイバと称する。すなわち、１／４波長素子１１の断面において、楕円形の長軸ａ１の方向（第１の方向）の幅と、短軸ａ２の方向（第２の方向）の幅とは互いに異なっている。１／４波長素子１１は、断面の楕円形における長軸ａ１の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第１のモード）の光と、短軸ａ２の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第２のモード）の光とで、１／４波長分の位相差を生じさせる。

１／４波長素子１１のコアおよびクラッドの材料は、使用する波長で透明度の高い材料であればよく、それぞれ、一般的な光ファイバにおけるコアおよびクラッドの材料と同じであってよい。具体的には、１／４波長素子１１のクラッドの材料は、例えばフッ素系ポリマーのような樹脂材料、あるいは、ホウ素またはフッ素を添加した石英ガラスである。また、１／４波長素子１１のコアの材料は、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネートといった樹脂材料、あるいは、ゲルマニウムまたはリンを添加した石英ガラスである。

１／４波長素子１１の入射側光ファイバ４１側には、レンズ１２が配されている。レンズ１２は、入射側光ファイバ４１の出射端から出射された光を１／４波長素子１１の入射端へ集光する凸レンズである。１／４波長素子１１の径が入射側光ファイバ４１の径よりも大きい場合には、レンズ１２の代わりにビームエキスパンダを用いる。なお、モードコントローラ１においては、レンズ１２に入射する光を平行光にするためのレンズが、入射側光ファイバ４１とレンズ１２との間に配されていてもよい。１／４波長素子１１の１／２波長素子２１側には、レンズ１３が配されている。レンズ１３は、１／４波長素子１１の出射端から出射された光を平行光にする凸レンズである。

１／４波長素子１１、レンズ１２および１３は、筐体１４に保持されている。筐体１４は、円筒形状を有する。レンズ１２および１３の光軸、ならびに筐体１４の中心軸は、光軸Ｃと一致する。

１／２波長素子２１は、光軸Ｃに垂直な断面が楕円形であるコアを有する光ファイバである。１／２波長素子２１の断面の、具体的な形状は、図２に示した１／４波長素子１１の形状と同様である。すなわち、１／２波長素子２１の断面において、楕円形の長軸ａ１の方向の幅と、短軸ａ２の方向の幅とは互いに異なっている。１／２波長素子２１は、断面の楕円形における長軸の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第１のモード）の光と、短軸の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第２のモード）の光とで、１／２波長分の位相差を生じさせる。１／２波長素子２１のコアおよびクラッドの材料はそれぞれ、１／４波長素子１１のコアおよびクラッドの材料と同様であってよい。

１／２波長素子２１の１／４波長素子１１側には、レンズ２２が配されている。レンズ２２は、レンズ１３により平行光になった光を１／２波長素子２１の入射端へ集光する凸レンズである。１／２波長素子２１の１／４波長素子３１側には、レンズ２３が配されている。レンズ２３は、１／２波長素子２１の出射端から出射された光を平行光にする凸レンズである。

１／２波長素子２１、レンズ２２および２３は、筐体２４に保持されている。筐体２４は、円筒形状を有する。レンズ２２および２３の光軸、ならびに筐体２４の中心軸は、光軸Ｃと一致する。

１／４波長素子３１は、光軸Ｃに垂直な断面が楕円形であるコアを有する光ファイバである。１／４波長素子３１の断面の、具体的な形状は、図２に示した１／４波長素子１１の形状と同様である。すなわち、１／４波長素子３１の断面において、楕円形の長軸ａ１の方向の幅と、短軸ａ２の方向の幅とは互いに異なっている。１／４波長素子３１は、１／４波長素子１１と同様、断面の楕円形における長軸の方向（第１の方向）に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第１のモード）の光と、短軸の方向（第２の方向）に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第２のモード）の光とで、１／４波長分の位相差を生じさせる。１／４波長素子３１のコアおよびクラッドの材料はそれぞれ、１／４波長素子１１のコアおよびクラッドの材料と同様であってよい。１／４波長素子３１は、１／２波長素子２１に対して、１／４波長素子１１とは逆側に配されている。

１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１の断面において、長軸ａ１の長さに対する短軸ａ２の長さの割合（以下の説明では縦横比と称する）は、５０％以上かつ９８％以下の範囲であることが好ましい。また、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１の断面において、縦横比は、８０％以上かつ９５％以下の範囲であることがより好ましい。縦横比がこのような範囲内であることで、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１を小型化し、かつ光の電界強度分布を適切に変換または回転させることができる。

縦横比が過大である場合、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１の長さが長くなる。また、縦横比が過小である場合、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１を伝搬された後の光の電界強度分布に歪みが生じる。

１／４波長素子３１の１／２波長素子２１側には、レンズ３２が配されている。レンズ３２は、レンズ２３により平行光になった光を１／４波長素子３１の入射端へ集光する凸レンズである。１／４波長素子３１の出射側光ファイバ４２側には、レンズ３３が配されている。レンズ３３は、１／４波長素子３１の出射端から出射された光を出射側光ファイバ４２の入射端へ集光する凸レンズである。

１／４波長素子３１、レンズ３２および３３は、筐体３４に保持されている。筐体３４は、円筒形状を有する。レンズ３２および３３の光軸、ならびに筐体３４の中心軸は、光軸Ｃと一致する。

図３の（ａ）は、モードコントローラ１の外観を示す側面図である。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。図３の（ａ）においては、レンズ１２、１３、２２、２３、３２、および３３は省略されている。

台座５０は、円筒形である筐体１４、２４および３４を、中心軸の周りで周方向に回転可能に支持する台座である。筐体１４、２４および３４を回転させることで、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１をそれぞれ光軸Ｃの周りで回転させることができる。すなわち、台座５０および筐体１４により、光軸Ｃを回転軸として１／４波長素子１１を回転させる回転機構（第２の回転機構）が形成される。また、台座５０および筐体２４により、光軸Ｃを回転軸として１／２波長素子２１を回転させる回転機構（第１の回転機構）が形成される。また、台座５０および筐体３４により、光軸Ｃを回転軸として１／４波長素子３１を回転させる回転機構（第３の回転機構）が形成される。

図４の（ａ）および（ｂ）は、１／４波長素子１１および３１による光の電界強度分布の変換について説明するための図である。図４の（ａ）に示す例では、光ファイバの光軸Ｃに垂直な断面における直線Ｌに沿って、光軸Ｃに対して対称な２箇所に、電界強度が高い領域であるピークＰ１１およびＰ１２が整列する電界強度分布が形成されている。図４の（ｂ）に示す例では、光ファイバの光軸Ｃを中心とする環状のピークＰ１３を有する電界強度分布が形成されている。

１／４波長素子１１は、図４の（ｂ）に示す電界強度分布を、図４の（ａ）に示す電界強度分布へ変換する。また、１／４波長素子３１は、図４の（ａ）に示す電界強度分布を、図４の（ｂ）に示す電界強度分布へ変換する。１／４波長素子１１により変換された後の電界強度分布の形状は、光軸の周りでの入射側光ファイバ４１に対する１／４波長素子３１の回転量に応じて変化する。同様に、１／４波長素子３１により変換された後の電界強度分布の形状は、光軸の周りでの入射側光ファイバ４１に対する１／４波長素子３１の回転量に応じて変化する。また、１／４波長素子１１および３１は、上記回転量によっては、電界強度分布を変換せずに光を伝搬することもできる。

このため、１／４波長素子１１は、どのような電界強度分布を有する光が入射側光ファイバ４１から入射する場合であっても、１／２波長素子２１により電界強度分布を回転させることに好適な形状の電界強度分布を有する光を出射することができる。また、１／４波長素子３１は、任意の形状の電界強度分布を有する光を出射側光ファイバ４２へ出射することができる。

図５の（ａ）～（ｄ）は、図４の（ａ）に示す電界強度分布を有する光が１／２波長素子２１に入射した場合に、１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布の例を示す図である。図５の（ａ）に示す例では、１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布は、１／２波長素子２１に入射する光の電界強度分布と同じである。以下の説明では、出射する光の電界強度分布が入射する光の電界強度分布と一致する場合における１／２波長素子２１の回転量を０°とした場合における１／２波長素子２１の回転量を用いて、１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布の回転について説明する。なお、１／２波長素子２１から出射する光の電界強度分布が入射する光の電界強度分布と一致する場合とは、上述した直線Ｌが１／２波長素子２１の断面における長軸または短軸と一致する場合である。

図５の（ｂ）は、１／２波長素子２１の回転量が１５°である場合における出射光の電界強度分布を示す図である。図５の（ｃ）は、１／２波長素子２１の回転量が３０°である場合における出射光の電界強度分布を示す図である。図５の（ｄ）は、１／２波長素子２１の回転量が４５°である場合における出射光の電界強度分布を示す図である。

図５の（ｂ）に示すように、回転量が１５°である１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布は、１／２波長素子２１に入射する光の電界強度分布に対して３０°回転した状態である。図５の（ｃ）に示すように、回転量が３０°である１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布は、１／２波長素子２１に入射する光の電界強度分布に対して６０°回転した状態である。図５の（ｄ）に示すように、回転量が４５°である１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布は、１／２波長素子２１に入射する光の電界強度分布に対して９０°回転した状態である。このように、１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布は、１／２波長素子２１に入射する光の電界強度分布に対して、１／２波長素子２１の回転量の２倍の角度だけ回転した状態となる。

図６は、１／２波長素子２１の回転量と、１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布の回転量および偏波の回転量との関係を示すグラフである。図６において、横軸は１／２波長素子２１の回転量、縦軸は電界強度分布および偏波の回転量を示す。既に図５の（ａ）～（ｄ）においても示した通り、１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布は、１／２波長素子２１に入射する光の電界強度分布に対して、１／２波長素子２１の回転量の２倍の角度だけ回転した状態となる。一方、１／２波長素子２１から出射される光の偏波は、１／２波長素子２１の回転量に関わらず略一定である。

図７は、ＬＰ_２１モードの光の電界強度分布の、１／２波長素子２１による回転の例を示す図である。図５の（ａ）～（ｄ）に示す例では、ＬＰ_１１モードの光の電界強度分布の回転について説明した。しかし、１／２波長素子２１は、ＬＰ_２１モードの光の電界強度分布を回転させることも可能である。

図７に示すように、ＬＰ_１１モードの光の電界強度分布は、光軸Ｃの周りに４つのピークＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３およびＰ２４を有する。例えば、１／２波長素子２１の回転量を２２．５°とすることで、図７に示すように、１／２波長素子２１から出射される光の電界強度分布を、１／２波長素子２１に入射する光の電界強度分布に対して４５°回転した状態とすることができる。さらに、１／２波長素子２１は、ＬＰ_１１モードおよびＬＰ_２１モードのいずれとも異なる高次モードの光についても電界強度分布を回転させることが可能である。

なお、説明のため、図４の（ａ）および（ｂ）、図５の（ａ）～（ｄ）ならびに図７には、光の電界強度分布を画像で示している。しかし、実際にモードコントローラ１を使用する場合には、空間分割多重方式で送信された信号をモードコントローラ１の後段の装置において精度よく分離できるように、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の角度を調整すればよい。このため、モードコントローラ１を使用する場合には、光の電界強度分布を画像で確認する必要はない。

図８は、１／２波長素子２１のコア寸法およびコアの屈折率と、１／２波長素子２１の長さとの関係を示す表である。図８においては、コア寸法について、光軸に平行な断面における長軸の長さが「ａ１」、短軸の長さが「ａ２」として示されている。また、図８においては、１／２波長素子２１のクラッドの屈折率が１．４４４、かつ伝搬する光の波長が１５５０ｎｍである場合の例が示されている。また、コア寸法、コアおよびクラッドの屈折率、および光の波長といった条件が同じであれば、１／４波長素子１１および３１の長さは、１／２波長素子２１の長さの半分である。

上述したとおり、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１は、光軸に垂直な面における断面が楕円形であるコアを有する光ファイバである。このような１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１においては、長軸方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモードの光と短軸方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモードの光とで、伝搬定数に差が生じる。この伝搬定数の差は、複屈折ファイバなどにおける伝搬定数の差と比較して顕著に大きいため、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１の長さを短くすることができる。したがって、このような１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１を用いることで、モードコントローラ１を小型化することができる。

１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１の長さの算出方法は以下のとおりである。まず、光軸に垂直な断面の長軸方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモードの光の伝搬定数β１、および短軸方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモードの光の伝搬定数β２を導出する。伝搬定数β１およびβ２の導出には、例えば有限要素法による電磁界解析を用いる。例えばコアの長軸が１０μｍ、短軸が９．５μｍ、コアの屈折率が１．４５であり、コアの屈折率分布がステップインデックス型屈折率分布である場合における伝搬定数β１およびβ２は以下のとおりである。
β１＝５．８５４９９×１０^６〔／ｍ〕
β２＝５．８５４４３×１０^６〔／ｍ〕
伝搬定数β１およびβ２を用いて、以下の式（３）により１／４波長素子１１、１／２波長素子２１、および１／４波長素子３１として用いる光ファイバのビート長ＢＬを算出することができる。
ＢＬ＝２π／（β１－β２）（３）
この例では、ＢＬ＝１１．２ｍｍとなる。１／４波長素子１１および１／４波長素子３１の長さは、ビート長ＢＬの１／４となる。また、１／２波長素子２１の長さは、ビート長ＢＬの１／２となる。

図８に示した例では、コアの長軸が１０μｍ、短軸が９．５μｍ（縦横比は９５％）、かつコアの屈折率が１．４５である場合に、上述したとおり、ビート長が１１．２ｍｍとなることから、１／２波長素子２１の長さが５．６ｍｍとなる。また、同じ条件における１／４波長素子１１および３１の長さは、それぞれ２．８ｍｍとなる。この場合、モードコントローラ１における１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の長さの総和は１１．２ｍｍとなる。この長さは、上述した非特許文献１に開示されているモードコントローラにおける応力付与型偏波保持光ファイバの長さと比較すると顕著に短い。

また、図８に示した別の例では、モードコントローラ１における１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の長さの総和は１１．２ｍｍよりもさらに短い。例えば、コアの長軸が８μｍ、短軸が７．５μｍ（縦横比は９３．７５％）、かつコアの屈折率が１．４５８である場合には、１／２波長素子２１の長さは１．８ｍｍとなる。この場合、モードコントローラ１における１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の長さの和は３．６ｍｍとなる。また、コアとクラッドとの屈折率の差、およびコアの縦横比によっては、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の長さの和を１ｍｍ程度とすることもできる。このように、コアとクラッドとの屈折率の差、およびコアの縦横比を適切に決定すれば、モードコントローラ１において、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の、光軸に沿う方向における長さの和は１ｃｍ以下である。したがって、本実施形態に係るモードコントローラ１によれば、小型のモードコントローラを実現できる。

また、非特許文献１に記載のモードコントローラにおいては、応力付与型偏波保持光ファイバの長さが長いために、光の偏波方向が不安定になるという問題もあった。本実施形態に係るモードコントローラ１においては、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の長さが、非特許文献１に記載のモードコントローラにおける応力付与型偏波保持光ファイバの長さよりも短くなる。このため、本実施形態に係るモードコントローラ１によれば、図６に示した通り、光の偏波方向を安定させることができる。

ただし、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１を光ファイバとする場合、ビート長に基づいて算出した長さの光ファイバでは１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１として機能しないことがある。このため、計算した長さの光ファイバを用いて実験を行い、それらの光ファイバが１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１として機能するように長さを調整することが好ましい。

なお、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１は、光軸Ｃに垂直な断面における第１の方向の幅と第２の方向の幅とが互いに異なる光学素子であればよく、コアの断面が楕円形である光ファイバに限定されない。１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１の別の例として、光軸Ｃに垂直な断面が長方形であるコアを有する光ファイバ、または平面光波回路（ＰＬＣ、Plainer Lightwave Circuit）が挙げられる。この場合、１／２波長素子２１は、光軸Ｃに垂直な断面における長辺の方向（第１の方向）に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第１のモード）の光と、短辺の方向（第２の方向）に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第２のモード）の光とで、１／２波長分の位相差を生じさせる。また、１／４波長素子１１および３１は、光軸Ｃに垂直な断面における長辺の方向（第１の方向）に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第１のモード）の光と、短辺の方向（第２の方向）に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有するモード（第２のモード）の光とで、１／４波長分の位相差を生じさせる。

この場合、光軸Ｃに垂直な断面における、長方形の短辺の長さが、長辺の長さの５０％以上かつ９８％以下であることが好ましい。また、光軸Ｃに垂直な断面における、長方形の短辺の長さが、長辺の長さの８０％以上かつ９５％以下であることがより好ましい。このような１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１も、コアの断面が楕円形の光ファイバであるである１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１と同様の効果を奏する。

図９は、平面光波回路である１／２波長素子２９を示す図である。図９に示すように、１／２波長素子２９は、クラッド２９ａの内部に断面が長方形であるコア２９ｂが形成された構成を有する。クラッド２９ａおよびコア２９ｂの材質は、上述した１／４波長素子１１などにおけるクラッドおよびコアの材質と同様であってよい。

上述したとおり、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１を光ファイバとする場合、ビート長に基づいて算出した長さの光ファイバでは１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１として機能しないことがある。この場合、計算した長さと適切な長さとの間のズレ量は、実験を行わなければ特定できない。

これに対し、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１をＰＬＣとする場合、計算した長さからのズレ量を予測可能である。このため、１／４波長素子１１、１／２波長素子２１および１／４波長素子３１をＰＬＣとする場合には、実験を行っての調整は不要となる。

〔実施形態２〕
図１０は、本実施形態に係るモードコントローラ２の構成を示す図である。図１０に示すように、モードコントローラ２は、１／４波長素子３１を備えない点でモードコントローラ１と相違する。

モードコントローラ１において、１／４波長素子３１は、光の電界強度分布を、モードコントローラ１の後段の装置において利用する上で好適な形状に変換するための素子である。しかし、モードコントローラ１から出射された光の電界強度分布の形状を変換する素子を、モードコントローラ１の後段の装置が備えている場合には、１／４波長素子３１は不要である。この場合、モードコントローラ１の代わりに、１／４波長素子３１を省略したモードコントローラ２を用いて光の電界強度分布を制御することができる。

また、モードコントローラ１において、１／４波長素子１１は、モードコントローラ１の前段の装置から出射された光の電界強度分布を、１／２波長素子２１により回転させる上で好適な形状に変換するための素子である。しかし、１／２波長素子２１により電界強度分布を回転させる上で好適な形状に変換する素子を、モードコントローラ１の前段の装置が備える場合には、１／４波長素子１１は不要である。この場合、モードコントローラ１から１／４波長素子１１を省略することができる。

〔実施形態３〕
図１１は、本実施形態に係るモードコントローラ３の構成を示す図である。図１１に示すように、モードコントローラ３は、１／４波長素子１１および１３を備えない点でモードコントローラ１と相違する。

実施形態２においては、モードコントローラ１が備える１／４波長素子１１および１３のうち、いずれか一方を省略可能である場合について説明した。しかし、（ｉ）１／２波長素子２１により電界強度分布を回転させる上で好適な形状に変換する素子を、モードコントローラ１の前段の装置が備え、かつ、（ｉｉ）モードコントローラ１から出射された光の電界強度分布を変換する素子を、モードコントローラ１の後段の装置が備える場合には、１／４波長素子１１および１３の両方が不要である。この場合、モードコントローラ１の代わりに、１／４波長素子１１および１３の両方を省略したモードコントローラ３を使用して光の電界強度分布を制御することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、２、３モードコントローラ
１１１／４波長素子（第２の光学素子）
２１１／２波長素子（第１の光学素子）
３１１／４波長素子（第３の光学素子）
１４筐体（第２の回転機構）
２４筐体（第１の回転機構）
３４筐体（第３の回転機構）
５０台座（第１～第３の回転機構）

Claims

所定の光軸に沿って高次モードの光を伝搬する光学素子であって、前記光軸に垂直な断面における第１の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第１のモードの光と、前記光軸に垂直な断面における、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第２のモードの光とで１／２波長分の位相差を生じさせる第１の光学素子と、
前記光軸を回転軸として前記第１の光学素子を回転させる第１の回転機構とを備え、
前記断面において、前記第１の光学素子の、前記第１の方向の幅と、前記第２の方向の幅とは互いに異なっており、
前記光軸に沿って高次モードの光を伝搬する光学素子であって、前記光軸に垂直な断面における前記第１の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第１のモードの光と、前記第２の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第２のモードの光とで１／４波長分の位相差を生じさせる第２の光学素子と、
前記光軸を回転軸として前記第２の光学素子を回転させる第２の回転機構とをさらに備え、
前記断面において、前記第２の光学素子の、前記第１の方向の幅と、前記第２の方向の幅とは互いに異なっており、
前記光軸に沿って高次モードの光を伝搬する光学素子であって、前記光軸に垂直な断面における前記第１の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第１のモードの光と、前記第２の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第２のモードの光とで１／４波長分の位相差を生じさせる第３の光学素子と、
前記光軸を回転軸として前記第３の光学素子を回転させる第３の回転機構とをさらに備え、
前記第３の光学素子は、前記第１の光学素子に対して、前記第２の光学素子とは逆の側に配され、
前記断面において、前記第３の光学素子の、前記第１の方向の幅と、前記第２の方向の幅とは互いに異なっており、
前記第１の光学素子、前記第２の光学素子および前記第３の光学素子の、前記光軸に沿う方向における長さの和が１ｃｍ以下であるモードコントローラ。
前記第１の光学素子は、前記光軸に垂直な断面が楕円形であるコアを有する光ファイバである請求項１に記載のモードコントローラ。
前記楕円形の短軸の長さが前記楕円形の長軸の長さの８０％以上かつ９５％以下である請求項２に記載のモードコントローラ。
前記第１の光学素子は、前記光軸に垂直な断面が長方形であるコアを有する光ファイバまたは平面光波回路である請求項１にモードコントローラ。
前記長方形の短辺の長さが前記長方形の長辺の長さの８０％以上かつ９５％以下である請求項４に記載のモードコントローラ。
所定の光軸に沿って高次モードの光を伝搬する光学素子であって、前記光軸に垂直な断面における第１の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第１のモードの光と、前記光軸に垂直な断面における、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って電界強度が高い領域が整列する電界強度分布を有する第２のモードの光とで１／２波長分の位相差を生じさせる第１の光学素子と、
前記光軸を回転軸として前記第１の光学素子を回転させる第１の回転機構とを備え、
前記断面において、前記第１の光学素子の、前記第１の方向の幅と、前記第２の方向の幅とは互いに異なっているモードコントローラ。