JPH02183218A - ファイバ型偏光位相変調器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ファイバ型位相変調器に関する。より詳細に
は、本発明は、選択的に単一偏光を出射する偏光器の機
能と、印加電圧に応じた位相変調を伝播光に印加する位
相変調器の機能とを兼ね備えた新規なファイバ型偏光位
相変調器の構成に関するものである。

従来の技術 種々の光素子のうちで特に使用される機会が多いものに
偏光子と変調器が挙げられる。

任意の偏光状態の光から特定の直線偏光を取り出す偏光
子であって、特に光ファイバを使用して構成されたファ
イバ型偏光子として第３図（ａ）および（ｂ）に示すよ
うなものが知られている。

第３図（ａ）に示す偏光子は、複屈折性の光ファイバを
小径に曲げた時に発生する偏波モード間の曲げ損失差を
利用したものである。即ち、この偏光子は、小径のマン
ドレル３２に偏波保持光ファイバ３１を巻き付けて構成
されている。ここで、偏波保持光ファイバ３１は、コア
の断面形状に異方性をもたせたり、クラッド中のコアの
両側部に張力部材を埋設してコアに特定方向から物理的
圧力を印加したりすることによって、コアの断面方向に
複屈折性を与えたものである。

また、第３図（ｂ）に示す偏光子は、光ファイバのクラ
ッド３０ｂを平面研磨し、コア３０ａに殆ど隣接してコ
ア３０ａに平行な平面状の金属層３３を形成したもので
ある。この偏光子においては、一方の偏波モードの損失
のみが非常に大きくなる。あるいは、一方の偏波モード
にカットオフ波長が発生する。

一方、ファイバ中を伝搬する光に位相変調を加える位相
変調器であって、特に光ファイバを使用して構成された
ものとしては、第４図（ａ）および（ｂ）に示すような
ものが知られている。

第４図（ａ）に示す位相変調器は、光ファイバ４１を円
筒形の圧電変調子４２に巻付けたものである。圧電変調
子４２は圧電材料で作製された円筒状の部材であり、そ
の外面と内面とに互いに絶縁された１対の電極４３ａお
よび４３ｂを備えている。従って、この電極４３ａ　、
４３ｂ間に外部の変調電圧源４３から電圧を印加される
と、その直径が印加電圧に対応して変化する。従って、
圧電変調子４２に巻きつけられた光ファイバ４１は、そ
の長さが変化すると共に側面から圧力を印加されてコア
の屈折率が変化する。こうして、光ファイバ４１から出
射される光を印加電圧によって変調することができる。

また、第４図（ｂ）に示す変１器は、ファイバに圧電材
料及び電極となる金属膜からなる被覆を施したものであ
る。この変調器は、コア４０ａおよびクラッド４０ｂか
らなる光ファイバ４０のクラッド４０ｂの側面に、内側
から順に、電極としての金属層４３ａ、圧電材料層４２
、電極としての金属層４３ｂを形成して構成されている
。また、電極４３ａ　、４３ｂは外部の変調電圧源４３
に接続されている。この変調器の場合は、変調電圧が電
極４３ａ　、　４３ｂに印加されると、圧電材料層４２
が光ファイバの線方向に伸縮して光ファイバ４０のコア
４０ａ中の伝送路長を変化し、伝播光に変調を加える。

発明が解決しようとする課題 ところで、ファイバセンサシステム等の光学系を構成す
る際に、偏光子と位相変調器とを組み合わせて使用する
場合が屡々ある。このような場合、上述のような従来の
偏光子および位相変調器を使用してシステムを構成しよ
うとすると、別個の素子である偏光子と位相変調器とを
接続する必要が生じる。

第３図（ａ）、（ｂ）および第４図（ａ）、ら）に示し
たようなファイバ型の光素子を接続する場合は、各光素
子の光フアイバ同士を融着接続等によって結合する。こ
のとき、偏光子を含む構成のシステムでは各光素子の光
ファイバに固有の偏波の主軸があり、これを接続する場
合には相互の偏波主軸を一致させる必要がある。しかし
ながら、実際の接続作業においては、細い光ファイバの
偏波主軸を一致させるのは非常に高度な精密さを要求さ
れる作業となる。

また、いかに精密な作業によって接続したとしても、接
続部における伝播光の損失の増加および偏光状態の変化
を全く除去することは不可能であり、結果的に光素子同
士の接続による特性の劣化のために光センサ全体の性能
の向上を制限していた。

そこで、本発明の巨的は、上記従来技術の問題点を解決
し、偏光子と変調器との機能を兼ね備えた新規な光素子
を提供することによって、上記のような接続に伴う生産
性の低下や特性の劣化を回避することにある。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、光を伝播するコアと、該コアを
包囲するクラッドと、該コアの近傍で該クラッドの表面
に形成された該コアに平行な平面上の金属層である第１
電極と、該クラッドの表面の該第１電極以外の部分に形
成された圧電材料による被覆層と、該被覆層の表面に該
第１電極とは絶縁されて形成された金属膜である第２電
極とを備え、該コアを伝播する直交する２つの偏光のう
ち１つの偏光のみを選択的に伝搬させ、且つ、前記第１
および第２電極間に電圧を印加することによって前記コ
アおよびクラッドを伸縮させ、該コアを伝播する光を位
相変調できるように構成されていることを特徴とするフ
ァイバ型偏光位相変調器が提供される。

また、上記本発明に係るファイバ型偏光位相変調器を製
造する方法として、本発明に従って、まず、光ファイバ
のクラッドの側面に圧電性材料による被覆層を全周に形
成し、次いで全周に形成した被覆層の一部を除去してク
ラッドの略半周に相当する表面を露出し、次にクラッド
の露出部分を平面研磨してコアに十分に近い位置にコア
と平行な平面である研磨面を形成し、続いて該研磨面の
表面と被覆層の表面とに互いに離隔した金属層をそれぞ
れ形成する工程を含むことを特徴とするファイバ型偏光
位相変調器の製造方法が提供される。

作用 本発明に係る光素子は、偏光子の機能と位相変調器の機
能とを兼ね備えた新規なファイバ型光素子である。即ち
、本発明に係るファイバ型偏光位相変調器は、圧電材料
による被覆層を備えた位相変調器であると同時に、この
被覆層に電圧を印加する電極の一方をコアの近傍にある
いはコアに隣接して設けることによって、特定の偏波の
光のみを選択的に伝播するように構成されている。

まず、本発明に係るファイバ型偏光位相変調器の位相変
調器としての機能について説明する。

本発明によるファイバ型偏光位相変調器に右いては、上
部電極、下部電極間に圧電材料から成る被覆層がクラッ
ドに密着して存在している。従って、上部電極と下部電
極との間に変調電圧を印加すると圧電材料から成る被覆
層が光ファイバの線方向に伸縮し、被覆層と一体に構成
されている光ファイバを伸縮させる。こうして、印加さ
れた変調電圧に対応して光ファイバのコアの長さおよび
屈折率が変化し、光フアイバ中を伝搬する光は位相変調
を受ける。

一方、上部電極である金属薄膜はコアに近接あるいは接
して形成されている。従って、コア中を伝搬する光の直
交する２つの偏波モードの光のうち一方の偏波モードの
伝播損失が大きくなる。あるいは、伝搬不可能（カット
オフ状態）になる。

こうして、出射側においては実質的に一方の偏波モード
のみの直線偏光が出射される。

以上説明したように、本発明に係るファイバ型偏光位相
変調器は、一体の光素子に位相変調器ととしての機能と
偏光子との機能とを兼ね備えている。従って、従来の位
相変調器、偏光子を使用する際に必要であった融着等に
よる接続が不必要であり、接続に伴う煩雑な作業、およ
び、接続による損失増加および偏光状態の変化を回避す
ることができ、また、システムの小型化にも寄与する。

以上のような本発明に係るファイバ型偏光位相変調器は
、各種の公知の加工技術を応用して作製することができ
るが、特に本発明者が有利な方法として提案するのは以
下のような方法である。

即ち、まず光ファイバのクラッドの側面に、ＰＶＦ２等
の圧電性材料により被覆層を形成する。

ここで、被覆層は、−旦全周に形成した後に、その一部
を除去してクラッドの略半周に相当する表面を露出させ
る。次にクラッドの露出部分を平面研磨してコアに十分
に近い位置にコアと平行な平面をである研磨面を形成す
る。続いてこの研磨面の表面と残った被覆層の表面とに
、互いに離隔した金属層を、蒸着法等によってそれぞれ
形成する。

以上のような方法では、光ファイバに対する周知の加工
技術と蒸着技術によって、精度良く、また再現性良くフ
ァイバ型偏光位相変調器を作製することができる。尚、
実際には、上述のようにして作製したファイバ型偏光位
相変調器を、更に紫外線硬化性樹脂等によってモールド
し、全体を強固な構成とすると共に保護を図ることが有
利である。

以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例 第１図は、本発明に係るファイバ型偏光位相変調器の具
体的な構成例を示す図である。

第１図に示すように、このファイバ型偏光位相変調器は
、コア１０ａとその周囲を包囲するクラッド１０ｂとか
らなる光ファイバと、その周囲に形成された圧電材料に
よる被覆層１１および金属層１２．１３と、更に、これ
らを一体として表面を覆っている保護被覆１４とから構
成されている。

ここで、光ファイバのクラッドｌＯｂは、その表面の一
部を研磨され、コア１０ａに近接したコア１０ａに平行
な面を形成しており、金属層１３はこの面上に形成され
ている。また、クラッド１０ｂの他の部分の表面には、
圧電材料の被覆層１１と金属層１２とが順次積層して形
成されている。尚、金属層１２と１３との間は僅かに離
隔しており、互いに絶縁されている。

以上のように構成されたファイバ型偏光位相変調器では
、コア１０ａが上部電極である金属層１３に近接してい
るので、コア１０ａを伝播する光の直交する２つの偏波
モードのうちの一つの偏波モードの損失だけがが大きく
なる。従って、出射端においては、出射光は実質的に直
線偏光となっている。

また、金属層１２および１３を１対の電極として両者の
間に電圧を印加すると、圧電材料で形成された被覆層１
１は一体に構成されている光ファイバの長さをその線方
向に伸縮させる。従って、光ファイバのコア１０ａの長
さが変化し、コア１０ａ中を伝播する光が位相変調され
る。

上述のような本発明に係るファイバ型偏光位相変調器を
以下のようにして作製し、その性能を評価した。

第２図（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る光素子を作製す
る過程を工程毎に示す図である。

まず、第２図（ａ）に示すように、コア径１０μｍ１ク
ラツド径１２５μｍの１．３帯用のシングルモード光フ
ァイバのクラッド２０ｂの側面に、最外径が３００μｍ
となるように、圧電性材料（ＰＶＦ２）による被覆層２
１を全周に形成する。

次いで、第２図（５）に示すように、全周に形成した被
覆層２１の略半分を除去して、クラッド２０ｂの表面を
略半分まで露出させる。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、クラッド２０ｂの露
出部分を平面研磨し、コア２０ａから数μｍ程度の位置
に、コア２０ａに平行な平面２ａを形成する。

続いて、第２図（ｄ）に示すように、研磨面２ａと被覆
層２１との間に絶縁材２４ａを入れた後、研磨面２ａの
表面と被覆層３の表面とに、それぞれアルミニウム電極
２２および２３を蒸着する。但し、絶縁材２４ａの部分
で、電極２２と電極２３とは分割しておく。

最後に、第２図（ｅ）に示すように、各電極４．５にそ
れぞれリード線２２　ａ　、　２２　ｂを接続した後、
全体を紫外線硬化樹脂によりモールドする。

以上のようにして試作したファイバ型偏光位相変調器か
ら長さ１０ｃｍの試料を切り取り、変調特性および偏光
子としての消光比を評価した。

波長１．３μｍの円偏光を一端から入射する一方、上部
および下部電極間に周波数１ｋｌ（ｚの変調電圧を印加
して位相変化量の変調電圧依存性を調べたところ、変調
電圧に比例して位相変化量が変化し、変調電圧２００　
Ｖにおいて位相変化量πを得た。

また、出射光の直線偏波成分の消光比を測定したところ
、４３ｄＢという良好な値が得られ、且つ、この値は変
調電圧並びに変調周波数に依存せず、安定していること
も確認された。このファイバ型偏光位相変調器の挿入損
失はファイバ長１０　ａｍで１ｄＢであった。

尚、上記実施例においては、電極１３のコア１０ａ内の
面、即ち、研磨面はコア１から離れているが、これがコ
ア１０ａに接する、あるいはコアの一部まで研磨して電
極がコア１０ａ内に形成されていてもよい。

また、被覆層１１を形成する圧電性材料としてＰＶＦ２
を用いているが、他の圧電性材料であれば良く、これに
限定されない。

同様に、電極を形成する材料もアルミニウムに限定され
るわけではなく、また、上部・下部電極は別種の金属で
あっても良い。更に、電極の形成法も蒸着に限定されな
い。

また、光ファイバとしてシングルモードファイバを使用
したが、偏波保持光ファイバを使用することも可能であ
る。

発明の詳細 な説明したように、本発明に係るファイバ型偏光位相変
調器は、偏光子と位相変調器とを一体に構成しているの
で、別の素子として作製された光素子を結合する場合の
ような精密な作業を省略することができる上に、個別の
素子を接続したものよりも総合的な特性も優れている。

このような本発明に係る光素子は、偏光子と変調器とを
組み合わせて使用する場合が多い光フアイバセンサ等に
おいて、高い特性を容易に実現できると共に、装置の小
型化、構成の簡素化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るファイバ型偏光位相変調器の構
成例を示す図であり、 第２図（ａ）〜（ｅ）は、第１図に示した本発明に係る
ファイバ型偏光位相変調器の作製過程を、それぞれ工程
毎に示す図であり、 第３図（ａ）Ｊよび（ｂ）は、一般的な偏光子の構成例
を示す図であり、 第４図（ａ）および（５）は、一般的な位相変調器の構
成例を示す図である。 〔主な参照番号〕 １０ａ、２０ａ、３０ａ１４０ａ・・・コア、１０ｂ、
　２０ｂ、　３０ｂ、　４０ｂ・・・クラッド、１１．
２１・・・圧電材料層（被覆層）、１２．２２・・・下
部電極、 １３．２３・・・上部電極、 １４．２４・・・保護被覆（モールド）、３０・・・・
・光ファイバ、 ３１・・・・・偏波保持光ファイバ、 ３２・・・・・マントレノへ ３３・・・・・金属層、 ４０．４１・・・光ファイバ、 ４２・・・・・変調子、 ４３・・・・・変調電圧源、 ４３ａ１４３ｂ・・電極（金属層）、 ４４・・・・・圧電材料層 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を伝播するコアと、該コアを包囲するクラッド
   と、該コアの近傍で該クラッドの表面に形成された該コ
   アに平行な平面上の金属層である第１電極と、該クラッ
   ドの表面の該第１電極以外の部分に形成された圧電材料
   による被覆層と、該被覆層の表面に該第１電極とは絶縁
   されて形成された金属膜である第２電極とを備え、 該コアを伝播する直交する２つの偏光のうち１つの偏光
   のみを選択的に伝搬させ、且つ、前記第１および第２電
   極間に電圧を印加することによって前記コアおよびクラ
   ッドを伸縮させ、該コアを伝播する光を位相変調できる
   ように構成されていることを特徴とするファイバ型偏光
   位相変調器。
2. （２）まず、光ファイバのクラッドの側面に圧電性材料
   による被覆層を全周に形成し、次いで全周に形成した被
   覆層の一部を除去してクラッドの略半周に相当する表面
   を露出させ、次にクラッドの露出部分を平面研磨してコ
   アに十分に近い位置にコアと平行な平面である研磨面を
   形成し、続いて該研磨面の表面と被覆層の表面とに互い
   に離隔した金属層をそれぞれ形成する工程を含むことを
   特徴とするファイバ型偏光位相変調器の製造方法。