JPH04335304A - 微小レンズ光ファイバ端末付偏光結合器 - Google Patents
微小レンズ光ファイバ端末付偏光結合器Info
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- JPH04335304A JPH04335304A JP13553191A JP13553191A JPH04335304A JP H04335304 A JPH04335304 A JP H04335304A JP 13553191 A JP13553191 A JP 13553191A JP 13553191 A JP13553191 A JP 13553191A JP H04335304 A JPH04335304 A JP H04335304A
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光増幅等において利用
される偏光結合器に関するものである。
される偏光結合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信伝送系において、光の偏光特性を
積極的に利用する技術が普及し、偏光成分の合波・分波
光学部品の小型化・低価格化を目指した光ファイバモジ
ュールが必要である。たとえばＥｒドープ光ファイバ増
幅において、強い励起光を注入することが要求されてい
る。一般に実行されている方式は、たとえば特開昭６３
−１１５１４５号公報において提案され、図２に示すよ
うに二個の半導体レーザ２１，２２の偏波面を直交して
配置し、偏波保存光ファイバ２３ａ，２３ｂ、球レンズ
２４および偏光ビームスプリッタ２５を用いて合波する
ことにより、二倍の強度の励起光を光増幅系に導入して
いる。
積極的に利用する技術が普及し、偏光成分の合波・分波
光学部品の小型化・低価格化を目指した光ファイバモジ
ュールが必要である。たとえばＥｒドープ光ファイバ増
幅において、強い励起光を注入することが要求されてい
る。一般に実行されている方式は、たとえば特開昭６３
−１１５１４５号公報において提案され、図２に示すよ
うに二個の半導体レーザ２１，２２の偏波面を直交して
配置し、偏波保存光ファイバ２３ａ，２３ｂ、球レンズ
２４および偏光ビームスプリッタ２５を用いて合波する
ことにより、二倍の強度の励起光を光増幅系に導入して
いる。
【０００３】また１９９１年電子情報通信春大会講演論
文集４−１２６頁、４−２８１頁には図３に示す部分図
、図４の構成が報告されており、このような偏光合成技
術が重要な因子となっている。図２〜図４において、光
ファイバ、斜め研磨フェルール（図３，図４の場合）お
よびレンズをそれぞれ調整しコリメータ光を形成し、偏
光ビームスプリッタへ投射して直交偏波成分を合波して
いる。斜め研磨フェルールは光ファイバ端部の高反射減
衰量を与えるため、レンズと光ファイバ間に挿入される
。
文集４−１２６頁、４−２８１頁には図３に示す部分図
、図４の構成が報告されており、このような偏光合成技
術が重要な因子となっている。図２〜図４において、光
ファイバ、斜め研磨フェルール（図３，図４の場合）お
よびレンズをそれぞれ調整しコリメータ光を形成し、偏
光ビームスプリッタへ投射して直交偏波成分を合波して
いる。斜め研磨フェルールは光ファイバ端部の高反射減
衰量を与えるため、レンズと光ファイバ間に挿入される
。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、これらの光学
結合系を最適位置に調整するにはサブミクロンの範囲で
制御しなければならず、組立の困難性、組立装置，測定
装置等に費用がかかり、最終的な光学デバイス価格を高
価なものにしていた。また偏光ビームスプリッタは、一
方のプリズム斜面に誘電体多層膜を形成し、他方のプリ
ズムと貼り合わせた構造であり、信頼性に関して問題で
ある。もちろん光ファイバと斜め研磨フェルール、レン
ズ間の接合も、接着方式の場合同じ問題をもつ。特に光
増幅光学系の励起光合波などに利用するときは、注入光
強度が１ＫＷ／ｃｍ２を越えるような極めて高密度な光
波を伝播する場合においては、接着層を介することは信
頼性を低下させる要因となる。
結合系を最適位置に調整するにはサブミクロンの範囲で
制御しなければならず、組立の困難性、組立装置，測定
装置等に費用がかかり、最終的な光学デバイス価格を高
価なものにしていた。また偏光ビームスプリッタは、一
方のプリズム斜面に誘電体多層膜を形成し、他方のプリ
ズムと貼り合わせた構造であり、信頼性に関して問題で
ある。もちろん光ファイバと斜め研磨フェルール、レン
ズ間の接合も、接着方式の場合同じ問題をもつ。特に光
増幅光学系の励起光合波などに利用するときは、注入光
強度が１ＫＷ／ｃｍ２を越えるような極めて高密度な光
波を伝播する場合においては、接着層を介することは信
頼性を低下させる要因となる。
【０００５】以上のような偏光結合器の欠点を解決する
ため、光ファイバとレンズを一体融着しコリメータ系を
形成する試みが提案されている。たとえば、Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ，Ｖｏｌ．ＬＴ−５ Ｎｏ．９（１９８７）には、Ｗ
ｉｌｌｉａｍ Ｌ．Ｅｍｋｅｙ等による単一モード光フ
ァイバ（以下ＳＭＦという）に多モード屈折率分布光フ
ァイバ（以下ＧＩＦという）を融着し、およそ４０μｍ
のコリメータ光を出射させ、約３ｍｍの空間を０．１〜
１．６ｄＢの挿入損失で光学結合がとれることを報告し
ている。ただし、この場合は光束の拡大幅はＧＩＦコア
直径を越えることは理論的に不可能であり、５０〜６２
．５μｍが最大限界であり、結果として３ｍｍ以上の距
離を空間伝播するには大幅な結合損失を生じ、実質的に
前述のような応用分野において実用にならない。
ため、光ファイバとレンズを一体融着しコリメータ系を
形成する試みが提案されている。たとえば、Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ，Ｖｏｌ．ＬＴ−５ Ｎｏ．９（１９８７）には、Ｗ
ｉｌｌｉａｍ Ｌ．Ｅｍｋｅｙ等による単一モード光フ
ァイバ（以下ＳＭＦという）に多モード屈折率分布光フ
ァイバ（以下ＧＩＦという）を融着し、およそ４０μｍ
のコリメータ光を出射させ、約３ｍｍの空間を０．１〜
１．６ｄＢの挿入損失で光学結合がとれることを報告し
ている。ただし、この場合は光束の拡大幅はＧＩＦコア
直径を越えることは理論的に不可能であり、５０〜６２
．５μｍが最大限界であり、結果として３ｍｍ以上の距
離を空間伝播するには大幅な結合損失を生じ、実質的に
前述のような応用分野において実用にならない。
【０００６】これに対して特開昭６１−２６４３０４号
公報ではＫｅｖｉｎ Ｊ． ＷａｒｂｒｉｃｋがＳＭＦ
と非ドープシリカファイバレンズを融着一体化した光学
系を提唱している。しかし、この場合も回折損失の理由
からレンズ曲率半径を６２．５μｍに制限しているため
、得られる光束は約６０μｍであり、構造的にシリカ光
ファイバ直径の高々８０％程度が限界であった。したが
って空間伝播距離として５〜２０ｍｍを想定した光コリ
メータを考慮した場合、出射光の直径が６０μｍ以下で
はガウシアンビームの結合損失が大きくなり実用に適さ
ない。
公報ではＫｅｖｉｎ Ｊ． ＷａｒｂｒｉｃｋがＳＭＦ
と非ドープシリカファイバレンズを融着一体化した光学
系を提唱している。しかし、この場合も回折損失の理由
からレンズ曲率半径を６２．５μｍに制限しているため
、得られる光束は約６０μｍであり、構造的にシリカ光
ファイバ直径の高々８０％程度が限界であった。したが
って空間伝播距離として５〜２０ｍｍを想定した光コリ
メータを考慮した場合、出射光の直径が６０μｍ以下で
はガウシアンビームの結合損失が大きくなり実用に適さ
ない。
【０００７】一方、偏光ビームスプリッタの代わりに複
屈折結晶板を用いて偏光分離，偏光合成等の偏光性を制
御する試みは、すでにサバール板等において適用されて
おり、技術的な課題は存在しない。しかし、複屈折結晶
板を用いて偏光分離を行う場合、最も分離幅の大きい方
解石やルチル結晶であっても結晶厚さの約１／１０程度
であり、光束に応じた結晶長が必要となる。たとえば１
ｍｍ直径の光線の場合、漏話がない設計にするには１０
ｍｍ以上の結晶の厚さが要求され、したがって小型化を
図るには光束の小さいことが必須条件になる。つまり前
述の空間伝播損失とは互いに相殺関係をもち、用途に応
じて個々の条件を最適化する必要がある。
屈折結晶板を用いて偏光分離，偏光合成等の偏光性を制
御する試みは、すでにサバール板等において適用されて
おり、技術的な課題は存在しない。しかし、複屈折結晶
板を用いて偏光分離を行う場合、最も分離幅の大きい方
解石やルチル結晶であっても結晶厚さの約１／１０程度
であり、光束に応じた結晶長が必要となる。たとえば１
ｍｍ直径の光線の場合、漏話がない設計にするには１０
ｍｍ以上の結晶の厚さが要求され、したがって小型化を
図るには光束の小さいことが必須条件になる。つまり前
述の空間伝播損失とは互いに相殺関係をもち、用途に応
じて個々の条件を最適化する必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、先球融着光フ
ァイバおよび複屈折結晶板を用いた偏光結合器，偏光分
離器を提供するものである。すなわち、光コリメータ部
分はＳＭＦおよび偏波保存光ファイバ先端に、非ドープ
シリカ光ファイバ光線拡大部分と同じく非ドープシリカ
球レンズを融着し単純化し、その光コリメータから想定
されるビームウェイスト直径の光束分を十分に分離でき
る厚みを有する複屈折結晶板から構成するものである。
ァイバおよび複屈折結晶板を用いた偏光結合器，偏光分
離器を提供するものである。すなわち、光コリメータ部
分はＳＭＦおよび偏波保存光ファイバ先端に、非ドープ
シリカ光ファイバ光線拡大部分と同じく非ドープシリカ
球レンズを融着し単純化し、その光コリメータから想定
されるビームウェイスト直径の光束分を十分に分離でき
る厚みを有する複屈折結晶板から構成するものである。
【０００９】本発明における偏光結合器は、デバイス全
体の形状を極力小型にすることから、レンズ間を５〜２
０ｍｍに設定しており、この範囲で高い結合効率を得る
にはコリメータ部分の条件を以下のように設定しなけれ
ばならない。すなわち球レンズ出射端の光束が８０μｍ
以上、レンズ曲率半径が２００μｍ以上のとき高い結合
効率が実現可能となる。この場合には当然先球融着光フ
ァイバは単一屈折率体からなり、１２５μｍの光ファイ
バ外径に近接した状態まで光線拡大部分を設け、さらに
球レンズ部分を伝播する経路から、十分に光線拡大がと
れる構造でなければならない。本発明者らはすでに特願
平３−１７０２２号においてコリメータ部分の技術に関
して開示しており、本発明は前記技術を偏波保存光ファ
イバへ適用し、複屈折結晶板を介して偏光結合器を形成
したものである。
体の形状を極力小型にすることから、レンズ間を５〜２
０ｍｍに設定しており、この範囲で高い結合効率を得る
にはコリメータ部分の条件を以下のように設定しなけれ
ばならない。すなわち球レンズ出射端の光束が８０μｍ
以上、レンズ曲率半径が２００μｍ以上のとき高い結合
効率が実現可能となる。この場合には当然先球融着光フ
ァイバは単一屈折率体からなり、１２５μｍの光ファイ
バ外径に近接した状態まで光線拡大部分を設け、さらに
球レンズ部分を伝播する経路から、十分に光線拡大がと
れる構造でなければならない。本発明者らはすでに特願
平３−１７０２２号においてコリメータ部分の技術に関
して開示しており、本発明は前記技術を偏波保存光ファ
イバへ適用し、複屈折結晶板を介して偏光結合器を形成
したものである。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の偏光結合器の概略図である
。図１では光の導入口としてポートａ〜ｃの３ポート設
け、１１ａ，１１ｂは偏波保存光ファイバであり、１６
はＳＭＦから形成される。１３および１４は非ドープシ
リカ光ファイバでそれぞれ光線拡大部分およびレンズ部
分からなる。これらは外径がいずれも１２５μｍであり
、１２のセラミック製Ｖ溝に固定した構造である。図１
の場合、球レンズ部の曲率を２６５μｍに設定し、Ｖ溝
間隔を６００μｍにした。
。図１では光の導入口としてポートａ〜ｃの３ポート設
け、１１ａ，１１ｂは偏波保存光ファイバであり、１６
はＳＭＦから形成される。１３および１４は非ドープシ
リカ光ファイバでそれぞれ光線拡大部分およびレンズ部
分からなる。これらは外径がいずれも１２５μｍであり
、１２のセラミック製Ｖ溝に固定した構造である。図１
の場合、球レンズ部の曲率を２６５μｍに設定し、Ｖ溝
間隔を６００μｍにした。
【００１１】この光コリメータ系では、両側にＳＭＦ＋
先球融着光ファイバ入出射端を固定し、複屈折結晶板１
５を挿入しないときの結合効率を測定したところ、５．
２ｍｍの間隔で最大結合効率０．２５ｄＢが得られた。 そのときの光束はビームウェイスト位置で９２μｍであ
った。複屈折結晶板１５はルチル単結晶を採用し、結晶
光軸の方向を光線入射面に対して４５゜の角度で切り出
し、光学研磨後、反射防止膜を形成したものであり、そ
の厚みは約６ｍｍとした。また反射戻り光を防止するた
め、光線伝播軸に対して約７゜傾けて固定した。
先球融着光ファイバ入出射端を固定し、複屈折結晶板１
５を挿入しないときの結合効率を測定したところ、５．
２ｍｍの間隔で最大結合効率０．２５ｄＢが得られた。 そのときの光束はビームウェイスト位置で９２μｍであ
った。複屈折結晶板１５はルチル単結晶を採用し、結晶
光軸の方向を光線入射面に対して４５゜の角度で切り出
し、光学研磨後、反射防止膜を形成したものであり、そ
の厚みは約６ｍｍとした。また反射戻り光を防止するた
め、光線伝播軸に対して約７゜傾けて固定した。
【００１２】ポートａおよびポートｃの球レンズ間隔は
約８．７ｍｍに設定した。光学的な光線伝播長Ｌ、ルチ
ルの屈折率を２．４７（常光）とすれば、Ｌ＝（８．７
−６）＋６／２．４７の関係から約５．１ｍｍとなり、
ほぼ最大結合が期待できる。 図１において、１１ａ，１１ｂはその偏波保持方向を直
交する方向に設定し接着固定した。もちろんあらかじめ
光ファイバ表面をメタライズし、Ｖ溝にメタル固定にす
ることも可能である。ポートａからポートｃにおけるコ
リメータ部分の反射減衰量は、それぞれ５５ｄＢ，５６
ｄＢおよび５２ｄＢであり、光線入出端部自体の反射は
低水準に抑制されていることを確認した。
約８．７ｍｍに設定した。光学的な光線伝播長Ｌ、ルチ
ルの屈折率を２．４７（常光）とすれば、Ｌ＝（８．７
−６）＋６／２．４７の関係から約５．１ｍｍとなり、
ほぼ最大結合が期待できる。 図１において、１１ａ，１１ｂはその偏波保持方向を直
交する方向に設定し接着固定した。もちろんあらかじめ
光ファイバ表面をメタライズし、Ｖ溝にメタル固定にす
ることも可能である。ポートａからポートｃにおけるコ
リメータ部分の反射減衰量は、それぞれ５５ｄＢ，５６
ｄＢおよび５２ｄＢであり、光線入出端部自体の反射は
低水準に抑制されていることを確認した。
【００１３】次にポートａからポートｃおよびポートｂ
からポートｃへの挿入損失は、それぞれ０．２８ｄＢお
よび０．３ｄＢとなった。この場合、挿入損失がいずれ
も劣化していたが、偏波保存光ファイバの偏光維持能力
が現在の市販品で約２０ｄＢであるから、１〜２％の損
失は加算されているものと考えられ、当初予想していた
結合状態が実現できた。
からポートｃへの挿入損失は、それぞれ０．２８ｄＢお
よび０．３ｄＢとなった。この場合、挿入損失がいずれ
も劣化していたが、偏波保存光ファイバの偏光維持能力
が現在の市販品で約２０ｄＢであるから、１〜２％の損
失は加算されているものと考えられ、当初予想していた
結合状態が実現できた。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、ＳＭＦおよび偏波保存光ファ
イバ先端に非ドープシリカ光ファイバを融着接続し、光
拡大部分および球レンズ部分を一体構造とし、互いに直
交する直線偏光を複屈折結晶板を介して合波，分波する
偏光結合器として小型，低価格，量産容易な光学部品を
提供するものであり、光アイソレータ，光増幅モジュー
ル，光スイッチ等に最適であり、コヒーレント光通信シ
ステムにも利用でき、光関連部品の価格低下に貢献する
ことができる。
イバ先端に非ドープシリカ光ファイバを融着接続し、光
拡大部分および球レンズ部分を一体構造とし、互いに直
交する直線偏光を複屈折結晶板を介して合波，分波する
偏光結合器として小型，低価格，量産容易な光学部品を
提供するものであり、光アイソレータ，光増幅モジュー
ル，光スイッチ等に最適であり、コヒーレント光通信シ
ステムにも利用でき、光関連部品の価格低下に貢献する
ことができる。
【図１】本発明の偏光結合器の拡大概略図である。
【図２】従来の偏光合波構造の概略図である。
【図３】従来の偏光合波構造の概略図である。
【図４】従来の偏光合波構造の概略図である。
１１ａ，１１ｂ 偏波保存光ファイバ
１２ フェルール
１３ 光線拡大部
１４ 球レンズ
１５ 複屈折結晶板
１６ ＳＭＦ
２１，２２ ＬＤモジュール
２３ａ，２３ｂ 偏波保存光ファイバ２３ｃ 信号
用光ファイバ ２３ｄ 伝送用光ファイバ ２４ａ，２４ｂ コリメートレンズ ２４ｃ，２４ｄ コリメートレンズ ２５ 偏光ビームスプリッタブロック２６ 干渉フ
ィルタブロック ２７ 境界面 ２８ 干渉フィルタ面 ３１ａ，３１ｂ 偏波保存光ファイバ３２ａ，３２ｂ
斜め研磨フェルール３３ａ，３３ｂ 非球面レン
ズ ３４ 偏光ビームスプリッタ ３５ 低域通過フィルタ ４１ａ，４１ｂ 偏波保存光ファイバ４１ｃ，４１ｄ
分散シフト光ファイバ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４
２ｄ 斜め研磨フェルール４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，
４３ｄ 球レンズ４４ 偏光ビームスプリッタ ４５ 合波プリズム ４６ 光アイソレータ
用光ファイバ ２３ｄ 伝送用光ファイバ ２４ａ，２４ｂ コリメートレンズ ２４ｃ，２４ｄ コリメートレンズ ２５ 偏光ビームスプリッタブロック２６ 干渉フ
ィルタブロック ２７ 境界面 ２８ 干渉フィルタ面 ３１ａ，３１ｂ 偏波保存光ファイバ３２ａ，３２ｂ
斜め研磨フェルール３３ａ，３３ｂ 非球面レン
ズ ３４ 偏光ビームスプリッタ ３５ 低域通過フィルタ ４１ａ，４１ｂ 偏波保存光ファイバ４１ｃ，４１ｄ
分散シフト光ファイバ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４
２ｄ 斜め研磨フェルール４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，
４３ｄ 球レンズ４４ 偏光ビームスプリッタ ４５ 合波プリズム ４６ 光アイソレータ
Claims (3)
- 【請求項１】 単一モード光ファイバと前記光ファイ
バと同一外径をなし光導入部と光集束用球レンズ部から
なる単一屈折率体を融着一体化した第一の光ファイバ入
出射端と、光線軸に対して結晶光学軸が傾いて形成され
た複屈折結晶板と、偏光面が互いに直交するように、か
つ前記複屈折結晶板を介して第一の単一モード光ファイ
バと光学的に結合するように位置し、先端部分が前記第
一の光ファイバ入出射端と略同一構成をなす入出射端を
有する偏波保存型光ファイバで形成された第二，第三の
光ファイバ入出射端とで構成することを特徴とした偏光
結合器。 - 【請求項２】 前記光ファイバ入出射端が、前記光フ
ァイバから伝播したガウス分布光束を出射端で少なくと
も８０μｍ以上に拡大する光導入部の長さをもち、かつ
球レンズ部曲率半径が２００μｍ以上である光集束用レ
ンズ部から構成される請求項１の偏光結合器。 - 【請求項３】 請求項１あるいは２において、前記複
屈折結晶板の光線入出射面が光線軸に対し傾斜した偏光
結合器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13553191A JPH04335304A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 微小レンズ光ファイバ端末付偏光結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13553191A JPH04335304A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 微小レンズ光ファイバ端末付偏光結合器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04335304A true JPH04335304A (ja) | 1992-11-24 |
Family
ID=15153953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13553191A Withdrawn JPH04335304A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 微小レンズ光ファイバ端末付偏光結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04335304A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6859316B1 (en) * | 1999-08-02 | 2005-02-22 | Finisar Corporation | Optical polarization beam combiner/splitter |
| JP2007058147A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-03-08 | Kyocera Corp | 光アイソレータ |
-
1991
- 1991-05-10 JP JP13553191A patent/JPH04335304A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6859316B1 (en) * | 1999-08-02 | 2005-02-22 | Finisar Corporation | Optical polarization beam combiner/splitter |
| JP2007058147A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-03-08 | Kyocera Corp | 光アイソレータ |
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