JPH055333B2 - - Google Patents
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- JPH055333B2 JPH055333B2 JP61072377A JP7237786A JPH055333B2 JP H055333 B2 JPH055333 B2 JP H055333B2 JP 61072377 A JP61072377 A JP 61072377A JP 7237786 A JP7237786 A JP 7237786A JP H055333 B2 JPH055333 B2 JP H055333B2
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明は、一般に、光を偏光する装置および
方法に関するものであり、特に、光学フアイバで
伝搬している光を偏光する装置および方法に関す
るものである。さらに特定的に言えば、この発明
は、フオーム（form）複屈折フアイバ光学偏光
器、およびその製作および使用方法に関するもの
である。
方法に関するものであり、特に、光学フアイバで
伝搬している光を偏光する装置および方法に関す
るものである。さらに特定的に言えば、この発明
は、フオーム（form）複屈折フアイバ光学偏光
器、およびその製作および使用方法に関するもの
である。
偏光器は、光波からの選択された偏光コンポー
ネントを除去する装置である。光学フアイバ内の
光の伝搬および偏光に精通すると、この発明およ
び先行技術の両方を理解するのが容易になる。そ
れゆえに、フアイバ光学導波管、そのような導波
管での光の伝搬の標準モード、および光の偏光を
簡単に論じる。
ネントを除去する装置である。光学フアイバ内の
光の伝搬および偏光に精通すると、この発明およ
び先行技術の両方を理解するのが容易になる。そ
れゆえに、フアイバ光学導波管、そのような導波
管での光の伝搬の標準モード、および光の偏光を
簡単に論じる。
光波は、光波の周波数に等しい周波数を有する
直交する電界ベクトルおよび磁界ベクトルを備え
る、時間変化する電磁界によつて表わされること
は周知である。案内構造を介して伝搬する電磁波
を、１組の標準モードによつて説明することがで
きる。標準モードは、案内構造、たとえばフアイ
バ光学導波管内の、電界および磁界の許容分布で
ある。電磁界の分布は、構造内のエネルギの分布
に直接関連する。標準モードは、一般に、案内構
造での周波数および空間分布によつて、波の電磁
界成分を説明する数学関数によつて表わされる。
導波管の標準モードを説明する特定の関数は、導
波管の幾何学的配列に依存する。被きよう導波
が、固定された大きさの円形断面を有する構造に
閉じ込められる光学フアイバにとつて、電磁界の
みが、或る周波数を有し、かつ空間的な分布が激
しい減衰なく伝搬する。減衰しないで伝搬する電
磁界成分を有する波は、通常モードである。
直交する電界ベクトルおよび磁界ベクトルを備え
る、時間変化する電磁界によつて表わされること
は周知である。案内構造を介して伝搬する電磁波
を、１組の標準モードによつて説明することがで
きる。標準モードは、案内構造、たとえばフアイ
バ光学導波管内の、電界および磁界の許容分布で
ある。電磁界の分布は、構造内のエネルギの分布
に直接関連する。標準モードは、一般に、案内構
造での周波数および空間分布によつて、波の電磁
界成分を説明する数学関数によつて表わされる。
導波管の標準モードを説明する特定の関数は、導
波管の幾何学的配列に依存する。被きよう導波
が、固定された大きさの円形断面を有する構造に
閉じ込められる光学フアイバにとつて、電磁界の
みが、或る周波数を有し、かつ空間的な分布が激
しい減衰なく伝搬する。減衰しないで伝搬する電
磁界成分を有する波は、通常モードである。
通常モードを説明する際に、波の伝搬方向に対
する電界および磁界の方向を参照するのが便利で
ある。電界ベクトルのみが、通常光学軸と呼ばれ
る伝搬方向に垂直であれば、波は、横方向電気
（TE）モードである。磁界ベクトルのみが、光学
軸に垂直であれば、波は、横方向磁気（TM）モ
ードである。電界ベクトルおよび磁界ベクトルの
両方が、光学軸に垂直であれば、波は、横方向電
磁（TEM）モードである。標準モードのいずれ
も、電磁界成分の一定の方向を必要とせず、かつ
たとえばTEモードでは、電界は、光学軸に垂直
であるどちらの方向にあつてもよい。
する電界および磁界の方向を参照するのが便利で
ある。電界ベクトルのみが、通常光学軸と呼ばれ
る伝搬方向に垂直であれば、波は、横方向電気
（TE）モードである。磁界ベクトルのみが、光学
軸に垂直であれば、波は、横方向磁気（TM）モ
ードである。電界ベクトルおよび磁界ベクトルの
両方が、光学軸に垂直であれば、波は、横方向電
磁（TEM）モードである。標準モードのいずれ
も、電磁界成分の一定の方向を必要とせず、かつ
たとえばTEモードでは、電界は、光学軸に垂直
であるどちらの方向にあつてもよい。
電磁波での電界ベクトルの方向は、波の偏光で
ある。一般に、波は、ランダムな偏光を有し、各
モードに対して許容されるすべての方向に向いて
いる電界ベクトルが均一に分布している。波の電
界ベクトルのすべてが、唯一の特定の方向に向け
ば、波は、線形に偏光される。電界が、等しい大
きさ、および90゜位相がずれている２つの直交す
る電界成分からなれば、電界は、円形に偏光され
る。というのは正和の電界は、波の周波数に等し
い角速度で、光学軸のまわりで回転するベクトル
である。２つの線形偏光が、等しくない大きさ、
および等しくも反対でもない位相を有すれば、波
は、楕円偏光を有する。一般に、任意の偏光は、
２つの直行線形偏光の和のどちらか、つまり直交
する半長軸を有する２つの逆方向の円偏光または
２つの逆方向の楕円偏光によつて表わされる。
ある。一般に、波は、ランダムな偏光を有し、各
モードに対して許容されるすべての方向に向いて
いる電界ベクトルが均一に分布している。波の電
界ベクトルのすべてが、唯一の特定の方向に向け
ば、波は、線形に偏光される。電界が、等しい大
きさ、および90゜位相がずれている２つの直交す
る電界成分からなれば、電界は、円形に偏光され
る。というのは正和の電界は、波の周波数に等し
い角速度で、光学軸のまわりで回転するベクトル
である。２つの線形偏光が、等しくない大きさ、
および等しくも反対でもない位相を有すれば、波
は、楕円偏光を有する。一般に、任意の偏光は、
２つの直行線形偏光の和のどちらか、つまり直交
する半長軸を有する２つの逆方向の円偏光または
２つの逆方向の楕円偏光によつて表わされる。
光学信号の速度は、光が伝搬する媒体の屈折率
に依存する。或る材料は、異なる偏光に対する異
なる屈折率を有する。２の屈折率を有する材料
は、複屈折である。単一モード光学フアイバに沿
つて伝搬する信号の偏光は、時々モードと呼ばれ
る。標準単一モード光学フアイバは、同じ周波数
の２つの波、および２つの異なる偏光を有する空
間的な分布を伝搬するので、２モードフアイバと
みなされる。同じ標準モードの２つの異なる偏光
コンポーネントは、２つの偏光の速度の差を除い
て変化していない複屈折材料を介して伝搬するこ
とができる。
に依存する。或る材料は、異なる偏光に対する異
なる屈折率を有する。２の屈折率を有する材料
は、複屈折である。単一モード光学フアイバに沿
つて伝搬する信号の偏光は、時々モードと呼ばれ
る。標準単一モード光学フアイバは、同じ周波数
の２つの波、および２つの異なる偏光を有する空
間的な分布を伝搬するので、２モードフアイバと
みなされる。同じ標準モードの２つの異なる偏光
コンポーネントは、２つの偏光の速度の差を除い
て変化していない複屈折材料を介して伝搬するこ
とができる。
複屈折の量は、ここでは、光波を案内する媒体
の２つの屈折率間の差を意味するように用いられ
る。複屈折の量を制御することによつて、長尺の
フアイバ光学材料から出力される光学信号の偏光
を制御することができる。フアイバによつて伝搬
される波が、２つの線形偏光コンポーネントを備
えれば、フアイバの屈折率間の差を増加または減
少することで、２つの偏光の各々に、フアイバの
光学長さを制御する手段を提供する。フアイバが
複屈折であれば、２つの偏光コンポーネントは、
フアイバに沿つて伝搬するとき、位相シフトされ
る。光学フアイバの光の速度がｖ＝ｃ／ｎである
ため、ここでｃは光の自由空間速度であり、かつ
ｎはフアイバの屈折率であるが、低い方の屈折率
を有する偏光コンポーネントは、高い方の屈折率
を有するコンポーネントより小さいフアイバでの
遷移時間を有するだろう。多くのフアイバ光学シ
ステムは、光学フアイバによつて案内される光の
偏光に非常に依存している動作特性を有する。そ
のようなシステムは、光学ジヤイロスコープおよ
び干渉計センサを含む。所望の精度の測定を得る
ためには、同じ偏光の光波のみが所望の干渉パタ
ーンを生じるので、１つの偏光のみ有することが
絶対必要である。
の２つの屈折率間の差を意味するように用いられ
る。複屈折の量を制御することによつて、長尺の
フアイバ光学材料から出力される光学信号の偏光
を制御することができる。フアイバによつて伝搬
される波が、２つの線形偏光コンポーネントを備
えれば、フアイバの屈折率間の差を増加または減
少することで、２つの偏光の各々に、フアイバの
光学長さを制御する手段を提供する。フアイバが
複屈折であれば、２つの偏光コンポーネントは、
フアイバに沿つて伝搬するとき、位相シフトされ
る。光学フアイバの光の速度がｖ＝ｃ／ｎである
ため、ここでｃは光の自由空間速度であり、かつ
ｎはフアイバの屈折率であるが、低い方の屈折率
を有する偏光コンポーネントは、高い方の屈折率
を有するコンポーネントより小さいフアイバでの
遷移時間を有するだろう。多くのフアイバ光学シ
ステムは、光学フアイバによつて案内される光の
偏光に非常に依存している動作特性を有する。そ
のようなシステムは、光学ジヤイロスコープおよ
び干渉計センサを含む。所望の精度の測定を得る
ためには、同じ偏光の光波のみが所望の干渉パタ
ーンを生じるので、１つの偏光のみ有することが
絶対必要である。
光学的および周期的に層化される異なる屈折率
を有する２つの材料の層での光学波動作用は、均
一の媒体での光学波動作用と異なる。各層の厚さ
が、光波長と比べて充分小さく、かつ層の数が充
分大きければ、複合媒体は複屈折である。フオー
ム複屈折は、材料の分子と比べて大きいが、フア
イバで伝搬する光学波長と比べると小さい大きさ
を有する、光学等方性材料の層の規則正しい配置
に生じる。
を有する２つの材料の層での光学波動作用は、均
一の媒体での光学波動作用と異なる。各層の厚さ
が、光波長と比べて充分小さく、かつ層の数が充
分大きければ、複合媒体は複屈折である。フオー
ム複屈折は、材料の分子と比べて大きいが、フア
イバで伝搬する光学波長と比べると小さい大きさ
を有する、光学等方性材料の層の規則正しい配置
に生じる。
TEモードとTMモードとの間の減衰率間の大
きさのほぼ２つのオーダの差に基づく差動減衰金
属クラツドフアイバ光学偏光器は、先行技術で説
明されている。そのような偏光器は、クラツドが
除去される、光学フアイバのコアの部分上にコー
テイングされる比較的厚い金属を使用する。波
が、金属コーテイングを有するクラツドの部分に
当たるとき、電磁界の分布は、１つの線形偏光
が、他の線形偏光よりはるかに強く減衰されるよ
うに変化する。
きさのほぼ２つのオーダの差に基づく差動減衰金
属クラツドフアイバ光学偏光器は、先行技術で説
明されている。そのような偏光器は、クラツドが
除去される、光学フアイバのコアの部分上にコー
テイングされる比較的厚い金属を使用する。波
が、金属コーテイングを有するクラツドの部分に
当たるとき、電磁界の分布は、１つの線形偏光
が、他の線形偏光よりはるかに強く減衰されるよ
うに変化する。
金属コーテイングに垂直な電界成分は、金属に
オームの熱を生じ、かつ急速に減衰される。金属
コーテイングに平行な電界成分は、垂直な電界と
同じぐらい強く、約１％だけ減衰される。先行技
術の金属クラツド偏光器は、高い消滅比を達成す
るために、長い相互作用長さを必要とする。しか
しながら、高い消滅比を得るために、これらの差
動減衰光器は、高い挿入損を受ける。偏光器の消
滅比は、所望の偏光の強度に対して望ましくない
偏光の強度を減じる際の、効力の尺度である。挿
入損は、所望の偏光の初期のパワーに対する、偏
光器を遷移することによつて消滅される所望の偏
光のパワーの比である。比較的長い相互作用長さ
に対してさえ、差動減衰に基づく偏光器は、挿入
損が、許容量まで制限されるとき、約24dBの消
滅比を与える。
オームの熱を生じ、かつ急速に減衰される。金属
コーテイングに平行な電界成分は、垂直な電界と
同じぐらい強く、約１％だけ減衰される。先行技
術の金属クラツド偏光器は、高い消滅比を達成す
るために、長い相互作用長さを必要とする。しか
しながら、高い消滅比を得るために、これらの差
動減衰光器は、高い挿入損を受ける。偏光器の消
滅比は、所望の偏光の強度に対して望ましくない
偏光の強度を減じる際の、効力の尺度である。挿
入損は、所望の偏光の初期のパワーに対する、偏
光器を遷移することによつて消滅される所望の偏
光のパワーの比である。比較的長い相互作用長さ
に対してさえ、差動減衰に基づく偏光器は、挿入
損が、許容量まで制限されるとき、約24dBの消
滅比を与える。
差動減衰偏光器は、望ましくない偏光のエネル
ギを熱に変換するので、望ましくない偏光を有す
る波の強度は、光検出器を用いてモニタされるこ
とができない。それゆえに、差動減衰偏光器は、
所望の偏光の強度を最適化するために、偏光制御
器およびフイードバツクシステムで用いるのに適
さない。
ギを熱に変換するので、望ましくない偏光を有す
る波の強度は、光検出器を用いてモニタされるこ
とができない。それゆえに、差動減衰偏光器は、
所望の偏光の強度を最適化するために、偏光制御
器およびフイードバツクシステムで用いるのに適
さない。
以前のフアイバ光学偏光器は、結晶偏光器を含
み、長尺のフアイバ光学材料は、そこからクラツ
ドの部分が除去され、相互作用領域を形成してい
るが、複屈折結晶に隣接して置かれる。複屈折結
晶は、望ましくない偏光のためのフアイバコアの
屈折率より大きい、または等しい第１屈折率、お
よびフアイバで伝搬されるのが望ましい偏光のた
めのフアイバクラツドの屈折率に等しい、または
わずかに小さい第２屈折率を有するように選択さ
れる。フアイバによつて案内される電磁界の指数
関数的に減衰する部分は、コア境界を越えてクラ
ツドへ延びる。電磁界のこの減衰する部分は、
「エバネセントフイールド」と呼ばれる。フアイ
バによつて案内される光のエバネセントフイール
ドは、複屈折結晶と相互に作用し、かつ望ましく
ない偏光の光は、複屈折媒体に結合し、かつ相互
作用領域を越えてフアイバで伝搬しない。所望の
偏光の光は、複屈折結晶によつて影響されず、か
つフアイバによつて案内される。
み、長尺のフアイバ光学材料は、そこからクラツ
ドの部分が除去され、相互作用領域を形成してい
るが、複屈折結晶に隣接して置かれる。複屈折結
晶は、望ましくない偏光のためのフアイバコアの
屈折率より大きい、または等しい第１屈折率、お
よびフアイバで伝搬されるのが望ましい偏光のた
めのフアイバクラツドの屈折率に等しい、または
わずかに小さい第２屈折率を有するように選択さ
れる。フアイバによつて案内される電磁界の指数
関数的に減衰する部分は、コア境界を越えてクラ
ツドへ延びる。電磁界のこの減衰する部分は、
「エバネセントフイールド」と呼ばれる。フアイ
バによつて案内される光のエバネセントフイール
ドは、複屈折結晶と相互に作用し、かつ望ましく
ない偏光の光は、複屈折媒体に結合し、かつ相互
作用領域を越えてフアイバで伝搬しない。所望の
偏光の光は、複屈折結晶によつて影響されず、か
つフアイバによつて案内される。
結晶偏光は、低い挿入損で所望の消滅比を提供
することが可能であるが、そのような偏光器の動
作特性は、温度に依存している。そのような装置
の温度異存は、最初、結晶の屈折率の温度異存か
ら生じる。結晶の第２屈折率が、温度とともに変
化し、クラツドの屈折率を越えれば、結晶装置
は、偏光器として機能しなくなる。結晶の屈折率
が、クラツドの屈折率よりかなり小さくなれば、
望ましくない偏光のいくつかは、結晶フアイバ界
面で反射され、したがつて、結晶へ結合するより
むしろフアイバに留まるだろう。フアイバ光学ジ
ヤイロスコープは、10dBより大きい消滅比を有
する偏光器を必要とする。24℃で100dBの消滅比
を与えるようにセツトされる結晶偏光器は、温度
が30℃まで増加する場合、わずか24ないし3dBの
消滅比を有する。
することが可能であるが、そのような偏光器の動
作特性は、温度に依存している。そのような装置
の温度異存は、最初、結晶の屈折率の温度異存か
ら生じる。結晶の第２屈折率が、温度とともに変
化し、クラツドの屈折率を越えれば、結晶装置
は、偏光器として機能しなくなる。結晶の屈折率
が、クラツドの屈折率よりかなり小さくなれば、
望ましくない偏光のいくつかは、結晶フアイバ界
面で反射され、したがつて、結晶へ結合するより
むしろフアイバに留まるだろう。フアイバ光学ジ
ヤイロスコープは、10dBより大きい消滅比を有
する偏光器を必要とする。24℃で100dBの消滅比
を与えるようにセツトされる結晶偏光器は、温度
が30℃まで増加する場合、わずか24ないし3dBの
消滅比を有する。
望ましくない偏光からバルク波を形成するため
に結合するエバネセントフイールドを用いるフオ
ーム複屈折偏光器は、当該技術分野において周知
である。エバネセントフイールドフオーム複屈折
偏光器は、コアおよびクラツドの屈折率の正確な
屈折率整合を必要とする。そのような正確な屈折
率の制御を達成するのは困難である。
に結合するエバネセントフイールドを用いるフオ
ーム複屈折偏光器は、当該技術分野において周知
である。エバネセントフイールドフオーム複屈折
偏光器は、コアおよびクラツドの屈折率の正確な
屈折率整合を必要とする。そのような正確な屈折
率の制御を達成するのは困難である。
発明の概要
この発明は、望ましくない偏光に対する改良さ
れた消滅比、および所望の偏光に対する改良され
た挿入損を生じる偏光器を提供する。この発明に
よる偏光器は、エバネセントフイールド偏光器の
温度異存を有することなく、先行技術の差動減衰
光学偏光器よりはるかに小さい挿入損で、高消滅
比を生じる。
れた消滅比、および所望の偏光に対する改良され
た挿入損を生じる偏光器を提供する。この発明に
よる偏光器は、エバネセントフイールド偏光器の
温度異存を有することなく、先行技術の差動減衰
光学偏光器よりはるかに小さい挿入損で、高消滅
比を生じる。
この発明の装置は、長尺のフアイバを含み、そ
こからクラツドの一部が、除去され、相互作用領
域を形成している。フアイバは、好ましくは、相
互作用領域で湾曲され、そのためフアイバの厚さ
は、フアイバの長さに沿つて、相互作用領域の中
心から離れて徐々に増加する。充分な材料が、相
互作用領域でフアイバから除去され、フアイバコ
アの平面露出部分を形成する。平面クラツド部分
は、露出コア部分を取り囲む。フオーム複屈折ス
タツクは、平面コアおよびクラツドの部分上に置
かれる。
こからクラツドの一部が、除去され、相互作用領
域を形成している。フアイバは、好ましくは、相
互作用領域で湾曲され、そのためフアイバの厚さ
は、フアイバの長さに沿つて、相互作用領域の中
心から離れて徐々に増加する。充分な材料が、相
互作用領域でフアイバから除去され、フアイバコ
アの平面露出部分を形成する。平面クラツド部分
は、露出コア部分を取り囲む。フオーム複屈折ス
タツクは、平面コアおよびクラツドの部分上に置
かれる。
フオーム複屈折スタツクは、フアイバの研磨さ
れた部分に平行な偏光に対する屈折率が、コアの
屈折率にほぼ等しいように形成される。フアイバ
の研磨された部分に垂直な偏光に対するフオーム
複屈折スタツクの屈折率は、クラツドの屈折率に
ほぼ等しい。
れた部分に平行な偏光に対する屈折率が、コアの
屈折率にほぼ等しいように形成される。フアイバ
の研磨された部分に垂直な偏光に対するフオーム
複屈折スタツクの屈折率は、クラツドの屈折率に
ほぼ等しい。
光検出器は、フアイバから放射される光から誤
差信号を形成するために使用されてもよい。制御
回路構成は、誤差信号を処理し、誤差信号を最少
にするために、カツトオフ偏光器への光入力の偏
光を調整する偏光制御器を駆動する。
差信号を形成するために使用されてもよい。制御
回路構成は、誤差信号を処理し、誤差信号を最少
にするために、カツトオフ偏光器への光入力の偏
光を調整する偏光制御器を駆動する。
この発明の偏光器を形成する方法は、結合器の
半分を形成することを含み、結合器の半分は、好
ましくは、適当なサブストレートの湾曲した溝内
に載置される長尺の光学フアイバを備える。サブ
スレートは、都合が良いことに、融解石英のブロ
ツクから形成されてもよい。湾曲した溝は、周知
の光学研削技術によつて形成される。フアイバ
は、適当な接着剤によつて溝内に保持されてもよ
く、かつフアイバの凸状に湾曲した部分に隣接す
るサブストレートの表面は、接地され、かつ光学
的に平坦な表面を形成するために研磨される。研
削および研磨は、相互作用領域のクラツドのすべ
て、および相互作用領域のフアイバコアの部分を
除去する。
半分を形成することを含み、結合器の半分は、好
ましくは、適当なサブストレートの湾曲した溝内
に載置される長尺の光学フアイバを備える。サブ
スレートは、都合が良いことに、融解石英のブロ
ツクから形成されてもよい。湾曲した溝は、周知
の光学研削技術によつて形成される。フアイバ
は、適当な接着剤によつて溝内に保持されてもよ
く、かつフアイバの凸状に湾曲した部分に隣接す
るサブストレートの表面は、接地され、かつ光学
的に平坦な表面を形成するために研磨される。研
削および研磨は、相互作用領域のクラツドのすべ
て、および相互作用領域のフアイバコアの部分を
除去する。
フオーム複屈折スタツクは、好ましくは、異な
る屈折率を有する材料の交互の層を析出すること
によつて、フアイバの研磨された部分上に形成さ
れる。複合フオーム複屈折構造の屈折率は、層の
厚さおよび屈折率に依存する。
る屈折率を有する材料の交互の層を析出すること
によつて、フアイバの研磨された部分上に形成さ
れる。複合フオーム複屈折構造の屈折率は、層の
厚さおよび屈折率に依存する。
フオーム複屈折スタツクは、個別のコンポーネ
ントとして形成され、かつそれからフアイバの研
磨された部分に隣接して置かれてもよい。屈折率
整合オイルが、フオーム複屈折スタツクとフアイ
バとの間に含まれてもよい。
ントとして形成され、かつそれからフアイバの研
磨された部分に隣接して置かれてもよい。屈折率
整合オイルが、フオーム複屈折スタツクとフアイ
バとの間に含まれてもよい。
好ましい実施例の説明
偏光器の構造コンポーネント
第１図および第２図を参照すると、この発明に
よるフオーム複屈折偏光器１０は、サブストレー
ト１８の湾曲した溝１６に載置される光学フアイ
バ１４を含む結合器の半分１２を含む。フオーム
複屈折スタツク２０は、光学フアイバ１４の一般
に平面の相互作用領域２８に隣接して位置決めさ
れる。
よるフオーム複屈折偏光器１０は、サブストレー
ト１８の湾曲した溝１６に載置される光学フアイ
バ１４を含む結合器の半分１２を含む。フオーム
複屈折スタツク２０は、光学フアイバ１４の一般
に平面の相互作用領域２８に隣接して位置決めさ
れる。
第１図，第２図および第５図を参照すると、相
互作用領域２８の平面に平行に偏光された光は、
フアイバ１４から放射する。相互作用領域２８の
平面に垂直に偏光された光は、相互作用領域２８
を越えてフアイバ１４で伝搬し、偏光器１０の出
力信号を形成する。
互作用領域２８の平面に平行に偏光された光は、
フアイバ１４から放射する。相互作用領域２８の
平面に垂直に偏光された光は、相互作用領域２８
を越えてフアイバ１４で伝搬し、偏光器１０の出
力信号を形成する。
第５図を参照すると、光が左から入射されれ
ば、波の平行な偏光コンポーネントの放射された
エネルギは、フオーム複屈折スタツク２０を介し
て移動する。放射されたエネルギの一部は、入射
した光学強度に応答して電流を出力する光出器５
０に当たる。電子制御回路５２は、光検出器出力
を処理し、かつフアイバ光学偏光制御システム５
４に制御信号を与え、このシステム５４は偏光器
１０へ入力される偏光を制御信号を最少にするよ
うに調節する。それゆえに、偏光器１０の光学ス
ループツトは、本質的に１つの予め定められた偏
光を有する。
ば、波の平行な偏光コンポーネントの放射された
エネルギは、フオーム複屈折スタツク２０を介し
て移動する。放射されたエネルギの一部は、入射
した光学強度に応答して電流を出力する光出器５
０に当たる。電子制御回路５２は、光検出器出力
を処理し、かつフアイバ光学偏光制御システム５
４に制御信号を与え、このシステム５４は偏光器
１０へ入力される偏光を制御信号を最少にするよ
うに調節する。それゆえに、偏光器１０の光学ス
ループツトは、本質的に１つの予め定められた偏
光を有する。
偏光制御システム５４は、好ましくは、制御回
路５２に接続される複数フアイバスクイーザ５６
−５８を含む。フアイバスクイーザ５６−５８
は、好ましくは、構造が同じである。たとえばフ
アイバスクイーザ５６は、制御回路５２からの電
圧に応答して、プリロードからフアイバ１４上の
圧縮力を変化させる１対の圧電アクチユエータ６
２，６４を備える。フアイバスクイーザ５６およ
び５８は、好ましくは、整列され、そのためそれ
によつて生じる応力は、互いに平行であり、かつ
フアイバ１４に垂直であるように整列される。フ
アイバスクイーザ５７は、フアイバスクイーザ５
６と５８との間に配設される。フアイバスクイー
ザ５７は、フアイバ１４ひ垂直であり、かつまた
フアイバスクイーザ５６および５８によつて生じ
る応力と45゜の角度をなしている応力をかける。
路５２に接続される複数フアイバスクイーザ５６
−５８を含む。フアイバスクイーザ５６−５８
は、好ましくは、構造が同じである。たとえばフ
アイバスクイーザ５６は、制御回路５２からの電
圧に応答して、プリロードからフアイバ１４上の
圧縮力を変化させる１対の圧電アクチユエータ６
２，６４を備える。フアイバスクイーザ５６およ
び５８は、好ましくは、整列され、そのためそれ
によつて生じる応力は、互いに平行であり、かつ
フアイバ１４に垂直であるように整列される。フ
アイバスクイーザ５７は、フアイバスクイーザ５
６と５８との間に配設される。フアイバスクイー
ザ５７は、フアイバ１４ひ垂直であり、かつまた
フアイバスクイーザ５６および５８によつて生じ
る応力と45゜の角度をなしている応力をかける。
光学フアイバ１４は、複屈折媒体であり、この
ことは、屈折率が偏光に依存していることを意味
する。複屈折の量は、ここでは、光波を案内する
媒体の２つの屈折率間の差を意味する。複屈折の
量を制御することによつて、長尺のフアイバ光学
材料から光信号出力の偏光を制御することができ
る。フアイバ１４によつて伝搬される波が、２つ
の線形偏光コンポーネントを備えれば、屈折率間
の差を増加または減少することによつて、２つの
偏光の各々に対してフアイバ１４の光学経路長さ
を制御する手段が提供される。フアイバ１４が複
屈折であれば、２つの偏光コンポーネントは、フ
アイバに沿つて伝搬するにつれて、位相シフトさ
れる。光学フアイバでの光の速度がｖ＝ｃ／ｎで
あり、ここでｃは光の自由空間速度であり、かつ
ｎは屈折率であるので低い方の屈折率を有する偏
光コンポーネントは、大きい速度を有し、かつそ
れゆえに、高い方の屈折率を有するコンポーネン
トよりフアイバでの遷移時間が短い。それゆえ
に、フアイバ１４の屈折率を制御すると、偏光器
１０への光入力の偏光を制御する。
ことは、屈折率が偏光に依存していることを意味
する。複屈折の量は、ここでは、光波を案内する
媒体の２つの屈折率間の差を意味する。複屈折の
量を制御することによつて、長尺のフアイバ光学
材料から光信号出力の偏光を制御することができ
る。フアイバ１４によつて伝搬される波が、２つ
の線形偏光コンポーネントを備えれば、屈折率間
の差を増加または減少することによつて、２つの
偏光の各々に対してフアイバ１４の光学経路長さ
を制御する手段が提供される。フアイバ１４が複
屈折であれば、２つの偏光コンポーネントは、フ
アイバに沿つて伝搬するにつれて、位相シフトさ
れる。光学フアイバでの光の速度がｖ＝ｃ／ｎで
あり、ここでｃは光の自由空間速度であり、かつ
ｎは屈折率であるので低い方の屈折率を有する偏
光コンポーネントは、大きい速度を有し、かつそ
れゆえに、高い方の屈折率を有するコンポーネン
トよりフアイバでの遷移時間が短い。それゆえ
に、フアイバ１４の屈折率を制御すると、偏光器
１０への光入力の偏光を制御する。
長尺の光学フアイバ１４に、それに対して横切
る軸に沿つて圧縮力をかけると、光弾性効果によ
つて屈折率が変化し、その結果応力で誘起された
複屈折が生じることは周知である。一般に、３つ
のフアイバスクイーザは、任意の偏光を偏光器１
０への入力に対して予め定められた偏光に変換す
るのに必要である。隣接するフアイバスクイーザ
５６−５８間の長尺のフアイバ１４にかなりの複
屈折がなければ、２つのフアイバスクイーザのみ
が、偏光器１０への光入力の偏光を制御するのに
必要である。
る軸に沿つて圧縮力をかけると、光弾性効果によ
つて屈折率が変化し、その結果応力で誘起された
複屈折が生じることは周知である。一般に、３つ
のフアイバスクイーザは、任意の偏光を偏光器１
０への入力に対して予め定められた偏光に変換す
るのに必要である。隣接するフアイバスクイーザ
５６−５８間の長尺のフアイバ１４にかなりの複
屈折がなければ、２つのフアイバスクイーザのみ
が、偏光器１０への光入力の偏光を制御するのに
必要である。
偏光器１０は、フアイバ１４で互いに逆方向に
伝搬する波に予め定められた偏光を有する出力を
与えることが可能である。混合偏光の光が、右か
ら偏光器１０に当たれば、望ましくない偏光は、
フアイバ１４から放射され、一方所望の偏光はそ
こに止まる。第光検出器６６は、放射された偏光
の強度を示す電気信号を生じる。第２制御回路７
０は、光検出器６６の出力を処理し、かつ上で説
明したフアイバスクイーザ５６−５８に本質的に
同じである複数のフアイバスクイーザ７３−７５
に制御信号を与える。偏光器１０は、フアイバ１
４の同じ領域で、２つの互いに逆方向に伝搬する
波から誤差信号を発生させ、そのため偏光器１０
から出てくるすべての光学信号は、同じ偏光を有
する。
伝搬する波に予め定められた偏光を有する出力を
与えることが可能である。混合偏光の光が、右か
ら偏光器１０に当たれば、望ましくない偏光は、
フアイバ１４から放射され、一方所望の偏光はそ
こに止まる。第光検出器６６は、放射された偏光
の強度を示す電気信号を生じる。第２制御回路７
０は、光検出器６６の出力を処理し、かつ上で説
明したフアイバスクイーザ５６−５８に本質的に
同じである複数のフアイバスクイーザ７３−７５
に制御信号を与える。偏光器１０は、フアイバ１
４の同じ領域で、２つの互いに逆方向に伝搬する
波から誤差信号を発生させ、そのため偏光器１０
から出てくるすべての光学信号は、同じ偏光を有
する。
結合器の半分
第１図−第３図を参照すると、湾曲した溝１６
は、サブストレート１８の光学的に平坦な表面２
４に形成される。湾曲した溝１６は、フアイバ１
４の直径と比較して大きい曲率の半径を有する。
第１図は、フアイバ１４によつて案内された光と
フオーム複屈折スタツク２０との間の相互作用を
はつきりと図解するために、誇張された比で、フ
アイバ直径に対するフアイバの曲率半径を示す。
溝１６の幅は、フアイバ直径よりわずかに大き
く、そのため、フアイバ１４は、溝１６の底部壁
によつて規定される経路に従うことができる。溝
１６の深さは、サブストレート１８の中央での最
小値から、それぞれの端縁での最大値まで変化す
る。フアイバ１４が徐々に湾曲しているため、シ
ヤープベンドまたはフアイバ１４の方向の他の急
激な変化が防がれ、モード摂動する介するパワー
損失を避ける。
は、サブストレート１８の光学的に平坦な表面２
４に形成される。湾曲した溝１６は、フアイバ１
４の直径と比較して大きい曲率の半径を有する。
第１図は、フアイバ１４によつて案内された光と
フオーム複屈折スタツク２０との間の相互作用を
はつきりと図解するために、誇張された比で、フ
アイバ直径に対するフアイバの曲率半径を示す。
溝１６の幅は、フアイバ直径よりわずかに大き
く、そのため、フアイバ１４は、溝１６の底部壁
によつて規定される経路に従うことができる。溝
１６の深さは、サブストレート１８の中央での最
小値から、それぞれの端縁での最大値まで変化す
る。フアイバ１４が徐々に湾曲しているため、シ
ヤープベンドまたはフアイバ１４の方向の他の急
激な変化が防がれ、モード摂動する介するパワー
損失を避ける。
溝１６は、第２図に示されるように、断面が矩
形である。しかしながら、他の断面構成、たとえ
ばＵ字形またはＶ字形が、結合器の半分１２を形
成する際に用いられてもよいことを理解しなけれ
ばならない。サブストレート１８の中央で、溝１
６の深さは、フアイバ１４の直径より小さい。サ
ブストレート１８の端縁１８ａ，１８ｂで、溝１
４の深さは、好ましくは、フアイバ直径と少なく
とも同じぐらいの大きさである。
形である。しかしながら、他の断面構成、たとえ
ばＵ字形またはＶ字形が、結合器の半分１２を形
成する際に用いられてもよいことを理解しなけれ
ばならない。サブストレート１８の中央で、溝１
６の深さは、フアイバ１４の直径より小さい。サ
ブストレート１８の端縁１８ａ，１８ｂで、溝１
４の深さは、好ましくは、フアイバ直径と少なく
とも同じぐらいの大きさである。
第１４図は、中央コア３０およびクラツド３２
を有する。コア３０の屈折率は、クラツドの屈折
率より大きく、そのためコアによつて案内される
光の大部分は、コアークラツド界面で内部に反射
する。フアイバ光学材料は、適当な方法、たとえ
ばラツピングによつてフアイバ１４から除去さ
れ、クラツド３２に、第３図に示される楕円形の
平面表面２６を形成する。表面２６は、サブスト
レート１８の光学的に平坦な表面２４と同一平面
上にある。充分なクラツドは、コア３０の楕円形
の平面３４を形成するために除去される。平面２
６および３４は、同心であり、かつほぼ楕円形で
ある類似の形を有する。表面２６および３４は、
円錐の部分ではないため、正確な楕円形ではな
い。
を有する。コア３０の屈折率は、クラツドの屈折
率より大きく、そのためコアによつて案内される
光の大部分は、コアークラツド界面で内部に反射
する。フアイバ光学材料は、適当な方法、たとえ
ばラツピングによつてフアイバ１４から除去さ
れ、クラツド３２に、第３図に示される楕円形の
平面表面２６を形成する。表面２６は、サブスト
レート１８の光学的に平坦な表面２４と同一平面
上にある。充分なクラツドは、コア３０の楕円形
の平面３４を形成するために除去される。平面２
６および３４は、同心であり、かつほぼ楕円形で
ある類似の形を有する。表面２６および３４は、
円錐の部分ではないため、正確な楕円形ではな
い。
表面２６は、相互作用領域２８を形成し、そこ
でフアイバ１４によつて伝搬される光は、フオー
ム複屈折スタツク２０と相互に作用する。除去さ
れるフアイバ光学材料の量は、サブストレート１
８の端縁１８ａ，１８ｂ近くの０から、その中央
での最大量まで徐々に増加する。フアイバ光学材
料をテーパ状に除去することによつて、フアイバ
１４は、相互作用領域２８に対し徐々に収束およ
び発散し、このことは、相互作用領域２８で、逆
反対および光エネルギの過度の損失を避けるのに
都合が良い。
でフアイバ１４によつて伝搬される光は、フオー
ム複屈折スタツク２０と相互に作用する。除去さ
れるフアイバ光学材料の量は、サブストレート１
８の端縁１８ａ，１８ｂ近くの０から、その中央
での最大量まで徐々に増加する。フアイバ光学材
料をテーパ状に除去することによつて、フアイバ
１４は、相互作用領域２８に対し徐々に収束およ
び発散し、このことは、相互作用領域２８で、逆
反対および光エネルギの過度の損失を避けるのに
都合が良い。
フアイバ１４が、光学エネルギの単一モードの
み伝搬するように設計されれば、コア３０は、通
常、直径約５mmである円形断面を有する。クラツ
ド３２は、通常、コア３０のまわりに対称に配設
される屈折率分布を与える。クラツド３２の屈折
率が、コア３０に対して対称であれば、フアイバ
１４によつて案内される光学エネルギのほとんど
すべては、コアの屈折率がクラツドの屈折率より
大きい場合、コア３０に閉じ込められる。しかし
ながら、フアイバが、非対称屈折率分布を有すれ
ば、コア３０は、カツトオフ直径ｄを有し、その
ため、フアイバ１４が、コア直径がカツトオフ直
径より小さい部分を有すれば、光学エネルギは、
専らコア３０に閉じ込められない。偏光器１０
は、このようなカツトオフ特性を用い、相互作用
領域２８に平行に偏光をフアイバ１４から除去す
る。
み伝搬するように設計されれば、コア３０は、通
常、直径約５mmである円形断面を有する。クラツ
ド３２は、通常、コア３０のまわりに対称に配設
される屈折率分布を与える。クラツド３２の屈折
率が、コア３０に対して対称であれば、フアイバ
１４によつて案内される光学エネルギのほとんど
すべては、コアの屈折率がクラツドの屈折率より
大きい場合、コア３０に閉じ込められる。しかし
ながら、フアイバが、非対称屈折率分布を有すれ
ば、コア３０は、カツトオフ直径ｄを有し、その
ため、フアイバ１４が、コア直径がカツトオフ直
径より小さい部分を有すれば、光学エネルギは、
専らコア３０に閉じ込められない。偏光器１０
は、このようなカツトオフ特性を用い、相互作用
領域２８に平行に偏光をフアイバ１４から除去す
る。
第４図を参照すると、屈折率の対称および非対
称の概念が説明される。コア３０は、ｎの屈折率
を有する。コア３０の上に示されるスーパースト
ーレート（superstrate）４０は、n1の屈折率を
有し、かつコア３０の下に示されるサブストレー
ト４２は、屈折率n2を有する。n1＝n2であれば、
屈折率は、コア３０に対して対称であり、かつエ
ネルギは、コア３０とスーパーストレート４０、
およびコア３０とスーパースレート４２との間の
界面で、図解されるように、本質的にすべて内部
に反射される。n1≠n2であれば、屈折率は非対称
であり、かつ上で説明したように、コア３０のカ
ツトオフ直径がある。
称の概念が説明される。コア３０は、ｎの屈折率
を有する。コア３０の上に示されるスーパースト
ーレート（superstrate）４０は、n1の屈折率を
有し、かつコア３０の下に示されるサブストレー
ト４２は、屈折率n2を有する。n1＝n2であれば、
屈折率は、コア３０に対して対称であり、かつエ
ネルギは、コア３０とスーパーストレート４０、
およびコア３０とスーパースレート４２との間の
界面で、図解されるように、本質的にすべて内部
に反射される。n1≠n2であれば、屈折率は非対称
であり、かつ上で説明したように、コア３０のカ
ツトオフ直径がある。
第１図を再び参照すると、混合偏光の光学信号
が、左から偏光器１０に入射されれば、相互作用
領域での屈折率の非対称によつて、平面表面２６
に平行な偏光コンポーネントは、フアイバから放
射する。通常の慣例によると、伝搬方向は、ｚ−
軸である。右側の座標システムを仮定すると、ｘ
−軸は、第１図の平面に向いており、かつｙ−軸
は、平面にあり、かつｘ−軸およびｚ−軸の両方
に垂直である。フオーム複屈折スタツク２０の屈
折率が、相互作用領域に垂直な偏光に対するクラ
ツドの屈折率に本質的に等しいため、この偏光
は、内部反射によつて、コアによつて案内されて
留まる。表面に垂直な偏光コンポーネントは、コ
アの横断面積の減少を受け、このことは、被きよ
う導波のエバネセントフイールド部分を増加させ
る。
が、左から偏光器１０に入射されれば、相互作用
領域での屈折率の非対称によつて、平面表面２６
に平行な偏光コンポーネントは、フアイバから放
射する。通常の慣例によると、伝搬方向は、ｚ−
軸である。右側の座標システムを仮定すると、ｘ
−軸は、第１図の平面に向いており、かつｙ−軸
は、平面にあり、かつｘ−軸およびｚ−軸の両方
に垂直である。フオーム複屈折スタツク２０の屈
折率が、相互作用領域に垂直な偏光に対するクラ
ツドの屈折率に本質的に等しいため、この偏光
は、内部反射によつて、コアによつて案内されて
留まる。表面に垂直な偏光コンポーネントは、コ
アの横断面積の減少を受け、このことは、被きよ
う導波のエバネセントフイールド部分を増加させ
る。
サブストレート１８は、どのような適当な剛体
材料から製作されてもよい。好ましい実施例で
は、サブストレート１８は、一般に、ほぼ長さ１
インチ、幅１インチ、およ厚さ0.4インチの融解
石英ガラスの矩形ブロツクを備える。フアイバ１
４は、適当なセメント（示されていない）、たと
えばエポキシ樹脂によつて、湾曲した溝１６に固
定されてもよい。融解石英サブストレート１８
は、都合が良いことに、フアイバ１４と類似の熱
膨脹係数を有し、このことは、サブストレート１
８およびフアイバ１４が、製造または使用中に、
何らかの熱処理を受ける場合に、構造の安全さを
維持するのに重要である。
材料から製作されてもよい。好ましい実施例で
は、サブストレート１８は、一般に、ほぼ長さ１
インチ、幅１インチ、およ厚さ0.4インチの融解
石英ガラスの矩形ブロツクを備える。フアイバ１
４は、適当なセメント（示されていない）、たと
えばエポキシ樹脂によつて、湾曲した溝１６に固
定されてもよい。融解石英サブストレート１８
は、都合が良いことに、フアイバ１４と類似の熱
膨脹係数を有し、このことは、サブストレート１
８およびフアイバ１４が、製造または使用中に、
何らかの熱処理を受ける場合に、構造の安全さを
維持するのに重要である。
フオーム複屈折スタツク２０は、結合器の半分
１２の相互作用領域２８上に直接形成されてもよ
い。代わりに、フオーム複屈折スタツク２０は、
相互作用領域２８に隣接して置かれる別個のコン
ポーネントとして形成されてもよい。屈折率整合
液体は、フオーム複屈折スタツク２０とフアイバ
１４との間に挿入されてもよい。
１２の相互作用領域２８上に直接形成されてもよ
い。代わりに、フオーム複屈折スタツク２０は、
相互作用領域２８に隣接して置かれる別個のコン
ポーネントとして形成されてもよい。屈折率整合
液体は、フオーム複屈折スタツク２０とフアイバ
１４との間に挿入されてもよい。
フオーム複屈折スタツク
第６図を参照すると、周期的な多層誘電体構造
２０は、異なる屈折率を有する複数の交互の層８
２，８４を備える。掃８２，８４の厚さt1および
t2は、それぞれ、フアイバ１４によつて伝搬され
る光の波長より小さい、光学回転感知システム
（示されていない）では、光学波長は、典型的に
約820mmである。
２０は、異なる屈折率を有する複数の交互の層８
２，８４を備える。掃８２，８４の厚さt1および
t2は、それぞれ、フアイバ１４によつて伝搬され
る光の波長より小さい、光学回転感知システム
（示されていない）では、光学波長は、典型的に
約820mmである。
多層構造２０は、偏光に依存する屈折率を有す
る簡略化するために、電界で、ｚ−方向に線形に
偏光された平面波は、第１図の平面から外に向い
ているｘ−軸に沿つて伝搬する。誘電体界面での
電磁波に関する周知の境界条件によつて、電気変
位ベクトルＤの標準コンポーネントは、次のよう
に連続的でなければならず、 D12＝D22＝Ｄ (1) それゆえに、 ε1E1＝ε2E2 (2) であり、ここでε1およびε2は、２つの材料の誘電
体定数である。
る簡略化するために、電界で、ｚ−方向に線形に
偏光された平面波は、第１図の平面から外に向い
ているｘ−軸に沿つて伝搬する。誘電体界面での
電磁波に関する周知の境界条件によつて、電気変
位ベクトルＤの標準コンポーネントは、次のよう
に連続的でなければならず、 D12＝D22＝Ｄ (1) それゆえに、 ε1E1＝ε2E2 (2) であり、ここでε1およびε2は、２つの材料の誘電
体定数である。
層状構造１０の周期についての平均の電界は、
次のようになる。
次のようになる。
＜Ｅ＞＝（t1D／ε1＋t2D／ε2）
（t1＋t2）-1 (3)
ｚ−方向に偏光された波に対する実効誘電体定
数εzは、それゆえに、次のようになる。
数εzは、それゆえに、次のようになる。
εz＝Ｄ／＜Ｅ＞ (4)
εz＝［（t1＋t2）ε1ε2］
［ε2t1＋ε1t2］-1 (5)
表示の便宜上、フラクシヨナル（fractional）
厚さf1およびf2は、次のように規定される。
厚さf1およびf2は、次のように規定される。
f1＝t1／（t1＋t2） (6)
およびf2＝t2／（t1＋t2） (7)
方程式(5)で方程式(6)および(7)を用いると、次の
ようになる。
ようになる。
εz＝（ε1ε2）（ε2f1＋ε1f2）-1 (7)
ｙ−方向に偏光された波の接線方向成分は、連
続的でなければならず、そのため次のようにな
る。
続的でなければならず、そのため次のようにな
る。
E1y＝E2y＝Ｅ (9)
１周期についての電気変位の平均値は、次のよ
うになる。
うになる。
＜Ｄ＞＝（t1ε1E＋t2ε2E）
（t1＋t2）-1 (10)
電気変位の定義から、
εy＝＜Ｄ＞／Ｅ (11)
となり、これは次のようになる。
εy＝（t1ε1＋t2ε2）
（t1＋t2）-1 (12)
フラクシヨナル厚さf1およびf2によつて、ｙ−
方向に偏光された波に対する誘電体定数εyは、次
の式によつて与えられる。
方向に偏光された波に対する誘電体定数εyは、次
の式によつて与えられる。
εy＝ε1f1＋ε2f2 (13)
方程式(8)および(13)は、ｚ−およびｙ−方向で、
屈折率を計算するのに用いられる。屈折率の定義
から、 nz＝［εz／ε0］1/2 (14) n1＝［ε1／ε0］1/2 (15) およびn2＝［ε2／ε0］1/2 (16) となり、ここでε0は、自由空間の誘電率である。
屈折率を計算するのに用いられる。屈折率の定義
から、 nz＝［εz／ε0］1/2 (14) n1＝［ε1／ε0］1/2 (15) およびn2＝［ε2／ε0］1/2 (16) となり、ここでε0は、自由空間の誘電率である。
方程式(8)および(13)で方程式(14)，(15)および(16)
を用
いると、次のようになる。
を用
いると、次のようになる。
nz＝（n1n2）［n2 2f1＋n1 2f2］-1/2 (17)
および
ny＝［n1 2f1＋n2 2f2］-1/2 (18)
複屈折結晶は、通常の屈折率n0、および異常な
屈折率neを有する。慣例ではｚ−軸である光学
軸に沿つて偏光された波は、異常な屈折率neに
出くわす。異常な屈折率が通常の屈折率より大き
ければ、複屈折は、正となる。かつ異常な屈折率
が通常の屈折率より小さければ、複屈折は負であ
る。この場合、多層誘電体構造１０は、次のよう
な屈折率nx，nyおよびnzを有し、 ny＝nx＞nz (19) これは、通常の屈折率nyが異常な屈折率nzより
大きいことを意味する。それゆえに、多層誘電体
構造１０は、負の複屈折を有する１軸結晶に類似
している。
屈折率neを有する。慣例ではｚ−軸である光学
軸に沿つて偏光された波は、異常な屈折率neに
出くわす。異常な屈折率が通常の屈折率より大き
ければ、複屈折は、正となる。かつ異常な屈折率
が通常の屈折率より小さければ、複屈折は負であ
る。この場合、多層誘電体構造１０は、次のよう
な屈折率nx，nyおよびnzを有し、 ny＝nx＞nz (19) これは、通常の屈折率nyが異常な屈折率nzより
大きいことを意味する。それゆえに、多層誘電体
構造１０は、負の複屈折を有する１軸結晶に類似
している。
方程式(17)および(18)は、複屈析特性が、層８２お
よび８４が特定の屈折率を有するように材料を適
当に選択することによつて、かつフラクシヨナル
厚さf1およびf2を適当に選択することによつて総
合されることを示す。実効誘電体定数は、層８２
および８４に平行なすべての偏光に対する１つの
値であり、かつ層８２および８４に垂直な偏光に
対する他の値であるため、層化構造２０の複屈折
は、「フオーム（form）複屈折」と呼ばれる。ｚ
−軸に沿つて偏光するための屈折率は、ｙ−軸に
沿つて偏光するための屈折率より小さい。
よび８４が特定の屈折率を有するように材料を適
当に選択することによつて、かつフラクシヨナル
厚さf1およびf2を適当に選択することによつて総
合されることを示す。実効誘電体定数は、層８２
および８４に平行なすべての偏光に対する１つの
値であり、かつ層８２および８４に垂直な偏光に
対する他の値であるため、層化構造２０の複屈折
は、「フオーム（form）複屈折」と呼ばれる。ｚ
−軸に沿つて偏光するための屈折率は、ｙ−軸に
沿つて偏光するための屈折率より小さい。
第７図は、通常の波および異常な波に対する屈
折率の差Δn＝ny−nzを、フラクシヨナル厚さの
関数として図解する。第７図のグラフは、層８２
がAl2O3から形成され、かつ層８４がAlF3から形
成されるとき得られるフオーム複屈折を表わす。
層８２および８４を形成する際に用いられる材料
は、フアイバ１４のコアおよびクラツドの屈折率
に依存する。典型的なコアの屈折率は約1.458で
あり、かつ典型的なクラツドの屈折率は約1.452
である。コアおよびクラツドの屈折率は、層８２
と８４の屈折率の間の範囲になければならない。
それゆえに、通常の光学フアイバにとつて、約
1.42の屈折率を有するB2O3は、低屈折率層を形
成するのに適し、かつ1.59の屈折率を有する
GeO2は、高屈折率層を形成するのに適すること
が知られている。フアイバ１４が、充分高いコア
およびクラツドの屈折率を有すれば、1.453の屈
折率を有するSiO2が、低屈折率の層を形成する
のに用いられてもよい。
折率の差Δn＝ny−nzを、フラクシヨナル厚さの
関数として図解する。第７図のグラフは、層８２
がAl2O3から形成され、かつ層８４がAlF3から形
成されるとき得られるフオーム複屈折を表わす。
層８２および８４を形成する際に用いられる材料
は、フアイバ１４のコアおよびクラツドの屈折率
に依存する。典型的なコアの屈折率は約1.458で
あり、かつ典型的なクラツドの屈折率は約1.452
である。コアおよびクラツドの屈折率は、層８２
と８４の屈折率の間の範囲になければならない。
それゆえに、通常の光学フアイバにとつて、約
1.42の屈折率を有するB2O3は、低屈折率層を形
成するのに適し、かつ1.59の屈折率を有する
GeO2は、高屈折率層を形成するのに適すること
が知られている。フアイバ１４が、充分高いコア
およびクラツドの屈折率を有すれば、1.453の屈
折率を有するSiO2が、低屈折率の層を形成する
のに用いられてもよい。
通常の光学フアイバと違つて、フオーム複屈折
スタツク２０は、ここで伝搬する波の偏光状態を
維持する。フオーム複屈折スタツク２０では、２
つの偏光の屈折率間の差は充分大きく、２つの直
交する偏光を有する伝搬定数間に実質的な差があ
る。伝搬定数間の差は、偏光状態間の伝搬定数の
縮退を除去し、通常の条件下で、一方の偏光の波
が他方の偏光の波に結合しないようにする。波間
のエネルギの結合は、波が本質的に同じ速度を有
することを必要とする。速度が異なれば、２つの
状態間のかなりの結合はない。
スタツク２０は、ここで伝搬する波の偏光状態を
維持する。フオーム複屈折スタツク２０では、２
つの偏光の屈折率間の差は充分大きく、２つの直
交する偏光を有する伝搬定数間に実質的な差があ
る。伝搬定数間の差は、偏光状態間の伝搬定数の
縮退を除去し、通常の条件下で、一方の偏光の波
が他方の偏光の波に結合しないようにする。波間
のエネルギの結合は、波が本質的に同じ速度を有
することを必要とする。速度が異なれば、２つの
状態間のかなりの結合はない。
フオーム複屈折は、スタツク２０の２つの隣接
する層の結合された厚さが、層８２，８４の光学
波長に等しい、またはわずかに小さいとき現われ
始める。したがつて、フオーム複屈折のしきい値
は、層８２，８４の光学波長に等しい、またわず
かに小さい。したがつて、フオーム複屈折のしき
い値は、次のようになる。
する層の結合された厚さが、層８２，８４の光学
波長に等しい、またはわずかに小さいとき現われ
始める。したがつて、フオーム複屈折のしきい値
は、層８２，８４の光学波長に等しい、またわず
かに小さい。したがつて、フオーム複屈折のしき
い値は、次のようになる。
Ｍ＜l0／n2＝82Å／1.452＝5623Å (20)
フオーム複屈折を保証するために、Ｍは、しき
い値よりわずかに小さくなければならない。たと
えば、次のようでなければならない。
い値よりわずかに小さくなければならない。たと
えば、次のようでなければならない。
Ｍ＝l0／８＝703Å (21)
フラクシヨナル厚さf1およびf2は、複屈折がΔn
＝0.004であるという制約から定められる。層８
２および８４の実際の厚さは、フラクシヨナル厚
さ、および結合された厚さが選択された分数、た
とえば偏光されている光の波長の８分の１である
という制約から定められる。
＝0.004であるという制約から定められる。層８
２および８４の実際の厚さは、フラクシヨナル厚
さ、および結合された厚さが選択された分数、た
とえば偏光されている光の波長の８分の１である
という制約から定められる。
次に、平行な偏光に対する非対称屈折率分布、
および垂直な偏光に対する対称屈折率分布を与え
る要求を満たすために、フオーム複屈折スタツク
２０を作る方法を説明する。
および垂直な偏光に対する対称屈折率分布を与え
る要求を満たすために、フオーム複屈折スタツク
２０を作る方法を説明する。
低粘性液体ガラスは、一般にゾルーゲルとして
知られているが、B2O3を含むように形成されて
もよい。１滴のゾルーゲルは、サブスレート上に
置かれ、かつそれから薄い液体層を形成するのに
充分な角速度でスピンされる。液体は、好ましく
は加熱することによつて乾燥され、B2O3の層を
形成する。第２ゾル−ゲルは、GeO2を含むよう
に形成され、かつ上で説明したステツプは、
B2O3層上にGeO2の層を形成するように繰返され
る。２つの材料の交互の層は、所望の総数になる
まで形成される。
知られているが、B2O3を含むように形成されて
もよい。１滴のゾルーゲルは、サブスレート上に
置かれ、かつそれから薄い液体層を形成するのに
充分な角速度でスピンされる。液体は、好ましく
は加熱することによつて乾燥され、B2O3の層を
形成する。第２ゾル−ゲルは、GeO2を含むよう
に形成され、かつ上で説明したステツプは、
B2O3層上にGeO2の層を形成するように繰返され
る。２つの材料の交互の層は、所望の総数になる
まで形成される。
GeO2およびB2O3層は、サブストレート上に
GeO2およびB2O3膜を交互にスパツタすることに
よつて、当該技術分野において周知の簡単な態様
で形成されてもよい。GeO2層はまた、当該技術
分野において周知の、Geの層でサブストレート
をコーテイングすることによつて、かつ管状炉で
それをGeO2に酸化することによつて形成されて
もよい。
GeO2およびB2O3膜を交互にスパツタすることに
よつて、当該技術分野において周知の簡単な態様
で形成されてもよい。GeO2層はまた、当該技術
分野において周知の、Geの層でサブストレート
をコーテイングすることによつて、かつ管状炉で
それをGeO2に酸化することによつて形成されて
もよい。
コアおよびクラツドの屈折率のため、二酸化シ
リコンを用いることができれば、純バルクSiO2
からSiO2プレートを製作するために、うまく設
定された光学製作技術を用いることができる。
リコンを用いることができれば、純バルクSiO2
からSiO2プレートを製作するために、うまく設
定された光学製作技術を用いることができる。
いくつかのコアおよびクラツドの屈折率プロフ
イールに対して、フツ化カルシウムCaF2および
二酸化シリコンSiOの交互の層から、フオーム複
屈折スタツク２０を形成することは可能である。
CaF2は、n1＝1.43の屈折率を有し、かつSiOは、
n2＝1.70の屈折率を有する。CaF2がt1＝632Åの
厚さを有し、かつSiOがt2＝74Åの厚さを有する
と、結果として生じるスタツクは、nz＝1.4525、
およびny＝1.4607の屈折率を有する。CaF2および
SiO層が共に、当該技術分野において周知のスパ
ツタリング技術によつて形成されてもよい。
イールに対して、フツ化カルシウムCaF2および
二酸化シリコンSiOの交互の層から、フオーム複
屈折スタツク２０を形成することは可能である。
CaF2は、n1＝1.43の屈折率を有し、かつSiOは、
n2＝1.70の屈折率を有する。CaF2がt1＝632Åの
厚さを有し、かつSiOがt2＝74Åの厚さを有する
と、結果として生じるスタツクは、nz＝1.4525、
およびny＝1.4607の屈折率を有する。CaF2および
SiO層が共に、当該技術分野において周知のスパ
ツタリング技術によつて形成されてもよい。
複合の屈折率がこの発明を実行するのに適当で
あることを確かめるために、スタツク２０を検査
することが必要である。屈折率を測定する光学技
術分野に周知の１つの方法は、偏光解析装置を用
いることである。この技術は、基本的には、公知
の方向および偏光の光ビームをスタツク２０に与
え、かつ反射および屈折ビームの偏光および角度
を測定することを含む。
あることを確かめるために、スタツク２０を検査
することが必要である。屈折率を測定する光学技
術分野に周知の１つの方法は、偏光解析装置を用
いることである。この技術は、基本的には、公知
の方向および偏光の光ビームをスタツク２０に与
え、かつ反射および屈折ビームの偏光および角度
を測定することを含む。
第１図は、この発明によるフアイバ光学偏光器
の側断面図であり、サブストレートの湾曲した溝
に載置される光学フアイバに隣接するフオーム複
屈折スタツクを示す。第２図は、第１図のフアイ
バ光学偏光器の端部断面図である。第３図は、第
１図および第２図のフアイバ光学偏光器に含まれ
る結合器の半分の透視図であり、結合器の半分に
含まれる光学フアイバのコアおよびクラツドの平
面表面を示す。第４図は、スーパーストレートと
サブストレートとの間の光学波長の側面図であ
る。第５図は、第１図の偏光器への光入力の偏光
を制御するフイードバツク制御システムの概略表
示である。第６図は、第１図および第２図のフオ
ーム複屈折スタツクの特性を図解する断面図であ
る。第７図は、異なる屈折率を有する材料の層の
フオーム複屈折スタツクの複屈折をグラフで図解
する。 図において、１０は偏光器、１２は結合器の半
分、１４は光学フアイバ、１６は湾曲した溝、１
８はサブストレート、２０はフオーム複屈折スタ
ツク、２４は光学的な平坦な表面、２８は相互作
用領域、３０はコア、３２はクラツド、２６およ
び３４は平面表面、４０および４２はスーパース
トレート、５０および６６は光検出器、５２およ
び７０は制御回路、５４はフアイバ光学偏光制御
システム、５６ないし５８、７３ないし７５はフ
アイバサブスクイーザ、６２および６４は圧電ア
クチユエータである。
の側断面図であり、サブストレートの湾曲した溝
に載置される光学フアイバに隣接するフオーム複
屈折スタツクを示す。第２図は、第１図のフアイ
バ光学偏光器の端部断面図である。第３図は、第
１図および第２図のフアイバ光学偏光器に含まれ
る結合器の半分の透視図であり、結合器の半分に
含まれる光学フアイバのコアおよびクラツドの平
面表面を示す。第４図は、スーパーストレートと
サブストレートとの間の光学波長の側面図であ
る。第５図は、第１図の偏光器への光入力の偏光
を制御するフイードバツク制御システムの概略表
示である。第６図は、第１図および第２図のフオ
ーム複屈折スタツクの特性を図解する断面図であ
る。第７図は、異なる屈折率を有する材料の層の
フオーム複屈折スタツクの複屈折をグラフで図解
する。 図において、１０は偏光器、１２は結合器の半
分、１４は光学フアイバ、１６は湾曲した溝、１
８はサブストレート、２０はフオーム複屈折スタ
ツク、２４は光学的な平坦な表面、２８は相互作
用領域、３０はコア、３２はクラツド、２６およ
び３４は平面表面、４０および４２はスーパース
トレート、５０および６６は光検出器、５２およ
び７０は制御回路、５４はフアイバ光学偏光制御
システム、５６ないし５８、７３ないし７５はフ
アイバサブスクイーザ、６２および６４は圧電ア
クチユエータである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中央コアおよび中央コアの周囲のクラツドを
有する光フアイバで、選択された偏光の光信号を
伝搬し、かつ光フアイバから他の偏光の光信号を
放射する偏光器であつて、 長尺の光フアイバに形成され、そこからクラツ
ドの全部およびコア部材の一部が除去された光フ
アイバの領域に形成された光フアイバの平面コア
部分と平面コア部分の周囲の平面クラツド部分と
からなる相互作用領域と、 平面コア部分に隣接して設置され、屈折率が互
いに異なる２枚の等方性材料よりなる一対の層を
少なくとも１層備え、平面コア部分に平行に偏光
された波が光フアイバから放射するように平面コ
ア部分に平行な偏光に対するコアの屈折率と本質
的に同じである第の屈折率、および平面コア部分
に垂直に偏光された波が光フアイバを案内される
ように平面コア部分に垂直な偏光に対するクラツ
ドの屈折率と本質的に同じである第の屈折率を有
するフオーム複屈折スタツクとを備えたことを特
徴とする、偏光器。 ２ フオーム複屈折スタツクは、平面コア部分に
おいて光フアイバのコアの周りに非対称屈折率分
布を形成し、かつコアは平面コア部分に平行に偏
光された波が、平面コア部分が形成された光フア
イバの領域でコアに閉じ込められないように、平
面コア部分に平行な偏光のためのカツトオフ直径
より小さい直径を有し、それによつて平面コア部
分に平行な偏光をコアからフオーム複屈折スタツ
クに放射させる、特許請求の範囲第１項記載の偏
光器。
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