JPH0675139B2 - 偏波結合器 - Google Patents

偏波結合器

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JPH0675139B2
JPH0675139B2 JP63283814A JP28381488A JPH0675139B2 JP H0675139 B2 JPH0675139 B2 JP H0675139B2 JP 63283814 A JP63283814 A JP 63283814A JP 28381488 A JP28381488 A JP 28381488A JP H0675139 B2 JPH0675139 B2 JP H0675139B2
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【発明の詳細な説明】 概要 偏波面が互いに直交する光を合成する偏波結合器に関
し、 吸収による損失が小さく、モニタ光等の出力レベルが入
射偏波面に依存せず、且つ、構成が簡略な偏波結合器の
提供を目的とし、 偏波面が互いに直交する入射光を同一光軸上に出射する
偏波結合プリズムと、該偏波結合プリズムの出射光軸上
に配置されるモニタ光取出し用の分岐プリズムとを具備
して構成される偏波結合器において、上記分岐プリズム
として誘電体多層膜を具備した分岐プリズムを用い、上
記偏波結合プリズムと上記分岐プリズムとの間に1/4波
長板を配置し、上記分岐プリズムへの入射光が円偏光と
なるようにして構成する。
産業上の利用分野 本発明は偏波面が互いに直交する光を合成する偏波結合
器に関する。
高信頼な光通信システムを構築するために送信側の光源
を二重化しようとする場合には、予めいずれの光源につ
いても出射光が光伝送路に結合されるようにしておき、
システムの稼動開始当初は一方の光源のみを使用し、そ
の光源が故障したときに他方の光源に切り換えて使用
し、システムダウンを未然に防止するようにしている。
偏波結合器は、この種の高信頼なシステムにおいて2つ
の光源からの出射光を共通の光伝送路に結合するために
使用される。ところで、送信側光源については、例えば
その経時劣化を監視するために、出射光の一部を分岐し
てモニタリングしておく必要があり、このようなモニタ
リングを良好に行い得る偏波結合器が要望されている。
従来の技術 第5図は従来の偏波結合器の構成図である。41は誘電体
多層膜等からなる偏波分離(合成)膜41aを有する偏波
結合プリズムであり、このようなプリズムを用いること
によって、偏波面が互いに直交する入射光を同一光軸上
に出射することができる。即ち、偏波面(電場ベクトル
の振動面、以下同様)が偏波分離(合成)膜41aへの入
射面と平行な入力ポートからのP(paprallel)波
は、偏波分離(合成)膜41aを透過し、偏波面が偏波分
離(合成)膜41aへの入射面と垂直な入力ポートから
のS(senkrecht)波は、偏波分離(合成)膜41aで反射
して、これらの透過光及び反射光は同一光軸上に出射さ
れるものである。
42は同一光軸上に出射されるものである。42は同一光軸
上に出射された偏波結合プリズム41の出射光からモニタ
光を取り出すための分岐プリズムであり、この分岐プリ
ズム42は、通常、偏波面依存性を抑えるために金属とSi
02とを交互に積層してなる分岐膜42aを具備して構成さ
れている。分岐プリズム42に入射した光のうち分岐膜42
aを透過した光は、主信号出力ポートから光伝送路に導
かれ、分岐プリズム42に入射した光のうち分岐膜42aで
反射した光は、モニタ光出力ポートから適当な受光器に
導かれ、出力光レベルの監視、フィードバック制御等に
使用される。
しかし、分岐膜42aが金属膜を含んでいる場合には、分
岐膜42aにおける吸収損失が大きく、所定レベルのモニ
タ光を取り出したときに光伝送路に結合される主信号の
レベルが低下するという問題がある。この点に鑑み、分
岐膜42aとAl2O3とTiO2とを交互に積層してなる誘電体多
層膜を用いることが考えられるが、この場合には分岐膜
が金属膜を含む場合と異なり、第6図に示すように、分
岐膜42aへの入射角として装置構成上都合のよい45°に
おいて、分岐膜42aの透過光パワーの偏波依存性が著し
く大きくなる。
このため、分岐膜として誘電体多層膜を用いる場合に
は、第7図に示すような構成が採用される。この構成例
では、分岐膜の透過光パワーの偏波依存が小さくなるよ
うに、分岐膜43aへの入射角度が10°程度と十分小さく
なるような構成の分岐プリズム43を用い、分岐膜43aで
反射して取り出されたモニタ光を分岐プリズムの全反射
面43bでさらに反射させて外部に取り出すようにしてい
る。このように全反射面43bでモニタ光を反射させてい
るのは、分岐膜43aについてほぼ垂直入射であり、全反
射面43bで反射させないと偏波結合プリズム41等により
遮蔽されて受光器によりモニタ光をモニタリングするこ
とができないからである。
発明が解決しようとする課題 このように従来構成であると、分岐プリズムの分岐膜が
金属膜を含んでいる場合には、吸収による損失が大きい
という問題があった。また、金属膜を含んでいる分岐膜
を単に誘電体多層膜に変更しただけでは、モニタ光出力
レベル又は光伝送路に導かれる主信号の出力レベルが入
射光の偏波面に依存するという問題があった。さらに、
この偏波面依存性を排除するために第7図に示すような
構成を採用した場合には、特に分岐プリズムについて構
成が複雑化すると共に煩雑な光軸調整が必要とされると
いう問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、吸
収による破損が小さく、モニタ光等の出力レベルが入射
光の偏波面に依存せず、且つ、構成が簡略な偏波結合器
の提供を目的としている。
課題を解決するための手段 第1図は本発明の原理図である。
2は偏波結合プリズムであり、偏波面が互いに直交する
入射光を同一光軸1上に出射する。
4は偏波結合プリズム2の出射光軸1上に配置されるモ
ニタ光取り出し用の分岐プリズムであり、分岐膜として
入射角がほぼ45°に設定される誘電体多層膜3を具備し
ている。
5は偏波結合プリズム2と分岐プリズム4との間に配置
された1/4波長板であり、偏波結合プリズム2の出射光
を円偏光に変換して分岐プリズム4に入射させる。
作用 第2図は1/4波長板5の作用を説明するための原理説明
補助図であって、便宜上1/4波長板5を構成している複
屈折性結晶が正の単軸結晶からなるとしたときの屈折率
楕円体を示している。いま、1/4波長板5の常光線に対
する屈折率をnoとし、異常光線に対する屈折率の最大値
をneとする(no<ne)。そして、1/4波長板5の光学軸
をz軸とする直交三次元座標軸の原点Oを光が矢印S方
向に伝搬しているとし、矢印Sのxy平面への投影がy軸
と一致しているとする。
このとき、屈折率楕円体は、 X2/no 2+Y2/no 2+Z2/ne 2=1 で表わされる。
常光線に対する屈折率n0は、常に一定であり、屈折率楕
円体がxy平面で切られる円Aと原点Oにおいて伝搬方向
Sに直交する面で切られる楕円Bとが交わる点Pまでの
原点Oからの距離OPで表される。また、異常光線に対す
る屈折率ne′は、伝搬方向Sとz軸とがなす角θに応じ
て変化し、前記楕円Bとyz平面とが交わる点Qまでの原
点Oからの距離OQで表される。つまり、異常光線に対す
る屈折率ne′は、光の伝搬方向Sに応じてn0からneまで
連続的に変化するものである。このように光の伝搬方向
Sに応じて異常光線に対する屈折率が変化するので、例
えば伝搬方向Sがy軸と一致するように(θ=90°)復
屈折性結晶の光学軸を設定して常光線に対する屈折率と
異常光線に対する屈折率との差が最大になるようにし、
偏波面が互いに直交する偏波結合プリズム2の出射光の
偏波面が常光線の偏波方向OP及び異常光線の偏波方向OQ
に対して45°傾斜するようにして常光線成分及び異常光
線成分の振幅が等しくなるようにし、さらに、常光線成
分と異常光線成分との位相差がπ/2になるように複屈折
性結晶の厚みを設定して1/4波長板5を構成することに
より、分岐プリズム4への入射光を円偏光に変換するこ
とができる。
このとき、1/4波長板に入射する光が直線偏光でなけれ
ば、完全な円偏光に変換することができない。実際偏波
結合プリズム2に入射する偏光は多少楕円偏光化してい
るが、偏光分離(合成)膜を通過する際、高い偏波消光
比(20dB以上)を持つ直線偏光になるので、本構成によ
れば、偏波結合プリズム2に入射する前の偏波状態に関
わらず、分岐プリズム4に円偏光を入射することができ
る。
分岐プリズム4への入射光を円偏光に変換すると、誘電
体多層膜3に入射するP波成分とS波成分について、位
相差は生じているものの振幅は同等であるから誘電体多
層膜3への入射角が45°程度に設定されていたとして
も、透過光パワー又は反射光パワーに偏波依存性が生じ
る恐れはなく、分岐プリズム4を複雑な構成とする必要
がなくなる。
尚、本発明の構成において、分岐プリズムの分岐膜とし
て該電体多層膜を用いているのは、分岐膜における吸収
損失を小さくするためである。
実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第3図は本発明の実施例を示す偏波結合器の平面図であ
る。11は偏波結合プリズムであり、三角プリズム12,13
の斜面間に誘電体多層膜等の偏波分離(合成)膜14を介
在させて構成されている。15は1/4波長板であり、所定
厚みの複屈折性結晶から形成されている。16は分岐プリ
ズムであり、三角プリズム17,19の斜面間に誘電体多層
膜からなる分岐膜18を介在させて構成されている。そし
て、偏波結合プリズム11、1/4波長板15及び分岐プリズ
ム16は光学接着剤等を用いて相互固定することにより一
体化されている。
入力ポートは、フェルール21に挿入固定された偏波面
保存光はファイバ20の出射光が集束性ロッドレンズ等の
レンズ22により概略コリメートされるように構成されて
おり、その出射光は例えば入射角45°で偏波分離(合
成)膜14に入射され、また、その偏波面が当該入射面と
平行になるようにされている。入力ポートは、フェノ
ール24に挿入固定された偏波面保存光ファイバ23の出射
光ガレンズ25により概略コリメートされるように構成さ
れており、その出射光は例えば入射角45で偏波分離(合
成)膜14に入射され、その偏波面は当該入射面と垂直に
なるようにされ、また、偏波分離(合成)膜14による反
射光軸が入力ポートからの透過光軸と一致するように
されている。
1/4波長板15は、これを形成している複屈折性結晶につ
いての常光線及び異常光線となる光の偏波面に対して入
射光の2つの偏波面がぞれぞれ45°の角度をなすように
光学軸等を設定されているので、同一光軸上で1/4波長
板15に入射した2つの直線偏光は、それぞれ円偏光に変
換される。このため、分岐プリズムの分岐膜18として本
実施例のように誘電体多層膜を用いている場合でも、当
該分岐比が偏波方向に依存せず、従って、分岐膜18への
入射角を45°程度に設定することができる。分岐膜18を
透過して分岐プリズム16から出射した円偏光は、レンズ
29により集束されて、フェルール30に挿入固定された光
フェイバ31に結合される。一方、分岐膜38で反射して分
岐プリズム16から出射した円偏光は、レンズ26により集
束されて、フェルール27に挿入固定された光ファイバ28
に結合される。光ファイバ31に導入された光は主信号と
して光伝送路に送出することができ、光ファイバ28に導
入された光はモニタ光として光源用LDの経時劣化等の監
視に用いることができる。
第4図は分岐膜18の透過パワーと入射角との関係を示す
グラフである。入力ポートからの光と入力ポートか
らの光について入射角によらずほぼ一定の光パワーを得
ることができ、これらの間に差はほとんど生じていな
い。従って、従来のように分岐膜への入射角を10°程度
に小さく設定する必要がない。特に分岐プリズムの構成
を簡略化することができる。
発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、分岐膜として誘
電体多層膜を用いているので、吸収による損失を無くす
ることができ、分岐プリズムに入射する光を円偏光に変
換しているので、分岐プリズムの構成を複雑化すること
なしに主信号出力レベル又はモニタ光出力レベルが入射
光の偏波面に依存するのを防止することが可能になると
いう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明原理説明補助図、 第3図は本発明の実施例を示す偏波結合器の平面図、 第4図は本発明の実施例における分岐膜の透過光パワー
と入射角との関係を示すグラブ、 第5図は従来の偏波結合器の構成図、 第6図は第5図に示される分岐膜が誘電体多層膜である
ときの透過光パワーと入射角との関係を示すグラフ、 第7図は従来の他の偏波結合器の構成図である。 2,11…偏波結合プリズム、 3……誘電体多層膜、 4,16……分岐プリズム、 5,15……1/4波長板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】偏波面が互いに直交する入射光を同一光軸
    (1)上に出射する偏波結合プリズム(2)と、該偏波
    結合プリズム(2)の出射光軸(1)上に配置されるモ
    ニタ光取り出し用の分岐プリズムとを具備して構成され
    る偏波結合器において、 上記分岐プリズムとして入射角がほぼ45°に設定される
    誘電体多層膜(3)を具備した分岐プリズム(4)を用
    い、 上記偏波結合プリズム(2)と上記分岐プリズム(4)
    との間に1/4波長板(5)を配置し、上記分岐プリズム
    (4)への入射光が円偏光となるようにしたことを特徴
    とする偏波結合器。
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