JPH08334731A - アイソレータ付き無偏光フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 境界面反射依存性、および透過偏光依存性を
小さくし、光システム動作を安定化し得るアイソレータ
付き無偏光フィルタの提供。 【構成】 入射光を２つの偏光ビームに分離する偏光分
離素子と、前記偏光ビームに４５度の偏光回転を与える
偏光回転ファラデイ素子と、この４５度回転偏光ビーム
を、前記偏光分離素子から出射された偏光ビームの偏光
方向とを直交する偏光方向を有する偏光ビームに変換す
る半波長板と、これらの偏光ビームを１本の偏光ビーム
に合成する偏光合成素子とを順次に配置し、前記偏光回
転ファラデイ素子と、前記半波長板との間にバンドパス
光フィルタを配置して透過波長を可変にしたアイソレー
タ付き無偏光フィルタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アイソレータ付き無偏
光フィルタに関するものであって、光通信システムに有
用なものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムは、光増幅器の実用化に
よって、実用可能な現実的システムとなりつつある。ま
た波長多重化により、通信情報量の増大も可能になりつ
つある。このような光通信システムにおいては、特定の
狭い波長帯域のみを透過し、それ以外の波長帯域を遮蔽
するバンドパス光フィルタは、不可欠な重要部材の一つ
である。

【０００３】例えば波長多重光通信システムにおいて、
光フィルタは、重複する多数の波長光のなかから、特定
波長の光のみを選択する機能を有する。また、光増幅器
中の光フィルタは、発生する自然放出光（ＡＳＥ）を遮
断し、所望の信号光のみを透過させる機能を有する。

【０００４】バンドパス光フィルタには、下記のような
種類がある。 （イ）屈折率の異なる２種の誘電体が交互に多層に積層
されている誘電体多層膜フィルタ（以下単に光フィルタ
と記す） （ロ）端面に高反射膜を具備している面を、互に平行に
対向させたファブリペローフィルタ （ハ）ファイバに回折格子を刻み込んだグレーティング
ミラー

【０００５】上記のバンドパス光フィルタの中でも、光
フィルタ（（イ））には、（イ）膜厚、層数を変化させ
ることにより、中心透過波長、および透過波長幅を制御
することができること、（ロ）入射角を変化させること
により透過波長を変化させ得ること、（ハ）環境温度に
対する温度依存性が低いこと、および（ニ）寿命が長い
ことなどの特長があるため、広く実用されている。

【０００６】このような光フィルタは、入射角を変化さ
せることにより、透過波長を設定するものであるから、
必然的に境界面における反射光、および透過光の偏光依
存性を有し、挿入損（以下ＩＬと記す）の偏光依存性
（以下ＰＤＬと記す）がある。特に、光増幅器を数百段
も直列に接続する光システムにおいては、それらの各々
に発生する小さなＰＤＬが累積されると、出力端におい
ては大きなＰＤＬとなり、これが光システム動作を不安
定にするという欠点がある。

【０００７】光増幅器は、光フィルタの他にアイソレー
タを含んでいる。このアイソレータは入射信号が光増幅
器内部で反射し、前段の増幅器、又は光源に戻って増幅
度、又は波長を変化させることを防止すること、すなわ
ち戻り光雑音を防止することを目的として用いられるも
のである。光通信システムにおいては、その線路を構成
するシングルモードファイバ中において偏光がランダム
になるため、アイソレータは、偏光無依存性であること
が必要である。このような要件を満たすアイソレータ
を、以下無偏波アイソレータと記す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は光フィルタの
上記の問題点、すなわち境界面における反射光および透
過光の偏光依存性を小さくし、光システム動作を安定化
し得るアイソレータ付き無偏光フィルタを提供しようと
するものである。

【０００９】特に本発明は、入射光の偏光方向に無関係
に、光フィルタへの入射偏光を一定化し、それによって
ＰＤＬを防止し、アイソレータ機能を光フィルタに付加
し、さらにＩＬの波長依存性が小さなアイソレータ付き
無偏光フィルタを提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は光フィルタを、
無偏波アイソレータのファラデイ素子と、半波長板の間
に配置することによって、上記課題の解決に成功したも
のである。

【００１１】すなわち本発明のアイソレータ付き無偏光
フィルタは、入射光ビームを互に直交する偏光方向を有
する２つの偏光ビームに分離し、これらを出射する偏光
分離素子と、この偏光分離素子から入射した２つの偏光
ビームのそれぞれに、４５度の偏光回転を与えて出射す
る４５度偏光回転ファラデイ素子と、前記４５度偏光回
転ファラデイ素子から入射した前記２つの偏光ビームの
それぞれを、前記偏光分離素子から出射された２つの偏
光ビームと直交する偏光方向を有する２つの偏光ビーム
に変換してこれらを出射する半波長板と、前記半波長板
から入射した２つの偏光ビームを、１本の偏光ビームに
合成し、これを出射する偏光合成素子とを有し、前記４
５度偏光回転ファラデイ素子と、前記半波長板との間
に、バンドパス光フィルタを配置して透過波長を変化可
能にしたことを特徴とするものである。

【００１２】本発明のアイソレータ付き無偏光フィルタ
において、前記バンドパス光フィルタが入射角により透
過波長が変化する誘電体多層膜フィルタであること、前
記４５度偏光回転ファラデイ素子への印加磁場が、前記
偏光分離素子から入射した２つの偏光ビームの偏光方向
に対して同一方向の磁場であること、前記誘電体多層膜
フィルタの回転軸が前記偏光分離素子から出射する２つ
の偏光方向のいずれか一方と一致していること、および
前記誘電体多層膜フィルタがその回転軸の廻りに入射角
度可変であることが好ましい。

【００１３】本発明のアイソレータ付き無偏光フィルタ
において、前記４５度偏光回転ファラデイ素子が、磁場
印加手段を有し、この磁場の方向が、前記偏光分離素子
から入射した２つの偏光ビームに対して互に逆方向であ
ること、および前記バンドパス光フィルタが入射角によ
り透過波長が変化する誘電体多層膜フィルタであって、
前記４５度偏光回転ファラデイ素子から入射する前記２
つの偏光ビームの偏光方向に対して平行又は直交する方
向の回転軸の廻りに角度可変であることが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明のアイソレータ付き無偏光フィルタを添
付図面を参照しながら下記に説明する。図１Ａは、本発
明のアイソレータ付き無偏光フィルタの一実施態様の構
成を示す説明図であり、図１Ｂは図１Ａのアイソレータ
付き無偏光フィルタの座標軸方向を示し、図２Ａは、図
１のアイソレータ付き無偏光フィルタ内各部位において
形成される二つの偏光の位相関係を示す説明図であり、
図２Ｂは、その座標軸方向を示す。こゝで、図２Ａにお
ける偏光方向は、光の進行方向に向って見たときのもの
である。

【００１５】図１Ａにおいて、偏光分離素子１および偏
光合成素子２は、複屈折素子、例えばルチル、又は方解
石などからなるものである。入射光ビーム３が偏光分離
素子１に、図１Ｂに示されているＺ軸方向に入射し、こ
の偏光分離素子１により、互に直交する２つの偏光方向
の偏光ビーム４（Ｅ−ｒａｙ４）と偏光ビーム５（Ｏ−
ｒａｙ５）に分離され出射される。このＥ−ｒａｙ４お
よびＯ−ｒａｙ５は、図２Ａ−（１）に示されているよ
うに、互に直交する偏光方向を有する。但し、図２Ａの
座標軸は図２Ｂに示されているように、ｘ軸およびｙ軸
である。すなわち、Ｅ−ｒａｙ４はｘ軸方向の偏光方向
を有し、Ｏ−ｒａｙ５はｙ軸方向の偏光方向を有する。

【００１６】偏光ビーム４および５は４５度偏光回転フ
ァラデイ素子６に入射する。このファラデイ素子６は、
ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）膜又はＧｄＢｉＩ
Ｇ（ビスマス置換ガーネット）膜などからなるものであ
る。このファラデイ素子６において、磁石（図示されて
いない）により、図１Ａに示されているように−Ｚ軸方
向の磁場７を印加すると、ファラデイ素子６を透過する
２つの偏光は、Ｚ軸に対して左廻りの偏光回転を受け、
偏光４' および５' として出射する。すなわち、ファラ
デイ素子６の長さを調節して、偏光回転角度を４５度に
設定し、これに例えばＳ_m −Ｃ_o 磁石などにより、飽和
磁場を印加するとファラデイ素子６から出射される２つ
の透過偏光ビームは図２Ａ−（２）に示されているよう
に、図２Ａ−（１）に示されている偏光方向から４５度
回転した偏光４' ，５' となる。

【００１７】偏光ビーム４' を、ｙ軸と２２．５度の角
度をなす方向の主軸２２を有する半波長板８に入射し、
これを透過させ出射させると、この出射偏光は、図２Ａ
−（３）に示されているように、ｙ軸方向の偏光方向を
有する偏光ビーム４''となる。すなわちこの偏光ビーム
４''の偏光方向は前記偏光ビーム４（図２（Ａ）−
（１））の偏光方向と直交するものである。また偏光ビ
ーム５' を、ｘ軸と２２．５度の角度をなす主軸２３を
有する半波長板９に入射し、これを透過させ、出射させ
ると、この出射偏光は、図２Ａ−（３）に示されている
ようにｘ軸方向の偏光方向を有する偏光ビーム５''とな
る。すなわち、この偏光ビーム５''は前記偏光ビーム５
（図２Ａ−（１））の偏光方向と直交するものである。

【００１８】これら偏光ビーム４''，５''を、偏光合成
素子２に入射する。偏光合成素子２は、偏光分離素子１
と同一素材からなり、但し、その方向を１８０度回転さ
せたものである。偏光合成素子２において、互に直交す
る偏光方向を有する偏光４''および５''は、合成されて
１本のビーム１０として出射される。

【００１９】戻り光に対する各素子の作用を下記に説明
する。偏光合成素子２に、逆方向に入射した光ビーム
は、２つの偏光に分離され、半波長板８，９を逆方向に
伝播して、図２Ａ−（４）に示されている偏光方向を有
する偏光ビーム４''' ，５''' となる。この偏光ビーム
４''' ，５''' は、ファラデイ素子６に逆方向に入射さ
れ、磁場７により（−Ｚ）軸方向に対して右廻りに４５
度回転し、図２Ａ−（５）に示されているように偏光ビ
ーム４''''，５''''となる。これら偏光ビーム４''''，
５''''はそれぞれ、前記偏光ビーム４，５と直交する偏
光方向を有する。この偏光ビーム４''''，５''''が逆方
向に偏光分離素子１に入射されると、図２Ａ−（６）に
示されているように、偏光ビーム４''''はＯ−ｒａｙ１
２ａとなって直進し、偏光ビーム５''''はＥ−ｒａｙ１
２ｂとなって屈折する。Ｏ−ｒａｙ１２ａおよびＥ−ｒ
ａｙ１２ｂの光路は、入射光３の光路から外れており、
従って逆方向の戻り光が入射光３の光路と一致すること
はない。

【００２０】前記偏光分離素子１、４５度偏光回転ファ
ラデイ素子６、半波長板８，９、および偏光合成素子２
からなるアイソレータは、入力光３の偏光方向に依存せ
ず、無偏波アイソレータとしての機能を示す。

【００２１】本発明においてファラデイ素子６と、半波
長板８，９との間に光フィルタ１１が配置される。この
光フィルタ１１にファラデイ素子６からの偏光ビーム
４' ，５' が入射される。偏光ビーム４' ，５' は、そ
の偏光方向がｘ−ｙ面内のｘ軸から互に反対方向に４５
度傾いた方向であり、入力光ビーム３の偏光方向には依
存しない。偏光ビーム４' ，５' のｘ成分の和は入力ビ
ーム３の偏光方向に依存せず、一定であり、またそれら
のｙ成分の和も同様に一定である。すなわち、光フィル
タ１１に入射する偏光ビーム４' ，５' のＰ成分および
Ｓ成分は入射光３の偏光状態に依存せず一定である。従
って光フィルタ１１に起因する偏光依存損失（ＰＤＬ）
はゼロとなる。

【００２２】これは、光フィルタ１１の回転軸が、ｙ軸
方向（Ｏ−ｒａｙ５方向すなわち回転軸１１ａ）であっ
ても、或はｘ軸方向（Ｅ−ｒａｙ４方向、回転軸１１
ｂ）であっても同様であって、ともにＰＤＬはゼロとな
る。光フィルタ１１以外の部位における偏光依存損失
は、これらの部位の構成が、従来（手段）の無偏波アイ
ソレートと同一であるから、実用可能な低レベルにあ
る。すなわち、バンドパス光フィルタ１１と、アイソレ
ータとを組み合わせることにより偏光依存損失（ＰＤ
Ｌ）の無い、無偏波アイソレータ付き光フィルタが構成
される。

【００２３】光フィルタ１１をその回転軸のまわりに傾
けると、透過波長を変化させることができる。この場
合、回転軸は、図３に示されているように、ｘ軸方向に
設定してもよく（回転軸１１ｂ）或はｙ軸方向に設定
（回転軸１１ａ）してもよい。光フィルタ１１とその回
転軸１１ａ，１１ｂと、偏光ビーム４' ，５' との関係
は図３に示されているようになる。

【００２４】上記の実施態様においては、半波長板８，
９の光軸を、互に９０度の角度をなすように交差させた
ものであるが、これら半波長板８，９のいずれか一方の
みを用いて、これに偏光ビーム４' および５' を共通に
通してもよい。

【００２５】図４は、本発明のアイソレータ付き無偏光
フィルタの他の実施態様の構成を示す説明図であって、
そのｘ，ｙ，ｚ軸方向は、図１Ｂに示されているものと
同一であり、図５は図４のアイソレータ付き無偏光フィ
ルタの各部位において形成される二つの偏光の方向を示
す説明図であり、そのｘ，ｙ，ｚ軸方向は図２Ｂに示さ
れているものと同一である。

【００２６】図４に示されたアイソレータ付き無偏光フ
ィルタにおいて、ファラデイ素子１３，１４は互に分割
されていて偏光分離素子１から出射される偏光ビーム４
（Ｅ−ｒａｙ）はファラデイ素子１３に入射され、偏光
ビーム５（Ｏ−ｒａｙ）はファラデイ素子１４に入射さ
れる。ファラデイ素子１３においては方向１５の磁場が
印加され、ファラデイ素子１４においては方向１６の磁
場が印加される。これらファラデイ素子１３，１４を形
成する材料（素材）および印加磁場形成のための磁石の
材料（素材）は、図１Ａのアイソレータ付き無偏光フィ
ルタにおいて用いられるものと同じである。このファラ
デイ素子１３，１４を１回通過することによる偏光の回
転角度は前記と同様に４５度である。

【００２７】前記のように偏光分離素子１において分離
された２つの偏光ビーム４および５は図５−（１）に示
されている偏光方向を有している。偏光ビーム４には、
ファラデイ素子１３における方向１５の磁場が印加さ
れ、Ｚ軸方向に右廻りに４５度回転し、図５−（２）に
示されている偏光ビーム４' の偏光方向を有するように
なる。また、偏光ビーム５にはファラデイ素子１４にお
いて、方向１６（方向１５に対し反対方向）の磁場が印
加され、Ｚ軸方向に向って左廻り回転し、図５−（２）
に示されている偏光ビーム５' の偏光方向を有するよう
になる。すなわち、ファラデイ素子１３，１４を透過し
た偏光ビーム４' ，５' は互に同一偏光方向を有するよ
うになる。

【００２８】ファラデイ素子１３，１４から出射された
偏光ビーム４' ，５' はそれぞれ半波長板１７，１８に
入射される。偏光ビーム４' に対応する半波長板１７の
主軸２４はｙ軸に対し２２．５度をなし、偏光ビーム
５' に対応する半波長板１８の主軸２５はｘ軸に対し２
２．５度をなしている。上記半波長板１７，１８を透過
した偏光ビーム４''および５''は図５−（３）に示され
ているように、互に直交する偏光方向を有している。偏
光ビーム４''および５''は、偏光合成素子２において合
成され単一の偏光ビーム１０として出力される。

【００２９】偏光合成素子２からの戻り光（偏光ビー
ム）は、半波長板１７，１８によりその偏光方向が回転
し、図５−（４）に示されているように、互に同一偏光
方向を有する戻り偏光ビーム４''' ，５''' となる。こ
の戻り偏光ビーム４''' ，５''' は、ファラデイ素子１
３，１４において、回転する。すなわち戻り偏光ビーム
４''' の偏光方向はファラデイ素子１３において、（−
Ｚ）軸に対して左廻りに４５度回転し、戻り偏光ビーム
５''' の偏光方向は、ファラデイ素子１４において、
（−Ｚ）軸に対して右廻りに４５度回転する。その結果
互に平行な戻り偏光ビーム４''' ，５''' の偏光方向は
図５−（５）に示されているように互に直交する偏光方
向を有する戻り偏光ビーム４''''，５''''となり、又こ
れらは、それぞれ偏光ビーム４，５とは互に直交する偏
光方向となる。この戻り偏光ビーム４''''，５''''は、
図２−（６）により説明したように、入射偏光ビーム３
と同一光路に戻ることはない。

【００３０】本発明においてファラデイ素子１３，１４
と、半波長板１７，１８の間に光フィルタ１９を配置す
ると、光フィルタ１９に入射する偏光ビーム４' ，５'
の偏光方向は、ともにｘ−ｙ面内のｘ軸から４５度傾い
た方向であるから、これは入射偏光ビーム３の偏光方向
とは無関係であって常に一定となる。すなわち、この光
フィルタ１９は、入射光３の偏光状態に依存することが
なく、すなわちその偏光依存性損失（ＰＤＬ）がゼロと
なる。

【００３１】図６に偏光ビーム４' ，５' と光フィルタ
１９の回転軸との関係を示す。図６において、光フィル
タ１９を、それに入射する偏光ビーム４' ，５' の偏光
方向（互に平行）に直交する回転軸２１のまわりに角度
変更させると、それを透過する偏光ビームは、常にＰ偏
光となる。また光フィルタ１９を、それに入射する偏光
ビーム４' ，５' の偏光方向（互に平行）に平行な回転
軸２０のまわりに角度変更させると、それを透過する偏
光は常にＳ偏光となる。

【００３２】反射率の入射角依存性はＰ偏光の方がＳ偏
光よりも小さい。すなわち光フィルタ１９を回転軸２１
のまわりに角度可変とすることにより入射角依存性（透
過波長依存性と等価）のより少ない、かつ偏光依存損失
（ＰＤＬ）のない無偏波アイソレータ付き波長可変フィ
ルタの構成が可能になる。

【００３３】図４において、互に分割されたファラデイ
素子１３，１４を配置し、それぞれに逆方向の磁場１
５，１６を印加する。このように、互に分離しているフ
ァラデイ素子に、別個の磁石を用いて磁場を印加する場
合、これらに入射される偏光ビーム４，５の間隔を十分
大きくする必要がある。しかしこれは偏光分離素子１、
および偏光合成素子２の長さが増すことを意味し、寸法
的に問題がある。そこで筒状の磁石を軸方向に沿って二
分割し、それぞれを逆方向に、適当な間隔をおいて配置
すれば、それぞれを含むファラデイ素子１３，１４中に
逆磁場の区分が生ずるから、これらを通る偏光ビーム
４，５の間隔を小さくすることが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明のアイソレータ付き無偏光フィル
タは偏光依存性損失（ＰＤＬ）をゼロとすることがで
き、かつ無偏光アイソレータの機能を併せ有し、かつ、
ＩＬの波長依存性が小さい波長可変光フィルタとして有
用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明のアイソレータ付き無偏光
フィルタの一実施態様の構成を示す説明図。図１（Ｂ）
は図１（Ａ）のアイソレータ付き無偏光フィルタの主要
部位の軸方向を示す説明図。

【図２】図２（Ａ）は図１のアイソレータ付き無偏光フ
ィルタの主要部位における偏光方向を示す説明図。図２
（Ｂ）は、図２（Ａ）の偏光方向の軸方向を示す説明
図。

【図３】図３は、図１および２のアイソレータ付き無偏
光フィルタの光フィルタの回転軸と、偏光ビームの偏光
方向との関係を示す説明図。

【図４】図４は本発明のアイソレータ付き無偏光フィル
タの他の実施態様の構成を示す説明図。

【図５】図５は、図４のアイソレータ付き無偏光フィル
タの主要部位における偏光方向を示す説明図。

【図６】図６は、図４および５のアイソレータ付き無偏
光フィルタの光フィルターの回転軸と、偏光ビームの偏
光方法との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１…偏光分離素子 ２…偏光合成素子 ３…入射光ビーム ４…偏光ビーム（Ｅ−ｒａｙ） ５…偏光ビーム４に直交する偏光ビーム（Ｏ−ｒａｙ） ６，１３，１４…偏光回転ファラデイ素子 ７，１５，１６…磁場方向 ４' ，５' …偏光ビーム４，５から４５度回転した偏光
ビーム ８，９，１７，１８…半波長板 ４''，５''…半波長板を透過した偏光ビーム １０…合成偏光ビーム １１，１９…光フィルタ １１ａ…光フィルタのｙ軸方向回転軸 １１ｂ…光フィルタのｘ軸方向回転軸 ４''' ，５''' ，４''''，５''''…戻り偏光ビーム １２ａ…直進する戻り偏光ビーム １２ｂ…屈折する戻り偏光ビーム ２０，２１…光フィルタの回転軸 ２２，２３，２４，２５…半波長板の主軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光ビームを互に直交する偏光方向を
   有する２つの偏光ビームに分離し、これらを出射する偏
   光分離素子と、この偏光分離素子から入射した前記２つ
   の偏光ビームのそれぞれに４５度の偏光回転を与えて出
   射する４５度偏光回転ファラデイ素子と、前記４５度偏
   光回転ファラデイ素子から入射した前記２つの偏光ビー
   ムのそれぞれを、前記偏光分離素子から出射された２つ
   の偏光ビームと直交する偏光方向を有する２つの偏光ビ
   ームに変換してこれらを出射する半波長板と、前記半波
   長板から入射した前記２つの偏光ビームを、１本の偏光
   ビームに合成し、これを出射する偏光合成素子とを有
   し、 前記４５度偏光回転ファラデイ素子と、前記半波長板と
   の間に、バンドパス光フィルタを配置して透過波長を変
   化可能にしたことを特徴とするアイソレータ付き無偏光
   フィルタ。
2. 【請求項２】 前記バンドパス光フィルタが、入射角に
   より透過波長が変化する誘電体多層膜フィルタであるこ
   と、前記４５度偏光回転ファラデイ素子への印加磁場
   が、前記偏光分離素子から入射した２つの偏光ビームに
   対して同一方向の磁場であること、前記誘電体多層膜フ
   ィルタの回転軸が、前記偏光分離素子から出射する２つ
   の偏光方向のいずれか一方と一致していること、および
   前記誘電体多層膜フィルタがその回転軸の廻りに入射角
   度可変であることを特徴とする、請求項１に記載のアイ
   ソレータ付き無偏光フィルタ。
3. 【請求項３】 前記４５度偏光回転ファラデイ素子が、
   磁場印加手段を有し、この磁場の方向が、前記偏光分離
   素子から入射した２つの偏光ビームに対して互いに逆方
   向であること、および前記バンドパス光フィルタが、入
   射角により透過波長が変化する誘電体多層膜フィルタで
   あって、前記４５度偏光回転ファラデイ素子から入射す
   る前記２つの偏光ビームの偏光方向に対して平行又は直
   交する方向の回転軸の廻りに角度可変である、請求項１
   に記載のアイソレータ付き無偏光フィルタ。