JPH11133261A

JPH11133261A - Ｔｅｃファイバに基づく光学アセンブリ及び方法

Info

Publication number: JPH11133261A
Application number: JP10232297A
Authority: JP
Inventors: Kok-Wai Chang; コク・ワイ・チャン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 1999-05-21
Also published as: EP0898185B1; EP0898185A3; US5930418A; AU743545B2; DE69807298D1; AU6995698A; EP0898185A2; DE69807298T2

Abstract

(57)【要約】平行な熱膨張コア（ＴＥＣ）・ファイバのアレイを利用
して、逆方向に伝搬する光の変位に関して偏光依存性
で、かつ、非可逆性の光学素子のアレイとの光信号の送
受信を行うことが含まれる、とりわけ、光サーキュレー
タまたは光アイソレータとして用いられる光学アセンブ
リ。望ましい実施態様の場合、ＴＥＣファイバは、シリ
コンＶ字形グルーブ技法を利用して、正確にアライメン
トがとられる。また、望ましい実施態様の場合、集束を
利用して、光学アセンブリの性能が向上させられる。マ
イクロレンズ・アレイは、その関連する偏光成分とは別
個に、光学アセンブリを通って伝搬する偏光成分の光エ
ネルギを再収束させる。マイクロレンズ・アレイは、フ
ォトリソグラフィック・マスクを介してイオンを拡散さ
せることによって、ガラス基板に形成することが可能で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、信号を伝
送するためのポートを結合するためのコンパクトな光学
アセンブリに関するものであり、とりわけ、マルチ・ポ
ート・システムにおいて光学的分離または光学的循環を
実現するためのアセンブリ及び方法に関するものであ
る。

【０００２】

【背景となる技術】光ファイバを介した光信号の伝送に
基づく通信ネットワークのフレキシビリティ及び信頼性
は、光サーキュレータ及びアイソレータのようなアセン
ブリの利用が可能になることによって大幅に向上する。
例えば、３ポート・サーキュレータを用いることによっ
て、単一ファイバを双方向通信に利用することが可能に
なる。非可逆性光学素子、すなわち、異なる方向に別様
に移動する光に影響を及ぼす素子を利用することによっ
て、双方向ファイバを入力ファイバと出力ファイバの両
方に対して光学的に結合することが可能である。非可逆
性作用によって、逆方向に送られる光ビームの「ウォー
ク・オフ」、すなわち、空間変位に差が生じ、このた
め、入力ファイバと出力ファイバが互いに光学的に分離
される。

【０００３】光アイソレータには、単一モードのファイ
バだけしか含むことができない。入力ファイバによっ
て、光信号が光学アセンブリに送り込まれると、光信号
は偏光成分に分割され、偏光成分に対する非可逆性作用
が加えられ、偏光成分が再結合されて、出力ファイバか
ら送り出される。非可逆性作用は、逆方向に向かう光と
入力ファイバのアライメントがとれる確率を低下させる
ように設計される。

【０００４】光サーキュレータ及びアイソレータの設計
において、考慮しなければならないいくつかの要素があ
る。Ｋｒａｓｉｎｓｋｉ他に対する米国特許第５，３１
９，４８３号では、性能に関連した２つの設計考慮事項
として、挿入損失とクロストークが識別されている。挿
入損失は、入射光と光学アセンブリから出射する光との
パワーの差である。挿入損失の主たる原因は、光の吸収
と、偏光の分離及び再結合の不完全さとして識別されて
いる。光サーキュレータにおけるクロストークは、入力
ファイバから意図された出力ファイバではないファイバ
への光の伝送である。Ｋｒａｎｓｉｎｓｋｉ他の主張に
よれば、光サーキュレータにおけるクロストークの主た
る原因は、アセンブリのさまざまな光学素子からの逆方
向反射である。この特許に解説のシステムでは、偏光分
離をより完全なものにし、これによって、挿入損失及び
クロストークを低減しようとして、偏光分割立方体の代
わりに複屈折結晶を利用している。さらに、該システム
は、アセンブリの光学素子を互いに光学的に接触させる
ことによって、逆方向反射を低減させるものである。同
様の技法が、Ｋｏｇａに対する米国特許第５，２０４，
７７１号に解説の光サーキュレータにも利用されてい
る。

【０００５】挿入損失及びクロストークを低減させるも
う１つのアプローチについては、Ｃｈｅｎｇに対する米
国特許第５，５７４，５９６号に記載がある。光サーキ
ュレータには、２つの複屈折結晶端板と、複屈折結晶端
板間に挿入された２つの非可逆性ファラデー回転子と、
２つの回転子の間に配置された１対の整合のとれた複屈
折結晶板が含まれている。第１の複屈折結晶端板は、第
１の方向に進む入力ビームを２つの偏光成分に分割す
る。隣接する非可逆性ファラデー回転子によって、中央
複屈折結晶板による側方変位（ウォーク・オフ）に関す
る偏光成分のアライメントがとられる。偏光成分は、第
２のファラデー回転子において再度回転させられる。次
に、２つの偏光成分は、第２の端板によって再結合さ
れ、出力される。該構造は、光の伝搬方向に対して垂直
な中心平面から対称に作用するので、その働きは、アセ
ンブリに入力される光の方向に関係なく同じになる。し
かし、作用の一部は非可逆性であり、従って、逆の経路
は一致しない。光学分離または循環の実現に必要なコン
ポーネント数を減らそうとして、Ｃｈｅｎｇ他（米国特
許第５，４７１，３４０号）は、光学アセンブリの端部
において隣接した入力／出力ポートがミラーと向かい合
うようにして、光学アセンブリにミラーを利用してい
る。従って、複屈折結晶端板は、単一の入力ビームに関
して、偏光分離と偏光再結合の両方を実施することが可
能である。

【０００６】上述の性能に関連した考慮事項以外に、製
造に関連した考慮事項が存在する。該アセンブリは、材
料のコスト及びいくつかのこうしたアセンブリを収容す
る能力に関して有利になるように、物理的に小さいこと
が望ましい。光サーキュレータまたはアイソレータの一
方の側に、入力／出力ポートのアレイが存在する場合、
ポート間におけるコア間の間隔（すなわち、「ピッ
チ」）によって、光学素子アセンブリの幅及び長さを決
めることが可能である。一般に、コリメータの利用に適
応するため、少なくとも２ｍｍのピッチが設けられる。
アセンブリの最小幅は、ピッチとアレイ内のポート数の
積である。ルチルは、アセンブリ内において所望のウォ
ーク・オフ変位をもたらす複屈折結晶を形成するための
一般的な材料である。各１ｍｍのウォーク・オフ毎に、
ルチル結晶は、約１０ｍｍの厚さがなければならない。
従って、従来の２ｍｍのピッチの場合、約２０ｍｍの結
晶厚が必要になる。ピッチが１．２ｍｍに短縮されて
も、必要な厚さは、１２．５ｍｍに減るだけである。例
えば、ファラデー回転子のような、アセンブリ内の他の
光学素子の厚さによって、アセンブリの厚さ寸法全体が
増すことになる。

【０００７】既知のアセンブリは、ビームの進路変更及
び挿入損失に対する制御を可能にするため、極度に平行
化された入力ビームが必要とする。しかし、先行技術に
よる技法によって生じる構造上の制限がある。

【０００８】本発明の目的は、通信ネットワーク内にお
いて光信号のような信号を伝送するためのポートを結合
する、入力／出力ポートの密度が高く、製造プロセスに
関するコスト有効度に優れた光学アセンブリ及びシステ
ムを提供することにある。

【０００９】

【発明の概要】とりわけ、光サーキュレータまたは光ア
イソレータとして用いられる光学アセンブリには、平行
な熱膨張コア（ＴＥＣ）・ファイバのアレイを利用し
て、逆方向に伝搬する光の変位に関して偏光依存性で、
かつ、非可逆性の光学素子アレイとの光信号の送受信を
行う働きが含まれる。各ＴＥＣファイバは、直径が主部
に沿ってほぼ一定であるが、光学素子アレイと光伝達係
合する端部において拡大する、光学コアを備えている。
ＴＥＣファイバの光学コアの構造上の特性によって、フ
ァイバから光信号が放出されると、ビームの発散が縮小
される。従って、ビーム平行化の必要がなくなる。この
ため、ＴＥＣファイバとアセンブリの第１の偏光依存素
子との界面において必要とされたレンズ素子のアセンブ
リから解放される。ファイバのピッチは、従って、ファ
イバ・素子界面においてレンズを必要とするアセンブリ
よりも大幅に短縮することが可能である。望ましい実施
態様の場合、ピッチは３００μｍ未満である。

【００１０】ＴＥＣファイバの構造によって、ビームの
発散が縮小されるが、集束させると、光学アセンブリの
大部分の実施態様の性能が向上することになる。しか
し、集束は、ファイバ・素子界面に位置する光学素子で
はなく、内部光学素子を利用することによって実施可能
になる。望ましい実施態様の場合、集束が行われるの
は、光信号が偏光成分に分割された後である。集束作用
によって、アレイをなすＴＥＣファイバの最適ピッチが
影響されることはない。ファイバの端部に位置するレン
ズが、ファイバのピッチに影響を及ぼすアセンブリとは
対照的に、本発明は、レンズまたは他の集束素子の位置
が、ＴＥＣファイバのピッチによって影響を受けるアセ
ンブリである。

【００１１】実施態様の１つでは、集束は、マイクロレ
ンズ・アレイを利用して実施される。例えば、極小レン
ズは、フォトリソグラフィック・マスクを介してイオン
を拡散させることによってガラス基板内に形成すること
が可能である。イオン交換テクノロジとフォトリソグラ
フィの統合によるレンズ・アレイの形成は、当該技術に
おいて既知のところである。もう１つの実施態様では、
集束は、ＴＥＣファイバ・アレイと向かい合うアセンブ
リの表面に配置されたミラーに凹状表面特徴を形成する
ことによって実施される。光サーキュレータまたはアイ
ソレータに用いる場合、ＴＥＣファイバからの光信号
は、別個に集束させられる２つの偏光成分に分割される
ので、集束特徴の数は、は、２ｎ−２に等しくなる（こ
こで、ｎはアレイ内におけるＴＥＣファイバの数であ
る）。

【００１２】アセンブリを利用して光信号を伝達する方
には、光ビームを第１のＴＥＣファイバから順方向に向
けて、光学素子アレイに送り込むことが含まれる。望ま
しい実施態様の場合、光学素子によって、接触素子のス
タックが形成される。順方向に送られる光ビームは、空
間的に２つの偏光成分に分離される。各偏光成分は、ス
タック内において、第１のＴＥＣファイバと隣接する第
２のＴＥＣファイバとの間の距離にほぼ等しい距離だけ
変位する。望ましい実施態様の場合、偏光成分は、個別
に集束させられ、個別に反射されて、逆方向に伝搬し、
スタックを通って、ＴＥＣファイバ・アレイに向かう。
偏光成分は、再結合されて、第２のＴＥＣファイバとア
ライメントがとられる。偏光成分の変位ステップは、非
可逆性のため、ＴＥＣファイバ間のクロストークが制御
される。

【００１３】望ましい実施態様の場合、ＴＥＣファイバ
は、シリコン・ウェーハのような半導体基板に形成され
たＶ字形グルーブ・アレイ内に配置される。グルーブ
は、集積回路製作技法を用いて製作される。フォトリソ
グラフ加工でグルーブを形成することによって、ＴＥＣ
ファイバの正確な相互アライメントが保証される。従っ
て、ＴＥＣファイバの１つと光学素子アレイの適正なア
ライメントがとれると、残りのファイバが整合する。こ
れによって、アライメント・プロセスが単純化される。

【００１４】本発明の利点は、光学アセンブリが物理的
に小さいことである。ＴＥＣファイバを用いることによ
って、従来の光サーキュレータ及び光アイソレータに対
してファイバのピッチを大幅に短縮することが可能にな
る。このアセンブリのサイズによって、同様のアセンブ
リ、及び、通信ネットワークのような大規模システムの
他のコンポーネントとのコンパクトな一体化が容易にな
る。さらに、ピッチが短縮されることによって、材料コ
ストが低下する。ファイバの密度が増すことによって、
所定の数のファイバに関して必要になる光学素子の幅が
短くなる。さらに、偏光成分のウォーク・オフが減少す
るので、これに応じて、全てのウォーク・オフ光学素子
に必要とされる厚さが薄くなる。

【００１５】

【好適な実施例の詳細な説明】図１及び２を参照する
と、光学素子アレイに結合されたＴＥＣファイバ１３、
１５、及び、１７のアレイ１２を含む、光学アセンブリ
１０が示されている。図１及び２の実施態様は、３ポー
ト光サーキュレータとして説明されるが、これはクリテ
ィカルではない。ＴＥＣファイバの長さに対して垂直な
方向において測定された光学素子アレイの幅は、さらに
より詳細に後述するように、多数のファイバに適応す
る。この幅は、光学アセンブリの設計目的である信号伝
達を実施するための最小幅に近くなるのが望ましい。

【００１６】ＴＥＣファイバ・アレイ１２のピッチは、
３００μｍ未満が望ましいが、これは、クリティカルで
はない。現在のところ、最小ピッチは１２５μｍであ
り、最適ピッチは２５０μｍである。ＴＥＣファイバ
は、ファイバを所定位置に固定する材料のコーティング
が可能な、シリコン・ウェーハ１４に配置するのが望ま
しい。シリコン・ウェーハにＶ字形グルーブを形成する
ことによって、適正なアライメントをとることが可能で
ある。個々のＴＥＣファイバの構造ついては、図５に関
連して後述する。ＴＥＣファイバは、住友大阪セメント
から市販されている。

【００１７】アレイ１２のＴＥＣファイバの１つから光
学素子アレイへの光の伝搬は、順方向伝搬と呼ぶことに
する。この伝搬は、ミラー１６が光を反射するまで、順
方向に続行される。逆方向伝搬は、ミラーからＴＥＣフ
ァイバ・アレイ１２に向かう光の進行と定義される。

【００１８】順方向において、第１と第２の光学素子１
８及び２０は、ウォーク・オフ結晶対を形成する。この
結晶対は、入力ビームを直交する偏光成分に分離する働
きをする。ウォーク・オフ方向が±４５゜の場合、偏光
成分の空間分離が実現する。ＴＥＣファイバ・アレイ１
２のピッチが１２５μｍである、図１及び２のコンパク
トなアセンブリ１０の場合、所望の垂直分離を実現する
のに、ウォーク・オフ結晶対の厚さが、０．８８５ｍｍ
にしかならない可能性がある。ウォーク・オフ結晶１８
及び２０の材料は、ルチル（二酸化チタン−ＴｉＯ₂）
またはバナジン酸イットリウム（ＹＶＯ₄）とすること
が可能である。望ましい材料は、より大きい屈折率が得
られるので、ルチルである。従って、ルチルは、所望の
ウォーク・オフ距離に関する真空内経路長がより短い。
経路長が短くなると、偏光成分がウォーク・オフ結晶を
通過する際の側方拡散が減少する。

【００１９】結晶対１８及び２０による所望のウォーク
・オフ距離によって、２つの素子の厚さが決まる。ウォ
ーク・オフ結晶によって、偏光成分が垂直方向に分離さ
れ、一方の偏光成分が上方の二分の一波長板２２を通過
し、もう一方の偏光成分が下方の二分の一波長板２４を
通過することになる。４５゜ファラデー回転子２６を用
いて二分の一波長板を操作することによって、該偏光成
分の偏光状態が平行関係になるように位置決めされる。
実施態様の１つでは、上方の二分の一波長板２２の光軸
は、−４５゜であり、下方の二分の一波長板２４の光軸
は、０゜である。もう１つの実施態様の場合、上方の二
分の一波長板２２の光軸は、０゜であり、下方の二分の
一波長板２４の光軸は、＋４５゜である。ファラデー回
転子によって、４５゜の反時計廻り方向の回転または４
５゜の時計廻り方向の回転が生じる。

【００２０】光の伝搬する順方向における次の素子は、
ウォーク・オフ結晶２８である。２つの偏光成分の偏光
状態は平行関係にあるため、ウォーク・オフ結晶２８
は、垂直方向に分離された偏光成分に均等な影響を及ぼ
す。図２に示すように、ウォーク・オフ方向３０は、伝
搬する光に対して垂直である。ウォーク・オフ距離は、
アレイ１２におけるＴＥＣファイバのコア間ピッチにほ
ぼ等しいことが望ましい。従って、第１のＴＥＣファイ
バ１３からの入力ビームは、側方へ変位させられ、引き
続き、第１のファイバに隣接した第２のＴＥＣファイバ
１５とのアライメントがとられる。ウォーク・オフ結晶
を形成するための望ましい材料は、ルチルである。所望
の側方変位を可能にするため、光の伝搬方向に対して平
行に測定される結晶厚は、アレイ１２におけるＴＥＣフ
ァイバのピッチの約１０倍が望ましい。

【００２１】側方に変位させられ、垂直方向に分離され
た偏光成分は、次に、＋４５゜または−４５゜の光軸を
備えたもう１つの四分の一波長板３２に入力される。ア
センブリ１０の後方端における３つの光学素子３２、３
４、及び、１６の機能は、（１）２つの偏光成分を集束
させ、（２）反射し、（３）その偏光状態を変化させ
て、反射光がウォーク・オフ結晶２８によってもう１度
シフトされないようにすることである。図１及び２に
は、３つの光学素子によってこの３つの機能が実施され
る実施態様が示されているが、これはクリティカルなも
のではない。光学素子３２は、四分の一波長板とするこ
とが可能であり、ミラー１６は、入力信号の２つの偏光
成分を別個に集束させることによって、２つの光学素子
だけで、３つの機能を全て実施できるようにアライメン
トがとられ、寸法が付与された、凹状特徴のアレイを含
むように製作することが可能である。もう１つの実施態
様の場合、３つの機能は、集束素子を備えた四分の一波
長ミラーを用いて実施される。

【００２２】望ましい実施態様の場合、集束は、ガラス
基板３４に形成されたマイクロレンズ・アレイを利用し
て実施される。図３には、ガラス基板及びミラー１６の
側面図が示されており、図４には、ガラス基板を順方向
において見た図が示されている。４つのマイクロレンズ
３６、３８、４０、及び、４２は、フォトリソグラフィ
ック・マスクを介してガラス基板にイオンを拡散させる
ことによって得ることが可能である。従って、イオン交
換テクノロジとフォトリソグラフィが統合される。こう
したマイクロレンズ・アレイは、ＮＳＧＡｍｅｒｉｃ
ａ，Ｉｎｃ．から市販されている。オプションにより、
必要があれば、各マイクロレンズ３６〜４２の表面にお
ける曲率を増すことによって、開口数を増大させること
が可能である。このマイクロレンズ・アレイによって、
アレイ１２における１つのＴＥＣファイバ１３、１５、
及び、１７から隣接するＴＥＣファイバへ入力光信号を
伝達するための結合効率が向上する。

【００２３】図３及び４の実施態様の場合、マイクロレ
ンズ３６、３８、４０、及び、４２を形成するイオン注
入は、ガラス基板３４の前面において施される。さら
に、各マイクロレンズは、前面とミラー１６の表面との
間隔に等しい焦点距離が得られるように製作することが
可能である。順方向において、ビームは、マイクロレン
ズに接近すると発散する。ビーム・エネルギは、マイク
ロレンズによって収束させられ、ミラーによって反射さ
れる。逆方向反射ビームは、逆方向に伝搬して、適合す
るＴＥＣファイバを介して出力される際、マイクロレン
ズによって再集束させられるまで、発散する。実施態様
の１つでは、レンズは、適合するＴＥＣファイバとの効
率の良い光学結合のため、ほぼ４：１のイメージングを
行う。

【００２４】図１〜４を参照すると、マイクロレンズ３
６及び３８は、アレイ１２の第１のＴＥＣファイバ１３
から入力される光信号を分離することによって形成され
る、２つの偏光成分を集束させる。２つのマイクロレン
ズ３６と３８との垂直方向の間隔は、ウォーク・オフ結
晶対１８及び２０による入力光ビームの伝搬中における
垂直方向のウォーク・オフによって決まる。一方、水平
方向に隣接したマイクロレンズ、例えば、３６と４０の
間隔は、アレイ１２におけるＴＥＣファイバのピッチに
よって決まる。ある実際の適用例の場合、ファイバのピ
ッチは、２５０μｍのため、マイクロレンズ３６の光軸
とマイクロレンズ４０の光軸との間隔も２５０μｍにな
る。

【００２５】前述の通り、マイクロレンズ３６及び３８
は、アレイ１２の第１のＴＥＣファイバ１３から入力信
号を受信すると利用される。アセンブリ１０の光学素子
は、第１のファイバからの入力信号を隣接するＴＥＣフ
ァイバに結合する。３ポート実施態様の場合、第２のＴ
ＥＣファイバは、中心ファイバ１５である。中心ファイ
バを用いて、光信号を入力する場合、光信号は偏光成分
に分割され、マイクロレンズ４０及び４２を利用して集
束させれらる。中心ファイバからの光信号は、アレイの
第３のファイバ１７を介して出力される。光学素子によ
ってファイバｉからファイバｉ＋１への結合が行われる
こうした適用例の場合、アレイ内のマイクロレンズの総
数は、２ｎ−２に等しくなるが、ここで、ｎは、アレイ
内におけるＴＥＣファイバ数である。

【００２６】図４には、ガラス基板３４に形成されるマ
イクロレンズ３６〜４２が示されているが、上述のよう
に、マイクロレンズは、図３のミラー１６に形成するこ
とが可能である。すなわち、図４は、ミラー１６の前面
とすることが可能である。ミラーにおける凹状表面特徴
の位置は、ガラス基板３４に関連して解説の位置と同じ
になる。表面特徴の輪郭は、適合する出力ＴＥＣファイ
バにおいて入力信号のイメージングが行われるように設
計することが望ましい。ミラーは、背面に反射率の高い
コーティング（例えば、金）を施したガラス基板とする
ことが可能である。ガラス基板には、偏光成分のそれぞ
れを集束させるために必要な屈折率の差をもたらす、イ
オンで形成されたマイクロレンズを含めることが可能で
ある。

【００２７】実施態様によっては、マイクロレンズ３６
〜４２のアレイを備えたガラス基板３４の代わりに、面
積の広いレンズを用いることが可能な場合もある。しか
し、これは望ましくはない。他の実施態様の場合、集束
素子の利用は不要である。しかし、市販のＴＥＣファイ
バの場合、許容可能な挿入損失レベルの光学結合を実施
するためには、集束が必要になる。許容可能なレベル
は、１ｄＢ〜２ｄＢである。現在のところ、市販のＴＥ
Ｃファイバのモード・フィールド直径（ＭＦＤ）は４５
μｍ以下である。１００μｍといったより大きいＭＤＦ
のＴＥＣファイバが利用可能であれば、ファイバ間挿入
損失は、イメージング・レンズを利用しなくても、許容
可能レベルまで低下する。

【００２８】図５及び６に関連して、ＴＥＣファイバの
１つの構造についてさらに詳述する。各ファイバは、熱
拡散膨張コア（ＴＥＣ）単一モード光ファイバである。
図５及び６のＴＥＣファイバ４４は、直径がファイバの
主部４８に沿って一定した光学コア４６を備えている。
図５において、主部４８は先端が切り取られている。光
ファイバの直径は、ファイバの第１の端部５０において
漸次拡大し、光学素子アレイの第１のウォーク・オフ結
晶１８に接する表面５２において最大直径に達する。コ
アの膨張率は、一般に２〜５の範囲内であり、膨張領域
の長さは、一般に４〜６ｍｍの範囲内である。

【００２９】ファイバ４４の第１の端部５０における膨
張光学コア４６によって、表面５２から放出される光の
側方発散角が、従来の光ファイバに比較して小さくな
る。光の発散角の縮小は、膨張率にほぼ等しい。ＴＥＣ
ファイバ４４から放出される光ビームの側方拡散が縮小
されることによって、隣接ＴＥＣファイバの中心間の間
隔を大幅に短縮することが可能になる。実施態様の１つ
では、この間隔は、光ファイバの外径に対応する距離ま
で短縮される。これによって、光ファイバの外側表面
は、図１に示すように互いに接触することになる。光ビ
ーム間の間隔を最小限に狭めることによって、図１の光
学アセンブリに対する入力／出力ポートの密度が高くな
る。この結果、アセンブリのサイズを縮小し、コストを
低下させることが可能になる。しかし、代替実施態様の
場合、光学コアのコーティング材料は、シリコン・ウェ
ーハのＶ字形グルーブ内における光ファイバの配置を容
易にするため、除去される。こうした実施態様が図１５
及び１６に示されている。見て分かるように、ファイバ
８０、８２、８４、８６、及び、８８は、互いに間隔を
あけて配置されている。

【００３０】図１のアセンブリの働きについては、図７
に関連して説明することにする。図７の（ａ）場合、第
１のウォーク・オフ結晶１８の前面は、図示のように、
３つの関連位置５４、５６、及び、５８を備えている。
この３つの位置は、図１のアレイにおける３つのＴＥＣ
ファイバ１３、１５、及び、１７の軸に対応する。３ポ
ート・サーキュレータ実施態様の場合、位置５６は、位
置５４で第１のＴＥＣファイバに光学的に結合されて、
入力信号を受信し、位置５８で第３のＴＥＣファイバ１
７に結合されて、第３のＴＥＣファイバに光信号を送信
する、双方向ＴＥＣファイバのファイバ軸に対応する。
光ファイバは、他の全ての光の伝搬に対して光学的に分
離されている。しかし、他の実施態様も予想される。

【００３１】図７の（ａ）において、第１のＴＥＣファ
イバからの入力信号は、位置５４において交差する２つ
の偏光成分によって表されている。分かりやすくするた
め、偏光成分の一方は、もう一方の偏光成分より太く示
されている。光学素子の第１の働きは、２つの偏光成分
を空間的に分離することである。この働きは、１対のウ
ォーク・オフ結晶１８及び２０によって実施される。結
果として、二分の一波長板２２及び２４の前面におい
て、２つの偏光成分が垂直方向に分離される。これが、
図７の（ｂ）において位置６０及び６２で表されてい
る。位置６０及び６２における２つの偏光成分は、やは
り、直交関係にあるが、垂直方向に分離されて、一方の
偏光成分は上方二分の一波長板２２を通って伝搬するよ
うにアライメントがとられ、もう一方の偏光成分は下方
二分の一波長板２４を通って伝搬するようにアライメン
トがとられている。

【００３２】光学アセンブリ１０の第２の働きは、ウォ
ーク・オフ結晶２８によって２つの偏光成分の偏光状態
のアライメントをとって、偏光成分が側方に変位する配
向を施すことである。図７の（ｃ）には、ウォーク・オ
フ結晶の前面におけるアライメントをとり直された偏光
成分が示されている。２つの二分の一波長板２２及び２
４と４５゜ファラデー回転子６の組み合わせによって、
上方偏光成分の４５゜の時計廻り方向回転と、下方偏光
成分の４５゜の反時計廻り方向回転が生じる。従って、
偏光は、図７の（ｃ）に示すようにウォーク・オフ結晶
２８の前面において平行状態になる。

【００３３】次のステップにおいて、偏光成分は、ＴＥ
Ｃファイバ・アレイ１２のピッチに等しいウォーク・オ
フ離隔距離だけ、水平ウォーク・オフ方向に変位する。
図７の（ｄ）の場合、偏光成分は、位置６０及び６２か
ら位置６４及び６６にシフトしている。

【００３４】ＴＥＣファイバ・アレイのピッチに等しい
水平変位を生じさせるウォーク・オフ結晶２８は、非可
逆性である。ミラー１６による反射に続く偏光成分の逆
方向伝搬中に、ウォーク・オフ結晶によって第２の大き
い変位が生じないことを保証するため、偏光成分の偏光
状態は、水平から垂直に変更される。光学素子３２、３
４、及び、１６は、協働して、四分の一波長ミラー・レ
ンズ・アセンブリを形成する。その結果が、図７の
（ｅ）のウォーク・オフ結晶２８の背面に示されてい
る。図７の（ｅ）の結晶の前面における順方向に伝搬す
る偏光成分と図７の（ｅ）の結晶の背面における逆方向
へ伝搬する偏光成分を比較すると、該偏光成分は、側方
に変位し、偏光状態を回転させている。偏光状態は９０
゜回転しているので、非可逆性ウォーク・オフ結晶２８
は、結晶を通る偏光成分の伝搬に影響を及ぼすことはな
い。結果として、偏光成分は、ファラデー回転子２６の
背面に達し、図７の（ｆ）に示す状態及び位置になる。
ファラデー回転子２６及び２つの二分の一波長板２２及
び２４によって、偏光成分の２つの状態がもとの直交関
係に戻される。図７の（ｇ）に示すように、位置６４に
おける偏光成分は、ファラデー回転子及び上方二分の一
波長板を通過し、その結果、４５゜時計廻り方向に回転
する。一方、下方の偏光成分は、ファラデー回転子及び
下方の二分の一波長板を通過すると、偏光状態が４５゜
反時計廻り方向に回転する。

【００３５】最後に、光学素子１８及び２０によって形
成される４５゜のウォーク・オフ結晶対によって、２つ
の偏光成分が再結合される。図７の（ｈ）に示すよう
に、偏光成分が第１のウォーク・オフ結晶１８の前面に
到達すると、出力光信号と中心ＴＥＣファイバの位置５
６とのアライメントがとれる。図７の（ａ）と図７の
（ｈ）を比較すると、第１のＴＥＣファイバによる位置
５４における光信号の入力が、位置５６において図７の
（ｈ）における中心ＴＥＣファイバに結合される。同じ
作用が、位置５８において、第３のＴＥＣファイバに対
する入力ファイバとしての中心ＴＥＣファイバにも生じ
る。偏光成分は、中心ＴＥＣファイバからの入力信号に
関して同じ作用を引き続き伴うが、図７の（ａ）−
（ｈ）に示す偏光成分の右側に位置することになる。し
かし、素子の光学特性は、逆結合を許さない。すなわ
ち、該アセンブリは、３つのファイバの選択的光学結合
及び選択的光学分離を可能にする。

【００３６】図８及び９に関連して、ＴＥＣファイバの
適正なアライメントをとるための望ましい方法について
述べることにする。シリコン・ウェーハ６８のような半
導体基板にエッチングを施して、Ｖ字形グルーブ７０、
７２、７４、７６、及び、７８が形成される。従来の集
積回路製作技法を利用することが可能である。例えば、
マスクを利用して、グルーブの輪郭を決め、化学エッチ
ング液を利用することによって、グルーブをフォトリソ
グラフ加工で形成することが可能である。クリティカル
ではないが、グルーブの一方の壁面のもう一方の壁面に
対する角度は、７０．５゜が望ましい。次に、コーティ
ング材料による処理が施されていないＴＥＣファイバ・
コア８０、８２、８４、８６、及び、８８がグルーブ内
に納められる。このシリコン処理によって、ファイバ・
コアの中心間の間隔を正確にあけることが可能になる。
１ミクロン未満の公差が実現される。

【００３７】図９の場合、対応するＶ字形グルーブ・ア
レイを備えた第２のシリコン・ウェーハ９０が、接着層
９２によって下方シリコン・ウェーハ６８に固定されて
いる。接着層の利用はクリティカルではない。代わり
に、ウェーハ・ボンディングを利用して、２つのシリコ
ン・ウェーハを接着することも可能である。単一モード
・ファイバ及びマルチ・モード・ファイバのシリコンＶ
字形グルーブのアライメントについては、当該技術にお
いて既知のところであり、図９に示すタイプのアセンブ
リは、市販されている。

【００３８】ＴＥＣファイバ・アライメントに関してサ
ブミクロンの公差をもたらすシリコン・マイクロマッチ
ングの利点は、ファイバの１つのアライメントを適正に
とることによって、ファイバの全てと光学素子の整合が
とれることにある。例えば、図１〜４において、アレイ
１２の３つのＴＥＣファイバは、光学素子１８、２０、
及び、２８に関するウォーク・オフ距離と、マイクロレ
ンズ３６、３８、４０、及び、４２のピッチを求めるた
めに信頼して利用することが可能な、既知のファイバ間
ピッチを有している。オプションとして、図１のいくつ
かの光学アセンブリ１０を大量に製作し、アレイの両端
における２つのＴＥＣファイバと光学素子のアライメン
トが適正にとれてから、初めて切り離して、複数のアセ
ンブリを形成することも可能である。両端における２つ
のファイバの適正な位置決めを保証することによって、
内側ファイバとマイクロレンズのような関連する光学素
子とのアライメントが同時にとれることになる。

【００３９】図１０及び図１１には、内部レンズ素子９
６を利用するコンパクトな光学アセンブリ９４の第２の
実施態様に関する側面図及び平面図が示されている。図
１０及び図１１のアセンブリは、図１のミラー素子を含
まない３ポート光サーキュレータである。代わりに、２
つの相補型入力／出力（Ｉ／Ｏ）アセンブリ９８及び１
００が３ポート光サーキュレータの両端に配置されてい
る。２つのＩ／Ｏアセンブリの間には、垂直ウォーク・
オフ結晶１０２及びレンズ素子９６が配置されている。
垂直ウォーク・オフ結晶によって、サーキュレータを通
って順方向に伝搬する光は側方に変位するが、逆方向に
伝搬する光は側方に変位しない。図１０及び図１１の場
合、順方向伝搬は、第１のＩ／Ｏアセンブリ９８から第
２のＩ／Ｏアセンブリ１００への伝搬と定義される。

【００４０】レンズ素子９６の光軸によって、サーキュ
レータ９４の光軸１０４が形成される。ＰＯＲＴ２は、
光サーキュレータが光ビームＹを受信するＴＥＣファイ
バである。ＰＯＲＴ３は、光サーキュレータが光ビーム
Ｚを受信するＴＥＣファイバである。光ビームＹ及びＺ
は、光軸１０４上に位置する。光サーキュレータが光ビ
ームＸを受信するＰＯＲＴ１は、光軸から側方に変位し
ている。例えば、光軸からの側方変位は、約２００μｍ
未満になる可能性がある。

【００４１】順方向において、光サーキュレータ９４
は、ＰＯＲＴ１及びＰＯＲＴ２を介して、それぞれ、２
つの入力光ビームＸ及びＹを受信する。光ビームＸは、
ＰＯＲＴ３に送信されるが、光ビームＹはＰＯＲＴ３か
ら側方に変位した位置に送信される。逆方向の場合、光
サーキュレータは、ＰＯＲＴ３を介して入力光ビームＺ
を受信し、その光ビームをＰＯＲＴ２に送信する。

【００４２】第１のＩ／Ｏアセンブリ９８には、ウォー
ク・オフ結晶１０６、分割二分の一波長板１０８及び１
１０、及び、ファラデー回転子１２が含まれている。分
割二分の一波長板１０８及び１１０、及び、ファラデー
回転子１１２は、ビームの伝搬する順方向において、光
軸に沿って配置された、分割偏光回転子１１４の働きを
する。本明細書では、二分の一波長板１０８を正の二分
の一波長板と呼び、隣接する二分の一波長板１１０を負
の二分の一波長板と呼ぶことにする。２つの波長板は、
取り付けライン１１６において接合される。

【００４３】第２のＩ／Ｏアセンブリ１００は、第１の
Ｉ／Ｏアセンブリ９８を補足するものである。ウォーク
・オフ結晶１１８は、ＰＯＲＴ３のＴＥＣファイバから
入力信号を受信する。分割偏光回転子１２０は、正の二
分の一波長板１２２、負の二分の一波長板１２４、及
び、ファラデー回転子１２６から構成される。

【００４４】分割偏光回転子の働きは、ビームの伝搬方
向によって決まる。第１の分割偏光回転子１１４の場
合、その回転方向は、光が正の二分の一波長板１０８を
通過するか、あるいは、負の二分の一波長板１１０を通
過するかによって、また、光が順方向に伝搬するか、あ
るいは、逆方向に伝搬するかによって、０゜と９０゜の
いずれかになる。ファラデー回転子１１２は、光サーキ
ュレータ９４を順方向に通過する光の偏光方向を４５゜
だけ時計廻り方向に回転させるように選択されている。
ファラデー回転子は、非可逆性であり、従って、第１の
分割偏光回転子１１４を逆方向に通過する光の偏光方向
を４５゜だけ反時計廻り方向に回転させる。

【００４５】第１の分割偏光回転子１１４の二分の一波
長板１０８及び１１０は、可逆性素子である。正の二分
の一波長板１０８は、取り付けライン１１６に対して＋
２２．５゜でアライメントのとれる、ライン１２８で示
された光軸を備えている。負の二分の一波長板１１０
は、取り付けラインに対して−２２．５゜でアライメン
トのとれる、ライン１３０で示された光軸を備えてい
る。順方向において、正の二分の一波長板は、取り付け
ライン１１６に対して平行または垂直な偏光成分を光の
進行方向に関して４５゜反時計廻り方向に有効に回転さ
せる。これは、図１２の（ｂ）（左半分）と図１２の
（ｃ）を比較することによって明らかになる。図１２の
（ａ）〜（ｉ）については、さらに詳細に後述する。負
の二分の一波長板１１０は、取り付けライン１１６に対
して平行または垂直な偏光成分を光の進行方向に関して
４５゜時計廻り方向に有効に回転させる。これは、図１
２の（ｂ）（右半分）と図１２の（ｃ）を比較すること
によって明らかになる。第２の分割偏光回転子１２０の
働きは、第１の偏光回転子の働きと同様であり、別途の
説明は行われない。正の二分の一波長板１２２は、＋２
２．５゜だけオフセットした光軸１３２を備え、一方、
負の二分の一波長板１２４は、−２２．５゜だけオフセ
ットした光軸１３４を備えている。

【００４６】図１２の（ａ）〜（ｉ）には、図１０の光
サーキュレータを通って順方向伝搬中の異なる位置にお
ける光ビームＸ及びＹの偏光成分が示されている。図１
２の（ａ）の場合、光ビームＸ及びＹは、ウォーク・オ
フ結晶１０６の前面に示されている。光ビームＸは、長
く太い線で表示された直交偏光成分Ｏ１と、短い太い線
で表示された平行偏光成分Ｐ１を備えるものとして示さ
れている。光ビームＹは、長く細い線で表示された直交
偏光成分Ｏ２と、短い細い線で表示された平行偏光成分
Ｐ２を備えるものとして示されている。直交偏光成分Ｏ
１及びＯ２は、第１のＩ／Ｏアセンブリ９８のウォーク
・オフ結晶１０６のウォーク・オフ方向１３６に対して
垂直な光ビームＸ及びＹの偏光成分である。平行偏光成
分Ｐ１及びＰ２は、ウォーク・オフ方向１３６に対して
平行な光ビームＸ及びＹの偏光成分である。

【００４７】第１の分割偏光回転子１１４の場合、平行
偏光成分Ｐ２及びＰ１は、それぞれ、図１２の（ｂ）に
示すように、変位位置１３８及び１４０についている。
変位は、図１０及び図１１の光軸に対するものである。
位置１３８及び１４０は、直交偏光成分Ｏ２及びＯ１の
位置１４２及び１４４に対してもウォーク・オフ結晶１
０６ウォーク・オフ距離だけ変位している。前述のよう
に、ウォーク・オフ結晶は、ルチルから造られている。
ウォーク・オフ距離は、結晶の厚さによって決まる。

【００４８】図１１を参照すると、正と負の二分の一波
長板１０８及び１１０の取り付けライン１１６は、ウォ
ーク・オフ結晶１０６のウォーク・オフ方向１３６にお
いて、光軸１０４からウォーク・オフ距離の約１／２だ
け側方に変位している。従って、図１２の（ｂ）に示す
ように、直交偏光成分Ｏ１及びＯ２は、正の二分の一波
長板１０８に入射し、平行偏光成分Ｐ１及びＰ２は、負
の二分の一波長板１１０に入射し、位置１３８、１４
０、１４２、及び、１４４が、取り付けライン１１６に
対して対称に配置されることになる。

【００４９】順方向伝搬の場合、直交偏光成分Ｏ１及び
Ｏ２の偏光方向は、分割偏光回転子１１４を通って伝搬
することによって変化を生じることはない。これは、図
１２の（ｂ）と図１２の（ｄ）を比較することによって
明らかである。一方、平行偏光成分Ｐ１及びＰ２の偏光
方向は、負の二分の一波長板１１０及びファラデー回転
子１１２の効果を組み合わせることによって、９０゜だ
け回転する。図１２の（ｄ）には、分割偏光回転子１１
４から垂直ウォーク・オフ結晶１０２への入射時におけ
る偏光成分が示されている。

【００５０】第１の分割偏光回転子１１４は、４つの偏
光成分の全ての偏光方向を垂直ウォーク・オフ結晶１０
２のウォーク・オフ方向１４６に対して平行にするた
め、平行偏光成分Ｐ１及びＰ２の偏光方向だけを回転さ
せる。垂直ウォーク・オフ結晶は、結晶の厚さによって
決まるウォーク・オフ距離だけ、各偏光成分をウォーク
・オフ方向に変位させる。ウォーク・オフ距離は、図１
２の（ａ）における光ビームＸとＹの間隔に等しいのが
望ましい。従って、垂直ウォーク・オフ結晶によって、
光ビームＸの直交偏光成分Ｏ１は光ビームＹの光軸１０
４に対応する位置まで側方に変位する。これは、以前に
偏光成分Ｏ２が占めていた変位位置１４２に対応する。
さらに、垂直ウォーク・オフ結晶によって、光ビームＸ
の平行偏光成分Ｐ１も平行偏光成分Ｐ２が以前に占めて
いた変位位置１３８まで側方に変位する。偏光成分Ｏ２
及びＰ２は、同様に、ウォーク・オフ方向１４６にウォ
ーク・オフ距離だけシフトする。図２３に示すように、
偏光成分Ｏ２は、変位位置１４８までシフトし、偏光成
分Ｐ２は、変位位置１５０までシフトする。

【００５１】レンズ素子９６は、単一屈折率分布型（Ｇ
ＲＩＮ）レンズとすることもできるし、あるいは、図３
に関連して解説のタイプのレンズ・アレイとすることも
可能である。レンズは、光サーキュレータ９４の通過時
に発散する個々の偏光成分を再収束させる。各レンズの
焦点距離及び第２のＩ／Ｏアセンブリ１００の前面から
のその間隔によって、隣接素子にイメージが形成され
る。順方向の場合、隣接素子は、ファラデー回転子１２
６であり、一方、逆伝搬方向の場合、隣接素子は、垂直
ウォーク・オフ結晶１０２である。

【００５２】レンズ９６は、光軸１０４に対して偏光成
分Ｏ１、Ｐ１、Ｏ２、Ｐ２の位置を反転させる。直交偏
光成分Ｏ１は、光軸上にあるので、レンズはこの偏光成
分の位置を不変のままにしておく。ＰＯＲＴ３の軸１５
２は、光軸と一致するので、レンズは、直交偏光成分Ｏ
１とＰＯＲＴ３をアライメントのとれた状態のままにし
ておく。レンズは、図１２の（ｆ）に示すように、光軸
に対する直交偏光成分Ｏ２の位置を光ビームＸの軸１５
４に対応する位置１４４に反転し、光軸に対する平行偏
光成分Ｐ１及びＰ２の位置を変位位置１５６及び１５８
に反転する。

【００５３】図１２の（ｆ）には、第２のＩ／Ｏアセン
ブリに順方向に入射する際の偏光成分が示されている。
ファラデー回転子１２６によって、偏光成分は時計廻り
方向に回転する。回転は、図１２の（ｇ）において正の
二分の一波長板１２２によって続行されているが、直交
成分Ｏ１及びＯ２は、負の二分の一波長板１２４によっ
て図１２の（ｆ）に示す方向に戻される。光サーキュレ
ータ９４を順方向に通過する偏光成分は、第１の分割偏
光回転子１１４を通る伝搬とは逆の手順で、第２の分割
偏光回転子１２０を通って伝搬する。従って、直交成分
Ｏ１及びＯ２の偏光方向は、ファラデー回転子１２６及
び負の二分の一波長板１２４を通る伝搬によって変化す
ることはない。一方、平行成分Ｐ１及びＰ２の偏光方向
は、ファラデー回転子１２６及び正の二分の一波長板１
２２を通ることによって９０゜回転する。

【００５４】図１２の（ｈ）には、第２の分割偏光回転
子１２０からウォーク・オフ結晶１１８へ入射する際の
偏光成分が示されている。平行偏光成分Ｐ１及びＰ２
は、ウォーク・オフ結晶１１８のウォーク・オフ方向１
６０に対して平行である。ウォーク・オフ距離は、位置
１４２と１５６との間の距離に等しくなるように選択さ
れている。従って、平行偏光成分Ｐ１及びＰ２は、対応
する直交偏光成分Ｏ１及びＯ２とのアライメントがとれ
るようにシフトされる。光ビームＸの平行偏光成分Ｐ１
は、ＰＯＲＴ３の軸位置において光ビームＸの直交偏光
成分に重ねられ、光ビームＹの平行偏光成分Ｐ２は、Ｐ
ＯＲＴ３から側方に変位した、軸１５４の位置１４４に
おいて光ビームＹの直交偏光成分Ｏ２に重ねられる。従
って、ＰＯＲＴ１を介して光サーキュレータ９４に入射
する光ビームＸだけが、ＰＯＲＴ３に送られる。ＰＯＲ
Ｔ２を介して光サーキュレータに入射する光ビームＹ
は、ＰＯＲＴ３から側方に変位したポイントに送られる
ので、ＰＯＲＴ３には入射しない。これが図１２の
（ｉ）に示されている。

【００５５】光の逆方向伝搬時における図１０の光サー
キュレータ９４の働きについては、図１３の（ａ）〜
（ｉ）に関連して説明する。これらの図には、図１０に
断面線２８−２８〜３６−３６で表示されるように、光
サーキュレータの異なるポイントにおける光ビームＺ及
びスプリアス光ビームＳの偏光成分が示されている。上
述のように、光ビームＺは、ＴＥＣファイバであるＰＯ
ＲＴ３からの入力ビームである。スプリアス光ビームＳ
は、順方向に伝搬する光に関してＰＯＲＴ３からＰＯＲ
Ｔ２を光学的に分離するため、ＰＯＲＴ３とのミスアラ
イメントを生じさせられる、図２７に示すのと同じビー
ムである。

【００５６】図１３の（ａ）には、第２のＩ／Ｏアセン
ブリ１００に入射する際の光ビームＺ及びＳが示されて
いる。光ビームＺは、ＰＯＲＴ３の軸１５２と同軸をな
す位置１４２において第２のＩ／Ｏアセンブリに入射す
る。光ビームＺは、長い太い線によって表示された直交
偏光成分Ｏ１と、短い太い線によって表示された平行偏
光成分Ｐ１を備えている。スプリアス光ビームには、長
い細い線によって表示された直交偏光成分Ｏ２と、短い
細い線によって表示された平行偏光成分Ｐ２を備えてい
る。

【００５７】ウォーク・オフ結晶１１８において、直交
偏光成分Ｏ１及びＯ２は、ウォーク・オフ方向１６０に
対して垂直であり、従って、結晶を通って、偏差を生じ
ることなく伝搬する。しかし、平行偏光成分Ｐ１及びＰ
２は、結晶のウォーク・オフ方向に対して平行であるた
め、結晶のウォーク・オフ距離だけ偏差を生じる。図１
３の（ｂ）には、第２の分割偏光回転子の正と負の二分
の一波長板１２２及び１２４に入射する際の偏光成分が
示されている。平行偏光成分Ｐ１及びＰ２は、それぞ
れ、２つの二分の一波長板１２２及び１２４の取り付け
ライン１６２の右側にあたる変位位置１６４及び１６６
にある。取り付けライン１６２は、結晶１１８のウォー
ク・オフ距離の約１／２の距離だけ、光サーキュレータ
の光軸から側方に変位している。このため、直交偏光成
分が分割偏光回転子の負の側に入射し、平行偏光成分が
分割偏光回転子の正の側に入射する。位置１４２、１４
４、１６４、及び、１６６は、取り付けライン１６２に
対して対称な位置につく。

【００５８】図１３の（ｂ）及び図１３の（ｄ）を比較
すると、第２の分割偏光回転子１２０によって、直交偏
光成分Ｏ１及びＯ２の偏光方向は９０゜だけ回転する
が、平行偏光成分Ｐ１及びＰ２の偏光方向には影響がな
い。従って、偏光成分は、マイクロレンズ・アレイを含
むことが望ましいレンズ素子９６に対する入射時と共通
の方向を備えている。レンズ素子９６によって、サーキ
ュレータの光軸に対する偏光成分Ｏ１、Ｐ１、Ｏ２、及
び、Ｐ２の位置が反転する。直交偏光成分Ｏ１は、サー
キュレータの光軸１０４上にあるので、レンズ素子は、
図１３の（ｅ）に示すように、Ｏ１の位置を不変のまま
にしておく。図１０におけるＰＯＲＴ２の軸１６８は、
光軸１０４と一致するので、レンズ素子９６は、この偏
光成分をＰＯＲＴ２とアライメントのとれた状態のまま
にしておく。しかし、レンズ素子は、直交偏光成分Ｏ２
及び平行偏光成分Ｐ１及びＰ２の位置を、それぞれ、変
位位置１７０、１７２、及び、１７４に反転する。

【００５９】４つの偏光成分Ｏ１、Ｏ２、Ｐ１、及び、
Ｐ２の全ての偏光方向は、垂直ウォーク・オフ結晶１０
２のウォーク・オフ方向１４６に対して垂直のため、図
１３の（ｅ）と図１３の（ｆ）を比較することによって
明らかなように、４つの偏光成分は、全て、結晶を通っ
て、その偏光位置及び方向に変化を生じることなく伝搬
する。

【００６０】偏光成分Ｏ１、Ｏ２、Ｐ１、及び、Ｐ２
は、図１３の（ｇ）に示すように、第１の分割偏光回転
子１１４のファラデー回転子１１２によって等しく回転
する。直交偏光成分Ｏ１及びＯ２は、正の二分の一波長
板１０８を通過し、偏光方向がさらに反時計廻り方向に
回転する。一方、平行偏光成分Ｐ１及びＰ２は、偏光方
向が時計廻り方向に回転し、偏光成分が図１３の（ｈ）
に示す方向に戻される。すなわち、第１の分割偏光回転
子１１４によって、直交偏光成分は９０゜回転するが、
平行偏光成分は不変のままである。

【００６１】図１３の（ｈ）には、第１の分割偏光回転
子１１４からウォーク・オフ結晶１０６に入射する際の
偏光成分が示されている。直交偏光成分Ｏ１及びＯ２
は、平行偏光成分Ｐ１及びＰ２の偏光方向に対して垂直
な偏光方向に向けられる。平行偏光成分は、ウォーク・
オフ結晶１０６のウォーク・オフ方向１３６に対して平
行のままである。従って、図１３の（ｉ）に示すよう
に、ウォーク・オフ結晶によって、平行偏光成分が偏向
させられて、関連する直交偏光成分に重なる。光ビーム
Ｚは、従って、光ビームＺとアライメントがとれる。し
かし、スプリアス光ビームＳは、変位位置１７０とアラ
イメントがとれるので、ＰＯＲＴ１及びＰＯＲＴ２にお
ける２つのＴＥＣファイバから光学的に分離される。

【００６２】図１４及び１５には、もう１つの実施態様
が示されている。図１４及び１５のサーキュレータ１７
６の光学素子の多くは、図１０及び図１１の実施態様に
おける光学素子と同じである。従って、参照番号の多く
は重複している。光サーキュレータ１７６の図解を拡大
して、図８及び９に関連して解説したタイプのシリコン
Ｖ字形グルーブ部材１８４と正確にアライメントがとら
れた２つのＴＥＣファイバ１８０及び１８２を含むもの
として、第１のＩ／Ｏアセンブリ１７８が示されてい
る。さらに、第２のＩ／Ｏアセンブリ１８６が、シリコ
ンＶ字形グルーブ部材１９０上に形成された第３のＴＥ
Ｃファイバ１８８を含むものとして示されている。

【００６３】図１４及び１５に示す実施態様には、マイ
クロレンズ・アレイ１９２が含まれている。次に、図１
４〜１６を参照すると、マイクロレンズ・アレイ１９２
は、４つの収束レンズ１９４、１９６、１９８、及び、
２００から構成される。このアレイは、垂直ウォーク・
オフ結晶１０２の背面に隣接して配置されている。代替
案として、垂直ウォーク・オフ結晶は、第１のＩ／Ｏア
センブリ１７８から間隔を開けて配置し、マイクロレン
ズ・アレイは、垂直ウォーク・オフ結晶の前面に隣接し
て配置することも可能である。隣接するレンズの光軸間
の間隔が２５０μｍのマイクロレンズが、日本板硝子か
ら入手可能である。Ｉ／Ｏアセンブリに簡単に修正を加
えて、光軸１０４と２０２の間隔が２倍になり、ウォー
ク・オフ結晶１０６及び１１８のウォーク・オフ距離が
２倍になるようにすることが可能である。こうした変更
によって、偏光成分がマイクロレンズ・アレイまで伝搬
すると、マイクロレンズ・アレイにおける４つのマイク
ロレンズ１９４、１９６、１９８、及び、２００のそれ
ぞれの中心が、偏光成分Ｏ１、Ｏ２、Ｐ１、及び、Ｐ２
の１つの軸上にくることになる。アレイをなすレンズの
焦点距離、及び、第１と第２のＴＥＣファイバ１８０及
び１８２の端部から第３のＴＥＣファイバ１８８の端部
までの間隔は、マイクロレンズによって、ＰＯＲＴ３に
ＰＯＲＴ１のイメージが形成され、ＰＯＲＴ２にＰＯＲ
Ｔ３のイメージが形成されるように選択されている。

【００６４】図１０の光サーキュレータ９４の素子と同
じ光サーキュレータ１７６の個々の素子は、上述のよう
に働くので、説明の反復は差し控える。大きな相違は、
レンズ素子、すなわち、マイクロレンズ・アレイ１９２
が偏光成分を反転させるやり方が、図１０及び１１に関
連して解説したものとは異なるという点である。それど
ころか、偏光成分は、図３及び４に関連して解説のよう
に、レンズ素子を通って、直線的に伝搬する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＴＥＣファイバ・アレイを備えた
偏光依存光学アセンブリの透視図である。

【図２】図１の光学アセンブリの分解透視図である。

【図３】図１及び２のアセンブリのための集束及び反射
構成の側断面図である。

【図４】図３の集束素子の前方端面図である。

【図５】図１及び２のアレイにおけるＴＥＣファイバの
１つの側面図である。

【図６】図１の第１の偏光依存光学素子に接する図５の
ＴＥＣファイバの側面図である。

【図７】図７の（ａ）から（ｈ）は、図１のアセンブリ
を通る順方向及び逆方向伝搬時に偏光成分に加えられる
作用を示す図である。

【図８】５つのＴＥＣファイバの正確なアライメントを
とるためのＶ字形グルーブを備えたシリコン基板の端面
図である。

【図９】ＴＥＣファイバを所定位置に挟むため、第２の
シリコン基板を備えた図１５のシリコン・ウェーハの部
分透視図である。

【図１０】本発明による光サーキュレータの第２の実施
態様に関する側面図である。

【図１１】図１０の光サーキュレータの平面図である。

【図１２】図１２の（ａ）から（ｉ）は、光サーキュレ
ータを通って、順方向に伝搬する光に対する、図１０及
び１１の光サーキュレータの作用を示す図である。

【図１３】図１３の（ａ）から（ｉ）は、光サーキュレ
ータを通って、逆方向に伝搬する光に対する、図１０及
び１１の光サーキュレータの作用を示す図である。

【図１４】本発明による光サーキュレータの第３の実施
態様に関する側面図である。

【図１５】図１４の光サーキュレータの平面図である。

【図１６】図１４及び１５に用いられるマイクロレンズ
・アレイの端面図である。

【符号の説明】

１０光学アセンブリ１２ＴＥＣファイバ・アレイ１３ＴＥＣファイバ１４シリコン・ウェーハ１５ＴＥＣファイバ１６ミラー１７ＴＥＣファイバ１８第１の光学素子２０第２の光学素子２２上方二分の一波長板２４下方二分の一波長板２６ファラデー回転子２８ウォーク・オフ結晶３２四分の一波長板３４ガラス基板３６マイクロレンズ３８マイクロレンズ４０マイクロレンズ４２マイクロレンズ４４ＴＥＣファイバ４６光学コア４８ファイバ主部５０ファイバの第１の端部６８シリコン・ウェーハ７０Ｖ字形グルーブ７２Ｖ字形グルーブ７４Ｖ字形グルーブ７６Ｖ字形グルーブ７８Ｖ字形グルーブ８０ＴＥＣファイバ・コア８２ＴＥＣファイバ・コア８４ＴＥＣファイバ・コア８６ＴＥＣファイバ・コア８８ＴＥＣファイバ・コア９０シリコン・ウェーハ９２接着層９４光サーキュレータ９６レンズ素子９８相補型Ｉ／Ｏアセンブリ１００相補型Ｉ／Ｏアセンブリ１０２垂直ウォーク・オフ結晶１０６ウォーク・オフ結晶１０８分割二分の一波長板１１０分割二分の一波長板１１２ファラデー回転子１１８ウォーク・オフ結晶１２０分割偏光回転子１２２正の二分の一波長板１２４負の二分の一波長板１２６ファラデー回転子１７６光サーキュレータ１７８第１のＩ／Ｏアセンブリ１８０ＴＥＣファイバ１８２ＴＥＣファイバ１８８ＴＥＣファイバ１９２マイクロレンズ・アレイ１９４収束レンズ１９６収束レンズ１９８収束レンズ２００収束レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号送信用ポートを結合する光学アセンブ
リであって、それぞれ、光学コアと、主部及び第１の端部を備え、各
光学コアの直径が前記主部に沿ってほぼ一定で、前記第
１の端部において拡大しており、前記拡大された直径が
前記ほぼ一定の直径より大きく、前記第１の端部が並べ
て配置されている、ほぼ平行な熱膨張コア（ＴＥＣ）フ
ァイバからなるアレイと、第１と第２の逆方向に光を伝搬するように配列された光
学素子のアレイが含まれており、前記光学素子アレイ
は、第１の面が前記第１と第２の方向に対して垂直をな
し、前記ＴＥＣファイバの第１の端部が前記第１の面に
おいて前記光学素子アレイと光を伝達するように係合す
ることと、前記光学素子の少なくとも一部が、偏光に依
存していることと、前記光学素子アレイが前記第１と第
２の方向に伝搬する光のウォーク・オフに対して非可逆
性であることを特徴とする、光学アセンブリ。
【請求項２】前記光学素子アレイに、前記光学素子アレ
イを通って伝搬する光を集束させるレンズが含まれてい
ることを特徴とする、請求項１に記載の光学アセンブ
リ。
【請求項３】前記光学素子アレイに、前記ＴＥＣファイ
バの１つから入力される光ビームを第１と第２の偏光成
分に分割するように配置された偏光ウォーク・オフ素子
が含まれていることと、前記集束レンズが、前記第１と
第２の偏光成分を別個に集束させるように配置されてい
ることを特徴とする、請求項２に記載の光学アセンブ
リ。
【請求項４】前記光学素子に、前記光学素子アレイの前
記第１の面に対向する側に配置されて、前記光学素子ア
レイを通って前記第１の方向に伝搬する光が反射され
て、前記第２の方向に伝搬するようにする、ミラーが含
まれていることを特徴とする、請求項１、２、または、
３に記載の光学アセンブリ。
【請求項５】前記光学素子に、前記ＴＥＣファイバ・ア
レイにおけるＴＥＣファイバ間のピッチにほぼ等しい離
隔距離を有する側方ウォーク・オフ素子が含まれている
ことと、前記側方ウォーク・オフ素子が、前記アレイに
おける前記ＴＥＣファイバの前記第１の端部と交差する
平面とほぼアライメントのとれる離隔方向を備えてお
り、このため、第１のＴＥＣファイバからの光が反射に
よって、前記光学素子アレイの前記第１の面に戻される
と、前記第１の側方ウォーク・オフ素子によって、前記
第１のＴＥＣファイバが隣接するＴＥＣファイバに光学
的に結合されることを特徴とする、請求項４に記載の光
学アセンブリ。
【請求項６】前記ＴＥＣファイバが、シリコン・ウェー
ハのグルーブ内において平行に固定されることを特徴と
する、請求項１、２、３、４、または、５に記載の光学
アセンブリ。
【請求項７】前記グルーブが、フォトリソグラフ加工に
よって形成されたＶ字形部材であることを特徴とする、
請求項６に記載の光学アセンブリ。
【請求項８】光信号を転送するための方法であって、並列熱膨張コア（ＴＥＣ）ファイバのアレイを形成する
ステップと、第１のＴＥＣファイバから順方向に光ビームを向け、光
学素子のスタックに送り込むステップと、前記スタック内において、前記光ビームを空間的に偏光
成分に分割するステップと、前記第１のＴＥＣファイバと前記第１のＴＥＣファイバ
に隣接した第２のＴＥＣファイバの間の距離にほぼ等し
い距離だけ、前記スタック内において前記偏光成分のそ
れぞれを変位させるステップと、前記偏光成分を逆方向に反射し、前記スタックを通っ
て、前記ＴＥＣファイバ・アレイに向かわせるステップ
と、前記偏光成分を再結合し、前記第２のＴＥＣファイバと
アライメントがとれるようにするステップが含まれてい
る、方法。
【請求項９】さらに、前記スタックの伝搬中に、前記偏
光成分のそれぞれを別個に集束させるステップが含まれ
ていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記偏光成分を別個に集束させる前記ス
テップに、前記集束を実行するためのマイクロレンズ・
アレイと前記偏光成分の前記反射ステップを実行するた
めのミラーの間の距離にほぼ等しい焦点距離を定めるこ
とが含まれることを特徴とする、請求項９に記載の方
法。