JPH11218722A

JPH11218722A - 分割光学素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11218722A
Application number: JP10331017A
Authority: JP
Inventors: Kok Wai Chang; コク・ウェイ・チャン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 1999-08-10
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: US6043933A; EP0918246A1; DE69828369T2; JP4287522B2; EP0918246B1; DE69828369D1; EP1343044A1

Abstract

(57)【要約】【課題】光の偏光成分を個別に操作する分割光学素子
のコスト効率の高い製造方法を提供する。【解決手段】本発明の分割光学素子を製造する方法
は、光の偏光成分の操作に関して異なる光学的特性を備
える光学部材と接するように、並べて配置される多数の
光学部材を固定することを含む。好ましくは、光学部材
は、光学的に透明なエポキシにより透明な基板に固定さ
れ、また光学部材は、向かい合う向きのウォークオフ方
向を備えるウォークオフ結晶である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に伝搬する光
の偏光成分を操作するための光学素子に関するものであ
り、とりわけ分割光学素子の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】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適応性及び信頼性は、光サーキュ
レータ及び光アイソレータのようなアセンブリが利用可
能になることによって大幅に向上した。例えば、３ポー
トサーキュレータを用いることによって、２つの遠隔サ
イト間における双方向通信に単一ファイバを利用するこ
とが可能になる。非可逆性光学素子、すなわち異なる方
向に移動する光に別様に影響する素子を利用することに
よって、双方向ファイバは、入力ファイバと出力ファイ
バの両方に光学的に結合することが可能になる。非可逆
作用によって、逆方向の光ビームの「ウォークオフ」す
なわち空間変位に差が生じるので、入力ファイバ及び出
力ファイバは、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
バのみが含まれる。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、光学アセンブリでは、光を
偏光成分に分割し、偏光成分に対して非可逆作用を及ぼ
し、出力ファイバにおける出力に関する、偏光成分を再
結合する。この非可逆作用は、逆方向の光が入力ファイ
バとのアライメントがとれる見込みを低下させるように
設計されている。

【０００４】光サーキュレータ又はアイソレータを含む
システムはしばしば、平行ファイバの１つへもしくは１
つから、光学アセンブリを介して、伝搬するビームの偏
光成分に操作を加える光学素子のアセンブリの端部の１
つに関して平行な２つ以上のファイバを備えている。一
般にこうしたアセンブリにおける各素子は、２つの平行
ビームを別様に取り扱うように設計されたシステム内に
あっても、全ての偏光成分の光路内における単体部材で
ある。これによって、アセンブリ内において必要とされ
る光学素子の数がより増加し、そのためにファイバ間の
信号クロストークが強まる可能性がある。光サーキュレ
ータ又はアイソレータ内のクロストークは、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。信号クロストークの原因の１つは、アセ
ンブリ内の個々の光学素子からの後方反射である。

【０００５】単体光学素子に対する代替案として、光サ
ーキュレータ及びアイソレータには、分割光学素子が含
まれる場合もある。Kogaに対する米国特許第5,204,771
号には、分割光学素子を備える光サーキュレータの記載
がある。光学素子の一部は、可逆性時計廻り方向回転子
であり、その隣接部分は、可逆性反時計廻り方向回転子
である。入射光は、分割光学素子の直前の複屈折結晶板
によって２つの成分に分離される。結晶板は、一方の光
成分を可逆性時計廻り方向回転子に送り、もう一方の光
成分を反時計廻り方向回転子に送る。これによって、２
つの光成分を個別に、ただし同時に操作することが可能
になる。Kogaの特許には、単一光学素子に光成分の選択
的回転を可能にする４つの部分が備わった実施態様が含
まれている。Chengらに対する米国特許第5,471,340号に
は、分割された成分回転素子を備える光学アセンブリも
記載されている。この分割素子は、独立した偏光回転を
実現するように設計され、矩形素子部分を含んでいるの
で、Kogaの回転素子と同様である。

【０００６】1997年２月25日に提出され、本発明の譲受
人に譲渡された、Changらの米国特許出願第08/805,001
号には、分割偏光回転子の記載もある。ファラデー回転
子が、分割偏光回転子の後方側に位置する。入射ビーム
は、第１と第２の偏光成分に分割される。第１の偏光成
分が、分割偏光回転子の「正の片側」を通過し、反時計
廻り方向に45度だけ回転し、次にファラデー回転子によ
って引き起こされる45度の時計廻り方向の回転によって
もとの配向に戻される。一方第２の偏光成分は、分割偏
光回転子の「負の片側」を通過し、時計廻り方向に45度
だけ回転した後、ファラデー回転子によって、さらに45
度だけ時計廻り方向に回転することになる。このため、
第１の偏光成分の回転は、合計で０度になり、第２の偏
光成分の回転は、合計で90度になる。このChangの参考
文献には、分割偏光コンポーネントの製造方法について
記載がある。偏光成分を回転させるための所望の光学特
性を備えた一対の二分の一波長板ブロックが設けられ
る。ブロックは、それぞれ縦方向に等しい寸法になるよ
うに分割される。ブロックの１つからの片側には、適合
する接着剤の薄層が塗布され、もう１つのブロックから
の片側に接触させられる。接着剤が硬化すると、分割偏
光回転子が形成される。第２の分割偏光回転子は、２つ
のブロックの残された２つの片側を利用して形成するこ
とが可能である。この製造方法は、その意図する目的に
はうまく役立つが、このプロセスは労働集約的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、偏光
成分を個別に操作できるようにする分割光学素子のコス
ト効率の高い製造方法を提供することにある。本発明の
もう１つの目的は、偏光成分の個別空間分離を容易にす
る分割ウォークオフ素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】分割光学素子を一括して
製造する方法には、並べて配置された光学部材のグルー
プのアライメントをとって、各光学部材の少なくとも１
つの表面が、光の偏光成分の操作に関して異なる光学特
性を備える隣接光学部材の表面と接するようにすること
が含まれる。偏光成分の所望の操作は、偏光回転とする
ことが可能であるが、望ましい実施態様においては、そ
の操作は偏光成分の制御されたウォークオフである。こ
の望ましい実施態様では、隣接光学部材のウォークオフ
方向は逆方向である。

【０００９】光学部材は、バーとすることが可能であ
り、この場合接触表面は、両端のバー以外、各バーの縦
方向における向かい合う側面となる。バーは全て、ガラ
ス基板のような光学的に透明な薄い基板に対して固定さ
れる。光学部材を分割して、各々が異なる光学特性の２
つの部分を備える、個別分割光学素子を形成する、ダイ
シングステップの間、基板は光学部材を支持している。

【００１０】実際態様の１つでは、ダイシング手順が、
基板及び光学部材に第１と第２の一連の切断を施すこと
によって実施される。各光学部材は縦方向に切断される
ことによって、２つの等しいセグメントとなる。横方向
に第２の一連の切断を施すことによって、個別光学素子
が得られる。光学素子のそれぞれは、２つの寸法は等し
いが、光学特性は異なる２つの光学部材の部分を支持す
るガラス基板のセグメントを含む。ウォークオフ距離と
ウォークオフ結晶の厚さの間には直接的な関係があるの
で、２つの部分の厚さは意図される用途によって決ま
る。本実施態様の一例として、10mmの長さを備えた、ウ
ォークオフ結晶の30個のバーが、ウォークオフ方向が互
い違いのパターンをなすようにガラス基板にエポキシ樹
脂で接着される場合、縦方向に切断することにより、29
個の分割光学素子が得られ、さらに互いにエポキシ樹脂
で接着することによって、30番目の分割光学素子を形成
することが可能な２つの端部セグメントが得られる。所
望の長さが１mmの場合、30個の素子のそれぞれが横方向
のダイシングを施されることにより、基板に支持される
10個の個別分割素子が形成される。結果として、300個
の素子が製造される。

【００１１】もう１つの実施態様の場合、光学部材に対
する第１と第２の一連の切断は、隣接光学部材の界面に
対して鋭角をなす。例えば、バーの間の界面においての
み、＋45度及び−45度の切断を交差させることが可能で
ある。これらの切断によって形成される分割光学素子の
数は、バーの数に対して１：２の比になる。これは、切
断が界面に対して平行及び垂直をなす、第１の実施態様
によって得られる１：１の比に匹敵するが、この第２の
実施態様におけるバーの厚みは、第１の実施態様におけ
るバーの厚みの50％しか必要としない。

【００１２】基板に固定される光学素子が、互い違いの
ウォークオフ方向を有するウォークオフ結晶である場
合、及び界面に対して45度の角度で切断される場合、そ
の結果得られる分割光学素子は、斜めの分割に対して各
々平行である反対向きのウォークオフ方向を有する第１
と第２の部分に斜めに分割される素子となる。これらの
光学素子は、光サーキュレータ又はアイソレータ内にお
いて素子をアセンブルする際のアライメントプロセスを
容易にする。

【００１３】この製造プロセスでは、光学素子の一括形
成を可能にすることによって、分割光学素子の形成コス
トが低下する。鋸と結晶の間の精密アライメント回数を
従来の製造手順に必要とされるよりも少ない回数で、所
定の数の分割光学素子を製造することが可能になる。も
う１つの利点は、第２の実施態様によって、ファイバと
光学素子の間の精密アライメントが容易になるというこ
とである。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１及び２を参照すると、光学部
材12及び14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34
のアレイ10が、図示のように、基板36に固定されてい
る。製造手順の説明においてより十分に明らかになるよ
うに、隣接光学部材のセグメントを利用して、異なる光
学特性を示す第１と第２の部分を備える分割光学素子が
形成される。従ってアレイ10は、異なる光学特性を備え
た光学部材から構成されなければならない。アレイが２
つのタイプの光学部材（タイプ「ａ」及びタイプ
「ｂ」）を含むならば、望ましい実施態様では、各部材
の光学特性は、ａ、ｂ、ａ、ｂ・・・のパターンをなす
ようにして、両方の隣接部材から区別することが可能で
ある。しかしながらこの製造手順の用途によっては、全
ての隣接光学部材ではなく、隣接する対をなす光学部材
に互い違いのパターンを適用することが有効な場合もあ
る。この望ましさの点で劣る実施態様の場合、パターン
は、ａ、ｂ、ａ、ｂ・・・ではなく、ａ、ｂｂ、ａａ、
ｂｂ・・・になる。

【００１５】光学特性の相違は、厚み（Ｔ）方向に光学
部材12〜34を介して伝搬する少なくとも１つの偏光成分
の操作に関連している。この操作は、二分の一波長板を
用いて得られるような偏光回転とすることが可能であ
る。しかしながら望ましい実施態様の場合、光学部材は
ウォークオフ結晶である。ウォークオフ方向の互い違い
のパターンが、個別光学部材12〜34の上の矢印によって
示されている。

【００１６】ウォークオフ結晶を形成するための許容可
能な材料には、ルチル（二酸化チタンTiO₂）又はバナジ
ン酸イットリウム（YVO₄）がある。当該技術において周
知のように、ウォークオフ光学素子の厚みは、結晶を介
して伝搬中に特定のアライメントがとれる偏光成分の所
望の空間変位によって決定される。例えば0.0885mmのウ
ォークオフ離隔距離を実現するには、ルチル結晶は約0.
885mmの厚みにすればよい。

【００１７】光学部材12〜34の長さ（Ｌ）は、光学部材
の厚みＴによって決まるウォークオフ離隔距離に適応す
るのに十分であることが望ましい。この光学要件を超え
る、取扱いを容易にして十分な構造の完全性を得るのに
十分な長さと幅を与えることが実施上必要である。許容
可能な長さは、1.0mmであるが、図１の寸法Ｌは、所望
の長さの整数倍であることが望ましく、それによってか
なりの数の分割光学素子がアレイ10から形成される。長
さが20mmのウォークオフ結晶バーは市販されている。ア
レイから形成される各分割光学素子の所望の長さが1.0m
mであれば、図１の結晶バーの長さは、10.0mm（すなわ
ち、Ｌ＝10.0mm）とすることができ、30個の結晶バーが
存在する場合、アレイを９回切断することによって、全
部で300個の分割光学素子が得られる。この生産量を実
現するため、バーの横方向に９回の切断が行われる。こ
の９回の切断が、図２の点線38及び40、42、44、46、4
8、50、52、54によって示されている。各バーの幅Ｗ
は、９回の切断後、長さとほぼ同じになるようにするこ
とができる。すなわち幅を1.0mmにすることが可能であ
る。しかしながら光学材料のバーの幾何学寸法は、製作
手順にとって重大な事項ではない。

【００１８】基板36は、薄い光学的に透明な材料から形
成される。基板は、厚みが約100μmのガラススライドと
することができる。光学部材12〜34は、光学的に透明な
エポキシによって基板に固定される。光サーキュレータ
又はアイソレータ内の隣接する光学素子を接着によって
固定するための既知のエポキシが、光学部材12〜34をガ
ラス基板に固定するのに使用することができる。ルチル
は、屈折率が約2.4であり、当該技術において用いられ
る光学的に透明なエポキシは、屈折率が約1.52であるた
め、光学部材の下部表面には、界面における屈折率の不
整合を軽減することによって性能を向上させるため、反
射防止コーティングを施すことが望ましい。各光学部材
の上部表面に反射防止コーティングを施すことも望まし
い。許容可能な反射防止コーティングは、多層の互い違
いのパターンをなす二酸化珪素（SiO₂）の層と二酸化チ
タン（TiO₂）の層である。

【００１９】隣接光学部材の側面と接する光学部材12〜
34の側面は、光学的に研磨されていることが望ましい。
この研磨によって、近接して隔置される光ファイバに対
する分割光学素子の精密なアライメントを可能にする、
平滑な表面が得られる。２つのファイバ間の中心間距離
が約125μmといった場合もあるので、分割光学素子の接
触表面に引っかき傷があれば、光サーキュレータ又はア
イソレータのような装置の性能に悪影響を及ぼすことが
ある。

【００２０】図２における横方向の切断38〜54に加え
て、各光学部材12〜34は、縦方向に等しく分割される。
図３におけるアレイ10の端面図を参照すると、縦方向の
切断56及び58、60、62、64、66が、それぞれ光学部材12
及び14、16、18、20、22の分割として示されている。図
２の点線によって、部分的な縦方向の切断56〜66並びに
68及び68、70、72、74、76、78が示されている。ダイシ
ング手順は、当該技術において周知のように、ダイシン
グソーを用いて実施することができる。しかしながら劈
開のような、光学部材を分割するための他の手段を用い
ることもできる。

【００２１】横方向の切断38〜54と縦方向の切断57〜78
の順序は、本発明にとって重大な事項ではない。しかし
ながら縦方向の切断を最初に行うほうが材料の取扱い上
有利であろう。

【００２２】切断38〜54及び56〜78のそれぞれは、ガラ
ス基板３６を貫いて行われる。図３において最もよく分
かるように、各縦方向の切断56〜66によって、光学部材
12〜22の１つが２つの等しいセグメント「ａ」及び
「ｂ」に分割される。しかしながらガラス基板36は、光
学部材の１つの各セグメント「ｂ」と、それに接する光
学部材のセグメント「ａ」との界面においてもとのまま
である。例えば１つの分割光学部材が、12ｂ及び14ａの
組み合わせから形成され、一方第２の分割光学部材が、
14ｂ及び16ａの組み合わせによって形成される。これら
２つの分割光学素子80及び82の平面図が、図４に示され
ている。30個の光学部材12〜34があり、９回の横方向の
切断38〜54が行われると、この製造手順によって、光学
素子 80と同じ光学素子が150個生じ、光学素子82と同
じ光学素子が150個生じることになる。この生産量は、
第１の光学部材12の端部セグメント12ａをアレイ内の最
後の光学素子34の端部セグメントに接着することが必要
になる。望ましい実施態様においては、他のセグメント
を互いに接着して、分割光学素子を形成することはな
い。それどころかセグメントは、ガラス基板によって接
続される。

【００２３】図４における２つの分割光学素子80及び82
のそれぞれには、異なる光学特性を示す２つの部分が存
在する。図２の隣接光学部材がウォークオフ結晶である
実施態様においては、製造される分割光学素子80及び82
は、向かい合う方向の空間変位を有することになる。従
って光学素子80が、セグメント12ｂと第１の光ファイバ
のアライメントがとれように配置され、セグメント14ａ
と第２の光ファイバのアライメントがとれるように配置
される場合、２つのファイバから出力されたビームの適
正な配向を施される偏光成分は、同時ではあるが、個別
に操作を加えられることになる。

【００２４】図５及び６には、製造方法のもう１つの実
施態様が示されている。光学部材86及び88、90、92、9
4、96、98、100、102、104、106、108のアレイ84は、一
般に図１及び２の光学部材とほぼ同等であるが、幅Ｗが
図１の約１／２である。幅の50％の短縮と、ガラス基板
110上の光学部材の数を２倍とすることを組み合わせる
ことによって、図１〜４の手順に関連して説明したのと
同じ数の光学素子が生じることになる。図１〜４の製造
の説明において示された例には、それぞれ1.0mmの幅Ｗ
を備えた、30個の光学部材56〜78が含まれていた。図５
のガラス基板110が、図２の基板36と全く同じ寸法であ
れば、基板110に、それぞれ0.5mmの幅を備えた60個の光
学部材86〜108が含まれている場合、同じ数（ｎ＝300）
の分割光学素子を形成することができる。

【００２５】分割光学素子を形成するための所望の切断
が、図５の点線112及び114によって示されている。一連
の切断112は、互いに平行であり、隣接光学部材86〜108
間の界面に対して鋭角をなしている。一連の切断114も
また互いに平行である。光学部材86と光学部材88の間の
界面116に関して、切断112のそれぞれは、この界面に対
し＋45度の角度をなすとみなすことができ、一方切断11
4は、−45度の角度をなすとみなすことができる。図６
を参照すると、この方法に従って製造された分割光学素
子118及び120は、それぞれ適正にアライメントのとれた
偏光成分に関して向かい合う方向の空間変位を生じる、
第１の部分121及び122と第２の部分123及び124が含まれ
ることになる。

【００２６】図２〜４の手順と図５及び６の手順との間
の類似点は、２つの手順のダイシングステップ後、製造
される分割光学素子の第１と第２の部分が、光学部材が
固定されているガラス基板のセグメントによって、互い
に所定位置に保持されることにある。もう１つの類似点
は、第１と第２の部分が、どちらも２つの部分の界面に
対して平行であり、反対方向に向くウォークオフ方向を
有していることである。しかしながら図４の分割光学素
子80及び82と図６の分割光学素子118及び120の間の重要
な相違点は、光学素子118及び120の側部が、ウォークオ
フ方向に対して平行ではないということである。図６の
実施態様においては、ウォークオフ方向は、ソーエッジ
に対して±45度である。より詳細に後述するように、斜
めの界面116及び126を備える分割光学素子118及び120を
利用して、偏光の混合を実現することが可能である。

【００２７】図７及び８を参照すると、分割光学素子11
8及び120を光学アセンブリ128に利用することによっ
て、偏光の混合が生じる。このアセンブリは、図示のよ
うに、前方端に平行な第１と第３の光ファイバ130及び1
32を備え、後方端に第２の光ファイバ131を備えてい
る。図１の実施態様においては、該アセンブリは、第１
の光ファイバ130からの入力ビームが、種々の光学素子
を通って伝搬し、第２の光ファイバ131を介して出力さ
れ、一方第２の光ファイバからの入力信号が第３の光フ
ァイバ132を介して出力される、光サーキュレータであ
る。しかしながら光ファイバ間における光学結合の他の
全ての可能性は、光ファイバからのビームの偏光成分に
対する種々の素子の働きによって阻止される。

【００２８】図７及び８の実施態様において、アセンブ
リ128の前方端における最初の２つの光学素子118及び12
0が、偏光ミキサ134を形成している。光学素子118及び1
20は、図６の分割光学素子である。図９〜20に関連して
さらに詳細に後述するように、第１と第３の光ファイバ
130及び132からの光ビームが偏光ミキサ134を通って順
方向に伝搬することによって、それぞれ光ファイバ132
のビームからの１つの偏光成分と、光ファイバ131から
の１つの偏光成分を有する、２つの光ビームが生じるこ
とになる。この偏光成分の「混合」は、アセンブリ128
における第３と第４の光学素子136及び138によって形成
される偏光コンバイナ（combinor）135の準備をする。
偏光コンバイナは、第１の光ファイバ130からの第１の
光ビームの２つの偏光成分を再合流させ、第３の光ファ
イバ132からの第３の光ビームの２つの偏光成分を再合
流が施された第１の光ビームの両側にシフトさせる。次
に、この偏光成分の配置によって、さらに詳細に後述す
ることになる２段光アイソレータアレイ139に関する所
望の配向が設定される。アセンブリ128の光学素子が組
み合わせられて、高性能で、コスト効率の高い光サーキ
ュレータが形成される。

【００２９】図８に最もよく示されているように、偏光
ミキサ134を形成する光学素子118及び120は、斜めに分
割されて、上方部分122及び123と下方部分121及び124を
なす、分割光学部材である。第１の光学素子118の上方
部分と下方部分の界面116は、第２の光学素子120の上方
部分と下方部分の界面126に対して垂直である。この４
つの部分のそれぞれは、ウォークオフ結晶から形成され
ており、２つの光学素子のそれぞれの２つの部分は、向
かい合うウォークオフ方向を備える。ウォークオフ方向
は、図８の４つの部分121〜124において矢印によって表
示されている。

【００３０】偏光コンバイナ135の２つの光学素子136及
び138も、ウォークオフ結晶から形成される。このウォ
ークオフ方向は、互いに垂直であるが、アセンブリ128
の同じ側面の表面に向けられている。当該技術において
周知のように、ウォークオフ結晶を形成するための共通
材料は、ルチル（二酸化チタン−TiO₂）及びバナジン酸
イットリウム（YVO₄）である。より大きい屈折率が得ら
れることから、望ましい材料はルチルである。ウォーク
オフ離隔距離１mm毎に対して、ルチル結晶は約10.0mmの
厚みを備えていなければならない。図７及び８の実施態
様において、第１及び第３の光ファイバ130及び132のコ
ア間ピッチが250μmであれば、望ましいウォークオフ距
離は、ピッチの１／２の√２倍とすることができる。従
って光学素子118及び120、136、138のそれぞれの厚み
は、√２×125μm＝177μmのウォークオフ距離が得られ
るように選択するのが望ましい。

【００３１】ウォークオフ結晶138の背面に位置する光
学素子140は、偏光回転を生じる二分の一波長板であ
る。二分の一波長板の光軸は垂直に対して22.5度である
ため、偏光状態の回転は45度になる。二分の一波長板
は、当該技術において周知のところである。

【００３２】前述のように、後続の光学素子によって、
２段アイソレータアレイ139が得られる。アレイ内の第
１の光学素子142は、125μmの空間変位を生じる厚みを
有することが可能なウォークオフ素子であるが、このウ
ォークオフ距離は、本発明にとって重要な事項ではな
い。ウォークオフ方向は、図８の矢印によって示される
ように上方に向かう。

【００３３】２段光アイソレータアレイ139は、一対の
ウォークオフ結晶146及び148を間に挟んだ、２つのファ
ラデー回転子144及び150を含む。ファラデー回転子のそ
れぞれは、ビームの偏光成分を45度回転させる。順方向
において、ファラデー回転子は、矢印で示されるよう
に、反時計廻り方向の回転を生じさせる。ウォークオフ
結晶146及び148は、上述の望ましい実施態様の場合、17
7μmの空間変位を生じる厚みを備えることができる。ウ
ォークオフ方向は、互いに垂直であるが、主たる指向性
成分は、図７及び８において明らかなように、アセンブ
リ128の遠位の側面に向かっている。２段アイソレータ
アレイ139の最後の光学素子152は、ウォークオフ方向が
下方に向かい、ウォークオフ距離が125μmのウォークオ
フ結晶である。厚みは、前述のように所望のウォークオ
フ距離によって決まる。

【００３４】２段光アイソレータアレイ139には、第１
の光ファイバ130からの出力ビームを、そのビームを出
力することになる第２の光ファイバ131に収束させるた
めに用いられる、結像レンズ154が後続する。光ファイ
バ130及び131、132の全てが、熱拡大コア（ＴＥＣ）フ
ァイバであれば、レンズ154は、１対１の結像レンズで
ある。しかしながら第１の光ファイバ130がＴＥＣファ
イバで、第２の光ファイバ131が従来の単一モードファ
イバである実施態様の場合、レンズは４対１の結像レン
ズとすることができる。このレンズは、光学アセンブリ
128の通過時に発散する、第１の光ファイバ130からの第
１のビームの偏光成分を再収束させる。レンズの焦点距
離は、第２の光ファイバ131に対する第１のビームのイ
メージ形成に基づいて選択される。

【００３５】図９〜20には、図７の第１と第２の光ファ
イバ130と131から順方向に伝搬する第１と第２の光ビー
ムの偏光成分が示されている。12枚の図のそれぞれは、
図８の12個のコンポーネントの各々の前面における偏光
成分の位置を示している。図９においては、第１の光フ
ァイバの光学軸が、２つの分割光学素子118及び120によ
って画定される偏光ミキサ134の前面における、第１の
ポート156、すなわちウィンドウを限定する。第１のビー
ムの直交偏光成分158及び160は、図９に太い黒線として
例示されている。これに対し、第３の光ファイバからの
第３のビームの偏光成分162及び164は、分割光学素子11
8の前面におけるウィンドウ166を画定する。

【００３６】第１のビームの光軸は、第１の分割光学素
子118の下方部分121とアライメントがとられ、一方第３
のビームの光軸は、上方部分123とアライメントがとら
れる。上方部分及び下方部分のウォークオフ作用（ウォ
ークオフ方向は図９に矢印で示される）の結果として、
順方向に伝搬する４つの偏光成分158〜164が、第２の分
割光学素子120の前面に達すると、図10に示すように、
第１の偏光成分158及び第３の偏光成分162は位置168及
び170にシフトされる。第２の偏光成分160及び第４の偏
光成分164は、偏光ミキサ134内において第２の光学素子
120の上方部分122及び下方部分124のウォークオフ方向
とアライメントがとれる。従って２つの部分122及び124
のウォークオフ作用によって、第２と第４の偏光成分は
２つのシフト位置168及び170にウォークオフする。この
４つの偏光成分の配向は、上述の偏光コンバイナを形成
する対をなすウォークオフ結晶の第１のブロックである
ウォークオフ結晶136の前面において生じる。この配向
は図11に示されている。

【００３７】図９及び11を比較すると、２つの光学素子
118及び120によって形成される偏光ミキサが、第１のポ
ート156からの１つの偏光成分158と第２のポート166か
らの１つの偏光成分164を組み合わせ、残り２つの偏光
成分もまた組み合わせられる。「混合」偏光成分は、図
11にシフト位置168及び170によって表示される順方向伝
搬光路上に位置する。

【００３８】偏光コンバイナの前方光学素子136のウォ
ークオフ作用は、図12に示すように、第１の偏光成分15
8をシフトして、ウィンドウ156の位置に戻し、第３の偏
光成分162を位置172にシフトする。

【００３９】図13は、偏光コンバイナの第２の光学素子
138が第２と第４の偏光成分160及び164をシフトさせた
後の、４つの偏光成分158〜164を示す。ウィンドウ156
からの入力ビームを形成する第１と第２の偏光成分158
及び160は、図９のもとの位置の戻されるが、ウィンド
ウ166に元のビームを形成された第３と第４の偏光成分1
62と164は、ウィンドウ156の両側に位置し、互いに元の
ウィンドウ156と166の間の離隔距離を超える距離だけ分
離される、位置172と174にある。

【００４０】４つの偏光成分158〜164は、二分の一波長
板140の作用によって所定位置に回転される。二分の一
波長板の利用は、当該技術において周知のところであ
る。図14は、元のウィンドウ156及びシフト位置172及び
174における４つの偏光成分の回転アライメント方向が
示されている。次に第４の偏光成分が、図８の２段光ア
イソレータアレイ139に導入される。

【００４１】２段光アイソレータアレイ139の第１の光
学素子142は、ウォークオフ方向が上方を向くウォーク
オフ結晶である。この結果、垂直方向の配向が施された
第２と第４の偏光成分160及び164が上方にシフトして、
図15の位置176及び178につくことになる。前述のよう
に、ウォークオフ結晶142の厚みは、既に遭遇したウォ
ークオフ結晶の厚みよりも薄い。例えば結晶136及び138
の厚みは、それぞれ10×√２ａとし、一方結晶142の厚
みは、約10ａとすることが可能性であるが、ここで
「ａ」は２つのウィンドウ156と166の間のピッチの１／
２である。実施態様の１つでは、ａの値は125μmである
ため、ウォークオフ結晶136及び138は、それぞれ約1770
μmになり、ウォークオフ結晶142の厚みは、約1250μm
になる。しかしながらａの値は、本発明にとって重要な
事項ではない。

【００４２】図15のファラデー回転子144によって、４
つの偏光成分158〜164は45度回転されて、図16に示す偏
光の配向が得られる。ウォークオフ結晶146は、第１と
第３の偏光成分158及び162の位置を、それぞれ位置180
及び182にシフトする。これによって、ウィンドウ156に
入射したビームの２つの偏光成分158及び160が、一時的
に図17に示すように並んで配置される。しかしながら対
となる第２のウォークオフ結晶148は、第２と第４の偏
光成分を、さらに図18に示す位置184及び186にシフトす
る。

【００４３】第２のファラデー回転子150は、全ての４
つの偏光成分158〜164の偏光配向を回転させるので、偏
光成分は、ウォークオフ結晶152の前面に達すると、図1
9に示すような配向になる。結晶152のウォークオフ方向
は下方に向いている。従って第１と第３の偏光成分158
及び162は、結晶152の厚みによって決まる距離だけ変位
する。厚みが約1250μmのルチル結晶の場合、下方シフ
トは約ａ＝125μmに等しい。第３の偏光成分162は位置1
88にシフトする。第１の偏光成分は位置184にシフトす
るが、これは図７に関連して既述の第２の光ファイバ13
1の光軸に対応する。従って第１の光ファイバ130によっ
て画定されたウィンドウ156（図９参照）に入力された
偏光成分158及び160は、第２の光ファイバ131のための
出力信号になる。結像レンズ154は、イメージを第２の
光ファイバに収束させる。一方第３の光ファイバからウ
ィンドウ166（図９参照）に入力された２つの偏光成分1
62及び164は、図20の位置186及び188によって示される
ように、互いに分離され、かつ第２のファイバを通る出
力から分離される。

【００４４】図21〜32には、第２の光ファイバ131から
第３の光ファイバ132への逆方向の伝搬が示されてい
る。前述のように、図21の位置184は、第２の光ファイ
バに対する信号入力及び第２の光ファイバからの信号出
力のためのポートに対応する。図21において、偏光成分
190及び192は、第２の光ファイバからの入力ビームの成
分として示されている。図９〜20における順方向に伝搬
するビームの偏光成分と区別するため、第２の光ファイ
バからの入力ビームの偏光成分は、第５及び第６の偏光
成分190及び192と呼ぶことにする。

【００４５】結像レンズ154は、第５と第６の偏光成分
を、図22に示すように、配向又は位置に影響を及ぼすこ
となく、ウォークオフ結晶152の背面まで通過させる。
しかしながらウォークオフ結晶152は、第５の偏光成分
を上方へシフトし、図23のファラデー回転子150の背面
に示す位置180に位置させる。ファラデー回転子によっ
て、偏光成分が45度回転し、ウォークオフ結晶148の背
面において図24に示すアライメントがとれる。

【００４６】ウォークオフ結晶148は、第６の偏光成分1
92を図25の位置178に変位する。次に逆方向に伝搬する
ビーム成分が図26のファラデー回転子144の背面に達す
ると、対となるもう１つのウォークオフ結晶146は、第
５の偏光成分190を位置172にシフトする。ファラデー回
転子は、ウォークオフ結晶142の背面において図27に示
す配向にまで、２つの偏光成分190及び192の反時計廻り
方向の回転を開始する。

【００４７】図28において、第６の偏光成分192は、ウ
ォークオフ結晶142の作用によって下方に変位してい
る。二分の一波長板140は、２つの偏光成分190及び192
を回転し、図29に示す配向させる。図29は、図８の二分
の一波長板140と偏光コンバイナ135との間の界面を示
す。偏光コンバイナと二分の一波長板との間のこの界面
は、図13においても、順方向に伝搬する偏光成分に関し
て示されている。図29と図13を比較すると明らかなよう
に、第３の光ファイバ132からのビームの第３と第４の
偏光成分は、第２の光ファイバ131からの逆方向に伝搬
するビームの第５と第６の偏光成分190及び192と位置及
び配向が同じである。すぐに後述するように、最後の４
つの光学素子138及び136、120、118は、図９〜15に関連
して説明した作用と逆の作用をする。従って逆方向に伝
搬する偏光成分190及び192は、第３の光ファイバ132に
達し、出力される。

【００４８】偏光コンバイナ対135における第１のウォ
ークオフ結晶136は、対となる第２のウォークオフ結晶1
38の背面に達すると、図30に示すように、第６の偏光成
分192を位置170にシフトする。結晶136は、偏光成分が
図８に関連して解説した偏光ミキサ対134の背面に達す
ると、第５の偏光成分190を図31の位置168にシフトす
る。

【００４９】後方分割光学素子120の上方部分122は、第
５の偏光成分190に影響を及ぼすことはないが、下方部
分124は、図32に示すように、第６の偏光成分192を第３
の光ファイバのウィンドウ166に変位させる。図面には
示されていないが、次に分割光学素子118の上方部分123
は、第３の光ファイバに沿って２つのビーム成分が出力
されるウィンドウ166とのアライメントがとれる位置
に、第５の偏光成分190をシフトする。

【００５０】図７〜32を参照すると、アセンブリ128
は、第１の光ファイバ130を第２の光ファイバ131に光学
的に結合して、また第２の光ファイバ131を第３の光フ
ァイバ132に光学的に結合するが、光ファイバをスプリ
アス伝送から分離する。

【００５１】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。

【００５２】１．光学素子（80及び82；118及び120）
の製造方法であって：並べて配置された３つ以上の光学
部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及
び34；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、1
06及び108）のアライメントをとって、各光学部材の少
なくとも１つの表面が前記配置における隣接光学部材の
表面と接するようにし、かつ前記隣接光学部材が、前記
接する表面と平行な方向に伝搬する光の偏光成分（15
8、160、162及び164）の操作に関して異なる光学特性を
備えるようにするステップと；前記光学部材を分割して
（56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76及び7
8；及び112及び114）、複数の個別光学素子を形成し
て、各光学素子が２つの隣接光学部材のそれぞれからの
セグメント（12ａ、12ｂ、14ａ、14ｂ、16ａ、16ｂ、18
ａ、18ｂ、20ａ、20ｂ、22ａ；及び121、122、121及び1
24）を含むようにし、これによって第１の光学特性を備
える第１の部分と、偏光成分の操作に関して、前記第１
の光学特性とは異なる第２の光学特性を備える第２の部
分を含む、前記各光学素子が形成されるステップと；が
含まれていることを特徴とする方法。

【００５３】２．前記光学部材のアライメントをとる
前記ステップが、透明基板（36；及び110）に対して複
数のウォークオフ結晶（12、14、16、18、20、22、24、
26、28、30、32及び34；86、88、90、92、94、96、98、
100、102、104、106及び108）を固定して、前記光学部
材が、縦方向に沿って接して、奇数番目の結晶のウォー
クオフ方向が偶数番目の結晶のウォークオフ方向と向か
い合うパターンが形成されるようにするステップであ
る、１項記載の方法。

【００５４】３．前記光学部材（12、14、16、18、2
0、22、24、26、28、30、32及び34）を分割する前記ス
テップ（56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76
及び78）が、前記ウォークオフ結晶のそれぞれを前記縦
方向に対して平行なダイシングを施すことを含み、それ
によって前記奇数番目の結晶の１つのセグメント（12ｂ
及び14ｂ）及び前記偶数番目の結晶の１つのセグメント
（14ａ及び16ａ）を支持する前記透明基板の領域を含む
ように、各光学素子（80及び82）が形成される、２項記
載の方法。

【００５５】４．さらに前記光学部材を分割する前記
ステップが、前記ウォークオフ結晶（12、14、16、18、
20、22、24、26、28、30、32及び34）のそれぞれ及び前
記透明基板（36）を、前記縦方向に対して垂直なダイシ
ングを施すことによって、前記配置において各対をなす
奇数番号及び偶数番号の結晶から複数の前記光学素子
（80及び82）が形成される、３項記載の方法。

【００５６】５．光学部材（86、88、90、92、94、9
6、98、100、102、104、106及び108）の前記配置が、互
い違いのウォークオフ方向を備える接触ウォークオフ結
晶のパターンをなし、前記光学部材の前記分割ステップ
が、前記光学部材の配置を垂直な第１の一連の切断及び
第２の一連の切断によりダイシングを施すことを含み、
該第１の一連の切断が該第２の一連の切断と前記隣接光
学部材の前記接触表面の界面（116及び126）においての
み、これによって前記ウォークオフ方向に対して鋭角を
なし、かつ前記界面に対して平行である側部を備える前
記光学素子（118及び120）が形成される、１項記載の方
法。

【００５７】６．前記光学部材（12、14、16、18、2
0、22、24、26、28、30、32及び34；86、88、90、92、9
4、96、98、100、102、104、106及び108）のアライメン
トをとる前記ステップが、透明基板（36；及び110）に
対して前記光学部材を固定して、前記光学部材が隣接光
学部材に接するようにする、１項記載の方法。

【００５８】７．前記基板が、ガラス基板（36）であ
り、前記光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、
28、30、32及び34）がバーであり、前記光学部材の前記
分割ステップが、前記バーに対して縦方向と横方向の両
方向にダイシングを施して、複数の個別光学素子（80及
び82）を形成することを含む、６項記載の方法。

【００５９】８．前記光学部材のアライメントをとる
前記ステップが、光学的に透明なエポキシを利用して、
前記光学部材を前記基板（36；及び110）に固定するこ
とを含み、前記光学部材がウォークオフ結晶であること
を特徴とする、６項又は７項記載の方法。

【００６０】９．光学素子（80及び82；118及び120）
が：透明基板（36；110）と；前記透明基板に取り付け
られる第１の光学部材（12ｂ及び14ｂ；121及び124）
と、該第１の光学部材が、前記透明基板と該第１の光学
部材を通る第１の光路に沿って伝搬する光の偏光成分の
操作に関して、第１の光学特性を有することと；前記第
１の光学部材と並べて配置して前記透明基板に取り付け
られる第２の光学部材（14ａ及び16ａ；120及び123）
と、該第２の光学部材が、前記透明基板と該第２の光学
部材を通る第２の光路に沿って伝搬する光の偏光成分の
操作に関して、第２の光学特性を有することと、該第２
の光学特性が前記第１の光学特性とは異なることと；を
含むことを特徴とする光学素子。

【００６１】１０．前記第１の光学部材（12ｂ及び14
ｂ；121及び124）と前記第２の光学部材（14ａ及び16
ａ；120及び123）の表面が、接着剤のない界面に沿って
接する、９項記載の光学素子。

【００６２】

【発明の効果】分割光学素子（80及び82；118及び120）
を製造する方法には、光の偏光成分（158及び160、16
2、164）の操作に関して異なる光学的特性を備える光学
部材と接するように、並べて配置される多数の光学部材
（12及び14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、3
4；86及び88、90、92、94、96、98、100、102、104、10
6、108）を固定することを含む。好適な実施例において
は、光学部材は、光学的に透明なエポキシにより透明な
基板（36；及び110）に固定され、光学部材は、向かい
合う向きのウォークオフ方向を備えるウォークオフ結晶
である。光学部材の配置は、分離されて、透明基板の部
分に支持される第１及び第２の部分（12ｂ及び14ａ、14
ｂ、16ａ）を含む個別の光学素子を形成する。第１及び
第２の部分は、偏光成分を操作することに関して異なる
光学的特性を示す。一実施例において、光学部材の配置
は、第１の一連の切断（56及び58、60、62、64、66、6
8、70、72、74、76、78）において光学部材を縦方向に
ダイシングによって分離し、第２の一連の切断（38及び
40、42、44、46、48、50、52、54）において光学部材を
横方向にダイシングによって分離される。第２の実施例
においては、第１及び第２の一連の切断（112及び114）
はどちらも、隣接する光学部材間の界面（116及び126）
に鋭角をなし、光学素子の第１及び第２の部分の向かい
合う向きのウォークオフ方向が、第１及び第２の部分間
の界面において平行であるが、光学素子の側面に対して
鋭角である、光学素子を製造する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による分割光学素子の１つの部分を製造
するための光学部材の透視図である。

【図２】ウォークオフ方向が互い違いのパターンをな
し、本発明の実施態様の１つによる光学部材の分割が点
線で表示される、光学部材のアレイの透視図である。

【図３】点線で光学部材の縦方向のダイシングを表し
た、図２のアレイの一部に関する端面図である。

【図４】図２及び３に表示の点線に沿った光学部材のダ
イシングによって形成される２つの分割光学素子の平面
図である。

【図５】点線で本発明の第２の実施態様による所望の切
断を示す、光学部材のアレイの透視図である。

【図６】図５の点線に沿った光学部材のダイシングによ
って形成される２つの分割光学素子の平面図である。

【図７】図５及び６の実施態様に従って製造される分割
光学素子を利用する光学アセンブリの実施態様の１つに
関する透視図である。

【図８】図７の光学アセンブリの透視分解図である。

【図９】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中
に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１０】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１１】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１２】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１３】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１４】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１５】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１６】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１７】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１８】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図１９】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２０】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２１】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２２】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２３】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２４】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２５】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２６】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２７】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２８】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図２９】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図３０】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図３１】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【図３２】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬
中に、偏光成分に施される作用を示す図である。

【符号の説明】

10
アレイ 12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34
光学部材 36
基板 38、40、42、44、46、48、50、52、54
横方向切断面 56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78
縦方向切断面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学素子（80及び82；118及び120）の製
造方法であって：並べて配置された３つ以上の光学部材
（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び3
4；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106
及び108）のアライメントをとって、各光学部材の少な
くとも１つの表面が前記配置における隣接光学部材の表
面と接するようにし、かつ前記隣接光学部材が、前記接
する表面と平行な方向に伝搬する光の偏光成分（158、1
60、162及び164）の操作に関して異なる光学特性を備え
るようにするステップと；前記光学部材を分割して（5
6、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76及び78；
及び112及び114）、複数の個別光学素子を形成して、各
光学素子が２つの隣接光学部材のそれぞれからのセグメ
ント（12ａ、12ｂ、14ａ、14ｂ、16ａ、16ｂ、18ａ、18
ｂ、20ａ、20ｂ、22ａ；及び121、122、121及び124）を
含むようにし、これによって第１の光学特性を備える第
１の部分と、偏光成分の操作に関して、前記第１の光学
特性とは異なる第２の光学特性を備える第２の部分を含
む、前記各光学素子が形成されるステップと；が含まれ
ていることを特徴とする方法。