JPS5897001A - 偏光光伝送体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、偏光面保存特性を有する例えば光ファイバー
などの偏光光伝導体に関するものである。

近年、発光素子、光ファイバー、受光素子等のオプトエ
レクトロニクス素子の発達に伴なって、例えば光ファイ
バーを情報の伝送路として用い、光を用いた計測装置や
通信システムが急速に開発されつつある。このような光
を情報の担体として使用する用途に於いては、光の情報
を正確に伝達するために、光の偏光面を保存したまま導
光することが要求されることが少なくない。既にこの用
途のために、主として（ａ）光ファイバーのコアの断面
形状を楕円形とし、長袖と短軸の長さを変える楕円コア
型法、（ｂ）光ファイバーのクラッド層を楕円状にして
、これとサポート間の熱膨張率の差により生じる機械的
な歪をコアに加えて、コア内にクラッド層の長袖方向と
短軸方向との屈折率を異ならせる楕円クラッド型法、（
ｃ）円形断面のコアの外をとりまくクラッド層を楕円と
し、楕円の短−軸の長さをコアの直径に近づけて、この
方向でのクラッド層を光の波長よりも薄くすることに７
より、この方向に電界の波面を有する光をクラッド層外
に漏らして減衰させることによって、偏向面を一定方向
に維持する方法の３つが開発されている。然しながら、
この何れの方法に於いても、ファイバーの製作時に楕円
形の断面を有するようにガラスファイバーを引かねばな
らず、高い寸法精度４が要求され、これが一つの難点と
なっている。又、このような楕円ファイバーの使用に当
っては、ファイバーの中間部に於ける光軸に垂直な面内
での捻れが障害となることもある。更にこのような光フ
ァイバーの断面形状の楕円変形による偏波面保存の方法
では、必要に応じて偏波面を変える制御手段がなく、用
途を狭く制限していることになる。

本発明の目的は、これらの欠点を除去し、例えば光伝送
部の製作時に於ける断面形状の均一性を高め、かつ生産
を容易化するために、光伝送１の周囲に複屈折特性を有
する材料を囲繞して偏波面の保存を可能とする偏光光伝
送体を提供することにあり、その要旨は、光を伝播する
透明体から成る伝送部の周囲を、該伝送部の伝送方向と
垂直な断面内で直交する２方向にそれぞれ偏波面を有す
る光に対して屈折率が異なる複屈折材料で囲繞し、該材
料の両屈折率のうち少なくとも一方は伝送体の屈折率よ
りも小さくすることを特徴とするものである。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

＄１図に於いて、１は光ファイバーであり、そ　　−の
中心部には光を伝送するコア２が存在し、その周囲には
コア２内の光の漏れを防止するために設けられたコア２
よりも屈折率の小さな所謂クラッド層３が設けられてい
る。この通常の光ファイバーではコア２とクラッド層３
との相対的な屈折率の関係で、光は全反射を繰り返しな
がらコア２内を伝播することになる。本発明に於いては
この光１アイバーの一部分に、例えば、ｌｏｃｍ程度の
長さに渡ってクラッド層３の代りに、特定の方向に偏波
面を有する光のみが通過できる偏波面保存特性を附与す
るための特殊クラッド層４が設けられている。この特殊
クラッド層４は、第２図に屈折率特性として示すように
光ファイバーｌの軸方向をＸ方向とすると、このＸ方向
に垂直な断面内で、２方向に偏波面を有する光に対し屈
折率がｎ（ｚ）、これと直交するＸ方向に偏波面を有す
る光に対してはれ（りのように、両方向で屈折率が異な
る屈折率楕円体を形成している所謂複屈折材料である。

このような複屈折率材料としては、方解石や水晶を始め
多くの結晶が知られているが、第１図に示すようにコア
２を中心にして、これと密着する形で特殊クラフト層４
の結晶を成長させるためには、この結晶の融点が光ファ
イバー１の軟化点よりも低くなければならない。このよ
うな要求を満たす結晶としては、例えばチリ硝石（Ｎａ
ＮＯ３）　。

アントラセンなど幾つかの結晶が知られている。

この特殊クラッド層４は前述の結晶を融液から成長させ
る際に、その結晶方位を所定の方向に向けて成長させれ
ば第２図に示すように光ファイバー１の軸に垂直の面内
に於いて所定の複屈折が生ずるようにすることが可能で
ある。第３図はその製造法を例示するものであり、クラ
ッド層３の一部をフッ酸で除去した後に、クラッド層３
の片側に薄板から成る雲母板５を配置し、他の面にガラ
スや白金などの外囲を造り、この内部にチリ硝石の粒を
入れて約３８０℃以上に加熱し、これを溶融させた後に
、雲母板５側が稍々低温となるようにしながら、全体の
温度を徐々に冷却してゆくと、コア２をその内部に取込
んだまま雲母板５に垂直な方向に２軸を有するチリ硝石
の単結晶ができる。この単結晶はＺ軸方向に偏波面を有
する光に対する屈折率ｎ（ｚ）が、これと直交するｘ、
ｙ軸方向に偏波面を有する光に対する屈折率ｎ（ｘ）、
ｎ（ｙ）よりも低いので、特殊クラッド層４に於いて光
ファイバーｌの軸に垂直な断面内で第２図に示すような
屈折率楕円面を生ずる。コア２の屈折率ｎ　（’ｃ　）
は、このｎ（ｚ）と１１（Ｘ）の中間の値にとっである
とすれば、ｚ軸方向に偏波面を有する光に対しては屈折
率はｎ（２）となり、これと直交するＸ方向に偏波面を
有する光に対しては屈折率はｎ（りとなる。コア２の内
部を反射しながら伝播して行く光の内、Ｘ方向に偏波面
を有する光は、ｎ（ｘ）≧ｎ（ｃ）であれば全反射する
ことができず、コア２内から特殊クラッド層４へと洩出
してしまうので、コア２内を伝播するにつれて急速に減
衰する。これに反してＺ方向に波面を有する光は、１（
ｚ）　＜　ｎ（ｃ）であるためにコア２と特殊クラッド
層４の境界で全反射し減衰は極めて小さくなる。このた
め、この光ファイバー１のコア２中をコア２とクラッド
層３との境界面で反射しながら伝播する光は、特殊クラ
ッド層４が施されている部分に於いて、Ｘ方向に偏波面
を有する成分を失い、２方向に偏波面を有する直線偏光
となって伝播する。

この本発明に係る光ファイバー１を更に発展させた実施
例を第４図に示す、この第４図に於いて、外筒とガラス
から成る内筒７とで構成される二重円筒の底部Ｊ雲母板
５が密着され、円筒７にガラスファイバー８が巻回され
ている。内筒７はガラスファイバー８の屈折１ｎ（ｃ）
よりも稍々低い屈折率を有している。外筒６と内筒７ど
の間には、チリ硝石の融液を満し、底部の雲母板５側か
ら徐々に冷却してゆくと、チリ硝石は二重円筒の母線方
向に２軸を有するようにして結晶し、ガラスファイバー
８を内部に取込んで単結晶となる。

ここで屈折率の関係は第４図に示すようなｎ（ｘ）≧ｎ
（ｃ）となっているので、Ｘ方向に波面を有する光は全
てガラスファイバー８の外部に洩出して減衰し、Ｚ軸方
向に偏波面を有する光のみがガラスファイバー８内を伝
播する。この実施例に於いては、ガラスファイバー８の
偏光面は完全に一定に保存され１、ガラスファイバー８
を巻回したままで例えば光ファイバー・レーザージャイ
ロスコープなどに用いることができる。

第５図は他の実施例を示し、絶縁物で造られ、両端を壁
９．１０で閉鎖された密封円筒容器ｌｌ中に、ニトロベ
ンゼン、ニトロトルエンなどの電場の印加により電場の
方向Ｘに偏波面を有する光とこれに垂直な２方向に偏波
面を有する光とで屈折率が相違する複屈折溶液１２が充
填されている０円筒容器１１には、その両端の壁９．１
０の中心を通るガラスファイバー１３が貫通されている
。更に円筒容器１１内には２枚の電極１４．１５がガラ
スファイバー１３を挟み対称的に配置されており、直流
電源１６により電極１４．１５に電圧を印加するように
なっている。

従って電極１４．１５により複屈折溶液１２に電場を与
えると、複屈折溶液１２は電場の方向Ｘにｎ（Ｘ）、垂
直な２方向にｎ（ｚ）なる屈折率を有する。−これらの
屈折率とガラスファイバー１３の屈折率ｎ（ｃ）とは、 ｎ（ｚ）≦ｎ（ｃ）＞ｎ（＋＋）　　　・・・・（１）
或いは　ｎ（ｘ）≧ｎ（ｃ）＞ｎ（ｚ）　　　・・・・
（２）の関係があれば、居所率がｎ（ｃ）より大きい方
向に偏波面を有する光は、ガラスファイバー１３から外
に洩出して減衰し、これと直交する方向に偏波面を有す
る光のみがガラスファイバー１３内を伝播することにな
る。

第６図の実施例は、第５図に示した実施例を更に発展さ
せたものであり、複屈折溶液１２が満たされた容器１７
中に複徴木のガラスファイバー１８が間隔を開けて配置
され、各ガラスファイバー１８ごとに電場が印加できる
ように電極１９．２０が設けられている。ここで電極１
９と任意の電極２０間にスイッチを介して電圧を印加す
ることにより当該ガラスファイバー１８を直線偏光ファ
イバーとすることができる。尚、第６図には示されては
いないが、隣接する電極２０間に電場を遮断し隣接する
電場の影響を排除するために別の電極を挿入することも
できる。従ってこの偏光面と直交する偏光面を有する部
分をこの光伝送路内に挿入すると、電圧が印加された電
極１９．２０間に存在するガラスファイバー１８を伝播
する光はここで遮断され、電圧が印加されていないガラ
スファイバー１８を通る光のみが伝送されることになる
。この伝送路は複数線路の光の選択スイッチとして使用
可能である。

第５図、第６図の実施例に於いて、複屈折溶液１２の代
りに電場或いは磁場により複屈折を発生する結晶、或い
は電場の正負により光学弾性軸が入れ換る結晶に置換す
れば、全く同様な電圧等の印加で偏光面を制御し得る光
ファイバーを実現できることはいうまでもない。

更にはコア２の周囲を例えばポリフッ化ビニリデンのよ
うな高分子で囲繞し、このポリフッ化ビニリデンをコア
２の長手方向と一文する方向に伸長するなどして歪を加
えると、ポリフッ化ビニリデンは複屈折特性を持つよう
になり、前述したようなコア２内の一部偏波面のみを保
存できる光ファイバーｌが得られる。

上述の実施例に於いては、コアの周囲の複屈折りラッド
材料の断面内の屈折率ｎ（ｚ）、ｎ（ｘ）が、コアの屈
折率（ｎｃ）と前述の（１）　、　（２）式のような関
係にあるものとして説明してきたが。

ｎ（ｃ）＞　ｎ（ｚ）、ＩＩ（Ｘ）　　　・◆・−（３
）のようにｎ（２）、ｎ（ｘ）の双方が、コア２の屈折
率ｎ（ｃ）よりも小さい場合でも、ｎ（ｚ）　＝＝　ｎ
（ｘ）であれば特殊クラッド層４の厚さを薄くすること
により、Ｘ方向と２方向とで光の洩れの度合が異なり、
屈折率の小さい何れか一方に偏波面を有するようになる
。従って上記の（１）　、　（２）式の関係は、偏波面
決定作用が効果的に生じる条件であって必須条件ではな
い。又、上述の説明ではコア２の断面方向の屈折率のみ
を論じてきたが、厳密にはコアの軸方向の屈折率をも考
察する必要がある。然し実用上はさほどの影響もないの
で本明細書ではその説明を省略する。更には屈折率楕円
体特性は正確な左右対称性を有していなくとも、概略前
述の条件を満足していることによりその効果は得られる
。

又、第６図に関する説明中で述べた検光子に相当するも
う一つの偏光面を有する部分は、光ファイバーを切断し
て、その間に通常の偏光板を挿入することによっても可
能ではあるが、断面での光損失や、ファイバーの接合に
誤差が生じ易いことを考えると、本発明の実施例が好ま
しい、尚、上述の実施例に於いては円形断面のコアを使
用したが、これは方形状断面のコアに対しても適用でき
ることはいうまでもない、更には光ＩＣ中の薄帯状の光
導波路の周囲を、例えばチリ硝石などの複屈折結晶で囲
繞することによって、この導波路の偏光面を極めて効果
的に規定することが可能となる。又、コアの材料に例え
ば鉛ガラスなどのようにファイバーの軸方向に加わった
磁界の強さに応じて偏光面が回転するものを使用し、ク
ラッド層に複屈折材料を配すれば、磁界の強度によって
透過光強度が変化する磁界測定用ファイバーを実現する
こともできる。

以上説明したように本発明に係る偏光光伝送体は、コア
の周囲に複屈折材料を配するという簡明な手段により偏
波面保存特性を有するものであり、極めて有効に各種方
面に使用可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る偏光光伝送体の実施例を示すもの
であり、第１図は第１の実施例に係る断面図、第２図は
特殊クラッド層の屈折率特性の説明図、第３図は第１の
実施例の光ファイバーの製造説明図、第４図は他の実施
例に係る斜視図、第５図は更に他の実施例に係る断面図
、第６図は光伝送路とした実施例の説明図である。 符号１は光ファイバー、２はコア、３はクラッド層、４
は特殊クラッド層、５は雲母板、８．１３．１８はガラ
スファイバー、１１は円筒容器、１２は複屈折溶液、１
４．１５．１９．２０は電極である。 特許出願人　有限会社マチダオプト技研代理人弁理土日
比谷征彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光を伝播する透明体から成る伝送部の周囲を、該伝
   送部の伝送方向と垂直な断面内で直交する２方向にそれ
   ぞれ偏波面を有する光に対して屈折率が異なる複屈折材
   料で囲繞し、該材料の再屈折率のうち少なくとも一方は
   伝送体の屈折率よりも小さくすることを特徴とする偏光
   光伝送体。 ２、前記複屈折材料を個体結晶とする特許請求の範囲第
   １項記載の偏光光伝送体。 ３、前記複屈折材料を電界又は磁界により複屈折を生ず
   る材料とする特許請求の範囲第１項記載の偏光光伝送体
   。