JPS59116707A - 導波形光素子と偏波面保存光フアイバとの接続方法 - 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】 一ドファイバを介在させることにより、両者の接続を容
易匿する実用的な方法に関する。

近年、光通信システムや光情報処理システムの実用化が
進められているが、それらのシステムにおいては、さら
に情報量の増大やシステムの機能の拡大が計られている
。

そこでこれら情報量の増大やシステムの機能拡大に対処
するために小形で高速な導波形光素子の開発が進められ
ている。導波形光素子とは、光導波路構造を有する元素
子で、導波光がある特定の単一の偏光方向のときに効率
良く動作を行なう元素子もしくは出射光の偏光方向が単
一であるような光素子を指し、導波形光スイッチ、導波
形光変調器、レーザダイオードなどが例としてあげられ
る。

上 縦連のように、導波形光素子においては、通常導波光の
偏光方向によってその機能を発揮させるための効果の大
きさが異なる。たとえば、電気光学効果や音響光学効果
を利用した導波形光スイッチにおいては入射部ではＴＢ
モード又はＴＭモードの一方のみを入射させてスイッチ
ングを行なっている。一方これら導波形光素子間の接続
にシングルモードファイバを用いると、シングルモード
ファイバの入射端で直線偏光を入射したときでも出射端
では一般Ｚこ直線偏光とはならないので、導波形光素子
に入射する前に偏光の調整が必要となる。

そこで導波形光素子間の接続にシングルモードファイバ
を用いる場合には、そのシングルモードファイバに曲け
やねじりの外的変形をほどこして偏光の調整を行なう方
法がとられているが、この方法を用いると外乱により偏
光状態が変化してしまう欠点を持つ。才た、導波形光素
子に入射する前に偏光子によって、−足の偏光成分だけ
を取り出し導波形光素子に入射する方法もあるが、この
方法を用いる、と不要な偏光成分が損失となってしまう
。

このような従来技術の欠点を補う方法として、導波形光
素子間の接続に偏波面保存光ファイバを用いる方法が考
えられている。

この方法を用いると偏光状態依存性を有する元素子間の
接続を安定かつ低損失に行なうことが可能楕円型偏波面
保存光ファイバもしくは、応力付与型偏波面保存光ファ
イバのいずれにせよファイバの主軸を有し、直線偏波出
射光の偏光方向をこの主軸ｊこ合わせる必要がある。そ
の場合、消光比−３０ｄＢ以上の直線偏波出射光を得る
ためには軸合わせに２°の精度が必要である。

導波形光素子の導波路端面に軸合わせなしにファイバを
固定することだけでもかなり困難であるのに、それにも
う一つ精度良く軸合わせを行なうという作業が加わると
導波路端面と偏波面保存光ファイバの接続は相補に困難
となる。そして導波形光素子の端面において、人出射光
導波路が複数ある場合には、偏波面保存光ファイバとの
接続の困難さはさらに増大する。導波形光素子に人出射
光導波路が複数ある場合にはその導波路間隔は非常に近
接しているのが通常である。なぜならば導波路に急激な
曲げを作ると放射損失が増大するので、導波路間隔を離
そうとするとゆるやかな曲げでそれを行なう必要かある
が、そうすると素子長を長くする必要かあり素子の大型
化を招き、ひいては損失の増大をも招くことになるから
である。このような理由により導波形光素子の端面にお
いて人出射光導波路が複数あるときは、それらの間隔は
〃 ｌ常に近接している。

前述のように消光比−３０ｄＢ以上の直線偏波出射光を
得るためには軸合わせにｆの精度を要するが、人出射光
導波路が複数ある場合には導波路間隔が非常に近接した
端面において２°の精度ですべての軸合わせを同時に行
なうのははなはだ困難である。

このような導波形光素子と偏波面保存光ファイバとの接
続の困難さを解消する方法として両者の接続に短いシン
グルモードファイバを介在させる方法がある。この方法
を用いると導波形光スイッチの入射端および出射端で偏
波面保存ファイバの軸合わせをする必要はなく、軸合わ
せは入射端および出端とは離れた位置で行なうことがで
きる。

この方法ではシングルモードファイバ中での偏光の乱れ
を防止するためにシンクルモードファイバ長を短くする
ことを行なっている◇ そのファイバ長Ｚは使用するシングルモートフ７ブ イバの複屈折の大きｌΔｎとシンクルモードファイバ通
過後の所望の偏光度Ｐにより次式で規定される。

本発明者らが数種類のシングルモードファイバの複屈折
の大きさを測定したところその値は６７×８ １０　〜７．６Ｘｌ（ｌの範囲であった。

したがって式（１）にΔｎ　＝６．７　Ｘ　１０　’ｔ
ｊよひ△ｎ　＝　７．６ＸＩＯ７を入れ波長１３μｍで
偏光度−３０ｄＢを得るためのファイバ長ｚを求めルト
Ｚ　＝１９ｃｍ−Ｚ　＝　１．７　ｃｍ　ヲ得ルカ、Ｒ
実にはファイバ長１．７ｃｒｎのシングルモードファイ
バを用いて導波形光素子と偏波面保存光ファイバの接続
を行なうことは困難である。複屈折の大きさがさらに大
きなシングルモードファイバにおいては式（１）で規定
されるファイバ長２はさらに非現実的な長さとなる。し
たがって導波形光素子と偏波面保存光ファイバとの接続
に短いシングルモードファイバを介在させる方法は、シ
ンクルモードファイバの複屈折が大きい時には用いるこ
とができない。

本発明の目的は、上述のような欠点を除去せしめて、導
波形光素子とその入射および出射偏波面保存光ファイバ
との接続が簡便な接続方法を提供することにある。

本発明では、導波形光素子の入射光導波路端面および出
射導波路端面と導波形光素子の入射および出射偏波面保
存光ファイバとの接続において、両者の接続に一定方向
の軸を持つ光学的異方性を与えたシンクルモードファイ
バを介在させる。これにより導波形光素子とその入射お
よび出射偏波面保存光ファイバとの接続を簡便に行なう
ことが可能である。

一実施例を示す。

第１図において、ニオブ酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯｓ
）基板４の上にＴｉを拡散することにより先導波路５、
６．７．８　　が形成されている。これらの光導波路は
２〜５μｍ程度まで互いに近接した部分を５つ有する。

前記の近接した部分には電圧印加用の電極が取付けられ
て、電気光学効果を利用した方向性結合形光スイッチエ
レメントとして機能する。

上述の方向性結合形光スイッチニレメンｌ−５ツヲ有す
る導波形光スイッチ１２は４×４マドＩＪクススイツチ
として機能する。４波形光スイツチ１２の４本の入射光
導波路端面には４本の小ループを形成しり入射シングル
モートファイバ２よりなる入射シングルモードファイバ
アレイ３か接続すれ、４本の出射光導波路端面には４本
の／ＪＳルーグを形成した出射シングルモードファイバ
１０よりなる出射シングルモードファイバアレイ９　＃
１ｍ　ｈＴ、　Ｆａれでいる。ここで各シングルモード
ファイバには半径ｌＯ諭程度のループが形成されており
、そのループの方向はルーズを含む平面が導波形光スイ
ッチを効率よく動作させる偏光の方位に平行であるとす
る。

そのような方向に小ルーズを形成すると、それと同一の
平面内に新しくシングルモートファイバの複屈折の軸が
′できる。これは、半径Ｒ［：　ｍ　〕のループによる
複屈折の大きさΔｒ３Ｂは次式で表わさ棉ことが知られ
ているか、 式（２）に几＝１０鰭を代入すると波長１．３μｍのと
き△ｎａ＝８．９Ｘ１０　　となり、前述したシングル
モードファイバ自体の複屈折より１桁以上大きな値とな
るからである。したがって小ループを含む平面に平行の
方位を持つ直線偏光入射光はシングルモードファイバ中
においてもその偏光度が保存される。

に平行となるように接続されて入射および出射偏波面保
存光ファイバとして機能する。

以上により、入出射偏波面保存光ファイバを有する４×
４導波形光スイッチモジー−ルが構成される。なお導波
形光スイッチの人出力チャン不ル数は４×４に限るもの
では’ｈ　＜、ｎ　Ｘｎのものを用いても伺ら不都合は
ない。

この４×４導波形光スイツチモジユールの入射偏波面保
存光ファイバｌにＴＮｌ、ＴＥいずれかのモードの光波
が入射されると、偏光方向が保存されたまま入射シング
ルモードファイバアレイ３に到達する。シングルモード
ファイバアレイ３１ご用いている各シングルモードファ
イバ２Ｉこは小ループが入射偏波面保存光ファイバ１の
ファイバ主軸方向に形成しであるので、光波は４×４導
波形光スイツチの入射端面に到達した際にもＴＭもしく
はＩＩＩ　Ｅいずれかのモードカメ保たれている。

したがって効率良くスイッチングを行なうことかできる
。

また導波形光スイッチ１２通過後も出射シンクルモード
ファイバアレイ９および出射偏波面保存光ファイバ１１
による偏光表向の変化は生じないので入射光の偏光方向
のままで出射するこ七ができる。

さらに本実施例の構成においては、導波形光スイッチＪ
２す入射偏波面保存光ファイバｌおよび出射偏波面保存
光ファイバ１１の接続にそれぞれ入射シングルモードフ
ァイバアレイ３および出射シング／ｌ／モーＦ７アイバ
アレイ９を介している。これにより、導波形光スイッチ
化の入射端および出射端で４対同時に偏波面保存光ファ
イバの軸合せをする必要かなく、偏波面保存光ファイバ
のファイバ主軸をシン−４させれが良い。

以上述べたように、本実施例においては、ニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ５）結晶を用いた導波形光スイッチと
偏波面保存光ファイバきを小ループを形成したシングル
モードファイバを用いた簡便な方法で接続することがで
きる。この方法は光スィッチの人出端数か多くなるほど
有効である。

さらに本実施例にカいては、入射偏−Ｊｔ方向さえＴＭ
モードもしくはＴＨモードとしておけば、　スイッチン
グ後の出射光の偏光方向も保存されるので多段に接続す
る際に有効なｎ　Ｘ　ｎ導波形光スイッチモジー−ルか
構成される。

第２図は、本発明による入出射偏波面保存光ファイバを
有する導波形光素子モジー−ルの他の実施例を示す。第
２図において、ニオブ酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯｓ）
基板おの上にＴｉを拡散して形成された２本の導波路が
形成されている。２本の光導波路は互いに近接した部分
を有し、上記の近接した部分に変調信号印加用の電極を
取り付けることにより方向性結合形の導波形光変調器２
６が構成される。導波形光変調器２６の入射光導波路端
面には小ループを形成した入射シングルモードファイバ
２２が接続され、上記入射シンクルモードファイバ２２
にはさらに入射偏波面保存光ファイバ２１が接続されて
いる。′同様に出射光導波路端面には小ループを形成し
た出射シングルモードファイバ々が接続され、出射シン
クルモードファイバ２４には、出射偏波面保存光ファイ
バ５が接続されている。

以上により、入出射偏波面保存光ファイバを有する導波
形光変調器モジー−ルが構成される。

入射偏波面保存光ファイバにＴＭ、ＴＥいずれかのモー
ドの光波か入射されると偏光方向が保存されたま才入射
シングルモードファイバ２１に到達する。

入射シングルそ−ドファイバ２１は小ループを形成しで
あるので、光波は導波形光変調器２６の入射端面におい
てはＴＭもしくはＴＢのいずれかのモードが保たれてい
る。したがって効率艮く光変調を行なうことができる。

また導波形光変調器２６通過後も出射シングルモードフ
ァイバ２４および出射偏波面保存光ファイバ５による偏
光方向の変化は生じないので入射光の偏光方向のま才出
射することができる。本実施例の構成においても、入出
射偏波面保存光ファイバと導波形光変調器２６の入出射
端面との接続に各々小ループを形成したシングルモード
ファイバを介している。

以上述べたように、本実施例においては光変調器と入出
射偏波面保存光ファイバの接続に小ループを形成したシ
ングルモードファイバを介する簡便な接続方法を用いて
、他の偏光方向依存性を有する光素子との多段接続との
際に有効な入出射偏波面保存光ファイバを有する光変調
器モジ、−ルを構成することができる。

第３図は本発明による出射偏波面保存光ファイ第３図に
おいてレーザダイオード３１の光導路の延長線上にコリ
メート用レンズ３２と集光用レンズ３４が置かれ、集光
用レンズの焦点位置に一方の端面が来るように設置され
た短い出射シングルモードファイバ３４に出射偏波面保
存光ファイバ３５が接続されている。

ル −サダイオード３１よＪＴＥモードの光が出射されると
、出射シングルモードファイバ３４には小ループが形成
されているので偏光が保存されたまま出射偏波面保存光
ファイバ３５に到達する。したかって出射偏波面保存光
ファイバ３５の主軸を出射シングルモードファイバ３４
の小ループの方向に合わせでおけば、′帛にＴＥモード
の光波を出射するレーザタイオードモジュールが構成さ
れる。しかもレーザダイオード３１と偏波面保存ファイ
バ３５の接続ニシングルモードファイバ３４を介してい
るので、集光用レンズおの焦点と出射偏波面保存光ファ
イバ３５のコアの位置合わせおよび偏波面保存元ファイ
バ３５の主軸合わせを両方同時に行なう必要がないとい
う利点を有している。

以上述べたように１本実施例においてはレーザダイオー
ドと出射偏波面保存光ファイバの接続に小ループを形成
したシングルモードファイバラ介する簡便な方法を用い
て、次段の偏光方向依存性を有する光素子との接続の際
に有効な出射偏波面保存光ファイバ付きのレーザダイオ
−トモジー−流側を示す。第４図においてレンズ系を有
するレーザダイオード４１の出射端に小ループを形成し
た１１ｔシングルモードフアイバ４２が接続され、」二
記出射シングルモードファイバ４２はさらＩこ偏波面保
存光ファイバ４３を経て導波形光変調器４５の入射シン
グルモードファイバ４４に接続されている。導波形光変
調器４５の小ループを形成した出射シングルモードファ
イバ４６は偏波面保存光ファイバ４７を経て導波形ｎＸ
ｎ光スイッチ４９の小ループを形成した入射シングルモ
ードファイバ４８に接続されている。導波形ｎ×口光ス
イッチ４９はｎ本の小ループを形成した出射シングルモ
ードファイバ５０よりなる出射シングルモードファイバ
アレイ５１ヲ持ち、さらに偏波面保存光ファイバ５２に
接続されている。

以上により複数個の導波形光素子モジー−ルを有し、前
記導波形光素子モジュール間を偏波面保存光ファイバで
接続した元ネットワークが構成される。

レーザダイオードモジュール４１の出射光はＴＥｉモー
ドであるが、レーザダイオードを９０°傾けることもし
くは光変調器の入射端丈で偏光か保存されることを利用
して偏波面保存光ファイバ４３を９０ねじることにより
、導波形光変調器４５０入射端面においてはＴＭモード
とすることもｈ」能である。

このようにＴＥもしくはＴＭモードの光波が導波形光変
調器４５に入射すれば、導波形光変調器４５は効率良く
変調を行ない、導波形光変調器４５と導波形光スイッチ
４９の間の接続も小ループを形成したシングルモードフ
ァイバ４６、偏波面保存光ファイバ４７および小ループ
を形成したシングルモードファイバ化によって行なわれ
ているので導波形光スイッチ４９の入射端面においても
偏光の変化は生じない。したがって導波形光スイッチ４
９においてもスイッチングは効率良く行なわれる。

以上述べたように、本実施例においては導波形光素子モ
ジュールを複数個用い、上記導波形光素子モジュール間
を偏波面保存光ファイバで接続した光ネットワークを構
成することζこより〜偏光調整をすることなしに導波形
光素子を効率良く機能させる光ネットワークを構築する
ことか可能である。

本発明は上記の実施例に限定されるものではない。例え
ば、他の実施例としては、種々の機能を持つ導波形光素
子を集積化した導波形光集積素子と偏波面保存光ファイ
バを小ループを形成したシンクルモードファイバを介し
て接続した導波形光集積素子モジー−ルや複数の導波形
光スイッチモジュール間および他の導波形光素子の間を
偏波面存在光ファイバで接続し、効率良く光交換を行な
うことが可能な光交換ネットワークなどを構成すること
ができる。

またシングルモードファイバに一定方向の軸をもつ光学
的異方性を与える手段としても、シングルモードファイ
バ１こ小ループを形成する方法に限るものではす＜、他
にもシングルモードファイバに一定方向の側圧を印加し
て一定方向の軸をもつ複屈折を生じさせる方法や曲率半
径小の円弧１つ以上をシングルモードファイバに形成し
て一定方向の軸をもつ複屈折を生じさせる方法なども上
記の手段として用いることができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による導波形光スイッチモジー−ルを
、第２図は導波形光変調器モジュールを、第３図（ゴレ
ーザダイオードモジュールを、第４図は光ネットワーク
を示す図である。 図において、 １．２１・・・・・・入射偏波面保存光ファイバ、１２
．４９・・・・・・導波形光スイッチ、２．２２１４４
．４８・・・・・・入射シングルモードファイバ、２６
．４５・・・・・・導波形光変調器、　　３・・・・・
・入射シングルモードファイバアレイ、３２・・・・・
・コリメート用レンズ、４．２３・・・・・・ニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂ０ｓ）結晶基板、　お・・・・・・
集光用レンズ、５．６．７．８・・・・・・光導波路、
９．５１・・・・・・出射シングルモードファイバアレ
イ、１０、２４３４．４２．４６．５０・・・・・・出
射シングルモードファイバ、１１，２５．３５・・・・
・・出射偏波面保存光ファイバ、３１．４１・・・・・
・レーザダイオード、４３．４７．５２・・・・・・偏
波面保存光ファイバ。 第１０ 第２図 第　３　図 ｊη 挑　ｌＡ　２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導波形光素子と偏波面保存光ファイバとの間にシ
   ングルモードファイバを介在させ、しかもそのシングル
   モードファイバに一定方向の軸をもつ光学的異方性を与
   える手段が付加されていることを特徴とする導波形光素
   子と偏波面保存光ファイバとの接続方法。
2. （２）　　特許請求の範囲第１項に記載のシングルモー
   ドファイバに一定方向に軸をもつ光学的異方性を与える
   手段としてシングルモードファイバにループが形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   導波形光素子と偏波面保存光ファイバとの接続方法。