JPS6247619A - 選択された偏光の光学信号を光学フアイバで伝搬する偏光器 - Google Patents

選択された偏光の光学信号を光学フアイバで伝搬する偏光器

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JPS6247619A
JPS6247619A JP61072377A JP7237786A JPS6247619A JP S6247619 A JPS6247619 A JP S6247619A JP 61072377 A JP61072377 A JP 61072377A JP 7237786 A JP7237786 A JP 7237786A JP S6247619 A JPS6247619 A JP S6247619A
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fiber
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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】 発明の背景 この発明は、一般に、光を偏光する装置および方法に関
するものであり、特に、光学ファイバで伝搬している光
を偏光する装置および方法に関するものである。さらに
特定的に言えば、この発明は、フオーム（ｆｏｒｍ）ｌ
ｉｔ屈折ファイバ光学偏光器、およびその製作および使
用方法に関するものである。
偏光器は、光波からの選択された偏光コンポーネントを
除去する装置である。光学ファイバ内の光の伝搬および
偏光に精通すると、この発明および先行技術の両方を理
解するのが容易になる。それゆえに、ファイバ光学導波
管、そのような導波管での光の伝搬の標準モード、およ
び光の偏光を簡単に論じる。
光波は、光波の周波数に等しい周波数を有する直交する
電界ベクトルおよび磁界ベクトルを備える、時間変化す
る電磁界によって表わされることは周知である。案内構
造を介して伝搬する電磁波を、１組の標準モードによっ
て説明する二へかできる。標準モードは、案内構造、た
とえばファイバ光学導波管内の、電界および磁界の許容
分布である。電磁界の分布は、構造内のエネルギの分布
に直接関連する。標準モードは、一般に、案内構造での
周波数および空間分布によって、波の電磁。
界成分を説明する数学関数によって表わされる。
導波管の標準モードを説明する特定の関数は、導波管の
幾何学的配列に依存する。被きよう導波が、固定された
大きさの円形断面を有する構造に閉じ込められる光学フ
ァイバにとって、電磁界のみが、成る周波数を有し、か
つ空間的な分布が激しい減衰なく伝搬する。減衰しない
で伝搬する電磁界成分を有する波は、通常モードである
。
通常モードを説明する際に、波の伝搬方向に対する電界
および磁界の方向を参照するのが便利である。電界ベク
トルのみが、通常光学軸と呼ばれる伝搬方向に垂直であ
れば、波は、横方向電気（ＴＥ）モードである。磁界ベ
クトルのみが、光学軸に垂直であれば、波は、横方向磁
気（ＴＭ）モードである。電界ベクトルおよび磁界ベク
トルの両方が、光学軸に垂直であれば、波は、横方向電
磁（ＴＥＭ）モードである。標準モードのいずれも、電
磁界成分の一定の方向を必要とせず、かつたとえばＴＥ
モードでは、電界は、光学軸に垂直であるどちらの方向
にあってもよい。
電磁波での電界ベクルトの方向は、波の偏光である。一
般に、波は、ランダムな偏光を有し、各モードに対して
許容されるすべての方向に向いている電界ベクトルが均
一に分布している。波の電界ベクトルのすべてが、唯一
の特定の方向に向けば、波は、線形に偏光される。電界
が、等しい大きさ、および９０°位相がずれている２つ
の直交する電界成分からなれば、電界は、円形に偏光さ
れる。というのは正味の電界は、波の周波数に等しい角
速度で、光学軸のまわりで回転するベクトルである。２
つの線形偏光が、等しくない大きさ、および等しくも反
対でもない位相を有すれば、波は、楕円偏光を有する。
一般に、任意の偏光は、２つの直行線形偏光の和のどち
らか、つまり直交する半長軸を有する２つの逆方向の円
偏光または２つの逆方向の楕円偏光によって表わされる
。
光学信号の速度は、光が伝搬する媒体の屈折率に依存す
る。成る材料は、異なる偏光に対する異なる屈折率を有
する。２つの屈折率を有する材料ト する。標準単一モード光学ファイバは、同じ周波数の２
つの波、および２つの異なる偏光を有する空間的な分布
を伝搬するので、２モードフアイバとみなされる。同じ
標準モードの２つの異なる偏光コンポーネントは、２つ
の偏光の速度の差を除いて変化していない複屈折材料を
介して伝搬することができる。
複屈折の量は、ここでは、光波を案内する媒体の２つの
屈折率間の差を意味するように用いられる。複屈折の量
を制御することによって、長尺のファイバ光学材料から
出力される光学信号の偏光を制御することができる。フ
ァイバによって伝搬される波が、２つの線形偏光コンポ
ーネントを備えれば、ファイバの屈折率間の差を増加ま
たは減少することで、２つの偏光の各々に、ファイバの
光学長さを制御する手段を提供する。ファイバが複屈折
であれば、２つの偏光コンポーネントは、ファイバに沿
って伝搬するとき、位相シフトされる。光学ファイバの
光の速度がｖ　ｍ　ｃ　／　ｎであるため、ここでＣは
光の自由空間速度であり、かつｎファイバの屈折率であ
るが、低い方の屈折率を有する偏光コンポーネントは、
高い方の屈折率を有するコンポーネントより小さいファ
イバでの遷移時間を有するだろう。多くのファイバ光学
システムは、光学ファイバによって案内される光の偏光
に非常に依存している動作特性を有する。そのようなシ
ステムは、光学ジャイロスコープおよび干渉計センサを
含む。所望の精度の測定を得るためには、同じ偏光の光
波のみが所望の干渉パターンを生じるので、１つの偏光
のみ有することが絶対必要である。
光学的および周期的に層化される異なる屈折率を有する
２つの材料の層での光学波動作用は、均一の媒体での光
学波動作用と異なる。各層の厚さが、光波長と比べて充
分小さく、かつ層の数が充分大きければ、複合媒体は複
屈折である。フオーム複屈折は、材料の分子と比べて大
きいが、ファイバで伝搬する光学波長と比べると小さい
大きさを有する、光学等方性材料の層の規則正しい配置
に生じる。
ＴＥモードとＴＭモードとの間の減衰率間の大きさのほ
ぼ２つのオーダの差に基づく差動減衰金属クラッドファ
イバ光学偏光器は、先行技術で説明されている。そのよ
うな偏光器は、クラッドが除去される、光学ファイバの
コアの部分上にコーティングされる比較的厚い金属を使
用する。波が、金属コーティングを存するクラッドの部
分に当たるとき、電磁界の分布は、１つの線形偏光が、
他の線形偏光よりはるかに強く減衰されるように変化す
る。
金属コーティングに垂直な電界成分は、金属にオームの
熱を生じ、かつ急速に減衰される。金属コーティングに
平行な電界成分は、垂直な電界と同じぐらい強く、約１
％だけ減衰される。先行技術の金属クラッド偏光器は、
高い消滅比を達成するために、長い相互作用長さを必要
とする。しかしながら、高い消滅比を得るために、これ
らの差動減衰偏光器は、高い挿入損を受ける。偏光器の
消滅比は、所望の偏光の強度に対して望ましくない偏光
の強度を減じる際の、効力の尺度である。
挿入損は、所望の偏光の初期のパワーに対する、偏光器
を遷移することによって消滅される所望の偏光のパワー
の比である。比較的長い相互作用長さに対してさえ、差
動減衰に基づく偏光器は、挿入損が、許容量まで制限さ
れるとき、約２４ｄＢの消滅比を与える。
差動減衰偏光器は、望ましくない偏光のエネルギを熱に
変換するので、望ましくない偏光を有する波の強度は、
光検出器を用いてモニタされることができない。それゆ
えに、差動減衰偏光器は、所望の偏光の強度を最適化す
るために、偏光制御器およびフィードバックシステムで
用いるのに適さない。
以前のファイバ光学偏光器は、結晶偏光器を含み、長尺
のファイバ光学材料は、そこからクララ智、吸 ドの部分班靜Ｗされ、相互作用領域を形成しているが、
複屈折結晶に隣接して置かれる。複屈折結晶は、望まし
くない偏光のためのファイバコアの屈折率より大きい、
または等しい第１屈折率、およびファイバで伝搬される
のが望ましい偏光のためのファイバクラッドの屈折率に
等しい、またはわずかに小さい第２屈折率を有するよう
に選択される。ファイバによって案内される電磁界の指
数関数的に減衰する部分は、コア境界を越えてクラッド
へ延びる。電磁界のこの減衰する部分は１、　「エバネ
セントフィールド」と呼ばれる。ファイバによって案内
される光のエバネセントフィールドは、複屈折結晶と相
互に作用し、かつ望ましくない偏光の光は、複屈折媒体
に結合し、かつ相互作用領域を越えてファイバで伝搬し
ない。所望の偏光の光は、複屈折結晶によって影響され
ず、かつファイバによって案内される。
結晶偏光は、低い挿入損で所望の消滅比を提供すること
が可能であるが、そのような偏光器の動作特性は、温度
に依存している。そのような装置の温度異存は、最初、
結晶の屈折率の温度異存から生じる。結晶の第２屈折率
が、温度とともに変化し、クラッドの屈折率を越えれば
、結晶装置は、偏光器として機能しなくなる。結晶の屈
折率が、クラッドの屈折率よりかなり小さくなれば、望
ましくない偏光のいくつかは、結晶ファイバ界面で反射
され、したがって、結晶へ結合するよりむしろファイバ
に留まるだろう。ファイバ光学ジャイロスコープは、１
００ｄＢより大きい消滅比を有する偏光器を必要とする
。２４℃で１００ｄＢの消滅比を与えるようにセットさ
れる結晶偏光器は、温度が３０℃まで増加する場合、わ
ずか２４ないし３０ｄＢの消滅比を有する。
望ましくない偏光からバルク波を形成するために結合す
るエバネセントフィールドを用いるフオーム複屈折偏光
器は、当該技術分野において周知である。エバネセント
フィールドフオーム複屈折偏光器は、コアおよびクラッ
ドの屈折率の正確な屈折率整合を必要とする。そのよう
な正確な屈折率の制御を達成するのは困難である。
発明の概要 この発明は、望ましくない偏光に対する改良された消滅
比、および所望の偏光に対する改良された挿入損を生じ
る偏光器を提供する。この発明による偏光器は、エバネ
セントフィールド偏光器の温度異存を有することなく、
先行技術の差動減衰光学偏光器よりはるかに小さい挿入
損で、高消滅比を生じる。
この発明の装置は、長尺のファイバを含み、そこからク
ラッドの一部が、除去され、相互作用領域を形成してい
る。ファイバは、好ましくは、相互作用領域で湾曲され
、そのためファイバの厚さは、ファイバの長さに沿って
、相互作用領域の中心から離れて徐々に増加する。充分
な材料が、相互作用領域でファイバから除去され、ファ
イバコアの平面露出部分を形成する。平面クラッド部分
は、露出コア部分を取り囲む。フオーム複屈折スタック
は、平面コアおよびクラッドの部分上に置かれる。
フオーム複屈折スタックは、ファイバの研磨された部分
に平行な偏光に対する屈折率が、コアの屈折率にほぼ等
しいように形成される。ファイバの研磨された部分に垂
直な偏光に対するフオーム複屈折スタックの屈折率は、
クラッドの屈折率にほぼ等しい。
光検出器は、ファイバから放射される光から誤差信号を
形成するために使用されてもよい。制御回路構成は、誤
差信号を処理し、誤差信号を最少にするために、カット
オフ偏光器への光入力の偏光を調整する偏光制御器を駆
動する。
この発明の偏光器を形成する方法は、結合器の半分を形
成することを含み、結合器の半分は、好ましくは、適当
なサブストレートの湾曲した溝内にａｈされる長尺の光
学ファイバを備える。サブスレートは、都合が良いこと
に、融解石英のブロックから形成されてもよい。湾曲し
た溝は、周知の光学研削技術によって形成される。ファ
イバは、適当な接着剤によって溝内に保持されてもよく
、かつファイバの凸状に湾曲した部分に隣接するサブス
トレートの表面は、接地され、かつ光学的に平坦な表面
を形成するために研磨される。研削および研磨は、相互
作用領域のクラッドのすべて、および相互作用領域のフ
ァイバコアの部分を除去する。
フオーム複屈折スタックは、好ましくは、異なる屈折率
を有する材料の交互の層を析出することによって、ファ
イバの研磨された部分上に形成される。複合フオーム複
屈折構造の屈折率は、層の厚さおよび屈折率に依存する
。
フオーム複屈折スタックは、個別のコンポーネントとし
て形成され、かつそれからファイバの研磨された部分に
隣接して置かれてもよい。屈折率整合オイルが、フオー
ム複屈折スタックとファイバとの間に含まれてもよい。
第１図および第２図を参照すると、この発明によるフオ
ーム複屈折偏光器１０は、サブストレート１８の湾曲し
た溝１Ｂに載置される光学ファイバ１４を含む結合器の
半分１２を含む。フオーム複屈折スタック２０は、光学
ファイバ１４の一般に平面の相互作用領域２８に隣接し
て位置決めされる。
第１図、第２図および第５図を参照すると、相互作用領
域２８の平面に平行に偏光された光は、ファイバ１４か
ら放射する。相互作用領域２８の平面に垂直に偏光され
た光は、相互作用領域２８を越えてファイバ１４で伝搬
し、偏光器１０の出力信号を形成する。
第５図を参照すると、光が左から入射されれば、波の平
行な偏光コンポーネントの放射されたエネルギは、フオ
ーム複屈折スタック２０を介して移動する。放射された
エネルギの一部は、入射した光学強度に応答して電流を
出力する光検出器５０に当たる。電子制御回路５２は、
光検出器出力を処理し、かつファイバ光学偏光制御シス
テム５４に制御信号を与え、このシステム５４は偏光器
１０へ入力される偏光を制御信号を最少にするように調
節する。それゆえに、偏光器１０の光学スループットは
、本質的に１つの予め定められた偏光を有する。
偏光制御システム５４は、好ましくは、制御回路５２に
接続される複数ファイバスクイーザ５６−５８を含む。
ファイバスクイーザ５６−５８は、好ましくは、構造が
同じである。たとえばファイバスクイーザ５６は、制御
回路５２からの電圧に応答して、プリロードからファイ
バ１４上の圧縮力を変化させる１対の圧電アクチュエー
タ６２゜６４を備える。ファイバスクイーザ５６および
５８は、好ましくは、整列され、そのためそれによって
生じる応力は、互いに平行であり、かつファイバ１４に
垂直であるように整列される。ファイバスクイーザ５７
は、ファイバスクイーザ５６と５８との間に配設される
。ファイバスクイーザ５７は、ファイバ１４に垂直であ
り、かつまたファイバスクイーザ５６および５８によっ
て生じる応力と４５°の角度をなしている応力をかける
。
光学ファイバ１４は、複屈折媒体であり、このことは、
屈折率が偏光に異存していることを意味する。複屈折の
量は、ここでは、光波を案内する媒体の２つの屈折率間
の差を意味する。複屈折の量を制御することによって、
長尺のファイバ光学材料から光信号出力の偏光を制御す
ることができる。ファイバ１４によって伝搬される波が
、２つの線形偏光コンポーネントを備えれば、屈折率間
の差を増加または減少することによって、２つの偏光の
各々に対してファイバ１４の光学経路長さを制御する手
段が提供される。ファイバ１４が複屈折であれば、２つ
の偏光コンポーネントは、ファイバに沿って伝搬するに
つれて、位相シフトされる。光学ファイバでの光の速度
がＶ　＃　Ｃ／　ｎであり、ここでＣは光の自由空間速
度であり、かっｎは屈折率であるので低い方の屈折率を
有する偏光コンポーネントは、大きい速度を有し、かつ
それゆえに、高い方の屈折率を有するコンポーネントよ
りファイバでの遷移時間が短い。それゆえに、ファイバ
１４の屈折率を制御すると、偏光器１０への光入力の偏
光を制御する。
長尺の光学ファイバ１４に、それに対して横切る軸に沿
って圧縮力をかけると、光弾性効果によって屈折率が変
化し、その結果応力で誘起された複屈折が生じることは
周知である。一般に、３つのファイバスクイーサは、任
意の偏光を偏光器１０への入力に対して予め定められた
偏光に変換するのに必要である。隣接するファイバスク
ィーザ５６−５８間の長尺のファイバ１４にかなりの複
屈折がなければ、２つのファイバスクイーザのみが、偏
光器１０への光入力の偏光を制御するのに必要である。
偏光器１０は、ファイバ１４で互いに逆方向に伝搬する
波に予め定められた偏光を有する出力を与えることが可
能である。混合偏光の光が、右から偏兇器１０に当たれ
ば、望ましくない偏光は、ファイバ１４から放射され、
一方所望の偏光はそこに止まる。第２光検出器６６は、
放射された偏光の強度を示す電気信号を生じる。第２制
御回路７０は、光検出器６６の出力を処理し、かつ上で
説明したファイバスクイーザ５６−５８に本質的に同じ
である複数のファイバスクイーザ７３−７５に制御信号
を与える。偏光器１０は、ファイバ１４の同じ領域で、
２つの互いに逆方向に伝搬する波から誤差信号を発生さ
せ、そのため偏光器１０から出てくるすべての光学信号
は、同じ偏光を有する。
結合器の半分 第１図−第３図を参照すると、湾曲した溝１６は、サブ
ストレート１８の光学的に平坦な表面２４に形成される
。湾曲した溝１６は、ファイバ１４の直径と比較して大
きい曲率の半径を有する。
第１図は、ファイバ１４によって案内された光とフオー
ム複屈折スタック２０との間の相互作用をはっきりと図
解するために、誇張された比で、ファイバ直径に対する
ファイバの曲率半径を示す。
溝１６の幅は、ファイバ直径よりわずかに大きく、その
ため、ファイバ１４は、溝１６の底部壁によって規定さ
れる経路に従うことができる。溝１６の深さは、サブス
トレート１８の中央での最小値から、それぞれその端縁
での最大値まで変化する。
ファイバ１４が徐々に湾曲しているため、シャープベン
ドまたはファイバ１４の方向の他の急激な変化が防がれ
、モード摂動を介するパワー損失を避ける。
溝１６は、第２図に示されるように、断面が矩形である
。しかしながら、他の断面構成、たとえばＵ字形または
Ｖ字形が、結合器の半分１２を形成する際に用いられて
もよいことを理解しなければならない。サブストレート
１８の中央で、溝１６の深さは、ファイバ１４の直径よ
り小さい。サブストレート１８の端縁１８ａ、１８ｂで
、溝１４の深さは、好ましくは、ファイバ直径と少なく
とも同じぐらいの大きさである。
第１４図は、中央コア３０およびクラッド３２を有する
。コア３０の屈折率は、クラッドの屈折率より大きく、
そのためコアによって案内される光の大部分は、コアー
クラッド界面で内部に反射する。ファイバ光学材料は、
適当な方法、たとえばラッピングによってファイバ１４
から除去され、クラッド３２に、第３図に示される楕円
形の平面表面２６を形成する。表面２６は、サブストレ
ート１８の光学的に平坦な表面２４と同一平面上にある
。充分なりラッドは、コア３０の楕円形の平面３４を形
成するために除去される。平面２６および３４は、同心
であり、かつほぼ楕円形である類似の形を有する。表面
２６および３４は、円錐の部分ではないため、正確な楕
円形ではない。
表面２６は、相互作用領域２８を形成し、そこでファイ
バ１４によって伝搬される光は、フオーム複屈折スタッ
ク２０と相互に作用する。除去されるファイバ光学材料
の量は、サブストレート１８の端縁１８ａ、１８ｂ近く
の０から、その中央での最大量まで徐々に増加する。フ
ァイバ光学材料をテーパ状に除去することによって、フ
ァイバ１４は、相互作用領域２８に対し徐々に収束およ
び発散し、このことは、相互作用領域２８で、逆反射お
よび光エネルギの過度の損失を避けるのに都合が良い。
ファイバ１４が、光学エネルギの単一モードのみ伝搬す
るように設計されれば、コア３’０は、通常、直径約５
ｍｍである円形断面を有する。クラッド３２は、通常、
コア３０のまわりに対称に配設される屈折率分布を与え
る。クラッド３２の屈折率が、コア３０に対して対称で
あれば、ファイバ１４によって案内される光学エネルギ
のほとんどすべては、コアの屈折率がクラッドの屈折率
より大きい場合、コア３０に閉じ込められる。しかしな
がら、ファイバが、非対称屈折率分布を有すれば、コア
３０は、カットオフ直径ｄを有し、そのため、ファイバ
１４が、コア直径がカットオフ直径より小さい部分を有
すれば、光学エネルギは、専らコア３０に閉じ込められ
ない。偏光器１０は、このようなカットオフ特性を用い
、相互作用領域２８に平行な偏光をファイバ１４から除
去する。
第４図を参照すると、屈折率の対称および非対称の概念
が説明される。コア３０は、ｎ　の屈折率を有する。コ
ア３０の上に示されるスーパーストレート（ｓｕｐｅｒ
ｓｔｒａｔｅ）４０は、ｎｌの屈折率を有し、かつコア
３０の下に示されるサブストレート４２は、屈折率ｎ２
を有する。ｎ、　ａｍ　ｎ２であれば、屈折率は、コア
３０に対して対称であり、かつエネルギは、コア３０と
スーパーストレート４０１およびコア３０とスーパース
レート４２との間の界面で、図解されるように、本質的
にすべて内部に反射される。ｎ、≠０２であれば、屈折
率は非対称であり、かつ上で説明したように、コア３０
のカットオフ直径がある。
第１図を再び参照すると、混合偏光の光学信号が、左か
ら偏光器１０に入射されれば、相互作用領域での屈折率
の非対称によって、平面表面２６に平行な偏光コンポー
ネントは、ファイバから放射する。通常の慣例によると
、伝搬方向は、２−軸である。右側の座標システムを仮
定すると、Ｘ−軸は、第１図の平面に向いており、かつ
ｙ−軸は、平面にあり、かつＸ−軸および２−軸の両方
に垂直である。フオーム複屈折スタック２Ｇの屈折率が
、相互作用領域に垂直な偏光に対するクラッドの屈折率
に本質的に等しいため、この偏光は、内部反射によって
、コアによって案内されて留まる。表面に垂直な偏光コ
ンポーネントは、コアの横断面積の減少を受け、このこ
とは、被きょう導波のエバネセントフィールド部分を増
加させる。
サブストレート１８は、どのような適当な剛体材料から
製作されてもよい。好ましい実施例では、サブストレー
ト１８は、一般に、はぼ長さ１インチ、幅１インチ、お
よび厚さ０．　４インチの融解石英ガラスの矩形ブロッ
クを備える。ファイバ１４は、適当なセメント（示され
ていない）、たとえばエポキシ樹脂によって、湾曲した
溝１６に固定されてもよい。融解石英サブストレート１
８は、都合が良いことに、ファイバ１４と類似の熱膨張
係数を有し、このことは、サブストレート１８およびフ
ァイバ１４が、製造または使用中に、何らかの熱処理を
受ける場合に、構造の安全さを維持するのに重要である
。
フオーム複屈折スタック２０は、結合器の半分１２の相
互作用領域２８上に直接形成されてもよい。代わりに、
フオーム複屈折スタック２ｏは、相互作用領域２８に隣
接して置かれる別個のコンポーネントとして形成されて
もよい。屈折率整合液体は、フオーム複屈折スタック２
ｏとファイバ１４との間に挿入されてもよい。
フオーム複屈折スタック 第６図を参照すると、周期的な多層誘電体構造２０は、
異なる屈折率を有する複数の交互の層８２．８４を備え
る。層８２．８４の厚さｔ、およびｔｚは、それぞれ、
ファイバ１４によって伝搬される光の波長より小さい。
光学回転感知システム（示されていない）では、光学波
長は、典型的に約８２０ｍｍである。
多層構造２０は、偏光に依存する屈折率ををする。簡略
化するために、電界で、２一方向に線形に偏光された平
面波は、第１図の平面から外に向いているＸ−軸に沿っ
て伝搬する。誘電体界面での電磁波に関する周知の境界
条件によって、電気変位ベクトルＤの標準コンポーネン
トは、次のように連続的でなければならず、 ＤＩ　２　”Ｄ２□−Ｄ　　　　　（１）それゆえに、 εＩＥＴ　−ε２　Ｅ２　　　　　　（２）であり、こ
こでε、およびε２は、２つの材料の誘電体定数である
。
層状構造１０の１周期についての平均の電界は、次のよ
うになる。
＜Ｅ＞−（ｔ＋　Ｄ／ε、＋ｔ２　Ｄ／ε２）（ｔ＋＋
ｔ２）−１（３） ２一方向に偏光された波に対する実効誘電体定数ε２は
、それゆえに、次のようになる。
εｚ−Ｄ／＜Ｅ＞　　　　　　　　　　　　　（４）ε
ｚ＝［（ｔ＋　＋ｔ２）ε、ε２］　［εｆｔｌ＋ε＋
ｔ２］−’　　　　　　　　　　（５）表示の便宜上、
フラクショナル（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ）厚さｆ、およ
びｆ２は、次のように規定される。
ｆ、−ｔｌ／（ｔｌ＋ｔ２）　　　　　（６）およびｆ
２−ｔｚ　／　（ｔ＋　＋ｔ２）　　　　　（７）方程
式（５）で方程式（６）および（７）を用いると、次の
ようになる。
ｅ２　＋ｗ　Ｃｅ、　ε２）Ｃｅ２ｆ、＋ｅ、ｆ２）−
’ｙ一方向に偏光された波の接線方向成分は、連続的で
なければならず、そのため次のようになる。
Ｅ、ｙ　−Ｅ２／−Ｅ　　　　、　　（９）１周期につ
いての電気変位の平均値は、次のようになる。
＜ｐ＞−（ｔ、　εｌ　Ｅ＋ｔ２ｅ２　Ｅ）（ｔ＋　＋
ｔ２”　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）電
気変位の定義から、 ε７−　＜　Ｄ　＞　／　Ｅ　　　　　　　（１１）と
なり、これは次のようになる。
ε、−（１，ε１＋ｔ２ε２）（ｔ、＋ｔ２）−＋フラ
クショナル厚さｆ、およびｆ２によって、ｙ一方向に偏
光された波に対する誘電体定数ε７は、次の式によって
与えられる。
εＸ−ε、ｆ、＋ε２ｆ２　　　　（１３）方程式（８
）および（１３）は、２−およびｙ一方向で、屈折率を
計算するのに用いられる。屈折率の定義から、 ｎｚ　　［ε２／ε０］乙　　　　（１４）ｎ、−［ε
、／εｏｌ′／２　　　　（１５）および　ｎｚ−［ε
２／εｏ］Ａ　　　　　（１６）となり、ここでε０は
、自由空間の誘電率である。
方程式（８）および（１３）で方程式（１４）　。
（１５）および（１６）を用いると、次のようになる。
ｎｚ　−（ｎｌ　ｎｚ）　［ｎ２２ｆ、＋ｎ、２ｆ２］
丁および ｎＸ　−［ｎ　　１２　　ｆ　　、　＋ｎ２　２　　ｆ
２　　コー”　　　　（１８）複屈折結晶は、通常の屈
折率ｎｇ、および異常な屈折率ｎｅ　を有する。慣例で
は２−軸である光学軸に沿って偏光された波は、異常な
屈折率ｎａに出くわす。異常な屈折率が通常の屈折率よ
り大きければ、複屈折は、正となる。がっ異常な屈折率
が通常の屈折率より小さければ、複屈折は負である。こ
の場合、多層誘電体構造１ｏは、次のような屈折率ｎ　
ｘｒ　　ｎｙおよびｎｚを有し、ｎｙ　−ｎＸ＞ｎｚ　
　　　　　（１９）これは、通常の屈折率ｎｙが異常な
屈折率ｎＺより大きいことを意味する。それゆえに、多
層誘電体構造１０は、負の複屈折を有する１軸結晶に類
似している。
方程式（１７）および（１８）は、複屈折特性が、層８
２および８４が特定の屈折率を有するように材料を適当
に選択することによって、かつフラクショナル厚さｆ、
およびｆ２を適当に選択することによって総合されるこ
とを示す。実効誘電体定数は、層８２および８４に平行
なすべての偏光に対する１つの値であり、かつ層８２お
よび８４に垂直な偏光に対する他の値であるため、層化
構造２０の複屈折は、「フオーム（ｆｏｒｍ）複屈折」
と呼ばれる。２−軸に沿って偏光するための屈折率は、
ｙ−軸に沿って偏光するための屈折率より小さい。
第７図は、通常の波および異常な波に対する屈折率の差
Δｎ”ｎｙ　　ｎｚを、フラクショナル厚さの関数とし
て図解する。第７図のグラフは、層８２がＡｌ２Ｏ，か
ら形成され、かつ層８４がＡＩＦ、から形成されるとき
得られるフオーム複屈折を表わす。層８２および８４を
形成する際に用いられる材料は、ファイバ１４のコアお
よびクラッドの屈折率に依存する。典型的なコアの屈折
率は約１．４５８であり、かつ典型的なりラッドの屈折
率は約１．４５２である。コアおよびクラッドの屈折率
は、層８２と８４の屈折率の間の範囲になければならな
い。それゆえに、通常の光学ファイバにとって、約１．
４２の屈折率を有するＢ２Ｏ３は、低屈折率層を形成す
るのに適し、かつ１．５９の屈折率を有するＧｅＯ２は
、高屈折率層を形成するのに適することが知られている
。ファイバ１４が、充分高いコアおよびクラッドの屈折
率を有すれば、１．４５３の屈折率を有する５ｉ０２が
、低屈折率の層を形成するのに用いられてもよい。
通常の光学ファイバと違って、フオーム複屈折スタック
２０は、そこで伝搬する波の偏光状態を維持する。フオ
ーム複屈折スタック２０では、２つの偏光の屈折率間の
差は充分大きく、２つの直交する偏光を有する波の伝搬
定数間に実質的な差がある。伝搬定数間の差は、偏光状
態間の伝搬定数の縮退を除去し、通常の条件下で、一方
の偏光の波が他方の偏光の波に結合しないようにする。
波間のエネルギの結合は、波が本質的に同じ速度を有す
ることを必要とする。速度が異なれば、２つの状態間の
かなりの結合はない。
フオーム複屈折は、スタック２０の２つの隣接する層の
結合された厚さが、層８２．８４の光学波長に等しい、
またはわずかに小さいとき現われ始める。したがって、
フオーム複屈折のしきい値は、層１３２．８４の光学波
長に等しい、またはわずかに小さい。したがって、フオ
ーム複屈折のしきい値は、次のようになる。
Ｍ＜　１０　／ｎｚ　＝８２００Ａ／　１．　４５２−
５６２３Ａ　　　（２０） フオーム複屈折を保証するために、Ｍは、しきい値より
わずかに小さくなければならない。たとえば、次のよう
でなければならない。
Ｍ−１ｏ　／８＝７０３Ａ　　　　　（２１）フラクシ
ョナル厚さｆｌおよびｆ２は、複屈折がΔｎ−０，００
４であるという制約から定められる。層８２および８４
の実際の厚さは、フラクショナル厚さ、および結合され
た厚さが選択された分数、たとえば偏光されている光の
波長の８分の１であるという制約から定められる。
次に、平行な偏光に対する非対称屈折率分布、および垂
直な偏光に対する対称屈折率分布を与える要求を満たす
ために、フオーム複屈折スタック２０を作る方法を説明
する。
低粘性液体ガラスは、一般にゾル−ゲルとして知られて
いるが、Ｂ２０．を含むように形成されてもよい。１滴
のゾル−ゲルは、サブスレート上に置かれ、かつそれか
ら薄い液体層を形成するのに充分な角速度でスピンされ
る。液体は、好ましくは加熱することによって乾燥され
、Ｂ２Ｏ３の層を形成する。第２ゾル−ゲルは、ＧｅＯ
２を含むように形成され、かつ上で説明したステップは
、Ｂ２０１層上にＧｅＯ２の層を形成するように繰返さ
れる。２つの材料の交互の層は、所望の総数になるまで
形成される。
ＧｅＯ２およびＢ２０．層は、サブスレート上にＣ；ｅ
０２およびＢ２０．膜を交互にスパッタすることによっ
て、当該技術分野において周知の簡単な態様で形成され
てもよい。ＧｅＯ２層はまた、当該技術分野において周
知の、Ｇｅの層でサブストレートをコーティングするこ
とによって、かつ管状炉でそれをＧｅＯ２に酸化するこ
とによって形成されてもよい。
コアおよびクラッドの屈折率のため、二酸化シリコンを
用いることができれば、純バルク５ｉ０２から５ｉ０２
プレートを製作するために、うまく設定された光学製作
技術を用いることができる。
いくつかのコアおよびクラッドの屈折率プロフィールに
対して、フッ化カルシウムＣａＦ２および二酸化シリコ
ンＳｉＯの交互の層から、フオーム複屈折スタック２０
を形成することは可能である。ＣａＦ２は、ｎ、−１，
４３の屈折率を有し、かつＳｉＯは、ｎ２−１．７０の
屈折率を有する。
ＣａＦ２がｔ＋−６３２Ａの厚さを有し、かツＳｉＯが
ｔ２−７４人の厚さを有すると、結果として生じるスタ
ックは、ｎｚ−１，４５２５、およびｎｙ−１，４６０
７の屈折率を有する。ＣａＦ２およびＳｉ０層が共に、
当該技術分野において周知のスパッタリング技術によっ
て形成されてもよい。
複合の屈折率がこの発明を実行するのに適当であること
を確かめるために、スタック２０を検査することが必要
である。屈折率を測定する光学技術分野に周知の１つの
方法は、偏光解析装置を用いることである。この技術は
、基本的には、公知の方向および偏光の光ビームをスタ
ック２０に与え、かつ反射および屈折ビームの偏光およ
び角度を測定することを含む。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明によるファイバ光学偏光器の側断面
図であり、サブストレートの湾曲した溝に載置される光
学ファイバに隣接するフオーム複屈折スタックを示す。 第２図は、第１図のファイバ光学偏光器の端部断面図で
ある。 第３図は、第１図および第２図のファイバ光学偏光器に
含まれる結合器の半分の透視図であり、結合器の半分に
含まれる光学ファイバのコアおよびクラッドの平面表面
を示す。 第４図は、スーパーストレートとサブストレートとの間
の光学波長の側面図である。 第５図は、第１図の偏光器への光入力の偏光を制御する
フィードバック制御システムの概略表示である。 第６図は、第１図および第２図のフオーム複屈折スタッ
クの特性を図解する断面図である。 第７図は、異なる屈折率を有する材料の層のフオーム複
屈折スタックの複屈折をグラフで図解する。 図において、１０は偏光器、１２は結合器の半分、１４
は光学ファイバ、１６は湾曲した溝、１８はサブストレ
ート、２０はフオーム複屈折スタック、２４は光学的に
平坦な表面、２８は相互作用領域、３０はコア、３２は
クラッド、２６および３４は平面表面、４０および４２
はスーパーストレート、５０および６６は光検出器、５
２および７０は制御回路、５４はファイバ光学偏光制御
システム、５６ないし５８．７３ないし７５はファイバ
スクイーザ、６２および６４は圧電アクチュエータであ
る。 特許出願人　リットン・システムズ・インコーＦＩＧ、
　　／ ＦＩＧ、　　４ 手続補正書 昭和６１年３月゛／Ｅ１ 、発明の名称 選択された偏光の光学信号を光学ファイバで伝搬する偏
光器３、補正をする者 事１′１との関係　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国、カリフＡルニア州、ビバリー
・ヒルズノース・クレセント・ドライヴ、３６０住　所
　大阪市東区平野町２丁目８番地の１　平野町八千代ビ
ル自発補正 ６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 第５図、第６図、第７図を別紙のとおりに補正します。 以上

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）中央コアおよび中央コアの周囲のクラッドを有す
    る光学ファイバで、選択された偏光の光学信号を伝搬し
    、かつ光学ファイバから他の偏光の光学信号を放射する
    偏光器であって、 長尺の光学ファイバに形成される相互作用領域、および 第１偏光の波が光学ファイバから放射するように、第１
    偏光の波に対して相互作用領域に非対称屈折率分布を有
    し、かつ第２偏光の波が相互作用領域を介してファイバ
    で案内されるように、第２偏光の波に対して相互作用領
    域に対称屈折率分布を形成する材料を備える、偏光器。
  2. （２）相互作用領域は、クラッドを有さない光学ファイ
    バの平面コア部分、および平面コア部分の周囲の平面ク
    ラッド部分を備え、かつ相互作用手段は、平面コア部分
    に隣接するフォーム複屈折材料のスタックを備える、特
    許請求の範囲第２項記載の偏光器。
  3. （３）フォーム複屈折材料のスタックは、相互作用領域
    に平行な偏光に対するコアの屈折率と本質的に同じであ
    る第１屈折率、および相互作用領域に垂直な偏光に対す
    るクラッドの屈折率と本質的に同じである第２屈折率を
    有する、特許請求の範囲第２項記載の偏光器。
  4. （４）光学ファイバから放射される光に応答して、誤差
    信号を形成するために、光学ファイバから放出される光
    の強度を示す電気信号を生じる１対の光検出器、および 誤差信号に応答して、相互作用領域へ入力される光の偏
    光を調節するフィードバック装置をさらに含む、特許請
    求の範囲第１項記載の偏光器。
  5. （５）相互作用領域へ入力される光の偏光を調節するた
    めに、長尺の光学ファイバの屈折率を制御する装置をさ
    らに含む、特許請求の範囲第４項記載の偏光器。
  6. （６）長尺の光学ファイバの屈折率を制御する装置は、
    応力で誘起される複屈折を生じるために光学ファイバを
    圧縮する装置を含む、特許請求の範囲第５項記載の偏光
    器。
  7. （７）中央コアおよびコアの周囲のクラッドを有する光
    学ファイバで伝搬する光を偏光する方法であって、 長尺の光学ファイバに相互作用領域を形成し、第１偏光
    を有する波が相互作用領域で光学ファイバから放射され
    るように、第１偏光を有する光学波に対して非対称屈折
    率分布を形成し、かつ第２偏光を有する波が相互作用領
    域を介して光学ファイバで案内されるように、第２偏光
    を有する光学波に対して対称屈折率分布を維持するステ
    ップを備える、方法。
  8. （８）相互作用領域を形成するステップは、光学ファイ
    バから材料を除去し、クラッドを有さない平面コア部分
    を形成するステップを含む、特許請求の範囲第７項記載
    の方法。
  9. （９）平面コア部分の一部に隣接する、異なる屈折率を
    有する材料の交互の層から形成される相互作用材料を置
    くステップをさらに含む、特許請求の範囲第８項記載の
    方法。
  10. （１０）光学ファイバから放射される光に応答して、誤
    差信号を形成し、かつ 誤差信号に応答して、相互作用領域へ入力される光の偏
    光を調節するステップをさらに含む、特許請求の範囲第
    ９項記載の方法。
  11. （１１）光学ファイバから放出される光の強度を示す電
    気信号を生じるために、相互作用領域で光学ファイバか
    ら放出される光の光学経路に、少なくとも１つの光検出
    器を置くステップをさらに含む、特許請求の範囲第１０
    項記載の方法。
  12. （１２）相互作用領域へ入力される光の偏光を調節する
    ステップは、長尺の光学ファイバの屈折率を制御するス
    テップを含む、特許請求の範囲第１１項記載の方法。
JP61072377A 1985-08-22 1986-03-28 選択された偏光の光学信号を光学フアイバで伝搬する偏光器 Granted JPS6247619A (ja)

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