WO2003067307A1 - Dispositif de separation/couplage de polarisation - Google Patents

Dispositif de separation/couplage de polarisation Download PDF

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WO2003067307A1
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polarization
light
birefringent element
input
optical paths
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PCT/JP2003/001124
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Kazuhide Kubo
Shohei Abe
Shusuke Wada
Yuko Ota
Ikuo Maeda
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Fdk Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements

Definitions

  • the present invention has a structure in which a polarization rotation unit is arranged between two birefringent elements, and a plurality of input lights are respectively branched and combined as a plurality of output lights in different brightness combinations.
  • polarization splitters and combiners are useful, for example, in the optical communication field as an optical module capable of increasing the power of pumping light input to an optical fiber amplifier and capable of high output.
  • optical fiber amplifiers have been used to amplify the signal light. This is because the excitation light and the signal light from the excitation light source (semiconductor laser) are multiplexed and incident on an optical fiber doped with a rare earth element such as erbium, and are generated between the energy levels in the core of the optical fiber.
  • An optical device that amplifies signal light based on stimulated emission transition. In order to increase the installation interval of optical fiber amplifiers (intervals in transmission lines), it is necessary to increase the output power of the pump light.
  • the two pump lights are combined and the optical power is increased and supplied. That is being done. Since a semiconductor laser used as an excitation light source emits almost linearly polarized light, an optical polarization combiner that combines two linearly polarized lights is used as a light combiner.
  • FIG. 1 As a conventional optical polarization combiner, there is a configuration using a polarization splitting prism as shown in FIG.
  • a fiber collimator 13a combining a single-core ferrule 1la having a polarization maintaining fiber 10a and a collimating lens 12a, and a polarization maintaining fiber
  • a fiber collimator 1 3b which combines a single-core ferrule 1 lb with a reflector 1 O b and a collimating lens 1 2b, has a polarization splitting prism 1 4 whose linearly polarized light is orthogonal to each other and whose incident direction differs by 90 degrees.
  • the outgoing light combined by the polarization separation film 15 is optically coupled to the optical fiber 18 of the single-core ferrule 17 by the collimating lens 16.
  • the P-polarized light entering from one fiber collimator 13 a passes through the polarization splitting film 15, and the S-polarized light entering from the other fiber collimator 13 b is reflected by the polarization splitting film 15. In this way, P ⁇
  • the S-polarized light is combined and emitted from the optical fiber 18.
  • this combined light is split into two by an optical splitter (power plastic) 19, while one (output light 1) is used as pump light for an optical fiber amplifier for the upstream transmission line, and the other (output light 2). ) Is supplied as pump light for the optical fiber amplifier for the downstream transmission line.
  • optical splitter power plastic
  • the structure in which the triangular prisms are joined to each other via the polarization separation prism (polarization separation film) (multilayer film) arranged in the center portion requires an adhesive in the optical path.
  • the adhesive in the optical path may be burned or degraded by the incident light, the light power that can be incident (and thus the light power that can be emitted) is limited, and the demand for higher output of the pump light source for optical amplifiers has been increased. I can not cope. 10,000-, If there is a characteristic degradation, the whole system may be stopped.
  • the use of the polarization splitting prism not only increases the size of the device, but also the position of two input ports and one output port with respect to the polarization splitting prism. Since they are arranged in the same direction (a so-called T-shaped arrangement) and further branched by an optical splitter, a large installation space is required in the system, including the space for routing optical fibers.
  • An object of the present invention is to provide a polarization splitting / combining device which can cope with high output of optical power and is devised so that the polarization splitting function and the polarization combining function can be realized in a small space. . Disclosure of the invention
  • One embodiment of the present invention combines a birefringent element for splitting a linearly polarized input light into lights in different optical paths whose polarization directions are orthogonal to each other and light in different optical paths whose polarization directions are orthogonal.
  • the polarization splitter / combiner is characterized in that the output light is branched and combined in different combinations as a plurality of output lights.
  • a birefringent element for splitting linearly polarized input light into light beams having different polarization directions orthogonal to each other, and a light beam having a different polarization direction orthogonal light paths.
  • the birefringent elements are arranged so that their optical axes are symmetrical with respect to the center of the array, so that the two input lights are branched and combined into two output lights in different combinations. Is a polarization splitter / synthesizer.
  • Still another aspect of the present invention is a birefringent element for branching a linearly polarized input light into light beams having different polarization directions orthogonal to each other, and a different birefringence element having different polarization directions orthogonal to each other.
  • the birefringent element for combining and the birefringent element for combining are arranged so that their optical axes are oriented in the same direction, so that two input lights are respectively branched and combined as two output lights in different combinations. Is a polarization splitter / combiner.
  • Still another aspect of the present invention is directed to a birefringent element for splitting linearly polarized input light into light beams having different polarization directions orthogonal to each other, and a different birefringent element having polarization directions orthogonal to each other.
  • a birefringent element for synthesizing light and two linear phase shifters positioned between the two birefringent elements and rotating the polarization direction of light in a diagonal optical path passing by 90 degrees are provided.
  • the birefringent element for branching and the birefringent element for synthesis are rotated 90 degrees around the optical axis.
  • the polarization splitter / combiner is arranged in such a manner that two input lights are branched and combined as two output lights in different combinations.
  • two linear phase shifters may be arranged only in diagonal optical paths, or two linear phase shifters may be arranged in one of the left and right optical paths and one of the upper and lower optical paths. They may be placed.
  • the linear phase shifter used in the present invention is, for example, a half-wave plate made of quartz.
  • the birefringent element has a parallel plane structure and includes, for example, rutile, lithium niobate, or yttrium panadate.
  • the input light can be input using, for example, a polarization maintaining fiber.
  • a polarization maintaining fiber by rotating the polarization maintaining fiber around the optical axis, the polarization direction can be changed and adjusted to an arbitrary branching ratio.
  • birefringent element for branching and the birefringent element for synthesis used in the present invention may be the same.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of the polarization splitter / combiner according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing another embodiment of the polarization splitter / combiner according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing still another embodiment of the polarization splitter / combiner according to the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of polarization rotating means that can be used in the polarization splitter / combiner of FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a conventional technique. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of the polarization splitter / combiner according to the present invention.
  • the upper part shows the component arrangement and the optical path
  • the lower part shows the polarization direction at each position.
  • the horizontal direction (the direction from the back perpendicular to the paper to the front)
  • the upward is the y direction
  • the light traveling direction (the right is the paper). )
  • the z direction In the z direction
  • the polarization splitter / combiner of this embodiment has a polarization direction orthogonal to the birefringent element 20 for splitting linearly polarized input light into light having different polarization directions into light of different optical paths.
  • the birefringent element 20 for branching and the birefringent element 22 for synthesis have a parallel plane structure (a structure in which the entrance surface and the exit surface are parallel to each other) made of, for example, rutile crystal, and may be the same.
  • the optical axes are in the yz plane and are inclined with respect to the z-axis, and are arranged so that the inclination is symmetric with respect to the center of the array.
  • Three optical paths are formed between the birefringent element 20 for branching and the birefringent element 22 for synthesis so as to be arranged in the y direction, and the linear retarder 24 introduced into the central optical path is formed of water.
  • One half-wave plate made of crystal.
  • the optical axis is set in the xy plane so as to be inclined by 45 degrees with respect to the X axis.
  • the two input lights are both linearly polarized light (excitation light from a semiconductor laser, etc.), and are input to vertically different positions using, for example, a polarization maintaining fiber (not shown). Each of these polarization directions is exactly 45 degrees inclined to the X axis.
  • the distance between the optical paths of input 1 and input 2 is set so as to match the optical path displacement of extraordinary light in each birefringent element.
  • the input 1 light goes straight because the polarization direction is tilted 45 degrees with respect to the X-axis, so that half of it becomes ordinary light with respect to the birefringent element 20 for branching, and the other half is abnormal. Refracts in the + y direction to change the optical path to become light.
  • the light of input 2 is split into lights of different optical paths whose polarization directions are orthogonal.
  • the input 1 ordinary light and the input 2 extraordinary light pass through the same central optical path. Since a linear phase shifter (1/2 wavelength plate) 24 is inserted in the central optical path, those lights rotate 90 degrees in the polarization direction and are switched.
  • the light in the upper optical path due to the input 1 is extraordinary light even for the birefringent element 22 for synthesis.
  • the light in the central optical path due to the input 2 is rotated 90 degrees by passing through the linear phase shifter 24, so that it becomes ordinary light for the combining birefringent element 22, and proceeds straight as it is. Therefore, these two lights are combined and output from output 1. Also, the light in the central optical path due to the input 1 is rotated 90 degrees by passing through the linear phase shifter 24, and becomes extraordinary light for the birefringent element 22 for synthesis. To change the optical path. The light in the lower optical path due to the input 2 is also ordinary light to the birefringent element 22 for synthesis, and therefore proceeds straight as it is. Therefore, these two lights are combined and output from output 2. In this way, the two input lights are branched by the birefringent element 20 for branching, respectively, and are combined by the combining birefringent element 22 as two output lights in different combinations.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing another embodiment of the polarization splitter / combiner according to the present invention.
  • the horizontal direction (the direction from the back perpendicular to the paper to the front) is the X direction
  • the upward direction is the y direction
  • the light traveling direction (the right side of the paper) is the z direction.
  • the polarization splitter / combiner of this embodiment has a polarization direction orthogonal to a birefringent element 30 for splitting linearly polarized input light into light having different polarization directions into light of different optical paths.
  • the birefringent element 30 for branching and the birefringent element 32 for synthesis have a parallel plane structure made of, for example, rutile crystal (a structure in which the entrance surface and the exit surface are parallel to each other), and may be the same.
  • the optical axis is inclined with respect to the z axis in the yz plane, and is arranged so that the inclination is in the same direction.
  • the linear phase shifter 34 inserted into the antenna may have the same structure. It is a board.
  • the optical axis is set in the xy plane so as to be inclined by 45 degrees with respect to the X axis. '
  • the two input lights are both linearly polarized lights, and are input from different positions, for example, using a polarization maintaining fiber. Each of these polarization directions is inclined exactly 45 degrees to the X axis.
  • the distance between the optical paths of input 1 and input 2 is set to match the optical path displacement of the abnormal light in the birefringent element.
  • the polarization direction of the input 1 light is inclined by 45 ° with respect to the X axis, half of the light travels straight because it becomes ordinary light with respect to the birefringent element 30 for branching, and the other half travels straight. Refracts in the + y direction to change the optical path to become extraordinary light.
  • the light of input 2 is split into lights of different optical paths whose polarization directions are orthogonal.
  • the extraordinary light of input 1 passes through the upper optical path, and the ordinary light of input 2 passes through the lower optical path. Since the linear phase shifters 34 and 36 are inserted in the upper and lower optical paths, respectively, the polarization directions of those lights are rotated by 9.0 degrees.
  • the light in the upper optical path due to input 1 passes through the linear phase shifter 34, and its polarization direction is rotated by 90 degrees, and becomes ordinary light with respect to the combining birefringent element 32.
  • the light in the central optical path due to the input 2 becomes extraordinary light with respect to the birefringent element 32 for synthesis, and is refracted in the + y direction to change the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from output 1.
  • the light in the central optical path due to the input 1 is also ordinary light to the birefringent element 32 for synthesis, and therefore proceeds straight as it is.
  • the light in the lower optical path due to the input 2 is rotated 90 degrees by passing through the linear phase shifter 36, and becomes extraordinary light for the birefringent element 32 for combination. Refracts in the direction and changes the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from output 2. In this way, two input lights are branched and combined as two output lights in different combinations.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing still another embodiment of the polarization splitter / combiner according to the present invention.
  • the upper and middle parts show the component arrangement and the optical path, and the lower part shows the polarization direction at each position.
  • the horizontal direction is the X axis
  • the vertical direction is the y axis
  • the light traveling direction is the z direction.
  • the polarization splitter / combiner of this embodiment has a polarization direction orthogonal to the splitting birefringent element 40 for splitting linearly polarized input light into light having different polarization directions into light of different optical paths.
  • a birefringent element for combining 42 that combines light from different optical paths, and a 90 ° rotation of the polarization direction of the light on the diagonal path passing between the birefringent elements 40 and 42 It has two linear phase shifters 4 4, 46.
  • the birefringent element 40 for branching and the birefringent element 42 for synthesis have a parallel plane structure made of, for example, rutile crystal (a structure in which the incident surface and the outgoing surface are parallel to each other). Can be used.
  • the optical axis of the birefringent element 40 for branching is in the XZ plane and is inclined with respect to the z axis.
  • the optical axis of the birefringent element 42 for synthesis is in the yz plane and is relative to the Z axis. It is symmetrically inclined in the opposite direction.
  • the two linear phase shifters 54, 56 are practically arranged only in the diagonal optical paths (the lower left optical path and the upper right optical path). It is equivalent to the above, and such a configuration is acceptable.
  • These linear phase shifters are, for example, one half-wave plate made of quartz, and the optical axis is set in the xy plane and inclined by 45 degrees with respect to the x-axis. .
  • the two input lights are both linearly polarized lights, and are input from different positions on the right side using, for example, a polarization maintaining fiber.
  • Each of these polarization directions is exactly 45 degrees inclined to the X axis.
  • the distance between the optical paths of input 1 and input 2 is set to match the optical path displacement of extraordinary light in the birefringent element.
  • the polarization direction of the light of input 1 is tilted 45 degrees with respect to the X axis, half of the The birefringent element 40 goes straight to become ordinary light, and the other half refracts in the X direction to change the optical path to become extraordinary light.
  • the light of input 2 is split into lights of different optical paths whose polarization directions are orthogonal.
  • the ordinary light of input 1 passes through the lower right optical path. Since the two linear phase shifters 4 4 and 4 6 are inserted in the lower right optical path in an overlapping manner, the polarization direction of the light is rotated by 180 degrees, and as a result, the polarization direction is maintained. Will be.
  • the extraordinary light of input 1 passes through the lower left optical path. Since one linear phase shifter 46 is inserted in the lower left optical path, the polarization direction of the light is rotated by 90 degrees.
  • the input 2 ordinary light passes through the upper right optical path. Since one linear phase shifter 44 is inserted in the upper right optical path, the light rotates the polarization direction by 90 degrees.
  • the extraordinary light of input 2 passes through the upper left optical path. Since there is no linear retarder in the upper left optical path, the light passes through as it is.
  • the light in the lower left optical path due to the input 1 passes through one linear phase shifter 46, the polarization direction is rotated 90 degrees, and becomes ordinary light for the birefringent element 42 for synthesis. Continue straight.
  • the light in the upper left optical path by the input 2 bypasses both linear phase shifters and is extraordinary light for the birefringent element for composition 42. Therefore, the light is refracted in one y direction to change the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from output 1.
  • the light in the lower right optical path due to input 1 passes through the two linear phase shifters 4 4 and 4 6 continuously, so that the polarization direction is rotated by 180 degrees (thus, as a result, (The polarization direction does not change.)
  • the ordinary birefringent element 42 becomes ordinary light, it proceeds straight.
  • the light on the upper right side optical path due to input 2 passes through one linear phase shifter 44, and its polarization direction is rotated 90 degrees, and is extraordinary light for the birefringent element 42 for synthesis.
  • the light refracts in the y direction and changes the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from output 2.
  • the polarization splitter / combiner in each of these embodiments receives, for example, linearly polarized light from an excitation light source (such as a semiconductor laser) as input 1 and input 2, respectively.
  • the light is output as light having a wavefront orthogonally combined. Therefore, for example, in submarine communications, etc., these output lights are one of the lights for the upstream transmission path:
  • the other light is supplied as the pump light of the optical amplifier for the downstream transmission line as the pump light of the optical amplifier.
  • this invention is not limited only to such a structure. It is preferable from the viewpoint of cost to use the same birefringent element for branching and the birefringent element for synthesis, but the material and dimensions may be changed as long as the distance between the optical paths can be finally adjusted.
  • a material of the birefringent element for example, lithium niobate / yttrium vanadate (YVO 4 ) may be used in addition to rutile.
  • a 90-degree Faraday rotator or the like can be used in addition to the linear phase shifter.
  • the birefringent element splits equally into two lights whose polarization directions are orthogonal. ing. Therefore, if the polarization direction of the input light is changed, the branching ratio changes accordingly.
  • the polarization direction is changed by rotating the polarization maintaining fiber around the optical axis, and it is possible to adjust the branching ratio to an arbitrary value.
  • a polarization rotating means for rotating the polarization direction of the light in some optical paths by 90 degrees is provided.
  • a polarization splitter / combiner is obtained in which the input light is branched and combined as output light in different combinations.
  • the incident direction of the input light and the output direction of the output light become the same direction, so that the polarization branching including the optical fiber routing space is performed.
  • the function and the polarization combining function can be realized in a small space.

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Description

偏波分岐合成器 技術分野
本発明は、 2個の複屈折素子の間に偏波回転手段を配置した構造を有し、 複数 の入力光が、 それぞれ分岐して異な明る組み合わせで複数の出力光として合成され るようにした偏波分岐合成器に関するも田のである。 この偏波分岐合成器は、 例え ば光通信分野において、 光ファイバ増幅器に入力する励起光パワーを増大させる ための高出力可能な光モジュールとして有用である。 背景技術
長距離光通信では、 光ファイバにより伝送される信号光が様々な要因により 徐々に減衰するため、 適当な間隔で信号光を増幅する必要がある。 その信号光の 増幅には、 近年、 光ファイバ増幅器が用いられている。 これは、 エルビウム等の 希土類元素を添加した光ファイバに、 励起光源 （半導体レーザ） からの励起光と 信号光を合波して入射し、 該光ファイバのコア内でのエネルギー準位間で生じる 誘導放出遷移に基づいて信号光を増幅する光デバイスである。 光ファイバ増幅器 の設置間隔 （伝送線路における中継間隔） を広げるために、 励起光パワーを高出 力化することが求められており、 そのため 2つの励起光を合成し光パワーを増強 して供給することが行われている。 励起光源として用いられている半導体レーザ はほぼ直線偏光を出射すること力 ら、 光合成器として 2つの直線偏光を合成する 光偏波合成器が用いられている。
従来の光偏波合成器としては、 図 5に示すような偏光分離プリズムを用いた構 成がある。 偏波保持ファイバ 1 0 aを有する単芯フエルール 1 l aとコリメート レンズ 1 2 aを組み合わせたファイバコリメータ 1 3 aと、 同様に偏波保持ファ ィバ 1 O bを有する単芯フェルール 1 l bとコリメートレンズ 1 2 bを組み合 わせたファイバコリメータ 1 3 bとを、 直線偏光が互いに直交し入射方向が 9 0 度異なって偏光分離プリズム 1 4に入射するように配置し、偏光分離膜 1 5で合 成した出射光を、 コリメートレンズ 1 6によって単芯フエルール 1 7の光フアイ バ 1 8に光結合させる構成である。 一方のファイバコリメータ 1 3 aから入射す る P偏光は偏光分離膜 1 5を透過し、 他方のファイバコリメータ 1 3 bから入射 する S偏光は偏光分離膜 1 5で反射する。 このようにして偏光分離膜 1 5で P ·
S偏波合成が行われて、 光ファイバ 1 8から出射する。
例えば海底通信などでは、 この合成光は光分岐器 （力プラ） 1 9によって 2分 岐され、 一方 （出力光 1 ) は上り伝送路用の光ファイバ増幅器の励起光として、 他方 （出力光 2 ) は下り伝送路用の光ファイバ増幅器の励起光として、 供給され る。
上記のような従来の光偏波合成器では、 中央部に配置される偏光分離プリズム 力 偏光分離膜 （多層膜） を介して三角プリズム同士を接合する構造のために、 光路中で接着剤を使用している。 ところが、 光路中の接着剤は入射光によって焼 損あるいは劣化する恐れがあるため、 入射可能な光パワー （従って出射可能な光 パワー） が制限され、 光増幅器用励起光源の高出力化の要求に対応できない。 万 ―、 特^~生劣化が生じれば、 システム全体が停止してしまう可能性もある。
, また上記のような従来の光偏波合成器では、 偏光分離プリズムを用いるために 装置が大型化するばかりでなく、偏光分離プリズムに対して 2つの入力ポートと 1つの出力ポートの位置が 3方向に配置され （所謂、 T字型配置） 、 更に光分岐 器にて分岐させるため、 光ファイバの引き回しスペースも含めてシステム内に広 い取り付けスペースが必要となる。
本発明の一の目的は、 光パワーの高出力化に対応でき、 且つ偏波分岐機能と偏 波合成機能を省スペースで実現できるように工夫した偏波分岐合成器を提供す ることである。 発明の開示
本発明の一態様は、 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路 の光に分岐する分岐用複屈折素子と、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光 を合成する合成用複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する一部の光路 の光の偏波方向を 9 0度回転する偏波回転手段とを具備し、 複数の入力光がそれ ぞれ分岐し異なる組み合わせで複数の出力光として合成されるようにしたこと を特徴とする偏波分岐合成器である。
本発明の他の態様は、 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光 路の光に分岐する分岐用複屈折素子と、偏波方向が直交関係にある異なる光路の 光を合成する合成用複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する中央光路 の光の偏波方向を 9 0度回転する直線位相子を具備し、 前記分岐用複屈折素子と 合成用複屈折素子はそれらの光学軸が配列中心に対して対称となるように配置 されており、 2つの入力光がそれぞれ分岐し異なる組み合わせで 2つの出力光と して合成されるようにしたことを特徴とする偏波分岐合成器である。
本発明のさらに他の態様は、直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異 なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子と、 偏波方向が直交関係にある異なる 光路の光を合成する合成用複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する両 側方光路の光の偏波方向を 9 0度回転する 2個の直線位相子を具備し、 前記分岐 用複屈折素子と合成用複屈折素子はそれらの光学軸が同じ向きに配置されてお り、 2つの入力光がそれぞれ分岐し異なる組み合わせで 2つの出力光として合成 されるようにしたことを特徴とする偏波分岐合成器である。
本発明のさらに他の態様は、 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異 なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子と、偏波方向が直交関係にある異なる 光路の光を合成する合成用複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する対 角の関係にある光路の光の偏波方向を 9 0度回転する 2個の直線位相子を具備 し、 前記分岐用複屈折素子と合成用複屈折素子は光軸の回りを 9 0度回転した関 係で配置されており、 2つの入力光がそれぞれ分岐し異なる組み合わせで 2つの 出力光として合成されるようにしたことを特徴とする偏波分岐合成器である。 こ の場合、 2個の直線位相子を、 対角の関係にある光路にのみ配置してもよいし、 2個の直線位相子を、左右いずれか一方の光路と上下いずれか一方の光路に配置 してもよい。
本発明で用いる直線位相子は、 例えば水晶からなる 1 / 2波長板である。 複屈 折素子は平行平面構造であり、 例えばルチル、 ニオブ酸リチウム、 又はパナジン 酸イツトリゥムを含む。
入力光は、例えば偏波保持ファイバを用いて入力することができる。このとき、 偏波保持ファイバを光軸の回りに回転させることにより、 偏波方向を変え、 任意 の分岐比率に調整することができる。
本発明で用いる分岐用複屈折素子と合成用複屈折素子とは同一品でもよい。 図面の簡単な説明
図 1は本発明に係る偏波分岐合成器の一実施例を示す説明図である。
図 2は本発明に係る偏波分岐合成器の他の実施例を示す説明図である。
図 3は本発明に係る偏波分岐合成器の更に他の実施例を示す説明図である。 図 4は図 3の偏波分岐合成器に用いることができる偏波回転手段の説明図で あ 。
図 5は従来技術の一例を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1は本発明に係る偏波分岐合成器の一実施例を示す説明図である。 上段は部 品配列と光路を示し、 下段は各位置での偏波方向を表している。 説明を分かり易 くするために、 部品配列を示す上段の図において、 水平方向 （紙面に垂直な裏か ら表の方向） を X方向、 上方向を y方向、 光の進行方向 （紙面右方向） を z方向 とする。
本実施例の偏波分岐合成器は、 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある 異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子 2 0と、 偏波方向が直交関係にある 異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子 2 2と、 それら両複屈折素子 2 0， 2 2の間に位置し通過する中央光路の光の偏波方向を 9 0度回転する直線位相 子 2 4を具備している。
ここで分岐用複屈折素子 2 0と合成用複屈折素子 2 2は、例えばルチル結晶な どからなる平行平面構造 （入射面と出射面が互いに平行な構造） であり、 同一品 でよい。 図 1のように座標軸を設定した時、 その光学軸は、 y z面内にあって z 軸に対して傾いており、 その傾きが配列中心に対して対称となるように配置され ている。 分岐用複屈折素子 2 0と合成用複屈折素子 2 2との間には 3本の光路が y方向に並ぶように形成され、 その中央光路に揷入される直線位相子 2 4は、 水 晶からなる 1枚の 1 / 2波長板である。 その光学軸は、 x y面内にあって X軸に 対して 4 5度傾くように設定されている。
2つの入力光は、 共に直線偏波光 （半導体レーザからの励起光など） であり、 例えば偏波保持ファイバ （図示せず） を用いて上下異なる位置に入力させる。 そ れらの偏波方向は、 いずれも X軸に対して丁度 4 5度傾いている。 また入力 1と 入力 2の光路間距離は、 各複屈折素子における異常光の光路変位量に一致するよ うに設定する。
入力 1の光は、 偏波方向が X軸に対して 4 5度傾いているために、 その半分は 分岐用複屈折素子 2 0に対して常光となるために直進し、残りの半分は異常光と なるために + y方向に屈折して光路を変更する。 入力 2の光も同様に、 偏波方向 が直交関係にある異なる光路の光に分岐する。 入力 1の常光と入力 2の異常光は 同じ中央光路を通る。 中央光路には直線位相子 （1 / 2波長板） 2 4が揷入され ているため、 それらの光は偏波方向が 9 0度回転し、 入れ替わることになる。 入力 1による上側光路の光は、 合成用複屈折素子 2 2に対しても異常光である ため、 一 y方向に屈折し光路を変更する。 入力 2による中央光路の光は、 直線位 相子 2 4を通過することにより偏波方向が 9 0度回転するため、合成用複屈折素 子 2 2に対しては常光となり、 そのまま直進する。 従って、 これら両光は合成さ れて出力 1から出力する。 また入力 1による中央光路の光は、 直線位相子 2 4を 通過することにより偏波方向が 9 0度回転し、 合成用複屈折素子 2 2に対しては 異常光となるため、 一 y方向に屈折し光路を変更する。 入力 2による下側光路の 光は、合成用複屈折素子 2 2に対しても常光であるため、そのまま直進する。従つ て、 これら両光は合成されて出力 2から出力する。 このようにして、 2つの入力 光は、 分岐用複屈折素子 2 0によってそれぞれ分岐し、 異なる組み合わせで 2つ の出力光として合成用複屈折素子 2 2によって合成されることになる。
図 2は本発明に係る偏波分岐合成器の他の実施例を示す説明図である。 説明を 分かり易くするために、 ここでも図示のように、 水平方向 （紙面に垂直な裏から 表の方向） を X方向、 上方向を y方向、 光の進行方向 （紙面右方向） を z方向と する。
本実施例の偏波分岐合成器は、 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある 異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子 3 0と、 偏波方向が直交関係にある 異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子 3 2と、 それら両複屈折素子 3 0， 3 2の間に位置し通過する両側光路の光の偏波方向を 9 0度回転する 2個の直 線位相子 3 4 , 3 6を具備している。
ここでも分岐用複屈折素子 3 0と合成用複屈折素子 3 2は、例えばルチル結晶 などからなる平行平面構造 （入射面と出射面が互いに平行な構造） であり、 同一 品でよい。 図 2のように座標軸を設定したとき、 その光学軸は、 y z面内にあつ て z軸に対して傾いており、 その傾きが同一方向となるように配置されている。 分岐用複屈折素子 3 0と合成用複屈折素子 3 2との間には 3本の光路が y方向 に並ぶように形成され、 その上側光路に挿入される直線位相子 3 4と下側光路に 挿入される直線位相子 3 6は同一構造でよく、 ここでは水晶からなる 1 Z 2波長 板である。 その光学軸は、 x y面内にあって X軸に対して 4 5度傾くように設定 されている。 '
2つの入力光は、 共に直線偏波光であり、 例えば偏波保持ファイバを用いて上 下異なる位置から入力させる。 それらの偏波方向は、 いずれも X軸に対して丁度 4 5度傾いている。 また入力 1と入力 2の光路間距離は、 複屈折素子における異 常光の光路変位量に一致するように設定する。
入力 1の光は、 偏波方向が X軸に対して 4 5'度傾いているために、 その半分は 分岐用複屈折素子 3 0に対して常光となるために直進し、残りの半分は異常光と なるために + y方向に屈折して光路を変更する。 入力 2の光も同様に偏波方向が 直交関係にある異なる光路の光に分岐する。 入力 1の異常光は上側光路を通り、 入力 2の常光は下側光路を通る。 上下の光路にはそれぞれ直線位相子 3 4， 3 6 が揷入されているため、 それらの光は偏波方向が 9, 0度回転することになる。 入力 1による上側光路の光は、 直線位相子 3 4を通過することにより偏波方向 が 9 0度回転し、 合成用複屈折素子 3 2に対しては常光となるため、 そのまま直 進する。 入力 2による中央光路の光は、 合成用複屈折素子 3 2に対しては異常光 となるため、 + y方向に屈折し光路を変更する。 従って、 これら両光は合成され て出力 1から出力する。 入力 1による中央光路の光は、 合成用複屈折素子 3 2に 対しても常光であるため、 そのまま直進する。 入力 2による下側光路の光は、 直 線位相子 3 6を通過することにより偏波方向が 9 0度回転し、合成用複屈折素子 3 2に対しては異常光となるため、 + y方向に屈折し光路を変更する。 従って、 これら両光は合成されて出力 2から出力する。 このようにして、 2つの入力光が 分岐し、 異なる組み合わせで 2つの出力光として合成されることになる。
図 3は本発明に係る偏波分岐合成器の更に他の実施例を示す説明図である。 上 段と中段は部品配列と光路を示し、 下段は各位置での偏波方向を表している。 こ こでも説明を分かり易くするために、 図示のように、 水平方向を X軸、 上下方向 を y軸、 光の進行方向を z方向とする。 本実施例の偏波分岐合成器は、 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある 異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子 4 0と、 偏波方向が直交関係にある 異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子 4 2と、 両複屈折素子 4 0， 4 2の 間に位置し通過する対角の関係にある光路の光の偏波方向を 9 0度回転する 2 個の直線位相子 4 4 , 4 6を具備している。
ここでも分岐用複屈折素子 4 0と合成用複屈折素子 4 2は、例えばルチル結晶 などからなる平行平面構造 （入射面と出射面が互いに平行な構造） であり、 向き を変えることで同一品が使用できる。 分岐用複屈折素子 4 0の光学軸は、 X Z面 内にあって z軸に対して傾いており、 合成用複屈折素子 4 2の光学軸は、 y z面 内にあって Z軸に対して逆方向に対称的に傾いている。 分岐用複屈折素子 4 0と 合成用複屈折素子 4 2との間には 4本の光路が X方向及び y方向に並ぶように 形成され、 それらの間に直線位相子 4 4， 4 6が挿入されている。 図 4 Aに示す ように、 一方の直線位相子 4 4が右側光路に、 他方の直線位相子 4 6が下側光路 に配置されている。 右下側光路は、 2枚の直線位相子 4 4 , 4 6が重なって位置 することになるが、 最初の直線位相子 4 4で偏波方向が 9 0度回転し、 次の直線 位相子 4 6で更に 9 0度 （従って、 合計 1 8 0度） 回転するために元の状態に戻 る。 それ故、 実質的には図 4 Bに示すように、 2個の直線位相子 5 4、 5 6が対 角の関係にある光路にのみ （左下側光路と右上側光路に） 配置されているのと同 等となり、 このような構成でもよレ、。 これらの直線位相子は、 例えば水晶からな る 1枚の 1 / 2波長板であり、 その光学軸は、 X y面内にあって X軸に対して 4 5度傾くように設定されている。
2つの入力光は、 共に直線偏波光であり、 例えば偏波保持ファイバを用いて右 側の上下異なる位置から入力させる。 それらの偏波方向は、 いずれも X軸に対し て丁度 4 5度傾いている。 また入力 1と入力 2の光路間距離は、 複屈折素子にお ける異常光の光路変位量に一致するように設定する。
入力 1の光は、 偏波方向が X軸に対して 4 5度傾いているので、 その半分は分 岐用複屈折素子 4 0に対して常光となるために直進し、残りの半分は異常光とな るために一 X方向に屈折して光路を変更する。 入力 2の光も同様に、 偏波方向が 直交関係にある異なる光路の光に分岐する。
入力 1の常光は右下側光路を通る。 右下側光路には 2枚の直線位相子 4 4 , 4 6が重なって挿入されているため、 その光は偏波方向が 1 8 0度回転し、 結果的 に偏波方向は保たれることになる。 入力 1の異常光は左下側光路を通る。 左下側 光路には 1枚の直線位相子 4 6が挿入されているため、 その光は偏波方向が 9 0 度回転することになる。 入力 2の常光は右上側光路を通る。 右上側光路には 1枚 の直線位相子 4 4が挿入されているため、 その光は偏波方向を 9 0度回転するこ とになる。 入力 2の異常光は左上側光路を通る。 左上側光路には直線位相子が無 いため、 光はそのまま通過する。
入力 1による左下側光路の光は、 1枚の直線位相子 4 6を通過することにより 偏波方向が 9 0度回転し、 合成用複屈折素子 4 2に対しては常光となるため、 そ のまま直進する。 入力 2による左上側光路の光は、 両直線位相子をバイパスし、 合成用複屈折素子 4 2に対しては異常光であるため、 一 y方向に屈折し光路を変 更する。 従って、 これら両光は合成されて出力 1から出力する。 また入力 1によ る右下側光路の光は、 2枚の直線位相子 4 4 , 4 6を連続して通過することによ り偏波方向が 1 8 0度回転し （よって結果的に偏波方向が変化せず） 、 合成用複 屈折素子 4 2に対しては常光となるため、 そのまま直進する。 入力 2による右上 側光路の光は、 1枚の直線位相子 4 4を通過することにより偏波方向が 9 0度回 転し、 合成用複屈折素子 4 2に対しては異常光であるため、 一 y方向に屈折し光 路を変更する。 従って、 これら両光は合成されて出力 2から出力する。
これら各実施例の偏波分岐合成器は、例えば入力 1と入力 2としてそれぞれ励 起光源 （半導体レーザなど） からの直線偏波の光を入力すると、 分岐合成されて 出力 1と出力 2から偏波面が直交して合成された光として出力する。 従って、 例 えば海底通信などでは、 これらの出力光は、 一方の光が上り伝送路用の光： バ増幅器の励起光として、 他方の光が下り伝送路用の光ファイバ増幅器の励起光 として、 供給されることになる。
以上、 本発明の実施例について詳述したが、 本発明はかかる構成のみに限定さ れるものではない。 分岐用複屈折素子と合成用複屈折素子は同一品を使用するこ とがコスト的にも好ましいが、 最終的に光路間距離さえ合わせることができるな らば材質や寸法を変えてもよい。 また複屈折素子の材料としては、 ルチルの他、 例えばニオブ酸リチウムゃバナジン酸イットリウム （Y V O 4) などでもよい。
9 0度偏波回転手段としては、 直線位相子の他、 9 0度ファラデー回転子などを 用いることも可能である。
実施例の説明から分かるように、 入力光の偏波方向を X軸に対して 4 5度傾け ることで分岐用複屈折素子によって、 偏波方向が直交関係にある 2つの光に等分 している。 従って、 入力光の偏波方向を変えると、 それによつて分岐比率も変化 することになる。 このことを利用すると、 偏波保持ファイバを光軸の回りに回転 させることによって、 偏波方向が変わり、 任意の分岐比率に調整することが可能 となる。 産業上の利用の可能性
以上説明した本発明の実施例によれば、 分岐用複屈折素子と合成用複屈折素子 との間に、 一部の光路の光の偏波方向を 9 0度回転する偏波回転手段を設けるこ とで、 入力光がそれぞれ分岐し異なる組み合わせで出力光として合成されるよう にした偏波分岐合成器が得られる。 そしてそれにより、 光路中に接着剤が存在し ないため光パワーの高出力化に対応でき、 入力光の入射方向と出力光の出射方向 が同方向となり光ファイバの引き回しスペースも含めて偏波分岐機能と偏波合 成機能を省スペースで実現することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分岐する分 岐用複屈折素子と、 偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用 複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する一部の光路の光の偏波方向を 9 0度回転する偏波回転手段を具備し、複数の入力光がそれぞれ分岐し異なる組 み合わせで複数の出力光として合成されるようにした偏波分岐合成器。
2 . 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分岐する分 岐用複屈折素子と、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用 複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する中央光路の光の偏波方向を 9 0度回転する直線位相子を具備し、 前記分岐用複屈折素子と合成用複屈折素子は それらの光学軸が配列中心に対して対称となるように配置されており、 2つの入 力光がそれぞれ分岐し異なる組み合わせで 2つの出力光として合成されるよう にした偏波分岐合成器。
3 . 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分岐する分 岐用複屈折素子と、 偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用 複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する両側方光路の光の偏波方向を 9 0度回転する 2個の直線位相子を具備し、 前記分岐用複屈折素子と合成用複屈 折素子はそれらの光学軸が同じ向きに配置されており、 2つの入力光がそれぞれ 分岐し異なる組み合わせで 2つの出力光として合成されるようにした偏波分岐 合成器。
4 . 直線偏波の入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分岐する分 岐用複屈折素子と、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用 複屈折素子と、 両複屈折素子の間に位置し通過する対角の関係にある光路の光の 偏波方向を 9 0度回転する 2個の直線位相子を具備し、 前記分岐用複屈折素子と 合成用複屈折素子は光軸の回りを 9 0度回転した関係で配置されており、 2つの 入力光がそれぞれ分岐し異なる組み合わせで 2つの出力光として合成されるよ うにした偏波分岐合成器。
5 . 2個の直線位相子が、 対角の関係にある光路にのみ配置されている請求項 4 記載の偏波分岐合成器。
6 . 2個の直線位相子が、 左右いずれか一方の光路と上下いずれか一方の光路に 配置されている請求項 4記載の偏波分岐合成器。
7 . 直線位相子が、 水晶からなる 1 / 2波長板である請求項 2乃至 6のいずれか に記載の偏波分岐合成器。
8 . 前記複屈折素子が、 ルチル、 ニオブ酸リチウム、 又はバナジン酸イットリウ ムからなる請求項 1乃至 7のレ、ずれかに記載の偏波分岐合成器。
9 . 入力光を、 偏波保持ファイバを用いて入力する請求項 1乃至 8のいずれかに 記載の偏波分岐合成器。
1 0 . 前記偏波保持ファイバを光軸の回りに回転させることにより、 偏波方向を 変え、 任意の分岐比率に調整した請求項 9記載の偏波分岐合成器。
1 1 . 前記分岐用複屈折素子と前記合成用複屈折素子とが同一品である請求項 1 乃至 1 0のいずれかに記載の偏波分岐合成器。
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