(57)【要約】  【課題】薄型の偏光分離素子を提供し、これによって小型の光アイソレータを提供するとともにこれを用いた光デバイスを提供する。  【解決手段】偏光分離素子９は、透光性基板２の両側に、第１の層１ａと第１の層より光学的異方性を有する物質を多く含む第２の層１ｂとが交互に複数層積層され、積層方向に対して角度αを成す表面を有する偏光分離薄膜１を備えている。従来の複屈折結晶を用いた偏光分離素子より薄いものとできる。【選択図】  図１
2010032807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板の両側に、第１の層と該第１の層より液晶性物質を多く含む第２の層とが交互に複数層積層され、該積層方向に対して角度αを成す表面を有する偏光分離薄膜を備えたことを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
前記偏光分離薄膜が、光架橋性高分子液晶を含んでいることを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
【請求項３】
前記角度αは、前記偏光分離薄膜の表面に垂直に入射したＰ偏光が、前記第１の層と前記第２の層との界面で全反射される臨界視射角より小さいことを特徴とする請求項１または２記載の偏光分離素子。
【請求項４】
一方面側にファラデー回転子、他方面側に波長板を備えた透光性基板の両側に、請求項１乃至３のいずれかに記載の偏光分離素子を備えたことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項５】
ファラデー回転子の両側に、第１の層と該第１の層より液晶性物質を多く含む第２の層とが交互に積層され、該積層方向に対して角度αを成す表面を有する偏光分離薄膜を備えたことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項６】
フェルールと、該フェルール内に配置された屈折率分布型ファイバと、前記フェルールの外周面から前記屈折率分布型ファイバを横切るように設けられた凹部と、該凹部内に設置され、前記屈折率分布型ファイバと光結合された請求項４または５記載の光アイソレータとを備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
フェルールと、該フェルールの一端から他端にかけて前記フェルール内に配置された光ファイバと、前記光ファイバを覆うように前記フェルールの端面に固定された請求項４または５記載の光アイソレータとを備えることを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる偏光を含んだ信号光から偏光を分離する素子、およびこの偏光分離素子を用いた光アイソレータと、この光アイソレータを用いた光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザから出射された光が、光コネクタ間等の光回路で反射され、半導体レーザに向けて戻ってくる反射戻り光を除去するのに光アイソレータが用いられている。従来、こうした光アイソレータには、ルチル結晶（ＴｉＯ２）等の複屈折結晶から成る偏光分離素子を用いたものがあった。このような従来の光アイソレータを図８に示す。
【０００３】
従来の光アイソレータは、ファラデー回転子８の両側に偏光子および検光子としての複屈折結晶１９が貼り合わされている。複屈折結晶１９に入射した光は互いに直交する偏光面を有する２本のビームに分離して出射される。入射光４は、半導体レーザ素子から出射された光で、コリメータレンズ（図示せず）を介して図８中左側の偏光子１９に入射する。
【０００４】
半導体レーザ素子から出射される光は、３０ｄＢ程度の偏光度を既に有してしており、例えばＰ偏光（ＴＭ偏光）はそのまま偏光子１９を通過し、ファラデー回転子８に入射する。そこで偏光方向が出射側に向かって時計方向に４５度回転され、右側の偏光子１９に入射する。右側の偏光子１９を左側の偏光子１９に対し光軸に対し時計方向に４５度回転させておけば、Ｐ偏光として入射された入射光４はそのまま右側の偏光子１９を透過して出射され、もう一方のコリメータレンズ（図示せず）を介して出射側の光ファイバと光結合される。
【０００５】
一方、光ファイバからの反射戻り光７のＰ偏光成分は、右側の偏光子１９をそのまま透過し、ファラデー回転子８で偏光方向が時計方向に更に４５度回転される。それにより左側の偏光子１９に対してはＳ偏光（ＴＥ偏光）として入射し、光軸から分離距離ｄの位置に出射される。反射戻り光７のＳ偏光成分は、右側の偏光子１９で光軸から分離距離ｄで出射される。そしてファラデー回転子８に入射し、偏光方向が時計方向に４５度回転される。右側の偏光子１９に対してはその偏光方向がＰ偏光となるため、右側の偏光子１９ではそのまま直進して透過する。結局、光軸から分離距離ｄの位置に出射される。そして、結合用のコリメータレンズを介することで、各反射戻り光は、光軸上にある半導体レーザの位置からずれた分離距離ｄの位置に結像するため、半導体レーザには戻らない。（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平３−２３８４１７号公報
【特許文献２】特開平８−９４９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光アイソレータにおいて、反射戻り光のアイソレーションを向上するには、反射戻り光の光軸を結合系の光軸から外すため、分離距離ｄを大きくとらなければならず、それを実現するには使用する偏光分離素子１９の厚さＴを大きくしなければならない。従って、光アイソレータ等の光学素子を小型化することが困難であった。例えば、複屈折結晶１９にルチル結晶を用い、実際に十分なアイソレーションを得る分離距離ｄ＝０．２ｍｍとするには、複屈折結晶１９の厚さＴ＝２ｍｍ程度が必要であり、それを用いて図８に示した光アイソレータを構成した場合、その厚さＬは、４．５ｍｍほどになった。
【０００７】
したがって、本発明はかかる従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、薄型の偏光分離素子を提供し、これによって小型の光アイソレータおよびそれを用いた光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の偏光分離素子は、透光性基板の両側に、第１の層とこの第１の層より液晶性物質を多く含む第２の層とが交互に複数層積層され、この積層方向に対して角度αを成す表面を有する偏光分離薄膜を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、好ましくは本発明の偏光分離素子において、前記偏光分離薄膜が、光架橋性高分子液晶を含んでいることを特徴とする。
【００１０】
また、好ましくは本発明の偏光分離素子において、前記傾斜角度αは、前記偏光分離薄膜の表面に垂直に入射したＰ偏光が、前記第１の層と前記第２の層との界面で全反射される臨界視射角より小さいことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光アイソレータは、一方面側にファラデー回転子、他方面側に波長板を備えた透光性基板の両側に、上記本発明の偏光分離素子を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光アイソレータは、また、ファラデー回転子の両側に、第１の層とこの第１の層より液晶性物質を多く含む第２の層とが交互に積層され、この積層方向に対して角度αを成す表面を有する偏光分離薄膜を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の光デバイスは、フェルールと、このフェルール内に配置された屈折率分布型ファイバと、前記フェルールの外周面から前記屈折率分布型ファイバを横切るように設けられた凹部と、この凹部内に設置され、前記屈折率分布型ファイバと光結合された前記本発明の光アイソレータとを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光デバイスは、また、フェルールと、このフェルールの一端から他端にかけて前記フェルール内に配置された光ファイバと、前記光ファイバを覆うように前記フェルールの端面に固定された前記本発明の光アイソレータとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、透光性基板の両側に、第１の層とこの第１の層より光学的異方性を有する物質を多く含む第２の層とが交互に複数層積層され、この積層方向に対して角度αを成す表面を有する偏光分離薄膜を備えたことから、Ｐ偏光とＳ偏光とが回折現象により分離され、それによりＰ偏光とＳ偏光とを分離することができる薄型の偏光分離素子を実現することができる。
【００１６】
偏光分離薄膜が、光架橋性高分子液晶を含んでいる場合には、複屈折性による屈折率差Δｎの値を大きくとることができ、偏光分離薄膜の厚さＴを更に薄くすることができる。
【００１７】
偏光分離薄膜の表面にほぼ垂直に入射したＰ偏光が、第１の層と第２の層との界面で全反射される臨界視射角より角度αが小さい場合には、Ｐ偏光が第１の層と第２の層との界面で全反射され、Ｐ偏光とＳ偏光とを分離することができる。
【００１８】
本発明の光アイソレータは、第１の層とこの第１の層より光学的異方性を有する物質を多く含む第２の層とが交互に積層され、積層方向に対して角度αを成す表面を有する偏光分離薄膜を備えたことから、厚さの薄いものとすることができる。
【００１９】
本発明の光デバイスは、上記本発明の光アイソレータを備えることから、小型のものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の偏光分離素子の実施の形態の一例を、図に基づいて説明をする。
【００２１】
図１は、本発明の偏光分離素子９の実施の形態の一例を示す断面図であり、透光性基板２の両側に偏光分離薄膜１（左側の偏光分離薄膜１ｃ，右側の偏光分離薄膜１ｄ）を密着させたものである。
【００２２】
透光性基板２の材料としては、硝子，石英，シリコン基板等、信号光を透過する透光性材料であれば使用することができる。この透光性材料を後述の所定厚さＴを有する透光性基板２に加工し、その両面に偏光分離薄膜１を形成する。
【００２３】
図２は偏光分離薄膜１ｃの断面図を示し、図１のＡ部を拡大したものである。図２に示すように、偏光分離薄膜１ｃは第１の層１ａと第２の層１ｂとを積層させて構成される。第２の層１ｂには光学的異方性を有する物質、例えば液晶性物質が多く含まれている。第２の層１ｂは、光学的異方性を有する物質を多く含むことによって、Ｐ偏光およびＳ偏光に対して異なる屈折率を有する。例えば、Ｐ偏光に対しては屈折率ｎｅを有し、Ｓ偏光に対しては屈折率ｎｏを有する。これに対して、第１の層１ａはＰ偏光に対してもＳ偏光に対しても屈折率ｎｋを有する。そして、屈折率ｎｅは屈折率ｎｏまたは屈折率ｎｋより大きく、屈折率ｎｏと屈折率ｎｋとは近似する値になるようにされている。
【００２４】
また、偏光分離薄膜１ｃの表面は、第１の層１ａと第２の層１ｂとの積層方向１ｅに対して角度αを成すように第１の層１ａと第２の層１ｂとを形成する。換言すると、図２に示すように、第１の層１ａおよび第２の層１ｂは偏光分離薄膜１ｃの表面に対し傾斜角度αで配置されるようにする。これによって、第１の層１ａと第２の層１ｂとの界面に対し、偏光分離薄膜１ｃの表面に垂直に入射する入射光４が視射角（入射角の余角）αで交差することになる。
【００２５】
そして、第１の層１ａと第２の層１ｂとの間隔をＰとし入射光の波長をλｍとすると、ブラッグ条件での格子間隔Ｐ、すなわち第１の層１ａまたは第２の層１ｂの間隔は、
Ｐ＝λｍ／（２ｓｉｎα）
λｍ＝２λ／（ｎｅ＋ｎｏ）
で示される。これにより波長λｍのＰ偏光に対してはブラッグ条件（格子界面（第１の層１ａと第２の層１ｂとの境界面）に対する入射角と反射角が（９０°−α）で等しく、それと１次回折光の光軸ａに対する角度が２αと等しくなる為、１次回折光強度が強まる。）によって光軸に対する角度２αの１次回折光４ａが出射される。
【００２６】
結局、このように偏光分離薄膜１を形成することによって、偏光分離薄膜１の表面にほぼ垂直に入射する入射光４のうちＰ偏光４ａは、第１の層１ａ（屈折率ｎｋ）と第２の層１ｂ（屈折率ｎｅ）との界面（ｎｅ＞ｎｋ）で全反射され、偏光分離薄膜１の裏面から角度２αで出射されることになる。一方、Ｓ偏光４ｂは、第１の層１ａ（屈折率ｎｏ）と第２の層１ｂ（屈折率ｎｋ）との界面（ｎｏ≒ｎｋ）を透過してそのまま偏光分離薄膜１の裏面からほぼ垂直に出射される。
【００２７】
偏光分離薄膜１の材料としては、例えば、液晶材料（例えばＴＬ２１６メルク製）に高分子材料（例えばウレタンポリマー：共栄化学製）を重量比３：７の割合で混合し、これに光重合開始剤（Ｎ−フェニルグリシン等），色素（ジプロモフルオレセイン等）等を微量添加したものを使用する。これを透光性基板２の表面に塗布し、光硬化させて形成する。
【００２８】
図５は、偏光分離薄膜１の製作プロセスを説明する断面図である。透光性基板２の表面に上記偏光分離薄膜１となる材料を所定厚みに塗布する。その表面に、硝子または石英基板等の透明基板１３の片側面にフォトマスク１４が間隔Ｐで形成された基板を載置する。そして、ある方向に直線偏光し、平行なコリメート光にしたＵＶ光を、入射角β（＝ｓｉｎ−１（ｎ・ｓｉｎα）、ｎは透明基板１３の屈折率）で透明基板１３の表面から照射する。これにより、角度αで周期Ｐの光強度分布を有するＵＶ光が上記材料に照射される。
【００２９】
偏光分離薄膜１となる材料内のモノマー、オリゴマー等光硬化反応を起こす物質は、ＵＶ光が照射されることにより光硬化反応が促進され、ＵＶ光強度の強い部分にモノマー、オリゴマー等が凝集してポリマー化する。これによって、第１の層１ａが形成される。このとき、フォトマスク１３によって陰になった部分（第２の層１ｂになる部分）に第１の層１ａから押し出されるように液晶材料が集められる。その後、高分子の硬化時に伴う収縮により生じる応力によると考えられる理由により、液晶分子が一定方向に配向され、全体が硬化する。
【００３０】
なお、上記液晶材料の光硬化後の第２の層１ｂの異常光屈折率ｎｅ＝１．７３、常光屈折率ｎｏ＝１．５２、複屈折性の度合いを示すΔｎ（＝ｎｅ−ｎｏ）＝０．２１である。また、第１の層１ａの屈折率ｎｋ＝１．５１であり、第２の層１ｂの常光屈折率ｎｏにほぼ等しいものとなった。
【００３１】
このように偏光した紫外光を照射することにより硬化する液晶は、一般的に光反応性を有する高分子液晶と呼ばれる。またカルコン基などの光官能基を含む液晶分子は、偏光照射によりメソゲンが配列し、同時にその配向構造を固定することができる。偏光分離薄膜１となる材料には、上記の他にもカルコン基を含む液晶材料を用いることができ、高分子のメソゲン成分としては、ビフェニル、ターフェニル、フェニルベンゾエート、アゾベンゼンなどの置換基と、桂皮酸基などの感光性基を結合した構造を含む側鎖を有し、炭化水素、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド、シロキサンなどの構造を主鎖に有する高分子を用いることができる。
【００３２】
このような偏光照射により光反応、硬化する液晶は、光架橋性液晶と呼ばれており、数ミクロン〜１０μｍ厚の層で、Ｐ偏光に対し、体積型回折格子薄膜として機能することができる。そして、異方性による屈折率差Δｎが大きく、それにより更に薄い膜で構成することができ、強度的に強く、耐湿度特性にも優れ、保護膜を必要としない構成にすることができる。すなわち、屈折率の異なる第１の層１ａと第２の層１ｂとが層状に積層されることによって、すだれ状の格子ラインが複数並んだ位相格子が形成される。
【００３３】
そして、図１に示すように、透光性基板２の一方面側に偏光分離薄膜１ｃ、他方面側に偏光分離薄膜１ｄを密着させて配置することによって、複屈折結晶板と同様の機能を果たす偏光分離素子９とすることができる。
【００３４】
すなわち、格子ラインが水平方向（図１においては紙面垂直方向）になるように配置された偏光分離薄膜１ｃにランダムな偏光成分を有する入射光４が入射すると、Ｐ偏光４ａ成分は光軸ａに対し角度２α傾斜した方向に偏光分離薄膜１ｃから出射され、Ｓ偏光４ｂ成分は、光軸に沿って平行に偏光分離薄膜１ｃから出射される。Ｐ偏光４ａ（異常光）は、回折光として光軸ａに対し角度２αで厚さＴの基板２内をＴ／ｃｏｓ（２α）進んだ後に、もう一方の面に配置された偏光分離薄膜１ｄに入射する。Ｓ偏光４ｂ（常光）は、透光性基板２中を光軸に沿って進んだ後に、偏光分離薄膜１ｄに入射する。
【００３５】
偏光分離薄膜１ｄは、偏光分離薄膜１ｃと同じように格子ラインが水平方向であって、Ｐ偏光４ａの進行方向を角度２α屈折させることによって、光軸と平行な方向にＰ変更４ａを出射するように配置されている。また、光軸に沿って入射してきたＳ偏光４ｂはそのまま光軸ａに沿って出射される。結果、Ｐ偏光４ａは第１の層１ａと第２の層１ｂにより構成された位相格子で入射光４から分離され、光軸ａに対して分離距離ｄ（ｄ＝Ｔ・ｔａｎ（２α））の位置から光軸ａと平行に出射される。
【００３６】
なお、偏光分離薄膜１の表面には、保護膜３として例えば透光性のポリイミド薄膜等を形成しておくのが好ましい。ポリイミド薄膜は、含フッ素ポリイミド薄膜で、高い透明性と低い誘電率を有するもので、常温で屈折率ｎｐ＝１．５２を有している。この屈折率ｎｐは、第１の層１ａの屈折率ｎｋ、第２の層１ｂの常光屈折率ｎｏにほぼ等しく、それにより偏光分離薄膜１との界面での屈折率差による反射を抑えることができる。ポリイミド薄膜等から成る保護膜３の空気に曝される外側表面には、さらにＳｉＯ２，ＴｉＯ２等の誘電体多層膜からなるＡＲコートを施すと、さらに反射を防止することができる。
【００３７】
以上のように、透光性基板２の両側に偏光分離薄膜１を備えた本発明の偏光分離素子９は、複屈折結晶板と同じ機能を果たすものとして利用することができる。
【００３８】
次に、図３は、本発明の偏光依存型光アイソレータ１０の実施の形態の一例を示す断面図である。上記偏光分離素子９の透光性基板２の代わりに、厚さＴのＢｉ置換ガーネット材等から成るファラデー回転子８を用い、その両側に厚さＺの偏光子となる偏光分離薄膜１を配置させて構成される。出射側の偏光分離薄膜１（図３においては右側の偏光分離薄膜１）の位相格子の格子ラインの角度、すなわち、入射面側から見た格子ラインの角度は、入射側の偏光分離薄膜１（図３においては左側の偏光分離薄膜１）の位相格子の格子ラインの角度に対して光軸ａの周方向に、入射側から見て時計方向に４５度回転して配置されている。
【００３９】
ファラデー回転子８への磁界印加用磁石は、磁束の方向が光の進行方向に対して平行になるように設置される。半導体レーザ等から順方向（信号光が伝達される方向）に出射された光アイソレータ１０の入射光４の偏光面は、光アイソレータ１０の入射側の偏光分離薄膜１に対しＳ偏光６になるように位置調整されている。したがって、入射光４は、偏光分離薄膜１の表面に垂直に入射した後直進して偏光分離薄膜１に垂直に裏面から出射される。その後ファラデー回転子８内で、光軸ａに対し偏光面を４５度回転されて出射側の偏光分離薄膜１に入射される。そして、光軸ａの周方向に対し４５度回転させて設置された出射側の偏光分離薄膜１をＳ偏光条件のまま透過し、出射される。
【００４０】
一方、反射戻り光７は、ランダムな偏光面を有しており、出射光４と逆の方向から偏光依存型光アイソレータ１０に入射する。反射戻り光７のうち、出射側の偏光分離薄膜１に対しＳ偏光となる成分を有する反射戻り光７はそのまま出射側の偏光分離薄膜１を透過するが、Ｐ偏光となる成分を有する反射戻り光７は、偏光分離薄膜１によって角度２αの方向へ進路を変更され、半導体レーザ等の元の光源方向には戻らない。また、Ｓ偏光成分を有する反射戻り光７は、ファラデー回転子８を透過するときにさらに右に４５度偏光面を回転されるため、入射側の偏光分離薄膜１ａに対し、Ｐ偏光（異常光）となって入射される。そして、そこで角度２αの方向へ進路を偏光されるために、この反射戻り光７も元の光源方向には戻らない。
【００４１】
この場合の光アイソレータの厚さＬは、フッ素系のポリイミド薄膜を用いた保護膜３の厚さＦ＝２０〜３０μｍ、偏光分離薄膜１の厚さＺ＝２０〜３０μｍ、Ｂｉ置換ガーネットを使用したファラデー回転子８の厚さＴ＝３００〜４５０μｍであり、偏光依存型光アイソレータ１０の厚さＬ＝３８０〜５７０μｍ程度で実現できる。
【００４２】
次に、図４は、本発明の偏光分離素子９を２個用いた偏光無依存型光アイソレータ１１の実施の形態の一例を示す断面図である。この偏光無依存型光アイソレータ１１は、図１に示した偏光分離素子９を、ファラデー回転子８の両側に設置したものである。
【００４３】
なお、ファラデー回転子８の片側の面（図４においては右側）には、波長板１２（１／２波長板）が配置されている。波長板１２は、例えば、含フッ素ポリイミド材料を加熱延伸することで、１５μｍ程度の厚さにしたものである。この波長板１２の複屈折性により、入射光４の偏光面を光軸ａの周方向に対しさらに４５°回転させることができる。また、偏光分離薄膜１を用いることでも同様の複屈折性によって波長板を形成することが可能である。
【００４４】
また、磁界印加用磁石は、磁束の方向が光の進行方向と平行になるように設置される。本発明の偏光無依存型光アイソレータ１１の厚さＬは、分離距離ｄ＝０．２ｍｍとし、角度α＝１０°の場合、ファラデー回転子の厚さＴ＝０．５ｍｍとして、厚さＬ＝２．２ｍｍ程度で実現することができ、従来の複屈折結晶を用いた厚さ４．５ｍｍの偏光無依存型光アイソレータの約半分程度の厚さとすることができる。
【００４５】
ここで、偏光無依存型光アイソレータ１１の動作について説明する。片側（図４の左側）からの入射光４は、ＡＲコートを施したポリイミドシートからなる保護膜３を透過し、その後、片側の偏光分離素子９ａに入射する。入射光４のＳ偏光成分は、そのまま直進して偏光分離素子９ａを透過し、Ｐ偏光成分は、片側の偏光分離薄膜１によって角度２α方向に進行方向が変化する。その後回折されたＰ偏光成分の光は、反対側に形成された偏光分離薄膜１により再度回折され、光軸ａから距離ｄの所で光軸と平行方向（偏光分離素子９ａの裏面に垂直）に出射され、続いてファラデー回転子８内を進む。そして、ファラデー回転子８内で、入射面側からみて偏光方向が４５°時計方向に回転する。その後、波長板１２内に入射し、光の偏光方向が、光軸ａの周方向にさらに４５°回転する。その後、反対側の偏光分離素子９ｂに入射する。その際ファラデー回転子８に入射時Ｐ偏光だった成分がＳ偏光（常光）に、Ｓ偏光だった成分がＰ偏光（異常光）になる。従って、偏光分離素子９ｂで同様に回折されて、偏光分離素子９ｂ出射時に光軸ａからの距離ｄでＳ偏光とＰ偏光とが再結合して出射する。
【００４６】
光回路等から反射されて戻ってきた反射戻り光７は、偏光分離素子９ｂに光軸ａに対し距離ｄの場所から入射し、偏光分離素子９ｂの外側の偏光分離薄膜１において、Ｓ偏光成分はそのまま透過、Ｐ偏光成分は角度２αで回折されて進行方向が変化する。その後、偏光分離素子９ｂのもう一方の、ファラデー回転子８側の偏光分離薄膜１でＰ偏光成分は回折されて、光軸ａに沿った平行光となる。次に波長板１２に入射し、偏光方向が入射時と逆方向に反射戻り光７の入射面側から見て光軸ａの周方向に対し時計方向に４５°回転する。次にファラデー回転子８に入射、各偏光方向が、入射時と同方向の反射戻り光７の入射面側から見て反時計回りに４５°回転する。その状態で、偏光分離素子９ａに入射し、偏光分離素子９ｂに入射するＳ偏光成分はＳ偏光のまま光軸ａからｄ離れた距離に透過し、光軸ａの位置に戻らない反射戻り光７ａとして出射される。偏光分離素子９ｂに入射時にＰ偏光であった光は、ファラデー回転子８内において光軸ａ上を進み、ファラデー回転子８から出射時は同様Ｐ偏光となり、偏光分離素子９ａの偏光分離薄膜１で角度２αで回折され、光軸ａからｄ離れた所から出射される。このように、光軸ａ上には戻らない反射戻り光７ｂとして出射される。従って、入射側は、光軸ａ上、出射側は光軸からｄ離れた場所に結合用のコリメータレンズを配置しておけば、偏光無依存型光アイソレータとして機能する。
【００４７】
図６は、本発明の偏光分離薄膜１を用いた偏光分離素子９の格子傾斜角度αを５°，１０°，１５°とした場合の偏光分離素子９の厚さ（ｍｍ）と分離距離ｄ（ｍｍ）の関係を示す図である。参考として、複屈折結晶１９（ルチル結晶：ＴｉＯ２）の厚さＴ（ｍｍ）と分離距離ｄ（ｍｍ）の関係も示した。ルチル結晶を用いた場合と、本発明の偏光分離素子９とを比較した場合、分離距離ｄ＝０．２５ｍｍを得るのに、ルチル結晶の場合、厚さＴ＝２．５ｍｍ程度必要となるが、本発明の場合、偏光分離薄膜１のα＝１０°を用いると、Ｔ＝０．５ｍｍ程度でよいことがわかる。すなわち、偏光子の厚さを１／５の薄さにすることができることがわかる。α＝１５°とした場合、Ｔ＝０．２５ｍｍとでき、さらに薄くすることができる。回折角αによって、偏光子の厚さＴをＴ＝ｄ／ｔａｎ（２α）とすることができ、αが大きい程厚さＴを薄くできるものとなる。
【００４８】
次に本発明の光デバイスの実施例について説明をする。
【００４９】
図７（ａ）は、図３に示した偏光依存型光アイソレータ１０を、フェルール１５の端面に固定したもので、半導体レーザと接続するレセプタクル等に使用できる形態のものである。フェルール１５の端面は３〜５°程度に傾斜研磨される。フェルール１５の外径は１．２５ｍｍまたは２．５ｍｍ、長さは３〜５ｍｍであり、両端面の間をシングルモードファイバ１６が挿通されている。フェルール１５の一端面には、ダイシングソーにより一辺２５０〜３００μｍ程度に切断された本発明の偏光依存型光アイソレータ１０がシングルモードファイバ１６を覆うように固定されている。偏光依存型光アイソレータ１０は厚さＬを５００μｍ以下にできるため、従来に比較してより小さなサイズとすることができる。フェルール１５端への固定には、例えばＵＶ接着剤等を用いて固定する。また、ファラデー回転子８への磁界印加用磁石は、フェルール１５の端面外周部に設置してもよいし、一定磁界を印加できるそれ以外の場所に設置してもよい。磁化保持型ガーネットによるファラデー回転子８を用いることにより磁界印加用磁石を省略してもよい。このようなフェルール１５の一端から他端にかけてフェルール１５内に配置された光ファイバ１６と、光ファイバ１６を覆うようにフェルール１５の一端面に固定された本発明の光アイソレータ１０とを備える本発明の光デバイスをレセプタクル内に設置することで、半導体レーザに対する戻り光をアイソレーション３０ｄＢ以上で除去する光アイソレータ機能付きフェルールとすることができる。
【００５０】
図７（ｂ）は、図４に示す本発明の偏光無依存型光アイソレータ１１の出射側に幅１ｍｍの上記本発明の偏向分離素子９を追加し、一辺０．５ｍｍ角、厚さＬ＝２ｍｍの偏光無依存型光アイソレータ１１を、外径１．２５ｍｍまたは２．５ｍｍ、長さ８〜１５ｍｍのフェルール１５内に設置固定した場合の実施例である。この実施例においては、例えば、シングルモードファイバの中央部に適切な長さの外径１２５μｍのコアレスファイバとコアレスファイバの両側に屈折率分布型ファイバが融着された複合ファイバ１８を用いる。屈折率分布型光ファイバは、コア径が５０〜１２０μｍ、比屈折率差Δ＝０．５〜１．５％のものである。この複合ファイバ１８を挿通したフェルール１５の中央部に、複合ファイバ１８を横切るように幅Ｄ（＞２ｍｍ）の溝をダイシングソーを用いて加工する。この溝状に設けられた凹部内に、偏光無依存型光アイソレータ１１を固定し、実装する。偏光無依存型光アイソレータ１１の接続固定は、ＵＶ接着剤またはシリコン系の透光性樹脂材料１７を用いて行なう。また、これら接着剤は光ファイバに近い屈折率材料でのものを用いる。これによって、０．５ｄＢ程度の低損失な接続が可能となり、３０ｄＢ程度のアイソレーション特性を有する光デバイスを実現することができる。また、ファラデー回転子８に磁界を印加する磁石が、フェルール１５の溝内、または外周部に設置される。磁化保持型ガーネットによるファラデー回転子８を用いることにより磁石を省略しても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の偏光分離素子の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１における本発明の偏光分離素子のＡ部拡大断面図である。
【図３】本発明の偏光依存型光アイソレータの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の偏光無依存型光アイソレータの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の偏光分離素子の製造方法の例を説明する断面図である。
【図６】本発明の偏光分離素子の厚さと分離距離ｄの関係を示した図である。
【図７】本発明の偏光分離素子を用いた光デバイスの実施の形態の一例を示し、（ａ）は、本発明の偏光依存型光アイソレータ用いた光デバイスの実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の偏光無依存型光アイソレータを用いた光デバイスの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図８】従来の偏光依存型光アイソレータを示した実施例である。
【符号の説明】
【００５２】
１：偏光分離薄膜
１ａ：第１の層
１ｂ：第２の層
２：透光性基板
３：保護膜
４：入射光
７：反射戻り光
８：ファラデー回転子
９：偏光分離素子
１０：偏光依存型光アイソレータ
１１：偏光無依存型光アイソレータ
１２：波長板
１５：フェルール
１６：光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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