(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光ビームを、互に直交する偏光方向を有する2つの偏光ビームに分離し、これらを出射する偏光分離素子と、この偏光分離素子から入射した前記2つの偏光ビームのそれぞれに45度の偏光回転を与えて出射する2個の45度偏光回転ファラデイ素子と、前記45度偏光回転ファラデイ素子から入射した前記2つの偏光ビームのそれぞれを、前記偏光分離素子から出射された2つの偏光ビームと直交する偏光方向を有する2つの偏光ビームに変換してこれらを出射する2個の半波長板と、前記半波長板から入射した前記2つの偏光ビームを、1本の偏光ビームに合成し、これを出射する偏光合成素子と、前記45度偏光回転ファラデイ素子と、前記半波長板との間に配置されたバンドパス光フィルタとを含む無偏光フィルタであって、
前記2個の45度偏光回転ファラデイ素子が、それぞれ磁場印加手段を有し、この2個の磁場の、前記偏光分離素子から入射した2つの偏光ビームに対する方向が互に反対であり、
前記バンドパス光フィルタが、入射角により透過波長が変化する誘導体多層膜フィルタであって、その回転軸の廻りに角度可変であり、前記光フィルタの回転軸は、前記45度偏光回転ファラデイ素子から入射する前記2つの偏光ビームの入射方向に直交する平面上において、前記２つの偏光ビームの偏光方向に平行又は直交する一方向に設けられており、また、
前記無偏光フィルタの座標において、前記偏光分離素子から出力する偏光ビーム（Ｅ−ｒａｙ）の偏波方向をＸ軸とし、前記偏光ビーム（Ｅ−ｒａｙ）に直交する偏光ビーム（Ｏ−ｒａｙ）の偏波方向をＹ軸としたとき、前記2個の半波長板の一方の主軸は、無偏光フィルタの座標軸方向y に対して22.5度をなし、他方の主軸は、無偏光フィルタの座標軸方向xに対して22.5度をなしている
ことを特徴とするアイソレータ付無偏光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アイソレータ付き無偏光フィルタに関するものであって、光通信システムに有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムは、光増幅器の実用化によって、実用可能な現実的システムとなりつつある。また波長多重化により、通信情報量の増大も可能になりつつある。このような光通信システムにおいては、特定の狭い波長帯域のみを透過し、それ以外の波長帯域を遮蔽するバンドパス光フィルタは、不可欠な重要部材の一つである。
【０００３】
例えば波長多重光通信システムにおいて、光フィルタは、重複する多数の波長光のなかから、特定波長の光のみを選択する機能を有する。また、光増幅器中の光フィルタは、発生する自然放出光（ＡＳＥ）を遮断し、所望の信号光のみを透過させる機能を有する。
【０００４】
バンドパス光フィルタには、下記のような種類がある。
（イ）屈折率の異なる２種の誘電体が交互に多層に積層されている誘電体多層膜フィルタ（以下単に光フィルタと記す）
（ロ）端面に高反射膜を具備している面を、互に平行に対向させたファブリペローフィルタ
（ハ）ファイバに回折格子を刻み込んだグレーティングミラー
【０００５】
上記のバンドパス光フィルタの中でも、光フィルタ（（イ））には、（イ）膜厚、層数を変化させることにより、中心透過波長、および透過波長幅を制御することができること、（ロ）入射角を変化させることにより透過波長を変化させ得ること、（ハ）環境温度に対する温度依存性が低いこと、および（ニ）寿命が長いことなどの特長があるため、広く実用されている。
【０００６】
このような光フィルタは、入射角を変化させることにより、透過波長を設定するものであるから、必然的に境界面における反射光、および透過光の偏光依存性を有し、挿入損（以下ＩＬと記す）の偏光依存性（以下ＰＤＬと記す）がある。特に、光増幅器を数百段も直列に接続する光システムにおいては、それらの各々に発生する小さなＰＤＬが累積されると、出力端においては大きなＰＤＬとなり、これが光システム動作を不安定にするという欠点がある。
【０００７】
光増幅器は、光フィルタの他にアイソレータを含んでいる。このアイソレータは入射信号が光増幅器内部で反射し、前段の増幅器、又は光源に戻って増幅度、又は波長を変化させることを防止すること、すなわち戻り光雑音を防止することを目的として用いられるものである。
光通信システムにおいては、その線路を構成するシングルモードファイバ中において偏光がランダムになるため、アイソレータは、偏光無依存性であることが必要である。このような要件を満たすアイソレータを、以下無偏波アイソレータと記す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は光フィルタの上記の問題点、すなわち境界面における反射光および透過光の偏光依存性を小さくし、光システム動作を安定化し得るアイソレータ付き無偏光フィルタを提供しようとするものである。
【０００９】
特に本発明は、入射光の偏光方向に無関係に、光フィルタへの入射偏光を一定化し、それによってＰＤＬを防止し、アイソレータ機能を光フィルタに付加し、さらにＩＬの波長依存性が小さなアイソレータ付き無偏光フィルタを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のアイソレータ付無偏光フィルタは、入射光ビームを、互に直交する偏光方向を有する2つの偏光ビームに分離し、これらを出射する偏光分離素子と、この偏光分離素子から入射した前記2つの偏光ビームのそれぞれに45度の偏光回転を与えて出射する2個の45度偏光回転ファラデイ素子と、前記45度偏光回転ファラデイ素子から入射した前記2つの偏光ビームのそれぞれを、前記偏光分離素子から出射された2つの偏光ビームと直交する偏光方向を有する2つの偏光ビームに変換してこれらを出射する2個の半波長板と、前記半波長板から入射した前記2つの偏光ビームを、1本の偏光ビームに合成し、これを出射する偏光合成素子と、前記45度偏光回転ファラデイ素子と、前記半波長板との間に配置されたバンドパス光フィルタとを含む無偏光フィルタであって、
前記2個の45度偏光回転ファラデイ素子が、それぞれ磁場印加手段を有し、この2個の磁場の、前記偏光分離素子から入射した2つの偏光ビームに対する方向が互に反対であり、
前記バンドパス光フィルタが、入射角により透過波長が変化する誘導体多層膜フィルタであって、その回転軸の廻りに角度可変であり、前記光フィルタの回転軸は、前記45度偏光回転ファラデイ素子から入射する前記2つの偏光ビームの入射方向に直交する平面上において、前記２つの偏光ビームの偏光方向に平行又は直交する一方向に設けられており、また、
前記無偏光フィルタの座標において、前記偏光分離素子から出力する偏光ビーム（Ｅ−ｒａｙ）の偏波方向をＸ軸とし、前記偏光ビーム（Ｅ−ｒａｙ）に直交する偏光ビーム（Ｏ−ｒａｙ）の偏波方向をＹ軸としたとき、前記2個の半波長板の一方の主軸は、無偏光フィルタの座標軸方向y に対して22.5度をなし、他方の主軸は、無偏光フィルタの座標軸方向xに対して22.5度をなしている
ことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
本発明のアイソレータ付き無偏光フィルタを添付図面を参照しながら下記に説明する。
図１Ａは、本発明とは異なるアイソレータ付き無偏光フィルタの一例の構成を示す説明図であり、図１Ｂは図１Ａのアイソレータ付き無偏光フィルタの座標軸方向を示し、図２Ａは、図１のアイソレータ付き無偏光フィルタ内各部位において形成される二つの偏光の位相関係を示す説明図であり、図２Ｂは、その座標軸方向を示す。こゝで、図２Ａにおける偏光方向は、光の進行方向に向って見たときのものである。
【００１２】
図１Ａにおいて、偏光分離素子１および偏光合成素子２は、複屈折素子、例えばルチル、又は方解石などからなるものである。入射光ビーム３が偏光分離素子１に、図１Ｂに示されているｚ軸方向に入射し、この偏光分離素子１により、互に直交する２つの偏光方向の偏光ビーム４（Ｅ−ｒａｙ４）と偏光ビーム５（Ｏ−ｒａｙ５）に分離され出射される。このＥ−ｒａｙ４およびＯ−ｒａｙ５は、図２Ａ−（１）に示されているように、互に直交する偏光方向を有する。但し、図２Ａの座標軸は図２Ｂに示されているように、ｘ軸およびｙ軸である。すなわち、Ｅ−ｒａｙ４はｘ軸方向の偏光方向を有し、Ｏ−ｒａｙ５はｙ軸方向の偏光方向を有する。
【００１３】
偏光ビーム４および５はそれぞれ４５度偏光回転ファラデイ素子１３，１４に入射する。このファラデイ素子１３，１４は、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）膜又はＧｄＢｉＩＧ（ビスマス置換ガーネット）膜などからなるものである。
図１Ａに示されたアイソレータ付き無偏光フィルタにおいて、ファラデイ素子１３，１４は互に分割されていて偏光分離素子１から出射される偏光ビーム４（Ｅ−ｒａｙ）はファラデイ素子１３に入射され、偏光ビーム５（Ｏ−ｒａｙ）はファラデイ素子１４に入射される。ファラデイ素子１３においては方向１５の磁場が印加され、ファラデイ素子１４においては方向１６の磁場が印加される。このファラデイ素子１３，１４の長さを調節して、それを１回通過することによる偏光の回転角度を４５度に設定し、これに例えばＳm −Ｃo 磁石により、方向１５，１６と飽和磁場を印加すると、ファラデイ素子１３，１４から出射される２つの透過偏光ビームは図２Ａ−（２）に示されているように、図２Ａ−（１）に示されている偏光方向から４５度回転した偏光４' ，５' となる。
【００１４】
前記のように偏光分離素子１において分離された２つの偏光ビーム４および５は図２Ａ−（１）において直線及び破線矢印により示されている偏光方向を有している。偏光ビーム４には、ファラデイ素子１３における方向１５の磁場が印加され、ｚ軸方向に右廻りに４５度回転し、図２Ａ−（２）において直線及び破線矢印により示されている偏光ビーム４' の偏光方向を有するようになる。また、偏光ビーム５にはファラデイ素子１４において、方向１６（方向１５に対し反対方向）の磁場が印加され、ｚ軸方向に向って左廻り回転し、図２Ａ−（２）において直線及び破線矢印により示されている偏光ビーム５' の偏光方向を有するようになる。すなわち、ファラデイ素子１３，１４を透過した偏光ビーム４' ，５' は互に同一偏光方向を有するようになる。
【００１５】
ファラデイ素子１３，１４から出射された偏光ビーム４' ，５' はそれぞれ半波長板１７，１８に入射される。偏光ビーム４' に対応する半波長板１７の主軸２４はｙ軸に対し２２．５度をなし、偏光ビーム５' に対応する半波長板１８の主軸２５はｘ軸に対し２２．５度をなしている。上記半波長板１７，１８を透過した偏光ビーム４''および５''は図２Ａ−（３）において直線及び破線矢印により示されているように、互に直交する偏光方向を有している。偏光ビーム４''および５''は、偏光合成素子２において合成され単一の偏光ビーム１０として出力される。
【００１６】
偏光合成素子２からの戻り光（偏光ビーム）は、半波長板１７，１８によりその偏光方向が回転し、図２Ａ−（４）において直線及び破線矢印により示されているように、互に同一偏光方向を有する戻り偏光ビーム４''' ，５''' となる。この戻り偏光ビーム４''' ，５''' は、ファラデイ素子１３，１４において、回転する。すなわち戻り偏光ビーム４''' の偏光方向はファラデイ素子１３において、（−ｚ）軸に対して左廻りに４５度回転し、戻り偏光ビーム５''' の偏光方向は、ファラデイ素子１４において、（−ｚ）軸に対して右廻りに４５度回転する。その結果互に平行な戻り偏光ビーム４''' ，５''' の偏光方向は図２Ａ−（５）において直線及び破線矢印により示されているように互に直交する偏光方向を有する戻り偏光ビーム４''''，５''''となり、又これらは、それぞれ偏光ビーム４，５とは互に直交する偏光方向となる。この戻り偏光ビーム４''''，５''''は、図２Ａ−（６）において直線及び破線矢印により示されているように、入射光ビーム３に対して逆方向に偏光分離素子１に入射されると、偏光ビーム４''''はＯ−ｒａｙ１２ａとなって直進し、偏光ビーム５''''はＥ−ｒａｙ１２ｂとなって屈折する。Ｏ−ｒａｙ１２ａおよびＥ−ｒａｙ１２ｂの光路は、入射光３の光路から外れており、従って逆方向の戻り光が入射光３の光路と一致することはない。
【００１７】
前記偏光分離素子１、４５度偏光回転ファラデイ素子１３，１４、半波長板１７，１８、および偏光合成素子２からなるアイソレータは、入力光３の偏光方向に依存せず、無偏波アイソレータとしての機能を示す。
【００１８】
本発明においてファラデイ素子１３，１４と、半波長板１７，１８との間に光フィルタ１９を配置すると、光フィルタ１９に入射する偏光ビーム４' ，５' の偏光方向は、ともにｘ−ｙ面内のｘ軸から４５度傾いた方向であるから、これは入射偏光ビーム３の偏光方向とは無関係であって常に一定となる。すなわち、この光フィルタ１９は、入射光３の偏光状態に依存することがなく、すなわちその偏光依存性損失（ＰＤＬ）がゼロとなる。
【００１９】
図３に偏光ビーム４' ，５' と光フィルタ１９の回転軸との入射方向に直交する平面上にあり、かつ前記偏光ビームの関係を示す。図３において、光フィルタ１９を、それに入射する偏光ビーム４' ，５' の偏光方向（互に平行）に直交する回転軸２１のまわりに角度変更させると、それを透過する偏光ビームは、常にＰ偏光となる。また光フィルタ１９を、それに入射する偏光ビーム４' ，５' の入射方向に直交する平面上にあり、かつ前記偏光ビームの偏光方向（互に平行）に平行な回転軸２０のまわりに角度変更させると、それを透過する偏光は常にＳ偏光となる。
【００２０】
反射率の入射角依存性はＰ偏光の方がＳ偏光よりも小さい。すなわち光フィルタ１９を回転軸２１のまわりに角度可変とすることにより入射角依存性（透過波長依存性と等価）のより少ない、かつ偏光依存損失（ＰＤＬ）のない無偏波アイソレータ付き波長可変フィルタの構成が可能になる。
【００２１】
図１Ａにおいて、互に分割されたファラデイ素子１３，１４を配置し、それぞれに逆方向の磁場１５，１６を印加する。このように、互に分離しているファラデイ素子に、別個の磁石を用いて磁場を印加する場合、これらに入射される偏光ビーム４，５の間隔を十分大きくする必要がある。しかしこれは偏光分離素子１、および偏光合成素子２の長さが増すことを意味し、寸法的に問題がある。そこで筒状の磁石を軸方向に沿って二分割し、それぞれを逆方向に、適当な間隔をおいて配置すれば、それぞれを含むファラデイ素子１３，１４中に逆磁場の区分が生ずるから、これらを通る偏光ビーム４，５の間隔を小さくすることが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のアイソレータ付き無偏光フィルタは偏光依存性損失（ＰＤＬ）をゼロとすることができ、かつ無偏光アイソレータの機能を併せ有し、かつ、ＩＬの波長依存性が小さい波長可変光フィルタとして有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（Ａ）は本発明のアイソレータ付き無偏光フィルタの構成を示す説明図。
図１（Ｂ）は図１（Ａ）のアイソレータ付き無偏光フィルタの主要部位の軸方向を示す説明図。
【図２】  図２（Ａ）は図１のアイソレータ付き無偏光フィルタの主要部位における偏光方向を示す説明図。
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の偏光方向の軸方向を示す説明図。
【図３】  図３は、図１および２のアイソレータ付き無偏光フィルタの光フィルタの回転軸と、偏光ビームの偏光方向との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１…偏光分離素子
２…偏光合成素子
３…入射光ビーム
４…偏光ビーム（Ｅ−ｒａｙ）
５…偏光ビーム４に直交する偏光ビーム（Ｏ−ｒａｙ）
１３，１４…偏光回転ファラデイ素子
１５，１６…磁場方向
４' ，５' …偏光ビーム４，５から４５度回転した偏光ビーム
１７，１８…半波長板
４''，５''…半波長板を透過した偏光ビーム
１０…合成偏光ビーム
１９…光フィルタ
４''' ，５''' ，４''''，５''''…戻り偏光ビーム
１２ａ…直進する戻り偏光ビーム
１２ｂ…屈折する戻り偏光ビーム
２０，２１…光フィルタの回転軸
２４，２５…半波長板の主軸
【図１】
0003701047.tif 000002
【図２】
0003701047.tif 000003
【図３】
0003701047.tif 000004