(57)【要約】      （修正有）【課題】構成が簡単であって、安価な単一な偏光状態を維持できる光部品モジュールを提供する。【解決手段】第１の偏光子５、ファラデー回転子６、第２の偏光子８をこの順で配置し、上記各素子の主面にそれぞれ対向して配置された第１の全反射ミラー７ａと第２の全反射ミラー７ｂを有し、上記第１の偏光子５の主面に対して斜めに配置された第１ポート１と、上記第２の偏光子８の主面に対して斜めに配置された第２ポート２及び第３ポート３を備えてなり、上記第１の偏光素子５は、第１ポート１からの入射光を偏光方向の異なる透過光と反射光の二つの偏光成分に分離する機能を有し、上記ファラデー回転子６は、上記第１の偏光素子５で分離された反射光及び透過光である偏光成分をそれぞれ同一方向に４５°回転させる機能を有する光部品モジュール。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光子、ファラデー回転子、第２の偏光子をこの順で配置し、上記各素子の主面にそれぞれ対向して配置された第１の全反射ミラーと第２の全反射ミラーを有し、上記第１の偏光子の主面に対して斜めに配置された第１ポートと、上記第２の偏光子の主面に対して斜めに配置された第２ポート及び第３ポートを備えてなり、上記第１の偏光素子は、第１ポートからの入射光を偏光方向の異なる透過光と反射光の二つの偏光成分に分離する機能を有し、上記ファラデー回転子は、上記第１の偏光素子で分離された反射光及び透過光である偏光成分をそれぞれ同一方向に回転させる機能を有し、
上記第１ポートからの入射光のうち、上記第１の偏光子を透過した一方の偏光成分は、上記第２の全反射ミラーで反射して上記ファラデー回転子を透過し、上記第１の全反射ミラーで反射して上記第２の偏光子に入射し、かつ上記第１の偏光子で反射した他方の偏光成分は、上記第１の全反射ミラーで反射して上記ファラデー回転子を透過し、上記第２の全反射ミラーで反射して上記第２の偏光子に入射するとともに、
上記一方の偏光成分と上記他方の偏光成分は、上記第２の偏光子にて結合された後に分離され、上記第２ポート及び上記第３ポートから出力されることを特徴とする光部品モジュール。
【請求項２】
上記第１の偏光素子及び第２の偏光素子がフォトニック結晶からなることを特徴とする請求項１に記載の光部品モジュール。
【請求項３】
上記第１の偏光素子及び第２の偏光素子は、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２の１種類以上の誘電体薄膜を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光部品モジュール。
【請求項４】
上記第１の偏光素子、ファラデー回転子及び第２の偏光素子と、上記第１の全反射ミラー及び第２の全反射ミラーとのそれぞれの間に等方性物質を配置してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光部品モジュール。
【請求項５】
上記第１の全反射ミラーおよび／または上記第２の全反射ミラーの上記各素子に対向する面は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔのうち少なくとも１種類以上を主成分とする反射膜を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光部品モジュール。
【請求項６】
上記第１の全反射ミラーおよび／または上記第２の全反射ミラーの上記各素子に対向する面は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうち少なくとも１種類以上からなる反射膜を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光部品モジュール。
【請求項７】
上記第２ポートまたは上記第３ポートは受光素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光部品モジュール。
【請求項８】
上記第２ポートから出力される出射光と上記第３ポートから出力される出射光とを合波するための集光素子を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光部品モジュール。
【請求項９】
上記集光素子はルチル結晶を含んでなることを特徴とする請求項８に記載の光部品モジュール。
【請求項１０】
上記集光素子と、上記第２ポートまたは上記第３ポートとの間に、光学補償素子を備えることを特徴とする請求項８または９に記載の光部品モジュール。
【請求項１１】
上記光学補償素子は、少なくとも２つ以上の水晶を積層してなることを特徴とする請求項１０に記載の光部品モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信機器、光情報処理機器、光学的分析機器などに用いられ、特定方向の直線偏光を透過させ直交する方向の直線偏光を反射させる偏光素子及び光部品モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５に従来よく使用されている偏光無依存型光サーキュレータ４０の例を示す。この例による光サーキュレータは、偏光ビームスプリッタ、反射ミラー、４５°ファラデー回転子、相反的４５°偏光面回転子により構成されるタイプである。図５に示すように、第１ポート４１、第２ポート４２が互いの光入出射方向が平行になるように配置され、これらの光入出射方向とは夫々直交し且つ互いに平行となるような光入出射方向を備えた第３ポート４３、第４ポート４４が設けられている。第１ポート４１及び第２ポート４２との間には、４５°ファラデー回転子４９、相反的４５°偏光面回転子５０が設けられている。第１ポート４１からの光入出射方向において、４５°ファラデー回転子４９、相反的４５°偏光面回転子４０の前後には、偏光ビームスプリンタ４５及び反射ミラー４８が設けられている。また、第２ポート４２からの光入出射方向において、相反的４５°偏光面回転子４０、４５°ファラデー回転子４９の前後には、偏光ビームスプリッタ４４及び反射ミラー４７が設けられている。そして、第３ポート４３、の入出射方向において、偏光ビームスプリッタ４５及び反射ミラー４７が位置するように配置され、第４ポート４４の入出射方向において、偏光ビームスプリッタ４６及び反射ミラー４８が位置するように配置されている。
【０００３】
このような構成で、従来によるサーキュレータは、４ポート型偏光無依存光サーキュレータ４０として作用されている。
【特許文献１】特許第２５３９５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような光部品モジュールにおいて用いられる偏光ビームスプリッタは、結合効率を高めるために互いに直交する偏光の２つのビームについて、ビーム結合部分でのビーム方向とその重なりを十分に大きくしなければならず、また一般ビームスプリッタの入射角の許容角度が小さいため、精密な光学調整が必要となる。したがって、従来の光部品モジュールでは、結合効率の性能向上とコスト低減の両面、特に、結合効率の改善が重要な課題となっている。
【０００５】
ここで、例えば、偏光ビームスプリッタの代わりに誘電体多層膜を使用した場合は、反射光の消光比が十分でなく、また、複屈折単結晶のプリズムを使用した場合には材料が高価であり、高精度の研磨が必要である。さらに、相反的４５°偏光面回転子に１/２波長板を使用する場合には、その作製に高精度の研磨を必要とする。
【０００６】
従って、従来技術による光サーキュレータでは、高価なものとなるという欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、部品点数の少ない構成により,光学特性を有するにもかかわらず,構成が簡単であって、低価格な単一な偏光状態を維持することができる光部品モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、第１の偏光子、ファラデー回転子、第２の偏光子をこの順で配置し、上記各素子の主面にそれぞれ対向して配置された第１の全反射ミラーと第２の全反射ミラーを有し、上記第１の偏光子の主面に対して斜めに配置された第１ポートと、上記第２の偏光子の主面に対して斜めに配置された第２ポート及び第３ポートを備えてなり、
上記第１の偏光素子は、第１ポートからの入射光を偏光方向の異なる透過光と反射光の二つの偏光成分に分離する機能を有し、
上記ファラデー回転子は、上記第１の偏光素子で分離された反射光及び透過光である偏光成分をそれぞれ同一方向に回転させる機能を有し、上記第１ポートからの入射光のうち、上記第１の偏光子を透過した一方の偏光成分は、上記第２の全反射ミラーで反射して上記ファラデー回転子を透過し、上記第１の全反射ミラーで反射して上記第２の偏光子に入射し、かつ上記第１の偏光子で反射した他方の偏光成分は、上記第１の全反射ミラーで反射して上記ファラデー回転子を透過し、上記第２の全反射ミラーで反射して上記第２の偏光子に入射するとともに、
上記一方の偏光成分と上記他方の偏光成分は、上記第２の偏光子にて結合された後に分離され、上記第２ポート及び上記第３ポートから出力されることを特徴とする。
【０００９】
また、上記第１の偏光素子及び第２の偏光素子がフォトニック結晶からなることを特徴とする。
【００１０】
また、上記第１の偏光素子及び第２の偏光素子は、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２の１種類以上の誘電体薄膜を有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記第１の偏光素子、ファラデー回転子及び第２の偏光素子と、上記第１の全反射ミラー及び第２の全反射ミラーとのそれぞれの間に等方性物質を配置してあることを特徴とする。
【００１２】
また、上記第１の全反射ミラーおよび／または上記第２の全反射ミラーの上記各素子に対向する面は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔのうち少なくとも１種類以上からなる反射膜を有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記第１の全反射ミラーおよび／または上記第２の全反射ミラーの上記各素子に対向する面は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうち少なくとも１種類以上からなる反射膜を有することを特徴とする。
【００１４】
また、上記第２ポートまたは上記第３ポートは受光素子であることを特徴とする。
【００１５】
また、上記第２ポートから出力される出射光と上記第３ポートから出力される出射光とを合波するための集光素子を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、上記集光素子はルチル結晶を含んでなることを特徴とする。
【００１７】
また、上記集光素子と、上記第２ポートまたは上記第３ポートとの間に、光学補償素子を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、上記光学補償素子は、少なくとも２つ以上の水晶を積層してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上に述べた通り、本発明によれば、偏光方向が異なる偏光を簡単な構成によって単一偏光に形成することができると共に、安価に単一偏光状態を維持することができる。また、本発明の光部品モジュールによれば、分離された二つの偏光成分の機能を備えているものにあっては出射側で任意でかつ特定の偏光状態を低損失で得ることができる。
【００２０】
さらに、本発明の光部品モジュールによれば、集光素子、光学補償素子を備えることによって、分離された二つの偏光成分がそれぞれ辿る分離位置、即ち、第２ａポートから結合ポイントＡまでの光路と、第３ａポートから結合ポイントＡまでの光路との位相差が同位相となるように、光学補償素子の長さ（厚さ）を設定して二つの偏光成分を結合して出力することによって、光量の損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本発明の光部品モジュール１０の実施の形態を示す図である。この例では光部品モジュール１０は、第１ポート１、第２ポート２及び第３ポート３と、各ポートからの出射光を集光するためのレンズ４ａ、レンズ４ｂ、レンズ４ｃを有し、第１の偏光素子５、ファラデー回転子６、第２の偏光素子８をこの順で各主面が略同一平面となるように配置し、上記各素子の主面にそれぞれ対向して配置された第１の全反射ミラー７ａ及び第２の全反射ミラー７ｂと、マグネット９と光ファイバ１１を具備している。また、第１ポート１の近傍には、第１ポート１に光を入射するための光源が配置されている（不図示）。上記光源には、半導体レーザや発光ダイオードを用いることが可能である。
【００２３】
第１の偏光素子５、ファラデー回転子６、第２の偏光素子８と第１の全反射ミラー７a及び第２の全反射ミラー７ｂとマグネット９との間には空隙が設けられている。第１の偏光素子５である偏波ビームスプリッタは、詳細を後述するフォトニック結晶や誘電体多層膜などのような光学素子からなるものである。フォトニック結晶は加工性及び量産性に優れており、第１の偏光素子５の材質の一つとして望ましい。
【００２４】
第１ポート１、第２ポート２、および第３ポート３は、光ファイバを保持する機能を有し、例えば、筒状のフェルールの内孔に光ファイバ接着して保持することができる。また、上記フェルールの材質には、セラミックス、樹脂、ガラス等を用いることが可能である。
【００２５】
入射ポートである第１ポート１からの入射光は、レンズ４ａを透過して、第１の偏光素子５に入射したとき、前記第１の偏光素子５は互いに異なる偏光方向の成分毎に分離する機能を備えている。第１の偏光素子５において、分離された二つの偏光成分のうち、その一方の偏光成分は反射光として第１の全反射ミラー７ａに反射可能とし、他方の偏光成分は透過光として第２の全反射ミラー７ｂに反射可能とする。
【００２６】
ファラデー回転子６は、第１の偏光素子５及び第２の偏光素子８及びマグネット９と同一の平面上に挟んで配置されており、図１の例ではこの第１の偏光素子５の上端面上及び第２の偏光子８の下端面上に配置されている。またファラデー回転子６の両主面に対向するように第１の全反射ミラー７ａ及び第２の全反射ミラー７ｂが配置されている。ファラデー回転子６はガーネットなどのような光学素子からなる。ファラデー回転子６は入射される一方の偏光成分(反射光)及び入射される他方の偏光成分(透過光)を４５°回転可能である。
【００２７】
さらに、ファラデー回転子６による他方の偏光成分の回転方向は、ファラデー回転子６による一方の偏光成分の回転方向と相反的である。ファラデー回転子６は、後述するように両面側から入射する各偏光成分を回転して、これを透過して、透過光が第１の全反射ミラー７a及び反射光が第２の全反射ミラー７ｂに向けて全反射可能である。また、ファラデー回転子６が第１の偏光素子５及び第２の偏光素子８と同一の平面上に挟んで配置されており、マグネット９によってそれぞれ囲まれている。
【００２８】
第２の偏光素子８はファラデー回転子６と第１の偏光素子５とマグネット９と同一の平面上に配置されており、図１の例ではこのファラデー回転子６及び第１の偏光子５の上端面上に配置されている。また第２の偏光素子８の両主面に対向して第１の全反射ミラー７ａ及び第２の全反射ミラー７ｂが配置されている。第２の偏光素子８は、後述するように両面側から入射する各偏光成分を合波した後に、これを反射する偏光成分及び透過する偏光成分のように２分割に分離する機能を備えている。
【００２９】
上記で分離された偏光成分のうち、第２の偏光素子８で反射した偏光成分はレンズ４ｂを透過し第２ポート２へ入射し出力され、また、透過した偏光成分はレンズ４ｃを透過し、第３ポート３へ入射し出力される。第１ポート１と、第２ポート２及び第３ポート３は光ファイバ１１に接続されている。
【００３０】
次に、本発明の光部品モジュール１０の作用について説明する。
【００３１】
第１ポート１である入射ポートからの入射光がレンズ４ａを透過し、第１の偏光素子５へ入射した光は互いに偏光方向の異なる二つの偏光成分に分離される。分離された一方の偏光成分は、反射光となって第１の全反射ミラー７ａへ入射光として入射し、前記第１の全反射ミラー７ａで反射光として全反射し、前記反射光は第１の全反射ミラー７ａ及び第２の全反射ミラー７ｂに対向して配置されているファラデー回転子６を通過し、第２の全反射ミラー７ｂへ入射光として入射し、該第２の全反射ミラー７ｂで反射光として全反射し、該反射光は第１の全反射ミラー７a及び第２の全反射ミラー７ｂで対向して配置されている第２の偏光素子８に入射する。上記一方の偏光成分は、ファラデー回転子６を通過する往路過程において、―４５°回転する。即ち、一方の偏光成分は、―４５°回転した状態で第２の偏光素子８へ入射することになる。
【００３２】
一方で、分離された他方の偏光成分は、透過光となって第２の全反射ミラー７ｂへ入射光として入射し、前記第２の全反射ミラー７ｂで反射光として全反射し、前記反射光は第１の全反射ミラー７a及び第２の全反射ミラー７ｂで対向して配置されているファラデー回転子６を通過し、第１の全反射ミラー７ａへ入射光として入射し、該第１の全反射ミラー７ａで反射光として全反射し、前記反射光は第１の全反射ミラー７ａ及び第２の全反射ミラー７ｂで対向して配置されている第２の偏光素子８に入射する。上記他方の偏光成分は、ファラデー回転子６を通過する往路過程において、＋４５°回転する。即ち、他方の偏光成分は、＋４５°回転した状態で第２の偏光素子８へ入射することになる。
【００３３】
上記一方に偏光成分と上記他方の偏光成分は、第２の偏光素子８にて結合された後に約５０％ずつに分離される。そして分離された偏光成分は、第２の偏光素子８の表面を反射もしくは透過し、単一直線偏光としてレンズ４ｂ及びレンズ４ｃを透過して第２ポート２もしくは第３ポート３に出力される。このように入射ポートからの入力光は二つに分岐され、第２ポート２及び第３ポート３に出力されるが、いずれか一方の出力光をシステム(レーザー)自体の安定度を示す参照光として利用することができる。
【００３４】
第１の偏光素子５及び第２の偏光素子８へ入射された光は、互いに偏光方向の異なる二つの偏光成分に分離されたり、互いに偏光方向の異なる二つの偏光成分を結合する機能を有する。なお、上記偏光素子は、入射される光の波長に合わせて、動作させる波長帯域を任意に設定することが可能である。
【００３５】
上記第１の偏光素子５及び第２の偏光素子８としては、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２の１種類以上の誘電体薄膜からなる低屈折率媒質と高屈折率媒質を積層したものを用いることができる。低屈折率媒質としてはＳｉＯ２を主成分とする材料が最も一般的である。 ＳｉＯ２は透明波長領域が広く、化学的、熱的、機械的にも安定であり、成膜も容易に行なえる。高屈折率媒質としては、ＴｉＯ２とＴａ２Ｏ５などの酸化物や、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの半導体が使用できる。ＴｉＯ２などは透明波長範囲が広く、可視光領域でも使用できる。一方、半導体は、近赤外域に限定されるが、屈折率が大きい利点がある。ところで、多目的の偏光子としては、広い周波数帯域で、使用することが望ましい。高屈折率媒質層と低屈折率媒質層の形状を適切に決定することにより、偏光子としての使用周波数帯域を広くとることができる。逆に、特定のレーザ光のような単色の光に対しては、高屈折率媒質と低屈折率媒質の形状に対する自由度は大きく、成膜において、繰り返しが容易な形状を選択することができる。さらに、低屈折率媒質としてはアモルファスＳｉ以外にも、パイレックス(登録商標)などの光学硝子を用いることができる。
【００３６】
また、上記第１の偏光素子５及び第２の偏光素子８としてフォトニック結晶を用いることができるとここで、本発明の光部品モジュールに使用するフォトニック結晶から成る偏光素子について説明する。
【００３７】
近年、高層折率媒質と低屈折率媒質から成る人工的な周期構造体における、フォトンの状態密度が研究されている。互いに直交する２つの直線偏光において、それぞれが独立に周波数と波動ベクトルの関係を持っている。バンドギャッブ、すなわちフォトンの状態密度が零となる周波数帯域も、それぞれの偏光に固有である。ある周波数帯域において、一方の偏光に対する状態密度が零であり、他方の偏光に対する状態密度が零にならない場合がある。この周波数帯域においては、偏光子としての作用が可能である。すなわち、この周期構造体は一方の偏光を反射し、他方の偏光を波動ベクトルを保存しながら透過させる。特に、フォトニック結晶からなる偏光子のなかでも、基板表面に形成された凹凸形状を保存しながら堆積させた高屈折率媒質と低屈折率媒質の多層膜から成るフォトニック結晶は光サーキュレータ用の偏光子として、優れた特質を備えている。
【００３８】
第１にＳｉ〇２とガリウムヒ素（ＧａＡｓ）によるフォトニック結晶偏光分離素子は、通信波長帯で損失が無いため、光サーキュレータ用として用いた場合、どの偏光成分も全て利用可能である。第２にフォトニック結晶偏光分離素子は、消光比が４０ｄＢ以上であり、２５ｄＢ程度の消光比を有するＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）に比べて、はるかにアイソレーション特性に優れた光サーキュレータが実現できる。第３にＰＢＳが垂直方向に偏光成分を分離するのに対して、フォトニック結晶は、ほぼ任意の方向に偏光成分を分離する偏光分離素子が設計できる。なお、フォトニック結晶からなる偏光分離素子の構造、特性、製造方法の詳細は、公知文献に記載された通りである。
【００３９】
このように、偏光素子は、フォトニック結晶を用いることによって、薄膜型で大面積であるため、本発明の光部品モジュールは、この偏光素子を偏光分離素子として使用することにより、部品点数の少ない構成で、高性能の光学特性を有するとともに、簡易な構成で単一な偏光状態を維持することができる。
【００４０】
また、第１の全反射ミラー７ａおよび第２の全反射ミラー７ｂの各素子（第１の偏光素子５、ファラデー回転子６、第２の偏光素子８）に対向する面（光の反射面）には反射膜が形成されている。この反射膜は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔのうち少なくとも１種類以上を主成分とする金属膜で形成されると、任意の反射率を設定することが容易になる。一方、前記全反射膜が、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうち少なくとも１種類以上を主成分とする誘電体多層膜で形成されると、任意の反射率を設定することが容易になる。なお、上記した前記反射膜の組成は、第１の全反射ミラー７ａまたは第２の全反射ミラー７ｂに形成される反射膜のどちらか一方に適用してもよいが、第１の全反射ミラー７ａおよび第２の全反射ミラー７ｂの両方に適用することが好ましい。
【００４１】
反射膜は、紫外、可視そして赤外領域の広い範囲で高い反射率を持ち、信頼性の高い膜を用いている。また、前記全反射膜の反射率を高めるために、多層膜の誘電体膜しており、該反射膜の厚みがｌｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲が好ましく、その波長範囲は１０００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下、全反射率は９９.９%以上とすることが好ましい。これは、上記全反射膜の特性を上記範囲にすることにより、全反射膜の膜面の強度が強く、クリーニングに耐えられるため、強い出射光を出射することができる。
【００４２】
次に本発明の他の実施形態を図２に示す。図２において、図１と同一な構成については同一の参照番号を付してある。図１と異なる点は、前記光部品モジュール１０の第３ポート３に代えてモニター用の光半導体である受光素子１２を接続し、出力光を参照光としてモニターするようにしてある。この光部品モジュール１０において、受光素子１２は、参照光をモニターすることによって、レーザの出力の変動を常時監視することができるので、新たな分波器を設けることを要しない。受光素子１２は、第２ポート２または第３ポート３の双方またはいずれか一方に配置しても良く、図２に示す例に限らない。
【００４３】
また、本発明の他の実施形態を図３に示す。図３において、図１の光部品モジュール１０と同一な構成については同一の参照番号を付してある。図１と異なる点は、ファラデー回転子６、第１の偏光素子５及び第２の偏光素子８と、第１の全反射ミラー７a及び第２の全反射ミラー７ｂとの間に、硝子体のような等方性物質が存在している点である。即ち、ファラデー回転子６、第１の偏光素子５、第２の偏光素子８及びマグネット９は各主面が同一平面となるように配置されて全体で１枚の板状体を成しており、この板状体の両側が、等方性物質である第１の硝子板２１ａ及び第２の硝子板２１ｂによって挟むように保持され、これらの両側に第１の全反射ミラー７ａと第２の全反射ミラー７ｂが、上記ファラデー回転子６、第１の偏光素子５及び第２の偏光素子８を挟んで対向して配置されている。具体的には、第１の全反射ミラー７aは第１の硝子体２１ａの外側面(図左側面)に、第２の全反射ミラー７ｂは第２の硝子体２１ｂの外側面(図右側面)に、それぞれ隣接して配置されている。なお、本発明に係る等方性物質とは、光の物理的特性、例えば、光の出力等が該等方性物質に入射される方向によって変化しない物質のことを示している。
【００４４】
また、レンズ２５ａ及びレンズ２５ｂは第１の硝子体２１ａの外側面(図左側面)に、図上下方向にそれぞれ一体化した状態で配置され、レンズ２５ｃは第２の硝子体２１ｂの外側面(図右側面)に、図上方向に一体化した状態で配置されている。すなわち、前記第１の硝子体２１ａ及び第２の硝子体２１ｂの外側面(図左右側面)のコーナー部が斜め形状で、このコーナー部に前記レンズ２５ａ、レンズ２５ｂ及びレンズ２５ｃが一体化し配置されている。
【００４５】
この光部品モジュール２０において、第１ポート１である入射ポートからの入射光がレンズ２５aを透過し、第１の偏光素子５へ入射した光は互いに偏光方向の異なる二つの偏光成分に分離されるが、最終的に第２の偏光素子８で結合され、２分割されて単一直線偏光状態の反射光または透過光となり、第２ポート２または第３ポート３へ入射し出力される。光部品モジュール２０の作用は光部品１０のそれと同様であるので、その作用に関する詳細な説明は省略する。
【００４６】
さらに他の実施形態（光部品モジュール３０）を図４に示す。図４において、図３の光部品モジュール２０と同一の構成については同一の参照番号を付してある。図３と異なる点は、第２ａポート２ａ及び第３ａポート３ａと、レンズ４ａ、４ｂ、４ｃ、光学補償素子２６、集光素子３１と第４ポート４と、を有する点である。この光部品モジュール３０において、光学補償素子２６は、第３ａポート３ａから出射される光が入射されるレンズ４ｃと、該光が入射する集光素子３１との間に配置されている。第２ａポート２ａおよび第３ａポート３ａは、筒状のフェルールの内孔に光ファイバを接着して保持するものである。
【００４７】
以下に、光部品モジュール３０の作用について詳述する。
【００４８】
図３に示されるような光部品モジュール２０で分離された一方の偏光成分は、第２ポート２から出射され、光ファイバ１１を介して、第２ａポート２ａおよびレンズ４ｄを透過し、該レンズ４ｄを経て集光素子３１に入射される。一方で、光部品モジュール２０で分離された他方の偏光成分は、第３ポート３から出射され、光ファイバ１１を介して、第３ａポート３ａおよびレンズ４ｃを透過し、さらに、光学補償素子２６を透過した後に集光素子３１に入射される。そして、集光素子３１内において、光学補償素子２６側から出射される他方の偏光成分は、常光線となって光路２８を進み、一方で、第２ａポート２ａ側から出射される一方の偏光成分は異常光線となって光路２９を進む。その後、上記常光線が進行する光路２８と、上記異常光線が進行する光路２９とが結合されて上記した２つの偏光成分が単一偏光となり、該単一偏光が集光レンズ４ｅで集光され、第４ポート４に入射される。
【００４９】
光学補償素子２６は、一方の偏光成分と他方の偏光成分との位相差を緩和する機能を有する。そのため、一方の偏光成分と他方の偏光成分とが入射され集光素子３１内で異なる長さの光路２８、２９を進行しても、その光路差を緩和することができ、一方の偏光成分と他方の偏光成分を効率よく単一偏光にすることができる。また、前記光学補償素子２６は、少なくとも２以上の水晶を積層することにより構成され、その複数の水晶は、互いの水晶のウェッジをそれぞれ互い違いに積層して合わせれば、一方の偏光成分と他方の偏光成分との光路との位相差を効率よく同程度のものとすることができるので好適である。
【００５０】
集光素子３１は、複数の光成分を結合（合波）する機能を有し、例えば、集光レンズやルチル結晶を含んだ偏光分離型偏光子を用いることができる。ここで、集光装置３１にルチル結晶を含んでなる偏光分離型偏光子を用いる場合について説明する。集光素子３１は、ルチルを有する単軸結晶の材料を光軸が表面と４５°の角度を成すように薄切りにし、その厚さをＤとする。また集光素子３１の光軸と結合する光路２８と光路２９との配置は、光路２８および光路２９を含む平面と光軸とが平行となるようにする。そして、光路２８と光路２９との間隔をＳとすると、次の式で書くことができる。
【００５１】
Ｓ＝（（ｂ２−ａ２）／（ａ２＋ｂ２））・Ｄ
ここで、
Ｓ：光線間距離
Ｄ：集光素子の厚さ
ａ＝１／ｎｅ      ｎｅ：異常光線屈折率
ｂ＝１／ｎｏ      ｎｏ：常光線屈折率
また、集光装置３１の材料としてルチル（酸化チタンＴｉＯ２）単結晶を用いて集光素子３１を構成した場合、波長がλ＝１．５５μｍの光線に対する常光屈折率ｎｏの値が２．４５２と、異常光線屈折率ｎｅは２．７０９である。また、集光素子３１の厚さＤを２．５ｍｍとすると、光路２８と光路２９の間隔Ｓは、０．２５ｍｍとなる。なお、集光素子３１の材料としては、ルチル（酸化チタンＴｉＯ２）他に、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）、水晶や方解石も利用可能である。
【００５２】
また、光部品モジュール３０が入射光を時間に依存されることなく一定比率の偏光成分に分離することと、分離された単一偏光を結合する透過型の集光素子３１を使用することにより、第１ポート１から入射される任意の偏光状態にある光を単一の偏光として出力することができる。また、光部品モジュール３０において、集光素子３１の他に、光学補償素子２６を用いており、そして結合ポイントＡで結合された一方の偏光成分と他方の偏光成分とは、それぞれが辿る分離位置第２ａポート２ａから結合ポイントＡまでの光路と、分離位置第３ａポート３ａから結合ポイントＡまでの光路との位相差が同位相となるように、光学補償素子２６の長さが設定されているために、上記二つの偏光成分は同位相かつ直交しているために、双方の偏光方向の角度は常光線及び異常光線に対して一定の角度（本例では４５°）の直線偏光として出射されて、検出可能となり、そして特定の偏光状態の損失をなくすることができる。
【００５３】
上記構成の光部品モジュール３０は、任意の偏光状態にある入射光を特定の偏光状態の単一直線偏光として出力させる機能と、光量の損失がない一定の比率の単一偏光を出力させる機能とを備えている。
【００５４】
なお、光学補償素子２６は第３ａポート３ａのレンズ４ｃと集光素子３１との間に配置されているが、その位置は図示する例に限定されず、集光素子３１内の光路上に埋め込んでも良い。また、本例では、一方の偏光成分が異常光線、他方の偏光成分が常光線であるが、一方の偏光成分が常光線、他方の偏光成分がなっても異常光線とよい。さらに、図１〜４では、第３ポート３と集光素子３１との間に光学補償素子２６を配置する構成であるが、本実施形態ではこの構成に限ることなく、第２ポート２と集光素子３１との間に光学補償素子２６を配置する構成であってもよい。
【００５５】
これら図１〜図４に示す光部品モジュール１０、２０、３０では、第１の偏光素子５、ファラデー回転子６及び第２の偏光子８とが一対化されているので、組み立てが容易となる。以上のような本発明の光部品モジュール１０、２０は、光送受信モジュール、ＡｄｄＤｒｏｐモジュール、光通信機器、光情報処理機器、光学的分析機器などに応用することができる。
【実施例】
【００５６】
本発明の光部品モジュールの実施例として図２に示すものを作成した。光ファイバ１１、３個のレンズ（レンズ４ａ〜４ｃ）、２個の全反射ミラー（第１の全反射ミラー７ａ、第２の全反射ミラー７ｂ）、２個の偏光素子（第１の偏光素子５、第２の偏光素子８）とファラデー回転子６とマグネット９とを可視光硬化型樹脂からなる接着剤で互いに接着して一体化した。また、第１ポート１、第２ポート２、および第３ポート３は、ジルコニアセラミックスからなる円筒状のフェルールの内孔に光ファイバを保持させてなる。
【００５７】
レンズの材料は一般的な光学系ガラスであるＢＫ７で、フォトニック結晶による偏光素子５、偏光素子８を用い、ファラデー回転子６として、ＴｂとＡｌとを含むテルビウム・アルミニウム系常磁性体ガーネット(Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２)であり、レンズ４ａ、レンズ４ｂ、レンズ４ｃの出率半径が１.０ｍｍであり、偏光子６、偏光子８が１．０ｍｍ×１.０ｍｍ× ｔ０.５ｍｍであり、全反射ミラー７ａ、全反射ミラー７ｂが２.０ｍｍ×１.０ｍｍ×ｔ０．7ｍｍである。
【００５８】
全反射ミラー７ａ、全反射ミラー７ｂの反射面に全反射膜の金属膜をＡｌ、Ａｕ、Ｃｕにて形成した。また、全反射膜の多層積層膜厚をＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３の厚み６５ｎｍで形成し、波長範囲が１２００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下で全反射率が９９.５%以上とである。
【００５９】
一方、比較例として図５に示すものを作製した。比較例は複屈折単結晶のプリズムで構成された偏光ビームスプリッタ３５および偏光ビームスプリッタ３６、反射ミラー３７、反射ミラー３８、１/２波長板からなる相反的４５°偏光面回転子４０、および４５°ファラデー回転子３９を備えてなる。
【００６０】
そして、本発明実施例と比較例の光部品モジュールのサンプルをそれぞれ１１個作製し、それらについて光学特性(アイソレーション、消光比、挿入損失)を測定した。光学特性の測定条件は、光波長λ０を１５５０ｎｍ、レーザの光出力強度を０ｄＢｍまたはｌｍｗで行った。測定系には、パワーメーターとしてＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ社のＨＰ８１５３A光マルチメータ、固定レーザ光源モジュールとしてＨＰ８１５５３ＳＭシリーズ、光パワー・センサ・モジュールとしてＨＰ８１５３１Ａシリーズを使用して測定を行った。
【００６１】
以上の測定条件で本発明の実施例、比較例の光部品モジュールの光学特性評価結果を表１に示す。
【表１】
2006091865.tif 000003
【００６２】
これにより、本発明実施例の１１個のアイソレーシヨンの平均は、６０ｄＢであり、消光比の平均は５０ｄＢであり、挿入損失の平均は０.９ｄＢであった。また、比較例の１１個のアイソレーションの平均は、５０ｄＢであり、消光比の平均は２５ｄＢであり、挿入損失の平均は２.２ｄＢであった。したがって、本発明実施例は、比較例よりも十分に良好な光学特性を有し、それらの値も安定していることが確認できた。
【００６３】
以上の結果から明らかな様に、偏光ビームスプリッタが垂直方向に偏光成分を分離するのに対して、フォトニック結晶は、ほぼ任意の方向に偏光成分を分離する偏光素子の設計ができた。また、偏光ビームスプリッタが垂直方向に偏光成分を分離するには、その作製に高精度の研磨が必要であつた。
【００６４】
さらに、比較例では相反的４５° 偏光面回転子に１/２波長板を使用していることによって、その作製に高精度の研磨が必要であつたが、本発明実施例は製造工程を簡略化することができた。
【００６５】
以上により、本発明実施例では、偏光素子がフォトニック結晶偏で、比較例のような偏光ビームスプリッタと相反的４５°偏光面回転子に１/２波長板に比べて、はるかに光学特性に優れた光部品モジュールが実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光部品モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の光部品モジュールを示す断面図である。
【図３】本発明の光部品モジュールを示す断面図である。
【図４】本発明の光部品モジュールを示す断面図である。
【図５】従来の偏光無依存型光サーキュレータの断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１: 第１ポート
２: 第２ポート
２ａ：第２ａポート
３: 第３ポート
３ａ：第３ａポート
４：第４ポート
４ａ：レンズ
４ｂ：レンズ
４ｃ：レンズ
４ｄ：レンズ
４ｅ：レンズ
５  ：第１の偏光素子
６  ：ファラデー回転子
７ａ：第１の全反射ミラー
７ｂ：第２の全反射ミラー
８  ：第２の偏光素子
９  ：マグネット
１０：光部品モジュール
１１：光ファイバー
１２：受光素子
２０：光部品モジュール
２１ａ：第１の硝子体
２１ｂ：第２の硝子体
２５ａ：レンズ
２５ｂ：レンズ
２５ｃ：レンズ
２６：光学補償素子
２８：常光線
２９：異常光線
３０：光部品モジュール
３１：集光素子
３２：単一偏光
４０：偏光無依存型光サーキュレータ
４１：第１ポート
４２：第２ポート
４３：第３ポート
４４：第４ポート
４５：偏光ビームスプリンタ
４６：偏光ビームスプリッタ
４７：反射ミラー
４８：反射ミラー
４９：４５°ファラデー回転子
５０：相反的４５°偏光面回転子
Ｓ：常光線と異常光線との間隔
Ｄ：集光素子の厚み
Ａ：結合ポイント
【図１】
2006091865.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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