(57)【要約】【課題】  素子の小型化、温度安定性の向上を実現できる偏光解消素子を提供する。【解決手段】偏光を無偏光に変換する偏光解消素子であって、光学的異方性を有する変換媒質１と、変換媒質１に偏光を、変換媒質１における光学軸方向を法線方向とする平面内に含まれ、かつ入射面１ａの法線方向に対して斜め方向から入射させる入射手段（偏波保持光ファイバ３）と、変換媒質１内を伝搬した光を反射して略Ｖ字状に折り返させる反射層２ａ、２ｂとを備えており、変換媒質１に入射された偏光は、偏光状態が異なる２つの光成分に分離され、該２つの光成分は、反射層２ａ、２ｂにより互いに異なる回数の複数回反射されて、変換媒質１内を略Ｖ字状に折り返しながら伝搬した後、該２つの光成分の光路が重なり合う位置Ｐで変換媒質１から出射される。【選択図】        図１
2006106104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光を無偏光に変換する偏光解消素子であって、
光学的異方性を有する変換媒質と、
前記変換媒質に偏光を、該変換媒質における光学軸方向を法線方向とする平面内に含まれ、かつ入射面の法線方向に対して斜め方向から入射させる入射手段と、
前記変換媒質内を伝搬した光を反射して略Ｖ字状に折り返させる反射手段とを備えており、
前記変換媒質に入射された偏光は、偏光状態が異なる２つの光成分に分離され、該２つの光成分は、前記反射手段により互いに異なる回数の複数回反射されて、前記変換媒質内を略Ｖ字状に折り返しながら伝搬した後、該２つの光成分の光路が重なり合う位置で前記変換媒質から出射されることを特徴とする偏光解消素子。
【請求項２】
前記変換媒質に入射される偏光の進行方向を法線方向とする面内において、前記変換媒質における光学軸方向と平行な方向と、前記変換媒質に入射される偏光の偏光方位とのなす角度αが略４５°であることを特徴とする請求項１記載の偏光解消素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光を無偏光に変換する機能を有する偏光解消素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばラマン散乱を利用したラマン増幅器は、優れた増幅特性を有するものとして、近年普及が広まっている。
その一方で、ラマン増幅器は利得の偏波依存性が大きいという問題があり、励起光源の偏光を偏光解消素子（デポラライザ）等で解消する技術が重要になっている。
またラマン増幅器以外にも、光通信や光計測（センシング）の分野において、光源光が偏光であるとシステム等に悪影響が生じる場合もあり、これらの分野においても偏光解消素子が用いられる。
【０００３】
従来のデポラライザとしては、例えば、偏波保持光ファイバを４５°融着して構成されるLyot-Typeのものが知られている。
また、図６に示すような複屈折率結晶を用いたデポラライザも提案されている（下記、非特許文献１参照）。この例の結晶型デポラライザは、直方体に形成された複屈折率結晶の一面（入射面）から完全偏光を垂直に入射させて、該入射面に対向する面から非偏光を出射させるように構成されている。
【非特許文献１】風見等、「結晶型デポラライザの開発」、古河電工時報、平成１５年１月、第１１１号、ｐ４１〜４５。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記偏波保持光ファイバを４５°融着してなるデポラライザは、単位長さ当たりの偏光解消度が小さいためにファイバが長尺になってしまい、小型化が難しいという問題があった。
また、上記結晶型のデポラライザにあっては、複屈折率結晶の長さを、入射光の隣接ＦＰモード間に位相差（２ｍ＋１）πを生じさせるような長さに設定する必要があるが、単位長さ当たりの偏光解消度があまり大きくない。このため、実用的なデポラライザを構成するには長大な結晶が必要であり実用化が難しいうえ、小型化できないという問題があった。デポラライザの小型化は、低コスト化、省スペース化だけでなく、温度特性の向上にも寄与するため重要である。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、素子の小型化、温度安定性の向上を実現できる偏光解消素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の偏光解消素子は、偏光を無偏光に変換する偏光解消素子であって、光学的異方性を有する変換媒質と、前記変換媒質に偏光を、該変換媒質における光学軸方向を法線方向とする平面内に含まれ、かつ入射面の法線方向に対して斜め方向から入射させる入射手段と、前記変換媒質内を伝搬した光を反射して略Ｖ字状に折り返させる反射手段とを備えており、前記変換媒質に入射された偏光は、偏光状態が異なる２つの光成分に分離され、該２つの光成分は、前記反射手段により互いに異なる回数の複数回反射されて、前記変換媒質内を略Ｖ字状に折り返しながら伝搬した後、該２つの光成分の光路が重なり合う位置で前記変換媒質から出射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型化および温度安定性の向上を実現できる偏光解消素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜３は本発明の偏光解消素子の一実施形態を示したものであり、図１は斜視図、図２は側面図である。図中符号１は変換媒質、２ａ、２ｂは反射層（反射手段）を示す。
図３は変換媒質１内に形成されている光路を含む面に沿う断面図である。該光路を含む面は、図１中のIII−III線に沿う面であり、図２中の符号Ｌ２で示される面である。
【０００９】
変換媒質１は、光学異方性を有する材質であれば特に限定されずに使用できるが、一軸性結晶が好ましく、例えばルチル（正方晶系）、ＹＶＯ４、ＬＮ，方解石等を用いることができる。本実施形態ではルチルが用いられている。
変換媒質１の形状は、少なくとも入射面１ａおよびこれに対向する面（以下、対向面１ｂという）が平面で、互いに平行であることが好ましい。本実施形態における変換媒質１は直方体に形成されている。
入射面がＸ−Ｙ平面で、入射面１ａの長さ方向をＸ方向、入射面１ａに含まれ前記Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向、入射面の法線方向をＺ方向とすると、変換媒質１の光学軸（主光軸）がＹ方向に平行となるように構成される。一軸性結晶においては結晶軸ｃが光学軸と一致する。本実施形態ではルチルの結晶軸ｃ（図中,矢印ｃで示す）がＹ方向に平行となっている。
【００１０】
反射層２ａ、２ｂは、入射面１ａおよび対向面１ｂの外側にそれぞれ設けられており、反射層２ａ、２ｂの反射面は、入射面１ａおよび対向面１ｂにそれぞれ平行となっている。反射層２ａ、２ｂの反射率は９５〜９８％が好ましく１００％（全反射）に近い方がより好ましい。
反射層２ａ、２ｂの材質は、所望の反射率が得られるものであればよく、特に限定されない。好ましい例としては、ＳｉＯ２からなる層とＴａ２Ｏ５からなる層が交互に積層された誘電体多層膜等が挙げられる。
【００１１】
本実施形態においては入射手段として偏波保持光ファイバ３が設けられている。偏波保持光ファイバ３は、ここから出射される直線偏光（以下、偏光Ｌ１という）を変換媒質１に所定の入射方向から入射させるように構成されている。該偏光Ｌ１の入射方向は、変換媒質１の光学軸方向（Ｙ方向）を法線方向とする平面（Ｘ−Ｚ平面）内に含まれ、かつ入射面１ａの法線方向（Ｚ方向）に対して斜めとなる方向に設定される。
【００１２】
また、偏光Ｌ１の進行方向を法線方向とする面内に含まれ、変換媒質１の光学軸の方向（Ｙ方向）と平行な方向をｙ1方向、該面内に含まれ該ｙ1方向に垂直な方向をｘ1方向とする。偏光Ｌ１の進行方向を法線方向とする面内における、偏光Ｌ１の偏光方位（光線を波として表現したときの電界の振動方向）とｙ1方向とのなす角度α（図示せず）は０°より大きく９０°未満とされる。実用上好ましい無偏光を得るためには、該偏光方位とｙ１方向とのなす角度αが略４５°であることが好ましく、４５°であることがより好ましい。許容範囲は好ましくは４５°±１°程度である。本実施形態ではα＝４５°に設定されている。
【００１３】
偏光１の波長は特に限定されないが、例えば１５２０〜１６２０ｎｍの範囲の波長が好適に用いられる。
また変換媒質１に入射される偏光Ｌ１は平行光であることが好ましく、必要に応じてコリメータを設けることが好ましい。
また、入射面１ａにおける偏光Ｌ１の入射位置には、反射層２ａは設けられておらず、無反射層（図示略）が設けられている。
【００１４】
また本実施形態では、偏波保持光ファイバ３と変換媒質１との間の、偏光Ｌ１の光路上に偏光子４が設けられている。偏光子４は、偏光Ｌ１のうち前記ｙ1方向とのなす角度αが４５°の成分のみを選択的に透過させるように構成されている。
【００１５】
かかる構成の偏光解消素子にあっては、入射面１ａに対して斜め方向から入射された偏光Ｌ１は、変換媒質１の複屈折により偏光状態が異なる２つの光成分に分離される。すなわち偏光Ｌ１は、電界の振動方向が前記ｘ1方向である偏光成分と、電界の振動方向が前記ｙ1方向である偏光成分とに分離される。本実施形態では、変換媒質１が一軸性結晶からなるので、該２つの偏光成分は常光線と異常光線となる。
該２つの偏光成分（常光線と異常光線）は屈折率が互いに異なることから、図３に示すように、変換媒質１内では互いに異なる光路を形成する。入射面１ａおよび対向面１ｂの外側に反射層２ａ、２ｂが設けられているので、前記２つの偏光成分は、反射層２ａ、２ｂ間で略Ｖ字状に折り返しながら伝搬される。変換媒質１内における前記２つの偏光成分の光路は、光学軸方向（Ｙ方向）を法線方向とする平面（Ｘ−Ｚ平面）内に形成される。図２中の符号Ｌ２は変換媒質１内における前記２つの偏光成分の光路を含む面を示している。
【００１６】
そして、前記２つの偏光成分は、反射層２ａ、２ｂで互いに異なる回数の複数回反射されて、変換媒質１内を略Ｖ字状に折り返しながら、面Ｌ２（Ｘ−Ｚ平面）内をＸ方向に向かって伝搬した後、入射面１ａ上において前記２つの偏光成分の光路が重なり合う出射位置Ｐで合波されて変換媒質１から出射される（符号Ｌ３は出射光を示す）。
変換媒質１内における前記２つの偏光成分の光路長には差があるので遅延が生じるが、本発明では、この両者の光路長差（遅延量）が可干渉距離（可干渉時間）よりも長くなるように設計される。したがって、前記２つの偏光成分が出射位置Ｐで合波されて出射光Ｌ３を形成するとき、該２つの偏光成分は可干渉性が解消された状態となっている。
こうして得られる出射光Ｌ３は必要に応じてコリメータ（図示せず）を通過した後、シングルモード光ファイバ５で伝送される。なお、出射位置Ｐには反射層２ａは設けられていない。
【００１７】
変換媒質１内における前記２つの偏光成分の光路長差（遅延量）は、偏光Ｌ１と入射面１ａの法線方向とがなす角度θ１及び／又はＺ方向における変換媒質１の長さＬｚを変化させることにより制御できる。
変換媒質１に入射される偏光Ｌ１と、入射面１ａの法線方向とがなす角度θ１は、０より大きければよいが、小さすぎると反射層２ａ（または２ｂ）で反射される前の光路と反射後の光路とが略重なり合ってこれら２光線の分離が不十分となる。一方、θ１が大きすぎると所望の光路長差（遅延量）を得るのに必要な変換媒質１の長さ（Ｘ方向における入射位置から出射位置Ｐまでの距離Ｌｘ）が大きくなり、素子が大型化してしまう。したがって、θ１は４°〜７°程度が好ましい。
【００１８】
本実施形態では、変換媒質１に入射される偏光Ｌ１の偏光方位とｙ1方向（ｃ軸に平行）とのなす角度αが４５°に設定されているので、出射光Ｌ３として実用上好ましい無偏光が得られる。
ここでの「実用上好ましい無偏光」とは、例えば偏光解消素子からの出射光Ｌ３の光路上に直線偏光子を設けた場合に、直線偏光子を光軸の回りに任意に回転させても、直線偏光子からの出射光量が変化しない状態、また偏光解消素子からの出射光Ｌ３の光路上に１／４波長板を設け、該１／４波長板の光路上に直線偏光子を設けた場合に、１／４波長板および直線偏光子をそれぞれ光軸の回りに任意に回転させても、直線偏光子からの出射光量が変化しない状態をいう。
すなわち、図４に示すように、本実施形態ではα＝４５°となっているので、入射面１ａに対して斜め方向から入射された偏光Ｌ１が、ｘ1方向に電界の振動方向をもつ偏光成分（光強度；Ｐｘ）と、ｙ1方向に電界の振動方向をもつ偏光成分（光強度；Ｐｙ）とに分離されたときに両者の光強度が均等（Ｐｘ＝Ｐｙ）になる。
出射光Ｌ３は、前記ｘ1方向に電界の振動方向をもつ偏光成分（光強度；Ｐｘ）と、前記ｙ1方向に電界の振動方向をもつ偏光成分（光強度；Ｐｙ）とが、可干渉性が無い状態で合波されたものであるので、ＰｘとＰｙとが均等（Ｐｘ＝Ｐｙ）であるときに上述の「実用上好ましい無偏光」が得られる。
【００１９】
一方、αが４５°でない場合、例えばα＝３０°の場合には、図５に示すようにＰｘ：Ｐｙ＝１：√３となり、ＰｘとＰｙとが均等にはならないが、変換媒質１内における２つの偏光成分の光路長差（遅延量）が可干渉距離（可干渉時間）よりも長くなるように設計されているので、前記２つの偏光成分（光強度；Ｐｘ、Ｐｙ）は可干渉性が無い状態で合波されて出射光Ｌ３となる。
したがって、αが４５°でない場合には、上記１／４波長板および／または直線偏光子を光軸の回りに任意に回転させたときの出射光量の変動は生じるものの、αが０°より大きく９０°未満の範囲で、偏光成分の可干渉性が解消された状態の出射光Ｌ３を得ることができる。このような偏光成分の可干渉性が解消された状態も、本発明における「無偏光」に含まれる。
【００２０】
上記１／４波長板および／または直線偏光子を光軸の回りに任意に回転させたときの出射光量の変動は、αの値が４５°より大きくなるほど又は小さくなるほど大きくなる。該出射光量の変動幅の許容範囲は偏光解消素子の用途等により異なる。したがってαの許容範囲も偏光解消素子に要求される精度によって異なるが、前記出射光量の変動がほとんど生じない「実用上好ましい無偏光」を要求される場合には、４５°±１°程度の範囲が好ましい。
また前記出射光量の変動に対する要求が厳しくなく、偏光成分の可干渉性が解消された状態の無偏光が要求される用途の場合は、αを０°より大きく９０°未満の範囲で設定することができる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、図３に示すように、反射層２ａ、２ｂと、入射面１ａおよび対向面１ｂとの間にそれぞれ間隙が設けられているが、反射層２ａ、２ｂが入射面１ａおよび対向面１ｂにそれぞれ接していてもよく、一体化されていてもよい。該間隙を設ける場合は、この間隙の幅Ｄが大きすぎると素子が不必要に大きくなってしまうので、１ｍｍ以下とするのが好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。また、前記間隙を設ける場合、入射面１ａおよび対向面１ｂ上に無反射コート層を設けることが好ましい。
また、入射手段は偏波モード間のモード結合を抑制しながら光伝送を行うことができるものであればよく、偏波保持光ファイバ３に代えて空間光等を用いることもできる。
また、出射位置Ｐは前記２つの偏光成分の光路が重なり合う位置であればよく、対向面１ｂ上に出射位置Ｐを設けてもよい。
また、反射層２ａ、２ｂの反射面どうしは、必ずしも平行でなくてもよく、両者のなす角度が１０°以下は許容範囲とすることができる。
【００２２】
本実施形態の偏光解消素子は、変換媒質１が小型であっても、該変換媒質１内で分離される２つの偏光成分の光路長を長くすることができるので、小型の素子で大きな光路長差（遅延量）を発生させることができる。したがって小型で高性能の偏光解消素子が得られる。また素子を小型化することにより、素子の温度安定性が向上する。
また、偏光Ｌ１の入射角度θ１を変化させるだけで、変換媒質１を変えなくても、複数種の遅延量を得ることが可能である。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
図１〜３に示す偏波解消素子を下記の条件で構成したときに得られる遅延量をシミュレーションした。変換媒質１内における２つの偏光成分の屈折率は一方が１．９４４７、他方が２．１４８６とした。
Ｘ方向における入射位置から出射位置Ｐまでの距離Ｌｘ：１３．７ｍｍ
Ｚ方向における変換媒質１の長さＬｚ：５．０ｍｍ
反射層２ａ、２ｂと、入射面１ａおよび対向面１ｂとの間隙の幅Ｄ：０．３ｍｍ
偏光Ｌ１の入射角度θ１：６．５°
反射層２ａ、２ｂの反射率：９９％
偏光Ｌ１の波長：１５５０ｎｍ
このとき、変換媒質１内で分離された２つの偏光成分のうち、反射層２ａ、２ｂでの反射回数が少ない方の成分については、反射回数が２５回、反射層２ａ（２ｂ）の反射面において隣り合う反射位置間の距離Ｗは０．５３ｍｍとなる。そして、変換媒質１内において発生する該２つの偏光成分の光路長差は４５．９５ｍｍであり、遅延量は１５３ｐｓｅｃ（ピコ秒）となる。
また、ガウスビームの結合効率計算式により得られる結合光線間損失の値は０．０７９ｄＢとなる。
【００２４】
（実施例２）
図１〜３に示す偏波解消素子を下記の条件で構成したときに得られる遅延量をシミュレーションした。変換媒質１内における２つの偏光成分の屈折率は一方が１．９４４７、他方が２．１４８６とした。
Ｘ方向における入射位置から出射位置Ｐまでの距離Ｌｘ：１３．７ｍｍ
Ｚ方向における変換媒質１の長さＬｚ：８．２ｍｍ
反射層２ａ、２ｂと、入射面１ａおよび対向面１ｂとの間隙の幅Ｄ：０．３ｍｍ
偏光Ｌ１の入射角度θ１：４．５°
反射層２ａ、２ｂの反射率：９９％
偏光Ｌ１の波長：  １５５０ｎｍ
このとき、変換媒質１内で分離された２つの偏光成分のうち、反射層２ａ、２ｂでの反射回数が少ない方の成分については、反射回数が２３回、反射層２ａ（２ｂ）の反射面において隣り合う反射位置間の距離Ｗは０．５９９ｍｍとなる。そして、変換媒質１内において発生する該２つの偏光成分の光路長差は７２．０２ｍｍであり、遅延量は２４０ｐｓｅｃ（ピコ秒）となる。
また、ガウスビームの結合効率計算式により得られる結合光線間損失の値は０．０７１ｄＢとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の偏光解消素子の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の偏光解消素子の測面図である。
【図３】図１の変換媒質内に形成されている光路を含む面に沿う断面図。
【図４】入射光の偏光方位の好ましい角度を説明するための図である。
【図５】入射光の偏光方位の好ましい角度を説明するための図である。
【図６】従来の偏光解消素子の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…変換媒質
２ａ、２ｂ…反射層（反射手段）
３…偏波保持光ファイバ（入射手段）
【図１】
2006106104.tif 000003
【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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