(57)【要約】【課題】装置の小型化を促進することができる偏波結合装置を提供する。【解決手段】偏波結合装置は偏波合成素子を有している。偏波合成素子は、偏波合成素子に入射された第１の偏波の偏波方向を回転させる偏波回転部と、偏波回転部により偏波方向が回転した第１の偏波と偏波合成素子に入射された第２の偏波とを合成する偏波合成部と、が一体化されている。これにより、偏波結合装置は、装置の小型化を促進することができるという効果を奏する。【選択図】図２
2018112684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波合成素子を有し、
前記偏波合成素子は、
前記偏波合成素子に入射された第１の偏波の偏波方向を回転させる偏波回転部と、
前記偏波回転部により偏波方向が回転した前記第１の偏波と前記偏波合成素子に入射された第２の偏波とを合成する偏波合成部と、
が一体化されていることを特徴とする偏波結合装置。
【請求項２】
前記偏波合成素子は複屈折材料で形成され、
前記偏波合成素子のうちの前記偏波回転部以外の部分において、前記第１、第２の偏波が回転しないように前記複屈折材料の光学軸の方向が設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波結合装置。
【請求項３】
前記偏波合成素子の第１面と前記第１面に対向する平行面である第２面とは、それぞれ、前記偏波回転部が前記第１の偏波の偏波方向を回転させる区間の始点と終点とに相当する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の偏波結合装置。
【請求項４】
前記偏波合成素子の前記第１面に設けられ、前記偏波合成素子に入射された前記第１の偏波を反射させて前記偏波回転部に伝播させるミラーと、
前記偏波合成素子の前記第２面に設けられ、前記偏波回転部を伝播した前記第１の偏波を反射させ、前記偏波合成素子に入射された前記第２の偏波を透過させる偏光分離膜と、
を更に有することを特徴とする請求項３に記載の偏波結合装置。
【請求項５】
前記偏波回転部で前記第１の偏波の偏波方向が回転するときの前記第１面から前記第２面までの伝播距離は、前記第１の偏波の有効ビーム径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項４に記載の偏波結合装置。
【請求項６】
前記偏波合成素子に前記第１、第２の偏波が入射されるときの入射面に角度が設けられ、
前記角度は、前記偏波合成部により前記第１、第２の偏波が合成される際に前記第１、第２の偏波の伝播方向が等しくなるように設定される、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の偏波結合装置。
【請求項７】
光に電気信号を重畳し、それぞれ電気信号が重畳された第１、第２の光ビームを出力する変調部と、
前記変調部から出力される前記第１、第２の光ビームを合成する偏波結合装置と、
を有し、
前記偏波結合装置は偏波合成素子を有し、
前記偏波合成素子は、
前記偏波合成素子に入射された第１の光ビームの偏波方向を回転させる偏波回転部と、
前記偏波回転部により偏波方向が回転した前記第１の光ビームと前記偏波合成素子に入射された第２の光ビームとを合成する偏波合成部と、
が一体化されていることを特徴とする光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波結合装置および光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいて、例えばＤＰ−ＤＱＰＳＫ（Dual  Polarization  Differential  Quadrature  Phase  Shift  Keying）方式によって光変調を行う光変調器が用いられることがある。ＤＰ−ＤＱＰＳＫ方式では、まず、光変調器に入力された光ビームが２つに分岐され、分岐された２つの光ビームに電気信号が重畳される。そして、電気信号が重畳された２つの光ビームが合成される。
【０００３】
分岐された２つの光ビームに電気信号を重畳するには、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの強誘電体結晶が用いられることがある。強誘電体結晶を用いる場合には、結晶内の導波路において光ビームに電気信号が重畳されるため、所定サイズの結晶が配置されることとなり、光変調器の小型化には一定の限界がある。そこで、近年では、光変調器の小型化・高効率化を目的として、半導体チップを用いた光変調器が検討されている。
【０００４】
また、電気信号が重畳された２つの光ビームを合成するには、偏波回転素子と偏波合成素子とを備える偏波結合部が用いられることがある。偏波結合部は、併進する２つの光ビームの一方の偏波方向を、例えば波長板などの偏波回転素子によって回転させ、偏波方向が互いに直交する２つの光ビームを、例えばＰＢＣ（Polarization  Beam  Combiner）プリズムなどの偏波合成素子によって合成する。
【０００５】
具体的には、ＰＢＣプリズムには偏光ビームスプリッタ膜が成膜されている。偏光ビームスプリッタ膜は、偏光選択性のある反射膜である。偏光ビームスプリッタ膜は、本膜への入射面に対して偏光面が平行方向の光（Ｐ偏光）を透過させ、偏光面が垂直方向の光（Ｓ偏光）を反射させる。一方の光ビームの偏波が波長板を通過することにより、波長板は、一方の光ビームの偏波方向を回転させて、他方の光ビームの偏波方向と直交させる。すなわち、一方の光ビームの偏波がＰ偏光の状態からＳ偏光の状態に変わる。
【０００６】
例えば図７に示すように、偏波結合部には、光ビーム３１（図７中の実線）と光ビーム３２（図７中の点線）とがＰ偏光の状態で入射される。光ビーム３１の偏波が波長板１２を通過することにより、波長板１２は、光ビーム３１の偏波方向を回転させて、光ビーム３２の偏波方向と直交させる。すなわち、光ビーム３１の偏波がＰ偏光の状態からＳ偏光の状態に変わる。反射膜１４および偏光ビームスプリッタ膜１５は、波長板１２からＰＢＣプリズム１１に入射された光ビーム３１の偏波を反射させる。偏光ビームスプリッタ膜１５は、ＰＢＣプリズム１１に入射された光ビーム３２の偏波を透過させる。ＰＢＣプリズム１１は、反射膜１４および偏光ビームスプリッタ膜１５を反射した光ビーム３１と、偏光ビームスプリッタ膜１５を透過した光ビーム３２とを合成する。
【０００７】
上述した偏波結合部の構成においては、図７に示したように、ＰＢＣプリズム１１に波長板１２が接着されるのが一般的である。例えば接着剤などの固定剤によって、波長板１２がＰＢＣプリズム１１に固定される。この場合、波長板１２とＰＢＣプリズム１１との接着面に塗布された固定剤が接着面の周囲にはみ出して、フィレット１３と呼ばれる領域が形成されることがある。
【０００８】
固定剤によってＰＢＣプリズム１１と波長板１２との接着面の周囲に形成されたフィレット１３は、光ビームの通過を阻害する。このため、偏波結合部によって２つの光ビームを合成する場合には、光ビームがフィレット１３を避けた経路を通過するように、２つの光ビームの入射位置が調整される。具体的には、ＰＢＣプリズム１１と波長板１２との接着面の周囲から離れた位置で光ビーム３２がＰＢＣプリズム１１へ入射される。このように光ビーム３２の入射位置を調整することで、フィレット１３によって光ビーム３２の通過が阻害されることがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１３３８００号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６９７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような偏波結合部に２つの光ビームを入力する場合には、２つの光ビームの間の距離を一定値以下に小さくすることができないという問題がある。例えば図７に示した偏波結合部において、ＰＢＣプリズム１１と波長板１２との接着面の周囲から離れた位置で光ビーム３２がＰＢＣプリズム１１へ入射されることから、光ビーム３１と光ビーム３２との間には一定の間隔が設けられる。
【００１１】
そこで、図７に示した偏波結合部の課題を解決するために、すなわち、２つの光ビームの間の距離を近づけるために、従来では、更に、偏波回転素子と偏波合成素子とを固定するベース部材を備える偏波結合部が提案されている。具体的には、例えば図８に示すように、ベース部材２３は、本体部と、本体部から延伸する２つの腕部とを有し、２つの腕部の間には切欠部が形成されている。ベース部材２３の２つの腕部の端面には波長板２２が接着されている。ベース部材２３の２つの腕部と本体部との一面には、波長板２２とベース部材２３の切欠部とに対向する位置において、ＰＢＣプリズム２１が接着される。ベース部材２３は、ＰＢＣプリズム２１と波長板２２とが接着される基材である。例えば、ベース部材２３はガラス材料などから形成され、ＰＢＣプリズム２１は石英ガラスから形成され、波長板２２は水晶から形成される。また、ＰＢＣプリズム２１には反射膜２４および偏光ビームスプリッタ膜２５が成膜されている。
【００１２】
図８に示した偏波結合部では、図７に示した偏波結合部と同様に、偏波結合部には、光ビーム３１、３２がＰ偏光の状態で入射される。光ビーム３１の偏波が波長板２２を通過することにより、波長板２２は、光ビーム３１の偏波方向を回転させて、光ビーム３２の偏波方向と直交させる。すなわち、光ビーム３１の偏波がＰ偏光の状態からＳ偏光の状態に変わる。反射膜２４および偏光ビームスプリッタ膜２５は、波長板２２からＰＢＣプリズム２１に入射された光ビーム３１の偏波を反射させる。また、偏光ビームスプリッタ膜２５は、ベース部材２３の切欠部からＰＢＣプリズム２１に入射された光ビーム３２の偏波を透過させる。ＰＢＣプリズム２１は、反射膜２４および偏光ビームスプリッタ膜２５を反射した光ビーム３１と、偏光ビームスプリッタ膜２５を透過した光ビーム３２とを合成する。
【００１３】
図８に示した偏波結合部では、ベース部材２３に波長板２２とＰＢＣプリズム２１とを接着するため、波長板２２とＰＢＣプリズム２１とが直接接着されない。波長板２２とＰＢＣプリズム２１とを接着する部分が存在しないため、接着剤などの固定剤によって形成されるフィレットが存在しない。このため、２つの光ビームの間の距離を一定値以下に小さくしても、フィレットによって光ビーム３２の通過が阻害されることがない。
【００１４】
しかし、図８に示した偏波結合部では、図７に示した偏波結合部の課題を解決するために、新しい部品としてベース部材２３を設けることになるので、部品点数が増えてしまう。その結果、図８に示した偏波結合部を例えば光変調器などの装置に適用する場合、電気信号が重畳された２つの光ビームの間の距離を近づけるためにベース部材２３を製造することとなり、光変調器を十分に小型化することが困難になる。
【００１５】
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、装置の小型化を促進することができる偏波結合装置および光変調装置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】
【００１６】
本願が開示する偏波結合装置は、１つの態様において、偏波合成素子を有している。偏波合成素子は、偏波合成素子に入射された第１の偏波の偏波方向を回転させる偏波回転部と、偏波回転部により偏波方向が回転した第１の偏波と偏波合成素子に入射された第２の偏波とを合成する偏波合成部と、が一体化されている。
【発明の効果】
【００１７】
本願が開示する偏波結合装置及び光変調装置の１つの態様によれば、装置の小型化を促進することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る光変調器の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る偏波結合部の構成の一例を示す上面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る偏波結合部の構成の一例を示す側面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る偏波結合部のプリズムを構成する複屈折材料の光学（結晶）軸の方向の一例を示す図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る偏波結合部の構成の一例を示す上面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る偏波結合部の構成の一例を示す側面図である。
【図７】図７は、偏波結合部の構成の一例を示す上面図である。
【図８】図８は、偏波結合部の構成の一例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本願が開示する偏波結合装置および光変調装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光変調器１００の構成を示す図である。光変調器１００は、光ファイバ１１０ａ、１１０ｂに接続される。その光変調器１００は、フェルール１２０ａ、１２０ｂ、入力側レンズ１３０、光変調チップ１４０、出力側レンズ１５０、１７０、偏波結合部１６０を有する。
【００２１】
フェルール１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの末端を収納し、光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの位置を固定する。例えば、光変調器１００において、光ファイバ１１０ａおよびフェルール１２０ａから信号光が入力され、フェルール１２０ｂおよび光ファイバ１１０ｂから信号光が出力される。
【００２２】
入力側レンズ１３０は、フェルール１２０ａに収納された光ファイバ１１０ａの先端から照射される信号光を集光して、得られた光ビームを光変調チップ１４０に出力する。
【００２３】
光変調チップ１４０は、半導体材料から形成される。光変調チップ１４０は、入力側レンズ１３０から入力される光ビームを２つに分岐し、分岐された２つの光ビームに電気信号を重畳する。そして、光変調チップ１４０は、電気信号が重畳された２つの光ビームを、出力側レンズ１５０を介して偏波結合部１６０に出力する。なお、光変調チップ１４０は、電気信号が重畳された２つの光ビーム以外にも、光変調チップ１４０の動作を監視するための監視用の光ビームを出力しても良い。
【００２４】
出力側レンズ１５０としては、マイクロレンズアレイなどが挙げられる。出力側レンズ１５０は、光変調チップ１４０によって電気信号が重畳された光ビームを偏波結合部１６０に向けて出力する。すなわち、出力側レンズ１５０は、２つの併進する光ビームを偏波結合部１６０に出力する。出力側レンズ１５０が出力する２つの光ビームの偏波方向は同一である。
【００２５】
偏波結合部１６０は、出力側レンズ１５０から出力される２つの光ビームを合成し、偏波方向が直交する２つの偏波を含む光ビームを出力する。すなわち、偏波結合部１６０は、出力側レンズ１５０から出力される一方の光ビームの偏波方向を回転させた後、他方の光ビームと合成し、得られた１つの光ビームを出力する。本実施形態においては、偏波結合部１６０に入射する２つの光ビームの間に固定剤から形成されるフィレットが存在しないため、２つの光ビームを近付けることが可能である。結果として、光変調チップ１４０を最大限に小型化しても、この光変調チップ１４０から出力される２つの光ビームを偏波結合部１６０によって合成することが可能となる。偏波結合部１６０の具体的な構成については、後に詳述する。
【００２６】
出力側レンズ１７０は、偏波結合部１６０から出力される光ビームを、フェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの先端に照射する。
【００２７】
図２は、第１実施形態に係る偏波結合部１６０の構成の一例を示す上面図である。偏波結合部１６０は、偏波合成素子２００、偏光ビームスプリッタ膜２３０、ミラー２４０を有する。
【００２８】
偏波合成素子２００は、プリズム２１０、２２０を有する。
【００２９】
プリズム２１０は、ガラス材料または複屈折材料で形成されている。プリズム２１０を上面から見た場合、プリズム２１０の形状は台形である。
【００３０】
プリズム２２０は、複屈折材料で形成されている。プリズム２２０を上面から見た場合、プリズム２２０の形状は平行四辺形である。
【００３１】
プリズム２２０は、偏波回転部２２２（図２中の一点鎖線）、偏波合成部２２４を有する。偏波回転部２２２は、偏波合成素子２００に入射された光ビーム３０１（図２中の実線）の偏波方向を回転させる。偏波合成部２２４は、偏波回転部２２２により偏波方向が回転した光ビーム３０１と、偏波合成素子２００に入射された光ビーム３０２（図２中の点線）とを合成する。
【００３２】
プリズム２２０の第１面と第１面に対向する平行面である第２面とは、それぞれ、偏波回転部２２２が光ビーム３０１の偏波方向を回転させる区間の始点と終点とに相当する。本実施形態では、ミラー２４０は、プリズム２２０の第１面に設けられている。例えば、ミラー２４０は、プリズム２２０の第１面に成膜された偏光無依存の反射膜からなる。ミラー２４０は、偏波合成素子２００に入射された光ビーム３０１の偏波を反射させて偏波回転部２２２に伝播する。
【００３３】
偏光ビームスプリッタ膜２３０は、プリズム２１０とプリズム２２０との間に設けられている。例えば、偏光ビームスプリッタ膜２３０は、プリズム２２０の第２面に成膜されている。偏光ビームスプリッタ膜２３０は、偏光選択性を有し、偏光分離膜とも呼ばれる。偏光ビームスプリッタ膜２３０は、例えば誘電体多層膜で構成され、本膜への入射面に対して偏光面が平行方向の光（Ｐ偏光）を透過させ、偏光面が垂直方向の光（Ｓ偏光）を反射させる。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ膜２３０は、偏波回転部２２２に伝播した光ビーム３０１の偏波を反射させ、偏波合成素子２００に入射された光ビーム３０２の偏波を透過させる。
【００３４】
図２を用いて、第１実施形態に係る偏波結合部１６０の動作を説明する。
【００３５】
光変調チップ１４０によって電気信号が重畳された光ビーム３０１、３０２は、出力側レンズ１５０から偏波結合部１６０に出力される。このとき、偏波結合部１６０の偏波合成素子２００には、光ビーム３０１と光ビーム３０２とが併進してＰ偏光の状態で入射される。
【００３６】
光ビーム３０１は、偏波合成素子２００のプリズム２２０に入射される。光ビーム３０１の伝播方向は、ミラー２４０で９０度変更される。ミラー２４０で９０度変更された光ビーム３０１は、偏光ビームスプリッタ膜２３０に対して略４５度の方向に伝播する。ここで、プリズム２２０には、ミラー２４０から偏光ビームスプリッタ膜２３０までの光ビーム３０１の伝播方向において、光ビーム３０１の偏波方向を略９０度回転させるように複屈折材料の光学（結晶）軸の方向が設定されている。すなわち、プリズム２２０には偏波回転部２２２が設けられている。偏波回転部２２２は、光ビーム３０１の偏波方向を９０度回転させて、光ビーム３０２の偏波方向と直交させる。これにより、光ビーム３０１の偏波がＰ偏光の状態からＳ偏光の状態に変わる。偏光ビームスプリッタ膜２３０は光ビーム３０１の偏波を反射させ、光ビーム３０１の伝播方向は、偏光ビームスプリッタ膜２３０で９０度変更される。
【００３７】
光ビーム３０２は、偏波合成素子２００のプリズム２１０に入射され、プリズム２１０とプリズム２２０との間に設けられた偏光ビームスプリッタ膜２３０に伝播する。偏光ビームスプリッタ膜２３０は光ビーム３０２の偏波を透過させる。プリズム２２０の偏波合成部２２４は光ビーム３０１（Ｓ偏光）と光ビーム３０２（Ｐ偏光）とを合成し、合成した光ビームが偏波結合部１６０から出射される。
【００３８】
図３は、第１実施形態に係る偏波結合部１６０の構成の一例を示す側面図である。偏波結合部１６０の偏波合成素子２００において、プリズム２２０は、複屈折材料として一軸性結晶で形成されている。本実施形態では、例えば一軸性結晶として水晶が用いられる。
【００３９】
光ビーム３０１は、偏波回転部２２２（図３中の紙面に垂直方向の伝播）により偏波方向が略９０度回転した後に、偏波合成部２２４を伝播する。ここで、プリズム２２０が複屈折材料で形成されているため、偏波方向が回転した光ビーム３０１は、偏波合成部２２４においては異常光の伝播となり、Ｗａｌｋ  ｏｆｆ（図３中のＷ部分）が発生する。Ｗａｌｋ  ｏｆｆは、結晶軸の性質上、光ビームが回転に寄与しない方向に伝播するときに発生する。しかし、Ｗａｌｋ  ｏｆｆによる光ビーム３０１の伝播方向のズレは僅かであり、例えば数μｍ程度である。
【００４０】
図４は、第１実施形態に係る偏波結合部１６０のプリズムを構成する複屈折材料の光学（結晶）軸の方向の一例を示す図である。図４では、プリズム２１０、２２０が共に複屈折材料で形成されている場合を例として説明する。
【００４１】
平行四辺形のプリズム２２０には光ビーム３０１が入射され、光ビーム３０１の伝播方向がミラー２４０で９０度変更される。そのプリズム２２０は、上述のように一軸性結晶（例えば水晶）で構成されている。プリズム２２０を上面から見た場合、プリズム２２０の軸方向は水平、すなわち、０度になるように設定される（図４中の矢印Ｘ２２０を参照）。プリズム２２０を側面から見た場合、プリズム２２０の軸方向は４５度になるように設定される（図４中の矢印Ｙ２２０を参照）。
【００４２】
これにより、光ビーム３０１の偏波（Ｐ偏光）は、プリズム２２０の偏波回転部２２２で光学結晶軸に対して４５度の偏光で入射するため、光学軸方向とこれに垂直な方向との屈折率の違い（複屈折）により、それぞれの光波成分に伝播位相差が生じる。この伝播位相差がπとなるように偏波回転部２２２の伝播距離（図４中の矢印Ｌ、すなわち、プリズム２２０の厚み）を設定することで、光ビーム３０１の偏波方向が９０度回転し、光ビーム３０１の偏波がＰ偏光の状態からＳ偏光の状態に変わる。Ｓ偏光の状態になった光ビーム３０１は、偏光ビームスプリッタ膜２３０で反射され、光ビーム３０１の伝播方向が９０度変更される。伝播方向が９０度変更された光ビーム３０１（Ｓ偏光）の偏光方向は、光学結晶軸の方向と同一である。すなわち、プリズム２２０の偏波合成部２２４の部分においては、異常光成分のみの入射であり、Ｓ偏光の状態である偏波が回転しないように水晶の光学結晶軸の方向が設定されている。このため、プリズム２２０の偏波合成部２２４において、光ビーム３０１の偏波が回転することなく、光ビーム３０１がＳ偏光の状態で光ビーム３０２と合成される。
【００４３】
台形のプリズム２１０には光ビーム３０２が入射される。そのプリズム２１０は、平行四辺形のプリズム２２０と同様に、一軸性結晶（例えば水晶）で構成されている。プリズム２１０を上面から見た場合、プリズム２１０の軸方向は水平、すなわち、０度になるように設定される（図４中の矢印Ｘ２１０を参照）。プリズム２１０を側面から見た場合、プリズム２１０の軸方向は不問とする（図４中の矢印Ｙ２１０を参照）。
【００４４】
これにより、プリズム２１０に入射した光ビーム３０２の偏波（Ｐ偏光）の偏光方向は、光学結晶軸に対して垂直である。すなわち、プリズム２１０においては、常光成分のみの入射であり、Ｐ偏光の状態である偏波が回転しないように水晶の光学結晶軸の方向が設定されている。このため、プリズム２１０において、光ビーム３０２の偏波が回転することなく、Ｐ偏光の状態で、偏光ビームスプリッタ膜２３０を通過（透過）する。偏光ビームスプリッタ膜２３０を通過した光ビーム３０２の偏波（Ｐ偏光）の偏光方向は、平行四辺形のプリズム２２０に入射された場合でも、光学結晶軸に対して垂直である。すなわち、プリズム２２０の偏波合成部２２４の部分においては、常光成分のみの入射であり、Ｐ偏光の状態である偏波が回転しないように水晶の光学結晶軸の方向が設定されている。このため、プリズム２２０の偏波合成部２２４において、光ビーム３０２の偏波が回転することなく、光ビーム３０２がＰ偏光の状態で光ビーム３０１と合成される。
【００４５】
また、平行四辺形のプリズム２２０のミラー２４０の面（第１面）と偏光ビームスプリッタ膜２３０の面（第２面）とを平行に設定することにより、入射される光ビームの有効径全体に対して均一な偏波回転が可能となる。
【００４６】
また、平行四辺形のプリズム２２０に設けられたミラー２４０の面（第１面）から偏光ビームスプリッタ膜２３０の面（第２面）までの距離（図４中の矢印Ｌを参照）は、偏波回転部２２２で光ビーム３０１の偏波方向が９０度回転するときの伝播距離である。その距離Ｌは、光ビーム３０１の有効ビーム径よりも大きい値に設定される。例えば、複屈折材料として水晶を選択した場合、約９０μｍの奇数倍の選択ができ、ビーム径９０μｍ以下の小径化、併進ビームの狭ピッチ化および偏波合成素子２００の小型化が可能となる。
【００４７】
以上の説明により、本実施形態によれば、光変調器１００の偏波結合部１６０は、偏波合成素子２００を有し、偏波合成素子２００は、プリズム２１０、２２０を有している。プリズム２２０は、偏波回転部２２２と偏波合成部２２４とが一体化されている。偏波回転部２２２は、偏波合成素子２００に入射された光ビーム３０１が通過したときに光ビーム３０１の偏波方向を回転させる。偏波合成部２２４は、偏波回転部２２２により偏波方向が回転した光ビーム３０１と、偏波合成素子２００に入射された光ビーム３０２とを合成する。このように、本実施形態では、プリズム２２０を偏波回転部２２２と偏波合成部２２４とで一体化することによって、装置の小型化を促進することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、従来のようにベース部材を設けなくてもよい。具体的には、従来では、波長板とＰＢＣプリズムとを接着剤などの固定剤で接着することによって形成されるフィレットが存在しないように、波長板とＰＢＣプリズムとをベース部材に接着している。一方、本実施形態では、プリズム２２０は、従来の波長板の機能を有する偏波回転部２２２と、従来のＰＢＣプリズムの機能を有する偏波合成部２２４とが一体化されている。このように、本実施形態では、従来のようにベース部材を設けなくても、２つの光ビーム３０１、３０２の間の距離を一定値以下に小さくすることができる。また、本実施形態では、フィレットによって光ビーム３０１、３０２の通過が阻害されることがない。
【００４９】
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る偏波結合部１６０の構成の一例を示す上面図である。第２実施形態では、第１実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略する。
【００５０】
偏波結合部１６０において、偏波合成素子２００に光ビーム３０１、３０２が入射されるときの入射面に角度が設けられている。例えば、プリズム２１０の入射面には光ビーム３０２が入射され、プリズム２１０の入射面は角度としてθが設定されている。プリズム２２０の入射面には光ビーム３０１が入射され、プリズム２２０の入射面は角度として０度が設定されている。この場合、角度θは、偏波合成部２２４により光ビーム３０１、３０２が合成される際に、光ビーム３０１、３０２の伝播方向が等しくなるように設定されている。
【００５１】
図５を用いて、第２実施形態に係る偏波結合部１６０の動作を説明する。
【００５２】
光変調チップ１４０によって電気信号が重畳された光ビーム３０１、３０２は、出力側レンズ１５０から偏波結合部１６０に出力される。このとき、偏波結合部１６０の偏波合成素子２００には、光ビーム３０１と光ビーム３０２とが交差してＰ偏光の状態で入射される。ここで、光ビーム３０１と光ビーム３０２の交差角度としてφが設定されている。
【００５３】
光ビーム３０１は、偏波合成素子２００のプリズム２２０の入射面に対して入射角度が略０度で入射される。ここで、光ビーム３０１が偏波合成素子２００のプリズム２２０に入射されてから、偏光ビームスプリッタ膜２３０に反射されるまでは、第１実施形態と同じである。
【００５４】
光ビーム３０２は、偏波合成素子２００のプリズム２１０の入射面に対して入射角度が略θ＋φ度で入射される。例えば、プリズム２１０が水晶（Ｐ偏光の屈折率１．５３）で形成されている場合、光ビーム３０１と光ビーム３０２との交差角度φは３．２度、プリズム２１０の入射面の角度θは６度に設定される。その後、光ビーム３０２は、プリズム２１０の入射面で屈折して、プリズム２１０とプリズム２２０との間に設けられた偏光ビームスプリッタ膜２３０に対して略４５度の方向に伝播する。偏光ビームスプリッタ膜２３０は光ビーム３０２の偏波を透過させる。プリズム２２０の偏波合成部２２４において、光ビーム３０１（Ｓ偏光）と光ビーム３０２（Ｐ偏光）とが略同じ方向に伝播し、合成した光ビームが偏波結合部１６０から出射される。
【００５５】
図６は、第２実施形態に係る偏波結合部１６０の構成の一例を示す側面図である。第１実施形態と同様に、光ビーム３０１は、偏波回転部２２２（図６中の紙面に垂直方向の伝播）により偏波方向が略９０度回転した後に、偏波合成部２２４を伝播する。ここで、プリズム２２０が複屈折材料で形成されているため、偏波方向が回転した光ビーム３０１は、偏波合成部２２４においては異常光の伝播となり、Ｗａｌｋ  ｏｆｆ（図６中のＷ部分）が発生する。しかし、Ｗａｌｋ  ｏｆｆによる光ビーム３０１の伝播方向のズレは僅かであり、例えば数μｍ程度である。
【００５６】
以上の説明により、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、交差ビームの光学系が選択でき、２つの光ビーム３０１、３０２の大幅な狭ピッチ化、偏波光学素子２００および光変調チップ１４０、更には光学系全体の小型化が可能となる。
【００５７】
なお、上記各実施形態においては、光変調器１００に設けられる偏波結合部１６０について説明したが、各実施形態の偏波結合部１６０は、光変調器とは異なる種々の光モジュールにも適用することができる。すなわち、２つの光ビームを合成したり、１つの光ビームを分離したりする光モジュールであれば、上記各実施形態の偏波結合部１６０を用いることができる。
【００５８】
また、上記各実施形態においては、偏波結合部１６０の偏波合成素子２００のプリズムを構成する複屈折材料として水晶を用いるものとしたが、これに限定されない。複屈折材料としては、サファイア、ルチル、ＹＶＯ４（イットリウム・四酸化バナデート）などを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１１、２１  ＰＢＣプリズム
１２、２２  波長板
１３  フィレット
１４、２４    反射膜
１５、２５    偏光ビームスプリッタ膜
２３  ベース部材
３１、３２  光ビーム
１００  光変調器（光変調装置）
１１０ａ、１１０ｂ  光ファイバ
１２０ａ、１２０ｂ  フェルール
１３０  入力側レンズ
１４０  光変調チップ（変調部）
１５０、１７０  出力側レンズ
１６０  偏波結合部（偏波結合装置）
２００  偏波合成素子
２１０、２２０  プリズム
２２２  偏波回転部
２２４  偏波合成部
２３０  偏光ビームスプリッタ膜（偏光分離膜）
２４０  ミラー
３０１、３０２  光ビーム
【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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