(57)【要約】【課題】光ファイバーを用いて光ファイバーに沿って導波される光信号の偏光状態を変換できる偏光変換器を提供する。【解決手段】支持パネル上に固定される光ファイバーコネクタ；および前記光ファイバーコネクタに締結され、回転角に応じて偏光状態が変更される光ファイバーパッケージを含み、前記光ファイバーパッケージはレーザービームの照射で屈折率が上昇した光ファイバーセグメントによって偏光状態を変更させることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持パネル上に固定される光ファイバーコネクターアダプター；および
前記光ファイバーコネクタに締結され、回転角に応じて偏光状態が変更される光ファイバーパッケージを含み、
前記光ファイバーパッケージは、レーザービームの照射で屈折率が上昇した光ファイバーセグメントによって偏光状態を変更させることを特徴とする光ファイバー偏光変換器。
【請求項２】
前記光ファイバーパッケージは、
前記レーザーの照射によって屈折率が上昇した前記光ファイバーセグメント；
前記光ファイバーセグメントの外郭を保護する金属チューブ；および
光接続を円滑にするために光ファイバーセグメントの末端部に備えられ、固定用溝を有する光ファイバーフェルールを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバー偏光変換器。
【請求項３】
前記光ファイバーパッケージは、前記金属チューブの外郭を覆い、前記光ファイバーフェルールの溝に締結される突出部を有するハウジングをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバー偏光変換器。
【請求項４】
前記ハウジングは、上下に分離できる上部ハウジングおよび下部ハウジングで構成されることを特徴とする、請求項３に記載の光ファイバー偏光変換器。
【請求項５】
前記レーザービームの波長は１００ｎｍ〜３５０ｎｍであり、照射される光ファイバーにおける化学的変形を誘導して屈折率を上昇させることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバー偏光変換器。
【請求項６】
前記レーザービームの波長は５００ｎｍ〜１０５０ｎｍであり、照射される光ファイバーにおける物理的変形を誘導して屈折率を上昇させることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバー偏光変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｖｉｃｅ）に関し、より詳しくは、偏光状態を変換できる光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーの内部で偏光を制御する技術は光通信分野、光ファイバーレーザー、光ファイバージャイロスコープなどにおいて欠かせない部分であって、光結合損失が少ないながらも偏光状態を分離したり変換したりする様々な方法が提案されている。
【０００３】
例えば、そのもので複屈折を有する多様な偏光保持光ファイバーを用いるか、偏光保持光ファイバーそのものに物理的変形を加えて偏光状態を変化させる方法、１つ以上の外部偏光素子とバルクレンズまたはレンズ群を連結して偏光状態を変化させる方法、円筒形の圧電素子を用いて光ファイバーに複屈折を印加して偏光状態を変化させる方法、光ファイバー格子の複屈折を用いて偏光状態を分離する方法、および光ファイバーを側面研磨した後、金属コーティングを施して偏光状態を分離する方法が代表的に提案されており、実際にも用いられている。
【０００４】
偏光保持光ファイバーは多くの場合複雑な構造を有しているが、偏光保持光ファイバーの内部にコアとクラッド部分の他に他の構造（ｂｏｗ−ｔｉｅ構造やＰａｎｄａ光ファイバーのような構造）をさらに構成してコア部分にストレスを印加することによって複屈折を誘導する方法と、光ファイバーコアそのものを非対称的に製作して複屈折を誘導する方法が用いられる。しかし、このような偏光保持光ファイバーは、大きい複屈折を印加するために光ファイバーの構造が複雑になるので製作し難いだけでなく、通常用いられる単一モード光ファイバーとの接続において接続損失が大きいとか、そうでなくても異種の光ファイバー間に接続するのが容易ではないという短所がある。
【０００５】
薄膜（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ）形態の直線偏光子（ｌｉｎｅａｒ  ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）および波長板（ｗａｖｅ  ｐｌａｔｅ）のような外部偏光素子らは広く知られている優れた偏光素子ではあるが、バルクレンズやレンズ群を別途に利用しなければならないため製作過程が複雑であり、相当高価で構成されるという短所がある。
【０００６】
次に、光ファイバーを円筒形の圧電素子に巻いて用いる方法は、圧電素子にかかる電圧を調節することによって複屈折を速やかに調節できるように考案されているため、複屈折による光信号の位相差を比較的に正確に誘導することができる。しかし、折り曲げによる光損失を最小化するためには圧電素子のサイズは大きいべきであり、圧電素子に巻かれた光ファイバーの外側の周囲に複屈折変調や偏光変調を補償する補強材がさらに備えられなければならない。
【０００７】
光ファイバー格子の複屈折を用いる場合には光ファイバー格子の波長依存性のため特定波長だけに有効である短所があり、側面研磨後コーティングする方法は相当小さい直径の光ファイバーのコア部分を精密に研磨して金属をコーティングしなければならないため製作過程が複雑である。さらに、この２つの場合は互いに直交する偏光状態だけを制御するという限界もある。
【０００８】
したがって、偏光保持光ファイバーや外部偏光素子を用いず、光信号の偏光状態を制御できる偏光変換器が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような問題点を解決するために本発明は、光ファイバーを用いて光ファイバーに沿って導波される光信号の偏光状態を変換できる偏光変換器を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために本発明は、支持パネル上に固定される光ファイバーコネクタ；および前記光ファイバーコネクタに締結され、回転角に応じて偏光状態が変更される光ファイバーパッケージを含み、前記光ファイバーパッケージはレーザービームの照射で屈折率が上昇した光ファイバーセグメントによって偏光状態を変更させることを特徴とする光ファイバー偏光変換器を提供する。
【００１１】
本発明に係る偏光変換器は、通常の単一モード光ファイバーにレーザーを側面から照射し、照射された光ファイバーに複屈折を印加する。複屈折が印加された光ファイバーセグメントは光信号の偏光状態を制御するのに用いられる。したがって、偏光状態を制御するための構造は単純化し、通常の単一モード光ファイバーを用いることによって異種の光ファイバー間の接続による光損失は最小化し、光ファイバー線内における偏光変換性能および活用度は向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では光ファイバーにレーザーを照射して光ファイバーセグメントに複屈折を印加する。また、複屈折が印加された光ファイバーセグメントを用い、それを通過する光信号の偏光状態を制御する偏光変換器が実現される。偏光状態の調節のための偏光変換器は、異種の光ファイバー間の接続による光損失を最小化し、光ファイバー線内における偏光変換性能および活用度は向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る望ましい実施例について添付した図面を参照にして詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施例に係る複屈折を有する光ファイバーセグメントの製作を説明するための図である。
【００１５】
図１に示すように、光ファイバー１００にレーザービーム１０が側面から照射される。レーザービーム１０が照射される領域には光ファイバーコア１０１に非対称的な屈折率の増加が誘導される。前記レーザービーム１０の波長範囲は１００ｎｍ〜１０５０ｎｍである。
【００１６】
図２は、本発明の実施例に係る光ファイバーコア１０１に誘導された非対称的な屈折率を示す図である。
【００１７】
図２に示すように、レーザービーム１０が光ファイバー１００の左側から照射される場合、光ファイバーコア１０１は左側で高屈折率を有する。また、レーザービーム１０が光ファイバー１００の左右側から照射される場合、光ファイバーコア１０１は左右側の両側で高屈折率を有する。図２に示すように、レーザービーム１０が照射された領域では、光ファイバー１００の屈折率は照射されない領域に比べて非対称的に増加する現象が起きることが分かる。
【００１８】
図１および図２において光ファイバーコア１０１に屈折率の変化を誘導する方法としては、大きく化学的反応を用いる方法と物理的反応を用いる方法がある。
【００１９】
先ず、化学的反応を用いる方法は２つに整理することができる。第１に、光ファイバーを１００気圧程度の高純度液体水素が入れられた高圧容器に入れて１００℃で加熱して水素処理を行った後、水素処理した光ファイバーにＵＶレーザーを照射する方法がある。第２に、光ファイバーコアにホウ素が添加された感光性光ファイバーにＵＶレーザーを照射する方法がある。
【００２０】
通常の光ファイバーはＧｅＯ２とＳｉＯ２とから構成されたコア領域１０１とＳｉＯ２だけで構成されたクラッド領域１０３とからなっているが、水素処理を施すと光ファイバー全領域に水素分子らが均一に分布するようになる。この時、ＵＶレーザーを照射すれば、コア領域に含まれているＧｅＯ２分子らが水素分子らと共に化学的変化を起こして光ファイバーコア１０１の屈折率が変わる。
【００２１】
一方、コアにホウ素などを添加して作った感光性光ファイバーの場合もホウ素が水素分子らと同じ役割をして光ファイバーコア１０１の屈折率を変化させる。このような化学的反応による屈折率の変化は１００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長を有するレーザーを用いて誘導することができる。この時、屈折率の変化程度は吸収されるＵＶレーザーの強さに比例するが、光ファイバー１００の側面から照射されたＵＶは光ファイバー構造による光の散乱現象のため光ファイバーの断面における吸収率が変わって非対称的な屈折率変化が生じる。このような現象は図２に示されている。
【００２２】
物理的に屈折率を変化させる方法は、５００ｎｍ〜１０５０ｎｍの波長を有する高出力レーザーを用いて光ファイバー１００に熱処理を加えることによって生じる構造的な変化によって容易に実現することができる。光ファイバー１００の幾何学的構造が変化すれば、光の導波条件が変わって光の有効屈折率が変わるが、幾何学的構造が非対称的であればそれにともなう有効屈折率の差が誘導され複屈折現象が生じる。
【００２３】
本発明の偏光変換器は上記のような多様な方法によって光ファイバー１００に誘導可能な複屈折を利用する。
【００２４】
図３は、本発明の実施例に係る複屈折が印加された光ファイバーセグメントのパッケージ模式図である。
【００２５】
図３を参照すれば、図１に示されたレーザービームの照射によって形成された複屈折が印加された光ファイバーセグメント１００は金属チューブ１２０および光ファイバーフェルール１４０によってパッケージングされる。
【００２６】
例えば、約２ｃｍ以内の短領域で複屈折した区間を有する光ファイバーセグメント１００には金属チューブ１２０が覆われる。前記金属チューブ１２０は複屈折した光ファイバーセグメント１００を保護するのに用いられる。また、光接続を円滑にするために光ファイバーフェルール１４０は光ファイバーセグメント１００の両端面に備えられている。
【００２７】
また、光ファイバーの折り曲げおよび引張による影響を排除するために連結部位１４５はエポキシなどで固定される。
【００２８】
図４は、本発明の実施例に係る図３に示された光ファイバーセグメントパッケージの歪みを防止するためのパッケージの分解図である。
【００２９】
図４を参照すれば、図３に示された光ファイバーセグメントパッケージは光ファイバーフェルール１４０に溝（１５０ａ、１５０ｂ）を有する。また、前記光ファイバーセグメント１００の外郭領域にはハウジングが備えられている。好ましくは、前記ハウジングは上部ハウジング１６０と下部ハウジング１８０に分離される。
【００３０】
前記溝（１５０ａ、１５０ｂ）は光ファイバーセグメントの回転時、光ファイバーの歪みによる偏光変化を防止するためのものである。光ファイバーフェルール１４０に備えられた溝１５０ａは下部ハウジング１８０に締結される。すなわち、下部ハウジング１８０の第１突出部１８５に締結される。また、光ファイバーフェルールに備えられた他の溝１５０ｂは上部ハウジング１６０に締結される。すなわち、上部ハウジング１６０の第２突出部１６５に締結される。
【００３１】
また、上部ハウジング１６０および下部ハウジング１８０は光ファイバーセグメントを保護する金属チューブ１２０の外郭を覆うように備えられている。実施の形態によっては上部ハウジング１６０および下部ハウジング１８０は各々分離した形で組み合わせずに１つのハウジングとして備えられ得る。１つのハウジングとして備えられる場合、光ファイバーフェルール１４０、溝（１５０ａ、１５０ｂ）、および金属チューブ１２０で形成された図３に示されたパッケージはハウジングに挿入される。１つのハウジングは少なくとも１つの突出部を備え、溝と締結して光ファイバーセグメントの回転時における光ファイバーの歪みを防止する。
【００３２】
図５ａおよび図５ｂは、本発明の実施例に係る光ファイバー偏光変換器の組み立て図および光ファイバーの偏光変換器の動作を説明するための断面図である。
【００３３】
図５ａを参照すれば、図４に示された光ファイバーパッケージは光ファイバーコネクターアダプター２００に締結される。また、前記光ファイバーコネクターアダプター２００は下部支持パネル３００に固定される。前記光ファイバーコネクターアダプター２００の固定は、下部支持パネル３００に備えられた接着部位３１０との結合によってなされる。
【００３４】
前記光ファイバーパッケージは、下部支持パネル３００に固定された光ファイバーコネクターアダプター２００によって独立に回転可能な状態となる。
【００３５】
図５ｂに示すように、最初に入力された光信号の偏光状態ＳＯＰ１は第１番目の光ファイバーセグメントが有する複屈折によって偏光状態ＳＯＰ２に変換される。この時、ＳＯＰ２は第１番目の光ファイバーセグメントの回転角θ１に応じて多様に変換される。
【００３６】
また、第２番目の光ファイバーセグメントによってＳＯＰ２が再度変換され、また他の偏光状態ＳＯＰ３として出力される。その結果、任意の入力偏光ＳＯＰ１は第１番目の光ファイバーセグメントの回転角に応じて多様な偏光状態ＳＯＰ２として出力され、第２番目の光ファイバーセグメントの複屈折軸の変化に応じて再び出力偏光ＳＯＰ３に変換されるので、より一層多様な偏光状態に変更され得る。
【００３７】
また、図５ａおよび図５ｂでは光ファイバーセグメントを有するパッケージが２つ備えられて２回に亘って偏光状態を変更したが、前記光ファイバーセグメントは変更しようとする偏光状態に応じて多様な回数で備えられ得る。すなわち、１回の偏光状態の変更を望む場合は１つの光ファイバーセグメントパッケージが用いられ得るし、変更される偏光状態に応じて多様な回数で備えられ得る。
【００３８】
図６は、本発明の実施例に係る入射光が偏光変換器によって変換した偏光状態を示す面である。
【００３９】
図６に示すように、入射光は偏光変換器を通じて多様な形態の偏光状態になり得ることが分かる。また、図６では代表的な偏光状態だけを示しており、その他にも光ファイバーセグメントの複屈折回転角に応じて変わるすべての偏光状態に変換できるということが分かる。
【００４０】
本発明では、光ファイバーセグメントにレーザーを側面照射して複屈折を有するようにし、それを透過する光信号の位相変位によって偏光状態が変わる特性を利用する。本発明に他の光ファイバー偏光変換器は、折り曲げまたは折れる現象を防止するために金属管で保護され、接続を容易にするために両端に光ファイバーコネクタが適用される。したがって、偏光器や波長板などの外部偏光素子やこれらの光結合のためのレンズシステムなどを用いることなく、光ファイバーコネクタを用いて容易に接続することができる。
【００４１】
上記では本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野の当業者であれば特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から脱しない範囲内で本発明の様々な修正および変更ができるということを理解するはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例に係る複屈折を有する光ファイバーセグメントの製作を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例に係る光ファイバーコアに誘導された非対称的な屈折率を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る複屈折が印加された光ファイバーセグメントのパッケージ模式図である。
【図４】本発明の実施例に係る図３に示された光ファイバーセグメントパッケージの歪みを防止するためのパッケージの分解図である。
【図５ａ】本発明の実施例に係る光ファイバー偏光変換器の組み立て図および光ファイバーの偏光変換器の動作を説明するための断面図である。
【図５ｂ】本発明の実施例に係る光ファイバー偏光変換器の組み立て図および光ファイバーの偏光変換器の動作を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る入射光が偏光変換器によって変換した偏光状態を示す面である。
【符号の説明】
【００４３】
１００：光ファイバー
１２０：金属チューブ
１４０：光ファイバーフェルール
２００：光ファイバーコネクターアダプター
３００：下部支持パネル
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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