(57)【要約】【課題】温度依存性が零で、波長依存性を小さく保ちながら、光ファイバループミラーの小型化、構成部品同士の調芯作業の簡略化、及び部品点数の削減による低コスト化を実現する。【解決手段】光ファイバループミラーを、シングルモード型の第１の光ファイバ、レンズ、複屈折結晶、及び、第２の光ファイバで構成し、第１の光ファイバの光入出射端面を、複屈折結晶の一方の面に対向して配置し、レンズを複屈折結晶と第１の光ファイバの間に配置する。第２の光ファイバは180度方向に曲げたときの曲げ損失が0.5dB以下の偏波面保存光ファイバとし、更に、第２の光ファイバを180度方向に曲げ、両端を平行に配置すると共に、両端での偏波軸が90度異なるように捻って保持し、両端の各端面を複屈折結晶の他方の面に対向して配置する。【選択図】  図１
2008053879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバループミラーは、第１の光ファイバと、レンズと、複屈折結晶と、第２の光ファイバを備え、
前記第１の光ファイバはシングルモード型であり、
前記複屈折結晶は互いに平行な２つの面を有し、
前記第１の光ファイバの光入出射端面は、前記複屈折結晶の一方の面に対向して配置され、
前記レンズは、前記複屈折結晶と前記第１の光ファイバの間に配置され、
前記第２の光ファイバは、偏波面保存光ファイバであると共に、180度方向に曲げられたときの曲げ損失が0.5dB以下であり、更に、前記第２の光ファイバは180度方向に曲げられることで、一定のコア間隔を有して両端が互いに平行に配置されると共に、前記両端での偏波軸が90度異なるように捻られて保持され、前記両端の各端面が前記複屈折結晶の他方の面に対向して配置され、
更に、
前記第１の光ファイバは無偏波な光信号を出射し、
前記光信号は前記複屈折結晶で常光線と異常光線に分離され、
前記複屈折結晶から出射された前記常光線と前記異常光線は、前記第２の光ファイバの前記両端にそれぞれ入射され、前記第２の光ファイバ内部を伝搬して出射されて、前記常光線と前記異常光線の各偏波面は、前記第２の光ファイバに入射する時の各偏波面の偏波方向に対して90度異なるように変換され、
前記第２の光ファイバから出射された前記常光線と前記異常光線が、再度、前記複屈折結晶に入射されることで１つの光信号に再合成され、
再合成された光信号が前記第１の光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバループミラー。
【請求項２】
前記第２の光ファイバの前記曲げ損失が0.3dB以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバループミラー。
【請求項３】
前記複屈折結晶から出射される前記常光線と前記異常光線の２つの焦点に、前記第２の光ファイバの前記両端が配置されるように、前記両端が斜めに形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の光ファイバループミラー。
【請求項４】
前記第１の光ファイバの前記光入出射端面が、斜めに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光ファイバループミラー。
【請求項５】
前記第２の光ファイバの光ファイバ長を、前記第２の光ファイバが有するビート長の正の整数倍とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに機械の光ファイバループミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送路で接続された送信部および受信部との間で量子暗号を伝送するための量子暗号装置や、光スイッチ、光源、アンプ、干渉計、アドドロップに使用される光ファイバループミラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの爆発的普及、電子商取引の実用化を迎え、通信の秘密保持・改竄防止や個人の認証など暗号技術の社会的な必要性が高まっている。現在、DES（Data Encryption Standard）暗号のような共通鍵方式やRSA（Rivest Shamir Adleman）暗号をはじめとする公開鍵方式が広く用いられている。しかし、これらは「計算量的安全性」にその基盤を置いている。つまり、このような従来の暗号方式は計算機ハードウェアと暗号解読アルゴリズムの進歩に常に脅かされている。特に銀行間のトランザクションや軍事・外交にかかわる情報などの極めて高い安全性が要求される分野では、原理的に安全な暗号方式の実用化が望まれている。
【０００３】
情報理論で無条件安全性が証明されている暗号方式にワンタイムパッド法がある。ワンタイムパッド法は通信文と同じ長さの暗号鍵を用い、暗号鍵を１回で使い捨てることが特徴である。非特許文献１では、ワンタイムパッド法に使用する暗号鍵を安全に配送する具体的なプロトコルが提案された。これを契機に量子暗号の研究が盛んになっている。量子暗号は物理法則が暗号の安全性を保証するため、計算機の能力の限界に依存しない究極の安全性保証が可能になる。現在検討されている量子暗号は１ビットの情報を単一光子の状態として伝送する。このため、伝送路である光ファイバにより光子の状態が変化すると量子暗号の安全性は大きく損なわれる。
【０００４】
【非特許文献１】Bennett and Brassard, IEEE Int. Conf. on Computers, Systems,             andSignal Processing, Bangalore, India, p. 175 (1984)
【０００５】
従来の量子暗号装置では特許文献１に記載されているように、送信側で光子パルスを光路差のある干渉系を用いて時間的に２分割し、互いの位相差を変調することにより暗号鍵となる乱数ビットを表現し、受信側で２分割された光子パルスを再び干渉させることにより伝送された乱数ビットを再生している。このため、送信側と受信側で用いる干渉系の光路差は完全に等しくなければならない。又、伝送路で偏波状態が変動すると干渉の明瞭度が低下し、受信誤り率の増大につながる。量子暗号では受信誤り率の増大を盗聴者検出の手段としているため、伝送路での偏波状態の変化による受信誤り率増大は盗聴者の発見確率を減少させ、結果として量子暗号の安全性を低下させる。
【０００６】
【特許文献１】特許２９５１４０８号
【０００７】
上述のような問題を解決するため、特許文献２またはこれを簡略にした非特許文献２に記載されているように、ファラデーミラーを用いて偏波方向の変動を補償する量子暗号装置が発明されている。この従来の量子暗号装置では、時間的に分割され偏波方向が直交した光信号を受信器から送信器に送り、送信器はファラデーミラーを用いて送られてきた光の進行方向を反転させ、同時に偏波方向を90度回転させた後、分割された光信号の間に位相変調器により位相差を与えて受信側に送り返すという構成をとっている。このような折り返し構成により、光信号を時間的に分割する干渉系と時間的に再び結合させる干渉系は同一のものになるため、干渉系の光路差が光信号の往復時間より長い時間だけ一定に保たれれば明瞭度の高い干渉が得られる。
【０００８】
途中の伝送路でいかなる偏波状態の擾乱を受けても、初めの状態が直線偏波状態であればファラデーミラーで反射されて戻った光信号の偏波方向は初めの状態に直交するため、伝送路での偏波状態の擾乱に対しても干渉信号の明瞭度は損なわれることはなく、量子暗号の安全性は保障される。
【０００９】
【特許文献２】特表２０００−５１７４９９号公報
【非特許文献２】Ribordy, Gautier, Gisin, Guinnard and Zbinden, Electronics Letters,Vol. 34 No.22, p.2116, 29th October 1998
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示された量子暗号装置でも、次のような問題があった。このシステムでは、折り返しにファラデーミラーを用いることにより、伝送路での偏波状態の擾乱に依存しないシステムが実現可能である。しかしながら、この方法は折り返し型であるため、往路における大きな強度を持つ光パルスが復路にある単一光子レベルの微弱光パルスと交差する場合に、光ファイバ中の後方散乱による迷光が発生し、システムのパフォーマンスを低下させるという問題がある。バーストパルス列を間欠的に伝送することにより、迷光の影響を避けることが可能であるが、その代償として鍵の生成レートが低下し、システムのパフォーマンスは改善しない。このような後方散乱による迷光は、量子暗号鍵伝送距離を制約する深刻な問題として知られている。
【００１１】
そこで、折り返し型のファラデーミラーに代わるミラーとして、光ファイバをループ状にしたミラー（以下、光ファイバループミラーと記す）が、特許文献３に開示されている。
【００１２】
【特許文献３】特開２００６−４１９０７号公報（第８頁、第４図）
【００１３】
前記光ファイバループミラーの一種が組み込まれた、量子暗号装置用の位相変調器を、図７に示す。図７に示すように位相変調器102は、幹線伝送路100から入射された光信号を枝線伝送路に分岐にし、その枝線伝送路106からの光信号を前記幹線伝送路100に戻す光サーキュレータ101と、前記枝線伝送路106を終端する光ファイバループミラーとから構成されている。前記光ファイバループミラーは、偏光ビームスプリッタ103と回転角90度のファラデー回転子104が、偏波面保存光ファイバ105により結合されることで構成される。
【００１４】
位相変調器102は、図示しない光源により出力された光信号に対して、図示しない干渉系の遅延時間よりも短い時間の間だけ時間選択的に位相変調を与える装置である。位相変調器102で与える位相変調に対応する電気信号の大きさを一定にするため、位相変調器102の偏波面無依存化が行われる。この位相変調器102の動作を説明する。
【００１５】
幹線伝送路100から入射した光信号は、光サーキュレータ101によって枝線伝送路106に導かれる。枝線伝送路106に導かれた光信号は、偏光ビームスプリッタ103と偏波面保存光ファイバ105からなる光ファイバループミラーで終端された枝光路を一往復し、その過程で位相変調部102を２回通過して、光サーキュレータ101から幹線伝送路100に戻る。位相変調部102と光ファイバループミラー間のラウンドトリップタイムだけ時間的に離れた等振幅の２連電気パルスを位相変調部102に与えることにより、入力光の偏波面に依存しない位相変調を与えることが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来の光ファイバループミラーに使用されている偏波面保存光ファイバ105は、曲げ損失を考慮して許容曲げ半径が30mm以上に設定されている光ファイバであった。このため、偏波面保存光ファイバ105から成るループ部分の曲げ半径を30mm未満にすることが不可能であったため、ループ部分で多くの占有空間を取ってしまい、このことが光ファイバループミラーの小型化を困難にしていた。
【００１７】
更に、図８に示すように、従来の光ファイバループミラーでは、偏光ビームスプリッタ103と各光ファイバ（枝線伝送路106及び偏波面保存光ファイバ105）とを光学的に結合するために、偏光ビームスプリッタ103に対向している光ファイバの本数だけレンズ107が必要であった。従って、従来の光ファイバループミラーでは、レンズ107が最低３個必要であった。このように複数のレンズ107を使用するため、偏光ビームスプリッタ103と各光ファイバ間の調芯作業が煩雑化すると共に、部品点数の増加による光ファイバループミラーのコスト高も招いていた。
【００１８】
本発明は上記各課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度依存性が零で、波長依存性を小さく保ちながら、光ファイバループミラーの小型化と、光ファイバループミラーの構成部品同士の調芯作業の簡略化、及び部品点数の削減による光ファイバループミラーの低コスト化を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の請求項１記載の光ファイバループミラーは、第１の光ファイバと、レンズと、複屈折結晶と、第２の光ファイバを備え、
前記第１の光ファイバはシングルモード型であり、
前記複屈折結晶は互いに平行な２つの面を有し、
前記第１の光ファイバの光入出射端面は、前記複屈折結晶の一方の面に対向して配置され、
前記レンズは、前記複屈折結晶と前記第１の光ファイバの間に配置され、
前記第２の光ファイバは、偏波面保存光ファイバであると共に、180度方向に曲げられたときの曲げ損失が0.5dB以下であり、更に、前記第２の光ファイバは180度方向に曲げられることで、一定のコア間隔を有して両端が互いに平行に配置されると共に、前記両端での偏波軸が90度異なるように捻られて保持され、前記両端の各端面が前記複屈折結晶の他方の面に対向して配置され、
更に、
前記第１の光ファイバは無偏波な光信号を出射し、
前記光信号は前記複屈折結晶で常光線と異常光線に分離され、
前記複屈折結晶から出射された前記常光線と前記異常光線は、前記第２の光ファイバの前記両端にそれぞれ入射され、前記第２の光ファイバのコア内部を伝搬して出射されて、前記常光線と前記異常光線の各偏波面は、前記第２の光ファイバに入射する時の各偏波面の偏波方向に対して90度異なるように変換され、
前記第２の光ファイバから出射された前記常光線と前記異常光線が、再度、前記複屈折結晶に入射されることで１つの光信号に再合成され、
再合成された光信号が前記第１の光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバループミラーである。
【００２０】
更に本発明の請求項２記載の発明は、前記第２の光ファイバの前記曲げ損失が0.3dB以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバループミラーである。
【００２１】
更に本発明の請求項３記載の発明は、前記複屈折結晶から出射される前記常光線と前記異常光線の２つの焦点に、前記第２の光ファイバの前記両端が配置されるように、前記両端が斜めに形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の光ファイバループミラーである。
【００２２】
更に本発明の請求項４記載の発明は、前記第１の光ファイバの前記光入出射端面が、斜めに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光ファイバループミラーである。
【００２３】
更に本発明の請求項５記載の発明は、前記第２の光ファイバの光ファイバ長を、前記第２の光ファイバが有するビート長の正の整数倍とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに機械の光ファイバループミラーである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の請求項１に記載の光ファイバループミラーに依れば、光ファイバループミラーの構成部品である偏波面保存光ファイバに、180度方向に曲げたときの曲げ損失が0.5dB以下の光ファイバを用いる。これにより、従来の偏波面保存光ファイバのように、最小曲げ半径30mm以上の寸法制約を受けずに、30mm未満の曲げ半径ｒで偏波面保存光ファイバを曲げることが可能となる。従って、曲げ半径ｒを縮小化させて、偏波面保存光ファイバから成るループ部分の占有空間を減少させることができ、光ファイバループミラーの小型化が可能となる。
【００２５】
更に、光ファイバループミラーの光学系を、レンズが１つで成立するように構成している。従って、従来の光ファイバループミラーと比べてレンズの個数が減少されるため、光ファイバループミラーの構成部品同士の調芯作業が簡略化される。又、レンズ個数の削減に伴い、光ファイバループミラーの低コスト化も実現可能となる。
【００２６】
更に、光ファイバループミラーを、ファラデー回転子を使用することなく構成することにより、温度依存性が零で、波長依存性を小さく保つことが可能となる。
【００２７】
更に、本発明の請求項２に記載の光ファイバループミラーに依れば、第２の光ファイバとして用いる偏波面保存光ファイバに、曲げ損失が0.3dB以下の光ファイバを用いる。これにより光ファイバのループ部分の曲げ半径を更に縮小することができ、光ファイバループミラーの更なる小型化が可能となる。
【００２８】
更に、本発明の請求項３に記載の光ファイバループミラーに依れば、偏波面保存光ファイバの両端を斜めに形成することにより、複屈折結晶で発生する常光線と異常光線の光路差を補正して偏波面保存光ファイバに２つの光線を入射させることが可能となる。従って複屈折結晶が１つであっても結合効率を改善できるという効果を奏する。これにより、耐光パワー化、高信頼化、結合効率の向上が達成される。又、複屈折結晶が１個であるため、材料コストを抑えて光ファイバループミラーの低コスト化も実現出来るという効果を奏する。
【００２９】
更に、本発明の請求項４に記載の光ファイバループミラーに依れば、第１の光ファイバの光入出射端面を斜めに形成しているので、第１の光ファイバから出射した光の一部が複屈折結晶の表面で反射しても、前記光入出射端面で反射される。従って、第１の光ファイバへの戻り光が防止される。
【００３０】
更に、本発明の請求項５に記載の光ファイバループミラーに依れば、第２の光ファイバの光ファイバ長を、第２の光ファイバが有するビート長の正の整数倍と設定する。この設定により、複屈折結晶から出射される常光線及び異常光線の各偏波方向と、偏波面保存光ファイバの両端における偏波軸方向との間にズレが発生したとしても、偏波面が保存される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の光ファイバループミラーの最良の実施形態を図１〜図５に基づいて詳細に説明する。各図のx軸、y軸、z軸はそれぞれ一対一に対応している。図１において、光ファイバループミラー１は、第１の光ファイバ２と、１個のレンズ３と、互いに平行な２つの面4a及び4bを有する複屈折結晶４、及び第２の光ファイバ５を備えて構成されている。
【００３２】
第１の光ファイバ２の光入出射端面2aは、研磨加工により斜めに形成されていると共に、前記複屈折結晶４の一方の面4aに対向して配置されている。光入出射端面2aの斜め形成の角度φ（即ち、コア2bの軸方向に垂直な方向に対する角度）は、約６〜８度程度に設定される。第１の光ファイバ２は、コア2b、及びコア2bの屈折率より低い屈折率を有するクラッド2cが、前記コア2bの周囲を囲むことで構成され、等方的な屈折率分布を有するシングルモード型の光ファイバであり、例えば石英系光ファイバや、プラスチック光ファイバを用いることが出来る。
【００３３】
複屈折結晶４は一軸性複屈折結晶体であり、結晶軸X41が面4aに対して角度αで傾斜するように調整されている。複屈折結晶４としては、例えば、ルチル（TiO2）、方解石（CaCO3）、YVO4、BBO等を用いることができる。ここで、BBOとは、BaとBとOを含んだ結晶をいう。上記の結晶の中でも、特に硬くて傷が付きにくく、また潮解性のないルチルを用いることが好ましい。複屈折結晶４にルチルを使用する場合、面法線と結晶軸との角度α（図１の結晶軸X41方向に該当）は47.8度に設定する。又、複屈折後の常光線及び異常光線を平行に出射するために、２つの面4a及び4bは平行に設定する。なお、複屈折結晶４の表面には、各種のコーティング、例えば耐空気ARコートを施しても良い。
【００３４】
更にレンズ３を、複屈折結晶４と第１の光ファイバ２の間に配置して、複屈折結晶４と第１の光ファイバ２を光学的に結合する。レンズ３としては、非球面レンズ、ボールレンズ、屈折率分布レンズ等を用いることが好ましい。レンズ３の材料としては、例えば、ガラスやプラスチックを用いる。
【００３５】
第２の光ファイバ５には、偏波面保存光ファイバ（以下、偏波面保存光ファイバ５と記す）を用いる。更に、その偏波面保存光ファイバ５には180度方向に曲げることが可能な柔軟性を有する光ファイバを用いると共に、180度方向に曲げたときの曲げ損失が0.5dB以下の光ファイバを使用する。具体的な偏波面保存光ファイバ５としては、光ファイバ５断面の横方向と縦方向とで屈折率分布が異なっているものを使用すれば良く、例えば、図２に示すように石英系光ファイバのコア5aの両側に、互いに平行となるように応力付与材5bを挿入した、いわゆるパンダファイバや、ボウタイファイバ、楕円型コアファイバ、又はフォトニッククリスタル構造のクラッドを備えたファイバを用いれば良い。
【００３６】
このような偏波面保存光ファイバ５が180度方向に曲げられて、二芯フェルール６の平行な２つの挿通孔に挿入されることで、偏波面保存光ファイバ５の両端は、一定のコア間隔dcを有して、互いに平行に配置される。ここで、コア間隔dcとは、偏波面保存光ファイバ５の両端の各コア5aの中心間の距離を云う。偏波面保存光ファイバ５の両端は挿通孔に挿通され、偏波面保存光ファイバ５の外周面と挿通孔の内周面との隙間に、接着剤が充填されることで、偏波面保存光ファイバ５と二芯フェルール６が固定される。
【００３７】
更に、二芯フェルール６の端面から見たときの、偏波面保存光ファイバ５両端の配向は、図２に示すように偏波軸（応力付与部5bの中心を結んだ直線a）が互いに直交して90度異なるように、偏波面保存光ファイバ５は捻られて二芯フェルール６に保持される。更に、前記両端の各端面を前記複屈折結晶４の他方の面4bに対向させて、偏波面保存光ファイバ５を配置すると共に、前記両端は研磨加工により角度βに斜めに形成される。180度曲げる際の曲げ半径rは、光ファイバループミラー１の小型化を考慮して、30mm未満となるように形成することが望ましい。
【００３８】
偏波面保存光ファイバ５の外径は、例えば、80〜130μｍのものを用いれば良い。
【００３９】
二芯フェルール６としては、偏波面保存光ファイバ５を平行に保持できるものであれば良く、例えば、合成樹脂のモールド品、セラミックス、ステンレススチール、ガラス、シリコン、ジルコニア、石英等を用いることが出来る。特にコストと生産性の点から、合成樹脂のモールド品が好ましい。合成樹脂としては、例えば、フィラーを含有したエポキシ系樹脂等を用いることが出来る。
【００４０】
又、二芯フェルール６の形状についても特に限定されず、Ｖ溝を有するブロック体等を用いることもできるが、丸孔や角孔から成る挿通孔が穿設され、この挿通孔に偏波面保存光ファイバ５を挿入させることが望ましい。特に、挿通孔を丸孔とすると、偏波面保存光ファイバ５の外周面と挿通孔の形状が合致するので、接着剤の使用量が低減されて、接着剤の収縮による偏波面保存光ファイバ５の消光比劣化を防止することが出来る。従って、二芯フェルール６には丸孔を穿設することが好ましい。この場合、２つの丸孔はコア間隔ｄcを有して±３度以内の範囲で平行になっているのが望ましい。
【００４１】
そして、僅かな隙間を介して、偏波面保存光ファイバ５と複屈折結晶４の間を、レンズを介さずに直接、光信号が伝搬する。
【００４２】
次に、光ファイバループミラー１の動作について図３〜図５を参照して説明を行う。前記のように、第１の光ファイバ２は等方的な屈折率分布を有しているため、コア2b内部では無偏波な光信号が伝搬される。更に、光入出射端面2aから光信号が一定の広がり角で出射されると、レンズ３により収束されて複屈折結晶４に入射される。説明の便宜上、第１の光ファイバ２から入射された直後の光信号の偏波状態を、図３に示すように、電気ベクトルの先端の回転方向が反時計回りの楕円偏波とする。前記の通り、光入出射端面2aに角度φを設けているので、複屈折結晶４の表面で光信号の一部が反射しても、コア2bに反射した光信号は結合しないので、第１の光ファイバ２への戻り光が防止される。
【００４３】
複屈折結晶４に入射した光信号はy軸に沿って分波され、互いに偏波方向が直交する直線偏波の常光線7aと異常光線7bに分離される。ここで、常光線7aの伝搬方向における複屈折結晶４の厚み（結晶長）Ｄは、
【００４４】
【数１】
2008053879.tif 000003
【００４５】
で表される。但し、ｎ0：複屈折結晶４中における常光線7aの屈折率、ｎe：複屈折結晶
４中における異常光線7bの屈折率、θ：複屈折結晶４の結晶軸X41と、常光線7aの伝搬
方向に垂直な面とのなす角度、をそれぞれ示している。
【００４６】
複屈折結晶４が正結晶（ルチル等）の場合には、結晶軸X41は常光線7a及び異常光線7bの伝搬方向と同一平面上にあり、異常光線7bの入射方向に近づくように配向し、図１の右下がりの直線となる。一方、負結晶（方解石等）の場合、結晶軸X41は常光線7a及び異常光線7bの伝搬方向と同一平面上にあって、常光線7aの入射方向に近づくように配向する。
【００４７】
上述のように厚みＤを規定した場合、結晶毎にｎ0、ｎeが変動しても、それに応じて最適な厚みを設定し、面4bから分離光を出射させることが可能となる。また、結晶軸X41の方向を調整すれば、厚みＤを小さくすることが可能となる。なお、ｎ0、ｎeやdcが一定で複屈折結晶４がルチルの場合、理論上はαが47.8度のとき、厚みＤを最小に抑えつつ、常光線7aと異常光線7bの分離幅を最大にすることが可能となるので、αは47.8度が最も好ましい。
【００４８】
分波された常光線7aと異常光線7bは、複屈折結晶４の他方の面4bから出射され、偏波面保存光ファイバ５の両端にそれぞれ入射される。前述のように、偏波面保存光ファイバ５の両端は角度βに斜めに形成されている。両端が斜め形成されることで、複屈折結晶４から出射される常光線7aと異常光線7bの２つの焦点に一致するように、偏波面保存光ファイバ５の両端を配置することが可能となる。斜め形成する角度βは、数２に示すように、前記距離dcと、常光線7aと異常光線7bの光路差（常光線7aの焦点位置と、異常光線7bの焦点位置とのズレ）Zfとから求められる。
【００４９】
【数２】
2008053879.tif 000004
【００５０】
なお、距離dcは、数３で表され、複屈折結晶４の厚みＤと、結晶軸X41の角度αと、前記屈折率ｎ0、ｎeから求められる。
【００５１】
【数３】
2008053879.tif 000005
【００５２】
又、光路差Zfは数４で表され、複屈折結晶４の屈折率nnと厚みD及び前記屈折率ｎ0、
ｎeから求められる。
【００５３】
【数４】
2008053879.tif 000006
【００５４】
なお、数４の第１項目は異常光線7bの焦点距離を、第２項目は常光線7aの焦点距離を、
それぞれ表している。
【００５５】
屈折率nnは、数５で表わされ、前記角度αと、前記屈折率ｎ0、ｎeから求められる。
【００５６】
【数５】
2008053879.tif 000007
【００５７】
上述のように、偏波面保存光ファイバ５の両端は二芯フェルール６によって保持されているため、両端の間の平行度は高く、コア間隔dcは極めて狭く設定出来る。コア間隔dcが狭ければ狭いほど、複屈折結晶４の厚みＤを小さくできるので、コア間隔dcは偏波面保存光ファイバ５の外径〜２mmの範囲とするのが好ましい。
【００５８】
偏波面保存光ファイバ５の各一端に入射した常光線7aと異常光線7bは、それぞれ偏波面保存光ファイバ５内部を伝搬して、再び他方の一端から出射される。前記のように、偏波面保存光ファイバ５は90度捩られて二芯フェルール６に保持されているので、その捩りに合わせて偏波面保存光ファイバ５内部を伝搬する常光線7aと異常光線7bの各偏波方向も90度変換される。従って、偏波面保存光ファイバ５から出射したときの常光線7aと異常光線7bの各偏波面の偏波方向（図４(b)参照）は、前記複屈折結晶４から出射された時の各偏波面の偏波方向（図４(a)参照）に対して90度異なるように変換されることになる。
【００５９】
前記の通り、偏波面保存光ファイバ５には曲げ損失が0.5dB以下の光ファイバを用いているので、常光線7aと異常光線7bの各偏波成分の曲げ損失もそれぞれ0.5dB以下に抑えることが出来る。従って、常光線7aと異常光線7bによる合計の曲げ損失は1.0dB以下になる。
【００６０】
第２の光ファイバ５である偏波面保存光ファイバ５の光ファイバ長は、第２の光ファイバ５が有するビート長の正の整数倍に設定することが好ましい。複屈折結晶４から出射される常光線7a及び異常光線7bの各偏波方向と、偏波面保存光ファイバ５の両端の偏波軸方向とが一致するように、偏波面保存光ファイバ５を二芯フェルールで保持することが理想である。しかしながら、実際には、前記各偏波方向と、両端での前記偏波軸方向とにズレが発生することも考えられる。ズレがある場合、前記ビート長の1/4毎に偏波状態は変化し、前記ビート長の正の整数倍毎に元の偏波状態に戻ることが確認されている。従って、第２の光ファイバ５の光ファイバ長を、前記ビート長の正の整数倍と設定すれば、前記ズレが発生したとしても偏波面が保存されるため、好ましい。
【００６１】
偏波面保存光ファイバ５の両端から出射された常光線7aと異常光線7bは、一定の広がり角で広がりながら伝搬し、再度、面4bから複屈折結晶４に入射されて、１つの光信号に再合成される。再合成により形成された無偏波の光信号は、複屈折結晶４の一方の面4aから出射され、レンズ３によって収束されて、第１の光ファイバ２のコア2bに入射される。
第１の光ファイバ２に入射される直前の光信号は、図５に示すように、電気ベクトルの先端の回転方向が、図３の光信号とは逆方向に変換された楕円偏波の光信号である。コア2bに入射された光信号は、コア2b内部では第１の光ファイバ２の等方的な屈折率分布により、無偏波の状態で伝搬される。
【００６２】
図４(a)及び(b)に示すように、２つの直線偏波の偏波方向は、偏波面保存光ファイバ５への入射前及び出射後では、それぞれ90度異なるように変換される。従って、その合成光の電気ベクトルの先端の回転方向も、図３と図５を比較すれば分かるように、第１の光ファイバ１への出射後と入射前で逆方向に変換される。
【００６３】
以上のように、本実施形態の光ファイバループミラー１では、光ファイバループミラー１の構成部品である偏波面保存光ファイバ５に、180度方向に曲げられたときの曲げ損失が0.5dB以下の光ファイバを用いている。これにより、従来の偏波面保存光ファイバのように、最小曲げ半径30mm以上の寸法制約を受けず、30mm未満の曲げ半径ｒで偏波面保存光ファイバ５を曲げることが可能となる。従って、曲げ半径ｒを縮小化して、偏波面保存光ファイバ５から成るループ部分の占有空間を減少させることができ、光ファイバループミラー１の小型化が可能となる。
【００６４】
更に、光ファイバループミラー１の光学系を、レンズが１つで成立するように構成している（従来の光ファイバループミラーは３つのレンズが必要であったのに対し、光ファイバループミラー１ではレンズは１つのみである）。従って、従来の光ファイバループミラーと比べてレンズの個数が減少できるので、光ファイバループミラー１の構成部品同士の調芯作業が簡略化される。又、レンズ個数の削減に伴い、光ファイバループミラー１の低コスト化も実現可能となる。
【００６５】
更に、光ファイバループミラー１の光学系を、ファラデー回転子を使用することなく構成しているので、温度依存性が零で、波長依存性を小さく保つ事が出来る。
【００６６】
又、偏波面保存光ファイバ５の両端を斜めに形成することにより、複屈折結晶４で発生する常光線7aと異常光線7bの光路差を補正して偏波面保存光ファイバ５に２つの光線を入射させることが可能となる。従って、複屈折結晶４が１つであっても結合効率を改善できるという効果を奏する。これにより、耐光パワー化、高信頼化、結合効率の向上が達成される。又、複屈折結晶４が１個であるため、材料コストを抑えて光ファイバループミラー１の低コスト化も実現出来るという効果を奏する。
【００６７】
偏波面保存光ファイバ５として、より好ましい例は、前記曲げ損失が0.3dB以下の光ファイバである。曲げ損失が0.5dB以下から0.3dB以下まで低減した偏波面保存光ファイバ５を使用することにより、前記曲げ半径ｒを更に縮小することができ、光ファイバループミラー１の更なる小型化が可能となる。
【００６８】
なお、本発明の光ファイバループミラーはその技術的思想に基づいて種々変更可能であり、例えば、第１の光ファイバ２にTECファイバを使用しても良い。第１の光ファイバ２をTECファイバとした場合、出射光が更に広がるので、レンズ３と第１の光ファイバ２の距離や、複屈折結晶４とレンズ３の距離を狭めることができ、光ファイバループミラー１の長さを短くすることが可能となる。
【００６９】
又、180度方向に曲げた第２の光ファイバ５の形状は、図６のように二芯フェルール６から突き出たファイバ部分が広がって円弧を形成するような形状でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の光ファイバループミラーは、量子暗号装置や光スイッチ、光源、アンプ、干渉計、アドドロップに用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る光ファイバループミラーの構成図。
【図２】図１の光ファイバループミラーを構成する偏波面保存光ファイバ両端の偏波軸の方向を表す模式図。
【図３】第１の光ファイバから出射された直後の光信号の偏波状態を表す模式図。
【図４】(a) 図１の面Ａで見た、偏波面保存光ファイバに入射される常光線と異常光線の偏波状態を表す模式図。      (b) 図１の面Ａで見た、偏波面保存光ファイバから出射される常光線と異常光線の偏波状態を表す模式図。
【図５】第１の光ファイバに入射される直前の光信号の偏波状態を表す模式図。
【図６】180度方向に曲げた第２の光ファイバの別形状を表す模式図。
【図７】従来の光ファイバループミラーを用いた位相変調器の構成例を示す模式図。
【図８】図７の詳細な構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００７２】
１      光ファイバループミラー
２      第１の光ファイバ
３      レンズ
４      複屈折結晶
５      第２の光ファイバ
６      二芯フェルール
7a      常光線
7b      異常光線
【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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