(57)【要約】【課題】本発明は、耐光性、長期安定性や、価格、生産加工性などの全てにおいて優れた特性を有する偏波ビームスプリッタを提供する。【解決手段】本発明の偏波ビームスプリッタ１０は、前段の偏波保持光ファイバカプラ１１からの出力が後段の偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂに入力される構成とする。特に、異なる消光比の中心波長を有する偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂを多段接続することが好ましい。前記偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂを構成する偏波保持光ファイバは、コア又はクラッドの同心円で、応力付与部にかからず、かつその内部に応力付与部を含まないもののうち、最大のものの直径が２０μｍ以上である構成が好ましい。また前記偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂを構成する偏波保持光ファイバは、ＰＡＮＤＡ型光ファイバ又はｂｏｗ−ｔｉｅ型光ファイバが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波保持光ファイバカプラを順次、前段の偏波保持光ファイバカプラからの出力が後段の偏波保持光ファイバカプラに入力されるように多段接続してなることを特徴とする偏波ビームスプリッタ。
【請求項２】
偏波保持光ファイバカプラの消光比の波長依存性における消光比が最大となる波長を消光比の中心波長とするとき、異なる消光比の中心波長を有する偏波保持光ファイバカプラを多段接続してなることを特徴とする請求項１に記載の偏波ビームスプリッタ。
【請求項３】
前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された応力付与部を有し、コア又はクラッドの同心円で、応力付与部にかからず、かつその内部に応力付与部を含まないもののうち、最大のものの直径が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波ビームスプリッタ。
【請求項４】
前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、ＰＡＮＤＡ型偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波ビームスプリッタ。
【請求項５】
前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、ｂｏｗ−ｔｉｅ型偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波ビームスプリッタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を２つの直交する偏波成分に分波する偏波ビームスプリッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏波ビームスプリッタは、入力ポートから入射したランダム偏波の光を直交偏波成分に分けて異なる出射ポートから出射させる光回路である。近年では種々の偏波ビームスプリッタが提案され、使用されている（非特許文献１参照。）。
図７は、複屈折光学結晶を用いた偏波ビームスプリッタを示す。図中（ａ）はグラントムソンプリズム形であり、ランダム偏波の入射光から直線偏波が取り出せるようになっている。また図中（ｂ）はローションプリズム形であり、ランダム偏波の入射光から２つの直交する直線偏波成分に分波できるようになっている。この複屈折光学結晶を用いた偏波ビームスプリッタは、６０ｄＢ以上の消光比が得られ、優れた分離特性が実現できるが、非常に高価である。
【０００３】
図８は、光がブリュースター角で媒質の界面に入射するとき、偏波方向が入射面に平行な光（以下、ｓｌｏｗ偏波と言う。）は全透過する現象を利用した偏波ビームスプリッタを示す。このとき、偏波方向が入射面に垂直な光（以下、ｆａｓｔ偏波と言う。）は、その一部は界面で反射し、一部は界面を透過する。
多層膜構成とすることによってｆａｓｔ偏波の反射率を高めることができ、３０ｄＢ程度の消光比が実現できる。また、構造が簡単で比較的安価に製造できる。しかし、光ファイバを接続するとき、軸ズレなどによって光学特性が左右されるため、高い精度で光ファイバを位置決めし接続する必要がある。また、光ファイバとの接続端面では、入射光の光パワー密度が高くなるため、接続端面への不純物混入を極力抑える必要がある。このため光ファイバを接続する際、専用の接続装置が必要となり、困難である。
【０００４】
また、他の偏波ビームスプリッタとして、偏波保持光ファイバを溶融延伸して製造された偏波保持光ファイバカプラも挙げられる。この偏波保持光ファイバカプラは、構造が簡単であり非常に安価に製造でき、大量生産に適している。また、光ファイバ内から光が漏れない構造であり、非常に高い光パワー密度の光を入力したときの耐光性に優れ、また長期安定性にも優れている。しかし、この偏波保持光ファイバカプラの消光比は波長依存性があり、高い消光比が得られない問題がある。
【０００５】
【非特許文献１】
中川清司著，「光増幅器とその応用」，第１版，株式会社オーム社，１９９２年５月３０日，ｐ．１４８−１５０
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各偏波ビームスプリッタは長所と共に欠点があり、使用用途に応じて適したものを選択しなければならず、また消光比などの光学特性だけでなく、耐光性、長期安定性や、価格、生産加工性などの全てにおいて優れた特性を有する偏波ビームスプリッタは実現されていなかった。
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち偏波保持光ファイバカプラに着目し、この構造が簡単であることや、耐光性、長期安定性に優れる長所を生かし、かつ消光比の波長依存性を低減し、広帯域で高い消光比が得られる偏波ビームスプリッタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、偏波保持光ファイバカプラを順次、前段の偏波保持光ファイバカプラからの出力が後段の偏波保持光ファイバカプラに入力されるように多段接続してなることを特徴とする偏波ビームスプリッタである。
ここで、偏波保持光ファイバカプラの消光比とは、偏波保持光ファイバカプラから出射された光の直交する偏光の混じりの程度を評価する値である。
【０００８】
請求項２にかかる発明は、偏波保持光ファイバカプラの消光比の波長依存性における消光比が最大となる波長を消光比の中心波長とするとき、異なる消光比の中心波長を有する偏波保持光ファイバカプラを多段接続してなることを特徴とする請求項１に記載の偏波ビームスプリッタである。
【０００９】
請求項３にかかる発明は、前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された応力付与部を有し、コア又はクラッドの同心円で、応力付与部にかからず、かつその内部に応力付与部を含まないもののうち、最大のものの直径が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波ビームスプリッタである。
【００１０】
請求項４にかかる発明は、前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、ＰＡＮＤＡ型偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波ビームスプリッタである。
【００１１】
請求項５にかかる発明は、前記偏波保持光ファイバカプラが、偏波保持光ファイバを用いて形成されたものであり、
該偏波保持光ファイバが、ｂｏｗ−ｔｉｅ型偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波ビームスプリッタである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の偏波ビームスプリッタ１０の一例を示す模式図である。この偏波ビームスプリッタ１０は、３つの２入力２出力型（以下、２×２型と言う。
）の偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂからなる。この２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂには入力ポートが２つ設けられているが、一方の入力ポートのみ使用する。
入力端側に前段となる１つの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１が設けられ、この入力ポートは入力端（図示省略）に融着接続されている。また、出力端（図示省略）側には後段となる２つの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂが設けられている。この前段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１の２つの出力ポートは、それぞれ後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂの入力ポートに融着接続されている。
なお、図１中、前段と後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂの融着接続点を符号１３で示した。また、前段と後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂの入出力ポートのうち、ほとんど光が入射又は出射されないものは図示を省略した。
【００１３】
入力端より入射したランダム偏波の光は、前段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１にて、偏波方向が入射面に平行な光（以下、ｓｌｏｗ偏波と言う。）と、偏波方向が入射面に垂直な光（以下、ｆａｓｔ偏波と言う。）の２つの直交する偏波に分波されて各出力ポートより出射する。このとき完全にはｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波には分波できず、各出力ポートにはそれと直交する漏洩した直線偏波が一部含まれる。
そして、各出力ポートより出射した光は、それぞれ後段の各２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂに入射して、再びｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波に分波されて各出力ポートより出射するようになっている。
このため後段の一方の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａには、ｓｌｏｗ偏波と漏洩したｆａｓｔ偏波とが入射し、更に分波されて出力ポートからｓｌｏｗ偏波が高い消光比で出射することになる。また後段の他方の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ｂには、ｆａｓｔ偏波と漏洩したｓｌｏｗ偏波とが入射し、更に分波されて出力ポートからｆａｓｔ偏波が高い消光比で出射することになる。
【００１４】
図２は、本発明の偏波ビームスプリッタ１０に用いられる２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０の一例を示す斜視図である。この２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０は、２本のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１をその表面に設けられたプラスチックなどの被覆層の一部を除去した後、各々の偏波軸が平行になるように整合させて並列させ、これらのＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１の途中のクラッド２２を接触させ、加熱、溶融するとともに、その長さ方向に延伸することによって融着延伸部（光結合部）２３を形成し、その後、必要に応じて融着延伸部２３を保護ケース（図示省略）などに収容したものである。
なお、偏波軸とは、各々のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１において、応力付与部２４，２４の中心を通る直線を言う。
【００１５】
この偏波保持光ファイバカプラ２０は、融着延伸部２３におけるＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波の結合度を制御し、一方の出力ポートへｓｌｏｗ偏波が伝搬し、他方の出力ポートへｆａｓｔ偏波が伝搬するようになっている。
【００１６】
図３は、上記したＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１の断面図である。このＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１は、その中心にコア２５が設けられ、このコア２５の周囲には、コア２５と同心円状にクラッド２２が設けられている。更に、このクラッド２２内には、クラッド２２よりも低屈折率であり断面円形の２つの応力付与部２４，２４が、コア２５を中心に対称配置されている。
応力付与部２４，２４は、クラッド２２よりも大きな熱膨張係数を有している。このため、光ファイバ母材を溶融線引きして得られたＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１が冷却される過程で、この応力付与部２４，２４に起因して横方向と縦方向から異なる応力がコア２５にかかり、これにより複屈折性が得られるようになっている。このため光を構成する２つの直交する偏波のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波とが保存された状態で伝搬する特性が得られる。
【００１７】
本実施形態では、この応力付与部２４，２４は、コア２５又はクラッド２２の同心円で、応力付与部２４，２４にかからず、かつその内部に応力付与部２４，２４を含まないもののうち、最大のものの直径Ａが２０μｍ以上となるようになっている。
このようなＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１を用いて、上述したように２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０を形成した場合、その融着延伸部２３にてコア２５から染み出した光が、２つの応力付与部２４，２４のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１の半径方向外方のクラッド２２に回り込むことがなく、過剰損失を抑えることができる。
【００１８】
図４は、上記した２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０の波長−損失特性の一例を示す。ここで消光比とは、ｓｌｏｗ偏波又はｆａｓｔ偏波を入射し、このときの出力ポートのいずれか一方側から出射された光のうち、ｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波の光強度を測定し、その比を算出してデシベル（ｄＢ）で示したものである。図４中では、消光比と損失は、負の符号をとって絶対値で表している。
この消光比が高いほど優れた分離特性で入射光をｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波に分波できることになる。
【００１９】
上記した偏波保持光ファイバカプラ２０に無偏光の光を入射したとすると、出射端での消光比はｓｌｏｗ偏波を入射したときとｆａｓｔ偏波を入射したときの損失の比でも表されるため、どちらの出力ポートの消光比も特定の波長にて最大値を示すことになる。この最大値が得られるときの波長を偏波保持光ファイバカプラ２０の消光比の中心波長と言う。この２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０では、消光比の中心波長は１５４６ｎｍである。
【００２０】
図５は、本発明の偏波ビームスプリッタの波長−損失特性の一例を示す。この偏波ビームスプリッタ１０は、上述した図４に示された特性を有する２×２型偏波保持光ファイバカプラ２０が前段と後段に設けられている。このときｓｌｏｗ偏波が出力される出力ポートでの消光比の最大値は６０ｄＢであり、ｆａｓｔ偏波が出力される出力ポートでの消光比の最大値は約５０ｄＢであり、高い分離特性が実現できる。また、１５３５〜１５５５ｎｍの波長帯域において、３０ｄＢ以上の高い消光比が実現できる。
【００２１】
更に、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域において、損失は０．８ｄＢ以下と非常に小さく、低損失の偏波ビームスプリッタ１０が実現できる。これは、前段と後段の２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂが同種のＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１，２１，‥‥を用いて形成されたものであり、これらの融着接続点１３における接続損失は非常に小さいものとなるためである。
このように消光比の中心波長が同一の偏波保持光ファイバカプラ２０を前段と後段に設けることによって、高い消光比が得られ、かつ損失の小さい偏波ビームスプリッタが実現できる。
【００２２】
図６は、本発明の偏波ビームスプリッタ１０の波長−損失特性の他の一例を示す。この偏波ビームスプリッタ１０は、消光比の中心波長が１５４０ｎｍの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１１を前段に設け、消光比の中心波長が１５４６ｎｍの２×２型偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂを後段に設けたものである。他の構成は、上述したものと同一であるため説明を省略する。
【００２３】
ｓｌｏｗ偏波が出力される出力ポートとｆａｓｔ偏波が出力される出力ポートにおける消光比の最大値は共に約５０ｄＢであり、高い分離特性が実現できる。
また、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域において、消光比の最大値と最小値の差が２０ｄＢであり、消光比の波長依存性が小さく、１５３０〜１５７０ｎｍの広い波長帯域において３０ｄＢ以上の高い消光比が実現できる。また、出力ポート間の消光比の差も小さく、ほぼ同等の光強度のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波が得られる。
更に、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域において、損失は０．８ｄＢ以下と非常に小さく、低損失の偏波ビームスプリッタ１０が実現できる。
【００２４】
このように消光比の中心波長が異なる偏波保持光ファイバカプラ１１，１２ａ，１２ｂを前段と後段に設けることによって、広い波長帯域で消光比が高く、かつ損失が低い偏波ビームスプリッタ１０が実現でき、例えば偏波インターリーブ多重伝送方式の信号光の偏波分離素子としての利用が期待できる。
【００２５】
上述したように、本発明の偏波ビームスプリッタ１０は、偏波保持光ファイバカプラ２０を融着接続してなり、構造が簡単であり、生産加工性、長期安定性、強度、耐光性などの点において優れ、また安価に製造できる。
また、図１に示されたように、前段の偏波保持光ファイバカプラ１１からの出力が後段の偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂに入力されるように多段接続することで消光比の高い偏波ビームスプリッタ１０が実現できる。
【００２６】
本発明の偏波ビームスプリッタ１０を構成する偏波保持光ファイバカプラ２０の多段接続の段数は、偏波ビームスプリッタ１０の損失や装置のサイズなどを考慮し決定することが好ましい。特に本実施形態のように１つの偏波保持光ファイバカプラ１１を前段とし、この出力ポートにそれぞれ１つずつ後段の偏波保持光ファイバカプラ１２ａ，１２ｂを接続した２段接続の偏波ビームスプリッタ１０が好ましい。
【００２７】
また、ＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１は、偏波保持光ファイバとして複屈折率が大きく、また偏波軸合わせが容易であり、また、応力付与部２４の形状が単純である。このため、このＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１を用いることによって、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波保持光ファイバカプラ２０を安価に形成できる。このため、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波ビームスプリッタ１０を安価に製造できる。
【００２８】
なお、本発明の技術範囲は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、偏波保持光ファイバは、ＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１に限定されず、ｂｏｗ−ｔｉｅ型光ファイバ，楕円コア光ファイバなども使用できる。特に、ｂｏｗ−ｔｉｅ型光ファイバを使用した場合、ＰＡＮＤＡ型光ファイバ２１を用いた場合と同様の構造を有する偏波保持光ファイバカプラ２０を形成でき、同様の作用効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１乃至５に係る発明によれば、消光比の波長依存性が小さく、広い波長帯域で高い消光比が得られる。また広い波長帯域で損失が非常に小さい。更に、構造が簡単であり、生産加工性、長期安定性、強度、耐光性などの点において優れ、また安価に製造できる。
【００３０】
特に請求項２に係る発明によれば、更に消光比の波長依存性が抑えられ、より広い波長帯域において高い消光比が実現できる。また、出力ポート間の消光比の差も小さく、ほぼ同等の光強度のｓｌｏｗ偏波とｆａｓｔ偏波が得られる。このように広い波長帯域で消光比が高く、かつ損失が低いため、偏波インターリーブ多重伝送方式の信号光の偏波分離素子としての利用が期待できる。
【００３１】
これに加えて請求項３に係る発明によれば、偏波保持光ファイバカプラの融着延伸部にてコアから染み出した光が、２つの応力付与部の偏波保持光ファイバの半径方向外方のクラッドに回り込むことがなく、過剰損失を抑えることができ、低損失の偏波ビームスプリッタが実現できる。
【００３２】
また、請求項４及び５に係る発明によれば、ＰＡＮＤＡ型光ファイバやｂｏｗ−ｔｉｅ型光ファイバは、偏波保持光ファイバとして複屈折率が大きく、また偏波軸合わせが容易であり、また、応力付与部の形状が単純であるため、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波保持光ファイバカプラを安価に形成できる。
このため、外部の光ファイバと低損失で接続できる偏波ビームスプリッタ１０を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏波ビームスプリッタの一例を示す概略模式図である。
【図２】２×２型偏波保持光ファイバカプラの一例を示す概略斜視図である。
【図３】ＰＡＮＤＡ型光ファイバの一例を示す断面図である。
【図４】偏波保持光ファイバカプラの波長−損失特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の偏波ビームスプリッタの波長−損失特性の一例を示す図である。
【図６】本発明の偏波ビームスプリッタの波長−損失特性の他の一例を示す図である。
【図７】複屈折光学結晶を用いた偏波ビームスプリッタの一例を示す概略模式図であり、（ａ）はグラントムソンプリズム形であり、（ｂ）はローションプリズム形である。
【図８】ブリュースター条件を利用した偏波ビームスプリッタの一例を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１０‥‥偏波ビームスプリッタ、２０‥‥偏波保持光ファイバカプラ、２１‥‥ＰＡＮＤＡ型光ファイバ、１１‥‥前段の偏波保持光ファイバカプラ、１２ａ，１２ｂ‥‥後段の偏波保持光ファイバカプラ、２２‥‥クラッド、２４‥‥応力付与部、２５‥‥コア
【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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