(57)【要約】【課題】偏波分離機能と、光アイソレータの機能を有する小型の光モジュールを提供する。【解決手段】直交する偏波の分離あるいは合成を行う光モジュールにおいて、２個の平行平板複屈折結晶と１個の磁気光学結晶からなる光素子部と、前記光素子部の一方の端に配置される１本の光ファイバと、前記光素子部の他方の端に配置され、それぞれ直交する異なる直線偏波光を伝搬する２本の光ファイバとから構成する。【選択図】  図１
2004170798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する偏波の分離あるいは合成を行う光モジュールにおいて、２個の平行平板複屈折結晶と１個の磁気光学結晶からなる光素子部と、前記光素子部の一方の端に配置される１本の光ファイバと、前記光素子部の他方の端に配置され、それぞれ直交する異なる直線偏波光を伝搬する２本の光ファイバとからなることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記２個の平行平板複屈折結晶は磁気光学結晶を挟んで配置され、かつ同じ厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記２個の平行平板複屈折結晶は磁気光学結晶を挟んで配置され、第１の平行平板複屈折結晶の厚みに対し第２の平行平板複屈折結晶の厚みは√２倍であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
直交する偏波の分離あるいは合成を行う光モジュールにおいて、２個の平行平板複屈折結晶と１個の磁気光学結晶と１個の１／２波長板からなる光素子部と、前記光素子部の一方の端に配置される１本の光ファイバと、前記光素子部の他方の端に配置され、それぞれ直交する異なる直線偏波光を伝搬する２本の光ファイバとで構成され、かつ前記２個の平行平板複屈折結晶の厚みが同じであることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
２個の光増幅器を並列に配置し、その両端に請求項１〜４のいずれかに記載の光モジュールを配置したことを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムおよび光計測分野に使用される光モジュールに関し、さらに詳しくは偏波を合成し又は偏波に分波する機能を有する光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの情報量の増大および光計測分野での高精度測定により、光の位相、強度を制御しその検出を行う検討が進んでいる。ここでは光を特定の偏波で取り扱う必要があり、そのために偏波合成、分離のための光モジュールが必要である。また、光増幅器においては２つの励起光源の光を合波し、励起光の強度を増大させ、光増幅器のゲインを大きくする方法が用いられており、ここでも２つの励起光源の光を合波するために、偏波合成のための光モジュールが使用される。また、半導体レーザの活性層内の誘導放出光を用いて光を増幅する半導体光増幅器においても、その増幅特性の安定化のために偏波合成分離用光モジュールが用いられる。
【０００３】
図１３は従来の半導体光増幅器の構成を示す図である。
【０００４】
特許文献１には図１３に示す従来の半導体光増幅器が示されており、以下にその構成について説明する。
【０００５】
光ファイバ１１１を伝搬した光は偏波合成分離用光モジュール１１３によって直交する直線偏波光１０５ｅと１０５ｏに分離される。半導体光増幅器１１４ではその発光層と平行なＴＥモード光の増幅度が高いので、偏波分離後の２つの直線偏波光１０５ｅおよび１０５ｏがそれぞれ半導体光増幅器１１４のＴＥモードとなるように配置している。半導体光増幅器で増幅された各直線偏波光は、第２の偏波合成分離用光モジュール１１３により合成されて光ファイバ１１２を伝搬する。このように、信号光を直交する偏波光に分離した後、同一の直線偏波状態でそれぞれの光増幅器に入射させて増幅し、再び合波することにより、入射光の偏波状態に関係なく一定の増幅が可能となる。
【０００６】
また特許文献１には示されていないが、光増幅器は、増幅部への反射戻り光により十分な増幅特性を得ることができない、あるいは不安定となる問題があるので、光アイソレータを共に配置することが一般的である。図１３に示す従来例においては、入射側の偏波合成分離用光モジュール１１３の前段、および出射側の偏波合成分離用光モジュール１１３の後段に光アイソレータを配置する。
【０００７】
図１４は従来の偏波合成分離用光モジュールの構成を示す図である。
【０００８】
特許文献２には図１４に示す従来の偏波合成分離用光モジュール１００が示されており、以下にその構成について説明する。
【０００９】
偏波合成分離用光モジュール１００は互いに平行な面を有する複屈折結晶板１０３と、各一端部の端面が複屈折結晶板１０３の一方の面に対向し、それぞれ常光１０５ｏと異常光１０５ｅを伝送する１対の偏波保持光ファイバ１０２と、一端部の端面が複屈折結晶板１０３の他方の面に対向し、常光と異常光との合成光１０５ｃを伝送するシングルモード光ファイバ１０１とを備えている。
【００１０】
次に従来の偏波合成分離用光モジュール１００の偏波合成機能について説明する。偏波保持光ファイバ１０２は入射した光の偏波状態を変化させることなく伝搬させる光ファイバで、それぞれ直交した直線偏波である常光１０５ｅと異常光１０５ｏが伝搬する。偏波保持光ファイバ１０２からそれぞれ出射した常光１０５ｏと異常光１０５ｅは複屈折結晶板１０３に入射して異常光１０５ｅの光路のみが変化し、複屈折結晶板１０３の反対面で常光と異常光の合成光１０５ｃとなって出射する。そして、合成光１０５ｃはレンズ１０４で集束されてシングルモード光ファイバ１０１の端面に入射し伝送する。ここで、複屈折結晶板１０３から合成光を取り出すためには、常光と異常光が入射面と反対側の結晶面で合成されるよう、複屈折結晶板１０３への常光１０５ｏと異常光１０５ｅの入射間隔ｄに従い、結晶長ｔ（常光の伝送方向における結晶の厚み）を最適な値に設定する。
【００１１】
図１５は従来の光アイソレータの構成を示す図である。
【００１２】
光アイソレータ１２０は、互いに平行な面を有する３個の複屈折結晶板１２３、１２４、１２５と、磁気光学結晶１２６からなり、複屈折結晶板１２４、および１２５の厚さは、複屈折結晶板１２３の厚みｔに対し、１／√２の厚みに構成されている。
【００１３】
光ファイバ１２１から出射した光は、複屈折結晶板１２３により常光と異常光に分離され、磁気光学結晶１２６に入射する。磁気光学結晶は磁石１２７の内部に配置され、そのファラデー効果によりそれぞれの偏波は４５度回転させられる。さらに複屈折結晶板１２４および１２５で常光と異常光は再度合成され、光ファイバ１２２に入射する。
【００１４】
また、光ファイバ１２２からの反射戻り光は、光アイソレータ１２０を逆方向に進行するが、磁気光学結晶１２６の非相反性から光ファイバ１２１には戻らず遮断される。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１−２６８２６号
【特許文献２】
特開平１２−１３１５５４号
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に示される半導体光増幅器１１０は、少なくとも２つの偏波合成分離用光モジュール１１３と、少なくとも１つの光アイソレータ１２０が必要であり、そのため部品点数が多く、また各光モジュール内には複数の複屈折結晶板が配置され、これらを精密に調整する必要があるため、工数が非常に多いという課題があった。また半導体光増幅器内では光ファイバの取り回しなどのための空間が必要となり、半導体光増幅器１１０の小型化が困難であるという課題があった。また、半導体光増幅器に関わらず、偏波合成分離用光モジュールと、光アイソレータを用いる光モジュールに関しても、同様の課題があった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、直交する偏波の分離あるいは合成を行う光モジュールにおいて、２個の平行平板複屈折結晶と１個の磁気光学結晶からなる光素子部と、前記光素子部の一方の端に配置される１本の光ファイバと、前記光素子部の他方の端に配置され、それぞれ直交する異なる直線偏波光を伝搬する２本の光ファイバと、からなることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、第１の実施形態として本発明による光モジュールについて説明する。
【００１９】
図１は本発明の光モジュール１０の実施形態を示す斜視図である。
【００２０】
光モジュール１０は偏波分離機能と光アイソレータ機能の両方を兼ね備えた光モジュールであり、入力ポートである光ファイバ１１から出射した光線はレンズ１６を透過し、第１の複屈折結晶板１３、磁気光学結晶１４、第２の複屈折結晶板１５からなる光素子部１７を透過して、ある直線偏波光は第１の出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅに、これに直交する直線偏波光は第２の出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｏに入射する。
【００２１】
第１、第２の複屈折結晶板は共に平行平板で、その入射面の法線（図中Ｚ軸方向）と複屈折結晶板の結晶軸とがある角度θをもつように切り出されている。光の伝搬方向と複屈折結晶板の結晶軸を含む面（主断面と呼ぶ）に対し、垂直方向の直線偏波を常光線、平行方向の直線偏波を異常光線と呼ぶ。複屈折結晶板の結晶軸とは、結晶を構成する原子の配向に方向性であり、従って複屈折結晶板内を伝搬する常光と異常光では光の伝搬する方向が異なり、偏波の分離が行われる。分離された偏波光をそれぞれ異なる２つファイバに結合させることにより、本発明に示した偏波の分離が実現する。
【００２２】
複屈折結晶板１３、１５内に示される矢印は結晶軸の方向を表し、すべての複屈折結晶板の結晶軸は最大のビーム分離角となるように設定されている。ここで複屈折結晶板の境界面法線（Ｚ軸方向）と結晶軸のなす角をθ、常光線と異常光線のビーム分離角をφ、常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅとすると、θとφは（１）式に示す関係にある。
【００２３】
ｔａｎφ＝（ｎｏ２―ｎｅ２）ｓｉｎθｃｏｓθ
／（ｎｅ２ｃｏｓ２θ＋ｎｏ２ｓｉｎ２θ）・・・（１）
（１）式より、例えば複屈折結晶板にルチル結晶を用いた場合、ｎｏ＝２．４５、ｎｅ＝２．７１であり、θ＝４５度に設定すれば、ビーム分離角φ＝５．７度となり、ほぼ最大分離角を得ることができる。ビーム分離角φを用いて、平行平板の複屈折結晶板の厚みｔとビーム分離幅ｄの関係は（２）式で表される。
【００２４】
ｄ＝ｔ×ｔａｎφ                                  ・・・（２）
次にＸＹ平面上での各結晶板の結晶軸方向とその厚みについて説明する。第１の複屈折結晶板１３はＹ軸方向に結晶軸を有し、第２の複屈折結晶板１５は第１の複屈折結晶板１３の結晶軸に対し、光線入射方向から見てＺ軸回り反時計方向に１３５度回転させて配置する。また、第１の複屈折結晶板１３、第２の複屈折結晶板１５の厚みは互いに等しくｔとし、磁気光学結晶１４の厚みは飽和磁界中において偏光が４５度回転する厚みに設定されている。
【００２５】
図２、図３は本発明の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。（Ａ）〜（Ｄ）は図１におけるＡ〜Ｄ位置におけるビーム位置（図中黒丸で示す）と光の偏波方向（図中直線で示す）を表し、全て光ファイバ１１側から観察した様子である。
【００２６】
まず図２を用いて光ファイバ１１から出射する順方向に進行する光について説明する。光ファイバ１１から出射した光は第１のレンズ１６により集光ビームとなり、第１の複屈折結晶板１３に入射する（Ａ）。第１の複屈折結晶板１３により光は常光と異常光に分離される（Ｂ）。磁気光学結晶１４を通過することにより常光、異常光の偏波方向は反時計周りに−４５度回転され第２の複屈折結晶板１５に入射する（Ｃ）。第２の複屈折結晶板１５に入射した光は、第１の複屈折結晶板１３でシフトされなかった光が異常光となりシフトし、その結果、直交する偏波光は分離幅Ｄで分離される（Ｄ）。この分離された光は第２のレンズ１６により集光され、一方の光は出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅに、他方が光は出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｏに入射し伝搬する。
【００２７】
次に図３を用いて出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから入射した逆方向に進行する光について説明する。偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから入射した光は第２のレンズ１６により集光ビームとなり、第２の複屈折結晶板１５に入射する（Ｄ）。ここで偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏからの反射戻り光はその偏波方向を特定できないため、第２の複屈折結晶板１５を透過した光はそれぞれ常光と異常光に分離され、最大４つの光に分離される（Ｃ）。次に磁気光学結晶１４を通過することにより、４つの光の偏波方向は反時計周りに−４５度回転され、第１の複屈折結晶板１３に入射する（Ｂ）。その後第１の複屈折結晶１３に入射した光の内、２つが異常光となりシフトし（Ａ）、この互いに分離された４つの光は第１のレンズ１６によっても合成されず、光ファイバ１１には結合しない。
【００２８】
以上のようなことにより光ファイバ１１から出射した光は、直交する偏波光に分離され偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏに入射するという偏波分離機能と、偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏから出射した戻り光は、その偏波状態に関係なく光ファイバ１１には入射しないという光アイソレータの機能の両方を本発明の光モジュールは実現する。
【００２９】
ここで、本実施形態の光モジュールにおける偏波分離距離Ｄは以下に示す（３）式に（２）式より求めたｄを代入すればよい。
【００３０】
Ｄ＝２×ｃｏｓ（２２．５ｄｅｇ）×ｄ            ・・・（３）
出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅと１２ｏの間隔は（３）で決定される偏波分離距離Ｄに設定し、あらかじめガイド部材に固定しておく。ここでガイド部材は２芯のジルコニアフェルールや合成樹脂や石英あるいはシリコンに形成されたＶ溝から構成される。偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏのガイド部材への固定は予めファイバ断面の応力付与部を結んだ直線を互いに平行に配置、または直交に配置させることが望ましい。これは本モジュールからの出力偏波方向を明確にするためである。
【００３１】
なお、本実施形態では複屈折結晶板１３、１５の厚みは同じくｔとして説明したが、本発明はこれに限ることなく、異なる厚みに設定しても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
図４は本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。
【００３３】
光モジュール２０は偏波合成機能と光アイソレータ機能の両方を兼ね備えた光モジュールであり、第１の入力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅからは第１の複屈折結晶板１３において異常光となる直線偏波光が出射し、第２の入力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｏからは第１の複屈折結晶板１３において常光となる直線偏波光が出射するように構成されている。偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏから出射した光線はレンズ１６を透過し、第１の複屈折結晶板１３、磁気光学結晶１４、第２の複屈折結晶板２５からなる光素子部２７を透過して、光ファイバ１１に入射する。
【００３４】
次にＸＹ平面上での各結晶板の結晶軸方向とその厚みについて説明する。複屈折結晶板１３、２５は共に平行平板で、複屈折結晶板１３はＹ軸方向に結晶軸を有し、第２の複屈折結晶板１５は第１の複屈折結晶板１３の結晶軸に対し、光線入射方向から見てＺ軸回り時計方向に４５度回転させて配置する。また、偏波保持光ファイバ１２ｅと１２ｏから出射された直交する偏波光を共に光ファイバ１１に合成するために、第１の複屈折結晶板１３の厚みをｔとした場合、第２の複屈折結晶板２５の厚みは√２倍とする。磁気光学結晶１４の厚みは飽和磁界中において偏光が反時計回りに４５度回転する厚みに設定されている。
【００３５】
図５、図６は第２の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。（Ａ）〜（Ｄ）は図４におけるＡ〜Ｄ位置におけるビーム位置（図中黒丸で示す）と光の偏波方向（図中直線で示す）を表し、全て偏波保持光ファイバ１２側から観察した様子である。
【００３６】
まず図５を用いて偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから出射する順方向に進行する光について説明する。偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから出射した直線偏波光は分離幅Ｄを有し、第１のレンズ１６によりそれぞれ集光ビームとなり、第１の複屈折結晶板１３に入射する（Ａ）。第１の複屈折結晶板１３により偏波保持光ファイバ１２ｅから出射した偏波光は異常光となり距離ｄでシフトする（Ｂ）。磁気光学結晶１４を通過することにより常光、異常光の偏波方向は反時計周りに−４５度回転され第２の複屈折結晶板２５に入射する（Ｃ）。第２の複屈折結晶板２５に入射した光は、第１の複屈折結晶板１３において常光となりシフトされなかった光が異常光となり距離√２ｄシフトし（Ｄ）、その結果、直交する偏波光は合成される。この合成された光は第２のレンズ１６により集光され、出力ポートである光ファイバ１１に入射し伝搬する。
【００３７】
次に図６を用いて出力ポートである光ファイバ１１から出射した逆方向に進行する光について説明する。光ファイバ１１から入射した光は第２のレンズ１６により集光ビームとなり、第２の複屈折結晶板２５に入射する（Ｄ）。ここで光ファイバ１１からの反射戻り光はその偏波方向を特定できないため、第２の複屈折結晶板２５を透過した光はそれぞれ常光と異常光に分離され、２つの光に分離される（Ｃ）。次に磁気光学結晶１４を通過することにより、２つの光の偏波方向は時計周りに４５度回転され、第１の複屈折結晶板１３に入射する（Ｂ）。その後第１の複屈折結晶１３に入射した光の内、一方が異常光となりシフトし（Ａ）、この互いに分離された２つの光は第１のレンズ１６によっても集光するも、偏波保持ファイバ１２ｅおよび１２ｏには結合しない。
【００３８】
以上のようなことにより偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏ光から出射した直交する２つ直線偏波光は、合成され光ファイバ１１入射するという偏波合成機能と、光ファイバ１１から出射した戻り光は、その偏波状態に関係なく偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏいすれにも入射しないという光アイソレータの機能の両方を本発明の光モジュールは実現する。
【００３９】
ここで、入力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅと１２ｏはあらかじめガイド部材に固定されており、その間隔をＤとした場合、Ｄ＝ｄとなり、これは第１の複屈折結晶板の厚みｔと前述した（１）（２）式より最適値を求めることができる。
【００４０】
さらに本発明の第２の実施形態においては、同一の光素子部２７を用いて、光の入力ポートと出力ポートの位置を逆に構成するだけで、偏波合成機能から偏波分離機能を有する光モジュールに容易に変更できる。
【００４１】
図７は本発明の第３の実施形態を示す斜視図である。
【００４２】
光モジュール３０は偏波分離機能と光アイソレータ機能の両方を兼ね備えた光モジュールであり、本発明の第２の実施形態と同様の光素子部２７を用い、その入出力ポートを逆にした構成である。すなわち、入力ポートには光ファイバ１１を配置し、ここから出射した光線はレンズ１６を透過し、第１の複屈折結晶板１３、磁気光学結晶１４、第２の複屈折結晶板２５からなる光素子部２７を透過して、ある直線偏波光は第１の出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅに、これに直交する直線偏波光は第２の出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｏに入射する。
【００４３】
図８、図９は第３の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。（Ａ）〜（Ｄ）は図７におけるＡ〜Ｄ位置におけるビーム位置（図中黒丸で示す）と光の偏波方向（図中直線で示す）を表し、全て光ファイバ１１側から観察した様子である。
【００４４】
まず図８を用いて光ファイバ１１から出射する順方向に進行する光について説明する。光ファイバ１１から出射した光は第１のレンズ１６により集光ビームとなり、第１の複屈折結晶板１３に入射する（Ａ）。第１の複屈折結晶板１３により光は常光と異常光に分離される（Ｂ）。磁気光学結晶１４を通過することにより常光、異常光の偏波方向は反時計周りに−４５度回転され第２の複屈折結晶板２５に入射する（Ｃ）。第２の複屈折結晶板２５に入射した光は、第１の複屈折結晶板１３でシフトされなかった光が異常光となりシフトし、その結果、直交する偏波光は分離幅Ｄで分離される（Ｄ）。ここで分離幅Ｄ＝ｄとなり、ｄは第１の複屈折結晶板の厚みｔと（１）（２）より求めることができる。
【００４５】
この分離された光は第２のレンズ１６により集光され、一方の光は出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅに、他方が光は出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｏに入射し伝搬する。
【００４６】
次に図９を用いて出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから入射した逆方向に進行する光について説明する。偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから入射した光は第２のレンズ１６により集光ビームとなり、第２の複屈折結晶板２５に入射する（Ｄ）。ここで偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏからの反射戻り光はその偏波方向を特定できないため、第２の複屈折結晶板２５を透過した光はそれぞれ常光と異常光に分離され、最大４つの光に分離される（Ｃ）。次に磁気光学結晶１４を通過することにより、４つの光の偏波方向は時計周りに４５度回転され、第１の複屈折結晶板１３に入射する（Ｂ）。その後第１の複屈折結晶１３に入射した光の内、２つが異常光となりシフトし（Ａ）、この互いに分離された４つの光は第１のレンズ１６によっても合成されず、光ファイバ１１には結合しない。
【００４７】
以上本発明の第３の実施形態では、偏波合成機能を有する光素子部２７を用いて、偏波分離機能を有する光モジュールの作製可能であることを示した。本モジュールは、光ファイバ１１から出射した光は、直交する偏波光に分離され偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏに入射するという偏波分離機能と、偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏから出射した戻り光は、その偏波状態に関係なく光ファイバ１１には入射しないという光アイソレータの機能の両方を本発明の光モジュールは実現する。
【００４８】
ここで、本発明の第２、第３の実施形態においては、複屈折結晶板１３と２５の厚みが異なるため、光モジュールの偏波分散値が大きくなることが考えられる。この場合、偏波分散値を補償する補償板として、光素子部に加えて複屈折結晶板を１枚追加しても良い。この場合、光学軸θ＝９０度に結晶板を切り出し、光素子部２７で発生した偏波分散に対し逆分散を与えるように配置し、厚みに設定すればよい。
【００４９】
図１０は本発明の第４の実施形態を示す斜視図である。
【００５０】
光モジュール４０は偏波分離機能と光アイソレータ機能の両方を兼ね備えた光モジュールであり、入力ポートである光ファイバ１１から出射した光線はレンズ１６を透過し、第１の複屈折結晶板４３、磁気光学結晶１４、１／２波長板４６、第２の複屈折結晶板４５からなる光素子部４７を透過して、ある直線偏波光は第１の出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅに、これに直交する直線偏波光は第２の出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｏに入射する。
【００５１】
次にＸＹ平面上での各結晶板の結晶軸方向と厚みについて説明する。第１の複屈折結晶板４３およびは第２の複屈折結晶板４５は共にＸ軸に平行な方向に結晶軸を有し、第２の複屈折結晶板４５は第１の複屈折結晶板４３の結晶軸に対し、光線入射方向から見てＺ軸回りに１８０度回転させて配置する。また、第１の複屈折結晶板４３、第２の複屈折結晶板４５の厚みは互いに等しくｔとし、磁気光学結晶１４の厚みは飽和磁界中において偏光が４５度回転する厚みに設定されている。また、１／２波長板４６は水晶等の旋光性を有する結晶を平板に切り出し、その厚みと結晶軸の方向は入射した直線偏波光が４５度回転する厚みに設定する。
【００５２】
図１１、図１２は第４の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。（Ａ）〜（Ｅ）は図１０におけるＡ〜Ｅ位置におけるビーム位置（図中黒丸で示す）と光の偏波方向（図中直線で示す）を表し、全て光ファイバ１１側から観察した様子である。
【００５３】
まず図１１を用いて光ファイバ１１から出射する順方向に進行する光について説明する。光ファイバ１１から出射した光は第１のレンズ１６により集光ビームとなり、第１の複屈折結晶板４３に入射する（Ａ）。第１の複屈折結晶板４３により光は常光と異常光に分離される（Ｂ）。磁気光学結晶１４を通過することにより常光、異常光の偏波方向は反時計周りに−４５度回転され（Ｃ）、さらに１／２波長板で加えて−４５度回転され、第２の複屈折結晶板４５に入射する（Ｄ）。第２の複屈折結晶板４５に入射した光は、第１の複屈折結晶板４３でシフトされなかった光が異常光となりシフトし、その結果、直交する偏波光は分離幅Ｄで分離される（Ｅ）。ここで分離幅Ｄ＝２×ｄとなり、ｄは第１の複屈折結晶板の厚みｔと（１）（２）より求めることができる。この分離された光は第２のレンズ１６により集光され、一方の光は出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅに、他方が光は出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｏに入射し伝搬する。
【００５４】
次に図１２を用いて出力ポートである偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから入射した逆方向に進行する光について説明する。偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏから入射した光は第２のレンズ１６により集光ビームとなり、第２の複屈折結晶板４５に入射する（Ｅ）。ここで偏波保持光ファイバ１２ｅおよび１２ｏからの反射戻り光はその偏波方向を特定できないため、第２の複屈折結晶板４５を透過した光はそれぞれ常光と異常光に分離され、最大４つの光に分離される（Ｄ）。次に１／２波長板を通過することにより、４つの光の偏波方向は時計周りに４５度回転され（Ｃ）、さらに磁気光学結晶１４を通過することにより、４つの光の偏波方向は反時計周りに−４５度回転され、第１の複屈折結晶板４３に入射する（Ｂ）。その後第１の複屈折結晶４３に入射した光の内、２つが異常光となりシフトし（Ａ）、この互いに分離された４つの光は第１のレンズ１６によっても合成されず、光ファイバ１１には結合しない。
【００５５】
以上のようなことにより光ファイバ１１から出射した光は、直交する偏波光に分離され偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏに入射するという偏波分離機能と、偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏから出射した戻り光は、その偏波状態に関係なく光ファイバ１１には入射しないという光アイソレータの機能の両方を本発明の光モジュールは実現する。
【００５６】
本構成の光モジュール４０においては、本発明の第２、第３の実施形態と同様に、同一の光素子部４７を用いて、光の入力ポートと出力ポートの位置を逆に構成するだけで、偏波分離機能から偏波合成機能を有する光モジュールに容易に変更できる。
【００５７】
以上説明した本発明の複屈折結晶板として用いられる材料としては、方解石、ルチル結晶、リチウムナイオベート結晶、などが挙げられる。また磁気光学結晶はビスマス置換希土類ガーネット結晶で、図示していないが磁気光学結晶１４に飽和磁界を与えるために近接して磁石が配置されている。
【００５８】
また出力ファイバとして偏波保持光ファイバを用いたが、十分ファイバが短かく固定されている場合は通常の光ファイバを用いても良い。また、本実施の形態ではレンズを３個用いた構成を示したが、レンズの倍率や焦点距離を選定することにより、入力ポート側に１個、出力ポート側に１個、計２個のレンズを用いたり、あるいは複屈折結晶板と磁気光学結晶の間に１個のレンズのみで構成することも可能である。
【００５９】
次に本発明の光モジュールを用いた光増幅器の実施の形態について、図１３を用いて説明する。
【００６０】
図１３に示す従来の光増幅器１１０に配置される入射側の偏波分離合成光モジュール１１３にかえて、本発明の第２の実施の形態に示した光モジュール２０を用いる。入射側の光モジュール１１３は偏波分離機能と光アイソレータ機能を有する光モジュール２０を用い、出射側の光モジュール１１３には偏波合成機能と光アイソレータ機能を有する光モジュール２０を用いる。
【００６１】
光ファイバ１１１を伝搬してきた光は本発明の光モジュールにより直交する直線偏波光１０５ｅ及び１０５ｏに分離される。光増幅器には半導体光増幅器１１４を用いる。半導体光増幅器１１４ではＴＥモードの光の方が増幅度が高いので、分離後の２つの直線偏波光１０５ｅおよび１０５ｏがそれぞれ半導体光増幅器１１４のＴＥモードになるよう半導体光増幅器１１４を配置して、光増幅器１１０の増幅度が一定となるように構成している。またここで半導体光増幅器１１４の後方にもどる不要な増幅光、あるいは反射戻り光は、本発明の光モジュールのアイソレータ機能により遮断されるため、増幅度の高い、安定した増幅特性を得ることができる。半導体光増幅器１１４で増幅された各偏波光は、本発明の光モジュールで合成され、光ファイバ１１２を伝搬していく。ここで、半導体光増幅器１１４の前方からの反射戻り光も、本発明の光モジュールのアイソレータ機能により遮断されるため、さらに増幅度の高い、安定した増幅特性を得ることができる。
【００６２】
上述のように本発明は、光モジュールで入射光を直交する直線偏波に分離した後、同一の直線偏波状態でそれぞれ半導体光増幅器１１４に入射させて増幅して再び光モジュールで合波することにより、入射光の偏波状態に関係なく一定の増幅が可能となる。さらに本発明の光モジュールの光アイソレータ機能により不要な増幅光や反射戻り光を除去できるため、増幅度の高い、安定した増幅特性が可能となる。また、部品点数が少なく、集積化が可能となる。
【００６３】
また、上述の説明では光増幅器として半導体光増幅器１１４を用いた例について説明したが、偏波面保存ファイバを用いた光ファイバラマン増幅器やブリルアン増幅器等、他の偏波依存性のある光増幅器全てに適用できる。
【００６４】
【実施例】
本発明の実施例として図１に示した光モジュールの試作を行った。各部品と構成について以下に説明する。
【００６５】
偏波保持光ファイバ１２ｅ、１２ｏは０．２５ｍｍの間隔でジルコニアフェルールからなる２芯のガイド部材に固定した。レンズ１６は１倍の集光レンズを入力ポート側に１個、出力ポート側に１個の計２個のレンズ系を採用した。複屈折結晶板１３、１５は、平行平板のルチル結晶を用い、その結晶軸の角度θ＝４５度、厚みｔはＤ＝０．２５ｍｍの偏波分離距離から（１）（２）（３）式を用いて計算し、その結果ｔ＝１．３４ｍｍの厚みとした。
【００６６】
試作した光モジュールの特性を測定した。その結果、出力ポート１２ｅ、１２ｏあわせた光モジュールの過剰損失は０．４ｄＢ、１２ｅ、１２ｏの偏波分離度は約２５ｄＢ、逆方向損失は約４０ｄＢであった。この結果は、従来の偏波分離モジュールと光アイソレータを直列に接続した場合と同等の特性である。
【００６７】
また、その部材点数と工数を比較すると、従来の構成では複屈折結晶板が最低４個、レンズが４個、光ファイバガイド部材が４個必要であったが、本実施例では複屈折結晶板が２個、レンズが２個、光ファイバガイド部材が２個であり、従来に比較して半分の部品点数が実現した。工数は光モジュールの精密調芯、固定の工数は半分以下となった。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、直交する偏波の分離あるいは合成を行う光モジュールにおいて、２個の平行平板複屈折結晶と１個の磁気光学結晶からなる光素子部と、前記光素子部の一方の端に配置される１本の光ファイバと、前記光素子部の他方の端に配置され、それぞれ直交する異なる直線偏波光を伝搬する２本の光ファイバと、からなる構成としたことで、一端の光ファイバから出射した光は、直交する偏波光に分離され他端の２本の光ファイバに入射するという偏波分離機能と、他端の２本の光ファイバから出射した戻り光は、その偏波状態に関係なく一端の光ファイバには入射しないという光アイソレータの機能の両方を有する光モジュールを実現できた。さらに部品点数が少なく、組立工数も大幅に削減できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光モジュールの実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図３】本発明の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図６】第２の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図８】第３の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図９】第３の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】第４の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図１２】第４の実施形態の光モジュールにおける光路と偏波方向について示す図である。
【図１３】従来の半導体光増幅器の構成を示す図である。
【図１４】従来の偏波合成分離用光モジュールの構成を示す図である。
【図１５】従来の光アイソレータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、１００、１１３：光モジュール
１１、１０１、１１１、１１２、１２１、１２２：光ファイバ
１２、１０２：偏波保持光ファイバ
１３、１５、２５、４３、４５、１０３、１２３、１２４、１２５：複屈折結晶板
１４、１２６：磁気光学結晶
１６、１０４：レンズ
１７、２７、４７：光素子部
１２０：光アイソレータ
１０５：光線
１１０：光増幅器
１１４：半導体光増幅器
１２７：磁石
【図１】
2004170798.tif 000003
【図２】
2004170798.tif 000004
【図３】
2004170798.tif 000005
【図４】
2004170798.tif 000006
【図５】
2004170798.tif 000007
【図６】
2004170798.tif 000008
【図７】
2004170798.tif 000009
【図８】
2004170798.tif 000010
【図９】
2004170798.tif 000011
【図１０】
2004170798.tif 000012
【図１１】
2004170798.tif 000013
【図１２】
2004170798.tif 000014
【図１３】
2004170798.tif 000015
【図１４】
2004170798.tif 000016
【図１５】
2004170798.tif 000017