(57)【要約】【課題】簡単に製造することができ、安価な偏光無依存型偏光子を提供する。【解決手段】非偏光、円偏光または直線偏光が入射されたとき、これらの光を予め設定されている偏光方向を持つ光に変換する偏光無依存型偏光子において、少なくとも、入射された光を偏光方向が互いに直交した２つの偏光に分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子から出射される少なくとも一方の偏光を回転させる偏光回転素子と、分離された２つの偏光を近接または合成させる合成素子とを具備し、前記合成素子は少なくとも透過光に対して等方的な媒体から成るプリズムを具備するものである偏光無依存型偏光子。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非偏光、円偏光または直線偏光が入射されたとき、これらの光を予め設定されている偏光方向を持つ光に変換する偏光無依存型偏光子において、少なくとも、入射された光を偏光方向が互いに直交した２つの偏光に分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子から出射される少なくとも一方の偏光を回転させる偏光回転素子と、分離された２つの偏光を近接または合成させる合成素子とを具備し、前記合成素子は少なくとも透過光に対して等方的な媒体から成るプリズムを具備するものであることを特徴とする偏光無依存型偏光子。
【請求項２】
前記偏光分離素子は複屈折結晶から成ることを特徴とする請求項１に記載の偏光無依存型偏光子。
【請求項３】
前記偏光分離素子で分離され、前記合成素子で近接または合成されるまでの２つの偏光の光路長が互いに等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光無依存型偏光子。
【請求項４】
前記合成素子の出射側に偏波面保存ファイバを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の偏光無依存型偏光子。
【請求項５】
前記プリズムは、石英ガラス、硼珪酸ガラス、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット、またはシリコン単結晶から成ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の偏光無依存型偏光子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の偏光無依存型偏光子を具備することを特徴とする光処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば大量の情報を伝送する際に、偏光依存性デバイスが挿入されても、その光学特性を損なうことが無い様に前段に挿入される偏光無依存型偏光子およびこれを具備する光処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送路の途中に変調器等の導波型デバイスを用いる光伝送装置では、偏光子を持つ偏光コントローラ等により、非偏光の光や伝送の途中で乱れた偏光を整えることが必要である。そのため、偏光ビームスプリッタやグラントムソンプリズムなどの偏光子を用いて、入射光から予め設定されている偏光方向を持つ偏光だけを通して、直線偏光の出射光を得ている。しかしながら、このような従来の偏光子においては、偏光子によって必要以外の偏光成分の光がカットされてしまうため、偏光子から出射される光の強度が入射光の１／２程度になってしまう問題があった。
【０００３】
また光ファイバ伝送路では、ファイバの曲がり歪み等により、光ファイバから出射される光の偏光方向が時間と共に変化してしまう。そのため、光ファイバ伝送路から出射される偏光を、上記のような偏光依存性のある偏光子に入射させると、偏光子から出射する光の強度が経時変化し、この偏光子を備えた導波型デバイスからの出射光が変化して、伝送装置全体の特性が変わるといった問題が発生していた。
【０００４】
そこで、入射光の偏光方向が変動したり、回転したりしていても、出力変動が少ない、すなわち入射光の偏光方向に依存しない出力光が得られるようにした偏光無依存型偏光子を得るため、以下のような提案がなされている。
【０００５】
特許文献１では、入射された光を偏光方向が互いに直交した２つの偏光に分離する偏光素子が記載されている。しかし、この偏光子は、入射された光を分離した後、同一の偏光方向を持つ偏光になるように合成させるものではない。そのため偏光子から出射される光の強度が減少してしまう問題は残っていた。
【０００６】
特許文献２では、基本構成は前記特許文献１と同じで、新たに偏光の合成手段として、複屈折素子を用いたことに特徴があり、これにより入射された光を偏光分離素子により分離した後、同一の偏光方向を持つ偏光になるように合成させるものである。
【０００７】
しかし、この偏光子では合成素子として、偏光子を出射する光がちょうど同じ位置に合成されるように、偏光分離素子の約１／２の厚みを持つ複屈折素子を用いている。このため、複屈折結晶の厚み管理、結晶の光学軸管理が煩雑である。また、複屈折結晶を用いる為、高価であることが欠点であった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１８９８８５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４２２５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、前述した従来技術の問題点を解決して、簡単に製造することができ、安価な偏光無依存型偏光子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、非偏光、円偏光または直線偏光が入射されたとき、これらの光を予め設定されている偏光方向を持つ光に変換する偏光無依存型偏光子において、少なくとも、入射された光を偏光方向が互いに直交した２つの偏光に分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子から出射される少なくとも一方の偏光を回転させる偏光回転素子と、分離された２つの偏光を近接または合成させる合成素子とを具備し、前記合成素子は少なくとも透過光に対して等方的な媒体から成るプリズムを具備するものであることを特徴とする偏光無依存型偏光子である（請求項１）。
【００１１】
このように本発明の偏光子は、偏光分離素子により分離された２つの偏光を近接または合成させる合成素子として、従来の複屈折結晶ではなく、少なくとも透過光に対して等方的な媒体から成るプリズムを具備するものとする。このように合成素子として安価な等方的材料から成るプリズムを用いることにより、偏光子全体として安価なものとすることができ、製造も容易なものとなる。また、プリズムの傾斜角度を調整したり、屈折率の大きい材料を用いることにより、偏光子全体として小型化が可能となる。
【００１２】
この場合、前記偏光分離素子は複屈折結晶から成ることが好ましい（請求項２）。
このように偏光分離素子が複屈折結晶から成るものであれば、波長依存性も低く、挿入損失の小さい偏光子とすることができる。
【００１３】
また、この場合、前記偏光分離素子で分離され、前記合成素子で近接または合成されるまでの２つの偏光の光路長が互いに等しいことが好ましい（請求項３）。
このように、分離された２つの偏光の光路長が互いに等しければ、２つの光の光学特性（分散）が一致するため、偏波モード分散特性が良好となり、エラーレートを減少させることができる。
【００１４】
この場合、前記合成素子の出射側に偏波面保存ファイバを具備することが好ましい（請求項４）。
このように、合成素子の出射側に偏波面保存ファイバを具備していれば、出射光の偏光面を保持することができる。
【００１５】
そして、前記プリズムは、石英ガラス、硼珪酸ガラス、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット、またはシリコン単結晶から成るものとすることができる（請求項５）。
【００１６】
このようにプリズムには、石英ガラス、硼珪酸ガラス等の安価な等方的材料を用いることが可能であり、プリズム加工用材料として大型の材料の入手が容易であるため、大量生産が可能である。そのため、低コスト化が容易であり、安価なものとすることができる。さらにプリズムの材料を、屈折率の高いガドリニウム・ガリウム・ガーネットや、さらに屈折率の高いシリコン単結晶にした場合は、プリズムの板厚を薄くすることが可能となり、偏光子をより小型化できる。
【００１７】
さらに本発明は、本発明の偏光無依存型偏光子を具備することを特徴とする光処理装置である（請求項６）。
このように、本発明の偏光無依存型偏光子は入射光の偏光状態の如何にかかわらず出射光を予め設定されている偏光方向に保つことができるため、これを具備する光処理装置も光学特性を均一に保つことが可能となる。また、本発明の偏光子は安価であるため、これを具備する光処理装置も全体として安価なものとすることができる。
【００１８】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明者らは、従来の複屈折結晶から成る合成素子ではなく、透過光に対して等方的な媒体からなるプリズムを組合せて用いることにより、安価で小型な偏光子を得ることができることを発想し、本発明を完成させた。
【００１９】
前述したように、従来の偏光無依存型偏光子は、偏光分離素子で分離した２つの偏光を、複屈折結晶から成る合成素子により合成していた。そのため、高価な複屈折結晶を用いる部分が多く、偏光子全体として高価なものとなるという欠点があった。また、偏光分離素子で分離した２つの偏光を所定の位置で合成させるためには、複屈折結晶の厚みや光学軸を高精度で管理する必要があり、生産過程が煩雑になり生産性が低くなるという欠点もあった。
【００２０】
そこで本発明者は、この合成素子を、従来の複屈折結晶に変えて、透過光に対して等方的な媒体から成るプリズムから成るものとした。このような光学プリズムには安価な等方的材料（例えば、石英ガラス、硼珪酸ガラス）を用いることが可能であり、プリズム加工用材料として大型の材料の入手が容易であるため、大量生産が可能であり、低コスト化が容易である。
【００２１】
また、合成素子としてプリズムを用いれば、透過光の光路を調整することが容易である。また、合成素子の傾斜角度を調整することで、短い光路で大きな光路変動を得ることが可能であるため、偏光子の小型化が可能である。さらに、合成素子のプリズムに屈折率の大きな材料を用いることにより、プリズムの厚みを薄くすることも可能である。
本発明はこのような基本思想に基づき、諸条件を検討の結果、完成したものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明の偏光子の一例を示す図である。図１（ａ）に示すように、本発明の偏光無依存型偏光子は、入射側から、偏光分離素子１、偏光回転素子２および合成素子５から成る。偏光分離素子１は、例えばルチル（ＴｉＯ２）等の複屈折結晶からなり、非偏光、円偏光、直線偏光のいずれが入射されても、入射された光を偏光方向が互いに直交した２つの偏光（常光ｏ、異常光ｅ）に分離するようになっている。
【００２３】
偏光回転素子２は、偏光分離素子１から出射される少なくとも一方の偏光を回転させるようになっている。この図１の例では、異常光ｅを９０度回転させるようになっている。この偏光回転素子は例えば１／２波長板を用いることができるし、ファラデー回転子等の偏光面を回転させる素子でも代用が可能である。
【００２４】
合成素子５は、分離された２つの偏光を近接または合成させるようになっている。ここで、合成素子５が少なくとも透過光に対して等方的な媒体から成るプリズムを具備するのが本発明の偏光子の特徴である。この図１の例では、合成素子５は、入射／出射面が平行であり、入射光路に対して入射／出射面が傾斜しており、矢羽状に貼り合されたプリズム３，４から構成される。
【００２５】
このプリズム３，４は、例えば石英ガラス、硼珪酸ガラス等の安価な等方的材料から成るものとすることができる。このため、偏光子全体として安価なものとすることができる。あるいは、プリズム３，４を、ガドリニウム・ガリウム・ガーネットやシリコン単結晶のような高屈折率の媒体に変えることもできる。この場合、プリズム厚を薄くすることができる。
【００２６】
ここで、図１（ａ）の偏光子に入射した光が伝搬する様子を図１（ｂ）を参照して説明する。まず、偏光分離素子１に入射した光は（α）、偏光分離素子１により、偏光方向が互いに直交した２つの偏光である常光ｏと異常光ｅに分離される（β）。次に偏光分離素子１から出射した光の内、異常光ｅは偏光回転素子２により偏光方向を９０度回転される（γ）。このとき、２つの光の偏光方向は一致する方向にされる。そして合成素子５のプリズム３，４に入射した２つの偏光は、２つの光の間隔を狭められ、出射する（δ）。この近接した光は互いの偏光方向が揃った形で出射していく。
このようにして、本発明の偏光子は、非偏光、円偏光または直線偏光のいずれが入射したとしても、光の強度を劣化させることなく所定の偏光方向の偏光として出射させることができる。
【００２７】
図２は、本発明の偏光子における別の一例を示す概略図である。この例では、合成素子１５は、図１の例と同様の等方的な媒体からなるプリズム１３と、光路に対して垂直な面を有する平行板１６から構成されている。この合成素子の場合、予め、偏光回転素子１２で入射ビームが蹴られることの無い様、プリズム１３は偏光回転素子１２を挿入する光路側とは反対の光路側に配置することが好ましい。このような構成では、プリズム加工をする手間が軽減されるため、偏光子をさらに安価なものとできる。
【００２８】
上記図１および図２の例では、片側の光（図１の例では異常光ｅ）の光路が長くなり、合成素子を透過する２つの光の光学特性（分散）が大きく異なり、偏波モード分散特性が悪化し、エラーレートが増大する場合がある。そこで、そのような場合には図３に示すように、光学特性への影響の大きな偏光分離素子２１，２６を２種類用い、各々の光路長を等しくすることも可能である。これにより、出射される２つの光の光学特性を一致させて偏光子の偏波モード分散特性を向上させ、エラーレートを減少させることができる。
【００２９】
さらに、出射される２つの偏光の光学特性を等しくするために、分離された２つの偏光の両方を偏光回転子により回転させる構成も可能である。例えば、図４は、分離された２つの偏光の光路双方に偏光回転子３２、３７をそれぞれ配置した構成を示す。この例では、偏光回転子である２つの１／２波長板の偏光面回転角の組合せを、例えば、（０度と９０度）、（４５度と４５度）あるいは（９０度と０度）といった形で、２つの偏光回転子３２，３７を出射する偏光の偏光面が一致する配置組合せとすることができる。無論、これらの角度の組合せに限定した物では無く、出射される偏光の偏光面が一致する組合せであれば、どのような組合せでも選択することができる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すような本発明の偏光無依存型偏光子を以下に示す条件で作製した。
・偏光分離素子：材料…ルチル（ＴｉＯ２），サイズ…２×２×５ｍｍ，
常光ｏと異常光ｅの分離距離…約０．５０ｍｍ
・偏光回転素子：材料…１／２波長板，サイズ…１×２×０．０９ｍｍ，
異常光ｅ側の光路に配置
・合成素子：材料…石英ガラス製プリズム，入射部の傾斜角度θ＝１０ｄｅｇ，
板厚ｄ＝４．３ｍｍ，
合成された２つの光の中心軸距離…約０．０３ｍｍ
【００３１】
また、合成素子については、さらに以下の２つの条件で、上記と同様に偏光子を作製した。
・合成素子：材料…ガドリニウム・ガリウム・ガーネット製プリズム，
入射部の傾斜角度θ＝１０ｄｅｇ，板厚ｄ＝２．８ｍｍ，
合成された２つの光の中心軸距離…約０．０３ｍｍ
・合成素子：材料…シリコン単結晶製プリズム，
入射部の傾斜角度θ＝１０ｄｅｇ，板厚ｄ＝１．９５ｍｍ，
合成された２つの光の中心軸距離…約０．０３ｍｍ
【００３２】
以上のようにして作製された偏光子について、挿入損失を測定したところ、上記いずれの偏光子についても、波長１５５０ｎｍでの挿入損失は０．１ｄＢ以下であり、合成素子に安価な等方的な媒体から成るプリズムを使用しているにもかかわらず、従来の合成素子に複屈折結晶を用いた偏光子と同様に小さかった。また、プリズムの材料を高屈折率媒体に変えることで、プリズム厚を薄くすることができた。
【００３３】
（実施例２）
図２に示すように、合成素子５として、常光ｏ側の光路に傾斜平行板から成るプリズム１３、異常光ｅ側の光路に入射光に対して垂直な面を有する平行板１６をそれぞれ配置した偏光無依存型偏光子を以下に示す条件で作製した。
・偏光分離素子：材料…ルチル（ＴｉＯ２），サイズ…２×２×２．５ｍｍ，
常光ｏと異常光ｅの分離距離…約０．５０ｍｍ
・偏光回転素子：材料…１／２波長板，サイズ…１×２×０．０９ｍｍ，
異常光ｅ側の光路に配置
・合成素子
プリズム：材料…石英ガラス製プリズム，入射部の傾斜角度θ＝１０ｄｅｇ，
板厚ｄ＝４．３ｍｍ
平行板：材料…石英ガラス製平行板，入射部の傾斜角度θ＝０ｄｅｇ，
板厚ｄ＝４．３ｍｍ
【００３４】
以上のようにして作製された偏光子について、挿入損失を測定したところ、波長１５５０ｎｍでの挿入損失は０．１ｄＢ以下であり、良好な値が得られた。また、この実施例２では、プリズムを１つだけ用意すればよいため、偏光子の製造工程はさらに簡略化されたものとなった。
【００３５】
（実施例３）
図３に示すように、光学軸の異なる２種類の偏光分離素子２１，２６を用いて、偏光分離素子で分離され、合成素子で合成されるまでの２つの偏光の光路長が互いに等しくなるようにした偏光無依存型偏光子を作製した。作製の条件は、実施例１と同様にし、合成素子には石英ガラス製プリズムを使用した。
【００３６】
以上のようにして作製された偏光子について、挿入損失を測定したところ、波長１５５０ｎｍでの挿入損失は０．１ｄＢ以下であり、良好な値が得られた。また、この偏光子の波長モード分散を測定したところ、０．０４ｐｓ以下と良好な値が得られた。
【００３７】
（実施例４）
図４に示すように、偏光分離素子３６から出射される２つの偏光の光路双方に偏光回転素子３２，３７をそれぞれ配置した偏光無依存型偏光子を作製した。偏光分離素子３１，３６は実施例３の偏光分離素子２１，２６と同様とした。また、偏光回転素子３２，３７はそれぞれの偏光回転角が逆向きに４５度回転するようにし、合成素子を出射した際の２つの偏光の偏光面が一致するようにした。それ以外の条件は実施例３と同様とした。
【００３８】
以上のようにして作製された偏光子について、挿入損失を測定したところ、波長１５５０ｎｍでの挿入損失は０．１ｄＢ以下であり、良好な値が得られた。また、この偏光子の波長モード分散を測定したところ、０．０３ｐｓ以下と良好な値が得られた。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、簡易で大量生産容易な材料により低コストで製造でき、入射光の偏光状態の如何に関わらず、出射光を予め設定されている偏光方向に保つことが出来る偏光子を提供できると共に、これを用いた装置での特性を均一に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光子の概略図であり、（ａ）は本発明の偏光子の一例を示す概略図であり、（ｂ）は本発明の偏光子を伝搬する光の偏光方向を示す図である。
【図２】本発明における偏光子の別の一例を示す概略図である。
【図３】本発明における偏光子の別の一例を示す概略図である。
【図４】本発明における偏光子の別の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，２６，３１，３６…偏光分離素子、
２，１２，２２，３２，３７…偏光回転子、
３，４，１３，２３，２４，３３，３４…プリズム、
５，１５，２５，３５…合成素子、
１６…平行板、
ｏ…常光、  ｅ…異常光。
【図１】
2004157230.tif 000003
【図２】
2004157230.tif 000004
【図３】
2004157230.tif 000005
【図４】
2004157230.tif 000006