(57)【要約】【課題】構成が簡単であって、安価な単一な偏光状態を得る。【解決手段】第１の光ファイバー２２ａに接続されている第１のポート２２と、このポートからの光が入射される偏光解消部２８と、偏光分離部２９と、第２及び第３の光ファイバー２３ａ，２４ａにそれぞれ接続されている第２及び第３のポート２３，２４とを具備し、偏光解消部２８は入射光が時間的に依存なく偏光状態を解消するための手段であり、偏光分離部２９は光透過型光学部材からなると共に上記偏光解消部に対して上記入射光の進行方向側に配置されており、非偏光状態の入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができ、分離された一方の偏光成分は第２のポート２３へ、他方の偏光成分は第３のポート２４へそれぞれ出射可能である。【選択図】　　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光解消部と、偏光分離部とを具備しており、
上記偏光解消部は、入射光を時間的に依存なく非偏光状態にするための手段であり、
上記偏光分離部は上記偏光解消部側からの光が入射可能の位置に配置されており、非偏光状態の入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができる
ことを特徴とする光ディバイス。
【請求項２】
偏光分離部は、分離された二つの偏光成分が内部を透過可能の光透過型であることを特徴とする請求項１記載の光ディバイス。
【請求項３】
偏光分離部は、一方の偏光成分が反射光として、他方の偏光成分が透過光として分離される光反射型であることを特徴とする請求項１記載の光ディバイス。
【請求項４】
偏光分離部で分離された二つの偏光成分は、それぞれ別のポートに出射可能であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の光ディバイス。
【請求項５】
第１、第２及び第３のポートと、第１、第２及び第３のポートにそれぞれ接続されている第１、第２及び第３の光ファイバーとを具備しており、
入射光が上記第１のポートから偏光解消部へ入射可能であり、偏光分離部で分離された二つの偏光成分の一方は第２のポートに、他方は第３のポートにそれぞれ出射可能であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の光ディバイス。
【請求項６】
偏光解消部と、第１及び第２の偏光分離部とを具備しており、
上記偏光解消部は、入射光を時間的に依存なく非偏光状態にするための手段であり、
上記第１の偏光分離部は、非偏光状態の入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができ、
入射光は、上記偏光解消部で非偏光状態となって上記第１の偏光分離部で二つの偏光成分に一定比率に分離され、上記第２の偏光分離部で入射された両偏光成分は結合されて単一偏光となって出射されるものである
ことを特徴とする光ディバイス。
【請求項７】
第１の偏光分離部と第２の偏光分離部との間に回転偏光素子を配置してあり、
上記回転偏光素子は、上記第１の偏光分離部で分離された二つの偏光成分の偏光方向をそれぞれ回転可能であり、
入射光は、上記偏光解消部で非偏光状態となって上記第１の偏光分離部で二つの偏光成分に一定比率に分離され、分離された各偏光成分の偏光方向は上記偏光回転素子で回転され、上記第２の偏光分離部で入射された両偏光成分は結合されて単一偏光となって出射されるものである
ことを特徴とする請求項６記載の光ディバイス。
【請求項８】
第１及び第２の偏光分離部は、複屈折結晶からなる光透過型であることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の光ディバイス。
【請求項９】
第１の偏光分離部で分離された二つの偏光成分の位相調整手段が設けられていることを特徴とする請求項６、請求項７又は請求項８記載の光ディバイス。
【請求項１０】
位相調整手段は、第１及び第２の偏光分離部の各光学軸の向きと長さとから構成されていることを特徴とする請求項９記載の光ディバイス。
【請求項１１】
第１及び第２のポートと、第１及び第２のポートにそれぞれ接続されている第１及び第２の光ファイバーとを具備しており、
入射光が上記第１のポートから偏光解消部へ入射可能であり、第２の偏光分離部で結合された偏光成分は第２のポートに出射可能であることを特徴とする請求項６、請求項７、請求項８、請求項９又は請求項１０記載の光ディバイス。
【請求項１２】
偏光解消部と、偏光分離体とを具備しており、
上記偏光解消部は、第１のポートからの入射光を時間的に依存なく非偏光状態にするための手段であり、
上記偏光分離体は偏光分離部と反射ミラーとを有する多面体で構成されており、
上記偏光分離部は、上記偏光解消部で非偏光状態となって入射される光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができ、一方の偏光成分を反射して第２のポートに向けて進行可能であると共に、他方の偏光成分を透過して上記反射ミラーに向けて進行可能であり、
上記反射ミラーは、上記他方の偏光成分を反射して上記一方の偏光成分と同一の光路へ導くものである
ことを特徴とする光ディバイス。
【請求項１３】
偏光分離部は、光反射型であることを特徴とする請求項１２記載の光ディバイス。
【請求項１４】
偏光分離部は光反射型であり、反射ミラーは第１及び第２の反射ミラーからなり、上記偏光分離部が偏光解消部と対向する偏光分離体の面に設けられており、第１及び第２の反射ミラーが上記偏光分離体の互いに交わる斜面にそれぞれ設けられており、上記第１の反射ミラーは上記偏光分離部で分離された他方の偏光成分を上記第２の反射ミラーに向けて反射可能であり、第２の反射ミラーは第１の反射ミラーで反射した他方の偏光成分を上記偏光分離部に向けて反射可能であることを特徴とする請求項１２記載の光ディバイス。
【請求項１５】
偏光分離部で分離された二つの偏光成分の位相調整手段が上記偏光分離部と第２のポートの間に設けられていることを特徴とする請求項１２、請求項１３又は請求項１４記載の光ディバイス。
【請求項１６】
偏光分離装置と、偏光分離部とを具備しており、
上記偏光分離装置は、入射光を時間的に依存なく二つの偏光成分に一定比率に分離するための手段であり、
上記偏光分離部は上記偏光分離装置から出射される光を入射可能の位置に配置されており、入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができ、
上記偏光分離装置で一定比率に分離された各偏光成分が上記偏光分離部で結合されて単一偏光となって出射される
ことを特徴とする光ディバイス。
【請求項１７】
偏光分離装置は、偏光分離素子と、この偏光分離素子と同一の平面上に配置されているハーフミラーと、上記偏光分離部及びハーフミラーを挟んで一側に配置されている第１の２２．５°ファラデー回転子及び第１の全反射ミラーと、他側に配置されている第２の２２．５°ファラデー回転子及び第２の全反射ミラーとを備えており、
上記偏光分離素子は、第１のポートからの入射光を偏光方向の異なる透過光と反射光の二つの偏光成分に分離する機能を備えており、
上記第１の２２．５°ファラデー回転子は上記偏光分離素子で分離された反射光である一方の偏光成分を２２．５°回転可能であり、上記第２の２２．５°ファラデー回転子は透過光である他方の偏光成分を２２．５°回転可能であり、上記第１及び第２の２２．５°ファラデー回転子における各偏光成分の回転方向は単一偏光となる方向であり、
上記第１の全反射ミラーは上記第１の２２．５°ファラデー回転子で回転されこれを通過する上記一方の偏光成分をこの第１の２２．５°ファラデー回転子及び上記ハーフミラーに向けて反射可能であり、上記第２の全反射ミラーは上記第２の２２．５°ファラデー回転子で回転されこれを通過する上記他方の偏光成分をこの第２の２２．５°ファラデー回転子及び上記ハーフミラーに向けて反射可能であり、
上記ハーフミラーは、上記第１の全反射ミラーで反射して上記第１の２２．５°ファラデー回転子で再度回転して入射する一方の偏光と、上記第２の全反射ミラーで反射して上記第２の２２．５°ファラデー回転子で再度回転して入射する他方の偏光とを結合可能であり、
上記ハーフミラーで結合されて単一偏光となった光は反射光及び透過光として第１及び第２の出射ポートからそれぞれ出力される
ことを特徴とする請求項１６記載の光ディバイス。
【請求項１８】
偏光分離部は、複屈折結晶からなる光透過型光学部材からなることを特徴とする請求項１６又は請求項１７記載の光ディバイス。
【請求項１９】
偏光分離装置と偏光分離部との間に位相補償素子を設けてあり、この位相補償素子は上記偏光分離装置で分離された二つの偏光成分の位相を調整するために、少なくともいずれか一方の偏光成分の光路上に配置されていることを特徴とする請求項１６、請求項１７又は請求項１８記載の光ディバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信機器、光情報処理機器、光学的分析機器などに用いられる光ディバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単一偏波ロッカーと呼ばれている光ディバイスとして、偏光子、１／４波長板、１／２波長板、検光子、ハーフミラー、ディテクター及び現在状態の偏光状態をフィードバックするための制御回路で構成されているものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の第一の課題は、電気的なフィードバック回路を用いるために、機能の遅延が存在し、常に単一な偏光状態を維持することが容易ではなく、構成が複雑なものとなっていることである。そして第二の課題は、多くの光学素子とフィードバック回路とを用いる構成であることから、高価なものとなることである。
本発明の目的は、構成が簡単であって、安価な単一な偏光状態を得ることができる光ディバイスを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ディバイスは、偏光解消部と、偏光分離部とを具備しているものである。上記偏光解消部は、入射光を時間的に依存なく非偏光状態（無偏光状態及びランダム偏光状態を含む。）にするための手段である。上記偏光分離部は上記偏光解消部側からの光が入射可能の位置に配置されており、非偏光状態の入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができる。
本発明の光ディバイスは、偏光解消部と、第１及び第２の偏光分離部とを具備しているものである。上記偏光解消部は、入射光を時間的に依存なく非偏光状態（無偏光状態及びランダム偏光状態を含む。）にするための手段である。上記第１の偏光分離部は、非偏光状態の入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができる。入射光は、上記偏光解消部で非偏光状態となって上記第１の偏光分離部で二つの偏光成分に一定比率に分離され、上記第２の偏光分離部で入射された両偏光成分は結合されて単一偏光となって出射されるものである。
本発明の光ディバイスは、偏光解消部と、第１及び第２の偏光分離部と、回転偏光素子とを具備しているものである。上記偏光解消部は、入射光を時間的に依存なく非偏光状態（無偏光状態及びランダム偏光状態を含む。）にするための手段である。上記第１の偏光分離部は、非偏光状態の入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができる。上記回転偏光素子は上記第１の偏光分離部と第２の偏光分離部との間に配置されており、上記第１の偏光分離部で分離された二つの偏光成分の偏光方向をそれぞれ回転可能である。入射光は、上記偏光解消部で非偏光状態となって上記第１の偏光分離部で二つの偏光成分に一定比率に分離され、分離された各偏光成分の偏光方向は上記偏光回転素子で回転され、上記第２の偏光分離部で入射された両偏光成分は結合されて単一偏光となって出射されるものである。
本発明の光ディバイスは、偏光解消部と、偏光分離体とを具備している。上記偏光解消部は、第１のポートからの入射光を時間的に依存なく非偏光状態（無偏光状態及びランダム偏光状態を含む。）にするための手段である。上記偏光分離体は偏光分離部と反射ミラーとを有する多面体で構成されている。上記偏光分離部は、上記偏光解消部で非偏光状態となって入射される光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができ、一方の偏光成分を反射して第２のポートに向けて進行可能であると共に、他方の偏光成分を透過して上記反射ミラーに向けて進行可能である。上記反射ミラーは上記他方の偏光成分を反射して上記一方の偏光成分と同一の光路へ導くものである。
本発明の光ディバイスは、偏光分離装置と、偏光分離部とを具備している。上記偏光分離装置は、入射光を時間的に依存なく二つの偏光成分に一定比率に分離するための手段である。上記偏光分離部は上記偏光分離装置から出射される光を入射可能の位置に配置されており、入射光を二つの偏光成分に一定比率に分離することができる。上記偏光分離装置で一定比率に分離された各偏光成分が上記偏光分離部で結合されて単一偏光となって出射される。
【０００５】
【作用】
光ディバイスにおいて、円偏光や直線偏光など任意の偏光状態にある入射光は、偏光解消部によって時間的に依存なく非偏光状態となって、偏光分離部によって二つの偏光成分に一定比率に分離されて、それぞれに単一偏光が形成される。光ディバイスにおいて、上記分離された偏光成分を結合するための結合手段を有するものにあっては、偏光分離部によって二つの偏光成分に一定比率に分離されてから、二つの偏光成分は結合されて単一偏光となってポートより出力される。
光ディバイスにおいて、円偏光や直線偏光など任意の偏光状態にある入射光は、偏光分離装置によって時間的に依存なく二つの偏光成分に一定比率に分離されて、上記分離された偏光成分は結合手段によって結合されて単一偏光となってポートより出力される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に示す光ディバイスＡについて説明する。
光ディバイスＡは、光導波路である第１及び第２の光ファイバー１ａ，２ａと、第１及び第２のレンズ３，４と、偏光解消部５、第１及び第２の偏光分離部６，７と、偏光回転素子８とを具備している。
第１の光ファイバー１ａは入射ファイバーであり、例えばシングルモードファイバーが用いられており、光ディバイスＡの第１のポート１に接続されている。第２の光ファイバー２ａは出射ファイバーであり、例えば偏光保持ファイバーが用いられており、光ディバイスＡの第２のポート２に接続されている。
第１及び第２のレンズ３，４と、偏光解消部５と、第１及び第２の偏光分離部６，７と、偏光回転素子８とは、図１左右両側に位置している第１及び第２の光ファイバー１ａ，２ａの間に配置されており、そしてこれらの各構成素子３，４，５，６，７，８はいずれも光路上に配置されている。
第１のレンズ３は、第１の光ファイバー１ａと偏光解消部５との間に配置されている。第２のレンズ４は、第２の偏光分離部７と第２の光ファイバー２ａとの間に配置されている。
偏光解消部５は第１のレンズ３と第１の偏光分離部６との間に配置されており、第１のポート１から入射した光を時間的に依存なく非偏光の状態にする機能を備えている。
第１及び第２の偏光分離部６，７は、偏光解消部５と第２のレンズ４との間に配置されている。偏光回転素子８は、第１及び第２の偏光分離部６，７間に挟持されている。
図１及び図２に示すように、第１及び第２の偏光分離部６，７は、いずれも例えばルチルのような複屈折結晶などの光透過型光学部材からなる。第１の偏光分離部６と第２の偏光分離部７とは本例では等長の複屈折結晶を用いており、さらに第１の偏光分離部６の光学軸９と第２の偏光分離部７の光学軸１０とは同一方向であり、いずれの光学軸も図２では右肩下がりの斜線で示されている。第１の偏光分離部６は、入射光を５０：５０の比率の二つの偏光成分に分離可能である。第１の偏光分離部６では、第１の光ファイバー１ａからの入射光を５０：５０の比率で垂直偏光成分と水平偏光成分に分離する。第１の偏光分離部６の分離ポイントＰで分離された一方の偏光成分はｐ波となって光路１１ａを進み、また他方の偏光成分はｓ波となって光路１１ｃを進み、いずれの偏光成分も偏光回転素子８に入射可能である。
また偏光回転素子８は、本例ではファラデー回転子が用いられている。偏光回転素子８は入射する各偏光成分の各偏光方向を９０°回転させる。各偏光成分は、偏光回転素子８を通過し第２の偏光分離部７に入射した時点では、偏光方向が９０°回転されるため、すなわち、垂直偏光成分及び水平偏光成分の各偏光方向が当初の方向を基点として逆転することになるから、上記ｐ波は第２の偏光分離部７では、ｓ波となって光路１１ｂを進み、また第１の偏光分離部６内を進む上記ｓ波はｐ波となって光路１１ｄを進み、そして分離方向が逆となった結果、両偏光成分は第２の偏光分離部７の結合ポイントＤで結合可能である。
結合された偏光成分は単一直線偏光となって第２のレンズ４を介して第２のポート２に至り、第２の光ファイバー２ａへ出射可能となる。
第１の偏光分離部６と第２の偏光分離部７のそれぞれの長さは、下記の式が成立するように設定されている。
光路１１ａ＋光路１１ｂ＝光路１１ｃ＋光路１１ｄ＝ｎλ
ただし、ｎは自然数である。
【０００７】
光ディバイスＡの作用について図１〜図４を参照して説明する。
図２において、破線は水平偏光成分を、二点鎖線は垂直偏光成分をそれぞれ示し、また図３及び図４において、破線は垂直偏光成分を、二点鎖線は水平偏光成分をそれぞれ示し、図３では合成偏光成分を実線で示している。
第１のポート１から第１のレンズ３を経て偏光解消部５を通過した光は非偏光の状態になって第１の偏光分離部６へ入射し、分離ポイントＰ（図１）で光は垂直偏光成分と水平偏光成分との二つの偏光成分に分離される。
一方の垂直偏光成分は光路１１ａを進んで偏光回転素子８に入射し、９０°回転して第２の偏光分離部７に入射し、光路１１ｂを進んで結合ポイントＤに至る。
他方の水平偏光成分は光路１１ｃを進んで偏光回転素子８に入射し、９０°回転して第２の偏光分離部７に入射し、光路１１ｄを進み、結合ポイントＤにおいて、上記一方の偏光成分と結合（合成）される。
このように、第１の偏光分離部６で分離された垂直偏光成分と水平偏光成分とは偏光回転素子８を通過する時点で、偏光方向が互いに逆転され、第２の偏光分離部７の結合ポイントＤで結合され、単一直線偏光となって第２のレンズ４で集光され、第２のポート２を経て第２の光ファイバー２ａに出射される。
【０００８】
光ディバイスＡにおいて、第１のポート１からの入射光の偏光を解消するための偏光解消部５を用いているので、入射光の偏光状態が直線偏光や円偏光など如何なる状態にあっても、第２のポート２からの出射光の偏光状態が上記入射光の偏光状態に依存されることがなく、特定の偏光状態にして出力可能となる。つまり、光ディバイスＡでは、偏光解消部５によって時間的に依存なく非偏光状態（無偏光状態及びランダム偏光状態を含む。）にすることができ、第１のポート１に入射される光の偏光状態が任意であっても、第２のポート２から出射する光の偏光方向の角度を一定にすることが可能となる。
光ディバイスＡにおいて、第１の偏光分離部６の分離ポイントＰにて入射光を一定比率、本例では同一比率（５０：５０）の二つの偏光成分に分離可能であり、この結果時間に依存することなく、第２のポート２から出射する偏光のエネルギー比率を一定にすることができる。
光ディバイスＡにおいて、第１の偏光分離部６の他に、第２の偏光分離部７を用いて結合ポイントＤで結合された一方の偏光成分と他方の偏光成分とは、それぞれが辿る光路１１ａ，１１ｂと光路１１ｃ，１１ｄとの長さが等しく、同位相かつ直交しているために、双方の偏光方向の角度はｐ波及びｓ波に対して一定の角度（本例では４５°）の直線偏光として出射されて、検出可能となる。この結果、分離した偏光成分をエネルギー損失なく偏光の状態を維持しながら結合させることができる。つまり、光ディバイスＡにおいて、分離された二つの偏光成分の光路長を等しく設定して結合ポイントＤで結合することにより、上記二つの直線偏光成分の位相差を調整することにより、特定の偏光状態の損失をなくすことができる。
上記構成の光ディバイスＡは、任意の偏光状態にある入射光を特定の偏光状態の単一偏光として出力させる機能と、光量の損失がない一定の比率の単一偏光を出力させる機能とを備えている。
図１に示す例では、第１及び第２のポート１，２に第１及び第２の光ファイバー１ａ，２ａが接続されているが、これらの光ファイバーの双方又はその一方をフォトダイオードなどの光半導体と置き換えても良い。第１及び第２のポート１，２の何れか一方のみに光導波路を接続するものであっても良い。
偏光解消部５は、入射光を時間的に依存なく非偏光状態にするための手段である限り、単一部材で構成されているものと、複数の部材を組み合わせて構成されたものとの双方を含むものである。偏光解消部５は、図１では第１のレンズ３と第１の偏光分離部６の間に配置されているが、その位置は図示の例に限定されない。例えば偏光解消部５は、第１のポート１と第１のレンズ３との間に設けても良い。
第１の偏光分離部６と、二つの偏光成分を結合するための結合手段である第２の偏光分離部７とは、いずれも単一部材で構成されたものと、複数の部材を組み合わせ構成されたものとの双方を含むものである。
偏光回転素子８は、図示するファラデー回転子の他に、波長板、旋光子、カー回転子などが含まれる。
分離された二つの偏光成分が同位相となるための手段の例としては上例に限られず、いずれか一方の偏光成分の速度を遅らせるために例えば第２の偏光分離素子と第２のレンズの間に位相補償素子を配置しても良い。
【０００９】
光ディバイスＡ１について図５及び図６を参照して説明する。
光ディバイスＡ１は、光導波路である第１及び第２の光ファイバー１２ａ，１３ａと、第１及び第２のレンズ１４，１５と、偏光解消部１６と、第１及び第２の偏光分離部１７，１８と、位相補償素子１９とを具備している。
図６において、破線は水平偏光成分を、二点鎖線は垂直偏光成分をそれぞれ示している。
光ディバイスＡ１において、第１の光ファイバー１２ａは前記第１の光ファイバー１ａと、第２の光ファイバー１３ａは、前記第２の光ファイバー２ａと、偏光解消部１６は前記偏光解消部５とにそれぞれに対応している。このため、第１及び第２の光ファイバー１２ａ，１３ａ、そして偏光解消部１６に関する詳細な説明は省略する。
第１及び第２の偏光分離部１７，１８は、例えばルチルのような複屈折結晶からなる光透過型光学部材からなる。第１の偏光分離部１７の光学軸２０ａと第２の偏光分離部１８の光学軸２０ｂとは図６に示すように、第１の偏光分離部１７の光軸に対してハの字又は逆ハの字（図示の例ではハの字）に配置されている。第１及び第２の偏光分離部１７，１８はいずれも入射光を５０：５０の比率の二つの偏光成分に分離可能である。第１の偏光分離部１７では第１の光ファイバー１２ａからの入射光を５０：５０の比率で垂直偏光成分と水平偏光成分に分離する。第１の偏光分離部１７の分離ポイントＰで分離された一方の偏光成分はｐ波となって光路２１ａを進み、また他方の偏光成分はｓ波となって光路２１ｃを進み、いずれの偏光成分も第２の偏光分離部１８に入射可能である。
また光路２１ａを辿る一方の偏光成分の上記ｐ波は第２の偏光分離部１８内を直進して光路２１ｂを進み、そして光路２１ｃを辿る他方の偏光成分の上記ｓ波は第２の偏光分離部１８内の光路２１ｄを進み、両偏光成分は第２の偏光分離部１８の結合ポイントＤで結合可能である。
結合された偏光成分は位相補償素子１９を通過して同位相な単一偏光となって第２のレンズ１５を介して第２のポート１３に至り、第２の光ファイバー１３ａへ出射可能となる。
光ディバイスＡ１において、第１のポート１２からの入射光の偏光を解消するための偏光解消部１６を用いているので、入射光の偏光状態が直線偏光や円偏光など如何なる状態にあっても、第２のポート１３からの出射光の偏光状態が上記入射光の偏光状態に依存されることがなく、特定の偏光状態にして出力可能となる。偏光解消部１６は、これに入射された光を時間的に依存なく非偏光状態（無偏光状態及びランダム偏光状態を含む。）とするものである。光ディバイスＡ１では、第１のポート１２に入射される光の偏光状態が任意であっても、第２のポート１３から出射する光の偏光方向の角度を一定にすることが可能となる。
光ディバイスＡ１において、第１の偏光分離部１７の分離ポイントＰにて入射光を一定比率、本例では同一比率（５０：５０）の二つの偏光成分に分離可能であり、この結果時間に依存することなく、第２のポート１３から出射する偏光のエネルギー比率を一定にすることができる。
光ディバイスＡ１において、第２の偏光分離部１８と第２のレンズ１５の間に位相補償素子１９を配置して、分離ポイントＰで分離された二つの偏光成分の位相差を調整している。位相補償素子１９の配置位置は、第２のレンズと第２のポート１３との間であっても良い。
上記構成の光ディバイスＡ１は、任意の偏光状態にある入射光を特定の偏光状態の単一偏光として出力させる機能と、光量の損失がない一定の比率の単一偏光を出力させる機能とを備えている。
第１の偏光分離部１７と、二つの偏光成分を結合するための結合手段である第２の偏光分離部１８とは、いずれも単一部材で構成されたものと、複数の部材を組み合わせ構成されたものとの双方を含むものである。
【００１０】
図７に示す光ディバイスＡ２について説明する。
光ディバイスＡ２は、第１、第２及び第３のポート２２，２３，２４にそれぞれ接続されている光導波路である第１、第２及び第３の光ファイバー２２ａ，２３ａ，２４ａと、第１、第２及び第３のレンズ２５，２６，２７と、偏光解消部２８と、透過型の偏光分離部２９とを具備している。
第１の光ファイバー２２ａは前記第１の光ファイバー１ａと、第２及び第３の光ファイバー２３ａ，２４ａは、前記第２の光ファイバー２ａと、偏光解消部２８は前記偏光解消部５と、偏光分離部２９は、前記第１の偏光分離部６とそれぞれ実質的に同一構成である。
このため、第１、第２及び第３の光ファイバー２２ａ，２３ａ，２４ａ、そして偏光解消部２８、さらに偏光分離部２９に関する詳細な説明は省略する。
光ディバイスＡ２において、第１の光ファイバー２２ａから入射される光は、第１のポート２２から第１のレンズ２５を通過して偏光解消部２８に入射される。偏光解消部２８に入射された光は時間的に依存なく非偏光状態（無偏光状態及びランダム偏光状態を含む。）となって偏光分離部２９に入射され、分離ポイントＰにおいて、一定比率、本例では同一比率（５０％ずつ）の二つの単一偏光に分離されて、一方の偏光成分はｐ波となって第２のレンズ２６に集光されて第２のポート２３を経て第２の光ファイバー２３ａへ出射される。分離された他方の偏光成分はｓ波となって第３のレンズ２７に集光されて第３のポート２４を経て第３の光ファイバー２４ａへ出射される。
上記構成の光ディバイスＡ２によれば、第１のポートから入射される光の偏光状態がどのようなものであっても、第２及び第３のポート２３，２４から単一の偏光として出射可能であり、出射の偏光状態が入射の偏光状態に依存しない。
【００１１】
図８に示す光ディバイスＡ３について説明する。
光ディバイスＡ３は、第１及び第２のポート３０，３１にそれぞれ接続されている光導波路である第１及び第２の光ファイバー３０ａ，３１ａと、偏光解消部３２と、偏光分離体３３と、位相補償素子３６とを具備している。
第１の光ファイバー３０ａは、前記第１の光ファイバー１ａと、第２の光ファイバー３１ａは、前記第２の光ファイバー２ａと、偏光解消部３２は前記偏光解消部５とそれぞれ実質的に同一構成である。
このため、第１及び第２の光ファイバー３０ａ，３１ａ、そして偏光解消部３２に関する詳細な説明は省略する。
偏光解消部３２は、第１のポート３０と偏光分離体３３との間に配置されている。
偏光分離体３３は多面体、例えばプリズムからなる。偏光分離体３３は、偏光分離部である反射型の偏光分離膜３４と、第１及び第２の反射ミラー３５ａ，３５ｂとを設けてある。偏光分離膜３４は、偏光解消部３２と対向する側の偏光分離体３３の面に形成されている。偏光分離膜３４は、例えばフォトニック結晶からなる。第１及び第２の反射ミラー３５ａ，３５ｂは、偏光分離膜３４側の面と対向する側であって互いに交わる方向に設けられている偏光分離体３３の各斜面に形成されている。偏光分離体３３への入射光は、偏光分離膜３４の分離ポイントＰで一定の比率（５０％ずつ）で二つの偏光成分に分離され、一方の偏光成分は反射光となって位相補償素子３６を介して第２のポート３１側に出射可能であり、他方の偏光成分は偏光分離膜３４を透過して第１の反射ミラー３５ａで反射され、さらに第２の反射ミラー３５ｂで反射され、偏光分離膜３４の分離ポイントＰへ進行し、一方の偏光成分の光路と同一光路に導かれる。
透過する他方の偏光成分が光路３７ａ，３７ｂ，３７ｃを辿って、分離ポイントＰで直線偏光とするための条件は、光路３７ａ＋光路３７ｂ＋光路３７ｃ＝ｎλ（ｎは自然数である。）となるように、角度α、β、θを所定の値に設定する必要がある。
上記構成の光ディバイスＡ３において、第１の光ファイバー３０ａに入射された光は第１のポート３０から、偏光解消部３２によって時間的に非偏光（無偏光及びランダム偏光を含む）な状態となって反射型の偏光分離膜３４の分離ポイントＰで直交する二つの直線偏光成分にそれぞれ５０％の比率で分離される。同位相とするために、一方の偏光成分は偏光分離膜３４にて反射されてＴｅ波となって位相補償素子３６を経て第２のポート３１から第２の光ファイバー３１ａに出射される。他方の偏光成分は偏光分離膜３４を透過され、Ｔｍ波となって偏光分離体３３内における第１、第２及び第３の光路３７ａ，３７ｂ，３７ｃを辿って、再び分離ポイントＰに戻る。即ち、偏光分離膜３４を透過された他方の偏光成分は、Ｔｍ波となってまず第１の反射ミラー３５ａで反射され、ついで第２の反射ミラー３５ｂで反射され、再び分離ポイントＰに戻る。分離ポイントＰに戻った他方の偏光成分は、一方の偏光成分と同一の光路を進んで位相補償素子３６を経て第２のポート３１から第２の光ファイバー３１ａに出射される。この時、Ｔｅ波とＴｍ波は同位相とすることが可能である。
光ディバイスＡ３によれば、第１の光ファイバー３０ａから入射される光は偏光解消部３２によって時間的に依存なく非偏光状態となって偏光分離膜３４に入射可能となる。
光ディバイスＡ３によれば、分離ポイントＰにおいて、同一比率（５０％ずつ）の二つの単一直線偏光に分離され、一方の直線偏光はＴｅ波となって第２のポート３１に至るが、他方の直線偏光はＴｍ波となって偏光分離体３３を透過し反射して再び分離ポイントＰに戻り、このＴｍ波は位相補償素子３６を通過した後、Ｔｅ波との位相差がなくなり、第２のポート３１で結合される。第２のポート３１へ至った出射光は、その偏光方向の角度がＴｅ波及びＴｍ波に対して常に時間に依存されることなく一定角度（４５°）の直線偏光として検出可能である。上記構成の光ディバイスＡ３によれば、第１のポートから入射される光の偏光状態がどのようなものであっても、単一の直線偏光として出射可能であり、出射の偏光状態が入射の偏光状態に依存しない。
偏光分離部は図示の例では、反射型の偏光分離膜３４で構成されているが、必ずしもこの例に限定されない。偏光分離部としては、例えば偏光分離体３３の面をエッチング処理して形成した反射型の偏光分離手段などであっても良い。
【００１２】
図９に示す光ディバイスＡ４について説明する。
光ディバイスＡ４は、第１、第２及び第３のポート３８，３９，４０にそれぞれ接続されている光導波路である第１、第２及び第３の光ファイバー３８ａ，３９ａ，４０ａと、偏光解消部４１と、偏光分離体４２とを具備している。
第１の光ファイバー３８ａは前記第１の光ファイバー１ａと、第２及び第３の光ファイバー３９ａ，４０ａは、前記第２の光ファイバー２ａと、偏光解消部４１は前記偏光解消部５とそれぞれ実質的に同一構成である。
このため、第１、第２及び第３の光ファイバー３８ａ，３９ａ，４０ａ、そして偏光解消部４１に関する詳細な説明は省略する。
偏光解消部４１は、第１のポート３８と偏光分離体４２との間に配置されている。
偏光分離体４２は多面体からなり、光反射型の偏光分離部である反射型の偏光分離膜４３を設けてある。偏光分離膜４３は、例えばフォトニック結晶からなる。偏光分離膜４３は、偏光解消部４１と対向する側の偏光分離体４２の面に形成されている。偏光分離体４２への入射光は、偏光分離膜４３の分離ポイントＰで一定の比率（５０％ずつ）で二つの偏光成分に分離され、一方の偏光成分は反射光となって第２のポート３９側に出射可能であり、他方の偏光成分は偏光分離膜４３を透過して偏光分離体４２を通過して斜面４４から第３のポート４０へ出射可能である。
光ディバイスＡ４において、第１の光ファイバー３８ａから入射される光は、第１のポート３８から偏光解消部４１に入射される。偏光解消部４１に入射された光は時間的に依存なく非偏光状態となって偏光分離体４２の偏光分離膜４３に入射され、分離ポイントＰにおいて、同一比率（５０％ずつ）の二つの単一偏光に分離される。分離された一方の偏光成分はＴｅ波となって第２のポート３９に至り、ここから第２の光ファイバー３９ａへ出射される。分離された他方の偏光成分はＴｍ波となって偏光分離膜４３を透過して、偏光分離体４２内の光路４５を辿って斜面４４から第３のポート４０に至り、ここから第３の光ファイバー４０ａへ出射される。
上記構成の光ディバイスＡ４によれば、第１のポート３８から入射される光の偏光状態がどのようなものであっても、第２及び第３のポート３９，４０から単一の偏光として出射可能であり、出射の偏光状態が入射の偏光状態に依存しない。
偏光分離体４２は必ずしも図示するように多面体からなるものである必要はなく、平板体からなるものであっても良い。偏光分離部としては、偏光分離膜４３に限られず、例えば偏光分離体４２の面をエッチング処理して形成した反射型の偏光分離手段などであっても良い。
【００１３】
光ディバイスＡ５について図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０に示す光ディバイスＡ５は、第１及び第２のポート４６，４７にそれぞれ接続されている光導波路である第１及び第２の光ファイバー４６ａ，４７ａと、偏光分離装置４８、第１、第２及び第３のレンズ４９，５０，５１、位相補償素子５２及び結合手段である偏光分離部５３を具備している。
第１及び第２の光ファイバー４６ａ，４７ａは、図１に示す第１及び第２の光ファイバー１ａ，２ａと同一構成である。
【００１４】
偏光分離装置４８は図１０左側に配置されている第１のポート４６から光が入射可能である。偏光分離装置４８は入射光を時間的に無依存であって二つの単一偏光に一定比率に分離する手段である。
ここで、偏光分離装置４８を主に図１１を参照して説明する。
偏光分離装置４８は、偏光分離素子５４と、ハーフミラー５５と、第１及び第２の２２．５°ファラデー回転子５６，５７と、第１及び第２の全反射ミラー５８，５９と、第１及び第２のガラス体６２，６３とを具備している。
偏光分離素子５４である偏波ビームスプリッタは、例えばフォトニック結晶や誘電体多層膜などのような光学素子からなるものである。フォトニック結晶は加工性及び量産性に優れており、偏光分離素子５４の材質の一つとして望ましい。偏光分離素子５４は、第１のポートである入射ポート４６からの入射光を互いに異なる偏光方向の成分毎に一定の比率（５０：５０）に分離する機能を備えている。偏光分離素子５４において、分離された二つの直線偏光成分のうち、その一方の偏光成分は反射光として第１の２２．５°ファラデー回転子５６に入射可能であり、他方の偏光成分は透過光として第２の２２．５°ファラデー回転子５７に入射可能である。
ハーフミラー５５は偏光分離素子５４と同一の平面上に配置されており、図示の例ではこの偏光分離素子の上端面上に配置されている。ハーフミラー５５は、後述するように両面側から入射する各偏光を合波して、これを２分割して反射光及び透過光とする機能を備えている。ハーフミラー５５は、偏光分離素子５４と共に、図上下方向に板体を形成し、この板体の両側から第１及び第２のガラス体６２，６３によって挟むように保持されている。
第１の２２．５°ファラデー回転子５６と第２の２２．５°ファラデー回転子５７とは、偏光分離素子５４及びハーフミラー５５を挟んで対向して配置されている。すなわち、第１の２２．５°ファラデー回転子５６は第１のガラス体６２の外側面（図左側面）に、第２の２２．５°ファラデー回転子５７は第２のガラス体６３の外側面（図右側面）に、それぞれ隣接して配置されている。第１及び第２の２２．５°ファラデー回転子５６，５７はガーネットなどのような光学部材からなる。第１の２２．５°ファラデー回転子５６は入射される一方の偏光成分（反射光）を２２．５°回転可能である。第２の２２．５°ファラデー回転子５７は入射される他方の偏光成分（透過光）を２２．５°回転可能である。第２の２２．５°ファラデー回転子５７による他方の偏光の回転方向は第１の２２．５°ファラデー回転子５６による一方の偏光のそれと相反的である。
第１の全反射ミラー５８は第１の２２．５°ファラデー回転子５６の外側面（図左側面）に、第２の全反射ミラー５９は第２の２２．５°ファラデー回転子５７の外側面（図右側面）にそれぞれ一体化した状態で隣接して配置されている。第１の全反射ミラー５８は、第１の２２．５°ファラデー回転子５６を通過した一方の偏光成分をこの第１の２２．５°ファラデー回転子５６側へ折り返すと共に、ハーフミラー５５に向けて全反射可能である。第２の全反射ミラー５９は、第２の２２．５°ファラデー回転子５７を通過した他方の偏光成分をこの第２の２２．５°ファラデー回転子５７側へ折り返すと共に、ハーフミラー５５に向けて全反射可能である。
第１及び第２の２２．５°ファラデー回転子５６，５７は第１及び第２のマグネット６０，６１によってそれぞれ囲まれている。
ハーフミラー５５で反射した偏光成分は第１の出射ポート６４へ出力され、また透過した偏光は第２の出射ポート６５へ出力される。
入射ポート４６、第１の出射ポート６４及び第２の出射ポート６５はいずれも光導波路、例えば光ファイバー４６ａ，６４ａ，６５ａに接続されている。
【００１５】
偏光分離装置４８による偏光分離作用について説明する。
第１のポートである入射ポート４６から第１のガラス体６２を経て偏光分離素子５４へ入射した光は互いに偏光方向の異なる二つの直線偏光成分に分離される。
分離された一方の偏光成分は、反射光となって第１の２２．５°ファラデー回転子５６を通過し、第１の全反射ミラー５８で全反射し、再びこの第１の２２．５°ファラデー回転子を通過し、ハーフミラー５５に入射する。上記一方の偏光成分は、第１の２２．５°ファラデー回転子５６を通過する往路過程において、−２２．５°回転する。そして一方の偏光成分は、復路過程において、さらに−２２．５°回転する。結局、一方の偏光成分は、−４５°回転した状態でハーフミラー５５に入射する。
分離された他方の偏光成分は、透過光となって第２の２２．５°ファラデー回転子５７を通過し、第２の全反射ミラー５９で全反射し、再びこの第２の２２．５°ファラデー回転子を通過し、ハーフミラー５５に入射する。上記他方の偏光成分は、第２の２２．５°ファラデー回転子５７を通過する往路過程において、＋２２．５°回転する。そして他方の偏光成分は、復路過程において、さらに＋２２．５°回転する。結局、他方の偏光成分は、＋４５°回転した状態でハーフミラー５５に入射する。
双方の偏光成分はハーフミラー５５で結合（合波）され、５０％ずつ反射及び透過されて、それぞれ単一直線偏光として第１及び第２の出射ポート６４，６５に出力される。
このように偏光分離装置４８は、入射ポート４６からの入力光を時間に依存されることなく、同一比率の二つの単一直線偏光成分に分離して、そして第１及び第２の出射ポート６４，６５から出力可能とするものである。
【００１６】
図１０において、位相補償素子５２は第２のレンズ５０と偏光分離部５３の間に挿入されている。偏光分離装置４８で分離された一方の偏光成分は、第１の出射ポート６４、光ファイバー６４ａ及び第１のレンズ４９を経て直接偏光分離部５３へ入射可能であり、他方の偏光成分は第２の出射ポート６５、光ファイバー６５ａ、第２のレンズ５０及び位相補償素子５２を経て偏光分離部５３へ入射可能である。上記一方の偏光成分と他方の偏光成分との位相差は、本例では他方の偏光成分の光路中に位相補償素子５２を介在させたことによって、調整可能としている。
偏光分離部５３は、例えばルチルのような複屈折結晶からなる光透過型光学部材からなる。偏光分離部５３は、入射光を互いに９０°異なる偏光方向の偏光成分（垂直偏光成分と水平偏光成分）にかつ５０：５０の比率に分離可能のものである。偏光分離部５３では入射された一方の偏光成分はｓ波となって光路６６ｂを進み、また他方の偏光成分はｐ波となって光路６６ａを進み、両偏光成分は結合ポイントＤで結合可能である。
【００１７】
光ディバイスＡ５の作用について説明する。
第１の光ファイバー４６ａから入射した光は、第１のポート４６から偏光分離装置４８へ入射すると、この偏光分離装置によって同一比率（それぞれ５０％）の二つの単一直線偏光成分に分離されて、一方の偏光成分は光ファイバー６４ａから第１のレンズ４９を通過して偏光分離部５３に入射し、他方の偏光成分は光ファイバー６５ａ及び第２のレンズ５０を経て、位相補償素子５２を通過し、偏光分離部５３に入射する。偏光分離部５３に入射した両偏光成分は結合ポイントＤで結合され、第３のレンズ５１で集光されて単一の偏光となって第２のポート４７から第２の光ファイバー４７ａに出力される。
【００１８】
光ディバイスＡ５によれば、入射光を時間に依存されることなく一定比率の偏光成分に分離する偏光分離装置４８と、分離された単一偏光を結合する透過型の偏光分離部５３を使用することにより、第１のポート４６から入射される任意の偏光状態にある光を単一の偏光として出力することができる。
光ディバイスＡ５において、偏光分離部５３の他に、位相補償素子５２を用いており、そして結合ポイントＤで結合された一方の偏光成分と他方の偏光成分とは、それぞれが辿る分離ポイントＰ１から結合ポイントＤまでの光路と、分離ポイントＰ２から結合ポイントＤまでの光路との位相差が同位相となるように、位相補償素子５２の長さが設定されているために、上記二つの偏光成分は同位相かつ直交しているために、双方の偏光方向の角度はｐ波及びｓ波に対して一定の角度（本例では４５°）の直線偏光として出射されて、検出可能となり、そして特定の偏光状態の損失をなくすることができる。
上記構成の光ディバイスＡ５は、任意の偏光状態にある入射光を特定の偏光状態の単一直線偏光として出力させる機能と、光量の損失がない一定の比率の単一偏光を出力させる機能とを備えている。
位相補償素子５２は第２のレンズ５０と偏光分離部５３との間に配置されているが、その位置は図示する例に限定されず、偏光分離部５３内の光路上に埋め込んでも良い。
分波・合波手段であるハーフミラー５５による分波比率は、上例に示すように同一比率（５０：５０）に限られない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の光ディバイスによれば、簡単な構成によってかつ安価に入射される光の偏光状態がどのようなものであっても、出射側で単一の偏光を得ることができる。本発明の光ディバイスによれば、分離された二つの偏光成分を特定の位相差となるように設定されているものにあっては出射側で任意でかつ特定の偏光状態を損失なく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態における主要部を示す拡大斜視図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態における結合ポイントＤに対して光が進む方向から見たときの光の振動方向を示す図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態における結合ポイントＤに対して光が進む方向の斜めから見たときの光の振動の軌跡を示す図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態を示す構成図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態における主要部を示す拡大斜視図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態を示す構成図である。
【図８】本発明に係る第４の実施の形態を示す構成図である。
【図９】本発明に係る第５の実施の形態を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る第６の実施の形態を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る第６の実施の形態における偏光分離装置を拡大して示す構成図である。
【符号の説明】
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５　　　　光ディバイス
Ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　結合ポイント
Ｐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　分離ポイント
１，１２，２２，３０，３８，４６　　　　第１のポート
１ａ，１２ａ，２２ａ，３０ａ，３８ａ，４６ａ　第１の光ファイバー（光導波路）
２，１３，３１，３９，４７　　　　　　　第２のポート
２ａ，１３ａ，３１ａ，３９ａ，４７ａ　　　第２の光ファイバー（光導波路）
４０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３のポート
４０ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３の光ファイバー（光導波路）
５，１６，２８，３２，４１　　　　　　　偏光解消部
６，１７　　　　　　　　　　　　　　　　第１の偏光分離部
７，１８　　　　　　　　　　　　　　　　第２の偏光分離部
８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光回転素子
９，１０，２０ａ，２０ｂ　　　　　　　　光学軸
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ　　　　　光路
１９，３６，５２　　　　　　　　　　　　位相補償素子（位相調整手段）
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ　　　　　光路
２３　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２のポート
２３ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　第２の光ファイバー（光導波路）
２４　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３のポート
２４ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　第３の光ファイバー（光導波路）
２９　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光分離部
３３　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光分離体
３４　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光分離膜（偏光分離部）
３５ａ，３５ｂ　　　　　　　　　　　　　反射ミラー
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ　　　　　　　　　光路
４２　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光分離体
４３　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光分離膜（偏光分離部）
４５　　　　　　　　　　　　　　　　　　光路
４８　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光分離装置
５４　　　　　　　　　　　　　　　　　　偏光分離素子
５５　　　　　　　　　　　　　　　　　　ハーフミラー
６６ａ，６６ｂ　　　　　　　　　　　　　光路
６４　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１の出射ポート
６５　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２の出射ポート
【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】
2004093904.tif 000009
【図８】
2004093904.tif 000010
【図９】
2004093904.tif 000011
【図１０】
2004093904.tif 000012
【図１１】
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