(57)【要約】【課題】複数の波長を用いた偏波を合成する際に、従来のビームスプリッタの有する精度を維持しつつ、調整工数を大幅に低減することを可能とした偏波合成プリズムの構成を提供するところにある。【解決手段】第１の平行四辺形プリズムの第１の斜面に第１の偏光成分を反射する為の第１の多層膜を配置し、前記第１の斜面と対向する第２の斜面に前記第１の偏光成分を反射し且つ第１の偏光成分と偏光面が直交する第２の偏光成分を透過する為の第２の多層膜を配置し、該第２の多層膜を介して前記第１の平行四辺形プリズムの第１の斜面に第２の平行四辺形プリズムの第１の斜面を連結したものを基本単位として該基本単位をアレイ状に複数段連結した構造のプリズムであって、最後段の基本単位については第２の平行四辺形プリズムに代えて三角プリズムを配置した構造としたことを特徴とする偏波合成プリズム。【選択図】図１
2005128266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平行四辺形プリズムの第１の斜面に第１の偏光成分を反射する為の第１の多層膜を配置し、前記第１の斜面と対向する第２の斜面に前記第１の偏光成分を反射し且つ第１の偏光成分と偏光面が直交する第２の偏光成分を透過する為の第２の多層膜を配置し、該第２の多層膜を介して前記第１の平行四辺形プリズムの第２の斜面に第２の平行四辺形プリズムの第１の斜面を連結したものを基本単位として該基本単位をアレイ状に複数段連結した構造のプリズムであって、最後段の基本単位については第２の平行四辺形プリズムに代えて三角プリズムを配置した構造としたことを特徴とする偏波合成プリズム。
【請求項２】
第１の平行四辺形プリズムの第１の斜面に第１の偏光成分を反射する為の第１の多層膜を配置し、前記第１の斜面と対向する第２の斜面に前記第１の偏光成分を反射し且つ第１の偏光成分と偏光面が直交する第２の偏光成分を透過する為の第２の多層膜を配置し、該第２の多層膜を介して前記第１の平行四辺形プリズムの第２の斜面に第２の平行四辺形プリズムの第１の斜面を連結したものを基本単位として該基本単位をアレイ状にＮ段（Ｎは２以上の整数）連結した構造を有し、Ｎ段目の基本単位については第２の平行四辺形に代えて第１の三角プリズムを配置すると共に、各基本単位毎に入射する光線の波長が異なる偏波合成プリズムと、
前記基本単位と同じ大きさの第３の平行四辺形プリズムをＮ−１個連結し、最後段に第２の三角プリズムを配置した構造のアレイ状プリズムであって、ｎ番目（ｎは１以上Ｎ−１以下の整数）の第３の平行四辺形プリズムの第１の斜面には前記偏波合成プリズムのｎ段目基本単位に入射された波長を反射し且つ前段までの基本単位に入射された波長すべてを透過する為の多層膜を配置し、前記第２の三角プリズムの斜面には前記偏波合成プリズムのＮ−１段目までの基本単位に入射される波長すべてを反射し且つＮ段目の基本単位に入射される波長を透過する為の多層膜を配置した波長多重プリズムと
を備え、前記波長多重プリズムを前記偏波合成プリズムの出射面に配置したことを特徴とする波長偏波合成プリズム。
【請求項３】
主表面と光学軸とのなす角度が４５°となるよう複屈折性を有する結晶を所定の厚さで切断した基板からなり波長が異なる複数の光線が一方の主面から入射する偏波合成プリズムと、
平行四辺形プリズムをＮ−１個連結し、最後段に三角プリズムを配置した構造のアレイ状プリズムであって、ｎ番目（ｎは１以上Ｎ−１以下の整数）の平行四辺形プリズムの第１の斜面には前記偏波合成プリズムのｎ番目に入射された波長を反射し且つｎ−１番目までに入射された波長すべてを透過する為の多層膜を配置し、前記三角プリズムの斜面には前記偏波合成プリズムのＮ−１番目までに入射される波長すべてを反射し且つＮ番目に入射される波長を透過する為の多層膜を配置した波長多重プリズムと
を備え、前記波長多重プリズムを前記前記偏波合成プリズムの他方の主表面に配置しとことを特徴とする波長偏波合成プリズム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の高密度波長多重方式で伝送される光信号を合波する偏波合成プリズムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属ケーブルを用いた従来の通信幹線は、近年の通信需要の増大に対応すべく高速で大容量通信に適した光ファイバに置き換えられている。光ファイバは従来の金属ケーブルに比べ信号の減衰は小さいものの、８０ｋｍから１００ｋｍのスパン毎に減衰した光信号を増幅するため光増幅器を用いて長距離伝送を実現している。
１本の光ファイバに波長の異なる光信号を多重化するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式のデータ伝送容量は、Ｃバンド（1525nm〜1565nm）における１波長当たりのデータ伝送速度と多重化する波長の数とで決まる。近年、エルビウムを添加した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の実用化で、効率的で経済的なＤＷＤＭ（Dense WDM）方式の長距離伝送が可能となったが、最近の増加する通信量を考えると、Ｃバンドだけではこの重要に応えることは難しく、Ｌバンド（1570nm〜1620nm）、Ｓバンド（1480nm〜1520nm）の早期の実用化が期待されている。
【０００３】
エルビウムを添加した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、光ファイバ網で利用できる全波長帯域で使えるわけではなく、ＳバンドのようにＣバンドの短波長側の波長では利用できない。Ｓバンドの光増幅器の１つとして、ラマン散乱（物質内の振動現象により入射光と異なる波長の光が散乱される現象）を利用し、伝送路に強い光を入射させて光を増幅する光増幅器がある。石英ガラスの光ファイバでラマン効果によって生じる利得は偏波依存があり、光信号と励起光の偏波面が同じ場合に利得が最大になる。しかし、２つの光線の偏波面が直交する場合にはその利得は大幅に減少することが知られている。ラマン増幅器はさまざまな偏波や波長に対応する励起レーザユニットを用いるが、その中に偏波を合成する偏波多重素子が利用されている。
【０００４】
図４（ａ）、（ｂ）は、特開平６−５１２４４号公報に開示されている従来の偏波多重素子の構成を示す断面図であって、偏光ビームスプリッタを用いたものである。図４（ａ）に示す偏波多重素子は、ビームスプリッタ２１と、偏波保存ファイバ２２、２３とを有する構成となっている。ビームスプリッタ２１は、２つの三角形のプリズム２４、２５からなり、一方の三角形プリズムの斜面に誘電体多層膜２６を蒸着等の手段を用いて形成し、これと他方の三角形プリズムの斜面とを光学接着剤にて接合する。そして、偏波保存ファイバの２２、２３の先端部には出射光が平行光となるようにレンズ２７、２８が取り付けられている。偏波保存ファイバ２２から出射したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ２１の誘電体多層膜２６を透過し、偏波保存ファイバ２３から出射したＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ２１の誘電体多層膜２６にて反射し、該Ｓ偏光と前記の透過したＰ偏光とが１つの偏波多重光となって、偏光ビームスプリッタ２１から出射するように構成されている。
【０００５】
図４（ｂ）は他の偏波多重素子の構成を示す断面図であって、偏光ビームスプリッタ３１は直角三角形プリズム３２と平行四辺形プリズム３３とからなる。直角三角形プリズム３２の斜面に誘電体多層膜３４を形成すると共に、この面と平行四辺形プリズム３３の一方の斜面を光学接着剤にて接合し、平行四辺形プリズム３３の他方の斜面３５を全反射面として利用する。偏波保存ファイバ２２から出射したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ３１の誘電体多層膜３４を透過し、偏波保存ファイバ２３から出射したＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ３１の全反射面３４で反射し、更に誘電体多層膜３４にて反射する。透過したＰ偏光と反射したＳ偏光とが１つの偏波多重光となって、偏光ビームスプリッタ３１から出射するように構成されている。
【特許文献１】特開平６−５１２４４号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３６３８号公報
【特許文献３】特開２０００−１９９８１０号公報
【特許文献４】特開２００１−２８３４５７号公報
【非特許文献１】NIKKEI ELECTRONICS 2001.6.18(no.798)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、複数の波長を用いた偏波を合成する際に図４（ｂ）に示した偏波多重素子を、図５に示すように複数個並べて偏波合成素子を構成する方法では、要求される精度を維持しながら偏光ビームスプリッタを精度よく配列するのに工数がかかり過ぎ、低コスト化できない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の平行四辺形プリズムの斜面に多層膜を形成し、該多層膜に対向する面と、第２の平行四辺形プリズムの斜面に形成した多層膜とが接合するように、斜面に多層膜を形成した平行四辺形プリズムを順次接合し、最後に斜面に多層膜を形成した三角プリズムを接合して偏波合成プリズムを構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の偏波合成プリズムは、多層膜を形成した矩形の光学基板を治具の傾斜面に沿って積層し、所定の角度、例えば４５度に設定した切断機にて切断して製作するため、要求される波長の数の偏波合成プリズムを精度よく製作できるので、個々の偏波合成プリズムを調整する必要がなく、調整工数を大幅に削減できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明に係る実施の形態を示す構成する図であって、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は作用を説明するため同図（ｂ）から基本単位構造を抜き出した部分断面図である。図１（ｂ）に示すように、第１の平行四辺形プリズム１の第１の斜面に第１の偏光成分Ｓを反射する為の第１の多層膜２を配置し、前記第１の斜面と対向する第２の斜面に前記第１の偏光成分Ｓを反射し、且つ第１の偏光成分Ｓと偏光面が直交する第２の偏光成分Ｐを透過する為の第２の多層膜４を配置する。第２の多層膜４を介して第２の平行四辺形プリズム３の第１の斜面を連結したものを基本単位として、該基本単位をアレイ状に複数段連結した構造のプリズムとし、最後段の基本単位については第２の平行四辺形プリズムに代えて、三角プリズムＥを配置して偏波合成プリズムを構成する。周知のように、誘電体多層膜は高屈折率と低屈折率の誘電体膜を交互に蒸着等の手段を用いて形成し、積層した誘電体多層膜である。各層の膜厚さは数千Å程度であり、機能に応じて２０から５０層程度積層される。なお、平行四辺形プリズム同志の接合には光学接着剤を用いる。
【００１０】
基本単位構造を抜き出した部分断面図である図１（ｃ）を用いてその作用を説明する。偏波保存ファイバ（図示せず）から出射したＳ偏光は第１の平行四辺形プリズム１の誘電体多層膜２によって全反射し、さらに第１と第２の平行四辺形プリズムの間の誘電体多層膜４にて反射して、図中上方に向かう。一方、偏波保存ファイバ（図示せず）から出射したＰ偏光は前記誘電体多層膜４を透過し、該Ｐ偏光と誘電体多層膜４で反射した前記Ｓ偏光とが１つの偏波多重光となって、平行四辺形プリズム１の上部平面から出射するように構成されている。図１（ｃ）に示す基本単位の平行四辺形プリズムを複数個接合し、各基本単位の平行四辺形プリズムが波長の異なるＰ偏光、Ｓ偏光にて上記の作用を機能するように誘電体多層膜を形成する。
【００１１】
個々の平行四辺形プリズムに誘電体多層膜を形成し、これらを順次接合する方法ではコストが掛かり過ぎるので、本発明に係る偏波合成プリズムの製造方法は、特開２０００−１９９８１０に開示されている手段を用いる。即ち、誘電体多層膜を付着した矩形の平板光学部材を積層すると共に、各平板部材の端縁を結ぶ平面と平板光学部材の板面となす角度とが４５度になるように治具を用いてセットする。そして、平板光学部材の板面と４５度をなすように設定した切断機にて切断し分離すると、図７（ａ）に示すように平行四辺形プリズムを傾斜面に沿って接着しようなブロックが得られる。さらに、図７（ａ）に示すブロックを同図（ｂ）に示すようにブロックの平面に沿って積み重ね、同図の一点鎖線に沿って切断し、接着剤を取り除くと、図１（ｂ）に示した偏波合成プリズムが得られる。この工程において複数の性能の異なる接着剤を用い、所定の部分のみが分離するようにするのは説明するまでもない。
【００１２】
図２は本発明に係る第２の実施例の形態を示す断面図であって、同図のＡの部分は図１（ｂ）に示した偏波合成プリズムと同様に構成する。即ち、第１の平行四辺形プリズム１の第１の斜面に第１の偏光成分Ｓを反射する為の第１の多層膜２を配置し、前記第１の斜面と対向する第２の斜面に前記第１の偏光成分Ｓを反射し、且つ第１の偏光成分Ｓと偏光面が直交する第２の偏光成分Ｐを透過する為の第２の多層膜４を配置する。該第２の多層膜４を介して第２の平行四辺形プリズム３の第１の斜面を連結したものを基本単位とし、該基本単位をアレイ状にＮ段（Ｎは２以上の整数）連結した構造とする。Ｎ段目の基本単位については第２の平行四辺形３に代えて、第１の三角プリズムＥを配置して偏波合成プリズムＡを構成する。
そして、前記基本単位と同じ大きさの第３の平行四辺形プリズム５をＮ−１個連結し、最後段に第２の三角プリズム１１を配置したアレイ状プリズムであり、ｎ番目（ｎは１以上Ｎ−１以下の整数）の第３の平行四辺形プリズム（５、７、９・・）の第１の斜面には、偏波合成プリズムＡのｎ段目基本単位に入射した波長を反射し、且つ前段までの基本単位に入射した波長すべてを透過する為の多層膜（６、８、１０・・）を配置し、前記第２の三角プリズム１１の斜面には偏波合成プリズムＡのＮ−１段目までの基本単位に入射される波長すべてを反射し、且つＮ段目の基本単位に入射する波長を透過する為の多層膜１２を配置して波長多重プリズムＢを構成する。そして、波長多重プリズムＢを偏波合成プリズムＡの出射面に配置して第２の実施例の波長偏波合成プリズムを構成する。
【００１３】
図２のＡに示す偏波合成プリズムＡの作用については図１で説明したので、Ｂで示す波長多重プリズムＢの作用を説明する。波長１のＳ、Ｐ偏光の合成波である偏光多重光Ｌ１は、平行四辺形プリズム５の誘電体多層膜６にて全反射し、平行四辺形プリズム７の誘電体多層膜８を透過する。波長２のＳ、Ｐ偏光の合成波である偏光多重光Ｌ２は、平行四辺形プリズム７の誘電体多層膜８にて反射し、誘電体多層膜８を透過した前記偏光多重光Ｌ１と合成され偏光多重光（Ｌ１＋Ｌ２）となる。そして、波長３のＳ、Ｐ偏光の合成波である偏光多重光Ｌ３は、平行四辺形プリズム９の誘電体多層膜１０にて反射し、誘電体多層膜８を透過した前記偏光多重光（Ｌ１＋Ｌ２）と合成され偏光多重光（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）となる。更に、波長４のＳ、Ｐ偏光の合成波である偏光多重光Ｌ４は、端縁にある三角形プリズム１１の斜面に形成された誘電体多層膜１２を透過し、誘電体多層膜１０を透過し誘電体多層膜１２にて反射された偏光多重光（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）と合成されて偏光多重光（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ３）となり、波長多重プリズムＢの上部平面から出射される。
【００１４】
図３は本発明に係る第３の実施例の形態を示す断面図であって、図２に示した実施例の形態と異なるところは同図のＣで示す部分である。主表面と光学軸１４とのなす角度が４５°となるよう複屈折性を有する結晶を所定の厚さで切断した基板１３であり、波長が異なる複数の光線が基板１３の一方の主面から入射する偏波合成プリズムＣを構成する。そして、図２のＢに示すように、平行四辺形プリズム５をＮ−１個連結し、最後段に三角プリズ１１ムを配置してアレイ状プリズムを構成する。ｎ番目（ｎは１以上Ｎ−１以下の整数）の平行四辺形プリズム（５７、９・・）の第１の斜面には、偏波合成プリズムＡのｎ番目に入射した波長を反射し、且つｎ−１番目までに入射した波長すべてを透過する為の多層膜（６、８、１０・・）を配置する。そして、三角プリズム１１の斜面には偏波合成プリズムＡのＮ−１番目までに入射する波長すべてを反射し、且つＮ番目に入射する波長を透過する為の多層膜１２を配置して波長多重プリズムＢを構成する。該波長多重プリズムＢを前記偏波合成プリズムＣの他方の主表面に配置して、第３の実施例波長偏波合成プリズムを構成する。
【００１５】
図３のＣで示す部分の基本の構成及び作用については、特開２００１−２８３４５７に開示されているので簡単に説明する。図６（ａ）は偏波合成素子４１であって、複屈折を有する一軸結晶の材料を光学軸４２が板面と４５度の角度をなすように薄切りにする。偏波合成素子４１の光学軸４２と合成しようとする複数の光線Ｌ’１、Ｌ’２との配置は、光線Ｌ’１、Ｌ’２を含む平面と光学軸４２とが平行となるように設定する。図６（ｂ）は同図（ａ）のＶ方向から見た図であって、レーザダイオード４３（ＬＤ４３）から出射する光線Ｌ’１は偏波合成素子４１に入射したときに常光線Ｌ１Ｏと同じ偏波面になるように設定する。また、ＬＤ４４から出射する光線Ｌ’２は偏波合成素子４１に入射したときに異常光線Ｌ２ｅと同じ偏波面になるように設定する。偏波合成素子４１の厚さ、光線Ｌ’１、Ｌ’２の間隔等を結晶材料の屈折率に応じて適切に設定すれば、図６（ｂ）に示すように常光線Ｌ１Ｏと異常光線Ｌ２ｅとを合成することができる。
【００１６】
図３に示す偏波合成プリズムＣの構成は、複屈折を有する一軸結晶材料の基板１３を光学軸１４が板面と４５度の角度をなすように薄切りにし、波長１、２、３及び４のそれぞれのＳ偏波光、Ｐ偏波光を前記基板１３の平面に垂直に入射させる。このとき基板１３の厚さｔ、波長１、２、３及び４のそれぞれのＳ偏波光、Ｐ偏波光の間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４は結晶材料の屈折率に応じて適切に設定する。波長１、２、３及び４のそれぞれのＳ偏波光、Ｐ偏波光の合成波として、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が得られる。図３のＢの部分は図２において説明した通りであり、偏波多重光（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ３）が光学ブロックＢの平面から出射する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１の実施例の形態の構造を示した概略構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は作用を説明するための部分断面図ある。
【図２】第２の実施例の形態の構造を示した概略断面図である。
【図３】第３の実施例の形態の構造を示した概略断面図である。
【図４】従来の偏光ビームスプリッタの構成を示す図で、（ａ）は三角形プリズムを２個用いて構成した例、（ｂ）は三角形プリズムと平行四辺形プリズムとで構成した例である。
【図５】従来の偏光ビームスプリッタを複数個並べて構成した偏波合成素子の構成を示す断面図である。
【図６】従来の複数波長合成素子の構成を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は図１（ｂ）の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１、３、５、７、９  平行四辺形プリズム
２、４、６、８、１０、１２  誘電体多層膜
Ｅ、１１  三角形プリズム
１３  結晶基板
１４  光学軸
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、（Ｌ１＋Ｌ２）、（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）、（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）  合成波
【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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