(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離する分離用複屈折素子、偏波方向に応じて光路を制御する光路制御用複屈折素子、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子を、この順序で間隔をおいて配置し、
分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に、偏波方向を直交関係から平行関係に変換する偏波回転手段と、それらの光の偏波方向を任意の角度回転させる可変偏光回転子とを配置し、
光路制御用複屈折素子と合成用複屈折素子との間に、対角の関係にある２つの光路の光は偏波方向を９０度回転し、他の２つの光路の光は偏波方向を維持する偏波制御手段を配置し、
可変偏光回転子による偏波方向の回転角度の制御に応じて光分岐比を自由に調整可能としたことを特徴とする可変分岐比光スプリッタ。
【請求項２】
可変偏光回転子が、ファラデー素子と該ファラデー素子に可変磁界を印加する電磁石とを組み合わせた９０度可変ファラデー回転子である請求項１記載の可変分岐比光スプリッタ。
【請求項３】
偏波回転手段が、片側の光路に挿入した直線位相子からなる請求項１又は２記載の可変分岐比光スプリッタ。
【請求項４】
偏波回転手段が、両側の光路に挿入した光学軸が対称方向を向く一対の直線位相子からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の可変分岐比光スプリッタ。
【請求項５】
偏波制御手段が、偏波方向を９０度回転する対角の関係にある２つの光路に挿入した同一方向の光学軸をもつ直線位相子からなる請求項１乃至４のいずれかに記載の可変分岐比光スプリッタ。
【請求項６】
偏波制御手段が、偏波方向を９０度回転する対角の関係にある一方の光路とそれに隣接する光路に共通に挿入した直線位相子と、偏波方向を９０度回転する対角の関係にある他方の光路とそれに隣接する光路に共通に挿入した直線位相子とを有し、両方の直線位相子が一つの光路で重なるように設置されている請求項１乃至４のいずれかに記載の可変分岐比光スプリッタ。
【請求項７】
複屈折素子に直方体状のルチル単結晶を用いる請求項１乃至６のいずれかに記載の可変分岐比光スプリッタ。
【請求項８】
直線位相子に水晶からなる１／２波長板を用いる請求項１乃至７のいずれかに記載の可変分岐比光スプリッタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力光を任意の比率で２つの光に分岐して出力する機能を有する可変分岐比光スプリッタに関するものである。本装置は、例えば光通信などの分野において、光導波路や光ファイバを伝搬する光の分岐比可変などに有用である。
【０００２】
【従来の技術】
光通信などの分野では、光導波路や光ファイバを伝搬する光（情報）を別の経路にも分岐して伝送したい場合がある。そのような場合に、光分岐器が用いられている。従来技術では、光分岐器は、分岐導波路やファイバ融着などにより作製されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の光分岐器は、構成が簡単であるが、分岐比は固定であって可変できない。もし、入力光を任意の比率で２つの光に分岐して出力することができれば、新たな機能を持つ光デバイスを開発する道も開けてくる。
【０００４】
本発明の目的は、入力光を自由に任意の比率で２つの光に分岐して出力することができる可変分岐光スプリッタを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離する分離用複屈折素子、偏波方向に応じて光路を制御する光路制御用複屈折素子、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子を、この順序で間隔をおいて配置し、分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に、偏波方向を直交関係から平行関係に変換する偏波回転手段と、それらの光の偏波方向を任意の角度回転させる可変偏光回転子とを配置し、光路制御用複屈折素子と合成用複屈折素子との間に、対角の関係にある２つの光路の光は偏波方向を９０度回転し、他の２つの光路の光は偏波方向を維持する偏波制御手段を配置し、可変偏光回転子による偏波方向の回転角度の制御に応じて光分岐比を自由に調整可能としたことを特徴とする可変分岐比光スプリッタである。
【０００６】
可変偏光回転子としては、ファラデー素子と該ファラデー素子に可変磁界を印加する電磁石とを組み合わせた９０度可変ファラデー回転子を用いるのが好ましい。
【０００７】
偏波回転手段は、片側光路に挿入した直線位相子でよい。あるいは、偏波回転手段は、両側光路に挿入した光学軸が対称方向を向く一対の直線位相子で構成してもよい。
【０００８】
偏波制御手段は、偏波方向を９０度回転する対角の関係にある２つの光路に挿入した同一方向の光学軸をもつ直線位相子で構成できる。あるいは、偏波制御手段は、偏波方向を９０度回転する対角の関係にある一方の光路とそれに隣接する光路に共通に挿入した直線位相子と、偏波方向を９０度回転する対角の関係にある他方の光路とそれに隣接する光路に共通に挿入した直線位相子とを有し、両方の直線位相子が一つの光路で重なるように設置されている構成でもよい。
【０００９】
複屈折素子としては、直方体状のルチル単結晶が望ましい。直線位相子としては、例えば水晶からなる１／２波長板を用いることができる。
【００１０】
【実施例】
図１は本発明に係る可変分岐比光スプリッタの一実施例を示す説明図であり、各光学部品の配列状況と各光学部品間での偏波状況を示している。なお、各光学部品中における矢印は、光学軸の方向もしくはファラデー回転の方向を示している。また、説明を分かり易くするために、次のような座標軸を設定する。光部品の配列方向をｚ方向（図面では奥行き方向）とし、それに対して直交する２方向をｘ方向（図面では水平方向）、ｙ方向（図面では垂直方向）とする。回転方向は、ｚ方向を見て時計回りをプラス側とする。
【００１１】
偏波方向が直交関係にある同じ光路の光をｘ方向に分離する分離用複屈折素子１０、偏波方向に応じて常光は直進し異常光は＋ｙ方向に光路をシフトする光路制御用複屈折素子１２、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光をｘ方向で合成する合成用複屈折素子１４を、この順序で間隔をおいてｚ方向に配置する。
【００１２】
ｚ方向を見て、分離用複屈折素子１０と光路制御用複屈折素子１２との間に、偏波方向を直交関係から平行関係に変換する偏波回転手段１６と、それらの光の偏波方向を任意の角度回転させる可変偏光回転子１８とを配置する。ここで偏波回転手段１６は、右側光路のみに水晶からなる１／２波長板２０を挿入した構成である。この１／２波長板２０は、図２のＡに示されているように、光学軸がｘ軸から４５度傾いているものである。可変偏光回転子１８は、ファラデー素子２２と該ファラデー素子２２に可変磁界を印加する電磁石（図示せず）とを組み合わせた９０度可変ファラデー回転子であり、０度から９０度の範囲で偏波方向を回転制御できるように構成する。ファラデー素子２２としては、例えばＢｉ置換希土類鉄ガーネットＬＰＥ（液相エピタキシャル成長）膜が好適である。
【００１３】
更にｚ方向を見て、光路制御用複屈折素子１２と合成用複屈折素子１４との間に、対角の関係にある２つの光路の光は偏波方向を９０度回転し、他の２つの光路の光は偏波方向を維持する偏波制御手段２４を配置する。ここで偏波制御手段２４は、対角の関係にある２つの光路（左上方光路と右下方光路）に挿入した同一方向（図２のＢに示すように、ｘ軸から４５度傾いている方向）の光学軸をもつ１／２波長板２６，２８からなる。具体的には、例えば水晶からなる。
【００１４】
図３は、この可変分岐比光スプリッタの光路説明図であり、Ａは光路の側面を表し、Ｂは平面を表している。ｚ方向を見て、分離用複屈折素子１０の前方の左下方位置に入力ポートを設定し、合成用複屈折素子１４の後方の右上方位置に出力ポート１を、右下方位置に出力ポート２を設定する。この状態で、可変偏光回転子１８による偏波方向の回転角度を変化させると、それに応じて出力ポート１と出力ポート２への光分岐比を自由に変えることができる。
【００１５】
次に、この可変分岐比光スプリッタの動作について、更に詳しく説明する。入力ポートからｚ方向に入力した光は、分離用複屈折素子１０で常光は直進し、異常光は屈折してｘ方向に分離する。左側光路を通る光は、偏波回転手段１６である１／２波長板２０をバイパスするため偏波方向は変わらない。それに対して、右側光路を通る光は、偏波回転手段１６である１／２波長板２０によって偏波方向が回転する。前記のように、光学軸がｘ軸から４５度傾いているため、偏波方向は水平方向から垂直方向に変わる。１／２波長板は、入力光の偏波方向をその光学軸に関して対称に変換する性質を有するからである。
【００１６】
従って、左右の光路を通る光の偏波方向は平行（垂直方向）となって、可変偏光回転子１８に入力する。電磁石への通電電流を変化させると、ファラデー素子２２に印加される磁界が変化し、それに応じて該ファラデー素子２２を通過する光の偏波方向が回転することになる。つまり、通電電流の制御によって通過光の偏波方向を任意の角度変えることができる。
【００１７】
偏波方向が任意の角度だけ回転した両光は、光路制御用複屈折素子１２に入力し、それぞれ常光は直進し、異常光は屈折してｙ方向（上方）に分離する。左側を通る光のうち左上方光路を通る光は、偏波制御手段２４である１／２波長板２６によって偏波方向が９０度回転し、左下方光路を通る光は、１／２波長板をバイパスする。右側を通る光のうち右上方光路を通る光も１／２波長板をバイパスするが、右下方光路を通る光は、偏波制御手段２４である１／２波長板２８によって偏波方向が９０度回転する。従って、上方光路の両光は偏波が互いに直交する関係となり、下方光路の両光も偏波が互いに直交する関係となる。そして、合成用複屈折素子１４では、ｘ方向で光が合成するため、右側の出力ポート１及び出力ポート２から、それぞれ所定分岐比の分岐光が出力することになる。
【００１８】
図４に示すように、可変偏光回転子による偏波の回転角をθとすると、入力光のパワーを１としたときに、出力ポート１に結合する光パワーはcos2θの比で、出力ポート２に結合する光パワーはsin2θの比で出力する。入力光は、このような比率で分岐して出力するため、偏波回転角θの制御によって分岐比の調整が可能となる。
【００１９】
図５は、光路制御用複屈折素子１２と合成用複屈折素子１４との間に挿入する偏波制御手段の他の例を示している。ここで偏波制御手段３４は、左側光路（上下共通）に挿入した１／２波長板３６と下側光路（左右共通）に挿入した１／２波長板３８とを有する構成である。従って、左下方光路では２枚の１／２波長板が重なって配置されることになる。両方の１／２波長板３６，３８は、同一方向（図６のＡ及びＢに示すように、ｘ軸から４５度傾いている方向）の光学軸をもち、例えば水晶からなる。
【００２０】
左上方光路及び右下方光路の光は、図１の実施例の場合と同様、偏波方向がそれぞれ１／２波長板３６，３８により９０度回転する。右上方光路の光は、両方の１／２波長板３６，３８をバイパスするために偏波方向は変化しない。左下方光路の光は、最初の１／２波長板３６により９０度回転し、次の１／２波長板３８により逆に９０度回転するため、結局、偏波方向は変化しない。従って、動作としては、図１の実施例の場合と全く同様となる。
【００２１】
図７は、本発明に係る可変分岐比光スプリッタの他の実施例を示す説明図であり、各光学部品の配列状況と各光学部品間での偏波状況を示している。この可変分岐比光スプリッタは、分離用複屈折素子と光路制御用複屈折素子との間に配置する偏波回転手段の構成を除けば、基本的には前記図１に示す実施例と同様なので、対応する部分に同一符号を付し、それらについての説明は省略する。
【００２２】
ここで偏波回転手段４０は、左右両側光路に光学軸が対称となるように並設した水晶からなる２枚の１／２波長板４２，４４の組み合わせである。図８に示されているように、左側光路の１／２波長板４２は光学軸がｘ軸から２２．５度傾いており、右側光路の１／２波長板４４は光学軸がｘ軸から−２２．５度傾いている。従って、左側光路の垂直方向の偏波は方位が４５度回転し、右側光路の水平方向の偏波は方位が−４５度回転して、両光の偏波方向は平行となる。その両光が、次の可変偏光回転子１８に入力する。可変偏光回転子１８は、−４５度から＋４５度の範囲で偏波方向を回転制御するように構成する。
【００２３】
図７に示す実施例では、偏波制御手段２４として、対角の位置関係にある光路にそれぞれ１／２波長板２６，２８を挿入しているが、図５と同様、左右光路の一方と上下光路の一方にそれぞれ１／２波長板を配列した構成でもよい。
【００２４】
このような可変分岐比光スプリッタは、例えば複数段カスケード式に接続し、各出力段にフィルタなどを組み込み、それらの出力を結合することで、増幅器の利得を等価させる可変利得等価器を構成するのに利用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成した可変分岐光スプリッタであるから、入力光を自由に任意の比率で２つの光に分岐して出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変分岐光スプリッタの一実施例を示す説明図。
【図２】その偏波回転手段と偏波制御手段に用いる１／２波長板の形状と光学軸の説明図。
【図３】この可変分岐比光スプリッタの光路説明図。
【図４】可変偏光回転子による偏波の回転角と分岐比の関係を示す図。
【図５】偏波制御手段の他の例を示す説明図。
【図６】その偏波制御手段に用いる１／２波長板の形状と光学軸の説明図。
【図７】本発明に係る可変分岐光スプリッタの他の実施例を示す説明図。
【図８】その偏波回転手段に用いる１／２波長板の形状と光学軸の説明図。
【符号の説明】
１０  分離用複屈折素子
１２  光路制御用複屈折素子
１４  合成用複屈折素子
１６  偏波回転手段
１８  可変偏光回転子
２４  偏波制御手段
【図１】
0004591940.tif 000002
【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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