(57)【要約】光伝送コア及びコア内に設けられたクラッド層を有するタイプの光導波路。光導波路は、プレーナ型であってもよく、円筒形型、例えば光ファイバであってもよい。光導波路は、互いに異なる方向に高二軸性又は高一軸性結晶材料から成る追加の被覆を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路であって、光伝送コアと、前記コア上に被着されたクラッド層と、前記コアの軸線に対して０°〜９０°の角度をなす少なくとも１つの光学軸を備えた永続的に整列状態にある分子又は結晶のフィルムから成る少なくとも１つの追加の層とを有していることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア、クラッド及び追加層は、平らであることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記コア、クラッド及び追加層は、円筒形であることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項４】
クラッドは加工されてその一部が除去されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項５】
前記コアは、光ファイバであることを特徴とする請求項１又は４記載の光導波路。
【請求項６】
前記導波路は、シングルモード導波路であることを特徴とする請求項３記載の光導波路。
【請求項７】
前記導波路は、マルチモード導波路であることを特徴とする請求項３記載の光導波路。
【請求項８】
前記追加層は、異方性吸収係数を有していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光導波路。
【請求項９】
前記コア及びクラッドは、導波路に沿って断面が一定であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光導波路。
【請求項１０】
分子又は結晶の光学軸は、コアの軸線に平行であることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項１１】
前記追加層は、導波路に沿ってクラッドの表面全体に被着されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項１２】
前記追加層は、導波路に沿って間隔を置いて被着されていることを特徴とする請求項３記載の光導波路。
【請求項１３】
前記追加層は、導波路の周りに間隔を置いて被着されていることを特徴とする請求項３記載の光導波路。
【請求項１４】
分子又は結晶の軸線は、導波路に沿って螺旋に配向していることを特徴とする請求項３記載の光導波路。
【請求項１５】
前記追加層は、リオトロピック材料から成ることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光導波路。
【請求項１６】
コアは、導波路方向に垂直な方向において追加層の屈折率よりも大きな屈折率を有していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光導波路。
【請求項１７】
前記追加層の複屈折量は、０．００１よりも大きいことを特徴とする請求項１、２又は３記載の光導波路。
【請求項１８】
通過する光の偏光状態を保持する光導波路の製造方法であって、コア及びクラッド層を備えた形式の光導波路を選択する段階と、クラッドを等方性又は異方性材料で被覆し、分子又は結晶の光学軸を配向させ、配向状態を永続的に保持するよう処理することにより、クラッドの少なくとも一部上に配向状態が任意所与の少なくとも１つの光学軸を備えた二軸又は一軸材料から成る少なくとも１つの追加の層を形成する段階とを有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１９】
分子又は結晶の前記配向は、被覆を被着しているときに剪断力を加えることにより行われることを特徴とする請求項１８記載の光導波路の製造方法。
【請求項２０】
分子又は結晶の前記配向は、被覆を被着しているときに磁界をかけることにより行われることを特徴とする請求項１８記載の光導波路の製造方法。
【請求項２１】
分子又は結晶の前記配向は、被覆を被着しているときに温度勾配を施すことにより行われることを特徴とする請求項１８記載の光導波路の製造方法。
【請求項２２】
分子又は結晶の前記配向は、被覆を被着しているときに電界をかけることにより行われることを特徴とする請求項１８記載の光導波路の製造方法。
【請求項２３】
クラッドは、前記追加層の優先的な配向が得られるようにするためのマイクログルーブを有していることを特徴とする請求項１８、１９、２０、２１又は２２記載の光導波路の製造方法。
【請求項２４】
前記追加層は、リオトロピック液晶又はポリマーで作られた状態でクラッド表面上に被覆されていることを特徴とする請求項１８記載の光導波路の製造方法。
【請求項２５】
前記追加層の複屈折量は、０．００１〜１．２００であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の説明〕
本願は、２０００年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６０／２４９，０３４号の優先権主張出願である。
【０００２】
〔発明の分野〕
本発明は、光システム用のコンポーネント、例えば、通信機器用光導波路及び光導波路中の光伝搬を制御し、導波路断面中の光の電磁界の空間分布及び方向分布に関して選択性をもたらすコンポーネントに関する。
【０００３】
〔発明の背景〕
光は幾つかの基本的な性質、例えば、明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）、波長（又は色）及び偏光状態（なお、当該技術分野では、「偏光」と「偏波」は、内容上、区別なく用いられることがある）を備えている。光デバイスに関し、これら光デバイスの全てを制御し、これらの性質を変化させて導波路の別の端部に位置する受け手にとって何か意味のある信号にすることが要望される。
【０００４】
偏光保持（又は、モード選択性）は、ホモダイン及びヘテロダインのようなコヒーレント検出システム（Ｊ．Ｍ．シニア（Ｓｅｎｉｏｒ）著“Ｏｐｔｉｃｓ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ”Ｎ．Ｙ．， １９９２， ９０８ｐ参照）によって課される要件に鑑みて、光伝送デバイスにおいては重要な特徴である。
【０００５】
換言すると、非一様な平面（プレーナ型）導波路又はファイバの光パラメータの組合せは、或る特定のモードの存在又はエネルギ占有レベルに制約を課し、導波路又はファイバの有用な性質を生じさせるということができる。当業界は、相当多大な費用をかけて技術的努力を行ってファイバコア中に或る特定の複屈折形態を備えた選択的ファイバを製造するのに貢献している。これらファイバは、偏波保持（維持）ファイバと呼ばれている（これについては、イヴァン・Ｐ．カミノフ（Ｉｖａｎ． Ｐ． Ｋａｍｉｎｏｗ）著“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ”ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ． ＱＥ−１７， Ｎｏ． １， Ｊａｎｕａｒｙ １９８１， １５−２２１参照）。これらファイバは、或る特定の伝送モード又は導波路又はファイバ内部の電磁界の特定の空間及び電界ベクトル分布を持つモードの組合せを維持する。本発明者は、本願においては光伝送のモード構造を記載した論文及び特許文献で承認されている用語を用いることにする（Ｊ．Ｄ．ダイ（Ｄａｉ ）、Ｃ．Ｋ．ジェン（Ｊｅｎ）著“Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｌａｄｄｅｄ ｕｎｉａｘｉａｌ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒｓ”Ｊ． Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃ． Ａｍ． Ａ． ２０２２−２０２６、Ａ．トニング（Ｔｏｎｎｉｎｇ ）著“Ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ ｓｔｒｏｎｇ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ＭＴＴ−３０， ７９０−７９４， １９８２ 、ジョン・Ａ．バック（Ｊｏｈｎ Ａ． Ｂｕｃｋ）著“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ”Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ｐ．２５９を参照することは、本発明の説明上の観点から最適である）。本発明との関連性の高い別の２つの刊行物は、ソリン氏等の米国特許第４，７２１，３５２号及びＲ．Ａ．バーグ氏、Ｈ．Ｃ．レフブレブ氏、Ｈ．Ｊ．ショー氏の論文“Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ”Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， １８８０， ｖｏｌ． ５， Ｎｏ． １１， ４７９−４８１ である。
【０００６】
本発明における光伝送デバイス又は導波路の定義は、極めて広義である。これは、偏光源と検出器、例えば、ヘテロダイン又はホモダインとの間で光を伝送する全てのものを含んでいる。偏光源は、偏波制御器を備えたレーザ又は非偏光源として理解される。非偏光源は、任意の光源、例えば、発光ダイオード、ランプ、日光又は昼光である。
【０００７】
従来型光システムでは、偏光は、複屈折素子をシステム中に導入し、例えば、非対称コアを偏波保持ファイバ中に導入することにより維持されている。しかしながら、これは、別の問題、即ち、信号の偏波分散を生じさせる。本発明は、偏波分散という固有の問題を生じさせないで光システムの偏波保持を行うことができる。本発明は、光導波路中のモード（ＴＥモード又はＴＭモード）のうちの１つの伝送を阻止し、一偏光状態の偏光信号を伝送する一方で別の偏光状態の光を無くすコンポーネントを提供する。これらコンポーネントを、偏波制御器、偏光子及び偏波保持伝送導波路、例えば、平面フラット型導波路及びファイバとして用いてもよい。
【０００８】
文献（Ｒ．Ａ．バーグ氏等の論文“Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ”， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． ５， Ｎｏ． １１， １９８０， ｐｐ． ４７９−４８１）から、結晶材料が導波路、例えばファイバ中に或る特定の偏光特異性を生じさせることができるということが分かっている。これに類似した特異性は、フォトニック結晶及び「偏波保持ファイバ」によって示されているようなファイバそれ自体の設計によって作られるコアとクラッドの非対称によって得られる（Ａ．フェランド（Ｆｅｒｒａｎｄｏ）等の論文“Ｖｅｃｔｏｒ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ−ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅｓ ｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒｓ ”Ｊ． Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍ． Ａ／Ｖｏｌ． １７， ｎｏ．７， Ｊｕｌｙ ２０００， １３３３−１３４０を参照）。また、結晶の中には偏光能力を持ち、光の偏光状態を保持するものがあることが知られている（Ｐ．イェー（ｙｅｈ ）及びＣ．グー（Ｇｕ）の論文“Ｏｐｔｉｃｓ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔｒａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ”Ｎ．Ｙ．， １９９９， ４２７ｐ参照）。
【０００９】
〔発明の概要〕
本発明は、結晶軸方向全体にわたり制御が容易な異方性結晶被覆、又は例えば米国特許第２，４００，８７７号、第２，４８１，８３０号及び第２，５２４，２８６号に記載されているような被覆をもたらすＩ．Ｇ．クラン氏等の米国特許第５，７３９，２９６号及び同氏等の米国特許第６，０４９，４２８号に開示されているようなタイプの材料を用いる。
【００１０】
導波路を通って伝送される光の偏光状態を維持し又はかかる光を偏光させる光導波路が提供される。光導波路は、平面型（プレーナ型）であってもよく円筒形型であってもよい。光導波路は、コアと、クラッドと、互いに異なる方向に互いに異なる屈折率を持つ高二軸性又は高一軸性結晶材料から成るフィルム又は被覆とを有している。この結晶材料は、フィルムが互いに異なる軸線に沿って互いに異なる光学的性質を持つような仕方で被着される。一実施形態では、フィルム材料は、水中に形成され、疎水性−親水性相互作用を利用した液晶相構造を呈する平らな分子の変性有機化合物から成る。リオトロピック液晶材料を分子配向薄膜として剪断力下でクラッド上にコーティングするのがよい。この種の材料は、米国特許第５，７３９，９２６号及び第６，０４９，４２８号に記載されている。例えば米国特許第２，４００，８７７号、第２，４８１，８３０号及び第２，５２４，２８６号に記載されているような他の偏光フィルムも又、本発明において利用することができる。
【００１１】
本発明の内容は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと理解されよう。
【００１２】
〔発明の実施形態の説明〕
本発明は、例えば平らなプレーナ型導波路、或いは円筒形導波路又はファイバである新規な偏波保持及び偏光光導波路に関する。また、モード選択光ガイド、例えば、プレーナ型多層導波路或いは円筒形導波路又はファイバを製造する方法を開示する。導波路の設計は、１つの大きな特徴、即ち、層のうちの１つが互いに異なる方向に互いに異なる屈折率を備えた高異方性結晶材料の被覆から作られているという特徴を備えている。用いる被着法により、最終のフィルム中の結晶の結晶軸の方向を制御することができる。結晶フィルム（又は膜）の光学的性質は、結晶軸に沿って互いに異なっており、これは、材料及び被着の方向又は被着パターンを選択することにより光導波路の性質に影響を与えることができるという大きな利点がある。
【００１３】
プレーナ型導波路（図１）は、光を伝送する材料から成る層である。伝送層１１は、クラッド層１２相互間にサンドイッチされている。１又は数個の異方性層１３が１つの偏光モードを層１１に沿って伝送し、別の偏光モードを層１３によって吸収又は分離し、そして導波路から外れるように導波するような仕方で光と相互作用する。一例として、一軸異方性層の場合について説明する。
光波の電界ベクトルは、次のとおりである。
Ｅｅｘｐ［ｉ（ωｔ−ｋ・ｒ）］
磁界ベクトルは、次のとおりである。
Ｈｅｘｐ［ｉ（ωｔ−ｋ・ｒ）］
ここで、Ｅ＝（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）及びＨ＝（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）は、幾つかの定ベクトルであり、ｒ＝（ｘ，ｙ，ｚ）、ｋ＝（ｋ，０，β）は、波数ベクトルである。
【００１４】
インタフェース境界（バウンダリ）ｘ＝ａを持つ２つの異方性層１３とクラッド層１２との間の相互作用について考え、一軸媒質の層がｘ＞ａ、クラッド層１２がｘ＜ａのところに位置するものとする。これらの共通表面は、ｘ＝ａのところに位置する。波の伝搬方向は、ｚである。
【００１５】
まず最初に、一軸媒質の異常光方向がｚ軸であるとする。誘電体テンソルεの主座標系は、デカルト座標系（ｘ，ｙ，ｚ）と一致している。一軸異方性媒質の場合、εｘ＝εｙ＝ε０ｎｏ２，εｚ＝ε０ｎｅ２であり、ここでｎｏは、層１３の常光線屈折率、ｎｅは、層１３の異常光線屈折率である。
【００１６】
マクスウェルの方程式を満足する条件は、次式で表される。
【数１】
2004514169.tif 000003
この系には２つの解がある。第１の解は、次のとおりである。
【数２】
2004514169.tif 000004
第２の解は、次のとおりである
【数３】
2004514169.tif 000005
これら２つの解が直交ベクトルであることは明らかである。かくして、任意の層ｘ＞ａの解の一般形態は、次のとおりである。
【数４】
2004514169.tif 000006
Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２は、任意の定数であり、次のとおりである。
【数５】
2004514169.tif 000007
この場合、磁界ベクトル成分は、次のとおりである。
【数６】
2004514169.tif 000008
異方性媒質（層１２）の場合、任意の層の解は次式によって与えられる
【数７】
2004514169.tif 000009
上記において、次のとおりである。
【数８】
2004514169.tif 000010
ｎは、等方性クラッド媒質（層１２）の屈折率である。
【００１７】
クラッド媒質と一軸媒質との間のインタフェースのところでの連続性の条件ｘ＝ａにより、次式が導かれる。
【数９】
2004514169.tif 000011
ここで、ｋ２及びα２は、一軸媒質についての定数ｋ及びαであり、ｋ１及びα１は、等方性媒質の定数ｋ及びαである。
【００１８】
注目されるべきこととして、いわゆるＴＥモードは、｛Ｍ１，Ｍ２，Ｎ１＝０，Ｎ２＝０｝に相応し、ＴＭモードは、｛Ｍ１＝０，Ｍ２＝０，Ｎ１，Ｎ２｝に相応する。等方性媒質のＴＥモードが一軸媒質のＴＥモードとだけ結合され、等方性媒質のＴＭモードは一軸媒質のＴＭモードとだけ結合されることが分かる。これら２つのモードは、互いに相互作用をせず、理想的なインタフェースが得られる。
【００１９】
かくして、ＴＭモードに関し次式が得られる。
【数１０】
2004514169.tif 000012
ＴＭモードに関し次式が得られる。
【数１１】
2004514169.tif 000013
ＴＭモードは、常光線屈折率のみに依存し、これに対しＴＭモードは異常光線屈折率及び常光線屈折率に依存していることが分かる。
【００２０】
結論１．一軸材料のコーティング方向がｚ軸であり、一軸材料が常光方向ｘ，ｙについて高い吸収係数を有しているものとすると、ＴＥモードは消失波であり、等方性媒質のＴＥモード中に偶然見える波は、一軸材料との相互作用により崩壊することになる。ＴＭモードの消失率は、β及び比ｎｅ／ｎｏに依存する。
【００２１】
次に、一軸媒質の異常光方向がｙ軸である別の設計を考えてみる。誘電体テンソルεの主座標系は、デカルト座標系（ｘ，ｙ，ｚ）と一致している。一軸異方性媒質の場合、εｘ＝εｙ＝ε０ｎｏ２，εｚ＝ε０ｎｅ２であり、マクスウェルの方程式を満足する条件は、次式で表される。
【数１２】
2004514169.tif 000014
この系には２つの解がある。第１の解は、次のとおりである。
【数１３】
2004514169.tif 000015
第２の解は、次のとおりである
【数１４】
2004514169.tif 000016
これら２つの解が直交ベクトルであることは明らかである。かくして、任意の層ｘ＞ａの解の一般形態は、次のとおりである。
【数１５】
2004514169.tif 000017
Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２は、任意の定数であり、次のとおりである。
【数１６】
2004514169.tif 000018
この場合、磁界ベクトル成分は、次のとおりである。
【数１７】
2004514169.tif 000019
クラッド媒質と一軸媒質との間のインタフェースのところでの連続性の条件ｘ＝ａにより、次式が導かれる。
【数１８】
2004514169.tif 000020
ここで、α２は、一軸媒質についての定数αであり、α１は、等方性媒質の定数αである。
【００２２】
等方性媒質のＴＥモードが一軸媒質のＴＥモードとだけ結合され、等方性媒質のＴＭモードが一軸媒質のＴＭモードとだけ結合されることが分かる。これら２つのモードは、互いに相互作用をせず、理想的なインタフェースが得られる。
【００２３】
かくして、ＴＭモードに関し次式が得られる。
【数１９】
2004514169.tif 000021
ＴＭモードに関し次式が得られる。
【数２０】
2004514169.tif 000022
ＴＭモードは、異常光線屈折率のみに依存し、これに対しＴＭモードは常光線屈折率のみに依存していることが分かる。
【００２４】
結論２．一軸材料のコーティング方向がｚ軸であり、一軸材料が常光方向ｘ，ｙについて高い吸収係数を有しているものとすると、ＴＥモードは、崩壊することなく等方性媒質（コア）中を伝搬し、これに対しＴＭモードは消失モードになる。等方性媒質ＴＭモード中に偶然見える波は、一軸材料との相互作用により崩壊することになる。
【００２５】
かくして、結論１，２から分かるように、一軸媒質の適正な配向状態により、偏光ＴＭ又はＴＥモードを伝送することができ、他方、他のモードは消失する。
【００２６】
図１に示すプレーナ型導波路では、被覆された層は、一軸材料から成り、クラッドと相互作用する。相互作用率及びかくして損失は、クラッドの厚さで決まる。
【００２７】
例えば図２に示すような円筒形断面の導波路について考察する。しかしながら、円（円筒形）対称に関し、この設計のシミュレーションは、一層複雑であり、最終結果は、プレーナ型設計のものに近い。導波路は、コア１７、クラッド１８及び一軸又は二軸異方性フィルム１９を有している。
【００２８】
図２によれば、クラッドの厚さは、ｈ＝ａ１−ａ０である。主パラメータは、コア半径−ａ０、厚さｈ、コア層の屈折率−ｎｃ、クラッド層の屈折率−ｎｃｌ、被覆層の屈折率ｎｏ＝ｎｏ１−ｉ＊ｎｏ２及びｎｅ＝ｎｅ１−ｉ＊ｎｅ２である。ｎｃ＞ｎｃｌ、ｎｃ＞ｎｏ１（即ち、光伝搬の必要条件）及び被覆層の異常光方向がファイバに沿う方向である場合を考える。
【００２９】
その目的は、最終的な伝搬モード、カットオフ条件及びこれらの入力パラメータ依存性を見出すことにある。以下のことを仮定する。
【数２１】
2004514169.tif 000023
【００３０】
固有値βについての方程式は以下の形態を有している。
ｄｅｔ（Ｍ）〔β〕＝０　　　　（１）
上式においてｄｅｔ（Ｍ）は、この場合に相当するマトリックスＭの行列式である。このマトリックスは、以下の表１の形態であらわされる。無次元変数で表された行列式ｄｅｔ（Ｍ）は、ｃ，μ，ε０には依存しないことが結論づけられた。ａｋ＊（ω／ｃ）について表記ａｋ、ｋ＝０，１及びβｃ／ωについてβ、ｐａ０２＝ｎｃ２−β２、ｐａ１２＝ｎｏ２−β２、ｐａ２２＝ｎｃｌ２−β２を保つと、次式が得られる。
【数２２】
2004514169.tif 000024
【００３１】
次の表１中の関数Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｙは、ベッセル関数である。
【表１】
2004514169.tif 000025
【００３２】
方程式（１）の各解βは、伝搬モードに相当している。各整数ｎについて固有値βｎ，ｋの数は有限であるに過ぎない。βが実数であれば、かかるモードは、吸収損失を生じないで伝搬する。本発明の場合、被覆層は、合成屈折率のものなので方程式（１）の各解βは、複素数である。
【００３３】
波数βの虚部が、十分に小さければ（したがって、吸収損失が十分に小さいと）かかるモードは伝搬モードになろう。
【００３４】
波数Ｉｍ［β］の虚部の大きさは、基本的にはクラッド層の厚さｈ及び吸収係数ｎｏ２及びｎｅ２に依存する。互いに異なるモードは、モード選択性（偏光選択性）について基本である互いに異なる吸収率を有している。さらに、複屈折率の高い割合Δｎ＝ｎｏ１−ｎｅ１（約０．６〜０．９）及び高屈折率ｎｏ１（約２．５）は、高いモードの選択性を確保する。
【００３５】
固有値βｎ，ｋを方程式（１）から規定すると、磁界及び電界分布をマクスウェルの方程式から見出すことができる。コア中のモーダルパワーのフラクションηｎ，ｋを、次式に基づいてこれら電界及び磁界分布から導き出すことができる。
【数２３】
2004514169.tif 000026
上式において、εｒ，εθ，ηｒ，ηθは、固有値βｎ，ｋに一致する電界及び磁界分布である。
【００３６】
モーダルパワーΗｎ，ｋのフラクションは実質的に、屈折率ｎｏ＝ｎｏ１−ｉ＊ｎｏ２及びｎｅ＝ｎｅ１−ｉ＊ｎｅ２に依存していて、互いに異なるモードは導波路断面中に互いに異なるモーダルパワー及び互いに異なる分布状態を有するようになっている。追加の一軸被覆層を備えたステップ型（ステップインデックス）ファイバの最も低い数個のモードについてのカットオフ条件の数値による例が図３に示されている。図３は、被覆層を備えたステップ型ファイバの最も小さな数個のモードの固有値を示している。コアの屈折率ｎｃ＝１．５１、クラッドの屈折率ｎｃｌ＝１．５０５、被覆層の常光線屈折率ｎｏ＝１．５−ｉ＊０．０１、異常光線屈折率ｎ＝２．５−ｉ＊０．５、クラッドの半径＝１５ミクロン、波長−０．３１である。部分的に被覆されたＴＣＦは、特定のモードについてモーダルパワーのフラクションを変化させることができる。
【００３７】
かくして、導波路、即ち、プレーナ型導波路又は円筒形導波路（光ファイバ）は、従来型光ガイドの場合と同様に等方性中心層又はコア及びクラッドを有する。しかしながら、本発明によれば、偏光フィルム又は被覆がクラッドに被着される。フィルム又は被覆は、コアに沿って伝送されている光の２つの直交偏光に互いに異なる屈折率を与えるように整列された互いに平行な分子又は結晶を有している。被覆は、一方の偏光を通過させ又は吸収し、他方の偏光を反射させるよう働き、それにより、導波路によって伝送される光が単一の偏光状態を持つようになる。すなわち、その偏光状態が維持される。
【００３８】
図４は、クラッド１８を備えたファイバ型導波路コア１７を示しており、このクラッドは、その全長に沿って一様に被着された一様な偏光フィルム又は被覆１９を備えていて、伝送された光の偏光が連続的に維持されるようになっている。
【００３９】
図５は、コア２２及びクラッド２３を有する導波路２１を示している。偏光フィルム２４が、偏光材料の使用量を少なくした状態で偏光状態を維持するよう選択された間隔で被着されている。
【００４０】
図６は、コア２７及びクラッド２８を備えた導波路２６を示しており、かかる導波路では、フィルム２９は、分子の軸線が矢印３１で示すように螺旋に沿って配向された状態で被着されている。
【００４１】
図７は、コア３３及びクラッド３４を備えた導波路３２を示している。偏光フィルムは、互いに平行に間隔を置いたセグメント３６に沿ってファイバの長さに沿って被着されている。
【００４２】
実施例の全ての場合において、偏光フィルムは、一方の配向状態の偏光を反射してこれをコア内に戻し、他方の配向状態の光を通過させ又は吸収し、それにより、伝送光の偏光状態を維持するように位置する常光線屈折率及び異常屈折率を備えた状態でクラッドに被着されている。他のフィルム構成を使用してもよいことは明らかである。フィルムの重要な特徴は、これがフィルム中の結晶又は分子の配向状態を維持し、これらが屈折率の方向を維持することにある。
【００４３】
実際には、薄い結晶オーバーレイ被覆は、ＴＭモード又はＴＥモードの境界層を指数関数的に減少させる。吸収係数の差に起因して、モードのうちの一方は、消失モードになる。複屈折結晶を結晶の常光線屈折率及び異常光線屈折率として用いる場合、結晶を適正に配向させることにより、偏光状態のうちの一方は、有効屈折率よりも低い屈折率を備えたオーバーレイを「見る」ことになり、それ故、導波される。他方の偏光は、有効屈折率よりも高いオーバーレイ屈折率を「見る」ことになり、それ故、漏れ出ることになる。
【００４４】
フィルムは、分子を含む液体溶液の薄い膜を塗布することによってクラッドの表面に被着される。層を被着すると、分子は適切に整列する。摩擦力を所望の整列方向に沿って加えることにより分子を機械的に整列させるのがよい。変形例として、電界又は磁界をかけることにより分子を整列させてもよい。分子を整列させた後、フィルムは、乾燥して固体膜を形成するようになり、それにより、分子又は結晶を整列状態に維持して偏光フィルムを構成する。材料は、例えば米国特許第２，４００，８７７号及び第２，４８１，８３０号に記載されているような非晶質配向分子のフィルムであってもよく、或いは米国特許第５，７３９，２９６号及び第６，０４９，４２８号に記載されているタイプの異方性結晶被覆であってもよい。
【００４５】
分子又は結晶を生じる有機化合物を含む液体溶液を塗布することにより被覆を形成する。分子又は結晶は、液体状態にある間は薄膜としてクラッド内へ配向され、次に、溶液が、液体の蒸発によって乾燥するようになり、その後、偏光フィルムを形成するよう二方向に互いに異なる屈折率をもたらす配向状態の分子又は結晶を備えた固体膜が残る。
【００４６】
図８は、コーティングマシン（塗工機）を概略的に示している。偏光分子で被覆されるべき光ファイバ４１を、液体結晶材料の浴４２を通して引き出す。ファイバ及び液晶材料を、マイクログルーブ４４を備えたコーティングユニット４３、例えば、図９に示すユニットを通して引き出す。余分な材料をコーティングユニットによって除去する。それと同時に、コーティングユニットは、剪断力を分子に加え、それによりこれらを整列させる。次に、配向状態の分子を備えたファイバは、乾燥ユニット４６を通って走行する。配向状態の分子を有する固体フィルムで被覆されたファイバ４１を形成する。
【００４７】
図１０は、円周方向マイクログルーブ４８を有するコーティングユニット４７を概略的に示している。液晶材料をファイバとコーティングユニットとの間のスペース４９に供給する。コーティングユニットは、ファイバをユニットを通して引き出している間、回転する。これにより、粒子の螺旋配向状態が得られる。
【００４８】
図１１は、偏光フィルムによる被覆のために調製されたコア４４、クラッド５２及び薄肉化クラッド５１を備えた導波路を示している。
【００４９】
図１２は、偏光フィルムによる被覆のために調製されたコア５７、クラッド５９及び薄肉化クラッド５８を備えた導波路を示している。
【００５０】
コーティング前に、光ファイバを処理して例えばクラッドが図１１（これについては、例えばＨ．カマザキ他著“Ｔｕｎａｂｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｉｂｅｒ ｔｈｉｎｎｅｄ ｂｙ ｐｌａｓｍａ ｅｔｃｈｉｎｇ”Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ＯＦＣ２００１， Ａｎａｈｅｉｍ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ， ＭＣ５ ）及び図１２（これについては、例えば米国特許第４，７９５，２３３号を参照されたい。なお、ここでは、クラッドの一部は省かれている）に示されているようにクラッドを薄肉化するのがよい。この処理は、光とオーバーコート層の相互作用を増大させるために標準型光ファイバにとっては重要である。
【００５１】
偏光フィルムを、米国特許第２，４８１，８３０号及び第５，７３９，２９６号に記載されているような仕方でプレーナ型導波路に被着するのがよい。
【００５２】
かくして、導波路を通って伝送された光の偏光状態が維持され又はかかる光が偏光される光導波路を開示した。光導波路は、プレーナ型のものであってもよく、円筒形型のものであってもよい。光導波路は、コア、クラッド及び互いに異なる方向に互いに異なる屈折率を有する材料のフィルム又は被覆を有する。かかる材料を、フィルムが互いに異なる結晶軸又は分子軸に沿って互いに異なる光学的性質を有するような仕方で被着する。フィルム材料は、液晶層構造を呈する分子の変性有機化合物から成る。液晶材料を剪断力下でクラッド上にコーティングし、かかる結晶材料は、分子配向状態の薄膜として乾燥生成する。フィルムは、導波路を通って伝搬する光波に作用して光波の偏光面を維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による被膜又はフィルムを備えた平面（プレーナ型）導波路の一部の斜視図である。
【図２】
本発明のフィルムを備えた円筒形型導波路の断面図である。
【図３】
本発明の被膜又はフィルムを備えたステップ型ファイバ中の数個のモードについての固有値を示す略図である。
【図４】
本発明の実施形態の円筒形導波路の斜視図である。
【図５】
別の被膜又はフィルム構成を備えた光ファイバの斜視図である。
【図６】
フィルム中の分子が螺旋に配向した状態の光ファイバの斜視図である。
【図７】
フィルムがファイバの円周周りにセグメント状になった光ファイバの斜視図である。
【図８】
結晶フィルムをファイバに被着させるための機械の略図である。
【図９】
図８のコーティングユニットの断面図である。
【図１０】
別の適当なフィルムコーティングユニットの略図である。
【図１１】
反応性プラズマエッチングにより薄肉化されたクラッドを有する光ファイバの斜視図である。
【図１２】
クラッドファイバの一方の側から薄肉化するよう加工された光ファイバの斜視図である。
【図３】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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