(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子（80及び82；118及び120）の製造方法であって、
３つ以上の光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）を並んだ構成に整列させ、各光学部材の少なくとも１つの表面が前記構成における隣接光学部材の表面と接触するようにし、かつ前記隣接光学部材が、前記接触する表面と平行な方向に伝搬する光の偏光成分（158、160、162及び164）の操作に関して異なる光学特性を備えるようにし、
前記並んだ構成の光学部材を、互いに対して平行でない、第１の一連の平行な切断および第２の一連の平行な切断で分割して（56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76及び78；及び112及び114）、複数の別個の光学素子を形成して、各光学素子が２つの隣接光学部材のそれぞれからのセグメント（12ａ、12ｂ、14ａ、14ｂ、16ａ、16ｂ、18ａ、18ｂ、20ａ、20ｂ、22ａ；及び121、122、123及び124）を含むようにし、これによって偏光成分の操作に関して、第１の光学特性を備える第１の部分と、前記第１の光学特性とは異なる第２の光学特性を備える第２の部分を含むように前記各光学素子が形成されることを含む、製造方法。
【請求項２】
前記光学部材を整列させることが、複数のウォークオフ結晶（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）を透明基板（36；及び110）に固定して、前記光学部材が、縦方向に沿って接して、前記結晶が前記縦方向に垂直な方向に沿って連続的に付番された場合に、奇数番号の結晶のウォークオフ方向が偶数番号の結晶のウォークオフ方向と正反対であるパターンが形成されるようにすることである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34）を、前記第１の一連の切断で分割する（56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76及び78）ことが、前記ウォークオフ結晶のそれぞれを前記縦方向に対して平行にダイシングすることを含み、それによって前記奇数番号の結晶の１つのセグメント（12ｂ及び14ｂ）及び前記偶数番号の結晶の１つのセグメント（14ａ及び16ａ）を支持する前記透明基板の領域を含むように、各光学素子（80及び82）が形成される、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記光学部材を、前記第２の一連の切断で分割することが、前記ウォークオフ結晶（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34）のそれぞれ及び前記透明基板（36）を、前記縦方向に対して垂直にダイシングする（38、40、42、44、46、48を、50及び52）ことを含み、前記構成において各対をなす奇数番号及び偶数番号の結晶から複数の前記光学素子（80及び82）が形成される、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記光学部材（86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）の構成が、互い違いのウォークオフ方向を備える接触ウォークオフ結晶のパターンをなし、前記光学部材を分割することは、前記第２の一連の切断が前記第１の一連の切断に垂直であるように前記構成をダイシング（112及び114）することを含み、前記第１の一連の切断が前記第２の一連の切断と前記隣接光学部材の前記接触表面の界面（116及び126）においてのみ交差し、これによって前記ウォークオフ方向に対して鋭角をなし、かつ前記界面に対して平行である側部を備える前記光学素子（118及び120）が形成される、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）を整列させることが、前記光学部材を透明基板（36；及び110）に固定して、前記光学部材が隣接光学部材に接触するようにすることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記基板が、ガラス基板（36）であり、前記光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34）がバーであり、前記光学部材を分割することが、縦方向と横方向の両方向に前記バーをダイシングして、前記複数の別個の光学素子（80及び82）を形成することを含む、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記光学部材を整列させることが、光学的に透明なエポキシを利用して、前記光学部材を前記基板（36；及び110）に固定することを含み、前記光学部材がウォークオフ結晶である、請求項６又は７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に伝搬する光の偏光成分を操作するための光学素子に関するものであり、とりわけ分割光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを介した光信号の伝送に基づく通信ネットワークの適応性及び信頼性は、光サーキュレータ及び光アイソレータのようなアセンブリが利用可能になることによって大幅に向上した。例えば、３ポートサーキュレータを用いることによって、２つの遠隔サイト間における双方向通信に単一ファイバを利用することが可能になる。非可逆性光学素子、すなわち異なる方向に移動する光に別様に影響する素子を利用することによって、双方向ファイバは、入力ファイバと出力ファイバの両方に光学的に結合することが可能になる。非可逆作用によって、逆方向の光ビームの「ウォークオフ」すなわち空間変位に差が生じるので、入力ファイバ及び出力ファイバは、互いに光学的に分離される。
【０００３】
光アイソレータには、単一モードのファイバのみが含まれる。入力ファイバによって、光信号が光学アセンブリに送り込まれ、光学アセンブリでは、光を偏光成分に分割し、偏光成分に対して非可逆作用を及ぼし、出力ファイバにおける出力に関する、偏光成分を再結合する。この非可逆作用は、逆方向の光が入力ファイバとのアライメントがとれる見込みを低下させるように設計されている。
【０００４】
光サーキュレータ又はアイソレータを含むシステムはしばしば、平行ファイバの１つへもしくは１つから、光学アセンブリを介して、伝搬するビームの偏光成分に操作を加える光学素子のアセンブリの端部の１つに関して平行な２つ以上のファイバを備えている。一般にこうしたアセンブリにおける各素子は、２つの平行ビームを別様に取り扱うように設計されたシステム内にあっても、全ての偏光成分の光路内における単体部材である。これによって、アセンブリ内において必要とされる光学素子の数がより増加し、そのためにファイバ間の信号クロストークが強まる可能性がある。光サーキュレータ又はアイソレータ内のクロストークは、入力ファイバから意図された出力ファイバではないファイバへの光の伝送である。信号クロストークの原因の１つは、アセンブリ内の個々の光学素子からの後方反射である。
【０００５】
単体光学素子に対する代替案として、光サーキュレータ及びアイソレータには、分割光学素子が含まれる場合もある。Kogaに対する米国特許第5,204,771号には、分割光学素子を備える光サーキュレータの記載がある。光学素子の一部は、可逆性時計廻り方向回転子であり、その隣接部分は、可逆性反時計廻り方向回転子である。入射光は、分割光学素子の直前の複屈折結晶板によって２つの成分に分離される。結晶板は、一方の光成分を可逆性時計廻り方向回転子に送り、もう一方の光成分を反時計廻り方向回転子に送る。これによって、２つの光成分を個別に、ただし同時に操作することが可能になる。Kogaの特許には、単一光学素子に光成分の選択的回転を可能にする４つの部分が備わった実施態様が含まれている。Chengらに対する米国特許第5,471,340号には、分割された成分回転素子を備える光学アセンブリも記載されている。この分割素子は、独立した偏光回転を実現するように設計され、矩形素子部分を含んでいるので、Kogaの回転素子と同様である。
【０００６】
1997年２月25日に提出され、本発明の譲受人に譲渡された、Changらの米国特許出願第08/805,001号には、分割偏光回転子の記載もある。ファラデー回転子が、分割偏光回転子の後方側に位置する。入射ビームは、第１と第２の偏光成分に分割される。第１の偏光成分が、分割偏光回転子の「正の片側」を通過し、反時計廻り方向に45度だけ回転し、次にファラデー回転子によって引き起こされる45度の時計廻り方向の回転によってもとの配向に戻される。一方第２の偏光成分は、分割偏光回転子の「負の片側」を通過し、時計廻り方向に45度だけ回転した後、ファラデー回転子によって、さらに45度だけ時計廻り方向に回転することになる。このため、第１の偏光成分の回転は、合計で０度になり、第２の偏光成分の回転は、合計で90度になる。このChangの参考文献には、分割偏光コンポーネントの製造方法について記載がある。偏光成分を回転させるための所望の光学特性を備えた一対の二分の一波長板ブロックが設けられる。ブロックは、それぞれ縦方向に等しい寸法になるように分割される。ブロックの１つからの片側には、適合する接着剤の薄層が塗布され、もう１つのブロックからの片側に接触させられる。接着剤が硬化すると、分割偏光回転子が形成される。第２の分割偏光回転子は、２つのブロックの残された２つの片側を利用して形成することが可能である。この製造方法は、その意図する目的にはうまく役立つが、このプロセスは労働集約的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、偏光成分を個別に操作できるようにする分割光学素子のコスト効率の高い製造方法を提供することにある。本発明のもう１つの目的は、偏光成分の個別空間分離を容易にする分割ウォークオフ素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
分割光学素子を一括して製造する方法には、並べて配置された光学部材のグループのアライメントをとって、各光学部材の少なくとも１つの表面が、光の偏光成分の操作に関して異なる光学特性を備える隣接光学部材の表面と接するようにすることが含まれる。偏光成分の所望の操作は、偏光回転とすることが可能であるが、望ましい実施態様においては、その操作は偏光成分の制御されたウォークオフである。この望ましい実施態様では、隣接光学部材のウォークオフ方向は逆方向である。
【０００９】
光学部材は、バーとすることが可能であり、この場合接触表面は、両端のバー以外、各バーの縦方向における向かい合う側面となる。バーは全て、ガラス基板のような光学的に透明な薄い基板に対して固定される。光学部材を分割して、各々が異なる光学特性の２つの部分を備える、個別分割光学素子を形成する、ダイシングステップの間、基板は光学部材を支持している。
【００１０】
実際態様の１つでは、ダイシング手順が、基板及び光学部材に第１と第２の一連の切断を施すことによって実施される。各光学部材は縦方向に切断されることによって、２つの等しいセグメントとなる。横方向に第２の一連の切断を施すことによって、個別光学素子が得られる。光学素子のそれぞれは、２つの寸法は等しいが、光学特性は異なる２つの光学部材の部分を支持するガラス基板のセグメントを含む。ウォークオフ距離とウォークオフ結晶の厚さの間には直接的な関係があるので、２つの部分の厚さは意図される用途によって決まる。本実施態様の一例として、10mmの長さを備えた、ウォークオフ結晶の30個のバーが、ウォークオフ方向が互い違いのパターンをなすようにガラス基板にエポキシ樹脂で接着される場合、縦方向に切断することにより、29個の分割光学素子が得られ、さらに互いにエポキシ樹脂で接着することによって、30番目の分割光学素子を形成することが可能な２つの端部セグメントが得られる。所望の長さが１mmの場合、30個の素子のそれぞれが横方向のダイシングを施されることにより、基板に支持される10個の個別分割素子が形成される。結果として、300個の素子が製造される。
【００１１】
もう１つの実施態様の場合、光学部材に対する第１と第２の一連の切断は、隣接光学部材の界面に対して鋭角をなす。例えば、バーの間の界面においてのみ、＋45度及び−45度の切断を交差させることが可能である。これらの切断によって形成される分割光学素子の数は、バーの数に対して１：２の比になる。これは、切断が界面に対して平行及び垂直をなす、第１の実施態様によって得られる１：１の比に匹敵するが、この第２の実施態様におけるバーの厚みは、第１の実施態様におけるバーの厚みの50％しか必要としない。
【００１２】
基板に固定される光学素子が、互い違いのウォークオフ方向を有するウォークオフ結晶である場合、及び界面に対して45度の角度で切断される場合、その結果得られる分割光学素子は、斜めの分割に対して各々平行である反対向きのウォークオフ方向を有する第１と第２の部分に斜めに分割される素子となる。これらの光学素子は、光サーキュレータ又はアイソレータ内において素子をアセンブルする際のアライメントプロセスを容易にする。
【００１３】
この製造プロセスでは、光学素子の一括形成を可能にすることによって、分割光学素子の形成コストが低下する。鋸と結晶の間の精密アライメント回数を従来の製造手順に必要とされるよりも少ない回数で、所定の数の分割光学素子を製造することが可能になる。もう１つの利点は、第２の実施態様によって、ファイバと光学素子の間の精密アライメントが容易になるということである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１及び２を参照すると、光学部材12及び14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34のアレイ10が、図示のように、基板36に固定されている。製造手順の説明においてより十分に明らかになるように、隣接光学部材のセグメントを利用して、異なる光学特性を示す第１と第２の部分を備える分割光学素子が形成される。従ってアレイ10は、異なる光学特性を備えた光学部材から構成されなければならない。アレイが２つのタイプの光学部材（タイプ「ａ」及びタイプ「ｂ」）を含むならば、望ましい実施態様では、各部材の光学特性は、ａ、ｂ、ａ、ｂ・・・のパターンをなすようにして、両方の隣接部材から区別することが可能である。しかしながらこの製造手順の用途によっては、全ての隣接光学部材ではなく、隣接する対をなす光学部材に互い違いのパターンを適用することが有効な場合もある。この望ましさの点で劣る実施態様の場合、パターンは、ａ、ｂ、ａ、ｂ・・・ではなく、ａ、ｂｂ、ａａ、ｂｂ・・・になる。
【００１５】
光学特性の相違は、厚み（Ｔ）方向に光学部材12〜34を介して伝搬する少なくとも１つの偏光成分の操作に関連している。この操作は、二分の一波長板を用いて得られるような偏光回転とすることが可能である。しかしながら望ましい実施態様の場合、光学部材はウォークオフ結晶である。ウォークオフ方向の互い違いのパターンが、個別光学部材12〜34の上の矢印によって示されている。
【００１６】
ウォークオフ結晶を形成するための許容可能な材料には、ルチル（二酸化チタンTiO2）又はバナジン酸イットリウム（YVO4）がある。当該技術において周知のように、ウォークオフ光学素子の厚みは、結晶を介して伝搬中に特定のアライメントがとれる偏光成分の所望の空間変位によって決定される。例えば0.0885mmのウォークオフ離隔距離を実現するには、ルチル結晶は約0.885mmの厚みにすればよい。
【００１７】
光学部材12〜34の長さ（Ｌ）は、光学部材の厚みＴによって決まるウォークオフ離隔距離に適応するのに十分であることが望ましい。この光学要件を超える、取扱いを容易にして十分な構造の完全性を得るのに十分な長さと幅を与えることが実施上必要である。許容可能な長さは、1.0mmであるが、図１の寸法Ｌは、所望の長さの整数倍であることが望ましく、それによってかなりの数の分割光学素子がアレイ10から形成される。長さが20mmのウォークオフ結晶バーは市販されている。アレイから形成される各分割光学素子の所望の長さが1.0mmであれば、図１の結晶バーの長さは、10.0mm（すなわち、Ｌ＝10.0mm）とすることができ、30個の結晶バーが存在する場合、アレイを９回切断することによって、全部で300個の分割光学素子が得られる。この生産量を実現するため、バーの横方向に９回の切断が行われる。この９回の切断が、図２の点線38及び40、42、44、46、48、50、52、54によって示されている。各バーの幅Ｗは、９回の切断後、長さとほぼ同じになるようにすることができる。すなわち幅を1.0mmにすることが可能である。しかしながら光学材料のバーの幾何学寸法は、製作手順にとって重大な事項ではない。
【００１８】
基板36は、薄い光学的に透明な材料から形成される。基板は、厚みが約100μmのガラススライドとすることができる。光学部材12〜34は、光学的に透明なエポキシによって基板に固定される。光サーキュレータ又はアイソレータ内の隣接する光学素子を接着によって固定するための既知のエポキシが、光学部材12〜34をガラス基板に固定するのに使用することができる。ルチルは、屈折率が約2.4であり、当該技術において用いられる光学的に透明なエポキシは、屈折率が約1.52であるため、光学部材の下部表面には、界面における屈折率の不整合を軽減することによって性能を向上させるため、反射防止コーティングを施すことが望ましい。各光学部材の上部表面に反射防止コーティングを施すことも望ましい。許容可能な反射防止コーティングは、多層の互い違いのパターンをなす二酸化珪素（SiO2）の層と二酸化チタン（TiO2）の層である。
【００１９】
隣接光学部材の側面と接する光学部材12〜34の側面は、光学的に研磨されていることが望ましい。この研磨によって、近接して隔置される光ファイバに対する分割光学素子の精密なアライメントを可能にする、平滑な表面が得られる。２つのファイバ間の中心間距離が約125μmといった場合もあるので、分割光学素子の接触表面に引っかき傷があれば、光サーキュレータ又はアイソレータのような装置の性能に悪影響を及ぼすことがある。
【００２０】
図２における横方向の切断38〜54に加えて、各光学部材12〜34は、縦方向に等しく分割される。図３におけるアレイ10の端面図を参照すると、縦方向の切断56及び58、60、62、64、66が、それぞれ光学部材12及び14、16、18、20、22の分割として示されている。図２の点線によって、部分的な縦方向の切断56〜66並びに68及び68、70、72、74、76、78が示されている。ダイシング手順は、当該技術において周知のように、ダイシングソーを用いて実施することができる。しかしながら劈開のような、光学部材を分割するための他の手段を用いることもできる。
【００２１】
横方向の切断38〜54と縦方向の切断57〜78の順序は、本発明にとって重大な事項ではない。しかしながら縦方向の切断を最初に行うほうが材料の取扱い上有利であろう。
【００２２】
切断38〜54及び56〜78のそれぞれは、ガラス基板３６を貫いて行われる。図３において最もよく分かるように、各縦方向の切断56〜66によって、光学部材12〜22の１つが２つの等しいセグメント「ａ」及び「ｂ」に分割される。しかしながらガラス基板36は、光学部材の１つの各セグメント「ｂ」と、それに接する光学部材のセグメント「ａ」との界面においてもとのままである。例えば１つの分割光学部材が、12ｂ及び14ａの組み合わせから形成され、一方第２の分割光学部材が、14ｂ及び16ａの組み合わせによって形成される。これら２つの分割光学素子80及び82の平面図が、図４に示されている。30個の光学部材12〜34があり、９回の横方向の切断38〜54が行われると、この製造手順によって、光学素子  80と同じ光学素子が150個生じ、光学素子82と同じ光学素子が150個生じることになる。この生産量は、第１の光学部材12の端部セグメント12ａをアレイ内の最後の光学素子34の端部セグメントに接着することが必要になる。望ましい実施態様においては、他のセグメントを互いに接着して、分割光学素子を形成することはない。それどころかセグメントは、ガラス基板によって接続される。
【００２３】
図４における２つの分割光学素子80及び82のそれぞれには、異なる光学特性を示す２つの部分が存在する。図２の隣接光学部材がウォークオフ結晶である実施態様においては、製造される分割光学素子80及び82は、向かい合う方向の空間変位を有することになる。従って光学素子80が、セグメント12ｂと第１の光ファイバのアライメントがとれように配置され、セグメント14ａと第２の光ファイバのアライメントがとれるように配置される場合、２つのファイバから出力されたビームの適正な配向を施される偏光成分は、同時ではあるが、個別に操作を加えられることになる。
【００２４】
図５及び６には、製造方法のもう１つの実施態様が示されている。光学部材86及び88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108のアレイ84は、一般に図１及び２の光学部材とほぼ同等であるが、幅Ｗが図１の約１／２である。幅の50％の短縮と、ガラス基板110上の光学部材の数を２倍とすることを組み合わせることによって、図１〜４の手順に関連して説明したのと同じ数の光学素子が生じることになる。図１〜４の製造の説明において示された例には、それぞれ1.0mmの幅Ｗを備えた、30個の光学部材56〜78が含まれていた。図５のガラス基板110が、図２の基板36と全く同じ寸法であれば、基板110に、それぞれ0.5mmの幅を備えた60個の光学部材86〜108が含まれている場合、同じ数（ｎ＝300）の分割光学素子を形成することができる。
【００２５】
分割光学素子を形成するための所望の切断が、図５の点線112及び114によって示されている。一連の切断112は、互いに平行であり、隣接光学部材86〜108間の界面に対して鋭角をなしている。一連の切断114もまた互いに平行である。光学部材86と光学部材88の間の界面116に関して、切断112のそれぞれは、この界面に対し＋45度の角度をなすとみなすことができ、一方切断114は、−45度の角度をなすとみなすことができる。図６を参照すると、この方法に従って製造された分割光学素子118及び120は、それぞれ適正にアライメントのとれた偏光成分に関して向かい合う方向の空間変位を生じる、第１の部分121及び122と第２の部分123及び124が含まれることになる。
【００２６】
図２〜４の手順と図５及び６の手順との間の類似点は、２つの手順のダイシングステップ後、製造される分割光学素子の第１と第２の部分が、光学部材が固定されているガラス基板のセグメントによって、互いに所定位置に保持されることにある。もう１つの類似点は、第１と第２の部分が、どちらも２つの部分の界面に対して平行であり、反対方向に向くウォークオフ方向を有していることである。しかしながら図４の分割光学素子80及び82と図６の分割光学素子118及び120の間の重要な相違点は、光学素子118及び120の側部が、ウォークオフ方向に対して平行ではないということである。図６の実施態様においては、ウォークオフ方向は、ソーエッジに対して±45度である。より詳細に後述するように、斜めの界面116及び126を備える分割光学素子118及び120を利用して、偏光の混合を実現することが可能である。
【００２７】
図７及び８を参照すると、分割光学素子118及び120を光学アセンブリ128に利用することによって、偏光の混合が生じる。このアセンブリは、図示のように、前方端に平行な第１と第３の光ファイバ130及び132を備え、後方端に第２の光ファイバ131を備えている。図１の実施態様においては、該アセンブリは、第１の光ファイバ130からの入力ビームが、種々の光学素子を通って伝搬し、第２の光ファイバ131を介して出力され、一方第２の光ファイバからの入力信号が第３の光ファイバ132を介して出力される、光サーキュレータである。しかしながら光ファイバ間における光学結合の他の全ての可能性は、光ファイバからのビームの偏光成分に対する種々の素子の働きによって阻止される。
【００２８】
図７及び８の実施態様において、アセンブリ128の前方端における最初の２つの光学素子118及び120が、偏光ミキサ134を形成している。光学素子118及び120は、図６の分割光学素子である。図９〜20に関連してさらに詳細に後述するように、第１と第３の光ファイバ130及び132からの光ビームが偏光ミキサ134を通って順方向に伝搬することによって、それぞれ光ファイバ132のビームからの１つの偏光成分と、光ファイバ131からの１つの偏光成分を有する、２つの光ビームが生じることになる。この偏光成分の「混合」は、アセンブリ128における第３と第４の光学素子136及び138によって形成される偏光コンバイナ（combinor）135の準備をする。偏光コンバイナは、第１の光ファイバ130からの第１の光ビームの２つの偏光成分を再合流させ、第３の光ファイバ132からの第３の光ビームの２つの偏光成分を再合流が施された第１の光ビームの両側にシフトさせる。次に、この偏光成分の配置によって、さらに詳細に後述することになる２段光アイソレータアレイ139に関する所望の配向が設定される。アセンブリ128の光学素子が組み合わせられて、高性能で、コスト効率の高い光サーキュレータが形成される。
【００２９】
図８に最もよく示されているように、偏光ミキサ134を形成する光学素子118及び120は、斜めに分割されて、上方部分122及び123と下方部分121及び124をなす、分割光学部材である。第１の光学素子118の上方部分と下方部分の界面116は、第２の光学素子120の上方部分と下方部分の界面126に対して垂直である。この４つの部分のそれぞれは、ウォークオフ結晶から形成されており、２つの光学素子のそれぞれの２つの部分は、向かい合うウォークオフ方向を備える。ウォークオフ方向は、図８の４つの部分121〜124において矢印によって表示されている。
【００３０】
偏光コンバイナ135の２つの光学素子136及び138も、ウォークオフ結晶から形成される。このウォークオフ方向は、互いに垂直であるが、アセンブリ128の同じ側面の表面に向けられている。当該技術において周知のように、ウォークオフ結晶を形成するための共通材料は、ルチル（二酸化チタン−TiO2）及びバナジン酸イットリウム（YVO4）である。より大きい屈折率が得られることから、望ましい材料はルチルである。ウォークオフ離隔距離１mm毎に対して、ルチル結晶は約10.0mmの厚みを備えていなければならない。図７及び８の実施態様において、第１及び第３の光ファイバ130及び132のコア間ピッチが250μmであれば、望ましいウォークオフ距離は、ピッチの１／２の√２倍とすることができる。従って光学素子118及び120、136、138のそれぞれの厚みは、√２×125μm＝177μmのウォークオフ距離が得られるように選択するのが望ましい。
【００３１】
ウォークオフ結晶138の背面に位置する光学素子140は、偏光回転を生じる二分の一波長板である。二分の一波長板の光軸は垂直に対して22.5度であるため、偏光状態の回転は45度になる。二分の一波長板は、当該技術において周知のところである。
【００３２】
前述のように、後続の光学素子によって、２段アイソレータアレイ139が得られる。アレイ内の第１の光学素子142は、125μmの空間変位を生じる厚みを有することが可能なウォークオフ素子であるが、このウォークオフ距離は、本発明にとって重要な事項ではない。ウォークオフ方向は、図８の矢印によって示されるように上方に向かう。
【００３３】
２段光アイソレータアレイ139は、一対のウォークオフ結晶146及び148を間に挟んだ、２つのファラデー回転子144及び150を含む。ファラデー回転子のそれぞれは、ビームの偏光成分を45度回転させる。順方向において、ファラデー回転子は、矢印で示されるように、反時計廻り方向の回転を生じさせる。ウォークオフ結晶146及び148は、上述の望ましい実施態様の場合、177μmの空間変位を生じる厚みを備えることができる。ウォークオフ方向は、互いに垂直であるが、主たる指向性成分は、図７及び８において明らかなように、アセンブリ128の遠位の側面に向かっている。２段アイソレータアレイ139の最後の光学素子152は、ウォークオフ方向が下方に向かい、ウォークオフ距離が125μmのウォークオフ結晶である。厚みは、前述のように所望のウォークオフ距離によって決まる。
【００３４】
２段光アイソレータアレイ139には、第１の光ファイバ130からの出力ビームを、そのビームを出力することになる第２の光ファイバ131に収束させるために用いられる、結像レンズ154が後続する。光ファイバ130及び131、132の全てが、熱拡大コア（ＴＥＣ）ファイバであれば、レンズ154は、１対１の結像レンズである。しかしながら第１の光ファイバ130がＴＥＣファイバで、第２の光ファイバ131が従来の単一モードファイバである実施態様の場合、レンズは４対１の結像レンズとすることができる。このレンズは、光学アセンブリ128の通過時に発散する、第１の光ファイバ130からの第１のビームの偏光成分を再収束させる。レンズの焦点距離は、第２の光ファイバ131に対する第１のビームのイメージ形成に基づいて選択される。
【００３５】
図９〜20には、図７の第１と第２の光ファイバ130と131から順方向に伝搬する第１と第２の光ビームの偏光成分が示されている。12枚の図のそれぞれは、図８の12個のコンポーネントの各々の前面における偏光成分の位置を示している。図９においては、第１の光ファイバの光学軸が、２つの分割光学素子118及び120によって画定される偏光ミキサ134の前面における、第１のポート156、すなわちウィンドウを限定する。第１のビームの直交偏光成分158及び160は、図９に太い黒線として例示されている。これに対し、第３の光ファイバからの第３のビームの偏光成分162及び164は、分割光学素子118の前面におけるウィンドウ166を画定する。
【００３６】
第１のビームの光軸は、第１の分割光学素子118の下方部分121とアライメントがとられ、一方第３のビームの光軸は、上方部分123とアライメントがとられる。上方部分及び下方部分のウォークオフ作用（ウォークオフ方向は図９に矢印で示される）の結果として、順方向に伝搬する４つの偏光成分158〜164が、第２の分割光学素子120の前面に達すると、図10に示すように、第１の偏光成分158及び第３の偏光成分162は位置168及び170にシフトされる。第２の偏光成分160及び第４の偏光成分164は、偏光ミキサ134内において第２の光学素子120の上方部分122及び下方部分124のウォークオフ方向とアライメントがとれる。従って２つの部分122及び124のウォークオフ作用によって、第２と第４の偏光成分は２つのシフト位置168及び170にウォークオフする。この４つの偏光成分の配向は、上述の偏光コンバイナを形成する対をなすウォークオフ結晶の第１のブロックであるウォークオフ結晶136の前面において生じる。この配向は図11に示されている。
【００３７】
図９及び11を比較すると、２つの光学素子118及び120によって形成される偏光ミキサが、第１のポート156からの１つの偏光成分158と第２のポート166からの１つの偏光成分164を組み合わせ、残り２つの偏光成分もまた組み合わせられる。「混合」偏光成分は、図11にシフト位置168及び170によって表示される順方向伝搬光路上に位置する。
【００３８】
偏光コンバイナの前方光学素子136のウォークオフ作用は、図12に示すように、第１の偏光成分158をシフトして、ウィンドウ156の位置に戻し、第３の偏光成分162を位置172にシフトする。
【００３９】
図13は、偏光コンバイナの第２の光学素子138が第２と第４の偏光成分160及び164をシフトさせた後の、４つの偏光成分158〜164を示す。ウィンドウ156からの入力ビームを形成する第１と第２の偏光成分158及び160は、図９のもとの位置の戻されるが、ウィンドウ166に元のビームを形成された第３と第４の偏光成分162と164は、ウィンドウ156の両側に位置し、互いに元のウィンドウ156と166の間の離隔距離を超える距離だけ分離される、位置172と174にある。
【００４０】
４つの偏光成分158〜164は、二分の一波長板140の作用によって所定位置に回転される。二分の一波長板の利用は、当該技術において周知のところである。図14は、元のウィンドウ156及びシフト位置172及び174における４つの偏光成分の回転アライメント方向が示されている。次に第４の偏光成分が、図８の２段光アイソレータアレイ139に導入される。
【００４１】
２段光アイソレータアレイ139の第１の光学素子142は、ウォークオフ方向が上方を向くウォークオフ結晶である。この結果、垂直方向の配向が施された第２と第４の偏光成分160及び164が上方にシフトして、図15の位置176及び178につくことになる。前述のように、ウォークオフ結晶142の厚みは、既に遭遇したウォークオフ結晶の厚みよりも薄い。例えば結晶136及び138の厚みは、それぞれ10×√２ａとし、一方結晶142の厚みは、約10ａとすることが可能性であるが、ここで「ａ」は２つのウィンドウ156と166の間のピッチの１／２である。実施態様の１つでは、ａの値は125μmであるため、ウォークオフ結晶136及び138は、それぞれ約1770μmになり、ウォークオフ結晶142の厚みは、約1250μmになる。しかしながらａの値は、本発明にとって重要な事項ではない。
【００４２】
図15のファラデー回転子144によって、４つの偏光成分158〜164は45度回転されて、図16に示す偏光の配向が得られる。ウォークオフ結晶146は、第１と第３の偏光成分158及び162の位置を、それぞれ位置180及び182にシフトする。これによって、ウィンドウ156に入射したビームの２つの偏光成分158及び160が、一時的に図17に示すように並んで配置される。しかしながら対となる第２のウォークオフ結晶148は、第２と第４の偏光成分を、さらに図18に示す位置184及び186にシフトする。
【００４３】
第２のファラデー回転子150は、全ての４つの偏光成分158〜164の偏光配向を回転させるので、偏光成分は、ウォークオフ結晶152の前面に達すると、図19に示すような配向になる。結晶152のウォークオフ方向は下方に向いている。従って第１と第３の偏光成分158及び162は、結晶152の厚みによって決まる距離だけ変位する。厚みが約1250μmのルチル結晶の場合、下方シフトは約ａ＝125μmに等しい。第３の偏光成分162は位置188にシフトする。第１の偏光成分は位置184にシフトするが、これは図７に関連して既述の第２の光ファイバ131の光軸に対応する。従って第１の光ファイバ130によって画定されたウィンドウ156（図９参照）に入力された偏光成分158及び160は、第２の光ファイバ131のための出力信号になる。結像レンズ154は、イメージを第２の光ファイバに収束させる。一方第３の光ファイバからウィンドウ166（図９参照）に入力された２つの偏光成分162及び164は、図20の位置186及び188によって示されるように、互いに分離され、かつ第２のファイバを通る出力から分離される。
【００４４】
図21〜32には、第２の光ファイバ131から第３の光ファイバ132への逆方向の伝搬が示されている。前述のように、図21の位置184は、第２の光ファイバに対する信号入力及び第２の光ファイバからの信号出力のためのポートに対応する。図21において、偏光成分190及び192は、第２の光ファイバからの入力ビームの成分として示されている。図９〜20における順方向に伝搬するビームの偏光成分と区別するため、第２の光ファイバからの入力ビームの偏光成分は、第５及び第６の偏光成分190及び192と呼ぶことにする。
【００４５】
結像レンズ154は、第５と第６の偏光成分を、図22に示すように、配向又は位置に影響を及ぼすことなく、ウォークオフ結晶152の背面まで通過させる。しかしながらウォークオフ結晶152は、第５の偏光成分を上方へシフトし、図23のファラデー回転子150の背面に示す位置180に位置させる。ファラデー回転子によって、偏光成分が45度回転し、ウォークオフ結晶148の背面において図24に示すアライメントがとれる。
【００４６】
ウォークオフ結晶148は、第６の偏光成分192を図25の位置178に変位する。次に逆方向に伝搬するビーム成分が図26のファラデー回転子144の背面に達すると、対となるもう１つのウォークオフ結晶146は、第５の偏光成分190を位置172にシフトする。ファラデー回転子は、ウォークオフ結晶142の背面において図27に示す配向にまで、２つの偏光成分190及び192の反時計廻り方向の回転を開始する。
【００４７】
図28において、第６の偏光成分192は、ウォークオフ結晶142の作用によって下方に変位している。二分の一波長板140は、２つの偏光成分190及び192を回転し、図29に示す配向させる。図29は、図８の二分の一波長板140と偏光コンバイナ135との間の界面を示す。偏光コンバイナと二分の一波長板との間のこの界面は、図13においても、順方向に伝搬する偏光成分に関して示されている。図29と図13を比較すると明らかなように、第３の光ファイバ132からのビームの第３と第４の偏光成分は、第２の光ファイバ131からの逆方向に伝搬するビームの第５と第６の偏光成分190及び192と位置及び配向が同じである。すぐに後述するように、最後の４つの光学素子138及び136、120、118は、図９〜15に関連して説明した作用と逆の作用をする。従って逆方向に伝搬する偏光成分190及び192は、第３の光ファイバ132に達し、出力される。
【００４８】
偏光コンバイナ対135における第１のウォークオフ結晶136は、対となる第２のウォークオフ結晶138の背面に達すると、図30に示すように、第６の偏光成分192を位置170にシフトする。結晶136は、偏光成分が図８に関連して解説した偏光ミキサ対134の背面に達すると、第５の偏光成分190を図31の位置168にシフトする。
【００４９】
後方分割光学素子120の上方部分122は、第５の偏光成分190に影響を及ぼすことはないが、下方部分124は、図32に示すように、第６の偏光成分192を第３の光ファイバのウィンドウ166に変位させる。図面には示されていないが、次に分割光学素子118の上方部分123は、第３の光ファイバに沿って２つのビーム成分が出力されるウィンドウ166とのアライメントがとれる位置に、第５の偏光成分190をシフトする。
【００５０】
図７〜32を参照すると、アセンブリ128は、第１の光ファイバ130を第２の光ファイバ131に光学的に結合して、また第２の光ファイバ131を第３の光ファイバ132に光学的に結合するが、光ファイバをスプリアス伝送から分離する。
【００５１】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００５２】
１．  光学素子（80及び82；118及び120）の製造方法であって：
並べて配置された３つ以上の光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）のアライメントをとって、各光学部材の少なくとも１つの表面が前記配置における隣接光学部材の表面と接するようにし、かつ前記隣接光学部材が、前記接する表面と平行な方向に伝搬する光の偏光成分（158、160、162及び164）の操作に関して異なる光学特性を備えるようにするステップと；
前記光学部材を分割して（56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76及び78；及び112及び114）、複数の個別光学素子を形成して、各光学素子が２つの隣接光学部材のそれぞれからのセグメント（12ａ、12ｂ、14ａ、14ｂ、16ａ、16ｂ、18ａ、18ｂ、20ａ、20ｂ、22ａ；及び121、122、121及び124）を含むようにし、これによって第１の光学特性を備える第１の部分と、偏光成分の操作に関して、前記第１の光学特性とは異なる第２の光学特性を備える第２の部分を含む、前記各光学素子が形成されるステップと；
が含まれていることを特徴とする方法。
【００５３】
２．  前記光学部材のアライメントをとる前記ステップが、透明基板（36；及び110）に対して複数のウォークオフ結晶（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）を固定して、前記光学部材が、縦方向に沿って接して、奇数番目の結晶のウォークオフ方向が偶数番目の結晶のウォークオフ方向と向かい合うパターンが形成されるようにするステップである、１項記載の方法。
【００５４】
３．  前記光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34）を分割する前記ステップ（56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76及び78）が、前記ウォークオフ結晶のそれぞれを前記縦方向に対して平行なダイシングを施すことを含み、それによって前記奇数番目の結晶の１つのセグメント（12ｂ及び14ｂ）及び前記偶数番目の結晶の１つのセグメント（14ａ及び16ａ）を支持する前記透明基板の領域を含むように、各光学素子（80及び82）が形成される、２項記載の方法。
【００５５】
４．  さらに前記光学部材を分割する前記ステップが、前記ウォークオフ結晶（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34）のそれぞれ及び前記透明基板（36）を、前記縦方向に対して垂直なダイシングを施すことによって、前記配置において各対をなす奇数番号及び偶数番号の結晶から複数の前記光学素子（80及び82）が形成される、３項記載の方法。
【００５６】
５．  光学部材（86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）の前記配置が、互い違いのウォークオフ方向を備える接触ウォークオフ結晶のパターンをなし、前記光学部材の前記分割ステップが、前記光学部材の配置を垂直な第１の一連の切断及び第２の一連の切断によりダイシングを施すことを含み、該第１の一連の切断が該第２の一連の切断と前記隣接光学部材の前記接触表面の界面（116及び126）においてのみ、これによって前記ウォークオフ方向に対して鋭角をなし、かつ前記界面に対して平行である側部を備える前記光学素子（118及び120）が形成される、１項記載の方法。
【００５７】
６．  前記光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34；86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106及び108）のアライメントをとる前記ステップが、透明基板（36；及び110）に対して前記光学部材を固定して、前記光学部材が隣接光学部材に接するようにする、１項記載の方法。
【００５８】
７．  前記基板が、ガラス基板（36）であり、前記光学部材（12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32及び34）がバーであり、前記光学部材の前記分割ステップが、前記バーに対して縦方向と横方向の両方向にダイシングを施して、複数の個別光学素子（80及び82）を形成することを含む、６項記載の方法。
【００５９】
８．  前記光学部材のアライメントをとる前記ステップが、光学的に透明なエポキシを利用して、前記光学部材を前記基板（36；及び110）に固定することを含み、前記光学部材がウォークオフ結晶であることを特徴とする、６項又は７項記載の方法。
【００６０】
９．  光学素子（80及び82；118及び120）が：
透明基板（36；110）と；
前記透明基板に取り付けられる第１の光学部材（12ｂ及び14ｂ；121及び124）と、該第１の光学部材が、前記透明基板と該第１の光学部材を通る第１の光路に沿って伝搬する光の偏光成分の操作に関して、第１の光学特性を有することと；前記第１の光学部材と並べて配置して前記透明基板に取り付けられる第２の光学部材（14ａ及び16ａ；120及び123）と、該第２の光学部材が、前記透明基板と該第２の光学部材を通る第２の光路に沿って伝搬する光の偏光成分の操作に関して、第２の光学特性を有することと、該第２の光学特性が前記第１の光学特性とは異なることと；
を含むことを特徴とする光学素子。
【００６１】
１０．  前記第１の光学部材（12ｂ及び14ｂ；121及び124）と前記第２の光学部材（14ａ及び16ａ；120及び123）の表面が、接着剤のない界面に沿って接する、９項記載の光学素子。
【００６２】
【発明の効果】
分割光学素子（80及び82；118及び120）を製造する方法には、光の偏光成分（158及び160、162、164）の操作に関して異なる光学的特性を備える光学部材と接するように、並べて配置される多数の光学部材（12及び14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34；86及び88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108）を固定することを含む。好適な実施例においては、光学部材は、光学的に透明なエポキシにより透明な基板（36；及び110）に固定され、光学部材は、向かい合う向きのウォークオフ方向を備えるウォークオフ結晶である。光学部材の配置は、分離されて、透明基板の部分に支持される第１及び第２の部分（12ｂ及び14ａ、14ｂ、16ａ）を含む個別の光学素子を形成する。第１及び第２の部分は、偏光成分を操作することに関して異なる光学的特性を示す。一実施例において、光学部材の配置は、第１の一連の切断（56及び58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78）において光学部材を縦方向にダイシングによって分離し、第２の一連の切断（38及び40、42、44、46、48、50、52、54）において光学部材を横方向にダイシングによって分離される。第２の実施例においては、第１及び第２の一連の切断（112及び114）はどちらも、隣接する光学部材間の界面（116及び126）に鋭角をなし、光学素子の第１及び第２の部分の向かい合う向きのウォークオフ方向が、第１及び第２の部分間の界面において平行であるが、光学素子の側面に対して鋭角である、光学素子を製造する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による分割光学素子の１つの部分を製造するための光学部材の透視図である。
【図２】ウォークオフ方向が互い違いのパターンをなし、本発明の実施態様の１つによる光学部材の分割が点線で表示される、光学部材のアレイの透視図である。
【図３】点線で光学部材の縦方向のダイシングを表した、図２のアレイの一部に関する端面図である。
【図４】図２及び３に表示の点線に沿った光学部材のダイシングによって形成される２つの分割光学素子の平面図である。
【図５】点線で本発明の第２の実施態様による所望の切断を示す、光学部材のアレイの透視図である。
【図６】図５の点線に沿った光学部材のダイシングによって形成される２つの分割光学素子の平面図である。
【図７】図５及び６の実施態様に従って製造される分割光学素子を利用する光学アセンブリの実施態様の１つに関する透視図である。
【図８】図７の光学アセンブリの透視分解図である。
【図９】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１０】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１１】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１２】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１３】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１４】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１５】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１６】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１７】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１８】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図１９】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２０】図７及び８のアセンブリを介して順方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２１】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２２】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２３】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２４】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２５】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２６】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２７】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２８】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図２９】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図３０】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図３１】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【図３２】図７及び８のアセンブリを介して逆方向伝搬中に、偏光成分に施される作用を示す図である。
【符号の説明】
10                                                   アレイ
12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34       光学部材
36                                                   基板
38、40、42、44、46、48、50、52、54                   横方向切断面
56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78       縦方向切断面
【図１】
0004287522.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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004287522.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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