(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバ、第１の偏光子、レンズ、部分反射ミラー、第２の偏光子、出射側光ファイバを含み、
入射側光ファイバは、第１及び第２の入射光ファイバで構成され、第１の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第１の偏光子が、第１の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第１の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第２の偏光子が設置され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成されると共に、
第１の入射光ファイバの偏波保存軸方向は、第２の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸から45度又は135度異なるように設定され、
第２の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成され、
光源からの光が第１の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第１の偏光子は、第１の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第１の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第２の偏光子の光学面における結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第１の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第２の入射光ファイバに入射し、
第２の入射光ファイバは第１の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第２の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置。
【請求項２】
光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバ、第１の偏光子、レンズ、部分反射ミラー、第２の偏光子、出射側光ファイバを含み、
入射側光ファイバは、第１及び第２の入射光ファイバで構成され、第１の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、
更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第１の偏光子が、第１の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第１の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第２の偏光子が設置され、
第２の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸が、第１の入射光ファイバの偏波保存軸から相対的に45度異なるように設定され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成されると共に、第２の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成され、 
光源からの光が第１の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第１の偏光子は、第１の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第１の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第２の偏光子の結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第１の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第２の入射光ファイバに入射し、
第２の入射光ファイバは第１の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第２の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置。
【請求項３】
入射側光ファイバと出射側光ファイバの各端面の、各ファイバ軸に対する傾斜方向が、互いに異なるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ結合装置。
【請求項４】
出射側光ファイバが、第１及び第２の出射光ファイバで構成され、第２の偏光子が複屈折素子であることを特徴とする請求項１又は３に記載の光ファイバ結合装置。
【請求項５】
出射側光ファイバが、第１及び第２の出射光ファイバで構成され、第２の偏光子が複屈折素子であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ結合装置。
【請求項６】
出射側光ファイバが、１ポートの光ファイバで構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光ファイバ結合装置。
【請求項７】
出射側光ファイバのファイバ間ピッチが、入射側光ファイバのファイバ間ピッチの1/2に設定されることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ結合装置。
【請求項８】
第２の偏光子の光学面上における結晶軸方向に各ファイバ軸を結んだ直線が沿うように、出射側光ファイバが配置されることを特徴とする請求項４、５、７の何れかに記載の光ファイバ結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサに使用される複数の光ファイバを、光学的に結合する光ファイバ結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムや光センサに使用される複数の光ファイバは、互いに光学的に結合されている。このように光ファイバを光学的に結合させる装置として、図１５に示すような光ファイバ結合装置が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０２４３１（第２−３頁、第１図）
【０００４】
図１５に示す光ファイバ結合装置100は、シングルモード光ファイバ101及び102、偏波面保存型光ファイバ103及び104、一対のGRINレンズ105及び106、誘電体多層膜107、及びキャピラリ108及び109から構成される。
【０００５】
GRINレンズ105，106の光学面と接合するキャピラリ108，109の接合面は斜めに研磨されて、斜め研磨面110及び111が形成される。そのGRINレンズ105，106は0.25ピッチのレンズ長を有している。このGRINレンズ105，106の間に誘電体多層膜107が挟まれ、接着剤などで固定されている。
【０００６】
一方、入射側光ファイバである光ファイバ素線101，103の被覆層が除去されることで、光ファイバ裸線101a、103aが露出される。露出された光ファイバ裸線101a，103aが、円柱状のキャピラリ108内に設けられた細孔に挿入され接着剤にて固定される。そして、このキャピラリ108が、GRINレンズ105に接着剤で固定される。又、同様に出射側光ファイバである光ファイバ素線102，104がキャピラリ109の細孔に挿入されて接着剤にて固定され、GRINレンズ106に接着剤で固定されている。
【０００７】
各光ファイバ101又は103からGRINレンズ105，106に入射した光線は、正弦波状の光路をとって蛇行しながらGRINレンズ105，106内部を伝搬する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような光ファイバ結合装置100は磁界センサ等に使用される。磁界センサは直線偏光の伝搬光を磁気光学材料（Bi置換型希土類ガーネット単結晶）に透過させると共にその磁気光学材料を磁界に接近させ、ファラデー効果によって磁気光学材料を透過する伝搬光の偏波面が、磁界の強度に応じて回転することを利用したセンサである。磁気光学材料を透過する光の偏波面の回転角を、光強度の変化に変換して検知・計数を行うことで、磁界の強度を測定する。このような磁界センサでは、前記偏波面の回転角を、磁界が印加される前後の伝搬光の偏波面から計測するため、磁界が印加される前の伝搬光の導波路である入射側光ファイバと、磁界が印加された後の伝搬光の導波路である出射側光ファイバとの間で偏波面を回転させる必要がある。
【０００９】
前記ガーネット単結晶のファラデー効果を直線性良く利用するために入射側光ファイバと出射側光ファイバ間で偏波面の回転角を45度に設定する必要がある。しかしながら、磁界センサが短波長（短波長の伝搬光を入出射させるタイプ）型の場合、ガーネット単結晶のウインドと呼ばれる光吸収係数の比較的小さい領域外の光を利用することになるため、ガーネット単結晶で光吸収が発生して挿入損失が大きくなる。従って、短波長型磁気センサに用いる光ファイバ結合装置においては、ガーネット単結晶を利用することなく、入射側光ファイバと出射側光ファイバの間で伝搬光の偏波面を45度回転又は変換する機能が求められる。
【００１０】
偏波面を45度回転又は変換する手段として、例えば入射側光ファイバからの直線偏光の偏波面に対して、複屈折素子からなる偏光子の偏波面を45度傾けて配置し、入射側光ファイバを伝搬する光を前記偏光子によってその偏波面に対し45度偏波面が異なる常光線と異常光線とに分離して出射側光ファイバに結合させる手段が考えられる。しかしながら図１５の光ファイバ結合装置100は、GRINレンズ105と光ファイバ101及び103、及びGRINレンズ106と光ファイバ102及び104をそれぞれ１つのユニットと考えた２つの光ファイバコリメータを、誘電体多層膜107を挟んで結合させた光ファイバ結合系として設計されていた。
【００１１】
従って、偏光子を光ファイバ結合装置100に組み込もうとすると、図１６に示すようにGRINレンズ105，106の間に設けることになる。そうすると、入射側光ファイバである光ファイバ103からの伝搬光路は、出射角を伴って偏光子112に入射するため、出射側光ファイバの片側の光ファイバ104のみに結合し、もう片方の光ファイバ102との結合動作を取ることは不可能であった。なお図１６の二点鎖線は、伝搬光の中心光路を表している。従って、従来の光ファイバ結合装置100の構成で、ガーネット単結晶を使用することなく偏波面45度回転又は変換することは困難であった。
【００１２】
よって、本発明は、ガーネット単結晶を使用することなく、入出射光ファイバ間で伝搬光の偏波面を45度変換可能な光ファイバ結合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバ、第１の偏光子、レンズ、部分反射ミラー、第２の偏光子、出射側光ファイバを含み、
入射側光ファイバは、第１及び第２の入射光ファイバで構成され、第１の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第１の偏光子が、第１の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第１の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第２の偏光子が設置され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成されると共に、
第１の入射光ファイバの偏波保存軸方向は、第２の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸から45度又は135度異なるように設定され、
第２の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成され、
光源からの光が第１の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第１の偏光子は、第１の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第１の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第２の偏光子の光学面における結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第１の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第２の入射光ファイバに入射し、
第２の入射光ファイバは第１の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第２の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置である。
【００１４】
又、請求項２に記載の光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバ、第１の偏光子、レンズ、部分反射ミラー、第２の偏光子、出射側光ファイバを含み、
入射側光ファイバは、第１及び第２の入射光ファイバで構成され、第１の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、
更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第１の偏光子が、第１の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第１の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第２の偏光子が設置され、
第２の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸が、第１の入射光ファイバの偏波保存軸から相対的に45度異なるように設定され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成されると共に、第２の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成され、 
光源からの光が第１の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第１の偏光子は、第１の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第１の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第２の偏光子の結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第１の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第２の入射光ファイバに入射し、
第２の入射光ファイバは第１の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第２の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置である。
【００１５】
更に、請求項３に記載の光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバと出射側光ファイバの各端面の、各ファイバ軸に対する傾斜方向が、互いに異なるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ結合装置である。
【００１６】
更に、請求項４に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバが、第１及び第２の出射光ファイバで構成され、第２の偏光子が複屈折素子であることを特徴とする請求項１又は３に記載の光ファイバ結合装置である。
【００１７】
又、請求項５に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバが、第１及び第２の出射光ファイバで構成され、第２の偏光子が複屈折素子であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ結合装置である。
【００１８】
又、請求項６に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバが、１ポートの光ファイバで構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光ファイバ結合装置である。
【００１９】
更に、請求項７に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバのファイバ間ピッチが、入射側光ファイバのファイバ間ピッチの1/2に設定されることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ結合装置である。
【００２０】
更に、請求項８に記載の光ファイバ結合装置は、第２の偏光子の光学面上における結晶軸方向に各ファイバ軸を結んだ直線が沿うように、出射側光ファイバが配置されることを特徴とする請求項４、５、７の何れかに記載の光ファイバ結合装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光ファイバ結合装置に依れば、ガーネット単結晶を使用せずに入出射光ファイバ間で伝搬光の偏波面を45度変換することが可能となる。従って、いかなる波長領域の伝搬光を利用したアプリケーションにも適用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る光ファイバ結合装置の最良の実施の形態を、図１〜図４を参照して
詳細に説明する。図１の光ファイバ結合装置１は、入射側光ファイバ２、第１の偏光子３、レンズ4a、4b、部分反射ミラー５、第２の偏光子６、及び出射側光ファイバ７を備えて構成される。なお各図に示すz軸は入射側光ファイバ２又は出射側光ファイバ７のファイバ軸方向を表し、そのz軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をx軸、垂直方向をy軸と定義する。x軸乃至z軸は各図で対応している。
【００２３】
入射側光ファイバ２は、第１及び第２の入射光ファイバ2a、2bで構成される。第１の入射光ファイバ2aは、偏波面保存型光ファイバ（Polarization Maintaining Fiber：PMF）であり、図示しない光源からの光を伝搬する。第１の入射光ファイバ2aは、図３(a)に示すように高屈折率であるコアと、このコアの周囲に同心円状に形成された比較的低屈折率のクラッドと、クラッド内に設けられた２つの応力付与部とから構成されている。２つの応力付与部は、クラッド内でコアを中心に対称配置されており、その断面は円形である。また、応力付与部の屈折率はクラッドよりも更に低い。応力付与部には、クラッドよりも熱膨張係数の大きい材料が用いられている。２つの応力付与部によって、コアに両サイドから内部応力が加えられ、その内部応力によって複屈折率特性が現れる。この特性により、コア内部に光が入射されると、光の偏波面が一定方向に保たれながら、入射光はコア内部を伝搬して行く。
【００２４】
第１の偏光子３は、図１(a)、(b)に示すように第１の入射光ファイバ2aのファイバ軸を横切るように配置されるか、又は図２に示すように第１の入射光ファイバ2aの端部に配置される。ファイバ軸を横切るように配置する方が高集積化が図れるという点で望ましい。第１の偏光子３には、複屈折性又は二色性を有する偏光フィルム又はバルク状の単結晶が用いられる。第１の偏光子３は、第１の入射光ファイバ2a内部を伝搬、又は、第１の入射光ファイバ2aから出射される光の偏波方向を、後述する第２の偏光子６の光学面における結晶軸（又は第２の偏光子６が二色性素子の場合は偏波透過軸）X6aから相対的に45度異なる方向に揃えるために備えられる。
【００２５】
第２の入射光ファイバ2bは、ケイ酸鉛ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバ（Single Mode Fiber：SMF）である。更に入射側光ファイバ２の端面は、図１(b)に示すように第１の入射光ファイバ2aと第２の入射光ファイバ2bの各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成される。このように第１の入射光ファイバ2aと第２の入射光ファイバ2bの各端面が同一方向に斜めに形成されることで、反射光が低減される。その斜め加工端面は、図１(b)より右下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がなされると共に、AR（Anti-Reflection）コートが施される。
【００２６】
一方、出射側光ファイバ７は、第１及び第２の出射光ファイバ7a,7bで構成され、図３に示すように第１及び第２の出射光ファイバ7a,7bの各ファイバ軸を結んだ直線LOが後述する第２の偏光子６の光学面上における結晶軸方向X6aに沿うように、出射側光ファイバ７を構成する第１及び第２の出射光ファイバ7a,7bが配置される。出射側光ファイバ７には偏波面保存型光ファイバ、シングルモード光ファイバ、又はグレーデッドインデックス光ファイバ（Graded Index Fiber：GIF）が適宜使用される。
【００２７】
更に出射側光ファイバ７の端面は、図１(b)に示すように第１の出射光ファイバ7aと
第２の入射光ファイバ7bの各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成される。このように第１の出射光ファイバ7aと第２の出射光ファイバ7bの各端面が同一方向に斜めに形成されることで、反射光が低減される。斜め加工端面は、図１(b)より左下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がなされると共に、ARコートが施される。従って、入射側光ファイバ２と出射側光ファイバ７の各端面の各ファイバ軸に対する傾斜方向は、図１(b)に示すように互いに異なるように設定される。なお、出射側光ファイバ７を構成する第１の出射光ファイバ7aと第２の出射光ファイバ7bのファイバ間ピッチは、入射側光ファイバ２を構成する第１の入射光ファイバ2aと第２の入射光ファイバ2bのファイバ間ピッチの1/2に設定される。
【００２８】
以上、説明した入射側光ファイバ２の端部と出射側光ファイバ７の端部が対向配置されると共に、各光ファイバ２，７の端部の間に、レンズ4a,4b、部分反射ミラー５、及び第２の偏光子６が設置されることで、光ファイバ結合装置１が構成される。
【００２９】
入射側光ファイバ２と出射側光ファイバ７の間に設置される部分反射ミラー５の透過と反射の割合は、50：50から30：70程であり、レンズ4a又は4bの光学面に、誘電体多層膜又は金属膜を成膜することで形成される。
【００３０】
レンズ4a及び4bは、GRIN（Gradient Index）レンズであり、そのレンズ長L4（図１(a)参照）は0.125P（P：レンズ4a又は4bのピッチ）か、0.125Pの奇数倍に設定される。又、レンズ4a又は4bの外形形状は円柱状に成形され、光学面は光軸oa（図１(a)参照）に対して垂直に形成される。レンズ個数は２個であり、部分反射ミラー５を挟むようにして、部分反射ミラー５の両面にレンズ4aと4bが対向配置されている。従って、入射側光ファイバ２の端面と対向してレンズ4aが設置されると共に、出射側光ファイバ７の端面と対向してレンズ4bが設置される。レンズ長L4が0.125Pに設定されることで、前記各光ファイバ2a，2b，7a，7bの各々のコアへの光学的な収束結合用レンズとしてレンズ4a及び4bは配置される。
【００３１】
更に、レンズ4bと出射側光ファイバ７の端面の間に、第２の偏光子６が設置される。よって、出射側光ファイバ７の端面と第２の偏光子６が対向配置される。第２の偏光子６には、ルチル等の複屈折性を有するバルク状の単結晶が用いられる。又、図３に示すように第２の偏光子６の光学面上における結晶軸X6aに対して、第１の入射光ファイバ2aの偏波保存軸PX方向は、相対的に45度又は135度異なるように設定される。又、第２の偏光子６における常光線と異常光線の分離幅は、第１の出射光ファイバ7aと第２の出射光ファイバ7bのファイバ間ピッチに合わせられる。なお図１(a)中のX6bは、第２の複屈折素子６の光学面に対する結晶軸であり、その方向は常光線と異常光線が最大の分離幅を得られるように光学面の法線に対して42〜50度前後（好ましくは47.8度）に設定されている。
【００３２】
以上のように構成された光ファイバ結合装置１の動作について、図４と図５を参照しながら説明を行う。第１の入射光ファイバ2a内部を光源からの光が伝搬し、第１の偏光子３を透過すると、伝搬光の偏波方向PDは図５(A)に示すように第２の偏光子６の光学面における結晶軸X6aから相対的に45度異なる方向に揃えられる。
【００３３】
次に伝搬光は第１の入射光ファイバ2a端部から出射され、レンズ4aを透過して部分反射ミラー５に入射する。第１の入射光ファイバ2aから出射された光の一部が部分反射ミラー５で反射して第２の入射光ファイバ2bに入射されると共に、部分反射ミラー５を透過した光は出射側光ファイバ７には結合されない。
【００３４】
第１の入射光ファイバ2aからの出射光が、図５(B)に示すように偏波方向PDを保持したまま第２の入射光ファイバ2bに入射されると共に、入射された光は再度、レンズ4aに向けて第２の入射光ファイバ2bから出射される。
【００３５】
レンズ4aに入射された光は、レンズ4a内部の屈折率勾配によって蛇行しながら伝搬される。前記の通り、レンズ長L4は0.125Pに設定されているため、レンズ4aに入射された光は図４に示すような緩やかな曲線状の光路を描いてコリメート光に変換されて、部分反射ミラー５を透過及び反射する。従って、レンズ4a及び4bは、第２の入射光ファイバ2bから出射された光を、部分反射ミラー５の光学面でコリメート光となるように変換するレンズ系であることが分かる。
【００３６】
部分反射ミラー５を透過したコリメート光の一部はレンズ4bに入射され、レンズ4bによって収束される。収束された光は更に第２の偏光子６を透過する。第２の偏光子６に入射された収束光は、図５(C)に示すように、相互に直交する偏波面の常光線Roと異常光線Reとに分離される。次に図５(D)に示すように、常光線Roは第２の偏光子６内部でシフトせずそのままの光路を保持して出射され、第１の出射光ファイバ7aに入射する。一方、異常光線Reは第２の偏光子６の光学面上における結晶軸X6a方向に対し平行な方向にシフトされて出射され、第２の出射光ファイバ7bに入射される。なお、伝搬光は波長λ：633nｍの単一波長を有する光信号である。
【００３７】
図５(A)及び(B)に対して同図(D)を比較すれば明らかなように、第１の入射光ファイバ2a及び第２の入射光ファイバ2bを伝搬する光の偏波面と、第１の出射光ファイバ7a及び第２の出射光ファイバ7bを伝搬する光の偏波面が、相対的に45度異なるように変換されていることが分かる。以上のように、本発明の光ファイバ結合装置に依れば、ガーネット単結晶を使用せずに入出射光ファイバ２と７の間で伝搬光の偏波面を45度変換することが可能となる。従って、いかなる波長領域の伝搬光を利用したアプリケーションにも適用することが可能となる。
【００３８】
なお、説明してきた光路方向とは逆に、出射側光ファイバ７から出射した光が、レンズ
4b、部分反射ミラー５、及びレンズ4aを伝搬して、第２の入射光ファイバ2bに入射され、その後、第１の入射光ファイバ2aに入射するという伝搬光路でも、同様のことが成り立つことはいうまでもない。
【００３９】
本発明はその技術的思想により種々変更可能であり、例えば図６に示すように第２の偏光子６を複屈折素子に代えて二色性素子にしても良い。このように変更した場合、結晶軸として説明してきた前記X6aは偏波透過軸となる。光ファイバ結合装置１の動作は、図７(A)及び(B)に示すように、偏波方向PDの伝搬光が第２の入射光ファイバ2bから出射後に部分反射ミラー５を透過して、レンズ4bによって収束されるところまでは同一である。異なる点は、収束光が第２の偏光子６を透過する際、図７(C)に示すように偏波透過軸X6aに対して平行な偏波成分の光を透過し、直交する偏波成分の光は吸収することである。第２の偏光子６を透過した光は図７(D)に示すように第１の出射光ファイバ7aに入射される。従って、第２の偏光子６を二色性素子とした場合は出射側光ファイバ７は１ポートの光ファイバで構成される。又、第２の偏光子６の厚みは第１の出射光ファイバ7a のMFDの２倍以上に設定する。二色性素子としては、ガラス基板に誘電体粒子を内包した光学素子や
ガラス基板上に誘電体を積層させた光学素子を用いる。なお、出射側光ファイバ７を１ポートの光ファイバで構成した光ファイバ結合装置でも、第２の偏光子６に複屈折素子は適用可能である。
【００４０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る光ファイバ結合装置の第２の実施の形態を、図８〜図１１を参照し
て説明する。なお、第１の実施の形態の光ファイバ結合装置１と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明に付いては省略又は簡略化して説明する。
【００４１】
図８より、第２の実施形態に係る光ファイバ結合装置８が、第１の実施形態の光ファイバ結合装置１と異なる点は、レンズ4aに対向する入射側光ファイバ７の端面が、第１の入射光ファイバ2aと第２の入射光ファイバ2bの各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成される点と、第２の偏光子６に対向する出射側光ファイバ７の端面が、第１の出射光ファイバ7aと第２の入射光ファイバ7bの各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成される点である。
【００４２】
このような端面形状の変更に伴い、図９に示すように第２の偏光子６の光学面上における結晶軸（又は偏波透過軸）X6aが、第１の入射光ファイバ2aの偏波保存軸から相対的に45度異なるように設定される。更に、図９に示すように第１及び第２の出射光ファイバ7a,7bの各ファイバ軸を結んだ直線LOが第２の偏光子６の光学面上における結晶軸方向X6aに沿うように、出射側光ファイバ７を構成する第１及び第２の出射光ファイバ7a,7bが配置される。
【００４３】
光ファイバ結合装置８の動作に関しては、入出射側光ファイバ７，８の端面形状の変更に伴い、各ファイバ７，８端面からの光の入出射角度が第１の実施形態と異なるが、それ以外は同一であるため、図１０及び図１１を示して説明は省略する。
【００４４】
なお、第２の実施形態においても、図２に示すように第１の入射光ファイバ2aの端部に第１の偏光子３を配置変更したり、第２の偏光子６を複屈折素子に代えて二色性素子に変更することが可能である。
【００４５】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明に係る光ファイバ結合装置の第３の実施の形態を、図１２〜図１４を参照
して説明する。なお、前記各実施形態の光ファイバ結合装置１又は８と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明に付いては省略又は簡略化して説明する。
【００４６】
図１２より、第３の実施形態に係る光ファイバ結合装置９が、第１の実施形態の光ファイバ結合装置１と異なる点は、GRINレンズ4a，4bに代えて非球面の凸レンズ10a，10bを用いた点である。このようなレンズの変更に伴い、部分反射ミラー５は１つの光学部品であるミラー体として設置される。
【００４７】
以上のように構成された光ファイバ結合装置９の動作について、図１３と図１４を参照しながら説明を行う。第１の入射光ファイバ2a内部を伝搬し、第１の偏光子３によって偏波方向PDに揃えられた伝搬光は、第１の入射光ファイバ2a端部から出射され、レンズ10aによって収束されて部分反射ミラー５に入射する。光の一部は部分反射ミラー５で反射して第２の入射光ファイバ2bに入射される。
【００４８】
第１の入射光ファイバ2aからの出射光が、図５(B)に示すように偏波方向PDを保持したまま第２の入射光ファイバ2bに入射されると共に、入射された光は再度、レンズ4aに向けて第２の入射光ファイバ2bから出射される。
【００４９】
レンズ10aに入射された光は、レンズ4aで収束されて部分反射ミラー５を透過及び反射する。部分反射ミラー５を透過した伝搬光の一部はレンズ10bに入射され、レンズ10bによって収束される。収束された光は更に第２の偏光子６を透過して常光線Roと異常光線Reとに分離され、常光線Roは第１の出射光ファイバ7aに入射され、異常光線Reはシフトされて第２の出射光ファイバ7bに入射される。
【００５０】
なお、説明してきた光路方向とは逆に、出射側光ファイバ７から出射した光が、レンズ
10b、部分反射ミラー５、及びレンズ10aを伝搬して、第２の入射光ファイバ2bに入射され、その後、第１の入射光ファイバ2aに入射するという伝搬光路でも、同様のことが成り立つことはいうまでもない。
【００５１】
なお、第３の実施形態においても、図２に示すように第１の入射光ファイバ2aの端部に第１の偏光子３を配置変更したり、第２の偏光子６を複屈折素子に代えて二色性素子に変更することが可能である。又、入射側光ファイバ２と出射側光ファイバ７の端面を第２の実施形態のように垂直に形成しても良い。
【００５２】
各実施形態において、各光学素子（各光ファイバ２，７、レンズ4a，4b，10a，10b、各偏光子３，６、部分反射ミラー５）を保持する部品は説明しなかったものの、一般的なプラグやフェルール、キャピラリ、アダプタ、スリーブ等を使用すれば良い。
【００５３】
又、各実施形態で説明した第２の偏光子６を、結晶軸X6a方向を90度ずらした２枚の偏光子をz軸方向で積層した積層体に変更しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の光ファイバ結合装置は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサ内の光ファイバ結合系に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】(a)  本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ結合装置の平面構成図。  (b)  同図(a) の側面構成図。
【図２】図１(a)において第１の偏光子の配置位置を変更した光ファイバ結合装置          の構成図。
【図３】(a)  図１の光ファイバ結合装置における、第１の入射光ファイバの偏波保存軸方向を示す構成図。  (b)  図１の光ファイバ結合装置における、第２の偏光子の結晶軸又は偏波透過軸と出射側光ファイバの配置の関係を示す構成図。
【図４】図１(a)の光ファイバ結合装置の結合動作における光路状態を示す概念図。
【図５】図４中に符号(A)から(D)で示す各光路断面での偏波状態を示す説明図。
【図６】図１の光ファイバ結合装置の変更例と、その変更例の結合動作における光路        状態を示す概念図。
【図７】図６中に符号(A)から(D)で示す各光路断面での偏波状態を示す説明図。
【図８】(a)  本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ結合装置の構成図。  (b)  同図(a) の側面構成図。
【図９】(a)  図８の光ファイバ結合装置における、第１の入射光ファイバの偏波保存軸方向を示す構成図。  (b) 図８の光ファイバ結合装置における、第２の偏光子の結晶軸又は偏波透過軸と出射側光ファイバの配置の関係を示す構成図。
【図１０】図８(a)の光ファイバ結合装置の結合動作における光路状態を示す概念図。
【図１１】図１０中に符号(A)から(D)で示す各光路断面での偏波状態を示す説明図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ結合装置の構成図。
【図１３】図１２(a)の光ファイバ結合装置の結合動作における光路状態を示す概念          図。
【図１４】図１３中に符号(A)から(D)で示す各光路断面での偏波状態を示す説明図。
【図１５】従来の光ファイバ結合装置の構成図。
【図１６】図１５の光ファイバ結合装置に偏光子を組み込んだ場合の結合動作を示す          説明図。
【符号の説明】
【００５６】
１、８、９      光ファイバ結合装置
２              入射側光ファイバ
2a              第１の入射光ファイバ
2b              第２の入射光ファイバ
３              第１の偏光子
4a,4b           GRINレンズ
５              部分反射ミラー
６              第２の偏光子
７              出射側光ファイバ
7a              第１の出射光ファイバ
7b              第２の出射光ファイバ
10a,10b         凸レンズ
【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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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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