(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダブルパス複屈折フィルタであって、
（Ａ）入力光ビームを受光するための、そして、第１の方向にオフセットされ、互いに一致する直線偏光状態を有する、平行な第１及び第２の順方向進行偏光ビームを前記受光した光ビームから生成する（５０２，５０３）ための、外部インタフェース装置（４０２）と、
（Ｂ）当該第１及び第２の順方向進行偏光ビームを受光するための、そして、第１及び第２の楕円偏光ビームであってその各々が、当該入力光ビームの周波数とともに、予め定義された自由スペクトル範囲にわたって周期的に変化する相補的強度を有する第１及び第２のビーム成分からなる第１及び第２の楕円偏光ビームをそれぞれ前記受光した第１及び第２の順方向進行偏光ビームから生成する（５０４）ための、複屈折フィルタ装置（４０１）と、
（Ｃ）当該第１及び第２の楕円偏光ビームを更に第２の方向に分離して、４個の、全てが直線偏光状態を有する順方向進行偏光ビームを生成するための、そして当該４個の順方向進行偏光ビームの全てについてその方向を逆転して、当該複屈折フィルタ装置を再度通過する４個の逆方向進行偏光ビームを生成する（５０５、５０６）ための、ラップアラウンド装置（４０３）と、
からなり、
当該複屈折フィルタ装置（Ｂ）が、当該順方向進行偏光ビーム及び当該逆方向進行偏光ビームの両方を収容できるほど充分な大きさを有し、
当該複屈折フィルタ装置（Ｂ）が、その各々が第１及び２のビーム成分からなる当該逆方向進行偏光ビームから、４個の楕円偏光ビームを生成し（５０７）、
当該外部インタフェース装置（Ａ）が、当該第１及び第２の順方向進行偏光ビーム及び当該４個の逆方向進行楕円偏光ビームを収容できるほど充分な大きさのクリアなアパーチャを有し、当該４個の逆方向進行楕円偏光ビームが、２つの下方ビームから前記第１の方向にオフセットされた２つの上方ビームを含み、前記２つの上方ビームの垂直偏光成分が、２つの相補的直交偏光成分を含む２つの出力ビームを生成する前記２つの下方ビームの水平偏光成分と結合されている
ことを特徴とするダブルパス複屈折フィルタ。
【請求項２】
前記外部インタフェース装置（Ａ）（４０２）が、
（Ａ１）前記入力光ビームを受光するための、そして、当該受光ビームから、第１の方向にオフセットされた、平行な第１及び第２の順方向進行偏光ビームを前記受光した入力光ビームから生成する（５０２）ための、ビーム変位器（４０４）と、
（Ａ２）前記第１の順方向進行偏光ビームの偏光状態を前記第２の順方向進行偏光ビームの偏光状態と同じ偏光状態に変える（５０３）ためのλ／２ウエーブプレート（４０５）と、 からなることを特徴とする請求項１のフィルタ。
【請求項３】
前記ビーム変位器（Ａ１）が、相互に取り付けられた２個の３角形プリズムを用いて構築されて矩形形状を形成する ことを特徴とする請求項２のフィルタ。
【請求項４】
前記外部インタフェース装置（Ａ）（４０２）が、
（Ａ１１）前記入力光ビームを受光するための、そして、第１の方向にオフセットされた平行な第１及び第２の順方向進行偏光ビームを前記受光した入力光ビームから生成する（５０２）ための、菱形偏光ビーム分割器（４８０）と、
（Ａ１２）当該第１の順方向進行偏光ビームの偏光状態を当該第２の順方向進行偏光ビームの偏光状態と同じ偏光状態に変化させる（５０３）ためのλ／２ウエーブプレート（４０５）と からなることを特徴とする請求項１のフィルタ。
【請求項５】
前記複屈折フィルタ装置（Ｂ）が、方解石、ルチル、オルトバナジン酸イットリウム、ホウ酸アルファバリウム、並びにニオブ酸リチウムからなるグループから選択された材料を用いるいくつかの異なる複屈折ウエーブプレートから構成される一連の複屈折ウエーブプレートからなる ことを特徴とする請求項１のフィルタ。
【請求項６】
前記ラップアラウンド装置（Ｃ）（４０３）が、
（Ｃ１）前記第１及び第２の楕円偏光ビームを第２の方向に分離して、その全てが直線偏光状態を有するような４個の順方向進行偏光ビームを生成する（５０５）ための、ビーム変位器（４０６）と、
（Ｃ２）当該４個の順方向進行偏光ビームの方向を逆転して、４個の逆方向進行偏光ビームを生成する（５０６）ための逆反射器（４０７）と、
からなることを特徴とする請求項１のフィルタ。
【請求項７】
前記複屈折フィルタ装置（Ｂ）が、１個以上の複屈折ウエーブプレートであって当該複屈折ウエーブプレートの厚さが前記ダブルパス複屈折フィルタの自由スペクトル範囲を制御し当該複屈折ウエーブプレートの相対的方位がフィルタの強度応答特性を制御するように設計された１個以上の複屈折ウエーブプレートを有する ことを特徴とする請求項６のフィルタ。
【請求項８】
前記複屈折フィルタ装置（Ｂ）が、入力の波長分割多重信号をデマルチプレクスして、当該波長分割多重信号の偶数波長を有する第１の出力ビームと当該波長分割多重信号の奇数波長を有する第２の出力ビームとからなる２個の出力ビームを生成するのに用いられるデマルチプレクサである ことを特徴とする請求項１のフィルタ。
【請求項９】
前記２個の出力ビームが、入力ビームの周波数の周期関数として変化する強度を有し、前記２個の出力ビームの当該強度は、当該強度の合算電力が前記入力周波数に対して不変状態を維持するように相補的仕方で変化する ことを特徴とする請求項８のフィルタ。
【請求項１０】
ダブルパス複屈折フィルタ操作方法であって、
（ａ）入力光ビームを第１の光装置（４０２）において受光して、第１の方向にオフセットされ、互いに一致する直線偏光状態を有する平行な第１及び第２の順方向進行偏光ビームを前記受光した入力光ビームから生成するステップ（５０２、５０３）と、
（ｂ）当該第１及び第２の順方向進行偏光ビームを第２の光装置（４０１）において受光して、第１及び第２の楕円偏光ビームであってその各々が、当該入力光ビームの周波数で、予め定義された自由スペクトル範囲にわたって周期的に変化する相補的強度、を有する第１及び第２のビーム成分からなる第１及び第２の楕円偏光ビームをそれぞれ前記受光した第１及び第２の順方向進行偏光ビームから生成するステップ（５０４）と、
（ｃ）当該第１及び第２の楕円偏光ビームを第３の光装置（４０３）において更に第２の方向に分離して、その全てが直線偏光状態を有する４個の順方向進行偏光ビームを生成し、そして当該４個の順方向進行偏光ビームの全てについてその方向を逆転して、再度当該第２の光装置を通過する４個の逆方向進行偏光ビームを生成するステップ（５０５、５０６）と、
（ｄ）当該第２の光装置（４０１）において、その各々が第１及び第２のビーム成分からなる当該逆方向進行偏光ビームから、４個の楕円偏光ビームを生成するステップ（５０７）と、
（ｅ）当該第１の光装置（４０２）において、当該４個の逆方向進行楕円偏光ビームから、２個の相補的直交偏光成分を有する２個の出力ビームと当該２個の相補的直交偏光成分のうちの実質上１個の成分のみを有する４個の出力ビームとからなる６個の平行出力光ビームを生成するステップ（５０８、５０９）と、
からなることを特徴とする、ダブルパス複屈折フィルタ操作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して複屈折フィルタに関し、詳しくは波長分割多重（ＷＤＭ）信号の偶数チャネルと奇数チャネルとを分離するためのダブルパス偏光多様化（ダイバーシチ）複屈折フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複屈折フィルタは最初、１９世紀から２０世紀への変わり目に天文学者によって、狭帯域スペクトルウインドウを通して太陽の天体観測を行うことを目的に開発された。これらのフィルタについては古典的な文献（文献参照番号[1] [2] [3]） に述べられている（本説明では文献を文献参照番号[1]- - -を用いて引用する：[1] B. Loyt, Comptes Rendus vol. 197, pp. 1593, 1933;[2] J. Evans, J. Opt. Soc. Amer., vol. 39, no. 3, pp. 229, 1949;[3] I. Solc, Czech. J. Phys. vol. 3, pp. 366, 1953）。 １９６５年に、複屈折フィルタ用のフィルタ合成方法が論文に発表された（文献[4] S. Harris, J. Opt. Soc. Amer., bol. 54, no. 10, pp. 1267, 1964）。１９８０年代後半には、光波長マルチプレクス（多重化）及びデマルチプレクス（多重化解除）処理用に設計された複屈折フィルタを実例で示すことによって、複屈折フィルタが光通信界に導入された（文献[5] C. Buhrer, Applied Optics, vol. 26, no. 17, pp. 3628, 1987; Applied Optics, vol. 27, no. 15, pp. 3166, 1988; Applied Optics, vol. 33, no. 12, pp. 2249, 1994）。
【０００３】
上記文献（[1] [2] [3]） で作成されたフィルタ（図１（ａ））では、フィルタの入力部における１つの偏光状態をフィルタの出力部における偏光状態から弁別するために、複屈折フィルタ本体の前と後とに偏光器を用いた。これは、これら文献の著者の用途には充分だった。その理由は、太陽が強い光源であり、太陽からの光の偏光が完全にランダムだからである。
【０００４】
１９８０年代後半には、入力側偏光器と出力側偏光器との使用が過剰な偏光依存損失を生じること、したがって通信用途には不適切であることがビューラー（上記文献[5] Buhrer）によって認識され、代わりに偏光多様化（偏光ダイバーシチ）の方法が生成された。彼は、複屈折フィルタが２つの直交偏光を同時に取り扱うことを可能にし且つフィルタ出力を２つの相補的ポートに結合することを可能にするための新しい入出力ステージを提案した。彼の方式では、偏光に関係なく光損失が生じない。彼の米国特許第４，９８７，５６７号（文献[6]） には更に、光信号のマルチプレクサ／デマルチプレクサとして複屈折フィルタを用いることが述べられている（文献[6]：U.S. patent 4,987,567, issued to C. Buhrer on Jan. 22, 1991）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ビューラーの方法は満足できる性能が得られるように見える。しかし、その偏光ビーム分割器の構成要素内に存在する欠陥が原因で、偏光状態間のコントラスト比が低いことと偏光依存損失（ＰＤＬ）が発生することとの両方の欠点が生じる。したがって、これを実用化した場合、クロストーク及び偏光依存損失という障害が発生することになる。
本発明は上記ビューラー方式に対する２つの重要な改良を成すものである。第１に、ビューラー発明の入出力偏光ダイバーシチ装置を置換する改良型入出力偏光ダイバーシチ装置が開示される。第２に、ここに開示されるフィルタのアーキテクチャがコンパクトな仕方で折り返される構成をとり、簡単なダブルパスフィルタが生成される。これは、ビューラー特許とは別個のものであり、ビューラー特許に対して更なる発明性を有するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本明細書に開示されるダブルパス複屈折フィルタによれば、従来の技術の設計によるフィルタに比べて、偏光感度（偏光に依存し影響される度合い）が減少し、クロストーク（漏話）の阻止性（阻止される度合い）が増大し、又挿入損失が低く、コントラストが高く、色分散が少なくなる。その上、シングルパスに比べてダブルパス方式では、従来の技術の設計よりもフィルタ処理が改善される。ダブルパス複屈折フィルタの中心的用途は、波長分割多重光信号の偶数チャネルと奇数チャネルとを分離するインタリーブ処理フィルタとしての使用である。
【０００７】
本発明によれば、ダブルパス複屈折フィルタが、外部インタフェース装置（これ自体例えばビーム変位器要素及びウエーブプレート（光波処理用板部材）要素とからなる）と、複屈折フィルタ装置（いくつかの異なる複屈折ウエーブプレートから構成される一連の複屈折ウエーブプレートからなる）と、ラップアラウンド装置（ビームの折り返し（ラップアラウンド）処理を行う）（これ自体例えば、ビーム変位器と逆反射器とを有する）とからなる。外部インタフェース装置において受光された入力ビームに応じて、ダブルパス複屈折フィルタが、外部インタフェース装置から入力ビームの方向と対向する方向に出る２個の出力ビームを形成（生成）する。出力ビームの強度は、強度の合算電力が入力周波数に対して不変状態を維持するように相補的仕方で変化する。
【０００８】
詳しくは、本発明のダブルパス複屈折フィルタは（１）入力光ビームを受光するための、そして、そこから、平行な第１及び第２の、順方向に進行する偏光ビーム（順方向進行偏光ビーム）であって、第１の方向にオフセット（片寄せ移動）され、マッチング（一致）する直線偏光状態を有する第１及び第２の順方向進行偏光ビームを生成するための、外部インタフェース装置；と、（２）第１及び第２の順方向進行偏光ビームを受光するための、そして、そこからそれぞれ、第１及び第２の楕円偏光ビームであってその各々が、入力光ビームの周波数とともに、予め定義された自由スペクトル範囲（重ならないスペクトル範囲）にわたって周期的に変化する相補的強度、を有する第１及び第２の直交ビーム成分からなる第１及び第２の楕円偏光ビームを生成するための、複屈折フィルタ装置；と、（３）第１及び第２の楕円偏光ビームを更に第２の方向に分離して、４個の、全てが直線偏光状態を有する順方向進行偏光ビームを生成するための、そしてこれら４個の順方向進行偏光ビームの全てについてその方向を逆転して（逆転後の方向を、逆方向と称する）、複屈折フィルタ装置を再度通過するように４個の逆方向進行偏光ビームを生成するための、ラップアラウンド装置；と、からなり、複屈折フィルタ装置のフィルタプレートの、クリアなアパーチャ（障害のない開口部）が、順方向進行偏光ビーム及び逆方向進行偏光ビームの両方を収容できるほど充分な大きさを有し、（４）同じ複屈折フィルタ装置が、その各々が第１及び第２の成分からなるこれら逆方向進行偏光ビームから、４個の楕円偏光ビームを生成し、そして（５）外部インタフェース装置が、２個の（すなわち第１及び第２の）順方向進行偏光ビームに加えて４個の逆方向進行楕円偏光ビームをも収容できるほど充分な大きさのクリアなアパーチャを有し、この外部インタフェース装置が、４個の逆方向進行楕円偏光ビームから、概して２個の相補的直交偏光成分を有する２個の出力光ビーム（これらのビームは捕集される）とこれら２個の相補的直交偏光成分のうち概して１個の成分のみを有する４個の出力光ビーム（これらのビームは阻止される）とからなる６個の平行出力光ビームを生成する。
【０００９】
推奨実施例においては、外部インタフェース装置が、ビーム変位器とλ／２ウエーブプレートとからなり、λ／２ウエーブプレートは、順方向進行偏光ビーム及び逆方向進行偏光ビームの半数のみと交差するようにオフセットされ；複屈折フィルタ装置が、１個以上の複屈折ウエーブプレートであって当該複屈折ウエーブプレートの厚さが前記ダブルパス複屈折フィルタの自由スペクトル範囲を制御し当該複屈折ウエーブプレートの相対的方位がフィルタの強度反応の形状を制御するように設計された１個以上の複屈折ウエーブプレートを有し；ラップアラウンド装置が、複屈折ビーム変位器であって外部インタフェース装置内に位置する複屈折ビーム変位器に関して順方向進行偏光ビームの軸のまわりに９０度回転された複屈折ビーム変位器と、逆反射器（ミラー）とを有する。別の実施例においては、外部インタフェース装置のビーム変位器が菱形偏光ビーム分割器（ＰＢＳ）に置換され、そして／又は逆反射器（ミラー）が直角の逆反射プリズムに置換される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、原始の種類の縦続型複屈折フィルタの一例を示す。入力側のシート型偏光器が入射光を直線偏光させる。ウエーブプレートとしてカットされ方向付け（方位設定）された複屈折結晶体の縦続構成が、周波数の関数として偏光状態（ＳＯＰ）（偏光方位）を回転させる。出力側の偏光器が、図示のように、垂直軸に投影された偏光状態の電力を水平軸に投影された偏光状態の電力と弁別する。この仕方で、出力光の強度が周波数の関数として変調される。強度対周波数の応答特性の一例を同じく図１（ａ）に示す。
【００１１】
図１（ｂ）は上記と同じ原始の種類の縦続型複屈折フィルタの一例で入力側及び出力側偏光器のない場合を示す。ウエーブプレートとしてカットされ方位設定された複屈折フィルタ１０１の１個以上のプレート（板部材）が相互に順次配置される。一般的な単軸複屈折材料は、雲母、方解石、ルチル、オルトバナジン酸イットリウム、ホウ酸アルファバリウム、及びニオブ酸リチウムである。各プレートの厚さＬ0 〜４Ｌ0 は単位厚さ又は単位厚さの整数倍である。例えば、２００ＧＨｚ自由スペクトル範囲１．５４５μｍの縦続型フィルタに対して、材料を方解石とした場合に最も薄いプレート厚さは約８．８ｍｍでなければならない。
【００１２】
単軸複屈折結晶体は、互いに垂直な方向軸について２つの固有屈折率を示す。一方の軸を高速軸、他方の軸を低速軸と称する。ここで「高速」「低速」は屈折率の「小」「大」にそれぞれ対応する。結晶体プレートの軸が、高速軸と低速軸とを含む平面が入射光ビーム１０３のパス（進路）１０２に垂直になるような向きに配置される。この向きで結晶体はウエーブプレートとして機能する。複屈折フィルタ１０１内の各プレートの方位回転位置、例えば１０４、は従来の技術に述べられているようにフィルタ合成手順に依存する。直線偏光入力信号である入射光ビーム１０３の場合、１個以上の単軸複屈折結晶体は概して、楕円偏光出力信号１０５を生成する。オプションとして縦続構成体の最後に設けた半ウエーブプレート１０６（厚さが波長λの１／２のλ／２ウエーブプレート）がフィルタ出力偏光状態を出力ステージの軸へ回転させる（出力ステージは図示しない）。
【００１３】
図２（ａ）は図１（ｂ）の楕円偏光出力信号１０５の出力偏光状態を２つの直線直交偏光軸υ及びηに投影したものを示す。フィルタの周波数応答が、２つの直線直交偏光軸υ及びηへの電力の分割として表される。これら２軸は図１（ｂ）の複屈折フィルタの出力「ポート」として機能する。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、直線直交偏光軸υ及びηに沿っての相対的光ビーム強度は周波数応答曲線上方の矢印の長さによって表される。図１のフィルタの強度は、図１の最も薄いプレートＬ0 の自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）に等しい自由スペクトル範囲で周期的に変化する。図示のように、線直交偏光軸υ及びηに沿っての強度は、２軸それぞれの強度を全周波数について合算した値が常に一定値であるような相補的仕方で変化する。図２（ｂ）は、考えられるフィルタ反応曲線の一例を示すもので、同図で、相対周波数０（ゼロ）ＧＨｚを中心とする第１の周波数帯域においてはη軸上の強度が最大値に近くυ軸上の強度が最小値に近い。他方、相対周波数±１００ＧＨｚを中心とする第２の周波数帯域においてはη軸上の強度が最小値に近くυ軸上の強度が最大値に近い。強度応答は周波数に対して周期的で、応答の形状は、複屈折フィルタ１０１のプレート方位設定の結果である。１個のプレートではコサイン方形の応答が得られるが、プレートの縦続構成ではより鋭いフィルタ特性曲線が生成されることになり得る。
【００１５】
図１の複屈折フィルタを光通信用途に用いるインタリーブ処理フィルタとして適切なものにするために必要なステップは、２つの直線直交偏光軸υ及びη上の光出力電力を２つの別個の出力ポートへ空間的に分離するための手段を構築することである。
【００１６】
［従来の技術の偏光ダイバーシチ（多様化）］
図１の古典的な複屈折フィルタを光通信システムに用途拡張するには、いずれの出力ポートの電力をも入力の偏光状態に対して無関係にする必要がある。周波数のみが唯一の弁別要素でなければならない。偏光ダイバーシチのための手段が必須である。上記文献[6] の米国特許第４，９８７，５６７号に、偏光ダイバーシチのための手段の記述があり、これによれば、図３（ａ）に示すように、入力側及び出力側に偏光ビーム分割器（ＰＢＳ）と鏡との組み合わせが用いられる。入力側のＰＢＳ１ステージ及び出力側のＰＢＳ２ステージが、特別設計の偏光ビーム分割器を用いて構成される。この偏光ビーム分割器には、在来の２個の直角３角形ではなく２個の４５度傾斜の菱形部材が用いられる。インタフェース３０１として、特別設計の多層誘電フィルム（膜）が菱形部材間に形成配置されて、在来の偏光ビーム分割器と同じ仕方で入力偏光ビームを分割する。このインタフェース３０１に平行な２つの菱形面３０２は鏡面被覆される。このようにして、入力偏光ビーム３０３がインタフェース３０１に位置合わせされ、インタフェース３０１が２つの偏光を分離する。一方の（第１の）偏光ビームがインタフェース３０１を通って第１の出力偏光ビーム３０４として継続進行し、他方の偏光ビームが、対向する鏡面被覆された菱形面３０２の方へ反射される。鏡面であるこの菱形面からの反射によってこの偏光ビームは第１の出力偏光ビーム３０４に平行なしかもそれからオフセットされた第２の出力偏光ビーム３０５として進行する。すなわち、この作用が一体となって偏光ビームの分離が行われ、平行な２つの出力偏光ビーム３０４及び３０５が生成される。
【００１７】
図３（ｂ）は、入力偏光ビーム３０３が図３（ａ）のフィルタを通る際の、偏光状態及びその空間的関係の変遷経過を矢印で示す。入力部では、フレーム（偏光の位置及び向きをビームに垂直な面で表す）３１０に示すように、入力偏光ビーム３０３は概して２つの直交偏光成分Ｖ及びＨを有する。ＰＢＳ１ステージの効果として、フレーム３１１に示すように、成分Ｈと成分Ｖとが空間的に分離されて２個の別個のビーム３０４及び３０５となる。概して、縦続型複屈折フィルタを通しての透過により直線偏光状態の成分Ｖ及びＨが、その光周波数によるが楕円偏光状態に変換される。フレーム３１２に示すように、縦続型複屈折フィルタの出力はビーム３０５’上の偏光成分Ｖ１及びＶ２並びにビーム３０４’上の偏光成分Ｈ１及びＨ２から構成される。Ｖ１とＨ１とが水平軸ηの偏光成分を表し、Ｖ２とＨ２とが垂直軸υの偏光成分を表す。Ｖ１が水平で、Ｈ２が垂直であるが、「Ｖ１」及び「Ｈ２」の符号は、入力偏光ビームに関するこれら成分の絶対的偏光状態を示すのではなく、これら成分の基点を表すのに用いられる。
【００１８】
ＰＢＳ１ステージが２つの入力偏光ビームの偏光状態を２つの別個のビームに分離したのに対し、ＰＢＳ２ステージは、フレーム３１３に示すように、２つの相補的出力ポート「出力１」及び「出力２」を形成するために、ビーム３０４’及び３０５’から適切な偏光成分を組み合わせる必要がある。ＰＢＳ２ステージは、ビーム３０５’がＰＢＳ２上のインタフェース３０１と交差し、ビーム３０４’がＰＢＳ２上の鏡面被覆された表面３０２から反射されるように配置される。それからＰＢＳ２が、偏光成分Ｖ２及びＨ１を組み合わせて「出力１」を形成し、偏光成分Ｖ１及びＨ２を組み合わせて「出力２」を形成する。今述べた装置で、望む動作性能が達成される。ここで、出力ビーム強度は入力光周波数のみの関数であり、偏光状態の関数ではない。
【００１９】
［従来の技術の問題点及び改良］
上記ビューラーの方法は満足できる性能が得られるように見える。しかし、偏光ビーム分割器の構成要素内に存在する欠陥が原因で、偏光状態間のコントラスト比が低いことと偏光依存損失（ＰＤＬ）が発生することとの両方の欠点が生じる。したがって、これを実用化した場合、クロストーク及び偏光依存損失という障害が発生することになる。
【００２０】
本発明に基づき、図４に示すような、上記に代わる偏光ダイバーシチ（多様化）複屈折フィルタについて述べる。本発明の偏光ダイバーシチの方法によれば、ビューラーが用いた入力側ＰＢＳステージ及び出力側ＰＢＳステージによって得られる偏光分離のコントラスト（分離された偏光ビーム間の分離対比）に対して、一桁改善されたコントラストが得られ、又偏光依存損失も減少する。ビューラーの方式のＰＢＳステージによって２つの出力直交直線偏光の間に得られるコントラストはわずか２７ｄＢである。このＰＢＳステージの２７ｄＢというコントラストの値が生じるのは、充分に偏光感度があり無色（アクロマチック）で低損失の誘電堆積膜をＰＢＳのインタフェース３０１に形成する能力が限られているためである。その上、この誘電性のインタフェース３０１における２つの直交偏光状態のビームの透過及び反射は、一般に不均斉である。現在利用可能なＰＢＳを用いた場合の一例は、透過が〜９５％で反射が〜９９％である。このような不均斉から偏光依存損失（ＰＤＬ）が生じる。
【００２１】
［ダブルパスフィルタ設計］
本発明に基づき、図４に示すような、上記に代わる偏光ダイバーシチ（多様化）複屈折フィルタについて述べる。本発明の偏光ダイバーシチの方法によれば、ビューラーが用いた入力側ＰＢＳステージ及び出力側ＰＢＳステージによって得られる偏光分離のコントラスト（分離された偏光ビーム間の分離対比）に対して、一桁改善されたコントラストが得られ、又偏光依存損失も減少する。その上、本明細書では、簡単でコンパクトなダブルパス複屈折フィルタのアーキテクチャを開示する。このアーキテクチャは、ここで提供される偏光ダイバーシチの改良を継承するものであり、且つ特にクロストークのレベルを低くすることが肝要であるような用途においてすぐれた性能を発揮する。
【００２２】
図４（ａ）は、本発明のダブルパス複屈折フィルタの設計を、偏光不感の（偏光に依存し影響されることのない）１×２（１ポート入力から２ポート出力を得る）構成の場合の一例について示す。同図の構成は、図３（ａ）に示す縦続型複屈折フィルタと同じ複屈折フィルタを縦続型の複屈折フィルタ装置４０１として用いるが、図３（ａ）の入力側及び出力側の偏光ビーム分割器（ＰＢＳ）要素を、本発明による外部インタフェース装置のステージ及びラップアラウンド装置のステージにそれぞれ置換する。更に異なる点は、図３（ａ）のビューラー方式のフィルタにおいて光ビームが１つの方向にのみ進行するのに対し、本発明のダブルパス方式のフィルタでは、光ビームが複屈折フィルタ装置４０１を通る際に、順方向に進行するものと逆方向に進行するものとの両方があることである。
【００２３】
外部インタフェース装置４０２のステージは、第１の複屈折ビーム変位器４０４（簡単に、第１のビーム変位器）及び一体型ののλ／２ウエーブプレート４０５を有する。この一体型のλ／２ウエーブプレート４０５は、６個の順方向進行偏光ビーム及び逆方向進行偏光ビームのうちの半数（３個）のみと交差するようにオフセットされる。複屈折フィルタ装置４０１は、ウエーブプレートとしてカットされ方位設定された１個以上の複屈折要素４０８を有する。
【００２４】
これらの要素の異常軸が光ビームパスに垂直な結晶面上に位置するようにカットされる。それから各要素が、フィルタ合成アルゴリズムによって定められる予め計算された角度までその要素の法線のまわりに回転される。オプションのλ／２ウエーブプレート４０９（厚さが波長λの１／２）が、全ての複屈折要素４０８の後に、複屈折フィルタ装置４０１の座標系をラップアラウンド装置４０３のステージに位置合わせできるように配置される。
【００２５】
ラップアラウンド装置４０３のステージは、第２の複屈折ビーム変位器４０６（簡単に、第２のビーム変位器）及び逆反射器４０７を有する。第２のビーム変位器４０６の変位の方向は、第１のビーム変位器４０４の変位方向に垂直である。逆反射器４０７は、複合鏡で、２個の鏡が９０度の角度で相対するように配置される。したがって、順方向進行光ビームがオフセットされ、反射されて逆方向進行光ビームとなる。
【００２６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）とは別の実施例を示し、図４（ａ）の第１のビーム変位器４０４が菱形偏光ビーム分割器４８０（菱形ＰＢＳ）に置換される。図４（ｃ）は、更に別の実施例を示し、図４（ａ）の逆反射器４０７が逆反射プリズム４９０に置換される。
【００２７】
図５（ａ）は、ダブルパス複屈折フィルタを通る光ビームのパスを示し、図５（ｂ）は、フィルタを通る際の、偏光及びその空間的変遷経過を矢印で示すブロック線図である。入力光ビームは概して楕円偏光処理される。図５（ｂ）のフレーム５０１は、入力光ビーム４１０に水平（Ｈ）及び垂直（Ｖ）の両偏光成分が存在することを示す。
【００２８】
第１のビーム変位器４０４が、フレーム５０２に示すように、水平及び垂直の偏光成分を空間的に分離する。変位の方向は「上向き」である。分離された２個の順方向進行成分は平行に進行する。２個のビームのうちの低い方の光ビーム４１１は次いでオフセット用の一体型のλ／２ウエーブプレート４０５を通る（尚、この符号４１１は２個の順方向進行ビームのうちの低い方のビーム専用ではなくて、逆方向進行ビームにも用いられる）。
【００２９】
λ／２ウエーブプレート４０５が、フレーム５０３に示すように、低い方の光ビーム４１１の偏光状態（ＳＯＰ）（偏光方位）を９０度回転させる。これで今や、両光ビームが平行且つ同じ偏光状態で進行することになる。
【００３０】
オフセットされ平行で且つ同じ偏光状態のビームが、外部インタフェース装置４０２のステージから出力されて複屈折フィルタ装置４０１を通る。概して、複屈折フィルタ装置４０１は、フレーム５０４に示すように、ビームの直線偏光状態を水平及び垂直の両偏光成分を有する楕円偏光状態に変換する。直線から楕円への偏光状態の変換は、入力光ビーム４１０の周波数とフィルタ設計との関数である。
【００３１】
複屈折フィルタ装置４０１から現れる２個のビームの２個の直交偏光成分は、第２のビーム変位器４０６によって空間的に分離される。変位の方向は、４個の光ビーム４１３が第２の変位器４０６から矩形上の４つの角点を形成する形で現れるようにする方向である。
【００３２】
このようにして現れる各ビームは直線偏光化されている。これら４個のビームは全て、先ず逆反射器４０７上の鏡表面４０７ａから反射されてその向きを９０度変える。次に４個のビームは全て、逆反射器４０７上の鏡表面４０７ｂから反射されて、再度その向きを９０度変える。その結果現れるビームは、その向きが反射に先立つ通過の向きと反対になるように折り返されたことになる。
【００３３】
これら４個の光ビーム４１４は今や逆方句の向きに進行する。その上、フレーム５０６に示すように、これら４個の光ビームの相対的位置は逆反射器４０７によって変えられている。すなわち、互いに上下に位置するビームからなる一方のビーム対５１０の位置が、互いに上下に位置するビームからなる他方のビーム対５２０の位置と入れ替わっていて、４個のビームの位置全てが光ビーム４１３の位置から変換されている。これら４個の直線偏光共同進行のビーム４１４は全て、次に再度第２のビーム変位器４０６を通り、ビーム対５１０と５２０との間の分離は倍増される。
【００３４】
第２のビーム変位器４０６を通過後、４個のビーム４１４は再度、複屈折フィルタ装置４０１に入る。フレーム５０３から５０４への、フィルタ装置内の順方向通過の経過と同様に、直線偏光ビームは各々、概して楕円偏光ビームに変換され、各ビームは、フレーム５０７に示すように、水平及び垂直両方の偏光成分を有する。
【００３５】
直線から楕円への偏光状態の変換は、入力光ビーム４１０の周波数と複屈折フィルタ装置４０１の設計との関数である。複屈折フィルタ装置４０１から現れたビーム４１５は最後に、外部インタフェース装置４０２を通る。
【００３６】
逆方向進行ビームに対する外部インタフェース装置４０２の目的は、２度フィルタ処理された偏光成分を有する２個のビームを形成することであり、これらのビームは捕集されることになる。４個のビームが残ることになり、これらのビームは阻止される。阻止された光ビームにおける電力は概して、２回目の通過時に複屈折フィルタ装置４０１によって阻止された光ビームの電力と一致する。阻止されたビーム内の電力は、別の目的のために捕集される。
【００３７】
捕集された２個の出力光ビーム４３０を形成するために、フレーム５０７に示すビーム５１１及び５１２が最初にオフセット用のλ／２ウエーブプレート４０５を通過する。ビーム５１１及び５１２の両偏光成分が９０度回転されて現れる（フレーム５０８）。次に４個のビーム全てが、前のように、一方の偏光成分が下方へ位置移動され且つ他方の偏光成分は位置が変更されないように方位設定された第１のビーム変位器４０４を通る。
【００３８】
このようにして、２個のビーム５５０の垂直偏光成分５３０が下方へ位置移動され、２個のビーム５６０の垂直偏光成分５４０が下方へ位置移動され、残る水平偏光成分は影響されず不変である。その結果として、フレーム５０９に示すように、逆方向進行で平行な６個のビームが得られる。
【００３９】
中央の２個のビーム５１５及び５１６はフィルタの出力として捕集される。残りのビーム５５０及び５４０は阻止されるものとして示されているが、信号をモニタする動作又は他の目的に利用される。
【００４０】
オフセット用のλ／２ウエーブプレート４０５の欠陥は、シート型偏光器４０５’を追加することによって矯正される。このシート型偏光器４０５’は、λ／２ウエーブプレート４０５の後で複屈折フィルタ装置４０１の前に配置され、６個のビーム全てを偏光処理する。シート型偏光器４０５’は、垂直偏光成分を透過させて水平偏光成分を阻止するように、又は設計によってはその逆になるように、位置合わせ調整される。
【００４１】
前に述べたように、図２（ｂ）は、直線偏光入力ビームを与えられた場合の、複屈折フィルタ装置４０１の周波数依存（対応）の偏光強度応答（相対的光ビーム強度）の一例を示す。外部インタフェース４０２が周波数対応の偏光強度応答を出力部「出力１」及び「出力２」における振幅応答に翻訳変換する。図２（ｂ）の相対的周波数０（ゼロ）ＧＨｚの場合を考える。ここでは複屈折フィルタ装置４０１の出力は水平方向に強く垂直方向に弱い。
【００４２】
したがって、図５（ｂ）のフレーム５０４に示すビーム４１２（図５（ａ））の偏光成分の強さは、成分Ｖ１及びＨ１が強く、成分Ｖ２及びＨ２が弱い。ラップアラウンド装置４０３での処理で変位後、フレーム５０６に示すビーム５１０は弱く、ビーム５２０は強い。逆方向進行の向きで２回目に複屈折フィルタ装置４０１を通過後、楕円偏光ビームが生成され（フレーム５０７）、ここでは水平成分が相対的に強く、垂直成分が相対的に弱い。
【００４３】
その上、ビーム５１１及び５１１’の合算電力はビーム５１２及び５１２’の合算電力に比べて相対的に弱い。次に外部インタフェース装置４０２で処理後得られる捕集されるビーム（捕集ビーム）５１６の強度は捕集ビーム５１５に対して相対的に強い。その結果、「出力１」は明暗度が強く「出力２」は弱い。図２（ｂ）の別の相対的周波数±１００ＧＨｚにおいては、複屈折フィルタ装置４０１の出力は垂直方向に強く水平方向に弱い。上記と同じ解析の結果、ダブルパス複屈折フィルタから、明暗度が強い「出力２」及び明暗度が弱い「出力１」が生成される。
【００４４】
出力ポート「出力１」及び「出力２」上の電力合算値は常に一定で、全ての周波数において一定に保たれる。「出力１」と「出力２」との間の相対的強度は周波数とともに周期的に変化するが、入力ビーム４１０の入力偏光状態とは無関係である。変化の周期は複屈折フィルタ装置４０１の自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）である。
【００４５】
複屈折フィルタ装置４０１について適切な設計が与えられると、図４（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示す本発明全体を、インタリーブ処理フィルタとして用いることができる。その結果として（図６を参照）、もし入力信号が、自由スペクトル範囲を周期とする周波数において均一間隔を置いたチャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）信号である場合、本発明のダブルパス複屈折フィルタ（図４（ａ）（ｂ）及び（ｃ））は、ＷＤＭ信号をインタリーブ解除処理して、奇数番号のチャネルが「出力１」に出力され、偶数番号のチャネルが「出力２」に出力されることになる。
【００４６】
本発明のダブルパス複屈折フィルタ（図４（ａ）（ｂ）及び（ｃ））の１つの用途は、配列型導波器ルータ（アレイド・ウエーブガイド・ルータ）（ＡＷＧ）を利用する光マルチプレクサ及び光デマルチプレクサにおいて処理が可能なＷＤＭチャネル数を増加させる用途である。ＡＷＧに基づくマルチプレクサ及び／又はデマルチプレクサに供給されるＷＤＭチャネルの周波数間隔は、もしこれらのチャネルが最初に本発明の複屈折フィルタによって偶数及び奇数のＷＤＭチャネルを分離するフィルタ処理をされてから個別のＡＷＧによって処理される場合には、同じ与えられたＡＷＧ周波数分離能力に対して、本発明の複屈折フィルタを用いないときに比べて、倍増させることが可能である。
【００４７】
このような配置を図６に示す。同図において、もし入力信号が、ＦＳＲ（自由スペクトル範囲）の間隔で分離された波長分割多重（ＷＤＭ）信号の場合、ダブルパス複屈折フィルタ６０１が、奇数番号の波長（チャネル）が「出力１」に出力され、偶数番号の波長が「出力２」に出力されるようにＷＤＭ信号を細分割（スライス）する。
【００４８】
それから、「出力１」及び「出力２」の各々（図示しない）に接続された個別のＡＷＧ（配列型導波器ルータ）を用いて、１つ以上の偶数及び奇数の波長が更に選択される。
【００４９】
［結果］
本発明のダブルパス複屈折フィルタは、特によい応答を示す。フィルタ損失が低く、ステージ当たり０．１ｄＢよりも低くできる。充分なフィルタ合成及びステージ数により、鋭い、平坦なフィルタ応答を達成できる。インパルス応答が有限でその持続時間が短いため、位相応答は、ファブリーペロー又はファイバ・ブラッグ・グレーチング方式のフィルタに比べて優秀である。
【００５０】
本発明のダブルパス複屈折フィルタを光通信の用途に用いるときは、偏光不感度（偏光に依存し影響されることのない度合い）を最適化する必要がある。そうする際に、できればクロストークレベルを増すべきではない。ビューラーは、２つの特殊な偏光ビーム分割器（ＰＢＳ）ステージを設けその１つずつを入力側と出力側とに配置して偏光不感フィルタを形成してみせた。よいＰＢＳ要素に対するクロストークレベルは現在、約−２７ｄＢである。これらのステージは又相対的に無色（アクロマチック）である。
【００５１】
これと対照的に、本発明のダブルパス複屈折のスライス型フィルタは、クロストークレベルを−２７ｄＢから−４０ｄＢに低減でき、又本質的に無色である。
【００５２】
加えて、ここに開示したダブルパス型入力及び出力ステージ方式は、必須のλ／２プレートの欠陥に対する許容度を備えている。
【００５３】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、従来の技術の設計による複屈折フィルタに比べて、偏光感度が減少し、クロストークの阻止性が増大し、又フィルタ損失が低く、コントラストが高く、色分散の少ない複屈折フィルタが得られる。その上、従来の技術の設計よりもフィルタ処理が改善され、優れたフィルタ応答を達成できる。透過と反射とを適切に組み合わせた光ビーム折り返し方式の光学構成を用いるので、簡単でコンパクトなダブルパス複屈折フィルタが得られる。更に、本発明のダブルパス複屈折フィルタは、波長分割多重（ＷＤＭ）光信号の偶数チャネルと奇数チャネルとを分離するインタリーブ処理フィルタとしての使用が可能である。
【００５５】
特許請求の範囲に記載した発明の構成要件の後の括弧内の符号は、構成要件と実施例と対応づけて発明を容易に理解させる為のものであり、特許請求の範囲の解釈に用いるべきのものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術の縦続型複屈折フィルタの一例の説明図で、早期の天文学者が用いたように入力側偏光器及び出力側偏光器を設けた場合を図１（ａ）に、又設けない場合を図１（ｂ）に示す。
【図２】図１の縦続型複屈折フィルタについて、直線偏光入力信号に応じての出力偏光信号を示す説明図で、２つの直線直交偏光軸（υ及びη）に関する説明を図２（ａ）に示し、その出力信号の、周波数に関するη偏光軸及びυ偏光軸に沿っての相対的強度変化を図２（ｂ）に示す。
【図３】米国特許第４，９８７，５６７号（文献[6]） による従来の技術の縦続型複屈折フィルタの一例の説明図で、その配置を図３（ａ）に示し、入力信号に応じてのフィルタの種々の位置における、η偏光軸（Ｈ）及びυ偏光軸（Ｖ）に沿っての相対的ビーム強度を矢印で図３（ｂ）に示す。
【図４】本発明のダブルパス式周期的複屈折（スライス型）フィルタの一実施例の説明図で、その配置を図４（ａ）に示し、図４（ａ）の外部インタフェース装置のビーム変位器を菱形偏光ビーム分割器（ＰＢＳ）に置換した例を図４（ｂ）に示し、図４（ａ）の逆反射器（ミラー）を逆反射プリズムに置換した例を図４（ｃ）に示す。
【図５】図４（ａ）のダブルパス式周期的複屈折（スライス型）フィルタを１個の入力ビームが通過進行する際に入力ビームに及ぼされる効果の説明図で、その効果を平面図及び側面図で図５（ａ）に示し、図４（ａ）のダブルパス周期複屈折スライス・フィルタをビーム成分が通過進行する際のビーム成分の位置を表すブロック線図を図５（ｂ）に示す。
【図６】本発明による図４（ａ）のダブルパス式周期的複屈折（スライス型）フィルタによる波長分割多重（ＷＤＭ）信号のスライス（細分割）処理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１  複屈折フィルタ
１０２  パス
１０３  入射光ビーム（直線偏光入力信号）
１０４  方位回転位置
１０５  楕円偏光出力信号
１０６  半ウエーブプレート
３０１  インタフェース
３０２  菱形面
３０３  入力偏光ビーム
３０４  第１の出力偏光ビーム
３０５  第２の出力偏光ビーム
３０４’、３０５’  ビーム
３１０〜３１３、５０１〜５０９  フレーム
４０１  複屈折フィルタ装置
４０２  外部インタフェース装置
４０３  ラップアラウンド装置
４０４  第１のビーム変位器
４０５  λ／２ウエーブプレート
４０５’  シート型偏光器
４０６  第２のビーム変位器
４０７  逆反射器
４０７ａ、４０７ｂ  鏡表面
４０８  複屈折要素
４０９  λ／２ウエーブプレート
４１０  入力光ビーム
４１１  低い方の光ビーム
４１２、４１３、４１４、４１５  光ビーム
４３０  出力光ビーム
４８０  菱形偏光ビーム分割器
４９０  逆反射プリズム
５１０  ビーム対
５１１、５１１’、５１２、５１２’  ビーム
５１５、５１６  捕集ビーム
５２０  ビーム対
５３０、５４０  垂直偏光成分
５５０、５６０  ビーム
６０１  ダブルパス複屈折フィルタ
【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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