JP2000515653A - 光ファイバ偏光制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 波長板として複屈折光ファイバの片（１１０，１２０）を用いてより小型化された光ファイバ偏光制御器を提供する。本発明による光ファイバ偏光制御器は、従来の単一モード光ファイバ（１００）に接続された複屈折光ファイバの片（１１０，１２０）を捻るか回転させることによって入力光の偏光状態を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバ偏光制御器 ［技術分野］ 本発明は、光ファイバ偏光制御器に関し、特に、波長板として複屈折光ファイ バの片を用いて小型化を具現した光ファイバ偏光制御器に関する。 ［背景技術］ 光波は電界と磁界とよりなる電磁波である。光波の進行の際、電界及び磁界は 進行方向に垂直する横断面上にて特定の振動パターンによって振動する。一般に 、偏光は電界ベクトルＥに平行するフィールドである。従って、偏光状態とは横 断面上の電界の振動パターンを意味する。偏光状態は、電界ベクトルＥの互いに 直交する成分の方向及び位相によって３つに分類され得る。即ち、線形偏光、円 形偏光及び楕円形偏光に各々分けられる。 ２つの互いに直交する固有光軸に対して異なる屈折率を有する複屈折媒体を、 光が通過する場合、偏光状態が変化する。複屈折の量（または屈折率の差）は物 質そのものの特性ではあるが、ストレス、歪み及び温度のような外部要因にもよ る。シリカは非晶質であるため元から複屈折の性質を示さない。しかし、シリカ よりなる光ファイバは、内部ストレスだけでなく円形非対称的な構造（ｎｏｎ ｃｉｒｃｕｌａｒ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）のため、無視でき ない複屈折性を表す傾向がある。外部のストレスまたは曲がりによっても追加的 に複屈折性が誘導され得る。このような外部の僅かな影響でも変化する複屈折は 、光通信及び光センサーのような応用分野において大きな問題を惹起し得る。こ れには偏光の変化による信号減殺または信号劣化の問題も含まれる。従って、光 ファイバの応用分野においては光の偏光状態を維持するか制御することが非常に 重要である。偏光制御器は、入力偏光状態を任意の出力偏光状態に変換させるの に用いられる装置であって、研究実験、光ファイバセンサー、光通信、特に、偏 光に敏感な光素子を用いるシステムに必須の部品である。例えば、高速光システ ムは、直接変調された光源における波長のチャープを減少させるために、外部変 調 器としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）を採用する。この場合、上記変調器 は偏光に非常に敏感であるため、最高の性能を発揮するためには変調器の複屈折 軸に偏光状態を合わせることが必須的である。レーザダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）と外部変調器との間の偏光状態を整合するにあって、一般的 に偏光維持（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ：ＰＭ）光フ ァイバがＬＤと外部変調器とを接続させるのに用いられる。しかし、これは光フ ァイバの偏光軸とＬＤ及び外部変調器の偏光軸とを整列させる過程が非常に複雑 になるという問題がある。 偏光制御器の原理は、いずれ１つの偏光状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｐｏｌａｒ ｉｚａｔｉｏｎ：ＳＯＰ）を他のＳＯＰに変換させ得る適切な位相遅延器を用い て、所望の偏光状態を得ることである。位相遅延器としては２つの１／４波長板 が用いられ得る。 図１は、ＳＯＰの説明に一般的に用いられるポアンカレ球におけるＳＯＰの変 化を示す模式図である。線形偏光状態はポアンカレ球上の赤道に位置する点「ｃ 」により表示され、円形偏光状態はポアンカレ球上の極に位置する点「ｄ」によ り表示される。ポアンカレ球上の一点はいずれ１つのＳＯＰに対応する。球上の いずれの点も２つの直交する座標軸により表現され得るため、球上の一点は２つ の直交する座標軸を回転させることによって他の点に移動され得る。即ち、任意 の１つのＳＯＰが座標軸の回転により任意の他のＳＯＰに変換され得る。２つの １／４波長板を偏光制御器に用いることは周知である。例えば、その内に複屈折 を誘導して位相遅延を起す曲り光ファイバループを、上記した２つの回転軸とし て用いることができる。 ２つの１／４波長板が偏光制御器に用いられる場合、ポアンカレ球上の一点の アジマス角及び極角は、該球の２つの軸（即ち、２つの１／４波長板の光軸）を 回転させることによって各々回転され得る。従って、図１の如く入力ＳＯＰ「ａ 」が所望の出力ＳＯＰ「ｂ」に変換される。 図２には、従来技術による光ファイバ偏光制御器が概略的に示されている。 図２中の偏光制御器は、Ｈ．Ｃ．ルフェブレ（Ｈ．Ｃ．ＬｅＦｅｖｒｅ）によ り電子郵便（１９８０年９月２０日）第１６巻第２０号に開示されている。図２ を参照すると、一定の長さを有する単一モード光ファイバ１が予め定められた直 径でボビン１０の外側に沿って巻かれている。この曲がりによるストレスが光フ ァイバ内に複屈折を誘導し、この際、ボビン１０と平行及び垂直をなす２つの複 屈折軸が形成される。ボビンの直径を適当に選択すると、与えられた光波長に対 して誘導された複屈折により１／４波長板としての役割をし得る。ボビン１０の Ｒ−方向への回転に従って複屈折の主軸が回転するため、入力光Ｐ_inのＳＯＰは 出力光Ｐ_outにて所望のＳＯＰを有するように制御される。しかし、このような ボビンを採用すると、偏光制御器の嵩が相対的に大きくなることによって、一般 的な回路板に搭載し難いという不都合がある。 図３は、従来技術による他の光ファイバ偏光制御器の使用状態を示す断面図で ある。このような偏光制御器は上述した従来技術に比べて小型化され得る。図３ を参照すると、偏光制御器は光ファイバ３１の外面に接触し得るネジ３２を有す る。図３中の偏光制御器においては、ネジ３２により光ファイバに供給された機 械的ストレスから誘導された複屈折によって、偏光状態が制御される。原理上、 ここでも偏光状態を制御するためには、図１に説明したように２つの直交する回 転軸として作用する手段があるべきである。このような作用を行うのがネジであ る。上記偏光制御器における２つの直交する回転軸に該当するこのネジは、互い に異なる力で互いに異なる方向からストレスを加えて偏光状態を制御する。例え ば、図３の如く、Ｘ−Ｙ方向で加えられたストレスが解除された後、他のストレ スがＸ’−Ｙ’方向で加えられる。しかし、このような単一制御手段は偏光を制 御し難い。よって、光ファイバを圧搾して偏光を制御すべきであるため、光ファ イバのジャケット（ｊａｃｋｅｔ）または光ファイバそのものに損傷を与え、光 ファイバ制御器の信頼性が劣るという問題を生じる。さらに、機械的に圧搾され たジャケットが元の形態に回復されないと、光ファイバ内にストレスが依然とし て残り、その結果として偏光状態が制御できないという不都合がある。 ［発明の開示］ 従って、本発明の主な目的は、電気回路板に搭載し得る程度に小型化された光 ファイバ偏光制御器を提供することにある。 本発明の他の目的は、光ファイバを圧搾することなく、より向上された耐久性 を有する光ファイバ偏光制御器を提供することにある。 本発明のまた他の目的は、偏光制御器の全体光ファイバの筋にＰＭ光ファイバ を用いることなく、低コストで製造し得る光ファイバ偏光制御器を提供すること にある。 上記の目的を達成するために、本発明は、光ファイバ偏光制御器であって、複 屈折性を有する第１の光ファイバの少なくとも一つの部分と、前記第１の光ファ イバと少なくとも１つの接合部を有し、末端が光ファイバのストランドを形成し 、このストランドに沿って光を伝送する、単一モードの第２の光ファイバの部分 と、前記第１の光ファイバの複屈折軸の角度を制御する回転手段と、を備えるこ とを特徴とする。 上記接合部は溶融接合あるいは物理的接触により形成できる。上記光ファイバ 偏光制御器は、第１の光ファイバの２つ以上の部分を有するように形成するのも よい。 上記第１の光ファイバの各部分は、それぞれの複屈折率の間の差に応じて１／ ４波長板として機能するように調整された長さを有するのがよい。 本発明の他の実施形態によれば、光ファイバ偏光制御器であって、複屈折性を 有する第１の光ファイバの２つの片と、この片の末端との接続部を有し、それぞ れ片と共に光を伝送する、第２の単一モード光ファイバの２つの部分と、前記接 続部と片とが挿入され、二つの片の当接端に接触して第１の単一モード光ファイ バの２つの部分を整列させる一組のフェルールと、前記一組のフェルールが挿入 されて固定されるスリーブと、前記フェルールを回転させる手段と、を備えるこ とを特徴とする。 前記接続部は、溶融接合あるいは物理的接触により形成できる。各片は、それ ぞれの複屈折率の間の差に応じて１／４波長板として機能するように調整された 長さを有することができる。 前記接続部の構成は、上記構成に限られるものではない。低い接続損失が保証 される構成であれば採用できる。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、光の偏光状態を説明するのによく用いられるポアンカレ球における偏 光状態の変化を示す模式図である。 図２は、従来技術による光ファイバ偏光制御器の概略図である。 図３は、従来技術による他の光ファイバ偏光制御器の使用状態を示す断面図で ある。 図４は、本発明の実施形態による光ファイバ偏光制御器の光ファイバのみを部 分拡大した分解図である。 図５は、図４中の偏光制御器に比べてより小型化された光ファイバ偏光制御器 の光ファイバを示す分解図である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、光ファイバ偏光制御器の光ファイバの部分を電 気回路板に搭載させるための固定装置を示す概略図である。 ［発明を実施するための最良の形態］ 以下、本発明に好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面に 基づいて説明する。 図４は、本発明の実施形態による光ファイバ偏光制御器の光ファイバのみを部 分拡大して示す分解図である。 図４を参照すると、第１光ファイバの片１１０、１２０の端部「ｆ」は第２光 ファイバ１００に光学的に接続され、光を伝送させ得る一筋の光ファイバを形成 する。第１光ファイバの片１１０、１２０は複屈折性、即ち、互いに異なる屈折 率を有する２つの複屈折軸を備える。第２光ファイバ１００としては低い複屈折 を有する従来の単一モード光ファイバが用いられ得る。第２光ファイバ１００と 各片１１０、１２０との接続は溶融接合により形成し得る。その他の接続方法と してはフェルールを用いた機械的または物理的接触の方法がある。各片１１０、 １２０は適当な長さを有する複屈折光ファイバの短い部分であって、波長板とし ての機能を果たす。通常、片の長さは１／４波長板または半波長板として働くよ うに調整される。例えば、各片の複屈折軸間における屈折率の差（Δｎ）の次数 が本実施形態の如く１０^-4である場合、各片１１０、１２０の長さは略１．５μ ｍの光波長に対して数ｍｍ程度しかならない。所定の偏光状態の光波が１つまた は複数の複屈折片を通じて伝送すると、片の複屈折軸が互いにどう設定されてい るかによって、入力偏光状態だけでなく出力偏光状態が決定される。従って、複 屈折軸の回転によって、入力光における任意の入力偏光は出力光における任意の 出力偏光に変換され得る。そのためには、複屈折片と該片に接続されている光フ ァイバとを相対的に回転させればよい。各片がフェルールを用いてリード光ファ イバに機械的に接続されている場合は、各片をリード光ファイバに対して回転さ せて複屈折軸の方向を変化させることができる。その他の方法には複屈折の大き さを変化させるために側方向から各片にストレスを加える方法もある。 図５には、本発明の他の実施形態による、図４中の装置に比べてより小型化さ れた光ファイバ偏光制御器の光ファイバが示されている。図５を参照すると、図 ４中の光ファイバの各片１１０、１２０の間にある第２光ファイバの片が省略さ れている。この実施形態においては、第１複屈折光ファイバの２つの片５０２、 ５０４が溶融接合によって第２単一モード光ファイバの片５００に各々接続され ている。その後、各片５０２、５０４の自由端部は、機械的接合または物理的接 触によって互いに接続されている。このような接合作業を容易にするために、フ ェルールとスリーブに基づいた従来の物理的接触法が用いられ得る。特に、各片 ５０２、５０４は各フェルール５０６、５０８内に各々挿入されている。各フェ ルール５０６、５０８は、円筒形スリーブ５１０の補助で光損失が最小になるよ うに互いに整列されている。この実施形態では、各フェルール５０６、５０８の 材質として酸化ジルコニウムが用いられたが、ステンレス鋼、石英、アルミナ等 を用いることもできる。第１光ファイバの片５０２、５０４は溶融接合を用いず 物理的接触により接続されている。このような物理的接触による光損失は、通常 ０．２ｄＢ以下に減少され得る。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、本発明の光ファイバの部分を電気回路板に搭載さ せるために用いられる固定装置を互いに異なる角度から示した概略図である。組 立てられた固定装置に対して、各々、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は平面図 、図６（ｃ）は正面図である。図４中の第２光ファイバ１００と第２光ファイバ １００の片１１０、１２０とよりなる一筋の光ファイバが中空の円筒形固定装置 ４０を長手方向に通過する。ノブは円筒形固定装置４０の位置を固定させるのに 用いられ、また円筒形固定装置におけるいずれの一方の位置に固定・回転させる プロセスを補助する。上述した固定装置は電気回路板に搭載される程度に十分に 小 型化され得る。 上記のように製造された光ファイバ偏光制御器の性能が分析された。偏光制御 器の全体挿入損失は０．５ｄＢ以下であり、後反射は−６０ｄＢに遠く及ばなか った。任意の入力偏光は、−４５ｄＢ以上の優秀な偏光消滅で任意の出力偏光に 変換されることができた。さらに、本実施形態の第２光ファイバとして従来の通 信用単一モード光ファイバを用いたため、本発明の光ファイバ制御器は、溶融接 合または従来のコネクタを用いて他の光ファイバ部品や装置とも完璧に互換する ことができる。 従って、本発明によれば、電気回路板に搭載し得る程度に小型化され、より向 上された耐久性を有し、ＰＭ光ファイバを用いることなく低コストで製造するこ とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム ユン キー 大韓民国 130―405 タエジョン ユソン ―ク ウヘウン―ドン ハンビット アパ ートメント 130―405 (72)発明者 イエオ ユン バエ 大韓民国 703―014 タエジョン セオ― ク ピエオングリ ４―ドン 1199―49

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光ファイバ偏光制御器であって、 互いに異なる屈折率の複屈折軸を有する第１光導波路の部分と、 光を前記第１光導波路から第２光導波路に、または前記第２光導波路から前記 第１光導波路に伝送する、前記第１光導波路の部分と接続される前記第２光導波 路と、 前記第２光導波路に対して前記第１光導波路の部分の前記複屈折軸を回転させ る制御手段とを備え、 前記第１光導波路の部分の長さは、前記複屈折軸により定められた２つの固有 偏光状態問における位相遅延がπ／４ラジアンの定数倍になるように調整される ことを特徴とする光ファイバ偏光制御器。 ２．前記第１光導波路が、偏光維持光ファイバを有することを特徴とする請求の 範囲１に記載の光ファイバ偏光制御器。 ３．前記第１光導波路の部分と前記第２光導波路との間の接続が、溶融接合また は物理的接触により行われることを特徴とする請求の範囲１に記載の光ファイバ 偏光制御器。 ４．前記制御手段が、前記第２光導波路を捻る捻り手段を有することを特徴とす る請求の範囲３に記載の光ファイバ偏光制御器。 ５．光ファイバ偏光制御器であって、 互いに異なる屈折率の複屈折軸を有する複数の第１光導波路の部分と、 光を前記第１光導波路から第２光導波路に、または前記第２光導波路から前記 第１光導波路に伝送する、前記第１光導波路の部分と接続される前記第２光導波 路の部分と、 隣接する前記第２光導波路に対して前記第１光導波路の部分の前記複屈折軸を 回転させる制御手段とを備え、 前記第１光導波路の部分の長さは、前記複屈折軸により定められた２つの固有 偏光状態間における位相遅延がπ／４ラジアンの定数倍になるように調整される ことを特徴とする光ファイバ偏光制御器。 ６．前記第１光導波路が、偏光維持光ファイバを有することを特徴とする請求の 範囲５に記載の光ファイバ偏光制御器。 ７．前記第１光導波路の部分と前記第２光導波路の部分との間の接続が、溶融接 合または物理的接触により行われることを特徴とする請求の範囲５に記載の光フ ァイバ偏光制御器。 ８．前記制御手段が、前記第２光導波路の部分を捻る捻り手段を有することを特 徴とする請求の範囲７に記載の光ファイバ偏光制御器。 ９．光ファイバ偏光制御器であって、 互いに異なる屈折率の複屈折軸を有する複数の第１光導波路の部分と、 複数の第２光導波路の部分と、 前記第１光導波路の複屈折軸を回転させる制御手段とを備え、 前記第１光導波路の部分の少なくとも２つが互いに接続され、前記第１光導波 路の残余部分は前記第２光導波路の部分に接続されており、前記第１光導波路の 部分の長さは、前記複屈折軸により定められた２つの固有偏光状態間における位 相遅延がπ／４ラジアンの定数倍になるように調整されることを特徴とする光フ ァイバ偏光制御器。 １０．前記第１光導波路が、偏光維持光ファイバを有することを特徴とする請求 の範囲９に記載の光ファイバ偏光制御器。 １１．前記第１光導波路の部分と前記第２光導波路の部分との間の接続が、溶融 接合または物理的接触により行われることを特徴とする請求の範囲９に記載の光 ファイバ偏光制御器。 １２．前記第１光導波路の部分間の接続が、物理的接触により行われることを特 徴とする請求の範囲９に記載の光ファイバ偏光制御器。 １３．前記物理的接触が、フェルール及びスリーブによって行われることを特徴 とする請求の範囲１２に記載の光ファイバ偏光制御器。 １４．前記制御手段が、前記第２光導波路の部分を捻る捻り手段を有することを 特徴とする請求の範囲９に記載の光ファイバ偏光制御器。