JPH02160213A - 偏波面回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 光の偏波面（偏光面）を回転する偏波面回転装置に関し
、 任意角度の偏波面回転を安定に行うことができる偏波面
回転装置の提供を目的とし、 光軸と交わる一方の面が他方の面に対して斜めに形成さ
れたファラデー回転子を、所定磁界中で光軸とは一致し
ない軸を中心として回動可能に保持して構成する。

産業上の利用分野 本発明は光の偏波面を回転する偏波面回転装置に関する
。

光通信システム等のシステムを構築する場合、例えば信
号光についてその偏波面を回転する要求が生じることが
ある。具体的には、以下に示すような場合に光の偏波面
を回転する必要が生じる。

（ア）　カプラ膜、光合分波膜等の光学膜において偏波
依存性の大きいものを光回路に挿入する場合、所要の膜
特性を得るために、膜への入射光の偏波面を任意角度で
回転調整する必要がある。

（イ）　コヒーレント光伝送システムにおいて受信側の
光学系を構成する場合に、受信光と局発光との干渉効率
の低下を防止するために、受信光又は局発光の偏波面を
任意角度で回転調整する必要がある。

（つ）　光アイソレータを構成する場合に、正確に４５
°の偏波面回転を行う必要があり、安定した偏波面の回
転が要求される。

従来の技術 光の偏波面を回転する手法としては、従来、ＹＩＧ等の
ファラデー回転子に所定磁界を印加し、その旋光特性に
より光の偏波面を回転するようにしたものがある。また
、シングルモード光ファイバにおける伝搬モードＨＥｚ
−、ＨＦ、１１７間のモード結合を利用してファイバに
捩り、曲げ、その他の外圧を加えることによって、光の
偏波面を回転するようにしたものがある。

発明が解決しようとする課題 ファラデー回転子を用いる従来の手法にあっては、ファ
ラデー回転子に飽和磁界を印加しておくことによって比
較的安定した偏波面回転角を得ることができるが、偏波
面回転角を任意に調整し得ないという問題があった。フ
ァラデー回転子における偏波面回転角が印加磁界の強さ
及び光軸方向のファラデー回転子の厚みに依存するとい
う事実に２みれば、印加磁界を変化させることにより、
偏波面回転角の調整を行うことが容易に提案され得るが
、この方法により偏波面回転角の調整を行うと、磁気ヒ
ステリシスの存在等により偏波面回転角の再現性が良好
でなく、安定した偏波面回転を行うことが困難である。

一方、シングルモード光ファイバを利用する従来手法に
あっては、偏波面回転角を任意に調整することが困難で
あるとともに、偏波面回転角が安定しないという問題が
あった。また、シングルモード光ファイバにあけるモー
ド結合の結果として、偏波面が回転するだけでなく直線
偏光の楕円偏光化も生じるから、シングルモード光ファ
イバを用いる手法は消光比を問題とするシステムには不
適である。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、任
意角度の偏波面回転を安定に行うことができる偏波面回
転装置の提供を目的としている。

課題を解決するための手段 第１図は本発明の基本構成を示す原理図である。

４はファラデー回転子であり、光軸１と交わる一方の面
２が他方の面３に対して斜めに形成されている。

そして、このファラデー回転子４は、所定磁界中で光軸
１とは一致しない軸５を中心として回動可能に保持され
ている。

なお、第１図においては、ファラデー回転子４の光＠１
と交わる面３が光軸１と垂直になるように図示されてい
るが、本発明はこの構成に限定されず、例えば反射帰還
光の発生を防止するために、ファラデー回転子４の光軸
１と交わる面２．３の双方が光軸１と垂直にならないよ
うにしても良い。

また、同図では光軸１と軸５とが平行に図示されている
が、必ずしも平行であることは要求されない。

作　　　用 ファラデー回転子４にふける光軸１が貫通する部分の厚
みをｔ１光軸方向の印加磁界をＨとすると、偏波面回転
角（旋光角）θは、 θ＝Ｆ−ｔ−Ｈ （Ｆはベルデ定数と呼ばれる材料固有の定数）で表され
る。本発明の構成においては、ファラデー回転子４は所
定磁界中におかれているので、上式におけるＨは一定で
あり、したがって、光軸部分におけるファラデー回転子
の単位厚みあたりの偏波面回転角は一定である。そして
、軸５を中心としてファラデー回転子４を回動させるこ
とにより、光軸部分におけるファラデー回転子４の厚み
が変化するから、この厚みの変化に応じて任意の偏波面
回転角を設定することができる。本発明では、ファラデ
ー回転子４を所定磁界中においているので、磁気ヒステ
リシス等の影響を受けずに偏波面回転角の再現性が良好
であり、安定した偏波面回転角を得ることができる。

いま、軸５を中心としてファラデー回転子４を回動させ
た場合（第２図）において、光軸部分の厚みが最も小さ
くなったときと最も大きくなったときとの厚みの差をΔ
ｔとすると、この厚みの差Δｔはファラデー回転子４を
１８０°回動させることによって生じるから、ファラデ
ー回転子４を１°回動させたときの光軸部分の厚みの変
化はΔｔ／１８０で表される。したがって、ファラデー
回転子４の単位厚みあたりの偏波面回転角をａとおくと
、ファラデー回転子４を１°回動させることによって、 φ＝Δｔ−ａ／１８０　　　　・・・（１）で与えられ
る偏波面回転角φを得ることができる。

このように本発明によれば、Δｔを任意に設定すること
により、つまり、ファラデー回転子４における光軸ｌと
交わる面２．３がなす傾斜角を任意に設定することによ
り、必要に応じた精度で偏波面回転調整を行うことので
きる偏波面回転装置が提供される。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の実施例を示す偏波面回転装置の斜視図
、第４図は第３図におけるｒＶ−ｒＶ線に沿った断面図
である。基板１０にはスリット状の開口１０ａが形成さ
れており、円盤状のファラデー回転子１２はその外周部
が基板の開口ｔＯａから外側に出るように軸受部材１３
により基板１０の内側に回動自在に保持されている。１
４は半割円筒形状の永久磁石であり、この永久磁石１４
はファラデー回転子１２における光軸ＯＡが貫通する部
分に所定の磁界を印加するために、基板１０のファラデ
ー回転子１２が保持されている側に固着されている。

第５図はファラデー回転子１２の製造工程を示す図であ
る。先ず、同図（ａ）に示すように、透明基板１４上に
例えばＢｉ置換ＹＩＧをエピタキシャル結晶成長させる
ことによって適当厚みの磁気光学結晶１６を形成する。

次に、同図（ｂ）に示すように、透明基板１４に対して
所定角度で傾斜する面Ｃまで磁気光学結晶１６を研潜す
る。そして、同図（Ｃ）に示すように、透明基板１４の
磁気光学結晶１６が形成されている側の面及び形成され
ていない側の面に軸部材１８を固着する。

本実施例によれば、ファラデー回転子１２を回動させる
ことにより、光軸ＯＡが貫通する部分において偏波面の
回転に寄与する磁気光学結晶１６の厚みを連続的に変化
させることができるので、ファラデー回転子１２の回動
角に応じて任意の偏波面回転角を設定することができる
。また、ファラデー回転子１２における光軸ＯＡが貫通
する部分には永久磁石１４により常に飽和磁界またＪま
一定磁界が印加されるので、ファラデー回転子１２の回
動方向等によらず再現性良く偏波面回転角を設定するこ
とができる。

第６図には、第３図及び第４図に示される偏波面回転装
置におけるファラデー回転子１２の送信光源側及び受信
側にそれぞれテーパ状の複屈折性プリズム２０．２２を
配置して構成される光アイソレータの破断側面図が示さ
れている。この光アイソレータは、ルチル（Ｔ　ｉ　０
２単結晶）等からなる複屈折性プリズム２０．２２を光
が透過するときに常光と異常光とで屈折角度が異なるこ
とを利用したものである。この光アイソレータの動作を
簡単に説明する。図示しない光源からの光を複屈折性プ
リズム２０に順方向（第６図における左から右に向かう
方向）に入射すると、偏波方向によって屈折率が異なる
ので、入射光は常光及び異常光に別れて別方向に屈折し
てファラデー回転子１２に入射する。ファラデー回転子
１２における偏波面回転角は４５°に設定されており、
ファラデー回転子１２を透過した上記常光及び異常光は
、偏波面を４５°回転させられて複屈折性プリズム２２
に入射される。複屈折性プリズム２２の光学軸は複屈折
性プリズム２０の光学軸に対して光軸方向の回りに４５
°回転した方向に設定されているので、上記常光及び異
常光は複屈折性プリズム２２の内部での常光及び異常光
にそれぞれ対応する。このため、複屈折性プリズム２２
を透過した常光及び異常光は互いに平行となって出射さ
れ、したがって、これらの平行光を図示しないレンズに
より集束させて光ファイバ（光伝送路）に導入すること
ができる。一方、逆方向（第６図における右から左に向
いた方向）の光は、複屈折性プリズム２２に入射した後
、常光と異常光に別れて別方向に屈折し、ファラデー回
転子１２に入射して偏波面が４５°回転させられて出射
する。偏波面が４５°回転した複屈折性プリズム２２の
常光は、複屈折性プリズム２０の光学軸に対し偏波面が
９０°回転した偏光となり、したがって、複屈折性プリ
ズム２０において異常光としての屈折を受ける。偏波面
が４５°回転した複屈折性プリズム２２の異常光は同様
にして複屈折性プリズム２０において常光としての屈折
を受ける。このため、複屈折性プリズム２０を逆方向に
透過した後の常光及び異常光の伝搬方向は異なり、順方
向に低損失なレンズ配置では逆方向の光は光源に戻らな
い。

このように動作する光アイソレータにおいて、ファラデ
ー回転子の偏波面回転角と複屈折性結晶の光学軸同士の
傾斜角（４５°）とがほぼ完全に一致していないと、逆
方向に伝搬する反射帰還光の除去性能が劣化する。この
ため従来は、磁気光学結晶を極めて高精度に研磨するこ
とによってファラデー回転子における偏波面回転角を正
確に４５°に設定していた。しかしながら、磁気光学結
晶としてベルデ定数が大きぐ薄型化が可能な例えばＢｉ
置換型ＹＩＧを用いている場合には、４５゜の偏波面回
転角を得るための厚みが約２００μｍであることから、
偏波面回転角の正確な設定は極めて困難である。これに
対し、本実施例によれば、ファラデー回転子１２におけ
る偏波面回転角を任意に設定することができるので、光
アイソレータを組み立てた後に容易に偏波面回転角の調
整を行って、反射帰還光の除去性能が良好な光アイソレ
ータを提供することができる。例えば、前記式％式％（
） ファラデー回転子１２を１°回動させることにより偏波
面回転角を０．０５°変化させることができ、高精度な
偏波面回転角の調整が可能になる。

東７図は第３図及び第４図に示される偏波面回転装置の
使用例を示す図である。ＬＤ（半導体レーザ）２４から
の光を、分岐膜２６ａを有する分岐プリズム２６により
分岐するときに、分岐膜２６ａへの入射面と入射光線の
偏波面との相対的な位置関係が直接的に分岐比に影響を
及ぼすから、ＬＤ２４と分岐プリズム２６との間に偏波
面回転装置２８を介装したものである。このような構成
によれば、偏波面回転装置２８により分岐膜２６ａへの
入射光線の偏波面を任意に回転調整することができるの
で、所要の分岐比でＬＤ２４からの光を分岐することが
できる。

第８図は偏波面回転装置をコヒーレント光伝送システム
における受信部の光学系に適用した場合を示している。

光伝送路３０により伝送されてきた信号光を光カプラ３
２により局発光源３４からの局発光と合波して受光器３
６に入射させるに際して、信号光の偏波状態を偏波状態
検出器３８により検出し、信号光の偏波面と局発光の偏
波面とが一致するように偏波面回転装置４０をフィード
バック制御するものである。受光器３６の自乗検波特性
によって生じる例えばヘテロゲイン検波信号の振幅は、
信号光の偏波面と局発光の偏波面が一致しているときに
最大となり、信号光の偏波面と局発光の偏波面が直交し
ているときに最小（零）になるから、信号光の偏波面と
局発光の偏波面とが一致するように制御することによっ
て常に最大振幅の検波信号を得ることができ、受信感度
の劣化を防止することができる。なお、この実施例では
、偏波状態検出器３８からの信号に応じて偏波面回転装
置４０を駆動する必要があるので、第３図及び第４図に
示すように手動によりファラデー回転子を回転させるの
ではなく、パルスモータ等を用いて電気信号によりファ
ラデー回転子を回転させる必要がある。

第９図は本発明の他の実施例を示す偏波面回転装置の要
部説明図である。この実施例では、独立に回動可能な軸
部材１８に２つの透明基板１４をそれぞれ固定し、それ
ぞれの透明基板に形成される磁気光学結晶４２．４４の
傾斜角が異なるように研磨を行っている。例えば、磁気
光学結晶４２におけるΔｔを４００μｍとし、磁気光学
結晶４４におけるΔｔを４０μｍとし、ａの値を０．２
２５（ｄｅｇ／μｍ）とすれば、第９図における左側の
ファラデー回転子を１°回動させることにより０．５°
の偏波面回転角を得ることができ、同図中右側のファラ
デー回転子を同じく１°回動させることにより０．０５
°の偏波面回転角を得ることができる。このようにΔｔ
が異なる複数のファラデー回転子を光軸ＯＡ上に配列す
ることにより、段階的な粗調整、微調整を行うことがで
きる。

発明の詳細 な説明したように、本発明の偏波面回転装置により任意
角度の偏波面回転を安定に行うことが可能になるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の作用説明図、 第３図は本発明の実施例を示す偏波面回転装置の斜視図
、 第４図は第３図におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図、 第５図は本発明の実施例を示すファラデー回転子の製造
工程図、 第６図は本発明の実施例を示す光アイソレータの破断側
面図、 第７図は本発明の実施例を示す偏波面回転装置の使用例
説明図、 第８図は本発明の実施例を示す偏波面回転装置の他の使
用例説明図、 第９図は本発明の他の実施例を示す偏波面回転装置の要
部説明図である。 ４．１２・・・ファラデー回転子、 １６．４２．４４・・・磁気光学結晶、１４・・・永久
磁石、 ２８．４０・・・偏波面回転装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光軸（１）と交わる一方の面（２）が他方の面（３）に
   対して斜めに形成されたファラデー回転子（４）を、所
   定磁界中で光軸（１）とは一致しない軸（５）を中心と
   して回動可能に保持して構成されることを特徴とする偏
   波面回転装置。