JPH08160360A - 偏波分離合成器および液晶光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏波分離性能を向上させた、かつ入射と出射
の入れ替えに対し機能が対称である偏波分離合成器、お
よびそれを用いた可変波長フィルタ、光切替スイッチな
どの液晶光素子を提供する。 【構成】 ２枚の複屈折板２０１および２０２の間に、
１／２波長板４０１と、ガラス板３０１および３０２と
を挟持し、複屈折板２０１の２つのポート１０１ａおよ
び１０１ｂから入射した光ビームがそれぞれ当該光ビー
ムの偏波状態に応じた強度比で第１および第２の光ビー
ムに分離されかつこれらのうち一方が前記１／２波長板
４０１および前記複屈折板２０２を通過し他方が前記ス
ペーサ３０１または３０２および複屈折板２０２を通過
して複屈折板２０２の２つのポート１０１ｃおよび１０
１ｄに分離されて出射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを偏波面が互
いに直交する２つのビームに分離した後、２つの光ビー
ムの偏波面を同一に変換して出射する、あるいはその逆
過程により同一の偏波面をもつ２つの光ビームを合波す
る偏波分離合成器、およびそれを用いることにより入射
光の偏波依存性を解消した液晶光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた従来のクロスバ型２×２タ
イプの光切替スイッチ（特開平２−１０００２５号公
報）の構造を図９に示す。同図において、光ファイバ１
１，１２，１３および１４は、それぞれコリメートレン
ズ２１，２２，２３および２４はコリメートレンズを介
して、偏波ビームスプリッタ３１および３２に接続され
ている。偏波ビームスプリッタ３１および３２は、それ
ぞれ偏波分離合成膜４１および４２を有し、両者はツイ
ストネマチックタイプの液晶セル５１を介して接続され
ている。

【０００３】かかる光切替スイッチでは、光ファイバ１
１および１２の光信号を液晶セル５１に印加する電圧の
有無によって、光ファイバ１３または１４に選択的に切
り替えて出力することができる。

【０００４】液晶セル５１に電圧が印加されている場合
の動作原理を光ファイバ１１の場合について説明する。
光ファイバ１１に入力された光信号は偏波面が直交する
２つの偏波成分ｐ１およびｓ１から成り、該光信号はコ
リメートレンズ２１で平行な光ビームとなった後、偏波
ビームスプリッタ３１に入り、偏波分離合成膜４１で直
進するｐ１と反射するｓ１とに分離される。液晶セル５
１に電圧が印加されていると液晶セル５１による偏波変
換はなく、直進するｐ１はそのままの偏波で液晶セル５
１を通過し、プリズムで反射された後偏波ビームスプリ
ッタ３２の偏波分離合成膜４２を直進して通過しコリメ
ートレンズ２４を介して光ファバ１４に出力される。一
方、偏波分離合成膜４１で反射されたｓ１はプリズムで
反射された後液晶セル５１をそのままの偏波で通過し、
偏波ビームスプリッタ３２の偏波分離合成膜４２で反射
され、ｐ１と同様にコリメートレンズ２４を介して光フ
ァイバ１４に出射される、このように、液晶セル５１に
電圧が加えられている場合は光ファイバ１１の光信号は
光ファイバ１４にすべて出射される。

【０００５】液晶セル５１に電圧が印加されていない場
合の光ファイバ１１についての動作原理を図１０に示
す。この場合は液晶セル５１は入射偏波に対して出射偏
波を９０°ねじるように作用するため、偏波ビームスプ
リッタ３１で分離されたｐ１およびｓ１は液晶セル５１
を通過した後は、ｐ１はｓ１′に、ｓ１はｐ１′にそれ
ぞれ偏波変換される。そして、このように偏波変換され
たｓ１′は偏波分離合成膜４２で反射されてコリメート
レンズ２３を介して光ファイバ１３に出力され、一方、
ｐ１′は偏波分離合成膜４２を直進してやはり光ファイ
バ１３に出力されるので、光ファイバ１１の光信号はす
べて光ファイバ１３に入ることとなる。

【０００６】このように光ファイバ１１の出力を液晶セ
ル５１に電圧を印加するか否かによって出力先を光ファ
イバ１３および１４に切り替えることができる。また、
光ファイバ１２からの入力についても全く同様な原理で
動作する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光切替スイ
ッチとして重要な特性であるクロストークについて本構
成の光切替スイッチについて評価すると、偏波分離合成
膜４１での偏波分離性能が支配的である。例えば図９に
おいて偏波分離合成膜４１の性能が良くない場合には、
分離されたｓ１にｐ１の一部が混入すると、ｓ１は偏波
分離合成膜４２で反射されコリメートレンズ２４の出力
されるのに対し、混入した一部のｐ１はそのまま偏波分
離合成膜４２を直進して通過し、コリメートレンズ２３
に出力されてしまい、クロストークの低下を招く。実
際、偏波分離合成膜を用いた偏波ビームスプリッタでは
ｐ偏波の透過に対しては３０ｄＢ以上の性能を与えられ
るが、ｓ偏波の反射に対しては２５ｄＢ程度しか得られ
ないのが現状であり、要求の激しい場合の、例えば４０
ｄＢ以上には対処できない欠点があった。

【０００８】また、従来の他の偏波分離合成器として図
１１に示すように、複屈折板１の一部に１／２波長板２
を張り付けたものがある。かかる偏波分離合成器では、
ｐ偏光およびｓ偏光（ｐ偏波およびｓ偏波ともいう）が
混合した入射光３を複屈折板１に入射すると、ｐ偏光は
直進し１／２波長板を通らず、ｐ偏光に変換され出射さ
れる。一方、ｓ偏光は複屈折板１でｐ偏光と分離して複
屈折板１内を斜めに進み、１／２波長板２を通ってｐ偏
光に変換されて出射される。すなわち、図１１のような
偏波分離合成器にｐ偏光およびｓ偏光が混合した入射光
が入射すると、偏波の混合状態に応じた強度比に分離さ
れた２つの平行で同一の偏波面をもつ光ビームが出射さ
れる。

【０００９】このような偏波分離合成器においては、複
屈折板の側から入射すれば、上記のような機能を発揮す
るが、しかし、１／２波長板の側から入射すると、逆に
両者が合成されるように機能を発揮するとは限らない。
光部品においては多くの場合、入射と出射の入れ替えに
対し機能が対称であることを要求される。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑み、偏波分離
性能を向上させた、かつ入射と出射の入れ替えに対し機
能が対称である偏波分離合成器を提供し、またそれを用
いることにより入射光の偏面依存性を解消し、かつ性能
を向上させた、可変波長フィルタ、光切り替えスイッチ
などの液晶光素子を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
２枚の第１および第２の複屈折板の間に、１／２波長板
と、該１／２波長板と厚さが等しく透明なスペーサとが
面方向に交互に配列されて挟持され、前記第１および第
２の複屈折板には少なくとも２つずつの入出力ポートを
有し、前記第１の複屈折板の前記２つのポートから入射
した光ビームがそれぞれ当該光ビームの偏波状態に応じ
た強度比で第１および第２の光ビームに分離されかつこ
れらのうち一方が前記１／２波長板および前記第２の複
屈折板を通過し他方が前記スペーサおよび前記第２の複
屈折板を通過して前記第２の複屈折板の前記２つのポー
トに分離されて出射されることを特徴とする偏波分離合
成器にある。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記第１および第２の複屈折板はその光学軸が同じ
向きに配置されていることを特徴とする偏波分離合成器
にある。

【００１３】本発明の第３の態様は、第１の態様におい
て、前記第１および第２の複屈折板はその光学軸が逆向
きに配置されていることを特徴とする偏波分離合成器に
ある。

【００１４】本発明の第４の態様は、２枚の第１および
第２の複屈折板の間に、１／２波長板と、該１／２波長
板と厚さが等しく透明なスペーサとが面方向に交互に配
列されて挟持され、前記第１および第２の複屈折板には
少なくとも２つずつの入出力ポートを有し、前記第１の
複屈折板の前記２つのポートから入射した光ビームがそ
れぞれ当該光ビームの偏波状態に応じた強度比で第１お
よび第２の光ビームに分離されかつこれらのうち一方が
前記１／２波長板および前記第２の複屈折板を通過し他
方が前記スペーサおよび前記第２の複屈折板を通過して
前記第２の複屈折板の前記２つのポートに分離されて出
射される第１および第２の偏波分離合成器が、前記２つ
のポート同士が光学的に接続されるように配置され、か
つこれら偏波分離合成器の間に液晶セルが配置されてお
り、該液晶セルは電圧印加時に当該液晶セルを通過する
光ビームの偏波状態を９０度変換するように配置されて
いることを特徴とする液晶光素子にある。

【００１５】本発明の第５の態様は、２枚の第１および
第２の複屈折板の間に、１／２波長板と、該１／２波長
板と厚さが等しく透明なスペーサとが面方向に交互に配
列されて挟持され、前記第１および第２の複屈折板には
少なくとも２つずつの入出力ポートを有し、前記第１の
複屈折板の前記２つのポートから入射した光ビームがそ
れぞれ当該光ビームの偏波状態に応じた強度比で第１お
よび第２の光ビームに分離されかつこれらのうち一方が
前記１／２波長板および前記第２の複屈折板を通過して
他方が前記スペーサおよび前記第２の複屈折板を通過し
て前記第２の複屈折板の前記２つのポートに分離されて
出射される偏波分離合成器と、この偏波分離合成器の前
記第１および第２の何れかの複屈折板の前記２つのポー
トに光学的に順次接続された磁気光学素子および旋光子
からなり、前記ポートからの出射する方向に通過する光
ビームの偏波状態を９０度変換するが逆方向に通過する
光ビームの偏波状態を変換しない偏波変換手段と、前記
２つのポートから出て前記偏波変換手段を通過した２つ
の光ビームをそれぞれ逆のポートに戻るようにその進行
方向を１８０度偏向する偏向手段と、前記偏向手段によ
り前記２つのビームの進行方向が９０度偏向されて光路
内に配置され、特定の波長の光ビームのみの通過を許容
する液晶セルと、を具備することを特徴とする液晶光素
子にある。

【００１６】本発明の第６の態様は、２枚の第１および
第２の複屈折板の間に、１／２波長板と、該１／２波長
板と厚さが等しく透明なスペーサとが面方向に交互に配
列されて挟持され、前記第１および第２の複屈折板には
少なくとも２つずつの入出力ポートを有し、前記第１の
複屈折板の前記２つのポートから入射した光ビームがそ
れぞれ当該光ビームの偏波状態に応じた強度比で第１お
よび第２の光ビームに分離されかつこれらのうち一方が
前記１／２波長板および前記第２の複屈折板を通過し他
方が前記スペーサおよび前記第２の複屈折板を通過して
前記第２の複屈折板の前記２つのポートに分離されて出
射される偏波分離合成器と、この偏波分離合成器の前記
第１および第２の何れかの複屈折板の前記２つのポート
に光学的に順次接続された磁気光学素子および旋光子か
らなり、前記ポートからの出射する方向に通過する光ビ
ームの偏波状態を９０度変換するが逆方向に通過する光
ビームの偏波状態を変換しない偏波変換手段と、前記２
つのポートから出て前記偏波変換手段を通過した２つの
光ビームをそれぞれ逆のポートに戻るようにその進行方
向を１８０度偏向する偏向手段と、前記偏向手段と前記
偏波分離手段との間に配置され、特定の波長の光ビーム
のみの通過を許容する液晶セルと、を具備することを特
徴とする液晶光素子にある。

【００１７】

【作用】本発明の偏波分離合成器においては、入射光を
互いに直交する偏波面を有する光ビームに分離するため
に、複屈折板、特にカルサイト（方解石）を用いるの
で、入射光がどのような偏波状態（ｐ偏光とｓ偏光の割
合）にあっても４０ｄＢ以上の分離性能を有する。また
分離した光ビームの一方を１／２波長板に透過させるた
め偏波面が９０°回転し、２つの光ビームの偏波面は同
一になる。さらに、第２の複屈折板を備えているため、
入射と出射の入れ替えに対し機能は対称となる。

【００１８】本発明の液晶光素子（光切替スイッチ）に
おいては、偏波状態の変動が大きい光信号を切り替える
とき、鋭い単一偏波面をもつ光信号で切り替えが行われ
るため、クロストーク特性に優れた出力が得られる。

【００１９】また、本発明の他の液晶光素子（液晶可変
波長フィルタ）においては、偏波状態の変動が大きい光
ビームの波長選択を行うときであっても、鋭い単一偏波
面をもつ光ビームで波長選択が行われるため、安定でか
つシャープな波長選択を行うことができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２１】［実施例１］図１は、本発明の第１の実施
例に係る偏波分離合成器を示す図である。本実施例の偏
波分離合成器である積層体１０１は、複屈折板としての
２枚のカルサイト２０１および２０２の間に、ガラス板
３０１および３０２と１／２波長板４０１とが挟持され
ている。ガラス板３０１および３０２ならびに１／２波
長板４０１は同一の厚さであり、中央部に１／２波長板
４０１が、その両側にガラス板３０１および３０２が配
置された構成となっている。また、２枚のカルサイト２
０１および２０２は、厚みが同一であり、その光学的な
向きは互いに逆になるように配置されている。

【００２２】かかる積層体１０１では、カルサイト２０
１および２０２の表面のガラス板３０１および１／２波
長板４０１に対応する部分をそれぞれ入出力ポート１０
１ａ，１０１ｂ，１０１ｃおよび１０１ｄとする。ここ
で、入力ポート１０１ａにｓ偏光（ｓ１）およびｐ偏光
（ｐ１）を入力すると、ｐ１は、カルサイト２０１、ガ
ラス板３０１およびカルサイト２０２を直進して透過
し、出力ポート１０１ｃから出力する。一方、ｓ１は、
カルサイト２０１を斜めに進んで１／２波長板４０１に
入り、次いで１／２波長板４０１は直交する方向に透過
する間にｓ１′に偏波変換されてカルサイト２０２に入
り、カルサイト２０２を直進して出力ポート１０１ｄか
ら出力する。

【００２３】また、入力ポート１０１ｂにｓ２およびｐ
２を入力すると、ｐ２は、カルサイト２０１を直進し、
１／２波長板４０１でｓ２′に偏波変換され、カルサイ
ト２０２を斜めに進んでポート１０１ｃから出射する。
一方、ｓ２は、カルサイト２０１を斜めに進んでガラス
３０２を透過し、次いでカルサイト２０２内はカルサイ
ト２０１内とは逆方向に斜めに進んでポート１０１ｄか
ら出力する。

【００２４】このように入力ポート１０１ａまたは１０
１ｂに入力した互いに偏波面が直交する光ビームは、分
離されて出力ポート１０１ｃおよび１０１ｄから出力す
る。逆に、ポート１０１ｃおよび１０１ｄにそれぞれ偏
波面が直交する偏光を入力した場合、上述した光路を逆
行して合成され、ポート１０１ａまたは１０１ｂから出
力する。

【００２５】［実施例２］図２は、本発明の第２の実施
例に係る偏波分離合成器を示す図である。本実施例の偏
波分離合成器である積層体１０２は、２枚のカルサイト
２０３および２０４の間に、ガラス板３０３と１／２波
長板４０２および４０３とが挟持され、中央部にガラス
板３０３が、その両側に１／２波長板４０２および４０
３が配置された構成となっている。また，２枚のカルサ
イト２０３および２０４の光学的な向きは同じ向きにな
るように配置されている。

【００２６】かかる積層体１０２では、カルサイト２０
３の表面の１／２波長板４０２およびガラス板３０３に
対応する部分、ならびにカルサイト２０４の表面のガラ
ス板３０３および１／２波長板４０３に対応する部分
を、それぞれ入出力ポート１０２ａ，１０２ｂ，１０２
ｃおよび１０２ｄとする。ここで、入力ポート１０２ａ
にｓ偏光（ｓ１）およびｐ偏光（ｐ１）を入力すると、
ｐ１は、カルサイト２０１および１／２波長板４０２を
直進して偏波変換されてｓ１′となり、カルサイト２０
４を斜めに進んで出力ポート１０２ｃから出力する。一
方、ｓ１は、カルサイト２０３を斜めに進んでガラス板
３０３に入り、次いでガラス板３０３は直交する方向に
透過してカルサイト２０４に入り、カルサイト２０４を
カルサイト２０３と同じ方向に斜めに進んで出力ポート
１０２ｄから出力する。

【００２７】また、入力ポート１０２ｂにｓ２およびｐ
２を入力すると、ｐ２は、カルサイト２０３、ガラス板
３０３およびカルサイト２０４を直進し、ポート１０２
ｃから出射する。一方、ｓ２は、カルサイト２０３を斜
めに進んで１／２波長板４０３を透過して偏波変換され
てｐ２′となり、カルサイト２０４を直進してポート１
０２ｄから出力する。

【００２８】このように入力ポート１０２ａまたは１０
２ｂに入力した互いに偏波面が直交する光ビームは、分
離されて出力ポート１０２ｃおよび１０２ｄから出力す
る。逆に、ポート１０２ｃおよび１０２ｄにそれぞれ偏
波面が直交する偏光を入力した場合、上述した光路を逆
行して合成され、ポート１０２ａまたは１０２ｂから出
力する。

【００２９】［実施例３］図３は本発明の第３の実施例
に係る液晶光素子を説明する図である。本実施例の液晶
光素子５０１は、実施例１に係る偏波分離合成器を用い
たものであり、液晶セル６０１を挟むように２つの積層
体１０１Ａおよび１０１Ｂが配置されている。積層体１
０１Ａのポート１０１ｃおよび１０１ｄと積層体１０１
Ｂのポート１０１ａおよび１０１ｂとは液晶セル６０１
を間に挟んで対向しており、積層体１０１Ａのポート１
０１ａおよび１０１ｂ、ならびに積層体１０１Ｂのポー
ト１０１ｃおよび１０１ｄにはそれぞれコリメートレン
ズ７０１〜７０４を介して光ファイバ８０１〜８０４が
積層体の外側に相対向するように配置されている。積層
体１０１Ａおよび１０１Ｂの構成は、実施例１の積層体
１０１の構成と全く同一であるので、各構成部品には同
一符号を付して重複する説明は省略する。また、液晶セ
ルはねじれネマティック液晶セルである。

【００３０】このような構成となっているから、光ファ
イバ８０１を入力ファイバとした場合、その出力は液晶
セル６０１への電圧有無によって光ファイバ８０３また
はか８０４とすることができる。また、光ファイバ８０
２を入力ファイバとした場合も同様である。

【００３１】光ファイバ８０１の場合について詳細に説
明する。コリメートレンズ７０１から出射された平行光
ビームを直交する２つの偏波成分ｐ１およびｓ１に分解
して考える。

【００３２】液晶セル６０１に電圧を印加した場合、液
晶セル６０１を通過する光の偏波状態は変わらないた
め、積層体１０１Ａのカルサイト２０１で分離されたｐ
１はそのままの状態でガラス板３０１、カルサイト２０
２、さらに液晶セル６０１を直進し、次いで積層体１０
１Ｂのカルサイト２０１、ガラス板３０１、およびカル
サイト２０２も直進して通過してコリメートレンズ７０
３を介して光ファイバ８０３に出射される。一方、積層
体１０１Ａのカルサイト２０１で分離されて斜めに進ん
だｓ１は１／２波長板４０１の通過によって偏波が９０
°変換されたｐ１′となり、カルサイト２０２はそのま
まの状態で通過し、さらに液晶セル６０１を通過する。
次いで、積層体１０１Ｂのカルサイト２０１を通過した
後１／２波長板４０１に入り、そこで再び偏波が９０°
変換されてｓ１″となってカルサイト２０２を斜めに通
過し、コリメートレンズ７０３を介して光ファイバ８０
３に出射される。

【００３３】以上説明したように、液晶セル６０１に電
圧を加えた場合、光ファイバ１０１の光信号はすべて光
ファイバ８０３に出力される。なお、光ファイバ８０２
の場合も同様にしてすべて光ファイバ８０４に出力され
る。

【００３４】次に、液晶セル６０１に電圧を印加しない
場合について、再び光ファイバ１０１を入力ファイバと
した場合を例にして図４により説明する。積層体１０１
Ａのカルサイト２０１で分離され直進したｐ１はそのま
まの状態で液晶セル６０１に入るが、液晶セル５０１に
通過によって偏波が９０°変換されｓ１′になる。ｓ
１′は積層体１０１Ｂのカルサイト２０１に入った後斜
めに進んで１／２波長板４０１に入って再び偏波が９０
°変換されｐ１″になり、カルサイト１０２をそのまま
直進してコリメートレンズ７０４を介して光ファイバ８
０４に出力される。一方、積層体１０１Ａのカルサイト
２０１で分離され斜めに進んだｓ１は１／２波長板４０
１の通過によって偏波変換されてｐ１′となって液晶セ
ル６０１に入りさらに偏波変換されてｓ１″となる。そ
の後、積層体１０１Ｂのカルサイト２０１を斜めに通過
し、ガラス板３０２を通過し、さらにカルサイト２０２
を斜めに通過してコリメートレンズ７０４を介して光フ
ァイバ８０４に出力される。

【００３５】このように、液晶セル６０１に電圧を加え
ない場合、光ファイバ８０１の光信号はすべて光ファイ
バ８０４に出力される。なお、光ファイバ８０２の場合
は同様にしてすべて光ファイバ８０３に出力される。

【００３６】以上のように、液晶セル６０１の両側に積
層体１０１Ａおよび１０１Ｂを配置することにより、電
圧の有無で光ファイバ８０１の出力を光ファイバ８０３
または８０４に、また、光ファイバ８０２の出力を光フ
ァイバ８０４または８０３に選択することができる。

【００３７】このとき、出力光ファイバにおけるクロス
トークはカルサイト２０１での偏波分離性能により左右
されるが、カルサイトにおける偏波分離性能は４０ｄＢ
以上あるため、光切替スイッチとして４０ｄＢ以上のク
ロストークを与えることができ、従来の偏波ビームスプ
リッタを使用した場合に比較して１５ｄＢ以上の改善が
ある。

【００３８】［実施例４］図５は、本発明の第４の実施
例に係る液晶光素子を説明する平面図である。本実施例
の液晶光素子５０２は実施例２に係る積層体を用いたも
のである。すなわち、液晶セル６０１を挟むように積層
体１０２Ａおよび１０２Ｂを配置し、積層体１０２Ａの
ポート１０２ｃおよび１０２ｄと積層体１０２Ｂのポー
ト１０２ｂおよび１０２ａとがそれぞれ相対向するよう
にしたものである。積層体１０２Ａおよび１０２Ｂの構
成は共に実施例２の積層体１０２と同一であり、同一部
品には同一符号を付して重複する説明は省略する。

【００３９】このような積層体構成においても液晶セル
６０１に印加する電圧の有無によって、光ファイバ８０
１の光信号を光ファイバ８０４あるいは８０３に選択的
に出力することができる。

【００４０】すなわち、液晶セル６０１を印加して光フ
ァイバ８０１から光信号を入力した場合、上述した実施
例２で説明したように、ｐ１は積層板１０２Ａの通過に
よりｓ１′となってポート１０２ｃから液晶セル６０１
に入射し、そのまま液晶セル６０１を透過して積層体１
０２Ｂのカルサイト２０３を斜めに進み、１／２波長板
４０３でｐ１″に変換され、カルサイト２０４を通過し
て光ファイバ８０３から出射する。一方、ｓ１は、積層
板１０２Ａの通過によってｓ１のままポート１０２ｄか
ら液晶セル６０１に入射し、そのまま液晶セル６０１を
通過して積層体１０１Ｂのカルサイト２０３を斜めに進
み、ガラス板３０３を通過し、カルサイト２０４を斜め
に進んで光ファイバ８０４から出射する。また、光ファ
イバ８０２を入力ファイバとした場合には、光ファイバ
８０３から出力される。

【００４１】このように、液晶セル６０１に電圧を印加
した場合、光ファイバ８０１の光信号はすべて光ファイ
バ８０４に出力される。なお、光ファイバ８０２の場合
は同様にしてすべて光ファイバ８０３に出力される。

【００４２】一方、液晶セル６０１に電圧を加えない場
合、光ファイバ８０１の光信号はすべて光ファイバ８０
３に出力される。なお、光ファイバ８０２の場合は同様
にしてすべて光ファイバ８０４に出力される。

【００４３】以上のように、液晶セル６０１の両側に積
層体１０２Ａおよび１０２Ｂを配置することにより、電
圧の有無で光ファイバ８０１の出力を光ファイバ８０４
または８０３に、また、光ファイバ８０２の出力を光フ
ァイバ８０３または８０４に選択することができる。

【００４４】また、本構成においても光切替スイッチの
クロストークはカルサイト２０３の偏波分離性能によっ
て決まり、カルサイトの使用によって４０ｄＢ以上のク
ロストークが得られる。

【００４５】［実施例５］図６は、本発明の第５の実施
例に係る液晶光素子である液晶可変波長光フィルタを説
明するための平面図であり、この液晶光素子５０３は、
実施例１に係る偏波分離合成器を用いたものである。な
お、実施例１と同一部材に同一符号を付して重複する説
明は省略する。

【００４６】実施例１と同一構造の積層板１０１のポー
ト１０１ａおよび１０１ｂには、それぞれコリメートレ
ンズ７０５および７０６を介して光ファイバ８０５およ
び８０６が接続されている。また、ポート１０１ａおよ
び１０１ｂに対してガラス板３０１および１／２波長板
４０１を介してそれぞれ相対向するポート１０１ｃおよ
び１０１ｄそれぞれに対向して、磁気光学素子（ＭＯ）
９０１および９０２、ならびに１／４波長板１００１お
よび１００２を順次光学的に接続した偏波変換手段が配
置されている。この偏波変換手段は、ポート１０１ａお
よび１０１ｂから出射する方向に通過する光ビームの偏
波状態を９０度変換するが、逆方向に通過する光ビーム
の偏波状態を変換しないものである。また、これらの光
路をそれぞれ１８０度偏向する偏向手段として、２つの
プリズム１１０１および１１０２が設けられている。さ
らに、２つのプリズム１１０１および１１０２の間には
液晶セル６０２が配置されている。ここで、液晶セル６
０２は特定の偏波状態の光ビームのみの通過を許容する
もので、例えば、ファブリペローエタロン構造の液晶セ
ルである。なお、１／４波長板１００１および１００２
とは、同じ＋π／４の配置とした。

【００４７】このような構成の液晶可変波長光フィルタ
の作用を説明する。この場合、直交する偏波成分ｓ１と
ｐ２から成る光ビームが光ファイバ８０５およびコリメ
ートレンズ７０５から入射されると、カルサイト２０１
で光ビームはｓ１とｐ２とに分離される。

【００４８】分離されたｓ１は１／２波長板４０１を通
過してｐ１に変換された後カルサイト２０２をそのまま
通過しポート１０１ｄから出て、磁気光学素子９０２お
よび１／４波長板１００２を通過する。このとき、光ビ
ームの偏波面は進行方向から見てそれぞれ＋π／４回転
するため結果として＋π／２回転して再びｓ１に変換さ
れる。そして、このｓ１はプリズム１１０２を介して液
晶セル６０２に入るが、液晶セルに電圧を印加しておく
と、印加された電圧に応じて波長選択されてｓ１′とな
る。さらにｓ１′はプリズム１００１を通過した後、１
／４波長板１００１および磁気光学素子９０１を通過す
るが、このときには、光ビームの偏波面は進行方向から
見てそれぞれの通過で−π／４および＋π／４回転す
る。このため、結果としてｓ１′の偏波面は変わらずｓ
１′のままカルサイト２０１に入り屈折されて斜めに進
み、再び１／２波長板４０１を通ってｐ１′に変換さ
れ、カルサイト２０１を通過し、コリメートレンズ７０
６を介して光ファイバ８０６に出射する。

【００４９】一方、カルサイト２０１で分離されたｐ２
は何らの変換もなくカルサイト２０１、ガラス板３０
１、およびカルサイト２０２を通過し、さらに磁気光学
素子９０１、１／４波長板１００１を通過する。このと
き、ビームの偏波面が＋π／２回転してｓ２となり、プ
リズム１１０１を介して液晶セル６０２に入り、波長選
択されてｓ２′になり、プリズム１１０２を通過する。
その後、結果として変換なしに１／４波長板１００２、
および磁気光学素子９０２を通過し、カルサイト２０２
に入り屈折されて斜めに進んだ後、ガラス板３０２を通
過し、さらにカルサイト２０１を斜めに通過してコリメ
ートレンズ７０６を介して光ファイバ８０６に出射す
る。

【００５０】このような構成によると、入力する光ビー
ムの偏波状態にかかわりなく優れた波長選択特性が得ら
れる。また、偏波分離合成器を出て液晶セル６０２を通
過する２つの光ビームは、同一の光路を通過するので、
光学素子の特性のバラツキによる位相のズレ等が補償さ
れるという効果が得られる上、液晶セル６０２の同一の
位置を同一の偏波状態で通過するため、液晶セルギャッ
プを厳密に制御しない汎用精度の液晶セルを用いても選
択される波長が変動することがないという効果を奏す
る。さらに、カルサイト２０１およびカルサイト２０２
における光ビームの偏波分離・合成に際して直交するど
ちらの偏波に対しても消光比が４０ｄＢ以上得られるた
め、この場合ｐ成分に基づく雑音がほとんど無いｓ成分
によるシャープな波長選択を行うことができる。

【００５１】［実施例６］図７は、本発明に基づく第６
の実施例に係る液晶波長変換光フィルタを説明する平面
図である。本実施例の液晶波長変換フィルタ５０４は実
施例２の積層体１０２を実施例５の積層体１０１の代わ
りに用いた以外は、基本的構成は実施例５と同じであ
る。したがって、実施例２および実施例５と同一作用を
示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。

【００５２】このような構成の積層体１０２に入力され
た光ビームｓ１およびｐ２は、実施例５の積層体１０１
の通過ではｐ１およびｐ２の２つのビームになったのに
対し、積層体１０２の通過では偏波面がπ／２回転した
ｓ１とｓ２の２つの光ビームになる。しかし、液晶セル
６０２を通過する２つの光ビームが同一偏波面であるた
め、実施例５の場合と全く同じように波長選択されると
いう効果が得られる。ただし、本実施例では液晶セル６
０２を実施例５の場合に対してπ／２回転させて配置
し、光ビームの偏波面と液晶分子の配向方向を一致させ
る必要がある。

【００５３】［実施例７］図８は、本発明に基づく第７
の実施例に係る液晶波長選択フィルタを説明する平面図
である。本実施例に係る波長選択フィルタ５０５は、実
施例１の偏波分離合成器を用いており、基本的には実施
例５および６と同様な構成である。実施例５および６に
おいては、磁気光学素子および１／４波長板として、そ
れぞれ全く同一の素子を同一の向きに配置してあるの２
つの磁気光学素子９０１および９０２、ならびに１／４
波長板１００１および１００２を用いているのに対し、
本実施例では、それぞれを一体化した磁気光学素子９０
３および１／４波長板１００３を用いたものである。ま
た、実施例５および６では液晶セル６０２を２つのプリ
ズム１１０１および１１０２の間に配置したのに対し、
本実施例では２つのプリズム１１０１および１１０２の
代わりに一体化した１つのプリズム１１０３を用いると
ともに、液晶セル６０２をプリズム１１０３と１／４波
長板１００３との間に配置した点も実施例５および６と
は異なる。

【００５４】本実施例では実施例５および６と同一の優
れた波長選択性能をもつ他に、液晶セル６０２を同一の
光ビームが２回通過するため、実施例５および６の場合
に比較してフィルタ窓の半値幅がより狭くなったシャー
プな波長選択を行うことができる。

【００５５】また、本実施例のプリズムの代わりに実施
例５および６の２つのプリズムを用いることができる。

【００５６】なお、本実施例の積層体１０１の代わりに
実施例２の積層体１０２を用いてもよい。ただし、どち
らを選ぶかによって液晶セル６０２の向きを変える必要
があることは言うまでもない。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏波分離
合成器によれば、偏波を分離するために複屈折板を用い
ているため、入射光がどのような偏波状態（ｐ偏光とｓ
偏光の割合）にあっても４０ｄＢ以上の分離性能をも
ち、さらに第２の複屈折板を備えているため、入射と出
射の入れ替えに対し機能が対称であると言う顕著な効果
を奏する。また、本発明の液晶光学素子（光切替スイッ
チ）によれば、偏波状態の変動が大きい光信号の切り替
えにおいて、鋭い単一偏波面をもつ光信号で切り替えが
行われるため、クロストーク特性に優れた出力が得られ
る。さらに、本発明の他の液晶光素子（液晶可変波長フ
ィルタ）によれば、偏波状態の変動が大きい光ビームの
波長選択において、鋭い単一偏波面をもつ光ビームで波
長選択が行われるため、安定でかつシャープな波長選択
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る偏波分離合成器を
説明する図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る偏波分離合成器を
説明する図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る液晶光素子の一つ
の動作状態を示す平面図である。

【図４】本発明の第３の実施例の他の動作状態を示す平
面図である。

【図５】本発明の第４の実施例に係る液晶光素子を示す
平面図である。

【図６】本発明の第５の実施例に係る液晶光素子を示す
平面図である。

【図７】本発明の第６の実施例に係る液晶光素子を示す
平面図である。

【図８】本発明の第７の実施例に係る液晶光素子を示す
平面図である。

【図９】従来技術に係る光切替スイッチの基本構成およ
びその一つの動作状態を説明する図である。

【図１０】従来技術に係る光切替スイッチの他の動作状
態を説明する図である。

【図１１】従来技術に係る偏波分離合成器を説明する図
である。

【符号の説明】

１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２ 積層体（偏波分
離合成器） ２０１，２０２，２０３，２０４ カルサイト ３０１，３０２，３０３ ガラス板 ４０１，４０２，４０３ 液晶セル ５０１，５０２ 液晶光素子（光切替スイッチ） ５０３，５０４，５０５ 液晶光素子（液晶可変波長フ
ィルタ） ６０１，６０２ 液晶セル ７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６ コ
リメートレンズ ８０１，８０２，８０３，８０４，８０５，８０６ 光
ファイバ ９０１，９０２，９０３ 磁気光学素子 １００１，１００２，１００３ １／４波長板 １１０１，１１０２，１１０３ 直角プリズム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の第１および第２の複屈折板の間
   に、１／２波長板と、該１／２波長板と厚さが等しく透
   明なスペーサとが面方向に交互に配列されて挟持され、
   前記第１および第２の複屈折板には少なくとも２つずつ
   の入出力ポートを有し、前記第１の複屈折板の前記２つ
   のポートから入射した光ビームがそれぞれ当該光ビーム
   の偏波状態に応じた強度比で第１および第２の光ビーム
   に分離されかつこれらのうち一方が前記１／２波長板お
   よび前記第２の複屈折板を通過し他方が前記スペーサお
   よび前記第２の複屈折板を通過して前記第２の複屈折板
   の前記２つのポートに分離されて出射されることを特徴
   とする偏波分離合成器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏波分離合成器におい
   て、前記第１および第２の複屈折板はその光学軸が同じ
   向きに配置されていることを特徴とする偏波分離合成
   器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の偏波分離合成器におい
   て、前記第１および第２の複屈折板はその光学軸が逆向
   きに配置されていることを特徴とする偏波分離合成器。
4. 【請求項４】 ２枚の第１および第２の複屈折板の間
   に、１／２波長板と、該１／２波長板と厚さが等しく透
   明なスペーサとが面方向に交互に配列されて挟持され、
   前記第１および第２の複屈折板には少なくとも２つずつ
   の入出力ポートを有し、前記第１の複屈折板の前記２つ
   のポートから入射した光ビームがそれぞれ当該光ビーム
   の偏波状態に応じた強度比で第１および第２の光ビーム
   に分離されかつこれらのうち一方が前記１／２波長板お
   よび前記第２の複屈折板を通過し他方が前記スペーサお
   よび前記第２の複屈折板を通過して前記第２の複屈折板
   の前記２つのポートに分離されて出射される第１および
   第２の偏波分離合成器が、前記２つのポート同士が光学
   的に接続されるように配置され、かつこれら偏波分離合
   成器の間に液晶セルが配置されており、該液晶セルは電
   圧印加時に当該液晶セルを通過する光ビームの偏波状態
   を９０度変換するように配置されていることを特徴とす
   る液晶光素子。
5. 【請求項５】 ２枚の第１および第２の複屈折板の間
   に、１／２波長板と、該１／２波長板と厚さが等しく透
   明なスペーサとが面方向に交互に配列されて挟持され、
   前記第１および第２の複屈折板には少なくとも２つずつ
   の入出力ポートを有し、前記第１の複屈折板の前記２つ
   のポートから入射した光ビームがそれぞれ当該光ビーム
   の偏波状態に応じた強度比で第１および第２の光ビーム
   に分離されかつこれらのうち一方が前記１／２波長板お
   よび前記第２の複屈折板を通過して他方が前記スペーサ
   および前記第２の複屈折板を通過して前記第２の複屈折
   板の前記２つのポートに分離されて出射される偏波分離
   合成器と、 この偏波分離合成器の前記第１および第２の何れかの複
   屈折板の前記２つのポートに光学的に順次接続された磁
   気光学素子および旋光子からなり、前記ポートからの出
   射する方向に通過する光ビームの偏波状態を９０度変換
   するが逆方向に通過する光ビームの偏波状態を変換しな
   い偏波変換手段と、 前記２つのポートから出て前記偏波変換手段を通過した
   ２つの光ビームをそれぞれ逆のポートに戻るようにその
   進行方向を１８０度偏向する偏向手段と、 前記偏向手段により前記２つのビームの進行方向が９０
   度偏向されて光路内に配置され、特定の波長の光ビーム
   のみの通過を許容する液晶セルと、を具備することを特
   徴とする液晶光素子。
6. 【請求項６】 ２枚の第１および第２の複屈折板の間
   に、１／２波長板と、該１／２波長板と厚さが等しく透
   明なスペーサとが面方向に交互に配列されて挟持され、
   前記第１および第２の複屈折板には少なくとも２つずつ
   の入出力ポートを有し、前記第１の複屈折板の前記２つ
   のポートから入射した光ビームがそれぞれ当該光ビーム
   の偏波状態に応じた強度比で第１および第２の光ビーム
   に分離されかつこれらのうち一方が前記１／２波長板お
   よび前記第２の複屈折板を通過し他方が前記スペーサお
   よび前記第２の複屈折板を通過して前記第２の複屈折板
   の前記２つのポートに分離されて出射される偏波分離合
   成器と、 この偏波分離合成器の前記第１および第２の何れかの複
   屈折板の前記２つのポートに光学的に順次接続された磁
   気光学素子および旋光子からなり、前記ポートからの出
   射する方向に通過する光ビームの偏波状態を９０度変換
   するが逆方向に通過する光ビームの偏波状態を変換しな
   い偏波変換手段と、 前記２つのポートから出て前記偏波変換手段を通過した
   ２つの光ビームをそれぞれ逆のポートに戻るようにその
   進行方向を１８０度偏向する偏向手段と、 前記偏向手段と前記偏波分離手段との間に配置され、特
   定の波長の光ビームのみの通過を許容する液晶セルと、
   を具備することを特徴とする液晶光素子。