JPH08278472A

JPH08278472A - 光可変遅延線

Info

Publication number: JPH08278472A
Application number: JP7081522A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Yamaguchi; 正泰山口; Katsuhiko Hirabayashi; 克彦平林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】小型、高精度、高確度、かつ広い可変範囲を
有する光可変遅延線を提供すること。【構成】入力光１は入出力分離手段１０を通過後、偏
光回転手段２０に入射する。偏光回転手段２０は制御信
号に従って該入射光の偏光面を０または９０度に回転さ
せて複屈折板３０へ出射する。以下、偏光回転手段２１
→複屈折板３１→偏光回転手段２２→複屈折板３２→偏
光回転手段２３→複屈折板３３と順次通過する際、各偏
光回転手段によって上記入射光の偏光面が制御される。
そして、この光信号はミラー４０で反射し、往路と同一
の光路を辿って入出力分離手段１０に再度入射され、上
記入力光１の入射位置とは別の位置から出力光２として
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、光信号を遅延させる光
遅延線に係わり、特に、遅延時間を変えられる光可変遅
延線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高速信号を扱う電気回路においては、異
なる信号間で位相調整を行うために、信号の伝搬遅延時
間を変化させる可変遅延線が用いられている。光回路に
おいても、高速光信号を扱う場合には、信号間の伝搬遅
延時間の調整を行うために、同様な光可変遅延線が必要
である。光信号の伝搬遅延時間を調整するためには、光
路長（光信号が伝搬する光路の長さ）を直接的または間
接的に変化させる必要がある。例えば、光ファイバを伝
送媒体とする場合、直接的な方法としては長さの異なる
光ファイバを光スイッチで切り換えて遅延量を変化させ
る方法がある。また、間接的な方法としては、光ファイ
バに外力（力学的、電磁気的、熱的）を加えて、光ファ
イバの伝搬定数を変化させることにより遅延量を調整す
る方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、直接的な方法
の場合、センチメートル以下の精度で光ファイバの長さ
を調整することは容易ではないため、高精度かつ高確度
（数十ピコ秒以下）の遅延時間調整ができないという問
題があった。さらに、機械式のスイッチ（現時点で入手
可能で安定性が高く、かつ、低損失な光スイッチは機械
式光スイッチに限られる）と光ファイバの組み合わせで
の小型化には限界がある。一方、間接的な方法の場合、
光ファイバの外力に対する伝搬定数の変化率が小さいた
め、高精度（ピコ秒以下）の遅延時間調整は可能である
ものの、数十ピコ秒オーダの時間領域における遅延時間
調整が容易でないという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、上記問題点を克服し、小
型、高精度、高確度、かつ広い可変範囲を有する光可変
遅延線を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、光信号の伝搬遅延時間を
調整する光可変遅延線において、入力光信号と出力光信
号を分離する入出力分離手段と、前記入出力分離手段を
介して入射された直線偏光の光信号の偏光面を所定の角
度だけ回転させる偏光回転手段と、前記偏光回転手段を
通過した光信号の伝達媒体となる複屈折板と、前記複屈
折板を通過した光信号を反射するミラーとを備え、前記
偏光回転手段における偏光面の回転角度を制御すること
により前記複屈折板内での光信号の伝搬遅延時間を制御
した。

【０００６】また、請求項２記載の発明では、請求項１
に記載の光可変遅延線において、前記偏光回転手段と前
記複屈折板を複数個備えた。また、請求項３記載の発明
では、請求項２に記載の光可変遅延線において、前記複
数の複屈折板間の厚さの比を２のべき乗とした。

【０００７】また、請求項４記載の発明では、請求項１
乃至３に記載の光可変遅延線において、任意の偏光を持
つ１つの光信号を直交する２つの偏光成分に分離し、ま
たは直交する２つの偏光成分を合成して１つの光信号を
生成する偏光分離／合成手段と、前記偏光分離／合成手
段の一方の偏光成分の偏光面を９０度回転させる波長板
とを備えた。

【０００８】また、請求項５記載の発明では、請求項１
乃至４に記載の光可変遅延線において、前記入出力分離
手段と前記ミラーを取り除き、代わりに出力光を合成す
るためのレンズを備えた。また、請求項６記載の発明で
は、請求項１乃至４に記載の光可変遅延線において、前
記入出力分離手段と前記ミラーとを取り除いたすべての
構成要素群を第一の構成要素群とし、さらに第一の構成
要素群と同一の構成の第二の構成要素群を備え、第一の
構成要素群に対して第二の構成要素群を光軸に対して逆
方向に配置した。

【０００９】

【作用】請求項１記載の光可変遅延線は、直線偏光の入
力光は入出力分離手段を通過後、偏光回転手段によって
光の偏光面を０または９０度回転させられ、それぞれ複
屈折板内を直進または斜行し、ミラーで反射された後、
再び前記偏光回転手段を逆方向に通過して入出力分離手
段において、入射した位置とは別の位置から出射され
る。このため、上記偏光回転手段により入射光の偏光面
の回転角度を制御することで前記複屈折板内での光信号
の伝搬遅延時間を制御することができ、また、その遅延
時間は複屈折板の厚さによって決定することができるの
で、上記複屈折板の厚さや加工精度によって、高精度で
極短時間の遅延時間を容易に得ることができる。

【００１０】請求項２記載の光可変遅延線は、請求項１
記載の光可変遅延線において上記複屈折板を複数備えて
いるので、各複屈折板で偏光面の回転角度を制御するこ
とにより、遅延時間を可変させることができる。請求項
３記載の光可変遅延線は、請求項２記載の光可変遅延線
において上記複数の複屈折板の厚さの比が２のべき乗で
あるため２ⁿ種類の遅延時間が制御可能となり、また、
遅延時間を２進数で表すことができる。

【００１１】請求項４記載の光可変遅延線は、請求項１
乃至３のいずれか１つ記載の光可変遅延線において、任
意の偏光を持つ光信号を直交する２つの偏光成分に分離
し、該分離した偏光成分の内、一方の偏光面を波長板に
よって９０度回転させた後、光可変遅延線に入射される
ので、任意の偏光の光を遅延させ、かつ、該遅延時間の
制御が可能となり、より一層実用的な光可変遅延線を構
成できる。

【００１２】請求項５記載の光可変遅延線は、請求項１
乃至４のいずれか１つ記載の光可変遅延線において、ミ
ラーの代わりに集光レンズを備え、該集光レンズによっ
て上記光可変遅延線の出力光を合成しているので、該レ
ンズの焦点位置に出力端子となる光ファイバの短面を配
置することにより、該光可変遅延線の出力光を光ファイ
バに直接入射することができる。

【００１３】請求項６記載の光可変遅延線は、請求項１
乃至４のいずれか１つ記載の光可変遅延線において、ミ
ラーを用いて構成していた往復の光路を、該ミラーの代
わりに、偏光分離手段と偏光回転手段と複屈折板からな
る光信号の往路の構成要素と同一の構成要素を光軸に対
して逆方向に配置しているので、上記ミラーの代わりに
配置した構成要素内の光路は、上記往路の構成要素と完
全に対称となり、これにより、一方向の光路で入射光の
偏光状態に依存しない光可変遅延線を構成することがで
きる。

【００１４】

【実施例】まず、図１０を参照し、本発明の光可変遅延
線の基本構成要素である複屈折板の機能について説明す
る。図１０において、複屈折板１００の長手方向に対し
て垂直に入射された光ビームは、その偏光方向（または
偏光面）に応じて複屈折板中を直進あるいは斜行する。
例えば、（ａ）に示すように、紙面に垂直な電界振動方
向をもつ入力光ビーム１０１は、常光線（屈折の法則に
従う光線）として、複屈折板１００内で直進する。

【００１５】また、（ｂ）に示すように、紙面および複
屈折板入射面に平行な電界振動方向をもつ入力光ビーム
１０１は、異常光線（屈折の法則に従わない光線）とし
て、複屈折板１００内をその光軸に対して特定の角度で
斜行する。したがって、複屈折板に入射する光ビームの
偏光方向を制御することにより、複屈折板内の光路を直
進または斜行のいずれかに選択できる。なお、複屈折板
に入射する光ビームが両偏光成分を有する楕円偏光その
他の場合には、各偏光方向の光がそれぞれの光路を分離
して進む。

【００１６】次に、図１１を参照し、偏光回転手段、複
屈折板、及びミラーからなる光可変遅延線の原理につい
て説明する。図１１において、複屈折板の片面に、入射
光ビームの偏光面を０度または９０度回転させる偏光回
転手段を設け、対向する他面に光ビームを全反射するミ
ラーを設けることにより、光の伝搬遅延時間を変化させ
る光可変遅延線が実現できる。

【００１７】すなわち、偏光回転手段に入射した直線偏
光（同図では電界の振動方向が紙面に垂直と仮定）の入
力光ビームは、偏光回転手段によりその偏光面が０度ま
たは９０度回転される。その結果、光ビームが偏光回転
手段を通過し、複屈折板に入射した際に、常光線（偏光
回転手段による偏光回転角度が０度の場合）または異常
光線（偏光回転角度が９０度の場合）となる。上述のよ
うに複屈折板内において、常光線は直進し、異常光線は
斜行する。

【００１８】さらに、ミラーにより光ビームは全反射さ
れ、複屈折板内を同図中、左方向に逆行する。その際
に、常光線の場合でも異常光線の場合でも反射前のそれ
ぞれの光路と同一の光路を逆行する。そして、再び、偏
光回転手段を逆方向に通過し、左方向に出力される。そ
の際に、偏光回転手段により、その偏光面は入射時の偏
光面に戻される。すなわち、複屈折板内の常光線は、０
度の偏光回転を受け、異常光線は９０度の偏光回転を受
ける。その結果、いずれの場合にも出力光ビームの電界
の振動方向は、入力時と同じく紙面に垂直となる。

【００１９】偏光回転手段に光ビーム（光信号）が入射
してから、ミラーで反射され、再び、偏光回転手段を通
過して外部に出射するまでの上記のような系を考えると
き、その系を光信号が通過するのに要する時間は、偏光
回転手段による偏光面の回転角度に依存する。すなわ
ち、上述のように複屈折板内では、光の伝搬速度は偏光
面に依存する。例えば、方解石による複屈折板の場合に
は常光線の屈折率の方が異常光線に対する屈折率より大
きいために、伝搬速度は常光線の方が異常光線より遅
い。

【００２０】図１１では異常光線は複屈折板内を斜行す
るため、常光線より伝搬距離が長く見えるが、実際には
両光線のなす角度は約６度（方解石の結晶からの複屈折
板の切り出し方によって０度から約６度の間の角度をと
る）と小さく、両光線の光路長はほぼ等しいと見なせ
る。したがって、この系内を光信号が通過する場合の所
要時間（伝搬遅延時間）は、常光線で通過する場合の方
が、異常光線で通過する場合よりも長くなる。すなわ
ち、偏光回転手段により偏光面の回転角度を制御するこ
と（常光線とするか異常光線とするかの選択）により、
光信号の伝搬遅延時間を制御することができることにな
る。このようにして、図１１は伝搬遅延時間を２段階に
切り替え可能な光可変遅延線として機能する。

【００２１】さらに、図１２に示すように複数の偏光回
転手段と複屈折板を交互に並べ、各偏光回転手段の偏光
回転角度をそれぞれ独立に制御することにより、伝搬遅
延時間を多段階に切り替え可能な光可変遅延線も構成で
きる。上記の方法で光可変遅延線を構成した場合、遅延
のステップは、主に複屈折板の厚さによって決まる。し
たがって、複屈折板の厚さを薄くすれば、遅延ステップ
を数十フェムト秒（１フェムト秒は１０^-15秒）から数
百フェムトオーダと短くすることも可能であるし、図１
２の構成で複屈折板と偏光回転手段の段階を多くして遅
延ステップ数を増やせば、可変範囲を数十ピコ秒から数
百ピコ秒以上と長くすることも可能である。

【００２２】例えば、常光線と異常光線の分離角が約６
度で厚さ１ｍｍの方解石複屈折板を用いた場合、波長
１．５５μｍの光信号に対する遅延ステップは、約０．
５６ピコ秒（ピコ秒は１０^-12秒）となり、厚さが１０
ｍｍの場合には、約５．６ピコ秒となる。したがって、
段数を１０段とすれば、６〜６０ピコ秒程度の可変範囲
が得られる。また、複屈折板等の光学部品の加工精度、
組み立て精度を数十μｍ以下とすることは容易であるた
め０．０３ピコ秒以下の遅延時間の設定確度が容易に得
られる。

【００２３】以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。［第１実施例］図１は、請求項１及び２に記載の光可変
遅延線の実施例の構成図である。まず、各部の対応関係
について説明する。１は入力光、２は出力光、３は光信
号の光路を示す線、１０は入出力分離手段、２０〜２３
は偏光回転手段、３０〜３３は複屈折板、４０はミラ
ー、３０１〜３３５は各複屈折板の右端における光の入
出力位置、破線は常光線または異常光線についての設定
可能な光路、太い実線は光路の例である。また、実線矢
印は往路の光ビーム伝搬方向を示す矢印、破線矢印は復
路の光ビーム伝搬方向を示す矢印、黒丸は紙面に垂直な
光の電界振動方向（常光線）、両側に矢のある矢印は紙
面に平行な光の電界方向（異常光線）を示す。

【００２４】次に同図において、光の進路を追いながら
各構成部品の機能を説明する。直線偏光の入力光１は、
入出力分離手段を通過後、紙面に垂直な偏光面を持つ直
線偏光として偏光回転手段２０に入射する。偏光回転手
段２０は、制御信号に従って入射した光の偏光面を０度
または９０度回転する作用を持つ。すなわち、偏光面の
回転角度が０度のときは偏光回転手段２０の出力光の偏
光面は入力時と同じで電界の振動方向は紙面に垂直（複
屈折板内では常光線）であり、９０度の場合には出力光
の偏光面は入力光に対して垂直となり電界の振動方向は
紙面に平行（異常光線）になる。

【００２５】偏光回転手段２０を通過した光は複屈折板
３０に入射し、その内部を右方向に伝搬する。その際
に、電界振動方向が紙面に垂直な光（常光線）は光路３
０１に沿って直進し、電界振動方向が紙面に平行な光
（異常光線）は光路３０２に沿って斜行する。これらの
光は次に偏光回転手段２１に入射し、それにより偏光面
が０度または９０度回転する。その際に、偏光面の回転
角度が０度の場合には、常光線であった光は常光線のま
まで、また異常光線であった光は異常光線のままで出力
される。

【００２６】しかし、９０度の場合には常光線であった
光は異常光線に、また異常光線であった光は常光線に変
換される。次に、位置３０１から複屈折板３１に入射し
た光は、その光が常光線であるか異常光線であるかによ
り、位置３１１または３１２から出射する。一方、位置
３０２から複屈折板３１に入射した光は、その光が常光
線であるか異常光線であるかにより、位置３１１または
３１２から出射する。以下同様に、光は偏光回転手段２
２、複屈折板３２、偏光回転手段２３、複屈折板３３を
通過し、偏光回転手段２２，２３による偏光面回転の角
度に応じて、光は複屈折板３３の右端では位置３３１〜
３３５のいずれかに達する。

【００２７】さらに、光はミラー４０により全反射さ
れ、以降は図中左方向に進む。その際、光は複屈折板３
３から偏光回転手段２０に至るまで、ミラー４０による
全反射前の往路と全く同一の光路を辿って左方向に進
み、光路３に達する。そして、入出力分離手段１０によ
り入力光１の入射位置とは別の位置から出力光２として
出射する。

【００２８】以上のように、偏光回転手段２０〜２３に
よる偏光面の回転角度を制御することにより、複屈折板
３０〜３３内部での光の偏光面を変え、常光線または異
常光線とする。これにより、入出力分離手段に光を入力
してから出力するまでに所要伝搬時間（遅延時間）を変
化させることができる。これは、複屈折板内部での光の
伝搬速度が常光線の場合と異常光線の場合で異なるため
である。例えば、方解石複屈折板の場合には、常光線に
対する屈折率の方が、異常光線に対する屈折率よりも大
きいために、常光線の方が異常光線よりも伝搬速度が遅
い。

【００２９】したがって、すべての光路を異常光線で通
過する場合よりも常光線で通過する場合の方が、伝搬遅
延時間は大きくなる。常光線と異常光線の光路が混じっ
ている場合には、どちらか一方だけの場合の中間の遅延
時間となる。複屈折板３０〜３３の厚さがすべて等しい
場合には、遅延ステップ△ｔは一定であり、図１のよう
に偏光回転手段と複屈折板とが４組ある４段構成の場合
には、ｔ₀，ｔ₀＋△ｔ，ｔ₀＋２△ｔ，ｔ₀＋３△ｔ，ｔ
₀＋４△ｔの５種類の遅延時間をとることができる。同
様にｎ段（ｎは正の整数）の構成では、ｎ＋１種類の遅
延時間をとることができる。

【００３０】このとき、遅延時間ｔは、ｔ＝ｔ₀＋ｋ△ｔ｛ｋは整数、ｋ＝０〜ｎ｝（１）で表される。単位遅延時間△ｔは、複屈折板の厚さｄを
変えることにより変化する、今、複屈折板としてｄ＝１
０ｍｍの方解石を用い、偏光回転手段として後述する液
晶によるものを用いると、波長が１．５５μｍのとき遅
延時間ステップ△ｔは約５．６ピコ秒（方解石を往復で
通過するときの常光線と異常光線の伝搬時間差）とな
る。

【００３１】なお、本実施例における複屈折板３０〜３
３としては方解石に限らず、同様な複屈折性を有する材
料で必要な条件を満たすものであればどのようなもので
も利用できる。

【００３２】また、本実施例においては、説明を容易に
するために複屈折板内において常光線と異常光線が一定
の分離角度を持って空間的に分離して異なる光路を進む
ことを前提に説明してきた。しかし、本発明の本質は、
必ずしも常光線と異常光線が異なる光路を進むことにあ
るのではなく、常光線と異常光線の伝搬速度が異なるこ
とにある。したがって、複屈折板としては、分離角度が
最大になるように結晶の光軸に対して特定の角度で切り
出したものを使用する必要はなく、光軸に対する切り出
し角度を変えて分離角度を小さくしてもよい（０度でも
よい）。このことは、以下の実施例においても同様であ
る。

【００３３】［第２実施例］図２は、請求項３に記載の
光可変遅延線の実施例の構成図である。まず、各部の対
応関係について説明する。１は入力光、２は出力光、３
は光信号の光路を示す線、１０は入出力分離手段、２０
〜２２は偏光回転手段、３０〜３２は複屈折板、４０は
ミラー、３０１〜３２７は各複屈折板の右端における光
の入出力位置、破線は常光線または異常光線についての
設定可能な光路、太い実線は光路の例である。

【００３４】また、実線矢印は往路の光ビーム伝搬方向
を示す矢印、破線矢印は復路の光ビーム伝搬方向を示す
矢印、黒丸は紙面に垂直な光の電界振動方向（常光
線）、両側に矢のある矢印は紙面に平行な光の電界方向
（異常光線）を示す。本実施例の構成は、複屈折板３０
〜３２の厚さが段ごとに異なること、さらに詳しくは複
屈折板間の厚さの比が２のべき乗であることを除けば図
１の構成と全く同じである。したがって、光可変遅延線
内における光の伝搬についての説明は省略する。

【００３５】複屈折板間の厚さの比を２のべき乗とする
ことにより、新たに生じる特徴について次に述べる。図
１の構成ではｎ段構成の光可変遅延線により得られる遅
延時間の種類は，ｎ＋１種類であるのに対して、図２の
構成では２ⁿ種類と増加することが特徴である。すなわ
ち、各段における遅延時間は、その段を光が常光線で通
過するか異常光線で通過するかという２つの状態で表せ
るため、複屈折板の厚さの比が２のべき乗のとき全体の
遅延時間は、２進数で表せる。例えば、３段構成の場
合、複屈折板の厚さの比は４：２：１であり、遅延時間
の種類は８通りとなる。この場合の最小遅延ステップ
は、最も薄い複屈折板の厚さで決まる。

【００３６】［第３実施例］図３は、請求項４に記載の
光可変遅延線の実施例の構成図である。まず、各部の対
応関係について説明する。１は入力光、２は出力光、１
１は入出力分離手段、２０〜２２は偏光回転手段、３０
〜３２は複屈折板、４０はミラー、５０は偏光分離／合
成手段、６０は１／２波長板、３０１〜３２７と３０
１’〜３２７’は各複屈折板右端における光の入出力位
置、５０１と５０１’はそれぞれ偏光分離／合成手段５
０の右端における常光線と異常光線の入出力位置、破線
は常光線または異常光線についての設定可能な光路、太
い実線は光路の例である。

【００３７】また、実線矢印は往路の光ビーム伝搬方向
を示す矢印、破線矢印は復路の光ビーム伝搬方向を示す
矢印、黒丸は紙面に垂直な光の電界振動方向（常光
線）、両側に矢のある矢印は紙面に平行な光の電界方向
（異常光線）を示す。本実施例の構成は、図２の構成に
偏光分離／合成手段５０と１／２波長板６０を加えたも
のである。図２の構成では入力光１として直線偏光の光
だけしか許されないが、図３の構成にすることにより、
任意の偏光の光を入力光１とすることができるようにな
る。これにより、一層実用的な光可変遅延線を構成でき
る点が本実施例の特徴である。

【００３８】次に、図３により、その動作を説明する。
任意偏光の入力光１は、入出力分離手段１１を通過する
と、偏光分離／合成手段５０に入射する。偏光分離／合
成手段５０を通過すると、入力光は互いに直交する２つ
の偏光成分（上側が紙面に垂直な電界振動方向をもつ
光、下側が紙面に平行な振動方向をもつ光）に分離され
る。これらの内、下側の成分は、偏光分離／合成手段５
０直後に位置する１／２波長板６０を通過するので、そ
の偏光面は９０度回転し、電界振動方向が紙面に垂直に
変わる（上側と同じ偏光になる）。

【００３９】これら２つの光は、偏光回転手段２０から
ミラー４０までの光可変遅延線本体部分に全く対等に左
方から偏光回転手段２０から入射し、それぞれ独立に右
方向に進みミラー４０で反射され、今度は左方に進み再
び偏光回転手段２０から左方に出射する。（この光可変
遅延線本体部分の動作は、図２の構成と全く等価である
ので説明を省略する。）

【００４０】さらに、上側の光はそのまま偏光分離／合
成手段５０に入射し、下側の光は１／２波長板６０によ
り偏光面が９０度回転して紙面に平行な電界振動方向を
もつ光になった後に偏光分離／合成手段５０に入射す
る。偏光分離／合成手段５０を通過後、これらは合成さ
れて１つの光となり入出力分離手段１１により、入力光
１と分離されて、出力光２として左方に出射する。

【００４１】次に、入力光１が入出力分離手段１１に左
方から入射してから、出力光２となって左方に出力され
るまでの所要時間（伝搬遅延時間）について説明する。
本実施例では、任意偏光の光は、偏光分離／合成手段５
０により互いに直交する偏光成分に分離され、それらは
全く同じ光路長をもつ光可変遅延線本体部分（偏光回転
手段２０からミラー４０まで）を通過し、再び偏光分離
／合成手段５０により合成される。このため、二つの偏
光成分の伝搬遅延時間は全く等しく、出力光２の偏光状
態は入力光１の偏光状態と等しくなる（両偏光成分間の
位相差が入力時と出力時で等しいため）。すなわち、偏
光状態に依存しない光可変遅延線が構成できることにな
る。

【００４２】［第４実施例］図４は、請求項５に記載の
光可変遅延線の実施例の構成図である。まず、各部の対
応関係について説明する。１は入力光、２は出力光、２
０〜２３は偏光回転手段、３０〜３２は複屈折板、５１
は偏光分離手段、５２は偏光合成手段、６０，６１は１
／２波長板、７０はレンズ、３０１〜３１４と３０１’
〜３１４’は各複屈折板の右端における光の入出力位
置、５１１と５１１’はそれぞれ偏光分離手段５１の右
端における常光線と異常光線の出力位置、破線は常光線
または異常光線についての設定可能な光路、太い実線は
光路の例である。また、実線矢印は光ビーム伝搬方向を
示す矢印、黒丸は紙面に垂直な光の電界振動方向（常光
線）、両側に矢のある矢印は紙面に平行な光の電界方向
（異常光線）を示す。

【００４３】本実施例の構成は、図３の構成から入出力
分離手段とミラーを取り除き、代わりに出力側で偏光を
常光線に直すための偏光回転手段２３、一方の偏光を異
常光線に変換するための１／２波長板６１、２つの偏光
を合成する偏光合成手段５２、及び出力光を集めるため
のレンズ７０を加えたものである。第１〜第３実施例で
は、入力光は左方から入力し、ミラーにより光の進行方
向を１８０度変えて出力光も左方へ取り出すのに対し
て、本実施例では、左方から入力した入力光をレンズ７
０を介して右方に取り出す。

【００４４】入力光１は、偏光分離手段５１（構成は図
３における偏光分離／合成手段と等しい）により２つの
互いに直交する偏光成分に分離される。それらの偏光成
分の内、紙面に垂直な電界振動方向をもつ光はそのまま
光可変遅延線の本体部分（光制御素子２０から複屈折板
３２まで）に入射する。他方の紙面に平行な電界振動方
向をもつ光は、１／２波長板６０により偏光面が９０度
回転して電界振動方向が紙面に垂直となって光可変遅延
線の本体部分に入射する。

【００４５】光可変遅延線の本体部分の動作は、図３に
おいて光が偏光回転手段２０に入射してからミラー４０
に達するまでの動作と等しく、それぞれの光が等しい遅
延を受けて複屈折板３２から右方向に出射する。複屈折
板３２からの２つの出射光の偏光は互いに等しく、常光
線または異常光線である。偏光回転手段２３は、これら
２つの光が常に常光線となって出力されるように偏光面
を回転する。すなわち、その入力がともに常光線の時は
偏光面を０度回転し、入力が異常光線の時には偏光面を
９０度回転する。

【００４６】さらに、偏光回転手段２３からの２つの出
射光の内、下側の光はそのまま偏光合成手段５２（構成
は図３における偏光分離／合成手段と等しい）に入射す
るが、同図中、上側の光は１／２波長板６１により偏光
面が９０度回転して電界振動方向が紙面に平行になって
偏光合成手段５２に入射する。偏光合成手段５２の右端
において２つの光は合成されて１つの光となって出射す
る。偏光合成手段５２を出射する際に、光はどの位置か
ら出射する場合でも同じ角度で出射する。このため、凸
レンズであるレンズ７０を通過した後、光はその焦点に
集光される。したがって、レンズ７０の焦点位置に出力
端子となる光ファイバの端面を配置すれば、出力光２を
光ファイバに入射することができる。このようにして、
本実施例によっても偏光状態に依存しない光可変遅延線
が構成できることになる。

【００４７】［第５実施例］図５は、請求項６に記載の
光可変遅延線の実施例の構成図である。まず、各部の対
応関係について説明する。１は入力光、２は出力光、２
０〜２５は偏光回転手段、３０〜３５は複屈折板、５１
は偏光分離手段、５２は偏光合成手段、６０，６１は１
／２波長板、３０１〜３５１と３０１’〜３５１’は各
複屈折板の右端における光の入出力位置、５１１と５１
１’はそれぞれ偏光分離手段５１の右端における常光線
と異常光線の出力位置、５２１と５２１’はそれぞれ偏
光合成手段５２の左端における常光線と異常光線の入力
位置、破線は常光線または異常光線についての設定可能
な光路、太い実線は光路の例である。また、実線矢印は
光ビーム伝搬方向を示す矢印、黒丸は紙面に垂直な光の
電界振動方向（常光線）、両側に矢のある矢印は紙面に
平行な光の電界方向（異常光線）を示す。

【００４８】本実施例の構成は、図３の構成から入出力
分離手段とミラーを取り除き、光可変遅延線の本体部分
（偏光回転手段と複屈折板で構成される構成要素群）を
もう１組（ただし光軸に対して１８０度回転したもの）
と１／２波長板６１と偏光合成手段５２を加えたもので
ある。なお、図５では、図を簡略化するために２組の構
成要素群中の偏光回転手段または複屈折板の段数は２段
ずつに減らして描いてある。

【００４９】本実施例において、入力光１が偏光分離手
段５１に入射して第１構成要素群（偏光回転手段２０か
ら複屈折板３１）の右端に達するまでの動作は、図３に
おいて光がミラーに達するまでの動作と全く等価であ
る。また、複屈折板３４から偏光回転手段２５で構成さ
れる第２の構成要素群は第１の構成要素群に対して、複
屈折板３１と３４の境界線に対して線対称に配置してあ
るので、第１，第２の構成要素群間でそれぞれ対称な位
置にある偏光回転手段の偏光回転角が等しければ（偏光
回転手段２０と２５による偏光面の回転角が等しく、か
つ偏光回転手段２１と２４の偏光面の回転角が等し
い）、第２の構成要素群内での光路は第１の構成要素群
内での光路と完全に対称になる。

【００５０】さらに、偏光分離系（偏光分離手段５１と
１／２波長板６０からなる）と同じ構造で向きが逆向き
の偏光合成系（偏光合成手段５２と１／２波長板６１か
らなる）により第２の構成要素群からの２つの出射光は
合成されて出力光２として右方に出力される。すなわ
ち、図３においてミラーを用いて構成していた往復の光
路を、図５ではミラーの代わりに往路と同じ構成の構成
要素群と偏光合成系を対称に配置することにより一方向
の光路として、偏光状態に依存しない光可変遅延線を構
成している。（機能的には第３実施例と全く等価であ
る。）

【００５１】なお、本実施例の特別な場合として、複屈
折板における常光線と異常光線の分離角度が０度の場合
（光軸を含む面で切り出した結晶を用いた場合）には、
第１構成要素群（偏光回転手段２０から複屈折板３１）
の出射光は、すべて同じ光路を辿るので、第２の構成要
素群（複屈折板３４から偏光回転手段２５）は省略でき
る。ただし、遅延ステップは半分になる。

【００５２】次に第１〜第５実施例の構成要素である偏
光分離／合成手段、偏光回転手段、入出力分離手段の具
体的構成例について説明する。偏光分離／合成手段は、
具体的には図６のような構成で実現できる。図６におい
て、１，５，６は入力光、２，７，８は出力光、３６，
３７は複屈折板、６２は１／２波長板、３６１，３６
１’は複屈折板３６の右端における光の入出力位置であ
る。

【００５３】図６（ａ）は、左方より、任意偏光の入力
光１が入射した場合の偏光分離動作を示している。入力
光１は、複屈折板３６内で互いに直交する偏光成分（常
光線と異常光線）に分離され、異常光線は斜行し、常光
線は直進する。そして、異常光線は位置３６１から、常
光線は位置３６１’からそれぞれ１／２波長板６２に入
射する。１／２波長板６２を通過した光の偏光面は９０
度回転するため、常光線は異常光線に、また異常光線は
常光線に変換される。その結果、複屈折板３７内では、
位置３６１から来た光は常光線として直進し、また位置
３６１’からきた光は異常光線として斜行する。そし
て、それらは複屈折板３７右端から右方向に出射する。

【００５４】なお、複屈折板３６内で分離された２つの
直交する偏光成分の内、同図中、上側の成分は複屈折板
３６内では異常光線、複屈折板３７内では常光線として
進み、下側の成分は複屈折板３６内では常光線、複屈折
板内３７では異常光線として進む。このとき、複屈折板
３６と３７の厚さは等しいため、上側成分と下側成分の
光学的な光路長は等しい。したがって、上側成分と下側
成分が複屈折板３６に入射してから複屈折板３７を出射
するまでの伝搬遅延時間は等しくなる。

【００５５】図６（ｂ）は、左方より、互いに直交する
偏光面をもつ２つの入力光５と６が入射した場合の偏光
合成動作を示している。紙面に垂直な電界振動方向をも
つ入力光５は、複屈折板３７内では常光線であるため直
進し、紙面に平行な電界振動方向をもつ入力光６は、複
屈折板３７内では異常光線であるため斜行する。それら
の偏光面は、１／２波長板６２を通過した際に９０度回
転するため、常光線は異常光線に、また異常光線は常光
線に変換される。その結果、複屈折板３６内では、位置
３６１から入射した光は異常光線として斜行し、また位
置３６１’から入射した光は常光線として直進する。そ
して、それらは複屈折板３６の左端で合成され、任意の
偏光をもつ出力光２として左方に出射する。このよう
に、図６の構成は、偏光成分の分離／合成の手段として
機能する。

【００５６】また、偏光分離／合成手段は、図７のよう
な構成でも実現できる（ただし、図では合成動作は分離
動作と全く逆の動作であるので省略してある）。図７に
おいて、１は入力光、７，８は出力光、３６，３７は複
屈折板、３６１，３６１’は複屈折板３６の右端におけ
る光の入出力位置である。３７１，３７１’は複屈折板
３７の右端における光の入出力位置である。図７
（ａ），（ｂ）は、それぞれ偏光分離／合成手段の側面
図と平面図である。

【００５７】図７（ａ），（ｂ）では、左方より任意偏
光の入力光１が入射した場合の偏光分離動作を示してい
る。この構成では、分離された常光線と異常光線の光路
を含む平面が複屈折板３６と３７とで直角となるように
配置してある。図７（ｂ）に示すように、入力光１は複
屈折板３６内で互いに直交する偏光成分（常光線と異常
光線）に分離され、異常光線は斜行し、常光線は直進す
る。そして、常光線は位置３６１から、異常光線は位置
３６１’からそれぞれ複屈折板３７に入射する。複屈折
板３７内では、同図（ａ）に示すように位置３６１から
来た光は異常光線として斜行し、また位置３６１’から
きた光は常光線として直進する。そして、それらは複屈
折板３７右端から右方向に出射する。

【００５８】なお、複屈折板３６内で分離された２つの
直交する偏光成分の内、常光線は複屈折板３７内で異常
光線として進み、異常光線は複屈折板内３７で常光線と
して進む。このとき、複屈折板３６と３７の厚さは等し
いため、分離された２つの成分の光学的な光路長は等し
い。したがって、２つの偏光成分が複屈折板３６に入射
してから複屈折板３７を出射するまでの伝搬遅延時間は
等しくなる。ここで、合成動作は分離動作と全く逆の動
作であり、入力光と出力光を入れ替えて、光の進路を逆
方向に考えればよい。このように図７の構成もまた、偏
光成分の分離／合成の手段として機能する。

【００５９】偏光回転手段は、外部から加える制御信号
（例えば電界や磁界）に従い、その偏光回転角度を変化
させるもの（０度または９０度）である。具体例とし
て、図８のような液晶を用いた偏光回転手段を考える。
同図において、８０は液晶、８１，８２は透明電極、８
３，８４は等方性透明媒質、８５，８６はスペーサであ
る。図のような構造で適当な配向処理を施した液晶セル
（例えばツイステッドネマチック液晶｛ＴＮ液晶｝セ
ル）は、透明電極８１，８２間に加える電圧により、偏
光回転角度が変化する。

【００６０】すなわち、光が左方または右方から液晶セ
ルを１回通過する際に、印加電圧がＶ１（電圧ゼロ）の
とき偏光が９０度回転し（１／２波長板と等価）、Ｖ２
（数ボルト程度の交流電圧）のときは偏光回転が起こら
ない（偏光回転角：０度）。また、ツイステッドネマチ
ック液晶以外の他の種類の液晶（例えばスーパーツイス
テッドネマチック液晶や強誘電性液晶）を用いても偏光
回転手段を構成できる。さらに、液晶以外の材料（例え
ば誘電体結晶やＰＬＺＴ等の透明セラミックス）を用い
ても偏光回転手段を構成することは可能である。なお、
等方性透明媒質８３，８４は、ガラスのような等方性透
明材料が使用できる。

【００６１】入出力分離手段としては、偏光依存性のな
いものが必要であり、例えばハーフミラーが使用でき
る。ただし、その場合には、３ｄＢの原理的損失が生じ
る。そのような損失を除くためには、図９に示すような
公知のサーキュレータ回路を用いればよい。このサーキ
ュレータにおいては、Ｘ点から入射した任意の偏光面を
もつ入力光１を、偏光ビームスプリッタ９１により直交
する２つの偏光成分（ｐ偏光とｓ偏光）に分離し、それ
ぞれ独立にファラデー回転子９５と１／２波長板９６を
通過させる。

【００６２】ファラデー回転子９５（偏光面を４５度回
転）と１／２波長板９６（偏光面を４５度回転）を通過
する際に、それぞれの偏光成分は９０度（４５度＋４５
度）偏光面が回転し、ｐ偏光成分はｓ偏光に、ｓ偏光成
分はｐ偏光に変換される。さらに、これらを偏光ビーム
スプリッタ９２により再び合成し、Ｚ点から光可変遅延
線の本体部分へ向けて出力する。

【００６３】逆に、光可変遅延線の本体部分から戻って
きた光は、Ｚ点からサーキュレータに入射し、偏光ビー
ムスプリッタ９２に入射した光は、ｐ偏光とｓ偏光に分
離され、１／２波長板９６とファラデー回転子９５を通
過する。このとき、ファラデー回転子９５では、進行方
向に対して往路と同方向に４５度偏光面が回転するのに
対して、１／２波長板９６では、進行方向に対して往路
と逆方向に４５度偏光面が回転する。

【００６４】このため、ファラデー回転子と１／２波長
板による偏光回転が打ち消されて、結果としてｐ偏光は
ｐ偏光のまま、ｓ偏光はｓ偏光のまま（ここでは往路と
復路の光を区別するために、復路の偏光成分はｐ’，
ｓ’と表記した）偏光ビームスプリッタ９１に入射し、
合成されてＹ点から出射する。このようにして、偏光状
態に依存しない入出力分離手段が構成できる。なお、フ
ァラデー回転子とは磁気光学回転子であり、実際には光
路に平行な磁界を与える磁石が必要であるが、図では簡
単のために省略している。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型、高精度、高確度かつ可変領域の広い光可変遅延線
が実現できる。また、入力光の偏光状態に依存しない光
可変遅延線を容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における光可変遅延線の
構成を説明するための説明図である。

【図２】同第２実施例における光可変遅延線の構成を
説明するための説明図である。

【図３】同第３実施例における光可変遅延線の構成を
説明するための説明図である。

【図４】同第４実施例における光可変遅延線の構成を
説明するための説明図である。

【図５】同第５実施例における光可変遅延線の構成を
説明するための説明図である。

【図６】本発明の第１乃至第５実施例における偏光分
離合成手段の具体的な構成を説明するための説明図であ
る。

【図７】同第１乃至第５実施例における偏光分離合成
手段の他の具体的な構成を説明するための説明図であ
る。

【図８】同第１乃至第５実施例における偏光回転手段
の具体的な構成を説明するための説明図である。

【図９】同第１乃至第５実施例における入出力分離手
段として用いる公知のサーキュレータの構成を説明する
ための説明図である。

【図１０】光可変遅延線の基本構成要素の構成を説明
するための説明図である。

【図１１】光可変遅延線の動作原理を説明するための
説明図である。

【図１２】複数段からなる光可変遅延線の構成を説明
するための説明図である。

【符号の説明】１，５，６……入力光、２，７，８……出力光、３……
光路、１０，１１……入出力分離手段、２０〜２５……
偏光回転手段、３０〜３７……複屈折板、４０……ミラ
ー、５０……偏光分離／合成手段、５１……偏光分離手
段、５２……偏光合成手段、６０〜６２……１／２波長
板、７０……レンズ、８０……液晶、８１，８２……透
明電極、８３，８４……等方性透明媒質、８５，８６…
…スペーサ、９０……遅延線への入／出力光、９１，９
２……偏光ビームスプリッタ、９３，９４……直角プリ
ズム、９５……ファラデー回転子、９６……１／２波長
板、９７……光ビームの進路、１００……複屈折板、１
０１……光ビーム、１０２……電界の振動方向、１０３
……光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号の伝搬遅延時間を調整する光可変
遅延線において、入力光信号と出力光信号を分離する入
出力分離手段と、前記入出力分離手段を介して入射された直線偏光の光信
号の偏光面を所定の角度だけ回転させる偏光回転手段
と、前記偏光回転手段を通過した光信号の伝達媒体となる複
屈折板と、前記複屈折板を通過した光信号を反射するミラーとを備
え、前記偏光回転手段における偏光面の回転角度を制御する
ことにより前記複屈折板内での光信号の伝搬遅延時間を
制御することを特徴とする光可変遅延線。
【請求項２】前記偏光回転手段と前記複屈折板をそれ
ぞれ複数個備えることを特徴とする請求項１記載の光可
変遅延線。
【請求項３】前記複数の複屈折板間の厚さの比が２の
べき乗であることを特徴とする請求項２記載の光可変遅
延線。
【請求項４】任意の偏光を持つ１つの光信号を直交す
る２つの偏光成分に分離し、または直交する２つの偏光
成分を合成して１つの光信号を生成する偏光分離／合成
手段と、前記偏光分離／合成手段の一方の偏光成分の偏
光面を９０度回転させる波長板とを備えることを特徴と
する請求項１乃至３に記載の光可変遅延線。
【請求項５】前記入出力分離手段と前記ミラーを取り
除き、代わりに出力光を合成するためのレンズを備える
ことを特徴とする請求項１乃至４に記載の光可変遅延
線。
【請求項６】前記入出力分離手段と前記ミラーとを取
り除いたすべての構成要素群を第一の構成要素群とし、
さらに第一の構成要素群と同一の構成の第二の構成要素
群を備え、第一の構成要素群に対して第二の構成要素群
を光軸に対して逆方向に配置することを特徴とする請求
項１乃至４に記載の光可変遅延線。