JPH11316317A - 光学アセンブリ及び高性能結合法 - Google Patents

光学アセンブリ及び高性能結合法

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JPH11316317A
JPH11316317A JP10264007A JP26400798A JPH11316317A JP H11316317 A JPH11316317 A JP H11316317A JP 10264007 A JP10264007 A JP 10264007A JP 26400798 A JP26400798 A JP 26400798A JP H11316317 A JPH11316317 A JP H11316317A
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

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Abstract

(57)【要約】 前方端における第１及び第３の入力／出力ウィンドウと
後方端における第２の入力／出力ウィンドウを選択的に
結合するサーキュレータのような光学アセンブリには、
それぞれ、第１及び第３のウィンドウを介して導入され
る第１及び第３のビームに関して偏光成分の所望の配向
を確立する第１の光学素子グループが含まれている。望
ましい実施態様の場合、所望の配向は、第３のビームの
直交偏光成分が、第１のビームのアライメントのとれた
偏光成分の両側における位置までシフトされる配向であ
る。第２の機能的に関連した光学素子グループは、第１
のビームを第２のウィンドウに結合し、第２のウィンド
ウからの入力ビームを第１の光学素子グループの背面に
結合して、第２のウィンドウからの後方伝搬ビームが第
３のウィンドウに結合されるようにする、偏光依存アイ
ソレータとして機能する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、一般に、信号伝送用のポートを
選択的に結合するための光学アセンブリ及び方法に関す
るものであり、とりわけ、マルチポート・システムにお
ける光サーキュレーション及び光アイソレーションを実
現するためのアセンブリ及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを介した光信号の伝送に基づ
く通信ネットワークのフレキシビリティ及び信頼性は、
光サーキュレータ及び光アイソレータのようなアセンブ
リを利用できることによって、大幅に増大する。例え
ば、３ポート・サーキュレータを利用できることによっ
て、単一ファイバを２つの遠隔地間における双方向通信
に利用することが可能になる。非可逆性光学素子、すな
わち、異なる方向に別様に移動する光に作用する素子を
利用することによって、双方向性ファイバを入力ファイ
バと出力ファイバの両方に対して光学的に結合すること
が可能になる。非可逆性作用によって、逆方向に向けら
れた光ビームの「ウォーク・オフ」、すなわち、空間変
位が生じ、入力ファイバと出力ファイバが互いに光学的
に分離される。
【０００３】光アイソレータには、単一モード・ファイ
バだけしか含むことができない。入力ファイバは、光を
偏光成分に分割し、偏光成分に非可逆性作用を加え、出
力ファイバにおける出力に備えて再結合する光学アセン
ブリに光信号を送り込む。非可逆性作用は、逆方向に送
られる光と入力ファイバのアライメントがとれる確率を
低下させるように設計されている。
【０００４】エムケイ（Ｅｍｋｅｙ）に対する米国特許
第４，４６４，０２２号には、第１のポートからのビー
ムを直交する偏りを示す２つのビームに分割するために
用いられる第１の複屈折板を含む、光サーキュレータの
記載がある。２つのビームは、第２のポートに配置され
た第２の複屈折板によって再結合される。第１と第２の
複屈折板の間には、偏光の非可逆性回転を生じさせるフ
ァラデー回転子が設けられている。第３の複屈折板及び
反射素子は、第３と第２の複屈折板の間に配置されてい
るので、ビームは第２のポートに対して９０度の角度で
反射される。しかし、反射素子は、第３のポートからの
光が反射素子を通って、第１のポートに向かうことがで
きるようにするスロット付き部分を備えている。従っ
て、第１のポートは、第２のポートを介して信号を伝送
するための入力ポートの働きをするが、第３のポートか
らの信号の出力ポートの働きもする。第１と第３のポー
トに対する第２のポートの９０度の角度は、第３のポー
トからの第２のポートの分離を最大にするように設計さ
れている。バンデルデン（Ｖａｎ Ｄｅｌｄｅｎ）に対
する米国特許第５，２１２，５８６号には、同様の構成
が示されている。
【０００５】光サーキュレータ及びアイソレータの設計
において考慮しなければならない要素がいくつか存在す
る。クラシンスキ（Ｋｒａｓｉｎｓｋｉ）他に対する米
国特許第５，３１９，４８３号では、２つの性能に関連
した設計考慮事項として挿入損失とクロストークが識別
される。挿入損失は、入力光と、光学アセンブリを出る
光とのパワー差である。挿入損失の主たる原因は、光の
吸収と、偏光分離及び再結合の不完全として識別され
る。光サーキュレータのクロストークは、入力ファイバ
から、意図した出力ファイバではないファイバへの光の
伝送である。Ｋｒａｓｉｎｓｋｉ他の主張によれば、光
サーキュレータのクロストークの主たる原因は、アセン
ブリ内における各種光学素子からの後方反射である。該
特許に記載のシステムは、より完全な偏光分離を得よう
として、偏光反射素子及び偏光分割立方体の代わりに、
複屈折結晶を利用することによって、挿入損失及びクロ
ストークを低減させるものである。さらに、該システム
は、アセンブリの光サーキュレータが互いに光学的に接
触することによって、後方反射を低減させるものであ
る。
【０００６】既知の光サーキュレータ及びアイソレータ
は、その意図する目的のためにうまく機能するが、さら
なる性能の向上が望ましい。もう１つの設計目標は、光
サーキュレータ及びアイソレータの製作におけるコスト
効率を高めることである。
【０００７】マルチポート・システム内において光信号
を効率よく転送し、各ポートが、残りのポート間におけ
る信号の交換に関して選択的に結合される光学アセンブ
リ及び方法が要請されている。もう１つの要請は、この
ような光学アセンブリの製造コスト効率がよいことあ
る。
【０００８】
【発明の概要】光学アセンブリ、できれば、光サーキュ
レータには、アセンブリの前方端の第１及び第３の入力
／出力ポート、及び、後方端の第２のポートが含まれて
いる。第１の機能的に関連するグループをなす光学素子
は、それぞれ、第１及び第３のポートを介して導入され
る平行な第１と第３の光ビームの偏光成分に関して所望
の配向を確立するように、第１及び第３のポートに隣接
して配置されている。望ましい実施態様の場合、所望の
配向は、第３のビームの直交偏光成分が、第１のビーム
の偏光成分の両側における位置までシフトされる配向で
ある。第２の機能的に関連するグループをなす光学素子
は、さらに、第２のポートを介して出力される第１のビ
ームの伝搬から、第３のビームの偏光成分を分離する。
第２のポートから逆方向に第２のビームを伝搬すること
によって、第２のビームは第１のポートから分離された
第３のポートに送られる。第１のグループをなす光学素
子の働きによって、光アイソレータ（すなわち、第２の
グループ）をコスト有効度の高い、高性能な光サーキュ
レータに変換することが可能になる。
【０００９】実施態様の１つでは、第１のグループをな
す光学素子には、第１のビームの２つの直交偏光成分を
分割し、第３のビームの２つの直交偏光成分を分割し、
第１のビームの偏光成分の１つと第３のビームの偏光成
分が結合させられる２つの前方伝搬光路を形成する偏光
ミクサが含まれている。この偏光成分の「混合」は、第
１のビームの偏光成分に再結合を施す偏光コンバイナが
後続するのが望ましいが、第３のビームの２つの偏光成
分は再結合が施された第１のビームの両側に位置するこ
とになる。これによって、第２のグループをなす光学素
子に対して入力される偏光成分の所望の配向が得られ
る。第２のグループをなす光学素子は、２段アイソレー
タ・アレイが後続する二分の一波長板とすることができ
るが、これはクリティカルではない。
【００１０】もう１つの実施態様では、前方及び後方分
割光学部材から構成される第１のグループを利用するこ
とによって、第２のグループをなす光学素子に伝搬する
ための偏光成分の所望の配向が得られる。各分割部材に
は、第１のポートの光軸とアライメントのとれる光学的
に中性の部分と、第３のポートの光軸においてアライメ
ントのとれるウォーク・オフ部分が含まれている。ウォ
ーク・オフ部分は、第３のビームの２つの直交する偏光
成分を前方に伝搬する第１のビームの両側まで変位させ
る垂直なウォーク・オフ方向を備えている。この実施態
様の場合、第２グループの光学素子は、２段アイソレー
タ・アレイが後続する二分の一波長板とすることが可能
である。しかし、第１のビームを伝搬させて、第２のポ
ートを介して出力する他のアレイに置き換えることも可
能である。
【００１１】後方への伝搬方向において、第２のポート
を介して、第２グループをなす光学素子に光が導入され
る。この後方伝搬ビームの２つの偏光成分は、第２の光
学グループによって分割され、ビームが第３のポートか
ら導入された場合、前方へ伝搬する偏光成分と同じ位置
において第１の光学グループに導入される。すなわち、
第１の光学グループの作用による第３のビームの偏光成
分の空間変位によって、偏光成分のシフト位置が決ま
り、これらのシフト位置は、第２のポートの後方伝搬ビ
ームからの偏光成分の位置と一致する。後方伝搬成分に
対する第１の光学グループの作用は、第３のビームの成
分に対する作用とは逆になる。従って、後方伝搬成分
は、再結合されて、第３のポートから出力される。
【００１２】望ましい実施態様の場合、第１のビームか
ら前方へ伝搬する光は、第２のポートに集束し、これに
よって、転送効率が向上する。また、望ましい実施態様
の場合、３つのポートのそれぞれが、熱膨張コア光ファ
イバに関連づけられているが、マイクロレンズ・アセン
ブリを備えた標準的な光ファイバを含む、他の入力媒体
を利用することも可能である。
【００１３】第１の光学グループに偏光ミクサが含まれ
る実施態様の場合、偏光コンバイナはクリティカルな装
置ではない。しかし、偏光コンバイナを利用して、前述
のように、偏光成分の「所望の配向」を確立する場合、
本発明の性能は大幅に向上する。所望の配向によって、
第１と第３のビームの事前分離が施されるので、第２の
光学グループにおいて分離を強化することが可能にな
る。従って、高性能の光学アセンブリが実現する。
【００１４】
【詳細な説明】図１及び２を参照すると、前方端に平行
な第１と第３の光ファイバ１２及び１４を備え、後方端
に第２の光ファイバ１６を備えた光学アセンブリ１０が
示されている。図１の実施態様の場合、アセンブリは、
第１のファイバ１２からの入力ビームは、さまざまな光
学素子を通って伝搬し、第２のファイバ１６を介して出
力され、一方、第２のファイバからの入力信号は、第３
のファイバ１４を介して出力される光サーキュレータで
ある。しかし、ファイバ間における光結合の他の全ての
可能性が、ファイバからのビームの偏光成分に対するさ
まざまな素子の働きによって阻止される。
【００１５】図１及び２の実施態様の場合、アセンブリ
１０の前方端における最初の２つの光学素子１８及び２
０は、偏光ミクサ２２を形成する。図３〜１４に関連し
てさらに十分に後述するように、光ビームが偏光ミクサ
２２を通って第１と第３のファイバ１２及び１４から前
方に伝搬することによって、それぞれ、ファイバ１６の
ビームからの１つの偏光成分と、ファイバ１４のビーム
からの１つの偏光成分を備えた、２つの光ビームが生じ
ることになる。偏光成分のこの「混合」によって、アセ
ンブリ１０における第３及び第４の光学素子２６及び２
８によって形成される偏光コンバイナ２４のための段が
設定される。偏光成分コンバイナは、第１のファイバ１
２からの第１のビームの２つの偏光成分を再結合し、第
３のファイバ１４からの第３のビームの２つの偏光成分
を、再結合された第１のビームの両側にシフトする。さ
らに、偏光成分のこの構成によれば、さらに詳細に後述
することになる２段光アイソレータ・アレイ３０にとっ
て所望の配向が設定される。アセンブリ１０の素子を組
み合わせることによって、高性能で、コスト効率の良い
光サーキュレータが形成される。
【００１６】図２に最も良く示されているように、偏光
ミクサ２２を形成する光学素子１８及び２０は、上部３
２及び３４と下部３６及び３８に斜めに分割されてい
る。第１の素子１８の上部及び下部３２及び３６の界面
は、第２の素子２０の上部及び下部３４及び３８の界面
に対して垂直である。４つの部分は、それぞれ、ウォー
ク・オフ結晶から形成されており、２つの素子のそれぞ
れの２つの部分は、ウォーク・オフ方向が逆向きであ
る。ウォーク・オフ方向は、図２の４つの部分３２〜３
８における矢印によって表示される。
【００１７】偏光コンバイナ２４の２つの素子２６及び
２８は、また、ウォーク・オフ結晶から形成される。ウ
ォーク・オフ方向は、互いに垂直であるが、アセンブリ
１０の同じ側方表面に向いている。当該技術において周
知の通り、ウォーク・オフ結晶を形成するための一般的
な材料は、ルチル（二酸化チタン − ＴｉＯ2）及び
バナジン酸イットリウム（ＹＶＯ4）である。望ましい
材料は、屈折率が大きくなるので、ルチルである。１ｍ
ｍのウォーク・オフ分離毎に、ルチル結晶の厚さは約１
０ｍｍにならなければならない。図１及び２の実施態様
の場合、第１と第３のファイバ１２及び１４のコア間ピ
ッチが２５０μｍであれば、望ましいウォーク・オフ距
離は、１／２ピッチの√２倍とすることが可能である。
従って、各素子１８、２０、２６、及び、２８の厚さ
は、√２ １２５μｍ＝１７７μｍのウォーク・オフ距
離が得られるように選択すべきである。
【００１８】ウォーク・オフ結晶２８の背面に位置する
光学素子は、偏光回転を生じさせる二分の一波長板であ
る。二分の一波長板の光軸は、垂直に対して２２．５度
をなすので、偏光状態の回転は、４５度になる。二分の
一波長板は当該技術において周知のところである。
【００１９】前述のように、下記の光学素子によって、
２段アイソレータ・アレイ３０が得られる。アレイの第
１の光学素子４２は、１２５μｍの空間変位を生じさせ
る厚さを備えることが可能なウォーク・オフ素子である
が、このウォーク・オフ距離は、本発明にとってクリテ
ィカルではない。ウォーク・オフ方向は、図２の矢印で
示すように上方である。
【００２０】２段光アイソレータ・アレイ３０には、１
対のウォーク・オフ結晶４６及び４８を間に挟んだ２つ
のファラデー回転子４４及び５０が含まれている。ファ
ラデー回転子は、それぞれ、ビームの偏光成分を４５゜
回転させる。順方向において、ファラデー回転子は、矢
印によって表示されるように、反時計廻り方向の回転を
生じさせる。ウォーク・オフ結晶４６及び４８は、上述
の望ましい実施多様において１７７μｍの空間変位を生
じる厚さを備えることが可能である。ウォーク・オフ方
向は、互いに垂直であるが、図１及び２に明らかなよう
に、アセンブリ１０の遠位の側面に向かう主指向成分を
有している。２段アイソレータ・アレイ３０の最後の素
子５２は、下方へのウォーク・オフ方向及び１２５μｍ
のウォーク・オフ距離を備えたウォーク・オフ結晶であ
る。厚さは、前述のように所望のウォーク・オフ距離に
よって決まる。
【００２１】２段光アイソレータ・アレイ３０には、第
１のファイバ１２からの出力ビームをビームを出力する
ことになる第２のファイバ１６に集束させるために利用
される、イメージング・レンズ５４が後続する。ファイ
バ１２、１４、及び、１６の全てが、熱膨張コア（ＴＥ
Ｃ）・ファイバであれば、レンズ５４は、１対１のイメ
ージング・レンズである。しかし、第１のファイバ１２
がＴＥＣファイバで、第２のファイバ１６が従来の単一
モード・ファイバである実施態様の場合には、レンズ
は、４対１のイメージング・レンズである。レンズは、
光学アセンブリ１０を通過する際に発散する、第１のフ
ァイバ１２からの第１のビームの偏光成分を再収束させ
る。レンズの焦点距離は、第２のファイバ１６に対する
第１のビームのイメージ形成に基づいて選択される。
【００２２】図３〜１４には、図１の第１及び第２のフ
ァイバ１２及び１４からの第１及び第２の光ビームの偏
光成分の前方伝搬が示されている。１２の数字は、それ
ぞれ、図２の１２のコンポーネントの１つの前面におけ
る偏光成分の位置を表している。図３の場合、第１のフ
ァイバの光軸によって、２つの分割素子１８及び２０に
よって形成される偏光ミクサ２２の前面における第１の
ポート５６すなわちウィンドウが確定する。図３におい
て、第１のビームの直交偏光成分５８及び６０は、太い
黒線で示されている。比較すると、第３のファイバから
の第３のビームの偏光成分６２及び６４によって、分割
素子１８の前面におけるウインドウ６６が確定する。
【００２３】第１のビームの光軸は、第１の分割素子１
８の下方部分３６とアライメントがとれ、第３のビーム
の光軸は、上方部分３２とアライメントがとれる。前方
に伝搬する４つの偏光成分５８〜６４が図４に示す第２
の分割素子２０の前面に達すると、上方及び下方部分の
ウォーク・オフ作用の結果として（ウォーク・オフ方向
は図３の矢印によって示されている）、第１の偏光成分
５８及び第３の偏光成分６２が、位置６８及び７０にシ
フトされる。第２の偏光成分６０及び第４の偏光成分６
４は、偏光ミクサ内の第２の素子の上方部分３４及び下
方部分３８のウォーク・オフ方向とアライメントがとれ
る。従って、２つの部分３４及び３８のウォーク・オフ
作用によって、第２及び第４の偏光成分が２つのシフト
位置６８及び７０にウォーク・オフする。第４の偏光成
分のこの配向は、上述の偏光コンバイナを形成するウォ
ーク・オフ結晶対の第１のブロックであるウォーク・オ
フ結晶２６の前面において得られる。
【００２４】図３及び５を比較すると、２つの光学素子
１８及び２０によって形成される偏光ミクサが、第１の
ポート５６からの偏光成分の１つ５８を第２のポート６
６からの偏光成分の１つ６４を結合し、残りの２つの偏
光成分も結合される。「混合」偏光成分は、図５のシフ
ト位置６８及び７０によって示された前方伝搬光路上に
ある。
【００２５】偏光コンバイナの前方素子５６のウォーク
・オフ作用によって、図６に示すように、第１の偏光成
分５８がシフトして、ウインドウ５６の位置に戻り、第
３の偏光成分６２がシフトして、位置７２につく。
【００２６】図７には、偏光コンバイナの第２の光学素
子２８によって、第２及び第４の偏光成分６０及び６４
がシフトした後の、４つの偏光成分５８〜６４が示され
ている。ウィンドウ５６からの入力ビームを形成する第
１及び第２の偏光成分５８及び６０は、図３のもとの位
置に戻されるが、もともとウィンドウ６６においてビー
ムを形成した第３及び第４の偏光成分６２及び６４は、
ウィンドウ５６の両側の位置７２及び７４につき、互い
に、もとのウィンドウ５６と６６の間の離隔距離を超え
る距離だけ分離される。
【００２７】二分の一波長板４０の働きによって、第４
の偏光成分５８〜６４の位置が回転する。二分の一波長
板は、当該技術において周知のところである。図８に
は、もとのウィンドウ５６及びシフト位置７２及び７４
における４つの偏光成分の回転アライメント方向が示さ
れている。４つの偏光成分は、次に、図２の２段光アイ
ソレータに導入される。
【００２８】２段光アイソレータ・アレイ３０の第１の
素子４２は、ウォーク・オフ方向が上向きのウォーク・
オフ結晶である。これによって、垂直方向の配向が施さ
れた第２と第４の偏光成分６０及び６４が上方にシフト
し、図９の位置７６及び７８につく。前述のように、ウ
ォーク・オフ結晶４２の厚さは、遭遇済みのウォーク・
オフ結晶の厚さより薄い。例えば、結晶２６及び２８の
厚さを、それぞれ、約１０×√２ａとし、一方、結晶４
２の厚さを約１０ａとすることが可能であるが、ここ
で、「ａ」は、２つのウィンドウ５６と６６の間のピッ
チの１／２である。望ましい実施態様の１つでは、ａの
値は１２５μｍであり、従って、ウォーク・オフ結晶２
６及び２８は、それぞれ、約１，７７０μｍになり、ウ
ォーク・オフ結晶４２の厚さは、約１，２５０μｍにな
る。しかし、ａの値は、本発明にとってクリティカルで
はない。
【００２９】図９のファラデー回転子４４によって、４
つの偏光成分５８〜６４を４５゜回転させると、図１０
に示す偏光配向が得られる。ウォーク・オフ結晶４６に
よって、第１及び第３の偏光成分５８及び６２の位置
が、それぞれ、位置８０及び８２までシフトされる。こ
れによって、ウィンドウ５６に入射するビームの２つの
偏光成分５８及び６０が一時的に並んだ位置につく。し
かし、対をなす第２のウォーク・オフ結晶４８によっ
て、さらに、第２及び第４の偏光成分がシフトされ、図
１２に示す位置８４及び８６につく。
【００３０】第２のファラデー回転子５０によって、４
つの偏光成分５８〜６４の全ての偏光配向を回転させ、
その結果、偏光成分が、ウォーク・オフ結晶５２の前面
に到達すると、図１３に示すような配向をなすことにな
る。結晶５２のウォーク・オフ方向は下方である。従っ
て、第１及び第３の偏光成分５８及び６２は、結晶５２
の厚さによって決まる距離だけ変位する。厚さが約１，
２５０μｍのルチル結晶の場合、下方シフトは、約ａ＝
１２５μｍに等しくなる。第３の偏光成分６２は、位置
８８までシフトする。第１の偏光成分５８は、図１に関
連して解説の第２のファイバ１６の光軸に対応する位置
８４までシフトする。従って、第１の光ファイバ１２に
よって確定するウィンドウ５６から入力された偏光成分
５８及び６０（図３を参照されたい）は、第２の光ファ
イバ１６のための出力信号である。イメージング・レン
ズ５４は、第２の光ファイバにイメージの焦点を合わせ
る。一方、第３のファイバによってウィンドウ６６（図
３を参照されたい）から入力される２つの偏光成分６２
及び６４は、図１４の位置８６及び８８によって示され
るように、互いに、及び、第２のファイバを通る出力か
ら分離される。
【００３１】図１５〜２６には、第２の光ファイバ１６
から第３の光ファイバ１４への後方伝搬が示されてい
る。前述のように、図１５の位置８４は、第２のファイ
バへの入力信号及び第２のファイバからの出力信号のた
めのポートに対応する。図１５の場合、偏光成分９０及
び９２は、第２のファイバからの入力ビームの成分とし
て示されている。図３〜１４における前方に伝搬するビ
ームの偏光成分と区別するため、第２のファイバからの
入力ビームの偏光成分は、第５及び第６の偏光成分９０
及び９２と呼ぶことにする。
【００３２】イメージング・レンズ５４によって、第５
及び第６の偏光成分は、図１６に示す配向または位置に
影響を及ぼすことなく、ウォーク・オフ結晶５２の背面
に達することが可能になる。しかし、ウォーク・オフ結
晶５２によって、第５の偏光成分が上方にシフトして、
図１７のファラデー回転子５０の背面に示された位置８
０につく。ファラデー回転子によって、偏光は４５゜回
転し、ウォーク・オフ結晶４８の背面において図１８に
示すようにアライメントがとれることになる。
【００３３】ウォーク・オフ結晶４８によって、第６の
偏光成分９２は図１９の位置７８に変位する。次に、後
方伝搬ビーム成分が図２０のファラデー回転子４４の背
面に達すると、対をなす他のウォーク・オフ結晶４６に
よって、第５の偏光成分９０がシフトし、位置７２につ
く。ファラデー回転子によって、２つの偏光成分９０及
び９２の反時計廻り方向における回転が開始され、ウォ
ーク・オフ結晶４２の背面において図２１に示す配向に
なる。
【００３４】図２２において、第６の偏光成分９２は、
ウォーク・オフ結晶４２の働きによって下方に変位して
いる。二分の一波長板４０によって、２つの偏光成分９
０及び９２は回転し、図２３に示す配向になる。図２３
には、図２の二分の一波長板４０と偏光コンバイナ２４
の界面が示されている。偏光コンバイナと二分の一波長
板とのこの界面は、前方伝搬成分に関する図７にも示さ
れている。図７と図２３を比較すると明らかになるよう
に、第３のファイバ１４からのビームの第３と第４の偏
光成分は、位置及び配向が、第２のファイバ１６から後
方に伝搬するビームの第５及び第６の偏光成分９０及び
９２と同じである。すぐ後述するように、最終の４つの
素子２８、２６、２０、及び、１８は、図３〜６に関連
して解説の働きとは逆の働きをする。従って、後方に伝
搬する偏光成分９０及び９２は第３のファイバ１４に達
して、出力される。
【００３５】偏光コンバイナ対の第１のウォーク・オフ
結晶２８によって、第６の偏光成分９２がシフトし、該
対における第２のウォーク・オフ結晶２６の背面に達す
ると、図２４に示すように位置７０につく。結晶２６に
よって、第５の偏光成分９２がシフトし、図２に関して
解説の偏光ミクサ対２２の背面に達すると、図２５の位
置６８につく。
【００３６】後方分割素子２０の上方部分３４は、第５
の偏光成分９０に影響しないが、下方部分３８は、図２
６に示すように、第６の偏光成分９２を第３の光ファイ
バのウィンドウ６６まで変位させる。図面には示されて
いないが、さらに、分割素子１８の上方部分３２によっ
て、第５の偏光成分９０がシフトし、ウィンドウ６６と
のアライメントがとれると、２つのビーム成分が第３の
ファイバに沿って出力される。
【００３７】図１〜２６を参照すると、アセンブリ１０
は、第１のファイバ１２を第２のファイバ１６に光学的
に結合し、第２のファイバ１６を第３のファイバ１４に
光学的に結合するが、スプリアス伝送からはこれらのフ
ァイバを分離する。
【００３８】図２７〜３０には、同様の構成が示されて
いる。図２７のアセンブリ９４の光学素子の多くは、図
１のアセンブリ１０と同じである。これらの素子に関し
て、参照番号は重複している。二分の一波長板及び２段
光学アセンブリ３０の素子４２〜５２の全ては、図１及
び２７の実施態様と共通である。２つの実施態様の相違
は、偏光ミクサ２２及び偏光コンバイナ２４が、１対の
分割光学部材９６及び９８に置き換えられている点であ
る。分割光学部材のそれぞれには、ウォーク・オフ部分
１００及び１０２と、光学的に中性の部分１０４及び１
０６が含まれている。光学的に中性の部分は、第１のフ
ァイバ１２の光軸においてウィンドウ５６とアライメン
トがとれる。一方、ウォーク・オフ部分は、第３のファ
イバ１４に関してウィンドウ６６とアライメントがとれ
る。
【００３９】前方分割光学部材９６は、図２８のウォー
ク・オフ部分１００内における矢印によって表示の方向
に第３の偏光成分６２をシフトさせるウォーク・オフ部
分１００を備えている。従って、第３の偏光成分は、図
２９の位置７２に変位する。しかし、第１の部材９６の
光学的に中性の部分１０４によって、第１及び第２の偏
光成分５８及び６０の両方が、影響を生じることなく、
第２の部材９８の前面まで伝搬することが可能になる。
２つの光学的分割部材の第２の部材９８によって、第４
の偏光成分６４が図２９の部分１０２における矢印で示
されたウォーク・オフ方向に変位する。図３０を参照す
ると、第４の偏光成分６４は、二分の一波長板４０の前
面に到達すると、位置７４に変位する。
【００４０】図７及び３０を参照すると、ビーム成分が
二分の一波長板４０の前面に到達すると、４つの偏光成
分５８〜６４が同じ位置になる。従って、図２７のアセ
ンブリ９４における残りの光学素子４０〜５４には、図
７〜１４に関連して解説の同じ光学的効果がある。図２
７の第２のファイバ１６から後方に伝搬する光は、図１
５〜２２に関連して解説のところと同じようにして、コ
ンポーネント４０〜５４による同様の影響を受けること
になる。従って、第２のファイバ１６からの第５及び第
６の偏光成分は、図２３に示すのと同じ位置７２及び７
４、及び、配向の分割光学部材９８の背面に到達する。
分割光学部材９６及び９８のウォーク・オフ部分１００
及び１０２によって、後方に伝搬する第５及び第６の偏
光成分が、図２８〜３０における前方に伝搬する第３及
び第４の偏光成分６２及び６４と逆のように変位する。
当然の結果として、後方に伝搬する第５及び第６の偏光
成分は、第３のファイバ１４に光学的に結合することに
なる。
【００４１】各分割光学部材９６及び９８の厚さは、図
１及び２における偏光ミクサ及び偏光コンバイナの光学
部材１８、２０、２６、及び、２８のうちどの１つの厚
さと比べても２倍になる。「ａ」が、入力ファイバ１２
の光軸と出力ファイバ１６の光軸との距離である場合、
図１の素子１８、２０、２６、及び、２８のそれぞれの
厚さによって、√２ａのウォーク・オフ距離が得られる
はずである。ファイバ１２と１４のコア間距離が、２５
０μｍで、第２のファイバ１６の光軸の中心が、ファイ
バ１２と１４の２つの軸の間にくる場合、ａ＝１２５μ
ｍになる。図１及び２の４つの光学素子１８、２０、２
６、及び、２８のそれぞれのウォーク・オフ距離が、√
２ １２５μｍ＝１７５μｍになる。比較すると、図２
７〜３０の分割光学素子９６及び９８のウォーク・オフ
部分１００及び１０２によって、それぞれ、２√２ ａ
＝３５３．５μｍのウォーク・オフ距離が得られるはず
である。
【００４２】図２７の光学アセンブリ９４は、意図した
目的にあうようにうまく機能するが、図１の光学アセン
ブリが望ましい。光学アセンブリ９４は、２つの分割光
学素子９６と９８の界面、及び、後方分割光学素子９８
と二分の一波長板の界面における散乱により大きく影響
される。界面散乱の問題がこのように大きくなるのは、
図１の分割素子１８及び２０の厚さに対して分割光学部
材９６及び９８のそれぞれの厚さがより厚い結果であ
る。
【００４３】図３１には、第３の実施態様が示されてい
る。図３１の光学アセンブリ１０８は、偏光コンバイナ
２４が除去され、アセンブリ１０のウォーク・オフ結晶
４２の代わりに、正反対のウォーク・オフ変位を生じる
ウォーク・オフ結晶１１０が用いられている点を除け
ば、図１及び２のアセンブリ１０と同じである。アセン
ブリ１０８の他の素子が、全て、図１及び２に関して既
述のものと同じ機能を備え、同じ相対位置についている
ので、参照番号は重複している。偏光コンバイナの除去
及び結晶１１０の逆ウォーク・オフ方向に加えて、図３
１の光学アセンブリ１０８には、第１と第３のファイバ
１２及び１４の光軸より低い高さに第２のファイバ１６
の光軸を配置することが必要になる。すなわち、アセン
ブリ１０８の後方端における入力／出力ポートは、アセ
ンブリ１０８の前方端における入力／出力ポートより低
い高さに位置することになる。
【００４４】分割素子１８及び２０から構成される偏光
ミクサは、図３及び４に関連して既述のように機能す
る。従って、第１のファイバ殻の入力ビームの偏光成分
は、図５に示す位置及び配向につく二分の一波長板４０
の前面に到達する。さらに、偏光成分５８、６０、６
２、及び、６４の４つ全てが、ウォーク・オフ結晶１１
０の前面に達すると、４５゜回転する。
【００４５】ウォーク・オフ結晶１１０によって、第２
及び第４の偏光成分が下方へ変位する。ファラデー回転
子４４の前面において、４つの偏光成分は図９に示すよ
うにアライメントがとれるが、各成分は、下方右側へ斜
めにシフトする。すなわち、第２の偏光成分６０は、中
心が２つのウィンドウ５６と６６の間に位置し、第３の
偏光成分６２は、この位置のすぐ上、第１の偏光成分５
８は、この位置のすぐ下に位置する。第４の偏光成分６
４は、第１の偏光成分のすぐ下に位置するので、４つの
成分は、全て、２つのウィンドウ５６と６６の間の垂直
面に沿って、間隔をあけた位置につく。
【００４６】光学素子４４、４６、４８、５０、５２、
及び、５４は、図９〜２４に関連して既述のところと同
様の働きをする。従って、４つの偏光成分５８〜６４
は、イメージング・レンズ５４の前面に到達すると、図
１４に示す位置に対して斜め下方の右側にシフトする。
第２のファイバの入力／出力ウィンドウは、ウィンドウ
６６のすぐ下に位置する。
【００４７】図３１の光学アセンブリ１０８は、その意
図した目的に合うようにうまく機能するが、図１及び２
の偏光コンバイナ２４がないので、二分の一波長板４０
の各感度が向上する。このため、図１及び２の光学アセ
ンブリ１０が望ましい。
【００４８】クリティカルではないが、望ましい実施態
様では、ＴＥＣファイバも利用する。図３２及び３３に
は、ＴＥＣファイバ１２及び１４のアライメントを適正
にとる望ましい方法が示されている。シリコン・ウェー
ハ１１２のような半導体基板にエッチングを施して、Ｖ
字形グルーブ１１４及び１１６が形成される。従来の集
積回路製作技法を利用することが可能である。例えば、
グルーブを形成するためのマスクを利用し、化学エッチ
ング液を利用することによって、グルーブのフォトリソ
グラフ加工による形成が可能になる。クリティカルでは
ないが、グルーブの一方の壁面のもう一方の壁面に対す
る角度は、７０．５゜が望ましい。次に、従来のコーテ
ィング材料のないＴＥＣファイバ・コアがグルーブ内に
納められる。シリコン処理によって、ファイバ・コアの
正確な中心間における間隔保持が可能になる。１ミクロ
ン未満の許容差が実現する。
【００４９】図３３において、対応するＶ字形グルーブ
・アレイを備えた第２のシリコン・ウェーハ１１８が、
不図示の接着剤層によって下方シリコン・ウェーハ１１
２に固定される。接着剤の利用は、クリティカルではな
い。代わりに、ウェーハ・ボンディングを利用して、２
つのシリコン・ウェーハを取り付けることも可能であ
る。シリコンのＶ字形状による単一モード・ファイバと
マルチ・モード・ファイバのアライメントは、当該技術
において既知のところであり、図３３に示すタイプのア
センブリは市販されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って３つのポートを選択的に結合す
る光学アセンブリの実施態様の１つに関する透視図であ
る。
【図２】図１の光学アセンブリの透視分解図である。
【図３】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中に、
偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図４】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中に、
偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図５】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中に、
偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図６】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中に、
偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図７】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中に、
偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図８】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中に、
偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図９】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中に、
偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１０】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１１】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１２】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１３】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１４】図１及び２のアセンブリを通る前方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１５】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１６】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１７】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１８】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図１９】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２０】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２１】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２２】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２３】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２４】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２５】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２６】図１及び２のアセンブリを通る後方伝搬中
に、偏光成分に対して働く作用を示す図の１つである。
【図２７】本発明による光学アセンブリのもう１つの実
施態様に関する透視図である。
【図２８】図２７の最初の２つのコンポーネントの働き
を示す図の１つである。
【図２９】図２７の最初の２つのコンポーネントの働き
を示す図の１つである。
【図３０】図２７の最初の２つのコンポーネントの働き
を示す図の１つである。
【図３１】本発明による光学アセンブリの第３の実施態
様に関する透視分解図である。
【図３２】ＴＥＣファイバを精密に決められた位置に挟
むシリコン基板の端面図である。
【図３３】ＴＥＣファイバを所定位置に固定する第２の
シリコン基板を備えた、図３２のシリコン・ウェーハの
部分透視図である。
【符号の説明】
１０ 光学アセンブリ １２ 第１の光ファイバ １４ 第３の光ファイバ １６ 第２の光ファイバ １８ 光学素子 ２０ 光学素子 ２２ 偏光ミクサ ２４ 偏光コンバイナ ２６ 光学素子 ２８ 光学素子 ３０ ２段光アイソレータ・アレイ ３２ 光学素子１８の上部 ３４ 光学素子２０の上部 ３６ 光学素子１８の下部 ３８ 光学素子２０の下部 ４２ ウォーク・オフ結晶 ４４ ファラデー回転子 ４６ ウォーク・オフ結晶 ４８ ウォーク・オフ結晶 ５２ ウォーク・オフ結晶 ５４ イメージング・レンズ ５６ 第１のポート ５８ 直交偏光成分 ６０ 直交偏光成分 ６２ 偏光成分 ６４ 偏光成分 ６６ 第２のポート ６８ シフト位置 ７０ シフト位置 ７２ シフト位置 ７４ シフト位置 ７６ シフト位置 ７８ シフト位置 ８０ シフト位置 ８２ シフト位置 ８４ シフト位置 ８６ シフト位置 ８８ シフト位置 ９０ 偏光成分 ９２ 偏光成分 ９６ 前方分割光学部材 ９８ 後方分割光学部材 １００ ウォーク・オフ部分 １０２ ウォーク・オフ部分 １０４ 中性部分 １０６ 中性部分 １０８ 光学アセンブリ １１０ ウォーク・オフ部分

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その前方端における第１のポート及び第
    ３のポートと、前記前方端の反対側の後方端における第
    ２のポートを含むポートを選択的に結合するための光学
    アセンブリであって、 前記第１と第３のポートから導入されるビームの直交偏
    光成分に関する伝搬光路を確立し、前記第１のポートか
    らの前記ビームの第１と第２の直交偏光成分に関する前
    方伝搬光路が、間隔をあけて位置するが、それぞれ、前
    記第３のポートからの前記ビームの第３と第４の直交偏
    光成分に関する間隔をあけた前方伝搬光路と一致するよ
    うにする偏光ミクサと、 前記前方伝搬光路が前面に入射するように、前記偏光ミ
    クサに隣接して前記前面が配置されており、前記偏光成
    分の偏光方向に依存する少なくとも２つのウォーク・オ
    フ素子を含んでいて、前記第１、第２、第３、及び、第
    ４の偏光成分に関する組み合わせウォーク・オフ特性に
    より、前記第１と第２の偏光成分と前記第２のポートの
    アライメントがとれるようになっている、光学素子のア
    レイが含まれている、 光学アセンブリ。
  2. 【請求項２】 光学素子の前記アレイには、前記偏光成
    分の前方伝搬光路をシフトさせて、前記第１及び第２の
    偏光成分のシフトされた前方伝搬光路が一致し、前記第
    ３及び第４の偏光成分のシフトされた前方伝搬光路から
    間隔があくようにするための偏光コンバイナが前記アレ
    イの前記前面に含まれていることと、前記偏光コンバイ
    ナが、１対のウォーク・オフ素子であることを特徴とす
    る、請求項１に記載の光学アセンブリ。
  3. 【請求項３】 光学素子の前記アレイが、前記第２のポ
    ートから導入される後方ビームに関するウォーク・オフ
    特性を備えており、前記後方ビームの第５と第６の直交
    偏光成分が分離されて、前記偏光ミクサに達し、前記第
    ５と第６の偏光成分のそれぞれが、対応する偏光配向を
    備えた第３と第４の偏光成分の前記前方伝搬光路とアラ
    イメントがとれるようになっていることと、前記光学素
    子アレイと前記偏光ミクサが、これにより、前記第１の
    ポートを前記第２のポートと光学的に結合させ、前記第
    ２のポートを前記第３のポートと光学的に結合させる光
    サーキュレータを形成することを特徴とする、請求項１
    または２に記載の光学アセンブリ。
  4. 【請求項４】 さらに、前記第１と第２の偏光成分を前
    記第２のポートに集束させるように配置されたイメージ
    ング・レンズが含まれることを特徴とする、請求項１、
    ２、または、３に記載の光学アセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記偏光ミクサに、前方及び後方分割ウ
    ォーク・オフ部材が含まれていることと、前記分割ウォ
    ーク・オフ部材のそれぞれが、ウォーク・オフ方向が逆
    の第１と第２の部分を備えていることと、前記前方分割
    ウォーク・オフ素子の前記ウォーク・オフ方向が、前記
    後方分割ウォーク・オフ部材の前記ウォーク・オフ方向
    に対して垂直であることを特徴とする、請求項１、２、
    ３、または、４に記載の光学アセンブリ。
  6. 【請求項６】 光学素子の前記アレイに、少なくとも２
    つのファラデー回転子が含まれており、前記アレイが２
    段光アイソレータであることを特徴とする、請求項１、
    ２、３、４、または、５に記載の光学アセンブリ。
  7. 【請求項７】 前記第１、第２、及び、第３のポートの
    それぞれが、熱膨張コア（ＴＥＣ）ファイバに関連して
    いることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、ま
    たは、６に記載の光学アセンブリ。
  8. 【請求項８】 第１のファイバから第２のファイバに、
    また、前記第２のファイバから第３のファイバに光信号
    を転送して、光サーキュレータを形成する方法であっ
    て、 （ａ）前記第１と第３のファイバを平行に並べ、かつ、
    前記第２のファイバに対して逆方向をなすように配置す
    るステップと、 （ｂ）前記第１と第３のファイバからそれぞれ送られる
    第１と第３の光ビームに対して、 （ｂ１）前記第３のビームの直交する第３と第４の偏光
    成分を空間的に変位させて、前記第３と第４の偏光成分
    が、第１の距離だけ間隔のあいたシフト位置につくよう
    にするサブステップと、 （ｂ２）前記第１のビームの直交する第１と第２の偏光
    成分を伝搬させ、前記第１と第２の偏光成分が、前記シ
    フト位置との共通平面において、一致し、前記第３と第
    ４の偏光成分の間の位置につくようにするサブステップ
    を含む、 第１の操作を実施するステップと、 （ｃ）前記第１の操作の後、前記第１、第２、第３、及
    び、第４の偏光成分に対して、 （ｃ１）前記第１と第２の偏光成分のアライメントをと
    り、前記第２のファイバを介して送り出されるようにす
    るサブステップと、 （ｃ２）前記第３と第４の偏光成分を空間的にシフトさ
    せ、それぞれが、少なくとも前記第１の距離と同じ距離
    だけ、前記第１と第２の偏光成分から間隔をあけた位置
    につくようにするサブステップと、 （ｃ３）前記第２のファイバを介して導入される第２の
    光ビームの第５と第６の偏光成分を空間的にシフトさせ
    て、前記第５と第６の成分を、それぞれ、前記シフト位
    置まで伝搬させるサブステップを含む、 第２の操作を
    実施するステップと、 （Ｄ）前記シフト位置からの前記第５と第６の偏光成分
    を前記第３のファイバに合流させ、前記第３のファイバ
    を介して出力されるようにするステップが含まれてい
    る、 方法。
  9. 【請求項９】 前記第１の操作を実施する前記ステップ
    （ｂ）に、偏光ミクサと偏光コンバイナを設けて、前記
    偏光ミクサによって、前記第１の偏光成分と前記第３の
    偏光成分が組み合わせられ、前記第２の偏光成分と前記
    第４の偏光成分が混合され、一方、前記偏光コンバイナ
    によって、サブステップ（ｂ１）及び（ｂ２）に記載の
    関係が確立されるようにすることが含まれることを特徴
    とする、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１の操作を実施する前記ステッ
    プ（ｂ）に、前方及び後方分割部材を設けることが含ま
    れることと、サブステップ（ｂ１）が、前記第３の偏光
    成分を前記第１のファイバの光軸の一方の側までウォー
    ク・オフさせ、前記第４の偏光成分を前記光軸のもう一
    方の側までウォーク・オフさせることによって実施され
    ることと、前記サブステップ（ｂ２）が、前記前方及び
    後方分割部材を介して、前記光軸に沿って前記第１と第
    ２の偏光成分を伝搬させることによって実施されること
    を特徴とする、請求項８に記載の方法。
JP10264007A 1997-09-03 1998-09-02 光学アセンブリ及び高性能結合法 Withdrawn JPH11316317A (ja)

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US08/923,014 US6011649A (en) 1997-09-03 1997-09-03 Optical assembly and method for high performance coupling
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