JPS5957206A - 偏光プリズム装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、例えば光通信デバイスとして好適な実用性
の高い偏光プリズム装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

入射光をその偏波面に応じて偏光分離して取出す偏光プ
リズム装置は、光スィッチ、光サーキュレータ、光変調
器等の光通信デバイスを構成するに好適である。この偏
光プリズム装置は、第１図にその機能を模式的に示すよ
うに、偏波面を９０°異にする第１の光成分（破線で示
す）と第２の光成分（一点鎖線で示す）とを偏光分離し
て２つの出力光ポートにそれぞれ導びくものである。即
ち第１の入力光ポート１から入力された第１の光成分を
第１の出力光デート２に導ひくと共に、第２の光成分を
第２の出力光ポート３に導ひく。また第２の入力光ポー
ト４から入力された第１の光成分を前記第２の出力光デ
ート３に導びき、第２の光成分を前記第１の出力光ポー
ト２に導びくように構成される。

しかしてこのような偏光プリズム装に５を２個用いて第
２図に示すように上記装置５間に他の光学素子６ｆ設け
て光通信用デバイスを構成する場合、例えば上記光学素
子６として電圧等によって偏波面を９０’回転制御する
電気光学素子を用いれば（２Ｘ２）の九スイッチや光変
調器が実現される。また上記光学素子６としてファラテ
ー回転子を用いれば４端子光ザーキユレータが実現され
る。

このように偏光プリズム装置は光通信デバイスを実現す
る吃のとして非常に重要な役割を担っている。さて、こ
のような光通信デバイスの小型化を考慮すると、偏光プ
リズム装置が偏光分離して出力する２系統の光は、互い
に平行であることが望ましい。第３図はこのような点を
考慮した構成を有する従来装置の概略構成図であり、ル
チル（Ｔｔｏ２）単結晶からなる２つの偏光プリズム７
．８を相互に貼合せ、その貼合せ面を偏光分離面９とし
た構造を有する。尚、この装置における入力光ポートお
よび出力光ポートは第１図に対応して示しである。２つ
の偏光プリズム７．８は、その光学軸を図面において紙
面と垂直方向に定められており、前記偏光分離面９は、
微小間隙の空気層を介在して構成されている＠そして、
偏光分離面９は、前記入力光ポート１４からそれぞれ入
力される光の常光（第１の光成分）に対して、その入射
角がプリニスター角となるべく定められている。尚、図
面において紙面に平行な偏波面を持つ第１の光成分が常
光、上記紙面に垂直な偏波面を持つ第一２の光成分が異
常光となる。かくしてこのような構成によれば、プリズ
ム７の第１の入力元ポート１から入力された常光は偏光
分離面９を透過してプリズム８の第１の出力光ポート２
に射出し、また異常光は偏光分離面９で反射されてプリ
ズム７に設けられた第２の出力光ポート３よυ射出する
ことになる。一方、プリズム８の第２の人力光ポート４
から人力された常光は、偏光分離面９を透過して前記第
Σの出力光Ｉ−ト３に射出し、異常光は偏光分離面９に
て反射して前記第１の出力光ポート２に射出することに
なる。そして、このような構造の装置にあっては、通常
、−３０ｄＢ程度の偏光分離度が容易に確保される。

〔背景技術の問題点〕

どころかリング型光ネットワーク等の信頼性を高めるべ
く前記第２図に示す如き構成の光通信用デバイスとして
の、例えば元信号バイパス用の（２Ｘ２）光スィッチに
あっては−４０〜−５０ｄＢ程度のクロヌトーク特性が
要求される。このことは、上記光スィッチを構成する第
３図に示す如き偏光プリズム装＠５として、−４５〜−
５５ｄＢ以上の偏光分離度を持つことが要求される。

然し乍ら、このような要求を満たすことは、第３図に示
す構造の装置における偏光分離度の限界が−３０〜−３
５ｄＢ程度であることから問題があった。この為、従来
のプリズムでは実用上十分な特性を得る光通信デバイス
を実現することができなかった。

また近時、前記偏向プリズム７．８の製作精度が向上し
ているが、その屈折率が光の波長や温度に依存する為、
前記偏光分離面９に対するブリュスター角が変化して、
前記偏光分離度の劣化を招くと云う問題もあった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので１そ
の目的とするところは、プリズムの製作精度や光の入射
角の設定精度が多少悪くても、また光波長の変化や温度
変化が生じても十分高い偏光分離度を確保することので
きる実用性の高い構成の偏光プリズム装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は複屈折特性を有する複数のプリズムを相互に貼
合せて、その貼合せ面を偏光分離面とし、この偏向分離
面に対して常光を略プリュスター角で２回以上光を入射
させる光路を設定したものである。そして上記偏光分離
面に対する光の入射のうち、少なくとも１回は前記ブリ
ニスター角よりａ小角大きくシ、他の１回を前記ブリニ
スター角よシ微小角小さくすることによって、温度等に
起因する偏光分離度低下の要素を相殺するようにしたも
のである。

〔発明の効果〕

従って本発明によれば、偏光分離面において光が複数回
偏光分離されるので、その偏光分離度を十分高めること
が可能となシ、更には偏光分離面に対する光の入射角を
プリースター角近傍でその前後に微小角ずつ振シ分ける
ことによって極めて効果的に偏光分離度低下の要因を相
殺するととが可能となる。これ故、六方光をその偏波面
の異なシに応じて極めて良好に、且つ安定に偏光分離す
ることが可能となシ、この偏光プリズム装置を用いて構
成される光通信デバイスの特性を実用上十分なものとし
、しかもその信頼性を十分高いものとすることが可能と
なる。更には、その製作および入射角の設定調整を非常
に簡易なものとすることができる等の実用上多大なる効
果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

第４図は第１の実施例を示す概略構成図である。コノ装
置を構成する３つのプリズム１ノ。

１２．１３は複屈折を有する光学結晶、例えばルチル（
ＴｌＯ２）単結晶からなり、その光学軸は図中紙面に対
して垂直に定められている。またこれらのプリズム１１
．１２．１３の常光に対する屈折率η。はｒ２．４６Ｊ
、ｊた異常光に対する屈折率はη８はｒｚ、ｔ２」程度
となっている。またこれらのプリズム１１．１２．１３
の常光に対するブリニスター角θ、は２２°となってい
る。

しかしてン°リズム１ノは、その頂角を２０．とじた二
等辺三角形状を有し、その二辺を他のプリズム１２．１
３との貼合せ面１４．１６としている。またプリズム１
２．１３は、上記貼合せ面１４．１５となる一辺をグリ
ースター角θ８とし、その対辺を１３５°とした台形形
状を有するものとなっている。但し、プリズム１３の、
１３５°の角度を有する辺の一部は、平行四辺形状に切
欠され、光に対する全反射面を２ケ所において形成して
いる。このような形状の３つのプリズム１１．１２．１
３を相互に貼合せて形成される本装置の前記貼合せ面１
４．１５は、例えば空気層を１０〜５０μｍ程度挾んだ
もので、これによシプリュスター角θおで入射した光に
対して偏光分離作用を呈する偏光分離面を為している。

そして、前記プリズム１ノの底辺に平行にプリズム１２
側よシ光が入力され、プリズム１３側よυ光が出力され
るようになっている。

かくして、このような構成の偏光プリズム装置によれば
、プリズム１２側よシ入力された光は偏光分離面（貼合
せ面）１４に前述したブリニスター角θ８で入射される
。そして、その常光成分は偏光分離面１４を透過してプ
リズム１１内を伝播し、今度は偏光分離面１５にプリュ
スター角θ８で入射する。この結果、この偏光分離面１
５においても上記常光成分は透過し、プリズム１３を経
て出力されることになる。つまシ常光は、偏光分離面１
４．１５をそれぞれ透過して前記！リズム１１，１２．
１３内を直進して出力される。

これに対して異常光成分は、偏光分離面１４にプリュス
ター角θ、で入射して反射される。この反射光は、プリ
ズム１２の辺に対して上記プリースター角θ３を大きく
上回わる角度で入射することから、上記辺に１いて全反
射され乍ら伝播し、！リズム１３に尋びかれる。このプ
リズム１３においても、その辺に対して上記侶射光がブ
リニスター角θ、よ多大なる角度で入射することから、
同様に全反射されて伝播される。そして、最後には、前
記偏光分離面１５に対してブリニスター角θ、で入射さ
れ、反射されることになる。このとき、前記偏光分離面
１４で反射された異常光成分中に混在する常光の漏れ分
は、上記プリュスター角θ、で偏光分離面１５に入射す
ることから、この偏光分離面１５を透過する。

この結果、前記偏光分離面１４にて反射され、更に偏光
分離面１５により反射された光は、常光を殆んど含むこ
とのない、偏光分離された異常光となる。尚、前記偏光
分離面１４を透過して偏光分離面１５に導びかれる常光
に含まれる異常光の漏れ分も、上記偏光分離面１５にプ
リースター角θ５て入射して反射される。従って偏光外
１１１［而１４．１５をそれぞれ透過してなる光も、異
常光を殆んど含むことのない常光成分となる。かくして
ここに、常光と異常光とは、偏光分離面１’４．１５に
よる２回の偏光分離作用を受けて極めて良好に、っまシ
偏光分離度を十分高くして分離されることになる。

ところで今、偏光分離面１４に入射する光の角度がブリ
ュヌター角θ８に対して微小角度δ１だけずれ、 θＢ１−０８＋δ１ なる角度を肩するものとする。このとき、偏光分離面１
４で反射して漏れとなる常光の反射パワー係数）ｔ　１
は と在る。但し、上式中ψは、ブリュスター角θ。

で入射した光が、偏光分離面１４におけ゛る空気層へ屈
折するときの角度で ｓｉｎψ＝η６ｓｌｎ　　Ｂ なる関係を有する。またΔは、入射角が前記プリースタ
ー角θ８から角度δ１だけずれたときの屈折角ψからの
ずれを示すもので ５ｉｎ（ψ＋Δ）＝η。ｓｌｎ　（θ、十δＩ）として
与えられる。一方、前記ブリュスター角θ８は η０−％θシ協θ。

で与えられる。従って、これらの関係に従って前記各式
を整理し、角度δの２乗以上の項が殆んど小さいことか
らこれを無視するものとすれは、前記反射パワー係数Ｒ
１を次のように示すことができる。

さ１η。３・δｔ１２／２ このような割合Ｒ１で示される量の常光が、前記偏光分
離面１４で反射され、プリズム１２゜１３を通って偏光
分離面１５に到達することになる。

一方、偏光分離面１５に入射する光が、プリュスター角
θ８よ多角度δまたけずれ、θＢ２＝θ８＋δ２ なる角度で入射するものとすると、そこでの常光に対す
る反射パワー係数Ｒ２は同様にしてＲ２≧ｌηｏ５・δ
２１２／２ として示されることになる。従って、偏光分離面１４．
１５にて反射されて偏光分離された異常光中に含まれる
常光の割合Ｒは Ｒ＝ＲＩＸＲ，−η。６１δ１δ２１２／４となる。

従って、プリズム１１．１２．１３に対する光の入射角
の設定精度からして、前記偏光分離面１４．１５に対す
る光の入射角のプリュスター角θ、からのずれが、通常
±０．２°程度存在することを考慮すれば、 １δ１１＝１δ２１＝０．２゜ とすると、前記漏れの割合Ｒは、約−５７ｄＢ程度とな
る。従って、前記第３図に示す従来装置における漏れの
割合が約−２９ｄＢ程度であったことに比較すると、本
発明に係る偏光プリズム装置によれば、その偏光分離度
を著しく改善できることがわかる。

また前記角度のずれが δｉニーδ２，１δ１１＜１ であるようにすれば、光波長の変化や温度変化等によっ
て生じる偏光分離度劣化の要素が、偏光分離面１４．１
５において逆向きに働らくので、上記偏光分離度劣化の
要素が相殺されることになる。この結果、上記光波長の
変化や温度変化等に対して安゛定で、且つ信頼性の高い
偏光分離作用が呈せられることになる。

第５図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図であシ
、４つの！リズム２１．２２，２３゜２４を相互に貼合
せて３つの偏光分離面２５゜２６．２７を形成して装置
が構成される。ここで！リズム２ノは角度２θ、の頂角
を有する２等辺三角形状を有し、プリズム２２は上記プ
リズム２１の貼合せ面２５に平行な面を持つ形状を有し
ている。またプリズム２３．２４は先の実施例における
プリズム１２．１３と同様な作用を呈する形状を１して
いる。

しかしてこのような構成の装置によれば、入力元ポート
２８から入力した常光は、偏光分離面２５．２６を透過
して出力され、また上記入力光ポート２８から入力した
異常光は、偏光弁内１Ｆ面２５．２７にて反射されて出
力されることになる。これに対して入力光ポート２９よ
り入力された常光は、偏光分離面２７を透過して出力さ
れ、上記入力光ポー）−Ｊ　９′よシ入力した異常光は
偏光分離面２６．２７にて反射されて出力されることに
なる。

従って入力光ポート２９から入力した常光の出力に漏れ
る異常光の割合が、他の漏れに比して多いものの、他の
光路を辿る常光および異常光の偏光分離度については十
分高くすることができる。そして、先の実施例と略々間
等な効果が奏せられる。

また第６図および第７図は本発明の更に別の実施例を示
したものである。ここに示されるものは、底辺に対する
角度をプリュスター角θ８に設定した２等辺台形状のプ
リズム３１と、このプリズム３１の底辺に偏光分離面３
２を形成して貼合せられた方形状の１リズム３３とによ
り構成される。そして、このプリズム３３の、上記偏光
分離面３２に対向する面には、例えば関電体多層膜を形
成する等して偏波面を回転することのない全反射面３４
が設けられている。

しかしてこのような構造によれば、！リズム３ノの一方
の辺から垂直に入力した常光は、偏光分離面３２に対し
てブリースター角ＯＢで入射し、この偏光分離面３２を
透過したのち前記全反射面３４にて反射される。ぞしで
、上記常光は前記偏光分離面３２に再びブリースター角
θ。

で入射して透過してプリズム３１の他方の辺から垂直に
出力されることになる。一方、異常光は偏光分離面３２
において２回以上反射されて出力されることになる。従
って、このような構造であっても、先の各実施例と同様
な効果が奏される。しかも図示されたプリズム３１　、
３３の形状からも明らかなように、その形状が非常にシ
ングルなので、装置構造の大幅なｍ酪化を図り得、その
製作も容易化し得る等の実用上多大なる効果が奏される
。

特に第６図に示すものにあっては、プリズム３１におい
て異常光の光路が、偏光分離面３２に対して複数回に亘
ってプリュスター角θゎで入射するように定められるの
で、そこに漏れる常光の割合を著しく低減し得ると云う
効果が奏せられる。

以上、幾つかの実施例を挙げて本発明に係る偏光プリズ
ム装置につき説明したように、本装置によれば、偏光分
離した光のクロストークを十分低く抑えることができる
。つまシ偏光分離度を十分高くすることができる。その
上、光波長の変化や温度変化、更にはプリズムの製作精
度に対する偏光分離度劣化の要素を十分に低くすること
ができ、その条件によっては上記劣化の要素を効果的に
相殺することが可能となる。

これ故、その信頼性、安定性を非常に高くすることがで
き、当選信用デバイスとしての応用等に絶大なる効果を
奏する。１＋、、その製作の簡易化を図ることもできる
ので、実現性が容易であシ、実用的利点が大きい。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば装置を構成するプリズムの数やその形状は仕様に応
じて定めればよいものである。またプリズムの素材とし
て、ルチル単結晶以外のものを用いることも勿論可能で
ある。更には偏光分離面に対して、ブリースター角θお
で３回以上入射するように装置を構成することもできる
。以上要するに、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は偏光プリズム装置の機能を模式的に示す図、第
２図は偏光プリズム装置を用いて構成される光通信デバ
イスの構成例を示す図、第３図は従来の偏光プリズム装
置の一例を示す構成図、第４図乃至第７図はそれぞれ本
発明の異なる実施例に係る偏光プリズム装置の構成図で
ある。 １１．１２，１３，２１，２２．２３．２４゜３１．３
３・・・プリズム、１４．１５，２５゜２６．２７．３
２・・・偏光分離面、３４・・・全反射面。 出紬人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ｆｓＺ図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複屈折特性を有した結晶からなる複数個のプリズ
   ムを相互に貼合せて形成された貼合せ面を、偏波面が９
   ０°異なる一方の光成分を透過し、且つ他方の光成分を
   反射して偏光分離する偏光分離面とした偏光プリズムの
   上記偏光分離面に対して前記聞波面を９０°異にする一
   方の光成分と他方の光成分とを略々ブリュスター角で複
   数回入射させる光路を設定したことを特徴とする制光フ
   ０リズム装囮。
2. （２）光成分を偏光分ｉｉ＋＋Ｆ面に複数回入射させる
   光路は、グリースター角を０８、微小角δを００乃至１
   °としたとき、上記偏光分離面に対して光成分を（θお
   ＋δ）および（θお−δ）なる角度で少なくとも１回ず
   つ入射させるものである特許請求の範囲第１項記載の偏
   光プリズム装置。
3. （３）偏光グノノズムは、′−面を常光に対する全反射
   面とし、この全反射面と平行な対向面を偏光分離面とし
   たプリズムを備えたものである特許請求の範囲第１項記
   載の偏光プリズム装置。