JPS6289912A - 偏光器 - 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】 ［発明の背景］ この発明は一般に光を偏光するための装置および方法に
関するものであって、特に先ファイバの中を伝搬する光
を偏光するための装置および方法に関するものである。

特に、この発明は金属クラッドファイバ光偏光器および
それの製作および使用に関するものである。

偏光器は選択された偏光成分を光波から除去する装置で
ある。光ファイバ内の光の伝搬および偏光に関していく
らか精通していると、この発明および先行技術の両方を
理解するのが容易になるであろう。それゆえ、ファイバ
の光導波管、そのような導波管の中の光の伝搬の通常の
モードおよび光の偏光の簡単な論考が提示される。

光波は、光波の周波数と等しい周波数を有する直角の電
界および磁界ベクトルを含む時間で変化する電磁場によ
って表わされてもよいことは周知である。ガイド構造を
通って伝搬する電磁波は１組の通常のモードによって説
明され得る。通常のモードはたとえば、ファイバの先導
波管のようなガイド構造内の電界および磁界の許容でき
る分布である。界分布は構造内のエネルギの分布に直接
関連している。通常モードは一般に波の界成分周波数と
ガイド構造の空間分布で説明する数学関数によって表わ
される。導波管の通常のモードを説明する特定の関数は
、導波管のジオメトリに依有する。光ファイバでは、被
きょう導波が固定寸法の円形の断面を有する構造に閉じ
込められ、成る周波数および空間分布を有する界のみが
厳しい減衰なしに伝搬する。減衰されずに伝搬する界成
分を有する波が通常のモードである。

通常のモードを説明する際に、波の伝搬方向に関して電
界および磁界の方向を参照することが便利である。もし
電界ベクトルのみが通常光学軸と呼ばれる伝搬の方向に
垂直であるなら、波は横電気（ＴＥ）モードであると言
われる。もし磁界ベクトルのみか光学軸に垂直なら、波
は横磁気（ＴＭ）モードである。もし電界および磁界ベ
クトルの両方か光学軸に垂直なら、波は横電磁気（ＴＥ
Ｍ）モードである。どの通常モードも界成分が一定方向
であることを必要とせず、たとえばＴＥモードでは電界
は光学軸に垂直であればいかなる方向であってもよい。

電磁波の電界ベクトルの方向は、波の偏波である。一般
に、波は各モードに対して許容できるすべての方向を指
す電界ベクトルが均一に分布された、ランダムな偏波を
有するであろう。もし波のすべての電界ベクトルが１つ
の特別な方向しか指さないなら、波は線形に偏光されて
いる。もし電界が等しい大きさで位相が９０°はずれて
いる２つの直角の電界成分からなるなら、正味の電界は
その時、波の周波数に等しい角速度で光学軸のまわりを
回転するベクトルであるので、電界は円形に偏光される
。もし２つ線形の偏波の大きさが等しくなく、同じでも
反対でもない位相を有するなら、波は楕円の偏波を有す
る。一般に、いかなる任意のイー波でも、２つの直角の
線形偏波か、２つの反対に向かった円形の偏波か、また
は直角の半主要軸を有する２つの反対に向かった楕円の
偏波のいずれかの和によって表わされることができる。

光信号の速度はそれを通って光が伝搬する媒体の屈折率
に依有する。成る材料は異なる偏波に対して異なる屈折
率を有する。２つの屈折率を有する材料は複屈折である
と言われる。単一のモードの光ファイバに沿って伝搬す
る信号の偏波は時々モードとして言及される。規格の単
一のモードの光ファイバは、それが２つの異なる偏波を
有する同じ周波数および空間分布の２つの波を伝搬する
ので、２−モードのファイバとしてみなされてもよい。

同じ通常モードの２つの異なる偏波成分は２つの偏波の
速度の差を除けば、変化せずに複屈折材料を介して伝搬
することができる。

複屈折の量は光波を贋導する媒体の２つの屈折率の間の
差を表わすためにここで用いられる。複屈折の量を制御
することはファイバの光材料の長さからの光信号出力の
偏波の制御を可能にする。

もしファイバによって伝搬される波が２つの線形の偏波
成分を含むなら、ファイバの屈折率の間の差を増加させ
たりまたは減少させたりすることは２つの偏波の各々に
ファイバの光の長さを制御するための手段を提供する。

もしファイバが複屈折なら、２つの偏波成分はそれらが
ファイバに沿って伝搬するにつれて、位相がシフトされ
るであろう。Ｃが光の自由空間速度でｎがファイバの屈
折率である時、光ファイバの中の光の速度はｖ＝ｃ／ｎ
であるので、より低い屈折率を有する偏波成分はより高
い屈折率を冑する成分よりも、ファイバの中でより少な
い移動時間を有するであろう。

多くのファイバの光システムは、光ファイバによって饗
導された光の偏波に非常に依有する動作特性を有する。

そのようなシステムは光学ジャイロスコープおよび干渉
計センサを含む。所望の精度の測定値を得るために、光
か１つの偏波のみを有することが本質的に重要である。

なぜなら同じ偏波の光波のみか所望の干渉パターンを発
生するからである。

ＴＥモードとＴＭモードとの間の減衰係数間の大きさの
、はぼ２つのオーダの差に基づいた金属クラッドファイ
バ光偏光器は、先行技術で説明されそして示されてきた
。そのような偏光器はクラツディングが除去された光フ
ァイバのコアの部分の上に比較的厚い金属コーティング
を採用している。波が金属コーティングを有するクラツ
ディングの部分の上に射突すると、電磁場の分布は変化
し、そのため一方の線形の偏波が他方の線形の偏波より
非常に強く減衰される。

金属コーティングに垂直な電界成分は金属内に抵抗熱を
引き起こし、そして迅速に減衰される。

金属コーティングに平行な電界成分は垂直の電界の強さ
の約１％しか減衰されない。先行技術の金属クラッド偏
光器は、高消光率を達成するために長い相互作用の長さ
を必要とする。しかしながら、高消光率を得るために、
これらの差動減衰偏光器は高挿入損を招く。偏光器の消
光率は所望の偏波のそれに対する不所望の偏波の強度を
減じる際のその効能の尺度である。挿入損は所望の偏波
の初めの力に対して偏光器を遷移することによって失わ
れる所望の偏波の力の比率である。相互作用の長さが比
較的長くても、差動減衰に基づいた偏光器は挿入損か許
容可能な二に限定されるとき、約２４ｄＢの消光率を与
える。

差動減衰偏光器は不所望の偏波内のエネルギを熱に変換
するので、不所望の偏波を有する波の強度は光検出器を
用いては観測され得ない。それゆえ、差動減衰偏光器は
所望の偏波の最適な強度を提供するために、偏波制御器
およびフィードバックシステムとともに使用するのに適
していない。

先行のファイバの光偏光器はクリスタル偏光器を含み、
そこではクラツディングの一部分が除去されて相互作用
の領域を形成する、ファイバの光材料の長尺物が複屈折
りリスタルに隣接して置かれる。複屈折りリスタルはそ
れが不所望の偏波に対するファイバのコアのそれより大
きいかまたは等しい第１の屈折率と、ファイバ内で伝搬
されることが望ましい偏波に対するファイバのクラツデ
ィングのそれと等しいかまたはわずかに小さい第２の屈
折率とを有するように選択される。ファイバによって四
環される界の指数的に減衰する部分はコアの境界を越え
てクラツディングへと延在する。界の減衰部分は「エバ
ネッセントフィールド」（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　　ｆ
ｉｅｌｄ）と呼ばれる。ファイバによって訝導される光
のエバネ・ソセントフィールドは複屈折りリスタルと相
互作用し、そして不所望の偏波の光は複屈折媒体に結合
し、相互作用領域を過ぎてファイバ内を伝搬しない。

所望の偏波の光は複屈折りリスタルによって影響されず
、ファイバによって膏導される。

クリスタル偏光器は低挿入損で所望の消光率を提供する
ことができるが、そのような偏光器の動作特性は温度依
存性である。そのような装置の温度の依存性は第１にク
リスタルの屈折率の温度の依存性から起こる。もしクリ
スタルの第２の屈折率が温度とともに変化し、クラツデ
ィングの屈折率を越えるなら、クリスタルの装置は偏光
器としての機能を停止する。もしクリスタルの屈折率が
クラツディングのそれよりもかなり小さいなら、不所望
の偏波のいくらかはクリスタルファイバのインターフェ
イスで反射され、そしてクリスタルに結合するよりもむ
しろファイバ内に残るであろう。ファイバ内の光ジヤイ
ロスコープは、１００ｄＢより大きい消光率を備えた偏
光器を必要とする。２４℃で１００ｄＢの消光率を備え
るように設定されたクリスタル偏光器は、もし温度が３
０℃に増加すると、わずか２４から３０ｄＢまでの消光
率しか有さないかもしれない。

［発明の要約］ この発明は不所望の偏波に対して改良された消光率を、
所望の偏波に改良された挿入損をもたらす偏光器を提供
することである。この発明に従った偏光器は、エバネッ
セントフィールドの偏光器の温度依存性を有することな
しに先行技術の差動減衰光偏光器よりすっと小さな挿入
損で高消光率を生じる。

この発明の装置は、クラツディングの一部分が除去され
て相互作用領域を形成する光ファイバの長尺物を含む。

ファイバは好ましくは相互作用領域で曲げられ、そのた
めファイバの厚みはファイバの長さに沿って、相互作用
領域の中心から遠ざかるにつれて次第に増加する。十分
な材料か相互作用領域でファイバから除去され、ファイ
バのコアの面状の露出部分を形成する。面状のクラツデ
ィング部分は露出したコアの部分を取巻く。好ましくは
金属の非常に薄い層である相互作用材料が面状のコアと
クラツディング部分の上に置かれる。

ファイバは相互作用領域で非対称媒体であり、そのため
ファイバによって伝搬されたエネルギは通常の釣り合っ
たファイバ内におけるようにコアに閉じ込められること
はない。相互作用領域でのコアの厚みは非常に小さく作
られるのでファイバは相互作用領域を越えて光波を伝搬
しない。ファイバ内で伝搬するよりもむしろ、金属表面
に平行な電界構成要素は金属フィルムを介してファイバ
のコアから溶融シリカサブストレートへと輻射する。こ
れらの平行の電界成分はファイバに戻って結合し直すこ
とはない。

金属膜は、ファイバに平行な金属膜のインターフェイス
に沿って伝搬する表面プラズマ波にＴＭモードの所望の
偏波を結合させる。１１互作用領域の長さに沿って伝搬
した後、表面プラズマ波は本来の所望の偏波を保ちなか
らＴＭモードとしてファイバに連結する。

光検出器はファイバから輻射されるＴＥモードからのエ
ラー信号を形成するために採用されてもよい。制御回路
はエラー信号を処理し、エラー信号を最小にするために
カントオフ偏光器への光入力の偏波を調整する偏波制御
器を駆動する。

この発明の偏光器を形成する方法はカプラーハーフを形
成することを含み、これは好ましくは適切なサブストレ
ートのカーブした溝内に装着された光ファイバの長尺を
含む。サブストレートは有利には溶解石英のブロックか
ら形成されてもよい。

カーブした溝は周知の光研削技術によって形成される。

ファイバは適切な接着剤によって溝内に保持されてもよ
く、そのときファイバの凸状にカーブした部分に隣接す
るサブストレートの表面は研削され、そして磨かれ、光
学的に平坦な面を形成する。研削しかつ磨きをかけるこ
とで、相互作用領域のクラツディングのすべてとファイ
バのコアの部分を十分に奥まで除去し、相互作用領域を
越えてファイバのコアによるいかなる偏波の光の伝ブス
トレート上に形成されてもよく、そしてその溶融シリカ
サブストレートはそれからクラツディングおよびコアの
部分が除去されたファイバの相互作用領域に隣接した金
属層とともにカプラーハーフに対して保持される。屈折
率整合オイルが金属層とファイバの間に与えられてもよ
い。屈折率整合液は金属膜とファイバ表面の間に好まし
くは与えられ、ファイバ／金属インターフェイスの屈折
率の不連続性によって引き起こされる反射を減じる。金
属膜の端部は挿入損を最小にするため好ましくはテーパ
される。

偏光器を製作するための代わりの方法として、金属層は
蒸着技術を利用してカプラーハーフの相互作用領域上に
直接に形成されてもよい。石英の層は相互作用領域を形
成するためにクラツディングの部分が除去された、金属
層とファイバの部分の上に生成されてもよい。

［好ましい実施例の説明］ 第１図および第２図を参照すると、この発明に従った金
属クラッド偏光器１０はサブストレート１８のカーブし
た溝１６に装着された光ファイバ１４を含むカプラーハ
ーフ１２を含む。

金属膜２０は溶融シリカ層２２上に形成され、そして金
属膜２０の付いた溶融シリカサブストレート２２はカプ
ラーハーフ１２上に装着される。

カーブした溝１６はサブストレート１８の光学的に平坦
な面２４内に形成される。カーブした溝１６はファイバ
１４の直径に比較して大きい曲率半径を有する。第１図
、第７図および第８図はファイバによって訝導される光
と金属層２０の間の相互作用の例示をはっきりとさせる
ために、ファイバの直径に関して拡大したファイバの曲
率半径を示す。溝１６の幅はファイバの直径よりわずか
に広く、ファイバ１４が溝１６の底の壁によって規定さ
れた経路に一致することを可能にする。溝１６の深さは
それぞれ、サブストレート１８の中央での最小からそれ
の端縁ての最大まで変化する。

ファイバ１４の緩やかな湾曲はファイバ１４の方向に鋭
く湾曲したりまたは他の急な変化を妨げ、モード摂動を
介しての電力損を避ける。溝１６は第２図に示されるよ
うに断面が長方形であっても良いが、Ｕ形またはＶ形の
ような他の断面形態がカプラーハーフ１２を形成する際
に用いられてもよいことは理解されるべきである。

サブストレート１８の中央で溝１６の深さはファイバ１
４の直径よりも小さい。ファイバ１４は中央のコア３０
およびクラツディング３２を有する。コア３０の屈折率
はクラツディングのそれより大きく、そのためコアによ
って膏導される光は芯とクラツディングのインターフェ
イスで内部に反射する。

サブストレート１８の端縁１８ａおよび１８ｂでは、溝
１４の深さは少なくともファイバの直径と同じであるこ
とが好ましい。ファイバの光材料はラッピング（ｌａｐ
ｐｉｎｇ）のような適切な方法のいずれかによってファ
イバ１４から除去され、第３図に示されるようにクラツ
ディング３２内に楕円形の平坦な面２６を形成する。楕
円形の面はサブストレート１８の光学的に平坦な面２４
と同一面をなす。十分なりラッディングが除去されてコ
ア３２の中に楕円形の平坦な面３４を形成する。平坦な
面２６および３４は同心で、そしてほぼ楕円形である類
似の形を有する。面２６および３４はそれらが円錐曲線
でないので、正確には楕円ではない。

楕円面２６および金属層は、ファイバ１４によって伝搬
された光が金属膜２０と石英プレート２２に相互作用す
る相互作用領域２８を形成する。

除去されたファイバの光材料の量は、サブストレート１
８の端縁１８ａおよび１８ｂの近くでの零からそれの中
央での最大量にまで次第に増加する。

ファイバの光材料の除去を次第に減らすと、ファイバ１
４が相互作用領域２８に関して次第に収束および発散す
ることを引き起こし、これは相互作用領域２８における
光エネルギの逆反射および過度の損失を避けるのに有利
である。

もしファイバ１４が光エネルギの単一モードのみを伝搬
するように設計されているなら、コア３０は通常直径が
約５ｍｍの円形の断面を有する。

クラツディング３２は通ネ、コア３０に関して対称的に
配置される屈折率分布をもたらす。もしクラツディング
３２の屈折率がコア３０に関し対称で、もし、コアの屈
折率がクラツディングの屈折率よりも大きいなら、ファ
イバ１４によって四導される光エネルギのほとんどすべ
てがコア３０に閉じ込められる。しかしながら、もしク
ラツディング３２の屈折率が芯３０に関して非対称で、
コア３０がカットオフ直径ｄを有し、もしファイバ１４
が、コアの直径がこのようなカットオフ直径より小さい
部分を有するなら、そのとき光エネルギはコア３０に排
他的に閉じ込められることができない。偏光器１０はこ
のカットオフ特性を利用し、ファイバ１４から両方の偏
波を除去する。

第４図ないし第６図を参照すると、屈折率の対照および
非対称の概念が詳細に説明される。コア３０は屈折率ｎ
ｌ１ｌを有する。コア３０の上に示されるスーパースト
レート４０は屈折率ｎ１を有し、そしてコア３０の下に
示されるサブストレート４２は屈折率ｎ２を有する。も
しＱ　、　ｓ＋ｌ　ｎ２ならば、屈折率はコア３０に関
して対称であると言え、そしてエネルギはコア３０とス
ーパーストレート４０の間のインターフェイスおよびコ
ア３０とスーパーストレート４２の間のインターフェイ
スで例示されるように、本質的に完全に内部に反射され
るであろう。もしｎ、≠０２ならば、屈折率は非対称で
、そして上で説明されたようなコア３０のカットオフ直
径がある。

コア３０によって膏導されている波は特性伝搬定数ｋ　
ｍ　２π／λを付し、そこでは痣は光の波長である。相
互作用領域において、有効伝搬定数に嬉は ｋｅｊｌ　　＝ｎｅｇ　　ｋ　　　　　（１）であり、
ここでのｎｅ［はファイバ１４内の伝搬方向の有効屈折
率である。

第５図のグラフを参照すると、有効屈折率ｎｅｇはコア
の直径ｄに対してプロットされる。コアの屈折率ｎＩ’
Ｆは屈折率ｎ１およびｎ２より大きい。

コア３０の中に波型導波を有するために、コア３０の有
効屈折率は対称な場合と等しいｎ、およびｎ２より大き
くなければならない。ファイバ１４内に波型導波を有す
るために、コア３０の屈折率はｎ、　−ｎ２より大きく
なければならず、そして直径ｄは臨界値ｄ。より大きく
なければならない。

対称な場合、ｄｏ≦ｄの範囲内ではカットオフ直径はな
い。

第６図はｎ、≠０２である非対称の場合を表わす。クラ
ツディングの屈折率が非対称なので、特性曲線は両方の
偏波に対する有効伝搬定数がカットオフ値より下にある
ようにシフトされる。それゆえ、どの偏波もファイバに
よって臂導されたままにはならない。

第７図を参照すると相互作用領域２８の内側で、クラツ
ディング３２はテーパされたクラツディング部分３６お
よび３８を含む。石英層２２はテーパされたクラツディ
ング部分３６の第１の部分３６ａを覆い、そして金属層
２０はテーパされたクラツディング部分３６の第２の部
分３６ｂを覆う。

同様に、石英層２２もまたテーパされたクラツディング
部分３８の部分３８ａを覆い、そして金属層２０は部分
３８ｂを覆う。石英層２２はクラツディングと同じ屈折
率を有し、それゆえ部分３６ａおよび３８ａではコア３
０の屈折率内の非対称では存在しない。しかしながら、
金属層２０はクラツディング３２と同じ屈折率を有さな
いので、非対称は部分３６ｂおよび部分３８ｂで存在す
る。

第１図、第７図および第８図では、金属膜２０の厚みは
金属膜２０の構造を示すために、石英層２２の厚みに対
して誇張して示される。金属膜は石英層２２とサブスト
レート１８の間に空隙を残して、石英層２２から外に延
在して示される。この空隙の幅は金属膜の厚みによって
決定され、これはわずか約５０オングストロームから１
００オングストロームまでである。偏光器１０のアセン
ブリは好ましくは相互作用領域２８に対して金属膜２０
を保持する工程と、石英層２２とサブストレート１８の
端縁の接続部分に適切な屈折率整合オイルを与える工程
とを含む。オイルはそれから毛管作用によって相互作用
領域２８と石英層２２の間のボイドへと流れるであろう
。屈折率整合オイルは内部の反射が相互作用領域のコア
３０へと戻ることを防ぐのを助ける。そのような内部反
射は反射した光の一部がシステムから結合されるべき偏
波を有するかもしれないので、不所望である。

第１図を再び参照すると、もし混合した偏波の光信号が
左から偏光器１０上に投射するなら、部分３６ｂから部
分３８ｂまでの屈折率の非対称は平坦な面に平行である
偏波成分が金属層２０を介して石英層２２へと輻射する
ことを引き起こす。

通常の規約に従えば、伝搬の方向はＺ軸である。

右手座標をとると、ｙ軸は第１図の平面を指し、ｙ軸は
平面にあり、そしてｙ軸および２軸の両方に垂直である
。面に垂直であるｙ軸に沿った偏波成分は金属層２０に
結合し、そして表面プラズマ波を形成する。結合は部分
３６ｂで始まり、そしてその結果として生ずる表面プラ
ズマ波は金属層２０の長尺に沿って部分３８ｂまで伝搬
し、そこでは伝搬されたエネルギが金属層からコア３０
へと戻って結合する。

金属層２０による表面プラズマ波の伝搬は第７図を参照
して説明される。光波の電界は正弦波の時間変化を有す
る。ＴＭ波は金属層２０の表面２０ａに垂直に向けられ
た偏波成分を有する。もし金属層２０がたとえば５０オ
ングストロームから１００オングストロームまでと非常
に薄いなら、金属表面２０に垂直な電界成分は金属の伝
導電子の中に正弦波の密度変化を引き起こす。たとえば
、領域４４の電子密度は領域４６での密度より大きいか
もしれない。電界は正の電荷から生じ、そして負の電荷
で終端となるという規約に従えば、電子密度の変化は電
界が正味の正の電荷を有するより低い電子密度の領域か
ら正味の負の電荷を有するより高い電子密度の隣接した
領域にまでを指すことを引き起こす。金属層２０上に入
射するフィールドは振動性進行波であるので、金属層２
０の電子密度の変化もまた振動性進行波である。金属層
２０は非常に薄いので、電子密度波は本質的に表面効果
である。金属膜２０は第１図および第７図に最良に示さ
れるように、好ましくはテーノくされた端部２０ａおよ
び２０ｂを有する。テーパされた端部２０ａおよび２０
ｂは入射光波が金属膜の厚みで緩やかな変化有すること
を引き起こし、挿入損を減少させる。

層２０の正および負の電荷の領域はプラズマを構成する
とみなされてもよく、これはガスのような状態の同数の
正および負の電荷の同じ数の集まりである。伝導電子が
多くの目的のためにガスとみなされてもよいことは、金
属の量子論から周知である。それゆえ、金属層の電荷密
度の変動は表面プラズマ波である。プラズマ発振は電子
ガスの集団縦励振である。プラズモンは量子化プラズマ
振動である。正および負電荷の領域は、金属層２０のＴ
Ｍ波の垂直の偏波成分内にあったエネルギを保持するプ
ラズモンとしてみなされてもよい。

例えばＫｉｔｔｅｌの「ソリッドステート物理学入門Ｊ
　　（Ｉｎｔｒｏｄｕｔｉｏｎ　　ｔｏ　　５ｏｌｉｄ
　　５ｔａｔｅ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ）、第３版。

Ｊｏｈｎ　　Ｗｉｌｅｙ、１９６８年、１９７−２４９
ページ、またはＤｏｎｏｖａｎの［金属の基本理論Ｊ　
　（Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ　　Ｔｈｅｏｒｙｏｆ　　Ｍ
ｅｔａｌｓ）、バーガモン出版社（Ｐｅｒｇａｍｏｎ　
　Ｐｒｅｓｓ）、１９６７年、５４−７９ページを参照
するとよい。

サブストレート１８は適切に硬いいかなる材料で製作さ
れてもよい。好ましい実施例では、サブストレート１８
は一般に長さ約２．５ｃｍ、幅約２．５ｃｍそして厚み
が１．０インチの溶融石英ガラスの四角のブロックを含
む。ファイバ１４はエポキシ樹脂のような適切なセメン
ト（図示されていない）によってカーブした溝１６に固
定されてもよい。溶融石英サブストレート１８はファイ
バ１４のそれと同様の熱膨張率を有することが有利であ
り、これはたとえサブストレート１８およびファイバ１
４が製造または使用の間に、いかなる熱処理にもさらさ
れても、構造上の一体性を維持する際に重要となる。

金属膜２０は石英層２２のどちらの上で形成されてもよ
く、これは次に前に述べられたようにカプラーハーフ１
２に隣接して置かれる。代わりに、金属膜２０はカプラ
ーハーフ１２の相互作用領域２８上に直接に形成されて
もよい。

金属層は銀、アルミニウム、銅または金のような金属材
料から形成されてもよい。ファイバ１４によって伝搬さ
れる光の１つの偏波状態に対して導波管として働く金属
層２０は所望の偏波に比較的低い強度損失を与えるよう
に選択されるべきである。金属層２０は集積回路製作技
術では周知のスパッタリング処理によってカプラーノ＼
−フ１２上に最も容易に形成される。スパッタリングは
電界で不活性ガス粒子をイオン化してプラズマを発生さ
せ、そして金属から形成されるターゲットにそのプラズ
マを向けることを含む。プラズマ粒子のエネルギは金属
ターゲットの原子を移動、すなわち［スパッタオフ（ｓ
ｐｕｔｔｅｒ　　ｏｆｆ）Ｊする。金属原子のいくつか
はサブストレート１８の表面２２およびファイバ１４の
楕円表面２８に付着する。比較的厚い（４ないし５ミク
ロン）の石英層２２は周知の気相成長（ｖａｐｏｒ　　
ｄｅｐｏｓ　ｉ　ｔ　ｉ　ｏｎ）技術によって形成され
てもよい。

横磁気すなわちＴＭモードはその磁界ベクトルが伝搬の
方向に垂直である。電磁波の電界と電界は垂直であるこ
とが電磁学から周知である。それゆえ、ＴＭモードは伝
搬の方向に向いている第１の電界成分、すなわち偏波を
有し、これは相互作用領域２８の金属表面２０ａに平行
である。ＴＭモードは金属表面２０ａに垂直である第２
の電界成分、すなわち偏波を有する。

ＴＭモードの両方の偏波は相互作用領域２８のファイバ
１４の伝搬定数のカットオフの値より低い伝搬定数を有
する。それゆえ、ファイバ１４は相互作用領域２８を越
えてどちらの偏波も冊導しない。しかしながら、金属表
面２０に垂直であるＴＭモードの偏波成分は金属層２０
に結合して、表面プラズマ波を形成し、これはファイバ
１４と平行な金属層２０の中を伝搬する。相互作用領域
２８を越えて伝搬した後、表面プラズマ波はほとんど減
衰することなく垂直の偏波成分のエネルギをファイバ１
４に結合し直す。金属層２０に平行の偏波のみかファイ
バ１４から逃れる。

第８図を参照すると、もし光が左から入射するなら、Ｔ
Ｍ波の平行な偏波成分の輻射したエネルギは金属層２０
と石英層２２の両方を通過する。

輻射したエネルギの一部は、それに入射する光の強さに
応答して電流を出力する光検出器５０上に射突する。電
子制御回路５２は光検出器の出力を処理し、そして制御
信号をファイバの光の偏波制御システム５４に与え、偏
光器１０への偏波入力を調整し、制御信号を最小にする
。それゆえ、偏光器１０の光の処理量は実質的に単一の
予め定められた偏波を有する。

偏波制御システム５４は好ましくは複数個のファイバス
クイーザ５６ないし５８を含む。ファイバスクイーザ５
６ないし５８は各々好ましくは、制御回路５２からの電
圧に応答して余圧からのファイバ１４の圧縮力を変化さ
せる１対の田型アクチュエータ６２ないし６４を含む。

光ファイバ１４は複屈折媒体であり、これは屈折率が偏
波依存性であることを意味する。複屈折の量はここでは
、光波を贋導する媒体の２つの屈折率の間の差を意味す
るのに用いられる。複屈折の量を制御することは、ファ
イバの光材料の長尺からの光信号出力の偏波の制御を可
能にする。もしファイバ１４によって伝搬された波が２
つの線形の偏波成分を含むなら、屈折率の間の差を増加
または減少させることは、２つの偏波の各々にファイバ
１４の光経路の長さを制御するための手段を提供する。

もしファイバ１４が複屈折なら、２つの偏波成分は、そ
れらがファイバに沿って伝搬するとき、位相がシフトさ
れるであろう。Ｃが光の自由空間の速度で、ｎが屈折率
の場合、光ファイバの中の光の速度はｖ　−ｃ　／　ｎ
であるので、低い方の屈折率を有する偏波成分はより高
い速度を有し、それゆえ高い方の屈折率を有する成分よ
りもファイバ内の移動時間が少ない。それゆえ、ファイ
バ１４の屈折率を制御することはカットオフ偏光器１０
への光の入力の偏波を制御する。

ファイバ１４を横切る軸に沿って光ファイバ１４の長尺
に圧縮力を与えると光弾性効果によって屈折率を変化し
、応力誘起の複屈折を結果として生じることは周知であ
る。一般に、偏光器１０への入力のために任意の偏波を
予め定めた偏波に変換させるために３つのファイバスク
イーザが必要となる。もし隣接したファイバスクイーザ
５６ないし５８の間のファイバ１４の長尺に感知できる
遭屈折がないなら、２つのファイバスクイーザのみが必
要とされる。

偏光器１０はファイバ１４の相互に伝搬する波の中に予
め定められた偏波を有する出力を与えることができる。

もし混合した偏波の光が右から偏光器１０上に射突する
なら、不所望の偏波がファイバから輻射され一方、所望
の偏波は金属層２０に結合し、第１図、第７図および第
８図に示されるように金属層２０内を右から左に伝搬す
る表面プラズマ波を形成する。

第２の光検出器６６は輻射した偏波の強度を示す電気信
号を発生する。第２の制御回路７０は光検出器６６の出
力を処理し、そして制御信号を複数個のファイバスクイ
ーザ７３ないし７５に与え、これらは上で説明されたフ
ァイバスクイーザ５６ないし５８と実質的に同一である
。それゆえ、偏光器１０はファイバ１４の同じ領域で２
つの相互に伝搬する波からエラー信号を発生し、そのた
め偏光器１０から発生するすべての光信号は同じ偏波を
有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は溶融石英層とサブストレートのカーブした溝に
装着された光ファイバとの間の金属膜を示す、この発明
に従ったファイバの光偏光器の断面図である。 第２図は第１図の線２−２に沿ってとられた第１図のフ
ァイバの光偏光器の断面図である。 第３図はカプラーハーフに含まれた光ファイバのクラツ
ディングおよびコアの平坦な面を示す第１図および第２
図のファイバの光偏光器に含まれるカプラーハーフの上
面図である。 第４図はスーパーストレートとサブストレートの間の光
の導波管の側面図である。 第５図はファイバのコアを中心とした対称の屈折率分布
の光ファイバの屈折率とそれの直径の間の関係のグラフ
表示である。 第６図はファイバのコアを中心とした非対称の屈折率分
布の光ファイバの屈折率とそれの直径の間の関係のグラ
フ表示である。 第７図は光を光ファイバから金属層へと結合させること
によって引き起こされる金属の表面プラズマ波の電荷密
度の変化および伝搬を示す、第１図および第２図の金属
層と光ファイバの一部の拡大した図である。 第８図は第１図ないし第３図の偏光器への光入力の偏波
を制御するためのフィードバック制御システムの概略表
示である。 図において、１０は金属被覆偏光器、１２はカプラーハ
ーフ、１４は光ファイバ、１６はカーブした溝、１８は
サブストレート、１８ａおよび１８ｂは端縁、２０は金
属膜、２２は溶融シリカ層、２４は光学的に平坦な面、
２８は相互作用領域、３０は中央のコア、３２はタラッ
ディング、２６および３４は楕円形の平坦な面、３Ｂお
よび３８は先細りのクラツディング部分、４ｏはスーパ
ーストレート、４２はサブストレート、５０は光検出器
、５２および７０は制御回路、５４は偏波制御システム
、５６．５７および５８はファイバスクイーザ、６２お
よび６４は圧電アクチュエータ、６６は第２の光検出器
、７３．７４および７５はファイバスクイーザである。 特許出願人　リットン・ンステムズ・ インコーホレーテッド ＦＩＧ、　６

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）中央のコアおよび中央のコアを取巻くクラッディ
   ングを有する光ファイバ内の選択された偏波の光信号を
   伝搬し、そして他の偏波の光信号を光ファイバから輻射
   するための偏光器であって； 前記光ファイバの長尺内に形成される相互作用領域と； 前記光ファイバの光波が前記相互作用領域を通って伝搬
   することを妨げるためのカットオフ手段と； 前記相互作用領域の第１の部分で、特定な偏波を有する
   波を前記コアから導波管手段へと結合させるための手段
   と；さらに 前記相互作用領域の第２の部分で波を前記コアへと結合
   し直し、そして偏波を保護するための手段とを含む、偏
   光器。
2. （２）前記相互作用領域が： それの上にクラッディングを有さない前記光ファイバの
   面状のコア部分を含み、前記面状のコア部分は１対の端
   部の端縁を有し、それらの端部の端縁は前記光ファイバ
   の長尺に沿って、前記面状のコア部分の中央での最小か
   ら、コア材料が前記光ファイバから除去されていない前
   記相互作用領域に隣接した位置での最大にまで厚みが次
   第に増加し；さらに 前記面状のコア部分を取巻く面状のクラッディング部分
   を含み、前記面状のクラッディング部分はそれの内部端
   縁からの距離とともに増加するテーパされた厚みを有す
   る、特許請求の範囲第１項に記載の偏光器。
3. （３）前記カットオフ手段が前記面状のコア部分上に金
   属層を含む、特許請求の範囲第２項に記載の偏光器。
4. （４）前記金属層を覆い、そして前記面状のクラッディ
   ング部分の上に延在する誘電材料の層をさらに含み、前
   記誘電材料は前記クラッディングと本質的に同じ屈折率
   を有する、特許請求の範囲第３項に記載の偏光器。
5. （５）前記カットオフ手段は： 前記面状のコア部分のすべてを覆い、そして前記面状の
   コア部分を越えて延在して、前記面状のコア部分と隣接
   した前記面状のクラッディング部分を覆う金属層を含み
   、そのため前記コアに関しての屈折率分布の非対称が前
   記面状のコア部分のすべておよび前記面状のコア部分を
   取巻く前記面状のクラッディング部分の一部の上に延在
   し；さらに 前記金属層を覆い、そして前記面状のクラッディング部
   分上に延在する誘電材料の層を含み、前記誘電材料は前
   記クラッディングと本質的に同じ屈折率を有し、前記金
   属層で覆われた前記面状のコア部分と前記クラッディン
   グの領域でのみ前記コアに関しての屈折率分布の非対称
   が、偏光器。
6. （６）中央のコアとコアを取巻くクラッディングを有す
   る光ファイバ内を伝搬する光を偏波するための方法であ
   って： 光ファイバの前記長尺に前記相互作用領域を形成する工
   程と； 前記光ファイバの光波が前記相互作用領域を通って伝搬
   することを妨げる工程と； 前記相互作用領域の第１の部分で前記コアから導波管手
   段にまで特定の偏波を有する第１の波を結合させる工程
   と；さらに 前記相互作用領域の第２の部分で第１の波を前記コアに
   結合し直す工程とを含む、方法。
7. （７）前記相互作用領域を形成する工程が：前記光ファ
   イバから材料を除去し、その上にクラッディングを有さ
   ない面状のコア部分を形成する工程と； 前記面状のコア部分を、形成して、前記光ファイバの長
   尺に沿って前記面状のコア部分の中央の最小から、前記
   光ファイバからいかなるコア材料も除去されなかった前
   記相互作用領域と隣接する部分の最大まで、厚みが次第
   に増加する１対の端部の端縁を有する工程と；さらに 前記面状のコア部分を取巻く面状のクラディング部分を
   形成する工程とを含む、特許請求の範囲第８項に記載の
   方法。
8. （８）前記面状のコア部分の一部と隣接して金属膜を置
   き、そして前記面状のクラッディング部分上に延在する
   誘電材料の層で前記金属層を覆う工程をさらに含む、特
   許請求の範囲第７項に記載の方法。
9. （９）前記面状のコア部分のすべてを覆い、前記面状の
   コア部分を越えて延在して、そして前記面状のコア部分
   と隣接した前記面状のクラッディング部分を覆うために
   前記金属層を形成する、工程をさらに含み、そのため前
   記コアに関しての屈折率分布の非対称が前記面状のコア
   部分を取巻く前記面状のクラッディング部分の一部に延
   在し；さらに 前記金属層を覆いそして前記面状のクラッディング部分
   上に延在する誘電材料の層を形成する、工程をさらに含
   み、前記誘電材料は前記面状のコア部分と前記クラッデ
   ィングの前記金属層によって覆われる領域でのみ前記コ
   アに関しての屈折率分布の非対称があるように、前記ク
   ラッディングと本質的に同じ屈折率を有するように形成
   されている、特許請求の範囲第８項に記載の方法。