JP2003121807A - 可変偏光面回転子およびそれを用いた光デバイス - Google Patents

可変偏光面回転子およびそれを用いた光デバイス

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JP2003121807A JP2001314950A JP2001314950A JP2003121807A JP 2003121807 A JP2003121807 A JP 2003121807A JP 2001314950 A JP2001314950 A JP 2001314950A JP 2001314950 A JP2001314950 A JP 2001314950A JP 2003121807 A JP2003121807 A JP 2003121807A
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浩 長枝
Nobuaki Mitamura
宣明 三田村
Kazuaki Akimoto
和明 秋元
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Abstract

(57)【要約】 【課題】偏光面の回転角を容易に制御することができる
小型で低コストの可変偏光面回転子およびそれを用いた
光デバイスを提供する。 【解決手段】本発明の可変偏光面回転子１は、入力光線
の偏光方向に対して同一の方向または９０度傾いた方向
の光学軸を有し、その光学軸に平行な偏光成分と垂直な
偏光成分との間に９０度の位相差を与えるλ／４板３
と、λ／４板３の光学軸に対して±４５度傾いた光学軸
を有し、その光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分
との間に可変の位相差を与える位相差可変素子２と、位
相差可変素子２の可変の位相差を調整する位相差調整部
４と、を備え、入力光線が位相差可変素子２を透過して
楕円偏光または円偏光にされた後にλ／４板３を透過し
て直線偏光にされることによって、入力光線の偏光面が
位相差可変素子２で与えられる位相差に応じた角度で回
転されるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力光線の偏光面
を回転させる可変偏光面回転子に関し、特に、直線偏光
の偏光面を任意の角度で回転させるのに好適な可変偏光
面回転子およびそれを用いた光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の可変偏光面回転子としては、例え
ば、磁気光学結晶に印加する磁場を変化させることによ
り、入力光線の偏光面を回転させる磁気光学効果を応用
した可変ファラデー回転子などが知られている。図２２
は、従来の可変ファラデー回転子の構成例を示したもの
である。図２２において、従来の可変ファラデー回転子
１００は、コリメートレンズ１０２を有する入力光ファ
イバ１０１とコリメートレンズ１０４を有する出力光フ
ァイバ１０３との間の光軸上に配置され、入力側のコリ
メートレンズ１０２から出射される入力光線の偏光面を
所要の角度だけ回転させて出力側のコリメートレンズ１
０４に送るものである。この可変ファラデー回転子１０
０は、ここでは例えば、ファラデー素子（磁気光学結
晶）１１０と、それに９０度異なる２方向から磁界を印
加する永久磁石１１１および電磁石１１２とを組み合わ
せた構成を有するものとする。このような具体的な構成
において、ファラデー素子１１０の磁化方向は永久磁石
１１１による一定磁界と電磁石１１２による可変磁界と
の合成磁界の方向を向き、その合成磁界は磁化が飽和す
るのに十分な強さに設定されている。このため、ファラ
デー素子１１０の磁化ベクトルは、その大きさが一定で
方向だけが変化するようになる。従って、光線の進行方
向と平行な磁化成分は、合成磁界の方向すなわち電磁石
１１２による可変磁界の大きさに応じて変化することに
なり、この光線の進行方向と平行な磁化成分によって決
まるファラデー回転角が、電磁石１１２による磁界の大
きさに応じて変化するようになる。
【０００３】また、従来の可変偏光面回転子としては、
例えば、液晶を利用した構成も知られている。この液晶
を用いた従来の可変偏光面回転子は、液晶セルに印加す
る電場を変化させることにより、入力光線の偏光面を回
転させるものである。上記のようなファラデー素子や液
晶等を利用した従来の可変偏光面回転子は、例えば、可
変光減衰器や光スイッチ、光アイソレータ、光フィルタ
などの各種光デバイスに使用されている。具体的には、
可変ファラデー回転子を用いた可変光減衰器が、例えば
特開平６−５１２５５号公報等に開示されており、可変
ファラデー回転子を用いた光フィルタ（利得等化器）
が、例えば特開平１１−２７１７００号公報等に記載さ
れている。また、液晶を利用した可変光減衰器若しくは
光スイッチについては、例えば特開２００１−１３４７
７号公報や特開平１１−５２３３９号公報、特開平７−
２６１１４０号公報、特開昭６１−２８５４２７号公
報、実開昭５７−１００７２３号公報、特表平８−５０
５９６０号公報、特表平８−５０５９６１号公報等に開
示されている。さらに、前記の特表平８−５０５９６１
号公報には液晶を利用した光アイソレータも記載されて
いる。
【０００４】上記のような各種の光デバイスでは、可変
偏光面回転子による偏光面の回転制御に基づいて、透過
光の減衰量の調整や光路の切り替え、透過（損失）波長
特性の制御などの実現が図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の可変偏光面回転子については、磁気光学効
果を利用した可変ファラデー回転子の場合、磁場を可変
にする必要があるため電磁石を用いなければならずサイ
ズが大きくなってしまうと共に、比較的高価なファラデ
ー素子を使用するため高コストになってしまうという問
題がある。
【０００６】また、液晶を用いた可変偏光面回転子の場
合には、入力光線の偏光面の回転角を２つの状態（例え
ば、無回転の状態と特定の角度まで回転させた状態な
ど）のいずれかに２者択一的に変化させることは容易で
あるが、その中間の状態に偏光面の回転角を制御するこ
とが難しいという問題がある。前述した特開２００１−
１３４７７号公報等においては、２つの４５°ツイスト
ネマチック液晶を直列に配置することによって中間の状
態を制御し易くする技術が提案されているが、この場
合、２つのツイストネマチック液晶に対する制御を偏光
面の回転角に応じて切り替えて行う必要があるため、制
御が複雑になってしまうという欠点がある。
【０００７】本発明は上記のような点に着目してなされ
たもので、偏光面の回転角を容易に制御することができ
る小型で低コストの可変偏光面回転子およびそれを用い
た光デバイスを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明にかかる可変偏光面回転子は、直線偏光の偏
光面を回転するための構成として、位相板と、位相差可
変素子と、位相差調整部とを備える。位相板は、入力光
線の偏光方向に対して同一の方向または９０度傾いた方
向の光学軸を有し、透過する光線に対して、その光学軸
に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間に９０度の位
相差を与える。位相差可変素子は、位相板の光学軸に対
して±４５度傾いた光学軸を有し、透過する光線に対し
て、その光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との
間に可変の位相差を与える。位相差調整部は、位相差可
変素子の可変の位相差を調整する。そして、この可変偏
光面回転子は、入力光線が位相差可変素子を透過して楕
円偏光または円偏光にされた後に位相板を透過して直線
偏光にされることによって、入力光線の偏光面が位相差
可変素子で与えられる位相差に応じた角度で回転される
構成としたものである。
【０００９】上記のような可変偏光面回転子によれば、
位相差可変素子と位相板の組み合わせにより偏光面の回
転制御ができるようになるため、従来のファラデー回転
子等に比べて小型化および低コスト化を図ることが可能
になると共に、位相差可変素子で与えられる位相差を調
整することによって偏光面の回転角を任意に設定するこ
とができるため、回転角の制御も容易に行うことが可能
になる。
【００１０】上記可変偏光面回転子の１つの態様として
は、入力光路から出射される入力光線が、位相差可変素
子および位相板を順に透過して出力光路に入射される透
過型の構成としてもよい。また、他の態様としては、光
を反射する反射板を備え、入力光路から出射される入力
光線が、位相板および位相差可変素子を順に透過し、反
射板で反射され、位相差可変素子および位相板を順に再
度透過して出力光路に入射される反射型の構成としても
よい。
【００１１】さらに、上記各態様を変形させた別の態様
として、位相板に代えて第２位相差可変素子と第２位相
差調整部とを設けるようにしてもよい。第２位相差可変
素子は、入力光線の偏光方向に対して同一の方向または
９０度傾いた方向の光学軸を有し、透過する光線に対し
て、その光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との
間に可変の位相差を与える。第２位相差調整部は、第２
位相差可変素子の可変の位相差が入力光線の波長に応じ
て９０度となるように調整するものである。
【００１２】上記のような構成の可変偏光面回転子によ
れば、入力光線の波長帯域がある程度の幅を持つような
場合でも、第２位相差可変素子および第２位相差調整部
により波長に応じて９０度の位相差を確実に与えること
ができるようになる。上述したような本発明にかかる可
変偏光面回転子は、可変光減衰器や光スイッチ、光フィ
ルタ等の各種光デバイスにおいて、直線偏光の偏光面を
任意の角度で回転させるための光学要素として使用する
ことが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる可変偏光
面回転子の第１実施形態を示す構成図である。図１にお
いて、本可変偏光面回転子１は、例えば、位相差可変素
子２と、位相板としての１／４波長板（以下、λ／４板
とする）３と、位相差調整部４とを備えて構成される。
この可変偏光面回転子１は、コリメートレンズ１２を有
する入力光ファイバ１０（入力光路）とコリメートレン
ズ１３を有する出力光ファイバ１４（出力光路）との間
の光軸上に配置され、入力側のレンズ１２から出射され
る直線偏光の入力光線が位相差可変素子２およびλ／４
板３にこの順に入射されて偏光面が回転され、λ／４板
３を透過した直線偏光が出力側のレンズ１３に送られ
る。
【００１４】なお、符号１１および１５は、入力光ファ
イバ１０および出力光ファイバ１４の端部に設けられる
フェルールである。また、ここでは、レンズ１２と位相
差可変素子２の間の点をＰ１とし、位相差可変素子２と
λ／４板３の間の点をＰ２とし、λ／４板３とレンズ１
３の間の点をＰ３とする。位相差可変素子２およびλ／
４板３の各光学軸の関係は、図２の上段に示すように、
λ／４板３の光学軸３ａ（複屈折結晶のＣ軸（遅軸）に
該当する）が入力光線の偏光方向に対して同一方向とな
るように設定され、そのλ／４板３の光学軸３ａに対し
て、位相差可変素子２の光学軸２ａが＋４５度または−
４５度傾くように設定される。または、図２の下段に示
すように、λ／４板３の光学軸３ａが入力光線の偏光方
向に対して９０度傾いた方向となるように設定され、そ
のλ／４板３の光学軸３ａに対して、位相差可変素子２
の光学軸２ａが＋４５度または−４５度傾くように設定
される。上記のような図２に示した各関係において、入
力側のレンズ１２から出射され位相差可変素子２に与え
られる直線偏光の偏光方向は、位相差可変素子２の光学
軸２ａに対して±４５度傾いた方向となる。
【００１５】位相差可変素子２は、透過する光線に対し
て、その光学軸２ａに平行な偏光成分と垂直な偏光成分
との間に可変の位相差αを与えることが可能であり、こ
の可変の位相差αは位相差調整部４によって任意の値に
調整されるものとする。位相差可変素子２の具体例とし
ては、ネマチック液晶等の液晶素子、または、ニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶や（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3結晶（ＰＬＺＴ結晶）等の電気光学効果
を有する結晶を用いて形成されたものなどが挙げられ
る。ただし、本発明における位相差可変素子は上記の具
体例に限定されるものではない。
【００１６】λ／４板３は、透過する光線に対して、そ
の光学軸３ａに平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間
に９０度の位相差を与えるものである。ここでは、λ／
４板３で与えられる位相差の波長依存性が小さい場合を
考え、λ／４板３を透過するすべての波長の光線に対し
て９０度の位相差が固定的に与えられるものとする。上
記のような構成の可変偏光面回転子１では、入力光ファ
イバ１０に取り付けられたフェルール１１の一端面から
直線偏光が出射され、その直線偏光がレンズ１２でコリ
メートされて可変偏光面回転子１の位相差可変素子２に
入力される。ここでは、位相差可変素子２への入力光線
（図１の点Ｐ１における光線）の偏光状態として、例え
ば図３のＰ１に示すような水平方向の直線偏光を考える
ことにする。このような入力光線は、位相差可変素子２
の光学軸２ａに対して偏光方向が±４５度傾いた状態で
位相差可変素子２に入射されることになる。
【００１７】なお、本発明における入力光線の偏光方向
は水平方向に限られるものではなく、任意の方向の直線
偏光を入力光線とすることが可能であり、その入力光線
の偏光方向に対応させて位相差可変素子２およびλ／４
板３の各光学軸を設定するようにする。位相差可変素子
２では、入力光線の光学軸２ａに平行な偏光成分と垂直
な偏光成分との間に位相差αが与えられる。これによ
り、位相差可変素子２を透過した光線（図１の点Ｐ２に
おける光線）の偏光状態は、図３のＰ２に示すように楕
円化される。
【００１８】図４は、位相差可変素子２における偏光状
態の変化の様子を示した模式図である。なお、図には位
相差可変素子２としてネマチック液晶を使用した一例が
示してある。ネマチック液晶を用いた位相差可変素子２
の場合には、例えば液晶セル２Ａの透明電極２Ｂに印加
する電圧Ｖを調整して、セル内の液晶分子２ＣをＡ面上
で回転させる（図４（Ｄ）参照）ことによって、液晶に
おける光学軸に相当するＡ面の方向に平行な偏光成分と
垂直な偏光成分との間に位相差αが与えられる。具体的
に図４（Ａ）には、液晶セル２Ａに電圧を印加しないと
きに入力された直線偏光がそのままの偏光状態で出力さ
れる場合が示してあり、図４（Ｂ）には、液晶セル２Ａ
に電圧Ｖ1を印加したときに直線偏光が楕円偏光に変化
する場合が示してあり、図４（Ｃ）には、液晶セル２Ａ
に電圧Ｖ2（≠Ｖ1）を印加したときに直線偏光が円偏光
に変化する場合が示してある。
【００１９】そして、位相差可変素子２を透過して楕円
化された光線は、位相差可変素子２の光学軸２ａとのな
す角が±４５度に設定された光学軸３ａを持つλ／４板
３に入力されることにより、楕円の長軸に平行な楕円の
接線と楕円の短軸に平行な楕円の接線との交点および原
点を通る直線偏光に変化する。これにより、λ／４板３
を透過した光線（図１の点Ｐ３における光線）の偏光状
態は、図３のＰ３に示すように、入力光線の偏光面を所
要の角度だけ回転させた直線偏光となる。
【００２０】ここで、上記のような可変偏光面回転子１
による直線偏光の偏光面の回転動作を数式を用いて説明
する。以下では、図４（Ｄ）の左側に示したように、光
線の進行方向に対して垂直な平面内にｘ軸およびｙ軸を
とり、光線の進行方向をｚ軸とする座標系を設定するこ
とにする。まず、初期座標ｘｙ平面において、入力光線
の偏光方向がｘ軸に平行であるとすると、位相差可変素
子２に入力される直線偏光は次の（１）式で表される。
【００２１】
【数１】 ただし、ωは角周波数、ｔは時間である。次に、入力光
線の偏光方向に対して４５度傾いた光学軸２ａを有する
位相差可変素子２による位相遅延を与えるため、次の
（２）式に示す関係に従って、４５°傾いた座標系
（ｘ’，ｙ’）に座標変換を行う。
【００２２】
【数２】 位相差可変素子２において与えられるｘ’軸方向の位相
遅延がａ＋αであり、ｙ’軸方向の位相遅延がａである
とすると、位相差可変素子２を透過した後の光線は次の
（３）式で表されるようになる。
【００２３】
【数３】 λ／４板３は、位相差可変素子２の光学軸２ａに対して
−４５°傾いた光学軸３ａを持つものとして、すなわ
ち、入力光線の偏光方向と同じ方向の光学軸３ａを持つ
ものとして、次の（４）式に示す関係に従って、ｘｙ座
標系に再変換を行う。
【００２４】
【数４】 λ／４板３において与えられるｘ軸方向の位相遅延がｂ
＋９０°であり、ｙ軸方向の位相遅延がｂであるとする
と、λ／４板３を透過した後の光線は次の（５）式で表
されるようになる。
【００２５】
【数５】 上記（５）式によって示される光線は、入力光線の偏光
面をα／２度だけ回転させた直線偏光を表している。従
って、図１の構成において、入力側のレンズ１２から出
射された直線偏光が位相差αを与える位相差可変素子２
およびλ／４板３を順に透過した場合、偏光面をα／２
度回転させた直線偏光が得られることになる。このた
め、例えば入力光線の偏光面を０〜９０度の範囲で回転
させたい場合には、位相差可変素子２によって与えられ
る位相差αを０〜１８０度の範囲で可変にすればよいこ
とになる。
【００２６】上述したように第１実施形態の可変偏光面
回転子１によれば、液晶素子や電気光学効果を有する結
晶等を用いた位相差可変素子２とλ／４板３との簡単な
組み合わせにより直線偏光の偏光面を位相差可変素子２
で与える位相差αに応じた角度で回転させることができ
るため、従来のファラデー回転子等に比べて小型化およ
び低コスト化を図ることが可能である。また、単一の位
相差可変素子２で与えられる位相差αを調整することに
よって偏光面の回転角を任意に設定することができるた
め、回転角の制御も容易に行うことが可能である。
【００２７】なお、上述した可変偏光面回転子の第１実
施形態では、入力光ファイバ１０から偏光状態の保存さ
れた直線偏光が出射されるようにしたが、本発明は任意
の偏光状態の光線が入力光ファイバ１０から出射される
場合にも応用することが可能である。この場合には、例
えば図５に示すように、入力光線から直線偏光を切り出
す偏光子１６を入力側のレンズ１２と位相差可変素子２
との間の光路上に挿入し、この偏光子１６の光学軸に対
して、λ／４板３の光学軸が同一方向または９０度傾い
た方向となるように設定すればよい。
【００２８】次に、本発明にかかる可変偏光面回転子の
第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態
による可変偏光面回転子の構成図である。なお、上述し
た第１実施形態の構成と同様の部分には同一の符号を付
してその説明を省略し、以降、他の実施形態においても
これと同様とする。図６において、本可変偏光面回転子
１’は、第１実施形態の場合と同様の位相差可変素子
２、λ／４板３および位相差調整部４に加えて、光を反
射する反射板５を設け、λ／４板３、位相差可変素子２
および反射板５をこの順に配置して反射型の構成を実現
したものである。この反射型の可変偏光面回転子１’
は、同じ側に並べられた入力光ファイバ１０および出力
光ファイバ１４の各端面にλ／４板３が対向するように
配置され、入力光ファイバ１０から出射される入力光線
が可変偏光面回転子１’内で反射されて出力光ファイバ
１４に入射されるように光学系が設定されている。
【００２９】なお、図６では入力光ファイバ１０のフェ
ルール１１端面から出射される光線をコリメートするレ
ンズと、可変偏光面回転子１’で反射出力される光線を
出力光ファイバ１４のフェルール１５端面に集光するレ
ンズとが省略してある。また、ここでは、入力光ファイ
バ１０および出力光ファイバ１４を個別に配置するよう
にしているが、２芯の光ファイバ等を用いて入出力系を
束ねることも可能である。さらに、図６の構成例におい
ては、入力光ファイバ１０と反射板５の間の往路側光路
上における、λ／４板３の光入力点および光出力点をＰ
１およびＰ２、位相差可変素子２と反射板５の間の点を
Ｐ３とすると共に、反射板５と出力光ファイバ１４の間
の復路側光路上におけるλ／４板３の光入力点および光
出力点をＰ４およびＰ５としている。
【００３０】λ／４板３および位相差可変素子２の各光
学軸の関係は、上述した第１実施形態の場合と基本的に
同様であって、図７の上段に示すように、λ／４板３の
光学軸３ａが入力光線の偏光方向に対して同一方向とな
るように設定され、そのλ／４板３の光学軸３ａに対し
て、位相差可変素子２の光学軸２ａが＋４５度または−
４５度傾くように設定される。または、図７の下段に示
すように、λ／４板３の光学軸３ａが入力光線の偏光方
向に対して９０度傾いた方向となるように設定され、そ
のλ／４板３の光学軸３ａに対して、位相差可変素子２
の光学軸２ａが＋４５度または−４５度傾くように設定
される。
【００３１】上記のような反射型の可変偏光面回転子
１’では、入力光ファイバ１０から出射されてコリメー
トされた入力光線がλ／４板３に入力される。ここでも
第１実施形態の場合と同様に、λ／４板３への入力光線
（図６の点Ｐ１における光線）の偏光状態として、例え
ば図８でＰ１に示すような水平方向の直線偏光を考える
ことにする。λ／４板３では、その光学軸３ａと入力光
線の偏光方向とが同じ方向となるため、図８でＰ２に示
すように、入力光線が偏光状態を変えることなく直線偏
光のまま透過して位相差可変素子２に伝えられることに
なる。
【００３２】位相差可変素子２では、第１実施形態の場
合と同様にして、λ／４板３からの直線偏光に対し、光
学軸２ａに平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間に位
相差αが与えられ、図８でＰ３に示すように偏光状態が
位相差αに応じて楕円化された光線が生成される。そし
て、位相差可変素子２を透過して楕円化された光線は、
反射板５で反射されて位相差可変素子２に戻され、往路
と同様にして復路でも位相差αが与えられる。位相差可
変素子２を往復した光線は、図８でＰ４に示すような楕
円偏光または円偏光となってλ／４板３に再入力され
る。
【００３３】λ／４板３では、その光学軸３ａが位相差
可変素子２の光学軸２ａに対して±４５度傾けられてい
ることにより、位相差可変素子２からの光線が、楕円の
長軸に平行な楕円の接線と楕円の短軸に平行な楕円の接
線との交点および原点を通る直線偏光に変えられる。こ
れにより、λ／４板３を透過して出力光ファイバ１５に
送られる光線は、図８でＰ５に示すように、入力光線の
偏光面を所要の角度だけ回転させた直線偏光となる。
【００３４】上記のような反射型の可変偏光面回転子
１’による偏光面の回転角度は、入力光線が位相差可変
素子２を往復することによって与えられる２αの位相差
に応じてα度となることが、上述の（１）式〜（５）式
の関係からも明らかである。このため、例えば入力光線
の偏光面を０〜９０度の範囲で回転させたい場合には、
位相差可変素子２によって与えられる位相差αを０〜９
０度の範囲で可変にすればよいことになる。
【００３５】このように第２実施形態による反射型の可
変偏光面回転子１’によれば、上述した第１実施形態の
場合と同様の効果を得ることができると共に、位相差可
変素子２で与える位相差αの調整範囲を狭くすることが
可能であるため、位相差可変素子２として用いる液晶素
子等への印加電圧を小さくすることができる。なお、上
述した第１、２実施形態の可変偏光面回転子１，１’に
おいては、位相差可変素子２により偏光状態が楕円化さ
れた光線を直線偏光に戻すために、互いに垂直な偏光成
分に対して９０度の位相差を固定的に与えるλ／４板３
を使用した。しかし、一般的なλ／４板は、入力光線の
波長が設定波長からずれてくると、与えられる位相差が
９０度からずれてきてしまうため、入力光線の波長帯域
がある程度の幅を持つような場合には、その波長帯域内
のすべての光線に対してλ／４板により９０度の位相差
を与えることができなくなる可能性がある。このような
場合には、例えば図９の構成図に示すように、λ／４板
に代えて、位相差を変化させることのできる位相差可変
素子６およびその可変の位相差を調整する位相差調整部
７を設けるようにするのが好ましい。
【００３６】上記の位相差可変素子６は、その光学軸が
入力光線の偏光方向に対して同一方向または９０度傾い
た方向となるように設定される。この位相差可変素子６
としては、位相差可変素子２と同様のデバイスを用いる
ことができ、具体的には、ネマチック液晶等の液晶素
子、または、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶や
（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3結晶（ＰＬＺＴ結
晶）等の電気光学効果を有する結晶を用いて形成された
ものなどを使用することが可能である。例えば、各々の
位相差可変素子２，６にネマチック液晶を用いた場合に
は、図１０に示すような要部構成および偏光状態の変化
になる。また例えば、各々の位相差可変素子２，６に電
気光学液晶を用いた場合には、図１１に示すような要部
構成および偏光状態の変化になる。上記のような各構成
例において、位相差可変素子６は、素子に電圧を印加し
ていない状態で設定中心波長の位相差が９０度付近とな
るような設定とし、波長の違いによる位相差の変化は印
加電圧を調整することで補償されるようにする。波長の
違いによる位相差の調整は微小量である場合が多いた
め、位相差可変素子６への印加電圧は比較的小さな値と
なる。
【００３７】なお、直線偏光を楕円化させるための位相
差可変素子２と、楕円化された光線を直線偏光に戻すた
めの位相差可変素子６とに使用する液晶素子または電気
光学結晶等の選択については、上記図１０や図１１に示
した一例に限られるものではなく各材料の任意の組み合
わせが可能であり、使用条件やコスト等に応じて適宜に
選択することができる。また、図９では、上述の図１に
示した透過型の構成についてλ／４板を位相差可変素子
に変えるようにしたが、図６に示した反射型の構成につ
いても同様とすることが可能である。
【００３８】次に、上述してきたような本発明にかかる
可変偏光面回転子を用いた各種光デバイスの実施形態に
ついて説明する。図１２は、本発明にかかる可変偏光面
回転子を用いた透過型の可変光減衰器の実施形態を示す
構成図である。図１２において、可変光減衰器２０は、
例えば、くさび形状の複屈折性結晶を用いて形成された
偏光子２１および検光子２２を、上述の図１に示した可
変偏光面回転子１の前後に配置し、入力光ファイバ１０
から出射された光線がレンズ１２を介して偏光子２１に
入力され、また、検光子２２を透過した所定の偏光状態
の光線がレンズ１３を介して出力光ファイバ１４に入射
される構成としたものである。さらに、偏光子２１およ
び検光子２２は、互いの光学軸の方向が一致するように
配置されており、これらの光学軸に対してλ／４板３の
光学軸が同一方向または９０度傾いた方向となるように
設定されている。
【００３９】なお、ここでは、偏光子２１と可変偏光面
回転子１の間の点をＰ１１とし、可変偏光面回転子１と
検光子２２の間の点をＰ１２とし、検光子２２とレンズ
１３の間の点をＰ１３とする。上記のような構成の可変
光減衰器２０では、入力光ファイバ１０に取り付けられ
たフェルール１１の一端面から出射された光線が、レン
ズ１２でコリメートされて偏光子２１に入力され、常光
ｏと異常光ｅに分離されて可変偏光面回転子１にそれぞ
れ送られる。可変偏光面回転子１に入力される常光ｏお
よび異常光ｅの偏光方向は、例えば図１３のＰ１１に示
すように、水平方向および垂直方向であって互いに直交
している。
【００４０】可変偏光面回転子１に入力された常光ｏお
よび異常光ｅは、位相差可変素子２およびλ／４板３を
順に透過することにより、位相差可変素子２で与えられ
る位相差αに応じた回転角に従って各々の偏光面が回転
されて検光子２２に送られる。可変偏光面回転子１を透
過した各光線ｏ，ｅは、具体的には図１３のＰ１２に示
すように、各々の偏光面が互いに逆方向に同じ角度α／
２だけ回転された直線偏光となる。
【００４１】可変偏光面回転子１で偏光面が回転されて
検光子２２に入力された各光線ｏ，ｅは、検光子２２に
よって常光と異常光にそれぞれ分離される。ここでは、
検光子２２に入力された光線ｏについて分離された成分
を常光ｏｏと異常光ｏｅとし、検光子２２に入力された
光線ｅについて分離された成分を常光ｅｏと異常光ｅｅ
とする。各光線ｏｏ，ｏｅ，ｅｏ，ｅｅの偏光方向は、
図１３のＰ１３に示すような状態となる。これらの検光
子２２を透過した光線については、偏光子２１および検
光子２２の各光学軸の方向が一致させてあるため、常光
ｏｏおよび異常光ｅｅは、各々の進行方向が平行となり
レンズ１３によってフェルール１５の端面に集光されて
出力光ファイバ１４に入射される（図１２に実線で示す
光路）。一方、検光子２２を透過した異常光ｏｅおよび
常光ｅｏは、各々の進行方向が平行ではなく広がるよう
になるためレンズ１３を通過しても出力光ファイバ１４
の一端には結合されなくなる（図１２に点線で示す光
路）。
【００４２】具体的に、本可変光減衰器２０への入力光
が可変偏光面回転子１により偏光面の回転を受けない場
合には、偏光子２１で分離された常光ｏが検光子２２か
ら常光ｏｏとして出力され、偏光子２１で分離された異
常光ｅが検光子２２から異常光ｅｅとして出力されるた
め、偏光子２１での常光ｏおよび異常光ｅがレンズ１３
を介して出力光ファイバ１４に結合するようになる。一
方、入力光が可変偏光面回転子１により９０度の偏光面
の回転を受けた場合には、偏光子２１で分離された常光
ｏが検光子２２から異常光ｏｅとして出力され、偏光子
２１で分離された異常光ｅが検光子２２から常光ｅｏと
して出力されるため、偏光子２１での常光ｏおよび異常
光ｅはレンズ１３を通っても出力光ファイバ１４には結
合しなくなる。
【００４３】このようにして、可変偏光面回転子１にお
ける偏光面の回転量に応じて出力光ファイバ１４に入射
される光の光量が変化するようになるため、図１２に示
したような光学系の構成は、可変光減衰器として機能す
ることになる。ここで、検光子２２から出力される、常
光ｏｏと異常光ｏｅの光量の比率（ｏｏ／ｏｅ比）およ
び異常光ｅｅと常光ｅｏの光量の比率（ｅｅ／ｅｏ比）
は、可変偏光面回転子１における常光ｏおよび異常光ｅ
についての各偏光面の回転角の絶対値によって決まるた
め、各々の比率が等しくなる（ｏｏ／ｏｅ比＝ｅｅ／ｅ
ｏ比）。これにより、出力光ファイバ１４に入射する光
線の光量は、入力光ファイバ１０から出射される光線の
偏光状態には依存しないことになり、可変光減衰器２０
は入射偏光依存性変動が発生することのない安定した光
減衰特性が得られることになる。
【００４４】上記のように本実施形態の可変光減衰器２
０によれば、従来のファラデー回転子等を用いた可変光
減衰器に比べて小型化および低コスト化を図ることがで
きると共に、可変の減衰量の制御も容易に行うことが可
能である。次に、本発明にかかる可変偏光面回転子を用
いた可変光減衰器の他の実施形態について説明する。
【００４５】図１４は、本発明にかかる可変偏光面回転
子を用いた反射型の可変光減衰器の実施形態を示す構成
図である。図１４において、可変光減衰器２０’は、例
えば、くさび形状の複屈折性結晶を用いて形成された偏
光子２１を、上述の図６に示した反射型の可変偏光面回
転子１’のλ／４板３側に対向させて配置し、ここでは
２芯の光ファイバ１０’の入力側光路から出射された光
線がレンズ１２’を介して偏光子２１に入力され、その
偏光子２１を透過した光線が可変偏光面回転子１’内を
伝搬して反射板５で反射されて偏光子２１に戻され、偏
光子２１を再度透過した所定の偏光状態の光線がレンズ
１２’を介して光ファイバ１０’の出力側光路に入射さ
れる構成としたものである。また、偏光子２１およびλ
／４板３は、各々の光学軸が同一方向または９０度傾い
た方向となるように配置されている。
【００４６】上記のような構成の反射型の可変光減衰器
２０’では、図１５（Ａ）の往路に示すように、光ファ
イバ１０’の入力光路を伝搬してフェルール１１’の一
端面から出射された光線が、レンズ１２’でコリメート
されて偏光子２１に入力され、常光ｏと異常光ｅに分離
されて反射型の可変偏光面回転子１’にそれぞれ送られ
る。可変偏光面回転子１’に入力される常光ｏおよび異
常光ｅ（図１５（Ａ）でＰ２１に示す位置を通る光線）
の偏光方向は、例えば図１６のＰ２１に示すように、水
平方向および垂直方向であって互いに直交している。
【００４７】可変偏光面回転子１’に入力された常光ｏ
および異常光ｅは、λ／４板３に送られ、λ／４板３で
は、その光学軸が各光線の偏光方向と同一方向または９
０度の方向となるため、常光ｏおよび異常光ｅがそれぞ
れ偏光状態を変えることなく直線偏光のまま透過して位
相差可変素子２に伝えられる。位相差可変素子２では、
λ／４板３を透過した各光線ｏ，ｅが、位相差可変素子
２の光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間に
位相差αが与えられて楕円化される。そして、位相差可
変素子２を透過して楕円化された各光線ｏ，ｅは、図１
５（Ｂ）の往路に示すように、反射板５で反射されて位
相差可変素子２に戻され、往路と同様にして復路でも位
相差αが与えられる。これにより位相差可変素子２を往
復した各光線ｏ，ｅは楕円偏光または円偏光となってλ
／４板３に再入力される。なお、反射板５の反射面５Ａ
における各光線ｏ，ｅの入出射状態は、図１７の拡大図
に示すように、各々の入射角φ１および出射角φ２の間
にφ１＝φ２の関係が成り立つように光学系が設計され
ているものとする。
【００４８】λ／４板３では、位相差可変素子２を往復
した各光線ｏ，ｅが、楕円の長軸に平行な楕円の接線と
楕円の短軸に平行な楕円の接線との交点および原点を通
る直線偏光に変えられる。これにより、λ／４板３を透
過して偏光子２１に送られる各光線ｏ，ｅ（図１５
（Ｂ）でＰ２２に示す位置を通る光線）は、図１６でＰ
２２に示すように、入力時における各々の偏光面をα度
だけ互いに逆方向にそれぞれ回転させた直線偏光とな
る。
【００４９】可変偏光面回転子１’で偏光面がα度回転
されて偏光子２１に戻された各光線ｏ，ｅは、偏光子２
１によって常光と異常光にそれぞれ分離される。ここで
は、偏光子２１に入力された光線ｏについて再分離され
た成分を常光ｏｏと異常光ｏｅとし、偏光子２１に入力
された光線ｅについて再分離された成分を常光ｅｏと異
常光ｅｅとする。各光線ｏｏ，ｏｅ，ｅｏ，ｅｅの偏光
方向は、図１６のＰ２３に示すような状態となる。これ
らの偏光子２１を透過した各光線は、異常光ｏｅおよび
常光ｅｏについては、各々の進行方向が平行となりレン
ズ１２’によってフェルール１１’の端面に集光されて
光ファイバ１１’の出力側光路に入射される（図１５
（Ｂ）に実線で示す光路）。一方、常光ｏｏおよび異常
光ｅｅについては、各々の進行方向が平行ではなく広が
るようになるためレンズ１２’を通過しても光ファイバ
１１’の出力側光路には結合されなくなる（図１５
（Ｂ）に点線で示す光路）。
【００５０】具体的に、本可変光減衰器２０’への入力
光が可変偏光面回転子１’により偏光面の回転を受けな
い場合には、偏光子２１において、往路で分離された常
光ｏが復路で常光ｏｏとして出力され、また、往路で分
離された異常光ｅが復路で異常光ｅｅとして出力される
ため、往路での常光ｏおよび異常光ｅはレンズ１２’で
集光されても光ファイバ１１’の出力側光路には結合し
なくなる。一方、入力光が可変偏光面回転子１’により
９０度の偏光面の回転を受けた場合には、偏光子２１に
おいて、往路で分離された常光ｏが復路で異常光ｏｅと
して出力され、また、往路で分離された異常光ｅが復路
で常光ｅｏとして出力されるため、往路での常光ｏおよ
び異常光ｅがレンズ１２’を介して光ファイバ１１’の
出力側光路に結合するようになる。
【００５１】このようにして、可変偏光面回転子１’に
おける偏光面の回転量に応じて光ファイバ１１’の出力
側光路に入射される光の光量が変化するようになるた
め、図１４に示したような反射型の光学系の構成も可変
光減衰器として機能することになる。上記のように本実
施形態の反射型の可変光減衰器２０’によっても、上述
した透過型の可変光減衰器２０’と同様の効果を得るこ
とができる。また、透過型に比べて、同じ範囲の光減衰
量を得るために位相差可変素子２で与えることが必要な
位相差αの調整範囲を狭くすることが可能であるため、
位相差可変素子２として用いる液晶素子等への印加電圧
を小さくすることができる。
【００５２】次に、本発明にかかる可変偏光面回転子を
用いた光スイッチの実施形態について説明する。図１８
は、本発明にかかる可変偏光面回転子を用いた１×２光
スイッチの実施形態を示す構成図である。図１８におい
て、１×２光スイッチ３０は、例えば、上述した透過型
の可変偏光面回転子１の入力側光路上に、第１偏光分離
部としての偏光分離素子３１および偏光面一致制御部と
しての１／２波長板（以下、λ／２板とする）３２を配
置すると共に、可変偏光面回転子１の出力側光路上に、
第２偏光分離部としてのくさび形偏光分離素子３３を配
置して、入力光ファイバ１０から出射された光線がレン
ズ１２を介して偏光分離素子３１に入力され、また、く
さび形偏光分離素子３３で偏光分離されて異なる２つの
方向に分岐された各光線が、それぞれ、偏光復帰部とし
てのλ／２板３４，３４’、偏光合成部としての偏光分
離素子３５，３５’およびレンズ１３，１３’を介して
出力光ファイバ１４，１４’に入射される構成としたも
のである。
【００５３】偏光分離素子３１は、レンズ１２でコリメ
ートされた入力光線をそのビーム径よりも大きな間隔を
もって常光ｏおよび異常光ｅに偏光分離するものであっ
て、具体的には、例えば平行ルチル板等を使用すること
が可能である。λ／２板３２は、例えば、偏光分離素子
３１から出射される異常光ｅの光路上に配置され（ここ
では、偏光分離素子３１の出射端面の半分に貼り付けら
れ）、上記異常光ｅの偏光方向に対して４５度傾いた光
学軸を持ち、透過する異常光ｅの偏光方向を９０度回転
させるものである。これにより、偏光分離素子３１で分
離された常光ｏおよび異常光ｅは、各々の偏光方向を一
致させた２つの光線ｏ，ｅとして可変偏光面回転子１に
入力されるようになる。
【００５４】くさび形偏光分離素子３３は、偏光分離素
子３１の光学軸に対して同一方向または９０度傾いた方
向の光学軸を持ち、可変偏光面回転子１を透過して偏光
面が０度または９０度回転された各光線ｏ，ｅが入力さ
れ、各々の偏光状態に応じた屈折を生じさせて進行方向
が互いに異なる２つの光路のいずれかに出力する。この
くさび形偏光分離素子３３の具体例としては、くさび形
ルチル板等を使用することが可能である。
【００５５】λ／２板３４，３４’は、それぞれ、くさ
び形偏光分離素子３３を透過して光路の切り替えが行わ
れた同一方向に伝搬する光のうちの一方について、その
偏光面を９０度回転させることにより、双方の光の偏光
状態を入力時と同様の状態に復帰させるものである。偏
光分離素子３５，３５’は、それぞれ、くさび形偏光分
離素子３３から直接送られてくる光と、λ／２板３４，
３４’を介して送られてくる光とを合成してレンズ１
３，１３’に出力するものであって、具体的には、例え
ば平行ルチル板を使用することが可能である。なお、偏
光分離素子３５，３５’およびλ／２板３４，３４’
は、それぞれ、入力側に設けた偏光分離素子３１および
λ／２板３２と同様のものを各出力光路の方向に合わせ
て対称的に配置することが可能である。
【００５６】上記のような構成の光スイッチ３０では、
入力光ファイバ１０のフェルール１１端面から出射され
た光線が、レンズ１２でコリメートされて偏光分離素子
３１に入力され、常光ｏと異常光ｅに分離された後、さ
らに異常光ｅについてはλ／２板３２を透過し偏光方向
が９０度回転されて常光ｏの偏光方向に揃えられる。こ
れにより、進行方向が平行で、かつ、偏光方向が一致し
た２つの光線ｏ，ｅが可変偏光面回転子１に入力される
ようになる。
【００５７】可変偏光面回転子１に入力された各光線
ｏ，ｅは、位相差可変素子２およびλ／４板３を順に透
過することにより、各々の偏光面が９０度回転される
か、または回転なしでくさび形偏光分離素子３３に送ら
れる。くさび形偏光分離素子３３では、光学軸の方向と
それに垂直な方向とで屈折率が異なるため、可変偏光面
回転子１での偏光面の回転に応じて各光線ｏ，ｅが屈折
を受ける。具体的には、可変偏光面回転子１による偏光
回転が０度の場合、各光線ｏ，ｅはくさび形偏光分離素
子３３において常光となり（ここでは光線ｏｏ，ｅｏで
示す）、常光の屈折を受けて方向を変える。一方、可変
偏光面回転子１による偏光回転が９０度の場合、各光線
ｏ，ｅはくさび形偏光分離素子３３において異常光とな
り（ここでは光線ｏｅ，ｅｅで示す）、異常光の屈折を
受けて方向を変える。このように、くさび形偏光分離素
子３３における常光ｏｏ，ｅｏと異常光ｏｅ，ｅｅの屈
折率が相違するため、可変偏光面回転子１による偏光回
転量に応じて透過光の光路を選択することが可能にな
る。
【００５８】くさび形偏光分離素子３３を透過して一方
の光路に出射された光線ｏｏ，ｅｏは、λ／２板３４の
設けられた偏光分離素子３５に送られて、各々の偏光状
態が入力時と同様の状態に復帰されて合成された後に、
レンズ１３を介してフェルール１５の端面に集光され出
力光ファイバ１４に入射される。また、くさび形偏光分
離素子３３を透過して他方の光路に出射された光線ｏ
ｅ，ｅｅについても、上記と同様にして、λ／２板３
４’、偏光分離素子３５’およびレンズ１３’を介して
フェルール１５’端面から出力光ファイバ１４’に入射
される。
【００５９】このように本実施形態によれば、光路の切
り替えを行う１×２光スイッチを透過型の可変偏光面回
転子１を用いて構成することが可能になる。次に、前述
したような可変偏光面回転子を用いた光スイッチについ
て、小型化を図るようにした応用例を説明することにす
る。図１９および図２０は、上記可変偏光面回転子を用
いた光スイッチの応用例を示す構成図であって、図１９
は上面図、図２０は側面図である。
【００６０】各図において、光スイッチ３０’の構成が
前述の図１８に示した光スイッチ３０の構成と異なる部
分は、くさび形偏光分離素子３３から出射される各光の
光路上にくさび形偏光分離素子３３’を挿入し、各々の
光路を伝搬する光がλ／２板３４の設けられた１つの偏
光分離素子３５を介して各出力光ファイバ１４，１４’
に導かれるようにした部分であり、それ以外の他の部分
の構成は光スイッチ３０の構成と同様である。
【００６１】くさび形偏光分離素子３３’は、くさび形
偏光分離素子３３と同形状かつ同質の偏光分離素子であ
り、具体的には、例えばくさび形ルチル板等を使用する
ことが可能である。このくさび形偏光分離素子３３’
は、くさび形偏光分離素子３３と偏光分離素子３５の間
に、くさび形偏光分離素子３３で異なる方向に出力され
る各光の進行方向が略平行となるような光学的な位置関
係で配置される。
【００６２】このように一対のくさび形偏光分離素子３
３，３３’を使用して光スイッチの光学系を構成するこ
とで、切り替えを行う各光路に対応させて個別に設けて
いたλ／２板および偏光分離素子を共通化することが可
能になるため、光スイッチ全体の小型化を図ることがで
きるようになる。次に、本発明にかかる可変偏光面回転
子を用いた光フィルタの実施形態について説明する。
【００６３】図２１は、本発明にかかる可変偏光面回転
子を用いた光フィルタの構成を示す平面図である。図２
１において、光フィルタ４０は、入力光ファイバ１０か
ら出射される光のレベルが波長に対して変化するような
場合に、透過率の波長に対する依存性（透過波長特性）
を能動的に変化させることで、所要の波長特性を持つ透
過光が得られるようにした光フィルタである。このよう
な光フィルタの基本構成は、例えば上述した特開平１１
−２７１７００号公報等に記載されている。本光フィル
タ４０は、従来構成において用いられていた可変ファラ
デー回転子に代えて本発明による可変偏光面回転子を使
用するようにして、小型化および低コスト化を図るよう
にしたことを特徴とするものである。
【００６４】具体的に上記の光フィルタ４０は、例え
ば、偏光波長特性変化素子４１の前後に、上述した透過
型の可変偏光面回転子１，１’をそれぞれ配置し、前述
の図１８に示した光スイッチの場合と同様にして、入力
光ファイバ１０からレンズ１２を介して偏光分離素子３
１に入力されて常光ｏおよび異常光ｅに分離されλ／２
板３２によって偏光方向の揃えられた各光線が、入力側
の可変偏光面回転子１に入力され、また、偏光波長特性
変化素子４１および出力側の可変偏光面回転子１’を透
過した各光線が、λ／２板３４および偏光分離素子３５
に入力されて合成されレンズ１３を介して出力光ファイ
バ１４に入射される構成としたものである。
【００６５】偏光波長特性変化素子４１は、水平偏光で
あるＰ偏光と、垂直偏光であるＳ偏光との透過率（また
は反射率）の変化が異なる波長特性を持つ光学エレメン
トである。図２１ではガラス基板４１Ａに偏光波長特性
変化素子４１が蒸着されている。この偏光波長特性変化
素子４１の具体例としては、誘電体からなる高屈折率お
よび低屈折率の薄膜を交互多層に重ね合わせた誘電体多
層膜などを使用することが可能である。
【００６６】上記の偏光波長特性変化素子４１の入力側
に配置される可変偏光面回転子１は、偏光波長特性変化
素子４１に入射する光線の偏光面を回転制御して、Ｐ偏
光とＳ偏光の比率（透過比率）を変化させ、本光フィル
タ４０の波長特性を可変に制御するためのものである。
偏光波長特性変化素子４１の出力側に配置される可変偏
光面回転子１’は、偏光波長特性変化素子４１を透過し
た各光の偏光面を逆回転制御して、各光の偏光状態を入
力側の可変偏光面回転子１を透過する前と同じ状態に復
帰させるためのものである。
【００６７】なお、ここでは各可変偏光面回転子１，
１’における偏光面の回転角度が、共通の位相差調整部
４から出力される信号に従って調整されるようにしてい
るが、可変偏光面回転子１，１’ごとに位相差調整部を
設けるようにすることも可能である。上記のような構成
の光フィルタでは、入力光ファイバ１０のフェルール１
１端面から出射された光線が、レンズ１２でコリメート
されて偏光分離素子３１に入力され、常光ｏと異常光ｅ
に分離された後、さらに異常光ｅについてはλ／２板３
２を透過し偏光方向が９０度回転されて常光ｏの偏光方
向に揃えられ、これにより、進行方向が平行で、かつ、
偏光方向が一致した２つの光線ｏ，ｅが可変偏光面回転
子１に入力される。
【００６８】可変偏光面回転子１では、偏光波長特性変
化素子４１において所望の透過波長特性が得られるよう
に、入力光線の偏光面が回転されて偏光波長特性変化素
子４１に入力されるＰ偏光とＳ偏光の比率が制御され
る。これにより、可変偏光面回転子１での偏光面の回転
量に応じて偏光波長特性変化素子４１の透過波長特性が
変化するようになる。
【００６９】偏光波長特性変化素子４１を所望の透過波
長特性に従って透過した各光線ｏ，ｅは、可変偏光面回
転子１’において、入力側の可変偏光面回転子１で回転
させられた偏光面を元の偏光面に復帰する方向に逆回転
させられる。そして、出力側の可変偏光面回転子１’を
透過した各光線ｏ，ｅは、λ／２板３４の設けられた偏
光分離素子３５に送られて、各々の偏光状態が入力時と
同様の状態に復帰されて合成された後に、レンズ１３を
介してフェルール１５の端面に集光され出力光ファイバ
１４に入射される。
【００７０】このように本実施形態によれば、透過波長
特性を能動的に変化させることのできる光フィルタを、
本発明による透過型の可変偏光面回転子１を用いて構成
することが可能になる。このような光フィルタは、透過
波長特性が偏光波長特性変化素子４１に入力される直線
偏光の偏光面の角度に応じて制御されることになるた
め、直線偏光の偏光面を任意の角度に回転制御できる本
発明による可変偏光面回転子は好適であり、従来の可変
ファラデー回転子を使用した場合に比べて、光フィルタ
の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００７１】なお、上述した光フィルタ４０では、入力
側の可変偏光面回転子１で偏光面が回転制御された各偏
光が偏光波長特性変化素子４１を透過して出力側の可変
偏光面回転子１’に送られる透過型の構成としたが、本
発明はこれに限らず、偏光波長特性変化素子４１で反射
された各偏光が出力側の可変偏光面回転子１’に送られ
る反射型の構成とすることも可能である。この場合、入
力側の可変偏光面回転子１での偏光面の回転角度に応じ
て偏光波長特性変化素子４１における反射率の波長依存
性が変化し、フィルタ特性が能動的に制御されることに
なる。
【００７２】なお、上述した各実施形態の説明では、本
発明の可変偏光面回転子を可変光減衰器、光スイッチま
たは光フィルタに適用するようにしたが、本発明にかか
る可変偏光面回転子の適用範囲はこれに限定されるもの
ではなく、直線偏光の偏光面の回転制御が必要な公知の
各種光デバイスについて適用することが可能である。以
上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめ
る。
【００７３】（付記１） 直線偏光の偏光面を回転する
可変偏光面回転子であって、入力光線の偏光方向に対し
て同一の方向または９０度傾いた方向の光学軸を有し、
透過する光線に対して、前記光学軸に平行な偏光成分と
前記光学軸に垂直な偏光成分との間に９０度の位相差を
与える位相板と、前記位相板の光学軸に対して±４５度
傾いた光学軸を有し、透過する光線に対して、前記光学
軸に平行な偏光成分と前記光学軸に垂直な偏光成分との
間に可変の位相差を与える位相差可変素子と、前記位相
差可変素子の可変の位相差を調整する位相差調整部と、
を備え、前記入力光線が前記位相差可変素子を透過して
楕円偏光または円偏光にされた後に前記位相板を透過し
て直線偏光にされることによって、前記入力光線の偏光
面が前記位相差可変素子で与えられる位相差に応じた角
度で回転されることを特徴とする可変偏光面回転子。
【００７４】（付記２） 付記１に記載の可変偏光面回
転子であって、入力光路から出射される前記入力光線
が、前記位相差可変素子および前記位相板を順に透過し
て出力光路に入射される透過型の構成としたことを特徴
とする可変偏光面回転子。
【００７５】（付記３） 付記１に記載の可変偏光面回
転子であって、光を反射する反射板を備え、入力光路か
ら出射される前記入力光線が、前記位相板および前記位
相差可変素子を順に透過し、前記反射板で反射され、前
記位相差可変素子および前記位相板を順に再度透過して
出力光路に入射される反射型の構成としたことを特徴と
する可変偏光面回転子。
【００７６】（付記４） 付記１に記載の可変偏光面回
転子であって、前記位相差可変素子が、液晶素子を用い
て形成されたものであることを特徴とする可変偏光面回
転子。
【００７７】（付記５） 付記１に記載の可変偏光面回
転子であって、前記位相差可変素子が、電気光学効果を
有する材料を用いて形成されたものであることを特徴と
する可変偏光面回転子。
【００７８】（付記６） 付記１に記載の可変偏光面回
転子であって、前記位相板が、複屈折結晶より形成され
る１／４波長板であることを特徴とする可変偏光面回転
子。
【００７９】（付記７） 付記１に記載の可変偏光面回
転子であって、前記位相板に代えて、前記入力光線の偏
光方向に対して同一の方向または９０度傾いた方向の光
学軸を有し、透過する光線に対して、前記光学軸に平行
な偏光成分と前記光学軸に垂直な偏光成分との間に可変
の位相差を与える第２位相差可変素子と、該第２位相差
可変素子の可変の位相差が前記入力光線の波長に応じて
９０度となるように調整する第２位相差調整部と、を設
けたことを特徴とする可変偏光面回転子。
【００８０】（付記８） 付記７に記載の可変偏光面回
転子であって、前記第２位相差可変素子が、液晶素子を
用いて形成されたものであることを特徴とする可変偏光
面回転子。
【００８１】（付記９） 付記７に記載の可変偏光面回
転子であって、前記第２位相差可変素子が、電気光学効
果を有する結晶を用いて形成されたものであることを特
徴とする可変偏光面回転子。
【００８２】（付記１０） 付記１に記載の可変偏光面
回転子を用いた可変光減衰器であって、入力光路から出
射される光を偏光分離して前記可変偏光面回転子に与え
る第１偏光分離素子と、前記可変偏光面回転子から出力
される光を偏光分離し、所定の偏光状態の光を出力光路
に入射させる第２偏光分離素子と、を備え、前記第１偏
光分離素子で偏光分離された直線偏光に対する前記可変
偏光面回転子での偏光面の回転角を調整することによっ
て、前記出力光路への入射光の光量を可変にしたことを
特徴とする可変光減衰器。
【００８３】（付記１１） 付記１０に記載の可変光減
衰器であって、前記入力光路の光出射端面と前記出力光
路の光入射端面とが対向し、前記光出射端面および前記
光入射端面の間に、前記第１偏光分離素子と、付記２に
記載した透過型の可変偏光面回転子と、前記第２偏光分
離素子とが順に配置されたことを特徴とする可変光減衰
器。
【００８４】（付記１２） 付記１１に記載の可変光減
衰器であって、前記入力光路の光出射端面と前記出力光
路の光入射端面とが同じ側に位置し、前記光出射端面お
よび前記光入射端面に対向させて、前記第１偏光分離素
子と、付記３に記載した反射型の可変偏光面回転子とが
順に配置され、前記第１偏光分離素子を透過した光が前
記可変偏光面回転子内で反射されて前記第１偏光分離素
子に戻され、該第１偏光分離素子が前記第２偏光分離素
子としても機能することを特徴とする可変光減衰器。
【００８５】（付記１３） 付記１に記載の可変偏光面
回転子を用いた光スイッチであって、入力光路から出射
される光を偏光分離する第１偏光分離部と、該第１偏光
分離部で偏光分離された複数の直線偏光を各々の偏光面
を一致させて前記可変偏光面回転子に与える偏光面一致
制御部と、前記可変偏光面回転子から出力される光を偏
光分離し、進行方向が互いに異なる複数の光路のいずれ
かに出力する第２偏光分離部と、該第２偏光分離部で各
光路に出力された光の偏光状態を、前記第１偏光分離部
で偏光分離される前と同じ偏光状態に復帰させる複数の
偏光復帰部と、該偏光復帰部で偏光状態が復帰された光
を合成して、前記各光路に対応した出力光路に入射させ
る複数の偏光合成部と、を備え、前記第１偏光分離部で
偏光分離された直線偏光に対する前記可変偏光面回転子
での偏光面の回転角を調整することによって、前記複数
の出力光路の切り替えを行うことを特徴とする光スイッ
チ。
【００８６】（付記１４） 付記１３に記載の光スイッ
チであって、前記第２偏光分離部が、くさび形状の偏光
分離素子であることを特徴とする光スイッチ。
【００８７】（付記１５） 付記１４に記載の光スイッ
チであって、前記第２偏光分離部と同形状かつ同質のく
さび形状の偏光分離素子からなる第３偏光分離部を備
え、前記第２偏光分離部で各光路に出力された光の進行
方向が前記第３偏光分離部を透過することで略平行にさ
れ、該略平行にされた各々の光が、１つの前記偏光復帰
部および１つの前記偏光合成部を介して、前記各光路に
対応した出力光路に入射されることを特徴とする光スイ
ッチ。
【００８８】（付記１６） 付記１に記載の可変偏光面
回転子を用いた光フィルタであって、入力光路から出射
される光を偏光分離して前記可変偏光面回転子に与える
偏光分離素子と、前記可変偏光面回転子から出力される
直線偏光が入力され、該直線偏光の進行方向に対して垂
直な平面内で直交する２つの偏光成分についての透過率
または反射率の波長変化が異なる特性を持つ偏光波長特
性変化素子と、を備え、前記偏光分離素子で偏光分離さ
れた直線偏光に対する前記可変偏光面回転子での偏光面
の回転角を調整して、前記偏光波長特性変化素子に入力
される直線偏光についての前記直交する２つの偏光成分
の比率を変化させることによって、前記偏光波長特性変
化素子の透過光または反射光の波長特性を可変にしたこ
とを特徴とする光フィルタ。
【００８９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の可変偏光
面回転子によれば、位相差可変素子と位相板の簡単な組
み合わせによって、直線偏光の偏光面を位相差可変素子
で与える位相差に応じた角度で回転させることができる
ため、従来のファラデー回転子等に比べて小型化および
低コスト化を図ることが可能であると共に、回転角の制
御も容易に行うことが可能である。このような本発明の
可変偏光面回転子を用いて可変光減衰器や光スイッチ、
光フィルタ等の各種光デバイスを構成することにより、
小型で安価な光デバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる可変偏光面回転子の第１実施形
態を示す構成図である。
【図２】図１の可変偏光面回転子における位相差可変素
子およびλ／４板の各光学軸の関係を示す図である。
【図３】図１の可変偏光面回転子における各点での偏光
状態を示す図である。
【図４】図１の可変偏光面回転子に用いられる位相差可
変素子の動作を説明する模式図であって、（Ａ）〜
（Ｃ）は液晶セルへの印加電圧に応じた偏光状態の変化
の様子を示す図、（Ｄ）は液晶分子の回転状態を示す図
である。
【図５】第１実施形態の可変偏光面回転子に関連して、
任意の偏光状態の入力光に対応した応用例を示す構成図
である。
【図６】本発明にかかる可変偏光面回転子の第２実施形
態を示す構成図である。
【図７】図６の可変偏光面回転子におけるλ／４板およ
び位相差可変素子の各光学軸の関係を示す図である。
【図８】図６の可変偏光面回転子における各点での偏光
状態を示す図である。
【図９】本発明にかかる可変偏光面回転子に関し、λ／
４板に代えて位相差可変素子および位相差調整部を設け
るようにした場合の構成図である。
【図１０】図９の可変偏光面回転子において、位相差可
変素子にネマチック液晶を用いた場合の要部構成および
偏光状態の変化を示す図である。
【図１１】図９の可変偏光面回転子において、位相差可
変素子に電気光学結晶を用いた場合の要部構成および偏
光状態の変化を示す図である。
【図１２】本発明にかかる可変偏光面回転子を用いた透
過型の可変光減衰器の実施形態を示す構成図である。
【図１３】図１２の可変光減衰器における各点での偏光
状態を示す図である。
【図１４】本発明にかかる可変偏光面回転子を用いた反
射型の可変光減衰器の実施形態を示す構成図である。
【図１５】図１４の可変光減衰器における動作を説明す
る図であって、（Ａ）は往路における光路を示し、
（Ｂ）は復路における光路を示す図である。
【図１６】図１２の可変光減衰器における各点での偏光
状態を示す図である。
【図１７】図１２の可変光減衰器について反射面付近の
光路を拡大して示した図である。
【図１８】本発明にかかる可変偏光面回転子を用いた１
×２光スイッチの実施形態を示す構成図である。
【図１９】本発明にかかる可変偏光面回転子を用いた１
×２光スイッチの応用例の構成を示す上面図である。
【図２０】本発明にかかる可変偏光面回転子を用いた１
×２光スイッチの応用例の構成を示す側面図である。
【図２１】本発明にかかる可変偏光面回転子を用いた光
フィルタの構成を示す平面図である。
【図２２】従来の可変ファラデー回転子の構成例を示す
図である。
【符号の説明】
１，１’ 可変偏光面回転子 ２，２’，６ 位相差可変素子 ３，３’ λ／４板 ２ａ，３ａ 光学軸 ２Ａ 液晶セル ２Ｂ 透明電極 ２Ｃ 液晶分子 ４，７ 位相差調整部 ５ 反射板 １０ 入力光ファイバ １１，１５，１５’ フェルール １２，１２’，１３，１３’ レンズ １４，１４’ 出力光ファイバ １６，２１ 偏光子 ２０，２０’ 可変光減衰器 ２２ 検光子 ３０，３０’ 光スイッチ ３１，３５，３５’ 偏光分離素子 ３２，３４，３４’ λ／２板 ３３，３３’ くさび形偏光分離素子 ４０ 光フィルタ ４１ 偏光波長特性変化素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/31 Ｇ０２Ｆ 1/31 (72)発明者 三田村 宣明 北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１ 富士通東日本ディジタル・テクノロジ株 式会社内 (72)発明者 秋元 和明 北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１ 富士通東日本ディジタル・テクノロジ株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA32 CA16 DA04 DA05 DA06 2H049 BA02 BA05 BA06 BA07 BA08 BA42 BB03 BB06 BC25 2H079 AA02 AA12 BA01 BA02 DA03 DA04 GA01 KA05 KA17 2H088 EA45 EA47 GA02 HA17 HA30 JA04 MA10 MA16 2K002 AA02 AB04 BA06 EA11 EA30

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直線偏光の偏光面を回転する可変偏光面回
    転子であって、 入力光線の偏光方向に対して同一の方向または９０度傾
    いた方向の光学軸を有し、透過する光線に対して、前記
    光学軸に平行な偏光成分と前記光学軸に垂直な偏光成分
    との間に９０度の位相差を与える位相板と、 前記位相板の光学軸に対して±４５度傾いた光学軸を有
    し、透過する光線に対して、前記光学軸に平行な偏光成
    分と前記光学軸に垂直な偏光成分との間に可変の位相差
    を与える位相差可変素子と、 前記位相差可変素子の可変の位相差を調整する位相差調
    整部と、を備え、 前記入力光線が前記位相差可変素子を透過して楕円偏光
    または円偏光にされた後に前記位相板を透過して直線偏
    光にされることによって、前記入力光線の偏光面が前記
    位相差可変素子で与えられる位相差に応じた角度で回転
    されることを特徴とする可変偏光面回転子。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の可変偏光面回転子であっ
    て、 光を反射する反射板を備え、 入力光路から出射される前記入力光線が、前記位相板お
    よび前記位相差可変素子を順に透過し、前記反射板で反
    射され、前記位相差可変素子および前記位相板を順に再
    度透過して出力光路に入射される反射型の構成としたこ
    とを特徴とする可変偏光面回転子。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の可変偏光面回転子を用い
    た可変光減衰器であって、 入力光路から出射される光を偏光分離して前記可変偏光
    面回転子に与える第１偏光分離素子と、 前記可変偏光面回転子から出力される光を偏光分離し、
    所定の偏光状態の光を出力光路に入射させる第２偏光分
    離素子と、を備え、 前記第１偏光分離素子で偏光分離された直線偏光に対す
    る前記可変偏光面回転子での偏光面の回転角を調整する
    ことによって、前記出力光路への入射光の光量を可変に
    したことを特徴とする可変光減衰器。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の可変偏光面回転子を用い
    た光スイッチであって、 入力光路から出射される光を偏光分離する第１偏光分離
    部と、 該第１偏光分離部で偏光分離された複数の直線偏光を各
    々の偏光面を一致させて前記可変偏光面回転子に与える
    偏光面一致制御部と、 前記可変偏光面回転子から出力される光を偏光分離し、
    進行方向が互いに異なる複数の光路のいずれかに出力す
    る第２偏光分離部と、 該第２偏光分離部で各光路に出力された光の偏光状態
    を、前記第１偏光分離部で偏光分離される前と同じ偏光
    状態に復帰させる複数の偏光復帰部と、 該偏光復帰部で偏光状態が復帰された光を合成して、前
    記各光路に対応した出力光路に入射させる複数の偏光合
    成部と、を備え、 前記第１偏光分離部で偏光分離された直線偏光に対する
    前記可変偏光面回転子での偏光面の回転角を調整するこ
    とによって、前記複数の出力光路の切り替えを行うこと
    を特徴とする光スイッチ。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の可変偏光面回転子を用い
    た光フィルタであって、 入力光路から出射される光を偏光分離して前記可変偏光
    面回転子に与える偏光分離素子と、 前記可変偏光面回転子から出力される直線偏光が入力さ
    れ、該直線偏光の進行方向に対して垂直な平面内で直交
    する２つの偏光成分についての透過率または反射率の波
    長変化が異なる特性を持つ偏光波長特性変化素子と、を
    備え、 前記偏光分離素子で偏光分離された直線偏光に対する前
    記可変偏光面回転子での偏光面の回転角を調整して、前
    記偏光波長特性変化素子に入力される直線偏光のについ
    ての前記直交する２つの偏光成分の比率を変化させるこ
    とによって、前記偏光波長特性変化素子の透過光または
    反射光の波長特性を可変にしたことを特徴とする光フィ
    ルタ。
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