JP2003228025A - Polarized wave branching and multiplexing unit - Google Patents
Polarized wave branching and multiplexing unitInfo
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- G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、２個の複屈折素子
の間に偏波回転手段を配置した構造を有し、複数の入力
光が、それぞれ分岐して異なる組み合わせで複数の出力
光として合成されるようにした偏波分岐合成器に関する
ものである。この偏波分岐合成器は、例えば光通信分野
において、光ファイバ増幅器に入力する励起光パワーを
増大させるための高出力可能な光モジュールとして有用
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a structure in which polarization rotating means is arranged between two birefringent elements, and a plurality of input lights are branched and output as a plurality of output lights in different combinations. The present invention relates to a polarization splitting / combining device configured to be combined. This polarization branching / combining device is useful as an optical module capable of high output for increasing pumping light power input to an optical fiber amplifier in, for example, the field of optical communication.
【０００２】[0002]
【従来の技術】長距離光通信では、光ファイバにより伝
送される信号光が様々な要因により徐々に減衰するた
め、適当な間隔で信号光を増幅する必要がある。その信
号光の増幅には、近年、光ファイバ増幅器が用いられて
いる。これは、エルビウム等の希土類元素を添加した光
ファイバに、励起光源（半導体レーザ）からの励起光と
信号光を合波して入射し、該光ファイバのコア内でのエ
ネルギー準位間で生じる誘導放出遷移に基づいて信号光
を増幅する光デバイスである。光ファイバ増幅器の設置
間隔（伝送線路における中継間隔）を広げるために、励
起光パワーを高出力化することが求められており、その
ため２つの励起光を合成し光パワーを増強して供給する
ことが行われている。励起光源として用いられている半
導体レーザはほぼ直線偏光を出射することから、光合成
器として２つの直線偏光を合成する光偏波合成器が用い
られている。2. Description of the Related Art In long-distance optical communication, signal light transmitted through an optical fiber is gradually attenuated due to various factors, and therefore it is necessary to amplify the signal light at appropriate intervals. In recent years, an optical fiber amplifier has been used to amplify the signal light. This occurs between the energy levels in the core of the optical fiber when the excitation light from the excitation light source (semiconductor laser) and the signal light are multiplexed and incident on the optical fiber doped with a rare earth element such as erbium. It is an optical device that amplifies signal light based on stimulated emission transition. In order to widen the installation interval (relay interval in the transmission line) of the optical fiber amplifier, it is required to increase the output power of the pumping light. Therefore, two pumping lights are combined and the optical power is supplied to be increased. Is being done. Since a semiconductor laser used as an excitation light source emits almost linearly polarized light, an optical polarization combiner that combines two linearly polarized lights is used as an optical combiner.
【０００３】従来の光偏波合成器としては、図５に示す
ような偏光分離プリズムを用いた構成がある。偏波保持
ファイバ１０ａを有する単芯フェルール１１ａとコリメ
ートレンズ１２ａを組み合わせたファイバコリメータ１
３ａと、同様に偏波保持ファイバ１０ｂを有する単芯フ
ェルール１１ｂとコリメートレンズ１２ｂを組み合わせ
たファイバコリメータ１３ｂとを、直線偏光が互いに直
交し入射方向が９０度異なって偏光分離プリズム１４に
入射するように配置し、偏光分離膜１５で合成した出射
光を、コリメートレンズ１６によって単芯フェルール１
７の光ファイバ１８に光結合させる構成である。一方の
ファイバコリメータ１３ａから入射するＰ偏光は偏光分
離膜１５を透過し、他方のファイバコリメータ１３ｂか
ら入射するＳ偏光は偏光分離膜１５で反射する。このよ
うにして偏光分離膜１５でＰ・Ｓ偏波合成が行われて、
光ファイバ１８から出射する。As a conventional optical polarization combiner, there is a configuration using a polarization separation prism as shown in FIG. A fiber collimator 1 in which a single-core ferrule 11a having a polarization maintaining fiber 10a and a collimator lens 12a are combined.
3a and a fiber collimator 13b in which a single-core ferrule 11b similarly having a polarization maintaining fiber 10b and a collimator lens 12b are combined so that linearly polarized lights are orthogonal to each other and the incident directions are different from each other by 90 degrees so that they enter the polarization separation prism 14. The emitted light synthesized by the polarization splitting film 15 is placed by the collimator lens 16 and the single-core ferrule 1
The optical fiber 18 of No. 7 is optically coupled. The P-polarized light entering from one fiber collimator 13a is transmitted through the polarization separation film 15, and the S-polarized light entering from the other fiber collimator 13b is reflected by the polarization separation film 15. In this way, P / S polarization combination is performed by the polarization separation film 15,
The light is emitted from the optical fiber 18.
【０００４】例えば海底通信などでは、この合成光は光
分岐器（カプラ）１９によって２分岐され、一方（出力
光１）は上り伝送路用の光ファイバ増幅器の励起光とし
て、他方（出力光２）は下り伝送路用の光ファイバ増幅
器の励起光として、供給される。In undersea communications, for example, this combined light is split into two by an optical branching device (coupler) 19, one of which (output light 1) is used as pumping light for an optical fiber amplifier for an upstream transmission line and the other (output light 2). ) Is supplied as pumping light for the optical fiber amplifier for the downstream transmission path.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の光
偏波合成器では、中央部に配置される偏光分離プリズム
が、偏光分離膜（多層膜）を介して三角プリズム同士を
接合する構造のために、光路中で接着剤を使用してい
る。ところが、光路中の接着剤は入射光によって焼損あ
るいは劣化する恐れがあるため、入射可能な光パワー
（従って出射可能な光パワー）が制限され、光増幅器用
励起光源の高出力化の要求に対応できない。万一、特性
劣化が生じれば、システム全体が停止してしまう可能性
もある。In the conventional optical polarization combiner as described above, the structure in which the polarization splitting prism arranged in the central portion joins the triangular prisms through the polarization splitting film (multilayer film) For this, an adhesive is used in the optical path. However, since the adhesive in the optical path may be burned or deteriorated by the incident light, the light power that can be incident (and thus the light power that can be emitted) is limited, and the demand for higher output of the excitation light source for optical amplifiers is met. Can not. Should characteristic deterioration occur, the entire system may stop.
【０００６】また上記のような従来の光偏波合成器で
は、偏光分離プリズムを用いるために装置が大型化する
ばかりでなく、偏光分離プリズムに対して２つの入力ポ
ートと１つの出力ポートの位置が３方向に配置され（所
謂、Ｔ字型配置）、更に光分岐器にて分岐させるため、
光ファイバの引き回しスペースも含めてシステム内に広
い取り付けスペースが必要となる。Further, in the conventional optical polarization combiner as described above, not only the device becomes large in size because the polarization splitting prism is used, but also the positions of two input ports and one output port with respect to the polarization splitting prism. Are arranged in three directions (so-called T-shaped arrangement), and are further branched by an optical branching device,
A wide mounting space is required in the system including the space for routing optical fibers.
【０００７】本発明の目的は、光パワーの高出力化に対
応でき、且つ偏波分岐機能と偏波合成機能を省スペース
で実現できるように工夫した偏波分岐合成器を提供する
ことである。An object of the present invention is to provide a polarization branching / combining device which can cope with a high output of optical power and can realize a polarization branching function and a polarization combining function in a space-saving manner. .
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、直線偏波の入
力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分岐
する分岐用複屈折素子と、偏波方向が直交関係にある異
なる光路の光を合成する合成用複屈折素子と、両複屈折
素子の間に位置し通過する一部の光路の光の偏波方向を
９０度回転する偏波回転手段を具備し、複数の入力光が
それぞれ分岐し異なる組み合わせで複数の出力光として
合成されるようにしたことを特徴とする偏波分岐合成器
である。According to the present invention, a birefringence element for splitting linearly polarized input light into light having different optical paths in which the polarization directions are orthogonal to each other and the polarization directions to be orthogonal to each other. A plurality of synthesizing birefringent elements for synthesizing lights of different optical paths, and a polarization rotating means for rotating the polarization direction of the light of a part of the optical paths passing between the birefringent elements by 90 degrees are provided. The polarization splitting / combining device is characterized in that input light is branched and combined into a plurality of output lights in different combinations.
【０００９】例えば、直線偏波の入力光を偏波方向が直
交関係にある異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素
子と、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成
する合成用複屈折素子と、両複屈折素子の間に位置し通
過する中央光路の光の偏波方向を９０度回転する直線位
相子を具備し、前記分岐用複屈折素子と合成用複屈折素
子は同一品であって、それらの光学軸が配列中心に対し
て対称となるように配置されており、２つの入力光がそ
れぞれ分岐し異なる組み合わせで２つの出力光として合
成されるように構成する。For example, a combining birefringent element for branching linearly polarized input light into light having different optical paths having orthogonal polarization directions and light having different optical paths having orthogonal polarization directions are combined. And a linear retarder for rotating the polarization direction of the light in the central optical path passing through between the birefringent elements by 90 degrees, wherein the branching birefringent element and the combining birefringent element are They are the same product and are arranged so that their optical axes are symmetrical with respect to the center of the arrangement, and two input lights are branched and combined so as to be combined as two output lights in different combinations.
【００１０】または、直線偏波の入力光を偏波方向が直
交関係にある異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素
子と、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成
する合成用複屈折素子と、両複屈折素子の間に位置し通
過する両側方光路の光の偏波方向を９０度回転する２個
の直線位相子を具備し、前記分岐用複屈折素子と合成用
複屈折素子は同一品であって、それらの光学軸が同じ向
きに配置されており、２つの入力光がそれぞれ分岐し異
なる組み合わせで２つの出力光として合成されるように
構成してもよい。Alternatively, a combining birefringent element for branching linearly polarized input light into light having different optical paths having orthogonal polarization directions and light having different optical paths having orthogonal polarization directions are combined. Birefringent element, and two linear phase shifters for rotating the polarization directions of the light beams on both sides passing through and located between the birefringent elements by 90 degrees. The birefringent elements may be the same, their optical axes are arranged in the same direction, and two input lights may be branched and combined into two output lights in different combinations.
【００１１】更には、直線偏波の入力光を偏波方向が直
交関係にある異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素
子と、偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成
する合成用複屈折素子と、両複屈折素子の間に位置し通
過する対角の関係にある光路の光の偏波方向を９０度回
転する２個の直線位相子を具備し、前記分岐用複屈折素
子と合成用複屈折素子は同一品であって光軸の回りを９
０度回転した関係で配置されており、２つの入力光がそ
れぞれ分岐し異なる組み合わせで２つの出力光として合
成されるようにする構成でもよい。この場合、２個の直
線位相子を、対角の関係にある光路にのみ配置する構成
でもよいし、２個の直線位相子を、左右いずれか一方の
光路と上下いずれか一方の光路に配置する構成でもよ
い。Further, a branching birefringent element for splitting linearly polarized input light into light beams of different optical paths having orthogonal polarization directions and light of different optical paths having orthogonal polarization directions are combined. The birefringent element for synthesis is provided with two linear phase shifters for rotating the polarization direction of the light of an optical path in a diagonal relationship which is located between the birefringent elements for synthesizing. The refraction element and the compound birefringence element are the same product, and
It may be arranged such that the two input lights are branched in a relationship of being rotated by 0 ° and are combined into two output lights in different combinations. In this case, the two linear phase shifters may be arranged only in the optical paths having a diagonal relationship, or the two linear phase shifters may be arranged in either the right or left optical path or the upper or lower optical path. It may be configured to.
【００１２】本発明で用いる直線位相子は、例えば水晶
からなる１／２波長板である。複屈折素子は平行平面構
造であり、例えばルチル、ニオブ酸リチウム、又はバナ
ジン酸イットリウム（ＹＶＯ4 ）からなる。入力光は、
例えば偏波保持ファイバを用いて入力する。The linear retarder used in the present invention is a half-wave plate made of, for example, quartz. The birefringent element has a parallel plane structure and is made of, for example, rutile, lithium niobate, or yttrium vanadate (YVO 4 ). The input light is
For example, a polarization maintaining fiber is used for input.
【００１３】また本発明の構成では、偏波方向により分
岐比率が変化するため、偏波保持ファイバを光軸の回り
に回転させることにより、偏波方向を変え、任意の分岐
比率に調整することができる。Further, in the configuration of the present invention, since the branching ratio changes depending on the polarization direction, the polarization maintaining fiber is rotated around the optical axis to change the polarization direction and adjust to an arbitrary branching ratio. You can
【００１４】[0014]
【実施例】図１は本発明に係る偏波分岐合成器の一実施
例を示す説明図である。上段は部品配列と光路を示し、
下段は各位置での偏波方向を表している。説明を分かり
易くするために、部品配列を示す上段の図において、水
平方向（紙面に垂直な裏から表の方向）をｘ方向、上方
向をｙ方向、光の進行方向（紙面右方向）をｚ方向とす
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a polarization branching / combining device according to the present invention. The upper row shows the parts array and optical path,
The lower row shows the polarization direction at each position. In order to make the explanation easier to understand, in the upper diagram showing the arrangement of parts, the horizontal direction (the direction from the back surface perpendicular to the paper surface to the front surface) is the x direction, the up direction is the y direction, and the light traveling direction (the right direction on the paper surface). In the z direction.
【００１５】本実施例の偏波分岐合成器は、直線偏波の
入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分
岐する分岐用複屈折素子２０と、偏波方向が直交関係に
ある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子２２
と、それら両複屈折素子２０，２２の間に位置し通過す
る中央光路の光の偏波方向を９０度回転する直線位相子
２４を具備している。The polarization splitting / combining device of this embodiment has a branching birefringent element 20 for splitting linearly polarized input light into light having different optical paths in which the polarization directions are orthogonal to each other, and the polarization directions are orthogonal to each other. Birefringent element 22 for combining lights of different optical paths in
And a linear phase shifter 24 which is located between the birefringent elements 20 and 22 and which rotates the polarization direction of the light in the central optical path passing through by 90 degrees.
【００１６】ここで分岐用複屈折素子２０と合成用複屈
折素子２２は、例えばルチル結晶などからなる平行平面
構造（入射面と出射面が互いに平行な構造）であり、同
一品でよい。図１のように座標軸を設定した時、その光
学軸は、ｙｚ面内にあってｚ軸に対して傾いており、そ
の傾きが配列中心に対して対称となるように配置されて
いる。分岐用複屈折素子２０と合成用複屈折素子２２と
の間には３本の光路がｙ方向に並ぶように形成され、そ
の中央光路に挿入される直線位相子２４は、水晶からな
る１枚の１／２波長板である。その光学軸は、ｘｙ面内
にあってｘ軸に対して４５度傾くように設定されてい
る。Here, the birefringent element for branching 20 and the birefringent element for synthesis 22 have a parallel plane structure (structure in which the entrance surface and the exit surface are parallel to each other) made of, for example, rutile crystal, and may be the same product. When the coordinate axis is set as shown in FIG. 1, the optical axis is in the yz plane and is inclined with respect to the z axis, and the optical axis is arranged so as to be symmetrical with respect to the center of the array. Three optical paths are formed between the birefringent element for branching 20 and the birefringent element for synthesis 22 so as to be aligned in the y direction, and the linear phase shifter 24 inserted in the central optical path is a single crystal made of quartz. It is a half-wave plate. The optical axis is set to be in the xy plane and inclined by 45 degrees with respect to the x axis.
【００１７】２つの入力光は、共に直線偏波光（半導体
レーザからの励起光など）であり、例えば偏波保持ファ
イバ（図示せず）を用いて上下異なる位置に入力させ
る。それらの偏波方向は、いずれもｘ軸に対して丁度４
５度傾いている。また入力１と入力２の光路間距離は、
各複屈折素子における異常光の光路変位量に一致するよ
うに設定する。The two input lights are both linearly polarized light (pumping light from a semiconductor laser or the like), and are input to different positions vertically using a polarization maintaining fiber (not shown), for example. Each of these polarization directions is exactly 4 with respect to the x-axis.
It is tilted 5 degrees. The distance between the optical paths of input 1 and input 2 is
It is set so as to match the optical path displacement amount of extraordinary light in each birefringent element.
【００１８】入力１の光は、偏波方向がｘ軸に対して４
５度傾いているために、その半分は分岐用複屈折素子２
０に対して常光となるために直進し、残りの半分は異常
光となるために＋ｙ方向に屈折して光路を変更する。入
力２の光も同様に、偏波方向が直交関係にある異なる光
路の光に分岐する。入力１の常光と入力２の異常光は同
じ中央光路を通る。中央光路には直線位相子（１／２波
長板）２４が挿入されているため、それらの光は偏波方
向が９０度回転し、入れ替わることになる。The light of input 1 has a polarization direction of 4 with respect to the x-axis.
Since it is inclined by 5 degrees, half of it is a birefringent element for branching 2.
It goes straight because it becomes ordinary light with respect to 0, and the other half becomes extraordinary light, so it refracts in the + y direction and changes the optical path. Similarly, the light of the input 2 is split into lights of different optical paths whose polarization directions are orthogonal to each other. The input 1 ordinary light and the input 2 extraordinary light pass through the same central optical path. Since the linear retarder (1/2 wavelength plate) 24 is inserted in the central optical path, the polarization directions of those lights are rotated by 90 degrees and are switched.
【００１９】入力１による上側光路の光は、合成用複屈
折素子２２に対しても異常光であるため、−ｙ方向に屈
折し光路を変更する。入力２による中央光路の光は、直
線位相子２４を通過することにより偏波方向が９０度回
転するため、合成用複屈折素子２２に対しては常光とな
り、そのまま直進する。従って、これら両光は合成され
て出力１から出力する。また入力１による中央光路の光
は、直線位相子２４を通過することにより偏波方向が９
０度回転し、合成用複屈折素子２２に対しては異常光と
なるため、−ｙ方向に屈折し光路を変更する。入力２に
よる下側光路の光は、合成用複屈折素子２２に対しても
常光であるため、そのまま直進する。従って、これら両
光は合成されて出力２から出力する。このようにして、
２つの入力光は、分岐用複屈折素子２０によってそれぞ
れ分岐し、異なる組み合わせで２つの出力光として合成
用複屈折素子２２によって合成されることになる。Since the light in the upper optical path due to the input 1 is also extraordinary light to the combining birefringent element 22, it is refracted in the -y direction to change the optical path. The light in the central optical path due to the input 2 has its polarization direction rotated by 90 degrees by passing through the linear phase shifter 24, so it becomes ordinary light to the combining birefringent element 22 and goes straight on. Therefore, these two lights are combined and output from the output 1. Further, the light in the central optical path due to the input 1 passes through the linear phase shifter 24, so that the polarization direction is 9
Since it rotates 0 degrees and becomes extraordinary light for the combining birefringent element 22, it refracts in the -y direction to change the optical path. Since the light in the lower optical path due to the input 2 is also the ordinary light to the combining birefringent element 22, it goes straight. Therefore, these two lights are combined and output from the output 2. In this way
The two input lights are respectively branched by the branching birefringent element 20, and are combined by the combining birefringent element 22 as two output lights in different combinations.
【００２０】図２は本発明に係る偏波分岐合成器の他の
実施例を示す説明図である。説明を分かり易くするため
に、ここでも図示のように、水平方向（紙面に垂直な裏
から表の方向）をｘ方向、上方向をｙ方向、光の進行方
向（紙面右方向）をｚ方向とする。FIG. 2 is an explanatory view showing another embodiment of the polarization splitting / combining device according to the present invention. In order to make the explanation easy to understand, as shown in the figure, the horizontal direction (the direction from the back side perpendicular to the paper surface) is the x direction, the upward direction is the y direction, and the traveling direction of the light (the right direction on the paper surface) is the z direction. And
【００２１】本実施例の偏波分岐合成器は、直線偏波の
入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分
岐する分岐用複屈折素子３０と、偏波方向が直交関係に
ある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子３２
と、それら両複屈折素子３０，３２の間に位置し通過す
る両側光路の光の偏波方向を９０度回転する２個の直線
位相子３４，３６を具備している。The polarization splitting / combining device of this embodiment has a branching birefringent element 30 for splitting linearly polarized input light into light having different optical paths in which the polarization directions are orthogonal to each other, and the polarization directions are orthogonal to each other. Birefringent element 32 for combining lights in different optical paths in
And two linear phase shifters 34 and 36 which are located between the birefringent elements 30 and 32 and which rotate the polarization directions of the light beams on both sides passing therethrough by 90 degrees.
【００２２】ここでも分岐用複屈折素子３０と合成用複
屈折素子３２は、例えばルチル結晶などからなる平行平
面構造（入射面と出射面が互いに平行な構造）であり、
同一品でよい。図２のように座標軸を設定したとき、そ
の光学軸は、ｙｚ面内にあってｚ軸に対して傾いてお
り、その傾きが同一方向となるように配置されている。
分岐用複屈折素子３０と合成用複屈折素子３２との間に
は３本の光路がｙ方向に並ぶように形成され、その上側
光路に挿入される直線位相子３４と下側光路に挿入され
る直線位相子３６は同一構造でよく、ここでは水晶から
なる１／２波長板である。その光学軸は、ｘｙ面内にあ
ってｘ軸に対して４５度傾くように設定されている。Here again, the birefringent element 30 for branching and the birefringent element 32 for combination have a parallel plane structure (structure in which the entrance surface and the exit surface are parallel to each other) made of, for example, rutile crystal.
The same product can be used. When the coordinate axis is set as shown in FIG. 2, the optical axis is in the yz plane and is tilted with respect to the z axis, and the tilts are arranged in the same direction.
Three optical paths are formed between the branching birefringent element 30 and the combining birefringent element 32 so as to be aligned in the y direction, and are inserted in the upper optical path of the linear phase shifter 34 and the lower optical path. The linear retarder 36 may have the same structure, and is a half-wave plate made of quartz here. The optical axis is set to be in the xy plane and inclined by 45 degrees with respect to the x axis.
【００２３】２つの入力光は、共に直線偏波光であり、
例えば偏波保持ファイバを用いて上下異なる位置から入
力させる。それらの偏波方向は、いずれもｘ軸に対して
丁度４５度傾いている。また入力１と入力２の光路間距
離は、複屈折素子における異常光の光路変位量に一致す
るように設定する。The two input lights are both linearly polarized lights,
For example, a polarization maintaining fiber is used to input from different positions. Each of these polarization directions is tilted by exactly 45 degrees with respect to the x-axis. The distance between the optical paths of the input 1 and the input 2 is set so as to match the optical path displacement amount of the extraordinary light in the birefringent element.
【００２４】入力１の光は、偏波方向がｘ軸に対して４
５度傾いているために、その半分は分岐用複屈折素子３
０に対して常光となるために直進し、残りの半分は異常
光となるために＋ｙ方向に屈折して光路を変更する。入
力２の光も同様に偏波方向が直交関係にある異なる光路
の光に分岐する。入力１の異常光は上側光路を通り、入
力２の常光は下側光路を通る。上下の光路にはそれぞれ
直線位相子３４，３６が挿入されているため、それらの
光は偏波方向が９０度回転することになる。The light of input 1 has a polarization direction of 4 with respect to the x-axis.
Since it is inclined by 5 degrees, half of it is the birefringent element 3 for branching.
It goes straight because it becomes ordinary light with respect to 0, and the other half becomes extraordinary light, so it refracts in the + y direction and changes the optical path. Similarly, the light of the input 2 is also branched into light of different optical paths whose polarization directions are orthogonal to each other. The extraordinary light of input 1 passes through the upper optical path, and the ordinary light of input 2 passes through the lower optical path. Since the linear retarders 34 and 36 are respectively inserted in the upper and lower optical paths, the polarization directions of those lights are rotated by 90 degrees.
【００２５】入力１による上側光路の光は、直線位相子
３４を通過することにより偏波方向が９０度回転し、合
成用複屈折素子３２に対しては常光となるため、そのま
ま直進する。入力２による中央光路の光は、合成用複屈
折素子３２に対しては異常光となるため、＋ｙ方向に屈
折し光路を変更する。従って、これら両光は合成されて
出力１から出力する。入力１による中央光路の光は、合
成用複屈折素子３２に対しても常光であるため、そのま
ま直進する。入力２による下側光路の光は、直線位相子
３６を通過することにより偏波方向が９０度回転し、合
成用複屈折素子３２に対しては異常光となるため、＋ｙ
方向に屈折し光路を変更する。従って、これら両光は合
成されて出力２から出力する。このようにして、２つの
入力光が分岐し、異なる組み合わせで２つの出力光とし
て合成されることになる。The light in the upper optical path due to the input 1 passes through the linear phase shifter 34 to rotate the polarization direction by 90 degrees, and becomes the ordinary light for the birefringent element 32 for synthesis, and thus goes straight. The light in the central optical path due to the input 2 becomes extraordinary light with respect to the combining birefringent element 32, and therefore is refracted in the + y direction to change the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from the output 1. The light in the central optical path due to the input 1 is also an ordinary light to the combining birefringent element 32, and therefore goes straight on. The light in the lower optical path due to the input 2 has its polarization direction rotated 90 degrees by passing through the linear phase shifter 36 and becomes extraordinary light for the combining birefringent element 32.
It refracts in the direction and changes the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from the output 2. In this way, the two input lights are branched and combined into two output lights in different combinations.
【００２６】図３は本発明に係る偏波分岐合成器の更に
他の実施例を示す説明図である。上段と中段は部品配列
と光路を示し、下段は各位置での偏波方向を表してい
る。ここでも説明を分かり易くするために、図示のよう
に、水平方向をｘ軸、上下方向をｙ軸、光の進行方向を
ｚ方向とする。FIG. 3 is an explanatory view showing still another embodiment of the polarization splitting / combining device according to the present invention. The upper and middle rows show the component arrangement and the optical path, and the lower row shows the polarization direction at each position. In order to make the explanation easy to understand, the horizontal direction is the x-axis, the vertical direction is the y-axis, and the light traveling direction is the z-direction, as shown in the figure.
【００２７】本実施例の偏波分岐合成器は、直線偏波の
入力光を偏波方向が直交関係にある異なる光路の光に分
岐する分岐用複屈折素子４０と、偏波方向が直交関係に
ある異なる光路の光を合成する合成用複屈折素子４２
と、両複屈折素子４０，４２の間に位置し通過する対角
の関係にある光路の光の偏波方向を９０度回転する２個
の直線位相子４４，４６を具備している。The polarization splitting / combining device of this embodiment has a branching birefringent element 40 for splitting linearly polarized input light into lights having different optical paths in which the polarization directions are orthogonal to each other, and the polarization directions are orthogonal to each other. Birefringent element 42 for combining lights of different optical paths in
And two linear phase shifters 44 and 46 which are located between the birefringent elements 40 and 42 and which rotate the polarization direction of light on the diagonal optical path passing through 90 degrees.
【００２８】ここでも分岐用複屈折素子４０と合成用複
屈折素子４２は、例えばルチル結晶などからなる平行平
面構造（入射面と出射面が互いに平行な構造）であり、
向きを変えることで同一品が使用できる。分岐用複屈折
素子４０の光学軸は、ｘｚ面内にあってｚ軸に対して傾
いており、合成用複屈折素子４２の光学軸は、ｙｚ面内
にあってｚ軸に対して逆方向に対称的に傾いている。分
岐用複屈折素子４０と合成用複屈折素子４２との間には
４本の光路がｘ方向及びｙ方向に並ぶように形成され、
それらの間に直線位相子４４，４６が挿入されている。
図４のＡに示すように、一方の直線位相子４４が右側光
路に、他方の直線位相子４６が下側光路に配置されてい
る。右下側光路は、２枚の直線位相子４４，４６が重な
って位置することになるが、最初の直線位相子４４で偏
波方向が９０度回転し、次の直線位相子４６で更に９０
度（従って、合計１８０度）回転するために元の状態に
戻る。それ故、実質的には図４のＢに示すように、２個
の直線位相子５４、５６が対角の関係にある光路にのみ
（左下側光路と右上側光路に）配置されているのと同等
となり、このような構成でもよい。これらの直線位相子
は、例えば水晶からなる１枚の１／２波長板であり、そ
の光学軸は、ｘｙ面内にあってｘ軸に対して４５度傾く
ように設定されている。Here again, the branching birefringent element 40 and the synthesizing birefringent element 42 have a parallel plane structure (structure in which the entrance surface and the exit surface are parallel to each other) made of, for example, rutile crystal.
The same product can be used by changing the direction. The optical axis of the birefringent element for branching 40 is in the xz plane and inclined with respect to the z axis, and the optical axis of the birefringent element for combining 42 is in the yz plane and is opposite to the z axis. It is symmetrically inclined to. Between the branching birefringent element 40 and the combining birefringent element 42, four optical paths are formed so as to be aligned in the x direction and the y direction,
Linear phasers 44 and 46 are inserted between them.
As shown in FIG. 4A, one linear phase shifter 44 is arranged in the right side optical path and the other linear phase shifter 46 is arranged in the lower side optical path. In the lower right optical path, the two linear phase shifters 44 and 46 are positioned so as to overlap each other, but the polarization direction is rotated by 90 degrees at the first linear phase shifter 44 and further 90 degrees at the next linear phase shifter 46.
It returns to its original state in order to rotate through a degree (thus 180 degrees in total). Therefore, substantially, as shown in FIG. 4B, the two linear phase shifters 54 and 56 are arranged only in the optical paths having a diagonal relationship (in the lower left optical path and the upper right optical path). This is also the case, and such a configuration may be adopted. These linear retarders are, for example, one half-wave plate made of quartz, and their optical axes are set in the xy plane so as to be inclined by 45 degrees with respect to the x axis.
【００２９】２つの入力光は、共に直線偏波光であり、
例えば偏波保持ファイバを用いて右側の上下異なる位置
から入力させる。それらの偏波方向は、いずれもｘ軸に
対して丁度４５度傾いている。また入力１と入力２の光
路間距離は、複屈折素子における異常光の光路変位量に
一致するように設定する。The two input lights are both linearly polarized lights,
For example, a polarization-maintaining fiber is used to input from different positions on the right and below. Each of these polarization directions is tilted by exactly 45 degrees with respect to the x-axis. The distance between the optical paths of the input 1 and the input 2 is set so as to match the optical path displacement amount of the extraordinary light in the birefringent element.
【００３０】入力１の光は、偏波方向がｘ軸に対して４
５度傾いているので、その半分は分岐用複屈折素子４０
に対して常光となるために直進し、残りの半分は異常光
となるために−ｘ方向に屈折して光路を変更する。入力
２の光も同様に、偏波方向が直交関係にある異なる光路
の光に分岐する。The light of input 1 has a polarization direction of 4 with respect to the x-axis.
Since it is inclined by 5 degrees, half of it is the birefringent element 40 for branching.
On the other hand, since it becomes an ordinary light, it goes straight, and the other half becomes an extraordinary light, so that it refracts in the -x direction and changes the optical path. Similarly, the light of the input 2 is split into lights of different optical paths whose polarization directions are orthogonal to each other.
【００３１】入力１の常光は右下側光路を通る。右下側
光路には２枚の直線位相子４４，４６が重なって挿入さ
れているため、その光は偏波方向が１８０度回転し、結
果的に偏波方向は保たれることになる。入力１の異常光
は左下側光路を通る。左下側光路には１枚の直線位相子
４６が挿入されているため、その光は偏波方向が９０度
回転することになる。入力２の常光は右上側光路を通
る。右上側光路には１枚の直線位相子４４が挿入されて
いるため、その光は偏波方向を９０度回転することにな
る。入力２の異常光は左上側光路を通る。左上側光路に
は直線位相子が無いため、光はそのまま通過する。The input 1 ordinary light passes through the lower right optical path. Since the two linear phase shifters 44 and 46 are inserted in the lower right optical path so as to overlap each other, the polarization direction of the light is rotated by 180 degrees, and as a result, the polarization direction is maintained. The extraordinary light of input 1 passes through the lower left optical path. Since one linear retarder 46 is inserted in the lower left optical path, the polarization direction of the light rotates 90 degrees. The input 2 ordinary light passes through the upper right optical path. Since one linear retarder 44 is inserted in the upper right optical path, the light rotates 90 degrees in the polarization direction. The extraordinary light of input 2 passes through the upper left optical path. Since there is no linear phaser in the upper left optical path, light passes through as it is.
【００３２】入力１による左下側光路の光は、１枚の直
線位相子４６を通過することにより偏波方向が９０度回
転し、合成用複屈折素子４２に対しては常光となるた
め、そのまま直進する。入力２による左上側光路の光
は、両直線位相子をバイパスし、合成用複屈折素子４２
に対しては異常光であるため、−ｙ方向に屈折し光路を
変更する。従って、これら両光は合成されて出力１から
出力する。また入力１による右下側光路の光は、２枚の
直線位相子４４，４６を連続して通過することにより偏
波方向が１８０度回転し（よって結果的に偏波方向が変
化せず）、合成用複屈折素子４２に対しては常光となる
ため、そのまま直進する。入力２による右上側光路の光
は、１枚の直線位相子４４を通過することにより偏波方
向が９０度回転し、合成用複屈折素子４２に対しては異
常光であるため、−ｙ方向に屈折し光路を変更する。従
って、これら両光は合成されて出力２から出力する。The light in the lower left optical path due to the input 1 rotates the polarization direction by 90 degrees by passing through the single linear phase shifter 46, and becomes the ordinary light for the combining birefringent element 42. Go straight. The light in the upper left optical path due to the input 2 bypasses both linear phase shifters, and the birefringent element for synthesis 42
Is an extraordinary light, it refracts in the -y direction and changes the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from the output 1. Further, the light in the lower right optical path due to the input 1 rotates the polarization direction by 180 degrees by continuously passing through the two linear phasers 44 and 46 (thus, the polarization direction does not change as a result). Since the compound birefringent element 42 is an ordinary light, it goes straight on. The light in the upper right optical path due to the input 2 has its polarization direction rotated 90 degrees by passing through the single linear phase shifter 44, and is an extraordinary light with respect to the combining birefringent element 42. Refracts to and changes the optical path. Therefore, these two lights are combined and output from the output 2.
【００３３】これら各実施例の偏波分岐合成器は、例え
ば入力１と入力２としてそれぞれ励起光源（半導体レー
ザなど）からの直線偏波の光を入力すると、分岐合成さ
れて出力１と出力２から無偏波の光として出力する。従
って、例えば海底通信などでは、これらの出力光は、一
方の光が上り伝送路用の光ファイバ増幅器の励起光とし
て、他方の光が下り伝送路用の光ファイバ増幅器の励起
光として、供給されることになる。In the polarization splitting / combining device of each of the above embodiments, for example, when linearly polarized light from an excitation light source (semiconductor laser or the like) is input as the input 1 and the input 2, they are split and combined to output 1 and output 2. Output as unpolarized light. Therefore, for example, in undersea communications, one of these output lights is supplied as one of the lights as pumping light for the optical fiber amplifier for the upstream transmission line and the other light as pumping light for the optical fiber amplifier for the downstream transmission line. Will be.
【００３４】以上、本発明の好ましい実施例について詳
述したが、かかる構成のみに限定されるものではない。
分岐用複屈折素子と合成用複屈折素子は同一品を使用す
ることがコスト的にも好ましいが、最終的に光路間距離
さえ合わせることができるならば材質や寸法を変えても
よい。ルチルの他、ニオブ酸リチウムやバナジン酸イッ
トリウムなどでもよい。９０度偏波回転手段としては、
直線位相子の他、９０度ファラデー回転子などを用いる
ことも可能である。The preferred embodiment of the present invention has been described above in detail, but the present invention is not limited to this configuration.
It is preferable in terms of cost to use the same birefringent element for branching and the birefringent element for combination, but the materials and dimensions may be changed as long as the distance between the optical paths can be finally adjusted. Other than rutile, lithium niobate, yttrium vanadate, or the like may be used. As 90-degree polarization rotation means,
In addition to the linear phase shifter, a 90 degree Faraday rotator or the like can be used.
【００３５】実施例の説明から分かるように、入力光の
偏波方向をｘ軸に対して４５度傾けることで分岐用複屈
折素子によって、偏波方向が直交関係にある２つの光に
等分している。従って、入力光の偏波方向を変えると、
それによって分岐比率も変化することになる。このこと
を利用すると、偏波保持ファイバを光軸の回りに回転さ
せることによって、偏波方向が変わり、任意の分岐比率
に調整することが可能となる。As can be seen from the description of the embodiment, the polarization direction of the input light is inclined by 45 degrees with respect to the x-axis, and the birefringence element for branching divides the input light into two lights whose polarization directions are orthogonal to each other. is doing. Therefore, if you change the polarization direction of the input light,
As a result, the branch ratio also changes. By utilizing this fact, the polarization direction is changed by rotating the polarization maintaining fiber around the optical axis, and it is possible to adjust the branching ratio to an arbitrary value.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明は上記のように、分岐用複屈折素
子と合成用複屈折素子との間に、一部の光路の光の偏波
方向を９０度回転する偏波回転手段を設けることで、入
力光がそれぞれ分岐し異なる組み合わせで出力光として
合成されるようにした偏波分岐合成器であるから、光路
中に接着剤が存在しないため光パワーの高出力化に対応
できるし、且つ入力光の入射方向と出力光の出射方向が
同方向となり光ファイバの引き回しスペースも含めて偏
波分岐機能と偏波合成機能を省スペースで実現すること
ができる。As described above, according to the present invention, the polarization rotating means for rotating the polarization direction of the light of a part of the optical path by 90 degrees is provided between the branching birefringent element and the combining birefringent element. Therefore, since it is a polarization splitting / combining device in which the input light is branched and combined in different combinations as the output light, since there is no adhesive in the optical path, it is possible to cope with the high output of the optical power. Moreover, the incident direction of the input light and the outgoing direction of the output light are the same direction, and the polarization splitting function and the polarization combining function can be realized in a space-saving manner including the space for routing the optical fiber.
【図１】本発明に係る偏波分岐合成器の一実施例を示す
説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a polarization branching / combining device according to the present invention.
【図２】本発明に係る偏波分岐合成器の他の実施例を示
す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing another embodiment of the polarization splitting / combining device according to the present invention.
【図３】本発明に係る偏波分岐合成器の更に他の実施例
を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing still another embodiment of the polarization splitting / combining device according to the present invention.
【図４】図３の偏波分岐合成器に用いることができる偏
波回転手段の説明図。FIG. 4 is an explanatory view of polarization rotation means that can be used in the polarization branching / combining device of FIG.
【図５】従来技術の一例を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a conventional technique.
３０ 分岐用複屈折素子 ３２ 合成用複屈折素子 ３４ 直線位相子 30 Birefringent element for branching 32 Synthetic birefringent element 34 Linear phaser
フロントページの続き (72)発明者 和田 秀亮 東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ ィー・ケイ株式会社内 (72)発明者 大田 猶子 東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ ィー・ケイ株式会社内 (72)発明者 前田 育生 東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ ィー・ケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA06 BA42 BB03 BB42 BC25 2H099 AA02 BA17 CA06 CA08 Continued front page (72) Inventor Hideaki Wada F-de, 5-36-1 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo K.K Co., Ltd. (72) Inventor Yuko Ota F-de, 5-36-1 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo K.K Co., Ltd. (72) Inventor Ikuo Maeda F-de, 5-36-1 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo K.K Co., Ltd. F-term (reference) 2H049 BA05 BA06 BA42 BB03 BB42 BC25 2H099 AA02 BA17 CA06 CA08
Claims (10)
にある異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子と、
偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合
成用複屈折素子と、両複屈折素子の間に位置し通過する
一部の光路の光の偏波方向を９０度回転する偏波回転手
段を具備し、複数の入力光がそれぞれ分岐し異なる組み
合わせで複数の出力光として合成されるようにしたこと
を特徴とする偏波分岐合成器。1. A birefringent element for branching, which splits linearly polarized input light into light having different optical paths whose polarization directions are orthogonal to each other,
A birefringent element for synthesis that combines lights in different optical paths having orthogonal polarization directions, and a polarized wave that rotates the polarization direction of the light in a part of the optical path passing between the birefringent elements by 90 degrees. A polarization splitting / combining device comprising a rotating means, wherein a plurality of input lights are respectively branched and combined into a plurality of output lights in different combinations.
にある異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子と、
偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合
成用複屈折素子と、両複屈折素子の間に位置し通過する
中央光路の光の偏波方向を９０度回転する直線位相子を
具備し、前記分岐用複屈折素子と合成用複屈折素子は同
一品であって、それらの光学軸が配列中心に対して対称
となるように配置されており、２つの入力光がそれぞれ
分岐し異なる組み合わせで２つの出力光として合成され
るようにしたことを特徴とする偏波分岐合成器。2. A birefringent element for splitting, which splits linearly polarized input light into light having different optical paths in which polarization directions are orthogonal to each other,
A birefringent element for synthesis that combines lights of different optical paths in which the polarization directions are orthogonal to each other, and a linear phaser that rotates the polarization direction of the light of the central optical path passing between the birefringent elements by 90 degrees The birefringent element for branching and the birefringent element for combining are the same product, and are arranged so that their optical axes are symmetrical with respect to the center of the array, and two input lights are respectively branched. A polarization splitting / combining device, characterized in that two output lights are combined in different combinations.
にある異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子と、
偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合
成用複屈折素子と、両複屈折素子の間に位置し通過する
両側方光路の光の偏波方向を９０度回転する２個の直線
位相子を具備し、前記分岐用複屈折素子と合成用複屈折
素子は同一品であって、それらの光学軸が同じ向きに配
置されており、２つの入力光がそれぞれ分岐し異なる組
み合わせで２つの出力光として合成されるようにしたこ
とを特徴とする偏波分岐合成器。3. A birefringent element for splitting, which splits linearly polarized input light into light having different optical paths in which polarization directions are orthogonal to each other,
A birefringent element for combining which combines lights of different optical paths in which the polarization directions are orthogonal to each other, and two birefringent elements which are located between the birefringent elements and which rotate the polarization directions of the light beams of the both side optical paths which pass through 90 degrees The birefringent element for branching and the birefringent element for synthesis are equipped with a linear retarder, and their optical axes are arranged in the same direction. A polarization splitting / combining device characterized by being combined as two output lights.
にある異なる光路の光に分岐する分岐用複屈折素子と、
偏波方向が直交関係にある異なる光路の光を合成する合
成用複屈折素子と、両複屈折素子の間に位置し通過する
対角の関係にある光路の光の偏波方向を９０度回転する
２個の直線位相子を具備し、前記分岐用複屈折素子と合
成用複屈折素子は同一品であって光軸の回りを９０度回
転した関係で配置されており、２つの入力光がそれぞれ
分岐し異なる組み合わせで２つの出力光として合成され
るようにしたことを特徴とする偏波分岐合成器。4. A branching birefringent element for branching linearly polarized input light into light having different optical paths in which polarization directions are orthogonal to each other,
Rotate the polarization direction of the light in the optical path in the diagonal direction that passes between the birefringent elements for synthesis that combine the light in different optical paths in which the polarization directions are orthogonal by 90 degrees. The birefringent element for branching and the birefringent element for combining are the same product and are arranged in a relationship of being rotated by 90 degrees around the optical axis. A polarization splitting / combining device, characterized in that each is split and combined as two output lights in different combinations.
光路にのみ配置されている請求項４記載の偏波分岐合成
器。5. The polarization splitting / combining device according to claim 4, wherein the two linear phase shifters are arranged only in optical paths having a diagonal relationship.
の光路と上下いずれか一方の光路に配置されている請求
項４記載の偏波分岐合成器。6. The polarization splitting / combining device according to claim 4, wherein the two linear phase shifters are arranged in one of the left and right optical paths and in the upper and lower optical paths.
板である請求項２乃至６のいずれかに記載の偏波分岐合
成器。7. The polarization splitting / combining device according to claim 2, wherein the linear phaser is a half-wave plate made of crystal.
ム、又はバナジン酸イットリウムからなる請求項１乃至
７のいずれかに記載の偏波分岐合成器。8. The polarization splitting / combining device according to claim 1, wherein the birefringent element is made of rutile, lithium niobate, or yttrium vanadate.
力する請求項１乃至８のいずれかに記載の偏波分岐合成
器。9. The polarization splitter / combiner according to claim 1, wherein the input light is input using a polarization maintaining fiber.
させることにより、偏波方向を変え、任意の分岐比率に
調整した請求項９記載の偏波分岐合成器。10. The polarization splitting / combining device according to claim 9, wherein the polarization maintaining fiber is rotated around the optical axis to change the polarization direction and adjust the splitting ratio to an arbitrary splitting ratio.
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- 2002-02-05 JP JP2002027890A patent/JP2003228025A/en active Pending
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