JP2602155B2

JP2602155B2 - 偏光無依存複合フィルタ装置

Info

Publication number: JP2602155B2
Application number: JP27951592A
Authority: JP
Inventors: 洋一鈴木; 秀明油利; 昭宏増田; 麻由美廣永
Original assignee: 富士電気化学株式会社
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH06110018A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入射光に対して斜めに
配置されるフィルタと、その入射側前段に配置した複屈
折板とを組み合わせた偏光無依存形の複合フィルタ装置
に関するものである。この複合フィルタ装置は、各種の
光通信装置や光測定装置の光合波・分波用あるいは光波
長選択用などに有用である。

【０００２】

【従来の技術】光合波・分波用あるいは光波長選択用の
装置にはフィルタが使用されている。この種のフィルタ
には、硝子、石英、水晶等の基板上に非吸収性の誘電体
金属多層膜を積層したものがあり、この各層膜の界面で
生ずる透過光と反射光の干渉により、所定の波長特性を
得る。従って、膜構成や膜厚を変えることにより、帯域
通過フィルタ、長波長通過フィルタ、短波長通過フィル
タなどの各種フィルタを任意の波長域で実現できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、フィルタは入射
光に対して斜めに配置される。帯域通過フィルタに関し
ては、入射光に対して斜めに配置し、その入射角度を大
きくすることにより、短波長側に通過帯域を選択でき
る。このように、入射角度が大きい場合、フィルタに対
するＳ偏光成分とＰ偏光成分とでブリュースターの条件
が異なるため、ある波長に対して透過と反射の分岐比が
異なってしまう。

【０００４】例として、図７に長波長通過フィルタの特
性を模式的に示す。反射波長域（図７にａとして表す領
域）においては、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の反射率は各
波長でほぼ一定であるが、透過波長域（図７にｂとして
表す領域）においては、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の透過
率が各波長で大きく変動し、同一波長でもＳ偏光成分と
Ｐ偏光成分の透過率が異なる。また、短波長通過フィル
タの特性も、反射波長域においては、Ｐ偏光成分とＳ偏
光成分の反射率は各波長でほぼ一定であるが、透過波長
域においては、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の透過率が各波
長で大きく変動し、同一波長でもＳ偏光成分とＰ偏光成
分の透過率が異なる。更に、例として図８に帯域通過フ
ィルタの特性を模式的に示す。初め、フィルタが入射光
に対して垂直に配置されていたのが（図８に太線で示
す）、故意的にその通過帯域を短波長側にシフトさせる
ために、フィルタを大きく傾けるとＰ偏光成分の方がよ
り短波長側にシフトするために、Ｓ偏光成分（図８に細
線で表す通過帯域）とＰ偏光成分（図８に破線で表す通
過帯域）の最大透過波長がずれて、同一波長でもＳ偏光
成分とＰ偏光成分の透過率が異なる。

【０００５】光がシングルモード光ファイバを通って伝
送する場合の偏光状態は、光ファイバによってランダム
に変動する。従って、フィルタに入射する光の偏光状態
は一義的に定まらず、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の比は変
化する。ここで入射光が透過波長域内のある波長をもつ
場合、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の透過率が異なるため
に、出射光は偏光状態に応じてパワー変動をおこす。

【０００６】例えば、図７にあるように、長波長通過フ
ィルタにおいては、波長λ₀のときＳ偏光成分の透過率
９８％、Ｐ偏光成分の透過率９０％、入射光線のパワー
が１００とする。Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の比が５０：
５０とすると、出射光のパワーは 50×0.98＋50×0.90＝94 次に、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の比が８０：２０に変わ
ったとすると、出射光のパワーは 80×0.98＋20×0.90＝96.4 となる。

【０００７】また、例えば図５にあるように、帯域通過
フィルタにおいては、波長λｏのとき、Ｓ偏光成分の透
過率９０％、Ｐ偏光成分の透過率７０％、入射光線のパ
ワーが１００とする。Ｓ偏光成分とＰ偏光線分の比が５
０：５０とすると、出射光のパワーは 50×0.90＋50×0.70＝80 次に、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の比が８０：２０に変わ
ったとすると、出射光のパワーは 80×0.90＋20×0.70＝86 更に、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の比が２０：８０に変わ
ったとすると、出射光パワーは、 20×0.90＋80×0.70＝74 となる。

【０００８】このように、入射光の偏光状態によってパ
ワー変動を起こすことは明らかである。そのためデジタ
ル光通信などでは、特に信号波形がくずれてきたときな
どにエラーを起こすおそれがある。

【０００９】この欠点を解消するため、偏波保存ファイ
バを使用することが考えられる。確かに偏光保存ファイ
バを使用すると、光線の偏光方向を固定してフィルタに
入射できるが、所定の特性を得るには一定の偏光方向で
入射するように調整しなければならず、この調整は困難
である。

【００１０】本発明の目的は、入射光の偏光状態に依存
することなく一定の安定したパワーの透過光が得られる
偏光無依存複合フィルタ装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、入射光に対し
て斜めに配置した誘電体の層状膜を利用したフィルタ
と、該フィルタの入射側前段に配置した複屈折板との組
み合わせからなる偏光無依存複合フィルタ装置である。
前記複屈折板の光学軸は、前記フィルタに投影した時に
その投影像がフィルタのＰ偏光方向からＳ偏光方向に４
５度回転した角度をなすように調整されている。

【００１２】この偏光無依存複合フィルタ装置のフィル
タを、長波長通過フィルタ又は短波長通過フィルタとす
る。このフィルタ装置の複屈折板の前方で入射光の光路
上に第１の入射ポートを設け、フィルタを透過する出射
光の光路上に出射ポートを設け、フィルタで反射して前
記出射ポートに出射するような入射光の光路上に第２の
入射ポートを設ける光合波器としてもよい。更にフィル
タで反射して前記出射ポートに出射するような入射光の
光路上に第２の複屈折板を追加して設けてもよい。

【００１３】また、このフィルタ装置の複屈折板の前方
で入射光の光路上に入射ポートを設け、フィルタを透過
する出射光の光路上に第１の出射ポートを設け、前記入
射ポートから入射してフィルタで反射する出射光の光路
上に第２の出射ポートを設ける光分波器としてもよい。

【００１４】あるいは、このフィルタを帯域通過フィル
タとし、複屈折板の前方で入射光の光路上に入射ポート
を設け、フィルタを透過する出射光の光路上に出射ポー
トを用いる光波長選択器としてもよい。

【００１５】

【作用】入射光は複屈折板で偏光方向が直交する常光・
異常光に分離していて、フィルタに達する。複屈折板の
光学軸のフィルタへの投影像がＰ偏光方向からＳ偏光方
向に４５度回転した角度をなすから、常光・異常光の偏
光方向は、Ｐ偏光方向、Ｓ偏光方向に対して共に４５度
の角度をなす。従って、フィルタにおける常光・異常光
の透過・反射の分岐比は同一となる。このため、入射光
の偏光状態が一定せず複屈折板による常光・異常光の分
岐比が異なっても、フィルタでの透過・反射の分岐比が
一定であり、且つ常光・異常光は平行となるから、これ
らの透過光や反射光を効率よく受光できるので、出射光
のパワーは一定となる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明に係る偏光無依存複合フィル
タ装置の一実施例を示す説明図である。長波長通過フィ
ルタであるフィルタ１０を入射光に対して斜めに配置
し、該フィルタ１０の入射側前段に複屈折板１２を光軸
に垂直に配置する。ここで複屈折板１２は、例えばルチ
ル単結晶を用いた平行平板である。フィルタ１０は、ガ
ラスの平行平板であり、その入射面１０ａに誘電体多層
膜を蒸着し、出射面１０ｂに反射防止膜を蒸着した構造
である。複屈折板１２の光学軸Ａｘをフィルタ１０へ投
影したとき、その投影像が前記フィルタ１０のＰ偏光方
向からＳ偏光方向に４５度回転した角度をなすように配
置する。従って、フィルタ１０のＳ偏光方向及びＰ偏光
方向を光軸に垂直な面に投射したとき、Ｓ偏光方向をＸ
軸、Ｐ偏光方向をＹ軸、光軸方向をＺ軸とすると、複屈
折板１２の光学軸ＡｘはＸ軸に対して４５度（入射側か
ら見て右回り）傾いている。

【００１７】複屈折板１２を透過した光線は、互いに偏
光方向が直交している常光・異常光に分離して平行光と
なる。複屈折板１２の光学軸ＡｘはＸ軸に対して４５度
（入射側から見て右回り）傾いているから、Ｘ軸に対し
て常光の偏光方向は−４５度に傾き（入射側から見て左
回り）、異常光の偏光方向は４５度に傾くことになる
（入射側から見て右回り）。フィルタ１２に達した常光
・異常光は、透過波長域の波長であれば、大部分は透過
し、残りは反射する。図１では、常光の透過光はＴo 、
異常光の透過光はＴe 、常光の反射光はＲo 、異常光の
反射光はＲe で表す。透過波長域の直線偏光光線の偏光
方向をＸ軸方向に対して０度〜９０度と変化させると、
フィルタでの透過・反射の分岐比は、それに合わせて変
動する。常光と異常光はその偏光方向が互いに直交して
いるから、Ｘ軸方向に対して４５度の角度をなすときの
み同一の角度となり、同一の透過率となる。この２本の
光線を一緒に受光することにより、たとえ入射光の偏光
状態が変化し常光と異常光の分岐比が変動しても、出射
光のパワーは一定となる。

【００１８】ここで、具体例をあげて説明する。例え
ば、Ｘ軸方向と偏光方向が４５度の角度をなす直線偏光
光線を入射するとき、光線のフィルタでの透過率が９４
％であるとする。入射光が円偏光であれば、入射光線の
パワーが１００とすると、常光と異常光の分岐比は５
０：５０となる。従って、出射光のパワーは 50×0.94＋50×0.94＝(50 ＋50) ×0.94＝100 ×0.94 となる。また、入射光が楕円偏光であり、常光と異常光
の分岐比が８０：２０であるとすると、出射光のパワー
は 80×0.94＋20×0.94＝(80 ＋20) ×0.94＝100 ×0.94 となる。このように、入射光の偏光状態によって常光と
異常光の分岐比が変動しても、出射光のパワーは安定す
ることとなる。

【００１９】図２は、本発明に係る偏光無依存複合フィ
ルタ装置の他の実施例を示す説明図である。帯域通過フ
ィルタであるフィルタ１１を入射光に対して斜めに配置
し、該フィルタの入射側前段に複屈折板１２を図１と同
様に配置する。フィルタ１１はガラスの平行平板であ
り、その入射面１１ａに反射防止膜を蒸着し、出射面１
１ｂに誘電体多層膜を蒸着した構造である。

【００２０】例えば、Ｘ軸方向と偏光方向が４５度の角
度をなす直線偏光光線を入射するとき、光線のフィルタ
での透過率が８０％とする。入射光が楕円偏光であり、
入射光線のパワーが１００として、常光と異常光の分岐
比が８０：２０であるとすると、出射光のパワーは、 80×0.80＋20×0.80＝(80 ＋20) ×0.80＝100 ×0.80 また、常光と異常光の分岐比が８０：２０であるとする
と、出射光のパワーは 20×0.80＋80×0.80＝(80 ＋20) ×0.80＝100 ×0.80 となる。このように、入射光の偏光状態によって常光と
異常光の分岐比が変動しても、出射光のパワーは安定す
ることとなる。

【００２１】図３は、前記偏光無依存複合フィルタ装置
を用いた光合波器の説明図である。この光合波器は、偏
光無依存複合フィルタ装置１４の複屈折板１２の前方で
入射光の光路上に第１の入射ポートＰ_i1を設け、フィル
タ１０を透過する出射光の光路上に出射ポートＰｏを設
け、フィルタ１０で反射して前記出射ポートＰｏに出射
するような入射光の光路上に第２の入射ポートＰ_i2を設
けた構造である。フィルタ１０は、前述のようにＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸をとると、Ｘ−Ｙ面に対して２２．５度をな
すように配置する。各ポートには光ファイバ３０，３
１，３２と平行光にするためのレンズ３５，３６，３７
が配置され、光ファイバ３０，３１，３２はシングルモ
ード光ファイバであり、レンズ３５，３６，３７は球状
レンズである。

【００２２】例えば、第１の入射ポートＰ_i1より波長
１．５５μｍの光線を、第２の入射ポートＰ_i2より波長
１．４８μｍの光線を偏光無依存複合フィルタ装置１４
に入射する。フィルタ１０において、波長１．５５μｍ
は透過波長域にあり、波長１．４８μｍは反射波長域に
あるとする。この光線は光ファイバ３０，３１から出光
し、レンズ３５，３６を通って平行光となる。波長１．
５５μｍの光線は、シングルモード光ファイバ３０より
出光しているので偏光状態は変動するが、前述のよう
に、偏光無依存複合フィルタ装置１４を通過すると、入
射光の偏光状態に係わらず出射パワーは一定である。一
方、第２の入射ポートＰ_i2から出光した波長１．４８μ
ｍの光線は、フィルタ１０で反射するが、これはほとん
ど偏光状態に依存しないで一定の割合で反射する。従っ
て、波長１．５５μｍと波長１．４８μｍの合波光線は
入射光の偏光状態に依存せず、パワー変動を生じない。
この光線は、出射ポートＰｏに結合する。

【００２３】図４に光合波器の他の実施例を示す。フィ
ルタ１０の特性により、第２の入射ポートＰ_i2から入射
する光線が反射したとき、パワー変動を発生する場合に
は、フィルタ１０の反射面の入射側前段に複屈折板１５
を配置する。そして、複屈折板１５の光学軸をフィルタ
１０へ投射したとき、その投射像が前記フィルタ１０の
Ｐ偏光方向からＳ偏光方向に４５度回転した角度をなす
ように調整する。第２の入射ポートＰ_i2から入射する光
線は、複屈折板１５を通りフィルタ１０で反射して、前
記実施例と同様に、パワー変動することなしに出射ポー
トＰｏへ結合する。

【００２４】図５は前記偏光無依存複合フィルタ装置を
用いた光分波器の説明図である。この光分波器は長波長
通過フィルタ１０を用いた偏光無依存複合フィルタ装置
１４の複屈折板１２の前方で入射光の光路上に入射ポー
トＰｉを設け、フィルタ１０を透過する出射光の光路上
に第１の出射ポートＰ_o1を設け、フィルタ１０で反射す
る出射光の光路上に第２の出射ポートＰ_o2を設けた構成
である。なお、各部材の配置は前記光合波器と同様であ
る。

【００２５】例えば、入射ポートＰｉから出光した波長
１．５５μｍと波長１．４８μｍの光線は入射光の偏光
状態に依存せず、パワー変動しないで、各出射ポートに
結合する。即ち、波長１．５５μｍの光線はフィルタ１
０を透過後、第１の出射ポートＰ_o1に、波長１．４８μ
ｍの光線はフィルタ１０を反射後、第２の出射ポートＰ
_o2に分波結合する。

【００２６】図６は、前記偏光無依存複合フィルタ装置
を用いた光波長選択器の説明図である。ここでは、波長
多重された合波光線から適切波長の光線を選択する場合
や、広帯域幅の光線を適切な挟帯域幅の光線を取り出す
場合に使用する波長チューニング機構を有する光波長選
択器を取り上げる。従って、波長チューニングのための
回転もしくはあおり機能を有するが、ここでは、その回
転もしくはあおり機構の詳説はしない（例えば、パルス
モータ等）。この光波長選択器は帯域通過フィルタ１２
を用いた偏光無依存複合フィルタ装置１６に複屈折板１
２の前方の入射光の光路上に入射ポートＰｉを設け、フ
ィルタを透過する出射光の光路上に出射ポートＰｏを設
けた構成である。なお、フィルタ１１は、光線透過のた
めの穴を有する基板１７に取り付けてあり、基板１７に
は、回転軸ピン１８が垂直にたてており、前述のように
Ｘ−Ｙ面に対して入射角が可変なように配置する。各ポ
ートは前記例と同様の配置である。

【００２７】例えば、入射ポートＰｉより、中心波長
１．５５μｍで半値幅０．０２０μｍの光線を偏光無依
存フィルタ装置１６に入射する。フィルタ１１は広帯域
で使用したいため、対垂直入射で中心波長１．５６で半
値幅０．００４μｍで設計されているとする。そして、
選択光線は波長１．５５２μｍで半値幅０．００４μｍ
とする。フィルタ１１は、波長１．５５２μｍを選択す
るために回転機構により約１０度回転させることとす
る。この場合、入射光線に対してフィルタの傾き角が大
きいのでＳ偏光とＰ偏光の透過率が異なり、パワー変動
の原因となりうる。前述したように、偏光無依存複合フ
ィルタ装置１４を透過した波長１．５５２μｍで半値幅
０．００４μｍの光線は、入射光の偏光状態に依存せ
ず、パワー変動することなしに出射ポートＰｏへ結合す
る。

【００２８】本発明は、反射した出射光について、パワ
ー変動を発生する場合には、前述のように第２の複屈折
板を配置してもよい。また、本発明は、長波長通過域フ
ィルタのみに限定されるものではなく、帯域通過フィル
タや短波長通過フィルタなどのフィルタも使用できる。
特に、光合波器、光分波器として使用する場合、主とし
て長波長通過域フィルタ又は短波長通過フィルタを使用
し、光波長選択器として使用する場合、主として帯域通
過フィルタを使用する。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、フィルタの前段に複屈折板を
配置し、常光・異常光の偏光方向のフィルタへの投影像
とＰ偏光方向・Ｓ偏光方向とが４５度をなしているか
ら、常光・異常光の透過と反射の分岐比が同一となる。
この２本の光線を一緒に受光することにより、たとえ入
射光の偏光状態が変化し常光と異常光の比が変動して
も、入射光の偏光状態に依存することなしに光のパワー
を安定して出射できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏光無依存複合フィルタ装置の一
実施例を示す図。

【図２】本発明に係る偏光無依存複合フィルタ装置の他
の実施例を示す図。

【図３】本発明に係る光合波器の一実施例を示す図。

【図４】本発明に係る光合波器の他の実施例を示す図。

【図５】本発明に係る光分波器の一実施例を示す図。

【図６】本発明に係る光波長選択器の一実施例を示す
図。

【図７】長波長通過フィルタのＳ偏光成分とＰ偏光成分
における透過・反射率の特性模式図。

【図８】帯域通過フィルタのＳ偏光成分とＰ偏光成分に
おける透過率の特性模式図。

【符号の説明】

１０フィルタ１２複屈折板Ａｘ光学軸ｓＳ偏光方向ｐＰ偏光方向

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光に対して斜めに配置した金属ある
いは誘電体の層状膜を利用したフィルタと、該フィルタ
の入射側前段に配置した平行平板の複屈折板との組み合
わせからなり、該複屈折板の光学軸は、前記フィルタに
投影した時にその投影像がフィルタのＰ偏光方向からＳ
偏光方向に４５度回転した角度をなすように調整されて
いる偏光無依存複合フィルタ装置。
【請求項２】フィルタが長波長通過フィルタ又は短波
長通過フィルタである請求項１記載の偏光無依存複合フ
ィルタ装置の、複屈折板の前方の入射光の光路上に第１
の入射ポートを設け、フィルタを透過する出射光の光路
上に出射ポートを設け、フィルタで反射して前記出射ポ
ートに出射するような入射光の光路上に第２の入射ポー
トを設ける光合波器。
【請求項３】フィルタが長波長通過フィルタ又は短波
長通過フィルタである請求項１記載の偏光無依存複合フ
ィルタ装置の、複屈折板の前方の入射光の光路上に第１
の入射ポートを設け、フィルタを透過する出射光の光路
上に出射ポートを設け、フィルタで反射して前記出射ポ
ートに出射するような入射光の光路上に第２の複屈折板
を設けると共に、その入射側に第２の入射ポートを設け
る光合波器。
【請求項４】フィルタが長波長通過フィルタ又は短波
長通過フィルタである請求項１記載の偏光無依存複合フ
ィルタ装置の、複屈折板の前方の入射光の光路上に入射
ポートを設け、フィルタを透過する出射光の光路上に第
１の出射ポートを設け、前記入射ポートから入射してフ
ィルタで反射する出射光の光路上に第２の出射ポートを
設ける光分波器。
【請求項５】フィルタが帯域通過フィルタである請求
項１記載の偏光無依存複合フィルタ装置の、複屈折板の
前方の入射光の光路上に入射ポートを設け、フィルタを
透過する出射光の光路上に出射ポートを設ける光波長選
択器。