JP4888780B2 - Optical fiber coupler - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサに使用される複数の光ファイバを、光学的に結合する光ファイバ結合装置に関するものである。 The present invention relates to an optical fiber coupling device that optically couples a plurality of optical fibers used in an optical fiber communication system and an optical sensor such as a magnetic field sensor.
光ファイバ通信システムや光センサに使用される複数の光ファイバは、互いに光学的に結合されている。このように光ファイバを光学的に結合させる装置として、図15に示すような光ファイバ結合装置が考案されている(例えば、特許文献1を参照)。 A plurality of optical fibers used in an optical fiber communication system and an optical sensor are optically coupled to each other. As an apparatus for optically coupling optical fibers in this way, an optical fiber coupling apparatus as shown in FIG. 15 has been devised (see, for example, Patent Document 1).
図15に示す光ファイバ結合装置100は、シングルモード光ファイバ101及び102、偏波面保存型光ファイバ103及び104、一対のGRINレンズ105及び106、誘電体多層膜107、及びキャピラリ108及び109から構成される。
An optical
GRINレンズ105,106の光学面と接合するキャピラリ108,109の接合面は斜めに研磨されて、斜め研磨面110及び111が形成される。そのGRINレンズ105,106は0.25ピッチのレンズ長を有している。このGRINレンズ105,106の間に誘電体多層膜107が挟まれ、接着剤などで固定されている。
The joint surfaces of the
一方、入射側光ファイバである光ファイバ素線101,103の被覆層が除去されることで、光ファイバ裸線101a、103aが露出される。露出された光ファイバ裸線101a,103aが、円柱状のキャピラリ108内に設けられた細孔に挿入され接着剤にて固定される。そして、このキャピラリ108が、GRINレンズ105に接着剤で固定される。又、同様に出射側光ファイバである光ファイバ素線102,104がキャピラリ109の細孔に挿入されて接着剤にて固定され、GRINレンズ106に接着剤で固定されている。
On the other hand, the optical fiber
各光ファイバ101又は103からGRINレンズ105,106に入射した光線は、正弦波状の光路をとって蛇行しながらGRINレンズ105,106内部を伝搬する。
Light rays incident on the
このような光ファイバ結合装置100は磁界センサ等に使用される。磁界センサは直線偏光の伝搬光を磁気光学材料(Bi置換型希土類ガーネット単結晶)に透過させると共にその磁気光学材料を磁界に接近させ、ファラデー効果によって磁気光学材料を透過する伝搬光の偏波面が、磁界の強度に応じて回転することを利用したセンサである。磁気光学材料を透過する光の偏波面の回転角を、光強度の変化に変換して検知・計数を行うことで、磁界の強度を測定する。このような磁界センサでは、前記偏波面の回転角を、磁界が印加される前後の伝搬光の偏波面から計測するため、磁界が印加される前の伝搬光の導波路である入射側光ファイバと、磁界が印加された後の伝搬光の導波路である出射側光ファイバとの間で偏波面を回転させる必要がある。
Such an optical
前記ガーネット単結晶のファラデー効果を直線性良く利用するために入射側光ファイバと出射側光ファイバ間で偏波面の回転角を45度に設定する必要がある。しかしながら、磁界センサが短波長(短波長の伝搬光を入出射させるタイプ)型の場合、ガーネット単結晶のウインドと呼ばれる光吸収係数の比較的小さい領域外の光を利用することになるため、ガーネット単結晶で光吸収が発生して挿入損失が大きくなる。従って、短波長型磁気センサに用いる光ファイバ結合装置においては、ガーネット単結晶を利用することなく、入射側光ファイバと出射側光ファイバの間で伝搬光の偏波面を45度回転又は変換する機能が求められる。 In order to use the Faraday effect of the garnet single crystal with good linearity, it is necessary to set the rotation angle of the polarization plane between the incident side optical fiber and the output side optical fiber to 45 degrees. However, when the magnetic field sensor is of a short wavelength type (a type in which short-wave propagation light is incident / exited), light outside a region having a relatively small light absorption coefficient called a garnet single crystal window is used. Light absorption occurs in a single crystal, increasing insertion loss. Therefore, in the optical fiber coupling device used for the short wavelength type magnetic sensor, the function of rotating or converting the polarization plane of the propagating light between the incident side optical fiber and the output side optical fiber without using a garnet single crystal. Is required.
偏波面を45度回転又は変換する手段として、例えば入射側光ファイバからの直線偏光の偏波面に対して、複屈折素子からなる偏光子の偏波面を45度傾けて配置し、入射側光ファイバを伝搬する光を前記偏光子によってその偏波面に対し45度偏波面が異なる常光線と異常光線とに分離して出射側光ファイバに結合させる手段が考えられる。しかしながら図15の光ファイバ結合装置100は、GRINレンズ105と光ファイバ101及び103、及びGRINレンズ106と光ファイバ102及び104をそれぞれ1つのユニットと考えた2つの光ファイバコリメータを、誘電体多層膜107を挟んで結合させた光ファイバ結合系として設計されていた。
As a means for rotating or converting the polarization plane by 45 degrees, for example, the polarization plane of a polarizer composed of a birefringent element is inclined 45 degrees with respect to the polarization plane of linearly polarized light from the incident side optical fiber, and the incident side optical fiber It is conceivable that the light propagating light is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray having a polarization plane different by 45 degrees with respect to the plane of polarization by the polarizer and coupled to the outgoing optical fiber. However, the optical
従って、偏光子を光ファイバ結合装置100に組み込もうとすると、図16に示すようにGRINレンズ105,106の間に設けることになる。そうすると、入射側光ファイバである光ファイバ103からの伝搬光路は、出射角を伴って偏光子112に入射するため、出射側光ファイバの片側の光ファイバ104のみに結合し、もう片方の光ファイバ102との結合動作を取ることは不可能であった。なお図16の二点鎖線は、伝搬光の中心光路を表している。従って、従来の光ファイバ結合装置100の構成で、ガーネット単結晶を使用することなく偏波面45度回転又は変換することは困難であった。
Therefore, when the polarizer is to be incorporated into the optical
よって、本発明は、ガーネット単結晶を使用することなく、入出射光ファイバ間で伝搬光の偏波面を45度変換可能な光ファイバ結合装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical fiber coupling device capable of converting the polarization plane of propagating light between incoming and outgoing optical fibers by 45 degrees without using a garnet single crystal.
本発明の請求項1に記載の光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバ、第1の偏光子、レンズ、部分反射ミラー、第2の偏光子、出射側光ファイバを含み、
入射側光ファイバは、第1及び第2の入射光ファイバで構成され、第1の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第1の偏光子が、第1の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第1の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第2の偏光子が設置され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成されると共に、
第1の入射光ファイバの偏波保存軸方向は、第2の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸から45度又は135度異なるように設定され、
第2の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成され、
光源からの光が第1の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第1の偏光子は、第1の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第1の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第2の偏光子の光学面における結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第1の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第2の入射光ファイバに入射し、
第2の入射光ファイバは第1の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第2の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置である。
The optical fiber coupling device according to
The incident side optical fiber is composed of first and second incident optical fibers, and the first incident optical fiber is a polarization-preserving optical fiber,
The partial reflection mirror is installed between the incident side optical fiber and the output side optical fiber, and further, the lens is arranged on both sides of the partial reflection mirror, so that the lens is installed opposite to the end surface of the input / output side optical fiber,
A first polarizer is disposed across the fiber axis of the first incident optical fiber or at the end of the first incident optical fiber;
A second polarizer is installed between the lens and the end face of the output side optical fiber,
The end face of the incident side optical fiber facing the lens is formed obliquely in the same direction with respect to the fiber axis of each optical fiber,
The polarization preserving axis direction of the first incident optical fiber is set to be 45 degrees or 135 degrees different from the crystal axis or the polarization transmission axis on the optical surface of the second polarizer,
The end face of the exit side optical fiber facing the second polarizer is formed obliquely in the same direction with respect to the fiber axis of each optical fiber,
The light from the light source propagates inside the first incident optical fiber,
The first polarizer propagates in the first incident optical fiber or changes the polarization direction of the light emitted from the first incident optical fiber to the crystal axis or polarization in the optical surface of the second polarizer. Align in a direction that is 45 degrees different from the transmission axis,
The partially reflecting mirror reflects a part of the light emitted from the first incident optical fiber and enters the second incident optical fiber,
The second incident optical fiber receives the outgoing light from the first incident optical fiber, and again emits the incident light toward the lens, and a part of the emitted light passes through the partial reflection mirror. The optical fiber coupling device is characterized in that it is transmitted and incident again on the lens to be converged, and the converged light is transmitted through the second polarizer and incident on the output side optical fiber.
又、請求項2に記載の光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバ、第1の偏光子、レンズ、部分反射ミラー、第2の偏光子、出射側光ファイバを含み、
入射側光ファイバは、第1及び第2の入射光ファイバで構成され、第1の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、
更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第1の偏光子が、第1の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第1の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第2の偏光子が設置され、
第2の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸が、第1の入射光ファイバの偏波保存軸から相対的に45度異なるように設定され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成されると共に、第2の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成され、
光源からの光が第1の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第1の偏光子は、第1の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第1の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第2の偏光子の結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第1の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第2の入射光ファイバに入射し、
第2の入射光ファイバは第1の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第2の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置である。
The optical fiber coupling device according to
The incident side optical fiber is composed of first and second incident optical fibers, and the first incident optical fiber is a polarization-preserving optical fiber,
The partial reflection mirror is installed between the incident side optical fiber and the output side optical fiber,
Furthermore, by arranging the lenses on both sides of the partial reflection mirror, the lens is installed facing the end face of the input / output side optical fiber,
A first polarizer is disposed across the fiber axis of the first incident optical fiber or at the end of the first incident optical fiber;
A second polarizer is installed between the lens and the end face of the output side optical fiber,
The crystal axis or polarization transmission axis on the optical surface of the second polarizer is set to be 45 degrees relatively different from the polarization preserving axis of the first incident optical fiber;
The end face of the incident side optical fiber facing the lens is formed perpendicular to the fiber axis of each optical fiber, and the end face of the output side optical fiber facing the second polarizer is the fiber axis of each optical fiber. Formed perpendicular to the
The light from the light source propagates inside the first incident optical fiber,
The first polarizer propagates through the first incident optical fiber or changes the polarization direction of light emitted from the first incident optical fiber from the crystal axis or polarization transmission axis of the second polarizer. Align in a direction that is 45 degrees different,
The partially reflecting mirror reflects a part of the light emitted from the first incident optical fiber and enters the second incident optical fiber,
The second incident optical fiber receives the outgoing light from the first incident optical fiber, and again emits the incident light toward the lens, and a part of the emitted light passes through the partial reflection mirror. The optical fiber coupling device is characterized in that it is transmitted and incident again on the lens to be converged, and the converged light is transmitted through the second polarizer and incident on the output side optical fiber.
更に、請求項3に記載の光ファイバ結合装置は、入射側光ファイバと出射側光ファイバの各端面の、各ファイバ軸に対する傾斜方向が、互いに異なるように設定されることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ結合装置である。
Furthermore, in the optical fiber coupling device according to
更に、請求項4に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバが、第1及び第2の出射光ファイバで構成され、第2の偏光子が複屈折素子であることを特徴とする請求項1又は3に記載の光ファイバ結合装置である。
Furthermore, the optical fiber coupling device according to claim 4 is characterized in that the outgoing optical fiber is composed of first and second outgoing optical fibers, and the second polarizer is a birefringent element. Item 4. The optical fiber coupling device according to
又、請求項5に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバが、第1及び第2の出射光ファイバで構成され、第2の偏光子が複屈折素子であることを特徴とする請求項2に記載の光ファイバ結合装置である。
The optical fiber coupler according to
又、請求項6に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバが、1ポートの光ファイバで構成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の光ファイバ結合装置である。
The optical fiber coupling device according to
更に、請求項7に記載の光ファイバ結合装置は、出射側光ファイバのファイバ間ピッチが、入射側光ファイバのファイバ間ピッチの1/2に設定されることを特徴とする請求項4に記載の光ファイバ結合装置である。
Furthermore, in the optical fiber coupling device according to
更に、請求項8に記載の光ファイバ結合装置は、第2の偏光子の光学面上における結晶軸方向に各ファイバ軸を結んだ直線が沿うように、出射側光ファイバが配置されることを特徴とする請求項4、5、7の何れかに記載の光ファイバ結合装置である。
Furthermore, in the optical fiber coupling device according to
本発明の光ファイバ結合装置に依れば、ガーネット単結晶を使用せずに入出射光ファイバ間で伝搬光の偏波面を45度変換することが可能となる。従って、いかなる波長領域の伝搬光を利用したアプリケーションにも適用することが可能となる。 According to the optical fiber coupling device of the present invention, it is possible to convert the plane of polarization of propagating light by 45 degrees between the incoming and outgoing optical fibers without using a garnet single crystal. Therefore, the present invention can be applied to applications using propagation light in any wavelength region.
<第1の実施の形態>
以下、本発明に係る光ファイバ結合装置の最良の実施の形態を、図1〜図4を参照して
詳細に説明する。図1の光ファイバ結合装置1は、入射側光ファイバ2、第1の偏光子3、レンズ4a、4b、部分反射ミラー5、第2の偏光子6、及び出射側光ファイバ7を備えて構成される。なお各図に示すz軸は入射側光ファイバ2又は出射側光ファイバ7のファイバ軸方向を表し、そのz軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をx軸、垂直方向をy軸と定義する。x軸乃至z軸は各図で対応している。
<First Embodiment>
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the best mode of an optical fiber coupling device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The optical
入射側光ファイバ2は、第1及び第2の入射光ファイバ2a、2bで構成される。第1の入射光ファイバ2aは、偏波面保存型光ファイバ(Polarization Maintaining Fiber:PMF)であり、図示しない光源からの光を伝搬する。第1の入射光ファイバ2aは、図3(a)に示すように高屈折率であるコアと、このコアの周囲に同心円状に形成された比較的低屈折率のクラッドと、クラッド内に設けられた2つの応力付与部とから構成されている。2つの応力付与部は、クラッド内でコアを中心に対称配置されており、その断面は円形である。また、応力付与部の屈折率はクラッドよりも更に低い。応力付与部には、クラッドよりも熱膨張係数の大きい材料が用いられている。2つの応力付与部によって、コアに両サイドから内部応力が加えられ、その内部応力によって複屈折率特性が現れる。この特性により、コア内部に光が入射されると、光の偏波面が一定方向に保たれながら、入射光はコア内部を伝搬して行く。
The incident side
第1の偏光子3は、図1(a)、(b)に示すように第1の入射光ファイバ2aのファイバ軸を横切るように配置されるか、又は図2に示すように第1の入射光ファイバ2aの端部に配置される。ファイバ軸を横切るように配置する方が高集積化が図れるという点で望ましい。第1の偏光子3には、複屈折性又は二色性を有する偏光フィルム又はバルク状の単結晶が用いられる。第1の偏光子3は、第1の入射光ファイバ2a内部を伝搬、又は、第1の入射光ファイバ2aから出射される光の偏波方向を、後述する第2の偏光子6の光学面における結晶軸(又は第2の偏光子6が二色性素子の場合は偏波透過軸)X6aから相対的に45度異なる方向に揃えるために備えられる。
The
第2の入射光ファイバ2bは、ケイ酸鉛ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバ(Single Mode Fiber:SMF)である。更に入射側光ファイバ2の端面は、図1(b)に示すように第1の入射光ファイバ2aと第2の入射光ファイバ2bの各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成される。このように第1の入射光ファイバ2aと第2の入射光ファイバ2bの各端面が同一方向に斜めに形成されることで、反射光が低減される。その斜め加工端面は、図1(b)より右下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がなされると共に、AR(Anti-Reflection)コートが施される。
The second incident
一方、出射側光ファイバ7は、第1及び第2の出射光ファイバ7a,7bで構成され、図3に示すように第1及び第2の出射光ファイバ7a,7bの各ファイバ軸を結んだ直線LOが後述する第2の偏光子6の光学面上における結晶軸方向X6aに沿うように、出射側光ファイバ7を構成する第1及び第2の出射光ファイバ7a,7bが配置される。出射側光ファイバ7には偏波面保存型光ファイバ、シングルモード光ファイバ、又はグレーデッドインデックス光ファイバ(Graded Index Fiber:GIF)が適宜使用される。
On the other hand, the output side
更に出射側光ファイバ7の端面は、図1(b)に示すように第1の出射光ファイバ7aと
第2の入射光ファイバ7bの各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成される。このように第1の出射光ファイバ7aと第2の出射光ファイバ7bの各端面が同一方向に斜めに形成されることで、反射光が低減される。斜め加工端面は、図1(b)より左下方向を向いて形成されている。更にその端面には光学研磨処理がなされると共に、ARコートが施される。従って、入射側光ファイバ2と出射側光ファイバ7の各端面の各ファイバ軸に対する傾斜方向は、図1(b)に示すように互いに異なるように設定される。なお、出射側光ファイバ7を構成する第1の出射光ファイバ7aと第2の出射光ファイバ7bのファイバ間ピッチは、入射側光ファイバ2を構成する第1の入射光ファイバ2aと第2の入射光ファイバ2bのファイバ間ピッチの1/2に設定される。
Further, as shown in FIG. 1B, the end face of the output side
以上、説明した入射側光ファイバ2の端部と出射側光ファイバ7の端部が対向配置されると共に、各光ファイバ2,7の端部の間に、レンズ4a,4b、部分反射ミラー5、及び第2の偏光子6が設置されることで、光ファイバ結合装置1が構成される。
As described above, the end portion of the incident-side
入射側光ファイバ2と出射側光ファイバ7の間に設置される部分反射ミラー5の透過と反射の割合は、50:50から30:70程であり、レンズ4a又は4bの光学面に、誘電体多層膜又は金属膜を成膜することで形成される。
The ratio of transmission and reflection of the partially reflecting
レンズ4a及び4bは、GRIN(Gradient Index)レンズであり、そのレンズ長L4(図1(a)参照)は0.125P(P:レンズ4a又は4bのピッチ)か、0.125Pの奇数倍に設定される。又、レンズ4a又は4bの外形形状は円柱状に成形され、光学面は光軸oa(図1(a)参照)に対して垂直に形成される。レンズ個数は2個であり、部分反射ミラー5を挟むようにして、部分反射ミラー5の両面にレンズ4aと4bが対向配置されている。従って、入射側光ファイバ2の端面と対向してレンズ4aが設置されると共に、出射側光ファイバ7の端面と対向してレンズ4bが設置される。レンズ長L4が0.125Pに設定されることで、前記各光ファイバ2a,2b,7a,7bの各々のコアへの光学的な収束結合用レンズとしてレンズ4a及び4bは配置される。
The
更に、レンズ4bと出射側光ファイバ7の端面の間に、第2の偏光子6が設置される。よって、出射側光ファイバ7の端面と第2の偏光子6が対向配置される。第2の偏光子6には、ルチル等の複屈折性を有するバルク状の単結晶が用いられる。又、図3に示すように第2の偏光子6の光学面上における結晶軸X6aに対して、第1の入射光ファイバ2aの偏波保存軸PX方向は、相対的に45度又は135度異なるように設定される。又、第2の偏光子6における常光線と異常光線の分離幅は、第1の出射光ファイバ7aと第2の出射光ファイバ7bのファイバ間ピッチに合わせられる。なお図1(a)中のX6bは、第2の複屈折素子6の光学面に対する結晶軸であり、その方向は常光線と異常光線が最大の分離幅を得られるように光学面の法線に対して42〜50度前後(好ましくは47.8度)に設定されている。
Further, a
以上のように構成された光ファイバ結合装置1の動作について、図4と図5を参照しながら説明を行う。第1の入射光ファイバ2a内部を光源からの光が伝搬し、第1の偏光子3を透過すると、伝搬光の偏波方向PDは図5(A)に示すように第2の偏光子6の光学面における結晶軸X6aから相対的に45度異なる方向に揃えられる。
The operation of the optical
次に伝搬光は第1の入射光ファイバ2a端部から出射され、レンズ4aを透過して部分反射ミラー5に入射する。第1の入射光ファイバ2aから出射された光の一部が部分反射ミラー5で反射して第2の入射光ファイバ2bに入射されると共に、部分反射ミラー5を透過した光は出射側光ファイバ7には結合されない。
Next, the propagating light is emitted from the end of the first incident
第1の入射光ファイバ2aからの出射光が、図5(B)に示すように偏波方向PDを保持したまま第2の入射光ファイバ2bに入射されると共に、入射された光は再度、レンズ4aに向けて第2の入射光ファイバ2bから出射される。
The outgoing light from the first incident
レンズ4aに入射された光は、レンズ4a内部の屈折率勾配によって蛇行しながら伝搬される。前記の通り、レンズ長L4は0.125Pに設定されているため、レンズ4aに入射された光は図4に示すような緩やかな曲線状の光路を描いてコリメート光に変換されて、部分反射ミラー5を透過及び反射する。従って、レンズ4a及び4bは、第2の入射光ファイバ2bから出射された光を、部分反射ミラー5の光学面でコリメート光となるように変換するレンズ系であることが分かる。
The light incident on the
部分反射ミラー5を透過したコリメート光の一部はレンズ4bに入射され、レンズ4bによって収束される。収束された光は更に第2の偏光子6を透過する。第2の偏光子6に入射された収束光は、図5(C)に示すように、相互に直交する偏波面の常光線Roと異常光線Reとに分離される。次に図5(D)に示すように、常光線Roは第2の偏光子6内部でシフトせずそのままの光路を保持して出射され、第1の出射光ファイバ7aに入射する。一方、異常光線Reは第2の偏光子6の光学面上における結晶軸X6a方向に対し平行な方向にシフトされて出射され、第2の出射光ファイバ7bに入射される。なお、伝搬光は波長λ:633nmの単一波長を有する光信号である。
Part of the collimated light transmitted through the
図5(A)及び(B)に対して同図(D)を比較すれば明らかなように、第1の入射光ファイバ2a及び第2の入射光ファイバ2bを伝搬する光の偏波面と、第1の出射光ファイバ7a及び第2の出射光ファイバ7bを伝搬する光の偏波面が、相対的に45度異なるように変換されていることが分かる。以上のように、本発明の光ファイバ結合装置に依れば、ガーネット単結晶を使用せずに入出射光ファイバ2と7の間で伝搬光の偏波面を45度変換することが可能となる。従って、いかなる波長領域の伝搬光を利用したアプリケーションにも適用することが可能となる。
As is clear from comparison of FIG. 5D with FIG. 5A and FIG. 5B, the polarization plane of the light propagating through the first incident
なお、説明してきた光路方向とは逆に、出射側光ファイバ7から出射した光が、レンズ
4b、部分反射ミラー5、及びレンズ4aを伝搬して、第2の入射光ファイバ2bに入射され、その後、第1の入射光ファイバ2aに入射するという伝搬光路でも、同様のことが成り立つことはいうまでもない。
In contrast to the optical path direction described above, the light emitted from the emission side
4b, the partially reflecting
本発明はその技術的思想により種々変更可能であり、例えば図6に示すように第2の偏光子6を複屈折素子に代えて二色性素子にしても良い。このように変更した場合、結晶軸として説明してきた前記X6aは偏波透過軸となる。光ファイバ結合装置1の動作は、図7(A)及び(B)に示すように、偏波方向PDの伝搬光が第2の入射光ファイバ2bから出射後に部分反射ミラー5を透過して、レンズ4bによって収束されるところまでは同一である。異なる点は、収束光が第2の偏光子6を透過する際、図7(C)に示すように偏波透過軸X6aに対して平行な偏波成分の光を透過し、直交する偏波成分の光は吸収することである。第2の偏光子6を透過した光は図7(D)に示すように第1の出射光ファイバ7aに入射される。従って、第2の偏光子6を二色性素子とした場合は出射側光ファイバ7は1ポートの光ファイバで構成される。又、第2の偏光子6の厚みは第1の出射光ファイバ7a のMFDの2倍以上に設定する。二色性素子としては、ガラス基板に誘電体粒子を内包した光学素子や
ガラス基板上に誘電体を積層させた光学素子を用いる。なお、出射側光ファイバ7を1ポートの光ファイバで構成した光ファイバ結合装置でも、第2の偏光子6に複屈折素子は適用可能である。
The present invention can be variously changed depending on its technical idea. For example, as shown in FIG. 6, the
<第2の実施の形態>
次に、本発明に係る光ファイバ結合装置の第2の実施の形態を、図8〜図11を参照し
て説明する。なお、第1の実施の形態の光ファイバ結合装置1と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明に付いては省略又は簡略化して説明する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the optical fiber coupling device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same number is attached | subjected to the same location as the optical
図8より、第2の実施形態に係る光ファイバ結合装置8が、第1の実施形態の光ファイバ結合装置1と異なる点は、レンズ4aに対向する入射側光ファイバ7の端面が、第1の入射光ファイバ2aと第2の入射光ファイバ2bの各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成される点と、第2の偏光子6に対向する出射側光ファイバ7の端面が、第1の出射光ファイバ7aと第2の入射光ファイバ7bの各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成される点である。
From FIG. 8, the optical
このような端面形状の変更に伴い、図9に示すように第2の偏光子6の光学面上における結晶軸(又は偏波透過軸)X6aが、第1の入射光ファイバ2aの偏波保存軸から相対的に45度異なるように設定される。更に、図9に示すように第1及び第2の出射光ファイバ7a,7bの各ファイバ軸を結んだ直線LOが第2の偏光子6の光学面上における結晶軸方向X6aに沿うように、出射側光ファイバ7を構成する第1及び第2の出射光ファイバ7a,7bが配置される。
With such a change in the end face shape, as shown in FIG. 9, the crystal axis (or polarization transmission axis) X6a on the optical surface of the
光ファイバ結合装置8の動作に関しては、入出射側光ファイバ7,8の端面形状の変更に伴い、各ファイバ7,8端面からの光の入出射角度が第1の実施形態と異なるが、それ以外は同一であるため、図10及び図11を示して説明は省略する。
Regarding the operation of the
なお、第2の実施形態においても、図2に示すように第1の入射光ファイバ2aの端部に第1の偏光子3を配置変更したり、第2の偏光子6を複屈折素子に代えて二色性素子に変更することが可能である。
Also in the second embodiment, as shown in FIG. 2, the
<第3の実施の形態>
次に、本発明に係る光ファイバ結合装置の第3の実施の形態を、図12〜図14を参照
して説明する。なお、前記各実施形態の光ファイバ結合装置1又は8と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明に付いては省略又は簡略化して説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the optical fiber coupling device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same number is attached | subjected to the same location as the optical
図12より、第3の実施形態に係る光ファイバ結合装置9が、第1の実施形態の光ファイバ結合装置1と異なる点は、GRINレンズ4a,4bに代えて非球面の凸レンズ10a,10bを用いた点である。このようなレンズの変更に伴い、部分反射ミラー5は1つの光学部品であるミラー体として設置される。
From FIG. 12, the optical
以上のように構成された光ファイバ結合装置9の動作について、図13と図14を参照しながら説明を行う。第1の入射光ファイバ2a内部を伝搬し、第1の偏光子3によって偏波方向PDに揃えられた伝搬光は、第1の入射光ファイバ2a端部から出射され、レンズ10aによって収束されて部分反射ミラー5に入射する。光の一部は部分反射ミラー5で反射して第2の入射光ファイバ2bに入射される。
The operation of the optical
第1の入射光ファイバ2aからの出射光が、図5(B)に示すように偏波方向PDを保持したまま第2の入射光ファイバ2bに入射されると共に、入射された光は再度、レンズ4aに向けて第2の入射光ファイバ2bから出射される。
The outgoing light from the first incident
レンズ10aに入射された光は、レンズ4aで収束されて部分反射ミラー5を透過及び反射する。部分反射ミラー5を透過した伝搬光の一部はレンズ10bに入射され、レンズ10bによって収束される。収束された光は更に第2の偏光子6を透過して常光線Roと異常光線Reとに分離され、常光線Roは第1の出射光ファイバ7aに入射され、異常光線Reはシフトされて第2の出射光ファイバ7bに入射される。
The light incident on the
なお、説明してきた光路方向とは逆に、出射側光ファイバ7から出射した光が、レンズ
10b、部分反射ミラー5、及びレンズ10aを伝搬して、第2の入射光ファイバ2bに入射され、その後、第1の入射光ファイバ2aに入射するという伝搬光路でも、同様のことが成り立つことはいうまでもない。
In contrast to the optical path direction described above, the light emitted from the emission side
10b, the partially reflecting
なお、第3の実施形態においても、図2に示すように第1の入射光ファイバ2aの端部に第1の偏光子3を配置変更したり、第2の偏光子6を複屈折素子に代えて二色性素子に変更することが可能である。又、入射側光ファイバ2と出射側光ファイバ7の端面を第2の実施形態のように垂直に形成しても良い。
Also in the third embodiment, as shown in FIG. 2, the
各実施形態において、各光学素子(各光ファイバ2,7、レンズ4a,4b,10a,10b、各偏光子3,6、部分反射ミラー5)を保持する部品は説明しなかったものの、一般的なプラグやフェルール、キャピラリ、アダプタ、スリーブ等を使用すれば良い。
In each embodiment, although components for holding each optical element (each
又、各実施形態で説明した第2の偏光子6を、結晶軸X6a方向を90度ずらした2枚の偏光子をz軸方向で積層した積層体に変更しても良い。
In addition, the
本発明の光ファイバ結合装置は、光ファイバ通信システムや、磁界センサ等の光センサ内の光ファイバ結合系に利用可能である。 The optical fiber coupling device of the present invention can be used for an optical fiber communication system and an optical fiber coupling system in an optical sensor such as a magnetic field sensor.
1、8、9 光ファイバ結合装置
2 入射側光ファイバ
2a 第1の入射光ファイバ
2b 第2の入射光ファイバ
3 第1の偏光子
4a,4b GRINレンズ
5 部分反射ミラー
6 第2の偏光子
7 出射側光ファイバ
7a 第1の出射光ファイバ
7b 第2の出射光ファイバ
10a,10b 凸レンズ
1, 8, 9
2a First incident optical fiber
2b Second incident
4a,
7a First outgoing optical fiber
7b Second outgoing optical fiber
10a, 10b Convex lens
Claims (8)
入射側光ファイバは、第1及び第2の入射光ファイバで構成され、第1の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第1の偏光子が、第1の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第1の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第2の偏光子が設置され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成されると共に、
第1の入射光ファイバの偏波保存軸方向は、第2の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸から45度又は135度異なるように設定され、
第2の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して同一方向に斜めに形成され、
光源からの光が第1の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第1の偏光子は、第1の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第1の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第2の偏光子の光学面における結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第1の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第2の入射光ファイバに入射し、
第2の入射光ファイバは第1の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第2の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置。 The optical fiber coupling device includes an incident side optical fiber, a first polarizer, a lens, a partially reflecting mirror, a second polarizer, and an output side optical fiber,
The incident side optical fiber is composed of first and second incident optical fibers, and the first incident optical fiber is a polarization-preserving optical fiber,
The partial reflection mirror is installed between the incident side optical fiber and the output side optical fiber, and further, the lens is arranged on both sides of the partial reflection mirror, so that the lens is installed opposite to the end surface of the input / output side optical fiber,
A first polarizer is disposed across the fiber axis of the first incident optical fiber or at the end of the first incident optical fiber;
A second polarizer is installed between the lens and the end face of the output side optical fiber,
The end face of the incident side optical fiber facing the lens is formed obliquely in the same direction with respect to the fiber axis of each optical fiber,
The polarization preserving axis direction of the first incident optical fiber is set to be 45 degrees or 135 degrees different from the crystal axis or the polarization transmission axis on the optical surface of the second polarizer,
The end face of the exit side optical fiber facing the second polarizer is formed obliquely in the same direction with respect to the fiber axis of each optical fiber,
The light from the light source propagates inside the first incident optical fiber,
The first polarizer propagates in the first incident optical fiber or changes the polarization direction of the light emitted from the first incident optical fiber to the crystal axis or polarization in the optical surface of the second polarizer. Align in a direction that is 45 degrees different from the transmission axis,
The partially reflecting mirror reflects a part of the light emitted from the first incident optical fiber and enters the second incident optical fiber,
The second incident optical fiber receives the outgoing light from the first incident optical fiber, and again emits the incident light toward the lens, and a part of the emitted light passes through the partial reflection mirror. An optical fiber coupling device characterized in that it is transmitted and incident again on a lens to be converged, and the converged light is transmitted through a second polarizer and incident on an output side optical fiber.
入射側光ファイバは、第1及び第2の入射光ファイバで構成され、第1の入射光ファイバは偏波面保存型光ファイバであり、
部分反射ミラーは入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に設置され、
更に部分反射ミラーの両面にレンズが配置されることで、入出射側光ファイバの端面と対向してレンズが設置され、
第1の偏光子が、第1の入射光ファイバのファイバ軸を横切るように、又は、第1の入射光ファイバの端部に配置され、
レンズと出射側光ファイバの端面の間に、第2の偏光子が設置され、
第2の偏光子の光学面上における結晶軸又は偏波透過軸が、第1の入射光ファイバの偏波保存軸から相対的に45度異なるように設定され、
レンズに対向する入射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成されると共に、第2の偏光子に対向する出射側光ファイバの端面が、各光ファイバのファイバ軸に対して垂直に形成され、
光源からの光が第1の入射光ファイバ内部を伝搬し、
第1の偏光子は、第1の入射光ファイバ内部を伝搬、又は、第1の入射光ファイバから出射される光の偏波方向を、第2の偏光子の結晶軸又は偏波透過軸から相対的に45度異なる方向に揃え、
部分反射ミラーは、第1の入射光ファイバから出射された光の一部を反射して、第2の入射光ファイバに入射し、
第2の入射光ファイバは第1の入射光ファイバからの出射光を入射すると共に、入射された光を再度、レンズに向けて出射し、その出射された光の一部は、部分反射ミラーを透過して再度レンズに入射されて収束され、収束された光は第2の偏光子を透過して、出射側光ファイバに入射されることを特徴とする光ファイバ結合装置。 The optical fiber coupling device includes an incident side optical fiber, a first polarizer, a lens, a partially reflecting mirror, a second polarizer, and an output side optical fiber,
The incident side optical fiber is composed of first and second incident optical fibers, and the first incident optical fiber is a polarization-preserving optical fiber,
The partial reflection mirror is installed between the incident side optical fiber and the output side optical fiber,
Furthermore, by arranging the lenses on both sides of the partial reflection mirror, the lens is installed facing the end face of the input / output side optical fiber,
A first polarizer is disposed across the fiber axis of the first incident optical fiber or at the end of the first incident optical fiber;
A second polarizer is installed between the lens and the end face of the output side optical fiber,
The crystal axis or polarization transmission axis on the optical surface of the second polarizer is set to be 45 degrees relatively different from the polarization preserving axis of the first incident optical fiber;
The end face of the incident side optical fiber facing the lens is formed perpendicular to the fiber axis of each optical fiber, and the end face of the output side optical fiber facing the second polarizer is the fiber axis of each optical fiber. Formed perpendicular to the
The light from the light source propagates inside the first incident optical fiber,
The first polarizer propagates through the first incident optical fiber or changes the polarization direction of light emitted from the first incident optical fiber from the crystal axis or polarization transmission axis of the second polarizer. Align in a direction that is 45 degrees different,
The partially reflecting mirror reflects a part of the light emitted from the first incident optical fiber and enters the second incident optical fiber,
The second incident optical fiber receives the outgoing light from the first incident optical fiber, and again emits the incident light toward the lens, and a part of the emitted light passes through the partial reflection mirror. An optical fiber coupling device characterized in that it is transmitted and incident again on a lens to be converged, and the converged light is transmitted through a second polarizer and incident on an output side optical fiber.
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