JPH0738049B2

JPH0738049B2 - 光デバイス

Info

Publication number: JPH0738049B2
Application number: JP61187233A
Authority: JP
Inventors: 史生和田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-08-09
Filing date: 1986-08-09
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPS6343120A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕平行した二平面で、対角線方向に対向する半面の一方
に、偏光分離膜を他方に全反射膜をそれぞれ形成した平
行ガラス板と、複屈折板とを所望に組合せることによ
り、直交する二方向の光路中に挿入して偏光分離度が高
く、且つ製造容易な光デバイスを提供する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、偏光分離膜を備えた光デバイスの改良に関す
る。

偏波光をＳ波（入射光の電界が入射面に垂直の偏波）
と、Ｐ波（入射光の電界が入射面に平行の偏波）とに分
離するという、偏光分離膜を備えた光デバイスは、互い
に直交する二方向の光通信伝送路に広く使用されてい
る。

一方、ガラス板に屈折率の異なる光学膜を所定の膜厚
で、交互に積層した偏光分離膜は、入射角を選択する
と、Ｐ波は総て透過し、Ｓ波は大部分が反射し、少ない
一部が透過するという、偏光分離性を有する。

このような光デバイスには、製造が容易であること、偏
光分離度が高いことが要望されている。

〔従来の技術〕

第４図の（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の光デバイスの
光路図、第５図の（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の他の
光デバイスの光路図、第６図は従来例を適用した装置の
光路図である。

第４図において、光デバイスは平行六面体ガラス板1Aの
平行した二平面の一方の面の全面に、偏光分離膜３が形
成され、直角プリズム２が、その斜辺面が偏光分離膜３
の表面に密着して、平行六面体ガラス板1Aに固着されて
いる。

いま、第４図（ａ）のように、光路10より偏光分離膜３
に45度傾斜した面に直交するように、偏波光を平行六面
体ガラス板1Aに入射させると、大部分のＳ波（図では紙
面に垂直な偏波・で示す）は、偏光分離膜３で反射し、
偏光分離膜３に平行する面に投射され、この面で反射し
て、光路10に並進した点線で示す光路12より出射する。

Ｐ波（図では紙面に平行な偏波で示す）は、偏光分離膜３を透過して直進し、直角プリ
ズム２を通過して、実線で示す光路11より出射する。

なお、光路11よりは、偏光分離膜３を透過した一部のＳ
波が出射する。

また、第４図（ｂ）のように、光路10に直交する光路20
より直角プリズム２を透して、偏光分離膜３に偏波光を
入射させると、Ｐ波は偏光分離膜３を透過して直進し、
偏光分離膜３に平行する面に投射され、この面で反射し
て、光路12に並進（光路10と光路20とが偏光分離膜３上
で交叉する場合は、光路12に一致する。）した実線で示
す光路21より出射する。

なお、光路21よりは、偏光分離膜３を透過した一部のＳ
波が出射する。

偏光分離膜３に投射された偏光波の大部分のＳ波は、偏
光分離膜３で反射して、直角プリズム２の他の面から、
光路21に並進（光路10と光路20とが偏光分離膜３上で交
叉する場合は、光路11に一致する。）した点線で示す光
路22より出射する。

第５図に示す光デバイスは、平行ガラス板１の平行した
二平面の、対角線方向に対向対向するほぼ半面の一方に
偏光分離膜３が、他方に全反射膜４が形成され、直角プ
リズム２が、その斜辺面が偏光分離膜３に密着して、平
行ガラス板１に固着されている。また、直角プリズム５
が、その斜辺面が全反射膜４に密着して、平行ガラス板
１に固着されている。

いま、第５図（ａ）にように、光路10より全反射膜４に
隣接する面から直角プリズム５に偏波光を入射させる
と、直角プリズム５の他の面で反射して、平行ガラス板
１に入り、偏光分離膜３に45度の入射角で入射する。

この際、大部分のＳ波は、偏光分離膜３で反射し、全反
射膜４に投射され、全反射膜４で反射して、直角プリズ
ム２に入り、光路10とは90度の方向の点線で示す光路12
より出射する。

偏光分離膜３に投射された偏光波のＰ波は、偏光分離膜
３を透過して直進し、直角プリズム２に入り、光路12に
並進した実線で示す光路11より出射する。

また、第５図（ｂ）のように、光路10に逆行する光路20
より直角プリズム２に偏波光を入射させると、直角プリ
ズム２を透過して、偏光分離膜３に入射する。

この際、Ｐ波は偏光分離膜３を透過して直進し、全反射
膜４で反射して直角プリズム２の他の面から、光路12に
並進（光路10と光路20とが偏光分離膜３上で交叉する場
合は光路12に一致する。）した実線で示す光路21より出
射する。

一方、大部分のＳ波は、偏光分離膜３で反射して、直角
プリズム２の他の面から、光路21に並進（光路10と光路
20とが偏光分離膜３上で交叉する場合は、光路11に一致
する。）した点線で示す光路22より出射する。

第６図は、第４図に示した一対の光デバイスを前段，後
段に直列に並設して、後段の光デバイスは、偏波切換手
段15を介して、前段の光デバイスに対称に配設した装置
である。

第１の伝送路６より偏光波（光信号）を、光路10に投入
し、また第２の伝送路７より偏光波（光信号）を光路20
に投入する。そして、それぞれ装置の出射路側（後段の
光デバイス）には、光路11に対して第３の伝送路８を、
光路21に対して第４の伝送路９がそれぞれ光結合するよ
うに構成してある。

なお、光路10と光路20とは、偏光分離膜３で交叉するも
のとする。

ここで偏波切換手段15は、例えば磁気光学効果を利用し
たスイッチであって、磁気光学結晶板（例えばYIG…イ
ットリウム・鉄・ガーネット）よりなり、付与する磁界
の方向を変えることにより、Ｓ波をＰ波に、Ｐ波をＳ波
に変換する機能を有する。

第１の伝送路６の出射光は、前段の偏光分離膜３でＳ波
とＰ波に分離されて、それぞれ光路12,光路11を進み、
偏波切換手段15を経て、後段の光デバイスに入射する。

そして、光路12と光路11とは、後段の光デバイスの偏光
分離膜３で交叉し、一体となる。

即ち、光路12を進んだＳ波は、偏光分離膜３で反射して
第３の伝送路８に入射し、光路11を進んだＰ波は、偏光
分離膜３を透過して、第３の伝送路８に入射する。

第２の伝送路７の出射光は、前段の偏光分離膜３でＳ波
とＰ波に分離されてそれぞれ光路22（光路11に同じ），
光路21（光路12に同じ）を進み、偏波切換手段15を経
て、後段の光デバイスに入射する。

そして、光路22と光路21とは、後段の光デバイスの偏光
分離膜３で交叉し、一体となる。

即ち、光路22を進んだＳ波は、偏光分離膜３で反射して
第４の伝送路９に入射し、光路21を進んだＰ波は、偏光
分離膜３を透過して、第４の伝送路９に入射する。

このような状態で、偏波切換手段15を作動させ、Ｐ波を
Ｓ波に、Ｓ波をＰ波にそれぞれ切換えると、光路11を進
んだ光路10よりのＰ波は、偏波切換手段15によりＳ波と
なり、後段の偏光分離膜３で反射して第４の伝送路９に
入射する。また光路12を進んだＳ波はＰ波になり、偏光
分離膜３を透過して第４の伝送路９に入射する。

一方、光路21を進んだ光路20よりのＰ波は、偏波切換手
段15によりＳ波となり、後段の偏光分離膜３で反射して
第３の伝送路８に入射する。また光路22を進んだＳ波は
Ｐ波になり、偏光分離膜３を透過して第４の伝送路９に
入射する。

上述のように、第６図に示した装置は、偏波切換手段15
を操作することにより、第１の伝送路６を第４の伝送路
９に、第２の伝送路７を第３の伝送路８にそれぞれ切換
えることができるという、スイッチ機能を有する装置で
ある。

尚、第５図に示した光デバイスを、組合せることによ
り、説明は省略するが、上述のような切換えスイッチ機
能を有する装置とすることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記従来例の光デバイスは、平行六面体1A
に直角プリズム２を、或いは平行ガラス板１に直角プリ
ズム２と直角プリズム５をそれぞれ固着することが必要
である。そしてこの様に例えば第５図の如く平行ガラス
板にプリズムを固着するのは、プリズムを固着しない場
合より特に偏光分離膜でＳ波とＰ波の分離の程度が約50
％良好となるからである。

即ち例えばＰ波中にＳ波が混在する程度は偏光分離膜が
直接空気に触れている場合と、プリズムを介在させる場
合とでは後者の場合の消光比が30dB前後であるのに対
し、前者は20dB程度に過ぎない。

そのため偏波光よりＰ波とＳ波とを十分に分離するため
の光デバイスとして偏光分離膜を備える平行六面体また
は平行ガラス板とプリズムとの組合わせを使用してい
る。

しかしかかる従来の光デバイスでは直角プリズムの接着
作業を必要とし、かつ出射光の平行精度を高くするため
には接着した状態で受光面と出射面との角度を所定の高
精度にしなければならず、高価となり、特にプリズムを
２個接着する場合には、例えば平行ガラス板のみの場合
より約３倍の価格とない、しかも接着剤が高湿・高温あ
るいは大パワーの光入射によって劣化するおそれがあ
り、さらに偏光分離膜は両面で接着されるため残留反射
の問題も有している。

また、偏光分離膜３は、もともとＰ波とＳ波を完全に分
離する機能がなくて、Ｓ波の一部がＰ波の光路に混在し
ている。

このことに起因して、例えば第６図のような装置に組込
むと、第３の伝送路８に第２の伝送路７のＳ波の一部
が、第４の伝送路９に第１の伝送路６のＳ波の一部がそ
れぞれ混入し、漏話するという問題点がある。

また、偏波切換手段15を単にオン，オフの機能を有する
スイッチとした場合には、Ｐ波とともにＳ波の一部が混
在していることに起因して、オフ状態でも、この一部の
Ｓ波の光パワーを、オフとすることができない。即ち、
消光比が低いという問題点がある。

一方光学軸が約45°の複屈折板単体によってＰ波とＳ波
を分離することも周知であり、これは物性によってＰ波
とＳ波の分離を行なうので、消光比は約60dB程度にもな
る。しかし複屈折板によってＰ波とＳ波の十分な分離を
行なうためには複屈折板の厚さは10〜20mm程度の厚さを
必要とするが極めて高価となり、１mm程度の厚さでは分
離は十分ではなくばなく使用出来ないという問題点があ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は本発明により、平行した二平面を有し、対
角線方向に対向するほぼ半面の一方に偏光分離膜（３）
が、他方に全反射膜（４）がそれぞれ形成された平行ガ
ラス板（１）と、平行ガラス板（１）の偏光分離膜
（３）面側に配置され、受光面が平行ガラス板（１）に
対し略45°傾斜し、光学軸が略45°である偏光を分離す
る複屈折板（30）が配置されることを特徴とする光デバ
イスによって解決される。

その場合平行ガラス板（１）と複屈折板（30）の間の選
択した光路中に1/2波長板（35）が配設されるようにし
てもよい。

〔作用〕

上記本発明の手段によれば、第１図（ａ）のように、光
路10より平行ガラス板１に入射した偏波光は、偏光分離
膜３で分離され、大部分のＳ波は偏光分離膜３で反射し
て光路12に進み、さらに全反射膜４で反射して1/2波長
板35に入射する。そして、1/2波長板35によりＰ波に変
換され、複屈折板30に常光として入射し光路12を直進す
る。

一方、Ｐ波と一部のＳ波は、偏光分離膜３を透過して光
路11に進み、光学軸が約45°の複屈折板30に入射する。
そして、Ｐ波は常光として光路11を直進する。しかし、
Ｓ波は異常光として複屈折板30に入射するので、屈折し
て光路11に平行ずれした光路11mを進む。即ち、Ｐ波と
Ｓ波とは完全に分離される。

また、第１図（ｂ）のように、光路20より平行ガラス板
１に入射した偏波光は、偏光分離膜３で分離され、大部
分のＳ波は反射して光路22に進み、複屈折板30に異常光
として入射し、屈折して第１図（ａ）の光路11mと同一
光路の光路22を進む。

一方、Ｐ波と一部のＳ波は、偏光分離膜３を透過して、
光路21に進み全反射膜４で反射して1/2波長板35に入射
する。そして1/2波長板35によりそれぞれＳ波,P波に変
換される。この結果、Ｓ波に変換したＰ波は、複屈折板
30に異常光として入射し、屈折して光路21に進み、1/2
波長板35によりＰ波に変換したＳ波は、複屈折板30に常
光として入射し、第１図（ａ）の光路12と同一光路の光
路21mを直進する。即ち、Ｓ波とＰ波に完全に分離す
る。

したがって、出射側において、光路11及び光路21に伝送
路を光結合させると、漏話する恐れがない。また、光路
11,光路21に、それぞれ偏波切換手段を設けて、オン，
オフのスイッチを機能を持たせると、消光比の高いスイ
ッチとすることができる。

上述のように本発明の光デバイスでは平行ガラス板にプ
リズムを付加していない構造であるため、消光比の点で
劣るが、高精度の接着と調整作業を要せず、接着剤の劣
化のおそれもなく、接着面での残留反射も生ずることが
なく、さらに安価となる。

一方消光比が極めて優れているが十分な厚さを持たなけ
ればＰ波とＳ波について必要とする分離が不可能である
光学軸45°の複屈折板でも、平行ガラス板に対し45°傾
斜させて配置組合わせることで、数mm程度の厚さでも高
消光比機能が十分に発揮されることになる。

即ち本発明はプリズムの付加されていない平行ガラス板
によって大きくＰ波とＳ波を分離し、光学軸45°の複屈
折板によって、分離後のＰ波,S波の消光比を上げる点に
特徴を有している。

また、第３図の光デバイスは、第１図の示したものと同
一機能を有する。即ち、光路10よりの偏波光のうち、偏
光分離膜３を透過した一部のＳ波は、複屈折板30Bによ
りＰ波と分離され、光路11mを進み、光路20よりの偏波
光のうち、偏光分離膜３を透過した一部のＳ波は、複屈
折板30AによりＰ波と分離され、光路21mを進む。

〔実施例〕

以下図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する。
なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

第１図の（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例の
光デバイスの光路図、第２図は本発明の光デバイスを適
用した装置の光路図、第３図の（ａ），（ｂ）はそれぞ
れ本発明の他の実施例の光デバイスの光路図である。

第１図において、平行ガラス板１の平行した二平面の、
対角線方向に対向するほぼ半面の一方に偏光分離膜３が
形成され、他方に全反射膜４が形成されている。

複屈折板30（例えば方解石，ルチル等）は、結晶軸が受
光面に対して45度傾斜している。そして、複屈折板30は
平行ガラス板１の偏光分離膜３側に配設され、受光面が
平行ガラス板１の出射面に対して45度傾斜している。

平行ガラス板１と複屈折板30の間には、複屈折板30に平
行に、偏波面を90度回転させる1/2波長板35が配設され
ている。この1/2波長板35の長さは、複屈折板30の長さ
のほぼ半分で、全反射膜４で反射される光路、即ち図の
光路12,21上に配設してある。

このような光デバイスが、光路10よりの偏波光のＰ波が
光路11に、大部分のＳ波が光路12に、一部のＳ波が光路
11mに分離され、また光路20よりの偏波光のＰ波が光路2
1に、大部分のＳ波が光路22に、一部のＳ波が光路21mに
分離されることは、前述の通りである。

第２図は、第１図に示した一対の光デバイスを前段，後
段に直列に並設して、後段の光デバイスは、並列に配設
した偏波切換手段15A,15Bを介して、前段の光デバイス
に対称に配設した装置である。

第１の伝送路６より偏波光（光信号）を、光路10に投入
し、また第２の伝送路７より偏波光（光信号）を、光路
20に投入する。そして、それぞれ装置の出射路側（後段
の光デバイス）には、光路11に対して第３の伝送路８
を、光路21に対して第４の伝送路９がそれぞれ光結合す
るように構成してある。

なお、光路10と光路20とは、前段の光デバイスの偏光分
離膜３で交叉するものとする。

ここで、偏波切換手段15A,15Bはそれぞれ光路11,21上に
配設された、例えば磁気光学結晶板（例えばYIG…イッ
トリウム・鉄・ガーネット）よりなり、付与する磁界の
方向を変えることにより、Ｓ波をＰ波に、Ｐ波をＳ波に
変換する機能を有する。

第１の伝送路６の出射光は、前段の偏光分離膜３でＳ波
とＰ波に分離され、それぞれ光路12（図示の光路21
m），光路11を進み、また、偏光分離膜３を透過した一
部のＳ波は、光路11mに進む。そして、Ｐ波は偏波切換
手段15Aを経て、Ｓ波は偏波切換手段15Bを経て後段の光
デバイスに入射する。

光路11を進んだＰ波は、1/2波長板35によりＳ波に変換
され、全反射膜４で反射して、偏光分離膜３に入射し、
偏光分離膜３で反射して、第３の伝送路８に入射する。

また、第２の伝送路７の出射光は、前段の偏光分離膜３
でＳ波とＰ波に分離されて、それぞれ光路（図示の光路
11m），光路21を進み、また、偏光分離膜３を透過した
一部のＳ波は、光路21mに進む。この際光路21を進んだ
Ｐ波は前段の光デバイスの1/2波長板35によりＳ波に変
換されて偏波切換手段15Bを経て後段の光デバイスに進
む。

そして、光路21を進んだＳ波に変換されたＰ波は、偏光
分離膜３でで反射して、第４の伝送路９に入射する。

なお、光路11m,光路を進んだ偏波は、後段の光デバイス
の偏光分離膜３を透過して光路21に平行に進むが、光路
21とはずれいるので、第４の伝送路９に入射しない。ま
た光路21m,光路12を進んだ偏波は、後段の光デバイスの
偏光分離膜３を透過して光路11に平行に進むが、光路11
とはずれているので、第３の伝送路８に入射しない。

このような状態で、偏波切換手段15A,15Bをそれぞれ作
動させ光路11のＰ波をＳ波に、光路21のＳ波をＰ波にそ
れぞれ切換えると、光路11を進んだ偏波は光路11mを進
んで、第３の伝送路８は勿論のこと第４の伝送路９にも
入射しない。また、光路21を進んだ偏波は光路21mを進
んで、第４の伝送路９は勿論のこと第３の伝送路８にも
入射しない。

即ち漏話することがなく、且つ消光比が極めて高い。

第３図において、平行ガラス板１の偏光分離膜３側に、
出射面に45度傾斜して、並列に複屈折板30A,30Bが配設
されている。

複屈折板30Aは光路11（光路22と同じ）上に、複屈折板3
0Bは光路21（光路12と同じ）上にそれぞれ配設され、そ
の結晶軸は、光路に45度傾斜し、且つ傾斜方向が異な
る。

したがって、光路10より平行ガラス板１に入射した偏波
光は、第３図（ａ）のように、偏光分離膜３で分離さ
れ、大部分のＳ波は偏光分離膜３で反射して光路12に進
み、さらに全反射膜４で反射して複屈折板30Bに入射す
る。そして、複屈折板30Bに異常光として入射し屈折し
て光路12を進む。

一方、Ｐ波と一部のＳ波は、偏光分離膜３を透過して光
路11に進み、複屈折板30Aに入射する。そして、Ｐ波は
異常光として入射し、屈折して光路11を進む。しかし、
Ｓ波は常光として複屈折板30A入射するので、直進して
光路11mを進む。即ち、Ｐ波とＳ波とは完全に分離され
る。

また、光路20より平行ガラス板１に入射した偏波光は、
第３図（ｂ）のように、偏光分離膜３で分離され、大部
分のＳ波は反射して光路22に進み、複屈折板30Aに常光
として入射し、直進して光路22（光路11mに同じ）を進
む。

一方、Ｐ波と一部のＳ波は、偏光分離膜３を透過して、
光路21に進み全反射膜４で反射して、複屈折板30Bに入
射する。そしてＰ波は常光として複屈折板30Bに入射し
て、直進して光路21を進む。しかし、Ｓ波は異常光とし
て複屈折板30Bに入射するので、屈折して光路21m（光路
12に同じ）を進む。即ち、Ｓ波とＰ波に完全に分離す
る。

上述の光デバイスを、第２図と同様に組合せると、漏話
することがなく、且つ消光比が極めて高いことは勿論で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、偏波光をＰ波とＳ波に完
全に分離することができ、通信伝送路に挿入して漏話が
なく、且つ消光比が高く、さらにまた低コストである
等、実用上で優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例の
光路図、第２図は本発明を適用した装置の光路図、第３図の（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施例
光路図、第４図の（ａ），（ｂ）は従来例の光路図、第５図の（ａ），（ｂ）は従来の他の例の光路図、第６図は従来例を適用した装置の光路図である。図において、１は平行ガラス板、３は偏光分離膜、４は全反射膜、６
は第１の伝送路、７は第２の伝送路、８は第３の伝送
路、９は第４の伝送路、30,30A,30Bは複屈折板、35は1/
2波長板をそれぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行した二平面を有し、対角線方向に対向
するほぼ半面の一方に偏光分離膜（３）が、他方に全反
射膜（４）がそれぞれ形成された平行ガラス板（１）
と、平行ガラス板（１）の偏光分離膜（３）面側に配置さ
れ、受光面が平行ガラス板（１）に対し略45°傾斜し、
光学軸が略45°である偏光を分離する複屈折板（30）が
配置されることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】平行ガラス板（１）と複屈折板（30）の間
の選択した光路中に1/2波長板（35）が配設されたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光デバイ
ス。