JPS63220109A - 偏向分離・合成プリズム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 」−一１ 互いに平行に配置された第１．第２複屈折板と、これら
の間の所定位置に介挿され透過光の偏光面を９０度回転
する補償板とから構成され、第１複屈折板から平行な２
光線を入射させたときに、これらの光線がそれぞれ毎に
分離した後に第２複屈折板の同一部分から出射させるよ
うにした偏光分離・合成プリズムは、比較的簡単な構成
にもかかわらず、＾い偏光分離度が要求される各種多ボ
ート型光デバイスに使用することができるものである。

Ｌ皇」」日Ｕ艷九１ 本発明は、特に多ボート型の光デバイスに用いるのに適
した偏光分離・合成プリズムの構造に関する。

例えば適当な制御信号により光路を変更して切換える光
スィッチの一例として、一対の偏光分離・合成プリズム
を用い、これらの間で信号光の偏光状態を制御するよう
にした構成のものを挙げることができる。偏光分離・合
成プリズムは、入射した光を２つの光路（通常は偏光面
が互いに直交する直線偏光からなる）に分離し、または
これとは逆に該２つの光路を合成するためのもので、光
スィッチの他に光アイソレータ及び光サーキュレータ等
に適用されている。このように、偏光分離・合成プリズ
ムは種々の光デバイスに広（用いられており、簡単な構
成で確実な動作をするものが要求されている。

良迷Ｕ頂 従来の偏光分離・合成プリズムとしては、偏光分離膜を
用いて構成されるものと、複屈折板を用いて構成される
ものとが主に実用化されている。

これらのうち、偏光分離膜を用いたものは、膜形成する
プリズムの形状により光路を自由に設定できるという特
長を有しており、種々のデバイスに適用でき汎用性が高
いとされている。一方、複屈折板を用いたものは、高い
偏光分離度を得ることができるので、この特長を生かし
て高性能なデバイス、例えば光アイソレータ等に供する
のに適していると言われている。

第６図は偏光分離膜を用いた偏光分離・合成プリズムの
利用例として光スィッチの一構成例を示すものである。

この光スィッチは、同一構成の偏光分離・合成プリズム
１．１′を互いに回転対称の位置に配置し、これらの間
に偏光制御手段５を設けてなる。偏光分離・合成プリズ
ム１　（１’　）は、平行四辺形柱型のプリズム２（２
’）と三角柱型のプリズム３（３’）との間に誘電体多
層膜等の偏光分離１１４　（４’　）を介挿した構成で
ある。

偏光制御手段５は例えば磁気光学結晶及び１／２波長板
を用いて構成され、該磁気光学結晶に印加する磁界の極
性により、透過光の偏光面を９０度回転させるかあるい
は回転させないように偏光制御することができる。

いま、偏光分離ＷＡ４に向けて偏光分離・合成プリズム
１に入射された光は、偏光分離！！Ｉ４により紙面に平
行な偏光面を有する成分Ｐと紙面に垂直な偏光面を有す
る成分Ｓとに分離される。これらの分離光は、偏光１１
ｉ制御手段５により偏光面を回転されないときには、偏
光分離・合成プリズム１′において合成されて矢印六方
向に出射され、偏光制御手段５により偏光面を９０度回
転されたときには、矢印Ｂ方向に出射される。このよう
に偏光制御手段５による偏光Ｍａｉｌにより、出射光の
方向を切換えることができるものである。

第７図は複屈折板を用いた偏光分離・合成プリズムの利
用例として光アイソレータの一構成例を示すものである
。この光アイソレータは、同一方向に主軸を有する複屈
折板６，６′を平行に配置し、これらの間に偏光面回転
手段７を設けてなる。

偏光面回転手段７は印加磁界を固定された磁気光学結晶
と１／２波長板とを用いて構成され、透過光の偏光面を
順方向（紙面左から右方向）の光については進行方向に
向かって時計回りに９０度回転させ、逆方向の光につい
ては回転させないように機能する。

いま、図示しない光源から複屈折板６に入射した光は、
紙面に平行な偏光面を有する成分ｐと紙面に垂直な偏光
面を有する成分Ｓとに分離され、偏光面回転手段７によ
りそれぞれの成分ともに順方向に向かって偏光面を時計
回りに９０度回転された後に、複屈折板６′により合成
されて、単一光線として出射される。この出射光の一部
が例えば図示しない反射物により反射されて当該出射光
軸から複屈折板６′に入射されたとすると、この反射光
は複屈折板６′により分離され今度は偏光面回転手段７
で偏光面を回転されずに複屈折板６に入射され、図中点
線で示すように更に分離されて前記光源に戻ることが防
止される。

明が　　しようとする１題。

しかし、上述した２種類の偏光分離・合成プリズムは、
次のような問題魚を有していた。

まず、偏光分離膜を用いて構成される偏光分離・合成プ
リズムは、光路設定に自由度があり汎用性が高いとされ
るものの、偏光分離膜自体の特性から広い波長帯域に渡
り高い偏光分離度を得ることが困難であるという問題点
を有している。高い偏光分離度が得られないと、このプ
リズムを用いて例えば光スィッチを構成する場合に確実
に動作する波長範囲が狭くなってしまう。

一方、複屈折板を用いて構成される偏光分離・合成プリ
ズムは、比較的広い波長帯域で高い偏光分離度を得るこ
とができるものであるが、複屈折板自体の偏光分離角度
が極めて小ざい（例えば１１の厚みで１１１Ｉ１１程度
）ので、このプリズムを多ボート型の光デバイスに適用
しようとすると、複雑な構成になるという問題点を有し
ている。

本発明はこれらの問題に鑑みて創作されたもので、その
目的は、比較的簡単な構成で広い波長帯域にわたり確実
に動作することができ多ボート型光デバイスに適した偏
光分離・合成プリズムを提供することにある。

間　、を解決するための　段 上述した従来技術の問題は、以下に示す偏光分離・合成
プリズムの構造により解決される。

入出射面を平行に研磨された第１複屈折板及び第２複屈
折板を互いに平行に配置する。　　　・両複屈折板間の
所定位置には、透過光の偏光面を９０度回転する補償板
を設ける。

この所定位置は、平行な２光線を第１？１ｙ屈折板に入
射させたときにそれぞれの光線毎に分離された互いに直
交する偏光面を有する直線偏光成分のうちの一方の光路
上である。

第２複屈折板の厚み及び前記平行な２光線間の距離は、
前記分離された直線偏光成分が前記２光線について第２
複屈折板の同一の部分から出射されるように設定される
。

作　　　用 第１複屈折板に平行な２光線を入射させると、それぞれ
の光線は互いに直交する偏光面を有する２つの直線偏光
成分に分離され、これらのうちの一方の成分は補償板に
よりその偏光面を９０度回転される。このため一方の入
射光線についての分離光は、同一の偏光面をもって第２
複屈折板に入射される。第２複屈折板の厚み及び前記平
行な２光線間の距離を上記の如く、それぞれの分離光線
が第２複屈折板の同一箇所から出射されるように設定し
ているのは、偏光合成プリズムとして使用するときに、
入射させる分離光線の偏光状態を切替えることにより、
合成光の出射位置が相互に入替るようにするためである
。

実　　施　　例 以下本発明の望ましい実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明を適用して作成された偏光分離・合成プ
リズムの構成を示すものである。この偏光分離・合成プ
リズム１０は同一構成の第１複屈折板１１及び第２複屈
折板１２を平行に配置しこれらの間に補償板１３．１４
を配置した構成となっている。第１複屈折板１１の結晶
軸（主軸に一致するもの、以下同様）１１ａと第２複屈
折板１２の結晶軸１２８とは同一方向を向くように設定
されている。これらの複屈折板１１．１２は、例えば１
枚のルチル（Ｔ１０□単結晶）板から切り出して使用す
ることができる。例えば１７２波長板からなる補償板１
３．１４は、入射された光の偏光面を９０度回転するよ
うに機能し、場合によっては第１複屈折板１１あるいは
第２複屈折板１２に直接膜形成されていても良い。

いま、平行な２光線１０１，１０２を第１複屈折板１１
に入射させたとする。光線１０１は第１複屈折板１１に
おいて常光線としての紙面に垂直な偏光面を有する直線
偏光成分（以下Ｓ波成分という）及び異常光線としての
紙面に平行な偏光面を有する直線偏光成分（以下Ｐ波成
分という）に分離されて出射される。これらのうちＳ波
成分は補償板１４によりＰ波成分とされ、第２複屈折板
１２内でその異常光線として屈折して点りから出射され
る。分離光線のうちのＰ波成分は補償板１４を通過しな
いのでそのままの偏光状態で第２複屈折板１２に入射さ
れ、その異常光線として屈折して点Ｃから出射される。

一方光線１０２も第１複屈折板１１において光線１０１
同様Ｓ波成分及びＰ波成分に分離されて出射される。Ｓ
波成分はそのままの偏光状態で第２複屈折板１２に入射
され、点りから出射される。Ｐ波成分は補償板１３によ
りその偏光面を９０度回転されてＳ波成分とされ、第２
複屈折板１２の常光線として点Ｃから出射される。

第２図は第１図の変形例を示すものであり、第１図と同
一の部材には同一の符号を付しである（以下同様）。こ
こでは第２複屈折板１５として前例における第２複屈折
板１２を裏返したものを使用して、第１複屈折板１１と
第２複屈折板１５間に配置する補償板１６を１枚ですま
せるようにしている。いま、平行な２光線２０１．２０
２を第１複屈折板１１に入射させたとする。第１複屈折
板１１により分離された光１１１２０１のＳ波成分は、
第２複屈折板１５の常光線として点Ｆから出射され、Ｐ
波成分は補償板１６により同じく第２複屈折板１５の常
光線として点Ｅから出射される。

第１複屈折板１１により分離された光線２０２のＳ波成
分は、補償板１６によりＰ波成分とされ複屈折板１５の
異常光線として点Ｆから出射される。

Ｐ波成分はそのまま複屈折板１５の異常光線として点Ｅ
から出射される。このような構成の偏光分離・合成プリ
ズム１５は、光線２０１と２０２の光路長が異なるため
に、位相整合を必要としないような光デバイスに適用可
能である。

第３図は第１図に示した偏光分離・合成プリズムを用い
て構成される２人力２出力光スイッチの構成図である。

この光スィッチは偏光分離・合成プリズム１０とこれを
紙面上方向から見て回転対称の位置に配置してなる偏光
分離・合成プリズム１０′との間に、磁気光学結晶１７
及び１／２波長板１８を配置して構成される。磁気光学
結晶１７には図示しない磁界印加手段により所定強度の
磁界が印加され、この印加磁界の極性は例えば電気的な
切替信号により切替えることができるようになっている
。磁気光学結晶１７内を通過する光は、順方向に向って
時計回りに４５度あるいは反時計回りに４５度回転され
て出射される。１／２波長板１８は透過光の偏光面が常
に進行方向に向って時計回りに４５度回転するようにそ
の厚さを設定されている。

ここで偏光分離・合成プリズム１０に互いに平行な２光
線３０１，３０２が入射されている状態を想定する。い
ま磁気光学結晶１７の偏光面回転方向が順方向に向かっ
て左回りであるとすると、この回転は１／２波長板１８
の回転により打消されるので両光学要素１７．１８を透
過した光の偏光面は回転していないことになる。このと
き偏光分離・合成プリズム１０により２つのＰ波成分に
分離された光１ｉ３０１は、そのままの偏光状態で、つ
まり２つのＰ波成分として偏光分離合成プリズム１０′
に入射され、一方のＰ波成分だけが補償板１４によりＳ
波成分とされる。これらＰ波成分及びＳ波成分は合成さ
れて点Ｇから出射される。

一方偏光分離・合成プリズム１０により２つのＳ波成分
に分離された光線３０２は、そのままの偏光状態で偏光
分離・合成プリズム１０′の第２複屈折板１２内を直進
しく図中点線であられす）、片方のＳ波成分だけが補償
板１３によりＰ波成分とされる。これらＳ波成分及びＰ
波成分は合成されて点Ｈから出射される。

次に磁気光学結晶１７が透過光の偏光面を順・方向に向
って時計回りに４５度回転する場合を想定すると、該透
過光は磁気光学結晶１７及び１／２波長板１８により合
計で９０度回転することになる。このとき偏光分離・合
成プリズム１０により２つのＰ波成分に分離された光線
３０１は、偏光分離・合成プリズム１０′に入射される
際に両成分ともＳ波成分となっているので、前条件にお
ける光［１３０２と同一の経路を経て点Ｈから出射され
る。また九１１３０２は偏光分離・合成プリズム１０′
において前条件における光線３０１と同一の経路を経て
点Ｇから出射される。このように２つの入力光の出射位
置を磁気光学結晶１７の偏光面回転方向、換言すれば磁
気光学結晶１７に印加する磁界の極性により切替えるこ
とかできるので、電気的に光の進行方向を制御すること
ができるものである。

以上の説明において偏光分離・合成プリズムを構成する
第１複屈折板１１及び第２複屈折板１２の厚みは同一の
ものであるとしていたが、本発明は必ずしもこれに限定
されない。例えば第４図に示すように第１複屈折板１１
と異なる厚みの第２複屈折板２２を用いて構成される偏
光分離・合成プリズム２０．２０’　により２人力２出
力光スイッチを構成しても良い。この場合には入射光線
４０１から分離された２つの偏光成分の光路と入射光線
４０２から分離された２つの偏光成分の光路とが一致す
るように両人射光線４０１．４０２間の距離ｄ１が設定
される。なお第３図に示す実施例においては入射光線間
の距離と分離された偏光成分間の距離とが一致している
。また偏光分離・合成プリズム２０の第２複屈折板２２
の厚みと偏光分離・合成プリズム２０’の第２複屈折板
２２の厚みについても必ずしも一致している必要はない
。これらの厚みが一致していない場合には、入射光線間
の距離、・ｄｌと光線の出射点り、Ｍ間の距離ｄ２とが
異なるだけである。

ここで注意すべきことは光線の入射面及び出射面を形成
する第１？Ｉ屈折板１１，１１の厚みを一致させておく
必要があるということである。これらの厚みを一致させ
−Ｃおかないと出射光を単一ビームにすることができず
図示しない光ファイバ等への結合効率が低下するという
不都合を生ずる。

第５図は偏光分離・合成プリズム１０を用いて構成され
る２人力１出力光スイッチの構成図である。この光スィ
ッチは第３図に示される２人力２出力光スイッチの偏光
分離・合成プリズム１０’に代えてその片側の所定位置
に補償板２５を設けた複屈折板２６を配置してなる。入
射光１１５０１が２つのＰ波成分として１／２波長板１
８から出射される場合には、これらの成分は複屈折板２
６内において合成されて点Ｉから単一のビームとして出
射される。このとき入射光線５０２は２つのＳ波成分と
して１／２波長板１８から出射されるので、これらの成
分は複屈折板２６内でさらに分離されて点Ｊ及び点Ｋか
ら出射される。

一方磁気光学結晶１７の偏光面回転方向が逆の場合には
、上記とは全く逆に入射光線５０２が複屈折板２６の点
Ｉから単一のビームとして出射され、入射光線５０１は
点Ｊ及びＫから分離されて出射されることになる。この
ように点Ｉから単一のビームとして出射する光線を磁気
光学結晶１７に印加する磁界の方向により選択すること
ができるものである。

発明の効果 以上詳述したように本発明の偏光分離・合成プリズムの
構造によれば、広い波長帯域にわたって＾い偏光分離度
を有する複屈折板を多ボート型の光デバイスに適用する
ことが可能となり、このデバイスの性能（例えば消光比
）を向上させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の望ましい実施例を示す偏光分離・合成
プリズムの構成図、 第２図は同偏光分離・合成プリズムの変形例を示す構成
図、 第３図は同偏光分離・合成プリズムを用いて構成される
２人力２出力光スイッチの構成図、第４図は同２人力２
出力光スイッチの変形例を示す構成図、 第５図は同偏光分離・合成プリズムを用いて構成される
２人力１出力光スイッチの構成図、第６図は偏光分離膜
を用いて構成される従来の偏光分離・合成プリズムの利
用例を示す光スィッチの構成図、 第７図は複屈折板を用いて構成される従来の偏光分離・
合成プリズムの利用例を示す光アイソレータの構成図。 １．１’　、１０．１０’　。 ２０．２０’・・・偏光分離・合成プリズム、４・・・
偏光分離膜、 ６．１１．１２．１５゜ ２２．２６・・・複屈折板、 １３．１４．１６・・・補償板、 １７・・・磁気光学結晶、 １８・・・１／２波長板。 本宛明の莢花イ列困 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入出射面を平行に研磨された第１複屈折板（１１）及び
   第２複屈折板（１２）を互いに平行に配置し、両複屈折
   板（１１、１２）間の所定位置に透過光の偏光面を９０
   度回転する補償板（１３、１４）を設けて構成され、 該所定位置は、平行な２光線を第１複屈折板（１１）に
   入射させたときにそれぞれの光線毎に分離された互いに
   直交する偏光面を有する直線偏光成分のうちの一方の光
   路上であり、 第２複屈折板（１２）の厚み及び前記平行な２光線間の
   距離は、前記分離された直線偏光成分が前記２光線につ
   いて第２複屈折板（１２）の同一の部分から出射される
   ように設定されていることを特徴とする偏光分離・合成
   プリズム。