JP3036610B2 - 偏波方向切り替え器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波回路部品のよう
な受動光回路部品の偏波特性を測定するために必要とな
る偏波方向の切り替えを行う偏波方向切り替え器に関
し、これはおもに光通信用または光情報処理用の導波路
型光部品製造における製品の評価に利用される。

【０００２】

【従来の技術】光導波回路のような受動光回路部品で
は、その部品の偏波依存性をなくすことが非常に重要な
課題である。

【０００３】例えば、Ｓｉ基板の表面に石英系ガラスを
堆積させて作製された石英系光導波回路部品は、光ファ
イバとの整合性の良さと、その光損失の小ささから、実
用的な受動光回路部品としての実用化が期待されてい
る。このような受動光回路部品の最も重要な課題は、
「その特性が入力光の偏波状態によって変化しないこ
と。」である。なぜならば、現在既に敷設されている光
ファイバはほとんどがシングルモード光ファイバであ
り、その伝搬光はその光ファイバの外乱によって偏波状
態が安定しない。よって、この伝搬光を分岐や信号処理
するための受動光回路部品が偏波依存性を持っている
と、その機能も入力光の偏波状態によって安定しないこ
とになる。

【０００４】しかしながら、一般に基板表面に作製され
た光導波路は、その構造の異方性に起因して、基板面に
対して平行な方向、または垂直な方向に主軸を持つ複屈
折を有する。すなわち、基板面と平行な方向に電界成分
を持つＴＥ偏波光と、基板面と垂直方向に電界成分を持
つＴＭ偏波光との間で偏波依存性が存在する。導波路型
光部品を実用化するための最大の課題は、この偏波依存
性を解消することである。

【０００５】導波路型光部品の偏波依存性解消法として
は、応力付与膜をレーザトリミングする方法、異種薄膜
を装荷する方法などが提案されている。しかし、精度良
くその偏波依存性を解消するためには、その偏波依存性
を精度良く、かつ容易に評価する測定装置が必要であ
る。

【０００６】従来、導波路型光部品の偏波特性の評価に
は、以下の２つの方式があった。

【０００７】（従来技術１）入力ファイバとして薄膜偏
光子付き偏波保持光ファイバを使用し、これを機械的に
回転させて導波路型光部品の偏波特性を評価する方式。

【０００８】（従来技術２）入力ファイバとして偏波保
持光ファイバを用いて、この中に１／２波長板を挿入
し、その角度を機械的に回転させることによって、導波
路型光部品の偏波特性を評価する方式。

【０００９】図１は上記の従来技術の１の偏波特性評価
方式を採用した偏波特性測定装置の概略構成を示す。こ
こで、２０は波長１．３μｍの光源、２１は波長１．５
５μｍの光源、４３および４４はそれぞれ偏波保持光フ
ァイバ、３は光チャンネルセレクタ、４２は「ラミポー
ル」（商標）の名前で市販されている薄膜偏光子を有す
る薄膜偏光子付き偏波保持光ファイバ、および４１は光
ファイバ回転装置である。また、２５は被測定試料とし
ての導波路型光部品、４５はシングルモード光ファイ
バ、および３１は被測定試料の光挿入損失を測定するた
めの光パワーメータである。この従来装置では、ラミポ
ール薄膜偏光子付き偏波保持光ファイバ４２を被測定試
料２５の入力ファイバとして使用する。これにより被測
定試料２５への入力偏波状態を直接偏波に規定して、被
測定試料２５の特性を評価することができる。さらに、
光ファイバ回転装置４１により入力光ファイバ４２を回
転させることにより、被測定試料２５の入力偏波に対す
る依存性も評価することができる。

【００１０】上記ラミポール（多層薄膜偏光子）は、図
２の符号５３に示すように、金属薄膜と誘電体薄膜（Ｓ
ｉＯ₂ ）を交互に約２００層ほど７０μｍ重ね合わせた
ものを、厚み３０μｍ程度に薄く切り出したものであ
る。この薄膜を光が通過するときには、金属薄膜に平行
な電界成分を持つ光は吸収され、金属薄膜に垂直な電界
成分を持つ光は透過される。この結果としてこの薄膜は
偏光子として機能する。この薄膜偏光子の長所は小型
で、かつ１．３μｍ〜１．６μｍにわたる広い波長領域
で偏光子として機能することである。図２に示すよう
に、薄膜偏光子５３の金属膜方向と偏波保持光ファイバ
５１，５２の主応力方向とを合わせて接続することによ
り、偏波保持光ファイバ５２の出力端面から常に直線偏
波を出力させることができる。

【００１１】図３は前記の従来技術２の偏波特性評価方
式を採用した偏波特性測定装置の概略構成を示す。ここ
で、６１は光源、６２はコリメートレンズ、６３は１／
２波長板、６４は集光レンズおよび６５は偏波保持光フ
ァイバである。この従来装置では、被測定試料２５の入
力光ファイバ６５に１／２波長板６３を挿入し、その１
／２波長板６３の角度を回転させることにより、被測定
試料２５の入力偏波状態を変化させ、その依存性を測定
する。

【００１２】そのため、まず前述の薄膜偏光子付き偏波
保持光ファイバ４２で直線偏波状態を作り、その直線偏
波の光をコリメートレンズ６２で空気中の平行ビームに
コリメートした後、１／２波長板６３を通過させ、さら
に集光レンズ６４で絞って偏波保持光ファイバ６５に入
射する。この偏波保持光ファイバ６５の出力端における
偏波状態は、１／２波長板６３を回転することにより変
化させることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術１の測定
装置の特徴は、広い光波長領域で被測定試料の偏波特性
を評価できる点にある。しかしながら、この測定装置で
は偏波特性を測定するために入力ファイバ４２を回転さ
せなければならない。このときに必然的に生じる入力フ
ァイバ４２の位置ズレによって、被測定試料２５の偏波
特性の精密な評価は困難であるという問題があった。

【００１４】また、上記従来技術２の測定装置では、被
測定試料２５への入力偏波状態を切り替えるときに入力
ファイバ６５を動かす必要がない。よって、入力光の光
軸の変化がないため、あらかじめ１／２波長板６３を回
転したときの光損失を測定しておけば、被測定試料２５
の偏波特性の精密な評価が可能である。しかしながら、
この測定装置では、波長板６３を用いているため、使用
できる光源の波長が、その波長板６３によって限定され
るという問題があった。

【００１５】そこで、本発明の目的は、従来技術１と２
に示したような導波路型光部品の従来の偏波特性評価方
式における問題点を解消し、導波路型光部品の偏波特性
を、例えば１．３μｍから１．６μｍにわたる広い光波
長範囲で、かつ精密に評価することの可能な偏波方向切
り替え器を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の偏波方向切り替え器は、Ｎ×２光空間スイ
ッチと、２×２偏波保持光結合器と、これらを結ぶ２本
の偏波保持光ファイバとを有し、かつ前記２本の偏波保
持光ファイバの一方のファイバが他方のファイバに対し
て９０度ひねられて取付けられていることを特徴とす
る。

【００１７】また、本発明はその一形態として、前記２
×２偏波保持光結合器が、マッハツェンダ光干渉計の構
造を有する導波路型波長無依存カップラであって、前記
２本の偏波保持光ファイバ中にそれぞれ薄膜偏光子が挿
入されていることを特徴とする。

【００１８】

【作用】上記のように、本発明の偏波方向切り替え器は
Ｎ（任意の正の整数）×２光空間スイッチと２×２偏波
保持光結合器と、これらの間を結ぶ２本の偏波保持光フ
ァイバとから構成されており、その一方の偏波保持光フ
ァイバは他方の偏波保持光ファイバに対して９０度ひね
られている。このため、光結合器に入射される偏波方向
は、２本の偏波保持光ファイバのどちらを伝搬したかに
よって９０度異なる。よって、２×２偏波保持光結合器
の出力光の偏波方向を、Ｎ×２光空間スイッチの切り替
えによって９０度回転させることができる。この偏波方
向切り替え器は偏波の回転機構として、偏波保持光ファ
イバのひねりを利用しているので波長依存性がない。

【００１９】従って、本発明による偏波方向切り替え器
を使用した偏波特性評価装置では、その入力光の偏波方
向を切り替えるときに、評価する光部品（被測定試料）
と入力光ファイバとの相対的な位置変化が無いので、被
測定試料の精密な偏波特性を評価することができ、かつ
その偏波方向の切り替えに波長依存性がないので広い波
長範囲で偏波特性を評価することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２１】図４は本発明の一実施例の偏波方向切り替
え器の概略構成を示す。本例の偏波方向切り替え器は、
光源（不図示）と結ぶ３本のラミポール薄膜偏光子付き
偏波保持光ファイバ２，３×２光空間スイッチとしての
反射鏡を利用した光チャンネルセレクタ３，２×２偏波
保持光結合器としての導波路型波長無依存カップラ１
２、およびこれら３と１２を結ぶ２本のラミポール薄膜
偏光子付き偏波保持光ファイバ１とからなる。ラミポー
ル（商標名）薄膜偏光子１３の構成は図２の符号５３で
示したものと同様であるので、その詳細は省略する。

【００２２】導波路型波長無依存カップラ１２は、１．
２μｍから１．６μｍにわたってほぼ５０％の結合率に
なるよう作製されたものを用いる。このカップラは、す
でにＫ．Ｊｉｎｇｕｊｉ等著“Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅ
ｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｔｙｐｅ Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｃｏｕｐｌｅｒ ｗｉ
ｔｈ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄ Ｃ
ｏｕｐｌｉｎｇ Ｒａｔｉｏ．”（波長平滑化結合率を
有するマッハツェンダー干渉計型光導波路カップラ）Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ． ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１
７，ｐ．１３２６，１９９０年発行に報告されているよ
うに、シリコン基板上に火炎堆積法とフォトリソグラフ
ィおよび反応性イオンエッチング法を用いて埋め込み型
シングルモードガラス導波路４，５，６，７，８，９を
作製したものである。このとき、この導波路のコアガラ
スには周囲のクラッドガラスよりも屈折率が０．３％高
くなるようゲルマニウムをドープしている。そのパター
ンはマッハツェンダ干渉計になっていて、２つの方向性
結合器１０，１１、２本の非対称な長さのアーム導波路
６，７、および２本ずつの入出力導波路４，５，８，９
とからなっている。

【００２３】図４の導波路型波長無依存カップラ１２の
特性を図５に示す。本図から導波路型波長無依存カップ
ラ１２は１．３μｍ〜１．６μｍの広い波長範囲で５０
％の結合率になっているのがわかる。また、導波路型波
長無依存カップラ１２は、その導波路に複屈折が存在す
るので、ＴＥ偏波とＴＭ偏波との間でモードの変換はな
い。

【００２４】ラミポール薄膜偏光子付き偏波保持光ファ
イバ１，２においては、偏波保持光ファイバの主応力方
向の電界成分を有する光だけが透過される。チャンネル
セレクタ３と導波路型波長無依存カップラ１２を結ぶ２
本のラミポール薄膜偏光子付き偏波保持光ファイバ１で
は、図４の符号Ａ，Ｂに示すように、一方のファイバが
他方のファイバに比べて９０度ファイバをひねった状態
になって取付けられている。

【００２５】次に、図４の本実施例における偏波方向の
切り替え動作を説明する。図示しない光源からの任意の
光はラミポール薄膜偏光子付き偏波保持光ファイバ２を
通って、光チャンネルセレクタ３に直線偏波の状態で入
射される。光チャンネルセレクタ３では内部の反射鏡を
メカニカル（機械的）に移動することによって、その入
射光を２つの出力ポートのいずれかに出力させることが
できる。この時、いずれのラミポール薄膜偏光子付き偏
波保持光ファイバ１に出力されるかによって、導波路型
波長無依存カップラ１２中での偏波モードが異なる。し
かし、導波路型波長無依存カップラ１２では光波長によ
らず常にその結合率が５０％であるから、どちらのラミ
ポール薄膜偏光子付き偏波保持光ファイバ１を経ていて
も、導波路型波長無依存カップラ１２の出力光の強度は
等しい。

【００２６】よって、導波路型波長無依存カップラ１２
の出力光に関していえば、光チャンネルセレクタ３を切
り替えることによって、光強度を変えずに、その偏波方
向を切り替えることができる。しかも、この偏波方向切
り替え器は波長板等を使用していないので、波長依存性
を持たないという特徴を有する。実際には、導波路型波
長無依存カップラ１２の結合率は５０％からわずかにず
れている。しかし、このことはあらかじめ後述のレファ
レンスをとることによって補正することができるので問
題はない。

【００２７】図６は図４の偏波方向切り替え器を組み込
んだ本発明による偏波特性測定装置の概略構成を示す。
受動光回路部品においてはその偏波依存性および波長依
存性を極力低減する必要がある。そのためには偏波特性
を広い波長範囲において精度良く測定する装置が必要で
ある。図６は広い波長領域で導波路型光部品の偏波特性
を精度良く測定するための本発明による測定系を示すも
のである。

【００２８】本例の偏波特性測定装置は、波長１．３μ
ｍの光源２０、波長１．５５μｍの光源２１および白色
光源２２から成る複数の光源、本発明による図４の構成
の偏波方向切り替え器２３、被測定試料（導波路型光部
品）２５と入力偏波保持光ファイバ２６、出力シングル
モード光ファイバ２７の光軸を合わせる位置合わせのた
めの自動調心装置２４、参照光の光量を測定するための
光パワーメータ３０、被測定試料２５の光挿入損失を測
定するための光パワーメータ３１、被測定試料２５の透
過光のスペクトルを測定するための光スペクトラムアナ
ライザ３２、その３１と３２のどちらの測定を行うかに
よって光路を切り替えるチャンネルセレクタ３３、およ
びこれらの操作を管理するマイクロコンピュータ３４か
らなる。２８および２９はシングルモード光ファイバで
ある。

【００２９】次に、本例における具体的な測定の仕方を
図６を参照して順を追って説明する。

【００３０】まず、レファレンスをとる。そのため、被
測定試料２５を取外して、その入出力ファイバ２６，２
７を直接付き当て、光パワーメータ３０と光パワーメー
タ３１の両出力の差をマイクロコンピュータ３４を用い
て測定する。このレファレンスの測定を、３×２光チャ
ンネルセレクタ３の入出力端子の、Ｉ₁ −Ｏ₁ ，Ｉ₁−
Ｏ₂ ，Ｉ₂ −Ｏ₁ ，Ｉ₂ −Ｏ₂ ，Ｉ₃ −Ｏ₁ ，Ｉ₃ −Ｏ
₂ をそれぞれ結んだ６つの状態に対して、それぞれ行
う。これは導波路型波長無依存カップラ１２や、光チャ
ンネルセレクタ３が僅かに持つ波長依存特性や偏波依存
性を補償するためのものである。

【００３１】次に、被測定試料２５を自動調心装置２４
の入出力ファイバ２６，２７の間にセットする。この
時、入力偏波保持光ファイバ２６の主応力の方向が被測
定試料２５の基板面に水平または垂直になるようセット
する。この状態で、自動調心装置２４を駆動して３つの
光軸を整合し、被測定試料２５に対する入出力ファイバ
２６，２７の光軸を固定する。

【００３２】次に、目的に応じた光源を２０，２１，２
２の中から１つ選び、その２つの偏波（ＴＥ偏波、ＴＭ
偏波）に対する特性を、光チャンネルセレクタ３の出力
Ｏ₁またはＯ₂ を選択することによって、それぞれ測定
する。ただし、この測定は光パワーメータ３０と光パワ
ーメータ３１の差を測定することである。この測定結果
をあらかじめ測定しておいたレファレンスで補償するこ
とにより、その精密な評価が実現できる。

【００３３】以上では偏波保持光結合器として、導波路
型波長無依存カップラ１２を用いる例を説明してきた
が、この代わりに２本の偏波保持光ファイバを融着した
偏波保持光ファイバカップラを代用することも可能であ
ることを付記しておく。

【００３４】さらに、偏波保持光結合器１２として、偏
波保持したまま光路を切り替えることのできる２×２の
光空間スイッチ、例えば反射鏡を用いた光チャンネルセ
レクタを代用することも可能であることを付記してお
く。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏波の回転機構として、偏波保持光ファイバの９０度ひ
ねりを利用しているので波長依存性がない、すなわち光
波長に存在せず偏波方向を切り替えることのできる、偏
波方向切り替え器が得られる。

【００３６】従って、本発明による偏波方向切り替え器
を利用した偏波特性測定装置を使用することにより、
１．３μｍから１．６μｍにわたる広い光波長領域で使
用する導波路型光部品の製造、偏波特性の精密な評価が
可能である。さらにこの評価により厳密に偏波特性を抑
制した光導波回路部品を製造することができる。

【００３７】換言すれば、本発明による偏波方向切り替
え器を使用した偏波特性評価装置では、その入力光の偏
波方向を切り替えるときに、評価する光部品（被測定試
料）と入力光ファイバとの相対的な位置変化が無いの
で、被測定試料の精密な偏波特性を評価することがで
き、かつその偏波方向の切り替えに波長依存性がないの
で広い波長範囲で偏波特性を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術１の導波路型光部品の偏波特性装置を
示す概略構成図である。

【図２】図１のラミポール薄膜偏光子付き偏波保持光フ
ァイバの構成を示す斜視図である。

【図３】従来技術２の導波路型光部品の偏波特性装置を
示す概略構成図である。

【図４】本発明の一実施例の偏波方向切り替え器を示す
概略構成図である。

【図５】図４の導波路型波長無依存カップラの結合率の
波長特性を示す特性図である。

【図６】図４の偏波方向切り替え器を利用した広い波長
領域における偏波特性測定装置の構成を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１ ラミポール薄膜偏光子付き偏波保持光ファイバ ２ ラミポール薄膜偏光子付き偏波保持光ファイバ ３ 光チャンネルセレクタ（３×２光空間スイッチ） ４，５，８，９ 導波路型波長無依存カップラの入出力
導波路 ６，７ 導波路型波長無依存カップラのアーム導波路 １０，１１ 導波路型波長無依存カップラの３ｄＢ方向
性結合器 １２ 導波路型波長無依存カップラ（２×２偏波保持光
結合器） １３，５３ ラミポール薄膜偏光子 ２０ 波長１．３μｍの光源 ２１ 波長１．５５μｍの光源 ２２ 白色光源 ２３ 本発明の偏波方向切り替え器 ２４ 導波路型光部品と入出力ファイバとの位置合わせ
を行う自動調心装置 ２５ 被測定試料としての導波路型光部品 ２６ 偏波保持光ファイバ ２７，２８，２９ シングルモード光ファイバ ３０ 参照光の光量を測定するための光パワーメータ ３１ 被測定試料の光挿入損失を測定するための光パワ
ーメータ ３２ 光スペクトラムアナライザ ３３ チャンネルセレクタ ３４ マイクロコンピュータ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ×２光空間スイッチと、２×２偏波保
   持光結合器と、これらを結ぶ２本の偏波保持光ファイバ
   とを有し、 かつ前記２本の偏波保持光ファイバの一方のファイバが
   他方のファイバに対して９０度ひねられて取付けられて
   いることを特徴とする偏波方向切り替え器。
2. 【請求項２】 前記２×２偏波保持光結合器が、マッハ
   ツェンダ光干渉計の構造を有する導波路型波長無依存カ
   ップラであって、 前記２本の偏波保持光ファイバ中にそれぞれ薄膜偏光子
   が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の偏
   波方向切り替え器。