JP2000241759A - Optical circulator - Google Patents

Optical circulator

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JP2000241759A
JP2000241759A JP11040084A JP4008499A JP2000241759A JP 2000241759 A JP2000241759 A JP 2000241759A JP 11040084 A JP11040084 A JP 11040084A JP 4008499 A JP4008499 A JP 4008499A JP 2000241759 A JP2000241759 A JP 2000241759A
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JP
Japan
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polarization plane
birefringent
optical
reciprocal
optical circulator
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Hiroshi Honma
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Tokin Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive optical circulator in which the optical device part can be easily produced and its size can be suppressed. SOLUTION: This circulator consists of a combination of parallel plate optical devices including a birefringence device, nonreciprocal polarization plane rotator 6 and reciprocal polarization plane rotator 7, and has plural ports for entering and outgoing of light. The circulator is produced by successively disposing a birefringence crystal 1 as a birefringence device, nonreciprocal polarization plane rotator 5, birefringence crystals 2, 3 as a birefringence device which is divided into two parts with respect to the propagation direction of light and joined to form a pair with the opposite separation direction of polarized light to each other, a nonreciprocal polarization plane rotator 6, a reciprocal polarization plane rotator 7, a birefringence crystal 4 or the like.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光サーキュレータに
関し、特に、主として光通信分野において光信号の経路
の整理を行うために用いられる光受動部品としての光サ
ーキュレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical circulator, and more particularly, to an optical circulator as an optical passive component mainly used for arranging optical signal paths in the optical communication field.

【0002】[0002]

【従来の技術】光サーキュレータでは、従来より、少な
くとも複屈折素子、非相反性偏光面回転子、および相反
性偏光面回転子などの平行平板の光学素子を組み合わせ
て構成される光学素子部(光受動部品)が使用されてい
る。この種の従来公知の光サーキュレータとしては、例
えば、日本国特許第2539563号に開示されたもの
がある。
2. Description of the Related Art In an optical circulator, an optical element section (optical element) constituted by combining at least parallel plate optical elements such as a birefringent element, a non-reciprocal polarizing plane rotator, and a reciprocal polarizing plane rotator has conventionally been used. Passive components) are used. As this kind of conventionally known optical circulator, there is, for example, one disclosed in Japanese Patent No. 2539563.

【0003】この従来例の光サーキュレータは、相反性
偏光面回転子として1/2波長板を用いている。そし
て、光進行方向に対して2分割され、互いの相対的な光
軸の角度が45°の関係を持ち、複屈折結晶で分離され
た互いに垂直な偏光面を持つ光を別々の1/2波長板に
入射し、その偏光面を揃えて複屈折結晶で分離された2
つの光を同じ方向に移動させるとともに、互いの相対的
な光軸の角度が45°の関係を持ち、複屈折結晶で分離
された互いに垂直な偏光面を持つ光を別々の1/2波長
板に入射し、その偏光面を互いに垂直にし、複屈折素子
である複屈折結晶で再度合成するという動作原理が用い
られている。
This conventional optical circulator uses a half-wave plate as a reciprocal polarization plane rotator. The light is divided into two with respect to the light traveling direction, the relative optical axis angles are in a relationship of 45 °, and lights having polarization planes perpendicular to each other separated by a birefringent crystal are separated into 1 / Incident on the wave plate, the polarization planes of which are aligned and separated by a birefringent crystal.
Two light beams are moved in the same direction, and the angles of the optical axes relative to each other are 45 °, and light beams having mutually perpendicular polarization planes separated by a birefringent crystal are separated into separate half-wave plates. , The polarization planes thereof are made perpendicular to each other, and recombined with a birefringent crystal that is a birefringent element.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の光サーキ
ュレータでは、光進行方向に2分割以上に分割された構
成部材を少なくとも2つ用いる必要がある。なお、この
ような構成部材は主として水晶の1/2波長板が用いら
れている。しかしながら、このような構成では、分割さ
れた境目が大きくずれた場合、境目にビームが当たり損
失を招く恐れがある。これを避けるために、複屈折結晶
を厚くすることが必要になり、小型化および低価格化を
図ることが困難であった。
In the above-described conventional optical circulator, it is necessary to use at least two structural members that are divided into two or more in the light traveling direction. It should be noted that a 1 / wavelength plate of quartz is mainly used for such a component. However, in such a configuration, when the divided boundary largely shifts, a beam may hit the boundary and cause a loss. In order to avoid this, it is necessary to increase the thickness of the birefringent crystal, and it has been difficult to reduce the size and cost.

【0005】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、光学素子部の作製
が容易で小型化を図ることができ、また特性に優れた低
価格な光サーキュレータを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and the technical problem thereof is that an optical element portion can be easily manufactured, the size can be reduced, and a low-priced material having excellent characteristics can be obtained. It is to provide a simple optical circulator.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも複屈折素子、非相反性偏光面回転素子、および相反
性偏光面回転素子を含む平行平板の光学素子を組み合わ
せてなり、複数の光入出射ポートを持つ光サーキュレー
タにおいて、前記光入出射ポートの1つから見て一方向
とする光進行方向に対して前記複屈折素子としての第1
の複屈折結晶、前記非相反性偏光面回転素子としての第
1の非相反性偏光面回転子、前記光進行方向に対して2
分割されると共に互いに偏光分離方向が逆向き(つま
り、「反対方向」、以下同じ)となるように一対で接合
された前記複屈折素子としての第2および第3の複屈折
結晶、前記非相反性偏光面回転素子としての第2の非相
反性偏光面回転子、前記相反性偏光面回転素子としての
相反性偏光面回転子、前記複屈折素子としての第4の複
屈折結晶を、順次配備してなることを特徴とする光サー
キュレータが得られる。
According to the present invention, a plurality of light beams are formed by combining at least a birefringent element, a non-reciprocal polarization plane rotation element, and a parallel plate optical element including a reciprocal polarization plane rotation element. In an optical circulator having an input / output port, a first birefringent element as the birefringent element with respect to a light traveling direction defined as one direction viewed from one of the light input / output ports
Birefringent crystal, a first non-reciprocal polarization plane rotator as the non-reciprocal polarization plane rotator, and 2 with respect to the light traveling direction.
The second and third birefringent crystals as the birefringent elements, which are divided and joined in pairs so that the polarization separation directions are opposite to each other (that is, “opposite direction”, the same applies hereinafter); A second non-reciprocal polarizing plane rotator as the rotative polarizing plane rotator, a reciprocal polarizing plane rotator as the reciprocal polarizing plane rotator, and a fourth birefringent crystal as the birefringent element. An optical circulator characterized by the above is obtained.

【0007】本発明によれば、少なくとも複屈折素子、
非相反性偏光面回転素子、および相反性偏光面回転素子
を含む平行平板の光学素子を組み合わせてなり、複数の
光入出射ポートを持つ光サーキュレータにおいて、前記
光入出射ポートの1つから見て一方向とする光進行方向
に対して、前記複屈折素子としての第1の複屈折結晶、
前記非相反性偏光面回転素子としての第1の非相反性偏
光面回転子、前記光進行方向に対して2分割されると共
に互いに偏光分離方向が逆向きとなるように一対で接合
された前記複屈折素子としての第2および第3の複屈折
結晶、前記相反性偏光面回転素子としての相反性偏光面
回転子、前記非相反性偏光面回転素子としての第2の非
相反性偏光面回転子、前記複屈折素子としての第4の複
屈折結晶を、順次配備してなることを特徴とする光サー
キュレータが得られる。
According to the present invention, at least a birefringent element,
A non-reciprocal polarization plane rotator and a parallel plate optical element including a reciprocal polarization plane rotator are combined to form an optical circulator having a plurality of light input / output ports, as viewed from one of the light input / output ports. A first birefringent crystal as the birefringent element with respect to the light traveling direction as one direction,
A first non-reciprocal polarization plane rotator as the non-reciprocal polarization plane rotator, the first non-reciprocal polarization plane rotator being divided into two with respect to the light traveling direction and joined in pairs so that the polarization separation directions are opposite to each other; Second and third birefringent crystals as birefringent elements, reciprocal polarization plane rotator as the reciprocal polarization plane rotation element, and second non-reciprocal polarization plane rotation as the non-reciprocal polarization plane rotation element And a fourth birefringent crystal as the birefringent element are sequentially arranged, thereby obtaining an optical circulator.

【0008】前記光学素子に加えて光学素子部を構成す
る各光学素子のいずれかの前に偏波分散補償板が配備さ
れてもよい。
[0008] In addition to the optical element, a polarization dispersion compensating plate may be provided before any of the optical elements constituting the optical element section.

【0009】前記第2の複屈折結晶と前記第3の複屈折
結晶が略同じ面積および幅の光学面を有してもよい。
The second birefringent crystal and the third birefringent crystal may have optical surfaces having substantially the same area and width.

【0010】前記第1の複屈折結晶と前記第4の複屈折
結晶との厚さが略同じであり、前記第1の複屈折結晶の
厚さ:前記第2の複屈折結晶の厚さが略√(2):2の
比率であってもよい。
The thickness of the first birefringent crystal and the thickness of the fourth birefringent crystal are substantially the same, and the thickness of the first birefringent crystal: the thickness of the second birefringent crystal is The ratio may be approximately Δ (2): 2.

【0011】前記第1の非相反性偏光面回転子と前記第
2の非相反性偏光面回転子における偏光面の回転方向が
同じ向きであり、前記第1の複屈折結晶と前記第4の複
屈折結晶の偏光分離方向が略90°異なる向きであり、
前記第1の複屈折結晶と前記第3の複屈折結晶の偏光分
離方向が略45°異なる向きであってもよい。
The first non-reciprocal polarization plane rotator and the second non-reciprocal polarization plane rotator have the same direction of rotation of the polarization plane, and the first birefringent crystal and the fourth birefringent crystal have the same rotation direction. The polarization separation direction of the birefringent crystal is a direction different by about 90 °,
The polarization split directions of the first birefringent crystal and the third birefringent crystal may be different by approximately 45 °.

【0012】前記第1および第2の非相反性偏光面回転
子への磁界印加手段として、穴の開いた永久磁石を用い
てもよい。
As a means for applying a magnetic field to the first and second non-reciprocal polarization plane rotators, a permanent magnet having a hole may be used.

【0013】前記第1および第2の非相反性偏光面回転
子の少なくとも一方が45°ファラデー回転子であって
もよい。
[0013] At least one of the first and second non-reciprocal polarization plane rotators may be a 45 ° Faraday rotator.

【0014】前記相反性偏光面回転子が1/2波長板で
あってもよい。
The reciprocal polarization plane rotator may be a half-wave plate.

【0015】前記第2および第3の複屈折結晶が略同じ
偏光分離距離を持つてもよい。
[0015] The second and third birefringent crystals may have substantially the same polarization separation distance.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の光サーキュレー
タの実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the optical circulator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0017】(実施形態1)まず、図1および図2によ
り実施形態1の光サーキュレータを説明する。図1はこ
の光サーキュレータの基本構成および簡易な機能を示し
た斜視図である。この光サーキュレータは、複屈折素
子、非相反性偏光面回転子、および相反性偏光面回転子
を含む平行平板の光学素子を組み合わせて構成される光
学素子部を有してなり、複数、より一般的には3以上の
光入出射ポートを持っている。
(Embodiment 1) First, an optical circulator of Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the basic configuration and simple functions of this optical circulator. This optical circulator has an optical element portion configured by combining a birefringent element, a non-reciprocal polarization plane rotator, and a parallel plate optical element including a reciprocal polarization plane rotator, and a plurality of more general optical elements. Typically, it has three or more light input / output ports.

【0018】具体的には、光入出射ポートの1つから見
て一方向とする光進行方向に対して互いに偏光分離方向
が略垂直である複屈折素子としての複屈折結晶1、光進
行方向に依存しない非相反性偏光面回転子5、光進行方
向に対して2分割されてなると共に互いに偏光分離方向
が逆向きとなるように一対で接合された複屈折素子とし
ての複屈折結晶2および3、光進行方向に依存しない非
相反性偏光面回転子6、光進行方向に依存する相反性偏
光面回転子7、光進行方向に対して互いに偏光分離方向
が略垂直である複屈折素子としての複屈折結晶4など
を、この順に配備して構成されている。
Specifically, a birefringent crystal 1 as a birefringent element whose polarization separation direction is substantially perpendicular to a light traveling direction which is one direction viewed from one of the light input / output ports, And a birefringent crystal 2 as a birefringent element which is divided into two parts with respect to the light traveling direction and joined in pairs so that the polarization separation directions are opposite to each other. 3. Non-reciprocal polarization plane rotator 6 that does not depend on the light traveling direction, reciprocal polarization plane rotator 7 that depends on the light traveling direction, as a birefringent element whose polarization separation direction is substantially perpendicular to the light traveling direction Are arranged in this order.

【0019】ここで、複屈折結晶1側に奇数番目の光入
出射ポートがあり、複屈折結晶6側に偶数番目の光入出
射ポートがある。
The birefringent crystal 1 has odd-numbered light input / output ports, and the birefringent crystal 6 has even-numbered light input / output ports.

【0020】複屈折結晶1〜4は、いずれもルチル単結
晶の平行平板からなり、矢印で示されるような磁界Hと
略平行な方向に進行する光の偏光分離方向を有してい
る。より具体的には、奇数番目の光入出射ポートから見
た偏光分離方向、つまり、異常光ないし異常波長光成分
の分離方向を示している、なお、複屈折結晶はウォーク
オフ結晶とも称され、また偏光分離方向はウォークオフ
方向とも称される。
Each of the birefringent crystals 1 to 4 is a parallel plate of rutile single crystal, and has a polarization separation direction of light traveling in a direction substantially parallel to the magnetic field H as indicated by an arrow. More specifically, the polarization separation direction as viewed from the odd-numbered light input / output ports, that is, the direction of separation of extraordinary light or extraordinary wavelength light components, the birefringent crystal is also called a walk-off crystal, The polarization separation direction is also called a walk-off direction.

【0021】また、複屈折結晶2と3は、例えばオプテ
ィカルコンタクトを用いて2つのルチル単結晶間を接合
し固定して構成される。これら複屈折結晶2と3は略同
じ面積および幅の光学面を持ち、且つ略同じ厚さを持っ
ている。具体的には、複屈折結晶2と3の厚さは128
6μmである。一方、複屈折結晶1と4の厚さは910
μmである。よって、複屈折結晶1および4と、複屈折
結晶2および3の厚さの比率は、√(2):2となる。
The birefringent crystals 2 and 3 are formed by joining and fixing two rutile single crystals using, for example, an optical contact. These birefringent crystals 2 and 3 have optical surfaces of substantially the same area and width, and have substantially the same thickness. Specifically, the thickness of the birefringent crystals 2 and 3 is 128
6 μm. On the other hand, the thickness of birefringent crystals 1 and 4 is 910
μm. Therefore, the ratio of the thickness of the birefringent crystals 1 and 4 to the thickness of the birefringent crystals 2 and 3 is √ (2): 2.

【0022】非相反性偏光面回転子5、6は、それぞれ
ファラデー回転子、より具体的にはビスマス置換ガドリ
ニウム鉄ガーネットから構成され、図において矢印で示
したファラデー回転の向きを有し、具体的には、45°
偏光面をそれぞれ同じ向き回転させるものである。ま
た、相反性偏光面回転子7は、図において矢印で示した
C軸の向きを有し、具体的には水晶1/2波長板から構
成される。
The non-reciprocal polarization plane rotators 5 and 6 are each composed of a Faraday rotator, more specifically, a bismuth-substituted gadolinium iron garnet, and have a direction of Faraday rotation indicated by an arrow in the figure. 45 °
The polarization planes are rotated in the same direction. The reciprocal polarization plane rotator 7 has a direction of the C axis indicated by an arrow in the figure, and is specifically formed of a quartz half-wave plate.

【0023】ここで、複屈折結晶1と4は裏返せば同じ
ものであり、複屈折結晶2と3も同じものであるので、
図1に示した光学結晶スタック部は、非相反性偏光面回
転子(ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット)、厚さ
910μmの複屈折結晶(ルチル結晶)、厚さ1286
μmの複屈折結晶(ルチル結晶)、および相反性偏光面
回転子(水晶1/2波長板)の4種類の部材で実現する
ことができる。
Here, the birefringent crystals 1 and 4 are the same when turned over, and the birefringent crystals 2 and 3 are also the same.
The optical crystal stack shown in FIG. 1 includes a non-reciprocal polarizing plane rotator (bismuth-substituted gadolinium iron garnet), a birefringent crystal (rutile crystal) having a thickness of 910 μm, and a thickness of 1286.
It can be realized by four types of members: a birefringent crystal (rutile crystal) of μm, and a reciprocal polarization plane rotator (quartz half-wave plate).

【0024】図2(a)〜(d)は、この光サーキュレ
ータの偏光面および光の挙動を示したものである。すな
わち、図2(a)内に示した各光学素子内の矢印は、奇
数番目の光入出射ポートから見た異常光成分の分離方向
とファラデー回転の向きを表す。また、図2(b)から
図2(d)までは、各光学素子における透過前後の偏光
成分の光学面内での位置と偏光状態を示したものであ
る。より具体的には、図2(b)は第1の光入出射ポー
ト8から第2の光入出射ポート9へ光が進行する場合
を、図2(c)は第2の光入出射ポート9から第3の光
入出射ポート10へ光が進行する場合を、図2(d)は
第3の光入出射ポート10から第4の光入出射ポート1
1へ光が進行する場合を、それぞれ表している。
FIGS. 2A to 2D show the polarization plane and the behavior of light of the optical circulator. That is, the arrows in each optical element shown in FIG. 2A indicate the direction of the separation of the extraordinary light component and the direction of the Faraday rotation viewed from the odd-numbered light input / output ports. FIGS. 2B to 2D show the positions and polarization states in the optical plane of the polarization components before and after transmission in each optical element. More specifically, FIG. 2B shows a case where light travels from the first light input / output port 8 to the second light input / output port 9, and FIG. FIG. 2D shows a case where light travels from the third light input / output port 10 to the third light input / output port 10.
The case where light travels to 1 is shown.

【0025】図2(b)は図2(d)から、どの偏光成
分も1点に集光していることは明らかである。よって、
各光学素子の厚さ精度がよければ、PDL(Polarizati
on Dependent Loss )が発生しないこと、および光学面
のサイズが許す限りにおいて、光入出射ポートの数をど
のようにも設定できることが理解できる。そして、この
実施形態による光サーキュレータは、非相反性偏光面回
転子(ファラデー回転子)を2枚使用した2段構成の光
アイソレータと同様に、中心波長において50dB以上
のアイソレーション特性を得ることができる。
FIG. 2B clearly shows that all the polarized light components are focused on one point from FIG. 2D. Therefore,
If the thickness accuracy of each optical element is good, PDL (Polarizati
On Dependent Loss) does not occur, and it can be understood that the number of light input / output ports can be set in any way as long as the size of the optical surface allows. The optical circulator according to this embodiment can obtain an isolation characteristic of 50 dB or more at the center wavelength, like the two-stage optical isolator using two non-reciprocal polarization plane rotators (Faraday rotators). it can.

【0026】(実施形態2)図3および図4により、実
施形態2の光サーキュレータを説明する。図3は、この
光サーキュレータを構成する各光学素子の配置を示した
図である。ここで、複屈折結晶12は複屈折結晶1に、
非相反性偏光面回転子16は非相反性偏光面回転子5
に、複屈折結晶13および14は複屈折結晶2および3
に、非相反性偏光面回転子17は非相反性偏光面回転子
6に、相反性偏光面回転子18は相反性偏光面回転子7
に、複屈折結晶15は複屈折結晶4に、それぞれ相当す
る。
(Embodiment 2) An optical circulator according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of each optical element constituting the optical circulator. Here, the birefringent crystal 12 becomes the birefringent crystal 1,
The non-reciprocal polarization rotator 16 is a non-reciprocal polarization rotator 5.
The birefringent crystals 13 and 14 are birefringent crystals 2 and 3
The non-reciprocal polarization plane rotator 17 is used for the non-reciprocal polarization plane rotator 6, and the reciprocal polarization plane rotator 18 is used for the reciprocal polarization plane rotator 7.
In addition, the birefringent crystal 15 corresponds to the birefringent crystal 4 respectively.

【0027】そして、上記の実施形態1と異なる点は、
ルチル単結晶の平行平板からなる偏波分散補償板19
を、複屈折結晶13と14の後ろに加えたことである。
なお、偏波分散補償板は偏光面を回転させないので、各
光学素子透過前後における偏光成分の光学面内での位置
と偏光状態と光入出射ポートの位置は、実施形態1と同
様である。
The difference from the first embodiment is that
Polarization dispersion compensator 19 made of parallel plate of rutile single crystal
Is added after the birefringent crystals 13 and 14.
Since the polarization dispersion compensating plate does not rotate the polarization plane, the positions of the polarization components in the optical plane, the polarization state, and the positions of the light input / output ports before and after transmission through each optical element are the same as those in the first embodiment.

【0028】図4(a)から図4(c)は、奇数番面の
光入出射ポート側から見た、偏光成分の動きを示す図で
ある。実線で示した矢印は、複屈折結晶1における異常
光成分を表す。また、点線の矢印は、複屈折結晶1にお
ける常光成分を表す。同図から、奇数番目の光入出射ポ
ートから偶数番目の光入出射ポートへの場合は、複屈折
結晶12における異常光成分が、常光成分よりも複屈折
結晶13での偏光分離による分だけ多くの光路長を経て
出射する。また、偶数番目の光入出射ポートから奇数番
目の光入出射ポートへの場合は、複屈折結晶15におけ
る異常光成分が、常光成分よりも複屈折結晶14での偏
光分離による分だけ多くの光路長を経て出射する。複屈
折結晶12と15は同じ厚さであるので、光路長差の絶
対値は等しい。そのため、偏波分散補償板19を挿入す
ることで、偏波分散をキャンセルできる。また、偏波分
散補償板19は、その光軸方向に注意すれば、各光学素
子の前後のいずれにも配置することができる。
FIGS. 4A to 4C are diagrams showing the movement of the polarization component as viewed from the light input / output port side of the odd-numbered surface. Arrows shown by solid lines represent extraordinary light components in the birefringent crystal 1. The dotted arrows indicate the ordinary light components in the birefringent crystal 1. As can be seen from the figure, in the case of transition from the odd-numbered light input / output port to the even-numbered light input / output port, the extraordinary light component in the birefringent crystal 12 is larger than the ordinary light component by the polarization separation in the birefringent crystal 13. The light exits through the optical path length. In addition, in the case of transition from the even-numbered light input / output port to the odd-numbered light input / output port, the extraordinary light component in the birefringent crystal 15 has more optical paths than the ordinary light component by the polarization separation in the birefringent crystal 14. Emitted through a long distance. Since the birefringent crystals 12 and 15 have the same thickness, the absolute values of the optical path length differences are equal. Therefore, the polarization dispersion can be canceled by inserting the polarization dispersion compensator 19. The polarization dispersion compensating plate 19 can be disposed before or after each optical element if attention is paid to the direction of the optical axis.

【0029】(実施形態3)図5に実施形態3の光サー
キュレータを示した。この光サーキュレータは、上記実
施形態2の光学素子を有機接着剤により固定して光学結
晶スタック部24を構成し、この光学結晶スタック部2
4の周囲に中空円筒状、つまり穴の開いたサマリウムコ
バルト(SmCo)製の永久磁石25を配設して構成さ
れる。
Third Embodiment FIG. 5 shows an optical circulator according to a third embodiment. In this optical circulator, the optical element of the second embodiment is fixed with an organic adhesive to form an optical crystal stack section 24.
A permanent magnet 25 made of samarium cobalt (SmCo) having a hollow cylindrical shape, that is, a hole is provided around the periphery of the magnet 4.

【0030】ここで、一般に、光進行方向と磁界の向き
が一致しない場合、非相反性偏光面回転子(ファラデー
回転子)の消光比が劣化することが知られている。この
問題は、例えば、ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネッ
トの場合、結晶育成終了後1200℃程度で加熱処理す
ることである程度回避できるが、このような処理はコス
ト増大につながる。そこで、本実施形態のように、中空
円筒状の磁石の中に光学素子部を配備するとともに、磁
石の長さを非相反性偏光面回転子間の2倍程度にするこ
とで、光進行方向と磁界の向きのずれを抑えることを有
効に行うことができる。なお、図示は省略したが、光学
結晶スタック部24と永久磁石25とをこれらの間にセ
ラミックなどのスペーサを介して接着することにより、
熱膨張係数差から生じる応力による特性劣化を有効に抑
えることができる。
Here, it is generally known that the extinction ratio of a non-reciprocal polarization plane rotator (Faraday rotator) is deteriorated when the light traveling direction and the direction of the magnetic field do not match. For example, in the case of bismuth-substituted gadolinium iron garnet, this problem can be avoided to some extent by performing a heat treatment at about 1200 ° C. after the completion of crystal growth, but such treatment leads to an increase in cost. Therefore, as in the present embodiment, the optical element portion is provided in a hollow cylindrical magnet, and the length of the magnet is set to about twice that between the non-reciprocal polarization plane rotators, so that the light traveling direction is reduced. And suppressing the deviation of the direction of the magnetic field can be effectively performed. Although not shown, the optical crystal stack portion 24 and the permanent magnet 25 are bonded to each other via a spacer such as ceramic between them,
It is possible to effectively suppress deterioration of characteristics due to stress caused by a difference in thermal expansion coefficient.

【0031】(実施形態4)図6および図7に示した光
サーキュレータは、実施形態3に示された光学結晶スタ
ック24および永久磁石25にレンズおよび光ファイバ
を加えて構成されるものである。ここで、光学結晶スタ
ック部24の光学面は光進行方向に対して4度程度傾け
てある。また、光ファイバとしては、例えば、TECフ
ァイバが使用される。
(Embodiment 4) The optical circulator shown in FIG. 6 and FIG. 7 is configured by adding a lens and an optical fiber to the optical crystal stack 24 and the permanent magnet 25 shown in Embodiment 3. Here, the optical surface of the optical crystal stack unit 24 is inclined about 4 degrees with respect to the light traveling direction. As the optical fiber, for example, a TEC fiber is used.

【0032】具体的には、図6の光サーキュレータで
は、一方の光学面側に1枚のレンズ18と1芯のTEC
光ファイバ27を設け、また他方の光学面側に2芯のT
ECファイバ28を設けて構成される。この光サーキュ
レータは3ポートの光サーキュレータとして動作する。
また、図7の光サーキュレータは、両方の光学面側にそ
れぞれレンズ29、30および2芯のTECファイバ3
1、32を配置して構成されるものである。この実施形
態の光サーキュレータは、4ポートの光サーキュレータ
として動作する。
Specifically, in the optical circulator of FIG. 6, one lens 18 and one core TEC are provided on one optical surface side.
An optical fiber 27 is provided, and a two-core T
An EC fiber 28 is provided. This optical circulator operates as a three-port optical circulator.
The optical circulator of FIG. 7 includes lenses 29 and 30 and a two-core TEC fiber 3 on both optical surfaces, respectively.
1 and 32 are arranged. The optical circulator of this embodiment operates as a four-port optical circulator.

【0033】これらの光サーキュレータでは、光学面が
分割された構造が1つだけであり、またこの構造が光学
結晶スタック部の中心位置にあることから、分割面に光
がぶるかるおそれが少ない。なお、上記の図6および図
7の構成にレンズ、光学結晶スタックおよびマグネット
などを収容するホルダを加えれば、完成品としての光サ
ーキュレータを構成することができる。
In these optical circulators, there is only one structure in which the optical surface is divided, and since this structure is located at the center of the optical crystal stack portion, there is little possibility that light will fall on the divided surface. By adding a holder for accommodating a lens, an optical crystal stack, a magnet, and the like to the configuration shown in FIGS. 6 and 7, an optical circulator as a completed product can be formed.

【0034】(実施形態5)図8は、実施形態3と同様
な光学結晶スタック部33および永久磁石34に加え
て、各光入出射ポートの前にプリズム35〜38とレン
ズ42〜45、光ファイバ46〜49を加えて構成され
る光サーキュレータである。
(Embodiment 5) FIG. 8 shows an optical crystal stack 33 and a permanent magnet 34 similar to those of the embodiment 3, plus prisms 35 to 38 and lenses 42 to 45 before each light input / output port. This is an optical circulator configured by adding fibers 46 to 49.

【0035】ここで、プリズム35〜38は全反射ミラ
ー39と40、および光学面がARコートされたガラス
41からなり、光入出射ポート間の距離を広げる効果が
ある。これにより、各レンズ、光ファイバを独立に調節
することが可能となり、特性の優れた光サーキュレータ
を実現することができる。
The prisms 35 to 38 are made of total reflection mirrors 39 and 40 and glass 41 whose optical surface is AR-coated, and have the effect of increasing the distance between the light input / output ports. Thereby, each lens and optical fiber can be adjusted independently, and an optical circulator having excellent characteristics can be realized.

【0036】また、図6に記載された実施形態の光サー
キュレータの光学素子スタック部24においては各複屈
折結晶と偏波分散補償板の厚さが2芯光ファイバのコア
間距離によって決定されるのに対し、図8の実施形態で
は、各複屈折結晶と偏波分散補償板の厚さを比較的自由
に決めることができるという効果がある。但し、この厚
さは、複屈折結晶1の厚さ:複屈折結晶2の厚さの比率
を√(2):2の範囲とする必要がある。そして、この
効果により、ビーム径を比較的大きくすることも可能と
なり、光損傷に対して余裕のある設計が可能となる。
In the optical element stack section 24 of the optical circulator of the embodiment shown in FIG. 6, the thickness of each birefringent crystal and the polarization dispersion compensator is determined by the distance between the cores of the two-core optical fiber. On the other hand, the embodiment of FIG. 8 has an effect that the thickness of each birefringent crystal and the polarization dispersion compensator can be determined relatively freely. However, as for this thickness, the ratio of the thickness of the birefringent crystal 1 to the thickness of the birefringent crystal 2 needs to be in the range of √ (2): 2. And, by this effect, the beam diameter can be made relatively large, and a design with a margin against optical damage can be made.

【0037】なお、以上説明した実施形態の光学結晶ス
タック部、例えば図1に示した構成において、非相反性
偏光面回転子6と相反性偏光面回転子7の位置を入れ替
えることもでき、同様な効果が得られる。
The positions of the non-reciprocal polarization plane rotator 6 and the reciprocal polarization plane rotator 7 can be interchanged in the optical crystal stack of the embodiment described above, for example, in the configuration shown in FIG. Effects can be obtained.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のように、本発明の光サーキュレー
タによれば、例えば、第1の複屈折結晶、第1の非相反
性偏光面回転子、光進行方向に対して2分割されると共
に互いに偏光分離方向が逆向きとなるように一対で接合
された第2および第3の複屈折結晶、第2の非相反性偏
光面回転子、相反性偏光面回転子、第4の複屈折結晶を
順次配備してなる構成としたので、光サーキュレータに
おける光学素子の作製が容易になり、また、特性に優
れ、低価格な光サーキュレータを実現することができ
る。
As described above, according to the optical circulator of the present invention, for example, the first birefringent crystal, the first non-reciprocal polarizing plane rotator, and the optical circulator are divided into two parts with respect to the light traveling direction. Second and third birefringent crystals, a second non-reciprocal polarization plane rotator, a reciprocal polarization plane rotator, and a fourth birefringent crystal joined in pairs so that the polarization separation directions are opposite to each other. Are sequentially arranged, so that an optical element in the optical circulator can be easily manufactured, and a low-cost optical circulator having excellent characteristics can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光サーキュレータの実施形態1の基本
構成並びに簡易な機能を示した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration and simple functions of an optical circulator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は図1の光サーキュレータにおける光学
結晶の配置と奇数番目のポートから入射した異常光成分
の偏光分離方向、ファラデー回転、C軸の向きを表す説
明図、(b)は第1の光入出射ポートから第2の光入出
射ポートへ光が進行する場合における各光学結晶透過前
後の偏光成分の光学面内での位置と偏光状態を示した説
明図、(c)は第2の光入出射ポートから第3の光入出
射ポートへ光が進行する場合における各光学結晶透過前
後の偏光成分の光学面内での位置と偏光状態を示した説
明図、(d)は第3の光入出射ポートから第4の光入出
射ポートへ光が進行する場合における各光学結晶透過前
後の偏光成分の光学面内での位置と偏光状態を示した説
明図である。
2A is an explanatory diagram showing the arrangement of optical crystals in the optical circulator of FIG. 1 and the polarization separation direction, Faraday rotation, and C-axis direction of an extraordinary light component incident from an odd-numbered port, and FIG. FIG. 3C is a diagram illustrating the position and polarization state of the polarization component on the optical surface before and after transmission through each optical crystal when light travels from the first light input / output port to the second light input / output port. FIG. 3D is an explanatory view showing the position and polarization state of the polarization component in the optical plane before and after transmission through each optical crystal when light travels from the second light input / output port to the third light input / output port. It is explanatory drawing which showed the position in the optical surface of the polarization component before and after each optical crystal transmission, and the polarization state when the light progresses from a 3rd light input / output port to a 4th light input / output port.

【図3】本発明の実施形態2の光サーキュレータの基本
構成並びに簡易な機能を示した説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a basic configuration and simple functions of an optical circulator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】(a)、(b)、(c)はそれぞれ、図3の光
サーキュレータにおける奇数番面の光入出射ポート側か
ら見た偏光成分の動きを示す説明図である。
4 (a), (b), and (c) are explanatory diagrams showing the movement of a polarization component as viewed from a light input / output port side of an odd-numbered surface in the optical circulator of FIG.

【図5】(a)および(b)はそれぞれ本発明の実施形
態3の光サーキュレータを示した断面図である。
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating an optical circulator according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態4の光サーキュレータを示し
た説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an optical circulator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態4の他の光サーキュレータを
示した説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing another optical circulator according to the fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態5の光サーキュレータを示し
た説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an optical circulator according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 複屈折結晶 2 複屈折結晶 3 複屈折結晶 4 複屈折結晶 5 非相反性偏光面回転子 6 非相反性偏光面回転子 7 相反性偏光面回転子 8 第1の光入出射ポート 9 第2の光入出射ポート 10 第3の光入出射ポート 11 第4の光入出射ポート 12 複屈折結晶 13 複屈折結晶 14 複屈折結晶 15 複屈折結晶 16 非相反性偏光面回転子 17 非相反性偏光面回転子 18 相反性偏光面回転子 19 偏波分散補償板 20 第1の光入出射ポート 21 第2の光入出射ポート 22 第3の光入出射ポート 23 第4の光入出射ポート 24 光学結晶スタック部 25 永久磁石 26 レンズ 27 TECファイバ 28 TECファイバ Reference Signs List 1 birefringent crystal 2 birefringent crystal 3 birefringent crystal 4 birefringent crystal 5 non-reciprocal polarization plane rotator 6 non-reciprocal polarization plane rotator 7 reciprocal polarization plane rotator 8 first light input / output port 9 second Light input / output port 10 third light input / output port 11 fourth light input / output port 12 birefringent crystal 13 birefringent crystal 14 birefringent crystal 15 birefringent crystal 16 non-reciprocal polarization plane rotator 17 non-reciprocal polarization Plane rotator 18 reciprocal polarization plane rotator 19 polarization dispersion compensator 20 first light input / output port 21 second light input / output port 22 third light input / output port 23 fourth light input / output port 24 optics Crystal stack 25 Permanent magnet 26 Lens 27 TEC fiber 28 TEC fiber

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも複屈折素子、非相反性偏光面
回転素子、および相反性偏光面回転素子を含む平行平板
の光学素子を組み合わせてなり、複数の光入出射ポート
を持つ光サーキュレータにおいて、 前記光入出射ポートの1つから見て一方向とする光進行
方向に対して、前記複屈折素子としての第1の複屈折結
晶、前記非相反性偏光面回転素子としての第1の非相反
性偏光面回転子、前記光進行方向に対して2分割される
と共に互いに偏光分離方向が逆向きとなるように一対で
接合された前記複屈折素子としての第2および第3の複
屈折結晶、前記非相反性偏光面回転素子としての第2の
非相反性偏光面回転子、前記相反性偏光面回転素子とし
ての相反性偏光面回転子、前記複屈折素子としての第4
の複屈折結晶を、順次配備してなることを特徴とする光
サーキュレータ。
An optical circulator comprising a combination of at least a birefringent element, a non-reciprocal polarization plane rotation element, and a parallel plate optical element including a reciprocal polarization plane rotation element, and having a plurality of light input / output ports, A first birefringent crystal as the birefringent element and a first non-reciprocal as the non-reciprocal polarization plane rotating element with respect to a light traveling direction which is one direction viewed from one of the light input / output ports. A polarization plane rotator, a second and a third birefringent crystal as the birefringent element, which are divided into two with respect to the light traveling direction and joined in a pair so that the polarization separation directions are opposite to each other; A second non-reciprocal polarization plane rotator as the non-reciprocal polarization plane rotator, a reciprocal polarization plane rotator as the reciprocal polarization plane rotator, and a fourth as the birefringent element
An optical circulator characterized by sequentially disposing birefringent crystals of the above.
【請求項2】 少なくとも複屈折素子、非相反性偏光面
回転素子、および相反性偏光面回転素子を含む平行平板
の光学素子を組み合わせてなり、複数の光入出射ポート
を持つ光サーキュレータにおいて、 前記光入出射ポートの1つから見て一方向とする光進行
方向に対して、前記複屈折素子としての第1の複屈折結
晶、前記非相反性偏光面回転素子としての第1の非相反
性偏光面回転子、前記光進行方向に対して2分割される
と共に互いに偏光分離方向が逆向きとなるように一対で
接合された前記複屈折素子としての第2および第3の複
屈折結晶、前記相反性偏光面回転素子としての相反性偏
光面回転子、前記非相反性偏光面回転素子としての第2
の非相反性偏光面回転子、前記複屈折素子としての第4
の複屈折結晶を、順次配備してなることを特徴とする光
サーキュレータ。
2. An optical circulator having at least a birefringent element, a non-reciprocal polarization plane rotation element, and a parallel plate optical element including a reciprocal polarization plane rotation element and having a plurality of light input / output ports, A first birefringent crystal as the birefringent element and a first non-reciprocal as the non-reciprocal polarization plane rotating element with respect to a light traveling direction which is one direction viewed from one of the light input / output ports. A polarization plane rotator, a second and a third birefringent crystal as the birefringent element, which are divided into two with respect to the light traveling direction and joined in a pair so that the polarization separation directions are opposite to each other; A reciprocal polarization plane rotator as a reciprocal polarization plane rotator, and a second reciprocal polarization plane rotator as the non-reciprocal polarization plane rotator.
Non-reciprocal polarization plane rotator, the fourth as the birefringent element
An optical circulator characterized by sequentially disposing birefringent crystals of the above.
【請求項3】 前記光学素子に加えて光学素子部を構成
する各光学素子のいずれかの前に偏波分散補償板が配備
されることを特徴とする請求項1又は2記載の光サーキ
ュレータ。
3. The optical circulator according to claim 1, wherein a polarization dispersion compensating plate is provided before any of the optical elements constituting the optical element section in addition to the optical element.
【請求項4】 前記第2の複屈折結晶と前記第3の複屈
折結晶が略同じ面積および幅の光学面を有してなること
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光サー
キュレータ。
4. The method according to claim 1, wherein the second birefringent crystal and the third birefringent crystal have optical surfaces having substantially the same area and width. Optical circulator.
【請求項5】 前記第1の複屈折結晶と前記第4の複屈
折結晶との厚さが略同じであり、前記第1の複屈折結晶
の厚さ:前記第2の複屈折結晶の厚さが略√(2):2
の比率であることを特徴とする請求項1から4のいずれ
かに記載の光サーキュレータ。
5. The thickness of the first birefringent crystal and the thickness of the fourth birefringent crystal are substantially the same, and the thickness of the first birefringent crystal: the thickness of the second birefringent crystal. Saga approximately (2): 2
The optical circulator according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 前記第1の非相反性偏光面回転子と前記
第2の非相反性偏光面回転子における偏光面の回転方向
が同じ向きであり、 前記第1の複屈折結晶と前記第4の複屈折結晶の偏光分
離方向が略90°異なる向きであり、 前記第1の複屈折結晶と前記第3の複屈折結晶の偏光分
離方向が略45°異なる向きであることを特徴とする請
求項1から5のいずれかに記載の光サーキュレータ。
6. The first non-reciprocal polarization plane rotator and the second non-reciprocal polarization plane rotator have the same direction of rotation of the polarization plane, and the first birefringent crystal and the second birefringent crystal have a same rotation direction. 4. The polarized light separating directions of the birefringent crystal of No. 4 are different by about 90 °, and the polarized light separating directions of the first birefringent crystal and the third birefringent crystal are different by about 45 °. The optical circulator according to claim 1.
【請求項7】 前記第1および第2の非相反性偏光面回
転子への磁界印加手段として、穴の開いた永久磁石を用
いることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載
の光サーキュレータ。
7. A permanent magnet having a hole as a means for applying a magnetic field to said first and second non-reciprocal polarization plane rotators. Optical circulator.
【請求項8】 前記第1および第2の非相反性偏光面回
転子の少なくとも一方が45°ファラデー回転子である
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の光
サーキュレータ。
8. The optical circulator according to claim 1, wherein at least one of the first and second non-reciprocal polarization plane rotators is a 45 ° Faraday rotator.
【請求項9】 前記相反性偏光面回転子が1/2波長板
であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記
載の光サーキュレータ。
9. The optical circulator according to claim 1, wherein the reciprocal polarization plane rotator is a half-wave plate.
【請求項10】 前記第2および第3の複屈折結晶が略
同じ偏光分離距離を持つことを特徴とする請求項1から
9のいずれかに記載の光サーキュレータ。
10. The optical circulator according to claim 1, wherein said second and third birefringent crystals have substantially the same polarization separation distance.
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