JP2000241761A - Optical circulator - Google Patents

Optical circulator

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JP2000241761A
JP2000241761A JP11043403A JP4340399A JP2000241761A JP 2000241761 A JP2000241761 A JP 2000241761A JP 11043403 A JP11043403 A JP 11043403A JP 4340399 A JP4340399 A JP 4340399A JP 2000241761 A JP2000241761 A JP 2000241761A
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JP
Japan
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birefringent crystal
birefringent
optical
optical circulator
crystal
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Honma
洋 本間
Manabu Hashima
学 橋間
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized inexpensive optical circulator in which the number of structural parts divided with respect to the propagation direction of light is decreased as much as possible and thin birefringent crystals can be used. SOLUTION: This optical circulator consists of a combination of parallel plate optical devices. Along the propagation direction of light as one direction seen from the odd number of plural ports for entering and outgoing light, the circulator has the optical device part consisting of a first birefringent crystal 1, first 45 deg. Faraday rotator 5, second birefringent crystal 2 and third birefringent crystal 3, second 45 deg. Faraday rotator 6, and fourth birefringent crystal 4. The second and third birefringent crystals 2, 3 are joined to form a pair so that the polarized light components separated from each other by the first birefringent crystal 1 separately enter and outgo from the respective crystals with the separation direction of polarized light opposite to each other. The optical device part has a port of an odd number of entering and outgoing light on the side of the first birefringent crystal 1 and has a port of an even number for entering and outgoing light on the side of the fourth birefringent crystal 4.

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、主として光通信分
野で光信号の経路の整理に用いられる光受動部品である
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, which is an optical passive component used mainly for arranging optical signal paths in the optical communication field.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の光サーキュレータでは、
少なくとも複屈折素子,非相反性偏光面回転子,及び相
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
せた構成のものが使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in this type of optical circulator,
At least a structure combining a birefringent element, a non-reciprocal polarization plane rotator, and a parallel plate optical element including a reciprocal polarization plane rotator is used.

【0003】例えば日本国特許第2539563号に記
載された光サーキュレータの場合、相反性偏光面回転子
として1/2波長板を用いており、その動作原理は、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度の関係を持ち、複屈折素子(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
波長波に入射し、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、更に、互いの相
対的な光軸の角度が45度の関係を持ち、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、再度複
屈折結晶で合成するようになっている。
For example, in the case of an optical circulator described in Japanese Patent No. 2539563, a half-wave plate is used as a reciprocal polarization plane rotator, and its operation principle is divided into two in the light traveling direction. The light having an angle of 45 degrees relative to each other has a relationship of 45 degrees, and lights having polarization planes perpendicular to each other separated by a birefringent element (birefringent crystal) are separated into 1 /
Wavelength light is incident, the polarization planes are aligned, and the two lights separated by the birefringent crystal move in the same direction. Further, the relative optical axis angles have a relationship of 45 degrees, and the birefringence Light having polarization planes perpendicular to each other separated by a crystal is
The light is incident on the wave plate, the polarization planes thereof are made perpendicular to each other, and the light is combined again with a birefringent crystal.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した光サーキュレ
ータの場合、光進行方向に2分割以上に分割された構成
を少なくとも2つ必要としており、分割された境目が大
きくずれると境目にビームが当たって損失を起こす恐れ
があるため、これを回避するためには複屈折結晶を厚く
しなければならないが、こうした構成では光サーキュレ
ータ全体の小型化や低価格化の具現にとって大きな障害
となるという問題がある。
In the case of the above-described optical circulator, at least two components which are divided into two or more in the light traveling direction are required. To avoid this, the thickness of the birefringent crystal must be increased in order to avoid the loss. However, such a configuration has a problem that it becomes a major obstacle to realizing the miniaturization and cost reduction of the entire optical circulator. .

【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、光進行方向に対し
て分割される構成部分を極力少なくして薄い複屈折結晶
の適用、並びに全体の小型化や低価格化を具現し得る光
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 its technical problem is to apply a thin birefringent crystal by minimizing the number of components divided in the light traveling direction. It is another object of the present invention to provide an optical circulator capable of realizing a reduction in size and cost.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
光入出射ポートを持つと共に、複数の複屈折素子として
の複屈折結晶と複数のファラデー回転子とによって構成
される光サーキュレータにおいて、複数の光入出射ポー
トのうちの1つから見て一方向とする光進行方向に対
し、第1の複屈折結晶と、第1の45度ファラデー回転
子と、第1の複屈折結晶で分離された偏光成分がそれぞ
れ別々に入出射すると共に、互いに偏光分離方向が反対
になるように一対で接合された第2の複屈折結晶並びに
第3の複屈折結晶と、第2の45度ファラデー回転子
と、第4の複屈折結晶とをこの順で配備して成る光学素
子部を有する光サーキュレータが得られる。
According to the present invention, there is provided an optical circulator having a plurality of light input / output ports, a birefringent crystal as a plurality of birefringent elements, and a plurality of Faraday rotators. A first birefringent crystal, a first 45-degree Faraday rotator, and a first birefringent crystal are separated from each other in a light traveling direction that is one direction viewed from one of the plurality of light input / output ports. And a second birefringent crystal and a third birefringent crystal joined in a pair so that the polarized light components enter and exit separately, and the polarization separation directions are opposite to each other, and a second 45-degree Faraday rotation Thus, an optical circulator having an optical element portion in which the element and the fourth birefringent crystal are arranged in this order is obtained.

【0007】又、本発明によれば、上記光サーキュレー
タにおいて、光学素子部の光路に偏波分散を補償する偏
波分散補償板を配備した光サーキュレータが得られる。
Further, according to the present invention, there is provided an optical circulator in which a polarization dispersion compensating plate for compensating polarization dispersion is provided in the optical path of the optical element section.

【0008】更に、本発明によれば、上記何れかの光サ
ーキュレータにおいて、第2の複屈折結晶及び第2の複
屈折結晶は、ほぼ同じ面積及び幅の光学面を持つ光サー
キュレータが得られる。この光サーキュレータにおい
て、第1の複屈折結晶及び第4の複屈折結晶の厚さはほ
ぼ同じであり、且つ該第1の複屈折結晶及び該第4の複
屈折結晶の厚さと第2の複屈折結晶又は第3の複屈折結
晶の厚さとの比がほぼ21/2 :2であり、第1〜第4の
複屈折結晶,第1の45度ファラデー回転子及び第2の
45度ファラデー回転子,及び偏波分散補償板は、何れ
も平行平板から成ることは好ましい。
Further, according to the present invention, in any of the above-described optical circulators, an optical circulator having an optical surface having substantially the same area and width as the second birefringent crystal and the second birefringent crystal can be obtained. In this optical circulator, the thicknesses of the first birefringent crystal and the fourth birefringent crystal are substantially the same, and the thicknesses of the first birefringent crystal and the fourth birefringent crystal are equal to the second birefringent crystal. A ratio of the thickness of the refracting crystal or the third birefringent crystal to approximately 2 1/2 : 2, and the first to fourth birefringent crystals, the first 45-degree Faraday rotator, and the second 45-degree Faraday It is preferable that both the rotor and the polarization dispersion compensating plate are formed of parallel flat plates.

【0009】一方、本発明によれば、上記何れか一つの
光サーキュレータにおいて、第1の45度ファラデー回
転子と第2の45度ファラデータ回転子とのファラデー
回転方向が互いに逆向きであり、第1の複屈折結晶と第
4の複屈折結晶とは互いに偏光分離方向がほぼ90度で
あり、且つ第1の複屈折結晶及び第3の複屈折結晶と第
2の複屈折結晶及び第4の複屈折結晶とはそれぞれ互い
に偏光分離方向がほぼ45度である光サーキュレータが
得られる。
On the other hand, according to the present invention, in any one of the above-described optical circulators, the Faraday rotation directions of the first 45-degree Faraday rotator and the second 45-degree Faradata rotator are opposite to each other, The first birefringent crystal and the fourth birefringent crystal have a polarization separation direction of substantially 90 degrees with each other, and the first birefringent crystal, the third birefringent crystal, the second birefringent crystal, and the fourth An optical circulator having a polarization separation direction of approximately 45 degrees with each other is obtained.

【0010】他方、本発明によれば、上記何れか一つの
光サーキュレータにおいて、磁界印加手段として空隙部
を有する永久磁石を備え、第1の45度ファラデー回転
子及び第2の45度ファラデー回転子の何れか一方は空
隙部における磁界が印加され、且つ残りの他方は永久磁
石の外部における磁界が印加される光サーキュレータが
得られる。
On the other hand, according to the present invention, in any one of the optical circulators described above, a permanent magnet having an air gap is provided as a magnetic field applying means, and the first 45-degree Faraday rotator and the second 45-degree Faraday rotator are provided. In either case, a magnetic field in the air gap is applied, and in the other, an optical circulator to which a magnetic field outside the permanent magnet is applied is obtained.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に幾つかの実施例を挙げ、本
発明の光サーキュレータについて、図面を参照して詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The optical circulator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0012】図1は、本発明の実施例1に係る光サーキ
ュレータの基本構成並びに簡易な機能を示した斜視図で
ある。但し、図1中の各光学素子には複数の光入出射ポ
ートのうちの奇数番目の光入出射ポートから入射した透
過光の異常光成分に関する偏光分離方向、並びにファラ
デー回転の向きが示されている。
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. However, each optical element in FIG. 1 shows the polarization separation direction and the Faraday rotation direction regarding the extraordinary light component of the transmitted light incident from the odd-numbered light input / output ports among the plurality of light input / output ports. I have.

【0013】この光サーキュレータは、複数の光入出射
ポートを持つと共に、複数の複屈折素子としての複屈折
結晶と複数のファラデー回転子とによって構成されるも
ので、各光入出射ポートのうちの奇数番目の1つから見
て一方向とする光進行方向に対し、第1の複屈折結晶1
と、第1の45度ファラデー回転子5と、第1の複屈折
結晶1で分離された偏光成分がそれぞれ別々に入出射す
ると共に、互いに偏光分離方向が反対になるように一対
で接合された第2の複屈折結晶2並びに第3の複屈折結
晶3と、第2の45度ファラデー回転子6と、第4の複
屈折結晶4とをこの順で配備して成る光学素子部を有す
る。この光学素子部では、第1の複屈折結晶1側に奇数
番目の光入出射ポートを有し、第4の複屈折結晶4側に
偶数番目の光入出射ポートを有して成る。
This optical circulator has a plurality of light input / output ports and is constituted by a plurality of birefringent crystals as birefringent elements and a plurality of Faraday rotators. The first birefringent crystal 1 corresponds to the light traveling direction which is one direction as viewed from the odd-numbered one.
And the first 45-degree Faraday rotator 5 and the polarized components separated by the first birefringent crystal 1 are separately input and output, and are joined in a pair so that the polarization separation directions are opposite to each other. It has an optical element portion in which a second birefringent crystal 2, a third birefringent crystal 3, a second 45-degree Faraday rotator 6, and a fourth birefringent crystal 4 are arranged in this order. This optical element portion has odd-numbered light input / output ports on the first birefringent crystal 1 side, and has even-numbered light input / output ports on the fourth birefringent crystal 4 side.

【0014】このうち、各複屈折結晶1〜4は何れもル
チル単結晶から成り、矢印で示されるような磁界Hとほ
ぼ平行な方向に進行する光の偏光分離方向(奇数番目の
光入出射ポートから見た異常光成分の偏光分離方向)を
有し、更に、第2の複屈折結晶2及び第3の複屈折結晶
3はオプティカルコンタクトを用いてほぼ同じ面積及び
幅の光学面を持つ2つのルチル単結晶間を固定して成る
と共に、第1の複屈折結晶1又は第4の複屈折結晶4で
分離された偏光成分を一対のルチル単結晶にそれぞれ別
々に入出射する。第1の複屈折結晶1と第4の複屈折結
晶4とは何れも同じ910μmの厚さであり、第2の複
屈折結晶2及び第3の複屈折結晶3の厚さは1286μ
mである。従って、第1の複屈折結晶1及び第4の複屈
折結晶4の厚さと第2の複屈折結晶2又は第3の複屈折
結晶3の厚さとの比はほぼ21/2:2となっている。
尚、第1の複屈折結晶1と第4の複屈折結晶4とは互い
の入れ替えが可能である。第1の45度ファラデー回転
子5及び第2の45度ファラデー回転子6は、ビスマス
置換ガドリニウム鉄ガーネットから成り、それぞれ矢印
で示されるファラデー回転方向に従って45度偏光面を
回転させる。
Among these, each of the birefringent crystals 1 to 4 is made of a rutile single crystal, and a polarization separation direction of light traveling in a direction substantially parallel to a magnetic field H as indicated by an arrow (odd-numbered light input / output light). (The polarization separation direction of the extraordinary light component viewed from the port), and the second birefringent crystal 2 and the third birefringent crystal 3 have optical surfaces of almost the same area and width by using an optical contact. The two rutile single crystals are fixed, and the polarized light components separated by the first birefringent crystal 1 or the fourth birefringent crystal 4 are separately incident on and emitted from a pair of rutile single crystals. Each of the first birefringent crystal 1 and the fourth birefringent crystal 4 has the same thickness of 910 μm, and the thickness of the second birefringent crystal 2 and the third birefringent crystal 3 is 1286 μm.
m. Therefore, the ratio of the thickness of the first birefringent crystal 1 and the fourth birefringent crystal 4 to the thickness of the second birefringent crystal 2 or the third birefringent crystal 3 is approximately 2 1/2 : 2. ing.
Note that the first birefringent crystal 1 and the fourth birefringent crystal 4 can be interchanged. The first 45-degree Faraday rotator 5 and the second 45-degree Faraday rotator 6 are made of bismuth-substituted gadolinium iron garnet, and each rotate the polarization plane by 45 degrees according to the Faraday rotation direction indicated by the arrow.

【0015】即ち、ここでは第1の45度ファラデー回
転子5と第2の45度ファラデータ回転子6とのファラ
デー回転方向が互いに逆向きであり、第1の複屈折結晶
1と第4の複屈折結晶4とは互いに偏光分離方向がほぼ
90度を保ち、第1の複屈折結晶1及び第3の複屈折結
晶3と第2の複屈折結晶2及び第4の複屈折結晶4とは
は互いに偏光分離方向がほぼ45度であるものとして構
成されるが、第1の複屈折結晶1及び第4の複屈折結晶
4は裏返せば同じものであり、第2の複屈折結晶2及び
第3の複屈折結晶3のルチル単結晶も同じものであるの
で、45度ファラデー回転子5,6も含め合わせて異な
る厚さの3種類の平行平板で光サーキュレータの光学素
子部(光学結晶スタック)を構成できる。
That is, here, the Faraday rotation directions of the first 45 degree Faraday rotator 5 and the second 45 degree Faraday rotator 6 are opposite to each other, and the first birefringent crystal 1 and the fourth The polarization splitting direction of the birefringent crystal 4 is maintained at approximately 90 degrees with respect to the birefringent crystal 4, and the first birefringent crystal 1, the third birefringent crystal 3, the second birefringent crystal 2, and the fourth birefringent crystal 4 are different from each other. Are configured so that the polarization separation directions are approximately 45 degrees with respect to each other. However, the first birefringent crystal 1 and the fourth birefringent crystal 4 are the same when turned over, and the second birefringent crystal 2 and the Since the birefringent crystal 3 is the same as the rutile single crystal, the optical element portion (optical crystal stack) of the optical circulator is made of three types of parallel flat plates having different thicknesses including the 45-degree Faraday rotators 5 and 6. Can be configured.

【0016】図2は、この光サーキュレータの偏光面並
びに光の挙動を示したもので、同図(a)は奇数番目の
光入出射ポートから見た各光学素子における異常光成分
の偏光分離方向又はファラデー回転の向きに関するも
の,同図(b)は第1の光入出射ポートP1から第2の
光入出射ポートP2へ光が進行する場合の各光学素子に
おける透過前後の偏光成分の光学面内での位置並びに偏
光状態に関するもの,同図(c)は第2の光入出射ポー
トP2から第3の光入出射ポートP3へ光が進行する場
合の各光学素子における透過前後の偏光成分の光学面内
での位置並びに偏光状態に関するもの,同図(d)は第
3の光入出射ポートP3から第4の光入出射ポートP4
へ光が進行する場合の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並びに偏光状態に関するもの
である。
FIG. 2 shows the polarization plane of this optical circulator and the behavior of light. FIG. 2A shows the polarization separation direction of the extraordinary light component in each optical element viewed from the odd-numbered light input / output ports. FIG. 4B shows the optical surface of the polarization component before and after transmission in each optical element when light travels from the first light input / output port P1 to the second light input / output port P2. (C) of FIG. 4 shows the position of the polarization component in the optical element before and after transmission through each optical element when light travels from the second light input / output port P2 to the third light input / output port P3. FIG. 3D shows the position in the optical plane and the polarization state, and FIG. 4D shows the positions from the third light input / output port P3 to the fourth light input / output port P4.
This relates to the position on the optical surface of the polarization component before and after transmission through each optical element and the polarization state when light travels.

【0017】ここでは、図2(b)〜図2(d)を参照
すれば、何れの偏光成分も1点に集光し、各光学素子の
厚さ精度が良ければPDL(Polarization
Dependent Loss)が発生しないこと、
並びに光学面のサイズが許す限りでは任意に光入出射ポ
ートの数を設定できることが判る。光入出射ポート間の
光の進行を簡単に表わすと、第1の光入出射ポートP1
→第2の光入出射ポートP2→第3の光入出射ポートP
3→第4の光入出射ポートP4→…となる。
Here, referring to FIGS. 2 (b) to 2 (d), all the polarization components are converged on one point, and if the thickness accuracy of each optical element is good, PDL (Polarization)
Dependent Loss) does not occur,
In addition, it can be seen that the number of light input / output ports can be arbitrarily set as long as the size of the optical surface permits. The light traveling between the light input / output ports can be simply represented by a first light input / output port P1.
→ second light input / output port P2 → third light input / output port P
3 → the fourth light input / output port P4 →.

【0018】この光サーキュレータの場合、各複屈折結
晶1〜4に使用されるルチル単結晶の消光比は55d
B、第1の45度ファラデー回転子5及び第2の45度
ファラデー回転子6に使用されるビスマス置換ガドリニ
ウム鉄ガーネットの消光比は45dBで、水晶波長板の
ような消光比の劣る素材を使用しないため、通常のファ
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55dB以上のアイソレー
ション特性が得られる。又、45度ファラデー回転子
5,6に使用したビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネッ
トの厚さを多少ずらし、ファラデー回転角が特定の或る
波長で44.5度,45.5度となるように設定すれば
中心波長のアイソレーションは多少劣化するものの一層
広帯域でアイソレータとして動作する。
In the case of this optical circulator, the extinction ratio of the rutile single crystal used for each of the birefringent crystals 1 to 4 is 55 d
B. The extinction ratio of the bismuth-substituted gadolinium iron garnet used for the first 45 degree Faraday rotator 5 and the second 45 degree Faraday rotator 6 is 45 dB, and a material having a low extinction ratio such as a quartz wave plate is used. Therefore, an isolation characteristic of 55 dB or more can be obtained at the center wavelength, similarly to a two-stage optical isolator using two ordinary Faraday rotators. Further, the thickness of the bismuth-substituted gadolinium iron garnet used for the 45-degree Faraday rotators 5 and 6 is slightly shifted so that the Faraday rotation angles are set to 44.5 degrees and 45.5 degrees at a specific certain wavelength. For example, although the isolation at the center wavelength is slightly deteriorated, it operates as an isolator over a wider band.

【0019】図3は、本発明の実施例2に係る光サーキ
ュレータの基本構成並びに簡易な機能を示した斜視図で
ある。但し、ここでも図3中の各光学素子には複数の光
入出射ポートのうちの奇数番目のポートから入射した透
過光の異常光成分に関する偏光分離方向、並びにファラ
デー回転の向きが示されている。
FIG. 3 is a perspective view showing a basic configuration and simple functions of an optical circulator according to a second embodiment of the present invention. However, also in this case, each optical element in FIG. 3 shows the polarization separation direction and the direction of Faraday rotation regarding the extraordinary light component of the transmitted light incident from the odd-numbered port among the plurality of light input / output ports. .

【0020】この光サーキュレータの場合、図1に示し
た実施例1のものと比べて同様な構成として、各光入出
射ポートのうちの奇数番目の1つから見て一方向とする
光進行方向に対し、第1の複屈折結晶11と、第1の4
5度ファラデー回転子15と、第1の複屈折結晶11で
分離された偏光成分がそれぞれ別々に入出射すると共
に、互いに偏光分離方向が反対になるように一対で接合
された第2の複屈折結晶12並びに第3の複屈折結晶1
3と、第2の45度ファラデー回転子16と、第4の複
屈折結晶14とをこの順で配備した以外、第2の複屈折
結晶12及び第3の複屈折結晶13と第2の45度ファ
ラデー回転子16との間に光学素子部の光路の偏波分散
を補償するためのルチル単結晶から成る偏波分散補償板
17を配備して成っている。但し、ここでの偏波分散補
償板17は偏光面を回転させないので、各光学素子の透
過前後の偏光成分の光学面内での位置並びに偏光状態と
光入出射ポートの位置とは実施例1で説明した場合と同
様な関係となる。
In the case of this optical circulator, the optical circulator has a configuration similar to that of the optical circulator of the first embodiment shown in FIG. In contrast, the first birefringent crystal 11 and the first 4
A second birefringence in which the 5-degree Faraday rotator 15 and the polarized light components separated by the first birefringent crystal 11 are separately input and output, and are joined in pairs so that the polarization separation directions are opposite to each other. Crystal 12 and third birefringent crystal 1
3, the second 45 ° Faraday rotator 16 and the fourth birefringent crystal 14 in this order, except that the second birefringent crystal 12 and the third birefringent crystal 13 and the second 45 A polarization dispersion compensating plate 17 made of a rutile single crystal for compensating the polarization dispersion of the optical path of the optical element portion is provided between the polarization dispersion compensator 17 and the Faraday rotator 16. However, since the polarization dispersion compensating plate 17 does not rotate the polarization plane, the position of the polarization component before and after transmission through each optical element, the polarization state, and the position of the light input / output port are the same as those in the first embodiment. The relationship is similar to that described above.

【0021】図4は、この光サーキュレータの第1の複
屈折結晶11側(奇数番目の光入出射ポート側)から見
た幾つかの光の挙動を示したもので、同図(a)は一つ
のポートに関するもの,同図(b)は他のポートに関す
るもの,同図(c)は別のポートに関するものである。
FIG. 4 shows the behavior of some light of this optical circulator as viewed from the first birefringent crystal 11 side (the odd-numbered light input / output port side). FIG. FIG. 3B relates to one port, FIG. 4B relates to another port, and FIG. 5C relates to another port.

【0022】ここで、図4(a)を参照すれば、奇数番
目のポートから偶数番目のポートの場合であり、ポート
P1からの入射光は、第1の複屈折結晶11における異
常光成分が常光成分よりも第2の複屈折結晶12による
偏光分離の距離に相当する光路長の分だけ多くなった光
路長を経てポートP2から出射することが判る。又、図
4(b)を参照すれば、偶数番目のポートから奇数番目
のポートの場合であり、ポートP2からの入射光は、第
4の複屈折結晶14における異常光成分が常光成分より
も第3の複屈折結晶13による偏光分離の距離に相当す
る光路長の分だけ多くなった光路長を経てポートP3か
ら出射することが判る。更に、図4(c)を参照すれ
ば、奇数番目のポートから偶数番目のポートの場合とし
て、ポートP3からの入射光は、ポートP1からポート
P2に進行する場合と同じ振る舞いをしてポートP4か
ら出射することが判る。第2の複屈折結晶12及び第3
の複屈折結晶13は同じ厚さであるので光路長差の絶対
値が等しいため、偏波分散補償板17を挿入することで
偏波分散をキャンセルできる。尚、ここでは偏波分散補
償板17を第2の複屈折結晶12及び第3の複屈折結晶
13と第2の45度ファラデー回転子16との間に配備
した場合を説明したが、これ以外にも第1の45度ファ
ラデー回転子15と第2の複屈折結晶12及び第3の複
屈折結晶13との間に配備しても同等な効果が得られ
る。
Here, referring to FIG. 4 (a), it is the case from the odd-numbered port to the even-numbered port. The incident light from the port P1 has an extraordinary light component in the first birefringent crystal 11. It can be seen that the light exits from the port P2 via an optical path length that is longer than the ordinary light component by an optical path length corresponding to the polarization separation distance by the second birefringent crystal 12. Referring to FIG. 4B, the case is from the even-numbered port to the odd-numbered port. The incident light from the port P2 is such that the extraordinary light component in the fourth birefringent crystal 14 is smaller than the ordinary light component It can be seen that the light exits from the port P3 via an optical path length increased by the optical path length corresponding to the polarization separation distance by the third birefringent crystal 13. Further, referring to FIG. 4C, as the case from the odd-numbered port to the even-numbered port, the incident light from the port P3 behaves in the same manner as when traveling from the port P1 to the port P2. It can be seen that the light is emitted from. Second birefringent crystal 12 and third
Since the birefringent crystals 13 have the same thickness and the absolute value of the optical path length difference is equal, the polarization dispersion can be canceled by inserting the polarization dispersion compensator 17. Here, the case where the polarization dispersion compensating plate 17 is provided between the second birefringent crystal 12 and the third birefringent crystal 13 and the second 45-degree Faraday rotator 16 has been described. In addition, the same effect can be obtained by disposing between the first 45-degree Faraday rotator 15 and the second birefringent crystal 12 and the third birefringent crystal 13.

【0023】図5は、この光サーキュレータを製品用に
組み立てた場合の各光学素子と各部品との配置構成を示
したもので、同図(a)は正面図に関するもの,同図
(b)は一部を断面にした側面図に関するものである。
FIGS. 5A and 5B show the arrangement of each optical element and each component when this optical circulator is assembled for a product. FIG. 5A is related to a front view, and FIG. Is related to a side view with a partial cross section.

【0024】ここでは、有機接着剤により実施例2の配
置による光学素子部を固定して光学結晶スタック23と
すると共に、第1のファラデー回転子15の周囲にSm
Co製マグネット22を配備している。即ち、ここでの
磁界印加手段としてのSmCo製マグネット22は、そ
の空隙部に第1の45度ファラデー回転子15を配置し
て磁界を印加し、第2の45度ファラデー回転子16に
外部における磁界を印加する構成となっている。尚、こ
こでの構成を逆にし、SmCo製マグネット22の空隙
部に第2の45度ファラデー回転子16を配置し、第1
の45度ファラデー回転子15に外部における磁界を印
加する形態としても良い。
Here, the optical element portion according to the arrangement of the second embodiment is fixed with an organic adhesive to form the optical crystal stack 23, and the Sm around the first Faraday rotator 15 is formed.
A Co magnet 22 is provided. That is, the SmCo magnet 22 as the magnetic field applying means here arranges the first 45-degree Faraday rotator 15 in the gap and applies a magnetic field to the second 45-degree Faraday rotator 16 in the outside. It is configured to apply a magnetic field. Note that the configuration here is reversed, and the second 45-degree Faraday rotator 16 is arranged in the gap of the SmCo magnet 22, and the first
The external magnetic field may be applied to the 45-degree Faraday rotator 15.

【0025】図6は、上述した光サーキュレータの製品
本体における光進行方向を軸とした光学結晶スタック2
3の中心部における光学結晶スタック23内での位置と
磁界強度との関係を示したものである。
FIG. 6 shows an optical crystal stack 2 about the light traveling direction in the product body of the above-described optical circulator.
3 shows the relationship between the position in the optical crystal stack 23 at the central portion of No. 3 and the magnetic field strength.

【0026】図6からは、第1の45度ファラデー回転
子15の位置での磁界強度領域部E1と第2の45度フ
ァラデー回転子16の位置での磁界強度領域部E2との
対比において、第2の45度ファラデー回転子16には
第1の45度ファラデー回転子15とは磁界の向きが逆
であっても飽和のために十分な強度磁界が印加されてい
るため、1個のSmCo製マグネット22の発生磁界に
より光サーキュレータの動作を十分に具現できることが
判る。
FIG. 6 shows the comparison between the magnetic field intensity region E1 at the position of the first 45-degree Faraday rotator 15 and the magnetic field intensity region E2 at the position of the second 45-degree Faraday rotator 16. Even if the direction of the magnetic field is opposite to that of the first 45-degree Faraday rotator 15, a sufficient intensity magnetic field for saturation is applied to the second 45-degree Faraday rotator 16, so that one SmCo It is understood that the operation of the optical circulator can be sufficiently realized by the magnetic field generated by the magnet 22.

【0027】図7は、上述した光サーキュレータの製品
本体を用いて構成した光学系装置の一例に係る基本構成
を示したものである。この光学系装置では、1芯型TE
Cファイバ25,レンズ24,SmCo製マグネット2
2を配備した光学結晶スタック23,及び2芯型TEC
ファイバ26をこの順で配備し、且つ光学結晶スタック
23の光学面を光進行方向に対して4度程度傾けて構成
している。
FIG. 7 shows a basic configuration of an example of an optical system device using the above-described optical circulator product body. In this optical system device, a single-core TE
C fiber 25, lens 24, SmCo magnet 2
2 stacking optical crystal stack 23, and 2-core TEC
The fibers 26 are arranged in this order, and the optical surface of the optical crystal stack 23 is inclined by about 4 degrees with respect to the light traveling direction.

【0028】このような光学系装置の場合、光学面が分
割された構造が光学結晶スタック23の第2の複屈折結
晶12及び第3の複屈折結晶13における1つだけであ
り、しかもこれが光学結晶スタック23の中心付近にあ
るため、分割面に光が衝突するような恐れが少ないもの
となっている。
In the case of such an optical system device, only one of the second birefringent crystal 12 and the third birefringent crystal 13 of the optical crystal stack 23 has a structure in which the optical surface is divided. Since it is near the center of the crystal stack 23, there is little possibility that light will collide with the divided plane.

【0029】図8は、上述した光サーキュレータの製品
本体を用いて構成した光学系装置の他例に係る基本構成
を示したものである。この光学系装置では、図7に示す
ものと比べて1芯型TECファイバ25に代えて2芯型
TECファイバ26を使用し、他の部分は同じ構成とす
ることにより、4ポート型光サーキュレータとして動作
するようにした点が相違している。
FIG. 8 shows a basic configuration of another example of an optical system device using the product body of the optical circulator described above. In this optical system device, a two-core TEC fiber 26 is used instead of the one-core TEC fiber 25 as compared with the one shown in FIG. The difference is that it works.

【0030】何れにしても、こうした光学系装置におい
て、更にレンズ24及びSmCo製マグネット22を配
備した光学結晶スタック23をホルダに収納する構成と
することにより、実際の光サーキュレータの完成製品と
しての使用形態が出来上がることになる。
In any case, in such an optical system apparatus, the optical crystal stack 23 provided with the lens 24 and the SmCo magnet 22 is housed in a holder, so that an actual optical circulator can be used as a finished product. The form will be completed.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光サー
キュレータによれば、平行平板の複屈折素子としての複
屈折結晶及び非相反性偏光面回転子としての45度ファ
ラデー回転子,或いは複屈折結晶偏波分散補償板を含む
光学素子の組み合わせによって構成される構成部材のう
ち、光進行方向に対して分割される構成部分を複屈折素
子としての第2の複屈折結晶及び第3の複屈折結晶と
し、この部分を偏光分離方向が互いに反対となるように
2つの複屈折結晶を一対で接合した構成とすることで最
小限の1つにしているので、薄い複屈折結晶を適用でき
るようになり、各光学素子の作製が容易で光学特性の優
れた小型な構成として低価格に提供できるようになる。
As described above, according to the optical circulator of the present invention, a birefringent crystal as a parallel plate birefringent element and a 45-degree Faraday rotator as a non-reciprocal polarizing plane rotator, or Among the constituent members constituted by the combination of the optical elements including the refractive crystal polarization dispersion compensating plate, the constituent parts divided in the light traveling direction are the second birefringent crystal as the birefringent element and the third birefringent crystal. A birefringent crystal is formed as a pair of two birefringent crystals in such a manner that the polarization separation directions are opposite to each other. Therefore, a thin birefringent crystal can be applied. This makes it easy to manufacture each optical element and can be provided at a low price as a small configuration having excellent optical characteristics.

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

【図1】本発明の実施例1に係る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】図1に示す光サーキュレータの偏光面並びに光
の挙動を示したもので、(a)は奇数番目の光入出射ポ
ートから見た各光学素子における異常光成分の偏光分離
方向又はファラデー回転の向きに関するもの,(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
進行する場合の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並びに偏光状態に関するもの,
(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の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並びに偏光状態に関するも
の,(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の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並びに偏光状態に関す
るものである。
FIGS. 2A and 2B show the polarization plane and the behavior of light of the optical circulator shown in FIG. 1. FIG. 2A shows the polarization separation direction or Faraday of an extraordinary light component in each optical element as viewed from odd-numbered light input / output ports. (B) shows the position and polarization in the optical plane of the polarization components before and after transmission in each optical element when light travels from the first light input / output port to the second light input / output port. About the state,
(C) relates to the position and polarization state of the polarization component in the optical plane before and after transmission in each optical element when light travels from the second light input / output port to the third light input / output port, and (d). ) Relates to the position on the optical surface and the polarization state of the polarization component before and after transmission in each optical element when light travels from the third light input / output port to the fourth light input / output port.

【図3】本発明の実施例2に係る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斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a basic configuration and simple functions of an optical circulator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3に示す光サーキュレータの第1の複屈折結
晶側(奇数番目の光入出射ポート側)から見た幾つかの
光の挙動を示したもので、(a)は一つのポートに関す
るもの,(b)は他のポートに関するもの,(c)は別
のポートに関するものである。
FIG. 4 shows the behavior of some light as viewed from the first birefringent crystal side (the odd-numbered light input / output port side) of the optical circulator shown in FIG. 3, where (a) shows one port. (B) relates to another port, and (c) relates to another port.

【図5】図3に示す光サーキュレータを製品用に組み立
てた場合の各光学素子と各部品との配置構成を示したも
ので、(a)は正面図に関するもの,(b)は一部を断
面にした側面図に関するものである。
5A and 5B show the arrangement of each optical element and each component when the optical circulator shown in FIG. 3 is assembled for a product, wherein FIG. It concerns a side view in cross section.

【図6】図3に示す光サーキュレータの製品本体におけ
る光進行方向を軸とした光学結晶スタック部の中心部に
おける光学結晶スタック部内での位置と磁界強度との関
係を示したものである。
6 shows the relationship between the position in the optical crystal stack portion at the center of the optical crystal stack portion with respect to the light traveling direction in the product body of the optical circulator shown in FIG. 3 and the magnetic field strength.

【図7】図5に示す光サーキュレータの製品本体を用い
て構成した光学系装置の一例に係る基本構成を示したも
のである。
FIG. 7 shows a basic configuration according to an example of an optical system configured using the product body of the optical circulator shown in FIG.

【図8】図5に示す光サーキュレータの製品本体を用い
て構成した光学系装置の他例に係る基本構成を示したも
のである。
8 shows a basic configuration according to another example of the optical system configured using the product body of the optical circulator shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜4,11〜14 複屈折結晶 5,6,15,16 45度ファラデー回転子 P1〜P4 光入出射ポート 17 偏波分散補償板 22 SmCo製マグネット 23 光学結晶スタック 24 レンズ 25 1芯型TECファイバ 26 2芯型TECファイバ 1-4,11-14 birefringent crystal 5,6,15,16 45 degree Faraday rotator P1-P4 light input / output port 17 polarization dispersion compensator 22 magnet made of SmCo 23 optical crystal stack 24 lens 25 1-core TEC Fiber 26 2-core type TEC fiber

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の光入出射ポートを持つと共に、複
数の複屈折素子としての複屈折結晶と複数のファラデー
回転子とによって構成される光サーキュレータにおい
て、前記複数の光入出射ポートのうちの1つから見て一
方向とする光進行方向に対し、第1の複屈折結晶と、第
1の45度ファラデー回転子と、前記第1の複屈折結晶
で分離された偏光成分がそれぞれ別々に入出射すると共
に、互いに偏光分離方向が反対になるように一対で接合
された第2の複屈折結晶並びに第3の複屈折結晶と、第
2の45度ファラデー回転子と、第4の複屈折結晶とを
この順で配備して成る光学素子部を有することを特徴と
する光サーキュレータ。
1. An optical circulator having a plurality of light input / output ports and comprising a plurality of birefringent crystals as a plurality of birefringent elements and a plurality of Faraday rotators. The first birefringent crystal, the first 45-degree Faraday rotator, and the polarized light components separated by the first birefringent crystal are separately separated from each other with respect to the light traveling direction as one direction viewed from one. A second birefringent crystal and a third birefringent crystal, which are input and output and joined in pairs so that the polarization separation directions are opposite to each other, a second 45-degree Faraday rotator, and a fourth birefringence An optical circulator having an optical element portion in which crystals are arranged in this order.
【請求項2】 請求項1記載の光サーキュレータにおい
て、前記光学素子部の光路に偏波分散を補償する偏波分
散補償板を配備したことを特徴とする光サーキュレー
タ。
2. An optical circulator according to claim 1, wherein a polarization dispersion compensating plate for compensating polarization dispersion is provided in an optical path of said optical element section.
【請求項3】 請求項1又は2記載の光サーキュレータ
において、前記第2の複屈折結晶及び前記第2の複屈折
結晶は、ほぼ同じ面積及び幅の光学面を持つことを特徴
とする光サーキュレータ。
3. The optical circulator according to claim 1, wherein said second birefringent crystal and said second birefringent crystal have optical surfaces of substantially the same area and width. .
【請求項4】 請求項3記載の光サーキュレータにおい
て、前記第1の複屈折結晶及び前記第4の複屈折結晶の
厚さはほぼ同じであり、且つ該第1の複屈折結晶及び該
第4の複屈折結晶の厚さと前記第2の複屈折結晶又は前
記第3の複屈折結晶の厚さとの比がほぼ21/2 :2であ
り、前記第1〜第4の複屈折結晶,前記第1の45度フ
ァラデー回転子及び前記第2の45度ファラデー回転
子,及び前記偏波分散補償板は、何れも平行平板から成
ることを特徴とする光サーキュレータ。
4. The optical circulator according to claim 3, wherein said first birefringent crystal and said fourth birefringent crystal have substantially the same thickness, and said first birefringent crystal and said fourth birefringent crystal have different thicknesses. The ratio of the thickness of the birefringent crystal to the thickness of the second birefringent crystal or the thickness of the third birefringent crystal is approximately 2 1/2 : 2, and the first to fourth birefringent crystals, The optical circulator, wherein each of the first 45-degree Faraday rotator, the second 45-degree Faraday rotator, and the polarization dispersion compensating plate are formed of parallel flat plates.
【請求項5】 請求項4記載の光サーキュレータにおい
て、前記第1〜第4の複屈折結晶及び前記偏波分散補償
板は、同じ材質の複屈折結晶から成ることを特徴とする
光サーキュレータ。
5. The optical circulator according to claim 4, wherein the first to fourth birefringent crystals and the polarization dispersion compensator are made of a birefringent crystal of the same material.
【請求項6】 請求項1〜5の何れか一つに記載の光サ
ーキュレータにおいて、前記第1の45度ファラデー回
転子と前記第2の45度ファラデータ回転子とのファラ
デー回転方向が互いに逆向きであり、前記第1の複屈折
結晶と前記第4の複屈折結晶とは互いに偏光分離方向が
ほぼ90度であり、且つ前記第1の複屈折結晶及び前記
第3の複屈折結晶と前記第2の複屈折結晶及び前記第4
の複屈折結晶とはそれぞれ互いに偏光分離方向がほぼ4
5度であることを特徴とする光サーキュレータ。
6. An optical circulator according to claim 1, wherein the first 45-degree Faraday rotator and the second 45-degree Faraday rotator have Faraday rotation directions opposite to each other. Orientation, the first birefringent crystal and the fourth birefringent crystal have a polarization separation direction of about 90 degrees with each other, and the first birefringent crystal and the third birefringent crystal are A second birefringent crystal and the fourth birefringent crystal;
And the birefringent crystal of which each have a polarization separation direction of about 4
An optical circulator, wherein the angle is 5 degrees.
【請求項7】 請求項1〜6の何れか一つに記載の光サ
ーキュレータにおいて、磁界印加手段として空隙部を有
する永久磁石を備え、前記第1の45度ファラデー回転
子及び前記第2の45度ファラデー回転子の何れか一方
は前記空隙部における磁界が印加され、且つ残りの他方
は前記永久磁石の外部における磁界が印加されることを
特徴とする光サーキュレータ。
7. The optical circulator according to claim 1, further comprising a permanent magnet having an air gap as a magnetic field applying means, wherein the first 45-degree Faraday rotator and the second 45-degree Faraday rotator are provided. An optical circulator wherein one of the Faraday rotators is applied with a magnetic field in the gap, and the other is applied with a magnetic field outside the permanent magnet.
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