JP2001117060A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光サーキュレータとしての機能を有し、その
ファラデー回転の向きを反転させることにより光路を切
り替える光スイッチにおいて、特性に優れるウォークオ
フ結晶を偏光分離合成素子として用いる光非相反部を使
用した光スイッチを得る。 【解決手段】 複数の光入出射ポートを持つとともに、
少なくとも４枚のウォークオフ結晶１，２，３，４と、
少なくとも２枚の４５°ファラデー回転子５，６、少な
くとも２枚の１／２波長板７，８によって構成される偏
光無依存型光サーキュレータ機能を有する光非相反部を
有し、ファラデー回転子に磁界を反転して印加可能な磁
気回路を有していて、前記ファラデー回転子のファラデ
ー回転方向を逆転させ、光入出射ポートを切り替える光
スイッチとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、光通信
関連で光信号の経路切替に用いられる光スイッチに関
し、光路切替機能と同時に光サーキュレータとしての機
能も有する光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで多く使用されてきた光スイッチ
の代表的な構成としては、光ファイバを機械的に切り替
えるものなどあった。また、良く知られた一般的な偏光
無依存光サーキュレータの構成の多くは、その構成をそ
のまま利用し、ファラデー回転子に加える磁界印加の向
きを正逆反転すれば、光を出射するポートを変更するも
のであった。このような光スイッチは、当然、光非相反
素子としての機能も保持する。

【０００３】光非相反素子としての機能も有する光スイ
ッチの特徴は、 自己保持製を有するため、光路切替時以外は電力消
費がない。 機械動作部を有しないため、信頼性に優れる。 逆方向の光は入射ポートに進行しない。そのため、
双方向光伝送路の切替が可能であり、例えば、通常の光
路と予備の光路の切替を容易にできる。

【０００４】このような従来技術の例として、特願平０
６−０５８１４０（出願人：富士電気化学株式会社、発
明者：井村氏他）の「通常／予備切替可能な双方向光伝
送装置」、特開平１１−０２４０２１（出願人：日本電
信電話株式会社、発明者：館氏他）の「導波路型磁気光
学光スイッチ及びこれに用いる磁石並びにその製造方
法」が挙げられる。

【０００５】前者の場合、偏光分離スプリッタを用いる
が、これはＰ波とＳ波で特性が異なり、光路を切り替え
る際に、その切り替えるポートによって特性が異なると
いう問題がある。また、後者は、導波路上に溝を形成
し、そこにファラデー回転子を挿入するため、回折損失
が生じるという問題がある。

【０００６】しかし、すでに述べたように、偏光無依存
光サーキュレータの構成の多くは、その構成をそのまま
利用し、ファラデー回転子に加える磁界印加の向きを正
逆反転すれば、光を出射するポートを変更することがで
きるので、偏光無依存光サーキュレータのうち偏光分離
合成素子としてウォークオフ結晶を用いた従来例につい
て次に述べる。このようなタイプは、一般に、サイズと
挿入損失、アイソレーション特性において優れている。

【０００７】ウォークオフ結晶を用いた偏光無依存型光
サーキュレータの良く知られた構成として、主に複屈折
結晶、非相反性偏光面回転子、および相反性偏光面回転
子の組み合わせのものが使用されてきた。主なものは、
特開平５−６１００１号（出願人：日本電信電話株式会
社、発明者：古賀氏）の構成である。

【０００８】その光学結晶非相反部の構成部材の内、相
反性偏光面回転子が１／２波長板であり、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
面をそろえて複屈折結晶で分離された２つの光を同じ方
向にシフトさせ、さらに互いの相対的な光軸の角度が４
５゜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動
作原理が採られてきた。

【０００９】この例における光学結晶による光非相反部
のうち、ファラデー回転子に対する印加磁界を正逆反転
すれば、光スイッチとして利用できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来例で示した特開平
５−６１００１号（出願人：日本電信電話株式会社、発
明者：古賀氏）の光学結晶非相反部の構成においては、
以下の問題点があった。

【００１１】即ち、光進行方向に２分割又はそれ以上に
分割された構成が少なくとも２つ必要であるという問題
点があった。このことは、その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まねく恐れが
あり、それを避けるために、複屈折結晶を厚くしなけれ
ばならないことになる。

【００１２】また、例えば、波長１.５５μｍ用の水晶
１／２波長板は、厚さが９２μｍであるため、高精度に
並べることは非常に難しく、代替えとして厚さ２７６μ
ｍの３／２波長板を用いられることが多い。

【００１３】例えば、隣り合う光入出射ポートの間隔が
１２７μｍであって、ルチル複屈折結晶を用いて光学結
晶非相反部を作製した場合、光学面が実質的に分割され
た厚さは、２つの波長板の両端の間隔であるため、１８
００μｍにも達する。この場合、一方に２芯光ファイ
バ、もう一方にレンズと１芯光ファイバを用いたような
単純な光学系の光スイッチは実現しにくい。これは、小
型化と低価格化に対する大きな障害であった。

【００１４】従って、本発明の目的は、光サーキュレー
タとしての機能を有し、そのファラデー回転の向きを反
転させることにより、光路を切り替える光スイッチにお
いて、特性に優れるウォークオフ結晶を偏光分離合成素
子として用いる光非相反部を使用した光スイッチを提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の光スイッチは、
構成部材はウォークオフ結晶、非相反性偏光面回転子、
および複屈折結晶偏波分散補償板であるが、光進行方向
に対して分割されるものをウォークオフ結晶にし、その
ウォークオフ方向を互いに逆向きにする構成にすること
で、光進行方向に対して分割される構造を１つに抑える
ものである。

【００１６】即ち、本発明は、複数の光入出射ポートを
持つとともに、少なくとも４枚のウォークオフ結晶と、
少なくとも２枚の４５°ファラデー回転子、少なくとも
２枚の１／２波長板によって構成される偏光無依存型光
サーキュレータ機能を有する光非相反部を有し、ファラ
デー回転子に磁界を反転して印加可能な磁気回路を有し
ていて、前記ファラデー回転子のファラデー回転方向を
逆転させ、光入出射ポートを切り替える光スイッチであ
る。

【００１７】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記光スイッチは、複数の光入出射ポートを持ち、
また前記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順
に、第１のウォークオフ結晶、第１のファラデー回転
子、第１の１／２波長板、第１のウォークオフ結晶で分
離された偏光成分がそれぞれ別々に入出射する互いに併
設されウォークオフ方向が互いに逆向きに配備されたほ
ぼ同じ偏光分離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ
結晶、第２のファラデー回転子、第２の１／２波長板、
第４のウォークオフ結晶の順番で配備された構造であ
り、また、前記第１のウォークオフ結晶偏光分離方向と
第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向の等二分割方向
をＹ軸として、前記Ｙ軸をθの基準軸とした条件にて、
前記第１のファラデー回転子と第２のファラデー回転子
のファラデー回転方向が互いに同じ向きであり、かつ第
１のウォークオフ結晶と第４のウォークオフ結晶の偏光
分離方向が略２θ異なる向きであり、第１のウォークオ
フ結晶と第３のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略
（９０゜−θ）異なる向きを持ち（０＜θ＜４５゜）、第
１の１／２波長板のｃ軸の方位が、６７.５゜＋θ／２＋
ｎ×９０（ｎ＝０，±１）、第２の１／２波長板のｃ軸
の方位が、１１２.５゜−θ／２＋ｍ×９０（ｍ＝０，±
１），の関係を持つ光スイッチである。

【００１８】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、複数の光入出射ポートを持ち、
また前記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順に
第１のウォークオフ結晶、第１のファラデー回転子、第
１の１／２波長板、第１のウォークオフ結晶で分離され
た偏光成分がそれぞれ別々に入出射する互いに併設され
ウォークオフ方向が互いに逆向きに配備されたほぼ同じ
偏光分離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ結晶、
第２の１／２波長板、第２のファラデー回転子、第４の
ウォークオフ結晶の順番で配備された構造であり、前記
第１のウォークオフ結晶の偏光分離方向と第４のウォー
クオフ結晶の偏光分離方向の等二分割方向をＹ軸とし
て、前記Ｙ軸をθの基準軸とした条件にて、前記第１の
ファラデー回転子と第２のファラデー回転子のファラデ
ー回転方向が互いに同じ向きであり、かつ第１のウォー
クオフ結晶と第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向が
略２θ異なる向きであり、第１のウォークオフ結晶と第
３のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略（９０゜−
θ）異なる向きを持ち（０＜θ＜４５゜）、第１の１／
２波長板のｃ軸の方位が、６７.５゜＋θ／２＋ｎ×９０
（ｎ＝０，±１）、第２の１／２波長板のｃ軸の方位
が、６７.５゜−θ／２＋ｍ×９０（ｍ＝０，±１）、の
関係を持つ光スイッチである。

【００１９】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、複数の光入出射ポートを持ち、
また前記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順に
第１のウォークオフ結晶、第１の１／２波長板、第１の
ファラデー回転子、第１のウォークオフ結晶で分離され
た偏光成分がそれぞれ別々に入出射する互いに併設され
ウォークオフ方向が互いに逆向きに配備されたほぼ同じ
偏光分離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ結晶、
第２の１／２波長板、第２のファラデー回転子、第４の
ウォークオフ結晶の順番で配備された構造であり、前記
第１のウォークオフ結晶の偏光分離方向と第４のウォー
クオフ結晶の偏光分離方向の等二分割方向をＹ軸とし
て、前記Ｙ軸をθの基準軸とした条件にて、前記第１の
ファラデー回転子と第２のファラデー回転子のファラデ
ー回転方向が互いに同じ向きであり、かつ第１のウォー
クオフ結晶と第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向が
略２θ異なる向きであり、第１のウォークオフ結晶と第
３のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略（９０゜−
θ）異なる向きを持ち（０＜θ＜４５゜）、第１の１／
２波長板のｃ軸の方位が、２２.５゜＋θ／２＋ｎ×９０
（ｎ＝０，±１）、第２の１／２波長板のｃ軸の方位
が、６７.５゜−θ／２＋ｍ×９０（ｍ＝０，±１）の関
係を持つ光スイッチである。

【００２０】また、本発明は、前記光スイッチであっ
て、前記光スイッチが、複数の光入出射ポートを持ち、
また前記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順に
第１のウォークオフ結晶、第１の１／２波長板、第１の
ファラデー回転子、第１のウォークオフ結晶で分離され
た偏光成分がそれぞれ別々に入出射する互いに併設され
ウォークオフ方向が互いに逆向きに配備されたほぼ同じ
偏光分離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ結晶、
第２のファラデー回転子、第２の１／２波長板、第４の
ウォークオフ結晶の順番で配備された構造であり、前記
第１のウォークオフ結晶の偏光分離方向と第４のウォー
クオフ結晶の偏光分離方向の等二分割方向をＹ軸とし
て、前記Ｙ軸をθの基準とした時、前記第１のファラデ
ー回転子と第２のファラデー回転子のファラデー回転方
向が互いに同じ向きであり，かつ第１のウォークオフ結
晶と第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略２θ異
なる向きであり、第１のウォークオフ結晶と第３のウォ
ークオフ結晶の偏光分離方向が略（９０゜−θ）異なる
向きを持ち（０＜θ＜４５゜）、第１の１／２波長板の
ｃ軸の方位が、２２.５゜＋θ／２＋ｎ×９０（ｎ＝０，
±１）、第２の１／２波長板のｃ軸の方位が、１１２.
５゜−θ／２＋ｍ×９０（ｍ＝０，±１）の関係を持つ
光スイッチである。

【００２１】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記光スイッチの第１、第２のファラデー回転子の
間に偏波分散補償板が配備される光スイッチである。

【００２２】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記光スイッチが４枚のウォークオフ結晶と、２枚
の４５°ファラデー回転子と、２枚の１／２波長板と、
偏波分散補償板からなり、かつ第１のウォークオフ結晶
と第４のウォークオフ結晶の厚さがほぼ同じであり、か
つ第２のウォークオフ結晶と第２のウォークオフ結晶の
厚さがほぼ同じであり、かつ第１のウォークオフ結晶と
第２のウォークオフ結晶の厚さがほぼ１対２×ｓｉｎθ
の比を持ち（０＜θ＜４５゜）、かつ、すべてのウォー
クオフ結晶及びファラデー回転子及び偏波分散補償板が
平行平板からなる光スイッチである。

【００２３】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、第１から第４のウォークオフ結晶と偏波分散補償板
がすべて同じ材質の複屈折結晶からなる光スイッチであ
る。

【００２４】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記光スイッチに加えて、レンズと光ファイバを光
入出射ポートに配備する光スイッチである。

【００２５】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記磁気回路は、磁界印加手段としてコイルが巻か
れた保磁力が２０〜５００Ｏｅの半硬磁性材料、または
コイルが巻かれた保磁力が２０〜５００Ｏｅの軟磁性材
料、および前記コイルに通じる電流の向きを切り替える
スイッチで構成された光スイッチである。

【００２６】また、本発明は、前記光スイッチにおい
て、前記ファラデー回転子が角形ヒステリシスカーブを
持つ硬磁性ガーネットであって、前記気回路は、磁界印
加手段としてコイルおよび前記コイルに通じる電流の向
きを切り替えるスイッチとで構成される光スイッチであ
る。

【００２７】

【実施例】本発明の実施例による光スイッチについて、
以下説明する。

【００２８】（実施例１）図１に、本発明の実施例１に
よる光スイッチでの光非相反部を構成する光学結晶スタ
ックの基本構成を示す。この図１は、請求項１に記載し
た光スイッチの光非相反部の構成である。図１のルチル
平行平板１側に奇数番目の光入出射ポートがあり、ルチ
ル平行平板４側に偶数番目の光入出射ポートがある。

【００２９】図２は、図１の非相反部に磁界を印加した
場合の各光学部品での偏光状態を示す図である。また、
表１は、図２に対応して、各光学部品での偏光状態の角
度を示す一覧表である。

【００３０】

【表１】

【００３１】ウークオフ結晶であるルチル単結晶平行平
板１，２，３，４中に示す矢印は、奇数番目の光入出射
ポートから見た異常光の分離方向を示し、ファラデー回
転子５，６中の矢印は、第１の光入射出ポートから第２
の光入射出ポートに光を進行させる場合のファラデー回
転の向きを表し、その偏光面回転角度は略４５゜であ
る。

【００３２】奇数番目の光入出射ポートから見た場合、
ルチル平行平板１の偏光分離方向はθ、ルチル平行平板
４の偏光分離方向は−θ、ルチル平行平板２の偏光分離
方向は−９０゜、ルチル平行平板１の偏光分離方向は９
０゜である。なお、角度の基準は、図１中のＹ軸方向と
する。ここで、前記第１のウォークオフ結晶の偏光分離
方向と第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向の等二分
割方向をＹ軸としている。

【００３３】さらに、相反性偏光面回転素子である水晶
１／２波長板７，８中の矢印は、ｃ軸の方位を表し、水
晶１／２波長板７の角度は６７.５＋θ／２、水晶１／
２波長板８の角度は１１２.５−θ／２である。９は外
部磁界であり、矢印は、その方向を示す。

【００３４】次に、ルチル平行平板１における異常光成
分の偏波面の動きを位置ごとに示す。なお、本発明にお
いては、いずれの位置においても、ルチル平行平板１に
おける異常光成分と常光成分の偏光面は直交するため、
もう一方は省略する。

【００３５】以上の関係を満たすために、水晶１／２波
長板のｃ軸の方位は、前述のようになる。図３は、奇数
番目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。なお、表記を簡単にするため、θ＝２２.５゜
としている。

【００３６】これによれば、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、ルチル平行
平板１における異常光成分が、常光成分よりもルチル平
行平板２によるウオークオフの分だけ多くの光路長を経
て出射する。

【００３７】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、ルチル平行平板４に
おける異常光成分が、常光成分よりもルチル平行平板３
によるウオークオフの分だけ多くの光路長を経て出射す
ることがわかる。ルチル平行平板２とルチル平行平板３
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、偏波分散補償板を加えることで、いずれの光
入出射ポート間の偏波分散をもキャンセルできる。

【００３８】また、第１ポートから第２ポートへの光の
進行と、第３ポートから第４ポートへの光の進行が等価
であることが、図よりわかるように、本発明の光スイッ
チは、光学結晶のサイズが許す限りにおいて、いかよう
にもポート数を増やすことができる。

【００３９】光入出射ポート間の光の進行を簡単に表す
と、ポート１→ポート２→ポート３→ポート４→・・・
・・となる。

【００４０】次に、一例として、θ＝２２.５゜の場合の
奇数番目のポート側から見た各位置（Ａ〜Ｈ）での偏光
面を示す。

【００４１】図４（ａ）は、この場合における奇数ポー
ト側から見た偏光分離方向、波長板のｃ軸方向、ファラ
デー回転方向をそれぞれ表す。図４（ｂ）は、第１ポー
トから第２ポートへの光の進行、図４（ｃ）は、第２ポ
ートから第３ポートへの光の進行、図４（ｄ）は第３ポ
ートから第４ポートへの光の進行である。どちらもいず
れの偏光成分も１点に集光し、偏光無依存型光サーキュ
レータとして動作することがわかる。

【００４２】次に、磁化方向を正逆反転させた場合を述
べる。この場合、ファラデー回転の向きは逆転する。表
２は、磁界を反転した場合の、各光学部品での偏光状態
の角度を示す一覧表である。

【００４３】

【表２】

【００４４】ルチル平行平板１における異常光成分の偏
波面の動きを位置ごとに示す。なお、本発明において
は、いずれの位置においても、ルチル平行平板１におけ
る異常光成分と常光成分の偏光面は直交するため、もう
一方は省略する。

【００４５】図５は、磁界を反転した場合の奇数番目の
光入出射ポート側から見た各偏光成分の動きを示す図で
ある。なお、表記を簡単にするため、θ＝２２.５゜とし
ている。これによれば、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、ルチル平行平板
1における異常光成分が、常光成分よりもルチル平行平
板２によるウオークオフの分だけ多くの光路長を経て出
射する。

【００４６】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、ルチル平行平板４に
おける異常光成分が、常光成分よりもルチル平行平板３
によるウオークオフの分だけ多くの光路長を経て出射す
る。ルチル平行平板２とルチル平行平板３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
波分散補償板を加えることで、いずれの光入出射ポート
間の偏波分散をもキャンセルでき、かつ、その偏波分散
補償板は、磁化方向を正逆反転させない場合と同じもの
が使用できる。

【００４７】また、第１ポートから第０ポートへの光の
進行と、第３ポートから第２ポートへの光の進行が等価
であることが図よりわかるように、本発明のスイッチ
は、光学結晶のサイズが許す限りにおいて、いかように
もポート数を増やすことができる。

【００４８】光入出射ポート間の光の進行を簡単に表す
と、ポート４→ポート３→ポート２→ポート１→・・・
・・となり、磁化方向を正逆反転させない場合と各ポー
ト間の進行が逆転する。

【００４９】以上より、この光学結晶の光非相反部に対
する印加磁界を正逆反転することで、光スイッチとして
動作することが示された。

【００５０】さらに、１／２波長板のＣ軸の方位が前記
の関係からずれた場合を述べる。その場合は、最悪でも
ルチル平行平板１の分離距離に相当する分の距離だけ離
れて出射する。そのため、θ＜３０゜の場合は、ポート
間隔より大きく離れるため、アイソレーション劣化は引
き起こさない。また、損失はｃｏｓ^２（２×Δθ）に比
例する（ΔθはＣ軸の方位ずれ量）ため、現実的には殆
ど影響を与えないと言える。

【００５１】以上は、請求項２記載の構成の作用である
が、位置Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇにおける偏光方向は、請求項
３，４，５においても共通であり、請求項３，４，５に
各々記載される１／２波長板のｃ軸方向は、これまで述
べた作用を同じく実現するものである。

【００５２】次に、請求項２〜５の各構成の違いについ
て述べる。請求項２記載の構成の特徴は、第１，第２の
１／２波長板に同じものを使用できることである。請求
項３記載の構成の特徴は、第１のウォークオフ結晶と第
１のファラデー回転子の組み合わせと第１のウォークオ
フ結晶と第１のファラデー回転子が同じものであること
で、光学結晶を接着する場合に有利である。請求項４記
載の構成の特徴は、第１，第２の１／２波長板に同じも
のを使用できることである。請求項５記載の構成の特徴
は、第１，第２の１／２波長板に同じものを使用できる
ことと、ファラデー回転子間の距離が最小になるため、
磁界が印加しやすく、マグネットを小型にできることで
ある。なお、これまで１／２波長板に限定して作用を述
べてきたが，３／２波長板など多数次モードの波長板で
も同様の作用を実現できることは当然である。

【００５３】（実施例２）図６は、本発明における実施
例２の光スイッチにおける、光非相反部である光学結晶
スタックの構成を示す図である。図６は、本実施例にお
ける光学結晶の第１ポート側から見た配置を表す。図６
のルチル平行平板１０側に奇数番目の光入出射ポートが
あり、ルチル平行平板１３側に偶数番目の光入出射ポー
トがある。ウークオフ結晶であるルチル単結晶平行平板
１０，１１，１２，１３中に示す矢印は、奇数番目の光
入出射ポートから見た異常光の分離方向を示し、ファラ
デー回転子であるビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネッ
ト１４，１５中の矢印は、ファラデー回転の向きを表
し、その偏光面回転角度は略４５゜である。

【００５４】ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット
は、飽和磁化が約２００Ｏｅであり、磁界印加に用いる
マグネットのサイズやコイル電流を少なく抑えることが
できる。構成を決定する変数であるθは、１０゜であ
る。もう１つの構成を決定する変数であるルチル平行平
板１１とルチル平行平板１２の厚さは、１２６９μｍで
ある。これらより、ルチル平行平板１０とルチル平行平
板１３の厚さは、３６５４μｍとなる。

【００５５】また、１／２波長板のｃ軸方位は、作用で
示した式に代入することで、７２.５゜と１０７.５゜とな
る。但し、１／２波長板の性質より、各々に９０゜また
は１８０゜を加えた角度でもかまわない。

【００５６】本実施例における光スイッチの光サーキュ
レータとしての特性に関しては、ファラデー回転子を２
枚使用した２段構成の光サーキュレータと同様に、中心
波長において５０ｄＢ以上のアイソレーション特性が得
られる。また、ファラデー回転子であるビスマス置換ガ
ドリニウム鉄ガーネットの厚さを多少ずらし、ファラデ
ー回転角がある波長で４４.５゜と４５.５゜のようにす
れば、中心波長のアイソレーションは多少劣化するが、
より広帯域で十分なアイソレーションが得られる。

【００５７】（実施例３）図７は、本発明における実施
例３の光スイッチにおける、光非相反部である光学結晶
スタックの構成を示す図である。図６と異なる点は、ビ
スマス置換ガドリニウム鉄ガーネット１５’と水晶波長
板１７’の順番と、水晶波長板１７’のｃ軸の方位であ
る。水晶１／２波長板１６のＣ軸の方位は７２.５度、
水晶１／２波長板１７’のＣ軸の方位は６２.５度であ
る。図４記載の光入出射ポートの位置と偏光成分のシフ
トは、実施例１記載のものと同様である。

【００５８】（実施例４）図８は、本発明における実施
例４の光スイッチにおける、光非相反部である光学結晶
スタックの構成を示す図である。図７と異なる点は、ビ
スマス置換ガドリニウム鉄ガーネット１４’と水晶波長
板１６’の順番と、水晶波長板１６’のｃ軸の方位であ
る。水晶１／２波長板１６’のＣ軸の方位は１７.５
度、水晶１／２波長板１７’のＣ軸の方位は６２.５度
である.図４記載の光入出射ポートの位置と偏光成分の
シフトは、実施例１記載のものと同様である。

【００５９】（実施例５）図９は、本発明における実施
例５の光スイッチにおける、光非相反部である光学結晶
スタックの構成を示す図である。図８と異なる点は、ビ
スマス置換ガドリニウム鉄ガーネット１５と水晶波長板
１７’’の順番と、水晶波長板１６'のｃ軸の方位であ
る。水晶１／２波長板２２，２３のＣ軸の方位は、共に
１７.５度である。図４記載の光入出射ポートの位置と
偏光成分のシフトは、実施例１記載のものと同様であ
る。なお、本実施例は、ファラデー回転子間の距離を最
小にできるため、磁界印加の面ではもっとも有利といえ
る。なお、図６〜図９中のファラデー回転子に示される
矢印は、ファラデー回転の向きが可逆であることを象徴
し、ファラデー回転角とは無関係である。ファラデー回
転角の絶対値は全て略４５゜である。

【００６０】（実施例６）図１０は、本発明における実
施例６の光スイッチにおける、光非相反部である光学結
晶スタックの構成を示す図である。図１０は、ルチル平
行平板の偏波分散補償板１８が、ルチル平行平板１１，
１２の後ろに加えられたこと以外は、実施例４と同じ光
学結晶部の配置を示す斜視図である。ルチル平行平板１
１，１２の厚さより偏波分散補償板１８は、厚さ６４９
μｍとなる。なお、偏波分散補償板１８は、偏光面を回
転させない。その原理と効果は、作用に記載につき省略
する。本実施例により、いずれの経路においても、偏波
分散０.０２Ｐｓを実測した（１.５５μｍにおいて）。

【００６１】（実施例７）図１１は、実施例６記載の光
学結晶スタックについて、有機接着剤で固定した光学結
晶スタック１９に半硬質磁性材料２０と電流方向を切り
替える手段を持つ直流電流源につながるコイル２１を加
え構造の光スイッチを示す。図１１（ａ）は、本発明の
光スイッチの正面図を、図１１（ｂ）は、側面図を示
す。ここで、半硬質磁性材料２０の材質は、鉄クロムコ
バルト系磁性材料である。保磁力は４００Ｏｅであり、
飽和磁化が約１５０Ｏｅであるビスマス置換ガドリニウ
ム鉄ガーネットに対する印加磁界としては十分である。
なお、図においては、電流方向を切り替える手段を持つ
直流電流源を省略した。

【００６２】半硬質磁性材料２０の長さは、２つのビス
マス置換ガドリニウム鉄ガーネットの間隔の３倍とす
る。この程度の長さがあれば、ビスマス置換ガドリニウ
ム鉄ガーネットには、光の進行方向とほぼ平行な磁界が
かかり、ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット透過後
の楕円率がほとんど劣化しない。なお、材質を鉄クロム
コバルトに替えて軟磁性フェライトも有効である。これ
らは、電気抵抗が大きく、磁化曲線の角形性に優れ、特
に高磁束密度と高透磁率を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライ
トが適当である。なお、本実施例の光スイッチにおい
て、磁力保持及び磁化反転の効果を同時に満たすために
は、保磁力は２０〜５００Ｏｅの範囲が望ましい。

【００６３】（実施例８）図１２は、実施例６記載の光
学結晶スタックのうち、ファラデー回転子を特開平０６
−２２３１１（出願人：株式会社トーキン、発明者：本
田 洋一）記載のビスマス置換希土類鉄ガーネットに変
更した光学結晶スタック１９’に、外部磁界印加手段と
して電流方向を切り替える手段を持つ直流電流源につな
がるコイル２２を用いた光スイッチの図である。図１２
（ａ）は正面図を、図１２（ｂ）は側面図を示す。な
お、コイルは、アルミナ製の円筒型スペーサ２３に巻か
れている。なお、図においては、電流方向を切り替える
手段を持つ直流電流源を省略した。

【００６４】特開平０６−２２３１１（出願人：株式会
社トーキン、発明者：本田洋一）記載のビスマス置換希
土類鉄ガーネットは、一旦、飽和磁界以上の大きさの外
部磁界を印加すると、当該外部磁界を除いた後もファラ
デー回転係数を保持する。そのため、実施例５記載の構
成のような自己保持型の外部磁界印加手段は必要ない。
この構成で得られる特性は、挿入損失０.７ｄＢアイソ
レーション５０ｄＢで光路の切替による変動は見られな
かった。

【００６５】（実施例９）図１３は、実施例７記載の光
スイッチに追加して、レンズおよび光導波路を加えた実
施例を示す図である。一方の光学面側に１芯のＴＥＣフ
ァイバ２４と１枚のレンズ２６、もう一方の光学面側に
２芯のＴＥＣファイバ２５を用いた実施例である。光学
スタック部分１９の光学面は、光進行方向に対して４度
程度傾けてある。これは、反射減衰量の確保のために普
通に用いられる手法である。

【００６６】本実施例では、１×２光スイッチとして動
作し、作用における第１ポートからの光を、第２ポート
と第４ポートに切り替えることができる。但し、この実
施例では、光サーキュレータとしての機能を発揮でき
ず、非相反デバイスとしての面は、第１ポートへの戻り
光を遮断する機能のみにおいて発揮される。

【００６７】２芯のＴＥＣファイバ２５のコア径を２４
μｍとした場合、作用の項におけるＥの位置でのビーム
径は約９５μｍであり、ビームの端とルチル接合面との
間には８６μｍの間隔があるため、ビームがルチル接合
面にぶつかって、アイソレーションが劣化する恐れはな
い。このように、本実施例は、単純な光学系で高特性の
光スイッチを実現するのに適するといえる。

【００６８】この実施例に加えて、前記電流源とつなぐ
端子とホルダを加えれば、光スイッチの１販売形態とし
て完成となる。さらに、電流源を加えれば、光スイッチ
の１使用形態として完成となる。

【００６９】（実施例１０）図１４は、実施例７記載の
光スイッチに追加して、レンズおよび光導波路を加えた
他の実施例を示す図である。一方の光学面側に２芯のＴ
ＥＣファイバ２７と１枚のレンズ２９、もう一方の光学
面側に２芯のＴＥＣファイバ２８と１枚のレンズ３０を
用いた実施例である。光学結晶スタック１９の光学面
は、光進行方向に対して４度程度傾けてある.これは、
反射減衰量の確保のために普通に用いられる手法であ
る。

【００７０】本実施例では、４ポート光スイッチとして
動作し、この構造では光サーキュレータとしての機能を
発揮する。光入出射ポート間の光の進行に関しては、作
用にて述べたので省略する。

【００７１】光学系は収束光学系で、作用の項における
Ｅの位置の近傍でビーム径は最小となるので、ビームが
ルチル接合面にぶつかって、アイソレーションが劣化す
る恐れはない。このように、本実施例は、単純な光学系
で高特性の光スイッチを実現するのに適するといえる。

【００７２】この実施例に加えて、前記電流源とつなぐ
端子とホルダを加えれば、光スイッチとして完成とな
る。さらに、電流源を加えれば、光スイッチの他の実施
例として完成となる。

【００７３】

【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、偏
光無依存光サーキュレータとしての機能をもつ光スイッ
チの光学素子の作製が容易になり、特性に優れ、低価格
な偏光無依存光サーキュレータとしての機能をもつ光ス
イッチを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による光スイッチの光非相反
部である光学結晶スタックの基本構成を示す図。

【図２】磁界を印加した場合の光学結晶の配置と奇数番
目のポートからみた異常光成分のウォークオフの方向、
ファラデー回転の向き、Ｃ軸方位を表す図。

【図３】本発明の実施例による光スイッチの光学結晶ス
タックについて磁界を印加した場合の奇数番目の光入出
射ポート側から見た偏光成分の動きを示す図。

【図４】図３の光スイッチの場合における奇数ポート側
から見た偏光分離方向、波長板のｃ軸方向、ファラデー
回転方向を示す図。図４（ａ）は、磁界を印加した場合
の光学結晶の配置と奇数番目のポートからみた異常光成
分のウォークオフの方向、ファラデー回転の向き、Ｃ軸
方位を表す図，θ＝２２.５゜の場合のものを示す図。
図４（ｂ）は、磁界を印加した場合の第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
状態を示す図。図４（ｃ）は、磁界を印加した場合の第
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す図。図４（ｄ）は、磁界を
印加した場合の第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す図。

【図５】本発明の実施例による光スイッチの光学結晶ス
タックについて奇数番目の光入出射ポート側から見た各
偏光成分の動きを示す図。

【図６】本発明の実施例２における光スイッチの光学結
晶スタックの配置と奇数番目のポートからみた異常光成
分のウォークオフの方向、ファラデー回転の向き、Ｃ軸
方位を表す図。

【図７】本発明の実施例３における光スイッチの光学結
晶スタックの配置と奇数番目のポートからみた異常光成
分のウォークオフの方向、ファラデー回転の向き、Ｃ軸
方位を表す図。

【図８】本発明の実施例４における光スイッチの光学結
晶スタックの配置と奇数番目のポートからみた異常光成
分のウォークオフの方向、ファラデー回転の向き、Ｃ軸
方位を表す図。

【図９】本発明の実施例５における光スイッチの光学結
晶スタックの配置と奇数番目のポートからみた異常光成
分のウォークオフの方向、ファラデー回転の向き、Ｃ軸
方位を表す図。

【図１０】本発明の実施例６における光スイッチの光学
結晶スタックの配置と奇数番目のポートから入射した異
常光成分のウォークオフの方向、ファラデー回転の向き
を表す図、実施例４の光学結晶の配置に偏波分散補償板
を加えた構成を表す斜視図。

【図１１】図１０に示した光スイッチの光学結晶スタッ
クについて、有機接着剤で固定した光学結晶スタックに
半硬質磁性材料と電流方向を切り替える手段を持つ直流
電流源につながるコイルを加え構造の光スイッチを示す
図。図１１（ａ）は、図１０の構成の接着固定した光学
結晶スタックに加えて、ＦｅＣｒＣｏ製の磁石をビスマ
ス置換ガドリニウム鉄ガーネットの周囲に配備し、Ｆｅ
ＣｒＣｏ製の磁石の周囲にコイルを巻いた構成を表す正
面図。図１１（ｂ）は、図１０の構成の接着固定した光
学結晶スタック部に加えて、ＦｅＣｒＣｏ製の磁石をビ
スマス置換ガドリニウム鉄ガーネットの周囲に配備し、
ＦｅＣｒＣｏ製の磁石の周囲にコイルを巻いた構成を示
す側面図。

【図１２】図５の構成の光学結晶スタックのうち、ファ
ラデー回転子をビスマス置換希土類鉄ガーネットに変更
した光学結晶スタックに、外部磁界印加手段として電流
方向を切り替える手段を持つ直流電流源につながるコイ
ルを用いた光スイッチを示す図。図１２（ａ）は、図１
０の構成の接着固定した光学結晶スタック部に加えて、
アルミナ製のスペーサをビスマス置換ガドリニウム希土
類ガーネットの周囲に配備し、ビスマス置換ガドリニウ
ム希土類ガーネットの周囲にコイルを巻いた光スイッチ
の構成を示す正面図。図１２（ｂ）は、図１０の構成の
接着固定した光学結晶スタック部に加えて、アルミナ製
のスペーサをビスマス置換ガドリニウム希土類ガーネッ
トの周囲に配備し、ビスマス置換ガドリニウム希土類ガ
ーネットの周囲にコイルを巻いた光スイッチの構成を示
す側面図。

【図１３】図１２の光スイッチに追加して、レンズおよ
び光導波路を加えた実施例の光スイッチを示す図。

【図１４】図１２の光スイッチに追加して、レンズおよ
び光導波路を加えた他の実施例の光スイッチを示す図。

【符号の説明】

１，２，３，４ ルチル平行平板 ５，６ ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット ７，８ 水晶１／２波長板 １’，２’ ルチル平行平板 ７’，８’ 水晶１／２波長板 ９ 磁界 １０，１１，１２，１３ ルチル平行平板 １４，１５ ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット １６，１７ 水晶１／２波長板 １８ ルチル平行平板偏波分散補償板 １９，１９’ 光学結晶スタック ２０ 半硬質磁性材料ＦｅＣｒＣｏ ２１，２２ コイル ２３ アルミナ製スペーサ ２４ ＴＥＣファイバ ２５，２７，２８ ２芯のＴＥＣファイバ ２６，２９，３０ レンズ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光入出射ポートを持つとともに、
   少なくとも４枚のウォークオフ結晶と、少なくとも２枚
   の４５°ファラデー回転子、少なくとも２枚の１／２波
   長板によって構成される偏光無依存型光サーキュレータ
   機能を有する光非相反部を有し、ファラデー回転子に磁
   界を反転して印加可能な磁気回路を有していて、 前記
   ファラデー回転子のファラデー回転方向を逆転させ、光
   入出射ポートを切り替えることを特徴とする光スイッ
   チ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
   記光スイッチは、複数の光入出射ポートを持ち、また前
   記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順に、第１
   のウォークオフ結晶、第１のファラデー回転子、第１の
   １／２波長板、第１のウォークオフ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互いに併設されウォ
   ークオフ方向が互いに逆向きに配備されたほぼ同じ偏光
   分離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ結晶、第２
   のファラデー回転子、第２の１／２波長板、第４のウォ
   ークオフ結晶の順番で配備された構造であり、また、前
   記第１のウォークオフ結晶偏光分離方向と第４のウォー
   クオフ結晶の偏光分離方向の等二分割方向をＹ軸とし
   て、前記Ｙ軸をθの基準軸とした条件にて、前記第１の
   ファラデー回転子と第２のファラデー回転子のファラデ
   ー回転方向が互いに同じ向きであり、かつ第１のウォー
   クオフ結晶と第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向が
   略２θ異なる向きであり、第１のウォークオフ結晶と第
   ３のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略（９０゜−
   θ）異なる向きを持ち、（０＜θ＜４５゜）、第１の１
   ／２波長板のｃ軸の方位が、６７.５゜＋θ／２＋ｎ×９
   ０（ｎ＝０、±１）、第２の１／２波長板のｃ軸の方位
   が、１１２.５゜−θ／２＋ｍ×９０（ｍ＝０、±１）、
   の関係を持つことを特徴とする光スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
   記光スイッチが、複数の光入出射ポートを持ち、また前
   記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順に第１の
   ウォークオフ結晶、第１のファラデー回転子、第１の１
   ／２波長板、第１のウォークオフ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互いに併設されウォー
   クオフ方向が互いに逆向きに配備されたほぼ同じ偏光分
   離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ結晶、第２の
   １／２波長板、第２のファラデー回転子、第４のウォー
   クオフ結晶の順番で配備された構造であり、前記第１の
   ウォークオフ結晶の偏光分離方向と第４のウォークオフ
   結晶の偏光分離方向の等二分割方向をＹ軸として、前記
   Ｙ軸をθの基準軸とした条件にて、前記第１のファラデ
   ー回転子と第２のファラデー回転子のファラデー回転方
   向が互いに同じ向きであり、かつ第１のウォークオフ結
   晶と第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略２θ異
   なる向きであり、第１のウォークオフ結晶と第３のウォ
   ークオフ結晶の偏光分離方向が略（９０゜−θ）異なる
   向きを持ち、（０＜θ＜４５゜）第１の１／２波長板の
   ｃ軸の方位が、６７.５゜＋θ／２＋ｎ×９０（ｎ＝０、
   ±１）、第２の１／２波長板のｃ軸の方位が、６７.５゜
   −θ／２＋ｍ×９０（ｍ＝０、±１）、の関係を持つこ
   とを特徴とする光スイッチ。
4. 【請求項４】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
   記光スイッチが、複数の光入出射ポートを持ち、また前
   記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順に第１の
   ウォークオフ結晶、第１の１／２波長板、第１のファラ
   デー回転子、第１のウォークオフ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互いに併設されウォー
   クオフ方向が互いに逆向きに配備されたほぼ同じ偏光分
   離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ結晶、第２の
   １／２波長板、第２のファラデー回転子、第４のウォー
   クオフ結晶の順番で配備された構造であり、前記第１の
   ウォークオフ結晶の偏光分離方向と第４のウォークオフ
   結晶の偏光分離方向の等二分割方向をＹ軸として、前記
   Ｙ軸をθの基準軸とした条件にて、前記第１のファラデ
   ー回転子と第２のファラデー回転子のファラデー回転方
   向が互いに同じ向きであり、かつ第１のウォークオフ結
   晶と第４のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略２θ異
   なる向きであり、第１のウォークオフ結晶と第３のウォ
   ークオフ結晶の偏光分離方向が略（９０゜−θ）異なる
   向きを持ち、（０＜θ＜４５゜）第１の１／２波長板の
   ｃ軸の方位が、２２.５゜＋θ／２＋ｎ×９０（ｎ＝０、
   ±１）、第２の１／２波長板のｃ軸の方位が、６７.５゜
   −θ／２＋ｍ×９０（ｍ＝０、±１）、の関係を持つこ
   とを特徴とする光スイッチ。
5. 【請求項５】 請求項１記載の光スイッチであって、前
   記光スイッチが、複数の光入出射ポートを持ち、また前
   記光非相反部は、一方の光進行方向に対して順に第１の
   ウォークオフ結晶、第１の１／２波長板、第１のファラ
   デー回転子、第１のウォークオフ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互いに併設されウォー
   クオフ方向が互いに逆向きに配備されたほぼ同じ偏光分
   離距離を持つ第２及び第３のウォークオフ結晶、第２の
   ファラデー回転子、第２の１／２波長板、第４のウォー
   クオフ結晶の順番で配備された構造であり、前記第１の
   ウォークオフ結晶の偏光分離方向と第４のウォークオフ
   結晶の偏光分離方向の等二分割方向をＹ軸として、前記
   Ｙ軸をθの基準とした時、前記第１のファラデー回転子
   と第２のファラデー回転子のファラデー回転方向が互い
   に同じ向きであり、かつ第１のウォークオフ結晶と第４
   のウォークオフ結晶の偏光分離方向が略２θ異なる向き
   であり、第１のウォークオフ結晶と第３のウォークオフ
   結晶の偏光分離方向が略（９０゜−θ）異なる向きを持
   ち、（０＜θ＜４５゜）第１の１／２波長板のｃ軸の方
   位が、２２.５゜＋θ／２＋ｎ×９０（ｎ＝０、±１）、
   第２の１／２波長板のｃ軸の方位が、１１２.５゜−θ／
   ２＋ｍ×９０（ｍ＝０、±１）、の関係を持つことを特
   徴とする光スイッチ。
6. 【請求項６】 請求項２ないし５のいずれかに記載した
   光スイッチにおいて、前記光スイッチの第１、第２のフ
   ァラデー回転子の間に偏波分散補償板が配備されること
   を特徴とする光スイッチ。
7. 【請求項７】 請求項２ないし６のいずれかに記載した
   光スイッチにおいて、前記光スイッチが４枚のウォーク
   オフ結晶と、２枚の４５°ファラデー回転子と、２枚の
   １／２波長板と、偏波分散補償板からなり、かつ第１の
   ウォークオフ結晶と第４のウォークオフ結晶の厚さがほ
   ぼ同じであり、かつ第２のウォークオフ結晶と第２のウ
   ォークオフ結晶の厚さがほぼ同じであり、かつ第１のウ
   ォークオフ結晶と第２のウォークオフ結晶の厚さがほぼ
   １対２×ｓｉｎθの比を持ち、（０＜θ＜４５゜）、か
   つ、すべてのウォークオフ結晶及びファラデー回転子及
   び偏波分散補償板が平行平板からなることを特徴とする
   光スイッチ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載した
   光スイッチにおいて、第１から第４のウォークオフ結晶
   と偏波分散補償板がすべて同じ材質の複屈折結晶からな
   ることを特徴とする光スイッチ。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載した
   光スイッチにおいて、前記光スイッチに加えて、レンズ
   と光ファイバを光入出射ポートに配備することを特徴と
   する光スイッチ。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかに記載し
    た光スイッチにおいて、前記磁気回路は、磁界印加手段
    としてコイルが巻かれた保磁力が２０〜５００ Ｏｅの
    半硬磁性材料、またはコイルが巻かれた保磁力が２０〜
    ５００Ｏｅの軟磁性材料、および前記コイルに通じる電
    流の向きを切り替えるスイッチで構成されたことを特徴
    とする光スイッチ。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし１０のいずれかに記載
    した光スイッチにおいて、前記ファラデー回転子が角形
    ヒステリシスカーブを持つ硬磁性ガーネットであって、
    前記気回路は、磁界印加手段としてコイルおよび前記コ
    イルに通じる電流の向きを切り替えるスイッチとで構成
    されることを特徴とする光スイッチ。