JP2003084231A - ３ポート光サーキュレータ - Google Patents
３ポート光サーキュレータInfo
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
-
- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 第３ポートから入力した光が第１ポートに戻
るように、３ポート光サーキュレータを完全循環型とす
る。 【解決手段】 偏波方向が直交関係にある同じ光路の光
を分離し異なる光路の光を合成する第１の分離合成用複
屈折素子１０と、偏波方向を直交から平行に又は平行か
ら直交に変換する第１の偏波回転手段１２と、サーキュ
レータ機能部１４と、第２の偏波回転手段１６と、第２
の分離合成用複屈折素子１８とをその順序で配列する。
サーキュレータ機能部は、偏波方向に応じて光路をシフ
トする第１の光路制御用複屈折素子２０と、その２倍の
光路シフト量を有する第２の光路制御用複屈折素子２２
と、それら第１及び第２の光路制御用複屈折素子の間に
位置して側方光路の光はバイパスし中央光路の光のみに
作用する１／４波長板２４と反射体２６を具備してい
る。
るように、３ポート光サーキュレータを完全循環型とす
る。 【解決手段】 偏波方向が直交関係にある同じ光路の光
を分離し異なる光路の光を合成する第１の分離合成用複
屈折素子１０と、偏波方向を直交から平行に又は平行か
ら直交に変換する第１の偏波回転手段１２と、サーキュ
レータ機能部１４と、第２の偏波回転手段１６と、第２
の分離合成用複屈折素子１８とをその順序で配列する。
サーキュレータ機能部は、偏波方向に応じて光路をシフ
トする第１の光路制御用複屈折素子２０と、その２倍の
光路シフト量を有する第２の光路制御用複屈折素子２２
と、それら第１及び第２の光路制御用複屈折素子の間に
位置して側方光路の光はバイパスし中央光路の光のみに
作用する１／４波長板２４と反射体２６を具備してい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光計測な
どで用いる光サーキュレータに関し、更に詳しく述べる
と、サーキュレータ機能部の少なくとも一部の光路に１
／４波長板と反射体を組み込むことにより、完全循環型
とした３ポート光サーキュレータに関するものである。
この技術は、例えば波長多重光通信（ＷＤＭ）システム
において、多重化された複数波長の信号光から特定波長
光を合波及び分波するアド・ドロップ多重／分波モジュ
ールなどに有用である。
どで用いる光サーキュレータに関し、更に詳しく述べる
と、サーキュレータ機能部の少なくとも一部の光路に１
／４波長板と反射体を組み込むことにより、完全循環型
とした３ポート光サーキュレータに関するものである。
この技術は、例えば波長多重光通信（ＷＤＭ）システム
において、多重化された複数波長の信号光から特定波長
光を合波及び分波するアド・ドロップ多重／分波モジュ
ールなどに有用である。
【０００２】
【従来の技術】光サーキュレータは第１ポートＰ１から
の入力光を第２ポートＰ２へ出力し、第２ポートＰ２か
らの入力光を第３ポートＰ３へ出力するというように、
あるポートからの入力光を特定の他のポートのみに出力
する光路制御機能を有する光デバイスである。光サーキ
ュレータには、永久磁石により固定磁界を印加する４５
度ファラデー回転子が組み込まれ、偏波面を予め決めら
れている方向に４５度回転させることで光線の非相反性
を実現している。
の入力光を第２ポートＰ２へ出力し、第２ポートＰ２か
らの入力光を第３ポートＰ３へ出力するというように、
あるポートからの入力光を特定の他のポートのみに出力
する光路制御機能を有する光デバイスである。光サーキ
ュレータには、永久磁石により固定磁界を印加する４５
度ファラデー回転子が組み込まれ、偏波面を予め決めら
れている方向に４５度回転させることで光線の非相反性
を実現している。
【０００３】従来、様々な構成の光サーキュレータが開
発されている。その一例として、３個の複屈折素子を間
隔をおいて一列に配列し、それら複屈折素子の間にそれ
ぞれ４５度ファラデー回転子と１／２波長板との組を挿
入し、両端にポートを設ける構成がある。両端の複屈折
素子は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離
し異なる光路の光を合成する機能を果たし、中央の複屈
折素子は、偏波方向に応じて光路をシフトする機能を果
たす。また、４５度ファラデー回転子と１／２波長板と
の組は、偏波方向を直交から平行に又は平行から直交に
変換する偏波回転機能を果たす。これによって、一端に
位置する第１ポートからの入力光は反対端の第２ポート
に、第２ポートからの入力光はその反対端の第３ポート
に、それぞれ結合する３ポート光サーキュレータが構成
できる。
発されている。その一例として、３個の複屈折素子を間
隔をおいて一列に配列し、それら複屈折素子の間にそれ
ぞれ４５度ファラデー回転子と１／２波長板との組を挿
入し、両端にポートを設ける構成がある。両端の複屈折
素子は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離
し異なる光路の光を合成する機能を果たし、中央の複屈
折素子は、偏波方向に応じて光路をシフトする機能を果
たす。また、４５度ファラデー回転子と１／２波長板と
の組は、偏波方向を直交から平行に又は平行から直交に
変換する偏波回転機能を果たす。これによって、一端に
位置する第１ポートからの入力光は反対端の第２ポート
に、第２ポートからの入力光はその反対端の第３ポート
に、それぞれ結合する３ポート光サーキュレータが構成
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成では、第３ポートから光を入力しても第１のポートに
は結合しない。即ち、この構成の３ポート光サーキュレ
ータは非循環型となる。
成では、第３ポートから光を入力しても第１のポートに
は結合しない。即ち、この構成の３ポート光サーキュレ
ータは非循環型となる。
【０００５】例えば波長多重光通信（ＷＤＭ）システム
において、多重化された複数波長の信号光から特定波長
光を合波及び分波するアド・ドロップ多重／分波モジュ
ールは、３ポート光サーキュレータと帯域通過フィルタ
（特定波長光を通過し、その他の波長光を反射する特性
をもつフィルタ）を組み合わせることで構成できる。し
かし、上記の従来構成では非循環型であるため、一方向
の伝送路にしか組み込むことができない。
において、多重化された複数波長の信号光から特定波長
光を合波及び分波するアド・ドロップ多重／分波モジュ
ールは、３ポート光サーキュレータと帯域通過フィルタ
（特定波長光を通過し、その他の波長光を反射する特性
をもつフィルタ）を組み合わせることで構成できる。し
かし、上記の従来構成では非循環型であるため、一方向
の伝送路にしか組み込むことができない。
【０００６】もし双方向の伝送路に適用しようとする
と、非循環型３ポート光サーキュレータを３個、それぞ
れ三角形の頂点に位置するように組み合わせなければな
らず、部品点数が多くなり、大型化し、高価になるなど
の欠点が生じる。
と、非循環型３ポート光サーキュレータを３個、それぞ
れ三角形の頂点に位置するように組み合わせなければな
らず、部品点数が多くなり、大型化し、高価になるなど
の欠点が生じる。
【０００７】本発明の目的は、完全循環型の３ポート光
サーキュレータを提供することである。本発明の他の目
的は、部品点数が少なく、小型化でき、安価に製作でき
る３ポート光サーキュレータを提供することである。
サーキュレータを提供することである。本発明の他の目
的は、部品点数が少なく、小型化でき、安価に製作でき
る３ポート光サーキュレータを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、偏波方向が直
交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合
成する第１の分離合成用複屈折素子と、偏波方向を直交
から平行に又は平行から直交に変換する第１の偏波回転
手段と、サーキュレータ機能部と、偏波方向を直交から
平行に又は平行から直交に変換する第２の偏波回転手段
と、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異
なる光路の光を合成する第２の分離合成用複屈折素子が
その順序で配列されている光サーキュレータである。本
発明において前記サーキュレータ機能部は、偏波方向に
応じて光路をシフトする第１の光路制御用複屈折素子
と、偏波方向に応じて光路をシフトし前記第１の光路制
御用複屈折素子の２倍の光路シフト量を有する第２の光
路制御用複屈折素子と、それら第１及び第２の光路制御
用複屈折素子の間に位置して側方光路の光はバイパスし
中央光路の光のみに作用する１／４波長板と反射体を具
備しており、その点に特徴がある。
交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合
成する第１の分離合成用複屈折素子と、偏波方向を直交
から平行に又は平行から直交に変換する第１の偏波回転
手段と、サーキュレータ機能部と、偏波方向を直交から
平行に又は平行から直交に変換する第２の偏波回転手段
と、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異
なる光路の光を合成する第２の分離合成用複屈折素子が
その順序で配列されている光サーキュレータである。本
発明において前記サーキュレータ機能部は、偏波方向に
応じて光路をシフトする第１の光路制御用複屈折素子
と、偏波方向に応じて光路をシフトし前記第１の光路制
御用複屈折素子の２倍の光路シフト量を有する第２の光
路制御用複屈折素子と、それら第１及び第２の光路制御
用複屈折素子の間に位置して側方光路の光はバイパスし
中央光路の光のみに作用する１／４波長板と反射体を具
備しており、その点に特徴がある。
【０００９】本発明では、複屈折素子として、例えば平
行平面型の複屈折素子を用いる。ここで「平行平面型」
とは、入射面と出射面が互いに平行である形状（入射面
が入射光に対して厳密に垂直である必要はない）をい
い、平行平板形状のみならず平行四辺形のブロック形状
あるいは直方体形状なども含まれる。典型的な材料とし
ては、ルチル結晶がある。
行平面型の複屈折素子を用いる。ここで「平行平面型」
とは、入射面と出射面が互いに平行である形状（入射面
が入射光に対して厳密に垂直である必要はない）をい
い、平行平板形状のみならず平行四辺形のブロック形状
あるいは直方体形状なども含まれる。典型的な材料とし
ては、ルチル結晶がある。
【００１０】ここで、第１の偏波回転手段及び第２の偏
波回転手段は、例えば４５度ファラデー回転子と、偏波
方向が４５度回転するように光学軸を両側光路で対称に
並置した２枚組の１／２波長板の組み合わせで構成され
ている。
波回転手段は、例えば４５度ファラデー回転子と、偏波
方向が４５度回転するように光学軸を両側光路で対称に
並置した２枚組の１／２波長板の組み合わせで構成され
ている。
【００１１】第１及び第２の光路制御用複屈折素子は、
異なる材料で作製してもよいが、同じ材料からなり、第
２の光路制御用複屈折素子が第１の光路制御用複屈折素
子の２倍の長さとするのが好ましい。また、サーキュレ
ータ機能部において、１／４波長板と反射体をバイパス
する側方光路の光路長と、１／４波長板を通り反射体で
反射されて再び１／４波長板を通って戻る中央光路の光
路長をほぼ等しく設定するのが好ましい。
異なる材料で作製してもよいが、同じ材料からなり、第
２の光路制御用複屈折素子が第１の光路制御用複屈折素
子の２倍の長さとするのが好ましい。また、サーキュレ
ータ機能部において、１／４波長板と反射体をバイパス
する側方光路の光路長と、１／４波長板を通り反射体で
反射されて再び１／４波長板を通って戻る中央光路の光
路長をほぼ等しく設定するのが好ましい。
【００１２】また本発明は、偏波方向が直交関係にある
同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する分離合
成用複屈折素子と、偏波方向を直交から平行に又は平行
から直交に変換する偏波回転手段と、サーキュレータ機
能部とがその順序で配列されており、前記サーキュレー
タ機能部は、偏波方向に応じて光路をシフトする光路制
御用複屈折素子と、１／４波長板と、側方寄り光路の光
はバイパスし中央寄り光路の光のみに作用する反射体
と、一方の側方寄り光路の光を反射し光路をシフトさせ
て他方の側方寄り光路に戻す光路シフト反射体とを具備
していることを特徴とする３ポート光サーキュレータで
ある。
同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する分離合
成用複屈折素子と、偏波方向を直交から平行に又は平行
から直交に変換する偏波回転手段と、サーキュレータ機
能部とがその順序で配列されており、前記サーキュレー
タ機能部は、偏波方向に応じて光路をシフトする光路制
御用複屈折素子と、１／４波長板と、側方寄り光路の光
はバイパスし中央寄り光路の光のみに作用する反射体
と、一方の側方寄り光路の光を反射し光路をシフトさせ
て他方の側方寄り光路に戻す光路シフト反射体とを具備
していることを特徴とする３ポート光サーキュレータで
ある。
【００１３】ここでも、偏波回転手段は、４５度ファラ
デー回転子と、偏波方向が４５度回転するように光学軸
を両側光路で対称に設置した２枚組の１／２波長板の組
み合わせで構成できる。
デー回転子と、偏波方向が４５度回転するように光学軸
を両側光路で対称に設置した２枚組の１／２波長板の組
み合わせで構成できる。
【００１４】
【実施例】図１は本発明に係る３ポート光サーキュレー
タの一実施例を示す光路説明図であり、図２はその偏波
回転手段の構造並びにファラデー回転方向及び光学軸の
方向を示す説明図、図３はそのサーキュレータ機能部の
経路毎の光路説明図、図４は各光部品間での偏波状況の
説明図である。説明を分かり易くするために、次のよう
な座標軸を設定する。光部品の配列方向をｚ方向（図面
では右方向）とし、それに対して直交する２方向をｘ方
向（図面では水平方向）、ｙ方向（図面では垂直方向）
とする。従って、図１のＡは平面図、Ｂは正面図という
ことになる。偏波面の回転方向は、ｚ方向をみて反時計
回りをプラス側とする。また、図４のａ〜ｊで示す偏波
状況は、図１のＢのａ〜ｊで示す位置での光の進む方向
に見た図である。
タの一実施例を示す光路説明図であり、図２はその偏波
回転手段の構造並びにファラデー回転方向及び光学軸の
方向を示す説明図、図３はそのサーキュレータ機能部の
経路毎の光路説明図、図４は各光部品間での偏波状況の
説明図である。説明を分かり易くするために、次のよう
な座標軸を設定する。光部品の配列方向をｚ方向（図面
では右方向）とし、それに対して直交する２方向をｘ方
向（図面では水平方向）、ｙ方向（図面では垂直方向）
とする。従って、図１のＡは平面図、Ｂは正面図という
ことになる。偏波面の回転方向は、ｚ方向をみて反時計
回りをプラス側とする。また、図４のａ〜ｊで示す偏波
状況は、図１のＢのａ〜ｊで示す位置での光の進む方向
に見た図である。
【００１５】この光サーキュレータは、偏波方向が直交
関係にある同じ光路の光をｘ方向に分離し異なる光路の
光を合成する第１の分離合成用複屈折素子１０と、偏波
方向を直交の関係から平行の関係に（逆方向では平行の
関係から直交の関係に）変換する第１の偏波回転手段１
２と、サーキュレータ機能部１４と、偏波方向を平行の
関係から直交の関係に（逆方向では直交の関係から平行
の関係に）変換する第２の偏波回転手段１６と、偏波方
向が直交関係にある同じ光路の光をｘ方向に分離し異な
る光路の光を合成する第２の分離合成用複屈折素子１８
とが、その順序でｚ方向に配列されている。そして、前
記サーキュレータ機能部１４は、偏波方向に応じて光路
を−ｙ方向にシフトする第１の光路制御用複屈折素子２
０と、偏波方向に応じて光路をｙ方向にシフトし前記第
１の光路制御用複屈折素子の２倍の光路シフト量を有す
る第２の光路制御用複屈折素子２２と、それら第１及び
第２の光路制御用複屈折素子２０，２２の間に位置して
側方光路（上段光路と下段光路）の光はバイパスし中央
光路の光のみに作用する１／４波長板２４と反射体（ミ
ラー）２６を具備している。
関係にある同じ光路の光をｘ方向に分離し異なる光路の
光を合成する第１の分離合成用複屈折素子１０と、偏波
方向を直交の関係から平行の関係に（逆方向では平行の
関係から直交の関係に）変換する第１の偏波回転手段１
２と、サーキュレータ機能部１４と、偏波方向を平行の
関係から直交の関係に（逆方向では直交の関係から平行
の関係に）変換する第２の偏波回転手段１６と、偏波方
向が直交関係にある同じ光路の光をｘ方向に分離し異な
る光路の光を合成する第２の分離合成用複屈折素子１８
とが、その順序でｚ方向に配列されている。そして、前
記サーキュレータ機能部１４は、偏波方向に応じて光路
を−ｙ方向にシフトする第１の光路制御用複屈折素子２
０と、偏波方向に応じて光路をｙ方向にシフトし前記第
１の光路制御用複屈折素子の２倍の光路シフト量を有す
る第２の光路制御用複屈折素子２２と、それら第１及び
第２の光路制御用複屈折素子２０，２２の間に位置して
側方光路（上段光路と下段光路）の光はバイパスし中央
光路の光のみに作用する１／４波長板２４と反射体（ミ
ラー）２６を具備している。
【００１６】各複屈折素子１０，１８，２０，２２は、
全て平行平面型であって、例えばルチル結晶からなる。
第２の光路制御用複屈折素子２２は、第１の光路制御用
複屈折素子２０の２倍の長さに設定され、それによって
第１の光路制御用複屈折素子２０の２倍の光路シフト量
が得られるようにしている。
全て平行平面型であって、例えばルチル結晶からなる。
第２の光路制御用複屈折素子２２は、第１の光路制御用
複屈折素子２０の２倍の長さに設定され、それによって
第１の光路制御用複屈折素子２０の２倍の光路シフト量
が得られるようにしている。
【００１７】第１の偏波回転手段１２及び第２の偏波回
転手段１６は、それぞれ４５度ファラデー回転子３０，
３２と、偏波方向が４５度回転するように光学軸を両側
光路で対称に並置した２枚組の１／２波長板３４，３６
の組み合わせからなる。４５度ファラデー回転子３０，
３２は、従来同様、ファラデー素子（典型的にはＢｉ置
換希土類鉄ガーネットなどの磁気光学結晶）と永久磁石
からなり、永久磁石による磁界がファラデー素子に印加
されて４５度のファラデー回転角が生じる構造とする。
２枚組の１／２波長板３４，３６は、図２に示すよう
に、左側光路は光学軸が−ｘ軸から−６７．５度傾き、
右側光路は光学軸がｘ軸から６７．５度傾いて、ｙ軸に
対して互いに対称となるように一体化したものである。
転手段１６は、それぞれ４５度ファラデー回転子３０，
３２と、偏波方向が４５度回転するように光学軸を両側
光路で対称に並置した２枚組の１／２波長板３４，３６
の組み合わせからなる。４５度ファラデー回転子３０，
３２は、従来同様、ファラデー素子（典型的にはＢｉ置
換希土類鉄ガーネットなどの磁気光学結晶）と永久磁石
からなり、永久磁石による磁界がファラデー素子に印加
されて４５度のファラデー回転角が生じる構造とする。
２枚組の１／２波長板３４，３６は、図２に示すよう
に、左側光路は光学軸が−ｘ軸から−６７．５度傾き、
右側光路は光学軸がｘ軸から６７．５度傾いて、ｙ軸に
対して互いに対称となるように一体化したものである。
【００１８】ｚ方向を見て、第１の分離合成用複屈折素
子１０の側に、ｙ方向にずらせて、中段に第１ポート、
上段に第３ポートを設定し、第２の分離合成用複屈折素
子の側の上段に第２ポートを設定する。
子１０の側に、ｙ方向にずらせて、中段に第１ポート、
上段に第３ポートを設定し、第２の分離合成用複屈折素
子の側の上段に第２ポートを設定する。
【００１９】次に、この３ポート光サーキュレータの動
作について説明する。
作について説明する。
【００２０】（第１ポートＰ１→第２ポートＰ２）中段
の第１ポートＰ１からｚ方向に入力する光は、第１の分
離合成用複屈折素子１０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして第１の偏波回転手段１
２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。即
ち、偏波方向が直交する光は、４５度ファラデー回転子
３０でそれぞれ偏波方向が４５度回転して１／２波長板
３４に入力する。１／２波長板は入力光の偏波方向をそ
の光学軸に関して対称に変換する性質があるので、入力
光は互いに逆向きに４５度回転してｘ軸に垂直となる。
それら両光は第１の光路制御用複屈折素子２０に対して
は異常光になっているので、下方（−ｙ方向）に屈折し
下段光路を進む。１／４波長板２４及び反射体２６は、
中段光路のみに挿入されているために、下段光路の光は
何の作用も受けずにそれらをバイパスする。この光は第
２の光路制御用複屈折素子２２に対しても異常光になっ
ているので、今度は上方（ｙ方向）に屈折し、２倍の長
さを有するために上段光路まで光路がシフトして進む。
そして第２の偏波回転手段１６で、偏波方向が平行から
直交の関係に変換される。即ち、１／２波長板３６と４
５度ファラデー回転子３２とでそれぞれ偏波方向が４５
度回転し、両光は互いに直交する関係となる。最後に、
第２の分離合成用複屈折素子１８でｘ方向で光が合成す
るため、上段の第２ポートＰ２から出力する。
の第１ポートＰ１からｚ方向に入力する光は、第１の分
離合成用複屈折素子１０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして第１の偏波回転手段１
２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。即
ち、偏波方向が直交する光は、４５度ファラデー回転子
３０でそれぞれ偏波方向が４５度回転して１／２波長板
３４に入力する。１／２波長板は入力光の偏波方向をそ
の光学軸に関して対称に変換する性質があるので、入力
光は互いに逆向きに４５度回転してｘ軸に垂直となる。
それら両光は第１の光路制御用複屈折素子２０に対して
は異常光になっているので、下方（−ｙ方向）に屈折し
下段光路を進む。１／４波長板２４及び反射体２６は、
中段光路のみに挿入されているために、下段光路の光は
何の作用も受けずにそれらをバイパスする。この光は第
２の光路制御用複屈折素子２２に対しても異常光になっ
ているので、今度は上方（ｙ方向）に屈折し、２倍の長
さを有するために上段光路まで光路がシフトして進む。
そして第２の偏波回転手段１６で、偏波方向が平行から
直交の関係に変換される。即ち、１／２波長板３６と４
５度ファラデー回転子３２とでそれぞれ偏波方向が４５
度回転し、両光は互いに直交する関係となる。最後に、
第２の分離合成用複屈折素子１８でｘ方向で光が合成す
るため、上段の第２ポートＰ２から出力する。
【００２１】（第２ポートＰ２→第３ポートＰ３）上段
の第２ポートＰ２から−ｚ方向に入力する光は、第２の
分離合成用複屈折素子１８で常光は直進し、異常光は屈
折して−ｘ方向に光分離する。そして第２の偏波回転手
段１６で、偏波方向が直交から平行の関係に変換され
る。即ち、偏波方向が直交する光は、４５度ファラデー
回転子３２でそれぞれ偏波方向が４５度回転して１／２
波長板３６に入力し、入力光は互いに逆向きに４５度回
転してｘ軸に平行となる。それら両光は第２の光路制御
用複屈折素子２２に対しては常光になっているので、そ
のまま上段光路を直進する。反射体２６及び１／４波長
板２４は、中段光路のみに挿入されているためにバイパ
スする。この光は第１の光路制御用複屈折素子２０に対
しても常光になっているので、そのまま上段光路を直進
する。そして第１の偏波回転手段１２で、偏波方向が平
行から直交の関係に変換される。即ち、１／２波長板３
４と４５度ファラデー回転子３０とでそれぞれ偏波方向
が４５度回転し、両光は互いに直交する関係となる。最
後に、第１の分離合成用複屈折素子１０で−ｘ方向で光
が合成するため、上段の第３ポートＰ３から出力する。
の第２ポートＰ２から−ｚ方向に入力する光は、第２の
分離合成用複屈折素子１８で常光は直進し、異常光は屈
折して−ｘ方向に光分離する。そして第２の偏波回転手
段１６で、偏波方向が直交から平行の関係に変換され
る。即ち、偏波方向が直交する光は、４５度ファラデー
回転子３２でそれぞれ偏波方向が４５度回転して１／２
波長板３６に入力し、入力光は互いに逆向きに４５度回
転してｘ軸に平行となる。それら両光は第２の光路制御
用複屈折素子２２に対しては常光になっているので、そ
のまま上段光路を直進する。反射体２６及び１／４波長
板２４は、中段光路のみに挿入されているためにバイパ
スする。この光は第１の光路制御用複屈折素子２０に対
しても常光になっているので、そのまま上段光路を直進
する。そして第１の偏波回転手段１２で、偏波方向が平
行から直交の関係に変換される。即ち、１／２波長板３
４と４５度ファラデー回転子３０とでそれぞれ偏波方向
が４５度回転し、両光は互いに直交する関係となる。最
後に、第１の分離合成用複屈折素子１０で−ｘ方向で光
が合成するため、上段の第３ポートＰ３から出力する。
【００２２】（第３ポートＰ３→第１ポートＰ１）上段
の第３ポートＰ３からｚ方向に入力する光は、第１の分
離合成用複屈折素子１０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして第１の偏波回転手段１
２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換されｘ軸に
垂直となる。それら両光は第１の光路制御用複屈折素子
２０に対しては異常光になっているので、下方（−ｙ方
向）に屈折し中段光路を進む。そして、１／４波長板２
４で直線偏光が円偏光に変換され、反射体２６で反射さ
れて、再び１／４波長板２４を通過し、その際に円偏光
が直線偏光に戻される。この光は第１の光路制御用複屈
折素子２０に対しては常光になっているので、そのまま
中段光路を直進する。第１の偏波回転手段１２では、偏
波方向が平行から直交の関係に変換される。最後に、第
１の分離合成用複屈折素子１０で−ｘ方向で光が合成す
るため、中段の第１ポートＰ１から出力する。
の第３ポートＰ３からｚ方向に入力する光は、第１の分
離合成用複屈折素子１０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして第１の偏波回転手段１
２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換されｘ軸に
垂直となる。それら両光は第１の光路制御用複屈折素子
２０に対しては異常光になっているので、下方（−ｙ方
向）に屈折し中段光路を進む。そして、１／４波長板２
４で直線偏光が円偏光に変換され、反射体２６で反射さ
れて、再び１／４波長板２４を通過し、その際に円偏光
が直線偏光に戻される。この光は第１の光路制御用複屈
折素子２０に対しては常光になっているので、そのまま
中段光路を直進する。第１の偏波回転手段１２では、偏
波方向が平行から直交の関係に変換される。最後に、第
１の分離合成用複屈折素子１０で−ｘ方向で光が合成す
るため、中段の第１ポートＰ１から出力する。
【００２３】このようにして第１ポートＰ１から第２ポ
ートＰ２へ、第２ポートＰ２から第３ポートＰ３へ、第
３ポートＰ３から第１ポートＰ１へ、という完全循環型
の３ポート光サーキュレータが実現できる。
ートＰ２へ、第２ポートＰ２から第３ポートＰ３へ、第
３ポートＰ３から第１ポートＰ１へ、という完全循環型
の３ポート光サーキュレータが実現できる。
【００２４】このような構成において、各ポート間の光
路長を等しくすることが望ましい。そのために、第１の
光路制御用複屈折素子と第２の光路制御用複屈折素子と
の間隔、及びそれらの間に挿入する反射体の位置などを
調整する。また、各複屈折素子を、入射面が入射光に対
して傾いた形状とし、その傾き角度を調整することによ
り、各偏波における光路も等しくして偏波分散を打ち消
すような構成とすることも可能である。
路長を等しくすることが望ましい。そのために、第１の
光路制御用複屈折素子と第２の光路制御用複屈折素子と
の間隔、及びそれらの間に挿入する反射体の位置などを
調整する。また、各複屈折素子を、入射面が入射光に対
して傾いた形状とし、その傾き角度を調整することによ
り、各偏波における光路も等しくして偏波分散を打ち消
すような構成とすることも可能である。
【００２５】図５は本発明に係る３ポート光サーキュレ
ータの他の実施例を示す光路説明図であり、図６ははそ
のサーキュレータ機能部の経路毎の光路説明図、図７は
各光部品間での偏波状況の説明図である。この光サーキ
ュレータは、３ポート全てが一方の側のみに位置する完
全反射型である。前記の実施例同様、光部品の配列方向
をｚ方向（図面では右方向）とし、それに対して直交す
る２方向をｘ方向（図面では水平方向）、ｙ方向（図面
では垂直方向）となる座標軸を設定する。従って、図５
のＡは平面図、Ｂは正面図ということになる。また、図
７のａ〜ｆで示す偏波状況は、図５のＢのａ〜ｆで示す
位置での光の進む方向に見た図である。
ータの他の実施例を示す光路説明図であり、図６ははそ
のサーキュレータ機能部の経路毎の光路説明図、図７は
各光部品間での偏波状況の説明図である。この光サーキ
ュレータは、３ポート全てが一方の側のみに位置する完
全反射型である。前記の実施例同様、光部品の配列方向
をｚ方向（図面では右方向）とし、それに対して直交す
る２方向をｘ方向（図面では水平方向）、ｙ方向（図面
では垂直方向）となる座標軸を設定する。従って、図５
のＡは平面図、Ｂは正面図ということになる。また、図
７のａ〜ｆで示す偏波状況は、図５のＢのａ〜ｆで示す
位置での光の進む方向に見た図である。
【００２６】偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を
分離し異なる光路の光を合成する分離合成用複屈折素子
４０と、偏波方向を直交の関係から平行の関係に（逆方
向では平行の関係から直交の関係に）変換する偏波回転
手段４２と、サーキュレータ機能部４４とがその順序で
配列されている。そして、前記サーキュレータ機能部４
４は、偏波方向に応じて光路をシフトする光路制御用複
屈折素子４６と、１／４波長板４８と、側方寄り光路の
光はバイパスし中央寄り光路の光のみに作用する反射体
（ミラー）５０と、一方の側方寄り光路の光を反射し光
路をシフトさせ他方の側方寄り光路に戻す光路シフト反
射体５２とを具備している。この光路シフト反射体５２
は、４５度プリズムあるいは光軸に対して４５度傾いて
いる２枚のミラーを組み合わせた構成などである。
分離し異なる光路の光を合成する分離合成用複屈折素子
４０と、偏波方向を直交の関係から平行の関係に（逆方
向では平行の関係から直交の関係に）変換する偏波回転
手段４２と、サーキュレータ機能部４４とがその順序で
配列されている。そして、前記サーキュレータ機能部４
４は、偏波方向に応じて光路をシフトする光路制御用複
屈折素子４６と、１／４波長板４８と、側方寄り光路の
光はバイパスし中央寄り光路の光のみに作用する反射体
（ミラー）５０と、一方の側方寄り光路の光を反射し光
路をシフトさせ他方の側方寄り光路に戻す光路シフト反
射体５２とを具備している。この光路シフト反射体５２
は、４５度プリズムあるいは光軸に対して４５度傾いて
いる２枚のミラーを組み合わせた構成などである。
【００２７】前記実施例と同様、偏波回転手段４２は、
４５度ファラデー回転子５６と、偏波方向が４５度回転
するように光学軸を両側光路で対称に並置した２枚組の
１／２波長板５８の組み合わせからなる。４５度ファラ
デー回転子５６は、永久磁石による磁界がファラデー素
子に印加されて４５度のファラデー回転角が生じる構造
である。２枚組の１／２波長板５８は、図２に示したの
と同様、左側光路は光学軸が−ｘ軸から−６７．５度傾
き、右側光路は光学軸がｘ軸から６７．５度傾いて、ｙ
軸に対して互いに対称となるように一体化したものであ
る。
４５度ファラデー回転子５６と、偏波方向が４５度回転
するように光学軸を両側光路で対称に並置した２枚組の
１／２波長板５８の組み合わせからなる。４５度ファラ
デー回転子５６は、永久磁石による磁界がファラデー素
子に印加されて４５度のファラデー回転角が生じる構造
である。２枚組の１／２波長板５８は、図２に示したの
と同様、左側光路は光学軸が−ｘ軸から−６７．５度傾
き、右側光路は光学軸がｘ軸から６７．５度傾いて、ｙ
軸に対して互いに対称となるように一体化したものであ
る。
【００２８】ｚ方向を見て、分離合成用複屈折素子の側
に、上から下に向かって順に（−ｙ方向に）、第１ポー
トＰ１、第２ポートＰ２、第３ポートＰ３を設定する。
に、上から下に向かって順に（−ｙ方向に）、第１ポー
トＰ１、第２ポートＰ２、第３ポートＰ３を設定する。
【００２９】次に、この３ポート光サーキュレータの動
作について説明する。
作について説明する。
【００３０】（第１ポートＰ１→第２ポートＰ２）第１
ポートＰ１からｚ方向に入力する第１段光路の光は、分
離合成用複屈折素子４０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして偏波回転手段４２で、
偏波方向が直交から平行の関係に変換される。即ち、偏
波方向が直交する光は、４５度ファラデー回転子５６で
それぞれ偏波方向が４５度回転して１／２波長板５８に
入力する。１／２波長板は入力光の偏波方向をその光学
軸に関して対称に変換する性質があるので、入力光は互
いに逆向きに４５度回転してｘ軸に垂直となる。それら
両光は光路制御用複屈折素子４６に対しては異常光にな
っているので、下方（−ｙ方向）に屈折し第２段光路を
進む。１／４波長板４８で直線偏光が円偏光に変換さ
れ、反射体５０で反射されて、再び１／４波長板４８を
通過し、その際に円偏光が直線偏光に戻される。この光
は光路制御用複屈折素子４６に対して常光になっている
ので、そのまま第２段光路を直進する。そして偏波回転
手段４２で偏波方向が平行から直交の関係に変換され、
分離合成用複屈折素子１３で−ｘ方向で光が合成するた
め、第２ポートＰ２から出力する。
ポートＰ１からｚ方向に入力する第１段光路の光は、分
離合成用複屈折素子４０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして偏波回転手段４２で、
偏波方向が直交から平行の関係に変換される。即ち、偏
波方向が直交する光は、４５度ファラデー回転子５６で
それぞれ偏波方向が４５度回転して１／２波長板５８に
入力する。１／２波長板は入力光の偏波方向をその光学
軸に関して対称に変換する性質があるので、入力光は互
いに逆向きに４５度回転してｘ軸に垂直となる。それら
両光は光路制御用複屈折素子４６に対しては異常光にな
っているので、下方（−ｙ方向）に屈折し第２段光路を
進む。１／４波長板４８で直線偏光が円偏光に変換さ
れ、反射体５０で反射されて、再び１／４波長板４８を
通過し、その際に円偏光が直線偏光に戻される。この光
は光路制御用複屈折素子４６に対して常光になっている
ので、そのまま第２段光路を直進する。そして偏波回転
手段４２で偏波方向が平行から直交の関係に変換され、
分離合成用複屈折素子１３で−ｘ方向で光が合成するた
め、第２ポートＰ２から出力する。
【００３１】（第２ポートＰ２→第３ポートＰ３）次
に、第２ポートＰ２からｚ方向に入力する第２段光路の
光は、分離合成用複屈折素子４０で常光は直進し、異常
光は屈折してｘ方向に光分離する。そして偏波回転手段
４２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。
それら両光は光路制御用複屈折素子４６に対しては異常
光になっているので、下方（−ｙ方向）に屈折し第３段
光路を進む。１／４波長板４８で直線偏光が円偏光に変
換され、反射体５０で反射されて、再び１／４波長板４
８を通過し、その際に円偏光が直線偏光に戻される。こ
の光は光路制御用複屈折素子４６に対しては常光になっ
ているので、そのまま第３段光路を直進する。そして偏
波回転手段４２で、偏波方向が平行から直交の関係に変
換され、分離合成用複屈折素子４０で−ｘ方向で光が合
成するため、第３ポートＰ３から出力する。
に、第２ポートＰ２からｚ方向に入力する第２段光路の
光は、分離合成用複屈折素子４０で常光は直進し、異常
光は屈折してｘ方向に光分離する。そして偏波回転手段
４２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。
それら両光は光路制御用複屈折素子４６に対しては異常
光になっているので、下方（−ｙ方向）に屈折し第３段
光路を進む。１／４波長板４８で直線偏光が円偏光に変
換され、反射体５０で反射されて、再び１／４波長板４
８を通過し、その際に円偏光が直線偏光に戻される。こ
の光は光路制御用複屈折素子４６に対しては常光になっ
ているので、そのまま第３段光路を直進する。そして偏
波回転手段４２で、偏波方向が平行から直交の関係に変
換され、分離合成用複屈折素子４０で−ｘ方向で光が合
成するため、第３ポートＰ３から出力する。
【００３２】（第３ポートＰ３→第１ポートＰ１）第３
ポートＰ３からｚ方向に入力する第３段光路の光は、分
離合成用複屈折素子４０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして偏波回転手段４２で、
偏波方向が直交から平行の関係に変換される。それら両
光は光路制御用複屈折素子４６に対しては異常光になっ
ているので、下方（−ｙ方向）に屈折し第４段光路を進
む。１／４波長板４８で直線偏光が円偏光に変換され、
反射体５０をバイパスし、光路シフト反射体５２に入力
する。第４段光路からの光は下側の反射部で直角に上向
き反射し、更に上側の反射部で直角に反射して第１段光
路を戻る。そして、再び１／４波長板４８を通過し、そ
の際に円偏光が直線偏光に変換される。この光は光路制
御用複屈折素子４６に対しては常光になっているので、
そのまま第１段光路を直進する。偏波回転手段４２で偏
波方向が平行から直交の関係に変換され、分離合成用複
屈折素子４０で−ｘ方向で光が合成するため、第１ポー
トＰ１から出力する。
ポートＰ３からｚ方向に入力する第３段光路の光は、分
離合成用複屈折素子４０で常光は直進し、異常光は屈折
してｘ方向に光分離する。そして偏波回転手段４２で、
偏波方向が直交から平行の関係に変換される。それら両
光は光路制御用複屈折素子４６に対しては異常光になっ
ているので、下方（−ｙ方向）に屈折し第４段光路を進
む。１／４波長板４８で直線偏光が円偏光に変換され、
反射体５０をバイパスし、光路シフト反射体５２に入力
する。第４段光路からの光は下側の反射部で直角に上向
き反射し、更に上側の反射部で直角に反射して第１段光
路を戻る。そして、再び１／４波長板４８を通過し、そ
の際に円偏光が直線偏光に変換される。この光は光路制
御用複屈折素子４６に対しては常光になっているので、
そのまま第１段光路を直進する。偏波回転手段４２で偏
波方向が平行から直交の関係に変換され、分離合成用複
屈折素子４０で−ｘ方向で光が合成するため、第１ポー
トＰ１から出力する。
【００３３】このようにして、前記実施例と同様、第１
ポートＰ１から第２ポートＰ２へ、第２ポートＰ２から
第３ポートＰ３へ、第３ポートＰ３から第１ポートＰ１
へ、という完全循環型の３ポート光サーキュレータが実
現できる。しかも、この構成は、部品点数が少なく、よ
り一層小型化できる利点がある。
ポートＰ１から第２ポートＰ２へ、第２ポートＰ２から
第３ポートＰ３へ、第３ポートＰ３から第１ポートＰ１
へ、という完全循環型の３ポート光サーキュレータが実
現できる。しかも、この構成は、部品点数が少なく、よ
り一層小型化できる利点がある。
【００３４】
【発明の効果】本発明は上記のように、サーキュレータ
機能部の少なくとも一部の光路に１／４波長板と反射体
を組み込み、一部若しくは全部の光路の光を反射させる
構成としたことにより、完全循環型の３ポート光サーキ
ュレータを実現することができる。そのため、例えば波
長多重光通信（ＷＤＭ）システムにおいて、多重化され
た複数波長の信号光から特定波長光を合波及び分波する
アド・ドロップ多重／分波モジュールを、本発明の３ポ
ート光サーキュレータを用いて構成することによって、
双方向の伝送路にも組み込むことが可能となる。
機能部の少なくとも一部の光路に１／４波長板と反射体
を組み込み、一部若しくは全部の光路の光を反射させる
構成としたことにより、完全循環型の３ポート光サーキ
ュレータを実現することができる。そのため、例えば波
長多重光通信（ＷＤＭ）システムにおいて、多重化され
た複数波長の信号光から特定波長光を合波及び分波する
アド・ドロップ多重／分波モジュールを、本発明の３ポ
ート光サーキュレータを用いて構成することによって、
双方向の伝送路にも組み込むことが可能となる。
【００３５】本発明に係る３ポート光サーキュレータ
は、部品点数が比較的少なく、小型化でき、安価に製作
できる。また、使用状態に応じて（即ち、ポートを左右
に振り分けたい場合にも、ポートを片側のみに配置した
い場合にも）最適の装置構成を選択でき、光ファイバの
引き回し空間を最小限とすることができる。
は、部品点数が比較的少なく、小型化でき、安価に製作
できる。また、使用状態に応じて（即ち、ポートを左右
に振り分けたい場合にも、ポートを片側のみに配置した
い場合にも）最適の装置構成を選択でき、光ファイバの
引き回し空間を最小限とすることができる。
【図１】本発明に係る３ポート光サーキュレータの一実
施例を示す光路説明図。
施例を示す光路説明図。
【図２】その偏波回転手段の構造とファラデー回転方向
及び光学軸方向を示す説明図。
及び光学軸方向を示す説明図。
【図３】そのサーキュレータ機能部の経路毎の光路説明
図。
図。
【図４】その各光部品間での偏波状況の説明図。
【図５】本発明に係る３ポート光サーキュレータの他の
実施例を示す光路説明図。
実施例を示す光路説明図。
【図６】そのサーキュレータ機能部の経路毎の光路説明
図。
図。
【図７】その各光部品間での偏波状況の説明図。
１０ 第１の分離合成用複屈折素子
１２ 第１の偏波回転手段
１４ サーキュレータ機能部
１６ 第２の偏波回転手段
１８ 第２の分離合成用複屈折素子
２０ 第１の光路制御用複屈折素子
２２ 第２の光路制御用複屈折素子
２４ １／４波長板
２６ 反射体
３０，３２ ４５度ファラデー回転子
３４，３６ １／２波長板
フロントページの続き
(72)発明者 竹下 秀生
東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ
ィー・ケイ株式会社内
(72)発明者 小野 博章
東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ
ィー・ケイ株式会社内
(72)発明者 大田 猶子
東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ
ィー・ケイ株式会社内
Ｆターム(参考） 2H099 AA01 BA06 CA05 CA07 CA08
CA11
Claims (6)
- 【請求項１】 偏波方向が直交関係にある同じ光路の光
を分離し異なる光路の光を合成する第１の分離合成用複
屈折素子と、偏波方向を直交から平行に又は平行から直
交に変換する第１の偏波回転手段と、サーキュレータ機
能部と、偏波方向を直交から平行に又は平行から直交に
変換する第２の偏波回転手段と、偏波方向が直交関係に
ある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する第
２の分離合成用複屈折素子がその順序で配列されている
光サーキュレータにおいて、前記サーキュレータ機能部
は、偏波方向に応じて光路をシフトする第１の光路制御
用複屈折素子と、偏波方向に応じて光路をシフトし前記
第１の光路制御用複屈折素子の２倍の光路シフト量を有
する第２の光路制御用複屈折素子と、それら第１及び第
２の光路制御用複屈折素子の間に位置して側方光路の光
はバイパスし中央光路の光のみに作用する１／４波長板
と反射体を具備していることを特徴とする３ポート光サ
ーキュレータ。 - 【請求項２】 第１の偏波回転手段及び第２の偏波回転
手段が、４５度ファラデー回転子と、偏波方向が４５度
回転するように光学軸を両側光路で対称に並置した２枚
組の１／２波長板の組み合わせからなる請求項１記載の
３ポート光サーキュレータ。 - 【請求項３】 第１及び第２の光路制御用複屈折素子は
同じ材料からなり、第２の光路制御用複屈折素子が第１
の光路制御用複屈折素子の２倍の長さである請求項１又
は２記載の３ポート光サーキュレータ。 - 【請求項４】 サーキュレータ機能部における１／４波
長板と反射体をバイパスする側方光路の光路長と、１／
４波長板を通り反射体で反射されて戻る中央光路の光路
長をほぼ等しく設定した請求項１乃至３のいずれかに記
載の３ポート光サーキュレータ。 - 【請求項５】 偏波方向が直交関係にある同じ光路の光
を分離し異なる光路の光を合成する分離合成用複屈折素
子と、偏波方向を直交から平行に又は平行から直交に変
換する偏波回転手段と、サーキュレータ機能部とがその
順序で配列されており、前記サーキュレータ機能部は、
偏波方向に応じて光路をシフトする光路制御用複屈折素
子と、１／４波長板と、側方寄り光路の光はバイパスし
中央寄り光路の光のみに作用する反射体と、一方の側方
寄り光路の光を反射し光路をシフトさせて他方の側方寄
り光路に戻す光路シフト反射体とを具備していることを
特徴とする３ポート光サーキュレータ。 - 【請求項６】 偏波回転手段が、４５度ファラデー回転
子と、偏波方向が４５度回転するように光学軸を両側光
路で対称に並置した２枚組の１／２波長板の組み合わせ
からなる請求項５記載の３ポート光サーキュレータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001275437A JP2003084231A (ja) | 2001-09-11 | 2001-09-11 | ３ポート光サーキュレータ |
| US10/241,185 US20030048529A1 (en) | 2001-09-11 | 2002-09-11 | Optical circulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001275437A JP2003084231A (ja) | 2001-09-11 | 2001-09-11 | ３ポート光サーキュレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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