JP2003114405A - Optical circulator - Google Patents

Optical circulator

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JP2003114405A
JP2003114405A JP2001309843A JP2001309843A JP2003114405A JP 2003114405 A JP2003114405 A JP 2003114405A JP 2001309843 A JP2001309843 A JP 2001309843A JP 2001309843 A JP2001309843 A JP 2001309843A JP 2003114405 A JP2003114405 A JP 2003114405A
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JP
Japan
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light
optical
crystal
birefringent crystal
polarization
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Pending
Application number
JP2001309843A
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Japanese (ja)
Inventor
Taeko Yagi
任子 八木
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical circulator with excellent optical characteristics without polarized wave dispersion. SOLUTION: In the optical circulator, two first double refraction crystals 1a, 1b of which two crystal axis directions 1aC, 1bC are in parallel with a overlapped surface and symmetrical to a traveling direction O of light, two second double refraction crystals 2a, 2b with the same shape as the first double refraction crystals 1a, 1b and arranged by being rotated with respect to the traveling direction O of the light by 90 degrees, non-reciprocal optical rotor 3, an optical element 4 for compensating polarized wave dispersion arranged on the optical path of one of the first double refraction crystals 1a, 1b and a third double refraction crystal 5 having the crystal axis 5C in the direction formed by synthesizing the direction of one of the double refraction crystal direction 1a of the first double refraction crystal with one of the double refraction crystal direction 2a of the second double refraction crystals are arranged in this order.

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、光通信システム中
で光受動部品として使用する偏波無依存型の光サーキュ
レータに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization independent optical circulator used as an optical passive component in an optical communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】光サーキュレータは、光信号を順方向と
逆方向とで別な経路により透過させるもので、双方向通
信や増幅器,光信号の分岐、分散補償回路等に使用され
る。用途に応じて3端子(3ポート)型、4端子(4ポ
ート)型がある。
2. Description of the Related Art An optical circulator transmits an optical signal through different paths in a forward direction and a reverse direction, and is used for bidirectional communication, an amplifier, an optical signal branch, a dispersion compensation circuit, and the like. There are 3 terminal (3 port) type and 4 terminal (4 port) type depending on the application.

【0003】従来の光サーキュレータとして、特開平1
1−311754号公報には、2枚の複屈折結晶を、結
晶軸を相対する方向にし、並列に配置した2つの合成複
屈折結晶と、偏光回転手段と、1つの単一結晶軸を有す
る複屈折結晶とを配置した光サーキュレータが開示され
ている。特許第2977927号公報にも同一の構成の
光サーキュレータが記載されている。これらの光サーキ
ュレータの第1ポートに入射した光は、はじめに透過す
る第1の複屈折結晶で常光線と異常光線の二つの偏光に
分離し、この常光線は第2の複屈折結晶では異常光線、
さらに第3の複屈折結晶では異常光線として透過する。
一方、第1の複屈折結晶の異常光線は第2の複屈折結晶
では常光線、さらに第3の複屈折結晶では常光線として
透過し、前記により異常光線として透過してきたものと
合致する。すなわち第1、第2、第3の複屈折結晶を、
一方の偏光は常光線→異常光線→異常光線として透過
し、もう一方の偏光は異常光線→常光線→常光線として
透過する。第1および第2複屈折結晶を透過するまでを
合計すれば両者の偏光とも同一の光路長を採るが(経路
は異なる)、第3複屈折結晶を透過すると、分離した二
偏光の光路長が異なっていることになる。
As a conventional optical circulator, Japanese Unexamined Patent Publication No.
In Japanese Patent Laid-Open No. 1-311754, two birefringent crystals having two birefringent crystals arranged in parallel with their crystal axes facing each other, a polarization rotating means, and a birefringent crystal having one single crystal axis are disclosed. An optical circulator in which a refraction crystal is arranged is disclosed. Japanese Patent No. 2977927 also describes an optical circulator having the same configuration. The light incident on the first port of these optical circulators is split into two polarizations, an ordinary ray and an extraordinary ray, by the first birefringent crystal that transmits first, and this ordinary ray is an extraordinary ray by the second birefringent crystal. ,
Further, the third birefringent crystal transmits as an extraordinary ray.
On the other hand, the extraordinary ray of the first birefringent crystal is transmitted as an ordinary ray in the second birefringent crystal, and is transmitted as an ordinary ray in the third birefringent crystal, which coincides with that transmitted as an extraordinary ray. That is, the first, second and third birefringent crystals are
One polarization is transmitted as ordinary ray → extraordinary ray → extraordinary ray, and the other polarization is transmitted as extraordinary ray → ordinary ray → ordinary ray. If the light beams that have passed through the first and second birefringent crystals are summed up, both polarizations will have the same optical path length (paths are different). It will be different.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように前記の各公
報に記載された光サーキュレータは、分離した二つの偏
光の光路長が異なっているため、光分離合成回路として
致命的な欠陥である偏波分散が生じて、長距離伝送のシ
ステム部品としては使用できない。
As described above, in the optical circulators described in the above-mentioned respective publications, since the optical paths of the two separated polarized lights are different from each other, the polarization which is a fatal defect in the optical separating / combining circuit. Since wave dispersion occurs, it cannot be used as a system component for long-distance transmission.

【0005】本発明は、かかる偏波分散のない光学特性
の優れた光サーキュレータを提供することを目的とする
ものである。
An object of the present invention is to provide an optical circulator having excellent optical characteristics without such polarization dispersion.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】 前記の目的を達成する
ための本発明の光サーキュレータは、実施例に対応する
図1に示すとおり、2枚の複屈折結晶板1a・1bを互
いに偏光分離方向が反対となるように組合わすことによ
って構成された第1の光分離合成材料1と、前記第1の
光分離合成材料1で分離された光線がそれぞれ異なる2
枚の複屈折結晶板2a・2bへ入射され、かつその複屈
折結晶板2a・2bの偏光分離方向は互いに反対となる
よう組合わされた第2の光分離合成材料2と、非相反光
回転子3と、前記第1および第2の光分離合成材料1お
よび2で偏光分離された光線を同一光路に合成する複屈
折結晶板よりなる第3の光分離合成材料5とをこの順で
配置し、且つ前記非相反光回転子3と前記第3の光分離
合成材料5との間に前記第3の光分離合成材料で生じる
偏波分散を補償するための光学素子4を配置してなる。
An optical circulator of the present invention for achieving the above-mentioned object is, as shown in FIG. 1 corresponding to an embodiment, two birefringent crystal plates 1a and 1b which are polarized in a polarization separating direction. The first light separation / synthesis material 1 and the light beams separated by the first light separation / synthesis material 1 are different from each other.
A second light separating / combining material 2 incident on the birefringent crystal plates 2a and 2b and combined such that the polarization separating directions of the birefringent crystal plates 2a and 2b are opposite to each other, and a non-reciprocal optical rotator. 3 and a third light separation / synthesis material 5 composed of a birefringent crystal plate for synthesizing the light beams polarized and separated by the first and second light separation / synthesis materials 1 and 2 in the same optical path are arranged in this order. Further, an optical element 4 for compensating for polarization dispersion generated in the third light separating / combining material is arranged between the non-reciprocal optical rotator 3 and the third light separating / combining material 5.

【0007】この光サーキュレータで、第1の光分離合
成材料1の複屈折結晶1aに入射した光は複屈折結晶1
aで常光線と異常光線に分離する。この常光線は第2の
光分離合成材料2の複屈折結晶2aで異常光線として屈
折するが、複屈折結晶1aで屈折した異常光線は複屈折
結晶2bで常光線として直進する。複屈折結晶2aで屈
折した異常光線は非相反光回転子3により偏波面が回転
してから、第3の光分離合成材料5の複屈折結晶で異常
光線として屈折する。複屈折結晶2bで直進した常光線
は非相反光回転子3により偏波面が回転してから、偏波
分散補償光学素子4によって光路長が長くなって、第3
の光分離合成材料5の複屈折結晶で常光線として直進す
る。
In this optical circulator, the light incident on the birefringent crystal 1a of the first light separating / synthesizing material 1 is converted into the birefringent crystal 1a.
At a, it is separated into ordinary rays and extraordinary rays. This ordinary ray is refracted as an extraordinary ray by the birefringent crystal 2a of the second light separation / synthesis material 2, but the extraordinary ray refracted by the birefringent crystal 1a goes straight as an ordinary ray by the birefringent crystal 2b. The extraordinary ray refracted by the birefringent crystal 2a is refracted as an extraordinary ray by the birefringent crystal of the third optical separation / synthesis material 5 after the plane of polarization is rotated by the nonreciprocal optical rotator 3. The ordinary ray traveling straight on the birefringent crystal 2b has its plane of polarization rotated by the non-reciprocal optical rotator 3, and then the optical path length is lengthened by the polarization dispersion compensating optical element 4.
The birefringent crystal of the light separating / synthesizing material 5 goes straight as an ordinary ray.

【0008】このように、第3の光分離合成材料5を出
射する常光線は、偏波分散補償光学素子4によって光路
長を異常光線に合わせられるから、異常光線との偏波分
散を生じない。
As described above, the ordinary ray emitted from the third light separating / combining material 5 has its optical path length adjusted to the extraordinary ray by the polarization dispersion compensating optical element 4, so that polarization dispersion with the extraordinary ray does not occur. .

【0009】また本発明の光サーキュレータは、実施例
に対応する図3に示すとおり、第1の光分離合成材料1
と、第2の光分離合成材料2と、非相反光回転子3と、
第3の光分離合成材料5とをこの順で配置し、且つ前記
第2の光分離合成材料2と前記非相反光回転子3との間
に、偏波分散を補償するための光学素子4を配置したも
のであってもよい。
The optical circulator of the present invention, as shown in FIG. 3 corresponding to the embodiment, comprises a first optical separation / synthesis material 1
A second light separation / synthesis material 2, a non-reciprocal optical rotator 3,
An optical element 4 for arranging a third light separation / synthesis material 5 in this order, and for compensating for polarization dispersion between the second light separation / synthesis material 2 and the non-reciprocal optical rotator 3. May be arranged.

【0010】第1の光分離合成材料1、第2の光分離合
成材料2、第3の光分離合成材料5を構成する複屈折結
晶は、例えばルチル、バナジウム酸イットリウム(YV
)、ニオブ酸リチウム(LN)、カルサイト、ほう
酸リチウム(LBO)の平行平板からなるものである。
非相反光回転子は、例えばビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶からなる磁気光学結晶で構成されるファラデ
ー回転子で、磁石を伴うもの、または伴わないものがあ
る。偏波分散補償光学素子は、例えばルチル、バナジウ
ム酸イットリウム(YVO)、ニオブ酸リチウム(L
N)、カルサイト、ほう酸リチウム(LBO)等が使用
でき、必ずしも複屈折結晶である必要はない。
The birefringent crystals forming the first light separation / synthesis material 1, the second light separation / synthesis material 2, and the third light separation / synthesis material 5 are, for example, rutile and yttrium vanadate (YV).
O 4 ), lithium niobate (LN), calcite, lithium borate (LBO).
The non-reciprocal optical rotator is a Faraday rotator composed of a magneto-optical crystal made of, for example, a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, and may or may not include a magnet. The polarization dispersion compensating optical element is, for example, rutile, yttrium vanadate (YVO 4 ), lithium niobate (L
N), calcite, lithium borate (LBO) and the like can be used, and the birefringent crystal is not always necessary.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用する光サーキ
ュレータの好ましい実施の形態を、図面を参照して詳細
に説明する。図1は本発明を適用する一実施例の3ポー
ト光サーキュレータの構成を示す斜視図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of an optical circulator to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a 3-port optical circulator of an embodiment to which the present invention is applied.

【0012】この図に示す光サーキュレータは、2つで
1対の第1複屈折結晶1a・1b、2つで1対の第2複
屈折結晶2a・2b、非相反光回転子3、偏波分散補償
光学素子4、第3複屈折結晶5が、この順で配列されて
いる。第1複屈折結晶1aおよび1bは、ルチル結晶で
同一形状に仕上げたものが上下に重ねられ、各結晶軸の
方向1aCおよび1bCが両者の境界面に平行でかつ光
の進行方向Oに関し対称となるようには貼り合わされて
いる。第2複屈折結晶2aおよび2bは、第1複屈折結
晶1aおよび1bと同一材質、形状であるが、光の進行
方向Oに関し90°回転して、第1複屈折結晶1aおよ
び1bの境界面と第2複屈折結晶2aおよび2bとが直
交している。非相反光回転子3はビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶からなる45°ファラデー回転子であ
って、45°ファラデー回転子の外周囲に磁石(不図
示)が配置されている。
The optical circulator shown in this figure includes two pairs of first birefringent crystals 1a and 1b, two pairs of second birefringent crystals 2a and 2b, a non-reciprocal optical rotator 3, and a polarized wave. The dispersion compensating optical element 4 and the third birefringent crystal 5 are arranged in this order. The first birefringent crystals 1a and 1b, which are rutile crystals finished in the same shape, are stacked one above the other, and the directions 1aC and 1bC of the respective crystal axes are parallel to the interface between the two and symmetrical with respect to the light traveling direction O. It is pasted so that it becomes. The second birefringent crystals 2a and 2b are made of the same material and have the same shape as the first birefringent crystals 1a and 1b, but are rotated by 90 ° with respect to the traveling direction O of the light to form a boundary surface between the first birefringent crystals 1a and 1b. And the second birefringent crystals 2a and 2b are orthogonal to each other. The non-reciprocal light rotator 3 is a 45 ° Faraday rotator made of a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, and a magnet (not shown) is arranged around the outer periphery of the 45 ° Faraday rotator.

【0013】偏波分散補償光学素子4は、光路の上半分
にあるルチル結晶からなり、第3複屈折結晶5を透過す
る常光線と異常光線との光路差分の厚みを持っている。
具体的には、以下のとおり計算される。第3複屈折結晶
5の厚みをL、光の進行方向と結晶軸のなす角をθとす
ると、直進する常光と屈折する異常光との光路長の差は
L/Cosθ‐Lとなる。第3複屈折結晶5の屈折率を、常
光がn、異常光がnとすると、常光と異常光との
透過時間差は(L/c)(nCosθ−n)となる。したが
って、この透過時間差を補償する偏波分散補償光学素子
4は、第3複屈折結晶5と同一のルチル結晶であるか
ら、その厚みはL/n(n/ Cosθ−n )となる。
The polarization dispersion compensating optical element 4 is the upper half of the optical path.
Made of rutile crystal, which passes through the third birefringent crystal 5.
It has the thickness of the optical path difference between the ordinary ray and the extraordinary ray.
Specifically, it is calculated as follows. Third birefringent crystal
Let 5 be the thickness of L, and θ be the angle between the light traveling direction and the crystal axis.
Then, the difference in optical path length between the ordinary light traveling straight and the extraordinary light refracted is
L / Cos θ-L. The refractive index of the third birefringent crystal 5 is
Light nO, Abnormal light is nEThen, between ordinary light and extraordinary light
Transmission time difference is (L / c) (nECos θ-nO). But
A polarization dispersion compensating optical element that compensates for this transmission time difference
4 is the same rutile crystal as the third birefringent crystal 5
, Its thickness is L / nO(nE/ Cos θ−n O).

【0014】図2は、図1に示した光サーキュレータに
おける1対の第1複屈折結晶1a・1b、1対の第2複
屈折結晶2a・2b、非相反光回転子3、偏波分散補償
光学素子4、第3複屈折結晶5を、ポートP1およびポ
ートP3側(図1の左手前側)から見た正面図である。
AはポートP1からポートP2に進行する偏波面の方
向、BはポートP2からポートP3に進行する偏波面の
方向を夫々両矢印で描いている。A、Bとも、第1複屈
折結晶1a・1bについては表面(ポートP1の光入射
面)と裏面における偏波面について、第2複屈折結晶2
a・2b、非相反光回転子3、偏波分散補償光学素子
4、第3複屈折結晶5については裏面における偏波面に
ついて描いてある。
FIG. 2 shows a pair of first birefringent crystals 1a and 1b, a pair of second birefringent crystals 2a and 2b, a nonreciprocal optical rotator 3 and a polarization dispersion compensation in the optical circulator shown in FIG. It is the front view which looked at the optical element 4 and the 3rd birefringent crystal 5 from the port P1 and the port P3 side (left front side of FIG. 1).
A is the direction of the plane of polarization traveling from the port P1 to the port P2, and B is the direction of the plane of polarization traveling from the port P2 to the port P3. In both A and B, with respect to the first birefringent crystals 1a and 1b, the second birefringent crystal 2 has the polarization planes on the front surface (the light incident surface of the port P1) and the rear surface.
Regarding a.2b, the non-reciprocal optical rotator 3, the polarization dispersion compensating optical element 4, and the third birefringent crystal 5, the plane of polarization on the back surface is illustrated.

【0015】入出射ポートP1、P2、P3には、それ
ぞれ図示しない光ファイバーやレーザー、受光素子など
がレンズにより光学的に結合されている。
Optical fibers, lasers, light-receiving elements, etc. (not shown) are optically coupled to the input / output ports P1, P2, P3 by lenses.

【0016】以下、図2を参照しながら、図1に示した
光サーキュレータの光学的機能を、説明する。
The optical function of the optical circulator shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIG.

【0017】図2Aに示すとおり、ポートP1から第1
複屈折結晶1aに入射した光は、常光線(実線矢印)は
直進し、異常光線(破線矢印)は結晶軸1aCにより屈
折し、2つの偏光に分離される。常光線は第2複屈折結
晶2aに入射し、その結晶軸2aCに対しては異常光線
となるから屈折して透過する。第1複屈折結晶1aで常
光線と分離して透過した異常光線は第2複屈折結晶2b
に入射し、その結晶軸2bCに対しては常光線となるか
ら直進する。第2複屈折結晶2a・2bを出射した2つ
の偏光は非相反光回転子3を透過する間に、ともに偏波
面が時計回り45°のファラデー回転を受けて出射す
る。ここで非相反光回転子3の上半分を出射した偏光は
偏波分散補償光学素子4を透過するが、下半分を出射し
た偏光は偏波分散補償光学素子4を透過しない。そのた
め、偏波分散補償光学素子4を透過した偏光はL/Cosθ
‐Lだけ光路長が長くなる。次いで両偏光は第3複屈折
結晶5に入射するが、上半分に入射した偏光は結晶軸5
Cに対しては常光線となるから直進し、ポートP2向か
う。下半分に入射した偏光は第3複屈折結晶5の結晶軸
5Cに対しては異常光線となるから屈折して透過し、ポ
ートP2に向かう。このときL/Cosθ‐Lだけ光路長が
長くなる。ポートP2では、第1複屈折結晶1aで分離
した両偏光の第1複屈折結晶1aから第3複屈折結晶5
までの光路長が一致しているから、両偏光が合波し、偏
波分散は生じない。
As shown in FIG. 2A, from port P1 to the first
In the light incident on the birefringent crystal 1a, the ordinary ray (solid arrow) goes straight, and the extraordinary ray (broken arrow) is refracted by the crystal axis 1aC and is separated into two polarized lights. The ordinary ray is incident on the second birefringent crystal 2a and becomes an extraordinary ray with respect to the crystal axis 2aC thereof, so that it is refracted and transmitted. The extraordinary ray separated from the ordinary ray by the first birefringent crystal 1a and transmitted is the second birefringent crystal 2b.
To the crystal axis 2bC and becomes an ordinary ray, and thus goes straight. While the two polarized lights emitted from the second birefringent crystals 2a and 2b are transmitted through the non-reciprocal optical rotator 3, both polarized lights undergo Faraday rotation of 45 ° in the clockwise direction and are emitted. Here, the polarized light emitted from the upper half of the non-reciprocal optical rotator 3 passes through the polarization dispersion compensation optical element 4, but the polarized light emitted from the lower half does not pass through the polarization dispersion compensation optical element 4. Therefore, the polarized light transmitted through the polarization dispersion compensation optical element 4 is L / Cos θ.
-L increases the optical path length. Next, both polarized lights are incident on the third birefringent crystal 5, and the polarized light incident on the upper half is the crystal axis 5
Since it is an ordinary ray for C, it goes straight on and heads for port P2. The polarized light that has entered the lower half becomes an extraordinary ray with respect to the crystal axis 5C of the third birefringent crystal 5, so it is refracted and transmitted, and goes to the port P2. At this time, the optical path length is increased by L / Cos θ-L. At the port P2, the first birefringent crystal 1a to the third birefringent crystal 5 for both polarizations separated by the first birefringent crystal 1a
Since the optical path lengths up to are matched, both polarizations are combined and polarization dispersion does not occur.

【0018】図2Bに示すとおり、ポートP2から第3
複屈折結晶5に入射した光は、常光線(実線矢印)は直
進し、異常光線(破線矢印)は結晶軸5Cにより屈折
し、2つの偏光に分離されて出射する。このとき異常光
線はL/Cosθ‐Lだけ光路長が長くなる。直進した偏光
は上半分の偏波分散補償光学素子4を透過するが、屈折
した偏光は偏波分散補償光学素子4を透過しない。その
ため、偏波分散補償光学素子4を透過した偏光はL/Cos
θ‐Lだけ光路長が長くなり、第3複屈折結晶5を透過
した際に生じた光路長差がキャンセルされる。この両偏
光は、非相反光回転子3を透過する間に、ともに偏波面
が時計回り45°のファラデー回転を受けて出射し、第
2複屈折結晶2a・2bに入射する。第2複屈折結晶2
aに入射した偏光は、その結晶軸2aCに対しては常光
線となるから直進する。第2複屈折結晶2bに入射した
偏光は、結晶軸2bCに対して異常光線となるから屈折
して透過する。そして分離している両偏光は、第1複屈
折結晶1bに入射し、常光線(実線矢印)は直進し、異
常光線(破線矢印)は結晶軸1bCにより屈折し、ポー
トP3で合波される。ポートP2からポートP3に向か
う両偏光の光路長は一致し、ポートP3から出射する光
の偏波分散は生じない。
As shown in FIG. 2B, the ports P2 through 3
In the light incident on the birefringent crystal 5, an ordinary ray (solid arrow) goes straight, and an extraordinary ray (broken arrow) is refracted by the crystal axis 5C, and is separated into two polarized lights and emitted. At this time, the extraordinary ray has a long optical path length of L / Cos θ-L. The linearly polarized light passes through the upper half polarization compensation optical element 4, but the refracted polarization does not pass through the polarization dispersion compensation optical element 4. Therefore, the polarized light transmitted through the polarization dispersion compensation optical element 4 is L / Cos.
The optical path length is increased by θ-L, and the optical path length difference generated when the light passes through the third birefringent crystal 5 is canceled. While passing through the non-reciprocal optical rotator 3, the two polarized lights both undergo Faraday rotation of 45 ° in the plane of polarization and are emitted, and enter the second birefringent crystals 2a and 2b. Second birefringent crystal 2
The polarized light incident on a becomes an ordinary ray with respect to its crystal axis 2aC, and thus goes straight. The polarized light that has entered the second birefringent crystal 2b becomes an extraordinary ray with respect to the crystal axis 2bC and is refracted and then transmitted. Then, the separated two polarized lights are incident on the first birefringent crystal 1b, the ordinary ray (solid arrow) goes straight, and the extraordinary ray (broken arrow) is refracted by the crystal axis 1bC and combined at the port P3. . The optical path lengths of both polarizations from the port P2 to the port P3 are the same, and the polarization dispersion of the light emitted from the port P3 does not occur.

【0019】図3は本発明を適用する別な実施例の3ポ
ート光サーキュレータの構成を示す斜視図である。この
光サーキュレータは、各々の構成素子は図1に示した光
サーキュレータと同一であるが、偏波分散補償光学素子
4と非相反光回転子3の配列順が入れ替わっている。す
なわち、図3に示す光サーキュレータは、1対の第1複
屈折結晶1a・1b、1対の第2複屈折結晶2a・2
b、偏波分散補償光学素子4、非相反光回転子3、第3
複屈折結晶5が、この順で配列されているものである。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a 3-port optical circulator of another embodiment to which the present invention is applied. The constituent elements of this optical circulator are the same as those of the optical circulator shown in FIG. 1, but the order of arrangement of the polarization dispersion compensating optical element 4 and the nonreciprocal optical rotator 3 is exchanged. That is, the optical circulator shown in FIG. 3 has a pair of first birefringent crystals 1a and 1b and a pair of second birefringent crystals 2a and 2b.
b, polarization dispersion compensating optical element 4, non-reciprocal optical rotator 3, third
The birefringent crystals 5 are arranged in this order.

【0020】図4のAはポートP1からポートP2に進
行する偏波面の方向、BはポートP2からポートP3に
進行する偏波面の方向を夫々両矢印で描いている。図4
を参照しながら、図3に示した光サーキュレータの光学
的機能を説明する。
In FIG. 4, A indicates the direction of the plane of polarization traveling from the port P1 to the port P2, and B indicates the direction of the plane of polarization traveling from the port P2 to the port P3, respectively. Figure 4
The optical function of the optical circulator shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.

【0021】図4Aに示すとおり、ポートP1から第1
複屈折結晶1aに入射した光は、常光線は直進し、異常
光線は結晶軸1aCにより屈折し、2つの偏光に分離さ
れる。常光線は第2複屈折結晶2aに入射し、その結晶
軸2aCに対しては異常光線となるから屈折して透過す
る。第1複屈折結晶1aで常光線と分離して透過した異
常光線は第2複屈折結晶2bに入射し、その結晶軸2b
Cに対しては常光線となるから直進する。第2複屈折結
晶2a・2bを出射した2つの偏光のうち、上半分を出
射した偏光は偏波分散補償光学素子4を透過するが、下
半分を出射した偏光は偏波分散補償光学素子4を透過し
ない。そのため、偏波分散補償光学素子4を透過した偏
光はL/Cosθ‐Lだけ光路長が長くなる。次いで2つの
偏光は非相反光回転子3を透過する間に、ともに偏波面
が時計回り45°のファラデー回転を受けて出射する。
偏波面が傾いた両偏光は第3複屈折結晶5に入射する
が、上半分に入射した偏光は結晶軸5Cに対しては常光
線となるから直進し、ポートP2向かう。下半分に入射
した偏光は第3複屈折結晶5の結晶軸5Cに対しては異
常光線となるから屈折して透過し、ポートP2向かう。
このときL/Cosθ‐Lだけ光路長が長くなる。ポートP
2では、第1複屈折結晶1aで分離した両偏光の第1複
屈折結晶1aから第3複屈折結晶5までの光路長が一致
しているから、両偏光が合波し、偏波分散は生じない。
As shown in FIG. 4A, from port P1 to the first
In the light incident on the birefringent crystal 1a, the ordinary ray travels straight, and the extraordinary ray is refracted by the crystal axis 1aC and is separated into two polarized lights. The ordinary ray is incident on the second birefringent crystal 2a and becomes an extraordinary ray with respect to the crystal axis 2aC thereof, so that it is refracted and transmitted. The extraordinary ray separated from the ordinary ray and transmitted by the first birefringent crystal 1a is incident on the second birefringent crystal 2b, and its crystal axis 2b.
Since it is an ordinary ray for C, it goes straight. Of the two polarizations emitted from the second birefringent crystals 2a and 2b, the polarization emitted from the upper half is transmitted through the polarization dispersion compensation optical element 4, while the polarization emitted from the lower half is the polarization dispersion compensation optical element 4. Does not penetrate. Therefore, the optical path length of the polarized light transmitted through the polarization dispersion compensating optical element 4 is increased by L / Cos θ−L. Next, while the two polarized lights pass through the non-reciprocal optical rotator 3, both polarized lights undergo Faraday rotation of 45 ° clockwise and are emitted.
Both polarized lights whose polarization planes are inclined are incident on the third birefringent crystal 5, but the polarized light incident on the upper half is a normal ray with respect to the crystal axis 5C and goes straight to the port P2. The polarized light that enters the lower half becomes an extraordinary ray with respect to the crystal axis 5C of the third birefringent crystal 5, so it is refracted and transmitted, and goes to the port P2.
At this time, the optical path length is increased by L / Cos θ-L. Port P
In 2, the optical path lengths of the first polarized birefringent crystal 1a and the third polarized birefringent crystal 5 of the two polarized lights separated by the first birefringent crystal 1a are the same, so that both polarized lights are combined and the polarization dispersion is Does not happen.

【0022】図4Bに示すとおり、ポートP2から第3
複屈折結晶5に入射した光は、常光線は直進し、異常光
線は結晶軸5Cにより屈折し、2つの偏光に分離されて
出射する。このとき異常光線はL/Cosθ‐Lだけ光路長
が長くなる。この両偏光は、非相反光回転子3を透過す
る間に、ともに偏波面が時計回り45°のファラデー回
転を受けて出射する。2つの偏光のうち、上半分を出射
した偏光は偏波分散補償光学素子4を透過するが、下半
分を出射した偏光は偏波分散補償光学素子4を透過しな
い。そのため、偏波分散補償光学素子4を透過した偏光
はL/Cosθ‐Lだけ光路長が長くなり、第3複屈折結晶
5を透過した際に生じた光路長差がキャンセルされる。
そして両偏光は、第2複屈折結晶2a・2bに入射す
る。第2複屈折結晶2aに入射した偏光は、その結晶軸
2aCに対しては常光線となるから直進する。第2複屈
折結晶2bに入射した偏光は、結晶軸2bCに対して異
常光線となるから屈折して透過する。そして分離してい
る両偏光は、第1複屈折結晶1bに入射し、常光線は直
進し、異常光線は結晶軸1bCにより屈折し、ポートP
3で合波される。ポートP2からポートP3に向かう両
偏光の光路長が一致し、ポートP3から出射する光の偏
波分散は生じない。
As shown in FIG. 4B, the ports P2 through P3
In the light incident on the birefringent crystal 5, an ordinary ray travels straight, and an extraordinary ray is refracted by the crystal axis 5C, and is separated into two polarized lights and emitted. At this time, the extraordinary ray has a long optical path length of L / Cos θ-L. While both polarizations are transmitted through the non-reciprocal optical rotator 3, both polarization planes undergo Faraday rotation of 45 ° clockwise and are emitted. Of the two polarizations, the polarization emitted from the upper half is transmitted through the polarization dispersion compensation optical element 4, but the polarization emitted from the lower half is not transmitted through the polarization dispersion compensation optical element 4. Therefore, the optical path length of the polarized light transmitted through the polarization dispersion compensating optical element 4 is increased by L / Cos θ−L, and the optical path length difference generated when passing through the third birefringent crystal 5 is canceled.
Both polarized lights then enter the second birefringent crystals 2a and 2b. The polarized light incident on the second birefringent crystal 2a becomes an ordinary ray with respect to its crystal axis 2aC, and thus goes straight. The polarized light that has entered the second birefringent crystal 2b becomes an extraordinary ray with respect to the crystal axis 2bC and is refracted and then transmitted. Then, the separated two polarized lights enter the first birefringent crystal 1b, the ordinary ray travels straight, the extraordinary ray is refracted by the crystal axis 1bC, and the port P
Combined at 3. The optical path lengths of both polarizations from the port P2 to the port P3 are the same, and the polarization dispersion of the light emitted from the port P3 does not occur.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上詳細に説明したとおり、本発明の光
サーキュレータは、分離した二つの偏光の光路長が等し
くなるため、偏波分散が生じないから光透過特性が極め
て優れたものとなる。したがって、この光サーキュレー
タは長距離伝送のシステム部品としても最適なものとな
る。
As described above in detail, in the optical circulator of the present invention, since the optical paths of the two separated polarized lights are equal to each other, polarization dispersion does not occur, and therefore the optical transmission characteristics are extremely excellent. Therefore, this optical circulator is also optimal as a system component for long-distance transmission.

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

【図1】本発明を適用する光サーキュレータの実施例を
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an optical circulator to which the present invention is applied.

【図2】図1に示す実施例の光サーキュレータの動作を
説明する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the optical circulator of the embodiment shown in FIG.

【図3】本発明を適用する光サーキュレータの別な実施
例の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the optical circulator to which the present invention is applied.

【図4】図3に示す実施例の光サーキュレータの動作を
説明する図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the optical circulator of the embodiment shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a・1bは第1複屈折結晶、1aC・1bCは第1複
屈折結晶の結晶軸方向、2a・2bは第2複屈折結晶、
2aC・2bCは第2複屈折結晶の結晶軸方向、3は非
相反光回転子、4は偏波分散補償光学素子、5は第3複
屈折結晶、5Cは第3複屈折結晶の結晶軸、P1・P2
・P3は入出射ポートである。
1a and 1b are first birefringent crystals, 1aC and 1bC are crystal axis directions of the first birefringent crystals, and 2a and 2b are second birefringent crystals,
2aC and 2bC are crystal axis directions of the second birefringent crystal, 3 is a non-reciprocal optical rotator, 4 is a polarization dispersion compensation optical element, 5 is a third birefringent crystal, and 5C is a crystal axis of the third birefringent crystal, P1 and P2
-P3 is an input / output port.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2枚の複屈折結晶板を互いに偏光分離
方向が反対となるように組合わすことによって構成され
た第1の光分離合成材料と、前記第1の光分離合成材料
で分離された光線がそれぞれ異なる2枚の複屈折結晶板
へ入射され、かつその複屈折結晶板の偏光分離方向は互
いに反対となるよう組合わされた第2の光分離合成材料
と、非相反光回転子と、前記第1および第2の光分離合
成材料で偏光分離された光線を同一光路に合成する複屈
折結晶板よりなる第3の光分離合成材料とをこの順で配
置し、且つ前記非相反光回転子と前記第3の光分離合成
材料との間に前記第3の光分離合成材料で生じる偏波分
散を補償するための光学素子を配置してなることを特徴
とする光サーキュレータ。
1. A first light-separating / synthesizing material, which is formed by combining two birefringent crystal plates so that their polarization separation directions are opposite to each other, and is separated by the first light-separating / synthesizing material. A second light-splitting / combining material, in which light rays are incident on two different birefringent crystal plates, and the polarization separation directions of the birefringent crystal plates are opposite to each other, and a non-reciprocal optical rotator. A third light separation / combination material composed of a birefringent crystal plate for combining the light beams polarized and separated by the first and second light separation / combination materials in the same optical path, and the nonreciprocal light. An optical circulator, wherein an optical element for compensating for polarization dispersion generated in the third light separating / combining material is arranged between a rotor and the third light separating / combining material.
【請求項2】 請求項1に記載した第1の光分離合成
材料と、第2の光分離合成材料と、非相反光回転子と、
第3の光分離合成材料とをこの順で配置し、且つ前記第
2の光分離合成材料と前記非相反光回転子との間に請求
項1に記載した偏波分散を補償するための光学素子を配
置してなることを特徴とする光サーキュレータ。
2. A first light separation / synthesis material according to claim 1, a second light separation / synthesis material, and a non-reciprocal optical rotator.
An optical element for arranging a third light separating / combining material in this order, and compensating for polarization dispersion according to claim 1 between the second light separating / combining material and the non-reciprocal optical rotator. An optical circulator characterized by arranging elements.
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