JP2004012771A - 非相反光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】ファラデー回転子に起因するアイソレーションおよび挿入損失の波長依存性を低減した非相反光デバイスを提供すること。
【解決手段】少なくとも2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、少なくとも1枚のミラーとを含む非相反部を有する非相反光デバイスにおいて、前記ファラデー回転子のうちの2個は、互いに異なる材料組成を有し、かつ互いに逆向きの偏波面回転方向を有し、かつその間に偏光分離素子が介在しない非相反光デバイスとする。また、前記ファラデー回転子のうちの2個は、YIG(イットリウム鉄ガーネット)結晶からなるファラデー回転子と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜からなるファラデー回転子とすることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】少なくとも2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、少なくとも1枚のミラーとを含む非相反部を有する非相反光デバイスにおいて、前記ファラデー回転子のうちの2個は、互いに異なる材料組成を有し、かつ互いに逆向きの偏波面回転方向を有し、かつその間に偏光分離素子が介在しない非相反光デバイスとする。また、前記ファラデー回転子のうちの2個は、YIG(イットリウム鉄ガーネット)結晶からなるファラデー回転子と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜からなるファラデー回転子とすることができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信装置などで使用される光部品に係り、特に、光アイソレータまたは光サーキュレータとして好適な非相反光デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
非相反光デバイスのひとつである光サーキュレータにおいては、少なくとも3つの光入出力ポートに対して、ポート1→ポート2→ポート3という循環的な光入出力経路が形成されている。ポート3さらにはポート4から入力した光が出力するポートに関しては光サーキュレータの種類により種々の場合があるが、ポート1→ポート2→ポート3という光入出力経路については共通である。この光入出力経路を利用してポート2に光ファイバを介した反射型光部品が接続されて使用されることが多い。
【0003】
その例としては、双方向伝送装置、短周期ファイバグレーティングと組み合わせた光ADM装置や分散補償装置、ファイバの破断点で発生するフレネル反射を用いて破断点を特定するOTDR装置、さらにポート2の先に、エルビウム添加ファイバ、信号光を反射するフィルタおよび励起光源等を配置した光アンプなどが挙げられる。
【0004】
この様な光サーキュレータの特性を説明するために、まず、非相反光デバイスの1つである光アイソレータの特性に対してファラデー回転子の特性が与える影響について説明する。なお、光サーキュレータは、光アイソレータの逆方向から入射した光を1つの光ポートから取り出せるようにしたものといっても差し支えない。従って、ファラデー回転子の特性が光アイソレータの特性に与える影響と、ファラデー回転子の特性が光サーキュレータに与える影響はよく似ている。
【0005】
図9に45度ファラデー回転子1と2枚の偏光子(2、3)を用いた従来の一般的な光アイソレータを示す。図9の構成の光アイソレータにおけるアイソレーション特性の温度依存性および波長依存性は、デシベル表示では、およそ次式で表すことができる。
【0006】
アイソレーション(dB)=−10×log10I、
ただし、I=10−EP1/10+10−EFR/10+10−EP2/10+sin2(Cλ×Δλ+CT×ΔT)。
【0007】
ここで、EP1、EP2、EFRはそれぞれ第1の偏光子2、第2の偏光子3、45度ファラデー回転子1の偏光消光比を表す。また、CλとCTは、それぞれ、ある設定波長および設定温度において回転角が45度であるファラデー回転子1の波長依存性の係数および温度依存性の係数である。すなわち、Cλは設定波長から1nmだけ入射波長がずれた場合のファラデー回転角変化量(deg/nm)を表し、CTはある設定温度からlKだけ温度がずれた場合のファラデー回転角変化量(deg/K)を表す。また、△λ、△Tはそれぞれ設定波長、設定温度からのずれである。
【0008】
ここで、EP1=60dB、EP2=60dB、EFR=42dB、Cλ=0.07deg/nm、CT=0.06deg/K、設定波長1550nm、Δλ=−50〜50nm、設定温度296.15K(23.00℃)、ΔT=0K、つまり温度一定とし、その計算結果のアイソレーション波長依存性のグラフを図10に示す。なお、偏光子の偏光消光比は波長と温度にほとんど影響されない。
【0009】
また、図9に示した光アイソレータを多数段直列に接続することでアイソレーションを段数倍にすることが可能である。さらに直列接続する2つの光アイソレータの設定波長(中心波長)を互いに異なる波長に設定する手法も存在する。例えば中心波長を1500nmと1600nmに設定した光アイソレータを直列接続した例のアイソレーション計算結果を図11に示す。
【0010】
ところで、光アイソレータにおける波長特性の改善手段としてこれまで多くの提案がなされている。相澤らにより1992年電子情報通信学会春季大会予稿集C−249に示されている例では、水晶の旋光性の波長依存性とファラデー回転子の回転角の波長依存性の相殺が提案された。この方法は通常のファラデー回転子に換えて、ファラデー回転子と旋光子からなる偏波面回転部を用いる。
【0011】
また、高山らによる特開2000−292742号ではファラデー回転子と1/2波長板からなる偏波面回転部を2つ用いた2段型構成において、前記1/2波長板のC軸方向をずらすことによる改善手段が開示された。
【0012】
温度依存性の改善に関しては、岩塚らにより1992年電子情報通信学会春季大会予稿集C−248に示されているように未飽和磁界のもとにガーネット膜を配置する方法が知られる。この方法ではファラデー回転角の温度係数は−0.014%/K(波長1310nmにおいて)が実現されたと報告されている。なお、同様の内容は特開平4−31821号にも記載されている。
【0013】
また、町田らにより提案された、機能材料(1987年10月号)のpp.13からpp.20に示された、ファラデー回転角θFの温度係数の符号の異なった材料を組み合わせる方法が知られる。
【0014】
次に他の非相反光素子である光サーキュレータの構造の従来例について述べる。
【0015】
日本国特許第1336074号記載の構成、あるいは特開2000−284227号記載の構成はいわゆる1段構成の光サーキュレータの例である。
【0016】
日本国特許第2539563号記載の構成および米国特許第5,471,340号のFIG.lA〜FIG.1Cに示された構成は、小型、高アイソレーション特性を満たす多段構成の光サーキュレータの従来例として知られる。ここではファラデー回転子が複数枚使用され、光アイソレータを多数段直列に接続することと同様の効果が含まれているためである。
【0017】
日本国特許第2539563号の図9の構成は要約すれば、複屈折結晶偏光子(ウォークオフ偏光子)の間に、2組の分離された直交する偏光をもつビームが別々に入射し、ビームの偏光方向をそろえるか同一の偏光をもつビームが別々に入射しビームの偏光方向を直交する偏波に変換する機構と、45度非相反偏波面回転子との組み合わせがあり、さらにその間に複屈折結晶偏光子による光路決定機構がある構成と言うことができる。
【0018】
米国特許第5,471,340号のFIG.1A〜FIG.lCに示された構成は、光入出射ポートがすべて同じ側に配置され、各ポート間を光が進行する間に45度ファラデー回転子を4度通過するため、小型、高アイソレーション特性を満たす優れた光サーキュレータの従来例として知られる。
【0019】
なお、日本国特許第2539563号と米国特許第5,471,340号のFIG.1A〜FIG.lCの構成は、偏光分離後に、偏波面をそろえるという点では共通している。
【0020】
さらに、上記いずれの光サーキュレータも、ファラデー回転の方向を逆転させることで、ビームの入出力ポートが切り替わり、光スイッチとして動作する。
【0021】
ところで、現在WDM技術の進歩や光ファイバアンプの広帯域化により光サーキュレータに対しても広帯域への対応が求められているが、従来は複数の光サーキュレータを、各バンドに用いて対応してきた。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
今日、WDM技術や光ファイバアンプの広帯域化は急速に進展しており、ITU−T(国際電気通信連合、通信標準化部門)において2003年に規定されようとしている光通信波長帯は1260nmから1625nm(Oバンド〜Lバンド)となっている。さらにメンテナンス用の波長帯とされるUバンドも含めると1675nmまで広がる。
【0023】
しかしながら、従来は各バンド用の光サーキュレータのみが提供され、広帯域化要求に対して単独では対応できなかった。そのため各バンドの合成分離装置を必要とするなど、システムの価格上昇の要因となっている。
【0024】
また、各バンド用の光サーキュレータを必要とするため、特にファラデー回転子を各バンド用に別個に必要とし、製造管理コストなど光サーキュレータそのものの価格低減の妨げにもなっている。
【0025】
そのため光サーキュレータの広帯域化が必要になる。このとき特にアイソレーション特性の広帯域化が重要である。
【0026】
まず、ファラデー回転子に起因するアイソレーションの波長依存性について述べる。光アイソレータにおいて、1段構成では図10より30dB以上のアイソレーションを得られるのは中心波長から±25nm程度の範囲であることがわかる。なお、図10の計算結果は最良の状態であって、実際の波長依存性は図10の場合よりも劣ることが多い。
【0027】
また、既述の通り、多数段直列に接続することでアイソレーションを段数倍にすることが可能であるが、挿入損失も同時に段数倍になることと、部品点数が多くなり高価な偏光子とファラデー回転子のコスト、さらにアセンブリ費用が増大するため、段数を増やす手法は事実上2段程度が限界となる。また、損失も1段構成の段数倍になって不利である。
【0028】
さらに図11の場合は1550nm±100nmの波長範囲で40dB近いアイソレーションが得られるが、単純な2段構成よりも損失が増大する。前述の町田らにより提案された、機能材料(1987年10月号、pp.13からpp.20)に記載の方法は、温度依存性に関するものである。波長依存性への展開については温度係数の符号が異なる材料という点を波長係数の符号の異なる材料に置き換えることで可能といえるが、波長依存係数の符号が異なる材料自体が現在存在しないため実現できない。
【0029】
また、最も基本的な改善法は、ファラデー回転子材料の波長依存性を抑えることであるが、従来の技術では実現が困難である。
【0030】
前述の相澤らによる1992年電子情報通信学会春季大会予稿集C−249に示されている、水晶の旋光性の波長依存性とファラデー回転子の回転角の波長依存性の相殺による波長依存性の改善法は、顕著な効果が見込めるが、例えば水晶旋光子を用いた場合、10mmを越える長さの水晶が必要になり、大幅な部材費増の原因となる。
【0031】
また、前記改善法は、アイソレーションまたは挿入損失の一方にだけ波長依存性の相殺が可能であり、もう一方の波長依存性は逆に倍になる。この様なアイソレーションまたは挿入損失の一方にだけ波長依存性の相殺が可能であることは、相反性偏波面回転子を用いることに起因するため、特開2000−292742号の例でも同様である。
【0032】
以上から40dB以上のアイソレーションを200nmの波長範囲で要求する高増幅度の光ファイバアンプなどに低コストで対応でき、かつ損失の波長依存性も小さい光アイソレータは実現が非常に困難である。同様に光サーキュレータでも40dB以上のアイソレーションを200nmの波長範囲で確保することは非常に困難である。
【0033】
なお、日本国特許第1336074号記載の構造、あるいは特開2000−284227号に記載の構造は、1段型であるため、ピークアイソレーションが40dB程度に抑制され、高アイソレーションを必要とする使用形態には適さない。
【0034】
以上を簡約すると本発明の課題は、光アイソレータあるいは光サーキュレータなどの非相反光デバイスに用いられるファラデー回転子の偏波面回転角の波長依存性および温度依存性が原因で生じるアイソレーションおよび挿入損失の波長依存性を低減した非相反光デバイスを提供することにある。
【0035】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の非相反光デバイスは、以下の特徴を備える。
【0036】
すなわち本発明の非相反光デバイスは少なくとも2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、少なくとも1枚のミラーとを含む非相反部を有する非相反光デバイスであって、前記ファラデー回転子のうちの2個は、互いに異なる材料組成を有し、かつ互いに逆向きの偏波面回転方向を有し、かつその間に偏光分離素子が介在しない非相反光デバイスである。
【0037】
前記ファラデー回転子のうちの2個は、YIG(イットリウム鉄ガーネット)結晶からなるファラデー回転子とビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜からなるファラデー回転子とすることができる。
【0038】
また、前記非相反部は、2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して併置される2枚の相反性偏波面回転子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、1枚の1/4波長板と、1枚のミラーとを含んで光サーキュレータの非相反部となることができる。
【0039】
また、前記相反性偏波面回転子は1/2波長板とすることができる。
【0040】
また、前記1/2波長板と前記1/4波長板は、各々複数の材料の波長板を組み合わせて構成することができる。
【0041】
また、前記ファラデー回転子の偏波面回転角の合計はほぼ45度またはほぼ−45度とすることができる。
【0042】
また、前記偏波面回転角の合計がほぼ45度またはほぼ−45度をなすファラデー回転子群と光入出射ポートの間に、空間的な偏光分離を行わない複屈折結晶平板を少なくとも1枚、配置して、偏波分散の補償を行うことができる。
【0043】
また、前記ミラーは誘電体多層膜または金属膜よりなる全反射ミラーとすることができる。
【0044】
そして、前記ウォークオフ偏光子に入射する光は平行ビームであり、かつ前記ウォークオフ偏光子と光入出射ポートとの間にプリズムが配置されていてもよい。
【0045】
上記の解決手段をさらに詳細に説明する。
【0046】
本発明においては、異なる波長依存性および温度依存性を有するファラデー回転子を、複数枚かつ複数種組み合わせることにより波長依存性の補償手段とした。まず、その波長依存性補償手段について述べる。
【0047】
具体的には45度以上の偏波面回転角を有する主ファラデー回転子と前記主ファラデー回転子と逆方向の偏波面回転方向を有する副ファラデー回転子を用い、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が、広い波長帯域で+45度または−45度になるようにする。
【0048】
本波長依存性の補償手段においては、光の入射方向にかかわらず偏波面回転部における回転角は+45度または−45度に保たれるため、アイソレーションと挿入損失の双方の波長依存性を抑制できる。
【0049】
さらに主ファラデー回転子または副ファラデー回転子は、各々1枚の結晶あるいは厚膜である必要はなく、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が、広帯域で+45度または−45度になる事を満たせば何枚でもかまわない。また、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が正確に±45度でなく、例えば44.8度などでも問題ない。
【0050】
ただし、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の間に、反射型偏光子、ウォークオフ偏光子、あるいは複屈折プリズム等の広義の偏光分離素子が存在してはならない。2つの直交する電界振動成分の一方が結合光学系から分離されて結合しなくなるからである。
【0051】
ところで、ファラデー回転角の波長依存性(deg/nm)は、ファラデー回転子の厚さに比例する。また、ファラデー回転角の大きさ自体も厚さに比例する。そのため、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子が同一の材料では波長依存性補償は実現困難である。同一の材料でも、結晶の格子定数によってファラデー回転角の波長依存性が異なるが、その差はごく微少だからである。
【0052】
また、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転方向は互いに逆方向である必要があるが、この要求に対しては、(1)同一磁界中において偏波面回転方向が逆向きのファラデー回転子材料を選択した上で、同一方向の磁界中に主ファラデー回転子と副ファラデー回転子を配置するか、(2)同一磁界中において偏波面回転方向が同じ向きのファラデー回転子材料を選択した上で、交番磁界のピークに各々主ファラデー回転子と副ファラデー回転子を配置することで対応できる。なお、ファラデー回転係数の正負は、磁界の向きを右ネジの進む向きとしたときに、右ネジの回転方向に偏波面が回転する場合が正と定義されている。
【0053】
次に、上記の波長依存性補償手段を用いた光サーキュレータの構成について説明する。
【0054】
前述のように、1段型の光サーキュレータはアイソレーションのピークが低いという問題があるが、これはファラデー回転子の偏光消光比の改善または多段構成にすることでのみ解決できる。ファラデー回転子の偏光消光比の改善は育成法などの改善によっても数十dBの改善は困難であることから、多段構成化が現実的な解決策といえる。
【0055】
ただし、上記の波長依存性補償手段を光サーキュレータに適用する場合、多段構成である日本国特許第2539563号あるいは米国特許第5,471,340号のFIG.1A〜FIG.lCに示された構成ではファラデー回転子が最低でも4枚必要になる。
【0056】
一般にファラデー回転子はフローティングゾーン法や液相エピタキシャル法で育成されるバルク単結晶や単結晶厚膜であり、ほぼ結晶枚数に比例して部材費が増加することや、ファラデー回転子の吸収損失により挿入損失も増加するといった問題が生じる。そのため上記の波長依存性補償手段を用いた光サーキュレータにおいては、ファラデー回転子の枚数を抑えた多段型構成が必要になる。
【0057】
本発明の解決手段においては、米国特許第5,471,340号のFIG.lA〜FIG.lCに示されたミラーと隣り合うファラデー回転子に換えて、ウォークオフ結晶平板の偏光分離方向と45度の光学軸角度を有する1/4波長板を用いる。
【0058】
ところで、直線偏光子、入射直線偏光の偏波面と光学軸が±45度の角度を有する1/4波長板、および垂直入射の全反射ミラーは、オプティカル・アイソレータと呼ばれる構成をなす。光ディスクのピックアップなどによく用いられるものである。
【0059】
ただし、ウォークオフ結晶平板は吸収作用にはよらず、直線偏光のシフト作用による偏光子であるので、ウォークオフ結晶平板、1/4波長板、および全反射ミラーは光路を切り替える機構となり、これは米国特許第5,471,340号のFIG.lA〜FIG.1Cに示されたウォークオフ結晶平板、45度ファラデー回転子、および垂直入射の全反射ミラーの構成と同じ作用をなす。
【0060】
本発明の解決手段となる非相反光デバイスの基本構成の平面図を図6(a)に、正面図を図6(b)に示す。図6の構成では、最低必要なファラデー回転子の枚数が2枚であり、かつ前記2枚のファラデー回転子は45度以上の偏波面回転角を有する主ファラデー回転子と前記主ファラデー回転子と逆方向の偏波面回転方向を有する副ファラデー回転子からなるファラデー回転子群を用い、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が、広い波長帯域で+45度または−45度になるようにする。
【0061】
ここで、光は各ポート間を進行するとき、前記ファラデー回転子群を、ウォークオフ結晶平板を途中に挟んで往復で2度透過するため、2段型として動作する。ただし、実質的に4枚のファラデー回転子を透過することから、それに応じた吸収損失が発生する。
【0062】
他の要素についてさらに説明する。
【0063】
また、本解決手段に用いる波長板にも位相差の波長依存性が小さいことが要求される。これに対しては、特開平10−239518号に記載されている様な複屈折量の異なる材料を複数枚組み合わせる手法が有効である。例えば(株)光学技研による広帯域波長板は光通信波長帯の全域で位相差の波長依存性が小さく、本解決手段に好適である。前記広帯域波長板は、複屈折量の異なる水晶とフッ化マグネシウムを複数枚組み合わせた物である。
【0064】
また、本解決手段に用いる全反射のミラーにも広帯域での動作が求められるが、その要求に対応するためには誘電体多層膜や、金属特に金の薄膜などが好適である。
【0065】
また、図6に示した構成に適切な複屈折結晶板を組み合わせることで、偏波分散の補償が可能になる。
【0066】
また、光サーキュレータは一般に光ファイバとレンズからなる光学系を伴うが、本解決手段において組み合わせる光学系は、ビームが長距離にわたって伝搬する必要があるため、平行ビームを射出するファイバコリメータが好適である。さらに筐体を含めた光サーキュレータ全体の小型化のためにファイバコリメータと複屈折偏光子の間にプリズムを用いると良い。
【0067】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、(1)ファラデー回転角の波長依存性補償、(2)光サーキュレータの構成、(3)光サーキュレータのPMD(偏波分散)補償、の順に説明する。
【0068】
(ファラデー回転角の波長依存性補償)まず、本発明の第1の要素であるファラデー回転子の波長依存性補償についてその成立条件を説明する。
【0069】
ここでファラデー回転子A、Bを一般の材料として説明する。ファラデー回転子Aのある波長におけるファラデー回転角をθFA(deg)、そのファラデー回転角の波長依存性を△θFA(deg/nm)、ファラデー回転子Bのある波長におけるファラデー回転角をθFB(deg)、そのファラデー回転角の波長依存性を△θFB(deg/nm)とする。
【0070】
ファラデー回転子A、Bを直列接続した場合のファラデー回転角θFA+θFBとその波長依存性△θFA+△θFBにおいて、波長依存性補償が成立する条件は、次の式(1)および(2)によって表される。
【0071】
θFA+θFB=45 (deg) ……(1)
△θFA+△θFB=0 (deg/nm) ……(2)
【0072】
また、波長依存性はファラデー回転角に比例することから次の式(3)、(4)が成立する。ここでα、βはある波長近傍でのファラデー回転角が45度の場合の波長依存性とする。なお、ファラデー回転角の絶対値は短波長側で増大し、長波長側で減少する。
【0073】
△θFA=(α/45)θFA ……(3)
△θFB=(β/45)θFB ……(4)
【0074】
式(2)、(3)、(4)より、次の式(5)の関係が得られる。
【0075】
θFA=(−β/α)θFB ……(5)
【0076】
式(1)、(5)より、ファラデー回転角θFAに対して、次の式(6)が得られる。
【0077】
θFA=45β/(β−α) ……(6)
【0078】
式(1)、(6)から、ファラデー回転角θFBに対して、次の式(7)が得られる。
【0079】
θFB=−45α/(β−α) ……(7)
【0080】
この様に、θFAとθFBの符号が異なることから、必要なファラデー回転の方向が逆向きであることがわかる。また、式(6)、(7)に分母として(β−α)の項があり、βとαは一致してはならない。つまり、同一のファラデー回転角を有するときに異なる波長依存性を有することが必要である。従って、ファラデー回転子A、Bは異なる材料であるか、同一組成であれば格子定数が異なる必要があることがわかる。ただし既に述べたように同一組成かつ格子定数が異なるファラデー回転子の組み合わせは現実的ではない
【0081】
(光サーキュレータの構成)図6は、既述のように本発明の非相反光デバイスの基本構成を表す図であり、図6(a)はその平面図、図6(b)その正面図である。
【0082】
ウォークオフ偏光子7は平行平板の複屈折結晶からなる偏光合成分離素子であり、入射した任意の偏光状態の光を偏波が互いに直交する2つの空間的に平行な偏光ビームに分離あるいは合成する。
【0083】
1/2波長板(8、9)の組は互いの境界線の垂線方向から各々±22.5度の角度を有するC軸方位を持ち、結果として互いのC軸方位は45度(補角は135度)となっている。この1/2波長板(8、9)の組は各々に入射する直交する偏光ビームの互いの偏波面を同一方向にそろえる作用を持つ。
【0084】
ファラデー回転子10およびファラデー回転子11で偏波面が合わせて右回り45度回転し、電界振動方向はウォークオフ偏光子7の偏光分離方向と90度の角度になる。
【0085】
ウォークオフ偏光子12に入射する2つのビームは、必ず同一かつ一定方向の偏波面を有する直線偏光であるので、ウォークオフ偏光子12、1/4波長板13、ミラー14の組み合わせは、既述のように入射光と出射光のビーム透過位置をシフトさせる効果を持つ。
【0086】
図7はこの非相反部の動作の説明図である。図7(a)は光入出射ポート側から見た各光学部材の結晶軸方向および偏波面回転方向を表す図である。図7(b)は第1ポートから第2ポートへの光進行における図7(a)に示した各光学部材の前後における偏光状態と光入出射位置を表す。また、図7(b)の上段は、第1ポートからミラー14に向かう往路を示し、図7(b)の下段は、ミラー14から第2ポートに向かう復路を示す。
【0087】
第1ポート4から第2ポート5へ進行する動作において、第1ポート4を射出したコリメートビームはウォークオフ偏光子7で直交する2つの偏光ビームに分離され、各々1/2波長板(8、9)に入射する。
【0088】
1/2波長板(8、9)を透過後の2つのビームは同一方向の偏光成分を有する。このときの電界振動方向(偏波面方向)はいずれのビームもウォークオフ偏光子7の偏光分離方向と45度の角度をなす。
【0089】
ファラデー回転子(10、11)で偏波面が合わせて右回り45度回転し、電界振動方向はウォークオフ偏光子7の偏光分離方向と90度の角度になる。
【0090】
次に光路決定機構であるウォークオフ偏光子12に入射する2つのビームは、ウォークオフ偏光子12に対し、異常光方向となる電界振動方向を有するため、ビームのシフトが生じる。
【0091】
次に1/4波長板13で入射直線偏光が右回り円偏光に変換され、ミラー14で2つのビームはともに反射され、1/4波長板13で第1ポート側から入射したビームの偏光に対し直交する電界振動方向を有する直線偏光に変換され、ウォークオフ偏光子12に入射する。
【0092】
ウォークオフ偏光子12に入射する2つのビームは、ウォークオフ偏光子12に対し、常光となる偏波面を有するためビームは直進する。
【0093】
次にファラデー回転子(11、l0)で偏波面が回転し、上段の往路においてファラデー回転子10に第1ポート側から入射し、ミラー14による反射を経てファラデー回転子10を射出するまでの全経路あわせて180度偏波面が回転したことになる。つまり電界振動方向が同一の状態でビームの位置のみシフトした状態で1/2波長板(8、9)に戻ってくる。
【0094】
1/2波長板は相反性素子であるため、1/2波長板(8、9)の透過後は第1ポート側から入射したときと同一の偏光状態に戻り、さらにウォークオフ偏光子7も相反性素子であるため、2つのビームは一点に偏波合成される。このビームを受光・結合するように第2ポートを配置する。
【0095】
第1ポートと第2ポートは平行移動された隣り合う位置にあるため、第2ポートから第3ポートへの光の進行の場合も第1ポートから第2ポートと同様に振る舞う。以上のようにこのデバイスは3ポート型の光サーキュレータとして動作する。
【0096】
(サーキュレータのPMD補償)上記の光サーキュレータは基本的な動作を説明するのに好適であるが、ウォークオフ偏光子に対する異常光成分と常光成分に光路長差があり、それにより偏波分散が生じる。そのためウォークオフ偏光子の前後いずれかに偏光分離を行わない複屈折結晶板を挿入することにより、PMD補償を行うことができる。
【0097】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
【0098】
(実施例1)本実施例1は広帯域のファラデー回転子を用いた光サーキュレータの例でる。非相反部の構成は、既述の、図6の構成と同様である。本実施例1で用いるファラデー回転子を図4を用いて説明する。
【0099】
15および16はYIG結晶であり、17はビスマス置換テルビウム鉄ガーネット厚膜(以下、TBIG厚膜と略記する)である。YIG結晶(15、16)は、1550nm近傍、室温、かつ45度の回転角を有するとき、0.04deg/nmの波長依存性を有する。
【0100】
また、TBIG厚膜17は、1550nm近傍、室温、かつ45度の回転角を有するとき、0.07deg/nmの波長依存性を有する。
【0101】
18はSmCoマグネットで1つのマグネットで全てのファラデー回転子に対する印加磁界41をまかなう。これはYIG結晶とTBIG厚膜が同一磁界で逆方向のファラデー回転の向きを有することから可能になっている。なお、本明細書において、単に、YIG結晶またはTBIG厚膜と言うとき、磁界が印加されてファラデー回転子として動作している光学部材を指している。
【0102】
以上の材料を用いて、波長依存性がほぼ一定と見なせる波長範囲で波長依存性を補償したファラデー回転子群を形成すると、YIG結晶の1550nm、室温での回転角が105度、TBIG厚膜の1550nm、室温での回転角が−60度になる。
【0103】
この組み合わせによるファラデー回転子群を用いた光サーキュレータは、特に広帯域で高いアイソレーションが要求される用途に適している。
【0104】
(実施例2)本実施例2は、光サーキュレータとしての基本構成は実施例1と同様であるが、各ファラデー回転子の回転角を変更した例である。
【0105】
実施例1で示したファラデー回転子群では、そのファラデー回転角の大きさから、YIG結晶、TBIG厚膜ともに1枚では作製が困難な程度の厚さが必要になる。そこで2種のファラデー回転子の回転角の合計が45度であることを維持しつつ、波長依存性の補償をわずかに犠牲にして、厚さを減らすことは実用的である。
【0106】
YIG結晶の1550nm、かつ室温でのファラデー回転角が90度、TBIG厚膜の1550nm、かつ室温でのファラデー回転角を−45度にした場合、1550nm近傍、かつ室温では、波長依存性が0.01deg/nmとなる。
【0107】
このときYIG結晶は入手の面から考えて、2枚構成にすることが適当であろうが、TBIG厚膜は1枚ですむ。
【0108】
ここまでの説明では波長範囲を1550nm近傍に限定して、ファラデー回転角が波長に対して直線的に変化するとみなせる範囲に限定したが、実際にはファラデー回転角の波長に対する変化率(微分係数)の絶対値は短波長側で増加する。
【0109】
図5に、本実施例2のYIG結晶の組み合わせ(主のFRとする)のファラデー回転角波長依存性と、TBIG厚膜(副のFRとする)のファラデー回転角の波長依存性、およびYIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせ(全体のFRとする)のファラデー回転角(絶対値)の波長依存性を示す。
【0110】
図5によれば、YIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせの1400nmから1750nmの範囲で、ファラデー回転角の総和は45度±2度の範囲に収まる。1260nmではファラデー回転角は約50度になっているが、これは1550nmでファラデー回転角が45度になるよう設計したためで、1400nm近傍でファラデー回転角が45度になるよう設計すれば、前記のOバンドからLバンドの全域で45度±3度に収めることができる。
【0111】
また、YIG結晶のファラデー回転の温度依存性は、45度ファラデー回転子において、入射波長1550nm、かつ常温で、0.042deg/Kであり、TBIG厚膜のファラデー回転の温度依存性は、45度ファラデー回転子において入射波長1550nm、かつ常温において、0.062deg/Kである。
【0112】
温度依存性は、一般的な光サーキュレータの使用温度範囲(−5℃〜85℃)であれば、ほぼ一定であるため、YIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせの温度依存性は0.022deg/Kとなり、単体のファラデー回転子に比べ明らかに温度依存性が小さくなる。
【0113】
(実施例3)図2は、本実施例3における光サーキュレータの非相反部(光学結晶部)の構成を表す。図2(a)はその平面図、図2(b)はその正面図である。
【0114】
20はCaCO3結晶平板によるウォークオフ偏光子である。他にもウォークオフ偏光子として利用できる複屈折材料は多数あるが、本発明のように広帯域での動作を求める用途においては、反射防止膜の広帯域化のため、屈折率の小さい材料を用いることが有利である。ただし、CaCO3結晶は湿度に弱いという問題があるため、パッケージには内部に窒素を充填した上で気密封止するなどの対策が必要がある。
【0115】
19はCaCO3結晶による偏波分散補償板であり、ウォークオフ偏光子によって生じた偏波分散を補償する。1/2波長板(21、22)は、相反性偏波面回転子である。この1/2波長板(21、22)のC軸は互いに45度の角度をなす。また、1/2波長板21は水晶とフッ化マグネシウムを組み合わせてなり、広帯域で180度の位相差をもつ。1/2波長板22も同様である。
【0116】
YIG単結晶(23、24)、TBIG結晶厚膜25は実施例2で述べた物を使用する。すなわち、図5でそのファラデー回転角の波長依存性を示した組み合わせである。
【0117】
26はCaCO3結晶平板によるウォークオフ偏光子である。27は1/4波長板であり、水晶とフッ化マグネシウムを組み合わせてなり、広帯域で90度の位相差を持つ。
【0118】
28はガラス基板上に金薄膜を蒸着した全反射のミラーである。一般に光通信で使用される波長帯の全反射膜としては誘電体多層膜が用いられることが多いが、金蒸着膜を用いると光通信帯の広帯域にわたって、良好な反射率が得られる。
【0119】
図3に、図5でそのファラデー回転特性を示した実施例2のファラデー回転子群を、図2でその構成を示した光サーキュレータ非相反部(光学結晶部)に適用した場合のアイソレーション波長特性の計算結果を示す。
【0120】
前記のOバンド〜Lバンドの全域で40dB以上のアイソレーションが得られている。これは1400nmから1750nmの範囲で高アイソレーションを得るための設計の結果である。
【0121】
それに対して、実施例2で説明したように、1400nm近傍でファラデー回転角が45度になるように設計すれば、Oバンド〜Lバンドの全域で50dB以上のアイソレーションが得られる。
【0122】
通常はこの程度の波長範囲で十分であるが、Uバンド帯など更なる広帯域化を必要とする場合は、式(1)〜式(7)で述べた条件を用いて、必要範囲の中心波長またはそれよりやや短波長において波長依存性を完全に補償するように主ファラデー回転子(主のFR)と副ファラデー回転子(副のFR)を設計すればよい。
【0123】
(実施例4)図1に、本実施例4における光サーキュレータの全体構成を示す。図1(a)はその平面図、図1(b)はその正面図である。非相反部(光学結晶部)とそれに組み合わせる光結合系が示されている。
【0124】
プリズム34は光学ガラス製であり、ガラスキャピラリ29中に固定された3本の光ファイバ(30、31、32)とレンズ33はファイバコリメータを成す。
【0125】
各ファイバに独立にレンズを配置せずに、併置された複数のファイバと1つのレンズでファイバコリメータを構成した場合、各ファイバから出た光線がレンズを介して作るコリメートビームは互いに角度を持つが、プリズム34は前記角度を持つコリメートビームを互いに平行にする作用を持つ。
【0126】
本実施例4の構成は、全反射ミラーを含み、コリメートビームを用いることが必要であるが、各ファイバに独立にレンズを配置することは光サーキュレータ全体の大型化につながるため、本実施例4のような構成が望ましい。
【0127】
(実施例5)図8に、本実施例5の光アイソレータの構成を示す。81aおよび81bは光ポート、82aおよび82bはルチル偏光結晶、83aはYIG結晶、83bはTBIG厚膜、84aおよび84bは全反射のミラーを示す。
【0128】
このような構成において、偏光依存型の光アイソレータを構成すると、他の実施例と同様に広帯域において、アイソレーション変化の少ない光アイソレータが得られる。
【0129】
また、広帯域においてファラデー回転角の変化が少なくなる様に2種類のファラデー回転材料を組み合わせて構成したファラデー回転子は、光路方向の厚さが大きくなるが、本実施例5においては、全反射ミラーによる折り返しの光学系を有し、ファラデー回転子を往復で使用できるので、ファラデー回転子の厚さを半分にすることができる。
【0130】
上記の実施例においては、広帯域においてファラデー回転角の波長依存性を補償するファラデー回転子の組み合わせとして、TBIG厚膜とYIG結晶の組み合わせを用いたが、TBIG厚膜以外のビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜とYIG結晶の組み合わせを用いても、波長依存性の補償が可能である。
【0131】
そのとき、YIG結晶と組み合わせるビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜はファラデー回転係数が大きく、その波長依存性においてYIG結晶との差が大きいものほど良い。その理由は、YIG結晶およびビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜のいずれの光路長も小さくとることができ、小形のファラデー回転子群が得られるからである。
【0132】
その様なビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜としては、ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット厚膜、ビスマス置換イットリウム・テルビウム鉄ガーネット厚膜、ビスマス置換ホルミウム・テルビウム鉄ガーネット厚膜などを使用することができる。
【0133】
【発明の効果】
以上のように、本発明により、非相反光デバイスにおけるファラデー回転子の波長依存性を広範囲において実質的に打ち消し、特にアイソレーション特性の波長依存性が大幅に抑制された非相反光デバイスを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例4の光サーキュレータの構成図。図1(a)はその平面図、図1(b)はその正面図。
【図2】実施例3の非相反部の構成図。図2(a)はその平面図、図2(b)はその正面図。
【図3】実施例3の非相反部のアイソレーション波長特性を表す図。
【図4】本発明のファラデー回転子群の模式的な斜視図。
【図5】実施例2の、YIG結晶(主のFR)、TBIG厚膜(副のFR)、およびYIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせ(全体のFR)におけるファラデー回転角の波長依存性を表す図。
【図6】本発明の非相反光デバイスの基本構成を表す図。図6(a)はその平面図、図6(b)その正面図。
【図7】本発明の非相反光デバイスにおける非相反部の動作の説明図。図7(a)は光入出射ポート側から見た各光学部材の結晶軸方向および偏波面回転方向を表す図。図7(b)は第1ポートから第2ポートへの光進行における図7(a)に示した各光学部材の前後における偏光状態と光入出射位置を表す図。
【図8】実施例5の光アイソレータの構成図。
【図9】従来の光アイソレータを表す模式図。
【図10】従来の光アイソレータにおけるアイソレーションの波長依存性を表す図。
【図11】従来の、中心波長を1500nmと1600nmに設定した光アイソレータを直列接続した場合におけるアイソレーションの波長依存性を表す図。
【符号の説明】
4 第1ポート
5 第2ポート
6 第3ポート
7,12,20,26 ウォークオフ偏光子
8,9,21,22 1/2波長板
10,11 ファラデー回転子
13 1/4波長板
14,28,84a,84b ミラー
15,16,23,24,83a YIG結晶(主ファラデー回転子)
17,25,83b TBIG厚膜(副ファラデー回転子)
18 SmCoマグネット
19 偏波分散補償板
27 1/4波長板
29 ガラスキャピラリ
30,31,32 光ファイバ
33 レンズ
34 プリズム
41 印加磁界
81a,81b 光ポート
82a,82b ルチル偏光結晶
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信装置などで使用される光部品に係り、特に、光アイソレータまたは光サーキュレータとして好適な非相反光デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
非相反光デバイスのひとつである光サーキュレータにおいては、少なくとも3つの光入出力ポートに対して、ポート1→ポート2→ポート3という循環的な光入出力経路が形成されている。ポート3さらにはポート4から入力した光が出力するポートに関しては光サーキュレータの種類により種々の場合があるが、ポート1→ポート2→ポート3という光入出力経路については共通である。この光入出力経路を利用してポート2に光ファイバを介した反射型光部品が接続されて使用されることが多い。
【0003】
その例としては、双方向伝送装置、短周期ファイバグレーティングと組み合わせた光ADM装置や分散補償装置、ファイバの破断点で発生するフレネル反射を用いて破断点を特定するOTDR装置、さらにポート2の先に、エルビウム添加ファイバ、信号光を反射するフィルタおよび励起光源等を配置した光アンプなどが挙げられる。
【0004】
この様な光サーキュレータの特性を説明するために、まず、非相反光デバイスの1つである光アイソレータの特性に対してファラデー回転子の特性が与える影響について説明する。なお、光サーキュレータは、光アイソレータの逆方向から入射した光を1つの光ポートから取り出せるようにしたものといっても差し支えない。従って、ファラデー回転子の特性が光アイソレータの特性に与える影響と、ファラデー回転子の特性が光サーキュレータに与える影響はよく似ている。
【0005】
図9に45度ファラデー回転子1と2枚の偏光子(2、3)を用いた従来の一般的な光アイソレータを示す。図9の構成の光アイソレータにおけるアイソレーション特性の温度依存性および波長依存性は、デシベル表示では、およそ次式で表すことができる。
【0006】
アイソレーション(dB)=−10×log10I、
ただし、I=10−EP1/10+10−EFR/10+10−EP2/10+sin2(Cλ×Δλ+CT×ΔT)。
【0007】
ここで、EP1、EP2、EFRはそれぞれ第1の偏光子2、第2の偏光子3、45度ファラデー回転子1の偏光消光比を表す。また、CλとCTは、それぞれ、ある設定波長および設定温度において回転角が45度であるファラデー回転子1の波長依存性の係数および温度依存性の係数である。すなわち、Cλは設定波長から1nmだけ入射波長がずれた場合のファラデー回転角変化量(deg/nm)を表し、CTはある設定温度からlKだけ温度がずれた場合のファラデー回転角変化量(deg/K)を表す。また、△λ、△Tはそれぞれ設定波長、設定温度からのずれである。
【0008】
ここで、EP1=60dB、EP2=60dB、EFR=42dB、Cλ=0.07deg/nm、CT=0.06deg/K、設定波長1550nm、Δλ=−50〜50nm、設定温度296.15K(23.00℃)、ΔT=0K、つまり温度一定とし、その計算結果のアイソレーション波長依存性のグラフを図10に示す。なお、偏光子の偏光消光比は波長と温度にほとんど影響されない。
【0009】
また、図9に示した光アイソレータを多数段直列に接続することでアイソレーションを段数倍にすることが可能である。さらに直列接続する2つの光アイソレータの設定波長(中心波長)を互いに異なる波長に設定する手法も存在する。例えば中心波長を1500nmと1600nmに設定した光アイソレータを直列接続した例のアイソレーション計算結果を図11に示す。
【0010】
ところで、光アイソレータにおける波長特性の改善手段としてこれまで多くの提案がなされている。相澤らにより1992年電子情報通信学会春季大会予稿集C−249に示されている例では、水晶の旋光性の波長依存性とファラデー回転子の回転角の波長依存性の相殺が提案された。この方法は通常のファラデー回転子に換えて、ファラデー回転子と旋光子からなる偏波面回転部を用いる。
【0011】
また、高山らによる特開2000−292742号ではファラデー回転子と1/2波長板からなる偏波面回転部を2つ用いた2段型構成において、前記1/2波長板のC軸方向をずらすことによる改善手段が開示された。
【0012】
温度依存性の改善に関しては、岩塚らにより1992年電子情報通信学会春季大会予稿集C−248に示されているように未飽和磁界のもとにガーネット膜を配置する方法が知られる。この方法ではファラデー回転角の温度係数は−0.014%/K(波長1310nmにおいて)が実現されたと報告されている。なお、同様の内容は特開平4−31821号にも記載されている。
【0013】
また、町田らにより提案された、機能材料(1987年10月号)のpp.13からpp.20に示された、ファラデー回転角θFの温度係数の符号の異なった材料を組み合わせる方法が知られる。
【0014】
次に他の非相反光素子である光サーキュレータの構造の従来例について述べる。
【0015】
日本国特許第1336074号記載の構成、あるいは特開2000−284227号記載の構成はいわゆる1段構成の光サーキュレータの例である。
【0016】
日本国特許第2539563号記載の構成および米国特許第5,471,340号のFIG.lA〜FIG.1Cに示された構成は、小型、高アイソレーション特性を満たす多段構成の光サーキュレータの従来例として知られる。ここではファラデー回転子が複数枚使用され、光アイソレータを多数段直列に接続することと同様の効果が含まれているためである。
【0017】
日本国特許第2539563号の図9の構成は要約すれば、複屈折結晶偏光子(ウォークオフ偏光子)の間に、2組の分離された直交する偏光をもつビームが別々に入射し、ビームの偏光方向をそろえるか同一の偏光をもつビームが別々に入射しビームの偏光方向を直交する偏波に変換する機構と、45度非相反偏波面回転子との組み合わせがあり、さらにその間に複屈折結晶偏光子による光路決定機構がある構成と言うことができる。
【0018】
米国特許第5,471,340号のFIG.1A〜FIG.lCに示された構成は、光入出射ポートがすべて同じ側に配置され、各ポート間を光が進行する間に45度ファラデー回転子を4度通過するため、小型、高アイソレーション特性を満たす優れた光サーキュレータの従来例として知られる。
【0019】
なお、日本国特許第2539563号と米国特許第5,471,340号のFIG.1A〜FIG.lCの構成は、偏光分離後に、偏波面をそろえるという点では共通している。
【0020】
さらに、上記いずれの光サーキュレータも、ファラデー回転の方向を逆転させることで、ビームの入出力ポートが切り替わり、光スイッチとして動作する。
【0021】
ところで、現在WDM技術の進歩や光ファイバアンプの広帯域化により光サーキュレータに対しても広帯域への対応が求められているが、従来は複数の光サーキュレータを、各バンドに用いて対応してきた。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
今日、WDM技術や光ファイバアンプの広帯域化は急速に進展しており、ITU−T(国際電気通信連合、通信標準化部門)において2003年に規定されようとしている光通信波長帯は1260nmから1625nm(Oバンド〜Lバンド)となっている。さらにメンテナンス用の波長帯とされるUバンドも含めると1675nmまで広がる。
【0023】
しかしながら、従来は各バンド用の光サーキュレータのみが提供され、広帯域化要求に対して単独では対応できなかった。そのため各バンドの合成分離装置を必要とするなど、システムの価格上昇の要因となっている。
【0024】
また、各バンド用の光サーキュレータを必要とするため、特にファラデー回転子を各バンド用に別個に必要とし、製造管理コストなど光サーキュレータそのものの価格低減の妨げにもなっている。
【0025】
そのため光サーキュレータの広帯域化が必要になる。このとき特にアイソレーション特性の広帯域化が重要である。
【0026】
まず、ファラデー回転子に起因するアイソレーションの波長依存性について述べる。光アイソレータにおいて、1段構成では図10より30dB以上のアイソレーションを得られるのは中心波長から±25nm程度の範囲であることがわかる。なお、図10の計算結果は最良の状態であって、実際の波長依存性は図10の場合よりも劣ることが多い。
【0027】
また、既述の通り、多数段直列に接続することでアイソレーションを段数倍にすることが可能であるが、挿入損失も同時に段数倍になることと、部品点数が多くなり高価な偏光子とファラデー回転子のコスト、さらにアセンブリ費用が増大するため、段数を増やす手法は事実上2段程度が限界となる。また、損失も1段構成の段数倍になって不利である。
【0028】
さらに図11の場合は1550nm±100nmの波長範囲で40dB近いアイソレーションが得られるが、単純な2段構成よりも損失が増大する。前述の町田らにより提案された、機能材料(1987年10月号、pp.13からpp.20)に記載の方法は、温度依存性に関するものである。波長依存性への展開については温度係数の符号が異なる材料という点を波長係数の符号の異なる材料に置き換えることで可能といえるが、波長依存係数の符号が異なる材料自体が現在存在しないため実現できない。
【0029】
また、最も基本的な改善法は、ファラデー回転子材料の波長依存性を抑えることであるが、従来の技術では実現が困難である。
【0030】
前述の相澤らによる1992年電子情報通信学会春季大会予稿集C−249に示されている、水晶の旋光性の波長依存性とファラデー回転子の回転角の波長依存性の相殺による波長依存性の改善法は、顕著な効果が見込めるが、例えば水晶旋光子を用いた場合、10mmを越える長さの水晶が必要になり、大幅な部材費増の原因となる。
【0031】
また、前記改善法は、アイソレーションまたは挿入損失の一方にだけ波長依存性の相殺が可能であり、もう一方の波長依存性は逆に倍になる。この様なアイソレーションまたは挿入損失の一方にだけ波長依存性の相殺が可能であることは、相反性偏波面回転子を用いることに起因するため、特開2000−292742号の例でも同様である。
【0032】
以上から40dB以上のアイソレーションを200nmの波長範囲で要求する高増幅度の光ファイバアンプなどに低コストで対応でき、かつ損失の波長依存性も小さい光アイソレータは実現が非常に困難である。同様に光サーキュレータでも40dB以上のアイソレーションを200nmの波長範囲で確保することは非常に困難である。
【0033】
なお、日本国特許第1336074号記載の構造、あるいは特開2000−284227号に記載の構造は、1段型であるため、ピークアイソレーションが40dB程度に抑制され、高アイソレーションを必要とする使用形態には適さない。
【0034】
以上を簡約すると本発明の課題は、光アイソレータあるいは光サーキュレータなどの非相反光デバイスに用いられるファラデー回転子の偏波面回転角の波長依存性および温度依存性が原因で生じるアイソレーションおよび挿入損失の波長依存性を低減した非相反光デバイスを提供することにある。
【0035】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の非相反光デバイスは、以下の特徴を備える。
【0036】
すなわち本発明の非相反光デバイスは少なくとも2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、少なくとも1枚のミラーとを含む非相反部を有する非相反光デバイスであって、前記ファラデー回転子のうちの2個は、互いに異なる材料組成を有し、かつ互いに逆向きの偏波面回転方向を有し、かつその間に偏光分離素子が介在しない非相反光デバイスである。
【0037】
前記ファラデー回転子のうちの2個は、YIG(イットリウム鉄ガーネット)結晶からなるファラデー回転子とビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜からなるファラデー回転子とすることができる。
【0038】
また、前記非相反部は、2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して併置される2枚の相反性偏波面回転子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、1枚の1/4波長板と、1枚のミラーとを含んで光サーキュレータの非相反部となることができる。
【0039】
また、前記相反性偏波面回転子は1/2波長板とすることができる。
【0040】
また、前記1/2波長板と前記1/4波長板は、各々複数の材料の波長板を組み合わせて構成することができる。
【0041】
また、前記ファラデー回転子の偏波面回転角の合計はほぼ45度またはほぼ−45度とすることができる。
【0042】
また、前記偏波面回転角の合計がほぼ45度またはほぼ−45度をなすファラデー回転子群と光入出射ポートの間に、空間的な偏光分離を行わない複屈折結晶平板を少なくとも1枚、配置して、偏波分散の補償を行うことができる。
【0043】
また、前記ミラーは誘電体多層膜または金属膜よりなる全反射ミラーとすることができる。
【0044】
そして、前記ウォークオフ偏光子に入射する光は平行ビームであり、かつ前記ウォークオフ偏光子と光入出射ポートとの間にプリズムが配置されていてもよい。
【0045】
上記の解決手段をさらに詳細に説明する。
【0046】
本発明においては、異なる波長依存性および温度依存性を有するファラデー回転子を、複数枚かつ複数種組み合わせることにより波長依存性の補償手段とした。まず、その波長依存性補償手段について述べる。
【0047】
具体的には45度以上の偏波面回転角を有する主ファラデー回転子と前記主ファラデー回転子と逆方向の偏波面回転方向を有する副ファラデー回転子を用い、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が、広い波長帯域で+45度または−45度になるようにする。
【0048】
本波長依存性の補償手段においては、光の入射方向にかかわらず偏波面回転部における回転角は+45度または−45度に保たれるため、アイソレーションと挿入損失の双方の波長依存性を抑制できる。
【0049】
さらに主ファラデー回転子または副ファラデー回転子は、各々1枚の結晶あるいは厚膜である必要はなく、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が、広帯域で+45度または−45度になる事を満たせば何枚でもかまわない。また、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が正確に±45度でなく、例えば44.8度などでも問題ない。
【0050】
ただし、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の間に、反射型偏光子、ウォークオフ偏光子、あるいは複屈折プリズム等の広義の偏光分離素子が存在してはならない。2つの直交する電界振動成分の一方が結合光学系から分離されて結合しなくなるからである。
【0051】
ところで、ファラデー回転角の波長依存性(deg/nm)は、ファラデー回転子の厚さに比例する。また、ファラデー回転角の大きさ自体も厚さに比例する。そのため、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子が同一の材料では波長依存性補償は実現困難である。同一の材料でも、結晶の格子定数によってファラデー回転角の波長依存性が異なるが、その差はごく微少だからである。
【0052】
また、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転方向は互いに逆方向である必要があるが、この要求に対しては、(1)同一磁界中において偏波面回転方向が逆向きのファラデー回転子材料を選択した上で、同一方向の磁界中に主ファラデー回転子と副ファラデー回転子を配置するか、(2)同一磁界中において偏波面回転方向が同じ向きのファラデー回転子材料を選択した上で、交番磁界のピークに各々主ファラデー回転子と副ファラデー回転子を配置することで対応できる。なお、ファラデー回転係数の正負は、磁界の向きを右ネジの進む向きとしたときに、右ネジの回転方向に偏波面が回転する場合が正と定義されている。
【0053】
次に、上記の波長依存性補償手段を用いた光サーキュレータの構成について説明する。
【0054】
前述のように、1段型の光サーキュレータはアイソレーションのピークが低いという問題があるが、これはファラデー回転子の偏光消光比の改善または多段構成にすることでのみ解決できる。ファラデー回転子の偏光消光比の改善は育成法などの改善によっても数十dBの改善は困難であることから、多段構成化が現実的な解決策といえる。
【0055】
ただし、上記の波長依存性補償手段を光サーキュレータに適用する場合、多段構成である日本国特許第2539563号あるいは米国特許第5,471,340号のFIG.1A〜FIG.lCに示された構成ではファラデー回転子が最低でも4枚必要になる。
【0056】
一般にファラデー回転子はフローティングゾーン法や液相エピタキシャル法で育成されるバルク単結晶や単結晶厚膜であり、ほぼ結晶枚数に比例して部材費が増加することや、ファラデー回転子の吸収損失により挿入損失も増加するといった問題が生じる。そのため上記の波長依存性補償手段を用いた光サーキュレータにおいては、ファラデー回転子の枚数を抑えた多段型構成が必要になる。
【0057】
本発明の解決手段においては、米国特許第5,471,340号のFIG.lA〜FIG.lCに示されたミラーと隣り合うファラデー回転子に換えて、ウォークオフ結晶平板の偏光分離方向と45度の光学軸角度を有する1/4波長板を用いる。
【0058】
ところで、直線偏光子、入射直線偏光の偏波面と光学軸が±45度の角度を有する1/4波長板、および垂直入射の全反射ミラーは、オプティカル・アイソレータと呼ばれる構成をなす。光ディスクのピックアップなどによく用いられるものである。
【0059】
ただし、ウォークオフ結晶平板は吸収作用にはよらず、直線偏光のシフト作用による偏光子であるので、ウォークオフ結晶平板、1/4波長板、および全反射ミラーは光路を切り替える機構となり、これは米国特許第5,471,340号のFIG.lA〜FIG.1Cに示されたウォークオフ結晶平板、45度ファラデー回転子、および垂直入射の全反射ミラーの構成と同じ作用をなす。
【0060】
本発明の解決手段となる非相反光デバイスの基本構成の平面図を図6(a)に、正面図を図6(b)に示す。図6の構成では、最低必要なファラデー回転子の枚数が2枚であり、かつ前記2枚のファラデー回転子は45度以上の偏波面回転角を有する主ファラデー回転子と前記主ファラデー回転子と逆方向の偏波面回転方向を有する副ファラデー回転子からなるファラデー回転子群を用い、主ファラデー回転子と副ファラデー回転子の偏波面回転角の和が、広い波長帯域で+45度または−45度になるようにする。
【0061】
ここで、光は各ポート間を進行するとき、前記ファラデー回転子群を、ウォークオフ結晶平板を途中に挟んで往復で2度透過するため、2段型として動作する。ただし、実質的に4枚のファラデー回転子を透過することから、それに応じた吸収損失が発生する。
【0062】
他の要素についてさらに説明する。
【0063】
また、本解決手段に用いる波長板にも位相差の波長依存性が小さいことが要求される。これに対しては、特開平10−239518号に記載されている様な複屈折量の異なる材料を複数枚組み合わせる手法が有効である。例えば(株)光学技研による広帯域波長板は光通信波長帯の全域で位相差の波長依存性が小さく、本解決手段に好適である。前記広帯域波長板は、複屈折量の異なる水晶とフッ化マグネシウムを複数枚組み合わせた物である。
【0064】
また、本解決手段に用いる全反射のミラーにも広帯域での動作が求められるが、その要求に対応するためには誘電体多層膜や、金属特に金の薄膜などが好適である。
【0065】
また、図6に示した構成に適切な複屈折結晶板を組み合わせることで、偏波分散の補償が可能になる。
【0066】
また、光サーキュレータは一般に光ファイバとレンズからなる光学系を伴うが、本解決手段において組み合わせる光学系は、ビームが長距離にわたって伝搬する必要があるため、平行ビームを射出するファイバコリメータが好適である。さらに筐体を含めた光サーキュレータ全体の小型化のためにファイバコリメータと複屈折偏光子の間にプリズムを用いると良い。
【0067】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、(1)ファラデー回転角の波長依存性補償、(2)光サーキュレータの構成、(3)光サーキュレータのPMD(偏波分散)補償、の順に説明する。
【0068】
(ファラデー回転角の波長依存性補償)まず、本発明の第1の要素であるファラデー回転子の波長依存性補償についてその成立条件を説明する。
【0069】
ここでファラデー回転子A、Bを一般の材料として説明する。ファラデー回転子Aのある波長におけるファラデー回転角をθFA(deg)、そのファラデー回転角の波長依存性を△θFA(deg/nm)、ファラデー回転子Bのある波長におけるファラデー回転角をθFB(deg)、そのファラデー回転角の波長依存性を△θFB(deg/nm)とする。
【0070】
ファラデー回転子A、Bを直列接続した場合のファラデー回転角θFA+θFBとその波長依存性△θFA+△θFBにおいて、波長依存性補償が成立する条件は、次の式(1)および(2)によって表される。
【0071】
θFA+θFB=45 (deg) ……(1)
△θFA+△θFB=0 (deg/nm) ……(2)
【0072】
また、波長依存性はファラデー回転角に比例することから次の式(3)、(4)が成立する。ここでα、βはある波長近傍でのファラデー回転角が45度の場合の波長依存性とする。なお、ファラデー回転角の絶対値は短波長側で増大し、長波長側で減少する。
【0073】
△θFA=(α/45)θFA ……(3)
△θFB=(β/45)θFB ……(4)
【0074】
式(2)、(3)、(4)より、次の式(5)の関係が得られる。
【0075】
θFA=(−β/α)θFB ……(5)
【0076】
式(1)、(5)より、ファラデー回転角θFAに対して、次の式(6)が得られる。
【0077】
θFA=45β/(β−α) ……(6)
【0078】
式(1)、(6)から、ファラデー回転角θFBに対して、次の式(7)が得られる。
【0079】
θFB=−45α/(β−α) ……(7)
【0080】
この様に、θFAとθFBの符号が異なることから、必要なファラデー回転の方向が逆向きであることがわかる。また、式(6)、(7)に分母として(β−α)の項があり、βとαは一致してはならない。つまり、同一のファラデー回転角を有するときに異なる波長依存性を有することが必要である。従って、ファラデー回転子A、Bは異なる材料であるか、同一組成であれば格子定数が異なる必要があることがわかる。ただし既に述べたように同一組成かつ格子定数が異なるファラデー回転子の組み合わせは現実的ではない
【0081】
(光サーキュレータの構成)図6は、既述のように本発明の非相反光デバイスの基本構成を表す図であり、図6(a)はその平面図、図6(b)その正面図である。
【0082】
ウォークオフ偏光子7は平行平板の複屈折結晶からなる偏光合成分離素子であり、入射した任意の偏光状態の光を偏波が互いに直交する2つの空間的に平行な偏光ビームに分離あるいは合成する。
【0083】
1/2波長板(8、9)の組は互いの境界線の垂線方向から各々±22.5度の角度を有するC軸方位を持ち、結果として互いのC軸方位は45度(補角は135度)となっている。この1/2波長板(8、9)の組は各々に入射する直交する偏光ビームの互いの偏波面を同一方向にそろえる作用を持つ。
【0084】
ファラデー回転子10およびファラデー回転子11で偏波面が合わせて右回り45度回転し、電界振動方向はウォークオフ偏光子7の偏光分離方向と90度の角度になる。
【0085】
ウォークオフ偏光子12に入射する2つのビームは、必ず同一かつ一定方向の偏波面を有する直線偏光であるので、ウォークオフ偏光子12、1/4波長板13、ミラー14の組み合わせは、既述のように入射光と出射光のビーム透過位置をシフトさせる効果を持つ。
【0086】
図7はこの非相反部の動作の説明図である。図7(a)は光入出射ポート側から見た各光学部材の結晶軸方向および偏波面回転方向を表す図である。図7(b)は第1ポートから第2ポートへの光進行における図7(a)に示した各光学部材の前後における偏光状態と光入出射位置を表す。また、図7(b)の上段は、第1ポートからミラー14に向かう往路を示し、図7(b)の下段は、ミラー14から第2ポートに向かう復路を示す。
【0087】
第1ポート4から第2ポート5へ進行する動作において、第1ポート4を射出したコリメートビームはウォークオフ偏光子7で直交する2つの偏光ビームに分離され、各々1/2波長板(8、9)に入射する。
【0088】
1/2波長板(8、9)を透過後の2つのビームは同一方向の偏光成分を有する。このときの電界振動方向(偏波面方向)はいずれのビームもウォークオフ偏光子7の偏光分離方向と45度の角度をなす。
【0089】
ファラデー回転子(10、11)で偏波面が合わせて右回り45度回転し、電界振動方向はウォークオフ偏光子7の偏光分離方向と90度の角度になる。
【0090】
次に光路決定機構であるウォークオフ偏光子12に入射する2つのビームは、ウォークオフ偏光子12に対し、異常光方向となる電界振動方向を有するため、ビームのシフトが生じる。
【0091】
次に1/4波長板13で入射直線偏光が右回り円偏光に変換され、ミラー14で2つのビームはともに反射され、1/4波長板13で第1ポート側から入射したビームの偏光に対し直交する電界振動方向を有する直線偏光に変換され、ウォークオフ偏光子12に入射する。
【0092】
ウォークオフ偏光子12に入射する2つのビームは、ウォークオフ偏光子12に対し、常光となる偏波面を有するためビームは直進する。
【0093】
次にファラデー回転子(11、l0)で偏波面が回転し、上段の往路においてファラデー回転子10に第1ポート側から入射し、ミラー14による反射を経てファラデー回転子10を射出するまでの全経路あわせて180度偏波面が回転したことになる。つまり電界振動方向が同一の状態でビームの位置のみシフトした状態で1/2波長板(8、9)に戻ってくる。
【0094】
1/2波長板は相反性素子であるため、1/2波長板(8、9)の透過後は第1ポート側から入射したときと同一の偏光状態に戻り、さらにウォークオフ偏光子7も相反性素子であるため、2つのビームは一点に偏波合成される。このビームを受光・結合するように第2ポートを配置する。
【0095】
第1ポートと第2ポートは平行移動された隣り合う位置にあるため、第2ポートから第3ポートへの光の進行の場合も第1ポートから第2ポートと同様に振る舞う。以上のようにこのデバイスは3ポート型の光サーキュレータとして動作する。
【0096】
(サーキュレータのPMD補償)上記の光サーキュレータは基本的な動作を説明するのに好適であるが、ウォークオフ偏光子に対する異常光成分と常光成分に光路長差があり、それにより偏波分散が生じる。そのためウォークオフ偏光子の前後いずれかに偏光分離を行わない複屈折結晶板を挿入することにより、PMD補償を行うことができる。
【0097】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
【0098】
(実施例1)本実施例1は広帯域のファラデー回転子を用いた光サーキュレータの例でる。非相反部の構成は、既述の、図6の構成と同様である。本実施例1で用いるファラデー回転子を図4を用いて説明する。
【0099】
15および16はYIG結晶であり、17はビスマス置換テルビウム鉄ガーネット厚膜(以下、TBIG厚膜と略記する)である。YIG結晶(15、16)は、1550nm近傍、室温、かつ45度の回転角を有するとき、0.04deg/nmの波長依存性を有する。
【0100】
また、TBIG厚膜17は、1550nm近傍、室温、かつ45度の回転角を有するとき、0.07deg/nmの波長依存性を有する。
【0101】
18はSmCoマグネットで1つのマグネットで全てのファラデー回転子に対する印加磁界41をまかなう。これはYIG結晶とTBIG厚膜が同一磁界で逆方向のファラデー回転の向きを有することから可能になっている。なお、本明細書において、単に、YIG結晶またはTBIG厚膜と言うとき、磁界が印加されてファラデー回転子として動作している光学部材を指している。
【0102】
以上の材料を用いて、波長依存性がほぼ一定と見なせる波長範囲で波長依存性を補償したファラデー回転子群を形成すると、YIG結晶の1550nm、室温での回転角が105度、TBIG厚膜の1550nm、室温での回転角が−60度になる。
【0103】
この組み合わせによるファラデー回転子群を用いた光サーキュレータは、特に広帯域で高いアイソレーションが要求される用途に適している。
【0104】
(実施例2)本実施例2は、光サーキュレータとしての基本構成は実施例1と同様であるが、各ファラデー回転子の回転角を変更した例である。
【0105】
実施例1で示したファラデー回転子群では、そのファラデー回転角の大きさから、YIG結晶、TBIG厚膜ともに1枚では作製が困難な程度の厚さが必要になる。そこで2種のファラデー回転子の回転角の合計が45度であることを維持しつつ、波長依存性の補償をわずかに犠牲にして、厚さを減らすことは実用的である。
【0106】
YIG結晶の1550nm、かつ室温でのファラデー回転角が90度、TBIG厚膜の1550nm、かつ室温でのファラデー回転角を−45度にした場合、1550nm近傍、かつ室温では、波長依存性が0.01deg/nmとなる。
【0107】
このときYIG結晶は入手の面から考えて、2枚構成にすることが適当であろうが、TBIG厚膜は1枚ですむ。
【0108】
ここまでの説明では波長範囲を1550nm近傍に限定して、ファラデー回転角が波長に対して直線的に変化するとみなせる範囲に限定したが、実際にはファラデー回転角の波長に対する変化率(微分係数)の絶対値は短波長側で増加する。
【0109】
図5に、本実施例2のYIG結晶の組み合わせ(主のFRとする)のファラデー回転角波長依存性と、TBIG厚膜(副のFRとする)のファラデー回転角の波長依存性、およびYIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせ(全体のFRとする)のファラデー回転角(絶対値)の波長依存性を示す。
【0110】
図5によれば、YIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせの1400nmから1750nmの範囲で、ファラデー回転角の総和は45度±2度の範囲に収まる。1260nmではファラデー回転角は約50度になっているが、これは1550nmでファラデー回転角が45度になるよう設計したためで、1400nm近傍でファラデー回転角が45度になるよう設計すれば、前記のOバンドからLバンドの全域で45度±3度に収めることができる。
【0111】
また、YIG結晶のファラデー回転の温度依存性は、45度ファラデー回転子において、入射波長1550nm、かつ常温で、0.042deg/Kであり、TBIG厚膜のファラデー回転の温度依存性は、45度ファラデー回転子において入射波長1550nm、かつ常温において、0.062deg/Kである。
【0112】
温度依存性は、一般的な光サーキュレータの使用温度範囲(−5℃〜85℃)であれば、ほぼ一定であるため、YIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせの温度依存性は0.022deg/Kとなり、単体のファラデー回転子に比べ明らかに温度依存性が小さくなる。
【0113】
(実施例3)図2は、本実施例3における光サーキュレータの非相反部(光学結晶部)の構成を表す。図2(a)はその平面図、図2(b)はその正面図である。
【0114】
20はCaCO3結晶平板によるウォークオフ偏光子である。他にもウォークオフ偏光子として利用できる複屈折材料は多数あるが、本発明のように広帯域での動作を求める用途においては、反射防止膜の広帯域化のため、屈折率の小さい材料を用いることが有利である。ただし、CaCO3結晶は湿度に弱いという問題があるため、パッケージには内部に窒素を充填した上で気密封止するなどの対策が必要がある。
【0115】
19はCaCO3結晶による偏波分散補償板であり、ウォークオフ偏光子によって生じた偏波分散を補償する。1/2波長板(21、22)は、相反性偏波面回転子である。この1/2波長板(21、22)のC軸は互いに45度の角度をなす。また、1/2波長板21は水晶とフッ化マグネシウムを組み合わせてなり、広帯域で180度の位相差をもつ。1/2波長板22も同様である。
【0116】
YIG単結晶(23、24)、TBIG結晶厚膜25は実施例2で述べた物を使用する。すなわち、図5でそのファラデー回転角の波長依存性を示した組み合わせである。
【0117】
26はCaCO3結晶平板によるウォークオフ偏光子である。27は1/4波長板であり、水晶とフッ化マグネシウムを組み合わせてなり、広帯域で90度の位相差を持つ。
【0118】
28はガラス基板上に金薄膜を蒸着した全反射のミラーである。一般に光通信で使用される波長帯の全反射膜としては誘電体多層膜が用いられることが多いが、金蒸着膜を用いると光通信帯の広帯域にわたって、良好な反射率が得られる。
【0119】
図3に、図5でそのファラデー回転特性を示した実施例2のファラデー回転子群を、図2でその構成を示した光サーキュレータ非相反部(光学結晶部)に適用した場合のアイソレーション波長特性の計算結果を示す。
【0120】
前記のOバンド〜Lバンドの全域で40dB以上のアイソレーションが得られている。これは1400nmから1750nmの範囲で高アイソレーションを得るための設計の結果である。
【0121】
それに対して、実施例2で説明したように、1400nm近傍でファラデー回転角が45度になるように設計すれば、Oバンド〜Lバンドの全域で50dB以上のアイソレーションが得られる。
【0122】
通常はこの程度の波長範囲で十分であるが、Uバンド帯など更なる広帯域化を必要とする場合は、式(1)〜式(7)で述べた条件を用いて、必要範囲の中心波長またはそれよりやや短波長において波長依存性を完全に補償するように主ファラデー回転子(主のFR)と副ファラデー回転子(副のFR)を設計すればよい。
【0123】
(実施例4)図1に、本実施例4における光サーキュレータの全体構成を示す。図1(a)はその平面図、図1(b)はその正面図である。非相反部(光学結晶部)とそれに組み合わせる光結合系が示されている。
【0124】
プリズム34は光学ガラス製であり、ガラスキャピラリ29中に固定された3本の光ファイバ(30、31、32)とレンズ33はファイバコリメータを成す。
【0125】
各ファイバに独立にレンズを配置せずに、併置された複数のファイバと1つのレンズでファイバコリメータを構成した場合、各ファイバから出た光線がレンズを介して作るコリメートビームは互いに角度を持つが、プリズム34は前記角度を持つコリメートビームを互いに平行にする作用を持つ。
【0126】
本実施例4の構成は、全反射ミラーを含み、コリメートビームを用いることが必要であるが、各ファイバに独立にレンズを配置することは光サーキュレータ全体の大型化につながるため、本実施例4のような構成が望ましい。
【0127】
(実施例5)図8に、本実施例5の光アイソレータの構成を示す。81aおよび81bは光ポート、82aおよび82bはルチル偏光結晶、83aはYIG結晶、83bはTBIG厚膜、84aおよび84bは全反射のミラーを示す。
【0128】
このような構成において、偏光依存型の光アイソレータを構成すると、他の実施例と同様に広帯域において、アイソレーション変化の少ない光アイソレータが得られる。
【0129】
また、広帯域においてファラデー回転角の変化が少なくなる様に2種類のファラデー回転材料を組み合わせて構成したファラデー回転子は、光路方向の厚さが大きくなるが、本実施例5においては、全反射ミラーによる折り返しの光学系を有し、ファラデー回転子を往復で使用できるので、ファラデー回転子の厚さを半分にすることができる。
【0130】
上記の実施例においては、広帯域においてファラデー回転角の波長依存性を補償するファラデー回転子の組み合わせとして、TBIG厚膜とYIG結晶の組み合わせを用いたが、TBIG厚膜以外のビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜とYIG結晶の組み合わせを用いても、波長依存性の補償が可能である。
【0131】
そのとき、YIG結晶と組み合わせるビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜はファラデー回転係数が大きく、その波長依存性においてYIG結晶との差が大きいものほど良い。その理由は、YIG結晶およびビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜のいずれの光路長も小さくとることができ、小形のファラデー回転子群が得られるからである。
【0132】
その様なビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜としては、ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット厚膜、ビスマス置換イットリウム・テルビウム鉄ガーネット厚膜、ビスマス置換ホルミウム・テルビウム鉄ガーネット厚膜などを使用することができる。
【0133】
【発明の効果】
以上のように、本発明により、非相反光デバイスにおけるファラデー回転子の波長依存性を広範囲において実質的に打ち消し、特にアイソレーション特性の波長依存性が大幅に抑制された非相反光デバイスを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例4の光サーキュレータの構成図。図1(a)はその平面図、図1(b)はその正面図。
【図2】実施例3の非相反部の構成図。図2(a)はその平面図、図2(b)はその正面図。
【図3】実施例3の非相反部のアイソレーション波長特性を表す図。
【図4】本発明のファラデー回転子群の模式的な斜視図。
【図5】実施例2の、YIG結晶(主のFR)、TBIG厚膜(副のFR)、およびYIG結晶とTBIG厚膜の組み合わせ(全体のFR)におけるファラデー回転角の波長依存性を表す図。
【図6】本発明の非相反光デバイスの基本構成を表す図。図6(a)はその平面図、図6(b)その正面図。
【図7】本発明の非相反光デバイスにおける非相反部の動作の説明図。図7(a)は光入出射ポート側から見た各光学部材の結晶軸方向および偏波面回転方向を表す図。図7(b)は第1ポートから第2ポートへの光進行における図7(a)に示した各光学部材の前後における偏光状態と光入出射位置を表す図。
【図8】実施例5の光アイソレータの構成図。
【図9】従来の光アイソレータを表す模式図。
【図10】従来の光アイソレータにおけるアイソレーションの波長依存性を表す図。
【図11】従来の、中心波長を1500nmと1600nmに設定した光アイソレータを直列接続した場合におけるアイソレーションの波長依存性を表す図。
【符号の説明】
4 第1ポート
5 第2ポート
6 第3ポート
7,12,20,26 ウォークオフ偏光子
8,9,21,22 1/2波長板
10,11 ファラデー回転子
13 1/4波長板
14,28,84a,84b ミラー
15,16,23,24,83a YIG結晶(主ファラデー回転子)
17,25,83b TBIG厚膜(副ファラデー回転子)
18 SmCoマグネット
19 偏波分散補償板
27 1/4波長板
29 ガラスキャピラリ
30,31,32 光ファイバ
33 レンズ
34 プリズム
41 印加磁界
81a,81b 光ポート
82a,82b ルチル偏光結晶
Claims (9)
- 少なくとも2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、少なくとも1枚のミラーとを含む非相反部を有する非相反光デバイスにおいて、前記ファラデー回転子のうちの2個は、互いに異なる材料組成を有し、かつ互いに逆向きの偏波面回転方向を有し、かつその間に偏光分離素子が介在しないことを特徴とする非相反光デバイス。
- 前記ファラデー回転子のうちの2個は、YIG(イットリウム鉄ガーネット)結晶からなるファラデー回転子と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット厚膜からなるファラデー回転子であることを特徴とする請求項1に記載の非相反光デバイス。
- 前記非相反部は、2枚のウォークオフ偏光子と、光進行方向に対して併置される2枚の相反性偏波面回転子と、光進行方向に対して直列に配置される少なくとも2個のファラデー回転子と、1枚の1/4波長板と、1枚のミラーとを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の非相反光デバイス。
- 前記相反性偏波面回転子は1/2波長板であることを特徴とする請求項3に記載の非相反光デバイス。
- 前記1/2波長板と前記1/4波長板は、各々複数の材料の波長板を組み合わせてなることを特徴とする請求項4に記載の非相反光デバイス。
- 前記ファラデー回転子の偏波面回転角の合計はほぼ45度またはほぼ−45度であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の非相反光デバイス。
- 前記偏波面回転角の合計がほぼ45度またはほぼ−45度をなすファラデー回転子群と光入出射ポートの間に、空間的な偏光分離を行わない複屈折結晶平板が少なくとも1枚、配置されることを特徴とする請求項6に記載の非相反光デバイス。
- 前記ミラーは誘電体多層膜または金属膜よりなることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の非相反光デバイス。
- 前記ウォークオフ偏光子に入射する光が平行ビームであり、かつ前記ウォークオフ偏光子と光入出射ポートとの間にプリズムが配置されることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の非相反光デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002165596A JP2004012771A (ja) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | 非相反光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002165596A JP2004012771A (ja) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | 非相反光デバイス |
Publications (1)
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JP2004012771A true JP2004012771A (ja) | 2004-01-15 |
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JP2002165596A Pending JP2004012771A (ja) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | 非相反光デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2004012771A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010014579A (ja) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光学センサおよびそれを用いた計測システム |
JP2013041882A (ja) * | 2011-08-11 | 2013-02-28 | Fujitsu Ltd | 光増幅装置 |
CN113093412A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 武汉天马微电子有限公司 | 显示面板及控制方法、显示装置 |
-
2002
- 2002-06-06 JP JP2002165596A patent/JP2004012771A/ja active Pending
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