JP2004264368A - Reflective optical device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファラデー回転子を用いて偏光方向を制御すると共に複屈折手段を用いて光路シフトを制御する反射型の光デバイスに関し、±45度可変ファラデー回転子によって光スイッチ機能を実現したり、あるいは45度固定ファラデー回転子によって光サーキュレータ機能を実現するようにした反射型光デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開2000−39590号公報
【0003】
光通信システムあるいは光計測システムなどにおいては、光路の切り換えを行うための光スイッチや光路を制御するための光サーキュレータなどの光デバイスが組み込まれている。光スイッチは、入力ポートからの入力光を、出力ポートの選択された任意の一つに出力するというような光路切り換え機能を有する光デバイスであり、1×2型(1入力・2出力)が最も基本的な形態である。光サーキュレータは、第1ポートからの入力光を第2ポートへ出力し、第2ポートからの入力光を第3ポートに出力するというように光路を循環的に制御する機能を有する光デバイスであり、3ポート型が最も基本的な形態である。
【0004】
特に光通信用の光デバイスとしては、偏波無依存であること、光ファイバとの整合性が良好なこと、信頼性が高いことなどが肝要である。そのような要求を満たしうるものとして、例えば偏波面に応じて光路を制御する複屈折結晶と偏波面の回転角を制御するファラデー回転子などの各種光素子を組み合わせ配列した光素子群によって必要な光機能部を実現する構成がある。
【0005】
この種の光デバイスでは、かつては光素子群の一端側から光が入力し、光素子群を一方向に進行して、他端側から出力する構造(言わば透過型)が一般的であった。しかし近年、光デバイスの小型化などの観点から、配列されている光素子群と反射手段(ミラー)を組み合わせ、一端側から入力する光が光素子群を進行してミラーに達し、該ミラーで反射した光が光素子群を逆行して一端側から出力するようにし、光が光素子群を往復する間、光路の切り換えや制御を行う反射型の光デバイスが開発されている。例えば特許文献1には、複屈折結晶、45度ファラデー回転子、1/2波長板、複屈折結晶を一列に配列し、更にその列の一端に入出射部を設け、他端に偏波回転素子と反射体を配置した反射型光サーキュレータが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような反射型の光デバイスは、光が光素子群を往復する間に必要な機能をもたせることができるため、部品点数を削減でき、光軸方向の長さを大幅に短縮できる利点を有する。しかし、従来の反射型光デバイスは機能面で制約があり用途が限られている。
【0007】
前記特許文献1で開示されている構成の反射型光サーキュレータは、確かにサーキュレータ機能を呈するものの不完全な循環型である。例えば3ポート型の場合、第1ポートからの入力光は第2ポートに出力し、第2ポートからの入力光は第3ポートに出力するが、第3ポートからの入力光は第1ポートには出力できない。4ポート以上の形式の場合でも、最終ポートからの入力光は第1ポートには出力できない。
【0008】
上記の反射型光サーキュレータの構造を利用し、ファラデー回転子を固定磁界印加方式から可変磁界印加方式に置き換えて±45度可変ファラデー回転子にすると、スイッチ機能が得られる。しかし、1×2型(1入力・2出力)又は2×1型(2入力・1出力)であり、2×2型(2入力・2出力)は得られない。
【0009】
本発明の目的は、2×2型の光スイッチ機能を呈する反射型光デバイスを提供することである。本発明の他の目的は、完全な循環型の4ポート光サーキュレータ機能を呈する反射型光デバイスを提供することである。本発明の更に他の目的は、部品点数が少なく、動作の信頼性が高く、安価にでき、小型化できる反射型光デバイスを提供することである。
【0010】
【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偏波分離合成用複屈折手段と、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換する偏波回転手段と、偏波方向に応じて光路シフトを制御する第1及び第2の光路制御用複屈折手段と、偏波面を往復で90度回転させて反射する偏波回転反射手段又は往復の光路を変更して反射する光路変更反射手段とを、その順序で光軸に沿って配列し、
偏波回転手段と第1の光路制御用複屈折手段の間に一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第1の直線位相子が、また第1の光路制御用複屈折手段と第2の光路制御用複屈折手段の間に他の一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第2の直線位相子がそれぞれ挿入され、
偏波回転反射手段又は光路変更反射手段とは反対側に位置する入出射部には4本以上の光ファイバが配列されており、
前記偏波回転手段は、±45度可変ファラデー回転子と一対の1/2波長板の組み合わせからなり、偏波方向を切り換えることで光スイッチ機能を呈することを特徴とする反射型光デバイスである。
【0011】
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偏波分離合成用複屈折手段と、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換する偏波回転手段と、偏波方向に応じて光路シフトを制御する第1及び第2の光路制御用複屈折手段と、偏波面を往復で90度回転させて反射する偏波回転反射手段又は往復の光路を変更して反射する光路変更反射手段とを、その順序で光軸に沿って配列し、
偏波回転手段と第1の光路制御用複屈折手段の間に一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第1の直線位相子が、また第1の光路制御用複屈折手段と第2の光路制御用複屈折手段の間に他の一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第2の直線位相子がそれぞれ挿入され、
偏波回転反射手段又は光路変更反射手段とは反対側に位置する入出射部には4本以上の光ファイバが配列されており、
前記偏波回転手段は、45度固定ファラデー回転子と一対の1/2波長板の組み合わせからなり、光サーキュレータ機能を呈することを特徴とする反射型光デバイスである。
【0012】
こられの構成によって本発明に係る反射型光デバイスは、典型的には4本のファイバを用いた2×2型(2入力・2出力)光スイッチ、あるいは4ポート完全循環型の光サーキュレータとして動作することになる。
【0013】
偏波回転反射手段は、例えば1/4波長板又は45度固定ファラデー回転子からなる往復90度偏波回転子と、平面反射体の組み合わせからなる構成とする。光路変更反射手段は、例えば2段階の反射で光路を切り換えるV型反射体からなる。この場合、V型反射体は、V型反射面が偏波分離合成用複屈折手段による分離方向と平行な向きに設置する。
【0014】
偏波分離合成用複屈折手段は、偏波分離合成用複屈折結晶と偏波分散補償用複屈折結晶とからなり、偏波分離合成用複屈折結晶による偏波分散を偏波分散補償用複屈折結晶で補償する構成、あるいは偏波分離合成用複屈折結晶を2分割し、それらの間に1/2波長板を挿入して常光・異常光を入れ換えることにより偏波分散を補償する構造とする。
【0015】
偏波回転反射手段としては、1/4波長板又は45度固定ファラデー回転子からなる往復90度偏波回転子と、2段階の反射で光路を切り換えるV型反射体であってもよい。この場合、V型反射体は、V型反射面が偏波分離合成用複屈折手段による分離方向と直交する向きに設置する。更に光路変更反射手段としては、2段階の反射で往復路の光路を切り換えると共に往復路で常光光路と異常光光路を入れ換える方錐状反射体を用いることもできる。これらの構成によれば、反射によって常光と異常光を入れ換えることができるために偏波分散を補償できる。従って、偏波分離合成用複屈折手段に上記のような複数の複屈折結晶を組み合わせを用いる必要が無くなり、構成がより一層簡素化される。
【0016】
入出射部は、4本の光ファイバと、4芯フェルールと、各光路に共通の結合用レンズと、該結合用レンズからの斜め方向の出射光を光軸に平行に、光軸に平行な光を結合用レンズへの斜め方向の入射光にする光路補正素子からなる構成とする。あるいは、入出射部は、4本の光ファイバを並設したファイバアレイと、各ファイバアレイにそれぞれ対応してレンズ素子を配列したコリメータレンズアレイとで構成してもよい。
【0017】
なおV型反射体は、V溝の内面に反射膜を形成した構成でもよいし、三角柱プリズムの外面に反射膜を形成した構成でもよい。方錐状反射体も、四角錐状(ピラミッド形状)の穴の内面に反射膜を形成した構成でもよいし、四角錐プリズムの外面に反射膜を形成した構成でもよい。いずれにしても、反射面が所定の角度と向きを有していればよく、反射面以外の多少の形状変更は自由である。
【0018】
光スイッチとして機能させる光デバイスの場合、±45度可変ファラデー回転子にはファラデー回転の方向を切り換える可変磁界を印加するために電磁石を使用する。その磁気ヨークに半硬質磁性材料を用いると、通電を停止しても磁化状態が自己保持されるため、省電力化を図ることができる。
【0019】
本発明では、第1及び第2の光路制御用複屈折手段という2段階の光路シフト機構を組み込み、往復路の光路シフトを制御することで、特定のポートから入力する光を所望のポートに結合させているのである。
【0020】
【実施例】
図1は本発明に係る反射型光スイッチの一実施例を示す説明図である。Aは素子の配列構造と各位置での偏波状態を示しており、Bはその光路を示している。光スイッチ本体は、偏波分離合成用複屈折手段10と、偏波回転手段12と、第1の直線位相子14と、第1の光路制御用複屈折手段16と、第2の直線位相子18と、第2の光路制御用複屈折手段20と、偏波回転反射手段22とを、その順序で光軸に沿って配列した構成である。説明を分かり易くするため、素子の配列方向(光軸)をz軸とし、該z軸に直交する2軸をそれぞれx軸(横軸)、y軸(縦軸)とする座標軸を設定する。また便宜的に、往路における光の進行方向を基準として、x方向を右方向、y方向を上方向と言い、光路については下から順に1段目、2段目、…、5段目と称する。また偏波の回転方向は、z方向(往路における光の進行方向)を基準として反時計回りを+側とする。
【0021】
光は光軸に平行に入出射する。偏波分離合成用複屈折手段10は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を常光・異常光に分離し異なる光路の常光・異常光を合成するもので、光学軸がxz面内でz軸から傾いている複屈折結晶24からなる。なお、組み合わされている次の複屈折結晶25は、複屈折結晶24で生じる偏波分散を補償するためのものであり、光学軸がy軸に平行に設定され、常光・異常光が入れ替わることで光路長を補正している。偏波回転手段12は、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換するものであり、±45度可変ファラデー回転子26と左右分割されている一対の1/2波長板27a,27bの組み合わせからなる。±45度可変ファラデー回転子26は、磁気光学結晶(例えばBi置換希土類鉄ガーネットLPE膜)からなるファラデー素子と該ファラデー素子に外部から磁界を印加する電磁石を備え、該電磁石への通電電流の向きを切り換えることでファラデー回転角を+45度又は−45度に切り換えることができる構造である。左側の1/2波長板27aは光学軸がxy面内でx軸に対して+22.5度傾き、右側の1/2波長板27bは光学軸がxy面内でx軸に対して−22.5度傾くように組み合わせたものである。第1の直線位相子14は、2段目光路と4段目光路に配置された1/2波長板14a,14b(いずれも光学軸はxy面内でx軸に対して+45度傾いている)からなり、2段目光路と4段目光路の光の偏波方向を90度回転する。第1の光路制御用複屈折手段16は、偏波方向に応じて光路シフトを制御するもので、光学軸がyz面内でz軸から傾いている複屈折結晶からなる。第2の直線位相子18は、1段目光路と5段目光路に配置された1/2波長板18a,18b(いずれも光学軸はxy面内でx軸に対して+45度傾いている)からなり、1段目光路と5段目光路の光の偏波方向を90度回転する。第2の光路制御用複屈折手段20は、第1の光路制御用複屈折手段16と同じもので、偏波方向に応じて光路シフトを制御するもので、光学軸がyz面内でz軸から傾いている複屈折結晶からなる。偏波回転反射手段22は、偏波面を往復で90度回転させて反射するもので、1/4波長板28と平面反射体29の組み合わせからなる(1/4波長板に代えて45度固定ファラデー回転子を用いることも可能である)。1/4波長板28は、直線偏光を回転偏光に、あるいは回転偏光を直線偏光に変換する機能を有する。偏波回転手段12における±45度可変ファラデー回転子26により偏波方向を+45度又は−45度に切り換えることによって、この光デバイスは光スイッチ機能を呈する。
【0022】
この反射型光スイッチの動作は次の通りである。まず、±45度可変ファラデー回転子26で偏波面に+45度ファラデー回転が生じるように、電磁石への通電電流を制御するものとする。
【0023】
3段目左側の第1入力ポート(I1)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段10(複屈折結晶24)で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離すると共に複屈折結晶25で偏波分散が補償される。±45度可変ファラデー回転子26では偏波方向が+45度回転し、左右一対の1/2波長板27a,27bで両光の偏波方向が直交から平行(y軸と平行)の関係に変換される。1/2波長板は、入力光の偏波面を光学軸に対して対称な方向に変換する性質を備えているからである。両光は第1の直線位相子14をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段16では異常光となるので上方向(+y方向)に屈折して4段目光路にシフトする。第2の直線位相子18もバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段20でも異常光となるので上方向(+y方向)に屈折して5段目光路にシフトする。そして1/4波長板28で円偏波になり、平面反射体29に達する。
【0024】
平面反射体29による反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板28を通過することで直線偏光に戻る。しかし両光の偏波方向はx軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段20に対しては常光であるので光路はシフトせず、そのまま直進する。次に第2の直線位相子18(1/2波長板18b)を通過することで偏波方向がy軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段16では異常光となるので下方向(−y方向)に屈折して4段目光路にシフトする。両光は第1の直線位相子14(1/2波長板14b)を通過することで偏波方向がx軸と平行になり、1/2波長板27a,27bで左側光路の光の偏波方向は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転する。そのため、両光は偏波方向が平行から直交の関係となる。そして±45度可変ファラデー回転子26でそれぞれ+45度回転する。両光は偏波分離合成用複屈折手段10(複屈折結晶24)で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、4段目左側の第1出力ポート(O1)に結合する。
【0025】
2段目左側の第2入力ポート(I2)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段10(複屈折24)で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離するとともに偏波分散が補償される。±45度可変ファラデー回転子26では偏波方向が+45度回転し、左右一対の1/2波長板27a,27bで両光の偏波方向が直交から平行(y軸と平行)の関係に変換される。両光は第1の直線位相子14(1/2波長板14a)を通過して偏波方向がx軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段16では常光となるため直進する。第2の直線位相子18をバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段20でも常光となるため直進する。そして1/4波長板28を通過することで円偏波になり、平面反射体29に達する。
【0026】
平面反射体29による反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板28を通過することで直線偏光に戻る。しかし、偏波方向はy軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段20に対しては異常光であるので−y方向に屈折して光路は1段目にシフトする。両光は第2の直線位相子18(1/2波長板18a)を通過することで偏波方向がx軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段16では常光であるため直進し、第1の直線位相子14をバイパスする。両光は、1/2波長板27a,27bで左側光路の光は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転し、±45度可変ファラデー回転子26でそれぞれ+45度回転する。そのため、両光は偏波方向が平行から直交の関係となる。そして両光は偏波分離合成用複屈折手段10(複屈折結晶24)で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、1段目左側の第2出力ポート(O2)に結合する。
【0027】
次に、±45度可変ファラデー回転子26で偏波面に−45度ファラデー回転が生じるように、電磁石への通電電流を制御するものとする。
【0028】
3段目左側の第1入力ポート(I1)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段10で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離するとともに偏波分散が補償される。±45度可変ファラデー回転子26では偏波方向が−45度回転し、左右一対の1/2波長板27a,27bで両光の偏波方向が直交から平行(x軸と平行)の関係に変換される。両光は第1の直線位相子14をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段16では常光となるので直進し、第2の直線位相子18もバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段20でも常光となるのでそのまま3段目光路を直進する。そして1/4波長板28で円偏波になり、平面反射体29に達し反射する。
【0029】
反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板28を通過することで直線偏光に戻る。しかし、両光の偏波方向はy軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段20に対しては異常光であるので−y方向に屈折して2段目光路にシフトする。次に第2の直線位相子18をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段16でも異常光となるので下方向(−y方向)に屈折して1段目光路にシフトする。両光は第1の直線位相子14をバイパスし、1/2波長板27a,27bで左側光路の光は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転する。そして±45度可変ファラデー回転子26でそれぞれ−45度回転する。両光は偏波分離合成用複屈折手段10で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、1段目左側の第2出力ポート(O2)に結合する。
【0030】
2段目左側の第2入力ポート(I2)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段10で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離するとともに偏波分散が補償される。±45度可変ファラデー回転子26では偏波方向が−45度回転し、左右一対の1/2波長板27a,27bで両光の偏波方向が直交から平行(x軸と平行)の関係に変換される。両光は第1の直線位相子14(1/2波長板14a)を通過して偏波方向がy軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段16では異常光となるため上方向(+y方向)に屈折して3段目光路にシフトする。第2の直線位相子18をバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段20でも異常光となるため上方向(+y方向)に屈折して4段目光路にシフトする。そして1/4波長板28で円偏波になり、平面反射体29に達し反射する。
【0031】
反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板28を通過することで直線偏光に戻る。しかし、偏波方向はx軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段20に対しては常光であるのでそのまま直進する。両光は第2の直線位相子18をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段16でも常光であるためそのまま4段目光路を直進し、第1の直線位相子14(1/2波長板14b)を通過することで偏波方向がy軸と平行になる。両光は、1/2波長板27a,27bで左側光路の光は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転し、±45度可変ファラデー回転子26でそれぞれ−45度回転する。そして両光は偏波分離合成用複屈折手段10で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、4段目左側の第1出力ポート(O1)に結合する。
【0032】
つまり、±45度可変ファラデー回転子26によりファラデー回転角を+45度に制御することによって、3段目左側の第1入力ポート(I1)から入射する光を4段目左側の第1出力ポート(O1)から出射させ、2段目左側の第2入力ポート(I2)から入射する光を1段目左側の第2出力ポート(O2)から出射させることができる。また、ファラデー回転角を−45度に制御することによって、3段目左側の第1入力ポート(I1)から入射する光を1段目左側の第2出力ポート(O2)から出射させ、2段目左側の第2入力ポート(I2)から入射する光を4段目左側の第1出力ポート(O1)から出射させることができる。このようにして、2×2型(2入力・2出力)の反射型光スイッチが実現できる。
【0033】
入出射部の例を図2及び図3に示す。図1から分かるように、反射型光スイッチ本体における入出射位置は、左側光路に等間隔で並んでいる。従って、4本の光ファイバ30を一列に配列した構成で対応できる。
【0034】
図2に示す例は、4芯フェルール31と、各光路に共通の光集束性の結合用レンズ32と、該結合用レンズ32からの斜め方向の出射光を光軸に平行に、光軸に平行な光を結合用レンズ32への斜め方向の入射光にする光路補正素子34からなる。ここで光路補正素子34は、4個の楔形プリズム34a,…,34dを光軸に関して対称配置し結合した構造である。内側プリズム34b,34cの2個と外側プリズム34a,34dの2個はそれぞれ同一形状であり、光が入出射する一方の面は光軸に対して垂直であるが、他方の面は光軸に対して傾いている(傾斜は内側プリズムの方が外側プリズムよりも急である)。勿論、一体で精度よく加工できればそれでもよいし、内側の2個を一体化し、外側と組み合わせた3ピース構成でもよい。
【0035】
図3に示す例は、4本の光ファイバ30を配列したファイバアレイ36と、各光ファイバにそれぞれ対応して4個のレンズ素子37を配列したコリメータレンズアレイ38とからなる。
【0036】
これらによって4本の光ファイバ30を一列に配列した入出射部を構成し、それを、例えば図1に示す反射型光スイッチ本体の平面反射体29とは反対側のポートの位置に設置すればよいことになる。
【0037】
また図1の例では、偏波分離合成用複屈折手段が、偏波分離合成用複屈折結晶と偏波分散補償用複屈折結晶とからなるが、図4に示すように、偏波分離合成用複屈折結晶を2分割し(複屈折結晶40aと複屈折結晶40b)、それらの間に1/2波長板41を挿入した構造としてもよい。ここで一方の複屈折結晶40aは、光学軸がxz面内にあってz軸に対してある向き(例えば+側)に傾いている設定とし、他方の複屈折結晶40bは、光学軸がxz面内にあってz軸に対して反対の向き(従って−側)に傾いている設定とする。また、1/2波長板42は、光学軸がxy面内にあってx軸に対して45度傾いている設定として通過光の偏波方向を90度回転させ、常光・異常光が入れ替わるようにする。すると、前半分の複屈折結晶40aにおいて直進した常光成分が後半分の複屈折結晶40bでは異常光成分となって−x方向に屈折して分離し、また前半分の複屈折結晶40aにおいて+y方向に屈折した異常光成分は後半分の複屈折結晶40bでは常光成分となって直進するため分離することになり、偏波分散を補償することができる。
【0038】
図5は、反射型光スイッチ本体の他の実施例を示している。基本的な構成は図1と類似しているので、説明を簡略化するため、同一であってよい部材には同一符号を付し、主に相違点について説明する。この実施例では、偏波分離合成用複屈折手段として偏波分離合成用複屈折結晶24のみを用いる。偏波回転反射手段42の反射体としては、2段階の反射で光路を切り換えるV型反射体43を用いる。このV型反射体43は、45度傾斜のV溝面が反射面となっているもので、そのV溝がy軸に平行となる向きに設置する。
【0039】
この実施例の反射型光スイッチ本体の動作は、反射の部分を除けば図1の例と殆ど同様である。V型反射体43では、左側光路の光はV溝の両面における2段階の反射で右側光路の光となり、右側光路の光は同様にV溝の両面における2段階の反射で左側光路の光となる。これによって、偏波分離合成用複屈折結晶24での往路と復路で常光・異常光の入れ替えが行われることになる。従って、図1のような偏波分散補償用複屈折結晶25を組み込まなくても実質的に偏波分散を補償することができる。
【0040】
図6は、反射型光スイッチ本体の更に他の実施例を示している。基本的な構成は図1と類似しているので、説明を簡略化するため、同一であってよい部材には同一符号を付し、主に相違点について説明する。この実施例では、図1の偏波回転反射手段22の代わりに光路変更反射手段を用いており、その光路変更反射手段として2段階の反射で光路を切り換えるV型反射体44を用いている。この場合、偏波を回転させる必要がないため1/4波長板(あるいは45度固定ファラデー回転子)は不要である。このV型反射体44は、45度傾斜のV溝面が反射面となっているものであるが、この場合には図5とは異なり、V溝がx軸に平行となる向きに設置する。
【0041】
このV型反射体44では、2段目光路の光はV溝の両面での2段階の反射で5段目光路の光となり、逆に5段目光路の光は2段目光路の光となる。また3段目光路の光はV溝の両面での2段階の反射で4段目光路の光となり、逆に4段目光路の光は3段目光路の光となる。しかし、ここでは左右の光路の入れ替えは生じない。従って、図1と同様、偏波分離合成用複屈折手段10として、偏波分散を補償できる構造とするのが好ましい。
【0042】
この構成では、±45度可変ファラデー回転子26によりファラデー回転角を+45度に制御することによって、3段目左側の第1入力ポート(I1)から入射する光は1段目左側の第1出力ポート(O1)から出射し、2段目左側の第2入力ポート(I2)から入射する光は4段目左側の第2出力ポート(O2)から出射する。また、ファラデー回転角を−45度に制御することによって、3段目左側の第1入力ポート(I1)から入射する光は4段目左側の第2出力ポート(O2)から出射し、2段目左側の第2入力ポート(I2)から入射する光は1段目左側の第1出力ポート(O1)から出射する。従って、ファラデー回転の方向もしくはポートの位置関係は異なるが、この実施例でも2×2型(2入力・2出力)の反射型光スイッチを実現できる。
【0043】
図7は、反射型光スイッチ本体の更に他の実施例を示している。基本的な構成は図6と類似しているので、説明を簡略化するため、同一であってよい部材には同一符号を付し、主に相違点について説明する。この実施例では、偏波分離合成用複屈折手段として偏波分離合成用複屈折結晶24のみを用いている。偏波分散補償用複屈折結晶は不要である。光路変更反射手段としては、2段階の反射で光路を切り換えると共に往復路で常光光路と異常光光路を入れ換える四角錐状(ピラミッド形状)に凹陥した反射面をもつ方錐状反射体46を用いる。この場合、偏波を回転させる必要がないため、1/4波長板(あるいは45度固定ファラデー回転子)は不要である。この方錐状反射体46は、4面の45度傾斜面で囲まれ、開口の対角線がx軸及びy軸に一致する向きに設置する。なお、方錐状反射体は一体構造である必要はなく、複数のピースを組み合わせ接合した構造でもよい。
【0044】
この方錐状反射体46では、2段目左側光路の光は2段階の反射で5段目右側光路の光となり、逆に5段目左側光路の光は2段目右側光路の光となる。また3段目左側光路の光は2段階の反射で4段目右側光路の光となり、逆に4段目左側光路の光は3段目右側光路の光となる。同様に、右側光路の光は左側光路の光となる。このように、上下の光路の入れ替えと同時に左右の光路の入れ替えも生じる。これによって、偏波分離合成用複屈折結晶24での往路と復路で常光・異常光の入れ替えが行われることになり、偏波分散補償用複屈折結晶を用いなくても実質的に偏波分散を補償することができるのである。
【0045】
この構成では、±45度可変ファラデー回転子26によりファラデー回転角を+45度に制御することによって、3段目左側の第1入力ポート(I1)から入射する光は1段目左側の第1出力ポート(O1)から出射し、2段目左側の第2入力ポート(I2)から入射する光は4段目左側の第2出力ポート(O2)から出射する。また、ファラデー回転角を−45度に制御することによって、3段目左側の第1入力ポート(I1)から入射する光は4段目左側の第2出力ポート(O2)から出射し、2段目左側の第2入力ポート(I2)から入射する光は1段目左側の第1出力ポート(O1)から出射する。従って、ファラデー回転の方向もしくはポートの位置関係は異なるが、この実施例でも2×2型(2入力・2出力)の反射型光スイッチを実現できる。
【0046】
図2及び図3に示す入出射部は、図5〜図7に示す反射型光スイッチ本体にも適用できることは言うまでもない。図4に示す偏波分散補償機能を有する偏波分離合成用複屈折手段は、図6に示す反射型光スイッチ本体にも適用できる。
【0047】
次に反射型光サーキュレータについて説明する。図8は本発明に係る反射型光サーキュレータの一実施例を示す説明図であり、素子の配列構造と各位置での偏波状態を示している。光サーキュレータ本体は、偏波分離合成用複屈折手段50と、偏波回転手段52と、第1の直線位相子54と、第1の光路制御用複屈折手段56と、第2の直線位相子58と、第2の光路制御用複屈折手段60と、偏波回転反射手段62とを、その順序で光軸に沿って配列した構成である。説明を分かり易くするため、ここでも素子の配列方向(光軸)をz軸とし、該z軸に直交する2軸をそれぞれx軸(横軸)、y軸(縦軸)とする座標軸を設定する。また便宜的に、往路における光の進行方向を基準として、x方向を右方向、y方向を上方向とし、光路は下から順に1段目、2段目、…、5段目と称する。また偏波の回転方向は、z方向(往路における光の進行方向)をみて反時計回りを+側とする。
【0048】
光は光軸に平行に入出射する。偏波分離合成用複屈折手段50は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を常光・異常光に分離し異なる光路の常光・異常光を合成するもので、光学軸がxz面内でz軸から傾いている複屈折結晶64からなる。なお、組み合わされている次の複屈折結晶65は偏波分散を補償するためのものであり、光学軸がy軸に平行に設定され、常光・異常光が入れ替わることで光路長を補正している。偏波回転手段52は、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換するものであり、45度固定ファラデー回転子66と左右分割されている一対の1/2波長板67a,67bの組み合わせからなる。45度固定ファラデー回転子66は、磁気光学結晶からなるファラデー素子と該ファラデー素子に外部磁界を印加する永久磁石を備えた構造である。左側の1/2波長板67aは光学軸がxy面内でx軸に対して+22.5度傾き、右側の1/2波長板27bは光学軸がxy面内でx軸に対して−22.5度傾くように組み合わされている。第1の直線位相子54は、2段目光路と4段目光路に配置された1/2波長板54a,54b(いずれも光学軸はxy面内でx軸に対して+45度傾いている)からなり、2段目光路と4段目光路の光の偏波方向を90度回転する。第1の光路制御用複屈折手段56は、偏波方向に応じて光路シフトを制御するもので、光学軸がyz面内でz軸から傾いている複屈折結晶からなる。第2の直線位相子58は、1段目光路と5段目光路に配置された1/2波長板58a,58b(いずれも光学軸はxy面内でx軸に対して+45度傾いている)からなり、1段目光路と5段目光路の光の偏波方向を90度回転する。第2の光路制御用複屈折手段60は、第1の光路制御用複屈折手段56と同じもので、偏波方向に応じて光路シフトを制御するもので、光学軸がyz面内でz軸から傾いている複屈折結晶からなる。偏波回転反射手段62は、偏波面を往復で90度回転させるもので、1/4波長板68と平面反射体69の組み合わせからなる(1/4波長板に代えて45度固定ファラデー回転子を用いてもよい)。1/4波長板68は、直線偏光を回転偏光に、あるいは回転偏光を直線偏光に変換するものである。これによって、この光デバイスは光サーキュレータ機能を呈する。
【0049】
この反射型光サーキュレータの動作は次の通りである。45度固定ファラデー回転子66は、ここでは偏波方向を反時計方向に45度回転させるものとする。
【0050】
3段目左側の第1ポート(P1)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段50(複屈折結晶64)で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離するとともに偏波分散が補償される。45度固定ファラデー回転子66では偏波方向が+45度回転し、左右一対の1/2波長板67a,67bで両光の偏波方向が直交から平行(y軸と平行)の関係に変換される。1/2波長板は、入力光の偏波面を光学軸に対して対称な方向に変換する性質を備えているからである。両光は第1の直線位相子54をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段56では異常光となるので上方向(+y方向)に屈折し4段目光路にシフトする。第2の直線位相子58もバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段60でも異常光となるので上方向(+y方向)に屈折し5段目光路にシフトする。そして1/4波長板68で円偏波になり、平面反射体69に達する。
【0051】
平面反射体69による反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板68を通過することで直線偏光に戻る。しかし両光の偏波方向はx軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段60に対しては常光であるので光路はシフトせず、そのまま直進する。次に第2の直線位相子58(1/2波長板58b)を通過することで偏波方向がy軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段56では異常光となるので下方向(−y方向)に屈折し4段目光路にシフトする。両光は第1の直線位相子54(1/2波長板54b)を通過することで偏波方向がx軸と平行になり、1/2波長板67a,67bで左側光路の光の偏波方向は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転する。そのため、両光は偏波方向が平行から直交の関係となる。そして45度固定ファラデー回転子66でそれぞれ+45度回転する。両光は偏波分離合成用複屈折手段50(複屈折結晶64)で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、4段目左側の第2ポート(P2)に結合する。
【0052】
4段目左側の第2ポート(P2)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段50で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離するとともに偏波分散が補償される。45度固定ファラデー回転子66では偏波方向が+45度回転し、左右一対の1/2波長板67a,67bで両光の偏波方向が直交から平行(y軸と平行)の関係に変換される。両光は第1の直線位相子54(1/2波長板54b)を通過して偏波方向がx軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段56では常光となるため直進する。第2の直線位相子58をバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段60でも常光となるため直進する。そして1/4波長板68で円偏波になり、平面反射体69に達する。
【0053】
平面反射体69からの反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板68を通過することで直線偏光に戻る。しかし、偏波方向はy軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段60に対しては異常光であるので−y方向に屈折して光路は3段目にシフトする。両光は第2の直線位相子58をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段56でも異常光であるため−y方向に屈折して光路は2段目にシフトする。両光は、1/2波長板67a,67bで左側光路の光の偏波方向は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転して直交の関係となり、45度固定ファラデー回転子66でそれぞれ+45度回転する。そして両光は偏波分離合成用複屈折手段50で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、2段目左側の第3ポート(P3)に結合する。
【0054】
2段目左側の第3ポート(P3)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段50で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離するとともに偏波分散が補償される。45度固定ファラデー回転子66では偏波方向が+45度回転し、左右一対の1/2波長板67a,67bで両光の偏波方向が直交から平行(y軸と平行)の関係に変換される。両光は第1の直線位相子54(1/2波長板54a)を通過して偏波方向がx軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段56では常光となるのでそのまま直進し、第2の直線位相子58をバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段60でも常光となるのでそのまま直進する。そして1/4波長板68で円偏波になり、平面反射体69に達する。
【0055】
平面反射体69による反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板68を通過することで直線偏光に戻る。しかし両光の偏波方向はy軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段60に対しては異常光であるので−y方向に屈折し1段目光路にシフトする。次に第2の直線位相子58(1/2波長板58a)を通過して偏波方向がx軸と平行になり、第1の光路制御用複屈折手段56では常光となるので直進する。両光は第1の直線位相子54をバイパスし、左右の1/2波長板67a,67bで左側光路の光の偏波方向は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転して直交関係に戻る。そして45度固定ファラデー回転子66でそれぞれ+45度回転する。両光は偏波分離合成用複屈折手段50で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、1段目左側の第4ポート(P4)に結合する。
【0056】
1段目左側の第4ポート(P4)から+z方向に入力する光は、偏波分離合成用複屈折手段50で常光は直進し、異常光は屈折して+x方向に光分離するとともに偏波分散が補償される。45度固定ファラデー回転子66では偏波方向が+45度回転し、左右一対の1/2波長板67a,67bで両光の偏波方向が直交から平行(y軸と平行)の関係に変換される。両光は第1の直線位相子54をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段56では異常光となるため上方向(+y方向)に屈折し2段目光路にシフトする。第2の直線位相子58をバイパスし、第2の光路制御用複屈折手段60でも異常光となるため上方向(+y方向)に屈折して3段目光路にシフトする。そして1/4波長板68で円偏波になり、平面反射体69に達する。
【0057】
平面反射体69からの反射光は円偏波のままであるが、再び1/4波長板68を通過することで直線偏光に戻る。しかし、偏波方向はx軸と平行となる。これら両光は、第2の光路制御用複屈折手段60に対しては常光であるのでそのまま直進する。両光は第2の直線位相子58をバイパスし、第1の光路制御用複屈折手段56でも常光であるため直進し、第1の直線位相子54もバイパスする。両光は、左右の1/2波長板67a,67bで左側光路の光の偏波方向は+45度回転し、右側光路の光は−45度回転して直交の関係となり、45度固定ファラデー回転子66でそれぞれ+45度回転する。そして両光は偏波分離合成用複屈折手段50で常光は直進し、異常光は−x方向に屈折することで合成され、3段目左側の第1ポート(P1)に結合する。
【0058】
このようにして、3段目左側の第1ポート(P1)から入射する光は4段目左側の第2ポート(P2)から出射し、2段目左側の第2ポート(P2)から入射する光は2段目左側の第3ポート(P3)から出射する。2段目左側の第3ポート(P3)から入射する光は1段目左側の第4ポート(P4)から出射し、1段目左側の第4ポート(P4)から入射する光は3段目左側の第1ポート(P1)から出射する。従って、4ポート完全循環型の反射型光サーキュレータが実現できる。
【0059】
第1ポートから第4ポートは、順序は別にして、1列に等間隔で並んでいる状態となるから、入出射部は、前述した図2及び図3と同様の構成であってよい。偏波分離合成用複屈折手段も、図4に示すように、偏波分離合成用複屈折結晶を2分割し、それらの間に1/2波長板を挿入した構造としてもよい。
【0060】
図9は、反射型光サーキュレータ本体の他の実施例を示している。基本的な構成は図8と類似しているので、説明を簡略化するため、同一であってよい部材には同一符号を付し、主に相違点について説明する。この実施例では、偏波分離合成用複屈折手段として偏波分離合成用複屈折結晶64のみを用い、偏波分散補償用複屈折結晶は不要である。偏波回転反射手段82の反射体として、2段階の反射で光路を切り換えるV型反射体63を用いる。このV型反射体83は、45度傾斜のV溝面が反射面となっているもので、V溝がy軸に平行となる向きに設置する。
【0061】
この実施例の反射型光サーキュレータ本体の動作は、反射の部分を除けば図8の例と殆ど同様である。V型反射体83では、左側光路の光はV溝の両面における2段階の反射で右側光路の光となり、右側光路の光は同様にV溝の両面における2段階の反射で左側光路の光となる。これによって、偏波分離合成用複屈折結晶64での往路と復路で常光・異常光の入れ替えが行われることになる。従って、図8のような偏波分散補償用複屈折結晶65を用いなくても実質的に偏波分散を補償することができる。
【0062】
図10は、反射型光サーキュレータ本体の更に他の実施例を示している。基本的な構成は図8と類似しているので、説明を簡略化するため、同一であってよい部材には同一符号を付し、主に相違点について説明する。この実施例では、図8の偏波回転反射手段62の代わりに光路変更反射手段を用いており、その光路変更反射手段として、2段階の反射で光路を切り換えるV型反射体84を用いている。偏波を回転させないため1/4波長板(あるいは45度固定ファラデー回転子)は不要である。このV型反射体84は、45度傾斜のV溝面が反射面となっているものであるが、この場合には図9と異なり、V溝がx軸に平行となる向きに設置される。
【0063】
このV型反射体84では、2段目光路の光はV溝の両面での2段階の反射で5段目光路の光となり、逆に5段目光路の光は2段目光路の光となる。また3段目光路の光はV溝の両面での2段階の反射で4段目光路の光となり、逆に4段目光路の光は3段目光路の光となる。しかし、ここでは左右の光路の入れ替えは生じない。
【0064】
この構成では、3段目左側の第1ポート(P1)から入射する光は1段目左側の第2ポート(P2)から出射し、1段目左側の第2ポート(P2)から入射する光は2段目左側の第3ポート(P3)から出射する。また、2段目左側の第3ポート(P3)から入射する光は4段目左側の第4ポート(P4)から出射し、4段目左側の第4ポート(P4)から入射する光は3段目左側の第1ポート(P1)から出射する。従って、ポートの位置関係は異なるが、4ポート完全循環型の反射型光サーキュレータが実現できる。
【0065】
図11は、反射型光サーキュレータ本体の更に他の実施例を示している。基本的な構成は図10と類似しているので、説明を簡略化するため、同一であってよい部材には同一符号を付し、主に相違点について説明する。この実施例では、偏波分離合成用複屈折手段として偏波分離合成用複屈折結晶64のみを用いる。偏波分散補償用複屈折結晶は不要である。そのため光路変更反射手段として、2段階の反射で光路を切り換えると共に往復路で常光光路と異常光光路を入れ換える四角錐状(ピラミッド形状)に凹陥した反射面をもつ方錐状反射体86を用いている。1/4波長板(あるいは45度固定ファラデー回転子)は不要である。この方錐状反射体86は、4面の45度傾斜面で囲まれ、それら傾斜面が反射面となり、開口の対角線がx軸及びy軸に一致する向きに設置する。なお、方錐状反射体は一体構造である必要はなく、複数のピースを組み合わせ接合した構造でもよい。
【0066】
この方錐状反射体86では、2段目左側光路の光は対向面での2段階の反射で5段目右側光路の光となり、逆に5段目左側光路の光は2段目右側光路の光となる。また3段目左側光路の光は対向面での2段階の反射で4段目右側光路の光となり、逆に4段目左側光路の光は3段目右側光路の光となる。同様に、右側光路の光は左側光路の光となる。このように上下の光路の入れ替えと同時に左右の光路の入れ替えも生じる。これによって、偏波分離合成用複屈折結晶64での往路と復路で常光・異常光の入れ替えが行われることになり、偏波分散補償用複屈折結晶を用いなくても実質的に偏波分散を補償することができるのである。
【0067】
この構成でも、3段目左側の第1ポート(P1)から入射する光は1段目左側の第2ポート(P2)から出射し、1段目左側の第2ポート(P2)から入射する光は2段目左側の第3ポート(P3)から出射する。また、2段目左側の第3ポート(P3)から入射する光は4段目左側の第4ポート(P4)から出射し、4段目左側の第4ポート(P4)から入射する光は3段目左側の第1ポート(P1)から出射する。従って、4ポート完全循環型の反射型光サーキュレータが実現できる。
【0068】
図2及び図3に示す入出射部は、図9〜図11に示す反射型光サーキュレータ本体にも適用できることは言うまでもない。図4に示す偏波分散補償機能を有する偏波分離合成用複屈折手段は、図10に示す反射型光スイッチ本体にも適用できる。
【0069】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成した反射型光デバイスであり、光軸に沿って往復する光路を利用しているため、入出射部が両端に存在する透過型と異なり、基本的には偏波分離合成用の複屈折結晶が1個で済むなど部品点数を少なくでき安価に作製できるし小型化できる。また光ファイバが一方向のみに出るために、デバイスの取り扱いが容易となる利点もある。
【0070】
本発明によれば、反射型光スイッチの場合には、2×2型(2入力・2出力)が実現できる。磁気光学方式であり可動部を持たないために、動作の信頼性は極めて高い。また反射型光サーキュレータの場合には、4ポート完全循環型が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る反射型光スイッチの一実施例を示す説明図。
【図2】入出力部の一例を示す説明図。
【図3】入出力部の他の例を示す説明図。
【図4】偏波分散補償機能を有する偏波分離合成用複屈折手段の他の例を示す説明図。
【図5】本発明に係る反射型光スイッチの他の実施例を示す説明図。
【図6】本発明に係る反射型光スイッチの更に他の実施例を示す説明図。
【図7】本発明に係る反射型光スイッチの更に他の実施例を示す説明図。
【図8】本発明に係る反射型光サーキュレータの一実施例を示す説明図。
【図9】本発明に係る反射型光サーキュレータの他の実施例を示す説明図。
【図10】本発明に係る反射型光サーキュレータの更に他の実施例を示す説明図。
【図11】本発明に係る反射型光サーキュレータの更に他の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
10 偏波分離合成用複屈折手段
12 偏波回転手段
14 第1の直線位相子
16 第1の光路制御用複屈折手段
18 第2の直線位相子
20 第2の光路制御用複屈折手段
22 偏波回転反射手段
26 ±45度可変ファラデー回転子
28 1/4波長板
29 平面反射体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflection-type optical device that controls the polarization direction using a Faraday rotator and controls the optical path shift using birefringence means, and realizes an optical switch function by a ± 45-degree variable Faraday rotator, Alternatively, the present invention relates to a reflection type optical device in which an optical circulator function is realized by a 45-degree fixed Faraday rotator.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-39590
[0003]
In an optical communication system or an optical measurement system, an optical device such as an optical switch for switching an optical path and an optical circulator for controlling the optical path are incorporated. An optical switch is an optical device having an optical path switching function of outputting input light from an input port to an arbitrary selected one of output ports, and has a 1 × 2 type (1 input / 2 output). This is the most basic form. The optical circulator is an optical device having a function of cyclically controlling an optical path such that an input light from a first port is output to a second port and an input light from the second port is output to a third port. The three-port type is the most basic form.
[0004]
In particular, it is important for an optical device for optical communication to be polarization-independent, have good matching with an optical fiber, and have high reliability. As a device that can satisfy such a requirement, for example, an optical element group in which various optical elements such as a birefringent crystal that controls an optical path according to a polarization plane and a Faraday rotator that controls a rotation angle of the polarization plane are combined and arranged is necessary. There is a configuration for realizing an optical function unit.
[0005]
This type of optical device used to have a structure in which light is input from one end of the optical element group, travels in one direction through the optical element group, and is output from the other end (so-called transmission type). . However, in recent years, from the viewpoint of miniaturization of optical devices and the like, a group of arranged optical elements and a reflecting means (mirror) are combined, and light input from one end travels through the group of optical elements and reaches the mirror. Reflection type optical devices have been developed in which reflected light is output from one end side while traveling backward through the optical element group, and while the light reciprocates through the optical element group, switches and controls the optical path. For example, in
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Such a reflection type optical device has an advantage that the number of components can be reduced and the length in the optical axis direction can be significantly reduced because light can have necessary functions while light travels back and forth between the optical element groups. . However, conventional reflective optical devices are limited in terms of function and their applications are limited.
[0007]
The reflective optical circulator having the configuration disclosed in
[0008]
When the Faraday rotator is replaced with a variable magnetic field application method from a fixed magnetic field application method to a ± 45 degree variable Faraday rotator utilizing the above-described structure of the reflection type optical circulator, a switching function can be obtained. However, it is 1 × 2 type (1 input / 2 output) or 2 × 1 type (2 input / 1 output), and 2 × 2 type (2 input / 2 output) cannot be obtained.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a reflection type optical device having a 2 × 2 type optical switch function. It is another object of the present invention to provide a reflective optical device that exhibits a fully circulating four-port optical circulator function. Still another object of the present invention is to provide a reflection type optical device which has a small number of components, high operation reliability, can be inexpensive, and can be miniaturized.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a birefringence means for separating and combining light in the same optical path having orthogonal polarization directions and combining light in different optical paths, and changing the polarization direction of light in different optical paths from orthogonal to parallel or parallel. Polarization rotating means for converting the optical path into an orthogonal relation, first and second birefringent means for controlling the optical path shift according to the polarization direction, and reflection by rotating the polarization plane by 90 degrees reciprocally. Polarization rotation reflection means or an optical path change reflection means that changes and reflects the reciprocating optical path, are arranged along the optical axis in that order,
A first linear phase shifter for rotating the polarization direction of light in a part of the optical path by 90 degrees between the polarization rotating means and the first optical path controlling birefringent means, and a first optical path controlling birefringent means. A second linear phase shifter that rotates the polarization direction of light in another part of the optical path by 90 degrees is inserted between the second linear path retarder and the second optical path controlling birefringent means, respectively.
Four or more optical fibers are arranged in the input / output unit located on the opposite side to the polarization rotation reflection unit or the optical path changing reflection unit,
The polarization rotator is a reflection type optical device comprising a combination of a ± 45 degree variable Faraday rotator and a pair of half-wave plates, and exhibiting an optical switch function by switching a polarization direction. .
[0011]
Also, the present invention provides a polarization-separating / combining birefringent unit that separates light beams in the same optical path having orthogonal polarization directions and combines light beams in different optical paths, and changes the polarization direction of light beams in different optical paths from orthogonal to parallel or Polarization rotating means for converting from a parallel to orthogonal relationship, first and second optical path controlling birefringent means for controlling the optical path shift according to the polarization direction, and reflection by rotating the plane of polarization 90 degrees back and forth. Polarization rotation reflection means or optical path change reflection means to change and reflect the reciprocating optical path, arranged along the optical axis in that order,
A first linear phase shifter for rotating the polarization direction of light in a part of the optical path by 90 degrees between the polarization rotating means and the first optical path controlling birefringent means, and a first optical path controlling birefringent means. A second linear phase shifter that rotates the polarization direction of light in another part of the optical path by 90 degrees is inserted between the second linear path retarder and the second optical path controlling birefringent means, respectively.
Four or more optical fibers are arranged in the input / output unit located on the opposite side to the polarization rotation reflection unit or the optical path changing reflection unit,
The polarization rotator is a reflection type optical device comprising a combination of a 45-degree fixed Faraday rotator and a pair of half-wave plates, and having an optical circulator function.
[0012]
With this configuration, the reflection type optical device according to the present invention is typically a 2 × 2 type (two input / two output) optical switch using four fibers or a four-port complete circulation type optical circulator. Will work.
[0013]
The polarization rotating / reflecting means has, for example, a configuration including a combination of a reciprocating 90-degree polarization rotator including a quarter-wave plate or a 45-degree fixed Faraday rotator and a plane reflector. The light path changing reflection means is composed of, for example, a V-shaped reflector that switches the light path by two-stage reflection. In this case, the V-shaped reflector is installed so that the V-shaped reflection surface is parallel to the direction of separation by the birefringent means for polarization separation / synthesis.
[0014]
The polarization splitting / combining birefringent means is composed of a polarization splitting / combining birefringent crystal and a polarization dispersion compensating birefringent crystal. A structure that compensates for polarization dispersion by compensating with a refraction crystal, or by dividing a birefringent crystal for polarization separation / synthesis into two and inserting a half-wave plate between them to replace ordinary and extraordinary light. I do.
[0015]
As the polarization rotating / reflecting means, a reciprocating 90-degree polarization rotator including a quarter-wave plate or a 45-degree fixed Faraday rotator, and a V-shaped reflector that switches the optical path by two-stage reflection may be used. In this case, the V-shaped reflector is installed so that the V-shaped reflecting surface is perpendicular to the direction of separation by the birefringent means for polarization separation / synthesis. Further, as the optical path changing / reflecting means, it is also possible to use a pyramidal reflector which switches the optical path of the reciprocating path by two-stage reflection and switches the ordinary optical path and the extraordinary optical path in the reciprocating path. According to these configurations, the ordinary light and the extraordinary light can be switched by reflection, so that the polarization dispersion can be compensated. Therefore, it is not necessary to use a combination of a plurality of birefringent crystals as described above for the birefringent means for polarization separation / synthesis, and the configuration is further simplified.
[0016]
The input / output unit includes four optical fibers, a four-core ferrule, a coupling lens common to each optical path, and obliquely emitted light from the coupling lens parallel to the optical axis and parallel to the optical axis. It is configured to include an optical path correction element that converts light into incident light to the coupling lens in an oblique direction. Alternatively, the input / output unit may be composed of a fiber array in which four optical fibers are juxtaposed, and a collimator lens array in which lens elements are arranged corresponding to the respective fiber arrays.
[0017]
The V-type reflector may have a configuration in which a reflection film is formed on the inner surface of the V-groove, or a configuration in which a reflection film is formed on the outer surface of the triangular prism. The pyramid-shaped reflector may also have a configuration in which a reflection film is formed on the inner surface of a quadrangular pyramid (pyramid) hole, or a configuration in which a reflection film is formed on the outer surface of a quadrangular pyramid prism. In any case, it is only necessary that the reflecting surface has a predetermined angle and direction, and a slight change in shape other than the reflecting surface is free.
[0018]
In the case of an optical device functioning as an optical switch, an electromagnet is used for a ± 45-degree variable Faraday rotator to apply a variable magnetic field that switches the direction of Faraday rotation. When a semi-hard magnetic material is used for the magnetic yoke, the magnetized state is maintained by itself even when the energization is stopped, so that power can be saved.
[0019]
In the present invention, a two-stage optical path shift mechanism of first and second optical path control birefringence means is incorporated, and light input from a specific port is coupled to a desired port by controlling the optical path shift of a reciprocating path. It is making it.
[0020]
【Example】
FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of the reflection type optical switch according to the present invention. A shows the arrangement structure of the elements and the polarization state at each position, and B shows the optical path. The optical switch body includes a polarization splitting / combining
[0021]
Light enters and exits parallel to the optical axis. The polarization splitting / combining birefringent means 10 separates light on the same optical path whose polarization directions are orthogonal to each other into ordinary light and extraordinary light, and combines ordinary light and extraordinary light on different optical paths. And a
[0022]
The operation of this reflection type optical switch is as follows. First, the current supplied to the electromagnet is controlled so that the ± 45-degree
[0023]
For the light input in the + z direction from the first input port (I1) on the left side of the third stage, the ordinary light goes straight through the polarization splitting / combining birefringent means 10 (birefringent crystal 24), and the extraordinary light is refracted to the + x direction. And the polarization dispersion is compensated by the
[0024]
The light reflected by the
[0025]
For the light input in the + z direction from the second input port (I2) on the left side of the second stage, the ordinary light goes straight through the polarization splitting / combining birefringent means 10 (birefringence 24), and the extraordinary light is refracted in the + x direction. Light is separated and polarization dispersion is compensated. In the ± 45-degree
[0026]
The light reflected by the
[0027]
Next, the current supplied to the electromagnet is controlled so that the ± 45-degree
[0028]
The light input in the + z direction from the first input port (I1) on the left side of the third stage is converted into ordinary light by the polarization splitting / combining birefringent means 10, and extraordinary light is refracted and separated in the + x direction while being polarized. Wave dispersion is compensated. In the ± 45-degree
[0029]
The reflected light remains circularly polarized, but returns to linearly polarized light by passing through the quarter-
[0030]
Light input to the + z direction from the second input port (I2) on the left side of the second stage is converted into ordinary light by the polarization splitting / combining birefringent means 10, and extraordinary light is refracted and separated in the + x direction while being polarized. Wave dispersion is compensated. In the ± 45-degree
[0031]
The reflected light remains circularly polarized, but returns to linearly polarized light by passing through the quarter-
[0032]
That is, by controlling the Faraday rotation angle to +45 degrees by the ± 45-degree
[0033]
2 and 3 show examples of the input / output unit. As can be seen from FIG. 1, the input / output positions in the reflection type optical switch main body are arranged at equal intervals in the left optical path. Therefore, a configuration in which four
[0034]
In the example shown in FIG. 2, a four-
[0035]
The example shown in FIG. 3 includes a
[0036]
These components constitute an input / output unit in which four
[0037]
Further, in the example of FIG. 1, the birefringence means for polarization separation / combination includes a birefringence crystal for polarization separation / combination and a birefringence crystal for polarization dispersion compensation, but as shown in FIG. The birefringent crystal for use may be divided into two (
[0038]
FIG. 5 shows another embodiment of the reflection type optical switch body. Since the basic configuration is similar to that of FIG. 1, for simplification of description, the same members are denoted by the same reference numerals, and mainly the differences will be described. In this embodiment, only the polarization splitting / combining
[0039]
The operation of the reflection type optical switch body of this embodiment is almost the same as the example of FIG. 1 except for the reflection part. In the V-shaped
[0040]
FIG. 6 shows still another embodiment of the reflection type optical switch body. Since the basic configuration is similar to that of FIG. 1, for simplification of description, the same members are denoted by the same reference numerals, and mainly the differences will be described. In this embodiment, an optical path changing / reflecting means is used in place of the polarization rotating / reflecting
[0041]
In the V-shaped
[0042]
In this configuration, by controlling the Faraday rotation angle to +45 degrees by the ± 45-degree
[0043]
FIG. 7 shows still another embodiment of the reflection type optical switch body. Since the basic configuration is similar to that of FIG. 6, for simplicity of description, the same members are denoted by the same reference numerals, and mainly the differences will be described. In this embodiment, only the polarization splitting / combining
[0044]
In the pyramidal reflector 46, light in the second-stage left optical path becomes light in the fifth-stage right optical path by two-stage reflection, and conversely, light in the fifth-stage left optical path becomes light in the second-stage right optical path. The light in the third-stage left optical path becomes light in the fourth-stage right optical path due to two-stage reflection, and the light in the fourth-stage left optical path becomes light in the third-stage right optical path. Similarly, light on the right optical path becomes light on the left optical path. In this way, the left and right optical paths are switched at the same time as the upper and lower optical paths are switched. As a result, the ordinary light and the extraordinary light are exchanged between the forward path and the return path in the polarization splitting / combining
[0045]
In this configuration, by controlling the Faraday rotation angle to +45 degrees by the ± 45-degree
[0046]
It goes without saying that the input / output unit shown in FIGS. 2 and 3 can also be applied to the reflection type optical switch body shown in FIGS. The polarization splitting / combining birefringence means having the polarization dispersion compensation function shown in FIG. 4 can also be applied to the reflection type optical switch body shown in FIG.
[0047]
Next, the reflection type optical circulator will be described. FIG. 8 is an explanatory view showing one embodiment of the reflection type optical circulator according to the present invention, and shows an arrangement structure of the elements and a polarization state at each position. The optical circulator body includes a polarization separating / combining birefringent means 50, a
[0048]
Light enters and exits parallel to the optical axis. The polarization splitting / combining birefringent means 50 separates light in the same optical path having orthogonal polarization directions into ordinary light and extraordinary light, and combines ordinary light and extraordinary light in different optical paths, and has an optical axis in the xz plane. And a
[0049]
The operation of this reflective optical circulator is as follows. Here, the 45-degree fixed
[0050]
For the light input in the + z direction from the first port (P1) on the left side of the third stage, ordinary light goes straight through the polarization splitting / combining birefringent means 50 (birefringent crystal 64), and the extraordinary light is refracted in the + x direction. Light is separated and polarization dispersion is compensated. In the 45-degree fixed
[0051]
The light reflected by the
[0052]
The ordinary light enters the + z direction from the second port (P2) on the left side of the fourth stage in the + z direction, and the extraordinary light is refracted and separated in the + x direction while being polarized. The dispersion is compensated. In the 45-degree fixed
[0053]
The reflected light from the
[0054]
Light input in the + z direction from the third port (P3) on the left side of the second stage is converted into ordinary light by the polarization splitting / combining birefringent means 50, and extraordinary light is refracted and separated in the + x direction while being polarized. The dispersion is compensated. In the 45-degree fixed
[0055]
The light reflected by the
[0056]
For the light input in the + z direction from the fourth port (P4) on the left side of the first stage, ordinary light goes straight through the polarization splitting / combining birefringent means 50, and the extraordinary light is refracted and separated in the + x direction while being polarized. The dispersion is compensated. In the 45-degree fixed
[0057]
The reflected light from the
[0058]
In this manner, the light incident from the first port (P1) on the third stage left exits from the second port (P2) on the fourth stage left and enters from the second port (P2) on the second stage left. Light is emitted from the third port (P3) on the left side of the second stage. The light incident from the third port (P3) on the left side of the second stage exits from the fourth port (P4) on the left side of the first stage, and the light incident from the fourth port (P4) on the left side of the first stage is the third stage. The light exits from the first port (P1) on the left side. Therefore, a reflection optical circulator of a 4-port complete circulation type can be realized.
[0059]
Since the first port to the fourth port are arranged in a line at equal intervals in a different order, the input / output unit may have the same configuration as that of FIGS. 2 and 3 described above. As shown in FIG. 4, the polarization splitting / combining birefringent means may have a structure in which a polarization splitting / combining birefringent crystal is divided into two and a half-wave plate is inserted between them.
[0060]
FIG. 9 shows another embodiment of the reflection type optical circulator body. Since the basic configuration is similar to that of FIG. 8, for the sake of simplicity of description, the same members are denoted by the same reference numerals, and mainly the differences will be described. In this embodiment, only the polarization splitting / combining
[0061]
The operation of the reflection type optical circulator body of this embodiment is almost the same as that of the example of FIG. 8 except for the reflection part. In the V-shaped
[0062]
FIG. 10 shows still another embodiment of the reflection type optical circulator body. Since the basic configuration is similar to that of FIG. 8, for the sake of simplicity of description, the same members are denoted by the same reference numerals, and mainly the differences will be described. In this embodiment, an optical path changing / reflecting means is used instead of the polarization rotating / reflecting
[0063]
In the V-shaped
[0064]
In this configuration, light incident from the first port (P1) on the left side of the third stage exits from the second port (P2) on the left side of the first stage, and light incident from the second port (P2) on the left side of the first stage. Are emitted from the third port (P3) on the left side of the second stage. Light incident from the third port (P3) on the second stage left exits from the fourth port (P4) on the fourth stage left, and light incident from the fourth port (P4) on the fourth stage left is 3 The light exits from the first port (P1) on the left side of the stage. Therefore, although the positional relationship of the ports is different, a reflection type optical circulator of a 4-port complete circulation type can be realized.
[0065]
FIG. 11 shows still another embodiment of the reflection type optical circulator body. Since the basic configuration is similar to that of FIG. 10, the same reference numerals are given to the same members for simplification of the description, and mainly the differences will be described. In this embodiment, only the polarization splitting / combining
[0066]
In the pyramid-shaped
[0067]
Also in this configuration, light incident from the first port (P1) on the third stage left exits from the second port (P2) on the first stage left, and enters from the second port (P2) on the first stage left. Are emitted from the third port (P3) on the left side of the second stage. Light incident from the third port (P3) on the second stage left exits from the fourth port (P4) on the fourth stage left, and light incident from the fourth port (P4) on the fourth stage left is 3 The light exits from the first port (P1) on the left side of the stage. Therefore, a reflection optical circulator of a 4-port complete circulation type can be realized.
[0068]
It goes without saying that the input / output unit shown in FIGS. 2 and 3 can be applied to the reflective optical circulator body shown in FIGS. The birefringence means for polarization separation / combination having the polarization dispersion compensation function shown in FIG. 4 can also be applied to the reflection type optical switch body shown in FIG.
[0069]
【The invention's effect】
The present invention is a reflection type optical device configured as described above, and utilizes an optical path reciprocating along the optical axis. The number of parts can be reduced, for example, only one birefringent crystal for separation / synthesis is required, and it can be manufactured at low cost and can be downsized. In addition, since the optical fiber exits in only one direction, there is an advantage that the device can be easily handled.
[0070]
According to the present invention, in the case of a reflection type optical switch, a 2 × 2 type (two inputs and two outputs) can be realized. The operation reliability is extremely high because it is a magneto-optical system and has no moving parts. In the case of a reflection type optical circulator, a four-port complete circulation type can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a reflection type optical switch according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of an input / output unit.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing another example of the input / output unit.
FIG. 4 is an explanatory view showing another example of a birefringent means for polarization separation / combination having a polarization dispersion compensation function.
FIG. 5 is an explanatory view showing another embodiment of the reflection type optical switch according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing still another embodiment of the reflection type optical switch according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing still another embodiment of the reflection type optical switch according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view showing one embodiment of the reflection type optical circulator according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing another embodiment of the reflection type optical circulator according to the present invention.
FIG. 10 is an explanatory view showing still another embodiment of the reflection type optical circulator according to the present invention.
FIG. 11 is an explanatory view showing still another embodiment of the reflection type optical circulator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Birefringence means for polarization separation / combination
12 Polarization rotating means
14 1st linear phase shifter
16. First birefringent means for optical path control
18 Second linear phase shifter
20 Birefringence means for controlling the second optical path
22 Polarization rotating reflection means
26 ± 45 degree variable Faraday rotator
28 1/4 wavelength plate
29 plane reflector
Claims (10)
偏波回転制御手段と第1の光路制御用複屈折手段の間に一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第1の直線位相子が、また第1の光路制御用複屈折手段と第2の光路制御用複屈折手段の間に他の一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第2の直線位相子がそれぞれ挿入され、
偏波回転反射手段又は光路変更反射手段とは反対側に位置する入出射部には4本以上の光ファイバが配列されており、
前記偏波回転制御手段は、±45度可変ファラデー回転子と一対の1/2波長板の組み合わせからなり、偏波方向を切り換えることで光スイッチ機能を呈することを特徴とする反射型光デバイス。Polarization splitting / combining birefringent means for separating light in the same optical path having orthogonal polarization directions and combining light in different optical paths, and the relationship between orthogonal to parallel or parallel to orthogonal polarization directions of light in different optical paths Polarization rotation control means for converting the polarization direction and controlling the polarization direction; first and second birefringence means for controlling the optical path shift according to the polarization direction; The polarization rotation reflection means or the optical path change reflection means to reflect and change the reciprocating optical path, which is arranged along the optical axis in that order,
A first linear phase shifter that rotates the polarization direction of light in a part of the optical path by 90 degrees between the polarization rotation control means and the first optical path control birefringent means, and a first optical path control birefringence. A second linear phase shifter that rotates the polarization direction of light in another part of the optical path by 90 degrees between the unit and the second optical path controlling birefringent unit,
Four or more optical fibers are arranged in the input / output unit located on the opposite side to the polarization rotation reflection unit or the optical path changing reflection unit,
The reflection type optical device, wherein the polarization rotation control means comprises a combination of a ± 45 degree variable Faraday rotator and a pair of half-wave plates, and exhibits an optical switch function by switching a polarization direction.
偏波回転手段と第1の光路制御用複屈折手段の間に一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第1の直線位相子が、また第1の光路制御用複屈折手段と第2の光路制御用複屈折手段の間に他の一部の光路の光の偏波方向を90度回転する第2の直線位相子がそれぞれ挿入され、
偏波回転反射手段又は光路変更反射手段とは反対側に位置する入出射部には4本以上の光ファイバが配列されており、
前記偏波回転手段は、45度固定ファラデー回転子と一対の1/2波長板の組み合わせからなり、光サーキュレータ機能を呈することを特徴とする反射型光デバイス。Polarization splitting / combining birefringent means for separating light in the same optical path having orthogonal polarization directions and combining light in different optical paths, and the relationship between orthogonal to parallel or parallel to orthogonal polarization directions of light in different optical paths , A first and a second birefringent means for controlling the optical path according to the direction of polarization, and a polarization rotation reflection for rotating the plane of polarization 90 degrees back and forth for reflection. Means and an optical path changing reflecting means for changing and reflecting a reciprocating optical path, arranged along the optical axis in that order,
A first linear phase shifter for rotating the polarization direction of light in a part of the optical path by 90 degrees between the polarization rotating means and the first optical path controlling birefringent means, and a first optical path controlling birefringent means. A second linear phase shifter that rotates the polarization direction of light in another part of the optical path by 90 degrees is inserted between the second linear path retarder and the second optical path controlling birefringent means, respectively.
Four or more optical fibers are arranged in the input / output unit located on the opposite side to the polarization rotation reflection unit or the optical path changing reflection unit,
The reflection type optical device, wherein the polarization rotator comprises a combination of a 45-degree fixed Faraday rotator and a pair of half-wave plates, and has an optical circulator function.
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