JP2004333876A

JP2004333876A - 非相反光デバイス

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Publication number: JP2004333876A
Application number: JP2003129771A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Honma; 洋本間; Takashi Sato; 尚佐藤; Osamu Ishikawa; 理石川; Takayuki Kawashima; 貴之川嶋; Tsutomu Aoyama; 勉青山; Shojiro Kawakami; 彰二郎川上
Original assignee: Photonic Lattice Inc
Current assignee: Photonic Lattice Inc
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】寸法精度、位置合わせ精度の許容誤差が大きく部品点数が少なく、結果として安価な非相反光デバイス特に光サーキュレータを提供する。
【解決手段】ファイバコリメータとウォークオフ偏光子、フォトニック結晶偏光分離素子、４５度ファラデー回転子、１／２波長板からなる非相反光デバイスであって、ウォークオフ偏光子で分離された２つの平行ビームが透過偏波方向が直交する２つの領域に分かれたフォトニック結晶偏光分離素子の２つの領域に別々に入射し、かつ前記フォトニック結晶偏光分離素子に順方向から入射する場合は２つのビームのいずれも透過し、逆方向から入射する場合は２つのビームのいずれも反射する非相反光デバイスを用いる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は光受動部品として主に光通信関連で光信号の経路の整理に用いられる非相反光デバイスの動作と構造に関する。
【０００３】
【従来の技術】
【０００４】
非相反光デバイスには光アイソレータと光サーキュレータがあるが、光信号の経路に用いられるのは光サーキュレータであり、光サーキュレータは当然として光アイソレータの機能を有する。
【０００５】
光サーキュレータにはこれまで主に複屈折結晶、非相反性偏光面回転子、および相反性偏光面回転子を組み合わせ、複屈折結晶が順方向と逆方向の光経路を切り替える作用を持つものが使用されてきた。主なものとして特許文献１記載の構成や特許文献２記載の構成が挙げられる。
【０００６】
特許文献１記載の構成はその構成部材の内、相反性偏光面回転子が１／２波長板であり、光進行方向に対して２分割され、互いの相対的な光軸の角度が４５゜の関係を持ち、複屈折結晶で分離された互いに垂直な偏光面を持つ光を別々の１／２波長板に入射し、その偏光面をそろえて複屈折結晶で分離された２つの光を同じ方向にシフトさせ、さらに互いの相対的な光軸の角度が４５゜の関係を持ち、複屈折結晶で分離された互いに垂直な偏光面を持つ光を別々の１／２波長板に入射し、その偏光面を互いに垂直にし、再度複屈折結晶で合成する動作原理が採られてきた。
【０００７】
特許文献２記載の構成は偏光分離合成素子の間に偏光面回転子と、２枚の偏光面回転子の間に配置される互いに異常光シフト方向が逆向きである複屈折結晶偏光子群からなり、複屈折結晶偏光子群の各々の複屈折結晶偏光子には、偏光分離合成素子で分離された２つのビームが別々に入射する。
【０００８】
偏光面回転子は４５度ファラデー回転子であり、順方向において前記異常光シフト方向が逆向きである複屈折結晶偏光子群に含まれる一方の偏光子で異常光であった成分が、逆方向では常光となり、順方向と逆方向で光入出射位置がシフトし、偏光分離合成素子で偏波合成され偏光無依存で射出する。
【０００９】
なお列記した全ての従来例は光学結晶部（光非相反部）についてのみ述べたが、これらは光ファイバ、レンズ他よりなる光学系と組み合わせて光サーキュレータとして動作する。
【００１０】
例えば特許文献３、特許文献４に記載されようにプリズムと組み合わせた平行ビーム結合系が用いられる例が知られる。別の例としては特許文献５記載の光結合系を光サーキュレータに適用できるようにした特許文献６、特許文献７、特許文献８のような光結合系が用いられてきた。
【００１１】
ここで従来例に組み合わせる光学系は、たとえば３ポート光サーキュレータの場合、第１ポート、第３ポート用の光ファイバは光ファイバが同一のフェルール中に並んで配置する２芯ファイバを用いることが多い。さらにレンズを１枚に抑えた光学系が特許文献９記載の構成である。
【００１２】
また特許文献１０に記載されるように、２枚の反射型偏光分離素子と２枚の反射部品を用いた光サーキュレータの構成も知られている。
【００１３】
また光非相反デバイスの波長特性は、ファラデー回転の波長依存性に依存するが、特許文献１１の様に異なる特性を有するファラデー回転子を組み合わせて改善する例も知られている。
【特許文献１】日本国特許第２５３９５６３号
【特許文献２】アメリカ合衆国特許第５５７４５９６号
【特許文献３】特開平１０−６２７２０号公報
【特許文献４】特開平１１−２６４９５４号公報
【特許文献５】特開平４−１１６６１６号公報
【特許文献６】アメリカ合衆国特許第６０１４４７５号
【特許文献７】特開平１１−１６７０４０号公報
【特許文献８】特開平１１−１９４３０１号公報
【特許文献９】特公昭５８−１０７２６号公報
【特許文献１０】特開２０００−２８４２２５号公報
【特許文献１１】特開平５−２５７０８４号公報
【特許文献１２】日本国特許第３２８８９７６号
【特許文献１３】アメリカ合衆国特許第６１１１６９７号
【特許文献１４】アメリカ合衆国特許第５７７２９０５号
【特許文献１５】特開２００２−３０３７３２号公報
【特許文献１６】特開２０００−２８４２２５号公報
【特許文献１７】特開平１０−１７０８６７号公報
【特許文献１８】特開平６−２２２３１１号公報
【特許文献１９】特開平１１−３３７８９３号公報
【非特許文献１】Ｔ．Ｋａｗａｓｈｉｍａｅｔａｌ．，ＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：ＦｉｒｓｔＩｎｄｕｓｔｒｉａｚａｔｉｏｎｏｆＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＤｅｖｉｃｅｓ，ＯＦＣ２００３，ＴｈＩ２
【非特許文献２】ＭｉｃｈａｅｌＦ．Ｗｅｂｅｒｅｔａｌ，ＧｉａｎｔＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔＯｐｔｉｃｓｉｎＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＰｏｌｙｍｅｒＭｉｒｒｏｓ，ＳＣＩＥＮＣＥｖｏｌ．２８７，２０００，ｐｐ２４５１
【非特許文献３】川上彰二郎白石和男大橋正治著，「光ファイバとファイバ型デバイス」，培風館，１９９６年７月１０日，ｐｐ．２６６−２７０
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の光サーキュレータや光アイソレータは、いずれも光結合部品及び光学部品の寸法精度、位置合わせ精度が厳しく要求され、かつ部品点数も多く結果として高価である。本発明の課題は寸法精度、位置合わせ精度の許容誤差が大きく部品点数が少なく、結果として安価な非相反光デバイス特に光サーキュレータや光アイソレータを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では下記の解決手段の内少なくとも１つの解決手段を用いる。または複数の解決手段を組み合わせて用いることも可能である。
【００１６】
本発明では反射型偏光分離素子と非相反偏波面回転子を含み、前記反射型偏光分離素子が透過偏波方向が互いに直交する２つの領域に分かれ、かつ前記２つの領域には互いに直交する直線偏波成分からなるビームが別々に入射し、かつ前記２つのビームの反射方向が略平行であることを特徴とする非相反光デバイスを用いる。
【００１７】
また本発明では、前記反射型偏光分離素子が垂直入射または入射角によらず動作しうる反射型偏光分離素子を用いる。
【００１８】
また本発明では、前記光非相反デバイスにおいて、少なくとも２枚の１つの入射ビームを互いに平行に伝搬する直線偏波成分からなる２つのビームに分離する機構、ファラデー回転子、相反性偏波面回転子、１つの入射ビームを互いに平行に伝搬する直線偏波成分からなる２つのビームに分離する機構で分離された直交する直線偏波成分からなるビームが別々に入出射する互いの透過偏波方向が異なる反射型偏光分離素子を用いる。
【００１９】
また本発明では、前記光非相反デバイスに対する入射光として平行ビームを用い、かつ前記光非相反デバイスに含まれる光学結晶部品としてすべて平行平板を用いる。
【００２０】
また前記反射型偏光分離素子に対する入射光と反射光が異なる光学結晶部品を透過することを特徴とする非相反光デバイスを用いる
また本発明では一方から入射した光がその偏波状態によらず透過し、かつ逆方向から入射した光がその偏波状態によらず前記反射型偏光分離素子で反射する非相反光デバイスを用いる。
【００２１】
また本発明では、前記平行ビームを生成する手段として、２芯コリメータを用いる。さらに前記２芯ファイバのコア中心間隔をＰとしレンズの焦点距離をｆとしたとき前記反射型偏光分離素子に対する入射角が略ｔａｎ^−１（Ｐ／２ｆ）とする。
【００２２】
またさらに前記１つの入射ビームを互いに平行に伝搬する直線偏波成分からなる２つのビームに分離する機構に対する入射角がｔａｎ^−１（Ｐ／２ｆ）より大きくする事が結合損失を低減するために有効である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【００２４】
以下、本発明の非相反光デバイスについての実施形態を説明する。すべての非相反光デバイスは光サーキュレータとしての機能を有しており、当然に光アイソレータとしての機能も有する。また光サーキュレータとしての機能に加えて種々の機能を備える実施形態もあり、併せて非相反光デバイスとする。
【００２５】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を図１から図５を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施例の構成を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。
【００２６】
フォトニック結晶偏光分離素子１０８は、特許文献１２に記載されるフォトニック結晶偏光分離素子であり、溶融石英基板上にサブミクロンの溝を電子線露光で加工しその上にＳｉＯ２、水素化アモルファスシリコンを交互に積層することで、２次元周期構造体としたもので、垂直入射での偏光分離が可能であり、入射角が±１５度程度までであれば消光比４０ｄＢ、入射角が±３０度まででも消光比３０ｄＢが得られる偏光分離素子である。またフォトニック結晶偏光分離素子１０８は２つの領域に分かれており、各々の領域にはルチル単結晶ウオークオフ偏光子１０６で分離された互いに直交する直線偏波ビームが別々に入射し、かつフォトニック結晶偏光分離素子１０８内の２つの領域は互いの透過偏波方向が直交している。フォトニック結晶偏光分離素子１０８は同一基板上に１次元周期の凸凹の方向が９０度異なるパターンを並べ、その上に自己クローニング法で成膜する事で作製されている（非特許文献１参照）。４５度ファラデー回転子１０９はビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット（以下ＧＢＩＧと略記する）で厚さ約５００μｍで波長１５５０ｎｍ、温度３００Ｋに対して最適化されている。なおすべての光学部品にはＡＲコート（反射防止膜）が施されている。
【００２７】
なおファラデー回転子の材料は前記のＧＢＩＧの他のファラデー回転子を用いてもかまわない。例えば非特許文献３に記載されるファラデー回転子材料等が使用できる。また特許文献１５に記載されるようにガーネット結晶上にフォトニック結晶偏光分離素子を直接積層したものも使用可能である。また本実施例に用いたファラデー回転子として特許文献１１と同様に、複数種のファラデー回転子を組み合わせて波長依存性の少ないファラデー回転子とすることも有効である。
【００２８】
さらにウォークオフ偏光子に関しても２つの入射ビームを互いに平行に伝搬する直線偏波成分からなる２つのビームに分離する機構であればその種類は問われないため、ルチル単結晶に限定する必要はなく、ニオブ酸リチウム、ＹＶＯ_４、方解石、ＬＰＳ等のウォークオフ偏光子を用いてもかまわない。またルチル単結晶ウオークオフ偏光子１０６、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１０、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１１はそれぞれ１枚で動作に必要な偏光ビームのシフト量を得ているが、十分な厚さの単体の結晶が得られない場合は偏光ビームのシフト方向が同一の複数のウォークオフ偏光子を用いることが有効である。
【００２９】
他に複屈折結晶くさび形偏光分離素子を２枚用いることでウォークオフ偏光子と同様の作用を持たせることも有効である。複屈折結晶くさび形偏光分離素子を２枚用いる場合、単体のウォークオフ偏光子に比べ薄い結晶で同量のウォークオフ量が得られるため、十分な厚さの単体の結晶が得られない場合などに有効である。他に特許文献１６におけるフォトニック結晶偏光分離素子とミラーの組み合わせもウォークオフ偏光子と同様の作用を有する。
【００３０】
また相反性偏波面回転子として水晶１／２波長板１０７に替えて、材料をポリイミド等に変更することや奇数／２波長板または４５度旋光子等の相反性偏波面回転子に変更することも可能である。
【００３１】
また図２にシングルモード光ファイバ１０１、シングルモード光ファイバ１０２、シングルモード光ファイバ１０３と非球面コリメートレンズ１０４、非球面コリメートレンズ１０５を除いた光学結晶部の構成の斜視図を示し図１の補足とする。
【００３２】
次に本実施例の動作について説明する。
【００３３】
図３は第１ポートから第２ポートへのビームの進行を示す図である。
【００３４】
第１ポートとなるシングルモード光ファイバ１０１から射出したビームは非球面コリメートレンズ１０４でビーム径約２００μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１０６で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に水晶１／２波長板１０７でいずれのビームもその偏波方向が右回り４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子１０８に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子１０８の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と同じであり、２つのビームは透過する。次に４５度ファラデー回転子１０９で偏波方向が４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１０に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ１０５で集光され、第２ポートとなるシングルモード光ファイバ１０２に結合する。
【００３５】
図４は第２ポートから第３ポートへのビームの進行を示す図である。
【００３６】
第２ポートとなるシングルモード光ファイバ１０２から射出したビームは非球面コリメートレンズ１０５でビーム径約２００μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１０で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子１０９で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子１０８に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子１０８の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と直交しており、２つのビームは反射する。次に４５度ファラデー回転子１０９で偏波方向が４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１１に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ１０５で集光され、第３ポートとなるシングルモード光ファイバ１０３に結合する。
【００３７】
図５は第３ポートから光路外へのビームの進行を示す図である。
【００３８】
第３ポートとなるシングルモード光ファイバ１０３から射出したビームは非球面コリメートレンズ１０５でビーム径約２００μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１１で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子１０９で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子１０８に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子１０８の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と同一であり、２つのビームは透過する。次に水晶１／２波長板１０７で偏波方向が−４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１０６に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ１０４で集光される。この位置に第４ポートとなる光導波路を配置すれば結合するが、本実施例では具備していない。また本実施例では第３ポートから第４ポートへの経路では偏波モード分散（以下ＰＭＤ）が生じる。
【００３９】
以上より光サーキュレータとして動作することが理解できる。
【００４０】
さらに付け加えるならば、第２ポートから第３ポートへの経路に関しては、シングルモード光ファイバ１０１、非球面コリメートレンズ１０４、ルチル単結晶ウォークオフ偏光子１０６、水晶１／２波長板１０７は何ら作用していないことがわかる。そのため相反性偏波面回転子である水晶１／２波長板１０７に替えて、４５度ファラデー回転子を用いてもかまわない。
【００４１】
また本実施例ではルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１０、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１１に対するビームの入射角度を、シングルモード光ファイバ１０２およびシングルモード光ファイバ１０３と非球面コリメートレンズ１０５が成すビームの傾き角度より大きくしているが、これによりリターンロスの増大とビームがルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１０、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１１の境界でぶつかることを抑止する効果が得られる。
【００４２】
なお反射型偏光分離素子１０８に対する入射角度θは、シングルモード光ファイバ１０２とシングルモード光ファイバ１０３の間隔（ピッチ）をＰとし、非球面コリメートレンズ１０５の焦点距離をｆとするとθ＝ｔａｎ^−１（Ｐ／２ｆ）となる。また入射角度θが小さいときはθ＝Ｐ／２ｆと近似できる。ここで示した入射角度θからはずれた角度の場合、その角度ずれ量に応じて結合損失が生じる。本実施例ではＰ＝５００μｍ、レンズ焦点距離約１．０ｍｍとしており、入射角度θは約１４度である。
【００４３】
次に本実施例で得られる特性について説明する。
【００４４】
第１ポート第２ポート間については約０．３５ｄＢの順方向損失と、ピーク波長で４０ｄＢの逆方向損失が得られる。順方向損失の内訳は材料損失０．１３ｄＢと結合系の過剰損失０。２ｄＢその他であり、逆方向損失は構成部品の中で最も低い消光比によって抑制されガーネット結晶の消光比である４０ｄＢが最大となる。偏波依存性損失（以下ＰＤＬ）は各偏光成分の透過損失の偏光依存性と各偏光成分の結合効率によって決定されるが、各偏光成分の結合効率はルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１０透過後のビーム位置不一致に依存する。しかしながらルチル単結晶ウオークオフ偏光子１１０透過後のビーム位置不一致が存在しても非球面コリメートレンズ１０５の焦点位置（シングルモード光ファイバ１０２の先端の位置）で集光するためシングルモード光ファイバ１０２への入射角による損失は存在しうるものの無視できる程度に収まる。よって本実施例では結晶部品の配置がある程度ずれてもＰＤＬ及び損失の増加は少ない。このような特徴は本発明の構成であるファイバコリメータ内に平行に偏波成分を分離するウォークオフ結晶偏光子を用いたことの効果である。
【００４５】
第１ポート第２ポート間については約０。４５ｄＢの順方向損失と、ピーク波長で２２ｄＢの逆方向損失が得られる。逆方向損失が小さいがこれはフォトニック結晶偏光分離素子１０８の反射光の消光比が２２ｄＢ程度であるためで、光線追跡によって容易にわかる。
【００４６】
本実施例で図２に記載される光学結晶の配置位置精度、配置角度精度及び結晶加工精度が損失に与えるについて述べる。
【００４７】
第１ポート第２ポート間ではフォトニック結晶偏光分離素子１０８も含めてすべて平行ビーム中に配置された平行平板であるので、光学結晶の配置位置精度、配置角度精度はズレと呼べる程度であれば光進行方向を軸とした回転方向を除いて結合効率に影響しない。光進行方向を軸とした回転方向についても、余弦の自乗の関数であり事実上影響しない。また結晶加工精度は水晶１／２波長板１０７と４５度ファラデー回転子１０９の厚さは高い精度が要求されるものの、従来の非相反光デバイスと同程度であり、かつ損失に関しては影響が少ない。このことはレンズとファイバの調芯後に光学結晶の配置位置精度、配置角度精度のズレが生じた場合も同様であり、原理的に信頼性に優れているといえる。
【００４８】
第２ポート第３ポート間ではフォトニック結晶偏光分離素子１０８を除いて第１ポート第２ポート間と同様である。フォトニック結晶偏光分離素子１０８の光進行方向の位置ズレ及び配置角度ズレは結合効率に影響を与えうるが、光進行方向の位置ズレはズレと呼べる程度であれば事実上影響を与えず、配置角度ズレは組み合わせるレンズとファイバの位置調整で補償できる。
【００４９】
以上から本実施例では図２に記載される光学結晶の配置位置精度、配置角度精度及び結晶加工精度に対する要求が非常に緩く量産性に富むことがわかる。なお以上は後述の実施例２にも該当する。
【００５０】
また本実施例では第１ポートと第２ポート間の結合と第２ポートと第３ポート間の結合を独立に調整できることからレンズとファイバの位置調整（調芯）は容易である。
【００５１】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を図６から図１１を用いて説明する。図６は本発明の第２の実施例の構成を示す図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は側面図である。
【００５２】
まず構成部品について説明する。シングルモード光ファイバ６０１と非球面コリメートレンズ６０５はビーム径１８０μｍの平行ビームを射出する。シングルモード光ファイバ６０２と非球面コリメートレンズ６０６及びシングルモード光ファイバ６０３と非球面コリメートレンズ６０６並びにシングルモード光ファイバ６０４と非球面コリメートレンズ６０５も同様である。
【００５３】
ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６０７、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６０８、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６１２ならびにルチル単結晶ウオークオフ偏光子６１３は厚さ２５００μｍで２５０μｍの分離量を持つ。
【００５４】
フォトニック結晶偏光分離素子６１０は、実施例１記載のものと同様である。
【００５５】
４５度ファラデー回転子６０９及び４５度ファラデー回転子６１１はビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネットで厚さ約５００μｍで波長１５５０ｎｍ、温度３００Ｋに対して最適化されている。
【００５６】
また図７にシングルモード光ファイバ６０１、シングルモード光ファイバ６０２、シングルモード光ファイバ６０３、シングルモード光ファイバ６０４と非球面コリメートレンズ６０５、非球面コリメートレンズ６０６を除いた光学結晶部の構成の斜視図を示し図６の補足とする。
【００５７】
図８は第１ポートから第２ポートへのビームの進行を示す図である。図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は側面図である。
【００５８】
第１ポートとなるシングルモード光ファイバ６０１から射出したビームは非球面コリメートレンズ６０５でビーム径１８０μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６０７で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子６０９でいずれのビームもその偏波方向が右回り４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子６１０に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子６１０の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と同じであり、２つのビームは透過する。次に４５度ファラデー回転子６１１で偏波方向が４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６１２に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ６０６で集光され、第２ポートとなるシングルモード光ファイバ６０２に結合する。
【００５９】
図９は第２ポートから第３ポートへのビームの進行を示す図である。図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は側面図である。
【００６０】
第２ポートとなるシングルモード光ファイバ６０２から射出したビームは非球面コリメートレンズ６０６でビーム径１８０μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６１２で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子６１１で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子６１０に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子６１０の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と直交しており、２つのビームは反射する。次に４５度ファラデー回転子６１１で偏波方向が４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６１３に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ６０６で集光され、第３ポートとなるシングルモード光ファイバ６０３に結合する。
【００６１】
図１０は第３ポートから第４ポートへのビームの進行を示す図である。図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は側面図である。
【００６２】
第３ポートとなるシングルモード光ファイバ６０３から射出したビームは非球面コリメートレンズ６０６でビーム径１８０μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６１３で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子６１１で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子６１０に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子６１０の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と同一であり、２つのビームは透過する。次に４５度ファラデー回転子６０９で偏波方向が４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６０８に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ６０５で集光され、シングルモード光ファイバ６０４に結合する。
【００６３】
図１１は第４ポートから第１ポートへのビームの進行を示す図である。図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）は側面図である。
【００６４】
第４ポートとなるシングルモード光ファイバ６０４から射出したビームは非球面コリメートレンズ６０５でビーム径１８０μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６０８で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子６０９で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子６１０に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子６１０の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と直交しており、２つのビームは反射する。次に４５度ファラデー回転子６０９で偏波方向が４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子６０７に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ６０５で集光され、シングルモード光ファイバ６０１に結合する。
【００６５】
以上より本実施例が４ポート完全循環型光サーキュレータとして動作することが理解できる。
【００６６】
また本実施例の第４ポートに全反射処理が成される場合、３ポートの完全循環型光サーキュレータとして動作する。３ポートの完全循環型光サーキュレータは特許文献１７などで知られているが、本実施例の第４ポートに全反射処理を施したものは構成の単純さで有利である。
【００６７】
また一般に光サーキュレータのファラデー回転子に対する印加磁界の方向を逆転させると入出力ポートが切り替わり、いわゆる光スイッチとなることは特許文献１６等でよく知られるところである。本実施例も同様で、４５度ファラデー回転子６０９及び４５度ファラデー回転子６１１に印加する磁界の方向を切り替えることで、第１ポート→第４ポート→第３ポート→第２ポート→第１ポートというポート間動作になる。
【００６８】
（実施例３）
本発明の第３の実施例を図１２から図１５を用いて説明する。図２３は本発明の第１２の実施例の構成を示す図であり、図１２（ａ）は上面図、図１２（ｂ）は側面図である。
【００６９】
まず構成部品について説明する。シングルモード光ファイバ１２０１と非球面コリメートレンズ１２０５はビーム径１８０μｍの平行ビームを射出する。シングルモード光ファイバ１２０２と非球面コリメートレンズ１２０６及びシングルモード光ファイバ１２０３と非球面コリメートレンズ１２０６並びにシングルモード光ファイバ１２０４と非球面コリメートレンズ１２０５も同様である。
【００７０】
ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１２０７、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１２０８、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１２１３ならびにルチル単結晶ウオークオフ偏光子１２１４は厚さ２５００μｍで２５０μｍの分離量を持つ。
【００７１】
フォトニック結晶偏光分離素子１２１１は２つの領域に分かれており、各々の領域にはルチル単結晶ウオークオフ偏光子１２０７で分離された互いに直交する直線偏波ビームが別々に入射し、かつフォトニック結晶偏光分離素子１２１１内の２つの領域は互いの透過偏波方向が直交している。またフォトニック結晶偏光分離素子１２１１のバンド構造は図１４に示されるが、図１４のバンド構造を有するフォトニック結晶偏光分離素子１２１１は波長１５５０ｎｍではＴＭ偏波はフォトニックバンドギャップ内にあたるのでＴＭ偏波を反射し、ＴＥ偏波はフォトニックバンドが存在するのでＴＥ偏波を透過させる偏光分離素子として動作し、波長１２００ｎｍから１５００ｎｍではＴＥ偏波、ＴＭ偏波ともにフォトニックバンドが存在するので透過する。また１６４０ｎｍから２０００ｎｍではＴＥ偏波、ＴＭ偏波ともにフォトニックバンドギャップ内にあたるので反射する。
【００７２】
水晶１／２波長板１２０９はのＣ軸の向きは、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１２０７の異常光分離方向に対して４５度の関係を持つ。
【００７３】
−４５度ファラデー回転子１２１０及び４５度ファラデー回転子１２１２はビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネットで波長１５５０ｎｍ、温度３００Ｋに対して最適化されている。−４５度ファラデー回転子１２１０及び４５度ファラデー回転子１２１２の偏波面回転方向は互いに逆向きであるが、印加する磁界の方向を逆にすることで前記のような偏波面回転方向を得ている。
【００７４】
また図１３に図１２からシングルモード光ファイバ１２０１、シングルモード光ファイバ１２０２、シングルモード光ファイバ１２０３、シングルモード光ファイバ１２０４と非球面コリメートレンズ１２０５、非球面コリメートレンズ１２０６を除いた光学結晶部の構成の斜視図を示し図１２の補足とする。
【００７５】
次に動作について説明する。
【００７６】
波長１５５０ｎｍでは水晶１／２波長板１２０９と−４５度ファラデー回転子１２１０の組み合わせは、実施例２における４５度ファラデー回転子６０９と等価な作用を持つのでポート間の光の進行は１５５０ｎｍにおいては実施例２と同様である。
【００７７】
波長１３１０ｎｍでは、フォトニック結晶偏光分離素子１２１１は単なるＡＲコートが施された石英板と同等であり、その存在は無視できる。そのため−４５度ファラデー回転子１２１０と４５度ファラデー回転子１２１２は連続して配置されるものと見なしてよく、そのファラデー回転角の合計は順方向、逆方向、波長、温度等に関わらず０度となり、やはり無視できる存在となる。そのため、波長１３１０ｎｍでは図１２の構成は相反性デバイスとなり、さらにいえば実質的に何らの作用も有しないことになる。
【００７８】
そのため図１５に示すような伝送経路が実現できるが、図１５の様な伝送経路は伝送経路の監視用途などで有用である。
【００７９】
（実施例４）
本発明の第４の実施例を図１６を用いて説明する。図１６は本発明の第４の実施例の構成を示す図であり、図１６（ａ）は上面図、図１６（ｂ）は側面図である。
【００８０】
まず構成部品について説明する。シングルモードＴＥＣファイバ１６０１と非球面コリメートレンズ１６０４はビーム径１８０μｍの平行ビームを射出する。シングルモードＴＥＣファイバ１６０２と非球面コリメートレンズ１６０５及びシングルモードＴＥＣファイバ１６０３と非球面コリメートレンズ１６０５も同様である。ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６０６、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６１０、は厚さ２０００μｍで２００μｍの分離量を持つ。水晶１／２波長板１６０７及び水晶１／２波長板１６１１は相反性４５度偏波面回転子である。フォトニック結晶偏光分離素子１６０８は、実施例１と同じである。４５度ファラデー回転子１６０９も実施例１と同一のものである。
【００８１】
次に本実施例の動作について説明する。
【００８２】
第１ポートとなるシングルモードＴＥＣファイバ１６０１から射出したビームは非球面コリメートレンズ１６０４でビーム径１８０μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６０６で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に水晶１／２波長板１６０７でいずれのビームもその偏波方向が右回り４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子１６０８に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子１６０８の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と同じであり、２つのビームは透過する。次に４５度ファラデー回転子１６０９で偏波方向が４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６１０に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ１６０５で集光され、第２ポートとなるシングルモードＴＥＣファイバ１６０２に結合する。
【００８３】
第２ポートとなるシングルモードＴＥＣファイバ１６０２から射出したビームは非球面コリメートレンズ１６０５でビーム径１８０μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６１０で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子１６０９で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子１６０８に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子１６０８の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と直交しており、２つのビームは反射する。次に４５度ファラデー回転子１６０９で偏波方向が４５度回転し、水晶１／２波長板１６１１で偏波方向が９０度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６１０に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ１６０５で集光され、第３ポートとなるシングルモードＴＥＣファイバ１６０３に結合する。
【００８４】
第３ポートとなるシングルモードＴＥＣファイバ１６０３から射出したビームは非球面コリメートレンズ１６０５でビーム径１８０μｍの平行ビームに変換され、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６１０で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に水晶１／２波長板１６１１で偏波方向が−９０度回転し、次に４５度ファラデー回転子１６０９で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子１６０８に入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子１６０８の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と同一であり、２つのビームは透過する。次に水晶１／２波長板１６０７で偏波方向が−４５度回転し、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６０６に入射し、２つの直線偏波からなるビームは合成され、非球面コリメートレンズ１６０４で集光される。この位置に第４ポートとなる光導波路を配置すれば結合するが、本実施例では具備していない。また本実施例では第２ポートから第３ポートへの経路ではＰＭＤが生じる。
【００８５】
本実施例は伝送経路にＰＭＤが生じるが、偏光分離を成さない複屈折結晶板を例えば非球面コリメートレンズ１６０５とルチル単結晶ウオークオフ偏光子１６１０の間に挿入するなどで回避することも可能である。
【００８６】
また水晶１／２波長板１６１１は組み立ての難易度を上げるが、４５度ファラデー回転子１６０９の偏波面回転方向がシングルモードＴＥＣファイバ１６０２とフォトニック結晶偏光分離素子１６０８の間の経路とシングルモードＴＥＣファイバ１６０３とフォトニック結晶偏光分離素子１６０８の間の経路とで逆になるようにすることで水晶１／２波長板１６１１を排除することも可能である。
【００８７】
（実施例５）
本発明の第５の実施例を図１７、図１８を用いて説明する。本実施例は前記第２の実施例を筐体に組み込む実施例である。
【００８８】
図１７（ａ）は非磁性ステンレス製の筐筒１７０１とフェライト磁石１７０２と光学結晶を組み合わせた例の正面図、図１７（ｂ）同じく側面図である。馬蹄形のフェライト磁石１７０２に各光学結晶を接着剤で固定した後、筐筒１７０１とフェライト磁石１７０２を接着剤で固定する。なお筐筒１７０１の内側には金メッキが成されている。
図１８は図１７記載の構成に対し、２つの２芯コリメータを取り付けた光サーキュレータの側面図である。２芯コリメータ１８０１及び２芯コリメータ１８０２の外側には金メッキが施されており、調芯の後に筐筒１７０１とはんだ付けで固定される。用いられるはんだの種類は、用いられる接着剤の耐熱温度等を勘案して選定される。
【００８９】
またはんだの経時変化を防止するため、はんだの外側には樹脂によるコーティングが施される。
【００９０】
ここで４５度ファラデー回転子１７０３および４５度ファラデー回転子１７０４が特許文献１８や特許文献１９記載の着磁可能なファラデー回転子である場合は、フェライト磁石１７０２に替えて、セラミクスやガラス、非磁性金属などで作製したスペーサに置き換えることも可能である。
【００９１】
（実施例６）
本発明の第６の実施例を図１９を用いて説明する。実施例１から実施例５までは２芯コリメータを用いた例であったが、各光ファイバが専用のコリメートレンズを備えることも可能である。
【００９２】
まず構成部品について説明する。シングルモード光ファイバ１９０１と非球面コリメートレンズ１９０４はビーム径１８０μｍの平行ビームを射出する。シングルモード光ファイバ１９０２と非球面コリメートレンズ１９０５及びシングルモード光ファイバ１９０３と非球面コリメートレンズ１９０６も同様である。
【００９３】
ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１９０７、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１９１１、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子１９１３は厚さ２０００μｍで２００μｍの分離量を持つ。水晶３／２波長板１９０８、水晶３／２波長板１９１２は相反性４５度偏波面回転子である。フォトニック結晶偏光分離素子１９０９は、実施例１と同様であるが入射角が４５度近傍でもっとも特性がよくなるよう設計されている。４５度ファラデー回転子１９１０も実施例１と同一のものである。
【００９４】
次に本実施例の動作について説明する。
【００９５】
第１ポートとなるシングルモード光ファイバ１９０１から第２ポートとなるシングルモード光ファイバ１９０２に進行する動作は実施例１と同様である。
【００９６】
第２ポートとなるシングルモード光ファイバ１９０２から射出したビームはルチル単結晶ウォークオフ偏光子１９１１で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子１９１０で偏波方向が４５度回転しフォトニック結晶偏光分離素子１９０９に入射角４５度で入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子１９０９の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と直交しており、２つのビームは反射角４５度をもって反射する。次に水晶３／２波長板１９０２で偏波面が４５度回転し、ルチル単結晶ウォークオフ偏光子１９１３に入射して２つのビームは合成され、非球面コリメートレンズ１９０６で集光されシングルモード光ファイバ１９０３に結合する。
【００９７】
以上で光サーキュレータとして動作することがわかる。
【００９８】
（実施例７）
本発明の第７の実施例を図２０を用いて説明する。実施例６ではルチル単結晶ウオークオフ偏光子を用いたが本実施例では、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子に替えてフォトニック結晶偏光分離素子とミラーの組み合わせによるビームを直交する直線偏波からなる互いに平行に伝搬する２つのビームに分離する機構を用いる。
【００９９】
まず構成部品について説明する。
【０１００】
フォトニック結晶偏光分離素子２００７とミラー２００８を石英平板上に成膜した偏光分離機構部品２００９は実施例７におけるルチル単結晶ウォークオフ偏光子１９０７と同じ役割を担う。偏光分離機構部品２０１３、偏光分離機構部品２０１５も同様にウォークオフ偏光子互換品である。他の部品構成は実施例７と同じである。
【０１０１】
動作についても実施例６と同等である。本実施例の実施例６に対するメリットは高価な光学結晶点数を削減できることであり、デメリットは偏光分離機構部品２００９、偏光分離機構部品２０１３、偏光分離機構部品２０１５が所定の位置から傾いた場合に損失が生じることである。
【０１０２】
（実施例８）
本発明の第８の実施例を図２１を用いて説明する。実施例１から実施例７まではファイバコリメータが対向する構造を含んでいたが、偏波に依存しないミラーと組み合わせることで、すべてのファイバコリメータが並んだ構成も可能であることを示す実施例である。まず構成部品について説明する。シングルモード光ファイバ２１０１と非球面コリメートレンズ２１０４はビーム径１８０μｍの平行ビームを射出する。シングルモード光ファイバ２１０２と非球面コリメートレンズ２１０５及びシングルモード光ファイバ２１０３と非球面コリメートレンズ２１０６も同様である。
【０１０３】
ルチル単結晶ウオークオフ偏光子２１０７は厚さ２５００μｍで２５０μｍの分離量を持つ。水晶１／２波長板２１０８、水晶１／２波長板２１１３は相反性４５度偏波面回転子である。フォトニック結晶偏光分離素子２１１０は、実施例１と同様であるが入射角が４５度近傍でもっとも特性がよくなるよう設計されている。４５度ファラデー回転子２１１２も実施例１と同一のものである。ミラー２１０９とミラー２１１１は金属ミラーである。
【０１０４】
次に動作について説明する。
【０１０５】
第１ポートとなるシングルモード光ファイバ２１０１から射出したビームはルチル単結晶ウォークオフ偏光子２１０４で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に水晶１／２波長板２１０８で偏波方向が４５度回転し、ミラー２１０９で進行方向が９０度曲げられる。次にフォトニック結晶偏光分離素子２１１０に入射角４５度で入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子２１１０の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と一致しており、２つのビームは透過する。次にミラーで進行方向が９０度曲げられ、４５度ファラデー回転子２１１２で偏波面が４５度回転し、ルチル単結晶ウォークオフ偏光子２１０７に入射して２つのビームは合成され、非球面コリメートレンズ２１０５で集光されシングルモード光ファイバ２１０２に結合する。
【０１０６】
第２ポートとなるシングルモード光ファイバ２１０２から射出したビームはルチル単結晶ウォークオフ偏光子２１０４で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子２１１２で偏波方向が４５度回転し、ミラー２１０９で進行方向が９０度曲げられる。次にフォトニック結晶偏光分離素子２１１０に入射角４５度で入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子２１１０の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と直交しており、２つのビームは反射角４５度で反射する。次に水晶１／２波長板２１１３で偏波面が４５度回転し、ルチル単結晶ウォークオフ偏光子２１０７に入射して２つのビームは合成され、非球面コリメートレンズ２１０６で集光されシングルモード光ファイバ２１０３に結合する。
【０１０７】
以上で光サーキュレータとして動作することがわかる。
【０１０８】
本実施例のようにすべてのファイバコリメータが並んだ構成は、システムへの組み込みが容易である。また組み立てに際しミラー２１０９とミラー２１１１及びフォトニック結晶偏光分離素子２１１０の入射角がずれた場合でもファイバコ
リメータの調整で補償でき
【０１０９】
（実施例９）
本発明の第９の実施例を図２２を用いて説明する。実施例１から実施例７まではファイバコリメータが対向する構造を含んでいたが、偏波に依存しないミラーと組み合わせることで、すべてのファイバコリメータが同じ側に配置する構成も可能であることを示す実施例である。
【０１１０】
まず構成部品について説明する。シングルモード光ファイバ２２０１と非球面コリメートレンズ２２０４はビーム径１８０μｍの平行ビームを射出する。シングルモード光ファイバ２２０２と非球面コリメートレンズ２２０５及びシングルモード光ファイバ２２０３と非球面コリメートレンズ２２０６も同様である。ルチル単結晶ウオークオフ偏光子２２０７、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子２２０８、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子２２０９は厚さ２５００μｍで２５０μｍの分離量を持つ。４５度ファラデー回転子２２１０は実施例１と同一のものである。フォトニック結晶偏光分離素子２２１１も、実施例１と同様である。ミラー２２１２は誘電体多層膜ミラーである。
【０１１１】
次に動作について説明する。
【０１１２】
第１ポートとなるシングルモード光ファイバ２２０１から射出したビームはルチル単結晶ウォークオフ偏光子２２０７で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子２２１０で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子２２１１に入射角４５度で入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子２２１１の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と一致しており、２つのビームは透過する。続いてミラー２２１２で２つのビームは反射して、再度フォトニック結晶偏光分離素子２２１１を透過する。次に４５度ファラデー回転子２２１０で偏波面が４５度回転し、ルチル単結晶ウォークオフ偏光子２２０８に入射して２つのビームは合成され、非球面コリメートレンズ２２０５で集光され第２のポートとなるシングルモード光ファイバ２２０２に結合する。
【０１１３】
第２ポートとなるシングルモード光ファイバ２２０２から射出したビームはルチル単結晶ウォークオフ偏光子２２０８で直交する直線偏光成分からなる２つのビームに分離される。次に４５度ファラデー回転子２２１０で偏波方向が４５度回転し、フォトニック結晶偏光分離素子２２１１に入射角４５度で入射するが、フォトニック結晶偏光分離素子２２１１の２つの領域の透過偏波方向はいずれも２つのビームの偏波方向と直交しており、２つのビームは反射する。次に４５度ファラデー回転子２２１０で偏波面が４５度回転し、ルチル単結晶ウォークオフ偏光子２２０９に入射して２つのビームは合成され、非球面コリメートレンズ２２０６で集光され第３のポートとなるシングルモード光ファイバ２２０３に結合する。
【０１１４】
以上で光サーキュレータとして動作することが理解できる。
【０１１５】
（実施例１０）
本発明の第１０の実施例を図２３及び図２４を用いて説明する。本実施例はいわば実施例９の構成に実施例３の特徴を加えたものである。
【０１１６】
まず構成について説明する。シングルモード光ファイバ２３０１、シングルモード光ファイバ２３０２、シングルモード光ファイバ２３０３、非球面コリメートレンズ２３０４、非球面コリメートレンズ２３０５、非球面コリメートレンズ２３０６、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子２３０７、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子２３０８、ルチル単結晶ウオークオフ偏光子２３０９、４５度ファラデー回転子２３１０は実施例９と同一のものである。フォトニック結晶偏光分離素子２３１１は実施例３と同様に波長１５５０ｎｍではＴＥ偏波を反射し、ＴＭ偏波を透過させる偏光分離素子として動作するが、波長１３１０ｎｍではＴＥ偏波、ＴＭ偏波ともに透過させる。波長選択フィルタ２３１２は誘電体多層膜からなり、１５５０ｎｍ近傍では偏波無依存の反射素子として動作し、波長１３１０ｎｍ近傍では、偏波無依存の透過素子として動作する。−４５度ファラデー回転子２３１０、水晶１／２波長板２３１４はそれぞれ実施例３記載の−４５度ファラデー回転子１２１０、水晶１／２波長板１２０９と同一のものである。またシングルモード光ファイバ２３１７、非球面コリメートレンズ２３１６はそれぞれシングルモード光ファイバ２３０３、非球面コリメートレンズ２３０６と同じものである。
【０１１７】
次に動作について説明する。波長１５５０ｎｍでの動作は実施例９と同じで、第４ポートを成すシングルモード光ファイバ２３１７と他のポート間の光の進行は存在しない。波長１３１０ｎｍでは第３ポートを成すシングルモード光ファイバ２３０３と第４ポートを成すシングルモード光ファイバ２３１７との間で相反の光の進行が成立する。これは実施例３における第１ポートと第２ポート間の関係と同一であるが、本実施例では第４ポートと相反の光の進行が成立するポートを対向して配置することで、第４ポートと相反の光の進行が成立するポートを任意に選択することができる。
【０１１８】
例えば図２３記載の構成においては、波長１３１０ｎｍでは図２４に示すようなポート間の光の進行が成立するが、このようなポート間の光の進行は波長分割多重通信での利用に有効である。
【０１１９】
（実施例１１）
本発明の第１１の実施例を図２５から図２６を用いて説明する。本実施例は実施例１をアレイ化する実施例であり、例えば光アッドドロップマルチプレクシング等のように複数個の光サーキュレータを用いる場合に有効な実施例である。
【０１２０】
図２５は本実施例の構成の側面図である。特徴は図１（ｂ）が３台分並びかつレンズ及び光学結晶部品が共通化されていることである。
【０１２１】
シングルモード光ファイバ２５０１は１台目の光サーキュレータの第１ポート、シングルモード光ファイバ２５０２は１台目の光サーキュレータの第２ポート、シングルモード光ファイバ２５０３は１台目の光サーキュレータの第３ポートとなり、シングルモード光ファイバ２５０４は２台目の光サーキュレータの第１ポート、シングルモード光ファイバ２５０５は２台目の光サーキュレータの第２ポート、シングルモード光ファイバ２５０６は２台目の光サーキュレータの第３ポートとなり、シングルモード光ファイバ２５０７は３台目の光サーキュレータの第１ポート、シングルモード光ファイバ２５０８は３台目の光サーキュレータの第２ポート、シングルモード光ファイバ２５０９は３台目の光サーキュレータの第３ポートとなる。各光サーキュレータ間の結合は成り立たない。
【０１２２】
図２６に光学結晶部の構成の斜視図を示すが、フォトニック結晶偏光分離素子２５１４を除いて図２記載の部品を３台分に幅を広げた構成である。
【０１２３】
フォトニック結晶偏光分離素子２５１４は図２記載のフォトニック結晶偏光分離素子１０８を３台分同一基板上に形成したものである。前述のようにフォトニック結晶偏光分離素子はその透過偏光方向の異なる領域を同一基板上に容易に形成できるため、本実施例に最適である。
【発明の効果】
以上のように本発明によれば寸法精度、位置合わせ精度の許容誤差が大きく部品点数の少なく、結果として安価な非相反光デバイスを提供することができる。また従来の非相反光デバイスに比べ多機能な非相反光デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の構成を示す図
【図２】第１の実施例の光学結晶部の構成の斜視図
【図３】第１ポートから第２ポートへのビームの進行を示す図
【図４】第２ポートから第３ポートへのビームの進行を示す図
【図５】第３ポートから光路外へのビームの進行を示す図
【図６】第２の実施例の構成を示す図
【図７】第２の実施例の光学結晶部の構成の斜視図
【図８】第１ポートから第２ポートへのビームの進行を示す図
【図９】第２ポートから第３ポートへのビームの進行を示す図
【図１０】第３ポートから第４ポートへのビームの進行を示す図
【図１１】第４ポートから第１ポートへのビームの進行を示す図
【図１２】本発明の第３の実施例の構成を示す図
【図１３】光学結晶部の構成の斜視図
【図１４】フォトニック結晶偏光分離素子のバンド構造
【図１５】伝送経路の概略図
【図１６】本発明の第４の実施例の構成を示す図
【図１７】筐筒とフェライト磁石と光学結晶を組み合わせた例
【図１８】図１６記載の構成に対し、２つの２芯コリメータを取り付けた光サーキュレータの側面図
【図１９】本発明の第６の実施例を示す図
【図２０】本発明の第７の実施例を示す図
【図２１】本発明の第８の実施例を示す図
【図２２】本発明の第９の実施例を示す図
【図２３】本発明の第１０の実施例を示す図
【図２４】第１０の実施例の光学結晶部の構成の斜視図
【図２５】本発明の第１１の実施例の構成を示す側面図
【図２６】第１１の実施例の光学結晶部の構成の斜視図
【符号の説明】
１０１シングルモード光ファイバ
１０２シングルモード光ファイバ
１０３シングルモード光ファイバ
１０４非球面コリメートレンズ
１０５非球面コリメートレンズ
１０６ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１０７水晶１／２波長板
１０８フォトニック結晶偏光分離素子
１０９４５度ファラデー回転子
１１０ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１１１ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
６０１シングルモード光ファイバ
６０２シングルモード光ファイバ
６０３シングルモード光ファイバ
６０４シングルモード光ファイバ
６０５非球面コリメートレンズ
６０６非球面コリメートレンズ
６０７ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
６０８ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
６０９４５度ファラデー回転子
６１０フォトニック結晶偏光分離素子
６１１４５度ファラデー回転子
６１２ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
６１３ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１２０１シングルモード光ファイバ
１２０２シングルモード光ファイバ
１２０３シングルモード光ファイバ
１２０４シングルモード光ファイバ
１２０５非球面コリメートレンズ
１２０６非球面コリメートレンズ
１２０７ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１２０８ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１２０９水晶１／２波長板
１２１０ −４５度ファラデー回転子
１２１１フォトニック結晶偏光分離素子
１２１２４５度ファラデー回転子
１２１３ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１２１４ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１６０１シングルモードＴＥＣファイバ
１６０２シングルモードＴＥＣファイバ
１６０３シングルモードＴＥＣファイバ
１６０４非球面コリメートレンズ
１６０５非球面コリメートレンズ
１６０６ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１６０７水晶１／２波長板
１６０８フォトニック結晶偏光分離素子
１６０９４５度ファラデー回転子
１６１０ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１６１１水晶１／２波長板
１７０１非磁性ステンレス製の筐筒
１７０２フェライト磁石
１７０３４５度ファラデー回転子
１７０４４５度ファラデー回転子
１８０１２芯コリメータ
１８０２２芯コリメータ
１９０１シングルモード光ファイバ
１９０２シングルモード光ファイバ
１９０３シングルモード光ファイバ
１９０４非球面コリメートレンズ
１９０５非球面コリメートレンズ
１９０６非球面コリメートレンズ
１９０７ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１９０８水晶３／２波長板
１９０９フォトニック結晶偏光分離素子
１９１０４５度ファラデー回転子
１９１１ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
１９１２水晶３／２波長板
１９１３ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２００１シングルモード光ファイバ
２００２シングルモード光ファイバ
２００３シングルモード光ファイバ
２００４非球面コリメートレンズ
２００５非球面コリメートレンズ
２００６非球面コリメートレンズ
２００７フォトニック結晶偏光分離素子
２００８ミラー
２００９偏光分離機構部品
２０１０水晶３／２波長板
２０１１フォトニック結晶偏光分離素子
２０１２４５度ファラデー回転子
２０１３偏光分離機構部品
２０１４水晶３／２波長板
２０１５偏光分離機構部品
２１０１シングルモード光ファイバ
２１０２シングルモード光ファイバ
２１０３シングルモード光ファイバ
２１０４非球面コリメートレンズ
２１０５非球面コリメートレンズ
２１０６非球面コリメートレンズ
２１０７ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２１０８水晶１／２波長板
２１０９ミラー
２１１０フォトニック結晶偏光分離素子
２１１１ミラー
２１１２４５度ファラデー回転子
２１１３水晶１／２波長板
２２０１シングルモード光ファイバ
２２０２シングルモード光ファイバ
２２０３シングルモード光ファイバ
２２０４非球面コリメートレンズ
２２０５非球面コリメートレンズ
２２０６非球面コリメートレンズ
２２０７ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２２０８ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２２０９ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２２１０４５度ファラデー回転子
２２１１フォトニック結晶偏光分離素子
２２１２ミラー
２３０１シングルモード光ファイバ
２３０２シングルモード光ファイバ
２３０３シングルモード光ファイバ
２３０４非球面コリメートレンズ
２３０５非球面コリメートレンズ
２３０６非球面コリメートレンズ
２３０７ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２３０８ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２３０９ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２３１０４５度ファラデー回転子
２３１１フォトニック結晶偏光分離素子
２３１２ミラー
２３１３ −４５度ファラデー回転子
２３１４水晶１／２波長板
２３１５ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２３１６非球面コリメートレンズ
２３１７シングルモード光ファイバ
２５０１シングルモード光ファイバ
２５０２シングルモード光ファイバ
２５０３シングルモード光ファイバ
２５０４シングルモード光ファイバ
２５０５シングルモード光ファイバ
２５０６シングルモード光ファイバ
２５０７シングルモード光ファイバ
２５０８シングルモード光ファイバ
２５０９シングルモード光ファイバ
２５１０レンズアレイ
２５１１レンズアレイ
２５１２ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２５１３水晶１／２波長板
２５１４フォトニック結晶偏光分離素子
２５１５４５度ファラデー回転子
２５１６ルチル単結晶ウオークオフ偏光子
２５１７ルチル単結晶ウオークオフ偏光子

Claims

少なくとも光入出力ポートを２個以上有する非相反光デバイスであり、光の入力側と出力側それぞれに電界振動成分を互いに直交する成分に分離する手段を有し、その間の所定位置に少なくても１個の反射型偏光分離素子と非相反型の偏光面を回転する手段があり、かつ前記反射型偏光分離素子が透過偏波方向が概略互いに直交する２つの領域を有し、かつ前記２つの領域には同一の光入出力ポートから入力され電界振動成分を互いに直交する成分に分離する手段で分離された２つのビームが別々に入射する事を特徴とする非相反光デバイス。
請求項１記載の非相反光デバイスであって、ある光入出力ポートから入力された光が当該光入出力ポートから入力された光の偏波状態によらずに前記反射型偏光分離素子を透過し、別の少なくとも１つの光入出力ポートから入力された光が当該光入出力ポートから入力された光の偏波状態によらずに前記反射型偏光分離素子で反射することを特徴とする非相反光デバイス。
請求項１または請求項２記載の非相反光デバイスであって、いずれかの光入出力ポートから入力され電界振動成分を互いに直交する成分に分離する手段で分離された２つのビームの前記反射型偏光分離素子に対する入射方向が概略互いに平行であり、前記光入出力ポートから入力された光から生成された２つのビームの前記反射型偏光分離素子における反射方向が概略互いに平行である事を特徴とする非相反光デバイス。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の非相反光デバイスであって、電界振動成分を互いに直交する成分に分離する手段に入射するビーム方向と出力ビーム方向が概略平行であり、かつ反射型偏光分離素子と非相反型の偏光面を回転する手段に入射するビーム方向と透過ビーム方向が概略平行であり、かつ反射型偏光分離素子に対する入射ビームがコリメートビームであることを特徴とする非相反光デバイス
請求項２から請求項４のいずれかに記載の非相反光デバイスであって、かつ前記平行ビーム源が対向して配置され、かつ前記ビーム源の内少なくとも１つがコリメートレンズと２芯ファイバからなる２芯コリメータであって、かつ前記２芯ファイバのコア中心間隔をＰとしレンズの焦点距離をｆとしたとき前記反射型偏光分離素子に対する入射角が略ｔａｎ^−１（Ｐ／２ｆ）であることを特徴とする非相反光デバイス
請求項１から請求項５のいずれかに記載の非相反光デバイスであって、前記１つの入射ビームを互いに平行に伝搬する直線偏波成分からなる２つのビームに分離する機構に対する入射角がｔａｎ^−１（Ｐ／２ｆ）より大きいことを特徴とする非相反光デバイス
請求項１から請求項６のいずれかに記載の非相反光デバイスであって、前記反射型偏光分離素子が有限の波長帯域で偏波依存性を有し、さらに別の有限の波長帯域において偏波に関わらず透過または反射の作用を有することを特徴とする非相反光デバイス
請求項１から請求項７のいずれかに記載の非相反光デバイスであって、第１の光ファイバと第１のコリメートレンズ、第１の電界振動成分を互いに直交する成分に分離する手段であるウォークオフ偏光子、第１の非相反型の偏光面を回転する手段である４５度ファラデー回転子、反射型偏光分離素子、第２のウォークオフ偏光子、第２のコリメートレンズ、第２のポートを成す光ファイバからなる光経路を有し、かつ前記第１のウォークオフ偏光子と前記第２のウォークオフ偏光子の異常光シフト方向が概略逆方向であることを特徴とする非相反光デバイス
請求項１から請求項８のいずれかに記載の非相反光デバイスの１種を複数個アレイ化したものであって、各々独立の非相反光デバイスが、電界振動成分を互いに直交する成分に分離する手段、非相反型の偏光面を回転する手段、反射型偏光分離素子のうち少なくとも１つを共有することを特徴とする非相反光デバイス