JP2005025097A - 光サーキュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 光サーキュレータにおいて、比較的広帯域におけるアイソレーションの波長特性を向上できるようにする。
【解決手段】 光サーキュレータ１を主要部に、複屈折性結晶８、偏波回転手段９、複屈折性結晶１０、偏波回転手段１１、複屈折性結晶１２、偏波回転手段１３および複屈折性結晶１４を配置する。そして偏波回転手段９、１１、１３をそれぞれ０次の１／２波長板からなる複合波長板９ａ、１１ａ、１３ａと、ファラデー回転子９ｂ、１１ｂ、１３ｂとを組み合わせて構成する。そして、透過方向による偏波成分回転方向を制御し、複合波長板９ａ、１１ａ、１３ａの設計波長を使用波長範囲から適宜選定することにより、アイソレーションの波長特性を向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光サーキュレータに関する。

従来、例えば光通信などで用いられる光サーキュレータには、光入出射ポート間のアイソレーションを向上させるとともに、設置を容易とするために、種々の構成が提案されている。
例えば、特許文献１には、光路の分離合成と移動を行うために複屈折結晶板を用い、順方向、逆方向の切り替えを行うために、相反性回転子である水晶旋光子や１／２波長板と非相反性回転子であるファラデー回転子とを組み合わせた偏波回転手段を用いる構成が記載されている。
一方、このような光サーキュレータに利用可能な波長板において、広帯域で使用可能なものが知られている。
例えば、特許文献２には、複屈折率の波長分散値の異なる２種類の複屈折媒体を積層して波長分散値が１より小さい積層型位相差板を形成することにより、可視光域のすべての波長に対してほぼ一様な位相差を発生させる構成が記載されている。
特開平５−６１００１号公報（第４−１３頁、図１−２９） 特開平１０−２３９５１８号公報（第２−３頁、図１−３）

しかしながら、上記のような従来の光サーキュレータおよびそれに利用可能な波長板には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、光信号が単波長の場合には、優れたアイソレーションを得ることができるものの、近年脚光を浴びている波長分割多重（ＷＤＭ）、広間隔波長多重（Coarse-ＷＤＭ、ＣＷＤＭ）の技術を用いた高速高密度の光通信システムのように、複数波長の光信号が混在する場合にアイソレーションが劣化するという問題があった。
特許文献２に記載の技術では、波長分散値の異なる複数の複屈折媒体を積層して広帯域で略一様な位相差が得られるようにしているが、例えば０℃〜６５℃というような温度範囲で使用する場合、個々の複屈折媒体の温度特性がまちまちであるために、最適条件から外れて、一様な位相差が得られなくなるものである。したがって、温度補償のために別の手段を講じなければならないという問題がある。

ここで、上記特許文献１の問題について、図１１〜１４を参照してさらに詳しく説明する。
図１１は、特許文献１に記載された従来の光サーキュレータと同種の光サーキュレータ３０の概略構成をその光路とともに説明するための斜視説明図である。図１２、１３は、それぞれ図１１（ａ）、（ｂ）における光路断面における光サーキュレータ３０の動作説明図である。符号Ｓ_５〜Ｓ_１２は、図１１（ａ）、（ｂ）における空間Ｓ_５〜Ｓ_１２での光路に直交する断面を示し、両矢印は、各偏波成分の位置と偏波方向とを模式的に示す。図１４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ光サーキュレータ３０の偏波依存性損失（Polarization-dependent loss、以下ＰＤＬと略称する）およびアイソレーション（逆方向挿入損失）の波長特性を説明するためのグラフである。

光サーキュレータ３０は、一方の端部に光束を入射するポートＰ_１１と光束を出射するポートＰ_１３を１つずつ備え、他方の端部に光束を入出射するポートＰ_１２を備える。そして、ポートＰ_１１に入射光束Ｒ_０が入射されるとポートＰ_１２から出射光束Ｒ_１として出射され、ポートＰ_１２から入射光束Ｒ_２が入射されるとポートＰ_１３から出射光束Ｒ_３が出射される光学デバイスである。以下では光束がポートＰ_１１からポートＰ_１２へ進む方向をＺ軸正方向とするＸＹＺ直角座標系を参照して光路を説明する。本座標系は右手系とする。ＸＹ平面内を光束が透過する４領域に分け、Ｙ軸正方向のＸ軸負方向側を領域I、同じくＸ軸正方向側を領域II、それぞれのＹ軸負方向側の領域を、領域III、IVと称する。
なお、以下、本明細書では回転方向を表すとき、例えば、Ｚ軸正方向から見て時計回りに回転する、というような表現をするが、これは、Ｚ軸正方向側に立って、Ｚ軸負方向側を見たときのＺ軸回りの回転方向を表す。また、例えば、透過方向から見て時計回りに回転する、というような表現をするが、これは、光束が所定面を透過する光路において、透過後の位置に立って、透過前の方向を見たときの光軸回りの回転方向を表す。

光サーキュレータ３０の概略構成は、一方の端部から順に、複屈折性結晶３１（分離合成素子）、偏波回転手段３２（片側偏波回転手段）、複屈折性結晶３３（偏波移動素子）、偏波回転手段３４（片側偏波回転手段）および複屈折性結晶３５（分離合成素子）が配列されてなる。
複屈折性結晶３１、３５は、光学軸がＹＺ平面内にあって、Ｚ軸正方向からＹ軸の正方向に向けて４５°傾斜されている１軸結晶の平行平面板である。また、複屈折性結晶３３は、光学軸がＺＸ平面内にあって、Ｚ軸正方向からＸ軸の正方向に向けて４５°傾斜されている１軸結晶の平行平面板である。

偏波回転手段３２は、光束の偏波方向を透過方向から見て、反時計回りに４５°回転する１／２波長板３２Ａと、同じく時計回りに４５°回転する１／２波長板３２ＢとをＸ軸に平行に整列して接合した複合波長板３２ａと、光束の偏波方向をＺ軸正方向から見て時計回りに４５°回転させるファラデー回転子３２ｂとを、Ｚ軸方向に並べて構成される。
また、偏波回転手段３４は、光束の偏波方向をＺ軸正方向から見て反時計回りに４５°回転させるファラデー回転子３２ｂと、光束の偏波方向を透過方向から見て、反時計回りに４５°回転する１／２波長板３４Ａと、同じく時計回りに回転する１／２波長板３４Ｂとを、Ｘ軸に平行に整列して接合した複合波長板３４ａとを、Ｚ軸方向に並べて構成される。
なお、１／２波長板３２Ａ、３４Ａ、３２Ｂ、３４Ｂは、安価に製作できる高次波長板が用いられる。

このような構成により、図１２に示したように、入射光束Ｒ_０がポートＰ_１１（空間Ｓ_５の領域IV）に入射されると、複屈折性結晶３１により、その偏波成分が偏波光束Ｒ_ｘ（領域IV）、偏波光束Ｒ_ｙ（領域II）に分離される（空間Ｓ_６）。そして偏波回転手段３２により、各偏波成分が回転される（空間Ｓ_７、Ｓ_８）。そして、複屈折性結晶３３を直進し（空間Ｓ_９）、偏波回転手段３４により偏波光束Ｒ_ｙがＸ軸方向に、偏波光束Ｒ_ｘがＹ軸方向に回転される（空間Ｓ_１１）。さらに複屈折性結晶３５を透過することにより、偏波光束Ｒ_ｘがＹ軸正方向に移動され、ポートＰ_１２（空間Ｓ_１２の領域II）に合成されて出射光束Ｒ_１として出射される。
また入射光束Ｒ_２がポートＰ_１２から入射されると、図１３に示したように、空間Ｓ_１２〜Ｓ_５まで図示の経路をたどって、ポートＰ_１３（空間Ｓ_５の領域III）に出射光束Ｒ_３として出射される。

このとき、空間Ｓ_９では非相反性回転子であるファラデー回転子３４ｂの作用により、ポートＰ_１１からポートＰ_１２へ向かう光路とは異なる回転を受け、各偏波成分がＸ軸に平行に整列する。そこで、各偏波成分は複屈折性結晶３３によりＸ軸方向へ移動されるので、ポートＰ_１１に光束が戻ることがない。
ただし、これは理想的な場合であって、空間Ｓ_９から複屈折性結晶３３に入射する光束が直線偏波でない場合は、複屈折性結晶３３を直進する偏波成分が発生し、ポートＰ_１１に戻る光束が生じる。光サーキュレータ３０に入射される光束が単一波長を有する場合、複合波長板３２ａ、３４ｂをその波長を設計波長として１／２波長板の厚さを設定することにより厳密な直線偏波が実現される。
従来、光通信などでは、光信号に使用される波長が限定されており、例えば、１５５０ｎｍ±２０ｎｍというような狭帯域で使用されていたため、このような構成で実用化が可能であった。
ところがＷＤＭ、ＣＷＤＭなどのように複数波長の光束が透過する場合、設計波長以外の光束では、楕円偏波となるためアイソレーションが劣化するという問題が生じる。

ここで、本明細書の挿入損失、ＰＤＬ、アイソレーションの定義について説明する。
光束を入出射する光部品において、ポートＡから入射される光強度をＩ_Ａとし、ポートＢから出射される光強度をＩ_Ｂとするとき、比（Ｉ_Ｂ／Ｉ_Ａ）をポートＡからポートＢへの挿入損失と称する。
挿入損失が入射光束の種々の偏波状態に対して異なる値を持つとき、その最大値と最小値との差をＰＤＬと定義する。
また、ポートＡからポートＢへの挿入損失（Ｉ_Ｂ／Ｉ_Ａ）に対して、ポートＢからポートＡへの挿入損失（Ｉ_Ａ／Ｉ_Ｂ）が十分小さいとき、前者を順方向挿入損失と称し、後者を逆方向挿入損失（アイソレーション）と称する。一般には、前者を単に挿入損失と称する場合が多い。

図１４（ａ）、（ｂ）にＰＤＬ、アイソレーションの波長特性の一例を示す。本例では、１／２波長板３２Ａ、３４Ａ、３２Ｂ、３４Ｂを、設計波長が１５５０ｎｍの１次波長板とした場合のシミュレーション結果である。各図の縦軸は、それぞれＰＤＬ（ｄＢ）、アイソレーション（ｄＢ）であり、横軸はいずれも波長（ｎｍ）である。
図１４（ａ）には、温度が０℃、２５℃、６５℃の場合のＰＤＬを示したが、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲で各温度とも略０ｄＢである。
図１４（ｂ）の曲線Ｃ_０、Ｃ_２５、Ｃ_６５は、それぞれ温度が０℃、２５℃、６５℃の場合の、ポートＰ_１１からポートＰ_１２へのアイソレーションを示す。いずれも特定波長で略５０ｄＢのピークを有する山形の曲線となっている。この原因は、１／２波長板の熱膨張により直線偏光となる波長が変動することが主な原因と考えられる。
このグラフより、０℃〜６５℃の温度環境を考慮する場合、アイソレーションが４０ｄＢ以上となる範囲は、約１５２５ｎｍ〜約１５７０ｎｍ（幅約４５ｎｍ）であることが分かる。
したがって、ＰＤＬは問題ないものの、例えば１４６０ｎｍ〜１６２０ｎｍというような広帯域にわたる特性が要求されるＣＷＤＭにおいては良好なアイソレーション特性が得られないという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、比較的広帯域におけるアイソレーションの波長特性を向上できる光サーキュレータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、所定波長範囲内の異なる波長を有する光束が入出射される光サーキュレータであって、入射光束を偏波成分に応じて所定位置に出射することにより、入射光束の分離と異なる光路からの入射光束の合成とが可能とされた複数の分離合成素子と、前記分離合成素子のいずれかに隣接して配置され、所定の２つの光路から入射する光束のいずれかの偏波方向を９０°回転せしめる一対の片側偏波回転手段と、異なる光路から入射する２つの入射光束の所定偏波成分を所定方向に移動させる偏波移動素子と、該偏波移動素子または前記分離合成素子のいずれかに隣接して配置され、所定の２つの光路から入射する光束を互いの偏波方向の角度差を変えずに回転せしめる両側偏波回転手段とを備え、前記片側偏波回転手段および前記両側偏波回転手段が、相反性回転子と非相反性回転子とを組み合わせて構成され、前記相反性回転子が光路内に３個以上配置されるとともに、それらの設計波長が前記所定波長範囲内から選定された構成とする。
この発明によれば、一つの分離合成素子により、入射光束を２つの偏波成分に分離し、偏波方向の異なる２つの光束を形成する。そして、片側偏波回転手段により、分離された一方の光束の偏波方向を９０°回転させ、分離された２つの光束の偏波方向を揃えて、偏波移動素子を透過させる。偏波移動素子は、偏波方向に応じて２つの光束をともに直進させるか、ともに所定方向に移動させる。そして、偏波方向の揃った２つの光束を他の片側偏波回転手段に入射させ、その光束の一方の偏波方向を９０°回転させる。そして、この２つの光束を他の分離合成素子に入射させ、１つの光束に合成して出射することができる。
一方、その他の分離合成素子からの出射位置に逆方向から光束を入射させると、非相反性回転子を透過後の偏波方向が上記の光路とは逆転するので、偏波移動素子における光路の直進と所定方向への移動が切り替えられ、上記とは異なる光路をたどって一つの分離合成素子の上記の所定位置と異なる位置に出射することができる。このため、光サーキュレータが構成できる。
その際、偏波移動素子の間に、非相反回転子と、設計波長が所定波長範囲から選定された相反回転子とを組み合わせた両側偏波回転手段を配置して、相反回転子を３つ以上透過させる構成とすることにより、比較的広帯域の波長を有する光束が入射されて相反回転子から楕円偏波された光束が出射される場合であっても、光路を逆進して入射位置に戻る偏波成分を低減することができる。その結果、比較的広帯域の波長範囲であっても、アイソレーションの波長特性を向上することができる。
そして、設計波長が所定波長範囲内から選定された相反性回転子が各光路内に３個以上配置されているから、適宜の設計波長値を選定することにより、アイソレーションの波長特性を容易に制御することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光サーキュレータにおいて、前記相反性回転子の設計波長が少なくとも２種類からなる構成とする。
この発明によれば、少なくとも２種類の波長におけるアイソレーション特性を改善することができるから、それらの波長間隔を適宜設定することにより、波長特性を広帯域化することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光サーキュレータにおいて、前記相反性回転子の設計波長が、前記分離合成素子の一対にそれぞれ隣接する前記片側偏波回転手段の相反性回転子において互いに等しい所定値とされ、他の相反性回転子においては、前記所定値とは異なる設計値とされる。
この発明によれば、分離合成素子の一対にそれぞれ隣接する片側偏波回転手段の相反性回転子の設計波長が同一のため、それぞれの光路中における偏波成分が受ける作用が対称となるので、偏波方向に依存する損失が生じても互いにキャンセルされ、ＰＤＬを著しく低減できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の光サーキュレータにおいて、前記相反性回転子が、０次の１／２波長板からなる構成とする。
この発明によれば、１／２波長板の波長特性と温度特性とを向上することができるので、広帯域の波長特性をさらに向上することができる。
なお、０次の１／２波長板とは、１／２波長板を透過後の常光線と異常光線との位相差が、波長をλとして、λ／２となるような１／２波長板を意味する。また一般に波長板透過後の位相差が、λ・（２ｍ＋１）／２となるとき、１／２波長板と同じ機能を有し、これをｍ次（ｍは整数）の１／２波長板と称する。また、ｍ≧１の場合、単に高次波長板とも称する。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の光サーキュレータにおいて、前記片側偏波回転手段の相反性回転子が、互いに偏波回転方向が異なる２枚の１／２波長板の組み合わせからなり、該２枚の１／２波長板を前記入射される２つの光束の光路上にそれぞれ配置して、該２つの光束の偏波方向を互いに逆方向に４５°回転させるようにした構成とする。
この発明によれば、互いに９０°交差した偏波方向を有する偏波成分をそれぞれ±４５°回転させることにより、偏波方向が平行となるように揃えることができる。また、光路を逆進して、その逆の回転を行うことできる。したがって、２枚の１／２波長板を用いた簡素な構成で片側偏波回転手段を構成することができる。その結果、１／２波長板の光学軸の方向に関して組付誤差を低減できるので、偏波回転角度を高精度化することができる。

本発明の光サーキュレータによれば、相反性回転子の設計波長値を適宜選定することにより、アイソレーションの波長特性を容易に制御することができるので、比較的広帯域におけるアイソレーションの波長特性を向上することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、実施形態が異なる場合でも、同一または相当する部材には同一符号を付し、共通する説明は省略する。
本発明の実施形態に係る光サーキュレータについて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光サーキュレータの概略構成を説明するための模式説明図である。図２は、本発明の実施形態に係る光サーキュレータの主要部を説明するための斜視説明図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ異なる入出射ポート間の光路を示す。

本発明の第１の実施形態に係る光サーキュレータ１の概略構成は、光ファイバ２、４、２芯コリメータ５、平行プリズム７、複屈折性結晶８（分離合成素子）、偏波回転手段９（片側偏波回転手段）、複屈折性結晶１０（偏波移動素子）、偏波回転手段１１（両側偏波回転手段）、複屈折性結晶１２（偏波移動素子）、偏波回転手段１３（片側偏波回転手段）、複屈折性結晶１４（分離合成素子）、１芯コリメータ６、光ファイバ３と、それらを略この順で一体に収める筐体１ａとからなる。そして、光ファイバ２、３、４を光束の入出射ポートとする３ポート型の光サーキュレータを構成が構成されているものである。
以下、光ファイバ２、３、４に対応する入出射ポートを、それぞれポートＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３と称する。そして、ポートＰ_１からポートＰ_２へ向かう光路（第１光路と称する）に沿って構成を説明し、必要に応じてポートＰ_２からポートＰ_３へ向かう光路（第２光路と称する）に係る構成について説明する。

２芯コリメータ５は、光軸外に配置された光ファイバ２、４から発散光束が出射される場合、その光束をコリメートレンズ５ａに入射させて平行光束化する光学素子である。逆に、コリメートレンズ５ａに所定光路から平行光束が入射される場合、その光束を光ファイバ２、４の端面上に結合することができる。
平行プリズム７は、２芯コリメータ５から互いに交差する平行光束が出射された場合、平行プリズム７透過後の光路を屈折させて、所定距離離れた互いに平行な光路を形成する光学素子である。
以下では、光ファイバ２から出射され、平行プリズム７で屈折された光束を入射光束Ｒ_０とし、平行プリズム７に入射して光ファイバ４に結合される光束を出射光束Ｒ_３とし、それらがＺＸ平面に平行な面を通るようにＸＹＺ直角座標系をとる。本座標系は、ポートＰ_１からポートＰ_２に向かう方向をＺ軸正方向とする右手系である。
また、各素子間のＺ軸方向の隙間を図示のように空間Ｓ_ｉ（ｉ＝１〜１１）として参照する。

複屈折性結晶８は、空間Ｓ_１側から入射する光束を互いに直交する偏光成分に分離して空間Ｓ_２側に透過させるための光学素子である。すなわち、偏波方向がＸ軸方向の偏波成分をＺ軸方向に直進させ、偏波方向がＹ軸方向の偏波成分をＹ軸正方向に移動して分離するものである。光路を逆進すれば、空間Ｓ_２から入射したＹ軸方向の偏波成分の光束をＹ軸負方向に移動して、Ｘ軸方向の偏波成分と合成して、空間Ｓ_１側に出射することができるものである。そのため、図２に示したように、１軸結晶を光学軸に平行な面と、光学軸と４５°に交差する面で切断した平行平面板を、光学軸がＹＺ平面内にあってＺ軸正方向からＹ軸正方向に向けて４５°傾斜する姿勢で平行プリズム７の後段に配置する構成を採用することができる。なお、図２において、複屈折性結晶８の側面に描かれた両矢印は光学軸の方向を示す。
複屈折性結晶８のＸＹ平面に平行な面は、所定径の光束がＸ軸方向に３本、Ｙ軸方向に２本、互いに干渉することなく同時に透過できる大きさを有する。
図示の格子枠は、このような光束の透過領域を模式的に示し、Ｚ軸方向にわたって各空間に共通の領域を表す。以下では、Ｙ軸正方向においてＸ軸正方向に向かって並ぶ３つの格子枠を領域I、II、IIIと称し、Ｙ軸負方向においてＸ軸正方向に向かって並ぶ３つの格子枠を領域IV、V、VIと称する。また説明の都合上、混乱する恐れがない限り、空間Ｓ_１の領域VIをポートＰ_１、空間Ｓ_１１の領域IIIをポートＰ_２、空間Ｓ_１の領域IVをポートＰ_３と同一視して説明する。

複屈折性結晶８のＺ軸方向の厚さは、例えば、空間Ｓ_１の領域VIの略中央から入射光束Ｒ_０が複屈折性結晶８に入射したとき、入射光束Ｒ_０のＹ軸方向の偏波成分が、空間Ｓ_２の領域IIIの略中央に出射される厚さとされる。
複屈折性結晶８は、１軸結晶であればどのような材質でもよいが、例えば、複屈折が大きく安定性に富んだルチル単結晶を好適に採用することができる。

偏波回転手段９は、複屈折性結晶８から出射された光束のいずれかの偏波方向を９０°回転させ、空間Ｓ_４において、それぞれの光路の偏波方向を平行に揃えるための手段である。そのため、複屈折性結晶８側から、複合波長板９ａ（相反性回転子）、ファラデー回転子９ｂ（非相反性回転子）を配列して構成される。

複合波長板９ａは、領域I、II、IIIを覆うように配置される１／２波長板９Ａと、領域IV、V、VIに覆うように配置される１／２波長板９ＢとをＹ軸方向に接合したものである。このように、複合波長板は３枚以上の１／２波長板を接合した構造とはせずに２枚の接合までに留めることで、接合の手間を最小限に留めることができるとともに、光軸の方向の位置合わせも接合部が少ない分だけ位置合わせが容易になるという利点がある。また、Ｘ軸方向には、接合面が生じないから、各領域のＸ軸方向の有効範囲を大きくとれるという利点もある。したがって、装置をコンパクト化しやすいという利点がある。
１／２波長板９Ａ、９Ｂは、いずれも所定の設計波長λ_１に対する０次波長板であり、光学軸の方向のみが異なっている。すなわち、いずれも光束透過後の常光線と異常光線との位相差がλ／２とされる波長板である。材質としては、例えば水晶を採用できる。
１／２波長板９Ａの光学軸の方向は、光束の透過方向から見て偏波方向が反時計回りに４５°回転する方向とされる。また、１／２波長板９Ｂの光学軸の方向は、同じく時計回りに４５°回転する方向とされる。１／２波長板は、相反性回転子であるから、光束の透過方向が逆転しても上記と同様に回転される。

ファラデー回転子９ｂは、領域I〜VIの全域を覆うように配置され、光束の透過方向に適宜の磁界が加えられることにより、透過する光束の偏波方向がＺ軸正方向から見て時計回りに４５°回転する構成とされた非相反性回転子である。ファラデー回転子９ｂの材質は、ファラデー回転子として機能すればどのような材質でもよいが、例えば、ビスマス置換希土類鉄ガーネットなどの透光性セラミックスの単結晶などが好適に採用できる。

複屈折性結晶１０は、透過する光束の光路を偏波方向に応じてＸ軸方向に平行移動させるための光学素子である。そして、偏波回転手段９の後段に、領域I〜VIを覆うように配置された１軸結晶の平行平面板からなり、光学軸の方向を除いて、複屈折性結晶８と同様の材質、外形寸法の構成を採用できる。複屈折性結晶１０の光学軸は、ＺＸ平面に平行な平面内で、Ｚ軸正方向からＸ軸正方向に向けて４５°傾斜するように設けられる。そのため、例えば、空間Ｓ_５から領域II、Vに入射したＸ軸方向を偏波方向とする光束が、空間Ｓ_４において、それぞれ領域I、IVに移動するような構成とされる。

偏波回転手段１１は、領域II、III、V、VIを覆う範囲に、ファラデー回転子１１ｂ（非相反性回転子）、複合波長板１１ａ（相反性回転子）を配列して構成され、各光束がそれぞれの素子を透過することにより、偏波方向を±４５°回転させて回転を打ち消し、空間Ｓ_５、Ｓ_７でそれぞれの光路の偏波方向が同一（すなわち、偏波方向の角度差が０°）に保持される構成とされる。

ファラデー回転子１１ｂは、大きさを除いてファラデー回転子９ｂと同じ構成を採用できる。
複合波長板１１ａは、領域III、VIに配置される１／２波長板１１Ａと、領域II、Vに配置される１／２波長板１１ＢとをＸ軸方向に接合したものである。
１／２波長板１１Ａ、１１Ｂは、いずれも所定の設計波長λ_２に対する０次波長板であり、光学軸の方向のみが異なっている。材質としては、例えば水晶を採用できる。
１／２波長板１１Ａの光学軸の方向は、光束の透過方向から見て偏波方向が反時計回りに４５°回転する方向とされる。また、１／２波長板１１Ｂの光学軸の方向は、同じく時計回りに４５°回転する方向とされる。

複屈折性結晶１２は、複屈折性結晶１０と同様に、透過する光束の光路を偏波方向に応じてＸ軸方向に平行移動させるための光学素子である。そして、複屈折性結晶１０の領域I、IVを除去した部材で構成され、偏波回転手段１１の後段で領域II、III、V、VIを覆う範囲に配置される。

偏波回転手段１３は、複屈折性結晶１２から出射された光束のいずれかの偏波方向を９０°回転させ、空間Ｓ_１０において、領域II、IIIの光束の偏波方向をＸ軸方向とし、領域V、VIの光束の偏波方向をＹ軸方向とするための手段である。そのため、領域II、III、V、VIを覆う範囲に複屈折性結晶１２側から、ファラデー回転子１３ｂ（非相反性回転子）、複合波長板１３ａ（相反性回転子）を配列して構成される。
ファラデー回転子１３ｂは、ファラデー回転子１１ｂと偏波回転方向のみが異なる素子である。
複合波長板１３ａは、設計波長がλ_３とされ、領域I、IVの部分が除去された以外は、複合波長板９ａと同様の光学素子である。

複屈折性結晶１４は、空間Ｓ_１０の領域V、VIにおける光束のＹ軸方向の偏波成分をそれぞれ領域II、IIIに移動して、領域II、IIIを通る他方の光束と合成するための光学素子である。そのため、偏波回転手段１３の後段に領域II、III、V、VIを覆うように配置され、複屈折性結晶１２とは光学軸の方向のみが異なる構成とされる。光学軸の方向は複屈折性結晶８と同様の方向とされる。
そして、Ｚ軸方向の厚さは複屈折性結晶８と一致させておく。これにより、偏波モード分散（ＰＭＤ）が発生しない構成とすることができるという利点がある。

１芯コリメータ６は、図１に示したように、複屈折性結晶１４の後段に配置され、空間Ｓ_１１における領域IIIの光束をコリメートレンズ６ａで集光し、光ファイバ３の端面に結合し、あるいは、逆に、光ファイバ３からＺ軸負方向に出射される発散光束を平行光束化して、入射光束Ｒ_２として、複屈折性結晶１４の領域IIIに入射させるための光学素子である。

複合波長板９ａ、１１ａ、１３ａの設計波長λ_１、λ_２、λ_３は、アイソレーションやＰＤＬを適宜の範囲に収めるために、光サーキュレータ１が使用される波長範囲内の適宜の値を選定する。
例えば、λ_１＝λ_３としてλ_２を異なる値とすることができる。また、λ_１＝λ_２＝λ_３としてもよく、それぞれ互いに異なる値としてもよい。

本実施形態の光サーキュレータ１の動作について説明する。
図３、４は、それぞれ図２（ａ）、（ｂ）に対応する光路における動作説明図である。図３、４は、空間Ｓ_ｉ（ｉ＝１〜１１）のＸＹ平面内におけるＺ軸正方向から見た光束の位置および偏波状態を模式的に表している。格子枠内の両矢印は偏波方向を表す。
なお、以下では回転方向を表す場合、特に断らなければＺ軸正方向から見た方向を言うものとする。

まず、図１〜３を参照して、第１光路の動作を説明する。
ポートＰ_１から入射された光束は、光ファイバ２から出射されてコリメートレンズ５ａでコリメートされ、ＺＸ平面で光軸と交差して斜め方向に進む。そして平行プリズム７に入射し、出射時に屈折されてＺ軸に平行な方向に進む平行光束である入射光束Ｒ_０とされる。
入射光束Ｒ_０は、空間Ｓ_１において領域VIに位置する。入射光束Ｒ_０は一般に非偏波状態にある。そこで、Ｘ、Ｙ軸方向の偏波成分である偏波光束Ｒ_ｘと偏波光束Ｒ_ｙとを合成したものと考えることができる。

偏波光束Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙが複屈折性結晶８を透過する際、光学軸の傾斜により、偏波光束Ｒ_ｘは常光線としてＺ軸方向に直進し、偏波光束Ｒ_ｙは異常光線として４５°斜行してＹ軸正方向の領域IIIに移動する。したがって、入射光束Ｒ_０は、空間Ｓ_２において、偏波成分毎に領域III、VIに分離される。
そしてそれぞれの光束が複合波長板９ａを透過する。その際、１／２波長板９Ａを透過する偏波光束Ｒ_ｙは、反時計回りに４５°回転され、１／２波長板９Ｂを透過する偏波光束Ｒ_ｘは、時計回りに４５°回転され、その結果、いずれの偏波方向もＹ軸正方向からＸ軸負方向に向けて４５°回転された方向に揃えられる（空間Ｓ_３）。

そして、ファラデー回転子９ｂを透過すると、いずれの光束も時計回りに４５°回転され、偏波方向がＹ軸方向に整列する。
そして複屈折性結晶１０に入射するが、偏波方向が光学軸と直交するのでそのまま直進して出射される（空間Ｓ_５）。さらに、ファラデー回転子１１ｂに入射して時計回りに４５°回転され（空間Ｓ_６）、１／２波長板１１Ａに入射して反時計回りに４５°回転される（空間Ｓ_７）。
そして複屈折性結晶１２に入射するが、偏波方向が光学軸と直交するのでそのまま直進して出射される（空間Ｓ_８）。さらに、ファラデー回転子１３ｂに入射して反時計回りに４５°回転され（空間Ｓ_９）、複合波長板１３ａに入射する。

複合波長板１３ａでは、偏波光束Ｒ_ｙが１／２波長板１３Ａに入射して、反時計回りに４５°回転し、偏波方向がＸ軸方向とされる。また偏波光束Ｒ_ｘが１／２波長板１３Ｂに入射して時計回りに４５°回転し、偏波方向がＹ軸方向とされる（空間Ｓ_１０）。
その結果、それぞれの光束が複屈折性結晶１４に入射すると、偏波光束Ｒ_ｘは常光線として直進し、偏波光束Ｒ_ｘが異常光線としてＹ軸正方向に移動し、それぞれが合成されて、領域IIIから出射光束Ｒ_１として出射される（空間Ｓ_１１）。
出射光束Ｒ_１は、コリメートレンズ６ａに入射し、光ファイバ３の端面上に結合される。
このようにして、ポートＰ_１に入射された入射光束Ｒ_０が、出射光束Ｒ_１としてポートＰ_２に出射される。

次に、図１、２、４を参照して、第２光路における動作を説明する。なお、単に第１光路を逆進する動作の説明は適宜簡略化する。
ポートＰ_２から入射された光束は、光ファイバ３から出射され、１芯コリメータ６を経て、複屈折性結晶１４の領域IIIに入射光束Ｒ_２として入射する。入射光束Ｒ_２は、入射光束Ｒ_０と同様に、Ｘ、Ｙ軸方向の偏波成分である偏波光束Ｒ_ｘと偏波光束Ｒ_ｙとを合成したものとする。
空間Ｓ_１１〜Ｓ_９までは、上記光路を逆進する動作となり、空間Ｓ_９では、偏波光束Ｒ_ｘ、偏波光束Ｒ_ｙが、偏波方向を反時計回りに４５°回転され、それぞれ領域III、VIに到達する。そして、ファラデー回転子１３ｂを透過すると、反時計回りに４５°回転されるので、第１光路と異なり、偏波方向がＸ軸方向に整列される（空間Ｓ_８）。

これらの光束は、複屈折性結晶１２に入射すると、異常光線としてＸ軸負方向に移動され、領域II、Vに出射される（空間Ｓ_７）。そのため、いずれの光束も、１／２波長板１１Ｂに入射され、偏波方向が反時計回りに４５°回転される（空間Ｓ_６）。そして、ファラデー回転子１１ｂを透過することにより、偏波方向が時計回りに４５°回転されて再びＸ軸方向に整列される（空間Ｓ_５）。
複屈折性結晶１０に入射すると、異常光線としてＸ軸負方向に移動され、領域I、IVから出射される（空間Ｓ_４）。そして、ファラデー回転子９ｂにより偏波方向が時計回りに４５°回転される（空間Ｓ_３）。
そして、偏波光束Ｒ_ｘは、１／２波長板９Ａに入射して、偏波方向が時計方回りに４５°回転されて、Ｙ軸方向とされ、偏波光束Ｒ_ｙは、１／２波長板９Ｂに入射して、偏波方向が反時計回りに４５°回転されて、Ｘ軸方向とされる（空間Ｓ_２）。

したがって、複屈折性結晶８に入射すると、偏波光束Ｒ_ｘが異常光線としてＹ軸負方向に移動され、偏波光束Ｒ_ｙが常光線として直進し、領域IVで合成され、出射光束Ｒ３として空間Ｓ_１に出射される。そして平行プリズム７、コリメートレンズ５ａを経て、光ファイバ４の端面上に結合され、ポートＰ_３から出射される。
このようにして、ポートＰ_２に入射された入射光束Ｒ_２が、出射光束Ｒ_３としてポートＰ_３に出射される。

ここで、第１光路におけるアイソレーションについて説明する。すなわち、ポートＰ_２から入射してポートＰ_１に戻る光束について説明する。
以上に説明したように、各１／２波長板により、直線偏波が直線偏波として回転される場合、ポートＰ_２から入射された入射光束Ｒ_２の偏波光束Ｒ_ｘ、偏波光束Ｒ_ｙは、各偏波方向を９０°変えてポートＰ_３に到達し、偏波成分による損失は生じない
しかしながら、これは厳密には光束が１／２波長板の設計波長に一致した場合に限られる。設計波長からずれた波長の光束が入射されたり、１／２波長板が温度変化を起こしたりして設計波長からずれた特性を示す場合には、直線偏波は楕円偏波として回転される。

例えば、図４に破線両矢印で示したように、空間Ｓ_７に偏波成分ｒ_１が発生し、空間Ｓ_８にＹ軸方向に向けられる。そして複屈折性結晶１２を直進し、１／２波長板１１Ａを通り、時計回りに４５°回転され、ファラデー回転子１１ｂにより時計回りに４５°回転されて、偏波方向がＸ軸方向となる。このため、複屈折性結晶１０によりＸ軸負方向に移動され、この偏波成分ｒ_１がポートＰ_１に到達することはない。
ところが、１／２波長板１１Ａを透過する際に楕円偏波が形成される場合もある。この場合には、偏波成分ｒ_１に直交するわずかな偏波成分ｒ_２が発生し、９０°回転されて、空間Ｓ_５の領域III、VIにおいてＹ軸方向の偏波成分を形成する。そこで、この偏波成分ｒ_２が複屈折性結晶１０を直進し、ファラデー回転子９ｂで時計回りに４５°回転される。
１／２波長板９Ａに入射する偏波成分ｒ_２は、時計回りに４５°回転され、偏波方向がＸ軸方向となり、複屈折性結晶８を直進し、ポートＰ_１には到達しない。一方、１／２波長板９Ｂに入射する偏波成分ｒ_２は、回転がキャンセルされて、偏波方向がＹ軸方向のまま、領域VIに入射するので、直進してポートＰ_１に到達する。
さらに１／２波長板９Ａが楕円偏波を形成する場合には、上記の偏波成分ｒ_２のうちのわずかの偏波成分ｒ_３がＹ軸方向の偏波成分となり、複屈折性結晶８により領域VIに移動されるので、ポートＰ_１に到達する。
なお、偏波成分ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３は、この順に大略等比級数的に小さくなる強度を有するが、図示では、見易くするため誇張した長さで表現され、大きさの比率も反映されていない。

同様に図１１に示した従来例では、１／２波長板３４Ｂが楕円偏波を形成すると、その楕円偏波のうち、直線偏波と直交する偏波成分が領域IVに戻る。すなわち、直線偏波から外れる光量比に比例する戻り光が発生する。
これに対して、本実施形態の戻り光となる偏波成分ｒ_２、ｒ_３はそれぞれ直線偏波から外れる光量比の２乗、３乗に比例するオーダーの戻り光となるので、従来例に比べて著しく小さな値となる。したがってアイソレーションが改善される。この理由は、本実施形態では、非相反回転素子を含む偏波回転手段１１が複屈折性結晶１０と複屈折性結晶１４との間に配置されていることによる。

次に、本実施形態における１／２波長板の設計波長の具体例について説明する。
図５、６は、本発明の実施形態に係る光サーキュレータ１において適宜設計波長を変えた場合の第１光路に対するＰＤＬおよびアイソレーションのシミュレーション結果を示すグラフである。各図とも、例えば（Ａ）、（ａ）のように図番添字のアルファベットが共通のグラフは同一構成の結果を示す。図番添字が大文字のグラフはＰＤＬのグラフであり、横軸が波長（単位ｎｍ）、縦軸がＰＤＬ（ｄＢ）を表す。図番添字が小文字のグラフはアイソレーションのグラフであり、横軸が波長（単位ｎｍ）、縦軸がアイソレーション（ｄＢ）を表す。それぞれのグラフには、環境温度０℃、２５℃、６５℃に対応する曲線Ｃ_０、Ｃ_２５、Ｃ_６５がプロットされている。
光サーキュレータ１の使用波長を１４６０ｎｍ〜１６２０ｎｍとするものとして、各図における１／２波長板の設計波長λ_１、λ_２、λ_３を以下のような組み合わせとした。
図番 添字 設計波長（ｎｍ）
λ_１ λ_２ λ_３
例１ 図５ Ａ、ａ １５８０ １４８０ １５８０
例２ 図５ Ｂ、ｂ １６２０ １４６０ １６２０
例３ 図６ Ｃ、ｃ １５５０ １５５０ １５５０
例４ 図６ Ｄ、ｄ １４８０ １５５０ １６２０

例１では、設計波長λ_１、λ_３を使用波長範囲の中央よりやや長波長側の１５８０ｎｍに揃え、設計波長λ_２を短波長側の１４８０ｎｍとしている。
その結果、ＰＤＬは略０ｄＢとなった（図５（Ａ）参照）。
またアイソレーションは、図５（ａ）に示したように、曲線Ｃ_２５が、１４８０ｎｍにやや鋭いピークと１５８０ｎｍ近傍に緩やかに広がる凸部とを備え、その間が緩やかに凹んだ略Ｍ字状となり、曲線Ｃ_０、Ｃ_６５は、それと類似の曲線がそれぞれ長波長側、短波長側に移動した形状となる。その結果、使用波長域において温度変動を考慮しても約５５ｄＢ以上という特性が得られた。
これは、ＰＤＬが０．１ｄＢ以下、アイソレーションが４０ｄＢ以上という光通信分野における一般的な要求仕様に対しては、きわめて良好な結果である。

例２では、例１に対し、設計波長λ_１、λ_３を使用波長範囲の最大波長１６２０ｎｍとし、設計波長λ_２を同じく最小波長１４６０ｎｍとしている。
その結果、ＰＤＬは略０ｄＢとなった（図５（Ｂ）参照）。
またアイソレーションは、例１と同傾向を示すが、ピーク波長間の凹みがやや大きい略Ｍ字状となっており、例１ほど高いアイソレーションではないが、使用波長範囲において、約５５ｄＢ程度のアイソレーションが得られた（図５（ｂ）参照）。
したがって、本例もきわめて良好な結果である。

例３では、設計波長λ_１、λ_２、λ_３をすべて使用波長範囲の略中央値である１５５０ｎｍとしている。
その結果、ＰＤＬは略０ｄＢとなった（図６（Ｃ）参照）。
またアイソレーションは、図６（ｃ）に示したように、曲線Ｃ_２５が１５５０ｎｍ近傍に緩やかに広がる凸部を備えた山形となり、曲線Ｃ_０、Ｃ_６５は、それと類似の曲線がそれぞれ長波長側、短波長側に移動した形状となる。その結果、使用波長域において温度変動を考慮しても、約４８ｄＢ以上という特性が得られた。
これは、例１、２よりより小さい値であるが十分良好な結果である。

例４では、設計波長λ_１、λ_２、λ_３を使用波長範囲の略最小、中間、最大の値である１４８０ｎｍ、１５５０ｎｍ、１６２０ｎｍとしている。
その結果、図６（Ｄ）に示したように、ＰＤＬは、各温度で、約１５５０ｎｍで最小値をとる下に凸の曲線を描き、使用波長範囲の両端側でＰＤＬが大きくなっている。これは、複合波長板９ａ、１３ａの設計波長に差を設けたためと考えられる。
そして、ＰＤＬの値は、使用波長範囲で約０．０８ｄＢ以下となった（図６（Ｃ）参照）。
またアイソレーションは、図６（ｄ）に示したように、曲線Ｃ_２５が上記３波長でピークを持ち、その間で緩やかに凹んだ波形状となり、曲線Ｃ_０、Ｃ_６５は、それと類似の曲線がそれぞれ長波長側、短波長側に移動した形状となる。その結果、使用波長域において温度変動を考慮しても、約５２ｄＢ以上という特性が得られた。
したがって、本例は、ＰＤＬにややばらつきが見られるものの十分良好な結果である。

このように、本実施形態では、分離合成素子に隣接する複合波長板９ａ、１３ａの設計波長の差により、ＰＤＬの特性を制御することができる。また、設計波長に差を設けることにより、設計波長間のアイソレーションの大きさを制御できる。

また、本実施形態では、１／２波長板を３枚用いることにより、アイソレーションを格段に改善している。
図７は、図１１に示す構成において、複合波長板３２ａ、３４ａを０次波長板とし、それぞれの設計波長を、１５５０ｎｍに揃えた場合（図７（Ｅ）、（ｅ））、それぞれ１４８０ｎｍ、１６２０ｎｍとした場合（図７（Ｆ）、（ｆ））のシミュレーション結果を示す。グラフ軸、符号の意味は、図５、６と同様である。
図７（Ｅ）、（Ｆ）によれば、ＰＤＬは、本発明の実施形態と同様の傾向を示す。
一方、図７（ｅ）における曲線の山形は、図６（ｃ）に比べて、ピーク値が低く、そのため、使用波長範囲において、約３２ｄＢ程度のアイソレーションしかなく、４０ｄＢ以上となる波長範囲は、約１５００ｎｍ〜１５８０ｎｍという狭い範囲に限られる。
また、図７（ｆ）においては、略Ｍ字状曲線となるものの、アイソレーションが４０ｄＢ以上の範囲がとれない。
このように、１／２波長板が２枚の場合にアイソレーションが劣化することが定量的にも裏付けられる。

また、本実施形態では、１／２波長板に０次波長板を採用することによりアイソレーションを格段に改善している。これは、ｍ次波長板では、入射光束の波長が設計波長からずれや温度変動などの誤差要因が位相差に及ぼす影響が（２ｍ＋１）に比例するので、０次波長板が最も安定性が高いという利点を利用している。
図８（Ｇ）、（ｇ）は、図６（Ｃ）、（ｃ）の構成において、各１／２波長板を１次波長板とした場合のシミュレーション結果である。グラフ軸、符号の意味は、図５、６と同様である。１次波長板とは、波長板透過後の常光線と異常光線の位相差が（３／２）・λとなる波長板である。
図８（ｇ）によれば、アイソレーションに関して、曲線Ｃ_０、Ｃ_２５、Ｃ_６５の山形の裾部が、図６（ｃ）と比べて急落しているため、５５ｄＢ以上となる波長範囲が、約１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍと狭まっている。したがって、０次波長板を用いる利点は大きいと言える。
一方、４０ｄＢ以上となる波長範囲は、仕様波長範囲よりわずかに狭い約１４８０ｎｍ〜１６２０ｎｍであるから、例えば、異なる設計波長の１／２波長板を組み合わせることによりさらに特性を改善して、１次波長板などの高次波長板でも使用できるという利点がある。

本実施形態の変形例について説明する。
図９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る光サーキュレータ１００の主要部の概略構成を説明するための斜視説明図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、図９（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する光路における動作説明図である。
本変形例の光サーキュレータ１００は、図１１〜１３を参照して説明した光サーキュレータ３０の一方側に、複屈折性結晶１５（分離合成素子）、偏波回転手段１６（両側偏波回転手段）、複屈折性結晶１７（分離合成素子）をこの順に配してなる光路移動部４０を設けたものである。

以下、光路移動部４０を中心に簡単に説明する。
複屈折性結晶１５、１７は、複屈折性結晶３１、３５と光学軸の配置方向のみが異なる光学素子である。すなわち、複屈折性結晶１５、１７は、同じ材質でＺ軸方向に同じ厚さを有しており、光学軸がＺＹ平面内で、Ｚ軸正方向からＹ軸負方向に４５°回転された方向に配置されている点のみが異なる。
偏波回転手段１６は、複合波長板１１ａとファラデー回転子１１ｂとからなる。そして、光サーキュレータ３０の領域I〜IVに対応して、１／２波長板１１Ａが領域II、IVを覆うように、１／２波長板１１Ｂが領域I、IIIを覆うように配置され、他の素子もそれぞれ領域I〜IVに対応する領域を覆うように配置される。

このような構成により、図１０（ａ）に示したように、空間Ｓ_１の領域II（ポートＰ_１０と称する）から、Ｘ、Ｙ軸方向をそれぞれ偏波方向とする偏波光束Ｒ_ｙ、Ｒ_ｘからなる入射光束Ｒ_１０が入射されると、複屈折性結晶１５により偏波光束Ｒ_ｙが常光線として直進し、偏波光束Ｒ_ｘが異常光線として領域IVに移動される（空間Ｓ_２）。そして、偏波回転手段１６によりそれぞれの偏波方向がともに９０°回転される（空間Ｓ_４）。そして、複屈折性結晶１７を透過する際、偏波光束Ｒ_ｘが常光線として直進し、偏波光束Ｒ_ｙが異常光線として、領域IVに移動することにより、光サーキュレータ３０への入射光束Ｒ_０として合成される。
すなわち、光路移動部４０は、ポートＰ_１０に入射する入射光束Ｒ_１０の各偏波成分を９０°回転させて領域IIから領域IVへ移動させるものである。
同様に、図１０（ｂ）に示したように、光サーキュレータ３０のポートＰ_３から出射される出射光束Ｒ_３の各偏波成分を９０°回転させて領域IIIから、空間Ｓ_１の領域I（ポートＰ_１１と称する）へ出射させる。

光路移動部４０は、光アイソレータではないが、ファラデー回転子９ｂを透過するので、所定のアイソレーションを有する。そこで、光サーキュレータ１００のポートＰ_１０からポートＰ_２へ向かうの光路のアイソレーションは、光サーキュレータ３０単独のアイソレーションより確実に低減される。また３つの相反回転子を備えるので、波長特性が向上される点は上記の実施形態の場合と同様である。
また、複屈折性結晶１５、１７の厚さを同一としているので、ＰＭＤが発生しない光サーキュレータとすることができるという利点がある。

また、本変形例では、すべての素子がＸＹ平面内で、領域I〜IVに配置されるので、ＸＹ平面の断面積を小さくすることができ、コンパクトな装置とすることができるという利点がある。

なお、上記の説明では、相反回転子として１／２波長板の例で説明したが、例えば水晶旋光子などの他の相反回転子を用いてもよい。
また、上記の説明では、相反回転子が３個の場合の例で説明したが、これは１例であって、必要なら３個以上設けてもよい。
また、上記の説明では、３ポート型の光サーキュレータとして説明したが、３ポート型を基本として構成される多ポート型の光サーキュレータにも適用できることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る光サーキュレータの概略構成を説明するための模式説明図である。 本発明の実施形態に係る光サーキュレータの主要部を説明するための斜視説明図である。 図２（ａ）に対応する光路における動作説明図である。 図２（ｂ）に対応する光路における動作説明図である。 本発明の実施形態に係る光サーキュレータ１において設計波長を変えた場合のポートＰ_１からポートＰ_２の光路に対するＰＤＬおよびアイソレーションのシミュレーション結果を示すグラフである。 同じく別の設計波長に対するシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の作用効果を検証するためのシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施形態の光サーキュレータに１次波長板を用いた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 本実施形態の変形例に係る光サーキュレータの主要部の概略構成を説明するための斜視説明図である。 同じくその光路における動作説明図である。 従来の光サーキュレータの概略構成をその光路とともに説明するための斜視説明図である。 図１１（ａ）の光路断面における光サーキュレータの動作説明図である。 図１１（ｂ）の光路断面における光サーキュレータの動作説明図である。 従来の光サーキュレータのＰＤＬおよびアイソレーションの波長特性を説明するためのグラフである。

符号の説明

１、１００ 光サーキュレータ
８、１４、１５、１７、３１、３５ 複屈折性結晶（分離合成素子）
９ 偏波回転手段（片側偏波回転手段）
９ａ、１１ａ、１３ａ、３２ａ、３４ａ 複合波長板（相反性回転子）
９ｂ、１１ｂ、１３ｂ、３２ｂ、３４ｂ ファラデー回転子（非相反性回転子）
９Ａ、９Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３４Ａ、３４Ｂ １／２波長板
１０、１２、３３ 複屈折性結晶（偏波移動素子）
１１、１６ 偏波回転手段（両側偏波回転手段）
４０ 光路移動部
Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_１０、Ｐ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３ ポート
Ｒ_０、Ｒ_２、Ｒ_１０ 入射光束
Ｒ_１、Ｒ_３、Ｒ_１１ 出射光束

Claims (5)

1. 所定波長範囲内の異なる波長を有する光束が入出射される光サーキュレータであって、
   入射光束を偏波成分に応じて所定位置に出射することにより、入射光束の分離と異なる光路からの入射光束の合成とが可能とされた複数の分離合成素子と、
   前記分離合成素子のいずれかに隣接して配置され、所定の２つの光路から入射する光束のいずれかの偏波方向を９０°回転せしめる一対の片側偏波回転手段と、
   異なる光路から入射する２つの入射光束の所定偏波成分を所定方向に移動させる偏波移動素子と、
   該偏波移動素子または前記分離合成素子のいずれかに隣接して配置され、所定の２つの光路から入射する光束を互いの偏波方向の角度差を変えずに回転せしめる両側偏波回転手段とを備え、
   前記片側偏波回転手段および前記両側偏波回転手段が、相反性回転子と非相反性回転子とを組み合わせて構成され、
   前記相反性回転子が光路内に３個以上配置されるとともに、それらの設計波長が前記所定波長範囲内から選定されたことを特徴とする光サーキュレータ。
2. 前記相反性回転子の設計波長が少なくとも２種類からなることを特徴とする請求項１に記載の光サーキュレータ。
3. 前記相反性回転子の設計波長が、
   前記分離合成素子の一対にそれぞれ隣接する前記片側偏波回転手段の相反性回転子において互いに等しい所定値とされ、
   他の相反性回転子においては、前記所定値とは異なる設計値とされることを特徴とする請求項１または２に記載の光サーキュレータ。
4. 前記相反性回転子が、０次の１／２波長板からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光サーキュレータ。
5. 前記片側偏波回転手段の相反性回転子が、互いに偏波回転方向が異なる２枚の１／２波長板の組み合わせからなり、該２枚の１／２波長板を前記入射される２つの光束の光路上にそれぞれ配置して、該２つの光束の偏波方向を互いに逆方向に４５°回転させるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光サーキュレータ。

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