JP2005043727A - 光結合器、それを用いた励起モジュールおよび光サーキュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 光結合器において、前方励起型、後方励起型を兼ねた励起モジュールや波長選別、偏波分離合成機能付き光サーキュレータなどが構成可能な多機能な光結合が実現できるようにする。
【解決手段】 一方の端部にポートＰ_１、Ｐ_２を備え、他方の端部にポートＰ_３、Ｐ_４を備え、その間に複屈折結晶板２、複合波長板３ａ、ファラデー回転子３ｂ、複屈折結晶板４、第２の偏波回転手段５、フィルタ６をこの順に配置し、光束の偏波方向を回転させることにより光路を決定し、フィルタ６により波長に応じて反射または透過させることにより、ポート間に、一方向に光束を伝送する循環光路、選別光路、前進光路、後進光路を形成する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、光結合器、それを用いた励起モジュールおよび光サーキュレータに関する。

従来、光通信や光回路において、ＷＤＭカプラ、偏波合成器、光アイソレータ、光サーキュレータなどの光部品が用いられている。これらの光部品は、例えば光増幅や光計測を行うために用いられる場合がある。
例えば、特許文献１には、励起ＬＤから放射される励起光を、光サーキュレータ、励起光反射用光フィルタを介して、希土類ドープファイバに入射させて光増幅し、光伝送路上の信号光を光分岐手段で受光素子に分岐してモニタする後方励起型の光増幅装置が記載されている。
また、特許文献２には、一対のＬＤモジュール、光合波器、光アイソレータを、エルビウムドープファイバを挟んで配置した前方および後方励起型の光増幅器が記載されている。
また、特許文献３には、雑音光を制限するために励起光を形成する半導体レーザと光ファイバカプラとの間にフィルタを設けた光ファイバ増幅器が記載されている。
また、特許文献４には、アイソレータ素子と光路変更プリズムとを一体化して光結合器を形成することにより、２つの半導体レーザ光源からの励起光が入射可能な、ＷＤＭカプラ、偏波合成器、光アイソレータのそれぞれの機能を兼ねる後方励起用光結合器が記載されている。
特開２００１−１０３０１２号公報（第４−５頁、図１−２） 特開２０００−２４４０４３号公報（第３−４頁、図１） 特開平５−１３６５１１号公報（第２−３頁、図２） 特開２００１−３０５４７９号公報（第５−７頁、図１−４）

しかしながら、上記のような従来の装置には以下のような問題があった。
特許文献１〜３に記載の技術では、光励起を行うために、複数の光部品を組み合わせているために、装置を小型化することができないという問題があった。また、複数の光部品を用いるので安価な装置とすることができないという問題があった。
特許文献４に記載の技術では、アイソレータ素子と光路変更プリズムを用いた光結合器を用いて部品点数を低減でき、低出力のレーザ光を合成して高出力の光励起を実現できるという長所を有するものの、この手段では前方励起型の装置が原理的に構成できないため、前方励起が必要な場合に利用できないという問題があった。

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、例えば前方励起型、後方励起型を兼ねた励起モジュールや波長選別、偏波分離合成機能付き光サーキュレータなどを構成可能とする多機能な光結合が実現できる光結合器を提供することを目的とする。
また、そのような光結合器を用いて、例えば、前方励起型、後方励起型あるいはその両方を兼ねたり、後方励起型と波長選別機能や偏波選別機能を兼ねたりする励起モジュールや、波長選別機能や偏波選別機能を有する光サーキュレータなどの多機能の光部品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、一方の端部に第１および第２の入出射ポートと、他方の端部にそれぞれが一対の光束を入出射させることができる第３および第４の入出射ポートとを有する光結合器であって、前記第３および第４の入出射ポートの直前に入射光束の波長に応じて透過率および反射率を規制するフィルタ素子が設けられ、前記第１の入出射ポートから入射する光束が、偏波方向の揃った２つの偏波成分に分離され、その波長に応じて、前記フィルタ素子を透過して前記第３の入出射ポートへ出射される選別光路と、前記フィルタ素子で反射して前記第２の入出射ポートへ出射される循環光路とが形成されるとともに、前記第３の入出射ポートに入射する偏波方向の揃った２つの偏波成分が互いに合成されて前記第２の入出射ポートへ出射される前進光路と、前記第４の入出射ポートに入射する偏波方向の揃った２つの偏波成分が互いに合成されて前記第１の入出射ポートへ出射される後進光路との一方または両方が形成され、形成された前記各光路に伝送される光束が、前記各入出射ポート間で実質的に一方向のみに伝送される構成とする。
この発明によれば、フィルタ素子で反射される波長を有する光束において、第１の入出射ポートから入射して第２の入出射ポートから出射される循環光路が形成される。そして、フィルタ素子で透過される波長を有する光束は、選別光路を通して第３の入出射ポートへ取り出すことができる。その際、偏波方向が揃った所定偏波成分として取り出すことができる。
そして前進光路が形成される場合は、第３の入出射ポートから偏波成分を揃えた光束を入射させて第２の入出射ポートにおいてそれら偏波成分を合成して取り出すことができる。
また後進光路が形成される場合は、第４の入出射ポートから偏波成分を揃えた光束を入射させて第１の入出射ポートにおいてそれらの偏波成分を合成して取り出すことができる。いずれの光路も、各入出射ポート間で逆方向へは伝送されないので、逆方向にはアイソレータ機能を有する。
したがって、一方向に光束が伝送される光伝送路に、伝送方向を合わせて循環光路を接続し、選別光路を通して所定波長や偏波成分を有する光束を取り出したり、前進光路、後進光路を通して光伝送路外を伝送される光束を光結合したりすることができる多機能の光結合器を構成することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光結合器において、前記一方の端部側から前記他方の端部側に向けて、前記第１の入出射ポートから入射する光束を２つの偏波成分に分離するとともに、所定位置に入射された２つの偏波成分を合成して前記第２の入出射ポートに出射する分離合成手段と、相反性回転子と非相反性回転子とからなり、入射する２つの偏波成分の一方の偏波方向を９０°回転させる第１の偏波回転手段と、偏波方向の揃った２つの偏波成分の光路をその偏波方向に応じて選択的に切り替える光路決定手段と、非相反性回転子からなる第２の偏波回転手段と、前記フィルタ素子とが、この順に配置された構成とする。
この発明によれば、分離合成手段、第１の偏波回転手段、光路決定手段、第２の偏波回転手段、フィルタ素子を直列配置し、配列方向に沿って循環光路、選別光路、前進光路および後進光路を形成することができる。したがって、列状をなして光路断面方向にコンパクトな光結合器とすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光結合器において、前記分離合成手段が複屈折結晶板からなる。
この発明によれば、分離合成手段に複屈折結晶板を用いるので、分離合成手段を小型化することができ、設置も容易となる。複屈折結晶板として、サバール板を用いる場合には、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。

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結合器において、前記第１の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２つの偏波成分の光路上にそれぞれ配置して、該２つの偏波成分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、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。

請求項５に記載の発明では、所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送され、出力側に光励起部材を備える光伝送路に接続することにより、前記信号光の励起光を光結合可能とする前方励起型の励起モジュールであって、請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、２つの励起光を前記光結合器の第３の入出射ポートに光結合可能とする励起光結合手段とを備える。
この発明によれば、励起光結合手段を通して励起光を光結合器に入射させることにより、光伝送路の出力側に光結合させることができ、出力側に設けられた光励起部材に入射させて信号光を光増幅することができるので、請求項１〜４に記載の発明と同様の作用効果を有する前方励起型の励起モジュールを構成することができる。

請求項６に記載の発明では、所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送され、入力側に光励起部材を備える光伝送路に接続することにより、前記信号光の励起光を光結合可能とする後方励起型の励起モジュールであって、請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、２つの励起光を前記光結合器の前記第４の入出射ポートに光結合可能とするための励起光結合手段とを備える。
この発明によれば、励起光結合手段を通して励起光を光結合器に入射させることにより、光伝送路の入力側に光結合させることができ、入力側に設けられた光励起部材に入射させて信号光を光増幅することができるので、請求項１〜４に記載の発明と同様の作用効果を備える後方励起型の励起モジュールを構成することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の励起モジュールにおいて、前記光結合器の前記選別光路を進んで前記第３の入出射ポートから出射される選別光束を、前記光伝送路と異なる他の光伝送路に結合するための選別光結合手段を備える。
この発明によれば、選別光路を進む波長、偏波成分を備える選別光束を他の光伝送路に取り出す機能を兼ね備えた後方励起型の励起モジュールを構成することができる。

請求項８に記載の発明では、所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送され、入力側および出力側にそれぞれ光励起部材を備える光伝送路に接続することにより、前記信号光の励起光を光結合可能とする前方・後方励起併設型の励起モジュールであって、請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、２つの励起光対をそれぞれ前記光結合器の第３および第４の入出射ポートに光結合するための励起光結合手段とを備える。
この発明によれば、励起光結合手段を通して励起光を光結合器に入射させることにより、光伝送路の出力側および入力側に光結合することができ、出力側および入力側に設けられた光励起部材に入射させて信号光を光増幅することができるので、請求項１〜４に記載の発明と同様の作用効果を備える前方・後方励起併設型の励起モジュールを構成することができる。

請求項９に記載の発明では、所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送される光伝送路に接続可能な光サーキュレータであって、請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、前記光結合器の第３の入出射ポートから出射される光束を、前記光伝送路と異なる他の光伝送路に結合するための選別光結合手段とを備える。
この発明によれば、信号光の一部をフィルタ素子により波長選別された光束として選別光路に導き、選別光結合手段により他の光伝送路に導くことが可能となり、他の光伝送路からの光束を選別光結合手段により第３の入出射ポートに光結合して、所定波長の光束を光伝送路の出力側に戻すことができる光サーキュレータを構成することができる。

本発明の光結合器によれば、４つの入出射ポートを備え、それぞれの間に、循環光路、選別光路、前進光路、後進光路を設けることにより、例えば前方励起型、後方励起型の励起モジュールや波長選別、偏波分離合成機能付き光サーキュレータなどを構成可能とする多機能な光結合器とすることができるという効果を奏する。
また、それらの光路を分離合成手段、第１の偏波回転手段、光路決定手段および第２の偏波回転手段をこの順に配置して形成することにより、小型で簡素な光結合器とすることができるという効果を奏する。
また、本発明の励起モジュールまたは光サーキュレータによれば、本発明の光結合器を用いることにより、多機能な励起モジュールまたは光サーキュレータと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。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光結合器について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光結合器の概略構成およびその光路を説明するための斜視説明図である。図２、３は、それぞれ図１（ａ）、（ｂ）に示した光路における動作説明図である。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光結合器の他の光路を説明するための斜視説明図である。図５、６は、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）に示した光路における動作説明図である。
なお、方向の説明を簡単にするために、以下の図中に適宜ＸＹＺ直角座標系を設定し、その軸方向を参照して、方向を表現する場合がある。いずれの場合も、光束が進む方向をＺ軸とする右手系とする。以下、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。

本発明の第１の実施形態に係る光結合器１の概略構成は、図１、２に示したように、複屈折結晶板２（分離合成手段）、第１の偏波回転手段３、複屈折結晶板４（光路決定手段）、第２の偏波回転手段５、フィルタ６（フィルタ素子）からなり、これらが不図示の筐体に適宜固定されている。そして、複屈折結晶板２側の端部（一方の端部）に、ポートＰ_１（第１の入出射ポート）とポートＰ_２（第２の入出射ポート）が設けられ、フィルタ６側の端部（他方の端部）にポートＰ_３（第３の入出射ポート）とポートＰ_４（第４の入出射ポート）が設けられる。

複屈折結晶板２は、光結合器１の端部側に配置され、光結合器１の外部から所定位置に入射される光束を、偏波方向が互いに直交する偏波成分ごとに分離して所定位置に出射するとともに、逆方向から所定位置に入射される２つの偏波成分を合成して所定位置に出射するための光学素子である。
本実施形態の複屈折結晶板２は、１軸結晶板２Ａ、２Ｂからなるサバール板の構成を有する。そして厚さ方向をＺ軸方向と一致させ、１軸結晶板２Ａ側の端面に後述する所定位置にポートＰ_１、Ｐ_２が位置し、光束がＺ軸に沿って端面に垂直方向から入出射できるようになっている。サバール板は、周知のように、光学軸と略４５°の傾きを持つように切断した１軸結晶からなる厚さの厳密に等しい２枚の平行平面板を、主断面が直交するように貼り合せたものである。

１軸結晶板２Ａは、厚さｄを有し、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°だけ傾斜された１軸結晶の平行平面板である。図１において１軸結晶板２Ａの側面に記載した両矢印は光学軸の方向を示す（以下同様）。１軸結晶板２Ａの主断面は、ＹＺ平面に平行な平面となっている。
１軸結晶板２Ｂは、厚さｄを有し、光学軸がＺＸ平面内でＺ軸正方向からＸ軸負方向に向けて４５°だけ傾斜された１軸結晶の平行平面板である。１軸結晶板２Ｂの主断面は、ＺＸ平面に平行な平面となっている。

分離後の各光束のＸＹ平面における距離は、それらの光束径に応じて厚さｄを適宜に設定することにより互いに重ならない距離とされている。そして、複屈折結晶板２のＺ軸方向のそれぞれの端面はＸ軸正方向に向かって各１本ずつの光束が入出射可能とされた領域I、II、IIIと、それらのＹ軸負方向側に同様の領域V、VI、VIIを備える。
以下の図示では、端面に格子を表示してその範囲を模式的に示す。また、参照の便宜のために、領域III、VIIのＸ軸正方向側に隣接する同様の領域IV、VIIIとあわせて、これらの領域I〜VIIIがＺ軸方向に連続する領域を表すものとする。そして、各部材に隣接するＺ軸方向の空間をＺ軸負方向から、順に空間Ｓ_ｉ（ｉ＝１〜７）と称する。すなわち、空間Ｓ_１は、複屈折結晶板２のＺ軸負方向の空間である。
本実施形態のポートＰ_１、Ｐ_２は、空間Ｓ_１の領域VII、VIにそれぞれ設けられる。
なお、本明細書で言うポートとは、光結合器１の端部の所定領域に平行光束が入出射可能な空間が形成されていればよく、特にポートを形成するための部材が配置されている必要はない。

第１の偏波回転手段３は、複屈折結晶板２のＺ軸正方向に空間Ｓ_２を挟んで設けられ、複屈折結晶板２から分離して出射された互いに直交する偏波成分の一方の偏波方向が９０°回転された状態とするための光学素子である。そして、Ｚ軸負方向から入射してされた場合と、Ｚ軸正方向から入射された場合では、９０°回転される光束が異なる構成とされている。
本実施形態では、複屈折結晶板２側から複合波長板３ａ（相反性回転子）、ファラデー回転子３ｂ（非相反性回転子）を配列して構成される。

複合波長板３ａは、領域I、II、IIIを覆うように配置される１／２波長板３Ａと、領域V、VI、VIIを覆うように配置される１／２波長板３ＢとをＹ軸方向に接合したものである。１／２波長板３Ａ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、１／２波長板３Ｂ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。
このように、複合波長板３ａ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。
また、１／２波長板３Ａ、３Ｂは、透過光束の波長により適宜の１／２波長板を用いればよいが、比較的幅広い波長範囲で良好な性能を得るには、例えば水晶などの０次波長板を用いることが好ましい。

ファラデー回転子３ｂは、領域I〜III、V〜VII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３ｂ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。

複屈折結晶板４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、第１の偏波回転手段３の後段に、領域I〜VIIIを覆うように配置された１軸結晶の平行平面板からなる。複屈折結晶板４の光学軸は、図１の側面に両矢印で図示したように、主断面がＺＸ平面と平行な平面内で、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。

複屈折性結晶４のＺ軸方向の厚さは、光路が平行移動する際、Ｘ軸方向に隣接する領域に移動するような厚さとされる。例えば、空間Ｓ_５の領域IIIの略中央に入射する偏波方向がＸ軸方向の偏波成分が、空間Ｓ_４の領域IIの略中央から出射される厚さとされる。
複屈折性結晶４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。

第２の偏波回転手段５は、複屈折結晶板４の後段に領域II〜IV、VI〜VIIIを覆うように配置された非相反性回転子で、透過する光束の偏波方向がＺ軸正方向から見て反時計回りに４５°回転する構成を備える。例えば、ファラデー回転子３ｂを偏波回転方向が逆になるようにしたものを採用することができる。

フィルタ６は、本実施形態では、第２の偏波回転手段５の後段に領域II〜IV、VI〜VIIIを覆うように配置され、Ｚ軸負方向に反射する光束とＺ軸正方向に透過させる光束を選別するための光学素子である。選別は用途に応じて適宜の選別とすることができるが、例えば、反射率と透過率に波長特性を調整して、所定波長範囲の光束を略反射させ、別の波長範囲の光束を略透過させる構成を採用できる。また、透過光束を直線偏波とするために、偏波方向が選別可能な構成としてもよい。
そして、空間Ｓ_７の一対の領域III、VIには、ポートＰ_３が、同じく領域IV、VIIには、ポートＰ_４が設けられる。
フィルタ６の選別特性は、１００％の透過または反射という特性も含めて必要なら領域ごとに変えるようにしてもよい。また、１００％透過とする領域は、フィルタ６が配置しない構成としてもよい。
さらに、フィルタ６の領域II、VIIIには正規光路を通る光束は到達しないので、遮光したり、無処理としたりしてもよい。

本実施形態の光結合器１の動作について説明する。
図２、３、５、６は、いずれも、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。

図２により、図１（ａ）の光路における動作を説明する。
図１（ａ）に示す光路は、ポートＰ_１から入射する平行光束である入射光束Ｒ_１が、フィルタ６に至る光路である（以下、この光路を第１光路と称する）。
入射光束Ｒ_１の波長は、単一波長でもよいが、例えば、波長分割多重（ＷＤＭ）、広間隔波長多重（Coarse-ＷＤＭ、ＣＷＤＭ）などの光伝送路内を進行するような、可視光の全波長範囲から比べればきわめて狭帯域の波長範囲内に複数の波長が混在していてもよい。ただし、フィルタ６の波長に係る選別特性により、略１００％反射される波長を有するものとする。
入射光束Ｒ_１は、空間Ｓ_１において領域VIIに位置する。入射光束Ｒ_１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。

入射光束Ｒ_１が複屈折結晶板２に入射すると、１軸結晶板２Ａを厚さｄだけ進む間に、光学軸の傾斜により、偏波光束Ｒ_ｘが常光線としてＺ軸方向に直進し、偏波光束Ｒ_ｙが異常光線として斜行して、Ｙ軸正方向の領域IIIに移動する。そして接合面を通過し、１軸結晶板２Ｂに入射し、その光学軸の傾斜により、偏波光束Ｒ_ｘが異常光線として斜行して、Ｘ軸負方向の領域VIに移動し、領域IIIの偏波光束Ｒ_ｙが常光線としてＺ軸方向に直進する。
したがって、入射光束Ｒ_１は、空間Ｓ_２において、領域III、VI内をＺ軸方向に直進する偏波光束Ｒ_ｙ、Ｒ_ｘに分離される。
その際、複屈折結晶板２をサバール板としているので、偏波成分間の光路長が一致し、偏波モード分散（ＰＭＤ）が発生しないという利点がある。

そしてそれぞれの偏波成分が複合波長板３ａを透過する。その際、１／２波長板３Ａ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３Ｂ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３ｂを透過すると、いずれの偏波成分も時計回りに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４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、第２の偏波回転手段５に入射して反時計回りに４５°回転され（空間Ｓ_６）、フィルタ６のＺ軸負方向側の表面に到達する。
そして、フィルタ６の選別特性により、略１００％反射される。

次に、図３を参照して、図１（ｂ）に示したフィルタ６の反射光束がＺ軸負方向に進みポートＰ_２から出射される光路（以下、第２光路と称する）について説明する。
フィルタ６では、偏波方向が保持された状態で反射される。すなわち、空間Ｓ_６において、偏波光束Ｒ_ｙ、Ｒ_ｘの偏波方向が、Ｙ軸正方向からＸ軸負方向に向けて４５°傾斜した方向に揃った状態で、それぞれ領域III、VIをＺ軸負方向に直進する。
第２の偏波回転手段５に入射すると、いずれの偏波成分も反時計回りに４５°回転され（空間Ｓ_５）、複屈折結晶板４に入射する。
複屈折結晶板４の光学軸の傾斜により、偏波光束Ｒ_ｙ、Ｒ_ｘはいずれもＸ軸負方向に移動され、領域II、Vから出射される（空間Ｓ_４）。

そして、ファラデー回転子３ｂに入射して、時計回りに４５°回転され、空間Ｓ_３において、図２の空間Ｓ_３と同じ方向に傾斜した偏波成分となる。そこで、空間Ｓ_２から空間Ｓ_１に向けて、第１光路と分離とは逆の光路をたどって、領域VIから偏波光束Ｒ_ｙ、Ｒ_ｘが合成された光束として、出射光束Ｒ_２が出射される。

一方、ポートＰ_２から入射された光束の光路を考察すると、空間Ｓ_４において、領域II、VにそれぞれＹ軸方向に偏波方向が揃った偏波成分に分離されるので、いずれも複屈折結晶板４を直進する。そのため、フィルタ６上には、領域IIに、偏波方向がＹ軸正方向からＸ軸負方向に向けて４５°傾斜した偏波成分が到達する。この偏波成分が反射される場合、第２の偏波回転手段５を通過する際、反時計回りに４５°回転されて、複屈折結晶板４でＸ軸負方向の領域Iに移動される。そして第１の偏波回転手段３により、偏波方向がＹ軸方向にされた状態で、領域Iから複屈折結晶板２に入射する。そして、領域Vから出射され、ポートＰ_１には出射されない。
これは、光結合器１が光路内に非相反性回転子を２つ備えるため、アイソレータ機能を有するからである。

このように、ポートＰ_１に入射した入射光束Ｒ_１は、第１光路、第２光路を経て、出射光束Ｒ_２として、ポートＰ_２に出射される。そして、逆方向のポートＰ_２からポートＰ_１に向かう光路は成立しない。すなわち、第１光路と第２光路とは一方向性を有する一つの光路（循環光路）を形成している。
その際、出射光束Ｒ_２は偏波光束Ｒ_ｙ、Ｒ_ｘが互いに直交する偏波成分として合成されるので、光路内の各素子の偏波特性のばらつきによる誤差を除いて、入射光束Ｒ_１と略同一の偏波状態が保存される。
したがって、光結合器１は、フィルタ６の選別特性を適宜のものとすることによって、ポートＰ_１からポートＰ_２へ向かう方向を順方向とする光アイソレータとして用いることができるものである。

次に、図５により、図４（ａ）の光路における動作を説明する。
図４（ａ）に示す光路は、ポートＰ_３から、偏波方向が揃えられフィルタ６を透過する波長を備えた平行光束である偏波光束Ｒ_３ｙ、Ｒ_３ｘが入射され、それらが合成されて、ポートＰ_２から出射される光路である（以下、この光路を第３光路（前進光路）と称する）。
図５に示したように、偏波光束Ｒ_３ｙ、Ｒ_３ｘは、いずれも偏波方向がＹ軸正方向からＸ軸負方向に向かって４５°傾斜された方向に揃えられてポートＰ_３に入射される（空間Ｓ_７）。
そして、フィルタ６に入射してそのまま略透過する（空間Ｓ_６）。以下、空間Ｓ_６からＳ_１までの動作は、上記の図３に関する動作説明において、偏波光束Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙ、出射光束Ｒ_２を、それぞれ偏波光束Ｒ_３ｘ、Ｒ_３ｙ、出射光束Ｒ_３と置き換えた動作と同一なので説明を省略する。
一方、ポートＰ_２から光束入射された場合、すでに考察したように、複屈折結晶板４を直進することにより、フィルタ６上で領域II（V）に到達し、ポートＰ_３、Ｐ_４には到達しない。

次に、図６により、図４（ｂ）の光路における動作を説明する。
図４（ｂ）に示す光路は、ポートＰ_４から、偏波方向が揃えられフィルタ６を透過する波長を備えた平行光束である偏波光束Ｒ_４ｙ、Ｒ_４ｘが入射され、それらが合成されて、ポートＰ_１から出射される光路である（以下、この光路を第４光路（後進光路）と称する）。
図６に示したように、偏波光束Ｒ_４ｙ、Ｒ_４ｘは、いずれも偏波方向がＹ軸正方向からＸ軸負方向に向かって４５°傾斜された方向に揃えられてポートＰ_４に入射される（空間Ｓ_７）。
そして、フィルタ６に入射してそのまま略透過する（空間Ｓ_６）。以下、空間Ｓ_６からＳ_１までの動作は、上記の図３に関する動作説明において、偏波光束Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙをＸ軸負方向に位置をずらした動作と同様であるから個々の説明を省略する。すなわち、偏波光束Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙが、図３において、空間Ｓ_１で領域VIIに合成されて出射光束Ｒ_２として出射されるのと全く同様に、偏波光束Ｒ_４ｘ、Ｒ_４ｙが領域VIIIに合成されて出射光束Ｒ_４として出射される。
一方、ポートＰ_１から入射した光束は、フィルタ６を透過する光束であっても、ポートＰ_３に到達し、ポートＰ_４に出射されることはない。

このように、本実施形態では、所定の波長を有する光束が入力側から出力側に向かって一方向に伝送される光伝送路において、ポートＰ_１を入力側に接続し、ポートＰ_２を出力側に接続することにより、ポートＰ_３からそれらと異なる波長を有する出射光束Ｒ_３を光結合することにより、ポートＰ_２から光伝送路の出力側に向けて伝送することができる。また、ポートＰ_４から同じく出射光束Ｒ_４を光結合することにより、光伝送路の入力側に向けて伝送することができる。その際、フィルタ６が設けられているので、光伝送路を伝送される所定波長の光束がポートＰ_３、Ｐ_４側に伝送されないようにすることができる。
したがって、第３光路は、例えば励起モジュールにおいて前方励起を行うための励起光を入射させるための光路として、第４光路は、同じく後方励起を行うための励起光を入射させるための光路として好適に用いることができるという利点がある。
その際、ポートＰ_３では、フィルタ６により励起光と異なる波長を有する信号光を反射させることができるので、光源へのノイズ光を防ぐ光源保護用アイソレータ機能を内蔵できるという利点がある。また、ポートＰ_４では、光結合器１のアイソレータ機能により、ポートＰ_１からの入射光束がポートＰ_４に入射しないので、フィルタ６がない場合でも光源保護用アイソレータ機能を内蔵できるという利点がある。
また、ポートＰ_３、Ｐ_４は、一対の偏波成分を入射することができるので、例えばそれぞれの偏波成分を別々の光源によって発生させることにより、各光源の光出力を加算して光伝送路に結合することができるという利点がある。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る励起モジュールについて説明する。
図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る前方励起型の励起モジュールと後方励起型の励起モジュールを用いた光増幅システムの構成を説明するための模式説明図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る前方励起型励起モジュール、後方励起型励起モジュールの構成を説明するための模式説明図である。

図７（ａ）を参照して、本実施形態に係る前方励起モジュール１００（前方励起型の励起モジュール）と同じく後方励起モジュール１０１（後方励起型の励起モジュール）を用いた光増幅システム４１について説明する。
光増幅システム４１は、波長λ_ｎ（複数波長も可とする）を有する信号光が入力側４０Ａから出力側４０Ｂに向けて伝送される光伝送路４０の一部に設けられたもので、その概略構成は、入力側４０Ａから出力側４０Ｂに向けて、前方励起モジュール１００、ＥＤＦ３１（光励起部材）および後方励起モジュール１０１がこの順に配列され、前方励起モジュール１００、後方励起モジュール１０１にそれぞれ２つのレーザ光源３０が接続されてなる。

光増幅システム４１は、エルビウム添加ファイバからなるＥＤＦ３１に、信号光の波長に対応した所定の励起波長（波長λ_ａとする）の光束を放射するレーザ光源３０により励起光を入射させ、エルビウムの誘導放出による光励起作用を利用して信号光の光増幅を行うためのシステムである。
前方励起モジュール１００は、偏波保持ファイバ２１ａ、２１ｂにより接続されたレーザ光源３０、３０からの偏波方向の揃った励起光を合波して光ファイバ２０ｂに光結合しＥＤＦ３１に導くことにより、励起光と信号光とが同方向に進む前方励起型の光増幅を可能とするものである。
後方励起モジュール１０１は、同様に、励起光と信号光とが逆方向に進む後方励起型の光増幅を可能とするものである。

前方励起モジュール１００の概略構成は、図８（ａ）に示したように、２芯コリメータ１４、平行プリズム１５、光結合器１、平行プリズム１６、２芯コリメータ１７が、筐体１０に収められ一体化されてなる。
２芯コリメータ１４は、光伝送路４０にそれぞれ入力側４０Ａ、出力側４０Ｂに向けて接続可能な光ファイバ２０ａ、２０ｂと、コリメートレンズ１４ａとからなり、光軸外に配置された光ファイバ２０ａ、２０ｂ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１４ａ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１４ａ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２０ａ、２０ｂの端面上に結合することができる。
平行プリズム１５は、２芯コリメータ１４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１５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。
そして、２芯コリメータ１４と平行プリズム１５とは、光ファイバ２０ａから出射される平行光束が光結合器１のポートＰ_１に入射し、ポートＰ_２から出射される平行光束が光ファイバ２０ｂの端面に光結合されるような位置関係に配置されている。このように２芯コリメータ１４と平行プリズム１５とは伝送路側光結合手段４５を形成している。

光結合器１は、第１の実施形態の光結合器１が採用できるが、特にフィルタ６が波長λ_ａの光束を透過させ、波長λ_ｎの光束を反射するような反射透過特性を有する構成とされる。
平行プリズム１６、平行プリズム１５と略同様の構成を有する。
また、２芯コリメータ１７は、偏波保持ファイバ２１ａ、２１ｂとコリメートレンズ１７ａとを備え、偏波保持ファイバ２１ａ、２１ｂから入射される励起光を平行光束化する光学素子である。
そして、２芯コリメータ１７と平行プリズム１６とは、励起光を所定距離離れた平行な光路を進む平行光束化するとともに、光結合器１のポートＰ_２で合波して出射される偏波方向に揃えてポートＰ_３に入射させるような位置関係に配置されている。そのため、平行プリズム１６から出射される光束は、図示のＸＺ平面に４５°で交差する平面上を進むものである。
このように２芯コリメータ１７と平行プリズム１６とは励起光結合手段４６を形成している。

後方励起モジュール１０１の概略構成は、図８（ｂ）に示したように、２芯コリメータ１４、平行プリズム１５、光結合器１、平行プリズム１６、２芯コリメータ１７が、筐体１１に収められ一体化されてなる。
そして、前方励起モジュール１００とは異なり、平行プリズム１６、２芯コリメータ１７が、偏波保持ファイバ２１ａ、２１ｂからの励起光を光結合器１のポートＰ_４に入射させる位置関係に配置される。また、そのような配置を可能とするために、筐体１１に一体化されている。このように２芯コリメータ１７と平行プリズム１６とは励起光結合手段４６を形成している。

前方励起モジュール１００が光増幅システム４１に接続された場合の動作について説明する。
光ファイバ２０ａに入射される信号光は、２芯コリメータ１４、平行プリズム１５により、平行光束とされて、ポートＰ_１に入射される。そして、光結合器１内では、循環光路たどり、光ファイバ２０ｂに出射される。

一方励起光は、レーザ光源３０、３０から出射され、偏波保持ファイバ２１ａ、２１ｂの偏波方向に合わせた直線偏波とされて、それぞれの端面から出射される。そして、コリメートレンズ１７ａにより平行光束とされ、それぞれ光軸に交差する方向に進んで平行プリズム１６入射し、屈折されて所定距離離れた平行光束とされる。
そして、光結合器１のポートＰ_３に所定偏波方向で入射される。所定の偏波方向は、図５における空間Ｓ_７の領域III、VIに示した偏波光束Ｒ_３ｙ、Ｒ_３ｘと同方向とされる。
したがって、励起光は第３光路をたどって移動、合成され、ポートＰ_２に出射される。
そして、合波された励起光は伝送路側光結合手段４５により光ファイバ２０ｂを通して信号光と同方向の出力側４０Ｂ側に進み、ＥＤＦ３１に到達して信号光を前方励起することができる。

次に後方励起モジュール１０１が光増幅システム４１に接続された場合の動作について説明する。
光ファイバ２０ａに入射される信号光は、前方励起モジュール１００と同様の光路をたどり、光ファイバ２０ｂに出射される。
一方励起光は、レーザ光源３０、３０から出射され、前方励起モジュール１００と同様に所定距離離れた平行光束とされ、光結合器１のポートＰ_４に所定偏波方向で入射される。所定の偏波方向は、図６における空間Ｓ_７の領域IV、VIIに示した偏波光束Ｒ_４ｙ、Ｒ_４ｘと同方向とされる。
したがって、励起光は第４光路をたどって移動、合成され、ポートＰ_１に出射される。
そして、合波された励起光は伝送路側光結合手段４５により光ファイバ２０ａを通して信号光と逆方向の入力側４０Ａ側に進み、ＥＤＦ３１に到達して信号光を後方励起することができる。

前方励起モジュール１００、後方励起モジュール１０１のいずれの場合も、２つのレーザ光源３０の出射光束を合波して、それぞれの出力を加算した励起光とすることができ、小型低出力のレーザ光源３０を用いて比較的高出力の光増幅を行うことができるという利点がある。

このように本実施形態の前方励起モジュール１００、後方励起モジュール１０１は、光結合器１を用いてほとんど共通の構成により、前方励起型、後方励起型の励起モジュールを形成することができる。
これらは、図７（ｂ）に示したように、それぞれのモジュール内に、レーザ光源３０に信号光を入射させない光源保護用のアイソレータ部２０２、複数の直線偏波を合波する偏波合波部２０１、信号光を進行させ励起光を光伝送路４０に光結合するアイソレータ内蔵カプラ部２００をそれぞれ備えた構成と機能的に等価である。しかしながら、従来これらの機能がそれぞれに対応するアイソレータ、偏波合波器、アイソレータ内蔵カプラなどの単機能デバイスを互いに接続して構成されていたのに対して、本実施形態では、それらの機能を複合させた光結合器１によりこれらの機能を実現できている。光結合器１は、板状の素子を光路方向に並べたものなのできわめてコンパクトに構成することができ、小型化、低コスト化が可能な励起モジュールとすることができるという利点がある。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る励起モジュールについて説明する。
図９（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る前方・後方励起併設型の励起モジュールを用いた光増幅システムの構成を説明するための模式説明図である。図９（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る前方・後方励起併設型の励起モジュールの構成を説明するための模式説明図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）に示すシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。

本実施形態に係る前方後方併設励起モジュール１０２（前方・後方励起併設型の励起モジュール）は、光増幅システム４２に接続して、一つのモジュールで前方励起と後方励起とを行うことができるものである。
光増幅システム４２は、波長λ_ｎ（複数波長も可とする）を有する信号光が入力側４０Ａから出力側４０Ｂに向けて伝送される光伝送路４０の一部に設けられたもので、その概略構成は、入力側４０Ａから出力側４０Ｂに向けて、アイソレータ３２、ＥＤＦ３１、前方後方併設励起モジュール１０２、ＥＤＦ３１、アイソレータ３２および励起光カットフィルタ３３がこの順に配列され、前方後方併設励起モジュール１０２に４つのレーザ光源３０…が接続されてなる。
図９（ａ）に示したように、光ファイバ２０ａは、入力側４０Ａ側に設けられたＥＤＦ３１に接続され、光ファイバ２０ｂは、出力側４０Ｂ側に設けられたＥＤＦ３１に接続される。
アイソレータ３２、３２は信号光が入力側４０Ａから出力側４０Ｂに進むようにするためのもので、励起光カットフィルタ３３は、励起光が光増幅システム４２を除く光伝送路４０内に侵入するのを防ぐために波長λ_ｎを透過させ、波長λ_ａの光束を透過させないようにするフィルタ部材である。

前方後方併設励起モジュール１０２の概略構成は、図９（ｂ）に示したように、２芯コリメータ１４、平行プリズム１５、光結合器１、コリメートレンズ２３（励起光結合手段）、偏波保持ファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが、筐体１２に収められ一体化されてなる。
本実施形態では、光結合器１のポートＰ_３に、偏波保持ファイバ２２ａ、２２ｂが、ポートＰ_４には偏波保持ファイバ２２ｃ、２２ｄが、それぞれコリメートレンズ２３を介して位置するように筐体１２に固定されている。
コリメートレンズ２３は、偏波保持ファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのそれぞれの端面から出射される発散光束をそれぞれ平行光束として直進させ、ポートＰ_３、Ｐ_４の所定領域に入射させるための光学素子である。複数のレンズを配置してもよいが、例えば、レンズアレイやホログラム素子などを採用してもよい。

前方後方併設励起モジュール１０２の動作を簡単に説明する。
前方後方併設励起モジュール１０２は、信号光に関して、前方励起モジュール１００、後方励起モジュール１０１と同じ動作となる。また、励起光に関しては、励起光を光結合器１の第３光路および第４光路にそれぞれ独立に通すことができるので、それぞれ前方励起モジュール１００および後方励起モジュール１０１の動作と同じ動作となる。
したがって、光ファイバ２０ａからは信号光と逆方向に進む励起光が、光ファイバ２０ｂからは信号光と同方向に進む励起光が、それぞれＥＤＦ３１、３１に入射して、後方励起および前方励起を同時に行うことができる。

すなわち、図９（ｃ）に示したように、前方後方併設励起モジュール１０２は、アイソレータ部２０２を４つと、偏波合波部２０１を２つずつと、２方向の励起光を光伝送路４０に光結合するためのアイソレータ内蔵カプラ部２０７とを備えた構成と機能的に等価である。したがって、それらを単機能デバイスで実現して接続する従来の構成に比べて、またさらに前方励起モジュール１００、後方励起モジュール１０１と比べても一層多機能でありながら、後者と同様にコンパクトな構成の励起モジュールとすることができるという利点がある。

［第４の実施形態］
本発明の第４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１０（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る光サーキュレータを用いた光伝送システムの構成を説明するための模式説明図である。図１０（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る光サーキュレータの構成を説明するための模式説明図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示すシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。

本実施形態に係る偏波合分波器付きサーキュレータ１０３（光サーキュレータ）は、光伝送路４０の一部に設けられ、複数の波長λ_ｎを有する信号光を入力側４０Ａから出力側４０Ｂに伝送する光伝送システム４３に接続して、光伝送路４０上で信号光を一方向に循環させるとともに、信号光の所定の波長または偏波方向の条件に応じて、その一部を偏波保持伝送路３５（他の光伝送路）に導き、必要に応じて偏波保持伝送路３５上を伝送される光束を光伝送路４０に光結合するためのものである。
偏波保持伝送路３５は、所定の偏波方向を保持して光伝送を行うことができ、その伝送路上に何らかの偏波依存型デバイス３４を備えているものである。偏波依存型デバイス３４は、その入出力特性が光束の偏波方向に依存して変化する光デバイスであり、例えば光通信分野においては、光伝送路上で、波長分散補償、偏波モード分散補償、利得等価などの処理を施すための種々のデバイスが知られている。

偏波合分波器付きサーキュレータ１０３の概略構成は、図１０（ｂ）に示したように、前方励起モジュール１００（図８（ａ）参照）において、２芯コリメータ１７に代えて、２芯コリメータ１７と同様の構成を有する２芯コリメータ１８を設け、フィルタ６に代えて、フィルタ６０を設けたものである。
フィルタ６０は、光伝送路４０を伝送される信号光のうち所定の選別波長λ_ｉ（複数の波長可）を有する光束のみ透過させる反射透過特性を有し、図１の領域III、VIを覆うように配置されたものである。
平行プリズム１６と２芯コリメータ１８とは、選別光結合手段４７を形成する。

偏波合分波器付きサーキュレータ１０３の動作を簡単に説明する。
偏波合分波器付きサーキュレータ１０３では、信号光のうち選別波長λｉ以外の波長を有する光束は、フィルタ６０で反射されて光結合器１の循環光路をたどる。そこで、光ファイバ２０ａから光ファイバ２０ｂへ伝送される。
一方、選別波長λ_ｉを有する光束は、偏波方向が揃った２つの偏波成分とされて、フィルタ６０を透過し、ポートＰ_３から出射され、平行プリズム１６を経て、２芯コリメータ１８により偏波保持ファイバ２１ａ、２１ｂの端面に光結合される。その際、偏波保持ファイバ２１ａ、２１ｂは、ポートＰ_３における偏波成分の偏波方向に合わせて配置される。そのため偏波方向に依存した光量損失は発生しない。
このようにして、選別波長λ_ｉを有する信号光が、偏波保持伝送路３５に導かれ、偏波依存型デバイス３４により適宜処理された後、必要に応じて偏波保持伝送路３５に戻され、ポートＰ_３に入射され、光ファイバ２０ｂから光伝送路４０に戻される。その際、図５に示したように、例えば、ポートＰ_３の２つの領域III、VIにそれぞれ偏波光束Ｒ_３ｙ、Ｒ_３ｘが入射されれば（空間Ｓ_７）、偏波光束Ｒ_３ｙがＹ軸方向の、偏波光束Ｒ_３ｘがＸ軸方向の偏波成分として合波されて出射される（空間Ｓ_１）。

このように、偏波合分波器付きサーキュレータ１０３では、信号光の一部を波長選別して取り出し光デバイスで処理した後に光伝送路４０に処理済みの信号光として戻すことができる。その際、偏波方向を所定方向に揃えて取り出せるので、偏波依存型デバイスにおける処理が容易となるという利点がある。また、光伝送路４０に光結合する際、ポートＰ_３に入射される２つの偏波成分を合波するので、それぞれの偏波成分の大きさを変えれば、任意の偏波状態で光伝送路４０に戻すことができるという利点がある。

また、図１０（ｃ）に機能ブロック図を示したように、本実施形態の偏波合分波器付きサーキュレータ１０３は、サーキュレータ部２０４、波長選別部２０５、偏波合分波部２０６の機能を内蔵する一体型の光サーキュレータとなっている。したがって、これらの機能をサーキュレータ、波長選別フィルタ、偏波合分波器といった単機能デバイスを接続して構成する場合に比べ著しくコンパクトで簡素なものとすることができるという利点がある。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る後方励起型の励起モジュールについて説明する。
図１１（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る後方励起型の励起モジュールを用いた光増幅システムの構成を説明するための模式説明図である。図１１（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る後方励起型の励起モジュールの構成を説明するための模式説明図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）に示すシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。

本実施形態に係る複合励起モジュール１０４（後方励起型の励起モジュール）は、第１の実施形態の後方励起モジュール１０１と、第４の実施形態の偏波合分波器付きサーキュレータ１０３の機能を複合させたものである。したがって、図１１（ａ）に示したように、光伝送路４０の一部に設けられた、アイソレータ３２、ＥＤＦ３１の下流側に配置されて光増幅伝送システム４４を構成することにより、一つのモジュールで後方励起を行いつつ、信号光の一部を波長選別して偏波保持伝送路３５に導き適宜処理を施して光伝送路４０に光結合することができるものである。

複合励起モジュール１０４の概略構成は、図１１（ｂ）に示したように、２芯コリメータ１４、平行プリズム１５、光結合器１、コリメートレンズ２３Ａ（選別光結合手段）、コリメートレンズ２３Ｂ（励起光結合手段）、偏波保持ファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが、筐体１２に収められ一体化されてなる。
本実施形態では、光結合器１のポートＰ_３に、偏波保持ファイバ２２ａ、２２ｂが、ポートＰ_４には偏波保持ファイバ２２ｃ、２２ｄが、それぞれコリメートレンズ２３Ａ、２３Ｂを介して位置するように筐体１２に固定されている。
コリメートレンズ２３Ａ、２３Ｂは、偏波保持ファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのそれぞれの端面から出射される発散光束をそれぞれ平行光束として直進させ、ポートＰ_３、Ｐ_４に入射させるための光学素子であり、コリメートレンズ２３と同様の構成を採用することができる。
本実施形態の光結合器１では、偏波合分波器付きサーキュレータ１０３と同様にフィルタ６０を採用する。ただし、図１の領域IV、VIIは、フィルタを配置しないか、略１００％透過する反射透過特性とする。

複合励起モジュール１０４の動作は、後方励起モジュール１０１、偏波合分波器付きサーキュレータ１０３の説明から容易に理解されるので、説明を省略する。
光結合器１においては、第３光路と第４光路とが独立しているため、光結合器１を共通使用しながら、このような複合化が可能となっているものである。
本実施形態では、図１１（ｃ）に示したように、アイソレータ内蔵カプラ部２００、偏波合波部２０１、アイソレータ部２０２、偏波合波部２０１、波長選別部２０５、サーキュレータ部２０４の機能が複合化された励起モジュールとなっており、きわめてコンパクトな構成により、これらの機能を内蔵する励起モジュールとなっている。

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、上記に説明した分離合成手段、第１、第２の偏波回転手段は一例であって、第１〜４の入出射ポート間で、循環光路、選別光路、前進光路、後進光路が形成され、それぞれの光路が実質的に一方向のみに伝送できるならば、どのような構成を用いてもよいことは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る光結合器の概略構成およびその光路を説明するための斜視説明図である。 図１（ａ）に示した光路における動作説明図である。 図１（ｂ）に示した光路における動作説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る光結合器の他の光路を説明するための斜視説明図である。 図４（ａ）に示した光路における動作説明図である。 図４（ｂ）に示した光路における動作説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る前方励起型の励起モジュールと後方励起型の励起モジュールを用いた光増幅システムの構成を説明するための模式説明図、およびそのシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る前方励起型励起モジュール、後方励起型励起モジュールの構成を説明するための模式説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る前方・後方励起併設型の励起モジュールの構成およびそれを用いた光増幅システムの構成を説明するための模式説明図、ならびにそのシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る光サーキュレータおよびそれを用いた光伝送システムの構成を説明するための模式説明図、ならびにそのシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る後方励起型の励起モジュールおよびそれを用いた光増幅システムの構成を説明するための模式説明図、ならびにそのシステムの作用を説明するための機能ブロック図である。

符号の説明

１ 光結合器
２ 複屈折結晶板（分離合成手段）
３ 第１の偏波回転手段
３ａ 複合波長板（相反性回転子）
３ｂ ファラデー回転子（非相反性回転子）
４ 複屈折結晶板（光路決定手段）
５ 第２の偏波回転手段
６、６０ フィルタ（フィルタ素子）
１０、１１、１２ 筐体
１４ ２芯コリメータ
１５、１６ 平行プリズム
１７ ２芯コリメータ
１８ ２芯コリメータ
２０ａ、２０ｂ 光ファイバ
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 偏波保持ファイバ
２３ コリメートレンズ（励起光結合手段）
２３Ａ コリメートレンズ（選別光結合手段）
２３Ｂ コリメートレンズ（励起光結合手段）
３０ レーザ光源
３１ ＥＤＦ（光励起部材）
３４ 偏波依存型デバイス
３５ 偏波保持伝送路（他の光伝送路）
４０ 光伝送路
４０Ａ 入力側
４０Ｂ 出力側
４１、４２ 光増幅システム
４３ 光伝送システム
４４ 光増幅伝送システム
４５ 伝送路側光結合手段
４６ 励起光結合手段
４７ 選別光結合手段
Ｐ_１ ポート（第１の入出射ポート）
Ｐ_２ ポート（第２の入出射ポート）
Ｐ_３ ポート（第３の入出射ポート）
Ｐ_４ ポート（第４の入出射ポート）
Ｒ_１ 入射光束
Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４ 出射光束
Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙ、Ｒ_３ｘ、Ｒ_３ｙ、Ｒ_４ｘ、Ｒ_４ｙ 偏波光束

Claims (9)

1. 一方の端部に第１および第２の入出射ポートと、他方の端部にそれぞれが一対の光束を入出射させることができる第３および第４の入出射ポートとを有する光結合器であって、
   前記第３および第４の入出射ポートの直前に入射光束の波長に応じて透過率および反射率を規制するフィルタ素子が設けられ、
   前記第１の入出射ポートから入射する光束が、偏波方向の揃った２つの偏波成分に分離され、その波長に応じて、前記フィルタ素子を透過して前記第３の入出射ポートへ出射される選別光路と、前記フィルタ素子で反射して前記第２の入出射ポートへ出射される循環光路とが形成されるとともに、
   前記第３の入出射ポートに入射する偏波方向の揃った２つの偏波成分が互いに合成されて前記第２の入出射ポートへ出射される前進光路と、
   前記第４の入出射ポートに入射する偏波方向の揃った２つの偏波成分が互いに合成されて前記第１の入出射ポートへ出射される後進光路との一方または両方が形成され、
   形成された前記各光路に伝送される光束が、前記各入出射ポート間で実質的に一方向のみに伝送されることを特徴とする光結合器。
2. 前記一方の端部側から前記他方の端部側に向けて、
   前記第１の入出射ポートから入射する光束を２つの偏波成分に分離するとともに、所定位置に入射された２つの偏波成分を合成して前記第２の入出射ポートに出射する分離合成手段と、
   相反性回転子と非相反性回転子とからなり、入射する２つの偏波成分の一方の偏波方向を９０°回転させる第１の偏波回転手段と、
   偏波方向の揃った２つの偏波成分の光路をその偏波方向に応じて選択的に切り替える光路決定手段と、
   非相反性回転子からなる第２の偏波回転手段と、
   前記フィルタ素子とが、この順に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光結合器。
3. 前記分離合成手段が複屈折結晶板からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光結合器。
4. 前記第１の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２つの偏波成分の光路上にそれぞれ配置して、該２つの偏波成分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２または３に記載の光結合器。
5. 所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送され、出力側に光励起部材を備える光伝送路に接続することにより、前記信号光の励起光を光結合可能とする前方励起型の励起モジュールであって、
   請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、
   前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、
   ２つの励起光を前記光結合器の第３の入出射ポートに光結合可能とする励起光結合手段とを備えることを特徴とする励起モジュール。
6. 所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送され、入力側に光励起部材を備える光伝送路に接続することにより、前記信号光の励起光を光結合可能とする後方励起型の励起モジュールであって、
   請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、
   前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、
   ２つの励起光を前記光結合器の前記第４の入出射ポートに光結合可能とするための励起光結合手段とを備えることを特徴とする励起モジュール。
7. 前記光結合器の前記選別光路を進んで前記第３の入出射ポートから出射される選別光束を、前記光伝送路と異なる他の光伝送路に結合するための選別光結合手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の励起モジュール。
8. 所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送され、入力側および出力側にそれぞれ光励起部材を備える光伝送路に接続することにより、前記信号光の励起光を光結合可能とする前方・後方励起併設型の励起モジュールであって、
   請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、
   前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、
   ２つの励起光対をそれぞれ前記光結合器の第３および第４の入出射ポートに光結合するための励起光結合手段とを備えることを特徴とする励起モジュール。
9. 所定波長の信号光が入力側から出力側に向けて一方向に伝送される光伝送路に接続可能な光サーキュレータであって、
   請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器と、
   前記光伝送路の入力側に前記光結合器の第１の入出射ポートを光結合するとともに、前記光伝送路の出力側に前記光結合器の第２の入出射ポートを光結合する伝送路側光結合手段と、
   前記光結合器の第３の入出射ポートから出射される波長規制された光束を、前記光伝送路と異なる他の光伝送路に結合するための選別光結合手段とを備える光サーキュレータ。

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