JP2005227659A - Polarization-independent multicore optical isolator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve deficiency in which an optical isolator array requires time and labor in increasing/changing the number of input/output ports and in which the array is large in size. <P>SOLUTION: In the optical fiber array 2, two pairs of optical fibers 10, 11 and 12, 13 having a mutually parallel optical axis are arranged at equal spaces of 250 (μm) in parallel on the same surface and integrated. Optical fibers 10, 12 on side of each pair constitute an incident optical fiber on which optical signals in a forward direction are made incident. The other optical fibers 11, 13 in each pair constitute an exiting optical fiber from which the optical signals in the forward direction entered from the optical fibers 10, 12 are made to exit. In the optical fiber array 2, the number of optical signal paths can be adjusted, by merely increasing/decreasing the number of pairs of incident and exit light optical fibers, without changing functional components such as a rutile crystal 3, a half-wave plate 5, a focusing rod lens 6, a magnetizing garnet crystal 8 and a total reflection mirror 9. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信システム,光センサシステムなどの光信号路において、光信号の逆方向の伝送を遮断(アイソレーション)するために用いられるインライン形の偏波無依存型光アイソレータ、特に、複数の光アイソレータ機能を一体化したインライン形の偏波無依存型多心光アイソレータに関するものである。   The present invention relates to an in-line polarization-independent optical isolator used for blocking (isolation) transmission of an optical signal in the reverse direction in an optical signal path of an optical communication system, an optical sensor system, etc. The present invention relates to an in-line polarization-independent type multi-fiber optical isolator that integrates the optical isolator functions.

一般に、インライン形光アイソレータは、光通信システムや光センサシステムにおいて、伝送光信号の反射光信号が光伝送装置の信号処理部へ入力されることを防止するために使用される。通常、伝送光信号の偏波状態は一定しないため、偏波無依存型の光アイソレータが必要とされている。また、光信号路が複数の光信号を伝送する場合には、複数の入出力ポートを有するアレイ形光アイソレータが使用される。   In general, an inline optical isolator is used in an optical communication system or an optical sensor system to prevent a reflected light signal of a transmitted optical signal from being input to a signal processing unit of an optical transmission apparatus. Usually, since the polarization state of the transmitted optical signal is not constant, a polarization-independent optical isolator is required. When the optical signal path transmits a plurality of optical signals, an array type optical isolator having a plurality of input / output ports is used.

従来、この種のアレイ形光アイソレータとしては、1つの偏波無依存型光アイソレータを複数集めて一体構成したものや、下記の特許文献1に開示されている偏波無依存型光アイソレータアレイがある。この偏波無依存型光アイソレータアレイは、逆方向の伝送を遮断するために、レンズを備えた多心光ファイバアレイ(FA)が入力ポート及び出力ポートに配置され、この間に、2個の複屈折結晶板(BP)と2個のファラデー回転子(FR)、及び複数の偏光板(PR)が配置されて構成されている。この構成において、入力光ファイバから順方向に入射して伝搬する入力光信号は、出力光ファイバから出射されるが、逆方向(アイソレーション方向)では、入力光ファイバ内に戻って入射されない。
特開平5−188324号公報(段落[0007]〜[0010]、及び図1,図3)
Conventionally, as this type of array type optical isolator, a plurality of one polarization independent optical isolators are gathered and integrated, or a polarization independent optical isolator array disclosed in the following Patent Document 1 is used. is there. In this polarization-independent optical isolator array, in order to block transmission in the reverse direction, a multi-core optical fiber array (FA) equipped with lenses is arranged at an input port and an output port, and two duplex optical fibers are interposed between them. A refractive crystal plate (BP), two Faraday rotators (FR), and a plurality of polarizing plates (PR) are arranged. In this configuration, an input optical signal that propagates in the forward direction from the input optical fiber is emitted from the output optical fiber, but is not incident back into the input optical fiber in the reverse direction (isolation direction).
JP-A-5-188324 (paragraphs [0007] to [0010] and FIGS. 1 and 3)

しかしながら、1つの偏波無依存型光アイソレータを複数集めて一体構成した上記従来の光アイソレータアレイは、単純に光アイソレータを集める分だけ大型化する。また、特許文献1に開示されている上記従来の光アイソレータアレイは、光アイソレータ機能の数に応じて偏光板(PR)を縦に複数並べなければならないため、複数の光アイソレータで共通する機能を一体化する機能構成部品(BP),(FR)が大型化する。このため、光アイソレータアレイも大型なものとなっていた。また、入出力ポート数を増設する場合、偏光板(PR)を増設する数に応じたものに交換しなければならず、増設変更に手間を要する。   However, the conventional optical isolator array in which a plurality of polarization-independent optical isolators are integrated and configured integrally is increased in size by simply collecting the optical isolators. In addition, the conventional optical isolator array disclosed in Patent Document 1 must have a plurality of polarizing plates (PR) arranged vertically according to the number of optical isolator functions, and thus has a function common to a plurality of optical isolators. The functional component parts (BP) and (FR) to be integrated are enlarged. For this reason, the optical isolator array is also large. Further, when the number of input / output ports is increased, it is necessary to replace the polarizing plate (PR) with one according to the number of the additional polarizing plates (PR), and it takes time to change the expansion.

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、光軸が互いに平行で並列配置された,順方向の光信号を入射する入射光ファイバ及びこの入射光ファイバから入射した順方向の光信号を出射する出射光ファイバの複数の対と、結晶光学軸に対して所定方向にある光信号の異常光線に対して空間変位を作用させて順方向の光信号を常光線と異常光線とに分離する偏波分離素子と、各入射光ファイバの光軸側または各出射光ファイバの光軸側のいずれか一方に設けられ,順方向とその逆の逆方向との伝搬方向によって常光線及び異常光線の偏波方向をそれぞれ逆の回転方向に回転させる偏波面回転素子と、光信号の常光線及び異常光線の集光状態を変換する集光手段と、常光線及び異常光線の偏波方向を伝搬方向に関係なく一定の回転方向に回転させる非相反偏波面回転素子と、この非相反偏波面回転素子から出射される光信号の常光線及び異常光線を反射し,光信号を再び非相反偏波面回転素子に入射させる反射手段とがこの順に整列しており、偏波分離素子により分離された常光線及び異常光線が、偏波面回転素子によって回転される偏波方向の角度と、非相反偏波面回転素子によって回転される偏波方向の角度とが、常光線及び異常光線が入射光ファイバの光軸側部分の偏波分離素子により分離されて順方向に伝搬するときには同じ回転方向となり、出射光ファイバの光軸側部分の偏波分離素子によって常光線及び異常光線が一致する相互位置に戻る空間変位作用を受け、常光線及び異常光線が出射光ファイバの光軸側部分の偏波分離素子により分離されて逆方向に伝搬するときには逆の回転方向になって相殺され、入射光ファイバの光軸側部分の偏波分離素子によって常光線及び異常光線の相互位置が更に離される空間変位作用を受けるように、偏波分離素子,偏波面回転素子及び非相反偏波面回転素子は相互に配置され、偏波分離素子の結晶光学軸は、常光線及び異常光線の分離方向が、入射光ファイバ及び出射光ファイバの対の各光軸を含む平面に垂直で、この各光軸に平行な面内に配置されるように、配向されており、集光手段の集束中心光軸は、対の入射光ファイバ及び出射光ファイバの各光軸から等距離に配置されていると共に、集光手段の偏波面回転素子と対峙する側において、入射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号の常光線及び異常光線、並びに入射光ファイバと対になる出射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号の常光線及び異常光線の4つの光線の各光軸からほぼ等距離に配置されていることを特徴とする偏波無依存型多心光アイソレータを構成した。   The present invention has been made in order to solve such problems. An optical fiber having an optical axis parallel to each other and arranged in parallel, an incident optical fiber for receiving a forward optical signal, and a forward optical fiber incident from the incident optical fiber. A spatial displacement is applied to a plurality of pairs of outgoing optical fibers that emit optical signals and an extraordinary ray of the optical signal in a predetermined direction with respect to the crystal optical axis, so that the forward optical signal is converted into an ordinary ray and an extraordinary ray. And a polarization separating element that is separated into a normal beam and an optical axis side of each incident optical fiber or an optical axis side of each outgoing optical fiber, Polarization plane rotating elements that rotate the polarization directions of extraordinary rays in opposite directions, condensing means for converting the condensing state of ordinary and extraordinary rays of an optical signal, and the polarization directions of ordinary and extraordinary rays Constant rotation regardless of propagation direction Non-reciprocal polarization rotator that rotates in the direction of the light, and reflecting means that reflects the ordinary and extraordinary rays of the optical signal emitted from the non-reciprocal polarization rotator and causes the optical signal to enter the non-reciprocal polarization rotator again. Are aligned in this order, and the ordinary ray and extraordinary ray separated by the polarization separation element are rotated by the polarization direction rotation element and the polarization direction rotation element by the non-reciprocal polarization plane rotation element. The angle of the wave direction is the same rotation direction when the ordinary ray and the extraordinary ray are separated by the polarization separation element in the optical axis side portion of the incident optical fiber and propagate in the forward direction, and the angle of the optical axis side portion of the outgoing optical fiber The polarization separating element is subjected to a spatial displacement action that returns to the mutual position where the ordinary ray and extraordinary ray coincide with each other. The polarization separation element is offset so that the opposite rotation direction is canceled and the spatial separation action of the normal ray and the extraordinary ray is further separated by the polarization separation element on the optical axis side portion of the incident optical fiber. , The polarization plane rotating element and the non-reciprocal polarization plane rotating element are arranged mutually, and the crystal optical axis of the polarization separating element is such that the separation direction of the ordinary ray and the extraordinary ray is each light of the pair of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber. It is oriented so that it is arranged in a plane perpendicular to the plane including the axis and parallel to each optical axis. An ordinary ray and an extraordinary ray of an optical signal propagating on the optical axis side of the incident optical fiber on the side facing the polarization plane rotation element of the condensing means, and the incident optical fiber Paired outgoing optical fibers A polarization-independent type multi-fiber optical isolator is provided, which is arranged at approximately the same distance from the optical axes of the four rays of the ordinary ray and the extraordinary ray of the optical signal propagating on the optical axis side.

この構成によれば、各入射光ファイバから入射される光信号は、偏波分離素子において、常光線及び異常光線が入射光ファイバ及び出射光ファイバの対の各光軸を含む平面に垂直で、これら各光軸に平行な方向に分離され、集光手段の偏波面回転素子と対峙する側において、これら常光線及び異常光線の各光軸は、集光手段の集束中心光軸とほぼ平行になると共に、集束中心光軸からほぼ等距離に位置する。また、反射手段で反射した反射光信号のこれら常光線及び異常光線も、集光手段の偏波面回転素子と対峙する側において、その各光軸が集束中心光軸とほぼ平行になると共に、集束中心光軸からほぼ等距離に位置し、偏波分離素子において、入射光ファイバ及び出射光ファイバの対の各光軸を含む平面に垂直で、これら各光軸に平行な方向で再結合する。   According to this configuration, the optical signal incident from each incident optical fiber is perpendicular to the plane including the optical axes of the pair of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber in the polarization separating element. The optical axes of the ordinary ray and the extraordinary ray are separated from each other in a direction parallel to each optical axis, and the optical axis of the ordinary ray and the extraordinary ray is substantially parallel to the converging center optical axis of the condensing unit. And located at approximately the same distance from the focusing center optical axis. In addition, these ordinary rays and extraordinary rays of the reflected light signal reflected by the reflecting means are also focused on the side opposite to the polarization plane rotating element of the condensing means, with each optical axis being substantially parallel to the focusing center optical axis. Located at substantially the same distance from the central optical axis, the polarization beam splitting element is recombined in a direction perpendicular to the plane including the optical axes of the pair of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber and parallel to the optical axes.

このため、複数の光アイソレータで共通する機能を発揮する、偏波分離素子,偏波面回転素子,集光手段,非相反偏波面回転素子,及び反射手段といった機能構成部品を変更することなく、入射光ファイバ及び出射光ファイバの対の数を増減させるだけで、光信号路数の調整を行うことが出来る。従って、光信号路を増設しても機能構成部品が大型化しない、しかも、光信号路の増設時に機能構成部品を交換する必要がなく、増設変更に手間がかからない偏波無依存型の光アイソレータアレイが提供される。また、対の入射光ファイバと出射光ファイバとの間において、再結合が行われる偏波分離素子まで伝搬する常光線及び異常光線の光路長に差はほぼ無く、偏波モード分散の発生はほぼ無い。従って、偏波分離素子まで常光線と異常光線とが伝搬するのに要する時間の差はほぼ無く、高速光伝送装置内にこの偏波無依存型多心光アイソレータを適用する場合、その使用個数などの制限も無い。   For this reason, it is possible to make incidents without changing functional components such as a polarization separating element, a polarization plane rotating element, a condensing unit, a non-reciprocal polarization plane rotating element, and a reflecting unit that perform a function common to a plurality of optical isolators. The number of optical signal paths can be adjusted simply by increasing or decreasing the number of pairs of optical fibers and outgoing optical fibers. Therefore, even if an optical signal path is added, the functional components do not increase in size, and there is no need to replace the functional components when adding an optical signal path. An array is provided. In addition, there is almost no difference in the optical path lengths of the ordinary ray and the extraordinary ray propagating to the polarization separation element where recombination is performed between the pair of incident optical fibers and the outgoing optical fiber, and almost no occurrence of polarization mode dispersion occurs. No. Therefore, there is almost no difference in the time required for propagation of ordinary rays and extraordinary rays to the polarization separation element, and when this polarization-independent multi-fiber optical isolator is applied in a high-speed optical transmission device, There are no restrictions.

また、本発明は、入射光ファイバ及び出射光ファイバの複数の対が光ファイバアレイとして一体化され、この光ファイバアレイの端面が、入射光ファイバ及び出射光ファイバの対の各光軸を含む平面に対して垂直で、いずれの光軸に対しても垂直に形成されており、偏波分離素子及び偏波面回転素子の各光入出力端面、並びに集光手段の偏波面回転素子に対峙する端面が、光ファイバアレイの端面にほぼ平行にされていることを特徴とする。   Further, according to the present invention, a plurality of pairs of incident optical fibers and outgoing optical fibers are integrated as an optical fiber array, and an end surface of the optical fiber array includes a plane including each optical axis of the pair of incident optical fibers and outgoing optical fibers. The light input / output end faces of the polarization splitting element and the polarization plane rotating element, and the end face facing the polarization plane rotating element of the condensing means Is substantially parallel to the end face of the optical fiber array.

この構成によれば、各入射光ファイバから入射される光信号は偏波分離素子の端面に垂直に入射し、偏波分離素子によって分離された常光線及び異常光線は、偏波分離素子、偏波面回転素子の各光入出力端面及び集光手段の偏波面回転素子に対峙する端面に垂直な方向に伝搬する。また、反射手段で反射した反射信号も、集光手段の偏波面回転素子に対峙する端面、偏波面回転素子及び偏波分離素子の各光入出力端面に垂直な方向に伝搬する。   According to this configuration, the optical signal incident from each incident optical fiber is perpendicularly incident on the end face of the polarization separation element, and the ordinary ray and the extraordinary ray separated by the polarization separation element The light propagates in a direction perpendicular to each light input / output end face of the wavefront rotating element and an end face facing the polarization plane rotating element of the condensing means. Further, the reflected signal reflected by the reflecting means also propagates in the direction perpendicular to the light input / output end faces of the end face facing the polarization plane rotation element of the light collecting means, the polarization plane rotation element, and the polarization separation element.

また、本発明は、入射光ファイバ及び出射光ファイバの複数の対が光ファイバアレイとして一体化され、この光ファイバアレイの端面が、入射光ファイバ及び出射光ファイバのいずれの光軸に対しても垂直な面に対して所定角度傾けられ、集光手段の光ファイバアレイに対峙する面が、光ファイバアレイの端面とほぼ平行になるように、集光手段の集束中心光軸に垂直な面に対して所定角度傾けられ、偏波分離素子及び偏波面回転素子の各光入出力端面が、光ファイバアレイの端面の傾きにならって傾いて整列していることを特徴とする。   Further, according to the present invention, a plurality of pairs of an incident optical fiber and an outgoing optical fiber are integrated as an optical fiber array, and the end face of the optical fiber array is in any optical axis of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber. The surface that is inclined by a predetermined angle with respect to the vertical plane and that faces the optical fiber array of the light collecting means is substantially parallel to the end surface of the optical fiber array, and is perpendicular to the converging center optical axis of the light collecting means. The optical input / output end faces of the polarization separation element and the polarization plane rotation element are inclined and aligned in accordance with the inclination of the end face of the optical fiber array.

この構成によれば、各入射光ファイバから入射された光信号及びこの入射光信号が反射手段で反射した反射光信号が、偏波分離素子,偏波面回転素子の各光入出力端面、及び集光手段の偏波面回転素子に対峙する端面で反射して生じる反射光は、元の方向に戻ることがなくなり、元の入射光ファイバ内に入射されなくなる。このため、各入射光ファイバから入射された光信号、及びこの入射光信号が反射手段で反射した反射光信号が各端面で反射して生じる反射光の影響は低減される。従って、各入射光ファイバ及び各出射光ファイバに接続される光装置へ、意図しない反射光が入力されることが少なくなり、光信号が順方向に伝搬するときに反射光が光装置のノイズにならなくなる。   According to this configuration, the optical signal incident from each incident optical fiber and the reflected optical signal obtained by reflecting the incident optical signal by the reflecting means are transmitted to the optical input / output end surfaces of the polarization separation element and the polarization plane rotating element, and to the collection. Reflected light generated by reflection at the end face facing the polarization plane rotation element of the optical means does not return to the original direction, and is not incident on the original incident optical fiber. For this reason, the influence of the reflected light generated by the reflection of the optical signal incident from each incident optical fiber and the reflected optical signal of the incident optical signal reflected by the reflecting means on each end face is reduced. Accordingly, unintended reflected light is less likely to be input to the optical device connected to each incident optical fiber and each outgoing optical fiber, and the reflected light becomes noise of the optical device when propagating in the forward direction. No longer.

また、本発明は、偏波分離素子と集光手段との間には、各入射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号または各出射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号の一方が通過する位置に偏波面回転素子が配置され、他方が通過する位置に非晶性光学素子が配置されていることを特徴とする。   Further, according to the present invention, one of an optical signal propagating on the optical axis side of each incident optical fiber or an optical signal propagating on the optical axis side of each outgoing optical fiber is between the polarization separating element and the condensing means. A polarization plane rotation element is disposed at a position where the light passes, and an amorphous optical element is disposed at a position where the other light passes.

この構成によれば、各入射光ファイバから入射された光信号は、その常光線及び異常光線が偏波分離素子で分離された直後にその偏波方向が偏波面回転素子によって所定角度回転されるか、偏波分離素子で分離されて反射手段で反射した後にその偏波方向が偏波面回転素子によって所定角度回転される。このため、偏波面回転素子及び非晶性光学素子の位置を入れ替えても、光信号に対する作用は変わらず、これらの位置を入れ替えることが可能である。   According to this configuration, the polarization direction of the optical signal incident from each incident optical fiber is rotated by a predetermined angle by the polarization plane rotation element immediately after the ordinary ray and the extraordinary ray are separated by the polarization separation element. Alternatively, after being separated by the polarization separation element and reflected by the reflecting means, the polarization direction is rotated by a predetermined angle by the polarization plane rotation element. For this reason, even if the positions of the polarization plane rotating element and the amorphous optical element are switched, the effect on the optical signal is not changed, and these positions can be switched.

また、本発明は、集光手段と非相反偏波面回転素子との間に断熱手段が設けられていること特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that a heat insulating means is provided between the light collecting means and the non-reciprocal polarization plane rotating element.

この構成によれば、非相反偏波面回転素子の鉄成分が所定波長の光信号を吸収して熱を発生しても、この熱は、断熱手段により、非相反偏波面回転素子に隣接する集光手段に伝導されなくなる。このため、非相反偏波面回転素子とこれに隣接する集光手段との間を接着する接着剤などが、発熱の温度上昇により変質劣化して特性変化が発生する問題は生じない。   According to this configuration, even if the iron component of the nonreciprocal polarization rotator absorbs an optical signal having a predetermined wavelength and generates heat, the heat is collected by the heat insulating means adjacent to the nonreciprocal polarization rotator. It is no longer conducted to the light means. For this reason, there is no problem that the adhesive that adheres between the non-reciprocal polarization plane rotating element and the condensing means adjacent to the non-reciprocal polarization plane rotating element is deteriorated and deteriorated due to the temperature rise of the heat generation.

また、本発明は、反射手段が、非相反偏波面回転素子の集光手段に対峙する面と反対側の面に直接加工されて形成されていることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the reflecting means is formed by directly processing the surface opposite to the surface facing the light converging means of the non-reciprocal polarization plane rotating element.

この構成によれば、非相反偏波面回転素子の集光手段に対峙する面と反対側の面がそのまま反射手段として機能する。このため、新たに非相反偏波面回転素子に隣接させて別体の反射手段を設ける必要が無く、偏波無依存型多心光アイソレータをコンパクトに構成することが出来る。   According to this configuration, the surface of the nonreciprocal polarization plane rotation element opposite to the surface facing the light condensing unit functions as the reflecting unit as it is. For this reason, it is not necessary to newly provide a separate reflecting means adjacent to the non-reciprocal polarization plane rotation element, and the polarization-independent type multi-core optical isolator can be configured compactly.

また、本発明は、非相反偏波面回転素子が予め磁化されていることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the nonreciprocal polarization plane rotation element is magnetized in advance.

この構成によれば、非相反偏波面回転素子が有する磁界によって、非相反偏波面回転素子を通過する光信号の偏波方向を回転させることができる。このため、外部から非相反偏波面回転素子に磁界を印加する装置を設ける必要がなく、偏波無依存型多心光アイソレータをコンパクトに構成することが出来る。   According to this configuration, the polarization direction of the optical signal passing through the nonreciprocal polarization plane rotating element can be rotated by the magnetic field of the nonreciprocal polarization plane rotating element. For this reason, it is not necessary to provide a device for applying a magnetic field to the non-reciprocal polarization plane rotation element from the outside, and the polarization-independent type multi-core optical isolator can be configured compactly.

また、本発明は、光ファイバアレイが、アレイ本体に開口したキャピラリに各入射光ファイバ及び各出射光ファイバが挿入されて構成されている、または、アレイ本体に並列に加工されたV溝に各入射光ファイバ及び各出射光ファイバが載置され固定されて構成されていることを特徴とする。   Further, according to the present invention, the optical fiber array is configured such that each incident optical fiber and each output optical fiber are inserted into capillaries opened in the array body, or each V groove formed in parallel in the array body. An incident optical fiber and outgoing optical fibers are mounted and fixed.

この構成によれば、偏波無依存型多心光アイソレータは、光信号路を構成する複数本の光ファイバと、アレイ本体のキャピラリまたはV溝に整列させられた光ファイバを介して接続される。このため、偏波無依存型多心光アイソレータは複数本の光ファイバと容易に接続可能となる。また、心数の異なる他の光ファイバアレイと交換するだけで、容易に、入出力ポート数の異なる偏波無依存型多心光アイソレータを構成することが出来る。   According to this configuration, the polarization-independent multi-core optical isolator is connected to the plurality of optical fibers constituting the optical signal path and the optical fibers aligned with the capillaries or V grooves of the array body. . Therefore, the polarization-independent type multi-fiber optical isolator can be easily connected to a plurality of optical fibers. In addition, a polarization-independent multi-fiber optical isolator with a different number of input / output ports can be easily configured simply by exchanging with another optical fiber array with a different number of cores.

本発明による偏波無依存型多心光アイソレータによれば、上記のように、複数の光アイソレータで共通する機能を発揮する機能構成部品を変更することなく、光ファイバ対の構成を変更するだけで、光信号路数の調整が行え、小型で、光信号路の増設変更に手間がかからない偏波無依存型多心光アイソレータを提供することが出来る。   According to the polarization-independent multi-core optical isolator according to the present invention, as described above, the configuration of the optical fiber pair is only changed without changing the functional components that exhibit the functions common to the plurality of optical isolators. Therefore, it is possible to provide a polarization-independent type multi-fiber optical isolator that can adjust the number of optical signal paths, is small, and does not require time and effort to add and change optical signal paths.

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図1(a)は本発明を光ファイバ通信システムに適用した第1の実施形態よる偏波無依存型多心光アイソレータ1の平面図、同図(b)はその側面図である。偏波無依存型多心光アイソレータ1は、光ファイバアレイ2,ルチル結晶3,石英ガラス板4並びに半波長板5,集束性ロッドレンズ6,空隙7,着磁ガーネット結晶8及び全反射鏡9がこの順に配列されて構成されている。   FIG. 1A is a plan view of a polarization-independent multi-fiber optical isolator 1 according to a first embodiment in which the present invention is applied to an optical fiber communication system, and FIG. 1B is a side view thereof. The polarization-independent multi-core optical isolator 1 includes an optical fiber array 2, a rutile crystal 3, a quartz glass plate 4, a half-wave plate 5, a focusing rod lens 6, a gap 7, a magnetized garnet crystal 8, and a total reflection mirror 9. Are arranged in this order.

光ファイバアレイ2は、光軸が互いに平行な2対の光ファイバ10,11及び光ファイバ12,13が、同一平面上に250[μm]の等間隔に並列配置されて一体化されている。各対の一方の光ファイバ10及び12は、順方向の光信号を入射する入射光ファイバを構成しており、各対の他方の光ファイバ11及び13は、光ファイバ10及び12から入射した順方向の光信号を出射する出射光ファイバを構成している。光ファイバ10,11,12及び13の各一端10a,11a,12a及び13aは、図示しない多心または単心のフェルールで固定されており、光ファイバアレイ2を介して光ファイバからなる光信号路に接続されている。また、光ファイバ10,11,12及び13の各他端10b,11b,12b及び13bは、光ファイバアレイ2の端面2aに配置されている。この端面2aは、光ファイバ10〜13のそれぞれの光軸を含む平面に対して垂直で、いずれの光軸に対しても垂直に研磨されて形成されており、ルチル結晶3,石英ガラス板4及び半波長板5の各光入出力端面3a,3b,4a,4b,5a,5b、及び集束性ロッドレンズ6の石英ガラス板4並びに半波長板5に対峙する端面6aは、それぞれ端面2aにほぼ平行に配置されている。   In the optical fiber array 2, two pairs of optical fibers 10 and 11 and optical fibers 12 and 13 whose optical axes are parallel to each other are arranged in parallel at equal intervals of 250 [μm] on the same plane and integrated. One optical fiber 10 and 12 of each pair constitutes an incident optical fiber for receiving a forward optical signal, and the other optical fibers 11 and 13 of each pair are in the order of incidence from the optical fibers 10 and 12. An outgoing optical fiber that emits an optical signal in the direction is configured. Each end 10a, 11a, 12a and 13a of the optical fibers 10, 11, 12 and 13 is fixed by a multi-core or single-core ferrule (not shown), and an optical signal path made of an optical fiber via the optical fiber array 2 It is connected to the. The other ends 10 b, 11 b, 12 b and 13 b of the optical fibers 10, 11, 12 and 13 are arranged on the end surface 2 a of the optical fiber array 2. This end face 2a is formed by being polished perpendicularly to the plane including the optical axis of each of the optical fibers 10 to 13 and perpendicularly to any optical axis. In addition, the light input / output end faces 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b of the half-wave plate 5 and the end face 6a facing the quartz glass plate 4 and the half-wave plate 5 of the focusing rod lens 6 are respectively on the end face 2a. They are arranged almost in parallel.

ルチル結晶3は、厚さ300[μm]の複屈折結晶であり、順方向から入射される光信号A及び光信号Bをそれぞれ常光線Oと異常光線Eとに分離する偏波分離素子を構成している。このルチル結晶3は、その結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有する光信号A及び光信号Bの常光線Oまたは異常光線Eに対して空間変位3dを作用させる。ルチル結晶3の結晶光学軸3cは、常光線O及び異常光線Eの分離方向が、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直で、光ファイバ10〜13の各光軸に平行な面内に配置されるように、配向されている。   The rutile crystal 3 is a birefringent crystal having a thickness of 300 [μm] and constitutes a polarization separation element that separates the optical signal A and the optical signal B incident from the forward direction into the ordinary ray O and the extraordinary ray E, respectively. doing. The rutile crystal 3 causes a spatial displacement 3d to act on the ordinary ray O or extraordinary ray E of the optical signal A and the optical signal B having polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3c. The crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3 is such that the separation direction of the ordinary ray O and the extraordinary ray E is perpendicular to the plane including each optical axis of the optical fibers 10-13 and parallel to each optical axis of the optical fibers 10-13. Oriented to be placed in-plane.

ルチル結晶3と集束性ロッドレンズ6との間には、光ファイバ10及び12から入射された光信号A及び光信号Bが通過する位置に、順方向または逆方向の伝搬方向によって常光線O及び異常光線Eの偏波方向を逆に回転させる偏波面回転素子である半波長板5が配置されている。また、全反射鏡9で反射した反射光信号A及び反射光信号Bが通過する位置に、非晶性光学素子である石英ガラス板4が配置されている。石英ガラス板4は、順方向動作において、入力光ファイバ10及び12から入射された光信号A及び光信号Bのみが半波長板5を通過し、全反射鏡9から反射された反射光信号A及び反射光信号Bのみが通過するように半波長板5と並列配置されている。半波長板5の光軸は、分離されて順方向に進む常光線Oの偏波方向に対して反時計方向に22.5°の角度で配向されており、半波長板5は、光信号A及び光信号Bが同図(a)に矢示する順方向に伝搬する場合、常光線O及び異常光線Eの偏波方向をそれぞれ反時計方向に45°回転させ、光信号A及び光信号Bが後述する図3(a)に矢示する逆方向に伝搬する場合、常光線O及び異常光線Eの偏波方向をそれぞれ時計方向に45°回転させる。   Between the rutile crystal 3 and the converging rod lens 6, the ordinary light beam O and the normal light beam O and the light signal B incident from the optical fibers 10 and 12 pass through the forward or reverse propagation direction. A half-wave plate 5, which is a polarization plane rotation element that rotates the polarization direction of the extraordinary ray E in the reverse direction, is disposed. Further, a quartz glass plate 4 that is an amorphous optical element is disposed at a position where the reflected light signal A and the reflected light signal B reflected by the total reflection mirror 9 pass. In the forward movement, the quartz glass plate 4 passes only the optical signal A and the optical signal B incident from the input optical fibers 10 and 12 through the half-wave plate 5 and is reflected from the total reflection mirror 9. And the half-wave plate 5 is arranged in parallel so that only the reflected light signal B passes. The optical axis of the half-wave plate 5 is oriented at an angle of 22.5 ° counterclockwise with respect to the polarization direction of the ordinary ray O that is separated and travels in the forward direction. When A and the optical signal B propagate in the forward direction indicated by the arrow (a) in the figure, the polarization directions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are respectively rotated by 45 ° counterclockwise, and the optical signal A and the optical signal are transmitted. When B propagates in the reverse direction indicated by an arrow in FIG. 3A to be described later, the polarization directions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are respectively rotated by 45 ° in the clockwise direction.

集束性ロッドレンズ6は、位相差が約π/2の屈折率分布型ロッドレンズからなり、常光線O及び異常光線Eの集光状態を変換する集光手段を構成している。この集束性ロッドレンズ6は、常光線O及び異常光線Eが順方向に伝搬するときはこれらの各光線O,Eを平行光線に変換してから近接させて集光し、逆方向に伝搬するときは、端面6a側において、これらの各光線O,Eを平行光線に変換すると共に遠ざける。また、集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cは、光ファイバ10〜13の各光軸と平行であり、かつ、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直で光ファイバ10〜13の各光軸間の中心線2cを含む平面上に配置されている。また、この集束中心光軸6cは、端面6a側において、対の一方の光ファイバ10の光軸側を伝搬する常光線O及び異常光線E、並びに、対の他方の光ファイバ11の光軸側を伝搬する常光線O及び異常光線Eの4つの各光線から、ほぼ等距離の位置に配置されている。さらに、他の対の一方の光ファイバ12の光軸側を伝搬する常光線O及び異常光線E、並びに、他の対の他方の光ファイバ13の光軸側を伝搬する常光線O及び異常光線Eの4つの各光線からも、ほぼ等距離の位置に配置されている。   The converging rod lens 6 is composed of a gradient index rod lens having a phase difference of about π / 2, and constitutes a condensing unit that converts the condensing state of the ordinary ray O and the extraordinary ray E. When the ordinary ray O and the extraordinary ray E propagate in the forward direction, the converging rod lens 6 converts these rays O and E into parallel rays and then condenses them to propagate in the opposite direction. In some cases, on the side of the end face 6a, these light rays O and E are converted into parallel light rays and away. The converging center optical axis 6c of the converging rod lens 6 is parallel to the optical axes of the optical fibers 10 to 13 and is perpendicular to a plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, and the optical fibers 10 to 10. It arrange | positions on the plane containing the centerline 2c between each 13 optical axes. Further, the converging center optical axis 6c has an ordinary ray O and an extraordinary ray E propagating on the optical axis side of one optical fiber 10 in the pair, and an optical axis side of the other optical fiber 11 in the pair on the end face 6a side. From the four rays of the ordinary ray O and the extraordinary ray E propagating in FIG. Further, the ordinary ray O and extraordinary ray E propagating on the optical axis side of one optical fiber 12 of the other pair, and the ordinary ray O and extraordinary ray propagating on the optical axis side of the other optical fiber 13 of the other pair. Also from the four light beams E, they are arranged at approximately equal distances.

着磁ガーネット結晶8は、本実施形態においては予め磁化されており、常光線O及び異常光線Eの偏波方向を、その伝搬方向に関係なく、常に一定の反時計方向に22.5°だけ回転させる非相反偏波面回転素子を構成している。また、集束性ロッドレンズ6と着磁ガーネット結晶8との間には、断熱手段として約200[μm]の空隙7が設けられている。全反射鏡9は、着磁ガーネット結晶8の集束性ロッドレンズ6と対峙する面と反対側の面が蒸着加工されて形成されている。全反射鏡9は、着磁ガーネット結晶8から出射される光信号の常光線O及び異常光線Eを反射して反射光信号とし、この反射光信号を再び着磁ガーネット結晶8に入射させる反射手段を構成している。   The magnetized garnet crystal 8 is pre-magnetized in this embodiment, and the polarization directions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are always 22.5 ° in a constant counterclockwise direction regardless of the propagation direction. A rotating non-reciprocal polarization plane rotating element is configured. Further, a gap 7 of about 200 [μm] is provided as a heat insulating means between the converging rod lens 6 and the magnetized garnet crystal 8. The total reflection mirror 9 is formed by vapor-depositing a surface of the magnetized garnet crystal 8 opposite to the surface facing the converging rod lens 6. The total reflection mirror 9 reflects the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal emitted from the magnetized garnet crystal 8 into a reflected light signal, and reflects the reflected light signal into the magnetized garnet crystal 8 again. Is configured.

次に、上記の構成において、波長1.55[μm]の光信号A及び光信号Bが偏波無依存型多心光アイソレータ1を順方向に伝搬する場合の動作について説明する。前述した図1には、光信号Aが光ファイバ10から順方向に入射されたときの光信号経路、及び光信号Bが光ファイバ12から順方向に入射されたときの光信号経路が示されている。また、図2(a)〜(i)には、図1に示すFA,FB,FC,FD,FE,FF,FG,FH,FJの各位置における光信号Aの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されており、同図(j)〜(r)には、これら各位置における光信号Bの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されている。図2は、図1において光ファイバアレイ2側からルチル結晶3側を見た状態で表示されており、紙面に垂直な方向が光ファイバ10〜13の各光軸方向になっている。また、同図において、水平に描かれた点線は光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面、垂直に描かれた一点鎖線は、光ファイバアレイ2の前述した中心線2cを通り、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な平面を示す。この平面は集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを含んでいる。   Next, an operation in the case where the optical signal A and the optical signal B having a wavelength of 1.55 [μm] propagate through the polarization-independent multi-core optical isolator 1 in the forward direction in the above configuration will be described. In FIG. 1 described above, an optical signal path when the optical signal A is incident in the forward direction from the optical fiber 10 and an optical signal path when the optical signal B is incident in the forward direction from the optical fiber 12 are shown. ing. 2A to 2I show the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal A at the positions FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, and FJ shown in FIG. (J) to (r) show the polarization state and the arrangement relationship of the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal B at each of these positions. It is shown. FIG. 2 is displayed with the rutile crystal 3 side viewed from the optical fiber array 2 side in FIG. 1, and the directions perpendicular to the paper surface are the optical axis directions of the optical fibers 10 to 13. In the figure, a dotted line drawn horizontally represents a plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, and a one-dot chain line drawn vertically passes through the center line 2 c of the optical fiber array 2 and passes through the optical fiber. A plane perpendicular to a plane including 10 to 13 optical axes is shown. This plane includes the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 6.

光ファイバ10の他端10bから順方向に入射された光信号Aは、始めにルチル結晶3の端面3aに垂直に入射される。図2(a)には、このときの光信号Aの偏波状態及び配置関係が示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。前述したように、ルチル結晶3の結晶光学軸3cは光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な方向に配向されているため、光信号Aは、ルチル結晶3を通過する際に、結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有する異常光線Eが、結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する常光線Oから空間変位3dを受け、常光線O及び異常光線Eは、図2(b)に示すように、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離される。   The optical signal A incident in the forward direction from the other end 10 b of the optical fiber 10 is first incident perpendicularly on the end face 3 a of the rutile crystal 3. FIG. 2A shows the polarization state and arrangement relationship of the optical signal A at this time, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. As described above, since the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3 is oriented in a direction perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, the optical signal A passes through the rutile crystal 3. An extraordinary ray E having a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3c receives a spatial displacement 3d from an ordinary ray O having a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are 2 (b), the optical fibers 10 to 13 are separated in a direction perpendicular to the plane including the optical axes.

分離された常光線O及び異常光線Eは半波長板5の端面5aに垂直に入射される。このとき、前述したように半波長板5の光軸は、図2(b)に示す状態の常光線Oの偏波方向に対して反時計方向に22.5°の角度で配向されているため、常光線O及び異常光線Eの偏波方向は、図2(c)に示すように、それぞれ反時計方向に45°回転される。   The separated ordinary ray O and extraordinary ray E are perpendicularly incident on the end face 5 a of the half-wave plate 5. At this time, as described above, the optical axis of the half-wave plate 5 is oriented at an angle of 22.5 ° counterclockwise with respect to the polarization direction of the ordinary ray O in the state shown in FIG. Therefore, the polarization directions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are each rotated by 45 ° in the counterclockwise direction, as shown in FIG.

半波長板5を通過した常光線O及び異常光線Eは、次に、集束性ロッドレンズ6の端面6aに垂直に入射される。その際、常光線O及び異常光線Eは、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に平行で集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを含む平面を、常光線Oと異常光線Eとがほぼ等間隔に上下で挟む位置に入射される。このとき、常光線O及び異常光線Eは集束中心光軸6cからほぼ等距離の位置にある。集束性ロッドレンズ6内において常光線O及び異常光線Eは、平行光線に変換され、進むに連れて互いに近接するとともに集束中心光軸6cにも近接し、約1°の出射角でレンズ端面から出射される。このときの常光線O及び異常光線Eの状態が図2(d)に示されている。   The ordinary ray O and extraordinary ray E that have passed through the half-wave plate 5 are then incident perpendicularly on the end face 6 a of the converging rod lens 6. At this time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are parallel to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 and the plane including the converging center optical axis 6c of the converging rod lens 6 is changed into the ordinary ray O and the extraordinary ray E. Are incident on the positions sandwiched between the top and bottom at substantially equal intervals. At this time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are substantially equidistant from the focusing center optical axis 6c. The ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays in the converging rod lens 6, approaching each other as they travel and approaching the converging center optical axis 6 c, and from the lens end face at an exit angle of about 1 °. Emitted. The state of the ordinary ray O and the extraordinary ray E at this time is shown in FIG.

集束性ロッドレンズ6のレンズ端面から出射された常光線O及び異常光線Eは、次に、約200[μm]の空隙7を通過して着磁ガーネット結晶8に入射される。常光線O及び異常光線Eは、この着磁ガーネット結晶8によってその偏波方向が反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8からの光信号Aは、次に、全反射鏡9によって反射されるが、この全反射鏡9上では、常光線O及び異常光線Eの位置は、図2(e)に示すように、ほぼ一致する。   The ordinary ray O and extraordinary ray E emitted from the lens end face of the converging rod lens 6 are then incident on the magnetized garnet crystal 8 through the gap 7 of about 200 [μm]. The polarization direction of the ordinary ray O and the extraordinary ray E is rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8. Next, the optical signal A from the magnetized garnet crystal 8 is reflected by the total reflection mirror 9. On the total reflection mirror 9, the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are shown in FIG. As shown, they are almost identical.

次に、全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、再び着磁ガーネット結晶8に入射され、この着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8を往復して通過することで、各光線O,Eはそれぞれの偏波方向が反時計方向に45°回転されたことになり、半波長板5での45°の回転と合わせると、結果的に反時計方向に90°回転されたことになる。この状態が図2(f)に示されている。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 are incident on the magnetized garnet crystal 8 again, and are further rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8. By reciprocating through the magnetized garnet crystal 8, the light beams O and E have their polarization directions rotated 45 ° counterclockwise, and the half-wave plate 5 rotates 45 °. Together, this results in a 90 ° counterclockwise rotation. This state is shown in FIG.

また、全反射鏡9での反射により、集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを通り光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な面内では、常光線O及び異常光線Eは物理的位置が入れ替えられるが、各々の偏波状態は反射前と同じ状態を保持している。また、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に平行な面内では、常光線O及び異常光線Eは集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを挟んで、光ファイバ10側から光ファイバ11側に空間位置が入れ替えられる。   Further, due to reflection by the total reflection mirror 9, an ordinary ray O and an extraordinary ray E are passed in a plane perpendicular to a plane passing through the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 6 and including the optical axes of the optical fibers 10 to 13. Although the physical positions are interchanged, the polarization states of each remain the same as before reflection. Further, in a plane parallel to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are emitted from the optical fiber 10 side across the focusing center optical axis 6 c of the focusing rod lens 6. The spatial position is switched to the fiber 11 side.

次に、着磁ガーネット結晶8から出射した常光線O及び異常光線Eは、約200[μm]の空隙7を通過して集束性ロッドレンズ6に入射される。集束性ロッドレンズ6の効果により、常光線O及び異常光線Eは平行光線に変換され、進むに連れて互いに離されるとともに集束中心光軸6cからも離される。このときの状態が図2(g)に示されている。続いて、常光線O及び異常光線Eは石英ガラス板4を通過するが、各光線の偏波方向は影響されない。このときの状態が図2(h)に示されている。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the magnetized garnet crystal 8 pass through the gap 7 of about 200 [μm] and enter the converging rod lens 6. Due to the effect of the converging rod lens 6, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays, separated from each other as they travel, and away from the converging center optical axis 6c. The state at this time is shown in FIG. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E pass through the quartz glass plate 4, but the polarization direction of each ray is not affected. The state at this time is shown in FIG.

次に、常光線O及び異常光線Eはルチル結晶3の端面3bに垂直に入射される。ルチル結晶3内において、常光線Oは、その偏波方向が90°回転されてルチル結晶3の結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有する状態になっているため、空間変位作用を受ける。しかし、異常光線Eは、その偏波方向が90°回転されてルチル結晶3の結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する状態になっているため、空間変位作用を受けずに通過する。従って、空間変位を受けた常光線Oは、図2(i)に示すように、異常光線Eと再結合する。再結合した常光線O及び異常光線Eは光ファイバ11に入射し、順方向の出力光信号として外部の光信号路へ伝送される。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are perpendicularly incident on the end face 3 b of the rutile crystal 3. In the rutile crystal 3, the ordinary ray O is subjected to a spatial displacement action because its polarization direction is rotated by 90 ° and has a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3 c of the rutile crystal 3. . However, since the polarization direction of the extraordinary ray E is rotated by 90 ° and has a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3, the extraordinary ray E passes through without being subjected to a spatial displacement action. . Therefore, the ordinary ray O that has undergone the spatial displacement is recombined with the extraordinary ray E as shown in FIG. The recombined ordinary ray O and extraordinary ray E enter the optical fiber 11 and are transmitted to an external optical signal path as a forward output optical signal.

また、光ファイバ12の他端12bから順方向に入射された光信号Bは、図2(j)〜(r)に示すように、光信号Aの外側で光信号Aと同様な経路で伝搬する。つまり、光信号Bは、始めにルチル結晶3の端面3aに垂直に入射される。図2(j)には、このときの光信号Bの偏波状態及び配置関係が示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。常光線O及び異常光線Eは、図2(k)に示すように、ルチル結晶3内で光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離された後、図2(l)に示すように、半波長板5によりそれぞれ反時計方向に45°回転される。続いて、集束性ロッドレンズ6内に入射された常光線O及び異常光線Eは、図2(m)に示すように変換されてレンズ端面から出射される。そして、空隙7を通過してから、着磁ガーネット結晶8に入射され、偏波方向が反時計方向に22.5°回転される。続いて、常光線O及び異常光線Eは全反射鏡9により反射される。図2(n)に示すように、この全反射鏡9上では常光線O及び異常光線Eの位置はほぼ一致する。   Further, the optical signal B incident in the forward direction from the other end 12b of the optical fiber 12 propagates along the same path as the optical signal A outside the optical signal A, as shown in FIGS. To do. That is, the optical signal B first enters the end face 3a of the rutile crystal 3 perpendicularly. FIG. 2 (j) shows the polarization state and arrangement relationship of the optical signal B at this time, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. As shown in FIG. 2 (k), the ordinary ray O and the extraordinary ray E are separated in a direction perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 in the rutile crystal 3, and then, FIG. As shown in (l), each half-wave plate 5 is rotated 45 ° counterclockwise. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E that have entered the converging rod lens 6 are converted and emitted from the lens end face as shown in FIG. Then, after passing through the gap 7, it enters the magnetized garnet crystal 8, and the polarization direction is rotated 22.5 ° counterclockwise. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are reflected by the total reflection mirror 9. As shown in FIG. 2 (n), the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E substantially coincide on the total reflection mirror 9.

次に、全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、再び着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。この状態が図2(o)に示されている。続いて、常光線O及び異常光線Eは、空隙7を通過した後、集束性ロッドレンズ6の効果により、図2(p)に示すように変換される。この後、石英ガラス板4を通過するが各光線の偏波方向は影響されない。このときの状態が図2(q)に示されている。この後、ルチル結晶3内において、常光線Oはルチル結晶3により空間変位作用を受けるが、異常光線Eは空間変位作用を受けずに通過するため、図2(r)に示すように、常光線Oと異常光線Eとは再結合する。再結合した常光線O及び異常光線Eは光ファイバ13に入射し、順方向の出力光信号として外部の光信号路へ伝送される。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 are further rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8 again. This state is shown in FIG. Subsequently, after passing through the gap 7, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted as shown in FIG. 2 (p) due to the effect of the converging rod lens 6. Thereafter, it passes through the quartz glass plate 4, but the polarization direction of each light beam is not affected. The state at this time is shown in FIG. Thereafter, in the rutile crystal 3, the ordinary ray O is subjected to a spatial displacement action by the rutile crystal 3, but the extraordinary ray E passes through without being subjected to the spatial displacement action. Therefore, as shown in FIG. Ray O and extraordinary ray E recombine. The recombined ordinary ray O and extraordinary ray E enter the optical fiber 13 and are transmitted to the external optical signal path as a forward output optical signal.

次に、波長1.55[μm]の光信号A及び光信号Bが偏波無依存型多心光アイソレータ1を逆方向に伝搬する場合の動作について説明する。図3には、光信号Aが光ファイバ11から逆方向に入射されたときの光信号経路、及び光信号Bが光ファイバ13から逆方向に入射されたときの光信号経路が示されており、同図(a)は偏波無依存型多心光アイソレータ1の平面図、同図(b)はその側面図である。なお、同図において図1と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。また、図4(a)〜(i)には、図3に示すBA,BB,BC,BD,BE,BF,BG,BH,BJの各位置における光信号Aの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されており、同図(j)〜(r)には、これら各位置における光信号Bの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されている。図4は、上述の図2と同様に、光ファイバアレイ2側からルチル結晶3側を見た状態で表示されており、紙面に垂直な方向が光ファイバ10〜13の各光軸方向になっている。また、同図においても、水平に描かれた点線は光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面、垂直に描かれた一点鎖線は、光ファイバアレイ2の中心線2cを通り、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な平面を示す。この平面は集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを含んでいる。   Next, an operation when the optical signal A and the optical signal B having a wavelength of 1.55 [μm] propagate through the polarization-independent multi-core optical isolator 1 in the reverse direction will be described. FIG. 3 shows an optical signal path when the optical signal A is incident in the reverse direction from the optical fiber 11 and an optical signal path when the optical signal B is incident in the reverse direction from the optical fiber 13. 1A is a plan view of the polarization-independent type multi-core optical isolator 1, and FIG. 1B is a side view thereof. In the figure, the same parts as those in FIG. 4A to 4I show the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal A at the positions BA, BB, BC, BD, BE, BF, BG, BH, BJ shown in FIG. (J) to (r) show the polarization state and the arrangement relationship of the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal B at each of these positions. It is shown. 4 is displayed in a state in which the rutile crystal 3 side is viewed from the optical fiber array 2 side as in FIG. 2 described above, and the directions perpendicular to the paper surface are the respective optical axis directions of the optical fibers 10 to 13. ing. Also in this figure, the dotted line drawn horizontally is a plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, and the alternate long and short dash line passes through the center line 2 c of the optical fiber array 2 and passes through the optical fiber 10. The plane perpendicular | vertical to the plane containing each optical axis of -13 is shown. This plane includes the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 6.

図3に示すように波長1.55[μm]の光信号Aは光ファイバ11の他端11bから逆方向に入射され、始めにルチル結晶3の端面3aに垂直に入射される。このときの状態が図4(a)に示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。ルチル結晶3に入射された光信号Aは、前述したようにルチル結晶3内において、図4(b)に示すように、結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有する異常光線Eが、結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する常光線Oからの空間変位3dを受け、常光線Oと異常光線Eとは光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離される。続いて、分離された常光線O及び異常光線Eは石英ガラス板4を通過するが、常光線O及び異常光線Eの偏波方向は影響されず、回転しない。このときの状態が図4(c)に示されている。   As shown in FIG. 3, the optical signal A having a wavelength of 1.55 [μm] is incident in the opposite direction from the other end 11 b of the optical fiber 11, and is first incident perpendicularly on the end face 3 a of the rutile crystal 3. The state at this time is shown in FIG. 4A, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. As described above, the optical signal A incident on the rutile crystal 3 has an extraordinary ray E having a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3c in the rutile crystal 3, as shown in FIG. Upon receiving a spatial displacement 3d from an ordinary ray O having a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13. Separated in direction. Subsequently, the separated ordinary ray O and extraordinary ray E pass through the quartz glass plate 4, but the polarization directions of the ordinary ray O and extraordinary ray E are not affected and do not rotate. The state at this time is shown in FIG.

次に、石英ガラス板4から出射した常光線O及び異常光線Eは、集束性ロッドレンズ6の端面6aに垂直に入射される。その際、常光線O及び異常光線Eは、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に平行で集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを含む平面を、ほぼ等間隔に上下で挟む位置に入射される。このとき、常光線O及び異常光線Eは、集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cからほぼ等距離の位置にある。集束性ロッドレンズ6内において常光線O及び異常光線Eは、平行光線に変換され、進むに連れて互いに近接するとともに集束中心光軸6cにも近接し、約1°の出射角でレンズ端面から出射される。このときの常光線O及び異常光線Eの状態が図4(d)に示されている。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the quartz glass plate 4 are perpendicularly incident on the end surface 6 a of the converging rod lens 6. At that time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E sandwich a plane parallel to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 and including the converging center optical axis 6c of the converging rod lens 6 from above and below at substantially equal intervals. Incident on the position. At this time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are at substantially equal distances from the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 6. The ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays in the converging rod lens 6, approaching each other as they travel and approaching the converging center optical axis 6 c, and from the lens end face at an exit angle of about 1 °. Emitted. The state of the ordinary ray O and the extraordinary ray E at this time is shown in FIG.

集束性ロッドレンズ6のレンズ端面から出射された常光線O及び異常光線Eは、約200[μm]の空隙7を通過して着磁ガーネット結晶8に入射される。入射された常光線O及び異常光線Eは、この着磁ガーネット結晶8によってその偏波方向が反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8からの光信号Aは、次に、全反射鏡9によって反射されるが、この全反射鏡9上では常光線O及び異常光線Eの位置は、図4(e)に示すように、ほぼ一致する。全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、反射光信号Aになって再び着磁ガーネット結晶8に入射され、この着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8を往復して通過することで、結果的に各光線O,Eはその偏波方向が反時計方向に45°回転されたことになる。このときの状態が図4(f)に示されている。   The ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the lens end face of the converging rod lens 6 pass through the gap 7 of about 200 [μm] and enter the magnetized garnet crystal 8. The incident ordinary ray O and extraordinary ray E are rotated by 22.5 ° in the counterclockwise direction by the magnetized garnet crystal 8. Next, the optical signal A from the magnetized garnet crystal 8 is reflected by the total reflection mirror 9. On this total reflection mirror 9, the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are shown in FIG. 4 (e). And so on. The ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 become a reflected light signal A and enter the magnetized garnet crystal 8 again, and the magnetized garnet crystal 8 further counterclockwise 22.5 °. It is rotated. By passing back and forth through the magnetized garnet crystal 8, as a result, the polarization directions of the light beams O and E are rotated 45 ° counterclockwise. The state at this time is shown in FIG.

また、全反射鏡9での反射により、集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを通り光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な面内では、常光線O及び異常光線Eは物理的位置が入れ替えられるが、各々の偏波状態は反射前と同じ状態を保持している。また、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に平行な面内では、常光線O及び異常光線Eは集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cを挟んで、光ファイバ11側から光ファイバ10側に空間位置が入れ替えられる。   Further, due to reflection by the total reflection mirror 9, an ordinary ray O and an extraordinary ray E are passed in a plane perpendicular to a plane passing through the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 6 and including the optical axes of the optical fibers 10 to 13. Although the physical positions are interchanged, the polarization states of each remain the same as before reflection. Further, in a plane parallel to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are emitted from the optical fiber 11 side across the focusing center optical axis 6 c of the focusing rod lens 6. The spatial position is switched to the fiber 10 side.

次に、着磁ガーネット結晶8から出射した常光線O及び異常光線Eは、約200[μm]の空隙7を通過して集束性ロッドレンズ6に入射される。常光線O及び異常光線Eは、集束性ロッドレンズ6の効果により平行光線に変換され、進むに連れて互いに離されるとともに集束中心光軸6cからも離される。このときの状態が図4(g)に示されている。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the magnetized garnet crystal 8 pass through the gap 7 of about 200 [μm] and enter the converging rod lens 6. The ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays by the effect of the converging rod lens 6, and are separated from each other as they travel and away from the converging center optical axis 6 c. The state at this time is shown in FIG.

続いて、分離された常光線O及び異常光線Eは半波長板5の端面5bに垂直に入射されるが、半波長板5は、図4(g)に示す状態の常光線Oの偏波方向に対して−22.5°の角度で光軸が配向されているため、常光線O及び異常光線Eの偏波方向は反時計方向に−45°回転される。この結果、半波長板5によって回転される偏波方向の角度−45°と、着磁ガーネット結晶8によって回転される偏波方向の角度45°とが相殺され、常光線O及び異常光線Eの偏波方向の回転角度の総和は0°になる。この状態が図4(h)に示されている。   Subsequently, the separated ordinary ray O and extraordinary ray E are perpendicularly incident on the end face 5b of the half-wave plate 5. The half-wave plate 5 is polarized by the ordinary ray O in the state shown in FIG. Since the optical axis is oriented at an angle of −22.5 ° with respect to the direction, the polarization directions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are rotated by −45 ° in the counterclockwise direction. As a result, the angle −45 ° of the polarization direction rotated by the half-wave plate 5 and the angle 45 ° of the polarization direction rotated by the magnetized garnet crystal 8 cancel each other, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E The total rotation angle in the polarization direction is 0 °. This state is shown in FIG.

半波長板5を通過した常光線O及び異常光線Eは、次にルチル結晶3の端面3bに垂直に入射される。このとき、常光線Oは、ルチル結晶3の結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する状態になっているため、空間変位作用を受けずに通過する。また、異常光線Eは、ルチル結晶3の結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有するため、図4(i)に示すように、常光線Oから離れる空間変位作用を受ける。この結果、常光線O及び異常光線Eは再結合されず、いずれも光ファイバ10から30[μm]程度ずれるため、光ファイバ10には入射されない。このため、光信号Aについての逆方向のアイソレーションが実現される。   The ordinary ray O and extraordinary ray E that have passed through the half-wave plate 5 are then incident perpendicularly on the end face 3 b of the rutile crystal 3. At this time, since the ordinary ray O is in a state of having a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3, it passes through without being subjected to a spatial displacement action. Further, the extraordinary ray E has a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3, and therefore undergoes a spatial displacement action away from the ordinary ray O as shown in FIG. As a result, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are not recombined, and both are not incident on the optical fiber 10 because they are shifted from the optical fiber 10 by about 30 [μm]. For this reason, the isolation of the reverse direction about the optical signal A is implement | achieved.

また、光ファイバ13の他端13bから逆方向に入射された光信号Bは、図4(j)〜(r)に示すように、光信号Aの外側で光信号Aと同様な経路で伝搬する。つまり、光信号Bは、始めにルチル結晶3の端面3aに垂直に入射される。図4(j)には、このときの光信号Bの偏波状態及び配置関係が示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。常光線O及び異常光線Eは、図4(k)に示すように、ルチル結晶3内で光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離される。分離された常光線O及び異常光線Eは、図4(l)に示すように、偏波方向が回転しない状態で石英ガラス板4を通過した後、集束性ロッドレンズ6により、図4(m)に示すように変換される。続いて、常光線O及び異常光線Eは、空隙7を通過した後、着磁ガーネット結晶8により偏波方向が反時計方向に22.5°回転されてから全反射鏡9によって反射される。図4(n)に示すように、この全反射鏡9上では常光線O及び異常光線Eの位置はほぼ一致する。   Further, the optical signal B incident in the reverse direction from the other end 13b of the optical fiber 13 propagates along the same path as the optical signal A outside the optical signal A, as shown in FIGS. To do. That is, the optical signal B first enters the end face 3a of the rutile crystal 3 perpendicularly. FIG. 4 (j) shows the polarization state and arrangement relationship of the optical signal B at this time, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. The ordinary ray O and the extraordinary ray E are separated in the direction perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 in the rutile crystal 3 as shown in FIG. As shown in FIG. 4 (l), the separated ordinary ray O and extraordinary ray E pass through the quartz glass plate 4 in a state in which the polarization direction does not rotate, and then, by the converging rod lens 6, the convergent rod lens 6 causes FIG. ). Subsequently, after passing through the gap 7, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are reflected by the total reflection mirror 9 after the polarization direction is rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8. As shown in FIG. 4 (n), the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E substantially coincide on the total reflection mirror 9.

次に、全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、再び着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。この状態が図4(o)に示されている。続いて、常光線O及び異常光線Eは、空隙7を通過し、集束性ロッドレンズ6の効果により、図4(p)に示すように変換される。この後、図4(q)に示すように、常光線O及び異常光線Eは半波長板5によりそれぞれ反時計方向に−45°回転される。この後、ルチル結晶3内において、常光線Oは空間変位作用を受けずに通過するが、異常光線Eはルチル結晶3により空間変位作用を受けるため、図4(r)に示すように、常光線Oと異常光線Eとは再結合されず、光ファイバ12には入射されない。このため、光信号Bについての逆方向のアイソレーションが実現される。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 are further rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8 again. This state is shown in FIG. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E pass through the gap 7 and are converted as shown in FIG. 4 (p) by the effect of the converging rod lens 6. Thereafter, as shown in FIG. 4 (q), the ordinary ray O and the extraordinary ray E are rotated by −45 ° counterclockwise by the half-wave plate 5, respectively. Thereafter, the ordinary ray O passes through the rutile crystal 3 without being subjected to the spatial displacement action. However, since the extraordinary ray E is subject to the spatial displacement action by the rutile crystal 3, as shown in FIG. The light beam O and the extraordinary light beam E are not recombined and are not incident on the optical fiber 12. For this reason, the isolation of the reverse direction about the optical signal B is implement | achieved.

このような本発明の第1の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ1によれば、上述したように、光ファイバ10〜13から順方向に出射される光信号A及び光信号Bは、ルチル結晶3内において、常光線O及び異常光線Eが、2対の光ファイバ10,11及び光ファイバ12,13の各光軸を含む平面に垂直で、これら各光軸に平行な方向に分離される。また、集束性ロッドレンズ6の端面6aにおいて、これら常光線O及び異常光線Eの各光軸は、集束性ロッドレンズ6の集束中心光軸6cとほぼ平行になると共に、集束中心光軸6cからほぼ等距離に位置する。また、全反射鏡9で反射した反射光信号のこれら常光線O及び異常光線Eも、集束性ロッドレンズ6の端面6aにおいて、その各光軸が集束中心光軸6cとほぼ平行になると共に、集束中心光軸6cからほぼ等距離に位置し、ルチル結晶3内において、2対の光ファイバ10,11及び光ファイバ12,13の各光軸を含む平面に垂直で、これら各光軸に平行な方向で再結合する。このため、複数の光アイソレータ部分で共通する機能を発揮する、ルチル結晶3,半波長板5,集束性ロッドレンズ6,着磁ガーネット結晶8,及び全反射鏡9といった機能構成部品を変更することなく、入射光ファイバ及び出射光ファイバの対の数を増減させるだけで、光信号路数の調整を行うことが出来る。従って、光信号路を増設しても機能構成部品が大型化しない、しかも、光信号路の増設時に機能構成部品を交換する必要がなく、増設変更に手間がかからない偏波無依存型の光アイソレータアレイ1が提供される。また、一方の対の光ファイバ10と光ファイバ11との間、及び他方の対の光ファイバ12と光ファイバ13との間において、再結合が行われるルチル結晶3まで伝搬する常光線O及び異常光線Eの光路長に差はほぼ無く、偏波モード分散の発生はほぼ無い。従って、ルチル結晶3まで常光線O及び異常光線Eとが伝搬するのに要する時間の差は0.01[psec]以下となってほぼ無く、10[Gb/s]以上の高速光伝送装置内にこの偏波無依存型多心光アイソレータ1を適用する場合、その使用個数などの制限も無い。   According to the polarization independent multi-fiber optical isolator 1 according to the first embodiment of the present invention, as described above, the optical signal A and the optical signal B emitted in the forward direction from the optical fibers 10 to 13 are provided. In the rutile crystal 3, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are perpendicular to the plane including the optical axes of the two pairs of optical fibers 10 and 11 and the optical fibers 12 and 13, and are parallel to these optical axes. Separated. Further, on the end face 6a of the converging rod lens 6, the optical axes of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are substantially parallel to the converging center optical axis 6c of the converging rod lens 6, and from the converging center optical axis 6c. Located approximately equidistant. Further, the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the reflected light signal reflected by the total reflection mirror 9 also have their optical axes substantially parallel to the converging center optical axis 6c on the end face 6a of the converging rod lens 6. Located substantially equidistant from the focusing center optical axis 6c, the rutile crystal 3 is perpendicular to a plane including the optical axes of the two pairs of optical fibers 10 and 11 and the optical fibers 12 and 13, and is parallel to these optical axes. Recombine in any direction. Therefore, functional components such as a rutile crystal 3, a half-wave plate 5, a converging rod lens 6, a magnetized garnet crystal 8, and a total reflection mirror 9 that exhibit functions common to a plurality of optical isolators are changed. In addition, the number of optical signal paths can be adjusted simply by increasing or decreasing the number of pairs of incident optical fibers and outgoing optical fibers. Therefore, even if an optical signal path is added, the functional components do not increase in size, and there is no need to replace the functional components when adding an optical signal path. An array 1 is provided. Also, an ordinary ray O and anomaly that propagates to the rutile crystal 3 where recombination is performed between the optical fiber 10 and the optical fiber 11 of one pair and between the optical fiber 12 and the optical fiber 13 of the other pair. There is almost no difference in the optical path length of the light E, and there is almost no occurrence of polarization mode dispersion. Accordingly, the difference in time required for propagation of the ordinary ray O and the extraordinary ray E to the rutile crystal 3 is almost 0.01 [psec] or less, and there is almost no difference in the high-speed optical transmission apparatus of 10 [Gb / s] or more. When this polarization-independent type multi-fiber optical isolator 1 is applied, there is no limitation on the number of the use.

また、上記の実施形態において、半波長板5及び石英ガラス板4の位置を入れ替えても、光信号に対する作用は変わらず、これらの位置を入れ替えることが可能である。つまり、ルチル結晶3と集束性ロッドレンズ6との間に、入射した光信号A及び光信号B、または反射した反射光信号A及び反射光信号Bの一方が通過する位置に半波長板5が配置され、他方が通過する位置に石英ガラス板4が配置されていればよい。いずれの配置においても、光ファイバ10から入射された光信号A及び光ファイバ12から入射された光信号Bは、その常光線O及び異常光線Eがルチル結晶3で分離された直後にその偏波方向が半波長板5によって45°回転されるか、ルチル結晶3で分離されて全反射鏡9で反射した後に、その偏波方向が半波長板5によって45°回転される。   Further, in the above embodiment, even if the positions of the half-wave plate 5 and the quartz glass plate 4 are switched, the effect on the optical signal is not changed, and these positions can be switched. That is, the half-wave plate 5 is located between the rutile crystal 3 and the converging rod lens 6 at a position where one of the incident optical signal A and optical signal B or reflected reflected optical signal A and reflected optical signal B passes. The quartz glass plate 4 should just be arrange | positioned in the position where it arrange | positions and the other passes. In any arrangement, the optical signal A incident from the optical fiber 10 and the optical signal B incident from the optical fiber 12 are polarized immediately after the ordinary ray O and the extraordinary ray E are separated by the rutile crystal 3. The direction is rotated by 45 ° by the half-wave plate 5, or after being separated by the rutile crystal 3 and reflected by the total reflection mirror 9, the polarization direction is rotated by 45 ° by the half-wave plate 5.

また、上記の実施形態においては、集束性ロッドレンズ6と着磁ガーネット結晶8との間に約200[μm]の空隙7が設けられているため、着磁ガーネット結晶8の鉄成分が波長0.98[μm]光を吸収して熱を発生しても、この熱は、空隙7により、着磁ガーネット結晶8に隣接する集束性ロッドレンズ6に伝導されにくくなる。このため、着磁ガーネット結晶8とこれに隣接する集束性ロッドレンズ6とを接着する接着剤などが、発熱の温度上昇により変質劣化して特性変化が発生することはない。波長0.98[μm]で100[mW]の光を24時間実際に照射したところ、照射の前後で特性変化がないことを確認した。   In the above embodiment, since the gap 7 of about 200 [μm] is provided between the converging rod lens 6 and the magnetized garnet crystal 8, the iron component of the magnetized garnet crystal 8 has a wavelength of 0. Even when .98 [μm] light is absorbed and heat is generated, the heat is less likely to be conducted to the converging rod lens 6 adjacent to the magnetized garnet crystal 8 due to the gap 7. For this reason, the adhesive or the like that bonds the magnetized garnet crystal 8 and the converging rod lens 6 adjacent to the magnetized garnet crystal is not deteriorated and deteriorated due to a rise in temperature of heat generation, so that a characteristic change does not occur. When light of 100 [mW] was actually irradiated for 24 hours at a wavelength of 0.98 [μm], it was confirmed that there was no change in characteristics before and after irradiation.

また、上記の実施形態においては、全反射鏡9が、着磁ガーネット結晶8の集束性ロッドレンズ6に対峙する面と反対側の面が蒸着加工されて形成されているため、着磁ガーネット結晶8の集束性ロッドレンズ6に対峙する面と反対側の面がそのまま全反射鏡9として機能する。このため、新たに着磁ガーネット結晶8に隣接させて別体の反射手段を設ける必要が無くなり、偏波無依存型多心光アイソレータ1をコンパクトに構成することが出来る。   In the above embodiment, since the total reflection mirror 9 is formed by vapor-depositing the surface of the magnetized garnet crystal 8 opposite to the surface facing the converging rod lens 6, the magnetized garnet crystal The surface opposite to the surface facing the converging rod lens 6 of 8 functions as the total reflection mirror 9 as it is. For this reason, it is not necessary to newly provide a separate reflecting means adjacent to the magnetized garnet crystal 8, and the polarization-independent multi-core optical isolator 1 can be configured compactly.

また、上記の実施形態においては、着磁ガーネット結晶8が予め磁化されているため、着磁ガーネット結晶8が有する磁界によって、着磁ガーネット結晶8を通過する光信号の偏波方向を回転させることができる。このため、外部から着磁ガーネット結晶8に磁界を印加する装置を設ける必要がなくなり、偏波無依存型多心光アイソレータ1をコンパクトに構成することが出来る。   In the above embodiment, since the magnetized garnet crystal 8 is magnetized in advance, the polarization direction of the optical signal passing through the magnetized garnet crystal 8 is rotated by the magnetic field of the magnetized garnet crystal 8. Can do. For this reason, it is not necessary to provide a device for applying a magnetic field to the magnetized garnet crystal 8 from the outside, and the polarization-independent type multi-core optical isolator 1 can be configured compactly.

次に、本発明を光ファイバ通信システムに適用した第2の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ20について説明する。   Next, a polarization independent multi-fiber optical isolator 20 according to a second embodiment in which the present invention is applied to an optical fiber communication system will be described.

図5(a)は、本実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ20の平面図、同図(b)はその側面図である。なお、本実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ20の以下の説明においては、第1の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ1の各構成要素と同一または相当する構成要素には同一の符号を用いてその説明は省略する。   FIG. 5A is a plan view of the polarization-independent multi-core optical isolator 20 according to the present embodiment, and FIG. 5B is a side view thereof. In the following description of the polarization independent multi-core optical isolator 20 according to the present embodiment, the same or corresponding components as those of the polarization independent multi-core optical isolator 1 according to the first embodiment. The same reference numerals are used for and the description thereof is omitted.

偏波無依存型多心光アイソレータ20は、光ファイバアレイ22,ルチル結晶3,石英ガラス板4並びに半波長板5,集束性ロッドレンズ26,空隙7,着磁ガーネット結晶8及び全反射鏡9がこの順に配列されて構成されている。光ファイバアレイ22は、第1の実施形態と同様、光軸が互いに平行な2対の光ファイバ10,11及び光ファイバ12,13が、同一平面上に250[μm]の等間隔に並列配置されて一体化されている。   The polarization independent multi-fiber optical isolator 20 includes an optical fiber array 22, a rutile crystal 3, a quartz glass plate 4, a half-wave plate 5, a focusing rod lens 26, an air gap 7, a magnetized garnet crystal 8, and a total reflection mirror 9. Are arranged in this order. As in the first embodiment, the optical fiber array 22 includes two pairs of optical fibers 10 and 11 and optical fibers 12 and 13 whose optical axes are parallel to each other arranged in parallel at equal intervals of 250 [μm] on the same plane. Have been integrated.

本実施形態における偏波無依存型多心光アイソレータ20は、光ファイバアレイ22の端面22aが光ファイバ10〜13の各光軸に垂直な平面に対して8°傾けられて形成されており、ルチル結晶3,石英ガラス板4及び半波長板5の各光入出力端面3a,3b,4a,4b,5a,5bは、光ファイバアレイ22の端面22aに平行に、つまり8°傾けられて配置されている。さらに、集束性ロッドレンズ26の石英ガラス板4並びに半波長板5に対峙する端面26aは、光ファイバアレイ22の端面22aほぼ平行になるように、8°傾けられて形成されている。そして、半波長板5は、光信号A及び光信号Bが8°斜め入射した場合に光軸が合わせてある。これら以外の構成は、第1の実施形態における偏波無依存型多心光アイソレータ1と同じ構成となっている。   The polarization-independent multi-core optical isolator 20 in the present embodiment is formed by tilting the end face 22a of the optical fiber array 22 by 8 ° with respect to a plane perpendicular to the optical axes of the optical fibers 10 to 13, The light input / output end faces 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b of the rutile crystal 3, the quartz glass plate 4 and the half-wave plate 5 are arranged parallel to the end face 22a of the optical fiber array 22, that is, inclined by 8 °. Has been. Further, the end face 26 a facing the quartz glass plate 4 and the half-wave plate 5 of the converging rod lens 26 is formed to be inclined by 8 ° so as to be substantially parallel to the end face 22 a of the optical fiber array 22. The half-wave plate 5 has the optical axis aligned when the optical signal A and the optical signal B are incident at an angle of 8 °. Other configurations are the same as those of the polarization-independent multi-core optical isolator 1 in the first embodiment.

上記の構成において、波長1.55[μm]の光信号A及び光信号Bが偏波無依存型多心光アイソレータ20を順方向に伝搬する場合の動作について説明する。上述した図5には、光信号Aが光ファイバ10から順方向に入射されたときの光信号経路、及び光信号Bが光ファイバ12から順方向に入射されたときの光信号経路が示されている。また、図6(a)〜(i)には、図5に示すFA,FB,FC,FD,FE,FF,FG,FH,FJの各位置における光信号Aの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されており、同図(j)〜(r)には、これら各位置における光信号Bの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されている。同図は、前述の図2,図4と同様に、光ファイバアレイ22側からルチル結晶3側を見た状態で表示されており、紙面に垂直な方向が光ファイバ10〜13の各光軸方向になっている。また、同図においても、水平に描かれた点線は光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面、垂直に描かれた一点鎖線は、光ファイバアレイ22の中心線2cを通り、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な平面を示す。この平面は集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cを含んでいる。   The operation when the optical signal A and the optical signal B having a wavelength of 1.55 [μm] propagate through the polarization-independent multi-core optical isolator 20 in the forward direction in the above configuration will be described. FIG. 5 described above shows an optical signal path when the optical signal A is incident in the forward direction from the optical fiber 10 and an optical signal path when the optical signal B is incident in the forward direction from the optical fiber 12. ing. 6A to 6I show the ordinary ray O and extraordinary ray E of the optical signal A at the positions FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, and FJ shown in FIG. (J) to (r) show the polarization state and the arrangement relationship of the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal B at each of these positions. It is shown. This figure is displayed in a state where the rutile crystal 3 side is viewed from the optical fiber array 22 side, as in FIGS. 2 and 4 described above, and each optical axis of the optical fibers 10 to 13 is in a direction perpendicular to the paper surface. It is in the direction. Also in this figure, the dotted line drawn horizontally is a plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, and the alternate long and short dash line passes through the center line 2 c of the optical fiber array 22 and passes through the optical fiber 10. The plane perpendicular | vertical to the plane containing each optical axis of -13 is shown. This plane includes the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 26.

図5に示すように、光ファイバ10の他端10bから順方向に入射された光信号Aは、始めにルチル結晶3の端面3aに所定角度で入射される。図6(a)には、このときの光信号Aの偏波状態及び配置関係が示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。前述したように、ルチル結晶3の結晶光学軸3cは光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な方向に配向されている。このため、光信号Aは、ルチル結晶3を通過する際に、結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有する異常光線Eが、結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する常光線Oから空間変位3dを受け、常光線O及び異常光線Eは、図6(b)に示すように、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離される。   As shown in FIG. 5, the optical signal A incident in the forward direction from the other end 10b of the optical fiber 10 is first incident on the end face 3a of the rutile crystal 3 at a predetermined angle. FIG. 6A shows the polarization state and arrangement relationship of the optical signal A at this time, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. As described above, the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3 is oriented in a direction perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10-13. Therefore, when the optical signal A passes through the rutile crystal 3, the extraordinary ray E having a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3c is an ordinary ray having a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c. Upon receiving the spatial displacement 3d from O, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are separated in a direction perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, as shown in FIG.

分離された常光線O及び異常光線Eは半波長板5の端面5aに所定角度で入射される。半波長板5の光軸は、図6(b)に示す状態の常光線Oの偏波方向に対して反時計方向に22.5°の角度で配向されているため、常光線O及び異常光線Eの偏波方向は、図6(c)に示すように反時計方向に45°回転される。   The separated ordinary ray O and extraordinary ray E are incident on the end face 5a of the half-wave plate 5 at a predetermined angle. Since the optical axis of the half-wave plate 5 is oriented at an angle of 22.5 ° counterclockwise with respect to the polarization direction of the ordinary ray O in the state shown in FIG. The polarization direction of the light beam E is rotated by 45 ° counterclockwise as shown in FIG.

続いて、常光線O及び異常光線Eは集束性ロッドレンズ26の端面26aに入射される。その際、常光線O及び異常光線Eは、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に平行で集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸26cを含む平面を、ほぼ等間隔に上下で挟む位置に入射される。このとき、常光線O及び異常光線Eは集束中心光軸6cからほぼ等距離の位置にある。集束性ロッドレンズ26内において常光線O及び異常光線Eは、平行光線に変換され、進むに連れて互いに近接するとともに集束中心光軸6cにも近接し、約1°の出射角でレンズ端面から出射される。このときの常光線O及び異常光線Eの状態が図6(d)に示されている。   Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are incident on the end face 26 a of the converging rod lens 26. At that time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E sandwich a plane parallel to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 and including the converging center optical axis 26c of the converging rod lens 26 from above and below at substantially equal intervals. Incident on the position. At this time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are substantially equidistant from the focusing center optical axis 6c. In the converging rod lens 26, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays, approaching each other as they proceed and approaching the converging center optical axis 6c, and from the lens end face at an exit angle of about 1 °. Emitted. The state of the ordinary ray O and the extraordinary ray E at this time is shown in FIG.

集束性ロッドレンズ26のレンズ端面から出射された常光線O及び異常光線Eは、次に、約200[μm]の空隙7を通過して着磁ガーネット結晶8に入射される。常光線O及び異常光線Eは、この着磁ガーネット結晶8によってその偏波方向が反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8からの光信号Aは、次に、全反射鏡9によって反射されるが、この全反射鏡9上では、常光線O及び異常光線Eの位置は、図6(e)に示すように、ほぼ一致する。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the lens end face of the converging rod lens 26 pass through the gap 7 of about 200 [μm] and enter the magnetized garnet crystal 8. The polarization direction of the ordinary ray O and the extraordinary ray E is rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8. Next, the optical signal A from the magnetized garnet crystal 8 is reflected by the total reflection mirror 9, and on this total reflection mirror 9, the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are shown in FIG. As shown, they are almost identical.

全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、再び着磁ガーネット結晶8に入射され、この着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8を往復して通過することで、各光線O,Eはそれぞれの偏波方向が反時計方向に45°回転されたことになり、半波長板5での45°の回転と合わせると、結果的に反時計方向に90°回転されたことになる。この状態が図6(f)に示されている。   The ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 enter the magnetized garnet crystal 8 again, and are further rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8. By reciprocating through the magnetized garnet crystal 8, the light beams O and E have their polarization directions rotated 45 ° counterclockwise, and the half-wave plate 5 rotates 45 °. Together, this results in a 90 ° counterclockwise rotation. This state is shown in FIG.

また、全反射鏡9での反射により、集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cを通り光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な面内では、常光線O及び異常光線Eは物理的位置が入れ替えられるが、各々の偏波状態は反射前と同じ状態を保持している。また、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に平行な面内では、常光線O及び異常光線Eは集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cを挟んで、光ファイバ10側から光ファイバ11側に空間位置が入れ替えられる。   Further, due to reflection by the total reflection mirror 9, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are passed in a plane perpendicular to the plane including the respective optical axes of the optical fibers 10 to 13 through the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 26. Although the physical positions are interchanged, the polarization states of each remain the same as before reflection. Further, in a plane parallel to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are emitted from the optical fiber 10 side across the focusing center optical axis 6 c of the focusing rod lens 26. The spatial position is switched to the fiber 11 side.

次に、着磁ガーネット結晶8から出射した常光線O及び異常光線Eは、約200[μm]の空隙7を通過して集束性ロッドレンズ26に入射される。集束性ロッドレンズ26の効果により、常光線O及び異常光線Eは、平行光線に変換され、進むに連れて互いに離されるとともに集束中心光軸6cからも離される。このときの状態が図6(g)に示されている。続いて、常光線O及び異常光線Eは石英ガラス板4を通過するが、各光線の偏波方向は影響されない。このときの状態が図6(h)に示されている。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the magnetized garnet crystal 8 pass through the gap 7 of about 200 [μm] and enter the converging rod lens 26. Due to the effect of the converging rod lens 26, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays, separated from each other as they travel, and away from the converging center optical axis 6c. The state at this time is shown in FIG. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E pass through the quartz glass plate 4, but the polarization direction of each ray is not affected. The state at this time is shown in FIG.

次に、常光線O及び異常光線Eはルチル結晶3の端面3bに所定角度で入射される。ルチル結晶3内において、常光線Oは、その偏波方向が90°回転されてルチル結晶3の結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有する状態になっているため、空間変位作用を受ける。しかし、異常光線Eは、その偏波方向が90°回転されてルチル結晶3の結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する状態になっているため、空間変位作用を受けずに通過する。従って、空間変位を受けた常光線Oは、図6(i)に示すように、異常光線Eと再結合する。再結合した常光線O及び異常光線Eは光ファイバ11に入射し、順方向の出力光信号として外部の光信号路へ伝送される。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are incident on the end surface 3 b of the rutile crystal 3 at a predetermined angle. In the rutile crystal 3, the ordinary ray O is subjected to a spatial displacement action because its polarization direction is rotated by 90 ° and has a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3 c of the rutile crystal 3. . However, since the polarization direction of the extraordinary ray E is rotated by 90 ° and has a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3, the extraordinary ray E passes through without being subjected to a spatial displacement action. . Therefore, the ordinary ray O that has undergone the spatial displacement is recombined with the extraordinary ray E as shown in FIG. The recombined ordinary ray O and extraordinary ray E enter the optical fiber 11 and are transmitted to an external optical signal path as a forward output optical signal.

また、光ファイバ12の他端12bから順方向に入射された光信号Bは、図6(j)〜(r)に示すように、光信号Aの外側で光信号Aと同様な経路で伝搬する。つまり、光信号Bは、始めにルチル結晶3の端面3aに所定角度で入射される。図6(j)には、このときの光信号Bの偏波状態及び配置関係が示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。常光線O及び異常光線Eは、図6(k)に示すように、ルチル結晶3内で光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離された後、図6(l)に示すように、半波長板5によりそれぞれ反時計方向に45°回転される。続いて、集束性ロッドレンズ6内に入射された常光線O及び異常光線Eは、図6(m)に示すように変換されてレンズ端面から出射される。そして、空隙7を通過してから、着磁ガーネット結晶8に入射され、偏波方向が反時計方向に22.5°回転される。続いて、常光線O及び異常光線Eは全反射鏡9により反射される。図6(n)に示すように、この全反射鏡9上では常光線O及び異常光線Eの位置はほぼ一致する。   Further, the optical signal B incident in the forward direction from the other end 12b of the optical fiber 12 propagates along the same path as the optical signal A outside the optical signal A, as shown in FIGS. To do. That is, the optical signal B is first incident on the end surface 3a of the rutile crystal 3 at a predetermined angle. FIG. 6 (j) shows the polarization state and arrangement relationship of the optical signal B at this time, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. The ordinary ray O and the extraordinary ray E are separated in a direction perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 in the rutile crystal 3 as shown in FIG. As shown in (l), each half-wave plate 5 is rotated 45 ° counterclockwise. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E that have entered the converging rod lens 6 are converted as shown in FIG. 6 (m) and emitted from the lens end face. Then, after passing through the gap 7, it enters the magnetized garnet crystal 8, and the polarization direction is rotated 22.5 ° counterclockwise. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are reflected by the total reflection mirror 9. As shown in FIG. 6 (n), the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E substantially coincide on the total reflection mirror 9.

次に、全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、再び着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。この状態が図6(o)に示されている。続いて、常光線O及び異常光線Eは、空隙7を通過した後、集束性ロッドレンズ6の効果により、図6(p)に示すように変換される。この後、石英ガラス板4を通過するが各光線の偏波方向は影響されない。このときの状態が図6(q)に示されている。この後、ルチル結晶3内において、常光線Oはルチル結晶3により空間変位作用を受けるが、異常光線Eは空間変位作用を受けずに通過するため、図6(r)に示すように、常光線Oと異常光線Eとは再結合する。再結合した常光線O及び異常光線Eは光ファイバ13に入射し、順方向の出力光信号として外部の光信号路へ伝送される。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 are further rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8 again. This state is shown in FIG. Subsequently, after passing through the gap 7, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted as shown in FIG. 6 (p) due to the effect of the converging rod lens 6. Thereafter, it passes through the quartz glass plate 4, but the polarization direction of each light beam is not affected. The state at this time is shown in FIG. Thereafter, in the rutile crystal 3, the ordinary ray O is subjected to a spatial displacement action by the rutile crystal 3, but the extraordinary ray E passes through without being subjected to the spatial displacement action. Therefore, as shown in FIG. Ray O and extraordinary ray E recombine. The recombined ordinary ray O and extraordinary ray E enter the optical fiber 13 and are transmitted to the external optical signal path as a forward output optical signal.

次に、波長1.55[μm]の光信号A及び光信号Bが偏波無依存型多心光アイソレータ20を逆方向に伝搬する場合の動作について説明する。図7には、光信号Aが光ファイバ11から逆方向に入射されたときの光信号経路、及び光信号Bが光ファイバ13から逆方向に入射されたときの光信号経路が示されており、同図(a)は偏波無依存型多心光アイソレータ20の平面図、同図(b)はその側面図である。なお、同図において図5と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。また、図8(a)〜(i)には、図7に示すBA,BB,BC,BD,BE,BF,BG,BH,BJの各位置における光信号Aの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されており、同図(j)〜(r)には、これら各位置における光信号Bの常光線O及び異常光線Eの偏波状態と配置関係とが示されている。図8は、前述の図2,図4,図6と同様に、光ファイバアレイ22側からルチル結晶3側を見た状態で表示されており、紙面に垂直な方向が光ファイバ10〜13の各光軸方向になっている。また、同図においても、水平に描かれた点線は光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面、垂直に描かれた一点鎖線は、光ファイバアレイ22の中心線2cを通り、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な平面を示す。この平面は集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cを含んでいる。   Next, an operation when the optical signal A and the optical signal B having a wavelength of 1.55 [μm] propagate through the polarization-independent multi-core optical isolator 20 in the reverse direction will be described. FIG. 7 shows an optical signal path when the optical signal A is incident in the reverse direction from the optical fiber 11 and an optical signal path when the optical signal B is incident in the reverse direction from the optical fiber 13. (A) is a plan view of the polarization-independent multi-core optical isolator 20, and (b) is a side view thereof. In the figure, the same parts as those in FIG. 8A to 8I show the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal A at the positions BA, BB, BC, BD, BE, BF, BG, BH, BJ shown in FIG. (J) to (r) show the polarization state and the arrangement relationship of the ordinary ray O and the extraordinary ray E of the optical signal B at each of these positions. It is shown. FIG. 8 is displayed in a state where the rutile crystal 3 side is viewed from the optical fiber array 22 side as in FIGS. 2, 4, and 6, and the direction perpendicular to the paper surface is that of the optical fibers 10 to 13. Each optical axis direction. Also in this figure, the dotted line drawn horizontally is a plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13, and the alternate long and short dash line passes through the center line 2 c of the optical fiber array 22 and passes through the optical fiber 10. The plane perpendicular | vertical to the plane containing each optical axis of -13 is shown. This plane includes the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 26.

図7に示すように波長1.55[μm]の光信号Aは光ファイバ11から逆方向に出射され、始めにルチル結晶3の端面3aに所定角度で入射される。このときの状態が図8(a)に示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。ルチル結晶3に入射された光信号Aは、前述したようにルチル結晶3内において、図8(b)に示すように、結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有する異常光線Eが、結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する常光線Oからの空間変位を受け、常光線Oと異常光線Eとは光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離される。続いて、分離された常光線O及び異常光線Eは石英ガラス板4を通過するが、常光線O及び異常光線Eの偏波方向は影響されず、回転しない。このときの状態が図8(c)に示されている。   As shown in FIG. 7, an optical signal A having a wavelength of 1.55 [μm] is emitted from the optical fiber 11 in the reverse direction, and is first incident on the end face 3a of the rutile crystal 3 at a predetermined angle. The state at this time is shown in FIG. 8A, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. As described above, the optical signal A incident on the rutile crystal 3 includes an extraordinary ray E having a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3c in the rutile crystal 3, as shown in FIG. The ordinary ray O and the extraordinary ray E receive a spatial displacement from the ordinary ray O having a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are perpendicular to the plane including each optical axis of the optical fibers 10-13. Separated. Subsequently, the separated ordinary ray O and extraordinary ray E pass through the quartz glass plate 4, but the polarization directions of the ordinary ray O and extraordinary ray E are not affected and do not rotate. The state at this time is shown in FIG.

次に、石英ガラス板4から出射した常光線O及び異常光線Eは、集束性ロッドレンズ26の端面26aに所定角度で入射される。その際、常光線O及び異常光線Eは、光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に平行で集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cを含む平面を、ほぼ等間隔に上下で挟む位置に入射される。このとき、常光線O及び異常光線Eは、集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cからほぼ等距離の位置にある。集束性ロッドレンズ26内において常光線O及び異常光線Eは、平行光線に変換され、進むに連れて互いに近接するとともに集束中心光軸6cにも近接し、約1°の出射角でレンズ端面から出射される。このときの常光線O及び異常光線Eの状態が図8(d)に示されている。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the quartz glass plate 4 are incident on the end surface 26 a of the converging rod lens 26 at a predetermined angle. At that time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E sandwich a plane parallel to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 and including the converging center optical axis 6c of the converging rod lens 26 from above and below at substantially equal intervals. Incident on the position. At this time, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are at substantially equal distances from the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 26. In the converging rod lens 26, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays, approaching each other as they proceed and approaching the converging center optical axis 6c, and from the lens end face at an exit angle of about 1 °. Emitted. The state of the ordinary ray O and the extraordinary ray E at this time is shown in FIG.

集束性ロッドレンズ26のレンズ端面から出射された常光線O及び異常光線Eは、約200[μm]の空隙7を通過して着磁ガーネット結晶8に入射される。入射された常光線O及び異常光線Eは、この着磁ガーネット結晶8によってその偏波方向が反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8からの光信号Aは、次に、全反射鏡9によって反射されるが、この全反射鏡9上では常光線O及び異常光線Eの位置は、図8(e)に示すように、ほぼ一致する。全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、再び着磁ガーネット結晶8に入射され、この着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。着磁ガーネット結晶8を往復して通過することで、結果的に各光線O,Eはその偏波方向が反時計方向に45°回転されたことになる。このときの状態が図8(f)に示されている。   The ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the lens end face of the converging rod lens 26 pass through the gap 7 of about 200 [μm] and enter the magnetized garnet crystal 8. The incident ordinary ray O and extraordinary ray E are rotated by 22.5 ° in the counterclockwise direction by the magnetized garnet crystal 8. Next, the optical signal A from the magnetized garnet crystal 8 is reflected by the total reflection mirror 9. On this total reflection mirror 9, the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are shown in FIG. 8 (e). And so on. The ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 enter the magnetized garnet crystal 8 again, and are further rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8. By passing back and forth through the magnetized garnet crystal 8, as a result, the polarization directions of the light beams O and E are rotated 45 ° counterclockwise. The state at this time is shown in FIG.

また、全反射鏡9での反射により、集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cを通り光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に垂直な面内では、常光線O及び異常光線Eは物理的位置が入れ替えられるが、各々の偏波状態は反射前と同じ状態を保持している。また、光ファイバ10,11のそれぞれの光軸を含む平面に平行な面内では、常光線O及び異常光線Eは集束性ロッドレンズ26の集束中心光軸6cを挟んで、光ファイバ11側から光ファイバ10側に空間位置が入れ替えられる。   Further, due to reflection by the total reflection mirror 9, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are passed in a plane perpendicular to the plane including the respective optical axes of the optical fibers 10 to 13 through the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 26. Although the physical positions are interchanged, the polarization states of each remain the same as before reflection. Further, in the plane parallel to the plane including the respective optical axes of the optical fibers 10 and 11, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are located from the optical fiber 11 side across the converging center optical axis 6 c of the converging rod lens 26. The spatial position is switched to the optical fiber 10 side.

次に、着磁ガーネット結晶8から出射した常光線O及び異常光線Eは、約200[μm]の空隙7を通過して集束性ロッドレンズ26に入射される。常光線O及び異常光線Eは、集束性ロッドレンズ26の効果により平行光線に変換され、進むに連れて互いに離されるとともに集束中心光軸6cからも離される。このときの状態が図8(g)に示されている。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E emitted from the magnetized garnet crystal 8 pass through the gap 7 of about 200 [μm] and enter the converging rod lens 26. The ordinary ray O and the extraordinary ray E are converted into parallel rays by the effect of the converging rod lens 26, and are separated from each other as they travel and away from the converging center optical axis 6c. The state at this time is shown in FIG.

続いて、分離された常光線O及び異常光線Eは半波長板5の端面5bに所定角度で入射されるが、半波長板5は、図8(g)に示す状態の常光線Oの偏波方向に対して−22.5°の角度で光軸が配向されているため、常光線O及び異常光線Eの偏波方向は反時計方向に−45°回転される。この結果、半波長板5によって回転される偏波方向の角度−45°と、着磁ガーネット結晶8によって回転される偏波方向の角度45°とが相殺され、常光線O及び異常光線Eの偏波方向の回転角度の総和は0°になる。この状態が図8(h)に示されている。   Subsequently, the separated ordinary ray O and extraordinary ray E are incident on the end surface 5b of the half-wave plate 5 at a predetermined angle, but the half-wave plate 5 has a polarization of the ordinary ray O in the state shown in FIG. Since the optical axis is oriented at an angle of −22.5 ° with respect to the wave direction, the polarization directions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are rotated by −45 ° counterclockwise. As a result, the angle −45 ° of the polarization direction rotated by the half-wave plate 5 and the angle 45 ° of the polarization direction rotated by the magnetized garnet crystal 8 cancel each other, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E The total rotation angle in the polarization direction is 0 °. This state is shown in FIG.

半波長板5を通過した常光線O及び異常光線Eは、次にルチル結晶3の端面3bに所定角度で入射される。このとき、常光線Oは、ルチル結晶3の結晶光学軸3cに垂直な方向の偏波を有する状態になっているため、空間変位作用を受けずに通過する。また、異常光線Eは、ルチル結晶3の結晶光学軸3cに平行な方向の偏波を有するため、図8(i)に示すように、常光線Oから離れる空間変位作用を受ける。この結果、常光線O及び異常光線Eは再結合されず、いずれも光ファイバ10から30[μm]程度ずれるため、光ファイバ10には入射されない。このため、光信号Aについての逆方向のアイソレーションが実現される。   The ordinary ray O and the extraordinary ray E that have passed through the half-wave plate 5 are then incident on the end face 3b of the rutile crystal 3 at a predetermined angle. At this time, since the ordinary ray O is in a state of having a polarization in a direction perpendicular to the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3, it passes through without being subjected to a spatial displacement action. In addition, the extraordinary ray E has a polarization in a direction parallel to the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3, and thus undergoes a spatial displacement action away from the ordinary ray O as shown in FIG. As a result, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are not recombined, and both are not incident on the optical fiber 10 because they are shifted from the optical fiber 10 by about 30 [μm]. For this reason, the isolation of the reverse direction about the optical signal A is implement | achieved.

また、光ファイバ13の他端13bから逆方向に入射された光信号Bは、図8(j)〜(r)に示すように、光信号Aの外側で光信号Aと同様な経路で伝搬する。つまり、光信号Bは、始めにルチル結晶3の端面3aに所定角度で入射される。図8(j)には、このときの光信号Bの偏波状態及び配置関係が示されており、常光線Oと異常光線Eとは直交している。常光線O及び異常光線Eは、図8(k)に示すように、ルチル結晶3内で光ファイバ10〜13の各光軸を含む平面に対して垂直な方向に分離される。分離された常光線O及び異常光線Eは、図8(l)に示すように、偏波方向が回転しない状態で石英ガラス板4を通過した後、集束性ロッドレンズ26により、図8(m)に示すように変換される。続いて、常光線O及び異常光線Eは、空隙7を通過した後、着磁ガーネット結晶8により偏波方向が反時計方向に22.5°回転されてから全反射鏡9によって反射される。図8(n)に示すように、この全反射鏡9上では常光線O及び異常光線Eの位置はほぼ一致する。   Further, the optical signal B incident in the reverse direction from the other end 13b of the optical fiber 13 propagates on the same path as the optical signal A outside the optical signal A, as shown in FIGS. To do. That is, the optical signal B is first incident on the end surface 3a of the rutile crystal 3 at a predetermined angle. FIG. 8J shows the polarization state and arrangement relationship of the optical signal B at this time, and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are orthogonal to each other. The ordinary ray O and the extraordinary ray E are separated in the direction perpendicular to the plane including the optical axes of the optical fibers 10 to 13 in the rutile crystal 3 as shown in FIG. As shown in FIG. 8 (l), the separated ordinary ray O and extraordinary ray E pass through the quartz glass plate 4 in a state in which the polarization direction does not rotate, and then, by the converging rod lens 26, FIG. ). Subsequently, after passing through the gap 7, the ordinary ray O and the extraordinary ray E are reflected by the total reflection mirror 9 after the polarization direction is rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8. As shown in FIG. 8 (n), on the total reflection mirror 9, the positions of the ordinary ray O and the extraordinary ray E are substantially the same.

次に、全反射鏡9によって反射された常光線O及び異常光線Eは、再び着磁ガーネット結晶8によってさらに反時計方向に22.5°回転される。この状態が図8(o)に示されている。続いて、常光線O及び異常光線Eは、空隙7を通過し、集束性ロッドレンズ26の効果により、図8(p)に示すように変換される。この後、図8(q)に示すように、常光線O及び異常光線Eは半波長板5によりそれぞれ反時計方向に−45°回転される。この後、ルチル結晶3内において、常光線Oは空間変位作用を受けずに通過するが、異常光線Eはルチル結晶3により空間変位作用を受けるため、図8(r)に示すように、常光線Oと異常光線Eとは再結合されず、光ファイバ12には入射されない。このため、光信号Bについての逆方向のアイソレーションが実現される。   Next, the ordinary ray O and the extraordinary ray E reflected by the total reflection mirror 9 are further rotated by 22.5 ° counterclockwise by the magnetized garnet crystal 8 again. This state is shown in FIG. Subsequently, the ordinary ray O and the extraordinary ray E pass through the gap 7 and are converted as shown in FIG. 8 (p) by the effect of the converging rod lens 26. Thereafter, as shown in FIG. 8 (q), the ordinary ray O and the extraordinary ray E are rotated by −45 ° counterclockwise by the half-wave plate 5, respectively. Thereafter, the ordinary ray O passes through the rutile crystal 3 without being subjected to the spatial displacement action. However, since the extraordinary ray E is subject to the spatial displacement action by the rutile crystal 3, as shown in FIG. The light beam O and the extraordinary light beam E are not recombined and are not incident on the optical fiber 12. For this reason, the isolation of the reverse direction about the optical signal B is implement | achieved.

このような本発明の第2の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ20においても、第1の実施形態における偏波無依存型多心光アイソレータ1と同様な作用効果が得られる。   Also in the polarization independent multi-fiber optical isolator 20 according to the second embodiment of the present invention, the same operational effects as the polarization independent multi-fiber optical isolator 1 in the first embodiment can be obtained.

さらに、本実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ20によれば、光ファイバアレイ22の端面22aが光ファイバ10〜13の各光軸に垂直な平面に対して8°傾けられており、ルチル結晶3及び半波長板5の各光入出力端面3a,3b,5a,5b、並びに集束性ロッドレンズ26の半波長板5に対峙する端面26aが、光ファイバアレイ22の端面22aにほぼ平行に配置,形成されている。このため、光ファイバ10〜13から入射された入射光信号Aや入射光信号B及びこれらが全反射鏡9で反射した反射光信号Aや反射光信号Bが、ルチル結晶3及び半波長板5の各光入出力端面3a,3b,5a,5b並びに集束性ロッドレンズ26の半波長板5に対峙する端面26aで反射して生じる反射光は、元の方向に戻ることがなくなり、出射元の各光ファイバ10〜13内に入射されなくなる。このため、光ファイバ10〜13から入射された入射光信号A,B及び全反射鏡9で反射した反射光信号A,Bが各端面3a,3b,5a,5b及び26aで反射して生じる反射光の影響は低減される。従って、光ファイバ10〜13に接続される光装置へ反射光が入力されることが少なくなり、光信号が順方向に伝搬するときに反射光が光装置のノイズにならなくなる。   Furthermore, according to the polarization-independent type multi-core optical isolator 20 according to the present embodiment, the end face 22a of the optical fiber array 22 is inclined by 8 ° with respect to a plane perpendicular to the optical axes of the optical fibers 10-13. The light input / output end faces 3a, 3b, 5a, 5b of the rutile crystal 3 and the half-wave plate 5 and the end face 26a of the converging rod lens 26 facing the half-wave plate 5 are substantially on the end face 22a of the optical fiber array 22. They are arranged and formed in parallel. Therefore, the incident light signal A and the incident light signal B incident from the optical fibers 10 to 13 and the reflected light signal A and the reflected light signal B reflected by the total reflection mirror 9 are the rutile crystal 3 and the half-wave plate 5. The light input / output end faces 3a, 3b, 5a and 5b and the end face 26a facing the half-wave plate 5 of the converging rod lens 26 do not return to the original direction, and return to the original direction. It is not incident on each of the optical fibers 10-13. For this reason, the incident light signals A and B incident from the optical fibers 10 to 13 and the reflected light signals A and B reflected by the total reflection mirror 9 are reflected by the end faces 3a, 3b, 5a, 5b and 26a and are generated. The effect of light is reduced. Therefore, it is less likely that reflected light is input to the optical device connected to the optical fibers 10 to 13, and the reflected light does not become noise of the optical device when the optical signal propagates in the forward direction.

なお、上記の各実施形態においては、2対の光ファイバ10,11及び光ファイバ12,13が光ファイバアレイ2に並列配置されている場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、必要に応じて、光ファイバの対の数を選択することが出来る。   In each of the above embodiments, the case where the two pairs of optical fibers 10 and 11 and the optical fibers 12 and 13 are arranged in parallel in the optical fiber array 2 has been described. However, the present invention is not limited to this. Instead, the number of optical fiber pairs can be selected as required.

図9は、アレイ本体に開口したキャピラリ、すなわち、毛管状の穴によって入射光ファイバ10,12・・・及び出射光ファイバ11,13・・・が同一平面上で等間隔に固定された光ファイバアレイ2を、各光ファイバ10〜13の光軸に垂直な面で切断した断面図である。同図(a)は、2本の光ファイバ10,11間の中心を中心線2cとして合計2n(n≧2)本のn対の光ファイバを、n本ずつ左右に振り分けて配置した場合を示している。同図(b)は、1本の光ファイバの光軸を中心線2cとして同じく合計2n本のn対の光ファイバを、n本ずつ左右に振り分けて配置した場合を示している。光ファイバアレイ2は、アレイ本体に開口したキャピラリに各入射光ファイバ10,12・・・及び各出射光ファイバ11,13・・・が挿入されて構成されたり、または、アレイ本体に切削加工されたV溝に各入射光ファイバ10,12・・・及び各出射光ファイバ11,13・・・が載置され固定されて構成される。   9 shows an optical fiber in which the incident optical fibers 10, 12,... And the outgoing optical fibers 11, 13,... Are fixed at equal intervals on the same plane by capillaries opened in the array body, that is, capillary holes. It is sectional drawing which cut | disconnected the array 2 by the surface perpendicular | vertical to the optical axis of each optical fiber 10-13. The figure (a) shows a case where a total of 2n (n ≧ 2) n pairs of optical fibers are distributed to the left and right by n with the center between the two optical fibers 10 and 11 as the center line 2c. Show. FIG. 2B shows a case where a total of 2n n pairs of optical fibers are arranged in the left-right direction by n, with the optical axis of one optical fiber as the center line 2c. The optical fiber array 2 is configured by inserting the respective incident optical fibers 10, 12,... And the respective outgoing optical fibers 11, 13,... Into capillaries opened in the array body, or is cut into the array body. Each of the incident optical fibers 10, 12,... And each of the outgoing optical fibers 11, 13,.

この構成によれば、n対の入射光ファイバ10,12・・・及び出射光ファイバ11,13・・・間の間隔は、光ファイバアレイ2の1本の光ファイバを中心線2cとして対称に配置された2本の光ファイバ間の距離、または、光ファイバアレイ2の2本の光ファイバ10,11間の中心を中心線2cとして対称に配置された2本の光ファイバ間の距離になる。従って、偏波無依存型多心光アイソレータ1,20の使用用途や使用スペースに応じて、対の入射光ファイバ10,12・・・及び出射光ファイバ11,13・・・間の間隔を選択することが出来る。また、偏波無依存型多心光アイソレータ1,20は、光信号路を構成する複数本の光ファイバと、アレイ本体のキャピラリまたはV溝に整列させられた光ファイバを介して接続される。このため、偏波無依存型多心光アイソレータ1,20は光信号路を構成する複数本の光ファイバと容易に接続可能となる。また、光ファイバアレイ2を、心数の異なる他の光ファイバアレイと交換するだけで、容易に、信号路数の異なる偏波無依存型多心光アイソレータ1,20を構成することが出来る。   According to this configuration, the distance between the n pairs of incident optical fibers 10, 12,... And the outgoing optical fibers 11, 13,... Is symmetrical with one optical fiber of the optical fiber array 2 as the center line 2c. The distance between the two optical fibers arranged, or the distance between the two optical fibers arranged symmetrically with the center between the two optical fibers 10 and 11 of the optical fiber array 2 as the center line 2c. . Therefore, the distance between the pair of incident optical fibers 10, 12,... And the outgoing optical fibers 11, 13,. I can do it. The polarization-independent multi-fiber optical isolators 1 and 20 are connected to a plurality of optical fibers constituting an optical signal path and optical fibers aligned with capillaries or V grooves of the array body. For this reason, the polarization-independent multi-core optical isolators 1 and 20 can be easily connected to a plurality of optical fibers constituting the optical signal path. Further, the polarization-independent multi-fiber optical isolators 1 and 20 having different signal paths can be easily configured by simply replacing the optical fiber array 2 with another optical fiber array having a different number of cores.

また、上記各実施形態では、一方の対の入射光ファイバ10及び出射光ファイバ11と、他方の対の入射光ファイバ12及び出射光ファイバ13とを同一平面上に並列配置した場合について説明した。しかし、これら各対の光ファイバ10〜13は必ずしも同一平面上にある必要はなく、一方の対の入射光ファイバ10及び出射光ファイバ11と、他方の対の入射光ファイバ12及び出射光ファイバ13とがそれぞれ異なる平面上に配置されていてもよい。また、各光ファイバ10〜13は必ずしも等間隔に配置されていなくてもよく、対となる入射光ファイバと出射光ファイバとが光ファイバアレイ2の中心線2cから等間隔にあればよい。   In each of the above embodiments, one pair of the incident optical fiber 10 and the outgoing optical fiber 11 and the other pair of the incoming optical fiber 12 and the outgoing optical fiber 13 are arranged in parallel on the same plane. However, these pairs of optical fibers 10 to 13 are not necessarily on the same plane. One pair of the incident optical fiber 10 and the outgoing optical fiber 11 and the other pair of the incoming optical fiber 12 and the outgoing optical fiber 13 are used. And may be arranged on different planes. Further, the optical fibers 10 to 13 do not necessarily have to be arranged at equal intervals, and the incident optical fiber and the outgoing optical fiber that form a pair need only be equidistant from the center line 2 c of the optical fiber array 2.

また、上記の各実施形態においては、光ファイバ10から出射された光信号A及び光ファイバ12から出射された光信号Bが通過する側に半波長板5を配置した場合を説明したが、前述したように、全反射鏡9で反射した反射光信号A及び反射光信号Bが通過する側に配置しても構わない。さらに、半波長板5と対にして石英ガラス板4を用いる代わりに偏波方向を回転させない媒質を用いることも可能である。   In each of the above embodiments, the case where the half-wave plate 5 is disposed on the side through which the optical signal A emitted from the optical fiber 10 and the optical signal B emitted from the optical fiber 12 pass has been described. As described above, the reflection light signal A and the reflection light signal B reflected by the total reflection mirror 9 may be disposed on the side through which they pass. Further, instead of using the quartz glass plate 4 in pair with the half-wave plate 5, a medium that does not rotate the polarization direction may be used.

また、非相反偏波面回転素子として着磁ガーネット結晶8を使用したが、使用する光信号波長において、偏波を22.5°回転させる非相反偏波面回転素子であれば他の媒質を用いることも可能である。例えば、非相反偏波面回転素子が磁性体で覆われている構成、すなわち、着磁されていない非相反偏波面回転素子に所定の磁界を与える磁石を、素子の外部に設置することも可能である。また、集光手段として屈折率分布型の集束性ロッドレンズ6,26を用いたが、各光ファイバ10〜13から入射された光信号A及び光信号Bがルチル結晶3によって常光線Oと異常光線Eとに分離される場合、常光線O及び異常光線Eの分離方向が光ファイバ10〜13の対の各光軸を含む平面に対して直交するようにルチル結晶3の結晶光学軸3cが配向され、常光線O及び異常光線Eがそれぞれレンズの中心光軸からほぼ等距離の位置に配置されている限りにおいて、多くの異なる集光手段が使用可能である。   In addition, although the magnetized garnet crystal 8 is used as the nonreciprocal polarization plane rotation element, other medium may be used as long as the nonreciprocal polarization plane rotation element rotates the polarization by 22.5 ° at the optical signal wavelength to be used. Is also possible. For example, a configuration in which a nonreciprocal polarization plane rotating element is covered with a magnetic material, that is, a magnet that applies a predetermined magnetic field to a non-reciprocal polarization plane rotating element that is not magnetized can be installed outside the element. is there. Further, although the refractive index distribution type converging rod lenses 6 and 26 are used as the condensing means, the optical signal A and the optical signal B incident from the respective optical fibers 10 to 13 are abnormal from the ordinary ray O by the rutile crystal 3. When the light beam E is separated from the light beam E, the crystal optical axis 3c of the rutile crystal 3 is set so that the separation direction of the ordinary light beam O and the extraordinary light beam E is perpendicular to the plane including the optical axes of the pair of optical fibers 10-13. Many different condensing means can be used as long as they are oriented and the ordinary ray O and the extraordinary ray E are arranged at approximately equal distances from the central optical axis of the lens.

また、上述の第2の実施形態では、光ファイバアレイ22の端面22a、並びにルチル結晶3,石英ガラス板4,半波長板5の各光入出力端面3a,3b,4a,4b,5a,5b、及び集束性ロッドレンズ26の端面26aを光ファイバ10,11,12,13の光軸に垂直な平面に対して8°傾けた場合について説明したが、3〜16°の範囲で傾けるようにしてもよい。   In the second embodiment, the end face 22a of the optical fiber array 22 and the light input / output end faces 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b of the rutile crystal 3, the quartz glass plate 4, and the half-wave plate 5 are used. In the above description, the end surface 26a of the converging rod lens 26 is tilted by 8 ° with respect to the plane perpendicular to the optical axis of the optical fibers 10, 11, 12, and 13. However, the end surface 26a is tilted within a range of 3 to 16 °. May be.

上記のいずれの場合においても、上記の各実施形態と同様な作用効果が得られる。   In any of the above cases, the same effects as those of the above embodiments can be obtained.

上記の各実施形態においては、偏波無依存型多心光アイソレータを光通信システムに適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光センサシステムに適用することも可能である。このような場合においても上記の各実施形態と同様の作用効果が奏される。   In each of the above embodiments, the case where the polarization-independent type multi-fiber optical isolator is applied to an optical communication system has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to an optical sensor system. Is possible. Even in such a case, the same effects as the above-described embodiments are obtained.

本発明の第1の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータにおいて、順方向に光信号が伝搬するときの構成を示しており、(a)はその平面図、(b)はその側面図である。The polarization independent multi-fiber optical isolator according to the first embodiment of the present invention shows a configuration when an optical signal propagates in the forward direction, (a) is a plan view thereof, and (b) is a side view thereof. FIG. 本発明の第1の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ内の各位置における、順方向に伝搬する常光線及び異常光線の偏波状態と配置関係とを示す状態関係図である。FIG. 3 is a state relationship diagram showing polarization states and arrangement relationships of ordinary rays and extraordinary rays propagating in the forward direction at each position in the polarization-independent multi-core optical isolator according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータにおいて、逆方向に光信号が伝搬するときの構成を示しており、(a)はその平面図、(b)はその側面図である。The polarization independent multi-core optical isolator according to the first embodiment of the present invention shows a configuration when an optical signal propagates in the reverse direction, (a) is a plan view thereof, and (b) is a side view thereof. FIG. 本発明の第1の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ内の各位置における、逆方向に伝搬する常光線及び異常光線の偏波状態と配置関係とを示す状態関係図である。FIG. 3 is a state relationship diagram showing polarization states and arrangement relationships of ordinary rays and extraordinary rays propagating in opposite directions at each position in the polarization-independent multi-core optical isolator according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータにおいて、順方向に光信号が伝搬するときの構成を示しており、(a)はその平面図、(b)はその側面図である。The polarization independent multi-fiber optical isolator according to the second embodiment of the present invention shows a configuration when an optical signal propagates in the forward direction, (a) is a plan view thereof, and (b) is a side view thereof. FIG. 本発明の第2の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ内の各位置における、順方向に伝搬する常光線及び異常光線の偏波状態と配置関係とを示す状態関係図である。FIG. 10 is a state relationship diagram showing polarization states and arrangement relationships of ordinary rays and extraordinary rays propagating in the forward direction at each position in the polarization-independent multi-core optical isolator according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータにおいて、逆方向に光信号が伝搬するときの構成を示しており、(a)はその平面図、(b)はその側面図である。The polarization independent multi-core optical isolator according to the second embodiment of the present invention shows a configuration when an optical signal propagates in the reverse direction, (a) is a plan view thereof, and (b) is a side view thereof. FIG. 本発明の第2の実施形態による偏波無依存型多心光アイソレータ内の各位置における、逆方向に伝搬する常光線及び異常光線の偏波状態と配置関係とを示す状態関係図である。FIG. 6 is a state relationship diagram showing polarization states and arrangement relationships of ordinary rays and extraordinary rays propagating in opposite directions at each position in a polarization-independent multi-core optical isolator according to a second embodiment of the present invention. 本発明の変形例による偏波無依存型多心光アイソレータにおける、光ファイバアレイの断面図である。It is sectional drawing of the optical fiber array in the polarization independent type multi-core optical isolator by the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,20…偏波無依存型多心光アイソレータ
2,22…光ファイバアレイ
3…ルチル結晶
3c…結晶光学軸
4…石英ガラス板
5…半波長板
6,26…集束性ロッドレンズ
6c…集束中心光軸
7…空隙
8…着磁ガーネット結晶
9…全反射鏡
10,11,12,13…光ファイバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,20 ... Polarization-independent type multi-core optical isolator 2,22 ... Optical fiber array 3 ... Rutyl crystal 3c ... Crystal optical axis 4 ... Quartz glass plate 5 ... Half wavelength plate 6,26 ... Focusing rod lens 6c ... Focusing Central optical axis 7 ... Air gap 8 ... Magnetized garnet crystal 9 ... Total reflection mirror 10, 11, 12, 13 ... Optical fiber

Claims (11)

光軸が互いに平行で並列配置された,順方向の光信号を入射する入射光ファイバ及びこの入射光ファイバから入射した順方向の光信号を出射する出射光ファイバの複数の対と、結晶光学軸に対して所定方向にある光信号の異常光線に対して空間変位を作用させて前記順方向の光信号を常光線と異常光線とに分離する偏波分離素子と、前記各入射光ファイバの光軸側または前記各出射光ファイバの光軸側のいずれか一方に設けられ,前記順方向とその逆の逆方向との伝搬方向によって前記常光線及び前記異常光線の偏波方向をそれぞれ逆の回転方向に回転させる偏波面回転素子と、光信号の前記常光線及び前記異常光線の集光状態を変換する集光手段と、前記常光線及び前記異常光線の偏波方向を前記伝搬方向に関係なく一定の回転方向に回転させる非相反偏波面回転素子と、この非相反偏波面回転素子から出射される光信号の前記常光線及び前記異常光線を反射し,光信号を再び前記非相反偏波面回転素子に入射させる反射手段とがこの順に整列しており、
前記偏波分離素子により分離された前記常光線及び前記異常光線が、前記偏波面回転素子によって回転される偏波方向の角度と、前記非相反偏波面回転素子によって回転される偏波方向の角度とが、前記常光線及び前記異常光線が前記入射光ファイバの光軸側部分の前記偏波分離素子により分離されて順方向に伝搬するときには同じ回転方向となり、前記出射光ファイバの光軸側部分の前記偏波分離素子によって前記常光線及び前記異常光線が一致する相互位置に戻る空間変位作用を受け、前記常光線及び前記異常光線が前記出射光ファイバの光軸側部分の前記偏波分離素子により分離されて逆方向に伝搬するときには逆の回転方向になって相殺され、前記入射光ファイバの光軸側部分の前記偏波分離素子によって前記常光線及び前記異常光線の相互位置が更に離される空間変位作用を受けるように、前記偏波分離素子,前記偏波面回転素子及び前記非相反偏波面回転素子は相互に配置され、
前記偏波分離素子の結晶光学軸は、前記常光線及び前記異常光線の分離方向が、前記入射光ファイバ及び前記出射光ファイバの対の各光軸を含む平面に垂直で、この各光軸に平行な面内に配置されるように、配向されており、
前記集光手段の集束中心光軸は、対の入射光ファイバ及び出射光ファイバの各光軸から等距離に配置されていると共に、前記集光手段の前記偏波面回転素子と対峙する側において、前記入射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号の前記常光線及び前記異常光線、並びに前記入射光ファイバと対になる前記出射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号の前記常光線及び前記異常光線の4つの光線の各光軸からほぼ等距離に配置されていることを特徴とする偏波無依存型多心光アイソレータ。
A plurality of pairs of an incident optical fiber that inputs a forward optical signal and an outgoing optical fiber that emits a forward optical signal incident from the incident optical fiber, the optical axes of which are parallel and arranged in parallel, and a crystal optical axis A polarization separation element that applies a spatial displacement to an extraordinary ray of an optical signal in a predetermined direction to separate the forward optical signal into an ordinary ray and an extraordinary ray, and the light of each incident optical fiber Provided either on the axis side or on the optical axis side of each outgoing optical fiber, the polarization directions of the ordinary ray and the extraordinary ray are rotated in the reverse direction depending on the propagation direction of the forward direction and the opposite direction. A polarization plane rotating element that rotates in a direction, a condensing unit that converts a condensing state of the ordinary ray and the extraordinary ray of an optical signal, and a polarization direction of the ordinary ray and the extraordinary ray regardless of the propagation direction. Rotate in a certain direction of rotation Non-reciprocal polarization plane rotating element to be reflected, and reflecting means for reflecting the ordinary ray and the extraordinary ray of the optical signal emitted from the non-reciprocal polarization plane rotating element and causing the optical signal to enter the non-reciprocal polarization plane rotating element again Are arranged in this order,
The angle of the polarization direction rotated by the polarization plane rotation element and the angle of the polarization direction rotated by the non-reciprocal polarization plane rotation element, the ordinary ray and the extraordinary ray separated by the polarization separation element When the ordinary ray and the extraordinary ray are separated by the polarization separation element in the optical axis side portion of the incident optical fiber and propagate in the forward direction, the rotation direction is the same, and the optical axis side portion of the outgoing optical fiber The polarization separation element is subjected to a spatial displacement action of returning the ordinary ray and the extraordinary ray to a mutual position where the ordinary ray and the extraordinary ray coincide with each other, so that the ordinary ray and the extraordinary ray are in the optical axis side portion of the outgoing optical fiber When it propagates in the reverse direction after being separated by the light beam, it is reversed in the reverse rotation direction and canceled by the polarization separation element in the optical axis side portion of the incident optical fiber. To receive a spatial displacement action of mutual position of further apart, the polarization separating element, the polarization plane rotating element and said non-reciprocal polarization plane rotating element is arranged on each other,
The crystal optical axis of the polarization separation element is such that the separation direction of the ordinary ray and the extraordinary ray is perpendicular to a plane including each optical axis of the pair of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber, Oriented to be arranged in parallel planes,
The converging center optical axis of the condensing means is disposed equidistant from each optical axis of the pair of incident optical fiber and outgoing optical fiber, and on the side facing the polarization plane rotation element of the condensing means, The ordinary ray and the extraordinary ray of the optical signal propagating on the optical axis side of the incident optical fiber, and the ordinary ray of the optical signal propagating on the optical axis side of the outgoing optical fiber paired with the incident optical fiber, and the A polarization-independent type multi-fiber optical isolator characterized by being arranged at approximately equal distances from the optical axes of the four extraordinary rays.
前記入射光ファイバ及び前記出射光ファイバの複数の対は光ファイバアレイとして一体化され、この光ファイバアレイの端面は、前記入射光ファイバ及び前記出射光ファイバの対の各光軸を含む平面に対して垂直で、いずれの光軸に対しても垂直に形成されており、前記偏波分離素子及び前記偏波面回転素子の各光入出力端面、並びに前記集光手段の前記偏波面回転素子に対峙する端面は、前記光ファイバアレイの前記端面にほぼ平行にされていることを特徴とする請求項1に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   A plurality of pairs of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber are integrated as an optical fiber array, and an end face of the optical fiber array is in a plane including each optical axis of the pair of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber. Vertical to each optical axis, facing each light input / output end face of the polarization separation element and the polarization plane rotation element, and the polarization plane rotation element of the condensing means. The polarization-independent multi-fiber optical isolator according to claim 1, wherein an end face that is substantially parallel to the end face of the optical fiber array. 前記入射光ファイバ及び前記出射光ファイバの複数の対は光ファイバアレイとして一体化され、この光ファイバアレイの端面は、前記入射光ファイバ及び前記出射光ファイバのいずれの光軸に対しても垂直な面に対して所定角度傾けられ、前記集光手段の前記光ファイバアレイに対峙する面は、前記光ファイバアレイの前記端面とほぼ平行になるように、前記集光手段の前記集束中心光軸に垂直な面に対して所定角度傾けられ、前記偏波分離素子及び前記偏波面回転素子の各光入出力端面は、前記光ファイバアレイの前記端面の傾きにならって傾いて整列していることを特徴とする請求項1に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   A plurality of pairs of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber are integrated as an optical fiber array, and an end surface of the optical fiber array is perpendicular to any optical axis of the incident optical fiber and the outgoing optical fiber. A surface that is inclined at a predetermined angle with respect to the surface and that faces the optical fiber array of the light collecting means is aligned with the focusing central optical axis of the light collecting means so as to be substantially parallel to the end face of the optical fiber array. The optical input / output end faces of the polarization splitting element and the polarization plane rotating element are inclined at a predetermined angle with respect to a vertical plane, and are aligned in accordance with the inclination of the end face of the optical fiber array. The polarization-independent type multi-fiber optical isolator according to claim 1. 前記偏波分離素子と前記集光手段との間には、前記各入射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号または前記各出射光ファイバの光軸側を伝搬する光信号の一方が通過する位置に前記偏波面回転素子が配置され、他方が通過する位置に非晶性光学素子が配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   One of the optical signal propagating on the optical axis side of each incident optical fiber or the optical signal propagating on the optical axis side of each outgoing optical fiber passes between the polarization separation element and the condensing means. 4. The non-polarized wave according to claim 1, wherein the polarization plane rotation element is disposed at a position, and an amorphous optical element is disposed at a position where the other passes. 5. Dependent multi-fiber optical isolator. 前記集光手段と前記非相反偏波面回転素子との間に断熱手段が設けられていること特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   5. The polarization-independent multi-core light according to claim 1, wherein a heat insulating means is provided between the condensing means and the non-reciprocal polarization plane rotating element. Isolator. 前記反射手段は、前記非相反偏波面回転素子の前記集光手段に対峙する面と反対側の面に直接加工されて形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   The said reflecting means is directly processed and formed in the surface on the opposite side to the surface which opposes the said condensing means of the said nonreciprocal polarization plane rotation element, It is any one of the Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 2. A polarization-independent multi-fiber optical isolator according to item 1. 前記非相反偏波面回転素子は予め磁化されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   The polarization-independent multi-core optical isolator according to any one of claims 1 to 6, wherein the non-reciprocal polarization rotator is magnetized in advance. 前記非相反偏波面回転素子は磁性体で覆われて予め磁化されていることを特徴とする請求項7に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   The polarization-independent multi-fiber optical isolator according to claim 7, wherein the non-reciprocal polarization plane rotation element is covered with a magnetic material and magnetized in advance. 前記集光手段は屈折率分布型のロッドレンズから構成されていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   9. The polarization-independent type multi-fiber optical isolator according to claim 1, wherein the condensing unit is configured by a gradient index rod lens. 10. 前記光ファイバアレイは、アレイ本体に開口したキャピラリに前記各入射光ファイバ及び前記各出射光ファイバが挿入されて構成されていることを特徴とする請求項2から請求項9のいずれか1項に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   10. The optical fiber array according to claim 2, wherein each of the incident optical fibers and each of the outgoing optical fibers is inserted into a capillary opened in the array body. The polarization independent multi-fiber optical isolator as described. 前記光ファイバアレイは、アレイ本体に並列に加工されたV溝に前記各入射光ファイバ及び前記各出射光ファイバが載置され固定されて構成されていることを特徴とする請求項2から請求項9のいずれか1項に記載の偏波無依存型多心光アイソレータ。   3. The optical fiber array according to claim 2, wherein each of the incident optical fibers and each of the outgoing optical fibers is placed and fixed in a V-groove processed in parallel with the array body. 10. The polarization-independent type multi-core optical isolator according to any one of items 9 to 9.
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