JP2006317624A - Optical circulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信システムや光計測等の分野で使用される、光サーキュレータに関するものである。 The present invention relates to an optical circulator used in fields such as an optical communication system and optical measurement.
光サーキュレータは、光通信システムや光計測等の分野で重要な働きをする非相反光デバイスの1つである。光サーキュレータは少なくとも3つ以上のポートを有し、例えば、1,2,3の番号で表わされる3ポートを有する光サーキュレータの場合、順方向の1→2,2→3,3→1の方向では伝搬光は低損失で、逆方向の3→2,2→1,1→3の方向では高損失の出力として光を伝搬させる。
An optical circulator is one non-reciprocal optical device that plays an important role in fields such as optical communication systems and optical measurement. The optical circulator has at least three or more ports. For example, in the case of an optical circulator having three ports represented by
ところで、前記光サーキュレータは、伝搬方向に沿って対向配置した一方のポートから他方のポートへと光を伝搬する構造の上、光学素子数も多いことから、全体的に大型化するという問題があった。しかも、ポート数を増やそうとすると、その分光学素子が更に増加するため一層大型化し、多ポート化が難しいという問題もあった。そこで、多ポート化しても光学素子数が増えることなく、従来構造に比べて小型な光サーキュレータとして、反射体を備えて往復光路を形成する、反射形の光サーキュレータが出願されている(例えば、特許文献1,2を参照)。
By the way, the optical circulator has a problem that light is propagated from one port opposed to the other along the propagation direction to the other port, and the number of optical elements is large. It was. In addition, if the number of ports is increased, the number of optical elements is further increased, resulting in a further increase in size and difficulty in increasing the number of ports. Therefore, a reflection-type optical circulator that includes a reflector and forms a round-trip optical path has been filed as an optical circulator that is smaller than the conventional structure without increasing the number of optical elements even when the number of ports is increased (for example, (See
図12に示すように、特許文献1の光サーキュレータ100は、入出射側ポート(光入出射部)に4つのアレイ形光ファイバ101を用いると共に、前記アレイ形光ファイバ101とレンズ102との間に、複屈折素子103、2つの半波長素子からなる第1の位相素子104、偏光面回転素子105、及び2つの複屈折素子からなる複合複屈折素子106とが配置され、更にレンズ102を挟んで反対側に第2の位相素子107と反射体108とが配置されてなるものである。
As shown in FIG. 12, the
又、特許文献2の光サーキュレータ109は図13に示すように、入出射側ポート(光入出射部)に非一列型の光ファイバ束110を用いた光サーキュレータであり、2つの複屈折素子111a及び111b、2つのファラデー回転子112,113(又は偏光面回転素子114)、及び反射体として反射プリズム115とを備えるものである。2つのファラデー回転子112,113の回転方向は逆向きになるように構成されている。
Further, as shown in FIG. 13, the
しかしながら、光サーキュレータ100の入出射側ポートを構成する4つの光ファイバ101は、図12のz軸方向から見ると、図14に示すように一列に配置されたアレイ形を呈する。よって、全ての光ファイバP1〜P4の中心を結ぶ対角線上の中心点Cに対して、全ての光ファイバP1〜P4の中心を等距離に配置することは出来ず、外側の光ファイバP3,P4に行くに従って前記中心点Cから遠距離になってしまう。従って、内回りの往復光路(例えばP1→P2)と、外回りの往復光路(例えばP3→P4)との光路長間に光路長差が生じ、この光路長差により往復光路毎に挿入損失にばらつきが発生してしまっていた。従って、従来の光サーキュレータ100では挿入損失の安定化を図ることが困難であった。
However, when viewed from the z-axis direction of FIG. 12, the four
又、光サーキュレータ100では、複屈折素子103と、複合複屈折素子106との結晶軸方向が互いに垂直となるように構成されているため、光ファイバP1〜P4を一列状に配列しないと、各往復光路と光ファイバP1〜P4各端面との光結合が取れなくなってしまう。以上から、光サーキュレータ100の構成では光サーキュレータとしての動作を確保しつつ、挿入損失のバラツキを防止することは不可能であった。
Further, in the
一方、光サーキュレータ109の、3つの光ファイバP1〜P3から成る入出射側ポートは、図13のz軸方向から見ると、図15に示すように非一列型に構成されており、全ての光ファイバP1〜P3の中心を結ぶ対角線上の中心点Cに対して、光ファイバP1〜P3の中心が等距離に配置されている。従って、往復光路毎の挿入損失のばらつきは防止される。しかしながら、複屈折素子116〜119において、2つの偏光成分のうち一方の偏光成分しかシフトさせない構成なので、偏波依存損失(Polarization Dependent Loss:PDL)が発生してしまっていた。
On the other hand, the entrance / exit side port composed of the three optical fibers P1 to P3 of the
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的はPDLの発生防止と、往復光路毎の挿入損失のバラツキの両方を防止することにより、特性の向上を図った反射形の光サーキュレータを実現することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a reflection-type light whose characteristics are improved by preventing both occurrence of PDL and variation in insertion loss for each round-trip optical path. It is to realize a circulator.
本発明の請求項1に記載の発明は、第1の複屈折素子,位相素子,第1の偏光面回転素子,第2の複屈折素子から成る光学素子部,及びレンズとが備えられ、光学素子部の一端側に少なくとも3本以上の導波路が配列された光入出射部が配置されると共に、レンズを挟んで光学素子部の反対側には反射体が配置され、更に、レンズの光軸方向において第2の偏光面回転素子がレンズの前後の何れかに配置され、位相素子が第1及び第2位相光学素子の2つの位相光学素子によって構成されると共に、順方向において第1の複屈折素子で常光線と異常光線の2つの偏光成分に分離された光が第2の複屈折素子に入射した時に、2つの偏光成分の偏光面が、同方向に且つ光学面上における第2の複屈折素子の結晶軸方向と直交するように、位相素子の結晶軸方向と第1の偏光面回転素子の回転方向とが設定され、更に、第2の複屈折素子の寸法が、反射されることで往復する光の光路の、往路又は復路の一方の光のみ透過するように設定された光サーキュレータにおいて、
各導波路の中心を結ぶ対角線上の中心点から等間隔に全ての導波路が配置され、
更に、第1及び第2の複屈折素子の光学面上における各結晶軸方向が、同方向に平行となるように第1及び第2の複屈折素子が配置されており、
反射体において2つの偏光成分が点対称に反射されると共に、
第1の複屈折素子における異常光線のシフト量が、第2の複屈折素子における異常光線のシフト量よりも大きく設定され、
反射体における反射点とレンズの光軸とが、光の伝搬方向において同一直線上に配置される一方で、各導波路の中心を結ぶ対角線上の中心点と、レンズの光軸とは、非同一直線上に配置され、
順方向と逆方向において第1の複屈折素子透過時に異常光線となる偏光成分が第1位相光学素子に透過されると共に、順方向と逆方向において第1の複屈折素子透過時に常光線となる偏光成分が第2位相光学素子に透過され、更に、順方向において第1の複屈折素子から出射する異常光線の伝搬位置と、逆方向において第1の複屈折素子に入射する常光線の伝搬位置とが非同一直線上となるように、第1の複屈折素子と位相素子とが位置決めして配置され、
順方向の光が反射体で反射される前に、第2の複屈折素子に入射する様に、第2の複屈折素子が配置されることを特徴とする光サーキュレータである。
According to a first aspect of the present invention, an optical element unit including a first birefringent element, a phase element, a first polarization plane rotating element, a second birefringent element, and a lens are provided. A light incident / exit section in which at least three waveguides are arranged is disposed on one end side of the element section, and a reflector is disposed on the opposite side of the optical element section with the lens interposed therebetween. In the axial direction, the second polarization plane rotation element is disposed either before or after the lens, and the phase element is constituted by two phase optical elements of the first and second phase optical elements, and the first in the forward direction When light separated into two polarization components of the ordinary ray and the extraordinary ray by the birefringence element is incident on the second birefringence element, the polarization planes of the two polarization components are the same in the second direction on the optical surface. Phase element so that it is perpendicular to the crystal axis direction of the birefringent element of And the direction of rotation of the first polarization plane rotation element are set, and the dimension of the second birefringence element is set to one of the forward path and the return path of the light that reciprocates when reflected. In an optical circulator set to transmit only light,
All waveguides are arranged at equal intervals from the center point on the diagonal line connecting the centers of the waveguides,
Furthermore, the first and second birefringent elements are arranged so that the crystal axis directions on the optical surfaces of the first and second birefringent elements are parallel to the same direction.
In the reflector, the two polarized components are reflected point-symmetrically,
The extraordinary ray shift amount in the first birefringent element is set larger than the extraordinary ray shift amount in the second birefringent element;
While the reflection point on the reflector and the optical axis of the lens are arranged on the same straight line in the light propagation direction, the center point on the diagonal line connecting the centers of the waveguides and the optical axis of the lens Arranged on the same straight line,
A polarization component that becomes an extraordinary ray when transmitted through the first birefringent element in the forward direction and the reverse direction is transmitted through the first phase optical element, and becomes an ordinary ray when transmitted through the first birefringent element in the reverse direction and the forward direction. The polarization component is transmitted through the second phase optical element, and further, the propagation position of the extraordinary ray emitted from the first birefringence element in the forward direction and the propagation position of the ordinary ray incident on the first birefringence element in the reverse direction. And the first birefringent element and the phase element are positioned so that they are non-collinear,
The optical circulator is characterized in that the second birefringent element is arranged so that the light in the forward direction is incident on the second birefringent element before being reflected by the reflector.
更に、請求項2に記載の発明は、第2の偏光面回転素子が、4分の1波長素子で置き換えられた請求項1記載の光サーキュレータである。
The invention according to
本発明の光サーキュレータに依れば、各導波路の中心を結ぶ対角線上の中心点に対して全ての導波路を等距離に配置して光サーキュレータを構成することが可能になり、又、光サーキュレータとして動作させることも可能となる。従って、光サーキュレータにおける往復光路毎の挿入損失のばらつきを防止して、挿入損失の安定化を図ることが可能となる。 According to the optical circulator of the present invention, it becomes possible to configure an optical circulator by arranging all the waveguides at equal distances with respect to the central point on the diagonal line connecting the centers of the respective waveguides. It can also be operated as a circulator. Accordingly, it is possible to stabilize the insertion loss by preventing variation in insertion loss for each round-trip optical path in the optical circulator.
更に、第2の複屈折素子透過時に、一方の偏光成分のみシフトして起こるPDLの発生を防止することが出来る。又、反射体において2つの偏光成分を点対称で反射させるので、反射前後の2つの偏光成分の光路長差を零にすることができ、これによってもPDLの発生を防止することが可能となる。更に、順方向の光が反射体で反射される前に第2の複屈折素子に入射する様に、第2の複屈折素子を配置することにより、PDLの発生防止と各光学素子の小型化を達成することが可能となる。 Furthermore, it is possible to prevent the occurrence of PDL which is caused by shifting only one polarization component when transmitting through the second birefringent element. In addition, since the two polarized components are reflected point-symmetrically by the reflector, the optical path length difference between the two polarized components before and after the reflection can be made zero, thereby preventing the occurrence of PDL. . Further, by arranging the second birefringent element so that the light in the forward direction is incident on the second birefringent element before being reflected by the reflector, the occurrence of PDL is prevented and the size of each optical element is reduced. Can be achieved.
又、反射体を備えて、往復光路で光サーキュレータを構成することにより、光サーキュレータ全体の全長を短縮して、光サーキュレータの小型化が可能となる。 Further, by providing the reflector and configuring the optical circulator with a reciprocating optical path, the overall length of the optical circulator can be shortened, and the optical circulator can be downsized.
以下、本発明に係る光サーキュレータの最良の実施形態を、図1乃至図11に基づいて詳細に説明する。本発明の光サーキュレータ1は、図1及び図2に示すように、第1の複屈折素子2、位相素子3、第1の偏光面回転素子4及び第2の複屈折素子5とから成る光学素子部と、レンズ6とを備えて成る。更に、これら光学素子部の一端側に光入出射部9が配置され、レンズ6を挟んで光学素子部の反対側には、反射体8と第2の偏光面回転素子7とが配置されている。各光学素子のそれぞれの光学面には、SiO2/TiO2等の反射防止コートを施すことが望ましい。なお、各偏光面回転素子4、7に磁気を印加する磁石については説明と図示を省略している。
Hereinafter, the best embodiment of the optical circulator according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1と図2に、光の伝搬方向をz軸、z軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をx軸、垂直方向をy軸としたときの、光入出射部9から反射体8までの配置を示す。x軸乃至z軸は、他の図面においても同様で対応している。光入出射部9は、図示しないフェルールに等間隔、且つ、平行(平行度3度以内)に形成した3本の挿入孔のそれぞれに導波路として光ファイバを挿入、固定することで配列したものである。ここで、3本の光ファイバは、説明の便宜上、それぞれポートP1〜P3と呼ぶ。
1 and 2, the
図11に示すように、z軸に沿って反射体8に向かって光入出射部9を見たとき、各ファイバ中心を結ぶ対角線上の中心点Cから、全ての光ファイバの中心(コア軸)までの距離が等間隔になるように、光ファイバP1〜P3が配置される。但し、隣り合う光ファイバどうしの間隔Lfは、レンズ6のバックフォーカスと、複屈折素子2の厚み及び分離幅との関係を考慮して決定する。
As shown in FIG. 11, when the light incident /
複数の光ファイバP1〜P3は、シングルモード光ファイバ(Single Mode Fiber:SMF)で構成されると共に、光の入出射側端面には、グレーデッドインデックス光ファイバ(Graded Index Fiber:GIF)が接合されている。GIFを設けることにより、各光ファイバP1〜P3の光入出射端のモードフィールド径(Mode Field Diameter:MFD)が拡大されて、出射光の広がり角が小さく抑えられる。MFDの拡大化としては、前記GIFの設置に限らず、光ファイバにTEC処理を施したり、微小レンズ等を設置しても良い。 The plurality of optical fibers P1 to P3 are configured by a single mode fiber (SMF), and a graded index fiber (GIF) is bonded to the light incident / exit end face. ing. By providing the GIF, the mode field diameter (MFD) at the light incident / exit end of each of the optical fibers P1 to P3 is enlarged, and the spread angle of the emitted light is suppressed to be small. The enlargement of the MFD is not limited to the installation of the GIF, but an optical fiber may be subjected to TEC processing or a micro lens may be installed.
第1の複屈折素子2は、各光ファイバP1〜P3から出射した光の、常光線と異常光線への分離、及び反射体8で反射して戻ってくる前記常光線と異常光線との合成を行う光学素子である。第1及び第2の複屈折素子2,5には、例えば、ルチル(TiO2),方解石(CaCO3),イットリウム・オソバナデート(YVO4),アルファバリウム・ボーデート(αBaB2O4)等の複屈折単結晶が使用される。又、第1の複屈折素子2の光学面に対する結晶軸X22(図3,7参照)の方向は、最大の分離幅を得られるように光学面の法線に対して42〜50度前後(最も好ましくは47.8度)に設定されている。
The first
位相素子3は、第1の複屈折素子2を透過した各偏光成分(常光線と異常光線)の偏光面を45度回転させるもので、例えば、TBIG(テルビウム・ビスマス・アイアン・ガーネット),GBIG(ガドリニウム・ビスマス・アイアン・ガーネット)等のガーネットや水晶等の相反性偏光面回転素子や半波長素子等が使用される。半波長素子を使用するときには、図3に示すように、結晶軸X31方向がy軸に対して22.5度傾いた第1位相光学素子3aと結晶軸X32方向がx軸に対して22.5度傾いた第2位相光学素子3bとを接合面3cでy軸方向に重ね、紫外線硬化型等の光学接着剤で接着して構成する。なお、接着剤が接合面3cから光学面にはみ出さないこととする。相反性偏光面回転素子を用いる場合には、0次単プレートや1次単プレート等、可能な限り薄いことが望ましく、高次の波長板を使用すると、波長特性と温度特性が悪くなる。
The
第1の偏光面回転素子4は、位相素子3を透過した偏光成分の偏光面を回転させる非相反性の偏光面回転素子で、使用波長帯域で回転角が45度程度の、できるだけ薄いものを使用する。例えば、ガーネット,TBIG,GBIG等が最適である。本実施の形態では、z軸方向に見たとき時計回りのガーネット単結晶を用いたが、反時計回りのガーネットを用いる場合には、前記第1及び第2位相光学素子3a,3bの結晶軸X31,X32をそれぞれ、y軸に対して-22.5度、x軸に対して-22.5度の傾きとすれば良い。
The first polarization
なお、第1の偏光面回転素子4は、位相素子3の位置と入れ替えても構わない。透過する光の広がり角は一定なので、入れ替えた場合、偏光面回転素子4を、より光のビーム径が小さいところで使用することが出来る。このため、光サーキュレータ1の組立誤差や構成光学素子の加工誤差による伝搬光の蹴られの可能性を少なくすることが出来る。
The first polarization
第2の複屈折素子5の寸法は、図1に示すように、反射されることで往復する光の光路(図1中に実線及び破線で示す)の、往路又は復路の一方の光のみ透過するような大きさに設定される。更に、第2の複屈折素子5の、光学面の法線に対する結晶軸X52方向は、z軸に対してθ1=約-42〜50度前後(最も好ましくは-47.8度)に設定されるが、光学面上における結晶軸X51の方向はy軸方向に平行である。更に、第1の複屈折素子2の光学面上における結晶軸X21の方向もy軸方向と平行に設定される。従って、第1及び第2の複屈折素子2,5の結晶軸X21,X51方向が同方向に平行となるように、2つの複屈折素子2,5が配置されることになる。
As shown in FIG. 1, the second
レンズ6は、入射する光のコリメーション又は収束を行うもので、非球面レンズ,ボールレンズ,平凸レンズあるいは分布屈折レンズ等を使用することが出来る。但し、レンズ6には、光入出射部9との間に前記構成光学素子2〜5を配置しうるバックフォーカスを有するレンズを使用する。本実施形態では、非球面レンズを使用した。
The
第2の偏光面回転素子7には、45度回転の非相反偏光面回転素子、例えば、ガーネット,TBIG,GBIG等を用いる。図1,2,4,8では、レンズ6の光軸X6方向において、第2の偏光面回転素子7をレンズ6の後方に配置したが、勿論、レンズの前方に配置しても構わない。
As the second polarization
反射体8は、第2の偏光面回転素子7を透過した光を反射する反射ミラーで、本実施の形態では、一例として、基板の表面にSiO2/TiO2をコーティングした全反射ミラーを用いた。
The
次に光サーキュレータ1の動作を図3〜6を参照して説明する。図5と6の(A)〜(L)は、光サーキュレータ1における順方向の光の偏光状態を示す図であり、図1中の符号(A)〜(L)で示す各光路断面での偏光状態に対応している。図5及び6では、横方向がx軸、縦方向がy軸、紙面に向かう方向がz軸であり、説明の便宜上、縦,横方向共に8分割して、横方向には1から8で、縦方向にはa〜hで、各光路断面での偏光成分の伝搬位置を示す。なお図1において、光ファイバP1(P3の下に隠れている)から反射体8を経て光ファイバP2へと向かう往復光路を「順方向」と定義し、光ファイバP2から反射体8を経て光ファイバP3へと向かう往復光路を「逆方向」と、それぞれ定義する。
Next, the operation of the
光ファイバP1の位置は、マトリクスで見ると図5(A)に示すように、横方向では5と6の間で、縦方向ではgとhの間である。本実施の形態ではこのような位置を(5-6, g-h)と表す。また、符号Cは前記中心点、符号Rは反射体8における偏光成分の反射点である。
When viewed in a matrix, the position of the optical fiber P1 is between 5 and 6 in the horizontal direction and between g and h in the vertical direction, as shown in FIG. In this embodiment, such a position is represented as (5-6, g-h). Reference symbol C is the center point, and reference symbol R is a reflection point of the polarization component in the
光ファイバP1に入射した光は、第1の複屈折素子2へ出射され、図5(B)に示すように、複屈折素子2で結晶軸X21に直交した常光線と、平行な異常光線との、2つの偏光成分に分離される。順方向において、第1の複屈折素子2から出射する異常光線の伝搬位置は、図5(B)より(5-6,c-d)である。
The light incident on the optical fiber P1 is emitted to the first
分離された偏光成分は、それぞれ偏光成分毎に第1位相光学素子3aと第2位相光学素子3bに入射される(図3参照)。なお、図5(B)において、d-e間の実線は前記接合面3cを表す。順方向において第1の複屈折素子2透過時に異常光線であった偏光成分は第1位相素子3aに透過され、常光線であった偏光成分は第2位相光学素子3bにそれぞれ透過される。前記の通り位相素子3は、結晶軸X31がy軸に対して22.5度、X32がx軸に対して22.5度、それぞれ傾いているので、分離された常光線と異常光線は、位相素子3を透過すると、図5(C)に示すように、偏光方向がそれぞれ逆向きに45度回転し、偏光方向が同方向となる。
The separated polarization components are incident on the first phase
次いで、これらの光は、第1の偏光面回転素子4を透過することで、図5(D)に示すように、時計回り(右回り)に回転され、第2の複屈折素子5の結晶軸X51方向と直交する偏光方向に揃えられる。次に、これらの光は、第2の複屈折素子5に入射される。第2の複屈折素子5は、順方向に伝搬する光が反射体で反射される前に入射する様に、図1,図3及び図5(D)に示すように片側の光路上のみに配置される。
Then, these lights pass through the first polarization
前記の通り、結晶軸X21とX51の方向は平行であるから、2つの偏光成分の偏光面が第2の複屈折素子5に入射すると、結晶軸X51の方向と直交する。従って、図5(E)に示すように、順方向では2つの偏光成分は第2の複屈折素子5でシフトすること無く、入射時の偏光方向を保持したまま出射される。
As described above, since the directions of the crystal axes X21 and X51 are parallel, when the polarization planes of the two polarization components enter the second
以上から、順方向において第2の複屈折素子5入射時に、2つの偏光成分の偏光面が結晶軸X51方向に対して垂直に揃うように、2つの複屈折素子間の、位相素子3の結晶軸X31,X32方向と、第1の偏光面回転素子4の回転方向を設定することとする。
From the above, when the second
次に、第2の複屈折素子5を透過した光はレンズ6で所定角度屈折するが、偏光状態は変化しない。このときの屈折角は、レンズ6の光軸X6から光の中心位置とレンズ6の焦点距離により決まる。次いで、レンズ6を透過した光は、第2の偏光面回転素子7に入射され、図5(F)に示すように偏光面が45度回転される。
Next, the light transmitted through the second
そして、第2の偏光面回転素子7から出射した2つの偏光成分の光は、反射体8で入射角と反対側に、一点Rで点対称となる様に反射される(図4,図5(F),図6(G)参照)。図1及び図2から分かるように、本発明の光サーキュレータ1では反射体8における反射点Rと、その近傍のレンズ6の光軸X6とが、光の伝搬方向(z軸方向)において同一直線上に来るように反射体8とレンズ6とを位置決めして配置している。一方、光ファイバの中心を結ぶ対角線上の中心点Cと、レンズの光軸X6とは、図2及び図11から明らかなように非同一直線上となるように、各光ファイバP1〜P3とレンズ6とを位置決めして配置している。このように、反射体8によって光が反射されて往復光路を形成することにより、光サーキュレータ1全体の全長を短縮することが出来る。
Then, the two polarized light components emitted from the second polarization
次に、反射された光(図6(G)参照)は、再度、第2の偏光面回転素子7を透過することで、更に45度偏光面が回転される。
Next, the reflected light (see FIG. 6G) is transmitted again through the second polarization
次いで、2つの偏光成分は再度、レンズ6を透過することにより、図6(H)に示すように、レンズ6の光軸X6に関し、図5(E)の場合と対称の位置に出射される。このとき、レンズ6の前後で偏光状態は変化しない。
Next, the two polarization components are transmitted through the
次に、レンズ6を透過した光は、図1及び図6(H)に示すように第2の複屈折素子5外部の空間を通過して、第1の偏光面回転素子4に入射(図6(I)参照)することにより、図6(J)に示すように時計回りに45度偏光面が回転される。この状態は、x軸方向における伝搬位置は異なっているが、図5(C)に示したように、第1の複屈折素子2側から位相素子3を透過した後の偏光状態と同じである。
Next, the light transmitted through the
次いで、これらの偏光成分は、図3及び図6(J)に示すように、それぞれ第1位相光学素子3aと第2位相光学素子3bとを透過することにより、図6(K)に示すように、偏光方向がそれぞれ逆方向に45度回転し、各々の偏光方向が直交する状態とされる。なお、図6(J)において、d-e間の実線は前記接合面3cを表す。
Then, as shown in FIG. 3 and FIG. 6 (J), these polarization components are transmitted through the first phase
そして、この後、2つの偏光成分は、第1の複屈折素子2を透過することにより合波され、図6(L)に示すように、(3-4,g-h)に対応する光ファイバP2に入射される。
After that, the two polarization components are combined by passing through the first
次に、光ファイバP2からP3への、逆方向の光路における偏光成分の動作を図7〜10を参照して説明する。なお、順方向の動作時に説明した事柄と重複する事に関しては、説明を省略若しくは簡略化して記述する。図9と図10の(A)〜(L)は、光サーキュレータ1における逆方向の光の偏光状態を示す図であり、図1中の符号(A)〜(L)で示す各光路断面での偏光状態に対応している。図9及び図10でも、横方向がx軸、縦方向がy軸、紙面に向かう方向がz軸であり、説明の便宜上、縦,横方向共に8分割して偏光成分の伝搬位置を示している。
Next, the operation of the polarization component in the reverse optical path from the optical fibers P2 to P3 will be described with reference to FIGS. In addition, about the thing which overlaps with the matter demonstrated at the time of forward operation | movement, description is abbreviate | omitted or simplified and described. FIGS. 9A and 9B are diagrams showing polarization states of light in the reverse direction in the
前記のように光ファイバP2の位置は(3-4,g-h)であり、この光ファイバP2に入射した光は、第1の複屈折素子2へ出射され、常光線と異常光線に分離される。分離された偏光成分は、それぞれ第1位相光学素子3aと第2位相光学素子3bに入射される。なお、図9(K)の、d-e間の実線は前記接合面3cである。常光線と異常光線が、位相素子3を透過すると、偏光方向がそれぞれ逆向きに45度回転し、偏光方向が同方向となる(図9(J)参照)。
As described above, the position of the optical fiber P2 is (3-4, gh), and the light incident on the optical fiber P2 is emitted to the first
次いで、各偏光成分は、第1の偏光面回転素子4により時計回りに回転され、結晶軸X21とX51の方向に対し直交する偏光方向に揃えられる。次にレンズ6を透過した光は、第2の偏光面回転素子7に入射され、偏光面が45度回転される(図9(G)参照)。
Next, each polarization component is rotated clockwise by the first polarization
そして、反射体8で点対称に反射され、再度、第2の偏光面回転素子7を透過することで、各偏光成分の偏光面は更に45度回転される(図10(E)参照)。この回転により、2つの偏光成分の各偏光方向が、第2の複屈折素子5の結晶軸X51方向と同方向に揃えられる。
Then, the light is reflected point-symmetrically by the
従って、第2の複屈折素子5に入射した各偏光成分は、図7及び図10(D)で示すように、y軸方向に同一量だけシフトされる。次いで、これらの偏光成分は、第1の偏光面回転素子4で同一方向に45度回転された後、図7及び図10(C)に示すように、それぞれ第1位相光学素子3aと第2位相光学素子3bとを透過される。これにより、図10(B)に示すように、偏光方向がそれぞれ逆方向に45度回転され、各々の偏光方向が直交する状態とされる。なお、図10(C)において、d-e間の実線は前記接合面3cを表す。
Accordingly, each polarization component incident on the second
そして、この後、2つの偏光成分は、第1の複屈折素子2を透過することにより合波され、図10(A)に示すように(5-6,e-f)に対応する光ファイバP3に入射される。以上から、第1の複屈折素子2透過時に異常光線となる偏光成分は、第1位相光学素子3aに透過されると共に、第1の複屈折素子2透過時に常光線となる偏光成分は、第2位相光学素子3bに透過されることが分かる。更に、第1の複屈折素子2に入射する常光線の伝搬位置は、図10(B)より(5-6,e-f)である。
After that, the two polarization components are combined by transmitting through the first
従って、本発明の光サーキュレータ1では、順方向において第1の複屈折素子2から出射する異常光線の伝搬位置:(5-6,c-d)と、逆方向において第1の複屈折素子2に入射する常光線の伝搬位置:(5-6,e-f)とが、光の伝搬方向(z軸方向)において非同一直線上となるように第1の複屈折素子2と位相素子3とを位置決めして配置する。
Therefore, in the
更に、図5の(A)と(B),図6の(K)と(L),図9の(K)と(L),図10の(A)と(B)での第1の複屈折素子2における異常光線のシフト量と、図10の(D)と(E)での第2の複屈折素子5における異常光線のシフト量を比較すると明らかなように、本発明の光サーキュレータ1では、第1の複屈折素子2でのシフト量を第2の複屈折素子5のシフト量よりも大きく設定している。このため、第1の複屈折素子2の厚みを第2の複屈折素子5よりも厚く設定する必要がある。
5 (A) and (B), FIG. 6 (K) and (L), FIG. 9 (K) and (L), and FIG. 10 (A) and (B). As is apparent from a comparison between the amount of extraordinary ray shift in the
以上のように、本発明に係る光サーキュレータ1は、第1の複屈折素子2と第2の複屈折素子5での異常光線の各シフト量を非同一量に設定すると共に、レンズ6の光軸X6及び反射体8における偏光成分の反射点Rを、各光ファイバP1〜P3の中心点Cと非同一直線上となるように設定することにより、順方向において第1の複屈折素子2から出射する異常光線の伝搬位置と、逆方向において第1の複屈折素子2に入射する常光線の伝搬位置とを、非同一直線上に設定することが可能となる。このような構成とすることにより、中心点Cに対して全ての光ファイバP1〜P3を等距離に配置して光サーキュレータを構成することが可能になり、又、光サーキュレータとして動作させることも出来る。従って、光サーキュレータ1における往復光路毎の挿入損失のばらつきを防止して、挿入損失の安定化を図ることが可能となる。
As described above, the
更に、第1及び第2の複屈折素子2,5の光学面上における各結晶軸X21,X51の方向を、同方向に平行となるように設定することにより、第2の複屈折素子5で2つの偏光成分を共に異常光線としてシフトさせることが可能となる。従って、第2の複屈折素子5透過時に、一方の偏光成分のみシフトして起こるPDLの発生を防止することが出来る。又、反射体8において2つの偏光成分を点対称で反射させるので、反射前後の2つの偏光成分の光路長差を零にすることができ、これによってもPDLの発生を防止することが可能となる。
Further, by setting the directions of the crystal axes X21 and X51 on the optical surfaces of the first and second
更に、順方向の光が反射体8で反射される前に第2の複屈折素子5に入射する様に、第2の複屈折素子5を配置することにより、PDLの発生防止と各光学素子の小型化を達成することが可能となる。順方向の光が反射体8で反射後に入射される様に第2の複屈折素子5を配置してしまうと、逆方向の光路において第2の複屈折素子5により2つの偏光成分が共にシフトされた後、反射体8で2つの偏光成分が反射されることとなってしまう。すると、反射点Rと2つの偏光成分との各距離が、各偏光成分ごとに同一とならずPDLが発生してしまう。従って、本実施の形態で説明してきた様な第2の複屈折素子5の配置位置が好ましい。
Further, by disposing the second
なお、光サーキュレータ1に要求される特性がそれほど高くない場合には、公差を含む範囲内で全ての光ファイバP1〜P3を中心点Cから若干、等距離とはならない構成に変更することも可能である。
If the characteristics required for the
又、第2の偏光面回転素子5に換えて、4分の1波長素子備えても、上記説明してきたような同様の動作を光サーキュレータ1に行わせることが可能である。更にGIFの換わりに、光ファイバP1〜P3の光入出射端面近傍に、新たにレンズを配置しても良いし、第2の複屈折素子5のx軸方向にガラス板を設けても良い。
Further, even if a quarter wavelength element is provided instead of the second polarization
本発明の光サーキュレータは、光通信システムや光計測分野等で非相反光デバイスとして利用することが可能である。 The optical circulator of the present invention can be used as a nonreciprocal optical device in an optical communication system, an optical measurement field, or the like.
1 光サーキュレータ
2 第1の複屈折素子
3 位相素子
4 第1の偏光面回転素子
5 第2の複屈折素子
6 レンズ
7 第2の偏光面回転素子
8 反射体
9 光入出射部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
各導波路の中心を結ぶ対角線上の中心点から等間隔に全ての導波路が配置され、
更に、第1及び第2の複屈折素子の光学面上における各結晶軸方向が、同方向に平行となるように第1及び第2の複屈折素子が配置されており、
反射体において2つの偏光成分が点対称に反射されると共に、
第1の複屈折素子における異常光線のシフト量が、第2の複屈折素子における異常光線のシフト量よりも大きく設定され、
反射体における反射点とレンズの光軸とが、光の伝搬方向において同一直線上に配置される一方で、各導波路の中心を結ぶ対角線上の中心点と、レンズの光軸とは、非同一直線上に配置され、
順方向と逆方向において第1の複屈折素子透過時に異常光線となる偏光成分が第1位相光学素子に透過されると共に、順方向と逆方向において第1の複屈折素子透過時に常光線となる偏光成分が第2位相光学素子に透過され、更に、順方向において第1の複屈折素子から出射する異常光線の伝搬位置と、逆方向において第1の複屈折素子に入射する常光線の伝搬位置とが非同一直線上となるように、第1の複屈折素子と位相素子とが位置決めして配置され、
順方向の光が反射体で反射される前に、第2の複屈折素子に入射する様に、第2の複屈折素子が配置されることを特徴とする光サーキュレータ。 A first birefringent element, a phase element, a first polarization plane rotating element, an optical element unit comprising a second birefringent element, and a lens; and at least three or more guides on one end side of the optical element unit. A light incident / exit section in which waveguides are arranged is disposed, a reflector is disposed on the opposite side of the optical element section across the lens, and a second polarization plane rotating element is disposed in the lens in the optical axis direction of the lens. The phase element is composed of two phase optical elements, the first and second phase optical elements, and the first birefringent element in the forward direction is divided into two rays, an ordinary ray and an extraordinary ray. When the light separated into the polarization components is incident on the second birefringent element, the polarization planes of the two polarization components are in the same direction and orthogonal to the crystal axis direction of the second birefringence element on the optical surface. The crystal axis direction of the phase element and the first polarization plane rotation An optical circulator in which the rotation direction of the optical element is set and the dimension of the second birefringent element is set so as to transmit only one of the forward and backward light paths of the light that reciprocates when reflected. In
All waveguides are arranged at equal intervals from the center point on the diagonal line connecting the centers of the waveguides,
Furthermore, the first and second birefringent elements are arranged so that the crystal axis directions on the optical surfaces of the first and second birefringent elements are parallel to the same direction.
In the reflector, the two polarized components are reflected point-symmetrically,
The extraordinary ray shift amount in the first birefringent element is set larger than the extraordinary ray shift amount in the second birefringent element;
While the reflection point on the reflector and the optical axis of the lens are arranged on the same straight line in the light propagation direction, the center point on the diagonal line connecting the centers of the waveguides and the optical axis of the lens Arranged on the same straight line,
A polarization component that becomes an extraordinary ray when transmitted through the first birefringent element in the forward direction and the reverse direction is transmitted through the first phase optical element, and becomes an ordinary ray when transmitted through the first birefringent element in the reverse direction and the forward direction. The polarization component is transmitted through the second phase optical element, and further, the propagation position of the extraordinary ray emitted from the first birefringence element in the forward direction and the propagation position of the ordinary ray incident on the first birefringence element in the reverse direction. And the first birefringent element and the phase element are positioned so that they are non-collinear,
An optical circulator characterized in that a second birefringent element is arranged so that light in a forward direction is incident on the second birefringent element before being reflected by a reflector.
The optical circulator according to claim 1, wherein the second polarization plane rotating element is replaced with a quarter-wave element.
Priority Applications (1)
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JP2005138764A JP2006317624A (en) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Optical circulator |
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---|---|---|---|---|
WO2007102579A1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-09-13 | Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha | Reflection type optical circulator |
US8139911B2 (en) | 2007-08-29 | 2012-03-20 | Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha | Light-illuminating probe and fundus observing apparatus, fundus surgery apparatus, endoscope, and catheter using the light-illuminating probe |
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WO2007102579A1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-09-13 | Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha | Reflection type optical circulator |
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