JP2006317624A - Optical circulator - Google Patents

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Yoshihiro Konno
良博 今野
Masaru Sasaki
勝 佐々木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a reflective type optical circulator which is designed to improve characteristics by preventing variance of insertion loss for each round trip optical path, as well as preventing generation of PDL. <P>SOLUTION: The optical circulator is structured by arranging all waveguides with equal spaces apart from the center point of each waveguide, equalizing each crystal axis direction of two birefringent elements, and making polarization components reflected in point symmetry in a reflecting body. In addition, the shifted quantity of abnormal light beams in the first birefringent element is set larger than the shifted quantity in the second birefringent element; and the reflection point of each polarization component in the reflecting body and the lens optical axis are linearly arranged while the center point of each waveguide and the lens optical axis are arranged nonlinearly. Then, the first birefringent element and a phase element are positioned, in a manner such that each propagation position is situated nonlinearly in the abnormal light beam emitted in a forward direction from the first birefringent element and in the normal light beam made incident in a direction reverse to that of the first birefringent element. Furthermore, in the optical circulator, the second birefringent element is arranged so that the light beam in the forward direction is made incident to the second birefringent element, prior to reflection at the reflecting body. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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 numbers 1, 2, 3, the forward direction 1 → 2, 2 → 3, 3 → 1. Then, the propagation light has a low loss, and light is propagated as a high loss output in the reverse direction 3 → 2, 2 → 1, 1 → 3.

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 Patent Documents 1 and 2).

特開2000−231080号公報(第2−5頁、第1−6図)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-231080 (page 2-5, FIG. 1-6) 特表2002−528765号公報(第38−39頁、第12図)Japanese translation of PCT publication No. 2002-528765 (pages 38-39, FIG. 12)

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 optical circulator 100 of Patent Document 1 uses four array-type optical fibers 101 at the entrance / exit side port (light entrance / exit section), and between the array-type optical fiber 101 and the lens 102. In addition, a birefringent element 103, a first phase element 104 composed of two half-wave elements, a polarization plane rotating element 105, and a composite birefringent element 106 composed of two birefringent elements are arranged, and the lens 102 is further sandwiched between them. The second phase element 107 and the reflector 108 are arranged on the opposite side.

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 optical circulator 109 of Patent Document 2 is an optical circulator that uses a non-row type optical fiber bundle 110 at an input / output side port (light input / output portion), and includes two birefringent elements 111a. And 111b, two Faraday rotators 112 and 113 (or a polarization plane rotating element 114), and a reflecting prism 115 as a reflector. The two Faraday rotators 112 and 113 are configured to rotate in opposite directions.

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 optical fibers 101 constituting the input / output side port of the optical circulator 100 have an array shape arranged in a line as shown in FIG. Therefore, the centers of all the optical fibers P1 to P4 cannot be arranged at equal distances with respect to the center point C on the diagonal line connecting the centers of all the optical fibers P1 to P4, and the outer optical fibers P3 and P4 cannot be arranged at the same distance. The distance from the center point C increases as it goes to. Therefore, an optical path length difference occurs between the optical path lengths of the inner round-trip optical path (for example, P1 → P2) and the outer round-trip optical path (for example, P3 → P4). It has occurred. Therefore, it is difficult for the conventional optical circulator 100 to stabilize the insertion loss.

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 optical circulator 100, the birefringent element 103 and the composite birefringent element 106 are configured so that the crystal axis directions thereof are perpendicular to each other, and unless the optical fibers P1 to P4 are arranged in a line, Optical coupling between the round-trip optical path and each end face of the optical fibers P1 to P4 cannot be obtained. From the above, with the configuration of the optical circulator 100, it was impossible to prevent variations in insertion loss while ensuring the operation as an optical circulator.

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 optical circulator 109 is configured in a non-line type as shown in FIG. 15 when viewed from the z-axis direction of FIG. The centers of the optical fibers P1 to P3 are arranged at equal distances with respect to the center point C on the diagonal line connecting the centers of the fibers P1 to P3. Therefore, variation in insertion loss for each round-trip optical path is prevented. However, since the birefringence elements 116 to 119 are configured to shift only one of the two polarization components, polarization dependent loss (PDL) has occurred.

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 claim 2 is the optical circulator according to claim 1, wherein the second polarization plane rotating element is replaced with a quarter-wave element.

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 optical circulator 1 of the present invention is an optical device comprising a first birefringent element 2, a phase element 3, a first polarization plane rotating element 4, and a second birefringent element 5. An element portion and a lens 6 are provided. Further, a light incident / exit section 9 is disposed on one end side of these optical element sections, and a reflector 8 and a second polarization plane rotating element 7 are disposed on the opposite side of the optical element section with the lens 6 interposed therebetween. Yes. It is desirable to apply an antireflection coating such as SiO 2 / TiO 2 on each optical surface of each optical element. The description and illustration of the magnets that apply magnetism to the polarization plane rotating elements 4 and 7 are omitted.

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 light propagation direction 9 to the reflector 8 when the light propagation direction is the z-axis, the horizontal direction in the plane orthogonal to the z-axis is the x-axis, and the vertical direction is the y-axis. The arrangement of The x-axis to z-axis correspond similarly in other drawings. The light incident / exit portions 9 are arranged by inserting and fixing an optical fiber as a waveguide in each of three insertion holes formed at equal intervals and parallel (within 3 degrees of parallelism) on a ferrule (not shown). It is. Here, for convenience of explanation, the three optical fibers are called ports P1 to P3, respectively.

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 / exit section 9 is viewed toward the reflector 8 along the z axis, the center of all optical fibers (core axis) from the center point C on the diagonal connecting the fiber centers. The optical fibers P1 to P3 are arranged so that the distance to the However, the distance Lf between adjacent optical fibers is determined in consideration of the relationship between the back focus of the lens 6 and the thickness and separation width of the birefringent element 2.

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 birefringent element 2 separates the light emitted from the optical fibers P1 to P3 into an ordinary ray and an extraordinary ray, and combines the ordinary ray and the extraordinary ray that are reflected by the reflector 8 and returned. It is an optical element which performs. The first and second birefringent elements 2 and 5 include birefringence elements such as rutile (TiO 2 ), calcite (CaCO 3 ), yttrium osovanadate (YVO 4 ), and alpha barium vodate (αBaB 2 O 4 ). A refractive single crystal is used. Also, the direction of the crystal axis X22 (see FIGS. 3 and 7) with respect to the optical surface of the first birefringent element 2 is about 42 to 50 degrees with respect to the normal of the optical surface so as to obtain the maximum separation width ( Most preferably, it is set to 47.8 degrees.

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 phase element 3 rotates the polarization plane of each polarization component (ordinary ray and extraordinary ray) transmitted through the first birefringent element 2 by 45 degrees, for example, TBIG (Terbium Bismuth Iron Garnet), GBIG A garnet such as (Gadolinium / Bismuth / Iron / Garnet) or a reciprocal polarization plane rotating element such as quartz or a half-wavelength element is used. When the half-wavelength element is used, as shown in FIG. 3, the first phase optical element 3a in which the crystal axis X31 direction is inclined 22.5 degrees with respect to the y axis and the crystal axis X32 direction is inclined 22.5 degrees with respect to the x axis. The second phase optical element 3b is overlapped with the bonding surface 3c in the y-axis direction, and bonded with an optical adhesive such as an ultraviolet curing type. It is assumed that the adhesive does not protrude from the bonding surface 3c to the optical surface. When a reciprocal polarization plane rotating element is used, it is desirable that it is as thin as possible, such as a zero-order single plate or a primary single plate. When a higher-order wave plate is used, wavelength characteristics and temperature characteristics are deteriorated.

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 plane rotation element 4 is a non-reciprocal polarization plane rotation element that rotates the polarization plane of the polarization component that has passed through the phase element 3, and is as thin as possible with a rotation angle of about 45 degrees in the operating wavelength band. use. For example, garnet, TBIG, GBIG, etc. are optimal. In the present embodiment, a clockwise garnet single crystal is used when viewed in the z-axis direction. However, when a counterclockwise garnet is used, the crystal axes of the first and second phase optical elements 3a and 3b are used. X31 and X32 may be inclined at -22.5 degrees with respect to the y-axis and -22.5 degrees with respect to the x-axis, respectively.

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 plane rotation element 4 may be replaced with the position of the phase element 3. Since the spread angle of the transmitted light is constant, the polarization plane rotating element 4 can be used in a place where the beam diameter of the light is smaller when it is replaced. For this reason, it is possible to reduce the possibility of propagating the propagation light due to the assembly error of the optical circulator 1 or the processing error of the constituent optical elements.

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 birefringent element 5 has a size that allows only one light of the forward path or the return path of the optical path (shown by a solid line and a broken line in FIG. 1) to reciprocate when reflected. It is set to such a size. Further, the crystal axis X52 direction of the second birefringent element 5 with respect to the normal of the optical surface is set to θ1 = about −42 to 50 degrees (most preferably −47.8 degrees) with respect to the z axis. The direction of the crystal axis X51 on the optical surface is parallel to the y-axis direction. Furthermore, the direction of the crystal axis X21 on the optical surface of the first birefringent element 2 is also set parallel to the y-axis direction. Therefore, the two birefringent elements 2 and 5 are arranged so that the crystal axes X21 and X51 of the first and second birefringent elements 2 and 5 are parallel to the same direction.

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 lens 6 collimates or converges incident light, and an aspherical lens, a ball lens, a plano-convex lens, a distributed refractive lens, or the like can be used. However, as the lens 6, a lens having a back focus in which the constituent optical elements 2 to 5 can be arranged between the light incident / exit section 9 is used. In this embodiment, an aspheric lens is used.

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 plane rotation element 7, a nonreciprocal polarization plane rotation element rotated by 45 degrees, for example, garnet, TBIG, GBIG or the like is used. In FIGS. 1, 2, 4, and 8, the second polarization plane rotation element 7 is disposed behind the lens 6 in the direction of the optical axis X6 of the lens 6. However, it may of course be disposed in front of the lens.

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 reflector 8 is a reflection mirror that reflects the light transmitted through the second polarization plane rotating element 7. In this embodiment, as an example, a total reflection mirror in which the surface of the substrate is coated with SiO 2 / TiO 2 is used. It was.

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 optical circulator 1 will be described with reference to FIGS. (A) to (L) of FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the polarization state of light in the forward direction in the optical circulator 1, and in each optical path section indicated by reference numerals (A) to (L) in FIG. Corresponds to the polarization state. 5 and 6, the horizontal direction is the x-axis, the vertical direction is the y-axis, and the direction toward the paper surface is the z-axis. For convenience of explanation, the vertical and horizontal directions are divided into eight, and the horizontal direction is 1 to 8. In the vertical direction, a to h indicate the propagation position of the polarization component in each optical path cross section. In FIG. 1, a reciprocating optical path from the optical fiber P1 (hidden under P3) to the optical fiber P2 through the reflector 8 is defined as “forward direction”, and light is transmitted from the optical fiber P2 through the reflector 8. The round-trip optical path toward the fiber P3 is defined as “reverse direction”.

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 reflector 8.

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 birefringent element 2 and, as shown in FIG. 5B, an ordinary ray perpendicular to the crystal axis X21 and a parallel extraordinary ray in the birefringent element 2. Are separated into two polarization components. In the forward direction, the propagation position of the extraordinary ray emitted from the first birefringent element 2 is (5-6, cd) from FIG.

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 optical element 3a and the second phase optical element 3b for each polarization component (see FIG. 3). In FIG. 5B, the solid line between d and e represents the joint surface 3c. In the forward direction, the polarized component that was an extraordinary ray when transmitted through the first birefringent element 2 is transmitted to the first phase element 3a, and the polarized component that was an ordinary ray is transmitted to the second phase optical element 3b. As described above, the phase element 3 tilts the crystal axis X31 at 22.5 degrees with respect to the y-axis and X32 at 22.5 degrees with respect to the x-axis. When transmitted, as shown in FIG. 5C, the polarization directions rotate 45 degrees in opposite directions, and the polarization directions become the same direction.

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 plane rotating element 4 and are rotated clockwise (clockwise) as shown in FIG. 5D, and the crystal of the second birefringent element 5 is rotated. The direction of polarization is perpendicular to the direction of the axis X51. Next, these lights are incident on the second birefringent element 5. The second birefringent element 5 is arranged only on the optical path on one side as shown in FIGS. 1, 3 and 5D so that light propagating in the forward direction is incident before being reflected by the reflector. Be placed.

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 birefringent element 5, they are orthogonal to the direction of the crystal axis X51. Therefore, as shown in FIG. 5E, in the forward direction, the two polarization components are emitted without being shifted by the second birefringent element 5 while maintaining the polarization direction at the time of incidence.

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 birefringent element 5 is incident in the forward direction, the crystal of the phase element 3 between the two birefringent elements so that the polarization planes of the two polarization components are aligned perpendicular to the crystal axis X51 direction. The directions of the axes X31 and X32 and the rotation direction of the first polarization plane rotating element 4 are set.

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 birefringent element 5 is refracted by a predetermined angle by the lens 6, but the polarization state does not change. The refraction angle at this time is determined by the center position of the light from the optical axis X6 of the lens 6 and the focal length of the lens 6. Next, the light transmitted through the lens 6 is incident on the second polarization plane rotating element 7, and the plane of polarization is rotated by 45 degrees as shown in FIG.

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 plane rotating element 7 are reflected by the reflector 8 on the side opposite to the incident angle so as to be point symmetric at one point R (FIGS. 4 and 5). (F), see FIG. 6 (G)). As can be seen from FIGS. 1 and 2, in the optical circulator 1 of the present invention, the reflection point R on the reflector 8 and the optical axis X6 of the lens 6 in the vicinity thereof are identical in the light propagation direction (z-axis direction). The reflector 8 and the lens 6 are positioned and arranged so as to be on the line. On the other hand, the center point C on the diagonal line connecting the centers of the optical fibers and the optical axis X6 of the lens are non-collinear as is apparent from FIGS. The lens 6 is positioned and arranged. In this way, the light is reflected by the reflector 8 to form a reciprocating optical path, whereby the entire length of the optical circulator 1 can be shortened.

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 plane rotating element 7, whereby the polarization plane is further rotated by 45 degrees.

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 lens 6 again, and are emitted at positions symmetrical to the case of FIG. 5E with respect to the optical axis X6 of the lens 6, as shown in FIG. 6H. . At this time, the polarization state does not change before and after the lens 6.

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 lens 6 passes through the space outside the second birefringent element 5 and enters the first polarization plane rotating element 4 as shown in FIGS. 6 (I)), the polarization plane is rotated 45 degrees clockwise as shown in FIG. 6 (J). This state is the same as the polarization state after passing through the phase element 3 from the first birefringence element 2 side as shown in FIG. 5C, although the propagation position in the x-axis direction is different. .

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 optical element 3a and the second phase optical element 3b, respectively, as shown in FIG. 6 (K). In addition, the polarization directions are respectively rotated by 45 degrees in the opposite directions, and the respective polarization directions are orthogonal to each other. In FIG. 6J, the solid line between d and e represents the joint surface 3c.

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 birefringent element 2, and as shown in FIG. 6 (L), the optical fiber P2 corresponding to (3-4, gh). Is incident on.

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 optical circulator 1, and are cross sections of the respective optical paths indicated by reference numerals A to L in FIG. It corresponds to the polarization state. 9 and 10, the horizontal direction is the x-axis, the vertical direction is the y-axis, and the direction toward the paper surface is the z-axis. For convenience of explanation, the propagation position of the polarization component is shown by dividing into eight parts in the vertical and horizontal directions. Yes.

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 birefringent element 2 and separated into an ordinary ray and an extraordinary ray. . The separated polarization components are respectively incident on the first phase optical element 3a and the second phase optical element 3b. In FIG. 9K, the solid line between d and e is the joint surface 3c. When the ordinary ray and the extraordinary ray are transmitted through the phase element 3, the polarization directions are rotated by 45 degrees in opposite directions, and the polarization directions are the same (see FIG. 9J).

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 plane rotation element 4 and aligned in the polarization direction orthogonal to the directions of the crystal axes X21 and X51. Next, the light transmitted through the lens 6 is incident on the second polarization plane rotation element 7, and the polarization plane is rotated by 45 degrees (see FIG. 9G).

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 reflector 8 and passes through the second polarization plane rotating element 7 again, whereby the polarization plane of each polarization component is further rotated 45 degrees (see FIG. 10E). By this rotation, the polarization directions of the two polarization components are aligned in the same direction as the crystal axis X51 direction of the second birefringent element 5.

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 birefringent element 5 is shifted by the same amount in the y-axis direction, as shown in FIGS. 7 and 10D. Next, these polarization components are rotated by 45 degrees in the same direction by the first polarization plane rotation element 4, and then, as shown in FIGS. 7 and 10C, the first phase optical element 3a and the second phase optical element 3a, respectively. The light is transmitted through the phase optical element 3b. As a result, as shown in FIG. 10B, the polarization directions are rotated 45 degrees in the opposite directions, and the respective polarization directions are orthogonal to each other. In FIG. 10C, the solid line between d and e represents the joint surface 3c.

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 birefringent element 2, and as shown in FIG. 10 (A), an optical fiber P3 corresponding to (5-6, ef). Incident. From the above, the polarized component that becomes an extraordinary ray when transmitted through the first birefringent element 2 is transmitted to the first phase optical element 3a, and the polarized component that becomes an ordinary ray when transmitted through the first birefringent element 2 is It can be seen that the light is transmitted through the two-phase optical element 3b. Furthermore, the propagation position of the ordinary ray incident on the first birefringent element 2 is (5-6, e−f) from FIG.

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 optical circulator 1 of the present invention, the propagation position of the extraordinary ray emitted from the first birefringent element 2 in the forward direction: (5-6, cd) and the first birefringent element 2 incident in the reverse direction. Position the first birefringent element 2 and the phase element 3 so that the propagation position of the ordinary ray: (5-6, ef) is non-collinear in the light propagation direction (z-axis direction). Arrange.

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 birefringent element 2 and the amount of extraordinary ray shift in the second birefringent element 5 in FIGS. 10D and 10E, the optical circulator of the present invention. 1, the shift amount of the first birefringent element 2 is set larger than the shift amount of the second birefringent element 5. For this reason, it is necessary to set the thickness of the first birefringent element 2 to be thicker than that of the second birefringent element 5.

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 optical circulator 1 according to the present invention sets the shift amounts of extraordinary rays in the first birefringent element 2 and the second birefringent element 5 to non-identical amounts, and the light of the lens 6. From the first birefringent element 2 in the forward direction, the reflection point R of the polarization component on the axis X6 and the reflector 8 is set to be non-collinear with the center point C of each of the optical fibers P1 to P3. It is possible to set the propagation position of the outgoing extraordinary ray and the propagation position of the ordinary ray incident on the first birefringent element 2 in the opposite direction on a non-collinear line. With such a configuration, it becomes possible to configure an optical circulator by arranging all the optical fibers P1 to P3 at equal distances from the center point C, and it is also possible to operate as an optical circulator. . Therefore, it is possible to stabilize the insertion loss by preventing variation in insertion loss for each round-trip optical path in the optical circulator 1.

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 birefringent elements 2 and 5 to be parallel to the same direction, the second birefringent element 5 It is possible to shift both polarization components as extraordinary rays. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of PDL which is caused by shifting only one polarization component when transmitted through the second birefringent element 5. In addition, since the two polarized components are reflected point-symmetrically by the reflector 8, 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. Become.

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 birefringent element 5 so that the forward light is incident on the second birefringent element 5 before being reflected by the reflector 8, it is possible to prevent the occurrence of PDL and each optical element. It is possible to achieve downsizing. If the second birefringent element 5 is arranged so that the light in the forward direction is incident after being reflected by the reflector 8, the two birefringent elements 5 are shifted together by the second birefringent element 5 in the optical path in the reverse direction. After that, the two polarization components are reflected by the reflector 8. Then, each distance between the reflection point R and the two polarization components is not the same for each polarization component, and PDL occurs. Therefore, the arrangement position of the second birefringent element 5 as described in the present embodiment is preferable.

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 optical circulator 1 are not so high, it is possible to change all the optical fibers P1 to P3 to be slightly equidistant from the center point C within a range including tolerance. It is.

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 plane rotating element 5, it is possible to cause the optical circulator 1 to perform the same operation as described above. Further, instead of GIF, a lens may be newly arranged in the vicinity of the light incident / exit end faces of the optical fibers P1 to P3, or a glass plate may be provided in the x-axis direction of the second birefringent element 5.

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.

本発明の光サーキュレータの構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the optical circulator of this invention. 本発明の光サーキュレータの構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the optical circulator of this invention. 図1の光サーキュレータの、光入出射部から第2の複屈折素子までの配置 と、順方向での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。The perspective view which shows the arrangement | positioning from the light incident / exit part to the 2nd birefringent element of the optical circulator of FIG. 1, and the polarization state of the propagation light in a forward direction. 図1の光サーキュレータの、レンズから反射体までの配置と、順方向での 伝搬光の偏光状態を示す斜視図。The perspective view which shows arrangement | positioning from a lens to a reflector of the optical circulator of FIG. 1, and the polarization state of the propagation light in a forward direction. 図1の光サーキュレータにおいて、光ファイバP1から出射して反射体で 反射されるまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the polarization state of propagating light from the optical fiber P1 until it is reflected by a reflector in the optical circulator of FIG. 図1の光サーキュレータにおいて、反射体で反射されて光ファイバP2に 入射するまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a polarization state of propagating light from the optical circulator of FIG. 1 until it is reflected by a reflector and enters the optical fiber P2. 図1の光サーキュレータの、光入出射部から第2の複屈折素子までの配置 と、逆方向での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。The perspective view which shows the arrangement | positioning from the light incident / exit part to the 2nd birefringent element, and the polarization state of the propagation light in a reverse direction of the optical circulator of FIG. 図1の光サーキュレータの、レンズから反射体までの配置と、逆方向での 伝搬光の偏光状態を示す斜視図。The perspective view which shows the arrangement | positioning from a lens to a reflector of the optical circulator of FIG. 1, and the polarization state of the propagation light in a reverse direction. 図1の光サーキュレータにおいて、光ファイバP2から出射して反射体で 反射されるまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a polarization state of propagating light from the optical fiber P2 until it is reflected by a reflector in the optical circulator of FIG. 図1の光サーキュレータにおいて、反射体で反射されて光ファイバP3 に入射するまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a polarization state of propagating light reflected by a reflector and incident on an optical fiber P3 in the optical circulator of FIG. 図1の光サーキュレータを、z軸方向から反射体に向かって見たときの、 光入出射部を示す構成図。The block diagram which shows a light incident / exit part when the optical circulator of FIG. 1 is seen toward a reflector from a z-axis direction. 従来の光サーキュレータの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the conventional optical circulator. 従来の光サーキュレータの他の例を示す平面図。The top view which shows the other example of the conventional optical circulator. 図12の光サーキュレータを、z軸方向から反射体に向かって見たとき の光入出射部を示す構成図。The block diagram which shows the light incident / exit part when the optical circulator of FIG. 12 is seen toward a reflector from a z-axis direction. 図13の光サーキュレータを、z軸方向から反射体に向かって見たとき の光入出射部を示す構成図。The block diagram which shows the light incident / exit part when the optical circulator of FIG. 13 is seen toward a reflector from a z-axis direction.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 Optical circulator 2 1st birefringence element 3 Phase element 4 1st polarization plane rotation element 5 2nd birefringence element 6 Lens 7 2nd polarization plane rotation element 8 Reflector 9 Light incident / exit part

Claims (2)

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。
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.
前記第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ることを特徴とする請求項1記載の光サーキュレータ。
The optical circulator according to claim 1, wherein the second polarization plane rotating element is replaced with a quarter-wave element.
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