JP2579572B2

JP2579572B2 - ３端子光サーキュレータ

Info

Publication number: JP2579572B2
Application number: JP4045411A
Authority: JP
Inventors: 一穂山田
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH05241102A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等の分
野において使用される３端子光サーキュレータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】３つの光入出力端子を有する光サーキュ
レータである３端子光サーキュレータは、光通信、光計
測等のシステムにおいて、光路の発信、受信光の分離の
目的で使用される。即ち、１本の光ファイバを光信号の
送信、受信の双方に用いる際に、受信光を発振レーザ側
へではなく、受光素子側へ導くための受動的な光路の変
更装置として用いられる。その外形はたとえば図７の様
な構成であり、１７で示した端子ａ側に発信光源を、１
８で示した端子ｂ側に受信光部を設置する。１９で示し
た端子ｃは光ファイバに接続し、他の光システムにおけ
る発信・受信光部に間接的に接続される。以下端子を単
にａ，ｂ，ｃとして説明すると、この場合、ａに入力し
た光はその全てがｃへ、ｃより入力した光は全てｂへ出
力され、ａには出力されない。なお、ｂに光信号を入力
すると、光サーキュレータ内での内部減衰により吸収さ
れ、ａ，ｂ，ｃいづれよりも光信号は出力しない。この
３端子サーキュレータの設置により、入力素子、出力素
子への光信号の分離を完全に行うことが出来るので、１
本の光ファイバを双方向の光通信に使用することが可能
である。

【０００３】３端子光サーキュレータを構成するには、
非双反素子であるファラデー回転子が構成素子として一
般によく用いられている。非相反素子は、光の進行方向
に応じ偏光面の回転の方向を変えることができる光学素
子で、４５°旋光板との組合わせにより、順方向では偏
波面の回転角を９０°、逆方向では同じく０°とするこ
とができる。

【０００４】図５(a) ，(b) は上記の性質を利用して偏
光プリズムを組合せて３端子光サーキュレータを構成し
た場合の一般例の構成を示す図である。光サーキュレー
タは、入力側、出力側双方に１つずつの第１及び第２の
偏光分離プリズム３３，３５と、第１及び第２の反射プ
リズム３４，３６と、１枚のファラデー回転子３９と、
４５°旋光子３７とからから成り、入射光を一旦２つの
偏光成分に分離・合成することで順方向入射（図の左側
より入射）と逆方向入射（図の右側より入射）の場合の
光路を変更することができる。第１及び第２の全反射プ
リズム３４，３６は、三角プリズムの斜辺にアルミ等の
反射膜を形成して、入射光を直角方向に全反射させるプ
リズムである。

【０００５】図６(a) ，(b) は上記の光サーキュレータ
に実際に光を入射させた場合の内部での振舞いを示す図
であり、図６(a) は順方向の光入射、図６(b) は逆方向
の光入射の場合を示す図である。図で示す通り、順方
向、逆方向からの入射光の偏光面は、非相反素子である
ファラデー回転子３９の存在により偏波面の向きが非相
反的に変化し、最終的に異なる経路を辿ることとなる。
なお、３端子光サーキュレータでの逆方向入射光の出口
である端子１８より光が入射すると、最終的に端子１
７，１８，１９の入出射部のいづれにも出射されず、光
サーキュレータの外へ出られないので、光サーキュレー
タ内部で吸収されてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のフ
ァラデー回転子３９、偏光分離プリズム３３，３５、お
よび全反射プリズム３４，３６を用いた光サーキュレー
タでは、その組立工程に非常に工数がかかるという問題
点があった。これは、ファラデー回転子および４５°旋
光子の上に偏光分離プリズムおよび全反射プリズムをそ
れぞれ合計２個設置、固定するためで、１個の光サーキ
ュレータに対し計４個のプリズム類を、光路にずれが生
じないよう、正確に位置合わせを行いつつ接着固定する
必要がある。この位置合わせの為には、実際に外部磁界
の存在下で光サーキュレータの光学素子にレーザ光を照
射し、光学特性を測定しながらプリズム類の位置合わせ
を行い。最後に接着固定を行う工程が必要である。この
微妙な操作を１つ１つの光サーキュレータの組立時に毎
回行う必要があり、光サーキュレータの組立工程が非常
に煩雑となる。そのため、組立工程に工数がかかり、ま
た、製品の歩留りの向上にも限界があった。このことか
ら、組み立て工数の少なくて済む新構造の光サーキュレ
ータの開発が望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来の３端子光サーキュ
レータで煩雑な光学的位置合わせ工程が必要となったの
は、構成光学素子としてプリズム類がいくつも用いられ
ていたためである。よって本発明においては、キュレー
タを構成する各種プリズムの数を減らし、代りにプリズ
ム類と同等の光学的機能を有する複屈折平行平板を使用
するようにしたもので、その複屈折平行平板として、ル
チル平行板を使用したものである。

【０００８】すなわち本発明によれば、構成光学素子と
して１個の偏光分離プリズム、１個の全反射プリズム、
入射光の偏波面を４５°回転させるファラデー回転子、
および偏光分離の向きが互いに直交しかつ前記偏光分離
プリズムによる偏光分離の方向とは４５゜の角度を保つ
第１及び第２の複屈折平行平板を光路方向に順に配置
し、前記偏光分離プリズムの側に光入力端子および光出
力端子を１つずつ配置し、前記第２の複屈折平行平板の
側に光入出力端子を１つ配置し、更に前記ファラデー回
転子近傍に磁界印加手段を配置したことを特徴とする３
端子光サーキュレータが得られる。

【０００９】また本発明によれば、上記の３端子光サー
キュレータを製造する方法であって、前記ファラデー回
転子および互いに直交する偏光分離方向を持つ第１およ
び第２のルチル平行板としてそれぞれ複数個分の大きさ
を有する板状の光学素子を用意し、これら板状光学素子
を、外部磁界印加手段の条件中で透過光によるレーザ光
照射で光学的な位置合わせを行いながら接着固定を行
い、次に外部磁界印加手段を除去したのち、前記接着固
定された光学素子を縦横に切断して複数個のサーキュレ
ータ光学素子を形成し、ついで各サーキュレータ光学素
子ごとに前記偏光分離プリズム及び前記全反射プリズム
を、外部印加条件中で透過光によるレーザ光照射で光学
的な位置合わせを行いながら接着固定を行うことを特徴
とする、３端子光サーキュレータの製造方法が得られ
る。

【００１０】

【作用】本発明において用いられるルチル平行板は、１
軸性の複屈折結晶であるルチル（ＴｉＯ₂）単結晶を、
その結晶軸（Ｃ軸）に対し約４３°をなす平面に沿って
切り出したもので、結晶軸を含む面とそれに垂直な面で
は光の屈折率が異なるため、その性質を利用して入射光
を２つの互いに直交する偏光成分の光に分離することが
できる。その分離幅は、最大で結晶の厚さの約１／１０
である。従って、従来例の３端子光のサーキュレータの
プリズム類の半数を１台当り合計２枚のルチル平行板に
より置き換えて、光サーキュレータを構成することがで
きる。ただし、図２において示す通り光出力ポートｂの
位置が、従来例の光サーキュレータの場合と若干異な
る。

【００１１】ルチル平行板を使用した光サーキュレータ
の特徴は、ファラデー回転子および互いに直交する偏光
分離方向を持つ第１および第２のルチル平行板の手間の
掛かる接着固定を複数個分同時に行ないその後分割する
点にあり、これによって工業的な生産に於いて製造工程
が簡略化することが出来るものである。

【００１２】

【実施例】図１は本発明による３端子光サーキュレータ
の組立構成の例を示す図であり、(a) は光サーキュレー
タの使用光学素子の構成例を分解図の形で示したもので
あり、(b) はこれらを貼り合わせた状態を示す図であ
る。光学素子の外側にファラデー回転子の磁界印加手段
として、永久磁石等が設けられるのであるが、図では省
略してある。使用されている光学素子は、ガラス製偏光
プリズム１４を１個、ガラス製全反射プリズム１５を１
個、磁性ガーネット膜であるファラデー回転子１３を１
個、複屈折平行平板としてのルチル平行板１１，１２の
２枚である。４５°ファラデー回転子１３は、外部の磁
界印加手段により磁界飽和されており、また２枚のルチ
ル平行板１１，１２はそれぞれ偏光分離の向きが直交
し、かつ、偏光プリズムによる偏光分離の方向とは４５
°の角度を保つ。図の中で示す通り、１）端子１７より
入射した光は端子１９へ出射され、２）端子１９より入
射した光は端子１８へ出射される。なお、端子１８より
入射した光は１７，１８，１９のいづれの端子からも出
射されない。

【００１３】図２は図１の光サーキュレータに入射した
光のふるまいを説明する図であり、(a) は、入射光のふ
るまいについての縦断面図、(b) は横断面図である。
(b) でのＡ〜Ｅの記号は(a) の光サーキュレータの各位
置を示したものであり、図は、端子１７側から光サーキ
ュレータを見たものである。端子１７から光サーキュレ
ータに入射した光は、図２のＡＢ間にある偏光分離プリ
ズム１４により互いに直交する２成分の光に分離され、
ファラデー回転子１３内に入射する。ファラデー回転子
の透過中に進行方向左回りの４５°のファラデー回転を
受け、次いで順に２枚の第１および第２のルチル偏光板
１１，１２を透過中に光路の横方向の位置ずれの作用を
受けて、最終的に偏光分離プリズム１４にて合成されて
１つの光束となって端子１９より出射する。ここで、２
枚の第１および第２のルチル平行板１１，１２での透過
光のシフト量は同一であり、また、そのシフト量はそれ
ぞれ偏光分離プリズム１４、全反射プリズム１５による
２種の分離光の光束中心間距離の√２／２である必要が
ある。

【００１４】一方図３は端子１９より入射する光のふる
まいについて説明する図であって、(a) は入射光のふる
まいに関する縦断面図、(b) は横断面図である。Ｂ〜Ｅ
の記号は図２の場合と同様で、図で左から右方向に見た
図である。端子１９より光サーキュレータに入射した光
は、第１，第２のルチル平行板１１，１２により２つの
直交する成分の偏光に分離され、次いでファラデー回転
子１３により進行方向右回りに４５°偏光面が回転して
Ｂに至る。この場合、ファラデー回転子の非相反性によ
り端子１７からの入射光とはちょうど直交する成分の光
のみが、各光路上を透過していることになる。このた
め、端子１９よりの入射光が最終的に合成されて偏光分
離プリズム１４に入射した２種の光が合成された後のふ
るまいは、端子１７からの入射光の場合と異り、端子１
７ではなく、それと直交する方向にある端子１８側へと
出射されることになる。なお、端子１８からの入射光
は、端子１７，１８，１９のいづれからも出射されず
に、光サーキュレータの端子に接続されていない領域に
出力され、壁面等に吸収されるため、どこからも出力さ
れることはない。

【００１５】上記の３端子光サーキュレータの製造工程
は次の順序で行う。まず前記ファラデー回転子および互
いに直交する偏光分離方向を持つ第１および第２のルチ
ル平行板としてそれぞれ複数個分の大きさを有する板状
の光学素子を用意し、これら板状光学素子を、外部磁界
印加手段の条件中で透過光によるレーザ光照射で光学的
な位置合わせを行いながら接着固定を行い、次に外部磁
界印加手段を除去したのち、前記接着固定された光学素
子を縦横に切断して複数個のサーキュレータ光学素子を
形成し、ついで各サーキュレータ光学素子ごとに前記偏
光分離プリズム及び前記全反射プリズムを、外部印加条
件中で透過光によるレーザ光照射で光学的な位置合わせ
を行いながら接着固定を行う。これらの工程の内従来と
異なる工程につき次に詳しく説明する図４は以上述べた
光サーキュレータの組立工程の内位置合わせ工程につい
て説明する図である。まず図(a) に示すように、３端子
ファラデー回転子１３、２枚の互いに直交する偏光分離
方向を持つ第１および第２のルチル板１１，１２を外部
磁界印加手段２８の条件中で、光学的位置合わせの為の
レーザ光照射３２を行って光学的な位置合わせを行いな
がら、接着固定を行う。図では、外部磁界印加手段とし
てリング状マグネット（一部のみ表示）を用い、透過光
による光学的位置合わせの実施状況の表示については省
略している。次に外部磁界印加手段２８を除去したのち
に、図４(b) に示すように光学素子を縦横に切断する。
図では合計２５個に切断を行っている。この各素子が１
個のサーキュレータ光学素子となるので、従来例の光サ
ーキュレータにくらべ、偏光素子による光学的位置合わ
せの工数が光サーキュレータの片側当り約２５分の１程
度に削減される。

【００１６】なお、同方法により短縮可能なのは、２枚
のルチル平行板を用いた光サーキュレータ素子の片側の
偏光素子のみで、もう片側は従来例の光サーキュレータ
と同様の偏光プリズムを用いるので、この部分の組立に
よる工数の削減は望むことができない。しかし、従来例
の光サーキュレータにくらべ、その片側の偏光プリズム
のルチル平行板への置き換えを行うことにより、全体と
して光学素子の組立工数の相当量の削減を図ることがで
きる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、当発明で提案する光
サーキュレータの新構造を用いることにより、光学素子
の位置合わせという時間のかかる光サーキュレータ組立
工程を従来の光サーキュレータに較べて大きく削減する
ことが可能であり、そのことにより、同時に組立歩留り
の向上も望むことができる。それにより、光サーキュレ
ータのコストダウンを図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による３端子光サーキュレータの一実施
例の構成を示す図であり、(a)は工学素子の組立て図、
(b) は組み立て実施亜の光学素子の外観図である。ただ
し、外部筐体、外部磁界印加手段等は省略してある。

【図２】本発明による光サーキュレータに順方向から光
を透過させた場合の説明図であり、(a) は縦方向の説明
図、(b) は横断面の説明図である。

【図３】本発明による光サーキュレータに逆方向から光
を透過させた場合の説明図であり、(a) は縦方向の説明
図、(b) は横断面の説明図である。

【図４】本発明における光サーキュレータの組立途中の
工程の説明図であり、(a) は貼合せ前の状態を、(b) は
光学素子を縦横に切断する状態を表わしている。

【図５】光サーキュレータの従来例を示した図であり、
(a) は光学素子の外観図で外部磁界印加手段、筐体等は
省略してあり、(b) は光サーキュレータの縦断面図（分
解図）で、光サーキュレータ内の光軸の位置を示したも
のである。

【図６】光サーキュレータの従来例における入射光のふ
るまいについて示した図であり、(a) は図で左側の端子
から入射した光が右側の端子より出射するまでを示した
図であり、(b) は上とは逆方向の光がのふるまいを示し
た図である。

【図７】一般的な３端子光サーキュレータの外観模式図
であり、光入出力端子に光が入射した場合の結果を示し
ている。

【符号の説明】

１１第１のルチル平行板１２第２のルチル平行板１３ファラデー回転子１４偏光分離プリズム１５全反射プリズム１６外部磁界の向き１７〜１９端子２０紙面に水平、垂直な成分を共に含む偏光２１紙面に水平な成分のみを含む偏光２２紙面に垂直な成分のみを含む偏光２３結晶軸（Ｃ軸）の面内の向き２４光軸２５ファラデー回転の向き２７結晶軸（Ｃ軸）の垂直面内の向き２８外部磁界印加手段２９回転による微調整の向き３０切断によるカット面３１光サーキュレータ素子（工程途中の素子）３２光学的位置合わせの為のレーザ光照射３３第１の偏光分離プリズム３４第１の全反射プリズム３５第２の偏光分離プリズム３６第２の全反射プリズム３７４５°旋光子３８一般型３端子光サーキュレータ筐体３９ファラデー回転子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】構成光学素子として１個の偏光分離プリ
ズム、１個の全反射プリズム、入射光の偏波面を４５°
回転させるファラデー回転子、および偏光分離の向きが
互いに直交しかつ前記偏光分離プリズムによる偏光分離
の方向とは４５゜の角度を保つ第１及び第２の複屈折平
行平板を光路方向に順に配置し、前記偏光分離プリズム
の側に光入力端子および光出力端子を１つずつ配置し、
前記第２の複屈折平行平板の側に光入出力端子を１つ配
置し、更に前記ファラデー回転子近傍に磁界印加手段を
配置したことを特徴とする３端子光サーキュレータ。
【請求項２】請求項１の３端子光サーキュレータを製
造する方法であって、前記ファラデー回転子および互い
に直交する偏光分離方向を持つ第１および第２のルチル
平行板としてそれぞれ複数個分の大きさを有する板状の
光学素子を用意し、これら板状光学素子を、外部磁界印
加手段の条件中で透過光によるレーザ光照射で光学的な
位置合わせを行いながら接着固定を行い、次に外部磁界
印加手段を除去したのち、前記接着固定された光学素子
を縦横に切断して複数個のサーキュレータ光学素子を形
成し、ついで各サーキュレータ光学素子ごとに前記偏光
分離プリズム及び前記全反射プリズムを、外部印加条件
中で透過光によるレーザ光照射で光学的な位置合わせを
行いながら接着固定を行うことを特徴とする、３端子光
サーキュレータの製造方法。