JP2905847B2 - 光アイソレータ装置 - Google Patents
光アイソレータ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、光通信などに用いられる偏波依存性のない
光ファイバ形光アイソレータ装置に関するものである。
光ファイバ形光アイソレータ装置に関するものである。
「従来の技術」 第３図は従来の偏波依存性のない光ファイバ形光アイ
ソレータの構成例である。f1,f2は光ファイバ、L1,L2は
コリメートまたは集束用のレンズ、R1はYIG等結晶に飽
和磁界を加えたファラデー回転素子、B1,B2,B3は１軸性
の複屈折結晶の平行平板で構成される偏波分離素子であ
る。
ソレータの構成例である。f1,f2は光ファイバ、L1,L2は
コリメートまたは集束用のレンズ、R1はYIG等結晶に飽
和磁界を加えたファラデー回転素子、B1,B2,B3は１軸性
の複屈折結晶の平行平板で構成される偏波分離素子であ
る。
この光アイソレータの動作を第４図（イ），（ロ）を
用いて説明する。
用いて説明する。
まず、光を通過させる順方向について（イ）により説
明する。光ファイバf1からの光はレンズL1によりコリメ
ートビームに変換され、偏波分離素子B1により、それぞ
れ偏波方向が直交する偏波成分X1（常光であり直進する
成分）、Y1（異常光であり平行移動する成分）からなる
２つの平行なコリメートビームに分離される。この例で
は偏波分離素子B1の光学軸が図中の紙面内にあるとし
た。この時、紙面に平行な成分（Y1）のみが異常光とな
りその光軸が紙面内で平行に移動される。なお、その分
離幅ｄはB1の長さＬと複屈折Ｂとの積に比例する（つま
り、ｄ＝kBLとなる）。次に、偏波成分X1と偏波成分Y1
はファラデー素子R1を通過し、それぞれ偏波方向が45°
回転（図では時計回り）した後、合波側の偏波分離素子
B2,B3に入射する。偏波分離素子B2,B3の組合せとしては
いくつかの例が提案されているが、ここではその１例を
示す。
明する。光ファイバf1からの光はレンズL1によりコリメ
ートビームに変換され、偏波分離素子B1により、それぞ
れ偏波方向が直交する偏波成分X1（常光であり直進する
成分）、Y1（異常光であり平行移動する成分）からなる
２つの平行なコリメートビームに分離される。この例で
は偏波分離素子B1の光学軸が図中の紙面内にあるとし
た。この時、紙面に平行な成分（Y1）のみが異常光とな
りその光軸が紙面内で平行に移動される。なお、その分
離幅ｄはB1の長さＬと複屈折Ｂとの積に比例する（つま
り、ｄ＝kBLとなる）。次に、偏波成分X1と偏波成分Y1
はファラデー素子R1を通過し、それぞれ偏波方向が45°
回転（図では時計回り）した後、合波側の偏波分離素子
B2,B3に入射する。偏波分離素子B2,B3の組合せとしては
いくつかの例が提案されているが、ここではその１例を
示す。
偏波分離素子B2,B3の厚さは偏波分離素子B1の とする。まず、偏波分離素子B2については光学軸を含む
面を45°偏波の回転した成分Y1の偏波方向に合わせる。
即ち、偏波分離素子B2の光学軸は偏波分離素子B1のそれ
に対して光の進む光軸の回りに時計方向に45°回転させ
ている。これにより、Y1は偏波分離素子B2に対しても異
常光となり、この偏波分離素子B2を通過後は図のように
直角２等辺三角形の短辺（長辺を偏波分離素子B1による
移動方向とする）に沿って先の分離幅ｄの だけ移動して直角の頂点の位置に達する。一方、偏波分
離素子B3については光学軸の面を偏波分離素子B2に対し
て±90°回転させて偏波分離素子B2で直進した成分X1の
偏波方向に合わせる。今度はX1が異常光となるので、偏
波分離素子B3通過後は図のようにX1のみが移動して成分
Y1の位置と合致する。即ち、偏波分離素子B2,B3の組合
せにより２つの偏波成分X1，Y1は位置、方向とも完全に
一致して一つのコリメートビームとなる。このビームは
集光用のレンズL2により光ファイバf2に結合される。以
上の動作原理により順方向は全く偏波依存性がなく、原
理的な通過損失もないことが分かる。
面を45°偏波の回転した成分Y1の偏波方向に合わせる。
即ち、偏波分離素子B2の光学軸は偏波分離素子B1のそれ
に対して光の進む光軸の回りに時計方向に45°回転させ
ている。これにより、Y1は偏波分離素子B2に対しても異
常光となり、この偏波分離素子B2を通過後は図のように
直角２等辺三角形の短辺（長辺を偏波分離素子B1による
移動方向とする）に沿って先の分離幅ｄの だけ移動して直角の頂点の位置に達する。一方、偏波分
離素子B3については光学軸の面を偏波分離素子B2に対し
て±90°回転させて偏波分離素子B2で直進した成分X1の
偏波方向に合わせる。今度はX1が異常光となるので、偏
波分離素子B3通過後は図のようにX1のみが移動して成分
Y1の位置と合致する。即ち、偏波分離素子B2,B3の組合
せにより２つの偏波成分X1，Y1は位置、方向とも完全に
一致して一つのコリメートビームとなる。このビームは
集光用のレンズL2により光ファイバf2に結合される。以
上の動作原理により順方向は全く偏波依存性がなく、原
理的な通過損失もないことが分かる。
次に、逆方向の特性について（ロ）により説明する。
光ファイバf2を通して戻る光はレンズL2によりコリメー
トされて偏波分離素子B3,B2を通過する。通過した光は
上記説明から理解できるように、順方向成分X1，Y1と全
く同じ偏波方向および光軸の位置を有する偏波成分X2，
Y2に分離される。次に、X2，Y2がファラデー素子R1を通
過すると、回転方向は光の入射方向に依存しないという
ファラデー回転の特性より、偏波方向は更に時計方向に
45°回転してそれぞれX1，Y1の偏波方向と直交する。即
ち、逆方向成分が偏波分離素子B1に入射する時点では、
順方向で常光成分のX1の位置（直進の位置）に異常光が
入射し、異常光成分のY1の位置（移動した所）には常光
が入射することになる。従ってX2，Y2が偏波分離素子B1
を通過すると、図に示すように、順方向の光軸からそれ
ぞれ上下にｄだけシフトした位置に戻ることになる。光
軸からの軸ずれのあるコリメートビームはレンズL1で光
ファイバーf1のコアに対応する一点に集束されるが、レ
ンズの焦点距離をf,軸ずれ量をｄとすると、θ＝fdの角
度ずれが生じ、θが十分大きければ光ファイバとの結合
で大きな損失となる。即ち、順方向は損失が低く、逆方
向は損失が大きな偏波依存性のない光ファイバ形光アイ
ソレータを構成できる。
光ファイバf2を通して戻る光はレンズL2によりコリメー
トされて偏波分離素子B3,B2を通過する。通過した光は
上記説明から理解できるように、順方向成分X1，Y1と全
く同じ偏波方向および光軸の位置を有する偏波成分X2，
Y2に分離される。次に、X2，Y2がファラデー素子R1を通
過すると、回転方向は光の入射方向に依存しないという
ファラデー回転の特性より、偏波方向は更に時計方向に
45°回転してそれぞれX1，Y1の偏波方向と直交する。即
ち、逆方向成分が偏波分離素子B1に入射する時点では、
順方向で常光成分のX1の位置（直進の位置）に異常光が
入射し、異常光成分のY1の位置（移動した所）には常光
が入射することになる。従ってX2，Y2が偏波分離素子B1
を通過すると、図に示すように、順方向の光軸からそれ
ぞれ上下にｄだけシフトした位置に戻ることになる。光
軸からの軸ずれのあるコリメートビームはレンズL1で光
ファイバーf1のコアに対応する一点に集束されるが、レ
ンズの焦点距離をf,軸ずれ量をｄとすると、θ＝fdの角
度ずれが生じ、θが十分大きければ光ファイバとの結合
で大きな損失となる。即ち、順方向は損失が低く、逆方
向は損失が大きな偏波依存性のない光ファイバ形光アイ
ソレータを構成できる。
この他の構成例として、同一厚さの偏波分離素子B1,B
3と、偏波分離素子B2として偏波方向を±45°回転でき
る1/2波長板もしくは旋光子を用いてもよい。この場
合、偏波分離素子B1,B3の光学軸と光軸とを含む面は一
致または180°回転させて配置されていることが上記例
とは異なる。
3と、偏波分離素子B2として偏波方向を±45°回転でき
る1/2波長板もしくは旋光子を用いてもよい。この場
合、偏波分離素子B1,B3の光学軸と光軸とを含む面は一
致または180°回転させて配置されていることが上記例
とは異なる。
「発明が解決しようとする課題」 ここで、上記の光アイソレータの構成で十分なアイソ
レーションを得るための条件とその問題点について説明
する。戻り光のアイソレーションはファラデー回転素子
R1の性能を除外すると、偏波分離素子B1の長さＬで定ま
る軸ずれ量ｄとコリメートされたビームの半径Wcとの比
に依存する。戻り光のファイバへの結合を60dB以下に抑
えるには、d/Wcの値は理論的には約４以上が必要にな
る。通常、回折による広がりの小さなコリメートビーム
のビーム半径Wcは250μｍ以上が必要であるので、分離
幅としてｄ≧1mmが必要条件になる。ところで、複屈折
Ｂが大きくｄが大きく取れるルチルや方解石結晶を用い
てもｄ≒0.1L（Ｌ＝結晶の長さ）である。これにより、
従来の第３図の構成では偏波分離素子として1cm長以上
の高価なルチルまたは方解石結晶が複数個必要になるこ
とが分かる。
レーションを得るための条件とその問題点について説明
する。戻り光のアイソレーションはファラデー回転素子
R1の性能を除外すると、偏波分離素子B1の長さＬで定ま
る軸ずれ量ｄとコリメートされたビームの半径Wcとの比
に依存する。戻り光のファイバへの結合を60dB以下に抑
えるには、d/Wcの値は理論的には約４以上が必要にな
る。通常、回折による広がりの小さなコリメートビーム
のビーム半径Wcは250μｍ以上が必要であるので、分離
幅としてｄ≧1mmが必要条件になる。ところで、複屈折
Ｂが大きくｄが大きく取れるルチルや方解石結晶を用い
てもｄ≒0.1L（Ｌ＝結晶の長さ）である。これにより、
従来の第３図の構成では偏波分離素子として1cm長以上
の高価なルチルまたは方解石結晶が複数個必要になるこ
とが分かる。
以上のことから、従来の光アイソレータでは高価でか
つ大きな複屈折結晶が不可欠なため、光アイソレータが
極めて高価になるとともに、偏波分離素子B1,B2,B3を合
わせると2.4cm以上の長さが必要なため小型化も困難で
あるという欠点があった。
つ大きな複屈折結晶が不可欠なため、光アイソレータが
極めて高価になるとともに、偏波分離素子B1,B2,B3を合
わせると2.4cm以上の長さが必要なため小型化も困難で
あるという欠点があった。
本発明は、薄い偏波分離素子の適用が可能であって、
低価格化と同時に小型化が可能な偏波依存性のない光ア
イソレータを提供することを目的としている。
低価格化と同時に小型化が可能な偏波依存性のない光ア
イソレータを提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、請求項１の発明は、入射用
光ファイバと、直交する偏波を平行にずらす平板状の第
１の偏波分離素子と、コリメート用の第１のレンズと、
偏波方向を45°回転させるファラデー回転素子と、集束
用の第２のレンズと、平行にずれた２つの偏波を合わせ
る平板状の第２の偏波分子素子と、受光用光ファイバと
をこの順序で配列してなり、上記第１の偏波分離素子と
して複屈折結晶の平行平板を用い、上記第２の偏波分離
素子として、偏波による光軸のずれ量が第１の偏波分離
素子のずれ量の となる２つの複屈折結晶の平行平板を各々のずれ方向が
直交するように組み合わせたものを用い、上記入射用光
ファイバから上記第１の偏波分離素子を通過して出射し
た光を上記第１のレンズにより概ねコリメートビームに
変換し、上記ファラデー回転素子を通過した上記コリメ
ートビームを上記第２のレンズにより集束ビームに変換
し、第２の偏波分子素子を通過させて受光用ファイバに
結合させるようにしたものである。
光ファイバと、直交する偏波を平行にずらす平板状の第
１の偏波分離素子と、コリメート用の第１のレンズと、
偏波方向を45°回転させるファラデー回転素子と、集束
用の第２のレンズと、平行にずれた２つの偏波を合わせ
る平板状の第２の偏波分子素子と、受光用光ファイバと
をこの順序で配列してなり、上記第１の偏波分離素子と
して複屈折結晶の平行平板を用い、上記第２の偏波分離
素子として、偏波による光軸のずれ量が第１の偏波分離
素子のずれ量の となる２つの複屈折結晶の平行平板を各々のずれ方向が
直交するように組み合わせたものを用い、上記入射用光
ファイバから上記第１の偏波分離素子を通過して出射し
た光を上記第１のレンズにより概ねコリメートビームに
変換し、上記ファラデー回転素子を通過した上記コリメ
ートビームを上記第２のレンズにより集束ビームに変換
し、第２の偏波分子素子を通過させて受光用ファイバに
結合させるようにしたものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の光アイソレータ
装置において、入射用光ファイバをほぼ第１のレンズの
物空間焦点面の位置に配置し、第１のレンズと第２のレ
ンズの主面間の間隔をほぼ両者の焦点距離の和の位置に
配置し、かつ受光用光ファイバをほぼ第２のレンズの像
空間焦点面の位置に配置するようにしたものである。
装置において、入射用光ファイバをほぼ第１のレンズの
物空間焦点面の位置に配置し、第１のレンズと第２のレ
ンズの主面間の間隔をほぼ両者の焦点距離の和の位置に
配置し、かつ受光用光ファイバをほぼ第２のレンズの像
空間焦点面の位置に配置するようにしたものである。
「作用」 本発明の光アイソレータでは、光ファイバとレンズの
間に第１の偏波分離素子を挿入した構成としたものであ
る。そして、光ファイバを出射したビームは、まず第１
の偏波分離素子によって常光成分と異常光成分とが平行
にずれた二つのビームに分離され、第１のレンズでコリ
メートされて偏波間の位置ずれが角度ずれに変換された
後、ファラデー回転素子R1により各成分の偏波方向がそ
れぞれ45°回転し、更に、コリメートビームは第２のレ
ンズにより受光用光ファイバに集束するビームに変換さ
れるが、その時、両偏波間の角度ずれは再び位置ずれに
変換され、それら集束ビームは第２の偏波分離素子によ
り位置ずれを受けて、角度、位置ずれの無い一つのビー
ムになり、従って、両偏波とも受光用光ファイバに結合
される。また、第１の偏波分離素子として複屈折結晶の
平行平板を用い、第２の偏波分離素子として、偏波によ
る光軸のずれ量が第１の偏波分離素子のずれ量の となる２つの複屈折結晶の平行平板を各々のずれ方向が
直交するように組み合わせることにより、２つの偏波成
分は位置、方向とも完全に一致して一つのコリメートビ
ームとなり、そのビームが第２のレンズにより受光用光
ファイバに結合される。
間に第１の偏波分離素子を挿入した構成としたものであ
る。そして、光ファイバを出射したビームは、まず第１
の偏波分離素子によって常光成分と異常光成分とが平行
にずれた二つのビームに分離され、第１のレンズでコリ
メートされて偏波間の位置ずれが角度ずれに変換された
後、ファラデー回転素子R1により各成分の偏波方向がそ
れぞれ45°回転し、更に、コリメートビームは第２のレ
ンズにより受光用光ファイバに集束するビームに変換さ
れるが、その時、両偏波間の角度ずれは再び位置ずれに
変換され、それら集束ビームは第２の偏波分離素子によ
り位置ずれを受けて、角度、位置ずれの無い一つのビー
ムになり、従って、両偏波とも受光用光ファイバに結合
される。また、第１の偏波分離素子として複屈折結晶の
平行平板を用い、第２の偏波分離素子として、偏波によ
る光軸のずれ量が第１の偏波分離素子のずれ量の となる２つの複屈折結晶の平行平板を各々のずれ方向が
直交するように組み合わせることにより、２つの偏波成
分は位置、方向とも完全に一致して一つのコリメートビ
ームとなり、そのビームが第２のレンズにより受光用光
ファイバに結合される。
さらに、入射用光ファイバをほぼ第１のレンズの物空
間焦点間の位置に配置し、第１のレンズと第２のレンズ
の主面間の間隔をほぼ両者の焦点距離の和の位置に配置
し、かつ受光用光ファイバをほぼ第２のレンズの像空間
焦点間の位置に配置することにより、二つの偏波がそれ
ら二つのレンズで位置−角度変換、角度−位置変換を受
けるときに発生する光ファイバの位置での角度ずれが解
消する。
間焦点間の位置に配置し、第１のレンズと第２のレンズ
の主面間の間隔をほぼ両者の焦点距離の和の位置に配置
し、かつ受光用光ファイバをほぼ第２のレンズの像空間
焦点間の位置に配置することにより、二つの偏波がそれ
ら二つのレンズで位置−角度変換、角度−位置変換を受
けるときに発生する光ファイバの位置での角度ずれが解
消する。
「実施例」 以下に本発明の実施例を説明する。第１図は本発明の
一実施例を示す構成図、第２図はその動作を説明するた
めの図である。
一実施例を示す構成図、第２図はその動作を説明するた
めの図である。
第１図に示されるように、本実施例の光アイソレータ
は、入射用光ファイバf1と、直交する偏波を平行にずら
す平板状の第１の偏波分離素子B1と、コリメート用の第
１のレンズL1と、偏波方向を45°回転させるファラデー
回転素子R1と、集束用の第２のレンズL2と、平行にずれ
た２つの偏波を合わせる平板状の第２の偏波分離素子
と、受光用光ファイバf2とがその順序に配列された構成
とされている。なお、上記第２の偏波分離素子として
は、偏波による光軸のずれ量が第１の偏波分離素子B1の
ずれ量の となる２つの分離素子B2,B3が各々のずれ方向が直交す
るように組み合わせられた構成とされている。そして、
第１の偏波分離素子B1、および第２の偏波分離素子を構
成している２つの分離素子B2,B3としては、いずれも複
屈折結晶の平行平板が用いられている。
は、入射用光ファイバf1と、直交する偏波を平行にずら
す平板状の第１の偏波分離素子B1と、コリメート用の第
１のレンズL1と、偏波方向を45°回転させるファラデー
回転素子R1と、集束用の第２のレンズL2と、平行にずれ
た２つの偏波を合わせる平板状の第２の偏波分離素子
と、受光用光ファイバf2とがその順序に配列された構成
とされている。なお、上記第２の偏波分離素子として
は、偏波による光軸のずれ量が第１の偏波分離素子B1の
ずれ量の となる２つの分離素子B2,B3が各々のずれ方向が直交す
るように組み合わせられた構成とされている。そして、
第１の偏波分離素子B1、および第２の偏波分離素子を構
成している２つの分離素子B2,B3としては、いずれも複
屈折結晶の平行平板が用いられている。
上記構成の光アイソレータの動作を第２図（イ），
（ロ）により説明する。
（ロ）により説明する。
まず、順方向の動作について（イ）により説明する。
光ファイバf1を出射したビームは、第３図で説明した従
来の方法と同様の動作原理により、偏波分離素子B1で常
光成分X1、異常光成分Y1が平行にｄだけずれたビームに
分離される。但し、その分離幅は小さく、かつ、光ファ
イバからの出射光は回折により大きく広がるので（その
状態は図示せず）、偏波分離素子B1を通過してもX1およ
びY1の成分は空間的に分離されたビームとはならない。
従って、レンズL1でコリメートされた光のビームはほぼ
１つのビームに見える。但し、直交する偏波間の位置ず
れｄは、コリメート後は位置ずれｄとレンズの焦点距離
ｆの比で決まる角度ずれθに変換される。次に、ファラ
デー回転素子R1により、X1、Y1成分はそれぞれ偏波方向
が45°回転する。更に、レンズL2により、コリメートビ
ームは光ファイバへ集束するビームに変換される（図示
せず）。この時、両偏波間の角度ずれθは再び位置ずれ
ｄに変換される。これら集束ビームは偏波分離素子B2,B
3により従来の場合と同様の位置ずれを受け、角度、位
置ずれの無い一つのビームになる。従って、両偏波とも
光ファイバf2に結合される。ここで、レンズL1とレンズ
L2の焦点距離f1，f2を等しくしておくと、同一のモード
フィールド径を有する入射側と出射側光ファイバの低損
失結合が実現できる。
光ファイバf1を出射したビームは、第３図で説明した従
来の方法と同様の動作原理により、偏波分離素子B1で常
光成分X1、異常光成分Y1が平行にｄだけずれたビームに
分離される。但し、その分離幅は小さく、かつ、光ファ
イバからの出射光は回折により大きく広がるので（その
状態は図示せず）、偏波分離素子B1を通過してもX1およ
びY1の成分は空間的に分離されたビームとはならない。
従って、レンズL1でコリメートされた光のビームはほぼ
１つのビームに見える。但し、直交する偏波間の位置ず
れｄは、コリメート後は位置ずれｄとレンズの焦点距離
ｆの比で決まる角度ずれθに変換される。次に、ファラ
デー回転素子R1により、X1、Y1成分はそれぞれ偏波方向
が45°回転する。更に、レンズL2により、コリメートビ
ームは光ファイバへ集束するビームに変換される（図示
せず）。この時、両偏波間の角度ずれθは再び位置ずれ
ｄに変換される。これら集束ビームは偏波分離素子B2,B
3により従来の場合と同様の位置ずれを受け、角度、位
置ずれの無い一つのビームになる。従って、両偏波とも
光ファイバf2に結合される。ここで、レンズL1とレンズ
L2の焦点距離f1，f2を等しくしておくと、同一のモード
フィールド径を有する入射側と出射側光ファイバの低損
失結合が実現できる。
以上の動作説明では、二つの偏波がレンズL1、レンズ
L2で位置−角度変換、角度−位置変換を受ける時に発生
する光ファイバの位置での角度ずれの発生を無視した。
しかし、これはレンズL1とレンズL2の間隔を二つの焦点
距離の和に等しくする共焦点系を採用すると完全に零に
できる。第２図はその特例である。
L2で位置−角度変換、角度−位置変換を受ける時に発生
する光ファイバの位置での角度ずれの発生を無視した。
しかし、これはレンズL1とレンズL2の間隔を二つの焦点
距離の和に等しくする共焦点系を採用すると完全に零に
できる。第２図はその特例である。
ここで、上記共焦点系からのずれの影響について考察
する。間隔Ｄの共焦点系からずれをΔ、レンズL1,L2の
焦点距離をｆとすると、二つの偏波間の光ファイバに入
射される点における角度ずれΔθは次式で与えられる。
する。間隔Ｄの共焦点系からずれをΔ、レンズL1,L2の
焦点距離をｆとすると、二つの偏波間の光ファイバに入
射される点における角度ずれΔθは次式で与えられる。
Δθ＝（d/f）（Δ/f） ……（１） 但し、ｄは偏波分離素子B1で生じる位置ずれ量であ
る。これにより、角度ずれΔθはΔに比例して大きくな
るが、ｄを小さくすることで結合損失の増加を低減する
ことができる。例えば、Δθに対する結合効率η（Δ
θ）は次式で与えられる。
る。これにより、角度ずれΔθはΔに比例して大きくな
るが、ｄを小さくすることで結合損失の増加を低減する
ことができる。例えば、Δθに対する結合効率η（Δ
θ）は次式で与えられる。
η（Δθ）＝exp｛−（π・ω・Δθ／λ）2｝＝exp
｛−（π・ω・ｄ・Δ／f2λ）2｝ ……（２） ここで、ωは光ファイバのモードフィールド半径（＝
５μｍ）である。そして、レンズの焦点距離をｆ＝2m
m、分離幅をｄ＝50μｍ、波長λ＝1.55μｍとすると、
結合効率ηはΔの関数となり、以下の式で表される。
｛−（π・ω・ｄ・Δ／f2λ）2｝ ……（２） ここで、ωは光ファイバのモードフィールド半径（＝
５μｍ）である。そして、レンズの焦点距離をｆ＝2m
m、分離幅をｄ＝50μｍ、波長λ＝1.55μｍとすると、
結合効率ηはΔの関数となり、以下の式で表される。
η（Δ）＝exp｛−（0.127×Δ（mm））2｝ ……（３） この場合、Δ＝2mmまたは1mmとしても、それぞれ0.27
9dB、0.07dBの損失と小さくなり、共焦点系からのずれ
に対して角度誤差による損失を十分低減できる。
9dB、0.07dBの損失と小さくなり、共焦点系からのずれ
に対して角度誤差による損失を十分低減できる。
即ち、従来は光ファイバからの出射ビームをレンズで
コリメートする前に偏波分離素子で位置ずれを加える
と、コリメートされた２つのビームが互いに平行になら
ないため、両偏波の結合効率に差が生じると信じられて
いたが、共焦点系を採用することでこの差異はなくせる
ものである。また、分離幅ｄを小さくすることで、共焦
点からのずれを比較的大きくできることが分かる。
コリメートする前に偏波分離素子で位置ずれを加える
と、コリメートされた２つのビームが互いに平行になら
ないため、両偏波の結合効率に差が生じると信じられて
いたが、共焦点系を採用することでこの差異はなくせる
ものである。また、分離幅ｄを小さくすることで、共焦
点からのずれを比較的大きくできることが分かる。
次に、逆方向き動作特性について（ロ）により説明す
る。この場合も偏波分離素子の動作は第４図に示した従
来系と同じである。しかし、偏波分離素子がレンズと光
ファイバの間に挿入されているため、逆方向の二つの偏
波が光ファイバに集束される様子が異なる。即ち、逆方
向のX2，Y2偏波は、位置ずれｄを受けた後レンズL2でコ
リメートされると、角度ずれθに変換され、レンズL1で
集束されると再び位置ずれｄに戻されて偏波分離素子B1
に入射する。この時、常光、異常光の関係が入れ替わっ
ているので、光ファイバに集束される位置では、X2，Y2
は順方向の光軸からそれぞれ上下にｄだけシフトする。
また、共焦点系に近ければ、X2，Y2とも角度ずれは発生
しない。これに対して、従来の場合には、光ファイバに
入射する点では位置ずれはなく、角度ずれのみを利用し
てアイソレーションを得ている。
る。この場合も偏波分離素子の動作は第４図に示した従
来系と同じである。しかし、偏波分離素子がレンズと光
ファイバの間に挿入されているため、逆方向の二つの偏
波が光ファイバに集束される様子が異なる。即ち、逆方
向のX2，Y2偏波は、位置ずれｄを受けた後レンズL2でコ
リメートされると、角度ずれθに変換され、レンズL1で
集束されると再び位置ずれｄに戻されて偏波分離素子B1
に入射する。この時、常光、異常光の関係が入れ替わっ
ているので、光ファイバに集束される位置では、X2，Y2
は順方向の光軸からそれぞれ上下にｄだけシフトする。
また、共焦点系に近ければ、X2，Y2とも角度ずれは発生
しない。これに対して、従来の場合には、光ファイバに
入射する点では位置ずれはなく、角度ずれのみを利用し
てアイソレーションを得ている。
次に、必要な位置ずれ量ｄについて言及する。光ファ
イバのモードフィールド半径をωとすると、位置ずれ量
ｄに対する結合効率ηは次式で与えられる。
イバのモードフィールド半径をωとすると、位置ずれ量
ｄに対する結合効率ηは次式で与えられる。
η（ｄ）＝exp｛−（d/ω）2｝ ……（４） これより、位置ずれ量ｄとモードフィールド半径ωの
比をd/ω≧４とすると、理論的には69dB以上のアイソレ
ーションが得られる。また、安全係数を見込んでこの比
を５以上と仮定しても、ωが５μｍと小さいため、偏波
分離素子の分離幅ｄは25μｍと極めて小さな値でも十分
になる。これにより、分離素子の厚さは250μｍ程度と
極めて薄くすることが可能になる。これに対して、従来
においてはωの大きなコリメートビームの中にプリズム
を挿入していたため、本質的に分離幅の大きな結晶が必
要であったのである。
比をd/ω≧４とすると、理論的には69dB以上のアイソレ
ーションが得られる。また、安全係数を見込んでこの比
を５以上と仮定しても、ωが５μｍと小さいため、偏波
分離素子の分離幅ｄは25μｍと極めて小さな値でも十分
になる。これにより、分離素子の厚さは250μｍ程度と
極めて薄くすることが可能になる。これに対して、従来
においてはωの大きなコリメートビームの中にプリズム
を挿入していたため、本質的に分離幅の大きな結晶が必
要であったのである。
「発明の効果」 以上で詳細に説明したように、本発明によれば、偏波
分離素子を光ファイバとレンズの間に挿入する構成と
し、しかも、第１の偏波分離素子として複屈折結晶の平
行平板を用い、第２の偏波分離素子として、偏波による
光軸のずれ量が第１の偏波分離素子のずれ量の となる２つの複屈折結晶の平行平板を各々のずれ方向が
直交するように組み合わせたものを用いたから、高価な
偏波分離素子の長さを著しく小さくでき、従来のものに
比して十分にコンパクトであるとともに著しく安価な偏
波無依存形の光ファイバ形光アイソレータを実現でき
る、という優れた効果を奏する。
分離素子を光ファイバとレンズの間に挿入する構成と
し、しかも、第１の偏波分離素子として複屈折結晶の平
行平板を用い、第２の偏波分離素子として、偏波による
光軸のずれ量が第１の偏波分離素子のずれ量の となる２つの複屈折結晶の平行平板を各々のずれ方向が
直交するように組み合わせたものを用いたから、高価な
偏波分離素子の長さを著しく小さくでき、従来のものに
比して十分にコンパクトであるとともに著しく安価な偏
波無依存形の光ファイバ形光アイソレータを実現でき
る、という優れた効果を奏する。
第１図は本発明の実施例の構成図、第２図（イ），
（ロ）はその動作を説明するための図、第３図は従来の
光アイソレータの構成図、第４図（イ），（ロ）はその
動作を説明するための図である。 f1,f2……光ファイバ、L1,L2……レンズ、B1,B2,B3……
偏波分離素子、R1……ファラデー回転素子。
（ロ）はその動作を説明するための図、第３図は従来の
光アイソレータの構成図、第４図（イ），（ロ）はその
動作を説明するための図である。 f1,f2……光ファイバ、L1,L2……レンズ、B1,B2,B3……
偏波分離素子、R1……ファラデー回転素子。
Claims (2)
- 【請求項１】入射用光ファイバと、直交する偏波を平行
にずらす平板状の第１の偏波分離素子と、コリメート用
の第１のレンズと、偏波方向を45°回転させるファラデ
ー回転素子と、集束用の第２のレンズと、平行にずれた
２つの偏波を合わせる平板状の第２の偏波分子素子と、
受光用光ファイバとをこの順序で配列してなり、上記第
１の偏波分離素子として複屈折結晶の平行平板を用い、
上記第２の偏波分離素子として、偏波による光軸のずれ
量が第１の偏波分離素子のずれ量の となる２つの複屈折結晶の平行平板を各々のずれ方向が
直交するように組み合わせたものを用い、上記入射用光
ファイバから上記第１の偏波分離素子を通過して出射し
た光を上記第１のレンズにより概ねコリメートビームに
変換し、上記ファラデー回転素子を通過した上記コリメ
ートビームを上記第２のレンズにより集束ビームに変換
し、第２の偏波分子素子を通過させて受光用ファイバに
結合させることを特徴とする光アイソレータ装置。 - 【請求項２】入射用光ファイバをほぼ第１のレンズの物
空間焦点面の位置に配置し、第１のレンズと第２のレン
ズの主面間の間隔をほぼ両者の焦点距離の和の位置に配
置し、かつ受光用光ファイバをほぼ第２のレンズの像空
間焦点面の位置に配置することを特徴とする請求項１記
載の光アイソレータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23774390A JP2905847B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 光アイソレータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23774390A JP2905847B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 光アイソレータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04116616A JPH04116616A (ja) | 1992-04-17 |
| JP2905847B2 true JP2905847B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=17019815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23774390A Expired - Fee Related JP2905847B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 光アイソレータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2905847B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPN714295A0 (en) * | 1995-12-14 | 1996-01-11 | Photonic Technologies Pty Ltd | Fibre optic circulator |
| US6026202A (en) * | 1997-02-25 | 2000-02-15 | Hewlett-Packard Company | Compact, low crosstalk, three-port optical circulator |
| US6014256A (en) * | 1997-07-18 | 2000-01-11 | Cheng; Yihao | Polarizing beam splitter/combiner |
| JP2007199112A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-09 | Fdk Corp | 反射型光アッテネータ |
-
1990
- 1990-09-07 JP JP23774390A patent/JP2905847B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04116616A (ja) | 1992-04-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |