JP2977927B2 - 光回路素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光回路素子、特に、光
ファイバ−通信、光ファイバ−計測等に適する偏光無依
存型の光分岐、結合器として機能する光回路素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられてきた光分岐・結合器は、
図１で示すような構成のものである。例えば、図１の
（ａ）の偏光無依存型のビ−ムスプリッタ−を用いる方
式であるが、この方式では、光の損失が大きく、また、
クロスト−クも良くないという欠点がある。即ち、図の
光Ａ”及び光Ｂ”は、光損失になり、クロスト−クの原
因となるものである。図１の（ｂ）は、偏光に依存しな
いビ−ムスプリッタ−を用いる方式であるが、これで
は、偏光方位を厳密に選択しなければ、分岐・結合器と
しての機能を全くなさないという欠点がある。即ち、図
の光Ａ即ち光Ａ’の偏光はｐ偏光に、光Ｂは、ｓ偏光に
厳密に合わせる必要がある。更に、従来のこのような光
回路素子では、偏光分離素子、偏光ビ−ムスプリッタ−
の特性が良くない点や、反射ミラ−の角度合わせの精度
が、角度にして数秒のオ−ダ−であり、非常に高い精度
に合わせ込まなければならない等の理由から、実用には
ならなかった。

【０００３】更に、図１の（ｃ）の構成は、特開昭５６
−１３７３２７号に開示されるように、偏光分離プリズ
ム（偏光ビ−ムスプリッタ−）１９、２０、ＹＩＧを用
いた磁気光学結晶板（ファラデ−素子）２１、旋光性結
晶２２、反射ミラ−２３、２４などを用いて、光ファイ
バ−１１〜１４と結合し、入力光の偏光に無依存となる
ような構成としたものであるが、この方式では、入出力
部に偏光分離プリズム１９、２０を使用しているためク
ロスト−クが良くないという点、製作上光学軸合わせが
困難であるという点、更に、磁気光学結晶板（ファラデ
−素子）２１の回転角度誤差が直接光回路素子の性能悪
化に大きく影響を及ぼすという欠点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するために為されたもので、特に、本発明は、
クロスト−クを大幅に低減できる光回路素子を提供する
ことを目的とする。また、本発明は、制作が容易で、コ
ストを削減できる光回路素子を提供することを目的とす
る。また、本発明は、光ファイバ通信等に適する光分
岐、結合器として機能する光回路素子を提供することを
目的とする。即ち、本発明は、前記のような従来の方式
の欠点をなくし、挿入損失が少なく、クロスト−クが改
善され、偏光依存性が無い光回路素子を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために、成されたもので、第１、第２、
第３の３個のポ−ト（光の出入り口を意味する。以下同
様である）を有し、第１ポ−トから入射した光は、該第
２ポ−トから出射し、該第２ポ−トから入射した光は、
該第３ポ−トから出射し、該第３ポ−トから入射した光
は、どのポ−トからも出射しない非相反性を有し、偏光
無依存性と非相反性と循環性の機能を有し；該第１ポ−
トから該第２ポ−トに向かう方向に沿い、順次、複合偏
光素子２組、ファラデ−回転素子（磁気光学結晶）、検
光素子を配列し、前記ファラデ−回転素子に対応して永
久磁石を配してあり；前記２個の複合偏光素子の各々
は、光学軸が、各素子の表面と傾くように加工された、
一対の少なくとも、光の通過方向の長さｌが同一の複屈
折結晶の平行平板を各光学軸が反対向きになるように配
置或いは貼り合わせたもので、各複合偏光素子の長さ
は、ほぼ同じであり；前記の２個の複合偏光素子の関係
は、第２の複合偏光素子は、第１の複合偏光素子に対し
て、その平行平板の方向が９０度回転されて配置され、
且つ、第２の複合偏光素子は、検光素子に対して、対向
するように配置され；そして、前記磁気光学結晶は、４
５°の偏光回転作用を有する非相反性のものであり、複
合偏光素子と同様に平行平板に加工されてい；前記の検
光素子は、２の平方根×ｌの長さを有し；また、前記の
第１の複合偏光子の対の一方の第１複屈折性結晶に、第
１ポ−トが付いており、他の一方の第２複屈折性結晶に
は、第３ポ−トが付いて配置され、前記検光素子の複屈
折結晶には、第２ポ−トが付いて配置されていることを
特徴とする光回路素子を提供する。そして、その磁気光
学結晶としては、４５度の偏光回転作用を有する非相反
性磁気光学結晶を用いたものが好適である。また、各ポ
−トと光ファイバ−との結合には、レンズを用いると好
適である。

【０００６】

【作用】本発明の構成によると、偏光分離プリズムや反
射ミラ−を使用せず、第１ポ−トから第２ポ−トに向か
う方向に、順次、１対の複屈折結晶による複合偏光子２
個、ファラデ−回転子（磁気光学結晶板）、複屈折結晶
による検光素子が配列され、また、ファラデ−回転子に
対応して配置された永久磁石を有し、前記複合偏光子に
は、平行平板状の複屈折性材料が用いられ、２つの複合
偏光子の長さは同一であるものである。

【０００７】本発明の構成によると、光分岐、結合器を
安価で、精度良く作製できるように、光学部品は殆ど平
行平面板とし、更に、磁気光学結晶板（ファラデ−素
子）の回転角度に誤差が生じても全体としての性能の悪
化の影響を少なくなるように、複屈折結晶と検光素子の
結晶とを組合わせ点に依存するものである。そのため
に、偏光に依存しないで、且つ、分離、結合度の良い光
回路素子を高精度に実現できたものである。

【０００８】図２に示すように、第１ポ−ト、第２ポ
−ト、第３ポ−トの３個のポ−トを有し、各ポ−ト
は入出力ポ−トとして機能する。第１ポ−トから入射
した光Ｉは、該第２ポ−トから出射するが、該第２ポ
−トから入射した光ＩＩは、該第３ポ−トから出射
し、そして、第３ポ−トから入射した光は、何処から
も出射しないという非相反性を有する。

【０００９】本発明の光回路素子では、光は、平行平板
の光学素子中を伝搬させる。通常、複屈折結晶は、１：
１０００００以上の消光比、即ち、常光と異常光との分
岐比が非常に高く、そのため、２個の複屈折結晶中を通
過するが、本発明の光回路素子の構成では、全体とし
て、クロスト−クは、磁気光学結晶板（ファラデ−素
子）以外は波長特性が小さいので、使用波長が変化して
も、使用上問題にならない。クロスト−クの悪化はほと
んど無い。

【００１０】更に、本発明の光回路素子では、光学軸を
揃えて、正反対に配置された１対の複屈折結晶を貼り合
わせた、或いは配置した複合偏光素子を使用する。即
ち、図４の（ａ’）に示すように対の複屈折結晶例えば
１１、１２を矢印で示す光学軸を正反対に揃えて配置し
たものである。

【００１１】次に、図面を用いて、本発明の光回路素子
を具体的に実施例により説明するが、本発明はそれらに
よって限定されるものではない。

【００１２】

【実施例】図２の（ａ）は、本発明の光回路素子を上か
ら見た平面構成図である。そして、図２の（ｂ）は、同
じ光回路素子を側面から見た側面構成図である。即ち、
１対の複屈折結晶を組み合わせた複合偏光素子を２組み
備えており、即ち複合偏光素子２１、２２の後に、検光
素子３を設ける。複合偏光素子２２と検光素子３との間
に、磁気光学結晶４とそれを覆う（制御する）永久磁石
５が配置されている。複合偏光素子は、平行平板の複屈
折材料で構成されており、すべて同一の長さ（ｌとす
る）になっている。図３は、本発明の光回路素子の構成
を示す模式斜視図である。各ポ−ト〜から入射した
光は、図示のように伝搬し、光軸上の矢印は伝搬方向を
表わし、結晶壁面の矢印は結晶の光学軸を示す。ア及び
イは、第３ポ−トから仮に光が入射した場合の最終経
路である。

【００１３】図２及び図３に示すように、第１ポ−ト
から入射した光は、厚さ（ｌ）の複屈折結晶１１によ
り、常光と異常光に分離され、常光は直進するが、異常
光成分は、凡そｌ／１０だけ垂直方向に移動する。そし
て、常光は、複屈折結晶１３に入射し、それは、複屈折
結晶１３に対して、異常光として、水平方向にｌ／１０
だけ移動して、磁気光学結晶４に入射する。一方、複屈
折結晶１１を出射した異常光は、複屈折結晶１４に入射
し、複屈折結晶１４に対して常光として、直進し、磁気
光学素子４に入射する。磁気光学素子４に入射した偏波
光は、第１ポ−トから見て、反時計回りに４５°、その
偏波方位が回転され、検光素子３に入射する。検光素子
３に入射した偏波光は、複屈折結晶１１の異常光が、左
上（第１ポ−トから見て）にほぼ２の平方根×ｌ／１０
だけ移動される。このようにして、複屈折結晶１１によ
り分離された各偏波光は、検光素子３を通過した後、再
び、合成されて、第２ポ−トから出射されることにな
る。

【００１４】即ち、第２ポ−トへの経路では、複屈折
結晶（方解石）１１により、２つの直交する常光光束と
異常光とに分割され、常光Ａ１は、図２の（ｂ）におけ
る上段を、異常光Ａ２は、下段を伝搬する。光束Ａ１
は、複屈折結晶板１３により、図示のように、水平移動
され、図２（ｂ）の上側を通り、磁気光学結晶４に入射
し、第１ポ−トから見て、反時計回りに４５°、その偏
波方位が回転され、検光素子結晶３に入射する。光束Ａ
２は、複屈折結晶１４に入射し、そこを直進し、図２
（ｂ）では、下側から磁気光学結晶４に入射し、第１ポ
−トから見て、反時計回りに４５°、その偏波方位が回
転され、検光素子結晶３に入射して、そこで、光束Ａ１
とＡ２は偏光合成され、第２ポ−トから出射される。

【００１５】次に、第２ポ−トから入射した光は、検
光素子３の複屈折結晶により所定偏波成分に分離され、
磁気光学結晶４に入射し、第１ポ−トから見て反時計回
りに４５°、その偏波方位が回転され、検光素子３の常
光は、複屈折結晶１３に常光として、入射し、異常光
は、複屈折結晶１４に異常光として入射する。即ち、複
屈折結晶１３に入射した光は常光として直進し、複屈折
結晶１４に入射した光は異常光としてほぼｌ／１０だけ
水平移動し、共に、複屈折結晶１２に入射し、再び、偏
波合成され、第３ポ−トから出射されることになる。

【００１６】最後に、第３ポ−トから入射した光は、
複屈折結晶１２により偏波分離されるが、複屈折結晶１
２の光学軸が複屈折結晶１１のそれと反対方向になって
いるために、第１ポ−トから入射した光とは、常光と
異常光の関係が正反対になっているため、検光素子３に
入射した各偏波光は、常光は直進し、異常光は、第１ポ
−トから見て、左上に、２の平方根×ｌ／１０だけ、平
行移動して、第２ポ−トには再結合しないものである。
即ち、図３において、ア及びイは、第３ポ−トから仮
に光が入射した場合の最終経路である。

【００１７】通常、複屈折結晶は、１：１０００００以
上の消光比、即ち、常光と異常光との分岐比を有するも
のである。従って、本発明の光回路素子の構成では、全
体として、クロスト−クは、磁気光学結晶板（ファラデ
−素子）以外は波長特性が小さいので、使用波長が変化
しても、使用上問題にならない。クロスト−クの悪化は
ほとんど無い。

【００１８】更に、本発明による光学部品は、殆ど、平
行平面板であるので、組立てが非常に容易になる。例え
ば、使用する４つの複屈折板１１、１２、１３、１４
は、軸出しをして平行平面に研磨して作成すれば良く、
例えば、方解石ならば、劈開面を研磨するだけで良い。
そして、使用する磁気光学結晶４は、例えば、ＧＢＩＧ
（ガドリウム系ビスマス置換鉄結晶）を用い、所望の回
転角を与える長さに平行平面に研磨するだけで良い。

【００１９】従って、部品、素子はほとんど平行平面板
であるために、組立てるときは、表面を合わせて光学接
着剤で貼り合わせるだけで作成できる。また、多量に作
成するときは、複屈折結晶板とを大板のまま（サイズの
大きいまま）、接着し、その後に、小さく切断する作成
方法を行なうことができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光回路素
子により、前記のような効果が得られた。それらをまと
めると、次のような顕著な技術的効果となる。即ち、第
１に、偏光分離プリズム（通常、消光比２５ｄＢ程度）
を使用せず、平行平板の複屈折結晶（通常消光比５０ｄ
Ｂ以上）の透過光のみを使用しているため、光回路素子
全体としての特性（特にクロスト−ク特性）は、磁気光
学結晶の特性限界まで、可能となり、従来に比べ、クロ
スト−クを大幅に改善できた光回路素子を提供した。従
って、光ファイバ通信等に適する光分岐、結合器として
機能する光回路素子を提供し、挿入損失が少なく、偏光
依存性が無く、特に、双方向通信などに適した光分岐、
結合器を提供した。

【００２１】第２に、主たる部品である複合偏光素子は
同一寸法の平行平板複屈折結晶の組合わせであるため
に、その大板偏光素子、即ち大板複屈折結晶を光学軸の
調整固定した後、切断することにより、一度の調整で、
多数の光回路素子の部品を作製することが可能であり、
従って、光学回路素子の製作を容易にできる構成の光回
路素子を提供した。そして、コスト削減の大幅に可能な
光回路素子を提供する。第３に、偏光に依存しないで、
且つ、分離、結合度の良い光分離、結合器を高精度に実
現できた光回路素子を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光回路素子の構成の３つの例を、その
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示す模式構成図である。

【図２】本発明の光回路素子の構成を示す模式構成図で
ある。

【図３】本発明の光回路素子の構成を示す模式斜視図で
ある。

【図４】本発明の光回路素子に用いる複屈折結晶と磁気
光学結晶を説明するものである。

【符号の説明】

１１、１２、１３、１４ 複屈折結晶板 ２１、２２ 複合偏光素子 ３ 検光素子 ４ 磁気光学結晶板（フ
ァラデ−素子） ４１、４２、４３ レンズ ５１、５２、５３ 光ファイバ−

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１、第２、第３の３個のポ−ト（光の
   出入り口を意味する。以下同様である）を有し、第１ポ
   −トから入射した光は、該第２ポ−トから出射し、該第
   ２ポ−トから入射した光は、該第３ポ−トから出射し、
   該第３ポ−トから入射した光は、どのポ−トからも出射
   しない非相反性を有し、偏光無依存性と非相反性と循環
   性の機能を有し；該第１ポ−トから該第２ポ−トに向か
   う方向に沿い、順次、複合偏光素子２組、ファラデ−回
   転素子（磁気光学結晶）、検光素子を配列し、前記ファ
   ラデ−回転素子に対応して永久磁石を配してあり；前記
   ２個の複合偏光素子の各々は、光学軸が、各素子の表面
   と傾くように加工された、一対の少なくとも、光の通過
   方向の長さ（ｌ）が同一の複屈折結晶の平行平板を各光
   学軸が反対向きになるように配置或いは貼り合わせたも
   ので、各複合偏光素子の長さは、ほぼ同じであり；前記
   の２組の複合偏光素子の関係は、第２の複合偏光素子
   は、第１の複合偏光素子に対して、その平行平板の方向
   が９０度回転されて配置され、且つ、第２の複合偏光素
   子は、検光素子に対して、対向するように配置され；そ
   して、前記磁気光学結晶は、４５°の偏光回転作用を有
   する非相反性のものであり、複合偏光素子と同様に平行
   平板に加工されてい；前記の検光素子は、２の平方根×
   ｌの長さを有し；且つ４５度傾いて配置されてい、ま
   た、前記の第１の複合偏光子の対の一方の第１複屈折性
   結晶に、第１ポ−トが付いており、他の一方の第２複屈
   折性結晶には、第３ポ−トが付いて配置され、前記検光
   素子の複屈折結晶には、第２ポ−トが付いて配置されて
   いることを特徴とする光回路素子。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光回路素子において、磁
   気光学結晶としては、４５°の偏光回転作用を有する非
   相反性磁気光学結晶を用いたことを特徴とする請求項１
   に記載の光回路素子。
3. 【請求項３】請求項１或いは２に記載の光回路素子にお
   いて、各ポ−トと光ファイバ−との結合には、レンズを
   用いたことを特徴とする請求項１に記載の光回路素子。