JP3154169B2

JP3154169B2 - 光サーキュレータ

Info

Publication number: JP3154169B2
Application number: JP12744492A
Authority: JP
Inventors: 一穂山田
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 2001-04-09
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JPH05323233A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信及び光計測等にお
いて用いられる光サーキュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、３つの光入出力端子を備える光
サーキュレータが知られており、この種の光サーキュレ
ータは３端子光サーキュレータと呼ばれる。この３端子
光サーキュレータは光通信及び光計測等において発信光
及び受信光を互いに分離する際の使用が知られている。
つまり、一本の光ファイバーを光信号の送信及び受信に
用いる際、受信光を送信用レーザー素子側へ与えること
なく全て受光素子側に導くための受動的な光路変更装置
として使用される。

【０００３】ここで、図７を参照して、従来の３端子光
サーキュレータ（以下単に光サーキュレータと呼ぶ）に
ついて概説する。

【０００４】図示の光サーキュレータ１１は端子１１ａ
乃至１１ｃを備えており、端子１１ａ側には発信光源
（図示せず）が配置され、端子１１ｂ側には受信光部
（図示せず）が配置される。一方、端子１１ｃには光フ
ァイバーが接続され、この光ファイバーは他の光システ
ムに連結される。

【０００５】この光サーキュレータ１１では端子１１ａ
から入射した光信号はその全てが端子１１ｃに出射さ
れ、端子１１ｃから入射した光信号はその全てが端子１
１ｂに出射され、端子１１ａから光信号が出射されるこ
とはない。なお、端子１１ｂからは光信号がを入射する
ことは通常考えられないが、仮に入射した場合には、光
サーキュレータ内部での減衰によって光信号が吸収さ
れ、端子１１ａ乃至１１ｃからのいずれからも光信号が
出射されないことが望ましい。

【０００６】上述のように、この光サーキュレータ１１
では発信光源及び受信光部に対する光信号の入出射を完
全に分離することができ、一本の光ファイバーで双方向
光通信を行うことができる。

【０００７】ところで、上述のような光サーキュレータ
１１を構成する際には、一般に非相反素子であるファラ
デー回転子が用いられている。このファラデー回転子
は、外部磁界の存在下で透過する偏光の向きを回転させ
る作用を行うが、偏光の透過方向が異なれば偏光面の回
転の向きが異なるものである。そして、回転量が４５度
である非相反素子を用いる際、この非相反素子を４５度
施光板と組み合わせることによって、透過偏光の偏波面
の回転角を順方向透過の際には９０度、逆方向透過の際
には０度とすることができる。従って、両者の光学素子
に偏光分離プリズム及び全反射プリズムを組み合わせれ
ば、光サーキュレータを構成することができる。

【０００８】ここで、図５を参照して、光サーキュレー
タの具体例について概説する。

【０００９】図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、端子
１１ａ及び１１ｂに対応して偏光分離プリズム１２が配
置され、端子１１ｃに対応して偏光分離プリズム１３が
配置されている。そして、偏光分離プリズム１２の下面
には密接して全反射プリズム１４が配置され、偏光分離
プリズム１３の上面に密接して全反射プリズム１５が配
置されている（図５（ｂ））。これら全反射プリズム１
４及び１５は三角プリズムの斜辺に金属アルミ等の反射
膜を形成して透過光を直角方向に全て反射させるための
プリズムである。さらに、これら偏光分離プリズム１２
及び１３と全反射プリズム１４及び１５とによってファ
ラデー回転子１６及び４５度旋光子１７が挟持されてい
る。

【００１０】この光サーキュレータでは入射光を一旦２
種の互いに直交する偏光成分に分離した後再び合成して
おり、この結果、端子１１ａから入射された入射光の光
路と端子１１ｃから入射された入射光の光路を互いに異
ならせている。このことにより、順方向透過光（端子１
１ａから入射）及び逆方向透過光（端子１１ｃから入
射）ではその出射端子が異なることになる。

【００１１】図示の光サーキュレータではファラデー回
転子１６の近傍に外部磁界印加装置（図示せず）が配置
され、これによって、図５（ａ）及び（ｂ）に太線矢印
１８で示す方向に外部磁界が与えられ、これによって、
ファラデー回転子１６にファラデー回転が生じる。

【００１２】ここで、図６（ａ）を参照して、端子１１
ａから光（紙面に水平・垂直な成分を含む楕円偏光，以
下楕円偏光という）が入射された際には（順方向入
射）、楕円偏光は偏光分離プリズム１２で反射されると
ともにその一部が透過してそれぞれ紙面に垂直な成分の
みの直線偏光（以下垂直直線偏光という）及び紙面に水
平な成分のみの直線偏光（以下水平直線偏光という）と
して出射される。そして、水平直線偏光は直ちにファラ
デー回転子１６に与えられ、垂直直線偏光は全反射プリ
ズム１４で全反射されてファラデー回転子１６に与えら
れる。これら垂直及び水平直線偏光は非相反素子である
ファラデー回転子１６によって偏光面の向きが変化する
ことになり、垂直及び水平直線偏光はそれぞれその偏光
面が４５度回転する。さらに４５度旋光子１７の存在に
よって、これら分離された偏光はそれぞれ水平及び垂直
直線偏光となり、水平直線偏光は偏光分離プリズム１３
に入射される。一方、垂直直線偏光は全反射プリズム１
５で全反射されて偏光分離プリズム１３に入射される。
この結果、偏光分離プリズム１３からは基本的に入射光
と同じ楕円偏光が出射され、端子１１ｃに与えられる。

【００１３】一方、図６（ｂ）に示すように端子１１ｃ
から楕円偏光が入射された際には（逆方向入射）、上述
の説明と同様にして端子１１ｂから楕円偏光が出射され
ることになる。

【００１４】このようにして、ファラデー回転子１６の
存在によって順方向及び逆方向から入射された光の偏光
面はその向きが非相反的に変化して途中で９０度偏光面
の向きがずれる。この結果、順方向入射と逆方向入射と
では最終的に異なる経路（光路）をたどることになる。

【００１５】なお、端子１１ｂから光が入射された際に
は、端子１１ａ乃至１１ｃいずれかも光が出射されるこ
とはなく、光サーキュレータ内部で吸収されてしまうこ
とになる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光サ
ーキュレータではフアラデー回転子及び４５度旋光子上
に偏光分離プリズム及び全反射プリズムのペアを２組配
置固定しており、配置固定の際に各プリズムにおいて光
路にずれが生じないように正確に位置合わせを行って接
着固定する必要がある。

【００１７】従って、上記の位置合わせを行う際には、
外部磁界印加装置をファラデー回転子の近傍に実際に配
置して測定用レーザー光を用いて光サーキュレータ各構
成要素における透過光を観察してプリズム類の位置合わ
せを行っている。

【００１８】このような従来の光サーキュレータでは微
妙なプリズムの位置合わせ及び接着工程が複数回必要で
あり、光サーキュレータ組み立て工程が極めて面倒とな
ってしまう。このため、組み立て工程における作業時間
を減少させることが難しく、コストダウンが図れず、し
かも歩留まりが低下してしまうという問題点がある。

【００１９】本発明の目的はコストダウンが実現できし
かも歩留まり率の高い光サーキュレータを提供すること
にある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、光入力
端子、光出力端子、及び光入出力端子を備えるとともに
第１、第２、及び第３の複屈折平行平板、ファラデー回
転子、及び４５度旋光板を備え、予め定められた方向に
沿って前記第１の複屈折平行平板、前記第２の複屈折平
行平板、前記ファラデー回転子、前記４５度旋光板、及
び前記第３の複屈折平行平板が順次配列され、前記第１
の複屈折平行平板は光出射面と該光出射面と対向して前
記第２の複屈折平行平板と密接する密着面とを備え、前
記第２の複屈折平行平板は所定の一面において前記第１
の複屈折平行平板の密接面と密接する密接領域と光入射
領域とを備え、前記第３の複屈折平行平板は光入出射面
を備えており、前記入力端子は前記光入射領域に臨み、
前記光出射端子は前記光出射面に臨み、前記光入出力端
子は前記光入出射面に臨んでおり、前記ファラデー回転
子の近傍には前記ファラデー回転子にファラデー回転を
発生させるための磁界印加手段が配設され、前記第１及
び前記第２の複屈折平行平板の予め規定された面にはそ
れぞれ前記第１及び前記第２の複屈折平行平板を通過す
る透過光を全反射するための全反射面が形成されてお
り、前記光入力端子からの入射光を前記光入出力端子に
出射光として出射し、前記光入出力端子からの入射光を
前記光出力端子に出射光として出射するようにしたこと
を特徴とする光サーキュレータが得られる。

【００２１】

【作用】本発明では、複屈折平行平板を用いているか
ら、組み立て工程において光学的位置合わせ等が容易で
あり、この結果、組み立て工程を簡略化でき、歩留まり
率の向上及びコストダウンを図れる。さらに、複数のサ
ーキュレータを作成する際光学的位置合わせを一括して
大量に行うことができる。

【００２２】

【実施例】以下本発明について実施例によって説明す
る。

【００２３】図１（ａ）を参照して、図示の光サーキュ
レータは複屈折平行平板２１、２２、及び２３、ファラ
デー回転子２４、及び４５度旋光板２５を備えており、
さらに、ファラデー回転子２４に太線矢印２４ａで示す
向きに外部磁界を印加する外部磁界印加装置（図示せ
ず）を備えている。複屈折平行平板２１乃至２３とし
て、一般に一軸性の光学結晶が用いられ、ここでは、ル
チル平行平板が用いられる。複屈折平行平板２１乃至２
３は、図１（ｂ）に太線矢印２６で示す結晶軸を備えて
おり、この結晶軸は光学結晶の軸方向（Ｃ軸方向）を表
している。さらに、複屈折平行平板２１及び２２の一面
にはそれぞれ全反射面２１ａ及び２２ａが形成されてい
る（図１（ａ）において、複屈折平行平板２１の下面及
び複屈折平行平板２２の上面にそれぞれ全反射面２１ａ
及び２２ａが形成されている）。また、ここでは、ファ
ラデー回転子２４として磁性ガーネット膜を用い、４５
度旋光板２５としてＳｉＯ_２単結晶板が用いられる。な
お、磁性ガーネット膜は強磁性体であるから、外部磁性
印加装置としては磁性ガーネット膜を磁気飽和させるだ
けの磁束が得られれば十分であり、例えば、ＳｍＣｏ、
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ等の永久磁石を用いればよい。

【００２４】次に、図２を参照して、本発明による光サ
ーキュレータの組み立てについて説明する。

【００２５】まず、図２（ａ）を参照して、大板の状態
で２枚の複屈折平行平板３０及び３１を準備するととも
に大板の状態でファラデー回転子３２及び４５度旋光板
３３を準備する。これら複屈折平行平板３０、ファラデ
ー回転子３２、４５度旋光板３３、及び複屈折平行平板
３１の順で配列する（なお、太線矢印３４は結晶軸（Ｃ
軸）の面内での偏光成分を表す）。そして、図示のよう
に外部磁界印加装置３５を設置する。次に、一点鎖線矢
印で示す方向（順方向）から光学調整用光を入射して、
その透過光によってファラデー回転子３２が所定のファ
ラデー回転角度を透過光に与える条件を得、各光学的素
子について回転方向の光学的調整（図中矢印３４ａで示
す）を行って、つまり、位置合わせを行いつつ各光学的
素子を接着剤で互いに固定して光サーキュレータ体を得
る。

【００２６】次に、外部磁界印加装置３５を除去した
後、図２（ｂ）に示すように光サーキュレータ体を縦横
に切断して複数の光サーキュレータ素子３６を得る。こ
の結果、複屈折平行平板２２及び２３、ファラデー回転
子２４、及び４５度旋光板２５を有する光サーキュレー
タ素子が複数得られることになる。

【００２７】その後、各光サーキュレータ素子について
所定の面を研磨するとともに必要に応じて金属膜を形成
して前述のようにして全反射面を形成する。さらに、各
光サーキュレータ素子３６に永久磁石等の外部磁界印加
装置（図示せず）を接着固定し、逆方向からの光学調整
用透過光の存在下において複屈折平行平板２１（図１）
を位置合わせしつつ接着固定する。そして、この構成体
を筐体（図示せず）に収納した後端子１１ａ、１１ｂ、
及び１１ｃを形成することによって光サーキュレータが
得られる。

【００２８】上述のようにして、光サーキュレータ体を
得た後、この光サーキュレータ体を切断して複数の光サ
ーキュレータ素子を得るようにしているから、実質的な
位置合わせ工程は多数の光サーキュレータ素子に対して
全体で一回で済み、この結果、組み立て工程を大幅に簡
略化することが可能となる（なお、第１の複屈折平行平
板の位置合わせは各光サーキュレータ素子に対して行う
必要があるが、この位置合わせは比較的容易であるた
め、これによって、組み立て工程が複雑化することはな
い）。

【００２９】次に図３及び図４を参照して、本発明によ
る光サーキュレータの動作について説明する。

【００３０】まず、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して、
図３（ａ）には、順方向に光が入射された際の、つま
り、端子１１ａからレーザ等による信号光（紙面に水平
・垂直な成分を含む楕円偏光）が入射された際の透過光
の光路を示し、図３（ｂ）には図３（ａ）の位置Ａ乃至
Ｅにおける透過光の偏光面を示す。

【００３１】信号光は複屈折平行平板２２において紙面
に垂直な成分のみを含む直線偏光と紙面に平行な成分の
みを含む直線偏光とに分離され、ファラデー回転子２４
に与えられる。ファラデー回転子２４では偏光面の向き
が非相反的に変化することになり、垂直及び水平直線偏
光はそれぞれ偏光面が回転する。さらに４５度旋光板２
５の存在によって、これら分離された信号光はそれぞれ
水平及び垂直直線偏光となり、複屈折平行平板２３に入
射される。複屈折平行平板２３では図示のように水平直
線偏光が曲げられ、この結果、水平及び垂直直線偏光が
合成されて楕円偏光として端子１１ｃから出射されるこ
とになる。

【００３２】次に、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して、
図４（ａ）には、逆方向に光が入射された際の、つま
り、端子１１ｃから信号光（楕円偏光）が入射された際
の透過光の光路を示し、図４（ｂ）には図４（ａ）の位
置Ａ乃至Ｅにおける透過光の偏光面を示す。

【００３３】信号光は複屈折平行平板２３において紙面
に垂直な成分のみを含む直線偏光と紙面に平行な成分の
みを含む直線偏光とに分離され、４５度旋光板２５に与
えられる。４５度旋光板２５において、水平及び垂直直
線偏光はそれぞれ偏光面が回転され、続いてファラデー
回転子２４でこれら分離された信号光はそれぞれ水平及
び垂直直線偏光となり、複屈折平行平板２２に入射され
る。複屈折平行平板２２では図示のように水平直線偏光
が曲げられ、全反射面で全反射される。そして、水平及
び垂直直線偏光は複屈折平行平板２１に入射され、水平
直線偏光は全反射面で全反射されて垂直直線偏光と合成
されて楕円偏光として端子１１ｂから出射されることに
なる。

【００３４】ところで、上記の偏光の反射角は極めて小
さく（ルチル平行板を用いた際にはその反射角は約５．
７度である）、従って、通常は鏡面状とするだけで全反
射面を形成することができるが、必要に応じてさらに金
属膜等を反射面に形成して全反射面としてもよい。そし
て、上述のように２度の全反射を行うことによって端子
１１ｂからの出射光を端子１１ｃからの入射光に対して
平行とすることができる。

【００３５】なお、複屈折平行平板２１及び２２の間の
接着には両者とその屈折率が等しい接着剤を用いて固定
するかあるいは両者の接触面に用いる接着剤に対してそ
れぞれＡＲコートを施す等の方法で接触面における透過
光の反射散乱及び屈折等が発生しないようにする必要が
ある。

【００３６】上述の実施例では、複屈折平行平板２１及
び２２を接着剤で固定する例を示したが、複屈折平行平
板２１及び２２を用いる代わりに複屈折平行平板２１及
び２２が一体化された形状の複屈折平行平板（一体化複
屈折平行平板）を用いるようにしてもよい。この場合に
は、光サーキュレータの作成に当たっては、上述したよ
うに、まず、ファラデー回転子２４、４５度旋光板２
５、及び複屈折平行平板２３のみが接着剤で固定された
複数の光学素子を得た後、各光学素子について一体化複
屈折平行平板を位置合わせ接着する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では複数の
複屈折平行平板を用いて、多数の光サーキュレータにお
ける光学的素子の位置合わせ工程を一回で行え、各光学
的素子の位置合わせ固定作業を簡略化することができ、
その結果、歩留まり率が向上するばかりでなく、コスト
ダウンを図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による光サーキュレータの一実
施例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光サー
キュレータを各構成素子毎に分解して示す斜視図であ
る。

【図２】本発明による光サーキュレータの作成を説明す
るための図である。

【図３】（ａ）は図１（ａ）に示す光サーキュレータに
おいて順方向の透過光の経路を示す図であり、（ｂ）は
透過光の偏光面を説明するための図である。

【図４】（ａ）は図１（ａ）に示す光サーキュレータに
おいて逆方向の透過光の経路を示す図であり、（ｂ）は
透過光の偏光面を説明するための図である。

【図５】（ａ）は従来の光サーキュレータの一例を示す
斜視図であり、（ｂ）は光路を示す図である。

【図６】（ａ）は図５（ａ）に示す光サーキュレータに
おいて順方向の透過光の経路を示す図であり、（ｂ）は
逆方向の透過光の経路を示す図である。

【図７】三端子光サーキュレータの外観を示す図であ
る。

【符号の説明】

２１複屈折平行平板２２複屈折平行平板２３複屈折平行平板２４ファラデー回転子２５４５度旋光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28 G02F 1/09 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光入力端子、光出力端子、及び光入出力
端子を備えるとともに第１、第２、及び第３の複屈折平
行平板、ファラデー回転子、及び４５度旋光板を備え、
予め定められた方向に沿って前記第１の複屈折平行平
板、前記第２の複屈折平行平板、前記ファラデー回転
子、前記４５度旋光板、及び前記第３の複屈折平行平板
が順次配列され、前記第１の複屈折平行平板は光出射面
と該光出射面と対向して前記第２の複屈折平行平板と密
接する密着面とを備え、前記第２の複屈折平行平板は所
定の一面において前記第１の複屈折平行平板の密着面と
密接する密接領域と光入射領域とを備え、前記第３の複
屈折平行平板は光入出射面を備えており、前記入力端子
は前記光入射領域に臨み、前記光出射端子は前記光出射
面に臨み、前記光入出力端子は前記光入出射面に臨んで
おり、前記ファラデー回転子の近傍には前記ファラデー
回転子にファラデー回転を発生させるための磁界印加手
段が配設され、前記第１及び前記第２の複屈折平行平板
の予め規定された面にはそれぞれ前記第１及び前記第２
の複屈折平行平板を通過する透過光を全反射するための
全反射面が形成されており、前記光入力端子からの入射
光を前記光入出力端子に出射光として出射し、前記光入
出力端子からの入射光を前記光出力端子に出射光として
出射するようにしたことを特徴とする光サーキュレー
タ。
【請求項２】請求項１に記載された光サーキュレータ
において、前記第１及び前記第２の複屈折平行平板は一
体化されていることを特徴とする光サーキュレータ。
【請求項３】請求項１又は２に記載された光サーキュ
レータにおいて、前記予め規定された面を平滑面とする
ことによって前記全反射面を形成するようにしたことを
特徴とする光サーキュレータ。
【請求項４】請求項１又は２に記載された光サーキュ
レータにおいて、前記全反射面を平滑面として該平滑面
に反射膜を形成することによって前記全反射面を形成す
るようにしたことを特徴とする光サーキュレータ。