JP3265487B2 - Polarization-independent optical isolator - Google Patents

Polarization-independent optical isolator

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光通信および光情報処理
等に用いられる光アイソレータ、特に進行方向を一方向
に特定する偏光無依存型光アイソレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical isolator used for optical communication and optical information processing, and more particularly to a polarization-independent optical isolator for specifying a traveling direction in one direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信システムにおいて重要度を増しつ
つある光ファイバ増幅器にあっては、信号光路にある光
回路素子による反射光が雑音を誘起する。この雑音を抑
えるために偏光無依存型光アイソレータが用いられる。
2. Description of the Related Art In an optical fiber amplifier which is becoming increasingly important in an optical communication system, light reflected by an optical circuit element in a signal light path induces noise. In order to suppress this noise, a polarization independent optical isolator is used.

【0003】図4は上記のような偏光無依存型光アイソ
レータの一例の構成を示す図である。図において31は
複屈折結晶平板であって、異常光を太い矢印で示すよう
に垂直上方にシフトさせる。32は45度ファラデー回
転子である。33も複屈折結晶平板であって、異常光を
水平方向から時計回りに45°の方向にシフトさせる。
34も複屈折結晶平板であって、異常光を水平方向から
反時計回りに45°の方向にシフトさせる。そして3枚
の複屈折結晶平板31,33,34の厚さは√2:1:
1になっている。その結果、複屈折結晶平板31に常光
として入射した光と異常光として入射した光は、一旦は
分離するが、複屈折結晶平板34を出射した後は再び一
致する。一方、逆方向に進行する光は45°ファラデー
回転子32の非相反性を考慮すると、順方向で入射する
光の光路からずれることがわかる。このように構成され
る光アイソレータは、偏光無依存性を持つと共に製作が
容易であり、実用性が高い。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an example of the above-mentioned polarization independent optical isolator. In the figure, reference numeral 31 denotes a birefringent crystal flat plate, which shifts extraordinary light vertically upward as indicated by a thick arrow. 32 is a 45 degree Faraday rotator. A birefringent crystal plate 33 also shifts extraordinary light clockwise from the horizontal direction by 45 °.
Reference numeral 34 denotes a birefringent crystal flat plate, which shifts extraordinary light in a 45 ° direction counterclockwise from the horizontal direction. The thickness of the three birefringent crystal flat plates 31, 33, 34 is √2: 1:
It is 1. As a result, the light that has entered the birefringent crystal flat plate 31 as ordinary light and the light that has entered as extraordinary light are once separated, but coincide after returning from the birefringent crystal flat plate 34. On the other hand, it can be seen that the light traveling in the reverse direction deviates from the optical path of the light incident in the forward direction in consideration of the non-reciprocity of the 45 ° Faraday rotator 32. The optical isolator thus configured has polarization independence, is easy to manufacture, and has high practicality.

【0004】しかしながら、上記のような光アイソレー
タを信号光路に設置するときは、複屈折結晶平板31,
33,34を光路に対して5°程度傾けなければならな
い。さもないと、複屈折結晶平板の光透過面の残留反射
により生じる反射光が信号光路に帰還され、光アイソレ
ータ自体が雑音発生の原因になるからである。従って光
アイソレータは信号光路に対して傾けてセットしなけれ
ばならない。
However, when the above-mentioned optical isolator is installed in the signal light path, the birefringent crystal flat plate 31,
33 and 34 must be inclined by about 5 ° with respect to the optical path. Otherwise, the reflected light generated by the residual reflection on the light transmitting surface of the birefringent crystal flat plate is returned to the signal light path, and the optical isolator itself causes noise. Therefore, the optical isolator must be set at an angle to the signal light path.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし図4の光アイソ
レータを傾けてセットすると、順方向損失の偏波依存性
が増加すると共に、アイソレーションが低下する。その
理由は3枚の複屈折結晶平板の異常光分離方向が異なっ
ており、しかも異常光分離距離が√2:1:1を満たさ
なければならないので、もし傾けたままの状態で特性を
低下させないようにするには、3枚の複屈折結晶平板の
傾き方向と傾き角度をそれぞれの平板において微妙に調
整しなければならず、この為実際の製造工程においては
実行できないからである。
However, when the optical isolator of FIG. 4 is set at an angle, the polarization dependence of the forward loss increases and the isolation decreases. The reason is that the extraordinary light separation directions of the three birefringent crystal plates are different, and the extraordinary light separation distance must satisfy √2: 1: 1, so that the characteristics do not deteriorate in the state of being tilted. This is because the tilt direction and the tilt angle of the three birefringent crystal flat plates must be finely adjusted in each flat plate, and therefore cannot be performed in an actual manufacturing process.

【0006】従って本発明は信号光路に対して充分に傾
いた光透過面を持ちながら、製作が容易で高いアイソレ
ーションを持ち、順方向損失の偏波依存性が小さい光ア
イソレータを提供することにある。
Accordingly, the present invention is to provide an optical isolator which has a light transmission surface which is sufficiently inclined with respect to a signal optical path, is easy to manufacture, has high isolation, and has small polarization dependence of forward loss. is there.

【0007】[0007]

【問題を解決するための手段】本発明は、形状が平行平
板の一軸性複屈折結晶を、平行面の面法線と光学軸を適
度に傾けて配置すると、平行面に傾いて入射する光の異
常光成分が複屈折結晶板の界面で屈折せずに直進し、常
光成分がスネルの法則に従って屈折することに着目して
成されたものである。
According to the present invention, when a uniaxial birefringent crystal having a shape of a parallel plate is arranged so that the surface normal of the parallel surface and the optical axis are appropriately inclined, light incident on the parallel surface is inclined. Is focused on that the extraordinary light component goes straight without refraction at the interface of the birefringent crystal plate, and the ordinary light component refracts according to Snell's law.

【0008】すなわち本発明によれば、第1の複屈折結
晶平板、45度ファラデー回転子、45度旋光子、及び
第2の複屈折結晶平板を入射光路に記載順に配置して成
り、而して前記第1および第2の複屈折結晶平板が、該
複屈折結晶平板を異常光として透過する入射光の光路が
界面で屈折しないような角度に傾けて設けられているこ
とを特徴とする偏光無依存型光アイソレータが得られ
る。
That is, according to the present invention, a first birefringent crystal flat plate, a 45-degree Faraday rotator, a 45-degree optical rotator, and a second birefringent crystal flat plate are arranged in the incident optical path in the stated order. Wherein the first and second birefringent crystal flat plates are provided at an angle such that an optical path of incident light passing through the birefringent crystal flat plate as extraordinary light does not refract at an interface. An independent optical isolator is obtained.

【0009】[0009]

【作用】上記のような構成により、両端の複屈折結晶平
板は異常光を屈折させずに透過させ、中間に設置された
2つの非相反光素子は順方向の光に対しては偏光面を9
0°だけ回転させるが逆方向の光に対しては偏光面を変
えないで透過させるように作用する。従って光アイソレ
ータとして十分な機能を有している。
With the above construction, the birefringent crystal flat plates at both ends allow extraordinary light to pass through without refraction, and the two non-reciprocal optical elements provided in the middle have a plane of polarization for light in the forward direction. 9
It rotates by 0 °, but acts to transmit light in the opposite direction without changing the polarization plane. Therefore, it has a sufficient function as an optical isolator.

【0010】[0010]

【実施例】図1に本発明の一実施例の構成を示す。第1
のルチル単結晶平板10、45度ファラデー回転子1
1、45度旋光子12及び第2のルチル単結晶平板13
が光路に傾けて傾けて順次配置され、第1の光ファイバ
14からの入射光は第1のレンズ16を経て上記の4つ
の素子を通り、第2のレンズ17を経て第2の光ファイ
バ15に結合する。第1のルチル単結晶平板10の光透
過面は平行平面に加工され、そのC軸(光学軸)18は
界面21の法線に対して48°だけ傾いている。この図
では傾き方向が紙面の中にあるように描かれている。さ
らに、この第1のルチル単結晶平板10は、入射光路2
0に対して9.24°だけ傾いており、その傾き方向は
C軸と光透過面の法線を含む平面内にある。すなわち図
1においては、入射光路20も、ルチル単結晶平板のC
軸18も、界面21の法線も紙面の中にある。45度フ
ァラデー回転子11および45度旋光子12に対する磁
場方向と旋光能の符号は、これらの2素子を合わせて、
左側から入射する光に対しては偏光面を90°だけ回転
させ、右側から入射する光に対しては偏光面を変えない
ように作用するように定められている。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the present invention. First
Rutile single crystal flat plate 10, 45 degree Faraday rotator 1
1, 45-degree optical rotator 12 and second rutile single crystal flat plate 13
Are sequentially arranged obliquely in the optical path, and the incident light from the first optical fiber 14 passes through the above-mentioned four elements via the first lens 16 and the second optical fiber 15 via the second lens 17. To join. The light transmitting surface of the first rutile single crystal flat plate 10 is processed into a parallel plane, and its C axis (optical axis) 18 is inclined by 48 ° with respect to the normal to the interface 21. In this figure, the inclination direction is drawn as if it were in the plane of the paper. Further, the first rutile single crystal flat plate 10
It is inclined by 9.24 ° with respect to 0, and the inclination direction is in a plane including the C axis and the normal to the light transmitting surface. That is, in FIG. 1, the incident light path 20 is also a rutile single crystal flat plate C
Both the axis 18 and the normal to the interface 21 are in the plane of the paper. The direction of the magnetic field and the sign of the optical rotation for the 45-degree Faraday rotator 11 and the 45-degree optical rotator 12 are obtained by combining these two elements.
It is determined that the plane of polarization is rotated by 90 ° for light incident from the left side, and that the plane of polarization is not changed for light incident from the right side.

【0011】図2は図1に示した実施例で順方向に光が
透過する場合の動作を説明する図である。第1のチル単
結晶平板10は入射光路に対して異常光が直進するよう
に傾けて設置されている。一方常光線はスネルの法則に
従って屈折するので、出射光は入射光に対して平行にシ
フトする。ところで第1のルチル単結晶平板10の光透
過面の残留反射によって生じた反射光は、入射光路20
に対して充分に傾いているので、信号光に雑音を誘起す
ることはない。次に45度ファラデー回転子11に入射
した光は、偏光面を45°だけ回転される。さらに旋光
子12によって45°だけ偏光面は回転される。その結
果、第1のルチル単結晶平板10を異常光として透過し
た光は、第2のルチル単結晶平板13においては常光に
なっている。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation when light is transmitted in the forward direction in the embodiment shown in FIG. The first chill single crystal flat plate 10 is installed so as to be inclined such that extraordinary light goes straight on the incident optical path. On the other hand, since the ordinary ray is refracted according to Snell's law, the outgoing light shifts in parallel with the incident light. By the way, the reflected light generated by the residual reflection on the light transmitting surface of the first rutile single crystal flat plate 10 is incident on the incident optical path 20.
, So that no noise is induced in the signal light. Next, the light incident on the 45-degree Faraday rotator 11 rotates the polarization plane by 45 degrees. Further, the polarization plane is rotated by 45 ° by the optical rotator 12. As a result, the light transmitted through the first rutile single crystal flat plate 10 as extraordinary light is ordinary light in the second rutile single crystal flat plate 13.

【0012】一方第1のルチル単結晶平板10を常光と
して透過した光は、第2のルチル単結晶平板13におい
ては異常光になっている。2枚のルチル単結晶平板10
と13は同じものであり、傾き方向を等しく設置してあ
るので、ルチル単結晶平板10によって2つの光路に分
離した光は、第2のルチル単結晶平板13を出射すると
きには再び一致する。このことは、本発明の光素子は順
方向において偏光無依存性を持つことを示している。
On the other hand, light transmitted through the first rutile single crystal flat plate 10 as ordinary light is extraordinary light in the second rutile single crystal flat plate 13. Two rutile single crystal flat plates 10
And 13 are the same and have the same inclination direction, so that the light separated into two optical paths by the rutile single-crystal flat plate 10 coincides again when exiting from the second rutile single-crystal flat plate 13. This indicates that the optical device of the present invention has polarization independence in the forward direction.

【0013】図3は同じく図1に示した実施例で逆方向
に光が透過するときの動作を示す図である。この図3に
おいて、右側から第2のルチル端単結晶平板13に異常
光として入射した光は直進し、常光はスネルの法則に従
って屈折する。ところで第2のルチル単結晶平板13は
入射光路に対して充分に傾けられているので、その光透
過面の反射光が入射光路に戻ることはない。次に45度
旋光子12を透過した光は45°だけ偏光面を回転され
る。さらに45度ファラデー回転子11を透過するとき
は、45度旋光子とは逆の向きに45°だけ偏光面を回
転される。その結果、第2のルチル単結晶平板13を異
常光として透過した光は、第1のルチル単結晶平板10
を異常光として透過するために、第2の光ファイバには
結合しない。一方第2のルチル単結晶平板13を常光と
して透過した光は、第1のルチル単結晶平板10を常光
として透過するために、やはり第1の光ファイバには結
合しない。これらの動作は本発明の光素子が偏光無依存
型光アイソレータとして作用することを示している。
FIG. 3 is a diagram showing the operation when light is transmitted in the opposite direction in the embodiment shown in FIG. In FIG. 3, light incident as extraordinary light on the second rutile-edge single crystal flat plate 13 from the right side travels straight, and ordinary light is refracted according to Snell's law. By the way, since the second rutile single crystal flat plate 13 is sufficiently inclined with respect to the incident optical path, the reflected light from the light transmitting surface does not return to the incident optical path. Next, the light transmitted through the 45-degree optical rotator 12 has its polarization plane rotated by 45 °. Further, when the light passes through the 45-degree Faraday rotator 11, the polarization plane is rotated by 45 degrees in the opposite direction to the 45-degree optical rotator. As a result, the light transmitted through the second rutile single crystal flat plate 13 as extraordinary light is converted into the first rutile single crystal flat plate 10.
Is not coupled to the second optical fiber to transmit as extraordinary light. On the other hand, the light transmitted through the second rutile single crystal flat plate 13 as ordinary light is transmitted through the first rutile single crystal flat plate 10 as ordinary light, and is not coupled to the first optical fiber. These operations indicate that the optical device of the present invention acts as a polarization independent optical isolator.

【0014】以上の説明において、本実施例のルチル単
結晶に代えて、イットリウム・バナデイト(YVO4
単結晶等の複屈折性単結晶を用いても、同様である。
In the above description, yttrium vanadate (YVO 4 ) is used instead of the rutile single crystal of this embodiment.
The same applies to the case where a birefringent single crystal such as a single crystal is used.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではルチル
単結晶平板を、異常光として透過する光が屈折しないよ
うな光透過面の傾きを持ちながら、偏光無依存型光アイ
ソレータとして確実に動作するようにしてあるので、ル
チル単結晶平板による反射光が信号光路に戻ることがな
く、アイソレータ自体による反射光が信号光に雑音を誘
起することもない。
As described above, according to the present invention, a rutile single crystal flat plate can reliably operate as a polarization-independent optical isolator while having a light transmitting surface having an inclination such that light transmitted as extraordinary light is not refracted. Therefore, the reflected light from the rutile single crystal flat plate does not return to the signal light path, and the reflected light from the isolator itself does not induce noise in the signal light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光アイソレータの一実施例の構成
を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of one embodiment of an optical isolator according to the present invention.

【図2】図1の光アイソレータの動作を入射光が順方向
に進む場合を説明する図。
FIG. 2 is a view for explaining the operation of the optical isolator of FIG. 1 when incident light travels in a forward direction.

【図3】図1の光アイソレータの動作を入射光が逆方向
に進む場合を説明する図。
FIG. 3 is a view for explaining the operation of the optical isolator of FIG. 1 when incident light travels in the opposite direction.

【図4】従来技術による光アイソレータの構成を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical isolator according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 第1のルチル単結晶平板 11 45度ファラデー回転子 12 45度旋光子 13 第2のルチル単結晶平板 14 第1の光ファイバ 15 第2の光ファイバ 16 第1のレンズ 17 第2のレンズ 18 C軸 19 C軸 20 入射光線光路 21 界面 22 界面 31 複屈折結晶平板 32 45度ファラデー回転子 33 複屈折結晶平板 34 複屈折結晶平板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st rutile single crystal flat plate 11 45 degree Faraday rotator 12 45 degree rotator 13 2nd rutile single crystal flat plate 14 1st optical fiber 15 2nd optical fiber 16 1st lens 17 2nd lens 18 C axis 19 C axis 20 Incident light path 21 Interface 22 Interface 31 Birefringent crystal flat plate 32 45 degree Faraday rotator 33 Birefringent crystal flat plate 34 Birefringent crystal flat plate

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の複屈折結晶平板、45度ファラデ
ー回転子、45度旋光子、及び第2の複屈折結晶平板を
入射光路に記載順に配置して成り、而して前記第1およ
び第2の複屈折結晶平板が、該複屈折結晶平板を異常光
として透過する入射光の光路が界面で屈折しないような
角度に傾けて設けられていることを特徴とする偏光無依
存型光アイソレータ。
1. A first birefringent crystal flat plate, a 45-degree Faraday rotator, a 45-degree optical rotator, and a second birefringent crystal flat plate are arranged in an incident optical path in the stated order. A polarization-independent optical isolator, wherein the second birefringent crystal flat plate is provided at an angle such that an optical path of incident light transmitted through the birefringent crystal flat plate as extraordinary light does not refract at an interface. .
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