JP3502132B2 - Optical circulator - Google Patents

Optical circulator

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JP3502132B2
JP3502132B2 JP30229193A JP30229193A JP3502132B2 JP 3502132 B2 JP3502132 B2 JP 3502132B2 JP 30229193 A JP30229193 A JP 30229193A JP 30229193 A JP30229193 A JP 30229193A JP 3502132 B2 JP3502132 B2 JP 3502132B2
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light
optical
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circulator
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良博 今野
一秋 池貝
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Namiki Precision Jewel Co Ltd
Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
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Namiki Precision Jewel Co Ltd
Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、光通信機器および光計
測装置等の広範な光学分野に適用できる光学プリズムお
よび光学プリズムを包含する光サーキュレータに関す
る。 【0002】 【従来の技術および課題】光通信機器等に利用される光
学装置において、長距離光通信網における光増幅システ
ムを装荷した光伝送技術が急速に発展し、大容量の信号
伝送が瞬時に世界中に分配することが実現されようとし
ている。すでに初期段階の技術的な困難さは実験室規模
ではほぼ解決されたが、実際の量産を考慮したポンプ光
源の合波・分波器や、光ファイバ間に配置する偏波無依
存型光アイソレータや双方向光通信等に必要とされる光
サーキュレータなどの光受動部品を実装する場合は、個
々の構成部品の仕上がり度合いや、形状公差が組立精
度,組立容易さに直接反映される。従ってそれらの光学
部品が簡単に高精度で組み立てられる構造であることが
必要条件である。 【0003】例えば、光ファイバ間に、ある機能を持っ
たデバイスを挿入し、レンズを介して光学結合をはかる
とき、光線軸に対して光線伝播方向をZ軸、直交する方
向にX軸,Y軸と定めても、伝播光線結合軸整調(以
下、軸合わせと呼称する)はこれらZ・X・Y3方向だ
けでなく、Z軸を中心軸とする経線方向をθ軸、経線に
直交する方向をφ軸とする角度調整も必要である。即ち
理想的には、軸合わせは空間的に5方向の調整を行わね
ばならないが、限られた空間に関連システムを凝縮しな
ければならない通信用交換器等の分野では、光アイソレ
ータ等の光受動部品に割り当てられる厚みはおよそ8m
m、あるいは8mm以下に制限されており、個々の部品を
自由に調整し光軸合わせが実施できるような空間は望め
ない。従って、構成部品の自由度を予め減らすことが要
求される。 【0004】一方、光サーキュレータでは、例えば図2
(特開昭55-93120号公報)に示される様な略構造が発明
され、現在最も一般的な構成として市販化されている。
この構成では、それぞれの部品が独立した直列光学経路
を構成しているため、システム全体では部品点数が増
え、経済的にも高価な設備とならざる得ない。例えば、
図2では信号入出力ポート、、、を設け、一対
の偏光ビームスプリッタ(PBS)、反射鏡(M)をそ
れぞれ対向させ、その間隙に光線非相反部5と光線相反
部6を設けて光線伝播方向が→、→、→、
→となるように設計されている。この構成では4箇
所の入出力ポート全てが効率よく機能しており、光学部
品が集積化されている。 【0005】しかし、従来技術は工業規模で実用化する
場合、製造面の光学位置合わせや、利用上の長期信頼性
の観点から幾つかの欠点を内在する。即ち、対向するP
BSの平行度が出射光線どうしの直角性を劣化させ、角
度合わせも加わってくる。しかもPBSは角度依存性が
大きく、入出射ポート軸に対する角度も定まった公差内
に調整しなければならない。加えて、PBS部の張り合
わせ面が樹脂固定してあるため、光線強度が高くなると
き損傷劣化をまねく等、信頼性の観点から疑問があっ
た。また相反部光素子6の波長変化,温度変化が大きく
広帯域化に難点がある。もちろん合わせプリズムではな
く、平板型PBSもあるが、部品が分離するため光軸合
わせが難しくなる。 【0006】さらに光非相反水準を高度にするには、一
般に偏光子部分も含めて非相反部5を2段直列にして実
現しているが、図2の構成ではポート間の結合等、大形
化するため実際的ではない。これに対しPBSを平行平
板型にし、貼り合わせに起因する信頼性劣化を改善する
試みも考えられるが、部品点数の増加,光結合の難化を
もたらす等の問題があった。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、かかる現状問
題を解決するためになされたもので、本発明の光サーキ
ュレータは、光非相反部は従来の複屈折結晶板を用いた
偏波無依存型光アイソレータを採用し、光線の直角方向
旋回部分は、中間に配置した光アイソレータを中心に回
転対称位置に一対の五角柱光学プリズムを配置し、それ
ぞれの五角柱光学プリズムの傾斜面から反射され直交光
線が入出射する位置に1個もしくは2個の複屈折結晶板
を配置する構成からなる。 【0008】図1は本発明に基づく4端子光サーキュレ
ータの一例であり、図3は本発明に必要な五角柱光学プ
リズムの斜視図である。また、図4、図5(a),(b)は本
発明の光サーキュレータを光ファイバと結合したときの
構造略図およびサーキュレータとしての動作原理図であ
る。さらに、図6(a),(b)は本発明の他の実施例を示す
光サーキュレータとしての動作原理図である。 【0009】本光サーキュレータの構造説明として、本
発明に必要な一対の五角柱プリズム構造から解説する
と、図3において面31のほぼ中央(A部)に光線透過
窓部を設け、その他は反射鏡を施す。製法は例えばA部
分以外を遮蔽して面31に真空蒸着法で利用する光線波
長に係る反射防止膜を形成する。次にA部分を遮蔽し
て、残余部分に反射鏡を形成し、本発明に必要なほぼ中
央に光線透過窓部を有する反射鏡部が形成される。 【0010】同様に45°の側斜面32も反射鏡とし、そ
の他面33、面34、面35は必要に応じて反射防止膜
を形成する。そして本五角柱プリズムを図1の構成に配
置する。すなわち五角柱プリズムの面31の中央窓部に
適当な角度で光線を透過すると、面33から入射光線と
同一方向に出射され、順方向に配置した偏波無依存型ア
イソレータへ伝播する構造とする。本構成に於いて、逆
方向から光アイソレータを経て出射した光線は常光、異
常光線に分割され、五角柱プリズムの面33へ入射す
る。この時、面31中央の光透過窓部の大きさが充分に
微小面積で、逆方向から2分割されたガウシアンビーム
光線束が、窓部から漏洩されないほど常光、異常光の間
隔が大きければ光線は面31で反射される。 【0011】この時光アイソレータに対して適当な角度
に傾けて配置しておけば、五角柱プリズム面31で反射
された常光、異常光は、面32で再度反射され面34か
らプリズム外部に放射される。また、対向する五角形プ
リズムは構造が同一であり、ここで図1のように2光線
が再結合する方位に、適正な厚みの複屈折結晶板を配置
すれば、光サーキュレータとして機能する。即ち、図4
に略記したような直方体ホルダ1の4側面に光線入出射
端ポートP1からP4を配備し、偏波無依存光アイソレ
ータ2を中央に配備し、両側に光透過窓部を光線ポート
側に向け、光アイソレータを中心とした回転対称位置に
五角柱プリズム3、4を配備し、ポートP3、P4へ伝
播する光線の常光、異常光線が結合するように複屈折結
晶板を配置する構造である。この時、光アイソレータの
向きをP1からP2へ伝播する方向が順方向とすると、
光線が伝播するポート間は図1に示すように、P1から
P2、P2からP3、P3からP4およびP4からP1
の4種類の光線結合が可能な光ファイバへ伝播する4端
子サーキュレータとなる。 【0012】図5は、図1の関係を偏波分離,結合状態
から追跡した原理説明図である。図1、図5の光線伝播
および偏波分離結合関係は、本発明を基とした光サーキ
ュレータの一例である。例えば、P→Pへ伝播する
とき、第一プリズムPR1の光線透過窓Aから入射し、
光アイソレータのB面からF面を経て再結合した後第二
プリズムPR2の光線透過部G点からPへ伝播する。
Pから入射する光線は光アイソレータから出射するD
部までP→Pの光線動作と同じ挙動を有するが、F
Rを透過した時点で常光,異常光が逆転し、B1を透過し
たときP→Pの光線伝播軸を中心に、点対称位置に
分離したままPR1へ投射されるため、PR1の透過窓部
には戻らないで反射面AおよびM1によって反射を繰り
返し、複屈折結晶板B4に導かれる。B4は分離状態の常
光,異常光を再結合するため光線強度を損失することな
くP3に伝達導入できる。Pから入射される光線はP
→Pの光線伝播と同一経路をFR部まで回帰し、FR
を透過したとき常光,異常光が反転する。従ってB2、
B3を経てから透過するときP→Pの光線伝播軸を
中心に点対称位置に分離して第二プリズムへ投射され、
G面およびM2面で反射されB5、B6を透過後に再結合
されPへ伝播する。Pから入射した光線に対しては
P→Pの光線伝播とFR部までは同一経路を経てFR
部まで回帰するが、透過後にB1に対する常光,異常光
が逆転し、最初に説明したP→P経路に重畳され、
PR1の透過窓A部からPに伝播する。 【0013】ここにおいて他ポート間の漏話量はAおよ
びG面に形成された透過窓に取り込まれるガウシャンビ
ーム裾野部分の取り込み、およびファラデ回転子を透過
したとき発生する直線偏波の楕円成分が主たる要素であ
る。現在製作されているファラデー回転子の楕円率は40
dB以上になっており、偏波無依存型光アイソレータが直
列連結した二段構成でなくとも用途によっては充分な特
性である。もちろん、多段連結した高消光特性アイソレ
ータを搭載すれば漏話量は大幅に改善できる。さらに、
搭載する偏波無依存型光アイソレータは、複屈折結晶板
と45゜偏波面回転ファラデー回転子を用いた常光,異常
光の平行分離効果を非相反部に適用する構成ならば、ア
イソレータの種類に関係なく本発明が開示するサーキュ
レータ機能を示す。 【0014】本発明に係わる4端子光サーキュレータ
は、従来方式に対して以下の点に関し優れた特徴を具備
する。第一に、この構成の最大の利点として、図4に示
すように4箇所の光線入出射口をポートPからポート
Pとするとき、平行度・直角度が精度よく形成された
長方形ケース内に配置する2個の五角柱プリズムおよび
偏波無依存型光アイソレータの調芯固定はおおよその方
位を合わせるだけでポート間の光学結合が達成される。 【0015】例えば、光線P→Pへ伝播するとき光
線伝播方向は光線の平行移動は生じるが平行性は保存さ
れており、また光線P→Pに於いてポートPへ投
射される光線は他ポートと直交するので、構成光学素子
を図4に示すような矩形ホルダに収納し、ホルダ側面に
光線貫通口があり、かつ光線に対して直交するとき、ど
のポートに対してもファイバ間の光結合はホルダ側面
内、即ち本発明に係わる五角柱プリズムはプリズム面に
対する光線角度が変位しても透過光、反射光の平行度,
直角度は維持されるので(特願平5-261896号参照)、光
線が平行光線もしくは平行光線と同等な光学結合が得ら
れる収束性光線とするとき、それぞれのポートが固定さ
れるホルダ側平面内の2軸調整から最適結合が得られ
る。 【0016】つまり、ホルダの1側面で光線の直交性が
調整されれば、その他の3箇所の光線ポートは収納する
光学部品の精密位置合わせをせずに目測程度で配置した
としても必然的にホルダ面と光線の直交性が保存されて
おり、組立調整が上述のように簡単である。もちろん五
角柱プリズムの隣接側面や上下面と側面との直角度、斜
側面と側面の45゜傾斜角の精度は大きくとも数十秒に抑
制することが要求されるが、プリズムの精度および収納
ホルダの精度は機械加工精度から充分実現できる水準で
あり、従来のペンタプリズムに比較すれば、四角柱から
製作できるので精度制御は容易であるし、サーキュレー
タ組立に関しても従来のような5軸調整に比較すれば組
立困難さは無視できる程度である。 【0017】本発明のサーキュレータにおいて、第一と
第二の五角柱プリズムの配置は、それぞれのアイソレー
タに対する設置角度がずれていたとしても光線方位が平
行に変位するに留まるので、PとPのホルダ面にお
ける平面上の位置合わせから充分な光結合が形成でき
る。 【0018】第二の利点は先に詳述したように光アイソ
レータ部分は常光,異常光の平行分離方式であればいか
なる構造でも許容できることで、例えば遮断特性を高め
るためにアイソレータ部に2段連結型を搭載することも
サーキュレータ機能を高度化することであり、何等構造
的欠陥をもたらすものではない。 【0019】第三は光路中にPBSのような光学接合部
がないので長期信頼性、光強度損傷等が生じない。第四
は五角柱プリズムに2面の反射膜を形成するため、二枚
の独立した反射鏡を個別に調整する方式に対して本発明
構成では殆ど無調整でホルダに固定すれば光結合が得ら
れることである。さらに、図6(a),(b)に本発明の他の
実施例を示す4端子光サーキュレータの光線伝播状態を
示すが、図5と同様の特性を示す。以下に本発明の要旨
を実施例に沿って詳述する。 【0020】 【実施例】本発明に係わる光サーキュレータ例として、
図1に関する構成を踏まえて説明する。図1に於いて偏
波無依存型光アイソレータ部分は光線方向厚みの比がB
1:B2:B3=1:1/√2:1/√2である3個のルチルを
用いた複屈折結晶板と非相反素子としてLPE成膜法で
得たファラデー回転子を含む構成である。その他の複屈
折結晶板B4、B5、B6の厚みはB1に対して2:√2:√
2の場合に分離結合が実現される。プリズム窓部は反射
防止膜を形成し、適当な遮蔽膜を付着後に窓部以外に反
射鏡膜を形成した。膜物質はAuやAl等の金属膜や誘電体
多層膜が利用できる。プリズムや直方体ホルダは平行
度,直角度が重要であり、本実施例では角度誤差±30秒
以内に制限した。部品精度はファイバポート間の光結合
に直接寄与するので結合損失を低く押さえるには小さい
ほどよい。 【0021】ファイバポートは全てホルダ面に対して直
角に出射するようにファイバとレンズを作成した。もち
ろん角度調整を製造工程中に含めるならば直角出射は必
須条件ではない。本実施例では直方体光学部材収納ホル
ダの側面に内部にファイバとレンズを包含するヨーク付
き光結合部を形成し、ヨークを側面に押し当てながら滑
らせて最適結合点を見いだした。なお、A面窓部は直径
約150μmに設計し、光線はビームウェイスト位置で約80
μm、P1、P2間の間隔は約14mm、光学部品収納ホルダ
の寸法は長さ12mm、幅12mm、高さ8mmである。適用光線
波長は1550nmである。半導体レーザ光源および光パワー
メータを用いて各ポート間の結合損失を計測したとき、
以下の数値を得た。 【0022】 伝播方向 ポート間光結合損失 P1→P2 0.7dB P1→P3 53dB P1→P4 45dB P2→P1 39dB P2→P3 1.2dB P2→P4 55dB P3→P1 41dB P3→P2 38dB P3→P4 1.4dB P4→P1 1.1dB P4→P2 40dB P4→P3 43dB 以上の結果から、本発明の提唱する構成が4端子光サー
キュレータとして機能することが確認できた。漏話量は
アイソレータを連結すればさらに高度に遮断できるがポ
ート間伝播距離が長くなるため、光結合度が低くなるの
でビーム直径を太くしたり、伝播距離を最小限に設計す
る等の調整が必要である。 【0023】また、図6に本発明の他の実施例を示す
が、ルチル平板と五角柱プリズムの配置を変えただけ
で、図5に示した実施例と同様の効果を示す。さらに、
本発明は以上の例によって何等限定されるものでなく、
この五角柱プリズムを利用することによって色々な組み
合わせの多端子光サーキュレータが可能である。 【0024】 【発明の効果】本発明の構成は樹脂固定する部分は必要
としないため信頼性が高く、組立時に個別の偏場光とし
て調整できるのでポート間のクロストーク、挿入損失が
最適位置に制御できる。また従来のPBSを用いるサー
キュレータに比べて複屈折結晶板、ファラデー回転子等
の寸法を小さくすることが容易であり、低価格対応が見
込まれる。さらに、光増幅モジュールの一部に搭載した
り、レンズ一体型光ファィバ端末を連結して簡略な光学
装置を形成することも容易に実装できる光学装置用サー
キュレータとして優れた波及効果を期待できるものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical prism applicable to a wide range of optical fields such as an optical communication device and an optical measuring device, and an optical circulator including the optical prism. 2. Description of the Related Art In an optical device used for an optical communication device or the like, an optical transmission technology equipped with an optical amplification system in a long-distance optical communication network is rapidly developed, and a large-capacity signal transmission is instantaneously performed. To be distributed worldwide. Although the technical difficulties in the early stages have already been almost resolved on a laboratory scale, the polarization-independent optical isolator placed between the optical fibers and the multiplexer / demultiplexer of the pump light source considering actual mass production. When mounting optical passive components such as optical circulators required for bidirectional optical communication and the like, the degree of finish and the shape tolerance of each component are directly reflected on assembly accuracy and ease of assembly. Therefore, it is a necessary condition that the optical components have a structure that can be easily assembled with high precision. For example, when a device having a certain function is inserted between optical fibers and optical coupling is performed via a lens, the light propagation direction is the Z axis with respect to the light axis, and the X and Y axes are orthogonal to the light axis. Even if the axis is determined, the propagating ray coupling axis pacing (hereinafter referred to as "axis alignment") is performed not only in these Z, X, and Y directions, but also in a direction perpendicular to the meridian with a meridian direction with the Z axis as a central axis. It is also necessary to adjust the angle with respect to the φ axis. That is, ideally, the axis alignment must be spatially adjusted in five directions. However, in the field of a communication switch or the like in which a related system must be condensed in a limited space, an optical passive device such as an optical isolator is used. Approximately 8m thickness assigned to parts
It is limited to m or 8 mm or less, and it is not possible to expect a space in which individual components can be freely adjusted and optical axis alignment can be performed. Therefore, it is required to reduce the degree of freedom of the components in advance. On the other hand, in an optical circulator, for example, FIG.
A schematic structure as shown in JP-A-55-93120 has been invented, and is currently commercially available as the most general structure.
In this configuration, since each component constitutes an independent serial optical path, the number of components increases in the entire system, and the facility must be economically expensive. For example,
In FIG. 2, a signal input / output port is provided, a pair of polarizing beam splitters (PBS) and a reflecting mirror (M) are opposed to each other, and a light non-reciprocal part 5 and a light reciprocal part 6 are provided in a gap therebetween to propagate light. The direction is →, →, →,
→ It is designed to be In this configuration, all four input / output ports function efficiently, and optical components are integrated. However, when the conventional technology is put to practical use on an industrial scale, there are some drawbacks from the viewpoint of optical alignment of a manufacturing surface and long-term reliability in use. That is, the opposite P
The parallelism of the BS degrades the perpendicularity of the emitted light beams, and adds an angle adjustment. Moreover, the PBS has a large angle dependency, and the angle with respect to the input / output port axis must be adjusted within a predetermined tolerance. In addition, since the bonding surface of the PBS portion is fixed with resin, there is a question from the viewpoint of reliability, such as damage or deterioration when the light intensity increases. Further, the wavelength change and the temperature change of the reciprocal portion optical element 6 are large and there is a problem in widening the band. Of course, there is a flat-plate type PBS instead of a matching prism, but it is difficult to align the optical axis because the parts are separated. In order to further increase the optical non-reciprocal level, the non-reciprocal portion 5 including the polarizer portion is generally realized in a two-stage series. However, in the configuration shown in FIG. Impractical to shape. On the other hand, it is conceivable to make the PBS a parallel plate type to improve the reliability deterioration due to the bonding, but there are problems such as an increase in the number of parts and difficulty in optical coupling. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned current problems. An optical circulator according to the present invention uses a conventional birefringent crystal plate for an optical non-reciprocal portion. A polarization-independent optical isolator is adopted, and the right-angle turning part of the light beam is arranged with a pair of pentagonal optical prisms at rotationally symmetric positions around the optical isolator placed in the middle, and the inclination of each pentagonal optical prism In this configuration, one or two birefringent crystal plates are arranged at positions where the orthogonal light rays reflected from the surface enter and exit. FIG. 1 is an example of a four-terminal optical circulator according to the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a pentagonal prism optical prism required for the present invention. FIGS. 4, 5 (a) and 5 (b) are a schematic structural diagram and an operation principle diagram of a circulator when the optical circulator of the present invention is coupled to an optical fiber. 6 (a) and 6 (b) are operation principle diagrams as an optical circulator showing another embodiment of the present invention. To explain the structure of the optical circulator, a pair of pentagonal prism structures required for the present invention will be described. In FIG. 3, a light-transmitting window is provided substantially at the center of the surface 31 (portion A), and the other is a reflecting mirror. Is applied. In the manufacturing method, for example, an anti-reflection film relating to the light wavelength used in the vacuum evaporation method is formed on the surface 31 while shielding portions other than the portion A. Next, the portion A is shielded, and a reflecting mirror is formed in the remaining portion, and a reflecting mirror portion having a light-transmitting window at substantially the center required for the present invention is formed. Similarly, the 45 ° side slope 32 is also a reflecting mirror, and the other surfaces 33, 34 and 35 are formed with antireflection films as required. Then, the pentagonal prism is arranged in the configuration of FIG. That is, when a light beam is transmitted through the central window of the surface 31 of the pentagonal prism at an appropriate angle, the light beam is emitted from the surface 33 in the same direction as the incident light beam, and propagates to the polarization independent isolator arranged in the forward direction. . In this configuration, the light beam emitted from the opposite direction through the optical isolator is split into ordinary light and extraordinary light, and enters the surface 33 of the pentagonal prism. At this time, if the size of the light transmission window at the center of the surface 31 is sufficiently small and the Gaussian beam light flux divided into two from the opposite direction is large enough to prevent leakage from the window, the distance between the ordinary light and the extraordinary light is large. Is reflected by the surface 31. At this time, if the optical isolator is arranged at an appropriate angle with respect to the optical isolator, the ordinary light and the extraordinary light reflected on the pentagonal prism surface 31 are reflected again on the surface 32 and emitted from the surface 34 to the outside of the prism. You. The opposing pentagonal prisms have the same structure. Here, if a birefringent crystal plate having an appropriate thickness is arranged in an azimuth where two rays recombine as shown in FIG. 1, it functions as an optical circulator. That is, FIG.
Light input / output end ports P1 to P4 are provided on the four side surfaces of the rectangular parallelepiped holder 1 as abbreviated as above, the polarization independent optical isolator 2 is provided at the center, and the light transmission windows on both sides face the light port side, The pentagonal prisms 3 and 4 are arranged at rotationally symmetric positions around the optical isolator, and a birefringent crystal plate is arranged so that ordinary light and extraordinary light of light propagating to the ports P3 and P4 are coupled. At this time, if the direction of propagation of the optical isolator from P1 to P2 is the forward direction,
As shown in FIG. 1, between the ports through which the light propagates, P1 to P2, P2 to P3, P3 to P4, and P4 to P1.
Is a four-terminal circulator that propagates to an optical fiber that can couple the four types of light. FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of tracking the relationship of FIG. 1 from the state of polarization separation and coupling. 1 and 5 are examples of an optical circulator based on the present invention. For example, when the light propagates from P to P, the light enters from the light transmission window A of the first prism PR1,
After being recombined from the B-plane to the F-plane of the optical isolator, the light propagates from the light transmitting portion G of the second prism PR2 to P.
The light incident from P is emitted from the optical isolator D
Section has the same behavior as the P → P ray action, but F
When passing through R, ordinary light and extraordinary light are reversed, and when passing through B1, the light is projected onto PR1 while being separated at a point symmetrical position about the ray propagation axis of P → P. Does not return and is repeatedly reflected by the reflecting surfaces A and M1 and guided to the birefringent crystal plate B4. Since B4 recombines separated ordinary light and extraordinary light, it can be transmitted to P3 without loss of light intensity. The ray incident from P is P
→ Return the same path as the ray propagation of P to the FR part, and
When transmitted through, ordinary light and extraordinary light are inverted. Therefore B2,
When transmitted after passing through B3, the light is separated at a point symmetric position about the ray propagation axis of P → P and projected to the second prism,
The light is reflected on the G plane and the M2 plane, is recombined after passing through B5 and B6, and propagates to P. For a ray incident from P, the ray propagates from P to P and FR to the FR section through the same path.
The normal light and extraordinary light for B1 are reversed after transmission, and are superimposed on the P → P path described first,
The light propagates from the transmission window A of PR1 to P. Here, the amount of crosstalk between the other ports is determined by taking in the Gaussian beam foot portion taken in the transmission windows formed in the A and G planes and the elliptic component of the linear polarization generated when passing through the Faraday rotator. This is the main element. Currently manufactured Faraday rotators have an ellipticity of 40
It is more than dB, and even if it is not a two-stage configuration in which polarization independent optical isolators are connected in series, it has sufficient characteristics depending on the application. Of course, if a multi-stage connected high extinction characteristic isolator is mounted, the amount of crosstalk can be greatly improved. further,
The polarization-independent optical isolators to be mounted are the types of isolators, provided that the parallel separation effect of ordinary and extraordinary light using a birefringent crystal plate and a 45 ° polarization plane Faraday rotator is applied to the non-reciprocal part. Regardless, the circulator function disclosed by the present invention is shown. The four-terminal optical circulator according to the present invention has the following advantages over the conventional system. First, the greatest advantage of this configuration is that, when four light entrances and exits are provided from the port P to the port P as shown in FIG. 4, the parallelism and the squareness are precisely formed in a rectangular case. Alignment and fixing of the two pentagonal prisms and the polarization independent optical isolator to be arranged can achieve optical coupling between ports only by roughly adjusting the orientation. For example, when propagating from a ray P to a ray P, the ray propagates in a direction parallel to the ray, but the parallelism is preserved. Therefore, the constituent optical elements are housed in a rectangular holder as shown in FIG. 4, and there is a light beam through hole on the side of the holder. Is in the side of the holder, that is, the pentagonal prism according to the present invention has the parallelism of the transmitted light and the reflected light even if the ray angle with respect to the prism surface is displaced.
Since the perpendicularity is maintained (refer to Japanese Patent Application No. 5-261896), when the light beam is a parallel light beam or a convergent light beam that provides optical coupling equivalent to the parallel light beam, the plane on the holder side where each port is fixed. Optimal coupling is obtained from the two-axis adjustment within. That is, if the orthogonality of the light beam is adjusted on one side surface of the holder, the other three light beam ports are inevitably arranged even if they are visually measured without precise positioning of the optical components to be housed. The orthogonality between the holder surface and the light beam is preserved, and the assembly adjustment is simple as described above. Of course, the accuracy of the perpendicularity between the adjacent side, upper and lower surfaces and the side surface of the pentagonal prism, and the 45 ° inclination angle between the inclined side surface and the side surface must be suppressed to at most several tens of seconds. The accuracy of this is a level that can be sufficiently realized from the machining accuracy. Compared with the conventional pentaprism, the accuracy can be easily controlled because it can be manufactured from a square prism, and the circulator assembly is also compared with the conventional 5-axis adjustment. The difficulty in assembling is negligible. In the circulator of the present invention, the arrangement of the first and second pentagonal prisms is such that even if the installation angle with respect to each of the isolators is shifted, the azimuth of the light beam is only displaced in parallel. Sufficient optical coupling can be formed from alignment on a plane in a plane. The second advantage is that, as described in detail above, the optical isolator portion can be of any structure as long as it is a parallel separation system of ordinary light and extraordinary light. The mounting of the mold also enhances the circulator function and does not cause any structural defects. Third, since there is no optical junction such as PBS in the optical path, long-term reliability, light intensity damage and the like do not occur. Fourth, since two reflecting films are formed on a pentagonal prism, two independent reflecting mirrors can be individually adjusted. In contrast, in the present invention, optical coupling can be obtained by fixing the mirrors to a holder with almost no adjustment. Is to be done. 6 (a) and 6 (b) show a light propagation state of a four-terminal optical circulator according to another embodiment of the present invention, and show the same characteristics as those in FIG. Hereinafter, the gist of the present invention will be described in detail with reference to examples. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an example of an optical circulator according to the present invention,
Description will be given based on the configuration related to FIG. In FIG. 1, the polarization independent optical isolator has a thickness ratio B in the light beam direction.
The structure includes a birefringent crystal plate using three rutiles in which 1: B2: B3 = 1: 1 / √2: 1 / √2 and a Faraday rotator obtained by an LPE film forming method as a non-reciprocal element. . The thickness of the other birefringent crystal plates B4, B5 and B6 is 2: {2:} with respect to B1.
In the case of 2, separate coupling is realized. An anti-reflection film was formed on the prism window, and after a suitable shielding film was attached, a reflection mirror film was formed on portions other than the window. As the film material, a metal film such as Au or Al or a dielectric multilayer film can be used. The parallelism and the perpendicularity of the prism and the rectangular parallelepiped holder are important, and in this embodiment, the angle error is limited to within ± 30 seconds. Since the component accuracy directly contributes to the optical coupling between the fiber ports, the smaller the component loss, the better the coupling loss. Fibers and lenses were prepared so that all the fiber ports were emitted at right angles to the holder surface. Of course, if angle adjustment is included in the manufacturing process, perpendicular emission is not an essential condition. In this embodiment, an optical coupling section with a yoke including a fiber and a lens is formed inside the side surface of the rectangular parallelepiped optical member storage holder, and the yoke is slid while being pressed against the side surface to find an optimum coupling point. The A-side window is designed to have a diameter of about 150 μm, and the light beam is about 80 μm at the beam waste position.
The distance between μm, P1, and P2 is about 14 mm, and the dimensions of the optical component storage holder are 12 mm in length, 12 mm in width, and 8 mm in height. The applied light wavelength is 1550 nm. When measuring the coupling loss between each port using a semiconductor laser light source and optical power meter,
The following values were obtained: Propagation direction Optical coupling loss between ports P1 → P2 0.7dB P1 → P3 53dB P1 → P4 45dB P2 → P1 39dB P2 → P3 1.2dB P2 → P4 55dB P3 → P1 41dB P3 → P2 38dB P3 → P4 1.4dB P4 → P1 1.1dB P4 → P2 40dB P4 → P3 43dB From the above results, it was confirmed that the configuration proposed by the present invention functions as a four-terminal optical circulator. The crosstalk can be further cut off by connecting an isolator, but the propagation distance between ports becomes longer and the degree of optical coupling decreases, so adjustments such as increasing the beam diameter and designing the propagation distance to a minimum are necessary. It is. FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. The same effect as that of the embodiment shown in FIG. 5 is shown only by changing the arrangement of the rutile flat plate and the pentagonal prism. further,
The present invention is not limited by the above examples at all,
By using this pentagonal prism, various combinations of multi-terminal optical circulators are possible. The structure of the present invention does not require a resin-fixed portion, so it is highly reliable, and can be adjusted as individual polarized light at the time of assembling, so that crosstalk between ports and insertion loss can be minimized. Can control. In addition, it is easier to reduce the size of the birefringent crystal plate, the Faraday rotator, and the like, as compared with a circulator using a conventional PBS, and it is expected that the price will be reduced. In addition, it can be mounted on a part of an optical amplification module or connected to an optical fiber terminal with integrated lens to form a simple optical device. is there.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の4端子光サーキュレータの一例の構成
図。 【図2】従来の光サーキュレータの概略図。 【図3】本発明の光サーキュレータにおける五角柱光学
プリズムの概略図。 【図4】本発明の光サーキュレータの説明図。 【図5】本発明の光サーキュレータを光ファイバと結合
したときの光線伝播状態の説明図(a)、及び光サーキュ
レータとしての偏波状態図(b)である。 【図6】本発明の他の実施例を示す光サーキュレータを
光ファイバと結合したときの光線伝播状態の説明図
(a)、及び光サーキュレータとしての偏波状態図(b)であ
る。 【符号の説明】 1 直方体ホルダ 2 光アイソレータ 3,4 五角柱プリズム 5 光線非相反部 6 光線相反部 A,G 光線透過窓部 31,32,33,34、35 五角柱プリズム面 P1,P2,P3,P4 ポート FR ファラデー回転子 PBS 偏光ビームスプリッタ B1,B2,B3,B4,B5,B6 ルチル平板 M 反射鏡
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a four-terminal optical circulator of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional optical circulator. FIG. 3 is a schematic view of a pentagonal prism in the optical circulator of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical circulator of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram (a) of a light beam propagation state when the optical circulator of the present invention is coupled to an optical fiber, and a polarization state diagram (b) of the optical circulator. FIG. 6 is an explanatory diagram of a light propagation state when an optical circulator according to another embodiment of the present invention is coupled to an optical fiber.
(a) and a polarization state diagram (b) as an optical circulator. [Description of Signs] 1 rectangular parallelepiped holder 2 optical isolators 3 and 4 pentagonal prism 5 light non-reciprocal part 6 light reciprocal parts A and G light transmitting windows 31, 32, 33, 34, 35 pentagonal prism surfaces P1, P2, P3, P4 port FR Faraday rotator PBS Polarizing beam splitter B1, B2, B3, B4, B5, B6 Rutile plate M Reflector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−100016(JP,A) 特開 昭55−50215(JP,A) 特開 平7−92429(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/28 G02F 1/09 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-100016 (JP, A) JP-A-55-50215 (JP, A) JP-A-7-92429 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 27/28 G02F 1/09

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 長方形もしくは正方形角柱の一角柱稜線
部分が、角柱側面に対して45°の角度を有する平面を形
成するように削除された光線反射側斜面であり、前記光
線反射側斜面に対向し、互いに90°の角度で隣接する二
角柱側面の何れか一方は、面内中央部の光線透過用窓部
と、窓部以外の反射鏡部からなる光線反射側面を有する
2個の五角柱プリズムが、光線透過窓部を外側にして対
称位置に配置され、前記プリズム間に平板複屈折結晶を
用いた偏波無依存型光アイソレータが配置され、前記光
アイソレータに入射された光線は常光と異常光に分離さ
れ、前記光アイソレータから前記プリズムに出射される
光線のうち、伝播ポートに応じて前記常光、異常光の間
隔が前記窓部の大きさよりも小さい場合は前記光線は前
記窓部から出射され、大きい場合は前記反射鏡部で反射
され更に前記光線反射側斜面によって反射され、その光
線が前記プリズムから出射されて、前記光アイソレータ
から前記プリズムに出射された光線に対し直角方向に伝
播し、その伝播光線が入射される位置に、前記伝播光線
を分離や結合するのに必要な結晶の方位と厚みを有する
一個もしくは複数個の複屈折結晶板を配することを特徴
とした光サーキュレータ。
(57) [Claims 1] A light reflecting side slope in which a rectangular ridge portion of a rectangular or square prism is deleted so as to form a plane having an angle of 45 ° with a side surface of the prism. One of the two prismatic side surfaces opposed to the light reflection side slope and adjacent to each other at an angle of 90 ° is a light transmission window portion in the center of the surface, and a light beam including a reflection mirror portion other than the window portion. two pentagonal prism prism having a reflecting side is disposed the light transmission window portion symmetrically positioned on the outside, a polarization-independent optical isolator using a flat birefringent crystal is arranged between the prism, the light
Light incident on the isolator is separated into ordinary light and extraordinary light.
And emitted from the optical isolator to the prism.
Among the rays, between the ordinary light and the extraordinary light according to the propagation port
If the separation is smaller than the size of the window,
It is emitted from the window, and if it is large, it is reflected by the reflector.
And reflected by the light reflecting side slope,
A line exits the prism and the optical isolator
From the light to the prism
Sowing, and at the position where the propagating ray is incident, the propagating ray
An optical circulator comprising one or a plurality of birefringent crystal plates having a crystal orientation and a thickness necessary for separating and combining the crystals.
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