JPH01287528A

JPH01287528A - 光アイソレータ及び光サーキユレータ

Info

Publication number: JPH01287528A
Application number: JP11801788A
Authority: JP
Inventors: Shinji Iwatsuka; 信治岩塚
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1989-11-20
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: JP2572627B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、光計測システムや光通信システムに用いられ
る偏波依存性のない光アイソレータ及び光サーキュレー
タに関する。

（従来の技術）一般に、厚ざｄで、光学軸（Ｃ軸）が光の透過方向に対
しθ＝４５°程度となるように形成した平行平板状の複
屈折結晶においては、光が結晶に対し垂直に入射すると
第９図に示すように紙面に垂直方向の偏光成分（常光）
は何等屈折を受けずにこの複屈折結晶４０を透過するが
、紙面方向の偏光成分（異常光）は複屈折結晶４０に入
射すると同図に示すように屈折し、分離距離ａだけ離れ
た位置を前記常光と平行となって出射していく。

そして、ルチルや方解石等の複屈折結晶では、分離距離
ａは下記（１）式で表わすことができる。

ｌａｌ　＝ｋｘｌｄｌ　　　　　　　　＝・（１］例え
ば波長１．３μｍ、θ＝４５°のとき、ルヂル、方解石
ともｋの値は約０．１である。

ところで、非相反性光学装置の一種である光アイソレー
タにおいては、従来、光の順方向に対して特定の偏光成
分しか透過させず、残余の光成分は捨てられているため
、光が有効に用いられていないという問題があった。

このため、従来においても、光のあらゆる偏光成分を透
過させるようにした光アイソレータが提案されている。

このような光アイソレータの従来例（特公昭５８−２８
５６１＠　）を第１０図乃至第１２図を参照して説明す
る。

第１０図に示す光アイソレータ本体５ｏは、第１の光導
波路である第１の光フン・イバ３１と、第２の光導波路
である第２の光フッ・イバ３２との間に配置されている
。また、この光アイソレータ本体５０と第１の光ファイ
バ３１との間には、集光用のレンズ３３が配置されてい
る。

前記光アイソレータ本体５０は、符号■、■。

■を付して示す３枚の平行平板状の複屈折結晶５１．５
２，５３と、複屈折結晶５１．５２間に接合配置された
４５°ファラデー回転子５４とを具備している。

ここで、光アイソレータ本体５０に対するＸ。

Ｙ、Ｚの直交３軸を第１０図に示すように設定すると共
に、光の進行方向の順方向を第１０図に示すように一７
方向と定義し、ざらに、各複屈折結晶５１，５２，５３
の光学軸（Ｃ軸）の立体的な角度を同図に示すように定
義したときの、偏光角度ψ＝０°の光と、偏光角度ψ＝
９ｏ°の光の光アイソレータ本体５０の透過状態を第１
表に示す。

第１表（ＩＩＩＱ方向に対して）ここに、角度ψはＣ軸のＸ、Ｙ平面への投影角である。

また、複屈折結晶５１，５２．５３の厚さは、順にＪｄ
、ｄ、ｄに設定している。

このように構成した光アイソレータ本体５０において、
順方向におけるＸ、Ｙ平面上の偏光ビームの中心位置の
関係を第１１図（ａ）に示す。

第１１図（ａ）及び第１表から明らかなように、第１の
光ファイバ３１における偏光角度φ＝Ｏ。

の光は、複屈折結晶５１を嬰常光として、かつ常光に対
し、ｒ２ａの分離距離をもって通過し、４５゜ファラデ
ー回転子５４により４５°偏波面が回転した後、複屈折
結晶５２を異常光として、かつａの分離距離をもって通
過し、ざらに、複屈折結晶５３を常光として通過して第
２の光ファイバ３２に入射する。

また、第１の光ファイバ３１における偏光角度ψ−９０
’の光は、複屈折結晶５１を常光として通過した後４５
°ファラデー回転子５／Ｉで４５゜偏波面が回転し、ざ
らに複屈折結晶５２を常光として通過し、複屈折結晶５
３を異常光として、かつ常光との分離距離ａをもって通
過し、第２の光ファイバ３２に入射する。

この結果、偏光角度ψ−〇°の光と、ψ＝９０゜の光と
はこの光アイソレータ本体５０において一旦分離される
が最終的に第２の光ファイバ５３の同じ位置に入射する
ことになる。

一方、光アイソレータ本体５０に対する光の逆方向の透
過状態に着目すると、第１１図（ｂ）に示すように、第
２の光ファイバ３２から出射した偏光角度ψ＝４５°の
光は複屈折結晶５３を常光として通過した後複屈折結晶
５２を異常光として、かつ常光からの分離距離ａをもっ
て通過し、４５゜ファラデー回転子５４により偏波面が
４５°回転し、複屈折結晶５１を常光として通過して第
１の光ファイバ３１から、Ｘ方向に＋５ａ離れた位置に
出射する。

また、第２の光ファイバ３２から出射した偏光角度ψ＝
１３５°の光は、複屈折結晶５３を異常光として、かつ
分離距離ａをもって通過し、複屈折結晶５２を常光とし
て通過した後４５°ファラデー回転子５４により４５°
偏波而が回転し偏光角度１８０’＝Ｏ’　となり、ざら
に、複屈折結晶５１を異常光として、かつ分離距離５ａ
をもって第１の光ファイバ３１から、Ｘ方向に−＆ａ離
れた位置に出射する。

この結果、逆方向についてはいずれの光も第１の光ファ
イバ３１に入射しない。

上述したように、第１の光ファイバ３１からの光は偏光
の有無にかかわらず第２の光ファイバ３２に入射する。

しかしながら、第１の光ファイバ３１から出射した偏光
角度ψ−〇°の光はこの光アイソレータ本体５０の複屈
折結晶群５１，５２．５３を通過する際、（−／ｉｄ＋
ｄ）の距離を異常光として透過し、ｄの距離を常光とし
て透過する。

一方、偏光角度φ＝９０°の光は、ｄの距離を異常光と
して、Ｊｉ　ｄ　＋ｄの距離を常光として透過する。

この場合に、常光と異常光とでは、複屈折結晶５１．５
２．５３の屈折率が異なるので、上述した２つの偏光が
光アイソレータ本体５０を透過する際実質的な光路長の
相違が生じ、第１２図に示すようにレンズ３３によって
集光位置が上述した２つの偏光について異なることにな
って、このような２つの偏光を第２の光ファイバ３２で
受光する際に結合損失が生じるという問題がある。

次に、従来の光アイソレータの他側（特公昭６１−５８
８０９号）を第１３図を参照して説明する。

同図に示す光アイソレータ本体６０は、ファラデー回転
子６３の両側にテーパー状の複屈折結晶６１．６２を配
置し、これら複屈折結晶６１゜６２の常光、５！！常光
に対する屈折率の相違を利用して偏光分離を行うように
したものである。尚、第１３図中、３４は集光レンズで
ある。しかし、このような光アイソレータ本体６０にお
いては、テーパー状の複屈折結晶６１．６２が平行平板
のものに比べ加工が難しく量産性に欠けるため仝休の製
造価格が高価となるという問題がある。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の光アイソレータは、第２の光フ
ァイバーで光を受光する際に結合損失が生じたり、製造
価格の高騰を招くという問題がある。

そこで、本発明は低損失で偏波依存性が無く、製造価格
の高騰を招くことのない光アイソレータ及び光サーキュ
レータを提供することを目的とするものである。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）請求項１記載の発明は、対向する２つの光導波路の間に
、少なくとも４枚の平行平板の複屈折結晶と、少なくと
も１枚の４５°ファラデー回転子と、少なくとも１個の
レンズを有する光アイソレータにおいて、一方の光導波
路から他方の光導波路に向う順方向の光に含まれる異な
る偏光成分の通過長が等しくなるように、前記各複屈折
結晶の厚さ及び光学軸の方向を設定したものである。

また、請求項２記載の発明は、一方の側に並設配置の第
１．第３の２本の光導波路を、他方の側に第２の光導波
路を相対向する状態に設け、相対向状態の光導波路の間
に少なくとも４枚の平行平板の複屈折結晶と、少なくと
も１枚の４５°ファラデー回転子と、少なくとも１個の
レンズを有する光サーキュレータにおいて、第２の光導
波路から第３の光導波路に向う光に含まれる責なる偏光
成分の通過長が等しくなるように前記各複屈折結晶の厚
さ及び光学軸の方向を設定したものである。

（作　用）以下に上記構成の光アイソレータ及び光ザーキュレータ
の作用をそれぞれ説明する。

請求項１記載の光アイソレータ記よれば、少なくとも４
枚の平行平板の複屈折結晶の厚さと光学軸の方向を順方
向の光に対して、異なる偏光成分の通過長が等しくなる
ように設定したことによって、一方の光導波路から他方
の光導波路に向う順方向の光における異なる偏光成分が
、他方の光導波路の同一の位置に入射することになり結
合損失が少なくなる。また、この光アイソレータは平行
平板の複屈折結晶を用いているので製造価格も低廉とな
る。

請求項１記載の光サーキュレータによれば、第２の光導
波路から第３の光導波路に向う光に含まれる異なる偏光
成分が、少なくとも４枚の平行平板の複不屈折結晶を通
過する際これらの通過長が等しくなるので、第３の光導
波路の同一の位置に入射することになり、上述した光ア
イソレータの場合と同様、結合損失が少なくなると共に
、製造価格も低廉となる。

（実施例）以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

まず、第１図及び第２図（ａ）、（ｂ）を参照して第１
の実施例を説明する。

第１図は本実施例の光フイソレータを示すものであり、
第１の光導波路である第１の光ファイバ３１と、第２の
光導波路である第２の光ファイバ３２との間に、非相反
光学装置本体１０と集光用レンズ３３が配置されている
。非相反光学装置本体１０は符号■、■、■、■を付し
て示す４枚の複屈折結晶１，２，３．４と、複屈折結晶
１，２間に接合配置された４５°ファラデー回転子５と
を具備している。

この非相反光学装置本体１０に対するＸ、Ｙ。

２の直交３軸、Ｃ軸及び偏光角度ψは第１０図に示すも
のと同一とし、かつ光の順方向、逆方向も第１０図に示
すものと同一として以下の説明を行う。

この場合のψ＝Ｏ°の光、ψ＝９０°の光の非相反光学
装置本体１０に対する透過状態を第２表に示す。

（順方向に対して）第２表に示すように各複屈折結晶１．２，３゜４の厚さ
は、順に一／ｉｄ、ｄ、（１＋−／ｉ／２）ｄ。

冴／２ｄに設定している。

この非相反光学装置本体１０において、順方向における
Ｘ、Ｙ平面上の偏光ビームの中心位置の関係を第２図（
ａ）に示す。

第２図（ａ）及び第２表から明らかなように、第１の光
ファイバ３１からの偏光角度ψ＝Ｏ°の光は、複屈折結
晶１を異常光として、かつ常光に対し一／ｉａの分離距
離をもって通過し、４５°ファラデー回転子５により４
５°偏波面が回転した後、複屈折結晶２を異常光として
、かつａの分離距離をもって通過し、さらに、複屈折結
晶３，４を常光として通過し第２の光ファイバ３２に入
射する。

また、第１の光ファイバ３１からの偏光角度ψ＝９０°
の光は、複屈折結晶１を常光として通過し、４５°ファ
ラデー回転子５で４５°偏波面が回転した後複屈折結晶
２を常光として通過する。

さらに、この常光は複屈折結晶３に至り、ここを異常光
として、かつ（１＋、５／２）　ａの分離距離をもって
通過し、ざらに、複屈折結晶４で異常光として、かつ乃
／２ａの分離距離をもって通過し第２の光ファイバ３２
に入射する。

この結果、ψ−〇°の光と、ψ−９０°の光とは、この
非相反光学装置本体１０において、いずれも異常光とし
ての通過長と常光としての通過長とが（１＋に２）ａに
なり、第２の光ファイバ３２での両光の集光位置が同一
となり、結合損失が少なくなる。

一方、非相反光学装置本体１０に対する逆方向の光の透
過状態は第２図（ｂ）示すようになる。

すなわち、第２の光ファイバ３２からのψ＝４５°の光
は、複屈折結晶３，４を常光として通過した後複屈折結
晶２を異常光として、かつａＯ）分離距離をもって通過
し、４５°ファラデー回転子５により４５°偏波面が回
転し、複屈折結晶１を常光として通過し、第１の光ファ
イバ３１からＸ方向に＋−Ｅａ離れた位置に出射する。

また、第２の光ファイバ４からのψ＝１３５°の光は、
複屈折結晶４を異常光として、かつＪｉ／２ａの分向１
距離をもって通過し、複屈折結晶３を異常光として、か
つ分離距離（１＋＆／２）　ａをもって通過し、ざらに
、複屈折結晶２を常光として通過し、４５°ファラデー
回転子５により４５°偏波面が回転した後複屈折結晶１
を異常光として、かつ５ａの分離距離をもって通過し、
第１の光ファイバ３１からＸ方向に一５８離れた位置に
出射する。

この結果、第２の光ファイバ３２からの上述した両光は
いずれも第１の光ファイバ３１には入射せず、この非相
反光学装置本体１０は逆方向の光に対し光アイソレータ
としての本来の機能を発揮することになる。

次に、第３図、第４図（ａ）、（ｂ）を参照して、第２
の実施例である光アイソレータを説明する。

第３図に示す非相反光学装置本体１０Ａの厚さ及び光の
透過状態を第３表に、Ｘ、Ｙ平面における偏光ビームの
関係を第４図（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。

（以下余白）第３表尚、この非相反光学装置本体１０Ａは、４枚の複屈折結
晶１１，１２，１３．１４　（符号■、■。

■、■を付して示す。）と、２枚の４５°ファラデー回
転子５Ａ、５Ｂとにより構成され、各複屈折結晶１１．
１２．１３，１４の厚さを順にｄ。

（１＋４／２）　ｄ、　　（１−−／ｉ／２）　ｄ、　
ｄに設定している。

この非相反光学装置本体１０Ａの場合にも、第３表及び
第４図（ａ）から明らかなように光ファイバ１からのψ
＝○°の光及びψ＝９０°の順方向の光は、いずれも異
常光として通過する光路長２ａとなって、第２の光ファ
イバ３２の同一の位置に入射する。

また、第２の光ファイバ３２からの逆方向の光は、第４
図（ｂ）に示す如くなる。すなわち、−方の偏光は４枚
の複屈折結晶１４，１３，１２゜１１を異常光として通
過し第１の光ファイバ３１に到達せず、また、他方の偏
光は分離距離を生じさせない４枚の複屈折結晶１４，１
３．１２゜１１を常光として通過する。

この非相反光学装置本体１０Ａによれば、前記非相反光
学装置本体１０と同等の機能を発揮さＶることができる
と共に、４５°ファラデー回転子５Ａ、５８２枚を用い
ているので、アイソレーション、その温度特性及び波長
特性をより向上させることができる。

次に、第５図を参照して、本発明の第３の実施例を説明
する。

同図に示す非相反光学装置本体２０は、符号■乃至■を
付して示す７枚の平行平板状の複屈折結晶２１乃至２７
と、３枚の４５°ファラデー回転子５Ａ、５８．５Ｇと
を接合配置することにより構成したものである。

この非相反光学装置本体２０における厚さ及び　−光の
透過状態を第４表に、Ｘ、Ｙ平面におけ−る偏光ビーム
の関係を第６図に示す。

第４表この非相反光学装置本体２０の場合にも、第４表及び第
６図から明らかなように、光ファイバ３１からのψ−〇
°の光、ψ＝９０°の光の順方向の光は、いずれも異常
光として通過する光路長が２−／ｉａとなり、第２の光
ファイバ３２の同一の位置に入射する。

また、第２の光ファイバ３２からの逆方向の光は、いず
れの偏光も第１の光ファイバ３１に到達しない。

次に、本発明の応用例を第７図、第８図を参照して説明
する。

第７図は非相反光学装置本体１０を用い、第２の光ファ
イバ３２の近傍に第３の光ファイバ３２Ａを配置した光
学系を示すものである。

この光学系において、第３の光ファイバ３２Ａから出射
するある特定の偏光成分が非相反光学装置本体１０を経
て第１の光ファイバ３１に入射するように配置すれば、
第３の光ファイバ３２Ａ→非相反光学装置本体１０→第
１の光ファイバ３１゜第１の光ファイバ３１→非相反光
学装置本体１０→第２の光ファイバ３２という光路を形
成する光サーキュレータを構成できる。

この場合に、第３の光ファイバ３２Ａから第１の光ファ
イバ３１への光路は偏波依存性を有するものの、第１の
光ファイバ３１から第２の光ファイバ３２への光路は偏
波依存性が無く、これにより、双方向通信や光計測に好
適な光サーキュレータを提供できる。

また、第８図に示すように非相反光学装置本体１０Ａを
用いて同様の光学系を構成しても、第７図に示すものと
同様な機能を有する光サーキュレータを提供できる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなくその
要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

［発明の効果］以上詳述した本発明によれば、以下の効果を奏する。

請求項１記載の発明によれば、一方の光導波路から他方
の光導波路に向う光の偏波依存性がないと共に結合損失
が少なく、かつ製造価格の低廉化を図ることができる光
アイソレータを提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、第２の光導波路から第３
の光導波路に向う光の偏波依存性がないと共に結合損失
が少なく、かつ製造価格の低廉化を図ることができる光
サーキュレータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成図、第２
図（ａ）、（ｂ＞はそれぞれ第１図に示す光アイソレー
タのＸ、Ｙ平面における各偏光ビームの順方向、逆方向
の分離距離を示す説明図、第３図は本発明の第２の実施
例を示す概略構成図、第４図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
第３図に示す光アイソレータのＸ、Ｙ平面における各偏
光ビームの順方向、逆方向の分離距離を示す説明図、第
５図は本発明の第３の実施例を示す概略構成図、第６図
は第５図に示す光アイソレータのＸ、Ｙ平面における偏
光ビームの順方向の分離距離を示す説明図、第７図、第
８図はそれぞれ本発明の応用例である光サーキュレータ
を示す概略構成図、第９図は複屈折結晶の偏光分離の原
理を示す説明図、第１０図は従来の光アイソレータの構
成を示す図、第１１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第１０
図に示す光アイソレータのＸ、Ｙ平面における偏光ビー
ムの順方向、逆方向の分離距離を示す説明図、第１２図
は第１０図に示す光学系における集光位置の差を示す説
明図、第１３図は従来例の他側を示す概略構成図である
。１０．１０Ａ、２０・・・非相反光学装置本体、１乃至
４，１１乃至１４・・・複屈折結晶、５．５Ａ、５Ｂ。５Ｃ・・・４５°ファラデー回転子。（ｂ）第　　２　　図（ｂ）第４図第３図第１０図Ｙ　　　（億創町第１１図 □（〕□＋＠Ｊ丁式ｉ１）第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対向する２つの光導波路の間に、少なくとも４枚
の平行平板の複屈折結晶と、少なくとも１枚の４５°フ
ァラデー回転子と、少なくとも１個のレンズを有する光
アイソレータにおいて、一方の光導波路から他方の光導
波路に向う順方向の光に含まれる異なる偏光成分の通過
長が等しくなるように、前記各複屈折結晶の厚さ及び光
学軸の方向を設定したことを特徴とする光アイソレータ
。
（２）一方の側に並設配置の第１、第３の２本の光導波
路を、他方の側に第２の光導波路を相対向する状態に設
け、相対向状態の光導波路の間に少なくとも４枚の平行
平板の複屈折結晶と、少なくとも１枚の４５°ファラデ
ー回転子と、少なくとも１個のレンズを有する光サーキ
ュレータにおいて、第２の光導波路から第３の光導波路
に向う光に含まれる異なる偏光成分の通過長が等しくな
るように前記各複屈折結晶の厚さ及び光学軸の方向を設
定したことを特徴とする光サーキュレータ。