JPH02302717A - 光学アイソレータ - Google Patents
光学アイソレータInfo
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Abstract
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Description
縮小を実現するために共振空胴を使用する光学アイソレ
ータに関する。
イス、例えば、レーザーに入ることを阻止するために必
要される。光学通信システムにおいては、゛光学エネル
ギーのレーザー内への反射は、レーザーの動作を振幅の
変動、モート分裂、周波数シフト、及び狭い線幅を与え
ることにより劣化させる。
ーザー内に反射されて再度入ることを阻止するために光
学アイソレータを使用する。このようなアイソレータは
1通常、ファラデー アイソレータと呼ばれ、線型偏光
(平面偏光とも呼ばれる)電磁エネルギーの原理をファ
ラデー回転の原理とともに使用する。通常、二つのアイ
ソレータか60dbと言う高い分離を達成するために縦
に接続して使用される。典型的には、1.5Bmの波長
の光学エネルギーと動作するように設計された場合、光
学アイソレータは数センチメートルの長さを持ち、8個
の光学表面を必要とする。今日の光学アイソレータは大
きく、光学アイソレータに対してかさばり、従ってチウ
ブに簡単に編入することかできず、或は光ファイバーの
一部となることができない。
対方向の光学エネルギーをブロック或は実質的にブロッ
クするように設計された光学アイソレータに関する。典
型的な据え付けにおいては、光学アイソレータかレーザ
ーの出力の所に位置され、レーザーによって生成された
光学エネルギーを受信デバイス、つまり、出力ファイバ
ーにパスする。一つの実施態様においては、光学アイソ
レータは二つの線型偏光子を含むか、一つは入力の所に
位置され、もう一つは出力の所に位置される。この入力
と出力線型偏光子の間には、共振空調、例えば、ファフ
リベロ空胴内に位置するジャイロトロピック媒体か置か
れる。アイソレータの入力と共振空胴との間には線型偏
光子から受信される平面偏光光学エネルギーを円偏光光
学エネルギーに変換するための第一の偏光変換手段か組
み込まれ、共振空胴とアイソレータの出力の所の線型偏
光子との間には共振空胴から受信される円偏光光学エネ
ルギーを平面偏光光学エネルギーに変換するための第二
の偏光変換手段か編入される。一つの実施態様において
は、ジャイロ媒体からなる共振空胴か反射された光学放
射をブロックするためのフィルタリング媒体となる。
光学エネルギーとともに使用し、光学エネルギーを片方
の方向てパスし、他方の方向ではソロツクする光学アイ
ソレータか示される。このデバイスは、人力線N1或は
平面偏光子lOと出力線型或は平面偏光子14の間に位
置されたジャイロトロピック媒体12を含む。このジャ
イロトロピック媒体12は、矢印16によって示される
加えられた縦方向磁場内に位置する。このジャイロトロ
ピック媒体はヴエルデ定数によって特性化されるか、こ
れは光学エネルギーの偏光の加えられた磁場のユニット
当りの中位長さ当りの回転として定義される。平面偏光
された光学エネルギーのこれかジャイロトロピック媒体
を通過するときの回転は、以下の式によって与えられる
。
)においては、ファラデー回転は、ある加えられた磁場
において飽和するか、この場合、この回転は、以ドの式
によって勺−えられる。
は、サマリウム コバルト磁石から1!?i′rl′i
に得ることかてきる)の磁場において、2.6μmの長
さは、1.3LLmから1.5ALmのスペクトル領域
におし・て最も一般的に使用されるアイソレータ材ネ1
であるYIG内て45との回転をり−える。
ある角度に方位された線型偏光子14を通過し、偏光子
14から出るこの後ろ方向の線型偏光された光学エネル
ギーはこの角度に方位される。線型偏光された光学エネ
ルギーは次にファラデー回転子12に入るか、これは、
この線型偏光された光学エネルギーの平面を角度θまた
け回転する。ファラデー回転子からのこの線型偏光され
た光学エネルギーは、次に、ファラデー回転子からの光
をブロックするように方位された偏光子10に入る。殆
どのアイソレータにおいて、ファラデー回転子は偏光さ
れた光学エネルギーの平面を45度たけ回転するように
設計される。
子lOの角度にて線型偏光される。右方向に伝わるこの
光は、次に、ファラデー回転子を通過するか、この光は
更に、ここで、左方向に伝わる光学エネルギーの偏光の
平面の回転と同一の方向に回転される。ファラデー回転
子か線型偏光された光学エネルギーの偏光の平面を45
度回転するように設計される場合は、ファラデー回転子
12から出る光学エネルギーは偏光チェ4と並行に偏光
され完全に伝送される。
、低い損失(〜dB)及び比較的良好なイソレーション
(−30dB)を示すことか知られている。
m mの経路長か要求されるために比較的大きい。
ロトロピック媒体がシンクル パス ファラデー回転子
と置換される。簡単に説明すると、ジャイロトロピック
媒体内て光学エネルギーを何度か前後に反射させること
によってこの媒体の全長か短縮される。これは全体とし
てのファラデー回転は個々の通過によって起こされる個
々の回転の総和であるためである。複数回の反射は、表
面上に堆積された二つのミラー(誘電ミラー或は金属ミ
ラー)間にジャイロトロピック媒体を位置することによ
って、或は導波路構造内に分布路f反利器を使用するこ
とによって得られる。光学エネルギーの経路の一周光学
長か波長の整数に等しい場合、このデバイスは共振であ
ると言われ、損失か存在しない場合、トランスバレント
である。
送か共振であることは、以下の式によって笑えられる。
は、以下の式によって与えられる。
することかできる。
エネルギーか横断するように共振空胴内にジオトロピッ
ク媒体を持つここに開示される光学アイソレータは、動
作の基本原理か理解できると線型偏光された光学エネル
ギーとともに使用することかできる。より具体的には、
ジャイロトロピック媒体内での磁場の存在下において線
型偏光された光学エネルギーは、各々か円偏光された光
学エネルギーであり各々か反対の回転の方向を持つ二つ
の成分の総和であると考えることかてきる。この二つの
成分は等しい振幅を持つ。ジャイロトロピック媒体内に
おいて、正の回転を持つ光学エネルギー成分は、負の回
転を持つ光学エネルギー成分と異なる速度にて伝播し、
入射偏光光学エネルギーの平面は、より速い速度にて、
この成分の回転の方向に回転される。換言すれば、ファ
ラデー媒体内での線型偏光された光学エネルギーの平面
は、右及び左円偏光に対する媒体の屈折率の差の結果で
ある。従って、シャイロスコピ・ンク媒体を横断すると
き、一つの成分か他方の成分に対して遅延される。この
遅延か90度の位相差を!fえる場合、この光は、偏光
の元の下面から45度回転された偏光角度を持つ線型偏
光された光学エネルギーとして現われる。明らかに、こ
れか起こるためには、この二つの成分の振幅か等しくな
ければならない。これらか異なる場合、出る光はだ円に
偏光され、アイソレータは説明のようには動作しない。
は、線型偏光された光学エネルギーとともに使用された
場合、右及び左に円偏光された成分に対する有効屈折率
か異なり、共振空胴かこの二つの波に対して同時的に共
振とならないために聞届を生じるように見える。
胴の共振周波数か左及び右に円偏光された光学エネルギ
ーに対する共振周波数の中点に来るようにする方法であ
る。このケースにおいては、伝送される強度は、左及び
右に円偏光された光学エネルギーに対して同一てあり、
伝送される光学エネルギーは線型的に偏光される。偏光
の平面の回転は以下の式によってケえられる。
表わす。
在することに注意する。45度の回転が達成されたとき
の伝送損失は約50%であることか確認された。
エネルギーかこの構造の各々か個々のI6折率に対する
二つの別個の共振にて動作するようにする方法である。
振空胴の長さを以下の式か満たされるように選択しなけ
ればならない。
り; Nは整数てあり:そして 入は波長を表わす。
、但し、共振空胴の長さは、非共振光学アイソレータに
対して要求される長さの約二倍となる。
ギーを持つデバイスを使用し、そして、この共振空胴な
左に円偏光された光学エネルギー或は右に円偏光された
光学エネルギーのどちらかの共振ピークにチューニング
する方法である。第2図には。
る。
れたジャイロトロピック媒体32からなる共振空胴30
を含む。この図面においては、ジャイロトロピック媒体
は、支持部材上の膜の形式を持つ。
てあっても、或は、これらは、導波路構造内の分布格子
反射器であっても良い。ミラー34.36間の距離は光
学アイソレータの入力端から受信される円偏光された光
学エネルギーに対する共振空胴を提供するように調節さ
れる。第一の線型偏光子38か光学アイソレータの入力
端の所に位こされ;そして第二の線型偏光子40か光学
アイソレータの出力端の所に位置される。この第一の線
型偏光子38と共振空胴30との間には、第一の偏光変
換手段42、例えば、1/4波プレートか位置され:そ
して共振室11i430と第二の線型偏光子40との間
には第二の偏光変換手段44例えば、1/4波プレー1
〜か位置される。
タの動作の基本モートは、第1図に示される従来の光学
アイソレータの基本モートとは明らかに異なる。第2図
において、左方向、つまり、前方向に進む光学エネルギ
−46は、所定の角度に方位された第一の線型偏光子3
8を通過し、そして、偏光子38から出るこの線型偏光
された光学エネルギーはこの角度に方位される。線型偏
光された光学エネルギーはl/4はプレート42を通過
することによって円偏光された光学エネルギーに変換さ
れる。
線型偏光子38の軸に対して45度の角度に方位された
速い軸を持つ。l/4波プレート42からの円偏光光学
エネルギーは部分反射ミラー34を通過してこの偏光に
対して共振である共振室lN430に入る。この空胴内
を複数回前後に反射された後、この光学エネルギーは共
振空胴の部分反射ミラー36を通り抜けて出る。この出
光学エネルギーはこれがこの空胴に入った時と同一の円
偏光を持つ。円偏光された共振空胴30からの光学エネ
ルギーは第二の1/4波プレート44を通過することに
よって線型偏光光学エネルギーに変換されるか、第二の
1/4゜波プレート44は、近似角1隻に方位された速
い軸を持つ。その後、1/4波プレート44からの線型
偏光光学エネルギーは受信された光学エネルギーを通過
するように方位された第二の線型偏光子40に向けられ
る。
40を通過して偏光子40の角度に方位された線型偏光
光学エネルギーとして出現する。この光は次にl/4′
i!、プレート44を通過し、光学アイソレータの軸に
沿って同一方向に見られた場合、左から右に進む光学エ
ネルギーの回転の方向と反対の方向を持つ円偏光光学エ
ネルギーとして出現する。
前方向に進む円偏光光学エネルギーと異なる回転を持つ
。磁場16の方向に依存して、一方の回転の向きを持つ
円偏光光学エネルギーの場は、ファラデー材料内の磁気
モーメントの歳差と回一方向に回転し、そして他方の回
転方向を持つ円偏光光学エネルギーの場は磁気モーメン
トの歳差と逆方向に回転する。従って、左から共振空胴
を抜けて進む円偏光された光に対する屈折率は、右らか
共振空胴を抹けて進む円偏光光学エネルギーに対する屈
折率と異なる。これは、偏光子と1/4波プレートの組
合わせか異なる方向に進む光に異なる回転の方向を!ト
えるためである。右方向から来る光学エネルギーは左方
向から来る光学エネルギーと異なる速度にて共振空胴な
通り抜けるために、この二つの円偏光光線の共振周波数
は異なる。第2図の実施態様においては、共振空胴は左
から右に進む円偏光光学エネルギーに対して共振となる
ように設計される。従って、これは、右から左に進む円
偏光光学エネルギーに対しては共振ではなく、右からの
光学エネルギーは共振フィネス及び共振周波数の差に依
存するある♀たけ減衰される。従って、第3図のデバイ
スは左から右に進む光学エネルギーをパスし、右から左
に進む光学エネルギーをブロックする。
か可能なタイプの共振空胴か示される。この共振空胴は
ガドリウム・ガリウム・ガーネット(GGG)基板54
上に成長されたBiトープされたYIG結晶膜からなる
。これら膜は2pmの厚さを持ち、約97.5%のRを
持つ多層誘電ミラー50.52をサポートする。飽和磁
化に対しては、この一つの膜を垂直に通過する光の総回
転はパス当り約1度のl/3である。これら膜内には線
型複屈折は存在してはならないか、これは、線型複屈折
かファラデー回転に悪影響を持っためである。
つの実施態様か示されるか、ここでは、共振空胴かファ
イバー ファブリペロ干渉計の空胴である。第一の光フ
ァイバー60は第二の光ファイバー62と光学的に整合
し、これと離して置かれる。これら二つの光ファイバー
の終端間にはBiドープされたYIGの薄いWJ64か
位置される。光ファイバーの端66.68は部分反射ミ
ラーをサポートし、スリーブ70はこの二つのファイバ
ーの両端及びジャイロトロピック媒体64の回りにこの
アセンフリーの整合か保たれるようにスライド可能に位
置される。リング磁石72かこのスリーブの回りに要求
された磁場を提供するように位置される。第一の部材7
4か一端においてファイバー60に固足され;第二の部
材76かファイバー62に固定される。加えられる′電
圧とともにサイズを変える圧電部材78か第−及び第二
の部材74.76にこれら二つの部材74.76の間の
間隔を制御するように固定的に結合される。圧□電部材
78に適当な電圧か加えられると、これかサイズを変え
、従ってこの二つの部材74.76の間の間隔を変える
。こうして、圧電部材78に適当な電圧を加えることに
よって、この二つのファイバー60.62の端の間の間
隔を増減し、要求される長さの空胴な与えることかてき
る。偏光子及びl/4はプレートはファイバー形式にて
製造することかてき、従って、偏光子及びl/4波プレ
ートは1位置80の所てファイバー60内に、そして位
282の所でファイバー62内に組み込むことかできる
。こうして、本発明の原理を使用して、全ファイバー光
学アイソレータを提供することか可能である。
Faraday)は、フロックのガラスが漂遊磁場にさ
らされると、これかこれか光学的に活性となる、つまり
、これか円複屈折を持つことを発見した。面偏光された
光か加えられた磁場に並行の方向にガラスを通して送ら
れると偏光の平面か回転する。ファラデーの初期の発見
以来、この現象は多くの固体、液体及びガス内において
発見されている。従って1本発明の原理を使用して、共
振空胴がシリカ シングルモード ファイバーから製造
できることが明らかである。例えば第5図において、シ
ンクル モードファイバー90は、二つの反射表面92
.94.96の所の第一の線型偏光子及びl/4波プレ
ート、及び98の所の第二の線型偏光子及びl/4波プ
レートを含むように設計される。共振空胴のエリア内に
おいてファイバーに固定的に結合され、電子的或は機械
的に光ファイバーを伸ばすように選択的に制御される二
つのアーム102.104から成るストレッチ部材10
0は、共振空胴の長さを要求される周波数にWfffす
ることかできる。リンク磁石106かジャイロスコピッ
ク媒体としてファイバー自体を使用する共振空胴の回り
に必要な磁場を与えるために置かれる。ファイバー内に
線型複屈折か存在する場合は、補償手段か必要となる。
図: 第2図は本発明の原理に従う構造の一つの実k fE。 様を示す図: 第3図は共振空胴を示す図: 第4図は本発明の光学アイソレータを組み込むデバイス
の略図を示す図:そして 第5図は本発明による光学アイソレータ゛を組み込むも
う一つのデバイスのl!要を示す図である。 〈主要部分の符号の説明〉 16 ・・・ 磁場 30 ・・・ 共振空胴 32 ・・・ ジャイロトロピック媒体34.36 ・
・・ 部分反射ミラー 38.40 ・・・ 線型偏光子 42.44 ・・・ 1/4波プレートテレクラフ カ
ムバニー 井 上 義 雄゛:11 1−一二j FIG、/ z FIG、2 FIG、3
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、入力平面偏光子、出力平面偏光子、及び該入力と出
力平面偏光子の間に位置されたジャイロトロピック媒体
を持つ光学アイソレータにおいて、該光学アイソレータ
が少なくとも幾らかの該ジャイロトロピック媒体を含み
、また所定の周波数に共振するようにチューニングが可
能な共振空胴を含むことを特徴とする装置。 2、請求項1に記載の装置において、該共振空胴がジャ
イロトロピック媒体内の線型偏光された光の二つの共振
周波数成分の実質的に中点に共振するようにチューニン
グ可能なことを特徴とする装置。 3、請求項1に記載の装置において、n_Lを右偏光の
屈折率、n_Rを左偏光の屈折率、そしてλを波長とす
るとき、該共振空胴の長さが 2(n_L−n_R)L=Nλ の関係によって規定されることを特徴とする装置。 4、請求項1に記載の装置において、該入力平面偏光子
と該共振空胴との間に位置され、該入力平面偏光子から
の平面偏光光学エネルギーを円偏光光学エネルギーに変
換するための第一の偏光変換手段及び該共振空胴と該出
力平面偏光子との間に位置され該共振ファラデー部材か
らの円偏光光学エネルギーを平面偏光光学エネルギーに
変換するための第二の偏光変換手段が含まれることを特
徴とする装置。 5、請求項4に記載の装置において、該共振空胴が二つ
の部分反射部材の間に位置されたジャイロトロピック媒
体であることを特徴とする装置。 6、請求項5に記載の装置において、該共振空胴が所望
周波数にチューニングされるように設計されることを特
徴とする装置。 7、請求項6に記載の装置において、該ジャイロトロピ
ック媒体が光ファイバーであることを特徴とする装置。 8、第一の方向に進むソースからの光学エネルギーをパ
スし、反対方向に進む反射光学エネルギーが該ソースに
到達することをブロックするために光学アイソレータを
使用する方法において、該方法が 光学エネルギーを該ソースから平面偏光子にパスするス
テップ、 該平面偏光子からの平面偏光光学エネルギーをジャイロ
スコピック媒体を持つ共振空胴内にパスするステップ;
及び 該共振空胴を所定の周波数にチューニングするステップ
を含むことを特徴とする方法。 9、第一の方向に進むソースからの光学エネルギーをパ
スし、反対方向に進む反射光学エネルギーが該ソースに
到達することをブロックするために光学アイソレータを
使用する方法において、該方法が 該ソースからの光学エネルギーを平面偏光光学エネルギ
ーに変換するステップ; 該平面偏光エネルギーを円偏光光学エネルギーに変換す
るステップ; 円偏光光学エネルギーをジャイロトロピック媒体を持つ
共振空胴にパスするステップ; 該共振器からの円偏光光学エネルギーを平面偏光光学エ
ネルギーに変換するステップ;及び;該平面偏光された
光学エネルギーを平面偏光子にパスするステップを含む
ことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (3)
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US345,861 | 1989-05-01 | ||
US07/345,861 US4973120A (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Optical isolator with resonant cavity having gyrotropic material |
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Publications (2)
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