JPH04216522A - ３端子光サーキュレータ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低損失の３端子偏光無
依存光サーキュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の偏光無依存光サーキュレータは４
端子ばかりであり、それ以外の端子数の光サーキュレー
タは報告されていない。したがって、従来、３端子偏光
無依存光サーキュレータが必要な場合、図５に示すよう
に、４端子偏光無依存光サーキュレータ１と完全反射器
２とを組合せて用いている。すなわち、Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ
の４つの端子を有する４端子偏光無依存光サーキュレー
タ１の一つの端子（図５では端子Ｋ）に完全反射器２を
接続することにより、端子Ｊから端子Ｋへ結合する光を
完全反射器２で反射させて端子Ｈに結合するようにして
いる。このことから、端子Ｈ，端子Ｉ，端子Ｊ，端子Ｈ
の光の結合、すなわち、３端子偏光無依存光サーキュレ
ータの動作が行なわれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな組合せは、４端子偏光無依存光サーキュレータ１の
挿入損失が十分に小さい場合にのみ有効である。現在の
一般的な４端子偏光無依存光サーキュレータの挿入損失
は低損失で１ｄＢ程度であるが、このような目的に適応
できるほどに十分小さいとは言えない。すなわち、上述
したように４端子偏光無依存光サーキュレータ１と完全
反射器２を用いて３端子偏光無依存光サーキュレータを
構成した場合、完全反射器２を経由する挿入損失は２ｄ
Ｂで、それ以外の挿入損失は１ｄＢとなる。このように
従来の３端子光サーキュレータでは特定の挿入損失が大
きくなり、また、その結果、挿入損失のバラツキも大き
くなるという問題がある。なお、上記の現在１ｄＢの挿
入損失が、将来、大幅に低下する見込みはない。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑み、従来の４
端子光サーキュレータと同様に低損失で、挿入損失のバ
ラツキも小さい３端子偏光無依存光サーキュレータを実
現することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る３端子光サーキュレータは、入力光の偏光状態
に依存しないで動作する３端子の光サーキュレータにお
いて、直角プリズムと、該直角プリズムの斜辺面に対応
する一対の平面及び該直角プリズムの直角をなす面に対
応する一対の平面で構成される平行四辺形プリズムとを
用い、上記直角プリズムの斜辺面と上記平行四辺形プリ
ズムの直角プリズム斜辺面に対応する一対の平面のうち
の一方の平面とで偏光分離膜を挾み込むように一体化し
てその外形が台形である、第１及び第２の偏光ビームス
プリッタと、該第１あるいは第２の偏光ビームスプリッ
タの台形の下底面に対応する面を斜辺面とする直角プリ
ズムを２個用い、該直角プリズムの直角をなす面同志で
偏光分離膜を挾み込むように一体化して上記直角プリズ
ムの斜辺面が直交し且つその外形が直角三角形である第
３の偏光ビームスプリッタと、直線偏光が第１の面から
第２の面に通過する際にその偏光方位を９０度回転する
が、直線偏光が第２の面から第１の面に通過する際には
その偏光方位を回転しない第１および第２の非相反旋光
素子と、第１の面から第２の面及び第２の面から第１の
面へ通過する直線偏光の偏光方位を９０度回転する相反
旋光素子とから構成され、上記第１の偏光ビームスプリ
ッタの上底面を第１の光入出力部とすると共に該第１の
偏光ビームスプリッタの上底面と隣合い直交する面を第
３の光入出力部とし、また上記第２の偏光ビームスプリ
ッタの上底面を第２の光入出力部とし、上記第１の偏光
ビームスプリッタの下底面の上底面と対向する半分の面
に上記第１の非相反旋光素子を設定すると共に、該第１
の偏光ビームスプリッタの下底面の残りの半面には上記
第２の非相反旋光素子をその第１の面あるいは第２の面
が上記第１の偏光ビームスプリッタの第１の面あるいは
第２の面とは逆になるように設定し、上記第２の偏光ビ
ームスプリッタの下底面の上底面とは対向しない半分の
面に上記相反旋光素子を設定し、上記第３の偏光ビーム
スプリッタの互いに直交する一対の面のうちの一方を上
記第１の偏光ビームスプリッタに設定した上記第１及び
第２の非相反旋光素子に面するように設定し、且つ他方
を上記第２の偏光ビームスプリッタに設定した上記相反
旋光素子に面するよう設定することにより、上記第１及
び第２の偏光ビームスプリッタの偏光分離膜と上記第３
の偏光ビームスプリッタの偏光分離膜とが互いに平行に
なるように構成してある、ことを特徴とする。

【０００６】

【作用】第１の偏光ビームスプリッタの上底面を第１の
光入出力部とし、該第１の光入出力部に対向する下底面
の半分の面に第１の非相反旋光素子が設定されており、
該第１の非相反旋光素子は上記第１の光入出力部側から
通過する直線偏光の偏光方位を回転しないが逆方向から
通過する直接偏光の偏光方位を９０度回転するものとす
る。

【０００７】かかる構成では、第１の光入出力部から第
１の偏光ビームスプリッタに入射した光は、その偏光分
離膜で直線偏光に分離された後、それぞれ別の経路を通
って第２の光入出力部から出射する。また、第２の光入
出力部から第２の偏光ビームスプリッタに入射した光は
、その偏光分離膜で直線偏光に分離された後、それぞれ
別の経路を通って第３の光入出力部から出射する。さら
に、第３の光入出力部から第１の偏光ビームスプリッタ
に入射した光は、その偏光分離膜で直線偏光に分離され
た後、それぞれ別の経路を通って第１の光入出力部から
出射する。すなわち、３端子偏光無依存光サーキュレー
タとして動作する。

【０００８】一方、上述した第１の非相反旋光素子の特
性を逆向きにすると、逆周りの３端子偏光無依存光サー
キュレータとして動作する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を一実施例に基づいて説明する
。

【００１０】図１は、本発明の一実施例に係る３端子偏
光無依存光サーキュレータの構成図であり、図中、１１
Ａ〜１１Ｃは光ファイバ、１２Ａ〜１２Ｃはレンズ、１
３，１４は台形状の偏光ビームスプリッタ、１５は直角
三角形状の偏光ビームスプリッタ、１６，１７は非相反
旋光素子、１８は相反旋光素子、１９はスペーサを示す
。

【００１１】ここで、偏光ビームスプリッタ１３，１４
は、それぞれ、直角プリズム１３ａ，１４ａと、該直角
プリズム１３ａ，１４ａの斜辺面に対応する一対の平面
及び該直角プリズムの直角をなす面に対応する一対の平
面で構成される平行四辺形プリズム１３ｂ，１４ｂとを
用い、上記直角プリズム１３ａ，１４ａの斜辺面と上記
平行四辺形プリズム１３ｂ，１４ｂの直角プリズム１３
ａ，１４ａの斜辺面に対応する一対の平面のうちの一方
の平面とで偏光分離膜Ｌ，Ｍを挾み込むように一体化し
てその外形が台形状をなす。また、偏光ビームスプリッ
タ１５は、偏光ビームスプリッタ１３，１４の台形の下
底面に対応する面を斜辺面とする２個の直角プリズム１
５ａ，１５ｂを用い、該直角プリズム１５ａ，１５ｂの
直角をなす面同志で偏光分離膜Ｎを挾み込むように一体
化して上記直角プリズム１５ａ，１５ｂの斜辺面が直交
するものであり、その外形が直角三角形状をなす。

【００１２】偏光ビームスプリッタ１３と偏光ビームス
プリッタ１５とは互いの偏光分離膜Ｌ，Ｎが平行となる
ように配置されている。そして、非相反旋光素子１６，
１７は偏光ビームスプリッタ１３の下底面と偏光ビーム
スプリッタ１５の互いに直交るする一対の面のうちの一
方の面との間に設定され、非相反旋光素子１６が偏光ビ
ームスプリッタ１３の上底面と対向する半分の面に設定
されている。ここで、非相反旋光素子１６は、偏光ビー
ムスプリッタ１５から偏光ビームスプリッタ１３の方向
に進行する直線偏光の方位を９０度回転するが、その逆
の方向に進行する直線偏光の方位は回転しない作用を有
し、その逆に、非相反旋光素子１７は、偏光ビームスプ
リッタ１３から偏光ビームスプリッタ１５の方向に進行
する直線偏光の方位を９０度回転するが、その逆の方向
に進行する直線偏光の方位は回転しない作用を有すると
する。

【００１３】偏光ビームスプリッタ１４と偏光ビームス
プリッタ１５とは互いの偏光分離膜Ｍ，Ｎが平行となる
ように配置されている。そして、相反旋光素子１８及び
スペーサ１９は、偏光ビームスプリッタ１４の下底面と
偏光ビームスプリッタ１５の互いに直交する一対の面の
うちの一方の面との間に設定され、相反旋光素子１８が
偏光ビームスプリッタ１４の下底面のうち上底面とは対
向しない半分の面に設定されている。ここで、相反旋光
素子１８は直線偏光が何れの方向から通過しても常にそ
の偏光方位を９０度回転するものとする。また、スペー
サ１９は空間的に均一で等方性を有し且つ光学的に透明
なものである。なお、かかるスペーサ１９は本実施例の
効果を得るために必須のものではなく、スペーサ１９を
除去してその部分を空間としても何ら差支えない。

【００１４】本実施例では、偏光ビームスプリッタ１３
の上底面を第１の光入出力部、この上底面と直交する面
を第３の光入出力部、偏光ビームスプリッタ１４の上底
面を第２の光入出力部とし、各光入出力部に光をコリメ
ートするためのレンズ１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｂをそれぞ
れ結合しており、さらに各レンズ１２Ａ，１２Ｃ，１２
Ｂには光ファイバ１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｂを結合してい
る。

【００１５】このような構成において、光ファイバ１１
Ａから放射された光の光路を図２に示す。同図に示すよ
うに、この光はレンズ１２Ａで平行光ビームにされた後
、偏光ビームスプリッタ１３によって電界の振動面が紙
面に平行で偏光分離膜Ｌを通過する直線偏光（直線偏光
ビームＡと呼ぶ）と、垂直で偏光分離膜Ｌで反射する直
線偏光（直線偏光ビームＢと呼ぶ）とに分離される。 直線偏光ビームＡは非相反旋光素子１６を偏光方位を変
えずに通過するので、偏光ビームスプリッタ１５の偏光
分離膜Ｎも通過し、偏光ビームスプリッタ１５の斜辺Ｚ
で反射して、相反旋光素子１８に入射する。相反旋光素
子１８は直線偏光ビームＡの偏光方位を９０度回転する
ので、偏光ビームスプリッタ１４の斜辺Ｙで反射した直
線偏光ビームＡは偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離
膜Ｍで反射する。したがって、直線偏光ビームＡはレン
ズ１２Ｂを介して光ファイバ１１Ｂに結合する。一方、
直線偏光ビームＢは偏光ビームスプリッタ１３の偏光分
離膜Ｌ及び斜辺Ｘで反射した後、非相反旋光素子１７を
通過して偏光方位を９０度回転する。この結果、直線偏
光ビームＢは偏光ビームスプリッタ１５の斜辺Ｚで反射
した後、該偏光ビームスプリッタ１５の偏光分離膜Ｎ及
び偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離膜Ｍを通過し、
直線偏光ビームＡと同様にレンズ１２Ｂを介して光ファ
イバ１１Ｂに結合する。このようにして、光ファイバ１
１Ａから放射された光は光ファイバ１１Ｂに結合する。

【００１６】光ファイバ１１Ｂから放射された光の光路
を図３に示す。同図に示すように、この光は、レンズ１
２Ｂで平行光ビームにされた後、偏光ビームスプリッタ
１４によって電界の振動面が紙面に平行で偏光分離膜Ｍ
を通過する直線偏光（直線偏光ビームＣと呼ぶ）と、垂
直で偏光分離膜Ｍで反射する直線偏光（直線偏光ビーム
Ｄと呼ぶ）とに分離される。直線偏光ビームＣは偏光ビ
ームスプリッタ１４の偏光分離膜Ｍ及び偏光ビームスプ
リッタ１５の偏光分離膜Ｎを通過した後、偏光ビームス
プリッタ１５の斜辺Ｚで反射し、非相反旋光素子１７に
入射する。この直線偏光ビームＣは、非相反旋光素子１
７を通過してもその偏光方位を変えないので、偏光ビー
ムスプリッタ１３の斜辺Ｘで反射した後、偏光ビームス
プリッタ１３の偏光分離膜Ｌを通過し、レンズ１２Ｃを
介して光ファイバ１１Ｃに結合する。一方、直線偏光ビ
ームＤは偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離膜Ｍおよ
び斜辺Ｙで反射した後、相反旋光素子１８を通過し、そ
の偏光方位を９０度回転する。したがって、直線偏光ビ
ームＤは、偏光ビームスプリッタ１５の斜辺Ｚで反射し
た後、偏光ビームスプリッタ１５の偏光分離膜Ｎを通過
する。そして、直線偏光ビームＤは、非相反旋光素子１
６でその偏光方位をさらに９０度回転するので、偏光ビ
ームスプリッタ１３の偏光分離膜Ｌで反射し、レンズ１
２Ｃを介して光ファイバ１１Ｃに結合する。このように
して、光ファイバ１１Ｂから放射された光は光ファイバ
１１Ｃに結合する。

【００１７】光ファイバ１１Ｃから放射された光の光路
を図４に示す。同図に示すように、この光は、レンズ１
２Ｃで平行光ビームにされた後、偏光ビームスプリッタ
１３によって電界の振動面が紙面に平行で偏光分離膜Ｌ
を通過する直線偏光（直線偏光ビームＥと呼ぶ）と垂直
で偏光分離膜Ｌで反射する直線偏光（直線偏光ビームＦ
と呼ぶ）に分離される。直線偏光ビームＥは偏光ビーム
スプリッタ１３の偏光分離膜Ｌを通過した後、該偏光ビ
ームスプリッタ１３の斜辺Ｘで反射し、非相反旋光素子
１７に入射する。直線偏光ビームＥは、非相反旋光素子
１７を通過してその偏光方位を９０度回転するので、偏
光ビームスプリッタ１５の斜辺Ｚ及び偏光分離膜Ｎで反
射し、非相反旋光素子１６に入射する。非相反旋光素子
１６は直線偏光ビームＥの偏光方位をさらに９０度回転
するので、該直線偏光ビームＥは偏光ビームスプリッタ
１３の偏光分離膜Ｌを通過は、レンズ１２Ａを介して光
ファイバ１１Ａに結合する。一方、直線偏光ビームＦは
偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離膜Ｌで反射した後
、非相反旋光素子１６を通過するが、その偏光方位は変
わらないので、偏光ビームスプリッタ１５の偏光分離膜
Ｎ及び斜辺Ｚで反射し、非相反旋光素子１７に入射する
。直線偏光ビームＦは、非相反旋光素子１７を通過して
もその偏光方位を変えないので、偏光ビームスプリッタ
１３の斜辺Ｘ及び偏光分離膜Ｌで反射し、レンズ１２Ａ
を介して光ファイバ１１Ａに結合する。このようにして
、光ファイバ１１Ｃから放射された光は光ファイバ１１
Ａに結合する。

【００１８】以上説明したように、図１の構成では光フ
ァイバ１１Ａ、光ファイバ１１Ｂ、光ファイバ１１Ｃ、
光ファイバ１１Ａと光が入力光の偏光状態に依存しない
で結合し、３端子偏光無依存光サーキュレータの動作が
行われる。ここで、各図２〜４上で光路をたどると明ら
かなように、各光ファイバから放射された光の互いに直
交する偏光の光路長はほぼ等しく、さらに、レンズ１２
Ａとレンズ１２Ｂ間、レンズ１２Ｂとレンズ１２Ｃ間、
レンズ１２Ｃとレンズ１２Ａ間の光路長も互いにほぼ等
しいことが分かる。したがって、光サーキュレータ動作
に関係する光ファイバ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのレンズ
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを介した結合は、すべてほぼ等
しいレンズ間距離の結合となり、低損失でバラツキの小
さい結合を行なうことができる。

【００１９】なお、非相反旋光素子１６と非相反旋光素
子１７との位置を図１の構成と逆にすれば、光の結合が
上述した説明とは逆回りの３端子偏光無依存光サーキュ
レータとなる。また、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂ，１１
Ｃ及びレンズ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、光サーキュレ
ータを光ファイバ用に機能させるために必要なもので、
光サーキュレータの動作に不可欠なものではないことは
明らかである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では回路構
成によって３端子光サーキュレータの機能を実現してお
り、入力光が出力光となるまでの光路長は、各入力光の
分離される互いに直交する偏光についても、また、異な
る端子からの入力光についても、すべてほぼ等しいので
、これらの端子間のレンズを介した結合は、低損失でバ
ラツキが小さく行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る３端子偏光無依存光サ
ーキュレータの構成図である。

【図２】実施例の動作説明図である。

【図３】実施例の動作説明図である。

【図４】実施例の動作説明図である。

【図５】従来の３端子偏光無依存光サーキュレータの構
成図である。

【符号の説明】

１１Ａ〜１１Ｃ　　光ファイバ １２Ａ〜１２Ｃ　　レンズ １３，１４，１５　　偏光ビームスプリッタ１６，１７
　　非相反旋光素子 １８　　相反旋光素子 １９　　スペーサ Ｌ，Ｍ，Ｎ　　偏光分離膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力光の偏光状態に依存しないで動作
   する３端子の光サーキュレータにおいて、直角プリズム
   と、該直角プリズムの斜辺面に対応する一対の平面及び
   該直角プリズムの直角をなす面に対応する一対の平面で
   構成される平行四辺形プリズムとを用い、上記直角プリ
   ズムの斜辺面と上記平行四辺形プリズムの直角プリズム
   斜辺面に対応する一対の平面のうちの一方の平面とで偏
   光分離膜を挾み込むように一体化してその外形が台形で
   ある、第１及び第２の偏光ビームスプリッタと、該第１
   あるいは第２の偏光ビームスプリッタの台形の下底面に
   対応する面を斜辺面とする直角プリズムを２個用い、該
   直角プリズムの直角をなす面同志で偏光分離膜を挾み込
   むように一体化して上記直角プリズムの斜辺面が直交し
   且つその外形が直角三角形である第３の偏光ビームスプ
   リッタと、直線偏光が第１の面から第２の面に通過する
   際にその偏光方位を９０度回転するが、直線偏光が第２
   の面から第１の面に通過する際にはその偏光方位を回転
   しない第１および第２の非相反旋光素子と、第１の面か
   ら第２の面及び第２の面から第１の面へ通過する直線偏
   光の偏光方位を９０度回転する相反旋光素子とから構成
   され、上記第１の偏光ビームスプリッタの上底面を第１
   の光入出力部とすると共に該第１の偏光ビームスプリッ
   タの上底面と隣合い直交する面を第３の光入出力部とし
   、また上記第２の偏光ビームスプリッタの上底面を第２
   の光入出力部とし、上記第１の偏光ビームスプリッタの
   下底面の上底面と対向する半分の面に上記第１の非相反
   旋光素子を設定すると共に、該第１の偏光ビームスプリ
   ッタの下底面の残りの半面には上記第２の非相反旋光素
   子をその第１の面あるいは第２の面が上記第１の偏光ビ
   ームスプリッタの第１の面あるいは第２の面とは逆にな
   るように設定し、上記第２の偏光ビームスプリッタの下
   底面の上底面とは対向しない半分の面に上記相反旋光素
   子を設定し、上記第３の偏光ビームスプリッタの互いに
   直交する一対の面のうちの一方を上記第１の偏光ビーム
   スプリッタに設定した上記第１及び第２の非相反旋光素
   子に面するように設定し、且つ他方を上記第２の偏光ビ
   ームスプリッタに設定した上記相反旋光素子に面するよ
   う設定することにより、上記第１及び第２の偏光ビーム
   スプリッタの偏光分離膜と上記第３の偏光ビームスプリ
   ッタの偏光分離膜とが互いに平行になるように構成して
   ある、ことを特徴とする３端子光サーキュレータ。