JPH04311917A - 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、低損失で高アイソレー
ションの偏光無依存光サーキュレータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】低損失，高アイソレーシ
ョンの光サーキュレータを実現するには、各構成素子の
誤差を極めて小さくするか、もしくは、それらの誤差の
損失やアイソレーションへの影響が極めて小さい構造を
適用する必要がある。構成素子の誤差を小さくする方法
は、必要とするアイソレーションが大きくなるにつれ、
急速にその実現性を失われる。さらに、アイソレーショ
ンの波長依存性が大きいこともあり、構造的な工夫で低
損失，高アイソレーションを実現することが望ましい。

【０００３】従来の偏光無依存光サーキュレータを低損
失、高アイソレーションを実現するために工夫した構成
例を図４に示す（特願平２−１５７７２３「光サーキュ
レータ」）。図４においてｉ＝１，２，３，４とすると
、１−ｉは光ファイバ、２−ｉはレンズ、３−ｉは相反
旋光素子、４−ｉは相反旋光素子、５−ｉは非相反旋光
素子、６−ｉはウォークオフ偏光ビームスプリッタであ
り、これらにより光サーキュレータ端子８−ｉが形成さ
れている。また、７は偏光ビームスプリッタである。 相反旋光素子３−ｉは直線偏光の方位を＋４５度回転し
、相反旋光素子４−ｉは直線偏光の方位を−４５度回転
し、非相反旋光素子５−ｉは直線偏光の方位を±４５度
回転する。また偏光ビームスプリッタ７では２枚の偏光
分離膜が９０度をなして交差している。

【０００４】図４の例では、光ファイバ１−１（１−３
）からレンズ２−１（２−３）に向い放射され、ウォー
クオフ偏光ビームスプリッタ６−１（６−３）で互いに
直交する方位の直線偏光に分離された光は、偏光ビーム
スプリッタ７を通過する方位の直線偏光となって、光サ
ーキュレータ端子８−１（８−３）から偏光ビームスプ
リッタ７へ出射される。また、偏光ビームスプリッタ７
で反射される方位で偏光ビームスプリッタ７から光サー
キュレータ端子８−１（８−３）に入射する直線偏光は
、光ファイバ１−１（１−３）にて結合する。これとは
逆に、光ファイバ１−２（１−４）からレンズ２−２（
２−４）に向い放射され、ウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ６−２（６−４）で互いに直交する方位の直線偏
光に分離された光は、偏光ビームスプリッタ７で反射さ
れる方位の直線偏光となって光サーキュレータ端子８−
２（８−４）から偏光ビームスプリッタ７へ出射される
。また、偏光ビームスプリッタ７を透過する方位で偏光
ビームスプリッタ７から光サーキュレータ端子８−２（
８−４）に入射する直線偏光は、光ファイバ１−２（１
−４）にて結合する。したがって、光の結合は、光ファ
イバ１−１→光ファイバ１−２→光ファイバ１−３→光
ファイバ１−４→光ファイバ１−１と行なわれ、光サー
キュレータの動作が実現される。

【０００５】つぎに、図４の構成の光サーキュレータの
アイソレーションについて、光ファイバ１−１から放射
される光を例に考察する。光ファイバ１−１から放射さ
れた光は、正常の動作においては光ファイバ１−２へ結
合する。また、光ファイバ１−１から光ファイバ１−３
へ結合する経路は、光サーキュレータ端子８−２での反
射が十分に抑圧されている限り存在しない。したがって
、アイソレーションは、光ファイバ１−１から光ファイ
バ１−４への光の結合を考えればよい。光サーキュレー
タ端子８−１から出射する光の偏光方位は、ほぼ、偏光
ビームスプリッタ７を通過するものであるが、ウォーク
オフ偏光ビームスプリッタ６−１の消光比や相反旋光素
子３−１、相反旋光素子４−１，非相反旋光素子５−１
の偏光回転角度誤差によって、偏光ビームスプリッタ７
で反射する偏光成分も含んでいる。前者の偏光ビームス
プリッタ７を通過する偏光成分が、光サーキュレータ端
子８−４へ入射すると、光サーキュレータ端子８−４の
性質から、この光は光のファイバ１−４に結合する。 しかしながら、光サーキュレータ端子８−１から光サー
キュレータ端子８−４へ向かうこのような光は、偏光ビ
ームスプリッタ７の２面の偏光分離膜で大きく抑圧され
るので、光ファイバ１−４へ結合するのは極めて微量で
ある。一方、後者の偏光ビームスプリッタ７で反射する
偏光成分は、ほとんど減衰を受けずに光サーキュレータ
端子８−４へ入射するが、もともとその光量は微量であ
り、また、光サーキュレータ端子８−４の性質から、こ
の光はほとんど光ファイバ１−４に結合しないので、こ
の偏光成分によってもアイソレーションの低下は小さい
。このようにして、図４の構成の光サーキュレータは高
アイソレーションを達成している。

【０００６】しかしながら、図４からも明らかなように
、この光サーキュレータでは、偏光ビームスプリッタ７
は、通常の偏光ビームスプリッタとは異なり、直交する
２面の偏光分離膜で構成されており、その製作が困難で
あるという問題があった。

【０００７】この問題を改善するために、図５に示すよ
うに、通常の偏光ビームスプリッタの４面に、図４に示
したのと同じ光サーキュレータ端子８−ｉを配置した光
サーキュレータ構成が考えられる。ここで、９は１面の
偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタであり、他の
番号は図４と同じである。なお、図５中の実線は光ファ
イバ１−１から光ファイバ１−２への光の結合の経路、
破線は光ファイバ１−３から光ファイバ１−４への光の
結合の経路を示している。図５の構成が光サーキュレー
タとして動作すること明らかである。そこで、図４の場
合と同様に、光ファイバ１−１から光が放射される場合
のアイソレーションについて考察する。光ファイバ１−
１から放射された光は、正常の動作においては光ファイ
バ１−２へ結合する。また、光ファイバ１−１から光フ
ァイバ１−３へ結合する経路は、光サーキュレータ端子
８−２での反射が十分に抑圧されている限り存在しない
。したがって、アイソレーションは、光ファイバ１−１
から光ファイバ１−４への光の結合を考えればよい。 光サーキュレータ端子８−１から出射する光の偏光方位
は、ほぼ、偏光ビームスプリッタ９を通過するものであ
るが、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ６−１の消光
比や相反旋光素子３−１、相反偏光素子４−１、非相反
旋光素子５−１の偏光回転角度誤差によって、偏光ビー
ムスプリッタ９で反射する偏光成分も含んでいる。後者
の偏光ビームスプリッタ７で反射する偏光成分について
は、図４の実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ９で
ほとんど減衰を受けずに反射し、光サーキュレータ端子
８−４へ入射するが、もともとその光量は微量であり、
また、光サーキュレータ端子８−４の性質から、この光
はほとんど光ファイバ１−４に結合しないので、この偏
光成分によるアイソレーションの低下は小さい。一方、
前者の偏光ビームスプリッタ９を通過する偏光成分が光
サーキュレータ端子８−４へ入射すると、光サーキュレ
ータ端子８−４の性質から、この光は光ファイバ１−４
に結合する。しかも、このような光サーキュレータ端子
８−１から光サーキュレータ端子８−４へ向かう光の光
量は、偏光ビームスプリッタ９の消光比に依存しており
、それを抑圧する手段を有していないので、また、図５
で実線と破線が偏光ビームスプリッタ９の偏光分離膜上
で交わっていることから明らかなように、その比較的多
くの光量がファイバ１−４へ結合する。例えば、通常の
偏光ビームスプリッタでは、その消光比は２０〜３０ｄ
Ｂであるので、図５の光サーキュレータでは、その程度
のアイソレーションしか達成できない。このように、図
５の構成の光サーキュレータは、偏光ビームスプリッタ
の製造上の問題は解決するが肝腎のアイソレーションの
問題については解決できないという根本的な問題を有し
ていた。

【０００８】本発明の目的は、製造性の高い偏光ビーム
スプリッタを用いて、相反旋光素子や非相反旋光素子の
偏光回転角度誤差や偏光ビームスプリッタの消光比がそ
のアイソレーションに及ぼず影響の小さい光サーキュレ
ータ構造を提供し、低損失かつ高アイソレーションの偏
光無依存光サーキュレータを実現することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した従来の問題を解
決する本発明の構成は、１面の偏光分離膜を有するとと
もに光サーキュレータ端子が接続される４つの面を有す
る偏光ビームスプリッタと、光ファイバと、この光ファ
イバに結合したレンズと、このレンズに結合したウォー
クオフ偏光ビームスプリッタと、直線偏光の方位を＋４
５度回転する第１の相間旋光素子及び第１の相間旋光素
子に並列に配置され直線偏光の方位を−４５度回転する
第２の相間旋光素子と、直線偏光の方位を±４５度回転
し、ウォークオフ偏光ビームスプリッタに第１及び第２
の相間旋光素子を挾んで、あるいは第１及び第２の相間
旋光素子に挾まれて結合した非相間旋光素子とを有し、
光ファイバから入力される無偏光を上記偏光ビームスプ
リッタのｐ偏光の状態の２つの直線偏光ビームとして偏
光ビームスプリッタに出力し、偏光ビームスプリッタか
ら入力されるｓ偏光の状態の２つの直線偏光ビームを合
波して光ファイバから出力する第１及び第３の光サーキ
ュレータ端子と、光ファイバと、この光ファイバに結合
したレンズと、このレンズに結合したウォークオフ偏光
ビームスプリッタと、直線偏光の方位を＋４５度回転す
る第１の相間旋光素子及び第１の相間旋光素子に並列に
配置され直線偏光の方位を−４５度回転する第２の相間
旋光素子と、直線偏光の方位を±４５度回転し、ウォー
クオフ偏光ビームスプリッタに第１及び第２の相間旋光
素子を挾んで、あるいは第１及び第２の相間旋光素子に
挾まれて結合した非相間旋光素子とを有し、光ファイバ
から入力される無偏光を上記偏光ビームスプリッタのｓ
偏光の状態の２つの直線偏光ビームとして偏光ビームス
プリッタに出力し、偏光ビームスプリッタから入力され
るｐ偏光の状態の２つの直線偏光ビームを合波して光フ
ァイバから出力する第２及び第４の光サーキュレータ端
子と、第１，第２，第３及び第４のウォークオフ偏光ビ
ームスプリッタとを具備し、第１の光サーキュレータ端
子は、第１のウォークオフ偏光ビームスプリッタを介し
て、前記偏光ビームスプリッタの１つの面に結合され、
第２の光サーキュレータ端子は、第２のウォークオフ偏
光ビームスプリッタを介して、前記偏光ビームスプリッ
タの面のうち、第１の光サーキュレータ端子が結合され
る面と対向する面に結合され、第３の光サーキュレータ
端子は、第３のウォークオフ偏光ビームスプリッタを介
して、前記偏光ビームスプリッタの面のうち、第２の光
サーキュレータ端子からの光が前記偏光分離膜で反射し
て出力される面に結合され、第４の光サーキュレータ端
子は、第４のウォークオフ偏光ビームスプリッタを介し
て、前記偏光ビームスプリッタの面のうち、第３の光サ
ーキュレータ端子が結合される面と対向する面に結合さ
れていることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の光サーキュレータ構成に最も類似する
従来の光サーキュレータは、図５にその構成を示したよ
うに、各端子ごとに相反旋光素子、非相反旋光素子を有
し、光ビームの出力方向を決めるための偏光ビームスプ
リッタを通常の偏光ビームスプリッタとした偏光無依存
光サーキュレータである。この従来の光サーキュレータ
では、各光サーキュレータ端子から出射される光は、そ
れぞれ、上記の偏光ビームスプリッタの偏光分離膜面で
交わるので、アイソレーションを高くすることができな
かった。本発明の光サーキュレータでは、各光サーキュ
レータ端子から出射される光は、偏光ビームスプリッタ
の偏光分離膜面に、それぞれ、別の点で入射するように
したことを特徴としている。このため、構成的には、本
発明の光サーキュレータは、図５に示した従来の光サー
キュレータと類似の構成を採りながら、各光サーキュレ
ータ端子と偏光ビームスプリッタとの間に、それぞれ、
ウォークオフ偏光ビームスプリッタを挿入している点が
異なる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例の４端子光サーキュレ
ータの構成図であり、１０−１，１０−２，１０−３，
１０−４は光ファイバ、１１−１，１１−２，１１−３
，１１−４はレンズ、１２−１，１２−２，１２−３，
１２−４はウォークオフ偏光ビームスプリッタ、１３−
１，１３−２，１３−３，１３−４は相反旋光素子、１
４−１，１４−２，１４−３，１４−４は相反旋光素子
、１５−１，１５−２，１５−３，１５−４は非相反旋
光素子、１６−１，１６−２，１６−３，１６−４はウ
ォークオフ偏光ビームスプリッタであり、これらにより
光サーキュレータ端子１８−１，１８−２，１８−３，
１８−４が構成されている。また、１７は偏光ビームス
プリッタである。相反旋光素子１３−ｉ（ｉ＝１，２，
３，４）は通過する直線偏光の方位（電界の振動面）を
＋４５度回転し、相反旋光素子１４−ｉは通過する直線
偏光の方位を−４５度回転するものとする。また、非相
反旋光素子１５−ｉは、光ファイバ１０−ｉから偏光ビ
ームスプリッタ１７に進行する直線偏光の方位を−４５
度、偏光ビームスプリッタ１７から光ファイバ１０−ｉ
に進行する直線偏光の方位を＋４５度回転するものとす
る。なお、偏光方位の回転は光の進行方向を基準に考え
ており、回転角の正負については回転が逆方向であるこ
とだけに意味がある。さらに、ここでは、ウォークオフ
偏光ビームスプリッタ１６−ｉの常光、異常光は、それ
ぞれ、偏光ビームスプリッタ１７のｓ偏光、ｐ偏光に相
当しているとする。

【００１２】光ファイバ１０−１から放射された光はレ
ンズ１１−１で平行光ビームにされ、ウォークオフ偏光
ビームスプリッタ１２−１によって電界の振動面が紙面
に平行な直線偏光（直線偏光ビームＡと呼ぶ）と垂直な
直線偏光（直線偏光ビームＢと呼ぶ）に分離される。直
線偏光ビームＡはウォークオフ偏光ビームスプリッタ１
２−１を位置ずれなしに通過した後、相反旋光素子１３
−１（＋４５度）、非相反旋光素子１５−１（−４５度
）を通過してウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−
１に入射するので、偏光方位の回転はない。一方、直線
偏光ビームＢはウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２
−１を位置ずれして出射したあと、相反旋光素子１４−
１（−４５度）、非相反旋光素子１５−１（−４５度）
を通過し、偏光方位を９０度回転してウォークオフ偏光
ビームスプリッタ１６−１に入射する。すなわち、直線
偏光ビームＡ，直線偏光ビームＢとも、偏光ビームスプ
リッタ１７のｐ偏光でウォークオフ偏光ビームスプリッ
タ１６−１に入射する。直線偏光ビームＡ，直線偏光ビ
ームＢとも、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−
１で等距離ウォークオフしたあと、偏光ビームスプリッ
タ１７を通過し、さらに、ウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ１６−２で等距離ウォークオフしたあと、非相反
旋光素子１５−２に達する。直線偏光ビームＡは、非相
反旋光素子１５−２（＋４５度）、相反旋光素子１３−
２（＋４５度）を通過して偏光方位が９０度回転し、ｓ
偏光の状態でウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２−
２に入射する。一方、直線偏光ビームＢは、非相反旋光
素子１５−２（＋４５度）、相反旋光素子１４−２（−
４５度）を通過しても偏光方位の回転がなく、ｐ偏光の
状態でウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２−２に入
射する。したがって、直線偏光ビームＡと直線偏光ビー
ムＢはウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２−２で合
波され、レンズ１１−２で集束されて光ファイバ１０−
２に結合する。

【００１３】光ファイバ１０−２から放射された光はレ
ンズ１１−２で平行光ビームにされ、ウォークオフ偏光
ビームスプリッタ１２−２によって電界の振動面が紙面
に平行な直線偏光（直線偏光ビームＣと呼ぶ）と垂直な
直線偏光（直線偏光ビームＤと呼ぶ）に分離される。直
線偏光ビームＣはウォークオフ偏光ビームスプリッタ１
２−２を位置ずれしないで通過したあと、相反旋光素子
１４−２（−４５度）、非相反線素子１５−２（−４５
度）を通過し、偏光方向を９０度回転する。一方、直線
偏光ビームＤはウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２
−２を位置ずれして出射したあと、相反旋光素子１３−
２（＋４５度）、非相反旋光素子１５−２（−４５度）
を通過するので、偏光方向の回転はない。すなわち、直
線偏光ビームＣ，直線偏光ビームＤとも、ｓ偏光でウォ
ークオフ偏光ビームスプリッタ１６−２に入射する。し
たがって、直線偏光ビームＣ，直線偏光ビームＤは、ウ
ォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−２をウォークオ
フなしに通過したあと、偏光ビームスプリッタ１７で反
射し、さらに、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６
−３をウォークオフなしに通過する。直線偏光ビームＣ
は、非相反旋光素子１５−３（＋４５度）、相反旋光素
子１４−３（−４５度）を通過しても偏光方位の回転が
ないので、ｓ偏光の状態でウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ１２−３に入射する。一方、直線偏光ビームＤは
、非相反旋光素子１５−３（＋４５度）、相反旋光素子
１３−３（＋４５度）を通過して偏光方位が９０度回転
し、ｐ偏光の状態でウォークオフ偏光ビームスプリッタ
１２−３に入射する。したがって、直線偏光ビームＣと
直線偏光ビームＤはウォークオフ偏光ビームプリッタ１
２−３で合波され、レンズ１１−３で集束されて光ファ
イバ１０−３に結合する。

【００１４】光ファイバ１０−３から入射した光につい
ては、光ファイバ１０−１から入射した光と同様に考え
ることで光ファイバ１０−４に結合し、また、光ファイ
バ１０−４から入射した光については、光ファイバ１０
−２から入射した光と同様に考えることで光ファイバ１
０−１に結合することは、容易に理解できるであろう。

【００１５】光サーキュレータとしての動作を説明する
には、上記の光ファイバ１０−ｉから光ファイバ１０−
ｊへの結合が、無矛盾で行なわれる必要がある。ここで
、ｊ＝ｋ＋１、ｋ＝ｉ（ｍｏｄ４）である。このことを
、図２を参考にしながら説明するとともに、高アイソレ
ーション化できることも述べる。なお、図２では、繁雑
になるので、光サーキュレータ端子１８−ｉから出射す
る２本の光ビームのうちの１本しか示していない。図２
に示したのは、光サーキュレータ端子１８−１、１８−
３については、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２
−１，，１２−３をウォークオフなく出射する光ビーム
、光サーキュレータ端子１８−２、１８−４については
、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２−２、１２−
４をウォークオフして出射する光ビームである。また、
ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−１、１６−３
のウォークオフ量は、光を迎える方向から見て、左方向
へ２ｄであり、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６
−２、１６−４のウォークオフ量は、光を迎える方向か
ら見て、右方向へｄであるとしている。ここで、光ビー
ムが偏光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜に当たる位
置を示すのに、光ファイバ１０−１の軸の延長線を基準
とし、その基準により光サーキュレータ端子１８−３側
であれば正、光サーキュレータ端子１８−４側であれば
負とする。

【００１６】上記の前提により、光ファイバ１０−１か
らの光ビームは２ｄの位置で偏光ビームスプリッタ１７
の偏光分離膜に当たることを明らかである。つぎに、光
ファイバ１０−２に関しては、すでに述べたように、光
ファイバ１０−２に向かって進行する場合には−ｄのウ
ォークオフがあり、光ファイバ１０−２から進行してき
た場合にはウォークオフがないので、光ファイバ１０−
２からの光ビームはｄの位置で偏光ビームスプリッタ１
７の偏光分離膜に当たる。光ファイバ１０−３、１０−
４に関しては、偏光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜
の傾向の方向を考慮することで、同様に考えることがで
きる。すなわち、光ファイバ１０−３に向かって進行す
る場合にはウォークオフがなく、光ファイバ１０−３か
ら進行してきた場合には−２ｄに相当するウォークオフ
があるので、光ファイバ１０−３からの光ビームは−ｄ
の位置で偏光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜に当た
る。また、光ファイバ１０−４に向かって進行する場合
にはｄに相当するウォークオフがあり、光ファイバ１０
−４から進行してきた場合にはウォークオフがないので
、光ファイバ１０−４からの光ビームは基準の位置で偏
光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜に当たる。光ファ
イバ１０−４からの光ビームが光ファイバ１０−１方向
へウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−１を通過し
てもウォークオフがなく、偏光ビームスプリッタ１７で
の反射点が基準位置であるので、光ファイバ１０−４か
らの光ビームは光ファイバ１０−１と結合する。この結
果、光ファイバ１０−ｉから光ファイバ１０−ｊへの結
合が無矛盾で行なわれる。ただし、ｊ＝ｋ＋１，ｋ＝ｉ
（ｍｏｄ４）である。したがって、光ファイバ１０−１
→光ファイバ１０−２→光ファイバ１０−３→光ファイ
バ→１０−４→光ファイバ１０−１と光が結合する光サ
ーキュレータの動作が行なわれることが明らかにされた
。

【００１７】さらに、図２を参考にして、このような場
合、高アイソレーションが達成できることを、光ファイ
バ１０−１から光ファイバ１０−４への漏洩を例にして
、定性的な説明を行なう。光ファイバ１０−４へ光が結
合するには、偏光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜の
基準位置および位置−ｄを経て、ウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタ１６−４に入射する必要がある。光ファイ
バ１０−１からの光ビームは、偏光ビームスプリッタ１
７の偏光分離膜に基準位置および位置２ｄで入射する。 このうち、後者の光ビームについては、明らかに、光フ
ァイバ１０−４へは結合しない。そこで、前者について
考える。光ファイバ１０−１から出射し、偏光ビームス
プリッタ１７の偏光分離膜に基準位置で入射する光ビー
ムは、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−１の消
光比に依存した微少量のｐ偏光成分、ウォークオフ偏光
ビームスプリッタ１２−１の消光比、相反旋光素子１３
−１および非相反旋光素子１５−１の偏光回転角度誤差
に依存した微少量のｓ偏光成分である。このうち、ｐ偏
光成分については、その大部分は偏光ビームスプリッタ
１７を通過するので、ウォークオフ偏光ビームスプリッ
タ１６−４の方向に進行する光量は極微少量である。さ
らに、これは、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６
−４で大部分がウォークオフするので、光ファイバ１０
−４へ結合する光路でウォークオフ偏光ビームスプリッ
タ１２−４に入射する光量は上記の極微少量のさらに微
少量である。一方、ｓ偏光については、その大部分が偏
光ビームスプリッタ１７で反射し、ウォークオフ偏光ビ
ームスプリッタ１６−４でウォークオフしないので、光
ファイバ１０−４へ結合する光路でウォークオフ偏光ビ
ームスプリッタ１２−４に上記の微少な光量が入射する
。しかし、この微少量のｓ偏光は、光サーキュレータの
順方向動作における主信号偏光であるｐ偏光と直交して
いるため、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２−４
で、大部分が光ファイバ１０−４に向かわないようにフ
ィルタされて、結局、光ファイバ１０−４に向かうのは
極微少量となる。上記のｐ偏光の場合と、ここで示した
ｓ偏光の場合とを合わせて、本発明の光サーキュレータ
では、相反旋光素子１３−ｉ、１４−ｉや非相反旋光素
子１５−ｉの偏光回転角度誤差やウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタ１２−ｉ、偏光ビームスプリッタ１７の消
光比にあまり依存しないで、高アイソレーションが達成
できる。さらに、アイソレーションの偏光回転角度誤差
依存性が小さいという性質から、アイソレーションの波
長依存性も大幅に改善される。

【００１８】つぎに、偏光ビームスプリッタ１７のｐ（
ｓ）偏光がウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−１
、１６−３では異常光（常光）、ウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタ１６−２、１６−４では常光（異常光）で
ある場合を考える。この場合において、ウォークオフ偏
光ビームスプリッタ１６−１，１６−２，１６−３，１
６−４のウォークオフ量は同じ（ｄ）で、ウォークオフ
の方向は、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−１
，１６−３については、光を迎える方向から見て左方向
、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−２について
は、光が光ファイバ１０−２の方向へ進む場合に紙面に
対し下方へ、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−
４については、光が光ファイバ１０−４の方向へ進む場
合に紙面に対し上方へウォークオフするとしている。 ここで、光ビームが偏光ビームスプリッタ１７の偏光分
離膜に当たる位置を示すのに、光ファイバ１０−１の軸
の延長線を基準とし、その基準より光サーキュレータ端
子１８−３側であれば正、光サーキュレータ端子１８−
４側であれば負、また、上方にあれば上、下方にあれば
下とし、（左右の量，上下の量）で表示する。この場合
においても、光ファイバ１０−ｉから光ファイバ１０−
ｊへの結合が、無矛盾で行なわれることを図３を参考に
しながら説明するとともに、高アイソレーション化でき
ることも述べる。ここで、ｊ＝ｋ＋１，ｋ＝ｉ（ｍｏｄ
４）である。なお、図２の場合と同様に、図３では、繁
雑になるので、光サーキュレータ端子１８−ｉから出射
する２本の光ビームのうちの１本しか示していない。図
３に示したのは、光サーキュレータ端子１８−１、１８
−３については、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１
２−１、１２−３をウォークオフなく出射する光ビーム
、光サーキュレータ端子１８−２、１８−４については
、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２−２、１２−
４をウォークオフして出射する光ビームである。

【００１９】前記の前提により、光ファイバ１０−１か
らの光ビーム（ｄ．Ｏ）の位置で偏光ビームスプリッタ
１７の偏光分離膜に当たることは明らかである。つぎに
、光ファイバ１０−２に関しては、すでに述べたように
、光ファイバ１０−２に向かって進行する場合にはウォ
ークオフはなく、光ファイバ１０−２から進行してきた
場合には上方へウォークオフするので、光ファイバ１０
−２からの光ビームは（ｄ，ｄ）の位置で偏光ビームス
プリッタ１７の偏光分離膜に当たる。光ファイバ１０−
３に関しては、偏光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜
の傾斜の方向を考慮すれば、光ファイバ１０−３に向か
って進行する場合にはウォークオフがなく、光ファイバ
１０−３から進行してきた場合には−ｄに相当するウォ
ークオフがあるで、光ファイバ１０−３からの光ビーム
は（Ｏ，ｄ）の位置で偏光ビームスリッタ１７の偏光分
離膜に当たる。また、光ファイバ１０−４に向かって進
行する場合にはウォークオフがなく、光ファイバ１０−
４から進行してきた場合には下方へのウォークオフがあ
るので、光ファイバ１０−４からの光ビームは基準の位
置で偏光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜に当たる。 光ファイバ１０−４からの光ビームが光ファイバ１０−
１方向へウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−１を
通過してもウォークオフがなく、偏光ビームスプリッタ
１７での反射点が基準位置であるので、光ファイバ１０
−４からの光ビームは光ファイバ１０−１と結合する。 この結果、光ファイバ１０−ｉから光ファイバ１０−ｊ
への結合が無矛盾で行なわれる。ただし、ｊ＝ｋ＋１，
ｋ＝ｉ（ｍｏｄ４）である。したがって、この場合にも
、光ファイバ１０−１→光ファイバ１０−２→光ファイ
バ１０−３→光ファイバ１０−４→光ファイバ１０−１
と光が結合する光サーキュレータの動作が行なわれるこ
とが明らかにされる。

【００２０】さらに、図３を参考にして、このような場
合、高アイソレーションが達成できることを、光ファイ
バ１０−１から光ファイバ１０−４への漏洩を例にして
、定性的な説明を行なう。光ファイバ１０−４へ光が結
合するには、偏光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜の
基準位置および位置（Ｏ，ｄ）経て、ウォークオフ偏光
ビームスプリッタ１６−４に入射する必要がある。光フ
ァイバ１０−１からの光ビームは、偏光ビームスプリッ
タ１７の偏光分離膜に基準位置および位置（ｄ，Ｏ）で
入射する。このうち、後者の光ビームについては、明ら
かに、光ファイバ１０−４へは結合しない。そこで、前
者について考える。光ファイバ１０−１から出射し、偏
光ビームスプリッタ１７の偏光分離膜に基準位置で入射
する光ビームは、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ１
６−１の消光比に依存した微少量のｐ偏光成分、ウォー
クオフ偏光ビームスプリッタ１２−１の消光比、相反旋
光素子１３−１および非相反旋光素子１５−１の偏光回
転角度誤差に依存した微少量のｓ偏光成分である。この
うち、ｐ偏光成分については、その大部分は偏光ビーム
スプリッタ１７を通過するので、ウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタ１６−４の方向に進行する光量は極微少量
である。さらに、ｐ偏光は、ウォークオフ偏光ビームス
プリッタ１６−４でウォークオフしないので、光ファイ
バ１０−４へ結合する光路とは異なる光路でウォークオ
フ偏光ビームスプリッタ１２−４に入射する。したがっ
て、光ファイバ１０−４へ結合するｐ偏光は上記の極微
少量のさらに微少量である。一方、ｓ偏光については、
その大部分が偏光ビームスプリッタ１７で反射し、ウォ
ークオフ偏光ビームスプリッタ１６−４でウォークオフ
するので、微少な光量の光が光ファイバ１０−４へ結合
する光路でウォークオフ偏光ビームスプリッタ１２−４
に入射する。しかし、この微少量のｓ偏光は、光サーキ
ュレータの順方向動作における主信号偏光であるｐ偏光
と直交しているため、ウォークオフ偏光ビームスプリッ
タ１２−４で、大部分が光ファイバ１０−４に向かわな
いようにフィルタされて、結局、上記の極微少量だけが
光ファイバ１０−４に向かう。上記のｐ偏光の場合と、
ここで示したｓ偏光の場合とを合わせて、この場合にも
、相反旋光素子１３−ｉ、１４−ｉや非相反旋光素子１
５−ｉの偏光回転角度誤差やウォークオフ偏光ビームス
プリッタ１２−ｉ、偏光ビームスプリッタ１７の消光比
にあまり依存しないで、高アイソレーションが達成でき
る。さらに、アイソレーションの偏光回転角度誤差依存
性が小さいという性質から、アイソレーションの波長依
存性も大幅に改善される。

【００２１】以上のように、本発明の光サーキュレータ
では、相反旋光素子１３−ｉ、１４−ｉ、非相反旋光素
子１５−ｉと偏光ビームスプリッタ１７の間にウォーク
オフ旋光ビームスプリッタ１６−ｉを挿入してあり、こ
のウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−ｉのウォー
クオフ量および方向を適当に設定することにより、各光
サーキュレータ端子１８−ｉから出射される各光ビーム
が、偏光ビームスプリッタの偏光分離膜面に、それぞれ
、別の点で入射するようにしている。その結果として、
相反旋光素子１３−ｉ、１４−ｉや非相反旋光素子１５
−ｉの偏光回転角度誤差やウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ１２−ｉ、偏光ビームスプリッタ１７の消光比に
あまり依存しないので、高アイソレーションが達成でき
、また、アイソレーションの偏光回転角度誤差依存性が
小さいという性質から、アイソレーションの波長依存性
が大幅に改善されるという特性を得ている。

【００２２】なお、図２や図３の説明で示したウォーク
オフ偏光ビームスプリッタ１６−ｉのウォークオフの設
定は、あくまでも一例であり、光サーキュレータ端子１
８−ｉから出射される光ビームが、偏光ビームスプリッ
タの偏光分離膜面に、それぞれ、別の点で入射し、かつ
、光ファイバ１０−ｉから光ファイバ１０−ｊへの結合
が、無矛盾で行なうことができるウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタ１６−ｉのウォークオフの設定は別にも存
在する。ここで、ｊ＝ｋ＋１，ｋ＝ｉ（ｍｏｄ４）であ
る。例えば、図２にあるいは図３の場合の、ウォークオ
フ偏光ビームスプリッタ１６−ｉのウォークオフの方向
を反対にした場合とか、図２の場合のウォークオフ偏光
ビームスプリッタ１６−１（１６−３）のウォークオフ
量とウォークオフ偏光ビームスプリッタ１６−２（１６
−４）のウォークオフ量とを逆にした場合とかも同様な
効果があることは明らかであろう。

【００２３】また、以上の説明では光ファイバ１０−１
からの光が光ファイバ１０−４へ漏洩しにくいことを説
明したが、同様にして、光ファイバ１０−２から放射さ
れた光の光ファイバ１０−１への漏洩、光ファイバ１０
−３から放射された光の光ファイバ１０−２への漏洩、
さらに、光ファイバ１０−４から放射された光の光ファ
イバ１０−３への漏洩が極めて少ないことは、容易に理
解できる。

【００２４】なお、相反旋光素子１３−ｉと相反旋光素
子１４−ｉの位置を図１に示した構成と逆にすれば、光
の結合が上記の説明とは逆回りの光サーキュレータとな
る。また、図１の構成では、ウォークオフ偏光ビームス
プリッタ１２−ｉのｐ（ｓ）偏光と偏光ビームスプリッ
タ１７のｐ（ｓ）偏光が一致するようにしているが、光
サーキュレータ端子１８−ｉを、光ファイバ１０−ｉを
軸にして、９０度回転し、ウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ１２−ｉのｐ（ｓ）偏光と偏光ビームスプリッタ
１７のｓ（ｐ）偏光が一致するように構成することも可
能である。この場合、光サーキュレータ端子１８−ｉの
幅を小さくすることができ、光サーキュレータがいくぶ
ん小形になる（ただし、高さは高くなるが幅に比べて極
めて小さい）。また、相反旋光素子１３−ｉ、１４−ｉ
と非相反旋光素子１５との配置位置を逆にしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光サ
ーキュレータの各端子ごとに相反旋光素子及び非相反旋
光素子を有し、偏光無依存化のためのウォークオフ偏光
ビームスプリッタと光ビームの出力方向を決めるための
偏光ビームスプリッタとを分離している。また、各光サ
ーキュレータ端子について、光ビームの出力方向を決め
るための偏光ビームスプリッタにウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタを加えて、各光サーキュレータ端子から出
射される光ビームが、上記の偏光ビームスプリッタの偏
光分離膜面に、それぞれ、別の点で入射するようにして
いる。その結果として、通常の偏光ビームスプリッタを
用いても、相反旋光素子や非相反旋光素子の偏光回転角
度誤差、ウォークオフ偏光ビームスプリッタや偏光ビー
ムスプリッタの消光比にあまり依存しないので、高アイ
ソレーションが達成でき、また、アイソレーションの偏
光回転角度誤差依存性が小さいという性質から、アイソ
レーションの波長依存性が大幅に改善されるという効果
を得ている。このように本発明では、通常のつまり１面
の偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタを用いるこ
とができるので、容易且つ安価に製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光無依存光サーキュレータの実施例
を示す構成図である。

【図２】実施例において各サーキュレータ端子から出射
した光ビームの偏光分離膜上での位置を示す説明図であ
る。

【図３】実施例において各サーキュレータ端子から出射
した光ビームの偏光分離膜上での位置を示す説明図であ
る。

【図４】従来の偏光無依存光サーキュレータを示す構成
図である。

【図５】従来の偏光無依存光サーキュレータを示す構成
図である。

【符号の説明】

１　　光ファイバ、 ２　　レンズ、 ３　　相反旋光素子、 ４　　相反旋光素子、 ５　　非相反旋光素子、 ６　　ウォークオフ偏光ビームスプリッタ、７　　偏光
ビームスプリッタ、 ８　　光サーキュレータ端子、 ９　　偏光ビームスプリッタ、 １０　　光ファイバ、 １１　　レンズ、 １２　　ウォークオフ偏光ビームスプリッタ、１３　　
相反旋光素子、 １４　　相反旋光素子、 １５　　非相反旋光素子、 １６　　ウォークオフ偏光ビームスプリッタ、１７　　
偏光ビームスプリッタ、 １８　　光サーキュレータ端子、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１面の偏光分離膜を有するとともに光
   サーキュレータ端子が接続される４つの面を有する偏光
   ビームスプリッタと、光ファイバと、この光ファイバに
   結合したレンズと、このレンズに結合したウォークオフ
   偏光ビームスプリッタと、直線偏光の方位を＋４５度回
   転する第１の相間旋光素子及び第１の相間旋光素子に並
   列に配置され直線偏光の方位を−４５度回転する第２の
   相間旋光素子と、直線偏光の方位を±４５度回転し、ウ
   ォークオフ偏光ビームスプリッタに第１及び第２の相間
   旋光素子を挾んで、あるいは第１及び第２の相間旋光素
   子に挾まれて結合した非相間旋光素子とを有し、光ファ
   イバから入力される無偏光を上記偏光ビームスプリッタ
   のｐ偏光の状態の２つの直線偏光ビームとして偏光ビー
   ムスプリッタに出力し、偏光ビームスプリッタから入力
   されるｓ偏光の状態の２つの直線偏光ビームを合波して
   光ファイバから出力する第１及び第３の光サーキュレー
   タ端子と、光ファイバと、この光ファイバに結合したレ
   ンズと、このレンズに結合したウォークオフ偏光ビーム
   スプリッタと、直線偏光の方位を＋４５度回転する第１
   の相間旋光素子及び第１の相間旋光素子に並列に配置さ
   れ直線偏光の方位を−４５度回転する第２の相間旋光素
   子と、直線偏光の方位を±４５度回転し、ウォークオフ
   偏光ビームスプリッタに第１及び第２の相間旋光素子を
   挾んで、あるいは第１及び第２の相間旋光素子に挾まれ
   て結合した非相間旋光素子とを有し、光ファイバから入
   力される無偏光を上記偏光ビームスプリッタのｓ偏光の
   状態の２つの直線偏光ビームとして偏光ビームスプリッ
   タに出力し、偏光ビームスプリッタから入力されるｐ偏
   光の状態の２つの直線偏光ビームを合波して光ファイバ
   から出力する第２及び第４の光サーキュレータ端子と、
   第１，第２，第３及び第４のウォークオフ偏光ビームス
   プリッタとを具備し、第１の光サーキュレータ端子は、
   第１のウォークオフ偏光ビームスプリッタを介して、前
   記偏光ビームスプリッタの１つの面に結合され、第２の
   光サーキュレータ端子は、第２のウォークオフ偏光ビー
   ムスプリッタを介して、前記偏光ビームスプリッタの面
   のうち、第１の光サーキュレータ端子が結合される面と
   対向する面に結合され、第３の光サーキュレータ端子は
   、第３のウォークオフ偏光ビームスプリッタを介して、
   前記偏光ビームスプリッタの面のうち、第２の光サーキ
   ュレータ端子からの光が前記偏光分離膜で反射して出力
   される面に結合され、第４の光サーキュレータ端子は、
   第４のウォークオフ偏光ビームスプリッタを介して、前
   記偏光ビームスプリッタの面のうち、第３の光サーキュ
   レータ端子が結合される面と対向する面に結合されてい
   ることを特徴とする光サーキュレータ。