JPH0460511A - アクティブ光アイソレータ - 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】 ［産業上の利用分野ｊ 本発明は、光アイソレータに関し、特に順方向に連断機
能を有するアクティブ光アイソレータに関する。

［従来の技術］ 従来から、光通信、光計測において、先非相反素子の１
つである光アイソレータは、システムを構成する一部の
素子による反射戻り光が光源に回帰することを防止し、
光源を安定化するために使用されている。また、最近、
光アイソレータは希土類ドープ光ファイバ等を用いた光
増幅においても増幅器の発振防止として用いられている
。

第７図はファラディ効果を利用した光アイソレータの基
本構成を示したものである。偏光方向を互いに４５度に
配した偏光子Ｐと検光子Ａとの間に、偏光方向を４５度
回転させる４５度ファラデー回転子Ｆを配置している。

なお、偏光子ｆｐｏｌａｒｉｚｅｒ）と検光子（ａｎａ
ｌｙｚｅｒ）は周知のように同一機能であるが、この技
術分野の習慣で、配置により呼び方を区別している。

光アイソレータの動作を第８図（Ａ）、（Ｂ）を用いて
説明する。図中、Ｆｌ、Ｆ２は光ファイバ、Ｌｌ、Ｌ２
はレンズ、（ａ）〜（ｆ）は偏光方向を示している。

直線偏光の入力光を考えると、順方向の場合は第８図（
Ａ）に示したように、光ファイバＦｌがらレンズＬｌを
経由した光は、偏光子Ｐにより特定の方向の偏光のみ透
過する（ａ）。この透過した偏光はファラデー回転子Ｆ
により偏光方向が磁界の方向に対して右ねじ方向に４５
度回転する（ｂ）。検光子Ａの偏光方向は偏光子Ｐに対
してファラデー回転子の回転角に合わせて４５度設けら
れて配置しであるため、ファラデー回転子Ｆを通過した
偏光は検光子Ａを透過しくＣ）、レンズＬ２により集光
され、光ファイバＦ２に結合する。従って、順方向では
原理上無損失で光が光ファイバＦ２に入射する。

方、逆方向の場合は、ランダムな偏光の光が入射した場
合を考えると、第８図ＦＢ）に示したように、光ファイ
バＦ２からレンズＬ２を経由した光は、検光子Ａの偏光
面選択方向の成分光である偏光子Ｐに対して４５度回転
した偏光のみが透過する（ｅ）。この透過した偏光はフ
ァラデー回転子Ｆによりさらに磁界方向に対して４５度
回転される（ｆ）。従って、偏光方向が偏光子Ｐに対し
て９０度回転してずれた偏光成分だけが偏光子Ｐに入射
する。この光は偏光子Ｐを透過しないで阻止される。こ
のように、順方向の光は透過し、逆方向からの光はすべ
て遮断されることになる。

［発明が解決しようとする課題） 上述のように、光アイソレータは光増幅等のように継続
的に高パワーの光を扱う装置、あるいはシステムにおい
て必要不可欠な構成要素となっている。このとき扱う光
のパワーは、ポンプ光で１００ｍＷ以上、増幅された信
号光のビークパワーは高い場合にはＩＷ以上にもなる。

従って、このような高パワーのレーザ光に対する人体へ
の危険防止や他の光部品への負担軽減策として、装置や
システムの非作動中には、順方向であっても光を出さな
い、あるいは完全に遮断する必要がある。しかしながら
、従来の光アイソレータは、受動素子であり、それ自身
では順方向の光の透過、遮断の制御は不可能であった。

本発明の目的は上述の点に鑑みて、順方向の光の透過、
遮断を必要に応じて外部の信号により制御でき、いずれ
の場合も逆方向の光は遮断される、アクティブ光アイソ
レータを提供することにある。

１課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するため、本発明は、偏光子、４５度
ファラデー回転子、検光子からなる光アイソレータにお
いて、偏光方向を互いに４５度に配した前記偏光子と検
光子との間に、電圧切り替えにより９０度旋光、非旋光
を切り替えられる旋光素子と、常光線、異常光線を分離
する複屈折結晶板とを配設したことを特徴とする。

また、本発明はその一形態として、前記旋光素子として
液晶板を使用したことを特徴とする特また、本発明はそ
の他の形態として、前記旋光素子として液晶板を使用し
たことを特徴とする。

［作　用］ 本発明では偏光子、４５度ファラデー回転子、および検
光子からなる光アイソレータにおいて、その偏光子と検
光子との間に、電圧により９０度旋光、非旋光を切り替
えられる旋光素子と、常光線、異常光線を分離する複屈
折結晶板とを設けるようにしたので、電気的に順方向の
光の透過、遮断を制御でき、いずれの場合も逆方向の光
を遮断するアクティブ光アイソレータが得られる。

［実施例１ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

屯１’Ｋ　１．　Ｑど１ａ凪 第１図は本発明の第１の実施例のアクティブ光アイソレ
ータの配置構成を示す。

本図において、Ｒは電圧により９０度旋光、非旋光を切
り替えられる旋光素子で、例えばねじれネマチック（Ｔ
Ｎ）液晶板、あるいはＬｉＮｂＯ５等の液晶板を用いる
。■は旋光素子Ｒに電圧を供給する旋光子用電圧源、Ｓ
は旋光、非旋光を切替えるためのスイッチである。また
、Ｂは複屈折結晶板である。本実施例では、偏光子Ｐ、
旋光素子Ｒ１複屈折結晶板Ｂ、４５度ファラデー回転子
Ｆ、検光子Ａの順に配置していて、旋光素子Ｒに電圧源
■が接続されている。

複屈折結晶板Ｂの異常光線または常光線の偏光方向は偏
光子Ｐの透過偏光方向と一致しており、検光子Ａの透過
偏光方向は偏光子Ｐの透過偏光方向に対してファラデー
回転子Ｆの回転と同方向に４５度回転している。また、
本実施例で用いる旋光素子Ｒは、電圧により９０度旋光
性と非旋光性を切替えられる性質を持っている。これは
具体的には、ねじれ配向液晶を用いて実現できる。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の旋光素子Ｒとして好適
なねじれ配向液晶板の旋光性を説明したものである。図
中Ｅｌ、Ｅ２は透明電極、Ｇｌ、Ｇ２はガラス基板、Ｍ
は液晶分子、■は電圧源を示す。ねじれ配向液晶は、第
２図（Ａ）に示したように、電圧を印加していない場合
は、液晶分子Ｍの長軸がガラス基ｉＧ１．Ｇ２の平面方
向に平行で液晶層の長軸方向を少しずつ回転させて、螺
旋上に積み重ねたものである。ガラス基板Ｇｌ、Ｇ２に
垂直に光を入射すると光の偏光が分子のねじれに沿って
回転する。ねじれの度合や厚さ調節することにより任意
の旋光性を持たせることが可能である。即ち、オフ状態
では分子配向を９０度ねじらせである場合は、そのねじ
れに沿って入射偏光面が９０度回転する。

方、電圧源Ｖにより透明電極Ｅｌ、Ｅ２に電圧を印加す
ると、第２図（Ｂ）に示したように、上記のねじれが解
けて、液晶分子Ｍが電界方向に沿って再配列してしまう
ため、旋光性が消失し、偏光面は回転しなくなる。

従って、このようなねじれ配向結晶を用いて、電圧オフ
（ＯＦＦＪ時では９０度の旋光性を有し、電圧オン（Ｏ
Ｎ）時では旋光性を持たない旋光素子Ｒを形成すること
ができる。

また、同様の効果はＬｉＮｂ０．、ＫＤＰ等の電気光学
結晶を用いても実現できる。第３図はこのような電気光
学結晶による偏光の回転を示したものである。図中Ｅ３
．　Ｅ４は電極、ＥＯは電気光学結晶、■は電圧源、（
ａ）〜（ｊ）はこの電気光学結晶ＥＯを通過する偏光の
偏光状態の変化を示している。

電圧源■により電極Ｅ３．Ｅ４間に電界をかけると、即
ち、電気光学結晶ＥＯのＹ方向に電界を印加し、Ｚ方向
に光を入射すると、自然複屈折に加えて電界の強さに比
例した複屈折率変化が起きる。

そのため、常光線と異常光線の位相差が変化し、偏光状
態が変化する。例えば、Ｘ偏光とＹ偏光の位相差θがπ
／２となるようにＹ方向に電圧を印加すると、偏光状態
は電気光学結晶ＥＯ中で第３図（ａ）〜（ｅ）に示し、
たように変化し、偏光方向が９０度回転した偏光が出射
する（ｅ）。また、Ｘ偏光とＹ偏光の位相差θがπとな
るように電圧を印加すると、第３図（ｆ）〜（ｊ）に示
したように偏光状態が変化し、１８０８０度回転まり旋
光していないものと偏光と同様な状態の偏光が出射する
（ｊ）。

従って、このような電気光学結晶を用いても、本発明実
施例で必要とする旋光素子Ｒを形成することができる。

以下、旋光素子Ｒとしてねじれ配向結晶を用いた場合に
ついて述べる。

第４図（Ａ）は第１図の構成において、旋光素子Ｒに電
圧を印加した場合の順方向の光線に対する動作を示し、
第４図ＣＢ）はその旋光素子Ｒに電圧を印加した場合の
逆方向の光線に対する動作を示し、第４図（Ｃ）はその
旋光素子Ｒに電圧を印加しない場合の順方向の光線に対
する動作を示し、および第４図（Ｄ＞はその旋光素子Ｒ
に電圧を印加しない場合の逆方向の光線に対する動作を
示す。ここで、偏光子Ｐ、検光子Ａのブロック内の矢印
は透過偏光の方向を、複屈折結晶板Ｂのブロック内のＣ
は複屈折結晶の光学軸を示している。また、（ａ）〜（
ｇ）は通過する点における光線の偏光方向を示している
。

先ず、本発明実施例での、旋光素子Ｒに電圧を印加した
場合の順方向の動作を第４図（Ａ＞を用いて説明する。

光ファイバＦ１からレンズＬｌを経由した光は、偏光子
Ｐにより特定の偏光のみが透過する（ａ）。この透過し
た偏光は旋光素子Ｒに入射するが、電圧源■により旋光
素子Ｒに電圧を印加しであるので、偏光は旋光しなし箇
ｂ）。この偏光方向は複屈折結晶板Ｂに対して異常光線
であるから、偏光は複屈折結晶板Ｂの結晶内で屈折する
ため、その出射光の光線軸は入射光と異なる。複屈折結
晶板Ｂからの出射光（ｃ）は、ファラデー回転子Ｆによ
り偏光方向が４５度回転する（ｄｌ。検光子Ａの偏光方
向を偏光子Ｐに対してファラデー回転子Ｆの回転角に合
わせて配置しであるので、ファラデー回転子Ｆを通過し
た偏光は検光子Ａを透過しくｅ）、レンズＬ２により集
光されて、光ファイバＦ２に結合する。

また、旋光素子Ｒに電圧を印加した場合の逆方向の場合
は、第４図（Ｂ）に示したように、光ファイバＦ２から
レンズＬ２を経由した光は、検光子Ａにより偏光子Ｐに
対して４５度回転した偏光のみが透過するｉｆ）。透過
した偏光はファラデー回転子Ｆによりさらに４５度回転
する（ｇ）。従って、この偏光方向は複屈折結晶板Ｂに
対して常光線であるから、光は複屈折結晶板Ｂで屈折せ
ずに直進する。

複屈折結晶板Ｂからの出射光（ｈ）は旋光素子Ｒに入射
しても電圧を印加しであるので偏光方向は変化せず（ｉ
）、偏光子Ｐで遮断されて光ファイバＦｌには結合しな
い。

一方、旋光素子Ｒに電圧を印加しない場合の順方向の動
作は、第４図（Ｃ）に示したように、光ファイバＦｌか
らレンズＬ１を経由した光は、偏光子Ｐにより特定の偏
光のみが透過する（ｊ）。この透過した偏光は旋光素子
Ｒに入射するが、旋光素子Ｒに電圧を印加してないので
偏光は９０度旋光する（ｋ＞。この偏光方向は複屈折結
晶板Ｂに対して常光線であるから、光は複屈折結晶板Ｂ
の結晶内で屈折せずに直進しくρ）、ファラデー回転子
Ｆにより偏光方向が４５度回転する（ａ）。この偏光は
偏光方向が検光子Ａの透過偏光方向と直交するため、検
光子Ａで遮断され、光ファイバＦ２には結合しない。こ
のように、順方向であっても、旋光素子Ｒが印加されな
いときは、光ファイバＦ１からの光は途中で遮断されて
光ファイバＦ２に入射しない。

また、旋光素子Ｒに電圧を印加しない場合の逆方向の場
合は、第４図（Ｄ）に示したように、光ファイバＦ２か
らレンズＬ２を経由した光は、検光子Ａにより偏光子Ｐ
に対して４５度回転した偏光のみが透過する（ｎ）。こ
の透過した偏光はファラデー回転子Ｆによりさらに４５
度回転する（ｏ）。従って、偏光方向が複屈折結晶板Ｂ
に対して常光線であるから、光は屈折せずに直進する（
ｐ）。複屈折結晶板Ｂからの出射光は旋光素子Ｒに入射
され、電圧を印加してないため、その偏光方向は９０度
回転するｆｑ）。この偏光方向は偏光子Ｐの透過偏光方
向と一致するため透過するが、光線軸が光ファイバＦｌ
の光線軸と異なるため、光ファイバＦｌには結合しない
。、すなわち、逆方向のときでは旋光素子Ｒの電圧の印
加の有無にかかわらず、光ファイバＦ２からの光は光フ
ァイバＦｌには入射されない。

二のように、旋光素子Ｒに電圧を印加しない場合には順
方向が透過、逆方向が遮断される通常の光アイソレータ
として作動し、さらに旋光素子Ｒに電圧を印加する場合
は順方向も、逆方向も遮断される光遮断器として作動す
る。

なお、以上の動作は複屈折結晶板Ｂを光軸の回りに９０
度回転させて常光線と異常光線を入れ換えても可能であ
り、その−例を本図中に破線で示した。

殻ｍと４皿列 第５図は本発明の第２の実施例のアクティブ光アイソレ
ータの配置構成を示す。

本実施例では、偏光子Ｐ、４５度ファラデーロ転子Ｆ、
複屈折結晶ｆｆ１Ｂ、旋光素子Ｒおよび検光子Ａの順に
配置していて、旋光素子Ｒに電圧源■が接続されている
。上述の第１の実施例とはファラデー回転子Ｆと旋光素
子Ｒの位置が入れ替わっている。また、複屈折結晶板Ｂ
の異常光線または常光線の偏光方向は検光子Ａの透過偏
光方向と一致している。

本実施例で用いる旋光素子Ｒも第１の実施例と同様に、
電圧により９０度旋光性と非旋光性を切り替えられる性
質を持っており、ねじれ配向結晶や電気光学結晶を用い
て実現できる。以下、旋光素子Ｒとしてねじれ配向結晶
を用いた場合について述べる。

第６図（Ａ）は第５図の構成において旋光素子Ｒに電圧
を印加した場合の順方向の光線に対する動作を示し、第
６図（Ｂ）はその旋光素子Ｒに電圧を印加した場合の逆
方向の光線に対する動作を示し、第６図（Ｃ）はその旋
光素子に電圧を印加しない場合の順方向の光線に対する
動作を示し、第６図（ＤＪはその旋光素子Ｒに電圧を印
加しない場合の逆方向の光線に対する動作を示す。

また、（ａ）〜（ｒ）は通過する点における光線の偏光
方向を示している。

まず、本発明実施例での、旋光素子Ｒに電圧を印加した
場合の順方向の動作を第６図（Ａ）を用いて説明する。

光ファイバＦ１からレンズＬ１を経由した光は、偏光子
Ｐにより４５度傾いた特定の偏光のみが透過する（ａ）
。この透過した偏光はファラデー回転Ｆにより偏光方向
が４５度回転しくｂ）、複屈折結晶板Ｂに入射する。こ
の偏光方向は複屈折結晶板Ｂに対して異常光線であるか
ら、結晶内で屈折して、入射光と異なる光線軸で旋光素
子Ｒに入射する（ｃ）。旋光素子Ｒは電圧源Ｖにより電
圧を印加しであるので、複屈折結晶板Ｂがらの出射光は
その偏光方向を保持したまま旋光素子Ｒを透過する（ｄ
）。複屈折結晶板Ｂの異常光線方向と、検光子Ａの偏光
方向は一致するようにあらかじめ配置しであるため、偏
光は検光子Ａを透過しくｅ）、レンズＬ２により集光さ
れて光ファイバＦ２に結合する。

また、旋光素子Ｒに電圧を印加した場合の逆方向の場合
は、第６図（Ｂ）に示したように、光ファイバＦ２から
レンズＬ２を経由した光は、検光子Ａにより偏光子Ｐに
対して４５度回転した偏光のみが透過する（ｆ）。透過
した偏光は旋光素子Ｒに入射するが電圧を印加しである
ため偏光方向を保持したまま（ｇ）、複屈折結晶板Ｂに
入射する。この偏光は複屈折結晶板Ｂに対して異常光線
であるから、複屈折結晶板Ｂの結晶内で屈折して、入射
光と異なる光線軸でファラデー回転子Ｆに入射するが（
ｈ）、偏光方向はさらに４５度回転する（１）。この偏
光は偏光方向が偏光子Ｐの透過偏光方向と直交するため
、偏光子Ｐで遮断されて、光ファイバＦｌには結合しな
い。

一方、旋光素子Ｒに電圧を印加しない場合の順方向の動
作は、第６図（Ｃ）に示したように、光ファイバＦ１か
らレンズＬ１を経由した光は、偏光子Ｐにより特定の偏
光のみが透過する（ｊ）。この透過した偏光はファラデ
ー回転子Ｆにより偏光方向が４５度回転する（ｋ）。こ
の偏光は複屈折結晶板Ｂに対して異常光線であるから、
複屈折結晶板Ｂの結晶内で屈折して入射光と異なる光線
軸で旋光素子Ｒに入射する（ρ）、このとき旋光素子Ｒ
には電圧を印加していないのでその偏光方向は９０度回
転する（ｍ）。この偏光は偏光方向が検光子への透過偏
光方向と直交するため、検光子Ａで遮断されて、光ファ
イバＦ２に結合しない。

また、旋光素子Ｒに電圧を印加しない場合の逆方向の場
合は、第６図（Ｄ）に示したように、光ファイバＦ２か
らレンズＬ２を経由した光は、検光子Ａにより偏光子Ｐ
に対して４５度回転した偏光のみが透過する（ｎ）。こ
の透過した偏光は旋光素子Ｒに入射するが、このとき旋
光素子Ｒに電圧を印加していないためその偏光方向は９
０度回転する（ｏ）。この偏光は複屈折結晶板Ｂに対し
て常光線であるから、複屈折結晶板Ｂの結晶内で屈折せ
ずに直進し、ファラデー回転子Ｆに入射し、その偏光方
向を４５度回転する（ｑ）。この偏光は偏光方向が偏光
子Ｐの透過偏光方向と一致するため、偏光子Ｐを透過す
るが、光線軸が光ファイバＦｌの光線軸と異なるため、
光ファイバＦ１には結合しない。

このように、本実施例の場合も、第１の実施例と同様に
、旋光素子Ｒに電圧を印加しない場合には順方向が透過
、逆方向が遮断される通常の光アイソレータとして作動
し、さらに旋光素子Ｒに電圧を印加する場合は順方向も
、逆方向も遮断される光遮断器として作動する。

なお、以上の動作は複屈折結晶板Ｂを光軸の回りに９０
度回転させて常光線と異常光線を入れ換えても可能であ
り、その−例を本図中に破線で示した。

］発明の効果１ 以上述べたように、本発明によれば、偏光子、ファラデ
ー回転子および検光子からなる光アイソレータに、電気
的に旋光性が変化する旋光素子と偏光分離を行う複屈折
結晶板と挿入配設するようにしたので、順方向の光の透
過、遮断を必要に応じて電気的に任意に制御することが
でき、かついずれの場合も逆方向の光は遮断する、アク
ティブ光アイソレータを提供することができる。従って
、このアクティブ光アイレータを用いることにより、光
増幅のように継続的に高パワーの光を扱う装置、あるい
はシステムにおいて、反射戻り光の遮断および人体に対
する危険防止、および他の光部品への負担軽減に寄与す
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の実施例のアクティブ光アイソレ
ータの構成を示す構成図、 第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の旋光素子Ｒとして好適
なねじれ配向液晶板の旋光性を説明する説明図、 第３図←←−→←は第１図の旋光素子Ｒとして用いるこ
とができる電気光学結晶の旋光性を説明する説明図、 第４図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第１の実施例の動作を
説明する光路図、 第５図は本発明の第２の実施例のアクティブ光アイソレ
ータの構成を示す構成図、 第６図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２の実施例の動作を
説明する光路図、 第７区は従来技術の光アイソレータの構成を示す構成図
、 第８図（Ａ）、（Ｂ）は第７図の従来技術の光アイソレ
ータの動作を説明する光路図である。 Ｆｌ、Ｆ２・・・光ファイバ、 Ｌｌ、Ｌ２・・・光学レンズ、 Ｐ・・・偏光子、 Ａ・・・検光子、 Ｆ・・・ファラデー回転子 Ｒ・・・旋光素子、 Ｂ・・・複屈折結晶板、 Ｅｌ、Ｆ２・・・透明電極、 Ｇｌ、Ｇ２・・・ガラス基板、 Ｍ・・・液晶分子、 Ｆ３．　Ｆ４・・・電極、 ＥＯ・・・電気光学結晶、 Ｓ・・・スイッチ、 ■・・・電圧源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）偏光子、４５度ファラデー回転子、検光子からなる
   光アイソレータにおいて、 偏光方向を互いに４５度に配した前記偏光子と検光子と
   の間に、 電圧切り替えにより９０度旋光、非旋光を切り替えられ
   る旋光素子と、 常光線、異常光線を分離する複屈折結晶板とを配設した
   ことを特徴とするアクティブ光アイソレータ。 ２）前記旋光素子として液晶板を使用したことを特徴と
   する請求項１に記載のアクティブ光アイソレータ。 ３）前記旋光素子として電気光学結晶子を使用したこと
   を特徴とする請求項１に記載のアクティブ光アイソレー
   タ。