JPH0473712A - 方向可変光アイソレータ - 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」 本発明は、方向可変機能を有する光アイソレータに関す
る。

「従来の技術」 光通信、光計測において光アイソレータは、システムを
構成する一部の素子による反射戻り光か光源に回帰する
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８図は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度に配した偏向子Ｐ１と検光子
Ｐ２との間に、偏光方向を４５度回転させるファラデー
回転子ＦＲを配置している。

光アイソレータの動作を第９図を用いて説明する。図中
、Ｆｌ、Ｆ２は光ファイバ　Ｌｌ、Ｌ２はレンズ、（ａ
）〜（ｅ）は偏光方向を示している。順方向の場合は第
９図（１）に示したように、光ファイバＦｌからレンズ
Ｌｌを経由した光は、偏光子Ｐ１により特定の偏光のみ
透過する（ａ）。

透過した偏光はファラデー回転子ＦＲにより偏光方向が
４５度回転する（ｂ）。検光子Ｐ２の偏光方向は偏光子
ＰＩに対してファラデー回転子の回転角に合わせて配置
しであるため、ファラテー回転子を通過した偏光は検光
子Ｐ２を透過しくＣ）、レンズＬ　２により集光され光
ファイバＦ２に結合する。また逆方向の場合は第９図（
■）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Ｐ２により偏光子Ｐ１に対して４
５度回転した偏光のみか透過する（ｄ）。透過した偏光
はファラテー回転子ＰＲによりさらに４５度回転する（
ｅ）。従って、偏光方向が偏光子Ｐ１に対して９０度回
転しているため、偏光子Ｐ１を透過しない。このように
、順方向の光は透過し、逆方向の光は遮断される。

［発明か解決しようとする課題」 上述のように、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を行う装置、システムにおいて必要
不可欠な構成要素となっている。

第１０図に光増幅の基本構成を示す。図中Δは光増幅器
、１１．＋２は光アイソレータを示す。

光増幅器へとしては具体的に希土類ドープ光フアイバ光
増幅器や半導体レーザ光増幅器がある。光アイソレータ
１１，１２は、外部の光部品による反射戻り光の回灯に
よる発振を防止するために用いられている。そのため、
光増幅において、信号光は順方向のみ増幅されて逆方向
は遮断される。

光伝送／ステトの一つに第１Ｉ図に示す加入者系の時分
割方向制御方式かある。図中Ｎｌ、Ｎ２はノード、ＴＩ
−Ｔ４は加入者、Ｆは光フアイバ伝送路を示す。時分割
方向制御方式はピンポン伝送とも呼ばれ、信号の送信方
向を時間的に切り替える方式で、光ファイバ伝送路Ｆ−
本を用いて双方向伝送することが可能である。このシス
テムに光増幅器を導入すると、ノード間、ノート・加入
者間の伝送距離を伸ばすことができ、一つの７−ドにつ
ながる加入者数を飛躍的に増加することかできる。

しかしなから、従来の光アイソレータを用いて光増幅を
行った場合、上述のように一方向伝送となるため、加入
者系の時分割方向制御方式は第１２図（Ａ）に示したよ
うに、２方向の伝送路か必要になる。図中Δ１．Ａ２は
光増幅器、■１〜Ｉ４は光アイソレータ、Ｎｌ、Ｎ２は
ノード、Ｔ１〜Ｔ４は加入者、Ｆｌ、Ｆ２は光フアイバ
伝送路を示す。従って従来の光アイソレータを用いたも
のでは、光フアイバ伝送路および光増幅器そして光アイ
ソレータ自身も２式用意しなければならずコストかかか
るという問題点があった。

伝送方向を決定する光アイソレータの順方向、逆方向を
任意に切り替えることが可能であれば、伝送路数を一本
にすることが可能である。第１２（Ｂ）図は方向可変な
光アイソレータを用いた場合の加入者系の時分割方向制
御方式を示した図である。図中１’ｌ、Ｉ’２は方式可
変光アイソレータを示している。光信号の伝送方向に合
わせて時間的に光アイソレータＩ’ｌ、Ｉ°２の方向に
切り替えれば一本の伝送路で双方向伝送が可能となる。

本発明の目的は、順方向、逆方向を外部の信号により変
換できる方向可変な光アイソレータを提供することにあ
る。

「課題を解決するための手段」 本発明は、偏光子、４５度ファラデー回転子、検光子よ
りなる光アイソレータにおいて、偏光方向を互いに４５
度に配した偏光子、検光子間に、電圧により旋光度を切
り替えられる旋光子と、該旋光子用電圧源を設けたこと
を特徴とする。

また、本発明は、複屈折結晶板、４５度ファラデー回転
子、旋光子よりなる光アイソレータにおいて、旋光方向
が電圧により切り替えられる旋光子を用い、該旋光子用
電圧源を設けたことを特徴とする。

「作用」 本発明は、電気的に旋光性が変化する旋光子を用いるこ
とにより、電気的に順方向、逆方向か制御可能な光アイ
ソレータを提供することができる。

「実施例Ｊ 以下、本発明の方向可変光アイソレータの実施例を第１
図ないし第７図に基づいて説明する。

（第１の実施例） 本発明の第１の実施例を説明する。本発明は第１図に示
したように、光アイソレータにおいて、偏光子Ｐ１、フ
ァラデー回転子ＦＲ１旋光子Ｒ１検光子Ｐ２の順に配置
していて、旋光子Ｒ１に電圧源Ｖが接続されている。

検光子Ｐ２の透過偏光方向は偏光子Ｐ１の透過偏光方向
に対してファラデー回転子ＦＲの回転と同方向に４５度
回転している。

本発明で用いる旋光子Ｒは、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
は該ねじれ配向結晶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。ねじれ配向結晶は第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の長軸がガラス基板Ｇｌ、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を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。一方、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、液晶分子Ｍが電界方向に沿ってし
まうため旋光性か消失する。したかって、該ねじれ配向
結晶を用いて、電圧ＯＦＦ時は９０度の旋光性を打し、
電圧ＯＮ時は旋光性を持たない旋光子Ｒを形成すること
ができる。

また、同様の効果はＬ　＋　Ｎ　ｂ　Ｏ５、ＫＤＰ等の
電気光学結晶を用いても実現できる。第３図は電気光学
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
源を示す。電圧源■により電極Ｅ３．Ｅ４間に電界をか
けると電界の強さに比例した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。例えば第３図に示したようにＹ方向に電圧を印
加して、Ｘ偏光とＸ偏光の位相差をπまたは２πにする
ことにより偏光方向を９０度回転させたり、３６０６０
度回転まり旋光していないもとの偏光状態で出射するこ
とが可能である。従って、該電気光学結晶を用いても本
発明で必要とする旋光子Ｒを形成することができる。以
下、旋光子Ｒとしてねじれ配向液晶を用いた場合につい
て述べる。

第４図（Ａ）は旋光子Ｒに電圧を印加した場合の順方向
の光線に対する動作、第４図（Ｂ）は旋光子Ｒに電圧を
印加した場合の逆方向の光線に対する動作、第４図（Ｃ
）は旋光子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、第４図（Ｄ）は旋光子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した図である。

（ア）〜（セ）は通過する点における光線の偏光方向を
示している。

本発明の、旋光子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Ｌ１を経由した光は、偏光子Ｐ１により特定の
偏光のみ透過する（ア）。

透過した偏光はファラデー回転子ＦＲにより偏光方向が
４５度回転しくイ）、旋光子Ｒに入射する。

旋光子Ｒは電圧源■により電圧を印加しであるので、旋
光子Ｒから出射した偏光は偏光方向を保持したまま検光
子Ｐ２に入射する（つ）。この偏光は偏光方向が検光子
Ｐ２の透過偏光方向と一致するため、偏光は検光子Ｐ２
を透過しく１）、レンズＬ２により集光され光ファイバ
Ｆ２に結合する。

旋光子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、光ファイノ＜Ｆ２からレンズＬ
　２を経由した光は、検光子Ｐ２により偏光子Ｐｌに対
して４５度回転した偏光のみが透過する（オ）。このと
き旋光子Ｒには電圧を印加しであるため偏光方向は変化
しない（力）。旋光子Ｒを透過した偏光はファラデー回
転子ＦＲに入射し、偏光方向はさらに４５度回転する（
キ）。

この偏光は偏光方向が偏光子Ｐ１の透過偏光方向と直交
するため、偏光子Ｐ１で遮断され光ファイバＦ１には結
合しない。

旋光子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Ｆ１からレンズＬ
１を経由した光は、偏光子Ｐ１により特定の偏光のみ透
過する（り）。透過した偏光はファラデー回転子ＦＲに
より偏光方向が４５度回転して（ケ）、旋光子Ｒに入射
する。このとき旋光子Ｒには電圧を印加していないので
偏光方向は９０度回転する（コ）。この偏光は偏光方向
が検光子Ｐ２の透過偏光方向と直交するため、検光子Ｐ
２で遮断され光ファイバＦ２に結合しない。

旋光子Ｒに電圧を印加しない場合の逆方向の場合は第４
図（Ｉ））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１）　２により偏光子Ｐ１
に対して４５度回転した偏光のみか透過する（す）。透
過した偏光は旋光子Ｒに入ｑ４するが、このとき電圧を
印加していないため偏光方向は９０度回転する（１）。

旋光子Ｒを透過した偏光はファラデー回転子ＦＲに入射
し、偏光方向を４５度回転する（ス）。この偏光は偏光
方向が偏光子Ｐ１の透過偏光方向と一致するため偏光子
Ｐ１を透過しくセ）、レンズＬｌにより集光され光ファ
イバＦ１に結合する。

このように、旋光子Ｒに印加する電圧のＯＮ。

ＯＦＦにより、光アイソレータの順方向、逆方向が切り
替えられる。

（第２の実施例） 次に本発明の第２の実施例を説明する。本発明は第５図
に示したように、光アイソレータにおいて、複屈折結晶
板Ｂｌ、ファラデー回転子Ｆ　Ｒ１旋光子Ｉく、複屈折
結晶板Ｂ２の順に配置していて、旋光子Ｉくに電圧源■
か接続されている。

本発明で用いる旋光子１くは、電圧により４５度旋先の
方向を切り替えられる性質を持っている。

これは具体的には、２分の１波長板とねじれ配向液晶を
用いて実現できる。第６図は２分の１波長板とねじれ配
向液晶による±４５度旋光を説明したしのである。図中
（ン）〜（ト）は通過する点における光線の偏光方向を
示しており、左向きに回転した時を正とし、右向きに回
転した時を負の回転とする。Ｒ１は偏光方向を正方向に
４５度回転する２分の１波長板、Ｒ２は負方向に９０度
旋光性を持つねじれ配向液晶、■はねじれ配向液晶用電
圧源である。ねしれ配向液晶Ｒ２は電圧を印加すると、
旋光性を持たない。従って、ねじれ配向液晶Ｒ２に電圧
を印加した場合、順方向では２分の１波長板Ｒ１および
ねじれ配向液晶Ｒ２を透過した偏光の偏光方向は正方向
に４５度回転する（第６図（Ａ））。逆方向では、負方
向に４５度回転する（第６図（Ｂ））。一方、ねじれ配
向液晶Ｒ２は電圧を印加しない時は９０度の旋光性を持
つ。従って、ねじれ配向液晶Ｒ２に電圧を印加しない場
合、順方向では２分の１波長板Ｒ１およびねじれ配向液
晶Ｒ２を透過した偏光の偏光方向は負方向に４５度回転
する（第６図（Ｃ））。逆方向では、正方向に４５度回
転する（第６図（Ｄ））。従って、２分の１波長板Ｒ１
およびねじれ配向結晶Ｒ２を用いることにより、電圧Ｏ
Ｎ時は順方向では＋４５度、逆方向では一４５度、電圧
ＯＦＦ時は順方向では一４５度、逆方向では＋４５度の
旋光性を示す旋光子Ｒを形成することができる。

また、同様の効果はＬｉＮｂ○、、ＫＤＰ等の電気光学
結晶を用いても実現できる。第３図で示したように電気
光学結晶は、かける電界の強さにより偏光状態を制御す
ることができる。従って、電気光学結晶を用いても本発
明で必要とする旋光子Ｒを形成することができる。以下
、旋光子Ｒとして２分の１波長板およびねじれ配向液晶
を用いた場合について述べる。

第７図（Ａ）は旋光子Ｒに電圧を印加した場合の順方向
の光線に対する動作、第７図（Ｂ）は旋光子Ｒに電圧を
印加した場合の逆方向の光線に対する動作、第７図（Ｃ
）は旋光子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、第７図（Ｄ）は旋光子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した図である。

複屈折結晶板Ｂｌ、Ｂ２のブロック内のＣは複屈折結晶
の光学軸を示している。（す）〜（ワ）は通過する点に
おける光線の偏光方向を示している。

本発明の、旋光子Ｒに電圧を印加した場合の順方向の動
作を第７図（Ａ）を用いて説明する。光ファイバＦｌか
らレンズＬ１を経由して複屈折結晶板Ｂｌに入射した順
方向の光線か、複屈折結晶板Ｂ１を通過するとき常光線
と異常光線に分離される（す）（ニ）。そして４５度フ
ァラデー回転子ＰＲにより常光線、異常光線とも偏光方
向が４５度回転した後（ヌ）（ネ）、旋光子Ｒに入射す
る。このとき電圧を印加しているので偏光方向は＋４５
４５度回転（）’）　　（ノリ、複屈折結晶板Ｂ２に入
射する。複屈折結晶板Ｂ２の光学軸は複屈折結晶板Ｂ１
の光学軸に対して偏光の回転方向に光線軸を中心に１８
０８０度回転ものを用いているので常光線、異常光線は
複屈折結晶板Ｂ２に対しても常光線、異常光線となって
いる。従って常光線、異常光線は同一軸上に合波され、
光学レンズＬ２により光ファイバＦ２に結合される。

旋光子Ｒに電圧を印加した場合の逆方向の動作を第７図
（Ｂ）を用いて説明する。光ファイ／　ｚＨＦ２からレ
ンズＬ　２を経由して複屈折結晶板Ｂ２に入射した光は
常光線と異常光線に分離され（ヒ）（））、旋光子Ｒに
入射する。このとき電圧を印加しているので常光線、異
常光線とも偏光方向は４５度回転する（へ）（ホ）。フ
ァラデー回転子ＦＲにより偏光方向がさらに一４５度回
転するため、複屈折結晶板Ｂｌの光学軸に対して常光線
、異常光線が入れ替わることになる（マ）（ミ）。

従って、常光線、異常光線ともに光ファイツマ「ｌにズ
↑して光軸すれか生しるため光ファイノ＼Ｉ−″１（こ
結合されない。

旋光子ｌｋに電圧を印加しない場合の順方向の動作を第
７図（Ｃ）を用いて説明する。光ファイ／・Ｆｌからレ
ンズＬ１を経由して複屈折結晶板Ｂ１に入ｑ、１シた１
昭方向の光線か、複圧（［マ結晶板Ｂｌを通過するとき
常光線と異常光線に分離される（ム）（メ）。そして４
５度ファラテー回転子ＦＲにより７：；、光線、異常光
線とも偏光方向か一４５度回転した後（モ）（ヤ）、旋
光子Ｒに入射する。旋光子１くにより偏光方向がさらに
一４５度回転するため、複屈折結晶板Ｂ２の光学軸にλ
１して常光線、異常光線か入れ替わることになる（２）
（ヨ）。

従って、常光線、異常光線ともに光ファイツマＦ２に対
して光軸ずれか生じるため光ファイノ＼Ｆ２に結合され
ない。

旋光子Ｒに電圧を印加しない場合の逆方向の動作を第７
図（Ｄ）を用いて説明する。光ファイノ＼Ｆ２からレン
ズＬ２を経由して複屈折結晶板Ｂ２に入射した光は常光
線と異常光線に分離され（う）（す）、旋光子Ｒに入射
する。このとき電圧を印加していないので常光線、異常
光線とも偏光方向は＋４５４５度回転（ル）（し）。そ
の後ファラデー回転子ＦＲにより偏光方向が一４５度回
転するため（ロ）（ワ）常光線、異常光線は同一軸上に
合波され、光学レンズＬ　１により光ファイ／　ｓｊ　
Ｆｌに結合される。

このように、旋光子Ｒに印加する電圧の０ＮＯＦＦによ
り、光アイソレータの順方向、逆方向が切り替えられる
。しかも、本発明の光アイソレータは任意の偏波に対し
て光アイソレータとして動作する。

「発明の効果」 以上述べたように本発明によれば、電気的に旋光性が変
化する旋光子を用いることにより、電気的に順方向、逆
方向を任意に切り替えできる、方向可変光アイソレータ
を提供することができる。

この方向可変光アイソレータを用いることにより、光増
幅器を用いる光伝送システムにおいて、情報伝送方向を
任意に切り替えすることか可能となるため、加入者系の
時分割方向制御伝送方式の伝送路数の削減による低コス
ト化等か可能となり、効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図はねじ
れ配向液晶の旋光性を説明する図、第３図は電気光学結
晶の旋光性を説明する図、第４図は本発明の第１の実施
例の動作を説明する図、第５図は本発明の第２の実施例
の構成図、第６図は旋光子の１４５度旋光性を説明する
図、第７図は本発明の第２の実施例の動作を説明する図
、第８図は従来の技術の構成図、第９図は従来の技術の
動作を説明する図、第１０図は光増幅器の基本構成図、
第１１図は加入者系の時分割方向制御伝送方式の構成図
、第１２図は光増幅を用いた加入者系の時分割方向伝送
方式の構成図である。 Ｆ、Ｆｌ、Ｆ２・・・・・・光ファイバ、Ｌｌ、Ｌ２光
学レンズ、Ｐｌ・・・・・偏光子、Ｆ２・・・・・検光
子、Ｐ　Ｒ・・ファラデー回転子、Ｒ・・・・旋光子、
Ｒ１２分の１ｅ長板、Ｒ２、ねじれ配向液晶、Ｂｌ、Ｂ
２・・　複屈折結晶板、Ｅｌ、Ｒ２透明電極、Ｇｌ、Ｇ
２　　　カラス基板、Ｍ　・液晶分子、Ｂ３．Ｂ４　　
　・電極、ＥＯ・・・電気光学結晶、（ア）〜（ワ）、
（ａ）〜（ｅ）　　・　偏光方向、Ａ、Ａ１．Ａ２・・
　光増幅器、１１〜１４・９従来の光アイソレータ、ｌ
’ｌ、Ｉ°２・　方向可変光アイソレータ、Ｎｌ、Ｎ２
・・・・・ノート、Ｔ１〜Ｔ４　　加入者。 Ｎ３図 第４図 第 図 第 図 ■ 第 図 第 図 第１２図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏光子、４５度ファラデー回転子、検光子よりな
   る光アイソレータにおいて、偏光方向を互いに４５度に
   配した偏光子、検光子間に、電圧により９０度旋光、非
   旋光を切り替えられる旋光子を用い、該旋光子用電圧源
   を設けたことを特徴とする方向可変光アイソレータ。
2. （２）複屈折結晶板、４５度ファラデー回転子、旋光子
   よりなる光アイソレータにおいて、旋光方向が電圧によ
   り±４５度切り替えられる旋光子を用い、該旋光子用電
   圧源を設けたことを特徴とする方向可変光アイソレータ
   。