JPH05188323A

JPH05188323A - 光アイソレータ

Info

Publication number: JPH05188323A
Application number: JP413192A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Aizawa; 茂樹相澤; Takao Matsumoto; 隆男松本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】２つの波長λ１，λ２の光を使った双方向通信
システム構成を簡単にすることができる光アイソレータ
を提供する。【構成】波長λ１の光はファラデー回転子３２により４
５度の（２ｍ＋１）倍の偏光回転を受ける。また、波長
λ２の光はファラデー回転子３２により４５度（２ｍ＋
３）倍の偏光回転を受ける。これにより、順方向に入射
した場合には、波長をλ１の光のみ透過し、波長λ２の
光は透過することはできない。一方逆方向から入射した
場合には、波長λ２の光は透過できるが、波長λ１の光
は透過できない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光アイソレータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体レーザを光源として用
いる光通信、書き込み可能なビデオディスク等では光フ
ァイバ、レンズ系、コネクタ類の端面からの反射光を防
止する装置として光アイソレータを用いていた。

【０００３】図２は従来の光アイソレータの一例を示す
もので、図中１、２は複屈折結晶素子、３は半波長板、
４はファラデー回転子（磁気光学結晶）、５は永久磁
石、６はケース、７は光入力部、８は光出力部である。

【０００４】この光アイソレータにおける光の伝搬の様
子を図３に従って説明する。図３の（ａ）は光が順方向
に入射した場合の偏光の様子を示すものである。この場
合、光入力部７から入力した入力光１０は、複屈折結晶
素子１を通過後、屈折しない偏光成分である常光成分１
１ａおよび屈折する偏光成分である異常光成分１１ｂの
２つの直交した偏光に分離される。この２つの光成分１
１ａ、１１ｂは、半波長板３を通過し、これによってそ
の偏光方向がそれぞれ４５度回転され（１２ａ、１２
ｂ）、さらに永久磁石５（ここでは図示せず）により矢
印方向の磁場Ａが加えられたファラデー回転子４を通過
し、これによってその偏光方向が４５度回転される（１
３ａ、１３ｂ）。従って、ファラデー回転子４から出力
される光１３ａ、１３ｂは入力光１０に対して偏光方向
が９０度ずれている。複屈折結晶素子２は、その結晶軸
が複屈折結晶素子１に対して９０度ずらして配置されて
おり、前記光１３ａ及び１３ｂはそれぞれ複屈折結晶素
子２に対して異常光成分および常光成分となるため、合
成されて、出力光１４として出力される。この出力光１
４は入力光１０に対して偏光方向が９０度回転してい
る。

【０００５】図３の（ｂ）は光が逆方向に入射した場合
を示すものである。この場合、入力光２０は複屈折結晶
素子２を通過後、常光成分２１ａ及び２１ｂの２つの直
交した直線偏光に分離される。この２つの光成分２１
ａ、２１ｂはファラデー回転子４を通過し、これによっ
てその偏光方向がそれぞれ４５度回転され（２２ａ、２
２ｂ）、さらに半波長板３を通過し、これによってその
偏光方向が４５度回転される（２３ａ、２３ｂ）。ここ
で、ファラデー回転子４による偏光方向の回転方向は、
ファラデー回転子４のもつ非相反性のため、光の入射方
向によらず磁場Ａの方向によってのみ決まり、この場
合、ファラデー回転子４による回転方向と半波長板３に
よる回転方向とは逆になる。従って、半波長板３から出
力される光２３ａ、２３ｂは、複屈折結晶素子２から出
力される光２１ａ、２１ｂに対して偏光方向が回転しな
い。前記光２３ａ及び２３ｂはそれぞれ複屈折結晶素子
１に対して常光成分および異常光成分となるため、該光
２３ａは直進し（２４ａ）、また光２３ｂは順方向の入
射時と逆の方向に位置が変えられる（２４ｂ）。この出
力光２４ａ、２４ｂは順方向の入射した時の位置２５と
異なる位置にそれぞれ出力される。

【０００６】従って、図２における光入力部７をピンホ
ール状にすれば、逆方向の入力光、即ち、反射光を遮断
することができる。このようにして光アイソレータは順
方向にしか光を通さず、入射する光の偏光に依存しな
い。

【０００７】図４は前記光アイソレータにおける光の進
路を示すもので、同図の（ａ）は順方向に光が入射した
場合、同図の（ｂ）は逆方向に光が入射した場合のもの
をそれぞれ示している。図中●（黒丸）は異常光成分、
｜（縦線）は常光成分をそれぞれ示している。

【０００８】図４に示すように、光入力部７より入力さ
れた光は、偏光方向によらず光出力部８へ出力されてい
るが、光出力部８より入力された光はいずれの偏光方向
の光も光入力部７からずれた位置に出力している。この
光アイソレータは光完全な遮断ではなく、光のスポット
位置の変化を利用しているといえる。

【０００９】また、他の従来例として、半波長板３を用
いず、複屈折結晶素子２の代わりに２つの複屈折結晶板
を組み合わせることにより、偏光方向が９０度異なる２
つの分離した光を合成するようになしたもの（特公昭５
８−２８５６１号公報参照）もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の光アイソレータ
では、単一波長、単一方向の光のアイソレーションにつ
いてのみ考慮していた。そのため、双方向光通信に使用
する場合にシステム構成が大きくなってしまうという問
題点があった。

【００１１】本発明の目的は、前記従来の問題点を鑑み
てなされたもので、一方の入力端から光を入射した場合
には、波長λ１の光が透過し、波長λ２の光がアイソレ
ートされ、もう一方の入力端から光を入射した場合に
は、波長λ２の光が透過し、波長λ１の光がアイソレー
トされる光アイソレータを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１では、直交する２つの偏光を分離合成可能
な第１の複屈折結晶板と、直交する２つの偏光を分離可
能な第２の複屈折結晶板と、直交する２つの偏光を分離
合成可能な第３の複屈折結晶板と、前記第１の複屈折結
晶板と第２の複屈折結晶板の間に配した非相反性のファ
ラデー回転子とを備え、前記ファラデー回転子は、入射
する光の波長λ１、λ２に対して、その偏光回転角がそ
れぞれ４５度の（２ｍ＋１）倍、（２ｍ＋３）倍（ただ
し、ｍは整数）となるように設定し、前記第２の複屈折
結晶板の厚みを前記第１の複屈折結晶板の厚みの１／√
２倍に設定し、前記第３の複屈折結晶板の厚みを前記第
１の複屈折結晶板の１／√２倍に設定し、前記第２の複
屈折結晶板の光学軸は前記第１の複屈折結晶板の光学軸
に対してファラデー回転子の回転方向と逆方向に４５度
（ｍは偶数）あるいは１３５度（ｍは奇数）回転してお
り、前記第３の複屈折結晶板の光学軸は前記第２の複屈
折結晶板に対してファラデー回転子による偏光回転方向
と逆方向に９０度回転している。

【００１３】また、請求項２では、直交する２つの偏光
を分離合成可能な第１の複屈折結晶板と、直交する２つ
の偏光を分離可能な第２の複屈折結晶板と、直交する２
つの偏光を分離合成可能な第３の複屈折結晶板と、前記
第１の複屈折結晶板と第２の複屈折結晶板の間に配した
非相反性の第１のファラデー回転子と、前記第２の複屈
折結晶板と前記第３の複屈折結晶板の間に配した非相反
性の第２のファラデー回転子とを備え、前記各ファラデ
ー回転子は、入射する光の波長λ１、λ２に対して、そ
の偏光回転角がそれぞれ４５度の（２ｍ＋１）倍、（２
ｍ＋３）倍（ただし、ｍは整数）となるように設定し、
前記第２の複屈折結晶板の厚みを前記第１の複屈折結晶
板の厚みの√２倍に設定し、前記第３の複屈折結晶板の
厚みを前記第１の複屈折結晶板の厚みと同じになるよう
に設定し、前記第２の複屈折結晶板の光学軸は前記第１
の複屈折結晶板の光学軸に対してファラデー回転子の回
転方向と逆方向に４５度（ｍは偶数）あるいは１３５度
（ｍは奇数）回転しており、前記第３の複屈折結晶板の
光学軸は前記第１の複屈折結晶板に対してファラデー回
転子による偏光回転方向と同方向に９０度（ｍは偶数）
あるいは２７０度（ｍは奇数）回転している。

【００１４】

【作用】請求項１によれば、順方向においては、第１の
複屈折結晶板により２つの波長λ１、λ２の光はそれぞ
れ常光、異常光に分離され、非相反性のファラデー回転
子により偏光が回転され、第２の複屈折結晶板に入力さ
れる。ここで、一方の２つの光が異常光として作用する
ため、この２つの光は位置が変化して出力され、また、
他方の２つの光は常光として作用し、そのまま出力され
る。第２の複屈折結晶板を通過した光は第３の複屈折結
晶板に入力される。第３の複屈折結晶板に対して他方の
２つの光は異常光となるので、出力する時に位置が変化
する。一方の２つの光は常光として作用し、そのまま出
力される。第３の複屈折結晶板を通過したところで、波
長λ１の光は合成され、出力される。

【００１５】また、逆方向においては、第３の複屈折結
晶板を通過することにより、２つの波長λ１、λ２の光
はそれぞれ常光、異常光に分離される。第２の複屈折結
晶板において、一方の２つの光は異常光として作用する
ため、位置が変化して出力され、また、他方の２つの光
は常光として作用し、そのまま出力される。第２の複屈
折結晶板を通過した光はファラデー回転子に入力され
る。ファラデー回転子は光の入射方向によらず、磁場の
方向によってのみ偏光回転方向が決まり、それぞれ入力
した光の偏光方向が回転され、第１の複屈折結晶板に入
力される。第１の複屈折結晶板において、他方の２つの
光は異常光として作用するため、位置が変えられて出力
され、また一方の２つの光は常光として作用し、そのま
ま通過すると共に、波長λ２の光は合成され、出力され
る。

【００１６】このように、一方から光を入力した場合に
は、波長λ１の光が通過し、波長λ２の光は通過できな
い。他方から入力した場合には、波長λ２の光が通過
し、波長λ１の光は通過できない。

【００１７】請求項２によれば、第２のファラデー回転
子による偏光回転動作が加わる点の外は請求項１と基本
的に同様に作用する。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図１に示す。ここで、３１
は直交する２つの偏光を分離合成可能な第１の複屈折結
晶板、３２は非相反性のファラデー回転子、３３は直交
する２つの偏光を分離合成可能な第２の複屈折結晶板、
３４は直交する２つの偏光分離合成可能な第３の複屈折
結晶板、３５は第１の光入力部、３６は第２の光入力
部、３７は第１のレンズ、３８は第２のレンズ、３９は
ケースである。

【００１９】前記ファラデー回転子３２は、入射する光
の波長λ１、λ２に対して、その偏光回転角がそれぞれ
４５度の（２ｍ＋１）倍、（２ｍ＋３）倍（ただし、ｍ
は整数）となるように設定し、前記第２の複屈折結晶板
３３の厚みを前記第１の複屈折結晶板３１の厚みの１／
√２倍に設定し、前記第３の複屈折結晶板３４の厚みを
前記第１の複屈折結晶板３１の厚みの１／√２倍に設定
し、前記第２の複屈折結晶板３３の光学軸は前記第１の
複屈折結晶板３１の光学軸に対してファラデー回転子３
２の回転方向と逆方向に４５度（ｍは偶数）あるいは１
３５度（ｍは奇数）回転しており、前記第３の複屈折結
晶板の光学軸３４は前記第２の複屈折結晶板３３に対し
てファラデー回転子３２による偏光回転方向と逆方向に
９０度回転している。

【００２０】ここで、図５を用いて光アイソレータとし
ての動作を説明する。なお、図５中Ａ〜Ｅの符号は動作
ポイントを示している。また、説明を簡単にするために
ファラデー回転子３２により、波長λ１の光は偏光が４
５度回転され、波長λ２の光は偏光が１３５度回転され
るものとする。図５の（ａ）は第１の光入力部３５より
第２の光入力部３６へ向かう光を入射した場合の動作
（偏光と位置の変化）を示している。第１の光入力部３
５より入力された２つの波長λ１、λ２の光は第１のレ
ンズ３７によりコリメートされる（４０、５０）。第１
のレンズ３７を通過した光は第１の複屈折結晶板３１を
通過し、これにより２つの波長λ１、λ２の光はそれぞ
れ常光、異常光に分離される（λ１：４１ａ、４１ｂ、
λ２：５１ａ、５１ｂ）。第１の複屈折板３１を通過し
た光は非相反性のファラデー回転子３２により偏光が回
転される。偏光回転角度はそれぞれ、波長λ１の光に対
して４５度（４２ａ、４２ｂ）、波長λ２の光に対して
１３５度である（５２ａ、５２ｂ）。ファラデー回転子
３２を通過した光は第２の複屈折結晶板３３に入力され
る。ここで、光４２ａと５２ｂが異常光として作用する
ため、この２つの光は位置が変化して出力される（４３
ａ、５３ｂ）。一方、光５２ａと４２ｂは常光として作
用し、そのまま出力される（５３ａ、４３ｂ）。第２の
複屈折結晶板３３を通過した光は第３の複屈折結晶板３
４に入力される。第３の複屈折結晶板３４に対して光４
３ｂおよび光５３ａは異常光となるので、出力する時に
位置が変化する（４４ｂ、５４ａ）。一方光４３ａおよ
び５３ｂは常光として作用し、そのまま出力される（４
４ａ、５４ｂ）。第３の複屈折結晶板３４を通過したと
ころで、波長λ１の光４４ａ、４４ｂは合成されてい
る。第２のレンズ３８はこの波長λ１の光が出力される
ところに設置されているので、波長λ１の光のみがレン
ズ３８で集光され第２の光入力部３６より出力される。

【００２１】図５の（ｂ）は第２の光入力部３６から光
を入力した場合を示している。第２の光入力部３６より
入力された光は第２のレンズ３８によりコリメートされ
る（６０，７０）。第２のレンズ３８を通過した光は、
第３の複屈折結晶板３４を通過し、これにより２つの波
長λ１、λ２の光はそれぞれ常光（６１ａ、７１ａ）、
異常光（６１ｂ、７１ｂ）に分離される。第２の複屈折
結晶板３３において、光６１ａ、７１ａは異常光として
作用するため、位置が変化して出力される（６２ａ、７
２ａ）。一方、光６１ｂ、７１ｂは常光として作用し、
そのまま出力される（６２ｂ、７２ｂ）。第２の複屈折
結晶板３３を通過した光はファラデー回転子３２に入力
される。ファラデー回転子３２は光の入射方向によら
ず、磁場の方向によってのみ偏光回転方向が決まる。従
って、波長λ１の光は第１の光入力部３５から入力され
た光と同じ方向に４５度偏光が回転し（６３ａ、６３
ｂ）、波長λ２の光は第１の光入力部３５から入力され
た光と同じ方向に１３５度偏光が回転される（７３ａ、
７３ｂ）。ファラデー回転子３２を通過した光は第１の
複屈折結晶板３１に入力される。第１の複屈折結晶板３
１において、光６３ａおよび７３ｂは異常光として作用
するため、位置が変えられて出力される（６４ａ、７４
ｂ）。一方、第１の複屈折結晶板３１において光６３ｂ
及び光７３ａは常光として作用し、そのままレンズ３７
側に通過する（６４ｂ、７４ａ）。ここで、波長λ２の
光は合成され、第１のレンズ３７に結合し、第１の光入
力部３５より出力される。

【００２２】以上説明したように、第１の光入力部３５
から光を入力した場合には、波長λ１の光が通過し、波
長λ２の光は通過できない。第２の光入力部３６から入
力した場合には、波長λ２の光が通過し、波長λ１の光
は通過できない。

【００２３】次に具体的数字を用いて説明する。ファラ
デー回転子は一般に１μｍ付近では波長の約−２乗に比
例することが知られている。そこで、ファラデー回転子
の偏光回転角特性が次式で示されるとする。

【００２４】ρ＝ａλ^-2.00099 (1) ２つの波長λ１、λ２を１５５０ｎｍ、１３１０ｎｍと
する。１５５０ｎｍで４５度回転する場合、１３１０ｎ
ｍでは、４５×（１３１０／１５５０）^-2.000 ⁹⁹＝６３
度偏光が回転する。従って、１５５０ｎｍで２２５度偏
光が回転するようにすれば、１３１０ｎｍの光に対して
偏光が３１５度回転する。従って、２つの波長の光がフ
ァラデー回転子を通過した場合の偏光回転角度差が９０
度になる。

【００２５】第１の実施例の構成において考えれば、第
１の光入力部から光を入力した場合、１５５０ｎｍの光
は通過するが、１３１０ｎｍの光は通過しない。一方第
２の光入力部から光を入力した場合については、１３１
０ｎｍの光は通過するが、１５５０ｎｍの光は通過しな
い。

【００２６】図６は本発明の第２の実施例を示してい
る。ここで、８１は第１の複屈折結晶板、８２は第１の
ファラデー回転子、８３は第２の複屈折結晶板、８４は
第２のファラデー回転子、８５は第３の複屈折結晶板、
８６は第１の光入力部、８７は第２の入力光入力部、８
８は第１のレンズ、８９は第２のレンズ、９０はケース
である。

【００２７】ここで、第１の複屈折結晶板８１と第３の
複屈折結晶板８５の厚みは同じであり、第２の複屈折結
晶板８３の厚みは第１の複屈折結晶板８１の厚みの√２
倍である。また、第２の複屈折結晶板８３の光学軸は第
１の複屈折結晶板８１の光学軸に対して、ファラデー回
転子８２，８４による偏光回転方向と逆方向に４５度
（あるいは１３５度）回転しており、第３の複屈折結晶
板８５は第１の複屈折結晶板８１の光学軸に対してファ
ラデー回転子８２，８４による偏光回転方向に光学軸が
９０度（あるいは２７０度）回転している。その他の構
成は前記実施例と同様である。

【００２８】この実施例においては、第２のファラデー
回転子８４の偏光回転動作が加わる外は、基本動作は第
１の実施例と同じである。この実施例によれば２段構成
になっているため、アイソレーション特性が向上する利
点を有する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した如く、請求項１によれば、
２つの光が存在する場合に、順方向に対して、ある波長
λ１の光は透過し、もう１つの波長λ２の光は透過しな
い。逆方向については、波長λ１の光は透過しないが、
波長λ２の光は透過する。従って、二つの波長の光によ
る双方向光通信システム構成を簡単にすることができ
る。また、請求項２によれば、第１及び第２のファラデ
ー回転子により、２段構成となっているため、アイソレ
ーション特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光アイソレータの第１の実施例を示す
構成図。

【図２】従来の光アイソレータの一例を示す構成図。

【図３】図２の光アイソレータにおける光の伝搬の様子
を示す説明図。

【図４】図２の光アイソレータにおける光の進路を示す
説明図。

【図５】第１の実施例の基本動作説明図。

【図６】本発明の第２の実施例を示す構成図。

【符号の説明】

３１…第１の複屈折結晶板、３２…ファラデー回転子、
３３…第２の複屈折結晶板、３４…第３の複屈折結晶
板、３５…第１の光入力部、３６…第２の光入力部、３
７…第１のレンズ、３８…第２のレンズ、８１…第１の
複屈折結晶板、８２…第１のファラデー回転子、８３…
第２の複屈折結晶板、８４…第２のファラデー回転子、
８５…第３の複屈折結晶板、８６…第１の光入力部、８
７…第２の光入力部、８８…第１のレンズ、８９…第２
のレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直交する２つの偏光を分離合成可能な第１
の複屈折結晶板と、直交する２つの偏光を分離可能な第
２の複屈折結晶板と、直交する２つの偏光を分離合成可
能な第３の複屈折結晶板と、前記第１の複屈折結晶板と
第２の複屈折結晶板の間に配した非相反性のファラデー
回転子とを備え、前記ファラデー回転子は、入射する光の波長λ１、λ２
に対して、その偏光回転角がそれぞれ４５度の（２ｍ＋
１）倍、（２ｍ＋３）倍（ただし、ｍは整数）となるよ
うに設定し、前記第２の複屈折結晶板の厚みを前記第１の複屈折結晶
板の厚みの１／√２倍に設定し、前記第３の複屈折結晶板の厚みを前記第１の複屈折結晶
板の厚みの１／√２倍に設定し、前記第２の複屈折結晶板の光学軸は前記第１の複屈折結
晶板の光学軸に対してファラデー回転子の回転方向と逆
方向に４５度（ｍは偶数）あるいは１３５度（ｍは奇
数）回転しており、前記第３の複屈折結晶板の光学軸は前記第２の複屈折結
晶板に対してファラデー回転子による偏光回転方向と逆
方向に９０度回転していることを特徴とする光アイソレ
ータ。
【請求項２】直交する２つの偏光を分離合成可能な第１
の複屈折結晶板と、直交する２つの偏光を分離可能な第
２の複屈折結晶板と、直交する２つの偏光を分離合成可
能な第３の複屈折結晶板と、前記第１の複屈折結晶板と
第２の複屈折結晶板の間に配した非相反性の第１のファ
ラデー回転子と、前記第２の複屈折結晶板と前記第３の
複屈折結晶板の間に配した非相反性の第２のファラデー
回転子とを備え、前記各ファラデー回転子は、入射する光の波長λ１、λ
２に対して、その偏光回転角がそれぞれ４５度の（２ｍ
＋１）倍、（２ｍ＋３）倍（ただし、ｍは整数）となる
ように設定し、前記第２の複屈折結晶板の厚みを前記第１の複屈折結晶
板の厚みの√２倍に設定し、前記第３の複屈折結晶板の厚みを前記第１の複屈折結晶
板の厚みと同じになるように設定し、前記第２の複屈折結晶板の光学軸は前記第１の複屈折結
晶板の光学軸に対してファラデー回転子の回転方向と逆
方向に４５度（ｍは偶数）あるいは１３５度（ｍは奇
数）回転しており、前記第３の複屈折結晶板の光学軸は前記第１の複屈折結
晶板に対してファラデー回転子による偏光回転方向と同
方向に９０度（ｍは偶数）あるいは２７０度（ｍが奇
数）回転していることを特徴とする光アイソレータ。