JPH05323234A - Three port type optical circulator - Google Patents

Three port type optical circulator

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JPH05323234A
JPH05323234A JP4154340A JP15434092A JPH05323234A JP H05323234 A JPH05323234 A JP H05323234A JP 4154340 A JP4154340 A JP 4154340A JP 15434092 A JP15434092 A JP 15434092A JP H05323234 A JPH05323234 A JP H05323234A
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JP
Japan
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port
light
birefringent
optical
polarization
Prior art date
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Application number
JP4154340A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsugio Tokumasu
次雄 徳増
Tomokazu Imura
智和 井村
Ikuo Maeda
育生 前田
Masataka Shirasaki
正孝 白崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FDK Corp
Fujitsu Ltd
Original Assignee
FDK Corp
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05323234A publication Critical patent/JPH05323234A/en
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Abstract

PURPOSE:To unnecessitate high precision working of constituent optical elements, to reduce a number of parts, to facilitate assembling and adjustment, to attain low price and to put to practical use. CONSTITUTION:A second port P2, a non-reversing part 10 and a third port P3 are arranged in this order and a first port P1 is arranged in the proximity of the third prot P3. The non-reversing part is constituted by arranging the first and the second wedge-like birefringent prisms 18, 19 so that respective thick and thin parts are confronted to each other. Both birefringent prisms are made of a rutile single crystal having the vertex angle of 11 to 13 degrees. The optical axis of the second birefringent prism 19 rotates by 45 degrees to that of the first birefringent prism 18. A signal light incident from the second port P2 couples to the third port P3 while a signal light with linear polarization from the first port P1 couples to the second port P2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ルチル単結晶からなり
頂角を11〜31度とした楔状複屈折プリズムが45度
ファラデー回転子の両側に位置し且つ両複屈折プリズム
の厚肉部と薄肉部とが相対向するように組み合わせた非
相反部を有する3ポート型光サーキュレータに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a wedge-shaped birefringent prism made of rutile single crystal and having an apex angle of 11 to 31 degrees, located on both sides of a 45 degree Faraday rotator and having a thick portion of both birefringent prisms. The present invention relates to a three-port type optical circulator having a non-reciprocal portion that is combined with a thin portion so as to face each other.

【0002】[0002]

【従来の技術】光サーキュレータは、光通信システムや
光計測等で使用され、あるポートからの入射光を特定方
向の別のポートのみに出射する機能をもつ、多ポート受
動非相反素子である。
2. Description of the Related Art An optical circulator is a multi-port passive non-reciprocal element used for optical communication systems, optical measurement, etc. and having a function of emitting incident light from a certain port only to another port in a specific direction.

【0003】従来の光サーキュレータの代表的なものと
しては、特開昭55−93120 号に示されている4ポート型
がある。この4ポート型光サーキュレータは、2個の偏
光ビームスプリッタの間に、ファラデー回転子と1/2
波長板とを配置した構成である。ここで偏光ビームスプ
リッタは偏光分離膜と全反射面を別々に加工したプリズ
ムを接着剤等により接合して形成する。偏光ビームスプ
リッタの加工精度が悪いと、偏光分離膜や全反射面で、
P偏光とS偏光が所定の反射角度を得られず、各ポート
に出射するP偏光とS偏光の結合が不十分となる。光学
軸調整をするにしても限界があり、加工精度のレベルに
よっては所望の特性が得られない可能性もある。従っ
て、偏光ビームスプリッタには高精度加工が要求される
ため非常に高価な装置となっている。
As a typical conventional optical circulator, there is a 4-port type disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-93120. This 4-port type optical circulator has a Faraday rotator and a 1/2
This is a configuration in which a wave plate is arranged. Here, the polarization beam splitter is formed by bonding a polarization separation film and a prism whose total reflection surface is processed separately with an adhesive or the like. If the processing accuracy of the polarization beam splitter is poor, the polarization separation film and total reflection surface
A predetermined reflection angle cannot be obtained for the P-polarized light and the S-polarized light, and the coupling between the P-polarized light and the S-polarized light emitted to each port becomes insufficient. Even if the optical axis is adjusted, there is a limit, and the desired characteristics may not be obtained depending on the level of processing accuracy. Therefore, since the polarization beam splitter requires high-precision processing, it is a very expensive device.

【0004】また実用に供されている光サーキュレータ
では、大部分が3ポートしか使用されていない。上記4
ポート型光サーキュレータでは1ポート分が不要になっ
ており、装置が高価であることを考慮すると大きな無駄
となっている。3ポート型光サーキュレータとしては、
三角柱状の反射体を用いた例(特開昭55−117124号)も
あるが、構造が複雑で且つ全てのポートに偏光依存性が
あり、実用的とは言い難い。
Most of the practical optical circulators use only three ports. 4 above
The port type optical circulator does not require one port, which is a great waste considering that the device is expensive. As a 3-port type optical circulator,
There is also an example using a triangular prism-shaped reflector (JP-A-55-117124), but it is difficult to say that it is practical because the structure is complicated and all ports have polarization dependence.

【0005】そこで最近、複屈折板を用いて構造を簡単
化した3ポート型光サーキュレータが提案された(1990
年電気情報通信学会秋季全国大会予稿集C−183 )。こ
れは光学軸が面に対して約45度の角度をなす複屈折板
を異常光が透過する際に光学軸が横ずれすること、及び
ファラデー回転子の非相反性を利用したものである。3
枚の複屈折板(板厚比がほぼ1:21/2 :1)を使用
し、それらの光学軸が互いに光学軸の回りに45度回転
させて配置し、それらの間にそれぞれ45度ファラデー
回転子を介装する。そして、その結合体の一方の側に2
本の光ファイバを並置し、他方の側にレンズを介して1
本の光ファイバを設ける構成である。3本の各光ファイ
バがそれぞれポートとなる。
Therefore, recently, a 3-port type optical circulator having a simplified structure using a birefringent plate has been proposed (1990).
Proceedings of the Autumn National Conference of the Institute of Electrical, Information and Communication Engineers C-183). This utilizes the lateral deviation of the optical axis when extraordinary light passes through the birefringent plate whose optical axis forms an angle of about 45 degrees with the plane, and the non-reciprocity of the Faraday rotator. Three
Two birefringent plates (thickness ratio is approximately 1: 2 1/2 : 1) are used, and their optical axes are arranged so that they are rotated by 45 degrees around each other, and between them are 45 degrees. Faraday rotator is installed. And 2 on one side of the combination
1 optical fibers are arranged side by side, and a lens is placed on the other side 1
This is a configuration in which a book optical fiber is provided. Each of the three optical fibers serves as a port.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の3ポー
ト型光サーキュレータは、偏光素子として平行平面の複
屈折板を用いており、そのためポート間隔が非常に狭い
問題がある。これは複屈折板による光線のシフト量、す
なわち常光と異常光の分離間隔が極めて少ないことが原
因である。そのためポートの固定が容易ではない。光線
のシフト量を大きくするためには、複屈折板を厚くする
ことが考えられるが、そうすると装置が大型化するばか
りでなく、高価なものとなる。
However, the above-mentioned three-port type optical circulator uses a parallel-plane birefringent plate as a polarizing element, and therefore has a problem that the port interval is very narrow. This is because the birefringent plate shifts the light rays, that is, the separation distance between the ordinary ray and the extraordinary ray is extremely small. Therefore, fixing the port is not easy. To increase the amount of light beam shift, it is conceivable to increase the thickness of the birefringent plate, but this would not only increase the size of the device but also increase the cost.

【0007】また上記の構成ではポート間の間隔がとり
難いため、隣接する二つのポートでは光ファイバ芯線
(外径寸法125μm)を2本束ねる構成となってお
り、それぞれの光ファイバにレンズを1個ずつ配置する
ことができない。一般に結合効率を高めるためには、1
本の光ファイバに対して1個のレンズを組み合わせるの
が望ましい。しかし上記の光サーキュレータは3本の光
ファイバに対して唯1個のレンズを組み込んだものとな
り、自ずと光の結合効率向上には限界がある。
Further, in the above structure, since it is difficult to provide a space between the ports, two adjacent optical fibers have a structure in which two optical fiber core wires (outer diameter size 125 μm) are bundled, and one lens is provided for each optical fiber. Cannot be placed individually. Generally, to increase the coupling efficiency, 1
It is desirable to combine one lens with one optical fiber. However, the above-mentioned optical circulator has only one lens incorporated into three optical fibers, so that there is a limit in improving the light coupling efficiency.

【0008】本発明の目的は、構成光部品の高精度加工
が不要で且つ部品点数が少なく、隣接ポート間の間隔を
広げられるため組立調整及び固定も容易に行うことがで
き、各ポートにレンズを組み込めるため光の結合効率が
高く、安価で実用的な3ポート型光サーキュレータを提
供することである。
The object of the present invention is to eliminate the need for high-precision machining of constituent optical parts, to reduce the number of parts, and to widen the space between adjacent ports, so that assembly adjustment and fixing can be easily performed, and a lens can be attached to each port. It is an object of the present invention to provide an inexpensive and practical 3-port type optical circulator having a high light coupling efficiency because it can be incorporated.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、ルチル単結晶
からなり頂角を11〜31度とした楔状複屈折プリズム
が45度ファラデー回転子の両側に位置し互いの厚肉部
と薄肉部とが相対向するように組み合わせた非相反部
と、非相反部の両側の第2及び第3のポートにそれぞれ
配置される第2及び第3のファイバコリメータと、前記
第3のポートに近接した第1のポートに配置される第1
のファイバコリメータとを具備した3ポート型光サーキ
ュレータである。ここで第2及び第3のファイバコリメ
ータは、それぞれレンズと光ファイバを有し、第1のフ
ァイバコリメータはレンズと偏波保存光ファイバを有す
る。第2のポートから入射した信号光は偏光無依存で非
相反部を通って第3のポートに結合し、第1のポートか
らの直線偏光信号光は非相反部を通って第2のポートに
結合する。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, wedge-shaped birefringent prisms made of rutile single crystal and having an apex angle of 11 to 31 degrees are located on both sides of a 45 degree Faraday rotator and have a thick portion and a thin portion. And a non-reciprocal part which are combined so as to face each other, and second and third fiber collimators which are respectively arranged at second and third ports on both sides of the non-reciprocal part, and which are close to the third port. First placed on the first port
It is a 3-port type optical circulator equipped with a fiber collimator. Here, the second and third fiber collimators each have a lens and an optical fiber, and the first fiber collimator has a lens and a polarization-maintaining optical fiber. The signal light incident from the second port passes through the non-reciprocal portion without polarization dependence and is coupled to the third port, and the linearly polarized signal light from the first port passes through the non-reciprocal portion to the second port. Join.

【0010】[0010]

【作用】第2のポートから入射した光信号は、ファイバ
コリメータにより平行光となっており、第1の複屈折プ
リズムによって常光と異常光に分離される。この分離光
は、ファラデー回転子により偏光面が45度回転し、第
2の複屈折プリズムによりそれぞれ平行光となって第3
のポートに出射し、レンズにより光ファイバに集光され
る。従って、第2のポートから第3のポートに出射する
場合は偏光無依存である。
The optical signal incident from the second port is collimated by the fiber collimator and is separated into ordinary light and extraordinary light by the first birefringent prism. The polarization plane of the separated light is rotated by 45 degrees by the Faraday rotator, and becomes parallel light by the second birefringent prism.
It is emitted to the port of and is condensed on the optical fiber by the lens. Therefore, when the light is emitted from the second port to the third port, it is polarization independent.

【0011】第1のポートから直線偏光信号光を入射す
ると、第2の複屈折プリズムにより屈折してファラデー
回転子に達する。ファラデー回転子の非相反性によって
偏光面が45度回転し、第1の複屈折プリズムの偏光面
は第2の複屈折プリズムの光学軸に対して45度回転し
ているので、光信号の偏光面は第1の複屈折プリズムの
光学軸に対して直交することになる。即ち常光は異常光
に、あるいは異常光は常光に変換されることになる。こ
うして変換された光信号は第1の複屈折プリズムで屈折
して第2のポート側に出射する。逆に言うと、変換され
た光が丁度第2のポートに出射するように第1のポート
の位置が決められている。従って、第1のポートから第
2のポートに出射する場合は偏光依存となる。
When the linearly polarized signal light enters from the first port, it is refracted by the second birefringent prism and reaches the Faraday rotator. Due to the non-reciprocity of the Faraday rotator, the plane of polarization is rotated by 45 degrees, and the plane of polarization of the first birefringent prism is rotated by 45 degrees with respect to the optical axis of the second birefringent prism. The surface will be orthogonal to the optical axis of the first birefringent prism. That is, ordinary light is converted into extraordinary light, or abnormal light is converted into ordinary light. The optical signal thus converted is refracted by the first birefringent prism and emitted to the second port side. Conversely speaking, the position of the first port is determined so that the converted light is exactly emitted to the second port. Therefore, when the light is emitted from the first port to the second port, it depends on the polarization.

【0012】複屈折プリズムの頂角が大きいため、第3
のポートと第1のポートの間隔も大きくなりファイバコ
リメータの固定自由度が増加する。しかし頂角が大きす
ぎると第3のポートに入射する常光と異常光の分離距離
も増加するので両者の結合がとり難くなる。従って頂角
を11〜31度とすることが光サーキュレータとして有
効である。
Due to the large apex angle of the birefringent prism, the third
The distance between the port and the first port also increases, and the degree of freedom in fixing the fiber collimator increases. However, if the apex angle is too large, the separation distance between the ordinary ray and the extraordinary ray incident on the third port also increases, making it difficult to combine the two. Therefore, it is effective for the optical circulator to set the apex angle to 11 to 31 degrees.

【0013】[0013]

【実施例】図1に本発明の3ポート型光サーキュレータ
の構造を示す。第2のポートP2と、非相反部10と、
第3のポートP3 及び第1のポートP1 とをこの順に配
置した構造である。非相反部10は、円筒状の永久磁石
12内に磁気光学素子14を収容してファラデー回転子
16とし、該ファラデー回転子16の両側に第1の楔状
複屈折プリズム18と第2の楔状複屈折プリズム19と
が位置し、第1及び第2の複屈折プリズム18,19を
それぞれの厚肉部と薄肉部とが相対向するように配置し
た構造である。第2の複屈折プリズム19の光学軸は第
1の複屈折プリズム18の光学軸に対して45度回転し
ている。両複屈折プリズム18,19はルチル単結晶か
らなり、その頂角を11〜31度の範囲内に設定する。
1 shows the structure of a 3-port type optical circulator of the present invention. The second port P 2 , the non-reciprocal portion 10,
In this structure, the third port P 3 and the first port P 1 are arranged in this order. The non-reciprocal portion 10 accommodates a magneto-optical element 14 in a cylindrical permanent magnet 12 to form a Faraday rotator 16, and a first wedge-shaped birefringent prism 18 and a second wedge-shaped birefringent prism 18 are provided on both sides of the Faraday rotator 16. The refraction prism 19 is located, and the first and second birefringence prisms 18 and 19 are arranged so that their thick portions and thin portions face each other. The optical axis of the second birefringent prism 19 is rotated by 45 degrees with respect to the optical axis of the first birefringent prism 18. Both birefringent prisms 18 and 19 are made of rutile single crystal, and the apex angle thereof is set within the range of 11 to 31 degrees.

【0014】磁気光学素子14は例えば基板に磁気光学
結晶のLPE(液相エピタキシャル成長)膜を形成した
ものである。複屈折プリズム18,19は、例えばルチ
ル単結晶などを用い、光学軸が入射光線に対して垂直な
面内にあるようにスロープを付けて切り出してある。各
ポートP2 ,P3 ,P1 には、レンズ22,32,42
とフェルール付き光ファイバ24,34,44とを、金
属製スリーブ26,36,46内に収容したファイバコ
リメータ20,30,40を配置する。ポートP2 ,P
3 に配置されているファイバコリメータ20,30の光
ファイバはともにシングルモードファイバ(SMF)で
あり、ポートP1 に配置されているファイバコリメータ
40の光ファイバは偏波保存ファイバ(PMF)を使用
する。
The magneto-optical element 14 is, for example, a substrate on which an LPE (liquid phase epitaxial growth) film of a magneto-optical crystal is formed. The birefringent prisms 18 and 19 are made of, for example, rutile single crystal, and are cut out with a slope so that the optical axis lies in a plane perpendicular to the incident light beam. The lenses 22, 32, 42 are attached to the respective ports P 2 , P 3 , P 1.
The fiber collimators 20, 30, and 40 in which the optical fibers with ferrules 24, 34, and 44 are housed in the metal sleeves 26, 36, and 46 are arranged. Ports P 2 and P
The optical fibers of the fiber collimators 20 and 30 arranged at 3 are both single-mode fibers (SMF), and the optical fiber of the fiber collimator 40 arranged at port P 1 is a polarization maintaining fiber (PMF). ..

【0015】第2のポートP2 から入射した光信号(実
線で示す)は偏光無依存で第3のポートP3 へ出力す
る。即ち、第2のポートP2 からの入射光は、第2のフ
ァイバコリメータ20のレンズ22により平行光とな
り、第1の複屈折プリズム18によって偏光面が互いに
直交する常光と異常光に分離される。常光は偏光方向が
波面法線と光学軸を含む面(図では紙面)に垂直である
直線偏光であり、異常光は偏光方向が波面法線と光学軸
を含む面に平行である直線偏光である。この分離光は、
ファラデー回転子16により偏光面が45度回転し第2
の複屈折プリズム19によりそれぞれ平行光となるた
め、第3のファイバコリメータ30に出射しレンズ32
により光ファイバ34に集光される。つまり第3のポー
トに出射する。一方、第3のポートP3 から入射した逆
方向からの反射戻り光は、第2の複屈折プリズム19に
よって常光と異常光に分離され、ファラデー回転子16
の非相反性によって偏光面が45度回転する。第1の複
屈折プリズム18の偏光面は第2の複屈折プリズム19
の光学軸に対して45度回転しているので、分離光は第
1の複屈折プリズム18の光学軸に対して直交してい
る。従って第1の複屈折プリズム18において常光は異
常光としての屈折を行い、異常光は常光としての屈折を
行うため、第1の複屈折プリズム18を通過した後は平
行光とならず、第2のファイバコリメータ20に達しな
い。
The optical signal incident from the second port P 2 (shown by a solid line) is output to the third port P 3 without polarization. That is, the incident light from the second port P 2 becomes parallel light by the lens 22 of the second fiber collimator 20, and is separated by the first birefringent prism 18 into ordinary light and extraordinary light whose polarization planes are orthogonal to each other. .. Ordinary light is linearly polarized light whose polarization direction is perpendicular to the plane containing the wavefront normal and the optical axis (paper surface in the figure), and extraordinary light is linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the plane containing the wavefront normal and the optical axis. is there. This separated light is
The Faraday rotator 16 rotates the plane of polarization by 45 degrees, and the second
The parallel refracting prisms 19 collimate the parallel light, and the collimated light is emitted to the third fiber collimator 30.
Is focused by the optical fiber 34. That is, the light is emitted to the third port. On the other hand, the reflected return light from the opposite direction, which is incident from the third port P 3 , is separated into ordinary light and extraordinary light by the second birefringent prism 19, and the Faraday rotator 16
The plane of polarization is rotated by 45 degrees due to the non-reciprocity. The polarization plane of the first birefringent prism 18 is the second birefringent prism 19
Since it is rotated by 45 degrees with respect to the optical axis of, the separated light is orthogonal to the optical axis of the first birefringent prism 18. Therefore, in the first birefringent prism 18, the ordinary light refracts as extraordinary light, and the extraordinary light refracts as ordinary light. Therefore, after passing through the first birefringent prism 18, the ordinary light does not become parallel light, and Of the fiber collimator 20 is not reached.

【0016】この反射戻り光の原理を応用して、第1の
ポートP1 から直線偏光信号光(点線で示す)を非相反
部に入射して第2のポートP2 へ出射するように第1の
ポートP1 を配置する。第1のポートP1 から非相反部
10に入射した光は、例えば異常光と同一の偏光面を有
するとする。第2の複屈折プリズム19により屈折し
て、ファラデー回転子16の非相反性によって偏光面が
45度回転する。第1の複屈折プリズム18の偏光面は
第2の複屈折プリズム19の光学軸に対して45度回転
しているので、分離光は第1の複屈折プリズム18の光
学軸に対して直交している。従って第1の複屈折プリズ
ム18において異常光は常光としての屈折を行い、ファ
イバコリメータ20に出射し、レンズ22により光ファ
イバ24に集光される。
Applying the principle of this reflected return light, the linearly polarized signal light (shown by the dotted line) from the first port P 1 is made incident on the nonreciprocal portion and is emitted to the second port P 2 . 1 port P 1 is arranged. It is assumed that the light incident on the nonreciprocal portion 10 from the first port P 1 has the same polarization plane as the extraordinary light. The light is refracted by the second birefringent prism 19, and the plane of polarization is rotated by 45 degrees due to the non-reciprocity of the Faraday rotator 16. Since the polarization plane of the first birefringent prism 18 is rotated by 45 degrees with respect to the optical axis of the second birefringent prism 19, the separated light is orthogonal to the optical axis of the first birefringent prism 18. ing. Therefore, the extraordinary light is refracted as the ordinary light in the first birefringent prism 18, is emitted to the fiber collimator 20, and is condensed on the optical fiber 24 by the lens 22.

【0017】なお、本実施例ではファラデー回転子16
を光学軸に対して少し傾けており、それによって反射戻
り光を低減している。
In this embodiment, the Faraday rotator 16 is used.
Is slightly tilted with respect to the optical axis, which reduces reflected return light.

【0018】本発明の光サーキュレータを組み立てる時
に必要な寸法、即ち図1に示すように、楔状複屈折プリ
ズムの頂角α、第1のポートP1 からの入射光の光学軸
に対する入射角θ、光学軸方向の非相反部と第1のポー
トP1 の間隔L1、第3のポートP3 と第1のポートP
1 の間隔L2、第3のポートP3 に入射する常光と異常
光の分離距離δについて計算した。ここで、第3のポー
トP3 と第1のポートP1 の間隔L2は、ファイバコリ
メータとして外径寸法が2〜2.5mmのものを使用して
いるため、2.5mm以上必要となる。光学軸方向の楔状
複屈折プリズムと第1のポートP1 との距離L1を25
mmにすると、第3のポートP3 と第1のポートP1 の間
隔L2を2.5mm以上確保できることが確認されてい
る。従ってここではL1=25mmに固定することとし
た。結果を表1に示す。
Dimensions required when assembling the optical circulator of the present invention, that is, as shown in FIG. 1, the apex angle α of the wedge-shaped birefringent prism, the incident angle θ of the incident light from the first port P 1 with respect to the optical axis, distance L1 of the non-reciprocal unit and the first port P 1 of the optical axis direction, and the third port P 3 the first port P
An interval L2 of 1 and a separation distance δ of ordinary light and extraordinary light incident on the third port P 3 were calculated. Here, the third port P 3 the first distance L2 port P 1, since the outer diameter is using those 2~2.5mm as fiber collimator is required than 2.5 mm. The distance L1 between the wedge-shaped birefringent prism in the optical axis direction and the first port P 1 is set to 25.
If the mm, that the third port P 3 of the first port spacing L2 of P 1 can be secured more 2.5mm has been confirmed. Therefore, L1 = 25 mm is fixed here. The results are shown in Table 1.

【0019】プリズムの頂角αを大きくすると、第3の
ポートP3 と第1のポートP1 の間隔L2も大きくと
れ、ファイバコリメータの固定自由度が増加する。しか
し、同時にポートP3 に入射する常光と異常光の分離距
離δも増加してくるので、常光と異常光の結合がとりに
くくなり、結合効率が劣化することになる。現状のファ
イバコリメータの外径寸法は2〜2.5mmであるから、
プリズムの頂角は21度以上必要となる。将来ファイバ
コリメータの外径は縮小化され外径寸法も1.0mm以下
程度になるものと予想され、頂角も11度程度まで許容
範囲に入ると考えられる。
When the apex angle α of the prism is increased, the distance L2 between the third port P 3 and the first port P 1 is also increased, and the fixing degree of freedom of the fiber collimator is increased. However, at the same time, the separation distance δ between the ordinary ray and the extraordinary ray incident on the port P 3 is also increased, so that the ordinary ray and the extraordinary ray are difficult to be coupled, and the coupling efficiency is deteriorated. Since the outer diameter of the current fiber collimator is 2 to 2.5 mm,
The apex angle of the prism must be 21 degrees or more. It is expected that the outer diameter of the fiber collimator will be reduced in the future and the outer diameter dimension will be about 1.0 mm or less, and the apex angle will be within the allowable range up to about 11 degrees.

【0020】楔状複屈折プリズムの頂角は治具を用いる
ことにより容易に精度よく加工できる。従来の光サーキ
ュレータの偏光ビームスプリッタの組立加工などに比べ
れば偏光分離膜や全反射面の加工工程や接着剤などによ
るプリズムの接合も不要なため、製造コストは極めて安
い。
The apex angle of the wedge-shaped birefringent prism can be easily and accurately processed by using a jig. Compared with the conventional assembly process of the polarization beam splitter of the optical circulator, the manufacturing process is extremely low because the process of processing the polarization separation film and the total reflection surface and the joining of the prisms with an adhesive are unnecessary.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】楔状複屈折プリズムの頂角を21度とした
ときの表1の値で各部品を配設し、光サーキュレータの
アイソレーション特性を測定した結果を表2に示す。な
お、単位はdBである。
Table 2 shows the results of measuring the isolation characteristics of the optical circulator by arranging each component with the values shown in Table 1 when the apex angle of the wedge-shaped birefringent prism is 21 degrees. The unit is dB.

【表2】 [Table 2]

【0023】第2のポートP2 から第3のポートP3
及び第3のポートP3 から第1のポートP1 へのアイソ
レーション特性はいずれも高い値を示しており、一方、
第2のポートP2 から第3のポートP3 へ、第1のポー
トP1 から第2のポートP2への方向の挿入損失は極く
僅かである。従って、本発明は、例えば第2のポートP
2 には伝送路,第3のポートP3 には受光素子、第1の
ポートP1 には発光素子を接続し、第1のポートP1
第2のポートP2 →第3のポートP3 の双方向通信に好
適である。また、光ファイバアナライザ(OTDR)等
の光計測にも応用可能である。
The isolation characteristics from the second port P 2 to the third port P 3 and from the third port P 3 to the first port P 1 both show high values, while
The insertion loss in the direction from the second port P 2 to the third port P 3 and from the first port P 1 to the second port P 2 is very small. Therefore, the present invention is applicable to, for example, the second port P.
2 transmission line, a third port the light receiving element to P 3, the first port P 1 connects the light emitting element, the first port P 1
It is suitable for bidirectional communication from the second port P 2 to the third port P 3 . Further, it can be applied to optical measurement such as an optical fiber analyzer (OTDR).

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明の3ポート型光サーキュレータ
は、ルチル単結晶からなり頂角が11〜31度の楔状複
屈折プリズムが45度ファラデー回転子の両側に位置し
且つ両複屈折プリズムの厚肉部と薄肉部とが相対向する
ように組み合わせた非相反部を有する構成であるから、
非相反部の同じ側に配置されるポート間隔を広げられる
ため組立調整及び固定を容易に行うことができ、各ポー
トにレンズを組み込めるため光の結合効率を向上させる
ことができる。また複屈折プリズムの頂角加工が治具を
使用して容易に実施でき、高精度加工も不要であり、ま
た構造が単純で部品数も少ないので、低価格化を図れ
る。
In the three-port type optical circulator of the present invention, the wedge-shaped birefringent prisms made of rutile single crystal and having an apex angle of 11 to 31 degrees are located on both sides of the 45 degree Faraday rotator, and the thickness of both birefringent prisms is large. Since the structure has a non-reciprocal portion that is combined so that the thin portion and the thin portion face each other,
Since the ports arranged on the same side of the non-reciprocal portion can be widened, the assembly adjustment and fixing can be easily performed, and the light coupling efficiency can be improved because the lens can be incorporated in each port. Further, the vertical angle of the birefringent prism can be easily processed by using a jig, high precision processing is not required, and the structure is simple and the number of parts is small, so that the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る3ポート型光サーキュレータの一
実施例を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a 3-port type optical circulator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 非相反部 12 永久磁石 14 磁気光学素子 16 ファラデー回転子 18 第1の複屈折プリズム 19 第2の複屈折プリズム 20 第2のファイバコリメータ 30 第3のファイバコリメータ 40 第1のファイバコリメータ P1 第1のポート P2 第2のポート P3 第3のポート10 non-reciprocal part 12 permanent magnet 14 magneto-optical element 16 Faraday rotator 18 first birefringent prism 19 second birefringent prism 20 second fiber collimator 30 third fiber collimator 40 first fiber collimator P 1 first 1st port P 2 2nd port P 3 3rd port

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年5月28日[Submission date] May 28, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Name of item to be corrected] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0003】従来の光サーキュレータの代表的なものと
しては、特開昭55−93120 号に示されている4ポート型
がある。この4ポート型光サーキュレータは、2個の偏
光ビームスプリッタの間に、ファラデー回転子と1/2
波長板とを配置した構成である。ここで偏光ビームスプ
リッタは偏光分離膜と全反射面を別々に加工したプリズ
ムを接着剤等により接合して形成する。偏光ビームスプ
リッタの加工精度が悪いと、偏光分離膜や全反射面で、
P偏光とS偏光が所定の反射角度を得られず、各ポート
に出射するP偏光とS偏光の結合が不十分となる。光軸
調整をするにしても限界があり、加工精度のレベルによ
っては所望の特性が得られない可能性もある。従って、
偏光ビームスプリッタには高精度加工が要求されるため
非常に高価な装置となっている。
As a typical conventional optical circulator, there is a 4-port type disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-93120. This 4-port type optical circulator has a Faraday rotator and a 1/2
This is a configuration in which a wave plate is arranged. Here, the polarization beam splitter is formed by bonding a polarization separation film and a prism whose total reflection surface is processed separately with an adhesive or the like. If the processing accuracy of the polarization beam splitter is poor, the polarization separation film and total reflection surface
A predetermined reflection angle cannot be obtained for the P-polarized light and the S-polarized light, and the coupling between the P-polarized light and the S-polarized light emitted to each port becomes insufficient. Even if the optical axis is adjusted, there is a limit, and desired characteristics may not be obtained depending on the level of processing accuracy. Therefore,
Since the polarization beam splitter requires high-precision processing, it is an extremely expensive device.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0005[Correction target item name] 0005

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0005】そこで最近、複屈折板を用いて構造を簡単
化した3ポート型光サーキュレータが提案された(1990
年電気情報通信学会秋季全国大会予稿集C−183 )。こ
れは光学軸が面に対して約45度の角度をなす複屈折板
を異常光が透過する際に光軸が横ずれすること、及びフ
ァラデー回転子の非相反性を利用したものである。3枚
の複屈折板(板厚比がほぼ1:21/2 :1)を使用し、
それらの光学軸が互いに光軸の回りに45度回転させて
配置し、それらの間にそれぞれ45度ファラデー回転子
を介装する。そして、その結合体の一方の側に2本の光
ファイバを並置し、他方の側にレンズを介して1本の光
ファイバを設ける構成である。3本の各光ファイバがそ
れぞれポートとなる。
Therefore, recently, a 3-port type optical circulator having a simplified structure using a birefringent plate has been proposed (1990).
Proceedings of the Autumn National Conference of the Institute of Electrical, Information and Communication Engineers C-183). This utilizes the fact that the optical axis shifts laterally when extraordinary light passes through the birefringent plate whose optical axis forms an angle of about 45 degrees with the plane, and the non-reciprocity of the Faraday rotator. Using three birefringent plates (thickness ratio is approximately 1: 2 1/2 : 1),
Place by around the rotation 45 degrees their optical axes are optical axes with each other, interposing the respective 45-degree Faraday rotator between them. Then, two optical fibers are juxtaposed on one side of the combined body, and one optical fiber is provided on the other side via a lens. Each of the three optical fibers serves as a port.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0015】第2のポートP2 から入射した光信号(実
線で示す)は偏光無依存で第3のポートP3 へ出力す
る。即ち、第2のポートP2 からの入射光は、第2のフ
ァイバコリメータ20のレンズ22により平行光とな
り、第1の複屈折プリズム18によって偏光面が互いに
直交する常光と異常光に分離される。常光は偏光方向が
波面法線と光学軸を含む面に垂直である直線偏光であ
り、異常光は偏光方向が波面法線と光学軸を含む面に平
行である直線偏光である。この分離光は、ファラデー回
転子16により偏光面が45度回転し第2の複屈折プリ
ズム19によりそれぞれ平行光となるため、第3のファ
イバコリメータ30に出射しレンズ32により光ファイ
バ34に集光される。つまり第3のポートに出射する。
一方、第3のポートP3 から入射した逆方向からの反射
戻り光は、第2の複屈折プリズム19によって常光と異
常光に分離され、ファラデー回転子16の非相反性によ
って偏光面が45度回転する。第1の複屈折プリズム1
8の偏光面は第2の複屈折プリズム19の光学軸に対し
て45度回転しているので、分離光は第1の複屈折プリ
ズム18の光学軸に対して直交している。従って第1の
複屈折プリズム18において常光は異常光としての屈折
を行い、異常光は常光としての屈折を行うため、第1の
複屈折プリズム18を通過した後は平行光とならず、第
2のファイバコリメータ20に達しない。
The optical signal incident from the second port P 2 (shown by a solid line) is output to the third port P 3 without polarization. That is, the incident light from the second port P 2 becomes parallel light by the lens 22 of the second fiber collimator 20, and is separated by the first birefringent prism 18 into ordinary light and extraordinary light whose polarization planes are orthogonal to each other. .. Ordinary light is linearly polarized light whose polarization direction is perpendicular to the plane containing the wavefront normal and the optical axis, and extraordinary light is linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the plane containing the wavefront normal and the optical axis. Since the polarization plane of the separated light is rotated 45 degrees by the Faraday rotator 16 and becomes parallel light by the second birefringent prism 19, the separated light is emitted to the third fiber collimator 30 and condensed on the optical fiber 34 by the lens 32. To be done. That is, the light is emitted to the third port.
On the other hand, the reflected return light from the opposite direction incident from the third port P 3 is separated into ordinary light and extraordinary light by the second birefringent prism 19, and the plane of polarization is 45 degrees due to the non-reciprocity of the Faraday rotator 16. Rotate. First birefringent prism 1
Since the polarization plane of No. 8 is rotated 45 degrees with respect to the optical axis of the second birefringent prism 19, the separated light is orthogonal to the optical axis of the first birefringent prism 18. Therefore, in the first birefringent prism 18, the ordinary light refracts as extraordinary light, and the extraordinary light refracts as ordinary light. Therefore, after passing through the first birefringent prism 18, the ordinary light does not become parallel light, and Of the fiber collimator 20 is not reached.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0017】なお、本実施例ではファラデー回転子16
光軸に対して少し傾けており、それによって反射戻り
光を低減している。
In this embodiment, the Faraday rotator 16 is used.
Is slightly tilted with respect to the optical axis , which reduces reflected return light.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0018】本発明の光サーキュレータを組み立てる時
に必要な寸法、即ち図1に示すように、楔状複屈折プリ
ズムの頂角α、第1のポートP1 からの入射光の光軸
対する入射角θ、光軸方向の非相反部と第1のポートP
1 の間隔L1、第3のポートP3 と第1のポートP1
間隔L2、第3のポートP3 に入射する常光と異常光の
分離距離δについて計算した。ここで、第3のポートP
3 と第1のポートP1の間隔L2は、ファイバコリメー
タとして外径寸法が2〜2.5mmのものを使用している
ため、2.5mm以上必要となる。光軸方向の楔状複屈折
プリズムと第1のポートP1 との距離L1を25mmにす
ると、第3のポートP3 と第1のポートP1 の間隔L2
を2.5mm以上確保できることが確認されている。従っ
てここではL1=25mmに固定することとした。結果を
表1に示す。
Dimensions required when assembling the optical circulator of the present invention, that is, as shown in FIG. 1, the apex angle α of the wedge-shaped birefringent prism and the optical axis of the incident light from the first port P 1. Angle of incidence θ, non-reciprocal part in the optical axis direction and the first port P
The distance L1 of 1, the distance L2 of the third port P 3 and the first port P 1 , and the separation distance δ of the ordinary light and the extraordinary light incident on the third port P 3 were calculated. Where the third port P
3 a first distance L2 port P 1, since the outer diameter is using those 2~2.5mm as fiber collimator is required than 2.5 mm. When the distance L1 between the wedge-shaped birefringent prism in the optical axis direction and the first port P 1 is set to 25 mm, the distance L2 between the third port P 3 and the first port P 1
It has been confirmed that the gap can be secured at 2.5 mm or more. Therefore, L1 = 25 mm is fixed here. The results are shown in Table 1.

【手続補正6】[Procedure Amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0022[Name of item to be corrected] 0022

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0022】楔状複屈折プリズムの頂角を21度とした
ときの表1の値で各部品を配設し、光サーキュレータの
アイソレーション特性を測定した結果を表2に示す。な
お、単位はdBである。
Table 2 shows the results of measuring the isolation characteristics of the optical circulator by arranging each component with the values shown in Table 1 when the apex angle of the wedge-shaped birefringent prism is 21 degrees. The unit is dB.

【表2】 [Table 2]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 育生 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 白崎 正孝 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Ikuo Maeda 5 36-11 Shinbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemical Co., Ltd. In the company

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ルチル単結晶からなり頂角を11〜31
度とした楔状複屈折プリズムが45度ファラデー回転子
の両側に位置し且つ互いの厚肉部と薄肉部とが相対向す
るように組み合わせた非相反部と、それぞれレンズと光
ファイバを有し非相反部の両側の第2及び第3のポート
にそれぞれ配置される第2及び第3のファイバコリメー
タと、レンズと偏波保存光ファイバを有し前記第3のポ
ートに近接した第1のポートに配置される第1のファイ
バコリメータとを具備し、第2のポートから入射した信
号光は偏光無依存で非相反部を通って第3のポートに結
合し、第1のポートからの直線偏光信号光は非相反部を
通って第2のポートに結合することを特徴とする3ポー
ト型光サーキュレータ。
1. A rutile single crystal having an apex angle of 11 to 31.
The wedge-shaped birefringent prisms are positioned on both sides of the 45-degree Faraday rotator and are combined so that their thick and thin portions face each other. Second and third fiber collimators arranged at the second and third ports on both sides of the reciprocal portion, and a first port having a lens and a polarization-maintaining optical fiber and being close to the third port. And a first fiber collimator arranged, the signal light incident from the second port is coupled to the third port through the non-reciprocal portion without polarization dependence, and the linearly polarized signal from the first port is provided. A three-port type optical circulator characterized in that light is coupled to the second port through the non-reciprocal portion.
JP4154340A 1992-05-21 1992-05-21 Three port type optical circulator Pending JPH05323234A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5909310A (en) * 1997-12-08 1999-06-01 U.S.A Kaifa Technology, Inc. Optical circulator
EP1113307A2 (en) * 1999-12-31 2001-07-04 E-Tek Dynamics Optical circulator
JP2008090019A (en) * 2006-10-03 2008-04-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Bidirectional optical module
KR102332244B1 (en) 2021-04-29 2021-12-01 주식회사 에니트 Optical circulator with improved extinction ratio and fiber optic sensor system having the same

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