JPH0534633A - Optical circulator - Google Patents

Optical circulator

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JPH0534633A
JPH0534633A JP19435291A JP19435291A JPH0534633A JP H0534633 A JPH0534633 A JP H0534633A JP 19435291 A JP19435291 A JP 19435291A JP 19435291 A JP19435291 A JP 19435291A JP H0534633 A JPH0534633 A JP H0534633A
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JP
Japan
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birefringent crystal
optical
terminal
light
polarization
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JP19435291A
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Inventor
Yoji Fujii
洋二 藤井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain the high isolation of optical circulator being independent upon polarization having a 4-terminal circuit used only double refraction crystals. CONSTITUTION:Double refraction crystals 10-1, 10-2 are provided at both sides of a non-reciprocal rotary polarization element 11 and the double refraction crystal 10-1 is provided with terminal modules 9-1, 9-3 and the double refraction crystal 10-2 is provided with terminal modules 9-2, 9-4 and by controlling the advancing direction of two optical beams being the same polarization direction from each terminal module, two 3-terminal circuits are combined to prepare a 4-terminal circuit.

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、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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization-independent optical circulator with low loss and high isolation.

【0002】[0002]

【従来の技術】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。これまでに、構造的に低損失、高アイソレーショ
ンを実現することを目的として、種々の形式の光サーキ
ュレータが提案され、その効果が確認されている。
2. Description of the Related Art In order to realize an optical circulator with low loss and high isolation, an error of each constituent element is made extremely small, or a structure in which the error and the influence of the error are extremely small is applied. There is a need to. Up to now, various types of optical circulators have been proposed and their effects have been confirmed for the purpose of structurally realizing low loss and high isolation.

【0003】しかしながら、さらに高アイソレーション
を得ようとすると、構造的な工夫とともに、各構成素子
の誤差を小さくする必要もある。アイソレーションに影
響する主な要因は、偏光の不完全な分離と偏光の回転誤
差である。偏光分離の不完全さの程度は、偏光分離素子
の種類に依存し、通常の光サーキュレータで用いられて
いる誘電体多層膜からなる偏光ビームスプリッタでは、
その消光比は20〜30dB程度でしかない。一方、複
屈折結晶を用いると消光比が60dB程度の偏光分離を
行うことができることが知られている。
However, in order to obtain higher isolation, it is necessary to reduce the error of each constituent element as well as to devise the structure. The main factors affecting isolation are incomplete polarization separation and polarization rotation errors. The degree of incomplete polarization separation depends on the type of polarization separation element, and in a polarization beam splitter composed of a dielectric multilayer film used in a normal optical circulator,
The extinction ratio is only about 20 to 30 dB. On the other hand, it is known that the use of a birefringent crystal enables polarization separation with an extinction ratio of about 60 dB.

【0004】しかしながら、前述の誘電体多層膜からな
る偏光ビームスプリッタが方向性結合器のような4端子
回路の動作であるのに対して、複屈折結晶はY分岐のよ
うな3端子回路の動作であるため、これを光サーキュレ
ータに適用した場合、従来は、以下にその例を示すよう
に、完全な光サーキュレータは構成できなかった。すな
わち、従来の複屈折結晶で偏光分離を行うものは、準光
サーキュレータ動作にとどまっていた。
However, while the polarization beam splitter made of the dielectric multilayer film described above operates as a 4-terminal circuit such as a directional coupler, the birefringent crystal operates as a 3-terminal circuit such as a Y-branch. Therefore, when this is applied to an optical circulator, a complete optical circulator cannot be conventionally constructed as shown in the example below. That is, the conventional birefringent crystal that performs polarization separation is limited to the quasi-optical circulator operation.

【0005】図7は、従来の複屈折結晶で偏光分離を行
う、低損失、高アイソレーションの偏光無依存光サーキ
ュレータの構成である(特願平3−46849「光回路
素子」)。この図7において、1−1〜1−3は複屈折
結晶、2は複屈折結晶、3−1、3−2は相反旋光素
子、4は相反旋光素子、5は相反旋光素子、6は非相反
旋光素子である。複屈折結晶1−1に入力された無偏光
は、複屈折結晶1−1で、その偏光方位が互いに直交す
る2つの直線偏光ビームに分離される。このうちの1つ
の直線偏光ビームの偏光方位を相反旋光素子3−1によ
って90度回転し、2本の光ビームをどちらも、複屈折
結晶2の常光線として、複屈折結晶2に入射する。した
がって、上記の2本の光ビームは複屈折結晶2を直進
し、一方の光ビームは相反旋光素子4と非相反旋光素子
6を通過するので偏光方位の回転はなく、他方の光ビー
ムは相反旋光素子5と非相反旋光素子6を通過するので
偏光方位が90度回転する。この結果、2つの光ビーム
の偏光方位は直交し、複屈折結晶1−2で合波される。
一方、複屈折結晶1−2に入力された無偏光は、複屈折
結晶1−2で、その偏光方位が互いに直交する2つの直
線偏光ビームに分離される。このうちの1つの直線偏光
ビームは相反旋光素子4と非相反旋光素子6を通過する
ので偏光方位が90度回転し、他方の光ビームは相反旋
光素子5と非相反旋光素子6を通過するので偏光方位の
回転はない。この結果、2本の光ビームは、どちらも、
複屈折結晶2の異常光線として、複屈折結晶2に入射す
る。上記の2本の光ビームは複屈折結晶2を左斜め方向
に進行し、複屈折結晶1−1からの光ビームが入射する
点とは異なる点から、複屈折結晶2を出射する。これら
の光ビームのうちの一方は相反旋光素子3−2を通過し
て偏光方位が90度回転するので、2つの光ビームの偏
光方位は直交し、複屈折結晶1−3で合波される。この
ようにして、図7に示した回路は、非相反な動作を行
う。なお、複屈折結晶1−3の端子についても、複屈折
結晶1−2の端子と同様な偏光回転機構(相反旋光素子
4および5と非相反旋光素子6から構成される)を用い
れば、複屈折結晶1−3から入力された光は、さらに別
の第4番目の端子から出力されることは明らかである。
FIG. 7 shows the structure of a polarization-independent optical circulator with low loss and high isolation, which performs polarization separation with a conventional birefringent crystal (Japanese Patent Application No. 3-46849 "Optical Circuit Element"). In FIG. 7, 1-1 to 1-3 are birefringent crystals, 2 is a birefringent crystal, 3-1, 3-2 are reciprocal optical rotatory elements, 4 is a reciprocal optical rotatory element, 5 is a reciprocal optical rotatory element, and 6 is a non-reciprocal optical element. It is a reciprocal optical rotation element. The unpolarized light input to the birefringent crystal 1-1 is separated by the birefringent crystal 1-1 into two linearly polarized beams whose polarization directions are orthogonal to each other. The polarization azimuth of one of the linearly polarized beams is rotated by 90 degrees by the reciprocal optical rotation element 3-1 and both of the two light beams are incident on the birefringent crystal 2 as ordinary rays of the birefringent crystal 2. Therefore, the two light beams described above go straight through the birefringent crystal 2, and one light beam passes through the reciprocal optical rotation element 4 and the non-reciprocal optical rotation element 6, so that there is no rotation of the polarization azimuth and the other light beam reciprocates. Since the light passes through the optical rotatory element 5 and the non-reciprocal optical rotatory element 6, the polarization direction rotates by 90 degrees. As a result, the polarization directions of the two light beams are orthogonal to each other and are combined by the birefringent crystal 1-2.
On the other hand, the non-polarized light input to the birefringent crystal 1-2 is separated by the birefringent crystal 1-2 into two linearly polarized beams whose polarization directions are orthogonal to each other. Since one of the linearly polarized light beams passes through the reciprocal optical rotation element 4 and the non-reciprocal optical rotation element 6, the polarization direction is rotated by 90 degrees, and the other light beam passes through the reciprocal optical rotation element 5 and the non-reciprocal optical rotation element 6. There is no rotation of the polarization direction. As a result, the two light beams are
The extraordinary ray of the birefringent crystal 2 enters the birefringent crystal 2. The above-mentioned two light beams travel in the birefringent crystal 2 in the left oblique direction, and exit the birefringent crystal 2 from the point different from the point where the light beam from the birefringent crystal 1-1 enters. Since one of these light beams passes through the reciprocal optical rotation element 3-2 and the polarization direction is rotated by 90 degrees, the polarization directions of the two light beams are orthogonal and are combined by the birefringent crystal 1-3. .. In this way, the circuit shown in FIG. 7 operates in a non-reciprocal manner. Note that the terminals of the birefringent crystal 1-3 can be birefringent by using the same polarization rotation mechanism (composed of the reciprocal optical rotation elements 4 and 5 and the non-reciprocal optical rotation element 6) as the terminal of the birefringent crystal 1-2. It is obvious that the light input from the refraction crystal 1-3 is output from the other fourth terminal.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7の
構造の光回路では、光ビームは、複屈折結晶2の中を、
光線としては直進、異常光線としては左斜め方向への進
行、のいずれか2方向の進路しか取りえず、この結果、
光の進行はジグザクになって、N端子光サーキュレータ
の場合、N番目の端子から1番目の端子への光の進路が
なく、準光サーキュレータとしてしか動作できないとい
う問題があった。
However, in the optical circuit having the structure shown in FIG. 7, the light beam passes through the birefringent crystal 2.
A ray can go straight, and an extraordinary ray can go diagonally to the left.
The light travels in a zigzag manner, and in the case of the N-terminal optical circulator, there is a problem that there is no path of light from the N-th terminal to the first terminal and it can operate only as a quasi-optical circulator.

【0007】本発明の目的は、偏光分離素子として高消
光比が得られる複屈折結晶だけを用い、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
ることを目的とする。
An object of the present invention is to realize a polarization-independent optical circulator with low loss and high isolation by using only a birefringent crystal capable of obtaining a high extinction ratio as a polarization separation element.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明の構成は、偏光無依存の4端子サーキュレータであ
って、複屈折結晶と第1及び第2の非相反旋光素子とを
備え、上記複屈折結晶の一つの面の所定位置からの入射
光にて常光線が出射する上記複屈折結晶の他の面の位置
に上記第1の非相反旋光素子の一つの面を対向させて配
置すると共に、異常光線が出射する上記複屈折結晶の他
の面の位置に上記第2の非相反旋光素子の一つの面を対
向させて配置し、上記複屈折結晶に入射した光を偏光方
位が同じ2本の光ビームとして放出する端子モジュール
を形成し、この端子モジュールを4個備え、第1及び第
4の端子モジュールが放出する光の偏光方位は、この端
子モジュールを構成する上記複屈折結晶の常光線に一致
させ、かつ第2及び第3の端子モジュールが放出する光
の偏光方位は、この端子モジュールを構成する上記複屈
折結晶の異常光線に一致させる一方、更に、二つの複屈
折結晶と非相反旋光素子とを第1の複屈折結晶、非相反
旋光素子、第2の複屈折結晶の順に配置し、上記第1及
び第3の端子モジュールを、上記第1の複屈折結晶側に
配置し、上記第2及び第4の端子モジュールを上記第2
の複屈折結晶側に配置し、上記第1、第2、第3及び第
4の各端子モジュール内の複屈折結晶と上記第1及び第
2の複屈折結晶との常光線は、それぞれ互いに常光線又
は異常光線に一致させた、ことを特徴とする。
The structure of the present invention for achieving the above object is a polarization-independent four-terminal circulator, which comprises a birefringent crystal and first and second non-reciprocal optical rotators. One surface of the first non-reciprocal optical rotator is arranged so as to face the other surface of the birefringent crystal where an ordinary ray is emitted from a predetermined position on one surface of the birefringent crystal. At the same time, one surface of the second non-reciprocal optical rotator is arranged so as to face the other surface of the birefringent crystal where the extraordinary ray exits, and the light incident on the birefringent crystal has a polarization direction. A terminal module that emits the same two light beams is formed, and four terminal modules are provided. The polarization directions of the light emitted by the first and fourth terminal modules are the same as those of the birefringent crystal that constitutes this terminal module. And the second and The polarization direction of the light emitted by the third terminal module is made to coincide with the extraordinary ray of the birefringent crystal that constitutes this terminal module, and further, the two birefringent crystals and the non-reciprocal optical rotator are connected to the first birefringent optical element. A refraction crystal, a non-reciprocal optical rotation element, and a second birefringent crystal are arranged in this order, the first and third terminal modules are arranged on the side of the first birefringent crystal, and the second and fourth terminals are arranged. Module as above
The birefringent crystal of each of the first, second, third and fourth terminal modules and the ordinary rays of the first and second birefringent crystals disposed on the birefringent crystal side of It is characterized by matching with a ray or an extraordinary ray.

【0009】[0009]

【作用】従来の偏光分離素子として複屈折結晶だけを用
いた偏光無依存光サーキュレータでは、各端子からの偏
光方位を同一にした2本の光ビームの進行方向は、単一
の複屈折結晶によって制御していた。複屈折結晶内の光
の進行方向は、同一の入射角で光が入射する限りでは、
常光線が進む方向と、異常光線が進む方向の2つの方向
しかないので、その結果として、このような構成の光サ
ーキュレータでは、光の結合は各端子間を完全には循環
せず、循環する端子間の結合のうちの1つの結合が行わ
れない準光サーキュレータの動作に制限される。これに
対して、本発明の光サーキュレータでは、各端子からの
偏光方位を同一した2本の光ビームの進行方向を非相反
旋光素子とその両側に配置した2つの複屈折結晶によっ
て制御する。これにより、2つの3端子的回路が結合し
て4端子回路的に作用する、光ビームの進行方向を制御
する回路が、各端子間のリンクが循環するように構成で
き、完全な光サーキュレータ動作が実現される。
In a conventional polarization-independent optical circulator using only a birefringent crystal as a polarization splitting element, the traveling directions of two light beams with the same polarization direction from each terminal are caused by a single birefringent crystal. Had control. As long as light is incident at the same incident angle, the traveling direction of light in the birefringent crystal is
Since there are only two directions, that is, the direction in which the ordinary ray travels and the direction in which the extraordinary ray travels, as a result, in the optical circulator having such a configuration, the light coupling does not circulate completely between the terminals but circulates. It is limited to the operation of the quasi-optical circulator in which one of the couplings between the terminals is not performed. On the other hand, in the optical circulator of the present invention, the traveling directions of two light beams having the same polarization direction from each terminal are controlled by the nonreciprocal optical rotator and two birefringent crystals arranged on both sides thereof. As a result, a circuit for controlling the traveling direction of the light beam, which is a combination of two circuits with three terminals and acts as a circuit with four terminals, can be configured so that the link between the terminals circulates, and a complete optical circulator operation is achieved. Is realized.

【0010】[0010]

【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、7−1〜7−4は光ファイバ、8
−1〜8−4はレンズ、9−1〜9−4は端子モジュー
ル、10−1、10−2は複屈折結晶、11は非相反旋
光素子である。図2は図1に示す端子モジュール9−1
〜9−4の構成を、光ファイバ7−1〜7−4、レンズ
8−1〜8−4を含めて示した図であり、端子モジュー
ル9−1〜9−4のうち、12−1〜12−4は複屈折
結晶、13−1〜13−4は非相反旋光素子、14−1
〜14−4は非相反旋光素子である。
1 is a block diagram of a four-terminal optical circulator of an embodiment of the present invention, in which 7-1 to 7-4 are optical fibers and 8
-1 to 8-4 are lenses, 9-1 to 9-4 are terminal modules, 10-1 and 10-2 are birefringent crystals, and 11 is a non-reciprocal optical rotatory element. FIG. 2 shows the terminal module 9-1 shown in FIG.
9-9 is a diagram showing the configurations of optical fibers 7-1 to 7-4 and lenses 8-1 to 8-4, and 12-1 of the terminal modules 9-1 to 9-4. 12-4 are birefringent crystals, 13-1 to 13-4 are non-reciprocal optical rotators, 14-1
14-4 are non-reciprocal optical rotation elements.

【0011】ここで、以下の説明のため、図1に示す複
屈折結晶10−1、10−2は、その長さは異なるが、
双方とも、図1の紙面に平行な方位の偏光を異常光線と
し、光を向かえる方向からみた時、異常光線の光路を右
方に移動するものとする。また、非相反旋光素子11
は、複屈折結晶10−1から複屈折結晶10−2へ向か
う光の偏光方位は回転せず、複屈折結晶10−2から複
屈折結晶10−1へ向かう光の偏光方位を90度回転す
るものとする。同様に、端子モジュール9−1〜9−4
を構成する複屈折結晶12−1〜12−4は、図2の紙
面に平行な方位の偏光を異常光線とし、光を向かえる方
向からみた時、異常光線の光路を右方に移動するものと
する。また、非相反旋光素子13−1〜13−4は、複
屈折結晶12−1〜12−4からの光の偏光方位は回転
せず、複屈折結晶12−1〜12−4へ向かう光の偏光
方位を90度回転するものとする。一方、非相反旋光素
子14−1〜14−4は、複屈折結晶12−1〜12−
4からの光の偏光方位を90度回転し、複屈折結晶12
−1〜12−4へ向かう光の偏光方位は回転しないもの
とする。
For the following description, the birefringent crystals 10-1 and 10-2 shown in FIG. 1 have different lengths,
In both cases, the polarized light in the direction parallel to the paper surface of FIG. 1 is assumed to be an extraordinary ray, and the optical path of the extraordinary ray is moved to the right when viewed from the direction in which the light is directed. In addition, the non-reciprocal optical rotation element 11
Does not rotate the polarization direction of the light traveling from the birefringent crystal 10-1 to the birefringent crystal 10-2, but rotates the polarization direction of the light traveling from the birefringent crystal 10-2 to the birefringent crystal 10-1 by 90 degrees. I shall. Similarly, the terminal modules 9-1 to 9-4
The birefringent crystals 12-1 to 12-4 that compose are assumed to have polarized light in the direction parallel to the paper surface of FIG. 2 as an extraordinary ray and move the optical path of the extraordinary ray to the right when viewed from the direction in which the light is directed. To do. Further, the non-reciprocal optical rotation elements 13-1 to 13-4 do not rotate the polarization direction of the light from the birefringent crystals 12-1 to 12-4, and the light traveling toward the birefringent crystals 12-1 to 12-4 is not rotated. It is assumed that the polarization direction is rotated by 90 degrees. On the other hand, the non-reciprocal optical rotation elements 14-1 to 14-4 are the birefringent crystals 12-1 to 12-.
The polarization direction of the light from 4 is rotated by 90 degrees, and the birefringent crystal 12
It is assumed that the polarization directions of the light traveling from -1 to 12-4 do not rotate.

【0012】図2より明らかなように、端子モジュール
9−1、9−4は同じ構成であり、また、端子モジュー
ル9−2、9−3は同じ構成である。端子モジュール9
−2、9−3の端子モジュール9−1、9−4に対する
構成上の相違は、非相反旋光素子13−1〜13−4と
非相反旋光素子14−1〜14−4の位置が入れ換わっ
ていることである。この結果、端子モジュール9−1
(9−4)では、光ファイバ7−1(7−4)から放射
された光が、複屈折結晶12−1(12−4)で2本の
光ビームに偏光分離された後、非相反旋光素子13−1
(13−4)、あるいは、非相反旋光素子14−1(1
4−4)を通過し、どちらの光ビームも、その偏光方位
が図2の紙面に平行となって、放射される。逆に、偏光
方位が図2の紙面に垂直な2本の光ビームが、非相反旋
光素子13−1(13−4)、あるいは、非相反旋光素
子14−1(14−4)に入射して複屈折結晶12−1
(12−4)に向かう場合には、複屈折結晶12−1
(12−4)で合波されて、光ファイバ7−1(7−
4)に結合することは明らかである。これに対して、端
子モジュール9−2(9−3)では、上述の非相反旋光
素子13−2、13−3と非相反旋光素子14−2、1
4−3の位置の相違によって、光ファイバ7−2(7−
3)から放射され、複屈折結晶12−2(12−3)で
2本の光ビームに偏光分離された光が、非相反旋光素子
13−2(13−3)、あるいは、非相反旋光素子14
−2(14−3)を通過すると、どちらの光ビームも、
その偏光方位が図2の紙面に垂直となって放射される。
また、偏光方位が図2の紙面に平行な2本の光ビーム
が、非相反旋光素子13−2(13−3)、あるいは、
非相反旋光素子14−2(14−3)に入射して複屈折
結晶12−2(12−3) に向かう場合には、複屈折
結晶12−2(12−3)で合波されて、光ファイバ7
−2(7−3)に結合する。
As is apparent from FIG. 2, the terminal modules 9-1 and 9-4 have the same structure, and the terminal modules 9-2 and 9-3 have the same structure. Terminal module 9
-2, 9-3 is different from the terminal modules 9-1 and 9-4 in the configuration in that the positions of the non-reciprocal optical rotation elements 13-1 to 13-4 and the non-reciprocal optical rotation elements 14-1 to 14-4 are different. It has been replaced. As a result, the terminal module 9-1
In (9-4), the light emitted from the optical fiber 7-1 (7-4) is polarized and separated into two light beams by the birefringent crystal 12-1 (12-4), and then the non-reciprocal Optical rotation element 13-1
(13-4), or the non-reciprocal optical rotation element 14-1 (1
4-4), both light beams are emitted with their polarization directions parallel to the plane of the paper of FIG. On the contrary, two light beams whose polarization directions are perpendicular to the paper surface of FIG. 2 enter the non-reciprocal optical rotation element 13-1 (13-4) or the non-reciprocal optical rotation element 14-1 (14-4). Birefringent crystal 12-1
When going to (12-4), the birefringent crystal 12-1
The optical fiber 7-1 (7-
It is clear that it binds to 4). On the other hand, in the terminal module 9-2 (9-3), the above-mentioned non-reciprocal optical rotation elements 13-2 and 13-3 and non-reciprocal optical rotation elements 14-2 and 1-3.
The optical fiber 7-2 (7-
The light emitted from 3) and polarized and separated into two light beams by the birefringent crystal 12-2 (12-3) is the non-reciprocal optical rotation element 13-2 (13-3) or the non-reciprocal optical rotation element. 14
-2 (14-3), both light beams,
The polarization direction is emitted perpendicular to the plane of the paper of FIG.
Further, two light beams whose polarization directions are parallel to the paper surface of FIG. 2 are generated by the non-reciprocal optical rotation element 13-2 (13-3), or
When the light enters the non-reciprocal optical rotation element 14-2 (14-3) and goes toward the birefringent crystal 12-2 (12-3), it is multiplexed by the birefringent crystal 12-2 (12-3), Optical fiber 7
-2 (7-3).

【0013】本実施例の光サーキュレータの順方向動作
を、図3を参照しながら、説明する。図3中の記号0お
よびeは、それぞれ、複屈折結晶10−1、10−2の
常光線、異常光線を示す。図1の複屈折結晶10−1、
10−2、非相反旋光素子11は、端子モジュール9−
1〜9−4から放射された2本の光ビームに同じように
作用するので、その一方の光路だけを検討すれば良い。
図3では、そのような観点から光路を示してある。い
ま、図1と図2の紙面が平行であるとすると、これまで
の約束によって、端子モジュール9−1(9−4)は、
図1の紙面に平行な偏光方位の光(複屈折結晶10−
1、10−2の常光線)を放射し、逆に、偏光方位が図
1の紙面に垂直である光(複屈折結晶10−1、10−
2の異常光線)が光ファイバ7−1(7−4)に向かう
場合には、この異常光線を光ファイバ7−1(7−4)
に結合する。
The forward operation of the optical circulator of this embodiment will be described with reference to FIG. Symbols 0 and e in FIG. 3 represent ordinary rays and extraordinary rays of the birefringent crystals 10-1 and 10-2, respectively. Birefringent crystal 10-1 of FIG.
10-2, the non-reciprocal optical rotation element 11 is a terminal module 9-
Since the two light beams emitted from 1 to 9-4 act in the same manner, only one of the light paths needs to be examined.
In FIG. 3, the optical path is shown from such a viewpoint. Now, assuming that the planes of FIG. 1 and FIG. 2 are parallel, the terminal module 9-1 (9-4) is
Light having a polarization direction parallel to the paper surface of FIG. 1 (the birefringent crystal 10-
1, 10-2 ordinary rays), and conversely, light whose polarization direction is perpendicular to the plane of FIG. 1 (birefringent crystals 10-1, 10-).
When the extraordinary ray 2) goes to the optical fiber 7-1 (7-4), the extraordinary ray is directed to the optical fiber 7-1 (7-4).
Join to.

【0014】また、端子モジュール9−2(9−3)
は、複屈折結晶10−1、10−2の異常光線を放射
し、光ファイバ7−2(7−3)に向かう常光線を光フ
ァイバ7−2(7−3)に結合する。
Further, the terminal module 9-2 (9-3)
Emits an extraordinary ray of the birefringent crystals 10-1 and 10-2, and couples an ordinary ray toward the optical fiber 7-2 (7-3) to the optical fiber 7-2 (7-3).

【0015】光ファイバ7−1から放射され、端子モジ
ュール9−1を通過した光の偏光方位は図3の紙面に平
行であり、複屈折結晶10−1を直進する。この光は、
非相反旋光素子11を通過しても偏光方位の回転がない
ので、複屈折結晶10−2を直進して、偏光方位が図3
の紙面に平行なまま、端子モジュール9−2へ進む。し
たがって、この光は、光ファイバ7−2に結合する。光
ファイバ7−2から放射され、端子モジュール9−2を
通過した光は異常光線であり、複屈折結晶10−2でそ
の光軸を右方に移動される。この光は、非相反旋光素子
11を通過すると偏光方位が90度回転するので常光線
となり、複屈折結晶10−1を直進して、端子モジュー
ル9−3へ進む。したがって、この光は、光ファイバ7
−3に結合する。光ファイバ7−3から放射され、端子
モジュール9−3を通過した光は異常光線であり、複屈
折結晶10−1でその光軸を右方に移動される。この光
は、非相反旋光素子11を通過しても偏光方位の回転が
ないので、複屈折結晶10−2でも、やはり、その光軸
を右方に移動され、異常光線のまま、端子モジュール9
−4に進む。したがって、この光は、光ファイバ7−4
に結合する。光ファイバ7−4から放射され、端子モジ
ュール9−4を通過した光は常光線であり、複屈折結晶
10−2を直進する。この光は、非相反旋光素子11を
通過することで偏光方位が90度回転するので異常光線
となり、複屈折結晶10−1で光軸を右方に移動され
て、端子モジュール9−1へ進む。したがって、この光
は、光ファイバ7−1に結合する。
The polarization direction of the light emitted from the optical fiber 7-1 and passing through the terminal module 9-1 is parallel to the paper surface of FIG. 3, and goes straight through the birefringent crystal 10-1. This light is
Since the polarization azimuth does not rotate even after passing through the non-reciprocal optical rotatory element 11, the birefringent crystal 10-2 goes straight and the polarization azimuth is changed as shown in FIG.
While continuing to be parallel to the paper surface of, proceed to the terminal module 9-2. Therefore, this light is coupled into the optical fiber 7-2. The light emitted from the optical fiber 7-2 and passing through the terminal module 9-2 is an extraordinary ray, which is moved rightward along the optical axis thereof by the birefringent crystal 10-2. When this light passes through the non-reciprocal optical rotation element 11, the polarization azimuth rotates by 90 degrees, so that it becomes an ordinary ray, goes straight through the birefringent crystal 10-1, and goes to the terminal module 9-3. Therefore, this light is transmitted by the optical fiber 7
Bind to -3. The light emitted from the optical fiber 7-3 and passing through the terminal module 9-3 is an extraordinary ray, which is moved rightward along the optical axis thereof by the birefringent crystal 10-1. Since this light does not rotate in the polarization direction even after passing through the non-reciprocal optical rotation element 11, the birefringent crystal 10-2 also has its optical axis moved to the right, and remains as an extraordinary ray in the terminal module 9 as well.
Go to -4. Therefore, this light is transmitted through the optical fiber 7-4.
Join to. The light emitted from the optical fiber 7-4 and having passed through the terminal module 9-4 is an ordinary ray, and goes straight through the birefringent crystal 10-2. This light passes through the non-reciprocal optical rotation element 11 and its polarization azimuth rotates by 90 degrees, so that it becomes an extraordinary ray, which is moved to the right on the optical axis by the birefringent crystal 10-1 and advances to the terminal module 9-1. .. Therefore, this light is coupled into the optical fiber 7-1.

【0016】以上のようにして、光ファイバ7−1から
入力された光が光ファイバ7−2へ出力され、光ファイ
バ7−2から入力された光は光ファイバ7−3へ、光フ
ァイバ7−3から入力された光は光ファイバ7−4へ、
また、光ファイバ7−4から入力された光は光ファイバ
7−1へ出力される。したがって、図2の構成の光回路
は完全な光サーキュレータとして動作する。
As described above, the light input from the optical fiber 7-1 is output to the optical fiber 7-2, the light input from the optical fiber 7-2 is input to the optical fiber 7-3, and the optical fiber 7 is input. The light input from -3 enters the optical fiber 7-4,
The light input from the optical fiber 7-4 is output to the optical fiber 7-1. Therefore, the optical circuit configured as shown in FIG. 2 operates as a complete optical circulator.

【0017】つぎに、本実施例の光サーキュレータが、
複屈折結晶10−1、10−2での偏光分離が完全、十
分に行われれば、高アイソレーションが達成できること
を、図4を参照しながら説明する。換言すれば、非相反
旋光素子13−1〜13−4、あるいは14−1〜14
−4、更には非相反旋光素子における偏光回転が0°と
か90°という具合に誤差なく行われれば、全く問題な
く高アイソレーションが達成できるが、0°や90°以
外のαの場合誤差が生じ、例えば図4に示す光路が生ず
る。説明の例として、光ファイバ7−4の光ファイバ7
−1からのアイソレーションを考える。図4は、非相反
旋光素子13−1(非相反旋光素子14−1)や非相反
旋光素子11に偏光回転の誤差がある場合に発生する望
ましくない光線の光路を示している。このような光線は
3本あり、非相反旋光素子13−1(非相反旋光素子1
4−1)の誤差にて光線b、非相反旋光素子11の誤差
にて光線a、cが生じるが、端子モジュール9−4に入
射するのは、図4から明らかなように、非相反旋光素子
13−1(非相反旋光素子14−1)と非相反旋光素子
11の双方の偏光回転の誤差から生じた光線cであるの
で、その光パワーは、端子モジュール9−1から放出さ
れる光パワーを基準にして(sin2 α)2 の程度であ
る。ただし、この場合、非相反旋光素子13−1(非相
反旋光素子14−1)と非相反旋光素子11の偏光回転
の誤差は等しく、αであるとした。さらに、これは常光
線であるので、非相反旋光素子13−1(非相反旋光素
子14−1)に偏光回転の誤差がない場合には、光ファ
イバ7−4に結合しない。ここでも、非相反旋光素子1
3−4(非相反旋光素子14−4)の偏光回転の誤差を
αであるとすると、(sin 2 α)3 程度の光パワーだ
けが光ファイバ7−4に結合する。
Next, the optical circulator of this embodiment is
The polarization separation in the birefringent crystals 10-1 and 10-2 is complete and sufficient.
High isolation can be achieved if done in minutes
Will be described with reference to FIG. In other words, non-reciprocal
Optical rotation elements 13-1 to 13-4 or 14-1 to 14
-4, and the polarization rotation in the non-reciprocal optical rotation element is 0 °
If it is done without error, such as 90 degrees, it is not a problem at all.
High isolation can be achieved, but below 0 ° or 90 °
When α is outside, an error occurs, and for example, the optical path shown in FIG. 4 does not occur.
It As an example of the description, the optical fiber 7 of the optical fiber 7-4
Consider isolation from -1. Figure 4 is non-reciprocal
Optical rotation element 13-1 (non-reciprocal optical rotation element 14-1) and non-reciprocal
If the optical rotation element 11 has a polarization rotation error,
It shows the optical path of the bad light rays. Such a ray
There are three, non-reciprocal optical rotation element 13-1 (non-reciprocal optical rotation element 1
4-1) error of ray b, error of non-reciprocal optical rotation element 11
Rays a and c are generated in the terminal module 9-4
As is clear from FIG. 4, the non-reciprocal optical rotator
13-1 (non-reciprocal optical rotation element 14-1) and non-reciprocal optical rotation element
11 is the ray c resulting from both polarization rotation errors
Then, the optical power is emitted from the terminal module 9-1.
Based on the optical power2α)2To the extent of
It However, in this case, the non-reciprocal optical rotation element 13-1 (non-reciprocal
Polarization rotation of anti-optical rotatory element 14-1) and non-reciprocal optical rotatory element 11
It is assumed that the errors are equal and α. Moreover, this is Tsunemitsu
Since it is a line, the nonreciprocal optical rotation element 13-1 (nonreciprocal optical rotation element
14-1) has no error in polarization rotation, the optical fiber
Does not bind to Iva 7-4. Again, the non-reciprocal optical rotation element 1
3-4 (non-reciprocal optical rotation element 14-4)
If α, then (sin 2α)3Light power
Injury is coupled to the optical fiber 7-4.

【0018】従来の誘電体多層膜からなる偏光ビームス
プリッタを用いた光サーキュレータのうち、通常のもの
のアイソレーションは、偏光ビームスプリッタの消光比
による劣化を無視しても、(sin2 α)程度で高アイ
ソレーションのタイプでも(sin2 α)2 程度であっ
た。したがって、本実施例の光サーキュレータは、偏光
分離素子の消光比について改善するとともに、構造的に
も、そのアイソレーションの偏光回転の誤差による影響
を従来より大幅に改善している。光ファイバ7−1の光
ファイバ7−2からのアイソレーション、光ファイバ7
−2の光ファイバ7−3からのアイソレーション、ま
た、光ファイバ7−3の光ファイバ7−4からのアイソ
レーションも同様であることを示すことができる。
Among conventional optical circulators using a polarization beam splitter made of a dielectric multilayer film, the isolation of a normal one is about (sin 2 α) even if the deterioration due to the extinction ratio of the polarization beam splitter is ignored. Even with the high isolation type, it was about (sin 2 α) 2 . Therefore, the optical circulator of the present embodiment improves the extinction ratio of the polarization separation element and structurally significantly improves the influence of the polarization rotation error of its isolation as compared with the conventional one. Isolation of Optical Fiber 7-1 from Optical Fiber 7-2, Optical Fiber 7
It can be shown that the isolation from the optical fiber 7-3 of -2 and the isolation from the optical fiber 7-4 of the optical fiber 7-3 are similar.

【0019】図1の実施例では、複屈折結晶10−1と
複屈折結晶10−2の常光線(異常光線)は一致してお
り、異常光線の光軸の移動する方向も同じであるとし
た。しかしながら、この条件は、本発明の動作におい
て、必ずしも必要でなく、複屈折結晶10−1の常光線
が複屈折結晶10−2の常光線あるいは異常光線に一致
しているだけでよい。図5は、そのような複屈折結晶1
0−1と複屈折結晶10−2の常光線(異常光線)の条
件を変えた場合にも、正常に機能することを示す一例で
ある。本例では、複屈折結晶10−1と複屈折結晶10
−2の常光線(異常光線)は一致しているが、複屈折結
晶10−1を図3の場合と逆にしたことにより異常光線
の光軸の移動する方向は逆になっている。この場合に
も、図5から明らかなように、光の結合が、光ファイバ
7−1から光ファイバ7−2へ、光ファイバ7−2から
光ファイバ7−3へ、また、光ファイバ7−3から光フ
ァイバ7−4へ、さらに、光ファイバ7−4から光ファ
イバ7−1へ行われ、光サーキュレータとして動作す
る。さらに、その動作は、基本的に図1の実施例と異な
らないので、高アイソレーションが得られる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the ordinary ray (extraordinary ray) of the birefringent crystal 10-1 and the birefringent crystal 10-2 coincide with each other, and the optical axis of the extraordinary ray moves in the same direction. did. However, this condition is not always necessary in the operation of the present invention, and the ordinary ray of the birefringent crystal 10-1 may coincide with the ordinary ray or the extraordinary ray of the birefringent crystal 10-2. FIG. 5 shows such a birefringent crystal 1.
This is an example showing that even when the condition of 0-1 and the ordinary ray (extraordinary ray) of the birefringent crystal 10-2 is changed, it functions normally. In this example, the birefringent crystal 10-1 and the birefringent crystal 10
The ordinary ray (extraordinary ray) of -2 is the same, but the direction in which the optical axis of the extraordinary ray moves is opposite because the birefringent crystal 10-1 is reversed from the case of FIG. Also in this case, as is apparent from FIG. 5, the coupling of light is performed from the optical fiber 7-1 to the optical fiber 7-2, from the optical fiber 7-2 to the optical fiber 7-3, and also to the optical fiber 7-. 3 to the optical fiber 7-4, and further from the optical fiber 7-4 to the optical fiber 7-1, and operates as an optical circulator. Further, its operation is basically the same as that of the embodiment of FIG. 1, so that high isolation can be obtained.

【0020】さらに、複屈折結晶10−1と10−2の
条件を変えて図6のような、複屈折結晶10−1の常光
線が複屈折結晶10−2の異常光線に相当する場合に
も、正常に機能することが示される。図6中の記号A、
B、C、Dの位置を、それぞれ、例えば、図1中の光フ
ァイバ7−1、7−2、7−3、7−4から放射される
光の位置に対応させると、この場合にも、高アイソレー
ションの光サーキュレータが実現できることは、明らか
である。
Further, when the conditions of the birefringent crystals 10-1 and 10-2 are changed and the ordinary ray of the birefringent crystal 10-1 corresponds to the extraordinary ray of the birefringent crystal 10-2 as shown in FIG. Is also shown to work properly. Symbol A in FIG.
If the positions of B, C, and D are made to correspond to the positions of the light emitted from the optical fibers 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 in FIG. It is obvious that a high isolation optical circulator can be realized.

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、各端
子からの偏光方位を同一にした2本の光ビームの進行方
向を非相反旋光素子とその両側に配置した2つの複屈折
結晶によって制御している。これより、2つの3端子的
回路が、光の進行方向に依存して偏光方位の調整を行う
非相反旋光素子を介して結合するので、4端子回路的な
作用が実現できる。この結果、消光比の高い複屈折結晶
を用いて、完全な光サーキュレータが実現できる。ま
た、本発明の光サーキュレータでは、光がある端子から
別の端子に到るまでには3個の非相反旋光素子を通過す
るが、順方向動作の端子間以外では、これら3個の非相
反旋光素子で偏光方位の回転誤差がある場合にだけし
か、光の結合がない。つまり、本発明の光サーキュレー
タは、偏光方位の回転誤差にあまり関係なく、高アイソ
レーションが実現できる。
As described above, according to the present invention, the traveling directions of two light beams having the same polarization direction from each terminal are determined by the nonreciprocal optical rotator and two birefringent crystals arranged on both sides thereof. Have control. As a result, the two 3-terminal circuits are coupled via the non-reciprocal optical rotation element that adjusts the polarization azimuth depending on the traveling direction of light, so that a 4-terminal circuit-like operation can be realized. As a result, a complete optical circulator can be realized by using a birefringent crystal having a high extinction ratio. Further, in the optical circulator of the present invention, light passes through three non-reciprocal optical rotation elements from one terminal to another terminal, but these three non-reciprocal optical elements are provided except between the terminals operating in the forward direction. Light is coupled only when there is a rotation error of the polarization direction in the optical rotatory element. That is, the optical circulator of the present invention can realize high isolation regardless of the rotation error of the polarization direction.

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

【図1】偏光無依存光サーキュレータの実施例を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a polarization-independent optical circulator.

【図2】端子モジュールの構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a terminal module.

【図3】図1の実施例における光路が循環することを示
す図。
FIG. 3 is a diagram showing that the optical path in the embodiment of FIG. 1 circulates.

【図4】図1の実施例が高アイソレーションを達成でき
ることを説明するための図。
FIG. 4 is a view for explaining that the embodiment of FIG. 1 can achieve high isolation.

【図5】別の複屈折結晶の配置の場合の光路が循環する
ことを示す図。
FIG. 5 is a diagram showing that an optical path circulates when another birefringent crystal is arranged.

【図6】さらに別の複屈折結晶の配置の場合の光路が循
環することを示す図。
FIG. 6 is a diagram showing that the optical path is circulated in the case of disposing another birefringent crystal.

【図7】従来の偏光無依存光サーキュレータの構成例を
示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a conventional polarization-independent optical circulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9−1〜9−4 端子モジュール 10−1、10−2、12−1〜12−4 複屈折結晶 11、13−1〜13−4、14−1〜14−4 非相
反旋光素子
9-1 to 9-4 Terminal module 10-1, 10-2, 12-1 to 12-4 Birefringent crystal 11, 13-1 to 13-4, 14-1 to 14-4 Non-reciprocal optical rotation element

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】偏光無依存の4端子サーキュレータであっ
て、複屈折結晶と第一及び第2の非相反旋光素子とを備
え、上記複屈折結晶の一つの面の所定位置からの入射光
にて常光線が出射する上記複屈折結晶の他の面の位置に
上記第1の非相反旋光素子の一つの面を対向させて配置
すると共に、異常光線が出射する上記複屈折結晶の他の
面の位置に上記第2の非相反旋光素子の一つの面を対向
させて配置し、上記複屈折結晶に入射した光を偏光方位
が同じ2本の光ビームとして放出する端子モジュールを
形成し、この端子モジュールを4個備え、第1及び第4
の端子モジュールが放出する光の偏光方位は、この端子
モジュールを構成する上記複屈折結晶の常光線に一致さ
せ、かつ第2及び第3の端子モジュールが放出する光の
偏光方位は、この端子モジュールを構成する上記複屈折
結晶の異常光線に一致させる一方、更に、二つの複屈折
結晶と非相反旋光素子とを第1の複屈折結晶、非相反旋
光素子、第2の複屈折結晶の順に配置し、上記第1及び
第3の端子モジュールを、上記第1の複屈折結晶側に配
置し、上記第2及び第4の端子モジュールを上記第2の
複屈折結晶側に配置し、上記第1、第2、第3及び第4
の各端子モジュール内の複屈折結晶と上記第1及び第2
の複屈折結晶との常光線は、それぞれ互いに常光線又は
異常光線に一致させた、ことを特徴とする光サーキュレ
ータ。
Claim: What is claimed is: 1. A polarization-independent four-terminal circulator comprising a birefringent crystal and first and second non-reciprocal optical rotators, wherein one surface of the birefringent crystal is predetermined. One surface of the first non-reciprocal optical rotator is arranged to face the other surface of the birefringent crystal where the ordinary ray is emitted by the incident light from the position, and the extraordinary ray is emitted. One terminal of the second non-reciprocal optical rotator is arranged at the position of the other surface of the refraction crystal so as to face it, and the light incident on the birefringent crystal is emitted as two light beams having the same polarization direction. A module is formed, and four terminal modules are provided.
The polarization direction of the light emitted by the terminal module is matched with the ordinary ray of the birefringent crystal forming the terminal module, and the polarization directions of the light emitted by the second and third terminal modules are the same. While making the extraordinary ray of the above-mentioned birefringent crystal that composes the above, further dispose two birefringent crystals and a non-reciprocal optical rotation element in the order of a first birefringent crystal, a non-reciprocal optical rotation element and a second birefringent crystal Then, the first and third terminal modules are arranged on the first birefringent crystal side, the second and fourth terminal modules are arranged on the second birefringent crystal side, and the first and second terminal modules are arranged on the first birefringent crystal side. , Second, third and fourth
And the above-mentioned first and second birefringent crystals in each terminal module of
An optical circulator characterized in that the ordinary ray with the birefringent crystal of (1) is made to coincide with an ordinary ray or an extraordinary ray, respectively.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7095559B2 (en) 2003-02-04 2006-08-22 Fujitsu Limited Variable optical delay circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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