JPH0544811Y2 - - Google Patents

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JPH0544811Y2
JPH0544811Y2 JP1108187U JP1108187U JPH0544811Y2 JP H0544811 Y2 JPH0544811 Y2 JP H0544811Y2 JP 1108187 U JP1108187 U JP 1108187U JP 1108187 U JP1108187 U JP 1108187U JP H0544811 Y2 JPH0544811 Y2 JP H0544811Y2
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【考案の詳細な説明】 [考案の目的] (産業上の利用分野) 本考案は、第1の光フアイバに対する入射光に
基づき第2の光フアイバで送信用出射光が得ら
れ、第2の光フアイバに対する入射光に基き第3
の光フアイバで受信用出射光が得られる光サーキ
ユレータに関する。
(従来の技術と考案が解決しようとする問題点) 従来、光サーキユレータとして、第5図に示す
ような偏光プリズムを用いた光サーキユレータが
使用されている。
第5図の光サーキユレータでは、所定の磁界の
方向に入射光を受けることにより、入射光の偏光
方向に対し出射光の偏光方向がほぼ45°をなすよ
うに磁気光学効果板11を設置する。そして、こ
の磁気光学効果板11の厚さ方向をZ軸方向とし
たとき、Z軸方向の相対向する面12a及び12
bに、それぞれ対向するように偏光プリスム1
3,14を配置する。
偏光プリズム13の面15を第1の端子P1と
し、P1から直線偏光L1が入射光として入射す
ると、Z軸上で45°回転した直線偏光L1′が偏光
プリズム14の面16(面16を第2の端子P2
とする)から出射光として得られる。
また、第2の端子P2からY軸方向に対し45°
傾斜した方向の直線偏光L2を入射光として入射
すると、Z軸上で45°回転したY軸方向の直線偏
光L2′が偏光プリズム13の面17(面17を
第3の端子P3とする)から出射光として得られ
る。
さらに、第3の端子P3からY軸方向の直線偏
光L3を入射光として入射すると、Z軸上で45°
回転し、Y軸方向に対し45°傾斜した偏光L3′が
偏光プリスム4の面18(面18を第4の端子P
4とする)から出射光として得られる。
さらに、第4の端子P4からY軸方向に対し
45°傾斜した方向の直線偏光L4を入射光として
入射すると、Z軸上で45°回転したx軸方向の直
線偏光L4′が偏光プリスム13の前記の端子P
1より出射光として得られる。
したがつてP1→P2,P2→P3,P3→P
4,P4→P1となるサーキユレータ機能が実現
する。
しかし、この第5図に示される従来の光サーキ
ユレータは偏波依存性を有し、P1での入射光は
x軸方向の直線偏光、P2での入射光はy軸に対
し45°傾斜した直線偏光、P3での入射光はy軸
方向の直線偏光P4での入射光はy軸に対し45°
傾斜した直線偏光の場合にのみ、それぞれP2,
P3,P4及びP1から出射光が得られるもので
あり、入射光が上記の条件を満たさないときは作
動しないという欠点を有するものである。
この欠点を解消するめに第6図に示されるよう
な偏波依存性のない光サーキユレータが報告され
ている(特開昭55−93120号)。
この光サーキユレータは第6図に示されるよう
に、端子Q1から入射した円偏光L1を偏光ビー
ムスプリツター61あるいは62により直線偏光
に分解し、分解された2種の直線偏光は反射鏡5
1,52により偏光ビームスプリツター62ある
いは61に集光され、再び円偏光L1′となつて
端子Q2から出射される。同様にして、端子Q1
→端子Q2、端子Q2→端子Q3、端子Q3→端
子Q4、端子Q4→端子Q1となるサーキユレー
タとしての機能が発揮される。
しかし、この光サーキユレータは第2図から明
らかなように部品点数が多く、光軸合せの困難な
構造であるために、高価であり、実用化には至つ
ていない。
さらに、片方向のみ偏波依存性を有し、他方向
は偏波依存性のない光サーキユレータも報告され
ている。(特公昭58−10726号)。
送信用の入射光は直線偏光であり、受信用の入
射光は、伝達に際して偏光がくずれるので、この
ような片方向の偏波依存性はサーキユレータとし
て実用に有利である。
この光サーキユレータは第7図に示されるよう
に光フアイバ151,152,153,155,
156,157間に、複屈折結晶板110、磁気
光学効果板120、旋光性乃至異方性結晶板ある
いは複屈折結晶板130及び収束用レンズ140
を空間領域171,172,173,174,1
75を設けて順次設置したものである。
この光サーキユレータの作動は、本考案におけ
ると同種であるので、その説明は省略するが、こ
のものは、上記の通り光サーキユレータ100の
各構成部品を空隙を介して配置している。また、
レンズ140を光サーキユレータ100の一端に
配置しているため、光サーキユレータ100と光
フアイバ151,152,153,155,15
6,157間にも空隙を設けている。
このため、第1に光フアイバ間の光路長が長く
なり、装置が大型であるという欠点をもつ。
また、光サーキユレータ100の各構成部品の
一体化や、光フアイバ間の光軸合せに極めて高い
精度を要し、製造が難しく、また、耐衝撃性等の
堅牢性にも欠ける。
そして、異方性結晶板を用いるときには、水晶
等の異方性結晶は高価であり、光サーキユレータ
のコストアツプを招き、かつ部品材料増を招く。
したがつて、このような問題点を解消した光サ
ーキユレータの開発が望まれていた。
かかる問題点を解決するために本願考案者等は
先に第8図に示すような光サーキユレータを提案
した(実願昭61−111564号)。
これは、光フアイバ111,113及び光フア
イバ112の間にガラス板105、複屈折結晶板
121,122、ロツドレンズ104、磁気光学
効果板103、複屈折結晶板123をこの順序に
密接配置して一体化すると共に磁気光学効果板1
03の周囲に磁石106を配置して光サーキユレ
ータ101を構成したものである。このような光
サーキユレータでは、第1の光フアイバ111か
ら入射、発散する光がロツドレンズ104により
第2の光フアイバ112の端末に収束し、第2の
光フアイバ112から入射、発散する光がロツド
レンズ104により第3の光フアイバ113に収
束することとなり、この結果、3端子形で第1の
端子から第2の端子間には偏波依存性があり、第
2の端子から第3の端子間には偏波依存性がなく
双方向通信に使用可能な光サーキユレータが構成
される。
そして、前記光サーキユレータは複屈折結晶
板、磁気光学効果板、ロツドレンズ及びガラス板
を空間を設けずに一体化体としているで、小型
化、コンパクト化が可能となり、耐衝撃性、耐久
性、堅牢性に優れたものとなる。
ところで、前記提案の光サーキユレータでは磁
気光学効果板として、YIG(イツトリウム鉄ガー
ネツト)やBi置換ガーネツトを用いている。し
かしながら、いずれも温度変化や波長変動によつ
て特性の劣化を招くという問題を有している。特
に、前記材料のうち、Bi置換ガーネツトは小型
化、低価格化の面でYIGよりも利用価値が高いも
のとされているが、前記要因に基づく特性劣化が
大きく実用化され難いという問題を有している。
このような特性劣化は、例えば第1の端子にレ
ーザ光を入射し、第2の端子から出射し、第2の
端子から入射された光を第3の端子から出射させ
るという光通信に利用した場合に、前記特性劣化
により第2の端子からの光レーザ発信機側の第1
の端子に漏れるようにことが生ずるという大きな
問題に発展する。
本考案は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、3端子形で、第1の端子から第2の端子間に
は偏波依存性があり、第2の端子から第3の端子
間には偏波依存性がなく、双方向通信等に最適で
あつて、構造簡単、安価で小型、堅牢かつ特性劣
化の生じない光サーキユレータを提供することを
目的とするものである。
[考案の構成] (問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために本考案は、第1、第
2及び第3の光フアイバを有する光サーキユレー
タであつて第1及び第3の光フアイバと第2の光
フアイバとの間に第1の複屈折結晶板、第1の磁
気光学効果板、第2の複屈折結晶板、第2の磁気
光学効果板、第3の複屈折結晶板をこの順序に並
べて一体化し、第1の光フアイバから入射する光
の或る偏光成分のみが第2の光フアイバから送信
光として出射し、第2の光フアイバから入射する
光は第3の光フアイバから受信光として出射する
機能を持たせると共に、前記第1、第2、第3の
各複屈折結晶板の厚さd1,d2,d3を、d1=d3,d2
=√2d1なる関係となるように設定したものであ
る。
(作用) 以上のように3枚の複屈折結晶板を用いると共
にその厚さを前述の関係となるように設定するこ
とによつて第1の端子から第2の端子間には偏波
依存性があり、第2の端子から第3の端子間には
偏波依存性がないので双方向通信に好適なもので
あり、その上磁気光学効果板を2枚使用している
ので特性劣化の生じない高精度の光サーキユレー
タを得ることができる。
(実施例) 以下本考案の具体的構成について詳細に説明す
る。
第1A図は本考案の一実施例構成図である。同
図において、Z軸方向に順次第1の複屈折結晶板
2、第1の磁気光学効果板3、第2の複屈折結晶
板4、第2の磁気光学効果板5、ロツドレンズ
6、第3の複屈折結晶板7をこの順序に密接配置
した状態で、両端にガラス板1及び8を同じく密
接配置し、全体を一体化体とし、更に一方のガラ
ス板1端面に第1と第3の光フアイバFB1,FB
3の先端を接合し、他方のガラス板8の端面に第
2の光フアイバFB2の端部を接合する。そして、
2つの磁気光学効果板3,5に亘るようにして光
軸(Z軸)方向に磁界を発生する磁石9が設けら
れる。(以下の説明では複屈折結晶板を単に複屈
折板、磁気光学効果板をフアラデー回転子と呼ぶ
こともある。) この場合、光フアイバFB1,FB3が端末側と
なり、光フアイバFB2が送受信用となる。そし
て、光フアイバFB1の端部P1が入射端、FB3
の端部P3が出射端、FB2の端部P2が入出射
端となる。
本実施例では、1.3μm用光サーキユレータを構
成する場合の例を示す。
前記第1、第2及び第3の複屈折結晶板2,
4,7としては、本考案では方解石を、その劈開
面が光軸(Z軸)にほぼ垂直でXY面とほぼ平行
になり、C軸が光軸(Z軸)と約45°(精密には
45.5°)になるように設置して用いるものである。
尚、ルチル板を使用することもできる。
本考案では、第1B図に示されるように、各複
屈折結晶板2,4,7の光学軸(C軸)をXY面
に射影して描いた場合に、端末側に位置する第1
の複屈折結晶板2の光学軸(C軸)に対して、そ
れぞれの光学軸(C軸)が光軸(Z軸)の回りに
ほぼそれぞれ45°及び90°回転した状態で、それぞ
れ第2及び第3の複屈折結晶板4,7を設けたも
のである。
そして光が複屈折結晶板を通過する際の常光と
異常光の分離距離は第1および第3の複屈折結晶
板2,7ではほぼ等しく(d1)また第2の複屈折
結晶板4では2,7のものの約√2倍(d2=√2
d1)となるように結晶の厚さを調整する。これら
の分離距離により光フアイバFB1,FB2,FB
3のXY面における配置を決定する。
このように3枚の複屈折結晶板の厚さを設定す
ることにより、FB1からFB2に対しては偏波依
存性を持ち、FB2からFB3に対しては偏波依存
性を持たないようにすることができる。
このように、複屈折結晶板3個を用い、水晶等
の異方性結晶を用いないので、部品種類が減少
し、また、コスト低減も可能となる。
具体的には第1及び第3の複屈折結晶板2,7
は、通常は薄板状であり、光軸(Z軸)方向の長
さは0.9mm程度、XY方向は2mm程度である。ま
た、第2の複屈折結晶板4のそれはそれぞれ1.2
mm及び2mm程度である。
磁気光学効果板3及び5は磁石9を有し、光軸
(Z軸)方向に磁気光学効果板3及び5を透通す
る磁界を形成し、偏光をほぼ45°回転する作用を
なすものである。
磁気光学効果板3及び5の材質としてはYIG
(イツトリウム鉄ガーネツト)、Bi置換ガーネツ
ト等が好ましい。
磁石形状は、一般に磁気光学効果板3及び5の
外周に亘つて被包する筒状とし、両端面をN,S
とする。
そして、磁石9は磁気光学効果板3及び5に亘
つて接着一体化される。磁石9の寸法は内径3mm
×外径5mm×長さ4mmである。
また、磁石9としては永久磁石、ソレノイド、
電磁石などいずれであつてもよいが磁界強度及び
小型化の点から永久磁石が好ましい。
磁気光学効果板3及び5の大きさは、光軸(Z
軸)方向の長さは、材質によつて決定されるが、
一般に0.25mm程度、X,Y方向の大きさは、2mm
程度とする。
ロツドレンズ6は、第1の光フアイバFB1か
ら入射・発散した光を第2の光フアイバFB2に
収束させ、また、第2の光フアイバFB2から出
射・発散した光を第3の光フアイバFB3に収束
させるものである。ロツドレンズ6はその光軸を
光サーキユレータの光軸(=Z軸)上に有し、材
質は、通常の屈折率分布型の光学ガラス体等が好
ましい。その寸法は径1.8mm、長さ約2.5mmであ
る。
本考案では、必要に応じて、ガラス板1及び8
を光路長調整部材として及び複屈折結晶板の保護
用として有するものであつてよい。
このガラス板1及び8はレンズの左右が対称と
なり、結像倍率が1となるように光路長を調整す
るものである。
ガラス板を設置する位置は、図示例では両端面
に接しているが、この位置に拘束されるものでは
なく第1及び第2の複屈折結晶板と磁気光学効果
板との間、あるいは複屈折結晶板とロツドレンズ
との間、あるいは、さらに、ロツドレンズと磁気
光学効果板との間のいずれか1箇所、または必要
に応じ2箇所以上に設置してもよい。
また、ガラス板の材質は通常の光学ガラスであ
つてよい。
上述の複屈折結晶板、2,4,7磁気光学効果
板3,5、ロツドレンズ6及びガラス板1,8の
一体化は、必要に応じて無反射コーテイングを施
し、通常の光学接着剤で行えばよい。これにより
堅牢性が極めて高いものとなる。
本考案の光サーキユレータ10は第1A図に示
されるように第1、第2及び第3の光フアイバ
FB1,FB2,FB3の端面を光軸(=Z軸)方
向に接着一体化接続するものである。
本考案において使用する光フアイバは種々の構
成、材質のものであつてもよく、また光フアイバ
の直径も必要に応じて決定すればよいものであ
る。
また、第1、第2及び第3の光フアイバはそれ
ぞれ異なつた構成・材質・直径のものであつても
よい。
より詳細には、ロツドレンズ6の結像倍率を1
とするときには、各光フアイバは同直径とする
が、ガラス板を用いずに結像倍率を1以外にする
ときには、その倍率に応じた光フアイバFB3を
受信用のみとして用いる場合には、光フアイバ
FB3の径を大きくし、結合効率を上げることも
できる。
本実施例の光フアイバも前記要請に応えるよう
に設計されており、次のような寸法関係となつて
いる。第1及び第2の光フアイバFB1,FB2
は、共にクラツド径125μm、コア径10μm、第3
の光フアイバFB3は、クラツド径125μm、コア
径50μmとしてある。そして、第1の光フアイバ
FB1と第3の光フアイバFB3は第1C図に示す
ように、フアイバ径Rの約2倍の直径(2R)の
中空部Zを有する部材GL内に両フアイバが接す
るように挿入されて固定されている。図中KLは
クラツド、CRはコアを示す。この結果、第1と
第2の光フアイバFB1,FB3間の距離をほぼ
125μmに容易に設定できた。このため、本実施例
光サーキユレータは全長約6mmの小型のものとし
て構成される。
以上の構成からなる光サーキユレータ10は以
下に述べるサーキユレータ機能を有するものであ
る。
すなわち、第2図に示されるように、端子P1
から入射するy軸方向に電解成分のある直線偏光
は複屈折板2に対して常光であり、xy平面内で
移動しない。次にフアラデー回転子3により偏波
面が45°回転し、このため複屈折板4に対して常
光となる。さらにフアラデー回転子5により偏波
面が45°回転し、このため複屈折板7に対しても
常光となる。すなわち、端子P1から入射するy
軸方向の直線偏光は、xy面内の位置が移動せず、
x軸方向の直線偏光として端子P2に出射する
(同図a)。
端子P1から入射するx軸方向の直線偏光は複
屈折板2に対して異常光であり、+x方向に距離
d1移動する。次にフアラデー回転子3により偏波
面が45°回転するので複屈折板4に対しても異常
光となり、+x、+y方向にそれぞれ距離d2(d2
√2d1)移動する。さらにフアラデー回転子5に
より偏波面が45°回転し、複屈折板7に対しても
異常光となり+y方向に距離d1移動する。結果と
して端子P1から入射するx軸方向の直線偏光は
+x方向に2d1,+y方向に2d1移動し、y軸方向
の直線偏光として出射するので端子P2には受光
されない(同図b)。
同様に端子P2から入射するx軸方向の直線偏
光は複屈折板7,2に対しては常光、複屈折板4
に対しては異常光となるので−x、−y方向にそ
れぞれd1移動してy軸方向の直線偏光として端子
P3に出射する。なお、端子P3はx=−d1、y
=−d1に位置する(同図c)。
また、端子P2から入射するy軸方向の直線偏
光は複屈折板7,2に対して異常光、複屈折板4
に対して常光となるので、複屈折板7により−y
方向にd1移動し、複屈折板2により−x方向にd1
移動する。結果として、−x、−y方向にそれぞれ
d1移動してx軸方向の直線偏光として端子P3に
出射する(同図d)。すなわち、端子P2から入
射する光は偏光方向に無関係に端子P3に出射す
ることになる。
以上詳述した如く、本考案の光サーキユレータ
は、第1の光フアイバから入射する光の或る偏光
成分のみが第2の光フアイバから送信光として出
射し(偏波依存性を持つ)、第2の光フアイバか
ら入射する光は第3の光フアイバから受信光とし
て出射する(偏波依存性を持たない)という機能
を有していることになる。
したがつて、第3A図に示されるように、本考
案の光サーキユレータ10を用い、第1の光フア
イバ端P1→第2の光フアイバ端P2方向を送信
に使用し、第2の光フアイバ端P2→第3の光フ
アイバ端P3方向を受信に使用することにより、
レーザー発振機LDからの光送信を行い、また、
光フアイバを伝達する間に崩れて無偏光となつた
受信光を受信できる。また、他局側にも同一構成
の光サーキユレータ10′を設け、同様な接続を
することによつて双方向通信が可能となる。
更に、第3B図に示すように、LDからレーザ
光を発振し、端子P1→P2を介して被測定物に
入射し、反射光をP2→P3で通過させて受光素
子に導くことによつて物体の反射率を測定する場
合にも好適に使用できる。
本考案は以上詳述したように磁気光学効果板を
2個用いて構成しているので従来問題となつてい
た特性劣化が生ずることがなく、高精度の偏波依
存性をもつ光サーキユレータを提供できる。従つ
て、磁気光学効果板として高価で大型化に結び付
くYIG結晶のみでなく、安価で小型化の図れる
Bi置換ガーネツト単結晶を用いることができる
ので種々の利点を有する。このことを具体的デー
タに基づき、第4図も参照して説明する。
(1) 波長1.3μm用45°フアラデー回転子の厚さは、
YIG単結晶の場合は約2.0mmにもなるが、Bi置
換ガーネツト単結晶の場合は約0.25mm程度であ
る。すなわち、Bi置換ガーネツト単結晶を用
いれば、2個分の厚さ(約0.5mm)でもYIG1個
分の厚さ(約2.0mm)よりもはるかに小さいた
め、装置の小型化に寄与することとなる。
(2) また、フアラデー回転子を1個用いた場合
と、2個用いた場合の端子P2から端子P1へ
の逆方向損失のデータは第4図に示すようにな
つた。同図は縦軸に逆方向損失(dB)を、横
軸に温度(℃)をとつたものであり、フアラデ
ー回転子を2個用いた場合の方が、はるかに逆
方向損失が大きくなつている。この逆方向損失
が小さいと前述の如く、端子P2からの光がレ
ーザ光源を接続している端子P1側へ戻る光を
多くしてしまうことにより、レーザの発振を不
安定にしてしまうという問題を有することにな
る。
(3) 次に、組立の際の角度誤差について述べる。
逆方向損失を40dB以上とするためには、フア
ラデー回転子を1個設ける場合は角度誤差を±
0.6°以内に押えなければならないが、フアラデ
ー回転子を2個使つた場合には角度誤差が±5°
であつても可能である。
このように、フアラデー回転子を2個用いるこ
とによる効果は顕著である。
[考案の効果] 以上詳述した本考案によれば、3枚の複屈折結
晶板を用いると共にその厚さを所望の値に設定し
ているので第1の端子から第2の端子に対しては
偏波依存性を有し、第2の端子から第3の端子に
対しては偏波依存性を有しない光サーキユレータ
を提供でき、また、磁気光学効果板を2個用いる
ことによつて、特性劣化を防止でき、さらに、こ
の磁気光学効果板の材料を選択することによつて
小型化、低価格化の図れる光サーキユレータを提
供することができる。
また、前記実施例のように、第1と第3の光フ
アイバを中空部内に密接固定する固定部材を用い
ることにより両フアイバ間の距離を容易に設定す
ることが可能となり、組立て容易かつ小型化が図
れるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
第1A図は本考案の光サーキユレータの一例を
示す概略図、第1B図はそれに使用される複屈折
結晶板の光学軸をX,Y面に射影した場合の図、
第1C図は本考案に使用される光フアイバ固定部
材の一例を示す概略図、第2図は本考案のサーキ
ユレータ機能の説明図、第3A図及び第3B図は
本考案サーキユレータの使用例を示すブロツク
図、第4図は本考案の効果説明のための特性図、
第5図は従来の偏波依存性を有する光サーキユレ
ータを示す概略図、第6図は従来の偏波依存性を
もたない光サーキユレータを示す概略図、第7図
は従来の一方向のみ偏波依存性を有する光サーキ
ユレータを示す概略図、第8図は本考案者が先に
提案した光サーキユレータの概略図である。 1,8……ガラス板、2,4,7……複屈折結
晶板、3,5……磁気光学効果板、6……レン
ズ、9……磁石、10……光サーキユレータ、
FB1乃至FB3……第1乃至第3の光フアイバ、
GL……固定部材。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 1) 第1、第2及び第3の光フアイバを有する
    光サーキユレータであつて第1及び第3の光フ
    アイバと第2の光フアイバとの間に第1の複屈
    折結晶板、第1の磁気光学効果板、第2の複屈
    折結晶板、第2の磁気光学効果板、第3の複屈
    折結晶板をこの順序に並べて一体化し、第1の
    光フアイバから入射する光の或る偏光成分のみ
    が第2の光フアイバから送信光として出射し、
    第2の光フアイバから入射する光は第3の光フ
    アイバから受信光として出射する機能を持たせ
    ると共に、前記第1、第2、第3の各複屈折結
    晶板の厚さd1,d2,d3を以下の関係となるよう
    に設定したことを特徴とする光サーキユレー
    タ。 d1=d3,d2=√2d1 2) 前記第1及び第3の光フアイバはフアイバ
    径の約2倍の直径の中空を有する部材中に2つ
    のフアイバが、ほぼ接するように挿入されて固
    定されている実用新案登録請求の範囲第1項記
    載の光サーキユレータ。 3) 前記磁気光学効果板は、Biを多量に置換
    したガーネツト単結晶からなる実用新案登録請
    求の範囲第1項又は第2項記載の光サーキユレ
    ータ。 4) 前記複屈折結晶板は、方解石の劈開面を使
    用したもの又はルチル板からなる実用新案登録
    請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかに記載
    の光サーキユレータ。
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