JPH0561000A - 光アイソレータ - Google Patents

光アイソレータ

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JPH0561000A
JPH0561000A JP24667791A JP24667791A JPH0561000A JP H0561000 A JPH0561000 A JP H0561000A JP 24667791 A JP24667791 A JP 24667791A JP 24667791 A JP24667791 A JP 24667791A JP H0561000 A JPH0561000 A JP H0561000A
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JP
Japan
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light
crystal
polarization
birefringent crystal
axis
Prior art date
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Withdrawn
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JP24667791A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Konno
良博 今野
Hiroshi Kume
浩 久米
Masato Tadenuma
正人 蓼沼
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Namiki Precision Jewel Co Ltd
Original Assignee
Namiki Precision Jewel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 無偏波依存型光アイソレータにおいて、二つ
に分岐された光線が、最終複屈折結晶板で偏波合成して
出射するときに、位相差が生じないように構成する。 【構成】 三個以上の複屈折結晶板と一個以上のファラ
デー回転子を用いて構成し、光アイソレータ伝播中の二
つに分岐した常光,異常光の光学光路長が同一長となる
ように、複屈折結晶板の方向,厚み調整,ファラデー回
転子による偏波面回転操作とを組合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信等にお
ける光の偏波方向に依存しない光アイソレータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザを信号光源とする光通信の
進歩に伴い、これまでは不可能であった数百メガヘルツ
を越える高速,高密度な信号伝送が実用化され、かつ最
近の光増幅技術の目ざましい進展によって、光電変換の
必要なく膨大な情報伝達が光ファイバを経路として可能
になり、ファイバ間に挿入する偏光方向に無関係な光ア
イソレータや、光増幅用励起光の導入方法等に関する技
術的高度化、経済的低価格化の要求が高まり、様々な提
案がなされ一部実用に供されている。
【0003】例えば、図2は代表的な偏波無依存型光ア
イソレータの構造を示す。この構造はレンズ間にテーパ
状の一対の複屈折結晶板B21,B22を配し、常光,異常
光が逆方向ではテーパ角度に起因するある角度で出射さ
れるため、単純,小型な構造で高い消光特性が得られ
る。しかしテーパ状複屈折結晶板を加工する煩雑さ、複
雑な光線経路を追跡しながら調芯して組立てる微妙な組
立技術を要する等の量産面の欠点があった。
【0004】これに対して、図3,図4は光結合が比較
的容易な複屈折結晶板を偏光子に採用した例である。図
3はファラデー回転子と3個の複屈折結晶板を用いた構
造(特公昭60-51690号公報参照)であり、図4は2個の
ファラデー回転子のほか、3個の複屈折結晶板を用いた
構造(U.S.P. 4,974,944号公報参照)である。
【0005】図3において、第一から第三の複屈折結晶
板をそれぞれB31、B32およびB33として、それぞれの
光線透過方向の厚みは1:1/√2:1/√2の比率に保た
れ、かつB33はB32に対しx軸のまわりに90゜回転した
配置であり、B31、B32間にファラデー回転子F31を挿
入した構成である。一方図4において複屈折結晶板B4
1,B42,B43はそれぞれの光線透過方向の厚みが1:√
2:1の比率に調整され、それぞれの複屈折結晶板間にフ
ァラデー回転子F41,F42を挿入した二段構成の光アイ
ソレータで、高い消光特性を得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図3の構成では、B31
の異常光がB32においても異常光であり、B33で常光と
して挙動する。結果としてB33を出射するとき偏波合成
され、偏波方向に関係なく順方向に透過できる。逆方向
光はB31出射後に光線軸上からずれているので消光機能
が得られる。しかし常光,異常光の伝播経路が異なるた
め位相差が生じるため、光の振幅強度ではなく光の周波
数や位相を用いるコヒーレント光通信方式では大きな技
術課題になる。
【0007】この場合位相差をδ、複屈折結晶板の結晶
光軸傾き角をθとし、常光,異常光の屈折率をそれぞれ
e、noとすると、 δ=2πd・(n−no)/λ で示される位相差δを生じる。ただし、λは光線波長、
dは複屈折結晶板の厚さとして、nは数1で与えられる
屈折率である。
【数1】
【0008】図3の構成では、B31のみで生じる常光、
異常光の偏光成分位相差をδと仮定すれば、B32,B33
を経た偏波合成後の伝播光の位相差Δは、 △=δ+δ/√2−δ/√2=δ となる。一方、図4の構成では、広帯域化するためファ
ラデー回転子を逆方向に対抗磁化したときの位相差△’
は、B41、B42の位相差をδとして、 △’=δ+√2・δ+δ=(2+√2)δ F41、F42の磁化方向を同一に構成した場合の位相差
△”は、 △”=δ+√2・δ−δ=√2・δ となり、いずれもある量の位相差が発生する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上述のような偏
光方向に依存しない光アイソレータにおいて、常光,異
常光の光線経路長の差による位相差を補償することを主
旨としており、新規な構造を提供するものである。すな
わち本発明は、三個以上の複屈折結晶板を用いて構成さ
れる無偏波光アイソレータにおいて、光線が透過する順
方向側から見て最初の複屈折結晶板によって二つに分岐
された光線が、最後の複屈折結晶板で偏波合成されて出
射するとき、位相差が発生しない構造を提示するもの
で、光アイソレータ伝播中の光学光路長が同一長となる
ように、複屈折結晶板の方向や厚み調整と、ファラデー
回転子による偏波面回転操作とを組み合わせ、所望の光
線経路を形成するものである。
【0010】構成としては、結晶光軸が光線入射表面に
対して傾き、光線透過方向の厚さが、それぞれ1:1/√
2:(1+√2)/2:1/2の比率から構成される第一,第二,
第三,第四の複屈折結晶板および第一と第二の複屈折結
晶板間に偏光面を45゜回転するための磁気的に飽和磁化
されたファラデー回転子を挿入し、第三と第四の複屈折
結晶板は結晶光軸の向きが鏡面対称配置する。
【0011】さらに結晶光軸が光線入射表面に対して傾
き、光線透過方向の厚さが、それぞれ1:√2:√2:1の
比率から構成される第一,第二,第三,第四の複屈折結
晶板および第一と第二,第三と第四の複屈折結晶板間に
偏光面を45゜回転するための磁気的に飽和磁化されたフ
ァラデー回転子をそれぞれ挿入し、第二複屈折結晶板と
第三の複屈折結晶板は結晶光軸が光線進行方向を回転中
心として90゜回転され、第四の複屈折結晶板は結晶光軸
の向きが第一の複屈折結晶板の結晶光軸に対し、鏡面対
称配置する。
【0012】
【実施例1】図1は、本発明を具現化した一例である。
光アイソレータは四個の複屈折結晶板B11〜B14と一個
のファラデー回転子F11から構成される。複屈折結晶板
の光線透過方向の厚さ比率は、それぞれ1:1/√2:(1+
√2)/2:1/2とする。図1(a)は、本構成の順方向に対す
る光線経路を示す。本構成は結晶光軸が光線伝播方向に
対して傾斜した複屈折結晶板B11によって常光と異常光
に分岐し、F11を透過後に、それぞれの分岐光の偏波面
が45゜回転するため、図中z軸に対してB12の結晶光軸
を45゜回転し、B11の異常光がB12においても異常光と
して挙動する配置に固定する。
【0013】B13は、B12の結晶光軸に対してz軸を回
転中心として90゜回転した配置に調整し、原点上(z軸
上)を伝播してきた常光が異常光へ変換されるため、図
の位置に移動する。最後にB14をB13に対して鏡面対称
配置し、最終的に二つに分岐された光線が偏波合成され
る。
【0014】図1(b)は同じく逆方向へ伝播する場合で
あるが、図のようにB11を透過する時点で、入射原点か
ら出射位置が変移するため、消光することができる。す
なわち偏波方向に関係なく光アイソレータとして動作す
ることが可能である。消光特性は、この点における変移
幅と半導体レーザ(LD)光線の光束幅の程度から決定さ
れる。一般に伝播光はガウシアン分布をとるため、光線
中心近辺は光強度が高いが、光線中心からある距離を隔
てた位置でも、わずかではあるが光線の広がりをもつた
め、逆方向おいて光線のずれ度合いは光学結合条件を厳
密に検討しなければならない。
【0015】ここで本実施例において光線のずれ度合い
は、B11の厚さに比例する。代表的な複屈折結晶である
方解石やルチル(TiO2)の場合、結晶光軸に対し約45
゜の角度で平板を形成するとき常光,異常光の分離幅が
最大となり、その平板厚みの約1/10となる。例えば、
B11を2mmの厚みに設定すると、ずれ幅は約0.2mmであ
り、光線直径が100μm以下なら0.2mmのずれ幅があれ
ば、−30dB以下の戻り光線遮断効果が得られる。一方本
発明の構成は、順方向光線が光アイソレータを経過する
とき生じる位相差を解消するため、複屈折結晶板で分岐
された光線が最終的に同一光路長となるように、その厚
み,結晶光軸の向きやファラデー回転子の挿入位置等を
調整することから決定される。
【0016】本実施例の場合、B11で分岐された異常光
は、B11とB12を異常光として透過した後、B13とB14
を、常光と異常光が反転する構成に配置した。この場
合、光アイソレータ全体の位相差△は、複屈折結晶板の
厚みと比例関係を示すため、B11単体の位相差をδとし
て、 △=δ+δ/√2−δ(1/√2+1/2)−δ/2=0 つまり位相差は全体として相殺され、補償される。
【0017】
【実施例2】図5は、本発明を具現化した他の例であ
る。この場合、光アイソレータは四個の複屈折結晶板B
51〜B54と二個のファラデー回転子F51,F52から構成
される。複屈折結晶板の光線透過方向の厚さ比率は、そ
れぞれ1:√2:√2:1とする。常光と異常光はB52とB
53の部分で逆転し、結局、位相差△はB51単体の位相差
をδとすれば、次の関係から全体として補償され、 △=δ+√2δ−(√2δ+δ)=0 伝播光線の位相差は無く、コヒーレント光線として安定
した状態で送信できる。ただし、この構成が偏波に依存
しないで光アイソレータとして機能しなければならな
い。
【0018】図5(a),(b)は本構成の順,逆方向に対す
る光線経路を示す。本実施例では、結晶光軸が光線伝播
方向に対して傾斜した複屈折結晶板B51によって常光と
異常光に分岐し、F51を透過後に、偏波面が45゜回転
し、図中z軸に対して45゜結晶光軸を回転したB52へ伝
播する。ここで、これまでの常光が異常光としてB53、
B54において挙動するようにB53はB52の結晶光軸に対
して、z軸を回転中心に90゜回転し、B54はB51の鏡面
対称配置に設定する。順方向の光線は、入射原点から少
しずれた位置に偏波結合され出射される。
【0019】また図5(b)に追跡されるように、戻り光
は入射点からかなり逸れた位置に変移され、消光特性が
とれる。本実施例では、B51の厚みを2mmとするとき、
分離幅は実施例1の2倍とれるため0.4mmとなる。この
とき、光線系として同じ100μm以下のビーム直径ならば
十分な消光特性が実現され、−60dB以下に抑圧できる。
結果として本実施例では、位相差が全く無視できると同
時に偏波方向に依存しない光アイソレータが構成でき
る。
【0020】
【発明の効果】本発明は比較的単純で工業規模に低価格
が実現可能な構造で、小型高消光特性が得られると共
に、位相差を生じない偏波方向に依存しない光アイソレ
ータに関するので、今後予想されるコヒーレント光通信
用アイソレータとして、将来の光伝送に多大な貢献が期
待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光アイソレータの構成例で、各光学素
子間の常光,異常光の偏光方向の変化を示す図である。
【図2】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。
【図3】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。
【図4】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。
【図5】本発明の光アイソレータの別の構成例で、各光
学素子間の常光,異常光の偏光方向の変化を示す図であ
る。
【符号の説明】
B 複屈折結晶板 F ファラデー回転子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三個もしくはそれ以上の複屈折結晶板
    と、一個もしくはそれ以上のファラデー回転子からなる
    偏波無依存型光アイソレータにおいて、光線が透過する
    順方向側から見て最初の前記複屈折結晶板によって二つ
    に分岐後、最後の前記複屈折結晶板で偏波合成されて出
    射するとき、位相差が生じないように分岐光線が同一光
    路長となるように構成することを特徴とした光アイソレ
    ータ。
  2. 【請求項2】 結晶光軸が光線入射表面に対して傾き、
    光線透過方向の厚さが、それぞれ1:1/√2:(1+√2)/
    2:1/2の比率から構成される第一,第二,第三,第四の
    複屈折結晶板および第一と第二の複屈折結晶板間に偏光
    面を45゜回転するための磁気的に飽和磁化されたファラ
    デー回転子を挿入し、第三と第四の複屈折結晶板は結晶
    光軸の向きが鏡面対称に配置することを特徴とした偏波
    無依存型光アイソレータ。
  3. 【請求項3】 結晶光軸が光線入射表面に対して傾き、
    光線透過方向の厚さが、それぞれ1:√2:√2:1の比率
    から構成される第一,第二,第三,第四の複屈折結晶板
    および第一と第二,第三と第四の複屈折結晶板間に偏光
    面を45゜回転するための磁気的に飽和磁化されたファラ
    デー回転子をそれぞれ挿入し、第二複屈折結晶板と第三
    の複屈折結晶板は結晶光軸が光線進行方向を回転中心と
    して90゜回転され、第四の複屈折結晶板は結晶光軸の向
    きが第一の複屈折結晶板の結晶光軸に対し、鏡面対称に
    配置することを特徴とした偏波無依存型光アイソレー
    タ。
JP24667791A 1991-08-31 1991-08-31 光アイソレータ Withdrawn JPH0561000A (ja)

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Effective date: 19981112