JPH0561001A - 光サーキユレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学的結合を含めて容易に製作でき、また、
複数の光線入出射ポートからの入射光を有効に利用で
き、光線入出射ポート間のアイソレーションが高い光サ
ーキュレータを提供する。 【構成】 光サーキュレータは３枚の複屈折結晶板２２
〜２４と、相反性と非相反性の回転子２５、回転子２６
と、光線入出射ポート２７〜２９とから構成される。複
屈折結晶板の常光線と異常光線を分離する方向は、複屈
折結晶板２３と複屈折結晶板２２，２４とで異なり、ま
た、複屈折結晶板２２，２４では一致し、かつ光線の電
界振動方向が複屈折結晶板２３にて一致するように、相
反性と非相反性の回転子２５の回転方向を設定し、光線
の偏光面が複屈折結晶板２４にて互いに直交するように
相反性と非相反性の回転子２６の回転方向を設定する。
複数の光線入出射ポートのうち光線入出射ポート２７か
ら入射した光線は光線入出射ポート２８から出射し、ポ
ート２８から入射した光線はポート２７からは出射せず
にポート２９から出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に用いられる
光サーキュレータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波の領域ではマイクロ波
回路を構成するのにアイソレータやサーキュレータのよ
うな非相反回路が古くから用いられている。この非相反
回路は１９４８年に理論的に導入されたもので、具現化
されたものとしては１９５２年に開発されたマイクロ波
ジャイレータが最初である。その後様々な研究が精力的
に行なわれ様々な用途開発も進展してきている。上記の
アイソレータは、負荷から発信器を絶縁（アイソレー
タ）して発信器を安定に動作させたり、長い線路を伝送
する信号波の音響ひずみを除去するのに用いられてお
り、サーキュレータは、送受共用回路、分波回路等へ利
用されている。

【０００３】このような非相反回路は、マイクロ波と同
様に波としての性質を有する光通信の領域でも当然応用
できる。例えば、光アイソレータは、発振源や光増幅器
へ光伝送路上の反射点から光が戻ることによる雑音増加
を防止するためにすでに用いられている。

【０００４】上記光アイソレータの具体例としては、例
えば、図３０（Ａ）および（Ｂ）に示すような光アイソ
レータが知られている。まず、図３０（Ａ）において、
光アイソレータでは、光ファイバ２０１による第１の光
線入出射ポートから入射した光はレンズ２０２によって
収束、結像され、平板状複屈折結晶２０３を通る。平板
状複屈折結晶２０３を通ることによって、異常光が変位
するため、該異常光と常光とは異なる経路を進んで磁気
光学材料２０４に入射される。次に、異常光および常光
は磁気光学材料２０４および旋光性あるいは異方性を有
する結晶２０５において時計方向に９０゜だけ回転し、
複屈折結晶２０６に入射される。異常光は上記複屈折結
晶２０６を通過する際に、再び変位するため、最終的に
は両者の偏光の中心点は一致し、光ファイバ２０７によ
る第２の光線入出射ポートに損失なく入射する。

【０００５】次に、光ファイバ２０７から光ファイバ２
０１へ進行する光について図３０（Ｂ）を参照して説明
する。磁気光学材料２０４は方向性を有しているため、
この場合の光に対しては進行方向に対して反時計方向に
４５゜だけ変更を回転させられる。したがって、最終的
には、異常光と常光との偏光の中心点は一致せず、光フ
ァイバ２０１へは入射しない。なお、この光アイソレー
タの詳細は特公昭５８−２８５６１号に開示されてい
る。

【０００６】また、光サーキュレータについては実用段
階には達していないものの、マイクロ波と同様の用途が
考えられており、光増幅器の実用性が高まってきた昨今
では、光サーキュレータ機能への期待も膨らんできてい
る。このような光サーキュレータの具体例としては、例
えば、図３１及び図３２に示す様な光サーキュレータ１
が提案されている。この光サーキュレータ１は、例え
ば、次の様な論文 T.Matsumoto et al.“Polarization-
independent optical circulator:an experiment.", Ap
pl.Opt.,Vol.19,No.1,pp.108-112,1980、M.Koga et a
l.,“Multi/Demultiplexer Usinga 4-Port Optical Cir
culator and Interference Filters.",The Trans. IEIC
Eof Japan Vol.E72,No.10,pp.1086-1088.1989 等に示さ
れているもので、偏光ビームスプリッタ２，３、角度プ
リズム４，５、水晶４５゜回転子６，７、ファラデー４
５゜回転子８，９、光線入出射ポート１１〜１４とから
概略構成されている。

【０００７】この光サーキュレータ１においては、図３
１に示す様に、光線入出射ポート１１から入射した光Ｌ
ｉは偏光ビームスプリッタ２によりＰ波成分（Ｌ１）と
Ｓ波成分（Ｌ２）に分離される。Ｐ波成分（Ｌ１）は水
晶４５゜回転子６、ファラデー４５゜回転子８を透過す
ることにより電界振動方向が９０゜回転され角度プリズ
ム５により反射されて偏光ビームスプリッタ３に入射す
る。一方、Ｓ波成分（Ｌ２）は角度プリズム４により反
射され水晶４５゜回転子７、ファラデー４５゜回転子９
を透過することにより電界振動方向が９０゜回転され偏
光ビームスプリッタ３に入射する。Ｐ波成分（Ｌ１）及
びＳ波成分（Ｌ２）は偏光ビームスプリッタ３により合
波され、この合波された光Ｌｆが光線入出射ポート１２
から出射する。

【０００８】また、図３２に示す様に、光線入出射ポー
ト１２から入射した光Ｌｉは偏光ビームスプリッタ３に
よりＰ波成分（Ｌ３）とＳ波成分（Ｌ４）に分離され
る。Ｐ波成分（Ｌ３）はファラデー４５゜回転子９、水
晶４５゜回転子７を透過し角度プリズム４により反射さ
れて偏光ビームスプリッタ２に入射する。一方、Ｓ波成
分（Ｌ４）は角度プリズム５により反射されファラデー
４５゜回転子８、水晶４５゜回転子６を透過し偏光ビー
ムスプリッタ２に入射する。Ｐ波成分（Ｌ３）及びＳ波
成分（Ｌ４）は偏光ビームスプリッタ２により合波さ
れ、この合波された光Ｌｆが光線入出射ポート１３から
出射する。この場合、Ｐ波成分（Ｌ３）及びＳ波成分
（Ｌ４）の光線進行方向は上記のＰ波成分（Ｌ１）及び
Ｐ波成分（Ｌ２）と逆向きであるから相反、非相反の２
枚の回転子を透過しても電界振動方向は回転しない。以
上の様に、光サーキュレータ１では、光線入出射ポート
１１から入射した光Ｌｉは光線入出射ポート１２から出
射し、光線入出射ポート１２から入射した光Ｌｉは光線
入出射ポート１１から出射せずに光線入出射ポート１３
から出射するという非相反動作を行うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した光
アイソレータは、通常２つの光線入出射ポートを有して
おり、第１の光線入出射ポートから入射した光は第２の
光線入出射ポートから出射されるが、逆に第２の光線入
出射ポートから入射した光は第１の光線入出射ポートか
らは出射されない。したがって、第２の光線入出射ポー
トから入射した光をすてることなく活かして利用するこ
とは非常に困難である。

【００１０】また、上述した光サーキュレータ１では、
光線入出射ポート１２から入出射した光Ｌｉを光線入出
射ポート１３に導くことで効果的に利用することができ
るという利点はあるが、上述した様に偏光ビームスプリ
ッタ２，３と角度プリズム４，５を基本構成要素として
いるために、偏光ビームスプリッタ２，３を用いるとア
イソレーションを大きくできないという欠点がある。そ
の理由は、偏光ビームスプリッタ２，３により反射され
るべきＳ波成分の中に、透過すべきＰ波成分が漏れ込む
量アイソレーションを−３０ｄＢ以下に抑えることが技
術的に困難なためである。

【００１１】また、角度プリズム４，５を用いると、各
光線入出力ポート１１，１２（１１，１３）間の光学的
結合に高度な技術を必要とするという欠点もある。例え
ば、偏光ビームスプリッタ２でいったん分離したＳ波成
分（Ｌ１）とＰ波成分（Ｌ２）は、角度プリズム４，５
で進行方向を変更した後再び偏光ビームスプリッタ３で
合波されなければならない。したがって、合波した後の
Ｓ波成分とＰ波成分の進行方向が極力一致するように角
度プリズム４，５の角度を高精度で調整して実装する必
要がある。この角度は、例えば光線入出力ポート１１，
…がシングルモード導波路の場合では秒オーダの高精度
で調整する必要があるために、角度プリズム４，５を製
作する場合反射面の角度の精度は秒オーダの精度が要求
される。このように、光サーキュレータ１では大変高度
な光学的結合技術を必要とするという欠点がある。

【００１２】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、複数の光線入出射ポートから入射した全ての光
をすてることなく効果的に利用することができ、また、
光線入出射ポート間のアイソレーションを高くすること
ができ、さらに、光学的結合を含めた製作を容易するこ
とができる光サーキュレータを提供することを目的とし
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、この発明では、入射光線中の直交する２つの
電界振動成分を分離し、かつ、異なる光路で入射される
２つの電界振動成分を同一光路に合成する第１の分離合
成手段と、入射光線の電界振動成分を該電界振動成分の
振動方向に応じて異なる方向へ進行させる光路決定手段
と、入射光線中の直交する２つの電界振動成分を分離
し、かつ、異なる光路で入射される２つの電界振動成分
を同一光路に合成する第２の分離合成手段とを前記入射
光線の進行方向に沿って所定の間隔をおいて配設すると
ともに、前記第１の分離合成手段と前記光路決定手段と
の間に配設され、入射される２つの直交した電界振動成
分の振動方向を平行にし、かつ平行な２つの電界振動成
分を直交化する第１の偏波回転手段と、前記第光路決定
手段と前記第２の分離合成手段との間に配設され、入射
される２つの平行な電界振動成分の振動方向を直交さ
せ、かつ直交した２つの電界振動成分を平行にする第２
の偏波回転手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】

【作用】第１の分離合成手段の一方の面に入射した光線
は、該第１の分離合成手段によって、直交する２つの電
界振動成分に分離された後、第１の偏波回転手段によっ
て２つの直交した電界振動成分の振動方向が平行化さ
れ、さらに光路決定手段によって該電界振動成分の振動
方向に応じて異なる方向へ進行させられ、第２の偏波回
転手段によって直交させられ、第２の分離合成手段によ
って同一光路に合成されられて出射させられる。また、
同第２の分離合成手段の出射位置から入射した光線は、
上記第１の分離合成手段の入射位置からは出射されず、
異なる位置から出射される。

【００１５】

【実施例】次に図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。図１はこの発明の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。以下、本発明の各実施態様について図
を参照して説明する。まず、第１の実施例の光サーキュ
レータについて図１を参照して説明する。 ［第１の実施例］この光サーキュレータ２１は、光線の
進行方向に沿って所定間隔をおいて配置された第１ない
し第３の複屈折結晶板２２〜２４と、第１の複屈折結晶
板２２と第２の複屈折結晶板２３との間に挿入された第
１群の回転子２５と、第２の複屈折結晶板２３と第３の
複屈折結晶板２４との間に挿入された第２群の回転子２
６と、第１の複屈折結晶板２２に設けられた光線入出射
ポート２７,２８と、第３の複屈折結晶板２４に設けら
れた光線入出射ポート２９とから概略構成されている。

【００１６】第１群の回転子２５は、光線の電界振動方
向を同じ角度だけ回転させる相反性と非相反性の回転子
からなるもので、第１の相反性右回り４５°回転子(以
下、単に第１相反性右回転子と略称する。)３１、第１
の相反性左回り４５°回転子(第１相反性左回転子)３
２、第１の非相反性４５°回転子(第１非相反性回転子)
３３とから構成されている。第２群の回転子２６は上記
の第１群の回転子２５と同様の構成からなるもので、第
２の相反性右回り４５°回転子(第２相反性右回転子)４
１、第２の相反性左回り４５°回転子(第２相反性左回
転子)４２、第２の非相反性４５°回転子(第２非相反性
回転子)４３とから構成されている。

【００１７】この図では、光線入出射ポート９４，９５
側から光線入出射ポート９６，９７側へ向かう方向、す
なわち図１１中、左方から右方へ向かう方向をＺ軸の正
方向、下方から上方へ向かう方向をＹ軸の正方向、紙面
の垂直上方から垂直下方へ向かう方向をＸ軸の正方向と
するカーテシアン座標系を用いて構成・作用等を説明す
ることとする。上記の複屈折結晶板としては方解石もし
くはルチル結晶が、また相反性回転子としては水晶旋光
子や１／２波長板が、また非相波性回転子としてはＹ．
Ｉ．Ｇ結晶やＢｉ添加厚膜結晶を用いたファラデー回転
子が好適に用いられる。Ｂｉ添加厚膜結晶の組成には、
例えば、（ＹｂＴｂＢｉ）₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂と（ＧｄＢｉ）₃
（ＦｅＡｌＧａ）₅Ｏ₁₂、またはＹ．Ｉ．ＧとＹ_3-xＢｉ
_xＦｅ₅Ｏ₁₂などがある。前者の組み合わせの場合には、
ファラデー回転係数は−１８００（deg/cm）と１３００
（deg/cm）となっており、符号が反対であることから同
一磁界下において回転方向は反転することが分る。

【００１８】この光サーキュレータ２１の複屈折結晶板
２２, … の常光線と異常光線を分離する方向は、第２
の複屈折結晶板２３の分離する方向が第１の複屈折結晶
板２２及び第３の複屈折結晶板２４の分離する方向と異
なり、第１の複屈折結晶板２２と第３の複屈折結晶板２
４の分離する方向が一致するように設定されている。ま
た、第１の複屈折結晶板２２により分離された常光線と
異常光線の電界振動方向が第２の複屈折結晶板２３の端
面２３aにて互いに一致するように、第１相反性右回転
子３１、第１相反性左回転子３２、第１非相反性回転子
３３それぞれの回転方向が設定されている。また、第２
の複屈折結晶板２３の端面２３bにて一致している２本
の光線の偏光面が、第３の複屈折結晶板２４の端面２４
aにて互いに直交するように、第２相反性右回転子４
１、第２相反性左回転子４２、第２非相反性回転子４３
それぞれの回転方向が設定されている。

【００１９】次に、光サーキュレータ２１の作用につい
て説明する。図２は光線入出射ポート２７から光線入出
射ポート２９へ向かう光路Ａにおける光線の偏光状態を
入射光側(光線入出射ポート２７側)から観測したもので
ある。以下、これらの状態を符号Ｚ０〜Ｚ７を用いて示
すこととする。光線入出射ポート２７から入射した光線
ＬiはＺ０の状態であるが、第１の複屈折結晶板２２に
よりＸ−Ｚ平面上で光線Ｌ１１と光線Ｌ１２とに分離さ
れる。光線Ｌ１１が第１の複屈折結晶板２２に対して常
光線(Ｏ−ray）であり、光線Ｌ１２が異常光線(Ｅ−ra
y）である。各々の偏光は、Ｚ１の様にそれぞれＹとＸ
軸方向に振動する直交状態となっている。

【００２０】互いに直交している光線Ｌ１１と光線Ｌ１
２の電界の振動方向は、光線Ｌ１１(Ｌ１２)が第１相反
性右回転子３１(第１相反性左回転子３２)を通過するこ
とで、互いに同じ方向となる。ここでは第１相反性右回
転子３１は光線Ｌ１１の入射方向からみて右回り方向
に、第１相反性左回転子３２は光線Ｌ１２の入射方向か
らみて左回り方向に回転している。この時の偏光状態は
Ｚ２の様になっている。次に、第１非相反性回転子３３
が光線Ｌ１１と光線Ｌ１２をさらに右回りに４５°回転
させることで、これらの光線Ｌ１１，Ｌ１２の振動方向
はＸ軸方向となる。結果として、光線Ｌ１１は９０°回
転し光線Ｌ１２は回転しないことになる。

【００２１】第２の複屈折結晶板２３はＸ軸方向に振動
している２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２が常光線となるよう
に配置される。第２の複屈折結晶板２３を通過した２つ
の光線Ｌ１１,Ｌ１２(Ｚ４の状態)は第２群の回転子２
６を通過することとなる。この場合、光線Ｌ１１は第２
相反性左回転子４２と第２非相反性回転子４３を通過す
ることにより偏光方向の回転が相殺され結果として偏光
方向が回転しないこととなるが、光線Ｌ１２は第２相反
性右回転子４１と第２非相反性回転子４３を通過するこ
とにより偏光方向が右回りにそれぞれ４５°回転し、結
果として偏光方向が９０°回転することとなる(Ｚ６の
状態)。したがって、第３の複屈折結晶板２４の入射端
面２４aでは２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２の振動方向は直交
する。２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２は、第３の複屈折結晶
板２４に対して光線Ｌ１１が異常光線となり光線Ｌ１２
が常光線となるので、第３の複屈折結晶板２４の端面２
４bでは２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２は空間的に一致して合
波され(光線Ｌf)、Ｚ軸方向へ伝搬していくこととな
る。

【００２２】次に、図３は光線入出射ポート２９から光
線入出射ポート２８へ向かう光路Ｂにおける光線の偏光
状態を出射光側(光線入出射ポート２８側)から観測した
ものである。光線入出射ポート２９から入射した光線Ｌ
iはＺ７の状態であるが、第３の複屈折結晶板２４によ
りＸ−Ｚ平面上で光線Ｌ１１と光線Ｌ１２とに分離され
る。光線Ｌ１１が第３の複屈折結晶板２４に対して異常
光線(Ｅ−ray）であり、光線Ｌ１２が常光線(Ｏ−ray）
である。各々の偏光は、Ｚ６の様にそれぞれＹとＸ軸方
向に振動する直交状態となっている。

【００２３】その後、２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２(Ｚ６の
状態)は第２群の回転子２６を通過することとなる。光
線Ｌ１１は第２非相反性回転子４３と第２相反性左回転
子４２を通過することにより偏光方向が出射側からみて
右回りにそれぞれ４５°回転し、結果として偏光方向が
９０°回転することとなるが、光線Ｌ１２は第２非相反
性回転子４３と第２相反性右回転子４１を通過すること
により偏光方向の回転が相殺され結果として偏光方向が
回転しないこととなる(Ｚ４の状態)。したがって、第２
の複屈折結晶板２３の端面２３bでは、光路Ａの場合と
異なり２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２の電界はＹ軸方向に振
動することになる。この方向は第２の複屈折結晶板２３
に対し異常光線となるため、光線Ｌ１１,Ｌ１２は第２
の複屈折結晶板２３を通過するに伴い下方に移動するこ
ととなる。

【００２４】下方に移動した２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２
は、第１群の回転子２５を通過すると光路Ａにおける偏
波作用とは逆の作用を受ける。この場合、光線Ｌ１１は
第１非相反性回転子３３と第１相反性右回転子３１を通
過することにより偏光方向の回転が相殺され結果として
偏光方向が回転しないこととなるが、光線Ｌ１２は第１
非相反性回転子３３と第１相反性左回転子３２を通過す
ることにより偏光方向が左回りにそれぞれ４５°回転
し、結果として偏光方向が９０°回転することとなる
(Ｚ１の状態)。したがって、第１の複屈折結晶板２２の
入射端面では光路Ｂの偏光状態は光路Ａと等しく光路が
異なることとなる。したがって、光線入出射ポート２９
から入射した光線Ｌiは光線入出射ポート２７から出射
せずに光線入出射ポート２８から出射することとなる。

【００２５】以上説明したように、この光サーキュレー
タ２１によれば、光線入出射ポート２７から入射した光
線Ｌiは光線入出射ポート２９から出射し、光線入出射
ポート２９から入射した光線Ｌiは光線入出射ポート２
７から出射せずに光線入出射ポート２８から出射すると
いう非相反回路を実現することができる。なお、上述し
た右回りと左回りの回転は相反性回転子と非相反性回転
子のいずれで実現してもよい。また、非相反性のファラ
デー回転では、磁力の方向を変えることで回転方向を変
えることが可能である。

【００２６】図４は上記の光サーキュレータ２１の変形
実施例を示すものである。この光サーキュレータ５１が
上記の光サーキュレータ２１と異なる点は、第１の複屈
折結晶板２２と光線入出射ポート２７との間にレンズ５
２と光ファイバ５３とを同軸的に設け、第１の複屈折結
晶板２２と光線入出射ポート２８との間にレンズ５４と
光ファイバ５５とを同軸的に設け、第３の複屈折結晶板
２４と光線入出射ポート２９との間にレンズ５６と光フ
ァイバ５７とを同軸的に設け、更に、第３の複屈折結晶
板２４にレンズ５８と光ファイバ５９と光線入出射ポー
ト６０とを同軸的に接合した第４のポートを設けた点で
ある。

【００２７】この光サーキュレータ５１においても上記
の光サーキュレータ２１と同様の作用、効果を得ること
ができる。すなわち、光線入出射ポート２８から入射し
た光線Ｌiは光線入出射ポート６０から出射し、光線入
出射ポート２９から入射した光線Ｌiは光線入出射ポー
ト２７から出射せずに光線入出射ポート２８から出射す
るという非相反回路を実現することができる。このよう
に、上述した光サーキュレータ２１,５１では、光線入
出射ポートの数は上記実施例に限定されることなく種々
の変更が可能である。また、光ファイバ５３, … は、
光のエネルギを閉じこめて伝搬できる光導波路に置き換
えることも勿論可能であり、これらの光ファイバ５３,
… のモードはシングルモードもしくはマルチモードの
いずれでもよい。

【００２８】次に、本発明における第２の実施例の光サ
ーキュレータについて図５を参照して説明する。 ［第２に実施例］この光サーキュレータ７１は相反性回
転子を用いない光サーキュレータであり、上記の光サー
キュレータ２１の第１群の回転子２５を非相反性ファラ
デー４５°回転子(非相反性回転子:以下、単にファラデ
ー回転子と略称する。)７２,７３に置き換え、第２群の
回転子２６をファラデー回転子７４,７５に置き換えた
ものである。ファラデー回転子７２,７３は互いに異な
る向きに回転するように同一面内に配置されており、フ
ァラデー回転子７４,７５もファラデー回転子７２,７３
と同様に互いに異なる向きに回転するように同一面内に
配置されている。そして、ファラデー回転子７２,７３
(７４,７５)により一致した電界振動方向が常光線とな
るように第２の複屈折結晶板２３が配置されている。

【００２９】次に、光サーキュレータ７１の作用につい
て説明する。図６は光線入出射ポート２７から光線入出
射ポート２９へ向かう光路Ｅにおける光線の偏光状態を
入射光側(光線入出射ポート２７側)から観測したもので
ある。光線入出射ポート２７から入射した光線Ｌiは、
第１の複屈折結晶板２２によりＸ−Ｚ平面上で常光線で
ある光線Ｌ１１と異常光線である光線Ｌ１２とに分離さ
れる(Ｚ１の状態)。直交状態にある各光線Ｌ１１,Ｌ１
２の振動方向は、ファラデー回転子７２(７３)の右回り
(左回り)の作用によって第２の複屈折結晶板２３の端面
２３aでは一致する事になり、その方向は、Ｙ軸から４
５°傾いている(Ｚ２の状態)。ここでは、振動方向が４
５°傾いた光線が常光線となるように第２の複屈折結晶
板２３が配置されている。

【００３０】第２の複屈折結晶板２３を通過した光線Ｌ
１１(Ｌ１２)の振動方向はファラデー回転子７４(７５)
の右回り(左回り)の作用によって４５°回転させられ、
これらの光線Ｌ１１,Ｌ１２は再び互いに直交すること
となる。２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２は第３の複屈折結晶
板２４により合波されて１つの光線Ｌfとなり光線入出
射ポート２９から出射することとなる。次に、図７は光
線入出射ポート２９から光線入出射ポート２８へ向かう
光路Ｆにおける光線の偏光状態を出射光側(光線入出射
ポート２８側)から観測したものである。光線入出射ポ
ート２９から入射した光線Ｌiは、第３の複屈折結晶板
２４によりＸ−Ｚ平面上で異常光線である光線Ｌ１１と
常光線である光線Ｌ１２とに分離される(Ｚ４の状態)。

【００３１】直交状態にある各光線Ｌ１１,Ｌ１２の振
動方向は、ファラデー回転子７４(７５)の左回り(右回
り)の作用によって第２の複屈折結晶板２３の端面２３b
では一致する事になり、その方向は、Ｙ軸から４５°傾
いている(Ｚ３の状態)。これは光路Ｅにおける方向とは
９０°異なっているために第２の複屈折結晶板２３に対
しては異常光線となる。これらの異常光線は第２の複屈
折結晶板２３中を斜め４５°下方へ伝搬する性質がある
ために、光線Ｌ１１,Ｌ１２はＺ３の状態からＺ２の状
態へ変化することとなる。第２の複屈折結晶板２３を通
過した２つの光線Ｌ１１,Ｌ１２の振動方向は、ファラ
デー回転子７２(７３)の右回り(左回り)の作用によって
再び直交状態となる(Ｚ１の状態)。直交状態にある２つ
の光線Ｌ１１,Ｌ１２は第１の複屈折結晶板２２の作用
により合波されて光線Ｌfとなり光線入出射ポート２８
から出射することとなる。

【００３２】さらに、第２の実施例における光サーキュ
レータ７１の変形実施例を図８に示す。第２の実施例と
異なる点はファラデー回転子の構成にある。すなわち、
本構成では、図８に示す光サーキュレータのように、磁
界の方向を反対にすることによって、偏波面の回転方向
を逆転させる構成とは異なり、特定の磁界方向下におい
て、偏波を回転させる方向が互いに異なるファラデー素
子を用いている。このようなファラデー回転子として
は、例えば、前述した第１の実施例とどうように、（Ｙ
ｂＴｂＢｉ）₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂と（ＧｄＢｉ）₃（ＦｅＡｌＧ
ａ）₅Ｏ₁₂、またはＹ．Ｉ．ＧとＹ_3-xＢｉ_xＦｅ₅Ｏ₁₂な
どがある。以上説明したように、この光サーキュレータ
７１によれば、光線入出射ポート２７から入射した光線
Ｌiは光線入出射ポート２９から出射し、光線入出射ポ
ート２９から入射した光線Ｌiは光線入出射ポート２７
から出射せずに光線入出射ポート２８から出射するとい
う非相反回路を実現することができる。

【００３３】次に、本発明の第３の実施例の光サーキュ
レータについて、図９を参照して説明する。 ［第３の実施例］この光サーキュレータ８１は、光線の
進行方向に沿って所定間隔をおいて配置された第１ない
し第４の複屈折結晶板８２〜８５と、第１の複屈折結晶
板８２と第２の複屈折結晶板８３との間に挿入された第
１群の回転子９１と、第２の複屈折結晶板８３と第３の
複屈折結晶板８４との間に挿入された第２群の回転子９
２と、第３の複屈折結晶板８４と第４の複屈折結晶板８
５との間に挿入された第３群の回転子９３と、第１の複
屈折結晶板８２に設けられた光線入出射ポート９４，９
５と、第４の複屈折結晶板８５に設けられた光線入出射
ポート９６，９７とから概略構成されている。

【００３４】この図では、光線入出射ポート９４，９５
側から光線入出射ポート９６，９７側へ向かう方向、す
なわち図１２中、左方から右方へ向かう方向をＺ軸の正
方向、下方から上方へ向かう方向をＹ軸の正方向、紙面
の垂直上方から垂直下方へ向かう方向をＸ軸の正方向と
するカーテシアン座標系を用いて構成・作用等を説明す
ることとする。第１群の回転子９１は、光線の電界振動
方向を同じ角度だけ回転させる相反性と非相反性の回転
子からなるもので、図１０に示す第１の相反性右回り４
５°回転子（以下、 単に第１相反性右回転子と略称す
る。）１０１ａ，１０１ｄ、第１の相反性左回り４５°
回転子（第１相反性左回転子）１０１ｂ，１０１ｃと、
第１の非相反性右回り４５°回転子（第１非相反性右回
転子）１０２とから構成されている。

【００３５】ここで、右回り方向とは、光線がＺ軸の正
方向（図１２中左方から右方へ向かう方向）に進む場合
に、右ネジがこの光線と同一方向に進むときの該右ネジ
の回る方向である。前記光線の場合では、電界ベクトル
が右ネジの回る方向に回転する方向である。また、Ｚ軸
の正方向を向く観測者にとって時計方向へ回転する方向
を正方向回転とする。第２群の回転子９２は前記第１群
の回転子９１と同様の機能を有するもので、第２の相反
性左回り４５°回転子（第２相反性左回転子）１０３、
第２の非相反性右回り４５°回転子（第２非相反性右回
転子）１０４とから構成されている。第３群の回転子９
３は前記第１群の回転子９１と同様の構成からなるもの
で、図１１に示す第３の相反性左回り４５°回転子（第
３相反性左回転子）１０５ａ，１０５ｄ、第３の相反性
右回り４５°回転子（第３相反性右回転子）１０５ｂ，
１０５ｃと、第３の非相反性右回り４５°回転子（第３
非相反性右回転子）１０６とから構成されている。

【００３６】上記の複屈折結晶板８２〜８５としては、
方解石もしくはルチル結晶が、また相反性回転子として
は水晶旋光子や１／２波長板や液晶が、また非相波性回
転子としてはＹ．Ｉ．Ｇ結晶やＢｉ添加厚膜結晶を用い
たファラデー回転子が好適に用いられる。Ｂｉ添加厚膜
結晶の組成には、例えば、前述した第１の実施例と同様
に（ＹｂＴｂＢｉ）₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂と（ＧｄＢｉ）₃（Ｆｅ
ＡｌＧａ）₅Ｏ₁₂、またはＹ．Ｉ．ＧとＹ_3-xＢｉ_xＦｅ₅
Ｏ₁₂などがある。この光サーキュレータ８１の複屈折結
晶板８２，… は次のような条件を満足する様に配置さ
れている。すなわち、光線がＺ軸正方向へ向かって伝搬
する場合に、第１の複屈折結晶板８２と第４の複屈折結
晶板８５は、異常光線がＸ−Ｚ平面上をＸ軸の負方向へ
移動するように配置されている。また、第２の複屈折結
晶板８３は、異常光線がＹ−Ｚ平面上をＹ軸の負方向へ
移動するように配置されている。第３の複屈折結晶板８
４は、Ｙ−Ｚ平面上をＹ軸の正方向へ移動するように配
置されている。

【００３７】また、第１群の回転子９１は次のような条
件を満足する様に各々の回転子の回転方向が設定されて
いる。第１相反性右回転子１０１ａ、第１相反性左回転
子１０１ｂ、第１非相反性右回転子１０２の組合せで
は、第１の複屈折結晶板１０２により分離された常光線
と異常光線の電界振動方向が、第２の複屈折結晶板８３
の端面８３ａにてＸ軸に平行となるように、第１相反性
右回転子１０１ａ、第１相反性左回転子１０１ｂ、第１
非相反性右回転子１０２それぞれの回転方向が設定され
ている。また、第１相反性右回転子１０１ｄ、第１相反
性左回転子１０１ｃ、第１非相反性右回転子１０２の組
合せでは、前記電界振動方向が、第２の複屈折結晶板８
３の端面８３ａにてＹ軸に平行となるように、それぞれ
の回転子の回転方向が設定されている。

【００３８】また、第２群の回転子９２は、光線のＺ軸
正方向への伝搬に際し、第２の複屈折結晶板８３の端面
８３ｂにて互いに一致している２本の光線の電界振動方
向を変化させないようにそれぞれの回転子の回転方向が
設定されている。同様に、第３の複屈折結晶板８４の端
面８４ｂにて一致している２本の光線の電界振動方向
が、第４の複屈折結晶板８５の端面８５ａにて互いに直
交するように、第３相反性右回転子１０５ｂ，１０５
ｃ、第３相反性左回転子１０５ａ，１０５ｄ、第３非相
反性右回転子１０６それぞれの回転方向が設定されてい
る。

【００３９】次に、光サーキュレータ８１の作用につい
て説明する。まず、光線入出射ポート９４から光線入出
射ポート９６へ向かう光路Ａ（Ｚ軸正方向伝搬光）にお
ける光線の伝搬の様子について説明する。図１２は、前
記光路Ａにおける光線の偏光状態と空間的位置を入射光
側（光線入出射ポート９４側）から観測したものであ
る。以下、これらの状態を符号Ｚ１〜Ｚ１１を用いて示
すこととする。光線入出射ポート９４から入射した光線
ＬiはＺ１の状態であるが、第１の複屈折結晶板８２に
よりＸ−Ｚ平面上で光線Ｌ11と光線Ｌ12とに分離され
る。光線Ｌ11が第１の複屈折結晶板８２に対して常光線
（Ｏ−ray）であり、光線Ｌ12が異常光線（Ｅ−ray）で
ある。各々の電界成分は、Ｚ２のようにそれぞれＹ軸方
向とＸ軸方向に振動する直交状態となっている。

【００４０】互いに直交している光線Ｌ11と光線Ｌ12の
電界成分は、光線Ｌ11が第１相反性右回転子１０１ａ
を、光線Ｌ12が第１相反性左回転子１０１ｂをそれぞれ
通過することで互いに同じ方向となる。この時の偏光状
態はＺ３の様になっている。次に、第１非相反性右回転
子１０２が光線Ｌ11，Ｌ12をさらに右回りに４５°回転
させることで、これらの光線Ｌ11，Ｌ12の振動方向はＸ
軸に平行となる（偏光状態はＺ４）。結果として、光線
Ｌ11は９０°回転し光線Ｌ12は回転しないことになる。
振動方向がＸ軸に平行な光線Ｌ11，Ｌ12は、第２の複屈
折結晶板８３中を常光線として伝搬する。この場合、光
線の空間的位置は変化せず、偏光状態はＺ５となる。

【００４１】第２の複屈折結晶板８３を通過した２本の
光線Ｌ11，Ｌ12は第２群の回転子９２を通過する。第２
群の回転子８２はＺ軸正方向へ伝搬する光線の偏光状態
に対しては何も作用しないように回転方向が設定されて
いるため、２本の光線Ｌ11，Ｌ12の偏光状態は変化しな
い（Ｚ７の状態）。さらに、２本の光線Ｌ11，Ｌ12は、
第３の複屈折結晶板８４中も常光線として伝搬する。こ
の場合も２本の光線Ｌ11，Ｌ12の偏光状態は変化しない
（Ｚ８の状態）。第３の複屈折結晶板８４中を通過した
２本の光線Ｌ11，Ｌ12は第３群の回転子９３を通過する
こととなる。この場合、光線Ｌ11は第３相反性左回転子
１０５ａと第３非相反性右回転子１０６を通過すること
により電界振動方向が相殺され、結果として振動方向が
回転しないこととなるが、光線Ｌ12は第３相反性右回転
子１０５ｂと第３非相反性右回転子１０６を通過するこ
とにより振動方向が右回りにそれぞれ４５°回転し、結
果として振動方向が９０°回転することとなる（Ｚ１０
の状態）。したがって、第４の複屈折結晶板８５の端面
２５ａでは２つの光線Ｌ11，Ｌ12の振動方向は互いに直
行する。

【００４２】２つの光線Ｌ11，Ｌ12は、第４の複屈折結
晶板８５に対して光線Ｌ11が異常光線となり光線Ｌ12が
常光線となるので、第４の複屈折結晶板８５の端面８５
ｂでは２つの光線Ｌ11，Ｌ12は空間的に一致して合波さ
れ（光線Ｌf）、光線入出射ポート９６から出射しＺ軸
の正方向へ伝搬していくこととなる。次に、光線入出射
ポート９６から光線入出射ポート９５へ向かう光路Ｂ
（Ｚ軸負方向伝搬光）における光線の伝搬の様子につい
て説明する。図１３は、前記光路Ｂにおける光線の偏光
状態と空間的位置を出射光側（光線入出射ポート９５
側）から観測したものである。光線入出射ポート９６か
ら入射した光線ＬiはＺ１１の状態にあるが、第４の複
屈折結晶板８５によりＸ−Ｚ平面上で光線Ｌ11と光線Ｌ
12とに分離される。光線Ｌ11が第４の複屈折結晶板８５
に対して異常光線であり、光線Ｌ12が常光線である。

【００４３】分離された２本の光線Ｌ11，Ｌ12は第３群
の回転子９３を通過することになる。この場合、第３非
相反性右回転子１０６が有する非相反性のために、上述
した光路Ａにおける回転状態とは異なる回転状態とな
る。光線Ｌ11は第３非相反性右回転子１０６と第３相反
性左回転子１０５ａを通過することにより電界振動方向
が右回りにそれぞれ４５°回転し、結果として振動方向
が９０°回転することとなるが、光線Ｌ12は第３非相反
性右回転子１０６と第３相反性右回転子１０５ｂを通過
することにより振動方向が相殺され結果として振動方向
が回転しないこととなる。したがって、第３の複屈折結
晶板８４の端面８４ｂでは、上述した光路Ａと異なり２
つの光線Ｌ11，Ｌ12の電界振動方向はＹ軸に平行となる
（Ｚ８の状態）。この方向は第３の複屈折結晶板８４に
対して異常光線となるために、光線Ｌ11，Ｌ12は第３の
複屈折結晶板８４中を伝搬するに伴いＹ軸に沿って負方
向へ移動することとなる（Ｚ７の状態）。

【００４４】Ｙ軸負方向へ移動した２つの光線Ｌ11，Ｌ
12は、第２群の回転子９２を通過する際に光路Ａとは逆
の作用を受ける。すなわち、光路Ａでは第２群の回転子
９２を通過しても２本の光線Ｌ11，Ｌ12の偏光状態は変
化しなかったが、光路Ｂでは２本の光線Ｌ11，Ｌ12のそ
れぞれの電界振動方向が９０°回転しＸ軸に平行となる
（Ｚ５の状態）。それぞれの振動方向がＸ軸に平行とな
った２つの光線Ｌ11，Ｌ12は、第２の複屈折結晶板８３
を通過した後第１群の回転子９１を通過する。この場
合、光線Ｌ11は第１非相反性右回転子１０２と第１相反
性左回転子１０１ｃを通過することにより電界振動方向
が右回りにそれぞれ４５°回転し、結果として電界振動
方向が９０°回転することとなるが、光線Ｌ12は第１非
相反性右回転子１０２、第１相反性右回転子１０１ｄを
通過することにより電界振動方向が相殺され、結果とし
て振動方向が回転しないこととなる。したがって、第１
の複屈折結晶板８２の端面８２ａでは、２つの光線Ｌ1
1，Ｌ12のそれぞれの電界振動方向は互いに直行し、光
路Ａの場合と同一の状態となる（Ｚ２の状態）。

【００４５】２つの光線Ｌ11，Ｌ12は、第１の複屈折結
晶板８２に対し光線Ｌ11は常光線、光線Ｌ12は異常光線
となるので、第１の複屈折結晶板８２の端面８２ｂでは
２つの光線Ｌ11，Ｌ12 は空間的に一致して合波され
（光線Ｌf）、光線入出射ポート９５から出射しＺ軸の
負方向へ伝搬していくこととなる。次に、光線入出射ポ
ート９５から光線入出射ポート９７へ向かう光路Ｃ（Ｚ
軸正方向伝搬光）における光線の伝搬の様子について説
明する。図１４は、前記光路Ｃにおける光線の偏光状態
と空間的位置を入射光側（光線入出射ポート９５側）か
ら観測したものである。光線入出射ポート９５から入射
した光線ＬiはＺ１の状態であるが、第１の複屈折結晶
板８２によりＸ−Ｚ平面上で光線Ｌ11と光線Ｌ12とに分
離される。光線Ｌ11が第１の複屈折結晶板８２に対して
常光線（Ｏ−ray）であり、光線Ｌ12が異常光線（Ｅ−r
ay）である。

【００４６】第１の複屈折結晶板８２により分離された
２本の光線Ｌ11，Ｌ12は第１群の回転子９１を通過する
ことになる。この場合、第１非相反性右回転子１０２が
有する非相反性のために、上述した光路Ｂにおける回転
状態とは逆の回転状態となり、したがって、第２の複屈
折結晶板８３の端面８３ａでは２つの光線Ｌ11，Ｌ12の
振動方向はＹ軸に平行となる（Ｚ４の状態）。この方向
は第２の複屈折結晶板８３に対して異常光線となるた
め、光線Ｌ11とＬ12は第２の複屈折結晶板８３中を伝搬
するに伴いＹ軸に沿って負方向へ移動することとなる
（Ｚ５の状態）。

【００４７】Ｙ軸負方向へ移動した２つの光線Ｌ11，Ｌ
12は、第２群の回転子９２を通過する際に光路Ｂとは逆
の作用を受ける。すなわち、光路Ｂでは２本の光線Ｌ1
1，Ｌ12のそれぞれの電界振動方向が９０°回転しＸ軸
に平行になったが、光路Ｃでは第２群の回転子９２を通
過しても２本の光線Ｌ11，Ｌ12の偏光状態は変化しない
（Ｚ７の状態）。したがって、第３の複屈折結晶板８４
の端面８４ａにおける電界振動方向はＹ軸に平行であ
る。この方向は第３の複屈折結晶板８４に対して異常光
線となるために、光線Ｌ11，Ｌ12は第３の複屈折結晶板
８４中を伝搬するに伴いＹ軸に沿って正方向へ移動する
こととなる（Ｚ８の状態）。

【００４８】振動方向がＹ軸方向に平行な２つの光線Ｌ
11，Ｌ12は、次に第３群の回転子９３を通過する。この
場合、光線Ｌ11は第３相反性右回転子１０５ｃと第３非
相反性右回転子１０６を通過することにより電界振動方
向が右回りにそれぞれ４５°回転し、 結果として振動
方向が９０°回転することとなるが、光線Ｌ12は第３相
反性左回転子１０５ｄと第３非相反性右回転子１０６を
通過することにより振動方向が相殺され、結果として振
動方向が回転しないこととなる。したがって、第４の複
屈折結晶板８５の端面２５ａでは、２つの光線Ｌ11，Ｌ
12の振動方向は互いに直行し、光路Ａの場合と同じ偏光
状態となる（Ｚ１０の状態）。

【００４９】２つの光線Ｌ11，Ｌ12は、第４の複屈折結
晶板８５に対して光線Ｌ11が異常光線となり光線Ｌ12が
常光線となるので、第４の複屈折結晶板８５の端面８５
ｂでは２つの光線Ｌ11，Ｌ12は空間的に一致して合波さ
れ（光線Ｌf）、光線入出射ポート９７から出射しＺ軸
の正方向へ伝搬していくこととなる。次に、光線入出射
ポート９７から光線入出射ポート９４へ向かう光路Ｄ
（Ｚ軸負方向伝搬光）における光線の伝搬の様子につい
て説明する。図１５は、前記光路Ｄにおける光線の偏光
状態と空間的位置を出射光側（光線入出射ポート９４
側）から観測したものである。

【００５０】上述した光路Ｂと同様に、Ｚ１１の状態に
ある光線入出射ポート９７から入射した光線Ｌiは、第
４の複屈折結晶板８５によりＸ−Ｚ平面上で異常光線で
ある光線Ｌ11と常光線である光線Ｌ12とに分離され、第
３群の回転子９３を通過することとなる。光線Ｌ11は第
３非相反性右回転子１０６と第３相反性右回転子１０５
Ｃを通過することにより振動方向が相殺され結果として
振動方向が回転しないこととなるが、光線Ｌ12は第３非
相反性右回転子１０６と第３相反性左回転子１０５ｄを
通過することにより電界振動方向が右回りにそれぞれ４
５°回転し、結果として振動方向が９０°回転すること
となる。したがって、第３の複屈折結晶板８４の端面８
４ｂでは、上述した光路Ｂ，Ｃとは異なり２つの光線Ｌ
11，Ｌ12の電界振動方向はＸ軸に平行となる（Ｚ８の状
態）。

【００５１】この方向は第３の複屈折結晶板８４に対し
て常光線となるために、光線Ｌ11，Ｌ12は第３の複屈折
結晶板８４中を直進する（Ｚ７の状態）。直進した２つ
の光線Ｌ11，Ｌ12は、第２群の回転子９２を通過する際
に光路Ｂと同様の作用を受ける。すなわち、２本の光線
Ｌ11，Ｌ12のそれぞれの電界振動方向が９０°回転しＹ
軸に平行となる（Ｚ５の状態）。この方向は第２の複屈
折結晶板８３に対して異常光線となるため、光線Ｌ11と
Ｌ12は第２の複屈折結晶板８３中をＹ軸に沿って正方向
に移動しながら伝搬し、Ｚ４の状態となる。

【００５２】Ｙ軸正方向に移動した２つの光線Ｌ11，Ｌ
12は、第１群の回転子９１を通過するが、この場合、上
述した光路Ａの受ける作用とは逆の作用を受けることに
なる。光線Ｌ11は第１非相反性右回転子１０２と第１相
反性右回転子１０１ａを通過することにより振動方向が
相殺され結果として振動方向が回転しないこととなる
が、光線Ｌ12は第１非相反性右回転子１０２と第１相反
性左回転子１０１ｂを通過することにより電界振動方向
が右回りにそれぞれ４５°回転し、結果として振動方向
が９０°回転することとなる。したがって、第１の複屈
折結晶板８２の端面８２ａでは、２つの光線Ｌ11，Ｌ12
の振動方向は互いに直行し、光路Ｂの場合と同じ偏光状
態となる（Ｚ２の状態）。

【００５３】２つの光線Ｌ11，Ｌ12は、第１の複屈折結
晶板８２に対して光線Ｌ11が常光線となり光線Ｌ12が異
常光線となるので、第１の複屈折結晶板８２の端面８２
ｂでは２つの光線Ｌ11，Ｌ12は空間的に一致して合波さ
れ（光線Ｌf）、光線入出射ポート９４から出射しＺ軸
の正方向へ伝搬していくこととなる。以上説明したよう
に、この光サーキュレータ８１によれば、光線の進行方
向に沿って所定間隔をおいて配置された第１ないし第４
の複屈折結晶板８２〜８５と、第１の複屈折結晶板８２
と第２の複屈折結晶板８３との間に挿入された第１群の
回転子９１と、第２の複屈折結晶板８３と第３の複屈折
結晶板８４との間に挿入された第２群の回転子９２と、
第３の複屈折結晶板８４と第４の複屈折結晶板８５との
間に挿入された第３群の回転子９３と、第１の複屈折結
晶板８２に設けられた光線入出射ポート９４，９５と、
第４の複屈折結晶板８５に設けられた光線入出射ポート
９６，９７とから概略構成することとしたので、通常の
光学的結合技術を用いて構成することができ、従来の光
サーキュレータ１の様にアイソレーションを高くできな
いという欠点や大変高度な光学的結合技術を必要とする
という欠点が解消される。

【００５４】また、この光サーキュレータ８１によれ
ば、光線入出射ポート９４から入射した光線Ｌiは光線
入出射ポート９６から出射し、光線入出射ポート９６か
ら入射した光線Ｌiは光線入出射ポート９４から出射せ
ずに光線入出射ポー ト９５から出射し、光線入出射ポ
ート９５から入射した光線Ｌiは光線入出射ポート９７
から出射し、光線入出射ポート９７から入射した光線Ｌ
iは光線入出射ポート９５から出射せずに光線入出射ポ
ー ト９４から出射するという循環的な非相反動作を行
うことができる。以上の様に、複数の光線入出射ポート
から入射した全ての光をすてることなく効果的に利用す
ることができ、また、光線入出射ポート間のアイソレー
ションを高くすることができ、光学的結合を含めた製作
が従来の光サーキュレータに比べて容易となる様な光サ
ーキュレータを提供することが可能になる。なお、上述
した右回りと左回りの回転は相反性回転子と非相反性回
転子のいずれで実現してもよい。また、非相反性のファ
ラデー回転においては、磁力の方向を変えることで回転
方向を変えることが可能である。

【００５５】図１６は上記の光サーキュレータ８１の変
形実施例を示すものである。この光サーキュレータ１１
１が上記の光サーキュレータ８１と異なる点は、第１の
複屈折結晶板８２と光線入出射ポート９４との間にレン
ズ１１２と光ファイバ１１３とを同軸的に設け、第１の
複屈折結晶板８２と光線入出射ポート９５との間にもレ
ンズ１１４と光ファイバ１１５とを同軸的に設け、第４
の複屈折結晶板８５と光線入出射ポート９６との間にも
レンズ１１６と光ファイバ１１７とを同軸的に設け、第
４の複屈折結晶板８５と光線入出射ポート９７との間に
もレンズ１１８と光ファイバ１１９とを同軸的に設けた
点である。

【００５６】この光サーキュレータ１１１においても上
記の光サーキュレータ１１１と同様の作用、効果を得る
ことができる。すなわち、光線入出射ポート９４から入
射した光線Ｌiは光線入出射ポート９６から出射し、光
線入出射ポート９６から入射した光線Ｌiは光線入出射
ポート９４から出射せずに光線入出射ポー ト９５から
出射し、光線入出射ポート９５から入射した光線Ｌiは
光線入出射ポート９７から出射し、光線入出射ポート９
７から入射した光線Ｌiは光線入出射ポート９５から出
射せずに光線入出射ポー ト９４から出射するという循
環的な非相反動作を行うことができる。上述した光サー
キュレータ８１，１１１においては、光線入出射ポート
の数は上記実施例に限定されることなく種々の変更が可
能である。また、光ファイバ１１３，… は、光のエネ
ルギを閉じこめて伝搬できる光導波路に置き換えること
も勿論可能であり、これらの光ファイバ１１３，… の
モードはシングルモードもしくはマルチモードのいずれ
でもよい。

【００５７】本発明第４の実施例を図１７に示す。本光
サーキュレータは、光線の進行方向に沿って所定の間隔
をおいて配置された第１から第４の複屈折結晶板ＢＣ１
からＢＣ４と、第１の複屈折結晶板ＢＣ１と第２の複屈
折結晶板ＢＣ２とに挿入された回転子群Ｒ１と、第２の
複屈折結晶板ＢＣ２と第３の複屈折結晶板ＢＣ３との間
に挿入された回転子群Ｒ２と、第３の複屈折結晶板ＢＣ
３と第４の複屈折結晶板ＢＣ４との間に挿入された回転
子群Ｒ３と、第１の複屈折結晶板ＢＣ１に設けられた光
線入出射ポート２１，２３と、第４の複屈折結晶板ＢＣ
４に設けられた光線入出射ポート２２、２４とから概略
構成される。この構成において、複屈折結晶板ＢＣ１と
ＢＣ４が光線の直交した２つの電界振動成分を分離合成
するのに用いられ、第１群と第３群の回転子が２つの振
動成分を平行化および直交化させる偏波回転手段として
用いられ、複屈折結晶板ＢＣ２とＢＣ３および第２群の
回転子が光の電界振動方向に応じて光路を定める手段と
して用いられる。

【００５８】図１７において、紙面上の左から右へ向か
う方向をＺ軸の正方向とするカーテシアン座標系を用い
て動作を記述する。また、観測者はＺ軸正方向に偏波の
回転方向を観測することとし、この観測者にとって右回
り方向（時計回り方向）を正方向回転とする。回転し群
Ｒ１は、光の進行方向に沿って配置した２枚の相反性回
転子からなる。 １枚目の回転子ＱＲ１は、光の進行方
向に垂直な面内に相反性右回り４５゜回転子（以下、単
に相反性右回転子と略記する。）ＱＲ１１、ＱＲ１３、
相反性左回り４５゜回転子（相反性左回転子）ＱＲ１
２、ＱＲ１４、からなる複合回転子である。２枚目の回
転子は相反性右回転子ＱＲ２である。なお、ＱＲ２によ
る偏波の回転方向は右回りでも左回りでもよい。

【００５９】回転子群Ｒ２は、相反性左回転子ＱＲ３、
非相反性右回り４５゜回転子（非相反性右回転子）ＦＲ
２とから構成されている。この場合、Ｚ軸正方向伝搬光
の電界振動方向は２枚の回転子を通過しても変化せず、
Ｚ軸負方向伝搬光の振動方向は９０゜回転する。回転子
群Ｒ３は、上記回転子群Ｒ１と同様の構成からなるもの
で、相反性左回転子ＱＲ３１、ＱＲ３３、相反性右回転
子ＱＲ３２、ＱＲ３４、非相反性右回転子ＱＲ５とから
構成されている。

【００６０】上記の複屈折結晶板としては方解石やルチ
ル結晶が、相反性回転子としては、水晶旋光子、１／２
波長板や液晶が、また非相反性回転子としてはＹ．Ｉ．
Ｇ結晶やＧＢＩＧ結晶を用いたファラデー回転子が好適
に用いられる。本光サーキュレータでは複屈折結晶板Ｂ
Ｃ１、…は次のような条件で配置する。 第１の複屈折
結晶板ＢＣ１と第４の複屈折結晶板ＢＣ４は、光線がＺ
軸の正方向へ伝搬するのに伴って異常光線がＸ−Ｚ平面
上をＸ軸の負方向へ移動するように配置する。第２の複
屈折結晶板ＢＣ２は、異常光線がＹ−Ｚ平面上をＹ軸の
負方向へ移動するように配置する。第３の複屈折結晶板
ＢＣ３は、Ｙ−Ｚ平面上をＹ軸正方向へ移動するように
配置する。

【００６１】また、第１の複屈折結晶板ＢＣ１により分
離された常光線と異常光線の電界振動方向が、第２の複
屈折結晶板ＢＣ２の端面ＢＣ２ａにてＸ軸に平行となる
ように相反性右回転子ＱＲ１１、相反性左回転子ＱＲ１
２、相反性右回転子ＱＲ２のそれぞれの回転方向が設定
され、かつ、相反性右回転子ＱＲ１３、相反性左回転子
ＱＲ１４、相反性右回転子ＱＲ２のそれぞれの回転方向
の組み合わせでは振動方向がＹ軸方向に平行となるよう
に設定する。同様に、第３の複屈折結晶板ＢＣ３の端面
ＢＣ３ａにて一致している２本の光線の振動方向が、第
４の複屈折結晶板ＢＣ４の端面ＢＣ４ａにて互いに直交
するように相反性右回転子ＱＲ４２、ＱＲ４４、相反性
右回転子ＱＲ５それぞれの回転方向が設定されている。

【００６２】次に光サーキュレータの動作について説明
する。図１８は光線入出射ポートＰｏｒｔ２１から光線
入出射ポートＰｏｒｔ２２へ向かう光路Ａにおける光線
の偏光状態と空間的位置を入射側から観測したものであ
る。以下、これらの状態を符号Ｚ１〜Ｚ１１を用いて示
すことにする。光線入出射ポートＰｏｒｔ２１から入射
した光線ＬｉはＺ１の状態であるが、ＢＣ１によりＸ−
Ｚ平面上で光線Ｌ１１とＬ１２とに分離される。光線Ｌ
１１がＢＣ１中で常光線（Ｏ−ｒａｙ）となり、光線Ｌ
１２が異常光線（Ｅ−ｒａｙ）となる。各々の電界成分
は、偏光状態Ｚ２で示されているようにそれぞれＹとＸ
軸方向に振動する直交状態となっている。

【００６３】互いに直交している光線Ｌ１１と光線Ｌ１
２の電界成分は、回転子群Ｒ１を通過することでＸ軸に
平行となる。光線Ｌ１１が相反性右回転子ＱＲ１１を、
光線Ｌ１２が第１相反性左回転子ＱＲ１２を通過するこ
とで、偏光状態Ｚ３のように斜め方向に互いに平行とな
り、次に、相反性右回転子ＱＲ２を通過することでＸ軸
に平行となる（偏光状態はＺ４）。振動方向がＸ軸に平
行な光線Ｌ１１とＬ１２はＢＣ２中を常光線として伝搬
する。この場合、光線の空間的位置は変化しないので偏
光状態Ｚ５はＺ４と同じになる。ＢＣ２中を通過した２
本の光線は回転子群Ｒ２を通過する。回転子群Ｒ２はＺ
軸正方向伝搬光線に対しては電界振動方向を回転させな
いため、２本の光線の偏光状態Ｚ７は偏光状態Ｚ５と同
じになる。したがって、２本の光線Ｌ１１とＬ１２は、
ＢＣ３中も常光線として伝搬し、偏光状態Ｚ８となる。

【００６４】ＢＣ３中を通過した２本の光線Ｌ１１とＬ
１２は回転子群Ｒ３を通過する。回転子群Ｒ３を通過す
ることによって互いに平行な電界成分は偏光状態Ｚ１０
に示すように直交する。光線Ｌ１１の電界成分は相反性
左回転子ＱＲ４１と相反性回転子ＱＲ５を通過すること
により回転が相殺され、光線Ｌ１２は相反性右回転子Ｑ
Ｒ４２と相反性右回転子ＱＲ５を通過うすることにより
振動方向が右に４５゜ずつ回転するためである。（状態
Ｚ１０）。２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２は、第４の複屈折
結晶板ＢＣ４に対してそれぞれ異常光線、常光線となる
ので、第４の複屈折結晶板ＢＣ４の端面ＶＣ４ｂでは２
つの光線Ｌ１１とＬ１２とは空間的に一致して合成され
（光線Ｌｆ）、Ｚ軸の正方向へ伝搬していくこととな
る。

【００６５】次に図１９は光線入出射ポートＰｏｒｔ２
２から光線入出射ポートＰｏｒｔ２３へ向かう光路Ｂ
（Ｚじく負方向伝搬光）における光線の偏光状態を出射
側から（光線入出射ポートＰｏｒｔ３側）観測したもの
である。光線入出射ポートＰｏｒｔ２３から入射した光
線Ｌｉの偏光状態は、複屈折結晶板ＢＣ３の出射端面Ｂ
Ｃ３ａにおける偏光状態Ｚ７まで、光路Ａにおける状態
と同じになる。これは複屈折結晶板ＢＣ４，ＢＣ３およ
び回転子群Ｒ３がすべて相反性を示すためである。電界
振動方向がＸ軸に平行な偏光状態Ｚ７に示される２つの
光線Ｌ１１とＬ１２とは回転子Ｒ２を通過する常光線で
振動方向が９０゜回転し、偏光状態Ｚ５となる。偏光状
態Ｚ５では、電界成分はＸ軸方向に向いているので複屈
折結晶板ＢＣ２中では異常光線としてＹ軸負方向に移動
しつつ伝搬する（状態Ｚ４）。Ｙ軸方向の電界成分を有
する２つの光線は、回転子群Ｒ１と通過する事で直交す
る。光線Ｌ１１は相反性右回転子ＱＲ２と相反性左回転
子ＱＲ１４を通過することで、Ｙ軸方向に振動する光線
となり、光線Ｌ１２は相反性左回転子ＱＲ２と相反性右
回転子ＱＲ１３を通過することでＸ軸方向に振動する光
線となるためである。

【００６６】偏光状態Ｚ２にある２つの光線Ｌ１１とＬ
１２は、複屈折結晶板ＢＣ１を通過することでポート２
１よりＹ軸の負方向へずれたポート２３で合成され、出
射される。 次に図２０は光線入出射ポートＰｏｒｔ２
３から光線入出射ポートＰｏｒｔ２４へ向かう光路Ｃ
（Ｚ軸正方向伝搬光）における光線の偏光状態を入射光
側から（光線入出射ポートＰｏｒｔ２４側）観測したも
のである。光線入出射ポートＰｏｒｔ２３から入射した
光線Ｌｉの偏光状態は、相反性のため複屈折結晶板ＢＣ
２の出射端面ＢＣ２ｂの偏光状態Ｚ５まで、光路Ｂにお
ける状態と同じ状態となる。

【００６７】電界成分がＹ軸方向を向く偏光状態にある
２つの光線Ｌ１１とＬ１２とは回転子群Ｒ２を通過して
も振動方向は変わらず、偏光状態Ｚ７となる。偏光状態
Ｚ７では、電界成分はＹ軸に平行であるので複屈折結晶
板ＢＣ３中では異常光線としてＹ軸負方向に移動しつつ
伝搬する（偏光状態Ｚ８）。Ｙ軸方向を向く２つの電界
成分を有する２つの光線は、回転子群Ｒ３を通過すると
電界成分が直交化する。光線Ｌ１１は相反性右回転子Ｑ
Ｒ４３と相反性右回転子ＱＲ５を通過することで、Ｘ軸
方向に振動する光線となり、光線Ｌ１２は相反性左回転
子ＱＲ４３と相反性右回転子ＱＲ５を通過することでＹ
軸方向に振動する光線となるためである（偏光状態Ｚ１
０）。偏光状態Ｚ１０にある２つの光線Ｌ１１とＬ１２
は、複屈折結晶板ＢＣ４を通過することでポート２２よ
りＹ軸の負方向へずれたポート２４で合成され、出射さ
れる。

【００６８】次に図２１は光線入出射ポートＰｏｒｔ２
４から光線入出射ポートＰｏｒｔ２１へ向かう光路Ｄ
（Ｚ軸負方向伝搬光）における光線の偏光状態を出射側
から（光線入出射ポートＰｏｒｔ２１側）観測したもの
である。光線入出射ポートＰｏｒｔ２４から入射した光
線Ｌｉの偏光状態は、相反性のため複屈折結晶板ＢＣ３
の出射端面ＢＣ３ａの偏光状態Ｚ７までの光路Ｃにおけ
る状態と同じになる。電界振動方向がＹ軸に平行な偏光
状態Ｚ７にある２つの光線Ｌ１１とＬ１２とは回転子群
Ｒ２を通過することで振動方向が９０゜回転し、偏光状
態Ｚ５となる。偏光状態Ｚ５では、電界成分はＸ軸に平
行であるので複屈折結晶板ＢＣ２中では常光線として伝
搬する（状態Ｚ４）。Ｘ軸方向の電界成分を有する２つ
の光線は、回転子群Ｒ１および複屈折結晶板ＢＣ１の相
反性により光路Ａにおける状態Ｚ１から状態Ｚ４と同じ
状態を示しつつポート２１へ向かい出射される。

【００６９】以上説明したように、本発明の光サーキュ
レータによれば、光線入出射ポートＰｏｒｔ２１から入
射した光線Ｌｉは光線入出射ポートＰｏｒｔ２２へ出射
され、Ｐｏｒｔ２２から入射するとＰｏｒｔ２３から出
射され、Ｐｏｒｔ２３から入射するとＰｏｒｔ２４から
出射され、Ｐｏｒｔ２４から入射するとＰｏｒｔ２１か
ら出射されるというように光を循環させて伝搬させるこ
とができる。なお、上述した右回りと左回り回転の関係
は互いに反転してもよい。図２２は上記光サーキュレー
タの変形実施例を示すものである。この光サーキュレー
タが上記光サーキュレータと異なる点は、第１の複屈折
結晶板ＢＣ１と光線入出射ポートＰｏｒｔ１およびＰｏ
ｒｔ３との間にレンズＬ１およびＬ３と光ファイバＯＰ
１およびＯＰ３とを同軸的に設け、第４の複屈折結晶板
ＢＣ４と光線入出射ポートＰｏｒｔ２およびＰｏｒｔ４
と光ファイバＯＰ２とＯＰ４とを同軸的に設けた点であ
る。

【００７０】本発明の第５の実施例を図２３に示す。第
５の実施例の光サーキュレータが第４実施例と異なる点
は、２つの電界振動成分を平行化および直交化させるた
めの偏波回転手段（第１群と第２群の回転子Ｒ１，Ｒ
２）が簡略化されていること、複屈折結晶板ＢＣ２、Ｂ
Ｃ４を配置する場合の結晶軸方向を第４実施例の場合に
対し４５゜傾けたことの２点である。なお、以下の動作
の説明では、複屈折結晶板ＢＣ２、ＢＣ４の長さを第４
実施例の場合に比べて√２倍だけ長くする。座標系およ
び回転の方向性は、第４実施例と同じである。回転子群
Ｒ１と回転子群Ｒ３は共に、３枚の相反性回転子から構
成し、Ｘ−Ｙ平面内にＸ軸に沿って負方向にＱＲ１１、
ＱＲ１２、ＱＲ１３およびＱＲ３１、ＱＲ３２、ＱＲ３
３と配置する。

【００７１】ＱＲ１１とＱＲ１３は相反性４５゜右回転
子（以下、相反性右回転子）、ＱＲ１２は相反性４５゜
左回転子（以下、相反性左回転子）である。複屈折結晶
板ＢＣ２は、Ｘ軸から左へ４５゜だけ傾いた電界成分を
有する光線が常光線となってＺ軸正方向へ伝搬し、その
時異常光線がＹ軸正方向へ移動するように結晶軸を選
ぶ。複屈折結晶板ＢＣ３は、上記常光線に対して異常光
線がＹ軸負方向へ移動するように結晶軸を選ぶ。図２４
は光線入出射ポートＰｏｒｔ２１から光線入出射ポート
Ｐｏｒｔ２２へ向かう光路Ａにおける光線の偏光状態と
空間的位置を入射光側から観測したものである。以下、
これらの状態を符号Ｚ１〜Ｚ９を用いて示すことにす
る。光線入出射ポートＰｏｒｔ２１から入射した光線Ｌ
ｉは偏光状態Ｚ１にあるが、ＢＣ１によりＸ−Ｙ平面上
で光線Ｌ１１とＬ１２とに分離される。光線Ｌ１１がＢ
Ｃ１中で常光線（Ｏ−ｒａｙ）となり、光線Ｌ１２が異
常光線（Ｅ−ｒａｙ）となる。各々の電界成分は、Ｚ１
のようにそれぞれＹとＸ軸方向に振動する直交状態とな
っている。

【００７２】互いに直交している光線Ｌ１１と光線Ｌ１
２の電界成分は、回転子群Ｒ１を通過することで平行化
される。光線Ｌ１１４が相反性右回転子ＱＲ１１を、光
線Ｌ１２が相反性左回転子ＱＲ１２を通過するためであ
る。この時の電界成分は偏光状態Ｚ３のようにＸ軸より
左４５゜傾いていた方向となっている。電界成分がＸ軸
より左に４５゜傾いた方向である光線Ｌ１１とＬ１２は
ＢＣ２中を常光線として伝搬する。この場合、光線の空
間的位置は変化しないので偏光状態Ｚ４は偏光状態Ｚ３
と同じになる。ＢＣ２中を通過した２本の光線は回転子
群Ｒ２を通過する。回転子群Ｒ２の作用は第４実施例に
おけるそれと同じであって、Ｚ軸正方向伝搬光線に対し
ては電界成分を９０゜回転させるように作用する。この
ため２本の光線の電界成分は偏光状態Ｚ６に示すように
偏光状態Ｚ４に対して直交する。したがって、２本の光
線Ｌ１１とＬ１２は、ＢＣ３中を異常光線として斜め方
向に移動しつつ伝搬し、偏光状態Ｚ７となる。

【００７３】ＢＣ３中を通過した２本の光線Ｌ１１とＬ
１２は回転子群Ｒ３を通過する。この場合、光線Ｌ１１
の電界成分は光線Ｌ１１が相反性左回転子ＱＲ３２を通
過することによりＸ軸方向となり、光線Ｌ１２の電界成
分は光線Ｌ１２が相反性右回転子ＱＲ３３を通過するこ
とによりＹ軸方向となる。（偏光状態Ｚ８）。したがっ
て、第４の複屈折結晶板ＢＣ４の入射端面ＢＣ４ａでは
２つの光線Ｌ１１とＬ１２の電界成分は直交する。電界
成分の直交した２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２は、第４の複
屈折結晶板ＢＣ４に対してそれぞれ異常光線、常光線と
なるので、第４の複屈折結晶板ＢＣ４の端面ＢＣ４ｂで
は２つの光線Ｌ１１とＬ１２とは空間的に一致して合成
され（光線Ｌｆ）、Ｚ軸正方向へ伝搬していくこととな
る。

【００７４】次に、図２５は光線入出射ポートＰｏｒｔ
２２から光線入出射ポートＰｏｒｔ２３へ向かう光路Ｂ
（Ｚ軸負方向伝搬光）における光線の偏光状態を出射側
から（光線入出射ポートＰｏｒｔ２３側）観測したもの
である。光線入出射ポートＰｏｒｔ２２から入射した光
線Ｌｉの偏光状態は、複屈折結晶板ＢＣ３の出射端面Ｂ
Ｃ３ａまで、すなわち偏光状態Ｚ９からＺ６まで光路Ａ
における偏光状態と一致する。これは複屈折結晶板ＢＣ
４、ＢＣ３と回転子群Ｒ３がすべて相反性を示すためで
ある。

【００７５】偏光状態Ｚ６にある光線Ｌ１１とＬ１２は
回転子群Ｒ２を通過する。回転子群Ｒ２はＺ軸負方向へ
伝搬する光線に対しては電界成分を回転させない。した
がって、複屈折結晶板ＢＣ２の入射端面ＢＣ２ｂでは、
光線Ｌ１１とＬ１２の電界成分はＸ軸から右に４５゜傾
いた方向となる（偏光状態はＺ４）。そこで複屈折結晶
板ＢＣ２中を異常光線として電界振動方向に沿ってＹ負
方向へ移動しつつＺ軸負方向へ伝搬する（偏光状態Ｚ
３）。その後、光線Ｌ１１の電界成分は相反性左回転子
ＱＲ１２を通過することによりＹ軸に平行となり、光線
Ｌ１２の電界成分は相反性右回転子ＱＲ１３を通過する
ことによりＸ軸に平行となる。電界成分の直交した２つ
の光線Ｌ１１、Ｌ１２は、第１の複屈折結晶板ＢＣ１に
対してそれぞれ異常光線、常光線となるので、第１の複
屈折結晶板ＢＣ１の端面ＢＣ１ａでは２つの光線Ｌ１１
とＬ１２とは空間的に一致して合成され（光線Ｌｆ）、
Ｚ軸の負方向へ伝搬していくこととなる。

【００７６】次に図２６は光線入出射ポートＰｏｒｔ２
３から光線入出射ポートＰｏｒｔ２４へ向かう光路Ｃ
（Ｚ軸正方向伝搬光）における光線の偏光状態を入射光
側から（光線入出射ポートＰｏｒｔ２１側）観測したも
のである。光線入出射ポートＰｏｒｔ２３から入射した
光線Ｌｉの偏光状態は、複屈折結晶板ＢＣ２の出射端面
ＢＣ２ｂまで、すなわち偏光状態Ｚ１からＺ４まで光路
Ｂにおける偏光状態と一致する。偏光状態Ｚ４にある光
線Ｌ１１とＬ１２は回転子群Ｒ２を通過する。回転子群
Ｒ２はＺ軸正方向へ伝搬する光線に対しては電界成分を
９０゜回転させるように作用する。したがって、複屈折
結晶板ＢＣ３の入射端面ＢＣ３ａでは、光線Ｌ１１とＬ
１２の電界成分はＸ軸から左に４５゜傾いた方向となる
（偏光状態はＺ６）。そこで複屈折結晶板ＢＣ３中を常
光線としてＺ軸正方向へ伝搬する（偏光状態Ｚ７）。

【００７７】その後、光線Ｌ１１の電界成分は相反性右
回転子ＱＲ３１を通過することによりＸ軸に平行とな
り、光線Ｌ１２の電界成分は相反性右回転子ＱＲ３３を
通過することによりＹ軸に平行となる。電界成分の直交
した２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２は、第４の複屈折結晶板
ＢＣ４に対してそれぞれ異常光線、常光線となるので、
第４の複屈折結晶板ＢＣ４の端面ＢＣ４ｂでは２つの光
線Ｌ１１とＬ１２とは空間的に一致して合成され（光線
Ｌｆ）、Ｚ軸の正方向へ伝搬していくこととなる。 図
２７は光線入出射ポートＰｏｒｔ２４から光線入出射ポ
ートＰｏｒｔ２１へ向かう光路Ｄ（Ｚ軸負方向伝搬光）
における光線の偏光状態を出射光側から（光線入出射ポ
ートＰｏｒｔ２１側）観測したものである。光線入出射
ポートＰｏｒｔ２４から入射した光線Ｌｉの偏光状態
は、偏光状態Ｚ９からＺ６まで光路Ｃにおける偏光状態
と一致する。

【００７８】偏光状態Ｚ６にある光線Ｌ１１とＬ１２は
回転子群Ｒ２を通過する。回転子群Ｒ２はＺ軸負方向へ
伝搬する光線に対しては偏光状態を変化させない。した
がって、複屈折結晶板ＢＣ２の入射端面ＢＣ２ｂでは、
電界成分はＸ軸から右に４５゜傾いた方向となる（偏光
状態はＺ４）。そこで複屈折結晶板ＢＣ２中を常光線と
してＺ軸正方向へ伝搬する（偏光状態Ｚ３）。その後、
光線Ｌ１１の電界成分は相反性右回転子ＱＲ１１を通過
することによりＹ軸に平行となり、光線Ｌ１２の電界成
分は相反性右回転子ＱＲ１３をつうかすることによりＸ
軸に平行となる。電界成分の直交した２つの光線Ｌ１
１、Ｌ１２は、第１の複屈折結晶板ＢＣ１に対してそれ
ぞれ異常光線、常光線となるので、第１の複屈折結晶板
ＢＣ１の端面ＢＣ１ａでは２つの光線Ｌ１１とＬ１２と
は空間的に一致して合成され（光線Ｌｆ）、Ｚ軸正方向
へ伝搬していくこととなる。

【００７９】以上説明したように、本発明の光サーキュ
レータによれば、光線入出射ぽーとＰｏｒｔ２１から入
射した光線Ｌｉは光線入出射ポートＰｏｒｔ２２へ出射
され、Ｐｏｒｔ２２から入射するとＰｏｒｔ２３から出
射され、Ｐｏｒｔ２３から入射するとＰｏｒｔ２４から
出射され、Ｐｏｒｔ２４から入射するとＰｏｒｔ２１か
ら出射されるというように光を循環的に伝搬させること
ができる。

【００８０】図２８は上記光サーキュレータの変形実施
例を示すものである。この光サーキュレータが上記サー
キュレータと異なる点は、回転子群Ｒ１およびＲ３を非
相反性回転子によって置き換えた点である。偏波回転子
群Ｒ１における相反性右回転子ＱＲ１１、ＱＲ１３に置
き換えて非相反性右４５゜回転子を、相反性左回転子Ｑ
Ｒ１２に置き換えて非相反性左４５゜回転子を設ける。
同様に、偏波回転子群Ｒ３における相反性右回転子ＱＲ
３１、ＱＲ３３に置き換えて非相反性右４５゜回転子
を、相反性左回転子ＱＲ３２に置き換えて非相反性左４
５゜回転子を設ける。電界成分を平行化および直交化さ
せる偏波回転手段として非相反性回転子を用いるため、
光路ＢおよびＤにおける偏光状態に一部違いが生じる
が、各光線入出射ポートの位置や機能は変らない。ま
た、右回転子と左回転子を実現するのに磁界の方向を変
えることが一般的に行われるが、特定の磁界方向下にお
いて偏波を回転させる方向が互いに反対となるファラデ
ー素子を用いることで構成が簡略化できる。例えば、Ｙ
ＩＧ結晶とビスマス置換型ＹＩＧ結晶とでは磁界方向が
同じであっても偏波回転の方向が反対となる。

【００８１】本変形実施例によれば、上記第５の実施例
に比べてＰｏｒｔ１−２間の長さを短くできる効果があ
る。これは偏波を４５゜回転させるのに、水晶旋光子で
は約１６mmの長さが必要であるのに対し、ファラデー素
子では３mmの厚さで済むためである。図２９は上記光サ
ーキュレータの変形実施例を示すものである。この光サ
ーキュレータが上記光サーキュレータと異なる点は、第
１の複屈折結晶板ＢＣ１と光線入出射ポートＰｏｒｔ１
およびＰｏｒｔ３との間にレンズＬ１およびＬ３と光フ
ァイバＯＰ１およびＯＰ３とを同軸的に設け、第４の複
屈折結晶板ＢＣ４と光線入出射ポートＰｏｒｔ２および
Ｐｏｒｔ４と光ファイバＯＰ２とＯＰ４とを同軸的に設
けた点である。このように、本発明によれば偏光プリズ
ムを用いることなく、４つの光線入出射ポート間を光線
がＰｏｒｔ１からＰｏｒｔ２へ、Ｐｏｒｔ２からＰｏｒ
ｔ３へ、Ｐｏｒｔ３からＰｏｒｔ４へ、Ｐｏｒｔ４から
Ｐｏｒｔ１へと循環的に伝搬する光サーキュレータを提
供することができる。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光サーキ
ュレータによれば、入射光線中の直交する２つの電界振
動成分を分離し、かつ、異なる光路で入射される２つの
電界振動成分を同一光路に合成する第１の分離合成手段
と、入射光線の電界振動成分を該電界振動成分の振動方
向に応じて異なる方向へ進行させる光路決定手段と、入
射光線中の直交する２つの電界振動成分を分離し、か
つ、異なる光路で入射される２つの電界振動成分を同一
光路に合成する第２の分離合成手段とを前記入射光線の
進行方向に沿って所定の間隔をおいて配設するととも
に、前記第１の分離合成手段と前記光路決定手段との間
に配設され、入射される２つの直交した電界振動成分の
振動方向を平行にし、かつ平行な２つの電界振動成分を
直交化する第１の偏波回転手段と、前記第光路決定手段
と前記第２の分離合成手段との間に配設され、入射され
る２つの平行な電界振動成分の振動方向を直交させ、か
つ直交した２つの電界振動成分を平行にする第２の偏波
回転手段とを備えるようにしたため、第１の分離合成手
段の所定位置から入射した光線は第２の分離合成手段の
所定位置から出射し、該所定位置から入射した光線は第
１の分離合成手段の他の位置から出射するという光サー
キュレータを光学的結合を含めて容易に製作することが
でき、また、複数の光線入出射ポートから入射した全て
の光をすてることなく効果的に利用することができ、さ
らに、光線入出射ポート間のアイソレーションを高くす
ることができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における光サーキュレー
タの一構成例を示す斜視図である。

【図２】同第１の実施例の光路Ａにおける光線の偏光状
態を示す図である。

【図３】同第１の実施例の光路Ｂにおける光線の偏光状
態を示す図である。

【図４】同第１の実施例の光サーキュレータの変形実施
例を示す斜視図である。

【図５】本発明の第２の実施例の光サーキュレータの一
実施例を示す斜視図である。

【図６】同第２の実施例の光路Ｅにおける光線の偏光状
態を示す図である。

【図７】同第２の実施例の光路Ｆにおける光線の偏光状
態を示す図である。

【図８】同第２の実施例の光サーキュレータの変形実施
例を示す斜視図である。

【図９】本発明の第３の実施例における光サーキュレー
タの一構成例を示す斜視図である。

【図１０】同第３の実施例における光サーキュレータの
第１群の回転子の相反性回転子の構成を示す正面図であ
る。

【図１１】同光サーキュレータの第３群の回転子の相反
性回転子の構成を示す正面図である。

【図１２】同光サーキュレータの光路Ａにおける光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図１３】同光サーキュレータの光路Ｂにおける光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図１４】同光サーキュレータの光路Ｃにおける光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図１５】同光サーキュレータの光路Ｄにおける光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図１６】同第３の実施例の光サーキュレータの変形実
施例を示す斜視図である。

【図１７】本発明の光サーキュレータの第４の実施例を
示す斜視図である。

【図１８】同第４の実施例の光路Ａにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図１９】同第４の実施例の光路Ｂにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図２０】同第４の実施例の光路Ｃにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図２１】同第４の実施例の光路Ｄにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図２２】本発明の第４の実施例の光サーキュレータの
変形実施例を示す図である。

【図２３】本発明の光サーキュレータの第５の実施例の
構成を示す斜視図である。

【図２４】同第５の実施例の光路Ａにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図２５】同第５の実施例の光路Ｂにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図２６】同第５の実施例の光路Ｃにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図２７】同第５の実施例の光路Ｄにおける光線の偏光
状態と空間的位置を示す図である。

【図２８】本第５の実施例の光サーキュレータの変形実
施例を示す図である。

【図２９】本第５の実施例の光サーキュレータの変形実
施例を示す図である。

【図３０】（Ａ）は従来の光アイソレータの光ファイバ
２０１から２０７への光路を説明するための図であり、
（Ｂ）は同光アイソレータの光ファイバ２０７から２０
１への光路を説明するための図である。

【図３１】従来の光サーキュレータの構成および動作を
示す概略図である。

【図３２】従来の光サーキュレータの構成および動作を
示す概略図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ 光路 Ｌｉ，Ｌｆ，Ｌ11，Ｌ12 光線 ２１，５１，７１ 光サーキュレータ ２２ 第１の複屈折結晶板（第１の分離合成手段） ２３ 第２の複屈折結晶板（光路決定手段） ２４ 第３の複屈折結晶板（第２の分離合成手段） ２５ 第１群の回転子（第１の偏波回転手段） ２６ 第２群の回転子（第２の偏波回転手段） ２７ 光線入出射ポート ２８ 光線入出射ポート ２９ 光線入出射ポート ３１ 第１の相反性右回り４５゜回転子 ３２ 第１の相反性左回り４５゜回転子 ３３ 第１の非相反性４５゜回転子 ４１ 第２の相反性右回り４５゜回転子 ４２ 第２の相反性左回り４５゜回転子 ４３ 第２の非相反性４５゜回転子 ７２,７３,７４,７５ 非相反性ファラデー４５゜回転
子(ファラデー素子）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光線中の直交する２つの電界振動成
   分を分離し、かつ、異なる光路で入射される２つの電界
   振動成分を同一光路に合成する第１の分離合成手段と、
   入射光線の電界振動成分を該電界振動成分の振動方向に
   応じて異なる方向へ進行させる光路決定手段と、入射光
   線中の直交する２つの電界振動成分を分離し、かつ、異
   なる光路で入射される２つの電界振動成分を同一光路に
   合成する第２の分離合成手段とを前記入射光線の進行方
   向に沿って所定の間隔をおいて配設するとともに、 前記第１の分離合成手段と前記光路決定手段との間に配
   設され、入射される２つの直交した電界振動成分の振動
   方向を平行にし、かつ平行な２つの電界振動成分を直交
   化する第１の偏波回転手段と、 前記第光路決定手段と前記第２の分離合成手段との間に
   配設され、入射される２つの平行な電界振動成分の振動
   方向を直交させ、かつ直交した２つの電界振動成分を平
   行にする第２の偏波回転手段とを備えることを特徴とす
   る光サーキュレータ。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の分離合成手段は、
   複屈折結晶板からなり、それぞれの複屈折結晶板による
   常光線と異常光線との光路によって形成される面が平行
   になるよう配設されたことを特徴とする請求項１記載の
   光サーキュレータ。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の偏波回転手段は、
   入射光線の進行方向に沿って配設された相反性偏波回転
   子と非相反性偏波回転子とからなり、 前記相反性偏波回転子は右回りおよび左回りの２枚の回
   転子からなることを特徴とする請求項１記載の光サーキ
   ュレータ。
4. 【請求項４】 前記光路決定手段は、複屈折結晶板から
   なり、該複屈折結晶板による常光線と異常光線との光路
   によって形成される面が前記第１および第２の分離合成
   手段による分離合成された電界振動成分の光路によって
   形成される面と直交するように配設されたことを特徴と
   する請求項１記載の光サーキュレータ。
5. 【請求項５】 前記光路決定手段は、２枚の複屈折結晶
   板と、該２枚の複屈折結晶板の間に設けられた回転角の
   等しい相反性偏波回転子および非相反性偏波回転子とか
   らなる回転子群とを備えることを特徴とする請求項１記
   載の光サーキュレータ。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の偏波回転手段は、
   入射光線の進行方向に沿って配設された２枚の右回り回
   転子と２枚の左回り回転子からなる相反性偏波回転子
   と、非相反性偏波回転子とからなることを特徴とする請
   求項５記載の光サーキュレータ。
7. 【請求項７】 前記第１および第２の偏波回転手段は、
   入射光線の進行方向に沿って同一平面内に配設された３
   枚の相反性偏波回転子からなり、前記相反性偏波回転子
   のいずれか２枚は同方向に、他の１枚は反対方向に偏波
   を回転させるよう配設されたことを特徴とする請求項５
   記載の光サーキュレータ。
8. 【請求項８】 前記第１および第２の偏波回転手段は、
   入射光線の進行方向に沿って同一平面内に配設された複
   数の非相反性偏波回転子からなり、 前記非相反性偏波回転子は複数の右回り回転子と複数の
   左回り回転子とからなることを特徴とする請求項４また
   は５記載の光サーキュレータ。
9. 【請求項９】 前記非相反性回転子は、特定の磁界方向
   下において偏波を回転させる方向が互いに異なるファラ
   デー素子であることを特徴とする請求項８記載の光サー
   キュレータ。