JPH07191279A

JPH07191279A - 光学アイソレータ

Info

Publication number: JPH07191279A
Application number: JP29902294A
Authority: JP
Inventors: William Lewis Emkey; ルイスエムキーウイリアム
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc; AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1995-07-28
Also published as: EP0653660A1

Abstract

(57)【要約】【目的】相対ウォークオフ（すなわち、同軸の正常レ
イと異常レイ）とネットウォークオフ（同軸出力ビーム
と入力ビーム）とをゼロにするような光学アイソレータ
を提供すること。【構成】本発明の光学アイソレータは、光学要素の第
１グループを有し、この第１グループ（１０．１）は、
入力ビームを受光し、この入力ビームを正常レイと異常
レイに分離し、さらに、光学要素の第２グループ（１
０．２）を有し、この第２グループは、正常レイと異常
レイを受光して、第２グループの出力点でそれらをほぼ
同軸に一致させる。一実施例によれば、この第２グルー
プと第１グループとは、互いにミラーイメージとなるよ
う構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アイソレータ出力点に
おける常光線と異常光線との間の変位（相対ウォークオ
フ(walk-off)）と、アイソレータの入力ビームと出力ビ
ームとの間の変位（ネットウォークオフ）を減少させる
光学アイソレータに関する。

【０００２】

【従来技術の説明】光システムの反射は、ノイズ、およ
び、光学フィードバックを生成し、このために、様々な
システムの要素の性能、特に、半導体レーザとしての信
号源の性能を劣化させる。そのために、レーザ、あるい
は、他の素子を、この反射から光学的に保護（分離）す
ることは、このシステムの性能の鍵となる。特に、従来
の光学アイソレータは、一般的に、一対の極性セレクタ
（例えば、リニアポラライザ、複屈折プレート、あるい
は、複屈折ウェッジ）の間に配置された非相反性（non-
reciprocal）の回転子（例えば、バイアス磁場内で配置
された４５゜ファラデー回転子）を有する。前進方向へ
の伝送中に、このアイソレータを通過する入力信号は、
極性セレクタ、ファラデー回転子を介して、出力素子
（例えば、光ファイバ）に完全に結合される。しかし、
逆方向に反射される際に、アイソレータを介して伝搬す
る反射信号の極性は、反射信号が信号ソースに結合され
ないように回転される。

【０００３】一般的なアイソレータは、一対の複屈折ウ
ェッジの間に配置されたファラデー回転子スラブを有す
る。これについては、“Proc. OFC”の“Abstract THF
2”（１９８９年：W. Emkey他著）を参照のこと。ある
条件下では、このアイソレータは、その極性依存性を減
少させることができる。しかし、アイソレータの入力ビ
ームと出力ビームとは、互いに変位する。これはネット
ウォークオフ(net-walk-off)と称する現象である。入力
ビームと出力ビームとが同軸でないため、アイソレータ
の機械的／光学的な設計は複雑となり、製造コストが増
大する。

【０００４】さらに、この構成は、相対的ウォークオフ
と呼ばれる現象を引き起こす。すなわち、入力信号は、
常光線と異常光線とに分離し、それらは、互いに出力点
で変位する。入力がレンズにより開口（例えば、ファイ
バコア）に入力されると、各レイから光ファイバ内に結
合されたパワーは異なり、そして、この全体の結合パワ
ーは、相対的ウォークオフが発生しない場合よりも少な
くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、相対ウォークオフ（すなわち、同軸の常光線と異常
光線との変位）をゼロにし、ネットウォークオフ（同軸
出力ビームと入力ビームとの変位）とをゼロにするよう
な光学アイソレータを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光学アイソレー
タは、光学要素の第１グループを有し、この第１グルー
プは、入力ビームを受光し、この入力ビームを常光線と
異常光線に分離し、さらに、光学要素の第２グループを
有し、この第２グループは、これらの常光線と異常光線
を受光して、第２グループの出力点でそれらをほぼ同軸
にする。一実施例によれば、この第２グループと第１グ
ループとは、ミラーイメージとなるよう構成される。

【０００７】また、各グループは、光学アイソレータ、
すなわち、ファラデー回転子スラブを一対の複屈折ウェ
ッジの間に有する。さらに、本発明の他の実施例によれ
ば、第１グループのウェジの傾斜表面は、グループ間の
共通軸の直角から＋αの角度だけ傾斜しており、この第
２グループの同一表面は、これにより−αだけ傾斜して
いる。これらの実施例は、相対的ウォークオフとネット
ウォークオフの一方、あるいは、両方を減少させる。

【０００８】

【実施例】図１において、本発明の光学アイソレータ
は、第１要素グループ１０．１を有し、この第１要素グ
ループ１０．１は、入力信号ビームを受光し、この入力
信号ビームを常光線（ｏレイ）と異常光線（ｅレイ）と
に分離する。さらに、第２要素グループ１０．２を有
し、この第２要素グループ１０．２は、これらの常光線
と異常光線を受光して、それらを第２要素グループ１
０．２の出力点で同軸になるようにしている。同図にお
いては、第１要素グループ１０．１と第２要素グループ
１０．２は、共通軸１３に沿って同軸に配置されてい
る。この各グループは、３個の基本的要素を有してい
る。すなわち、一対の複屈折（例えば、ルチル、方解
石）の入力ウェッジ１４．１、出力ウェッジ１６．１と
入力ウェッジ１４．２、出力ウェッジ１６．２と、これ
らのウェッジの間に配置された非相反性（ファレデー）
の回転子スラブ回転子スラブ１２．１、１２．２（例え
ば、ガーネット製の薄フィルム）を有する。本発明の一
実施例によれば、第１要素グループ１０．１と第２要素
グループ１０．２は、イメージプレーン１５に関し、互
いにミラーイメージとなるように構成されている。この
イメージプレーン１５は、第１要素グループ１０．１と
第２要素グループ１０．２との間に配置され、共通軸１
３に直交する。

【０００９】しかし、本発明は、別の観点からみると、
第１要素グループ１０．１において、入力ビームが入射
する傾斜表面は、共通軸１３に直交する面に対し、角度
＋αだけ傾斜しているが、第２要素グループ１０．２に
おいては、この傾斜表面は、共通軸１３に直交する面
に、角度−αだけ傾斜している。

【００１０】何れの場合においても、第１要素グループ
１０．１のｏレイは第２要素グループ１０．２のｏレイ
でもあるし、同様に、第１要素グループ１０．１のｅレ
イは第２要素グループ１０．２のｅレイでもある。すな
わち、このｏレイとｅレイの同一性は、ビームが２つの
グループを透過しても保持される。

【００１１】この構成の重要な利点は、ｏレイとｅレイ
は、アイソレータの出力点で同軸であり、このことは、
第１要素グループ１０．１と第２要素グループ１０．２
の間の領域で、距離δだけ互いにずれていてもいえるこ
とである。すなわち、本発明のアイソレータは、ほぼゼ
ロの相対的ウォークオフを示すことになる。さらに、こ
の構成は、ほぼゼロのネットウォークオフを示すことに
なる。すなわち、入力ビームと出力ビームは、共通軸１
３に沿って同軸である。かくして、本発明は、極性依存
性損失（polarization dependent loss：ＰＤＬ）を減
少させる。この現象は、非同軸のｏレイとｅレイが異な
る角度で開口に入射し、この開口（光ファイバのコア）
に対し、異なる結合係数を有することである。さらに、
本発明は、入力ビームと出力ビームが同軸であるため
に、製造（整合ステップ、パッケージの設計）が容易と
なる利点がある。

【００１２】実際には、これらのアイソレータの動作に
は、共通軸１３に平行な磁界Ｈを生成するための永久磁
石を必要とし、レンズ要素と反射防止コーティングとも
必要とする。これらは、当業者に公知である。図面を明
瞭にするために、磁石とコーティングは示していない
が、本発明によれば、アイソレータの動作を理解するの
には必ずしも必要でないと考えたからである。このレン
ズ要素は、図ではレンズ２２として示し、このレンズ２
２は、入力信号を光ファイバ２４のコアのような開口に
集光させる。

【００１３】本発明によれば、出力ウェッジ１６．１と
入力ウェッジ１４．２は、互いに平行なＣ軸を有する
が、入力ウェッジ１４．１と出力ウェッジ１６．２のＣ
軸同士の関係は、磁界の方向に依存する。すなわち、磁
界の方向が、両方のアイソレータ（図１）内で同一の場
合には、入力ウェッジ１４．１と出力ウェッジ１６．２
のＣ軸は、互いに直交する。しかし、この磁界の方向が
反対の場合には、これらのＣ軸は平行となる。何れの場
合においても、これらの要素グループは、互いにミラー
イメージとなる。

【００１４】さらに、従来公知のように、第１要素グル
ープ１０．１の入力ウェッジ１４．１と出力ウェッジ１
６．１は、互いに４５゜傾斜したＣ軸を有し、同様に、
第２要素グループ１０．２の入力ウェッジ１４．２と出
力ウェッジ１６．２は、互いに４５゜ずれたＣ軸を有す
る。例えば、図２に示した例においては、入力ウェッジ
１４．１と出力ウェッジ１６．１は、傾斜表面１７．１
の面にＣ軸を有し、１９．１に対し、角度α＝＋２２．
５゜だけ傾斜している。一方、入力ウェッジ１４．２と
出力ウェッジ１６．２は、傾斜表面１７．２の面にＣ軸
を有し、対応する１９．２に対し、角度α＝−２２．５
゜だけ傾斜している。

【００１５】回転子スラブ１２は、従来技術で公知のも
のであるが、そこを通過する光学信号に対し、非相反性
の４５゜の極性回転を与える。かくして、この入力光学
信号は、光学アイソレータ１０を左から右に減衰せずに
通過し、一方、逆（反射）の光学信号は、右から左に伝
搬して、光学アイソレータ１０により入力信号のソース
（図示せず）に入らないように反射、あるいは、変調さ
れる。

【００１６】さらに、２個のアイソレータ要素を直列に
使用することにより、単一段の素子に比較して、その分
離強度を増加させ、一方、挿入損失をそれほど大きく増
加させることはない。

【００１７】本発明の変形例としては、２個のウェッジ
の単一スラブ以外にも他の形状が考えられる。さらに、
これらのウェッジは、同一の複屈折材料で形成されてい
るが、異なるウェッジには異なる複屈折材料を用いるこ
とも可能である。

【００１８】さらに、ここでウェッジと称する部品は、
直角の形状のものを断面にする必要はなく、いかなる三
角形の形状でもかまわない。このようなウェッジの重要
な形状の特徴点は、光ビームが入る２個の非平行な表面
を有することである。例えば、入力ウェッジ１４．１の
傾斜表面１５．１と表面２０．１、出力ウェッジ１６．
１の傾斜表面１８．１と表面２２．１、入力ウェッジ１
４．２の傾斜表面１５．２と表面２０．２、出力ウェッ
ジ１６．２の傾斜表面１８．２と表面２２．２である。
最後に、第１要素グループ１０．１と第２要素グループ
１０．２は、互いに横方向にオフセットされ（イメージ
プレーン１５に沿った方向で）、共通軸１３を共有する
ことはない。しかし、これらのグループは、互いに平行
な対応する軸を有する。このように配置することによ
り、この２個のグループは、ミラーイメージとはならな
いが、本発明の構成の一実施例である。その理由として
は、光ビームが入射する部分は、共通の軸を有し、互い
にミラーイメージを維持するからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の光学アイソレータで、
第１アイソレータ要素グループの出力ウェッジのＣ軸
は、第２要素グループの入力ウェッジのＣ軸に直交した
状態を表す図。

【図２】Ｃ軸の方向に関し、図１で用いられたウェッジ
を表す図。

【符号の説明】

１０光学アイソレータ１０．１第１要素グループ１０．２第２要素グループ１２．１、１２．２回転子スラブ１３共通軸１４．１、１４．２入力ウェッジ１５イメージプレーン１５．１、１５．２、１８．１、１８．２傾斜表面１６．１、１６．２出力ウェッジ１７．１、１７．２傾斜表面１９．１２０．１、２０．２、２２．１、２２．２表面２２レンズ２４光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共通軸（１３）に沿って、直列に配置さ
れた光学要素の第１と第２のグループ（１０．１、１
０．２）を有する光学アイソレータにおいて、前記第１と第２のグループは、前記第１と第２のグルー
プの間に配置され、前記軸（１３）に直交する面（１
５）に対し、互いにミラーイメージとなることを特徴と
する光学アイソレータ。
【請求項２】前記グループは、複屈折性の入力と出力
のウェッジ（１４．１，１６．１）と、前記ウェッジの
間に配置された非相反性の回転子スラブ（１２．１）と
を有することを特徴とする請求項１の光学アイソレー
タ。
【請求項３】前記第１グループの出力ウェッジと、前
記第２グループの入力ウェッジは、互いに平行なＣ軸を
有することを特徴とする請求項２の光学アイソレータ。
【請求項４】前記第１要素グループのウェッジのＣ軸
は、互いに４５゜傾斜しており、前記第２要素グループ
のウェッジのＣ軸は、互いに４５゜傾斜していることを
特徴とする請求項３の光学アイソレータ。
【請求項５】入力ビームを受光し、前記入力ビームを
常光線と異常光線とに分離し、前記入力ビームに、非同
軸となる出力ビームを放出するアイソレータ要素のグル
ープを有し、前記アイソレータ要素の第１グループは、複屈折の入力
と出力の第１ウェッジと、共通軸上に配置された第１の
非相反性回転子スラブとを有し、前記第１ウェッジは、前記軸の直交面に対し、角度＋α
を形成するような傾斜表面を有し、前記アイソレータ要素の第２グループは、複屈折の入力
と出力の第２ウェッジと、共通軸上に配置された第２の
非相反性回転子スラブとを有し、前記第２ウェッジは、前記軸の直交面に対し、角度−α
を形成するような傾斜表面を有し、前記第１グループの出力ウェッジと前記第２グループの
入力ウェッジは、互いに平行なＣ軸を有し、前記第１ウェッジは、互いに４５゜傾斜するＣ軸を有
し、前記第２ウェッジは、互いに４５゜傾斜するＣ軸を
有し、これにより、前記常光線と異常光線との間に、相
対的ウォークオフをほぼゼロにし、前記入力ビームと前
記出力ビームとの間にネットウォークオフをほぼゼロに
するような光学アイソレータ。
【請求項６】入力ビームを受光し、前記入力ビームを
常光線と異常光線とに分離する第１グループの光学要素
（１０．１）と前記常光線と異常光線とを受光し、それ
らをその出力点でほぼ同軸にする第２グループの光学要
素（１０．２）とからなることを特徴とする光学アイソ
レータ。
【請求項７】前記グループの少なくとも一つは、光学
アイソレータを有することを特徴とする請求項６の光学
アイソレータ。
【請求項８】前記第１グループの前記出力ウェッジ
と、前記第２グループの前記入力ウェッジとは、互いに
平行なＣ軸を有することを特徴とする請求項６の光学ア
イソレータ。
【請求項９】前記各グループに対し、同一方向の磁界
を印加する手段を有し、前記第１グループの入力ウェッ
ジと前記第２グループの出力ウェッジは、互いに直交す
るＣ軸を有することを特徴とする請求項６の光学アイソ
レータ。
【請求項１０】前記各グループに対し、反対方向の磁
界を印加する手段を有し、前記第１グループの入力ウェ
ッジと前記第２グループの出力ウェッジは、互いに平行
なＣ軸を有することを特徴とする請求項６の光学アイソ
レータ。