JPH0764021A - Optical coupler and optical fiber amplifier - Google Patents

Optical coupler and optical fiber amplifier

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JPH0764021A
JPH0764021A JP20802593A JP20802593A JPH0764021A JP H0764021 A JPH0764021 A JP H0764021A JP 20802593 A JP20802593 A JP 20802593A JP 20802593 A JP20802593 A JP 20802593A JP H0764021 A JPH0764021 A JP H0764021A
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optical
light
lens
optical fiber
polarization
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JP20802593A
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Japanese (ja)
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Noboru Kurata
昇 倉田
Masaaki Tojo
正明 東城
Hironori Hayata
博則 早田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a small-sized optical fiber amplifier which is small in insertion loss and an optical coupler constituting the amplifier. CONSTITUTION:An optical system of a double refractive crystal 28 and a wavelength selection filter 30 constitutes a polarized light synthesizer and a wavelength coupler function. An optical system of the double refractive crystal 28, a magneto-optical crystal 31, halfwave plates 34, 35, a double refractive crystal 36 and a reflection plate 39 constitutes two stages optical isolator functions. Further, an optical system of a reflection plate 39 which is a half mirror, a convergent rod lens 40 and a photodetector 43 constitutes an optical branching function which monitors the incident light and a photodetector.

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、光ファイバを伝送路に
用いた通信系において、光信号を直接増幅するための光
ファイバ増幅器及びそれを構成する光結合器に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber amplifier for directly amplifying an optical signal in a communication system using an optical fiber as a transmission line and an optical coupler constituting the optical fiber amplifier.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバ通信網の拡大に伴い、
信号分配による光出力の減少を補償するために、光信号
を直接増幅する光ファイバ増幅器の導入が進んできてい
る。
2. Description of the Related Art With the expansion of optical fiber communication networks in recent years,
In order to compensate for the decrease in optical output due to signal distribution, introduction of optical fiber amplifiers that directly amplify optical signals has been advanced.

【0003】以下に従来の光ファイバ増幅器の構成につ
いて説明する。図5は、従来の光ファイバ増幅器の一例
を示すもので、後方励起型と呼ばれる方式の構成例を示
すものある。
The structure of a conventional optical fiber amplifier will be described below. FIG. 5 shows an example of a conventional optical fiber amplifier, and shows a structural example of a system called a backward pumping type.

【0004】図5において、1はエルビウム(Er)など
の希土類元素が添加された光ファイバ、2は波長1.5
5μmと1.48μmの光を合波または分波する波長カ
プラ、3および4は半導体レーザ(以下LD)で、Erが
添加された光ファイバ1を励起する1.48μmの光を
発生するポンプLD、5および6は偏波面保存光ファイ
バ、7はポンプLD3および4から出射された波長1.
48μmの光を加算合成する偏光合成器、8は同図内矢
印の方向にのみ光を通過させる光アイソレータ、9は光
を分岐する光分岐器、10は受光素子、11から15は
シングルモード光ファイバ、16から19は光ファイバ
内を進行する光を示す矢印である。
In FIG. 5, 1 is an optical fiber doped with a rare earth element such as erbium (Er), and 2 is a wavelength of 1.5.
Wavelength couplers 3 and 4 for multiplexing or demultiplexing light of 5 μm and 1.48 μm are semiconductor lasers (hereinafter LDs), and pump LDs for generating 1.48 μm of light that excites the Er-doped optical fiber 1. 5, 5 and 6 are polarization-maintaining optical fibers, and 7 is the wavelength 1.
A polarization combiner for adding and combining light of 48 μm, 8 an optical isolator for passing light only in the direction of the arrow in the figure, 9 an optical brancher for branching light, 10 a light receiving element, 11 to 15 single mode light Fibers, 16 to 19 are arrows indicating light traveling in the optical fiber.

【0005】以上のように構成された従来の光ファイバ
増幅器について、以下にその動作を説明する。まず、ポ
ンプLD3および4から偏波面保存光ファイバ5および
6に出力された波長1.48μmの光は、偏光合成器7
で出力パワーを加算するように合成される。次に、合成
された光は、矢印17で示す方向に波長カプラ2を通っ
てエルビウムが添加された光ファイバ1に入射され、こ
の光ファイバ1で吸収されてエルビウム原子が高エネル
ギー準位に励起される。次に、波長1.55μmの信号
光16をエルビウムが添加された光ファイバ1内に入射
させると、入射された信号光16の大きさに比例した同
一波長の光の誘導放出が生じ、信号光16の出力が光フ
ァイバ1に沿って増幅される。増幅された信号光は、波
長カプラ2を透過した後、光アイソレータ8および光分
岐器9を通過して、光ファイバ14から光信号18とし
て出射される。
The operation of the conventional optical fiber amplifier configured as described above will be described below. First, the light having a wavelength of 1.48 μm outputted from the pump LDs 3 and 4 to the polarization-maintaining single-mode fibers 5 and 6 is polarized by the polarization combiner 7.
Are combined so that the output powers are added together. Next, the combined light passes through the wavelength coupler 2 in the direction indicated by the arrow 17 and is incident on the erbium-doped optical fiber 1 and is absorbed by the optical fiber 1 to excite the erbium atom to a high energy level. To be done. Next, when the signal light 16 having a wavelength of 1.55 μm is incident on the optical fiber 1 containing erbium, stimulated emission of light having the same wavelength proportional to the size of the incident signal light 16 is generated, and the signal light is emitted. The 16 outputs are amplified along the optical fiber 1. The amplified signal light passes through the wavelength coupler 2, then passes through the optical isolator 8 and the optical branching device 9, and is emitted from the optical fiber 14 as an optical signal 18.

【0006】一方、光分岐器9で光ファイバ15に分岐
された増幅光信号の一部19が受光素子10により検出
される。ここで、受光素子10は、増幅光信号の大きさ
をモニタして、ポンプLD3および4の光出力を制御す
るものである。また、光アイソレータ8は、光信号18
と反対方向に進行する戻り光を遮断するためのもので、
遮断の能力が大きいほど品質の良い増幅特性が得られ
る。以上のように従来の光ファイバ増幅器は、各種の単
一機能を有する光結合器を組合わせることにより構成さ
れていた。
On the other hand, a part 19 of the amplified optical signal branched to the optical fiber 15 by the optical branching device 9 is detected by the light receiving element 10. Here, the light receiving element 10 monitors the magnitude of the amplified optical signal and controls the optical output of the pump LDs 3 and 4. Further, the optical isolator 8 uses the optical signal 18
It is for blocking the returning light traveling in the opposite direction,
The greater the blocking ability, the better the quality of the amplification characteristic. As described above, the conventional optical fiber amplifier is configured by combining various optical couplers having a single function.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構成では、図5に示すように波長カプラ2、
偏光合成器7、光アイソレータ8、光分岐器9などの多
くの単機能光結合器を組合わせて、光ファイバ増幅器を
構成しているので、各々の光結合器を光ファイバを用い
て互いに接続する必要がある。それゆえ光結合器の数お
よび光ファイバの接続点数に比例した大きな挿入損失が
生じると共に、接続の手間がかかるという課題がある。
さらに、多数の光結合器の配置とその光ファイバの引き
回しに多くの面積を必要とするため、光ファイバ増幅器
の形状が大きくなるという課題がある。
However, in such a conventional configuration, as shown in FIG. 5, the wavelength coupler 2,
Since a plurality of single-function optical couplers such as the polarization combiner 7, the optical isolator 8 and the optical splitter 9 are combined to form an optical fiber amplifier, each optical coupler is connected to each other using an optical fiber. There is a need to. Therefore, there is a problem that a large insertion loss is generated in proportion to the number of optical couplers and the number of connection points of optical fibers, and that connection is troublesome.
Further, since a large area is required for arranging a large number of optical couplers and routing the optical fibers, there is a problem that the shape of the optical fiber amplifier becomes large.

【0008】本発明は、従来の光結合器のこのような課
題を考慮し、挿入損失が小さく、小型の光ファイバ増幅
器及びそれを構成する光結合器を提供することを目的と
するものである。
In view of such problems of the conventional optical coupler, the present invention has an object to provide a small-sized optical fiber amplifier having a small insertion loss and an optical coupler constituting the optical fiber amplifier. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1の本発明は、第
1から第4の4本の入出射用の光ファイバと、その光フ
ァイバの入出射側に設けられ、複屈折機能を有する第1
の複屈折板と、その第1の複屈折板の光ファイバとは反
対側に設けられた第1のレンズと、その第1のレンズの
複屈折板とは反対側に設けられ、所定波長の光を反射
し、他の波長の光を透過させる波長選択フィルタと、そ
の波長選択フィルタの第1のレンズとは反対側に設けら
れ、入射光の偏波面を所定角α回転させる磁気光学板
と、その磁気光学板の波長選択フィルタとは反対側に設
けられた第2のレンズと、その第2のレンズの磁気光学
板とは反対側に設けられ、所定の一部は光の偏波面を所
定角β回転させ、残り部分は光の偏波面を所定角βの回
転とは逆方向に所定角γ回転させる偏波面回転手段と、
その偏波面回転手段の第2のレンズとは反対側に設けら
れ、複屈折機能を有する第2の複屈折板と、その第2の
複屈折板の偏波面回転手段とは反対側に設けられ、入射
光を第2の複屈折板側へ戻す光学手段とを備えた光結合
器である。
According to a first aspect of the present invention, there are four first to fourth optical fibers for input and output, and the optical fibers provided on the input and output sides of the optical fibers and having a birefringence function. First
Of the first birefringent plate, the first lens provided on the side opposite to the optical fiber of the first birefringent plate, and the first lens provided on the side opposite to the birefringent plate of the first lens, A wavelength selection filter that reflects light and transmits light of other wavelengths, and a magneto-optical plate that is provided on the side opposite to the first lens of the wavelength selection filter and rotates the plane of polarization of incident light by a predetermined angle α. , A second lens provided on the opposite side of the magneto-optical plate from the wavelength selection filter, and a second lens provided on the opposite side of the second lens from the magneto-optical plate, and a predetermined part of the plane of polarization of light. Polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of light by a predetermined angle γ in a direction opposite to the rotation of the predetermined angle β, and rotating the polarization plane by a predetermined angle β.
A second birefringent plate having a birefringent function is provided on the opposite side of the polarization plane rotating means from the second lens, and the second birefringent plate is provided on the opposite side of the polarization plane rotating means. , And an optical means for returning the incident light to the second birefringent plate side.

【0010】[0010]

【作用】本発明は、第2及び第3の光ファイバから入射
された所定波長の光が、第1のレンズを通過して波長選
択フィルタで反射され、第1の複屈折板により合成され
て第1の光ファイバへ出射され、又、第1の光ファイバ
から入射された他の波長の光が、第1の複屈折板により
互いに直交する2つの直線偏光に分離され、第1のレン
ズ及び波長選択フィルタを通過し、磁気光学板で偏波面
が所定角α回転され、第2のレンズを通過し、偏波面回
転手段で更に偏波面が所定角β回転され、第2の複屈折
板で合成され、光学手段で戻されて、第2の複屈折板で
再び互いに直交する2つの直線偏光に分離され、偏波面
回転手段で偏波面が所定角β回転され、第2のレンズを
通過し、磁気光学板で更に偏波面が所定角α回転され、
第1のレンズを通過し、第1の複屈折板により合成され
て第4の光ファイバへ出射され、他方、第4の光ファイ
バから入射された他の波長の光は、第1の複屈折板で互
いに直交する2つの直線偏光に分離され、第1のレンズ
及び波長選択フィルタを通過し、磁気光学板で偏波面が
所定角α回転され、第2のレンズを通過し、偏波面回転
手段で偏波面が所定角βの回転とは逆方向に所定角γ回
転され、第2の複屈折板で合成されないため、第1の光
ファイバへ出射されない。
According to the present invention, the light having the predetermined wavelength entered from the second and third optical fibers passes through the first lens, is reflected by the wavelength selection filter, and is combined by the first birefringent plate. Light of another wavelength emitted to the first optical fiber and made incident from the first optical fiber is separated by the first birefringent plate into two linearly polarized lights which are orthogonal to each other, and the first lens and After passing through the wavelength selection filter, the plane of polarization is rotated by a predetermined angle α by the magneto-optical plate, passes through the second lens, is further rotated by a predetermined angle β by the plane of polarization rotating means, and is rotated by the second birefringent plate. The light is combined, returned by the optical means, and again separated by the second birefringent plate into two linearly polarized lights, and the polarization plane rotating means rotates the polarization plane by a predetermined angle β, and passes through the second lens. , The plane of polarization is further rotated by a predetermined angle α with the magneto-optical plate,
Light of another wavelength that has passed through the first lens, is synthesized by the first birefringent plate, and is emitted to the fourth optical fiber, while the light of another wavelength that has been incident from the fourth optical fiber has the first birefringence. The plate separates the light into two linearly polarized light beams that are orthogonal to each other, passes through the first lens and the wavelength selection filter, the plane of polarization is rotated by a predetermined angle α by the magneto-optical plate, passes through the second lens, and the plane of polarization rotation means. Then, the plane of polarization is rotated by a predetermined angle γ in the opposite direction to the rotation of the predetermined angle β, and is not combined by the second birefringent plate, so that it is not emitted to the first optical fiber.

【0011】[0011]

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing its embodiments.

【0012】図1は、本発明にかかる一実施例の光結合
器の構成図である。図1において、21、24はシング
ルモード光ファイバ、22、23は偏波面保存光ファイ
バ、25は光ファイバ21、22、23、24の先端を
並列に整列させ、先端面26を光軸に垂直な面に対して
約8度の斜めに研磨した光ファイバアレイ、27は波長
1.48μmの光を透過させ、その他の波長の光を遮断
するカットフィルタで、偏波面保存光ファイバ22、2
3の端面に設けられている。
FIG. 1 is a block diagram of an optical coupler according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numerals 21 and 24 are single-mode optical fibers, 22 and 23 are polarization-maintaining optical fibers, 25 is ends of the optical fibers 21, 22, 23, and 24 aligned in parallel, and the end surface 26 is perpendicular to the optical axis. An optical fiber array polished obliquely about 8 degrees with respect to the other surface, 27 is a cut filter that transmits light of wavelength 1.48 μm and blocks light of other wavelengths.
It is provided on the end face of No. 3.

【0013】28は入射光を偏波面が互いに直交する2
つの直線偏光に分離するルチル結晶などの第1の複屈折
結晶、29は入射光をその出射端面で平行光に変換する
第1の収束性ロッドレンズ、30は波長1.48μmの
光を反射し、波長1.55μmの光を透過する波長選択
フィルタ、31は円筒状の磁石32の磁界を受けて入射
光の偏波面を非可逆的に左回りに45度(π/4+nπ
/2、n=0、1、2、・・)回転させる磁気光学結
晶、33は入射した平行光をその出射端面付近に収束さ
せる第2の収束性ロッドレンズ、34および35は旋光
性結晶で入射光の偏波面を34は左回りに、35は右回
りに可逆的に45度回転させる1/2波長板、36は入
射光を偏波面が互いに直交する2つの直線偏光に分離す
る第2の複屈折結晶であり、第1の複屈折結晶28と同
じものである。
Reference numeral 28 denotes a light beam whose polarization planes are orthogonal to each other 2
A first birefringent crystal such as a rutile crystal that splits into two linearly polarized lights, 29 is a first converging rod lens that converts incident light into parallel light at its exit end face, and 30 reflects light with a wavelength of 1.48 μm. , A wavelength selection filter that transmits light having a wavelength of 1.55 μm, and 31 receives the magnetic field of the cylindrical magnet 32 and irreversibly rotates the polarization plane of the incident light by 45 degrees (π / 4 + nπ).
/ 2, n = 0, 1, 2, ...) Rotating magneto-optical crystal, 33 is a second converging rod lens for converging incident parallel light near its exit end face, and 34 and 35 are optical rotating crystals. The polarization plane of the incident light 34 is counterclockwise, 35 is the half-wave plate that reversibly rotates 45 degrees clockwise, and 36 is the second splitting the incident light into two linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other. The birefringent crystal is the same as the first birefringent crystal 28.

【0014】37は入射光をその出射端面で平行光に変
換する第3の収束性ロッドレンズ、38は楔形の透明部
材、39は入射光の大部分を反射し、一部分を透過する
ハーフミラーから成る反射板、40は入射した平行光を
その出射端面付近に収束させる第4の収束性ロッドレン
ズで、出射端面の一部に斜めの切り欠け部41が設けら
れている。ここで、収束性ロッドレンズ29、33、3
7、40は光ファイバ21から24の開口数よりも大き
な開口数を有し、光ファイバから出射した光が、結合効
率の低下無く収束性ロッドレンズと結合できる効果が得
られる。
Reference numeral 37 is a third converging rod lens for converting incident light into parallel light at its exit end face, 38 is a wedge-shaped transparent member, and 39 is a half mirror that reflects a large part of the incident light and transmits a part thereof. The reflecting plate 40 is a fourth converging rod lens that converges the incident parallel light near the exit end face thereof, and an oblique cutout portion 41 is provided in a part of the exit end face. Here, the converging rod lenses 29, 33, 3
7 and 40 have a numerical aperture larger than the numerical apertures of the optical fibers 21 to 24, and the effect that the light emitted from the optical fibers can be coupled with the converging rod lens without lowering the coupling efficiency is obtained.

【0015】42は波長1.48μmの光を遮断し、波
長1.55μmの光を透過するカットフィルタ、43は
入射光を検出する受光素子、44は光を吸収する遮蔽部
材、51から84は光の進行を示す矢印である。
Reference numeral 42 denotes a cut filter which blocks light having a wavelength of 1.48 μm and transmits light having a wavelength of 1.55 μm, 43 is a light receiving element for detecting incident light, 44 is a shielding member for absorbing light, and 51 to 84 are It is an arrow which shows progress of light.

【0016】前述の1/2波長板34,35が偏波面回
転手段を構成し、収束性ロッドレンズ37、透明部材3
8及び反射板39が光学手段を構成している。又、光フ
ァイバ21,22,23,24がそれぞれ第1,第2,
第3,第4の光ファイバに対応している。
The above-mentioned half-wave plates 34 and 35 constitute a polarization plane rotating means, a converging rod lens 37, and a transparent member 3.
8 and the reflection plate 39 constitute optical means. Further, the optical fibers 21, 22, 23 and 24 are respectively the first, second and
It corresponds to the third and fourth optical fibers.

【0017】なお、本実施例中において、光は紙面水平
方向に進むものとし、収束性ロッドレンズ内での光の状
態は、光線の中心軸上の軌跡を模擬的に示した。光の偏
光方向は、光線の法線面(紙面に垂直な平面)を左から
見た状態を示し、回転は時計回りを右回りとする。
In the present embodiment, the light travels in the horizontal direction of the paper surface, and the state of the light in the converging rod lens is a simulated locus on the central axis of the light beam. The polarization direction of light indicates a state in which the normal line of the light ray (a plane perpendicular to the paper surface) is viewed from the left, and the rotation is clockwise in the clockwise direction.

【0018】次に、上記実施例の光結合器の動作につい
て、図面を参照しながら説明する。
Next, the operation of the optical coupler of the above embodiment will be described with reference to the drawings.

【0019】まず、図1において、光ファイバアレイ2
5の偏波面保存光ファイバ22、23から出射された波
長1.48μmの光51、52は、波長1.48μmの
光を透過するカットフィルタ27を透過して、複屈折結
晶28に入射する。偏波面保存光ファイバ22、23の
偏波方向は、互いに直交するように配置されているの
で、光51、52はその偏波方向が互いに直交する直線
偏光である。複屈折結晶28は特定の偏波方向の光を直
進させ、それと直交する偏波方向の光の光路を移動させ
る特性を有するので、ここでは、紙面に平行な直線偏光
52は複屈折結晶28中を直進して直線偏光54とな
り、紙面に垂直な直線偏光51は直線偏光52に近付く
ように光路を移動されて直線偏光53となる。続いて、
直線偏光53、54は、光ファイバ21から24の開口
数よりも大きな開口数を有する収束性ロッドレンズ29
の中心軸からわずかにずれた位置から入射し、その他端
面で平行光に変換される。波長選択フィルタ30は波長
1.48μmの光を反射するので、入射した直線偏光5
3、54は、各々反射光55、56となって、再び収束
性ロッドレンズ29内を進行する。続いてこの反射光
は、収束性ロッドレンズ29の中心軸に対して直線偏光
53、54の入射点と軸対称な位置付近に収束されなが
ら、再び複屈折結晶28に入射する。反射光55および
56は、各々紙面に垂直および水平な偏波面方向を持つ
ので、複屈折結晶28に入射した直線偏光56は直進
し、直線偏光55は光路を直線偏光56と同一光軸上に
移動されて、直線偏光55と56が合成される。合成さ
れた光57は、光ファイバアレイ25の光ファイバ21
に入射する。
First, referring to FIG. 1, the optical fiber array 2
The light 51 and 52 having a wavelength of 1.48 μm emitted from the polarization-maintaining single-mode optical fibers 22 and 23 of No. 5 pass through the cut filter 27 that transmits light having a wavelength of 1.48 μm and enter the birefringent crystal 28. Since the polarization directions of the polarization-maintaining single-mode optical fibers 22 and 23 are arranged so as to be orthogonal to each other, the lights 51 and 52 are linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other. Since the birefringent crystal 28 has the characteristic of allowing light in a specific polarization direction to go straight and moving the optical path of light in the polarization direction orthogonal thereto, here, the linearly polarized light 52 parallel to the plane of the paper is in the birefringent crystal 28. To become linearly polarized light 54, and the linearly polarized light 51 perpendicular to the paper surface is moved along the optical path so as to approach the linearly polarized light 52 and becomes linearly polarized light 53. continue,
The linearly polarized light 53, 54 has a numerical aperture larger than the numerical aperture of the optical fibers 21 to 24.
The light enters from a position slightly deviated from the central axis of and is converted into parallel light at the other end surface. Since the wavelength selection filter 30 reflects light having a wavelength of 1.48 μm, the incident linearly polarized light 5
3 and 54 become reflected lights 55 and 56, respectively, and travel inside the converging rod lens 29 again. Subsequently, the reflected light is incident on the birefringent crystal 28 again while being converged in the vicinity of a position axially symmetrical with the incident point of the linearly polarized light 53, 54 with respect to the central axis of the converging rod lens 29. Since the reflected lights 55 and 56 have polarization plane directions perpendicular and horizontal to the paper surface, respectively, the linearly polarized light 56 incident on the birefringent crystal 28 goes straight, and the linearly polarized light 55 has its optical path on the same optical axis as the linearly polarized light 56. It is moved and the linearly polarized lights 55 and 56 are combined. The combined light 57 is the optical fiber 21 of the optical fiber array 25.
Incident on.

【0020】ここで、偏波面保存光ファイバ22と23
の間隔は、偏波面保存光ファイバ22から出射した直線
偏光51が、複屈折結晶28を2度通過して光路を2度
移動された後、偏波面保存光ファイバ23からの直線偏
光52と光軸が一致するような間隔に設定されている。
Here, the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23 are used.
After the linearly polarized light 51 emitted from the polarization-maintaining optical fiber 22 passes through the birefringent crystal 28 twice and is moved in the optical path twice, The intervals are set so that the axes match.

【0021】又、波長選択フィルタ30は、波長1.4
8μm以外の波長の光もわずかに反射する。偏波面保存
光ファイバ22、23の端面に設けたカットフィルタ2
7は、光ファイバ21から出射された波長1.48μm
以外の波長の光の一部が、波長選択フィルタ30で反射
されて、偏波面保存光ファイバ22、23に入射するの
を防ぐ効果がある。
The wavelength selection filter 30 has a wavelength of 1.4.
Light of wavelengths other than 8 μm is also slightly reflected. Cut filter 2 provided on the end faces of polarization-maintaining optical fibers 22 and 23
7 is a wavelength of 1.48 μm emitted from the optical fiber 21.
There is an effect of preventing a part of light having wavelengths other than that from being reflected by the wavelength selection filter 30 and entering the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23.

【0022】以上の動作によって、偏波面保存光ファイ
バ22、23から出射された波長1.48μmの2つの
直線偏光を偏光合成し、光ファイバ21に入射させる偏
光合成器を構成する。
By the above operation, a polarization combiner is formed which combines the two linearly polarized lights having the wavelength of 1.48 μm emitted from the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23 and makes them incident on the optical fiber 21.

【0023】次に、光ファイバアレイ25の光ファイバ
21から出射された波長1.55μmの無偏光58は、
複屈折結晶28を透過して、偏波面が互いに直交する2
つの直線偏光59、60に分離される。ここで、光59
は紙面に垂直な直線偏光で、紙面に平行な直線偏光60
に対して異なった光路をとる。直線偏光59、60は、
収束性ロッドレンズ29の中心軸からわずかにずれた位
置から入射し、その他端面で平行光に変換されて、波長
選択フィルタ30を透過し、磁気光学結晶31に入射す
る。
Next, the unpolarized light 58 having a wavelength of 1.55 μm emitted from the optical fiber 21 of the optical fiber array 25 is
The light is transmitted through the birefringent crystal 28 and the planes of polarization are orthogonal to each other.
It is separated into two linearly polarized lights 59 and 60. Where the light 59
Is a linearly polarized light which is perpendicular to the paper surface, and a linearly polarized light which is parallel to the paper surface 60
Take different light paths to. Linearly polarized light 59, 60 is
The light enters from a position slightly deviated from the central axis of the converging rod lens 29, is converted into parallel light on the other end surface, passes through the wavelength selection filter 30, and enters the magneto-optical crystal 31.

【0024】磁気光学結晶31は、円筒状の磁石32の
磁界を受けて入射光の偏波面を非可逆的に左回りに約4
5度回転させるので、入射した2つの直線偏光59、6
0は、各々その偏波面が左回りに約45度回転されて、
収束性ロッドレンズ33に入射する。入射した2つの直
線偏光61、62は、収束性ロッドレンズ33の中で光
路が図面上、上下で入れ替わって進行し、その出射端面
付近で前述の収束性ロッドレンズ29の光の入射点と軸
対称な、中心軸からわずかにずれた2点に焦点を結ぶよ
うに収束される。
The magneto-optical crystal 31 receives the magnetic field of the cylindrical magnet 32 and irreversibly rotates the polarization plane of the incident light counterclockwise by about 4 degrees.
Since it is rotated 5 degrees, the two incident linearly polarized lights 59, 6
0 has its plane of polarization rotated about 45 degrees counterclockwise,
It enters the converging rod lens 33. The two linearly polarized light beams 61 and 62 that have entered travel in the converging rod lens 33 with their optical paths switched up and down in the drawing, and near the exit end face thereof, the light incident point and the axis of the converging rod lens 29 described above. It is converged so as to focus on two points which are symmetrical and slightly deviated from the central axis.

【0025】次に、収束された2つの直線偏光61、6
2は、1/2波長板34を透過して各偏波面が先程と同
方向の左回りに約45度回転されて、入射光59、60
に対して偏波面が各々90度異なった状態となり、複屈
折結晶36に入射する。この複屈折結晶36は、直線偏
光61を直進させ、直線偏光62の光路を移動させるよ
うに設けられているので、この2つの直線偏光は同一光
軸上に合成された光63に変換される。以上の動作によ
って第1の光アイソレータが構成される。
Next, the two converged linearly polarized lights 61, 6
2 is transmitted through the half-wave plate 34, each plane of polarization is rotated about 45 degrees counterclockwise in the same direction as before, and the incident light 59, 60 is received.
In contrast, the polarization planes are different from each other by 90 degrees and enter the birefringent crystal 36. The birefringent crystal 36 is provided so that the linearly polarized light 61 moves straight and the optical path of the linearly polarized light 62 moves, so that these two linearly polarized lights are converted into light 63 combined on the same optical axis. . The above operation constitutes the first optical isolator.

【0026】このように合成された合成光63は、次に
収束性ロッドレンズ37に入射し、その他端面でほぼ平
行光に変換された後、透明部材38を透過し、反射板3
9に入射する。反射板39は入射光の一部分を透過し、
大部分を反射する。反射された光64は再び収束性ロッ
ドレンズ37に入射して収束され、複屈折結晶36に入
射する。この反射板39は収束性ロッドレンズ37の中
心軸に垂直な面に対して、わずかに傾けて設けられてい
るので、収束性ロッドレンズ37の端面における光63
の入射点と、光64の出射点は軸対称の関係に無い。
The combined light 63 combined in this way then enters the converging rod lens 37, is converted into substantially parallel light at the other end surface thereof, and then passes through the transparent member 38, and the reflector 3
It is incident on 9. The reflection plate 39 transmits a part of the incident light,
Mostly reflected. The reflected light 64 again enters the converging rod lens 37, is converged, and enters the birefringent crystal 36. Since the reflecting plate 39 is provided so as to be slightly inclined with respect to the surface perpendicular to the central axis of the converging rod lens 37, the light 63 on the end surface of the converging rod lens 37 is formed.
The incident point of and the emitting point of the light 64 are not in an axially symmetric relationship.

【0027】その後、反射光64は複屈折結晶36で、
再び偏波面が互いに直交する2つの直線偏光65、66
に分離される。ここで、直線偏光65は紙面に対して垂
直な偏波方向を持つ。続いて、1/2波長板35を透過
して、その偏波面が各々左回りに約45度の回転を受け
た後、収束性ロッドレンズ33に入射する。この1/2
波長板35は、図面上、左側から入射した光の偏波面を
右回りに約45度回転させる特性を持つので、図面上、
右方向から入射する光に対しては左回りに約45度回転
させる特性を持つ。
Thereafter, the reflected light 64 is the birefringent crystal 36,
Again, two linearly polarized lights 65, 66 whose polarization planes are orthogonal to each other
Is separated into Here, the linearly polarized light 65 has a polarization direction perpendicular to the paper surface. Then, the light passes through the half-wave plate 35, and its polarization planes are each rotated counterclockwise by about 45 degrees, and then enter the converging rod lens 33. This 1/2
Since the wave plate 35 has a characteristic of rotating the polarization plane of the light incident from the left side by about 45 degrees in the clockwise direction on the drawing,
It has a characteristic that it rotates about 45 degrees counterclockwise with respect to light incident from the right direction.

【0028】収束性ロッドレンズ33に入射した2つの
直線偏光65、66は、その他端面で平行光に変換さ
れ、磁気光学結晶31を透過する。磁気光学結晶31は
入射光の偏波面を入射方向に無関係に左回りに約45度
回転させるので、入射した2つの直線偏光65、66
は、各々その偏波面がさらに左回りに約45度の回転を
受ける。それゆえ、波長選択フィルタ30を透過して、
収束性ロッドレンズ29に入射した直線偏光67、68
の偏波面は、複屈折結晶36を透過した直線偏光に対し
て各々90度異なった状態となる。
The two linearly polarized light beams 65 and 66 that have entered the converging rod lens 33 are converted into parallel light beams at the other end faces, and pass through the magneto-optical crystal 31. Since the magneto-optical crystal 31 rotates the polarization plane of the incident light counterclockwise by about 45 degrees regardless of the incident direction, the incident two linearly polarized light 65, 66.
Respectively, their polarization planes are further rotated counterclockwise by about 45 degrees. Therefore, after passing through the wavelength selection filter 30,
Linearly polarized light 67, 68 incident on the converging rod lens 29
The polarization planes of are different from the linearly polarized light transmitted through the birefringent crystal 36 by 90 degrees.

【0029】この2つの直線偏光67、68は、収束性
ロッドレンズ29の中で光路が図面上、上下で入れ替わ
って進行し、その出射端面付近で前述の収束性ロッドレ
ンズ33の光の入射点と軸対称な2点の位置に焦点を結
ぶように収束されて、複屈折結晶28に入射する。ここ
で、直線偏光67は紙面に水平な偏波方向を、直線偏光
68は紙面に垂直な偏波方向を持って複屈折結晶28に
入射するので、この2つの直線偏光は同一光軸上に合成
された光69に変換され、光ファイバアレイ25の光フ
ァイバ24に損失なく入射する。以上の動作によって第
2の光アイソレータが構成される。
The two linearly polarized lights 67, 68 travel in the converging rod lens 29 with their optical paths switched up and down in the drawing, and near the exit end face thereof, the light incident point of the converging rod lens 33. Are converged so as to focus at two positions which are axisymmetric with respect to and enter the birefringent crystal 28. Here, since the linearly polarized light 67 enters the birefringent crystal 28 with the polarization direction horizontal to the paper surface and the linearly polarized light 68 with the polarization direction perpendicular to the paper surface, these two linearly polarized lights are on the same optical axis. It is converted into the combined light 69 and is incident on the optical fiber 24 of the optical fiber array 25 without loss. The above operation constitutes the second optical isolator.

【0030】次に、上記第1および第2の光アイソレー
タにおいて、逆方向に進行する光の動作について説明す
る。
Next, the operation of light traveling in opposite directions in the first and second optical isolators will be described.

【0031】図2は、図1に示す実施例の光結合器にお
ける光アイソレータに対して逆方向に進行する光の動作
を示す図である。図2において、光ファイバ24から出
射された波長1.55μmの無偏光の光70は、図1に
示す光69と同じ光路を逆方向に進行し、複屈折結晶2
8で互いに直交する2つの直線偏光71、72に分離さ
れた後、波長選択フィルタ30を透過して、磁気光学結
晶31に入射する。
FIG. 2 is a diagram showing the operation of light traveling in the opposite direction to the optical isolator in the optical coupler of the embodiment shown in FIG. In FIG. 2, unpolarized light 70 having a wavelength of 1.55 μm emitted from the optical fiber 24 travels in the opposite optical path along the same optical path as the light 69 shown in FIG.
After being separated into two linearly polarized lights 71 and 72 which are orthogonal to each other at 8, the light passes through the wavelength selection filter 30 and enters the magneto-optical crystal 31.

【0032】磁気光学結晶31に入射した2つの直線偏
光71、72は、各々その偏波方向が左回りに約45度
回転される。続いて、収束性ロッドレンズ33中を、光
路が図面上、上下で入れ替わった直線偏光73、74と
して進行し、1/2波長板35を透過して各々その偏光
方向が右回りに約45度回転される。1/2波長板35
を透過した直線偏光73、74の偏波方向は、直線偏光
71、72と同じとなるので、図1に示した順方向の場
合の直線偏光65、66と各々90度異なった状態とな
る。その結果、複屈折結晶36に入射した直線偏光73
は直進し、直線偏光74は光路を移動されて出射するの
で、この2つの直線偏光75、76は同一光軸上に合成
されず、図1に示した順方向光路64とは異なった光路
を進行する。以上の動作から、光ファイバ24から出射
された無偏光の光70は、光ファイバ21に入射するこ
とはできない。
The polarization directions of the two linearly polarized lights 71 and 72 that have entered the magneto-optical crystal 31 are rotated about 45 degrees counterclockwise. Then, in the converging rod lens 33, the optical paths travel as linearly polarized light 73, 74 whose upper and lower sides are switched in the drawing, pass through the ½ wavelength plate 35, and each polarization direction thereof is about 45 degrees clockwise. Is rotated. 1/2 wave plate 35
Since the polarization directions of the linearly polarized light 73 and 74 transmitted through are the same as those of the linearly polarized light 71 and 72, they are different from the linearly polarized light 65 and 66 in the forward direction shown in FIG. 1 by 90 degrees. As a result, linearly polarized light 73 incident on the birefringent crystal 36
Goes straight and the linearly polarized light 74 is emitted after being moved in the optical path. Therefore, these two linearly polarized lights 75 and 76 are not combined on the same optical axis, and an optical path different from the forward optical path 64 shown in FIG. proceed. From the above operation, the unpolarized light 70 emitted from the optical fiber 24 cannot enter the optical fiber 21.

【0033】しかし、一般に1段の光アイソレータでは
完全に戻り光を遮断できず、−30dB〜−40dB
(1/1000〜1/10000 )の光が逆方向に進行するの
で、図1に示す順方向光路63を逆方向に進行するわず
かの光77が存在する。この無偏光の光77は複屈折結
晶36に入射し、偏波面が直交する2つの直線偏光7
8、79に分離された後、各々その偏波面が1/2波長
板34で右回りに約45度回転され、収束性ロッドレン
ズ33通過後、磁気光学結晶31で左回りに約45度回
転されて波長選択フィルタ30を透過する。その結果、
複屈折結晶28に入射する2つの直線偏光80、81の
偏波方向は、複屈折結晶36で分離された直後の直線偏
光と同じで、図1に示す順方向の直線偏光59、60の
場合と各々約90度異なった状態となる。それゆえ、前
述と同様に、直線偏光80、81は複屈折結晶28では
同一光軸上に合成されず、図1に示す順方向光路58と
は異なった光路を進行する。以上の動作から、無偏光の
光77は、光ファイバ21に入射することはできない。
However, in general, the one-stage optical isolator cannot completely block the returning light, and the optical isolator is -30 dB to -40 dB.
Since the light of (1/1000 to 1/10000) travels in the reverse direction, there is a small amount of light 77 traveling in the reverse direction on the forward optical path 63 shown in FIG. This unpolarized light 77 is incident on the birefringent crystal 36, and the two linearly polarized lights 7 whose polarization planes are orthogonal to each other
After being separated into 8 and 79, their polarization planes are each rotated clockwise by about ½ wavelength plate 34 about 45 degrees, and after passing through converging rod lens 33, rotated about 45 degrees counterclockwise by magneto-optic crystal 31. Then, the light is transmitted through the wavelength selection filter 30. as a result,
The polarization directions of the two linearly polarized lights 80 and 81 incident on the birefringent crystal 28 are the same as the linearly polarized light immediately after being separated by the birefringent crystal 36. In the case of the forward linearly polarized lights 59 and 60 shown in FIG. And each state is different by about 90 degrees. Therefore, as described above, the linearly polarized lights 80 and 81 are not combined on the same optical axis in the birefringent crystal 28 and travel in an optical path different from the forward optical path 58 shown in FIG. From the above operation, the unpolarized light 77 cannot enter the optical fiber 21.

【0034】以上の動作の説明から、本実施例の構成
は、光ファイバアレイ25の光ファイバ21から出射さ
れた波長1.55μmの光58を損失なく光ファイバ2
4に結合させ、光ファイバ24から出射された逆方向の
光70を2段階に遮断して光ファイバ21に入射させな
い特性を有し、偏光無依存型の2段光アイソレータとし
て機能する。
From the above description of the operation, in the configuration of this embodiment, the light 58 having the wavelength of 1.55 μm emitted from the optical fiber 21 of the optical fiber array 25 is not lost.
4 and has a characteristic that the light 70 in the opposite direction emitted from the optical fiber 24 is blocked in two steps and does not enter the optical fiber 21, and functions as a polarization-independent two-stage optical isolator.

【0035】更に、前述の偏波面保存光ファイバ22お
よび23から出射され、偏光合成された波長1.48μ
mの光57を、波長1.55μmの光58と波長合成し
て光ファイバ21に結合させるので、従来例で説明した
波長カプラとして機能する。
Further, the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23 are emitted from the above-mentioned polarization-maintaining optical fibers 22, and the wavelength of the combined polarized light is 1.48 μm.
The m light 57 is combined with the light 58 having a wavelength of 1.55 μm by wavelength and coupled to the optical fiber 21, and thus functions as the wavelength coupler described in the conventional example.

【0036】ここで、光ファイバアレイ25は、図3に
示すように、光ファイバ21、24および偏波面保存光
ファイバ22、23の先端を並列に整列させ一体化して
いるので、4本の光ファイバと複屈折結晶28との結合
組立が一括で実施できる効果がある。また、その先端面
26を約8度の斜めに研磨しているので、各光ファイバ
端面で生じる反射光が元の光路に戻らない効果が得られ
る。さらに、光ファイバアレイ25の光軸45と、収束
性ロッドレンズ29の中心軸46とを数度傾けて配置し
ているので、光ファイバアレイ25の端面26に対向す
るカットフィルタ27、複屈折結晶28、収束性ロッド
レンズ29の光の入射面で生じた反射光が、同じく各光
ファイバに入射しない効果が得られ、光結合器として大
きな反射減衰量特性が得られる。
Here, in the optical fiber array 25, as shown in FIG. 3, since the tips of the optical fibers 21 and 24 and the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23 are aligned in parallel and integrated, four optical fibers are integrated. There is an effect that the fiber and the birefringent crystal 28 can be combined and assembled at one time. Further, since the tip surface 26 is polished obliquely by about 8 degrees, the effect that the reflected light generated at each optical fiber end surface does not return to the original optical path can be obtained. Further, since the optical axis 45 of the optical fiber array 25 and the central axis 46 of the converging rod lens 29 are arranged so as to be inclined by several degrees, the cut filter 27 facing the end face 26 of the optical fiber array 25 and the birefringent crystal. 28, the effect that reflected light generated on the light incident surface of the converging rod lens 29 does not similarly enter each optical fiber, and a large return loss characteristic as an optical coupler is obtained.

【0037】又、反射板39は、収束性ロッドレンズ3
7の中心軸に垂直な面に対してわずかに傾けて設けられ
ている。楔形の透明部材38はこの傾き角度を精度良く
保つと共に、反射板39と収束性ロッドレンズ37との
間を充填する効果が得られる。さらに、図4に示すよう
に、反射板39を、鋭角を頂角とする三角プリズム47
の一方の斜面に、誘電体薄膜などの反射膜48を蒸着し
たものを用いて構成すれば、上記効果に加えて、組立工
数が削減される効果が得られる。
Further, the reflecting plate 39 is a converging rod lens 3
It is provided so as to be slightly inclined with respect to a plane perpendicular to the central axis of 7. The wedge-shaped transparent member 38 has an effect of keeping this inclination angle with high accuracy and filling the space between the reflecting plate 39 and the converging rod lens 37. Further, as shown in FIG. 4, the reflecting plate 39 is provided with a triangular prism 47 having an acute angle as the apex angle.
If one of the slopes is formed by vapor-depositing the reflection film 48 such as a dielectric thin film, it is possible to obtain the effect of reducing the number of assembling steps in addition to the above effects.

【0038】再び図1および図2に戻って、上記実施例
の動作説明を続ける。図1において、反射板39は入射
光の大部分を反射し、一部分を透過するので、入射した
光63の一部分の光82は反射板39を透過する。次に
この光82は、その中心軸を反射板39に対して垂直に
設けられた収束性ロッドレンズ40に入射し、その他端
面付近で収束されながら波長1.55μmの光を損失無
く透過させるカットフィルタ42を透過した後、受光素
子43に入射する。
Returning to FIG. 1 and FIG. 2 again, the description of the operation of the above embodiment will be continued. In FIG. 1, the reflection plate 39 reflects most of the incident light and transmits a part thereof, so that a part of the incident light 63, the light 82, passes through the reflection plate 39. Next, this light 82 is incident on a converging rod lens 40 whose central axis is provided perpendicularly to the reflection plate 39, and is cut near the other end face while transmitting the light of wavelength 1.55 μm without loss. After passing through the filter 42, the light enters the light receiving element 43.

【0039】以上の動作によって、光ファイバ21から
出射された波長1.55μmの光58の一部を分岐し、
その大きさを受光素子43で検出するので、光分岐器と
モニタ用受光素子として機能する。
By the above operation, a part of the light 58 having a wavelength of 1.55 μm emitted from the optical fiber 21 is branched,
Since the size is detected by the light receiving element 43, it functions as an optical branching device and a monitoring light receiving element.

【0040】このカットフィルタ42は波長1.48μ
mの光を遮断し、波長1.55μmの光を透過させる特
性を持ち、波長選択フィルタ30で完全に反射されずに
これを透過した波長1.48μmのわずかの光をさらに
遮断する。それ故、受光素子43は波長1.55μmの
光だけを精度良くモニタ検出することができる。このカ
ットフィルタ42は反射板39と収束性ロッドレンズ4
0との間に設けても同じ効果が得られる。
This cut filter 42 has a wavelength of 1.48μ.
It has a characteristic of blocking m of light and transmitting light of wavelength 1.55 μm, and further blocks a small amount of light of wavelength 1.48 μm which is transmitted without being completely reflected by the wavelength selection filter 30. Therefore, the light receiving element 43 can accurately monitor and detect only the light having the wavelength of 1.55 μm. The cut filter 42 includes a reflecting plate 39 and a converging rod lens 4.
The same effect can be obtained by providing it between 0 and 0.

【0041】さらに、受光素子43の受光面を、収束性
ロッドレンズ40の中心軸に垂直な面に対して斜めに設
けているので、受光面で生じた反射光は元の光路を進行
しないため、光結合器として大きな反射減衰量特性が得
られる。また、収束性ロッドレンズ40の光軸は、斜め
に配置した反射板39に垂直に設けており、反射板39
を斜めに調節して固定する際、収束性ロッドレンズ40
と一体に固定でき、組立が容易になるという効果が得ら
れる。
Further, since the light-receiving surface of the light-receiving element 43 is provided obliquely with respect to the surface perpendicular to the central axis of the converging rod lens 40, the reflected light generated on the light-receiving surface does not travel the original optical path. As an optical coupler, a large return loss characteristic can be obtained. Further, the optical axis of the converging rod lens 40 is provided perpendicularly to the reflecting plate 39 which is obliquely arranged.
When the lens is obliquely adjusted and fixed, the converging rod lens 40
The effect of being able to be fixed integrally with and being easy to assemble is obtained.

【0042】次に、図2において、光ファイバ24から
出射され、逆方向に進行する直線偏光75、76は、順
方向の場合と同様に、その一部が反射板39を透過す
る。続いて、透過した一部の光83、84は、前述と同
様に収束性ロッドレンズ40で収束され、切り欠け部4
1を通ってカットフィルタ42を透過後、遮蔽部材44
に入射して吸収される。
Next, in FIG. 2, the linearly polarized lights 75 and 76 emitted from the optical fiber 24 and traveling in the reverse direction partially pass through the reflection plate 39 as in the case of the forward direction. Subsequently, the part of the transmitted light 83, 84 is converged by the converging rod lens 40 in the same manner as described above, and the notch 4
After passing through the cut filter 42 through 1, the shielding member 44
Is incident on and absorbed.

【0043】遮蔽部材44は不必要な光83、84が受
光素子43に入射しないように、これを吸収して遮断す
る効果がある。収束性ロッドレンズ40は、不必要な光
83、84が収束される位置の出射端面に斜めの切り欠
け部41を設けているので、この斜めの出射端面で生じ
た反射光は、元の光路を戻らないので反射光による悪影
響を小さくできる。ここで、遮蔽部材44を収束性ロッ
ドレンズ40の出射端面の切り欠け部41に密着させて
設けても良い。
The shielding member 44 has an effect of absorbing and blocking unnecessary light 83 and 84 so that they do not enter the light receiving element 43. Since the converging rod lens 40 is provided with the oblique cutout portion 41 on the emission end face at the position where the unnecessary lights 83 and 84 are converged, the reflected light generated at this oblique emission end face is the original optical path. Since it does not return, the adverse effect of reflected light can be reduced. Here, the shielding member 44 may be provided in close contact with the cutout portion 41 of the exit end surface of the converging rod lens 40.

【0044】以上のように本実施例の光結合器の構成の
特徴は、光ファイバ21、24、偏波面保存光ファイバ
22、23と、複屈折結晶28と、収束性ロッドレンズ
29と、波長選択フィルタ30と、偏波面をπ/4+n
π/2(n=0、1、2、・・)だけ回転させる磁気光
学結晶31と、収束性ロッドレンズ33と、複屈折結晶
36と、収束性ロッドレンズ37と、光軸に対して斜め
に設けた反射板39とをこの順番に配置したことであ
る。また、偏波面保存光ファイバ22、23から出射さ
れた光が波長選択フィルタ30で反射されて光ファイバ
21に入射し、光ファイバ21から出射した光が反射板
39で反射されて光ファイバ24に入射するように、4
本の光ファイバを配置したことである。さらに、収束性
ロッドレンズ33と複屈折結晶36との間の、光ファイ
バ21および24から出射された光が通過する位置に、
各々入射光の偏波面を互いに左右反対方向にπ/4回転
させるための1/2波長板34、35を設けていること
である。
As described above, the features of the configuration of the optical coupler of this embodiment are that the optical fibers 21 and 24, the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23, the birefringent crystal 28, the converging rod lens 29, and the wavelength. Select filter 30 and polarization plane π / 4 + n
Magneto-optical crystal 31 that rotates by π / 2 (n = 0, 1, 2, ...), Converging rod lens 33, birefringent crystal 36, converging rod lens 37, and oblique to the optical axis. That is, the reflecting plate 39 provided in the above is arranged in this order. Further, the light emitted from the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23 is reflected by the wavelength selection filter 30 and enters the optical fiber 21, and the light emitted from the optical fiber 21 is reflected by the reflection plate 39 to the optical fiber 24. To enter 4
That is, the optical fibers of the book are arranged. Further, between the converging rod lens 33 and the birefringent crystal 36, at a position where the light emitted from the optical fibers 21 and 24 passes,
That is, ½ wavelength plates 34 and 35 are provided for rotating the polarization planes of the incident light in the opposite directions to each other by π / 4.

【0045】この構成により、複屈折結晶28と、収束
性ロッドレンズ29と、波長選択フィルタ30との光学
系で、偏波面保存光ファイバ22および23から出射さ
れた波長1.48μmの光を合成する偏光合成器と、こ
の合成光と波長1.55μmの光とを波長合成して光フ
ァイバ21に結合させる波長カプラとして機能する。ま
た、複屈折結晶28と磁気光学結晶31と左回りの1/
2波長板34と複屈折結晶36との光学系、および反射
板39と複屈折結晶36と右回りの1/2波長板35と
磁気光学結晶31と複屈折結晶28との光学系で、光フ
ァイバ21から出射された波長1.55μmの光を損失
なく光ファイバ24に結合させ、逆方向に進行する光を
遮断する2段の偏光無依存型光アイソレータとして機能
する。
With this configuration, the birefringent crystal 28, the converging rod lens 29, and the wavelength selection filter 30 form an optical system to combine the light of wavelength 1.48 μm emitted from the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23. And a wavelength combiner for combining the combined light and the light having a wavelength of 1.55 μm and coupling the combined light with the optical fiber 21. Further, the birefringent crystal 28, the magneto-optical crystal 31 and the counterclockwise 1 /
The optical system of the two-wave plate 34 and the birefringent crystal 36, and the optical system of the reflection plate 39, the birefringent crystal 36, the clockwise half-wave plate 35, the magneto-optical crystal 31, and the birefringent crystal 28 It functions as a two-stage polarization-independent optical isolator that couples the light having a wavelength of 1.55 μm emitted from the fiber 21 to the optical fiber 24 without loss and blocks the light traveling in the opposite direction.

【0046】さらに前述の構成に加えて、反射板39を
入射光の一部を透過させるハーフミラーで構成し、この
反射板39を透過した光を収束させる収束性ロッドレン
ズ40と、この収束光を検出する受光素子43とを設け
て、光結合器を構成したことである。
In addition to the above-mentioned structure, the reflecting plate 39 is composed of a half mirror for transmitting a part of the incident light, and the converging rod lens 40 for converging the light transmitted through the reflecting plate 39, and the converging light. And a light receiving element 43 for detecting the light are provided to configure an optical coupler.

【0047】この構成により、反射板39と収束性ロッ
ドレンズ40とで、波長1.55μmの光の一部を分岐
する光分岐器を構成し、収束性ロッドレンズ40と受光
素子43とで分岐された光を検出するモニタ受光素子と
して機能する。
With this configuration, the reflecting plate 39 and the converging rod lens 40 constitute an optical branching device for branching a part of the light having a wavelength of 1.55 μm, and the converging rod lens 40 and the light receiving element 43 branch the light. It functions as a monitor light receiving element that detects the emitted light.

【0048】すなわち、図5に示す従来例で説明した光
ファイバ増幅器の構成に必要な偏光合成器、波長カプ
ラ、光アイソレータ、光分岐器、受光素子の5個の光受
動機能を、少ない光学デバイスを用いて集積化でき、小
型で挿入損失が小さな光結合器が実現できる。
That is, the five optical passive functions of the polarization combiner, the wavelength coupler, the optical isolator, the optical branching device, and the light receiving element necessary for the configuration of the optical fiber amplifier described in the conventional example shown in FIG. It is possible to realize an optical coupler that is small in size and has a small insertion loss.

【0049】次に、上記実施例の光結合器に、エルビウ
ム(Er)などの希土類元素が添加された光ファイバを光
ファイバ21の他端に結合し、波長1.48μmのポン
プLDからの出射光を、偏波面保存光ファイバ22およ
び23の他端に偏光方向が互いに直交するように結合
し、光ファイバ24を増幅された光信号の出射端とすれ
ば、図5の従来例で説明した後方励起方式の光ファイバ
増幅器を構成することができ、偏光合成器、波長カプ
ラ、光アイソレータ、光分岐器、モニタ用受光素子の5
機能を集積化した光結合器として機能する。従って、光
ファイバ同士の接続による損失の増加、バラツキが無
く、光ファイバを引き回して固定するための多くの実装
面積を必要としないので、小型で、増幅特性の安定した
光ファイバ増幅器が実現できる。
Next, an optical fiber doped with a rare earth element such as erbium (Er) is coupled to the other end of the optical fiber 21 in the optical coupler of the above embodiment, and the output from the pump LD having a wavelength of 1.48 μm is obtained. If the emitted light is coupled to the other ends of the polarization-maintaining optical fibers 22 and 23 so that the polarization directions thereof are orthogonal to each other, and the optical fiber 24 is used as the output end of the amplified optical signal, it is explained in the conventional example of FIG. A backward pumping type optical fiber amplifier can be constructed, and a polarization combiner, a wavelength coupler, an optical isolator, an optical branching device, and a light receiving element for monitoring can be used.
It functions as an optical coupler with integrated functions. Therefore, there is no increase or variation in loss due to the connection between the optical fibers, and a large mounting area for drawing and fixing the optical fibers is not required, so that a small-sized optical fiber amplifier with stable amplification characteristics can be realized.

【0050】なお、上記実施例では、後方励起方式の光
ファイバ増幅器の光結合器として、光ファイバ21から
光ファイバ24の方向に光アイソレータを構成し、光フ
ァイバ24を、エルビウムなどの希土類元素が添加され
た光ファイバで増幅された波長1.55μmの信号光の
出力端としたが、これに限らず、例えば磁石32の極性
を逆にして、磁気光学結晶31の偏波面回転方向を右回
りとし、光ファイバ24から光ファイバ21の方向に光
アイソレータを構成して、光ファイバ24を増幅前の波
長1.55μmの信号光の入力端とし、さらに、受光素
子43と遮蔽部材44および切り欠け部41との位置を
入れ替えて、光ファイバ24から出射された光を受光素
子43で検出する構成として、前方励起方式の光ファイ
バ増幅器を構成する光結合器としてもよい。
In the above embodiment, an optical isolator is formed in the direction from the optical fiber 21 to the optical fiber 24 as an optical coupler of the backward pumping type optical fiber amplifier, and the optical fiber 24 is filled with a rare earth element such as erbium. Although the output end of the signal light having a wavelength of 1.55 μm amplified by the added optical fiber is used, the present invention is not limited to this. For example, the polarity of the magnet 32 is reversed and the polarization plane rotation direction of the magneto-optical crystal 31 is rotated clockwise. Then, an optical isolator is formed in the direction from the optical fiber 24 to the optical fiber 21, and the optical fiber 24 is used as an input end of the signal light having a wavelength of 1.55 μm before amplification, and further, the light receiving element 43, the shielding member 44, and the notch. A forward pumping optical fiber amplifier is configured as a configuration in which the light emitted from the optical fiber 24 is detected by the light receiving element 43 by changing the position of the portion 41. It may be an optical coupler.

【0051】また、上記実施例では、光ファイバ増幅器
としてエルビウムなどの希土類元素が添加された光ファ
イバを用い、信号光および励起光の波長を、各々1.5
5μmおよび1.48μmとして説明したが、使用する
増幅用光ファイバ、波長についてはこれに限定されるも
のではない。
Further, in the above embodiment, an optical fiber doped with a rare earth element such as erbium is used as the optical fiber amplifier, and the wavelengths of the signal light and the pumping light are each set to 1.5.
Although the description has been made with 5 μm and 1.48 μm, the amplification optical fiber and wavelength used are not limited to this.

【0052】また、上記実施例では、収束性ロッドレン
ズ29、33、37、40を用いて光結合器を構成した
が、これに限らず、中心軸からわずかにずれた位置での
収差を抑えたレンズであれば、例えば非球面レンズ等、
他のどのようなレンズを用いてもよい。
In the above embodiment, the optical coupler is constructed by using the converging rod lenses 29, 33, 37, 40. However, the present invention is not limited to this, and the aberration at a position slightly deviated from the central axis is suppressed. If it is a lens such as an aspherical lens,
Any other lens may be used.

【0053】また、上記実施例では、収束性ロッドレン
ズ29、33、37、40、波長フィルタ30、複屈折
結晶28、36、1/2波長板34、35、磁気光学結
晶31、反射板39などの、各光学デバイスを配置した
光が通過する空間の説明を省略したが、この空間は空気
層でも、屈折率整合剤等の透明な物質で充填されていて
も、また、各光学デバイスの光の入出射面に施された反
射防止膜等を介して結合しても良いことは言うまでもな
い。
Further, in the above embodiment, the converging rod lenses 29, 33, 37, 40, the wavelength filter 30, the birefringent crystals 28, 36, the 1/2 wavelength plates 34, 35, the magneto-optical crystal 31, the reflection plate 39. Although the description of the space through which the light in which each optical device is arranged passes, such space is filled with a transparent substance such as an air layer or a refractive index matching agent, the space of each optical device is also omitted. It goes without saying that they may be coupled via an antireflection film or the like provided on the light entrance / exit surface.

【0054】また、上記実施例では、磁気光学板である
磁気光学結晶31は、光の偏波面を45度回転させると
したが、これに限らず、偏波面の回転角は、π/4+n
π/2(n=0、1、2、・・)であればよい。
In the above embodiment, the magneto-optical crystal 31 which is the magneto-optical plate rotates the plane of polarization of light by 45 degrees, but the invention is not limited to this. The rotation angle of the plane of polarization is π / 4 + n.
It may be π / 2 (n = 0, 1, 2, ...).

【0055】また、上記実施例では、偏波面回転手段を
回転方向が互いに反対の1/2波長板34,35を別々
に設ける構成としたが、これに限らず、回転方向が反対
の1/2波長板を一体化して構成してもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the polarization plane rotating means is separately provided with the half-wave plates 34 and 35 whose rotation directions are opposite to each other. The two wavelength plates may be integrated.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、4本の入出射用の光ファイバと、複屈折機能を
有する第1の複屈折板と、第1のレンズと、所定波長の
光を反射し、他の波長の光を透過させる波長選択フィル
タと、入射光の偏波面を所定角α回転させる磁気光学板
と、第2のレンズと、所定の一部は光の偏波面を所定角
β回転させ、残り部分は光の偏波面を所定角βの回転と
は逆方向に所定角γ回転させる偏波面回転手段と、複屈
折機能を有する第2の複屈折板と、入射光を第2の複屈
折板側へ戻す光学手段とを備え、それらをこの順番に配
置しているので、挿入損失が小さく、小型にできるとい
う長所を有する。
As is apparent from the above description, the present invention has four input / output optical fibers, a first birefringent plate having a birefringence function, a first lens, and a predetermined wavelength. , A magneto-optical plate that rotates the polarization plane of the incident light by a predetermined angle α, a second lens, and a predetermined part of the polarization plane of the light. Is rotated by a predetermined angle β and the remaining portion is rotated by a polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of the light by a predetermined angle γ in the direction opposite to the rotation of the predetermined angle β; a second birefringent plate having a birefringence function; Since the optical means for returning the light to the second birefringent plate side is provided and they are arranged in this order, there is an advantage that the insertion loss is small and the size can be reduced.

【0057】また、本発明の光結合器を用いることによ
り、各光ファイバの引き回しに必要な面積を小さくでき
るので、小型の光ファイバ増幅器が実現できるという利
点がある。
Further, by using the optical coupler of the present invention, the area required for routing each optical fiber can be made small, so that there is an advantage that a compact optical fiber amplifier can be realized.

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

【図1】本発明にかかる一実施例の光結合器の構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical coupler according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例の光結合器の逆方向に進行する光の動
作を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of light traveling in the opposite direction of the optical coupler of the embodiment.

【図3】同実施例の光結合器における光ファイバアレイ
部を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical fiber array section in the optical coupler of the embodiment.

【図4】他の実施例の光結合器における反射板の一例を
示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a reflection plate in an optical coupler of another embodiment.

【図5】従来の光結合器を用いた光ファイバ増幅器の構
成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical fiber amplifier using a conventional optical coupler.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21、22、23、24 光ファイバ 25 光ファイバアレイ 27、42 カットフィルタ 28、36 複屈折結晶 29、33、37、40 収束性ロッドレンズ 30 波長選択フィルタ 31 磁気光学結晶 34、35 1/2波長板 39 反射板 41 切り欠け部 43 受光素子 21, 22, 23, 24 Optical fiber 25 Optical fiber array 27, 42 Cut filter 28, 36 Birefringent crystal 29, 33, 37, 40 Convergent rod lens 30 Wavelength selection filter 31 Magneto-optical crystal 34, 35 1/2 wavelength Plate 39 Reflector 41 Notch 43 Light receiving element

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1から第4の4本の入出射用の光ファ
イバと、その光ファイバの入出射側に設けられ、複屈折
機能を有する第1の複屈折板と、その第1の複屈折板の
前記光ファイバとは反対側に設けられた第1のレンズ
と、その第1のレンズの前記複屈折板とは反対側に設け
られ、所定波長の光を反射し、他の波長の光を透過させ
る波長選択フィルタと、その波長選択フィルタの前記第
1のレンズとは反対側に設けられ、入射光の偏波面を所
定角α回転させる磁気光学板と、その磁気光学板の前記
波長選択フィルタとは反対側に設けられた第2のレンズ
と、その第2のレンズの前記磁気光学板とは反対側に設
けられ、所定の一部は光の偏波面を所定角β回転させ、
残り部分は光の偏波面を前記所定角βの回転とは逆方向
に所定角γ回転させる偏波面回転手段と、その偏波面回
転手段の前記第2のレンズとは反対側に設けられ、複屈
折機能を有する第2の複屈折板と、その第2の複屈折板
の前記偏波面回転手段とは反対側に設けられ、入射光を
前記第2の複屈折板側へ戻す光学手段とを備えたことを
特徴とする光結合器。
1. A first to a fourth optical fiber for input and output, a first birefringent plate provided on the input and output sides of the optical fiber and having a birefringence function, and a first birefringent plate thereof. A first lens provided on the opposite side of the birefringent plate from the optical fiber, and a first lens provided on the opposite side of the first lens from the birefringent plate, which reflects light of a predetermined wavelength and reflects other wavelengths. Of the wavelength selection filter, a magneto-optical plate provided on the opposite side of the wavelength selection filter from the first lens, for rotating the plane of polarization of the incident light by a predetermined angle α, and the magneto-optical plate described above. A second lens is provided on the opposite side of the wavelength selection filter, and a second lens is provided on the opposite side of the second lens from the magneto-optical plate, and a predetermined part rotates the polarization plane of light by a predetermined angle β. ,
The remaining portion is provided on a polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of light by a predetermined angle γ in the direction opposite to the rotation of the predetermined angle β, and is provided on the opposite side of the polarization plane rotating means from the second lens. A second birefringent plate having a refraction function, and an optical unit provided on the opposite side of the second birefringent plate from the polarization plane rotating means and returning incident light to the second birefringent plate side. An optical coupler characterized by being provided.
【請求項2】 光学手段は、第3のレンズと、その第3
のレンズの前記第2の複屈折板とは反対側に、前記第2
のレンズの光軸に対して傾斜して設けられた反射板とを
有することを特徴とする請求項1記載の光結合器。
2. The optical means comprises a third lens and a third lens thereof.
Of the second lens on the side opposite to the second birefringent plate.
2. The optical coupler according to claim 1, further comprising a reflecting plate that is provided so as to be inclined with respect to the optical axis of the lens.
【請求項3】 第3のレンズと前記反射板とは、楔形の
透明部材を介して互いに密着されていることを特徴とす
る請求項2記載の光結合器。
3. The optical coupler according to claim 2, wherein the third lens and the reflection plate are in close contact with each other via a wedge-shaped transparent member.
【請求項4】 反射板は、鋭角の頂角を有する三角プリ
ズムの一方の斜面に光の反射膜が設けられたものである
ことを特徴とする請求項2記載の光結合器。
4. The optical coupler according to claim 2, wherein the reflecting plate is a triangular prism having an acute apex angle, and a light reflecting film is provided on one slope of the triangular prism.
【請求項5】 第2および第3の光ファイバ端面と前記
第1の複屈折板との間に、前記所定波長の光を透過し、
他の波長の光を遮断するカットフィルタが設けられてい
ることを特徴とする請求項1、又は2記載の光結合器。
5. The light having the predetermined wavelength is transmitted between the second and third optical fiber end faces and the first birefringent plate,
The optical coupler according to claim 1, further comprising a cut filter that blocks light of other wavelengths.
【請求項6】 第1から第4の光ファイバを平行にかつ
先端部を一体に整列させ、その先端面を光軸に垂直な面
に対して斜めに形成した光ファイバアレイとし、その光
ファイバアレイの光軸を前記第1のレンズの光軸に対し
て斜めに設けたことを特徴とする請求項1、又は2記載
の光結合器。
6. An optical fiber array in which first to fourth optical fibers are aligned parallel to each other and their tips are integrally aligned, and the tips are formed obliquely with respect to a plane perpendicular to the optical axis. 3. The optical coupler according to claim 1, wherein the optical axis of the array is provided obliquely with respect to the optical axis of the first lens.
【請求項7】 第2および第3の光ファイバは偏波面保
存光ファイバであり、その偏波面保存光ファイバの偏波
面方向は互いに直交させて配置されていることを特徴と
する請求項1、又は2記載の光結合器。
7. The second and third optical fibers are polarization-maintaining optical fibers, and the polarization-maintaining optical fibers are arranged such that their polarization directions are orthogonal to each other. Alternatively, the optical coupler according to item 2.
【請求項8】 反射板は、入射光の大部分を反射し、一
部分を透過させるハーフミラーであり、そのハーフミラ
ーを通過した光を収束させる第4のレンズと、その収束
された光を検出する受光素子とを備えたことを特徴とす
る請求項2記載の光結合器。
8. The reflection plate is a half mirror that reflects most of the incident light and transmits part of the incident light, and detects a fourth lens that converges the light that has passed through the half mirror and the converged light. The optical coupler according to claim 2, further comprising:
【請求項9】 第1または第4の光ファイバから出射し
た光の何れか一方が、前記反射板を透過して第4のレン
ズで収束された位置に、その光を吸収または遮断する遮
蔽部材が設けられていることを特徴とする請求項8記載
の光結合器。
9. A shield member for absorbing or blocking the light emitted from either the first or the fourth optical fiber at a position where the light passes through the reflector and is converged by the fourth lens. 9. The optical coupler according to claim 8, wherein the optical coupler is provided.
【請求項10】 受光素子と前記第4のレンズとの間、
又はその第4のレンズと前記反射板との間の何れか一方
に、波長選択フィルタと同一の所定波長の光を遮断する
カットフィルタが設けられていることを特徴とする請求
項8記載の光結合器。
10. A light receiving element and the fourth lens,
9. The light according to claim 8, further comprising a cut filter for blocking light having a predetermined wavelength same as that of the wavelength selection filter, which is provided on either one of the fourth lens and the reflection plate. Combiner.
【請求項11】 第4のレンズの光軸は、第3のレンズ
の光軸に対して、傾けて設けた反射板に実質上垂直に設
けたことを特徴とする請求項8記載の光結合器。
11. The optical coupling according to claim 8, wherein the optical axis of the fourth lens is provided substantially perpendicular to the reflecting plate which is inclined with respect to the optical axis of the third lens. vessel.
【請求項12】 第4のレンズは、収束性ロッドレンズ
であって、前記第1又は第4の光ファイバから出射した
光の何れか一方の光が出射する出射端面の一部が、光軸
に対して斜めに切り欠かれたものであることを特徴とす
る請求項8記載の光結合器。
12. The fourth lens is a converging rod lens, and a part of an emission end face from which either one of the light emitted from the first or fourth optical fibers is emitted is an optical axis. 9. The optical coupler according to claim 8, wherein the optical coupler is cut out obliquely with respect to.
【請求項13】 受光素子の受光面を、第4のレンズの
光軸および検出する光の入射軸に対して斜めに設けたこ
とを特徴とする請求項8記載の光結合器。
13. The optical coupler according to claim 8, wherein the light receiving surface of the light receiving element is provided obliquely with respect to the optical axis of the fourth lens and the incident axis of the light to be detected.
【請求項14】 第1から第4のレンズの内の一部また
は全部は、第1から第4の光ファイバの開口数よりも大
きな開口数を有する収束性ロッドレンズとしたことを特
徴とする請求項1、2、又は請求項8記載の光結合器。
14. A part or all of the first to fourth lenses are convergent rod lenses having a numerical aperture larger than that of the first to fourth optical fibers. The optical coupler according to claim 1, 2, or 8.
【請求項15】 請求項1、2、又は8記載の前記光結
合器と、前記第1の光ファイバの他端に設けられ、希土
類元素が添加された希土類元素ドープ光ファイバと、前
記第2及び第3の光ファイバの他端に設けられ、前記希
土類元素ドープ光ファイバを励起する励起光源とを備
え、前記第4の光ファイバの他端を信号光の入力端また
は出力端としたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
15. The optical coupler according to claim 1, 2, or 8, and a rare earth element-doped optical fiber provided at the other end of the first optical fiber, to which a rare earth element is added, and the second optical fiber. And a pumping light source that is provided at the other end of the third optical fiber and that pumps the rare earth element-doped optical fiber, and that the other end of the fourth optical fiber is the input end or the output end of the signal light. Characteristic optical fiber amplifier.
JP20802593A 1993-08-23 1993-08-23 Optical coupler and optical fiber amplifier Pending JPH0764021A (en)

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