JPH0886978A - Optical circulator and light control method - Google Patents

Optical circulator and light control method

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Publication number
JPH0886978A
JPH0886978A JP6221789A JP22178994A JPH0886978A JP H0886978 A JPH0886978 A JP H0886978A JP 6221789 A JP6221789 A JP 6221789A JP 22178994 A JP22178994 A JP 22178994A JP H0886978 A JPH0886978 A JP H0886978A
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JP
Japan
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ray
light
polarization
birefringent material
port
Prior art date
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Pending
Application number
JP6221789A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Hirai
茂 平井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0886978A publication Critical patent/JPH0886978A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide an optical circulator and a light control method with high isolation and capable of transmitting a high bit rate signal. CONSTITUTION: Light inputted from a fiber F1 is outputted to the fiber F2. The light inputted from the fiber F2 is outputted to the fiber F3. Double refraction planes 21-1 to 21-4 are walk-off polarizing beam splitters, and the isolation of the light coupled with respective ports F2, F3 are enhanced. Further, a polarization compensation plate H1 is arranged on a path where no light inputted from a first port F1 is propagated, and it suppresses polarization diffusion when a signal beam inputted from a second port F2 is coupled with a third port F3.

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、光通信等に使用される
光サーキュレータに関し、特に、双方向通信やデータリ
ンク等に使用される光サーキュレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical circulator used for optical communication or the like, and more particularly to an optical circulator used for bidirectional communication or data link.

【0002】[0002]

【従来の技術】光サーキュレータには、従来から4つの
入出力ポートを有する4ポート光サーキュレータや3つ
の入出力ポートを有する3ポート光サーキュレータが知
られている。従来から4つの入出力ポートを有する4ポ
ート光サーキュレータは、例えば、特公昭60−498
87号公報に記載されたものが知られている。しかしな
がら、4ポート光サーキュレータと3ポート光サーキュ
レータとは、当然のことながら、これらの発明を構成す
る要件が異なっており、従来は4ポート光サーキュレー
タと反射器とを用いて等価的に3ポート光サーキュレー
タを構成していた。しかしながら、このような等価的な
光サーキュレータは挿入損失が大きく実際の光通信にお
いては不利益点が多い。そこで、3ポート光サーキュレ
ータとして、特開平4−21522号公報および特
開平5−323234号公報に記載されてた光サーキュ
レータが発明されている。
2. Description of the Related Art As an optical circulator, a 4-port optical circulator having four input / output ports and a three-port optical circulator having three input / output ports have been conventionally known. A conventional 4-port optical circulator having four input / output ports is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 60-498.
The one described in Japanese Patent No. 87 is known. However, the four-port optical circulator and the three-port optical circulator naturally have different requirements for constituting these inventions. Conventionally, a four-port optical circulator and a reflector are equivalently used as a three-port optical circulator. It constituted the circulator. However, such an equivalent optical circulator has a large insertion loss and has many disadvantages in actual optical communication. Therefore, as the 3-port optical circulator, the optical circulators described in JP-A-4-21522 and JP-A-5-323234 have been invented.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の公報に記載された光サーキュレータは、その発明の原
理上1/2波長板およびファラデ回転子を1枚用いてい
るが、このような構成においてはアイソレーションの波
長依存性および温度依存性が急俊である。また、上記
の公報に記載された光サーキュレータも、少ない部品点
数で光サーキュレータを構成するという面では優れた光
サーキュレータであるが、ファラデ回転子を1枚のみ用
いているので、アイソレーションの波長依存性や温度依
存性が急俊であるばかりでなく分岐した偏波に光路差が
生じているため、入力ポートから入力された光信号が出
力ポートに結合する際に偏波分散を生じる。このような
偏波分散および急俊な波長依存性は、次世代の光通信に
おける広波長域・高ビットレートの光信号の伝送には適
していない。そこで、本発明は、これらの問題に鑑みて
なされたものであり、広波長域の光信号を高ビットレー
トで伝送するとともに、これらの光信号が目的のポート
以外のポートに結合されずに高いアイソレーションを有
することが可能な全く新規な光サーキュレータを提供す
ることを目的とする。
However, the optical circulator described in the above publication uses one half-wave plate and one Faraday rotator due to the principle of the invention, but in such a configuration, The wavelength dependence and temperature dependence of isolation are rapid. The optical circulator described in the above publication is also an excellent optical circulator in terms of constituting the optical circulator with a small number of parts, but since only one Farade rotator is used, it depends on the wavelength of the isolation. In addition to its rapidity in temperature and temperature dependence, there is an optical path difference in the branched polarized waves, which causes polarization dispersion when the optical signal input from the input port is coupled to the output port. Such polarization dispersion and abrupt wavelength dependence are not suitable for transmission of optical signals of wide wavelength range and high bit rate in the next generation optical communication. Therefore, the present invention has been made in view of these problems, and transmits optical signals in a wide wavelength range at a high bit rate, and these optical signals are high without being coupled to ports other than the target port. An object is to provide a completely new optical circulator capable of having isolation.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
め、本発明は、第1ポートから入力された第1光を第2
ポートへ出力し、前記第2ポートから入力された第2光
を第3ポートに出力する光サーキュレータを対象とする
ものであり、第1および第2の偏光ビームスプリッタ、
第1乃至第4の複屈折材料、分波用複屈折材料、合分波
用複屈折材料および合波用複屈折材料を有している。
In order to solve the above problems, the present invention provides a first light input from a first port to a second light source.
The present invention is directed to an optical circulator that outputs to a port and outputs the second light input from the second port to a third port, the first and second polarization beam splitters.
The first to fourth birefringent materials, the demultiplexing birefringent material, the demultiplexing birefringent material, and the demultiplexing birefringent material are included.

【0005】第1の偏光ビームスプリッタは、第1ポー
トから入力された第1光のうちの常光線および異常光線
の進行方向を平行にして出力するように配置されるとも
に、平行に入力された常光線と異常光線とを合成して第
3ポートに出力するように配置される。
The first polarization beam splitter is arranged so that the traveling directions of the ordinary ray and the extraordinary ray of the first light input from the first port are parallel and output, and the first polarization beam splitter is input in parallel. It is arranged so that the ordinary ray and the extraordinary ray are combined and output to the third port.

【0006】第2の偏光ビームスプリッタは、第2ポー
トから入力された第2光のうちの常光線および異常光線
の進行方向を平行にして出力するように配置されるとも
に、平行に入力された常光線と異常光線とを合成して第
2ポートに出力するように配置される。
The second polarization beam splitter is arranged so that the traveling directions of the ordinary ray and the extraordinary ray of the second light input from the second port are parallel to each other, and the parallel polarization is input. It is arranged so that the ordinary ray and the extraordinary ray are combined and output to the second port.

【0007】分波用複屈折材料は、第1ポートと第1の
偏光ビームスプリッタとの間に配置され、第1ポートか
ら入力された第1光を常光線と異常光線とに分離して第
1の偏光ビームスプリッタへ出力する。
The birefringent material for demultiplexing is arranged between the first port and the first polarizing beam splitter, and separates the first light input from the first port into an ordinary ray and an extraordinary ray. 1 to the polarization beam splitter.

【0008】合分波用複屈折材料は、第2ポートと第2
の偏光ビームスプリッタとの間に配置され、第2ポート
から入力された第2光を常光線と異常光線とに分離して
第2の偏光ビームスプリッタへ出力するとともに、第2
の偏光ビームスプリッタから入力された常光線および異
常光線を合成して第2ポートに出力する。
The birefringent material for multiplexing / demultiplexing has a second port and a second port.
The second light input from the second port is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray and output to the second polarization beam splitter.
The ordinary ray and the extraordinary ray input from the polarization beam splitter of are combined and output to the second port.

【0009】合波用複屈折材料は、第3ポートと第1の
偏光ビームスプリッタとの間に配置され、第2の偏光ビ
ームスプリッタから入力された常光線および異常光線を
合成して前記第3ポートに出力する。
The multiplexing birefringent material is disposed between the third port and the first polarization beam splitter, and combines the ordinary ray and the extraordinary ray input from the second polarization beam splitter to synthesize the third ray. Output to port.

【0010】光学部品は、第1の偏光ビームスプリッタ
と第2の偏光ビームスプリッタとの間に配置され、第1
の偏光ビームスプリッタから入力された第1光のうちの
常光線および異常光線に第1の変換を施してそれぞれを
異常光線および常光線として第2の偏光ビームスプリッ
タに出力するとともに、第2の偏光ビームスプリッタか
ら入力された第2光のうちの常光線および異常光線に第
2の変換を施してそれぞれを異常光線および常光線とし
て第1の偏光ビームスプリッタに出力する。ここで、偏
光補償板は、第1の偏光ビームスプリッタと合波用複屈
折材料との間に配置される。
The optical component is disposed between the first polarization beam splitter and the second polarization beam splitter, and
Ordinary ray and extraordinary ray of the first light input from the polarization beam splitter are subjected to first conversion, and are output to the second polarization beam splitter as an extraordinary ray and an ordinary ray, respectively. The ordinary ray and the extraordinary ray of the second light input from the beam splitter are subjected to the second conversion and output to the first polarization beam splitter as the extraordinary ray and the ordinary ray. Here, the polarization compensating plate is arranged between the first polarization beam splitter and the multiplexing birefringent material.

【0011】この光学部品は、第2の偏光ビームスプリ
ッタに対向した配置され、入射した偏光の方位を±45
度回転させる第1の非相反旋光素子と、第1の非相反旋
光素子と第1の偏光ビームスプリッタとの間に配置さ
れ、入射した偏光の方位を±45度回転させる第2の非
相反旋光素子と、第2の非相反旋光素子と第1の非相反
旋光素子との間に配置され、入射した偏光の方位を±4
5度回転させる第3の非相反旋光素子と、第3の非相反
旋光素子と第2の非相反旋光素子との間に配置され、入
射した偏光の方位を45度回転させる相反旋光素子と、
入射した光のうち常光線は直進させ、異常光線は屈折さ
せて出射する第1の複屈折材料と、入射した光のうち常
光線は直進させ、異常光線は屈折させて出射する第2の
複屈折材料と、入射した光のうち常光線は直進させ、異
常光線は屈折させて出射する第3の複屈折材料と、入射
した光のうち常光線は直進させ、異常光線は屈折させて
出射する第4の複屈折材料とを備えている。
This optical component is disposed so as to face the second polarization beam splitter, and the azimuth of incident polarized light is ± 45.
A second non-reciprocal optical rotation element which is rotated between the first non-reciprocal optical rotation element and the first non-reciprocal optical rotation element and the first polarization beam splitter, and which rotates the azimuth of incident polarized light by ± 45 degrees. Is disposed between the element and the second non-reciprocal optical rotation element and the first non-reciprocal optical rotation element, and the direction of incident polarized light is ± 4
A third non-reciprocal optical rotation element that rotates 5 degrees, and a reciprocal optical rotation element that is disposed between the third non-reciprocal optical rotation element and the second non-reciprocal optical rotation element and that rotates the azimuth of incident polarized light by 45 degrees.
Of the incident light, the ordinary ray advances straight and the extraordinary ray refracts and emits the first birefringent material, and the ordinary ray of the incident light advances and the extraordinary ray refracts and emits the second birefringent material. Ordinary rays of the incident light are made to go straight, and extraordinary rays are made to refract and exit the third birefringent material. Ordinary rays of made incident light are made to go straight and extraordinary rays are made to exit. And a fourth birefringent material.

【0012】第3の複屈折材料は、第2の非相反旋光素
子と第3の非相反旋光素子との間であって、第1光のう
ちの一方の偏光の伝搬経路上であり、且つ、この第3の
複屈折材料の固有偏光の方位が第1光のうちの他方の偏
光の方位にほぼ一致するように配置されている。
The third birefringent material is between the second non-reciprocal optical rotation element and the third non-reciprocal optical rotation element, on the propagation path of one polarization of the first light, and The third birefringent material is arranged so that the azimuth of the intrinsic polarization of the third birefringent material substantially matches the azimuth of the other polarization of the first light.

【0013】第4の複屈折材料は、第2の非相反旋光素
子と第3の非相反旋光素子との間であって、第1光のう
ちの他方の偏光の伝搬経路上であり、且つ、この第4の
複屈折材料の固有偏光の方位が第1光のうちの一方の偏
光の方位にほぼ一致するように配置されている。
The fourth birefringent material is between the second nonreciprocal optical rotation element and the third nonreciprocal optical rotation element, on the propagation path of the other polarization of the first light, and The fourth birefringent material is arranged so that the azimuth of the intrinsic polarization of the fourth birefringent material substantially coincides with the azimuth of one of the first lights.

【0014】第1の複屈折材料は、第1の非相反旋光素
子と第3の非相反旋光素子との間であって、合分波用複
屈折材料および第1の非相反旋光素子を介してこの第1
の複屈折材料に入射される第2光のうちの一方の偏光の
伝搬経路上であり、且つ、この第1の複屈折材料の固有
偏光の方位が第2光のうちの一方の偏光の方位、およ
び、第1光のうちの一方の偏光の方位にほぼ一致するよ
うに配置されている。
The first birefringent material is between the first non-reciprocal optical rotation element and the third non-reciprocal optical rotation element, and through the birefringent material for multiplexing / demultiplexing and the first non-reciprocal optical rotation element. First lever
Is on the propagation path of one polarization of the second light incident on the birefringent material, and the azimuth of the intrinsic polarization of the first birefringence material is the azimuth of the polarization of one of the second lights. , And the polarization direction of one of the first lights.

【0015】第2の複屈折材料は、第1の非相反旋光素
子と第3の非相反旋光素子との間であって、合分波用複
屈折材料および第1の非相反旋光素子を介してこの第2
の複屈折材料に入射される第2光のうちの他方の偏光の
伝搬経路上であり、且つ、この第2の複屈折材料の固有
偏光の方位が第2光のうちの他方の偏光の方位、およ
び、第1光のうちの他方の偏光の方位にほぼ一致するよ
うに配置される。
The second birefringent material is between the first non-reciprocal optical rotation element and the third non-reciprocal optical rotation element, and through the birefringent material for multiplexing / demultiplexing and the first non-reciprocal optical rotation element. Second lever
Is on the propagation path of the other polarization of the second light incident on the birefringent material, and the azimuth of the intrinsic polarization of the second birefringence material is the azimuth of the other polarization of the second light. , And the polarization direction of the other polarization of the first light.

【0016】本発明の光サーキュレータは、これらの分
波用複屈折材料、合分波用複屈折材料、合波用複屈折材
料、第1の複屈折材料、第2の複屈折材料、第3の複屈
折材料および第4の複屈折材料は、同一材料からなる平
板であり、第1乃至第4の複屈折材料それぞれの厚み
と、分波用複屈折材料、合分波用複屈折材料、合波用複
屈折材料それぞれの厚みとの比を√2対1とすることを
特徴とする。
The optical circulator of the present invention comprises the birefringent material for demultiplexing, the birefringent material for demultiplexing, the birefringent material for demultiplexing, the first birefringent material, the second birefringent material, and the third birefringent material. The birefringent material and the fourth birefringent material are flat plates made of the same material. The thickness of each of the first to fourth birefringent materials, the demultiplexing birefringent material, and the demultiplexing birefringent material, It is characterized in that the ratio to the thickness of each birefringent material for multiplexing is √2: 1.

【0017】本発明は、このような光サーキュレータを
用いた光の制御方法をも対象とするものであって、第1
ポートから入力された第1光を空間的に常光線と異常光
線とに分離したのち、これらの常光線および異常光線の
偏光面を第2非相反旋光素子、相反旋光素子、第3非相
反旋光素子および第1非相反旋光素子を順次通過させた
後、合波し、第2ポートに出力するとともに、第2ポー
トから入力された第2光を空間的に常光線と異常光線と
に分離したのち、これらの常光線および異常光線の偏光
面を第1非相反旋光素子、第3非相反旋光素子、相反旋
光素子および第2非相反旋光素子を順次通過させた後、
合波し、第3のポートに出力する光の制御方法を対象と
するものであり、第1光の伝搬しない経路上に複屈折材
料を配置し、第2光を空間的に常光線と異常光線とに分
離した後にこの複屈折材料中におけるこれら常光線と異
常光線との伝搬速度の差を利用して、この空間的な分離
によるこれらの常光線と異常光線との光路差を補正する
ことにより、第2および第3ポートへ出力される光の偏
波分散を抑えることを特徴とする。
The present invention is also directed to a light control method using such an optical circulator.
After the first light input from the port is spatially separated into an ordinary ray and an extraordinary ray, the polarization planes of the ordinary ray and the extraordinary ray are divided into a second non-reciprocal optical rotation element, a reciprocal optical rotation element, and a third non-reciprocal optical rotation. After sequentially passing through the element and the first non-reciprocal optical rotation element, they are combined and output to the second port, and the second light input from the second port is spatially separated into an ordinary ray and an extraordinary ray. After that, after passing the polarization planes of the ordinary ray and the extraordinary ray through the first non-reciprocal optical rotation element, the third non-reciprocal optical rotation element, the reciprocal optical rotation element and the second non-reciprocal optical rotation element,
This is intended for a method of controlling the light that is combined and output to the third port, in which a birefringent material is arranged on a path where the first light does not propagate, and the second light is spatially anomalous as an ordinary ray. Correcting the optical path difference between these ordinary and extraordinary rays due to this spatial separation, by utilizing the difference in propagation velocity between these ordinary and extraordinary rays in this birefringent material after separation into the ordinary rays. This suppresses polarization dispersion of light output to the second and third ports.

【0018】本発明に係るこのような光サーキュレータ
は、第1ポートから入力された第1光を常光線と異常光
線とに分離する第1の手段と、第2ポートから入力され
た第2光を常光線と異常光線とに分離する第2の手段
と、第1ポートから入力された常光線および異常光線に
第1の変換を施してそれぞれを異常光線および常光線と
して第2手段を介して第2ポートに出力するとともに、
第2ポートから入力された常光線および異常光線に第2
の変換を施してそれぞれを常光線および異常光線として
第3ポートに出力する第3の手段と、第3の手段と第3
ポートとの間を伝搬する光の経路上に配置され、透過す
る常光線と異常光線とに位相差または光路差を与える第
4の手段とを備える。
Such an optical circulator according to the present invention comprises a first means for separating the first light input from the first port into an ordinary ray and an extraordinary ray, and a second light input from the second port. Via the second means for separating the ordinary ray and the extraordinary ray into the ordinary ray and the extraordinary ray, and subjecting the ordinary ray and the extraordinary ray inputted from the first port to the first transformation While outputting to the second port,
Second to the ordinary and extraordinary rays input from the second port
And third and third means for converting each of them into ordinary rays and extraordinary rays and outputting them to the third port.
A fourth means is provided on the path of the light propagating between the port and the fourth means for giving a phase difference or an optical path difference between the ordinary ray and the extraordinary ray passing therethrough.

【0019】詳説すれば、前記の第1の手段(D1,2
1−6)を通過することにより、常光線と異常光線との
間には位相差(φ)または光路差が生じる。また、第1
光は第2の手段(D2,21−7)を通過する際に常光
線と異常光線との間には位相差(φ)または光路差が生
じる。第1光は第3の手段(19−1〜3,20,21
−1〜4)により第1の変換を施されて常光線(J)
(第1ビーム)は異常光線(I)に、異常光線(I)
(第2ビーム)は常光線(J)に変換されているので、
第1および第2の手段を通過することにより第1光の常
光線と異常光線との間(第1ビームと第2ビームとの
間)に生じた位相差はφ−φ=0である。
In detail, the first means (D1, 2)
By passing 1-6), a phase difference (φ) or an optical path difference occurs between the ordinary ray and the extraordinary ray. Also, the first
When the light passes through the second means (D2, 21-7), a phase difference (φ) or an optical path difference occurs between the ordinary ray and the extraordinary ray. The first light is emitted by the third means (19-1 to 3, 20, 21).
-1 to 4), the first conversion is applied to the ordinary ray (J)
(First beam) is an extraordinary ray (I)
(Second beam) is converted to ordinary ray (J),
The phase difference generated between the ordinary ray and the extraordinary ray of the first light (between the first beam and the second beam) by passing through the first and second means is φ−φ = 0.

【0020】一方、第2光は、第3の手段により第2の
変換を施されて常光線(J)(第3ビーム)は常光線
(J)に、異常光線(I)(第4ビーム)は異常光線
(I)に変換されているので、第2の手段を通過するこ
とにより第2光の第3ビームと第4ビームとの間に生じ
る位相差はφである。また、第2光が第4の手段を通過
することにより、第3ビームと第4ビームとの間に−φ
の位相差が与えるので、而して、第3ポートに結合する
第2光の常光線と異常光線との位相差はφ−φ=0とな
る。なお、第2光を合波して第3のポートに入力する場
合には、第3ポートと第4の手段との間に、入力された
常光線と異常光線とを合成する第5の手段を配置すれば
よいが、この第5の手段を用いた場合には、第5の手段
である複屈折材料を第2光が透過する際に位相差(φ)
または光路差が生じるので、第4の手段はこの位相差
(φ)を考慮して、第4の手段において第2光の常光線
と異常光線との間に−2φの位相差を与えるようにすれ
ばよい。
On the other hand, the second light is subjected to the second conversion by the third means, and the ordinary ray (J) (third beam) becomes an ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) (fourth beam). ) Has been converted into extraordinary ray (I), the phase difference between the third beam and the fourth beam of the second light caused by passing through the second means is φ. Further, since the second light passes through the fourth means, -φ is generated between the third beam and the fourth beam.
Therefore, the phase difference between the ordinary ray and the extraordinary ray of the second light coupled to the third port is φ−φ = 0. When the second light is multiplexed and input to the third port, fifth means for combining the input ordinary ray and extraordinary ray between the third port and the fourth means. However, in the case of using the fifth means, the phase difference (φ) when the second light is transmitted through the birefringent material which is the fifth means.
Or, since an optical path difference occurs, the fourth means considers this phase difference (φ) and gives a −2φ phase difference between the ordinary ray and the extraordinary ray of the second light in the fourth means. do it.

【0021】なお、第3の手段においてこれらのビーム
間に位相差が生じるようであれば、第4の手段において
はこの位相差分も考慮しておく。すなわち、第4の手段
で補償する位相差φもくは2φは、第2の手段と第3の
手段とで生じた位相差の和もしくはこの和に第5の手段
で生じた位相差を加えた和である必要があるが、第3の
手段で生じた位相差が要求される偏波分散に対して無視
できるようであればこの位相差を考慮する必要はない。
If the third means causes a phase difference between these beams, the fourth means also considers the phase difference. That is, the phase difference φ or 2φ compensated by the fourth means is the sum of the phase differences generated by the second means and the third means or the sum of the phase differences generated by the fifth means. However, if the phase difference generated by the third means is negligible with respect to the required polarization dispersion, it is not necessary to consider this phase difference.

【0022】[0022]

【作用】本発明の光サーキュレータによれば、例えば、
化合物半導体レーザから出射された1.3μmまたは
1.55μmの波長を有するコヒーレントな直線偏光を
第1または2ポートから入射させる。第1または第2ポ
ートから入射されたこれらの光は高いアイソレーション
を有してそれぞれ第2または第3ポートに出力される。
以下、第1ポートからこの光(第1光)が入力された場
合の光サーキュレータ内における光の伝搬について説明
する。
According to the optical circulator of the present invention, for example,
Coherent linearly polarized light having a wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm emitted from the compound semiconductor laser is made incident from the first or second port. These lights incident from the first or second port have high isolation and are output to the second or third port, respectively.
Hereinafter, the propagation of light in the optical circulator when this light (first light) is input from the first port will be described.

【0023】第1ポートから入射された第1光は、ま
ず、分波用複屈折材料を透過する。分波用複屈折材料
は、入射した光を空間的に常光線と異常光線とに分離し
て出射する。これらの常光線と異常光線とは共に第1の
偏光ビームスプリッタに入射される。第1の偏光ビーム
スプリッタは、好ましくは、入射するこれらの光に対し
て45度の角度を持って配置された常光線と異常光線と
の透過選択性を有する偏光分離膜などの第1面と、この
第1面に平行に配置された第1反射膜とを有しているこ
とが望ましい。第1の偏光ビームスプリッタの第1面の
表面から入射された常光線は、偏光分離膜などから構成
される第1面により反射されるが、第1面の表面から入
射した異常光線は、第1面を透過してこの第1面のに平
行に配置された第1反射膜で全反射される。したがっ
て、第1偏光ビームスプリッタからは、これらの常光線
および異常光線が平行に出射される。
The first light incident from the first port first passes through the birefringent material for demultiplexing. The birefringent material for demultiplexing spatially separates the incident light into an ordinary ray and an extraordinary ray and emits the ray. Both the ordinary ray and the extraordinary ray are incident on the first polarization beam splitter. The first polarization beam splitter is preferably a first surface such as a polarization separation film having a transmission selectivity between an ordinary ray and an extraordinary ray arranged at an angle of 45 degrees with respect to these incident lights. It is desirable to have a first reflection film arranged in parallel with the first surface. The ordinary ray incident from the surface of the first surface of the first polarization beam splitter is reflected by the first surface composed of a polarization separation film and the like, but the extraordinary ray incident from the surface of the first surface is The light is transmitted through one surface and is totally reflected by the first reflecting film arranged in parallel with the first surface. Therefore, these ordinary rays and extraordinary rays are emitted in parallel from the first polarization beam splitter.

【0024】このようにして、第1の偏光ビームスプリ
ッタを透過した光は、第2の非相反旋光素子に入射され
る。ここで非相反旋光素子とは例えばファラデ回転子の
ことである。光の進行方向に対して時計回りを正とする
と、第2の非相反旋光素子は、入射したこれら光の偏波
面をほぼ−45度回転(偏光の方位を−45度回転)さ
せて出射する。出射されたこれらの−45度回転常光線
および−45回転異常光線はそれぞれ第4の複屈折材料
および第3の複屈折材料に入射する。−45度回転常光
線および−45回転異常光は、第4および第3の複屈折
材料に対する常光であるので、これらの光はウォークオ
フされずに出射される。そして、第4および第3の複屈
折材料から出射された光は、相反旋光素子に入力されて
そおん偏波面が+45度回転させられた後、第3の非相
反旋光素子に入射されその偏波面が−45度回転されて
出射される。
In this way, the light transmitted through the first polarization beam splitter is incident on the second non-reciprocal optical rotation element. Here, the non-reciprocal optical rotation element is, for example, a Faraday rotator. When the clockwise direction is positive with respect to the traveling direction of light, the second non-reciprocal optical rotation element rotates the polarization planes of these incident lights by approximately -45 degrees (rotates the polarization direction by -45 degrees) and emits them. . The emitted −45 ° ordinary ray and −45 rotation extraordinary ray are incident on the fourth birefringent material and the third birefringent material, respectively. Since the −45 degree ordinary ray and the −45 extraordinary ray are ordinary rays with respect to the fourth and third birefringent materials, these rays are emitted without being walked off. Then, the light emitted from the fourth and third birefringent materials is input to the reciprocal optical rotation element and its polarization plane is rotated by +45 degrees, and then is incident on the third non-reciprocal optical rotation element and its polarized light. The wavefront is rotated by −45 ° and emitted.

【0025】ここで、相反旋光素子とは例えばルチル結
晶などから構成される1/2波長板のことである。した
がって、これらの相反旋光素子および第3の非相反旋光
素子の組からなる非相反旋光素子を透過することによ
り、各偏光の偏波面は回転させられないことになる。
Here, the reciprocal optical rotation element is a half-wave plate composed of, for example, rutile crystal. Therefore, the plane of polarization of each polarized light cannot be rotated by passing through the non-reciprocal optical rotation element formed of the set of the reciprocal optical rotation element and the third non-reciprocal optical rotation element.

【0026】この第3の非相反旋光素子を透過した第1
光(−45度回転常光線、−45度回転異常光線)は、
ともに第2および第1の複屈折材料に対する異常光であ
るので、これらの光は第1および第1の複屈折材料を透
過することによりウォークオフされて出射され、第1の
非相反旋光素子に入射される。第1の非相反旋光素子に
入射された光はその偏光の方位がほぼ−45度回転させ
られて出射される。これらの第1の非相反旋光素子から
出射された光は第2の偏光ビームスプリッタに入射され
る。第2の偏光ビームスプリッタは、例えば、常光線を
反射するとともに異常光線を透過させる第2面を有して
いるので、この第2面に平行な全反射ミラーなどの第2
反射面によりこれらの光のうちの一方の進行方向を変え
れば、これらの光は平行光線として合分波用複屈折材料
に入射される。合分波用複屈折材料では入射した異常光
線と常光線とを合波して第2ポート方向へ出射する。し
たがって、第1ポートから入射した光は第2ポートに結
合する。また、第1光が通過するべき分波用複屈折材料
を合分波用複屈折材料同じ材料で構成するとともに、こ
れらの厚みを等しくすれば、第3の手段において、第1
光のうちの常光線は異常光線に変換され、異常光線は常
光線に変換されるので、この分波用複屈折材料において
生じた位相差と合分波用複屈折材料において生じた位相
差を等しくすることができ、したがって、分離されたこ
れら2つの光の位相差を補償して第2ポートに結合され
る光の偏波分散を抑制することができる。
The first light transmitted through the third non-reciprocal optical rotation element
The light (-45 degree rotation ordinary ray, -45 degree rotation extraordinary ray) is
Since both are extraordinary rays to the second and first birefringent materials, these rays are walked off and emitted by passing through the first and first birefringent materials, and then to the first non-reciprocal optical rotation element. It is incident. The light incident on the first non-reciprocal optical rotation element is emitted with its polarization direction rotated by approximately -45 degrees. The light emitted from these first non-reciprocal optical rotation elements enters the second polarization beam splitter. The second polarization beam splitter has, for example, a second surface that reflects ordinary rays and transmits extraordinary rays, so that the second polarization beam splitter has a second surface such as a total reflection mirror parallel to the second surface.
By changing the traveling direction of one of these lights by the reflecting surface, these lights are incident on the birefringent material for multiplexing / demultiplexing as parallel rays. The birefringent material for multiplexing / demultiplexing combines the incident extraordinary ray and ordinary ray and emits them in the second port direction. Therefore, the light incident from the first port is coupled to the second port. In addition, if the birefringent material for demultiplexing that the first light passes through is made of the same material as the birefringent material for demultiplexing, and the thicknesses thereof are made equal, in the third means,
Since ordinary rays of light are converted into extraordinary rays and extraordinary rays are converted into ordinary rays, the phase difference generated in the birefringent material for demultiplexing and the phase difference generated in the birefringent material for demultiplexing are combined. Therefore, it is possible to compensate for the phase difference between these two separated lights and suppress the polarization dispersion of the light coupled to the second port.

【0027】一方、第2ポートから入射された第2光
は、この合分波用複屈折材料を透過することにより常光
線と異常光線とに空間的に分離された後、これらの常光
線と異常光線とが共に前記第2の偏光ビームスプリッタ
の第2面の表面側から入射して第1の非相反旋光素子に
入射される。第2の偏光ビームスプリッタの第2面は入
射した常光線は反射し、異常光線は透過するので、これ
らの光はその進行方向が変更され、これらの光は平行に
第1の非相反旋光素子に入力される。第1の非相反旋光
素子は、常光線および異常光線の偏波面を+45度回転
させて出力する。これらの+45度回転常光線および+
45度回転異常光線はそれぞれこれらの光を常光とする
第1および第2の複屈折材料に入射され、ウォークオフ
することなく第3の非相反旋光素子および相反旋光素子
に入力される。
On the other hand, the second light incident from the second port is spatially separated into an ordinary ray and an extraordinary ray by passing through the birefringent material for multiplexing / demultiplexing, and then the ordinary ray. The extraordinary ray is incident from the surface side of the second surface of the second polarization beam splitter together and is incident on the first non-reciprocal optical rotation element. The second surface of the second polarization beam splitter reflects the incident ordinary ray and transmits the extraordinary ray, so that the traveling directions of these rays are changed, and these rays are parallel to each other. Entered in. The first non-reciprocal optical rotation element rotates the polarization planes of the ordinary ray and the extraordinary ray by +45 degrees and outputs them. These +45 degree rotating ordinary rays and +
The 45-degree-rotation extraordinary ray is incident on the first and second birefringent materials, which make these rays ordinary rays, and is input to the third non-reciprocal optical rotation element and reciprocal optical rotation element without walk-off.

【0028】これらの+45度回転常光線および+45
度回転異常光線は、第3の非相反旋光素子および相反旋
光素子を順に透過するので、これらの第3の非相反旋光
素子および相反旋光素子を透過することにより結果的に
はこれらの光の偏波面は+90度回転させられて、それ
ぞれ+45度回転異常光線および+45度回転常光線と
して出射される。これらの+45度回転異常光線および
+45度回転常光線は、それぞれこれらの光を常光とす
る第3および第4の複屈折材料に入射するので、これら
の光はウォークオフされずに第2の非相反旋光素子に入
力される。これらの光は、第2の非相反旋光素子におい
てその偏波面が+45度回転させられて、第1の偏光ビ
ームスプリッタに入力される。第1の偏光ビームスプリ
ッタからはこれらの光が平行光として出力され、これら
の光は合波用複屈折材料を透過することにより合成され
て第3ポートに結合される。ここで、偏光補償板は、第
1の偏光ビームスプリッタと合波用複屈折材料との間に
配置されており、合分波用複屈折材料および合波用複屈
折材料で生じた常光線と異常光線との間の位相差を補償
し、以て、第3ポートに結合する光の偏波分散を抑える
ことができる。
These +45 degree rotating ordinary rays and +45 degrees
Since the extraordinary rotation ray passes through the third non-reciprocal optical rotation element and the reciprocal optical rotation element in order, the transmission of these third non-reciprocal optical rotation element and the reciprocal optical rotation element results in polarization of these lights. The wavefront is rotated by +90 degrees and emitted as +45 degree extraordinary ray and +45 degree ordinary ray, respectively. The +45 degree extraordinary ray and the +45 degree ordinary ray are incident on the third and fourth birefringent materials having these rays as ordinary rays, respectively. It is input to the reciprocal optical rotation element. The polarization planes of these lights are rotated by +45 degrees in the second non-reciprocal optical rotation element and are input to the first polarization beam splitter. These lights are output as parallel lights from the first polarization beam splitter, and these lights are combined by being transmitted through the birefringent material for multiplexing and are coupled to the third port. Here, the polarization compensating plate is arranged between the first polarization beam splitter and the combining birefringent material, and the ordinary ray generated by the combining / branching birefringent material and the combining birefringent material is used. It is possible to compensate for the phase difference with the extraordinary ray and thus suppress the polarization dispersion of the light coupled to the third port.

【0029】また、本発明では1つの相反旋光素子と3
つの非相反旋光素子を用いて光サーキュレータを構成し
ているので、入力される光の波長依存性を抑制すること
ができる。さらに、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ
などの第1〜第4の複屈折材料を用いることにより目的
外のポートに結合する光の量を低減することができ、高
いアイソレーションを達成することができる。第1乃至
第4の複屈折材料それぞれの厚みと、分波用複屈折材
料、合分波用複屈折材料、合波用複屈折材料とのそれぞ
れの厚みの比を√2対1とすれば、各ポートから入力さ
れた光を効率良く他の各ポートに結合させることができ
る。
Further, in the present invention, one reciprocal optical rotator and 3
Since the optical circulator is composed of two non-reciprocal optical rotation elements, it is possible to suppress the wavelength dependence of the input light. Further, by using the first to fourth birefringent materials such as the walk-off polarization beam splitter, the amount of light coupled to the unintended port can be reduced, and high isolation can be achieved. If the ratio of the thickness of each of the first to fourth birefringent materials to the thickness of each of the demultiplexing birefringent material, the multiplexing / demultiplexing birefringent material, and the multiplexing birefringent material is √2: 1. , The light input from each port can be efficiently coupled to each other port.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の光サーキュレータの実施例に
ついて説明する。なお、以下の説明において、同一要素
には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略す
ることとする。
EXAMPLES Examples of the optical circulator of the present invention will be described below. In the following description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0031】図1は、本発明の実施例に係る光サーキュ
レータの構造を示す図である。この光サーキュレータ
は、第1ポートである第1ファイバ(F1)から入力さ
れた第1光を第2ポートである第2ファイバ(F2)へ
出力し、第2ファイバ(F2)から入力された第2光を
第3ポートである第3ファイバ(F3)に出力する光サ
ーキュレータである。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of an optical circulator according to an embodiment of the present invention. The optical circulator outputs the first light input from the first fiber (F1) that is the first port to the second fiber (F2) that is the second port, and outputs the first light input from the second fiber (F2). It is an optical circulator that outputs two lights to a third fiber (F3) that is a third port.

【0032】本実施例の光サーキュレータは、第1の偏
光ビームスプリッタ(D1)、第2の偏光ビームスプリ
ッタ(D2)、第1乃至第4の複屈折材料(21−1〜
21−4)、分波用複屈折材料(21−6)、合分波用
複屈折材料(21−7)および合波用複屈折材料(21
−8)を有している。
The optical circulator of this embodiment comprises a first polarization beam splitter (D1), a second polarization beam splitter (D2), and first to fourth birefringent materials (21-1 to 21-2).
21-4), birefringent material for demultiplexing (21-6), birefringent material for demultiplexing (21-7) and birefringent material for demultiplexing (21
-8).

【0033】分波用複屈折材料(21−6)は、第1ポ
ート(F1)に対向した位置に配置されている。第1ポ
ート(F1)と分波用複屈折材料(21−6)との間に
は球レンズ(L1)が配置されており、第1ポート(F
1)から入力された第1光は、この球レンズ(L1)を
透過することにより平行光とされて分波用複屈折材料
(21−6)に入力される。分波用複屈折材料(21−
6)に入力された第1光は、常光線(J)と異常光線
(I)とに分離される。
The demultiplexing birefringent material (21-6) is arranged at a position facing the first port (F1). A spherical lens (L1) is disposed between the first port (F1) and the demultiplexing birefringent material (21-6), and the first port (F1)
The first light input from 1) is made into parallel light by passing through this spherical lens (L1) and is input to the demultiplexing birefringent material (21-6). Birefringent material for demultiplexing (21-
The first light input to 6) is separated into an ordinary ray (J) and an extraordinary ray (I).

【0034】この分波用複屈折材料(21−6)を透過
したこれらの常光線(J)および異常光線(I)は、第
1の偏光ビームスプリッタ(D1)に入射される。第1
の偏光ビームスプリッタ(D1)は、第1ポート(F
1)から入力された第1光のうちの常光線および異常光
線の進行方向を平行にして出力するように配置されると
もに、平行に入力された常光線と異常光線とを合成して
第3ポート(F3)に出力するように配置されている。
The ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) which have passed through the birefringent material for demultiplexing (21-6) are incident on the first polarization beam splitter (D1). First
Of the polarization beam splitter (D1) of the first port (F
The ordinary ray and the extraordinary ray of the first light input from 1) are arranged such that the traveling directions of the ordinary ray and the extraordinary ray are parallel to each other, and the ordinary ray and the extraordinary ray input in parallel are combined to form a third ray. It is arranged to output to the port (F3).

【0035】第1の偏光ビームスプリッタ(D1)は、
第1ポート(F1)から入射するこれらの光に対して4
5度の角度を持って配置された第1面である偏光分離膜
(1112)を備えている。この偏光分離膜(111
2)は、常光線は反射し、異常光線は透過させる。この
偏光分離膜(1112)は、断面直角三角形のプリズム
(D12)の斜辺に配置されている。断面平行四辺形の
プリズム(D11)が、偏光分離膜(1112)を挟ん
で直角三角形のプリズム(D12)の斜辺に対向して配
置されている。この平行四辺形のプリズム(D11)は
偏光分離膜(1112)と平行な第1反射面(M1)を
有している。
The first polarization beam splitter (D1) is
4 for these lights coming from the first port (F1)
It has a polarization separation film (1112) which is the first surface and is arranged at an angle of 5 degrees. This polarization separation film (111
In 2), ordinary rays are reflected and extraordinary rays are transmitted. The polarization separation film (1112) is arranged on the hypotenuse of the prism (D12) having a right-angled triangular cross section. A prism (D11) having a parallelogrammatic cross section is arranged so as to face the hypotenuse of the prism (D12) having a right triangular shape with the polarization splitting film (1112) interposed therebetween. The parallelogram prism (D11) has a first reflecting surface (M1) parallel to the polarization splitting film (1112).

【0036】分波用複屈折材料(21−6)を介してこ
の偏光ビームスプリッタ(D1)の第1面の表面から入
射された常光線(J)および異常光線は、その進行方向
が+90度曲げられて平行に出射される。詳説すれば、
偏光分離膜(1112)の表面から入射された常光線
は、偏光分離膜(1112)により反射されるが、第1
面(1112)の表面から入射した異常光線は、第1面
(1112)を透過してこの第1面(1112)のに平
行に配置された反射面(M1)で全反射される。したが
って、第1偏光ビームスプリッタ(D1)からは、これ
らの常光線(J)および異常光線(1)が平行に出射さ
れる。なお、この偏光ビームスプリッタの構成としては
特公昭60−49887号公報の第5図に記載された構
造の偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
The ordinary ray (J) and the extraordinary ray incident from the surface of the first surface of the polarization beam splitter (D1) via the birefringent material for demultiplexing (21-6) have advancing directions of +90 degrees. It is bent and emitted in parallel. In detail,
The ordinary ray incident from the surface of the polarization separation film (1112) is reflected by the polarization separation film (1112).
The extraordinary ray incident from the surface of the surface (1112) passes through the first surface (1112) and is totally reflected by the reflecting surface (M1) arranged parallel to the first surface (1112). Therefore, the ordinary ray (J) and the extraordinary ray (1) are emitted in parallel from the first polarization beam splitter (D1). As the configuration of this polarization beam splitter, a polarization beam splitter having a structure shown in FIG. 5 of JP-B-60-49887 may be used.

【0037】第2ポートである第2ファイバ(F2)と
第2の偏光ビームスプリッタ(D2)との組み合わせ
は、第1ポート(F1)と第1の偏光ビームスプリッタ
(D1)との組み合わせと同様である。以下、詳説す
る。
The combination of the second fiber (F2) which is the second port and the second polarization beam splitter (D2) is the same as the combination of the first port (F1) and the first polarization beam splitter (D1). Is. The details will be described below.

【0038】合分波用複屈折材料(21−7)は、第2
ポート(F2)に対向した位置に配置されている。第2
ポート(F2)と合分波用複屈折材料(21−7)との
間には球レンズ(L2)が配置されており、第2ポート
(F2)から入力された第2光は、この球レンズ(L
2)を透過することにより平行光とされて合分波用複屈
折材料(21−7)に入力される。合分波用複屈折材料
(21−7)に入力された第2光は、常光線(J)と異
常光線(I)とに分離される。
The birefringent material (21-7) for multiplexing / demultiplexing is the second
It is arranged at a position facing the port (F2). Second
A spherical lens (L2) is arranged between the port (F2) and the birefringent material (21-7) for multiplexing and demultiplexing, and the second light input from the second port (F2) receives the spherical light. Lens (L
It is converted into parallel light by passing through 2) and is input to the birefringent material (21-7) for multiplexing / demultiplexing. The second light input to the birefringent material for multiplexing / demultiplexing (21-7) is separated into an ordinary ray (J) and an extraordinary ray (I).

【0039】この合分波用複屈折材料(21−7)を透
過したこれらの常光線(J)および異常光線(I)は、
第2の偏光ビームスプリッタ(D2)に入射される。第
2の偏光ビームスプリッタ(D2)は、第2ポート(F
2)から入力された第2光のうちの常光線および異常光
線の進行方向を平行にして出力するように配置される。
The ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) transmitted through the birefringent material (21-7) for multiplexing / demultiplexing are:
It is incident on the second polarization beam splitter (D2). The second polarization beam splitter (D2) is connected to the second port (F
The ordinary rays and the extraordinary rays of the second light input from 2) are arranged so as to be parallel to each other and output.

【0040】第2の偏光ビームスプリッタ(D2)は、
第2ポート(F1)から入射するこれらの光に対して4
5度の角度を持って配置された第2面である偏光分離膜
(2122)を備えている。この偏光分離膜(212
2)は、常光線は反射し、異常光線は透過させる。この
偏光分離膜(2122)は、断面直角三角形のプリズム
(D22)の斜辺に配置されている。断面平行四辺形の
プリズム(D21)が、偏光分離膜(2122)を挟ん
で直角三角形のプリズム(D22)の斜辺に対向して配
置されている。この平行四辺形のプリズム(D21)は
偏光分離膜(2122)と平行な第2反射面(M2)を
有している。
The second polarization beam splitter (D2) is
4 for these lights incident from the second port (F1)
It has a polarization separation film (2122) which is the second surface and is arranged at an angle of 5 degrees. This polarization separation film (212
In 2), ordinary rays are reflected and extraordinary rays are transmitted. This polarization separation film (2122) is arranged on the hypotenuse of a prism (D22) having a right-angled triangular cross section. A prism (D21) having a parallelogrammatic cross section is arranged so as to face the hypotenuse of the prism (D22) having a right triangle with a polarization splitting film (2122) interposed therebetween. The parallelogram prism (D21) has a second reflecting surface (M2) parallel to the polarization splitting film (2122).

【0041】合分波用複屈折材料(21−7)を介して
この第2の偏光ビームスプリッタ(D2)の第2面(2
122)の表面から入射された常光線(J)および異常
光線は、その進行方向が+90度曲げられて平行に出射
される。詳説すれば、偏光分離膜(2122)の表面か
ら入射された常光線は、偏光分離膜(2122)により
反射されるが、第2面(2122)の表面から入射した
異常光線は、第2面(2122)を透過してこの第1面
(2122)に平行に配置された反射面(M2)で全反
射される。したがって、第2偏光ビームスプリッタ(D
2)からは、これらの常光線(J)および異常光線
(1)が平行に出射される。
The second surface (2) of the second polarization beam splitter (D2) is passed through the birefringent material (21-7) for multiplexing / demultiplexing.
The ordinary ray (J) and the extraordinary ray incident from the surface of (122) are emitted in parallel with their traveling directions bent by +90 degrees. More specifically, the ordinary ray incident from the surface of the polarization separation film (2122) is reflected by the polarization separation film (2122), while the extraordinary ray incident from the surface of the second surface (2122) is the second surface. The light passes through (2122) and is totally reflected by the reflecting surface (M2) arranged in parallel with the first surface (2122). Therefore, the second polarization beam splitter (D
From 2), the ordinary ray (J) and the extraordinary ray (1) are emitted in parallel.

【0042】符号(21−1〜21−4,19−1〜1
9−3,20)で示される光学部品は、第1の偏光ビー
ムスプリッタ(D1)と第2の偏光ビームスプリッタ
(D2)との間に配置されている。これらの光学部品
は、第1の偏光ビームスプリッタ(D1)から入力され
た第1光のうちの常光線および異常光線に第1の変換を
施してそれぞれを異常光線および常光線として第2の偏
光ビームスプリッタ(D2)に出力するとともに、第2
の偏光ビームスプリッタ(D2)から入力された第2光
のうちの常光線および異常光線に第2の変換を施してそ
れぞれを異常光線および常光線として第1の偏光ビーム
スプリッタ(D1)に出力する。
Codes (21-1 to 21-4, 19-1 to 1)
9-3, 20) is arranged between the first polarization beam splitter (D1) and the second polarization beam splitter (D2). These optical components perform the first conversion on the ordinary ray and the extraordinary ray of the first light input from the first polarization beam splitter (D1), and make the second polarization as the extraordinary ray and the ordinary ray, respectively. The beam splitter (D2) outputs the second
Ordinary rays and extraordinary rays of the second light input from the polarization beam splitter (D2) are subjected to second conversion, and are output to the first polarization beam splitter (D1) as extraordinary rays and ordinary rays. .

【0043】詳説すれば、この光学部品は第1の非相反
旋光素子(19−1)、第2の非相反旋光素子(19−
2)、第3の非相反旋光素子(19−3)、相反旋光素
子(20)および第1〜第4の複屈折材料(21−1〜
21−4)から構成されている。
More specifically, this optical component includes a first non-reciprocal optical rotation element (19-1) and a second non-reciprocal optical rotation element (19-).
2), the third non-reciprocal optical rotation element (19-3), the reciprocal optical rotation element (20) and the first to fourth birefringent materials (21-1 to 21-1).
21-4).

【0044】第1の非相反旋光素子(19−1)である
第1ファラデ回転子は、第2の偏光ビームスプリッタ
(D2)に対向した配置されており、入射した偏光の方
位を±45度回転させる。第2の非相反旋光素子(19
−2)である第2ファラデ回転子は、第1の非相反旋光
素子(19−1)と第1の偏光ビームスプリッタ(D
1)との間に配置されており、入射した偏光の方位を±
45度回転させる。第3の非相反旋光素子(19−3)
である第3ファラデ回転子は、第2の非相反旋光素子
(19−2)と第1の非相反旋光素子(19−1)との
間に配置され、入射した偏光の方位を±45度回転させ
る。相反旋光素子(20)である1/2波長板は、第3
の非相反旋光素子(19−3)と第2の非相反旋光素子
(19−2)との間に配置され、入射した偏光の方位を
45度回転させる。ここで、第3の非相反旋光素子(1
9−3)と相反旋光素子(20)との組み合わせから構
成される非相反旋光素子は、第3の非相反旋光素子(1
9−3)から非相反旋光素子(20)方向に透過すう偏
光の偏波面を90度回転させ、相反旋光素子(20)か
ら非相反旋光素子(19−1)方向に透過する偏光の偏
波面は結果的に回転させない。そして、これらのファラ
デ回転子(19−1〜19−3)は、この光サーキュレ
ータを取り囲むように配置された円筒形磁石(MG)に
より形成される磁場内に配置されている。
The first Faraday rotator, which is the first non-reciprocal optical rotation element (19-1), is arranged so as to face the second polarization beam splitter (D2), and the direction of the incident polarized light is ± 45 degrees. Rotate. Second non-reciprocal optical rotation element (19
-2) which is the second Faraday rotator includes the first non-reciprocal optical rotation element (19-1) and the first polarization beam splitter (D
It is located between 1) and the direction of incident polarized light is ±
Rotate 45 degrees. Third non-reciprocal optical rotation element (19-3)
Is disposed between the second non-reciprocal optical rotation element (19-2) and the first non-reciprocal optical rotation element (19-1), and the incident polarization direction is ± 45 degrees. Rotate. The half-wave plate which is the reciprocal optical rotation element (20) is the third
Is disposed between the non-reciprocal optical rotation element (19-3) and the second non-reciprocal optical rotation element (19-2) and rotates the azimuth of incident polarized light by 45 degrees. Here, the third non-reciprocal optical rotation element (1
9-3) and the reciprocal optical rotation element (20) are combined to form a non-reciprocal optical rotation element (3).
9-3) rotates the polarization plane of polarized light transmitted in the non-reciprocal optical rotation element (20) direction by 90 degrees, and transmits the polarization plane of polarized light transmitted from the reciprocal optical rotation element (20) in the non-reciprocal optical rotation element (19-1) direction. Does not rotate as a result. Then, these Faraday rotators (19-1 to 19-3) are arranged in a magnetic field formed by a cylindrical magnet (MG) arranged so as to surround the optical circulator.

【0045】第1〜第4の複屈折材料(21−1〜21
−4)は、入射した光のうち常光線は直進させ、異常光
線は屈折させて出射する複屈折材料であり、ウォークオ
フ偏光ビームスプリッタで構成されている。なお、第1
の複屈折材料(21−1)と第2の複屈折材料(21−
2)は、その結晶軸が直交しており、また、第3の複屈
折材料(21−3)と第4の複屈折材料(21−4)
も、その結晶軸が直交している。
First to fourth birefringent materials (21-1 to 21-21)
-4) is a birefringent material that straightens the ordinary ray of the incident light and refracts the extraordinary ray of the incident light, and outputs the birefringent material, which is composed of a walk-off polarization beam splitter. The first
Birefringent material (21-1) and second birefringent material (21-
In 2), the crystal axes thereof are orthogonal to each other, and the third birefringent material (21-3) and the fourth birefringent material (21-4).
Also, their crystal axes are orthogonal.

【0046】第3の複屈折材料(21−3)は、第2の
非相反旋光素子(19−2)と相反旋光素子(20)と
の間に配置されている。同様に、第4の複屈折材料(2
1−4)も、第2の非相反旋光素子(19−2)と第3
の非相反旋光素子(19−3)との間に配置されてい
る。第3の複屈折材料(21−3)は、第1ポート(F
1)から入力された第1光のうちの一方の偏光の伝搬経
路上に配置されている、第1光は、第1の偏光ビームス
プリッタ(D1)および第2の非相反旋光素子(19−
2)を透過することにより、その−45度回転異常光線
(I´)および−45度回転常光線(J´)に分離され
て平行に出射される。
The third birefringent material (21-3) is arranged between the second non-reciprocal optical rotation element (19-2) and the reciprocal optical rotation element (20). Similarly, the fourth birefringent material (2
1-4) also includes the second non-reciprocal optical rotation element (19-2) and the third non-reciprocal optical rotation element (19-2).
It is arranged between the non-reciprocal optical rotation element (19-3). The third birefringent material (21-3) is connected to the first port (F
The first light, which is disposed on the propagation path of one polarization of the first light input from 1), is the first polarization beam splitter (D1) and the second non-reciprocal optical rotation element (19-
By passing 2), the extraordinary ray (I ') of -45 degree rotation and the ordinary ray (J') of -45 degree rotation are separated and emitted in parallel.

【0047】第3の複屈折材料(21−3)は、この−
45度回転異常光線(I´)が伝搬する経路上に配置さ
れるが、第3の複屈折材料(21−3)の固有偏光の方
位は、−45度回転常光線(J´)の偏光の方位にほぼ
一致するように配置されている。したがって、この第3
の複屈折材料(21−3)に入射した−45度回転異常
光線(I´)は、この第3の複屈折材料(21−3)に
対する常光であるので、この−45度回転異常光線(I
´)がウォークオフされることはない。
The third birefringent material (21-3) is
Although the 45-degree rotation extraordinary ray (I ′) is arranged on the propagation path, the orientation of the intrinsic polarization of the third birefringent material (21-3) is −45-degree rotation ordinary ray (J ′) polarization. It is arranged so that it almost matches the azimuth. Therefore, this third
Since the -45 degree rotation extraordinary ray (I ') incident on the birefringent material (21-3) is an ordinary ray with respect to the third birefringence material (21-3), the -45 degree rotation extraordinary ray (I') I
´) will never be walked off.

【0048】第4の複屈折材料(21−4)は、第1光
のうちの−45度回転常光線(J´)が伝搬する経路上
に配置されるが、第4の複屈折材料(21−4)の固有
偏光の方位は、−45度回転異常光線(I´)の偏光の
方位にほぼ一致するように配置されている。したがっ
て、この第4の複屈折材料(21−4)に入射した−4
5度回転常光線(J´)は、この第4の複屈折材料(2
1−4)に対する常光であるので、この−45度回転常
光線(J´)がウォークオフされることはない。
The fourth birefringent material (21-4) is arranged on the path along which the -45 degree rotating ordinary ray (J ') of the first light propagates. 21-4) is arranged so that the azimuth of the intrinsic polarization substantially coincides with the azimuth of the polarization of the -45 degree extraordinary ray (I ′). Therefore, it is incident on this fourth birefringent material (21-4).
The 5 ° rotating ordinary ray (J ′) is reflected by the fourth birefringent material (2
Since it is an ordinary ray for 1-4), the ordinary ray (J ') rotated by -45 degrees is not walked off.

【0049】第1の複屈折材料(21−1)は、第1の
非相反旋光素子(21−1)と第3の非相反旋光素子
(21−1)との間に配置されている。第2ポート(F
2)から入射された第2光は合分波用複屈折材料および
第1の非相反旋光素子(19−1)を透過することによ
り、+45度回転常光線(J´)および+45回転異常
光線(I´)とに分離されて平行に出射される。第1の
複屈折材料(21−1)は、この+45度回転常光線
(J´)の伝搬する経路上に配置されているが、第1の
複屈折材料(21−1)の固有偏光の方位は、第2光の
うちの+45度回転常光線(J´)の方位にほぼ一致し
ている。また、この第1の複屈折材料(21−1)の固
有偏光の方位は、第1ポート(F1)から入力される第
1光のうちの一方の偏光の方位である−45度回転常光
線(J´)の方位にほぼ一致するように配置されてい
る。
The first birefringent material (21-1) is arranged between the first non-reciprocal optical rotation element (21-1) and the third non-reciprocal optical rotation element (21-1). 2nd port (F
The second light incident from 2) passes through the birefringent material for multiplexing / demultiplexing and the first non-reciprocal optical rotation element (19-1), so that a +45 degree ordinary ray (J ′) and a +45 extraordinary ray are rotated. It is separated into (I ') and emitted in parallel. The first birefringent material (21-1) is arranged on the path along which the + 45-degree rotating ordinary ray (J ′) propagates, but the intrinsic polarization of the first birefringent material (21-1) is The azimuth is substantially the same as the azimuth of the + 45-degree rotating ordinary ray (J ′) in the second light. Further, the azimuth of the intrinsic polarization of the first birefringent material (21-1) is the azimuth of one polarization of the first light input from the first port (F1), which is a -45 degree rotation ordinary ray. It is arranged so as to substantially coincide with the azimuth of (J ′).

【0050】第2の複屈折材料(21−2)は、第1の
非相反旋光素子(19−1)と第3の非相反旋光素子
(19−3)との間に配置されている。
The second birefringent material (21-2) is arranged between the first non-reciprocal optical rotation element (19-1) and the third non-reciprocal optical rotation element (19-3).

【0051】第2の複屈折材料(21−2)は、合分波
用複屈折材料(21−7)および第1の非相反旋光素子
(19−1)を介してこの第2の複屈折材料(21−
2)に入射される+45度回転異常光線(I´)の伝搬
する経路上に配置されているが、第2の複屈折材料(2
1−2)の固有偏光の方位は、第2光のうちの+45度
回転異常光線(I´)の方位にほぼ一致している。ま
た、この第2の複屈折材料(21−2)の固有偏光の方
位は、第1ポート(F1)から入力される第1光のうち
の他方の偏光の方位である−45度回転異常光線(I
´)の方位にほぼ一致するように配置されている。
The second birefringent material (21-2) passes through the second birefringent material (21-7) for multiplexing / demultiplexing and the first non-reciprocal optical rotation element (19-1). Material (21-
The second birefringent material (2) is arranged on the path through which the + 45 ° extraordinary ray (I ′) incident on 2) propagates.
The azimuth of the intrinsically polarized light of 1-2) substantially coincides with the azimuth of the +45 degree rotation extraordinary ray (I ′) of the second light. Further, the azimuth of the intrinsic polarization of the second birefringent material (21-2) is the azimuth of the other polarization of the first light input from the first port (F1), which is a -45 degree rotation extraordinary ray. (I
It is arranged so as to almost coincide with the azimuth of ´).

【0052】偏光補償板(H1)は、第1の偏光ビーム
スプリッタ(D1)と合波用複屈折材料(21−8)と
の間に配置されている。偏光補償板(H1)は、光学軸
が入射する常光線および異常光線に対して直交している
ので、これらの常光線および異常光線はその進行方向が
変更されることなく、合波用複屈折材料(21−8)に
平行に出射される。合波用複屈折材料(21−8)は、
第3ポート(F3)に対向して配置されており、合波用
複屈折材料(21−8)と第3ファイバ(F3)との間
には第3の球レンズ(L3)が配置されている。合波用
複屈折材料(21−8)から第3の球レンズ(L3)に
入力された光は、第3ファイバ(F3)の端面に集束さ
れてこのファイバ(F3)に結合される。
The polarization compensating plate (H1) is arranged between the first polarization beam splitter (D1) and the multiplexing birefringent material (21-8). Since the polarization compensator (H1) has its optical axis orthogonal to the incident ordinary and extraordinary rays, the ordinary and extraordinary rays do not change their traveling directions, and the birefringence for combining waves is changed. It is emitted parallel to the material (21-8). The birefringent material for multiplexing (21-8) is
It is arranged to face the third port (F3), and the third spherical lens (L3) is arranged between the multiplexing birefringent material (21-8) and the third fiber (F3). There is. The light input from the multiplexing birefringent material (21-8) to the third spherical lens (L3) is focused on the end face of the third fiber (F3) and coupled to this fiber (F3).

【0053】第1〜第3のポートを構成するファイバ
(F1〜F3)は、シングルモード光ファイバであり、
球レンズ(L1〜L3)の直径は2.0mmである。第
1〜第4の複屈折材料(21−1〜21−4)および分
波用複屈折材料(21−6)、合分波用複屈折材料(2
1−7)、合波用複屈折材料(21−8)は、これらを
透過する光の方向をその厚み方向とすると、厚さ1.0
0mmのルチル結晶平板である。第1乃至第4の複屈折
材料(21−1〜21−4)それぞれの厚みは1.41
mmである。また、偏光補償板(H1)は、厚みが2.
0mmのルチル結晶平板である。相反旋光素子である1
/2波長板(20)の厚みは0.09mmであり、円筒
形磁石(MG)の外径は7.0mmであり、長さは7.
0mmである。すなわち、これらの分波用複屈折材料
(21−6)、合分波用複屈折材料(21−7)、合波
用複屈折材料(21−8)、第1の複屈折材料(21−
1)、第2の複屈折材料(21−2)、第3の複屈折材
料(21−3)および第4の複屈折材料(21−4)
は、同一材料からなる平板であり、第1乃至第4の複屈
折材料(21−1〜21−4)それぞれの厚みと、分波
用複屈折材料(21−6)、合分波用複屈折材料(21
−7)、合波用複屈折材料(21−8)それぞれの厚み
との比は、√2対1である。これらの厚みの比率を√2
対1に設定することにより、各ポートに効率よく光を結
合させるとともに、各ポートに結合するの光アイソレー
ションを高めることができる。
The fibers (F1 to F3) forming the first to third ports are single mode optical fibers,
The spherical lenses (L1 to L3) have a diameter of 2.0 mm. First to fourth birefringent materials (21-1 to 21-4) and demultiplexing birefringent material (21-6), demultiplexing birefringent material (2
1-7), the birefringent material for multiplexing (21-8) has a thickness of 1.0 when the direction of light passing therethrough is the thickness direction.
It is a 0 mm rutile crystal flat plate. The thickness of each of the first to fourth birefringent materials (21-1 to 21-4) is 1.41.
mm. The polarization compensator (H1) has a thickness of 2.
It is a 0 mm rutile crystal flat plate. Reciprocal optical rotation element 1
The thickness of the 1/2 wave plate (20) is 0.09 mm, the outer diameter of the cylindrical magnet (MG) is 7.0 mm, and the length is 7.
It is 0 mm. That is, the demultiplexing birefringent material (21-6), the demultiplexing birefringent material (21-7), the demultiplexing birefringent material (21-8), and the first birefringent material (21-
1), a second birefringent material (21-2), a third birefringent material (21-3) and a fourth birefringent material (21-4).
Is a flat plate made of the same material, the thickness of each of the first to fourth birefringent materials (21-1 to 21-4), the birefringent material for demultiplexing (21-6), and the birefringent material for demultiplexing. Refractive material (21
-7), and the ratio with the thickness of each of the multiplexing birefringent material (21-8) is √2: 1. The ratio of these thicknesses is √2
By setting the ratio to 1, the light can be efficiently coupled to each port and the optical isolation of coupling to each port can be enhanced.

【0054】このような光サーキュレータは、それぞれ
の光学部品を、例えば、図2に示すようなシリコン基板
SI上に実装することができる。光サーキュレータを実
装した光サーキュレータ基板CIは、通常の(001)
Siウエハをダイシングによって矩形に切断した後、エ
ッチングによって各光学部品を固定するための穴を形成
し、同図に示すように、これらの穴に各光学部品(19
−1〜19−3,21−1〜21−8,H1,20,D
1,D2,L1〜L3)を嵌め込んで固定する。例え
ば、第1の偏光ビームスプリッタ(D1)は穴(D1
´)に嵌め込んで固定する。この穴(D1´)による一
光学部品たる偏光ビームスプリッタ(D1)の固定が十
分でないときは、この穴(D1´)内にエポキシ樹脂や
液晶ポリマーなどの樹脂を流し込んで固定すればよい。
このような樹脂としては、熱硬化性の樹脂であってもよ
いし、紫外線等を照射することによって硬化する光硬化
性の樹脂であってもよい。ただし、光硬化性の樹脂を用
いた場合には、この光サーキュレータを構成するファラ
デ回転子などを加熱することがないので、これらの精巧
な素子の劣化を防止することができる。
In such an optical circulator, each optical component can be mounted on, for example, a silicon substrate SI as shown in FIG. The optical circulator substrate CI on which the optical circulator is mounted is a normal (001)
After the Si wafer is cut into a rectangular shape by dicing, holes for fixing each optical component are formed by etching, and as shown in the figure, each optical component (19
-1 to 19-3, 21-1 to 21-8, H1, 20, D
1, D2, L1 to L3) are fitted and fixed. For example, the first polarization beam splitter (D1) has a hole (D1).
´) and fix it. If the polarization beam splitter (D1) as one optical component is not sufficiently fixed by the hole (D1 ′), a resin such as epoxy resin or liquid crystal polymer may be poured into the hole (D1 ′) and fixed.
Such a resin may be a thermosetting resin or a photocurable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays or the like. However, when the photo-curable resin is used, the Faraday rotator and the like that compose the optical circulator are not heated, so that deterioration of these delicate elements can be prevented.

【0055】同図の光学部品の形成されている面SF
は、シリコン基板SIを構成するシリコン結晶の(00
1)面である。したがって、この面SFに垂直な2面で
あって、それぞれが直交する2面は(100)面と(0
10)面である。シリコン基板SIは矩形(方形)であ
るが、この矩形を形成する4辺は(100)面と(01
0)面に平行であり、(100)面と(010)面は、
シリコンウエハの劈解製を利用して形成される(00
1)シリコンウエハの劈解面である。
Surface SF on which the optical components of FIG.
Is (00 of the silicon crystal that constitutes the silicon substrate SI.
1) surface. Therefore, two surfaces which are perpendicular to this surface SF and which are orthogonal to each other are (100) surface and (0
10) surface. The silicon substrate SI is rectangular (rectangular), and the four sides forming this rectangle are the (100) plane and the (01) plane.
Parallel to the (0) plane, and the (100) and (010) planes are
It is formed by using the cleavage process of a silicon wafer (00
1) A cleavage plane of a silicon wafer.

【0056】本発明は、次世代の光通信に対応しておこ
なわれる高ビートレートの光信号を伝送する際の偏波分
散の影響までを考慮してなされた光サーキュレータであ
る。したがって、このような高精度の光サーキュレータ
を構成する各光学部品には高精度の位置決めが要求され
る。単結晶シリコンは、シリコン原子が碁盤の目のよう
に格子状に並んだものであり、この結晶の配列秩序を利
用すれば高精度な位置決めを行うことができる。
The present invention is an optical circulator that takes into consideration the influence of polarization dispersion when transmitting an optical signal having a high beat rate, which is performed for the next-generation optical communication. Therefore, highly accurate positioning is required for each optical component that constitutes such a highly accurate optical circulator. Single crystal silicon has silicon atoms arranged in a grid pattern like a grid, and high-precision positioning can be performed by utilizing the array order of this crystal.

【0057】光ファイバ(F1,F2,F3)は、シリ
コン基板を(001)表面からエッチングすることによ
り形成されたV溝(V1,V2,V3)にそれぞれ固定
される。V溝(V1,V2,V3)の深さ方向のVの字
は、シリコン基板のエッチングの選択性を利用して形成
することができる。しかも、このV溝(V1,V2,V
3)の長手方向は、結晶の[001]方向または[01
0]方向であり、結晶の劈解性を利用してダイシングに
より形成された面がこれらの方向に平行であるので、こ
の劈解面である(100)面および(010)面を基準
としてV溝(V1,V2,V3)を形成すればよい。ま
た、各光学部品を固定するための穴もシリコン結晶の方
位を利用して高い精度で加工することができる。なお、
(111)シリコンウエハも(001)シリコンウエハ
と同様にサーキュレータの固定基板に用いることができ
る。ここで、パッケージPKは、遮光性部材から構成さ
れており、このパッケージPK外部からの外乱光が内部
に侵入しないようにしてある。特に、この遮光性部材た
るパッケージPKは、この光サーキュレータに入射され
る信号光の波長よりも短波長の光を遮光する遮光性部材
から構成されている。
The optical fibers (F1, F2, F3) are fixed in V grooves (V1, V2, V3) formed by etching the silicon substrate from the (001) surface. The V shape in the depth direction of the V groove (V1, V2, V3) can be formed by utilizing the etching selectivity of the silicon substrate. Moreover, this V groove (V1, V2, V
The longitudinal direction of 3) is the [001] direction or [01] of the crystal.
[0] direction, and the planes formed by dicing using the cleavage property of the crystal are parallel to these directions. Therefore, V is based on the (100) plane and the (010) plane which are the cleavage planes. The grooves (V1, V2, V3) may be formed. Further, the hole for fixing each optical component can be processed with high accuracy by utilizing the orientation of the silicon crystal. In addition,
Like the (001) silicon wafer, the (111) silicon wafer can be used as the fixed substrate of the circulator. Here, the package PK is composed of a light-shielding member so that ambient light from the outside of the package PK does not enter the inside. In particular, the package PK, which is a light-shielding member, is composed of a light-shielding member that shields light having a wavelength shorter than the wavelength of the signal light incident on the optical circulator.

【0058】この光サーキュレータ基板(CI)は、例
えば、図3に示すようなパッケージに収納することとし
てもよい。この光サーキュレータ装置は、図示の如く、
パッケージ(PK)内に収納された光サーキュレータ基
板(CI)、パッケージ(PK)の内壁に形成された円
筒形磁石固定用の穴(PK3)に嵌め込まれた円筒形磁
石(MG)、光サーキュレータ基板CIを固定するため
の固定部材PK1,PK2、および、それぞれのファイ
バ(F1,F3)を固定するための円筒形の部材(F1
´,F3´)を備えている。ファイバ(F1,F3)
は、円筒形であって中空の部材(F1´,F3´)の貫
通孔内に接着剤によって固定することとしてもよいし、
また、ファイバ(F1,F3)の外周に部材(F1´,
F3´)の内壁面と嵌まり合う形状の部材を固定し、部
材(F1´,F3´)にこの嵌まり合う形状の部材を嵌
め合わせて固定することとしてもよい。
The optical circulator substrate (CI) may be housed in a package as shown in FIG. 3, for example. This optical circulator device, as shown,
Optical circulator board (CI) housed in package (PK), cylindrical magnet (MG) fitted in hole (PK3) for fixing cylindrical magnet formed in inner wall of package (PK), optical circulator board Fixing members PK1 and PK2 for fixing CI, and a cylindrical member (F1) for fixing each fiber (F1, F3).
′, F3 ′). Fiber (F1, F3)
May be fixed in the through holes of the cylindrical and hollow members (F1 ′, F3 ′) with an adhesive,
In addition, members (F1 ′,
A member having a shape fitting with the inner wall surface of F3 ′) may be fixed, and the member having a fitting shape may be fitted and fixed to the members (F1 ′, F3 ′).

【0059】本光サーキュレータ装置は、パッケージ
(PK)の内壁に形成された渦状のV溝にエルビウム添
加ファイバ(EDF)が嵌め込まれている。エルビウム
添加ファイバ(EDF)の一端には反射鏡(MR)が固
定されており、他端には光合分波器(WDM)が接続さ
れている。光合分波器(WDM)には、第2ファイバ
(F1)および励起光導入用のファイバ(FP)が接続
されている。したがって、第1ファイバ(F1)から信
号光を入力するとともに、ファイバ(FP)から励起光
を導入すれば、この信号光はエルビウム添加ファイバ
(EDF)内で増幅されて、反射鏡(MR)で反射され
て、この反射光が第2ファイバ(F1)から光サーキュ
レータ基板(CI)内に導入される。第2ファイバ(F
1)から入力された反射光は第3ファイバ(F3)から
出力される。すなわち、第1ポート(F1)から入力さ
れた信号光は、増幅されて第3ポート(F3)から出力
される。
In this optical circulator device, an erbium-doped fiber (EDF) is fitted in a spiral V groove formed on the inner wall of the package (PK). A reflecting mirror (MR) is fixed to one end of the erbium-doped fiber (EDF), and an optical multiplexer / demultiplexer (WDM) is connected to the other end. A second fiber (F1) and a pumping light introducing fiber (FP) are connected to the optical multiplexer / demultiplexer (WDM). Therefore, when the signal light is input from the first fiber (F1) and the pump light is introduced from the fiber (FP), the signal light is amplified in the erbium-doped fiber (EDF) and is reflected by the reflecting mirror (MR). After being reflected, this reflected light is introduced into the optical circulator substrate (CI) from the second fiber (F1). Second fiber (F
The reflected light input from 1) is output from the third fiber (F3). That is, the signal light input from the first port (F1) is amplified and output from the third port (F3).

【0060】(光サーキュレータの動作)次に、このサ
ーキュレータの動作について説明する。
(Operation of Optical Circulator) Next, the operation of the circulator will be described.

【0061】まず、図4および図5を参照しつつ、この
サーキュレータの第1ポート(F1)から第1光を入力
した場合について説明する。第1ポート(F1)から入
力された光は、まず、分波用複屈折材料(21−6)を
透過することによって常光線(J)と異常光線(I)に
分離される。次に、これらの光は第1のビームスプリッ
タ(D1)に入力される。第1のビームスプリッタ(D
1)には、これらの光の入射方向に対してほぼ45度の
角度を有して配置された偏光分離膜(1112)が配置
されているので、異常光線(I)は偏光分離膜(111
2)を透過するとともに、第1反射面(M1)において
全反射されてその進行方向が図4の紙面に平行な平面内
で+90度曲げられ、第1の偏光ビームスプリッタ(D
1)から出力される。一方、常光線(J)は、偏光分離
膜(1112)で反射されてその進行方向が+90度曲
げられて第1の偏光ビームスプリッタ(D1)から異常
光線(I)と平行に出射される。これらの常光線(J)
および異常光線(I)は、第2の非相反旋光素子(19
−2)に平行に入力される。図5は、これらの常光線
(J)および異常光線(I)が第2の非相反旋光素子
(19−2)に入射してから第1の非相反旋光素子(1
9−1)から出射するまでのこれらの偏光の状態を斜示
にて示す説明図であり、偏波面の方向は同図中の一点鎖
線に囲まれることで形成される仮想平面中に丸に−印で
示してある。また、同図中の+印は、図4のPP線分上
の点を示している。なお、以下の図7、図9および図1
1も図5と同様の表現形式を用いて偏光の状態を記載す
るものとする。
First, the case where the first light is input from the first port (F1) of the circulator will be described with reference to FIGS. The light input from the first port (F1) is first separated into the ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) by passing through the demultiplexing birefringent material (21-6). Next, these lights are input to the first beam splitter (D1). First beam splitter (D
In 1), since the polarization separation film (1112) arranged at an angle of about 45 degrees with respect to the incident direction of these lights is arranged, the extraordinary ray (I) is reflected by the polarization separation film (111).
2) and is totally reflected by the first reflecting surface (M1), and its traveling direction is bent by +90 degrees in a plane parallel to the paper surface of FIG.
It is output from 1). On the other hand, the ordinary ray (J) is reflected by the polarization separation film (1112), its traveling direction is bent by +90 degrees, and emitted from the first polarization beam splitter (D1) in parallel with the extraordinary ray (I). These ordinary rays (J)
And the extraordinary ray (I) are transmitted to the second non-reciprocal optical rotation element (19
-2) is input in parallel. FIG. 5 shows that the ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) are incident on the second non-reciprocal optical rotation element (19-2) and then the first non-reciprocal optical rotation element (1).
9-1) is an explanatory view showing obliquely the states of these polarizations from the output to the output, and the direction of the plane of polarization is circled in the virtual plane formed by being surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. It is indicated by a-mark. Further, the + mark in the figure indicates a point on the PP line segment in FIG. In addition, the following FIG. 7, FIG. 9 and FIG.
1 also describes the polarization state using the same expression format as in FIG.

【0062】この非相反旋光素子たるファラデ回転子
(19−2)は、この材料内を進行する偏波面を−45
度回転させてこれらの(−45回転常光線:J´)およ
び(−45度回転異常光線:I´)を平行に出力する。
The Faraday rotator (19-2), which is a non-reciprocal optical rotator, has a polarization plane of -45 traveling in the material.
After being rotated by a degree, these (-45 rotation ordinary ray: J ') and (-45 rotation extraordinary ray: I') are output in parallel.

【0063】平行に出力された−45度回転常光線(J
´)および−45度回転異常光線(I´)は、それぞれ
第4の複屈折材料たる第4ウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ(21−4)および第3の複屈折材料たる第3ウ
ォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−3)に入力さ
れる。
Ordinary rays (J-rotated by -45 degrees) output in parallel
′) And the -45 degree rotation extraordinary ray (I ′) are respectively the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4) which is the fourth birefringent material and the third walk-off polarization beam splitter which is the third birefringent material. It is input to (21-3).

【0064】これらの−45度回転常光線(J´)およ
び−45度回転異常光線(I´)は、それぞれこれらの
ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−4)および
(21−4)に対する常光であるので、−45度回転常
光線(J´)および−45度回転異常光線(I´)は、
それぞれ第4ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21
−4)および第3ウォークオフ偏光ビームスプリッタ
(21−3)をウォークオフされることなく通過する。
These -45 degree rotating ordinary ray (J ') and -45 degree rotating extraordinary ray (I') are ordinary rays to these walk-off polarization beam splitters (21-4) and (21-4), respectively. Therefore, the -45 degree rotating ordinary ray (J ') and the -45 degree rotating extraordinary ray (I') are
The fourth walk-off polarization beam splitter (21
-4) and the third walk-off polarization beam splitter (21-3) without being walked off.

【0065】第4ウォークオフ偏光ビームスプリッタ
(21−4)および第3ウォークオフ偏光ビームスプリ
ッタ(21−3)を通過した−45度回転常光線(J
´)および−45度回転異常光線(I´)は、相反旋光
素子たる1/2波長板(20)に平行に入力される。
A -45 degree rotating ordinary ray (J) which has passed through the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4) and the third walk-off polarization beam splitter (21-3).
′) And the -45 degree rotation extraordinary ray (I ′) are input in parallel to the half-wave plate (20) which is the reciprocal optical rotation element.

【0066】第4ウォークオフ偏光ビームスプリッタ
(21−4)から出力された−45度回転常光線(J
´)はその偏波面が+45度回転させられて、常光線
(J)としてこの相反旋光素子(20)から出力され
る。一方、第4ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(2
1−4)から出力された−45度回転異常光線(I´)
はその偏波面が+45度回転させられて、異常光線
(I)としてこの相反旋光素子(20)から出力され
る。
The -45 degree rotation ordinary ray (J-) output from the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4)
′) Has its plane of polarization rotated by +45 degrees and is output from this reciprocal optical rotation element (20) as an ordinary ray (J). On the other hand, the fourth walk-off polarization beam splitter (2
-45 degree rotation extraordinary ray (I ') output from 1-4)
The plane of polarization is rotated by +45 degrees and is output from this reciprocal optical rotation element (20) as an extraordinary ray (I).

【0067】相反旋光素子(20)から平行に出力され
た常光線(J)および異常光線(I)は、第3の非相反
旋光素子(19−3)に平行に入力される。第3の非相
反旋光素子(19−3)は、この材料内を進行する偏波
面を−45度回転させてこれらの−45回転常光線(J
´)および−45度回転異常光線(I´)を平行に出力
する。
The ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) output in parallel from the reciprocal optical rotation element (20) are input in parallel to the third non-reciprocal optical rotation element (19-3). The third non-reciprocal optical rotation element (19-3) rotates the plane of polarization propagating in the material by -45 degrees to make these -45 rotation ordinary rays (J
′) And the -45 degree rotation extraordinary ray (I ′) are output in parallel.

【0068】第3の非相反旋光素子(19−3)から出
力された−45回転常光線(J´)および−45度回転
異常光線(I´)は、それぞれ、第2のウォークオフ偏
光ビームスプリッタ(21−2)および第1のウォーク
オフ偏光ビームスプリッタ(21−1)に平行に入力さ
れる。これらの−45度回転常光線(J´)および−4
5度回転異常光線(I´)は、それぞれこれらのウォー
クオフ偏光ビームスプリッタ(21−2)および(21
−2)に対する異常光であるので、−45度回転常光線
(J´)および−45度回転異常光線(I´)は、それ
ぞれ第2ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−
2)および第1ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(2
1−1)を通過することにより、その偏波の方位の方向
へそって距離dだけウォークオフされる。
The -45 rotation ordinary ray (J ') and the -45 degree rotation extraordinary ray (I') output from the third non-reciprocal optical rotation element (19-3) are respectively the second walk-off polarized beam. It is input in parallel to the splitter (21-2) and the first walk-off polarization beam splitter (21-1). These -45 degree rotating ordinary rays (J ') and -4
The 5 degree extraordinary ray (I ′) is reflected by these walk-off polarization beam splitters (21-2) and (21), respectively.
Since it is an extraordinary ray for -2), the -45 degree rotating ordinary ray (J ') and the -45 degree rotating extraordinary ray (I') are respectively the second walk-off polarization beam splitter (21-
2) and the first walk-off polarization beam splitter (2
By passing through 1-1), it is walked off by a distance d in the direction of the polarization direction.

【0069】すなわち、図4の紙面の裏から表に向かう
方向を基準となる0度方向とし、光の進行方向に対して
時計回りの回転を正方向とすれば、−45度回転常光線
(J´)は+135度の方向(図5の左上方向)へ距離
dだけウォークオフされ、−45度回転異常光線(I
´)は−135度の方向(図5の左下方向)へ距離dだ
けウォークオフされる。
That is, assuming that the direction from the back of the paper surface of FIG. 4 to the front is the reference 0 degree direction and the clockwise rotation with respect to the traveling direction of the light is the positive direction, the ordinary ray of -45 degree rotation ( J ′) is walked off in the direction of +135 degrees (upper left direction in FIG. 5) by the distance d, and the -45 degree rotation extraordinary ray (I
′) Is walked off in the direction of −135 degrees (lower left direction in FIG. 5) by the distance d.

【0070】これらの第2ウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ(21−2)および第1ウォークオフ偏光ビーム
(21−1)からそれぞれ出力された−45度回転常光
線(J´)および−45度回転異常光線(I´)は、第
1の非相反旋光素子たる第1ファラデ回転子(19−
1)に平行に入力される。したがって、ウォークオフ偏
光ビームスプリッタ(21−2,21−1)からそれぞ
れ出力された−45度回転常光線(J´)は、その偏波
面が−45度回転させられて異常光線(I)となり、第
1ファラデ回転子(19−1)から出力された−45度
回転異常光線(I´)は、その偏波面が−45度回転さ
せられて常光線(J)となってファラデ回転子(19−
1)から平行に出力される。
Ordinary ray (-') rotated by -45 degrees and abnormal rotation by -45 degrees output from the second walk-off polarization beam splitter (21-2) and the first walk-off polarization beam (21-1), respectively. The light beam (I ′) is transmitted through the first Faraday rotator (19−) which is the first non-reciprocal optical rotation element.
It is input in parallel to 1). Therefore, the -45 degree rotating ordinary ray (J ') output from each of the walk-off polarization beam splitters (21-2, 21-1) becomes an extraordinary ray (I) by rotating its polarization plane by -45 degrees. , The -45 degree rotation extraordinary ray (I ') output from the first Faraday rotator (19-1) has its polarization plane rotated by -45 degrees and becomes an ordinary ray (J). 19-
It is output in parallel from 1).

【0071】これらの光(J,I)は、第2の偏光ビー
ムスプリッタ(D2)に平行に入力される。第2の偏光
ビームスプリッタ(D2)に入力された常光線(J)
は、この常光線(J)の入射方向に対して45度の傾き
をもって第2の偏光ビームスプリッタ(D2)内に配置
された第2の偏光分離膜(2122)で反射され、その
進行方向が図4の紙面を含む平面内において−90度回
転させられて第2の偏光ビームスプリッタ(D2)から
出力される。一方、第2の偏光ビームスプリッタ(D
2)に入力された異常光線(I)は、この異常光線
(I)の入射方向に対して45度の傾きをもった第2の
偏光ビームスプリッタ(D2)の第2反射面(M2)で
反射され、その進行方向が図4の紙面を含む平面内にお
いて−90度回転させられ、面(M2)と平行に配置さ
れた偏光分離膜(2122)を透過して第2の偏光ビー
ムスプリッタ(D2)から出力される。
These lights (J, I) are input in parallel to the second polarization beam splitter (D2). Ordinary ray (J) input to the second polarization beam splitter (D2)
Is reflected by the second polarization separation film (2122) arranged in the second polarization beam splitter (D2) with an inclination of 45 degrees with respect to the incident direction of the ordinary ray (J), and its traveling direction is It is rotated by −90 ° in a plane including the paper surface of FIG. 4 and output from the second polarization beam splitter (D2). On the other hand, the second polarization beam splitter (D
The extraordinary ray (I) input to 2) is reflected by the second reflecting surface (M2) of the second polarizing beam splitter (D2) having an inclination of 45 degrees with respect to the incident direction of the extraordinary ray (I). It is reflected, its traveling direction is rotated by −90 degrees in the plane including the paper surface of FIG. 4, and it is transmitted through the polarization separation film (2122) arranged in parallel with the surface (M2) and the second polarization beam splitter ( It is output from D2).

【0072】第2の偏光ビームスプリッタ(D2)から
出力された常光線(J)および異常光線(I)は、平板
状の合分波用複屈折材料(21−7)に入力され、この
合分波用複屈折材料(21−7)内において合波されて
合分波用複屈折材料(21−7)から出力される。合分
波用複屈折材料(21−7)から出力された光は、球レ
ンズ(L2)を透過することによりファイバ(F2)の
端面に集束されてファイバ(F2)内に入力される。
The ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) output from the second polarization beam splitter (D2) are input to the flat birefringent material (21-7) for multiplexing and demultiplexing, and the combined ray. The waves are combined in the demultiplexing birefringent material (21-7) and output from the demultiplexing birefringent material (21-7). The light output from the birefringent material for multiplexing / demultiplexing (21-7) is focused on the end face of the fiber (F2) by passing through the spherical lens (L2) and input into the fiber (F2).

【0073】ここで、分波用複屈折材料(21−6)お
よび合分波用複屈折材料(21−7)は同じ厚みに設定
されており、第1ポート(F1)から入力された第1光
の一方の偏光は常光線(J)として分波用複屈折材料
(21−6)を通過し、異常光線(I)として合分波用
複屈折材料を透過するとともに、第1ポート(F1)か
ら入力された他方の偏光は異常光線(I)として分波用
複屈折材料(21−6)を通過し、常光線(J)として
合分波用複屈折材料(21−7)を通過するので、これ
らの光の間に位相差や光路差は生じない。したがって、
第1ポート(F1)から入力された第1光は、偏波分散
を起こすことなく第2ポート(F2)に結合することが
できる。
Here, the demultiplexing birefringent material (21-6) and the demultiplexing birefringent material (21-7) are set to have the same thickness, and the first input from the first port (F1). One polarization of one light passes through the birefringent material for demultiplexing (21-6) as the ordinary ray (J), passes through the birefringent material for the demultiplexing as the extraordinary ray (I), and the first port ( The other polarized light input from F1) passes through the birefringent material for demultiplexing (21-6) as an extraordinary ray (I) and passes through the birefringent material for demultiplexing (21-7) as an ordinary ray (J). Since they pass through, there is no phase difference or optical path difference between these lights. Therefore,
The first light input from the first port (F1) can be coupled to the second port (F2) without causing polarization dispersion.

【0074】次に、図6および図7を参照しつつ、この
サーキュレータの第2ポート(F2)から第2光を入力
した場合の動作について説明する。第2ポート(F2)
から入力された光は、まず、合分波用複屈折材料(21
−7)を透過することによって常光線(J)と異常光線
(I)に分離される。次に、これらの光は第2のビーム
スプリッタ(D2)に入力される。
Next, the operation when the second light is input from the second port (F2) of the circulator will be described with reference to FIGS. 6 and 7. 2nd port (F2)
The light input from the first, the birefringent material (21
By passing through -7), it is separated into an ordinary ray (J) and an extraordinary ray (I). Next, these lights are input to the second beam splitter (D2).

【0075】第2のビームスプリッタ(D2)には、こ
れらの光の入射方向に対してほぼ45度の角度を有して
配置された偏光分離膜(2122)が配置されているの
で、異常光線(I)は偏光分離膜(2122)を透過す
るとともにこの偏光分離膜(2122)に平行な第1の
偏光ビームスプリッタ(D2)の面(M2)で反射され
てその進行方向が図6の紙面に平行な平面内で+90度
曲げられて第2の偏光ビームスプリッタ(D2)を透過
する。一方、常光線(J)は、偏光分離膜(2122)
で反射されてその進行方向が図9の紙面に平行な平面内
で+90度曲げられ、第2の偏光ビームスプリッタ(D
2)を透過する。したがって、第2の偏光ビームスプリ
ッタ(D2)からは、これらの常光線(J)および異常
光線(I)が平行に出力され、第1の非相反旋光素子
(19−1)に平行に入射される。図7は、これらの常
光線(J)および異常光線(I)が第1の非相反旋光素
子(19−1)に入射してから第2の非相反旋光素子
(19−2)から出射するまでのこれらの偏光の状態を
斜示にて示す説明図である。
The second beam splitter (D2) is provided with the polarization separation film (2122) arranged at an angle of about 45 degrees with respect to the incident direction of these lights, so that an extraordinary ray is generated. (I) is transmitted through the polarization separation film (2122) and is reflected by the surface (M2) of the first polarization beam splitter (D2) parallel to the polarization separation film (2122), and the traveling direction thereof is the paper surface of FIG. It is bent by +90 degrees in a plane parallel to and is transmitted through the second polarization beam splitter (D2). On the other hand, the ordinary ray (J) is the polarized light separating film (2122).
Is reflected by the second polarization beam splitter (D) and its traveling direction is bent by +90 degrees in a plane parallel to the paper surface of FIG.
2) is transmitted. Therefore, the ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) are output in parallel from the second polarization beam splitter (D2) and enter in parallel to the first non-reciprocal optical rotation element (19-1). It In FIG. 7, these ordinary ray (J) and extraordinary ray (I) are incident on the first non-reciprocal optical rotation element (19-1) and then emitted from the second non-reciprocal optical rotation element (19-2). It is explanatory drawing which shows the state of these polarized lights up to.

【0076】この第1の非相反旋光素子たるファラデ回
転子(19−1)は、この材料内を進行する偏光の偏波
面を+45度回転させる、このファラデ回転子(19−
1)を通過することにより、これらの異常光線(I)お
よび常光線(J)はその進行方向を変えずにそれぞれ
(+45度回転異常光線:I´)および(+45度回転
常光線:J´)としてファラデ回転子(19−1)から
平行に出力され、それぞれ第2ウォークオフ偏光ビーム
スプリッタ(21−2)および第1の複屈折材料たる第
1ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−1)に入
力される。
The Faraday rotator (19-1), which is the first non-reciprocal optical rotator, rotates the polarization plane of the polarized light traveling in the material by +45 degrees.
By passing through 1), these extraordinary ray (I) and ordinary ray (J) do not change their traveling directions (+45 degree extraordinary ray: I ') and (+45 degree ordinary ray: J', respectively). ) As parallel outputs from the Faraday rotator (19-1) to the second walk-off polarization beam splitter (21-2) and the first walk-off polarization beam splitter (21-1) as the first birefringent material, respectively. Is entered.

【0077】これらの+45度回転異常光線(I´)お
よび+45度回転常光線(J´)は、それぞれこれらの
ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−2)および
(21−1)に対する常光であるので、+45度回転異
常光線(I´)および+45度回転常光線(J´)は、
それぞれ第2ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21
−2)および第1ウォークオフ偏光ビームスプリッタ
(21−1)を通過することにより、ウォークオフする
ことなくこれらのウォークオフ偏光ビームスプリッタ
(21−2,21−1)から出力される。
These +45 degree rotation extraordinary ray (I ') and +45 degree rotation ordinary ray (J') are the ordinary rays for these walk-off polarization beam splitters (21-2) and (21-1), respectively. , +45 degree rotation extraordinary ray (I ') and +45 degree rotation ordinary ray (J'),
The second walk-off polarization beam splitter (21
-2) and the first walk-off polarization beam splitter (21-1) to be output from these walk-off polarization beam splitters (21-2, 21-1) without being walked off.

【0078】第2ウォークオフ偏光ビームスプリッタ
(21−2)および第1ウォークオフ偏光ビームスプリ
ッタ(21−1)を通過した+45度回転異常光線(I
´)および+45度回転常光線(J´)は、第3ファラ
デ回転子(19−3)に平行に入力される。したがっ
て、+45度回転異常光線(I´)および+45度回転
常光線(J´)は、第3ファラデ回転子(19−3)を
透過することによってその偏波面が+45度回転させら
れて、+45度回転異常光線(I´)は常光線(J)と
して、+45度回転常光線(J´)は異常光線(I)と
して第3ファラデ回転子(19−3)から平行に出力さ
れる。
An extraordinary ray (I + 45) rotated by +45 degrees which has passed through the second walk-off polarization beam splitter (21-2) and the first walk-off polarization beam splitter (21-1).
′) And the +45 degree ordinary ray (J ′) are input in parallel to the third Faraday rotator (19-3). Therefore, the + 45-degree rotation extraordinary ray (I ′) and the + 45-degree rotation ordinary ray (J ′) are transmitted through the third Faraday rotator (19-3), so that their polarization planes are rotated by +45 degrees and +45 degrees. The degree-rotation extraordinary ray (I ′) is output as an ordinary ray (J), and the +45 degree rotation ordinary ray (J ′) is output as an extraordinary ray (I) in parallel from the third Faraday rotator (19-3).

【0079】次に、第3ファラデ回転子(19−3)を
透過したこれらの光は、1/2波長板(20)に平行に
入力される。したがって、第3ファラデ回転子(19−
3)から出力された常光線(J)は、その偏波面が+4
5度回転させられて+45度回転常光線(J´)とな
り、第3ファラデ回転子(19−3)から出力された異
常光線(I)は、その偏波面が+45度回転させられて
+45度回転異常光線(I´)となって1/2波長板
(20)から平行に出力される。
Next, these lights transmitted through the third Faraday rotator (19-3) are input in parallel to the half-wave plate (20). Therefore, the third Faraday rotator (19-
The ordinary ray (J) output from 3) has a polarization plane of +4
The extraordinary ray (I) output from the third Faraday rotator (19-3) is rotated by +45 degrees by being rotated by +45 degrees. The abnormal rotation light (I ′) is output from the half-wave plate (20) in parallel.

【0080】これらの+45度回転常光線(J´)およ
び+45度回転異常光線(I´)は、それぞれ、第4ウ
ォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−4)および第
3の複屈折材料たる第3ウォークオフ偏光ビーム(21
−3)に平行に入力される。これらの+45度回転常光
線(J´)および+45度回転異常光線(I´)は、そ
れぞれこれらのウォークオフ偏光ビームスプリッタ(2
1−4)および(21−3)に対する常光であるので、
+45度回転常光線(J´)および+45度回転異常光
線(I´)は、それぞれ第4ウォークオフ偏光ビームス
プリッタ(21−4)および第3ウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタ(21−3)を通過することにより、ウォ
ークオフされずにこれらのウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ(21−4,21−3)から平行に出力される。
The + 45-degree rotation ordinary ray (J ') and the + 45-degree rotation extraordinary ray (I') are respectively the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4) and the third birefringent material, the third birefringent material. Walk-off polarized beam (21
-3) is input in parallel. These +45 degree rotating ordinary ray (J ′) and +45 degree rotating extraordinary ray (I ′) are respectively generated by these walk-off polarization beam splitters (2 ′).
Since it is an ordinary light for 1-4) and (21-3),
The +45 degree rotation ordinary ray (J ′) and the +45 degree rotation extraordinary ray (I ′) pass through the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4) and the third walk-off polarization beam splitter (21-3), respectively. As a result, the walk-off polarization beam splitters (21-4, 21-3) do not output the walk-off signals and output them in parallel.

【0081】さらに、これらの第4ウォークオフ偏光ビ
ームスプリッタ(21−4)および第3ウォークオフ偏
光ビーム(21−3)からそれぞれ出力された+45度
回転常光線(J´)および+45度回転異常光線(I
´)は、第2ファラデ回転子(19−2)に入力され
る。したがって、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ
(21−4)から出力された+45度回転常光線(J
´)は、その偏波面が+45度回転させられて異常光線
(I)となり、ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(2
1−3)から出力された+45度回転異常光線(I´)
は、その偏波面が+45度回転させられて常光線(J)
となってファラデ回転子(19−2)から平行に出力さ
れる。これらの第2ファラデ回転子(19−2)から出
力された常光線(J)および異常光線(I)は、第1の
偏光ビームスプリッタ(D1)に入力される。
Further, the + 45-degree rotating ordinary ray (J ') and + 45-degree rotating abnormality output from the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4) and the third walk-off polarization beam (21-3), respectively. Ray (I
′) Is input to the second Faraday rotator (19-2). Therefore, the +45 degree rotating ordinary ray (J 4) output from the walk-off polarization beam splitter (21-4)
′) Has its plane of polarization rotated by +45 degrees to become an extraordinary ray (I), and the walk-off polarization beam splitter (2)
Extraordinary ray (I ') rotated by +45 degrees output from 1-3)
Has its plane of polarization rotated by +45 degrees and is an ordinary ray (J).
And is output in parallel from the Faraday rotator (19-2). The ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) output from the second Faraday rotator (19-2) are input to the first polarization beam splitter (D1).

【0082】第1の偏光ビームスプリッタ(D2)に入
力された異常光線(J)は、この常光線(J)の入射方
向に対して45度の傾きをもって第2の偏光ビームスプ
リッタ(D2)内に配置された第2の偏光分離膜(21
22)を透過して第2の偏光ビームスプリッタ(D2)
から出力される。一方、第2の偏光ビームスプリッタ
(D2)に入力された常光線(J)は、この常光線
(J)の入射方向に対して45度の傾きをもった第2の
偏光ビームスプリッタ(D2)の面(M2)で反射さ
れ、その進行方向が図6の紙面を含む平面内において−
90度回転させられ、しかる後、面(M2)と平行に配
置された偏光分離膜(2122)で反射されてその進行
方向が図6の紙面を含む平面内において+90度曲げら
れ、第2の偏光ビームスプリッタ(D2)から異常光線
(I)と平行に出力される。
The extraordinary ray (J) input to the first polarization beam splitter (D2) is inclined in the second polarization beam splitter (D2) by 45 degrees with respect to the incident direction of the ordinary ray (J). The second polarization separation film (21
22) and a second polarization beam splitter (D2)
Output from On the other hand, the ordinary ray (J) input to the second polarization beam splitter (D2) has a second polarization beam splitter (D2) inclined by 45 degrees with respect to the incident direction of this ordinary ray (J). Is reflected by the surface (M2) of FIG.
It is rotated by 90 degrees, and thereafter, it is reflected by the polarization separation film (2122) arranged parallel to the surface (M2) and its traveling direction is bent by +90 degrees in a plane including the paper surface of FIG. It is output from the polarization beam splitter (D2) in parallel with the extraordinary ray (I).

【0083】次に、これらの光(I,J)は、偏光補償
板(H1)に平行に入力される。偏光補償板(H1)
は、その入射面がこれに入射する異常光線(I)および
常光線(J)の進行方向に垂直になるように配置されて
おり、光学軸は光の進行方向に対して垂直であるので、
これらの異常光線(I)および常光線(J)は、その進
行方向を変えずに位相差が与えられて合波用複屈折材料
(21−8)に平行に入力される。合波用複屈折材料
(21−8)に入力された常光線(J)と異常光線
(I)は合波されて出力され、第3の球レンズ(L3)
に入力される。第3の球レンズに入力された第2光は、
このレンズを透過することにより集束されて第3ファイ
バ(F3)の端面に結合する。
Next, these lights (I, J) are input in parallel to the polarization compensating plate (H1). Polarization compensator (H1)
Is arranged so that its incident surface is perpendicular to the traveling directions of the extraordinary ray (I) and the ordinary ray (J) incident on it, and since the optical axis is perpendicular to the traveling direction of the light,
The extraordinary ray (I) and the ordinary ray (J) are given a phase difference without changing their traveling directions and are input in parallel to the birefringent material (21-8) for multiplexing. The ordinary ray (J) and the extraordinary ray (I) input to the birefringent material (21-8) for multiplexing are combined and output, and the third spherical lens (L3).
Is input to The second light input to the third spherical lens is
The light passes through this lens to be focused and coupled to the end face of the third fiber (F3).

【0084】ここで、合分波用複屈折材料(21−7)
および合波用複屈折材料(21−8)において生じた分
離された光(I,J)同士の位相差は、偏光補償板(H
1)で補償しているので、第2ポート(F2)から入力
された第2光は、偏波分散を起こすことなく第3ポート
(F3)に入力される。
Here, the birefringent material for multiplexing / demultiplexing (21-7)
And the phase difference between the separated lights (I, J) generated in the multiplexing birefringent material (21-8) is due to the polarization compensation plate (H
Since the compensation is performed in 1), the second light input from the second port (F2) is input to the third port (F3) without causing polarization dispersion.

【0085】以上のように、本実施例では第1ポート
(F1)から入力された第1光を空間的に常光線と異常
光線とに分離したのち、これらの常光線および異常光線
の偏光面を第2非相反旋光素子(19−2)、相反旋光
素子(20)、第3非相反旋光素子(19−3)、第1
非相反旋光素子(19−2)を順次を通過させてた後、
合波し、第2ポート(F2)に出力するとともに、第2
ポート(F2)から入力された第2光を空間的に常光線
と異常光線とに分離したのち、これらの常光線および異
常光線の偏光面を第1非相反旋光素子(19−1)、第
3非相反旋光素子(19−3)、相反旋光素子(2
0)、第2非相反旋光素子(19−2)を順次を通過さ
せてた後、合波し、第3ポート(F3)に出力する光の
制御方法を行った。ここで、第2光を空間的に常光線と
異常光線とに分離した後に複屈折材料で構成される偏光
補償板(H1)中におけるこれら常光線と異常光線との
伝搬速度の差を利用して、この空間的な分離によるこれ
らの常光線と異常光線との光路差を補正することによ
り、第3ポート(F3)へ出力される光の偏波分散を抑
えることができる。
As described above, in this embodiment, after the first light input from the first port (F1) is spatially separated into the ordinary ray and the extraordinary ray, the planes of polarization of these ordinary ray and extraordinary ray are The second non-reciprocal optical rotation element (19-2), the reciprocal optical rotation element (20), the third non-reciprocal optical rotation element (19-3), the first
After sequentially passing through the non-reciprocal optical rotation element (19-2),
Combined and output to the second port (F2),
After the second light input from the port (F2) is spatially separated into an ordinary ray and an extraordinary ray, the planes of polarization of the ordinary ray and the extraordinary ray are changed to the first non-reciprocal optical rotation element (19-1), 3 Non-reciprocal optical rotation element (19-3), Reciprocal optical rotation element (2
0), the second non-reciprocal optical rotation element (19-2) was sequentially passed through, and then the light was multiplexed and output to the third port (F3). Here, after the second light is spatially separated into an ordinary ray and an extraordinary ray, the difference in propagation velocity between the ordinary ray and the extraordinary ray in the polarization compensating plate (H1) made of a birefringent material is utilized. By correcting the optical path difference between the ordinary ray and the extraordinary ray due to this spatial separation, it is possible to suppress the polarization dispersion of the light output to the third port (F3).

【0086】すなわち、第1光は、分波用複屈折材料
(21−6)を透過することによって第1ビーム(J)
と第2ビーム(I)とに分離されるが、これにより第2
ビーム(I)の位相が第1ビーム(J)よりも+φ度だ
け進む(1:2=0度:+φ度)。この後、これらのビ
ームが合分波用複屈折材料(21−7)を透過すること
によって第1ビーム(I)の位相が第2ビーム(J)よ
りも+φ度だけ進み(1:2=+φ度:+φ度)、第2
ファイバ(F2)に入射される光の偏波分散を抑制する
ことができる。
That is, the first light is transmitted through the demultiplexing birefringent material (21-6) to generate the first beam (J).
And a second beam (I), which results in a second beam
The phase of the beam (I) leads the first beam (J) by + φ degrees (1: 2 = 0 degrees: + φ degrees). After that, these beams pass through the birefringent material (21-7) for multiplexing and demultiplexing, whereby the phase of the first beam (I) is advanced by + φ degrees from the second beam (J) (1: 2 = + Φ degree: + φ degree), second
Polarization dispersion of the light incident on the fiber (F2) can be suppressed.

【0087】第2光は、合分波用複屈折材料(21−
7)を透過することによって第1ビーム(J)と第2ビ
ーム(I)とに分離されるが、これにより第2ビーム
(I)の位相が第1ビーム(J)よりも+φ度だけ進ん
だとする(1:2=0度:+φ度)。この後、これらの
ビームが偏光補償板(H1)を透過することにより、第
1ビーム(J)の位相が第2ビーム(I)よりも+2φ
だけ進む(1:2=+2φ度:φ度)。さらに、これら
のビームが合波用複屈折材料(21−8)を透過するこ
とによって第2ビーム(I)の位相が第1ビーム(J)
よりも+φ度だけ進み (1:2=+2φ度:+2φ
度)、第3ファイバ(F3)に入射される光の偏波分散
を抑制することができる。
The second light is a birefringent material (21-
By passing through 7), the beam is separated into the first beam (J) and the second beam (I), which leads the phase of the second beam (I) by + φ degrees relative to the first beam (J). (1: 2 = 0 degree: + φ degree). After that, these beams pass through the polarization compensating plate (H1), so that the phase of the first beam (J) is + 2φ more than that of the second beam (I).
Just proceed (1: 2 = + 2φ degree: φ degree). Further, these beams are transmitted through the birefringent material (21-8) for multiplexing, so that the phase of the second beam (I) is changed to the first beam (J).
More than + φ degrees (1: 2 = + 2φ degrees: + 2φ
Degree), it is possible to suppress the polarization dispersion of the light incident on the third fiber (F3).

【0088】次に、この光サーキュレータ内を伝搬する
偏光がこの光サーキュレータを構成する光部品の不完全
性に起因して所望の伝搬をしない場合について図8〜図
9を用いて説明する。
Next, a case where the polarized light propagating in the optical circulator does not propagate as desired due to the imperfections of the optical components constituting the optical circulator will be described with reference to FIGS. 8 to 9.

【0089】以下、第2光を第2ポート(F2)から入
力した場合の光の伝搬について説明する。
The propagation of light when the second light is input from the second port (F2) will be described below.

【0090】図8および図9は、それぞれ前述の図6お
よび図7に対応しており、これらは第2ポート(F2)
から入力された光が第3ポート(F3)へ出力されるま
でのようすを説明するための図である。第2ポート(F
2)から入力された光が相反旋光素子(20)に入力さ
れるまでの光の伝搬の仕方は図6および図7で説明した
通りである。ここで,相反旋光素子(20)を透過した
+45度回転常光線(J´)および+45度回転異常光
線(I´)中に光部品の不完全性等に起因してそれぞれ
+45度回転異常光線(I´:EXTRA)および+4
5度回転常光線(J´:EXTRA)が含まれていたと
する。すると、これらの+45度回転異常光線(I´:
EXTRA)および+45度回転常光線(J´:EXT
RA)は、それぞれ第4のウォークオフ偏光ビームスプ
リッタ(21−4)および第3のウォークオフ偏光ビー
ムスプリッタ(21−3)に対する異常光であるので、
+45度回転異常光線(I´:EXTRA)は、第4の
ウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−4)によっ
て−45度方向(図9の右上方向)に距離dだけウォー
クオフされ、+45度回転常光線(J´:EXTRA)
は、第3のウォークオフ偏光ビームスプリッタ(21−
3)によって+45度方向(図9の右下方向)に距離d
だけウォークオフされる。なお、図8において、これら
の光(EXTRA)の進行経路は一点鎖線で示すことと
する。
FIGS. 8 and 9 correspond to the above-mentioned FIGS. 6 and 7, respectively, which are the second port (F2).
It is a figure for demonstrating a state until the light input from is output to the 3rd port (F3). 2nd port (F
The way in which the light input from (2) is input to the reciprocal optical rotation element (20) is propagated as described in FIGS. 6 and 7. Here, the +45 degree ordinary ray (J ') and the +45 degree extraordinary ray (I') transmitted through the reciprocal optical rotation element (20) are caused by imperfections of optical components, etc. (I ': EXTRA) and +4
It is assumed that a 5 ° rotating ordinary ray (J ′: EXTRA) is included. Then, these extraordinary rays of +45 degree rotation (I ':
EXTRA) and +45 degree ordinary ray (J ': EXT)
RA) is extraordinary light for the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4) and the third walk-off polarization beam splitter (21-3), respectively,
The extraordinary ray (I ′: EXTRA) rotated by +45 degrees is walked off by a distance d in the −45 degree direction (upper right direction in FIG. 9) by the fourth walk-off polarization beam splitter (21-4), and is normally rotated by +45 degrees. Ray (J ': EXTRA)
Is a third walk-off polarization beam splitter (21-
By 3), the distance d in the +45 degree direction (the lower right direction in FIG. 9)
Just walked off. Note that, in FIG. 8, the traveling paths of these lights (EXTRA) are indicated by a dashed line.

【0091】これらの光(EXTRA)は、第2ファラ
デ回転子(19−2)に入力されることによりその偏波
面が+45度回転させられて出力される。しかる後、こ
れらの光(EXTRA)はこの進行方向を保持したまま
第1の偏光ビームスプリッタ(D1)に入力される。も
ちろん、所望の光は前述のように第3ポート(F3)に
入力されるが、これらの望まない光(EXTRA)は、
図の一点鎖線で示す如く、異常光線(I:EXTRA)
は面(M1)で反射された後、偏光分離膜(1112)
を透過し、常光線(J:EXTRA)は偏光分離膜(1
112)で反射されて分波用複屈折材料(21−6)に
入力される。ここで望まない異常光線(I:EXTR
A)は、この第6の複屈折材料(21−6)で屈折させ
られ、以て、異常光線(I:EXTRA)および常光線
(J:EXTRA)はレンズ(L2)の側方を通過する
ので、これら望まない光が第1ポート(F1)に結合す
ることはない。
These lights (EXTRA) are input to the second Faraday rotator (19-2), and their polarization planes are rotated by +45 degrees and output. Thereafter, these lights (EXTRA) are input to the first polarization beam splitter (D1) while maintaining the traveling direction. Of course, the desired light is input to the third port (F3) as described above, but these undesired lights (EXTRA) are
An extraordinary ray (I: EXTRA)
Is reflected by the surface (M1) and then the polarization separation film (1112)
And the ordinary ray (J: EXTRA) passes through the polarization separation film (1
The light is reflected at 112) and input to the birefringent material for demultiplexing (21-6). Unwanted extraordinary rays (I: EXTR
A) is refracted by the sixth birefringent material (21-6), so that the extraordinary ray (I: EXTRA) and the ordinary ray (J: EXTRA) pass laterally of the lens (L2). Therefore, these unwanted lights do not couple to the first port (F1).

【0092】図10は、本実施例の光サーキュレータに
よるアイソレーション(dB)の温度(℃)に対する依
存性(実線)、特公昭60−49887号公報に記載の
光サーキュレータのアイソレーションの温度依存性の数
値計算結果(点線)を示すグラフである。また、図11
は、本実施例の光サーキュレータによるアイソレーショ
ン(dB)の波長(nm)に対する依存性(実線)、特
公昭60−49887号公報に記載の光サーキュレータ
のアイソレーションの波長依存性の数値計算結果(点
線)を示すグラフである。これらのグラフから明らかな
ように、本実施例の光サーキュレータは、高いアイソレ
ーションを有しており、しかも、あまり温度に依存しな
い。さらに本実施例の光サーキュレータは、1450〜
1650nmの広い波長の光を高いアイソレーションで
波長依存することなく伝送することができる。なお、作
成した光サーキュレータの挿入損失は1.3dBであ
り、アイソレーションは70dBであり、偏波分散は
0.1ps未満であった。
FIG. 10 shows the dependency of the isolation (dB) on the temperature (° C.) by the optical circulator of the present embodiment (solid line), the temperature dependency of the isolation of the optical circulator described in JP-B-60-49887. It is a graph which shows the numerical calculation result (dotted line). In addition, FIG.
Is the numerical calculation result of the dependence (solid line) of the isolation (dB) by the optical circulator of this embodiment on the wavelength (nm), and the wavelength dependence of the isolation of the optical circulator described in JP-B-60-49887 ( It is a graph which shows a dotted line. As is clear from these graphs, the optical circulator of this example has high isolation and is not so temperature dependent. Further, the optical circulator of the present embodiment is 1450-
It is possible to transmit light having a wide wavelength of 1650 nm with high isolation without depending on wavelength. The insertion loss of the produced optical circulator was 1.3 dB, the isolation was 70 dB, and the polarization dispersion was less than 0.1 ps.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、1つの相
反旋光素子および3つの非相反旋光素子を用いて光サー
キュレータを構成しているので光に入力される光の波長
依存性を抑制することができ、アイソレーションを高め
ると同時に広い波長域の光信号を伝送することができ
る。また、偏光補償板の間に配置することにより、2つ
のポートすべてからの光の位相を補償して出力される光
の偏波分散を抑えることができ、したがって、高ビット
レートの光信号を伝送することができる。さらに、ウォ
ークオフ偏光ビームスプリッタなどの第1〜第4の複屈
折材料を用いることにより目的外のポートに結合する光
の量を低減することができるとともに、第1乃至第4の
複屈折材料それぞれの厚みと分波用、合分波用および合
波用の複屈折材料のそれぞれの厚みとの比を√2対1と
すれば、各ポートから入力された光を効率良く他の各ポ
ートに結合させることができる。本発明の光サーキュレ
ータは、高アイソレーション、低偏波分散という優れた
特性を有しているので、光ファイバ増幅器を用いた光通
信システム等の分野に用いれば、長距離間の光通信にお
いても、低雑音、高ビートレートの光信号を伝送するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, since the optical circulator is constituted by using one reciprocal optical rotation element and three non-reciprocal optical rotation elements, the wavelength dependence of the light input to the light is suppressed. Therefore, it is possible to enhance the isolation and simultaneously transmit an optical signal in a wide wavelength range. Also, by arranging it between the polarization compensating plates, it is possible to compensate the phase of the light from all two ports and suppress the polarization dispersion of the output light. Therefore, it is possible to transmit a high bit rate optical signal. You can Further, by using the first to fourth birefringent materials such as the walk-off polarization beam splitter, the amount of light coupled to the ports other than the purpose can be reduced, and the first to fourth birefringent materials can be used. If the ratio of the thickness of each port to the thickness of each of the demultiplexing, multiplexing / demultiplexing, and multiplexing birefringent materials is √2: 1, the light input from each port is efficiently transmitted to each other port. Can be combined. Since the optical circulator of the present invention has excellent characteristics such as high isolation and low polarization dispersion, when used in the field of optical communication systems using optical fiber amplifiers, even in long-distance optical communication. It can transmit low noise, high beat rate optical signals.

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

【図1】本発明の一実施例に係る光サーキュレータの構
造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an optical circulator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2に示した光サーキュレータをシリコン基板
上に実装して構成された光サーキュレータ基板の斜示図
である。
FIG. 2 is a perspective view of an optical circulator substrate configured by mounting the optical circulator shown in FIG. 2 on a silicon substrate.

【図3】図2に示した光サーキュレータ基板をパッケー
ジ内に収納して構成された光サーキュレータ装置を一部
破断して示す斜示図である。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of an optical circulator device configured by housing the optical circulator substrate shown in FIG. 2 in a package.

【図4】実施例に係る光サーキュレータの第1ポートか
ら光を入力した場合の光の伝搬経路を説明するための光
サーキュレータの構造図である。
FIG. 4 is a structural diagram of an optical circulator for explaining a light propagation path when light is input from a first port of the optical circulator according to the example.

【図5】図4に示した光サーキュレータにおける光の伝
搬のようすを説明するための斜示図である。
5 is a perspective view for explaining how light propagates in the optical circulator shown in FIG. 4. FIG.

【図6】実施例に係る光サーキュレータの第2ポートか
ら光を入力した場合の光の伝搬経路を説明するための光
サーキュレータの構造図である。
FIG. 6 is a structural diagram of an optical circulator for explaining a light propagation path when light is input from a second port of the optical circulator according to the example.

【図7】図6に示した光サーキュレータにおける光の伝
搬のようすを説明するための斜示図である。
FIG. 7 is a perspective view for explaining how light propagates in the optical circulator shown in FIG.

【図8】実施例に係る光サーキュレータの第2ポートか
ら光を入力した場合であってこの光サーキュレータ内を
伝搬する偏光がずれた場合の光の伝搬経路を説明するた
めの光サーキュレータの構造図である。
FIG. 8 is a structural diagram of an optical circulator for explaining a propagation path of light when light is input from a second port of the optical circulator according to the embodiment and polarization of light propagating in the optical circulator is deviated. Is.

【図9】図8に示した光サーキュレータにおける光の伝
搬のようすを説明するための斜示図である。
9 is a perspective view for explaining how light propagates in the optical circulator shown in FIG.

【図10】本実施例の光サーキュレータによるアイソレ
ーション(dB)の温度(℃)に対する依存性(実
線)、特公昭60−49887号公報に記載の光サーキ
ュレータのアイソレーションの温度依存性の数値計算結
果(点線)を示すグラフである。
FIG. 10 is a numerical calculation of the dependence of the isolation (dB) on the temperature (° C.) by the optical circulator of the present embodiment (solid line), and the temperature dependence of the isolation of the optical circulator described in JP-B-60-49887. It is a graph which shows a result (dotted line).

【図11】本実施例の光サーキュレータによるアイソレ
ーション(dB)の波長(nm)に対する依存性(実
線)、特公昭60−49887号公報に記載の光サーキ
ュレータのアイソレーションの波長依存性の数値計算結
果(点線)を示すグラフである。
FIG. 11 is a numerical calculation of the dependence of the isolation (dB) on the wavelength (nm) by the optical circulator of the present embodiment (solid line), and the wavelength dependence of the isolation of the optical circulator described in JP-B-60-49887. It is a graph which shows a result (dotted line).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

19−1,19−2,19−3…ファラデ回転子、H1
…偏光補償板、21−1〜21−8…複屈折性平板、L
1〜L4…レンズ、D1,D2…偏光ビームスプリッ
タ、20…1/2波長板、F1〜F4…光ファイバ。
19-1, 19-2, 19-3 ... Faraday rotator, H1
... Polarization compensating plate, 21-1 to 21-8 ... Birefringent flat plate, L
1-L4 ... Lens, D1, D2 ... Polarization beam splitter, 20 ... 1/2 wavelength plate, F1-F4 ... Optical fiber.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1ポートから入力された第1光を第2
ポートへ出力し、前記第2ポートから入力された第2光
を第3ポートに出力する光サーキュレータにおいて、 前記第1ポートから入力された前記第1光のうちの常光
線および異常光線の進行方向を平行にして出力するよう
に配置されるともに、平行に入力された常光線と異常光
線とを合成して前記第3ポートに出力するように配置さ
れた第1の偏光ビームスプリッタと、 前記第2ポートから入力された前記第2光のうちの常光
線および異常光線の進行方向を平行にして出力するよう
に配置されるともに、平行に入力された常光線と異常光
線とを合成して前記第2ポートに出力するように配置さ
れた第2の偏光ビームスプリッタと、 前記第1ポートと前記第1の偏光ビームスプリッタとの
間に配置され、前記第1ポートから入力された前記第1
光を常光線と異常光線とに分離して前記第1の偏光ビー
ムスプリッタへ出力する分波用複屈折材料と、 前記第2ポートと前記第2の偏光ビームスプリッタとの
間に配置され、前記第2ポートから入力された前記第2
光を常光線と異常光線とに分離して前記第2の偏光ビー
ムスプリッタへ出力するとともに、前記第2の偏光ビー
ムスプリッタから入力された常光線および異常光線を合
成して前記第2ポートに出力する合分波用複屈折材料
と、 前記第3ポートと前記第1の偏光ビームスプリッタとの
間に配置され、前記第2の偏光ビームスプリッタから入
力された常光線および異常光線を合成して前記第3ポー
トに出力する合波用複屈折材料と、 前記第1の偏光ビームスプリッタと前記第2の偏光ビー
ムスプリッタとの間に配置され、前記第1の偏光ビーム
スプリッタから入力された第1光のうちの常光線および
異常光線に第1の変換を施してそれぞれを異常光線およ
び常光線として前記第2の偏光ビームスプリッタに出力
するとともに、前記第2の偏光ビームスプリッタから入
力された第2光のうちの常光線および異常光線に第2の
変換を施してそれぞれを異常光線および常光線として前
記第1の偏光ビームスプリッタに出力する光学部品と、 前記第1の偏光ビームスプリッタと前記合波用複屈折材
料との間に配置された偏光補償板と、を備えることを特
徴とする光サーキュレータ。
1. A first light input from a first port to a second light
An optical circulator that outputs the second light input to the second port to the third port and outputs the second light input to the third port to the third port, in which traveling directions of ordinary rays and extraordinary rays of the first light input from the first port And a first polarization beam splitter arranged so as to output the parallel beam and the extraordinary ray which are input in parallel and output to the third port. The ordinary ray and the extraordinary ray of the second light input from the two ports are arranged such that the traveling directions of the ordinary ray and the extraordinary ray are parallel to each other and are output, and the ordinary ray and the extraordinary ray input in parallel are combined to each other. A second polarization beam splitter arranged to output to a second port; and the second polarization beam splitter arranged between the first port and the first polarization beam splitter and inputted from the first port.
A birefringent material for demultiplexing that splits light into ordinary rays and extraordinary rays and outputs the ordinary rays and extraordinary rays to the first polarizing beam splitter; and the element is disposed between the second port and the second polarizing beam splitter, and The second input from the second port
The light is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray and output to the second polarization beam splitter, and the ordinary ray and the extraordinary ray input from the second polarization beam splitter are combined and output to the second port. Which is disposed between the third port and the first polarization beam splitter, and combines the ordinary ray and the extraordinary ray input from the second polarization beam splitter, The first birefringent material that is input from the first polarization beam splitter and that is disposed between the first polarization beam splitter and the second polarization beam splitter, and the multiplexing birefringent material that outputs to the third port. The ordinary and extraordinary rays of the second polarized beam splitter are output to the second polarization beam splitter as the extraordinary ray and the ordinary ray, respectively. An optical component that performs second conversion on the ordinary ray and the extraordinary ray of the second light input from the optical splitter and outputs the resulting rays to the first polarization beam splitter as the extraordinary ray and the ordinary ray, respectively. An optical circulator, comprising: the polarization beam splitter and the polarization compensating plate disposed between the multiplexing birefringent material.
【請求項2】 前記光学部品は、前記第2の偏光ビーム
スプリッタに対向した配置され、入射した偏光の方位を
±45度回転させる第1の非相反旋光素子と、 前記第1の非相反旋光素子と前記第1の偏光ビームスプ
リッタとの間に配置され、入射した偏光の方位を±45
度回転させる第2の非相反旋光素子と、 前記第2の非相反旋光素子と前記第1の非相反旋光素子
との間に配置され、入射した偏光の方位を±45度回転
させる第3の非相反旋光素子と、 前記第3の非相反旋光素子と前記第2の非相反旋光素子
との間に配置され、入射した偏光の方位を45度回転さ
せる相反旋光素子と、 入射した光のうち常光線は直進させ、異常光線は屈折さ
せて出射する第1の複屈折材料と、 入射した光のうち常光線は直進させ、異常光線は屈折さ
せて出射する第2の複屈折材料と、 入射した光のうち常光線は直進させ、異常光線は屈折さ
せて出射する第3の複屈折材料と、 入射した光のうち常光線は直進させ、異常光線は屈折さ
せて出射する第4の複屈折材料と、を備え、 前記第3の複屈折材料は、前記第2の非相反旋光素子と
前記第3の非相反旋光素子との間であって、前記第1光
のうちの一方の偏光の伝搬経路上であり、且つ、この第
3の複屈折材料の固有偏光の方位が前記第1光のうちの
前記他方の偏光の方位にほぼ一致するように配置され、 前記第4の複屈折材料は、前記第2の非相反旋光素子と
前記第3の非相反旋光素子との間であって、前記第1光
のうちの前記他方の偏光の伝搬経路上であり、且つ、こ
の第4の複屈折材料の固有偏光の方位が前記第1光のう
ちの前記一方の偏光の方位にほぼ一致するように配置さ
れ、 前記第1の複屈折材料は、前記第1の非相反旋光素子と
前記第3の非相反旋光素子との間であって、前記合分波
用複屈折材料および前記第1の非相反旋光素子を介して
この第1の複屈折材料に入射される前記第2光のうちの
一方の偏光の伝搬経路上であり、且つ、この第1の複屈
折材料の固有偏光の方位が前記第2光のうちの前記一方
の偏光の方位、および、前記第1光のうちの前記一方の
偏光の方位にほぼ一致するように配置され、 前記第2の複屈折材料は、前記第1の非相反旋光素子と
前記第3の非相反旋光素子との間であって、前記合分波
用複屈折材料および前記第1の非相反旋光素子を介して
この第2の複屈折材料に入射される前記第2光のうちの
他方の偏光の伝搬経路上であり、且つ、この第2の複屈
折材料の固有偏光の方位が前記第2光のうちの前記他方
の偏光の方位、および、前記第1光のうちの前記他方の
偏光の方位にほぼ一致するように配置される、ことを特
徴とする請求項1に記載の光サーキュレータ。
2. The first non-reciprocal optical rotation element, wherein the optical component is disposed so as to face the second polarization beam splitter, and rotates the azimuth of incident polarized light by ± 45 degrees, and the first non-reciprocal optical rotation element. It is arranged between the element and the first polarization beam splitter, and the azimuth of incident polarization is ± 45
A second non-reciprocal optical rotation element that rotates by a degree, and a third non-reciprocal optical rotation element that is disposed between the second non-reciprocal optical rotation element and the first non-reciprocal optical rotation element and rotates the azimuth of incident polarized light by ± 45 degrees. A non-reciprocal optical rotator, a reciprocal optical rotator arranged between the third non-reciprocal optical rotator and the second non-reciprocal optical rotator, for rotating the direction of incident polarization by 45 degrees; Ordinary rays travel straight, extraordinary rays are refracted and output the first birefringent material, and ordinary rays of the incident light travel straight, and extraordinary rays are refracted and output the second birefringent material, incident Ordinary ray of the incident light goes straight, and extraordinary ray is refracted and emitted, and the third birefringent material, and ordinary ray of incident light goes straight, and extraordinary ray is refracted and emitted, the fourth birefringent material. A material, wherein the third birefringent material is the second non-reciprocal material. Between the optical element and the third non-reciprocal optical rotation element, on the propagation path of one polarization of the first light, and the azimuth of the intrinsic polarization of the third birefringent material is The fourth birefringent material is arranged so as to substantially coincide with the azimuth of the other polarization of the first light, and the fourth birefringent material is formed between the second non-reciprocal optical rotation element and the third non-reciprocal optical rotation element. Is on the propagation path of the other polarization of the first light, and the azimuth of the intrinsic polarization of the fourth birefringent material is the polarization of the one polarization of the first light. The first birefringent material is arranged so as to substantially coincide with the azimuth, and the first birefringent material is between the first nonreciprocal optical rotation element and the third nonreciprocal optical rotation element, One of the second light incident on the first birefringent material through the material and the first non-reciprocal optical rotation element. Is on the propagation path of the other polarization, and the azimuth of the intrinsic polarization of the first birefringent material is the azimuth of the one polarization of the second light, and the one of the first light. The second birefringent material is arranged between the first non-reciprocal optical rotation element and the third non-reciprocal optical rotation element, and Is on the propagation path of the other polarization of the second light incident on the second birefringent material through the second birefringent material and the first non-reciprocal optical rotation element, and the second The birefringent material is arranged such that the azimuth of the intrinsic polarization of the birefringent material substantially matches the azimuth of the other polarization of the second light and the azimuth of the other polarization of the first light. The optical circulator according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 前記分波用複屈折材料、前記合分波用複
屈折材料、前記合波用複屈折材料、前記第1の複屈折材
料、前記第2の複屈折材料、前記第3の複屈折材料およ
び前記第4の複屈折材料は、同一材料からなる平板であ
り、前記第1乃至第4の複屈折材料それぞれの厚みと、
前記分波用複屈折材料、前記合分波用複屈折材料、前記
合波用複屈折材料それぞれの厚みとの比を√2対1とす
ることを特徴とする請求項2に記載の光サーキュレー
タ。
3. The birefringent material for demultiplexing, the birefringent material for demultiplexing, the birefringent material for demultiplexing, the first birefringent material, the second birefringent material, and the third birefringent material. The birefringent material and the fourth birefringent material are flat plates made of the same material, and the thickness of each of the first to fourth birefringent materials,
The optical circulator according to claim 2, wherein the ratio of the thickness of each of the demultiplexing birefringent material, the demultiplexing birefringent material, and the demultiplexing birefringent material is √2: 1. .
【請求項4】 第1ポートから入力された第1光を空間
的に常光線と異常光線とに分離したのち、これらの常光
線および異常光線の偏光面を第2非相反旋光素子、相反
旋光素子、第3非相反旋光素子および第1非相反旋光素
子を順次通過させた後、合波し、第2ポートに出力する
とともに、第2ポートから入力された第2光を空間的に
常光線と異常光線とに分離したのち、これらの常光線お
よび異常光線の偏光面を第1非相反旋光素子、第3非相
反旋光素子、相反旋光素子および第2非相反旋光素子を
順次通過させた後、合波し、第3のポートに出力する光
の制御方法において、 前記第1光の伝搬しない経路上に複屈折材料を配置し、
前記第2光を空間的に常光線と異常光線とに分離した後
にこの複屈折材料中におけるこれら常光線と異常光線と
の伝搬速度の差を利用して、この空間的な分離によるこ
れらの常光線と異常光線との光路差を補正することによ
り、前記第2および第3ポートへ出力される光の偏波分
散を抑えることを特徴とする光の制御方法。
4. The first light input from the first port is spatially separated into an ordinary ray and an extraordinary ray, and the polarization planes of the ordinary ray and the extraordinary ray are converted into a second non-reciprocal optical rotation element and a reciprocal optical rotation. After passing through the element, the third non-reciprocal optical rotation element and the first non-reciprocal optical rotation element in order, they are combined and output to the second port, and the second light input from the second port is spatially ordinary ray. And the extraordinary ray are separated, and then the planes of polarization of the ordinary ray and the extraordinary ray are sequentially passed through the first non-reciprocal optical rotation element, the third non-reciprocal optical rotation element, the reciprocal optical rotation element and the second non-reciprocal optical rotation element. In the method of controlling light that is combined and output to a third port, a birefringent material is arranged on a path where the first light does not propagate,
After the second light is spatially separated into an ordinary ray and an extraordinary ray, the ordinary velocity and the extraordinary ray in the birefringent material are utilized to make use of the difference in propagation velocity between the ordinary ray and the extraordinary ray, and these ordinary rays are separated by the spatial separation. A method of controlling light, characterized in that polarization dispersion of light output to the second and third ports is suppressed by correcting an optical path difference between a light ray and an extraordinary ray.
【請求項5】 光サーキュレータにおいて、 第1ポートから入力された第1光を常光線と異常光線と
に分離する第1の手段と、 第2ポートから入力された第2光を常光線と異常光線と
に分離する第2の手段と、 前記第1ポートから入力された常光線および異常光線に
第1の変換を施してそれぞれを異常光線および常光線と
して前記第2手段を介して前記第2ポートに出力すると
ともに、前記第2ポートから入力された常光線および異
常光線に第2の変換を施してそれぞれを常光線および異
常光線として第3ポートに出力する第3の手段と、 前記第3の手段と前記第3ポートとの間を伝搬する光の
経路上に配置され、透過する常光線と異常光線とに位相
差または光路差を与える第4の手段と、を備えることを
特徴とする光サーキュレータ。
5. In an optical circulator, first means for separating the first light input from the first port into an ordinary ray and an extraordinary ray, and the second light input from the second port as an ordinary ray. A second means for separating into an ray and an ordinary ray and an extraordinary ray inputted from the first port, which are subjected to a first conversion to be an extraordinary ray and an ordinary ray, respectively, and the second means through the second means. Third means for outputting to the port, outputting second and third ordinary and extraordinary rays to the third port as ordinary and extraordinary rays while outputting to the third port; Means for providing a phase difference or an optical path difference between an ordinary ray and an extraordinary ray that are transmitted, the fourth means being disposed on the path of light propagating between the means and the third port. Optical circulator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7039078B2 (en) 2002-09-17 2006-05-02 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Semiconductor optical modulator and laser with optical modulator

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