JPH1068910A - 光非相反回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な複屈折結晶や光の分岐回路を必要とせ
ず、かつ位相調節等を必要としない安価な光非相反回路
を提供すること。 【解決手段】 ２つの導波路間で光を結合する光非相反
回路として、前記２つの導波路間を伝搬する光が通過す
る少なくとも１枚のレンズと、前記２つの導波路間を伝
搬する光の内、順方向に進む光については光の半分と残
りの半分の偏光が同位相となり偶対称な導波モードとな
って結合され、逆方向に進む光については光の半分と残
りの半分の偏光が逆位相となり奇対称な非導波モードと
なって散逸されるように、前記２つの導波路間を伝搬す
る光の半分に非相反回転と相反回転を順次与え、残りの
半分に相反回転と非相反回転を順次与える偏光回転手段
と、から光非相反回路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光計測等
に用いる光非相反回路（光アイソレータ、光サーキュレ
ータ等）、特に偏波無依存の光非相反回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１は従来の偏波無依存の光非相反回路
の一例、ここでは松本隆男、佐藤健一著“光サーキュレ
ータがもつ偏波依存性除去の試み”（信学技報ＯＱＥ７
８−１４９、１９７８）に記載された例を示すものであ
る。図中、１，２は偏光ビームスプリッタ、３，４はＹ
ＩＧ等のファラデー回転子、５，６はファラデー回転子
３，４に磁界をかけるための磁石、７，８は半波長板、
９，１０は全反射ミラーである。

【０００３】偏光を４５度回転させるファラデー回転子
３，４と、偏光を４５度補償する半波長板７，８とを結
合することにより、図面に向かって右方向に進む光に対
しては偏光が０度、左方向に進む光に対しては偏光が９
０度回転するように構成されている。

【０００４】ポート１から入射した光は偏光ビームスプ
リッタ１において、Ｓ偏光（垂直な偏光）成分は反射さ
れて上側に、Ｐ偏光（水平な偏光）成分は透過して下側
に分離される。続いて、それぞれミラー９，１０、ファ
ラデー回転子３，４及び半波長板７，８を通過するが、
右方向に進む光なので偏光状態はそのままで変化しな
い。その後、偏光ビームスプリッタ２で合成され、ポー
ト２から出射する。

【０００５】一方、ポート２から入射した光は偏光ビー
ムスプリッタ２で偏光分離され、それぞれ半波長板７，
８及びファラデー回転子３，４を通過するが、左方向に
進む光なので、Ｓ偏光はＰ偏光に、Ｐ偏光はＳ偏光に変
換され、偏光ビームスプリッタ１において合成されると
ポート３に出射する。このように、ポート２からの光は
ポート１に帰らず、サーキュレータとなる。

【０００６】一方、図２（ａ）は従来の偏波無依存の光
非相反回路の他の例、ここでは松本隆男、“偏光依存性
のない光ファイバー用アイソレータ”（信学論（Ｃ）、
Ｊ６２−Ｃ、Ｎｏ．７、ｐｐ５０５−５１２、昭和５４
年７月）に記載された光アイソレータの例を示す。図
中、１１，１２は光ファイバ、１３はレンズ、１４，１
５は複屈折結晶、１６は磁気光学材料、１７は補償板で
ある。

【０００７】同図（ｂ）に示すように、光ファイバ１１
から出射した光は複屈折結晶１４で常光と異常光に分け
られ、磁気光学材料１６を通過することにより偏光がそ
れぞれπ／２回転し、複屈折結晶１５で再び合成され、
光ファイバ１２に結合する。

【０００８】また、同図（ｃ）に示すように、光ファイ
バ１２から出射した光、即ち逆に進む光は複屈折結晶１
５で常光と異常光に分けられ、補償板１７及び磁気光学
材料１６を通過するが、偏光方向が変化しないため、複
屈折結晶１４で分離され、光ファイバ１１には結合しな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図１の従来の光非相反回路では、高価な偏光ビームス
プリッタが必要であり、また、光軸及び偏光角度を高精
度に調整する必要があるため、信頼性に乏しく、非常に
高価になるという欠点があった。さらにまた、図１の従
来の光非相反回路では偏光ビームスプリッタの集積化が
困難であったため、集積化に適さないという欠点があっ
た。

【００１０】また、前述した図２（ａ）の従来の光非相
反回路では、偏波無依存の光アイソレータが構成されて
いるが、高価な複屈折結晶が必要となるため、非常に高
価になるという問題があった。

【００１１】また、特願平６−１８４３５９には、偏光
ビームスプリッタを必要としない構成の光サーキュレー
タが開示されているが、この光サーキュレータは相反回
転子や非相反回転子の角度が特定の値に限定された構成
であって構成上の自由度がないという問題があった。即
ち、この光サーキュレータでは、２つの非相反回転子の
ファラデー回転角θ_f1，θ_f2はθ_f1＝θ_f2＝π／４、２
つの半波長板のＸ軸からのｓｌｏｗ軸角度θ_s1，θ_s2は
θ_s1＝３π／８，θ_s2＝５π／８に限定されていた。さ
らに、この光サーキュレータは方向性結合器を用いてい
るが、一般に方向性結合器は偏光依存性を有するため、
ＴＥ，ＴＭモードとも偏光が変化しないこの光サーキュ
レータの構成では、偏光依存損失（ＰＤＬ）を解消でき
ないという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、高価な偏光ビームスプリ
ッタを必要としない、集積化に適した安価な光非相反回
路を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、高価な複屈折結晶や
光の分岐回路を必要とせず、かつ位相調整等を必要とし
ない、安価な光非相反回路を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、偏光ビームスプリッ
タを必要としない構成を有し、かつ構成上の自由度が大
きく、方向性結合器等の分岐回路に起因する偏光依存損
失を解消することが可能な光非相反回路を提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、２つの導波路間で光を結合する光非相反回
路であって、前記２つの導波路間を伝搬する光が通過す
る少なくとも１枚のレンズと、前記２つの導波路間を伝
搬する光の内、順方向に進む光については光の半分と残
りの半分の偏光が同位相となり偶対称な導波モードとな
って結合され、逆方向に進む光については光の半分と残
りの半分の偏光が逆位相となり奇対称な非導波モードと
なって散逸されるように、前記２つの導波路間を伝搬す
る光の半分に非相反回転と相反回転を順次与え、残りの
半分に相反回転と非相反回転を順次与える偏光回転手段
と、を有することを特徴とする光非相反回路を提供す
る。

【００１６】このような構成によれば、順方向に進む光
のパワーはそのまま出力され、逆方向に進む光のパワー
は散逸されることになり、複屈折結晶や光の分岐回路を
必要とせず、かつ位相調節等を必要としない偏波無依存
の安価な光非相反回路を構成できる。

【００１７】また、本発明は、上記課題を解決するた
め、光を分離・合成する光非相反回路であって、分離さ
れた光が伝搬される第一の光路、第二の光路と、光の進
行方向と垂直な面内に設定されたｘ−ｙ座標について、
前記分離された光の一方に対して配置されるファラデー
回転角がθ_f1である第一の非相反回転子とｘ軸からのｓ
ｌｏｗ軸角度がθ_s1である半波長板からなる第一の相反
回転子とを有する、前記第一の光路に配置された第一の
偏光回転手段と、前記分離された光の他方に対して配置
されるｘ軸からのｓｌｏｗ軸角度がθ_s2である半波長板
からなる第二の相反回転子とファラデー回転角がθ_f2で
ある第二の非相反回転子とを有する、前記第二の光路に
配置された第二の偏光回転手段を含み、前記第一、第二
の光路を伝搬する光の内、順方向に進む光については前
記分離された光の偏光が同位相となり偶対称なモードと
なって合成され、逆方向に進む光については前記分離さ
れた光の偏光が逆位相となり奇対称なモードとなって合
成されるように、 θ_s1−θ_s2＝±π／４ θ_f1＋θ_f2＝±π／２＋２ｎπ（但し、ｎは整数） を満足することを特徴とする光非相反回路を提供する。

【００１８】このような構成によれば、順方向に進む光
のパワーはそのまま出力され、逆方向に進む光のパワー
は散逸されることになり、偏波ビームスプリッタを必要
としない、集積化に適した光非相反回路を構成できる。

【００１９】また、本発明は、上記課題を解決するた
め、光を分離・合成する光非相反回路であって、分離さ
れた光が伝搬される第一の光路、第二の光路と、前記第
一、第二の光路の一端側に配置され、前記順方向に進む
光を該第一、第二の光路に分離して出力するとともに、
該第一、第二の光路から入力される前記逆方向に進む光
を合成する第一の方向性結合器と、前記第一、第二の光
路の他端側に配置され、前記逆方向に進む光を該第一、
第二の光路に分離して出力するとともに、該第一、第二
の光路から入力される前記順方向に進む光を合成する第
二の方向性結合器と、光の進行方向と垂直な面内に設定
されたｘ−ｙ座標について、前記分離された光の一方に
対して配置されるファラデー回転角がθ_f1である第一の
非相反回転子とｘ軸からのｓｌｏｗ軸角度がθ_s1である
半波長板からなる第一の相反回転子とを有する、前記第
一の光路に配置された第一の偏光回転手段と、前記分離
された光の他方に対して配置されるｘ軸からのｓｌｏｗ
軸角度がθ_s2である半波長板からなる第二の相反回転子
とファラデー回転角がθ_f2である第二の非相反回転子と
を有する、前記第二の光路に配置された第二の偏光回転
手段とを含み、前記第一、第二の光路を伝搬する光の
内、順方向に進む光については前記分離された光の偏光
が同位相で干渉して合成され、逆方向に進む光について
は前記分離された光の偏光が逆位相で干渉して合成され
るように、 θ_s1−θ_s2＝±π／４ θ_f1＋θ_f2＝±π／２＋２ｎπ（但し、ｎは整数） を満足し、かつθ_s1＝３π／８，θ_s2＝５π／８，θ_f1
＝θ_f2＝π／４を同時に満足しないことを特徴とする光
非相反回路を提供する。

【００２０】しかも、これらの構成によれば、偏光分離
回路を必要としない構成を有していながら、構成上の自
由度が大きく、偏光依存損失を解消することが可能な光
非相反回路を構成できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

［原理１］図３は本発明の光非相反回路の第１の原理を
説明するもので、図中１１１，１１２は光路、１１３，
１１４は非相反回転手段としてのファラデー回転子（Ｆ
Ｒ１，ＦＲ２）、１１５，１１６は相反回転手段として
の半波長板（ＨＷ１，ＨＷ２）、１１７，１１８は分離
合成手段としての分岐回路（ＢＲ）である。

【００２２】光の右方向に進む方向をｚ軸、ｚ軸に垂直
で光路１１１と１１２の面に垂直な軸をｘ軸、水平な軸
をｙ軸とし、時計回りの回転を正とする。この座標に従
って、ファラデー回転子１１３，１１４のファラデー回
転角をそれぞれθ_f1，θ_f2、半波長板１１５，１１６の
ｘ軸からｓｌｏｗ軸の角度をそれぞれθ_s1，θ_s2とす
る。

【００２３】一例として、ファラデー回転子１１３，１
１４のファラデー回転角をθ_f1＝θ_f2＝π／４とし、半
波長板１１５，１１６のｘ軸からｓｌｏｗ軸の角度をそ
れぞれθ_s1＝π／８、θ_s2＝−π／８とする。

【００２４】次に、図４の偏光状態の変化を用いて動作
原理を説明する。

【００２５】（ａ）ｘ軸偏光前進波：左から入射したｘ
軸偏光の光は２つに分けられる。上側に進む光はＦＲ１
でπ／４、ＨＷ１で−π／４回転し、元に戻る。一方、
下側に進む光はＨＷ２で−π／４、ＦＲ２でπ／４回転
し、元に戻る。２つの同位相の光は出射分岐回路で合成
され、偶対称モード（導波モード）となり出射する。

【００２６】（ｂ）ｙ軸偏光前進波：左から入射したｙ
軸偏光の光は２つに分けられる。上側に進む光はＦＲ１
でπ／４、ＨＷ１で３π／４回転し、反転する。一方、
下側に進む光はＨＷ２で３π／４、ＦＲ２でπ／４回転
し、反転する。２つの反転した同位相の光は出射分岐回
路で合成され、偶対称モード（導波モード）となり出射
する。

【００２７】（ｃ）ｘ軸偏光後進波：右から入射したｘ
軸偏光の光は２つに分けられる。上側に進む光はＨＷ１
でπ／４、ＦＲ１でπ／４回転し、π／２回転する。一
方、下側に進む光はＦＲ２でπ／４、ＨＷ２で５π／４
回転し、３π／２回転する。２つの光は逆位相となり、
出射分岐回路で奇対称モード（非導波モード）となり散
逸する。

【００２８】（ｄ）ｙ軸偏光後進波：右から入射したｙ
軸偏光の光は２つに分けられる。上側に進む光はＨＷ１
で５π／４、ＦＲ１でπ／４回転し、３π／２回転す
る。一方、下側に進む光はＦＲ２でπ／４、ＨＷ２でπ
／４回転し、π／２回転する。２つの光は逆位相とな
り、出射分岐回路で奇対称モード（非導波モード）とな
り散逸する。

【００２９】このように、右方向に進む光のパワーはそ
のまま出力され、左方向に進む光のパワーは散逸される
ことにより、偏波無依存の光アイソレータが構成され
る。また、半波長板にθ_s1＝３π／８、θ_s2＝π／８を
選ぶと、出射光の偏光を入射光に対してπ／２回転させ
ることができるため、分岐回路の偏光依存性を解消する
ことができる。

【００３０】次に、伝搬行列を用いて一般的な条件を求
める。入射のｘ軸偏光の振幅をＡ_x、ｙ軸偏光の振幅を
Ａ_y とし、出射のｘ軸偏光の振幅をＢ_x 、ｙ軸偏光の振
幅をＢ_y とすると、伝搬行列は、

【数１】 と定義される。

【００３１】図３の構成において、ポート１から入射し
てポート２から出射する前進波の光に対する伝搬行列Ｔ
_F は、

【数２】 で表される。

【００３２】また、ポート２から入射してポート１から
出射する後進波の光に対する伝搬行列Ｔ_B は、

【数３】 で表される。

【００３３】前進波はパワーが減衰しないでそのまま出
射し、後進波はパワーが０となるためにはＴ_F がユニタ
リー行列となり、Ｔ_B が０行列とならなければいけな
い。この条件を（２），（３）式に入れると、求める条
件は、

【数４】 θ_s1−θ_s2＝±π／４ （４） θ_f1＋θ_f2＝±π／２＋２ｎπ（ｎは整数） （５） となる。

【００３４】さらに、ｘ軸偏光はｙ軸偏光にｙ軸偏光は
ｘ軸偏光に変換することにより、分岐回路の偏光依存性
を改善することができる。その条件はＴ_F の対角項が０
になることである。これを求めると、（４），（５）式
の条件に加え、さらに次の（６）式を満足することが条
件となる。

【００３５】

【数５】 ２θ_s1−θ_f1−２θ_s2−θ_f2＝π＋２ｍπ（ｍは整数） （６） 例として、θ_f1＝θ_f2＝π／４のとき、

【数６】 θ_s1＝３π／８＋ｋπ／２（ｋは整数） （７） θ_s2＝π／８＋ｋπ／２（ｋは整数） （８） または、

【数７】 θ_s1＝π／８＋ｋπ／２（ｋは整数） （９） θ_s2＝３π／８＋ｋπ／２（ｋは整数） （１０） となる。

【００３６】［原理２］図５は本発明の光非相反回路の
第２の原理を説明するもので、図３の回路において分岐
回路として４端子の分岐回路１１９，１２０を用いて偶
対称モードと奇対称モードを分離・合成させるかあるい
は上側の光と下側の光を干渉させることにより光サーキ
ュレータを構成したものである。本回路ではポート１に
入射した光はポート２から出射し、ポート２に入射した
光はポート３から出射し、ポート３に入射した光はポー
ト４から出射し、ポート４に入射した光はポート１から
出射する。

【００３７】［実施の形態１］図６は第１の原理に基づ
く本発明の第１の実施の形態を示すもので、図中、１２
１は磁気光学導波路、１２２，１２３はＹ分岐導波路、
１２４，１２５は半波長板、１２６は磁気光学導波路１
２１にかけられる磁界を示す。磁気光学導波路１２１は
磁気光学性の材料ＹＩＧ（イットリウムアイアンガーネ
ット）を加工し、２本の導波路を形成しており、磁界を
かけることにより非相反性のファラデー効果を示す。磁
気光学導波路１２１の材料としてはＹＩＧ以外に他元素
置換ＹＩＧ等が、Ｙ分岐導波路１２２，１２３の材料と
してはガーネット、石英、ガラス系等が使用できる。

【００３８】［実施の形態２］図７は第１の原理に基づ
く本発明の第２の実施の形態を示すもので、図中、１３
１は非相反回転手段としての導波路とともにＹ分岐導波
路を磁気光学導波路で形成した干渉形磁気光学導波路、
１３２，１３３は応力付与膜、１３４は干渉形磁気光学
導波路回路１３１にかけられる磁界を示す。ａ−Ｓｉ等
で形成された応力付与膜１３２，１３３は導波路に歪み
を起こさせ、半波長板として機能する。応力付与膜１３
２，１３３の形成された干渉形磁気光学導波路回路１３
１は一体的に形成されるため、光集積化に適する。

【００３９】［実施の形態３］図８は第２の原理に基づ
く本発明の第３の実施の形態を示すもので、図中、１８
１は磁気光学導波路、１８２，１８３は４端子の分岐回
路であるＸ分岐導波路、１８４，１８５は半波長板、１
８６は磁気光学導波路１８１にかけられる磁界を示す。
Ｘ分岐導波路１８４，１８５は偶対称モードと奇対称モ
ードを分離・合成する。

【００４０】［実施の形態４］図９は第２の原理に基づ
く本発明の第４の実施の形態を示すもので、図中、１９
１は非相反回転手段としての導波路とともにＸ分岐導波
路磁気光学導波路で形成した干渉形磁気光学導波路、１
９２，１９３はａ−Ｓｉ等で形成された応力付与膜、１
９４は干渉形磁気光学導波路１９１にかけられる磁界を
示す。これらは一体的に形成されるため、集積化に適す
る。

【００４１】［実施の形態５］図１０は第２の原理に基
づく本発明の第５の実施の形態を示すもので、図中、１
４１は磁気光学導波路、１４２，１４３は４端子の分岐
導波路、１４４，１４５は半波長板、１４６は磁気光学
導波路１４１にかけられる磁界を示す。４端子の分岐導
波路１４２，１４３は方向性結合器の導波路で構成さ
れ、上側の光と下側の光を干渉させる。

【００４２】［実施の形態６］図１１は第２の原理に基
づく本発明の第６の実施の形態を示すもので、図中、１
５１は非相反回転手段としての導波路とともに方向性結
合器を磁気光学導波路で形成した干渉形磁気光学導波路
回路、１５２，１５３はａ−Ｓｉ等で形成された応力付
与膜、１５４は干渉形磁気光学導波路回路１５１にかけ
られる磁界を示す。これらは一体的に形成されるため、
集積化に適する。

【００４３】［実施の形態７］図１２は第２の原理に基
づく本発明の第７の実施の形態を示すもので、図中、１
６１は磁気光学結晶、１６２，１６３はビームスプリッ
タ、１６４，１６５は半波長板、１６６，１６７はミラ
ー、１６８は磁気光学結晶１６１にかけられる磁界を示
す。本回路は導波路構造ではなく、光ビームが空間を飛
ぶ構造である。

【００４４】［実施の形態８］図１３は第２の原理に基
づく本発明の第８の実施の形態を示すもので、図中、１
７１は磁気光学結晶、１７２，１７３は光ファイバカッ
プラ、１７４，１７５は半波長板、１７６は磁気光学結
晶１７１にかけられる磁界を示す。本回路では分離合成
手段と光路を、２本の光ファイバを融着接続してなる周
知の光ファイバカップラで構成しており、光ファイバの
磁気光学結晶１７１側の先端１７２ａ，１７３ａはコア
拡大され、出射する光ビームの広がりを抑えている。光
ファイバを用いることにより、製造が簡単となる。な
お、光ファイバとしては通常の光ファイバの外に、偏波
保持ファイバを用いることもできる。

【００４５】［実施の形態９］図１４は第２の原理に基
づく本発明の第９の実施の形態を示すもので、ここでは
第８の実施の形態において位相調整部１７７を持たせて
いる。位相調整部１７７は、例えば光ファイバの一部に
紫外線や加熱等により屈折率を変化させることにより、
位相の調整を行うものである。なお、その他の構成・作
用は第８の実施の形態と同様である。

【００４６】また、位相調整部は前述した他の実施の形
態においても適用可能である。

【００４７】上述した第１の実施の形態から第９の実施
の形態に係る光非相反回路では、光の分岐回路が必要で
あり、また、干渉を利用しているため、実際は何等かの
位相調節が必要になる。以下に、複屈折結晶や光の分岐
回路を必要とせず、かつ位相調節等を必要としない、安
価な光非相反回路を実現する本発明の他の実施の形態を
説明する。

【００４８】［実施の形態１０］図１５は本発明の光非
相反回路の第１０の実施の形態を示すもので、図中、２
２１，２２２はシングルモード光ファイバ、２２３，２
２４はレンズ、２２５，２２６はファラデー回転子、２
２７，２２８は半波長板、２２９はファラデー回転子２
２５，２２６にかける磁界である。

【００４９】前記構成において、シングルモード光ファ
イバ２２１から放射した光はレンズ２２３により平行光
２３０となり、上半分の光はファラデー回転子２２５及
び半波長板２２７を通り、下半分の光は半波長板２２８
及びファラデー回転子２２６を通り、それぞれレンズ２
２４で集光され、シングルモード光ファイバ２２２に達
する。反対に、シングルモード光ファイバ２２２から出
射した光はそれぞれの部品を逆方向に進み、シングルモ
ード光ファイバ２２１に達する。

【００５０】光の右方向に進む方向をｚ軸、ｚ軸に垂直
な面内に適当なｘ軸及びｙ軸を設定し、時計回りの回転
を正とする。また、ファラデー回転子２２５，２２６の
ファラデー回転角をそれぞれθ_f1，θ_f2、半波長板２２
７，２２８のｘ軸からｓｌｏｗ軸の角度をそれぞれ
θ_s1，θ_s2とした時、 θ_s1−θ_s2＝±π／４ θ_f1＋θ_f2＝±π／２＋２ｎπ（但し、ｎは整数） を満足するように構成されている。

【００５１】図１６は図１５中のファイバ出射端のＡ−
Ａ′面及びＤ−Ｄ′面における電界分布と、平行光２３
０のＢ−Ｂ′面及びＣ−Ｃ′面における偏光状態とを示
す。

【００５２】同図（ａ）に示すように、シングルモード
光ファイバ２２１から出射した光の電界分布は偶対称な
導波モード（Ａ−Ａ′面）であり、レンズ２２３で平行
にされた後も光の上半分と下半分は同じ偏光（Ｂ−Ｂ′
面）を有している。

【００５３】上半分の光はファラデー回転子２２５及び
半波長板２２７を通り、下半分の光は半波長板２２８及
びファラデー回転子２２６を通ることにより、偏光方向
は変わっても上半分と下半分は同じ偏光（Ｃ−Ｃ′面）
となる。そのため、レンズ２２４で集光された電界分布
は偶対称な導波モード（Ｄ−Ｄ′面）となり、光ファイ
バ２２２に結合する。

【００５４】一方、同図（ｂ）に示すように、シングル
モード光ファイバ２２２から出射した光の電界分布は偶
対称な導波モード（Ｄ−Ｄ′面）であり、レンズ２２４
で平行にされた後も光の上半分と下半分は同じ偏光（Ｃ
−Ｃ′面）を有している。

【００５５】上半分の光は半波長板２２７及びファラデ
ー回転子２２５を通り、下半分の光はファラデー回転子
２２６及び半波長板２２８を通ることにより、上半分と
下半分では逆の偏光（Ｂ−Ｂ′面）となる。そのため、
レンズ２２３で集光された電界分布は奇対称な非導波モ
ード（Ａ−Ａ′面）となり、シングルモード光ファイバ
２２１には結合しないで散逸する。このようにして、偏
波無依存の光アイソレータが構成されることになる。

【００５６】［実施の形態１１］図１７は本発明の光非
相反回路の第１１の実施の形態を示すもので、ここでは
第１０の実施の形態において２枚のファラデー回転子を
１枚のファラデー回転子２３１に置き換えた例を示して
いる。なお、その他の構成・効果は第１０の実施の形態
と同様である。

【００５７】［実施の形態１２］図１８は本発明の光非
相反回路の第１２の実施の形態を示すもので、ここでは
第１０の実施の形態において２枚のレンズを１枚のレン
ズ２３２に置き換えてシングルモード光ファイバ２２１
及び２２２を結合した例を示している。なお、その他の
構成・効果は第１０の実施の形態と同様である。

【００５８】［実施の形態１３］図１９は本発明の光非
相反回路の第１３の実施の形態を示すもので、２２５
Ａ，２２５Ｂ，２２６Ａ，２２６Ｂはファラデー回転
子、２２７Ａ，２２７Ｂ，２２８Ａ，２２８Ｂは半波長
板を示す。ここでは第１０の実施の形態においてファラ
デー回転子・半波長板と半波長板・ファラデー回転子の
組み合わせの機能を２段にし、光の分離方向を１段目と
２段目とで垂直にしている。これにより、後進波におい
て、１段目で奇対称な非導波モードになりきらなかった
光を２段目で奇対称な非導波モードにすることによりア
イソレーションの向上を図ることができる。このとき、
１段目と２段目とで、光の分離方向が垂直になっている
ため、後進波の１段目で奇対称な非導波モードになった
電界分布が偶対称な導波モードに戻ることを避けること
ができる。

【００５９】［実施の形態１４］図２０は本発明の光非
相反回路の第１４の実施の形態を示すもので、ここでは
第１３の実施の形態において１段目，２段目各々の２枚
のファラデー回転子を１枚のファラデー回転子に置き換
えた例である。その他の構成・効果は第１３の実施の形
態と同様である。

【００６０】なお、上述した各実施の形態において、磁
界の印加方法として電磁石を用いることもできる。その
場合、周知の通り、電磁石にかける電流の方向や量を変
えることにより、光非相反回路を光スイッチまたは光可
変減衰器として機能させることも可能である。本発明の
上述した各実施の形態におけるような光非相反回路を用
いて、そのような電磁石を用いた光スイッチまたは光可
変減衰器を構成することも勿論可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（実施の形
態１〜実施の形態９）によれば、分離された光のそれぞ
れに非相反回転及び相反回転または相反回転及び非相反
回転を与えることにより、順方向に進む光は同位相で合
成されてそのまま出力され、逆方向に進む光は逆位相で
合成されてパワーが散逸されるため、高価で集積化が困
難な偏光ビームスプリッタを必要とせず、集積化に適し
た安価な光非相反回路を実現できる。

【００６２】また、本発明（実施の形態１０〜実施の形
態１４）によれば、光を２つの光導波路間でレンズを用
いて結合する際、光の半分に非相反回転と相反回転を与
えるとともに残りの半分に相反回転と非相反回転を与
え、光の進行方向の違いにより、順方向では同位相で合
成されて偶対称な導波モードとなって結合し、光のパワ
ーがそのまま出力され、逆方向では逆位相で合成されて
奇対称な非導波モードとなるため結合せず、光のパワー
が散逸することにより、高価な複屈折結晶や光の分岐回
路を必要とせず、かつ位相調整等を必要としない、安価
な光非相反回路を実現できる。

【００６３】また、本発明によれば、偏光分離回路を必
要としない構成を有していても、相反回転子や非相反回
転子の角度が特定の値に限定されず、構成上の自由度が
大きく、方向性結合器等の分岐回路に起因する偏光依存
損失を解消することが可能な光非相反回路を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光非相反回路の一例を示す構成図。

【図２】従来の光非相反回路の他の例を示す構成図。

【図３】本発明の光非相反回路の第１の原理を説明する
構成図。

【図４】図３の回路の動作を説明するための光の偏光状
態を示す図。

【図５】本発明の光非相反回路の第２の原理を説明する
構成図。

【図６】第１の原理に基づく本発明の第１の実施の形態
を示す構成図。

【図７】第１の原理に基づく本発明の第２の実施の形態
を示す構成図。

【図８】第２の原理に基づく本発明の第３の実施の形態
を示す構成図。

【図９】第２の原理に基づく本発明の第４の実施の形態
を示す構成図。

【図１０】第２の原理に基づく本発明の第５の実施の形
態を示す構成図。

【図１１】第２の原理に基づく本発明の第６の実施の形
態を示す構成図。

【図１２】第２の原理に基づく本発明の第７の実施の形
態を示す構成図。

【図１３】第２の原理に基づく本発明の第８の実施の形
態を示す構成図。

【図１４】第２の原理に基づく本発明の第９の実施の形
態を示す構成図。

【図１５】本発明の光非相反回路の第１０の実施の形態
を示す構成図。

【図１６】図１５の回路の動作を説明するための電界分
布と偏光状態を示す図。

【図１７】本発明の光非相反回路の第１１の実施の形態
を示す構成図。

【図１８】本発明の光非相反回路の第１２の実施の形態
を示す構成図。

【図１９】本発明の光非相反回路の第１３の実施の形態
を示す構成図。

【図２０】本発明の光非相反回路の第１４の実施の形態
を示す構成図。

【符号の説明】

１１１，１１２ 光路 １１３，１１４，２２５，２２６，２３１ ファラデー
回転子 １１５，１１６，１２４，１２５，１４４，１４５，１
６４，１６５，１７４，１７５，１８４，１８５，２２
７，２２８ 半波長板 １１７，１１８，１１９，１２０ 分岐回路 １２１，１４１，１８１ 磁気光学導波路 １２２，１２３ Ｙ分岐導波路 １２６，１３４，１４６，１５４，１７６，１８６，１
９４，２２９ 磁界 １３１，１５１，１９１ 干渉形磁気光学導波路回路 １３２，１３３，１５２，１５３，１９２，１９３ 応
力付与膜 １４２，１４３ ４分岐導波路 １６１，１７１ 磁気光学結晶 １６２，１６３ ビームスプリッタ １６６，１６７ ミラー １７２，１７３ 光ファイバカップラ １８２，１８３ Ｘ分岐導波路 １７７ 位相調整部 ２２１，２２２ シングルモード光ファイバ ２２３，２２４，２３２ レンズ ２３０ 平行光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 直登 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 小澤口 治樹 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの導波路間で光を結合する光非相反
   回路であって、 前記２つの導波路間を伝搬する光が通過する少なくとも
   １枚のレンズと、 前記２つの導波路間を伝搬する光の内、順方向に進む光
   については光の半分と残りの半分の偏光が同位相となり
   偶対称な導波モードとなって結合され、逆方向に進む光
   については光の半分と残りの半分の偏光が逆位相となり
   奇対称な非導波モードとなって散逸されるように、前記
   ２つの導波路間を伝搬する光の半分に非相反回転と相反
   回転を順次与え、残りの半分に相反回転と非相反回転を
   順次与える偏光回転手段と、 を有することを特徴とする光非相反回路。
2. 【請求項２】 前記偏光回転手段は、光の進行方向と垂
   直な面内に設定されたｘ−ｙ座標について、 前記光の半分に対して配置される、ファラデー回転角が
   θ_f1である第一の非相反回転子と、 前記光の半分に対して配置される、ｘ軸からのｓｌｏｗ
   軸角度がθ_s1である半波長板からなる第一の相反回転子
   と、 前記残りの半分に対して配置される、ｘ軸からのｓｌｏ
   ｗ軸角度がθ_s2である半波長板からなる第二の相反回転
   子と、 前記残りの半分に対して配置される、ファラデー回転角
   がθ_f2である第二の非相反回転子とを有し、 θ_s1−θ_s2＝±π／４ θ_f1＋θ_f2＝±π／２＋２ｎπ（但し、ｎは整数） を満足することを特徴とする請求項１記載の光非相反回
   路。
3. 【請求項３】 前記偏光回転手段は、 前記光の半分に対して前記順方向に沿って並べられた、
   ファラデー回転子と半波長板の対と、 前記残りの半分に対して前記順方向に沿って並べられた
   半波長板とファラデー回転子の対と、 を有することを特徴とする請求項１記載の光非相反回
   路。
4. 【請求項４】 前記偏光回転手段は、 前記光の半分と前記残りの半分の両方に対して配置され
   たファラデー回転子と、 前記光の半分に対して前記順方向に沿って前記ファラデ
   ー回転子の後方側に配置された第一の半波長板と、 前記残りの半分に対して前記順方向に沿って前記ファラ
   デー回転子の前方側に配置された第二の半波長板と、 を有することを特徴とする請求項１記載の光非相反回
   路。
5. 【請求項５】 前記偏光回転手段は、光の進行方向と垂
   直な面内に設定されたｘ−ｙ座標について、 前記２つの導波路間を伝搬する光をｘ軸方向に二分した
   ときの前記光の半分に対して、前記順方向に沿って並べ
   られたファラデー回転子と半波長板の対と、前記２つの
   導波路間を伝搬する光をｘ軸方向に二分したときの前記
   残りの半分に対して、前記順方向に沿って並べられた半
   波長板とファラデー回転子の対と、を有する第一の偏光
   回転手段と、 前記２つの導波路間を伝搬する光をｙ軸方向に二分した
   ときの前記光の半分に対して、前記順方向に沿って並べ
   られたファラデー回転子と半波長板の対と、前記２つの
   導波路間を伝搬する光をｙ軸方向に二分したときの前記
   残りの半分に対して、前記順方向に沿って並べられた半
   波長板とファラデー回転子の対と、を有する第二の偏光
   回転手段と、 を含むことを特徴とする請求項１記載の光非相反回路。
6. 【請求項６】 前記偏光回転手段は、光の進行方向と垂
   直な面内に設定されたｘ−ｙ座標について、 前記光の半分と前記残りの半分の両方に対して配置され
   た第一のファラデー回転子と、前記２つの導波路間を伝
   搬する光をｘ軸方向に二分したときの前記光の半分に対
   して、前記順方向に沿って前記第一のファラデー回転子
   の後方側に配置された第一の半波長板と、前記２つの導
   波路間を伝搬する光をｘ軸方向に二分したときの前記残
   りの半分に対して、前記順方向に沿って前記第一のファ
   ラデー回転子の前方側に配置された第二の半波長板と、
   を有する第一の偏光回転手段と、 前記光の半分と前記残りの半分の両方に対して配置され
   た第二のファラデー回転子と、前記２つの導波路間を伝
   搬する光をｙ軸方向に二分したときの前記光の半分に対
   して、前記順方向に沿って前記第二のファラデー回転子
   の後方側に配置された第三の半波長板と、前記２つの導
   波路間を伝搬する光をｙ軸方向に二分したときの前記残
   りの半分に対して、前記順方向に沿って前記第二のファ
   ラデー回転子の前方側に配置された第四の半波長板と、
   を有する第二の偏光回転手段と、 を含むことを特徴とする請求項１記載の光非相反回路。
7. 【請求項７】 光を分離・合成する光非相反回路であっ
   て、 分離された光が伝搬される第一の光路、第二の光路と、 光の進行方向と垂直な面内に設定されたｘ−ｙ座標につ
   いて、前記分離された光の一方に対して配置されるファ
   ラデー回転角がθ_f1である第一の非相反回転子とｘ軸か
   らのｓｌｏｗ軸角度がθ_s1である半波長板からなる第一
   の相反回転子とを有する、前記第一の光路に配置された
   第一の偏光回転手段と、 前記分離された光の他方に対して配置されるｘ軸からの
   ｓｌｏｗ軸角度がθ_s2である半波長板からなる第二の相
   反回転子とファラデー回転角がθ_f2である第二の非相反
   回転子とを有する、前記第二の光路に配置された第二の
   偏光回転手段とを含み、 前記第一、第二の光路を伝搬する光の内、順方向に進む
   光については前記分離された光の偏光が同位相となり偶
   対称なモードとなって合成され、逆方向に進む光につい
   ては前記分離された光の偏光が逆位相となり奇対称なモ
   ードとなって合成されるように、 θ_s1−θ_s2＝±π／４ θ_f1＋θ_f2＝±π／２＋２ｎπ（但し、ｎは整数） を満足することを特徴とする光非相反回路。
8. 【請求項８】 前記第一、第二の光路の一端側に配置さ
   れ、前記順方向に進む光を該第一、第二の光路に分離し
   て出力するとともに、該第一、第二の光路から入力され
   る前記逆方向に進む光を合成する第一の分離合成手段
   と、 前記第一、第二の光路の他端側に配置され、前記逆方向
   に進む光を該第一、第二の光路に分離して出力するとと
   もに、該第一、第二の光路から入力される前記順方向に
   進む光を合成する第二の分離合成手段と、 を有することを特徴とする請求項７記載の光非相反回
   路。
9. 【請求項９】 前記第一、第二の分離合成手段の各々
   は、Ｙ分岐回路であり、光非相反回路が光アイソレータ
   を構成することを特徴とする請求項８記載の光非相反回
   路。
10. 【請求項１０】 前記第一、第二の分離合成手段の各々
    は、Ｘ分岐回路であり、光非相反回路が光サーキュレー
    タを構成することを特徴とする請求項８記載の光非相反
    回路。
11. 【請求項１１】 前記第一、第二の分離合成手段の各々
    は、光ファイバカップラであることを特徴とする請求項
    ８記載の光非相反回路。
12. 【請求項１２】 前記第一、第二の非相反回転子は、前
    記第一、第二の光路の少なくとも一部を磁気光学導波路
    で形成し、磁界をかけることにより構成されることを特
    徴とする請求項７記載の光非相反回路。
13. 【請求項１３】 前記第一、第二の相反回転子は、前記
    第一、第二の光路近傍に配置された応力付与膜により該
    第一、第二の光路に歪みを起こして構成されることを特
    徴とする請求項１２記載の光非相反回路。
14. 【請求項１４】 前記第一、第二の光路の一端側に配置
    され、前記順方向に進む光を該第一、第二の光路に分離
    して出力するとともに、該第一、第二の光路から入力さ
    れる前記逆方向に進む光を合成する第一の分離合成手段
    と、 前記第一、第二の光路の他端側に配置され、前記逆方向
    に進む光を該第一、第二の光路に分離して出力するとと
    もに、該第一、第二の光路から入力される前記順方向に
    進む光を合成する第二の分離合成手段とを有し、 前記磁気光学導波路、前記応力付与膜、および前記第
    一、第二の分離合成手段は干渉形磁気光学導波路回路と
    して一体的に形成されていることを特徴とする請求項１
    ３記載の光非相反回路。
15. 【請求項１５】 前記第一、第二の非相反回転子は、前
    記第一、第二の光路の少なくとも一部を磁気光学結晶で
    形成し、磁界をかけることにより構成されることを特徴
    とする請求項７記載の光非相反回路。
16. 【請求項１６】 前記第一、第二の光路の少なくとも一
    方に、該第一、第二の光路の少なくとも一方を伝搬する
    光の位相を調整する位相調整手段を有することを特徴と
    する請求項７記載の光非相反回路。
17. 【請求項１７】 前記θ_s1，θ_s2，θ_f1，θ_f2はさら
    に、 ２θ_s1−θ_f1−２θ_s2−θ_f2＝π＋２ｍπ（但し、ｍは
    整数） を満足することを特徴とする請求項７記載の光非相反回
    路。
18. 【請求項１８】 光を分離・合成する光非相反回路であ
    って、 分離された光が伝搬される第一の光路、第二の光路と、 前記第一、第二の光路の一端側に配置され、前記順方向
    に進む光を該第一、第二の光路に分離して出力するとと
    もに、該第一、第二の光路から入力される前記逆方向に
    進む光を合成する第一の方向性結合器と、 前記第一、第二の光路の他端側に配置され、前記逆方向
    に進む光を該第一、第二の光路に分離して出力するとと
    もに、該第一、第二の光路から入力される前記順方向に
    進む光を合成する第二の方向性結合器と、 光の進行方向と垂直な面内に設定されたｘ−ｙ座標につ
    いて、 前記分離された光の一方に対して配置されるファラデー
    回転角がθ_f1である第一の非相反回転子とｘ軸からのｓ
    ｌｏｗ軸角度がθ_s1である半波長板からなる第一の相反
    回転子とを有する、前記第一の光路に配置された第一の
    偏光回転手段と、 前記分離された光の他方に対して配置されるｘ軸からの
    ｓｌｏｗ軸角度がθ_s2である半波長板からなる第二の相
    反回転子とファラデー回転角がθ_f2である第二の非相反
    回転子とを有する、前記第二の光路に配置された第二の
    偏光回転手段とを含み、 前記第一、第二の光路を伝搬する光の内、順方向に進む
    光については前記分離された光の偏光が同位相で干渉し
    て合成され、逆方向に進む光については前記分離された
    光の偏光が逆位相で干渉して合成されるように、 θ_s1−θ_s2＝±π／４ θ_f1＋θ_f2＝±π／２＋２ｎπ（但し、ｎは整数） を満足し、かつθ_s1＝３π／８，θ_s2＝５π／８，θ_f1
    ＝θ_f2＝π／４を同時に満足しないことを特徴とする光
    非相反回路。