JPH11271678A

JPH11271678A - 光サ―キュレ―タ

Info

Publication number: JPH11271678A
Application number: JP11032625A
Authority: JP
Inventors: Wayne V Sorin; ウエイン・ブイ・ソリン; Douglas M Baney; ダグラス・エム・ベイニー
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 1999-10-08
Also published as: US6088491A; EP0936489A3; DE69838285D1; EP0936489B1; EP0936489A2; DE69838285T2; AU8320698A; AU750456B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光信号をベースにした通信ネットワークにおい
て、使用される光サーキュレータは、光ファイバと結晶
板スタックとの適正なアライメントをとる必要があり、
極めて高価である。その他、ポート間のアイソレーショ
ン度の低さ、循環方向を逆にすることができないなどの
問題点がある。本願発明の目的は、改良された光サーキ
ュレータを提供することにある。【解決手段】光サーキュレータには、第１及び第３のポ
ートに接続されているビーム・スプリッタと、複数のフ
ァラデー段が含まれている。ファラデー段には、ファラ
デー回転角を有するファラデー回転子とウォーク・オフ
方向を有するウォーク・オフ結晶が含まれる。ファラデ
ー回転子は、進行する光の偏光ベクトルを同じ方向に回
転させるために共通磁界を共用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光結合装置に関す
るものであり、とりわけ、改良型光サーキュレータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光信号をベースにした通信ネットワーク
は、金属カプラよりかなり広い帯域幅を備えている。単
一波長で動作する個別光ファイバは、２．５ギガビット
／秒以上で信号を伝送することが可能である。波長分割
多重化の出現により、異なる波長の信号を結合して、単
一光ファイバに送り込むことで、こうした光ファイバの
キャパシティをさらに拡大することが可能になる。

【０００３】波長分割多重化を有効に利用するには、特
定の波長における通信を分割するため、狭帯域フィルタ
が必要とされる。最も有望な狭帯域フィルタは、光ファ
イバのブラッグ・リフレクタをベースにしたものであ
る。光ファイバのブラッグ・リフレクタは、当該技術に
おいて周知のところであるため、ここでは詳述しない。
本論述のためには、ブラッグ・リフレクタが、光ファイ
バのコアに生じさせられた格子とみなすことができると
いう点に留意すれば十分である。格子は、光ファイバの
コアの屈折率の周期的変化箇所から構成される。こうし
た変化箇所は、均等に間隔をあけた、コアに損傷を及ぼ
すのに十分な最大限の強度を備えたＵＶ光パターンで、
コアを照射することによって生じさせることが可能であ
る。このパターンは、一般に、２つのＵＶ光ビームの干
渉によって発生する。格子間隔の２倍の波長を備えた光
が格子に当たると、その光は、光ファイバ・コアの屈折
率の変化箇所によって生じるさまざまな部分反射のコヒ
ーレント干渉のために反射される。ブラッグ・リフレク
タをベースにした反射フィルタは、比較的安価である。

【０００４】あいにく、反射フィルタは、光通信にとっ
て決して最適ではない。光通信システムの場合、透過フ
ィルタのほうが有効である。反射フィルタを透過フィル
タに変換するため、一般に、３ポート光サーキュレータ
が利用される。光サーキュレータは、ｎ番目のポートに
入射する光が、（ｎ＋１）番目のポートを介して射出す
るという特性を有している。３ポート・サーキュレータ
をベースにした透過フィルタの場合、反射フィルタが、
第２のポートに接続される。フィルタリングを施される
光信号は、第１のポートに結合される。この信号は、第
２のポートから射出して、反射フィルタに当たり、反射
波長で反射されて、第２のポートに戻される。この光
は、次に、第３のポートから射出する。従って、光サー
キュレータと反射フィルタの組み合わせは、機能的に、
光サーキュレータの第１のポートと第３のポートの間に
接続された透過フィルタに相当する。

【０００５】ブラッグ・リフレクタは、比較的安価であ
るが、光サーキュレータは、極めて高価である。光サー
キュレータは、ブラッグ・フィルタのコストの数倍に成
る。従って、バンド・パス・フィルタのコストを低下さ
せるため、より安価な光サーキュレータが必要になる。

【０００６】先行技術によるサーキュレータは、光ファ
イバに結合された結晶板のスタックから構成される。光
サーキュレータのコストのかなりの部分が、光ファイバ
と結晶板スタックとの適正なアライメントをとるコスト
に関するものである。一般に、光ファイバは、それぞ
れ、別個にアライメントをとらなければならない。

【０００７】結晶板スタックには、通常、いくつかのフ
ァラデー回転子が含まれている。これら先行技術による
設計の場合、各ファラデー回転子は独立した磁石を必要
とする。従って、磁石の場所を設けるために、スタック
・サイズを拡大させなければならない。各光ファイバか
らの光をスタックに結合するため、独立したコリメータ
・レンズを組み込むことが必要になるため、結晶板のサ
イズも拡大される。スタックのコストは、結晶板のサイ
ズに関連しており、従って、スタック・サイズの拡大に
よって、光サーキュレータのコストも増大する。

【０００８】先行技術による光サーキュレータに関する
もう１つの問題は、ポート間において得られるアイソレ
ーション度である。上述のように、光サーキュレータの
第２のポートに入射する光は、第３のポートを介してし
か射出しないものと仮定される。しかし、ファラデー回
転子が、理想のように機能しないので、光の一部は、第
１のポートから送り出される。

【０００９】先行技術のサーキュレータに関するもう１
つの問題は、各波長ウィンドウ毎に、独立した設計を施
す必要があるという点である。設計波長から波長が大幅
に異なる光が、光サーキュレータに入射すると、得られ
るアイソレーション度は低下する。さらに、光の波長が
設計波長と大幅に異なる場合、あるポートに入射して、
正しいポートから射出する光の割合が低下する。将来の
波長分割多重化通信システムでは、異なる波長を備えた
いくつかのチャネルが任意の時間に提供されることにな
る。従って、光サーキュレータは、できる限り広い波長
範囲にわたって、必要なアイソレーション及びスループ
ットで動作することが可能でなければならない。

【００１０】先行技術による光サーキュレータに関する
さらにもう１つの問題は、循環方向を逆にすることがで
きないということである。典型的な通信ネットワークの
場合、幾人かのユーザが、光ファイバに沿って所定の方
向に信号を送ることによって、ループをなすように構成
された光ファイバを介して互いに通信を行う。例えば、
遠隔通信ネットワークの場合、各加入者は、リングをな
すように構成され、加入者ステーションと中央局ステー
ションがリングに沿って配置される、光ファイバを介し
て、中央局と通信を行う。光ファイバに破損が生じる
と、１人以上のユーザと中央局の間における通信が中断
されることになる。原理上、これらのユーザは、それで
も、ループの中断されていない部分を介してメッセージ
を送ることにより、中央局との通信が可能である。しか
し、これには、光ファイバの一部について、光ファイバ
に沿った伝搬方向を逆にすることが必要になる。

【００１１】あいにく、光ファイバ・リングに光サーキ
ュレータが含まれる場合、光サーキュレータにおける信
号の循環方向を逆にしなければならない。すなわち、ポ
ート３に入射する光は、この場合、ポート２を通って射
出しなければならず、ポート２に入射する光は、この場
合、ポート１を介して射出しなければならない。先行技
術による光サーキュレータには、信号の再経路指定を行
うための独立したスイッチを含むことなく、この方向の
逆転を可能にするための方法が含まれていない。こうし
たスイッチのコストによって、光サーキュレータ・アセ
ンブリのコストが上昇することになり、従って、光サー
キュレータに適合する信号を送ることによって循環方向
を逆にすることが可能な光サーキュレータを設けること
が有利になる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一般
に、改良された光サーキュレータを提供することにあ
る。

【００１３】本発明のもう１つの目的は、先行技術によ
る光サーキュレータに比べて、ポート間のアイソレーシ
ョン度が高い光サーキュレータを提供することにある。

【００１４】本発明にさらにもう１つの目的は、先行技
術による光サーキュレータよりも広い周波数帯域にわた
って動作する光サーキュレータを提供することにある。

【００１５】本発明のさらにもう１つの目的は、先行技
術による光サーキュレータに比べて、製造コストの低い
光サーキュレータを提供することにある。

【００１６】本発明のもう１つの目的は、電気信号に応
答して、循環方向をスイッチすることが可能な光サーキ
ュレータを提供することにある。

【００１７】当該技術者には、本発明に関する下記の詳
細な説明及び添付の図面から、本発明の以上の及びその
他の目的が明らかになるであろう。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１、第２、
及び、第３のポートを備える光サーキュレータである。
光サーキュレータには、ビーム・スプリッタと、複数の
ファラデー段が含まれている。ビーム・スプリッタは、
第１及び第３のポートに接続されており、第１のポート
に入射する第１の光信号を第１と第２の射出信号に分割
する。ビーム・スプリッタは、また、第３のポートに入
射する第２の光信号も第３と第４の射出信号に分割す
る。第１、第２、第３、及び、第４の射出光信号は、互
いに間隔があいている。第１と第２の射出光信号には、
それぞれ、第１の光信号からの直交偏光成分が含まれて
おり、第３と第４の射出光信号には、それぞれ、第２の
光信号からの直交偏光成分が含まれている。最初のファ
ラデー段と最後のファラデー段を含むファラデー段が、
直列に配置されている。最初のファラデー段は、ビーム
・スプリッタから光を受け、最後のファラデー段は、第
２のポートに光を供給するように配置されている。第２
のポートと、ファラデー段のウォーク・オフ方向及び回
転方向は、第１のポートに入射する光が第２のポートか
ら射出し、第２のポートに入射する光が第３のポートか
ら射出し、第３のポートに入射する光が第１及び第２の
ポートからの射出を阻止されるように選択される。

【００１９】本発明の望ましい実施態様の場合、ファラ
デー回転子は、それぞれ、それを通って進行する光の偏
光ベクトルを同じ方向に回転させ、共通磁界を共用す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明は、２つの基本的光学素
子、すなわち、ウォーク・オフ結晶とファラデー回転子
の観点から見るとより容易に理解することができる。ウ
ォーク・オフ結晶２０が、矢印２２で示す方向に進行す
る光ビーム１１を２つのビーム１５及び１６に分割する
方法を示す、図１を参照する。一般に、ウォーク・オフ
結晶２０は、下記の説明において「ウォーク・オフ」方
向と呼ばれることになる、結晶構造によって決まる方向
２１を備えている。この方向は、座標系の定義に利用す
ることが可能である。入射光ビーム１１の偏光ベクトル
１２は、この座標系に対して直交偏光成分１３及び１４
に分解することが可能である。偏光成分１４は、ウォー
ク・オフ方向と平行であり、偏光成分１３は、ウォーク
・オフ方向と直交する。ウォーク・オフ方向に対して平
行な偏光方向を備える光は、ウォーク・オフ方向におい
て変位しており、従って、ウォーク・オフ結晶によって
分割されて、ビーム１６になる。ビーム１６の光の偏光
は、ウォーク・オフ方向に対して平行である。ウォーク
・オフ方向に対して直交する偏光を有する光は、変位し
ない。この光によって、元のビームに一致し、ウォーク
・オフ方向に対して直交する偏光を有するビームが形成
される。ウォーク・オフ結晶によって生じる変位は、結
晶の厚さと、それを構成する特定の材料の関数である。
ウォーク・オフ結晶を構成する材料は、当該技術におい
て周知のところであり、従って、ここでは、詳述しな
い。

【００２１】留意すべきは、逆方向に進行する光ビーム
の場合、ウォーク・オフ方向が逆になるという点であ
る。すなわち、矢印２３によって示された方向に進む光
ビームは、矢印２１によって示されたとは逆の方向にウ
ォーク・オフする。

【００２２】４つのウォーク・オフ結晶を組み合わせる
ことによって、以下の説明において偏光ミクサと呼ばれ
る素子を形成することが可能になる。偏光ミクサは、２
つの入射光ビームから２つの新たな光ビームを発生す
る。２つの新たな光ビームは、入射光ビームに対して空
間的に変位している。２つの新たなビームのそれぞれに
は、入射ビームのそれぞれからの１つの偏光成分が含ま
れている。偏光ミクサを形成することになるウォーク・
オフ結晶の構成の１つが、図２〜４に示されている。図
２には、２つの入射ビーム４１及び４２に対する４つの
ウォーク・オフ結晶３１〜３４の配置が示されている。
図３は、入射ビームの偏光ベクトルを示す、ウォーク・
オフ結晶３１及び３２の端面図である。図４は、ウォー
ク・オフ結晶３３及び３４の後方に配置されたスクリー
ンに現れる、結果生じる光ビームの図である。図４に
は、最終の２つのビーム４３及び４４、及び、結合され
て、これらのビームを形成する偏光成分が示されてい
る。留意すべきは、入射ビームに対して空間的に変位し
た最終ビームが、入射ビームのそれぞれから得られる偏
光成分から構成されているという点である。

【００２３】本発明において利用される第２の基本的光
学素子は、ファラデー回転子である。ファラデー回転子
は、イットリウム・鉄・ガーネットＹ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂のよう
な光学的に活性の化合物から構成され、それを通る光の
偏光ベクトルの方向を４５゜の角度だけ回転させる素子
である。回転方向は、加えられる磁界の方向によって決
まる。偏光ベクトルの回転方向は、素子を通る光の進行
方向とは無関係である。磁界の方向を変更することによ
って、偏光ベクトルの回転は、素子を通る光の進行方向
に関係なく４５゜〜−４５゜の範囲で変化する。さらに
詳細に後述するように、光サーキュレータの循環方向が
可逆性である本発明の実施態様の場合、ファラデー回転
子における磁界の方向は、外部信号によって決まる。

【００２４】留意すべきは、ファラデー回転子は、特定
の波長及び温度に関して正確に４５゜の回転だけしか生
じさせないという点である。入射光の波長が設計波長と
異なる場合、あるいは、ファラデー回転子が設計温度と
は異なる温度で動作する場合、回転角度は、４５゜とは
わずかに異なることになる。この偏差の意味について
は、さらに詳細に後述する。

【００２５】次に、図５〜９を参照して、上述の素子を
組み合わせて、光回転子を形成する方法について述べる
ことにする。まず、本発明による光サーキュレータのブ
ロック図である、図５を参照する。光サーキュレータの
３つのポートが、１〜３で表示されている。図５に示す
構成の場合、ポート１に入射する光は、ポート２を介し
て射出し、ポート２に入射する光は、ポート３を介して
射出する。ポート３に入射する光は失われる。

【００２６】ポート１及び３は、それぞれ、熱膨張コア
（ＴＥＣ）光ファイバ５１及び５３に結合される。ＴＥ
Ｃファイバは、ファイバ端部を加熱して、コアのドーパ
ントを拡散させ、光ファイバのコア・サイズを拡大させ
て、製造される。この結果、ファイバ端部から射出する
光ビームの直径が大きくなり、従って、発散角が小さく
なる。ＴＥＣ光ファイバは、光ファイバのコアからの光
ビームを拡大して、偏光ミクサに送り込むのに必要な平
行化を可能にする。これらの光ファイバは、コリメータ
・レンズまたはイメージング・レンズを必要とすること
なく、結合機能をもたらすので、望ましい。結果とし
て、光サーキュレータ５０の寸法は、大幅に縮小するこ
とが可能である。上述のように、光サーキュレータのコ
ストは、コンポーネントのサイズに関連する。従って、
ＴＥＣ光ファイバの利用によって、製造コストは低下す
る。ポート２は、光ファイバ５２に結合される。

【００２７】ポート１に入射する光は、偏光ミクサ６
１、ウォーク・オフ結晶６２、ファラデー回転子６３、
時間遅延結晶６４、第２のウォーク・オフ結晶６５、第
２のファラデー回転子６６、及び、第３のウォーク・オ
フ結晶６７から構成される光学結晶スタックを通過す
る。ウォーク・オフ結晶６７を射出する光は、レンズ６
８によって、ポート２に取り付けられた光ファイバ５２
に集束させられる。

【００２８】ポート１に入射する光をポート２に到達さ
せ、一方、ポート３に入射する光を排除する方法につい
ては、図６及び７を参照することによってより容易に理
解することが可能になる。図６Ａ〜Ｈは、それぞれ、図
５Ａ〜Ｈに示す位置において、観測者が図の左手側から
端部をこちらがわにしてスタックを眺めることによって
見える、光学結晶の端面図である。矢印は、ポート１か
らポート２の方向に進行する光ビームが受けることにな
る、関連結晶によるウォーク・オフ方向を示している。
ファラデー回転子において示される矢印は、光がファラ
デー回転子を通過する際の偏光ベクトルの回転方向を示
している。

【００２９】差分時間遅延結晶６４は、ポート１からの
光の偏光成分に関する時間遅延を等化する。「ｆ」で表
示の矢印は、光が最も速く結晶を進行する偏光方向を示
している。「ｓ」で表示の矢印は、光が最も遅く進行す
る偏光方向を示している。

【００３０】次に、光サーキュレータ５０を通るさまざ
まな偏光成分の動きを示す、図７を参照する。図７Ａ〜
Ｈは、スクリーンが、それぞれ、図５Ａ〜Ｈに示す位置
における光学結晶間に配置された場合に見えるであろう
偏光成分及びビーム位置を示している。ポート１に入射
する光の２つの直交偏光成分は、実線で示されており、
ｙ成分が太線で示され、ｘ成分が細線で示されている。
ポート３に入射する光の２つの直交偏光成分は、異なる
パターンの破線として示されている。

【００３１】次に、図７Ｂを参照すると、ポート３から
のｙ成分は、ミクサ６１からの射出時には、位置７１ま
で移動している。ウォーク・オフ結晶６２は、この偏光
成分を７２で示す位置まで移動させる。結晶の寸法は、
十分に大きいので、偏光成分は結晶内に留まる。７２で
示す偏光成分は、最終的には、７７で示す位置で結晶ス
タックから射出する。レンズ６８は、位置７９からの光
を光ファイバ５２に集束させるように設定されている。
従って、位置７７からの光は、光ファイバ・コアにイメ
ージングされないので、光ファイバ５２に入射すること
ができない。従って、ポート３に入射する光のｙ成分
は、排除される。

【００３２】ポート３に入射する光のｘ成分からの光
は、図７Ｂに示す位置７３まで移動し、ウォーク・オフ
結晶６２は、ｘ方向と平行な偏光成分を移動させないの
で、ウォーク・オフ結晶６２の後、この位置に留まる。
ファラデー回転子６３は、図７Ｄに示すように、偏光成
分の全てを反時計廻り方向に４５゜回転させる。この構
成は、時間遅延結晶６４によって変更されることはな
く、従って、この構成は、位置Ｄ及びＥにおいて同じで
ある。ウォーク・オフ結晶６５は、ｘ軸に対して４５゜
の全ての偏光成分を、図７Ｆに示す上方の右側に移動さ
せる。結果として、ポート３からの光の残りの偏光成分
は、結晶スタック内にあるものと仮定される、７４で示
す位置まで移動する。この偏光成分は、残りの結晶によ
って処理され、最終的に、７８で示す位置においてスタ
ックから射出する。上述のように、この位置からの光
は、レンズ６８が位置７９からの光だけしか光ファイバ
５２にイメージングしないので、ファイバ５２からはず
れることになる。従って、ポート３からの光は、光サー
キュレータを通り抜けて、ポート２を介して射出するこ
とができない。

【００３３】ポート１からの光は、ポート２によって射
出する。図７Ｆをもう一度参照すると、ウォーク・オフ
結晶６５の後、ポート１からの光の２つの偏光成分は、
図７Ｇに示すようにファラデー回転子６６によって回転
させられて、ｘ及びｙ軸に平行な方向に戻される。この
偏光成分は、次に、ウォーク・オフ結晶６７によって再
結合され、７５で示す偏光成分が、７６で示す偏光成分
の位置まで移動することになる。レンズ６８は、この位
置からの光を光ファイバ５２に集束させるように位置決
めされている。

【００３４】光ファイバ５２を介してポート２に入射す
る光が、ポート３に取り付けられた光ファイバ５３に送
られる方法については、図８及び９を参照することによ
ってより容易に理解することが可能になる。図８及び９
は、上述の図６及び７に類似している。しかし、ウォー
ク・オフ結晶の方向を示す矢印は、光の進行方向を考慮
して、図８では逆になっている。図９には、光サーキュ
レータ５０を通るさまざまな偏光成分の移動が示されて
いる。図９Ａ〜Ｈには、スクリーンが、それぞれ、図８
にＡ〜Ｈで示す位置における結晶間に配置された場合に
見えるであろう偏光成分及びビーム位置を示している。
ポート２を介して入射する光は、レンズ６８によって変
形され、位置８１におけるビームを形成する。ウォーク
・オフ結晶６７が、この光信号の偏光成分を、それぞ
れ、８２及び８３で示す垂直成分と水平成分に分割す
る。ファラデー回転子６６は、分割された偏光成分を反
時計廻り方向に４５゜回転させる。上述のように、ファ
ラデー回転子の回転方向は、光の進行方向とは無関係で
ある。ウォーク・オフ結晶６５は、水平成分を、やはり
結晶スタック内にある、位置８４まで移動させる。ファ
ラデー回転子６３は、偏光成分をさらに４５゜回転さ
せ、ウォーク・オフ結晶６２は、水平成分を、偏光ミク
サ６１がポート３に対応する位置８５において偏光成分
を再結合する位置まで移動させる。

【００３５】留意すべきは、光サーキュレータ５０に
は、同じ回転方向を有する２つのファラデー回転子が含
まれている。従って、各回転子に加えられる磁界は同じ
である。従って、２つのファラデー回転子は、同じ磁石
を共用することが可能である。他の光成分は、磁界に感
応しないので、磁石は装置全体の上に配置することが可
能である。従って、ファラデー回転子に必要なスペース
は、結晶に必要なスペースだけである。この結果、本発
明による光サーキュレータは、ファラデー回転子が逆の
回転方向を備えており、このため、２つの独立した磁石
と、磁界の相互干渉を阻止するのに十分な間隔を必要と
する先行技術による光サーキュレータに比べて、はるか
に小さい物理的サイズに構成することが可能になる。

【００３６】光サーキュレータのサイズを縮小する本発
明のもう１つの態様は、ポート１と３を結合する熱膨張
コア（ＴＥＣ）光ファイバの利用である。例えば、結晶
シリコンに形成されたＶ字形状のグルーブにおいて、光
ファイバの相互アライメントをとることが可能である。
次に、アライメントのとれた光ファイバは、ミクサ及び
スタックをなす結晶の残りに接して配置され、単一の装
置を形成する。２つの光ファイバと結晶アセンブリの相
対的アライメントにわずかでもエラーがあれば、光がポ
ート２から射出する位置にエラーが生じることになる。
従って、ポート１及び３に関する光ファイバが結晶アセ
ンブリに結合された後、必要とされる手動によるアライ
メントは、ポート２とレンズ６８の位置決めだけであ
る。対照的に、全てのポートについて従来のファイバ及
びコリメータ・レンズを利用する先行技術による光サー
キュレータは、２つ以上のアライメント操作を必要とす
る。光学素子のアライメントをとるコストは、光サーキ
ュレータのコストのかなりの部分をなしており、従っ
て、本発明は、こうした先行技術の装置よりもかなり低
コストになる。

【００３７】図５に示す光サーキュレータは、ファラデ
ー回転子と、これに後続するウォーク・オフ結晶から構
成される２つのアセンブリが含まれているので、２段サ
ーキュレータと呼ばれる。以下の説明において、ファラ
デー回転子とウォーク・オフ結晶を含む段は、ファラデ
ー段と呼ばれる。留意すべきは、ファラデー段には、フ
ァラデー回転子とウォーク・オフ結晶以外に、他の素子
も含まれる可能性があるという点である。例えば、ファ
ラデー段には、位相遅延素子または波長板を含めること
が可能である。上述のように、ファラデー回転子は、あ
る温度におけるある波長に関して正確な４５゜の回転を
生じさせる。他の波長及び温度では、回転は４５゜とは
わずかに異なることになる。回転角のエラーを△ａで表
示する。ポート１と３の間に生じるアイソレーション度
がｓｉｎ²ⁿ△ａに比例するのは明らかであり、ここで、
ｎはファラデー段数を表している。光サーキュレータの
伝達がｃｏｓ²ⁿ△ａに比例するのは明らかである。ｃｏ
ｓ²ⁿ△ａは、エラーが０に近い極めて緩やかに変化する
関数であるため、伝達の不利がわずかで済むので、数段
を利用して、良好なアイソレーションを確保するのが有
利である。

【００３８】本発明の望ましい実施態様では、３段を利
用する。追加段によっていくつかの利点が得られる。ま
ず、上述のように、得られるアイソレーションが、２段
の光サーキュレータよりも大きい。第２に、図５の６４
で示された時間遅延結晶が、望ましい３段装置では不要
になる。最後に、さらに詳細に後述するように、それぞ
れ、わずかに異なる波長において、４５゜の回転を生じ
させるように、ファラデー回転子の同調をずらすことに
よって、光サーキュレータの適応する帯域幅を拡大する
ことが可能になる。

【００３９】次に、本発明の望ましい実施態様を示す図
１０〜１３を参照する。図１０は、光サーキュレータ１
００の側面図である。図１１は、ポート１及び３から先
端をこちらに向けて見た、光サーキュレータの結晶スタ
ックにおける結晶のブロック図である。図１１は、上述
の図６と類似している。結晶スタックは、偏光ミクサ１
０１、ウォーク・オフ結晶１０２、及び、ファラデー段
１１１〜１１３から構成される。ファラデー段１１１に
は、ファラデー回転子１０３と、ウォーク・オフ結晶１
０４が含まれている。ファラデー段１１２には、ファラ
デー回転子１０５と、ウォーク・オフ結晶１０６が含ま
れており、ファラデー段１１３には、ファラデー回転子
１０７と、ウォーク・オフ結晶１０８が含まれている。
ウォーク・オフ結晶に関連した矢印は、ポート１または
ポート３からポート２に進行する光に関するウォーク・
オフ方向を表している。

【００４０】図１２Ａ〜Ｊは、それぞれ、図１１に示す
位置Ａ〜Ｊに配置されたスクリーン上に見える、ポート
１に入射する光に関するさまざまな偏光成分の位置を示
している。図面を単純化するため、ポート３に入射する
光の開始位置と最終位置だけしか示されていない。ポー
ト１に入射する光が１１０で示されている。この光の最
終位置が、１２０で示されている。留意すべきは、ポー
ト１に入射する光の偏光成分のそれぞれが移動する距離
は同じであるという点である。従って、本発明のこの実
施態様では、時間遅延結晶が不要になる。

【００４１】図１３Ａ〜Ｊには、それぞれ、図１１にお
ける位置Ａ〜Ｊに配置されたスクリーンによって認知さ
れる、位置１２０においてポート２に入射する光に関す
るさまざまな偏光成分の位置が示されている。さまざま
な偏光成分の光路を追跡する場合に想起しなければなら
ないのは、逆方向からスタックを通り抜ける場合のウォ
ーク・オフ方向は、図１１に示すウォーク・オフ結晶の
それぞれについて逆になるという点である。

【００４２】やはり留意しておくべきは、ファラデー回
転子は、全て、光の偏光を同じ方向に回転させるという
点である。従って、本発明のこの実施態様におけるファ
ラデー回転子は、全て、同じ磁石を共用する。この実施
態様の場合、磁界は、コイル１３１に電流を通すことに
よって発生するが、循環方向が固定された実施態様の場
合には、磁石が用いられることになる。電流の方向、従
って、磁界の方向は、電流源１３１が受信する制御信号
によって決まる。上述のように、単一の磁石を用いるこ
とによって、スタックの厚さが大幅に減少する。

【００４３】やはり留意すべきは、磁界方向を逆にする
と、光サーキュレータ１００の循環方向も逆になるとい
う点である。すなわち、ポート３に入射する光は、この
場合、ポート２によって射出し、ポート２に入射する光
は、ポート１を介して射出する。従って、本発明によれ
ば、可逆性光サーキュレータも得られる。

【００４４】やはり留意すべきは、光サーキュレータ１
００は、光スイッチとしても利用することができるとい
う点である。ポート２から明らかなように、光サーキュ
レータ１００は、光サーキュレータ１００のファラデー
回転子に加えられる磁界の方向に従って、ポート１とポ
ート３のいずれかに光を送る。

【００４５】本発明の上述の実施態様では、コイルを利
用して、ファラデー回転子が共用する磁界を発生した
が、当該技術者であれば、以上の説明からスイッチング
可能な磁界を得るための他の方法が明らかになるであろ
う。例えば、本発明において、磁界発生器がラッチ材料
を利用する実施態様を用いることも可能である。こうし
た実施態様の場合、電流パルスによって磁化方向が決定
される。この方向は、別の電流パルスが加えられるまで
同じ状態のままである。同様に、永久磁石を、制御信号
に応答して、磁石の方向を反転するための装置と共に利
用することも可能である。

【００４６】上述のように、光サーキュレータ１００が
機能する入力波長範囲を最大にすることが有利である。
光サーキュレータ１００は、３段を備えているため、ポ
ート２から１へのアイソレーション度は、十分に高く、
設計波長からはずれた波長に関するより広いアイソレー
ション範囲を実現するために、アイソレーションを多少
譲歩することができるほどである。このトレード・オフ
は、光サーキュレータが働くべき設計周波数において、
光をわずかに異なる角度だけ回転させるファラデー回転
子を利用することによって実現される。これには、入力
波長の関数としてのアイソレーション応答を拡大する効
果があるが、伝達応答はほんのわずかしか劣化しない。

【００４７】留意すべきは、本発明の上記実施態様は、
ポート１及び３に関する入力段として、ウォーク・オフ
結晶が後続する偏光ミクサを利用している点である。図
７Ｃから明らかなように、光学素子のこの組み合わせに
よって、ポート１及び３からの２つの入射ビームが、空
間において相互に離隔した４つの射出ビームに分割され
る。第１と第２の射出ビームには、それぞれ、第１の入
射ビームの直交偏光成分が含まれており、第３と第４の
射出ビームには、それぞれ、第２の入射ビームの直交偏
光成分が含まれている。偏光ミクサとウォーク・オフ結
晶の組み合わせは、こうしたビーム・スプリッタにとっ
て望ましい実施態様であるが、同じ分割を実現するため
に、他の構成の結晶を利用することも可能である。

【００４８】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。

【００４９】（実施態様１）以下（ａ）から（ｅ）を含
むことを特徴とする光サーキュレータ、（ａ）第１のポ
ート、（ｂ）第２のポート、（ｃ）第３のポート、
（ｄ）前記第１と第３のポートに接続されるビーム・ス
プリッタであって、該ビーム・スプリッタは、前記第１
のポートに入射する第１の光信号を第１と第２の射出光
信号に分割し、前記第３のポートに入射する第２の光信
号を第３と第４の射出光信号に分割するようになってい
ることと、前記第１、第２、第３、及び、第４の射出光
信号が、互いに間隔を有してことと、前記第１と第２の
射出信号が、それぞれ、前記第１の光信号からの直交偏
光成分を含んでいることと、前記第３と第４の射出信号
が、それぞれ、前記第２の光信号からの直交偏光成分を
含んでいることを特徴とし、（ｅ）最初のファラデー段
と最後のファラデー段を含んでいる複数のファラデー段
であって、該ファラデー段は直列をなすように構成さ
れ、前記最初のファラデー段が前記ビーム・スプリッタ
から光を受け、前記最後のファラデー段が前記第２のポ
ートに光を供給するように配置されており、各ファラデ
ー段に、ファラデー回転子と、ウォーク・オフ結晶が含
まれていることと、各ファラデー回転子が回転方向で特
徴付けられ、各ウォーク・オフ結晶がウォーク・オフ方
向で特徴付けられることと、前記第２のポート、及び、
前記ファラデー段の前記ウォーク・オフ方向及び回転方
向が、前記第１のポートに入射する光が前記第２のポー
トから射出し、前記第２のポートに入射する光が前記第
３のポートから射出し、前記第３のポートに入射する光
が前記第１及び第２のポートからの射出を阻止されるよ
うに選択されることを特徴とする。

【００５０】（実施態様２）実施態様１に記載の光サー
キュレータであって、前記ビーム・スプリッタに、偏光
ミクサとウォーク・オフ結晶が含まれていることと、前
記偏光ミクサに、前記第１のポートに入射する前記第１
の光信号の第１と第２の直交偏光成分が、前記第３のポ
ートに入射する前記第２の光信号の第１と第２の直交偏
光成分と結合して、間隔を有する第３と第４の光信号が
発生するように選択されたウォーク・オフ方向を備える
複数のウォーク・オフ結晶が含まれていることと、前記
第３の光信号に、前記第１の光信号の前記第１の直交成
分と、前記第２の光信号の前記第２の直交成分が含ま
れ、前記第４の光信号に、前記第１の光信号の前記第２
の直交成分と、前記第２の光信号の前記第１の直交成分
が含まれることを特徴とする光サーキュレータ。

【００５１】（実施態様３）前記ファラデー回転子のそ
れぞれが、同じ方向に進行する光の偏光ベクトルを回転
させることを特徴とする実施態様１に記載の光サーキュ
レータ。

【００５２】（実施態様４）前記光サーキュレータに、
前記ファラデー回転子のそれぞれによって共用される磁
界を生じる共通磁界発生器が含まれることを特徴とする
実施態様３に記載の光サーキュレータ。

【００５３】（実施態様５）前記磁界発生器が、制御信
号に応答して、前記磁界方向を設定することを特徴とす
る実施態様４に記載の光サーキュレータ。

【００５４】（実施態様６）前記ファラデー回転子の少
なくとも１つが、前記ファラデー回転子の別の１つが、
通過する光の偏光ベクトルを回転させる角度とは異なる
角度だけ、通過する光の偏光ベクトルを回転させること
を特徴とする実施態様１に記載の光サーキュレータ。

【００５５】（実施態様７）ファラデー段数が、３以上
であることを特徴とする、実施態様１に記載の光サーキ
ュレータ。

【００５６】（実施態様８）さらに、前記光サーキュレ
ータを横切って、前記第２のポートに達する際に、前記
第１の光信号の前記第１と第２の直交成分が横切る光路
長を等化するための時間遅延結晶が含まれていることを
特徴とする実施態様１に記載の光サーキュレータ。

【００５７】当該技術者には、以上の説明及び添付の図
面から本発明に対するさまざまな修正が明らかになるで
あろう。従って、本発明は、付属の請求項による制限だ
けしか受けないものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウォーク・オフ結晶が光ビームを２つのビーム
に分割する方法を示す図である

【図２】４つのウォーク・オフ結晶を組み合わせて、偏
光ミクサを形成する方法を示す図である。

【図３】４つのウォーク・オフ結晶を組み合わせて、偏
光ミクサを形成する方法を示す図である。

【図４】４つのウォーク・オフ結晶を組み合わせて、偏
光ミクサを形成する方法を示す図である。

【図５】本発明による光サーキュレータの一つの実施態
様、及びこの実施態様の光学素子による、さまざまな光
成分の処理を説明する示す図である。

【図６】本発明による光サーキュレータの一つの実施態
様、及びこの実施態様の光学素子による、さまざまな光
成分の処理を説明する図である。

【図７】本発明による光サーキュレータの一つの実施態
様、及びこの実施態様の光学素子による、さまざまな光
成分の処理を説明する図である。

【図８】本発明による光サーキュレータの一つの実施態
様、及びこの実施態様の光学素子による、さまざまな光
成分の処理を説明する図である。

【図９】本発明による光サーキュレータの一つの実施態
様、及びこの実施態様の光学素子による、さまざまな光
成分の処理を説明する図である。

【図１０】本発明の望ましい一つの実施態様を示すブロ
ック図である。

【図１１】図１０に示す望ましい実施態様による、さま
ざまな光成分の処理を説明する図である。

【図１２】図１０に示す望ましい実施態様による、さま
ざまな光成分の処理を説明する図である。

【図１３】図１０に示す望ましい実施態様による、さま
ざまな光成分の処理を説明する図である。

【符号の説明】

１、２、３：ポート１１、４３、４４：光ビーム１２：偏光ベクトル１３、１４：直交偏光成分１５、１６：光ビーム２０、３１、３２、３３、３４、６２、６５、６７：ウ
ォーク・オフ結晶１０２、１０４、１０６、１０８：ウォーク・オフ結晶４１、４２：入射ビーム５０、１００：光サーキュレータ５１、５３：熱膨張コア光ファイバ５２：光ファイバ６１、１０１：偏光ミクサ６３、６６、１０３、１０５、１０７：ファラデー回転
子６４：時間遅延結晶６８：レンズ１３１：コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下（ａ）から（ｅ）を含むことを特徴と
する光サーキュレータ、（ａ）第１のポート、（ｂ）第
２のポート、（ｃ）第３のポート、（ｄ）前記第１と第
３のポートに接続されるビーム・スプリッタであって、
該ビーム・スプリッタは、前記第１のポートに入射する
第１の光信号を第１と第２の射出光信号に分割し、前記
第３のポートに入射する第２の光信号を第３と第４の射
出光信号に分割するようになっていることと、前記第
１、第２、第３、及び、第４の射出光信号が、互いに間
隔を有してことと、前記第１と第２の射出信号が、それ
ぞれ、前記第１の光信号からの直交偏光成分を含んでい
ることと、前記第３と第４の射出信号が、それぞれ、前
記第２の光信号からの直交偏光成分を含んでいることを
特徴とし、（ｅ）最初のファラデー段と最後のファラデ
ー段を含んでいる複数のファラデー段であって、該ファ
ラデー段は直列をなすように構成され、前記最初のファ
ラデー段が前記ビーム・スプリッタから光を受け、前記
最後のファラデー段が前記第２のポートに光を供給する
ように配置されており、各ファラデー段に、ファラデー回転子と、ウォーク・オ
フ結晶が含まれていることと、各ファラデー回転子が回
転方向で特徴付けられ、各ウォーク・オフ結晶がウォー
ク・オフ方向で特徴付けられることと、前記第２のポー
ト、及び、前記ファラデー段の前記ウォーク・オフ方向
及び回転方向が、前記第１のポートに入射する光が前記
第２のポートから射出し、前記第２のポートに入射する
光が前記第３のポートから射出し、前記第３のポートに
入射する光が前記第１及び第２のポートからの射出を阻
止されるように選択されることを特徴とする。