KR100238274B1 - Optical isolator - Google Patents
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Abstract
광 아이솔레이터를 개시한다. 개시된 광 아이솔레이터는, 광을 일방향으로만 흐르게 하기 위하여, 광을 출사하는 제1광파이버와; 제1광파이버의 전방에 나란히 배치되며, 입사측면과 출사측면중 적어도 출사측면이 소정의 경사각도를 이루고 제1광파이버에서 출사되는 광을 평행광으로 만들어 소정의 각도로 굴절시키는 콜리메이팅 렌즈와; 광의 입사측면이 소정의 경사각도를 이루고, 콜리메이팅 렌즈를 통한 굴절광을 서로 다른 2개의 편광으로 나누어 굴절각이 다르게 전파시키는 제1복굴절 소자와; 제1복굴절 소자를 통과하는 상기 2개의 편광을 실질적으로 45°회전시키는 패러데이 회전자와; 광의 출사측면이 소정의 경사각도를 이루고, 제1복굴절 소자의 편광축에 대하여 패러데이 회전자에 의한 광의 회전방향과 반대방향으로 회전된 위치에 편광축이 존재하여, 패러데이 회전자를 경유한 입사광에 포함된 정상파를 비정상파로, 입사광에 포함된 비정상파를 정상파로 뒤바뀐 편광을 출사시키는 제2복굴절 소자와; 제1광파이버와 평행하게 위치되며, 제2복굴절 소자를 경유한 편광을 수광하는 제2광파이버;를 구비한다. 이와 같은 구조의 광 아이솔레이터를 채용하는 것에 의하여, 광을 순방향으로만 흐르게 하고 역방향으로는 통하지 못하게 함과 동시에 편광에 따른 광의 디스펄션을 자체적으로 보상할 수 있다.An optical isolator is disclosed. The disclosed optical isolator includes: a first optical fiber that emits light so that the light flows in only one direction; A collimating lens disposed side by side in front of the first optical fiber, the collimating lens having at least an exit side of the incidence side and the outgoing side at a predetermined angle of inclination and refracting the light emitted from the first optical fiber into parallel light at a predetermined angle; A first birefringent element having an incidence side of the light at a predetermined inclination angle and dividing the refracted light through the collimating lens into two different polarizations so that the refraction angles propagate differently; A Faraday rotator rotating the two polarizations through the first birefringent element substantially 45 °; The emission side of the light has a predetermined angle of inclination, and the polarization axis is present at a position rotated in a direction opposite to the rotation direction of the light by the Faraday rotor with respect to the polarization axis of the first birefringent element, thereby being included in the incident light via the Faraday rotor. A second birefringent element emitting a polarized wave in which the stationary wave is transformed into an abnormal wave and the abnormal wave included in the incident light is converted into a stationary wave; And a second optical fiber positioned in parallel with the first optical fiber and receiving the polarized light via the second birefringent element. By employing the optical isolator having such a structure, it is possible to make the light flow only in the forward direction, not pass in the reverse direction, and at the same time compensate for the dispersion of the light due to the polarization.
Description
본 발명은 광 아이솔레이터(Isolator)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편광에 따른 디스펄션(Dispersion)을 자체적으로 보상되도록 하는 광 아이솔레이터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical isolator, and more particularly, to an optical isolator for self-compensation of dispersion due to polarization.
일반적으로 광 아이솔레이터는, 예를 들어 광 증폭기(EDFA,PDFA)에서는 광을 일방향으로만 흐르게 하는데 이용되고, 광 픽업(Optical Pickup)에서는 디스크에 입사되는 레이저 광과 반사되는 레이저 광을 분리하는데 쓰인다. 즉, 반도체 레이저(LD:Laser Diode)에 디스크로부터 반사된 반사광이 들어오면 그 사이에서 공진을 일으켜 LD 의 발광량이 변동되거나 신호 잡음이 생길 우려가 있으므로 광을 순방향으로만 흐르도록 하는 광 아이솔레이터가 필요한 것이다.In general, an optical isolator is used to flow light in only one direction in, for example, optical amplifiers (EDFA, PDFA), and is used to separate laser light incident on a disk and reflected laser light in an optical pickup. In other words, when the reflected light reflected from the disk enters the laser diode (LD), an optical isolator is needed to allow the light to flow in the forward direction only because resonance may occur between them, causing a change in the amount of light emitted from the LD or signal noise. will be.
종래의 광 아이솔레이터에 있어서, 도 1에 나타난 바와 같이 일본의 후지쓰(Hujitsu)사의 미국 특허 번호 제 4,548,478 호에 개시된 광 아이솔레이터는, 일면이 다른 일면에 대하여 소정의 각도로 경사를 이룬 제1복굴절 소자(1)와, 상기 제1복굴절 소자(1)에서 출사된 광을 45°회전시키는 패러데이 회전자(Faraday Rotator)와, 상기 제1복굴절 소자(1)와 상호 대칭되며 광의 회전방향과 동일한 방향으로 45°회전된 위치에 결정의 광축(이하, 편광축)이 존재하는 제2복굴절 소자(2)를 포함한다.In the conventional optical isolator, as shown in FIG. 1, the optical isolator disclosed in U.S. Patent No. 4,548,478 of Fujitsu of Japan has a first birefringent element inclined at a predetermined angle with respect to one surface of another surface ( 1), a Faraday Rotator for rotating the light emitted from the first birefringent element 1 by 45 °, and the first birefringent element 1 symmetrical with each other and in the same direction as the rotation direction of the light. And a second birefringent element 2 having an optical axis of the crystal (hereinafter referred to as a polarization axis) at the rotated position.
이러한 광 아이솔레이터는 먼저, 광이 제1복굴절 소자(1)에서 패러데이 회전자(2)를 거쳐 제2복굴절 소자(3)로 진행되는 순방향일 경우에는 제2복굴절 소자(3)가 제1복굴절 소자(1)에 대하여 광의 회전방향과 동일한 방향으로 편광축이 45°회전되었으므로 제1복굴절 소자(1)에 입사된 광 중에서 정상파(Ordinary ray)(Ro)는 제2복굴절 소자(3)를 통과하여 출사된 광도 정상파(Ro)가 되며, 또한 제1복굴절 소자(1)에 입사된 비정상파(Extra-ordinary ray)(Re)는 제2복굴절 소자(3)에서도 비정상파(Re)로 출사된다.Such an optical isolator firstly comprises the first birefringent element 3 when the light is forwarded from the first birefringent element 1 to the second birefringent element 3 via the Faraday rotor 2. Since the polarization axis is rotated by 45 ° in the same direction as the rotational direction of light with respect to (1), of the light incident on the first birefringent element 1, the orthogonal ray R o passes through the second birefringent element 3 and the emitted light intensity standing wave (R o), also in the first birefringent the abnormal wave (Extra-ordinary ray) is incident on the element (1) (R e) is a second birefringent element (3) an abnormal wave (R e) in It is emitted.
따라서, 상기 정상파와 비정상파가 제1 및 제2복굴절 소자(1)(3)을 통과할 때 굴절율이 상호 같고, 또한 상기 제1 및 제2복굴절 소자(1)(3)의 형상이 대칭을 이루므로 광의 입사 및 출사 각도가 상호 동일하며 제2광파이버(Fiber)(6)에 집속될 수 있다.Accordingly, when the stationary wave and the abnormal wave pass through the first and second birefringent elements 1 and 3, the refractive indices are the same, and the shapes of the first and second birefringent elements 1 and 3 are symmetrical. As a result, the incident and exit angles of the light are the same and can be focused on the second optical fiber 6.
반면에, 제2광파이버(6)로부터 출발하여 제2복굴절 소자(3), 패러데이 회전자(2) 및 제1복굴절 소자(1) 측으로 광이 역방향으로 진행되는 경우에는, 정상파(Ro)가 비정상파(Re)로, 비정상파(Re)가 정상파(Ro)로 뒤바뀌므로 제1복굴절 소자(1)와 제2복굴절 소자(3)에서의 굴절율이 상호 다르게 된다. 따라서, 제1광파이버(5)에 집속될 수 없다.On the other hand, when light travels from the second optical fiber 6 to the second birefringent element 3, the Faraday rotor 2 and the first birefringent element 1 in the reverse direction, the standing wave Ro is Since the abnormal wave R e and the abnormal wave R e are reversed to the stationary wave Ro , the refractive indices of the first birefringent element 1 and the second birefringent element 3 are different from each other. Therefore, it cannot focus on the first optical fiber 5.
그러나, 종래의 다른 광 아이솔레이터에 의하면 제1,2광파이버(5)(6) 사이에서 광이 순방향으로만 진행 될 때에만 집속될 수 있어서 반도체 레이저등의 광원 안정용으로 이용될 수 있지만, 정상파와 비정상파 사이의 굴절율의 차이, 즉 광 전파 속도의 차이가 있기 때문에 편광에 따른 퍼짐(Dispersion)이 누적되는 현상이 생기는 결점을 내포하고 있다.However, according to another conventional optical isolator, the light can be focused only when the light travels only in the forward direction between the first and second optical fibers 5 and 6, so that it can be used for stabilizing light sources such as semiconductor lasers. Since there is a difference in refractive index between waves, that is, a difference in light propagation speed, there is a drawback that a phenomenon in which dispersion due to polarization accumulates occurs.
이에 따라, 도 2에 나타낸 미국의 에이 티 엔 티(AT&T) 사의 EPO 특허 번호 533,398 A1 호에 기재된 광 아이솔레이터는, 종래 기술의 단점을 보완하여 전술한 기술 구성에 제3복굴절 소자(4)를 제2복굴절 소자(3a)측에 설치함으로써 정상파와 비정상파간의 경로차를 동일하게 하여 디스펄션(Dispersion)을 보상하였으나, 이 또한 제품의 단가가 상승하는 문제점이 있었다.Accordingly, the optical isolator described in EPO Patent No. 533,398 A1 of AT & T, Inc., shown in FIG. 2, compensates for the disadvantages of the prior art and provides the third birefringent element 4 in the above-described technical configuration. Dispersion was compensated for by equilibrating the path difference between the standing wave and the abnormal wave by installing it on the side of the birefringent element 3a, but this also caused a problem that the unit cost of the product increased.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 복굴절 소자를 별도로 더 부가하지 않고도 일방향으로만 흐르게 함과 동시에 편광에 따른 광의 디스펄션(Dispersion)을 자체적으로 보상할 수 있는 광 아이솔레이터를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an optical isolator capable of self-compensating the dispersion of light due to polarization while flowing in only one direction without additionally adding a birefringent element. There is a purpose.
도 1은 종래 광 아이솔레이터의 개략적 광학 구성을 나타내 보인 도면.1 shows a schematic optical configuration of a conventional optical isolator.
도 2는 종래 다른 광 아이솔레이터의 주요 구성을 나타내 보인 사시도.Figure 2 is a perspective view showing the main configuration of another conventional optical isolator.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 아이솔레이터의 개략적 광학 구성을 나타낸 도면.3 shows a schematic optical configuration of an optical isolator according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도3에 도시된 광 아이솔레이터의 주요 구성을 나타낸 사시도.4 is a perspective view showing the main configuration of the optical isolator shown in FIG.
도 5는 도 3에 도시된 광 아이솔레이터에 있어서, 광이 순 방향으로 진행될 경우의 경로를 나타내 보인 도면.FIG. 5 is a view illustrating a path when light travels in a forward direction in the optical isolator shown in FIG. 3.
도 6은 도 3에 도시된 광 아이솔레이터에 있어서, 광이 역방향으로 진행될 경우의 경로를 나타내 보인 도면.FIG. 6 is a view illustrating a path when light travels in the reverse direction in the optical isolator shown in FIG. 3. FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 ... 제1복굴절 소자110 ... first birefringent element
110a ... 제1복굴절 소자의 광의 입사측면110a ... incident side of light of the first birefringent element
120 ... 패러데이 회전자120 ... Faraday Rotator
130 ... 제2복굴절 소자130 ... second birefringent element
130a ... 제2복굴절 소자의 광의 출사측면130a ... Output side of light of the second birefringent element
142 ... 제1광파이버 144 ... 콜리메이팅 렌즈142 ... first optical fiber 144 ... collimating lens
144a ... 콜리메이팅 렌즈의 출사측면144a ... Output side of the collimating lens
144b ... 콜리메이팅 렌즈의 출사측면144b ... exit side of collimating lens
152 ... 제2광파이버152 ... second optical fiber
154 ... 집속렌즈154 ... focusing lens
154a ... 집속렌즈의 입사측면154a ... incident side of the focusing lens
154b ... 집속렌즈의 출사측면154b ... Output side of the focusing lens
C, C' ... 편광축C, C '... polarization axis
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터는, 광을 출사하는 제1광파이버와; 상기 제1광파이버의 전방에 나란히 배치되며, 입사측면과 출사측면중 적어도 출사측면이 소정의 경사각도를 이루고 상기 제1광파이버에서 출사되는 광을 평행광으로 만들어 소정의 각도로 굴절시키는 콜리메이팅 렌즈와; 광의 입사측면이 소정의 경사각도를 이루고, 상기 콜리메이팅 렌즈를 통한 상기 굴절광을 서로 다른 2개의 편광으로 나누어 굴절각이 다르게 전파시키는 제1복굴절 소자와; 상기 제1복굴절 소자를 통과하는 상기 2개의 편광을 실질적으로 45°회전시키는 패러데이 회전자와; 광의 출사측면이 소정의 경사각도를 이루고, 상기 제1복굴절 소자의 편광축에 대하여 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 회전방향과 반대방향으로 회전된 위치에 편광축이 존재하여, 상기 패러데이 회전자를 경유한 입사광에 포함된 정상파를 비정상파로, 입사광에 포함된 비정상파를 정상파로 뒤바뀐 편광을 출사시키는 제2복굴절 소자와; 상기 제1광파이버와 평행하게 위치되며, 상기 제2복굴절 소자를 경유한 편광을 수광하는 제2광파이버;를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an optical isolator comprising: a first optical fiber for emitting light; A collimating lens disposed side by side in front of the first optical fiber, the collimating lens having at least an exit side of the incidence side and the exit side forming a predetermined inclination angle and refracting the light emitted from the first optical fiber into parallel light and refracted at a predetermined angle; ; A first birefringent element having an incidence side surface of the light having a predetermined inclination angle and dividing the refractive light through the collimating lens into two different polarizations so that the refractive angles propagate differently; A Faraday rotator rotating the two polarizations through the first birefringent element substantially 45 °; The incident side surface of the light has a predetermined inclination angle, and the polarization axis exists at a position rotated in a direction opposite to the rotation direction of the light by the Faraday rotor with respect to the polarization axis of the first birefringent element, and thus incident light passing through the Faraday rotor A second birefringent element for emitting a polarized light in which the stationary wave included in the wave is converted into an abnormal wave and the abnormal wave included in the incident light into the stationary wave; And a second optical fiber positioned in parallel with the first optical fiber and receiving polarized light via the second birefringent element.
본 발명에 있어서, 상기 제2복굴절 소자와 상기 제2광파이버 사이에는, 그 입사측면과 출사측면 중 적어도 입사측면이 소정의 각도를 이루며 입사광을 굴절시켜 상기 제2광파이버로 집속하는 집속렌즈가 더 구비된 것이 바람직하고, 상기 제1복굴절 소자의 입사측면과 상기 제2복굴절 소자의 출사측면이 서로 반대방향으로 경사진 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1복굴절 소자의 입사측면과 상기 제2복굴절 소자의 출사측면이 이루는 각도가 같은 것이 바람직하다.In the present invention, between the second birefringent element and the second optical fiber, there is further provided a focusing lens for focusing at least the incident side surface and the incident side surface of the second birefringent element to the second optical fiber by refracting incident light at a predetermined angle. Preferably, the incident side surface of the first birefringent element and the exit side surface of the second birefringent element are inclined in opposite directions to each other. In this case, it is preferable that the angle between the incident side surface of the first birefringent element and the emission side surface of the second birefringent element is the same.
이하, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the optical isolator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 아이솔레이터의 개략적 광학 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 도3에 도시된 광 아이솔레이터의 주요 구성을 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시된 광 아이솔레이터에 있어서, 광이 순 방향으로 진행될 경우의 경로를 나타내 보인 도면이고, 도 6은 도 3에 도시된 광 아이솔레이터에 있어서, 광이 역방향으로 진행될 경우의 경로를 나타내 보인 도면이다.3 is a view showing a schematic optical configuration of an optical isolator according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a perspective view showing the main configuration of the optical isolator shown in Figure 3, Figure 5 is a view to the optical isolator shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a path when light travels in the forward direction, and FIG. 6 is a diagram showing a path when light travels in the reverse direction in the optical isolator shown in FIG. 3.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터는, X 축 방향으로 설치되어 광을 출사하는 제1광파이버(142)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the optical isolator according to the present invention includes a first optical fiber 142 provided in the X axis direction and emitting light.
상기 제1광파이버(142)의 전방에는 그 제1광파이버(142)와 나란히 위치하며, 입사측면(144b)과 출사측면(144a) 중 적어도 출사측면(144a)이 소정의 경사각도를 이루는 콜리메이팅 렌즈(144)가 배치된다. 이 콜리메이팅 렌즈(144)는 상기 제1광파이버(142)에서 출사되는 광을 평행광으로 만들어 소정의 각도로 굴절시켜 출사한다.A collimating lens positioned in front of the first optical fiber 142 in parallel with the first optical fiber 142 and having at least an exit side surface 144a of the incident side surface 144b and the exit side surface 144a having a predetermined inclination angle. 144 is disposed. The collimating lens 144 converts the light emitted from the first optical fiber 142 into parallel light and refracts the light at a predetermined angle.
상기 콜리메이팅 렌즈(144)의 전방에는, X 축 방향에는 수직이며 광의 입사측면(110a)이 출사측면(110b)에 대하여 소정의 각도(φ1)를 이루는 편광축(C)이 존재하는 제1복굴절 소자(110)가 위치한다. 이러한 제1복굴절 소자(110)는, 예를 들어 수정의 결정 구조와 같이 광학적 이방체로서, 상기 콜리에이팅 렌즈(144)를 경유한 입사광을 서로 다른 2개의 편광 상태(정상파;Ro와 비정상파Re)를 가지는 굴절광으로 나누어 전파시킨다.In front of the collimating lens 144, a first birefringence in which a polarization axis C, which is perpendicular to the X-axis direction and the incident side surface 110a of the light forms a predetermined angle φ 1 with respect to the exit side surface 110b, is present. Element 110 is located. The first birefringent element 110 is, for example, an optically anisotropic body, such as a crystal structure of crystal, and transmits incident light through the collimating lens 144 to two different polarization states (normal wave; Ro and an abnormal wave). It propagates by dividing into refraction light having R e ).
상기 제1복굴절 소자(170)의 전방에는 입사되는 2개의 편광, 즉 정상파와 비정상파의 편광면을 45°회전시키는 패러데이 회전자(120)가 위치된다.In front of the first birefringent element 170 is a Faraday rotor 120 for rotating the polarization plane of two incident light, that is, the standing wave and the abnormal wave 45 °.
상기 패러데이 회전자(120)의 전방에는, 역시 X 축 방향에 수직이지만, 상기 제1복굴절 소자(110)의 편광축(C)에 대하여 패러데이 회전자(120)에 의한 광의 회전방향과 반대방향으로 45°회전된 편광축(C')이 존재하는 제2복굴절 소자(130)가 위치된다. 이러한 제2복굴절 소자(130)는, 상기 제1복굴절 소자(130)와 같은 광학적 이방체로서, 상기 패러데이 회전자(120)를 경유한 입사광에 포함된 정상파(Ro)와 비정상파(Re)를 각각 뒤바뀐 편광으로, 즉 정상파(Ro)를 비정상파(Re)로 비정상파(Re)를 정상파(Ro)로 출사시킨다. 이때, 제2복굴절 소자(130)는 제1복굴절 소자(110)의 입사측면(110a)의 경사방향과는 반대방향으로 광의 출사측면(130a)이 입사측면(130b)에 대하여 소정의 각도(φ2)를 이루고 있다. 이때, 상기 제1복굴절 소자(110)의 입사측면(110a)과 상기 제2복굴절 소자(130)의 출사측면(130a)이 이루는 경사 각도는 같다.The front of the Faraday rotor 120 is also perpendicular to the X-axis direction, but 45 in the direction opposite to the rotational direction of the light by the Faraday rotor 120 with respect to the polarization axis C of the first birefringent element 110. The second birefringent element 130 having the rotated polarization axis C ′ is positioned. The second birefringent element 130 is an optically anisotropic body similar to the first birefringent element 130, and the stationary wave Ro and the abnormal wave R e included in the incident light passing through the Faraday rotor 120. thereby the light emitted by each of the polarization inverted, i.e. standing waves (R o) the abnormal wave (R e) to an abnormal wave (R e) of the standing wave (R o). At this time, the second birefringent element 130 has a predetermined angle φ with respect to the incident side surface 130b of the emission side surface 130a of the light in a direction opposite to the inclination direction of the incident side surface 110a of the first birefringent element 110. 2 ). In this case, the inclination angle between the incident side surface 110a of the first birefringent element 110 and the emission side surface 130a of the second birefringent element 130 is the same.
그리고, 상기 제2복굴절 소자(130)의 전방에는, 입사측면(154a)과 출사측면(154b)중 적어도 입사측면(154a)이 소정의 경사각도를 이루는 집속렌즈(154)와, 상기 제1광파이버(142)와 평행하며 광을 수광하는 제2광파이버(152)가 배치된다. 상기 집속렌즈(154)는 제2복굴절 소자(130)를 경유한 입사광을 굴절시켜 제1광파이버(142)와 평행하게 배치된 제2광파이버(152)로 집속한다.In front of the second birefringent element 130, a focusing lens 154 in which at least the incident side surface 154a of the incident side surface 154a and the exit side surface 154b forms a predetermined inclination angle, and the first optical fiber A second optical fiber 152 that is parallel to 142 and receives light is disposed. The focusing lens 154 refracts incident light via the second birefringent element 130 and focuses it on the second optical fiber 152 disposed in parallel with the first optical fiber 142.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation and effect of the present invention configured as described above in more detail with reference to Figures 5 and 6 as follows.
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에서 제1,2복굴절 소자(110)(130) 및 패러데이 소자(120)만을 발췌하여 광이 순방향으로 진행하는 경우를 설명한다.Referring to FIG. 5, a case in which light travels in the forward direction by extracting only the first and second birefringent elements 110 and 130 and the Faraday element 120 from the optical isolator according to the present invention will be described.
제1광파이버(142)에서 출사된 광은 콜리메이팅 렌즈(142)를 통과하면서 평행광으로 된다. 이때, 상기 평행광은 소정의 경사각도가 형성된 출사측면(144a)에 의해 소정의 굴절각으로 굴절되어 제1복굴절 소자(110)의 입사측면(110a)로 입사된다.The light emitted from the first optical fiber 142 passes through the collimating lens 142 and becomes parallel light. In this case, the parallel light is refracted at a predetermined refractive angle by the emission side surface 144a having a predetermined inclination angle and is incident on the incident side surface 110a of the first birefringent element 110.
상기 제1복굴절 소자(110)로 입사된 광은 그 입사측면(110a)를 지나면서 2개의 편광 성분, 즉 정상파(Ro)와 비정상파(Re)로 분리된다. 이러한 편광 성분을 가지는 광은 제2복굴절 소자(130)를 지나면서 정상파(Ro)인 광은 비정상파(Extra-ordinary ray)(Re)로, 정상파(Ro)는 비정상파(Re)로 변환된다. 왜냐하면, 광이 제1복굴절 소자(110)에서 제2복굴절 소자(130)로 진행할 때 패러데이 회전자(120)에 의한 광의 회전방향(45°임)과 제1복굴절 소자(110)에 대한 제2복굴절 소자(130)의 편광축(C')의 회전방향(45°)이 서로 반대 방향이 되므로 광이 90°회전하는 효과가 되어 정상파(Ro)와 비정상파(Re)가 뒤바뀌게 된다.The light incident on the first birefringent element 110 passes through the incident side surface 110a and is separated into two polarization components, that is, a stationary wave Ro and an abnormal wave R e . The light having such a polarization component passes through the second birefringent element 130, and the light having the standing wave R o is an extra-ordinary ray R e , and the standing wave R o is an abnormal wave R e. Is converted to). This is because, when light travels from the first birefringent element 110 to the second birefringent element 130, the rotational direction of the light by the Faraday rotor 120 is 45 ° and the second with respect to the first birefringent element 110. Since the rotation direction (45 °) of the polarization axis C 'of the birefringent element 130 is opposite to each other, the light is rotated by 90 °, the stationary wave (R o ) and the abnormal wave (R e ) is reversed.
도 5에서 광의 경로(Ⅰ) 는 입사광중 제1복굴절 소자(110)에서 정상파(Ro)가 제2복굴절 소자(130)에서 비정상파(Re)로 되어 진행하는 경로를 나타낸다. 또한 경로(Ⅱ)는 입사광중 제1복굴절 소자(110)에서는 비정상파(Re)가 제2복굴절 소자(130)에서는 정상파(Ro)로 되어 진행하는 경로를 나타낸다.In FIG. 5, the path I of the light indicates a path in which the stationary wave Ro in the first birefringent element 110 becomes an abnormal wave R e in the second birefringent element 130 of the incident light. In addition, the path II indicates a path in which the abnormal wave R e in the first birefringent element 110 becomes a stationary wave Ro in the second birefringent element 130 of the incident light.
광이 X 축에 대하여 평행하다고 가정하면, θ1, θ'1과 θ4, θ'4 의 관계는 다음과 같다. (복굴절 소자에서 정상파의 굴절율을 no, 비정상파의 굴절율을 ne로 가정함).Assuming that the light is parallel to the X axis, the relationship between θ1, θ'1 and θ4, θ'4 is as follows. (Assuming the refractive index of the standing wave is no and the refractive index of the unsteady wave is ne in the birefringent element).
θ4 = noφ1+ neφ2- θi - φ1 - φ2 ....(1)θ4 = noφ 1 + neφ 2 -θi-φ1-φ2 .... (1)
θ'4 = neφ2+ neφ1- θi - φ1 - φ2 ....(2)θ'4 = neφ 2 + neφ 1 -θi-φ1-φ2 .... (2)
식 (1)과 식 (2)에서 φ1= φ2= φ 로 되면In equations (1) and (2), φ 1 = φ 2 = φ
θ4 = θ'4 ...(3)이 된다.θ4 = θ'4 ... (3).
식(1),(2) 식에서 θi = (no + ne -2) - θ4 ....(4) 로 된다.In the formulas (1) and (2),? I = (no + ne -2)-? 4 .... (4).
따라서, 식(3)에서 나타난 바와 같이, 경로(Ⅰ)와 경로(Ⅱ)의 광은 평행하게 되어 진행한다. 이때, 상기 I,II를 경유하는 광은 입사측면(154a)이 소정의 경사각도를 가지는 집속렌즈(154)로 입사되고, 상기 입사측면(154a)에서 광은 굴절되어 제1광파이버(142)와 평행하게 배치된 제2광파이버(152)로 집속된다. 즉, 상기 집속렌즈(154)는, 예를 들어 브루스터 각도를 가지고 입사되는 광을 굴절시켜 제2광파이버(152)로 집속시키는 것이다.Therefore, as shown by equation (3), the light of path (I) and path (II) becomes parallel and advances. At this time, the light passing through the I and II is incident on the focusing lens 154 having the inclined side 154a having a predetermined inclination angle, and the light is refracted at the incidence side 154a to form the first optical fiber 142. The second optical fiber 152 is arranged in parallel. That is, the focusing lens 154 refracts light incident at a Brewster angle, for example, to focus the second optical fiber 152.
또한, 상기 제1복굴절 소자(110)에서와 제2복굴절 소자(30)에서 정상파(Ro)와 비정상파(Re)가 바뀌어 발생하여 정상파와 비정상파와의 경로차가 없어지므로, 편광에 의한 퍼짐(Dispersion)이 매우 작게 된다.In addition, since the stationary wave (R o ) and the abnormal wave (R e ) are changed in the first birefringent element (110) and the second birefringent element (30), the path difference between the stationary wave and the abnormal wave is eliminated, and is spread by polarized light. Dispersion becomes very small.
도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에서 제1,2복굴절 소자(110)(130) 및 패러데이 소자(120)만을 발췌하여 광이 역방향으로 진행하는 경우를 설명한다.Referring to FIG. 6, the light isolator according to the present invention extracts only the first and second birefringent elements 110 and 130 and the Faraday element 120, and thus the light travels in the reverse direction.
광이 역방향으로 통과하는 경로에 대하여 살펴보면, 패러데이 회전자(120)에 의하여 광이 회전하여 제2복굴절 소자(130)에서 정상파(Ro)인 광은 제1복굴절 소자(110)에서도 정상파(Ro)가 되고, 또한 제2복굴절 소자(130)에서 비정상파(Re)인 광은 제1복굴절 소자(110)에서도 비정상파(Re)가 된다.Looking at the path in which the light passes in the reverse direction, the light is rotated by the Faraday rotor 120 so that the light that is the standing wave (R o ) in the second birefringent element (130) is also standing wave (R) in the first birefringent element (110). o) is, and is in the second birefringent optical element (130), abnormal wave (R e) is in the first birefringent element 110, abnormal wave (R e) in the.
광이 X 축에 대하여 평행광이라 가정하여 θ'i3과 θ4 및 θi3과 θ4의 관계를 살펴보면,Assuming that the light is parallel to the X axis, looking at the relationship between θ'i3 and θ4 and θi3 and θ4,
θi3 = noφ2+ neφ1- θ4 - φ1 - φ2 ....(5)θi3 = noφ 2 + neφ 1 -θ4-φ1-φ2 .... (5)
θ'i3 = neφ2+ neφ1- θ4 - φ1 - φ2 ....(6) 의 식으로 정리된다.θ'i3 = neφ 2 + neφ 1 -θ4-φ1-φ2 .... (6).
식(5),(6)을 φ1= φ2= φ 인 경우 다시 정리하면,If equations (5) and (6) are rearranged when φ 1 = φ 2 = φ,
θi3 = 2(no-1)φ - θ4 ....(7)θi3 = 2 (no-1) φ-θ4 .... (7)
θ'i3 = 2(ne - 1)φ - θ4 ....(8)θ'i3 = 2 (ne-1) φ-θ4 .... (8)
결국, (4) 식과 (7) 식에서 θi 와 θi3 의 차를 보면,Finally, if we look at the difference between θi and θi3 in (4) and (7),
θi - θi3 = (ne - no)φ ....(9)θi-θi3 = (ne-no) φ .... (9)
또한 식(4)과 식(8)에서 θi - θ'i 의 차를 보면,In addition, if you look at the difference between θi-θ'i in equations (4) and (8),
θi - θ'i3 = (no - ne)φ ...(10) 의 식으로 정리된다.It is summed up by the formula of θi-θ'i3 = (no-ne) φ ... (10).
이와 같은 구조의 광 아이솔레이터에 있어서, 순 방향으로 진행할 경우에 입사광(θi) 과 역방향으로 진행할 경우의 입사광 (θi3, θ'i3) 에는 광의 각도에 차이가 있으므로, 역방향으로 진행하는 광은 제1광파이버(142)에 입사되지 못한다.In the optical isolator having such a structure, the incident light (θi3, θ'i3) when traveling in the forward direction and the incident light (θi) when traveling in the forward direction has a difference in the angle of light, so that the light traveling in the reverse direction is the first optical fiber. It does not enter (142).
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 아이솔레이터는, 복굴절 소자를 별도로 더 부가하지 않고도 광을 순방향으로만 흐르게 하고 역방향으로는 통하지 못하게 함과 동시에 편광에 따른 광의 디스펄션(Dispersion)을 자체적으로 보상할 수 있다. 또한, 상기 제1광파이버에서 출사된 광이 그 제1광파이버와 평행하게 배치된 제2광파이버에 수광되는 구조이므로, 제2광파이버에서 수광되는 광의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.As described above, the isolator according to the present invention can compensate for the dispersion of light due to polarization while allowing the light to flow in the forward direction only and not through the reverse direction without further adding a birefringent element. have. In addition, since the light emitted from the first optical fiber is received by the second optical fiber disposed in parallel with the first optical fiber, there is an effect that the reliability of the light received by the second optical fiber can be improved.
Claims (4)
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- 1996-12-31 KR KR1019960080099A patent/KR100238274B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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| WO1993002373A1 (en) * | 1991-07-24 | 1993-02-04 | Kaptron, Inc. | Fiber optic isolator and amplifier |
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