KR100299120B1 - Optical circulator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An optical circulator is provided to form an optical circulator having a function of an optical isolator by using a reflective element and a multitude of double refraction element. CONSTITUTION: The first double refraction element portion(330) has the second double refraction element(331) and the third double refraction element(332) which are arranged to an optical axis direction of 45 degrees and -45 degrees to the first double refraction element(310). The second double refraction element portion(340) has the fourth double refraction element(341) and the fifth double refraction element(342). A reflective element(300) is formed with a prism having a predetermined slot. A polarized rotator(320) is formed with a Faraday rotator including a permanent magnet and a crystal such as a yttrium ion garnet. The polarized rotator(320) is used for rotating an incident ray as much as 45 degrees according to a polarizing direction.

Description

광 서큘레이터{Optical circulator}Optical circulator

본 발명은 광 서큘레이터에 관한 것으로, 특히 온도와 파장에 민감하지않은 광 서큘레이터에 관한 것이다.The present invention relates to an optical circulator, and more particularly to an optical circulator that is insensitive to temperature and wavelength.

광 서큘레이터는 3개 이상의 포트로 구성된 비가역적 수동소자로, 가령 3 포트를 갖는 경우, 제1포트로 입력된 광은 제2포트로만 출력되고 제2포트로 입력된 광은 제3포트로만 출력되도록 순환구조를 갖는 광부품으로서, 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing) 시스템에 적용되는 광섬유증폭기나 양방향 통신 등에 적용된다.The optical circulator is an irreversible passive device composed of three or more ports. For example, in the case of having three ports, the light input to the first port is output only to the second port, and the light input to the second port is output only to the third port. As an optical component having a circulating structure, it is applied to an optical fiber amplifier, bidirectional communication, or the like, which is applied to a wavelength division multiplexing system.

광 서큘레이터를 양방향 전송에 적용하여, 센싱 및 선로감지에 사용한다면 광 결합기(Coupler)를 사용할 때보다 광손실이 적다는 장점이 있다. 가령, 3dB 광 결합기의 경우, 양방향 전송에서 6dB의 전송손실을 갖는데, 서큘레이터는 최대 1dB 정도의 광손실을 가지므로 전송시스템의 전송 파워로 볼 때 상당한 장점이 된다. 도 1a는 종래의 광 서큘레이터의 동작을 설명하는 도면으로 제1포트에서 제2포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이고, 도 1b는 제2포트에서 제3포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다.By applying the optical circulator for bidirectional transmission, if the sensor is used for sensing and line sensing, there is an advantage that the optical loss is less than when using the optical coupler (Coupler). For example, a 3dB optical coupler has a transmission loss of 6dB in bidirectional transmission, and the circulator has a maximum optical loss of about 1dB, which is a significant advantage in terms of the transmission power of the transmission system. FIG. 1A is a view illustrating an operation of a conventional optical circulator, and illustrates an optical path traveling from a first port to a second port, and FIG. 1B illustrates an optical path traveling from a second port to a third port. will be.

도 1a 및 1b에 따른 광 서큘레이터는 제1분극 빔 분리기(Polarization Beam Splitter, 이하 PBS라 약함, 100), 제1프리즘(102), 패러데이 회전자(Faraday Rotator, 104), 수정 회전자(Quarz 45°Rotator, 106), 제2PBS(108) 및제2프리즘(110)으로 구성된다. 도 1a에 도시된 제1포트에서 제2포트로 진행하는 광경로를 보면, 제1포트로부터 입사된 무편광 광(

Figure pat00001
)은 제1PBS(100)를 통해 s분극 빔(
Figure pat00002
)과 p분극 빔(
Figure pat00003
)으로 분리된다. s분극 빔은 제1프리즘(102)을 통해 반사되어 패러데이 회전자(104)와 수정 회전자(106)를 통해 회전되어 p분극 빔으로 된다. 제1PBS(100)를 통해 분리된 p분극 빔은 마찬가지로 패러데이 회전자(104)와 수정 회전자(106)를 통해 회전되어 s분극 빔으로 되고, 제2프리즘(110)을 통해 반사되며 제2PBS(108)에서 p분극 빔과 결합되어 제2포트로 출력된다.The optical circulator according to FIGS. 1A and 1B includes a first polarization beam splitter (weakly referred to as PBS 100), a first prism 102, a Faraday Rotator 104, and a quartz rotor. 45 ° Rotator 106, a second PBS 108, and a second prism 110. Referring to the optical path traveling from the first port to the second port shown in FIG.
Figure pat00001
) Is through the first PBS 100 s polarization beam (
Figure pat00002
) And p-polarized beam (
Figure pat00003
Separated by). The s-polarized beam is reflected through the first prism 102 and rotated through the Faraday rotor 104 and the crystal rotor 106 to become a p-polarized beam. The p-polarized beam separated through the first PBS 100 is likewise rotated through the Faraday rotor 104 and the crystal rotor 106 to be the s-polarized beam, reflected through the second prism 110 and the second PBS ( In 108, it is combined with the p-polarized beam and output to the second port.

도 1b에 도시된 바에 따르면, 제2포트에서 제3포트로 진행하는 광경로는 도 1a에 도시된 것과 반대방향을 갖는다. 다만 패러데이 회전자(104)가 비가역적(nonreciprocal) 회전자이므로, 역방향으로 입사한 광이 수정 회전자(106)에 의해 45°회전하더라도 패러데이 회전자(104)에 의해 보상되어 분극상태가 바뀌지 않고 제1PBS(100)로 출력되어 제3포트로 출력된다.As shown in FIG. 1B, the optical path traveling from the second port to the third port has a direction opposite to that shown in FIG. 1A. However, since the Faraday rotor 104 is a nonreciprocal rotor, even if the light incident in the reverse direction is rotated 45 ° by the crystal rotor 106, it is compensated by the Faraday rotor 104 and the polarization state is not changed. It is output to the first PBS 100 and output to the third port.

그러나, 이러한 서큘레이터는 비록 6dB까지는 아니더라도 광경로의 중복 등에 의해 손실이 누적된다. 예를 들어, 제1포트에서 제2포트로 광이 전달되기 위해서 제2PBS(108)도 통과하는데, 이는 사실상 제2포트에서 제3포트로 광이 진행할 때만 필요한 것이다.However, such a circulator accumulates losses due to overlapping optical paths, although not up to 6 dB. For example, the second PBS 108 also passes through in order to transmit light from the first port to the second port, which is actually only needed when the light travels from the second port to the third port.

이를 해결하기 위해 종래에는 입력단의 한 측의 중앙을 비운 특수 프리즘을 이용하였다. 즉, 제1포트에서 제2포트로 진행하는 빔은 상술한 PBS를 거치지않으며, 제2포트에서 제3포트로 진행하는 광은 특수 프리즘을 통해 반사되는 구조를 적용하였다. 그러나, 이러한 구조에 있어서도 편광제어를 위해 패러데이 회전자와 함께 반파장판(Half-wave Plate)을 사용함으로써 서큘레이터가 온도 및 파장에 대해 민감하게 되어 단점이 된다.In order to solve this problem, a conventional prism in which the center of one side of the input terminal is empty is used. That is, the beam traveling from the first port to the second port does not go through the above-described PBS, and the light traveling from the second port to the third port is reflected through a special prism. However, even in such a structure, a circulator becomes sensitive to temperature and wavelength by using a half-wave plate together with a Faraday rotor for polarization control, which is a disadvantage.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 온도 및 파장에 민감한 반파장판을 사용하지않고 간섭량 및 광학손실을 줄이도록 반사소자와 다수의 복굴절 소자를 사용하여 각 포트간에 광 아이솔레이터 기능을 갖는 광 써큘레이터를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an optical circulator having an optical isolator function between each port by using a reflection element and a plurality of birefringent elements to reduce the amount of interference and optical loss without using a half-wave plate sensitive to temperature and wavelength. have.

도 1a는 종래의 광 서큘레이터에서 제1포트로부터 제2포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다.1A illustrates an optical path traveling from a first port to a second port in a conventional optical circulator.

도 1b는 도 1a의 광 서큘레이터에서 제2포트로부터 제3포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다.FIG. 1B illustrates an optical path traveling from the second port to the third port in the optical circulator of FIG. 1A.

도 2는 일반적인 광 써큘레이터의 포트 구성을 나타낸다.2 shows the port configuration of a general optical circulator.

도 3a는 본 발명에 따른 광 서큘레이터에서 제1포트로부터 제2포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다.Figure 3a shows the optical path running from the first port to the second port in the optical circulator according to the present invention.

도 3b는 도 3a의 광 서큘레이터에서 제2포트로부터 제3포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다.FIG. 3B illustrates an optical path traveling from the second port to the third port in the optical circulator of FIG. 3A.

도 4는 도 3b의 반사소자를 통해 제3포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다.4 illustrates an optical path traveling to the third port through the reflective element of FIG. 3B.

도 5는 본 발명에 의한 광 서큘레이터의 외관을 도시한 것이다.5 shows the appearance of an optical circulator according to the present invention.

도 6은 종래의 광 서큘레이터와 본 발명에 의한 광 서큘레이터의 삽입손실을 비교하여 나타낸 것이다.6 shows a comparison between the insertion loss of the conventional optical circulator and the optical circulator according to the present invention.

도 7은 종래의 광 서큘레이터와 본 발명에 의한 광 서큘레이터의 광 아이솔레이션특성을 비교하여 나타낸 것이다.7 shows the comparison of the optical isolation characteristics between the conventional optical circulator and the optical circulator according to the present invention.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명은 제1포트로 들어온 광을 제2포트로 출력시키고 제2포트로 들어온 광을 제3포트로 출력시키는 광 서큘레이터에 있어서, 상기 제1포트에 위치하고, 소정 크기의 슬롯을 구비하여 상기 제1포트로부터 입사된 광을 상기 슬롯을 통해 상기 제2포트 방향으로 통과시키고 상기 제2포트로부터 입사되어 분극방향에 따라 분리되어 회전된 광을 제3포트 방향으로 반사시키는 반사소자; 상기 반사소자와 상기 제2포트사이에 위치하며, 상기 슬롯을 통해 입사된 광을 분극된 두 개의 광 빔으로 분리하고 상기 제2포트로부터 입사되어 분극방향에 따라 분리되어 회전된 두 광 빔의 분리간격을 넓혀서 상기 반사소자로 출력하는 복굴절 소자; 상기 복굴절 소자와 상기 제2포트사이에 위치하며, 상기 복굴절 소자에 의해 분리된 두 광을 각 분극방향에 따라 회전시키고, 상기 제2포트로부터 입사되어 분극된 두 광 빔을 각 분극방향에 따라 회전시켜서 상기 복굴절 소자로 출력하는 편광 회전자; 상기 제2포트에 위치하며, 상기 편광 회전자로부터 출력되는 두 광 빔을 결합하여 상기 제2포트에 출력하고, 상기 제2포트로부터 입사하는 광을 분리하여 상기 편광 회전자로 출력하는 제1복굴절 소자부; 상기 제3포트에 위치하며, 상기 반사소자에 의해 반사되는 두 광 빔을 결합하여 상기 제3포트에 출력하는 제2복굴절 소자부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical circulator for outputting light entering a first port to a second port and outputting light entered to a second port to a third port. A slot having a predetermined size passes light incident from the first port in the direction of the second port through the slot and is separated from the second port in the polarization direction and rotated to the third port direction. A reflecting element for reflecting; Located between the reflective element and the second port, the light incident through the slot is divided into two polarized light beams and the two light beams incident from the second port and separated and rotated according to the polarization direction A birefringent element outputting the gap to the reflective element by widening the interval; Located between the birefringent element and the second port, two light beams separated by the birefringent element are rotated in each polarization direction, and the two light beams incident and polarized from the second port are rotated in each polarization direction. A polarization rotor to output to the birefringent element; A first birefringence positioned at the second port and combining the two light beams output from the polarization rotor to the second port, and separating the light incident from the second port and outputting the incident light to the polarization rotor; Element section; Located at the third port, and comprises a second birefringent element portion for combining the two light beams reflected by the reflecting element to output to the third port.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명은 제1포트로 들어온 광을 제2포트로 출력시키고 제2포트로 들어온 광을 제3포트로 출력시키는 광 서큘레이터에 있어서, 상기 제1포트에 연결된 제1하우징; 상기 제2포트에 연결되고 제1복굴절 소자, 편광 회전자, 제2복굴절 소자, 제3복굴절 소자가 장착되는 제2하우징; 및 상기 제3포트에 연결되고 제4복굴절 소자, 제5복굴절 소자가 장착되는 제3하우징; 양 측에 상기 제1하우징 및 제2하우징이 접속되고, 하측에 상기 제3하우징이 접속되며 상측의 개구부를 통해 반사소자가 장착되는 제4하우징을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical circulator for outputting light entering a first port to a second port and outputting light entered to a second port to a third port. 1 housing; A second housing connected to the second port and equipped with a first birefringent element, a polarization rotor, a second birefringent element, and a third birefringent element; And a third housing connected to the third port and equipped with a fourth birefringent element and a fifth birefringent element; The first housing and the second housing is connected to both sides, the third housing is connected to the lower side includes a fourth housing in which the reflective element is mounted through the upper opening.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 일반적인 광 써큘레이터의 포트 구성을 나타낸다. 즉, 제1포트로 들어온 광은 제2포트로 출력되고, 제2포트로 들어온 광은 제3포트로 출력된다. 본 발명에서도 상술한 포트 구성에 따라 동작한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 shows the port configuration of a general optical circulator. That is, light entering the first port is output to the second port, and light entering the second port is output to the third port. The present invention also operates according to the port configuration described above.

도 3a는 본 발명에 따른 광 서큘레이터의 동작을 설명하는 도면으로 제1포트에서 제2포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이고, 도 3b는 제2포트에서 제3포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다.Figure 3a is a view illustrating the operation of the optical circulator according to the present invention showing an optical path proceeding from the first port to the second port, Figure 3b is a view of the optical path proceeding from the second port to the third port It is shown.

도 3a 및 도 3b에 따른 광 써큘레이터는 반사소자(300), 복굴절 소자(310), 편광 회전자(320), 제1복굴절 소자부(330) 및 제2복굴절 소자부(340)를 포함한다.The optical circulator according to FIGS. 3A and 3B includes a reflective element 300, a birefringent element 310, a polarization rotor 320, a first birefringent element portion 330, and a second birefringent element portion 340. .

제1복굴절 소자부(330)는 제1복굴절 소자(310)에 대해 각각 45°및 -45°의 광축방향으로 배열된 제2복굴절 소자(331) 및 제3복굴절 소자(332)를 구비한다.The first birefringent element portion 330 includes a second birefringent element 331 and a third birefringent element 332 arranged in the optical axis directions of 45 ° and −45 °, respectively, with respect to the first birefringent element 310.

제2복굴절 소자부(340)는 제4복굴절 소자(341) 및 제5복굴절 소자(342)를 구비한다.The second birefringent element portion 340 includes a fourth birefringent element 341 and a fifth birefringent element 342.

반사소자(300)는 제1포트에서 제2포트 방향으로 소정의 슬롯을 갖는 프리즘이 적절하다. 슬롯의 크기는 제1포트로부터 입사된 광의 직경이 0.3mm~0.4mm이므로 적어도 0.5mm로 한다.The reflective element 300 is preferably a prism having a predetermined slot in a direction from the first port to the second port. The size of the slot is at least 0.5 mm since the diameter of the light incident from the first port is 0.3 mm to 0.4 mm.

제1, 제2, 제3, 제4 및 제5복굴절 소자(310, 331, 332, 341, 342)의 재료로는 루타일(Rutile, TiO2), 리튬나오베이트(LiNbO3), 리튬탄탈레이트(LiTaO3) 및 YVO4등 정상편광(광 진행방향에 수직인 평면에서 세로방향)과 이상편광(광 진행방향에 수직인 평면에서 가로방향)의 굴절율 차이가 비교적 큰 재질의 소자가 바람직하다. 정방형 루타일의 경우, 정상편광과 이상편광이 갈라지는 간격은 루타일 길이의 0.1배 정도가 되므로 길이조정을 통해 광의 분리 정도를 조절할 수 있다. 제2 및 제3복굴절 소자(331, 332)는 제1복굴절 소자(310)에 대해 분리된 광이 편광 회전자(320)에 의해 회전된 각도인 +45°, -45°의 광축방향으로 배열되어 있고, 길이도 각각 제1복굴절 소자(310) 길이의 0.7배이다. 제4 및 제5복굴절 소자(341, 342)는 제2포트로부터 입사되어 반사소자(300)에 의해 반사되는 두 광을 결합하도록 광축에 따라 각 소자의 방향 및 길이가 조절된다.Materials of the first, second, third, fourth and fifth birefringent elements 310, 331, 332, 341, and 342 include rutile (Rutile, TiO 2 ), lithium naobate (LiNbO 3 ), and lithium tantalum. An element of a material having a relatively large difference in refractive index between normal polarization (vertical in the plane perpendicular to the light propagation direction) and abnormal polarization (transverse in the plane perpendicular to the light propagation direction) such as rate (LiTaO 3 ) and YVO 4 is preferable. . In the case of square rutile, the interval between the normal polarization and the abnormal polarization is about 0.1 times the length of the rutile, so the degree of separation of light can be adjusted by adjusting the length. The second and third birefringent elements 331 and 332 are arranged in the optical axis directions of + 45 ° and -45 °, which are angles at which the separated light with respect to the first birefringent element 310 is rotated by the polarization rotor 320. The length is 0.7 times the length of the first birefringent element 310, respectively. The fourth and fifth birefringent elements 341 and 342 adjust the direction and length of each element according to the optical axis so as to combine two light incident from the second port and reflected by the reflecting element 300.

편광 회전자(320)는 영구자석에 이트륨 철 가닛(Yttrium Iron Garnet)과 같은 결정을 구비하는 패러데이 회전자가 적절하며, 입사되는 광을 편광방향에 따라45°회전시킨다.The polarization rotor 320 is suitable for a Faraday rotor having a crystal such as yttrium iron garnet in the permanent magnet, and rotates the incident light 45 ° according to the polarization direction.

상술한 구성에 의거한 본 발명의 동작은 다음과 같다. 먼저, 광이 도 3a에 도시된 바와 같이 제1포트에서 제2포트로 진행하는 경우를 고려한다. 제1포트로부터 프리즘(300)의 슬릿을 통해 입사된 광은 제1복굴절 소자(310)에 의해 정상편광과 이상편광으로 분리된다. 분리된 각 편광 광은 편광 회전자(320)에 의해 각각 45°회전되며 제2복굴절 소자(331)에 입사된다. 제2복굴절 소자(331)는 제1복굴절 소자(310)에 비해 45°의 광축방향으로 배열되어 있으므로, 편광 회전자(320)를 통과하여 입사되는 정상편광은 제2복굴절 소자(331)에서 직진하며 이상편광은 끌어올려져서 두 광의 간격이 좁아진다. 제3복굴절 소자(332)는 제1복굴절 소자(310)에 비해 -45°의 광축방향으로 배열되어 있으므로, 제2복굴절 소자(331)를 통과한 정상편광은 제3복굴절 소자(332)에서 끌어내려지고 이상편광은 직진하여 결합되어 제2포트로 출력된다.Operation of the present invention based on the above-described configuration is as follows. First, consider a case where light travels from the first port to the second port as shown in FIG. 3A. Light incident from the first port through the slit of the prism 300 is separated into normal polarization and abnormal polarization by the first birefringent element 310. Each separated polarized light is rotated by 45 ° by the polarization rotor 320 and is incident on the second birefringent element 331. Since the second birefringent element 331 is arranged in the optical axis direction of 45 ° compared to the first birefringent element 310, the normal polarization incident through the polarization rotor 320 is straight from the second birefringent element 331. The abnormally polarized light is pulled up, so that the gap between the two lights is narrowed. Since the third birefringent element 332 is arranged in the optical axis direction of −45 ° relative to the first birefringent element 310, the normal polarized light passing through the second birefringent element 331 is drawn from the third birefringent element 332. Abnormal polarization is straightened, coupled, and output to the second port.

광이 도 3b에 도시된 바와 같이 제2포트에서 제3포트로 진행하는 경우를 고려하면, 제2포트로부터 입사하여 반사소자(300)에 도달하기까지의 원리는 도 3a의 경우와 동일하다. 다만, 편광 회전자(320)를 통해 들어온 두 광은 제1복굴절 소자(310)에서 그 편광되어 회전된 방향에 따라 더 큰 폭으로 갈라진다. 그 폭은, 예를 들어 제1복굴절 소자의 길이가 5mm이고, 제2 및 제3복굴절 소자의 길이가 각각 3.5mm라면, 최소한 0.85mm(0.5mm+0.35mm)가 된다. 반사소자(300)의 슬롯크기가 0.5mm이므로 정상편광과 이상편광은 반사소자(300)의 슬롯을 거치지 않고 슬롯의 상단 및 하단에서 반사되어 제3포트로 진행하게 된다. 도 4는 반사소자(300)를 통해 제3포트로 진행하는 광경로를 도시한 것으로, 도 4에 따르면 정상편광(400)의 광 크기 및 이상편광(402)의 광 크기는 각각 0.4mm정도이므로 반사소자(300)의 슬롯크기 및 두 빔의 분리 정도를 고려하더라도 반사소자를 통해 반사시킬 수 있다. 이상편광(402)은 제4 및 제5복굴절 소자(341, 342)에서 직진하고, 정상편광(400)은 제5복굴절 소자(342)에서 편향되어 이상편광(402)과 결합되어서 제3포트로 출력된다.Considering the case where light travels from the second port to the third port as shown in FIG. 3B, the principle from the second port to reaching the reflective element 300 is the same as that of FIG. 3A. However, the two light entering through the polarization rotor 320 is split in a larger width in the direction in which the first birefringent element 310 is polarized and rotated. The width is, for example, at least 0.85 mm (0.5 mm + 0.35 mm) if the length of the first birefringent element is 5 mm and the length of the second and third birefringent elements is respectively 3.5 mm. Since the slot size of the reflective element 300 is 0.5 mm, the normal polarization and the abnormal polarization are reflected from the upper and lower ends of the slot without passing through the slot of the reflective element 300 to proceed to the third port. 4 illustrates an optical path traveling to the third port through the reflective element 300. According to FIG. 4, the light size of the normal polarization 400 and the light polarization of the abnormal polarization 402 are each about 0.4 mm. Even considering the slot size of the reflective element 300 and the degree of separation of the two beams, it may be reflected through the reflective element. The abnormally polarized light 402 travels straight in the fourth and fifth birefringent elements 341 and 342, and the normal polarized light 400 is deflected in the fifth birefringent element 342 to be combined with the abnormally polarized light 402 to the third port. Is output.

광 서큘레이터에 있어서, 제3포트와 제1포트 사이의 광학적 차단이 중요한데, 본 발명에서는 제3포트에서 제1포트로 혹은 제1포트에서 제3포트로 광경로가 차단되므로 60dB이상의 광학적 차단이 가능하다. 만일, 제3포트와 제1포트 사이의 광학적 차단이 30dB 이하로 될 경우 채널간 간섭이 심해진다.In the optical circulator, optical blocking between the third port and the first port is important. In the present invention, since the optical path is blocked from the third port to the first port or from the first port to the third port, the optical blocking of 60 dB or more is It is possible. If the optical cutoff between the third port and the first port becomes 30 dB or less, the interference between the channels becomes severe.

도 5는 본 발명에 의한 광 서큘레이터의 외관을 도시한 것으로, 도 5에 따른 광 서큘레이터는 제1포트에 연결되는 제1하우징(500), 제2포트에 연결되고 제1복굴절 소자(310), 편광 회전자(320), 제2 및 제3복굴절 소자(331, 332)가 장착되는 제2하우징(502), 제3포트에 연결되고 제4 및 제5복굴절 소자(341, 342)가 장착되는 제3하우징 그리고 세 면이 제1, 제2 및 제3하우징(500, 502, 504)에 솔더링 또는 웰딩되어 접속되고 나머지 한 면을 통해 프리즘(300)이 장착되는 제4하우징(506)을 포함한다. 여기에, 각 포트간 광학정렬을 원할히하기위해 제4하우징(506)의 상부에 반사소자(300)의 위치를 조정할 수 있는 조정부(508)를 더 포함한다. 또한, 각 포트에 정렬 민감도가 둔한 광학 시광기(Collimator, 502, 504, 506)가 솔더링 또는 웰딩되므로써 손실 및 제작 특성이 향상될 수 있다. 도 5에 따른 서큘레이터의 각포트의 광결합거리는 15mm정도이다.FIG. 5 illustrates an appearance of an optical circulator according to the present invention. The optical circulator according to FIG. 5 includes a first housing 500 connected to a first port and a first birefringent element 310 connected to a second port. ), The second housing 502 in which the polarization rotor 320, the second and third birefringent elements 331 and 332 are mounted, and the fourth and fifth birefringent elements 341 and 342 connected to the third port, A third housing to be mounted and a fourth housing 506 to which three sides are soldered or welded to the first, second and third housings 500, 502 and 504 and connected and the prism 300 is mounted through the other side. It includes. The apparatus further includes an adjusting unit 508 that adjusts the position of the reflective element 300 on the upper side of the fourth housing 506 to facilitate the optical alignment between the ports. In addition, loss and fabrication characteristics can be improved by soldering or welding the optical illuminators 502, 504, and 506, which have poor alignment sensitivity at each port. The optical coupling distance of each port of the circulator according to FIG. 5 is about 15 mm.

도 6은 종래의 광 서큘레이터와 본 발명에 의한 광 서큘레이터의 삽입손실(Insertion Loss)을 비교하여 나타낸 것이다. 삽입손실은 제1포트에서 제2포트 및 제2포트에서 제3포트로의 광 빔의 진행시 손실이다. 점선이 종래의 광 서큘레이터에 의한 것이고, 실선이 본 발명에 의한 것이다.6 shows a comparison between the conventional optical circulator and the insertion loss of the optical circulator according to the present invention. The insertion loss is a loss in the propagation of the light beam from the first port to the second port and the second port to the third port. The dotted line is from the conventional optical circulator, and the solid line is from the present invention.

도 7은 종래의 광 서큘레이터와 본 발명에 의한 광 서큘레이터의 광 아이솔레이션(Isolation) 특성을 비교하여 나타낸 것이다. 아이솔레이션은 제2포트에서 제1포트로 및 제3포트에서 제2포트로의 광 빔의 진행손실이다. 점선이 종래의 광 서큘레이터에 의한 것이고, 실선이 본 발명에 의한 것이다.7 shows a comparison of optical isolation characteristics of a conventional optical circulator and an optical circulator according to the present invention. Isolation is the propagation loss of the light beam from the second port to the first port and from the third port to the second port. The dotted line is from the conventional optical circulator, and the solid line is from the present invention.

본 발명에 의하면, 슬롯이 있는 프리즘 및 다수의 복굴절 소자를 사용하고, 파장, 온도 및 편광에 민감한 반파장판 및 편광 빔 분리기를 사용하지 않음으로써 파장, 온도 및 편광에 덜 의존하는 특성을 갖는 광 서큘레이터를 제작할 수 있다. 또한, 제1포트에서 제2포트 및 제2포트에서 제3포트로 광 빔이 진행하도록 교차점에 빔의 경로를 바꾸기 위한 소자가 필요하지 않으므로 이로인한 삽입손실을 줄일 수 있다. 각 포트에 아이솔레이터 기능이 삽입되어 포트간의 간섭, 특히 제1포트와 제3포트간의 간섭이 적어 쌍방향 통신에 유리하며, 각 소자가 간단하고 반사소자의 재료가 저가이므로 제작이 용이하다.According to the present invention, an optical circuit having a characteristic that is less dependent on wavelength, temperature and polarization by using a slotted prism and a plurality of birefringent elements and not using a half-wave plate and a polarizing beam splitter sensitive to wavelength, temperature and polarization is used. I can make a rater. In addition, since an element for changing the path of the beam is not required at the intersection point so that the light beam travels from the first port to the second port and the second port to the third port, the insertion loss can be reduced. The isolator function is inserted into each port, so there is little interference between the ports, in particular, between the first port and the third port, which is advantageous for two-way communication.

Claims (11)

제1포트로 들어온 광을 제2포트로 출력시키고 제2포트로 들어온 광을 제3포트로 출력시키는 광 서큘레이터에 있어서,In the optical circulator for outputting the light entering the first port to the second port and the light entering the second port to the third port, 상기 제1포트에 위치하고, 소정 크기의 슬롯을 구비하여 상기 제1포트로부터 입사된 광을 상기 슬롯을 통해 상기 제2포트 방향으로 통과시키는 반사소자;A reflection element disposed in the first port and having a slot having a predetermined size to pass light incident from the first port toward the second port through the slot; 상기 반사소자와 상기 제2포트사이에 위치하며, 상기 슬롯을 통해 입사된 광을 분극된 두 개의 광 빔으로 분리하는 제1복굴절 소자;A first birefringent element positioned between the reflective element and the second port and separating the light incident through the slot into two polarized light beams; 상기 제1복굴절 소자와 상기 제2포트사이에 위치하며, 상기 제1복굴절 소자에 의해 분리된 두 광 빔을 각 분극방향에 따라 회전시키는 편광 회전자;A polarization rotor positioned between the first birefringent element and the second port and rotating two light beams separated by the first birefringent element along each polarization direction; 상기 제2포트에 위치하며, 광축방향이 상기 편광 회전자에 의한 광 빔의 회전각도만큼 서로 대칭되도록 배열되어서 상기 편광 회전자로부터 출력되는 두 광 빔을 결합하는 제2 및 제3복굴절 소자; 및Second and third birefringent elements positioned at the second port, the optical axes of which are arranged to be symmetrical with each other by the rotation angle of the light beam by the polarization rotor to couple the two light beams output from the polarization rotor; And 상기 제3포트에 위치하고, 상기 제2포트로부터 입사되고 상기 제2 및 제3복굴절 소자에 의해 두 광 빔으로 분리되며, 상기 편광 회전자에 의해 상기 두 광 빔이 분극방향에 따라 회전하며 상기 제1복굴절 소자에 의해 상기 두 광 빔의 분리간격이 넓어지고, 상기 반사소자에 의해 진행방향이 상기 제3포트 방향으로 변화된 두 광 빔을 결합하는 복굴절 소자부를 포함함을 특징으로하는 광 서큘레이터.Located in the third port, incident from the second port and separated into two light beams by the second and third birefringent elements, the two light beams are rotated along the polarization direction by the polarization rotor, And a birefringent element portion configured to widen the separation interval between the two light beams by one birefringent element, and to combine the two light beams whose travel direction is changed by the reflective element in the third port direction. 제1항에 있어서, 상기 슬롯의 크기는The method of claim 1, wherein the size of the slot 적어도 0.5mm임을 특징으로하는 광 서큘레이터.Optical circulator, characterized in that at least 0.5mm. 제1항에 있어서, 상기 복굴절 소자의 재질은The method of claim 1, wherein the material of the birefringent element 광 진행방향에 수직인 평면에서 세로방향의 편광과 광 진행방향에 수직인 평면에서 가로방향의 편광과의 굴절율 차이가 큰 재질임을 특징으로하는 광 서큘레이터.An optical circulator comprising a material having a large difference in refractive index between a vertical polarization in a plane perpendicular to the light propagation direction and a horizontal polarization in a plane perpendicular to the light propagation direction. 제3항에 있어서, 상기 편광 회전자는The method of claim 3, wherein the polarization rotor is 패러데이 회전자임을 특징으로하는 광 서큘레이터.Optical circulator, characterized in that it is a Faraday rotator. 제1항에 있어서, 상기 제2 및 제3복굴절 소자의 길이는The method of claim 1, wherein the length of the second and third birefringent elements is 상기 제1복굴절 소자 길이의 0.7배임을 특징으로하는 광 서큘레이터.The optical circulator, characterized in that 0.7 times the length of the first birefringent element. 제1항에 있어서, 상기 복굴절 소자부는The method of claim 1, wherein the birefringent element portion 상기 반사소자에 의해 반사되고 편광방향이 다른 두 광을 결합시키도록 광축방향으로 배열된 두 복굴절 소자를 구비함을 특징으로하는 광 서큘레이터.And two birefringent elements arranged in the optical axis direction so as to combine two lights reflected by the reflecting element and having different polarization directions. 제1포트로 들어온 광을 제2포트로 출력시키고 제2포트로 들어온 광을 제3포트로 출력시키는 광 서큘레이터에 있어서,In the optical circulator for outputting the light entering the first port to the second port and the light entering the second port to the third port, 상기 제1포트에 연결된 제1하우징;A first housing connected to the first port; 상기 제2포트에 연결되고 제1복굴절 소자, 편광 회전자, 제2복굴절 소자 및 제3복굴절 소자가 상기 제1하우징측으로부터 차례로 장착되는 제2하우징; 및A second housing connected to the second port and in which a first birefringent element, a polarization rotor, a second birefringent element and a third birefringent element are sequentially mounted from the first housing side; And 상기 제3포트에 연결되고 제4복굴절 소자 및 제5복굴절 소자가 상측으로부터 차례로 장착되는 제3하우징;A third housing connected to the third port and mounted with a fourth birefringent element and a fifth birefringent element sequentially from above; 양 측에 상기 제1하우징 및 제2하우징이 접속되고, 하측에 상기 제3하우징이 접속되며 상측에는 반사소자가 장착되는 제4하우징을 포함함을 특징으로하고,The first housing and the second housing is connected to both sides, the third housing is connected to the lower side and the upper side comprises a fourth housing mounted with a reflective element, 상기 반사소자는 소정 크기의 슬롯을 구비하여 상기 제1하우징에 연결된 제1포트로부터 상기 슬롯을 통해 입사된 광이 상기 제2하우징에 연결된 상기 제2포트로 출력되도록하고, 상기 제2포트부터 입사된 광의 경로를 변경하여 상기 제3하우징에 연결된 제3포트로 출력되게하는 광 서큘레이터.The reflective element has a slot having a predetermined size so that light incident through the slot is output from the first port connected to the first housing to the second port connected to the second housing, and the incident light is incident from the second port. The optical circulator for changing the path of the light is output to the third port connected to the third housing. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 반사소자의 상측에 장착되어 상기 각 소자가 광학정렬되도록 상기 반사소자의 위치를 조정하는 조정부를 더 포함함을 특징으로하는 광 서큘레이터.And an adjusting unit mounted on an upper side of the reflecting element to adjust the position of the reflecting element so that each element is optically aligned. 제7항에 있어서, 상기 제4하우징의 접속은The method of claim 7, wherein the connection of the fourth housing is 솔더링 및 웰딩중의 하나에 의해 접속됨을 특징으로하는 광 서큘레이터.An optical circulator characterized in that it is connected by one of soldering and welding. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1포트와 상기 제1하우징, 상기 제2포트와 상기 제2하우징 및 상기 제3포트와 상기 제3하우징 간에 접속되는 광학 시광기를 더 구비함을 특징으로하는 광 서큘레이터.And an optical illuminator connected between the first port and the first housing, the second port and the second housing, and the third port and the third housing. 제10항에 있어서, 상기 각 광학 시광기의 접속은The method of claim 10, wherein the connection of each optical illuminator is 솔더링 및 웰딩중의 하나에 의해 접속됨을 특징으로하는 광 서큘레이터.An optical circulator characterized in that it is connected by one of soldering and welding.
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