JPH02287421A - フレネル全内部反射を有するプリズムを用いた準アクロマチック光アイソレータ及びサーキュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ファラデー効果を示す材料から構成された光
アイソレータ及び光サーキュレータのような不可逆性の
光デバイスの分野に属する。光アイソレータは、反射光
によって生ぜしめられる半導体光源における不安定性を
克服するために一般に用いられている。また、光サーキ
ュレータは、二方向オプチカル・ファイバ通信システム
その他の用途で使用することができる。特に、本発明は
、構造を簡略化するために内部フレネル反射を利用した
皐アクロマチックな光アイソレータ及びサーキュレータ
に関する。

関連技術の説明 アイソレータやサーキュレータのような不可逆性光デバ
イスは、ファラデー効果を示す材料から製作することが
できる。このファラデー効果は、材料内に、外部から加
えられた磁場に起因する磁化または強磁性成るいはフェ
リ磁性に起因し外部から加えられる磁場により飽和状態
に保持することができる内部自発磁化が存在することか
ら生ずる円形の複屈折である。何れの場合にも、磁化の
方向に沿い材料中を伝搬する光に対し旋光効果を示す。

この効果は、偏光軸の回転方向が、伝搬方向に対する磁
化の極性に依存するという意味で不可逆性である。

オプチカル・ファイバ導波管を介して伝送される光信号
の遠隔通信における利用は益々高まっている。このよう
な光信号は、多くの場合、殆どが１．２８乃至１．６０
μｍの範囲の波長で動作する種々な種類のレーザ・ダイ
オードにより発生されている。

これらレーザの内の成るもの、特に謂わゆる分布帰還構
造のレーザは、それ自身の放出口の反射からであれ成る
いは他の光源からのものであれ、その出力ファイバに戻
ってくる光に対し、程度の差こそあれ敏感である。従っ
て、このようなレーザ・ダイオード光源の最適な動作を
確保するためには、１つの方向においては、光を通し、
反対の方向における光は吸収する謂わゆる不可逆性の２
ポートデバイスである光アイソレータが往々にして必要
とされる。

光サーキュレータは、さらに汎用性のある不可逆性の４
ポート・デバイスである。光アイソレータの場合と同様
に、第１のポートに入射する光は第２のポートから出射
され、第２のポートに入射する光は吸収されず第３のポ
ートから出射される。

同様に、第３のポートに入射する光は第４のポートから
出射され、他方、第４のポートに入射する光は第１のポ
ートから出射される。このように、任意２個の隣接する
ポートを使用“ケることにより、光サーキュレータは、
光アイソレータとして機能することができるが、さらに
、光ザーキュレータは、同じまたは異なった波長の信号
が同時に反対の方向に進行する二方向モードでオプチカ
ル・ファイバ伝送線路としての潜在的可能性を有してい
る。

光アイソレータ及び光サーキュレータ双方の動作にとっ
て基本的な要素は、所望の波長範囲に亙り透明であるガ
ラス成るいは単結晶から通常構成される４５度の、ファ
ラデー旋光器（ファラデーセル）である。隣接する永久
磁石または通電状態にあるソレノイドにより外部的に印
加される軸方向の磁場内に在る活性領域は、対向する平
行な光学等級の面で囲繞されている。４５度の回転を実
現するのに要求される磁場の強さは、素子材料のバープ
ツト（ＶｅｒｄｅＬ　）の定数に依存する。適当な材料
として、特に、酸化鉛含量が高い反磁性ガラス、三価セ
リウム成るいはテルビウムのようなイオンを含有してい
る常磁性ガラス成るいは六方晶及びイツトリウム鉄ガー
ネットのような強磁性の酸化物結晶が挙げられる。通常
ＹＩＧとして知られているイツトリウム鉄ガーネットは
、特に、多くのオプチカル・ファイバ・システムが動作
する１、２８乃至１．６０μ鳳の波長範囲において有用
である。

最も単純な形態において、光アイソレータは、入力平面
偏光子、関連の軸方向磁場発生磁石を備えた４５度ファ
ラデーセル及び入力偏光子の軸に対し４５度で回転配向
された偏光軸を有する出力平面偏光子から構成されてい
る。ＹＩＧ結晶を用いるこの形式のコンパクトな構造の
光アイソレータは、既に文献にも記述されている。入力
光は、入力偏光子を通過するためには平面偏光されてい
なければならず、入力偏光子の通過後、この偏光面は、
ファラデーセルにより４５度回転され、それにより出力
偏光子を通過することができる。伝搬方向を逆にすると
、ファラデーセルは一４５度の旋光を行い、該ファラデ
ーセルを通過した光は出力偏光子で吸収されることにな
る。同様にＹＩＧ結晶を使用し、しかも平面偏光子の代
わりに、入力及び出力偏光ビーム・スプリッタ（分割器
）を備えた類似の光サーキュレータも既に文献に記述さ
れている。

しかしながら、これら二つのデバイスは、最適に動作す
るためには、それらのポートにおける特定の平面偏光状
態を必要とする。

これら不可逆性デバイスで達成可能なアイソレーション
の度合は、公称４５度からのファラデーセル旋光の偏差
により制限される。このセルは、成る公称波長に対して
設計されており、一般には、短い波長で大きな旋光を示
し、長い波長では小さい旋光を示す。また、ＹＩＧのよ
うな成る種のファラデーセルには温度敏感性があり、温
度変動に起因して旋光もしくは回転が変動する。このよ
うな４５度旋光からの偏差を最小限度に抑えることによ
りアイソレーション度（分離度）を改善するために種々
な技術が用いられている。ＹＩＧの場合には、イツトリ
ウムの一部をガドリニウムで置換することにより旋光も
しくは回転の温度係数は低下するが、一方そのために旋
光の大きさが犠牲になる。

波長依存性は、可逆性の一４５度の旋光を行う第２の素
子を用いることにより部分的に補償することが可能であ
る。この種の素子は、光学的活性を有するな結晶から製
作することができる。交差配列された偏光子間における
これら２つの素子の組合せは、アイソレータとして用い
られている。ｉつの方向の伝搬に対し、反対方向の旋光
もしくは回転の総和は、両者が同じ波長依存性を有する
場合、常に零になる。しかしながら、反対方向の伝搬に
対しては、上記２つの素子は一４５度の回転を示し、２
倍の波長変動でその和は一９０度になる。従ってアイソ
レータは、波長に依存する挿入損を避けられない。

本特許願の発明者及びカール・エフ・パーラ−（Ｃａｒ
ｔ　Ｆ、　Ｂｕｈｒｅｒ）の１９８９年３月３１日付け
の米国特許願［Ｑυ＾Ｓｌ−ＡＣ）ＩＲＯＭＡＴＩｃ　
０ＰＴＩＣＡＬ　ｌ５ＯＬＡＴＯＲ３ＡＮＤＣＩＲＣＵ
ＲＡＴＯＲ３Ｊ　（本願と同一の出願人による平成２年
３月２３日付けの特許願「準アクロマチック光アイソレ
ータ及びサーキュレータ」に対応する）には、２つの線
形偏光素子間に適切に配向された場合に光アイソレータ
成るいはサーキュレータを構成する２つのファラデー素
子もしくはセルと５個の複屈折板からなる準アクロマチ
ック構造が開示されている。これら２つの素子の公称フ
ァラデー回転は、デバイスが動作すべき設計中心波長で
４５度及び９０度である。波長成るいは温度変動の何れ
かに起因するこれら回転における変化は、複屈折板によ
り結合されているために互いに補償する。このようにし
て、単一の４５度ファラデーセルを使用しているデバイ
スで可能であるよりも広い帯域幅に亙って高い分離度が
達成される。所望の波長範囲に亙り準アクロマチックで
なければならない所要の偏光変換を与えるために２つの
ファラデーセル間には３つの板からなる群が用いられ、
更に該２つのファラデーセルに続いて２つの板が使用さ
れている。

発明の低置− 本発明の主たる目的は、多重の複屈折板を必要とせず、
しかも光アイソレータまたは光サーキュレータに使用す
るのに適している準アクロマチックは構造の不可逆性フ
ァラデー素子もしくはセルを提供することにある。

本発明の他の目的は、波長または温度変動に起因するフ
ァラデー素子もしくはセルの回転（旋光）における変化
を補償する単純な不可逆性光学系構造を提供することに
ある。

本発明の上に述べた目的並びに他の目的は、光アイソレ
ータ成るいはサーキュレータに採用した場合に準アクロ
マチックな分離もしくはアイソレーション並びに（また
は）温度安定性を与えるようにファラデーセルに対する
波長成るいは温度効果が互いに相殺するように、２つの
不可逆性ファラデーセルもしくは素子を、フレネル全内
部反射に基づく線形リターデイション素子により結合し
た光学的構造により達成される。

本発明の第１の様相においては、成る波長範囲の先ビー
ムが伝搬することができる不可逆性光波長フィルターは
、上記光ビームが上記フィルターに入射する際に通過す
る入力偏光フィルターと、光ビームが伝搬する波長依存
性の不可逆性円形複屈折素子及び非波長依存性の線形リ
ターデイション素子の交番逐次アレイと、上記光ビーム
がフィルターから出射する際に通過する出力部゛光フィ
ルターとから構成される。

本発明の第２の様相においては、公称波長を中心とする
波長範囲内の光ビームが伝搬することができる準アクロ
マチック光アイソレータは、一連の素子から構成され、
該素子は、入力として上記光ビームを受ける第１の平面
偏光子を具備し、該光ビームは次いで順次、第１のファ
ラデーセル、第１の非波長依存性の線形リターデイショ
ン素子、第２のファラデーセル、第２の非波長依存性の
線形リターデイション素子を９通過し、第２の平面偏光
子を介して、強度を減少されることなく上記光アイソレ
ータから出射される。

本発明の第３の様相においては、光サーキュレータが公
称波長を中心とする波長範囲内の光ビームを受けて該光
ビームを次続のポートに差し向けることができるように
第１１第２、第３及び第４のポートを有する準アクロマ
チックな光サーキュレークが提供される。光ビームは、
上記第１及び第３のポートに隣接する第１の偏光ビーム
・スプリッタ（分割器）を介して上記サーキュレータに
入射し、第１のファラデーセル、第１の非波長依存性の
線形リターデイション素子、第２のファラデーセル、第
２の非波長依存性の線形リターデイション素子並びに上
記第２及び第４のポートに隣接する第２の偏光ビーム・
スプリッタを逐次通過し、上記光ビームは次続のポート
に強度を減少されることなく伝達される。

本発明の他の様相によれば、上記光アイソレータ及びサ
ーキュレータの非波長依存性の線形リターデイション素
子は、上記光ビームが全内部反射を受ける透明な光学的
に等方性のプリズムである。

本発明の別の様相においては、上記第１及び第２のプリ
ズムは、１．６９と１．８１との間の屈折率を有し、そ
して光ビームは上記第１及び第２のプリズム内でＸ軸に
対し平行な共通の入射平面で、４５度の入射角で全内部
反射により９０度の偏向を受け、それにより上記光ビー
ムは、上記プリズム内で、その早い軸をＸ軸に平行にし
て５８度と６４度との間の線形リターデイション（位相
遅れ）を受ける。

好適な実施例の説明 本発明は、光学的ファラデー効果を示す材料から形成さ
れた光アイソレータ及び光サーキュレータのような不可
逆性の光デバイスの分野に属する。

光アイソレータは、一般に、反射光によって生ぜしめら
れる半導体光源における不安定性を克服するのに用いら
れている。光サーキュレータは、二方向オプチカル・フ
ァイバ通信システムその他の用途で使用することができ
る。特に、本発明は、構造を簡略化するためにフレネル
全内部反射を利用した準アクロマチックな光アイソレー
タ及びサーキュレータに属する。

従来の不可逆性光アイソレータの基本的な構造において
は、第１図に示すように、単一のファラデー素子が用い
られている。入力光ビーム１２は、右座標系の＋２軸に
沿って伝搬し、平面偏光子１４、ファラデー旋光素子（
ファラデーセル）１５及び出力平面偏光子１８をこの順
序で通過する。ビーム１２は、Ｘ軸に対して零度の角度
で平面偏光されて偏光子１４をそのまま通る。軸方向磁
場発生磁石を備えているファラデー偏光素子１５内では
、偏光面が、Ｘ軸から＋４５度の角度に回転される。出
力偏光子１８は、強度を減少せずにビーム１２を通すよ
うに＋４５度で配向されている。逆方向のビームは、先
ず１４５度で偏光されて偏光子１８をそのまま通過する
。

ファラデー旋光素子１５（ファラデーセル）内で、ビー
ムの偏光方向は、＋９０度の角度に回転され、それによ
り該ビームは偏光子１４により完全に吸収されることに
なる。このようにして、このデバイスは、＋ｚ力方向伝
搬する光は透過し、−ｚ方向に伝搬する光を吸収すると
ころから、アイソレータとしての機能を果たす。

旋光素子は、入力光ビームから観察して偏光軸が反時計
方向に回転する場合、正の旋光もしくは回転を有すると
見做される。上述のような単純な光アイソレータにおい
ては、偏光軸は２つの偏光方向に対してＸからｙに回転
されるが、しかしながら上の定義に従えば、これは＋２
方向に対しては＋４５度の回転、そして−２方向に対し
ては一４５度の回転に対応する。これが、ファラデー効
果の挙動である。他方、可逆性旋光素子は、２つの伝搬
方向に対して同じ回転極性を有する。例えば、光学的に
活性の有る素子内を伝搬している光は、その偏光軸を回
転されるが、しかしながら、方向が逆になれば、偏光軸
は順方向における配向に戻ることになる。

本発明においては、波長の変化酸るいは温度変動により
惹起される４５度からのファラデー素子の回転偏差は、
同じ材料から形成した第２のファラデーセル（ファラデ
ー旋光器）によって補償される。

この補償は、２つのファラデー素子の回転極性が共に記
号を変え且つ正確に比例する波長及び温度依存性を有す
るので、２つの伝搬方向に対して同等に効果的である。

このようにして、温度変動に対し比較的鈍感であり、単
一のファラデー素子を用いて構成されたデバイスよりも
高い分離度、即ちアイソレーション度で広い波長範囲に
わたって動作可能な光アイソレータ及び光サーキュレー
タ・デバイスを実現することができる。

先に引用した特許願には、偏向状態のポアンカレ球表現
を用いて、準アクロマチック光アイソレータ及びサーキ
ュレータを得るために、準アクロマチック四分の一波長
板を構成するためのデストリオ（Ｄｅｓｔｒｉａｕ）及
びブｏ　トー（Ｐｒｏｕｔｅａｕ）により用いられてい
る技術を如何に適応するかが開示しである。ポアンカレ
球において、赤道点は、光の電場配向が０度から１８０
度に変わる直線偏光状態を表す。また、北極及び南極は
、それぞれ、右回り及び左回りの円偏光を表し、他方、
総ての他の点は楕円偏光の状態を表す。このポアンカレ
球表示法の有用性は、複屈折素子によって行われる偏光
変換が、当該素子の主偏光モードを表す軸線を中心とす
る円形の軌跡によって表されると言う事実に見ることが
できる。例えば、線形複屈折板は、赤道軸を中心とする
弧により表される偏光変換を生ぜしめ、他方、可逆性ま
たは不可逆性の旋光器のような円形複屈折素子は、ポア
ンカレ球上で、極軸を中心とする弧によって表される偏
光変換を生ぜしめる。

本発明に従って構成された光アイソレータの一例が第２
図に示しである。入力光ビーム２２は、右座標系の＋２
軸に沿って伝搬して、平面偏光子２４、ファラデーセル
（旋光素子）２５、反射プリズム２８、ファラデーセル
２７、反射プリズム２８及び出力平面偏光子２９を相次
いで通過する。ビーム２２は、Ｘ軸に対し零度の角度で
平面偏光されて偏光子２４をそのまま通過する。軸方向
の磁場を発生する磁石を具備するファラデーセル（旋光
素子）２５内で、偏光面は、Ｘ軸から＋４５度の角度に
回転される。やはり軸方向の磁場を発生する磁石を具備
する第２のファラデーセル２７は、＋９０度の回転角を
有する。

２つのプリズム２６及び２８内で、ビーム２２は、０゛
及び９０°の２つの直交する線形偏光成分が約６０°移
相されるように全内部反射を受ける。出力偏光子２９は
、Ｘ軸から＋ｎ３５度に配向されている。

本発明に関連のある旋光技術による構成が第３図に示し
である。この第３図は、先に引用した米国特許願の第５
図に示した構成に対応する。入力光ビーム５２は、右座
標系の＋Ｘ軸に沿って伝搬し、順次、平面偏光子５４、
ファラデーセル（旋光器）５５、線形複屈折板５６、フ
ァラデーセル５７、複屈折板５８及び出力平面偏光子５
９を通過する。ビーム５２はＸ軸に対し０°の角度で平
面偏光されて、偏光子５４をそのまま通過する。ファラ
デーセル５５及び５７は、関連の軸方向地場発生磁石を
ビーム方向に対して逆に配向することにより得られる＋
４５及び−９０゜の回転をそれぞれ示し、そして複屈折
板５６及び５８は、それぞれの早い軸がＸ軸から＋９０
°に配向されて＋６０”のりターデイジョンを示す。素
子５５．５６．５７及び５８で行われる偏光変換は第４
ａ図（先に引用した特許願の第６ａ図に対応する）のポ
アンカレ球ダイヤグラムにおいて球座標２１Ｆ及び２Ｘ
で表されており、ここで、マは主楕円軸の配向を表し、
Ｘは楕円率を表す。後者は楕円軸の比の逆正接であり、
円形偏光された光の場合には４５°である。

第４ａ図の＋９０度及び−１８０度の弧６５及びΔ／の
半径は、それぞれ、０及び６０度であるそれぞれの２ｘ
の値の余弦に比例する。−１８０度の弧の半径は、＋９
０度の弧の半径の２分のｌであるので、これらの弧長は
相等しいが、方向は反対である。それらが表すファラデ
ー回転が、それぞれ、波長または温度変動に起因して比
例量だけ変化すると、弧６５及びΔ／の弧長は双方とも
に等しい大きさだけ変化する。弧６５は、点６０におけ
る入力直線偏光状態から点６１への素子５５による公称
＋４５度のファラデー回転を表す。その弧長の変化で次
続の＋６０度の弧６６が生じ、この弧６６は、点６０を
通る赤道軸を中心に心出しされた状態に留どまりつつ、
新しい位置７６または７８への板５６の変換による移動
を表す。弧６６の２つの終点は、等しい距離だけ移動し
、従って弧Δ／の弧長における等しい変化で弧６５の弧
長の変化が補償され、従って、弧Δ／の終点６３は、素
子５７による一９０度のファラデー回転を不変的に表す
。

温度または波長変動に起因する板５６及び５８のリター
デイションにおける比例変化で、弧６６及び６８の弧長
は、等しい大きさだけ変化する。その結果、弧Δ／は、
新しい位置７７または７９に移動するが、しかしながら
、Ｘ軸から＋ｎ３５度の角度で直線出力偏光状態を表す
点６４は不変のままに留どまる。出力偏光子５９は、ビ
ーム５２を、強度が減少することなく通過するように＋
ｎ３５度に配向されている。

逆方向における第３図のアイソレータの動作もまた、２
つのファラデーセル（旋光器）の極性を逆にした場合と
等価である。その場合の、偏光変換が、第４ｂ図（先に
引用した特許願における第６ｂ図に対応する）のポアン
カレ球ダイヤグラムにより表されている。−９０度の弧
６５ハ、２マ＝０．２ｘ−０における入力直線偏光状態
から、２１Ｆ　＝　＋　２７０．２Ｘ−〇における直線
偏光状態６４への素子５５による〜４５度のファラデー
回転を表す。＋６０度の弧６６は、板５６による　２１
Ｆ＝＋２７０．２Ｘ−−６０における楕円偏光状態７２
への変換を表す。＋ｎ８０度の弧Δ／は、素子５７によ
る２Ｍ’　＝＋　９０．２Ｘ　＝　−６０における楕円
偏光状態７３への＋９０度のファラデー回転を表す。

＋６０度の弧６８ハ、２Ｗ　＝　＋　９０．２Ｘ＝Ｑｌ
、：おける直線偏光状態への板５８による変換を表す。

＋ｎ３５度に配向された出力偏光子５９はビーム５２を
完全に吸収する。

第３図のアイソレータのポアンカレ球表示幾何学に基づ
く上の説明から、２つのファラデー素子Ｉこよる回転並
びに２つの線形複屈折板のりターデイジョンにおける比
例変化が互いにどのように補償されるかが理解されるで
あろう。しかしながらアイソレータは、温度に対し完全
には鈍感ではなくまた完全にアクロマチックでもない。

と言うのは、高次の効果が、ポアンカレ球を用いて容易
に量化できないからである。それには、ジョーンズ（Ｊ
ｏｎｅｓ　）の複屈折ネットワーク解析マトリックス法
がより一層適している。先に引用した特許願においては
、第３図の各複屈折板を、所要の偏光変換を与える準ア
クロマチックな複屈折板の組合せにより置換した場合に
、公称中心波長から反対側に変位している２つの波長に
おいて最適な分離、即ちアイソレーションを達成できる
ことが示しである。例えば、ファラデーセル及び線形複
屈折素子が、１．４２μにおいてそれぞれ公称値を有す
る場合には、ｌ、３１μ及び１．５５μで最大分離が達
成されるようにアイソレータを設計するのが望ましい。

と言うのは、これらの値に近い波長は、通信システムで
一般に使用されているオプチカル・ファイバの謂わゆる
透過ウィンドウ（窓）内に入るからである。

第２図に示した本発明においては、第３図の各複屈折板
のりターディジジンは、プリズム２６及び２８における
全フレネル内部反射に伴う微分移相から得られる線形偏
光状態間の光学的リターデイションにより置き換えられ
ている。ビーム２２は、通常の入射角でプリズム２６及
び２８に入射し出射するが、しかしながら、４５°−直
角プリズムの被覆されていない斜辺面により４５°の入
射角で内部的に反射される。直角プリズム内で実現する
ことができるリターデイションは第５図に示しである。

１．６９と１．８１との間の屈折率を有するガラスから
、これらプリズムを構成することにより、４５°近傍の
入射角に対して鈍感である５８°と６４°との間のりタ
ーデイジョンを実現することができよう。波長は、ガラ
スの屈折率の分散が小さいと言うことだけからのみリタ
ーデイションに対し影響を与える。

先に引用した特許願には、複屈折フィルター合成技術が
論述されており、また、準アクロマチック・アイソレー
タ及びサーキュレータにとって本質的な複ファラデー素
子不可逆性構造の透過関数の整形が論じられている。第
３図の２つの複屈折板５６及び５８の６０度のりターデ
イジョンを、それぞれ、１．３°増加すると共に、その
半分即ち０．６５°減少すると、準アクロマチック動作
の広い領域の端部近傍で透過対波長の比は、１．３１μ
及び１．５５μで１．０の最適値を有することになろう
。

この動作は、第２図に示した本発明においては、ガラス
・プリズム２６及び２８の屈折率をそれぞれ１．７５６
及び１．７２にに選択することにより達成される。

４５°における全内部反射に際して生ずる対応の本質的
にアクロマチックなりターデイジョンは、プリズム２６
においては６１．３０”であり、プリズム２８において
は５９．３５°である。このようなりターデイジョンで
その早い軸はＴＭ偏光状態にあって反射の入射平面内に
あり、従って、ＯｏでＸ軸に対し平行である。これは、
第３図に示した板５６及び５８の９０゛の早い軸の配向
とは異なる。しかしながら、発生する偏光変化は、順方
向及び逆方向双方において、楕円偏光状態が逆になり、
従って第４ａ図の下半球及び第４ｂ図の上半球内に存在
する点を除き第４ａ図及び第４ｂ図のポアンカレ球ダイ
ヤグラムに示したものに類似している。第１図及び第２
図のアイソレータ構造の順方向及び逆方向透過を、上記
２つのガラス・プリズムに対して特定したファラデー回
転及びアクロマチック・リターデイションの既知の分散
を用い、波長の関数として計算した。第６ａ図には、第
１図の単一のファラデー素子アイソレータの順方向透過
が曲線３０で示されており、他方、曲線３２は第２図の
本発明の順方向透過を示している。本発明の透過関数は
準アクロマチックである。即ち、該透過関数は拡張され
た波長範囲に亙り本質的に平坦であり一単位に等しく、
そして関心のある１、２８μ乃至１．６０μ領域内では
上記−単位に顕著に接近している。同様に、第６ｂ図は
、同じ２つのアイソレータの逆方向透過を、それぞれ曲
線３１及び３３で示している。これら関数が、達成可能
な光アイソレーション度（分離度）を決定する。曲線３
８は、１．２８μ乃至１．６０μの波長範囲内ではｏ、
ｏｏｏｓ以下に留どまり、このことは、−３３ｄＢの分
離度もしくはアイソレーションを表している。

同じ波長範囲内で、単一のファラデー素子を用いたアイ
ソレータの曲線３１は、僅か−１７，７ｄＢのアイソレ
ーションに対し０．０１７の透過度に達っしていること
を示している。

サーキュレータは、第７図に示しであるように、第２図
のアイソレータから、偏光子２４及び２９を偏光ビーム
・スプリッタ（分割器）４４及び４９でそれぞれ置換す
ることにより第２図のアイソレータから導出することが
できよう。これらビーム・スプリッタの各々は、ＴＥ偏
光状態は反射しＴＭ偏光状態は透過する多層誘電体被覆
を備えた対角界面を有するガラス製の立方体プリズムと
することができるよう。４つの入力及び（または）出力
ビーム５１、５２．５３及び５４は、サーキュレータの
４つのポートを表し、そして各ポートに入射するビーム
は、適正な動作を実現するためには平面偏光されていな
ければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の典型的な光アイソレータを示す略図、
第２図は、本発明の第１の実施例に従い全フレネル内部
反射を利用した準アクロマチック光アイソレータを示す
略図、第３図は、本明細書で援用した先行の特許願に開
示されている準アクロマチック光アイソレータの一実施
例を略示する図、第４ａ図及び第４ｂ図は、それぞれ順
方向及び逆方向に動作する第３図の光アイソレータの偏
光変換が表されているポアンカレ球ダイヤグラムを示す
図、第５図は、第２図の実施例においてリターデイショ
ンと、全フレネル内部反射の入射角との関係をグラフで
示す図、第６ａ図及び第６ｂ図は、第１図に示した従来
技術によるアイソレータ及び第２図に示した本発明の実
施例によるアイソレータそれぞれにおける順方向及び逆
方向の透過関数をグラフで示す図、そして第７図は、本
発明による全フレネル内部反射を利用した準アクロマチ
ックサーキュレータを略示する図である。 １２．２２．５２・・・入力光ビーム、１４．２４．５
４・・・平面偏光子、 １５．２５．２７．５５．５７・・・ファラデーセル（
旋光器）、１８．５９・・・出力平面偏光子、 ２６．２８・・・プリズム、 ２９・・・出力偏光子、 ４４．４９・・・偏光ビーム・スプリッタ（分割器）、
５６．５８・・・線形複屈折板、 ２２ｔ＋９０” ２Ｘ＝＋９０”

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力ビームを受ける入力偏光フィルター手段と、 前記ビームが伝搬する波長依存性の不可逆性円形複屈折
   素子及び非波長依存性の線形リターデイション素子の交
   互逐次アレイと、 前記ビームが出射する出力偏光フィルター手段とを含む
   不可逆性光波長フィルター。 ２、前記不可逆性円形複屈折素子がファラデー旋光器で
   ある請求項にに記載の不可逆性光波長フィルター。 ３、前記波長に依存しない線形リターデイション素子が
   、ビームが全内部反射を受ける透明な光学的に等方性の
   プリズムである請求項２に記載の不可逆性光波長フィル
   ター。 ４、前記光学的に等方性の透明なプリズムがガラスから
   形成されている請求項３に記載の不可逆性光波長フィル
   ター。 ５、公称波長を中心とする波長範囲内の光ビームが伝搬
   する準アクロマチック光アイソレータにおいて、 入力として前記光ビームを受ける第１の平面偏光子と、 前記第１の平面偏光子を通過した光ビームを受ける第１
   のファラデー旋光器と、 前記第１のファラデー旋光器を通過した光ビームを受け
   る第１の非波長依存性の線形リターデイション素子と、 前記第１の線形リターデイション素子を通過した光ビー
   ムを受ける第２のファラデー旋光器と、前記第２のファ
   ラデー旋光器を通過した光ビームを受ける第２の非波長
   依存性の線形リターデイシヨン素子と、 前記第２の非波長依存性の線形リターデイション素子を
   通過した光ビームを受け、該光ビームの強度を減少する
   ことなく伝搬し、該光ビームを出力として出射する第２
   の平面偏光子とを、上記逐次的配列で含む準アクロマチ
   ック光アイソレータ。 ６、前記非波長依存性の線形リターデイション素子が、
   前記ビームが全内部反射を受ける透明な光学的に等方性
   のプリズムである請求項５に記載の光アイソレータ。 ７、前記光学的に等方性の透明なプリズムがガラスから
   形成されている請求項６に記載の光アイソレータ。 ８、光アイソレータを＋ｚ軸に沿って伝搬する光ビーム
   が、前記第１の平面偏光子によりｘ軸に対し零度で平面
   偏光される請求項６に記載の光アイソレータ。 ９、第１のファラデー旋光器が＋ｎ度の回転角を有し、
   第２のファラデー旋光器が＋２ｎ度の回転角を有する請
   求項６に記載の光アイソレータ。 １０、前記第１及び第２のプリズムが１．６９と１．８
   １との間の屈折率を有し、そして 前記ビームが、ｘ軸に対して平行な共通の入射平面にお
   いて前記第１及び第２のプリズム内に４５度の入射角で
   入射する場合に全内部反射により９０度偏向され、 それにより、前記ビームは、前記第１及び前記第２のプ
   リズム内で前記ｘ軸に対し早い軸が平行となるように５
   ８度と６４度との間の線形リターデイションを受ける請
   求項９に記載の光アイソレータ。 １１、前記第１及び第２のプリズムが１．６９と１．８
   １との間の屈折率を有し、そして 前記ビームが、ｘ軸に対して垂直な共通の入射平面にお
   いて前記第１及び第２のプリズム内に４５度の入射角で
   入射する場合に全内部反射により９０度偏向され、 それにより、前記ビームは、前記第１及び前記第２のプ
   リズム内で前記ｘ軸に対し早い軸が垂直となるように５
   ８度と６４度との間の線形リターデイションを受ける請
   求項９に記載の光アイソレータ。 １２、公称波長で、ｎ＝＋４５であり、第２の平面偏光
   子の偏光軸の配向が−４５度に等しい請求項１０または
   １１に記載の光アイソレータ。 １３、公称波長で、ｎ＝−４５であり、第２の平面偏光
   子の偏光軸の配向が＋４５度に等しい請求項１０または
   １１に記載の光アイソレータ。 １４、ファラデー旋光器が、正確に比例する波長及び温
   度依存性を有するように同じ材料から構成され、それに
   より波長変化及び温度変動を補償する請求項９に記載の
   光アイソレータ。 １５、全内部反射に伴う線形リターデイションが第１の
   プリズム内で６０＋Δとなり前記第２のプリズム内で６
   ０−Δ／２となるように前記第１及び第２のプリズムの
   屈折率を選択することにより、前記公称波長から反対の
   方向に変位された２つの波長において前記第１のポート
   から前記第２のポートへの順方向の透過並びに前記第２
   のポートから前記第１のポートへの逆方向における分離
   （アイソレーション）が最適化されている請求項１０ま
   たは１１に記載の光アイソレータ。 １６、公称波長を中心とする波長範囲内で光ビームを受
   けて該光ビームを後続のポートに差し向けることができ
   る第１、第２、第３及び第４のポートを有する準アクロ
   マチック光サーキュレータにおいて、 前記第１及び前記第３のポートに隣接する第１の偏光ビ
   ーム・スプリッタ（分割器）と、 前記第１の偏光ビーム・スプリッタを通過した光ビーム
   を受ける第１のファラデー旋光器と、前記第１のファラ
   デー旋光器を通過した光ビームを受ける第１の非波長依
   存性の線形リターデイション素子と、 前記第１の線形リターデイション素子を通過した光ビー
   ムを受ける第２のファラデー旋光器と、前記第２のファ
   ラデー旋光器を通過した光ビームを受ける第２の非波長
   依存性の線形リターデイション素子と、 前記第２及び第４のポートに隣接して設けられて前記第
   ２の非波長依存性線形リターデイション素子を通過した
   光ビームを受けて、該光ビームを、強度を減少せずに次
   続のポートに透過する第２の偏光ビーム・スプリッタと
   を含む準アクロマチック光サーキュレータ。 １７、前記波長に依存しない線形リターデイション素子
   が、ビームが全内部反射を受ける透明な光学的に等方性
   のプリズムである請求項１６に記載の光サーキュレータ
   。 １８、前記光学的に等方性の透明なプリズムがガラスか
   ら形成されている請求項１７に記載の光サーキュレータ
   。 １９、光サーキュレータを＋ｚ軸に沿って伝搬する光ビ
   ームが、前記第１の偏光ビーム・スプリッタによりｘ軸
   に対して零度で平面偏光される請求項１７に記載の光サ
   ーキュレータ。 ２０、第１のファラデー旋光器が＋ｚ軸の回転角を有し
   、前記第２のファラデー旋光器が−２ｎ度の回転角を有
   する請求項１９に記載の光サーキュレータ。 ２１、前記第１及び第２のプリズムが１．６９と１．８
   １との間の屈折率を有し、そして 前記ビームが、ｘ軸に対して平行な共通の入射平面にお
   いて前記第１及び第２のプリズム内に４５度の入射角で
   入射する場合に全内部反射により９０度偏向され、それ
   により前記ビームは、前記第１及び前記第２のプリズム
   内で前記ｘ軸に対し早い軸が平行となるように５８度と
   ６４度との間の線形リターデイションを受ける請求項２
   ０に記載の光サーキュレータ。 ２２、前記第１及び第２のプリズムが１．６９と１．８
   １との間の屈折率を有し、そして 前記ビームが、ｘ軸に対して垂直な共通の入射平面にお
   いて前記第１及び第２のプリズム内に４５度の入射角で
   入射する場合に全内部反射により９０度偏向され、それ
   により前記ビームは、前記第１及び前記第２のプリズム
   内で前記ｘ軸に対し早い軸が垂直となるように５８度と
   ６４度との間の線形リターデイションを受ける請求項２
   ０に記載の光サーキュレータ。 ２３、公称波長でｎ＝＋４５であり、第２の偏光ビーム
   ・スプリッタの偏光軸の配向が−４５度に等しい請求項
   ２１または２２に記載の光アイソレータ。 ２４、公称波長でｎ＝−４５であり、第２の偏光ビーム
   ・スプリッタの偏光軸の配向が−４５度に等しい請求項
   ２１または２２に記載の光アイソレータ。 ２５、ファラデー旋光器が、正確に比例する波長及び温
   度依存性を有するように同じ材料から構成され、それに
   より波長変化及び温度変動を補償する請求項２０に記載
   の光サーキュレータ。 ２６、全内部反射に伴う線形リターデイションが前記第
   １のプリズムにおいては６０＋Δ度で前記第２のプリズ
   ムにおいては６０−Δ／２度となるように前記第１及び
   第２のプリズムの屈折率を選択することによって、相続
   くポート間における順方向の透過並びに相続かないポー
   ト間におけるアイソレーション（分離）が、前記公称波
   長から反対方向に変位した２つの波長において最適化さ
   れている請求項２１または２２に記載の光サーキュレー
   タ。