JPH0268515A - 光学非相反装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、一般に、光学非相反装置に関し、とりわけ、
さまざまな温度及び光波長について性能速に開発された
。こうした進展に伴って、新しい問題が生じている。例
えば、光源から別の光学装置へ光ファイバーを介して光
を伝送する場合、光ファイバーを介して伝送される光が
、もう一方の端において、光学装置の端面または他の部
分によって反射され、こうして反射された光が光源に戻
ってくる。光ファイバーまたは他の光学装置の端面にお
ける多重反射は、反響を生じる可能性がある。こうした
結果は、光源の性能に悪影響を及ぼし、光ファイバーで
伝達される情報を劣化させる。

上述の光の反射及び反響の問題を克服するため、さまざ
まな光学アイソレータ及び非相反装置が開発された。あ
るタイプの先行技術による光学アイソレータまたは光学
非相反装置の場合、こうした装置を利用できるのは、偏
光の直線性が維持される光フアイバー内のいくつかのポ
イントに限られる。さらに、こうした従来の装置の性能
は、温度及びそれを通る光の波長が変動すると大幅に劣
化する。従って、こうした先行技術による装置は完全に
満足できるものではない。

上述の先行技術による光学アイソレータ及び非相反装置
の欠点を考慮して、偏光の影響を受けないアイソレータ
やカップラーも開発された。偏光の影響を受けない２つ
の光学装置について、以下に説明する。両方の装置とも
、複屈折結晶及びファラデー回転子を用いたものである
。周知のように、異方性結晶を一定方法で切断すると、
この結晶によって、特定の偏光方向にある光の成分が、
該結晶の通過時に異なる光路に転換させられる。

転換方向は、結晶の逸れ（Ｗａｌｋ　ｏｆｆ）方向とし
て知られている。また、周知のように、複屈折結晶は、
逸れ方向に対して平行な偏光面における光の成分につい
てのみ逸れ生じさせるものであり、逸れ方向に垂直な面
における偏光については、光の成分に影響を及ぼすこと
はない。ファラデー回転子は、やはり、当該技術の熟練
者にとっては非相反回転子として周知のところであり、
半波長板のような相反回転子とは異なるものである。

Ｌｌｃｈｉｄａ他は米国特許第４．１７８．０７３号に
おいて、複屈折結晶とノア５ラデー回転子を用いた偏光
の影響を受けない光学アイソレータが開示している。順
方向において、光は第１の複屈折結晶、ファラデー回転
子、半波長板、及び、第２の複屈折結晶を順に通過する
。順方向において、光学アイソレータの第１の複屈折結
晶が、入射光ビームを常光線と異常光線に分割し、これ
らは該アイソレータの第２の複屈折結晶から出てくる際
、１つのビームに合成されることになる。一方、逆方向
の場合には、入射光ビームは、やはり常光線と異常光線
に分割されるが、逆方向にアイソレータから出てくる際
、この２つの光線の合成は行なわれない。従って、光が
第１の光ファイバーから第２の光ファイバーへ通される
場合、２つの光ファイバーの間に該光学アイツレー゛夕
を挿入すれば、該光学アイソレータは、順方向の場合に
は、２つの光フアイバー間に光を透過させるが、第２の
光ファイバーから反射する光については、第１の光ファ
イバーへ逆方向で伝送されるのを阻止する。米国特許第
４，２３９．３２９号では、Ｍａｔｓｕｍｏｔ。

が前記Ｕｃｈ　ｉｄａ他による場合とほぼ同じ結果が得
られる偏光の影響を受けない光学非可逆装置を開示して
いる。

Ｍａｔｓｕｍｏｔｏやｌ１ｃｈｉｄａが開示する装置は
、偏光の影響を受ける先行技術の装置よりも優れている
が、それらの性能は、温度及び光の波長の変動によって
かなり劣化する。

［発明の目的］ 従って本発明の目的は温度及び光の波長の変動に感応し
ない光学非相反装置の改良である。

［発明の概要］ 本発明は、第１の点から第２の点への順方向においては
光を通し、第２の点から第１の地点への逆方向において
は、光の透過を減少させる光学非相反装置を目ざしたも
のである。該装置は、線形アレイに配置された、少なく
とも３つの異方性結晶部材から構成される。各部材には
、光を常光線と異常光線に分割するための逸れ方向が備
わっている。該装置には、さらに、少なくとも２つの非
可逆回転素子が設けられている。少なくとも１つの素子
が、全ての隣接する２つの異方性結晶部材の間に挿入さ
れる。該素子の回転と該部材の方向及び厚さによって、
順方向の光は、常光線と異常光線に分割され、第２の点
に達すると、合成され、逆方向の光は、常光線と異常光
線に分割されるが、第１の点で互いに重なり合うことは
ほとんどない。

従って、逆方向に通る光は温度及びいずれの方向に通る
光の波長についてもほぼ感応せず減少する。

［発明の実施例］ 第１Ａ図には、本発明の例示のため、光学非相反装置（
以下単に装置とも称する）とこの装置を介して点１から
点２へ順方向に通る光線に関する斜視図が示されている
。第１Ａ図に示すように、装置ｌＯには、３つの異方性
結晶部材（以下単に部材とも称する）１２．１６．２０
、及び、２つのファラデー回転子１４．１８が含まれて
いる。又、本装置に必要な磁界の印加力向が矢印で示し
である。注目されるのは、２つの異方性部材の間には、
少なくとも１つのファラデー回転子が存在するという点
である。第１Ａ図に示す望ましい構成の場合、２つの異
方性結晶部材の間には、他の異方性結晶部材が中間に挿
入されることはなく、ファラデー回転子が１つだけはさ
まれているだけである。異方性結晶部材１２．１６．２
ｏには、それぞれ、１２ａ　、　１６ａ　。

及び、２０ａの逸れ方向が備わっている。装置１０を通
過する際における光ビーム３０の位置とその成分光線に
ついては、第１Ａ図における円で囲んだ数字で示されて
いる。

位置１　（第１Ａ図において円で囲んだｌで表示）の光
ビーム３０１は、部材１２にぶつかり、位置２において
、２つの光線３０ａ、３０ｂとなって現われる。

光線３０ａの偏光面は、１２ａと平行であり、光線３０
ｂの偏光面は、方向１２ａと直交している。２つの光線
３０ａ、３０ｂは、回転子１４によって回転し、逸れ方
向１６ａを備えた部材１６を通過する。光線３０ｂの方
向は不変のままであるが、光線３０ａは、方向へ １６ａ、ｆ、部材１６の厚さに比例した距離だけ転換す
る。２つの光線は、回転素子１８によって、再び、方向
１８ａに回転し、部材２０にぶつかることになる。

部材２０によって、光線３０ａは方向２０ａに沿って転
換し、位置６において部材２０から出てくると、光線３
０ｂと重なり合うことになる。こうした方法で、２つの
光線が、装置ｌＯによって順方向で合成され、点２にお
いて光ビーム３０を生じることになるが、これが、順方
向における該装置の出力である。

第１Ｂ図は、第１Ａ図の装置と、この装置を逆方向に通
る光ビームに関する透視図である。第１Ｂ図に示すよう
に、点２　（位置６）における光ビーム４０は、位置５
において異方性結晶部材２０によって２つの光線４０ａ
、４０ｂに分割される。ファラデー回転子１８は、非可
逆性であり、光線４０ａ、４０ｂを同じ方向１８ａに回
転させる。部材１６によって、光線４０ｂが移動し、２
つの光線の位置は、第１Ｂ図の位置３で示すようになる
。ファラデー回転子１４は、非可逆性であり、２つの光
線を図示の方向１４ａに回転させる。部材２１によって
、光線４０ａが回転し、２つの光線は、第１Ｂ図の位置
１に示すような位置になる。観察される通り、どちらの
光線も、第１Ｂ図における４０’で示すような光ビーム
４０のもとの方向に重なり合うことはない。従って、光
ビーム３０が位置１における点１から生じて、第１Ａ図
における位置６の点２に達すると、点２から生じて点１
に向かう光と一ム４０は、点１から離れた位置４０ａ、
４０ｂにおいて、結局は２つの光線になる。このように
して、順方向の場合、装置１０によって、もとの方向へ
の偏光を継続することが可能であるが、逆方向の場合、
光はそのもとの方向から転換することになる。このよう
にして、点１　（位置１）において第１の光ファイバー
を去る光が装置１０を通り、点２　（位置６）にいて第
２の光ファイバーに達し、点２において第２の光ファイ
バーから生じる光は、転換して、４Ｑａ、４０ｂのよう
な光線になり、点１の第１の光ファイバーには到達しな
い。従って、装置１０は、偏光の影響を受けない光学ア
イソレータとして用いることも可能である。

第２Ａ図は、光ビーム３０をのぞき込んで、光ビこの図
における配置は、左から右へ、本発明を例示した第１Ａ
図の場合と同じ順序になっている。

従って、第１Ａ図の矢印３０″と逆の方向に見ると、素
子１２の横断面図１２’が得られる。同様に、１４１１
６’、１８’、及び２０１はやはり、第１Ａ図の矢印３
０″の方向と逆の方向に見た素子１４〜２ｏの断面図で
ある。順方向の場合の素子１２．１６、及び、２ｏの逸
れ方向は、第２Ａ図におけるマイナス（−）からプラス
（＋）への方向である。逆方向の場合の素子１２．１６
．２０の逸れ方向は、第２Ａ図におけるプラス（＋）か
らマイナス（−）の方向である。

第２Ｂ図には、第１Ａ図、第２Ａ図の位置１〜６におけ
る順方向での光ビーム３ｏ及びその成分光線の位置と、
さらに、回転子１４及び１８による回転誤差に起因する
結合損または挿入損が示されている。周知のように、フ
ァラデー回転子１４及び１８の回転は、温度及び光の波
長によって影響される。

従って、回転子１４及び１８が、所定の温度及び光の波
長で４５°回転するようにセットされていたとしても、
温度及び光の波長が変動すると、回転子１４の回転に誤
差角ｄｆｌが生じ、回転子１８の回転には誤差角ｄｆ２
が生じることになる。

第１Ａ図、第２Ａ図、及び、第２Ｂ図に示すように、光
ビーム３０は、異方性結晶部材１２によって、位置２に
おいて２つの光線３０ａ及び３０ｂに分割されるが、光
線３０ａには、振幅Ａ２が備わり、光線３０ｂには、振
幅Ｂ２が備わっている。第２Ｂ図には、軸３５に対する
ビーム３０と、光線３０ａ、３０ｂの位置が示されてい
る。従って、第２Ｂ図を参照すると、それぞれ、位置１
及び２において、光ビーム３０は、２つの成分、すなわ
ち、部材１２の逸れ方向に沿って偏光される成分と前記
方向に垂直な成分を有している。その偏光面が逸れ方向
に平行な成分は光ビーム３０のもとの方向から転換し、
位置２において光線３０ａとして現われることになる。

偏光面が逸れ方向に対し垂直な光ビーム３０の成分は、
位置２において光ビーム３０のもとの方向の光線３０ｂ
として現われることになる。次に、光線３０ａ、３０ｂ
は、回転子１４によって回転し、位置３から現われるこ
とになる。

温度変化と光の波長の変動によって、回転子１４の回転
に誤差角ｄｆｌが生じ、結果生じる位置３における光線
３０ａ及び３０ｂの偏光面は、位置２における偏光面か
ら正確に４５°にはならない。代わりに、偏光は、４５
°から誤差角ｄｆｌだけずれることになる。説明の便宜
上、回転子１４が正確に４５°回転していれば、得られ
たであろう光線３０ａ、３０ｂの偏光面については、第
２Ｂ図の基準面とみなすことにする。誤差角ｄｆｌによ
って、光線３０ａ及び３０ｂの実際の偏光面は、位置３
における前記基準面から角度ｄｆｌだけ逸れることにな
る。従って、光線３０ａは、１つの基準面に沿った主成
分Ａ　２ｃｏｓ”ｄｆｌと、もう１つの基準面に沿った
副成分Ａ　２ｓｉｎ”ｄｆｌとを有することになるが、
こうした２ぢの成分については、第２Ｂ図の位置３に示
されている。

同様に、光線３０ｂは、１つの基準面に沿った主成分Ｂ
　”ｃｏｓ”　ｄｆ　１と、もう１つの基準面に沿った
副成分Ｂ　’５ｉｎ２ｄｆ　１を有することになり、全
て第２Ｂ図に示す通りである。

第１Ａ図及び第２Ａ図に示すように、部材１６は、逸れ
軸が結晶部材１２のそれから　１３５°回転している。

第２Ｂ図に示すように、光線３０ａの主成分は、位置３
から位置４（３０ａ’で表示）への通過時に転換するが
、その振幅がＡ　’ｓｉｎ’　ｄｆ　１の副成分は、方
向が不変のままである。光線３０ｂの場合、生成分Ｂ　
’ｃｏｓ２ｄｆｌは、方向が不変のままであるが、振幅
がＢ　２ｓｉｎ２ｄｆｌの副成分は、光線３０ｂが位置
３と４の間を通過する際に転換する。このため、２つだ
けではなく、４つの光線が位置４において認められるこ
とになる。簡略化のため、第１Ａ図には、主光線成分（
すなわち、振幅がＡ　２ｃｏｓ２ｄｆｌ、Ｂ’　ｃｏｓ
’ｄｆ　１の成分）しか示されていない。位置３から位
置４への通過時に、光線３０ａ及び３０ｂをさらに分割
するので、主光線は、それぞれ、３０ａ９及び３０ｂ′
で表示される。これら４つの光線は、第２Ｂ図に示すよ
うに、回転子１８によって再び回転する。回転子１８は
、所定の温度及び光の波長において、偏光面を４５°回
転させるように設定されているが、温度及び光の波長に
変動があれば、回転子１８の回転に誤差角ｄｆ２が生じ
ることになる。

従って、光線３０ａ９及び３０ｂ’は、やはり、それぞ
れ２つの成分：すなわち、振幅がＡ　”ｃｏｓ’ｄｆｌ
ｃｏｓ’ｄｆ　２の、基準面（位置３における光線３０
ａの基準面と同様に定義される）に沿った主成分と、振
幅がＡ　２ｃｏｓ”ｄｆｌｓｉｎ”ｄｆ　２の副成分を
備えている。

同様に、光線３０ａ’は、振幅がＢ　２ｃｏｓ’ｄｆｌ
ｃｏｓ２ｄｆ２の、その基準面（位置３における光線３
０ｂの基準面と同じ方法で定義される）に沿った主成分
と振幅がＢ　２ｃｏｓ２ｄｆｌｓｉｎ’ｄｆ　２の副成
分を備えることになる。部材２０によって、４つの光線
は、位置６において、さらに８つの光線に分割されるこ
とになる。光線３０ａ　’　、３０ｂ　’の主成分が重
なり合って、位置１において光ビーム３０の直交方向に
沿って進む光ビーム３０９を形成することになる。従っ
て光ビーム３０１の振幅は、　（Ａ　’　＋　Ｂ　２）
ｃｏｓ’ｄｆ　１　ｃｏｓ’ｄｆ２になる。従って、挿
入損失は、ｃｏｓ’ｄｆ　１　ｃｏｓ２ｄｆ２になる。

第２Ｃ図に示す逆方向の場合、位置６におけるビーム４
０は、部材２０によって光線４０ａ、４０ｂに分割され
る。この２つの光線は、回転子１８によって回転するが
、やはり、回転に誤差角ｄｆ２が生じると、位置４にお
ける光線４０ａは、振幅がａ　２ｃｏｓ”ｄｆ２の主成
分と、振幅がａ　’５ｉｎ２ｄｆ２の副成分を有するこ
とになる。光線４０ｂには同様の成分が備わっている。

部材１６によって、２つの光線は、第２０図に示すよう
に、位置４から位置３への通過の際、さらに、４つの光
線４０ａ　ｓ　４０ａ　”　、４０ｂ　。

４０ｂ′に分割されることになる。４つの光線は、回転
子１４によって再び回転するが、誤差角ｄｆｌを生じる
と、４つの各光線が、それぞれ、２つの成分、すなわち
、主成分と副成分を備えることになる。この結果、光線
４０ａ１は、振幅がａ　’５ｉｎ２ｄｆ２ｃｏｓ’ｄｆ
　１の主成分と、振幅がａ　’５ｉｎ２ｄｆ２ｓｉｎ２
ｄｆ　１の副成分を備えることになる。同様に、光線４
０１は、振幅がｂ　２ｓｉｎ’ｄｆ２ｃｏｓ２ｄｆ　１
の主成分と、振幅がｂ　’ｓｉ’ｎ２ｄｆ２ｓｉｎ’ｄ
ｆ　１の副成分を備えることになる。この４つの光線は
、位置１から現われる際、部材１２によってさらに分割
されるが、そこで光線４０　ａ　’　ｓ　４０　ｂ　’
の副成分が重なり合って、１つの光線４０”を形成する
ことになる。第２Ｃ図に示すように、第１Ａ図及び第２
Ｃ図の点１から出てくる光ビーム４０９は、振幅が　（
ａ　２＋　ｂ　”）ｓｉｎ’ｄｆ　１ｓｉｎ”ｄｆ　２
になる。従って、装置１０の絶縁度（ｉｓｏｌ−ａｔｉ
ｏｎ）はｓｉｎ’ｄｆ　１　ｓｉｎ’ｄｆ　２になる。

上述のｌａｔｓｕｍｏｔｏ及びＵｃｈｉｄａ他によって
開示された装置の場合、利用されるファラデー回転子は
１つだけである。こうした回転子は、第１Ａ図、第１Ｂ
図、及び、第２Ａ図〜第２Ｃ図の回転子１４．１８と同
じように誤差角ｄｆが生じることになる。従って、Ｍａ
ｔｓｕｍｏｔｏやＵｃｈｉｄａ他の装置における挿入損
失は、ｃｏｓ２ｄｆとなり、その絶縁度に限れば、５ｉ
ｎ２ｄｆになる。ファラデー回転子によって生じる誤差
角は、かなりの値になる可能性がある。従って、温度や
波長の変動によって誤差角が生じると、Ｕｃｈｉｄａ他
の装置やＭａｔｓｕｍｏｔｏの装置の性能が劣化する可
能性があり、従って、こうした装置の絶縁度は、単に、
２０（ｌｏｇｔｏ（ｓｉｎ　ｄｆ））ｄＢとして表わす
ことができる。第１Ａ図〜第２Ｃ図の装置１０によって
、逆方向に通る光の量は、さらに、ｓｉｎ”ｄｆ分の１
に減少するので、絶縁度は、４０（ｌｏｇｔｏ（ｓｉｎ
　ｄｆ））ｄ［ｌになる。順方向に通る光の量は、さら
に、ｃｏｓ２ｄｆ分の１に減少する。従って、順方向に
通る光がわずかに減少すると、装置ＩＯによって、逆方
向における絶縁度が大幅に改善されることになる。この
ため、装置１０は挿入損失の点で、Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ
やｔｌｃｈ　ｉｄａ他の装置に比べてほんのわずかしか
劣らないし、絶縁度については、こうした装置に比べて
はるかに向上しているので、装置１０は、Ｍａｊ９１Ｊ
ｍｏｔ。

やＵｃｈｉｄａ他の装置に比べて優れていることになる
。

表１　（後述）は、化学組成の異なる２つのタイプのフ
ィルムを備えた、ファラデー回転子を用いる光学アイソ
レータでの寸法及び特性を表わした表である。表に示す
２つのタイプのフィルムの厚さは、２つの異なる波長：
１．３　ミクロンと１．５５ミクロンにおいて、４５°
回転するように選択されている。表１からも分かるよう
に、回転量は、温度の変化に従って大幅に変動する可能
性がある。従って、回転子のフィルムの厚さが、特定の
温度において４５°回転するように選択されているとし
ても、温度が変化すれば、フィルムの回転は、４５゜か
らかなり逸れることになる。これは、上述のＵｃｈｉｄ
ａ他の装置やＭａｔｓｕｍｏｔｏの装置にとっては重大
な問題となる。

第３Ａ図は、上述のＭａｔｓｕｍｏｔｏやＵｃｈｉｄａ
他の装置による偏光の影響を受けないアイソレータの設
計における絶縁度をグラフに表わしたものである。

第３Ａ図に示すように、光の波長１．３μｍで（ＧｄＢ
　ｉ）　ｒ　Ｇフィルムや（Ｙｂ　Ｔｂ　Ｂｉ　）ｒＧ
フィルムを使うと高温の場合、得られる絶縁度は、−２
５ｄＢ〜−３０ｄＢの範囲内まで減少する。装置１０の
場合は、対照的に、高温であっても、第３Ｂ図、第３Ｃ
図に示すように、得られる絶縁度は、Ｕｃｈｉｄａ他の
装置やＭ１ｊ３ｕｍｏｔｏの装置に比べてはるかに良好
である。例えば、ファラデー回転子として（ＹｂＴｂＢ
ｉ）ＩＧフィルムを利用すると、広い温度範囲にわたっ
て、絶縁度は約−５０ｄＢに保たれる。

第３Ｃ図に示すように（Ｇａ　Ｂｉ　）ＩＧフィルムの
ファラデー回転子を利用すると、高温であっても、−３
５〜−４５ｄＢもの高さに保たれることになる。

特定のファラデー回転子の回転量は、光の温度と波長の
両方の関数である。従って、光学アイソレータを利用し
て、さまざまな波長の光を絶縁（１−ｓｏｌａｔｅ）　
シようとする場合、さまざまな波長で最適になる回転子
を選択することによって、装置１０の性能をさらに向上
させることが可能になる。例えば、光通信に一般に用い
られる２つの波長は、１．３ミクロン（μｍ）と１．５
５ミクロンである。従ってＩＪ　ミクロンの光を４５°
回転させるファラデー回転子を１つと、１．５５ミクロ
ンの光を４５°回転させるように最適化された回転子を
もう１つ用いることによって、装置１０の絶縁度をより
最適化することが可能になる。こうした三波長光学アイ
ソレータによって得られる結合損失と絶縁度については
、第３Ｄ図に示されている。例えば、第３Ｄ図に示すよ
うに、三波長光学アイソレータは、温度及び波長の変動
に関する許容範囲が広い。両方のパラメータが変動して
も、得られる絶縁度は、なおかつ−３５ｄＢを超えるこ
とになる。光学アイソレータに、下記実施例のように、
３つ以上のファラデー回転子が含まれる場合には、２つ
のフィルムの回転について、１つは１．３ミクロンで、
もう１つは１．５５ミクロンで最適化されるようにし、
残りの回転子については、１．３　ミクロン〜１．５５
ミクロンの間の、例えば均等に間隔をあけた波長で最適
化されるようにするのが望ましい。従って、このアイソ
レータに、３つの回転子が含まれている場合、第３の回
転子は、１．３ミクロンと１．５５ミクロンの中間にあ
たる１．４２ミクロンで４５°回転するように最適化さ
れることになる。このアイソレータには４つの回転子が
含まれている場合には、２つの回転子は、１．３ミクロ
ンと１．５５ミクロンで最適化され、残り２つの回転子
については、１．３ミクロンと１．５５ミクロンとの差
の約１７３ずつ均等な間隔をあけた波長、すなわち、は
ぼ１．３８　ミクロンと、１．４６ミクロンの波長で４
５°回転するように最適化される。

既存の設計の場合、ファラデー回転子の回転が温度と光
の波長によって大幅に変化するので、絶縁度を最大にす
るには、異方性結晶部材の逸れ方向の向きを直すことが
必要になる場合もあり得る。

装置１０の設計の場合には、広範囲の動作温度及び波長
の全域を通じて、良好な絶縁度が得られるため、こうし
た調整は、もはや不要になる。この結果、こうしたアイ
ソレータの設計時の効率が大幅に改善される。

装置１０の根底をなす概念をさらに拡張することによっ
て、装置１０に比べてさらに絶縁度を高めることが可能
な装置が得られることになる。第４Ａ図〜第４Ｃ図及び
第５Ａ図〜第５Ｃ図に、こうした装置が示されている。

第２Ａ図のときと同様にして第４Ａ図に示すように、装
置１００は、４つの異方性部材１０２．１０６．１１０
及び１１４と３つのファラデー回転子１０４．１０８、
及び１１２から構成され、それぞれの隣接した２つの異
方性結晶部材の間には、１つの回転子がはさまれる。部
材１０６．１１４は、逸れ方向が、部材１０２のそれに
対して１３５゜回転している。・部材１１０は、その逸
れ方向が、部材１０２のそれから２７０°すなわち一９
０°回転している。説明しやすくするため、第４Ａ図の
回転子１０４．１０８、及び１１２は、同じ誤差角ｄｆ
を生じさせるように示されているが、もちろん、それら
は、さまざまな誤差角を生じさせる可能性があり、そう
した構成は全て本発明の技術範囲内にある。異なる光線
間における転換蛍は、異方性結晶部材の厚さによって決
まるので、異方性結晶部材の厚さ（及び配向）は、所望
の結果：すなわち、順方向における１本の光ビームへの
合成と、逆方向における絶縁が得られるように選択する
のが望ましい。

第４Ａ図に示すように、部材１０２．１１０はそれぞれ
、厚さがａであり、部材１０６．１１４は、それぞれ、
厚さが約ａ／１．４１である。

第４Ａ図の装置１００の構成に関連して、順方向に通過
する異なる光線が、第４Ｂ図に示されているが、やはり
、光線の位置は、位置８がら入射光ビームをのぞくこと
によって観察されるものである。同様に、逆方向におけ
る光線の位置は、第４Ｃ図に示されているように、位置
１から入射光ビームをのぞくことによって観察されるも
のである。

第４Ａ図〜第４Ｃ図から分るように、装置１００の結合
損失または挿入損失は、ｃｏｓ’ｄｆとなり、そのアイ
ソレーションはｓｉｎ’ｄｆになる。回転子１０４．１
０８．１１２が、同じ角度ｄｆの代わりに、それぞれ、
エラー角ｄｆｌ、ｄｆ２、ｄｆ３を有する場合、結合損
失は、ｃｏｓ”ｄｆ　１　ｃｏｓ”ｄｆ　２　ｃｏｓ２
ｄｆ　３であり、その絶縁度は、ｓｉｎ”ｄｆ　１　ｓ
ｉｎ’ｄｆ　２　ｓｉｎ”ｄｆ　３になる。従って、装
置１００は、やはり、順方向においてはほんのわずかな
振幅損失しか生じないが、絶縁度は第１Ａ図〜第２Ｃ図
の装置と比較しても、改善される。第５Ａ図〜第５Ｃ図
には、また、結合損失をほんの少し増すことによって、
より絶縁度が向上するもう１つの装置１５０が示されて
いる。第５Ａ図には、第２Ａ図の場合と同様にして描か
れた、装置１５０における各素子の横断面図が示されて
いる。

第５Ａ図には、４第１Ａ図の場合と同様にして、入射光
ビームの１０の位置間に線形アレイをなすように配置さ
れた９つの素子に関する横断面図が示されており、この
９つの素子の横断面図は、第２Ａ図の場合と同様に、並
べて配置されている。第５Ａ図に示すように、異方性結
晶部材１５２．１６０の厚さは、ａにほぼ等しく、部材
１５６及び１６４は、それぞれ、厚さが約１．４１ａで
あり、部材１６８の厚さは、約２ａである。部材１５６
．１６０．１６４、及び、１６Ｂは、逸れ方向が、部材
１５２の逸れ方向に対し約１３５度、１８０度、３１５
度及び９０度をなすように向けられている。ファラデー
回転子１５４．１５８．１６２、及び、１６６は、それ
ぞれ、入力光ビームを４５°回転させるが、温度と光の
波長の変動によって生じる誤差角ｄｆをもたらすことに
なる。４つの結晶によって生じる誤差角は、簡略化のた
め、同じＩｄｆで示されているが、もちろん、４つの回
転子がもたらす誤差角は異なる可能性があり、そうした
実施も本発明の技術範囲に含まれる。

第５Ｂ図には、入射光ビームの位置、及び、第２Ｂ図及
び第４Ｂ図の場合と同様にして、軸１７５に対し１０の
位置でビームを分割して生じるさ・まざまな光線が示さ
れているが、この場合、入射光ビームは、装置１５０に
対し順方向に通過している。

装置ｌＯ及び１００に関する上述の方法と同じ方法で計
算すると、順方向での装置１５０の結合損失は、ｃｏｓ
’ｄｆに比例する。分りやすくするため、第５Ｂ図には
、強さが最高の光線だけを示している。

第５Ｃ図には、逆方向に通過するビームのいくつかの位
置、及び、装置１５０によって軸１７５に対してビーム
を分割した光線が示されているが；やはり、強さが劣る
光線の一部については、図を簡略にするため、省略され
ている。上述の実施例と同様、逆方向における装置１５
０の絶縁度は、ｓｉｎ”ｄｆである。回転子１５４．１
５８．１６２．１６６によって、異なる誤差角ｄｆｌ、
ｄｆ２、ｄｆ３、ｄｆ４が生じると、順方向における装
置１５０の結合損失は、ｃｏｓ’（ｄｆ　１）　ｃｏｓ
２（ｄｆ２）　ｃｏｓ２（ｄｆ３）　ｃｏｓ２（ｄｆ　
４）に比例し、逆方向における装置１５０の絶縁度は、
ｓｉｎ”　（ｄｆｌ）ｓｉｎ’（ｄｆ２）ｓｉｎ”（ｄ
ｆ３）ｓｉｎ’（ｄｆ４）になる。

装置１０．１００　、及び、１５０において実現された
本発明の一般構成は、以下の通りである。該装置には、
線形配列をなすように配置された少なくとも３つの異方
性結晶部材が含まれている。どの隣接する２つの異方性
結晶部材の間にも、ファラデー回転子のような非可逆性
回転素子が少なくとも１つはさまれている。異方性結晶
部材の配向と厚さによって、順方向における光は、異な
る光線に分割され、それから、合成されて、順方向にお
ける１本のビームを形成することになる。一般に、この
誤差角は極めてわずかであるため、結合損失によって生
じる装置の性能劣化は、少ない。該装置は絶縁度に優れ
ているので、そのアイソレータとしての性能は、温度及
び光の波長に対しほとんど影響されることがない。６つ
以上の異方性結晶部材と５つ以上のファラデー回転子に
ついても、どの２つの異方性結晶部材の間にも、少なく
とも１つの回転子が挿入されるように配置されていると
きは、明らかに、本発明の原理に従って構成されたもの
であり、従って、本発明の技術範囲内とすることができ
る。

第６Ａ図は、光が第１の光ファイバー１から第２の光フ
ァイバー２へ送り込まれる際に反射される光の量に対す
る絶縁及びその検出を行なう装置２００の斜視図である
。第６Ａ図に示すように、光ファイバー２０１を通る光
は、レンズ２０３によって集束し、第６Ａ図に示すよう
に配置された異方性部材２０４．２０６．２０８、及び
、ファラデー回転子２０５．２０７を通過する。位置６
がら出てくる光は、レンズ２０９によって集束し、光フ
アイバー２０２ニ送り込まれる。２つのレンズ２０３．
２０９の利用を除けば、装置２００と第１Ａ図の装置１
０は同一である。こうした構成で装置１００．１５０及
び、その他の装置を利用することも可能であり、本発明
の技術範囲内に含まれるものである。

従って、第１Ａ図に関連して上述のように、光ファイバ
ー２０１からの光は、光ファイバー２０２に伝送される
が、ｃｏｓ’ｄｆに比例した結合損失はほんのわずかで
すむことになる。ここで、ｄｆは、ファラデー回転子２
０５．２０７によってもたらされる誤差角である。やは
り、第１Ｂ図及び第２Ｃ図に関連して既述のように、逆
方向における光ビームは、７つの光線に分割されるが、
強さが極めて弱い光線だけが、光ファイバー２０１に送
り返される。残り６つの光線は光ファイバー２０１には
伝送されないので、装置２００によって優れた絶縁度が
得られる。第２Ｃ図から明らかなように、逆方向におい
て光ファイバー２０１に伝送されない残り６つの光線の
うち、光線６２．６４の強さが最高である。従って、フ
ァイバー２０１に隣接して、２つの追加光ファイバー２
１５及び２１６を配置し、光線６２．６４を受けること
にすれば、光ファイバー２０２から生じて逆方向に送ら
れる光の強さは光ファイバー２１５．２１６に送られる
光の強さによって表わされることになる。従って、装置
２００には、光！ａ６２．６４を受ける位置につく空間
的関係が形成されるように、光ファイバー２０１に隣接
して配置された、２つの追加光ファイバー２１５．２１
６が含まれている。従って、装置２００は、光が、装置
２００を介して光ファイバー２０１から光ファイバー２
０２へ順方向に伝送される際における、光ファイバー２
０２からの反射量を測定するのに適している。光がこう
して伝送される時、はとんどの光は、光ファイバー２０
２によって伝送されるが、光ファイバー２０２の端面で
、わずかな量の反射が生じ、光ファイバー２０１に向け
て送り返される。こうした反射光は、装置２００を介し
て逆方向に進み、こうしたエネルギーの大部分が光ファ
イバー２１５．２１６で捕捉される。

従って、光ファイバー２１５．２１６が捕捉した光の強
さは、光ファイバー２０２からの反射の強さを表わすも
のである。注目されるのは、光ファイバー２０１から光
ファイバー２０２に向かって送られる光の偏光が未知の
場合でも、装置２００は、反射の強さの測定に適合する
という点にある。

第７Ａ図、７Ｂ図は、単一モードの光ファイ／ＮＪ（Ｓ
ＭＦ）から、レーザーによる偏光が送られてくる時、出
力光ファイバーからの反射を測定するための装置に関す
る斜視図である。第７Ａ図に示すように、レーザーから
の既知の偏光がレンズ３０３を介して単一モードの光フ
ァイバー（ＳＭＦ）　３０２から第１Ａ図の装置１０を
形成する素子の線形配列に向かって、第１Ａ図、第２Ａ
図に定義の“逆”方向に伝送される。第７Ａ図に示すよ
うに、第７Ａ図における光ファイバー３０２からの光の
通過は、実線で示されている。光ファイバー３０２は、
出力光ファイバー３１６と整列していないが、位置６を
発し装置３ＧＯを通り位置１から出てゆく光が、レンズ
３１４によって集束し、ファイバー３１６に送り込まれ
るような配置である。例えば、第７Ａ図を参照すると、
光ファイバー３０２からの光の偏光は、結晶部材３１２
の逸れ方向に対しほぼ垂直である。

このため、部材３１２によって、光ファイバー３０２か
ら発した光の方向が位置５と６の間で転換するというこ
とはない。しかしながら、部材３０８によって、光ビー
ムの位置が、図示のようにその逸れ方向に沿って移動す
ることになる。偏光は、回転子３０６によって回転した
後、再び、部材３０４の逸れ方向に対して垂直になるの
で、その方向は、位置２から位置１への通過時には、不
変のままであり、次に、レンズ３１４によって集束し、
光ファイバー３１６へ送り込まれることになる。

ただし、出力光ファイバー３１６からの反射は、こうし
た反射量の大きさを検出するため、コネクタに接続され
ている単一光ファイバー３３０に対して、装置３００に
よって送られる。こうした反射が出力光ファイバー３１
６から多モード光ファイバー（ＭｍＦ）でもよい光ファ
イバー３３０に向けて伝送される際の装置３００は、光
が順方向に送られる場合の装置１０と同様の働きをする
ため、光ファイバー３１６の端面からの反射は、２つの
光ファイバーが整列していると、光ファイバー３３０に
送られることになる。こうして、１つの光ファイノ＜　
−３３０だけが、光ファイバー３１６から反射した光の
ほとんどの部分を捕捉して、ファイバー３１６の端面で
の反射量を検出する。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の実施により、順方向の光
ビームの挿入損失が小さく、逆方向の光ビームの絶縁度
が大きな光アイソレータが実現される。

さらに、この光アイソレータは、温度や光の波長の変化
に対して安定であり、挿入損失や絶縁度が、その変化で
劣化する度合が小さい。

また、光検出器と組み合わせることにより、反射光の検
出が容易におこなえる。

上記の効果は、必要に応じて増減できるので、対費用効
果を考慮することも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図と第１Ｂ図は本発明を説明するために、順方向
と逆方向の光の通過を示す光学非相反装置を構成する要
素の配列の斜視図である。 第２Ａ図は第１Ａ図と第１Ｂ図の各要素の横断面図で、
各要素の横断面図は第１Ａ図と第１Ｂ図の配列の順に配
置されている。 第２Ｂ図と第２Ｃ図はそれぞれ順方向と逆方向の光線が
第１Ａ図と第１Ｂ図の配列で占る位置を示す図である。 第３Ａ図はＵｃｈｉｄａ他とＭａｔｓｕｍｏｔｏが開示
した装置の絶縁度を示すグラフである。 第３Ｂ図と第３Ｃ図は第１Ａ図と第１Ｂ図の絶縁度と結
合度部わち挿入損失を示すグラフである。 第３Ｄ図は本発明の一実施例を説明するための、第１Ａ
図と第１Ｂ図の設計に基く三波長光学アイソレータの絶
縁度と結合損失を示すグラフである。 第４Ａ図は、本発明を説明するために、第２Ａ図におけ
ると同様にもう１つの光学非相反装置の構成要素の各々
の横断面図を配列した図である。 第４Ｂ図と第４Ｃ図は、第４Ａ図の横断面図における順
方向光線と逆方向光線のそれぞれの位置を示す図である
。 第５Ａ図は、本発明を示すために、第２Ａ図におけると
同様に、さらに別の光学非相反装置の構成要素の各々の
横断面図を配列した図である。 第５Ｂ図と第５Ｃ図は、第５Ａ図の横断面図における順
方向光線と逆方向光線のそれぞれの位置を示す図である
。 第６Ａ図と第６Ｂ図は、本発明を説明するさらに他の光
学非相反装置の斜視図である。 第７Δ図と第７Ｂ図は、本発明を説明するための、さら
にまた他の光学非相反装置の斜視図である。 １２．１６．２０．１０２、　１０６、　１１０、　１
１４、　１５２．１５６、　１６０、　１６４、　１６
８、２０４、２０６、２０８．３０４．３０８．３１２
：異方性結晶部材１４．１８、　１０４、　１０８．１
１２．１５４．１５８．１６２１６６．２０５．２０７
．３０６．３１Ｏ：ファラデー回転子 ２０１．２０２．２１５．２１６．３０２．３１６．３
３０：光ファイバー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、つぎの（イ）、（ロ）から成り 第１の点から第２の点への順方向では光を 低損失で通過させ、前記第２の点から前記第１の点への
   逆方向に通過する光を減衰させる光学非相反装置。 （イ）線形アレーに配列された少くとも３個の異方性結
   晶部材。各部材は光を常光線と異 常光線とに分割するための逸れ方向を有す る。 （ロ）少くとも２個の非可逆回転素子。少くとも１個の
   前記非可逆回転素子が、全ての隣 接する２つの異方性結晶部材間に介挿され、前記非可逆
   回転素子の回転と前記異方性結 晶部材の厚さと向きを選んで、前記順方向 に通過する光は順方向常光線と順方向異常 光線に分割され、該順方向常光線と順方向 異常光線は前記第２の点で合成され、前記 逆方向に通過する光は逆方向常光線と逆方 向異常光線に分割され、該逆方向常光線と該逆方向異常
   光線は、前記第１の点において重 畳しないようにされる。 ２、前記非可逆回転素子のそれぞれは、所定のそれぞれ
   の光の波長において前記異常光線と前記常光線を４５度
   回転する特徴を有する請求項１記載の光学非相反装置。 前記４５度の回転は温度と前記光の波長の影響を受けて
   誤差角だけ偏移する。従って該光学非相反装置の結合損
   失は、前記誤差角の余弦の二乗の積に比例し、該光学非
   相反装置の絶縁度は前記誤差角の正弦の二乗の積に比例
   する。 ３、前記異方性結晶部材が３個で、前記非可逆回転素子
   が２個である請求項１記載の光学非相反装置。 ４、前記異方性結晶部材が４個で、前記非可逆回転素子
   が３個である請求項１記載の光学非相反装置。 ５、前記異方性結晶部材が５個で、前記非可逆回転素子
   が４個である請求項１記載の光学非相反装置。 ６、前記第１の点から前記順方向で前記第２の点へ偏光
   不明の光を供給する手段と前記第１の点に隣接して配置
   され前記逆方向に進行する前記常光線と前記異常光線を
   検出するための手段とを有する請求項１記載の光学非相
   反装置。