JPH08171075A

JPH08171075A - 光スイッチ

Info

Publication number: JPH08171075A
Application number: JP6334408A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Suzuki; 洋一鈴木; Tomokazu Imura; 智和井村; Tsugio Tokumasu; 次雄徳増
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】偏波分散と挿入損失の偏波依存性を抑制し、
挿入損失及び遮断特性を改善する。【構成】入力ファイバ１０、第１のレンズ１２、偏光
子１４、４５度ファラデー回転子１６、検光子１８、第
２のレンズ２０、出力ファイバ２２を光軸上に設け、フ
ァラデー回転子を双方向に磁化させる電磁石２４を設け
る。偏光子と検光子は同一の楔形複屈折板からなり、テ
ーパ方向が１８０度異なり、対向面が平行で、各光学軸
は平行で且つ光軸から見て４５度をなしている。第１及
び第２のレンズ間の光軸上に複屈折平行平板からなる補
償板３０を挿入する。補償板の光学軸とそれに隣接する
偏光子又は検光子の光学軸とは光軸から見て９０度をな
し、ビームシフト量を一致させると共に遅延を相殺する
ように、光軸に対して傾け、補償板の光学軸をその平面
に対して斜めに設計する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、楔形複屈折板とファラ
デー回転子とを組み合わせ、電磁石でファラデー回転子
に印加する磁界の方向を反転させることにより光の透過
・遮断を制御する光スイッチに関するものである。更に
詳しく述べると本発明は、複屈折平行平板からなる補償
板を挿入することにより、楔形複屈折板で生じる常光と
異常光とのビームシフト量を一致させるとともに、伝播
速度差による遅延を相殺した偏光無依存の光スイッチに
関するものである。この光スイッチは、例えば遠距離、
高速、大容量の光通信などの分野で有用である。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムや光学測定装置などにお
いては、光の進行方向を空間的に切り換えるための光ス
イッチが必要である。偏光無依存性の１×１型光スイッ
チとしては、例えば特公平４−２９３４号に開示されて
いるものがある。

【０００３】この種の光スイッチは、例えば図６に示す
ような構成である。即ち、入力ファイバ１０と、該入力
ファイバ１０から出射された光を平行ビームとする第１
のレンズ１２と、楔形複屈折板からなる偏光子１４と、
９０度偏光回転をおこすファラデー回転子１５と、楔形
複屈折板からなる検光子１８と、平行ビームを出力ファ
イバ２２に集光させる第２のレンズ２０と、出力ファイ
バ２２とがこの順序で光軸上に設置されている。またフ
ァラデー回転子１５の近傍には、それを所定の向きに磁
化させる電磁石２３が配置されている。前記偏光子１４
と検光子１８とは、同一の複屈折物質からなり、そのテ
ーパ角が同一で且つテーパ方向が１８０度異なり、対向
する面が互いに平行で、各光学軸は平行で且つ光軸から
見て４５度をなすような関係にある。

【０００４】偏光子１４により常光ｏと異常光ｅが分離
するが、無バイアス状態では（図６のＡ参照）、検光子
１８でそのままの偏光状態を保つため、常光ｏと異常光
ｅは平行であり、第２のレンズ２０によって出力ファイ
バ２２に集光する。これがオン状態である。電磁石に電
流を供給して磁界Ｈを印加した状態では（図６のＢ参
照）、ファラデー回転子１５により偏光面が９０度回転
するので、検光子１８では常光ｏと異常光ｅが逆転し、
常光ｏと異常光ｅは更に広がって進むため、第２のレン
ズ２０があっても出力ファイバ２２に集光させることが
できない。これがオフ状態である。このようにして、電
磁石２３によって光の透過・遮断をスイッチング制御で
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで複屈折板は、
その光学軸に対して平行な振動方向をもつ偏光と垂直な
振動方向をもつ偏光との間で屈折率差があり、常光ｏと
異常光ｅとで屈折角が異なるために、順方向から光を入
力すると、偏波分散とビームシフトが生じる。負の一軸
性結晶の場合、異常光の屈折率が常光の屈折率に比べて
大きいため、図７に示すように、入力光に対してシフト
量が大きく、伝播速度も遅い。そのため、２本の光線の
ビームシフト距離ｓと遅延δが大きく、レンズ系でファ
イバコリメート結合を行うときに、挿入損失に偏光依存
性が起こる。

【０００６】光アイソレータのようにファラデー回転子
に永久磁石で磁界を印加できる場合には、永久磁石は小
形にできるので、偏光子と検光子との間隔を狭くでき、
常光と異常光とのビームシフト量は小さい。このように
シフト量の小さな２光線は、波面収差の小さなレンズを
用いれば損失なくファイバに集光できる。しかし、光ス
イッチの場合は、スイッチングさせるために図８に示す
ように電磁石２４を使用する必要があり、起磁力を効率
よく利用するために、ギャップｇを小さくし、ファラデ
ー回転子１５のみを挿入するようにしている。そのた
め、偏光子１４と検光子１８はヨーク２５の外に配置さ
れることになり、偏光子１４と検光子１８の間隔Ｌはか
なり長くなる（具体的には、Ｌ＝１０mm程度）。なお符
号２７はコイルを示す。このため、常光と異常光とのビ
ームシフト距離ｓは大きくなり、汎用レンズでは収差等
の影響で損失なしにファイバに集光することができず、
常光と異常光の集光比率が偏光依存性として現れる。

【０００７】またファラデー回転子は、磁界が印加され
ていない状態（上記の例では無バイアスのオン状態）で
は消光比が劣化し、挿入損失あるいは遮断特性が劣化す
る問題もある。

【０００８】本発明の目的は、偏波分散と挿入損失の偏
波依存性を抑制し、挿入損失及び遮断特性を改善した光
スイッチを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力ファイバ
と、該入力ファイバから出射された光を平行ビームとす
る第１のレンズと、楔形複屈折板からなる偏光子と、４
５度偏光回転をおこすファラデー回転子と、楔形複屈折
板からなる検光子と、平行ビームを出力ファイバに集光
させる第２のレンズと、出力ファイバとが、この順序で
光軸上に設置され、前記ファラデー回転子の近傍に、該
ファラデー回転子を双方向に磁化させる電磁石が配置さ
れていて、前記偏光子と検光子とが同一の複屈折物質か
らなり、そのテーパ角が同一で且つテーパ方向が１８０
度異なり、対向する面が互いに平行で、各光学軸は平行
で且つ光軸から見て４５度をなして配置されている光ス
イッチである。そして本発明の特徴は、前記第１のレン
ズと第２のレンズとの間の上記の光学部品間の光軸上に
複屈折平行平板からなる補償板が挿入され、該補償板
は、その光学軸と補償板に隣接する偏光子あるいは検光
子の光学軸とは光軸から見て９０度をなし、且つ楔形複
屈折板通過後に生じる常光と異常光とのビームシフト量
を一致させると共に伝播速度の差による遅延を相殺する
ように光軸に対して傾けられ、補償板の光学軸がその平
面に対して斜めに設計されている点である。

【００１０】

【作用】光スイッチとしての動作は、原理的には補償板
無しで実現でき、従来のものと同様である。電磁石に順
バイアスを印加したオン状態では、常光と異常光とは検
光子を出る時に平行となり、レンズによって出力ファイ
バに向かって結合する方向に出射するが、電磁石に逆バ
イアスを印加したオフ状態では、常光と異常光とは検光
子を出る時に拡がるようになり、出力ファイバには結合
しない。本発明で挿入した補償板は、その光学軸の向き
と傾きを調整することで、順バイアス時に常光と異常光
の光路を変えて１本の光線に変換させるためのシフト量
補償板として機能し、同時に分散補正の機能も果たす。
これによって偏波分散と挿入損失の偏波依存性が改善さ
れる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明に係る光スイッチの一実施例を
示す全体構成図である。この光スイッチは、入力ファイ
バ１０と、該入力ファイバ１０から出射された光を平行
ビームとする第１のレンズ１２と、楔形複屈折板からな
る偏光子１４と、４５度偏光回転をおこすファラデー回
転子１６と、楔形複屈折板からなる検光子１８と、平行
ビームを出力ファイバ２２に集光させる第２のレンズ２
０と、出力ファイバ２２とがこの順序で光軸上に設置さ
れ、前記ファラデー回転子１６の近傍に、該ファラデー
回転子１６を双方向に磁化させる電磁石２４が配置され
ている。前記偏光子１４と検光子１８とは同一の複屈折
物質からなり、そのテーパ角が同一で且つテーパ方向が
１８０度異なり、対向する面が互いに平行で、各光学軸
は平行で且つ光軸から見て４５度をなして配置されてい
る。

【００１２】ここで本発明の特徴は、前記第１のレンズ
１２と第２のレンズ２０との間の上記の光学部品間の光
軸上に複屈折平行平板からなる補償板３０が挿入されて
いる点である。この補償板３０は、その光学軸と補償板
に隣接する偏光子あるいは検光子の光学軸とは光軸から
見て９０度をなし、且つ検光子通過後に生じる常光と異
常光とのビームシフト量を一致させると共に伝播速度差
による遅延を相殺するように、光軸に対して傾けられ、
補償板の光学軸がその平面に対して斜めに設計されてい
る。この実施例では、補償板３０は、検光子１８の後
段、即ち検光子１８と第２のレンズ２０との間に挿入さ
れている。

【００１３】電磁石２４は、ほぼＣ型平板状のヨーク２
６と、該ヨーク２６に巻線したコイル２８とからなり、
ヨーク２６のギャップｇに、ギャップ長の方向に対して
垂直にファラデー回転子１６を挿入した構成である。フ
ァラデー回転子１６は、その一部がギャップから外側へ
はみ出す大きさとなっており、そのはみ出し部分を光線
が通過するようになっている。起磁力を効率よく利用す
るために、ギャップｇを小さくしてファラデー回転子１
６のみを挿入し、偏光子１４及び検光子１８はヨーク２
６の外に配置する。ファラデー回転子１６としては、Ｌ
ＰＥ法によるビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜が好ま
しい。その理由は、ビスマス置換鉄ガーネット単結晶
は、ファラデー回転係数が大きく、そのため比較的薄い
膜構造にできるし、またＬＰＥ法は生産性が高い利点を
有するからである。

【００１４】動作状態の概略を図２に示す。電磁石２４
に順バイアスの磁界Ｈ_ONを印加したオン状態では、図２
のＡに示すように、異常光ｅは常光ｏより屈折率が大き
く、また電磁石を用いる関係で偏光子１４と検光子１８
との間隔が広いため、検光子１８を通過した時点で異常
光ｅと常光ｏとのビームシフト距離ｓは大きい。また異
常光ｅと常光ｏとは伝播速度に差があるため常光ｏに対
して異常光ｅは遅延する（遅延量δ）。この点は従来同
様である。本発明では、補償板３０が挿入されており、
この補償板３０によって異常光ｅは常光ｏに、また常光
ｏは異常光ｅに変換され、異常光ｅの屈折率が大きいた
めにビームシフト量が大きく、伝播速度が遅いため、補
償板３０から出射する時に、両方の光線でビームシフト
量を一致させ、遅延を零にすることができる。そして補
償板３０からは１本の光線となって出射する。逆に言う
と、このようになるように、補償板３０を光軸上で配置
する際の傾き、光学軸の角度などが決定されているので
ある。

【００１５】電磁石２４に逆バイアスの磁界を印加した
オフ状態では、図２のＢに示すように、偏光子１４での
常光ｏは検光子１８では異常光ｅ、補償板３０では常光
ｏに変換され、偏光子１４での異常光ｅは検光子１８で
は常光ｏ、補償板３０では異常光ｅに変換され、補償板
３０を通過した後、常光ｏと異常光ｅの２本の光線は平
行とならず、第２のレンズで出力ファイバに集光させる
ことはできない。

【００１６】本発明に係る補償板３０は、上記のように
光軸に対して傾けて配置し光路を変化させて、常光ｏと
異常光ｅとのビームシフト量を一致させる（ビームシフ
ト距離を零にする）と共に、伝播速度差に起因する遅延
も零になるように調整している。なお、光アイソレータ
でも補償板を設ける例はあるが、その場合は、単に伝播
速度差に起因する遅延を小さくするように、即ち偏波分
散を補正するためだけに利用されているにすぎない。

【００１７】次に、実際の設計例について述べる。図３
及び図４に示すように各光学部品を配置する。各光学部
品の向き及び光学軸の方向は、それぞれ図示の通りであ
る。偏光子１４と検光子１８に用いる楔形複屈折板はル
チル単結晶からなり、中心厚０．４８mm、４度テーパ、
屈折率ｎ_o＝２．５４３，ｎ_e＝２．７０９である。ま
た偏光子１４と検光子１８の間隔Ｌは１０mmである。フ
ァラデー回転子１６はビスマス置換鉄ガーネット単結晶
であり、厚さ０．５３６mm、屈折率２．３８である。電
磁石２４は、半硬質磁性材料からなるＣ型状のヨーク２
６にコイル２８を巻装したものであり、ギャップ中央に
ファラデー回転子１６を挿入してある。複屈折平行平板
からなる補償板３０もルチル単結晶であり、検光子１８
の後段に光軸に対して１４．８度傾けて配置し、その光
学軸は平面内から４４．４度傾いている。この補償板３
０の厚みは１．７６９mmである。

【００１８】この光スイッチについて光線追跡を行った
結果を図５に示す。順バイアス磁界（オン状態）では、
図５のＡに示すように、検光子１８を通過した後、常光
ｏと異常光ｅとのビームシフト距離は１７９μｍであ
り、異常光ｅが０．７１ｐｓ遅延している。しかし補償
板３０を通過後は、ビームシフト距離及び遅延は共に零
となる。逆バイアス磁界（オフ状態）では、検光子１８
を通過した時点で、常光ｏと異常光ｅとの開き角は２．
０５度であり、補償板３０を通過した後も、そのまま
２．０５度で開くのでレンズがあっても出力ファイバに
は集光しない。

【００１９】上記の実施例では、補償板を検光子の後段
に配置しているが、本発明はその構成に限らず、第１の
レンズと第２のレンズとの間であれば、どの光学部品間
に挿入してもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記のように、第１のレンズと
第２のレンズとの間の光学部品間に、複屈折平行平板か
らなる補償板を光軸に対して所定の角度傾けて配置する
と共にその光学軸の向きと傾きを適切な値となるように
設定したことにより、オン状態の時に、常光と異常光の
光路を変えて１本の光線に変換させ、同時に遅延を相殺
することができる。そのため偏波分散と挿入損失の偏波
依存性を抑制できる。またファラデー回転子は無磁化の
状態では消光比が劣化し、挿入損失あるいは遮断特性が
劣化するが、本発明ではオン状態とオフ状態ともに磁界
を印加しているので、挿入損失及び遮断特性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光スイッチの一実施例を示す説明
図。

【図２】その動作説明図。

【図３】試作した光スイッチの主要光学部品の配置を示
す斜視図。

【図４】試作した光スイッチの主要光学部品の配置を示
す平面図。

【図５】その光線追跡線図。

【図６】従来技術の一例を示す説明図。

【図７】主要光学部品でのビームシフト距離と遅延の説
明図。

【図８】電磁石と主要光学部品との配置関係の説明図。

【符号の説明】

１０入力ファイバ１２第１のレンズ１４偏光子１５，１６ファラデー回転子１８検光子２０第２のレンズ２２出力ファイバ２３，２４電磁石２５，２６ヨーク２７，２８コイル３０補償板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ファイバと、該入力ファイバから出
射された光を平行ビームとする第１のレンズと、楔形複
屈折板からなる偏光子と、４５度偏光回転をおこすファ
ラデー回転子と、楔形複屈折板からなる検光子と、平行
ビームを出力ファイバに集光させる第２のレンズと、出
力ファイバとが、この順序で光軸上に設置され、前記フ
ァラデー回転子の近傍に、該ファラデー回転子を双方向
に磁化させる電磁石が配置されていて、前記偏光子と検光子とが同一の複屈折物質からなり、そ
のテーパ角が同一で且つテーパ方向が１８０度異なり、
対向する面が互いに平行で、各光学軸は平行で且つ光軸
から見て４５度をなして配置されている光スイッチであ
って、前記第１のレンズと第２のレンズとの間の上記の光学部
品間の光軸上に複屈折平行平板からなる補償板が挿入さ
れ、該補償板は、その光学軸と補償板に隣接する偏光子
あるいは検光子の光学軸とは光軸から見て９０度をな
し、且つ楔形複屈折板通過後に生じる常光と異常光との
ビームシフト量を一致させると共に伝播速度差による遅
延を相殺するように光軸に対して傾けられ、補償板の光
学軸がその平面に対して斜めに設計されていることを特
徴とする光スイッチ。