JPH0894971A - 偏光無依存型光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】順方向から順に、複屈折板１、ファラデ回転子
４、複屈折板２、複屈折板３を配設し、複屈折板１で分
離された光路の一方の光路位置にのみ透光性部材５を配
設した偏光無依存型光アイソレータ。 【効果】偏波分散をゼロとすることができ、出射した光
パルスの幅が広がらず、信号光パルス波形歪が起こら
ず、高速高密度、長距離の光通信が可能な偏光無依存型
光アイソレータを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバー通信等に
用いられる光アイソレータに関し、特に光の偏光面に依
存しない偏光無依存型光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを信号光源とする光通信の
進歩に伴い、数ギガヘルツを越える高速、高密度な信号
伝送が実用化されている。この高速、高密度の信号伝送
に用いられる光部品の一つに、半導体レーザへの反射戻
り光を防止する目的で使用される光アイソレータがあ
る。光アイソレータには、特定の偏光面の光以外は透過
させない偏光依存型光アイソレータと、任意の偏光面の
光をすべて透過させることができる偏光無依存型光アイ
ソレータとがある。このうち、後者の偏光無依存型光ア
イソレータは、信号伝送系の中継光増幅器等に用いら
れ、今後大きな需要が見込まれている。

【０００３】図４は、従来の代表的な偏光無依存型光ア
イソレータの構成概略図を示し、２本の光ファイバ１６
ａ、１６ｂ間に、光ファイバ１６ａ側から偏光分離合成
素子である複屈折板１１、１２、１３を順に配設し、複
屈折板１１、１２間にファラデ回転子１４を配設して構
成される。なお、ファラデ回転子１４には、通常円筒磁
石等により光の伝搬方向に磁界が印加されているが、こ
こではその構成を省略した。

【０００４】複屈折板１１、１２、１３は、一軸結晶か
らそのＣ軸が表面と傾く様に切り出し平行平板に研磨し
たもので、この平行平板に垂直に入射した光線を互いに
偏光面が直交する２つの光に分離または合成するもので
ある。また、各複屈折板１１、１２、１３の光透過方向
の厚みは、１：１／√２：１／√２の比率であることが
好ましく、複屈折板１３のＣ軸は、複屈折板１２に対し
Ｚ軸の時計まわりの方向に９０°回転した構成である。
ファラデ回転子１４は、ビスマス置換ガーネット等で形
成され、光の偏光面を非相反に４５°回転させる。１５
ａ、１５ｂは光を光ファイバ１６ａ、１６ｂに結合する
ための結合レンズである。

【０００５】複屈折板１１より光が入射した場合を順方
向、複屈折板１３より光が入射した場合を逆方向と定
め、順方向入射光線を１０ｆ、逆方向入射光線を１０ｂ
とし、２つに分離される光線をそれぞれ順方向はｆ１、
ｆ２、逆方向はｂ１、ｂ２と表し、図４中に矢印で示し
た。

【０００６】この偏光無依存型光アイソレータ内で光が
進む様子を順方向から見たのが図５（１）（２）であ
り、（１）は順方向に進む光、（２）は逆方向に進む光
の場合で、Ａ〜Ｅは図５に示す各位置に対応しており、
点は光線の位置、矢印は偏光面の方向を表している。な
お、偏光面の回転の方向は時計まわりを＋とする。

【０００７】以下、図４、図５を用いて偏光無依存型光
アイソレータの動作原理を説明する。複屈折板１１のＣ
軸方向が図５に示すように上向き（Ｙ軸方向）であれ
ば、結合レンズ１５ａから順方向に複屈折板１１に入射
した信号光１０ｆ（図５（１）Ａ）は、互いに直交する
偏光面の２つの光線ｆ１，ｆ２に分離される（図５
（１）Ｂ）。これらの各偏光成分は、その位置関係を保
ったままファラデ回転子１４でｆ１，ｆ２の偏光面が＋
４５°回転させられ、複屈折板１２に入射する（図５
（１）Ｃ）。複屈折板１２のＣ軸方向は、図５に示すよ
うに、複屈折板１１のＣ軸に対して−４５°回転させら
れており、そのため、光線ｆ１は異常光成分となって屈
折するが、光線ｆ２は常光成分であるからそのまま屈折
せずに透過する（図５（１）Ｄ）。複屈折板１３は、そ
のＣ軸方向が複屈折板１２に対して＋９０°回転させら
れている。そのため、光線ｆ２が異常光成分となって屈
折し、光線ｆ１は常光成分となってそのまま透過する
（図５（１）Ｅ）。このように一旦２つに分離された偏
光成分はＥ点で合成され、結合レンズ１５ｂにより光フ
ァイバ１６ｂに結合される。

【０００８】一方、逆方向の戻り光１０ｂは、点Ｃまで
は順方向と同様であるが（図５（２）Ｅ、Ｄ、Ｃ）、フ
ァラデ回転子１４の非相反性のため、ファラデ回転子１
４に入射した光線ｂ１、ｂ２はその偏光面が順方向から
見て＋４５゜回転させられ、複屈折板１１に入射する
（図５（２）Ｂ）。そのため、複屈折板１１に入射した
光線ｂ１が異常光成分となって屈折し、光線ｂ２は常光
成分となってそのまま透過する（図５（２）Ａ）。この
ように、光線ｂ１，ｂ２は順方向入射位置と異なる位置
に出射するため、光ファイバ１６ａに結合せず戻り光は
遮断されるようになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の偏光無
依存型光アイソレータでは、偏光無依存型光アイソレー
タ内で分離された２つの光線ｆ１、ｆ２は、異なる光路
を通りながら複屈折板１１、１２、１３を透過するた
め、光線速度が異なり、信号光パルスの遅延が生じてし
まう偏波分散が起こり、その結果、出射した光パルスの
幅が広がり、信号光パルス波形歪となるが、これは信号
光パルスの有無、あるいは隣合うパルスとの識別不能の
原因であり、高速高密度の光通信では非常に問題とな
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題に鑑
みてなされたものであり、少なくとも順方向からの入射
光の直交する直線偏光成分を異なる光路に分離する第１
の複屈折板と、偏光面に非相反な回転を与えるファラデ
回転子と、前記分離された２つの直線偏光をファラデ回
転子を通過した後に合成する第２の複屈折板とを具備
し、前記第２の複屈折板側からの逆方向の光が前記第１
の複屈折板から出射するとき順方向からの入射光とは異
なる光路を伝搬するように構成した偏光無依存型光アイ
ソレータにおいて、前記第１の複屈折板で分離された光
線の一方の光路位置にのみ透光性部材を配設した偏光無
依存型光アイソレータとしたものであり、さらには、前
記透光性部材は、複屈折性結晶よりなり、前記第１の複
屈折板または第２の複屈折板、あるいは他の複屈折板と
一体化させて配設した偏光無依存型光アイソレータとし
たものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、第１の複屈折板で分離された
光線の信号光パルスが先に進行している方の光路位置に
のみ透光性部材を配設することにより、偏光無依存型光
アイソレータでの偏波分散をゼロとすることができる。
さらに、透光性部材を複屈折性結晶で構成し、第１の複
屈折板または第２の複屈折板、あるいは他の複屈折板と
一体化させて配設することにより、新たな構成要素を増
やすことなく偏光無依存型光アイソレータでの偏波分散
をゼロとすることができる。

【００１２】

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１乃至図３は、本発明の実施例の構成概略図であ
り、図において同じ部材は同じ符号で示す。図１は、本
発明の偏光無依存型光アイソレータの第１の実施例を示
し、図において１、２、３は複屈折板、４はファラデ回
転子、５は透光性部材である。複屈折板１、２、３、お
よびファラデ回転子４は、図４に示す従来の偏光無依存
型光アイソレータと同じ構成であり、図中の矢印は順方
向に進む光線ｆ１、ｆ２の経路を示す。なお、ファラデ
回転子４で光の伝搬方向に磁界を印加するために使用す
る円筒磁石、および光ファイバと結合レンズの図示は省
略した。

【００１３】複屈折板１、２、３は、例えばルチル結晶
板が用いられ、その厚さは、１：１／√２：１／√２の
比率であることが好ましい。ルチル結晶板は、入射面と
Ｃ軸とのなす角θが４２°となるようにカットしたと
き、常光と異常光との最も大きな分離角度φ＝５．８°
が得られるため、複屈折板１、２、３はこのように切り
出したものを用いるのがよい。この時、常光に対する屈
折率ｎｏ＝２．４６で、異常光に対する屈折率ｎｅ＝
２．５９である。ファラデ回転子４は、例えばビスマス
置換ガーネット結晶が用いられ、その偏波分散は無視で
きるほど小さい。

【００１４】図２は、偏波分散を簡単に説明した図であ
る。複屈折板１に信号光パルス６が入射し、入射した光
線は偏光面によってｆ１、ｆ２の２つの光線に分離され
複屈折板１を出射する。複屈折板１の厚さｔ、分離角
φ、分離した各偏光面に対する屈折率ｎｏ、ｎｅとする
と、複屈折板１１を透過後の各偏光面の信号光パルス７
ｏ、７ｅは、数１に示す遅延時間差Δτが生じる。

【００１５】

【数１】

【００１６】ただし、ｖｇｏは常光の群速度、ｖｇｅは
異常光の群速度で、それぞれ位相速度ｖｐｏ、ｖｐｅを
用いて数２、数３で表される。

【００１７】

【数２】

【００１８】

【数３】

【００１９】ただし、ｃ₀ は真空中の光速とする。

【００２０】図４に示す従来の偏光無依存型光アイソレ
ータでは、上記数１で計算される遅延時間差Δτを有す
る２つの光線が合成されてしまい、パルス幅の広がりが
発生する。このように、偏波分散は信号光パルスの遅延
時間差Δτで評価される。

【００２１】ここで、図４に示す従来の偏光無依存型光
アイソレータの偏波分散について考えてみると、ファラ
デ回転子１４の偏波分散は無視できるほど小さく、また
複屈折板１２、１３は厚さが等しく、常光、異常光が入
れ替わる構成であるから互いに打ち消し合いゼロとなる
ため、複屈折板１１によって生じる遅延時間差Δτによ
って決定される。例えば、複屈折板１１に厚さ３ｍｍの
ルチル結晶板を用いた場合、数１乃至数３を用いて計算
すると遅延時間差Δτ＝１．３ｐｓｅｃとなる。この遅
延時間差Δτは、百数台の光増幅中継器を用いる長距離
光通信系では非常に大きな値で、例えば１０Ｇｂｉｔ／
ｓｅｃの通信速度での伝送系の終端部では全く信号光パ
ルスの有無が判断できない状態になってしまう。

【００２２】本発明で配設した透光性部材５は、透光性
部材の光の通過速度が空気中を伝搬するよりも遅いこと
を利用して、偏光無依存型光アイソレータ内での平均光
群速度が速い光線の光路上にのみ配設する。本実施例で
は、上記説明の通り、遅延時間差Δτは複屈折板１のみ
によって生じるため、図１に示すように、先に進行して
いる信号光パルス７ｏを有する光線ｆ１の光路上に透光
性部材５を配設することにより、後から進行している信
号パルス７ｅを有する光線ｆ２との遅延時間差Δτを補
償するようになる。なお、透光性部材５としては、光を
分離または屈折させることなく透過させる材質であれば
どのようなものでもよく、例えばガラス板、光学結晶よ
りなる板、透光性セラミック板を用いればよい。また、
図１では、透光性部材５を複屈折板１とファラデ回転子
４との間に配設したが、光線ｆ１の光路上であればどの
ような位置に配設してもよく、２ケ所以上に分けて配設
してもよい。

【００２３】ここで、透光性部材５の厚さｔτは、偏光
無依存型光アイソレータ内の光線ｆ１と光線ｆ２の遅延
時間差Δτを補償する厚さとする。具体的には、数１を
用いて遅延時間差Δτを計算し、このΔτから下記の数
４を用いて補償用透光性物質１０の厚さｔτを求めれば
よい。

【００２４】

【数４】

【００２５】ただし、ｎｂは透光性部材５の屈折率であ
る。数４より、ｔτはｎｂが大きいほど薄くできるた
め、透光性部材５は屈折率が大きいもののほうが偏光無
依存型光アイソレータの小型化には有利である。

【００２６】例えば、複屈折板１の厚さが３ｍｍの場
合、偏光無依存型光アイソレータで生じる遅延時間差Δ
τ＝１．３ｐｓｅｃであるが、この遅延時間差△τを透
光性部材５としてガラス板（ｎｂ＝１．５）を用いて補
償する場合、ガラス板の厚さｔτは０．７８ｍｍとすれ
ばよい。

【００２７】このように、透光性部材５の配設により、
偏光無依存型光アイソレータ内で生じる遅延時間差Δτ
をゼロとすることができるため、偏波分散がゼロとな
り、高速高密度の光通信が可能となる。

【００２８】図３は、本発明の偏光無依存型光アイソレ
ータの第２の実施例を示し、上記第１の実施例で用いた
複屈折板１の代わりに内側に凸部１ａを有する複屈折板
１’を用いた場合を示す。この凸部１ａは、第１の実施
例の透光性部材５と同様の作用をなし、偏光無依存型光
アイソレータ内で生じる遅延時間差Δτをゼロとするこ
とができ、厚さｔτは、第１の実施例と同様にして求め
ればよい。

【００２９】例えば、複屈折板１がルチル偏光板であ
り、光線ｆ２光路上部分の厚さが３ｍｍの場合には、ｎ
ｂ＝ｎｏとして上記数４を計算すると、光線ｆ１光路上
部分の厚さを３．２７ｍｍ、すなわち凸部１ａの厚さを
０．２７ｍｍと構成すれば偏波分散は補償される。

【００３０】このように、透光性部材５を複屈折性結晶
として、複屈折板１と一体化することにより、新たな構
成要素を増やすことなく偏光無依存型光アイソレータで
の偏波分散をゼロとすることができる。なお、凸部１ａ
は、光線ｆ１の光路上にあり、光線ｆ２の光路上に無け
ればどのような形状・大きさであってもよい。また、本
実施例では、複屈折板１’の内側に凸部１ａを配設した
が、複屈折板２または複屈折板３に凸部１ａを配設して
もよい。

【００３１】上記第１、第２の実施例においては、３枚
の複屈折板１または１’、２、３と、１つのファラデ回
転子４を配設した構成を示したが、例えば２枚の複屈折
板、１枚のファラデ回転子、１枚の相反な旋光子を用い
た偏光無依存型光アイソレータなど、どのような構成の
偏光無依存型光アイソレータであっても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光無依
存型光アイソレータによれば、第１の複屈折板で分離さ
れた光路の一方の光路位置にのみ透光性部材を配設する
ことにより、偏波分散をゼロとすることができ、出射し
た光パルスの幅が広がらず、信号光パルス波形歪が起こ
らず、高速高密度、長距離の光通信が可能な偏光無依存
型光アイソレータを提供することができる。さらに、透
光性部材を複屈折性結晶とし、第１の複屈折板または第
２の複屈折板、あるいは他の複屈折板と一体化させて配
設することにより、新たな構成要素を増やすことなく偏
波分散をゼロとする偏光無依存型光アイソレータを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す構成概略図であ
る。

【図２】図１の一部を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す構成概略図であ
る。

【図４】従来の偏光無依存型光アイソレータを示す構成
概略図である。

【図５】従来の偏光無依存型光アイソレータの動作を説
明する概略図である。

【符号の説明】

１、１’、２、３、１１、１２、１３：複屈折板 １ａ：凸部 ４、１４：ファラデ回転子 ５：透光性部材 ６、７ｅ、７ｏ：信号光パルス １５ａ、１５ｂ：結合レンズ １６ａ、１６ｂ：光ファイバ ｆ１，ｆ２，ｂ１，ｂ２ 光線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも順方向からの入射光の直交する
   直線偏光成分を異なる光路に分離する第１の複屈折板
   と、偏光面に非相反な回転を与えるファラデ回転子と、
   前記分離された２つの直線偏光をファラデ回転子を通過
   した後に合成する第２の複屈折板とを具備し、前記第２
   の複屈折板側からの逆方向の光が前記第１の複屈折板か
   ら出射するとき順方向からの入射光とは異なる光路を伝
   搬するように構成した偏光無依存型光アイソレータにお
   いて、前記第１の複屈折板で分離された光線の一方の光
   路位置にのみ透光性部材を配設したことを特徴とする偏
   光無依存型光アイソレータ。
2. 【請求項２】前記透光性部材は、複屈折性結晶よりな
   り、前記第１の複屈折板または第２の複屈折板、あるい
   は他の複屈折板と一体化させて配設したことを特徴とす
   る請求項１に記載の偏光無依存型光アイソレータ。