JPH09189885A

JPH09189885A - 光学装置

Info

Publication number: JPH09189885A
Application number: JP8338824A
Authority: JP
Inventors: Ernest Eisenhardt Bergmann; エイゼンハートバーグマンアーネスト
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1997-07-22
Also published as: EP0782029A1; US5729377A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、一般に光学装置の分野に関し、特
に光通信システムに有用なサーキュレータおよびアイソ
レータなどの光学装置の分野に関する。【解決手段】ウォークオフ装置（たとえば２１）を使
用して、入射ビームを直交する偏光を有する２本の平行
な出射ビームに分割する。偏光フリッパ（たとえば２
３）を配置して、２本のビームが平行で基本的に同じ偏
光を有するよう、ウォークオフ装置から出射した２本の
ビームのうち１本の偏光を変更する。非可逆性装置（た
とえば５１）が２本のビームを受け、その結果形成され
る機器は、偏光に依存しない非可逆性装置である。逆
に、偏光フリッパは、同様の偏光の２本の平行なビーム
のうちの１本の偏光をフリップして、直交する偏光に
し、その後、ウォークオフ装置がこの２本のビームを結
合するか、重ねて、極性を持たない１本のビームを形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に光学装置の
分野に関し、特に光通信システムに有用なサーキュレー
タおよびアイソレータなどの光学装置の分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムおよび他の光技術は、光
線の形の光信号を操作する機器を必要とする。このよう
な操作のための機器として現在知られている中で最高の
機器は、おそらく、短距離および長距離の両方の光の伝
達にいたるところで使用されている、シリカ系光ファイ
バである。さらに、他の周知の機器には、１つ以上の光
信号を１本以上の光ファイバまたは導波管に結合するた
め開発されたマルチプレクサおよびカプラがある。非可
逆性機器または装置の使用が望ましい用途もあり、この
ような装置が開発されているが、言うまでもなく、光学
装置がすべて非可逆性であるとは限らない。非可逆と
は、機器内の光の伝搬特性が、機器内の光の伝搬方向に
よって決定される、という意味である。

【０００３】このような非可逆性機器の１つのタイプ
は、光アイソレータと呼ばれ、光が１つの方向で機器を
通過できるが、反対方向では通過できない。このような
非可逆性機器のもう１つのタイプは、光サーキュレータ
と呼ばれる。この装置は、３個以上のポートを有し、光
は第１ポートから第２ポートへ通過できるが、第２ポー
トから第１ポートへ通過できず、代わりに、第２ポート
に入る光は、第３ポートに移る。アイソレータは、ポー
トが２個あるサーキュレータと考えられるが、アイソレ
ータという用語の方が好まれる。

【０００４】前のパラグラフで簡単に述べたサーキュレ
ータおよびアイソレータを含め、多くのタイプの光学装
置が、通信用に開発されている。多くの用途で、装置は
外界から独立した偏光である。つまり、装置の操作は、
入射光の偏光に左右されない。たとえば、Fujiiが、Jou
rnal of Lightwave Technology(10, pp.1226-1229, 199
2年9月) で偏光に依存しない機器について延べ、これを
光学サーキュレータとして使用できると述べた。その装
置は、彼の図１に概略的に描かれている。幅広い波長に
有用と述べているが、機器の好ましい操作は、互いに対
する成分の正確な方向に左右される。別の光学サーキュ
レータについて、１９９３年４月２０日に発行された米
国特許第５，２０４，７７１号の中でKogaが述べてい
る。Kogaのサーキュレータの神髄は、複屈折プレートの
後に非可逆性光回転子を使用したことにあるようであ
る。複屈折プレートが入射ビームを２本の平行なビーム
に分割し、光回転子が、直交する偏光を有する２本の平
行なビームになるよう、２本のビームのそれぞれの偏光
を４５度変更する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のパラグラフで述
べた装置について考察すると、何らかの状態でその使用
が不利となる態様が判明する。前述したように、Fujii
のサーキュレータは、成分の相対的な方向が正確である
ことに依存し、この方向付けは、実際には達成が困難
で、長時間にわたって維持することは、さらに困難であ
る。Kogaの装置は、極めて複雑である。複雑になるの
は、多くの成分があるばかりでなく、成分の数が多い
と、必然的に表面の数が多くなるからである。その表面
のいずれも、望ましくない反射を発生し得る。装置は、
反射をなくすか、それを補償するように設計しなければ
ならない。さらに、一方のビームが回転子の上半分を通
過し、他方のビームが回転子の下半分を通過するよう、
光回転子を精密に位置合わせしなければならない。ビー
ムのサイズが小さく、ビームの間隔が小さいので、これ
は困難になる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
によると、光学装置は、入射ビームを直交する偏光の互
いに平行な２本の出射ビームに分割するか、直交する偏
光の互いに平行な２本の入射ビームを１本の出射ビーム
に結合する少なくとも第１のウォークオフ装置と、２本
の出射ビームのうち一方の偏光を変化させて、第１ウォ
ークオフ装置からの他方の出射ビームの偏光と整合させ
るか、入射ビームのうち一方の偏光を変化させるために
配置された、少なくとも第１の偏光フリッパとを有す
る。非可逆性セクションを配置して、２本のビームを受
ける。偏光は、直線でも、特定のケースでは円形を含む
楕円形でもよい。装置は、第２ウォークオフ装置と、第
１ウォークオフ装置と第１偏光フリッパとを結合するこ
とによって、２本のビームを結合する第２偏光フリッパ
を有することもできる。第１ウォークオフ装置と第１偏
光フリッパとの組合せ、および第２ウォークオフ装置と
第２偏光フリッパとの組合せは、非可逆性要素を含んで
も、含まなくてもよい。非可逆性要素などの他の要素を
追加で含んでもよい。

【０００７】

【実施例】本発明を、図１に示す例証的な実施例を参照
して説明する。図１には、ウォークオフ装置１および偏
光フリッパ３を示す。入射ビームの伝搬の方向を、矢印
で示す。ウォークオフ装置は、入射ビームをそれぞれＯ
とＥとで示す常光と異常光とに分割する。入射光は、ポ
ート５で装置に入射し、ポートは入射光を受けて、入力
として機能するようになっている。Ｅビームは、偏光フ
リッパ３を通過する。Ｅ成分は、Ｏに変更され、２本の
平行なＯビームがある。装置から出る２本のＯビーム
は、偏光フリップの後は平行で、平行な偏光を有する。
ウォークオフ装置は、方解石またはルチルなどの複屈折
材料から作成することができ、このような材料はよく知
られ、ウォークオフ装置は、偏光フリッパと同様、当業
者には容易に作成できる。

【０００８】ビームが左から右へ進み、装置が偏光分割
装置として動作するよう図示されているが、装置が偏光
結合装置として動作し、２本のＯビームが右から左へ進
み装置に右側から入ってもよい。ここで、結合時にＯ成
分がＥに変化するように、偏光フリッパを使用する。結
合時に、ウォークオフ装置１は、両方のビームが結合し
て、出力として機能するポート５で出るよう、Ｅビーム
とＯビームを一緒にぶれさせる（１本のＯビームは、偏
光フリッパ３によってＥ偏光に変化している）。図示の
装置は、ＯＰＳＯＣと呼ぶことができる。これは「Ｏ偏
光分割装置または結合装置(O Polarization Splitter O
r Combiner) 」の頭字語である。

【０００９】偏光フリッパは、第１ウォークオフ装置か
ら出るＯ光線の偏光をフリップすることができる。その
ような装置を、図２に示す。装置は、図１に図示した装
置に似ているが、Ｏビームが第１偏光フリッパ３を通過
するので、出射ビームは２本ともＥビームである。した
がって、装置は「Ｅ偏光分割装置または結合装置(E Pol
arization Splitter Or Combiner) 」の頭字語であるＥ
ＰＳＯＣと呼ぶと便利である。ＥＰＳＯＣ装置は、おお
むねＯＰＳＯＣ装置と似ているが、偏光フリッパを使用
して、分割時にＯ偏光成分をＥに変更し、結合時にＥ偏
光成分をＯに変更する。

【００１０】図１および２に図示された装置は、個々に
使用してもよく、他の要素と結合して、さらに複雑な装
置にすることもできる。より複雑な装置では、非可逆セ
クションを配置して、２本のビームを受ける。このよう
な装置が図３に図示され、図１に示した第１および第２
ＯＰＳＯＣ装置と図２に示したＥＰＳＯＣ装置とを組み
込む。第１および第２ＯＰＳＯＣ装置は、それぞれウォ
ークオフ装置２１および偏光フリッパ２３によって、お
よび第２ウォークオフ装置３１および第２偏光フリッパ
３３によって形成される。第１ＯＰＳＯＣ装置と第２Ｏ
ＰＳＯＣ装置との間にはファラデー回転子５１および半
波プレート５３、さらにウォークオフ装置４１を有する
ＥＰＳＯＣおよび偏光フリッパ４３がある。代替実施例
は、２個のＥＰＳＯＣ装置、および２個のＥＰＳＯＣ装
置の間にある１個のＯＰＳＯＣ装置を使用する。ここで
図示されるように、ウォークオフ装置は、ウォークオフ
の方向が紙面に入るか、紙面上になるよう方向付けられ
る。装置は、Ａ、ＢおよびＣとして示される３個のポー
トを有する。光はポートＢからポートＣへ、およびポー
トＣからポートＡへ伝送される。装置は部分的なサーキ
ュレータ（ポートＡからポートＣへの光の伝送はない）
であるが、現在の用語によるとサーキュレータと呼ばれ
る。

【００１１】図３に示すサーキュレータの動作について
述べる前に、ファラデー回転子および半波プレートの動
作について幾つかコメントを加えるのが適切と考えられ
る。ファラデー回転子は、ビームの方向に対してほぼ平
行、またはビームの方向に対してほぼ逆平行な磁界と結
合して使用される。所与のファラデー材料および光の波
長について、所定の厚さの材料の偏波面の回転量を、容
易に決定することができる。ビームの伝搬方向を逆転さ
せ、磁界方向をこれに対応して逆転させないと、偏波面
の回転方向が、反対のセンスになる。回転量が約４５°
になるように材料の厚さを選択することにより、適切な
方向の半波プレート５３として偏光回転子を使用して、
有用な非可逆性挙動が得られる。プレート５３が、偏波
面を４５°回転するように方向付けられると、１方向で
要素５１と５３との組合せを通過するビームは、偏光フ
リップを経験し、ここでビームは逆方向には変化がな
い。この挙動は、要素５１と５３とが互いに接触するよ
う要求しなくても得られ、要素５１が要素５３の後にな
っても得られる。言うまでもなく、要素５３の複屈折の
代わりに、旋光性を使用することもできる。以下の検討
では、説明のために、１対の要素を通って右から左へ進
むビームは偏光の変化を経験しないと仮定し、左から右
へ進むビームについては、説明のために、偏光は９０度
フリップされると仮定する。

【００１２】図３に示したサーキュレータの動作は、こ
れで容易に理解される。ポートＣからポートＡへの光の
伝搬について述べる。極性の与えられていない入射ビー
ムは、ポートＣでウォークオフ装置２１に入り、図示の
ようにＯおよびＥ偏光ビームに分離される。Ｅビーム
は、偏光フリッパ２３によって偏光がフリップされるの
で、両ビームの偏光は、ここでは平行である。ビームは
要素５１と５３との組合せを通過し、説明のために上記
で行った仮定により、両ビームの偏光は、９０度フリッ
プされる。次に、２本のビームは、２本のビームが４１
に関してＯの極性を持つビームとしてＥＰＳＯＣ装置の
ウォークオフ装置４１に入射し、実線で示すようにウォ
ークオフ装置４１中を進み、偏光フリッパ４３に入射す
る。ウォークオフ装置４１に入射時にビームが他の極性
を有していると、点線で示すように、異常ビームとして
紙面からぶれる。

【００１３】実線で示した２本のビームの通路を続ける
と、下方ビームは、第２ウォークオフ装置３１に対して
Ｅの極性を持つように第２偏光フリッパ３３を通過し、
この装置がこれらの２本のビームを一緒にぶれさせ、両
方がポートＡから出るようにする。

【００１４】ポートＢに入射する光線の伝搬は、これで
容易に理解される。ポートＢは、右から左へ、点線で示
すように紙面から離れる。極性を持たないビームが、ウ
ォークオフ装置３１によってＯ偏光成分とＥ偏光成分と
に分割され、偏光フリッパ３３が下方ビームの偏光をフ
リップする。ビームは両方とも、紙面から離れ、偏光フ
リッパ４３を迂回する。２本のビームは、ウォークオフ
・プレート４１に対してＥの極性を与えられ、これでぶ
れて紙面に戻る。４１に対してＥの極性を与えられたビ
ームは、次に非可逆性の要素５３と５３の組合せを通過
し、ここでは変更がフリップされないものと仮定する。
ビームは、ウォークオフ・プレート２１に対してＯの極
性を与えられる。上方ビームは、偏光フリッパ２３によ
ってＥに極性をフリップされ、次にウォークオフ・プレ
ート２１が２本のビームを一緒にぶれさせ、両方がポー
トＣから出るようにする。

【００１５】他のポート間の伝搬は、これ以上説明しな
くても、容易に理解される。特に、ポートＡから入射す
る光は、どのポートからも出られない。

【００１６】当業者には、図示の実施例からの変形が容
易に考えられる。たとえば、ウォークオフ装置という用
語は、直交する偏光を有する平行なビームを生じるあら
ゆる装置を意味する。偏光フリッパは、ファラデー回転
子などの他の手段または旋光性によって実現することが
できる。偏光は、ビームの分割方向に平行／直角であっ
ても、そうでなくてもよい。したがって、本発明は、Ｅ
ＰＳＯＣまたはＯＰＳＯＣを特徴としない実施例を含
む。その実施例は、ＬＰＳＯＣと呼ぶことができる。こ
れは、「同様の偏光分割装置または結合装置(Like Pola
rization Splitter Or Combiner)」の頭字語である。図
３は、「半波プレート」に関して述べてきたが、この用
語はａ（ｎ＋１／２）波プレートを意味する。好ましい
実施例は、第１ＯＰＳＯＣおよび第２ＯＰＳＯＣを、図
３で図示したように相対的に逆転させる必要があること
もある。この実施例は、光路長を等しくし、したがって
偏光モードの分散（ＰＭＤ）および偏光分散損失（ＰＤ
Ｌ）を最小にするのに役立つ。同じことが、第１ＥＰＳ
ＯＣおよび第２ＥＰＳＯＣにも考えられる。つまり、損
失と光路長を補償または整合するよう、第１装置と第３
装置とは同じにするとよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学装置の断面図である。

【図２】本発明による光学装置の断面図である。

【図３】図１および２で図示した装置を幾つか組み込ん
だ、本発明による別の光学装置の断面図である。明快さ
を期して、図示した要素は一定の縮尺で描かれていな
い。

【符号の説明】

１ウォークオフ装置３偏光フリッパ５ポート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学機器であって、少なくとも第１ウォークオフ装置（たとえば２１）を備
え、前記第１ウォークオフ装置は、入射ビームを直交す
る偏光の２本の平行な出射ビームに分割するか、直交す
る偏光を有する２本の平行な入射ビームを１本の出射ビ
ームに結合することができ、第１偏光フリッパーから出射する両ビームの偏光が基本
的に同じになるよう、第１ウォークオフ装置からの２本
のビームのうち１本の偏光を変更するか、第１ウォーク
オフ装置から出射するビームが偏光を持たないよう、２
本の入射ビームのうち１本の偏光を変更するよう配置さ
れた少なくとも第１の偏光フリッパ（たとえば２３）
と、前記２本のビームを受けるよう配置された非可逆性セク
ション（たとえば５１）とを特徴とする光学機器。
【請求項２】前記非可逆性セクションがファラデー回
転子から成る、請求項１記載の光学機器。
【請求項３】非可逆性セクションが、さらに、前記２
本のビームを受けるよう配置された半波プレートから成
る、請求項２記載の光学機器。
【請求項４】さらに、少なくとも第２のウォークオフ装置を備え、前記第２ウ
ォークオフ装置は、入射ビームを直交する偏光の２本の
平行な出射ビームに分割するか、直交する偏光の２本の
平行な入射ビームを１本の出射ビームに結合し、さら
に、２本の出射ビームのうち１本、または２本の入射ビーム
のうち１本の偏光を変更するよう配置された少なくとも
第２の偏光フリッパを備える、請求項１記載の光学機
器。
【請求項５】前記ウォークオフ装置が複屈折材料から
成る、請求項１記載の光学機器。
【請求項６】前記偏光フリッパがファラデー回転子か
ら成る、請求項１記載の光学機器。
【請求項７】前記偏光フリッパが光学的に活性な材料
から成る、請求項１記載の光学機器。
【請求項８】第１、第２および第３ＬＰＳＯＣ装置か
ら成り、前記第２装置が前記第１装置と前記第２装置と
の間にある光学機器。
【請求項９】前記第１および第３ＬＰＳＯＣが同じタ
イプである、請求項８記載の光学機器。
【請求項１０】前記第１および第３装置がＯＰＳＯＣ
装置である、請求項９記載の光学機器。
【請求項１１】前記第１および第３装置がＥＰＳＯＣ
装置である、請求項９記載の光学機器。
【請求項１２】前記第２ＬＰＳＯＣ装置が、前記第１
および第３装置の前記タイプの反対のタイプである、請
求項９記載の光学機器。