JPH10170867A - 光サーキュレータの機能を有する光デバイス - Google Patents

光サーキュレータの機能を有する光デバイス

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JPH10170867A
JPH10170867A JP8331883A JP33188396A JPH10170867A JP H10170867 A JPH10170867 A JP H10170867A JP 8331883 A JP8331883 A JP 8331883A JP 33188396 A JP33188396 A JP 33188396A JP H10170867 A JPH10170867 A JP H10170867A
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polarization
optical
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port
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2746—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means comprising non-reciprocal devices, e.g. isolators, FRM, circulators, quasi-isolators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は光サーキュレータ（３ポート光サー
キュレータ）の機能を有する光デバイスに関し、順方向
の損失が一律に小さく逆方向の損失が一律に大きい光サ
ーキュレータの提供を主な課題としている。 【解決手段】 ポート１，２，３にそれぞれ光学的に接
続される光結合ユニット３０と、入力ビームに対して９
０°の偏波面回転を与える反射ユニット３２と、光結合
ユニット３０及び反射ユニット３２を透過及び反射によ
り光学的に接続するための偏波分離膜３８を有する主偏
波ビームスプリッタ４０とから構成し、光結合ユニット
３０の各々を、副偏波ビームスプリッタ４６と偏波変換
ユニット４８とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、光サー
キュレータの機能を有する光デバイスに関し、更に詳し
くは、新規な構成を有する３ポート光サーキュレータ及
び該サーキュレータを備えた光アッド／ドロップ回路並
びに新規な構成を有する４ポート光サーキュレータに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の４ポート光サーキュレータは、例
えば、“Ａ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏ
ｎ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｉｒ
ｃｕｌａｔｏｒ”，ＴＨＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ
ＯＦ ＴＨＥ ＩＥＣＥ ＯＦ ＪＡＰＡＮ，ＶＯ
Ｌ．Ｅ６４，ＮＯ．１，ＪＡＮＵＡＲＹ １９８１，ｐ
ｐ３０−３１に記載されている。
【０００３】図１を参照して、この４ポート光サーキュ
レータの構成及び動作を簡単に説明する。この光サーキ
ュレータは、４つのポート１〜４を有している。ポート
１〜４にそれぞれ対向して、三角柱プリズム６、四角柱
プリズム８、四角柱プリズム１２及び三角柱プリズム１
０が設けられている。
【０００４】プリズム６，８，１０及び１２はルチル等
の複屈折性結晶から構成される。プリズム６及び１０の
形状は同じであり、プリズム８及び１２の形状も同じで
ある。プリズム６及び１２は薄い空気の層を介して相互
に固着されており、プリズム８及び１０も薄い空気の層
を介して相互に固着されている。
【０００５】プリズム６及び１２の組とプリズム８及び
１０の組との間には、図示しない磁石によって磁界Ｈを
印加されるＹＩＧ等の磁気光学結晶からなるファラデー
回転子１４と、１／２波長板１６とがこの順に設けられ
ている。
【０００６】ファラデー回転子１４は、入力ビームに対
して磁界Ｈに関して時計回りの方向に４５°の偏波面回
転を与える。１／２波長板１６は入力ビームに対してそ
の伝搬方向に関して反時計回りに４５°の偏波面回転を
与える。
【０００７】従って、ファラデー回転子１４及び１／２
波長板１６の組は、図の左から右に向かう方向のビーム
には偏波面を回転を与えずに、図の右から左に向かうビ
ームに９０°の偏波面回転を与える。
【０００８】本願明細書においては、ポート１からポー
ト２に向かう光路をパス（１，２）、ポート２からポー
ト３に向かう光路をパス（２，３）、ポート３からポー
ト４に向かう光路をパス（３，４）、ポート４からポー
ト１に向かう光路をパス（４，１）と称し、これとは逆
に、ポート２からポート１に向かう光路をパス（２，
１）、ポート３からポート２に向かう光路をパス（３，
２）、ポート４からポート３に向かう光路をパス（４，
３）、ポート１からポート４に向かう光路をパス（１，
４）と称することにする。
【０００９】パス（１，２）、パス（２，３）、パス
（３，４）及びパス（４，１）は順方向であり、順方向
の各パスについては、損失が小さく且つ損失が偏波状態
に依存しないことが要求される。
【００１０】パス（２，１）、パス（３，２）、パス
（４，３）及びパス（１，４）は逆方向であり、逆方向
の各パスについては損失が十分に大きいことが要求され
る。図１において、パス（１，２）及びパス（２，３）
を説明する。
【００１１】ポート１から供給されたビームは、プリズ
ム６及び１２の接合面において、反射成分であるＳ偏波
ビーム及び透過成分であるＰ偏波ビームに分離される。
Ｓ偏波ビームはプリズム６、ファラデー回転子１４及び
１／２波長板１６をこの順に通ってプリズム８に供給さ
れる。そのビームの偏波状態は変換されていないので、
そのビームはプリズム８及び１０の接合面で反射されて
ポート２に供給される。
【００１２】Ｐ偏波ビームはプリズム１２、ファラデー
回転子１４及び１／２波長板１６をこの順に通ってプリ
ズム１０に供給される。このビームも偏波状態が変換さ
れていないので、プリズム１０及び８の接合面を透過し
てポート２から出力される。
【００１３】ポート２に入力したビームは、プリズム８
及び１０の接合面においてＳ偏波ビーム及びＰ偏波ビー
ムに分離される。Ｓ偏波ビームはプリズム８，１／２波
長板１６及びファラデー回転子１４をこの順に通ってプ
リズム６に供給される。そのビームには９０°の偏波面
回転が与えられているので、そのビームはプリズム６及
び１２の接合面を透過してポート３から出力される。
【００１４】Ｐ偏波ビームはプリズム１０，１／２波長
板１６及びファラデー回転子１４をこの順に通ってプリ
ズム１２に供給される。そのビームにも９０°の偏波面
回転が与えられているので、そのビームはプリズム１２
及び６の接合面で反射してポート３から出力される。
【００１５】他のパスについても同じように動作を理解
することができるので、その説明は省略する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】近年、光サーキュレー
タとファイバグレーティングとを組み合わせてなる光ア
ッド／ドロップ回路が提案されている。ファイバグレー
ティングは、特定の狭い帯域の光を反射させ、その帯域
から外れた波長を有する光を透過させる。後述するよう
に、実用的な光アッド／ドロップ回路は、３ポート光サ
ーキュレータを有しているべきである。
【００１７】例えば、図１の４ポート光サーキュレータ
を用いて３ポート光サーキュレータを提供しようとする
と、ポート４について全反射処理すればよい。しかし、
この場合、ポート３からポート１に向かう順方向の光路
がパス（３，４）及びパス（４，１）を含むことにな
り、原理的には順方向の損失が２倍より大きくなる。ま
た、ポート１からポート３に向かう逆方向の光路が全反
射面（ポート４）を含むことにより、ポート３への入力
ビームに基づく反射成分がポート３から出力して特性が
悪くなる。
【００１８】３ポート光サーキュレータとして、特開平
４−２１６５２２号公報に記載されたものがある。しか
し、この光サーキュレータは、比較的近くに配置される
２つのファラデー回転子の偏波面回転方向を逆にする必
要性から、製造が容易でないという問題を有している。
【００１９】よって、本発明の目的は、順方向の損失が
一律に小さく且つ逆方向の損失が一律に大きい光サーキ
ュレータ（特に３ポート光サーキュレータ）の機能を有
する光デバイスを提供することにある。
【００２０】本発明の他の目的は、反射成分の少ない光
サーキュレータ（特に３ポート光サーキュレータ）の機
能を有する光デバイスを提供することにある。本発明の
更に他の目的は、製造が容易な光サーキュレータを提供
することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明によると、第１乃
至第３のポートを有する光デバイスが供給される。この
光デバイスは、第１乃至第３のポートにそれぞれ光学的
に接続される第１乃至第３の光結合ユニットと、入力ビ
ームに対して９０°の偏波面回転を与える反射ユニット
と、上記第１乃至第３の光結合ユニット及び上記反射ユ
ニットを透過及び反射により光学的に接続するための偏
波分離膜を有する主偏波ビームスプリッタとを備えてい
る。上記第１乃至第３の光結合ユニットの各々は、当該
のポートを第１の偏波面を有する第１の偏波ビームと上
記第１の偏波面に対して垂直な第２の偏波面を有する第
２の偏波ビームとに結合するための副偏波ビームスプリ
ッタと、上記第１の光結合ユニットから上記第２の光結
合ユニットに向かう方向及び上記第３の光結合ユニット
から上記反射ユニットに向かう方向では上記第１及び第
２の偏波ビームが上記偏波分離膜を透過し、上記第２の
光結合ユニットから上記第３の光結合ユニットに向かう
方向及び上記反射ユニットから上記第１の光結合ユニッ
トに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上
記偏波分離膜で反射するように、上記第１及び第２の偏
波ビームの一方を偏波変換する手段とを備えている。
【００２２】本発明においては、第１ポートから第２ポ
ートに向かう光路と第２ポートから第３ポートに向かう
光路と第３ポートから第１ポートに向かう光路とでは、
第３ポートから第１ポートに向かう光路だけが反射ユニ
ットを含んでいるが、反射ユニットの損失は十分に小さ
くすることができるので、順方向の損失が一律に小さく
且つ入力の偏波状態に依存しない３ポート光サーキュレ
ータの提供が可能になる。反射ユニットは、例えば、１
／４波長板とミラーとにより構成することができる。ま
た、逆方向の各光路の損失は主偏波ビームスプリッタが
各光路に共通であることから一律に大きい。
【００２３】本発明の他の側面によると、第１乃至第４
のポートを有する光デバイスであって、上記第１乃至第
４のポートにそれぞれ光学的に接続される第１乃至第４
の光結合ユニットと、上記第１乃至第４の光結合ユニッ
トを透過及び反射により光学的に接続するための偏波分
離膜を有する主偏波ビームスプリッタとを備え、上記第
１乃至第４の光結合ユニットの各々は、当該のポートを
第１の偏波面を有する第１の偏波ビームと上記第１の偏
波面に対して垂直な第２の偏波面を有する第２の偏波ビ
ームとに結合するための副偏波ビームスプリッタと、上
記第１の光結合ユニットから上記第２の光結合ユニット
に向かう方向及び上記第３の光結合ユニットから上記第
４の光結合ユニットに向かう方向では上記第１及び第２
の偏波ビームが上記偏波分離膜を透過し、上記第２の光
結合ユニットから上記第３の光結合ユニットに向かう方
向及び上記第４の光結合ユニットから上記第１の光結合
ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビー
ムが上記偏波分離膜で反射するように、上記第１及び第
２の偏波ビームの一方を偏波変換する手段とを備えてい
る光デバイスが提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の望ましい実施の形態を詳細に説明する。図２は本発明
による３ポート光サーキュレータの第１実施形態を示す
部分断面図である。この光サーキュレータはポート１，
２及び３を有している。ポート１，２及び３の各々は、
励振端を有する光ファイバ１８と、光ファイバ１８の励
振端に対向して設けられるレンズ２０とを有している。
【００２５】光ファイバ１８はフェルール２２に挿入固
定され、フェルール２２及びレンズ２０はスリーブ２４
に挿入固定されている。スリーブ２４はフランジ２６を
介してハウジング２８に固定されている。
【００２６】この実施形態では、ハウジング２８は概略
直方体形状をしており、ポート１，２及び３はハウジン
グ２８の３つの壁面上の開口部にそれぞれ設定されてい
る。ハウジング２８内には、ポート１，２及び３にそれ
ぞれ光学的に接続される光結合ユニット３０（＃１，＃
２及び＃３）と、入力ビームに対して９０°の偏波面回
転を与える反射ユニット３２と、ユニット３０（＃１，
＃２及び＃３）及び３２を透過及び反射により光学的に
接続するための偏波分離膜３８を有する主偏波ビームス
プリッタ４０とが設けられている。
【００２７】この実施形態では、偏波分離膜３８は一対
の三角柱プリズム（直角三角柱プリズム）４２及び４４
の斜面間に挟まれて保持されている。また、反射ユニッ
ト３２は、ミラー３４と、ミラー３４及びプリズム４４
間に設けられる１／４波長板３６とからなる。
【００２８】光結合ユニット３０（＃１，＃２及び＃
３）の各々は、副偏波ビームスプリッタ４６と偏波変換
ユニット４８とを有している。副偏波ビームスプリッタ
４６は、当該のポート１，２又は３を、第１の偏波面を
有する第１の偏波ビーム（Ｐ偏波ビーム）と第１の偏波
面に対して垂直な第２の偏波面を有する第２の偏波ビー
ム（Ｓ偏波ビーム）とに結合する。そのために、副偏波
ビームスプリッタ４６は、偏波分離膜５０と、偏波分離
膜を挟んで保持するための三角柱プリズム（直角三角柱
プリズム）５２及び平行四辺形柱プリズム５４とを有し
ている。
【００２９】ここでは、第１及び第２の偏波ビームは各
偏波分離膜５０の入射面に対して定義される。具体的に
は、第１の偏波面は紙面に平行であり、第２の偏波面は
紙面に垂直である。また、平行四辺形柱プリズム５４が
用いられていることから、第１及び第２の偏波ビームは
互いに平行である。これにより、ユニット同士の光学的
結合が容易である。
【００３０】偏波変換ユニット４８の各々は、第１及び
第２の偏波ビームに関連して２チャネルの偏波変換機能
を有している。そのために、偏波変換ユニット４８の各
々は、２つの磁気光学結晶５６と、磁気光学結晶５６の
両方に同じ向きに磁界を印加するための永久磁石５８
と、磁気光学結晶５６に対向してそれぞれ設けられる２
つの１／２波長板６０とを有している。
【００３１】磁気光学結晶５６としてはＹＩＧ（イット
リウム・鉄・ガーネット）を用いることができる。１／
２波長板６０の光学軸の方向については後述する。偏波
変換ユニット４８の各チャネルは、１方向に伝搬するビ
ームに対して９０°の偏波面回転を与えるが、他の方向
に伝搬するビームには偏波面回転を与えないか或いは１
８０°の偏波面回転を与える。
【００３２】図示された例では、各磁気光学結晶５６と
主偏波ビームスプリッタ４０との間に各１／２波長板６
０が設けられているが、磁気光学結晶５６及び１／２波
長板６０は主偏波ビームスプリッタ４０に対して逆の位
置に配置されていてもよい。
【００３３】偏波変換ユニット４８の各々は、光結合ユ
ニット３０（＃１）から光結合ユニット３０（＃２）に
向かう方向及び光結合ユニット３０（＃３）から反射ユ
ニット３２に向かう方向では第１及び第２の偏波ビーム
が偏波分離膜３８を透過し、光結合ユニット３０（＃
２）から光結合ユニット３０（＃３）に向かう方向及び
反射ユニット３２から光結合ユニット３０（＃１）に向
かう方向では第１及び第２の偏波ビームが偏波分離膜３
８で反射するように、第１及び第２の偏波ビームの一方
を偏波変換する。
【００３４】この実施形態では、ポート１，２及び３の
各々は、光ファイバ１８の励振端に対向するレンズ２０
を有しているので、コリメートビーム系によりパス
（１，２）、パス（２，３）及びパス（３，１）を提供
することができる。
【００３５】図３乃至図５により図２の３ポート光サー
キュレータの動作を説明する。まず、図３によりパス
（１，２）を説明する。ポート１からのビームは、光結
合ユニット３０（＃１）の偏波分離膜５０によりＰ偏波
ビーム及びＳ偏波ビームに分離され、Ｐ偏波ビーム及び
Ｓ偏波ビームは副偏波ビームスプリッタ４６から互いに
平行に出力される。
【００３６】Ｐ偏波ビームは偏波変換ユニット４８を図
の右から左に向かって透過するときに偏波面回転を与え
られずにＰ偏波ビームのまま主偏波ビームスプリッタ４
０に供給され、Ｓ偏波ビームは偏波変換ユニット４８を
図の右から左に向かって透過するときに９０°の偏波面
回転を与えられてＰ偏波ビームとなって主偏波ビームス
プリッタ４０に供給される。
【００３７】主偏波ビームスプリッタ４０に供給された
２つのＰ偏波ビームはそれぞれ偏波分離膜３８を透過す
る。一方のＰ偏波ビームは光結合ユニット３０（＃２）
の偏波変換ユニット４８によりＳ偏波ビームに変換され
てこのＳ偏波ビームは偏波分離膜５０で反射してポート
２に結合する。他方のＰ偏波ビームは偏波変換ユニット
４８を図の右から左に向かって透過するときに偏波面回
転を与えられずにＰ偏波ビームのまま偏波分離膜５０を
透過してポート２から出力される。
【００３８】このように、ポート１に供給されたビーム
のパワーは原理的には全てポート２から出力されるの
で、パス（１，２）の損失はポート１に供給されたビー
ムの偏波状態には依存しない。
【００３９】次に図４によりパス（２，３）を説明す
る。ポート２からのビームは、光結合ユニット３０（＃
２）の副偏波ビームスプリッタ４６において、偏波分離
膜５０を透過するＰ偏波ビームと偏波分離膜５０で反射
するＳ偏波ビームとに分離され、Ｐ偏波ビーム及びＳ偏
波ビームは互いに平行に副偏波ビームスプリッタ４６か
ら出力される。
【００４０】Ｐ偏波ビームは光結合ユニット（＃２）の
偏波変換ユニット４８を透過するときに９０°の偏波面
回転を与えられてＳ偏波ビームとなって主偏波ビームス
プリッタ４０に供給される。
【００４１】副偏波ビームスプリッタ４６からのＳ偏波
ビームは、偏波変換ユニット４８を図の左から右に向か
って透過するときに偏波面回転を与えられずにＳ偏波ビ
ームのまま主偏波ビームスプリッタ４０に供給される。
【００４２】主偏波ビームスプリッタ４０に供給された
２つのＳ偏波ビームは、偏波分離膜３８でそれぞれ反射
して光結合ユニット３０（＃３）に供給される。主偏波
ビームスプリッタ４０からの一方のＳ偏波ビームは光結
合ユニット３０（＃３）の偏波変換ユニット４８を図の
下から上に向かって透過するときに偏波面回転を与えら
れずにそのままＳ偏波ビームとして副偏波ビームスプリ
ッタ４６に供給され、偏波分離膜５０で反射してポート
３から出力される。
【００４３】主偏波ビームスプリッタ４０からの他方の
Ｓ偏波ビームは、光結合ユニット３０（＃３）の偏波変
換ユニット４８を図の下から上に向かって透過するとき
に９０°の偏波面回転を与えられＰ偏波ビームとなって
偏波分離膜５０を透過してポート３から出力される。
【００４４】このように、ポート２に供給されたビーム
のパワーは原理的には全てポート３から出力されるの
で、パス（２，３）の損失はポート２に供給されたビー
ムの偏波状態には依存しない。
【００４５】続いて図５によりパス（３，１）を説明す
る。ポート３からのビームは、光結合ユニット３０（＃
３）の副偏波ビームスプリッタ４６において偏波分離膜
５０を透過するＰ偏波ビームと偏波分離膜５０で反射す
るＳ偏波ビームとに分離される。Ｐ偏波ビーム及びＳ偏
波ビームは互いに平行に副偏波ビームスプリッタ４６か
ら出力される。
【００４６】Ｓ偏波ビームは光結合ユニット３０（＃
３）の偏波変換ユニット４８を図の上から下に向かって
透過するときに９０°の偏波面回転を与えられてＰ偏波
ビームとして主偏波ビームスプリッタ４０に供給され
る。
【００４７】副偏波ビームスプリッタ４６からのＰ偏波
ビームは偏波変換ユニット４８を図の上から下に向かっ
て透過するときに偏波面回転を与えられずにＰ偏波ビー
ムのまま主偏波ビームスプリッタ４０に供給される。
【００４８】主偏波ビームスプリッタ４０に供給された
２つのＰ偏波ビームはそれぞれ偏波分離膜３８を透過し
て反射ユニット３２に供給される。Ｐ偏波ビームの各々
が１／４波長板３６を図の上から下に向かって通過する
と円偏波となり、その円偏波はミラー３４で反射して１
／４波長板３６をもう一度図の下から上に向かって透過
することによって直線偏波の出力ビームとなる。反射ユ
ニット３２は入力ビームに対して９０°の偏波面回転を
与えるので、ここでは、反射ユニット３２から主偏波ビ
ームスプリッタ４０に供給されるビームの各々はＳ偏波
ビームとなっている。
【００４９】反射ユニット３２から主偏波ビームスプリ
ッタ４０に供給された２つのＳ偏波ビームは偏波分離膜
３８で反射して光結合ユニット３０（＃１）に供給され
る。主偏波ビームスプリッタ４０から供給された一方の
Ｓ偏波ビームは、光結合ユニット３０（＃１）の偏波変
換ユニット４８を図の左から右に向かって透過するとき
に９０°の偏波面回転を与えられてＰ偏波ビームとな
り、このビームは偏波分離膜５０を透過してポート１か
ら出力される。
【００５０】主偏波ビームスプリッタ４０から供給され
た他方のＳ偏波ビームは、光結合ユニット３０（＃１）
の偏波変換ユニット４８を図の左から右に向かって透過
するときに偏波面回転を与えられずにＳ偏波ビームのま
ま副偏波ビームスプリッタ４６に供給される。そしてこ
の供給されたＳ偏波ビームは偏波分離膜５０で反射して
ポート１から出力される。
【００５１】このようにポート３からのビームのパワー
は原理的には全てポート１から出力されるので、パス
（３，１）の損失はポート３に供給されたビームの偏波
状態には依存しない。
【００５２】パス（３，１）をパス（１，２）及びパス
（２，３）と比較すると、反射ユニット３２を含んでい
る分だけ順方向の損失が増大すると思われがちである
が、反射ユニット３２における損失は実用的に十分小さ
くすることができるので、本実施形態によると順方向の
損失が一律に小さい３ポート光サーキュレータの提供が
可能になる。
【００５３】また、この光サーキュレータは３つのポー
ト１，２及び３だけしか有していないので、従来のよう
に４ポート光サーキュレータを用いて３ポート光サーキ
ュレータを提供する場合に比較して反射成分を少なくす
ることができる。
【００５４】図６を参照すると、本発明に適用可能な偏
波変換ユニットの動作説明図が示されている。１つの偏
波変換ユニット４８に用いられる２つの１／２波長板６
０の光学軸は４５°の角度をなすように設定されてい
る。具体的には、図示された例では、磁気光学結晶５６
の各々に永久磁石５８によって印加される磁界の方向が
矢印Ｈで示されているとしたときに、手前側の１／２波
長板６０の光学軸はＳ偏波ビームの偏波面に対して矢印
Ｈ方向に向かって時計回りに２２．５°傾斜しており、
向こう側の１／２波長板６０の光学軸はＳ偏波ビームの
偏波面に対して矢印Ｈ方向に向かって反時計回り方向に
２２．５°傾斜している。
【００５５】まず、手前側の１／２波長板６０及び対応
する磁気光学結晶５６によって与えられる偏波面回転を
考察する。この場合、１／２波長板６０及び磁気光学結
晶５６をこの順に透過するビームには９０°の偏波面回
転が与えられ、磁気光学結晶５６及び１／２波長板６０
をこの順の透過するビームに対しては偏波面回転は与え
られない。
【００５６】次に、向こう側の１／２波長板６０及び対
応する磁気光学結晶５６によって与えられる偏波面回転
について考察する。この場合、１／２波長板６０及び磁
気光学結晶５６をこの順に透過するビームには偏波面回
転は与えられずに、磁気光学結晶５６及び１／２波長板
６０をこの順に透過するビームに対しては９０°の偏波
面回転が与えられる。
【００５７】本実施形態では、１つの永久磁石５８によ
って２つの磁気光学結晶５６に同じ向きに磁界を印加す
れば足りるので、偏波変換ユニット４８の作製が容易で
ある。また、２つの磁気光学結晶５６を互いに近づける
ことができるので、小型化が可能になる。このように、
本実施形態によると、従来の３ポート光サーキュレータ
に比較して製造が容易で且つ小型化に適したものの提供
が可能になる。
【００５８】尚、図６において、永久磁石５８が磁気光
学結晶５６の各々に印加する磁界の方向Ｈを逆にするこ
とによって、２つのチャネルの入出力関係を逆にするこ
とができる。
【００５９】図７を参照すると、本発明による３ポート
光サーキュレータの第２実施形態が示されている。ここ
では図２に示されるフランジ２６及びハウジング２８の
図示は省略されている。全図を通して実質的に同一の部
分には同一の符号が付されている。
【００６０】この第２実施形態は、図２のような偏波分
離膜５０を有する各副偏波ビームスプリッタ４６に代え
て、複屈折板からなる副偏波ビームスプリッタ６２が用
いられている点で特徴づけられる。
【００６１】図８の（Ａ）及び（Ｂ）により各副偏波ビ
ームスプリッタ６２の動作を説明する。副偏波ビームス
プリッタ６２の各々は、当該のポート１，２又は３に対
向する端面６２Ａと主偏波ビームスプリッタ４０に対向
する端面６２Ｂとを有している。端面６２Ａ及び６２Ｂ
は互いに平行である。
【００６２】副偏波ビームスプリッタ６２の光学軸６２
Ｃは端面６２Ａ及び６２Ｂに対して４５°傾斜し且つ紙
面と平行に設けられている。図８の（Ａ）に示されるよ
うに、端面６２Ａにビームが供給されると、このビーム
は副偏波ビームスプリッタ６２内において常光線成分
（ｏ）及び異常光線成分（ｅ）に分離され、それぞれ端
面６２Ｂの異なる位置から互いに平行に出力される。
【００６３】これとは逆に、図８の（Ｂ）に示されるよ
うに、常光線成分（ｏ）及び異常光線成分（ｅ）にそれ
ぞれ対応する２つのビームが端面６２Ｂに供給される
と、これらのビームは合成されて端面６２Ａから１つの
ビームとして出力される。
【００６４】常光線成分（ｏ）は紙面に垂直な偏波面を
有しており、異常光線成分（ｅ）は紙面に平行な偏波面
を有しているので、図７の第２実施形態の動作を理解す
る上では、異常光線成分（ｅ）及び常光線成分（ｏ）を
それぞれ第１実施形態における第１の偏波ビーム及び第
２の偏波ビームに対応させるとよい。
【００６５】図７の第２実施形態によっても、順方向の
損失が一律に小さく且つ反射成分の少ない３ポート光サ
ーキュレータの提供が可能になる。また、偏波変換ユニ
ット５８の各々として図６のような偏波変換ユニットを
採用することによって、小型化に適し且つ製造が容易な
光サーキュレータの提供が可能になる。
【００６６】また、副偏波ビームスプリッタ６２の各々
においては複屈折板の物性それ自身により偏波分離がな
されるので、誘電体多層膜等からなる偏波分離膜を用い
た場合と比べて極めて良好な消光比（例えば６０ｄＢ以
上）を得ることができる。
【００６７】図９を参照すると、本発明による３ポート
光サーキュレータの第３実施形態が示されている。この
実施形態は、第１実施形態と対比して、主偏波ビームス
プリッタ４０と反射ユニット３２との間に複屈折平板６
４が設けられている点で特徴付けられる。これにより逆
方向の損失が十分に大きくなり、高い消光比を得ること
ができる。具体的には次の通りである。
【００６８】複屈折平板６４は、主偏波ビームスプリッ
タ４０に対向する端面６４Ａと１／４波長板３６に対向
する端面６４Ｂとを有している。端面６４Ａ及び６４Ｂ
は互いに平行である。
【００６９】複屈折平板６４の光学軸６４Ｃは、端面６
４Ａ及び６４Ｂに対して４５°傾斜し且つ紙面に平行に
設定されている。第３実施形態において複屈折平板６４
を用いているのは、主偏波ビームスプリッタ４０から反
射ユニット３２に向かうビームに対して反射ビーム３２
から主偏波ビームスプリッタ４０に向かうビームをずら
すためである。
【００７０】偏波分離膜３８が理想的な特性を有してい
るとすれば、複屈折平板６４による効果は少ないが、現
実的には偏波分離膜３８はＰ偏波ビームを僅かに反射さ
せＳ偏波ビームを僅かに透過させる。従って、複屈折平
板６４がない場合には、反射ユニット３２から主偏波ビ
ームスプリッタ４０に供給されたＳ偏波ビームが偏波分
離膜３８を僅かに透過すると、その透過ビームはポート
３に戻るので消光比が劣化する恐れがある。
【００７１】第３実施形態では、主偏波ビームスプリッ
タ４０からのＰ偏波ビームの各々が複屈折平板６４に異
常光線成分（ｅ）として入射するようにされている。こ
の異常光線成分（ｅ）は反射ユニット３２によって常光
線成分（ｏ）に変換されるので、端面６４Ａにおける異
常光線成分（ｅ）の入射点と常光線成分（ｏ）の出力点
とは異なる位置になる。
【００７２】この常光線成分（ｏ）の各々は偏波分離膜
３８で反射され光結合ユニット３０（＃１）によってポ
ート１に結合される。もし、偏波分離膜３８を図の下か
ら上に向かう方向で透過するＳ偏波ビームが生じたとし
ても、これらのビームは光結合ユニット３０（＃３）に
よってポート３に結合されることはないので、消光比が
良好になる。
【００７３】図１０は本発明による３ポート光サーキュ
レータの第４実施形態を示す図である。この実施形態で
は、消光比を高めるために、光結合ユニット３０（＃
２）と主偏波ビームスプリッタ４０′との間に複屈折く
さび板６６が設けられており、それに伴い反射ユニット
３２′が僅かに傾斜させられている。
【００７４】また、ポート３′をポート１と同じ側に配
置するために、主偏波ビームスプリッタ４０′は、偏波
分離膜３８と偏波分離膜３８を挟んで保持するための三
角柱プリズム４４及び平行四辺形柱プリズム４２′とを
有している。これに伴い光結合ユニット３０（＃３）′
の配置位置が変更されている。
【００７５】図示された例では、複屈折くさび板６６の
くさび角が定義される平面は紙面と平行であり、この場
合複屈折くさび板６６の光学軸は紙面に垂直に設定され
る。図示された例で、複屈折くさび板６６の材質がルチ
ルであり、くさび角が４°である場合、ポート３′はポ
ート１及び２に対して約１°傾斜し、反射ユニット３
２′はポート１及び２に対して約０．５°傾斜する。
【００７６】図示はしないが、偏波分散を小さくするた
めには、複屈折くさび板６６のくさび角が紙面に垂直な
平面上で定義されるように複屈折くさび板６６を配置す
るとよい。この場合、ポート３′及び反射ユニット３
２′は紙面に対して僅かに傾斜する。
【００７７】図１１の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）を参照
して第４実施形態における順方向の各パスを説明する。
図１１の（Ａ）はパス（１，２）を説明するための図で
ある。ポート１から主偏波ビームスプリッタ４０′に供
給される各ビームはＰ偏波ビームであるから、このＰ偏
波ビームは偏波分離膜３８を透過して複屈折くさび板６
６で屈折を受けてポート２から出力される。Ｐ偏波ビー
ムは複屈折くさび板６６の常光線成分（ｏ）に相当する
のでその屈折角は比較的小さい（図では常光線成分
（ｏ）は屈折しないように図示されている）。
【００７８】図１１の（Ｂ）を参照すると、パス（２，
３′）が示されている。ポート２から複屈折くさび板６
６に供給される各ビームはＳ偏波ビームであるから、こ
のＳ偏波ビームは複屈折くさび板６６における異常光線
成分（ｅ）として比較的大きな屈折を受ける。複屈折く
さび板６６から出力されたＳ偏波ビームは偏波分離膜３
８で反射し更にプリズム４２′の全反射面で反射してポ
ート３′から出力される。
【００７９】図１１の（Ｃ）を参照すると、パス
（３′，１）が示されている。ポート３′から主偏波ビ
ームスプリッタ４０′に供給される各ビームはＰ偏波ビ
ームであるから、このＰ偏波ビームはプリズム４２′の
全反射面で反射し、偏波分離膜３８を透過して反射ユニ
ット３２′に供給される。
【００８０】Ｐ偏波ビームは反射ユニット３２′によっ
てＳ偏波ビームに変換され、このＳ偏波ビームは偏波分
離膜３８で反射してポート１から出力される。このよう
に順方向の各パスが確保されており、これまでの実施形
態と同じように順方向の損失は一律に小さく且つ入力の
偏波状態に依存しない。
【００８１】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）により第４実施
形態による効果を説明する。図１２の（Ａ）に示される
ように、ポート３′からのＰ偏波ビームが偏波分離膜３
８で僅かに反射したとしても、この反射ビームはポート
３′が傾斜していること及び複屈折くさび板６６がある
ことによりポート２へは結合しない。
【００８２】また、反射ユニット３２′からのＳ偏波ビ
ームが偏波分離膜３８を僅かに透過したとしても、この
透過ビームはポート３′及び反射ユニット３２′が傾斜
していることからポート３′には戻らない。
【００８３】従って、パス（３′，２）の損失を十分大
きくして高い消光比を得ることができる。図１２の
（Ｂ）に示されるように、ポート１からのビームは原理
的にはＰ偏波ビームであるが、その中にＳ偏波ビームが
僅かに混入していると、そのＳ偏波ビームは偏波分離膜
３８を透過する。しかし、その透過ビームは複屈折くさ
び板６６において異常光線成分（ｅ）としての屈折を受
けるので、ポート２は結合しない。また、ポート１から
のＰ偏波ビームが偏波分離膜３８で僅かに反射したとし
ても、この反射ビームは反射ユニット３２′によってＳ
偏波ビームに変換され、Ｓ偏波ビームは偏波分離膜３８
で反射するが、その反射ビームは反射ユニット３２′が
傾斜していることからポート１には戻らない。
【００８４】このように第４実施形態によると、複屈折
くさび板６６を用いているので、消光比を高めることが
できる。また、ポート１及び３′が同じ側に配置されて
いるので、光サーキュレータの実装が容易になる。
【００８５】図１０に示されるように、複屈折くさび板
６６は主偏波ビームスプリッタ４０′と光結合ユニット
３０（＃２）との間に配置されているが、複屈折くさび
板６６は主偏波ビームスプリッタ４０′と光結合ユニッ
ト３０（＃１）との間に配置されていてもよい。
【００８６】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、
本発明による３ポート光サーキュレータを用いた光アッ
ド／ドロップ回路が示されている。図１３の（Ａ）に示
される例では、本発明による３ポート光サーキュレータ
６８のポート２にファイバグレーティング７０が接続さ
れている。また、図１３の（Ｂ）に示される例では、本
発明による３ポート光サーキュレータ６８のポート１に
ファイバグレーティング７０′が接続されている。
【００８７】一般に、光照射によって光学媒体（例えば
ガラス）の屈折率が恒久的に変化する場合、その光学媒
質は感光性（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）であると
いう。この性質を利用して、光ファイバのコアにファイ
バグレーティングを作製することができる。
【００８８】このようなファイバグレーティングの特徴
は、グレーティングのピッチとファイバモードの有効屈
折率とによって決定される共振波長近傍の狭い帯域で光
をブラッグ反射させることである。ファイバグレーティ
ングは、例えば、フェイズマスクを使用して適切な波長
のエキシマレーザをファイバに照射することによって作
製される。
【００８９】図１３の（Ａ）では、波長λ1 及びλ
2 （≠λ1 ）の２チャネルの光信号がポート１に供給さ
れている。ファイバグレーティング７０の反射波長はλ
1 に設定されている。波長λ1 の光信号はポート２から
出力されファイバグレーティング７０で反射されてポー
ト２に戻りポート３から出力される。
【００９０】波長λ2 の光信号はポート２から出力され
てファイバグレーティング７０を通過する。従って、Ｗ
ＤＭ（波長分割多重）が適用されている光ファイバ伝送
路の途中にポート１及び２を接続することによって、波
長λ1 の光信号の分岐（ドロッピング）を行なうことが
できる。
【００９１】もし光サーキュレータ６８が従来の４ポー
ト光サーキュレータを用いたものであるとすると、前述
したように、パス（３，１）の損失が大きくなるので、
ＯＴＤＲ（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ
ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を良好に実施することが
できない場合がある。
【００９２】ＯＴＤＲは、光ファイバ伝送路の障害点
（接続不完全な箇所や破断点等）の検出及びその位置を
特定するために、或いは光ファイバ伝送路の損失の測定
を行なうために重要な技術である。
【００９３】ＯＴＤＲは、具体的には、光パルスに対す
る反射光の時間変化からファイバ内の状態を評価するも
のである。図１３の（Ａ）の実施形態によると、パス
（３，１）の損失を十分小さくすることができるので、
波長λ1 の光を用いてポート３に接続されている光ファ
イバ伝送路についてＯＴＤＲを良好に行なうことができ
る。この場合には、波長λ1 の光がポート１に接続され
ている端局装置等から光サーキュレータ６８に供給され
る。この光はポート２から出力されファイバグレーティ
ング７０で反射してポート２及び３をこの順に経て光フ
ァイバ伝送路に送出され、障害点等による反射光がポー
ト３及び１をこの順に通って端局等に戻る。
【００９４】図１３の（Ｂ）に示される実施形態では、
波長λ2 の光信号がファイバグレーティング７０′を通
過してポート１に供給される。ポート３には波長λ1 の
光信号が供給されている。
【００９５】波長λ1 の光信号はポート１から出力され
ファイバグレーティング７０′で反射してポート１に戻
る。従って、波長λ1 の光信号及び波長λ2 の光信号は
共にポート２から出力される。
【００９６】従って、光ファイバ伝送路の途中にポート
１及び２を接続することによって、波長λ1 の光信号の
挿入（アッディング）を行なうことができる。この実施
形態においても、パス（３，１）の損失が十分に小さい
ので、波長λ1 の光を用いてポート２に接続される光フ
ァイバ伝送路について良好にＯＴＤＲを実施することが
できる。
【００９７】図１４を参照すると、本発明による４ポー
ト光サーキュレータの実施形態が示されている。この実
施形態は、図２の第１実施形態と対比して、反射ユニッ
ト３２が省略され、それに代えてポート４及び光結合ユ
ニット３０（＃４）が設けられている点で特徴付けられ
る。それに伴ってハウジング２８′の形状が変更されて
いる。
【００９８】ポート４は他のポート１，２及び３と同様
に構成される。また、光結合ユニット３０（＃４）は他
の光結合ユニット３０（＃１，＃２及び＃３）と同様に
副偏波ビームスプリッタ４６及び偏波変換ユニット４８
を有している。
【００９９】尚、光結合ユニット３０（＃４）の構成要
素の光結合ユニット３０（＃３）の構成要素に対する関
係は光結合ユニット３０（＃２）の構成要素の光結合ユ
ニット３０（＃１）の構成要素に対する関係と同じであ
る。
【０１００】この４ポート光サーキュレータの動作は図
２の３ポート光サーキュレータの動作に準じて容易に理
解することができるのでその説明を省略する。図１４の
実施形態においては、偏波変換ユニットとして図６に示
されるようなものを用いることができるので、製造が容
易で小型化が可能である。
【０１０１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
順方向の損失が一律に小さく且つ逆方向の損失が一律に
大きい光サーキュレータ（特に３ポート光サーキュレー
タ）の提供が可能になるという効果が生じる。
【０１０２】また、本発明によると、製造が容易で且つ
小型化に適した光サーキュレータの提供が可能になると
いう効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】４ポート光サーキュレータの従来技術を示す図
である。
【図２】３ポート光サーキュレータの第１実施形態を示
す部分断面図である。
【図３】第１実施形態における動作説明図（その１）で
ある。
【図４】第１実施形態における動作説明図（その２）で
ある。
【図５】第１実施形態における動作説明図（その３）で
ある。
【図６】本発明に適用可能な偏波変換ユニットの動作説
明図である。
【図７】３ポート光サーキュレータの第２実施形態を示
す図である。
【図８】複屈折板による副偏波ビームスプリッタの動作
説明図である。
【図９】本発明による３ポート光サーキュレータの第３
実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による３ポート光サーキュレータの第
４実施形態を示す図である。
【図１１】第４実施形態における動作説明図である。
【図１２】第４実施形態における効果の説明図である。
【図１３】光アッド／ドロップ回路の実施形態を示す図
である。
【図１４】本発明による４ポート光サーキュレータの実
施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１，２，３，４ ポート ３０（＃１，＃２，＃３及び＃４） 光結合ユニット ３２ 反射ユニット ４０ 主偏波ビームスプリッタ ４６ 副偏波ビームスプリッタ ４８ 偏波変換ユニット

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１乃至第３のポートを有する光デバイ
    スであって、 上記第１乃至第３のポートにそれぞれ光学的に接続され
    る第１乃至第３の光結合ユニットと、 入力ビームに対して９０°の偏波面回転を与える反射ユ
    ニットと、 上記第１乃至第３の光結合ユニット及び上記反射ユニッ
    トを透過及び反射により光学的に接続するための偏波分
    離膜を有する主偏波ビームスプリッタとを備え、 上記第１乃至第３の光結合ユニットの各々は、 当該のポートを第１の偏波面を有する第１の偏波ビーム
    と上記第１の偏波面に対して垂直な第２の偏波面を有す
    る第２の偏波ビームとに結合するための副偏波ビームス
    プリッタと、 上記第１の光結合ユニットから上記第２の光結合ユニッ
    トに向かう方向及び上記第３の光結合ユニットから上記
    反射ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波
    ビームが上記偏波分離膜を透過し、上記第２の光結合ユ
    ニットから上記第３の光結合ユニットに向かう方向及び
    上記反射ユニットから上記第１の光結合ユニットに向か
    う方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上記偏波分
    離膜で反射するように、上記第１及び第２の偏波ビーム
    の一方を偏波変換する手段とを備えている光デバイス。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記第１乃至第３のポートの各々は、励振端を有する光
    ファイバと、該励振端に対向して設けられるレンズとを
    備えている光デバイス。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記副偏波ビームスプリッタの各々は、偏波分離膜と、
    該偏波分離膜を挟んで保持するための三角柱プリズム及
    び平行四辺形柱プリズムとを備えている光デバイス。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記副偏波ビームスプリッタは複屈折板からなる光デバ
    イス。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記偏波変換する手段は、それぞれ４５°のファラデー
    回転角を有する一対の磁気光学結晶と、該磁気光学結晶
    のそれぞれに対向して設けられる一対の１／２波長板と
    を備え、 該一対の１／２波長板は互いに４５°の角度をなす光学
    軸を有している光デバイス。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記第１及び第２の偏波ビームは互いに平行である光デ
    バイス。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記主偏波ビームスプリッタは、上記偏波分離膜を挟ん
    で保持するための一対の三角柱プリズムを更に有してい
    る光デバイス。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記主偏波ビームスプリッタは、上記偏波分離膜を挟ん
    で保持するための三角柱プリズム及び平行四辺形柱プリ
    ズムを更に有しており、それにより上記第１及び第３の
    ポートが同じ側に配置される光デバイス。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の光デバイスであって、 上記主偏波ビームスプリッタと上記反射ユニットとの間
    に設けられる複屈折平板を更に備えた光デバイス。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の光デバイスであっ
    て、 上記第１及び第２の光結合ユニットのいずれか一方と上
    記主偏波ビームスプリッタとの間に設けられる複屈折く
    さび板を更に備えた光デバイス。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の光デバイスであっ
    て、 上記反射ユニットは、ミラーと、該ミラー及び上記主偏
    波ビームスプリッタの間に設けられる１／４波長板とを
    備えている光デバイス。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載の光デバイスであっ
    て、 上記第１乃至第３のポートの少なくともいずれか１つに
    光学的に接続されるファイバグレーティングを更に備え
    ている光デバイス。
  13. 【請求項１３】 第１乃至第４のポートを有する光デバ
    イスであって、 上記第１乃至第４のポートにそれぞれ光学的に接続され
    る第１乃至第４の光結合ユニットと、 上記第１乃至第４の光結合ユニットを透過及び反射によ
    り光学的に接続するための偏波分離膜を有する主偏波ビ
    ームスプリッタとを備え、 上記第１乃至第４の光結合ユニットの各々は、 当該のポートを第１の偏波面を有する第１の偏波ビーム
    と上記第１の偏波面に対して垂直な第２の偏波面を有す
    る第２の偏波ビームとに結合するための副偏波ビームス
    プリッタと、 上記第１の光結合ユニットから上記第２の光結合ユニッ
    トに向かう方向及び上記第３の光結合ユニットから上記
    第４の光結合ユニットに向かう方向では上記第１及び第
    ２の偏波ビームが上記偏波分離膜を透過し、上記第２の
    光結合ユニットから上記第３の光結合ユニットに向かう
    方向及び上記第４の光結合ユニットから上記第１の光結
    合ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビ
    ームが上記偏波分離膜で反射するように、上記第１及び
    第２の偏波ビームの一方を偏波変換する手段とを備えて
    いる光デバイス。
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