JPH11194301A - 光サーキュレータ - Google Patents

光サーキュレータ

Info

Publication number
JPH11194301A
JPH11194301A JP10296117A JP29611798A JPH11194301A JP H11194301 A JPH11194301 A JP H11194301A JP 10296117 A JP10296117 A JP 10296117A JP 29611798 A JP29611798 A JP 29611798A JP H11194301 A JPH11194301 A JP H11194301A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
port
distance
light
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10296117A
Other languages
English (en)
Inventor
Yihao Cheng
チェン イハオ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JDS Fitel Inc
Original Assignee
JDS Fitel Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JDS Fitel Inc filed Critical JDS Fitel Inc
Publication of JPH11194301A publication Critical patent/JPH11194301A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/27Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2746Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means comprising non-reciprocal devices, e.g. isolators, FRM, circulators, quasi-isolators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2848Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers having refractive means, e.g. imaging elements between light guides as splitting, branching and/or combining devices, e.g. lenses, holograms
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/32Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/27Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2706Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters
    • G02B6/2713Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters cascade of polarisation selective or adjusting operations
    • G02B6/272Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters cascade of polarisation selective or adjusting operations comprising polarisation means for beam splitting and combining
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/29361Interference filters, e.g. multilayer coatings, thin film filters, dichroic splitters or mirrors based on multilayers, WDM filters
    • G02B6/2937In line lens-filtering-lens devices, i.e. elements arranged along a line and mountable in a cylindrical package for compactness, e.g. 3- port device with GRIN lenses sandwiching a single filter operating at normal incidence in a tubular package

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で廉価な光サーキュレータを提供する。 【解決手段】少なくとも3ポートの光サーキュレータ
は、光学的距離を離して光学構成要素の第一グループと
第二グループを持つ。光学構成要素は、ルチル結晶10
a(10b)、半波長板12a、12aa(12b、1
2bb)、非可逆ファラデー回転子14a(14b)、
第二ルチル結晶16a(16b)、GRINレンズ18
a(18b)の結合体によって構成される。ポート1か
らの光はポート2に伝搬し、ポート2からの光はポート
3に伝搬するという如く光を循環的に伝搬させる。レン
ズ18aの視準端面とポート1、3との距離をd1、レ
ンズ18a、18bの視準端面間の距離をgとしたと
き、g=2d1とし、光がポート1からポート2をして
ポート3に至るまでの全シフト量がポート1とポート3
間の距離dに等しくなるようにビームシフト手段として
の第二ルチル結晶16a(16b)の厚みと方向を定め
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、一般的に光を視準
し、集束するレンズを使用する光アイソレータの光学的
装置に関し、より詳細には、他の光学的構成部品との組
み合わせ用に適切なビームを提供するために、これらの
レンズを利用する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、光をより効率的に結合するため
に、光導波路を出る拡散光ビームを視準し、光導波路に
投ぜられた光を集束する各種のレンズが用いられてい
る。
【0003】光学的要素を設計、製造するのに用いられ
る最も普遍的な構造材料の一つは、グレーデッドインデ
ックス(GRIN)レンズである。この種のレンズは、
商標名「SELFOC」の名で生産されており、この商
標は日本で登録され、日本板ガラス株式会社が所有して
いる。他の光学的要素と組み合わされるGRINレンズ
は、WDM装置、光学的カプラ、サーキュレータ、アイ
ソレータ、および他の装置の製造に用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明においてのGR
INレンズの使用は、他の従来のレンズに対して数多く
の好結果を与える。しかしながら、本発明はGRINレ
ンズの使用に限定するものではない。
【0005】GRINレンズの利点は、廉価で且つコン
パクトであり、更に平坦な平行端面を有していることで
ある。特に、GRINレンズの平坦端面により、単一の
レンズが、光を視準、あるいは集束する手段として、ま
た同様に、レンズの端面から反射する光を分岐する手段
として用いられる。
【0006】背後同士で互いに近接した視準端を持ち、
その間にサンドイッチされた二色性の薄膜フィルタのよ
うな薄い光学的要素を持つ四分の一ピッチ集束/視準G
RINレンズが用いられることが知られている。この様
な構成は、多重化/多重分離化光学的フィルタとして役
立つであろう。一個、あるいはそれ以上の光ファイバ
が、一般的に装置の入力端、あるいは出力端(レンズの
外面端)に結合される。これらのフィルタが大きな結合
損失なしに効率的に働くためには、この二個のレンズ間
に置かれた二色性要素は非常に薄いことが特に重要であ
る。
【0007】互いに近接する二個の四分の一ピッチGR
INレンズが、その視準端を結合して直接置かれた時、
その光軸がGRINレンズの光軸と平行ではあるがオフ
セットしている入力光ファイバから入力端に投ぜられた
光は、第二GRINレンズの出力端の位置に向けられ
る。第二レンズから出る光は、入力光ファイバの光軸と
平行だがそれとオフセットしている出力ファイバに直接
結合される。しかしながら、もしこれらのレンズが不適
切に置かれると、出力(集束)端から出る光は、レンズ
の光軸に対して角度をもって出て、光導波路、たとえ
ば、レンズの光軸と平行な光軸を有しない光ファイバに
結合することは困難である。これは、アイソレータのよ
うな比較的分厚い光学的要素がGRINレンズの近傍に
配置された場合の特別な問題である。
【0008】本発明は、入力および出力光導波路間に配
置された比較的薄い、あるいは分厚い光学的要素の何れ
にも両立するレンズ配列構成を提供することにより、こ
の困難を回避する。偏光不依存の光サーキュレータは、
一般的に入力ビームを二個の直交偏光したビームに分割
するルチル結晶のような複屈折光学的要素を有する。
【0009】これらの二個の反対向きのビームは、少な
くとも非可逆回転要素と、第二ビームシフト結晶を通し
て通過させることにより、個々に操作される。第二ビー
ムシフト結晶は少なくとも、それを通して第一の方向、
たとえばポート1からポート2の方向に通過するビーム
をシフトし、ポート2からポート3へはシフトせずにビ
ームを通過させる。更に、たとえば、ポート2で偏光構
成部品により最初に分離された二個のビームを、単一ビ
ームに組み合わせるために、複屈折結晶が備えられる。
【0010】大きな複屈折結晶を備える費用は、一般に
重大な関心事である。たとえば、いくつかの光サーキュ
レータ設計で指摘されている、直径2mmの大きさを持
つ結晶は、本発明の教える所によれば、四つの結晶に分
割され、それにより充分な費用節約が得られる。
【0011】従って、高価な光学的構成部品の大きさを
最小にする光サーキュレータを提供することが、本発明
の目的である。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、シフト
したビームのシフトした距離の合計が装置の片側にある
近接した二個のポート間の距離と等しい、光サーキュレ
ータが備えられている。
【0013】本発明によれば、少なくとも二個の偏光依
存ビーム分離(分割)・結合手段と;少なくとも二個の
偏光依存ビーム分離・結合手段間に配置された非可逆偏
光回転手段と;二個のビーム分離・結合手段間に配置さ
れたビームシフト手段と;を持つ光サーキュレータが備
えられており、前記ビームシフト手段は、予め定められ
た方法で方向付けられてそこを通過する光ビームを、光
サーキュレータの同一側にある近接した非連続ポート間
の距離に等しい距離だけシフトする。
【0014】本発明によれば、光を第一ポートから第二
ポートへ、あるいは第二ポートから第三ポートへ循環的
に伝達する少なくとも第一、第二および第三連続ポート
(第一と第二は連続、第二と第三も連続、第一と第三は
不連続)を持つ光サーキュレータが備えられ、それは以
下のものを有する。すなわち、i)光学構成部品第一グ
ループと、光学構成部品第二グループとを有し、第一グ
ループは第二グループから光学的距離“l”だけ離され
ており、各グループは、a)入力ビームを直交偏光を持
つ二個のビームに分割し、直交偏光を持つ二個のビーム
を一個のビームに結合する分割・結合手段と;b)入力
光を少なくとも実質的に視準し、あるいは集束するGR
INレンズと;c)第一分割・結合手段とGRINレン
ズ間に配されて二個の直交偏光ベクトルを平行にする
か、あるいは二個の平行偏光ベクトルを互いに直交させ
るための偏光回転手段と;を持ち、ii)所定の同一偏
光を持つ二個のビームをシフトさせるように配置された
ビームシフト手段を持つ光学構成要素の第一および第二
グループの一方、あるいは両方を有し、ビームシフト手
段は、第一ポートから連続的に第二ポートへ、そして第
二ポートから連続的に第三ポートへ伝搬する光ビーム
が、第一ポートと第三ポートの光軸間距離に等しい距離
だけシフトするように、厚みと向きを有しており、そこ
では少なくとも偏光回転手段の一つは非可逆回転要素で
ある。
【0015】本発明によれば、少なくとも3ポートを持
つ光サーキュレータが備えられ、それは更に以下のもの
を有する。すなわち、各グループが、偏光回転手段と一
個のGRINレンズを持って光学的距離“l”だけ離れ
た光学構成要素の二個のグループを備え、ここで、少な
くとも一グループの前記偏光回転手段は非可逆であり、
光学構成要素の二グループは、入力ビームを直交偏光を
持つ二個のビームに分割し、直交偏光を持つ二個のビー
ムを一個のビームに組み合わせる、分割・結合手段を含
み、前記分割・結合手段は複数のポート近傍に配置され
ており、光学構成要素の一方、あるいは両方のグループ
は、第一方向へ全距離“d”だけ、そこから伝搬するビ
ームをシフトする複屈折シフト手段を持ち、二個の連続
するポート間をビームが伝搬する時、サーキュレータの
同一側にある二個の近接するポートの中心間の距離は距
離“d”に等しい。
【0016】本発明によれば、更に以下のものを有する
光サーキュレータが備えられている。すなわち、a)そ
れぞれ少なくとも実質的な視準端面と、実質的な集束端
面とを持つ二個のレンズと;b)二個のレンズの第一レ
ンズと光学的に結合される光学構成要素の第一グループ
と;c)二個のレンズの第二レンズと光学的に結合され
る光学構成要素の第二グループと;を含み、これらの光
学構成要素の第一グループおよび第二グループは、それ
ぞれ、i)入力ビームを直交偏光を持つ二個のビームに
分割し、直交偏光を持つ二個のビームを一個のビームに
組み合わせる、分割・結合手段と、ii)第一分割・結
合手段とレンズ間に配されて二個の直交偏光ベクトルを
平行にし、あるいは二個の平行偏光ベクトルを互いに直
交にする偏光回転手段と、を有し、さらにd)光学構成
要素の第一グループ近傍の第一および第三導波路と;
e)光を第三導波路へ投じるかあるいは第一導波路から
受ける、光学構成要素の第二グループ近傍の第二導波路
と;を含み、これらの導波路は、それぞれ、約d1の光
学的距離だけその近傍のレンズから離れている端部を持
ち、少なくとも二個のレンズの二個の実質的な視準端面
の間の光学的距離はd2であり、ここで、d1はd2の約
二分の一に等しく、かつ、d1>0であり、所定の同一
偏光を持つ二個のビームをシフトさせるように配置され
たビームシフト手段を持つ光学構成要素の第一および第
二グループを有し、ビームシフト手段は、第一導波路か
ら連続的に第二導波路へ、そして第二導波路から連続的
に第三導波路へ伝搬する光ビームが、第一および第三導
波路の光軸間距離に等しい距離だけシフトするように、
ビームシフト手段は、厚みと向きを有しており、そこで
は少なくとも偏光回転手段の一つは非可逆回転要素であ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づき説明する。説明の都合上、実施形態例の説明の
前に先ず先行技術を説明する。なお、以下の記述におい
て、同じ参照番号が、異なる図面では異なる要素に用い
ている場合がある。図15は先行技術を示すもので、図
15の(a)に示す装置は視準端は内側に向き、集束端
は外側に向いている一対の四分の一ピッチGRINレン
ズ10aおよび10bを有している。点線で示されるレ
ンズ10aおよび10bの光軸に沿って、レンズと同軸
で、かつ、それに結合されている二個の光導波路11a
および11bが示されている。あたかも光が導波路11
aおよび11bの一方から、個々のレンズに投ぜられた
ように、レンズ10aおよび10b内にビームプロフィ
ールが示されている。二個のレンズ間のインターフェー
スでのビームプロフィールは、点12aおよび12bで
示されるレンズの円周にまで伸張し、二点はこの円周上
にある、ということに注目すべきである。
【0018】図15の(b)は、図15の(a)と同じ
対のGRINレンズの配置を図示しているが、二個の光
導波路11aおよび11bは、レンズ10aおよび10
bの共通の光軸から同じ光学的距離だけオフセットして
いるのが示されている。ここで、二個のレンズ間のイン
ターフェースでのビームプロフィールは、図15の
(a)と同じ円周にまで伸張しているが、ビームの角度
は変化している。二個のレンズ間には分離間隔がなく、
かつ光導波路はそれぞれのレンズと直接結合されてい
る、ということを確実にすることにより、導波路がレン
ズが共有する共通光軸に平行である時、光は最も効果的
に一個の導波路11aから他の11b(あるいは逆に)
に結合される。同様の構成が図15の(c)に示され、
ここでは、入力/出力導波路11aおよび11bは、図
15の(b)のものに対し、レンズの光軸の反対側に配
置されている。
【0019】図14に示される提案のものは、図15の
(c)に示されたレンズが一定の距離離して配置されて
いる。導波路11aの光軸は、レンズ10aの光軸OA
に平行に示されている。しかしながら、出力導波路11
bからの光を効率的に結合するために、出力導波路11
bは入力導波路11aには不平行で、かつ間隔(レンズ
間隔)の大きさに依存しレンズ10bに対して角度θで
なければならない。本質的に、二個のレンズ間の距離が
増加するに従い、出力ビームは、レンズ10bの光軸に
対する角度が変化して外れて行く。
【0020】図1は本発明の一実施形態例のレンズ配列
構成を示し、入力導波路の間隔と、近接レンズ間の間隔
が、予め設定した比率内にあることを確実にすることに
より、光は、レンズ(GRINレンズ)10aあるいは
10bの一方の光軸と実質的に平行である入力導波路か
ら出力導波路へ効率的に結合される。より詳細には、図
1に示されたレンズ10aおよび10bは、光学的距離
3だけ離隔されている。入力導波路11aおよび11
cは、レンズ10aの端面から光学的距離l1の位置に
ある。出力導波路11bおよび11dは、その近傍のレ
ンズ10bから光学的距離l2の位置にある。
【0021】最適な結合が存在し、入力および光導波路
が、その光軸を同軸のレンズの光軸と平行にするため
に、ほぼ次の関係が存在しなければならない。
【0022】l1=l2=0.5l3
【0023】この構成のものは、入射光と出射光が共に
光軸に平行となるので、光ビームと導波路(光ファイ
バ)との光結合が容易であり、光結合効率も高くなる。
【0024】図2には視準端が内部に面しているGRI
Nレンズ等からなる二個の集束・視準レンズ10aおよ
び10bを有する本実施形態例の光学的構成が示されて
いる。レンズ間の間隔は2d1であり、入力導波路11
a、11cおよび出力導波路11bはその近傍のレンズ
から光学的距離d1だけ離れている。光ファイバ形式の
光学構成要素18がレンズ間に配置されている。好都合
なことに、本発明は、比較的分厚い光学構成要素を、こ
の導波路間、この場合には二個のレンズ間、に配置させ
る、構成を提供している。
【0025】図3に示す実施形態例は、図2に示すもの
とほぼ同様であるが、光学的アイソレータとして図3に
示された光学構成要素18aは、光ファイバ形式の入力
/出力導波路間に配置されている。好都合なことに、光
ファイバ11aは、アイソレータを通して光ファイバ1
1bに結合され、光ファイバ11cおよび11dは、同
じアイソレータを通して光学的に結合される。このよう
にアイソレータを共有することにより、二個の物理的に
分離したアイソレータを用いることによる費用は回避さ
れ、それにより全体の製造コストを削減する。
【0026】図4は、ポート1およびポート3として示
された、互いに平行で近接する光ファイバによる二本の
導波路を持つ光サーキュレータの実施形態例を示す。光
学構成要素20および22はそれぞれ、ポート1からの
光がポート2で受光され、ポート2からの光はポート3
で受光されるように構成された、二個の複屈折結晶間に
配置された偏光回転手段の形式の、良く知られた循環構
成部品を有する。この構成を用いることにより、非常に
小さな光学的要素を用いることが可能になり、それによ
り装置のコストを大幅に削減できる。
【0027】図5に示す実施形態例の光サーキュレータ
は、更に、近接するポート1および3間の距離に等しい
距離だけ光ビームをシフトするために、非常に薄いルチ
ル結晶が用いられている非常に小さな光学的構成部品を
使用することができるという利点をもつ。この図5にお
いて、装置の片側のポート2から、光サーキュレータの
他の側のポート3に伝搬する光ビームが、距離“d”だ
けシフトし、ポート1およびポート3間の距離は“d”
であり、距離“d”は、ポート1およびポート3におけ
る光ファイバのコアを通した光軸間の距離である。な
お、図5は、比例縮尺ではないことに注意すべきであ
る。
【0028】図5に示した本実施形態例の光サーキュレ
ータは、間隙g(g=d2)で分離された二個の対称的
な光学構成要素の半体より構成されている。光が、光フ
ァイバ6aから出る位置と、グレーデッドインデックス
(GRIN)レンズ18aの端部との間の光学的距離
“d1”は、二個のGRINレンズ18aおよび18b
間の光学的距離“d2”の半分に等しい。言い換えれ
ば、光が、ポート3に向けてポート2を離れる時、光が
ファイバ6bを出る位置と、GRINレンズ18bの端
部との間の光学的距離に“d1”を加算した値は光学的
距離“d2”に等しい。
【0029】次に、図5は、ポート1としての光ファイ
バ6aから第二光ファイバ6bの受光端のポート2に向
かう方向を前方方向として光が伝搬するものとして記述
される。本実施形態例の装置(光アイソレータ)の二個
の対称的な半体の第一のもの(光学構成要素の第一グル
ープのもの)は、ルチル結晶10aの形式で複屈折結晶
を含むサンドイッチ状の分割・結合手段として機能する
光学的要素と、結晶10a近傍の二個の反対方向に向け
られた半波長板12aおよび12aaと、半波長板12
aおよび12aa近傍の非可逆ファラディ回転子14a
と、回転子14a近傍の第二ルチル結晶16aと、ポー
ト1からポート2の方向に間隙gを横断して伝搬する光
を視準し、ポート2からポート3の方向に伝搬する光を
集束するためにルチル結晶16aと結合したGRINレ
ンズ18aとを有する。本装置の二個の対称的な半体の
第二のものは、文字”b”で参照される同一の要素を含
む。
【0030】例えば、光がポート2から伝搬する時、光
ファイバ6bから光ファイバ6cによって形成されるポ
ート3へ進む。上記の全ての実施形態例で、ポート1お
よび3での光ファイバは、互いに近接し、隣接して配置
される。他の図を参照してより詳細に記述されるであろ
うが、シフト手段として機能する結晶16aおよび(又
は)16bは、光が三個の連続するポート1、2および
3間で循環するための最小のシフト距離が備えられよう
に、厚さと向きを持つ。対照的に、他の先行技術設計で
は装置を通して伝搬するビームのシフト距離を最小にす
ることによっては最適化せず、したがってより分厚いシ
フト要素を必要とする。
【0031】次に光サーキュレータの操作を、図7を参
照して記述する。同図(a)のポート1からポート2へ
の前方方向へのステージ6aで、光ビームは光ファイバ
6aの端部から投ぜられる。ステージ10aは、複屈折
ルチル結晶の面10aを出た時の、二個の分離した偏光
直交ビームの状態を図示する。ビームは、ステージ12
aで二個の半波長板12aおよび12aaにより反対方
向に回転するのが示されており、ステージ14aでビー
ムは非可逆ファラディ回転子14aにより更に45°回
転するのが示されている。
【0032】ステージ16aおよび16bは、ビームが
偏光されるので、ポート1からポート2への進行方向に
おいてルチル結晶16aおよび16bによってビームは
シフトされないことを図示している。後で図示するよう
に、直交偏光した同一のルチル結晶を通過するビームは
二度シフトする。勿論、偏光の向きとビームの方向は、
ビームを視準し、集束する機能を与えるGRINレンズ
18aおよび18bにより影響されない。ステージ14
bで、ファラディ回転子は、ビームを回転する。更なる
回転はステージ12bで示される半波長板により起こ
る。ステージ10bは、ルチル結晶10bで結合された
ビームを示す。ビームは、次いで光ファイバ6bの端部
に入る。
【0033】図7(b)のポート2からポート3への逆
方向へのステージ6bで、光ビームは光ファイバ6bの
端部から投ぜられる。ステージ10bは、複屈折ルチル
結晶の面10bを出る二個の分離した偏光直交ビームの
状態を図示する。ビームは、ステージ12bで二個の半
波長板12bおよび12bbにより反対方向に回転させ
られるのが示されており、ステージ14bでは、非可逆
ファラディ回転子14bにより更に45°回転している
のが示されている。ステージ16bおよび16aは、ビ
ームは共に異常ビーム(extraordinary
beam)であるので、ルチル結晶16bおよび16a
によりポート2からポート3への逆方向に各ステージで
一回づつシフトさせられることを図示している。
【0034】ステージ14aではファラディ回転子はビ
ームを回転する。そして、更なる回転がステージ12a
で示される半波長板により生じ、そこではビームが直交
状態を示す。ステージ10aは、ルチル結晶10aによ
って結合したビームを示す。ビームは、その後光ファイ
バ6cの端部で結合させられる。本実施形態例では、ビ
ームがポート2からポート3に伝搬する際にシフトした
全距離(全シフト量)は、二本の光ファイバ6aおよび
6cの光軸間の距離に等しい。
【0035】図5との関連で記述した実施形態例はその
意図した機能を果たすが、ポート1からポート2への経
路の長さはポート2からポート3への経路の長さと異な
るので、ある応用分野では理想的なものではない。
【0036】ポート1からポート2と、ポート2からポ
ート3への光学経路の長さを等しくするために、図5に
示す類似の光学的回路が用意され、そこでは、可逆回転
半波長板が偏光を90°回転するために要求され、その
ことにより一つのシフトがポート1からポート2の方向
になされ、一つのシフトがポート2からポート3の方向
になされるように回路を平衡させる。その結果としてポ
ート1からポート3までの全シフト量はポート1とポー
ト3間の距離に等しいという関係が維持される。
【0037】本発明の各種の実施形態例において、GR
INレンズに向けられた拡散ビームは、複数の光学的要
素を通過する。ビームは拡散するので、光学的要素を結
合した厚みは出来る限り薄いことが好ましく、それによ
りポートを出る放射拡散光間の距離は視準レンズに到達
するのに出来る限り短い距離を通過することを確実にす
る。そうでなければ、拡散ビームの広がりはGRINレ
ンズの境界を越え、全ての光がレンズに結合されない。
更に、もしレンズに投ぜられたビームが小さな直径を持
ち、レンズの中心部分を使用するならば、GRINレン
ズの外部で存在する球面収差は、縮小されよう。有利な
ことに、より薄い光学的要素(光学構成要素)は、ポー
トとその近接のレンズ間の短い距離を与え、ポート1あ
るいはポート2を離れる拡散ビームが光学的要素を通し
て進み、それらの間にあるGRINレンズと効率的に結
合することを確実にする。
【0038】図6にはサーキュレータのポート1および
3が示されており、図5に示される二本の光ファイバ6
aおよび6cが互いに近接して対となっている。光がポ
ート2からポート3へ循環的に伝搬する時、光は二本の
光ファイバ間に示される距離dに等しい距離だけシフト
する。このシフトは、図7(b)に示されるステージ1
6aおよび16bで達成される。
【0039】本発明による光サーキュレータの更に別の
実施形態例を図8に示す。この図において、単一ステー
ジ光サーキュレータは実質的に図5に記述されたものと
殆ど同一であるが、ただ一個の回転要素14bが、装置
の一側の光学構成要素のグループに存在する。図示する
ように、半波長板12a、12aaが二個のルチル結晶
10aおよび16a間にサンドイッチされている。
【0040】操作に当たって、図8のサーキュレータ
は、ルチル結晶16aおよび16bを通して伝搬する前
の段階においては同様のビームの配列を提供し、したが
ってポート1からポート2に光が伝搬する時二回のシフ
トが生じる。このことが図9に図示されている。
【0041】本発明による更に他の光サーキュレータに
係る実施形態例が図10に示されており、この装置は、
二個の対称的な光学構成要素のブロックの構成から成
る。この実施形態例において、各ブロックは、先の実施
形態例で示された可逆半波長板を欠如した二個の非可逆
ファラディ回転子を含む。
【0042】この装置は、先に記述した実施形態例とは
異なって向けられた複屈折ルチル結晶20aで構成され
る。このことが、ビームの操作状態を示す図11の
(a)、(b)により明確に示されている。結晶20a
近傍に、二個のファラディ回転子16aおよび16aa
と、このファラディ回転子16aおよび16aaによっ
て回転した垂直偏光ビームがポート1からポート2の方
向にシフトしていないように向けられた第二ルチル結晶
28aがある。これまで記述した実施形態例に共通し
て、ポート1および3間の実際の距離(間隔)は、ポー
ト1からポート3に伝搬する(ポート1からポート2を
介してポート3に伝搬する)ビームのシフト距離(シフ
ト量)と同一である。
【0043】光サーキュレータの更に他の実施形態例が
図12に示され、ここでは、ルチル結晶の一つが二個の
ビーム間の十分な分離を果たすために用いられている。
図12を参照して、光学構成要素の第一ブロックは、ル
チル結晶10a、半波長板12aおよび12aa、非可
逆ファラディ回転子14a、ルチル結晶16aおよびG
RINレンズ18aを有する。光学構成要素の第一ブロ
ックから離隔された光学構成要素の第二ブロックは、G
RINレンズ18b、ファラディ回転子14b、半波長
板12b、12bbおよびルチル結晶10bを含む。光
サーキュレータの操作は、図13の(a)、(b)を参
照して容易に理解されよう。そこに示されるように、ビ
ームのシフトはポート1からポート2の方向に生じる
が、光がポート2からポート3に伝搬する時、シフトは
生じない。
【0044】本発明の各種実施形態例の記述から、光
が、たとえばポート1からポート2を経由してポート3
へ伝搬する時、シフトされる全シフト距離は、隣り合っ
て配置されているポート1とポート3との光軸間の距離
に等しい。この結果は、約直径125μmの標準的な光
ファイバを用いて、ビームに要求されるシフトは約12
5μmである。この微小なシフトは、約0.6mmの厚
さを持つ薄い光学的要素を用いて達成され、これによ
り、より少ない材料、より廉価な光学的構成部品を用い
て、より廉価に製造される小さな装置を提供し、ポート
とその近傍のGRINレンズ間の光学的要素に要求され
る距離を最小にすることにより、GRINレンズを通し
た強化された結合を提供する。
【0045】ところで、図5および図8の実施形態例の
図では、互いに隣接し、接触して結合される光学構成要
素が示されている。しかしながら、同様な光学構成要素
をもつ光サーキュレータで、一部、あるいは全ての構成
部品は、離隔して配置することが可能である。
【0046】勿論、本発明の精神、および範囲から逸脱
せずに他の多くの実施の形態が考えられる。たとえば、
光ファイバは、隣り合うポート間をより接近した配置と
するためにエッチングされ得る。このようにすることに
よる更なる利点は、更に薄いルチル結晶が使用し得るで
あろうということである。また、レンズを実質的に四分
の一ピッチレンズより薄くすることで、より一層の装置
の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レンズの光軸からオフセットして置かれた入力
/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRINレンズ
構成を備えた本発明に係る光サーキュレータのレンズ配
列構成の一例を示す説明図ある。
【図2】レンズ間に配置された光学的要素を含み、レン
ズの光軸からオフセットして置かれた入力/出力導波路
を持つ一対の背面接合離隔GRINレンズ構成を備えた
本発明に係る光サーキュレータの実施形態例の説明図あ
る。
【図3】レンズの一つと入力導波路間に配置された光学
的要素を含み、レンズの光軸からオフセットして置かれ
た入力/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRIN
レンズ構成を備えた本発明に係る光サーキュレータの他
の実施形態例の説明図ある。
【図4】レンズの一つと入力導波路間に配置された光学
的要素を含み、レンズの光軸からオフセットして置かれ
た入力/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRIN
レンズを持つ光サーキュレータの更に他の実施形態例の
説明図ある。
【図5】本発明に係る光サーキュレータの更に他の実施
形態例の説明図ある。
【図6】図5の光サーキュレータの二個のポートの側面
図である。
【図7】図5の装置の異なるインターフェースでの光の
状態を示した図で、(a)はポート1からポート2に向
かう光の状態を示す図であり、(b)は、ポート2から
ポート3に向かう光の状態を示す図である。
【図8】装置の片側に唯一つの回転要素を持つ光サーキ
ュレータの実施形態例の説明図である。
【図9】図8の装置の異なるインターフェースでの光の
状態を示した図で、(a)はポート1からポート2に向
かう光の状態を示す図であり、(b)は、ポート2から
ポート3に向かう光の状態を示す図である。
【図10】本発明に係るサーキュレータの他の実施形態
例の説明図である。
【図11】図10の装置の異なるインターフェースでの
光の状態を示した図で、(a)はポート1からポート2
に向かう光の状態を示す図であり、(b)は、ポート2
からポート3に向かう光の状態を示す図である。
【図12】二本のビーム間を完全に分離するためにルチ
ル結晶の一つが用いられている、本発明に係る光サーキ
ュレータの更に他の実施形態例の説明図である。
【図13】図12の装置の異なるインターフェースでの
光の状態を示した図で、(a)はポート1からポート2
に向かう光の状態を示す図であり、(b)は、ポート2
からポート3に向かう光の状態を示す図である。
【図14】レンズの光軸からオフセットして置かれた入
力/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRINレン
ズ構成をもつ、提案例の装置の側面図ある。
【図15】各種の先行技術を示した図であり、(a)
は、レンズの光軸に沿って置かれた入力/出力導波路を
持つ、一対の背面接合四分の一ピッチGRINレンズの
先行技術構成の側面図あり、(b)は、レンズの光軸か
らオフセットして置かれた入力/出力導波路を持つ一対
の背面接合四分の一ピッチGRINレンズの先行技術構
成の側面図あり、(c)は、レンズの光軸からオフセッ
トして置かれた入力/出力導波路を持つ一対の背面接合
四分の一ピッチGRINレンズの先行技術構成の側面図
ある。
【符号の説明】
10a,10b レンズ(GRINレンズ) 11a〜11d 光ファイバ 14a,14b 回転子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年4月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】レンズの光軸からオフセットして置かれた入力
/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRINレンズ
構成を備えた本発明に係る光サーキュレータのレンズ配
列構成の一例を示す説明図ある。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】レンズ間に配置された光学的要素およびレンズ
の光軸からオフセットして置かれた入力/出力導波路を
持つ一対の背面接合離隔GRINレンズを含む構成を備
えた本発明に係る光サーキュレータの実施形態例の説明
ある。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】レンズの一つと入力導波路間に配置された光学
的要素およびレンズの光軸からオフセットして置かれた
入力/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRINレ
ンズを含む構成を備えた本発明に係る光サーキュレータ
の他の実施形態例の説明図ある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】レンズの一つと入力導波路間に配置された光学
的要素およびレンズの光軸からオフセットして置かれた
入力/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRINレ
ンズを含む光サーキュレータの更に他の実施形態例の説
明図ある。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】本発明に係る光サーキュレータの更に他の実施
形態例の説明図ある。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図14
【補正方法】変更
【補正内容】
【図14】レンズの光軸からオフセットして置かれた入
力/出力導波路を持つ一対の背面接合離隔GRINレン
ズ構成をもつ、提案例の装置の側面図ある。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図15
【補正方法】変更
【補正内容】
【図15】各種の先行技術を示した図であり、(a)
は、レンズの光軸に沿って置かれた入力/出力導波路を
持つ、一対の背面接合四分の一ピッチGRINレンズの
先行技術構成の側面図あり、(b)は、レンズの光軸か
らオフセットして置かれた入力/出力導波路を持つ一対
の背面接合四分の一ピッチGRINレンズの先行技術構
成の側面図あり、(c)は、レンズの光軸からオフセッ
トして置かれた入力/出力導波路を持つ一対の背面接合
四分の一ピッチGRINレンズの先行技術構成の側面図
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597175606 570 West Hunt Club R oad,Nepean,Ontario, Canada K2G5W8

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光を第一ポートから第二ポートへ、ある
    いは第二ポートから第三ポートへ循環的に伝達する少な
    くとも第一、第二および第三の連続ポートを持つ光サー
    キュレータであって、光学的距離を離して光学構成要素
    の第一グループと第二グループが配設され、光学構成要
    素の各グループは、入力ビームを直交偏光を持つ二個の
    ビームに分割し直交偏光を持つ二個のビームを一個のビ
    ームに結合する分割・結合手段と、入力光を少なくとも
    実質的に視準しあるいは集束するGRINレンズと、前
    記分割・結合手段とGRINレンズ間に配置された1つ
    以上の偏光回転手段とを備え、この光学構成要素のグル
    ープの一方又は両方は所定の同一偏光を持つ二個のビー
    ムをシフトさせるように配置されたビームシフト手段を
    持ち、このビームシフト手段は、第一ポートから連続的
    に第二ポートへ、そして第二ポートから連続的に第三ポ
    ートへ伝搬する光ビームが第一ポートと第三ポートの光
    軸間距離dに等しい距離だけシフトするように厚みと向
    きが与えられ、少なくとも偏光回転手段の一つは非可逆
    回転要素であることを特徴とする光サーキュレータ。
  2. 【請求項2】 光を循環的に伝達する光サーキュレータ
    であって、光学的距離を離して光学構成要素の第一グル
    ープと第二グループが配設され、光学構成要素の各グル
    ープは、偏光回転手段と一個のGRINレンズを持ち、
    少なくとも光学構成要素の一グループの前記偏光回転手
    段は非可逆であり、光学構成要素の二つのグループは、
    入力ビームを直交偏光を持つ二個のビームに分割し直交
    偏光を持つ二個のビームを一個のビームに組み合わせる
    分割・結合手段を含み、前記分割・結合手段は複数のポ
    ートの近傍に配置されており、光学構成要素の一方ある
    いは両方のグループは二個の連続するポート間を伝搬す
    るビームをdだけシフトする複屈折シフト手段を持ち、
    光サーキュレータの同一側にある二個の近接するポート
    の中心間の距離を前記シフト距離dに等しくしたことを
    特徴とする少なくとも3ポートを持つ光サーキュレー
    タ。
  3. 【請求項3】 複屈折シフト手段は、少なくとも複屈折
    結晶を含むことを特徴とする請求項2記載の光サーキュ
    レータ。
  4. 【請求項4】 ビームシフト手段は、複屈折結晶を含む
    ことを特徴とする請求項1記載の光サーキュレータ。
  5. 【請求項5】 複屈折結晶は、ルチル結晶を含むことを
    特徴とする請求項4記載の光サーキュレータ。
  6. 【請求項6】 ルチル結晶は、所定の偏光状態を持つ入
    射光を距離d/2シフトする厚みと向きが与えられてい
    ることを特徴とする請求項4記載の光サーキュレータ。
  7. 【請求項7】 光学構成要素の第一および第二グループ
    は両方共、所定の同一偏光を持つ二個のビームをシフト
    するために配置された複屈折結晶形式のビームシフト手
    段を持ち、ビームシフト手段は、第一ポートから連続的
    に第二ポートへ、そして第二ポートから連続的に第三ポ
    ートへ伝搬する光ビームが、第一および第三ポートの光
    軸間の距離に等しい距離だけシフトされるように、厚み
    と向きが与えられ、少なくとも偏光回転手段の一つは非
    可逆回転要素であることを特徴とする請求項1記載の光
    サーキュレータ。
  8. 【請求項8】 ポート1からポート2へ伝搬する光ビー
    ムの光学的経路長は、ポート2からポート3へ伝搬する
    光ビームの光学的経路長と同じであることを特徴とする
    請求項1記載の光サーキュレータ。
  9. 【請求項9】 それぞれ少なくとも実質的な視準端面と
    実質的な集束端面とを持つ二個のレンズと、二個のレン
    ズのうちの第一レンズと光学的に結合される光学構成要
    素の第一グループと、二個のレンズのうちの第二レンズ
    と光学的に結合される光学構成要素の第二グループとを
    備え、上記光学構成要素の第一グループおよび第二グル
    ープはそれぞれ入力ビームを直交偏光を持つ二個のビー
    ムに分割し直交偏光を持つ二個のビームを一個のビーム
    に結合する分割・結合手段と、第一分割・結合手段とレ
    ンズ間に配設され二個の直交偏光ベクトルを平行にしあ
    るいは二個の平行偏光ベクトルをを互いに直交にする偏
    光回転手段とを有し、さらに、光学構成要素の第一グル
    ープ近傍の第一および第三導波路と、光学構成要素の第
    二グループ近傍に配置され光を第三導波路へ投じるかあ
    るいは光を第一導波路から受ける第二導波路とを有し、
    上記導波路はそれぞれ約d1の光学的距離だけその近傍
    のレンズから離れている端部を持ち、少なくとも二個の
    レンズの実質的な視準端面間の光学的距離はd2であ
    り、ここで、d1はd2の約二分の一に等しく、かつ、d
    1>0であり、前記光学構成要素の第一および第二グル
    ープの一方又は両方は所定の同一偏光を持つ二個のビー
    ムをシフトさせるように配置されたビームシフト手段を
    持ち、ビームシフト手段は、第一導波路から連続的に第
    二導波路へそして第二導波路から連続的に第三導波路へ
    伝搬する光ビームが第一および第三導波路の光軸間距離
    に等しい距離だけシフトするように厚みと向きが与えら
    れており、少なくとも偏光回転手段の一つは非可逆回転
    要素であることを特徴とする光サーキュレータ。
  10. 【請求項10】 少なくとも視準端は内部に面し、少な
    くとも集束端は外部に面していることを特徴とする請求
    項9記載の光サーキュレータ。
  11. 【請求項11】 二個のレンズは、実質的に同軸である
    ことを特徴とする請求項9記載の光サーキュレータ。
  12. 【請求項12】 二個のレンズはGRINレンズである
    ことを特徴とする請求項11記載の光サーキュレータ。
  13. 【請求項13】 光学構成要素は導波路の一個とレンズ
    の一個との間に配置されていることを特徴とする請求項
    9記載の光サーキュレータ。
  14. 【請求項14】 レンズは実質的に四分の一ピッチレン
    ズよりも薄いことを特徴とする請求項9記載の光サーキ
    ュレータ。
JP10296117A 1997-10-02 1998-10-02 光サーキュレータ Pending JPH11194301A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/942,496 1997-10-02
US08/942,496 US5991076A (en) 1997-07-18 1997-10-02 Optical circulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11194301A true JPH11194301A (ja) 1999-07-21

Family

ID=25478157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10296117A Pending JPH11194301A (ja) 1997-10-02 1998-10-02 光サーキュレータ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5991076A (ja)
EP (1) EP0911674A3 (ja)
JP (1) JPH11194301A (ja)
CA (1) CA2249499A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6075642A (en) * 1998-06-18 2000-06-13 Hewlett-Packard Company Multi-port optical isolator
US6215924B1 (en) 1998-08-06 2001-04-10 Optical Coating Laboratory, Inc. Optical coupler device for dense wavelength division multiplexing
US6091866A (en) * 1998-09-01 2000-07-18 Cheng; Yihao Optical isolator
US6310990B1 (en) 2000-03-16 2001-10-30 Cidra Corporation Tunable optical structure featuring feedback control
US6301045B1 (en) * 1999-01-27 2001-10-09 Alliance Fiber Optics Products, Inc. Three-port optical circulator
US6895129B2 (en) * 2002-04-29 2005-05-17 Oplink Communications, Inc. Optical circulator
US6876784B2 (en) * 2002-05-30 2005-04-05 Nanoopto Corporation Optical polarization beam combiner/splitter
US7702188B2 (en) * 2005-09-08 2010-04-20 Infinera Corporation Polarization beam splitter-polarization rotator structure
US20090103867A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 Jds Uniphase Corporation Variable Optical Attenuator
CN103698015B (zh) * 2014-01-06 2015-10-14 清华大学深圳研究生院 偏振检测仪及检测方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0668584B2 (ja) * 1984-11-19 1994-08-31 富士通株式会社 光アイソレ−タ
US4974944A (en) * 1988-07-21 1990-12-04 Hewlett-Packard Company Optical nonreciprocal device
AU1379095A (en) * 1993-12-10 1995-06-27 Jds Fitel Inc. Optical non-reciprocal devices
AUPN714295A0 (en) * 1995-12-14 1996-01-11 Photonic Technologies Pty Ltd Fibre optic circulator

Also Published As

Publication number Publication date
CA2249499A1 (en) 1999-04-02
EP0911674A3 (en) 2001-04-25
US5991076A (en) 1999-11-23
EP0911674A2 (en) 1999-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5850493A (en) Device for focusing light through an optical component
US5588078A (en) Non-reciprocal optical waveguide coupling device
US6590706B1 (en) Optical circulators using beam angle turners
US6014244A (en) Multi-port optical circulator utilizing imaging lens and correction optical element
US6014256A (en) Polarizing beam splitter/combiner
US6339661B1 (en) Polarization maintaining fiber optic circulators
US6055104A (en) Optical attenuator
US6249619B1 (en) Optical isolator
US6263131B1 (en) Reflective non-reciprocal optical device
US6438278B1 (en) Fiber optical circulator
US5930422A (en) Optical circulator
US6310989B1 (en) Fiber optical circulator
JP2002528764A (ja) 多ポート光ファイバアイソレータ
US6178044B1 (en) Method and system for providing an optical circulator
JP2002023111A (ja) 偏光ビームスプリッター/コンバイナ
JPH11194301A (ja) 光サーキュレータ
US6377720B1 (en) Inline optical circulators
WO2007102579A1 (ja) 反射型光サーキュレータ
US20020191284A1 (en) Optical circulator
CN112904490A (zh) 一种反射式光环行器
CN113848613B (zh) 一种带波分功能的光环形器组件
US6370287B1 (en) Compact fiber optical circulator
EP0874263A1 (en) Optical circulator
CN215264114U (zh) 一种反射式光环行器
US6288826B1 (en) Multi-stage optical isolator