JP2000180789A - 光アイソレータ - Google Patents
光アイソレータInfo
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- JP2000180789A JP2000180789A JP10354532A JP35453298A JP2000180789A JP 2000180789 A JP2000180789 A JP 2000180789A JP 10354532 A JP10354532 A JP 10354532A JP 35453298 A JP35453298 A JP 35453298A JP 2000180789 A JP2000180789 A JP 2000180789A
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Abstract
において量産可能な偏光子を備えた光アイソレータを提
供すること。 【解決手段】 この光アイソレータは、フォトニック結
晶から成る反射型の第1の偏光子1、光透過性平行平板
ガラス4、光の進行方向に沿った磁場Hが印加される平
行平板の45度ファラデー回転子3、フォトニック結晶
から成る反射型の第2の偏光子2をこの順で平行に並べ
て接着剤等により互いに固定配備して成ると共に、全体
が入射光の光軸に対して傾いて設置されている。偏光子
1、2は、それぞれの透過偏光方向が互いに45度の角
度を成すように設定されており、それらのフォトニック
結晶は、基板表面に形成された所定の形状に従って凹凸
形状を保持しながら堆積された高屈折率媒質及び低屈折
率媒質の多層膜から成り、大面積で光学研磨を必要とし
ない。
Description
器や光情報処理機器等に用いられると共に、光を一方向
にのみ透過させて逆方向には遮断する光学素子である光
アイソレータに関する。
として2つの偏光子と、これらの偏光子間に設けられて
磁場が印加される45度ファラデー回転子とが光軸上に
位置合わせされて配備された構成となっている。実用化
されている既存の光アイソレータにおいて、その偏光子
の材料としては、複屈折単結晶のプリズム、金属粒子を
含むガラス、誘電体及び金属の複合多層膜等が挙げられ
る。
ソレータの場合、その構成要素である偏光子は材料自体
が高価である上、その製造に際して切断や光学研磨等の
加工工程を要することにより製造コストを低減化するこ
とが困難となっているため、光アイソレータ全体の価格
を高める要因となっている。実際に、既存の光アイソレ
ータでは、製造コストの約50%以上を偏光子が占める
ことがある。
なされたもので、その技術的課題は、光学的な特性を損
うこと無く低価格で製造上において量産可能な偏光子を
備えた光アイソレータを提供することにある。
ニック結晶から成る反射型の第1の偏光子、光透過性平
行平板、平行平板の45度ファラデー回転子、フォトニ
ック結晶から成る反射型の第2の偏光子をこの順で平行
に並べて固定配備して成ると共に、全体が入射光の光軸
に対して傾いて設置される光アイソレータが得られる。
から成る反射型の第1の偏光子、45度ファラデー回転
子、フォトニック結晶から成る反射型の第2の偏光子を
この順で並べて配備して成ると共に、該第1の偏光子及
び該第2の偏光子を非平行に配置し、且つ該45度ファ
ラデー回転子と該第1の偏光子及び該第2の偏光子の何
れか一方とをほぼ平行に配置して成る光アイソレータが
得られる。
イソレータにおいて、第1の偏光子及び第2の偏光子を
成すフォトニック結晶は、基板表面に形成された所定の
形状に従って凹凸形状を保持しながら堆積された高屈折
率媒質及び低屈折率媒質の多層膜から成る光アイソレー
タが得られる。
アイソレータについて、図面を参照して詳細に説明す
る。
概要を説明する。本発明の光アイソレータにおいては、
その構成要素となる偏光子にフォトニック結晶から成る
反射型のものを使用する。フォトニック結晶は、基板表
面に形成された所定の形状に従って凹凸形状を保持しな
がら堆積された高屈折率媒質及び低屈折率媒質の多層膜
から成る。こうしたフォトニック結晶から成る反射型の
偏光子を用いて45度ファラデー回転子と組み合わせれ
ば光アイソレータを構成できる。
は、近年の高屈折率媒質及び低屈折率媒質から成る人工
的な周期構造体におけるフォトン(光子)の状態密度の
研究成果が関与している。即ち、互いに直交する2つの
直線偏光においてそれぞれが独立に周波数と波動ベクト
ルとの関係を持ち、バンドギャップ(フォトンの状態密
度が零となる周波数帯域)もそれぞれの偏光に固有であ
り、しかも或る周波数帯域において一方の偏光に対する
状態密度が零であり、他方の偏光に対する状態密度が零
にならない場合の周波数帯域において偏光子としての作
用が可能な周期構造体の開発である。こうした周期構造
体は、一方の偏光を反射し、他方の偏光を波動ベクトル
を保存しながら透過させる。
トニック結晶の中でも、上述したように基板表面に形成
された形状に従って凹凸形状を保持しながら堆積された
高屈折率媒質及び低屈折率媒質の多層膜から成るフォト
ニック結晶は、光アイソレータ用偏光子として優れた特
質を備えている。例えば堆積層の垂線方向を中心とする
方向から入射する入射光に対して偏光子として作用する
ため、光学研磨を必要としないという点が顕著な特質と
して挙げられる。
から成る反射型の偏光子は、透過しない光を反射させる
ので、その特長を活かすための構造として、反射光を光
アイソレータの光学系の外に導き出すように設計する必
要があり、こうした条件を充足することによって、高い
逆方向損失を持つ光アイソレータを構成することができ
る。
レータの基本構成を示した側面図である。この光アイソ
レータは、フォトニック結晶から成る反射型の第1の偏
光子1、光透過性平行平板ガラス4、平行平板の45度
ファラデー回転子3、フォトニック結晶から成る反射型
の第2の偏光子2をこの順で平行に並べて接着剤等によ
り互いに固定配備して成ると共に、全体が入射光の光軸
に対して傾いて設置されている。
子2は、それぞれの透過偏光方向が互いに45度の角度
を成すように設定されており、それらのフォトニック結
晶は、基板表面に形成された所定の形状に従って凹凸形
状を保持しながら堆積された高屈折率媒質及び低屈折率
媒質の多層膜から成り、大面積で光学研磨を必要としな
い。45度ファラデー回転子3は、GdBiFeガーネ
ット厚膜から成り、光の進行方向に沿った磁場Hが印加
される。
逆方向における透過光の光路を示した側面図である。
る透過光について説明する。順方向における入射光は、
光路5に沿って第1の偏光子1に入射した後、第1の偏
光子1、平行平板ガラス4、45度ファラデー回転子
3、及び第2の偏光子2を左側から右側へ進んで透過し
た後、第2の偏光子2から出射光として光路6に沿って
出射する。
る透過光について説明する。逆方向における入射光は、
光路6に沿って第2の偏光子2に入射した際、一方の偏
光成分が光路7の方向に沿って反射光として反射される
と共に、他方の偏光成分が第2の偏光子2を透過し、4
5度ファラデー回転子3と平行平板ガラス4とを透過し
て第1の偏光子1に至る。このとき、他方の偏光成分は
偏光方向が第1の偏光子1の透過方向から90度回転し
ているため、入射光は第1の偏光子1で反射された後、
平行平板ガラス4と45度ファラデー回転子3とを透過
して第2の偏光子2に至る。又、このときの他方の偏光
成分は偏光方向が第2の偏光子2の透過方向から90度
回転しているため、入射光は第2の偏光子2で反射され
た後、45度ファラデー回転子3と平行平板ガラス4と
を透過して第1の偏光子1に入射する。この際、入射光
は偏光方向が第1の偏光子1の透過方向に一致している
ため、第1の偏光子1を透過して光路8に沿って透過光
として出射する。この逆方向における透過光の光路8
は、順方向における入射光の光路5から平行移動したも
のとなっている。
した光学系装置の構成を例示した側面図である。この光
学系装置は、レーザダイオード9からのレーザ光を集光
レンズ10を通して光アイソレータ11に入射させ、光
アイソレータ11を通過した透過光を光ファイバ端12
に結合させるように各部がレーザ光の光軸に合わせられ
て配備されている。
11による逆方向における透過光の光路8の順方向にお
ける入射光の光路5からの平行シフト量をsとし、集光
レンズ10の像倍率をmとすれば、逆方向における透過
光はレーザダイオード9の発光部分からs/mだけ離れ
た位置に集光し、レーザダイオード9の発光部分に結合
しない。
素子)を光学接着剤で貼り合わせた場合、平行シフト量
sは、tf を45度ファラデー回転子3の厚さ、tg を
平行平板ガラス4の厚さ、nf を45度ファラデー回転
子3の屈折率、ng を平行平板ガラス4の屈折率、θを
光アイソレータ11の入射光に対する傾き角度とした場
合、近似的にs=sinθ{3tf (nf 2 −sin2
θ)-1/2+3tg (ng 2 −sin2 θ)-1/2−(tf
+tg )(1−sin2 θ)-1/2}なる関係で表わすこ
とができる。
11における傾き角度θ(deg)に対する平行シフト
量s(μm)の関係を示したものである。但し、ここで
は45度ファラデー回転子3の厚さtf =450μm、
平行平板ガラス4の厚さtg=1mm、45度ファラデ
ー回転子3の屈折率nf =2.3、平行平板ガラス4の
屈折率ng =1.5の場合の図となっている。
傾き角度5度で使用すると、約95μmの平行シフト量
sが得られることが判り、集光レンズ10の像倍率を3
とすると平行シフト量sは上述した関係式からレーザダ
イオード9の近くで約32μmの変位量が得られる。こ
の変位量は、逆方向における透過光をレーザダイオード
9の発光部に結合させないため十分なものである。
を使用した光学系装置において、各光学素子を平行に設
置する方法は、光学的接着剤による直接接着や各光学素
子を保持する機構部品を用いて簡易に行うことが可能で
あり、量産に向くものとなっている。
11における傾き角度を5度としたときの平行平板ガラ
ス4の厚さtg (μm)に対する平行シフト量s(μ
m)の関係を示したものである。
1の傾き角度θに対して平行平板ガラス4の厚さtg を
どの程度にして選択すれば良いかが判る。
の偏光子1と第2の偏光子2との間の距離を大きくし、
平行シフト量sを大きくすることであるため、その材質
はガラスに限定されず、光透過性と適切な屈折率を持っ
ていれば他の材料を用いても良い。
レータの基本構成を示した側面図である。この光アイソ
レータは、フォトニック結晶から成る反射型の第1の偏
光子13、45度ファラデー回転子14、フォトニック
結晶から成る反射型の第2の偏光子15をこの順で並べ
て配備して成ると共に、第1の偏光子13及び第2の偏
光子15を非平行に配置し、且つ45度ファラデー回転
子14と第1の偏光子13及び第2の偏光子15の何れ
か一方(ここでは第1の偏光子13)とをほぼ平行に配
置して成っている。
光子15は、それぞれの透過偏光方向が互いに45度の
角度を成すように設定され、且つ光学面が非平行に約1
度の角度で設置されており、それらのフォトニック結晶
は、基板表面に形成された所定の形状に従って凹凸形状
を保持しながら堆積された高屈折率媒質及び低屈折率媒
質の多層膜から成り、大面積で光学研磨を必要としな
い。45度ファラデー回転子14は、GdBiFeガー
ネット厚膜から成り、光の進行方向に沿った磁場Hが印
加される。
逆方向における透過光の光路を示した側面図である。
る透過光について説明する。順方向における入射光は、
光路16に沿って第1の偏光子13に入射した後、第1
の偏光子13、45度ファラデー回転子14、及び第2
の偏光子15を左側から右側へ進んで透過した後、第2
の偏光子2から出射光として光路17に沿って出射す
る。
る透過光について説明する。逆方向における入射光は、
光路17に沿って第2の偏光子15に入射した際、一方
の偏光成分が光路18の方向に沿って反射光として反射
されると共に、他方の偏光成分が第2の偏光子15及び
45度ファラデー回転子14を透過して第1の偏光子1
3に至る。このとき、他方の偏光成分は偏光方向が第1
の偏光子13の透過方向から90度回転しているため、
入射光は第1の偏光子13で反射された後、45度ファ
ラデー回転子14を透過して第2の偏光子15に至る。
又、このときの他方の偏光成分は偏光方向が第2の偏光
子15の透過方向から90度回転しているため、入射光
は第2の偏光子15で反射された後、45度ファラデー
回転子14を透過して第1の偏光子13に入射する。こ
の際、入射光は偏光方向が第1の偏光子13の透過方向
に一致しているため、第1の偏光子13を透過して光路
19に沿って透過光として出射する。この逆方向におけ
る透過光の光路19は、順方向における入射光の光路1
6に対して第1の偏光子13及び第2の偏光子15が成
す角度の2倍(約2度分)だけ傾いたものとなってい
る。
した光学系装置の構成を例示した側面図である。この光
学系装置は、レーザダイオード20からのレーザ光を凸
レンズ21を通して光アイソレータ22に入射させ、光
アイソレータ22を通過した透過光を凸レンズ23を通
して光ファイバ端24に結合させるように各部がレーザ
光の光軸に合わせられて配備されている。
22には、ほぼ平行光束のレーザ光が入射する。逆方向
における透過光の光路19と順方向における入射光の光
路16とが成す角度をφとし、凸レンズ21の焦点距離
をfとすると、逆方向における透過光の集光点はレーザ
ダイオード20の発光部分の中心から約fφだけ変位す
る。通常の光アイソレータでは順方向における透過光に
対する逆方向における透過光の角度変化が1度以上あれ
ば、高い逆方向損失が得られるため、この光学系装置の
光アイソレータ22の場合には充分な基本機能が確保さ
れる。
イソレータ22では、第1の偏光子13及び45度ファ
ラデー回転子14を平行に並べて第2の偏光子15をこ
れらに対して非平行になる配置構成を説明したが、これ
に代えて45度ファラデー回転子14及び第2の偏光子
15を平行に並べて第1の偏光子13をこれらに対して
非平行になる配置構成としても良い。
ータによれば、従来の複屈折単結晶のプリズム、金属粒
子を含むガラス、誘電体及び金属の複合多層膜等から成
る偏光子の材料を改良してフォトニック結晶を用いた反
射型の偏光子を用いており、このフォトニック結晶は基
板表面に形成された所定の形状に従って凹凸形状を保持
しながら堆積された高屈折率媒質及び低屈折率媒質の多
層膜から成る大面積で光学研磨を必要としないものであ
るため、光学的な特性を損うこと無く製造上において低
価格で量産可能になる。結果として、既存の光アイソレ
ータと同程度の光学的な特性(挿入損失及び逆方向損
失)を有し、従来よりも簡易にして低価格に光アイソレ
ータを製造できるようになる。
構成を示した側面図である。
における透過光の光路を示した側面図である。
置の構成を例示した側面図である。
る傾き角度に対する平行シフト量の関係を示したもので
ある。
おける平行平板ガラスの厚さに対する平行シフト量の関
係を示したものである。
構成を示した側面図である。
における透過光の光路を示した側面図である。
置の構成を例示した側面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 フォトニック結晶から成る反射型の第1
の偏光子、光透過性平行平板、平行平板の45度ファラ
デー回転子、フォトニック結晶から成る反射型の第2の
偏光子をこの順で平行に並べて固定配備して成ると共
に、全体が入射光の光軸に対して傾いて設置されること
を特徴とする光アイソレータ。 - 【請求項2】 フォトニック結晶から成る反射型の第1
の偏光子、45度ファラデー回転子、フォトニック結晶
から成る反射型の第2の偏光子をこの順で並べて配備し
て成ると共に、該第1の偏光子及び該第2の偏光子を非
平行に配置し、且つ該45度ファラデー回転子と該第1
の偏光子及び該第2の偏光子の何れか一方とをほぼ平行
に配置して成ることを特徴とする光アイソレータ。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の光アイソレータに
おいて、前記第1の偏光子及び前記第2の偏光子を成す
前記フォトニック結晶は、基板表面に形成された所定の
形状に従って凹凸形状を保持しながら堆積された高屈折
率媒質及び低屈折率媒質の多層膜から成ることを特徴と
する光アイソレータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35453298A JP4157634B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 光アイソレータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35453298A JP4157634B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 光アイソレータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000180789A true JP2000180789A (ja) | 2000-06-30 |
JP4157634B2 JP4157634B2 (ja) | 2008-10-01 |
Family
ID=18438188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35453298A Expired - Fee Related JP4157634B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 光アイソレータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4157634B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1231488A2 (en) | 2001-02-09 | 2002-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device |
WO2002086606A1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-10-31 | Corning Incorporated | Photonic crystal optical isolator |
US6735354B2 (en) | 2001-04-04 | 2004-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device |
US6798960B2 (en) | 2000-06-21 | 2004-09-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device |
WO2010125901A1 (en) | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Ricoh Company, Ltd. | Optical element, polarization filter, optical isolator, and optical apparatus |
CN103430059A (zh) * | 2011-02-10 | 2013-12-04 | 惠普发展公司,有限责任合伙企业 | 基于光栅的偏振器和光学隔离器 |
-
1998
- 1998-12-14 JP JP35453298A patent/JP4157634B2/ja not_active Expired - Fee Related
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EP1231488A2 (en) | 2001-02-09 | 2002-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device |
US6813399B2 (en) | 2001-02-09 | 2004-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device |
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WO2010125901A1 (en) | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Ricoh Company, Ltd. | Optical element, polarization filter, optical isolator, and optical apparatus |
US8830585B2 (en) | 2009-04-30 | 2014-09-09 | Ricoh Company, Ltd. | Optical element, polarization filter, optical isolator, and optical apparatus |
CN103430059A (zh) * | 2011-02-10 | 2013-12-04 | 惠普发展公司,有限责任合伙企业 | 基于光栅的偏振器和光学隔离器 |
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---|---|
JP4157634B2 (ja) | 2008-10-01 |
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