JP3375287B2

JP3375287B2 - Recirculating optical circulator and optical switch

Info

Publication number: JP3375287B2
Application number: JP26276698A
Authority: JP
Inventors: 智和井村; 昇平阿部; 昭宏増田; 次雄徳増
Original assignee: エフ・ディ−・ケイ株式会社
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000089164A

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光計測な
どの分野において、伝送路を通る光を分離するための光
サーキュレータ、あるいは光路切り換えを行うための光
スイッチに関するものである。更に詳しく述べると本発
明は、２個の複屈折素子の間に４５度ファラデー回転子
と１／２波長板を挿入して１列に配列し、その一端に２
芯フェルールを有する入出射部を設けた２組のユニット
を、対称的に対向配置し、その対向している中間部で中
央の光路を除くように両側に、あるいは中央の光路のみ
に１／２波長板を挿入し、小型化・細径化と高性能化を
図った循環型光サーキュレータ及び２×２型光スイッチ
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical circulator for separating light passing through a transmission line or an optical switch for switching an optical path in the fields of optical communication and optical measurement. More specifically, according to the present invention, a 45 ° Faraday rotator and a ½ wavelength plate are inserted between two birefringent elements and arranged in one line, and one end of the two birefringent elements is arranged.
Two sets of units provided with an entrance / exit section having a core ferrule are symmetrically opposed to each other, and half are provided on both sides so as to exclude the central optical path at the opposed intermediate sections or only in the central optical path. The present invention relates to a circulating type optical circulator and a 2 × 2 type optical switch in which a wavelength plate is inserted to achieve miniaturization, diameter reduction, and high performance.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光サーキュレータは、ポートからの入
射光をポートへ出射し、ポートからの入射光をポー
トへ出射するというように、あるポートからの光を特
定の他のポートのみに出射する光分離機能を有する光デ
バイスである。また光スイッチは、例えばポートから
の入射光をポートか又はポートのいずれか一方へ出
射し、ポートからの入射光をポートか又はポート
のいずれか一方へ出射するというような光路切り換え機
能を有する光デバイスである。通常、光サーキュレータ
は、永久磁石により固定磁界を印加する４５度ファラデ
ー回転子を用い、偏波面を４５度回転させることで光線
の非相反性を実現し、光スイッチは、電磁石により印加
磁界が変化するファラデー回転子を用い、出射光の偏波
面が９０度切り換わるように制御して光路の切り換えを
実現しているが、基本的な本体部分の構成はほぼ同様と
考えてよい。そのため、以下、主として光サーキュレー
タを例にとって説明する。2. Description of the Related Art An optical circulator emits light from a port to a specific port, such as emitting light from a port to a port and light from a port to a port. An optical device having a separating function. Further, the optical switch is an optical switch having an optical path switching function such that the incident light from the port is emitted to the port or the port and the incident light from the port is emitted to the port or the port. Is a device. Normally, an optical circulator uses a 45-degree Faraday rotator that applies a fixed magnetic field with a permanent magnet, and realizes the non-reciprocity of light rays by rotating the plane of polarization by 45 degrees, and an optical switch changes the applied magnetic field with an electromagnet. Although the Faraday rotator is used to control the polarization plane of the emitted light so that the polarization plane is switched by 90 degrees, the optical path is switched, but the basic structure of the main body may be considered to be almost the same. Therefore, the optical circulator will be mainly described below as an example.

【０００３】従来、様々な構成の光サーキュレータが開
発されている。その一例として、３個の複屈折素子を間
隔をあけて一列に配列し、それら複屈折素子の間にそれ
ぞれファラデー素子と１／２波長板との組を挿入し、両
端にそれぞれ入出射部を設ける構成がある（特開平５−
６１００１号公報参照）。前記ファラデー素子には永久
磁石によって固定磁界を印加し、偏波面が４５度回転す
る４５度ファラデー回転子とする。これによって一端の
ポートからの出射光は反対端のポートに、ポート
からの出射光は反対端のポートに、更に必要があれば
ポートからの出射光を反対端のポートに結合させる
光サーキュレータが構成できる。ここで各ポートは、そ
れぞれファイバとレンズとの組み合わせからなる。Conventionally, optical circulators having various configurations have been developed. As an example, three birefringent elements are arranged in a row at intervals, a pair of a Faraday element and a half-wave plate is inserted between the birefringent elements, and an input / output section is provided at each end. There is a configuration provided (Japanese Patent Laid-Open No.
No. 61001). A fixed magnetic field is applied to the Faraday element by a permanent magnet to form a 45-degree Faraday rotator whose polarization plane rotates by 45 degrees. This makes it possible to construct an optical circulator that couples the light emitted from one port to the opposite port, the light emitted from the port to the opposite port, and the light emitted from the port to the opposite port if necessary. it can. Here, each port is composed of a combination of a fiber and a lens.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来複
数のポートを持つ光デバイスでは、各ポートは１本のフ
ァイバに対応してそれぞれレンズが組み合わされて構成
されていた。つまり、各ファイバ毎に個別のレンズを組
み合わせることによってコリメート結合をとっていた。
そのため、ファイバ同士の間隔として、レンズ径に見合
う距離が必要であり、必然的に小型化並びに低廉化の大
きな障害になっていた。As described above, in the conventional optical device having a plurality of ports, each port was constructed by combining lenses corresponding to one fiber. That is, collimate coupling is achieved by combining individual lenses for each fiber.
Therefore, a distance commensurate with the lens diameter is required as the distance between the fibers, which inevitably becomes a major obstacle to downsizing and cost reduction.

【０００５】そこで２芯のフェルールを用いて、各ファ
イバからの出射光を共通の１個のレンズでコリメートす
ることを考えたが、コリメート光はレンズから傾きをも
って出射するため平行ビームにならず、光デバイス本体
にうまく結合できない。また複屈折素子として楔形複屈
折プリズムを用いてポート間隔を広げる技術も提案され
ているが（特開平６−２７４１４号公報）、ファイバと
レンズを斜めに配置する必要があり、その分、隣接ファ
イバ間隔が広がるため、更なる細径化を妨げる要因とな
る。Therefore, it was considered to collimate the light emitted from each fiber by a common lens by using a two-core ferrule. However, the collimated light is emitted from the lens with an inclination, so that it is not a parallel beam. It cannot be combined well with the main body of the optical device. Although a technique for widening the port interval by using a wedge-shaped birefringent prism as a birefringent element has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 6-27414), it is necessary to dispose the fiber and the lens at an angle, and accordingly, the adjacent fiber Since the space is widened, it becomes a factor that prevents further reduction in diameter.

【０００６】本発明の目的は、装置全体の細径化、使用
する光学素子の小型化、組立工数の削減、それらによる
低廉化を図ることができ、高アイソレーションを実現で
きる循環型の光サーキュレータを提供することである。
本発明の他の目的は、同様に装置全体の細径化、使用す
る光学素子の小型化、組立工数の削減、それらによる低
廉化を図ることができる２×２型の光スイッチを提供す
ることである。An object of the present invention is to reduce the diameter of the entire apparatus, downsize the optical element to be used, reduce the number of assembling steps, and thereby reduce the cost, thereby achieving a high isolation and a circulation type optical circulator. Is to provide.
Another object of the present invention is to provide a 2 × 2 type optical switch which can similarly reduce the diameter of the entire apparatus, downsize the optical element to be used, reduce the number of assembling steps, and reduce the cost thereof. Is.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る循環型光サ
ーキュレータは、偏波分離合成機能を有する複屈折素子
と４５度ファラデー回転子と１／２波長板と光路シフト
機能を有する複屈折素子とを、その順序で一列に配列
し、その列の偏波分離合成機能を有する複屈折素子側の
端部に、２芯フェルールと共通のファイバ結合レンズと
光路補正素子からなる入出射部を配置し、これらの組み
合わせからなるユニットを２組、入出射部が両端に位置
するように一列に対向配置した構成を有する。そして、
両方のユニットが対向している中間部に、２個の光路シ
フト用の複屈折素子の光学軸が互いに平行であれば、中
央の光路を除くように両側に１／２波長板を挿入する。
あるいは２個の光路シフト用の複屈折素子の光学軸が垂
直な関係であれば、中央の光路のみに１／２波長板を挿
入する。A circulating type optical circulator according to the present invention is a birefringent element having a polarization splitting / combining function, a 45 ° Faraday rotator, a ½ wavelength plate, and an optical path shifting function. And are arranged in a line in that order, and an entrance / exit unit consisting of a fiber coupling lens common to the two-core ferrule and an optical path correction element is arranged at the end of the row on the side of the birefringent element having the polarization separation / synthesis function. However, it has a configuration in which two sets of units composed of these combinations are arranged so as to face each other in a row so that the entrance / exit portions are located at both ends. And
If the optical axes of the two birefringent elements for optical path shifting are parallel to each other in the intermediate portion where both units face each other, the half-wave plates are inserted on both sides so as to exclude the central optical path.
Alternatively, if the optical axes of the two birefringent elements for optical path shifting are vertical, the ½ wavelength plate is inserted only in the central optical path.

【０００８】この構成では、光路シフト機能を有する複
屈折素子を２段にして、例えば、中央のビームはそのま
ま通過させ、両側のビームの偏波面を１／２波長板で９
０度回転させる。これによって、ポート→ポート→
ポート→ポート→ポートと光が伝搬するように光
路設定をすることができる。In this structure, the birefringent element having an optical path shifting function is provided in two stages, for example, the central beam is allowed to pass through, and the polarization planes of the beams on both sides are formed by ½ wavelength plates.
Rotate 0 degrees. By doing this, port → port →
The optical path can be set so that light propagates from port to port to port.

【０００９】ここで用いる光路補正素子は、例えば平行
ビームに対してそれぞれ傾斜した面を持つプリズムであ
ってよい。所定の頂角の２個の楔形のプリズムを対称的
に組み合わせた構造にすると、製造し易く好ましい。２
本のファイバを１個のフェルールに収めた２芯フェルー
ルからの出射光は、光軸は互いに平行に、それぞれ広が
りをもって出射する。それがレンズを通過すると、中心
からのオフセットに対応した角度が生じて斜め方向に出
射する。光路補正素子は、この傾いたビームを平行にす
るように機能する。これによって、隣接する２本のファ
イバ間をビーム径の３倍程度にまで小さくできるので、
光デバイスの細径化・小型化が可能となるばかりでな
く、光軸調整が極めて容易になる。The optical path correcting element used here may be, for example, a prism having a surface inclined with respect to the parallel beam. A structure in which two wedge-shaped prisms having a predetermined apex angle are symmetrically combined is preferable because it is easy to manufacture. Two
The light emitted from the two-core ferrule in which one fiber is housed in one ferrule is emitted with their optical axes being parallel to each other and each being spread. When it passes through the lens, an angle corresponding to the offset from the center is generated and the light is emitted obliquely. The optical path correction element functions to collimate this tilted beam. As a result, the distance between two adjacent fibers can be reduced to about three times the beam diameter,
Not only is it possible to reduce the diameter and size of the optical device, but it is also extremely easy to adjust the optical axis.

【００１０】[0010]

【発明の実施の態様】本発明において、両ユニットの光
路シフト機能を有する複屈折素子を同一長さとしてもよ
いが、一方の複屈折素子の長さを他方の複屈折素子の長
さの２倍に設定すると、４つのポートに対して光ビーム
が別々の光路を通るように設定できるため、その間の光
学軸方向のトレランスが増大し、高アイソレーションが
得やすくなる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, the birefringent elements having the optical path shifting function of both units may have the same length, but the length of one birefringent element is equal to the length of the other birefringent element. If the double setting is made, the light beams can be set so as to pass through different optical paths for the four ports, so that the tolerance in the optical axis direction between them is increased and high isolation is easily obtained.

【００１１】光サーキュレータの場合、各ファラデー回
転子は、ファラデー素子に永久磁石によって磁界を印加
する構造とするのがよい。In the case of an optical circulator, each Faraday rotator preferably has a structure in which a magnetic field is applied to the Faraday element by a permanent magnet.

【００１２】更に本発明としては、循環型光サーキュレ
ータの他、２×２型の光スイッチもある。光スイッチの
場合、前記循環型光サーキュレータと同様の構成におい
て、各ファラデー回転子として、ファラデー素子に電磁
石によって印加磁界を可変してファラデー回転角を４５
度と−４５度に切り換えるような構成とする。The present invention further includes a 2 × 2 type optical switch in addition to the circulation type optical circulator. In the case of an optical switch, the Faraday rotation angle is set to 45 by changing the magnetic field applied by an electromagnet to the Faraday element as each Faraday rotator in the same configuration as the circulating optical circulator.
The configuration is such that the angle is switched to -45 degrees.

【００１３】[0013]

【実施例】図１は本発明に係る循環型光サーキュレータ
の一実施例を示す全体構成図である。第１の複屈折素子
１０と４５度ファラデー回転子１２と１／２波長板１４
と第２の複屈折素子１６とを、その順序で一列に配列す
る。その列の第１の複屈折素子側の端部に２芯フェルー
ル１８と共通のレンズ２０と光路補正素子２２からなる
第１の入出射部２４を配置する。その列の第２の複屈折
素子側の端部に、中央の光路を除くように両側に１／２
波長板２６を設ける。更に、第３の複屈折素子３０と１
／２波長板３２と４５度ファラデー回転子３４と第４の
複屈折素子３６を、その順序で一列に配列し、その列の
第４の複屈折素子側の端部に光路補正素子３８とレンズ
４０と２芯フェルール４２からなる第２の入出射部４４
を設ける。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a circulation type optical circulator according to the present invention. First birefringent element 10, 45-degree Faraday rotator 12, and half-wave plate 14
And the second birefringent element 16 are arranged in a line in that order. At the end of the row on the side of the first birefringent element, the first entrance / exit portion 24 including the lens 20 common to the two-core ferrule 18 and the optical path correction element 22 is arranged. At the end of the row on the second birefringent element side, ½ on both sides to exclude the central optical path.
A wave plate 26 is provided. Furthermore, the third birefringent elements 30 and 1
The half wave plate 32, the 45 ° Faraday rotator 34, and the fourth birefringent element 36 are arranged in a row in that order, and the optical path correction element 38 and the lens are provided at the end of the row on the side of the fourth birefringent element. Second entrance / exit section 44 consisting of a two-core ferrule 42
To provide.

【００１４】図１において、図面左手側をポート及び
とし、右手側をポート及びとする。各複屈折素子
１０，１６，３０，３６はルチルからなり、両端面が互
いに平行な形状であって、それらの光学軸と光軸との角
度は４５度である。第１の複屈折素子１０と第２の複屈
折素子１６の光学軸は光軸に沿って見たとき（後述する
図３の紙面内で）垂直な関係にあり、第３の複屈折素子
３０と第４の複屈折素子３６の光学軸も光軸に沿って見
たとき垂直な関係にある。そして、第２の複屈折素子１
６と第３の複屈折素子３０の光学軸は互いに平行な関係
になっている。中間部の１／２波長板２６の光学軸は光
軸に沿って見たとき水平軸から４５度の方向で、その他
の１／２波長板１４，３２は±２２．５度の方向に設定
する。またファラデー回転子１２，３４は、ポート及
び側から見て左回り４５度に設定する。In FIG. 1, the left-hand side of the drawing is a port and the right-hand side is a port. Each of the birefringent elements 10, 16, 30, and 36 is made of rutile, has both end surfaces parallel to each other, and has an angle between the optical axis and the optical axis of 45 degrees. The optical axes of the first birefringent element 10 and the second birefringent element 16 are in a vertical relationship when viewed along the optical axis (within the plane of FIG. 3 described later), and the third birefringent element 30 Also, the optical axis of the fourth birefringent element 36 is in a vertical relationship when viewed along the optical axis. Then, the second birefringent element 1
The optical axes of 6 and the third birefringent element 30 are parallel to each other. The optical axis of the half-wave plate 26 in the middle portion is set to a direction of 45 degrees from the horizontal axis when viewed along the optical axis, and the other half-wave plates 14 and 32 are set to a direction of ± 22.5 degrees. To do. Further, the Faraday rotators 12 and 34 are set at 45 degrees counterclockwise as viewed from the port and side.

【００１５】第１の入出射部２４の構成と動作を図２に
示す（第２の入出射部４４の構成も同様であるため、そ
れについての説明は省略する）。２本のファイバ５０を
収めた２芯フェルール１８（２芯の間隔をｘとする）か
らの出射光は、光軸は互いに平行に、それぞれ広がりを
もって出射する。レンズ２０を通過すると、中心からの
オフセットに対応した角度が生じる。レンズ２０の焦点
距離をｆとすると、この角度αは、レンズの中心軸に対
してそれぞれα＝ tan^-1（ｘ／ｆ）である。光路補正素
子（プリズム）５０は、この斜めの光を光軸に平行なビ
ームにする機能を果たす。５角形もしくは３角形の一体
構造のプリズムでもよいが、図２のように楔形プリズム
を２個対称的に配置した方が製作し易く又精度も高くで
きるため好ましい。両楔形プリズムの頂角Ａは、屈折率
をｎとすると、Ａ＝ sin^-1（ｎ・sin(Ａ− sin^-1（ sinα／ｎ））の関係が成り立つときに出射光は０度（平行ビーム）と
なる。例えば、プリズムに屈折率１．５の材料（例えば
ＢＫ７材、波長１．５５μｍ）を用いたとすると、頂角
Ａ≒２・αのときに光軸が平行となる。またレンズ２０
と光路補正素子２２との距離は、ビーム間隔ｄがビーム
ウエスト径（現在、通常約５０μｍ）の６倍程度となる
ように設定しておけば、隣接ポートへの漏れ光は−５０
ｄＢ以下となることが期待できる。The structure and operation of the first entrance / exit unit 24 is shown in FIG. 2 (the structure of the second entrance / exit unit 44 is also the same, so the description thereof is omitted). The light emitted from the two-core ferrule 18 (the distance between the two cores is x) containing the two fibers 50 is emitted with their optical axes being parallel to each other and widening. Passing through the lens 20 creates an angle corresponding to the offset from the center. Assuming that the focal length of the lens 20 is f, this angle α is α = tan ⁻¹ (x / f) with respect to the center axis of the lens. The optical path correction element (prism) 50 has a function of converting this oblique light into a beam parallel to the optical axis. A pentagonal prism or a triangular prism having an integral structure may be used, but it is preferable to dispose two wedge prisms symmetrically as shown in FIG. 2 because it is easy to manufacture and the accuracy is high. The apex angle A of both wedge prisms is 0 degree (parallel) when the relation of A = sin ^-1 (n · sin (A-sin ^-1 (sin α / n)) holds, where n is the refractive index. For example, if a material having a refractive index of 1.5 (for example, BK7 material, wavelength 1.55 μm) is used for the prism, the optical axes become parallel when the apex angle A≈2 · α. 20
If the beam distance d is set to be about 6 times the beam waist diameter (currently about 50 μm), the distance between the optical path correction element 22 and the optical path correction element 22 will be -50 in the leaked light to the adjacent port.
It can be expected to be less than or equal to dB.

【００１６】このような入出射部２４，４４を光サーキ
ュレータ本体部分に適用して図１のような構成とする
と、２ポート（ポートと、ポートと）を同時に
調整できるし、各光学素子は、ビーム径の６倍程度の距
離に対応した有効径、厚さで済むため、著しい小型化が
可能となる。例えば、複屈折素子としてルチルを用い、
その光学軸が４５度光軸から傾けられているとすると、
複屈折素子の厚さ（光軸方向の長さ）の１／１０程度の
光路シフト量が得られる。この光路シフト量も、ビーム
ウエスト径の６倍程度あればよいので、ビームウエスト
径を５０μｍとすれば、複屈折素子は３mm程度の厚さ
で、１．５mm角程度の有効径があればよいことになる。
このことから分かるように、従来技術に比べて大幅な
（体積比で１／１０程度の）小型化が図れることにな
る。If the input / output sections 24 and 44 are applied to the main body of the optical circulator to have the structure shown in FIG. 1, two ports (port and port) can be adjusted at the same time, and each optical element is Since the effective diameter and the thickness corresponding to the distance of about 6 times the beam diameter are sufficient, the size can be remarkably reduced. For example, using rutile as a birefringent element,
If the optical axis is tilted 45 degrees from the optical axis,
An optical path shift amount of about 1/10 of the thickness (length in the optical axis direction) of the birefringent element can be obtained. This optical path shift amount may be about 6 times the beam waist diameter, so if the beam waist diameter is 50 μm, the birefringent element may have a thickness of about 3 mm and an effective diameter of about 1.5 mm square. It will be.
As can be seen from this, the size can be significantly reduced (about 1/10 in volume ratio) as compared with the conventional technique.

【００１７】次に本実施例の循環型光サーキュレータの
動作について図１及び図３により説明する。なお図３に
おいて、各矩形部分はそれぞれの光学素子の出射面を表
している。Next, the operation of the circulation type optical circulator of this embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, in FIG. 3, each rectangular portion represents the exit surface of each optical element.

【００１８】（ポート→ポート）第１の入出射部２
４の一方のポートであるポートから出射した光は、レ
ンズ２０及び光路補正素子（プリズム）２２を通過し、
第１の複屈折素子（ルチル）１０で常光と異常光に分離
され、ファラデー回転子（ＦＲ）１２及び１／２波長板
（ＨＷＰ）１４を通過する。その際、常光は偏波面が９
０度回転するが、異常光は偏波面が元の状態に戻るため
結果的に回転しない。第２の複屈折素子（ルチル）１６
に対しては常光になるので、光路はシフトせずにそのま
ま直進し、中間部に位置する１／２波長板（ＨＷＰ）２
６を通過して偏波面が９０度回転する。第３の複屈折素
子（ルチル）３０では異常光になっているので、光学軸
の方向に光路シフトして、１／２波長板（ＨＷＰ）３２
及びファラデー回転子（ＦＲ）３４を経て、一方は偏波
面が回転せず、他方は偏波面が９０度回転する。第４の
複屈折素子（ルチル）３６では、異常光のみ光路シフト
して、１本のビームになって他方の入出射部４４の光路
補正素子（プリズム）３８を通過し、レンズ４０を経て
ポートに結合する。(Port → Port) First entrance / exit section 2
The light emitted from one port of 4 passes through the lens 20 and the optical path correction element (prism) 22,
The first birefringent element (rutile) 10 separates the light into ordinary light and extraordinary light, and passes through the Faraday rotator (FR) 12 and the half-wave plate (HWP) 14. At that time, the plane of polarization of ordinary light is 9
Although it rotates 0 degrees, extraordinary light does not rotate as a result because the plane of polarization returns to the original state. Second birefringent element (rutile) 16
Since it becomes ordinary light, the optical path goes straight without shifting, and the half-wave plate (HWP) 2 located in the middle part
After passing through 6, the plane of polarization is rotated by 90 degrees. Since the third birefringent element (rutile) 30 is an extraordinary ray, it shifts the optical path in the direction of the optical axis, and the half-wave plate (HWP) 32
And the Faraday rotator (FR) 34, the polarization plane of one does not rotate, and the polarization plane of the other rotates 90 degrees. In the fourth birefringent element (rutile) 36, only the extraordinary light undergoes an optical path shift to become one beam, which passes through the optical path correction element (prism) 38 of the other entrance / exit portion 44, and passes through the lens 40 and the port. Bind to.

【００１９】（ポート→ポート）第２の入出射部４
４のポートから出射した光は、レンズ４０及び光路補
正素子（プリズム）３８を通過し、第４の複屈折素子
（ルチル）３６で常光と異常光に分離され、ファラデー
回転子（ＦＲ）３４及び１／２波長板（ＨＷＰ）３２を
通過する。その際、常光は偏波面が９０度回転するが、
異常光は偏波面が元の状態に戻るため結果的に回転しな
い。第３の複屈折素子（ルチル）３０に対しては常光に
なるので、光路はシフトせずにそのまま直進する。この
中央光路には中間部に１／２波長板が無いため、そのま
ま第２の複屈折素子（ルチル）１６に入射する。第２の
複屈折素子（ルチル）１６でも常光になっているので、
光路はシフトせず、１／２波長板（ＨＷＰ）１４及びフ
ァラデー回転子（ＦＲ）１２を経て、一方は偏波面が回
転せず、他方は偏波面が９０度回転する。第１の複屈折
素子（ルチル）１０では、常光と異常光が合成されて、
１本のビームになって第１の入出射部２４の光路補正素
子（プリズム）２２を通過し、レンズ２０を経てポート
に結合する。(Port to port) Second entrance / exit section 4
The light emitted from the port 4 passes through the lens 40 and the optical path correction element (prism) 38, is separated into the ordinary ray and the extraordinary ray by the fourth birefringent element (rutile) 36, and the Faraday rotator (FR) 34 and It passes through a half wave plate (HWP) 32. At that time, the plane of polarization of ordinary light rotates 90 degrees,
The extraordinary light does not rotate as a result because the plane of polarization returns to the original state. Since the third birefringent element (rutile) 30 becomes ordinary light, the optical path does not shift and goes straight. Since there is no half-wave plate in the middle part of this central optical path, the light enters the second birefringent element (rutile) 16 as it is. Since the second birefringent element (rutile) 16 is also an ordinary light,
The optical path does not shift, and the polarization plane of one does not rotate and the polarization plane of the other rotates 90 degrees via the half-wave plate (HWP) 14 and the Faraday rotator (FR) 12. In the first birefringent element (rutile) 10, ordinary light and extraordinary light are combined,
It becomes one beam, passes through the optical path correction element (prism) 22 of the first entrance / exit section 24, and is coupled to the port via the lens 20.

【００２０】（ポート→ポート）第１の入出射部２
４のポートから出射した光は、レンズ２０及び光路補
正素子（プリズム）２２を通過し、第１の複屈折素子
（ルチル）１０で常光と異常光に分離され、ファラデー
回転子（ＦＲ）１２及び１／２波長板（ＨＷＰ）１４を
通過する。その際、異常光は偏波面が９０度回転する
が、常光は偏波面が元の状態に戻るため結果的に回転し
ない。第２の複屈折素子（ルチル）１６に対しては異常
光になるので、光学軸方向に光路シフトし、中間部に位
置する１／２波長板（ＨＷＰ）２６を通過して偏波面が
９０度回転する。第３の複屈折素子（ルチル）３０では
常光になっているので、光路はシフトせず、１／２波長
板（ＨＷＰ）３２及びファラデー回転子（ＦＲ）３４を
経て、一方は偏波面が回転せず、他方は偏波面が９０度
回転する。第４の複屈折素子（ルチル）３６では、異常
光のみ光路シフトして、１本のビームになって第２の入
出射部４４の光路補正素子（プリズム）３８を通過し、
レンズ４０を経てポートに結合する。(Port → Port) First entrance / exit section 2
The light emitted from the port 4 passes through the lens 20 and the optical path correction element (prism) 22, is separated into the ordinary ray and the extraordinary ray by the first birefringent element (rutile) 10, and the Faraday rotator (FR) 12 and It passes through a half-wave plate (HWP) 14. At that time, the plane of polarization of the extraordinary light rotates by 90 degrees, but that of ordinary light does not rotate as a result because the plane of polarization returns to the original state. Since the second birefringent element (rutile) 16 becomes extraordinary light, the optical path is shifted in the optical axis direction, passes through the half-wave plate (HWP) 26 located in the middle portion, and the plane of polarization is 90 degrees. Rotate once. Since the third birefringent element (rutile) 30 is an ordinary light, the optical path is not shifted, and the polarization plane of one is rotated through the half-wave plate (HWP) 32 and the Faraday rotator (FR) 34. The other side does not rotate the plane of polarization by 90 degrees. In the fourth birefringent element (rutile) 36, only the extraordinary light undergoes an optical path shift to become one beam, which passes through the optical path correction element (prism) 38 of the second entrance / exit section 44,
It is coupled to the port via lens 40.

【００２１】（ポート→ポート）第２の入出射部４
４のポートから出射した光は、レンズ４０及び光路補
正素子（プリズム）３８を通過し、第４の複屈折素子
（ルチル）３６で常光と異常光に分離され、ファラデー
回転子（ＦＲ）３４及び１／２波長板（ＨＷＰ）３２を
通過する。その際、異常光は偏波面が９０度回転する
が、常光は偏波面が元の状態に戻るため結果的に回転し
ない。第３の複屈折素子（ルチル）３０に対しては異常
光になるので、光路は光学軸方向にシフトする。この中
央光路には中間部に１／２波長板が無いため、そのまま
第２の複屈折素子（ルチル）１６に入射する。第２の複
屈折素子（ルチル）１６では異常光になっているので、
光学軸方向に光路シフトし、１／２波長板（ＨＷＰ）１
４及びファラデー回転子（ＦＲ）１２を経て、一方は偏
波面が回転せず、他方は偏波面が９０度回転する。第１
の複屈折素子（ルチル）１０では、常光と異常光が合成
されて、１本のビームになって第１の入出射部２４の光
路補正素子（プリズム）２２を通過し、レンズ２０を経
てポートに結合する。(Port to port) Second entrance / exit section 4
The light emitted from the port 4 passes through the lens 40 and the optical path correction element (prism) 38, is separated into the ordinary ray and the extraordinary ray by the fourth birefringent element (rutile) 36, and the Faraday rotator (FR) 34 and It passes through a half wave plate (HWP) 32. At that time, the plane of polarization of the extraordinary light rotates by 90 degrees, but that of ordinary light does not rotate as a result because the plane of polarization returns to the original state. Since the third birefringent element (rutile) 30 becomes extraordinary light, the optical path shifts in the optical axis direction. Since there is no half-wave plate in the middle part of this central optical path, the light enters the second birefringent element (rutile) 16 as it is. Since extraordinary light is emitted from the second birefringent element (rutile) 16,
Half-wave plate (HWP) with optical path shift in the optical axis direction
4 and the Faraday rotator (FR) 12, the polarization plane of one does not rotate and the polarization plane of the other rotates 90 degrees. First
In the birefringent element (rutile) 10, the ordinary light and the extraordinary light are combined to form one beam, which passes through the optical path correction element (prism) 22 of the first entrance / exit portion 24, passes through the lens 20, and passes through the port. Bind to.

【００２２】このようにして、ポート→ポート→ポ
ート→ポート→ポートというように光路制御がで
きる循環型の光サーキュレータが得られる。なお、両ユ
ニットの偏波分離合成機能を有する複屈折素子（第１の
複屈折素子１０と第４の複屈折素子３６）において、常
光と異常光の関係が反転しているので、両者の光路長は
等しく、偏波分散は生じない。In this way, a circulation type optical circulator capable of controlling the optical path of port → port → port → port → port is obtained. In the birefringent elements (the first birefringent element 10 and the fourth birefringent element 36) having the polarization separating / combining function of both units, the relationship between the ordinary light and the extraordinary light is reversed, so that the optical paths of both of them are reversed. The lengths are equal and no polarization dispersion occurs.

【００２３】図１に示す実施例においては、第２の複屈
折素子１６と第３の複屈折素子３０の光学軸は互いに平
行にし、中間部の１／２波長板２６は中央の光路を除く
ように両側に組み込んでいる。しかし、第２の複屈折素
子と第３の複屈折素子の光学軸を垂直となる関係にし
て、中間部の１／２波長板を中央の光路のみに組み込ん
でも、同様に循環型の光サーキュレータが得られる。In the embodiment shown in FIG. 1, the optical axes of the second birefringent element 16 and the third birefringent element 30 are parallel to each other, and the half-wave plate 26 in the middle portion excludes the central optical path. It has been installed on both sides. However, even if the intermediate half-wave plate is incorporated only in the central optical path with the optical axes of the second birefringent element and the third birefringent element being perpendicular to each other, the circular optical circulator can be similarly used. Is obtained.

【００２４】図４は本発明に係る循環型光サーキュレー
タの他の実施例を示す全体構成図であり、図５はその光
サーキュレータの動作説明図である。なお図５において
も、各矩形部分はそれぞれの光学素子の出射面を表して
いる。FIG. 4 is an overall configuration diagram showing another embodiment of the circulation type optical circulator according to the present invention, and FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the optical circulator. Also in FIG. 5, each rectangular portion represents the emission surface of each optical element.

【００２５】光サーキュレータの基本的な構成は、図１
に示すものと同様なので、説明を簡略化するため、対応
する部分には同一符号を付す。基本的な動作も図３に示
すものと同様であり、４ポートの循環型光サーキュレー
タとして動作する。この実施例が前記図１に示す実施例
と顕著に相違する点は、光路シフト機能を有する複屈折
素子の一方（ここでは第２の複屈折素子１６）を他方の
複屈折素子（ここでは第３の複屈折素子３０）の長さの
２倍に設定している点である。このようにすると、図５
に示すように、第２の複屈折素子１６を通過する異常光
の光路シフト量が２倍になり、４つのポートに対して光
ビームが４つの別々の光路を通るように光路設定ができ
る。そのため、それらの間の光学軸方向のトレランスが
増大し、高アイソレーションが得られ易い。つまり、第
２の複屈折素子１６と第３の複屈折素子３０との光学軸
のずれ（光軸中心のねじれの関係）が生じても、漏れ光
成分が直接ポートに結合することがないので、高アイソ
レーションが得られる。The basic structure of the optical circulator is shown in FIG.
Since it is the same as the one shown in FIG. 3, the same reference numerals are given to corresponding parts in order to simplify the description. The basic operation is similar to that shown in FIG. 3, and operates as a 4-port circulating optical circulator. This embodiment is remarkably different from the embodiment shown in FIG. 1 in that one of the birefringent elements (here, the second birefringent element 16) having an optical path shifting function is connected to the other birefringent element (here, the second birefringent element). It is set to be twice the length of the birefringent element 30). In this way, FIG.
As shown in, the optical path shift amount of the extraordinary light passing through the second birefringent element 16 is doubled, and the optical path can be set so that the light beam passes through four separate optical paths with respect to the four ports. Therefore, the tolerance in the optical axis direction between them is increased, and high isolation is easily obtained. That is, even if the optical axes of the second birefringent element 16 and the third birefringent element 30 are deviated (the relationship of twist of the optical axis center), the leaked light component is not directly coupled to the port. , High isolation is obtained.

【００２６】本発明は、上記のような光サーキュレータ
の他、光スイッチにも適用できる。その場合の基本構成
は図１あるいは図４に示すものと同様であってよい。但
し、２個のファラデー回転子は、ファラデー素子に電磁
石によって外部磁界を印加するものとし、外部磁界の向
き（電磁石への駆動電流の向き）を制御することで印加
磁界をファラデー回転角４５度と−４５度に切り換える
ことができるようにする。そして例えば第１の入出射部
を入射部に、第２の入出射部を出射部とする。これによ
って、電磁石による切り換え動作に対応して、例えばポ
ートからの出射光がポート又はポートのいずれか
に結合し、あるいはポートからの出射光がポート又
はポートのいずれかに結合する２×２型（２入力×２
出力型）の光スイッチが実現できる。The present invention can be applied to an optical switch in addition to the above optical circulator. The basic configuration in that case may be the same as that shown in FIG. 1 or FIG. However, it is assumed that the two Faraday rotators apply an external magnetic field to the Faraday element by an electromagnet, and the direction of the external magnetic field (direction of drive current to the electromagnet) is controlled to change the applied magnetic field to a Faraday rotation angle of 45 degrees. Be able to switch to -45 degrees. Then, for example, the first entrance / exit portion is the entrance portion, and the second entrance / exit portion is the exit portion. Thereby, in response to the switching operation by the electromagnet, for example, the light emitted from the port is coupled to either the port or the port, or the light emitted from the port is coupled to the port or the port. 2 inputs x 2
Output type) optical switch can be realized.

【００２７】[0027]

【発明の効果】本発明は上記のように、２芯フェルール
を使用して２つのポートに対して共通のレンズを組み合
わせ、光路補正素子によって平行なビームにするように
構成したことにより、部品点数が少なくて済むばかりで
なく、同時に２ポート分の組み立てが行えるために組み
立て工数の削減を図ることができる。また、ビーム間隔
を非常に狭くできるために、使用する光学素子の光軸方
向の長さ寸法及び光軸に垂直な方向の断面積が小さくて
よく、光サーキュレータや光スイッチの著しい小型化、
細径化が可能となる。更に、複屈折素子を用いた２段型
の構成となるために、高アイソレーションが実現でき
る。As described above, according to the present invention, the two-core ferrule is used and the common lens is combined with the two ports, and the optical path correcting element is used to form parallel beams. It is possible to reduce the number of assembling steps because it is possible to assemble two ports at the same time. Further, since the beam interval can be made very narrow, the length dimension of the optical element used in the optical axis direction and the cross-sectional area in the direction perpendicular to the optical axis may be small, and the optical circulator and the optical switch can be remarkably miniaturized,
The diameter can be reduced. Furthermore, since it has a two-stage structure using a birefringent element, high isolation can be realized.

【００２８】特に、光路シフト機能を有する２個の複屈
折素子のうちの一方の長さを他方の長さの２倍に設定す
ると、４つのポートに対して光ビームが４つの別々の光
路を通るように設定できるために、より一層良好な特性
を持つアイソレーションを実現できる。In particular, if one of the two birefringent elements having the optical path shifting function is set to have a length that is twice the length of the other, the light beam will have four separate optical paths for the four ports. Since it can be set so as to pass, isolation having better characteristics can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係る循環型光サーキュレータの一実施
例を示す全体構成図。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a circulation type optical circulator according to the present invention.

【図２】その入出射部の説明図。FIG. 2 is an explanatory view of the entrance / exit unit.

【図３】図１に示す光サーキュレータの動作説明図。FIG. 3 is an operation explanatory view of the optical circulator shown in FIG.

【図４】本発明に係る循環型光サーキュレータの他の実
施例を示す全体構成図。FIG. 4 is an overall configuration diagram showing another embodiment of the circulation type optical circulator according to the present invention.

【図５】図４に示す光サーキュレータの動作説明図。5 is an operation explanatory diagram of the optical circulator shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０第１の複屈折素子１２４５度ファラデー回転子１４１／２波長板１６第２の複屈折素子１８２芯フェルール２０レンズ２２光路補正素子２４第１の入出射部２６１／２波長板３０第３の複屈折素子３２４５度ファラデー回転子３４１／２波長板３６第４の複屈折素子３８２芯フェルール４０レンズ４２光路補正素子４４第２の入出射部 10 First birefringent element 12 45 degree Faraday rotator 14 1/2 wave plate 16 Second birefringent element 18 2-core ferrule 20 lenses 22 Optical path correction element 24 First input / output section 26 1/2 wave plate 30 Third Birefringent Element 32 45 degree Faraday rotator 34 1/2 wave plate 36 Fourth Birefringent Element 38 2-core ferrule 40 lenses 42 Optical path correction element 44 Second input / output section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳増次雄東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (56)参考文献特開平５−61001（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tsuguo Tokumasu 5-36-11 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemicals Co., Ltd. (56) Reference JP-A-5-61001 (JP, A) ( 58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) G02B 27/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]

【請求項１】偏波分離合成機能を有する複屈折素子と
４５度ファラデー回転子と１／２波長板と光路シフト機
能を有する複屈折素子とを、その順序で一列に配列し、
その列の偏波分離構成機能を有する複屈折素子側の端部
に、２芯フェルールと共通のファイバ結合レンズと光路
補正素子からなる入出射部を配置し、これらの組み合わ
せからなるユニットを２組、入出射部が両端に位置する
ように一列に対向配置し、その対向している中間部で中
央の光路を除くように両側に１／２波長板を挿入したこ
とを特徴とする循環型光サーキュレータ。1. A birefringent element having a polarization separating / combining function, a 45 ° Faraday rotator, a ½ wavelength plate, and a birefringent element having an optical path shifting function are arranged in a line in that order,
At the end of the row on the side of the birefringent element having the polarization splitting configuration function, an entrance / exit section consisting of a fiber coupling lens common to the two-core ferrule and an optical path correction element is arranged, and two units consisting of these combinations are set. , Circular light characterized in that the entrance and exit parts are arranged in a row so as to be located at both ends, and half-wave plates are inserted on both sides so as to exclude the central optical path at the facing middle part. Circulator.

【請求項２】偏波分離合成機能を有する複屈折素子と
４５度ファラデー回転子と１／２波長板と光路シフト機
能を有する複屈折素子とを、その順序で一列に配列し、
その列の偏波分離合成機能を有する複屈折素子側の端部
に、２芯フェルールと共通のファイバ結合レンズと光路
補正素子からなる入出射部を配置し、これらの組み合わ
せからなるユニットを２組、入出射部が両端に位置する
ように一列に対向配置し、その対向している中間部で中
央の光路のみに１／２波長板を挿入したことを特徴とす
る循環型光サーキュレータ。2. A birefringent element having a polarization separating / combining function, a 45 ° Faraday rotator, a ½ wavelength plate, and a birefringent element having an optical path shifting function are arranged in a line in that order,
At the end of the row on the side of the birefringent element that has the polarization splitting and combining function, the fiber coupling lens common to the two-core ferrule and the input / output section consisting of the optical path correction element are arranged, and two units consisting of these combinations are set. A circular optical circulator characterized in that the entrance and exit parts are arranged in a line so that the entrance and exit parts are located at both ends, and the half-wave plate is inserted only in the central optical path at the facing intermediate part.

【請求項３】両ユニットの光路シフト機能を有する複
屈折素子のうちの一方の複屈折素子が、他方の複屈折素
子の２倍の長さに設定されている請求項１又は２記載の
循環型光サーキュレータ。3. The circulation according to claim 1, wherein one birefringent element of the birefringent elements having an optical path shifting function of both units is set to have a length twice that of the other birefringent element. Type optical circulator.

【請求項４】各ファラデー回転子は、ファラデー素子
に永久磁石によって磁界を印加する構造である請求項１
乃至３のいずれかに記載の循環型光サーキュレータ。4. The Faraday rotator has a structure in which a magnetic field is applied to the Faraday element by a permanent magnet.
4. The circulating optical circulator according to any one of 1 to 3.

【請求項５】偏波分離合成機能を有する複屈折素子と
４５度ファラデー回転子と１／２波長板と光路シフト機
能を有する複屈折素子とを、その順序で一列に配列し、
その列の偏波分離合成機能を有する複屈折素子側の端部
に、２芯フェルールと共通のファイバ結合レンズと光路
補正素子からなる入出射部を配置し、これらの組み合わ
せからなるユニットを２組、入出射部が両端に位置する
ように一列に対向配置し、その対向している中間部で中
央の光路を除くように両側に１／２波長板を挿入し、各
ファラデー回転子は、電磁石によりファラデー素子への
印加磁界を可変してファラデー回転角を４５度と−４５
度に切り換える構造とした２×２型の光スイッチ。5. A birefringent element having a polarization separating / combining function, a 45 ° Faraday rotator, a ½ wavelength plate, and a birefringent element having an optical path shifting function are arranged in a line in that order,
At the end of the row on the side of the birefringent element that has the polarization splitting and combining function, the fiber coupling lens common to the two-core ferrule and the input / output section consisting of the optical path correction element are arranged, and two units consisting of these combinations are set. , The input and output sections are arranged in a line so that the input and output sections are located at both ends, and half-wave plates are inserted on both sides so as to exclude the central optical path at the opposing intermediate sections, and each Faraday rotator is an electromagnet. By changing the magnetic field applied to the Faraday element to change the Faraday rotation angle to 45 degrees and -45 degrees.
2 × 2 type optical switch with a structure that can be switched every time.

【請求項６】偏波分離合成機能を有する複屈折素子と
４５度ファラデー回転子と１／２波長板と光路シフト機
能を有する複屈折素子とを、その順序で一列に配列し、
その列の偏波分離合成機能を有する複屈折素子側の端部
に、２芯フェルールと共通のファイバ結合レンズと光路
補正素子からなる入出射部を配置し、これらの組み合わ
せからなるユニットを２組、入出射部が両端に位置する
ように一列に対向配置し、その対向している中間部で中
央の光路のみに１／２波長板を挿入し、各ファラデー回
転子は、電磁石によりファラデー素子への印加磁界を可
変してファラデー回転角を４５度と−４５度に切り換え
る構造とした２×２型の光スイッチ。6. A birefringent element having a polarization separating / combining function, a 45 ° Faraday rotator, a ½ wavelength plate, and a birefringent element having an optical path shifting function are arranged in a line in that order,
At the end of the row on the side of the birefringent element that has the polarization splitting and combining function, the fiber coupling lens common to the two-core ferrule and the input / output section consisting of the optical path correction element are arranged, and two units consisting of these combinations are set. , The input and output parts are arranged in a line so that the input and output parts are located at both ends, and the half-wave plate is inserted only in the central optical path at the facing intermediate part, and each Faraday rotator is connected to the Faraday element by an electromagnet. 2 × 2 type optical switch with a structure in which the Faraday rotation angle is switched between 45 degrees and -45 degrees by varying the applied magnetic field.