JPH04366806A - 光サーキュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２個の複合偏光プリズ
ムの間にファラデー回転子と１／２波長板とを配置した
光サーキュレータに関するものである。この光サーキュ
レータは、例えば光通信の分野における双方向通信やデ
ータリンク等で有用である。

【０００２】

【従来の技術】光サーキュレータは、あるポートからの
入射光を特定方向の隣のポートのみに出射する機能をも
つ多ポート受動非相反素子である。従来の光サーキュレ
ータとしては、例えば第３図に示すものがある。これは
第１の偏光プリズム１０と第２の偏光プリズム１２の間
に、ファラデー回転子１４と１／２波長板１６とを配置
した構成である（特公昭６０−４９８８７号参照）。両
偏光プリズム１０，１２はそれぞれ内部に形成した分離
膜１１，１３と、それに平行な反射膜１５，１７を備え
ている。そして各ポートＰ１　〜Ｐ４　から出射した光
線が、両偏光プリズム１０，１２、ファラデー回転子１
４、１／２波長板１６に対して垂直に入射するように設
定されている。

【０００３】同図Ａに示すように、ポートＰ１　からの
光線は偏光プリズム１０に垂直に入射し、分離膜１１に
よりＰ偏光とＳ偏光で２方向に分離する。Ｐ偏光は分離
膜１１を通過し反射膜１５に４５度で入射し、全反射す
る。Ｓ偏光は分離膜１１に対して４５度で入射し、反射
する。これによってＰ偏光とＳ偏光とは互いに平行にな
り、それぞれファラデー回転子１４と１／２波長板１６
とに垂直に入射し通過する。このときＰ偏光はＳ偏光に
、Ｓ偏光はＰ偏光に変換される。Ｐ偏光は偏光プリズム
１２の反射膜１７で全反射し、その偏光膜１３でＳ偏光
と再結合してポートＰ２　から出射する。

【０００４】次に同図Ｂに示すように、ポートＰ２　か
ら偏光プリズム１２に垂直に入射した光は分離膜１３で
Ｐ偏光とＳ偏光とに分離した後、ファラデー回転子１４
と１／２波長板１６を通過するが、上記と逆向きである
ためＰ偏光及びＳ偏光は変わらずそのまま偏光プリズム
１０に至り、再結合してポートＰ３　から出射する。

【０００５】以下図示するのを省略するが同様に、ポー
トＰ３　から入射した光はポートＰ４　から、ポートＰ
４　からの入射した光はポートＰ１　からそれぞれ出射
する。そして通常、各ポートＰ１〜Ｐ４　にはそれぞれ
光ファイバーが接続され、信号の伝送が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
の場合は、第１及び第２の偏光プリズム１０，１２、フ
ァラデー回転子１４、１／２波長板１６の入射面で発生
する反射光が入力ポートに再び戻り、反射減衰特性を悪
化させる。また偏光プリズム内の分離膜でＰ偏光の反射
する成分が多いため、アイソレーションを２５〜３０ｄ
Ｂに抑える要請に対して、実際には２０ｄＢ程度しか得
られていない。

【０００７】本発明の目的は、挿入損失を悪化させるこ
となく、反射減衰量を大きくでき且つアイソレーション
を増大しうる光サーキュレータを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部に形成し
た分離膜とそれに平行な反射膜を備えた第１及び第２の
偏光プリズムの間に、ファラデー回転子と１／２波長板
とを配置する光サーキュレータである。上記目的を達成
するため本発明では、偏光プリズムの分離膜及び反射膜
に対して光線の入射角が増加する方向に傾け且つ偏光プ
リズムへの入射角を２〜４度に設定して各ポートを固定
しており、この点に特徴がある。なお入射角度範囲とそ
の向きを上記のように決定したのは、以下に述べる実験
事実に基づいている。

【０００９】

【作用】光サーキュレータとしての基本的な動作は、前
述した従来技術とほぼ同様である。偏光プリズムの分離
膜に対して光線の入射角が大きくなる方向に偏光プリズ
ムへの入射角を２〜４度として各ポートを固定すると、
光線が屈折するため実際の分離膜への入射角増加量は２
〜４度より僅かに少なくなる。

【００１０】アイソレーションを改善するには、分離膜
での漏れ光を低減することが肝要である。アイソレーシ
ョンは、偏光プリズムの分離膜で反射する光線のＰ偏光
成分とＳ偏光成分の比率に大きく依存し、Ｐ偏光成分の
反射が大きければアイソレーションは悪化し、逆にＰ偏
光成分の反射が小さければアイソレーションは改善され
る。ところで、Ｐ偏光成分の反射量は光線の入射角に依
存している。図４にその関係を示す。このグラフは、偏
光プリズム１０への入射角と、分離膜１１で反射する光
ＲのＰ偏光成分に対するＳ偏光成分の比との関係を示し
ている。入射角が＋３度のとき反射光の偏光成分比が最
大であるので、分離膜でのＰ偏光成分の反射量は最小と
なる。そして＋２〜４度の間は反射光の成分比の変化は
少ない。それに対し入射角０度で（垂直に）入射すると
約１０ｄＢ程度反射が大きく、且つ入射角０度付近では
偏光成分比の変化が大きいので、特性にバラツキが出や
すい。本発明では、偏光プリズムの分離膜に対して光線
の入射角が大きくなる方向に偏光プリズムへの入射角を
２〜４度として各ポートを固定しているから、分離膜で
のＰ偏光成分の反射が小さく、アイソレーションが大幅
に改善される。

【００１１】各ポートから偏光プリズムに対してやや斜
め方向から入射する（入射角２〜４度）と、偏光プリズ
ム１０，１２、ファラデー回転子１４、１／２波長板１
６での反射光は入射角０度ではないので逆進して入力ポ
ートに戻ることはない。つまり反射減衰量が大きくなる
。また光線の傾きは極く僅かであるから、光線が偏光プ
リズム等の各光部品の有効径から外れることがなく、光
路長もほとんど変化しない。そのため挿入損失は悪化し
ない。

【００１２】

【実施例】図１は本発明による光サーキュレータの一実
施例を示す説明図である。前述した従来技術と同様、第
１の偏光プリズム１０と第２の偏光プリズム１２の間に
、ファラデー回転子１４と１／２波長板１６とを配置す
る構成である。第１の偏光プリズム１０、ファラデー回
転子１４、１／２波長板１６、第２の偏光プリズム１２
は、それらの互いに対向する面が平行になるように配設
されている。ここで第１の偏光プリズム１０は、直角二
等辺三角形プリズム２０と平行四辺形プリズム２２とを
間に分離膜１１を介して接合し、平行四辺形プリズム２
２の前記分離膜１１に対向する面に反射膜１５を設けた
構造である。また第２の偏光プリズム１２も全く同じ構
造になっている。ファラデー回転子１４は、基板に磁気
光学結晶のＬＰＥ（液相エピタキシャル成長）膜を形成
した磁気光学素子１８と、その外周に配置して所定の磁
界を印加する永久磁石１９から構成されている。

【００１３】そして、本発明では、第１の偏光プリズム
１０の分離膜１１及び反射膜１５に対して入射光線の入
射角が大きくなる方向で、且つ図２Ａの部分拡大説明図
に示すように第１の偏光プリズム１０への入射角αが２
〜４度となるよう各ポート（Ｐ１　，Ｐ２　，Ｐ３　，
Ｐ４　）を固定している。各ポートＰ１　〜Ｐ４　には
ファイバ・コリメータ２４を用い、それを所定の位置・
角度で筐体（図示せず）などに固定する。従って入射す
る光の偏光プリズム１０の分離膜１１に対する入射角は
４７〜４９度となるが、偏光プリズム１０に入射すると
きに光が屈折するため、図２Ｂの部分拡大説明図に示す
ように、実際の分離膜１１への入射角βは４６．３〜４
７．６度となる。

【００１４】ポートＰ１　から第１の偏光プリズム１０
へ入射した光は、分離膜１１によりＰ偏光とＳ偏光で２
方向に分離する。Ｐ偏光は分離膜１１を通過し、反射膜
１０ａで全反射する。Ｓ偏光は分離膜１１で反射する。 光線のそれぞれの膜に対する入射角は４６．３〜４７．
６度となっている。これによってＰ偏光とＳ偏光とは互
いに平行になり、それぞれファラデー回転子１４と１／
２波長板１６とを通過する。この時も入射角は２〜４度
である。通過後、Ｐ偏光はＳ偏光に、またＳ偏光はＰ偏
光に変換される。Ｐ偏光は第２の偏光プリズム１２の反
射膜１７で全反射し、その偏光膜１３でＳ偏光と再結合
してポートＰ２へ出射する。

【００１５】なお、ポートＰ１　から光線が偏光プリズ
ムに対してやや斜め方向から入射する（入射角２〜４度
）と、偏光プリズム１０，１２、ファラデー回転子１４
、１／２波長板１６での反射光３０は入射角０度ではな
いので逆進してポートＰ１　に戻ることはない。

【００１６】以下図示するのを省略するが同様に、ポー
トＰ２　から入射した光はポートＰ３　へ、ポートＰ３
　から入射した光はポートＰ４　へ、ポートＰ４　から
入射した光はポートＰ１　へそれぞれ出射する。そして
通常、各ポートＰ１　〜Ｐ４　のファイバ・コリメータ
２４にはそれぞれ光ファイバーが接続され、信号の伝送
が行われる。

【００１７】次に、本発明による光サーキュレータと従
来構造の光サーキュレータの各種特性を測定した結果に
ついて述べる。なお、使用した偏光プリズムの材質はＢ
Ｋ７である。表１は各ポートにファイバ・コリメータを
使用し、入射角を３度に設定した場合（本発明品）の挿
入損失、アイソレーション、反射減衰量の測定結果であ
る。

【表１】 　　本発明品の挿入損失最悪値は１．２６ｄＢ、アイソ
レーション最悪値は２９．７ｄＢ、反射減衰量最悪値は
４２．０ｄＢであった。

【００１８】比較のために、入射角を０度に設定した場
合（従来品）の挿入損失、アイソレーション、反射減衰
量の測定結果を表２に示す。

【表２】 　　従来品の挿入損失最悪値は１．４５ｄＢ、アイソレ
ーション最悪値は２１．０ｄＢ、反射減衰量最悪値は２
６．６ｄＢであった。

【００１９】

【発明の効果】本発明では各ポートを２〜４度と極く僅
かだけ傾けているため、光線が偏光プリズム等の光学部
品の有効径から外れることがなく光路長もほとんど変化
ないので、挿入損失が悪化することはない。しかも、偏
光プリズム、ファラデー回転子と１／２波長板には光線
が垂直に入射せず、各々からの反射が入力ポートに戻る
のを避けることができるので、反射減衰量が改善される
。更に光線入射角を分離膜に対して４７〜４９度に設定
したことで、分離膜でのＰ偏光成分の反射が減少し、ア
イソレーションを大幅に改善できる。因に、実験結果に
よれば、反射減衰量で約１５ｄＢ、アイソレーションで
約１０ｄＢの特性改善ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光サーキュレータの一実施例を示
す説明図。

【図２】図１の部分拡大説明図。

【図３】従来の光サーキュレータの説明図。

【図４】偏光プリズムへの入射角と、分離膜で反射する
光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の比との関係を示すグラフ
。

【符号の説明】

１０　　偏光プリズム １１　　分離膜 １２　　偏光プリズム １３　　分離膜 １４　　ファラデー回転子 １５　　反射膜 １６　　１／２波長板 １７　　反射膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内部に形成した分離膜とそれに平行な
   反射膜を備えた第１及び第２の偏光プリズムの間に、フ
   ァラデー回転子と１／２波長板とを配置する光サーキュ
   レータにおいて、偏光プリズムの分離膜及び反射膜に対
   して光線の入射角が増加する方向に傾け且つ偏光プリズ
   ムへの入射角を２〜４度に設定して各ポートを固定する
   光サーキュレータ。