JPH07191280A

JPH07191280A - 光学アイソレータ

Info

Publication number: JPH07191280A
Application number: JP6299023A
Authority: JP
Inventors: William Lewis Emkey; ルイスエムキーウイリアム
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc; AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1995-07-28
Also published as: EP0653662A1; US5559633A

Abstract

(57)【要約】【目的】正常レイと異常レイとの間の相対ウォークオ
フを減少させるような光学アイソレータを提供すること
である。【構成】本発明の光学アイソレータは、一対の複屈折
性のウェッジ１４，１６との間に配置された非相反性の
回転子１２を有する。光学アイソレータの出力点におい
て、正常レイと異常レイとの間の相対的ウォークオフを
減少させるために、入力信号は、法線以上の角度（入力
ウェッジの傾斜表面の法線からこの入力ウェッジのより
薄い端部の方向に移動した角度）で入射される。この本
発明のアイソレータの様々なパラメータに関し、特定の
角度で光がアイソレータに入射すると、正常レイと異常
レイとの光学パスがアイソレータ内で交差して、相対的
ウォークオフを減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アイソレータ出力点に
おける常光線と異常光線との間の変位（相対ウォークオ
フ(walk-off)）と、アイソレータの入力ビームと出力ビ
ームとの間の変位（ネットウォークオフ）を減少させる
光学アイソレータに関する。

【０００２】

【従来技術の説明】光システムの反射は、ノイズ、およ
び、光学フィードバックを生成し、このために、様々な
システムの要素の性能、特に、半導体レーザとしての信
号源の性能を劣化させる。そのために、レーザ、あるい
は、他の素子を、この反射から光学的に保護（分離）す
ることは、このシステムの性能の鍵となる。特に、従来
の光学アイソレータは、一般的に、一対の極性セレクタ
（例えば、リニアポラライザ、複屈折プレート、あるい
は、複屈折ウェッジ）の間に配置された非相反性（non-
reciprocal）の回転子（例えば、バイアス磁場内で配置
された４５゜ファラデー回転子）を有する。前進方向へ
の伝送中に、このアイソレータを通過する入力信号は、
極性セレクタ、ファラデー回転子を介して、出力素子
（例えば、光ファイバ）に完全に結合される。しかし、
逆方向に反射される際には、アイソレータを介して伝搬
する反射信号の極性は、反射信号が信号ソースに結合さ
れないように回転される。

【０００３】多くの重要なシステムの応用については、
信号の極性は、このような光ファイバ通信システムを通
じて充分に制御することはできない。したがって、信号
の極性状態に関わらず、アイソレータを有効に動作せる
ことが重要である。

【０００４】一般的なアイソレータは、一対の複屈折ウ
ェッジの間に配置されたファラデー回転子スラブを有す
る。これについては、“Proc. OFC”の“Abstract THF
2”（１９８９年：W. Emkey他著）を参照のこと。

【０００５】さらに、この構成は、相対的ウォークオフ
と呼ばれる現象を引き起こす。すなわち、入力信号は、
常光線と異常光線とに分離し、それらは、互いに出力点
で変位する。入力がレンズにより開口（例えば、ファイ
バコア）に入力されると、各レイから光ファイバ内に結
合されたパワーは異なり、そして、この全体の結合パワ
ーは、相対的ウォークオフが発生しない場合よりも少な
くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、常光線と異常光線との間の相対ウォークオフを減少
させるような光学アイソレータを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光学アイソレー
タは、一対の複屈折性のウェッジ（入力ウェッジと出力
ウェッジ）との間に配置された非相反性の回転子を有す
る。光学アイソレータの出力点において、常光線と異常
光線との間の相対的ウォークオフを減少させるために、
入力信号は、法線以上の角度でもってアイソレータに入
力される。ここで、法線以上の角度とは、入力ウェッジ
の傾斜表面の法線からこの入力ウェッジのより薄い端部
の方向への角度である。この本発明のアイソレータの様
々なパラメータに関し、特定の角度で光がアイソレータ
に入射すると、相対的ウォークオフは、ほぼゼロに減少
できる。

【０００８】本発明の別の観点からみると、本発明のア
イソレータは、入力信号の方向に対しアイソレータの様
々なパラメータを相互に適合させると、常光線と異常光
線との光学パスがアイソレータ内で交差して、相対的ウ
ォークオフを減少させる。

【０００９】

【実施例】図１、図２において、本発明の光学アイソレ
ータ１０は、３個の基礎部品がアイソレータ軸１３上に
直列に配置されている。この３個の基礎部品とは、一対
の複屈折性材料（ルチル、方解石）の複屈折性ウェッジ
１４、複屈折性ウェッジ１６との間に配置された非相反
性のファラデー回転子スラブ１２とからなる。このファ
ラデー回転子の材料は、ガーネット製のフィルムを含有
する。実際の動作においては、この光学装置は、永久磁
石を用いて磁界Ｈを生成し、さらに、レンズと反射防止
コーティングとを有するが、これらは従来技術で公知で
ある。このレンズ手段は、同図においては、レンズ２２
でもって表しており、このレンズ２２は、アイソレータ
からの出力信号を光ファイバ２４のコアである開口に入
力する。複屈折性ウェッジ１４と複屈折性ウェッジ１６
は、互いに４５゜ずれた光学軸（Ｃ軸）を有する。例え
ば、複屈折性ウェッジ１４は、傾斜表面１４．１（入力
面）の面にＣ軸を有し、傾斜表面１４．１の側面端部に
対し、＋２２．５゜の角度で傾斜している。同様に、複
屈折性ウェッジ１６は、傾斜表面１６．１（出力面）の
面にＣ軸を有し、傾斜表面１６．１の側面端部に対し、
−２２．５゜の角度で傾斜している。回転子スラブ１２
は、従来技術で公知のものであるが、そこを通過する光
学信号に対し、非相反性の４５゜の極性回転を与える。
かくして、入力光学信号は、光学アイソレータ１０を左
から右に減衰せずに通過し、一方、反（例えば、反射）
光学信号は右から左に伝搬して、光学アイソレータ１０
により反射されて、再び１１のソースに入ることがない
ようにしている。

【００１０】図２に示すように、従来の光学アイソレー
タは、２種類のウェッジの形状がある。入力信号は、複
屈折性ウェッジ１４に対し、傾斜表面１４．１の法線以
下の角度θ_iで入射する。すなわち、θ_iは、法線方向か
ら複屈折性ウェッジ１４の厚い端部１４．３の方向への
角度として測定されたものである。このアイソレータの
タイプは、前述のEmkey他の論文で公知である。複屈折
性ウェッジ１４は、複屈折性なので、その屈折率ｎ_oと
ｎ_eは、入力信号の常光線（ｏレイ）と異常光線（ｅレ
イ）とに対し、それぞれ異なっている。例えば、λ＝
１．５μｍの波長のものにおいては、ｎ_e＝２．７１、
ｎ_o＝２．４５である（ルチル製のウェッジに対し）。
従って、このｅレイは、ｏレイよりもアイソレータ内で
若干長い光学パスとなる。その結果、出力信号２０は、
複屈折性ウェッジ１６（傾斜表面１４．１に平行な）の
傾斜表面１６．１から放出されるが、２つの個別のレイ
を有する。すなわち、ｏレイ２０．１とｅレイ２０．２
であるが、これらは、距離δだけ互いに変位している。
このｏレイとｅレイは、レンズや光ファイバの共通軸２
６に対し、対称に配置されているわけではない。

【００１１】図２に示すこれらの別個のレイにより形成
されたビームが、レンズ２２により光ファイバ２４に集
光すると、ｅレイ２０．２からの光ファイバ２４への光
パワーは、ｏレイ２０．１のそれとは異なる。その理由
は、これらのレイがコアへ入射する角度の大きさは、互
いに異なるからである。この結合の程度の相違は、極性
依存性損失（polarization dependent loss：ＰＤＬ）
を生み出し、これは、多くの応用においては不利な点で
ある。このＰＤＬの減少が本発明により解決されたもの
である。

【００１２】図１に示した本発明の一実施例は、図２に
示した要素の２ウェッジ単一回転子構成を用いている。
従って、対応する要素は、同一の参照番号で示してい
る。しかし、主な異なる点は、入力信号１１´は、複屈
折性ウェッジ１４に対し、法線以下の角度で入力してい
ない点である。この法線以下の角度とは、法線からウェ
ッジの厚い方へ測定した角度をいう。入力信号は、複屈
折性ウェッジ１４の傾斜表面１４．１の法線以上の角度
θ_cで入力している。すなわち、θ_cは、法線方向から複
屈折性ウェッジ１４のより薄い端部１４．５の方向に測
定した角度である。以下に述べるように、θ_cを適切に
選択すると、アイソレータの入力点におけるｅレイとｏ
レイは、出力信号出力信号２０´として示すように、一
致（δ＝０）する。かくして、ＰＤＬは、出力信号２０
´がレンズ２２を介して光ファイバ２４に結合されたと
きに減少できる。

【００１３】本発明の他の観点からみると、相対的ウォ
ークオフとＰＤＬは、θ_cとアイソレータの他のパラメ
ータを相互に適合して、ｅレイとｏレイのパスが回転子
スラブ１２内で交差するようにすると減少する。これに
対して、従来技術においては、このようなｅレイとｏレ
イのパスは、交差することはない（図２）。

【００１４】相対的ウォークオフがゼロになるような理
想的な場合（δ＝０）は、交差点におけるスネルの法則
を用いて、アイソレータ内を通過するｅレイとｏレイを
追跡し、その後、２つの直交するウォークオフを等しく
することにより達成できる。

【００１５】このようにして得られたゼロのウォークオ
フの条件（δ＝０）は、小さな角度近似をもって単純化
でき、以下の（１）の式で表される。δ＝Δｎ（２ｔ_w
θ_i／ｎ_eｎ_o＋γｔ_r／ｎ_r）＝０（１）こ
こで、ｎ_rは回転子スラブ１２の屈折率で、Δｎ＝ｎ_e−
ｎ_o、ｔ_wとｔ_rはそれぞれ回転子スラブ１２の複屈折性
ウェッジ１４と複屈折性ウェッジ１６の厚さで、γは図
１と図２に示すような角度で、θ_iは傾斜表面１４．１
の法線と入力信号との間の角度である。ウェッジの厚さ
に対し単一の値を用いると、正確な近似ができる。とい
うのは、γは一般的に充分小さいからである（４゜〜５
゜）。そして、その厚さは、ビームの直径にわたってあ
まり変化しないからである。ウォークオフがゼロとなる
ような角度θ_cについて解くと、小さな角度を仮定する
以下の（２）式が得られる。θ_c＝θ_i＝γ（ｎ_eｎ_o／ｎ
_r）（ｔ_r／２ｔ_w）（２）

【００１６】この式（１）、式（２）は、入力ウェッジ
に隣接する媒体が空気で、共通のものであるが、しか
し、空気以外の媒体に光を入射するとさらに利点もあ
る。

【００１７】本発明の変形例として、本発明では、ゼロ
以外の相対ウォークオフも可能である。θ_i≠θ_cである
ような構成においては、入力信号は、依然として法線以
上の方向に向けられている。さらに、入力角は、法線以
上でないような構成（例えば、補償器を含む場合）で、
ｅレイとｏレイがＰＤＬを減少させるように交差する場
合である。このような場合も本発明の中に含まれる。

【００１８】さらに、図２のアイソレータの構成、およ
び、計算を単純化するために、ウェッジは、回転子と直
接接触することが必要であるように示している。しか
し、実際には、これらの素子の間にはギャップが存在
し、このギャップには、様々な材料、例えば、空気、エ
ポキシ等が充填されるが、これも本発明の中に含まれ
る。さらに、ここに示した実施例においては、ウェッジ
は、直角の形状の断面を有する必要はなく、また、他の
三角形の何れの形状でもよい。このような構成の重要な
形状の特徴は、２つの平行でない表面に、光ビームが入
射することである。例えば、複屈折性ウェッジ１４の傾
斜表面１４．１と表面１４．６、複屈折性ウェッジ１６
の傾斜表面１６．１と表面１６．６である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による相対的ウォークオフを
減少させるような光学アイソレータの断面を表す図。

【図２】常光線（ｏレイ）と異常光線（ｅレイ）との間
の相対的ウォークオフ、すなわち、そのような変位を表
す従来の光学アイソレータの断面図。

【符号の説明】

１０光学アイソレータ１１´ 入力信号１２回転子スラブ１３アイソレータ軸１４、１６複屈折性ウェッジ１４．１傾斜表面１４．３厚い端部１４．５薄い端部１４．６、１６．６表面１６．１傾斜表面２０、２０´ 出力信号２０．１ｏレイ２０．２ｅレイ２２レンズ２４光ファイバ２６共通軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力光信号（１１´）を受光するよう配
置された入力表面（１４．１）を有する複屈折性の第１
ウェッジ（１４）と、出力光学信号を出力するよう配置
された出力表面（１６．１）を有する第２ウェッジ（１
６）と、前記ウェッジ（１４，１６）の間に配置された非相反性
回転子（１２）と、からなり、前記入力光信号（１１´）は、前記ウェッジ（１４，１
６）内で、前記出力信号内で互いにその位置がずれる傾
向を有する常光線と異常光線とに分離され、前記入力光信号（１１´）は、前記入力表面の法線に対
し、前記第１ウェッジ（１４）の薄い端部の方向に傾斜
した角度θ_cで入力され、その結果、常光線と異常光線
との前記入力信号内のズレが減少することを特徴とする
光学アイソレータ。
【請求項２】前記角度θ_cは、次式で与えられ、 θ_c＝γ（ｎ_eｎ_o／ｎ_r）（ｔ_r／２ｔ_w）ここで、γはウェッジの角度で、ｎ_eは前記ウェッジ内
の異常光線の屈折率で、ｎ_oは前記ウェッジ内の常光線
の屈折率で、ｎ_rは前記回転子の屈折率で、ｔ_rは前記回
転子の厚さで、ｔ_wは前記ウェッジの厚さであることを
特徴とする請求項１のアイソレータ。
【請求項３】前記入力表面（１４．１）は、前記出力
表面（１６．１）に平行であることを特徴とする請求項
１のアイソレータ。
【請求項４】非相反性回転子（１２）は、一対の平行
表面を有するファラデー回転子（１２）であり、前記第１と第２のウェッジ（１４，１６）と前記ファラ
デー回転子体とは、共通軸（１３）に沿って配置されこ
とを特徴とする請求項１のアイソレータ。
【請求項５】入力光信号（１１´）を受光するよう配
置された入力表面（１４．１）を有する複屈折性の第１
ウェッジ（１４）と、出力光学信号を出力するよう配置
された出力表面（１６．１）を有する第２ウェッジ（１
６）と、前記ウェッジ（１４，１６）の間に配置された非相反性
回転子（１２）と、からなり、前記入力光信号（１１´）は、前記ウェッジ（１４，１
６）内で、前記出力信号内で互いにその位置がずれる傾
向を有する常光線と異常光線とに分離され、前記入力信号（１１’）と前記入力表面（１４．１）と
の間の角度θ_cと、前記ウェッジ（１４，１６）と非相
反性回転子（１２）のパラメータとは、前記常光線と異
常光線のパスが、前記非相反性回転子内で交差するよう
にして、前記出力信号内の前記レイの間のズレを減少さ
せるように、選択されることを特徴とする光学アイソレ
ータ。