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JP4070053B2 - Optical circulator - Google Patents
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JP4070053B2 - Optical circulator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムや光計測分野等で使用される光サーキュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
光サーキュレータは、光通信や光計測等の分野で重要な非相反光回路素子の1つである。光サーキュレータは、光サーキュレータが入射側と出射側の2ポート型であるのに対し、少なくとも3以上のポートを有し、例えば、1,2,3の番号で表される3ポートを有する場合、順方向の1→2,2→3,3→1の方向に進む光は低損失で、逆方向の1→3,3→2,2→1の方向に進む光は高損失の出力として伝送する。
【0003】
このような光サーキュレータとしては、例えば、国際公開番号WO97/22034に開示された光サーキュレータが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記光サーキュレータは、光軸に沿って対向配置された一方の光導波路アレイから他方の光導波路アレイへ光を伝送する構造のうえ、構成部品数が多いことから、大型化してしまうという問題があった。しかも、ポート数を増やそうとすると、その分構成部品が増加するため、一層大型化し多ポート化が難しいという問題があった。
【0005】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、多ポートにしても構成部品数が増えることがなく、従来品に比べても小型な光サーキュレータを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光サーキュレータにおいては、少なくとも3本以上の光ファイバが配列された配列体とレンズとの間に、複屈折部材、第1の位相部材、偏波回転子、複合複屈折部材が配置され、これらの部材の前記レンズに対して反対側に第2の位相部材と反射体とが配置されている構成としたのである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光サーキュレータに係る一実施形態を図1乃至図6に基づいて詳細に説明する。
光サーキュレータ1は、図1に示すように、4本の光ファイバが配列された配列体2とレンズ7との間に、複屈折部材3、第1位相部材4、偏波回転子5及び複合複屈折部材6が配置され、これら構成部材3〜6のレンズ7に対して反対側に第2位相部材8と反射体9とが配置されている。複屈折部材3乃至第2位相部材8は、それぞれ光の入出射面にSiO2/TiO2等の反射防止コーティングを施したものを使用することが望ましい。
【0008】
ここで、図3(a),(b)に、複屈折部材3から反射体9までの配置と、光の進行方向をZ軸、Z軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をX軸、鉛直方向をY軸としたときの光の偏光状態を示す。これらX軸乃至Z軸は、本明細書に添付した他の図面においても同様である。
配列体2は、基板2aの表面に等間隔、かつ、平行(平行度3度以内)に形成した4本のV溝(図示せず)のそれぞれに光ファイバ2bが配列固定されている。ここで、4本の光ファイバ2bは、以下の説明における区別の便宜上、図1に示すように、それぞれポートP1〜P4と呼ぶ。このとき、配列体2は、レンズ7の中心軸AcXから最も近い光ファイバ2b(ポートP1)までの距離をa、複合複屈折部材6で分離される幅をdとすると、1番目の光ファイバ2bを基準とする第n番目の光ファイバ2bまでの距離wnを、wn=Lf×n=2{a+2(n−1)d}+d(n=1,2,3,……………)に設定する。但し、Lfは隣り合う光ファイバ2bの間隔で、レンズ7のバックフォーカスと光サーキュレータ1を構成する部材の結晶長及び結晶長と分離幅の関係を考慮して決定され、本実施形態では126μmに設定した。
【0009】
また、複数の光ファイバ2bは、複屈折部材3側を加熱してコアをTEC(thermal expanded core)処理し、モードフィールド径(MFD: mode field diameter)を拡大させることにより広がり角を小さくしたMFD拡大部2cを有する。MFD拡大部2cとしては、前記TEC処理をした光ファイバに限るものではなく、分布屈折率型ファイバや微小レンズを用いてもよい。一方、配列体2は、3本以上の光ファイバを等間隔、かつ、平行に配列することができれば、光ファイバが4本以上の多数であってもよいことは言うまでもなく、また、上記の他、例えば、多心コネクタ用のセラミックスやSUSからなるフェルール、V溝アレイに複数の光ファイバを固定したものあるいは複数の光ファイバを合成樹脂でモールドしたもの等、種々のものを使用することができる。
【0010】
複屈折部材3は、光ファイバ2bから出射した光の常光線と異常光線への分離と反射体9で反射して戻ってくる偏光を合成するもので、光ファイバ2bの間隔を常光線と異常光線とに分離する分離幅に一致させる。複屈折部材3は、複屈折結晶板や1軸性光学結晶(偏光子)が使用され、例えば、ルチル(TiO2),方解石(CaCO3),イットリウム・オソバナデート(YVO4),アルファバリウム・ボーデート(αBaB2O4)等の結晶がある。複屈折部材3は、最小の結晶長となるように光学軸を入射光に対して42〜50度前後に加工し、入手の容易性や結晶自体の信頼性を考慮すると、ルチルが好ましい。複屈折部材3は、結晶長tを、光ファイバ2bの間隔Lfに対してLf=約0.1tの関係に設定し、本実施形態では、2mm角、厚さ約1.3mmの、光学軸45でカットした偏光分離素子を用いた。
【0011】
第1位相部材4は、複屈折部材3を透過した偏光の偏光面を45度回転させるもので、複合相反性偏波回転子や複合1/2波長板等が使用され、例えば、TBIG,GBIG等のガーネットや水晶等がある。複合相反性偏波回転子は、0次単プレートや1次単プレート等、可能な限り薄いことが望ましく、高次の波長板を使用すると、波長特性と温度特性が悪くなる。第1位相部材4は、複合1/2波長板を使用するときには、図3(a)に示すように、光学軸AOP1がY軸に対して−22.5度傾いた1/2波長板4aと光学軸AOP2がY軸に対して+22.5度傾いた1/2波長板4bとを接合面4cでY軸方向に重ね、紫外線硬化型等の光学接着剤で接着して使用する。第1位相部材4は、用いる接着剤が接合面4cから光の入出射面にはみ出さないように注意する。
【0012】
本実施形態では、第1位相部材4として、光学軸AOP1の傾きが−22.5度と光学軸AOP2の傾きが+22.5度の0次単プレート水晶波長板を、ダイシングソーで接合面4cのチッピングが0.02mm以下の精度となるようにカットしたものを使用した。
偏波回転子5は、第1位相部材4を透過した偏光の偏光面を回転させる非相反偏波回転子で、使用波長帯域で旋光角が45度程度のできるだけ薄いものを使用する。偏波回転子5は、例えば、ガーネット,TBIG(テルビウム・ビスマス・アイアン・ガーネット),GBIG(ガドリニウム・ビスマス・アイアン・ガーネット)等を使用することができる。本実施形態では、光の進行方向に対して右回りのガーネットを用いたが、左回りのガーネットを用いる場合、第1位相部材4は、それぞれ光学軸AOP1が+22.5度、光学軸AOP2が−22.5度の傾きとすればよい。
【0013】
偏波回転子5は、図1において、第1位相部材4の位置と入れ替えてもよい。このように配置すると、偏波回転子5は、透過する光の拡がり角が一定のため、光のビーム径が小さいところで使用できる。このため、光サーキュレータ1は、偏波回転子5をこのように配置すると、組立誤差や構成部品の加工誤差によるビーム蹴られの可能性が少なくなる。
【0014】
複合複屈折部材6は、常光線を異常光線に、異常光線を常光線に、それぞれ切り替えるもので、光ファイバ2bの間隔の半分を常光線と異常光線とに分離する分離幅に一致させる。複合複屈折部材6は、複合複屈折結晶板や複合1軸性光学結晶(偏光子)が使用され、例えば、ルチル(TiO2),方解石(CaCO3),イットリウム・オソバナデート(YVO4),アルファバリウム・ボーデート(αBaB2O4)等の結晶がある。複合複屈折部材6は、例えば、図4(a)に示すように、光学軸AOP1がZ軸に対してθ1=約−42〜−50度傾いた結晶板6aと光学軸AOP2がZ軸に対してθ2=約+42〜+50度傾いた結晶板6bとを接合面6cでX方向に重ね、光学接着剤で接着して使用する。複合複屈折部材6は、結晶軸が複屈折部材3の結晶軸と直交するように配置する。
【0015】
このとき、複合複屈折部材6は、接着剤が接合面6cから光の入出射面にはみ出さないように注意する。また、複合複屈折部材6は、結晶板6a,6bをダイシングソーでチッピングが0.1mm以下の精度となるようにカットしたものを使用し、接着剤は、可能な限り薄くすることによりピラミダルエラー(pyramidal error)を抑制する。本実施形態では、ルチルを光学軸AOP1,AOP2をZ軸に対して±45度でカットした厚み約0.63mmの2枚のサバール板を反転させて図2のように接合面6cで貼り合わせたものを使用した。
【0016】
ここで、複合複屈折部材6は、図4(b)に示すように、図4(a)の場合とは逆に、光学軸AOP1がZ軸に対してθ1=約+42〜+50度傾いた結晶板6aと光学軸AOP2がZ軸に対してθ2=約−42〜−50度傾いた結晶板6bとを接合面6cでX方向に重ね、光学接着剤で接着してもよい。この場合、4本の光ファイバ2bは、図1に示した場合とは逆に、レンズ7の中心軸Acに近い光ファイバ2bがポートP3,P4、遠い光ファイバ2bがポートP1,P2となる。
【0017】
レンズ7は、入射する光の偏波モード分散のキャンセルとコリメーションを行うもので、非球面レンズ,ボールレンズ,平凸レンズあるいは分布屈折レンズ等を使用することができる。但し、レンズ7は、配列体2との間に前記構成部材3〜6を配置し得るバックフォーカスを有するレンズを使用する。本実施形態では、焦点距離f=1.8mmの非球面レンズを使用した。
【0018】
第2位相部材8は、1/4波長板等の位相差板で、0次単プレートや0次2枚構成の水晶板が適当で、高次の波長板を使用すると、波長特性と温度特性が悪くなる。第2位相部材8は、45度旋光の非相反偏波回転子、例えば、GBIG等のガーネットを用いてもよい。本実施形態では、第2位相部材8として、光学軸AOPを偏光方向に対して45度に設置した1/4波長板を用いた。
【0019】
反射体9は、第2位相部材8を通過した光を反射する反射鏡で、本実施形態では、例えば、ベース9aの表面にSiO2/TiO2をコーティングした反射鏡を用いた。
本発明の光サーキュレータ1は、以上のように、4本の光ファイバ2bが配列された配列体2とレンズ7との間に、複屈折部材3、第1位相部材4、偏波回転子5及び複合複屈折部材6が配置され、構成部材3〜6のレンズ7に対して反対側に第2位相部材8と反射体9とが配置された構造を特徴とする。即ち、光サーキュレータ1は、配列体2のいずれかの光ファイバ2bから入射した光を反射体9で反射させることで折り返させる構造である。
【0020】
従って、光サーキュレータ1において、例えば、4本の光ファイバ2bのポート1に入射した光は、X,Y軸を含む平面において、図2(a)に示すように複屈折部材3〜第2位相部材8へと伝搬し、反射体9で反射され、図2(b)に示すように、4本の光ファイバ2bのポート2に低損失で出射されてゆく。このとき、図2(a),図2(b)において、丸印は光の進行方向に対し紙面に垂直なZ軸方向に振動する偏光、矢印は光の進行方向に対し紙面に平行なX軸方向に振動する偏光である。
【0021】
但し、4本の光ファイバ2bのポート4に入射した光は、損失が大きいため、逆方向に進んでポート1へ出射されることはない。同様に、光ファイバ2bに入射した光は、ポート2→ポート3,ポート3→ポート4へと出射されるが、逆方向に進むことはない。このように、光サーキュレータ1は、光の伝搬方向に関して非相反な特性を有している。
【0022】
このとき、図3(a),(b)で規定したように、光の進行方向をZ軸、Z軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をX軸、鉛直方向をY軸とし、反射体9側から見たとすると、横方向がX軸、縦方向がY軸で、説明の便宜上、横方向を13分割して1から13で、縦方向を5分割してa〜eで、それぞれ表すと、ポート1の位置は、マトリクス的に見ると図5(a)に示すように“6d”となる。この関係は、以下の図5(b)〜図6(g)においても同様である。また、符号AcYはレンズ7のY軸方向における中心軸、符号AcXはレンズ7のX軸方向における中心軸である。
【0023】
従って、例えば、ポート1に入射した光は、光ファイバ2b内を伝搬して複屈折部材3へ出射され、図5(b)に示すように、複屈折部材3で、結晶軸に直交した常光線と、同じく平行な異常光線とに分離される。
次に、第1位相部材4は、光学軸AOP1がY軸に対して−22.5度、光学軸AOP2がY軸に対して+22.5度、それぞれ傾いているので、分離された常光線と異常光線は、第1位相部材4を通過すると、図5(c)に示すように、偏光方向がそれぞれ45度回転し、偏光方向が同方向となる。ここで、図中、符号4cは、2つの0次単プレート水晶波長板の接合面である。
【0024】
次いで、これらの光は、偏波回転子5を通過することで、図5(d)に示すように、左回りに旋光され、複屈折部材3の結晶軸と平行な偏光にそろえられる。しかる後、これらの光は、複合複屈折部材6に入射する。このとき、複合複屈折部材6は、結晶軸が複屈折部材3の結晶軸と直交していることから、図5(e)に示すように、複屈折部材3から見て異常光線となる偏光は常光線として通過してゆく。
【0025】
次に、複合複屈折部材6通過した光は、レンズ7で所定角度屈折するが、図5(f)に示すように、偏光状態は変化しない。このときの屈折角は、レンズ7の中心軸AcX,AcYから光の中心位置とレンズ7の焦点距離fにより決まる。
次いで、レンズ7を通過した光は、第2位相部材8に入射する。第2位相部材8は、光学軸AOPが偏光方向に対して45度に設置されているので、図5(g)に示すように、通過する光は右円偏光となる。
【0026】
そして、右円偏光となった光は、反射体9で入射角と反対側に反射することで位相が変化し、図6(a)に示す左円偏光となる。このように、光サーキュレータ1においては、反射体9によって光が反射され、全体の光路長が短縮される。次に、反射された左円偏光は、再度第2位相部材8を通過することで、図6(b)に示すように、レンズ7を通過した光(図5(f)参照)と直交する水平方向の偏光となる。
【0027】
ついで、水平方向の偏光は、再度レンズ7を通過することにより、図6(c)に示すように、レンズ7の中心軸AcYに関し、図5(f)の場合と対称の位置に出射される。このとき、レンズ7の通過前後で偏光状態は変化しない。
しかる後、レンズ7を通過した偏光は、複合複屈折部材6を通過することで、図6(d)に示すように、異常光線としてビーム位置が水平方向右側へシフトする。
【0028】
次に、これらの偏光は、偏波回転子5を通過後に、図6(e)に示すように、左に45度旋光される。この状態は、Y軸方向におけるビーム位置は異なっているが、図5(c)に示したように、複屈折部材3側から第1位相部材4を通過した後の偏光状態と同じである。
ついで、これらの光は、第1位相部材4を通過すると、図6(f)に示すように、偏光方向がそれぞれ45度回転し、偏光方向が直交方向となる。
【0029】
そして、この後、これらの光は、複屈折部材3を通過することにより、それぞれ常光線と異常光線として合波され、図6(g)に示すように、“9d”に対応するポート2の光ファイバ2bに入射される。ここで、図中、“1d”,“4d”,“6d”及び“11d”の丸印は、それぞれ他のポートに対応する位置を示している。
【0030】
以下、他のポート2,3,4においても、光は、上記と同様に、複屈折部材3と反射体9との間を伝搬される。
以上のように、光サーキュレータ1は、配列体2とレンズ7との間に、複屈折部材3、第1位相部材4、偏波回転子5及び複合複屈折部材6が配置され、構成部材3〜6のレンズ7に対して反対側に第2位相部材8と反射体9とが配置された構造を特徴とする。このため、光サーキュレータ1は、光ファイバの数、従ってポート数を多数にしても、光を反射させない構造のものに比べて構成部品数を半減させて小型にすることができる。また、構成部材3〜6の表面で反射した光は、反射角の2倍で発散するため、光ファイバ2bに入射し難くなる。このため、光サーキュレータ1は、リターンロス対策を施す必要がない。
【0031】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、多ポートにしても構成部品数が増えることがなく、従来品に比べても小型な光サーキュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光サーキュレータの構成を示す平面図である。
【図2】図1の光サーキュレータにおいて、複数の光ファイバのポートに沿った断面における入射光の偏光状態を示す断面図(a)と、反射体から戻ってくる反射光の偏光状態を示す断面図(b)である。
【図3】図1の光サーキュレータにおいて、複屈折部材から反射体までの配置と、光の進行方向をZ軸、Z軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をX軸、鉛直方向をY軸としたときの光の偏光状態を前半側(a)と後半側(b)とに2分して示した斜視図である。
【図4】図1の光サーキュレータにおいて、複合複屈折部材を構成する2つの結晶板の光学軸の第1の配置を示す斜視図(a)と、第2の配置を示す斜視図(b)である。
【図5】図1の光サーキュレータにおいて、各構成部材を通過した後における光の状態の前半側を示す説明図である。
【図6】図1の光サーキュレータにおいて、各構成部材を通過した後における光の状態の後半側を示す説明図である。
【符号の説明】
1 光サーキュレータ
2 配列体
2b 光ファイバ
2c MFD拡大部
3 複屈折部材
4 第1位相部材
5 偏波回転子
6 複合複屈折部材
7 レンズ
8 第2位相部材
9 反射体
AcX,AcY 中心軸(レンズの)
AOP 光学軸
AOP1,AOP2 光学軸
P1〜P4 ポート
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical circulator used in an optical communication system, an optical measurement field, and the like.
[0002]
[Prior art]
An optical circulator is one of non-reciprocal optical circuit elements that are important in fields such as optical communication and optical measurement. The optical circulator has at least three ports, whereas the optical circulator is a two-port type on the incident side and the emission side, for example, when it has three ports represented by numbers 1, 2, and 3, Light traveling in the direction 1 → 2, 2 → 3, 3 → 1 in the forward direction has low loss, and light traveling in the direction 1 → 3, 3 → 2, 2 → 1 in the reverse direction is transmitted as a high loss output. To do.
[0003]
As such an optical circulator, for example, an optical circulator disclosed in International Publication No. WO97 / 22034 is known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the optical circulator has a structure in which light is transmitted from one optical waveguide array opposed to the other along the optical axis to the other optical waveguide array. was there. In addition, if the number of ports is increased, the number of components increases accordingly, which increases the size and makes it difficult to increase the number of ports.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide an optical circulator that is smaller in number of components than a conventional product even if the number of ports is increased.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the optical circulator according to the present invention, a birefringent member, a first phase member, a polarization rotator, a composite, and the like are arranged between an array in which at least three or more optical fibers are arrayed and a lens. A birefringent member is disposed, and the second phase member and the reflector are disposed on the opposite side of the lens with respect to the lens.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the optical circulator according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the optical circulator 1 includes a birefringent member 3, a first phase member 4, a polarization rotator 5, and a composite between an array 2 in which four optical fibers are arranged and a lens 7. A birefringent member 6 is disposed, and a second phase member 8 and a reflector 9 are disposed on the opposite side of the lenses 7 of the constituent members 3 to 6. As the birefringent member 3 to the second phase member 8, it is desirable to use a light incident / exit surface having an antireflection coating such as SiO2 / TiO2.
[0008]
Here, in FIGS. 3A and 3B, the arrangement from the birefringent member 3 to the reflector 9, the light traveling direction is the Z axis, and the horizontal direction in the plane perpendicular to the Z axis is the X axis, The polarization state of light when the vertical direction is the Y axis is shown. These X-axis to Z-axis are the same in other drawings attached to this specification.
In the array 2, optical fibers 2 b are arrayed and fixed in each of four V grooves (not shown) formed on the surface of the substrate 2 a at equal intervals and in parallel (within 3 degrees of parallelism). Here, for convenience of distinction in the following description, the four optical fibers 2b are referred to as ports P1 to P4, respectively, as shown in FIG. At this time, the array 2 has the first optical fiber, where a is the distance from the central axis AcX of the lens 7 to the nearest optical fiber 2b (port P1), and d is the width separated by the composite birefringent member 6. The distance wn to the nth optical fiber 2b with reference to 2b is defined as wn = Lf * n = 2 {a + 2 (n-1) d} + d (n = 1, 2, 3,...) Set to. However, Lf is an interval between the adjacent optical fibers 2b, and is determined in consideration of the back focus of the lens 7 and the crystal length of the member constituting the optical circulator 1 and the relationship between the crystal length and the separation width. In this embodiment, it is 126 μm. Set.
[0009]
In addition, the plurality of optical fibers 2b has an MFD whose divergence angle is reduced by heating the birefringent member 3 side, treating the core with a TEC (thermal expanded core), and expanding a mode field diameter (MFD). It has an enlarged portion 2c. The MFD enlargement unit 2c is not limited to the optical fiber subjected to the TEC process, and a distributed refractive index type fiber or a minute lens may be used. On the other hand, the array 2 is not limited to four or more optical fibers as long as three or more optical fibers can be arranged at equal intervals and in parallel. For example, it is possible to use various types such as ceramics for multi-fiber connectors and ferrules made of SUS, a plurality of optical fibers fixed to a V-groove array, or a plurality of optical fibers molded with a synthetic resin. .
[0010]
The birefringent member 3 combines the light emitted from the optical fiber 2b into the ordinary ray and the extraordinary ray, and the polarized light reflected by the reflector 9, and the interval between the optical fibers 2b is changed from the ordinary ray to the extraordinary ray. It is made to correspond to the separation width to be separated from the light beam. As the birefringent member 3, a birefringent crystal plate or a uniaxial optical crystal (polarizer) is used. There are crystals such as. The birefringent member 3 is preferably rutile in consideration of the availability and the reliability of the crystal itself by processing the optical axis to around 42 to 50 degrees with respect to the incident light so that the minimum crystal length is obtained. In the birefringent member 3, the crystal length t is set to a relationship of Lf = about 0.1t with respect to the distance Lf of the optical fiber 2b. In this embodiment, the optical axis is 2 mm square and about 1.3 mm thick. The polarization separation element cut at 45 was used.
[0011]
The first phase member 4 rotates the polarization plane of the polarized light transmitted through the birefringent member 3 by 45 degrees, and a composite reciprocal polarization rotator, a composite half-wave plate or the like is used. For example, TBIG, GBIG There are garnet and crystal. The composite reciprocal polarization rotator is desirably as thin as possible, such as a zero-order single plate or a primary single plate. When a higher-order wave plate is used, wavelength characteristics and temperature characteristics are deteriorated. When the first phase member 4 uses a composite half-wave plate, as shown in FIG. 3A, the half-wave plate 4a in which the optical axis AOP1 is tilted by -2.5 degrees with respect to the Y-axis. And a half-wave plate 4b in which the optical axis AOP2 is inclined +22.5 degrees with respect to the Y-axis are overlapped in the Y-axis direction on the bonding surface 4c and bonded with an optical adhesive such as an ultraviolet curing type. The first phase member 4 is careful so that the adhesive used does not protrude from the joint surface 4c to the light incident / exit surface.
[0012]
In the present embodiment, as the first phase member 4, a 0th-order single plate quartz wavelength plate having an optical axis AOP1 having an inclination of −22.5 degrees and an optical axis AOP2 having an inclination of +22.5 degrees is joined with a dicing saw. The chip was cut so that the chipping accuracy was 0.02 mm or less.
The polarization rotator 5 is a non-reciprocal polarization rotator that rotates the polarization plane of polarized light that has passed through the first phase member 4 and is as thin as possible with an optical rotation angle of about 45 degrees in the used wavelength band. As the polarization rotator 5, for example, garnet, TBIG (terbium bismuth iron garnet), GBIG (gadolinium bismuth iron garnet) or the like can be used. In the present embodiment, a clockwise garnet is used with respect to the light traveling direction. However, when a counterclockwise garnet is used, the first phase member 4 has an optical axis AOP1 of +22.5 degrees and an optical axis AOP2 of A slope of -22.5 degrees may be used.
[0013]
The polarization rotator 5 may be replaced with the position of the first phase member 4 in FIG. When arranged in this way, the polarization rotator 5 can be used where the beam diameter of light is small because the divergence angle of transmitted light is constant. For this reason, in the optical circulator 1, when the polarization rotator 5 is arranged in this way, the possibility of beam kicking due to assembly errors or component processing errors is reduced.
[0014]
The composite birefringent member 6 switches the ordinary ray to the extraordinary ray and the extraordinary ray to the ordinary ray, respectively, and makes half the interval of the optical fiber 2b coincide with the separation width for separating the ordinary ray and the extraordinary ray. As the composite birefringent member 6, a composite birefringent crystal plate or a composite uniaxial optical crystal (polarizer) is used. There are crystals such as (αBaB2O4). For example, as shown in FIG. 4A, the composite birefringent member 6 includes a crystal plate 6a in which the optical axis AOP1 is inclined by θ1 = about −42 to −50 degrees with respect to the Z axis and the optical axis AOP2 in the Z axis. On the other hand, the crystal plate 6b tilted by θ2 = about +42 to +50 degrees is overlapped in the X direction on the bonding surface 6c and used by being bonded with an optical adhesive. The composite birefringent member 6 is disposed so that the crystal axis is orthogonal to the crystal axis of the birefringent member 3.
[0015]
At this time, the composite birefringent member 6 is careful not to allow the adhesive to protrude from the joint surface 6c to the light incident / exit surface. The composite birefringent member 6 uses a crystal plate 6a, 6b cut with a dicing saw so that the chipping accuracy is 0.1 mm or less, and the adhesive is made as thin as possible to reduce the pyramidal error. (Pyramidal error) is suppressed. In this embodiment, two sabal plates having a thickness of about 0.63 mm obtained by cutting rutile optical axes AOP1 and AOP2 at ± 45 degrees with respect to the Z axis are inverted and bonded together at the joint surface 6c as shown in FIG. Used.
[0016]
Here, as shown in FIG. 4B, the composite birefringent member 6 has the optical axis AOP1 inclined by θ1 = about +42 to +50 degrees with respect to the Z axis, contrary to the case of FIG. 4A. The crystal plate 6a and the crystal plate 6b in which the optical axis AOP2 is inclined by θ2 = about −42 to −50 degrees with respect to the Z axis may be overlapped in the X direction on the bonding surface 6c and bonded with an optical adhesive. In this case, in the four optical fibers 2b, the optical fiber 2b close to the central axis Ac of the lens 7 is the ports P3 and P4, and the far optical fiber 2b is the ports P1 and P2, contrary to the case shown in FIG. .
[0017]
The lens 7 cancels and collimates the polarization mode dispersion of incident light, and an aspheric lens, a ball lens, a plano-convex lens, a distributed refraction lens, or the like can be used. However, as the lens 7, a lens having a back focus in which the constituent members 3 to 6 can be arranged between the array body 2 and the lens 7 is used. In this embodiment, an aspheric lens having a focal length f = 1.8 mm is used.
[0018]
The second phase member 8 is a retardation plate such as a quarter-wave plate, and a zero-order single plate or a two-order zero-crystal plate is suitable. If a higher-order wave plate is used, wavelength characteristics and temperature characteristics are obtained. Becomes worse. The second phase member 8 may be a non-reciprocal polarization rotator with 45 degree rotation, for example, a garnet such as GBIG. In the present embodiment, a quarter wavelength plate having the optical axis AOP set at 45 degrees with respect to the polarization direction is used as the second phase member 8.
[0019]
The reflector 9 is a reflector that reflects light that has passed through the second phase member 8. In the present embodiment, for example, a reflector that is coated with SiO2 / TiO2 on the surface of the base 9a is used.
As described above, the optical circulator 1 according to the present invention includes the birefringent member 3, the first phase member 4, and the polarization rotator 5 between the array body 2 in which the four optical fibers 2 b are arrayed and the lens 7. And the composite birefringent member 6 is arrange | positioned and the 2nd phase member 8 and the reflector 9 are arrange | positioned on the opposite side with respect to the lens 7 of the structural members 3-6. That is, the optical circulator 1 has a structure in which light incident from any one of the optical fibers 2 b of the array 2 is reflected by the reflector 9 to be folded.
[0020]
Therefore, in the optical circulator 1, for example, the light incident on the port 1 of the four optical fibers 2b is formed on the plane including the X and Y axes, as shown in FIG. It propagates to the member 8, is reflected by the reflector 9, and is emitted to the ports 2 of the four optical fibers 2b with low loss as shown in FIG. 2 (b). At this time, in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the circles indicate polarized light oscillating in the Z-axis direction perpendicular to the paper surface with respect to the light traveling direction, and the arrows indicate X parallel to the paper surface with respect to the light traveling direction. The polarized light vibrates in the axial direction.
[0021]
However, since the light incident on the port 4 of the four optical fibers 2b has a large loss, it does not travel in the reverse direction and is emitted to the port 1. Similarly, light incident on the optical fiber 2b is emitted from port 2 → port 3, port 3 → port 4, but does not travel in the reverse direction. Thus, the optical circulator 1 has non-reciprocal characteristics with respect to the light propagation direction.
[0022]
At this time, as defined in FIGS. 3A and 3B, the light traveling direction is the Z axis, the horizontal direction in the plane orthogonal to the Z axis is the X axis, and the vertical direction is the Y axis. When viewed from the 9 side, the horizontal direction is the X axis and the vertical direction is the Y axis. For convenience of explanation, the horizontal direction is divided into 13 and 1 to 13, and the vertical direction is divided into 5 and expressed as a to e. Then, the position of the port 1 is “6d” as shown in FIG. This relationship is the same in the following FIGS. 5B to 6G. Reference sign AcY is the central axis of the lens 7 in the Y-axis direction, and reference sign AcX is the central axis of the lens 7 in the X-axis direction.
[0023]
Therefore, for example, the light incident on the port 1 propagates through the optical fiber 2b and is emitted to the birefringent member 3, and as shown in FIG. 5 (b), the birefringent member 3 is always perpendicular to the crystal axis. Separated into light rays and parallel extraordinary rays.
Next, the first phase member 4 has the optical axis AOP1 tilted by −22.5 degrees with respect to the Y axis and the optical axis AOP2 tilted by +22.5 degrees with respect to the Y axis. When the extraordinary rays pass through the first phase member 4, the polarization directions are rotated by 45 degrees as shown in FIG. 5C, and the polarization directions are the same. Here, in the figure, reference numeral 4c denotes a joint surface between two zeroth-order single-plate quartz wave plates.
[0024]
Next, these lights pass through the polarization rotator 5 and are rotated counterclockwise as shown in FIG. 5 (d) to be aligned with polarized light parallel to the crystal axis of the birefringent member 3. Thereafter, these lights are incident on the composite birefringent member 6. At this time, since the compound birefringent member 6 has a crystal axis orthogonal to the crystal axis of the birefringent member 3, as shown in FIG. Will pass as an ordinary ray.
[0025]
Next, the light that has passed through the composite birefringent member 6 is refracted by a predetermined angle by the lens 7, but the polarization state does not change as shown in FIG. 5 (f). The refraction angle at this time is determined by the center position of the light from the central axes AcX and AcY of the lens 7 and the focal length f of the lens 7.
Next, the light that has passed through the lens 7 enters the second phase member 8. Since the second phase member 8 has the optical axis AOP set at 45 degrees with respect to the polarization direction, the light passing therethrough is right circularly polarized light as shown in FIG.
[0026]
Then, the light that has become the right circularly polarized light is reflected by the reflector 9 to the opposite side to the incident angle, so that the phase is changed to become the left circularly polarized light shown in FIG. Thus, in the optical circulator 1, light is reflected by the reflector 9, and the entire optical path length is shortened. Next, the reflected left circularly polarized light passes through the second phase member 8 again, and is orthogonal to the light (see FIG. 5 (f)) that has passed through the lens 7, as shown in FIG. 6 (b). Horizontally polarized light.
[0027]
Next, the horizontally polarized light passes through the lens 7 again, and is emitted at a position symmetrical to the case of FIG. 5F with respect to the central axis AcY of the lens 7 as shown in FIG. 6C. . At this time, the polarization state does not change before and after passing through the lens 7.
Thereafter, the polarized light that has passed through the lens 7 passes through the composite birefringent member 6 and the beam position is shifted to the right in the horizontal direction as an extraordinary ray as shown in FIG. 6 (d).
[0028]
Next, after passing through the polarization rotator 5, these polarized lights are rotated 45 degrees to the left as shown in FIG. 6 (e). This state is the same as the polarization state after passing through the first phase member 4 from the birefringence member 3 side, as shown in FIG. 5C, although the beam position in the Y-axis direction is different.
Then, when these lights pass through the first phase member 4, as shown in FIG. 6F, the polarization directions are respectively rotated by 45 degrees, and the polarization directions become orthogonal directions.
[0029]
Then, after passing through the birefringent member 3, these lights are respectively combined as an ordinary ray and an extraordinary ray, and as shown in FIG. 6 (g), in the port 2 corresponding to “9d”. The light enters the optical fiber 2b. Here, in the figure, the circles “1d”, “4d”, “6d”, and “11d” indicate positions corresponding to other ports, respectively.
[0030]
Hereinafter, also in the other ports 2, 3, and 4, light is propagated between the birefringent member 3 and the reflector 9 in the same manner as described above.
As described above, in the optical circulator 1, the birefringent member 3, the first phase member 4, the polarization rotator 5, and the composite birefringent member 6 are disposed between the array body 2 and the lens 7, and the component member 3. The second phase member 8 and the reflector 9 are arranged on the opposite side to the lenses 7 to 6. For this reason, the optical circulator 1 can be reduced in size by reducing the number of components by half as compared with a structure that does not reflect light, even if the number of optical fibers, and thus the number of ports, is large. Moreover, since the light reflected by the surface of the structural members 3-6 diverges by 2 times the reflection angle, it becomes difficult to inject into the optical fiber 2b. For this reason, the optical circulator 1 does not need to take a return loss countermeasure.
[0031]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, even if the number of ports is increased, the number of components does not increase, and a small-sized optical circulator can be provided compared to the conventional product.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an optical circulator according to the present invention.
2 is a cross-sectional view (a) showing a polarization state of incident light in a cross section along a port of a plurality of optical fibers in the optical circulator of FIG. 1, and a cross section showing a polarization state of reflected light returning from a reflector. FIG.
3 shows the arrangement from the birefringent member to the reflector in the optical circulator of FIG. 1, the light traveling direction is the Z axis, the horizontal direction in the plane perpendicular to the Z axis is the X axis, and the vertical direction is the Y axis. FIG. 6 is a perspective view showing the polarization state of light when divided into two parts, the first half side (a) and the second half side (b).
4 is a perspective view showing a first arrangement of optical axes of two crystal plates constituting the composite birefringent member in the optical circulator of FIG. 1, and a perspective view showing a second arrangement; It is.
5 is an explanatory diagram showing a first half side of a light state after passing through each constituent member in the optical circulator of FIG. 1; FIG.
6 is an explanatory diagram showing the second half of the state of light after passing through each component in the optical circulator of FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical circulator 2 Array 2b Optical fiber 2c MFD expansion part 3 Birefringence member 4 First phase member 5 Polarization rotator 6 Compound birefringence member 7 Lens 8 Second phase member 9 Reflector AcX, AcY )
AOP optical axis AOP1, AOP2 optical axis P1-P4 port

Claims (5)

3以上のポートを備え、いずれかのポートに係る光ファイバ(2b)から入力された光を異なるポートに係る光ファイバに出力する光サーキュレータにおいて、
少なくとも3本以上の前記光ファイバ(2b)が配列された配列体(2)とレンズ(7)との間に、複屈折部材(3)、第1の位相部材(4)、偏波回転子(5)、複合複屈折部材(6)が配置され、これらの部材(3,4,5,6)の前記レンズ(7)に対して反対側に第2の位相部材(8)と反射体(9)とが配置されており、
前記配列体(2)における前記いずれかのポートに係る前記光ファイバ(2b)から入力された光は、往路において、前記複屈折部材(3)、前記第1の位相部材(4)、前記偏波回転子(5)、前記複合複屈折部材(6)、前記レンズ(7)、前記第2の位相部材(8)をこの順序で通過して、前記反射体(9)において反射し、反射後の復路において、前記第2の位相部材(8)、前記レンズ(7)、前記複合複屈折部材(6)、前記偏波回転子(5)、前記第1の位相部材(4)、前記複屈折部材(3)をこの順序で通過して、前記配列体(2)における前記異なるポートに係る光ファイバに出力されるように構成した、光サーキュレータ。
In an optical circulator comprising three or more ports and outputting light input from an optical fiber (2b) according to any port to an optical fiber according to a different port,
Between at least three or more of said optical fiber (2b) is arranged sequence body (2) and lens (7), a birefringent member (3), the first phase member (4), the polarization rotator (5) The composite birefringent member (6) is disposed, and the second phase member (8) and the reflector are disposed on the opposite side of the members (3, 4, 5, 6) with respect to the lens (7) . (9) and are arranged ,
The light input from the optical fiber (2b) related to any one of the ports in the array (2) is transmitted on the birefringence member (3), the first phase member (4), and the polarization in the forward path. It passes through the wave rotator (5), the composite birefringent member (6), the lens (7), and the second phase member (8) in this order, and is reflected by the reflector (9) and reflected. In a later return path, the second phase member (8), the lens (7), the composite birefringent member (6), the polarization rotator (5), the first phase member (4), An optical circulator configured to pass through the birefringent member (3) in this order and output to the optical fiber related to the different port in the array (2).
3以上のポートを備え、いずれかのポートに係る光ファイバ(2b)から入力された光を異なるポートに係る光ファイバに出力する光サーキュレータにおいて、
少なくとも3本以上の前記光ファイバ(2b)が配列された配列体(2)とレンズ(7)との間に、複屈折部材(3)、第1の位相部材(4)、偏波回転子(5)、複合複屈折部材(6)が配置され、これらの部材(3,4,5,6)の前記レンズ(7)に対して反対側に第2の位相部材(8)と反射体(9)とが配置されており、
前記配列体(2)における前記いずれかのポートに係る前記光ファイバ(2b)から入力された光は、往路において、前記複屈折部材(3)、前記偏波回転子(5)、前記第1の位相部材(4)、前記複合複屈折部材(6)、前記レンズ(7)、前記第2の位相部材(8)、をこの順序で通過して、前記反射体(9)において反射し、反射後の復路において、前記第2の位相部材(8)、前記レンズ(7)、前記複合複屈折部材(6)、前記第1の位相部材(4)、前記偏波回転子(5)、前記複屈折部材(3)をこの順序で通過して、前記配列体(2)における前記異なるポートに係る光ファイバ(2b)に出力されるように構成した、光サーキュレータ。
In an optical circulator comprising three or more ports and outputting light input from an optical fiber (2b) according to any port to an optical fiber according to a different port,
Between at least three or more of said optical fiber (2b) is arranged sequence body (2) and lens (7), a birefringent member (3), the first phase member (4), the polarization rotator (5) The composite birefringent member (6) is disposed, and the second phase member (8) and the reflector are disposed on the opposite side of the members (3, 4, 5, 6) with respect to the lens (7) . (9) and are arranged ,
The light input from the optical fiber (2b) related to any one of the ports in the array (2) is, in the forward path, the birefringent member (3), the polarization rotator (5), the first The phase member (4), the composite birefringent member (6), the lens (7), and the second phase member (8) in this order and reflected by the reflector (9), In the return path after reflection, the second phase member (8), the lens (7), the composite birefringent member (6), the first phase member (4), the polarization rotator (5), An optical circulator configured to pass through the birefringent member (3) in this order and to be output to the optical fiber (2b) relating to the different port in the array (2).
前記配列体(2)における前記いずれかのポートに係る前記光ファイバ(2b)から前記配列体(2)における前記異なるポートに係る光ファイバ(2b)に至るまでの光路において、前記往路で前記複屈折部材(3)を通過する光の偏光状態と、前記復路で前記複屈折部材(3)を通過する光の偏光状態が同一である請求項1または2に記載の光サーキュレータ。In the optical path from the optical fiber (2b) related to any one of the ports in the array (2) to the optical fiber (2b) related to the different port in the array (2), The optical circulator according to claim 1 or 2, wherein a polarization state of light passing through the refraction member (3) and a polarization state of light passing through the birefringence member (3) in the return path are the same. 前記配列体(2)における前記いずれかのポートに係る前記光ファイバ(2b)から前記配列体(2)における前記異なるポートに係る光ファイバ(2b)に至るまでの光路において、前記往路で前記複合複屈折部材(6)を通過するときの偏光状態と、前記復路で複合複屈折部材(6)を通過するときの偏光状態が直交関係である請求項3に記載の光サーキュレータ。In the optical path from the optical fiber (2b) related to any one of the ports in the array (2) to the optical fiber (2b) related to the different port in the array (2), the composite in the forward path The optical circulator according to claim 3, wherein the polarization state when passing through the birefringent member (6) and the polarization state when passing through the composite birefringent member (6) in the return path are orthogonal to each other. 前記配列体(2)における隣合う前記光ファイバの間隔(Lf)と、前記複合複屈折部材(6)における往路と復路間の分離距離(d)の間に、2対1の比を持たせた請求項1または2に記載の光サーキュレータ。A ratio of 2 to 1 is provided between the distance (Lf) between the adjacent optical fibers in the array (2) and the separation distance (d) between the forward path and the return path in the composite birefringent member (6). The optical circulator according to claim 1 or 2.
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