(57)【要約】【課題】構成光学素子数と光学素子の種類を削減して、小型化，製造工程の短縮化，低コスト化を実現しながら、PMDとPDLの発生も防止可能な反射形の光サーキュレータを実現すること。【解決手段】光学素子部，レンズ，光入出射部，反射体，第２の非相反偏光面回転素子を備え、第１の非相反偏光面回転素子を第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の間に配置し、第１偏光面回転素子と第２偏光面回転素子に２つの偏光成分を透過して偏光方向を揃え、第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の結晶軸方向を45度異なるように配置し、２つの偏光成分を反射体で点対称に反射し、更に、第２の複屈折素子の寸法を、往復光路の一方の光のみを透過するように設定し、順方向の光が反射体で反射する前に第２の複屈折素子に入射する様に、第２の複屈折素子を配置して、光サーキュレータを構成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複屈折素子，第１の非相反偏光面回転素子，第２の複屈折素子から成る光学素子部，及びレンズとが備えられ、光学素子部の一端側に少なくとも３本以上の導波路が配列された光入出射部が配置されると共に、レンズを挟んで光学素子部の反対側に反射体が配置され、更に、45度の回転角を有する第２の非相反偏光面回転素子がレンズの光軸方向においてレンズの前後の何れかに配置され、
第１の非相反偏光面回転素子が、互いに回転方向が逆方向で45度の回転角を有する第１偏光面回転素子と第２偏光面回転素子とから構成されると共に、第１の非相反偏光面回転素子は第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の間に配置され、
第１の複屈折素子で常光線と異常光線の２つの偏光成分に分離された各偏光成分がそれぞれ第１偏光面回転素子及び第２偏光面回転素子に透過されることで、２つの偏光成分の偏光方向が同方向に揃えられ、
第１の複屈折素子及び第２の複屈折素子の光学面上における各結晶軸方向が、互いに45度異なるように第１及び第２の複屈折素子が配置されており、
反射体において２つの偏光成分が点対称に反射されると共に、
更に、第２の複屈折素子の寸法が、反射されることで往復する光の光路の、往路又は復路の一方の光のみ透過するように設定されており、
順方向の光が反射体で反射される前に、第２の複屈折素子に入射する様に、第２の複屈折素子が配置されることを特徴とする光サーキュレータ。
【請求項２】
第１の複屈折素子，非相反偏光面回転素子，第２の複屈折素子から成る光学素子部，及びレンズとが備えられ、光学素子部の一端側に少なくとも３本以上の導波路が配列された光入出射部が配置されると共に、レンズを挟んで光学素子部の反対側に反射体が配置され、
非相反偏光面回転素子が、同一方向に45度の回転角を有する第１偏光面回転素子と第４偏光面回転素子、及び回転方向が逆方向で45度の回転角を有する第２偏光面回転素子と第３偏光面回転素子の、４つの偏光面回転素子から構成されると共に、非相反偏光面回転素子は第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の間に配置され、
第１の複屈折素子で常光線と異常光線の２つの偏光成分に分離された各偏光成分が、それぞれ回転角の回転方向が異なる２つの偏光面回転素子に透過されることで、２つの偏光成分の偏光方向が同方向に揃えられ、
第１の複屈折素子及び第２の複屈折素子の光学面上における各結晶軸方向が、互いに45度異なるように第１及び第２の複屈折素子が配置されており、
反射体において２つの偏光成分が点対称に反射されると共に、
更に、第２の複屈折素子の寸法が、反射されることで往復する光の光路の、往路又は復路の一方の光のみ透過するように設定されており、
順方向の光が反射体で反射される前に、第２の複屈折素子に入射する様に、第２の複屈折素子が配置されることを特徴とする光サーキュレータ。
【請求項３】
前記第２の非相反偏光面回転素子が、４分の１波長素子で置き換えられることを特徴とする請求項１に記載の光サーキュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムや光計測等の分野で使用される、光サーキュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光サーキュレータは、光通信システムや光計測等の分野で重要な働きをする非相反光デバイスの１つである。光サーキュレータは少なくとも３つ以上のポートを有し、例えば、１，２，３の番号で表わされる３ポートを有する光サーキュレータの場合、順方向の１→２，２→３，３→１の方向では伝搬光は低損失で、逆方向の３→２，２→１，１→３の方向では高損失の出力として光を伝搬させる。
【０００３】
ところで、前記光サーキュレータは、伝搬方向に沿って対向配置した一方のポートから他方のポートへと光を伝搬する構造の上、光学素子数も多いことから、全体的に大型化する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、その分光学素子が更に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もあった。そこで、多ポート化しても光学素子数が増えることなく、従来構造に比べて小型な光サーキュレータとして、反射体を備えて往復光路を形成する、反射形の光サーキュレータが出願されている（例えば、特許文献１，２，３を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５２８７６５号公報（第２１−２６頁、第１４図）
【特許文献２】特開２０００−２３１０８０号公報（第２−５頁、第１−６図）
【特許文献３】特開平１１−７２７４７号公報（第４−７頁、第１−４図）
【０００５】
図２１に特許文献１記載の光サーキュレータ100を示す。光サーキュレータ100は、第１の複屈折素子101，非相反偏光面回転素子102，第２の複屈折素子103，非複屈折要素104，及び反射面106を有するレンズ105とから構成される。第１の複屈折素子101に無偏光の光107が入射されると、光107は分離されて上方光108及び下方光109になり、非相反偏光面回転素子102に入射されて偏光方向が45度回転される。その後、上方光108及び下方光109は、第２の複屈折素子103及び非複屈折要素104にそれぞれ入射する。
【０００６】
次いで上方光108及び下方光109はレンズ105に入って、反射面106で上方光108と下方光109とが反転されて、上方光108及び下方光109は、それぞれ、下方光111及び上方光110となる。これらの光が第２の複屈折素子103に入射すると、上方光110はシフトされ、下方光111は非複屈折要素104を通過する。次に、上方光110及び下方光111が非相反偏光面回転素子102を透過すると、45度偏光面が回転され、第１の複屈折素子101内に進んだところで合成されて、単一の光112となり出射される。
【０００７】
又、図２２に示す特許文献２の光サーキュレータ113は、入出射側ポート（光入出射部）に４つのアレイ形光ファイバ114を用いると共に、前記アレイ形光ファイバ114とレンズ115との間に、複屈折素子116、２つの半波長素子からなる第１の位相素子117、非相反偏光面回転素子118、及び２つの複屈折素子からなる複合複屈折素子119とが配置される。更にレンズ115を挟んで反対側に第２の位相素子120と反射体121とが配置されてなるものである。
【０００８】
ポート１（P1）の光ファイバ114から複屈折素子116に出射した光は、常光線と異常光線とに分離され、第１の位相素子117で偏光方向がそれぞれ45度回転して同方向となる。次いでこれらの光は、非相反偏光面回転素子118，複合複屈折素子119を透過して、第２の位相素子120で円偏光に変換されて反射体121で反射され、再度、複合複屈折素子119，非相反偏光面回転素子118，第１の位相素子117を透過後に、複屈折素子116で合成され、ポート２（P2）の光ファイバ114に入射される。他のポート２，３，４においても、光は、上記と同様に、複屈折素子116と反射体121との間を伝搬される。
【０００９】
又、図２３に示す特許文献３の光サーキュレータ122は、３ポート型の光サーキュレータであり、半波長素子124a，124b，（124c，124d）と非相反偏光面回転素子125とが、第１の複屈折素子123と、光変向手段として使われる第２の複屈折素子126との間に配置されている。又、非相反偏光面回転素子125と反射手段としてのミラー127との間に、レンズ128が配置されている。
【００１０】
ポート１（P1）からミラー127へ向けて入射された光は第１の複屈折素子123で２ｔの偏光成分に分離され、更に、半波長素子124a及び図示しない124cを透過することにより、偏光方向が同一方向に揃えられる。光はそのままの状態で第２の複屈折素子126とレンズ128を透過してミラー127で反射される。反射された光が第２の複屈折素子126を透過して、非相反偏光面回転素子125を透過すると、偏光面の回転が発生し、その後、光が半波長素子124cを透過すると、偏波面が45度回転する。最後に、２つの偏光成分の光は第１の複屈折素子123により合成され、ポート２（P2）へと入射される。光がポート２（P2）からポート３（P3）へ伝搬されると、第１の複屈折素子123により２つの偏光成分に分離され、更に、半波長素子124b及び図示しない124dによって偏光方向が同一方向に揃えられる。次に、非相反偏光面回転素子125を通った後、第２の複屈折素子126により変向され、ミラー127からの反射によってポート３（P3）へと伝搬される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１記載の光サーキュレータ100の構成では、２つの偏光成分の間にシフト量の差異による光路長差が発生し、この光路長差に起因した偏波分散（PMD：Polarization Mode Dispersion）、及び偏波依存損失（PDL：Polarization Dependent Loss）が発生して、出射側の光ファイバへの光結合効率が低下してしまう。
【００１２】
又、特許文献２記載の光サーキュレータ113の構成ならば、PMD及びPDLを解消することは可能であるが、半波長素子の使用により光サーキュレータ113全体を構成する光学素子の数と種類とが増加してしまう。その結果、反射形の光サーキュレータの特長である光路方向への小型化が困難になってしまうと共に、製造工程の削減や製造コストの削減としても有効な構成とは云えなかった。
【００１３】
更に、特許文献３記載の光サーキュレータ122の構成でもPMD及びPDLを解消することは可能であるが、やはり半波長素子を用意しなければならないので、使用する光学素子の種類が多くなり、製造工程の削減や製造コストの削減として有効な構成とはならなかった。
【００１４】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は構成光学素子数と光学素子の種類を削減して、小型化，製造工程の短縮化，低コスト化を実現しながら、PMDとPDLの発生も防止可能な反射形の光サーキュレータを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の複屈折素子，第１の非相反偏光面回転素子，第２の複屈折素子から成る光学素子部，及びレンズとが備えられ、光学素子部の一端側に少なくとも３本以上の導波路が配列された光入出射部が配置されると共に、レンズを挟んで光学素子部の反対側に反射体が配置され、更に、45度の回転角を有する第２の非相反偏光面回転素子がレンズの光軸方向においてレンズの前後の何れかに配置され、
第１の非相反偏光面回転素子が、互いに回転方向が逆方向で45度の回転角を有する第１偏光面回転素子と第２偏光面回転素子とから構成されると共に、第１の非相反偏光面回転素子は第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の間に配置され、
第１の複屈折素子で常光線と異常光線の２つの偏光成分に分離された各偏光成分がそれぞれ第１偏光面回転素子及び第２偏光面回転素子に透過されることで、２つの偏光成分の偏光方向が同方向に揃えられ、
第１の複屈折素子及び第２の複屈折素子の光学面上における各結晶軸方向が、互いに45度異なるように第１及び第２の複屈折素子が配置されており、
反射体において２つの偏光成分が点対称に反射されると共に、
更に、第２の複屈折素子の寸法が、反射されることで往復する光の光路の、往路又は復路の一方の光のみ透過するように設定されており、
順方向の光が反射体で反射される前に、第２の複屈折素子に入射する様に、第２の複屈折素子が配置されることを特徴とする光サーキュレータである。
【００１６】
又、本発明の請求項２に記載の発明は、第１の複屈折素子，非相反偏光面回転素子，第２の複屈折素子から成る光学素子部，及びレンズとが備えられ、光学素子部の一端側に少なくとも３本以上の導波路が配列された光入出射部が配置されると共に、レンズを挟んで光学素子部の反対側に反射体が配置され、
非相反偏光面回転素子が、同一方向に45度の回転角を有する第１偏光面回転素子と第４偏光面回転素子、及び回転方向が逆方向で45度の回転角を有する第２偏光面回転素子と第３偏光面回転素子の、４つの偏光面回転素子から構成されると共に、非相反偏光面回転素子は第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の間に配置され、
第１の複屈折素子で常光線と異常光線の２つの偏光成分に分離された各偏光成分が、それぞれ回転角の回転方向が異なる２つの偏光面回転素子に透過されることで、２つの偏光成分の偏光方向が同方向に揃えられ、
第１の複屈折素子及び第２の複屈折素子の光学面上における各結晶軸方向が、互いに45度異なるように第１及び第２の複屈折素子が配置されており、
反射体において２つの偏光成分が点対称に反射されると共に、
更に、第２の複屈折素子の寸法が、反射されることで往復する光の光路の、往路又は復路の一方の光のみ透過するように設定されており、
順方向の光が反射体で反射される前に、第２の複屈折素子に入射する様に、第２の複屈折素子が配置されることを特徴とする光サーキュレータである。
【００１７】
更に、本発明の請求項３に記載の発明は、前記第２の非相反偏光面回転素子が、４分の１波長素子で置き換えられることを特徴とする請求項１に記載の光サーキュレータである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光サーキュレータに依れば、構成光学素子数と光学素子の種類を減少させながら、光サーキュレータとしての動作（光循環動作）を実現することが可能となる。従って光サーキュレータの小型化，製造工程の短縮化、及び低コスト化を実現することが出来る。
【００１９】
更に、本発明の請求項２記載の光サーキュレータに依れば、第２の非相反偏光面回転素子を削除する分、より一層、光サーキュレータの小型化，製造工程の短縮化、低コスト化を図ることが出来る。
【００２０】
又、本発明の光サーキュレータに依れば、第１に複屈折素子で分離した２つの偏光成分を、共に第２の複屈折素子において異常光線として同一シフト量だけシフトさせることが出来るので、PDL及びPMDの発生を防止することが可能となる。又、反射体において２つの偏光成分を点対称で反射させるので、反射前後での２つの偏光成分の光路長差を零にすることができ、更に、２つの偏光成分の光路を入れかえることによりシフト量を同一にすることが可能となる。これらによってもPDL及びPMDの発生を防止することが可能となる。
【００２１】
更に、順方向の光が反射体で反射される前に第２の複屈折素子に入射する様に、第２の複屈折素子を配置することにより、PDL及びPMDの発生を防止することが可能となる。
【００２２】
又、反射体を備えて、往復光路で光サーキュレータを構成することにより、光サーキュレータ全体の全長を短縮して、光サーキュレータの小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る光サーキュレータの第１の実施形態を、図１乃至図１０に基づいて詳細に説明する。本発明の光サーキュレータ１は、図１に示すように、第１の複屈折素子２、第１の非相反偏光面回転素子３及び第２の複屈折素子４とから成る光学素子部と、レンズ５とを備えて成る。更に、これら光学素子部の一端側に光入出射部８が配置され、レンズ５を挟んで光学素子部の反対側には、反射体７と第２の非相反偏光面回転素子６とが配置されている。第１の非相反偏光面回転素子３は第１の複屈折素子２と第２の複屈折素子４の間に配置される。各光学素子のそれぞれの光学面には、SiO2/TiO2等の反射防止コートを施すことが望ましい。なお、各非相反偏光面回転素子３、６に磁気を印加する磁石については説明と図示を省略している。
【００２４】
図１に、光の伝搬方向をz軸、z軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をx軸、垂直方向をy軸としたときの、光入出射部８から反射体７までの配置を示す。x軸乃至z軸は、他の図面においても同様で対応している。光入出射部８は、図示しないフェルールに等間隔、且つ、平行（平行度３度以内）に形成した３本の挿入孔のそれぞれに導波路として光ファイバを挿入、固定することで配列したものである。ここで、３本の光ファイバは、説明の便宜上、それぞれポートP1〜P3と呼ぶ。但し、隣り合う光ファイバどうしの間隔Lf1又は、Lf2は、レンズ５のバックフォーカスと、複屈折素子２の厚み及び分離幅との関係を考慮して決定する。
【００２５】
複数の光ファイバP1〜P3は、シングルモード光ファイバ（Single Mode Fiber：SMF）で構成されると共に、光の入出射側端面には、グレーデッドインデックス光ファイバ（Graded Index Fiber：GIF）が接合されている。GIFを設けることにより、各光ファイバP1〜P3の光入出射端のモードフィールド径（Mode Field Diameter：MFD）が拡大されて、出射光の広がり角が小さく抑えられる。MFDの拡大化としては、前記GIFの設置に限らず、光ファイバにTEC処理を施したり、微小レンズ等を設置しても良い。
【００２６】
第１の複屈折素子２は、各光ファイバP1〜P3から出射した光の、常光線と異常光線への分離、及び反射体７で反射して戻ってくる前記常光線と異常光線との合成を行う光学素子である。第１及び第２の複屈折素子２，４には、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）等の複屈折単結晶が使用される。又、第１の複屈折素子２の光学面に対する結晶軸X22（図２，図７参照）の方向は、最大の分離幅を得られるように光学面の法線に対して42〜50度前後（最も好ましくは47.8度）に設定されている。
【００２７】
第１の非相反偏光面回転素子３は、第１の複屈折素子２を透過した各偏光成分（常光線と異常光線）の偏光面を回転させる非相反性の偏光面回転素子で、使用波長帯域で回転角が45度程度の、できるだけ薄いものを使用する。例えば、ガーネット，TBIG，GBIG等が最適である。第１の非相反偏光面回転素子３は、図２又は図７に示すように、偏光面の回転方向がz軸方向に見たときに時計回りの第１偏光面回転素子3aと、同じくz軸方向に見たときに偏光面の回転方向が反時計回りの第２偏光面回転素子3bとを接合面3cで重ね、紫外線硬化型等の光学接着剤で接着して構成する。なお、接着剤が接合面3cから光学面にはみ出さないこととする。更に、第１の非相反偏光面回転素子３は、第１及び第２の複屈折素子２，４に対して傾けて設置される。
【００２８】
第２の複屈折素子４の寸法は、図１に示すように反射されることで往復する光の光路（図１中に実線及び破線で示す）の、往路又は復路の一方の光のみ透過するような大きさに設定される。更に、第２の複屈折素子４の、光学面の法線に対する結晶軸X42方向は、光学面の法線に対して約42〜50度前後（最も好ましくは47.8度）に設定されるが、光学面上における結晶軸X41の方向はx軸方向に対して45度傾くように設定されている。更に、第１の複屈折素子２の光学面上における結晶軸X21の方向はｙ軸方向と平行に設定される。従って、第１及び第２の複屈折素子２，５の結晶軸X21，X41方向が45度異なるように、２つの複屈折素子２，４が配置されることになる。
【００２９】
レンズ５は、入射する光のコリメーション又は収束を行うもので、非球面レンズ，ボールレンズ，平凸レンズ或いは分布屈折レンズ等を使用することが出来る。但し、レンズ５には、光入出射部８との間に前記構成光学素子２〜６を配置しう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、非球面レンズを使用した。
【００３０】
第２の非相反偏光面回転素子６には、45度回転の非相反偏光面回転素子、例えば、ガーネット，TBIG，GBIG等を用いる。図１，３，６，８では、レンズ５の光軸X5方向において、第２の非相反偏光面回転素子６をレンズ５の後方に配置したが、勿論、レンズ５の前方に配置しても構わない。透過する光の広がり角は一定なので、レンズ５の前段に入れ替えることにより、第２の非相反偏光面回転素子６を、より光のビーム径が小さいところで使用することが出来る。このため、光サーキュレータ１の組立誤差や構成光学素子の加工誤差による伝搬光の蹴られの可能性を少なくすることが出来る。
【００３１】
反射体７は、第２の非相反偏光面回転素子６を透過した光を反射する反射ミラーで、本実施の形態では、一例として、基板の表面にSiO2/TiO2をコーティングした全反射ミラーを用いた。
【００３２】
次に光サーキュレータ１の動作を図２〜図５を参照して説明する。図４と図５の（Ａ）〜（Ｊ）は、光サーキュレータ１における順方向の光の偏光状態を示す図であり、図１中の符号（Ａ）〜（Ｊ）で示す各光路断面での偏光状態に対応している。図４及び図５では、横方向がx軸、縦方向がy軸、紙面に向かう方向がz軸であり、説明の便宜上、縦，横方向共に６分割して、横方向には１から６で、縦方向にはａ〜ｆで、各光路断面での偏光成分の伝搬位置を示す。なお図１において、光ファイバP1から反射体７を経て光ファイバP2へと向かう往復光路を「順方向」と定義し、光ファイバP2から反射体７を経て光ファイバP3へと向かう往復光路（図６参照）を「逆方向」と、それぞれ定義する。
【００３３】
光ファイバP1の位置は、マトリクスで見ると図４（Ａ）に示すように、横方向では４と５の間で、縦方向ではｄとｅの間である。本実施の形態ではこのような位置を（4-5, d-e）と表す。また、符号Rは反射体７における偏光成分の反射点を表す。
【００３４】
光ファイバP1に入射した光は、第１の複屈折素子２へ出射され、図４（Ｂ）に示すように、複屈折素子２で結晶軸X21に直交した常光線と、平行な異常光線との、２つの偏光成分に分離される。
【００３５】
分離された偏光成分は、それぞれの偏光成分毎に第１偏光面回転素子3aと第２偏光面回転素子3bに入射される（図２参照）。なお、図４（Ｂ）において、傾いて図示されている四角形は、第１の非相反偏光面回転素子３を表している。順方向において第１の複屈折素子２透過時に異常光線であった偏光成分は第１偏光面回転素子3aに透過され、常光線であった偏光成分は第２偏光面回転素子3bにそれぞれ透過される。前記の通り第１偏光面回転素子3aと第２偏光面回転素子3bとは、回転方向が逆方向となるように設定されているので、分離された常光線と異常光線が第１の非相反偏光面回転素子３を透過すると、図４（Ｃ）に示すように、偏光方向がそれぞれ逆向きに45度回転されて、偏光方向が同方向に揃えられる。
【００３６】
第１の非相反偏光面回転素子３で回転された各偏光成分の偏光面方向は、第２の複屈折素子４の結晶軸X41方向と直交する偏光方向に揃えられる。従って、各偏光成分が第２の複屈折素子４に入射されても、２つの偏光成分は第２の複屈折素子４でシフトすること無く、入射時の偏光方向を保持したまま出射される。第２の複屈折素子４は、順方向に伝搬する光が反射体で反射される前に入射する様に、図１，図６及び図４（Ｃ）に示すように片側の光路上のみに配置される。
【００３７】
以上から、光サーキュレータ１では、順方向において、第２の複屈折素子４入射時に２つの偏光成分の偏光面が結晶軸X41方向に対して垂直に揃うように、２つの複屈折素子間の結晶軸X21，X22方向と、第１の非相反偏光面回転素子３の回転方向を設定する事とする。
【００３８】
次に、第２の複屈折素子４を透過した光はレンズ５で所定角度屈折するが、偏光状態は変化しない。このときの屈折角は、レンズ５の光軸X5から光の中心位置とレンズ５の焦点距離により決まる。次いで、レンズ５を透過した光は、第２の非相反偏光面回転素子６に入射され、図４（Ｅ）に示すように偏光面が45度回転される。
【００３９】
そして、第２の非相反偏光面回転素子６から出射した２つの偏光成分の光は、反射体７で入射角と反対側に、一点Rで点対称となる様に反射される（図３，図４（Ｅ），図５（Ｆ）参照）。点対称に反射されることにより、図４（Ａ）〜（Ｅ）において上下に記載されていた各偏光成分の光路は、図５（Ｆ）〜（Ｊ）では入れかわることになる。このように、反射体７によって光が反射されて往復光路を形成することにより、光サーキュレータ１全体の全長を短縮することが出来る。
【００４０】
次に、反射された光（図５（Ｆ）参照）は、再度、第２の非相反偏光面回転素子６を透過することで、更に45度偏光面が回転される。この状態は、x軸方向における伝搬位置は異なっているが、図４（Ｃ）に示したように、第１の複屈折素子２側から第１の非相反偏光面回転素子３を透過した後の偏光状態と同じである。
【００４１】
次いで、２つの偏光成分は再度、レンズ５を透過することにより、図５（Ｇ）に示すように、レンズ５の光軸X5に関し、図４（Ｄ）の場合と対称の位置に出射される。このとき、レンズ５の前後で偏光状態は変化しない。
【００４２】
次に、レンズ５を透過した光は、図２及び図５（Ｈ）に示すように、それぞれ第１偏光面回転素子3aと第２偏光面回転素子3bとを透過することにより、図５（Ｉ）に示すように、偏光方向がそれぞれ逆方向に45度回転し、各々の偏光方向が直交する状態とされる。なお、図５（Ｈ）において、傾いて図示されている四角形は、第１の非相反偏光面回転素子３を表している。
【００４３】
そしてこの後、２つの偏光成分は、第１の複屈折素子２を透過することにより合成され、図５（Ｊ）に示すように、（2-3,d-e）に対応する光ファイバP2に入射される。
【００４４】
次に、光ファイバP2からP3への、逆方向の光路における偏光成分の動作を図６〜図１０を参照して説明する。なお、順方向の動作時に説明した事柄と重複する事に関しては、説明を省略若しくは簡略化して記述する。図９と図１０の（Ａ）〜（Ｊ）は、光サーキュレータ１における逆方向の光の偏光状態を示す図であり、図６中の符号（Ａ）〜（Ｊ）で示す各光路断面での偏光状態に対応している。図９及び図１０でも、横方向がx軸、縦方向がy軸、紙面に向かう方向がz軸であり、説明の便宜上、縦，横方向共に６分割して偏光成分の伝搬位置を示している。
【００４５】
前記のように光ファイバP2の位置は（2-3,d-e）であり、この光ファイバP2に入射した光は、第１の複屈折素子２へ出射され、常光線と異常光線に分離される。分離された偏光成分は、それぞれ第１偏光面回転素子3aと第２偏光面回転素子3bに入射される。なお、図９（Ｉ）において、傾いて図示されている四角形は、第１の非相反偏光面回転素子３を表している。常光線と異常光線が、第１の非相反偏光面回転素子３を透過すると、偏光方向がそれぞれ逆向きに45度回転し、偏光方向が同方向となる（図９（Ｈ）参照）。各偏光成分の偏光面は、結晶軸X41の方向に対し直交する偏光方向に揃えられる。次にレンズ５を透過した光は、第２の非相反偏光面回転素子６に入射され、偏光面が45度回転される（図９（Ｆ）参照）。
【００４６】
そして、反射体７で点対称に反射され、再度、第２の偏光面回転素子６を透過することで、各偏光成分の偏光面は更に45度回転される（図１０（Ｄ）参照）。この回転により、２つの偏光成分の各偏光方向が、第２の複屈折素子４の結晶軸X41方向と同方向に揃えられる。
【００４７】
従って、第２の複屈折素子４に入射した各偏光成分は、図７及び図１０（Ｃ）で示すように、斜め45度方向に同一量だけシフトされる。次いで、これらの偏光成分は、図７及び図１０（Ｃ）に示すように、それぞれ第１偏光面回転素子3aと第２偏光面回転素子3bとに透過される。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、偏光方向がそれぞれ逆方向に45度回転され、各々の偏光方向が直交する状態とされる。なお、図１０（Ｃ）において、傾いて図示されている四角形は、第１の非相反偏光面回転素子３を表している。
【００４８】
そして、この後、２つの偏光成分は、第１の複屈折素子２を透過することにより合成され、図１０（Ａ）に示すように（5-6,e-f）に対応する光ファイバP3に入射される。以上から、第１の複屈折素子２透過時に異常光線となる偏光成分は、第１偏光面回転素子3aに透過されると共に、第１の複屈折素子２透過時に常光線となる偏光成分は、第２偏光面回転素子3bに透過されることが分かる。
【００４９】
以上のように、本発明に係る光サーキュレータ１では、第１の非相反偏光面回転素子３を回転方向が異なる２つの偏光面回転素子3a，3bで構成すると共に、光学素子部を２つの複屈折素子２，４と１つの非相反偏光面回転素子３とで構成し、更に第１の複屈折素子２と第２の複屈折素子４の各結晶軸X21，X41方向を45度異なるように設定した。従って、構成光学素子数と光学素子の種類を減少させながら、光サーキュレータとしての動作（光循環動作）を実現することが可能となり、構成光学素子数減少による光サーキュレータの小型化，光サーキュレータの製造工程の短縮化、及び低コスト化を実現することが可能となる。
【００５０】
又、各結晶軸X21，X41方向を、45度異なるように設定することで、第２の複屈折素子４において２つの偏光成分を共に異常光線として同一シフト量だけシフトさせることが出来る。従って、第２の複屈折素子４透過時に、一方の偏光成分のみシフトすることで発生するPDL及びPMDの発生を防止することが出来る。又、反射体７において２つの偏光成分を点対称で反射させるので、反射前後での２つの偏光成分の光路長差を零にすることができ、更に、各偏光成分の光路を入れかえることによりシフト量を同一にすることが可能となる。これらによってもPDL及びPMDの発生を防止することが可能となる。
【００５１】
更に、順方向の光が反射体７で反射される前に第２の複屈折素子４に入射する様に、第２の複屈折素子４を配置することにより、PDLの発生防止を達成することが可能となる。順方向の光が反射体７で反射後に入射される様に第２の複屈折素子４を配置してしまうと、逆方向の光路において第２の複屈折素子４により２つの偏光成分が共にシフトされた後、反射体７で２つの偏光成分が反射されることとなってしまう。すると、反射点Rと２つの偏光成分との各距離が、各偏光成分ごとに同一とならずPDLが発生してしまう。従って、本実施の形態で説明してきた様な第２の複屈折素子４の配置位置が好ましい。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る光サーキュレータの第２の実施形態を、図１１乃至図２０に基づいて詳細に説明する。なお、第１の実施形態の光サーキュレータ１と同一箇所には同一の引き出し番号を付し、重複する説明に関しては省略若しくは簡略化して記述する。図１１及び図１６に示すように、第２の実施形態の光サーキュレータ９が前記光サーキュレータ１と異なる点は、レンズ５の前後に配置されていた第２の非相反偏光面回転素子６が削除され、更に第１の非相反偏光面回転素子3'が、４つの偏光面回転素子3'a，3'b，3'c，3'dから構成されている点である。以下、第１の非相反偏光面回転素子3'を単に、非相反偏光面回転素子3'と記す。非相反偏光面回転素子3'は第１の複屈折素子２と第２の複屈折素子４の間に配置される。
【００５３】
非相反偏光面回転素子3'は、第１の複屈折素子２を透過した各偏光成分（常光線と異常光線）の偏光面を回転させる非相反性の偏光面回転素子で、使用波長帯域で回転角が45度程度の、できるだけ薄いものを使用する。例えば、ガーネット，TBIG，GBIG等が最適である。非相反偏光面回転素子3'は、図１２又は図１７に示すように、偏光面の回転方向がz軸方向に見たときに時計回りの第１偏光面回転素子3'a及び第４偏光面回転素子3'dと、同じくz軸方向に見たときに偏光面の回転方向が反時計回りの第２偏光面回転素子3'b及び第３偏光面回転素子3'cとを接合面3'e及び3'fで合わせ、紫外線硬化型等の光学接着剤で接着して構成される。なお、接着剤が接合面3'e，3'fから光学面にはみ出さないこととする。各偏光面回転素子3'a〜3'dの回転角は、同一に45度に設定される。更に、非相反偏光面回転素子3'は、第１及び第２の複屈折素子２，４に対して傾けて設置される。
【００５４】
次に光サーキュレータ９の動作を図１２〜図１５を参照して説明する。図１４と図１５の（Ａ）〜（Ｈ）は、光サーキュレータ９における順方向の光の偏光状態を示す図であり、図１１中の符号（Ａ）〜（Ｊ）で示す各光路断面での偏光状態に対応している。
【００５５】
光ファイバP1から第１の複屈折素子２へ出射された光は、常光線と異常光線とに分離され、分離された各偏光成分は、それぞれの偏光成分毎に第１偏光面回転素子3'aと第２偏光面回転素子3'bに入射される（図１２参照）。なお、図１４（Ｂ）において、傾いて図示されている四角形は、非相反偏光面回転素子3'を表している。順方向において第１の複屈折素子２透過時に異常光線であった偏光成分は第１偏光面回転素子3'aに透過され、常光線であった偏光成分は第２偏光面回転素子3'bにそれぞれ透過される。
【００５６】
前記の通り第１偏光面回転素子3'aと第２偏光面回転素子3'bとは、回転方向が逆方向となるように設定されているので、分離された常光線と異常光線が非相反偏光面回転素子3'を透過すると、図１４（Ｃ）に示すように、偏光方向がそれぞれ逆向きに45度回転されて、偏光方向が同方向に揃えられる。
【００５７】
非相反偏光面回転素子3'で回転された各偏光成分の偏光面方向は、第２の複屈折素子４の結晶軸X41方向と直交する偏光方向に揃えられるので、２つの偏光成分は第２の複屈折素子４でシフトすること無く、入射時の偏光方向を保持したまま出射される。以上から、光サーキュレータ９では、順方向において、第２の複屈折素子４入射時に２つの偏光成分の偏光面が結晶軸X41方向に対して垂直に揃うように、２つの複屈折素子間の結晶軸X21，X22方向と、非相反偏光面回転素子3'の回転方向を設定する事とする。
【００５８】
次に、第２の複屈折素子４を透過した光はレンズ５で所定角度屈折し、反射体７で一点Rで点対称に反射される（図１３，図１４（Ｄ），図１５（Ｅ）参照）。点対称に反射されることにより、図１４（Ａ）〜（Ｄ）において上下に記載されていた各偏光成分の光路は、図１５（Ｅ）〜（Ｈ）では入れかわることになる。反射された光は、再度、レンズ５を透過し、図１２及び図１５（Ｆ）に示すように、それぞれ第３偏光面回転素子3'cと第４偏光面回転素子3'dとを透過することにより、図１５（Ｇ）に示すように、偏光方向がそれぞれ逆方向に45度回転し、各々の偏光方向が直交する状態とされる。なお、図１５（Ｆ）において、傾いて図示されている四角形は、非相反偏光面回転素子3'を表している。そしてこの後、２つの偏光成分は第１の複屈折素子２で合成され、光ファイバP2に入射される。
【００５９】
次に、光ファイバP2からP3への、逆方向の光路における偏光成分の動作を図１６〜図２０を参照して説明する。なお、順方向の動作時に説明した事柄と重複する事に関しては、説明を省略若しくは簡略化して記述する。図１９と図２０の（Ａ）〜（Ｊ）は、光サーキュレータ９における逆方向の光の偏光状態を示す図であり、図１６中の符号（Ａ）〜（Ｊ）で示す各光路断面での偏光状態に対応している。
【００６０】
光ファイバP2から第１の複屈折素子２へ出射された光は、常光線と異常光線に分離され、それぞれ第３偏光面回転素子3'cと第４偏光面回転素子3'dに入射される。なお、図１９（Ｇ）において、傾いて図示されている四角形は、非相反偏光面回転素子3'を表している。常光線と異常光線が、非相反偏光面回転素子3'を透過すると、偏光方向がそれぞれ逆向きに45度回転し、偏光方向が同方向となる（図１９（Ｆ）参照）。この回転により、２つの偏光成分の各偏光方向が、第２の複屈折素子４の結晶軸X41方向と同方向に揃えられる。
【００６１】
次にレンズ５を透過した光は、反射体７で点対称に反射され、再度、レンズ５を透過後に第２の複屈折素子４に入射される。第２の複屈折素子４に入射した各偏光成分は、図１７及び図２０（Ｃ）で示すように、斜め45度方向に同一量だけシフトされる。次いで、これらの偏光成分は、図１７に示すように、それぞれ第１偏光面回転素子3'aと第２偏光面回転素子3'bとに透過される。これにより、図２０（Ｂ）に示すように、偏光方向がそれぞれ逆方向に45度回転され、各々の偏光方向が直交する状態とされる。なお、図２０（Ｂ）において、傾いて図示されている四角形は、非相反偏光面回転素子3'を表している。
【００６２】
そしてこの後、２つの偏光成分は第１の複屈折素子２で合成され、光ファイバP3に入射される。以上から、第１の複屈折素子２透過時に異常光線となる偏光成分は、第１偏光面回転素子3'aに透過されると共に、第１の複屈折素子２透過時に常光線となる偏光成分は、第２偏光面回転素子3'bに透過されることが分かる。
【００６３】
以上のように、光サーキュレータ９では、非相反偏光面回転素子3'を回転方向が異なる４つの偏光面回転素子3'a〜3'dで構成すると共に、光学素子部を２つの複屈折素子２，４と１つの非相反偏光面回転素子3'とで構成し、更に第１の複屈折素子２と第２の複屈折素子４の各結晶軸X21，X41方向を45度異なるように設定した。従って、構成光学素子数と光学素子の種類を減少させながら、光サーキュレータとしての動作（光循環動作）を実現することが可能となり、構成光学素子数減少による光サーキュレータの小型化，光サーキュレータの製造工程の短縮化、及び低コスト化を実現することが可能となる。更に、第２の非相反偏光面回転素子６を削除する分、光アイソレータ１と比べて一層の小型化，製造工程の短縮化、低コスト化を図ることが出来る。
【００６４】
又、各結晶軸X21，X41方向を、45度異なるように設定することで、第２の複屈折素子４において２つの偏光成分を共に異常光線として同一シフト量だけシフトさせることが出来る。従って、第２の複屈折素子４透過時に、一方の偏光成分のみシフトすることで発生するPDL及びPMDの発生を防止することが出来る。又、反射体７において２つの偏光成分を点対称で反射させるので、反射前後での２つの偏光成分の光路長差を零にすることができ、更に、各偏光成分の光路を入れかえることによりシフト量を同一にすることが可能となる。これらによってもPDL及びPMDの発生を防止することが可能となる。
【００６５】
更に、順方向の光が反射体７で反射される前に第２の複屈折素子４に入射する様に、第２の複屈折素子４を配置することにより、PDLの発生防止を達成することが可能となる。順方向の光が反射体７で反射後に入射される様に第２の複屈折素子４を配置してしまうと、逆方向の光路において第２の複屈折素子４により２つの偏光成分が共にシフトされた後、反射体７で２つの偏光成分が反射されることとなってしまう。すると、反射点Rと２つの偏光成分との各距離が、各偏光成分ごとに同一とならずPDLが発生してしまう。従って、本実施の形態で説明してきた様な第２の複屈折素子４の配置位置が好ましい。
【００６６】
なお、本発明の光サーキュレータはその技術的思想に基づいて種々変更可能であり、第２の非相反偏光面回転素子６に換えて、４分の１波長素子を備えても、上記説明したような同様の動作を光サーキュレータ１に行わせることが可能である。更に、GIFの換わりに、光ファイバP1〜P3の光入出射端面近傍に、新たにレンズを配置しても良いし、第２の複屈折素子４のx軸方向にガラス板を設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の光サーキュレータは、光通信システムや光計測分野等で非相反光デバイスとして利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光サーキュレータの構成と順方向の光路を              示す平面図。
【図２】図１の光サーキュレータの、光入出射部から第２の複屈折素子までの配置              と、順方向での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図３】図１の光サーキュレータの、レンズから反射体までの配置と、順方向での              伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図４】図１の光サーキュレータにおいて、光ファイバP1から出射して反射体で反              射されるまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図５】図１の光サーキュレータにおいて、反射体で反射されて光ファイバP2に入              射するまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光サーキュレータの構成と逆方向の光路を              示す平面図。
【図７】図６の光サーキュレータの、光入出射部から第２の複屈折素子までの配置              と、逆方向での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図８】図６の光サーキュレータの、レンズから反射体までの配置と、逆方向での              伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図９】図６の光サーキュレータにおいて、光ファイバP2から出射して反射体で              反射されるまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図１０】図６の光サーキュレータにおいて、反射体で反射されて光ファイバP3                に入射するまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る光サーキュレータの構成と順方向の光路                を示す平面図。
【図１２】図１１の光サーキュレータの、光入出射部から第２の複屈折素子までの                配置と、順方向での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図１３】図１１の光サーキュレータの、レンズから反射体までの配置と、順方向                での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図１４】図１１の光サーキュレータにおいて、光ファイバP1から出射して反射体                で反射されるまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図１５】図１１の光サーキュレータにおいて、反射体で反射されて光ファイバP2                に入射するまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る光サーキュレータの構成と逆方向の光路                を示す平面図。
【図１７】図１６の光サーキュレータの、光入出射部から第２の複屈折素子までの                配置と、逆方向での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図１８】図１６の光サーキュレータの、レンズから反射体までの配置と、逆方向                での伝搬光の偏光状態を示す斜視図。
【図１９】図１６の光サーキュレータにおいて、光ファイバP2から出射して反射体                で反射されるまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図２０】図１６の光サーキュレータにおいて、反射体で反射されて光ファイバP3                に入射するまでの伝搬光の偏光状態を示す説明図。
【図２１】従来の光サーキュレータの一例を示す平面図。
【図２２】従来の光サーキュレータの他の例を示す平面図。
【図２３】従来の光サーキュレータの更に他の例を示す平面図。
【符号の説明】
【００６９】
１、９        光サーキュレータ
２            第１の複屈折素子
３、3'        第１の非相反偏光面回転素子
４            第２の複屈折素子
５            レンズ
６            第２の非相反偏光面回転素子
７            反射体
８            光入出射部
【図１】
2006337905.tif 000003
【図２】
2006337905.tif 000004
【図３】
2006337905.tif 000005
【図４】
2006337905.tif 000006
【図５】
2006337905.tif 000007
【図６】
2006337905.tif 000008
【図７】
2006337905.tif 000009
【図８】
2006337905.tif 000010
【図９】
2006337905.tif 000011
【図１０】
2006337905.tif 000012
【図１１】
2006337905.tif 000013
【図１２】
2006337905.tif 000014
【図１３】
2006337905.tif 000015
【図１４】
2006337905.tif 000016
【図１５】
2006337905.tif 000017
【図１６】
2006337905.tif 000018
【図１７】
2006337905.tif 000019
【図１８】
2006337905.tif 000020
【図１９】
2006337905.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2006337905.tif 000023
【図２２】
2006337905.tif 000024
【図２３】
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