(57)【要約】【課題】高価な複屈折結晶は１個でよく、安価な薄型の偏光子を使用し、その他の光学素子数も最小限で機能するようにし、小型化とコストダウンを図る。【解決手段】入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子１４と、±４５度可変ファラデー回転子１２と、偏光子１０を一列に配設し、光路制御用複屈折素子の側に２つのポートを、偏光子の側に１つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバ１６を配置する。±４５度可変ファラデー回転子により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで光路の切り換えを行い１×２型又は２×１型の光スイッチ機能を呈するようにする。±４５度可変ファラデー回転子に代えて４５度固定ファラデー回転子を用いることで、３ポート非循環型の光サーキュレータ機能をもたせることもできる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光子と、±４５度可変ファラデー回転子と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子を一列に配設し、偏光子側に１つのポートを、光路制御用複屈折素子側に２つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、前記±４５度可変ファラデー回転子により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで光路の切り換えを行い、一端側を入力ポート、他端側を出力ポートとして１×２型又は２×１型の光スイッチ機能を呈するようにしたことを特徴とする偏波依存型光デバイス。
【請求項２】
光路制御用複屈折素子と２つのポートとの間に、２分割構造の１／２波長板と第２の偏光子を挿入し、該１／２波長板によって、同方向に進行する２光路の光の該第２の偏光子位置での偏波方向を平行に揃えるようにした請求項１記載の偏波依存型光デバイス。
【請求項３】
入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子と、４５度固定ファラデー回転子と、偏光子を一列に配設し、光路制御用複屈折素子側に２つのポートを、偏光子側に１つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、光路制御用複屈折素子側の１つのポートから偏光子側のポートに、偏光子側のポートから光路制御用複屈折素子側の他のポートに光が伝送される３ポート非循環型の光サーキュレータ機能を呈するようにしたことを特徴とする偏波依存型光デバイス。
【請求項４】
光路制御用複屈折素子と２つのポートとの間に、４５度固定ファラデー回転子と第２の偏光子を挿入し、該４５度固定ファラデー回転子によって、互いに逆方向に進行する２光路の光の該第２の偏光子位置での偏波方向を平行に揃えるようにした請求項３記載の偏波依存型光デバイス。
【請求項５】
光路制御用複屈折素子と２つのポートとの間に、４５度固定ファラデー回転子と２分割構造の１／２波長板と第２の偏光子を挿入し、該４５度固定ファラデー回転子と１／２波長板とによって、透過する２光路の光の偏波面が一直線上に乗るようにした請求項１又は３記載の偏波依存型光デバイス。
【請求項６】
光路制御用複屈折素子と１つのポート側のファラデー回転子との間、または１つのポート側のファラデー回転子と偏光子との間に、光集束性のレンズを挿入した請求項１乃至５のいずれかに記載の偏波依存型光デバイス。
【請求項７】
偏光子と、±４５度可変ファラデー回転子と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子と、偏波９０度回転反射手段を一列に配設し、偏光子の側に３つのポートを設定して各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、前記±４５度可変ファラデー回転子により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで光路の切り換えを行い１×２型又は２×１型の光スイッチ機能を呈するようにしたことを特徴とする偏波依存型光デバイス。
【請求項８】
偏光子と、４５度固定ファラデー回転子と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子と、偏波９０度回転反射手段を一列に配設し、偏光子の側に３以上のポートを設定して各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、３以上の多ポート非循環型の光サーキュレータ機能を呈するようにしたことを特徴とする偏波依存型光デバイス。
【請求項９】
偏波９０度回転反射手段が、４５度固定ファラデー回転子又は１／４波長板と、ミラーとの組み合わせからなる請求項７又は８記載の偏波依存型光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファラデー回転子と複屈折素子を組み合わせた偏波依存型の光デバイスに関し、更に詳しく述べると、直線偏波保持ファイバを用いることで構造を簡素化した光スイッチ機能又は光サーキュレータ機能を呈する偏波依存型光デバイスに関するものである。この技術は、例えば波長多重（ＷＤＭ）光通信システムなどで用いる光デバイスとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平５−６１００１号公報
【０００３】
光通信システムあるいは光計測システムなどにおいては、光路の切り換えを行うための光スイッチや光路を制御するための光サーキュレータなどの光デバイスが組み込まれている。光スイッチは、入力ポートからの入力光を複数の出力ポートの選択された任意の一つに出力したり、複数の入力ポートからの入力光のうちの選択された任意の一つを出力ポートに出力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り、１×２型（１入力・２出力）あるいは２×１型（２入力・１出力）が基本的な形態である。光サーキュレータは、第１ポートからの入力光を第２ポートに出力し、第２ポートからの入力光を第３ポートに出力するというように光路を循環的に制御する機能を有する光デバイスであり、３ポート型が最も基本的な形態である。
【０００４】
特に光通信用の光デバイスでは、光ファイバとの整合性が良好なこと、信頼性が高いことなどが望まれる。そのような要求を満たしうるものとしては、偏波面に応じて光路シフトを制御する複屈折結晶と偏波面の回転角を制御するファラデー回転子などの各種光学素子を組み合わせ配列した光学素子群によって必要な光機能部を実現する構成がある。
【０００５】
例えば特許文献１には、３個の複屈折素子を間隔をおいて一列に配列し、それら複屈折素子の間にそれぞれファラデー回転子と１／２波長板の組を挿入し、両端にポートを設ける構成が記載されている。これによって、一端に位置する第１ポートからの入力光は反対端の第２ポートに、第２ポートからの入力光はその反対端の第３ポートに、第３ポートからの入力光はその反対端の第４ポートに、それぞれ結合する光サーキュレータが構成できる。
【０００６】
この構成を利用すると、ファラデー回転子を固定式から可変式に置き換えて印加する磁界の向きを制御し偏波方向を変化させることで、光路の切り換えを行う光スイッチを実現することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載されているような従来技術では、３個もの高価な複屈折結晶を必要とし、その他にも多くの光学素子を組み合わせねばならず、そのためデバイスが大型化し、組立工数が多く作業が煩瑣となり、コスト高となる問題があった。また複屈折結晶は、光軸方向にある程度の長さを必要とするため、その点もデバイスが大きくなる要因の一つであった。
【０００８】
本発明の目的は、高価な複屈折結晶は１個でよく、安価な薄型の偏光子を使用し、その他の光学素子数も最小限で機能するようにし、それによって小型化とコストダウンを図ることができるようにした光デバイスを提供することである。本発明の他の目的は、両端に偏光子を配置することで高クロストーク機能を付与した光スイッチ、あるいは高アイソレーション機能を付与した光サーキュレータを提供することである。本発明の更に他の目的は、一端にミラーを配置し反射型とすることで、部品点数の削減と小型化を図り、高クロストーク機能を付与した光スイッチ、あるいは高アイソレーション機能を付与した光サーキュレータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
波長多重光通信システムなどでは、光信号の伝送に直線偏波保持ファイバを用いているものがある。直線偏波保持ファイバは、一つの直線偏波を伝送するように設計された伝送媒体である。この直線偏波保持ファイバを利用すると、光スイッチ本体あるいは光サーキュレータ本体を大幅に簡素化することが可能となる。本発明は、この点に着目してなされたものである。
【００１０】
即ち本発明は、偏光子と、±４５度可変ファラデー回転子と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子を一列に配設し、偏光子側に１つのポートを、光路制御用複屈折素子側に２つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、前記±４５度可変ファラデー回転子により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで光路の切り換えを行い、一端側を入力ポート、他端側を出力ポートとして１×２型又は２×１型の光スイッチ機能を呈するようにした偏波依存型光デバイスである。光路制御用複屈折素子と２つのポートとの間に、２分割構造の１／２波長板と第２の偏光子を挿入し、該１／２波長板によって、同方向に進行する２光路の光の該第２の偏光子位置での偏波方向を平行に揃えるように構成することもできる。
【００１１】
また本発明は、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子と、４５度固定ファラデー回転子と、偏光子を一列に配設し、光路制御用複屈折素子側に２つのポートを、偏光子側に１つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、光路制御用複屈折素子側の１つのポートから偏光子側のポートに、偏光子側のポートから光路制御用複屈折素子側の他のポートに光が伝送される３ポート非循環型の光サーキュレータ機能を呈するようにした偏波依存型光デバイスである。光路制御用複屈折素子と２つのポートとの間に、４５度固定ファラデー回転子と第２の偏光子を挿入し、該４５度固定ファラデー回転子によって、互いに逆方向に進行する２光路の光の該第２の偏光子位置での偏波方向を平行に揃えるように構成することもできる。
【００１２】
また、光路制御用複屈折素子と２つのポートとの間に、４５度固定ファラデー回転子と２分割構造の１／２波長板と第２の偏光子を挿入し、該４５度固定ファラデー回転子と１／２波長板とによって、透過する２光路の光の偏波面が一直線上に乗るように構成することもできる。
【００１３】
ポート位置には、ファイバにレンズを組み合わせたコリメータを使用してもよい。ファイバアレイやレンズアレイを用いて構成したコリメータアレイを使用してもよい。
【００１４】
光路制御用複屈折素子と１つのポート側のファラデー回転子との間、または１つのポート側のファラデー回転子と偏光子との間に、光集束性のレンズを挿入する構成としてもよい。レンズとしては、球レンズのような均質凸レンズでもよいし、屈折率分布型ロッドレンズなどでもよい。
【００１５】
また本発明は、偏光子と、±４５度可変ファラデー回転子と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子と、偏波９０度回転反射手段を一列に配設し、偏光子の側に３つのポートを設定して各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、前記±４５度可変ファラデー回転子により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで光路の切り換えを行い１×２型又は２×１型の光スイッチ機能を呈するようにした偏波依存型光デバイスである。
【００１６】
更に本発明は、偏光子と、４５度固定ファラデー回転子と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子と、偏波９０度回転反射手段を一列に配設し、偏光子の側に３つのポートを設定して各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置し、３ポート非循環型の光サーキュレータ機能を呈するようにした偏波依存型光デバイスである。
【００１７】
ここで偏波９０度回転反射手段は、４５度固定ファラデー回転子又は１／４波長板と、ミラーとの組み合わせで構成できる。
【００１８】
複屈折素子としては、例えばルチル（ＴｉＯ２  ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３  ）、バナジン酸イットリウム（ＹＶＯ４  ）などの複屈折結晶を用いる。偏光子としては、例えば偏光ガラス（商品名ポーラコア、キューポなど）や積層型偏光子等が好適である。偏光子として複屈折結晶板を用いることもできるが、サイズ及び価格の点で難がある。
【００１９】
光スイッチとして機能させる光デバイスの場合、±４５度可変ファラデー回転子にはファラデー回転方向を切り換える可変磁界を印加するために電磁石を使用する。その磁気ヨークに半硬質磁性材料を用いると、通電を停止しても磁化状態が自己保持されるため、省電力化を図ることができる。
【００２０】
【実施例】
図１は本発明に係る偏波依存型光スイッチの一実施例を示しており、１×２型（１入力・２出力）の例である。この光スイッチは、偏光子１０と、±４５度可変ファラデー回転子１２と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子１４とを、光の透過方向に、この順で一列に配設し、偏光子１０の側に１つのポートを、光路制御用複屈折素子１４の側に２つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバ１６を配置した構造である。ここでは偏光子側のポートが入力ポートＩとなり、光路制御用複屈折素子側の２つのポートが出力ポートＯ１，Ｏ２となる。説明の都合上、図示のように光の透過方向（図面右手方向）をｚ方向、それに直交する２方向をｘ方向（紙面の裏から表への方向）とｙ方向（上方向）とし、ファラデー回転方向については反時計回りを＋側とする。以下の実施例でも同様である。
【００２１】
偏光子１０は、ｘ方向に対して＋４５度傾いた直線偏波を透過する向きに設定されている（従って、ｘ方向に対して−４５度傾いた直線偏波成分は透過が阻止される）。±４５度可変ファラデー回転子１２は、磁気光学結晶（例えばＢｉ置換希土類鉄ガーネットＬＰＥ膜）からなるファラデー素子と該ファラデー素子に外部から磁界を印加する電磁石を備え、該電磁石への通電電流を制御することで印加磁界の向きを切り換えてファラデー回転角を＋４５度又は−４５度に切り換えることができる構造である。光路制御用複屈折素子１４は、ルチルなどの平行平面構造の複屈折結晶であって、その光学軸はｙｚ面内にあり且つｚ方向から傾くように設定されている。なお「平行平面構造」とは、入射面と出射面が互いに平行になっている形状（入射面が入射光に対して厳密に垂直である必要はない）をいい、平行平板状のみならず平行四辺形のブロック形状あるいは直方体形状なども含まれる。従って、この光路制御用複屈折素子１４では、ｘ軸に平行な直線偏光は常光であるのでそのまま透過するが、ｙ軸に平行な直線偏光は異常光となるので＋ｙ方向に屈折して光路がシフトすることになる。直線偏波保持ファイバにレンズを組み合わせたコリメータを使用してもよい。ファイバアレイやレンズアレイを用いて構成したコリメータアレイを使用してもよい。
【００２２】
図１のＡは、±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面を＋４５度回転させた場合である。入力ポートＩからの光（偏波面がｘ方向から＋４５度傾いた直線偏光）は、偏光子１０を通過し、±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面が＋４５度回転してｙ軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、光路制御用複屈折素子１４に対しては異常光となるので光路制御用複屈折素子１４で＋ｙ方向に屈折して上段に光路シフトし、出力ポートＯ１に結合する。
【００２３】
図１のＢは、±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面を−４５度回転させた場合である。入力ポートＩからの光は、偏光子１０を通過し、±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面が−４５度回転してｘ軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、光路制御用複屈折素子１４に対しては常光となるので該光路制御用複屈折素子１４をそのまま通過し、下段の出力ポートＯ２に結合する。
【００２４】
このようにして、±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで、いずれか一方の出力ポートへの光路の切り換え（Ｉ→Ｏ１又はＩ→Ｏ２）を行うことができ１×２型の光スイッチ機能が実現できる。また図示していないが、光路制御用複屈折素子１４と２つの出力ポートとの間に上下２分割構造（上部と下部とで透過を許容する偏波面方向が直交する構造）の偏光子を付設してもよい。それによって高クロストーク性能を発現させることもできる。
【００２５】
図２は本発明に係る偏波依存型光スイッチの一実施例を示しており、２×１型（２入力・１出力）の例である。これは図１に示す構成において、入出力の関係を入れ換えた構造に相当する。それ故、説明を簡略化するために、同一であってよい光学素子には同一の符号を付す。この光スイッチは、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子１４と、±４５度可変ファラデー回転子１２と、偏光子１０とを、光の透過方向（ｚ方向）に、この順で一列に配設し、光路制御用複屈折素子１４の側に２つのポートを、偏光子１０の側に１つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバ１６を配置した構造である。光路制御用複屈折素子側の２つのポートが入力ポートＩ１，Ｉ２となり、偏光子側のポートが出力ポートＯとなる。
【００２６】
図２のＡは、上段の入力ポートＩ１から光が入射する場合である。入力ポートＩ１からの光（ｙ軸に平行な直線偏光）は、光路制御用複屈折素子１４に対しては異常光となるので光路制御用複屈折素子１４で−ｙ方向に屈折して下段の光路にシフトする。ここで±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面を＋４５度回転させた場合、偏波面がｙ方向から＋４５度傾いた直線偏光となるので偏光子１０を通過でき出力ポートＯに結合する。±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面を−４５度回転させた場合には、偏波面がｙ方向から−４５度傾いた直線偏光となるため偏光子１０で遮光され出力ポートＯには達しない。
【００２７】
図２のＢは、下段の入力ポートＩ２から光が入射する場合である。入力ポートＩ２からの光（ｘ軸に平行な直線偏光）は、光路制御用複屈折素子１４に対しては常光となるので光路制御用複屈折素子１４をそのまま通過する。ここで±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面を＋４５度回転させた場合、偏波面がｘ方向から＋４５度傾いた直線偏光（ｙ方向から−４５度傾いた直線偏光）となるため、偏光子１０で通過が阻止される。±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波面を−４５度回転させた場合には、偏波面がｘ方向から−４５度傾いた直線偏光（ｙ方向から＋４５度傾いた直線偏光）となり、偏光子１０を通過し出力ポートＯに結合する。
【００２８】
このようにして、±４５度可変ファラデー回転子１２により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで、入力光のオン／オフ制御並びに光路の切り換え（Ｉ１→Ｏ又はＩ２→Ｏ）を行うことができ２×１型の光スイッチ機能が実現できる。
【００２９】
図３〜図７は偏波依存型光スイッチの他の実施例を示しており、いずれも１×２型の例である。これらの実施例においても説明を簡略化するために、前記実施例と同一であってよい光学素子には同一の符号を付す。光スイッチ本体の構成並びに機能は図１に示す実施例と同一であるので、以下では詳細な説明は重複するために省略する。なお、これらについても入出力の関係を入れ換えることができ、それによって２×１型となる。
【００３０】
図３に示す実施例では、第１の偏光子１０と、±４５度可変ファラデー回転子１２と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子１４と、上下２分割した構造の１／２波長板２０と、第２の偏光子２２を、光の透過方向（ｚ方向）に、この順で一列に配設し、第１の偏光子１０の側に１つのポートを、反対の第２の偏光子２２の側に２つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置する。第１の偏光子側のポートが入力ポートＩとなり、第２の偏光子側の２つのポートが出力ポートＯ１，Ｏ２となる。
【００３１】
ここで上下２分割した構造の１／２波長板２０は、上側の１／２波長板２０ａは光学軸がｙ方向から−２２．５度傾き、下側の１／２波長板２０ａは光学軸がｙ方向から＋２２．５度傾くような関係で組み合わされたものである。１／２波長板は、入力光の偏波面をその光学軸に対して対称な方向に変換する性質を備えており、ここではそれを利用して偏波面を揃えている。
【００３２】
光スイッチ本体（第１の偏光子１０と±４５度可変ファラデー回転子１２と光路制御用複屈折素子１４の組み合わせ）は、図１と同様、１×２型の光スイッチ機能を呈する。光路制御用複屈折素子１４から出射する上段のｙ軸に平行な直線偏光は、上側の１／２波長板２０ａによって偏波面がｙ方向に対して−４５度傾いた直線偏光となる。下段のｘ軸に平行な直線偏光も、下側の１／２波長板２０ｂによって同様に偏波面がｙ方向に対して−４５度傾いた直線偏光となる。従って、１／２波長板２０によって、同方向に進行する上下両光は、第２の偏光子位置では偏波方向が平行に揃えられ、そのために第２の偏光子２２は単一構造でよいことになる。上段の直線偏光は出力ポートＯ１に結合し、下段の直線偏光は出力ポートＯ２に結合する。そして、この第２の偏光子２２によって、偏波面がｙ方向に対して−４５度傾いた直線偏光以外の偏光成分が遮断されるため、高クロストーク機能が付与されることになる。
【００３３】
図４に示す実施例は、第１の偏光子１０と、±４５度可変ファラデー回転子１２と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子１４と、４５度固定ファラデー回転子２４と、上下２分割構造の１／２波長板２０と、第２の偏光子２２を、光の透過方向に、この順で一列に配設し、第１の偏光子１０の側に１つのポートを、反対の第２の偏光子２２の側に２つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置したものである。第１の偏光子側のポートを入力ポートＩとし、第２の偏光子側の２つのポートを出力ポートＯ１，Ｏ２とする。上下２分割構造の１／２波長板２０は、基本的には図３に示すものと同様であるが、上側の１／２波長板２０ａは光学軸がｙ方向から＋２２．５度傾き、下側の１／２波長板２０ａは光学軸がｙ方向から−２２．５度傾くような関係で組み合わされたものである。
【００３４】
光スイッチ本体から出射する上段のｙ軸に平行な直線偏光は、４５度固定ファラデー回転子２４によって偏波面がｙ方向に対して＋４５度回転し、次に上側の１／２波長板２０ａによって偏波面がｙ方向に対して平行な直線偏光となる。下段のｘ軸に平行な直線偏光は、４５度固定ファラデー回転子２４によって偏波面がｘ方向に対して＋４５度回転し、次に下側の１／２波長板２０ｂによって同様に偏波面がｙ方向に対して平行な直線偏光となる。従って、１／２波長板２０によって、同方向に進行する上下両光は、第２の偏光子位置では偏波方向がｙ軸に平行に揃えられ、そのために第２の偏光子２２は単一構造でよいことになる。上段の直線偏光は出力ポートＯ１に結合し、下段の直線偏光は出力ポートＯ２に結合する。この構成では、第２の偏光子２２によって高クロストーク機能が付与される。また、両出力ポートでの直線偏光は共にｙ軸に平行であり偏波面が１直線上に乗るため、２本の直線偏波保持ファイバの向きの設定が容易となる利点も生じる。
【００３５】
図５に示す構造は、図１に示す光スイッチの変形例である。±４５度可変ファラデー回転子１２と光路制御用複屈折素子１４との間に均質凸レンズ２６を挿入している。ここでは出力ポート側に２芯フェルール２８を使用している。凸レンズは厳密には１：１では結像しない。しかし、光ファイバ側がコア端部を拡径したような形状のように（ＴＥＣファイバ）ある程度大きなスポット径でもよければ、このような構成も可能である。均質凸レンズに代えて屈折率分布型ロッドレンズを用いれば、１：１で結像するので、コア端部に特に細工を施さなくてもよい。
【００３６】
図６に示す構造は図３に示す光スイッチの変形例であり、図７に示す構造は図４に示す光スイッチの変形例である。いずれも±４５度可変ファラデー回転子１２と光路制御用複屈折素子１４との間に均質凸レンズ２６を挿入している。これらでも出力ポート側に２芯フェルール２８を使用している。
【００３７】
図８は偏波依存型光スイッチの更に他の実施例を示している。これは反射型光スイッチの例であり、偏光子３０と、±４５度可変ファラデー回転子３２と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子３４と、４５度固定ファラデー回転子３６と、ミラー３８を、この順で一列に配設し、偏光子側に３つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置する。中段のポートが入力ポートＩとなり、上段のポートが出力ポートＯ１、下段のポートが出力ポートＯ２となる１×２型である。
【００３８】
±４５度可変ファラデー回転子３２により偏波面を＋４５度回転させた場合は次のようになる。中段の入力ポートＩからの入力光（ｙ方向に対して＋４５度回転した直線偏光）は、偏光子３０を通過し（偏光子３０は、そのような直線偏光が透過する向きに設定されている）、±４５度可変ファラデー回転子３２により偏波面が＋４５度回転してｘ軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、光路制御用複屈折素子３４に対しては常光となるので該光路制御用複屈折素子３４をそのまま通過する。そして４５度固定ファラデー回転子３６で偏波面が＋４５度回転し、ミラー３８で反射する。反射光は、４５度固定ファラデー回転子３６で偏波面が更に＋４５度回転し、ｙ軸に平行な直線偏光となる。つまり、４５度固定ファラデー回転子３６とミラー３８からなる偏波９０度回転反射手段によって、直線偏光は往復で偏波面が９０度回転するのである。ｙ軸に平行な直線偏光は、光路制御用複屈折素子３４に対しては異常光となるので該光路制御用複屈折素子３４で＋ｙ方向に屈折して上段に光路シフトし、±４５度可変ファラデー回転子３２により偏波面が＋４５度回転した直線偏光（ｙ方向に対して＋４５度回転した直線偏光）となり、偏光子３０を通過して出力ポートＯ１に結合する。
【００３９】
±４５度可変ファラデー回転子３２により偏波面を−４５度回転させた場合は次のようになる。中段の入力ポートＩからの入力光（ｙ方向に対して＋４５度回転した直線偏光）は、偏光子３０を通過し、±４５度可変ファラデー回転子３２により偏波面が−４５度回転してｙ軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、光路制御用複屈折素子３４に対しては異常光となるので該光路制御用複屈折素子３４で−ｙ方向に屈折して下段に光路シフトする。そして４５度固定ファラデー回転子３６で偏波面が＋４５度回転し、ミラー３８で反射する。反射光は、４５度固定ファラデー回転子３６で偏波面が更に＋４５度回転し、ｘ軸に平行な直線偏光となる。ｘ軸に平行な直線偏は、光路制御用複屈折素子３４に対しては常光となるので該光路制御用複屈折素子３４をそのまま通過する。そして、±４５度可変ファラデー回転子３２により偏波面が−４５度回転した直線偏光（ｙ方向に対して＋４５度回転した直線偏光）となり、偏光子３０を通過して下段の出力ポートＯ２に結合する。
【００４０】
このようにして、±４５度可変ファラデー回転子３２により偏波回転を±４５度のいずれかに切り換えることで、光路の切り換え（Ｉ→Ｏ１又はＩ→Ｏ２）を行うことができ１×２型の光スイッチ機能が実現できる。偏光子３０は一つであるが、往路光と復路光が通過するため実質２段形式となり、高クロストーク機能が付与されることになる。この場合も、入出力の関係を入れ換えることにより、２×１型の偏波依存型光スイッチが実現可能である。
【００４１】
上記の実施例では偏波９０度回転反射手段を４５度固定ファラデー回転子３６とミラー３８の組み合わせで構成しているが、４５度固定ファラデー回転子に代えて１／４波長板を用いてもよく、その方が構造は簡素化され小型化できる。その場合、往路光は１／４波長板によって直線偏光が円偏光となり、ミラーで反射され、反射光（復路光）は１／４波長板によって円偏光から直線偏光に戻る。しかし、復路光の偏波面は往路光の偏波面に対して直交する（９０度回転した）関係となるから、上記実施例と同じこととなる。
【００４２】
このように反射型では、片側に３つのポートが設定されることになるため、ファイバアレイやレンズアレイが効果的に利用し易くなる。
【００４３】
図９は本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの一実施例を示す説明図である。この光サーキュレータは、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子５０と、４５度固定可変ファラデー回転子５２と、偏光子５４とを、この順で一列に配設し、光路制御用複屈折素子５０の側に２つのポートを、偏光子５４の側に１つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバ５６を配置した構造である。光路制御用複屈折素子側の２つのポートのうち下段側を第１ポートＰ１、上段側を第３ポートＰ３とし、偏光子側のポートを第２ポートＰ２とする。なお説明の都合上、図示のように光軸に沿って図面右手方向をｚ方向、それに直交する２方向をｘ方向（紙面の裏から表への方向）とｙ方向（上方向）とし、ファラデー回転方向については反時計回りを＋側とする。
【００４４】
光路制御用複屈折素子５０は、ルチルなどの平行平面構造の複屈折結晶であって、その光学軸はｙｚ面内にあり且つｚ方向から傾くように設定されている。従って、この光路制御用複屈折素子５０では、ｘ軸に平行な直線偏光は常光であるのでそのまま透過するが、ｙ軸に平行な直線偏光は異常光となるので＋ｙ方向に屈折して光路がシフトすることになる。４５度固定ファラデー回転子５２は、磁気光学結晶（例えばＢｉ置換希土類鉄ガーネットＬＰＥ膜）からなるファラデー素子と該ファラデー素子に外部から固定磁界を印加する永久磁石を備え、偏波面を＋４５度回転させることができる構造である。偏光子５４は、ｘ方向に対して＋４５度傾いた直線偏波を透過する向きに設置されている。各ポートには、直線偏波保持ファイバにレンズを組み合わせたコリメータを使用してもよい。ファイバアレイやレンズアレイを用いて構成したコリメータアレイを使用してもよい。
【００４５】
図９のＡは、下段の第１ポートＰ１から光が入射する場合である。第１ポートＰ１からの光（ｘ軸に平行な直線偏光）は、光路制御用複屈折素子５０に対しては常光となるので該光路制御用複屈折素子５０をそのまま通過する。そして４５度固定ファラデー回転子５２により偏波面が＋４５度回転して偏波面がｘ方向から＋４５度傾いた直線偏光となり、そのような偏波面を持つ直線偏光は偏光子５４を通過し第２ポートＰ２に結合する。
【００４６】
図９のＢは、第２ポートＰ２から光が入射する場合である。第２ポートＰ２からの光（偏波面がｘ方向から＋４５度傾いている直線偏光）は、偏光子５４を通過し、４５度固定ファラデー回転子５２により偏波面が＋４５度回転してｙ軸に平行な直線偏光となる。このｙ軸に平行な直線偏光は、光路制御用複屈折素子５０に対しては異常光となるので該光路制御用複屈折素子５０で＋ｙ方向に屈折して上段に光路シフトし第３ポートＰ３に結合する（下段の第１ポートＰ１には戻らない）。
【００４７】
このようにして、第１ポートＰ１からの直線偏光は第２ポートＰ２に結合し、第２ポートＰ２からの直線偏光は第１ポートＰ１には戻らずに第３ポートＰ３に結合するという結合関係を有する非循環型の３ポート光サーキュレータ機能が得られる。また図示していないが、２つのポート（第１ポートと第３ポート）と光路制御用複屈折素子５０との間に上下２分割構造（上部と下部とで透過を許容する偏波面方向が直交する構造）の偏光子を付設してもよい。それによって高アイソレーション性能を発現させることもできる。
【００４８】
図１０〜図１４は偏波依存型光サーキュレータの他の実施例を示している。これらの実施例において、説明を簡略化するために、前記図９に示す実施例と同一であってよい光学素子には同一の符号を付す。図示のように光軸に沿って図面右手方向をｚ方向、それに直交する２方向をｘ方向とｙ方向とし、ファラデー回転方向については反時計回りを＋側とする。光サーキュレータ本体（光路制御用複屈折素子５０と４５度固定可変ファラデー回転子５２と偏光子５４との組み合わせ）の構成並びに機能は同一であるので、以下では詳細な説明は重複するために省略する。
【００４９】
図１０に示す実施例では、２つのポート位置と光路制御用複屈折素子との間に第２の偏光子と第２の４５度固定ファラデー回転子を挿入する。即ち、第２の偏光子５８と、４５度固定ファラデー回転子６０と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子５０と、第１の４５度固定ファラデー回転子５２と、第１の偏光子５４を、この順で一列に配設し、第２の偏光子５８の側に２つのポートを、反対端の第１の偏光子５４の側に１つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置する。第２の偏光子側の下段側のポートを第１ポートＰ１、上段側のポートを第３ポートＰ３とし、第１の偏光子側の１つのポートを第２ポートＰ２とする。
【００５０】
下段の第１ポートＰ１から入力する光（偏波面がｙ方向から＋４５度傾いている直線偏光）は、第２の偏光子５８を通過し、４５度固定ファラデー回転子５２によって偏波面が＋４５度回転して、ｘ軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、光路制御用複屈折素子５０に対しては常光となるため光路シフトせずに第２ポートＰ２へ向かう。第２ポートＰ２から出て光路制御用複屈折素子５０の上段から図面左手方向に出射する光（ｙ軸に平行な直線偏光）は、４５度固定ファラデー回転子５２によって偏波面が＋４５度回転し、ｙ方向から４５度傾いている直線偏光となるため、第２の偏光子５８を通過し第３ポートＰ３に結合する。従って、第１の偏光子５４及び第２の偏光子５８によって、高アイソレーション機能が付与されることになる。
【００５１】
図１１に示す実施例では、２つのポート位置と光路制御用複屈折素子との間に第２の偏光子と１／２波長板と第２の４５度固定ファラデー回転子を挿入する。即ち、第２の偏光子５８と、１／２波長板６２と、４５度固定ファラデー回転子６０と、入力光の偏波方向に応じて光路シフトを制御する平行平面構造の光路制御用複屈折素子５０と、第１の４５度固定ファラデー回転子５２と、第１の偏光子５４を、この順で一列に配設し、第２の偏光子５８の側に２つのポートを、反対端の第１の偏光子５４の側に１つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置する。第２の偏光子側の下段側のポートを第１ポートＰ１、上段側のポートを第３ポートＰ３とし、第１の偏光子側の１つのポートを第２ポートＰ２とする。１／２波長板６２は、光学軸がｙ方向から＋２２．５度傾くように設置されている。１／２波長板は、入力光の偏波面をその光学軸に対して対称な方向に変換する性質を備えており、ここではそれを利用して偏波面を所定の向きに変化させている。
【００５２】
下段の第１ポートＰ１から入力するｙ軸に平行な直線偏光は、第２の偏光子５８を通過し、１／２波長板６２で偏波面がｙ方向に対して＋４５度傾いた状態となり、４５度固定ファラデー回転子５２によって偏波面が更に＋４５度回転してｘ軸に平行な直線偏光となる。従って、光路制御用複屈折素子５０に対しては常光として入力し、第２ポートＰ２へ向かう。第２ポートＰ２から出て光路制御用複屈折素子５０の上段から図面左手方向に出射する光（ｙ軸に平行な直線偏光）は、４５度固定ファラデー回転子５２によって偏波面が＋４５度回転し、１／２波長板６２によって偏波面がｙ軸に平行に戻る。つまり、ｙ軸に平行な直線偏光となるため第２の偏光子５８を通過し、第３ポートＰ３に結合する。従って、第１の偏光子５４及び第２の偏光子５８によって、高アイソレーション機能が付与されることになる。またこの構成では、第１ポートＰ１及び第３ポートＰ３では偏波面が１直線上に乗るために直線偏波保持ファイバの配置が容易となる。
【００５３】
図１２に示す構造は、図９に示す光スイッチの変形例である。光路制御用複屈折素子５０と４５度固定ファラデー回転子５２との間に均質凸レンズ６６を挿入している。ここでは第１ポート及び第３ポート側に２芯フェルール６８を使用している。凸レンズは厳密には１：１では結像しない。しかし、光ファイバ側がコア端部を拡径したような形状のように（ＴＥＣファイバ）ある程度大きなスポット径でもよければ、このような構成も可能である。均質凸レンズに代えて屈折率分布型ロッドレンズを用いれば、１：１で結像するので、コア端部に特に細工を施さなくてもよい。
【００５４】
図１３に示す構造は図１０に示す光サーキュレータの変形例であり、図１４に示す構造は図１１に示す光サーキュレータの変形例である。いずれも光路制御用複屈折素子５０と４５度固定ファラデー回転子５２との間に均質凸レンズ６６を挿入している。これらでも片側に２芯フェルール６８を使用している。
【００５５】
図１５は偏波依存型光サーキュレータの更に他の実施例を示している。これは反射型光サーキュレータの例であり、偏光子７０と、第１の４５度固定ファラデー回転子７２と、入力光の偏波方向に応じて光路をシフトする平行平面構造の光路制御用複屈折素子７４と、第２の４５度固定ファラデー回転子７６と、ミラー７８を、この順で一列に配設し、偏光子側に３つのポートを設定して、各ポート位置にそれぞれ直線偏波保持ファイバを配置する。下段のポートを第１ポートＰ１、中段のポートを第２ポートＰ２、上段のポートを第３ポートＰ３とする。図示のように往路光の通過方向をｚ方向、それに直交する２方向をｘ方向とｙ方向とし、ファラデー回転方向については反時計回りを＋側とする。
【００５６】
下段の第１ポートＰ１からの入力光（偏波面がｙ方向から＋４５度傾いている直線偏光）は、偏光子７０を通過し、第１の４５度固定ファラデー回転子７２により偏波面が＋４５度回転してｘ軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、光路制御用複屈折素子７４に対しては常光となるので該光路制御用複屈折素子７４をそのまま通過する。そして第２の４５度固定ファラデー回転子７６で偏波面が＋４５度回転し、ミラー７８で反射する。反射光は、第２の４５度固定ファラデー回転子７６で偏波面が更に＋４５度回転し、ｙ軸に平行な直線偏光となる。つまり、４５度固定ファラデー回転子７６とミラー７８からなる偏波９０度回転反射手段によって、直線偏光は往復で偏波面が９０度回転するのである。ｙ軸に平行な直線偏光は、光路制御用複屈折素子７４に対しては異常光となるので光路制御用複屈折素子７４で＋ｙ方向に屈折して中段に光路シフトし、第１の４５度固定ファラデー回転子７２により偏波面が＋４５度回転してｙ方向から＋４５度傾いた直線偏光となり、偏光子７０を通過して第２ポートＰ２に結合する。
【００５７】
同様に、中段の第２ポートＰ２からの入力光（偏波面がｙ方向から＋４５度傾いている直線偏光）は、偏光子７０を通過し、第１の４５度固定ファラデー回転子７２により偏波面が＋４５度回転してｘ軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、光路制御用複屈折素子７４に対しては常光となるので該光路制御用複屈折素子７４をそのまま通過する。そして第２の４５度固定ファラデー回転子７６で偏波面が＋４５度回転し、ミラー７８で反射する。反射光は、第２の４５度固定ファラデー回転子７６で偏波面が更に＋４５度回転し、ｙ軸に平行な直線偏光となる。ｙ軸に平行な直線偏光は、光路制御用複屈折素子７４に対しては異常光となるので光路制御用複屈折素子７４で＋ｙ方向に屈折して上段へと光路シフトし、第１の４５度固定ファラデー回転子７２により偏波面が＋４５度回転してｙ方向から＋４５度傾いた直線偏光となり、偏光子７０を通過して上段の第３ポートＰ３に結合する。
【００５８】
このようにして、第１ポートＰ１からの直線偏光は第２ポートＰ２に結合し、第２ポートＰ２からの直線偏光は第３ポートＰ３に結合するという結合関係を有する非循環型の３ポート光サーキュレータ機能が実現できる。このことから、ポート数を増やせば４ポート以上の非循環型光サーキュレータ機能が実現できることが分かる。このような反射型では、偏光子７０は一つであるが、往路光と復路光が通過するため実質２段形式となり、高アイソレーション機能が付与されることになる。また、このような反射型では、片側に３つのポートが設定されることになるため、ファイバアレイやレンズアレイを効果的に利用することができる。
【００５９】
なお、上記の実施例では偏波９０度回転反射手段を４５度固定ファラデー回転子７６とミラー７８の組み合わせで構成しているが、４５度固定ファラデー回転子に代えて１／４波長板を用いてもよく、その方が構造は簡素化され小型化できる。その場合、往路光は１／４波長板によって直線偏光が円偏光となり、ミラーで反射し、反射光（復路光）は１／４波長板によって円偏光が直線偏光に戻る。しかし、復路光の偏波面は往路光の偏波面に対して直交する（９０度回転した）関係となるから、上記実施例と同じこととなる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は上記のように、基本的には偏光子、ファラデー回転子、光路制御用複屈折素子を組み合わせた光デバイスであり、高価な複屈折結晶は１個でよく、安価な薄型の偏光子を使用し、その他の光学素子数も最小限で機能するように構成しているため、小型化とコストダウンを図ることができる。
【００６１】
また本発明によれば、両端に偏光子を配置することで、安価でありながら高クロストーク機能を付与した光スイッチ、あるいは高アイソレーション機能を付与した光サーキュレータが得られる。
【００６２】
更に本発明によれば、一端にミラーを配置し反射型とすることで、光学素子点数の削減と小型化を図りつつ、安価でありながら高クロストーク機能を付与した光スイッチ、あるいは高アイソレーション機能を付与した光サーキュレータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏波依存型光スイッチの１×２型の基本実施例を示す説明図。
【図２】本発明に係る偏波依存型光スイッチの２×１型の基本実施例を示す説明図。
【図３】本発明に係る偏波依存型光スイッチの１×２型の他の実施例を示す説明図。
【図４】本発明に係る偏波依存型光スイッチの他の実施例を示す説明図。
【図５】本発明に係る偏波依存型光スイッチの他の実施例を示す説明図。
【図６】本発明に係る偏波依存型光スイッチの他の実施例を示す説明図。
【図７】本発明に係る偏波依存型光スイッチの他の実施例を示す説明図。
【図８】本発明に係る偏波依存型光スイッチの反射型の一実施例を示す説明図。
【図９】本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの基本実施例を示す説明図。
【図１０】本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの他の実施例を示す説明図。
【図１１】本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの他の実施例を示す説明図。
【図１２】本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの他の実施例を示す説明図。
【図１３】本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの他の実施例を示す説明図。
【図１４】本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの他の実施例を示す説明図。
【図１５】本発明に係る偏波依存型光サーキュレータの反射型の一実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１０  偏光子
１２  ±４５度可変ファラデー回転子
１４  光路制御用複屈折素子
１６  直線偏波保持ファイバ
【図１】
2004271754.tif 000003
【図２】
2004271754.tif 000004
【図３】
2004271754.tif 000005
【図４】
2004271754.tif 000006
【図５】
2004271754.tif 000007
【図６】
2004271754.tif 000008
【図７】
2004271754.tif 000009
【図８】
2004271754.tif 000010
【図９】
2004271754.tif 000011
【図１０】
2004271754.tif 000012
【図１１】
2004271754.tif 000013
【図１２】
2004271754.tif 000014
【図１３】
2004271754.tif 000015
【図１４】
2004271754.tif 000016
【図１５】
2004271754.tif 000017