(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する偏波分離合成用複屈折手段と、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換すると共に偏波方向を制御する偏波回転制御手段と、偏波方向に応じて光路シフトを制御する光路制御用複屈折手段と、偏波面を往復で９０度回転させて反射する偏波回転反射手段とが、その順序で光軸に沿って配列され、
前記偏波回転反射手段は、偏波面を往復で９０度回転させる偏波回転子とプリズム・ミラー一体型の反射構造体との組み合わせであって、該反射構造体は、両最側部の光路の光を２回反射により戻すプリズムと両最側部以外の光路の光を１回反射により戻す平行平面ミラーとが一体に結合されてプリズムを経る反射光路とミラーによる反射光路との光路長差を補正する構造であり、
偏波回転反射手段とは反対側に位置する入出力部には４ポート以上が配列され、
前記偏波回転制御手段は、±４５度可変ファラデー回転子と一対の１／２波長板の組み合わせからなり、±４５度可変ファラデー回転子によって偏波方向を切り換えることで光スイッチ機能を呈するようにしたことを特徴とする反射型光デバイス。
【請求項２】
偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する偏波分離合成用複屈折手段と、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換すると共に偏波方向を制御する偏波回転制御手段と、偏波方向に応じて光路シフトを制御する光路制御用複屈折手段と、偏波面を往復で９０度回転させて反射する偏波回転反射手段とが、その順序で光軸に沿って配列され、
前記偏波回転反射手段は、偏波面を往復で９０度回転させる偏波回転子とプリズム・ミラー一体型の反射構造体との組み合わせであって、該反射構造体は、両最側部の光路の光を２回反射により戻すプリズムと両最側部以外の光路の光を１回反射により戻す平行平面ミラーとが一体に結合されてプリズムを経る反射光路とミラーによる反射光路との光路長差を補正する構造であり、
偏波回転反射手段とは反対側に位置する入出力部には４ポート以上が配列され、
前記偏波回転制御手段は、４５度固定ファラデー回転子と一対の１／２波長板の組み合わせからなり、４５度固定ファラデー回転子によって偏波方向が変わることで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反射型光デバイス。
【請求項３】
プリズム・ミラー一体型の反射構造体は、両最側部の光路の光を２回反射により戻す台形プリズムと、一端面に反射膜を形成して両最側部以外の光路の光を１回反射により戻す直方体ブロックとを一体に結合した構造である請求項１又は２記載の反射型光デバイス。
【請求項４】
偏波分離合成用複屈折手段は、偏波分離合成用複屈折結晶を２分割し、それらの間に１／２波長板を挿入して常光・異常光を入れ換えることにより偏波分散を補償した構造である請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型光デバイス。
【請求項５】
偏波面を往復で９０度回転させる偏波回転子は、一方の最側部の光路に挿入された１／２波長板と、両最側部を除く光路に挿入された１／４波長板からなる請求項１乃至４のいずれかに記載の反射型光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファラデー回転子を用いて偏光方向を制御すると共に複屈折手段を用いて光路シフトを制御する反射型の光デバイスに関し、±４５度可変ファラデー回転子によって光スイッチ機能を実現したり、あるいは４５度固定ファラデー回転子によって光サーキュレータ機能を実現する反射型光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、出力ポートの選択された任意の一つ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）が最も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ポートへ出力し、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。
【０００３】
光通信用の光デバイスとしては、特に偏波無依存であること、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肝要である。そのような要求を満たしうるものとして、例えば偏波面に応じて光路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素子を組み合わせ配列した光素子群によって必要な光機能部を実現する構成がある。
【０００４】
この種の光デバイスでは、かつては光素子群の一端側から光が入力し、光素子群を一方向に進行して他端側から出力する構造（言わば透過型）が一般的であった。しかし近年、光デバイスの小型化などの観点から、配列されている光素子群とミラー（反射手段）を組み合わせ、一端側から入力する光が光素子群を進行してミラーに達し、該ミラーで反射した光が光素子群を逆行して一端側から出力するようにし、光が光素子群を往復する間、光路の切り換えや制御を行う反射型の光デバイスが開発されている。例えば、特許文献１には、複屈折結晶、４５度ファラデー回転子、１／２波長板、複屈折結晶を一列に配列し、更にその列の一端に入出力部を設け、他端に偏波回転素子と反射体を配置した反射型光サーキュレータが開示されている。
【０００５】
このような反射型の光デバイスは、光が光素子群を往復する間に必要な機能をもたせることができるため、部品点数を削減でき、光軸方向の長さを大幅に短縮できる利点を有する。しかし、従来の反射型光デバイスは機能面で制約があり用途が限られている。
【０００６】
前記特許文献１で開示されている構成の反射型光サーキュレータは、確かにサーキュレータ機能を呈するものの不完全な循環型である。例えば３ポート型の場合、第１ポートからの入力光は第２ポートに出力し、第２ポートからの入力光は第３ポートに出力するが、第３ポートからの入力光は第１ポートには出力できない。また、４ポート以上の形式の場合でも、最終ポートからの入力光は第１ポートには出力できない。
【０００７】
上記の反射型光サーキュレータの構造を利用し、ファラデー回転子を固定磁界印加方式から可変磁界印加方式に置き換えて±４５度可変ファラデー回転子にすると、スイッチ機能が得られる。しかし、１×２型（１入力・２出力）又は２×１型（２入力・１出力）であり、２×２型（２入力・２出力）は得られない。
【０００８】
このような問題を解決できるものとして、本発明者らは別の構造の反射型光デバイスを提案した（特許文献２参照）。しかし、この構造は、光路長差の補正が難しかったり、ミラーの形状が複雑化するなど、改良すべき点もあった。
【特許文献１】特開２０００−３９５９０号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、部品点数を少なくでき小型化できる反射型の特徴を生かしつつ、光路長差の補正が容易となり、反射部材の形状も単純化でき、それによって高品位化の光デバイスを安価に容易に製作できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する偏波分離合成用複屈折手段と、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換すると共に偏波方向を制御する偏波回転制御手段と、偏波方向に応じて光路シフトを制御する光路制御用複屈折手段と、偏波面を往復で９０度回転させて反射する偏波回転反射手段とが、その順序で光軸に沿って配列され、前記偏波回転反射手段は、偏波面を往復で９０度回転させる偏波回転子とプリズム・ミラー一体型の反射構造体との組み合わせであって、該反射構造体は、両最側部の光路の光を２回反射により戻すプリズムと両最側部以外の光路の光を１回反射により戻す平行平面ミラーとが一体に結合されてプリズムを経る反射光路とミラーによる反射光路との光路長差を補正する構造であり、偏波回転反射手段とは反対側に位置する入出力部には４ポート以上が配列され、前記偏波回転制御手段は、±４５度可変ファラデー回転子と一対の１／２波長板の組み合わせからなり、±４５度可変ファラデー回転子によって偏波方向を切り換えることで光スイッチ機能を呈するようにしたことを特徴とする反射型光デバイスである。
【００１１】
また本発明は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する偏波分離合成用複屈折手段と、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換すると共に偏波方向を制御する偏波回転制御手段と、偏波方向に応じて光路シフトを制御する光路制御用複屈折手段と、偏波面を往復で９０度回転させて反射する偏波回転反射手段とが、その順序で光軸に沿って配列され、前記偏波回転反射手段は、偏波面を往復で９０度回転させる偏波回転子とプリズム・ミラー一体型の反射構造体との組み合わせであって、該反射構造体は、両最側部の光路の光を２回反射により戻すプリズムと両最側部以外の光路の光を１回反射により戻す平行平面ミラーとが一体に結合されてプリズムを経る反射光路とミラーによる反射光路との光路長差を補正する構造であり、偏波回転反射手段とは反対側に位置する入出力部には４ポート以上が配列され、前記偏波回転制御手段は、４５度固定ファラデー回転子と一対の１／２波長板の組み合わせからなり、４５度固定ファラデー回転子によって偏波方向が変わることで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反射型光デバイスである。
【００１２】
プリズム・ミラー一体型の反射構造体は、例えば、両最側部の光路の光を２回反射により戻す台形プリズムと、一端面に反射膜を形成して両最側部以外の光路の光を１回反射により戻す直方体（立方体も含む）ブロックとを一体に結合した構造などとする。台形プリズムに代えて２個の三角プリズムを組み合わせる構造なども可能である。
【００１３】
ここで、偏波分離合成用複屈折手段は、偏波分離合成用複屈折結晶を２分割し、それらの間に１／２波長板を挿入して常光・異常光を入れ換えることにより偏波分散を補償した構造とすることができる。
【００１４】
偏波面を往復で９０度回転させる偏波回転子は、例えば、一方の最側部の光路に挿入された１／２波長板と、両方の最側部を除く光路に挿入された１／４波長板からなる構造とする。従って、他方の最側部の光路には波長板は挿入されていない。
【００１５】
なお、偏波回転反射手段とは反対側に位置する入出力部は、４本以上の光ファイバを有する多芯フェルールと結合用レンズを配列した構成とする。更に必要に応じて光路補正用素子等を組み込むこともできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上記のように構成した反射型光デバイスであり、光軸に沿って往復する光路を利用しているため、入出力部が両端に存在する透過型と異なり、部品点数を少なくでき安価に作製できるし小型化できる。また、組み込む反射構造体は、構造を単純化でき、光路長差の補正が容易となり、そのため高品位化の光デバイスを安価に容易に製作できる。更に、光ファイバが一方向のみに設けられるために、デバイスの取り扱いが容易となる利点もある。
【００１７】
本発明によれば、反射型光スイッチの場合には、２×２型（２入力・２出力）が実現できる。磁気光学方式であり可動部を持たないために、動作の信頼性は極めて高い。また反射型光サーキュレータの場合には、ｎポート完全循環型が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る反射型光デバイスの典型的な光素子配列構造を示している。光デバイス本体は、偏波分離合成用複屈折手段１０と、偏波回転制御手段１２と、光路制御用複屈折手段１４と、偏波回転反射手段１６とを、その順序で光軸に沿って配列した構成である。光デバイス本体に対向して入出力部１８を配置する。光は光軸に平行に入出射する。なお、説明を分かり易くするため、光素子の配列方向（光軸）をｚ軸とし、該ｚ軸に直交する２軸をそれぞれｘ軸（横軸）、ｙ軸（縦軸）とするように座標軸を設定する。ここでは、光路はｙ軸方向（上下方向）に配列されており、便宜的にｚ軸方向を見て上側から順に、第１光路、第２光路、…と呼ぶ。
【００１９】
入出力部１８は、４本以上の光ファイバ２０を有する多芯フェルール２１及びレンズアレイなどの結合用レンズ２２からなる。図示していないが、更に必要がある場合には光路補正用素子などを設けることもある。なお、図１では４本の光ファイバを示している。
【００２０】
偏波分離合成用複屈折手段１０は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を常光・異常光に分離し異なる光路の常光・異常光を合成するもので、光学軸がｘｚ面内でｚ軸から傾いている第１の複屈折結晶２４と光学軸がｘｚ面内でｚ軸から逆方向に傾いている第２の複屈折結晶２６、及びそれらの間に介装された１／２波長板２８からなる。この組み合わせは、第１の複屈折結晶２４で生じる偏波分散を第２の複屈折結晶２６で補償するためのものであり、１／２波長板２８によって常光・異常光を入れ替えることで光路長を補正している。
【００２１】
偏波回転制御手段１２は、異なる光路の光の偏波方向を直交から平行又は平行から直交の関係に変換するものであり、ファラデー回転子３０と左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂの組み合わせからなる。ここでファラデー回転子３０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磁界印加手段からなる。光スイッチとして機能させる場合には、ファラデー回転子は±４５度可変ファラデー回転子であり、磁界印加手段には電磁石を用い、該電磁石への通電電流の向きを切り換えることで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とする。光サーキュレータとして機能させる場合には、ファラデー回転子は４５度固定ファラデー回転子であり、磁界印加手段には固定磁界を印加する永久磁石を用いる。左側の１／２波長板３２ａは光学軸がｘｚ面内でｚ軸に対して＋２２．５度傾き、右側の１／２波長板３２ｂは光学軸がｘｚ面内でｚ軸に対して−２２．５度傾くように組み合わせたものである。
【００２２】
光路制御用複屈折手段１４は単一の複屈折結晶からなり、光学軸がｙｚ面内でｚ軸から傾いているものである。
【００２３】
偏波回転反射手段１６は、偏波面を往復で９０度回転させる偏波回転子３４とプリズム・ミラー一体型の反射構造体３６との組み合わせからなる。偏波回転子３４は、第１光路（一方の最側部）に挿入される１／２波長板４０と、第１光路及び第ｎ光路（ｎは最後の光路であり、図１では第４光路である）を除く中間光路に挿入される１／４波長板４２との組み合わせからなる。プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６は、第１光路と第ｎ光路の光（両方の最側部を通る光）を２回反射により光路を変えて戻すプリズム４４と、第１光路と第ｎ光路以外の中間光路の光を１回反射により元の光路のまま戻す平行平面ミラー４６とが一体に結合されて、プリズム４４を経る反射光路と平行平面ミラー４６による反射光路との光路長差を補正する構造である。プリズム４４を経る反射光路が最も長い光路長であるため、この光路長に合わせた位置に平行平面ミラー４６の反射面４８を置くことで、光路長差を補正しているのである。このように一体型とすることで、製造し易く、取り扱い易くなる。
【００２４】
プリズム・ミラー一体型の反射構造体の例を図２に示す。（Ａ）に示す例は、両方の最側部の光路の光を２回反射により光路を変えて戻す台形プリズム５０と、一端面に反射膜４８を形成して両方の最側部以外の光路の光を１回反射により光路を変えずに戻す直方体ブロック５４とを一体に結合した構造である。台形プリズム５０は、４５度の傾斜面を持ち、その平行平面の短辺側に透明の直方体ブロック５４を接合し、接合面と反対側の面が反射面４８となっている。反射面４８は、例えば金属膜でもよいし誘電体多層膜などでもよい。一方の最側部の光路を通った光は、台形プリズム５０の一方の傾斜面で全反射して９０度曲がり、更に他方の傾斜面で再び全反射して９０度曲がり、他方の最側部の光路を通って戻る。（Ｂ）に示す例は、４５度の傾斜面を持つ２個の三角プリズム５６ａ，５６ｂを、一端面に反射膜４８を形成した透明の直方体ブロック５８の側面に対称的に接合した例である。両最側部の光路の光は、一方の三角プリズム５６ａで反射し、直方体ブロック５８を透過して、他方の三角プリズム５６ｂで反射し、合計２回の反射により異なる光路で戻される。
【実施例】
【００２５】
図３及び図４は、本発明に係る反射型光デバイスの一実施例を示す説明図であり、２×２型（２入力・２出力型）の光スイッチ機能を実現する場合の光素子配列状態（Ａ）と偏波面の方向（Ｂ）を示している。図３は、入力１（Ｉ1 ）から出力１（Ｏ1 ）へ、入力２（Ｉ2 ）から出力２（Ｏ2 ）へ光が伝搬する場合であり、図４は、磁界方向の切り換えによって、入力１から出力２へ、入力２から出力１へ光が伝搬する場合である。ここでは、入出力のポートは、第１光路の位置が出力１、第２光路の位置が入力１、第３光路の位置が出力２、第４光路の位置が入力２となるように、それぞれ設定している。また偏波の回転方向は、ｚ方向（往路における光の進行方向）を基準として反時計回りを＋側とする。なお、光素子の配列状態は、基本的に図１と同様なので、説明を簡略化するため、ファラデー回転子を除いて、対応する部材には同一符号を付す。入出力部は図示するのを省略している。ファラデー回転子としては、±４５度可変ファラデー回転子６０を用いる。
【００２６】
図３ではファラデー回転子の印加磁界方向がｚ方向を向くように、電磁石の通電電流が制御される。なお（Ｂ）の符号ａ，…，ｈは、（Ａ）の素子間位置ａ，…，ｈでの偏波面の方向を表している。
【００２７】
入力１から入力した第２光路の光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で常光・異常光に分離する。即ち、第１の複屈折結晶２４では常光は直進し異常光は−ｘ方向に屈折して進み、１／２波長板２８ではそれぞれの偏波面が９０度回転し、第２の複屈折結晶２６では常光と異常光が入れ替わることになり、常光は直進し異常光はｘ方向に屈折して進む。このように偏波分離合成用複屈折手段１０で偏波面が互いに直交する左右２つの光路の光に分かれる。それらの光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。即ち、±４５度可変ファラデー回転子６０では＋４５度偏波面が回転し、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は＋４５度、右光路の光は−４５度、それぞれ偏波面が回転するため、偏波面はｘ軸に平行に揃う。両光は、光路制御用複屈折手段１４を透過するが、その複屈折結晶に対しては常光であるので、そのまま直進する。次の偏波回転子３４では、１／４波長板４２の部分を通るため直線偏波が円偏波となり、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６の平行平面ミラー４６の部分でそのまま反射され戻される。
【００２８】
反射光は、偏波回転子３４の１／４波長板４２の部分を通るため円偏波が直線偏波に戻る。このときの偏波面はｙ軸に平行であり、光路制御用複屈折手段１４の複屈折結晶に対しては異常光となるので、ｙ方向に屈折し第１光路に光路シフトする。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が平行から直交の関係に変換される。即ち、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は−４５度、右光路の光は＋４５度、それぞれ回転し、±４５度可変ファラデー回転子６０では＋４５度偏波面が回転するため、左光路の光は偏波面がｙ軸に平行、右光路の光は偏波面がｘ軸に平行になる。これらの光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で合成される。即ち、第２の複屈折結晶２６では常光は直進し異常光は−ｘ方向に屈折して進み、１／２波長板２８ではそれぞれの偏波面が９０度回転し、第１の複屈折結晶２４では常光と異常光が入れ替わることになり、常光は直進し異常光はｘ方向に屈折して進む。このようにして偏波分離合成用複屈折手段１０で偏波面が互いに直交する１つの光に合成され、第１光路の出力１から出力する。
【００２９】
入力２から入力する第４光路の光は、入力１から入力した光と同様の挙動を示し、反射して第３光路の出力２から出力する。
【００３０】
図４ではファラデー回転子の印加磁界方向が−ｚ方向を向くように、電磁石の通電電流が切り換え制御される。なお（Ｂ）の符号ａ，…，ｈは、（Ａ）の素子間位置ａ，…，ｈでの偏波面の方向を表している。
【００３１】
入力１から入力した光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で常光・異常光に分離し、偏波面が互いに直交する左右２つの光路の光となる。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。今度は、±４５度可変ファラデー回転子６０では−４５度偏波面が回転し、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は＋４５度、右光路の光は−４５度、それぞれ回転するため、偏波面はｙ軸に平行に揃う。両光は、光路制御用複屈折手段１４を透過するが、その複屈折結晶に対しては異常光となるので、−ｙ方向に屈折し第３光路に光路シフトする。次の偏波回転子３４では、１／４波長板４２の部分を通るため直線偏波が円偏波となり、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６の平行平面ミラー４６の部分でそのまま反射され戻される。
【００３２】
反射光は、偏波回転子３４の１／４波長板４２の部分を通るため円偏波が直線偏波に戻る。このときの偏波面はｘ軸に平行であり、光路制御用複屈折手段１４の複屈折結晶に対しては常光となるので、そのまま直進する。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が平行から直交の関係に変換される。即ち、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は−４５度、右光路の光は＋４５度、それぞれ回転し、±４５度可変ファラデー回転子６０では−４５度偏波面が回転するため、左光路の光は偏波面がｙ軸に平行、右光路の光は偏波面がｘ軸に平行になる。これらの光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で合成され、偏波面が互いに直交する１つの光となって出力２から出力する。
【００３３】
入力２から入力した光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で常光・異常光に分離し、偏波面が互いに直交する左右２つの光に分かれる。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換され、偏波面はｙ軸に平行に揃う。両光は、光路制御用複屈折手段１４を透過するが、その複屈折結晶に対しては異常光となるので、−ｙ方向に屈折し第５光路に光路シフトする。次の偏波回転子３４はバイパスするため直線偏波のまま、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６のプリズム４４の部分で２回反射され、第１光路に光路を変えて戻る。
【００３４】
反射光は、偏波回転子３４の１／２波長板４０の部分を通るために偏波面が９０度回転し、ｘ軸に平行となる。これらの光は、光路制御用複屈折手段１４の複屈折結晶に対しては常光となるので、そのまま直進する。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が平行から直交の関係に変換され、左光路の光は偏波面がｙ軸に平行、右光路の光は偏波面がｘ軸に平行になる。これらの光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で合成され、偏波面が互いに直交する１つの光となって出力１から出力する。
【００３５】
このようにして、±４５度可変ファラデー回転子６０を用い、そのファラデー素子に磁界を印加する電磁石の通電電流の向きを切り換えることによって、２×２型の光スイッチが得られる。
【００３６】
図５は、本発明に係る反射型光デバイスの他の実施例を示す説明図であり、４ポート型の光サーキュレータ機能を実現する場合の光素子配列状態（Ａ）と偏波面の方向（Ｂ）を示している。ここで、第１光路の位置がポート１（Ｐ1 ）、第２光路の位置がポート２（Ｐ2 ）、…となるように設定する。ファラデー回転子は、４５度固定ファラデー回転子６２であり、ここでは永久磁石による固定磁界を−ｚ方向に印加している。
【００３７】
第１光路のポート１から入力した光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で常光・異常光に分離し、偏波面が互いに直交する左右２つの光路の光に分かれる。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。４５度固定ファラデー回転子では−４５度偏波面が回転し、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は＋４５度、右光路の光は−４５度、それぞれ回転するため、偏波面はｙ軸に平行に揃う。両光は、光路制御用複屈折手段１４を透過するが、その複屈折結晶に対しては異常光となるので、−ｙ方向に屈折し第２光路に光路シフトする。次の偏波回転子３４では、１／４波長板４２の部分を通るため直線偏波が円偏波となり、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６の平行平面ミラー４６の部分でそのまま反射され戻される。
【００３８】
反射光は、偏波回転子３４の１／４波長板４２の部分を通るため円偏波が直線偏波に戻る。このときの偏波面はｘ軸に平行であり、光路制御用複屈折手段１４の複屈折結晶に対しては常光となるので、そのまま直進する。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が平行から直交の関係に変換される。即ち、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は−４５度、右光路の光は＋４５度、それぞれ回転し、４５度固定ファラデー回転子では−４５度偏波面が回転するため、左光路の光は偏波面がｙ軸に平行、右光路の光は偏波面がｘ軸に平行になる。これらの光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で合成され、偏波面が互いに直交する１つの光となって第２光路のポート２から出力する。
【００３９】
以下、同様にして、ポート２からの入力光はポート３から、ポート３からの入力光はポート４から出力する。
【００４０】
第４光路のポート４から入力した光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で常光・異常光に分離し、偏波面が互いに直交する左右２つの光に分かれる。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。４５度固定ファラデー回転子では−４５度偏波面が回転し、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は＋４５度、右光路の光は−４５度、それぞれ回転するため、偏波面はｙ軸に平行に揃う。両光は、光路制御用複屈折手段１４を透過するが、その複屈折結晶に対しては異常光となるので、−ｙ方向に屈折し第５光路に光路シフトする。これらの光は、次の偏波回転子３４をバイパスするため直線偏波のまま、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６のプリズム４４の部分で２回反射され、第１光路に光路を変えて戻る。
【００４１】
反射光は、偏波回転子３４の１／２波長板４０の部分を通るために偏波面が９０度回転し、ｘ軸に平行となる。これらの光は、光路制御用複屈折手段１４の複屈折結晶に対しては常光となるので、そのまま直進する。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が平行から直交の関係に変換され、左光路の光は偏波面がｙ軸に平行、右光路の光は偏波面がｘ軸に平行になる。これらの光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で合成され、偏波面が互いに直交する１つの光となって第１光路のポート１から出力する。
【００４２】
このようにして、ポート１→ポート２、ポート２→ポート３、ポート３→ポート４、ポート４→ポート１という完全循環型の光サーキュレータが実現できる。
【００４３】
図６は、本発明に係る反射型光デバイスの更に他の実施例を示す説明図であり、ｎポート型の光サーキュレータ機能を実現する場合の光素子配列状態（Ａ）と偏波面の方向（Ｂ）を示している。ここでも、第１光路の位置がポート１、第２光路の位置がポート２、…となるように設定する。ファラデー回転子は、４５度固定ファラデー回転子６２であり、永久磁石による固定磁界を−ｚ方向に印加している。偏波回転子３４は、第１光路に１／２波長板４０が挿入され、第２光路から第ｎ光路に１／４波長板４２が挿入されている構造であり、第ｎ＋１光路には波長板は挿入されていない。プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６は、第１光路及び第ｎ＋１光路の光がプリズム４４の部分で２回反射され、第２光路から第ｎ光路の光は平行平面ミラー４８の部分で反射される構成である。
【００４４】
第１光路のポート１から入力した光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で常光・異常光に分離し、偏波面が互いに直交する左右２つの光に分かれる。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。４５度固定ファラデー回転子６２では−４５度偏波面が回転し、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３３ｂでは、左光路の光は＋４５度、右光路の光は−４５度、それぞれ回転するため、偏波面はｙ軸に平行に揃う。両光は、光路制御用複屈折手段１４を透過するが、その複屈折結晶に対しては異常光となるので、−ｙ方向に屈折し第２光路に光路シフトする。次の偏波回転子３４では、１／４波長板４２の部分を通るため直線偏波が円偏波となり、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６の平行平面ミラー４６の部分でそのまま反射される。
【００４５】
反射光は、偏波回転子３４の１／４波長板４２の部分を通るため円偏波が直線偏波に戻る。このときの偏波面はｘ軸に平行であり、光路制御用複屈折手段１４の複屈折結晶に対しては常光となるので、そのまま直進する。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が平行から直交の関係に変換される。即ち、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は−４５度、右光路の光は＋４５度、それぞれ回転し、４５度固定ファラデー回転子６２では−４５度偏波面が回転するため、左光路の光は偏波面がｙ軸に平行、右光路の光は偏波面がｘ軸に平行になる。これらの光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で合成され、偏波面が互いに直交する１つの光となって第２光路のポート２から出力する。
【００４６】
以下、同様にして、ポート２からの入力光はポート３から、ポート３からの入力光はポート４から、…、ポートｎ−１からの入力光はポートｎから出力する。
【００４７】
第ｎ光路のポートｎから入力した光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で常光・異常光に分離し、偏波面が互いに直交する左右２つの光に分かれる。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が直交から平行の関係に変換される。４５度固定ファラデー回転子６２では−４５度偏波面が回転し、左右分割されている一対の１／２波長板３２ａ，３２ｂでは、左光路の光は＋４５度、右光路の光は−４５度、それぞれ回転するため、偏波面はｙ軸に平行に揃う。両光は、光路制御用複屈折手段１４を透過するが、その複屈折結晶に対しては異常光となるので、−ｙ方向に屈折し第ｎ＋１光路に光路シフトする。これらの光は、次の偏波回転子３４をバイパスするため直線偏波のまま、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６のプリズム４４の部分で２回反射され、第１光路に光路を変えて戻る。
【００４８】
反射光は、偏波回転子３４の１／２波長板４０の部分を通るために偏波面が９０度回転し、ｘ軸に平行となる。これらの光は、光路制御用複屈折手段１４の複屈折結晶に対しては常光となるので、そのまま直進する。両光は、偏波回転制御手段１２で、偏波方向が平行から直交の関係に変換され、左光路の光は偏波面がｙ軸に平行、右光路の光は偏波面がｘ軸に平行になる。これらの光は、偏波分離合成用複屈折手段１０で合成され、偏波面が互いに直交する１つの光となってポート１から出力する。
【００４９】
このようにして、ポート１→ポート２、ポート２→ポート３、…、ポートｎ→ポート１というｎポート完全循環型の光サーキュレータが実現できる。このようなｎポート型の光サーキュレータでは、ポートｎ→ポート１の結合光路長が最も長くなる。この結合光路長を補正するには、プリズム・ミラー一体型の反射構造体３６のｙ方向寸法及びｚ方向寸法の調整が必要となる。その他の光素子については、ｙ方向寸法の調整のみで対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る反射型光デバイスの典型的な構成例を示す説明図。
【図２】プリズム・ミラー一体型の反射構造体の例を示す説明図。
【図３】本発明に係る反射型光デバイスの一実施例であり、光スイッチ機能を呈する素子配列状態と一つの方向に電磁石磁界を印加した場合の偏波面方向の説明図。
【図４】本発明に係る反射型光デバイスの一実施例であり、光スイッチ機能を呈する素子配列状態と他の方向に電磁石磁界を印加した場合の偏波面方向の説明図。
【図５】本発明に係る反射型光デバイスの他の実施例であり、光サーキュレータ機能を呈する素子配列状態と偏波面方向の説明図。
【図６】本発明に係る反射型光デバイスの更に他の実施例であり、光サーキュレータ機能を呈する素子配列状態と偏波面方向の説明図。
【符号の説明】
【００５１】
１０  偏波分離合成用複屈折手段
１２  偏波回転制御手段
１４  光路制御用複屈折手段
１６  偏波回転反射手段
１８  入出力部
２０  光ファイバ
２１  多芯フェルール
２２  結合用レンズ
２４  第１の複屈折結晶
２６  第２の複屈折結晶
２８  １／２波長板
３０  ファラデー回転子
３２ａ，３２ｂ  １／２波長板
３４  偏波回転子
３６  プリズム・ミラー一体型の反射構造体
４０  １／２波長板
４２  １／４波長板
４４  プリズム
４６  平行平面ミラー
４８  反射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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