(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第３のポートを有する光デバイスであって、
上記第１乃至第３のポートにそれぞれ光学的に接続される第１乃至第３の光結合ユニットと、
１／４波長板とミラーを備え、入力ビームに対して９０°の偏波面回転を与える反射ユニットと、
上記第１乃至第３の光結合ユニット及び上記反射ユニットを透過及び反射により光学的に接続するための偏波分離膜を有する主偏波ビームスプリッタとを備え、
上記第１乃至第３の光結合ユニットの各々は、
当該のポートを第１の偏波面を有する第１の偏波ビームと上記第１の偏波面に対して垂直な第２の偏波面を有する第２の偏波ビームとに分離するとともに上記第１の偏波ビームと上記第２の偏波ビームとを結合するための副偏波ビームスプリッタと、
上記第１の光結合ユニットから上記第２の光結合ユニットに向かう方向及び上記第３の光結合ユニットから上記反射ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上記偏波分離膜を透過し、上記第２の光結合ユニットから上記第３の光結合ユニットに向かう方向及び上記反射ユニットから上記第１の光結合ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上記偏波分離膜で反射するように、上記第１及び第２の偏波ビームの一方を偏波変換する手段とを備え、
上記主偏波ビームスプリッタと上記反射ユニットとの間に設けられる複屈折平板を更に備えた光デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記第１乃至第３のポートの各々は、端面を有する光ファイバと、該端面に対向して設けられるレンズとを備えている光デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記副偏波ビームスプリッタの各々は、偏波分離膜と、該偏波分離膜を挟んで保持するための三角柱プリズム及び平行四辺形柱プリズムとを備えている光デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記副偏波ビームスプリッタは複屈折板からなる光デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記偏波変換する手段は、それぞれ４５°のファラデー回転角を有する一対の磁気光学結晶と、該磁気光学結晶のそれぞれに対向して設けられる一対の１／２波長板とを備え、
該一対の１／２波長板は互いに４５°の角度をなす光学軸を有している光デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記第１及び第２の偏波ビームは互いに平行である光デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記主偏波ビームスプリッタは、上記偏波分離膜を挟んで保持するための一対の三角柱プリズムを更に有している光デバイス。
【請求項８】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記主偏波ビームスプリッタは、上記偏波分離膜を挟んで保持するための三角柱プリズム及び平行四辺形柱プリズムを更に有しており、それにより上記第１及び第３のポートが同じ側に配置される光デバイス。
【請求項９】
請求項１記載の光デバイスであって、上記複屈折平板の厚さは、上記反射ユニットにより反射された光ビームが上記偏波分離膜を透過した場合に、上記第３の光結合ユニットに結合しない位置にビームをずらす厚さであることを特徴とする光デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記第１及び第２の光結合ユニットのいずれか一方と上記主偏波ビームスプリッタとの間に設けられる複屈折くさび板を更に備えた光デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載の光デバイスであって、
上記第１乃至第３のポートの少なくともいずれか１つに光学的に接続されるファイバグレーティングを更に備えている光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、光サーキュレータの機能を有する光デバイスに関し、更に詳しくは、新規な構成を有する３ポート光サーキュレータ及び該サーキュレータを備えた光アッド／ドロップ回路並びに新規な構成を有する４ポート光サーキュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の４ポート光サーキュレータは、例えば、“Ａ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ”，ＴＨＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＩＥＣＥ  ＯＦ  ＪＡＰＡＮ，ＶＯＬ．Ｅ６４，ＮＯ．１，ＪＡＮＵＡＲＹ  １９８１，ｐｐ３０−３１に記載されている。
【０００３】
図１を参照して、この４ポート光サーキュレータの構成及び動作を簡単に説明する。この光サーキュレータは、４つのポート１〜４を有している。ポート１〜４にそれぞれ対向して、三角柱プリズム６、四角柱プリズム８、四角柱プリズム１２及び三角柱プリズム１０が設けられている。
【０００４】
プリズム６，８，１０及び１２はルチル等の複屈折性結晶から構成される。プリズム６及び１０の形状は同じであり、プリズム８及び１２の形状も同じである。プリズム６及び１２は薄い空気の層を介して相互に固着されており、プリズム８及び１０も薄い空気の層を介して相互に固着されている。
【０００５】
プリズム６及び１２の組とプリズム８及び１０の組との間には、図示しない磁石によって磁界Ｈを印加されるＹＩＧ等の磁気光学結晶からなるファラデー回転子１４と、１／２波長板１６とがこの順に設けられている。
【０００６】
ファラデー回転子１４は、入力ビームに対して磁界Ｈに関して時計回りの方向に４５°の偏波面回転を与える。１／２波長板１６は入力ビームに対してその伝搬方向に関して反時計回りに４５°の偏波面回転を与える。
【０００７】
従って、ファラデー回転子１４及び１／２波長板１６の組は、図の左から右に向かう方向のビームには偏波面を回転を与えずに、図の右から左に向かうビームに９０°の偏波面回転を与える。
【０００８】
本願明細書においては、ポート１からポート２に向かう光路をパス（１，２）、ポート２からポート３に向かう光路をパス（２，３）、ポート３からポート４に向かう光路をパス（３，４）、ポート４からポート１に向かう光路をパス（４，１）と称し、これとは逆に、ポート２からポート１に向かう光路をパス（２，１）、ポート３からポート２に向かう光路をパス（３，２）、ポート４からポート３に向かう光路をパス（４，３）、ポート１からポート４に向かう光路をパス（１，４）と称することにする。
【０００９】
パス（１，２）、パス（２，３）、パス（３，４）及びパス（４，１）は順方向であり、順方向の各パスについては、損失が小さく且つ損失が偏波状態に依存しないことが要求される。
【００１０】
パス（２，１）、パス（３，２）、パス（４，３）及びパス（１，４）は逆方向であり、逆方向の各パスについては損失が十分に大きいことが要求される。
図１において、パス（１，２）及びパス（２，３）を説明する。
【００１１】
ポート１から供給されたビームは、プリズム６及び１２の接合面において、反射成分であるＳ偏波ビーム及び透過成分であるＰ偏波ビームに分離される。Ｓ偏波ビームはプリズム６、ファラデー回転子１４及び１／２波長板１６をこの順に通ってプリズム８に供給される。そのビームの偏波状態は変換されていないので、そのビームはプリズム８及び１０の接合面で反射されてポート２に供給される。
【００１２】
Ｐ偏波ビームはプリズム１２、ファラデー回転子１４及び１／２波長板１６をこの順に通ってプリズム１０に供給される。このビームも偏波状態が変換されていないので、プリズム１０及び８の接合面を透過してポート２から出力される。
【００１３】
ポート２に入力したビームは、プリズム８及び１０の接合面においてＳ偏波ビーム及びＰ偏波ビームに分離される。Ｓ偏波ビームはプリズム８，１／２波長板１６及びファラデー回転子１４をこの順に通ってプリズム６に供給される。そのビームには９０°の偏波面回転が与えられているので、そのビームはプリズム６及び１２の接合面を透過してポート３から出力される。
【００１４】
Ｐ偏波ビームはプリズム１０，１／２波長板１６及びファラデー回転子１４をこの順に通ってプリズム１２に供給される。そのビームにも９０°の偏波面回転が与えられているので、そのビームはプリズム１２及び６の接合面で反射してポート３から出力される。
【００１５】
他のパスについても同じように動作を理解することができるので、その説明は省略する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光サーキュレータとファイバグレーティングとを組み合わせてなる光アッド／ドロップ回路が提案されている。ファイバグレーティングは、特定の狭い帯域の光を反射させ、その帯域から外れた波長を有する光を透過させる。後述するように、実用的な光アッド／ドロップ回路は、３ポート光サーキュレータを有しているべきである。
【００１７】
例えば、図１の４ポート光サーキュレータを用いて３ポート光サーキュレータを提供しようとすると、ポート４について全反射処理すればよい。しかし、この場合、ポート３からポート１に向かう順方向の光路がパス（３，４）及びパス（４，１）を含むことになり、原理的には順方向の損失が２倍より大きくなる。また、ポート１からポート３に向かう逆方向の光路が全反射面（ポート４）を含むことにより、ポート３への入力ビームに基づく反射成分がポート３から出力して特性が悪くなる。
【００１８】
３ポート光サーキュレータとして、特開平４−２１６５２２号公報に記載されたものがある。しかし、この光サーキュレータは、比較的近くに配置される２つのファラデー回転子の偏波面回転方向を逆にする必要性から、製造が容易でないという問題を有している。
【００１９】
よって、本発明の目的は、順方向の損失が一律に小さく且つ逆方向の損失が一律に大きい光サーキュレータ（特に３ポート光サーキュレータ）の機能を有する光デバイスを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、反射成分の少ない光サーキュレータ（特に３ポート光サーキュレータ）の機能を有する光デバイスを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、製造が容易な光サーキュレータを提供することにある。
【００２１】
本発明によると、第１乃至第３のポートを有する光デバイスが供給される。
この光デバイスは、第１乃至第３のポートにそれぞれ光学的に接続される第１乃至第３の光結合ユニットと、１／４波長板とミラーを備え、入力ビームに対して９０°の偏波面回転を与える反射ユニットと、上記第１乃至第３の光結合ユニット及び上記反射ユニットを透過及び反射により光学的に接続するための偏波分離膜を有する主偏波ビームスプリッタとを備えている。上記第１乃至第３の光結合ユニットの各々は、当該のポートを第１の偏波面を有する第１の偏波ビームと上記第１の偏波面に対して垂直な第２の偏波面を有する第２の偏波ビームとに分離するとともに上記第１の偏波ビームと上記第２の偏波ビームとを結合するための副偏波ビームスプリッタと、上記第１の光結合ユニットから上記第２の光結合ユニットに向かう方向及び上記第３の光結合ユニットから上記反射ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上記偏波分離膜を透過し、上記第２の光結合ユニットから上記第３の光結合ユニットに向かう方向及び上記反射ユニットから上記第１の光結合ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上記偏波分離膜で反射するように、上記第１及び第２の偏波ビームの一方を偏波変換する手段とを備えてい、上記主偏波ビームスプリッタと上記反射ユニットとの間に設けられる複屈折平板を更に更に備えている。
【００２２】
本発明においては、第１ポートから第２ポートに向かう光路と第２ポートから第３ポートに向かう光路と第３ポートから第１ポートに向かう光路とでは、第３ポートから第１ポートに向かう光路だけが反射ユニットを含んでいるが、反射ユニットの損失は十分に小さくすることができるので、順方向の損失が一律に小さく且つ入力の偏波状態に依存しない３ポート光サーキュレータの提供が可能になる。反射ユニットは、例えば、１／４波長板とミラーとにより構成することができる。また、逆方向の各光路の損失は主偏波ビームスプリッタが各光路に共通であることから一律に大きい。
【００２３】
本発明の他の側面によると、第１乃至第４のポートを有する光デバイスであって、上記第１乃至第４のポートにそれぞれ光学的に接続される第１乃至第４の光結合ユニットと、上記第１乃至第４の光結合ユニットを透過及び反射により光学的に接続するための偏波分離膜を有する主偏波ビームスプリッタとを備え、上記第１乃至第４の光結合ユニットの各々は、当該のポートを第１の偏波面を有する第１の偏波ビームと上記第１の偏波面に対して垂直な第２の偏波面を有する第２の偏波ビームとに結合するための副偏波ビームスプリッタと、上記第１の光結合ユニットから上記第２の光結合ユニットに向かう方向及び上記第３の光結合ユニットから上記第４の光結合ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上記偏波分離膜を透過し、上記第２の光結合ユニットから上記第３の光結合ユニットに向かう方向及び上記第４の光結合ユニットから上記第１の光結合ユニットに向かう方向では上記第１及び第２の偏波ビームが上記偏波分離膜で反射するように、上記第１及び第２の偏波ビームの一方を偏波変換する手段とを備えている光デバイスが提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
図２は本発明による３ポート光サーキュレータの第１実施形態を示す部分断面図である。この光サーキュレータはポート１，２及び３を有している。ポート１，２及び３の各々は、励振端を有する光ファイバ１８と、光ファイバ１８の励振端に対向して設けられるレンズ２０とを有している。
【００２５】
光ファイバ１８はフェルール２２に挿入固定され、フェルール２２及びレンズ２０はスリーブ２４に挿入固定されている。スリーブ２４はフランジ２６を介してハウジング２８に固定されている。
【００２６】
この実施形態では、ハウジング２８は概略直方体形状をしており、ポート１，２及び３はハウジング２８の３つの壁面上の開口部にそれぞれ設定されている。ハウジング２８内には、ポート１，２及び３にそれぞれ光学的に接続される光結合ユニット３０（＃１，＃２及び＃３）と、入力ビームに対して９０°の偏波面回転を与える反射ユニット３２と、ユニット３０（＃１，＃２及び＃３）及び３２を透過及び反射により光学的に接続するための偏波分離膜３８を有する主偏波ビームスプリッタ４０とが設けられている。
【００２７】
この実施形態では、偏波分離膜３８は一対の三角柱プリズム（直角三角柱プリズム）４２及び４４の斜面間に挟まれて保持されている。また、反射ユニット３２は、ミラー３４と、ミラー３４及びプリズム４４間に設けられる１／４波長板３６とからなる。
【００２８】
光結合ユニット３０（＃１，＃２及び＃３）の各々は、副偏波ビームスプリッタ４６と偏波変換ユニット４８とを有している。副偏波ビームスプリッタ４６は、当該のポート１，２又は３を、第１の偏波面を有する第１の偏波ビーム（Ｐ偏波ビーム）と第１の偏波面に対して垂直な第２の偏波面を有する第２の偏波ビーム（Ｓ偏波ビーム）とに結合する。そのために、副偏波ビームスプリッタ４６は、偏波分離膜５０と、偏波分離膜を挟んで保持するための三角柱プリズム（直角三角柱プリズム）５２及び平行四辺形柱プリズム５４とを有している。
【００２９】
ここでは、第１及び第２の偏波ビームは各偏波分離膜５０の入射面に対して定義される。具体的には、第１の偏波面は紙面に平行であり、第２の偏波面は紙面に垂直である。また、平行四辺形柱プリズム５４が用いられていることから、第１及び第２の偏波ビームは互いに平行である。これにより、ユニット同士の光学的結合が容易である。
【００３０】
偏波変換ユニット４８の各々は、第１及び第２の偏波ビームに関連して２チャネルの偏波変換機能を有している。そのために、偏波変換ユニット４８の各々は、２つの磁気光学結晶５６と、磁気光学結晶５６の両方に同じ向きに磁界を印加するための永久磁石５８と、磁気光学結晶５６に対向してそれぞれ設けられる２つの１／２波長板６０とを有している。
【００３１】
磁気光学結晶５６としてはＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）を用いることができる。１／２波長板６０の光学軸の方向については後述する。
偏波変換ユニット４８の各チャネルは、１方向に伝搬するビームに対して９０°の偏波面回転を与えるが、他の方向に伝搬するビームには偏波面回転を与えないか或いは１８０°の偏波面回転を与える。
【００３２】
図示された例では、各磁気光学結晶５６と主偏波ビームスプリッタ４０との間に各１／２波長板６０が設けられているが、磁気光学結晶５６及び１／２波長板６０は主偏波ビームスプリッタ４０に対して逆の位置に配置されていてもよい。
【００３３】
偏波変換ユニット４８の各々は、光結合ユニット３０（＃１）から光結合ユニット３０（＃２）に向かう方向及び光結合ユニット３０（＃３）から反射ユニット３２に向かう方向では第１及び第２の偏波ビームが偏波分離膜３８を透過し、光結合ユニット３０（＃２）から光結合ユニット３０（＃３）に向かう方向及び反射ユニット３２から光結合ユニット３０（＃１）に向かう方向では第１及び第２の偏波ビームが偏波分離膜３８で反射するように、第１及び第２の偏波ビームの一方を偏波変換する。
【００３４】
この実施形態では、ポート１，２及び３の各々は、光ファイバ１８の励振端に対向するレンズ２０を有しているので、コリメートビーム系によりパス（１，２）、パス（２，３）及びパス（３，１）を提供することができる。
【００３５】
図３乃至図５により図２の３ポート光サーキュレータの動作を説明する。
まず、図３によりパス（１，２）を説明する。ポート１からのビームは、光結合ユニット３０（＃１）の偏波分離膜５０によりＰ偏波ビーム及びＳ偏波ビームに分離され、Ｐ偏波ビーム及びＳ偏波ビームは副偏波ビームスプリッタ４６から互いに平行に出力される。
【００３６】
Ｐ偏波ビームは偏波変換ユニット４８を図の右から左に向かって透過するときに偏波面回転を与えられずにＰ偏波ビームのまま主偏波ビームスプリッタ４０に供給され、Ｓ偏波ビームは偏波変換ユニット４８を図の右から左に向かって透過するときに９０°の偏波面回転を与えられてＰ偏波ビームとなって主偏波ビームスプリッタ４０に供給される。
【００３７】
主偏波ビームスプリッタ４０に供給された２つのＰ偏波ビームはそれぞれ偏波分離膜３８を透過する。一方のＰ偏波ビームは光結合ユニット３０（＃２）の偏波変換ユニット４８によりＳ偏波ビームに変換されてこのＳ偏波ビームは偏波分離膜５０で反射してポート２に結合する。他方のＰ偏波ビームは偏波変換ユニット４８を図の右から左に向かって透過するときに偏波面回転を与えられずにＰ偏波ビームのまま偏波分離膜５０を透過してポート２から出力される。
【００３８】
このように、ポート１に供給されたビームのパワーは原理的には全てポート２から出力されるので、パス（１，２）の損失はポート１に供給されたビームの偏波状態には依存しない。
【００３９】
次に図４によりパス（２，３）を説明する。ポート２からのビームは、光結合ユニット３０（＃２）の副偏波ビームスプリッタ４６において、偏波分離膜５０を透過するＰ偏波ビームと偏波分離膜５０で反射するＳ偏波ビームとに分離され、Ｐ偏波ビーム及びＳ偏波ビームは互いに平行に副偏波ビームスプリッタ４６から出力される。
【００４０】
Ｐ偏波ビームは光結合ユニット（＃２）の偏波変換ユニット４８を透過するときに９０°の偏波面回転を与えられてＳ偏波ビームとなって主偏波ビームスプリッタ４０に供給される。
【００４１】
副偏波ビームスプリッタ４６からのＳ偏波ビームは、偏波変換ユニット４８を図の左から右に向かって透過するときに偏波面回転を与えられずにＳ偏波ビームのまま主偏波ビームスプリッタ４０に供給される。
【００４２】
主偏波ビームスプリッタ４０に供給された２つのＳ偏波ビームは、偏波分離膜３８でそれぞれ反射して光結合ユニット３０（＃３）に供給される。
主偏波ビームスプリッタ４０からの一方のＳ偏波ビームは光結合ユニット３０（＃３）の偏波変換ユニット４８を図の下から上に向かって透過するときに偏波面回転を与えられずにそのままＳ偏波ビームとして副偏波ビームスプリッタ４６に供給され、偏波分離膜５０で反射してポート３から出力される。
【００４３】
主偏波ビームスプリッタ４０からの他方のＳ偏波ビームは、光結合ユニット３０（＃３）の偏波変換ユニット４８を図の下から上に向かって透過するときに９０°の偏波面回転を与えられＰ偏波ビームとなって偏波分離膜５０を透過してポート３から出力される。
【００４４】
このように、ポート２に供給されたビームのパワーは原理的には全てポート３から出力されるので、パス（２，３）の損失はポート２に供給されたビームの偏波状態には依存しない。
【００４５】
続いて図５によりパス（３，１）を説明する。ポート３からのビームは、光結合ユニット３０（＃３）の副偏波ビームスプリッタ４６において偏波分離膜５０を透過するＰ偏波ビームと偏波分離膜５０で反射するＳ偏波ビームとに分離される。Ｐ偏波ビーム及びＳ偏波ビームは互いに平行に副偏波ビームスプリッタ４６から出力される。
【００４６】
Ｓ偏波ビームは光結合ユニット３０（＃３）の偏波変換ユニット４８を図の上から下に向かって透過するときに９０°の偏波面回転を与えられてＰ偏波ビームとして主偏波ビームスプリッタ４０に供給される。
【００４７】
副偏波ビームスプリッタ４６からのＰ偏波ビームは偏波変換ユニット４８を図の上から下に向かって透過するときに偏波面回転を与えられずにＰ偏波ビームのまま主偏波ビームスプリッタ４０に供給される。
【００４８】
主偏波ビームスプリッタ４０に供給された２つのＰ偏波ビームはそれぞれ偏波分離膜３８を透過して反射ユニット３２に供給される。
Ｐ偏波ビームの各々が１／４波長板３６を図の上から下に向かって通過すると円偏波となり、その円偏波はミラー３４で反射して１／４波長板３６をもう一度図の下から上に向かって透過することによって直線偏波の出力ビームとなる。反射ユニット３２は入力ビームに対して９０°の偏波面回転を与えるので、ここでは、反射ユニット３２から主偏波ビームスプリッタ４０に供給されるビームの各々はＳ偏波ビームとなっている。
【００４９】
反射ユニット３２から主偏波ビームスプリッタ４０に供給された２つのＳ偏波ビームは偏波分離膜３８で反射して光結合ユニット３０（＃１）に供給される。主偏波ビームスプリッタ４０から供給された一方のＳ偏波ビームは、光結合ユニット３０（＃１）の偏波変換ユニット４８を図の左から右に向かって透過するときに９０°の偏波面回転を与えられてＰ偏波ビームとなり、このビームは偏波分離膜５０を透過してポート１から出力される。
【００５０】
主偏波ビームスプリッタ４０から供給された他方のＳ偏波ビームは、光結合ユニット３０（＃１）の偏波変換ユニット４８を図の左から右に向かって透過するときに偏波面回転を与えられずにＳ偏波ビームのまま副偏波ビームスプリッタ４６に供給される。そしてこの供給されたＳ偏波ビームは偏波分離膜５０で反射してポート１から出力される。
【００５１】
このようにポート３からのビームのパワーは原理的には全てポート１から出力されるので、パス（３，１）の損失はポート３に供給されたビームの偏波状態には依存しない。
【００５２】
パス（３，１）をパス（１，２）及びパス（２，３）と比較すると、反射ユニット３２を含んでいる分だけ順方向の損失が増大すると思われがちであるが、反射ユニット３２における損失は実用的に十分小さくすることができるので、本実施形態によると順方向の損失が一律に小さい３ポート光サーキュレータの提供が可能になる。
【００５３】
また、この光サーキュレータは３つのポート１，２及び３だけしか有していないので、従来のように４ポート光サーキュレータを用いて３ポート光サーキュレータを提供する場合に比較して反射成分を少なくすることができる。
【００５４】
図６を参照すると、本発明に適用可能な偏波変換ユニットの動作説明図が示されている。１つの偏波変換ユニット４８に用いられる２つの１／２波長板６０の光学軸は４５°の角度をなすように設定されている。具体的には、図示された例では、磁気光学結晶５６の各々に永久磁石５８によって印加される磁界の方向が矢印Ｈで示されているとしたときに、手前側の１／２波長板６０の光学軸はＳ偏波ビームの偏波面に対して矢印Ｈ方向に向かって時計回りに２２．５°傾斜しており、向こう側の１／２波長板６０の光学軸はＳ偏波ビームの偏波面に対して矢印Ｈ方向に向かって反時計回り方向に２２．５°傾斜している。
【００５５】
まず、手前側の１／２波長板６０及び対応する磁気光学結晶５６によって与えられる偏波面回転を考察する。この場合、１／２波長板６０及び磁気光学結晶５６をこの順に透過するビームには９０°の偏波面回転が与えられ、磁気光学結晶５６及び１／２波長板６０をこの順の透過するビームに対しては偏波面回転は与えられない。
【００５６】
次に、向こう側の１／２波長板６０及び対応する磁気光学結晶５６によって与えられる偏波面回転について考察する。この場合、１／２波長板６０及び磁気光学結晶５６をこの順に透過するビームには偏波面回転は与えられずに、磁気光学結晶５６及び１／２波長板６０をこの順に透過するビームに対しては９０°の偏波面回転が与えられる。
【００５７】
本実施形態では、１つの永久磁石５８によって２つの磁気光学結晶５６に同じ向きに磁界を印加すれば足りるので、偏波変換ユニット４８の作製が容易である。また、２つの磁気光学結晶５６を互いに近づけることができるので、小型化が可能になる。このように、本実施形態によると、従来の３ポート光サーキュレータに比較して製造が容易で且つ小型化に適したものの提供が可能になる。
【００５８】
尚、図６において、永久磁石５８が磁気光学結晶５６の各々に印加する磁界の方向Ｈを逆にすることによって、２つのチャネルの入出力関係を逆にすることができる。
【００５９】
図７を参照すると、本発明による３ポート光サーキュレータの第２実施形態が示されている。ここでは図２に示されるフランジ２６及びハウジング２８の図示は省略されている。全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付されている。
【００６０】
この第２実施形態は、図２のような偏波分離膜５０を有する各副偏波ビームスプリッタ４６に代えて、複屈折板からなる副偏波ビームスプリッタ６２が用いられている点で特徴づけられる。
【００６１】
図８の（Ａ）及び（Ｂ）により各副偏波ビームスプリッタ６２の動作を説明する。副偏波ビームスプリッタ６２の各々は、当該のポート１，２又は３に対向する端面６２Ａと主偏波ビームスプリッタ４０に対向する端面６２Ｂとを有している。端面６２Ａ及び６２Ｂは互いに平行である。
【００６２】
副偏波ビームスプリッタ６２の光学軸６２Ｃは端面６２Ａ及び６２Ｂに対して４５°傾斜し且つ紙面と平行に設けられている。
図８の（Ａ）に示されるように、端面６２Ａにビームが供給されると、このビームは副偏波ビームスプリッタ６２内において常光線成分（ｏ）及び異常光線成分（ｅ）に分離され、それぞれ端面６２Ｂの異なる位置から互いに平行に出力される。
【００６３】
これとは逆に、図８の（Ｂ）に示されるように、常光線成分（ｏ）及び異常光線成分（ｅ）にそれぞれ対応する２つのビームが端面６２Ｂに供給されると、これらのビームは合成されて端面６２Ａから１つのビームとして出力される。
【００６４】
常光線成分（ｏ）は紙面に垂直な偏波面を有しており、異常光線成分（ｅ）は紙面に平行な偏波面を有しているので、図７の第２実施形態の動作を理解する上では、異常光線成分（ｅ）及び常光線成分（ｏ）をそれぞれ第１実施形態における第１の偏波ビーム及び第２の偏波ビームに対応させるとよい。
【００６５】
図７の第２実施形態によっても、順方向の損失が一律に小さく且つ反射成分の少ない３ポート光サーキュレータの提供が可能になる。また、偏波変換ユニット５８の各々として図６のような偏波変換ユニットを採用することによって、小型化に適し且つ製造が容易な光サーキュレータの提供が可能になる。
【００６６】
また、副偏波ビームスプリッタ６２の各々においては複屈折板の物性それ自身により偏波分離がなされるので、誘電体多層膜等からなる偏波分離膜を用いた場合と比べて極めて良好な消光比（例えば６０ｄＢ以上）を得ることができる。
【００６７】
図９を参照すると、本発明による３ポート光サーキュレータの第３実施形態が示されている。この実施形態は、第１実施形態と対比して、主偏波ビームスプリッタ４０と反射ユニット３２との間に複屈折平板６４が設けられている点で特徴付けられる。これにより逆方向の損失が十分に大きくなり、高い消光比を得ることができる。具体的には次の通りである。
【００６８】
複屈折平板６４は、主偏波ビームスプリッタ４０に対向する端面６４Ａと１／４波長板３６に対向する端面６４Ｂとを有している。端面６４Ａ及び６４Ｂは互いに平行である。
【００６９】
複屈折平板６４の光学軸６４Ｃは、端面６４Ａ及び６４Ｂに対して４５°傾斜し且つ紙面に平行に設定されている。
第３実施形態において複屈折平板６４を用いているのは、主偏波ビームスプリッタ４０から反射ユニット３２に向かうビームに対して反射ビーム３２から主偏波ビームスプリッタ４０に向かうビームをずらすためである。
【００７０】
偏波分離膜３８が理想的な特性を有しているとすれば、複屈折平板６４による効果は少ないが、現実的には偏波分離膜３８はＰ偏波ビームを僅かに反射させＳ偏波ビームを僅かに透過させる。従って、複屈折平板６４がない場合には、反射ユニット３２から主偏波ビームスプリッタ４０に供給されたＳ偏波ビームが偏波分離膜３８を僅かに透過すると、その透過ビームはポート３に戻るので消光比が劣化する恐れがある。
【００７１】
第３実施形態では、主偏波ビームスプリッタ４０からのＰ偏波ビームの各々が複屈折平板６４に異常光線成分（ｅ）として入射するようにされている。この異常光線成分（ｅ）は反射ユニット３２によって常光線成分（ｏ）に変換されるので、端面６４Ａにおける異常光線成分（ｅ）の入射点と常光線成分（ｏ）の出力点とは異なる位置になる。
【００７２】
この常光線成分（ｏ）の各々は偏波分離膜３８で反射され光結合ユニット３０（＃１）によってポート１に結合される。
もし、偏波分離膜３８を図の下から上に向かう方向で透過するＳ偏波ビームが生じたとしても、これらのビームは光結合ユニット３０（＃３）によってポート３に結合されることはないので、消光比が良好になる。
【００７３】
図１０は本発明による３ポート光サーキュレータの第４実施形態を示す図である。この実施形態では、消光比を高めるために、光結合ユニット３０（＃２）と主偏波ビームスプリッタ４０′との間に複屈折くさび板６６が設けられており、それに伴い反射ユニット３２′が僅かに傾斜させられている。
【００７４】
また、ポート３′をポート１と同じ側に配置するために、主偏波ビームスプリッタ４０′は、偏波分離膜３８と偏波分離膜３８を挟んで保持するための三角柱プリズム４４及び平行四辺形柱プリズム４２′とを有している。これに伴い光結合ユニット３０（＃３）′の配置位置が変更されている。
【００７５】
図示された例では、複屈折くさび板６６のくさび角が定義される平面は紙面と平行であり、この場合複屈折くさび板６６の光学軸は紙面に垂直に設定される。図示された例で、複屈折くさび板６６の材質がルチルであり、くさび角が４°である場合、ポート３′はポート１及び２に対して約１°傾斜し、反射ユニット３２′はポート１及び２に対して約０．５°傾斜する。
【００７６】
図示はしないが、偏波分散を小さくするためには、複屈折くさび板６６のくさび角が紙面に垂直な平面上で定義されるように複屈折くさび板６６を配置するとよい。この場合、ポート３′及び反射ユニット３２′は紙面に対して僅かに傾斜する。
【００７７】
図１１の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して第４実施形態における順方向の各パスを説明する。
図１１の（Ａ）はパス（１，２）を説明するための図である。ポート１から主偏波ビームスプリッタ４０′に供給される各ビームはＰ偏波ビームであるから、このＰ偏波ビームは偏波分離膜３８を透過して複屈折くさび板６６で屈折を受けてポート２から出力される。Ｐ偏波ビームは複屈折くさび板６６の常光線成分（ｏ）に相当するのでその屈折角は比較的小さい（図では常光線成分（ｏ）は屈折しないように図示されている）。
【００７８】
図１１の（Ｂ）を参照すると、パス（２，３′）が示されている。ポート２から複屈折くさび板６６に供給される各ビームはＳ偏波ビームであるから、このＳ偏波ビームは複屈折くさび板６６における異常光線成分（ｅ）として比較的大きな屈折を受ける。複屈折くさび板６６から出力されたＳ偏波ビームは偏波分離膜３８で反射し更にプリズム４２′の全反射面で反射してポート３′から出力される。
【００７９】
図１１の（Ｃ）を参照すると、パス（３′，１）が示されている。ポート３′から主偏波ビームスプリッタ４０′に供給される各ビームはＰ偏波ビームであるから、このＰ偏波ビームはプリズム４２′の全反射面で反射し、偏波分離膜３８を透過して反射ユニット３２′に供給される。
【００８０】
Ｐ偏波ビームは反射ユニット３２′によってＳ偏波ビームに変換され、このＳ偏波ビームは偏波分離膜３８で反射してポート１から出力される。
このように順方向の各パスが確保されており、これまでの実施形態と同じように順方向の損失は一律に小さく且つ入力の偏波状態に依存しない。
【００８１】
図１２の（Ａ）及び（Ｂ）により第４実施形態による効果を説明する。図１２の（Ａ）に示されるように、ポート３′からのＰ偏波ビームが偏波分離膜３８で僅かに反射したとしても、この反射ビームはポート３′が傾斜していること及び複屈折くさび板６６があることによりポート２へは結合しない。
【００８２】
また、反射ユニット３２′からのＳ偏波ビームが偏波分離膜３８を僅かに透過したとしても、この透過ビームはポート３′及び反射ユニット３２′が傾斜していることからポート３′には戻らない。
【００８３】
従って、パス（３′，２）の損失を十分大きくして高い消光比を得ることができる。
図１２の（Ｂ）に示されるように、ポート１からのビームは原理的にはＰ偏波ビームであるが、その中にＳ偏波ビームが僅かに混入していると、そのＳ偏波ビームは偏波分離膜３８を透過する。しかし、その透過ビームは複屈折くさび板６６において異常光線成分（ｅ）としての屈折を受けるので、ポート２は結合しない。また、ポート１からのＰ偏波ビームが偏波分離膜３８で僅かに反射したとしても、この反射ビームは反射ユニット３２′によってＳ偏波ビームに変換され、Ｓ偏波ビームは偏波分離膜３８で反射するが、その反射ビームは反射ユニット３２′が傾斜していることからポート１には戻らない。
【００８４】
このように第４実施形態によると、複屈折くさび板６６を用いているので、消光比を高めることができる。また、ポート１及び３′が同じ側に配置されているので、光サーキュレータの実装が容易になる。
【００８５】
図１０に示されるように、複屈折くさび板６６は主偏波ビームスプリッタ４０′と光結合ユニット３０（＃２）との間に配置されているが、複屈折くさび板６６は主偏波ビームスプリッタ４０′と光結合ユニット３０（＃１）との間に配置されていてもよい。
【００８６】
図１３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、本発明による３ポート光サーキュレータを用いた光アッド／ドロップ回路が示されている。図１３の（Ａ）に示される例では、本発明による３ポート光サーキュレータ６８のポート２にファイバグレーティング７０が接続されている。また、図１３の（Ｂ）に示される例では、本発明による３ポート光サーキュレータ６８のポート１にファイバグレーティング７０′が接続されている。
【００８７】
一般に、光照射によって光学媒体（例えばガラス）の屈折率が恒久的に変化する場合、その光学媒質は感光性（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）であるという。この性質を利用して、光ファイバのコアにファイバグレーティングを作製することができる。
【００８８】
このようなファイバグレーティングの特徴は、グレーティングのピッチとファイバモードの有効屈折率とによって決定される共振波長近傍の狭い帯域で光をブラッグ反射させることである。ファイバグレーティングは、例えば、フェイズマスクを使用して適切な波長のエキシマレーザをファイバに照射することによって作製される。
【００８９】
図１３の（Ａ）では、波長λ1 及びλ2 （≠λ1 ）の２チャネルの光信号がポート１に供給されている。
ファイバグレーティング７０の反射波長はλ1 に設定されている。波長λ1 の光信号はポート２から出力されファイバグレーティング７０で反射されてポート２に戻りポート３から出力される。
【００９０】
波長λ2 の光信号はポート２から出力されてファイバグレーティング７０を通過する。
従って、ＷＤＭ（波長分割多重）が適用されている光ファイバ伝送路の途中にポート１及び２を接続することによって、波長λ1 の光信号の分岐（ドロッピング）を行なうことができる。
【００９１】
もし光サーキュレータ６８が従来の４ポート光サーキュレータを用いたものであるとすると、前述したように、パス（３，１）の損失が大きくなるので、ＯＴＤＲ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を良好に実施することができない場合がある。
【００９２】
ＯＴＤＲは、光ファイバ伝送路の障害点（接続不完全な箇所や破断点等）の検出及びその位置を特定するために、或いは光ファイバ伝送路の損失の測定を行なうために重要な技術である。
【００９３】
ＯＴＤＲは、具体的には、光パルスに対する反射光の時間変化からファイバ内の状態を評価するものである。
図１３の（Ａ）の実施形態によると、パス（３，１）の損失を十分小さくすることができるので、波長λ1 の光を用いてポート３に接続されている光ファイバ伝送路についてＯＴＤＲを良好に行なうことができる。
この場合には、波長λ1 の光がポート１に接続されている端局装置等から光サーキュレータ６８に供給される。この光はポート２から出力されファイバグレーティング７０で反射してポート２及び３をこの順に経て光ファイバ伝送路に送出され、障害点等による反射光がポート３及び１をこの順に通って端局等に戻る。
【００９４】
図１３の（Ｂ）に示される実施形態では、波長λ2 の光信号がファイバグレーティング７０′を通過してポート１に供給される。ポート３には波長λ1 の光信号が供給されている。
【００９５】
波長λ1 の光信号はポート１から出力されファイバグレーティング７０′で反射してポート１に戻る。従って、波長λ1 の光信号及び波長λ2 の光信号は共にポート２から出力される。
【００９６】
従って、光ファイバ伝送路の途中にポート１及び２を接続することによって、波長λ1 の光信号の挿入（アッディング）を行なうことができる。この実施形態においても、パス（３，１）の損失が十分に小さいので、波長λ1 の光を用いてポート２に接続される光ファイバ伝送路について良好にＯＴＤＲを実施することができる。
【００９７】
図１４を参照すると、本発明による４ポート光サーキュレータの実施形態が示されている。この実施形態は、図２の第１実施形態と対比して、反射ユニット３２が省略され、それに代えてポート４及び光結合ユニット３０（＃４）が設けられている点で特徴付けられる。それに伴ってハウジング２８′の形状が変更されている。
【００９８】
ポート４は他のポート１，２及び３と同様に構成される。また、光結合ユニット３０（＃４）は他の光結合ユニット３０（＃１，＃２及び＃３）と同様に副偏波ビームスプリッタ４６及び偏波変換ユニット４８を有している。
【００９９】
尚、光結合ユニット３０（＃４）の構成要素の光結合ユニット３０（＃３）の構成要素に対する関係は光結合ユニット３０（＃２）の構成要素の光結合ユニット３０（＃１）の構成要素に対する関係と同じである。
【０１００】
この４ポート光サーキュレータの動作は図２の３ポート光サーキュレータの動作に準じて容易に理解することができるのでその説明を省略する。
図１４の実施形態においては、偏波変換ユニットとして図６に示されるようなものを用いることができるので、製造が容易で小型化が可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、順方向の損失が一律に小さく且つ逆方向の損失が一律に大きい光サーキュレータ（特に３ポート光サーキュレータ）の提供が可能になるという効果が生じる。
【０１０２】
また、本発明によると、製造が容易で且つ小型化に適した光サーキュレータの提供が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】４ポート光サーキュレータの従来技術を示す図である。
【図２】３ポート光サーキュレータの第１実施形態を示す部分断面図である。
【図３】第１実施形態における動作説明図（その１）である。
【図４】第１実施形態における動作説明図（その２）である。
【図５】第１実施形態における動作説明図（その３）である。
【図６】本発明に適用可能な偏波変換ユニットの動作説明図である。
【図７】３ポート光サーキュレータの第２実施形態を示す図である。
【図８】複屈折板による副偏波ビームスプリッタの動作説明図である。
【図９】本発明による３ポート光サーキュレータの第３実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による３ポート光サーキュレータの第４実施形態を示す図である。
【図１１】第４実施形態における動作説明図である。
【図１２】第４実施形態における効果の説明図である。
【図１３】光アッド／ドロップ回路の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明による４ポート光サーキュレータの実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１，２，３，４  ポート
３０（＃１，＃２，＃３及び＃４）  光結合ユニット
３２  反射ユニット
４０  主偏波ビームスプリッタ
４６  副偏波ビームスプリッタ
４８  偏波変換ユニット
【図１】
0004079228.tif 000002
【図２】
0004079228.tif 000003
【図３】
0004079228.tif 000004
【図４】
0004079228.tif 000005
【図５】
0004079228.tif 000006
【図６】
0004079228.tif 000007
【図７】
0004079228.tif 000008
【図８】
0004079228.tif 000009
【図９】
0004079228.tif 000010
【図１０】
0004079228.tif 000011
【図１１】
0004079228.tif 000012
【図１２】
0004079228.tif 000013
【図１３】
0004079228.tif 000014
【図１４】
0004079228.tif 000015