專利名稱：反射型光循環(huán)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光通信系統(tǒng)或光檢測(cè)等領(lǐng)域使用的光循環(huán)器(circulator),尤其涉及設(shè)有反射體、通過(guò)反射光形成往復(fù)光程的反射型光 循環(huán)器。
背景技術(shù)：
光循環(huán)器是在光通信系統(tǒng)或光檢測(cè)等領(lǐng)域起著重要作用的非相反 (non-reciprocal)光裝置之一，至少設(shè)有三個(gè)通信口 (port)。例如具有用符 號(hào)l， 2， 3表示的三個(gè)通信口的光循環(huán)器場(chǎng)合，按順?lè)较蚣?—2， 2—3, 3—1 的方向傳播光，輸出損失小，按逆方向即3—2， 2 — 1, 1 —3的方向傳播光，輸 出損失大。上述光循環(huán)器沿傳播方向從對(duì)向配置的一方的通信口向另一方通信口 傳播光，結(jié)構(gòu)上光學(xué)元件數(shù)量多，存在整體大型化的問(wèn)題。而且，若欲增加通 信口數(shù)，光學(xué)元件進(jìn)一步增加，導(dǎo)致更加大型化，存在多通信口化難的問(wèn)題。 于是,提出以下反射型光循環(huán)器即使多通信口化，也不會(huì)增加光學(xué)元件數(shù)， 與以往結(jié)構(gòu)相比，作為小型的光循環(huán)器的結(jié)構(gòu)，其設(shè)有反射體，形成往復(fù)光程 (例如參照專利文獻(xiàn)l， 2)。專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2000-231080號(hào)公報(bào)(P2-P5，圖1-圖6)。 專利文獻(xiàn)2:特表2002-528765號(hào)公報(bào)(P38-P39,圖12)。 如圖16所示，專利文獻(xiàn)1的光循環(huán)器100在射入射出側(cè)通信口 (光射入射 出部)使用四個(gè)陣列形光纖101，同時(shí)，在上述陣列形光纖101和透鏡102之間 配置雙折射元件103，由兩個(gè)半波長(zhǎng)元件構(gòu)成的第一位相元件104，偏振平面 回轉(zhuǎn)元件105，以及由雙折射元件構(gòu)成的復(fù)合雙折射元件106,夾著透鏡102，
在相反側(cè)配置第二位相元件107和反射體108。如圖17所示，專利文獻(xiàn)2的光循環(huán)器109在射入射出側(cè)通信口 (光射入射 出部)使用非一列型的光纖束IIO,設(shè)有兩個(gè)雙折射元件llla及l(fā)llb，兩個(gè)法 拉第轉(zhuǎn)子112， 113(或偏振平面回轉(zhuǎn)元件114)，以及作為反射體的反射棱鏡 115。兩個(gè)法拉第轉(zhuǎn)子112, 113的回轉(zhuǎn)方向成為逆向。但是,構(gòu)成光循環(huán)器110的射入射出側(cè)通信口的四個(gè)光纖101若從圖16的 z軸方向看，如圖18所示，呈配置成一列的陣列形。因此，相對(duì)連接全部光纖 P1-P4的中心軸的對(duì)角線上的中心點(diǎn)C，不能等距離配置全部光纖P1-P4的中 心軸，隨著朝外側(cè)的光纖P3， P4，離上述中心點(diǎn)C越遠(yuǎn)。因此，內(nèi)繞的往復(fù)光程 (例如P1—P2)和外繞的往復(fù)光程(例如P3—P4)產(chǎn)生光程長(zhǎng)差，因該光程長(zhǎng)差， 各往復(fù)光程插入損失產(chǎn)生偏差。因此，在以往的光循環(huán)器110中，難以實(shí)現(xiàn)插 入損失穩(wěn)定化。又，在光循環(huán)器100中，雙折射元件103和復(fù)合雙折射元件106的結(jié)晶軸方 向互相垂直，因此，若光纖P1-P4不配列成一列狀，則各往復(fù)光程和光纖P1-P4 各端面的結(jié)合不能解除。因上述理由，在光循環(huán)器100構(gòu)成中，不可能防止插 入損失的偏差。另一方面,若從圖17的z軸方向看，光循環(huán)器109的由三個(gè)光纖P1-P3構(gòu)成 的射入射出側(cè)通信口，如圖19所示，構(gòu)成為非一列型，相對(duì)連接全部光纖 P1-P3的中心軸的對(duì)角線上的中心點(diǎn)C,等距離配置光纖P1-P3的中心軸。因此, 能防止各往復(fù)光程的插入損失的偏差。但是，在雙折射元件116-119中，兩個(gè) 偏振光成份之中，只有一方的偏振光成份移動(dòng)，因此，產(chǎn)生偏振波依存損失 (Polarization D印endent Loss,以下簡(jiǎn)記為"PDL")。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是為解決上述先有技術(shù)所存在的問(wèn)題而提出來(lái)的，本發(fā)明的目 的在于,通過(guò)防止發(fā)生PDL以及各往復(fù)光程的插入損失偏差，實(shí)現(xiàn)提高特性的 反射型光循環(huán)器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出以下方案 (1) 一種反射型光循環(huán)器，其特征在于設(shè)有光學(xué)元件部，該光學(xué)元件部由第一偏振光分離元件，具有45度回轉(zhuǎn) 角的非可逆性(non-reciprocal)的偏振平面回轉(zhuǎn)元件，使得入射光的偏振平 面回轉(zhuǎn)90度的位相元件，以及第二偏振光分離元件構(gòu)成；在光學(xué)元件部的一端側(cè)，配置至少設(shè)置排列三條波導(dǎo)通道的光射入射出 部，同時(shí)，夾著光學(xué)元件部，在光射入射出部的相反側(cè)，配置透鏡及反射體；從光射入射出部側(cè)順序配置第一偏振光分離元件，偏振平面回轉(zhuǎn)元件， 位相元件，第二偏振光分離元件；從連接各波導(dǎo)通道的中心軸的對(duì)角線上的中心點(diǎn)等間隔地配置全部波 導(dǎo)通道；第一及第二偏振光分離元件的光學(xué)面上的各結(jié)晶軸方向相差45度； 將第二偏振光分離元件的異常光線的位移量設(shè)定為比第一偏振光分離元件的異常光線的位移量大；從光射入射出部看，偏振平面回轉(zhuǎn)元件的回轉(zhuǎn)角的方向設(shè)定為逆時(shí)鐘方向；位相元件由第一位相光學(xué)元件及第二位相光學(xué)元件構(gòu)成，在第一偏振光 分離元件分離為正常光線及異常光線兩偏振光成份，各位相光學(xué)元件的大小 設(shè)定為僅僅使得分離的光的一方的偏振光成份透過(guò)，同時(shí)，設(shè)置各位相光學(xué) 元件,使得僅僅一方的偏振光成份透過(guò)兩位相光學(xué)元件；在第一偏振光分離元件分離的光的兩偏振光成份之中，在反射體反射后, 透過(guò)第一偏振光分離元件時(shí)成為異常光線的偏振光成份透過(guò)第一位相光學(xué) 元件，同時(shí)，從光射入射出部向第一偏振光分離元件射出，透過(guò)第一偏振光分 離元件時(shí)成為正常光線的偏振光成份透過(guò)第二位相光學(xué)元件；從光射入射出部射出，在反射體被反射，形成往復(fù)光學(xué)元件部的光的光 程,第二偏振光分離元件的大小設(shè)定為僅透過(guò)上述往復(fù)光程的去路或回路中 一方；
在反射體兩偏振光成份以點(diǎn)對(duì)稱被反射，同時(shí)，反射體的反射點(diǎn)和透鏡 光軸在光傳播方向配置在同一直線上，連接各波導(dǎo)通道的中心軸的對(duì)角線上的中心點(diǎn)和透鏡光軸配置在非同一直線上；配置第二偏振光分離元件，使得順?lè)较虻墓庠诜瓷潴w被反射前，入射到 第二偏振光分離元件。(2)在上述(l)所述的反射型光循環(huán)器中，其特征在于 上述反射體是凹面鏡。按照本發(fā)明的光循環(huán)器，能相對(duì)連接各波導(dǎo)通道的中心軸的對(duì)角線上的 中心點(diǎn)，等距離地配置全部波導(dǎo)通道，構(gòu)成光循環(huán)器。因此，能防止光循環(huán)器 的各往復(fù)光程的插入損失偏差，實(shí)現(xiàn)插入損失穩(wěn)定化。又，光透過(guò)第二偏振光分離元件時(shí)，能防止發(fā)生僅僅一方的偏振光成份 產(chǎn)生位移的PDL。又，在反射體兩偏振光成份以點(diǎn)對(duì)稱被反射，因此，能使得反 射前后的兩偏振光成份的光程長(zhǎng)度差為零，由此，也能防止發(fā)生PDL。再有， 配置第二偏振光分離元件，使得順?lè)较虻墓庠诜瓷潴w被反射前，入射到第二 偏振光分離元件，能防止發(fā)生PDL，實(shí)現(xiàn)各光學(xué)元件的小型化。又，通過(guò)相對(duì)連接各波導(dǎo)通道的中心軸的對(duì)角線上的中心點(diǎn)，等距離地 配置全部波導(dǎo)通道的中心軸，能將各波導(dǎo)通道的光射入射出端面和設(shè)在各波 導(dǎo)通道的光射入射出端面?zhèn)鹊耐哥R光軸之間設(shè)定為等距離。這樣，能將從上 述透鏡射出以及入射到上述透鏡的光束徑設(shè)定為同一尺寸。因此，光射入射 出部和光學(xué)元件部，以及配置在光射入射出部的相反側(cè)的透鏡和反射體的調(diào) 芯作業(yè)能進(jìn)一步容易化。又，設(shè)有反射體，以往復(fù)光程構(gòu)成光循環(huán)器，能縮短光循環(huán)器整體的全長(zhǎng)， 能實(shí)現(xiàn)光循環(huán)器的小型化。再有，通過(guò)將反射體設(shè)為凹面鏡，能緩和光循環(huán)器的光學(xué)元件部及配置 在光射入射出部的相反側(cè)的透鏡的結(jié)合公差，能使得光射入射出部，光學(xué)元 件部，以及透鏡的調(diào)芯作業(yè)容易化。


圖1為表示本發(fā)明的光循環(huán)器的構(gòu)成以及順?lè)较蚬獾墓獬痰钠矫鎴D。 圖2為表示本發(fā)明的光循環(huán)器的構(gòu)成以及順?lè)较蚬獾墓獬痰膫?cè)面圖。 圖3為光射入射出部的概略構(gòu)成圖。圖4為用于插入并保持光纖的金屬環(huán)(ferrule)的構(gòu)成圖。圖5為表示圖1的光循環(huán)器的光學(xué)元件部的各光學(xué)元件的配置以及順?lè)?向的傳播光的偏振狀態(tài)的立體圖。圖6為表示圖1的光循環(huán)器的從透鏡到反射體的配置以及順?lè)较虻膫鞑?光的偏振狀態(tài)的立體圖。圖7為表示在圖1的光循環(huán)器中從光纖P1射出到在反射體被反射的傳 播光的偏振狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖8為表示在圖1的光循環(huán)器中在反射體被反射到射入光纖P2的傳播 光的偏振狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖9為表示本發(fā)明的光循環(huán)器的構(gòu)成以及逆方向光的光程的平面圖。圖10為表示本發(fā)明的光循環(huán)器的構(gòu)成以及逆方向光的光程的側(cè)面圖。圖11為表示圖9的光循環(huán)器的光學(xué)元件部的各光學(xué)元件的配置以及逆 方向的傳播光的偏振狀態(tài)的立體圖。圖12為表示圖9的光循環(huán)器的從透鏡到反射體的配置以及逆方向的傳 播光的偏振狀態(tài)的立體圖。圖13為表示在圖9的光循環(huán)器中從光纖P2射出到在反射體被反射的傳 播光的偏振狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖14為表示在圖9的光循環(huán)器中在反射體被反射到射入光纖P3的傳播 光的偏振狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖15為表示反射體的變更例的模式圖。圖16為表示以往的光循環(huán)器一例的平面圖。圖17為表示以往的光循環(huán)器另一例的平面圖。圖18為從z軸方向朝反射體看圖16的光循環(huán)器時(shí)表示光射入射出部的 構(gòu)成圖。圖19為從Z軸方向朝反射體看圖17的光循環(huán)器時(shí)表示光射入射出部的 構(gòu)成圖。符號(hào)說(shuō)明如下l一光循環(huán)器，2 —第一偏振光分離元件，3 —偏振平面回轉(zhuǎn)元件，4一位 相元件，4a—第一位相光學(xué)元件，4b —第二位相光學(xué)元件，5 —第二偏振光 分離元件，6, 9 —透鏡，7 —反射體，8-光射入射出部，IO —金屬環(huán)。
具體實(shí)施方式
下面，參照?qǐng)D1-圖14詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及的光循環(huán)器的最佳實(shí)施形態(tài)， 在以下實(shí)施形態(tài)中，雖然對(duì)構(gòu)成要素，種類，組合，形狀，相對(duì)配置等作了各種 限定，但是,這些僅僅是例舉,本發(fā)明并不局限于此。各圖所示的x軸-z軸在各圖對(duì)應(yīng)。在圖1和圖2中，將光的傳播方向設(shè) 為z軸，與z軸垂直的面內(nèi)的水平方向設(shè)為x軸，垂直方向設(shè)為y軸，圖1為 從光循環(huán)器1的光射入射出部8到反射體7的各光學(xué)元件的構(gòu)成以及配置的 平面圖，圖2是其側(cè)面圖。光透過(guò)各光學(xué)元件內(nèi)部時(shí)的光程用虛線表示，其他 光程用實(shí)線表示。本發(fā)明的光循環(huán)器1如圖1及圖2所示，設(shè)有光學(xué)元件部，該光學(xué)元件部 由第一偏振光分離元件2 (以下簡(jiǎn)記為"偏振光分離元件2")，偏振平面回轉(zhuǎn) 元件3，位相元件4，第二偏振光分離元件5 (以下簡(jiǎn)記為"偏振光分離元件5") 構(gòu)成。在該光學(xué)元件部的一端側(cè)配置光射入射出部8，夾著該光學(xué)元件部，在 光射入射出部8的相反側(cè)，配置透鏡6及反射體7。光學(xué)元件部的各光學(xué)元件從光射入射出部8側(cè)沿z軸方向順序配置偏振 光分離元件2，偏振平面回轉(zhuǎn)元件3，位相元件4,偏振光分離元件5。較好的 是，在各光學(xué)元件的各光學(xué)面上施以SiCyTi02等防止反射涂層。關(guān)于對(duì)偏振 平面回轉(zhuǎn)元件3施加磁的磁鐵，省略說(shuō)明及圖示。圖3為上述光射入射出部8的概略構(gòu)成圖，圖4為用于插入并保持光纖 Pl-P3的金屬環(huán)10的構(gòu)成圖，其中，(A)表示正面圖，(B)表示側(cè)面圖。如圖3 所示，在光射入射出部8中，作為波導(dǎo)通道使用的復(fù)數(shù)光纖P卜P3的芯軸配列 成互相平行，同時(shí),各光纖P1-P3的光射入射出端面相對(duì)各光纖P1-P3的中心 軸fc不垂直。在各光纖Pl-P3的光射入射出端面?zhèn)?，設(shè)有透鏡9。各光纖P1-P3被插入保持在三芯金屬環(huán)10的各孔中。從圖4(A)的正面 圖可知，從各孔中心到金屬環(huán)10的中心點(diǎn)C形成等間隔。因此，連接插入孔 中的各光纖PI-P3的中心軸fc的對(duì)角線上中心點(diǎn)為上述中心點(diǎn)C，全部光纖 P1-P3保持在金屬環(huán)10中，從中心點(diǎn)C等間隔配置。但是，相鄰光纖之間的 間隔Lf考慮透鏡6的后焦距，偏振光分離元件2的厚度以及分離寬度之間的 關(guān)系決定。如圖3所示，互相配置透鏡9和金屬環(huán)10，進(jìn)行定位，使得透鏡9的光軸 oa和金屬環(huán)10的中心點(diǎn)C沿z軸方向位于同一直線上。這樣，通過(guò)配置透 鏡9和金屬環(huán)10，連接各光纖PI-P3的中心點(diǎn)(上述中心點(diǎn)C)和透鏡9的光 軸oa配置在同一直線上。因此，通過(guò)金屬環(huán)10保持各光纖P1-P3,使得全部 光纖Pl-P3的中心軸fc相對(duì)透鏡9的光軸oa成為等距離。又，全部光纖Pl-P3的光射入射出端面如圖4(B)所示形成以同一傾斜 角度4)傾斜。在圖4中，考慮易于制造，列舉由四個(gè)平面形成金屬環(huán)10端面， 中心點(diǎn)C成為頂點(diǎn)，傾斜形成光纖PI-P3的光射入射出端面的例子。復(fù)數(shù)光纖P1-P3由單模光纖(Single Mode Fiber,以下簡(jiǎn)記為"SMF") 構(gòu)成，同時(shí)，在光射入射出側(cè)端面，接合折光指數(shù)漸變纖維(Graded Index Fiber,以下簡(jiǎn)記為"GIF"，圖示省略)。通過(guò)設(shè)有GIF,各光纖PI-P3的光射 入射出端的模場(chǎng)徑(Mode Field Diameter,以下簡(jiǎn)記為"MFD")擴(kuò)大，抑制射 出光的束散角，使其變小。作為MFD的擴(kuò)大化，并不局限于設(shè)置上述GIF，也 可以對(duì)光纖施以TEC處理，或設(shè)置微小透鏡等。透鏡9用于實(shí)行入射光的準(zhǔn)直或聚焦，可以使用非球面透鏡，球透鏡，平 凸透鏡，分布折射透鏡等。偏振光分離元件2用于實(shí)行將從各光纖P1-P3射出的光分離成正常光線 及異常光線，以及使得在反射體7反射回來(lái)的上述正常光線及異常光線合 成。偏振光分離元件2及5使用例如金紅石(Ti02)，方解石(CaC03)， YV04， a BaBA等的雙折射單結(jié)晶體。又，結(jié)晶軸X22(參照?qǐng)D5，圖ll)相對(duì)偏振光分 離元件2的光學(xué)面的方向設(shè)定為相對(duì)光學(xué)面的法線42-50度左右(最好為 47.8度)，以便能得到最大的分離幅度。偏振平面回轉(zhuǎn)元件3是使得透過(guò)偏振光分離元件2的光的偏振光成份的 偏振平面回轉(zhuǎn)的非可逆性的偏振平面回轉(zhuǎn)元件，使用在使用波長(zhǎng)波段具有回 轉(zhuǎn)角45度的盡可能薄者。例如，石榴石，TBIG，GB工G等最適。在本實(shí)施形態(tài) 中，使用石榴石單結(jié)晶體，從光射入射出部8沿z軸方向看時(shí)，回轉(zhuǎn)角方向設(shè) 定為逆時(shí)鐘方向。位相元件4使得透過(guò)偏振平面回轉(zhuǎn)元件射入的光的各偏振光成份(正常 光線及異常光線)的偏振平面回轉(zhuǎn)90度，例如，使用TBIG(鋱鐵石榴 石)，GBIG(釓鐵石榴石)等石榴石或水晶等的相反性偏振平面回轉(zhuǎn)元件，或半 波長(zhǎng)元件等。使用半波長(zhǎng)元件時(shí)，如圖5所示，由結(jié)晶軸X4a方向相對(duì)y軸傾 斜45度的第一位相光學(xué)元件4a(以下簡(jiǎn)記為"位相光學(xué)元件4a")及結(jié)晶軸 X4b方向相對(duì)y軸傾斜45度的第二位相光學(xué)元件4b(以下簡(jiǎn)記為"位相光學(xué) 元件4b")構(gòu)成。使用相反性偏振平面回轉(zhuǎn)元件場(chǎng)合，較好的是，O次單板或 1次單板等，盡可能薄，若使用高次波長(zhǎng)板，波長(zhǎng)特性及溫度特性變差。偏振光分離元件5的大小如圖5所示，設(shè)定為通過(guò)光在反射體7被反射， 在光學(xué)元件部往復(fù)的光的光程(在圖1及圖2中用實(shí)線及虛線表示)中，僅僅 去程或回程的光透過(guò)。又，在偏振光分離元件5中，相對(duì)光學(xué)面法線的結(jié)晶軸 X52方向，相對(duì)x軸設(shè)定為約42-50度左右(最好為47. 8度)，光學(xué)面上結(jié)晶 軸X51方向設(shè)定為與x軸方向平行。又，偏振光分離元件2的光學(xué)面上的結(jié) 晶軸X21方向，相對(duì)x軸設(shè)定為45度。因此，第一偏振光分離元件2的結(jié)晶 軸X21方向，與第二偏振光分離元件5的結(jié)晶軸X51方向相差45度。透鏡6用于實(shí)行入射光的準(zhǔn)直或聚焦，可以使用非球面透鏡，球透鏡，平 凸透鏡，分布折射透鏡等。但是，透鏡6使用具有后焦距的透鏡，與光射入射
出部9之間，能配置上述光學(xué)元件部。在本實(shí)施形態(tài)中，使用非球面透鏡。反射體7是使得透過(guò)透鏡6的光反射的反射鏡，在本實(shí)施形態(tài)中，作為一例，使用在基板表面涂以Si02/Ti02的全反射鏡。下面，說(shuō)明光循環(huán)器1的動(dòng)作。圖7的(A)-(E)和圖8的(F)-(I)表示光 循環(huán)器1的順?lè)较虻墓獾钠窆鉅顟B(tài)，與圖1及圖2中的(A)-(I)所示各光程 截面的偏振光狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。在圖7及圖8中，橫方向?yàn)閤軸，縱方向?yàn)閥軸， 垂直紙面方向?yàn)閦軸，為便于說(shuō)明，縱、橫方向都分割為8等分，橫方向編號(hào) 為1-8，縱方向編號(hào)為a-h，表示在各光程截面的偏振光成份的傳播位置。在 本發(fā)明中，在圖1中，將從光纖P1經(jīng)反射體7朝光纖P2的往復(fù)光程定義為"順 方向"，從光纖P2經(jīng)反射體7朝光纖P3的往復(fù)光程定義為"逆方向"。若光入射到光纖P1，則該光沿光纖P1傳播，從形成傾斜的光射入射出端 面射出。射出時(shí)，該射出光根據(jù)傾斜角度4)斜向射出，光束徑以一定的束散角 9 "入/ ( je co 。)擴(kuò)展，橫穿透鏡9的光軸oa傳播，射入透鏡9表面。射入透鏡9的光如圖3所示在透鏡9左側(cè)的凸曲面相對(duì)光軸oa朝外側(cè) 折射,從透鏡9射出，使得光線軸bal相對(duì)z軸平行。射出光Bl被變換成準(zhǔn) 直光或聚焦光。從透鏡9向偏振光分離元件2入射光的入射位置若以矩陣看，則如圖 7 (A)所示，在橫向位于5和6之間，在縱向位于g和h之間。在本實(shí)施形態(tài)中， 將這種位置表示為(5-6， g-h)。符號(hào)C表示上述中心點(diǎn)，R表示反射體7的偏 振光成份的反射點(diǎn)。向偏振光分離元件2射出的光如圖5及圖7 (B)所示，分離為兩偏振光成 份:在偏振光分離元件2與結(jié)晶軸X21垂直的正常光線以及與結(jié)晶軸X21平 行的異常光線。在順?lè)较?，從偏振光分離元件2射出的異常光線的傳播位置 如圖7(B)所示，為(7-8， e-f)。分離的偏振光成份透過(guò)偏振平面回轉(zhuǎn)元件3如圖7 (C)所示，朝逆時(shí)鐘方 向(反轉(zhuǎn))回轉(zhuǎn)45度。接著，上述偏振光成份中，僅僅透過(guò)偏振光分離元件2時(shí)成為正常光線 的偏振光成份入射到位相光學(xué)元件4b透過(guò)，另一方的偏振光成份(透過(guò)偏振 光分離元件2時(shí)成為異常光線的偏振光成份)保持原狀態(tài)在兩位相光學(xué)元件4a， 4b之間的空間傳播(參照?qǐng)D5)。這樣，位相光學(xué)元件4b的大小設(shè)定為僅 僅使得一方的偏振光成份透過(guò)。如上所述,位相光學(xué)元件4b的結(jié)晶軸X4b相 對(duì)y軸傾斜45度，因此，透過(guò)位相光學(xué)元件4b的偏振光成份如圖7 (D)所示， 偏振光方向回轉(zhuǎn)90度。由此，兩偏振光成份的偏振光方向一致朝向與偏振光 分離元件5的結(jié)晶軸X51垂直方向即y軸方向。接著，上述光入射到偏振光分離元件5。偏振光分離元件5如圖2，圖5 及圖7(D)所示，僅僅配置在單側(cè)光程上，使得按順?lè)较騻鞑サ墓庠诜瓷潴w7 反射前入射。如上所述，由于各偏振光成份的偏振光方向和結(jié)晶軸X51方向垂直，因 此，即使兩偏振光成份的偏振平面入射到偏振光分離元件5，如圖7(E)所示， 在順?lè)较?，兩偏振光成份在偏振光分離元件5無(wú)位移，保持入射到偏振光分 離元件5時(shí)的偏振光方向，從偏振光分離元件5射出。由此，設(shè)定兩偏振光分離元件2， 5間的偏振平面回轉(zhuǎn)元件3的回轉(zhuǎn)方向 以及位相元件4的結(jié)晶軸X4a， X4b方向，使得在順?lè)较?，入射偏振光分離元 件5時(shí)，兩偏振光成份的偏振平面與相對(duì)結(jié)晶軸X51方向垂直方向一致。接著，透過(guò)偏振光分離元件5的光在透鏡6以所定角度折射，但偏振光狀 態(tài)沒(méi)有變化。接著,透過(guò)透鏡6的兩偏振光成份的光在反射體7朝著入射角的相反側(cè) 反射，在點(diǎn)R成為點(diǎn)對(duì)稱(參照?qǐng)D6，圖7(E)，圖8(F))。由圖1及圖2可知， 在本發(fā)明的光循環(huán)器1中，定位配置反射體7和透鏡6,使得反射體7的反射 點(diǎn)R和透鏡6的光軸X6在光的傳播方向(z軸方向)位于同一直線上。另一 方面，由圖1及圖2可知，定位配置各光纖Pl-P3和透鏡6，使得連接光纖 PI-P3中心軸fc的對(duì)角線上的中心點(diǎn)C和透鏡6的光軸X6不在同一直線上。 光因反射體7反射，形成往復(fù)光程，能縮短光循環(huán)器1整體全長(zhǎng)。反射光再次透過(guò)透鏡6,如圖8(F)所示，相對(duì)透鏡6的光軸X6，射出到與 圖7(E)場(chǎng)合對(duì)稱的位置。此時(shí)，在透鏡6前后，偏振光狀態(tài)沒(méi)有變化。接著，透過(guò)透鏡6的光，如圖2及圖5所示，通過(guò)偏振光分離元件5外部 的空間，由于僅僅一方的偏振光成份透過(guò)位相光學(xué)元件4a,因此，如圖8(G) 所示,偏振光方向回轉(zhuǎn)90度，成為各偏振光方向垂直狀態(tài)。這樣，位相光學(xué)元 件4a的大小設(shè)定為僅僅透過(guò)一方的偏振光成份。此時(shí)透過(guò)位相光學(xué)元件4a 的偏振光成份是剛才也透過(guò)位相光學(xué)元件4b的偏振光成份。這樣，通過(guò)配置 兩個(gè)位相光學(xué)元件4a， 4b，僅僅使得單側(cè)的偏振光成份在位相光學(xué)元件4產(chǎn) 生180度回轉(zhuǎn)，僅僅使得一方的偏振光成份透過(guò)。接著,通過(guò)兩偏振光成份入射到偏振平面回轉(zhuǎn)元件3，如圖8(H)所示，偏 振平面分別朝逆時(shí)鐘方向回轉(zhuǎn)45度。該狀態(tài)雖然x軸方向的傳播位置不同， 但如圖7(B)所示，與透過(guò)偏振光分離元件2后的偏振光狀態(tài)相同。并且，此后，通過(guò)兩偏振光成份透過(guò)偏振光分離元件2，如圖8(1)所示， 在(1-2， c-d)的傳播位置合波，該合波光B2入射到透鏡9。在圖3所示透鏡9 的左側(cè)的凸曲面，光B2的光線軸ba2朝內(nèi)側(cè)(光軸oa側(cè))折射，聚光，入射到 光纖P2。下面，參照?qǐng)D9-圖14,說(shuō)明從光纖P2向P3的逆方向光程的偏振光成份 的動(dòng)作。與順?lè)较騽?dòng)作時(shí)說(shuō)明內(nèi)容重復(fù)者，說(shuō)明省略,或簡(jiǎn)單記述。圖13的(I) - (F)和圖14的(E) - (A)表示光循環(huán)器1的逆方向的光的偏振 光狀態(tài)，與圖9及圖10中的(A)-(I)所示各光程截面的偏振光狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。 在圖13及圖14中，橫方向?yàn)閤軸，縱方向?yàn)閥軸，垂直紙面方向?yàn)閦軸，為便 于說(shuō)明，縱、橫方向都分割為8等分，橫方向編號(hào)為1-8,縱方向編號(hào)為a-h， 表示在各光程截面的偏振光成份的傳播位置。如上所述，從光纖P2射出、在透鏡9變換成準(zhǔn)直光或聚焦光的光從入射 位置(1-2，c-d)入射到偏振光分離元件2。入射光在偏振光分離元件2分離 為正常光線及異常光線。分離的偏振光成份通過(guò)偏振平面回轉(zhuǎn)元件3朝逆時(shí) 鐘方向回轉(zhuǎn),與相互垂直的且分別與x軸及y軸平行的偏振光方向一致。接著，上述偏振光成份之中，僅僅透過(guò)偏振光分離元件2時(shí)成為異常光
線的偏振光成份入射到位相光學(xué)元件4a透過(guò)， 一方的偏振光成份(透過(guò)偏振 光分離元件2時(shí)成為正常光線的偏振光成份)保持其狀態(tài)在兩位相光學(xué)元件 4a， 4b間的空間傳播(參照?qǐng)D11)。透過(guò)位相光學(xué)元件4a的偏振光成份如圖 ]3(F)所示，偏振光成份回轉(zhuǎn)90度。通過(guò)該回轉(zhuǎn)，兩偏振光成份的偏振光方 向與偏振光分離元件5的結(jié)晶軸X51相同方向即X軸方向一致。并且，透過(guò)位相光學(xué)元件4a的光如圖10及圖11所示，通過(guò)偏振光分離 元件5外部的空間，在反射體7點(diǎn)對(duì)稱地反射，入射到偏振光分離元件5。入 射到偏振光分離元件5的各偏振光成份如圖11及圖14(E)-(D)所示，沿x軸 方向位移相同量。接著，兩偏振光成份之中，僅僅一方的偏振光成份透過(guò)位相光學(xué)元件4b， 如圖14(C)所示，偏振光方向回轉(zhuǎn)90度，各偏振光方向成為垂直狀態(tài)。此時(shí)， 透過(guò)位相光學(xué)元件4b的偏振光成份也是剛才透過(guò)位相光學(xué)元件4a的偏振光 成份。這樣，通過(guò)配置兩個(gè)位相光學(xué)元件4a， 4b,僅僅使得一方的偏振光成 份透過(guò),在位相光學(xué)元件4僅僅使得單方的偏振光成份回轉(zhuǎn)180度。接著,通過(guò)兩偏振光成份入射到偏振平面回轉(zhuǎn)元件3，如圖14(B)所示， 偏振平面分別朝逆時(shí)鐘方向回轉(zhuǎn)45度。該狀態(tài)雖然y軸方向的傳播位置不 同，但如圖13(H)所示，與透過(guò)偏振光分離元件2后的偏振光狀態(tài)相同。并且，此后，通過(guò)兩偏振光成份透過(guò)偏振光分離元件2，如圖M(A)所示， 在(1-2， g-h)的傳播位置合波，在透鏡9聚光，入射到光纖P3。為了使得離中心點(diǎn)C等距離配置的全部光纖PI-P3和傳播光結(jié)合，在光 循環(huán)器1中，變更其厚度進(jìn)行設(shè)定，使得偏振光分離元件5的異常光線的位移 量比偏振光分離元件2的異常光線的位移量大。如上所述，在本發(fā)明的光循環(huán)器1中，通過(guò)相對(duì)上述中心點(diǎn)C，等距離配 置全部光纖Pl-P3構(gòu)成,能防止光循環(huán)器1的各往復(fù)光程的插入損失偏差， 實(shí)現(xiàn)插入損失穩(wěn)定化。設(shè)定偏振光分離元件2， 5的光學(xué)面上的各結(jié)晶軸X21， X51的方向，使 其互相45度差異，同時(shí)，將偏振平面回轉(zhuǎn)元件3和位相元件4配置在兩偏振
光分離元件2， 5之間，通過(guò)合適地設(shè)定偏振平面回轉(zhuǎn)元件3的回轉(zhuǎn)方向以及
位相元件4的結(jié)晶軸X4a， X4b方向，能使得兩偏振光成份在偏振光分離元件 5都作為異常光線位移。因此，透過(guò)偏振光分離元件5時(shí)，能防止發(fā)生PDL， 即僅僅一方的偏振光成份發(fā)生位移。又，在反射體7,使得兩偏振光成份以點(diǎn) 對(duì)稱反射，因此，能使得反射前后的兩偏振光成份的光程長(zhǎng)度差為零，由此， 也能防止發(fā)生PDL。
通過(guò)配置偏振光分離元件5，使得順?lè)较虻墓庠诜瓷潴w7反射前，入射到 偏振光分離元件5，能防止發(fā)生PDL，實(shí)現(xiàn)各光學(xué)元件小型化。若配置偏振光 分離元件5,使得順?lè)较虻墓庠诜瓷潴w7反射后被入射，則在逆方向光程中， 通過(guò)偏振光分離元件5,兩偏振光成份一起位移后，在反射體7兩偏振光成份 被反射。于是，反射點(diǎn)R和兩偏振光成份的各距離在各偏振光成份不相同， 發(fā)生PDL。因此，較好的是，在本實(shí)施形態(tài)中說(shuō)明那樣的第二偏振光分離元件 5的配置位置。
又，通過(guò)配置使得相對(duì)中心點(diǎn)C全部光纖Pl-P3的中心軸fc等距離，能 將各光纖Pl-P3的光射入射出端面和透鏡9的光軸oa之間設(shè)定為等距離。 這樣，能將從透鏡9射出及射入透鏡9的光束徑設(shè)定為同一尺寸。因此,光射 入射出部8和光學(xué)元件部以及透鏡6和反射體7的調(diào)芯作業(yè)能進(jìn)一步容易 化。
要求光循環(huán)器1的特性不那么高場(chǎng)合，也可以在包含公差范圍內(nèi)，將全 部光纖PI-P3變更為離中心點(diǎn)C不成為等距離的構(gòu)成。
上面參照

了本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施 例。在本發(fā)明技術(shù)思想范圍內(nèi)可以作種種變更，它們都屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
例如，如圖15所示，也可以將反射體7作為凹面鏡。通過(guò)使用凹面鏡，能使 得光循環(huán)器1的光學(xué)元件部和透鏡6的結(jié)合公差得到緩和，能使得光射入射出 部8，光學(xué)元件部,及透鏡6的調(diào)芯作業(yè)容易化。
對(duì)于偏振光分離元件2， 5,也可以置換為雙折射性的棱鏡或偏振光束分
離器，代替雙折射單結(jié)晶體。又，可以在光纖P1-P3的光射入射出端面附近配 置新的透鏡，或者在偏振光分離元件5的y軸方向設(shè)置玻璃板，代替上述GIF。
本發(fā)明的光循環(huán)器在光通信系統(tǒng)及光檢測(cè)領(lǐng)域等可以利用作為非相反 光裝置。
權(quán)利要求
1. 一種反射型光循環(huán)器，其特征在于設(shè)有光學(xué)元件部，該光學(xué)元件部由第一偏振光分離元件，具有45度回轉(zhuǎn)角的非可逆性的偏振平面回轉(zhuǎn)元件，使得入射光的偏振平面回轉(zhuǎn)90度的位相元件，以及第二偏振光分離元件構(gòu)成；在光學(xué)元件部的一端側(cè)，配置至少設(shè)置排列三條波導(dǎo)通道的光射入射出部，同時(shí)，夾著光學(xué)元件部，在光射入射出部的相反側(cè)，配置透鏡及反射體；從光射入射出部側(cè)順序配置第一偏振光分離元件，偏振平面回轉(zhuǎn)元件，位相元件，第二偏振光分離元件；從連接各波導(dǎo)通道的中心軸的對(duì)角線上的中心點(diǎn)等間隔地配置全部波導(dǎo)通道；第一及第二偏振光分離元件的光學(xué)面上的各結(jié)晶軸方向相差45度；將第二偏振光分離元件的異常光線的位移量設(shè)定為比第一偏振光分離元件的異常光線的位移量大；從光射入射出部看，偏振平面回轉(zhuǎn)元件的回轉(zhuǎn)角的方向設(shè)定為逆時(shí)鐘方向；位相元件由第一位相光學(xué)元件及第二位相光學(xué)元件構(gòu)成，在第一偏振光分離元件分離為正常光線及異常光線兩偏振光成份，各位相光學(xué)元件的大小設(shè)定為僅僅使得分離的光的一方的偏振光成份透過(guò)，同時(shí)，設(shè)置各位相光學(xué)元件，使得僅僅一方的偏振光成份透過(guò)兩位相光學(xué)元件；在第一偏振光分離元件分離的光的兩偏振光成份之中，在反射體反射后，透過(guò)第一偏振光分離元件時(shí)成為異常光線的偏振光成份透過(guò)第一位相光學(xué)元件，同時(shí)，從光射入射出部向第一偏振光分離元件射出，透過(guò)第一偏振光分離元件時(shí)成為正常光線的偏振光成份透過(guò)第二位相光學(xué)元件；從光射入射出部射出，在反射體被反射，形成往復(fù)光學(xué)元件部的光的光程，第二偏振光分離元件的大小設(shè)定為僅透過(guò)上述往復(fù)光程的去路或回路中一方；在反射體兩偏振光成份以點(diǎn)對(duì)稱被反射，同時(shí)，反射體的反射點(diǎn)和透鏡光軸在光傳播方向配置在同一直線上，連接各波導(dǎo)通道的中心軸的對(duì)角線上的中心點(diǎn)和透鏡光軸配置在非同一直線上；配置第二偏振光分離元件，使得順?lè)较虻墓庠诜瓷潴w被反射前，入射到第二偏振光分離元件。
2.如權(quán)利要求l所述的反射型光循環(huán)器，其特征在于上述反射體是凹面鏡。
全文摘要
本發(fā)明通過(guò)防止發(fā)生PDL，及各往復(fù)光程的插入損失偏差，實(shí)現(xiàn)提高特性的反射型光循環(huán)器。設(shè)有光學(xué)元件部，光射入射出部，透鏡及反射體，光學(xué)元件部由第一偏振光分離元件，45度的非可逆性的偏振平面回轉(zhuǎn)元件，使入射光的偏振平面回轉(zhuǎn)90度的位相元件，第二偏振光分離元件構(gòu)成，從中心點(diǎn)等間隔地配置全部波導(dǎo)通道，將第二偏振光分離元件的異常光線位移量設(shè)定為比第一偏振光分離元件的異常光線位移量大。由兩位相光學(xué)元件構(gòu)成位相元件，僅使得一方的偏振光成份透過(guò)兩位相光學(xué)元件。第二偏振光分離元件的大小設(shè)定為僅透過(guò)光的往復(fù)光程中一方，同時(shí)，在反射體兩偏振光成份以點(diǎn)對(duì)稱被反射，使得順?lè)较虻墓庠诜瓷潴w被反射前，入射到第二偏振光分離元件。
文檔編號(hào)G02B27/28GK101401021SQ200780008299
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者今野良博, 佐佐木勝 申請(qǐng)人:并木精密寶石株式會(huì)社