JP3122111B2 - 光学アイソレータ - Google Patents
光学アイソレータInfo
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
- G02B6/2746—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means comprising non-reciprocal devices, e.g. isolators, FRM, circulators, quasi-isolators
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は光学アイソレータ、より具体的には、サイズ
の縮小を実現するために共振空胴を使用する光学アイソ
レータに関する。
の縮小を実現するために共振空胴を使用する光学アイソ
レータに関する。
発明の背景 光学アイソレータは反射された光学放射が再度光学デ
バイス、例えば、レーザーに入ることを阻止するために
必要される。光学通信システムにおいては、光学エネル
ギーのレーザー内への反射は、レーザーの動作を振幅の
変動、モード分裂、周波数シフト、及び狭い線幅を与え
ることにより劣化させる。現在の光学通信システムはレ
ーザーの出力の所に光がレーザー内に反射されて再度入
ることを阻止するために光学アイソレータを使用する。
このようなアイソレータは、通常、ファラデー アイソ
レータと呼ばれ、線型偏光（平面偏光とも呼ばれる）電
磁エネルギーの原理をファラデー回転の原理とともに使
用する。通常、二つのアイソレータが60dbと言う高い分
離を達成するために縦に接続して使用される。典型的に
は、1.5μｍの波長の光学エネルギーと動作するように
設計された場合、光学アイソレータは数センチメートル
の長さを持ち、８個の光学表面を必要とする。今日の光
学アイソレータは大きく、光学アイソレータに対してか
さばり、従ってチップに簡単に編入することができず、
或は光ファイバーの一部となることができない。
バイス、例えば、レーザーに入ることを阻止するために
必要される。光学通信システムにおいては、光学エネル
ギーのレーザー内への反射は、レーザーの動作を振幅の
変動、モード分裂、周波数シフト、及び狭い線幅を与え
ることにより劣化させる。現在の光学通信システムはレ
ーザーの出力の所に光がレーザー内に反射されて再度入
ることを阻止するために光学アイソレータを使用する。
このようなアイソレータは、通常、ファラデー アイソ
レータと呼ばれ、線型偏光（平面偏光とも呼ばれる）電
磁エネルギーの原理をファラデー回転の原理とともに使
用する。通常、二つのアイソレータが60dbと言う高い分
離を達成するために縦に接続して使用される。典型的に
は、1.5μｍの波長の光学エネルギーと動作するように
設計された場合、光学アイソレータは数センチメートル
の長さを持ち、８個の光学表面を必要とする。今日の光
学アイソレータは大きく、光学アイソレータに対してか
さばり、従ってチップに簡単に編入することができず、
或は光ファイバーの一部となることができない。
発明の要旨 本発明は、光学エネルギーを片方向においてパスし、
反対方向の光学エネルギーをブロック或は実質的にブロ
ックするように設計された光学アイソレータに関する。
典型的な据え付けにおいては、光学アイソレータがレー
ザーの出力の所に位置され、レーザーによって生成され
た光学エネルギーを受信デバイス、つまり、出力ファイ
バーにパスする。一つの実施形態においては、光学アイ
ソレータは二つの線型偏光子を含むが、一つは入力の所
に位置され、もう一つは出力の所に位置される。この入
力と出力線型偏光子の間には、共振空胴、例えば、ファ
ブリペロ空胴内に位置するジャイロトロピック媒体が置
かれる。アイソレータの入力と共振空洞との間には線型
偏光子から受信される平面偏光光学エネルギーを円偏光
光学エネルギーに変換するための第一の偏光変換手段が
組み込まれ、共振空胴とアイソレータの出力の所の線型
偏光子との間には共振空胴から受信される円偏光光学エ
ネルギーを平面偏光光学エネルギーに変換するための第
二の偏光変換手段が編入される。一つの実施態様におい
ては、ジャイロ媒体からなる共振空胴が反射された光学
放射をブロックするためのフィルタリング媒体となる。
反対方向の光学エネルギーをブロック或は実質的にブロ
ックするように設計された光学アイソレータに関する。
典型的な据え付けにおいては、光学アイソレータがレー
ザーの出力の所に位置され、レーザーによって生成され
た光学エネルギーを受信デバイス、つまり、出力ファイ
バーにパスする。一つの実施形態においては、光学アイ
ソレータは二つの線型偏光子を含むが、一つは入力の所
に位置され、もう一つは出力の所に位置される。この入
力と出力線型偏光子の間には、共振空胴、例えば、ファ
ブリペロ空胴内に位置するジャイロトロピック媒体が置
かれる。アイソレータの入力と共振空洞との間には線型
偏光子から受信される平面偏光光学エネルギーを円偏光
光学エネルギーに変換するための第一の偏光変換手段が
組み込まれ、共振空胴とアイソレータの出力の所の線型
偏光子との間には共振空胴から受信される円偏光光学エ
ネルギーを平面偏光光学エネルギーに変換するための第
二の偏光変換手段が編入される。一つの実施態様におい
ては、ジャイロ媒体からなる共振空胴が反射された光学
放射をブロックするためのフィルタリング媒体となる。
詳細な説明 第１図には、ファラデー回転効果を受信される平面偏
光光学エネルギーとともに使用し、光学エネルギーを片
方の方向でパスし、他方の方向ではブロックする光学ア
イソレータが示される。このデバイスは、入力線型或は
平面偏光子10と出力線型或は平面偏光子14の間に位置さ
れたジャイロトロピック媒体12を含む。このジャイロト
ロピック媒体12は、矢印16によって示される加えられた
縦方向磁場内に位置する。このジャイロトロピック媒体
はヴェルデ定数によって特性化されるが、これは光学エ
ネルギーの偏光の加えられた磁場のユニット当りの単位
長さ当りの回転として定義される。平面偏光された光学
エネルギーのこれがジャイロトロピック媒体を通過する
ときの回転は、以下の式によって与えられる。
光光学エネルギーとともに使用し、光学エネルギーを片
方の方向でパスし、他方の方向ではブロックする光学ア
イソレータが示される。このデバイスは、入力線型或は
平面偏光子10と出力線型或は平面偏光子14の間に位置さ
れたジャイロトロピック媒体12を含む。このジャイロト
ロピック媒体12は、矢印16によって示される加えられた
縦方向磁場内に位置する。このジャイロトロピック媒体
はヴェルデ定数によって特性化されるが、これは光学エ
ネルギーの偏光の加えられた磁場のユニット当りの単位
長さ当りの回転として定義される。平面偏光された光学
エネルギーのこれがジャイロトロピック媒体を通過する
ときの回転は、以下の式によって与えられる。
θＦ＝Ｖ∫Hdl ここで、Ｖはヴェルデ定数であり； Ｈは磁場である。
ある材料、例えば、イットリウム鉄ガーネット（YIG）
においては、ファラデー回転は、ある加えられた磁場に
おいて飽和するが、この場合、この回転は、以下の式に
よって与えられる。
においては、ファラデー回転は、ある加えられた磁場に
おいて飽和するが、この場合、この回転は、以下の式に
よって与えられる。
θＦ＝aFL ここで、aFは飽和された特定の回転を表わし、そして Ｌはジャイロトロピック媒体の長さである。
典型的には、1.5μｍの波長及び約1kガウス（これは、
サマリウム コバルト磁石から簡単に得ることができ
る）の磁場において、2.6mmの長さは、1.3μｍから1.5
μｍのスペクトル領域において最も一般的に使用される
アイソレータ材料であるYIG内で45度の回転を与える。
サマリウム コバルト磁石から簡単に得ることができ
る）の磁場において、2.6mmの長さは、1.3μｍから1.5
μｍのスペクトル領域において最も一般的に使用される
アイソレータ材料であるYIG内で45度の回転を与える。
後ろ方向に光学アイソレータを通って伝わる光19は、
ある角度に方位された線型偏光子14を通過し；偏光子14
から出るこの後ろ方向の線型偏光された光学エネルギー
はこの角度に方位される。線型偏光された光学エネルギ
ーは次にファラデー回転子12に入るが、これは、この線
型偏光された光学エネルギーの平面を角度θＦだけ回転
する。ファラデー回転子からのこの線型偏光された光学
エネルギーは、次に、ファラデー回転子からの光をブロ
ックするように方位された偏光子10に入る。殆どのアイ
ソレータにおいて、ファラデー回転子は偏光された光学
エネルギーの平面を45度だけ回転するように設計され
る。
ある角度に方位された線型偏光子14を通過し；偏光子14
から出るこの後ろ方向の線型偏光された光学エネルギー
はこの角度に方位される。線型偏光された光学エネルギ
ーは次にファラデー回転子12に入るが、これは、この線
型偏光された光学エネルギーの平面を角度θＦだけ回転
する。ファラデー回転子からのこの線型偏光された光学
エネルギーは、次に、ファラデー回転子からの光をブロ
ックするように方位された偏光子10に入る。殆どのアイ
ソレータにおいて、ファラデー回転子は偏光された光学
エネルギーの平面を45度だけ回転するように設計され
る。
前方向においては、光18は偏光子10を通過し、偏光子
10の角度にて線型偏光される。右方向に伝わるこの光
は、次に、ファラデー回転子を通過するが、この光は更
に、ここで、左方向に伝わる光学エネルギーの偏光の平
面の回転と同一の方向に回転される。ファラデー回転子
が線型偏光された光学エネルギーの偏光の平面を45度回
転するように設計される場合は、ファラデー回転子12か
ら出る光学エネルギーは偏光子14と並行に偏光され完全
に伝送される。
10の角度にて線型偏光される。右方向に伝わるこの光
は、次に、ファラデー回転子を通過するが、この光は更
に、ここで、左方向に伝わる光学エネルギーの偏光の平
面の回転と同一の方向に回転される。ファラデー回転子
が線型偏光された光学エネルギーの偏光の平面を45度回
転するように設計される場合は、ファラデー回転子12か
ら出る光学エネルギーは偏光子14と並行に偏光され完全
に伝送される。
YIG或は類似のガーネットを含む光学アイソレータ
は、低い損失（〜dB）及び比較的良好なイソレーション
（−30dB）を示すことが知られている。
は、低い損失（〜dB）及び比較的良好なイソレーション
（−30dB）を示すことが知られている。
但し、これらは、ファラデー回転子内に1/2から3mmの
経路長が要求されるために比較的大きい。
経路長が要求されるために比較的大きい。
本発明においては、共振デバイス内に位置されるジャ
イロトロピック媒体がシグナル パス ファラデー回転
子と置換される。簡単に説明すると、ジャイロトロピッ
ク媒体内で光学エネルギーを何度か前後に反射させるこ
とによってこの媒体の全長が短縮される。これは全体と
してのファラデー回転は個々の通過によって起こされる
個々の回転の総和であるためである。複数回の反射は、
表面上に堆積された二つのミラー（誘電ミラー或は金属
ミラー）間にジャイロトロピック媒体を位置することに
よって、或は導波路構造内に分布格子反射器を使用する
ことによって得られる。光学エネルギーの経路の一周光
学長が波長の整数に等しい場合、このデバイスは共振で
あると言われ、損失が存在しない場合、トランスパレン
トである。
イロトロピック媒体がシグナル パス ファラデー回転
子と置換される。簡単に説明すると、ジャイロトロピッ
ク媒体内で光学エネルギーを何度か前後に反射させるこ
とによってこの媒体の全長が短縮される。これは全体と
してのファラデー回転は個々の通過によって起こされる
個々の回転の総和であるためである。複数回の反射は、
表面上に堆積された二つのミラー（誘電ミラー或は金属
ミラー）間にジャイロトロピック媒体を位置することに
よって、或は導波路構造内に分布格子反射器を使用する
ことによって得られる。光学エネルギーの経路の一周光
学長が波長の整数に等しい場合、このデバイスは共振で
あると言われ、損失が存在しない場合、トランスパレン
トである。
例えば、反射ミラーによって得られる場合、構造の伝
送が共振であることは、以下の式によって与えられる。
送が共振であることは、以下の式によって与えられる。
ここで、Ｌは共振器内の単一のパス損失であり； Ｒはミラーの反射率である。
出る光線が最初の光線の半分に減らされるパスの回数Ｎ
は、以下の式によって与えられる。
は、以下の式によって与えられる。
従って、共振は、ファラデー効果を強化するために使
用することができる。
用することができる。
ジャイロトロピック媒体を一回のみではなく複数回光
学エネルギーが横断するように共振空胴内にジオトロピ
ック媒体を持つことに開示される光学アイソレータは、
動作の基本原理が理解できると線型偏光された光学エネ
ルギーとともに使用することができる。より具体的に
は、ジャイロトロピック媒体内での磁場の存在下におい
て線型偏光された光学エネルギーは、各々が円偏光され
た光学エネルギーであり各々が反対の回転の方向を持つ
二つの成分の総和であると考えることができる。この二
つの成分は等しい振幅を持つ。ジャイロトロピック媒体
内において、正の回転を持つ光学エネルギー成分は、負
の回転を持つ光学エネルギー成分と異なる速度にて伝播
し、入射偏光光学エネルギーの平面は、より速い速度に
て、この成分の回転の方向に回転される。換言すれば、
ファラデー媒体内での線型偏光された光学エネルギーの
平面は、右及び左円偏光に対する媒体の屈折率の差の結
果である。従って、ジャイロスコピック媒体を横断する
とき、一つの成分が他方の成分に対して遅延される。こ
の遅延が90度の位相差を与える場合、この光は、偏光の
元の平面から45度回転された偏光角度を持つ線型偏光さ
れた光学エネルギーとして現われる。明らかに、これが
起こるためには、この二つの成分の振幅が等しくなけれ
ばならない。これらが異なる場合、出る光はだ円に偏光
され、アイソレータは説明のようには動作しない。
学エネルギーが横断するように共振空胴内にジオトロピ
ック媒体を持つことに開示される光学アイソレータは、
動作の基本原理が理解できると線型偏光された光学エネ
ルギーとともに使用することができる。より具体的に
は、ジャイロトロピック媒体内での磁場の存在下におい
て線型偏光された光学エネルギーは、各々が円偏光され
た光学エネルギーであり各々が反対の回転の方向を持つ
二つの成分の総和であると考えることができる。この二
つの成分は等しい振幅を持つ。ジャイロトロピック媒体
内において、正の回転を持つ光学エネルギー成分は、負
の回転を持つ光学エネルギー成分と異なる速度にて伝播
し、入射偏光光学エネルギーの平面は、より速い速度に
て、この成分の回転の方向に回転される。換言すれば、
ファラデー媒体内での線型偏光された光学エネルギーの
平面は、右及び左円偏光に対する媒体の屈折率の差の結
果である。従って、ジャイロスコピック媒体を横断する
とき、一つの成分が他方の成分に対して遅延される。こ
の遅延が90度の位相差を与える場合、この光は、偏光の
元の平面から45度回転された偏光角度を持つ線型偏光さ
れた光学エネルギーとして現われる。明らかに、これが
起こるためには、この二つの成分の振幅が等しくなけれ
ばならない。これらが異なる場合、出る光はだ円に偏光
され、アイソレータは説明のようには動作しない。
従って、一見した所では、共振空胴を持つアイソレー
タは、線型偏光された光学エネルギーとともに使用され
た場合、右及び左に円偏光された成分に対する有効屈折
率が異なり、共振空胴がこの二つの波に対して同時的に
共振とならないために問題を生じるように見える。
タは、線型偏光された光学エネルギーとともに使用され
た場合、右及び左に円偏光された成分に対する有効屈折
率が異なり、共振空胴がこの二つの波に対して同時的に
共振とならないために問題を生じるように見える。
共振空胴をチューニングするための一つの解決法は、
空胴の共振周波数が左及び右に円偏光された光学エネル
ギーに対する共振周波数の中点に来るようにする方法で
ある。このケースにおいては、伝送される強度は、左及
び右に円偏光された光学エネルギーに対して同一であ
り、伝送される光学エネルギーは線型的に偏光される。
偏光の平面の回転は以下の式によって与えられる。
空胴の共振周波数が左及び右に円偏光された光学エネル
ギーに対する共振周波数の中点に来るようにする方法で
ある。このケースにおいては、伝送される強度は、左及
び右に円偏光された光学エネルギーに対して同一であ
り、伝送される光学エネルギーは線型的に偏光される。
偏光の平面の回転は以下の式によって与えられる。
ここで、Ｆはフィネスを表し、Ｒはミラーの反射率を
表わす。
表わす。
θGFP＜π/5＝36度の近似が妥当である。
共振空胴が共振でない所で動作するために挿入損失が存
在することに注意する。45度の回転が達成されたときの
伝送損失は約50％であることが確認された。
在することに注意する。45度の回転が達成されたときの
伝送損失は約50％であることが確認された。
もう一つのアプローチは、右及び左に円偏光された光
学エネルギーがこの構造の各々が個々の屈折率に対する
二つの別個の共振にて動作するようにする方法である。
この動作のモードにおける損失は最少である。但し、共
振空胴の長さを以下の式が満たされるように選択しなけ
ればならない。
学エネルギーがこの構造の各々が個々の屈折率に対する
二つの別個の共振にて動作するようにする方法である。
この動作のモードにおける損失は最少である。但し、共
振空胴の長さを以下の式が満たされるように選択しなけ
ればならない。
２（nR−nL）Ｌ＝Ｎλ ここで、 nR、及びnLは右偏光及び左偏光に対する屈折率であ
り； Ｎは整数であり；そして λは波長を表わす。
り； Ｎは整数であり；そして λは波長を表わす。
前述の如く、光学アイソレータ内の損失は最少である
が、但し、共振空胴の長さは、非共振光学アイソレータ
に対して要求される長さの約二倍となる。
が、但し、共振空胴の長さは、非共振光学アイソレータ
に対して要求される長さの約二倍となる。
より望ましい動作のモードは、円偏光された光学エネ
ルギーを持つデバイスを使用し、そして、この共振空胴
を左に円偏光された光学エネルギー或は右に円偏光され
た光学エネルギーのどちらかの共振ピークにチューニン
グする方法である。第２図には、この動作のモードの原
理に従って動作する構造が示される。
ルギーを持つデバイスを使用し、そして、この共振空胴
を左に円偏光された光学エネルギー或は右に円偏光され
た光学エネルギーのどちらかの共振ピークにチューニン
グする方法である。第２図には、この動作のモードの原
理に従って動作する構造が示される。
この光学アイソレータは反射面34、36の間に位置され
たジャイロトロピック媒体32からなる共振空胴30を含
む。この図面においては、ジャイロトロピック媒体は、
支持部材上の膜の形式を持つ。反射面は、この両端上に
堆積された誘伝或は金属ミラーであっても、或は、これ
らは、導波路構造内の分布格子反射器であっても良い。
ミラー34、36間の距離は光学アイソレータの入力端から
受信される円偏光された光学エネルギーに対する共振空
胴を提供するように調節される。第一の線型偏光子38が
光学アイソレータの入力端の所に位置され；そして第二
の線型偏光子40が光学アイソレータの出力端の所に位置
される。この第一の線型偏光子38と共振空胴30との間に
は、第一の偏光変換手段42、例えば、1/4波プレートが
位置され；そして共振空胴30と第二の線型偏光子40との
間には第二の偏光変換手段44例えば、1/4波プレートが
位置される。
たジャイロトロピック媒体32からなる共振空胴30を含
む。この図面においては、ジャイロトロピック媒体は、
支持部材上の膜の形式を持つ。反射面は、この両端上に
堆積された誘伝或は金属ミラーであっても、或は、これ
らは、導波路構造内の分布格子反射器であっても良い。
ミラー34、36間の距離は光学アイソレータの入力端から
受信される円偏光された光学エネルギーに対する共振空
胴を提供するように調節される。第一の線型偏光子38が
光学アイソレータの入力端の所に位置され；そして第二
の線型偏光子40が光学アイソレータの出力端の所に位置
される。この第一の線型偏光子38と共振空胴30との間に
は、第一の偏光変換手段42、例えば、1/4波プレートが
位置され；そして共振空胴30と第二の線型偏光子40との
間には第二の偏光変換手段44例えば、1/4波プレートが
位置される。
第２図に示されるこの新たな改良された光学アイソレ
ータの動作の基本モードは、第１図に示される従来の光
学アイソレータの基本モードとは明らかに異なる。第２
図において、左方向から右方向、つまり、前方向に進む
光学エネルギー46は、所定の角度に方位された第一の線
型偏光子38を通過し、そして、偏光子38から出るこの線
型偏光された光学エネルギーはこの角度に方位される。
線型偏光された光学エネルギーは1/4波プレート42を通
過することによって円偏光された光学エネルギーに変換
される。この1/4波プレート42は一つの近似角度、つま
り、線型偏光子38の軸に対して45度の角度に方位された
速い軸を持つ。1/4波プレート42からの円偏光光学エネ
ルギーは部分反射ミラー34を通過してこの偏光に対して
共振である共振空胴30に入る。この空胴内を複数回前後
に反射された後、この光学エネルギーは共振空胴の部分
反射ミラー36を通り抜けて出る。この出光学エネルギー
はこれがこの空胴に入った時と同一の円偏光を持つ。円
偏光された共振空胴30からの光学エネルギーは第二の1/
4波プレート44を通過することによって線型偏光光学エ
ネルギーに変換されるが、第二の1/4波プレート44は、
近似角度に包囲された速い軸を持つ。その後、1/4波プ
レート44からの線型偏光光学エネルギーは受信された光
学エネルギーを通過するように方位された第二の線型偏
光子40に向けられる。
ータの動作の基本モードは、第１図に示される従来の光
学アイソレータの基本モードとは明らかに異なる。第２
図において、左方向から右方向、つまり、前方向に進む
光学エネルギー46は、所定の角度に方位された第一の線
型偏光子38を通過し、そして、偏光子38から出るこの線
型偏光された光学エネルギーはこの角度に方位される。
線型偏光された光学エネルギーは1/4波プレート42を通
過することによって円偏光された光学エネルギーに変換
される。この1/4波プレート42は一つの近似角度、つま
り、線型偏光子38の軸に対して45度の角度に方位された
速い軸を持つ。1/4波プレート42からの円偏光光学エネ
ルギーは部分反射ミラー34を通過してこの偏光に対して
共振である共振空胴30に入る。この空胴内を複数回前後
に反射された後、この光学エネルギーは共振空胴の部分
反射ミラー36を通り抜けて出る。この出光学エネルギー
はこれがこの空胴に入った時と同一の円偏光を持つ。円
偏光された共振空胴30からの光学エネルギーは第二の1/
4波プレート44を通過することによって線型偏光光学エ
ネルギーに変換されるが、第二の1/4波プレート44は、
近似角度に包囲された速い軸を持つ。その後、1/4波プ
レート44からの線型偏光光学エネルギーは受信された光
学エネルギーを通過するように方位された第二の線型偏
光子40に向けられる。
後ろ方向に右から左に進む光学エネルギーは線型偏光
子40を通過して偏光子40の角度に方位された線型偏光光
学エネルギーとして出現する。この光は次に1/4波プレ
ート44を通過し、光学アイソレータの軸に沿って同一方
向に見られた場合、左から右に進む光学エネルギーの回
転の方向と反対の方向を持つ円偏光光学エネルギーとし
て出現する。従って、後ろ方向に進むこの円偏光光学エ
ネルギーは、前方向に進む円偏光光学エネルギーと異な
る回転を持つ。磁場16の方向に依存して、一方の回転の
向きを持つ円偏光光学エネルギーの場は、ファラデー材
料内の磁気モーメントの歳差と同一方向に回転し、そし
て他方の回転方向を持つ円偏光光学エネルギーの場は磁
気モーメントの歳差と逆方向に回転する。従って、左か
ら共振空胴を抜けて進む円偏光された光に対する屈折率
は、右から共振空胴を抜けて進む円偏光光学エネルギー
に対する屈折率と異なる。これは、偏光子と1/4波プレ
ートの組合わせが異なる方向に進む光に異なる回転の方
向を与えるためである。右方向から来る光学エネルギー
は左方向から来る光学エネルギーと異なる速度にて共振
空胴を通り抜けるために、この二つの円偏光光線の共振
周波数は異なる。第２図の実施態様においては、共振空
胴は左から右に進む円偏光光学エネルギーに対して共振
となるように設計される。従って、これは、右から左に
進む円偏光光学エネルギーに対しては共振ではなく、右
からの光学エネルギーは共振フィネス及び共振周波数の
差に依存するある量だけ減衰される。従って、第３図の
デバイスは左から右に進む光学エネルギーをパスし、右
から左に進む光学エネルギーをブロックする。
子40を通過して偏光子40の角度に方位された線型偏光光
学エネルギーとして出現する。この光は次に1/4波プレ
ート44を通過し、光学アイソレータの軸に沿って同一方
向に見られた場合、左から右に進む光学エネルギーの回
転の方向と反対の方向を持つ円偏光光学エネルギーとし
て出現する。従って、後ろ方向に進むこの円偏光光学エ
ネルギーは、前方向に進む円偏光光学エネルギーと異な
る回転を持つ。磁場16の方向に依存して、一方の回転の
向きを持つ円偏光光学エネルギーの場は、ファラデー材
料内の磁気モーメントの歳差と同一方向に回転し、そし
て他方の回転方向を持つ円偏光光学エネルギーの場は磁
気モーメントの歳差と逆方向に回転する。従って、左か
ら共振空胴を抜けて進む円偏光された光に対する屈折率
は、右から共振空胴を抜けて進む円偏光光学エネルギー
に対する屈折率と異なる。これは、偏光子と1/4波プレ
ートの組合わせが異なる方向に進む光に異なる回転の方
向を与えるためである。右方向から来る光学エネルギー
は左方向から来る光学エネルギーと異なる速度にて共振
空胴を通り抜けるために、この二つの円偏光光線の共振
周波数は異なる。第２図の実施態様においては、共振空
胴は左から右に進む円偏光光学エネルギーに対して共振
となるように設計される。従って、これは、右から左に
進む円偏光光学エネルギーに対しては共振ではなく、右
からの光学エネルギーは共振フィネス及び共振周波数の
差に依存するある量だけ減衰される。従って、第３図の
デバイスは左から右に進む光学エネルギーをパスし、右
から左に進む光学エネルギーをブロックする。
第３図には、本発明の原理を利用するデバイス内に使
用が可能なタイプの共振空胴が示される。この共振空胴
はガドリウム・ガリウム・ガーネット（GGG）基板54上
に成長されたBiドープされたYIG結晶膜からなる。これ
ら膜は２μｍの厚さを持ち、約97.5％のＲを持つ多層誘
電ミラー50、52をサポートする。飽和磁化に対しては、
この二つの膜を垂直に通過する光の総回転はパス当り約
１度の1/3である。これら膜内には線型複屈折は存在し
てはならないが、これは、線型複屈折がファラデー回転
に悪影響を持つためである。
用が可能なタイプの共振空胴が示される。この共振空胴
はガドリウム・ガリウム・ガーネット（GGG）基板54上
に成長されたBiドープされたYIG結晶膜からなる。これ
ら膜は２μｍの厚さを持ち、約97.5％のＲを持つ多層誘
電ミラー50、52をサポートする。飽和磁化に対しては、
この二つの膜を垂直に通過する光の総回転はパス当り約
１度の1/3である。これら膜内には線型複屈折は存在し
てはならないが、これは、線型複屈折がファラデー回転
に悪影響を持つためである。
第４図は本発明の原理に従う光学アイソレータのもう
一つの実施態様が示されるが、ここでは、共振空胴がフ
ァイバー ファブリペロ干渉計の空胴である。第一の光
ファイバー60は第二の光ファイバー62と光学的に整合
し、それと離して置かれる。これら二つの光ファイバー
の終端間にはBiドープされたYIGの薄い膜64が位置され
る。光ファイバーの端66、68は部分反射ミラーをサポー
トし、スリーブ70はこの二つのファイバーの両端及びジ
ャイロトロピック媒体64の回りにこのアセンブリーの整
合が保たれるようにスライド可能に位置される。リンク
磁石72がこのスリーブの回りに要求された磁場を提供す
るように位置される。第一の部材74が一端においてファ
イバー60に固定され；第二の部材76がファイバー62に固
定される。加えられる電圧とともにサイズを変える圧電
部材78が第一及び第二の部材74、76にこれら二つの部材
74、76の間の間隔を制御するように固定的に結合され
る。圧電部材78に適当な電圧が加えられると、これがサ
イズを変え、従ってこの二つの部材74、76の間の間隔を
変える。こうして、圧電部材78に適当な電圧を加えるこ
とによって、この二つのファイバー60、62の端の間の間
隔を増減し、要求される長さの空胴を与えることができ
る。偏光子及び1/4はプレートはファイバー形式にて製
造することができ、従って、偏光子及び1/4波プレート
は、位置80の所でファイバー60内に、そして位置82の所
でファイバー62内に組み込むことができる。こうして、
本発明の原理を使用して、全ファイバー光学アイソレー
タを提供することが可能である。
一つの実施態様が示されるが、ここでは、共振空胴がフ
ァイバー ファブリペロ干渉計の空胴である。第一の光
ファイバー60は第二の光ファイバー62と光学的に整合
し、それと離して置かれる。これら二つの光ファイバー
の終端間にはBiドープされたYIGの薄い膜64が位置され
る。光ファイバーの端66、68は部分反射ミラーをサポー
トし、スリーブ70はこの二つのファイバーの両端及びジ
ャイロトロピック媒体64の回りにこのアセンブリーの整
合が保たれるようにスライド可能に位置される。リンク
磁石72がこのスリーブの回りに要求された磁場を提供す
るように位置される。第一の部材74が一端においてファ
イバー60に固定され；第二の部材76がファイバー62に固
定される。加えられる電圧とともにサイズを変える圧電
部材78が第一及び第二の部材74、76にこれら二つの部材
74、76の間の間隔を制御するように固定的に結合され
る。圧電部材78に適当な電圧が加えられると、これがサ
イズを変え、従ってこの二つの部材74、76の間の間隔を
変える。こうして、圧電部材78に適当な電圧を加えるこ
とによって、この二つのファイバー60、62の端の間の間
隔を増減し、要求される長さの空胴を与えることができ
る。偏光子及び1/4はプレートはファイバー形式にて製
造することができ、従って、偏光子及び1/4波プレート
は、位置80の所でファイバー60内に、そして位置82の所
でファイバー62内に組み込むことができる。こうして、
本発明の原理を使用して、全ファイバー光学アイソレー
タを提供することが可能である。
1845年に、マイケル ファラデー（Michael Farada
y）は、ブロックのガラスが漂遊磁場にさらされると、
これがこれが光学的に活性となる、つまり、これ円複屈
折率を持つことを発見した。面偏光された光が加えられ
た磁場に並行の方向にガラスを通じて送られると偏光の
平面が回転する。ファラデーの初期の発見以来、この現
象は多くの固体、液体及びガス内において発見されてい
る。従って、本発の原理を使用して、共振空胴がシリカ
シングル モード ファイバーから製造できることが
明らかである。例えば第５図において、シングル モー
ド ファイバー90は、二つの反射表面92、94、96の所の
第一の線型偏光子及び1/4波プレート、及び98の所の第
二の線型偏光子及び1/4波プレートを含むように設計さ
れる。共振空胴のエリア内においてファイバーに固定的
に結合され、電子的或は機械的に光ファイバーを伸ばす
ように選択的に制御される二つのアーム102、104から成
るストレッチ部材100は、共振空胴の長さを要求される
周波数に調節することができる。リング磁石106がジャ
イロスコピック媒体としてファイバー自体を使用する共
振空胴の回りに必要な磁場を与えるために置かれる。フ
ァイバー内の線型複屈折が存在する場合は、補償手段が
必要となる。
y）は、ブロックのガラスが漂遊磁場にさらされると、
これがこれが光学的に活性となる、つまり、これ円複屈
折率を持つことを発見した。面偏光された光が加えられ
た磁場に並行の方向にガラスを通じて送られると偏光の
平面が回転する。ファラデーの初期の発見以来、この現
象は多くの固体、液体及びガス内において発見されてい
る。従って、本発の原理を使用して、共振空胴がシリカ
シングル モード ファイバーから製造できることが
明らかである。例えば第５図において、シングル モー
ド ファイバー90は、二つの反射表面92、94、96の所の
第一の線型偏光子及び1/4波プレート、及び98の所の第
二の線型偏光子及び1/4波プレートを含むように設計さ
れる。共振空胴のエリア内においてファイバーに固定的
に結合され、電子的或は機械的に光ファイバーを伸ばす
ように選択的に制御される二つのアーム102、104から成
るストレッチ部材100は、共振空胴の長さを要求される
周波数に調節することができる。リング磁石106がジャ
イロスコピック媒体としてファイバー自体を使用する共
振空胴の回りに必要な磁場を与えるために置かれる。フ
ァイバー内の線型複屈折が存在する場合は、補償手段が
必要となる。
第１図は従来のファラデー効果光学アイソレータを示す
図； 第２図は本発明の原理に従う構造の一つの実施態様を示
す図； 第３図は共振空胴を示す図； 第４図は本発明の光学アイソレータを組み込むデバイス
の略図を示す図；そして 第５図は本発明による光学アイソレータを組み込むもう
一つのデバイスの概要を示す図である。 ＜主要部分の符号の説明＞ 16……磁場 30……共振空胴 32……ジャイロトロピック媒体 34、36……部分反射ミラー 38、40……線型偏光子 42、44……1/4波プレート
図； 第２図は本発明の原理に従う構造の一つの実施態様を示
す図； 第３図は共振空胴を示す図； 第４図は本発明の光学アイソレータを組み込むデバイス
の略図を示す図；そして 第５図は本発明による光学アイソレータを組み込むもう
一つのデバイスの概要を示す図である。 ＜主要部分の符号の説明＞ 16……磁場 30……共振空胴 32……ジャイロトロピック媒体 34、36……部分反射ミラー 38、40……線型偏光子 42、44……1/4波プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュリアン ストーン アメリカ合衆国 07760 ニュージャー シィ，ラムソン，ケンプ アヴェニュー 19 (56)参考文献 特開 昭60−205422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−207022（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】入力平面偏光子、出力平面偏光子、及び該
入力平面偏光子と該出力平面偏光子の間に位置されたジ
ャイロトロピック媒体を持つ光学アイソレータにおい
て、 該光学アイソレータが、少なくとも幾らかの該ジャイロ
トロピック媒体を含んで所定の光学周波数に共振するよ
うにチューニングが可能な共振空胴と、該入力平面偏光
子と該共振空胴との間に位置され該入力平面偏光子から
の平面偏光光学エネルギーを円偏光光学エネルギーに変
換するための第一の偏光変換手段と、該共振空胴と該出
力平面偏光子との間に位置され該共振空胴からの円偏光
光学エネルギーを平面偏光光学エネルギーに変換するた
めの第二の偏光交換手段を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の装置において、該共振空
胴が二つの部分反射部材の間に位置されたジャイロトロ
ピック媒体であることを特徴とする装置。 - 【請求項３】請求項１又は２のいずれかに記載の装置に
おいて、該共振空胴が所望周波数にチューニングされる
ように設計されることを特徴とする装置。 - 【請求項４】請求項１、２又は３のいずれかに記載の装
置において、該ジャイロトロピック媒体が光ファイバー
であることを特徴とする装置。 - 【請求項５】第一の方向に進むソースからの光学エネル
ギーをパスし、反対方向に進む反射光学エネルギーが該
ソースに到達することをブロックするために光学アイソ
レータを使用する方法において、該方法が 該ソースからの光エネルギーを平面偏光光学エネルギー
に変換するステップ； 該平面偏光光学エネルギーを円偏光光学エネルギーに変
換するステップ； 円偏光光学エネルギーをジャイロトロピック媒体を持つ
共振空胴にパスするステップ；ここで、該共振空胴が、
該円偏光光学エネルギーに対して共振であるが、同じ光
学周波数であるが反対の偏光を有する円偏光光学エネル
ギーに対して共振にないものであり； 該共振器からの円偏光光学エネルギーを平面偏光光学エ
ネルギーに変換するステップ；及び、 該平面偏光された光学エネルギーを平面偏光子にパスす
るステップを含むことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/345,861 US4973120A (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Optical isolator with resonant cavity having gyrotropic material |
| US345,861 | 1989-05-01 | ||
| SG25794A SG25794G (en) | 1989-05-01 | 1994-02-21 | Optical isolator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02302717A JPH02302717A (ja) | 1990-12-14 |
| JP3122111B2 true JP3122111B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=26663897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02111885A Expired - Lifetime JP3122111B2 (ja) | 1989-05-01 | 1990-05-01 | 光学アイソレータ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4973120A (ja) |
| EP (1) | EP0396308B1 (ja) |
| JP (1) | JP3122111B2 (ja) |
| CA (1) | CA2012697C (ja) |
| DE (1) | DE69005019T2 (ja) |
| ES (1) | ES2047260T3 (ja) |
| HK (1) | HK108594A (ja) |
| SG (1) | SG25794G (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2254710B (en) * | 1991-04-12 | 1994-01-26 | Northern Telecom Europ Ltd | Fabry-perot optical filters |
| US5889609A (en) * | 1992-07-31 | 1999-03-30 | Fujitsu Limited | Optical attenuator |
| US5276701A (en) * | 1992-09-18 | 1994-01-04 | Fujitsu Limited | Ring laser employing unidirectional attenuator |
| US5400418A (en) * | 1992-12-04 | 1995-03-21 | Williams Telecommunication Group, Inc. | Polarization independent all-fiber optical circulator |
| US5319483A (en) * | 1992-12-04 | 1994-06-07 | Williams Telecommunications Group, Inc. | Polarization independent low cross-talk optical circulator |
| US5768015A (en) * | 1992-12-22 | 1998-06-16 | Telstra Corporation Limited | Optical isolator |
| US5818626A (en) * | 1994-08-29 | 1998-10-06 | Agfa Division, Bayer Corp. | Method and apparatus for optical isolation |
| DE4431285C1 (de) * | 1994-09-02 | 1995-12-07 | Ant Nachrichtentech | Lasermodul |
| US5452127A (en) * | 1994-09-16 | 1995-09-19 | Martin Marietta Corporation | Etalon with optically polarizing field electrodes |
| JP3667827B2 (ja) * | 1995-08-29 | 2005-07-06 | 富士通株式会社 | ファラデー回転子 |
| JP3739471B2 (ja) * | 1996-03-01 | 2006-01-25 | 富士通株式会社 | 光可変減衰器 |
| JP3773601B2 (ja) * | 1996-09-18 | 2006-05-10 | 富士通株式会社 | ファラデー回転子 |
| JPH10161076A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Fujitsu Ltd | 磁気光学効果を利用した光デバイス |
| US6441955B1 (en) * | 1998-02-27 | 2002-08-27 | Fujitsu Limited | Light wavelength-multiplexing systems |
| US6496300B2 (en) | 1998-02-27 | 2002-12-17 | Fujitsu Limited | Optical amplifier |
| US6373614B1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-04-16 | Cambridge Research Instrumentation Inc. | High performance polarization controller and polarization sensor |
| US6611342B2 (en) * | 2001-01-08 | 2003-08-26 | Optellios, Inc. | Narrow band polarization encoder |
| JP3979138B2 (ja) * | 2001-12-20 | 2007-09-19 | 住友電気工業株式会社 | 光アイソレータおよび偏光子 |
| JP3933965B2 (ja) * | 2002-03-14 | 2007-06-20 | 富士通株式会社 | 波長特性可変装置、光増幅器および光伝送システム |
| US20060233484A1 (en) * | 2005-03-24 | 2006-10-19 | Richard Van Neste | Adhesive-assembled fiber-optic interferometer |
| US8313369B2 (en) | 2009-10-14 | 2012-11-20 | Patent Investments & Licensing Company | Outcome determination method for gaming device |
| CN109037872B (zh) * | 2018-09-26 | 2023-08-11 | 西南应用磁学研究所 | 低功率源需求的波导环行器功率试验系统 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3644016A (en) * | 1968-03-19 | 1972-02-22 | North American Rockwell | Optical isolator |
| US3523718A (en) * | 1968-04-17 | 1970-08-11 | Us Army | Low temperature optical isolator for laser systems |
| US3617129A (en) * | 1969-11-10 | 1971-11-02 | United Aircraft Corp | Interferometric optical isolator |
| US4033670A (en) * | 1976-03-03 | 1977-07-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Zeeman effect optical isolator |
| FR2517831A2 (fr) * | 1981-12-04 | 1983-06-10 | Thomson Csf | Tete de mesure pour magnetometre et magnetometre comprenant une telle tete |
| US4563092A (en) * | 1982-12-27 | 1986-01-07 | Teldix Gmbh | Laser rotation rate sensor |
| JPS62257032A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | Sharp Corp | 可変干渉装置 |
| US4830451A (en) * | 1986-03-05 | 1989-05-16 | American Telephone And Telegraph Company | Technique and apparatus for fabricating a fiber Fabry-Perot etalon |
| JPS6317426A (ja) * | 1986-07-09 | 1988-01-25 | Nec Corp | 光アイソレ−タ |
-
1989
- 1989-05-01 US US07/345,861 patent/US4973120A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-21 CA CA002012697A patent/CA2012697C/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-25 ES ES90304434T patent/ES2047260T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-25 DE DE90304434T patent/DE69005019T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-04-25 EP EP90304434A patent/EP0396308B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-05-01 JP JP02111885A patent/JP3122111B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-02-21 SG SG25794A patent/SG25794G/en unknown
- 1994-10-06 HK HK108594A patent/HK108594A/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
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| CA2012697C (en) | 1995-01-17 |
| DE69005019T2 (de) | 1994-05-05 |
| SG25794G (en) | 1995-03-17 |
| DE69005019D1 (de) | 1994-01-20 |
| HK108594A (en) | 1994-10-14 |
| JPH02302717A (ja) | 1990-12-14 |
| EP0396308A1 (en) | 1990-11-07 |
| US4973120A (en) | 1990-11-27 |
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