DE69219104T2

DE69219104T2 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE69219104T2
Application number: DE69219104T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Fujitsu Lim Fukushima
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2012-09-05
Also published as: US5402509A; WO1993005429A1; EP0557532B1; EP0557532A1; CA2095121C; DE69219104D1; EP0557532A4; CA2095121A1

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine optische Einrichtung zum optischen Verbinden eines Paars von optischen Fasern (eine erste und eine zweite optische Faser) und insbesondere betrifft sie eine optische Einrichtung, die zwei oder mehrere Funktionen einschließlich der Funktion eines optischen Isolators aufweist und zur Verwendung in einem optischen System, beispielsweise einem optischen Verstärkungssystem und einem optischen zweiweg-Übertragungs system, geeignet ist.
Eine optische Einrichtung dieses Typs ist in der JP-U-63-20119 beschrieben.
Weitere optische Einrichtungen zum Verbinden einer ersten optischen Faser mit einer zweiten optischen Faser sind in dem U.S. Patent mit der Nr. 4,548,478 und in der japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr. 61-58809 beschrieben. Die in diesen Beschreibungen offenbarten optischen Einrichtungen weisen die Funktion eines optischen Isolators auf, bei dem das Vorwärts-Transmissionsvermögen nicht von dem Polarisationszustand des eingegebenen Lichtstrahls abhängt (polarisationsunabhängiger Isolator). Der polarisationsunabhängige optische Isolator koppelt im Prinzip alle Lichtstrahlen, die von einer ersten optischen Faser ausgegeben werden, zu einer zweiten optischen Faser und koppelt keinen der Lichtstrahlen, die von der zweiten optischen Faser ausgegeben werden, zu der ersten optischen Faser. Nachstehend wird der polarisationsunabhängige Isolator kurz als "optischer Isolator" bezeichnet.
Der optische Isolator des beschriebenen Typs weist vielerlei Verwendungen auf. Beispielsweise wird in einem optischen Verstärkungssystem, welches mit einem optischen Verstärkungsmedium des optischen Pumptyps versehen ist, ein optischer Isolator verwendet, um die Bildung einer optischen Resonatorstruktur einschließlich des optischen Verstärkungsmediums in dem optischen Resonanzpfad zu vermeiden. Als ein praktikables optisches Verstärkungssystem, welches ein optisches Verstärkungsmedium des optischen Pumptyps umfaßt, ist ein faseroptischer Verstärker bekannt, der als das optische Verstärkungsmedium eine optische Faser (dotierte Faser) umfaßt, wobei wenigstens ihr Kern mit einem Seltenerden-Element dotiert ist, beispielsweise Er, Nd und Yb.
In den faseroptischen Verstärker wird Signallicht und Pumplicht in die dotierte Faser eingeleitet und das Signallicht wird direkt auf Grundlage des Prinzips einer stimulierte Emission bei der Wellenlänge des Signallichts verstärkt. Deshalb werden zur Konstruktion eines faseroptischen Verstärkers ein Multiplexer zum Einleiten des Signallichts und des Pumplichts, die über getrennte Wege in eine einzelne dotierte Faser geliefert werden, und andere Peripherieteile unentbehrlich. Wenn eine optische Einrichtung mit Funktionen von zwei oder mehreren derartiger Peripherieteile realisiert wird, ist sie bei der Vereinfachung des Aufbaus eines optischen Verstärkungssystems oder dergleichen sehr nützlich.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
- eine optische Einrichtung bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau aufweist und zwei oder mehrere Funktionen einschließlich der Funktion eines optischen Isolators besitzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optisch Einrichtung zum optischen Verbinden einer ersten optischen Faser und einer zweiten optischen Faser mit einem optischen Pfad, der zwischen den ersten und zweiten optischen Fasern vorgesehen ist, vorgesehen, die umfaßt: eine erste und eine zweite Linse, die sich in dem optischen Pfad befinden, zum Kollimieren von Lichtstrahlen, die von Anregungsenden der ersten bzw. zweiten optischen Faser ausgesendet werden, in ein Strahlbündel von nahezu parallelen Strahlen, ein erstes und ein zweites doppelbrechendes Element, welches zwischen den ersten und zweiten Linsen vorgesehen ist, wobei jedes eine optische Achse in einer vorgegebenen Beziehung zu dem optischen Pfad aufweist, ein erstes magnetooptisches Element, welches sich zwischen den ersten und zweiten doppelbrechenden Elementen befindet, zum Drehen der Polarisationsebene von dadurch übertragenem Licht um einen Winkel von 45º, und erste und zweite Anregungsports, die sich an vorgegebenen Positionen in der Nähe des Anregungsendes der zweiten optischen Faser befinden, zum Aussenden von jeweiligen linear polarisierten Lichtstrahlen, die jeweils dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichem Strahl in dem zweiten doppelbrechenden Element entsprechen, und in der ein Strahlbündel von parallelen Strahlen, die erhalten werden, indem ein Lichtstrahl von dem Anregungsende der ersten optischen Faser durch die erste Linse kollimiert wird, durch das erste doppelbrechende Element, das erste magnetooptische Element und das zweite doppelbrechende Element in der genannten Reihenfolge geleitet wird, und wenn der Strahl durch die zweite Linse zum Bilden eines Brennpunkts zusammengefaßt wird, der Brennpunkt innerhalb des Kerns der zweiten optischen Faser an ihrem Anregungsende ist, ein Strahlbündel von parallelen Strahlen, die erhalten werden, indem ein Lichtstrahl von dem Anregungsende der zweiten optischen Faser durch die zweite Linse kollimiert wird, durch das zweite doppelbrechende Element, das erste magnetooptische Element und das erste doppelbrechende Element in der genannte Reihenfolge geleitet wird, und, wenn der Strahl durch die erste Linse zum Bilden eines Brennpunkts konvergiert wird, der Brennpunkt außerhalb des Kerns der ersten optischen Faser an ihrem Anregungsende positioniert ist, und ein Strahlbündel von parallelen Strahlen, die durch Kollimieren eines Lichtstrahls von beiden Anregungsports erhalten wird, durch das zweite doppelbrechende Element, das erste magnetooptische Element und das erste doppelbrechende Element in der genannten Reihenfolge geführt wird, und, wenn der Strahl durch die erste Linse zum Bilden eines Brennpunkts konvergiert wird, der Brennpunkt innerhalb des Kerns der ersten optischen Faser an ihrem Anregungsende positioniert ist.
Zum Besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese in der Praxis umgesetzt werden kann, wird nachstehend beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, das einen grundlegenden Aufbau einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Diagramm, welches ein Beispiel eines faseroptischen Verstärkers (Stand der Technik) zeigt, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 3 ein Diagramm, welches ein anderes Beispiel eines faseroptischen Verstärkers (Stand der Technik) zeigt, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 4 ein Aufbaudiagramm einer optischen Einrichtung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Diagramm, welches die Richtung der optischen Achse und die Drehrichtung der Polarisationsebene der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 6A, Fig. 68 und Fig. 6C Diagramme, die Vorgänge in der optischen Einrichtung in der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutern;
Fig. 7 ein Aufbaudiagramm einer optischen Einrichtung, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein Aufbaudiagramm einer optischen Einrichtung, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ein Aufbaudiagramm einer optischen Einrichtung, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 10 ein Diagramm, welches die Richtung der optischen Achse und die Drehrichtung der Polarisationsebene in der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 11 ein Aufbaudiagramm einer optischen Einrichtung, die eine fünfte Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 12 ein Aufbaudiagramm einer optischen Einrichtung, die eine sechste Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend eingehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Überall in den Zeichnungen sind im wesentlichen identische Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Fig. 1 ist ein Diagramm, welches einen grundlegenden Aufbau der optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die optische Einrichtung verbindet optisch eine optische Faser 1 und eine optische Faser 2, wobei die einen Enden davon im wesentlichen zu einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, mit einem dazwischen vorgesehenen optischen Pfad. Zwischen den optischen Fasern 1 und 2 befindet sich eine Linse 3, ein doppelbrechendes Element 4, ein magnetooptisches Element 5, ein doppelbrechendes Element 6 und eine Linse 7 in der genannten Reihenfolge. Zusätzlich ist in der Nähe des Anregungsendes 2A der optischen Fasern 2 ein Anregungsport 8 zum Aussenden eines linear polarisierten Lichtstrahls vorgesehen, der wenigstens entweder dem gewöhnlichen Strahl oder dem außergewöhnlichen Strahl in dem doppelbrechenden Element 6 entspricht. Es kann nur ein Anregungsport 8 auf einer Seite der optischen Faser 2 oder zwei Anregungsports 8 auf beiden Seiten der optischen Faser 2, wie in Fig. 1 gezeigt, vorgesehen sein.
Die Linsen 3 und 7 sind an der derartigen Positionen angeordnet, daß sie Lichtstrahlen, die von den Anregungsenden 1A und 2A der optischen Fasern 1 bzw. 2 emittiert werden, in ein Strahlbündel von eigentlich parallelen Strahlen kollimieren können. Die doppelbrechenden Elemente 4 und 6 sind aus einem doppelbrechenden Material hergestellt, beispielsweise Rutil und Calcit, und diese sind in die Form einer flachen Platte oder die Form einer Keilplatte ausgestaltet. Das magnetooptische Element 5 umfaßt einen magnetooptischen Kristall, beispielsweise ein YIG-Kristall (Yttrium-Eisen-Granat), und eine Einrichtung, die ein magnetisches Feld in einer vorgegebenen Richtung auf den magnetooptischen Kristall anwendet, und die Dicke des magnetooptischen Kristalls und die Stärke des darauf angewendeten magnetischen Felds werden so eingestellt, daß der Drehwinkel (Winkel einer Faraday-Drehung) der Polarisationsebene eines Lichtstrahls, der durch den magnetooptischen Kristall tritt, 450 wird. Allgemeiner ausgedrückt kann der Winkel der Faraday-Drehung (45 + 180n)º sein, wobei n Null oder eine natürliche Zahl ist.
In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist die Anordnung so vorgenommen, daß, wenn ein von dem Anregungsende 1A der optischen Faser 1 emittierter Lichtstrahl durch die Linse 3 in ein Strahlbündel von parallelen Strahlen kollimiert wird und die parallelen Strahlen durch das doppelbrechende Element 4, das magnetooptische Element 5 und doppelbrechende Element 6 in der genannten Reihenfolge geführt und durch die Linse 7 fokussiert werden, der Brennpunkt innerhalb des Kerns der optischen Faser 2 an ihrem Anregungsende 2A gebildet wird. Wenn andererseits ein Lichtstrahl, der von dem Anregungsende 2A der optischen Faser 2 emittiet wird, durch die Linse 7 in ein Strahlbündel von parallelen Strahlen kollimiert wird und die parallelen Strahlen durch das doppelbrechende Element 6, das magnetooptische Element 5 und das doppelbrechende Element 4 in der genannten Reihenfolge geführt und durch die Linse 3 fokussiert werden, ist die Anordnung derart, daß der Brennpunkt außerhalb des Kerns der optischen Faser 1 an ihrem Anregungsende 1A gebildet wird. Dementsprechend ist die in Fig. 1 gezeigte Anordnung äquivalent zu derjenigen, bei der die Fasern 1 und 2 mit einem optischen Isolator verbunden. sind.
Ferner ist die Anordnung so vorgenommen, daß, wenn ein von dem Anregungsport 8 emittierter Lichtstrahl durch die Linse 7 oder eine andere nichtgezeigte Linse in ein Strahlbündel von parallelen Strahlen kollimiert wird, die parallelen Strahlen durch das doppelbrechende Element 6, das magnetooptische Element 5 und das doppelbrechende Element 4 in der genannten Reihenfolge geführt und durch die Linse 3 fokussiert werden, der Brennpunkt innerhalb des Kerns der optischen Faser 1 an ihrem Anregungsende 1A gebildet wird. Deshalb kann gemäß der Anordnung in Fig. 1 der Lichtstrahl von dem Anregungsport 8 zu der optischen Faser 1 gekoppelt werden.
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines faseroptischen Verstärkers eines Gegenpump-Typs zeigt (demjenigen Typ, bei dem das Lichtsignal und das Pumplicht sich entgegengesetzt zueinander ausbreiten), auf den die optische Einrichtung der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Signallicht, welches von einer Signallichtquelle 11 ausgegeben wird, wird durch einen optischen Isolator 12 in seiner Vorwärtsrichtung geleitet und an eine dotierte Faser 13 von ihrem ersten Ende geliefert. Außerdem wird Pumplicht, welches von einer Pumplichtquelle 14 ausgegeben wird, durch einen optischen Multiplexer 15 an die dotierte Faser 13 von ihrem zweiten Ende geliefert. Das innerhalb der dotierten Faser 13 verstärkte Signallicht wird durch den optischen Multiplexer 15 und einen optischen Isolator 16 in der genannten Reihenfolge geführt, um auf eine optische Übertragungsleitung fur eine Signallichtübertragung, die nicht gezeigt ist, übertragen zu werden. Der optische Multiplexer 15 ist beispielsweise aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm gebildet, der ermöglicht, daß Signallicht dadurch übertragen wird und Pumplicht davon reflektiert wird, nämlich gemäß dem Wellenlängenunterschied zwischen dem Signallicht und dem Pumplicht. Ein optischer Zirkulator eines Typs mit drei Anschlüssen kann ebenfalls für den optischen Multiplexer 15 verwendet werden.
Bei der Anwendung der optischen Einrichtung aus Fig. 1 auf den faseroptischen Verstärker aus Fig. 2 wird das Anregungsende der optischen Faser 1 in Fig. 1 auf der anderen Seite des Anregungsendes 1A mit dem zweiten Ende der dotierten Faser 13 in Fig. 2 verbunden, das Anregungsende der optischen Faser 2 in Fig. 1 auf der anderen Seite des Anregungsendes 2A wird mit der optischen Übertragungsleitung fur eine Signallichtübertragung verbunden und das Pumplicht ist angeordnet, so daß es von dem Anregungsport 8 in Fig. 1 ausgegeben wird. Damit das Pumplicht von dem Anregungsport 8 ausgegeben wird, ist die Pumplichtquelle 14 in Fig. 2 in die Position des Anregungsports 8 in Fig. 1 gebracht oder die Pumplichtquelle 14 ist mit dem ersten Anregungsende einer polarisationserhaltenden Faser (Faser mit konstanter Polarisation) verbunden, und das zweite Anregungsende der polarisationserhaltenden Faser ist in die Position des Anregungsports 8 in Fig. 1 gebracht.
Gemäß der Anwendung der Einrichtung wie oben beschrieben kann ein faseroptischer Verstärker, der einen einfachen Aufbau aufweist und sich für eine Miniaturisierung eignet, vorgesehen werden, indem eine einzelne optische Einrichtung verwendet wird, die Funktionen sowohl des optischen Multiplexers 15 als auch des optischen Isolators 16 in Fig. 2 aufweist, oder zusätzlich dazu die Funktion der Pumplichtquelle 14 aufweist.
Wenn in einem faseroptischen Verstärker, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Grenze für die Ausgangsleistung von einer einzelnen Pumplichtquelle 14 besteht, ist es effektiv, die Pumplichtquelle zur Verbesserung der Verstärkung in dem faseroptischen Verstärker zu verdoppeln. Da die Lichtausgabe eines Halbleiterlasers, der allgemein als die Pumplichtquelle verwendet wird, im wesentlichen ein linear polarisierter Lichtstrahl ist, ist es möglich, einen Polarisationskoppler beim Verdoppeln der Pumplichtquelle zu verwenden. Insbesondere können zwei Pumplichtguellen 14A und 14B, die polarisierte Lichtstrahlen aussenden, deren Polarisationsebenen einander im rechten Winkel schneiden, wie in Fig. 3 gezeigt, verwendet werden, und diese Pumplichtstrahlen können in dem Polarisationskoppler 21 kombiniert werden, um in die dotierte Faser 13 eingeleitet zu werden.
Bei der Anwendung der optischen Einrichtung aus Fig. 1 auf den faseroptischen Verstärker aus Fig. 3 werden zwei Anregungsports 8, die den Pumplichtquellen 14A bzw. 14B entsprechen, verwendet. Somit kann ein faseroptischer Verstärker, der einen einfachen Aufbau aufweist und sich für eine Miniaturisierung eignet, vorgesehen werden, indem eine einzelne optische Einrichtung verwendet wird, die Funktionen des optischen Multiplexers 15, des optischen Isolators 16 und des Polarisationskopplers 21 in Fig. 3 aufweist, oder die zusätzlich dazu die Funktionen der Pumplichtquellen 14A und 14B aufweist.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches eine erste Ausführungsform als ein besonderes Beispiel der optischen Einrichtung aus Fig. 1 zeigt. Für die optischen Fasern 1 und 2 eignen sich Monomodefasern. Für die doppelbrechenden Elemente 4 und 6 (s. Fig. 1) werden jeweils Keilplatten 31 und 32, die aus einem doppelbrechenden Material hergestellt sind, verwendet. Auf beiden Seiten der optischen Faser 2 sind polarisationserhaltende Fasern 33 und 34 vorgesehen, die parallel zu der optischen Faser 2 und zueinander angeordnet sind, wobei Anregungsenden 33A und 34A jeweils den Anregungsports 8, 8 in Fig. 1 entsprechen. Anregungsenden, die nicht gezeigt sind, der polarisationserhaltenden Fasern 33A und 34A sind jeweils mit Lichtquellen verbunden (beispielsweise den Pumplichtquellen 14A und 14B in Fig. 3).
In dem dreidimensionalen X, Y und Z Koordinatensystem, welches in einigen Diagrammen einschließlich der Fig. 4 dargestellt ist, ist die positive Richtung der X-Achse die Richtung, die die axiale Richtung der optischen Fasern im rechten Winkel von links nach rechts schneidet, wenn die optische Faser 2 von der Seite der optischen Faser 1 gesehen wird, die positive Richtung der Y-Achse ist parallel zu der Richtung von unten nach oben von jedem doppelbrechenden Element und die positive Richtung der Z-Achse ist diejenige, die von der optischen Faser 1 in Richtung auf die optische Faser 2 hin verläuft.
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches optische Achsen der Keilplatten 31 und 32 und die Drehrichtung der Polarisationsebene in dem magnetooptischen Element 5 zeigt. Es sei angenommen, daß die Seitenflächen der Keilplatten 31 und 32 parallel zu der YZ-Ebene sind. Die optische Achse C1 der Keilplatte 31 ist nahezu parallel zu der XY-Ebene und der Winkel α, der zwischen der optischen Achse C1 und de YZ-Ebene gebildet wird, ist auf 22,50 eingestellt. Für die Keilplatte 32 kann diejenige, die in dem gleichen Prozeß wie derjenige zur Herstellung der Keilplatte 31 hergestellt wird, verwendet werden. Diese Keilplatten 31 und 32 sind so angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt, daß die Oberseite und die Unterseite der Keilplatte 31 der Unterseite und der Oberseite der Keilplatte 32 jeweils gegenüberliegen und die entsprechenden Oberflächen parallel zueinander sind. Infolgedessen wird der Winkel, der zwischen der optischen Achse C2 der Keilplatte 32 und der YZ-Ebene gebildet wird, auch α (= 22,5º), und somit befindet sich die optische Achse C2 der Keilplatte 32 in der Position, die von der optischen Achse C1 der Keilplatte 31 erreicht wird, wenn sie um 450 in einer Uhrzeigerrichtung um die Z-Achse in dem in Fig. 5 dargestellten Fall gedreht wird. In diesem Fall wird der Drehwinkel in dem magnetooptischen Element 5 so eingestellt, daß er in der Uhrzeigerrichtung ist, wie mit dem Buchstaben F angedeutet. Da wie voranstehend beschrieben die Keilplatten, die die optische Achse bei einem Winkel von 22,50 zu ihrer Seitenfläche aufweisen, für beide doppelbrechende Elemente in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind derartige Keilplatten zur Vereinfachung der Herstellung der optischen Einrichtung wirksam.
Bezugnehmend auf Fig. 4 sind die Hauptachsen der polarisationserhaltenden Fasern 33 undd 34 (die Achsen auf den Querschnittsebenen der Fasern, die den Polarisationsebenen der linear polarisierten Lichtstrahlen entsprechen, die von den den Fasern aufrechterhalten werden können), so eingerichtet, daß die von den polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 an die Keilplatte 32 gelieferten Lichtstrahlen dem gewöhnlichen Strahl bzw. dem außergewöhnlichen Strahl in der Keilplatte 32 entsprechen. Das heißt, die Hauptachsen der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 sind senkrecht zueinander.
Fig. 6A, Fig. 6B und Fig. 6C sind Diagramme, die Vorgänge der optischen Einrichtung in Fig. 4 erläutern. Bezugnehmend auf Fig. 6A wird ein Lichtstrahl, der von dem Anregungsende 1A der optischen Faser 1 ausgesendet wird, durch die Linse 3 in ein Strahlbündel von parallelen Strahlen kollimiert. Das kollimierte Strahlbündel ist mit der Bezugszahl 101 bezeichnet, wobei die Dicke des Strahls vernachlässigt ist. Genauso wird jedes Strahlbündel nachstehend mit vernachlässigter Dicke dargestellt. Der Strahl (das Strahlbündel) 101, der durch die Keilplatte 31 geführt wird, wird in einen Strahl 102, dessen Polarisationsebene senkrecht zu der optischen Achse C1 (s. Fig. 5) ist, und einen Strahl 103, dessen Polarisationsebene parallel zu der optischen Achse C1 ist, aufgespalten. Die Strahlen 102 und 103 entsprechen dem gewöhnlichen Strahl bzw. dem außergewöhnlichen Strahl in der Keilplatte 31. Wenn die Strahlen 102 und 103 durch das magnetooptische Element 5 geführt werden, werden ihre Polarisationsebenen in einer Uhrzeigerrichtung bezüglich der Ausbreitungsrichtung (der Richtung +Z) um 45º gedreht und werden Strahlen 104 bzw. 105. Da die Polarisationsebene des Strahls 104 senkrecht zu der optischen Achse C2 der Keilplatte 32 ist, erfährt der Strahl 104 eine Brechung als gewöhnlicher Strahl in der Keilplatte 32 und wird ein Strahl 106. Da die Polarisationsebene des Strahls 105 parallel zu der optischen Achse C2 der Keilplatte 32 ist, erfährt der Strahl 105 eine Brechung als außergewöhnlicher Strahl in der Keilplatte 32 und wird ein Strahl 107. Aus den Brechungsvorgängen, die die Strahlen 106 und 107 durchlaufen haben, und dem Anordnungszustand der Keilplatten 31 und 32 werden die Strahlen 106 undd 107 parallel zueinander. Wenn die Strahlen 106 und 107 von der Linse 7 zusammengefaßt werden, können deshalb ihre Brennpunkte innerhalb des Kerns der optischen Faser 2 an ihrem Anregungsende 2A plaziert werden und somit können die Strahlen 106 und 107 zusammengefaßt werden, so daß sie in die optische Faser 2 eingeleitet werden.
Wenn andererseits Licht, welches sich nicht in die Richtung -Z ausbreiten soll (beispielsweise, der Lichtstrahl, der reflektiert und von dem anderen Ende der optischen Faser 2 zurückgeführt wird), von dem Anregungsende 2A der optischen Faser 2 ausgesendet wird, wird der Lichtstrahl durch die Linse 7 in ein Strahlbündel von parallelen Strahlen kollimiert. Der Strahl bzw. das Strahlbündel ist mit der Bezugszahl 111 in Fig. 6B bezeichnet. Wenn der Strahl 111 durch die Keilplatte 32 geführt wird, wird er in einen Strahl 112, dessen Polarisationsebene parallel zu der optischen Achse C2 der Keilplatte ist, und einen Strahl 113, dessen Polarisationsebene senkrecht zu der optischen Achse C2 ist, aufgespalten. Die Strahlbündel oder Strahlen 112 und 113 entsprechen dem außergewöhnlichen Strahl bzw. dem gewöhnlichen Strahl in der Keilplatte 32. Wenn die Strahlen 112 und 113 durch das magnetooptische Element 5 geführt werden, werden ihre Polarisationsebenen in Gegenuhrzeigerrichtung bezüglich der Ausbreitungsrichtung (der Richtung -Z) um 45º gedreht und werden Strahlen 114 bzw. 115. Da die Polarisationsebene der Strahlen 114 senkrecht zu der optischen Achse C1 der Keilplatte 31 ist, erfährt der Strahl 114 eine Brechung als gewöhnlicher Strahl in der Keilplatte 31 und wird ein Strahl 116. Da die Polarisationsebene des Strahls 115 parallel zu der optischen Achse C1 der Keilplatte 31 ist, erfährt der Strahl 114 eine Brechnung als außergewöhnlicher Strahl in der Keilplatte 31 und wird ein Strahl 117. Aus den Brechungsvorgängen, die die Strahlen 116 und 117 durchlaufen haben, und dem Anordnungszustand der Keilplatte 31 und 32, werden die Strahlen 116 und 117 nicht parallel zueinander. Wenn deshalb die Strahlen 116 und 117 durch die Linse 3 zusammengefaßt werden, werden ihre Brennpunkte außerhalb des Kerns der optischen Faser 1 plaziert, und somit können die Strahlen 116 und 117 nicht zusammengefaßt werden, um in die optische Faser 1 eingeleitet zu werden.
Der dabei verwendete Ausdruck "Brennpunkt" besitzt keine Bedeutung eines Punkts, dessen Fläche unendlich nahe zu Null ist, so wie dies zum Anzeigen einer Position in der geometrischen Optik verwendet wird, sondern er wird zum
Bezeichnen eines Strahlflecks verwendet, der eine endliche Fläche an einer Position, an der der Durchmesser eines Strahls minimiert wird, wenn der Strahl durch eine Linse fokussiert wird, oder an einer Position in seiner Nähe aufweist.
In Fig. 6B ist das Segment, welches den durch die Linse 3 gebildeten Brennpunkt des Strahls 116 mit dem von der Linse 3 gebildeten Brennpunkt des Strahls 117 verbindet, mehr oder weniger parallel zu der Y-Achse. Wenn sich demzufolge das Anregungsende 2A der optischen Faser 2 und die Anregungsports (33A und 34A) auf einer Y-Achse befinden, können Lichtstrahlen von den Anregungsports in die optische Faser 1 eingeleitet werden. Eine ausführlichere Beschreibung folgt nun.
Wenn der Abstand zwischen den Brennpunkten der Strahlen 116 und 117, die von der Linse 3 gebildet werden, mit Δ bezeichnet wird, ist der Abstand zwischen den Anregungsenden 33A und 34A der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34, die parallel zueinander angeordnet sind, auf beispielsweise Δ eingestellt. Das Verhältnis zwischen den Unterteilungen von diesem Abstand, welcher durch die optische Faser 2 aufgeteilt wird, ist in geeigneter Weise eingestellt. Der von dem Anregungsende 33A der polarisationserhaltenden Faser 33 ausgesendete linear polarisierte Lichtstrahl wird durch die Linse 7 in ein Strahlbündel von parallelen Strahlen kollimiert. Dieses Strahlbündel ist mit der Zahl 121 in Fig. 6C bezeichnet. Der von dem Anregungsende 34A der polarisationserhaltenden Faser 4 ausgesendete linear polarisierte Lichtstrahl wird durch die Linse 7 in ein Strahlbündel von parallelen Strahlen kollimiert. Dieser Strahl (Strahlbündel) wird mit der Zahl 122 bezeichnet. Die Strahlen 121 und 122 erfahren eine Brechung als gewöhnlicher Strahl bzw. außergewöhnlicher Strahl in der Keilplatte 32 und werden Strahlen 123 und 124. Wenn die Strahlen 123 und 124 durch das magnetooptische Element 5 geführt werden, werden sie bezüglich der Ausbreitungsrichtung (der Richtung -Z) um 45º gedreht und werden jeweils Strahlen 125 und 126. Die Strahlen 125 und 126 erfahren eine Brechung als außergewöhnlicher Strahl bzw. gewöhnlicher Strahl in der Keilplatte 31 und werden Strahlen 127 und 128. Da die Brechungsvorgänge, die die Strahlen 127 und 128 erfahren haben, gleich zu den Brechungsvorgängen sind, die die Strahlen 117 und 116 in Fig. 68 jeweils erfahren haben, und da ferner die Anregungsenden 33A und 34A der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 sich an vorgegebenen Positionen befinden, werden die Brennpunkte, die durch Fokussieren der Strahlen 127 und 128 durch die Linse 3 gebildet werden, innerhalb des Kerns der optischen Faser 1 an ihrem Anregungsende 1A plaziert. Durch Fokussieren der Strahlen 127 und 128 mit der Linse 3 können sie somit in die optische Faser 1 eingeleitet werden.
Wie aus der oben unter Bezugnahme auf Fig. 6A und Fig. 6B angegebenen Beschreibung ersichtlich, sieht die vorliegende Erfindung eine Funktion eines optischen Isolators vor, dessen Transmissionsvermögen in der Vorwärtsrichtung von der optischen Faser 1 in Richtung auf die optische Faser 2 hin nicht von der Polarisation abhängt und der Auslöschungseffekt gegenüber einem Lichtstrahl, der sich von der optischen Faser 2 in Richtung auf die optische Faser 1 hin bewegt, ist ausreichend. Wie ferner aus der oben angegebenen Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 6C ersichtlich ist, können die Lichtstrahlen von den polarisationserhaltenden Fasern 33 und/oder 34 in zufriedenstellender Weise in die optische Faser 1 eingeleitet werden, und somit dient die optische Einrichtung auch als ein optischer Multiplexer. Da ferner die Hauptachsen der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 sich rechtwinklig schneiden, kann erreicht werden, daß Lichtstrahlen von zwei unabhängigen Lichtquellen in die optische Faser 1 eingeleitet werden. Deshalb ist es klar, daß die vorliegende optische Einrichtung auch als ein Polarisationskoppler arbeitet.
Bei der Anwendung der obigen optischen Einrichtung auf einen faseroptischen Verstärker, wie in Fig. 2 oder Fig. 3 gezeigt, sollte bemerkt werden, daß die Wellenlänge des verstärkten Lichts, welches von der mit der dotierten Faser 13 verbundenen optischen Faser 1 ausgegeben wird, sich allgemein von der Wellenlänge des Pumplichts, welches von den polarisationserhaltenden Fasern 33A und 34A ausgegeben wird, die mit der Pumplichtquelle 14 (14A und 14B) verbunden sind, unterscheidet. Wenn beispielsweise die Wellenlänge des Signallichts im 1,5 µm-Band liegt und das Element, mit dem die dotierte Faser dotiert ist, Er (Erbium) ist, wird für die Wellenlänge des Pumplichts das 0,98 µm-Band oder das 1,48 µm-Band verwendet.
Von der praktischen Seite her gesehen ergibt sich bei dem Betrieb der voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6A, Fig. 6B und Fig. 6C beschriebenen optischen Einrichtung kein ernsthaftes Problem mit der Wellenlängencharakteristik des magnetooptischen Elements 5 wegen der Tatsache, daß die Wellenlänge des Lichts von der optischen Faser 1, die mit der optischen Faser 2 gekoppelt ist, sich von der Wellenlänge des Lichts von den polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34, die mit der optischen Faser 1 gekoppelt sind, unterscheidet. Dies liegt daran, daß beispielsweise bei Verwendung eines Signallichts mit Wellenlänge von 1,55 µm und eines Pumplichts mit einer Wellenlänge von 1,48 µm der Unterschied dazwischen im Winkel einer Faraday-Drehung in dem magnetooptischen Element 5 um so ist und ein dadurch verursachter Energieverlust nur 0,03 µm oder so ähnlich betragt. Die Wellenlängencharakteristik hinsichtlich des Winkels einer Faraday-Drehung in dem magnetooptischen Element 5 kann je nach Anforderung eingestellt werden.
Das Prinzip, mit dem die optische Kopplung in der optischen Einrichtung erreicht wird, die als ein voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6C beschriebener optischer Multiplexer arbeitet, basiert nicht auf dem Wellenlängenunterschied zwischen dem Lichtstrahl von der mit der optischen Faser 2 gekoppelten optischen Faser 1 und den Lichtstrahlen von den mit der optischen Faser 1 gekoppelten polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34, sondern basiert auf dem Unterschied der Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen. Das heißt, beide Lichtstrahlen werden durch das magnetooptische Element 5 wegen der Notwendigkeit einer Verwendung der Nicht-Reziprozität des magnetooptischen Elements 5 geführt. Wenn das magnetooptische Element 5 YIG enthält, ist der Verlust des Lichtstrahls aufgrund seines Durchgangs durch das Element 0,1 dB oder so ähnlich und innerhalb der Toleranz. Hinsichtlich der Verluste ist dies sogar vorteilhaft, weil der Lichtstrahl nicht durch einen dielektrischen Mehrschichtfilm geführt wird, wie im Fall eines herkömmlichen optischen Multiplexers.
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches eine zweite Ausführungsform als ein anderes besonderes Beispiel der optischen Einrichtung aus Fig. 1 zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Fig. 4 dadurch, daß die Linse 7 aufgeteilt ist in eine Linse 41, durch die der von der optischen Faser 1 ausgesendete Lichtstrahl zur Kopplung mit der optischen Faser 2 geführt wird, und in Linsen 42 und 43, durch die Lichtstrahlen, die von den polarisationserhaltenden Fasern 33 bzw. 34 zur Kopplung mit der optischen Faser 1 ausgesendet werden, geführt werden. Gemäß einer derartigen Konfiguration kann der Spielraum für eine Fehlausrichtung der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 größer gemacht werden und somit können Einstellungen bei der Herstellung der optischen Einrichtung unter Verwendung von geeigneten Linsen 42 und 43 und durch Einstellen der Abstände zwischen den Linsen 42 und 43 und der Linse 3 einfacher gemacht werden. Da in der ersten Ausführungsform in Fig. 4 die Linse 7 gemeinsam verwendet wird, muß das Anregungsende 2A der optischen Faser 2 und die Anregungsenden 33A und 34A der polarisationserhaltenden Fasern 33 undd 34 nahe zueinander positioniert werden, und es ist erforderlich, daß die optische Faser 2 und die polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 nahezu parallel zueinander sind. Deshalb war der Herstellungsaufwand, insbesondere die Ausrichtung der Hauptachsen der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 schwierig gewesen. Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Anregungsende 2A der optischen Faser 2 und die Anregungsenden 33A und 34A der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 zu einem gewissen Grad beabstandet angeordnet werden können und es nicht erforderlich ist, daß sie parallel zueinander sind, werden Einstellungen bei der Herstellung einfacher.
Fig. 8 ist ein Diagramm, welches eine dritte Ausführungsform als eine andere besondere Ausführungsform der optischen Einrichtung in Fig. 1 zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform in Fig. 7 dadurch, daß Lichtstrahlen, die von den Anregungsenden 33A und 34A der polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 ausgesendet und von den Linsen 42 und 43 kollimiert werden, jeweils von Spiegeln 51 und 52 reflektiert werden, um an die Keilplatte 32 geliefert zu werden. Die Spiegel 51 und 52 werden zusammen mit der Linse 41 und der optischen Faser 2 von einem Halter 53 gehalten. Da gemäß dieser Ausführungsform die polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 nahezu senkrecht zu der optischen Faser 2 angeordnet werden können, kann eine Art, die sich für die optische Einrichtung eines Typs mit drei Anschlüssen oder vier Anschlüssen eignet, bereitgestellt werden. Weil ferner der Durchmesser jedes Strahls 0,5 mm oder so ähnlich ist, besteht eine Gefahr im Fall der zweiten Ausführungsform in Fig. 7 darin, daß die Linsen 41, 42 und 43 nahe zueinander angeordnet sind und somit die Halteeinrichtungen der jeweiligen Linsen einander stören. Weil jedoch in der vorliegenden Ausführungsform die Linsen 42 und 43 getrennt von der Linse 41 angeordnet werden können, kann der Freiheitsgrad bei der Auslegung der optischen Einrichtung größer gemacht werden.
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches eine vierte Ausführungsform als ein anderes besonderes Beispiel der optischen Einrichtung aus Fig. 1 zeigt. Zur Erreichung eines bestimmten Effekts aus einer Kaskadenverbindung von im wesentlichen zwei Sätzen der Keilplatte 31, des magnetooptischen Elements 5 und der Keilplatte 32 in der zweiten Ausführungsform aus Fig. 7 sind in dieser Ausführungsform eine Keilplatte 31', ein magnetooptisches Element 5, eine Keilplatte 32', ein magnetooptisches Element 61 und eine Keilplatte 62 in der angegebenen Reihenfolge zwischen der Linse 3 und den Linsen 41, 42 und 43 in der Richtung von der optischen Faser 1 auf die optische Faser 2 hin angeordnet. Die Keilplatten 31', 32' und 62 sind so angeordnet, daß die Oberseite und die Unterseite der Keilplatte 31' der Unterseite und der Oberseite der Keilplatte 32' jeweils gegenüberliegen und die Oberseite und die Unterseite der Keilplatte 32' der Unterseite und der Oberseite der Keilplatte 32 jeweils gegenüberliegen. Ferner ist der Keilwinkel der Keilplatte 32' nahezu gleich zu der Summe des Keilwinkels der Keilplatte 31' und des Keilwinkels der Keilplatte 62.
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches die optischen Achsen der Keilplatten 31', 32' und 62 und die Drehrichtung der Polarisationsebene in den magnetooptischen Elementen 5 und 61 erläutert. Im Fall dieses Beispieles sind die Drehrichtungen der Polarisationsebene in den magnetooptischen Elementen 5 und 61 beide bezüglich der Richtung +Z in der Uhrzeigerrichtung. Der Winkel der Faraday-Drehung in dem magnetooptischen Element 61 und derjenige in dem gleichen magnetooptischen Element 5 sind 45º Die optische Achse C2' der Keilplatte 32' ist in einer Richtung, die von der optischen Achse Cl' der Keilplatte 31' erreicht werden soll, wenn sie bezüglich der Richtung +Z in einer Uhrzeigerrichtung um 45º gedreht wird. Die optische Achse C3 der Keuplatte 62 befindet sich in einer Position, die von der optischen Achse C2' der Keilplatte 32' erreicht werden soll, wenn sie bezüglich der Richtung +Z in der Uhrzeigerrichtung um 45º gedreht wird.
Da gemäß dieser Ausführungsform der Winkel einer Trennung doppelt so groß wie derjenige in der zweiten Ausführungsform aus Fig. 7 gemacht werden kann, werden die Einstellungsarbeiten einfacher. Ferner wird die Anzahl von Teilen kleiner als für den Fall, bei dem zwei Sätze von zwei Keilplatten und einem dazwischen angeordneten magnetooptischen Element einfach in einer Kaskade verbunden sind.
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches eine fünfte Ausführungsform als ein anderes besonderes Beispiel der optischen Einrichtung aus Fig. 1 zeigt. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Keilplatten 31 und 32 zusammen mit dem magnetooptischen Element 5 auf einem Tisch 71 plaziert sind, der um eine Achse drehbar ist, die parallel zu der X-Achse ist. In Fig. 11 ist nur die polarisationserhaltende Faser 34 in der ersten Ausführungsform aus Fig. 4 in der Nähe der optischen Faser 2 gezeigt. Wenn Positionen der optischen Faser 2 und der polarisationserhaltenden Faser 34 so fixiert werden, daß sie parallel zueinander sind und der Abstand dazwischen ein vorgegebener Betrag ist, werden die optische Faser 2 und die polarisationserhaltende Faser 34 allgemein in parallelen V-Nuten, die in einem Substrat gebildet sind, fixiert. In einem derartigen Fall ist der Abstand zwischen dem Anregungsende der optischen Faser und dem Anregungsende der polarisationserhaltenden Faser 34 nicht immer hoch genau. Wenn andererseits ein doppelbrechendes Material geschnitten und abgeschliffen wird und dadurch Keilplatten 31 und 32 gebildet werden, ist der Keilwinkel höchst genau.
Wenn die Keilplatte 31, das magnetooptische Element 5 und die Keilplatte 32 in einer Anordnung wie in der vorliegenden Ausführungsform angeordnet sind, kann die Anordnung als eine flache Platte angesehen werden, deren Ablenkungswinkel bezüglich des systems eines Bündes von parallelen Strahlen, die von der optischen Faser 1 zur Kopplung mit der optischen Faser 2 ausgesendet werden, Null ist. Andererseits kann die Anordnung als ein Prisma angesehen werden, dessen Ablenkungswinkel bezüglich des Systems eines Strahlbündels von parallelen Strahlen, die von der polarisationserhaltenden Faser 34 zur Kopplung mit der optischen Faser 1 ausgesendet werden, nicht Null ist. Wenn demzufolge die Anordnung um einen Einheitswinkel um eine Achse parallel zur X-Achse gedreht wird, wird die Fehlausrichtung bei der Kopplung des Lichts von der optischen Faser 1 zur optischen Faser 2 viel kleiner sein als die Fehlausrichtung der Kopplung des Lichts von der polarisationserhaltenden Faser 34 zu der optischen Faser 1. Auf Grundlage des eben beschriebenen Prinzips können Einstellungen vereinfacht werden, selbst wenn die relative Position der optischen Faser 2 und der polarisationserhaltenden Faser 34 vorher festgelegt ist.
Fig. 12 ist ein Diagramm, welches eine sechste Ausführungsform eines anderen besonderes Beispiels der optischen Einrichtung aus Fig. 1 zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Fig. 4 dadurch, daß anstelle der Keilplatten 31 bzw. 32 flache Platten 81 undd 82, die aus einem doppelbrechenden Material hergestellt sind, verwendet werden und demgemäß eine Halbwellenplatte 83 zwischen dem magnetooptischen Element 5 und der flachen Platte 82 angeordnet ist. Die optischen Achsen der flachen Platte 81 und 82 sind so eingestellt, daß jede davon sich unter einem Winkel von 45º zur Z-Achse befindet und sie sich rechtwinklig kreuzen. Die durchgezogenen Linien bezeichnen einen Lichtstrahl, der von der optischen Faser 1 ausgesendet und mit der optischen Faser 2 gekoppelt wird, während die gestrichelten Linien Lichtstrahlen bezeichnen, die von den polarisationserhaltenden Fasern 33 und 34 ausgesendet und mit der optischen Faser 1 gekoppelt werden. Uberdies ist der Lichtstrahl, der von der optischen Faser 2 ausgesendet wird und sich in der Richtung -Z ausbreitet, nicht gezeigt, erzeugt eine Abweichung an dem: Anregungsende 1A der optischen Faser 1 und wird nicht mit der optischen Faser 1 gekoppelt.
Wenn die doppelbrechenden Elemente durch Keilplatten vorgesehen werden, wird eine selektive optische Kopplung durch eine Winkeltrennung in den Keilplatten erreicht. Wenn jedoch die doppelbrechenden Elemente durch flache Platten vorgesehen sind, wird eine selektive optische Kopplung durch Verschiebung des Strahls in eine Richtung senkrecht zur Z-Achse erreicht.
Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen zwei polarisationserhaltende Fasern verwendet wurden, um die optische Einrichtung mit der Funktion eines Polarisationskopplers zu versehen, kann die Einrichtung so angeordnet werden, daß sie nur eine einzelne polarisationserhaltende Faser aufweist, wenn zwei Lichtquellen nicht benotigt werden.
Ferner kann anstelle einer polarisationserhaltenden Faser eine Lichtquelle, die aus einem Halbleiterlaser (Laserdiode) oder dergleichen gebildet ist, als der Anregungsport selbst verwendet werden. Wenn eine Laserdiode für den Anregungsport verwendet wird, passiert es häufig, daß der von dem Anregungsende der Laserdiode ausgesendete Lichtstrahl die Form eines eliptischen Konus aufweist. Demzufolge ist es wünschenswert, eine spezielle Linse zum Kollimieren des von der Laserdiode ausgesendeten Lichtstrahls zu verwenden, um den optischen Kopplungswirkungsgrad zu verbessern. Wenn Laserdioden als die Anregungsports verwendet werden, wird deshalb bevorzugt, wie bei der zweiten Ausführungsform in Fig. 7, Linsen (42, 43) für Anregungsports getrennt von der Linse (41) für den Hauptstrahl bereitzustellen.
Die optische Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auffaseroptische Verstärker anwendbar, wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt, sondern sie ist auch auf optische Zweiweg-Übertragungssysteme anwendbar. Wenn die optische Einrichtung aus Fig. 1 auf beide Anschlußstationen in einem optischen Zweiweg-Übertragungssystem angewendet wird, kann eine derartige Anordnung hergestellt werden, daß beispielsweise die optische Faser 1 mit der optischen Übertragungsleitung des Systems verbunden ist, die optische Faser 2 mit dem optischen Empfänger verbunden ist und der Anregungsport 8 mit dem optischen Sender verbunden ist. Gemäß einer derartigen Anordnung wird eintreffendes Signallicht, welches über die optische Übertragungsleitung des Systems übertragen wird, an den optischen Empfänger durch die optischen Fasern 1 und 2 geliefert, während Signallicht, welches von dem optischen Sender ausgegeben wird, auf die optische Übertragungsleitung durch den Anregungsport 8 und die optische Faser 1 übertragen wird. In diesem Fall werden die Funktionen eines Isolators und eines optischen Multiplexers durch eine in der Anschlußstation auf der einen Seite verwendeten einzelnen optischen Einrichtung ausgeführt. Wenn eine Anordnung so vorgenommen wird, daß zwei optische Sender mit zwei Anregungsports verbunden sind und wenn einer der beiden verwendeten optischen Sender ausfällt, der andere optische Sender eingeschaltet wird, um in dem System verwendet zu werden, kann ein höchst zuverlässiges System aufgebaut werden.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Wie oben beschrieben ist die optische Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die zwei oder mehrere Funktionen einschließlich der Funktion eines optischen Isolators aufweist, im Aufbau einfach und eignet sich für eine Miniaturisierung. Wenn die optische Einrichtung auf ein System wie beispielsweise ein optisches Verstärkungssystem und ein optisches Zweiweg-Übertragungssystem angewendet wird, kann deshalb die Anordnung der Vorrichtungen in dem System weitgehend vereinfacht werden.

Claims

1. Optische Einrichtung zum optischen Verbinden einer ersten optischen Faser (1) und einer zweiten optischen Faser (2) mit einem optischen Pfad, der zwischen den ersten und zweiten optischen Fasern vorgesehen ist, umfassend:

eine erste und eine zweite Linse (3, 7), die in dem optischen Pfad zum Kollimieren von Lichtstrahlen, die von Anregungsenden der ersten bzw. zweiten optischen Faser (1, 2) ausgesendet werden, in ein Strahlbündel von nahezu parallelen Strahlen;

ein erstes und ein zweites doppelbrechendes Element (4, 7), welches sich zwischen den ersten und zweiten Linsen befindet, wobei jedes davon eine optische Hauptachse in einer vorgegebenen Beziehung zu dem optischen Pfad aufweist;

ein erstes magnetooptisches Element (5), welches sich zwischen den ersten und zweiten doppelbrechenden Elementen befindet, um die Polarisationsebene von dadurch übertragenem Licht um einen Winkel von 45º zu drehen; und

erste und zweite Anregungsports (8, 33A, 34A), die sich an vorgegebenen Positionen in der Nähe des Anregungsendes der zweiten optischen Faser (2) befindet, um jeweilige linear polarisierte Lichtstrahlen entsprechend jeweils dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl in dem zweiten doppelbrechenden Element (6) auszusenden; wobei

ein Strahlbündel von parallelen Strahlen, welches erhalten wird, indem ein Lichtstrahl von dem Anregungsende der ersten optischen Faser (1) durch die erste Linse (3) kollimiert wird, angeordnet ist, um durch das erste doppelbrechende Element (4), das erste magnetooptische Element (5) und das zweite doppelbrechende Element (6) in der genannten Reihenfolge zu treten, und, wenn das Strahlbündel von der zweiten Linse (7) zum Bilden eines Brennpunkts fokussiert wird, der Brennpunkt innerhalb des Kerns der zweiten optischen Faser (2) an ihrem Anregungsende positioniert ist;

ein Strahlbündel von parallelen Strahlen, welches erhalten wird, indem ein Strahl von dem Anregungsende der zweiten optischen Faser (2) durch die zweite Linse (7) kollimiert wird, angeordnet ist, um durch das zweite doppelbrechende Element (6), das erste magnetooptische Element (5) und das erste doppelbrechende Element (4) in der genannten Reihenfolge zu treten, und,wenn das Strahlbündel durch die erste Linse (3) zum Bilden eines Brennpunkts fokussiert wird, der Brennpunkt außerhalb des Kerns der ersten optischen Faser (1) an ihrem Anregungsende positioniert ist;

ein Strahlbündel von parallelen Strahlen, welches durch Kollimieren eines Strahls von einem der Anregungsports (8, 33A, 34A) erhalten wird, angeordnet ist, um durch das zweite doppelbrechende Element (6), das erste magnetooptische Element (5) und das erste doppelbrechende Element (4) in der genannten Reihenfolge zu treten, und,wenn das Strahlbündel durch die zweite Linse (3) zum Bilden eines Brennpunkts fokussiert wird, der Brennpunkt innerhalb des Kerns der ersten optischen Faser (1) an ihrem Anregungsende positioniert ist.

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten doppelbrechenden Element jeweilige erste und zweite Keilplatten (31, 32) umfassen, die aus einem doppelbrechenden Material hergestellt sind; und

die optische Achse der zweiten Keilplatte (32) sich in einer Position befindet, die von der optischen. Achse der ersten Keilplatte (31) erreicht wird, wenn sie um 450 um den optischen Pfad in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung der Polarisationsebene in dem ersten magnetooptischen Element (5) gereht wird.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, wobei

die ersten und zweiten Keilplatten (31, 32) so angeordnet sind, daß das Oberteil und das Unterteil in der ersten Keilplatte (31) jeweils dem Unterteil und dem Oberteil der zweiten Keilplatte (32) gegenüberliegen und ihre jeweiligen Stirnflächen parallel zueinander sind, und

die optische Achse jeder der ersten und zweiten Keilplatten (31, 32) sich bei einem Winkel von 22,50 zu der Seitenfläche der Keilplatte befindet.

4. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend:

ein zweites magnetooptisches Element (61) zum Drehen der Polarisationsebene von dadurch übertragenem Licht um einen Winkel von 450; und

eine dritte Keilplatte (62), die aus einem doppelbrechenden Material hergestellt ist und ihre optische Achse in einer Position aufweist, um von der optischen Achse der zweiten Keilplatte erreicht zu werden, wenn sie um 45º um den optischen Pfad in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung der Polarisationsebene in dem zweiten magnetooptischen Element (61) gedreht wird, wobei das zweite magnetooptische Element und die dritte Keilplatte zwischen der zweiten Keilplatte und der zweiten Linse in der genannten Reihenfolge angeordnet sind; wobei

die erste, zweite und dritte Keilplatte so angeordnet sind, daß das Oberteil und das Unterteil der ersten Keilplatte jeweils dem Unterteil und dem Oberteil der zweiten Keilplatte gegenüberliegt, das Oberteil und das Unterteil der zweiten Keilplatte jeweils dem Unterteil und dem Oberteil der dritten Keilplatte (62) gegenüberliegt; und

der Keilwinkel der zweiten Keilplatte nahezu gleich zu der Summe des Keilwinkels der ersten Keilplatte und des Keilwinkels der zweiten Keilplatte (62) ist.

5. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, wobei

die ersten und zweiten doppelbrechenden Elemente jeweilige erste und zweite flache Platten (81, 82) umfassen, die aus einem doppelbrechenden Material hergestellt sind; und

die optischen Achsen der ersten und zweiten flachen Platten (81, 82) rechtwinklig zueinander eingestellt sind, wobei jede optische Achse sich unter einem Winkel von 45º zu dem optischen Pfad befindet und die optische Einrichtung ferner umfaßt:

eine Halbwellenplatte (83), die sich zwischen dem ersten magnetooptischen Element (5) und der zweiten flachen Platte (82) befindet.

6. Optische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zwei Anregungsports Enden einer ersten und zweiten polarisationserhaltenden Faser (33, 34) sind, deren andere Enden mit jeweiligen Lichtquellen verbunden sind.

7. Optische Einrichtung nach Anspruch 6, wobei

die ersten und zweiten polarisationserhaltenden Fasern (33, 34) parallel zueinander angeordnet sind,

die zweite optische Faser (2) sich zwischen den ersten und zweiten polarisationserhaltenden Faser (33, 34) befindet; und

linear polarisierte Lichtstrahlen, die von den Enden der ersten und zweiten polarisationserhaltenden Fasern (33, 34) ausgesendet werden, von der zweiten Linse (7) kollimiert werden.

8. Optische Einrichtung nach Anspruch 6, wobei

die ersten und zweiten polarisationserhaltenden Fasern (33, 34) sich unter einem Winkel zu der zweiten optischen Faser (2) befinden, wobei die optische Einrichtung ferner umfaßt:

eine dritte und eine vierte Linse (42, 43) zum Kollimieren von linear polarisierten Lichtstrahlen, die jeweils von den Enden der ersten und zweiten polarisationserhaltenden Fasern (33, 34) emittiert werden.

9. Optische Einrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend:

eine dritte und eine vierte Linse (42, 43) zum Kollimieren von linear polarisierten Lichtstrahlen, die jeweils von den Enden der ersten und zweiten polarisationserhaltenden Fasern (33, 34) ausgesendet werden; und

einen ersten und einen zweiten Spiegel (51, 52) zum Reflektieren von Strahlbündeln von parallelen Strahlen, die durch Kollimation jeweils der dritten und vierten Linse (42, 43) erhalten werden.

10. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei

die zwei Anregungsports jeweils eine erste und eine zweite Laserdiode umfassen und die optische Einrichtung ferner umfaßt:

eine dritte und eine vierte Linse (42, 43) zum Kollimieren von linear polarisierten Lichtstrahlen, die von den ersten und zweiten Laserdioden ausgesendet werden

11. Optische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten doppelbrechenden Elemente und das erste magnetooptische Element (5) auf einem Tisch (21) fixiert sind, welcher um eine Achse drehbar ist, die nahezu senkrecht zu dem optischen Pfad ist.

12. Optische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Material, aus dem die ersten und zweiten doppelbrechenden Elemente hergestellt sind, Rutil oder Calcit ist.

13. Optische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten optischen Fasern (1, 2) jeweils eine Monomodefaser sind.