■光サーキュレータとは
光サーキュレータは光通信におけるアドドロップ（OADM)や双方向光アンプ、FBGセンサシステムにおける信号光の取り出しなどに使用される光部品で、光の進む向きで偏光の回転方向が逆になるファラデー素子の特異な性質が利用されています。３ポートと４ポートタイプの構成があり、３ポートタイプではポート１に入射した光はポート２に、ポート２に入射した光はポート３に出射します（図1）。（フルサーキュレーティングでない）４ポートタイプではポート１→ポート２、ポート２→ポート３、ポート３→ポート４のように光が進み（図2）、フルサーキュレーティング４ポートタイプでは前記に加えてポート４→ポート１も可能です（図3）。また、光アイソレータのように入射光の偏光状態によらない偏光無依存型と偏光状態に依存する偏光依存型の光サーキュレータがあります。
図1 ３ポートサーキュレータの動作
図2 ４ポート光サーキュレータの動作（フルサーキュレーティングでない製品の場合）
図3 ４ポート光サーキュレータの動作（フルサーキュレーティング光サーキュレータの場合）
■偏光無依存型光サーキュレータの構造と光の進み方
多く使われている偏光無依存型光サーキュレータについて説明します。主な使用部品はファラデー回転子、1/2波長板、偏光ビームスプリッタ、反射ミラー(あるいはプリズム)で原理的な構造は図３のようになっています。偏光ビームスプリッタはP偏光を透過し、S偏光を反射する素子です。ファラデー回転子は磁性体のファラデー効果を利用して偏光面を45°回転させる素子です。1/2波長板は偏光面を45°回転させます。
図3(a)はポート１からポート２へ進む光を示しています。偏光ビームスプリッタで直交するP偏光とS偏光の二つの偏光に分離された光はファラデー回転子と1/2波長板で45°ずつ同じ方向に計90°回転するのでP偏光はS偏光に、S偏光はP偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタで合波されポート２に出力します。
図3(b) はポート２からポート３へ進む光です。やはりP偏光とS偏光に分かれて進みますが、1/2波長板で45°回転した光はファラデー回転子の非相反性という特異な性質のため逆向きに45°回転させられ元に戻るのでP偏光/S偏光の変化が起こりません。そのため光はポート１ではなくポート３へ出力されます。同様に、ポート３に入射した光はP偏光/S偏光の変化が起こるのでポート２ではなくポート４へ出射されます。ポート４へ入射した光はP偏光/S偏光の変化が起こらないのでポート3ではなくポート１へ出力します。
図3.偏光無依存型光サーキュレータの構造と光の進み方
■動画での解説
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