DE69714248T2

DE69714248T2 - Optischer isolator

Info

Publication number: DE69714248T2
Application number: DE69714248T
Authority: DE
Inventors: Anthony Park
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JP2000510965A; AU4934197A; WO1997044700A1; CN1220739A; GB9610621D0; EP0900405A1; DE69714248D1; CN1184507C; EP0900405B1; US6055102A; KR20000015885A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Isolator (optisches Trennglied) und auf optische Vorrichtungen, die optische Isolatoren verwenden, insbesondere auf Halbleiterlasermodule.
Ein optischer Isolator ermöglicht den Durchgang von Licht durch den Isolator in einer Richtung, verhindert aber (oder dämpft zumindest wesentlich) den Durchgang von Licht durch den Isolator in der entgegengesetzten Richtung. Um eine derartige nicht-reziproke Operation zu erzielen, muß ein optischer Isolator eine Komponente aufweisen, die sich abhängig von der Richtung, in der das Licht durch dieselbe gelangt, unterschiedlich verhält. Diese Komponente ist im allgemeinen ein Faraday-Dreher (Faraday-Rotator). Ein Faraday-Dreher weist ein Material auf, üblicherweise ein kristallines Material, das in der Lage ist, die Polarisationsebene von Licht, das durch denselben gelangt, ansprechend auf das Anlegen eines externen Magnetfeldes zu drehen. Die Richtung der Drehung der Polarisationsebene ist abhängig von, der Richtung des Durchgangs des Lichtes durch den Faraday-Dreher bezüglich der Richtung des angelegten externen Magnetfeldes. Der Faraday-Dreher wird mit einem oder mehreren, üblicherweise zwei, Polarisatoren oder doppelbrechenden Walk-Off-Kristallen kombiniert, um einen Isolator zu bilden. Die Drehung der Polarisationsebene, die durch den Faraday-Dreher ermöglicht wird, in einer Richtung ermöglicht es, daß Licht durch beide Polarisatoren gelangt, wohingegen in der entgegengesetzten Richtung die Polarisationsebene derart gedreht wird, daß der Durchgang des Lichtes durch den Isolator durch den Polarisator blockiert wird.
Optische Isolatoren finden insbesondere bei optischen Kommunikationssystemen eine Anwendung, insbesondere zur Verwendung mit Halbleiterlasern. Da die Übertragungsraten, die in optischen Kommunikationssystemen verwendet werden, angestiegen sind, z. B. auf mehrere Gbits pro Sekunde, hat sich die Leistung, die von Lasern erfordert wird, die in derartigen Systemen verwendet werden, ebenfalls erhöht. Es ist bekannt, daß Licht, das von einem Teil eines optischen Kommunikationssystems zurückreflektiert wird, die Operation eines derartigen Hochleistungslasers negativ beeinflußt und z. B. zu Fluktuationen des Spektrums, der Linienbreite oder des intrinsischen Rauschens des Lasers führt. Optische Isolatoren werden verwendet, um derartige Hochleistungshalbleiterlaser vor derartigen Reflexionen zu schützen, und werden zunehmend nicht nur in Systemen zu Forschungszwecken, sondern auch in Systemen, die zur kommerziellen Verwendung eingesetzt werden, verwendet. Um zu verhindern, daß Isolatoren übermäßige zusätzliche Kosten zu Lasertransmittern hinzufügen, müssen Isolatoren miniaturisiert, leicht mit einem Laser auszurichten und mit nur niedrigen Kosten verbunden sein.
Eine Anzahl von miniaturisierten optischen Isolatoren ist bekannt. Die WO 93/20465 offenbart ein laminiertes Isolatorelement (Trennelement), das in einem Optische-Faser- Durchführungsrohr angeordnet ist. Das Herstellungs- und das Zusammenbauverfahren dieses Isolators ist komplex und so teuer. Ferner macht, obwohl das Isolatorelement selbst klein ist, der verwendete zylindrische Magnet diese Isolatoranordnung sperrig und umständlich.
Die Optischer-Isolator-Anordnung der US 4,966,444 versucht, die Anzahl von Komponenten zu reduzieren, die durch das Verwenden eines Faraday-Drehers als eine Linse verwendet werden. Zusätzlich zu dem Eingehen eines Kompromisses bei der Leistung des Isolators bleibt diese Anordnung aufgrund des großen Krümmungsradius, der von der Faraday-Dreher- Linse erfordert wird, sperrig, wobei der große zylindrische Magnet verwendet wird.
Die US 5,452,122 offenbart eine weitere Isolatoranordnung, die laminierte Isolatorelemente verwendet, und einen zylindrischen Magnet. Aufgrund der Verwendung eines zylindrischen Magneten muß der Isolator drehmäßig mit dem Ausgangsmodus des Halbleiterlasers ausgerichtet sein.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Isolator geschaffen, der auf einer planaren Oberfläche befestigbar ist, wobei der optische Isolator ein Isolatorelement aufweist, das eine optische Achse aufweist sowie einen Faraday-Dreher und zumindest einen Polarisator oder einen doppelbrechenden Walk-Off- Kristall und einen Magneten aufweist, wobei der Magnet ein Magnet mit offenem Kern ist, der derart geformt ist, daß, wenn er auf einer im wesentlichen planaren Oberfläche plaziert ist, eine Öffnung durch den Magneten und die im wesentlichen planare Oberfläche definiert wird, und wobei sich das Isolatorelement derart in der Öffnung befindet, daß die optische Achse durch die Öffnung läuft. Die vorliegende Erfindung liefert so durch die Verwendung eines Magneten mit offenem Kern einen oberflächenbefestigbaren optischen Isolator. Die Anmelder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, daß ein Magnet mit offenem Kern (d. h. nicht zylindrisch) einen ausreichenden Magnetfluß schaffen kann, um einen Faraday-Dreher zu sättigen.
Vorzugsweise ist bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Magnet im Querschnitt im allgemeinen U- förmig, wobei das Isolatorelement vorzugsweise ein Laminat ist, das einen plattenförmigen Faraday-Dreher aufweist, der zwischen plattenförmigen Polarisatoren angebracht ist.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, bei denen die Kanten der Öffnung, die durch den Magnet definiert ist, ein Rechteck definieren, ist die Drehausrichtung des Isolatorelementes in der Magnetöffnung durch diese Geometrie definiert. Da der nicht-zylindrische Magnet oberflächenbefestigbar ist, ist die Drehausrichtung zwischen dem Magneten und jeder Quelle optischer Strahlung, z. B. einem Halbleiterlaser, ebenfalls durch die Geometrie des Magneten vordefiniert. So wird bei dem Aufbau des optischen Isolators gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung keine Drehausrichtung benötigt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Vorrichtung geschaffen, die gemäß der vorliegenden Erfindung eine Quelle optischer Strahlung zum Erzeugen eines Strahls optischer Strahlung, einen optischen Wellenleiter zum Aufnehmen des Strahls, eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Strahls auf den optischen Wellenleiter und einen optischen Isolator aufweist, wobei die Fokussiereinrichtung einen konvergierenden Strahl optischer Strahlung durch den Isolator und auf den optischen Wellenleiter richtet. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen so eine besonders kompakte optische Isolatoranordnung, die einen konvergierenden Strahl optischer Strahlung verwendet, der durch den Isolator gelangt. Zusätzlich verhindert die Verwendung eines konvergierenden Lichtstrahls durch den Isolator, daß Reflexionen von Komponenten des optischen Isolators die Quelle der optischen Strahlung, d. h. den Halbleiterlaser, erreichen.
Vorzugsweise weist die Fokussiereinrichtung eine einzelne, vorzugsweise kugelförmige Linse auf. Diese Fokussiereinrichtung ist besonders einfach, effektiv und mit nur niedrigen Kosten verbunden.
Alternativ schafft ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine optische Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung eine Quelle optischer Strahlung zum Erzeugen eines Strahls optischer Strahlung, einen optischen Wellenleiter zum Aufnehmen des Strahls, eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Strahls auf den optischen Wellenleiter und einen optischen Isolator aufweist, wobei die Fokussiereinrichtung einen parallelen Strahl optischer Strahlung durch den Isolator richtet und sich die optische Achse des Isolatorelementes bei einem Winkel ungleich 0 zu dem parallelen Strahl befindet. So schafft bei Isolatoranordnungen, bei denen es wünschenswert ist, einen parallelen Strahl optischer Strahlung durch den Isolator zu schaffen, die vorliegende Erfindung eine besonders einfache und effektive Einrichtung, um das optische Isolatorelement mit einem Winkel zu dem parallelen Strahl auszurichten, z. B. um zu verhindern, daß Reflexionen von Komponenten des Isolatorelementes die Quelle optischer Strahlung erreichen. Da gemäß der vorliegenden Erfindung das Isolatorelement in der Öffnung des oberflächenbefestigbaren Magneten ist, kann der ganze optische Isolator ohne weiteres bei einem Winkel bezüglich des parallelen optischen Strahls angeordnet werden, indem der Magnet in der Ebene seiner Befestigungsoberfläche gedreht wird. Eine derartige Drehung beeinflußt die Drehausrichtung des Isolatorelementes um seine optische Achse bezüglich des Ausgangs der Quelle optischer Strahlung nicht.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterlasermodul geschaffen, das ein Gehäuse aufweist, in dem eine optische Vorrichtung befestigt ist, wobei diese Vorrichtung einen optischen Isolator gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Die besonders kompakten optischen Isolatoren, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen werden, in Kombination mit ihrer Fähigkeit, oberflächenmontiert zu sein, ermöglichen es, daß dieselben direkt in dem Gehäuse eines Halbleiterlasermoduls befestigt werden. Dies führt zu einer Anzahl von Vorteilen. Ein Häusen des optischen Isolators in das gleiche Gehäuse wie den Halbleiterlaser führt zu Kostenreduzierungen sowohl bei den Komponententeilen als auch bei den Kosten des Zusammenbaus. Ferner profitiert der optische Isolator von der gesteuerten Umgebung, die in dem Gehäuse für den Halbleiterlaser geschaffen wird. Viele Halbleiterlasermodule sind z. B. mit einer Temperatursteuerung versehen, die die Leistung des Halbleiterlasers verbessert und stabilisiert. Da sich der Faraday-Drehwinkel von Faraday-Drehern mit der Temperatur verändert, kann die Leistung des optischen Isolators ohne zusätzliche Kosten extrem verbessert werden, wenn die Temperatur desselben aufgrund seiner Position in einem Halbleiterlasermodul gesteuert wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines optischen Isolators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Halbleiterlasermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Magneten, der bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und zeigt die Ergebnisse einer theoretischen Berechnung der Magnetfeldstärke in dem Magneten, und
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Halbleiterlasermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Isolators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Isolator 1 weist einen Magneten 2 auf, der eine Öffnung 3 mit quadratischen Seiten aufweist, in der ein Isolatorelement 4 positioniert ist. Der Magnet 2 ist im Querschnitt im allgemeinen U-förmig und weist zwei Befestigungsbereiche 5, die in der gleichen Ebene liegen, zum Befestigen des optischen Isolators 1 auf einer planaren Oberfläche auf. Das Isolatorelement 4 ist ein Laminat, das einen Faraday-Dreher 6 aufweist, der sandwichartig zwischen zwei Polarisatoren 7a und 7b angeordnet ist. Das Isolatorelement 4 weist eine optische Achse 8 auf, die durch die Öffnung 3 in dem Magneten 2 läuft. Die Herstellung dieses Laminats wird weiter unten beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasermoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das einen optischen Isolator 1 verwendet. Ein Halbleiterlaser 9 ist an einer Wärmeableitvorrichtung 10 in einem Lasergehäuse 11 befestigt. Aufgrund der Geometrie des optisch aktiven Elementes des Halbleiterlasers 9 ist der Ausgangsmodus (TE&sub0;&sub0;) des Halbleiterlasers horizontal bezüglich der planaren Basis 12 des Halbleiterlasergehäuses 11 polarisiert. Zwischen dem optischen Isolator 1 und dem Halbleiterlaser 9 befindet sich eine Zirkoniumoxid-Kugellinse 13. Die Kugellinse 13 weist einen Durchmesser von 500 um auf und dient dazu, um den Ausgangslichtstrahl von dem Halbleiterlaser 9 zu sammeln, und um diesen Lichtstrahl durch den optischen Isolator 1 und auf eine optische Einmodus-Faser 14 zu fokussieren.
Die Herstellung des Isolatorelementes 4 und der Magnet 2 werden nun detaillierter beschrieben.
Das Isolatorelement 4 ist als eine Dreischicht-Sandwich- Anordnung gebildet. Die Mittelschicht des Isolatorelementes 4 ist der Faraday-Dreher 6, der dazu dient, um die Polarisationsebene des Lichtes zu drehen. Jedes geeignete Material. wie z. B. ein kristallines Material, kann zu diesem Zweck verwendet werden. In dem bevorzugten Fall ist der Faraday-Dreher 6 des Isolatorelementes 4 ein Wismuth-Eisen- Granat-Kristallwafer (= "BIG"-Kristallwafer). Die Außenschichten des Isolatorelementes 4 sind durch Polarisatoren 7a und 7b gebildet. Die Polarisatoren 7a und 7b sind mit einem geeigneten Haftmittel an den Hauptoberflächen des Wafers 6 befestigt.
Obwohl jeder geeignete Kristall verwendet werden kann, wird bei dem bevorzugten Beispiel der Kristall 6 aus einem Optischer-Isolator-Wafer vom LPE-Granat-Film-Typ [chemisch (TbBi)&sub3;Fe&sub9;O&sub1;&sub2;], der von der Nichteisenmetall-Abteilung der Sumitomo Corporation of America, New York, New York verkauft wird, erhalten. Der Kristall 6 weist einen Drehwinkel von 45º ± 1º für die erwünschte Mittelwellenlänge auf. Um hohe Erträge bei der Herstellung zu erzielen, muß der Wafer, aus dem der Kristall 6 erhalten wird, eine Dreheinheitlichkeit über den gesamten Wafer und einen Durchlässigkeitsgrad von mehr als etwa 90% aufweisen. Eine bevorzugte Mittelwellenlänge beträgt 1550 nm, obwohl die Wellenlänge 1300 nm nicht selten vorkommt.
Um ein Reflexionsvermögen von dem Isolatorelement 4 für die erwünschte Mittelwellenlänge von 0,01% oder weniger zu erzielen, sollten die Hauptoberflächen des Kristalls 6 mit einer qualitativ hochwertigen, dreischichtigen Antireflexionsbeschichtung (= AR-Beschichtung) bedeckt sein. Eine geeignete Beschichtung wird z. B. von KML Optical Industries, Hauppauge, New York, geliefert. Jede Beschichtung ist entworfen, um den Kristall 6 bezüglich des Index an die benachbarte Haftmittelschicht anzupassen. Die AR- Beschichtungen werden vorzugsweise durch Ionenaufbringung angebracht.
Obwohl andere Polarisatoren verwendet werden können, sind die bevorzugten Polarisatoren 7a und 7b vorzugsweise aus dem Material gebildet, das von der Corning Incorporated, Corning, New York, hergestellt und als Corning Code 1550 HC PolarcorTM-Polarisator verkauft wird. Einer der Polarisatoren 7b weist einen Kantenwinkel von. 45º auf (d. h. die Polarisationsebene, die der Polarisator durchläuft, ist bei 45º bezüglich der Kante des Polarisators), während der Kantenwinkel des anderen Polarisators 7a 0º beträgt. Die Polarisatoren 7a und 7b werden an den beschichteten Hauptoberflächen des Kristalls 6 durch eine jeweilige Schicht eines an den Index angepaßten Haftmittels angebracht. Vorzugsweise ist das Haftmittel ein UV-aushärtbares Epoxidhaftmittel, das von Epoxy Technologies Inc. in Billerica, Massachussetts, USA, hergestellt und als Epotek 353 ND-Haftmittel verkauft wird.
Das Isolatorelement 4 wird durch Befestigen der Wafer aus Polarisatormaterial 7a und 7b (jeweils etwa 10 · 10 · 0, 2 mm) an den Hauptoberflächen des Kristalls (etwa 10 · 10 · 0,35 mm) unter Verwendung des Haftmittels befestigt. Die resultierende Anordnung wird ausgehärtet und danach in die Isolatorelemente 4 vereinzelt, die in dem Isolator 1 verwendet werden. Das Vereinzeln wird unter Verwendung einer Diamant-Vereinzelungssäge mit einem 0,07 mm starken Schnittblatt erzielt. Die resultierenden Isolatorelemente 4 sind etwa 0,4 mm · 0,4 mm groß. Eine Kante des Polarisators 7a wird markiert, um so den Polarisator 7a von dem Polarisator 7b zu unterscheiden, und um die Richtung der Polarisationsebene, die der Polarisator 7a durchläuft, zu kennzeichnen.
Der Magnet 2 weist eine Breite von 2 mm, eine Höhe von 1,2 mm und eine Tiefe von 0,7 mm auf. Wenn der Magnet 2 auf einer planaren Oberfläche plaziert ist, wird eine Öffnung 3 definiert, die derart abgemessen ist, um ein Isolatorelement 4 aufzunehmen, das 0,4 mm breit und 0,4 mm hoch ist. Der Magnet kann aus einer Anzahl von Magnetmaterialien gebildet sein, ist jedoch vorzugsweise aus Samarium-Kobalt oder Neodym-Eisen-Bor gebildet. Ein fester Block aus Magnetmaterial kann verarbeitet werden, um den Magneten zu bilden, wobei der Magnet vorzugsweise aufgrund der niedrigeren Kosten aus einem harzgebundenen Material geformt sein kann. In diesem Fall würde eine typische Zusammensetzung etwa 6% Harz umfassen. Der Magnet wird nach der Herstellung magnetisiert, indem er einem 40-K-Gauß-Magnetfeld unterworfen wird. Das Magnetfeld in der Öffnung des Magneten 2 wurde theoretisch modelliert, wobei Fig. 3 einen schematischen Umriß des Magneten 2 zeigt, der von einer theoretisch berechneten Feldstärke für das Magnetfeld, das in einer vertikalen Ebene in der Öffnung 3 erzeugt wird, überlagert ist. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Magnetfeldstärke von 3250 Gauß an der Oberseite der Öffnung 3 bis 2000 Gauß an der Unterseite der Öffnung 3 variiert. Da die Sättigungsfeldstärke des Faraday-Drehers 6 1000 Gauß beträgt, ist der Faraday-Dreher 6 vollständig gesättigt, wenn er in der Öffnung 3 des Magneten 2 plaziert wird.
Das Isolatorelement 4 wird dann in der Öffnung 3 des Magneten 2 angebracht. Das Isolatorelement 4 wird derart ausgerichtet, daß der Polarisator 7a, dessen Polarisationsebene parallel zu einer Kante des Isolatorelementes 4 ist, derart in dem Magneten befestigt ist, daß er dem Halbleiterlaser 9 zugewandt ist, und daß er horizontal polarisiertes Licht weiterleitet.
Bezug nehmend auf Fig. 2 wird nun der Zusammenbau des Halbleiterlasermoduls beschrieben. Die Wärmeableitvorrichtung 10 wird zuerst auf der planaren Basis 12 des Halbleiterlasergehäuses 11 befestigt. Dies schafft eine Oberfläche, auf der der Halbleiterlaser 9 befestigt werden kann, der parallel zu der Basis 12 ist, so daß die Polarisation des Ausgangsmodus des Halbleiterlasers 9 nun genau mit der Basis 12 ausgerichtet ist. Ferner wird eine Drehausrichtung des optischen Isolators um seine optische Achse einfach durch das Plazieren des Befestigungsbereichs 5 des optischen Isolators in Kontakt mit der planaren Basis 12 des Halbleiterlasergehäuses 11 erzielt. Der optische Isolator 1 wird dann an der Basis 12 befestigt. Dies kann "passiv" erzielt werden, d. h. ohne den Halbleiterlaser 9 zu aktivieren, da die Öffnung 3 und das Isolatorelement 4 ausreichend groß sind. Eine optische "Schein"-Faser 14 wird dann verwendet, um die genaue aktive Ausrichtung der Kugellinse 13 mit dem Halbleiterlaser 9 zu unterstützen. Ein Ende der Scheinfaser 14 wird zeitweilig an dem Lasergehäuse 11 befestigt, während das andere Ende der Scheinfaser 14 in einen optischen Detektor eingeführt wird. Der Halbleiterlaser 9 wird mit elektrischer Leistung versorgt, so daß er eine optische Strahlung emittiert, wobei die Kugellinse 13 derart ausgerichtet ist, um die optische Leistung, die von dem Halbleiterlaser mit der optischen Scheinfaser 14 gekoppelt ist, zu maximieren. Sobald die Kugellinse 13 unter Verwendung eines Lichtaushärtungsharzes fest an ihrem Platz ist, wird die optische Scheinfaser 14 durch eine permanente optische Faser 14, die in einem Faserrohr befestigt ist, ersetzt. Die Faser 14 wird aktiv ausgerichtet, wobei das Faserrohr mit Laser an die Wand des Lasergehäuses 11 geschweißt wird.
Bei Gebrauch wird horizontal polarisiertes Licht durch den Halbleiterlaser 9 emittiert, gelangt durch die Linse 13 und tritt über den Polarisator 7a in den Isolator 1 ein. Der Polarisator 7a leitet dieses Licht mit einem geringen optischen Verlust weiter, da seine Polarisationsebene horizontal ausgerichtet ist. Der Faraday-Dreher 6, der sich in dem Magnetfeld des Magneten 2 befindet, bewirkt, daß die Polarisationsebene des Lichtes um 45º gedreht wird. Das Licht wird dann durch den Polarisator 7b aus dem Isolator herausgeleitet, und zwar deshalb, weil die Polarisationsebene desselben mit 45º zu den Kanten des Polarisators ausgerichtet ist, wobei das Licht wiederum mit einem geringen optischen Verlust weitergeleitet wird. Es wird durch den optischen Isolator 1 verhindert, daß Licht, das durch das Ende 15 der optischen Faser 14 oder jede andere Komponente, an der die optische Faser 14 angebracht ist, reflektiert wird, den Halbleiterlaser 9 erreicht. Reflektiertes Licht, das nicht mit der Polarisationsebene des Polarisators 7b ausgerichtet ist, wird durch den Polarisator stark gedämpft. Reflektiertes Licht, das mit der Polarisationsebene des Polarisators 7b ausgerichtet ist, läuft mit einem geringen optischen Verlust durch den Polarisator 7b und wird durch den Faraday-Dreher 6 um 45º gedreht, so daß die Polarisationsebene desselben vertikal bezüglich der Basis 12 des Lasermoduls 11 ist. Da die Polarisationsebene des Polarisators 7a horizontal ist, wird dieses Licht durch den Polarisator 7a stark gedämpft.
Licht von dem Halbleiterlaser 9, das trotz der AR- Beschichtung, die auf verschiedenen Oberflächen angebracht ist, von Komponenten des Isolators 1 wieder zurück in Richtung des Halbleiterlasers 9 reflektiert wird, erreicht den Halbleiterlaser 9 aufgrund der konvergierenden Natur des Lichtstrahls, der auf den Isolator auftrifft, nur unwahrscheinlich. Die Verwendung eines konvergierenden Strahls durch den optischen Isolator 1 wird durch die Verwendung von Polarisatoren 7a und 7b erleichtert, die eine hohe optische Auslöschung für optische Strahlen aufweisen, die bei großen Winkeln zu der optischen Achse empfangen werden. Die verwendeten Polarisatoren weisen eine optische Auslöschung von mehr als 30 dB für optische Strahlen auf, die bei Winkeln von weniger als 10º zu der optischen Achse empfangen werden.
Messungen, die bei optischen Isolatoren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt werden, zeigen an, daß üblicherweise eine Trennung von 33 dB mit Einfügungsverlusten von 0,5 dB erzielt wird.
Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem zwei Kugellinsen 13 verwendet werden, um einen parallelen Strahl durch den optischen Isolator 1 zu liefern. Der optische Isolator 1 ist bei einem Winkel von etwa 2º zu dem parallele optischen Strahl befestigt, um zu verhindern, daß Reflexionen von dem optischen Isolator den Halbleiterlaser 9 erreichen. Dieses gewinkelte Anordnen des optischen Isolators wird ohne weiteres erzielt, indem der Isolator um eine vertikale Achse gedreht wird, wobei dies die Ausrichtung, um die optische Achse 8, des Polarisators 7a mit der Polarisationsebene des Halbleiterlasers nicht beeinflußt.
Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Halbleiterlaser beschrieben wurden, findet die Erfindung auch bei Faserlasern eine Anwendung.
Ferner soll es offensichtlich sein, daß optische Isolatoren gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft bei optoelektronischen integrierten Schaltungen (OEIC) verwendet werden können, sowie auf planaren Oberflächen, die Metall-, Keramik- oder Siliziumsubstrate aufweisen, befestigt sein können. Derartige Substrate können mit Ortsstufen oder V- Rillen versehen sein.

Claims

1. Ein optischer Isolator, der auf einer planaren Oberfläche befestigbar ist, wobei der optische Isolator folgende Merkmale aufweist:

ein Isolatorelement (4), das eine optische Achse aufweist und einen Faraday-Dreher (6) und zumindest einen Polarisator (7a, 7b) oder einen doppelbrechenden Walk- Off-Kristall aufweist, und

einen Magneten (2),

wobei der Magnet ein Permanentmagnet mit offenem Kern ist, der derart geformt ist, daß, wenn er auf einer im wesentlichen planaren Oberfläche plaziert ist, eine Öffnung durch den Magneten (2) und die im wesentlichen planare Oberfläche definiert ist, und wobei das Isolatorelement (4) derart in der Öffnung plaziert ist, daß die optische Achse durch die Öffnung verläuft.

2. Ein optischer Isolator gemäß Anspruch 1, bei dem der Magnet (2) zwei Befestigungsbereiche, die im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen, zum Befestigen des Magneten auf der planaren Oberfläche aufweist.

3. Ein optischer Isolator gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Magnet im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ist.

4. Ein optischer Isolator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Magnetfluß, der durch den Magneten (2) in der Öffnung erzeugt wird, im wesentlichen parallel zu der optischen Achse des Isolatorelementes ist.

5. Ein optischer Isolator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kanten der Öffnung ein Rechteck definieren.

6. Ein optischer Isolator gemäß Anspruch 5, bei dem die Kanten der Öffnung im wesentlichen ein Quadrat definieren.

7. Ein optischer Isolator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Isolatorelement (4) ein Laminat ist, das den Faraday-Dreher (6) aufweist, der plattenförmig ist und zwischen plattenförmigen Polarisatoren (7a, 7b) angebracht ist.

8. Eine optische Vorrichtung mit folgenden Merkmalen:

einer Quelle optischer Strahlung (9) zum Erzeugen eines Strahls optischer Strahlung,

einem optischen Wellenleiter (14) zum Aufnehmen des Strahls,

einer Fokussiereinrichtung (13) zum Fokussieren des Strahls auf den optischen Wellenleiter (14),

und einem optischen Isolator (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussiereinrichtung (13) einen konvergierenden Strahl optischer Strahlung durch den Isolator (1) und auf den optischen Wellenleiter (14) richtet.

9. Eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Fokussiereinrichtung (13) eine einzelne Linse aufweist.

10. Eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der der oder jeder Polarisator (7a, 7b) des großen optischen Isolators (1) eine hohe optische Auslöschung für optische Strahlen aufweist, die bei einem großen Winkel zu der optischen Achse empfangen werden.

11. Eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der der oder jeder Polarisator eine optische Auslöschung von mehr als 30 dB für optische Strahlen aufweist, die mit weniger als 10º zu der optischen Achse empfangen werden.

12. Eine optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der der oder jeder Polarisator (7a, 7b) vom Gitter-Typ ist.

13. Eine optische Vorrichtung mit folgenden Merkmalen:

einem optischen Wellenleiter (14) zum Aufnehmen des Strahls,

einer Fokussiereinrichtung (13) zum Fokussieren des Strahls auf den optischen Wellenleiter,

und einem optischen Isolator (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Fokussiereinrichtung (13) einen parallelen Strahl optischer Strahlung durch den Isolator richtet, und wobei die optische Achse des Isolatorelementes bei einem Winkel ungleich 0 zu dem parallelen Strahl ist.

14. Eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der die Fokussiereinrichtung (13) zwei konfokale Linsen aufweist.

15. Eine optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, bei der der optische Wellenleiter (14) eine optische Faser ist.

16. Eine optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, bei der der optische Wellenleiter (14) ein planarer optischer Wellenleiter ist.

17. Eine optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, bei der die Quelle optischer Strahlung (9) ein Halbleiterlaser ist.

18. Eine optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, bei der die Quelle optischer Strahlung (9) ein Faserlaser ist.

19. Ein Halbleiterlasermodul, das ein Gehäuse aufweist, in dem eine optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 17 befestigt ist.