JP2000162475A - 光アイソレ―タ付き光ファイバ端子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバと、該光ファイバを保持するフェ
ルールと、少なくとも１枚の磁気光学素子及び少なくと
も１枚の偏光子を含む光アイソレータ素子並びに前記磁
気光学素子に磁界を印加する手段を一体化した光アイソ
レータを提供する。 【解決手段】 光ファイバと、該光ファイバを保持する
フェルールと、少なくとも１枚の磁気光学素子及び少な
くとも１枚の偏光子を含む光アイソレータ素子並びに前
記磁気光学素子に磁界を印加する手段よりなり、前記光
アイソレータの最大外径が前記フェルールの外径の２倍
以下であり、前記フェルールの前端部が小径部となって
おり、その端面が前記光アイソレータ素子に接している
ことを特徴とする、光アイソレータ付き光ファイバ端
子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気光学素子に磁
界を印加する光アイソレータ特に未飽和型光アイソレー
タの改良に関し、特に半導体レーザ装置、光増幅器等に
使用される小型の光アイソレータ付き光ファイバ端子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光アイソレータは、光増幅器、半導体レ
ーザ装置、等に使用されている。例えば半導体レーザモ
ジュールは該略図２に示すように、レーザダイオード
１、第１レンズ２、光アイソレータ３（偏光子１０、フ
ァラデー回転子として機能する磁気光学素子１１および
偏光子１２の組合せと、磁石５とよりなる）、第２レン
ズ６、フェルール７、及びフェルールに支持された光フ
ァイバ８より構成されている。レーザダイオード１より
出射した光は、第１レンズ２により平行光となり、光ア
イソレータ３を透過後に、第２レンズ６により光ファイ
バ８の端面に集光される。逆方向からの戻り光は光アイ
ソレータ３により遮断されてレーザダイオード１には戻
らないようになっている。この従来例では、光アイソレ
ータ３はハウジング９’に収納され、光ファイバ８はフ
ェルール７を溶接したスライドリング２８を第２レンズ
６のレンズホルダ９に溶接することにより固定される。

【０００３】未飽和型光アイソレータ（磁気光学素子で
ある磁性ガーネットに飽和に至らない磁界を印加する）
は本発明者等により特開平４−３１８２１号で提案され
ているように、優れた温度特性が得られる。しかしなが
ら、磁界によってファラデー回転角が変化するため磁界
分布を一様にしなければならず、磁石が大型化し、その
ため光アイソレータが大型化する欠点があった。この欠
点に対し特願平３−３５４０７１号において提案した構
成ではある程度の小型化が可能となった。簡単に述べる
と、このような光アイソレータは、着磁方向が軸線方向
である円筒状磁石と、この磁石の外周面にほぼ接触状態
で配置された円筒状軟磁性スリーブと、前記円筒状軟磁
性スリーブからは離間して前記円筒状磁石の開口端に配
置されている環状磁気ヨークと、前記円筒状磁石の孔内
に配置した磁気光学素子とよりなる。なお、軟磁性体の
外側スリーブを使用することにより円筒状磁石の内孔の
磁界が外部磁界の影響を受けにくくなり、磁石の形状が
好ましくは長さ／内径＝０．５外径／内径＋（０．０３
〜０．２６）を満足する様に設計することにより内孔に
配置した磁気光学素子に加わる磁界が均一になり、温度
安定性の良い未飽和型のファラデー回転子を使用するの
に適する。更に磁気ヨークの寸法特に厚さを調整するこ
とにより磁界を任意の設定値に調整できる。これは工程
を容易にする。従来技術の認識に反して、磁石が軟磁性
スリーブに接触またはほぼ接触しているにも拘らず、磁
気ヨークが軟磁性スリーブに接していないため磁石内孔
の中心磁界の磁界がそれほど低下しない。しかしなが
ら、この構造の光アイソレータでも十分な小型化は達成
できなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】未飽和型光アイソレー
タに入射する光の位置及びビーム径のばらつきに対して
アイソレータの特性を一様にするにはアイソレータの大
型化が避けられないが、この問題を解決して小型化する
必要がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】光アイソレータの特性を
一様にしなければならない理由は、光アイソレータに入
射する光の位置及びビーム径にばらつきがあるためであ
る。例えば、図２の従来例では部材の寸法などのばらつ
きにより光アイソレータへ入出射する光の位置及び光の
ビーム径が変化する。そのため光アイソレータの特性
は、光の入射位置とビーム径が多少変動しても変化しな
いことが要求される。本発明は、光ファイバと、該光フ
ァイバを保持するフェルールと、光ファイバ１枚の偏光
子とを含み、また場合により他の光学材料が組み合わさ
れたもの）及び端面に配置した光アイソレータ素子（少
なくとも１枚の磁気光学素子と少なくともそれに磁界を
印加するための手段を含む光アイソレータとを一体化し
たこと、及び光アイソレータの最大外径をフェルールの
外径とほぼ等しいかあるいは２倍以下の外径寸法を有す
ることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】このように光アイソレータを光フ
ァイバに一体化すると、光アイソレータの一部を構成す
る光アイソレータ素子へ入射する光の位置及び光のビー
ム径は決まってしまうので、従来のような磁界その他の
特性の均一化の問題を考える必要がない。そのため光ア
イソレータを十分小型にできる。また本発明のように外
径が光ファイバのフェルールと余り変わらないため、半
導体レーザ装置、光増幅装置、その他の装置に実装する
際に、あたかも光アイソレータ付き光ファイバは光アイ
ソレータのない光ファイバ自体のような取り扱いがで
き、単に光アイソレータ付ファイバ端子を装置本体側に
挿入し、フェルールを適当なフェルールホルダに保持さ
せ、所定の調整後に溶接等により固定するだけで良く、
従来のような組立及び光ファイバと偏光子及び磁気光学
素子との間の調整をする必要がないので、組立が簡単に
なる。

【０００７】さらに、一体化したのち特性を使用条件
（波長、温度）に対して最適化するには、未飽和型の場
合にはその欠点である磁界に対してファラデー回転角が
変化することを逆用して、磁気ヨーク、磁気スリーブま
たは磁石の位置、寸法、特性を変化させる。

【０００８】光アイソレータの一部を構成する光アイソ
レータ素子（磁気光学素子と偏光子の組み合わせ体）は
直接光ファイバ端面に接着してもよいが、接着は細心の
注意を要するので、なるべくは空気層を介してファイバ
端面に近接配置する。光ファイバから入射する光は末広
がりとなるので、この空気層が薄いほど光アイソレータ
素子を通過する光ビーム径は小さくできる。そのために
はフェルール端部の直径を小さくして円筒状磁石の内部
に配置された光アイソレータ素子にフェルール端部を近
づける。このようにすると光アイソレータ素子が小型化
できると共に、ファイバ端面と光アイソレータ先端の間
の長さｌを短かくできる（図７参照）。ｌが短かいほ
ど、レンズ結合系の設計が容易になる。

【０００９】なお、光アイソレータ素子は光の進行方向
から見た時に長方形となる直方体に形成し、透過偏光面
を直方体の一辺に一致させておくと偏光面が明確とな
り、組み立てや印し付けに便利である。従来のものは円
形または正方形であったので偏光面の区別ができなかっ
た。

【００１０】光アイソレータ付き光ファイバ端子の組み
立て方法として最適な例を説明する。まず、光アイソレ
ータ素子を以下に示す２つの部分に分けてそれぞれを一
体化する。１つは光アイソレータ素子と光ファイバとを
一体化させた光ファイバ素子部であり、もう一つは磁界
発生部である。光ファイバ素子部は光ファイバ、それを
保持するフェルール、光アイソレータ素子、及びこれら
を一体化させるためのステンレス部材より構成される。
なお、この光ファイバ素子部は磁気光学素子以外はすべ
て非磁性体で構成するのが望ましい。

【００１１】一方、磁界発生部は着磁方向が軸線方向で
ある円筒状磁石と、この磁石の該周部に配置された円筒
状軟磁性スリーブと、前記円筒状軟磁性スリーブからは
離間して前記円筒状磁石の前端にほぼ接触状態で配置さ
れた軟磁性環状磁気ヨークとより構成されている。この
磁界発生部を複数個用意し磁気光学素子を配置すべき箇
所の磁界を測定しておく、光ファイバ素子部と磁界発生
部とを仮組した後、光学特性を測定し（実際にはピーク
波長、つまりアイソレーションが最大になる波長）、目
標の特性からずれていた時はそのずれから最適の磁界を
計算し、それに適合した磁界発生部分と交換し組み込み
固定する。光学特性は磁界の大きさに依存するので（例
えばピーク波長は磁界の大きさに比例して変化する）調
整は容易である。上に引用した特願平３−３５４０７１
号の技術では、環状磁気ヨークの形状及び厚さを調整し
ていたが、形状を変えた場合の磁界の変化が一定でなく
調整が困難であること、及び調整範囲が限定されるとい
う問題があったが、上記の方法ではこの問題がなく、調
整が容易である。

【００１２】次に、着磁方向が軸線方向である円筒状磁
石と、この磁石の外周面に配置された円筒状軟磁性スリ
ーブと、前記円筒状軟磁性スリーブからは離間して前記
円筒状磁石の前端にほぼ接触状態で配置された軟磁性環
状磁気ヨークとよりなる磁界発生部の各部の寸法関係を
次式のように定めると、光ビームを含む磁気光学素子の
領域の磁化がほぼ一定となり好ましい。磁石の長さ／磁
石内径＞０．５×磁石外径／磁石内径＋０．２６上の式
は、磁気光学素子自体の反磁界が中心付近で大きいこと
から、外部磁界が中心付近で周辺より大きくなるように
した範囲である。こうすることによって、反磁界の分布
と外部磁界の分布が打ち消され、ほぼ一様に磁化され
る。

【００１３】実施例１ 以下に図１を参照して本発明の第１実施例による光アイ
ソレータ付き光ファイバ端子１８を詳しく説明する。図
１において、光ファイバ８は円筒状フェルール７の内孔
に固定的に支持され、その先端に光アイソレータ３が取
りつけてある。フェルールの少なくとも光アイソレータ
側の一部は軟磁性材料で製作すると、フェルールに磁気
シールド効果をもたせることができ、光アイソレータを
小型化できる。光ファイバ８の心線１３はフェルール７
に支持されたガラス管１４の内孔に支持されており、心
線１３の先端はガラス管１４と共に斜めに研磨されてて
傾斜した端面を形成している。この端面には偏光子１
２、磁気光学素子１１及び偏光子１０の積層体よりなる
光アイソレータ素子３Ａが接着されている。光アイソレ
ータ素子３Ａは光の進行方向から見た時に長方形となる
直方体に形成し、透過偏光面を直方体の一辺に一致させ
ておくと偏光面が明確となり、組み立てや印し付けに便
利である。従来のものは円形または正方形であったので
偏光面の区別ができなかった。光源のレーザダイオード
（図示せず）が直線偏光を生じる場合には偏光子１０は
省略される場合もある。このように光ファイバと光アイ
ソレータとを一体化すると、光アイソレータに入出射す
る光の位置及びビーム径が決まるので、特性の場所によ
る均一性を考える必要がない。すなわち一体化した後で
光アイソレータの特性を最適化すれば良い。フェルール
７の先端には小径部が形成されており、そこにフェルー
ル７とほぼ同一の外径を有する軟磁性材料製の磁性スリ
ーブ１５が溶接等で固着されている。磁性スリーブ１５
の内面に接触または極く近接して着磁方向が軸線方向で
ある円筒状磁石５が偏光子１０、１２、磁気光学素子１
１の積層体を取り囲むようにして配置され、その内端は
フェルール７に固着されている。更に、磁石５の前端は
磁性スリーブ１５から離間して軟磁性材料製の円環状磁
気ヨーク１６が配置されている。この磁気ヨーク１６は
非磁性の支持リング１７により磁性スリーブ１５に固着
される。ここで磁性スリーブ１５、磁石５、磁気ヨーク
１６の少なくとも１つの寸法、形状、特性を変化させて
光アイソレータの特性、使用条件に対して最適になるよ
う調整した後これらを固定する。

【００１４】実施例２ 次に図４を参照して本発明の第２実施例による光アイソ
レータ付き光ファイバ端子を詳しく説明する。図４にお
いて、光ファイバ８は円筒状フェルール７の内孔に固定
的に支持され、その先端に接続スリーブ２４がフェルー
ル７の先端の周りに嵌合して溶接することにより取りつ
けてある。光ファイバ８の心線１３はフェルール７の内
孔に支持されており、心線１３の先端は斜めに研磨され
ている。接続スリーブ２４に磁気ヨークが固定されてお
り、磁気ヨークに偏光子１２、磁気光学素子（ファラデ
ー回転子）１１及び偏光子１０の積層体が接着されてい
る。軟磁性材料製の磁性スリーブ１５が溶接等で接続ス
リーブに固着されている。磁性スリーブ１５の内面に接
触または極く近接して着磁方向が軸線方向である円筒状
磁石５が偏光子１０、１２、磁気光学素子１１の積層体
を取り囲むようにして配置されている。更に、磁石５の
前端及び内端には磁性スリーブ１５から離間して軟磁性
材料製の円環状磁気ヨーク１６、１６が配置されてい
る。前端の磁気ヨーク１６は非磁性の支持リング１７に
より磁性スリーブ１５に固着される。内端の磁気ヨーク
１６は接続スリーブ２４により支持されている。接続ス
リーブ２４及び磁性スリーブ１５はできるだけ外径が小
さくなるように形成し、大きくともフェルールの寸法の
２倍を越えないようにする。

【００１５】上記の構造を組み立てるには、内端の磁気
ヨーク、アイソレータ素子（１０、１１、１２）を保持
した接続スリーブをフェルール７に装入し、接続スリー
ブとフェルールとを溶接する。これにより、光アイソレ
ータへ入出射する光の位置及びビーム径が決まる。その
後、磁石５、ヨーク１６、スリーブ１５の形状特性を変
化させて光アイソレータの特性を最適化後、所定箇所で
溶接固定する。

【００１６】実施例３ 図７を参照して本発明の第３実施例による光アイソレー
タ付き光ファイバ端子を詳しく説明する。図７におい
て、光ファイバ８はステンレス製の円筒状管７Ａ及びそ
の内孔に圧入また接着されたセラミック又はガラス製キ
ャピラリ管７Ｂよりなるフェルール７の内孔に固定的に
支持されている。光ファイバ８の心線１３は先端が小径
のキャピラリ管７Ｂの内孔に支持されており、心線１３
の先端はキャピラリ管とともに斜めに研磨されている。

【００１７】フェルール７の先端部周部には光アイソレ
ータ３が取りつけてある。取りつけは円筒状管７Ａの先
端の周りに接続スリーブ２４を嵌合して溶接することに
より行う。接続スリーブ２４には非磁性ホルダ７０が固
定されており、ホルダ７０に偏光子１２、磁気光学素子
（ファラデー回転子）１１及び偏光子１０の積層体であ
る光アイソレータ素子３Ａが接着されている。軟磁性材
料製の磁性スリーブ１５が溶接等で接続スリーブに固着
されている。磁性スリーブ１５の内面に接触または極く
近接して着磁方向が軸線方向である円筒状磁石５が光ア
イソレータ素子３Ａを取り囲むようにして配置されてい
る。更に、磁石５の前端には磁性スリーブ１５から離間
して軟磁性材料製の円環状磁気ヨーク１６が配置されて
いる。前端の磁気ヨーク１６は非磁性の支持リング１７
により磁性スリーブ１５に固着される。接続スリーブ２
４及び磁性スリーブ１５はできるだけ外径が小さくなる
ように形成し、大きくともフェルールの寸法の２倍を越
えないようにする。

【００１８】この例の特徴は、キャピラリ管７Ｂの先端
の径がホルダ７０の内孔よりも小さくかつ光アイソレー
タ素子３Ａの端面近くまで延びていることである。この
ため光アイソレータ素子３Ａをファイバ端面に接着する
必要がなく組立が容易になると同時に、ファイバ端面と
光アイソレータ先端の間の長さを短くでき、小型化とレ
ンズ結合系の設計が容易となる。

【００１９】光アイソレータの組み立て並びに調整に便
利なように、磁石５、磁性スリーブ１５、溶接固定用支
持リング１７、磁気ヨーク１６よりなる磁界発生部を一
体的なユニットとして別個に構成したものを複数個用意
する。磁気光学素子１１を配置すべき箇所の磁界をそれ
ぞれ測定しておき、選択した前記磁界発生部に光アイソ
レータ素子３Ａ、アイソレータの非磁性ホルダー７０、
接続スリーブ２４、フェルール、光ファイバを一体化固
定した光ファイバ素子部を仮組みし後、光学特性を測定
し、目標の特性からずれていた時はそのずれから最適の
磁界を計算し、それに適合した他の磁界発生部分と交換
し組み込み恒久的に固定する。これにより光アイソレー
タの組み立て調整が容易になる。上記の特願平３−３５
４０７１号の方法では、磁気ヨーク等の寸法を調整する
必要があったが、本例の方法ではその必要がないので、
大量生産の必要な工場生産に適する。

【００２０】この実施例の、着磁方向が軸線方向である
円筒状磁石５と、この磁石の外周面にほぼ接触状態で配
置された円筒状軟磁性スリーブ１５と、前記円筒状軟磁
性スリーブ１５からは離間して前記円筒状磁石５の前端
に配置された軟磁性環状磁気ヨーク１６とよりなる磁界
発生部の各部の寸法関係を次のように定めると、光ビー
ムを含む磁気光学素子の領域の磁化はほぼ一定となる。
磁石の長さ／磁石内径＞０．５×磁石外径／磁石内径＋
０．２６

【００２１】以上の構成であるから、フェルール７と光
アイソレータ３の直径は大きな差がなく、そのため、こ
の光アイソレータ付き光ファイバ端子は小型で、所定の
装置にセットする作業は著しく容易になる。実施例１の
光アイソレータ付き光ファイバ端子を図３に示した半導
体レーザ装置に組み込む場合を例にして説明すると、半
導体レーザ装置２０は、レーザダイオードチップ２３
と、先球ロッドレンズ２２とを有する円筒状のレンズホ
ルダ２１とを具備し、その先端に円筒状のフェルールホ
ルダ１９を介して光アイソレータ付き光ファイバ端子１
８を固定している。この装置の組み立てに際して、光ア
イソレータ付き光ファイバ端子１８の軸線方向（ｚ方
向）の調整は、フェルール７のフェルールホルダ１９へ
の挿入深さの調節により行い、半径方向（ｘ−ｙ方向）
の調整はフェルールのレンズホルダ２１への取付位置の
調整により行う。調整位置への固定はスポット溶接等に
より行う。

【００２２】半導体モジュール以外の応用として重要な
ものに図５に示す光増幅器がある。図の半導体レーザチ
ップ２７により光増幅を行うが、これを光ファイバ８、
８に結合するには、レンズ２６、２６、光アイソレータ
３、３を使用する。光アイソレータは光ファイバ端面の
反射を低減するために必要である。図６に示したよう
に、光ファイバ８、８の端部に偏波無依存性アイソレー
タ３、３（入射光はどの偏波も通過させるが、戻り光は
通過させない）を固定する。例えば、アイソレータ３は
図６のように複屈折板５９、１／２波長板６０、ファラ
デー回転子６１、及び複屈折板６２よりなる。図示して
はいないが、それ以外は図１と同様であり、磁気ヨー
ク、磁石、磁気スリーブにより特性を調整後固定する。
偏波無依存型光アイソレータの場合は他の素子と一体化
する際、偏波面の角度を合わせる必要がなく、組立が更
に簡単になる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、光アイソレータを光ファ
イバに一体化すると、光アイソレータへ入射する光の位
置及び光のビーム径は決まってしまうので、従来のよう
な磁界その他の特性の均一化の問題を考える必要がな
く、小型化が可能になる。また本発明のように外径が光
ファイバのフェルールと同一または余り変わらないた
め、半導体レーザ装置、光増幅装置、その他の装置に実
装する際に、容易に取り扱いができ、単に光アイソレー
タ付き光ファイバ端子を装置本体側に挿入し、フェルー
ルを適当なフェルールホルダに保持させ、所定の調整後
に溶接等により固定するだけで良く、従来のような組立
及び光ファイバと光アイソレータとの間の調整をする必
要がないので、上記の諸問題を解決することができる。

【００２４】更に、好ましくはフェルールの先端を小径
に、薄い空気層を介して光ファイバ端面を光アイソレー
タ素子の端面に近接配置すると、小型化でき、かつ、フ
ァイバ端面と光アイソレータ先端との距離を短かくで
き、レンズ結合系の設計が容易になる。また、本発明の
磁界発生部を複数個別個に製作し、磁界測定を行い、光
アイソレータ素子との組み合わせを変えることにより、
磁気ヨークの研磨等の調整を必要としないで所定の調整
を行い光アイソレータを組み立てることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による光アイソレータ付き
光ファイバ端子の断面図である。

【図２】従来の光アイソレータを使用したレーザ装置の
断面図である。

【図３】本発明の第１実施例の光アイソレータ付き光フ
ァイバ端子を使用したレーザ装置の断面図である。

【図４】本発明の第２実施例による光アイソレータ付き
光ファイバ端子を示す断面図である。

【図５】本発明の第２実施例の光アイソレータ付き光フ
ァイバ端子を使用したレーザ増幅装置の断面図である。

【図６】図５の装置における偏波無依存型アイソレータ
付き光ファイバ端子の要部を示す断面図である。

【図７】本発明の第３実施例による光アイソレータ付き
光ファイバ端子を示す断面図である。

【符号の説明】

３ 光アイソレータ ３Ａ 光アイソレータ素子 ５ 磁石 ７ フェルール ７Ａ 円筒状管 ７Ｂ 非磁性キャピラリ管 ８ 光ファイバ １０、１２ 偏光子 １１ 磁気光学素子 １３ 心線 １４ ガラス管 １５ 磁性スリーブ １６ 磁気ヨーク １７ 支持リング １８ 光アイソレータ付き光ファイバ端子 ７０ 非磁性ホルダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバと、該光ファイバを保持する
   フェルールと、少なくとも１枚の磁気光学素子及び少な
   くとも１枚の偏光子を含む光アイソレータ素子並びに前
   記磁気光学素子に磁界を印加する手段を含む光アイソレ
   ータと、が近接一体化されており、かつ前記光アイソレ
   ータの最大外径が前記フェルールの外径の２倍以下であ
   り、前記フェルールの前端部が小径部となっており、そ
   の端面が前記光アイソレータ素子に接していることを特
   徴とする、光アイソレータ付き光ファイバ端子。
2. 【請求項２】 光ファイバと、該光ファイバを保持する
   フェルールと、少なくとも１枚の磁気光学素子及び少な
   くとも１枚の偏光子を含む光アイソレータ素子並びに前
   記磁気光学素子に磁界を印加する手段を含む光アイソレ
   ータと、が近接一体化されており、かつ前記光アイソレ
   ータの最大外径が前記フェルールの外径の２倍以下であ
   り、前記フェルールの前端部が小径部となっており、そ
   の端面が前記光アイソレータ素子に空気層を挟んで近接
   していることを特徴とする、光アイソレータ付き光ファ
   イバ端子。
3. 【請求項３】 前記光アイソレータ素子は光の進行方向
   から見た時に長方形となる直方体に形成し、透過偏光面
   を前記直方体の一辺に一致させた請求項１または２に記
   載の光アイソレータ付き光ファイバ端子。