JP2003241142A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光子を２枚組込むことなく光アイソレータ
を提供する。 【解決手段】 ファラデー回転子とこの両側に配置され
た一対の偏光子並びに磁石とで構成される光アイソレー
タであって、片面側に薄膜偏光子51が成膜され他面側に
偏光無依存反射防止膜52が施された膜付きファラデー回
転子５により上記ファラデー回転子と一方の偏光子を構
成し、膜付きファラデー回転子の光入射角がファラデー
回転子材料のブリュースター角に設定されかつ膜付きフ
ァラデー回転子の薄膜偏光子と他方の偏光子を透過する
入射光Ｐ成分の偏光面が互いに４５度異なるように膜付
きファラデー回転子と他方の偏光子を光軸に沿って配置
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用いる
光アイソレータに係り、特に、薄膜偏光子が片面側に成
膜されたファラデー回転子を適用して製造コストの低減
が図られた光アイソレータの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを用いる光ファイバ通信や
光計測等において、光コネクタ等の光学部品からの反射
光が再び半導体レーザに戻るとレーザ発振が不安定にな
り周波数特性の劣化や雑音発生の原因となる。

【０００３】そこで、レーザ発振を安定に行わせるた
め、反射戻り光を遮断するための光アイソレータが必要
となる。特に、単一モード発振の半導体レーザを用いる
場合、反射光に対して非常に敏感なため高性能な光アイ
ソレータが必要とされる。

【０００４】このためにはファラデー回転子を用いた光
アイソレータが好適であり、このファラデー回転子には
ＬＰＥ（液相エピタキシー）法によって育成されたＢｉ
置換型ガーネット膜が利用されてきている。

【０００５】ところで、上記ファラデー回転子を用いた
光アイソレータとしては、従来、図５に示すようにその
両面に反射防止膜１１、１２が施されたファラデー回転
子１と、このファラデー回転子１の両側に配置されかつ
両面にそれぞれ反射防止膜２１、２２、３１、３２が施
された偏光子２、３と、上記ファラデー回転子１の外周
を囲むように光軸に沿って配置された磁石４とでその主
要部が構成されるものが知られている。この光アイソレ
ータにおいて上記ファラデー回転子1は、図６に示すよ
うに入射した直線偏光（例えばＰ偏波）を磁界により４
５度回転させる機能を有している。また、上記偏光子
２、３は、図６に示すように直線偏光の透過する方向が
互いに４５度異なるように（すなわち、それぞれの偏光
子を透過する例えばＰ偏波の偏光面が互いに４５度異な
るように）配置されている。

【０００６】そして、この光アイソレータによれば、図
６に示すように光アイソレータに入射した光は偏光子２
を透過する直線偏光成分（例えばＰ偏波）のみがファラ
デー回転子１に到達し、ファラデー回転子１を通過する
ことにより偏光面が４５度回転した直線偏光になって偏
光子３を透過し外部へ出射される一方、他の光学部品等
の反射に起因する戻り光は偏光子３を透過した直線偏光
成分のみがファラデー回転子１に到達し、このファラデ
ー回転子１を通過することにより偏光面が更に４５度回
転した直線偏光になることから、上記戻り光は入射側の
偏光子２を通過することができない。

【０００７】従って、光コネクタなどの光学部品からの
反射光が再び半導体レーザに戻る弊害を防止することが
可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した構
造を有する従来の光アイソレータにおいては、高価な偏
光子（例えば、コーニング社製の商品名ポーラコア）を
２枚必要とすることから、その分、製造コストが割高と
なる問題を有していた。

【０００９】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たもので、その課題とするところは、高価な偏光子を２
枚組込むことなく同様の機能を有する安価な光アイソレ
ータを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため本発明者が鋭意開発を行なった結果、薄膜偏光子
をファラデー回転子に直接成膜して利用する方法を考え
るに至った。

【００１１】しかし、薄膜偏光子は斜入射でないと偏光
子として機能しない。そこで、ファラデー回転子への入
射角について、薄膜偏光子がもっとも効率よくＰ成分
（Ｐ偏波）とＳ成分（Ｓ偏波）を分離できるファラデー
回転子材料のブリュースター角となるよう配置したとこ
ろ、従来の光アイソレータと同様の性能が得られ、これ
により従来２枚必要とされた偏光子の一方を省略できる
ことを見出した。本発明はこの様な技術的検討を経て完
成されたものである。

【００１２】すなわち、請求項１に係る発明は、ファラ
デー回転子とこの両側に配置された一対の偏光子並びに
磁石とでその主要部が構成される光アイソレータを前提
とし、片面側に薄膜偏光子が成膜され他面側に偏光無依
存反射防止膜が施された膜付きファラデー回転子により
上記ファラデー回転子と一方の偏光子を構成し、膜付き
ファラデー回転子の偏光無依存反射防止膜側と他方の偏
光子が互いに対向しかつ膜付きファラデー回転子の光入
射角がファラデー回転子材料のブリュースター角若しく
はその近傍角に設定されると共に膜付きファラデー回転
子の薄膜偏光子と他方の偏光子を透過する入射光Ｐ成分
の偏光面が互いに４５度異なるように膜付きファラデー
回転子と他方の偏光子を光アイソレータの光軸に沿って
配置し、かつ、入射光が膜付きファラデー回転子を通過
することによりファラデー回転角が４５度となるように
したことを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の発明に係る光アイソレータを前提とし、膜付きファ
ラデー回転子の入射光波長付近における入射光Ｓ成分の
反射率が９９．９％以上であることを特徴とし、請求項
３に係る発明は、請求項１または２記載の発明に係る光
アイソレータを前提とし、膜付きファラデー回転子の薄
膜偏光子と偏光無依存反射防止膜が、ＳｉＯ₂層とＴａ₂
Ｏ₅層を交互に複数積層した多層膜で構成されているこ
とを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】本発明の実施の形態に係る光アイソレータ
を図１に示す。

【００１６】この光アイソレータは、図１に示すように
片面側に入射光のＰ成分を透過しＳ成分を反射する薄膜
偏光子５１が成膜され他面側に偏光無依存反射防止膜５
２が施された膜付きファラデー回転子５と、両面に反射
防止膜３１，３２が施された偏光子３と、膜付きファラ
デー回転子５を囲むように配置された磁石４とでその主
要部が構成されている。また、膜付きファラデー回転子
５については、その薄膜偏光子５１が外側に、偏光無依
存反射防止膜５２が偏光子３と対向するように配置され
ている。

【００１７】ここで、薄膜偏光子がもっとも効率よく入
射光のＰ成分とＳ成分を分離できる入射角度はファラデ
ー回転子材料における以下（式１）の関係を満たすブリ
ュースター角θｂであるとの知見に基づき、膜付きファ
ラデー回転子５は、その光入射角がブリュースター角若
しくはその近傍角となるように光アイソレータの光軸に
沿って配置さる。

【００１８】 tanθb ＝ ｎs/ｎ0 （式１） θb：ブリュースター角 n0：媒質の屈折率 ｎs：ファラデー回転子材料の屈折率 具体的には、ｎ0＝１．００（空気の屈折率）と、ｎｓ
＝２．３４（ファラデー回転子を構成するガーネット結
晶の屈折率）を代入すると、上記ブリュースター角θb
は６７度になる。

【００１９】従って、上記膜付きファラデー回転子５へ
の光入射角が６７度になるように配置される。尚、光入
射角とは、図２に示すように膜付きファラデー回転子５
に対する垂線と入射光線のなす角度を意味する。

【００２０】更に、膜付きファラデー回転子５に施され
た薄膜偏光子５１と上記偏光子３を透過する入射光Ｐ成
分の偏光面が互いに４５度異なるように膜付きファラデ
ー回転子５と偏光子３を配置することも必要である。
尚、この実施の形態に係る光アイソレータにおいては、
膜付きファラデー回転子５に施された薄膜偏光子５１を
透過する直線偏光の透過する方向が０度（但し、図１の
紙面上方向を０度偏光とする）に設定（薄膜偏光子５１
を透過する入射光Ｐ成分の偏光面が０度に設定）され、
上記偏光子３を透過する直線偏光の透過する方向が４５
度に設定（偏光子３を透過する入射光Ｐ成分の偏光面が
４５度に設定）されている。

【００２１】また、従来と同様に、入射光が膜付きファ
ラデー回転子５を通過したときにファラデー回転角が４
５度となるように設定されている。

【００２２】次に、薄膜偏光子５１はＳｉＯ₂層とＴａ₂
Ｏ₅層を交互に複数積層した多層膜が例示される。これ
は、両材料の屈折率差が比較的大きく、更に成膜も非常
に安定していて耐候性にも優れているからである。

【００２３】上記多層膜として、以下の表１と表２に示
すようなＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅を交互に５７層積層したも
のが例示される。但し、この多層膜はこの組合わせに限
定されるものではなく、例えば、Ｔａ₂Ｏ₅に代えて、Ｔ
ｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅等との組合わせで
あってもよい。

【００２４】図３のグラフ図は、ＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅で
構成された上記５７層膜の薄膜偏光子が成膜されたファ
ラデー回転子についてその光入射角をブリュースター角
（６７度）に設定した場合の分光反射特性を示してい
る。そして、このグラフ図から使用波長の１５５０ｎｍ
付近におけるＰ成分の反射率は０．１％以下、Ｓ成分の
反射率は９９．９％以上になっている。この結果、この
薄膜偏光子を通過した光にはＳ成分がほとんど含まれて
いないため、対向する偏光子との組み合わせにより戻り
光をほぼ完全に除去することができる。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】 ただし、λ0＝１３７０ｎｍである。

【００２７】ここで、λ0は設計中心波長と呼ばれるも
ので、使用波長とは異なる。斜め入射膜の場合、設計波
長と使用波長が異なることは一般的である。

【００２８】一方、上記膜付きファラデー回転子５に施
した偏光無依存反射防止膜５２もＳｉＯ₂層とＴａ₂Ｏ₅
層を交互に複数積層した多層膜が例示される。これは、
両材料の屈折率差が比較的大きく、更に成膜も非常に安
定していて耐候性にも優れているからである。

【００２９】上記多層膜として、以下の表３に示すよう
なＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅を交互に１１層積層したものが例
示される。但し、この多層膜はこの組合わせに限定され
るものではなく、例えばＴａ₂Ｏ₅に代えて、ＴｉＯ₂、
ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅等との組合わせであっても
よい。

【００３０】図４のグラフ図は、ＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅で
構成された上記１１層膜の偏光無依存反射防止膜が成膜
されたファラデー回転子についてその光入射角をブリュ
ースター角（６７度）に設定した場合の分光反射特性を
示している。そして、このグラフ図から、使用波長の１
５５０ｎｍ付近におけるＰ成分の反射率は０．１％以
下、Ｓ成分の反射率も０．１以下になっておりこの反射
防止膜が偏光の影響を受けないことが確認される。

【００３１】

【表３】 ただし、λ0＝１５５０ｎｍである。

【００３２】次に、このように構成された実施の形態に
係る光アイソレータの作用について図１を用いて説明す
る。

【００３３】まず、半導体レーザ（図示せず）からのラ
ンダム偏光が膜付きファラデー回転子５の薄膜偏光子５
１に入射すると、上述したように薄膜偏光子５１を透過
する入射光Ｐ成分の偏光面が０度に設定されているため
偏光面が０度の入射光Ｐ成分のみが膜付きファラデー回
転子５に到達する。この入射光Ｐ成分が膜付きファラデ
ー回転子５を通過するとその偏光面が４５度回転し、こ
の偏光面（角度４５度）を有する入射光Ｐ成分が偏光子
３を透過して外部へ出射される。尚、上述したように偏
光子３を透過する入射光Ｐ成分の偏光面が４５度に設定
されているため膜付きファラデー回転子５を通過した入
射光Ｐ成分は偏光子３を透過することができる。

【００３４】また、反射に起因した戻り光（ランダム偏
光）が偏光子３に入射すると、上述したように偏光子３
を透過する入射光Ｐ成分の偏光面が４５度に設定されて
いるため偏光面が４５度の入射光Ｐ成分のみが膜付きフ
ァラデー回転子５に到達する。この入射光Ｐ成分が膜付
きファラデー回転子５を通過するとその偏光面が更に４
５度回転し、この偏光面（角度９０度）を有する入射光
Ｓ成分（９０度偏光はＳ成分のみ）は、入射光Ｐ成分の
偏光面が０度に設定されている薄膜偏光子５１を透過す
ることができないため反射戻り光が半導体レーザに入射
されることが無い。

【００３５】

【実施例】実施例として、実施の形態で表１〜表３にて
示した材料を用いた図１に示す光アイソレータを製造し
図５に示した従来例に係る光アイソレータと比較した。

【００３６】尚、光源として波長１５５０ｎｍの単一モ
ード発振の半導体レーザーを用い、かつ、Ｓｍ−Ｃｏ筒
状磁石を適用している。

【００３７】そして、各光アイソレータについて入射直
線偏光の透過光と戻り光の強度比を比較したところどち
らも約３０ｄＢであった。

【００３８】この結果、実施例に係る光アイソレータに
おいては高価な偏光子２枚を使わずに１枚で済み、か
つ、部品点数を少なくしてコスト低減を図っているにも
拘わらず、従来の光アイソレータと同等の性能を有して
いることが確認された。

【００３９】

【発明の効果】請求項１〜３記載の発明に係る光アイソ
レータによれば、片面側に薄膜偏光子が成膜され他面側
に偏光無依存反射防止膜が施された膜付きファラデー回
転子により上記ファラデー回転子と一方の偏光子を構成
し、膜付きファラデー回転子の偏光無依存反射防止膜側
と他方の偏光子が互いに対向しかつ膜付きファラデー回
転子の光入射角がファラデー回転子材料のブリュースタ
ー角若しくはその近傍角に設定されると共に膜付きファ
ラデー回転子の薄膜偏光子と他方の偏光子を透過する入
射光Ｐ成分の偏光面が互いに４５度異なるように膜付き
ファラデー回転子と他方の偏光子を光アイソレータの光
軸に沿って配置し、かつ、入射光が膜付きファラデー回
転子を通過することによりファラデー回転角が４５度と
なるようにしているため、高価な偏光子２枚を組込むこ
となく従来の光アイソレータと同等の性能を具備させる
ことが出来る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る光アイソレータの構
成説明図。

【図２】本発明の実施の形態に係る光アイソレータの構
成部品である膜付きファラデー回転子の概略斜視図。

【図３】薄膜偏光子が成膜された実施の形態に係るファ
ラデー回転子についてその光入射角をブリュースター角
に設定した場合の分光反射特性を示すグラフ図。

【図４】偏光無依存反射防止膜が成膜された上記ファラ
デー回転子についてその光入射角をブリュースター角に
設定した場合の分光反射特性を示すグラフ図。

【図５】２枚の偏光子が組み込まれた従来の光アイソレ
ータの構成説明図。

【図６】２枚の偏光子が組み込まれた従来の光アイソレ
ータの作用を示す説明図。

【符号の説明】

３ 偏光子 ４ 磁石 ５ 膜付きファラデー回転子 ５１ 薄膜偏光子 ５２ 偏光無依存反射防止膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ファラデー回転子とこの両側に配置された
   一対の偏光子並びに磁石とでその主要部が構成される光
   アイソレータにおいて、 片面側に薄膜偏光子が成膜され他面側に偏光無依存反射
   防止膜が施された膜付きファラデー回転子により上記フ
   ァラデー回転子と一方の偏光子を構成し、膜付きファラ
   デー回転子の偏光無依存反射防止膜側と他方の偏光子が
   互いに対向しかつ膜付きファラデー回転子の光入射角が
   ファラデー回転子材料のブリュースター角若しくはその
   近傍角に設定されると共に膜付きファラデー回転子の薄
   膜偏光子と他方の偏光子を透過する入射光Ｐ成分の偏光
   面が互いに４５度異なるように膜付きファラデー回転子
   と他方の偏光子を光アイソレータの光軸に沿って配置
   し、かつ、入射光が膜付きファラデー回転子を通過する
   ことによりファラデー回転角が４５度となるようにした
   ことを特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】膜付きファラデー回転子の入射光波長付近
   における入射光Ｓ成分の反射率が９９．９％以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。
3. 【請求項３】膜付きファラデー回転子の薄膜偏光子と偏
   光無依存反射防止膜が、ＳｉＯ₂層とＴａ₂Ｏ₅層を交互
   に複数積層した多層膜で構成されていることを特徴とす
   る請求項１または２記載の光アイソレータ。