JP2004037812A - 埋込型光非可逆回路装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低挿入損失と高反射減衰量の両方を兼ね備えた埋込型光非可逆回路装置を供給する。
【解決手段】入射側偏光ガラス、ファラデー回転子及び出射側偏光ガラスを光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込むことによって機能する理込型光アイソレータにおいて、前記光学素子を挿入する溝部が光軸に対して傾斜しており、挿入する前記光学素子の入射側及び出射側偏光ガラスは、前記光ファイバ又は光導波路側の面が前記溝部の傾斜角度とほぼ同一の方向に傾斜し且つ前記ファラデー回転子に接する面が前記溝部の傾斜角度とは逆方向に傾斜したくさび状となっており、前記ファラデー回転子の両面が前記逆方向に傾斜した前記入射側及び出射側偏光ガラスの面と同一に傾斜した状態で前記入射側及び出射側偏光ガラスの面に一体化していることを特徴とする埋込型光アイソレータ。
【選択図】 図６
【解決手段】入射側偏光ガラス、ファラデー回転子及び出射側偏光ガラスを光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込むことによって機能する理込型光アイソレータにおいて、前記光学素子を挿入する溝部が光軸に対して傾斜しており、挿入する前記光学素子の入射側及び出射側偏光ガラスは、前記光ファイバ又は光導波路側の面が前記溝部の傾斜角度とほぼ同一の方向に傾斜し且つ前記ファラデー回転子に接する面が前記溝部の傾斜角度とは逆方向に傾斜したくさび状となっており、前記ファラデー回転子の両面が前記逆方向に傾斜した前記入射側及び出射側偏光ガラスの面と同一に傾斜した状態で前記入射側及び出射側偏光ガラスの面に一体化していることを特徴とする埋込型光アイソレータ。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信・光計測等において使用される光非可逆回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種光システムの光源として使用される半導体レーザは、それに結合される光学系からの反射戻り光によって発振が不安定になることが知られており、それを防ぐ目的で光アイソレータが使用されている。近年の光通信システムの急激な拡大に伴い、光アイソレータに対しても小型化、低価格化の要求が高まっている。従来の光アイソレータの構成では、半導体レーザと光ファイバとはレンズを介して結合されているため、レンズと光ファイバ間の空間に光アイソレータ素子を配置することにより反射戻り光を除去している。しかし、この構成では全体の寸法が大きくなるとともに、レンズや光ファイバの位置調整が必要となる。
【０００３】
従来の基本的なアイソレータの構成を図１９に示す。ファラデー回転子１１の両側に偏光子１０ａ、１０ｂが、周りにファラデー回転子を一定の方向に磁化するための磁石１２が配置された構成であり、光アイソレータと光ファイバ８ａ、８ｂとの間には２つの集光レンズ９ａ、９ｂが必要となる。この構成により、順方向（図中Ｃの矢印方向）に入射する光は透過し、逆方向（図中Ｄの矢印方向）に入射する光は遮断されるため、アイソレータとしての機能を実現することができるが、多くの光学要素を必要とし、全体の構成は複雑で大型のものとなる。
【０００４】
これに対して、このような煩雑な方法でなく簡易な手法による方法が特開平３−６３６０６、特開平４−３０７５１２や特開平８−１５６４４のように、レンズを介さずに直接レーザと光ファイバを結合させ、光ファイバ間に素子を配置した構成が提案されている。この方法による光アイソレータは「埋め込み型」光アイソレータと呼ばれ、光ファイバを基板に樹脂等で埋め込み固定し、その基板をダイシングソー等によって光ファイバ部分を横切るように溝部を形成し前記光アイソレータ素子を埋め込み接着固定することによって作製される。これによれば光アイソレータの作製に光軸合わせが不要になり作製が大幅に容易になる利点がある。反面、光ファイバから出力される光が素子部分を透過する際に回折が生じ、ファラデー回転角度を所定の値（通常は４５度）に設定するためにファラデー回転子の厚さが比較的厚くせざるを得ないために回折が比較的大きく、そのため出射側の光ファイバに結合する光量が減少するいわゆる挿入損失が増大してしまうなどの問題が生じる。これに対して局所加熱によって光ファイバのコアを拡大し回折能を低減させるなどの方法が取られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、あらかじめ直線状に整列して配置され、レーザ光を直接受光する光ファイバ間に光アイソレータ素子を配置することにより、レンズなしで光軸調整の不要な光アイソレータが実現されるが、入射側光ファイバからの光に対して光アイソレータ素子の入射面を光軸に対して単純に垂直に配置した場合、光アイソレータ素子の端面での反射光が入射側光ファイバを伝送してレーザに戻り、レーザの発振に悪影響を与える。これを防ぐため、光軸に対して一定の角度をもたせて素子を配置する方法がとられる。これによると反射光がレーザに戻るのを防ぐことができる反面、光アイソレータ素子部を光が透過する際の屈折により透過光の光軸がずれることになる。あらかじめ直線状に整列して配置されている光ファイバ間に光アイソレータ素子を配置する場合、光軸のずれは損失増加の原因となる。
このような光軸ズレの補正と高反射減衰量の双方を備えたものとして、特開平９−５４２８３がある。しかし、この光アイソレータは偏波無依存型であり素子構成は偏光分離拡大のための楔型偏光ビームスプリッタと光軸ズレ補正の複屈折平行平板及び、ファラデー回転子を用いる。
本発明の光アイソレータをＬＤモジュールに使用する場合は上記のように偏波無依存化の必要が無く、上記の素子構成は複雑であり素子厚も大きく素子部が高価になってしまう問題がある。また、位置ズレ補正をしないで素子厚を薄くした偏波無依存型光アイソレータが提案されている。この方法はファイバからの入射角を０°にしているため順方向での位置ズレはあまり生じない。さらに、反射減衰量の抑制として各光学素子に対接着の無反射コーティングを施している。しかし、通常用いられる反射防止膜は３０ｄＢ程度が限度であり充分な特性が得られない問題があった。
【０００６】
従来の光アイソレータを示す図１を参照すると、従来の光アイソレータはフェルールキャピラリ２に保持された光ファイバ１ａ、１ｂ（図ではＴＥＣ光ファイバ）の光軸に対して所定の角度（光軸に直角な面から測定した溝角度θｇとして図示）で溝部３を形成し、その中に入射側偏光子４ａ、ファラデー回転子５及び出射側偏光子４ｂを重畳した光学素子を挿入し、光学接着剤６を充填して一体化した構造を有する。この構成によると、光ファイバ１ａから入射側偏光子４ａに入射する光は光学素子端面で反射されるので戻り反射光ηｒを減少させることができる。このように溝角度は大きい方が反射量が減少するが、同時に透過光軸ズレｄが発生するため光が出射側光ファイバ１ｂに十分に結合せず、損失増加の原因となる。通常、ファラデー回転子５と偏光子４ａ、４ｂは図１に示したように直方体形状であり、両者の表面は溝加工面とほぼ平行な平面となっている。そのため、溝に角度がついている場合、光の進行とともに図示のように透過光ηｔの光軸ズレ量（距離）ｄが大きくなる問題がある。
【０００７】
これを具体的に示すと、図１の従来例において実用上典型的な２つの波長を用いて次の条件で計算を行った。
（１）光の波長：１．３１μｍ
光ファイバ：スポットサイズ＝１５μｍ
（モードフィールド径：３０μｍ）
屈折率ｎ０＝１．４５
溝幅：４００μｍ
偏光ガラス：幅＝６０μｍ 屈折率ｎ２＝１．５１
ファラデー回転子厚：幅＝２５０μｍ 屈折率ｎ３＝２．４１
光学接着剤：総厚＝３０μｍ 屈折率ｎ１＝１．５１
（２）光の波長：１．５５μｍ
光ファイバ：スポットサイズ＝１５μｍ
（モードフィールド径：３０μｍ）
屈折率ｎ０＝１．４５
溝幅：５２０μｍ
偏光ガラス：幅＝６０μｍ 屈折率ｎ２＝１．５１
ファラデー回転子厚：幅＝３７０μｍ 屈折率ｎ３＝２．４１
光学接着剤：総厚＝３０μｍ 屈折率ｎ１＝１．５１
【０００８】
図２は溝角度θｇと接続損失の関係を示し、図１に示した従来構造の光アイソレータでは溝角度が大きくなると溝の回折損失以外に光軸ズレ量ｄが大きくなることによる結合損失増大があることが分かる。
一方、図３は光ファイバから光学素子へ入射する際の、溝角度に依存する反射減衰量の計算結果を示し、溝角度が大きい方がよいことが分かる。
以上より、一般的な光アイソレータの反射減衰量として要求させる６０ｄＢ以上を満足条件は（１）の波長１．３１μｍで溝角度２°以上、（２）の波長１．５５μｍで２．４°以上が必要である。
【０００９】
また、一般的な光アイソレータの挿入損失として１ｄＢ以下が必要である。光アイソレータの挿入損失は、光学素子の吸収損失、反射損失、コネクター損失（コネクター一体型の場合）と、素子挿入溝部の接続損失である回折損失と位置ズレ損失の和である。従って、素子挿入溝部の接続損失は０．５ｄＢ以下に押さえる必要がある。このことから、反射減衰量が６０ｄＢ以上である溝角度の溝部接続損失を示すと（１）の波長１．３１μｍで損失は０．４ｄＢ、（２）の波長１．５５μｍで損失は１．０ｄＢであり、波長が１．３１μｍは使用可能であるが、１．５５μｍでは使用が困難である。
また、製造上のトレランスとして安定に反射減衰量を得るには溝角度をさらに大きくする必要があるため波長１．３１μｍのものでも充分ではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、光アイソレータ素子の形状又は、配置構成を変化させることにより光軸ズレを補正する。具体的には、光ファイバ又は光導波路に施した溝部への出斜光に対して、反射、屈折を起こす屈折率の異なる領域界面を斜めに設けて、光ファイバ又は光導波路の受光角外に反射戻り光を導き、透過光は屈折して光アイソレータ素子の偏光子、ファラデー回転子に入射する。前記の屈折率の異なる斜め領域面とこの屈折率の異なる領域と一体に形成された光学素子の屈折面との相対角度を変えて設定することにより光軸のずれを補正し、損失の増加を抑制する。
【００１１】
すなわち、本発明は入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込む埋込型光非可逆回路装置において、
前記光学素子が挿入され、光軸に対して傾斜した溝部と、前記光学素子と前記溝部の隙間を充填する光学接着剤とを有しており、
前記光学素子を構成する素子または前記光学接着剤のうち少なくとも１つの面が、前記溝部の入射側の面の傾斜角度に対して逆方向に傾斜していることを特徴とする埋込み型光非可逆回路装置を提供することにより従来の課題を解決する。
【００１２】
本発明の代表的な形態によると、埋込型光非可逆回路装置において、挿入する光学素子の入射側及び出射側偏光子は、光ファイバ又は光導波路側の面が溝部の傾斜角度とほぼ同一の方向に傾斜し且つ前記ファラデー回転子に接する面が前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜した楔状となっており、前記ファラデー回転子の両面が前記逆方向に傾斜した前記入射側及び出射側偏光子の面と同一に傾斜した状態で前記入射側及び出射側偏光子の面に一体化していることを特徴とする埋込み型光非可逆回路装置により、光軸合わせが容易になり光学素子をほぼアライメントフリーで実装することが可能である。
【００１３】
また、使用する偏光子は溝部の回折損失を出来るだけ少なくする為に、薄いものが好ましい。一般的な光アイソレータに多く用いられる偏光ガラスの厚さは５００μｍ程度あり、薄い物でも２００μｍ程度の厚さを有している。
これらの偏光ガラスは、回転楕円体の金属微粒子がガラス両面の表面層から内部に向かって３０〜８０μｍ配向形成されており、光の偏光機能を有するのはこの部分である。従って、この偏光ガラスの両面に配向形成されている回転楕円体の金属微粒子層の片面のみを用いることにより３０〜８０μｍ程度の薄い偏光子とすることが出来るので、溝部回折損失の少ない埋込型光アイソレータを構成できる。なお、偏光ガラスの偏光機能を有する回転楕円体の金属微粒子層が従来の偏光ガラスの半分となり消光比は劣化してしまうが、埋込型アイソレータのアイソレーションとして考えると、使用中心波長でのピークアイソレーションは劣化するが、使用温度範囲及び、波長範囲で考えるとアイソレーションには劣化は小さいので充分にＬＤモジュール用として用いることが可能である。
また、１枚の偏光ガラスより２枚分の偏光ガラス素子を取り出すことが出来るため低価格化が可能である。
すなわち、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子に於いて、用いられる偏光子が回転楕円体の金属微粒子をガラス基板の光路方向のどちらか一方の面に配向形成されている配向形成層を有する偏光ガラスであることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置が提供される。
【００１４】
その他に使用可能な光学素子構成として、複屈折波長板を用いて光路に位相差をつけて干渉させる方法がある。この素子はファラデー回転子の一方の面上に、第１の複屈折領域、第２の複屈折領域、これらを接合する第５の接着剤領域と、他方の面上に、第１の複屈折領域に整列する第３の複屈折領域、第２の複屈折領域に整列する第４の複屈折領域、これらを接合する第６の接着剤領域により構成されており、各複屈折板の光学軸は第１複屈折領域と第２複屈折領域及び、第３複屈折領域と第４複屈折領域は互いに９０°直交する配置となり、第１複屈折領域と第３複屈折領域及び、第２複屈折領域と第４複屈折領域の光学軸はほぼ４５°の角度で配置されている。また、ファラデー回転子は使用波長に於いて４５°の回転角を有する厚さとなっている。
【００１５】
この複屈折板に水晶波長板を用いた時の厚さは、波長が１．３１μｍで４１μｍ、１．５５μｍで４８μｍ程度であり、薄い光学素子構成が可能である。
なお、上記記載の複屈折板による光学素子構成により偏光無依存の埋込型光アイソレータとなるのでＬＤモジュール用以外のインライン用として使用が可能である。
【００１６】
また、光ファイバ又は光導波路の一部分で、コア径を拡大しており、コア径拡大部分に溝加工を施し、上記記載の光学素子を挿入する事により構成させることにより、低損失化及び高反射減衰量の両方を兼ね備えた埋込型光アイソレータを実現することが出来る。
【００１７】
なお、より具体的な素子構成として、光ファイバ、光学接着剤、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子の屈折率が、光ファイバｎ０≦光学接着剤ｎ１≦入射側偏光子ｎ２ａ＝出射側偏光子ｎ２ｂ＜ファラデー回転子ｎ３の関係であり、前記光学素子を挿入する溝部が光軸に対して傾斜しており、前記光学素子と溝部の隙間を充填する樹脂が挿入されており、前記光学素子を構成するファラデー回転子が、前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜されている非可逆回路装置により素子の斜め配置による光軸ズレを容易に補正すると共に、高反射減衰量を得ることが可能となる。
【００１８】
本発明はまた、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込むことによって機能する非可逆回路装置において、前記光学素子を挿入する溝部が光線方向に対して互いに逆方向に傾斜した壁面を有し、前記光学素子と前記溝部の隙間を充填する光学接着剤が挿入されており、前記光学素子を構成する素子及び前記光学接着剤のうち少なくとも１つの面が、前記溝部の入射側の面の傾斜角度に対して逆方向に傾斜されていることを特徴とする非可逆回路装置を提供する。この形態では溝部が末広状に開いているので、溝加工側面の状態観察が容易であり検査が可能となる。また、更にその側面をカップ砥石やダイヤモンドなどの研磨剤が分散されているラッピングフィルムやスティック砥石などで再研磨、鏡面化が可能となる。従って、埋込型部品の品質及び、歩留の向上となる。
【００１９】
なお、偏光子として、複屈折プリズム偏光子、複屈折偏光分離板（ルチル板など）は充分な光学特性を得るには、素子厚を薄くすることが困難であり、挿入の為の溝幅が大きくなり回折損失増加する。従って、埋込型に使用するのは困難である。
【００２０】
【作用】
本発明の構成によると、光アイソレータ素子の厚さと屈折率、及び素子を光ファイバ間に配置する際の角度から算出される特定の角度差を光アイソレータを構成する１つ以上の素子の入出射面につけることにより、光アイソレータ素子内部で通常とは逆の方向へ光を屈折させることができる。そのため、反射戻り光を減少させるために素子又は、溝部入出斜面を傾ける影響で生じる光軸のずれが素子全体で補正されるため、反射戻り光が少なくかつ低損失な光アイソレータが実現できる。またレンズが不要となるため、小型で低価格な光アイソレータ及び、光アイソレータ付きＬＤモジュールを実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の光アイソレータに付いて詳細に説明をする。本発明の埋込型光非可逆回路装置の一実施例として、光アイソレータについて説明する。図６は本発明の一例を示すもので図１と対応する部分は同じ参照符号を用いた。図において光アイソレータはフェルールキャピラリ２に保持された光ファイバ１ａ、１ｂ（図では端部拡大したＴＥＣ光ファイバ）の光軸に対して所定の角度（光軸に直角な面から測定した溝角度θｇとして図示）で溝部３を形成し、その中に楔形の入射側偏光子４ａ、ファラデー回転子５及び楔形の出射側偏光子４ｂを重畳した光学素子を挿入し、光学接着剤６を充填して一体化した埋込構造を有する。挿入した光学素子の入射側偏光子４ａ及び出射側偏光子４ｂは、光ファイバ１ａ、１ｂ側の面が溝部３の傾斜角度θｇとほぼ同一の方向に傾斜し且つファラデー回転子５に接する面が溝部３の傾斜角度に対して逆方向に角度θｆ（光軸に直角な面から測定した傾斜角度θｆとして図示傾斜した楔状）となっており、前記ファラデー回転子５の両面がこれらの逆方向に傾斜した入射側及び出射側偏光子の面と同一に傾斜した状態で前記入射側及び出射側偏光子の面に一体化している。
【００２２】
本発明では図６に示すように溝角度θｇにより生じた屈折による位置ズレをファラデー回転子の配置角度θｆで補正するものである。しかし、補正によるθｆは溝角度に比べ角度が浅いためにファラデー回転子面での反射光ηｆを考慮しなければならない。但し反射光ηｆはファラデー回転子に入射する角度の２倍の角度ズレを生じるので、この角度ズレがファイバからファラデー回転子の距離の二倍分で軸ズレを起こすので、θｆは比較的小さな角度であっても光ファイバに戻る光は少なくなる。
【００２３】
下記の所定の条件でのこの関係を計算した結果を図８、図９に示す。なお、図８は波長１．３１μｍ及び１．５５μｍの光に対し、溝角度θｇに対して位置ズレが補正されるθｆの角度を表している。図９は溝幅６００μｍ（波長１．５５μｍ）において溝角度θｇと反射減衰量の関係を表す。
・構成素子の屈折率光：
ファイバ：ｎ０＝１．４５、光学接着剤：ｎ１＝１．５１、偏光子：ｎ２＝１．５１、ファラデー回転子：２．４１
・ＴＥＣ光ファイバ：スポットサイズω＝１５μｍ（ＭＦＤ＝３０μｍ）
この図８、図９から分かるように、溝幅６００μｍの例では、トレランスを考慮して溝角度θｇ＝５°の場合、θｆは０．６°程度であるが反射減衰量は８０ｄＢ以上となる。
【００２４】
次に、本発明は偏光ガラスを楔状にするか、又は、偏光ガラスとほぼ同じ屈折率の光学接着剤の領域を楔状とすることでファラデー回転子にθｆの角度をつける必要がある。後者の場合には偏光ガラスを平板とし、そのファラデー回転子側の面とファラデー回転子の面との間に光学接着剤を充填する。しかしこれによりこの楔領域の分だけ溝幅は大きくなるが、光軸の位置ズレによる損失と比較すると微少である。
【００２５】
次に光ファイバ間長と回折損失の関係を図４、図５に示す。図４は光ファイバ間の溝部に空気のみが介在する場合である。図５は光学接着剤を充填した空間の屈折率ｎ＝１．５１とし、固定厚さ３７０μｍのファラデー回転子が挿入された場合を示す。
素子挿入溝部の損失は０．５ｄＢ以下にする必要があるので、コア拡大ファイバが安定して製造可能なω＝１５μｍとして、素子の特性上ファラデー回転子厚の大きい波長１．５５μｍのものに対して、図５からファイバ間長は６００μｍ以下が好ましいことが分かる。
【００２６】
またファイバ間長と溝角度別の反射減衰量を図７に示す。ただし各素子の条件は図８、図９の場合と同じファイバ：ｎ０＝１．４５、光学接着剤：ｎ１＝１．５１、偏光子：ｎ２＝１．５４、ファラデー回転子：２．４１、ＴＥＣ光ファイバのスポットサイズω＝１５μｍとした。
以上より、溝角度は５°程度（楔角度５．６°）、ファイバ間長は６００μｍ以内で良好な光アイソレータを作製することが可能となる。
【００２７】
なお、偏光ガラスの楔化に伴う素子厚上昇量を図１４に示す。波長１．５５μｍの光学素子構成で考えると、ファラデー回転子は３７０μｍで偏光ガラスの機能に必要な領域５０μｍを２枚必要であるので１００μｍとなる。従って、光学素子全体厚みは、３７０＋１００＝４７０＋楔角度上昇分αとなる。
この上昇分αは、回折損失の限界値である６００μｍ−４７０μｍ＝１３０μｍとなる。従って、図１４より厚さ上昇量１３０μｍの使用素子の大きさは１．３ｍｍ（偏光ガラスの傾き方向の寸法）となる。実際使用する光学素子の大きさは０．５ｍｍ程度で充分であるため、楔による素子厚上昇分による回折損失上昇は比較的小さなものである。
【００２８】
以上をまとめて、従来の光アイソレータと、発明の光アイソレータの溝角度に対する接続損失を図１０に、反射減衰量を図１１に示す。図１０に示したように本発明の埋込型光アイソレータでは接続損失は反射減衰量を十分に大きな値に保ちながら溝角度依存しない最小値に設定できる。
【００２９】
図１２は、楔型偏光ガラスを用いない本発明の他の実施例による光アイソレータを例示する。図において、入射側偏光子４ａ、ファラデー回転子５及び出射側偏光子４ｂを互いに一体に重畳して構成された直方体形の光学素子は、光線軸に垂直な面に対して溝角度θｇを有する溝部３内に、光線軸に対して垂直な面に対して溝角度とは反対方向に角度θｆで傾斜した状態で配置され、その周りに例えば偏光素子と同じ屈折率を有する光学接着剤７が充填されている。ここに光学接着剤７は溝部３の入射及び出射側の壁面と、光学素子の前面及び背面との間の角度θｇ＋θｆを有する楔を形成している。従って、先に述べて実施例と同様な条件で設計することが可能であり、同様な作用及び効果が得られることは明らかである。
【００３０】
図１３は更に他の実施例に使用される光学素子である。この素子は、ファラデー回転子の一方の面上に、第１の複屈折領域２１、第２の複屈折領域２２、これらを接合する第５の接着剤領域２５と、他方の面上に、前記第１の複屈折領域に整列する第３の複屈折領域２３、前記第２の複屈折領域に整列する第４の複屈折領域２４、及びこれらを接合する第６の接着剤領域２６とにより構成されている。各複屈折板の光学軸は第１複屈折領域と第２複屈折領域及び、第３複屈折領域と第４複屈折領域は互いに９０°直交する配置となり、第１複屈折領域と第３複屈折領域及び、第２複屈折領域と第４複屈折領域の光学軸はほぼ４５°の角度で配置されている。また、ファラデー回転子は使用波長に於いて４５°の回転角を有する厚さとなっている。入射光のビームスポットは第５接着領域２５を中心として第１及び第２複屈折領域２１、２２に入射するようになっている。この光学素子は偏波無依存型である。ここで満足すべき光の回折条件は次の通りである。
２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ
ただしｎｏは常光屈折率、ｎｅは異常光屈折率、ｄは厚さ、λは波長、Ｍは任意の整数である。
この光学素子は図１２に示したものと同様な溝部３内に配置され、その周りを図１２の例と同様な光学接着剤７で充填して埋込型光アイソレータを構成する。光学素子の各部分の屈折率及び光学接着剤の屈折率から逆傾斜の所定角度θｆを算出できる。
【００３１】
図６の実施例に戻ってその変形例を説明する。
この変形例では偏光子４ａ、４ｂとして片面金属微粒子配向を有する偏光ガラス板を使用し、金属微粒子配向面を光ファイバ側にする。偏光ガラス板とファラデー回転子との間には偏光ガラスと同じ屈折率を有する光学接着剤を充填する。これにより図６とほぼ同じ構造の光アイソレータが得られる。この点を若干検討するに、一般の偏光ガラス（両面金属微粒子配向ガラス）を用いた光アイソレータと、片面を取り除いて消光比が劣化した偏光ガラスを用いた光アイソレータの特性を比較すると次の通りとなる。
・一般偏光ガラスの消光比：規格４０ｄＢ以上
・特殊加工偏光ガラス（片面加工）の消光比：３０〜３３ｄＢ程度あり
図１５は偏光ガラスの消光比とアイソレーションの関係を示す。図から使用温度範囲−４０℃〜８５℃において消光比が３０ｄＢ以上であれば比較的アイソレーションの劣化は少ないことが分かる。
図１６は代表的な光アイソレータのアイソレーションの温度特性を示す。図から明らかにように、片面加工偏光子を使用した場合にはアイソレーションは若干劣るが使用温度範囲においてアイソレーションが両面加工のアイソレーションよりも安定していることが分かる。
【００３２】
図１７は更に別の実施例を示す。この例では光ファイバ間に形成される溝部３の入射側と出射側の壁面が逆に傾斜して末広がりの溝を形成している点で今まで述べた実施例とは異なる。入射側偏光子４ａと出射側偏光子４ｂは上面が広い楔形に形成され、それらが同じ側に配置されるので、入射側偏光子４ａで生じる光の位置ズレは出射側偏光子４ｂにより補正される関係にある。この構造は、溝加工側面を（上から）容易に観察することが出来る為、溝加工状態の品質を維持するのに有利である。但し、この形状では、光軸の位置ズレ補正が可能であるが、角度ズレが発生するので光ファイバの受光角に伴う損失を、一定の許容内に入れる必要がある。なお、入射側と出射側の溝側面角度に於いては対称である必要はない。
【００３３】
図１８は図１７の例と同様ではあるが、特に角度ズレを改善した他の実施例による光アイソレータである。出射側偏光子４ｂにそれと同一の屈折率を有する物質例えば石英ガラス又は樹脂よるなる楔９を出射側偏光子４ｂに貼り付けて全体的に上辺の方が下辺よりも大きい楔形に形成する。この対策によりファイバ間長が大きくなる傾向があるが、光軸の位置ズレによる損失と比較すると微少である。
この構成により、溝側面状態の確認及び、追加修正加工が形状的に可能であり、高品位及び、高歩留製品として有効である。
なお、図１７〜１８の例は入射側の光学素子面に対して逆方向に傾斜した面は出射側偏光子４ｂの出射面（図１７）及び楔９の出射面（図１８）になる。
【００３４】
（試作例）
実施例に従って１．５５μｍ用の光アイソレータを試作した例を次に示す。
使用光学素子として、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの偏光ガラス（コーニング社製ポーラコア）及び、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．３７ｍｍのファラデー回転子（ＴＤＫ製 ＢＦＧ４Ａ１５）を用いた。
１）入射側及び、出射側偏光ガラスの偏波方向が、使用するファラデー回転子に対して、１．５５μｍで所定の光学特性が出る相対角度となるように、予め、基準面に対して角度切断を行った。
なお、この時の切断後素子幅は０．５ｍｍの短冊になるようにした。
２）次に短冊切断した入射側及び、出射側偏光ガラスを切断側面が上面となるように９０°回転して偏光ガラスの両面にある金属微粒子配向層を２分割した。なお、この時に用いた切断ブレードはメタル系＃３２０の幅１００μｍの砥石である。
３）金属微粒子配向層をファラデー回転子に接する方向で、入射側及び、出射側偏光ガラスを接着した。
なお、この時に用いた接着剤は屈折率１．５１（偏光ガラスとほぼ同じ）を用いた。また、ファラデー回転子には、対接着のＡＲコートを施した。
４）接着済み短冊形状光学素子（代表的寸法：０．５×１０．０−ｔ０．２）の短手方向に対して偏光ガラスが５．６°の楔形状となるように斜め研磨を実施した。（片面を角度研磨後、その面を基準に裏面を研磨した）なお、素子厚は０．５２ｍｍとなった。
５）両面楔加工済み光学素子の長手方向を切断して多数個取りした。なお、切り出し後の素子寸法は０．５×０．４×厚さ０．５２ｍｍの５．６°楔型素子となった。
６）次に、外部支持体としてφ１．２５ｍｍのジルコニアフェルールを用い、その貫通孔に局所加熱によりコア内の屈折率調整ドーパントを拡散して作製したＴＥＣ光ファイバを挿入して接着した。このファイバは、溝形成部分でのモードフィールド径が３０μｍとなるようにした。
７）その後精密スライサーにより、フェルールの中央に幅５５０μｍの溝を、光軸と垂直な方向に対して５°の角度で形成した。
８）この溝部に楔形光学素子及び、隙間を充填する光学接着剤（屈折率は光ファイバとほぼ同じ１．４６のもの用いた）を入れ接着硬化をした。
９）次に光学素子に必要な磁界が印可出来る磁石を配置接着した。
１０）以上のように作製した光アイソレータの光学測定を行った結果を以下に示す。
・順方向損失測定は０．７〜０．８ｄＢとなった。
なお、本試作の光アイソレータはフェルールコネクター一体型で有るためコネクター接続損失を含んだ結果である。
・ピーク波長によるアイソレーションは３３〜４２ｄＢとなった。
計算値に対して充分大きい値となったが、これは特殊加工偏光ガラスの消光比が予想していた値よりも大きいためと思われる。
・反射減衰量は６０ｄＢ以上あることが確認出来た。
なお、真の値は測定器の感度上困難であった為であるが、６０ｄＢ以上の反射減衰量は光アイソレータにとって充分良好な値である。
以上より、挿入損失、反射減衰量が良好で、ＬＤモジュール用としては充分使用可能のアイソレーションを持つ埋込型光アイソレータを作る事が出来る。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、光軸のズレを補正し、損失の増加を抑制することができるとともに高反射減衰量とすることが可能な埋込型光非可逆回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の埋め込み型光アイソレータを示す図である。
【図２】従来の埋め込み型光アイソレータにおいて溝角度θｇと接続損失の関係を示すグラフである。
【図３】光ファイバから光学素子へ入射する際の、溝角度に依存する反射減衰量の計算結果を示す。
【図４】光ファイバ間に空隙に空気のみが介在する場合の光ファイバ間長と回折損失の関係を示すグラフである。
【図５】光学接着剤を充填した空間の屈折率ｎ＝１．５１とし、固定厚さ３７０μｍのファラデー回転子が挿入された場合の光ファイバ間長と回折損失の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の光アイソレーの実施例を示す図である。
【図７】ファイバ間長と溝角度別の反射減衰量を示すグラフである。
【図８】溝角度θｇに対して位置ズレが補正されるθｆの角度を示すグラフである。
【図９】図９は溝幅６００μｍ（波長１．５５μｍ）において溝角度θｇと反射減衰量の関係を表す。
【図１０】従来の光アイソレータと、本発明の光アイソレータの溝角度に対する接続損失を対比して示したグラフである。
【図１１】溝角度に対する反射減衰量を示すグラフである。
【図１２】楔型偏光ガラスを用いない本発明の他の実施例による光アイソレータを例示する図である。
【図１３】更に他の実施例に使用される光学素子を示す図である。
【図１４】偏光ガラスの楔化に伴う素子厚上昇量を示す図である。
【図１５】偏光ガラスの消光比とアイソレーションの関係を示すグラフである。
【図１６】代表的な光アイソレータのアイソレーションの温度特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図１８】本発明の更に他の実施例を示す断面図である。
【図１９】従来の光アイソレータを示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ ＴＥＣ光ファイバ
２ フェルールキャピラリ
３ 溝
４ａ 入射側偏光子
４ｂ 出射側偏光子
５ ファラデー回転子
６、７ 光学接着剤（ガラス又は樹脂）
９ 楔
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信・光計測等において使用される光非可逆回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種光システムの光源として使用される半導体レーザは、それに結合される光学系からの反射戻り光によって発振が不安定になることが知られており、それを防ぐ目的で光アイソレータが使用されている。近年の光通信システムの急激な拡大に伴い、光アイソレータに対しても小型化、低価格化の要求が高まっている。従来の光アイソレータの構成では、半導体レーザと光ファイバとはレンズを介して結合されているため、レンズと光ファイバ間の空間に光アイソレータ素子を配置することにより反射戻り光を除去している。しかし、この構成では全体の寸法が大きくなるとともに、レンズや光ファイバの位置調整が必要となる。
【０００３】
従来の基本的なアイソレータの構成を図１９に示す。ファラデー回転子１１の両側に偏光子１０ａ、１０ｂが、周りにファラデー回転子を一定の方向に磁化するための磁石１２が配置された構成であり、光アイソレータと光ファイバ８ａ、８ｂとの間には２つの集光レンズ９ａ、９ｂが必要となる。この構成により、順方向（図中Ｃの矢印方向）に入射する光は透過し、逆方向（図中Ｄの矢印方向）に入射する光は遮断されるため、アイソレータとしての機能を実現することができるが、多くの光学要素を必要とし、全体の構成は複雑で大型のものとなる。
【０００４】
これに対して、このような煩雑な方法でなく簡易な手法による方法が特開平３−６３６０６、特開平４−３０７５１２や特開平８−１５６４４のように、レンズを介さずに直接レーザと光ファイバを結合させ、光ファイバ間に素子を配置した構成が提案されている。この方法による光アイソレータは「埋め込み型」光アイソレータと呼ばれ、光ファイバを基板に樹脂等で埋め込み固定し、その基板をダイシングソー等によって光ファイバ部分を横切るように溝部を形成し前記光アイソレータ素子を埋め込み接着固定することによって作製される。これによれば光アイソレータの作製に光軸合わせが不要になり作製が大幅に容易になる利点がある。反面、光ファイバから出力される光が素子部分を透過する際に回折が生じ、ファラデー回転角度を所定の値（通常は４５度）に設定するためにファラデー回転子の厚さが比較的厚くせざるを得ないために回折が比較的大きく、そのため出射側の光ファイバに結合する光量が減少するいわゆる挿入損失が増大してしまうなどの問題が生じる。これに対して局所加熱によって光ファイバのコアを拡大し回折能を低減させるなどの方法が取られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、あらかじめ直線状に整列して配置され、レーザ光を直接受光する光ファイバ間に光アイソレータ素子を配置することにより、レンズなしで光軸調整の不要な光アイソレータが実現されるが、入射側光ファイバからの光に対して光アイソレータ素子の入射面を光軸に対して単純に垂直に配置した場合、光アイソレータ素子の端面での反射光が入射側光ファイバを伝送してレーザに戻り、レーザの発振に悪影響を与える。これを防ぐため、光軸に対して一定の角度をもたせて素子を配置する方法がとられる。これによると反射光がレーザに戻るのを防ぐことができる反面、光アイソレータ素子部を光が透過する際の屈折により透過光の光軸がずれることになる。あらかじめ直線状に整列して配置されている光ファイバ間に光アイソレータ素子を配置する場合、光軸のずれは損失増加の原因となる。
このような光軸ズレの補正と高反射減衰量の双方を備えたものとして、特開平９−５４２８３がある。しかし、この光アイソレータは偏波無依存型であり素子構成は偏光分離拡大のための楔型偏光ビームスプリッタと光軸ズレ補正の複屈折平行平板及び、ファラデー回転子を用いる。
本発明の光アイソレータをＬＤモジュールに使用する場合は上記のように偏波無依存化の必要が無く、上記の素子構成は複雑であり素子厚も大きく素子部が高価になってしまう問題がある。また、位置ズレ補正をしないで素子厚を薄くした偏波無依存型光アイソレータが提案されている。この方法はファイバからの入射角を０°にしているため順方向での位置ズレはあまり生じない。さらに、反射減衰量の抑制として各光学素子に対接着の無反射コーティングを施している。しかし、通常用いられる反射防止膜は３０ｄＢ程度が限度であり充分な特性が得られない問題があった。
【０００６】
従来の光アイソレータを示す図１を参照すると、従来の光アイソレータはフェルールキャピラリ２に保持された光ファイバ１ａ、１ｂ（図ではＴＥＣ光ファイバ）の光軸に対して所定の角度（光軸に直角な面から測定した溝角度θｇとして図示）で溝部３を形成し、その中に入射側偏光子４ａ、ファラデー回転子５及び出射側偏光子４ｂを重畳した光学素子を挿入し、光学接着剤６を充填して一体化した構造を有する。この構成によると、光ファイバ１ａから入射側偏光子４ａに入射する光は光学素子端面で反射されるので戻り反射光ηｒを減少させることができる。このように溝角度は大きい方が反射量が減少するが、同時に透過光軸ズレｄが発生するため光が出射側光ファイバ１ｂに十分に結合せず、損失増加の原因となる。通常、ファラデー回転子５と偏光子４ａ、４ｂは図１に示したように直方体形状であり、両者の表面は溝加工面とほぼ平行な平面となっている。そのため、溝に角度がついている場合、光の進行とともに図示のように透過光ηｔの光軸ズレ量（距離）ｄが大きくなる問題がある。
【０００７】
これを具体的に示すと、図１の従来例において実用上典型的な２つの波長を用いて次の条件で計算を行った。
（１）光の波長：１．３１μｍ
光ファイバ：スポットサイズ＝１５μｍ
（モードフィールド径：３０μｍ）
屈折率ｎ０＝１．４５
溝幅：４００μｍ
偏光ガラス：幅＝６０μｍ 屈折率ｎ２＝１．５１
ファラデー回転子厚：幅＝２５０μｍ 屈折率ｎ３＝２．４１
光学接着剤：総厚＝３０μｍ 屈折率ｎ１＝１．５１
（２）光の波長：１．５５μｍ
光ファイバ：スポットサイズ＝１５μｍ
（モードフィールド径：３０μｍ）
屈折率ｎ０＝１．４５
溝幅：５２０μｍ
偏光ガラス：幅＝６０μｍ 屈折率ｎ２＝１．５１
ファラデー回転子厚：幅＝３７０μｍ 屈折率ｎ３＝２．４１
光学接着剤：総厚＝３０μｍ 屈折率ｎ１＝１．５１
【０００８】
図２は溝角度θｇと接続損失の関係を示し、図１に示した従来構造の光アイソレータでは溝角度が大きくなると溝の回折損失以外に光軸ズレ量ｄが大きくなることによる結合損失増大があることが分かる。
一方、図３は光ファイバから光学素子へ入射する際の、溝角度に依存する反射減衰量の計算結果を示し、溝角度が大きい方がよいことが分かる。
以上より、一般的な光アイソレータの反射減衰量として要求させる６０ｄＢ以上を満足条件は（１）の波長１．３１μｍで溝角度２°以上、（２）の波長１．５５μｍで２．４°以上が必要である。
【０００９】
また、一般的な光アイソレータの挿入損失として１ｄＢ以下が必要である。光アイソレータの挿入損失は、光学素子の吸収損失、反射損失、コネクター損失（コネクター一体型の場合）と、素子挿入溝部の接続損失である回折損失と位置ズレ損失の和である。従って、素子挿入溝部の接続損失は０．５ｄＢ以下に押さえる必要がある。このことから、反射減衰量が６０ｄＢ以上である溝角度の溝部接続損失を示すと（１）の波長１．３１μｍで損失は０．４ｄＢ、（２）の波長１．５５μｍで損失は１．０ｄＢであり、波長が１．３１μｍは使用可能であるが、１．５５μｍでは使用が困難である。
また、製造上のトレランスとして安定に反射減衰量を得るには溝角度をさらに大きくする必要があるため波長１．３１μｍのものでも充分ではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、光アイソレータ素子の形状又は、配置構成を変化させることにより光軸ズレを補正する。具体的には、光ファイバ又は光導波路に施した溝部への出斜光に対して、反射、屈折を起こす屈折率の異なる領域界面を斜めに設けて、光ファイバ又は光導波路の受光角外に反射戻り光を導き、透過光は屈折して光アイソレータ素子の偏光子、ファラデー回転子に入射する。前記の屈折率の異なる斜め領域面とこの屈折率の異なる領域と一体に形成された光学素子の屈折面との相対角度を変えて設定することにより光軸のずれを補正し、損失の増加を抑制する。
【００１１】
すなわち、本発明は入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込む埋込型光非可逆回路装置において、
前記光学素子が挿入され、光軸に対して傾斜した溝部と、前記光学素子と前記溝部の隙間を充填する光学接着剤とを有しており、
前記光学素子を構成する素子または前記光学接着剤のうち少なくとも１つの面が、前記溝部の入射側の面の傾斜角度に対して逆方向に傾斜していることを特徴とする埋込み型光非可逆回路装置を提供することにより従来の課題を解決する。
【００１２】
本発明の代表的な形態によると、埋込型光非可逆回路装置において、挿入する光学素子の入射側及び出射側偏光子は、光ファイバ又は光導波路側の面が溝部の傾斜角度とほぼ同一の方向に傾斜し且つ前記ファラデー回転子に接する面が前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜した楔状となっており、前記ファラデー回転子の両面が前記逆方向に傾斜した前記入射側及び出射側偏光子の面と同一に傾斜した状態で前記入射側及び出射側偏光子の面に一体化していることを特徴とする埋込み型光非可逆回路装置により、光軸合わせが容易になり光学素子をほぼアライメントフリーで実装することが可能である。
【００１３】
また、使用する偏光子は溝部の回折損失を出来るだけ少なくする為に、薄いものが好ましい。一般的な光アイソレータに多く用いられる偏光ガラスの厚さは５００μｍ程度あり、薄い物でも２００μｍ程度の厚さを有している。
これらの偏光ガラスは、回転楕円体の金属微粒子がガラス両面の表面層から内部に向かって３０〜８０μｍ配向形成されており、光の偏光機能を有するのはこの部分である。従って、この偏光ガラスの両面に配向形成されている回転楕円体の金属微粒子層の片面のみを用いることにより３０〜８０μｍ程度の薄い偏光子とすることが出来るので、溝部回折損失の少ない埋込型光アイソレータを構成できる。なお、偏光ガラスの偏光機能を有する回転楕円体の金属微粒子層が従来の偏光ガラスの半分となり消光比は劣化してしまうが、埋込型アイソレータのアイソレーションとして考えると、使用中心波長でのピークアイソレーションは劣化するが、使用温度範囲及び、波長範囲で考えるとアイソレーションには劣化は小さいので充分にＬＤモジュール用として用いることが可能である。
また、１枚の偏光ガラスより２枚分の偏光ガラス素子を取り出すことが出来るため低価格化が可能である。
すなわち、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子に於いて、用いられる偏光子が回転楕円体の金属微粒子をガラス基板の光路方向のどちらか一方の面に配向形成されている配向形成層を有する偏光ガラスであることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置が提供される。
【００１４】
その他に使用可能な光学素子構成として、複屈折波長板を用いて光路に位相差をつけて干渉させる方法がある。この素子はファラデー回転子の一方の面上に、第１の複屈折領域、第２の複屈折領域、これらを接合する第５の接着剤領域と、他方の面上に、第１の複屈折領域に整列する第３の複屈折領域、第２の複屈折領域に整列する第４の複屈折領域、これらを接合する第６の接着剤領域により構成されており、各複屈折板の光学軸は第１複屈折領域と第２複屈折領域及び、第３複屈折領域と第４複屈折領域は互いに９０°直交する配置となり、第１複屈折領域と第３複屈折領域及び、第２複屈折領域と第４複屈折領域の光学軸はほぼ４５°の角度で配置されている。また、ファラデー回転子は使用波長に於いて４５°の回転角を有する厚さとなっている。
【００１５】
この複屈折板に水晶波長板を用いた時の厚さは、波長が１．３１μｍで４１μｍ、１．５５μｍで４８μｍ程度であり、薄い光学素子構成が可能である。
なお、上記記載の複屈折板による光学素子構成により偏光無依存の埋込型光アイソレータとなるのでＬＤモジュール用以外のインライン用として使用が可能である。
【００１６】
また、光ファイバ又は光導波路の一部分で、コア径を拡大しており、コア径拡大部分に溝加工を施し、上記記載の光学素子を挿入する事により構成させることにより、低損失化及び高反射減衰量の両方を兼ね備えた埋込型光アイソレータを実現することが出来る。
【００１７】
なお、より具体的な素子構成として、光ファイバ、光学接着剤、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子の屈折率が、光ファイバｎ０≦光学接着剤ｎ１≦入射側偏光子ｎ２ａ＝出射側偏光子ｎ２ｂ＜ファラデー回転子ｎ３の関係であり、前記光学素子を挿入する溝部が光軸に対して傾斜しており、前記光学素子と溝部の隙間を充填する樹脂が挿入されており、前記光学素子を構成するファラデー回転子が、前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜されている非可逆回路装置により素子の斜め配置による光軸ズレを容易に補正すると共に、高反射減衰量を得ることが可能となる。
【００１８】
本発明はまた、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込むことによって機能する非可逆回路装置において、前記光学素子を挿入する溝部が光線方向に対して互いに逆方向に傾斜した壁面を有し、前記光学素子と前記溝部の隙間を充填する光学接着剤が挿入されており、前記光学素子を構成する素子及び前記光学接着剤のうち少なくとも１つの面が、前記溝部の入射側の面の傾斜角度に対して逆方向に傾斜されていることを特徴とする非可逆回路装置を提供する。この形態では溝部が末広状に開いているので、溝加工側面の状態観察が容易であり検査が可能となる。また、更にその側面をカップ砥石やダイヤモンドなどの研磨剤が分散されているラッピングフィルムやスティック砥石などで再研磨、鏡面化が可能となる。従って、埋込型部品の品質及び、歩留の向上となる。
【００１９】
なお、偏光子として、複屈折プリズム偏光子、複屈折偏光分離板（ルチル板など）は充分な光学特性を得るには、素子厚を薄くすることが困難であり、挿入の為の溝幅が大きくなり回折損失増加する。従って、埋込型に使用するのは困難である。
【００２０】
【作用】
本発明の構成によると、光アイソレータ素子の厚さと屈折率、及び素子を光ファイバ間に配置する際の角度から算出される特定の角度差を光アイソレータを構成する１つ以上の素子の入出射面につけることにより、光アイソレータ素子内部で通常とは逆の方向へ光を屈折させることができる。そのため、反射戻り光を減少させるために素子又は、溝部入出斜面を傾ける影響で生じる光軸のずれが素子全体で補正されるため、反射戻り光が少なくかつ低損失な光アイソレータが実現できる。またレンズが不要となるため、小型で低価格な光アイソレータ及び、光アイソレータ付きＬＤモジュールを実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の光アイソレータに付いて詳細に説明をする。本発明の埋込型光非可逆回路装置の一実施例として、光アイソレータについて説明する。図６は本発明の一例を示すもので図１と対応する部分は同じ参照符号を用いた。図において光アイソレータはフェルールキャピラリ２に保持された光ファイバ１ａ、１ｂ（図では端部拡大したＴＥＣ光ファイバ）の光軸に対して所定の角度（光軸に直角な面から測定した溝角度θｇとして図示）で溝部３を形成し、その中に楔形の入射側偏光子４ａ、ファラデー回転子５及び楔形の出射側偏光子４ｂを重畳した光学素子を挿入し、光学接着剤６を充填して一体化した埋込構造を有する。挿入した光学素子の入射側偏光子４ａ及び出射側偏光子４ｂは、光ファイバ１ａ、１ｂ側の面が溝部３の傾斜角度θｇとほぼ同一の方向に傾斜し且つファラデー回転子５に接する面が溝部３の傾斜角度に対して逆方向に角度θｆ（光軸に直角な面から測定した傾斜角度θｆとして図示傾斜した楔状）となっており、前記ファラデー回転子５の両面がこれらの逆方向に傾斜した入射側及び出射側偏光子の面と同一に傾斜した状態で前記入射側及び出射側偏光子の面に一体化している。
【００２２】
本発明では図６に示すように溝角度θｇにより生じた屈折による位置ズレをファラデー回転子の配置角度θｆで補正するものである。しかし、補正によるθｆは溝角度に比べ角度が浅いためにファラデー回転子面での反射光ηｆを考慮しなければならない。但し反射光ηｆはファラデー回転子に入射する角度の２倍の角度ズレを生じるので、この角度ズレがファイバからファラデー回転子の距離の二倍分で軸ズレを起こすので、θｆは比較的小さな角度であっても光ファイバに戻る光は少なくなる。
【００２３】
下記の所定の条件でのこの関係を計算した結果を図８、図９に示す。なお、図８は波長１．３１μｍ及び１．５５μｍの光に対し、溝角度θｇに対して位置ズレが補正されるθｆの角度を表している。図９は溝幅６００μｍ（波長１．５５μｍ）において溝角度θｇと反射減衰量の関係を表す。
・構成素子の屈折率光：
ファイバ：ｎ０＝１．４５、光学接着剤：ｎ１＝１．５１、偏光子：ｎ２＝１．５１、ファラデー回転子：２．４１
・ＴＥＣ光ファイバ：スポットサイズω＝１５μｍ（ＭＦＤ＝３０μｍ）
この図８、図９から分かるように、溝幅６００μｍの例では、トレランスを考慮して溝角度θｇ＝５°の場合、θｆは０．６°程度であるが反射減衰量は８０ｄＢ以上となる。
【００２４】
次に、本発明は偏光ガラスを楔状にするか、又は、偏光ガラスとほぼ同じ屈折率の光学接着剤の領域を楔状とすることでファラデー回転子にθｆの角度をつける必要がある。後者の場合には偏光ガラスを平板とし、そのファラデー回転子側の面とファラデー回転子の面との間に光学接着剤を充填する。しかしこれによりこの楔領域の分だけ溝幅は大きくなるが、光軸の位置ズレによる損失と比較すると微少である。
【００２５】
次に光ファイバ間長と回折損失の関係を図４、図５に示す。図４は光ファイバ間の溝部に空気のみが介在する場合である。図５は光学接着剤を充填した空間の屈折率ｎ＝１．５１とし、固定厚さ３７０μｍのファラデー回転子が挿入された場合を示す。
素子挿入溝部の損失は０．５ｄＢ以下にする必要があるので、コア拡大ファイバが安定して製造可能なω＝１５μｍとして、素子の特性上ファラデー回転子厚の大きい波長１．５５μｍのものに対して、図５からファイバ間長は６００μｍ以下が好ましいことが分かる。
【００２６】
またファイバ間長と溝角度別の反射減衰量を図７に示す。ただし各素子の条件は図８、図９の場合と同じファイバ：ｎ０＝１．４５、光学接着剤：ｎ１＝１．５１、偏光子：ｎ２＝１．５４、ファラデー回転子：２．４１、ＴＥＣ光ファイバのスポットサイズω＝１５μｍとした。
以上より、溝角度は５°程度（楔角度５．６°）、ファイバ間長は６００μｍ以内で良好な光アイソレータを作製することが可能となる。
【００２７】
なお、偏光ガラスの楔化に伴う素子厚上昇量を図１４に示す。波長１．５５μｍの光学素子構成で考えると、ファラデー回転子は３７０μｍで偏光ガラスの機能に必要な領域５０μｍを２枚必要であるので１００μｍとなる。従って、光学素子全体厚みは、３７０＋１００＝４７０＋楔角度上昇分αとなる。
この上昇分αは、回折損失の限界値である６００μｍ−４７０μｍ＝１３０μｍとなる。従って、図１４より厚さ上昇量１３０μｍの使用素子の大きさは１．３ｍｍ（偏光ガラスの傾き方向の寸法）となる。実際使用する光学素子の大きさは０．５ｍｍ程度で充分であるため、楔による素子厚上昇分による回折損失上昇は比較的小さなものである。
【００２８】
以上をまとめて、従来の光アイソレータと、発明の光アイソレータの溝角度に対する接続損失を図１０に、反射減衰量を図１１に示す。図１０に示したように本発明の埋込型光アイソレータでは接続損失は反射減衰量を十分に大きな値に保ちながら溝角度依存しない最小値に設定できる。
【００２９】
図１２は、楔型偏光ガラスを用いない本発明の他の実施例による光アイソレータを例示する。図において、入射側偏光子４ａ、ファラデー回転子５及び出射側偏光子４ｂを互いに一体に重畳して構成された直方体形の光学素子は、光線軸に垂直な面に対して溝角度θｇを有する溝部３内に、光線軸に対して垂直な面に対して溝角度とは反対方向に角度θｆで傾斜した状態で配置され、その周りに例えば偏光素子と同じ屈折率を有する光学接着剤７が充填されている。ここに光学接着剤７は溝部３の入射及び出射側の壁面と、光学素子の前面及び背面との間の角度θｇ＋θｆを有する楔を形成している。従って、先に述べて実施例と同様な条件で設計することが可能であり、同様な作用及び効果が得られることは明らかである。
【００３０】
図１３は更に他の実施例に使用される光学素子である。この素子は、ファラデー回転子の一方の面上に、第１の複屈折領域２１、第２の複屈折領域２２、これらを接合する第５の接着剤領域２５と、他方の面上に、前記第１の複屈折領域に整列する第３の複屈折領域２３、前記第２の複屈折領域に整列する第４の複屈折領域２４、及びこれらを接合する第６の接着剤領域２６とにより構成されている。各複屈折板の光学軸は第１複屈折領域と第２複屈折領域及び、第３複屈折領域と第４複屈折領域は互いに９０°直交する配置となり、第１複屈折領域と第３複屈折領域及び、第２複屈折領域と第４複屈折領域の光学軸はほぼ４５°の角度で配置されている。また、ファラデー回転子は使用波長に於いて４５°の回転角を有する厚さとなっている。入射光のビームスポットは第５接着領域２５を中心として第１及び第２複屈折領域２１、２２に入射するようになっている。この光学素子は偏波無依存型である。ここで満足すべき光の回折条件は次の通りである。
２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ
ただしｎｏは常光屈折率、ｎｅは異常光屈折率、ｄは厚さ、λは波長、Ｍは任意の整数である。
この光学素子は図１２に示したものと同様な溝部３内に配置され、その周りを図１２の例と同様な光学接着剤７で充填して埋込型光アイソレータを構成する。光学素子の各部分の屈折率及び光学接着剤の屈折率から逆傾斜の所定角度θｆを算出できる。
【００３１】
図６の実施例に戻ってその変形例を説明する。
この変形例では偏光子４ａ、４ｂとして片面金属微粒子配向を有する偏光ガラス板を使用し、金属微粒子配向面を光ファイバ側にする。偏光ガラス板とファラデー回転子との間には偏光ガラスと同じ屈折率を有する光学接着剤を充填する。これにより図６とほぼ同じ構造の光アイソレータが得られる。この点を若干検討するに、一般の偏光ガラス（両面金属微粒子配向ガラス）を用いた光アイソレータと、片面を取り除いて消光比が劣化した偏光ガラスを用いた光アイソレータの特性を比較すると次の通りとなる。
・一般偏光ガラスの消光比：規格４０ｄＢ以上
・特殊加工偏光ガラス（片面加工）の消光比：３０〜３３ｄＢ程度あり
図１５は偏光ガラスの消光比とアイソレーションの関係を示す。図から使用温度範囲−４０℃〜８５℃において消光比が３０ｄＢ以上であれば比較的アイソレーションの劣化は少ないことが分かる。
図１６は代表的な光アイソレータのアイソレーションの温度特性を示す。図から明らかにように、片面加工偏光子を使用した場合にはアイソレーションは若干劣るが使用温度範囲においてアイソレーションが両面加工のアイソレーションよりも安定していることが分かる。
【００３２】
図１７は更に別の実施例を示す。この例では光ファイバ間に形成される溝部３の入射側と出射側の壁面が逆に傾斜して末広がりの溝を形成している点で今まで述べた実施例とは異なる。入射側偏光子４ａと出射側偏光子４ｂは上面が広い楔形に形成され、それらが同じ側に配置されるので、入射側偏光子４ａで生じる光の位置ズレは出射側偏光子４ｂにより補正される関係にある。この構造は、溝加工側面を（上から）容易に観察することが出来る為、溝加工状態の品質を維持するのに有利である。但し、この形状では、光軸の位置ズレ補正が可能であるが、角度ズレが発生するので光ファイバの受光角に伴う損失を、一定の許容内に入れる必要がある。なお、入射側と出射側の溝側面角度に於いては対称である必要はない。
【００３３】
図１８は図１７の例と同様ではあるが、特に角度ズレを改善した他の実施例による光アイソレータである。出射側偏光子４ｂにそれと同一の屈折率を有する物質例えば石英ガラス又は樹脂よるなる楔９を出射側偏光子４ｂに貼り付けて全体的に上辺の方が下辺よりも大きい楔形に形成する。この対策によりファイバ間長が大きくなる傾向があるが、光軸の位置ズレによる損失と比較すると微少である。
この構成により、溝側面状態の確認及び、追加修正加工が形状的に可能であり、高品位及び、高歩留製品として有効である。
なお、図１７〜１８の例は入射側の光学素子面に対して逆方向に傾斜した面は出射側偏光子４ｂの出射面（図１７）及び楔９の出射面（図１８）になる。
【００３４】
（試作例）
実施例に従って１．５５μｍ用の光アイソレータを試作した例を次に示す。
使用光学素子として、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの偏光ガラス（コーニング社製ポーラコア）及び、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．３７ｍｍのファラデー回転子（ＴＤＫ製 ＢＦＧ４Ａ１５）を用いた。
１）入射側及び、出射側偏光ガラスの偏波方向が、使用するファラデー回転子に対して、１．５５μｍで所定の光学特性が出る相対角度となるように、予め、基準面に対して角度切断を行った。
なお、この時の切断後素子幅は０．５ｍｍの短冊になるようにした。
２）次に短冊切断した入射側及び、出射側偏光ガラスを切断側面が上面となるように９０°回転して偏光ガラスの両面にある金属微粒子配向層を２分割した。なお、この時に用いた切断ブレードはメタル系＃３２０の幅１００μｍの砥石である。
３）金属微粒子配向層をファラデー回転子に接する方向で、入射側及び、出射側偏光ガラスを接着した。
なお、この時に用いた接着剤は屈折率１．５１（偏光ガラスとほぼ同じ）を用いた。また、ファラデー回転子には、対接着のＡＲコートを施した。
４）接着済み短冊形状光学素子（代表的寸法：０．５×１０．０−ｔ０．２）の短手方向に対して偏光ガラスが５．６°の楔形状となるように斜め研磨を実施した。（片面を角度研磨後、その面を基準に裏面を研磨した）なお、素子厚は０．５２ｍｍとなった。
５）両面楔加工済み光学素子の長手方向を切断して多数個取りした。なお、切り出し後の素子寸法は０．５×０．４×厚さ０．５２ｍｍの５．６°楔型素子となった。
６）次に、外部支持体としてφ１．２５ｍｍのジルコニアフェルールを用い、その貫通孔に局所加熱によりコア内の屈折率調整ドーパントを拡散して作製したＴＥＣ光ファイバを挿入して接着した。このファイバは、溝形成部分でのモードフィールド径が３０μｍとなるようにした。
７）その後精密スライサーにより、フェルールの中央に幅５５０μｍの溝を、光軸と垂直な方向に対して５°の角度で形成した。
８）この溝部に楔形光学素子及び、隙間を充填する光学接着剤（屈折率は光ファイバとほぼ同じ１．４６のもの用いた）を入れ接着硬化をした。
９）次に光学素子に必要な磁界が印可出来る磁石を配置接着した。
１０）以上のように作製した光アイソレータの光学測定を行った結果を以下に示す。
・順方向損失測定は０．７〜０．８ｄＢとなった。
なお、本試作の光アイソレータはフェルールコネクター一体型で有るためコネクター接続損失を含んだ結果である。
・ピーク波長によるアイソレーションは３３〜４２ｄＢとなった。
計算値に対して充分大きい値となったが、これは特殊加工偏光ガラスの消光比が予想していた値よりも大きいためと思われる。
・反射減衰量は６０ｄＢ以上あることが確認出来た。
なお、真の値は測定器の感度上困難であった為であるが、６０ｄＢ以上の反射減衰量は光アイソレータにとって充分良好な値である。
以上より、挿入損失、反射減衰量が良好で、ＬＤモジュール用としては充分使用可能のアイソレーションを持つ埋込型光アイソレータを作る事が出来る。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、光軸のズレを補正し、損失の増加を抑制することができるとともに高反射減衰量とすることが可能な埋込型光非可逆回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の埋め込み型光アイソレータを示す図である。
【図２】従来の埋め込み型光アイソレータにおいて溝角度θｇと接続損失の関係を示すグラフである。
【図３】光ファイバから光学素子へ入射する際の、溝角度に依存する反射減衰量の計算結果を示す。
【図４】光ファイバ間に空隙に空気のみが介在する場合の光ファイバ間長と回折損失の関係を示すグラフである。
【図５】光学接着剤を充填した空間の屈折率ｎ＝１．５１とし、固定厚さ３７０μｍのファラデー回転子が挿入された場合の光ファイバ間長と回折損失の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の光アイソレーの実施例を示す図である。
【図７】ファイバ間長と溝角度別の反射減衰量を示すグラフである。
【図８】溝角度θｇに対して位置ズレが補正されるθｆの角度を示すグラフである。
【図９】図９は溝幅６００μｍ（波長１．５５μｍ）において溝角度θｇと反射減衰量の関係を表す。
【図１０】従来の光アイソレータと、本発明の光アイソレータの溝角度に対する接続損失を対比して示したグラフである。
【図１１】溝角度に対する反射減衰量を示すグラフである。
【図１２】楔型偏光ガラスを用いない本発明の他の実施例による光アイソレータを例示する図である。
【図１３】更に他の実施例に使用される光学素子を示す図である。
【図１４】偏光ガラスの楔化に伴う素子厚上昇量を示す図である。
【図１５】偏光ガラスの消光比とアイソレーションの関係を示すグラフである。
【図１６】代表的な光アイソレータのアイソレーションの温度特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図１８】本発明の更に他の実施例を示す断面図である。
【図１９】従来の光アイソレータを示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ ＴＥＣ光ファイバ
２ フェルールキャピラリ
３ 溝
４ａ 入射側偏光子
４ｂ 出射側偏光子
５ ファラデー回転子
６、７ 光学接着剤（ガラス又は樹脂）
９ 楔
【００１７】
なお、より具体的な素子構成として、光ファイバ、光学接着剤、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子の屈折率が、光ファイバｎ０＜光学接着剤ｎ１≦入射側偏光子ｎ２ａ＝出射側偏光子ｎ２ｂ＜ファラデー回転子ｎ３の関係であり、前記光学素子を挿入する溝部が光軸に対して傾斜しており、前記光学素子と溝部の隙間を充填する樹脂が挿入されており、前記光学素子を構成するファラデー回転子が、前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜されている非可逆回路装置により素子の斜め配置による光軸ズレを容易に補正すると共に、高反射減衰量を得ることが可能となる。
なお、より具体的な素子構成として、光ファイバ、光学接着剤、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子の屈折率が、光ファイバｎ０＜光学接着剤ｎ１≦入射側偏光子ｎ２ａ＝出射側偏光子ｎ２ｂ＜ファラデー回転子ｎ３の関係であり、前記光学素子を挿入する溝部が光軸に対して傾斜しており、前記光学素子と溝部の隙間を充填する樹脂が挿入されており、前記光学素子を構成するファラデー回転子が、前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜されている非可逆回路装置により素子の斜め配置による光軸ズレを容易に補正すると共に、高反射減衰量を得ることが可能となる。
Claims (8)
- 入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込む埋込型光非可逆回路装置において、
前記光学素子が挿入され、光軸に対して傾斜した溝部と、前記光学素子と前記溝部の隙間を充填する光学接着剤とを有しており、
前記光学素子を構成する素子または前記光学接着剤のうち少なくとも１つの面が、前記溝部の入射側の面の傾斜角度に対して逆方向に傾斜していることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置。 - 請求項１記載の埋込型光非可逆回路装置において、挿入する光学素子の入射側及び出射側偏光子は、光ファイバ又は光導波路側の面が溝部の傾斜角度とほぼ同一の方向に傾斜し且つ前記ファラデー回転子に接する面が前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜した楔状となっており、前記ファラデー回転子の両面が前記逆方向に傾斜した前記入射側及び出射側偏光子の面と同一に傾斜した状態で前記入射側及び出射側偏光子の面に一体化していることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置。
- 入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子に於いて、用いられる偏光子が回転楕円体の金属微粒子をガラス基板の光路方向のどちらか一方の面に配向形成されている配向形成層を有する偏光ガラスであることを特徴とする請求項１及び２の埋込型光非可逆回路装置。
- 請求項３記載の埋込型光非可逆回路装置において、前記偏光ガラスは、前記回転楕円体の金属微粒子の配向形成層が３０〜８０μｍであることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置。
- 請求項１記載の光学素子が、ファラデー回転子の一方の面上に、第１の複屈折領域、第２の複屈折領域、これらを接合する第５の接着剤領域と、他方の面上に、前記第１の複屈折領域に整列する第３の複屈折領域、前記第２の複屈折領域に整列する第４の複屈折領域、及びこれらを接合する第６の接着剤領域とにより構成されていることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置。
- 光ファイバ又は光導波路の一部分で、コア径を拡大しており、コア径拡大部分に溝加工を施し光学素子を挿入する事を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の埋込型光非可逆回路装置。
- 請求項６記載の埋込型光非可逆回路装置を構成する光ファイバ、光学接着剤、入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子の屈折率が、光ファイバｎ０≦光学接着剤ｎ１≦入射側偏光子ｎ２ａ＝出射側偏光子ｎ２ｂ＜ファラデー回転子ｎ３の関係であり、前記光学素子を挿入する溝部が光軸に対して傾斜しており、前記光学素子と溝部の隙間を充填する樹脂が挿入されており、前記光学素子を構成するファラデー回転子が、前記溝部の傾斜角度に対して逆方向に傾斜していることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置。
- 入射側偏光子、ファラデー回転子及び出射側偏光子を光路方向に順に重畳して構成された光学素子を光ファイバ又は光導波路の光路に埋込むことによって機能する理込型光非可逆回路装置において、前記光学素子を挿入する溝部が光線方向に対して互いに逆方向に傾斜した壁面を有し、前記光学素子と前記溝部の隙間を充填する光学接着剤が挿入されており、前記光学素子を構成する素子及び前記光学接着剤のうち少なくとも１つの面が、前記溝部の入射側の面の傾斜角度に対して逆方向に傾斜していることを特徴とする埋込型光非可逆回路装置。
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