JP2005301082A - 複合光学機能型素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 光モジュール等への組み込み調整時間を短縮することの出来る複合光学機能型素子を提供すること。
【解決手段】 円形の開口を有する円盤状の光機能素子である誘電体多層膜フィルタ２２の入射面と射出面の各々に、屈折力を有する光学素子２１及び２３が誘電体多層膜フィルタ２２の開口の全域にわたり接合されてなる複合光学機能型素子である。また、その外形が球状である。誘電体多層膜フィルタ２２に換えて、吸収型偏光子、反射型偏光子、ファラデー回転子などからなる光機能素子を用いることも可能である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、主に光ファイバ通信に用いられる各種能動／受動モジュールの構成部品である複合光学機能型素子に関する。

光通信においては、光導波路内を伝搬したレーザー光を一旦空間に放出させ、各種光機能素子に入射させた後、再び光導波路に結合させて光導波路内を伝搬させるという手法が用いられる。このような場合、光導波路から射出したレーザービームを光導波路に導く為に、通常、屈折力を有する光学素子が用いられる。一例として、特許文献１の光制御デバイスを挙げることができる。図７に、その光制御デバイスの要部を示す。同図において、１３０、１３２、１３４、１３６は光導波路である。１１４及び１１５はレンズである。１１６は光機能素子である。光導波路１３０、１３２から射出したビームは、レンズ１１４によってコリメートビームに変換された後、光機能素子１１６に入力せられ、所望の変調を与えられた後、光機能素子１１６を射出する。光機能素子１１６を射出したコリメートビームは、レンズ１１５で収束ビームに変換された後に、光導波路１３４、１３６に結合するものである。

特開２００３−３２９９９０号公報

しかしながら従来技術には、以下のような問題点があった。光導波路から出たレーザービームを、レンズで一旦、収束光束或いは発散光束とした上で、光機能素子を透過、又は光機能素子にて反射させた上で、再びレンズを透過させて収束ビームとした上で再び光導波路に収束させる為には、レーザービームの収束位置及び光導波路への入射角度を調整せねばならず、レンズ及び光導波路の位置及び傾きを調整しなければならなかった。調整の際には、レンズ及びファイバが別体の場合には各々の位置及び傾きを調整しなければならなかった。また光機能素子のアパーチャサイズと入射ビームサイズとの比により、入射ビームが光機能素子のアパーチャのエッジで遮蔽される恐れがある場合には、光機能素子の位置調整も併せて行わなければならず、組み込みの際の調整時間が長くなるという欠点があった。

本発明は、従来技術のこのような課題を解決し、光モジュール等への組み込み調整時間を短縮することの出来る複合光学機能型素子を提供するものである。

上記課題を解決するために、第一の発明の複合光学機能型素子は、円形の開口を有する円盤状の光機能素子の入射面と射出面の各々の全域に、屈折力を有する光学素子が少なくとも１つ接合されてなることを特徴とする。

第二の発明の複合光学機能型素子は、第一の発明の複合光学機能型素子において、前記屈折力を有する光学素子は球面の光透過面を有し、前記球面は共通する１つの球の表面上にあることを特徴とする。

第三の発明の複合光学機能型素子は、第二の発明の複合光学機能型素子において、外形が球状であることを特徴とする。

第四の発明の複合光学機能型素子は、第一から第三の発明のいずれかの複合光学機能型素子において、前記光機能素子は、光フィルタ、吸収型偏光子、反射型偏光子、ファラデー回転子のいずれか若しくはそれらの組み合わせからなることを特徴とする。

このように本発明によれば、光機能素子とレンズを一体化したことにより、従来組み込み時に必要であった、光導波路、レンズ、光機能素子の間の位置調整に換えて、簡便に光導波路と結合させることが可能であり、容易に光モジュール等への組み込みが可能な複合光学機能型素子を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は第一の発明の複合光学機能型素子の構成を示す概念図である。図１において、光軸は紙面の左右方向に向かっている。１及び３は屈折力を有する光学素子であり、２は光機能素子である。屈折力を有する光学素子１は、光機能素子２の、ほぼ円形の開口を有する面に接合されている。また屈折力を有する光学素子３は、光機能素子２のほぼ円形の開口を有する他の面に接合されている。

図１において、屈折力を有する光学素子１に入射した光束は、屈折力を有する光学素子１の屈折力の影響を受けて収束又は発散した上で光機能素子２へと入射する。入射光束は光機能素子２にて変調を受け、屈折力を有する光学素子３の側へと射出する。或いは入射光束は光機能素子２で反射し、再び屈折力を有する光学素子１へと戻る。或いは入射光束は光機能素子２で進行光路の位置若しくは方向に変化を与えられ、屈折力を有する光学素子３の側へと射出する。

次に屈折力を有する光学素子１又は３へ入射した光束は、屈折力を有する光学素子１又は３の屈折力の影響を受け、収束状態或いは発散状態を変化させられた上で、屈折力を有する光学素子１又は３を射出する。

このような形で予め、屈折力を有する光学素子１及び屈折力を有する光学素子３を、光機能素子２に一体化しておけば、屈折力を有する光学素子１、光機能素子２、及び屈折力を有する光学素子３の相互の位置調整を行う必要がなく、デバイスの組み立て調整工程を簡略化、短時間化することが出来る。

また図２は、本発明の第二の発明の複合光学機能型素子の構成を示す概念図である。図２において、４及び６は屈折力を有する光学素子であり、５は光機能素子である。同図で示すように、屈折力を有する光学素子の、光機能素子と接合されない面の形状はほぼ球面であり、かつ球面の曲率半径は、円盤状の光機能素子５の半径とほぼ等しい。

このような構成であると、一体化した複合光学機能型素子を球として扱うことが可能となり、加工の際には板状の各素子を接合した上で、ボール研磨等の、形状を球状化するプロセスを使用すれば、屈折力を有する光学素子と光機能素子との加工を一括して行うことが出来、加工工数の短縮化に繋がる。

また一体化した上で形状を球状化すれば、屈折力を有する光学素子４の曲率中心位置と屈折力を有する光学素子６の曲率中心位置を一致させることが可能にあり、屈折力を有する光学素子４、光機能素子５、屈折力を有する光学素子６の相互の位置調整を行う必要が無くなり、組み立て調整工数の短縮化に繋がるものである。

実施例を挙げてさらに詳しく説明する。図３は本発明の複合光学機能型素子の第一の実施例を示す図である。図３において、２１は屈折力を有する光学素子であり、光学硝子であるＳＦ５８（ショット社製）の片面に曲率半径２ｍｍの球面加工を施し、もう一方の面に光学平面研磨を施したものである。２２はＴｉＯ_２及びＳｉＯ_２を積層した誘電体多層膜フィルタであり、１５００ｎｍ未満の波長の光を反射し、１５２０ｎｍ以上の光を透過するエッジフィルタである。２３は屈折力を有する光学素子であり、光学硝子であるＳＦ５８（ショット社製）の片面に曲率半径２ｍｍの球面加工を施し、もう一方の面に光学平面研磨を施したものである。また屈折力を有する光学素子２１の中心厚みは１．７５ｍｍ、誘電体多層膜フィルタ２２の中心厚みは０．５ｍｍ、屈折力を有する光学素子２３の中心厚みは１．７５ｍｍに設定してある為、これら三者を接合した光学素子の厚みは４ｍｍとなり、また２１及び２３の曲率半径は２ｍｍに加工されている為、この素子はほぼ球状の外形をなしている。

また２４は光導波路であり、２５は端面射出型のレーザーダイオードであり、波長１３１０ｎｍのレーザー光を発する。また２６はフォトダイオードであり、１５５０ｎｍ帯に感度を有するものである。

次に図３に基づき、本実施例の作用について説明する。光導波路２４から射出した波長１５５０ｎｍのレーザービームは、屈折力を有する光学素子２１に入射し、コリメートビームとなって誘電体多層膜フィルタ２２に入射する。この誘電体多層膜フィルタ２２の特性から、レーザービームは誘電体多層膜フィルタ２２にて反射し、光学素子２１内部を逆に伝搬する。その波長１５５０ｎｍのレーザービームは、光学素子２１を射出するが、その際、球面の屈折力により収束ビームとなってフォトダイオード２６に入射する。

また端面射出型のレーザーダイオード２５から射出した波長１３１０ｎｍのレーザービームは、屈折力を有する光学素子２３に入射する。ここでレーザービームは平行ビームとなって光学素子２３内部を伝搬し、誘電体多層膜フィルタ２２に入射する。その誘電体多層膜フィルタ２２の特性上、波長１３１０ｎｍのレーザービームは誘電体多層膜フィルタ２２を透過し、光学素子２１に入射する。次にレーザービームは光学素子２１内部を伝搬し、射出する際に光学素子２１の球面の屈折力によって収束ビームとなって、光導波路２４に入射する。

本実施例においては、誘電体多層膜フィルタが屈折力を有する光学素子と一体化されている為、図示しないが例えば溝加工したシリコン等の基板上に各部品を載置することにより、実装を簡易に済ますことが出来る。また各部品をホルダに納め、各々の位置を調整する、いわゆるバルク型の構成においても、フィルタの位置及び角度調整を個別に行う必要がない。

また本実施例において、誘電体多層膜フィルタは、基準波長より短波長側を透過し長波長側を反射するエッジフィルタと呼ばれる光フィルタであるが、波長合分波の仕様によっては、特定の波長帯域のみを透過する特性を有する、いわゆるバンドパスフィルタを用いても差し支えない。

本実施例におけるレーザーダイオード及びフォトダイオードの代わりに、シングルモードファイバ等の光導波路を用いても差し支えない。

また本実施例においては、屈折力を有する光学素子の球面の曲率半径と、光機能素子の半径がほぼ等しく、すなわち全体の外形はほぼ球状をしているが、有効径を損なわない範囲で、外周を丸め加工し、直径を小さくしても構わない。或いは固定のための平面を設けてもよい。

図４は本発明の第二の実施例の複合光学機能型素子を示す図である。

図４において、３１は屈折力を有する光学素子であり、複屈折結晶であるルチルより出来ている。片面は曲率半径２ｍｍに球面研磨されており、また光路方向のもう一方の面は光学平面研磨されている。またルチルの光学軸は、紙面に−４５°の角度で交わる平面内にあり、素子の中心軸に対して４７．８°の角度を成す方向に指向している。

３２は反射型偏光子であり、フォトニック結晶と呼ばれる、周期０．５μｍ程度の鋸歯状の構造を有するＳｉとＳｉＯ_２とを交互に積層した素子である。本実施例の素子は波長１４８０ｎｍにおいて、ＴＭ波を透過しＴＥ波を反射する性質を有する。

３３は屈折力を有する光学素子であり、複屈折結晶であるルチルより出来ている。片面は曲率半径２ｍｍに球面加工されており、またもう一方の面は光学平面研磨されている。

３４はもう１つの屈折力を有する光学素子であり、複屈折結晶であるルチルより出来ている。片面は曲率半径２ｍｍに球面研磨されており、また光路方向のもう一方の面は光学平面研磨されている。そのルチルの光学軸は、図４の紙面に平行な面に対して４５°の角度を成す角度で交わる平面内で、素子の中心軸に対して４７．８°を成す角度に指向している。

ここで、屈折力を有する光学素子３１及び３４は、図４に示すように、合わせて１つの球面を形成するように、反射型偏光子３２に対して、上下に並んで配置されている。また３５及び３６はＢｉ置換磁性ガーネット厚膜であり、各々入射偏波を４５°回転させる機能を有する。

屈折力を有する光学素子３１、３３及び３４の光路方向の厚みは１．４ｍｍ、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５及び３６の厚みは０．５ｍｍ、反射型偏光子３２の厚みは０．２ｍｍであり、また屈折力を有する光学素子３１、３３、３４の曲率半径は２ｍｍである為、本実施例の光学素子はほぼ球形状をしている。

３７はＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５及び３６にファラデー回転の為に必要な磁場を印加する永久磁石である。

また３８はレーザーダイオードであり、射出ビームの偏光方向は、紙面に水平な方向である。また３９もレーザーダイオードであり、射出ビームの偏光方向は、紙面に垂直な方向である。

４０は、レーザーダイオード３８及びレーザーダイオード３９から射出したレーザービームが結合するシングルモードファイバである。

次に図４に基づき本実施例の作用について説明する。レーザーダイオード３８を射出したレーザービームは、屈折力を有する光学素子３１の球面形状をした入射面で収束作用を与えられ、コリメートビームとなって屈折力を有する光学素子３１内部を伝搬する。この際、入射ビームの偏光方向は、屈折力を有する光学素子３１を形成するルチルの光学軸を含む面と直交している為、入射ビームは屈折力を有する光学素子３１内を常光として伝搬する。

この屈折力を有する光学素子３１を射出したビームは、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５に入射する。そのＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５内部を伝搬する間に、入射ビームはその偏波方向を４５°回転される。Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５を透過したレーザービームは、反射型偏光子３２に入射する。この反射型偏光子３２に対しては、入射ビームはＴＥ波として入射する為、レーザービームは反射型偏光子３２の表面で反射し再びＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５に入射する。

その入射レーザービームは、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５内部を伝搬する間に偏波方向を再び４５°回転される。したがって入射ビームはその偏光方向を２回、各々４５°回転させられる為に、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５を射出する際には、元の偏光方向に対して９０°偏光方向を回転される。

次にＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５を射出したレーザービームは、屈折力を有する光学素子３４に入射する。この屈折力を有する光学素子３４はルチルから出来ており、入射ビームの偏光方向はこのルチルの光学軸を含む面と直交する為、入射ビームは屈折力を有する光学素子３４内部を常光として伝搬する。

この屈折力を有する光学素子３４を射出するレーザービームは、射出時に屈折力を有する球面にて収束ビームとなり、シングルモードファイバ４０に入射、結合する。

他方、レーザーダイオード３９を射出したレーザービームは、屈折力を有する光学素子３３に入射する。この屈折力を有する光学素子３３の屈折力により、コリメートビームとなって屈折力を有する光学素子３３の内部を伝搬し、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３６に入射する。Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３６において、入射ビームの偏光方向は４５°回転される。

そのＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３６を射出したレーザービームは、反射型偏光子であるフォトニック結晶に入射する。このフォトニック結晶にとって、入射偏光方向はＴＭ波となるので、レーザービームはフォトニック結晶を透過して、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５に入射する。ここで再び、入射レーザービームの偏光方向は、再び４５°回転させられる。入射ビームはその偏光方向を２回、各々４５°回転させられる為に、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５を射出する際には、元の偏光方向に対して９０°偏光方向を回転される。

次にＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５を射出したレーザービームは、屈折力を有する光学素子３４に入射する。この屈折力を有する光学素子３４はルチルから出来ており、入射ビームの偏光方向はルチルの光学軸を含む面と直交する為、入射ビームは屈折力を有する光学素子３４内部を常光として伝搬する。その屈折力を有する光学素子３４を射出するレーザービームは、射出時に屈折力を有する球面にて収束ビームとなり、シングルモードファイバ４０に入射、結合する。このような動作により、２つのレーザーダイオードから射出したレーザービームを、１本のファイバに結合し合成することが可能となる。

なお、シングルモードファイバ４０の先端部の反射点にて、レーザービームの一部が本複合光学機能型素子に戻ってくる場合がある。戻り光がレーザーダイオード３８又は３９に戻った場合、レーザーダイオードの発振が不安定になる、光誘起雑音が増加するなどの不具合が生じるが、本複合光学機能型素子においては、構成する各素子の作用により、戻り光に対して光アイソレータとして動作する為に、反射光による不具合を防止することが可能である。

すなわち、シングルモードファイバ４０を射出した戻り光は、屈折力を有する光学素子３４に入射するが、ここで屈折力を有する光学素子３４は複屈折結晶であるルチルで出来ている為、屈折力を有する光学素子３４の内部で常光成分と異常光成分とに分離される。

まず常光成分は、屈折力を有する光学素子３４の内部を直進し、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５に入射する。このＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５の内部を直進する間に、入射ビームの偏光方向は、４５°回転させられる。

そのＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５を射出したビームは、反射型偏光子であるフォトニック結晶に入射する。入射ビームはフォトニック結晶に対してＴＭ波として入射することになる為、フォトニック結晶を透過し、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３６に入射する。

そのＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３６においては、入射ビームの偏波は４５°回転され、屈折力を有する光学素子３３に入射する。屈折力を有する光学素子３３において、入射ビームは異常光となり、屈折力を有する光学素子３３内でビームシフトを生じる。その結果、入射ビームは屈折力を有する光学素子３３の中心部を外れて伝搬し、屈折力を有する光学素子３３の周縁部に達した上で、屈折力を有する光学素子３３を射出する。この際にビームは、屈折力を有する光学素子３３の屈折力の影響を受けて収束ビームとなる。収束ビームはレーザーダイオード３９の側に射出するが、屈折力を有する光学素子３３内部においてビームシフトを生じている為に、レーザーダイオード３９の位置からは外れて射出することになり、反射点からの戻り光がレーザーダイオード３９に戻るのを防ぐことが出来る。

他方、異常光成分は屈折力を有する光学素子３４内部でビームシフトを生じ、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５に入射する。このＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５の内部を直進する間に、入射ビームの偏光方向は、４５°回転させられる。Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３５を射出したビームは、反射型偏光子３２であるフォトニック結晶に入射する。そのとき入射ビームはフォトニック結晶に対してＴＥ波として入射することになる為、フォトニック結晶にて反射し、再びＢｉ置換磁性ガーネット厚膜３５に入射する。

Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜３６においては、入射ビームの偏波は４５°回転され、屈折力を有する光学素子３１に入射する。屈折力を有する光学素子３１においては、入射ビームは異常光として振る舞うことになるので、屈折力を有する光学素子３１内部を透過する際にビームシフトを生じながら、屈折力を有する光学素子３１の端面に達する。ビームは、屈折力を有する光学素子３１の光学面の屈折力の影響を受けて、収束ビームとなって屈折力を有する光学素子３１を射出する。

このときビームは、レーザーダイオード３８の側に射出することになるが、屈折力を有する光学素子３１の内部でビームシフトを生じている為に、レーザーダイオード３８の位置からは外れて射出することとなり、反射点からの戻り光がレーザーダイオード３８に戻るのを防ぐことが出来る。

本実施例においては、屈折力を有する光学素子に複屈折結晶で分離型偏光子の機能を有するルチルを使用したが、同様に偏光分離作用を有する複屈折結晶であるＹＶＯ_４やＬｉＮｂＯ_３を用いてもよい。

また本実施例においては、屈折力を有する光学素子３１、３３及び３４に同一の材料を用いたが、レーザーダイオード３８、レーザーダイオード３９、シングルモードファイバ４０の有するモードフィールド半径に応じ、使用する材料に、同様の複屈折材料のＹＶＯ_４やＬｉＮｂＯ_３を用い、各光学素子の屈折力を調整しても構わない。

また本実施例においては、反射型偏光子にはフォトニック結晶を用いたが、回折素子や偏光フィルムなど同様の機能を有する反射型偏光子を用いても構わない。

図５及び図６は本発明の第三の実施例を示す図である。図５において、４１は屈折力を有する光学素子であり、複屈折結晶であるルチルで出来ている。４２はＢｉ置換磁性ガーネット厚膜である。４３も屈折力を有する光学素子であり、複屈折結晶であるルチルで出来ている。

４４は光学素子にレーザービームを入射する為のシングルモードファイバであり、また４５は光学素子から射出したビームを結合させる為のシングルモードファイバである。また４６は、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜に磁場を印加する為の永久磁石である。

屈折力を有する光学素子４１を構成するルチルの光学軸は、図５において紙面の左から右に向かう光路方向にＺ軸、紙面の下から上に向かう方向にＸ軸、紙面で垂直に手前に向かう方向にＹ軸をとり、直交座標系を設定したとき、ＸＹ面内にあってＸ軸と成す角度が２２．５°の方向に指向している。また屈折力を有する光学素子４３は、Ｘ軸と成す角度が−２２．５°の方向に指向している。

また図６は、ビームが逆方向に伝搬する場合の光路を示す図である。

次に図５及び図６に基づき、本実施例の作用を説明する。図５において、シングルモードファイバ４４から射出したビームは、屈折力を有する光学素子４１に入射する。ここで入射ビームは、屈折力を有する光学素子４１の入射面の屈折力の影響を受け、平行ビームとなるが、それと同時に、構成材料であるルチルの複屈折性の影響を受けて、簡略化のために図示は省略したが、常光成分と異常光成分の２つの成分のビームに分離する。

分離した２つのビームは、屈折力を有する光学素子４１中を伝搬し、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２との界面が傾斜している為にここで屈折する。ここで常光成分のビームと、異常光成分のビームとは、異なる屈折率が関与する為、界面での屈折角度は、常光成分のビームと異常光成分のビームとで異なる。

屈折力を有する光学素子４１を射出する際に屈折したビームは、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２に入射し、各々その偏波方向を−４５°回転される。Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２を射出した２つのビームは、屈折力を有する光学素子４３に入射する。ここで、屈折力を有する光学素子４１の光学軸方向に対して、屈折率を有する光学素子４３の光学軸の方位は、反時計回り方向に４５°ずれており、これはＢｉ置換磁性ガーネット厚膜４２によるファラデー回転の方向と同一方向である。従って、屈折力を有する光学素子４１を常光成分として透過したビームは、屈折力を有する光学素子４３に対しても常光成分として入射する。また同様に、光学素子４１を異常光成分として透過したビームは、光学素子４３に対しても異常光成分として入射する。

入射の際、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２と、屈折力を有する光学素子４３との界面は傾斜している為、屈折を生じるが、界面の傾斜方向は、光学素子４１とＢｉ置換磁性ガーネット厚膜４２との間の界面の傾斜方向と同一である為、屈折力を有する光学素子４１とＢｉ置換磁性ガーネット厚膜４２との間の界面で生ずる屈折とは逆の方向に光線が指向することとなる。

加えて、各界面での屈折に寄与する屈折率は、屈折力を有する光学素子４１とＢｉ置換磁性ガーネット厚膜４２との界面と、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２と屈折力を有する光学素子４３との界面とで、各ビームごとに等しくなる。すなわち、屈折力を有する光学素子４１を透過した光束は、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２との間で一旦、図５における下方に屈折し、屈折力を有する光学素子４３に入射する際に、同じ大きさの角度で今度は上方に屈折する。従って、屈折力を有する光学素子４３内部におけるビームの進行方向は、屈折力を有する光学素子４１内部におけるビームの進行方向と同一となる。

屈折力を有する光学素子４３内部を伝搬した２つのビームは、屈折力を有する光学素子４３を射出する際に、屈折力を有する光学素子４３の、屈折力を有する面で収束され、収束ビームとなって射出する。この場合、屈折力を有する面への入射角について２つのビームの間で差はない為、２つのビームは、屈折力を有する光学素子４３の焦点位置近傍の同じ位置に収束し、焦点位置近傍に配置されたシングルモードファイバ４５に結合する。

逆にシングルモードファイバ４５からビームが射出する場合について図６を参照して説明する。シングルモードファイバ４５から射出したビームは、屈折力を有する光学素子４３の屈折力を有する面に入射し、前記屈折力により平行光束となって、屈折力を有する光学素子４３の内部を伝搬する。

その屈折力を有する光学素子４３の内部を伝搬したビームは、屈折力を有する光学素子４３と、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２との界面にて屈折し進行方向が変化するが、その際ビームは、屈折力を有する光学素子４３の光学軸の方向に電場の振動方向を有する異常光成分と、前記光学軸と直交する方向に電場の振動方向を有する常光成分の２つに分離して射出する。２つのビームの屈折に関与する屈折率は、常光成分と異常光成分とで異なる為、常光と異常光では異なる角度で屈折し、Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２に入射する。

Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２に入射した２つのビームは、その偏波方向を、シングルモードファイバ４５の側から見て、各々４５°回転させられる。

Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜４２を射出した２つのビームは、屈折力を有する光学素子４１に入射する。ここでも界面が傾斜している為に、２つのビームは屈折するが、屈折に寄与する屈折率は、屈折率を有する光学素子４１内部において、ビームが各々常光として振る舞うか、異常光として振る舞うかによって異なる。

ここで、屈折力を有する光学素子４３の光学軸の方位に対して、屈折力を有する光学素子４１の光学軸の方位は、−４５°の方位に位置するが、それに対して、２つのビームがＢｉ置換磁性ガーネット厚膜４２を透過する間に及ぼされるファラデー回転角は４５°である為、常光及び異常光の関係が、屈折力を有する光学素子４３透過時と、屈折力を有する光学素子４１透過時とでは逆転する。すなわち、屈折力を有する光学素子４３を常光として透過したビームは、屈折力を有する光学素子４１においては異常光として透過し、一方、屈折力を有する光学素子４３を異常光として透過したビームは、屈折力を有する光学素子４１においては常光として透過する。

従って、ビームが２つの界面を透過する際、各々の界面で与えられる屈折角の総和は零にはならないことになる。屈折力を有する光学素子４１及び屈折力を有する光学素子４３を構成するルチル結晶の場合、異常光に対応する屈折率のほうが大きな値である為、各ビームは、異常光として透過する側の光学素子がビームを曲げる側に指向した状態で、屈折力を有する光学素子４１内部を伝搬する。

屈折力を有する光学素子４１内部を伝搬した光束は、屈折力を有する面の屈折力の影響により、収束ビームとなって、屈折力を有する光学素子４１を射出する。この場合ビームは、屈折力を有する面へ斜めに入射することとなる為、シングルモードファイバ４４から離間した位置に収束することとなり、シングルモードファイバ４５から射出した光束は、シングルモードファイバ４４には結合せず、光アイソレータ動作がなされる。

本実施例においては、屈折力を有する光学素子４１と、Ｂｉ置換型磁性ガーネット厚膜４２、屈折力を有する光学素子４３とが一体となっており、かつ全体が球状となっている為に、各素子を構成する材料を接合した後、所望の大きさに切断の上、表面を球状に加工すれば製作することが出来、製作工程を単純にすることが可能となる。

また本実施例においては、複合光学機能型素子の全体形状は球形のままであるが、細径化の為に、全体を球面加工した後に、周縁部を除去し、円筒状にしても構わない。

また本実施例においては、屈折力を有する光学素子に複屈折結晶で分離型偏光子の機能を有するルチルを使用したが、同様に偏光分離作用を有する複屈折結晶であるＹＶＯ_４やＬｉＮｂＯ_３を用いてもよい。

また本発明の実施例においては、光機能素子として、（１）光フィルタ、（２）ファラデー回転子と反射型偏光子の組み合わせ、（３）ファラデー回転子のみを用いた場合を示したが、同様に、光フィルタ、吸収型偏光子、反射型偏光子、ファラデー回転子のいずれか、若しくはそれらの組み合わせからなる光機能素子を用いた場合に本発明の実施例と同様な効果が得られることは明らかである。

以上のように本発明によれば、従来組み込み時に調整を要した、光機能素子及びレンズを一体化したことにより、光機能素子の光モジュールへの組み込みを簡便化することが可能となる。

第一の発明の複合光学機能型素子の構成を示す概念図。 第二の発明の複合光学機能型素子の構成を示す概念図。 第一の実施例を示す図。 第二の実施例を示す図。 第三の実施例に係る図。 第三の実施例において、ビームが逆方向に進行する場合の光路を示す図。 従来の光制御デバイスの要部を示す図。

符号の説明

１，３，４，６，２１，２３，３１，３３，３４，４１，４３ 屈折力を有する光学素子
２，５，１１６ 光機能素子
２２ 誘電体多層膜フィルタ
２４ 光導波路
２５ 端面射出型のレーザーダイオード
２６ フォトダイオード
３２ 反射型偏光子
３５，３６，４２ Ｂｉ置換磁性ガーネット厚膜
３７，４６ 永久磁石
３８，３９ レーザーダイオード
４０，４４，４５ シングルモードファイバ
１１４，１１５ レンズ
１３０，１３２，１３４，１３６ 光導波路

Claims (4)

1. 円形の開口を有する円盤状の光機能素子の入射面と射出面の各々の全域に、屈折力を有する光学素子が少なくとも１つ接合されてなることを特徴とする複合光学機能型素子。
2. 請求項１に記載の複合光学機能型素子において、前記屈折力を有する光学素子の各々は球面の光透過面を有し、前記球面は共通する１つの球の表面上にあることを特徴とする複合光学機能型素子。
3. 請求項２に記載の複合光学機能型素子において、外形が球状であることを特徴とする複合光学機能型素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の複合光学機能型素子において、前記光機能素子は、光フィルタ、吸収型偏光子、反射型偏光子、ファラデー回転子のいずれか若しくはそれらの組み合わせからなることを特徴とする複合光学機能型素子。

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