JP2006154242A - 光アイソレータ付き光ファイバおよびそれを用いた光部品 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の光アイソレータ付き光ファイバにおいて結合効率が高く、光出力の安定した、かつ小型の半導体レーザモジュールを実現することが困難であった。
【解決手段】少なくとも１つのファラデー回転子と前記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータと光ファイバからなる光アイソレータ付き光ファイバにおいて、光ファイバと光アイソレータ間に光ファイバと同等の屈折率をもったフラット面を有する半球レンズを有し、その半球レンズの球面側が光ファイバと接触し、かつ該フラット面上にアイソレータが接着材にて接着固定され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により、結合効率の高い、光出力の安定した、かつ小型の半導体レーザモジュールが実現可能となった。
【選択図】図１

Description

本発明は光通信用モジュール、半導体レーザ装置、光増幅器等に使用される光アイソレータ付き光ファイバに関する。

光アイソレータはある一定方向の光を透過させるが、逆方向の光を遮断する作用を有するものであり、光通信用モジュール、半導体レーザ装置、光増幅器等に使用されている。

図４に従来の半導体レーザモジュールを表す模式図を示す。図４に示す半導体レーザモジュールは、ある基板上にレーザダイオード１を接合し、他方端に光ファイバ２を装着したフェルール３を接合し、レンズ４と光アイソレータ５を備えた構造となっている。この半導体レーザモジュールにおいて、レーザダイオード１からの出射光はレンズ４および光アイソレータ５を通過して光ファイバ２に入射し、反射光があっても光アイソレータ５で遮断されるためレーザダイオード１に反射光が戻ることを抑止できる。

しかし、このような半導体レーザモジュールは構造が複雑であり小型化することが困難であることから、光ファイバの先端に直接光アイソレータを接合することが提案されている（特許文献１、２参照）。

図５、６に従来の光アイソレータ付き光ファイバの断面図を示す。図５の構造は、光ファイバ６をガラス管７及び金属製のフェルール８で保持し、ガラス管７の先端に偏光子、ファラデー回転子、偏光子を一体化した光アイソレータ９および光アイソレータ９の周りに磁石１０をホルダ１１によって保持したものである。

図６の構造は、光ファイバ１２をセラミックキャピラリ１３で保持し、そのセラミックキャピラリ１３先端に偏光子、ファラデー回転子、偏光子を一体化した光アイソレータ１４および光アイソレータ１４の周りに磁石１５を固定したものである。

そして、図５または図６に示す光アイソレータ付き光ファイバを、不図示のレーザダイオードとレンズを有するモジュールに装着すれば半導体レーザモジュールを構成することができる。
特開平６−８８９２６号公報 特開１９９８−１３３１４６号公報

一般に、図４に示すような半導体レーザモジュールにおいて、結合効率を高めるために、モジュール組立時にレーザダイオードから出射されレンズによって集光された光と光ファイバの位置合わせ、およびレーザダイオードから出射された光の偏波方向と光アイソレータの偏波方向を合わせることが必要であり、組立が非常に複雑で小型化は困難であった。

一方、図５に示す光アイソレータ付き光ファイバをモジュールに装着する場合には、光アイソレータが光ファイバと一体化されているため、光アイソレータ付き光ファイバ全体を移動させて位置合わせを行うことができ、組立の一部を簡易化することが可能となり、半導体レーザモジュールの小型化が可能となっている。しかしながら、この形態であるとレーザダイオードの光との結合効率を高めるためには、ファイバ端面に対空気反射防止コートを施す必要がある。また通常レーザダイオードから出射される戻り光を低減するために光ファイバ端面が斜め研磨されており、結合効率を高める妨げになっている。結合効率を高めるために斜めに端面研磨されたファイバを光軸に対して傾けて固定するという方法もとられているが、光ファイバピグテイルの構造、あるいは光モジュール構造が複雑になり、コスト高の原因となっている。

図６に示す光アイソレータ付き光ファイバの場合は、光アイソレータとセラミックキャピラリの境界面での乱反射光が、レーザダイオードに戻りやすく、それにより、レーザダイオードの出力が不安定になるという問題があった。

上記課題に鑑みて本発明は、少なくとも１つのファラデー回転子と偏光子及び上記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータと光ファイバを有し、上記光ファイバの先端面に向かって上記光アイソレータが配置された光アイソレータ付き光ファイバにおいて、上記光ファイバと光アイソレータ間には上記光ファイバと同等の屈折率であって、かつフラット面と球面部を有する半球レンズを有し、上記球面部は光ファイバと当接し、上記フラット面には上記光アイソレータが接着固定されていることを特徴とする。

また、光ファイバとキャピラリの端面が球面研磨されていることを特徴とする。また光ファイバと半球レンズの接触部における反射減衰量が３０ｄＢ以上であることを特徴とする。

また、光ファイバを保持するキャピラリの外径が半球レンズ外径と同等でかつ、その外径より小さい内径を有する円筒スリーブ内径に固定されていることを特徴とする。また、上記円筒スリーブの、その内径部に少なくとも３箇所の突起部を長手方向に有していることを特徴とする。また、光ファイバを保持するキャピラリ、また上記円筒スリーブがジルコニアセラミック製であることを特徴とする。さらに本発明は上記光アイソレータ付き光ファイバを用いたことを特徴とする光部品を構成したことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、少なくとも１つのファラデー回転子と前記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータと光ファイバからなる光アイソレータ付き光ファイバにおいて、光ファイバと光アイソレータ間に光ファイバと同等の屈折率をもったフラット面を有する半球レンズを有し、その半球レンズの球面側が光ファイバと接触し、かつ該フラット面上にアイソレータが接着材にて接着固定されていることを特徴とする構造により、アイソレータと光ファイバのコンタクトを容易にすることができ、光出力の安定した小型でかつ挿入損失の小さい光アイソレータ付き光ファイバを実現することができた。

以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。

図１（ａ）に本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの断面図を示す。

なお、光ファイバピグテイルとは、光ファイバの一端もしくは両端に保持具を備えたものを指し、光アイソレータ付き光ファイバピグテイルとは、光ファイバピグテイルの光入射面側に光アイソレータが取り付けられているものをいう。この部品は光ファイバ１６、および光ファイバの保持具であるキャピラリ１７とフェルール１８、および光アイソレータ１９、磁石２０、半球レンズ２１、円筒スリーブ２２より構成される。

光ファイバ１６は、先端の被覆を除去した箇所をキャピラリ１７に保持固定されており、さらにキャピラリ１７と光ファイバ１６の被覆がフェルール１８に固定されている。キャピラリ１７の端面と光ファイバ１６の端面は、略同一平面上に位置するように保持固定され、先端部は光学球面研磨が施されている。その球面研磨部に半球レンズ２１の球面部２１aが当接しており、さらにその半球レンズ２１のフラット面２１ｂにアイソレータ１９が接着材にて接着固定されている。その光アイソレータ１９は偏光子１９ａ、ファラデー回転子２３、偏光子１９ｂからなっている。さらに光アイソレータ素子１９を囲むように磁石２０が円筒スリーブ２２に接着固定されている。

この構造により、光ファイバ１６の端面をその光軸に対して垂直に保ったまま、かつアイソレータ１９を傾斜させることが容易に達成できる。また光ファイバ１６の端面には、球面研磨が施されており、半球レンズ２１の球面部２１aとの当接部２４における反射減衰量が３０ｄＢ以上となっており、反射コートなどを施さなくても、良好な光の透過性を達成できる。またアイソレータ１９を傾斜させることができるため、アイソレータの入射側端面１９ｃでのレーザーへの戻り光を抑制できる。

さらに、外径が同等のキャピラリ１７と半球レンズ２１が、その外径より小さい内径を有した円筒スリーブ２２の内径に圧入固定されており、その円筒スリーブ２２の内径部には少なくとも３箇所の突起部２５を長手方向に有している。この突起部２５により、キャピラリ１７と半球レンズ２１の圧入力を低くすることができるため、組み立てを容易にすることができる。またキャピラリと円筒スリーブをともにジルコニアセラミック製にすることにより、周辺温度の変化に対して、半球レンズ２１と光ファイバ１６の当接部２４の反射減衰量を安定させることができ、それにより安定した光透過性を確保できる。

図１（ａ）に示す光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを、不図示のレーザダイオードとレンズを有するモジュールに装着すれば半導体レーザモジュールを構成することができる。また光ファイバ１６の端面が半球レンズ２１と接触しており、かつそれらの屈折率が同等のため、その接触部での反射が３０ｄＢ以上となっており、反射がほとんどなく、結合効率を向上させることができる。また光ファイバ１６の端面に反射防止コートを施す必要がなく、コストを低減できる。

以上本発明の光アイソレータ付き光ファイバを用いることにより、安価でかつ、レーザダイオードからの光を効率よく結合させることが可能な半導体モジュールを構成することができる。

図２に本発明の第一の実施例である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを試作し、挿入損失を測定した結果を表す図を示す。

図７には図５に示す比較例である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの挿入損失を測定した結果を表す図を示す。

図３には、本発明の第一の実施例である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを組み込んだ半導体レーザモジュールのファイバからの光出力とレーザダイオードの駆動電流とのグラフを示す。

図８には、図６に示す比較例である光アイソレータ付き光ファイバ構造の光ファイバピグテイルを組み込んだ半導体レーザモジュールのファイバからの光出力とレーザダイオードの駆動電流とのグラフを示す。

本実施例においては、光ファイバはシングルモードファイバ、光ファイバの保持具であるキャピラリはジルコニア、フェルールにはステンレス、また半球レンズの材料は合成石英を用いた。

キャピラリの端面と光ファイバ端面は、略同一平面上に位置するように保持固定され、その端面には球面加工が施されている。またそのキャピラリには、内径部に３箇所の突起部を長手方向に有したジルコニア製円筒スリーブが圧入されており、もう片側から合成石英製半球レンズが同じく圧入固定されており、その半球レンズは、光ファイバの球面に接触しており、その部分の反射減衰量については３５〜４５ｄＢとなっている。さらにその半球レンズのフラット面上に光アイソレータが、紫外線硬化型接着材にて接着されている。

その光アイソレータは、偏光子、ファラデー回転子、偏光子の順に熱硬化型接着材にて接着固定されている。ここでファラデー回転子は飽和磁界強度８００Ｏｅのものである。また素子サイズは０．６ X ０．７ｍｍとした。さらにファラデー回転子の飽和磁界強度を得られる磁石をジルコニア円筒スリーブ上に接着固定した。

結果として図２、３、７、８に示すように、従来のものにくらべ光出力の安定した良好な特性をもった光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを実現できた。

（ａ）は本発明の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの部分断面図、（ｂ）は光ファイバ端面方向からみた円筒スリーブの部分断面図である。 本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを試作し挿入損失を測定した結果を表すグラフである。 本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを組み込んだ半導体レーザモジュールのファイバからの光出力とレーザダイオードの駆動電流を測定した結果を表すグラフである。 従来の半導体レーザモジュールを表す模式図である。 従来の光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの部分断面図である。 従来の光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの部分断面図である。 図５の従来の光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを試作し挿入損失を測定した結果を表すグラフである。 図６の従来の光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを組み込んだ半導体レーザモジュールのファイバからの光出力とレーザダイオードの駆動電流を測定した結果を表すグラフである。

符号の説明

１：レーザダイオード
２：光ファイバ
３：フェルール
４：レンズ
５：光アイソレータ
６：光ファイバ
７：ガラス管
８：フェルール
９：光アイソレータ
１０：磁石
１１：ホルダ
１２：光ファイバ
１３：セラミックキャピラリ
１４：光アイソレータ
１５：磁石
１６：光ファイバ
１７：キャピラリ
１８：フェルール
１９：光アイソレータ
１９ａ：偏光子
１９ｂ：偏光子
１９ｃ：入射側端面
２０：磁石
２１：半球レンズ
２１ａ：球面部
２１ｂ：フラット面
２２：円筒スリーブ
２３：ファラデー回転子
２４：当接部
２５：突起部

Claims (7)

1. 少なくとも１つのファラデー回転子と偏光子及び上記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータと光ファイバとを備え、上記光ファイバの先端面側に上記光アイソレータが配置された光アイソレータ付き光ファイバにおいて、上記光ファイバと光アイソレータ間には上記光ファイバと同等の屈折率であって、かつフラット面と球面部を有する半球レンズを有し、上記球面部は光ファイバと当接し、上記フラット面には上記光アイソレータが接着固定され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。
2. 上記球面部と当接する光ファイバが、該光ファイバを保持するキャピラリと同一の端面で球面研磨されていることを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
3. 上記光ファイバと半球レンズの当接部における反射減衰量が３０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
4. 上記キャピラリの外径が半球レンズの外径と同等で、かつ該半球レンズの外径より内径の小さい円筒スリーブ内に固定されていることを特徴とする請求項２記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
5. 上記円筒スリーブ内の長手方向に少なくとも３箇所の突起部を有していることを特徴とする請求項４記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
6. 上記キャピラリと円筒スリーブがジルコニアセラミック製であることを特徴とする請求項４又は５記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光アイソレータ付き光ファイバを用いたことを特徴とする光部品。

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