JP2006228790A - Optical isolator and optical fiber amplifier using it - Google Patents
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Description
本発明は、主として光増幅器等の光通信システムに用いられる光アイソレータ及びそれを用いた光ファイバ増幅器に関する。 The present invention relates to an optical isolator used mainly in an optical communication system such as an optical amplifier and an optical fiber amplifier using the optical isolator.
従来、光通信用に使用される光増幅器には、一般にエルビウム添加光ファイバ増幅器(以下、EDFAとする)が用いられている。EDFAは、シングルモードファイバ(SMF)の最低損失である1.55μm帯において増幅帯域を持つため、長距離光伝送用の波長分割多重(WDM)システムにおいて汎用される機会が増えている。増幅法としては、基本的にエルビウム(Er)等の希土類元素を光励起し、電子を上順位に留めることにより反転分布を形成し、誘導放出により信号光の光増幅を得る。それ故、EDFAの基本的な構成部品は、増幅用光ファイバであるエルビウム添加光ファイバ(EDF)、信号光を光励起するための励起光源(波長0.98μm又は1.48μmのもの)、励起光と信号光との波長多重化を行う波長分割多重フィルタ(WDMフィルタ)である。 Conventionally, an erbium-doped optical fiber amplifier (hereinafter referred to as EDFA) is generally used as an optical amplifier used for optical communication. Since the EDFA has an amplification band in the 1.55 μm band, which is the lowest loss of a single mode fiber (SMF), the chance of being widely used in a wavelength division multiplexing (WDM) system for long-distance optical transmission is increasing. As an amplification method, basically, a rare earth element such as erbium (Er) is optically excited, an inversion distribution is formed by keeping electrons in the upper rank, and optical amplification of signal light is obtained by stimulated emission. Therefore, the basic components of an EDFA are an erbium-doped optical fiber (EDF) that is an optical fiber for amplification, a pumping light source (having a wavelength of 0.98 μm or 1.48 μm), and pumping light. And a wavelength division multiplexing filter (WDM filter) that performs wavelength multiplexing of signal light.
因みに、その他の光ファイバ増幅器としては、1.3μm帯のプラセオジム(Pr)、1.4μm帯のツリウム(Tm)等があり、他の方式としては光ファイバの非線形効果を利用するラマン増幅器、或いは半導体光増幅器(SOA)等が開発されている。その中でも、ラマン増幅器は実用上のシステムで製品化されて注目されているものの、EDFAと比べて高出力の励起光源が必要であったり、或いはそれに伴う部品点数が増加してしまう傾向があるため、価格低減化が進んでいる近年のEDFA程度には普及されていない。 Incidentally, other optical fiber amplifiers include praseodymium (Pr) in the 1.3 μm band, thulium (Tm) in the 1.4 μm band, and other systems include Raman amplifiers that utilize the nonlinear effects of optical fibers, or Semiconductor optical amplifiers (SOA) and the like have been developed. Among them, although Raman amplifiers are attracting attention as commercialized systems, they require a high-power excitation light source compared to EDFAs, or the number of parts associated therewith tends to increase. However, it has not been spread as much as the recent EDFA whose price has been reduced.
ところで、EDFAで増幅される信号光光源としては、一般的に分布帰還型半導体レーザ(以下、DFBレーザとする)が使用されている。このDFBレーザは、発振スペクトルが狭くて分散特性に優れるという特色を持つが、その反面、反射光による戻り光に対しては非常に敏感であり、光ファイバヘの結合端面やその他の不連続界面からの反射光が戻ると特性が不安定状態となってしまうという難点がある。そこで、EDFAにおいて、反射光が信号光光源である発光素子へ戻るのを防止するため、信号光光源とEDFとの間に光の一方向透過機能(順方向の光を透過し、逆方向の光を遮断する)を有するインライン型光アイソレータを配置し、光ファイバから信号光光源の方向への反射光の戻り光を遮断し、常に安定動作を行わせることができる。 Incidentally, a distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as a DFB laser) is generally used as a signal light source amplified by an EDFA. This DFB laser has the characteristic that the oscillation spectrum is narrow and has excellent dispersion characteristics, but on the other hand, it is very sensitive to the return light from the reflected light, and from the coupling end face to the optical fiber and other discontinuous interfaces. When the reflected light returns, the characteristic becomes unstable. Therefore, in the EDFA, in order to prevent the reflected light from returning to the light-emitting element that is the signal light source, a one-way transmission function of light (transmits forward light and reverse light) between the signal light source and the EDF. An in-line type optical isolator having a function of blocking light is arranged to block the return light of reflected light from the optical fiber in the direction of the signal light source, so that stable operation can always be performed.
上述したようにEDFAにおけるコアとなる増幅部は、EDF,励起光源,及び信号光と励起光との波長多重化を行うWDMフィルタであり、これらの光学部品は原理的に省くことができないが、光アイソレータの場合は反射点からの戻り光を防止して信号光光源の安定発振には大きく貢献しているが、戻り光の影響は反射点からの反射率と利得との積により決まるため、反射率が低い場合や利得が小さい場合(例えば利得が10dB程度)のときには不要にすることも可能である。最近ではEDFAの価格低減化が進んでおり、部品省略化の動きもあるものの、このような部品省略化については、信号光の伝送容量や伝送距離が大きく制限されてしまうため、部品省略化せずに部品同士のハイブリット化や部品単体の低価格化が要望されている。その中で注目される光パッシブデバイスとしては、波長合分波用フィルタ及び光アイソレータをハイブリット化したインライン型光アイソレータ、WDMフィルタ及び光アイソレータをハイブリット化したインライン型光アイソレータ(所謂WDM光アイソレータと呼ばれるもの)が挙げられる。 As described above, the amplification unit serving as the core in the EDFA is an EDF, an excitation light source, and a WDM filter that performs wavelength multiplexing of signal light and excitation light, and these optical components cannot be omitted in principle. In the case of an optical isolator, the return light from the reflection point is prevented and greatly contributes to the stable oscillation of the signal light source, but the influence of the return light is determined by the product of the reflectance from the reflection point and the gain, When the reflectance is low or the gain is small (for example, the gain is about 10 dB), it can be made unnecessary. Recently, EDFA prices have been reduced, and there is a movement to omit parts. However, such omission of parts greatly limits the transmission capacity and transmission distance of signal light. Therefore, there is a demand for hybridizing parts and lowering the price of a single part. Among the optical passive devices that attract attention, in-line optical isolators in which wavelength multiplexing / demultiplexing filters and optical isolators are hybridized, in-line optical isolators in which WDM filters and optical isolators are hybridized (so-called WDM optical isolators) Thing).
このようなインライン型光アイソレータの一例としては、一方の光導波路中の第1の光ファイバに信号光が入射され、その一部がモニタ用として第1のレンズを透過した後に第1の反射材料で反射し、再び第1のレンズを透過した後に第2の光ファイバに入射され、その他の信号光が順次第2のレンズ,無依存型光アイソレータ,第3のレンズ,第2の反射材料,第4のレンズを透過して他方の光導波路中の第1の光ファイバに入射する他、第2の光導波路中の第2の光ファイバに励起光源からの励起光を入射させると、励起光が第2の光ファイバから出射し、第4のレンズから出射した後に第2の反射材料で反射し、再び第4のレンズを透過した後に第1の光ファイバに入射させることができるように構成したもの、即ち、所謂前方励起光を信号光と共にEDFに入射させることを可能にしたタイプのもの(特許文献1参照)が挙げられる。 As an example of such an in-line type optical isolator, signal light is incident on a first optical fiber in one optical waveguide, and a part of the first reflective material is transmitted through a first lens for monitoring. , And after passing through the first lens again, is incident on the second optical fiber, and other signal light is sequentially supplied to the second lens, the independent optical isolator, the third lens, the second reflective material, When the excitation light from the excitation light source is incident on the second optical fiber in the second optical waveguide in addition to being transmitted through the fourth lens and incident on the first optical fiber in the other optical waveguide, the excitation light Is emitted from the second optical fiber, is emitted from the fourth lens, is reflected by the second reflecting material, is transmitted through the fourth lens again, and is then incident on the first optical fiber. The so-called forward excitation light Of the type made it possible to enter the EDF together with the signal light (see Patent Document 1).
特許文献1に示されるインライン型光アイソレータの場合、各種光学部品の要部となるファイバ結合用レンズ,反射材料(WDMフィルタ等の波長分波合波器),及び無依存型光アイソレータが各々独立に配備された構成となっているために組み立てに時間を要するという問題がある他、デバイス及び光ファイバ増幅器用パッケージの空間的寸法に制限があると共に、部品点数が多いために小型化を具現し難くて製造コストについても低減化し難いという問題がある。
In the case of the in-line type optical isolator disclosed in
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、組み立てが容易で低コストで作製し得る小型化された簡素な構造の光アイソレータ及びそれを用いた光ファイバ増幅器を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and its technical problem is that an optical isolator having a small and simple structure that can be easily assembled and manufactured at low cost, and an optical isolator using the same. It is to provide a fiber amplifier.
本発明によれば、入射側より第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,及び第3の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、該第1の複屈折結晶及び該第1のファラデー回転子の界面と該第1のファラデー回転子及び該第2の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量で傾斜し、該第2の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第1の複屈折結晶の光学軸の方位から該第1のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第1の複屈折結晶の入射側及び該第3の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置した光アイソレータが得られる。 According to the present invention, the first birefringent crystal, the first Faraday rotator, the second birefringent crystal, and the third birefringent crystal are arranged in this order from the incident side. The interface of the first birefringent crystal and the first Faraday rotator and the interface of the first Faraday rotator and the second birefringent crystal are approximately the same with respect to the traveling direction of the incident signal light. The orientation of the optical axis of the second birefringent crystal is the same direction as the Faraday rotation by the first Faraday rotator from the orientation of the optical axis of the first birefringent crystal. Oriented in substantially the same amount of direction, and an optical surface having refraction or an optical element having refraction is integrated on the incident side of the first birefringent crystal and the exit side of the third birefringent crystal. Optically arranged isolators can be obtained.
又、本発明によれば、上記光アイソレータにおいて、第1の複屈折結晶及び第1のファラデー回転子の界面付近、並びに第1のファラデー回転子及び第2の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一方に励起光を入射するための励起光入力ポートが備えられた波長分割多重フィルタを配置した光アイソレータが得られる。 According to the present invention, in the optical isolator, at least one of the vicinity of the interface between the first birefringent crystal and the first Faraday rotator and the vicinity of the interface between the first Faraday rotator and the second birefringent crystal. Thus, an optical isolator having a wavelength division multiplexing filter provided with a pumping light input port for allowing pumping light to enter can be obtained.
更に、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学素子は、第1の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第2の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つである光アイソレータが得られる。 Furthermore, according to the present invention, in any of the above optical isolators, the optical element having a refractive property is a planoconvex spherical lens or a planoconvex aspherical surface having a plane opposite to the incident surface of the first birefringent crystal. Any one of a lens, a diffractive lens, a gradient index lens, and a planoconvex spherical lens, a planoconvex aspherical lens, a diffractive lens, and a refractive index whose surface facing the exit surface of the second birefringent crystal is a plane. An optical isolator that is any one of distributed lenses is obtained.
加えて、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学面は、ほぼ球面形状に加工された第1の複屈折結晶の入射側の面及び第2の複屈折結晶の出射側の面である光アイソレータが得られる。この光アイソレータにおいて、第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,及び第3の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することは好ましい。 In addition, according to the present invention, in any one of the above optical isolators, the optical surface having the refractive properties is a surface on the incident side of the first birefringent crystal processed into a substantially spherical shape and the second birefringent crystal. An optical isolator that is a surface on the emission side is obtained. In this optical isolator, it is preferable that the outer periphery of the first birefringent crystal, the first Faraday rotator, the second birefringent crystal, and the third birefringent crystal integrated into a substantially spherical shape.
一方、本発明によれば、入射側より第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,第3の複屈折結晶,第2のファラデー回転子,及び第4の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、該第1の複屈折結晶及び該第1のファラデー回転子の界面と該第1のファラデー回転子及び該第2の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量傾斜し、該第3の複屈折結晶及び該第2のファラデー回転子の界面と該第2のファラデー回転子及び該第4のファラデー回転子の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位に傾斜しており、該第2の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第1の複屈折結晶の光学軸の方位から該第1のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第4の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第3の複屈折結晶の光学軸の方位から該第2のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第3の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第2の複屈折結晶の光学軸の方位とほぼ直交する方位を指向しており、該第1の複屈折結晶の入射側及び該第3の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置した光アイソレータが得られる。 On the other hand, according to the present invention, from the incident side, the first birefringent crystal, the first Faraday rotator, the second birefringent crystal, the third birefringent crystal, the second Faraday rotator, and the fourth A birefringent crystal is arranged in this order, and the interface between the first birefringent crystal and the first Faraday rotator, and the interface between the first Faraday rotator and the second birefringent crystal. Are inclined by substantially the same amount in the same direction with respect to the traveling direction of the incident signal light, and the interface between the third birefringent crystal and the second Faraday rotator, the second Faraday rotator, and The interface of the fourth Faraday rotator is inclined in substantially the same direction with respect to the traveling direction of the incident signal light, and the orientation of the optical axis of the second birefringent crystal is the first Faraday by the first Faraday rotator from the orientation of the optical axis of the birefringent crystal The direction of the optical axis of the fourth birefringent crystal is directed from the direction of the optical axis of the third birefringent crystal to the second Faraday. The direction of the optical axis of the third birefringent crystal is substantially the same as the direction of the optical axis of the second birefringent crystal. An optical surface having a refractive property or an optical element having a refractive property is integrally disposed on the incident side of the first birefringent crystal and the exit side of the third birefringent crystal that is oriented in an orthogonal direction. An optical isolator is obtained.
又、本発明によれば、上記光アイソレータにおいて、第1の複屈折結晶及び第1のファラデー回転子の界面付近、第1のファラデー回転子及び第2の複屈折結晶の界面付近、第3の複屈折結晶及び第2のファラデー回転子の界面付近、並びに第2のファラデー回転子及び第4の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一つに励起光を入射するための励起光入力ポートを備えた波長分割多重フィルタを配置した光アイソレータが得られる。 According to the present invention, in the optical isolator, in the vicinity of the interface between the first birefringent crystal and the first Faraday rotator, in the vicinity of the interface between the first Faraday rotator and the second birefringent crystal, the third Provided with an excitation light input port for making excitation light incident on at least one of the vicinity of the interface of the birefringent crystal and the second Faraday rotator and the vicinity of the interface of the second Faraday rotator and the fourth birefringence crystal An optical isolator having a wavelength division multiplex filter is obtained.
更に、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学素子は、第1の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第4の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つである光アイソレータが得られる。 Furthermore, according to the present invention, in any of the above optical isolators, the optical element having a refractive property is a planoconvex spherical lens or a planoconvex aspherical surface having a plane opposite to the incident surface of the first birefringent crystal. Any one of a lens, a diffractive lens, and a gradient index lens, and a planoconvex spherical lens, a planoconvex aspherical lens, a diffractive lens, a refractive index whose surface facing the exit surface of the fourth birefringent crystal is a plane An optical isolator that is any one of distributed lenses is obtained.
加えて、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学面は、ほぼ球面形状に加工された第1の複屈折結晶の入射側の面及び第2の複屈折結晶の出射側の面,第3の複屈折結晶の入射側の面,第4の複屈折結晶の出射側の面であるか、或いはほぼ球面形状に加工された第1の複屈折結晶の入射側の面及び第4の複屈折結晶の出射側の面である光アイソレータが得られる。この光アイソレータにおいて、第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,及び第2の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工すると共に、第3の複屈折結晶,第2のファラデー回転子,及び第4の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工するか、或いは第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,第3の複屈折結晶,第2のファラデー回転子,及び第4の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することはそれぞれ好ましい。 In addition, according to the present invention, in any one of the above optical isolators, the optical surface having the refractive properties is a surface on the incident side of the first birefringent crystal processed into a substantially spherical shape and the second birefringent crystal. Of the first birefringent crystal processed into a substantially spherical shape, the surface of the third birefringent crystal, the surface of the third birefringent crystal on the incident side, the surface of the fourth birefringent crystal on the output side. And an optical isolator which is a surface on the emission side of the fourth birefringent crystal. In this optical isolator, the outer periphery of the first birefringent crystal, the first Faraday rotator, and the second birefringent crystal integrated into a substantially spherical shape, the third birefringent crystal, the second birefringent crystal, The outer periphery of the integrated Faraday rotator and fourth birefringent crystal is processed into a substantially spherical shape, or the first birefringent crystal, the first Faraday rotator, the second birefringent crystal, the third It is preferable that the outer periphery of the integrated birefringent crystal, the second Faraday rotator, and the fourth birefringent crystal is processed into a substantially spherical shape.
他方、本発明によれば、上記何れか一つの光アイソレータを用いた光ファイバ増幅器が得られる。 On the other hand, according to the present invention, an optical fiber amplifier using any one of the above optical isolators can be obtained.
本発明の光アイソレータの場合、各種光学素子の要部を一体化したものの外周をほぼ球状に加工し、光アイソレータ及び波長合分波用フィルタ(波長分割多重フィルタ)を具備したインライン型光アイソレータに対して屈折性を有するレンズ機能を持たせるようにしているため、部品点数が少なくて組み立てが容易であると共に、低コストで製造し得る小型化された簡素な構造となり、これによってデバイス及び光ファイバ増幅器用パッケージの空間的寸法の自由度が大きくなり、光ファイバ増幅器を構築する場合にも容易に低コストで小型化された構造にすることができるようになる。 In the case of the optical isolator according to the present invention, the outer periphery of the integrated main part of various optical elements is processed into a substantially spherical shape, and the optical isolator is provided with an optical isolator and a wavelength multiplexing / demultiplexing filter (wavelength division multiplexing filter). On the other hand, since it has a refractive lens function, it is easy to assemble with a small number of parts, and has a simple and compact structure that can be manufactured at low cost. The degree of freedom of the spatial dimensions of the amplifier package is increased, and a small-sized structure can be easily formed at low cost even when an optical fiber amplifier is constructed.
本発明の最良の形態に係る光アイソレータの一つは、入射側より第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,及び第3の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、第1の複屈折結晶及び第1のファラデー回転子の界面と第1のファラデー回転子及び第2の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量で傾斜し、第2の複屈折結晶の光学軸の方位は、第1の複屈折結晶の光学軸の方位から第1のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、第1の複屈折結晶の入射側及び第3の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置したものである。こうした構成により、光ファイバのコアから出射したレーザービームを収束させるためのレンズと所謂一段型の偏光無依存型光アイソレータとを一体化させ、デバイスの小型化を図ることができる。 One of the optical isolators according to the best mode of the present invention includes a first birefringent crystal, a first Faraday rotator, a second birefringent crystal, and a third birefringent crystal in this order from the incident side. The interface of the first birefringent crystal and the first Faraday rotator and the interface of the first Faraday rotator and the second birefringent crystal are respectively the traveling directions of the incident signal light. The orientation of the optical axis of the second birefringent crystal is the same as the Faraday rotation by the first Faraday rotator from the orientation of the optical axis of the first birefringent crystal. The optical surface having refraction or the optical element having refraction is integrated on the incident side of the first birefringent crystal and the exit side of the third birefringent crystal. Are arranged. With such a configuration, the lens for converging the laser beam emitted from the core of the optical fiber and the so-called one-stage polarization-independent optical isolator can be integrated to reduce the size of the device.
本発明の最良の形態に係る光アイソレータのもう一つは、入射側より第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,第3の複屈折結晶,第2のファラデー回転子,及び第4の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、第1の複屈折結晶及び第1のファラデー回転子の界面と第1のファラデー回転子及び第2の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量傾斜し、第3の複屈折結晶及び第2のファラデー回転子の界面と第2のファラデー回転子及び第4のファラデー回転子の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位に傾斜しており、第2の複屈折結晶の光学軸の方位は、第1の複屈折結晶の光学軸の方位から第1のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、第4の複屈折結晶の光学軸の方位は、第3の複屈折結晶の光学軸の方位から第2のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、第3の複屈折結晶の光学軸の方位は、第2の複屈折結晶の光学軸の方位とほぼ直交する方位を指向しており、第1の複屈折結晶の入射側及び第3の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置したものである。こうした構成により、光ファイバのコアから出射したレーザービームを収束させるためのレンズと所謂二段型の偏光無依存型光アイソレータとを一体化させ、同様にデバイスの小型化を図ることができる。 Another optical isolator according to the best mode of the present invention includes a first birefringent crystal, a first Faraday rotator, a second birefringent crystal, a third birefringent crystal, a second birefringent crystal from the incident side. The Faraday rotator and the fourth birefringent crystal are arranged in this order, and the interface between the first birefringent crystal and the first Faraday rotator, the first Faraday rotator, and the second birefringent crystal. The refraction crystal interface is inclined by substantially the same amount in the same direction with respect to the traveling direction of the incident signal light, and the interface between the third birefringence crystal and the second Faraday rotator and the second Faraday rotator. And the interface of the fourth Faraday rotator are inclined in substantially the same direction with respect to the traveling direction of the incident signal light, and the orientation of the optical axis of the second birefringent crystal is the first birefringence. From the orientation of the optical axis of the crystal, the first Faraday rotator causes The direction of the optical axis of the fourth birefringent crystal is directed from the direction of the optical axis of the third birefringent crystal to the second Faraday rotator. The direction of the optical axis of the third birefringent crystal is oriented almost perpendicular to the direction of the optical axis of the second birefringent crystal. The optical surface having the refractive property or the optical element having the refractive property is integrally disposed on the incident side of the first birefringent crystal and the outgoing side of the third birefringent crystal. With such a configuration, the lens for converging the laser beam emitted from the core of the optical fiber and the so-called two-stage polarization-independent optical isolator can be integrated, and the device can be similarly reduced in size.
但し、前者の光アイソレータにおいては、第1の複屈折結晶及び第1のファラデー回転子の界面付近、並びに第1のファラデー回転子及び第2の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一方に対し、後者の光アイソレータにおいては、第1の複屈折結晶及び第1のファラデー回転子の界面付近、第1のファラデー回転子及び第2の複屈折結晶の界面付近、第3の複屈折結晶及び第2のファラデー回転子の界面付近、並びに第2のファラデー回転子及び第4の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一つに対し、それぞれ励起光を入射するための励起光入力ポートを備えた波長分割多重フィルタ(WDMフィルタ)を配置することが好ましい。この構成によれば、励起光を増幅用光ファイバに入射させるためのデバイスと光アイソレータとを一体化することができる。 However, in the former optical isolator, at least one of the vicinity of the interface between the first birefringent crystal and the first Faraday rotator and the vicinity of the interface between the first Faraday rotator and the second birefringent crystal is compared with the latter. In the optical isolator, near the interface between the first birefringent crystal and the first Faraday rotator, near the interface between the first Faraday rotator and the second birefringent crystal, the third birefringent crystal, and the second Wavelength division multiplex filter provided with excitation light input ports for making excitation light incident on at least one of the vicinity of the interface of the Faraday rotator and the vicinity of the interface of the second Faraday rotator and the fourth birefringent crystal, respectively. It is preferable to arrange a (WDM filter). According to this configuration, the device for making the excitation light incident on the amplification optical fiber and the optical isolator can be integrated.
又、前者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学面をほぼ球面形状に加工された第1の複屈折結晶の入射側の面及び第2の複屈折結晶の出射側の面とした上、第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,及び第3の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工し、後者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学面をほぼ球面形状に加工された第1の複屈折結晶の入射側の面及び第2の複屈折結晶の出射側の面,第3の複屈折結晶の入射側の面,第4の複屈折結晶の出射側の面とするか、或いはほぼ球面形状に加工された第1の複屈折結晶の入射側の面及び第4の複屈折結晶の出射側の面とした上、第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,及び第2の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工すると共に、第3の複屈折結晶,第2のファラデー回転子,及び第4の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工するか、或いは第1の複屈折結晶,第1のファラデー回転子,第2の複屈折結晶,第3の複屈折結晶,第2のファラデー回転子,及び第4の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することが好ましい。この構成によれば、光ファイバから出射したレーザービームを収束させるためのレンズを省略することができ、より一層小型化を図ることができ、しかも複屈折結晶等を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することにより小型化と加工の容易化との双方を具現することができる。 Further, in the former optical isolator, the optical surface having the refractive property is set as the surface on the incident side of the first birefringent crystal processed into a substantially spherical shape and the surface on the output side of the second birefringent crystal, The outer periphery of the first birefringent crystal, the first Faraday rotator, the second birefringent crystal, and the third birefringent crystal is processed into a substantially spherical shape. In the latter optical isolator, The incident side surface of the first birefringent crystal and the exit side surface of the second birefringent crystal, the incident side surface of the third birefringent crystal, and the fourth The surface of the birefringent crystal on the exit side, or the surface on the incident side of the first birefringent crystal processed into a substantially spherical shape and the surface on the exit side of the fourth birefringent crystal, Of the birefringent crystal, the first Faraday rotator, and the second birefringent crystal The outer periphery of the third birefringent crystal, the second Faraday rotator, and the fourth birefringent crystal integrated into a substantially spherical shape, or the first birefringent crystal, It is preferable that the outer periphery of the integrated first Faraday rotator, second birefringent crystal, third birefringent crystal, second Faraday rotator, and fourth birefringent crystal is processed into a substantially spherical shape. . According to this configuration, the lens for converging the laser beam emitted from the optical fiber can be omitted, the size can be further reduced, and the outer periphery of the integrated birefringent crystal is substantially spherical. It is possible to realize both downsizing and facilitating processing by processing into a single shape.
更に、前者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学素子として、第1の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第2の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つであるものとし、後者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学素子として、屈折性を有する光学素子は、第1の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第4の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズ,屈折率分布型レンズの何れか一つであるものとすることが好ましい。この構成によれば、光ファイバから出射したレーザービームを収束させるためのレンズ、光アイソレータ、更には励起光を入射させるための波長分割多重フィルタ(WDMフィルタ)の機能を一体化することができる。 Furthermore, in the former optical isolator, as a refractive optical element, a plano-convex spherical lens, a plano-convex aspheric lens, a diffractive lens, a refractive index, and the like are planes opposite to the incident surface of the first birefringent crystal. Any one of a distributed lens and any one of a plano-convex spherical lens, a plano-convex aspherical lens, a diffractive lens, and a gradient index lens whose surface facing the exit surface of the second birefringent crystal is a plane. In the latter optical isolator, as a refractive optical element, the refractive optical element is a plano-convex spherical lens having a plane opposite to the incident surface of the first birefringent crystal. , Any one of a plano-convex aspheric lens, a diffractive lens, and a gradient index lens, and a plano-convex spherical lens having a plane opposite to the exit surface of the fourth birefringent crystal, a plano-convex aspheric lens, Diffraction lens, gradient index lens It is preferable assumed to be one of. According to this configuration, it is possible to integrate the functions of a lens for converging a laser beam emitted from an optical fiber, an optical isolator, and a wavelength division multiplexing filter (WDM filter) for allowing excitation light to enter.
加えて、前者及び後者の何れの光アイソレータにおいても、これらの機能が集積されたデバイスを光ファイバ増幅器用パッケージに組み込めば、より小型で高性能な光ファイバ増幅器を構築することができる。 In addition, in both the former and the latter optical isolators, if a device in which these functions are integrated is incorporated into an optical fiber amplifier package, a smaller and higher performance optical fiber amplifier can be constructed.
以下は、幾つかの実施例を挙げ、本発明の光アイソレータ及びそれを用いた光ファイバ増幅器について、その作製工程を含めて具体的に説明する。 Hereinafter, some examples will be given, and the optical isolator of the present invention and the optical fiber amplifier using the optical isolator will be specifically described including the manufacturing process thereof.
図1は、本発明の実施例1に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical isolator according to
この実施例1に係る光アイソレータは、ルチル(TiO2)を用いた第1の複屈折結晶1と、GdBi鉄ガーネット膜(GdBiIG厚膜)によるファラデー回転子2と、ルチル(TiO2)を用いた第2の複屈折結晶3,第3の複屈折結晶4とをこの順で配置して外形が直径2mmの球状として一体化したものに対し、入射側となる第1の複屈折結晶1の近傍に対して信号光を出射する入射側光ファイバ付きフェルール5を配置すると共に、出射側となる第3の複屈折結晶4の近傍に対してそれを透過した信号光を入射させるための出射側光ファイバ付きフェルール6を配置して構成されている。尚、ファラデー回転子2は、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザビームの偏光方向を第1の複屈折結晶1側から見て反時計回りの方向に45度回転させる機能を持つものである。
The optical isolator according to Example 1 uses a first
各種光学部材の厚みとして、中心部の厚みについては、第1の複屈折結晶1が0.6mm、ファラデー回転子2が0.5mm、第2の複屈折結晶3が0.15mm、第3の複屈折結晶4が0.75mmとなっている。又、第1の複屈折結晶1及びファラデー回転子2の界面、ファラデー回転子2及び第2の複屈折結晶3の界面とは、図1に示されるようにそれぞれ一体化されたデバイスの中心軸と直交する面から4度傾斜している。
As thicknesses of various optical members, the thickness of the central portion is 0.6 mm for the first
図2は、この光アイソレータに備えられる複屈折結晶1,3,4の光学軸の方位を示した模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the orientations of the optical axes of the
ここでは、第1の複屈折結晶1側から見てその光学軸は矢印C1の方位、第2の複屈折結晶3の光学軸は矢印C2の方位、第3の複屈折結晶4の光学軸は矢印C3の方位にそれぞれ指向し、3者の関係は、図2中に示される通りに第2の複屈折結晶3の光学軸の方位は、第1の複屈折結晶1の方位を反時計回りに45度回転させた方向を指向し、更に第3の複屈折結晶4の光学軸の方位は第2の複屈折結晶3の光学軸の方位に対して直交していることを示している。
Here, when viewed from the first
この光アイソレータの場合、入射側光ファイバ付きフェルール5の光ファイバコア部から出射した信号光は、第1の複屈折結晶1に入射するとその入射面が球面加工されているため、第1の複屈折結晶1内を概ね平行なビームとして伝搬する。その後、信号光ビームは、第1の複屈折結晶1とファラデー回転子2との界面において、第1の複屈折結晶1の光学軸に対応して常光成分と異常光成分との2つのビームに分離し、それぞれ常光屈折率及び異常光屈折率とスネルの法則とによって定まる角度(例えば信号光の波長が1550nmの場合、常光成分の場合は出射角4.246度、異常光成分の場合は4.690度)で第1の複屈折結晶1を出射してファラデー回転子2に入射する。
In the case of this optical isolator, when the signal light emitted from the optical fiber core portion of the
2つの信号光ビームは、ファラデー回転子2の内部でファラデー効果により第1の複屈折結晶1の側から見て反時計回りの方向におおよそ45度、偏光方向が回転する。ファラデー回転子2と第2の複屈折結晶3との界面に達した2本のビームは、第2の複屈折結晶3の光学軸の方位に対応してそれぞれ常光屈折率及び異常光屈折率とスネルの法則とにより定まる角度で屈折し、第2の複屈折結晶3に入射する。第2の複屈折結晶3の光学軸の方位は、第1の複屈折結晶1の側から見た場合、図2に示したように第1の複屈折結晶1の光学軸の方位より反時計方向に45度回転した方位を指向しているが、この回転方向及び回転量は、ファラデー回転子2による偏波方向における回転方向及び回転量と同じであるため、第2の複屈折結晶3に入射した際に常光成分となるか、或いは異常光成分となるかは、第1の複屈折結晶1を出射する際の状態と一致することになる。
The polarization directions of the two signal light beams are rotated approximately 45 degrees in the counterclockwise direction when viewed from the side of the first
即ち、第1の複屈折結晶1の出射時に常光成分として出射した側の信号光ビームは、第2の複屈折結晶3に入射する際にも常光成分として入射することになるが、第1の複屈折結晶1の出射時に異常光成分として出射した側の信号光ビームは、第2の複屈折結晶3に入射する際にも異常光成分として入射することになる。従って、2つの信号光ビームは、第1の複屈折結晶1を出射した際と同量(常光成分の場合は出射角4.246度、異常光成分の場合は4.690度)で屈折方向は第1の複屈折結晶1の出射時と逆の方向として第2の複屈折結晶3に入射する。従って、第2の複屈折結晶3の内部では2つの信号光ビームは互いに平行な状態で結晶内部を伝搬する。
That is, the signal light beam on the side emitted as the ordinary light component when emitted from the first
2つの信号光ビームが伝搬した経路の光学距離は、第2の複屈折結晶3と第3の複屈折結晶4との界面に達した時点で異なっており、波長1550nmにおいて、2つの複屈折結晶3,4内部を常光として伝搬してきた側のビームの伝搬経路の光学距離は3.509mm、異常光として伝搬してきた側のビームの伝搬経路の光学距離は3.701mmである。2つのビームの経路の光学距離にこのような差があると、信号光が出射側光ファイバ付きフェルール6のコア部に入射する際に偏光分散が問題となるが、第3の複屈折結晶4はこの問題を解決し、2つの信号光ビームの経路の光学距離の差を補償するものである。第3の複屈折結晶8の光学軸は、図2に示したように第2の複屈折結晶3の光学軸と直交しているため、2つの信号光ビームの光学距離差を補正する作用を持ち、第3の複屈折結晶4を出射する時点で2つの信号光ビームの伝搬経路の光学距離はいずれも5.538mmとなり、その差がなくなって偏光分散の問題が解消される。 The optical distances of the paths through which the two signal light beams propagate are different when they reach the interface between the second birefringent crystal 3 and the third birefringent crystal 4, and at the wavelength of 1550 nm, the two birefringent crystals are different. The optical distance of the propagation path of the beam that has propagated inside the 3,4 as normal light is 3.509 mm, and the optical distance of the propagation path of the beam that has propagated as extraordinary light is 3.701 mm. If there is such a difference in the optical distance between the paths of the two beams, polarization dispersion becomes a problem when the signal light enters the core portion of the ferrule 6 with the outgoing-side optical fiber, but the third birefringent crystal 4 Solves this problem and compensates for the difference in optical distance between the paths of the two signal light beams. Since the optical axis of the third birefringent crystal 8 is orthogonal to the optical axis of the second birefringent crystal 3 as shown in FIG. 2, the optical distance difference between the two signal light beams is corrected. In addition, at the time of exiting the third birefringent crystal 4, the optical distances of the propagation paths of the two signal light beams are both 5.538 mm, and the difference therebetween is eliminated, and the problem of polarization dispersion is solved.
第3の複屈折結晶4を出射する際に出射面の球面の屈折性(レンズ機能)により2つのビームは収束されるが、2つの信号光ビームは互いに平行な平行光ビームとして第3の複屈折結晶4の内部を伝搬したものであるため、第3の複屈折結晶4を出射した後は同じ位置に収束することになる。2つのビームの収束点に出射側光ファイバ付きフェルール6の光ファイバのコア部が位置されるように出射側光ファイバ付きフェルール6の配置を調整すれば、信号光は実施例1に係る光アイソレータを通過することになる。 When the third birefringent crystal 4 is emitted, the two beams are converged by the spherical refraction (lens function) of the exit surface, but the two signal light beams are converted into parallel light beams parallel to each other. Since it propagates through the inside of the refracting crystal 4, it converges to the same position after exiting the third birefringent crystal 4. If the arrangement of the ferrule 6 with the outgoing optical fiber is adjusted so that the core portion of the optical fiber of the ferrule 6 with the outgoing optical fiber is positioned at the convergence point of the two beams, the signal light is the optical isolator according to the first embodiment. Will pass.
次に、伝搬経路上の接続点等で発生した反射光が出射側光ファイバ付きフェルール6の端面から出射された場合の動作を説明する。出射側光ファイバ付きフェルール6を出射した光ビームは、第3の複屈折結晶4に入射するが、球面である入射面の屈折性(レンズ機能)により平行ビームとなって第3の複屈折結晶4の内部を伝搬する。この際、光学軸の方位に対応する形で常光成分と異常光成分とに分離して伝搬し、第2の複屈折結晶3を出射する際、波長が1550nmであれば常光成分については出射角4.246度、異常光成分については4.690度で出射してファラデー回転子2に入射する。
Next, the operation when the reflected light generated at the connection point on the propagation path is emitted from the end face of the ferrule 6 with the outgoing side optical fiber will be described. The light beam emitted from the ferrule 6 with the outgoing side optical fiber is incident on the third birefringent crystal 4, but becomes a parallel beam due to the refraction (lens function) of the spherical entrance surface. 4 propagates inside. At this time, when propagating by separating into an ordinary light component and an extraordinary light component in a form corresponding to the azimuth of the optical axis and exiting the second birefringent crystal 3, if the wavelength is 1550 nm, the emission angle of the ordinary light component is The incident light component exits at 4.246 degrees and 4.690 degrees, and enters the
ファラデー回転子2においては、ファラデー回転の非相反性に従い、2つのビームの偏光方向が第2の複屈折結晶2の側から見て時計回り方向に45度回転される。この結果、ファラデー回転子2を出射し、第1の複屈折結晶1に2つのビームが入射する場合、第2の複屈折結晶3を透過する際に常光成分として透過したビームについては、第1の複屈折結晶1に入射する際に異常光成分として入射するが、第2の複屈折結晶3を異常光成分として透過したビームについては、常光成分として第1の複屈折結晶1に入射する。この結果、ファラデー回転子2と第1の複屈折結晶1との界面で屈折した後の出射角度は、常光については3.621度、異常光については4.418度となる。入射側光ファイバ付きフェルール5を出射した信号光が第1の複屈折結晶1の内部を透過し、第1の複屈折結晶1とファラデー回転子2との界面に入射する際の入射角は4度であるから、信号光が図1中で紙面上左方から右方に伝搬する場合とは約0.4度、伝搬角度が異なることになる。
In the
第1の複屈折結晶1をこのような角度で伝搬した2つの平行ビームは、第1の複屈折結晶1の球面形状をした光学面の屈折性(レンズ機能)により収束ビームとなって入射側ファイバ付きフェルール5の側に伝搬するが、第1の複屈折結晶1の内部での伝搬角度が信号光の伝搬時とは異なるため、入射側光ファイバ付きフェルール5の光ファイバコア部からは逸れた点で収束する。
The two parallel beams propagated through the first
以上に説明したように、出射側光ファイバ付きフェルール6から出射したビームは、入射側光ファイバ付きフェルール5の光ファイバコア部には入射することがなく、光アイソレータとして動作する。
As described above, the beam emitted from the ferrule 6 with the outgoing side optical fiber does not enter the optical fiber core portion of the
図3は、本発明の実施例2に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical isolator according to
この実施例2に係る光アイソレータは、バナジウム酸イットリウム(YVO4)単結晶を用いた第1の複屈折結晶11と、GdBi鉄ガーネット膜(GdBiIG厚膜)による第1のファラデー回転子12と、バナジウム酸イットリウム(YVO4)単結晶を用いた第2の複屈折結晶13とをこの順で配置して外形が直径2mmの球状として一体化したものと、バナジウム酸イットリウム(YVO4)単結晶を用いた第3の複屈折結晶21と、GdBi鉄ガーネット膜(GdBiIG厚膜)による第2のファラデー回転子22と、バナジウム酸イットリウム(YVO4)単結晶を用いた第4の複屈折結晶23とをこの順で配置して外形が直径2mmの球状として一体化したものとを並設し、これらにおける入射側となる第1の複屈折結晶11の近傍に対して信号光を出射する入射側光ファイバ付きフェルール15を配置すると共に、出射側となる第4の複屈折結晶23の近傍に対してそれを透過した信号光を入射させるための出射側光ファイバ付きフェルール16を配置して構成されている。尚、第1のファラデー回転子12は、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザビームの偏光方向を第1の複屈折結晶11側から見て反時計回りの方向に45度回転させる機能を持ち、第2のファラデー回転子22も同様に、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザビームの偏光方向を第3の複屈折結晶21側から見て反時計回りの方向に45度回転させる機能を持つものである。
The optical isolator according to Example 2 includes a first
各種光学部材の厚みとして、中心部の厚みについては、第1の球状体における第1の複屈折結晶11が0.75mm、第1のファラデー回転子12が0.5mm、第2の複屈折結晶13が0.75mmであり、第2の球状体における第3の複屈折結晶21が0.75mm、第2のファラデー回転子22が0.5mm、第4の複屈折結晶23が0.75mmである。又、第1の複屈折結晶11及び第1のファラデー回転子12の界面、第1のファラデー回転子12及び第2の複屈折結晶13の界面、第3の複屈折結晶21及び第2のファラデー回転子22の界面、並びに第2のファラデー回転子22及び第4の複屈折結晶23の界面は図3に示されるようにそれぞれ一体化されたデバイスの中心軸と直交する面から4度傾斜している。
As thicknesses of various optical members, with respect to the thickness of the central portion, the first
図4は、この光アイソレータに備えられる複屈折結晶11,13,21,23の光学軸の方位を示した模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the orientation of the optical axes of the
ここでは、第1の複屈折結晶11側から見てその光学軸は矢印C1の方位、第2の複屈折結晶13の光学軸は矢印C2の方位、第3の複屈折結晶21の方位は矢印C3の方位、第4の複屈折結晶23の方位は矢印C4の方位にそれぞれ指向し,4者の関係は、図4中に示される通りに第2の複屈折結晶13の光学軸の方位は、第1の複屈折結晶11の方位を反時計回りに45度回転させた方向を指向し、第3の複屈折結晶21の光学軸の方位は、第2の複屈折結晶13の光学軸の方位に対して直交し、更に第4の複屈折結晶23の光学軸の方位は、第3の複屈折結晶21の光学軸の方位を反時計回りに45度回転させた方向を指向していることを示している。
Here, as viewed from the first
この光アイソレータの場合、入射側光ファイバ付きフェルール15の光ファイバコア部から出射したビームの伝搬過程について、第2の複屈折結晶13に信号光が入射するまでは実施例1に記した場合と同様であるので説明を省略する。第2の複屈折結晶13を2つに分離した信号光ビームが出射する際、第2の複屈折結晶13の球面形状をした光学面の屈折性(レンズ機能)により収束ビームとなって第2の複屈折結晶13を出射し、収束ビームとなった2つのビームは、一旦ビームウェストを形成した後、発散して第3の複屈折結晶21に入射するが、第3の複屈折結晶21の光学軸の方位は、第2の複屈折結晶13の光学軸の方位と直交しているので、第1の複屈折結晶11及び第2の複屈折結晶13を常光として伝搬した信号光ビームは、第3の複屈折結晶21を異常光として伝搬することになる。
In the case of this optical isolator, the propagation process of the beam emitted from the optical fiber core part of the
第2のファラデー回転子22の偏光方向における回転方向及び回転量と第4の複屈折結晶23の光学軸の方位との関係は、第1のファラデー回転子12及び第2の複屈折結晶13における関係と同様であるので、第3の複屈折結晶21を異常光として伝搬した信号光ビームは、第4の複屈折結晶23中を異常光として伝搬することになる。同様に、第1の複屈折結晶11及び第2の複屈折結晶13を異常光として伝搬した信号光ビームは、第3の複屈折結晶21及び第4の複屈折結晶23を常光として伝搬することになる。従って、信号光ビームについては、伝搬経路上の4枚の複屈折結晶11,13,21,23にあっての2枚を常光として透過し、2枚を異常光として透過することになるため、偏光分散は発生しないことになる。
The relationship between the rotation direction and the rotation amount in the polarization direction of the
第4の複屈折結晶23を透過した信号光ビームは、第4の複屈折結晶23の球面形状をした光学面の屈折性(レンズ機能)により収束光となって第4の複屈折結晶23を出射する。2つの信号光ビームは互いに平行な平行光ビームで第4の複屈折結晶23の内部を伝搬したものであるため、第4の複屈折結晶23を出射後は同じ位置に収束することになる。2つのビームの収束点に出射側光ファイバ付きフェルール16の光ファイバのコア部が位置されるように出射側光ファイバ付きフェルール16の配置を調整すれば、信号光は実施例2に係る光アイソレータを通過することとなる。
The signal light beam transmitted through the fourth
次に、伝搬経路上の接続点等で発生した反射光が出射側光ファイバ付きフェルール16の端面から出射した場合の動作を説明する。出射側光ファイバ付きフェルール16を出射した光ビームは、第4の複屈折結晶23に入射するが、球面である入射面の屈折性(レンズ機能)により平行ビームとなって結晶内部を伝搬する。この際、光学軸の方位に対応する形で常光成分と異常光成分とに分離して伝搬し、第4の複屈折結晶23を出射する際、実施例1の場合と同様に異なる角度で第2のファラデー回転子22に入射する。
Next, the operation when the reflected light generated at the connection point on the propagation path is emitted from the end face of the
これ以降の出射側光ファイバ付きフェルール16の端面から出射したビームは、実施例1の場合と同様に実施例2に係る光アイソレータの内部を、図3において紙面の右方から左方に伝搬するが、第3の複屈折結晶21の光学軸の方位と第2の複屈折結晶13の光学軸の方位とが図4に示されるように直交しているため、各複屈折結晶23,21,13,11での偏光状態は、第4の複屈折結晶23において異常光と常光とに分離されたものについて、異常光は第3の複屈折結晶21で常光,第2の複屈折結晶13で異常光,第1の複屈折結晶11で常光となり、常光は第3の複屈折結晶21で異常光,第2の複屈折結晶13で常光,第1の複屈折結晶11で異常光となる。
Subsequent beams emitted from the end face of the
出射側光ファイバ付きフェルール16から出射したビームは、2つに分離してこのような偏光状態で伝搬した後、第1の複屈折結晶11の球面形状の光学面の屈折性(レンズ機能)によって収束ビームとなって入射側光ファイバ付きフェルール15の側に出射するが、第1の複屈折結晶11内部での伝搬角度が入射側光ファイバ付きフェルール15から出射したビームについて伝搬する際の伝搬角度とは異なるため、入射側光ファイバ付きフェルール15の光ファイバコア部からは逸れた点で収束する。
The beam emitted from the
以上に説明したように、出射側光ファイバ付きフェルール16から出射したビームは、入射側光ファイバ付きフェルール15の光ファイバコア部には入射することがなく、光アイソレータとして動作する。尚、実施例2に係る光アイソレータの場合、偏光子となる複屈折結晶を4枚、ファラデー回転子を2枚用いた所謂2段型構成となっているため、実施例1の光アイソレータと比べて一層高いアイソレーションを得ることができ、しかも各複屈折結晶の光学軸の方位を調整することにより、新たな部品を付加することなく偏光分散を補償できるものとなっている。
As described above, the beam emitted from the
図5は、本発明の実施例3に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical isolator according to Embodiment 3 of the present invention.
この実施例3に係る光アイソレータは、実施例1に係る光アイソレータにおける第1の複屈折結晶1及びファラデー回転子2の間にイオンアシスト蒸着により酸化珪素(SiO2)と五酸化タンタル(Ta2O5)とを71層積層することにより1550nm帯の光ビームを透過し、且つ1480nm帯のビームを反射するように作製されたWDMフィルタ19を配備させて同様な球状を成すように一体化し、更に入射側光ファイバ付きフェルール5側に偏波保持ファイバの一種であるPANDAファイバを内蔵した励起光入射用光ファイバ付きフェルール35を配備させて構成されるものである。尚、ここでの励起光入射用光ファイバ付きフェルール35は、出射する励起光の偏光方向が第1の複屈折結晶1の内部を常光成分として伝搬するように保持するPANDAファイバの偏波方向を予め調整してあり、且つPANDAファイバには、波長1480nmの励起光を出射する図示されないレーザーモジュールが接続される。
The optical isolator according to the third embodiment includes silicon oxide (SiO 2 ) and tantalum pentoxide (Ta 2 ) by ion-assisted deposition between the first
ここでの第1の複屈折結晶1,ファラデー回転子2,第2の複屈折結晶3,第3の複屈折結晶4,入射側光ファイバ付きフェルール5,及び出射側光ファイバ付きフェルール6については、実施例1の場合と同様であり、入射側光ファイバ付きフェルール5より出射した信号光が出射用光ファイバ付きフェルール6に入射する過程、並びに出射側光ファイバ付きフェルール6から出射した戻り光が入射側光ファイバ付きフェルール5の光ファイバコア部に入射しない過程についても実施例1の場合と同様であるため、それらの説明は省略する。因みに、伝搬経路中に配置されたWDMフィルタ19は、波長1550nm帯のビームを透過するため、信号光の伝搬及び戻り光の伝搬には影響を与えない。
Here, the first
この光アイソレータの場合、レーザーモジュールから出射された励起光が励起光入力用光ファイバ付きフェルール35のPANDAファイバから出射して第1の複屈折結晶1に入射し、第1の複屈折結晶1では球面形状をした光学面の屈折性(レンズ機能)により平行ビームとなって内部を伝搬してWDMフィルタ19に入射する。
In the case of this optical isolator, the excitation light emitted from the laser module is emitted from the PANDA fiber of the
そこで、WDMフィルタ19は波長1480nmの光ビームを反射するため、WDMフィルタ19に入射した励起光はここで反射され、入射側光ファイバ付きフェルール5側へ伝搬されるが、このとき励起光は第1の複屈折結晶1の球面形状をした光学面の屈折性(レンズ機能)により収束ビームとなり入射側光ファイバ付きフェルール5の光ファイバコア部に入射する。実際の製作工程においては、励起光が入射側光ファイバ付きフェルール5に適確に入射するように励起光入射用光ファイバ付きフェルール35の位置調整が行われて固定されている。
Therefore, since the
実施例3の光アイソレータにおいては、励起光入射用光ファイバ付きフェルール35から出射した励起光を、信号光を出射するための入射側光ファイバ付きフェルール5に入射させることができるため、係るデバイスを光ファイバ増幅器中の増幅用光ファイバの出力側に配置し、増幅用光ファイバに戻り光が戻るのを防止すると共に、励起光を増幅用光ファイバの出力側から入射する所謂後方励起方式へと適用させることが可能である。又、WDMフィルタ19をファラデー回転子2及び第2の複屈折結晶3の界面に配備し、励起光入射用光ファイバ付きフェルール35を励起光がWDMフィルタ19で反射した後に出射側光ファイバ付きフェルール6の光ファイバコア部に入射するような位置に配置する構成とすれば、所謂前方励起方式へ変更して適用させることも可能である。
In the optical isolator according to the third embodiment, the excitation light emitted from the
図6は、本発明の実施例4に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical isolator according to Embodiment 4 of the present invention.
この実施例4に係る光アイソレータは、実施例2に係る光アイソレータにおける第4の複屈折結晶23及び第2のファラデー回転子22の間にイオンアシスト蒸着により酸化珪素(SiO2)と五酸化タンタル(Ta2O5)とを71層積層することにより1550nm帯の光ビームを透過し、且つ1480nm帯のビームを反射するように作製されたWDMフィルタ29を配備させて同様な球状を成すように一体化し、更に出射側光ファイバ付きフェルール6側に偏波保持ファイバの一種であるPANDAファイバを内蔵した励起光入射用光ファイバ付きフェルール45を配備させて構成されるものである。尚、ここでの励起光入射用光ファイバ付きフェルール45は、出射する励起光の偏光方向が第1の複屈折結晶1の内部を常光成分として伝搬するように保持するPANDAファイバの偏波方向を予め調整してあり、且つPANDAファイバには、波長1480nmの励起光を出射する図示されないレーザーモジュールが接続される。
The optical isolator according to the fourth embodiment includes silicon oxide (SiO 2 ) and tantalum pentoxide by ion-assisted vapor deposition between the fourth
ここでの第1の複屈折結晶11,第1のファラデー回転子12,第2の複屈折結晶13,第3の複屈折結晶21,第2のファラデー回転子22,第4の複屈折結晶23,入射側光ファイバ付きフェルール15,及び出射側光ファイバ付きフェルール16については、実施例2の場合と同様であり、入射側光ファイバ付きフェルール15より出射した信号光が出射用光ファイバ付きフェルール16に入射する過程、並びに出射側光ファイバ付きフェルール16から出射した戻り光が入射側光ファイバ付きフェルール15の光ファイバコア部に入射しない過程については、実施例2の場合と同様であるため、それらの説明は省略する。因みに、伝搬経路中に配置されたWDMフィルタ29は、波長1550nm帯のビームを透過するため、信号光の伝搬及び戻り光の伝搬には影響を与えない。
The first
この光アイソレータの場合、レーザーモジュールから出射された励起光が励起光入力用光ファイバ付きフェルール45のPANDAファイバから出射して第4の複屈折結晶23に入射し、第4の複屈折結晶24では球面形状をした光学面の屈折性(レンズ機能)により平行ビームとなって内部を伝搬してWDMフィルタ29に入射する。
In the case of this optical isolator, the excitation light emitted from the laser module is emitted from the PANDA fiber of the
そこで、WDMフィルタ29は、波長1480nmの光ビームを反射するため、WDMフィルタ29に入射した励起光はここで反射され、入射側光ファイバ付きフェルール16側に伝搬されるが、このとき励起光は第4の複屈折結晶23の球面形状をした光学面の屈折性(レンズ機能)により収束ビームとなり出射側光ファイバ付きフェルール16の光ファイバコア部に入射する。実際の製作工程においては、励起光が出射側光ファイバ付きフェルール16に適確に入射するように励起光入射用光ファイバ付きフェルール45の位置調整が行われて固定されている。
Therefore, since the
実施例4の光アイソレータにおいては、励起光入射用光ファイバ付きフェルール45から出射した励起光を、信号光を入射するための出射側光ファイバ付きフェルール16に入射させることができるため、係るデバイスを光ファイバ増幅器中の増幅用光ファイバの入力側に配置し、光ファイバ増幅器より手前側の信号源に戻り光が戻るのを防止すると共に、励起光を増幅用光ファイバの入力側から入射する所謂前方励起方式へ適用されることが可能である。又、WDMフィルタ29を第1の複屈折結晶11及びファラデー回転子12の界面に配備し、励起光入射用光ファイバ付きフェルール45を励起光がWDMフィルタ29で反射した後に入射側光ファイバ付きフェルール15の光ファイバコア部に入射するような位置に配置する構成とすれば、所謂前方励起方式へ変更して適用させることも可能である。
In the optical isolator according to the fourth embodiment, the excitation light emitted from the
図7は、本発明の実施例5に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical isolator according to
この実施例5に係る光アイソレータは、日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズによる屈折率分布型レンズ41,ルチル(TiO2)単結晶を用いた第1の複屈折結晶31,GdBi鉄ガーネット膜(GdBiIG厚膜)によるファラデー回転子32,ルチル(TiO2)単結晶を用いた第2の複屈折結晶33,同様にルチル(TiO2)単結晶を用いた第3の複屈折結晶34,及び日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズによる屈折率分布型レンズ42をこの順で配置して外形が断面2mm角の正方形状で長さが4mmの立方体状となるよう一体化したものに対し、入射側となる屈折率分布型レンズ41の近傍に対して信号光を出射する入射側光ファイバ付きフェルール25を配置すると共に、出射側となる屈折率分布型レンズ42の近傍に対してそれを透過した信号光を入射させるための出射側光ファイバ付きフェルール26を配置して構成されている。尚、ファラデー回転子32は、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザービームの偏光方向を第1の複屈折結晶1側から見て反時計回りの方向に45度回転させる機能を持つものである。
The optical isolator according to Example 5 includes a refractive index
各種光学部材の厚みとして、中心部の厚みについては、屈折率分布型レンズ41,42が1mm、第1の複屈折結晶31が0.6mm、ファラデー回転子32が0.5mm、第2の複屈折結晶33が0.15mm、第3の複屈折結晶34が0.75mmとなっている。又、第1の複屈折結晶31及びファラデー回転子32の界面、ファラデー回転子32及び第2の複屈折結晶33の界面は図1に示したようにデバイスの中心軸と直交する面から4度傾斜している。更に、第1の複屈折結晶31の光学軸の方位、第2の複屈折結晶33の光学軸の方位、及び第3の複屈折結晶34の光学軸の方位の位置関係は、実施例1で図2を参照して説明した場合の関係と同様である。
As for the thicknesses of various optical members, the thicknesses of the central portions are 1 mm for the
実施例5の光アイソレータの場合、入射側光ファイバ付きフェルール25から出射した信号光が屈折率分布型レンズ41内部の屈折性により平行ビームとなって第1の複屈折結晶31に入射するが、第1の複屈折結晶31に入射してから第3の複屈折結晶34を出射するまでの過程は実施例1の場合と同様なので説明を省略する。
In the case of the optical isolator of Example 5, the signal light emitted from the
第3の複屈折結晶34を出射した信号光ビームは、平行ビームのまま屈折率分布型レンズ42に入射し、入射した信号光ビームは屈折率分布型レンズ42内部の屈折性によって収束ビームに変換された後、出射側光ファイバ付きフェルール26側に出射する。この信号光ビームが出射側光ファイバ付きフェルール26の光ファイバコア部に入射するように出射側光ファイバ付きフェルール26は予め位置調整されている。
The signal light beam emitted from the third
次に、出射側光ファイバ付きフェルール26から出射した戻り光は、屈折率分布型レンズ42に入射し、この屈折率分布型レンズ42内部の屈折性によって平行ビームに変換されて第3の複屈折結晶34に入射する。これ以降の戻り光が第1の複屈折結晶31を出射するまでの過程は、実施例1の場合と同様なので説明を省略する。第1の複屈折結晶31を出射した2つの戻り光ビームは、屈折率分布型レンズ41に入射するが、このとき屈折率分布型レンズ41内部の屈折性によって収束ビームとなって屈折率分布型レンズ41を出射するが、戻り光ビームの屈折率分布型レンズ41へ入射する際の入射角は、入射側光ファイバ付きフェルール25を出射した信号光が屈折率分布型レンズ41を出射する場合の出射角と異なるため、結果として2つの戻り光ビームは、入射側光ファイバ付きフェルール25の光ファイバコア部から逸れた位置に収束することにより、光アイソレータとして動作する。
Next, the return light emitted from the
尚、実施例5の光アイソレータにおいては、基本動作部分を実施例1の場合と同様に3枚の複屈折結晶31,33,34と1枚のファラデー回転子32とから成る所謂一段型の光アイソレータとなるように構成したが、実施例2で説明した場合と同様に4枚の複屈折結晶と2枚のファラデー回転子とから成る所謂2段型の光アイソレータとなるように構成しても差し支えない。又、実施例5の光アイソレータは、信号光入力用ポートである入射側光ファイバ付きフェルール25と信号光出力用ポートである出射側光ファイバ付きフェルール26とを備えただけの構成を説明したが、これに実施例3や実施例4で説明した場合と同様に複屈折結晶及びファラデー回転子の界面にWDMフィルタを配備し、励起光入力用ポートである励起光入射用光ファイバ付きフェルールを付加させて励起光導入機能を備えるように変更した構成とすることも可能である。更に、実施例5の光アイソレータでは、屈折性を有する光学素子として、セルフォックレンズによる屈折率分布型レンズ41,42を使用した例を説明したが、第1の複屈折結晶31及び第3の複屈折結晶34に相対する面の形状が平面であれば、平凸球面レンズ,平凸非球面レンズ,回折レンズのような別種のレンズを代用しても何ら差し支えない。
In the optical isolator of the fifth embodiment, the basic operation portion is a so-called one-stage type light composed of three
図8は、上述した実施例2に係る光アイソレータ及び実施例3に係る光アイソレータを用いた本発明の実施例6に係る光ファイバ増幅器の基本構成を示した模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical fiber amplifier according to Example 6 of the present invention using the optical isolator according to Example 2 and the optical isolator according to Example 3.
この光ファイバ増幅器は、波長1480nmのレーザ励起光を出力するための励起用レーザーモジュール52を実施例3に係る光アイソレータにおける励起光入射用光ファイバ付きフェルール35に結合すると共に、増幅媒体としてエルビウム添加光ファイバ51の一端を実施例3に係る光アイソレータにおける入射側光ファイバ付きフェルール5に結合し、且つエルビウム添加光ファイバ51の他端を実施例2に係る光アイソレータにおける出射側光ファイバ付きフェルール16に結合して構成されたものである。
In this optical fiber amplifier, an
この実施例6に係る光ファイバ増幅器では、内部で発生した戻り光がエルビウム添加光ファイバ51の入力側に配置した実施例3に係る光アイソレータによって信号源に到達しないようにカットされると共に、出力側からの戻り光がエルビウム添加ファイバ51の出力側に配置した実施例2に係る光アイソレータによってエルビウム添加光ファイバ51に入射しないようにカットされるようになっており、更に励起光がエルビウム添加光ファイバ51の入力側に配置した実施例3に係る光アイソレータにおける励起光導入用ポートである励起光入射用光ファイバ付きフェルール35から入力され、WDMフィルタ19を介してエルビウム添加ファイバ51に入射されるようになっている。この実施例6に係る光ファイバ増幅器の構成によれば、小型化された構成で容易に構築することができる。
In the optical fiber amplifier according to the sixth embodiment, the internally generated return light is cut so as not to reach the signal source by the optical isolator according to the third embodiment disposed on the input side of the erbium-doped
尚、実施例6に係る光ファイバ増幅器においては、励起媒体としてエルビウム添加光ファイバ51を用いた構成を説明したが、1300nm帯の信号光用にプラセオジム(Pr)を添加したファイバを用いたり、或いは1400nm帯の信号光用にツリウム(Tm)を添加したファイバ等を用いることも可能である他、光ファイバの非線形効果を利用するラマン増幅器にも同様に適用することができ、しかも光アイソレータとしては、光ファイバ増幅器のNF及び利得、励起方法に応じて実施例1乃至実施例5までの各形態のものを適宜選択して使用することができる。
In the optical fiber amplifier according to Example 6, the configuration using the erbium-doped
1,3,4,11,13,21,23,31,33,34 複屈折結晶
2,12,22,32 ファラデー回転子
5,15,25 入射側光ファイバ付きフェルール
6,16,26 出射側光ファイバ付きフェルール
19,29 WDMフィルタ
35,45 励起光入射用光ファイバ付きフェルール
41,42 屈折率分布型レンズ
51 エルビウム添加光ファイバ
52 励起用レーザーモジュール
1,3,4,11,13,21,23,31,33,34
Claims (11)
An optical fiber amplifier using the optical isolator according to claim 1.
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