JP2006309190A - Optical isolator and optical module using same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源から出射された光を、各種光学素子や光ファイバに結合する際に生じる戻り光を除去するために用いられる光アイソレータ、およびこの光アイソレータを用いた光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical isolator used for removing return light generated when light emitted from a light source is coupled to various optical elements and optical fibers, and an optical module using the optical isolator.
レーザーダイオード(LD)等の光源から出射した光が、各種光学素子や光ファイバを透過する際、光の一部が界面等によって反射または散乱して、光源側へ戻ることがある。こうした戻り光を遮断するための光学部品として、一般には、光アイソレータが用いられる。典型的な光アイソレータは、2枚の偏光子の間に、ファラデー回転子を配置して構成され、ファラデー回転子は、光の偏光が45度回転するように調整されている。これら3個の光学素子は、金属基台の実装表面に配置され固着されている。 When light emitted from a light source such as a laser diode (LD) passes through various optical elements or optical fibers, a part of the light may be reflected or scattered by an interface or the like and return to the light source side. In general, an optical isolator is used as an optical component for blocking such return light. A typical optical isolator is configured by arranging a Faraday rotator between two polarizers, and the Faraday rotator is adjusted so that the polarization of light rotates 45 degrees. These three optical elements are arranged and fixed on the mounting surface of the metal base.
図7は、従来の光アイソレータの一例を示す部分破断斜視図である。これは、下記特許文献1に記載された、いわゆるラミネートチップ型のものであり、光アイソレータ40は、ファラデー回転子42と、ファラデー回転子42の両側に配置された一対の偏光子41とを備え、ファラデー回転子42と各偏光子41の間には、光透過性が良く、適切な屈折率に制御された光学接着剤45が充填され、光学素子同士を接着固定している。光アイソレータ40は、さらに、ファラデー回転子42に磁界を供給するための円筒状の磁石43を備えている。
FIG. 7 is a partially broken perspective view showing an example of a conventional optical isolator. This is a so-called laminate chip type described in Patent Document 1 below, and the
各偏光子41は、両主面の表層部に楕円形状の誘電体がほぼ同一方向を配向されて存在し、誘電体の長軸方向と一致する、通過する光の一方向の偏波成分を吸収し、その偏波成分に直交する偏波成分を透過させる機能を有する。吸収された光の一部は熱に変換される。また、ファラデー回転子42は、飽和磁界強度において所定波長の光の偏波面を約45度回転する機能を有する。また、各偏光子41は、それぞれの透過偏波方向が約45度ずれるように配置されている。
しかしながら、図7で示すようなラミネートチップ型アイソレータは、光学素子同士の密着によって小型化が図られるが、光学接着剤45が有機系接着剤の場合、耐湿性が劣り、特に高温高湿条件下での使用が制限される。また、高出力のレーザ光が通過したり、レーザ光が長時間に渡って通過する場合、光学接着剤45が変質する可能性があり、光部品の信頼性が低下してしまう。
However, the laminated chip type isolator as shown in FIG. 7 can be reduced in size by adhesion between optical elements. However, when the
また、各偏光子41とファラデー回転子40との間で熱膨張係数が異なる場合、温度サイクル下で熱応力が発生して、バイメタルのように曲げモーメントが生じたり、内部応力変動に起因した光学特性変動が生ずることがある。
Further, when the thermal expansion coefficients are different between each
さらに、光アイソレータ40をレーザモジュールに組み込む場合、ロウ付け工程において高温下に曝される。そのため、光学接着剤45として有機系接着剤を用いた場合、接着剤の熱分解によって、気泡の発生、接着強度の低下等が生じ、光学素子が脱落する可能性がある。また、有機系接着剤からアウトガスが発生すると、アウトガスが周囲の光学部品、例えばレーザチップやレンズなどの表面上に付着して、光学特性を劣化させてしまう。
Further, when the
本発明の目的は、少ない組み立て工数で小型化が図られ、優れた光学特性、高い耐久性、高い信頼性を備えた光アイソレータ及び光モジュールを提供することである。 An object of the present invention is to provide an optical isolator and an optical module that can be miniaturized with a small number of assembly steps and have excellent optical characteristics, high durability, and high reliability.
上記目的を達成するために、本発明に係る光アイソレータは、一対の主面を有するファラデー回転子と、該ファラデー回転子の各主面に近接配置された第1偏光子および第2偏光子と、ファラデー回転子、第1偏光子および第2偏光子を保持するための保持部材とを備え、第1偏光子とファラデー回転子の間およびファラデー回転子と第2偏光子の間に間隙が部分的に存在するように、ファラデー回転子、第1偏光子および第2偏光子の各側面の少なくとも一部が、接合材を介して保持部材に接合されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical isolator according to the present invention includes a Faraday rotator having a pair of main surfaces, and a first polarizer and a second polarizer disposed close to each main surface of the Faraday rotator. A Faraday rotator, a holding member for holding the first polarizer and the second polarizer, and a gap is formed between the first polarizer and the Faraday rotator and between the Faraday rotator and the second polarizer. Therefore, at least a part of each side surface of the Faraday rotator, the first polarizer, and the second polarizer is bonded to the holding member via a bonding material.
本発明において、第1偏光子とファラデー回転子の各対向面およびファラデー回転子と第2偏光子の各対向面には、反射防止膜がそれぞれ形成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that an antireflection film is formed on each opposing surface of the first polarizer and the Faraday rotator and on each opposing surface of the Faraday rotator and the second polarizer.
また本発明において、接合材は、無機接着剤、低融点ガラスまたは半田であること好ましい。 In the present invention, the bonding material is preferably an inorganic adhesive, low-melting glass or solder.
また本発明において、保持部材は、ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石として構成されること好ましい。 In the present invention, the holding member is preferably configured as a magnet for applying a magnetic field to the Faraday rotator.
また、本発明において、第1偏光子および第2偏光子のいずれか一方の光入射面に、空気より熱伝導率の大きい透光性部材を被着させること好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable to adhere | transmit the translucent member with a larger heat conductivity than air to the light-incidence surface of any one of a 1st polarizer and a 2nd polarizer.
また、本発明において、透光性部材は、第1偏光子および第2偏光子に比し、熱伝導率が大きいこと好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that a translucent member has large thermal conductivity compared with a 1st polarizer and a 2nd polarizer.
また、本発明において、透光性部材は、ガラスを主成分とする基板であること好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that a translucent member is a board | substrate which has glass as a main component.
本発明に係る光モジュールは、上記光アイソレータに光を入射する発光素子と、光アイソレータと光学的に結合される導光体とを備えてなることを特徴とする。 An optical module according to the present invention includes a light emitting element that makes light incident on the optical isolator, and a light guide that is optically coupled to the optical isolator.
本発明によれば、ファラデー回転子、第1偏光子および第2偏光子の各側面の少なくとも一部を接合材で保持部材に接合することによって、光の通過面に接合材が存在しなくなるため、光による接合材の変質や劣化を防止できる。 According to the present invention, since at least a part of each side surface of the Faraday rotator, the first polarizer, and the second polarizer is bonded to the holding member with the bonding material, the bonding material does not exist on the light passing surface. It is possible to prevent deterioration and deterioration of the bonding material due to light.
また、第1偏光子とファラデー回転子の間およびファラデー回転子と第2偏光子の間に間隙をそれぞれ設けることによって、各偏光子とファラデー回転子との間で熱膨張係数が相違していても、各偏光子で生ずる熱膨張およびファラデー回転子で生ずる熱膨張を素子間で分離することができる。その結果、温度サイクル下で生ずる熱応力を大幅に低減できるため、光学特性の変動を抑制でき、高い耐久性、高い信頼性を有する光アイソレータを実現できる。 Further, by providing a gap between the first polarizer and the Faraday rotator and between the Faraday rotator and the second polarizer, the thermal expansion coefficient is different between each polarizer and the Faraday rotator. In addition, the thermal expansion occurring in each polarizer and the thermal expansion occurring in the Faraday rotator can be separated between elements. As a result, the thermal stress generated under the temperature cycle can be greatly reduced, so that fluctuations in optical characteristics can be suppressed, and an optical isolator having high durability and high reliability can be realized.
また、ファラデー回転子、第1偏光子および第2偏光子の保持部材への接合が接合材を用いて同時に実施できるようになるため、組み立て工数を削減できる。 Further, since the Faraday rotator, the first polarizer, and the second polarizer can be bonded to the holding member at the same time using a bonding material, the number of assembling steps can be reduced.
さらに、第1偏光子とファラデー回転子の各対向面およびファラデー回転子と第2偏光子の各対向面に、反射防止膜をそれぞれ形成することによって、各偏光子とファラデー回転子の間の間隙が変化して、万一、対向面同士が部分的に密着した場合でも、反射防止膜の反射率特性は変化しなくなるため、安定した光学特性を実現できる。 Further, an antireflection film is formed on each of the opposing surfaces of the first polarizer and the Faraday rotator and on each of the opposing surfaces of the Faraday rotator and the second polarizer, whereby a gap between each polarizer and the Faraday rotator is formed. In the unlikely event that the opposing surfaces partially adhere to each other, the reflectance characteristics of the antireflection film will not change, and stable optical characteristics can be realized.
また、接合材として、無機接着剤、低融点ガラスまたは半田を用いることによって、上述したように、有機系接着剤に固有の不具合を解決することができる。特に、低融点ガラスまたは半田は、接合時にアウトガスが出ない点でより好ましい。 In addition, by using an inorganic adhesive, low-melting glass, or solder as the bonding material, as described above, problems inherent to the organic adhesive can be solved. In particular, low melting point glass or solder is more preferable in that no outgas is generated during bonding.
また、保持部材は、ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石として構成することによって、部材の兼用により部品点数を削減できるため、工数の低減、低コスト化が図られる。 In addition, since the holding member is configured as a magnet for applying a magnetic field to the Faraday rotator, the number of parts can be reduced by sharing the member, so that man-hours and costs can be reduced.
また、本発明において、第1偏光子および第2偏光子のいずれか一方の光入射面に、空気より熱伝導率の大きい透光性部材を被着させることにより、反射戻り光の吸収によって各偏光子から生じる熱を前記透光性部材に拡散することが可能となる。その結果、この構成によれば、偏光子の発熱による消光比特性の劣化を防止できるため、安定した挿入損失およびアイソレーション特性を維持することができる。そして、前記透光性部材は、第1偏光子および第2偏光子に比し、熱伝導率が大きい場合には、各偏光子で生じた熱の拡散をさらに促進させることができる。 In the present invention, each light incident surface of either the first polarizer or the second polarizer is attached to a light transmissive member having a thermal conductivity higher than that of air, thereby absorbing each reflected return light. It becomes possible to diffuse the heat generated from the polarizer to the translucent member. As a result, according to this configuration, deterioration of the extinction ratio characteristic due to heat generation of the polarizer can be prevented, so that stable insertion loss and isolation characteristics can be maintained. And the said translucent member can further promote the spreading | diffusion of the heat which generate | occur | produced in each polarizer, when heat conductivity is large compared with a 1st polarizer and a 2nd polarizer.
(実施形態1)
図1は、本発明の光アイソレータの第1実施形態を示す断面図である。この光アイソレータX1は、ファラデー回転子5と、ファラデー回転子5の両側に配置された2つの偏光子4,6と、円筒状の永久磁石7などで構成される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the optical isolator of the present invention. The optical isolator X1 includes a Faraday
ファラデー回転子5は、YIG単結晶やBi置換ガーネット結晶など、ファラデー効果を示す材料で構成され、対向した一対の主面を有する板状に形成される。
The Faraday
偏光子4,6は、特定方向の直線偏光を通過させる透過軸を有し、ファラデー回転子5の各主面に近接するようにそれぞれ配置される。偏光子4,6の各透過軸は、ファラデー回転子5を挟んで、光軸周りで相対的に45゜回転するように設定される。この偏光子4,6は、たとえばケイ素、ホウ素、ジルコニウムを含むガラス材料からなる基板(熱伝導率:1.005(W/m・K))の一表面に、銅または銀等の金属粒子を含む誘電体層が形成されてなる。
The
永久磁石7は、光軸方向に沿った磁界をファラデー回転子5へ印加する機能を有し、ここでは、円筒内部にファラデー回転子5および偏光子4,6を収容するための保持部材として兼用することにより、部品点数の削減、工数の低減、低コスト化が図られる。
The
ファラデー回転子5および偏光子4,6の各側面の一部または全周は、接合材8を介して永久磁石7に接合されている。また、偏光子4とファラデー回転子5の間およびファラデー回転子5と偏光子6の間はほぼ密着しているが、微視的にはごく僅かな間隙が部分的に存在しており、通常は、周囲の雰囲気と同じ空気層が介在することになる。
Part or all of the side surfaces of the Faraday
本実施形態では、こうした構成を有する光アイソレータが、光ファイバ3に光学的に結合するように配置される。光ファイバ3は、円筒状の金具2に挿入、固定され、光ファイバ3の素線はキャピラリ1に挿入されており、光ファイバ3の端面が偏光子6にほぼ当接するように位置決めされる。
In the present embodiment, the optical isolator having such a configuration is arranged so as to be optically coupled to the
キャピラリ1は、セラミックなどで形成され、金具2に圧入されている。キャピラリ1の外側端面は、光ファイバ3の長手軸に対して僅かに傾斜している。光アイソレータは、この傾斜面に対してほぼ密着するように位置決めされるため、ファラデー回転子5および偏光子4,6の各主面が光軸に対して同様に傾斜する。その結果、各主面での反射光が光軸から外れるようになり、迷光やノイズ光の戻りを防止できる。
The capillary 1 is formed of ceramic or the like and is press-fitted into the
光アイソレータをキャピラリ1に固定する場合、1)ファラデー回転子5および偏光子4,6を永久磁石7に固定して単体の光アイソレータを完成させた後、光アイソレータ全体をキャピラリ1に固定する方法と、2)ファラデー回転子5、偏光子4,6および永久磁石7を同時にキャピラリ1に固定する方法と、が考えられる。
When fixing the optical isolator to the capillary 1 1) A method of fixing the
いずれの方法においても、接合材8として、無機接着剤、低融点ガラスまたは半田を用いることが好ましい。特に、半導体レーザ素子などの光源と一緒に密封する場合、接合時に接合材8の分解物やアウトガスが発生しない低融点ガラスまたは半田を使用することが好ましい。
In any method, it is preferable to use an inorganic adhesive, low-melting glass, or solder as the
接合材8として半田を使用する場合は、偏光子4、6、ファラデー回転子5の側面にメタライズを施した後、金と錫の合金半田などの半田を用いて固着することが望ましい。メタライズの最表面は、金であることが望ましい。
When solder is used as the
工程の短縮の観点からは、上記2)の同時固着が望ましく、工程の容易さの観点からは上記1)の別個固着が望ましい。別個固着の場合、後から行う固着の際に先に固着に用いた合金よりも融点の低い合金または金属を用いるのが望ましい。 From the viewpoint of shortening the process, the above-described simultaneous fixing of 2) is desirable, and from the viewpoint of ease of process, the above-described separate fixing of 1) is desirable. In the case of separate fixing, it is desirable to use an alloy or a metal having a melting point lower than that of the alloy previously used for fixing in the subsequent fixing.
(実施形態2)
図2は、本発明の光アイソレータの第2実施形態を示す断面図である。この光アイソレータX2は、図1と同様な構成を有し、ファラデー回転子5と、ファラデー回転子5の両側に配置された2つの偏光子4,6と、円筒状の永久磁石7などで構成される。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the optical isolator of the present invention. This optical isolator X2 has the same configuration as that shown in FIG. 1, and includes a
本実施形態では、こうした構成を有する光アイソレータが、フェルール9の中心孔に固定された光ファイバ3に光学的に結合するように配置される。フェルール9は、セラミックなどで形成され、円筒状の金具10に圧入されている。光ファイバ3の一方の端面は、偏光子6にほぼ当接するように位置決めされ、他方の端面は、フェルール9の端面11とほぼ一致するように位置決めされる。フェルール9の端面11には、コネクタが当接することによって、光学的な接続が行われる。
In the present embodiment, the optical isolator having such a configuration is disposed so as to be optically coupled to the
本実施形態においても同様に、1)ファラデー回転子5および偏光子4,6を永久磁石7に固定して単体の光アイソレータを完成させた後、光アイソレータ全体をフェルール9に固定する方法と、2)ファラデー回転子5、偏光子4,6および永久磁石7を同時にフェルール9に固定する方法と、が考えられる。
Similarly in this embodiment, 1) after fixing the
いずれの方法においても、接合材8として、無機接着剤、低融点ガラスまたは半田を用いることが好ましい。特に、半導体レーザ素子などの光源と一緒に密封する場合、接合時に接合材8の分解物やアウトガスが発生しない低融点ガラスまたは半田を使用することが好ましい。
In any method, it is preferable to use an inorganic adhesive, low-melting glass, or solder as the
接合材8として半田を使用する場合は、偏光子4、6、ファラデー回転子5の側面にメタライズを施した後、金と錫の合金半田などの半田を用いて固着することが望ましい。メタライズの最表面は、金であることが望ましい。
When solder is used as the
工程の短縮の観点からは、上記2)の同時固着が望ましく、工程の容易さの観点からは上記1)の別個固着が望ましい。別個固着の場合、後から行う固着の際に先に固着に用いた合金よりも融点の低い合金または金属を用いるのが望ましい。 From the viewpoint of shortening the process, the above-described simultaneous fixing of 2) is desirable, and from the viewpoint of ease of process, the above-described separate fixing of 1) is desirable. In the case of separate fixing, it is desirable to use an alloy or a metal having a melting point lower than that of the alloy previously used for fixing in the subsequent fixing.
上述した各実施形態において、ファラデー回転子5および偏光子4,6の各側面の少なくとも一部を接合材8を用いて永久磁石7に接合することによって、光の通過面に接合材8が存在しなくなるため、光による接合材の変質や劣化を防止できる。
In each of the above-described embodiments, the
また、偏光子4とファラデー回転子5の間およびファラデー回転子5と偏光子6の間には、ごく僅かな間隙が存在することが好ましい。これにより、各偏光子4,6とファラデー回転子5との間で熱膨張係数が相違していても、各偏光子4,6で生ずる熱膨張およびファラデー回転子5で生ずる熱膨張を素子間で分離することができる。その結果、温度サイクル下で生ずる熱応力を大幅に低減できるため、光学特性の変動を抑制でき、高い耐久性、高い信頼性を有する光アイソレータを実現できる。
Further, it is preferable that a very small gap exists between the
また、偏光子4とファラデー回転子5の各対向面およびファラデー回転子5と偏光子6の各対向面に、屈折率n=1である空気に対する反射防止膜13をそれぞれ形成することが好ましい。同様に、各偏光子4,6の外側主面にも、空気に対する反射防止膜13をそれぞれ形成することが好ましい。
In addition, it is preferable to form an
仮に、偏光子4,6とファラデー回転子5が密着して空気層が存在しない場合、偏光子4,6とファラデー回転子5の各対向面には、個々の光学材料の屈折率に整合した反射防止膜をそれぞれ施す必要がある。しかしながら、実際には、素子間に透明接着剤が介在していない場合、ごく僅かな間隙に空気層が存在するため、各素子の各対向面には、空気に対する反射防止膜を施すことが好ましい。これにより、各偏光子とファラデー回転子の間の間隙が変化して、万一、対向面同士が部分的に密着した場合でも、反射防止膜13の反射率特性は変化しなくなるため、安定した光学特性を実現できる。
If the
反射防止膜13は、たとえば誘電体多層膜で構成され、各層の膜厚は2μm以下が好ましい。反射防止膜13は、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法等の公知の方法を用いて形成できる。例えば、スパッタリング法は、以下の原理により行うものである。まず、真空状態にした加工容器内で膜を付ける試料の近傍に膜の原料(ターゲット)を配置し、試料とターゲットの間に電圧をかけることで、電子やイオンを高速移動させ、ターゲットに衝突させる。ターゲットに衝突したイオンは、ターゲットの粒子をはじき飛ばす。(スパッタリング現象)はじき飛ばされた原料の粒子が試料に衝突、付着し、膜が形成される。真空蒸着法では、真空状態にした加工容器内で膜を付ける試料の近傍に膜のターゲットを配置し、同様に真空状態にした加工容器内で膜を付ける試料にターゲットを対向させ、膜の原料を加熱し、蒸発、気化した原料を試料に衝突させることで膜を形成する。また、CVD法は、試料を気体原料の雰囲気内におき、化学反応によって、試料表面に高純度の薄膜を形成する。
The
(実施形態3)
図3は、本発明の第3実施形態を示す断面図である。この光アイソレータX3は、ファラデー回転子5と、ファラデー回転子5の両側に配置された2つの偏光子4,6と、円筒状の永久磁石7などの構成は先に説明した本発明の第1実施形態(図1参照)と同様であるが、第2偏光子6に被着された透光性部材12を備えている点で異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention. The optical isolator X3 includes a
透光性部材12は、入射される信号光を実質的に吸収することなく透過させる機能を有する。この透光性部材12は、空気よりも熱伝導率が大きく設定されているため、たとえばキャピラリ1等からの反射戻り光が偏光子6に吸収され、この光吸収によって偏光子6に発熱が生じても、この熱を受けることができる。その結果、本発明の実施形態3では、偏光子6の発熱によって生じる偏光子6の不具合、たとえば消光比特性の劣化を防止することができるため、安定したアイソレーション特性を維持することができる。なお、本発明の第3実施形態においては、偏光子6に透光性部材12を被着させているが、偏光子4に透光性部材12を被着させても放熱効果を促進させることができるとともに、偏光子4,6の両方に対してそれぞれ透光性部材12を被着させてもよい。
The
この透光性部材12は、偏光子6より熱伝導率が大きく設定されているが、さらに、屈折率が光ファイバのコア部や偏光子6とほぼ同等、また、熱膨張係数も偏光子6とほぼ同等であればより好ましい。このような透光性部材12を構成する材質としては、たとえばガラスを主成分として用いることができるが、石英ガラス(熱伝導率:1.38(W/m・K))からなる基板であることが望ましい。なお、透光性部材12は、偏光子6と主成分が同じガラスであっても、副成分の含有量を制御することによって偏光子より熱伝導率が大きくなるようにしてもよい。
The
この透光性部材12は、屈折率が光ファイバのコア部や偏光子6とほぼ同等、また、熱膨張係数も偏光子6とほぼ同等であることが好ましい。このような透光性部材12を構成する材質としては、たとえばガラスを主成分として用いることができるが、屈折率および熱膨張係数の観点から鑑みると、石英またはホウ珪酸ガラスからなる基板であることが望ましい。このように、透光性部材12がガラスを主成分とする基板で構成すれば、一般的に平板状で形成されている偏光子4,6に対して精度よく被着させることができる。また、このような透光性部材12は、偏光子4,6およびファラデー回転子5と同様に、接合材8で固定される。なお、この透光性部材12の光入出射面には、本発明の第2実施形態で開示された反射防止膜13を施してもよい。
The
(実施形態4)
図4は、本発明の光モジュール断面図である。この光モジュール60は、光を発生させる発光素子であるLD(レーザダイオード)チップ50、該LDチップを搭載するサブマウント51、LDチップ50を温度制御する熱電冷却装置TEC(Thermo Electric Cooler)52、LDチップ50からの発振光と光学的に結合される導光体である光ファイバ3を有する光アイソレータX3、LDチップ50からの発振光を光アイソレータX3に伝達する第1レンズ53、第2レンズ54、該第2レンズ54を保持するレンズホルダ56、光アイソレータX3を光軸方向に光学調芯するためのスリーブ57、および上記した部品を搭載するためのパッケージ55から構成される。なお、光アイソレータは、本発明の第3実施形態の光アイソレータX3が用いられている。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical module of the present invention. The optical module 60 includes an LD (laser diode)
このような光モジュール60では、高出力の反射戻り光であっても、光アイソレータ58で遮断することができるとともに、発振出力の変動や波長の変動を抑制することができるため、安定した発振光を維持することができる。 In such an optical module 60, even high-power reflected return light can be blocked by the optical isolator 58, and fluctuations in oscillation output and fluctuations in wavelength can be suppressed. Can be maintained.
以上説明したように、光学素子の主面同士を接着剤で接合した従来の光アイソレータの場合、光源からの高出力光が光アイソレータを通過すると、接着剤部分が劣化して、透過率が低下し、光アイソレータの挿入損失特性の劣化が懸念される。これに対して、本発明では光学素子の光通過面に接着剤等の有機物は一切用いていないため、耐湿性、耐光性に優れた光アイソレータを実現できる。 As described above, in the case of a conventional optical isolator in which the main surfaces of the optical elements are bonded with an adhesive, when high output light from the light source passes through the optical isolator, the adhesive portion deteriorates and the transmittance decreases. However, there is a concern about the deterioration of the insertion loss characteristic of the optical isolator. On the other hand, in the present invention, since no organic substance such as an adhesive is used on the light passage surface of the optical element, an optical isolator excellent in moisture resistance and light resistance can be realized.
さらに、光学素子の主面同士を接着剤で固定しないため、熱膨張係数の異なる偏光子4,6とファラデー回転子5への応力は、素子面間では発生せず、永久磁石7に固定された側面からの応力のみとなるため、光学素子に加わる応力を緩和させることができる。
Further, since the principal surfaces of the optical elements are not fixed with an adhesive, stress on the
本発明の実施例として図1に示した光アイソレータを試作し、特性の評価を行った。各部品と構成について以下に説明する。 As an example of the present invention, the optical isolator shown in FIG. 1 was prototyped and the characteristics were evaluated. Each component and configuration will be described below.
偏光子は、コーニング社製のポーラコア(製品名)を用い、サイズが11mm角で厚み0.2mmのものを使用し、透過偏波方向が互いに45°ずれるように光学調整を行った後、1mm角に切り出した。ファラデー回転子は、サイズが11mm角で厚み0.45mmのものを、1mm角に切り出した。ファラデー回転子の飽和磁界強度中における偏波回転角は45.0°であった。 The polarizer is a polar core (product name) manufactured by Corning, and the size is 11 mm square and the thickness is 0.2 mm. After the optical adjustment is performed so that the transmission polarization directions are deviated from each other by 45 °, the polarizer is 1 mm. Cut into corners. A Faraday rotator having a size of 11 mm square and a thickness of 0.45 mm was cut into 1 mm square. The polarization rotation angle in the saturation magnetic field strength of the Faraday rotator was 45.0 °.
偏光子およびファラデー回転子は、波長1.55μmの光に対して動作する素子であり、偏光子とファラデー回転子の両主面には対空気(n=1)の反射防止膜が施されている。また、キャピラリの端面にも対空気の反射防止膜が施されている。 The polarizer and the Faraday rotator are elements that operate with respect to light having a wavelength of 1.55 μm, and antireflection films for air (n = 1) are applied to both main surfaces of the polarizer and the Faraday rotator. Yes. An antireflection film for air is also applied to the end face of the capillary.
このようにして作製した光アイソレータの特性を測定した結果、すべての光アイソレータは、挿入損失が0.3dB以下、アイソレーションが40dB以上の良好で均一な特性を有することを確認した。 As a result of measuring the characteristics of the optical isolator thus fabricated, it was confirmed that all the optical isolators had good and uniform characteristics with an insertion loss of 0.3 dB or less and an isolation of 40 dB or more.
以上の試作により、工数の削減が実現し、かつ長期安定性に優れ、光路上に樹脂フリーの光アイソレータが実現した。 With the above trial production, man-hours were reduced and long-term stability was achieved, and a resin-free optical isolator was realized on the optical path.
次に、光アイソレータの評価を実験および計算を用いて行い、以下のように反射特性に問題のないことを確認した。 Next, the optical isolator was evaluated using experiments and calculations, and it was confirmed that there was no problem in reflection characteristics as follows.
図5(a)は、光アイソレータの評価に用いた測定系を示す。フェルール(先端はフラット、傾斜無し)22にファイバ23を固定し、フェルール22の上に偏光子24を固定した。偏光子24の両主面には、対空気の反射防止膜が施されている。この状態で、プレシジョンリフレクトメータ21を動作させて、偏光子24からの反射ピークの有無を測定した。
FIG. 5A shows a measurement system used for evaluating the optical isolator. A
次に、偏光子24の上に、ファラデー回転子25を載せた状態で、プレシジョンリフレクトメータ21を動作させて、偏光子24およびファラデー回転子25からの反射ピークの有無を測定した。ファラデー回転子25の両主面には、対空気の反射防止膜が施されている。
Next, with the
図5(b)は、偏光子24のみを載せて計測した結果を示すグラフであり、図5(c)
は、偏光子24の上にファラデー回転子25を載せて計測した結果を示すグラフである。図5(b)、図5(c)において、縦軸は、反射光の強度(dB)であり、横軸は、波長(nm)である。測定の都合上、図5(c)のカーブは、図5(b)のものより全体に左側に寄っているが、最も左側に位置するピーク同士を比較すると、ピーク強度がほぼ等しいことが判る。いずれの場合も、反射ピーク強度が46〜49dB程度となって、対空気の反射防止膜と同レベルの特性を示し、反射特性に影響を及ぼさないことを確認した。
FIG.5 (b) is a graph which shows the result of having measured only the
These are graphs showing the results of measurement with the
次に、計算を用いた評価結果について説明する。計算は、多層膜の反射に基づいて、反射防止膜の反射率を計算した。図6(a)、図6(b)は、計算対象とした多層膜の構成例をそれぞれ示す。 Next, the evaluation result using calculation will be described. In the calculation, the reflectance of the antireflection film was calculated based on the reflection of the multilayer film. FIG. 6A and FIG. 6B show configuration examples of the multilayer film to be calculated.
図6(a)では、光が、上側の石英基板31から、順次、TiO2層32、SiO2層33、TiO2層32、SiO2層33の4層の反射防止膜を透過し、さらに間隙中の空気層(非図示)を透過し、続いてSiO2層33、TiO2層32、SiO2層33、TiO2層32の4層の反射防止膜を透過し、下側の石英基板31に到達する構成を示す。
In FIG. 6 (a), light sequentially passes through the four antireflection films of the TiO 2 layer 32, the SiO 2 layer 33, the TiO 2 layer 32, and the SiO 2 layer 33 from the
一方、図6(b)では、上側の反射防止膜と下側の反射防止膜が完全に密着して、間隙がゼロで、空気層が存在していない構成を示す。 On the other hand, FIG. 6B shows a configuration in which the upper antireflection film and the lower antireflection film are completely adhered, the gap is zero, and no air layer is present.
図6(a)、図6(b)での具体的な構成例は、下記(表1)に示している。
これらの全体反射率を計算した結果、空気層が存在している場合、反射率は0.00%となり、空気層が存在していない場合も反射率は0.00%となった。これらの結果から、偏光子とファラデー回転子の各対向面に、対空気の反射防止膜を形成することによって、空気層が存在していても不存在であっても、ほぼ理想的な反射防止が得られることが確認できた。 As a result of calculating the total reflectivity, the reflectivity was 0.00% when the air layer was present, and the reflectivity was 0.00% when the air layer was not present. From these results, an antireflection film for air is formed on the opposing surfaces of the polarizer and the Faraday rotator, making it almost ideal for antireflection, regardless of whether an air layer is present or absent. It was confirmed that
以上のように、対空気の反射防止膜が施されている2枚の光学素子の面を密着させ空気層を無くした場合も、空気層がある場合と同じ反射率特性が得られる。実際には、空気層を完全に無くすることは、光学素子の平坦度の問題や製造組み立て上の問題から著しく困難であり、微視的には、光学素子の主面同士のある部分は密着し、ある部分は空気層が存在することになる。その場合でも反射防止膜の特性は変わらないことが確認された。 As described above, even when the surfaces of the two optical elements on which the antireflection film for air is applied are brought into close contact with each other and the air layer is eliminated, the same reflectance characteristics as when the air layer is present can be obtained. Actually, it is extremely difficult to completely eliminate the air layer due to the flatness of the optical element and the manufacturing and assembly problems. However, an air layer exists in a certain part. Even in that case, it was confirmed that the characteristics of the antireflection film did not change.
本発明は、優れた光学特性、耐久性、信頼性を備えた光アイソレータを実現できることから、産業上極めて有用である。 INDUSTRIAL APPLICATION Since this invention can implement | achieve the optical isolator provided with the outstanding optical characteristic, durability, and reliability, it is very useful industrially.
X1〜X3:光アイソレータ
1:キャピラリ
2:金具
3:光ファイバ
4、6:偏光子
5:ファラデー回転子
7:磁石
8:接合材
9:フェルール
10:金具
11:端面
12:透光性部材
13:反射防止膜
21:プレシジョンリフレクトメータ
22:フェルール
23:ファイバ
31:石英基板
32:SiO2層
33:TiO2層
50:LDチップ
51:サブマウント
52:TEC
53:第1レンズ
54:第2レンズ
55:パッケージ
56:レンズホルダ
57:スリーブ
60:光モジュール
X1 to X3: Optical isolator 1: Capillary 2: Metal fitting 3:
53: First lens 54: Second lens 55: Package 56: Lens holder 57: Sleeve 60: Optical module
Claims (8)
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