JP2007004110A - Faraday rotating mirror - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバセンサシステムあるいは光増幅システム等に用いられ、これらのシステムを安定して動作させるために使用される光受動部品のファラデー回転ミラーに関するものである。 The present invention relates to a Faraday rotating mirror of an optical passive component used for an optical fiber sensor system or an optical amplification system and used to stably operate these systems.
光ファイバセンサは、系の経路が主として光ファイバで構成され、検知要素を光ファイバの光路のいずれかに持つもので、検知要素は測定したい量によって何らかの光学的な特性の変化を受けるものである。例えば、シングルモードファイバを検知要素として用いる場合には、振動、圧力、温度、電界、磁界、音波等の外力を検知する事ができ、これらの外力による光ファイバの光路長の変化をファイバ干渉計によって検出する。 In the optical fiber sensor, the path of the system is mainly composed of an optical fiber, and has a sensing element in one of the optical paths of the optical fiber. The sensing element undergoes some change in optical characteristics depending on the amount to be measured. . For example, when a single mode fiber is used as a sensing element, it can detect external forces such as vibration, pressure, temperature, electric field, magnetic field, and sound wave, and the change in optical path length of the optical fiber due to these external forces can be detected by a fiber interferometer. Detect by.
しかし、このような光ファイバセンサにおいては、光ファイバ中の複屈折による光の偏波状態の偶発的な変化により、出力干渉縞のゆらぎ、信号の消滅が発生することが問題となる。 However, in such an optical fiber sensor, there is a problem that output interference fringes fluctuate and signals disappear due to an accidental change in the polarization state of light due to birefringence in the optical fiber.
このような問題に対し、ファイバ干渉計の一部にファラデー回転ミラーを使用することが提案されている。このファラデー回転ミラーは、光ファイバ中の複屈折により発生する偏波状態の変動を除去し、任意の入力偏波状態を保存する光部品である。 For such problems, it has been proposed to use a Faraday rotating mirror as a part of the fiber interferometer. This Faraday rotating mirror is an optical component that removes fluctuations in the polarization state caused by birefringence in an optical fiber and preserves an arbitrary input polarization state.
図6に従来のファラデー回転ミラー20の構成を示す。ファラデー回転ミラー20は、光ファイバ21、結合用レンズ22、ファラデー回転子24、全反射ミラー25、磁石23で構成されている。
FIG. 6 shows a configuration of a conventional Faraday rotating
ファラデー回転子24は、ビスマス置換ガーネット等で形成されており、磁石23によって光軸方向に平行な方向にガーネットの飽和磁界強度以上の磁界が加えられている。また、その厚みは入射した光の偏波方向を45°回転させるように調整されている。光ファイバ21はシングルモードファイバである。
The Faraday
全反射ミラー25は、光ファイバ21から出射された光が全反射ミラー25で反射されるように配設されている。また、結合用レンズ22は、全反射ミラー25で反射した光が再び光ファイバ21に効率よく結合するように配設されている。
The
図7は、光ファイバ21の方向から見た、ファラデー回転ミラー26内の光の偏波の状態を説明する図である。以下、図7を用いて、ファラデー回転ミラー26の動作原理について説明する。なお、便宜上、光ファイバ21から出射した光を入射光とし、全反射ミラー25で反射された光を反射光と呼び、入射光方向を順方向と呼び、反射光方向を逆方向と呼ぶ。なお、入射偏波方向を一直線偏波としたが、本説明はこれに限ることなく、任意の偏波方向にも適応される。
FIG. 7 is a diagram illustrating the state of polarization of light in the Faraday
まず、光ファイバ21から出射した入射光(図7−a)は、ファラデー回転子24を透過し、その偏波方向が順方向から見て時計回りに45°回転させられる(図7−b)。その後、全反射ミラー25で反射された反射光は、再び逆方向からファラデー回転子24に入射する(図7−c)。ファラデー回転子24を逆方向に透過した反射光はさらにその偏波方向を順方向から見て時計回りに45°回転させられ、光ファイバ21に入射する(図7−d)。
First, incident light (FIG. 7A) emitted from the optical fiber 21 is transmitted through the Faraday
その結果、ファラデー回転ミラー26の反射光は、入射光に対して直交する偏波方向となり、入射光が受けたのとちょうど逆の複屈折を受けるため、任意の入力偏波状態に対して出力偏波状態はそれと直交する状態に安定化される。
As a result, the reflected light of the Faraday rotating
図6に示すような従来のファラデー回転ミラー20は、光ファイバセンサシステムの他、光ファイバ増幅システムでも使用される。光ファイバ増幅システムは、一般にエルビウムをドープしたシングルモードファイバを数10〜数100m用いているために、光ファイバ中の複屈折により偏波状態が変化するという問題、さらには長距離光ファイバ通信システムで信号波形劣化をもたらす偏波モード分散という問題があるが、ファラデー回転ミラー20を用いることによりそれらが補償され、安定した出力を得ることができる。
A conventional Faraday rotating
特許文献1では、結合用レンズ22の替わりに、光ファイバと外径の同じ、コア拡大ファイバを用いることとしている。また工程数の削減や組立の簡素化のため、ファラデー回転子の一面に全反射ミラー膜を形成させたり、コア拡大ファイバの端面とファラデー回転子とを光学接着剤を介して密着させたりする提案がされている。
In
図8(a)は、特許文献1のファラデー回転ミラー30を示す構成概略図であり、ファラデー回転ミラー30は、コア拡大ファイバ31、ファラデー回転子24、全反射ミラー膜25、磁石23よりなる。磁石23はリング型の磁石で、内部のファラデー回転子24に光軸と平行な飽和磁界を与える。ファラデー回転子24は、ビスマス置換ガーネット結晶等が用いられ、その厚さは入射光の偏波方向が45°回転するように調整されている。全反射ミラー膜25は、多層誘電体からなり、ファラデー回転子24の一面に直接形成されている。この多層誘電体からなる全反射ミラー膜25は、光の損失が小さく、99%以上の反射率を有する。ここではファラデー回転子24に全反射ミラー膜25を直接形成されており、部品点数の削減が実現されている。
FIG. 8A is a schematic configuration diagram showing the Faraday
図8(b)は、コア拡大ファイバ31の断面図である。コア拡大ファイバ31は、コア31aとクラッド31bよりなり、一般的なシングルモードファイバを局所的に加熱し、コア31aにドープされたGe等を熱拡散することでコア部を拡大して作製される。また、光ファイバ31からの放射ビームの発散角はコア径が大きくなるほど小さくなり、平行光に近づいていく。発散角が大きい場合、反射光は光ファイバ31に結合し難くなるため、ここではコア径を3〜4倍に拡大することで結合効率の低下を抑制している。
しかしながら、上述のように従来のファラデー回転ミラーには、以下の問題点があった。 However, as described above, the conventional Faraday rotating mirror has the following problems.
特許文献1ではファラデー回転ミラー30の小型化とともに、工程数の削減と組立の簡素化を提案しているが、ファラデー回転子24に光線がほぼ垂直に入射するため、ファラデー回転子24の表面に反射防止コーティングの処理を施したとしても、不要反射を十分に抑制することができず、反射減衰量は30dB程度にとどまる。これはコア拡大ファイバ31を用いているためNAが小さいことと、ファラデー回転子24と全反射ミラー25を一体にしているために、ファラデー回転子24に傾斜角度を付けられないことが原因である。また、反射減衰量を高くするためにファラデー回転子24を傾けると、光の挿入損失が大きくなるという問題があった。さらに、ファラデー回転子24と反射ミラー25が接着された状態で配置されていたため、反射ミラー25の角度の微調整ができなかった。
このように、特許文献1で提案するファラデー回転ミラー31は小型化することを可能にしたが、高反射減衰量と低損失を両立できないという課題があった。
Thus, although the Faraday
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光ファイバと、該光ファイバからの出射光を反射させた反射光を前記光ファイバに入射させる反射ミラーと、該反射ミラーと前記光ファイバとの間に、前記出射光および前記反射光の偏光面を回転させるファラデー回転子とを備えたファラデー回転ミラーであって、前記反射ミラーは、前記ファラデー回転子と対向する反射部と、該反射部を後方から支持する球状部と、を有することを特徴とする
また、前記反射ミラーが、該反射ミラーの球状部と当接するミラーホルダにて保持されていることを特徴とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and includes an optical fiber, a reflection mirror that reflects reflected light that is emitted from the optical fiber, and the reflection mirror and the light. A Faraday rotator mirror provided between a fiber and a Faraday rotator that rotates a polarization plane of the emitted light and the reflected light, wherein the reflection mirror includes a reflecting portion facing the Faraday rotator; In addition, the reflection mirror is supported by a mirror holder that contacts the spherical portion of the reflection mirror.
さらに、前記ミラーホルダは、前記反射ミラーを内周面で支持する貫通孔を有していることを特徴とする。 Furthermore, the mirror holder has a through hole that supports the reflection mirror on an inner peripheral surface.
また、前記ミラーホルダの貫通孔の内径が、前記ファラデー回転子側から後方に向かって、漸次大きくなっていることを特徴とする。 In addition, the inner diameter of the through hole of the mirror holder is gradually increased from the Faraday rotator side toward the rear.
また、前記反射ミラーは、前記反射部が誘電体膜もしくは金属膜を含んでなり、かつ前記球状部がガラス製の基体から構成されることを特徴とする。 Further, the reflecting mirror is characterized in that the reflecting portion includes a dielectric film or a metal film, and the spherical portion is formed of a glass base.
また、前記反射ミラーは、前記反射部が誘電体膜もしくは金属膜を含んでなり、かつ前記球状部が金属製の基体から構成されることを特徴とする。 Further, the reflection mirror is characterized in that the reflection portion includes a dielectric film or a metal film, and the spherical portion is formed of a metal base.
また、前記反射部は、金属製の基体の研磨面であることを特徴とする。 Further, the reflecting portion is a polished surface of a metal base.
また、前記反射部は、一方の主面に誘電体膜もしくは金属膜が形成され、他方の主面が前記球状部を構成する基体の表面に接着される平板状部材で構成されていることを特徴する。 In addition, the reflecting portion is formed of a flat plate-like member in which a dielectric film or a metal film is formed on one main surface, and the other main surface is bonded to the surface of the base constituting the spherical portion. Characterize.
また、前記平板状部材は、その少なくとも一部が前記基体の表面に設けられた凹部に埋設され、かつ接着剤を介して前記凹部の底面と接着されることを特徴とする。 Further, at least a part of the flat plate-like member is embedded in a recess provided on the surface of the base, and is bonded to the bottom surface of the recess via an adhesive.
また、前記光ファイバは、グレーデッドインデックスファイバを備えてなることを特徴とする。 The optical fiber includes a graded index fiber.
さらに、前記光ファイバは、前記ファラデー回転子側の端部に、前記グレーデッドインデックスファイバに接合させるコアレスファイバを備えてなることを特徴とする。 Furthermore, the optical fiber includes a coreless fiber that is bonded to the graded index fiber at an end of the Faraday rotator side.
以上、本発明によれば、光ファイバと、該光ファイバからの出射光を反射させた反射光を前記光ファイバに入射する反射ミラーと、前記反射ミラーと前記光ファイバとの間に、前記出射光および前記反射光の偏光面を回転させるファラデー回転子とを備えたファラデー回転ミラーであって、前記反射ミラーは、前記ファラデー回転子と対向する反射部と、該反射部の後方に、球状部と、を有することにより、前記球状部で前記反射ミラーの角度の微調整が可能となるため、反射部付近での光のけられを抑制し、光ファイバに導入される光の損失を低減できるとともに、高反射減衰量となるように反射ミラーを配置することができる。 As described above, according to the present invention, the optical fiber, the reflection mirror that reflects the light emitted from the optical fiber, is incident on the optical fiber, and the output mirror is interposed between the reflection mirror and the optical fiber. A Faraday rotator mirror including a Faraday rotator that rotates a plane of polarization of the reflected light and the reflected light, wherein the reflection mirror includes a reflecting portion facing the Faraday rotator, and a spherical portion behind the reflecting portion. Since it becomes possible to finely adjust the angle of the reflection mirror at the spherical portion, it is possible to suppress the scatter of light near the reflection portion and reduce the loss of light introduced into the optical fiber. At the same time, the reflection mirror can be arranged so as to have a high return loss.
また、前記反射ミラーが、該反射ミラーの球状部と当接するミラーホルダにて保持されていることにより、球状部全体でミラーホルダに接触するため、反射ミラーを安定した状態で固定することができる。 In addition, since the reflection mirror is held by the mirror holder that contacts the spherical portion of the reflection mirror, the entire spherical portion contacts the mirror holder, so that the reflection mirror can be fixed in a stable state. .
また、前記ミラーホルダの貫通孔の内径が、前記ファラデー回転子側から後方に向かって、漸次大きくなっていることにより、このテーパー部と前記反射ミラーの球状部とを当接させれば、前記反射ミラーの回転角度を大きくできるため、作業性よく前記反射ミラーを配置できる。 In addition, since the inner diameter of the through hole of the mirror holder gradually increases from the Faraday rotator side toward the rear, if the tapered portion and the spherical portion of the reflecting mirror are brought into contact with each other, Since the rotation angle of the reflection mirror can be increased, the reflection mirror can be arranged with good workability.
さらに、前記反射ミラーの反射部は、ガラスから成る基体の表面に誘電体膜を形成されてなることにより、反射部の反射率を高めることができ、その結果、低損失なファラデー回転ミラーを構成できる。 Further, the reflection part of the reflection mirror is formed by forming a dielectric film on the surface of the substrate made of glass, so that the reflectance of the reflection part can be increased, and as a result, a low-loss Faraday rotation mirror is configured. it can.
また、前記反射ミラー反射部は、金属から成る基体の表面に誘電体膜もしくは金属膜を形成することにより、前記反射ミラーの角度を調整後、前記基体と前記ミラーホルダとをレーザ溶接により固定することができるため、作業性が良くなるとともに、安価な部品を使用することができる。 In addition, the reflection mirror reflecting portion forms a dielectric film or a metal film on the surface of the base made of metal, and after adjusting the angle of the reflection mirror, fixes the base and the mirror holder by laser welding. Therefore, workability is improved and inexpensive parts can be used.
また、本発明では、前記反射部を一方の主面に誘電体膜もしくは金属膜が形成され、他方の主面が前記球状部を構成する基体の表面に接着される平板状部材で構成すれば、反射膜を形成する前記主面の平面度を高精度に加工しやすくなることにより容易に高い反射率を有する反射ミラーを作製することができるため、光の損失変動を小さくすることができる。さらに、反射膜を形成した大判平板状部材から使用に適した寸法に切り出すことにより前記平板状部材を作製することができるため、生産性が向上する。 Further, in the present invention, if the reflecting portion is formed of a flat plate-like member in which a dielectric film or a metal film is formed on one main surface, and the other main surface is bonded to the surface of the base constituting the spherical portion. Since the flatness of the main surface forming the reflective film can be easily processed with high accuracy, a reflection mirror having a high reflectance can be easily manufactured, and therefore, the light loss fluctuation can be reduced. Furthermore, since the said flat member can be produced by cutting out to the dimension suitable for use from the large-sized flat member in which the reflecting film was formed, productivity improves.
また、前記平板状部材は、その少なくとも一部が前記基体の表面に設けられた凹部に埋設され、かつ接着剤を介して前記凹部の底面と接着されれば、例えば、樹脂、低融点ガラス、ロウ材等の接着剤を凹部内に配しても接着剤の流れ出しが防止されるとともに、凹部で形成されるメニスカスにより小さい接触面積でも強い接着力を得ることができる。さらに、前記基体に平板状部材を配置する際に凹部形状を目安にすれば容易に位置決めができるとともに、反射膜を形成した平板状部材の主面位置を凹部の深さで調整できるため、ビームウエストの最適位置に前記反射部を配置することが容易になる。 In addition, if the flat plate member is embedded in a recess provided on the surface of the base body and bonded to the bottom surface of the recess via an adhesive, for example, resin, low-melting glass, Even if an adhesive such as a brazing material is disposed in the recess, the adhesive can be prevented from flowing out, and a strong adhesive force can be obtained even with a smaller contact area on the meniscus formed by the recess. Further, when the flat plate member is disposed on the substrate, positioning can be easily performed by using the concave shape as a guide, and the main surface position of the flat plate member on which the reflective film is formed can be adjusted by the depth of the concave portion. It becomes easy to arrange | position the said reflection part in the optimal position of a waist.
さらに、前記光ファイバは、前記ファラデー回転子側の端部が集光機能を有するグレードインデックスファイバであることにより、ファイバ外部にレンズを用いず集光が可能となるため小型のファラデー回転ミラーを構成できる。 Furthermore, the optical fiber is a grade index fiber having a condensing function at the end on the Faraday rotator side, so that it is possible to condense without using a lens outside the fiber, thus forming a small Faraday rotating mirror. it can.
さらに、前記光ファイバは、前記ファラデー回転子側の端部に、前記グレーデッドインデックスファイバに接合させるコアレスファイバを備えてれば、コアレスファイバの長さを調整することで前記光ファイバの出射端からビームウエストまでの距離を高精度に設定可能になり、光学部品の調心位置合わせが容易になる。 Furthermore, if the optical fiber includes a coreless fiber to be bonded to the graded index fiber at the end of the Faraday rotator side, the length of the coreless fiber can be adjusted to adjust the length of the optical fiber from the output end of the optical fiber. The distance to the beam waist can be set with high accuracy, and alignment of optical components is easy.
以下に、本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明のファラデー回転ミラーの実施形態を示す断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a Faraday rotating mirror of the present invention.
ファラデー回転ミラーは、光ファイバ1を有するピグテイル2、そのピグテイル2の端面に接着されるファラデー回転子5、基体7aの表面に光を反射させる反射部7bを備えた反射ミラー7、磁石8、金属スリーブ6、ミラーホルダ9、カバー10等からなる。
The Faraday rotating mirror includes a
光ファイバ1は、シングルモードファイバ1a、グレーデッドインデックスファイバ1bからなる構成でも良く、好ましくは、グレーデッドインデックスファイバ1bの端部にコアレスファイバ1cを有していてもよく、各ファイバ同士は融着により接合している。このとき、コアレスファイバ1cが接合される光ファイバ1の場合は、ファラデー回転子5側にコアレスファイバ1cが配置され、該コアレスファイバ1cとシングルモードファイバ1aの間に、グレーデッドインデックスファイバ1bが介在している。一方、コアレスファイバ1cが接合されない光ファイバ1である場合は、ファラデー回転子5側にグレーデッドインデックスファイバ1bが配置されている。
The
グレーデッドインデックスファイバ1bは、軸対称にほぼ2乗の屈折率分布を備えるものであり、屈折率分布型レンズとして使用することができるため、光の集光機能を有する。そのため、使用波長に対して最適な長さで切断することにより、シングルモードファイバ1aから放出された光線を発散させずに平行光もしくは集光することができ、ファラデー回転ミラーの結合を効率よくすることができる。
The graded
理論上は、グレーデッドインデックスファイバ1bを最適な長さとなるようキャピラリ3の先端部でカットできればコアレスファイバ1cは必要ないが、この最適な長さとなるようにキャピラリ3先端でカットすることは難しく、そのため最適な長さにあらかじめに切断されたグレーデッドインデックスファイバ1bを用意し、その先にコアレスファイバ1cを融着したものをキャピラリ3先端で切断することにより、組み立て時の切断長バラツキによる光の結合効率への影響を低減させている。
Theoretically, the
また、上記したシングルモードファイバ1aは、主としてSiO2からなり、その中心付近にGeO2をドープして屈折率を高めたコアを備えている。また、グレーデッドインデックスファイバ1bは、同じくSiO2からなり、その中心付近にGeO2をドープして屈折率を高めたコアからなるが、中心付近にシングルモードファイバ1aに比べてより多くのGeO2ドープされているため、上記のように軸対称にほぼ2乗の屈折率分布を備える。また、コアレスファイバ1cは、主としてSiO2で形成されている。
The above-described
ピグテイル2は、円筒状のキャピラリ3の貫通孔に光ファイバ1を挿入して固定し、キャピラリ3を円筒状の金属フェルール4に圧入固定する。その後、キャピラリ3の一端を円筒状の金属スリーブ6の貫通孔内に挿入し、さらに、金属スリーブ6に挿入されたキャピラリ3の一端の先端面を光軸方向に対して傾斜するように研磨することにより形成される。
The
さらに、ピグテイル2の端面、即ち、キャピラリ3の先端面を6°以上の角度で斜め研磨すれば、この先端面で反射された光が光ファイバ1の方向に戻らないため、反射減衰量を50dB以上することも可能である。そのため、ファラデー回転子を通過した光は屈折より3°程度傾いて出射するので反射部7bもその光に垂直になるように調整して傾ける。これにより、高反射減衰量でかつ低損失なファラデー回転ミラーが構成される。
Furthermore, if the end face of the
ファラデー回転子5は、ビスマス置換ガーネット結晶等で構成されており、その厚さは入射光の偏波方向が45°回転するように調整されている。また、ファラデー回転子5には光の反射を防止するために反射防止膜を施すことが望ましい。この反射防止膜により、ファラデー回転ミラー100の端面での反射による損失が少なくなり、ファラデー回転ミラー全体の挿入損失を低く抑えられる。反射ミラー7以外での反射は、ファラデー回転ミラーのセンサーとしてのSN比の低下を引き起こすが、この反射防止膜によりSN比が向上する。この反射防止膜は、例えば、SiO2やTiO2等の誘電体多層膜からなる。
The
反射ミラー7は、基体7aの表面の一部に光を反射するための反射部を有している。ここで、基体7aはガラスもしくは金属で作製することが好ましい。これは、基体7aをガラスで作製すると、基体7aによる光の吸収を防止することにより、高い反射効率を得ることができる。さらに、上記ガラスの主成分をSiO2とし、反射部7bをSiO2を含む誘電体膜で形成すれば、基体7aへの反射部7bの密着強度が向上するとともに、99.5%以上の高い反射率が得られるため好ましい。一方、基体7aを金属で作製すると、反射ミラー7の位置決めをした後に、反射ミラー7を保持するミラーホルダ9と基体7aとをレーザ溶接により固定することができ、強固に反射ミラーを固定することができる。そのため、ファラデー回転ミラーに対して外部から生じる力による反射ミラー7の位置ずれを防止できるので、光ファイバに導入する際に生じる光の損失を低減することができる。
The
さらに、基体7aはその外周面に球状部を有していれば反射ミラー7の位置決めの調整が可能となるため、球体はもちろん、半円状、楕円形状、または側面が球状部となっている台形状であってもよく、内部に空洞を有するものであってもよい。また、基体7aは、例えば、鋳造法により作製して研磨等を施すことにより、上記したような所望の形状に仕上げることができる。基体7aが球体であれば、その大きさは、外径φ0.5〜3mmである。
Further, since the positioning of the reflecting
また、基体7aの表面に形成されている反射部7bは、誘電体膜もしくは金属膜で構成することが好ましい。誘電体多層膜の場合は、TiO2とSiO2の組み合わせ、やTa2O5とSiO2の組み合わせを用いることが可能であり、それぞれ反射率は99.5%以上とすることができる。一方、金属膜では、AgやAlを用いることが可能でありAgで98.9%、Alで93.9%の反射率を得ることができる。そして、これらの誘電体多層膜や金属膜は、まず基体の端面を研磨した後、その研磨面に蒸着あるいはスパッタリングによって形成する。
Moreover, it is preferable that the
さらに、誘電体多層膜や金属膜は、後述するように、予め別の平板状のガラスあるいは金属に蒸着あるいはスパッタリングによって形成し、所定の大きさに切断した後、基体7aの表面に接着してもよい。
Further, as will be described later, the dielectric multilayer film and the metal film are formed in advance on another flat glass or metal by vapor deposition or sputtering, cut to a predetermined size, and then adhered to the surface of the
磁石8は、ファラデー回転子を挟み込んで、ファラデー回転子5に光軸と平行な飽和磁界を与えるものであり、その形状はリング型、U字型等で形成される。
The
ミラーホルダ9は、反射ミラー7を保持して固定するものであり、例えば、貫通孔を有する形状であれば、該貫通孔の一端側の内周面で反射ミラー7を保持することができ、一方、他端側の貫通孔の開放端から反射ミラー7を操作する治具を挿入して、ミラーホルダ9に反射ミラー7を接着する前に、反射ミラー7を高精度に位置決めすることができる。
The
ミラーホルダ9の材質は、ミラーホルダをスリーブ6にレーザ溶接で固定する場合は、溶接部の強度劣化の原因となるクラックを避けるため、SUS304あるいはNi−Fe合金が望ましい。また、樹脂等の接合剤で固定する場合は、SUS303あるいはAl等も使用できる。なお、このミラーホルダ9は、切削で加工することができるが、他に金属粉末射出成形でも作製することができる。
When the
本発明の実施形態では、反射ミラー7が、ファラデー回転子5と対向する面に反射部7aを備え、その反射部7bの後方に、球状部を有している。この球状部は、反射ミラー7の基体7aに設けられており、この球状部で反射ミラー7の反射部7bを自在に方向づけすることができるため、反射部7bで反射される光を光ファイバ1に導入する際に生じる光の損失が少ない位置に反射部7bを配置した後に、基体7aを固定することができるので、光の低損失化が実現できる。以下に、反射ミラーの操作方法を詳述する。
In the embodiment of the present invention, the reflecting
図2は、反射ミラー7の位置調整方法を説明する断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method for adjusting the position of the reflecting
本発明の実施形態では、図2(a)に示すように、まず、貫通孔を有するミラーホルダ9の内周面に基体7aの球状部が当接するように配置するとともに、中空チューブ12を用いて基体7aの球状部を吸引して保持する。
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2A, first, the spherical portion of the
次に、中空チューブ12を上下方向等に操作し、光ファイバ1から導出され、ファラデー回転子5を通過し、反射ミラー7の反射部7bで反射される光がファラデー回転子5を通過して光ファイバ1に導入される光において、その光の損失が最も小さくなるように反射ミラー7を動かす。このとき、位置決めをする部分が球状部であるため、微小な角度の位置合わせが可能となり、上記した光の損失が少ない位置となるように、反射ミラー7を配置することができる。このような位置合わせは、効率よく光を光ファイバ1に戻すために必要であり、基体7aの反射部7bの角度、即ち、反射ミラー7の角度を調整することにより、光の反射角度を設定することができる。
Next, the
反射ミラー7の角度を調整した後に、ミラーホルダ9の内周面に接合剤11を塗布して反射ミラー7を固定し、ミラーホルダ9に反射ミラー7を保護するカバーを設けることにより、光の損失を防止可能なファラデー回転ミラー100を作製することができる。
After adjusting the angle of the
また、図2(b)に示すように、柱状体13に基体7aをワックス14等で仮固定し、上記したように反射ミラー7の角度を調整後に接合剤11で固定し、その後、ワックス14を熱処理等により除去してもよい。
Further, as shown in FIG. 2B, the
なお、反射ミラー7とミラーホルダ9との固定は、上述したような接合剤、例えば、モノマー系、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、またはポリエステルアクリレート系からなる紫外線硬化型樹脂や可視光硬化型樹脂を用いてもよいが、レーザ溶接により接合固定してもよい。
Note that the reflecting
さらに、ミラーホルダ9の貫通孔が有する内径は、ファラデー回転子5に対して後方、即ち、カバー10に向かって、漸次大きくなるようなテーパー形状であることが好ましい。これにより、反射ミラー7の基体7aの球状部と上記テーパー部と当接させて反射ミラー7を操作するようにすれば、反射ミラー7の駆動角度が大きくなるため、光の損失を防止するとともに、高反射減衰量となるような角度に位置決めすることが容易になる。
Furthermore, it is preferable that the inner diameter of the through hole of the
ミラーホルダ9の形状は、反射ミラー7の反射部7bの位置調整が可能であれば、その形状は特に限定されるものではない。例えば、図3(a)に示すように、すり鉢状であれば、基体7aの角度を安定して調整でき、固定後もミラーホルダ9の内周面と反射ミラー7の基体7bとが面全体で接しているため信頼性よく固定することが可能となる。また、図3(b)に示すように、円筒状のミラーホルダ9であれば、ミラーホルダ9を容易に、かつ安価に製造することができる。
The shape of the
また、反射ミラー7の反射部7bは、ミラーホルダ9からファラデー回転子5側に向かって突出して保持されていることが好ましい。これにより、ミラーホルダ9の内周面で光のけられを防止することができ、効率よく光ファイバ1に光を導入することができる。
Moreover, it is preferable that the reflecting
また、反射ミラー7は、図4に示すように、反射部7bが平板状部材で構成されており、反射部7bの一方の主面には誘電体膜もしくは金属膜が形成され、他方の主面が球状部を構成する基体7aの表面に接着する形態であることが好ましい。このように、反射部7bが平板状部材で構成されていれば、反射膜を形成する前記主面の平面度を高精度に加工しやすくなることにより容易に高反射率の反射ミラーを製造できるため、光の損失変動を小さくすることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the reflecting
この反射部7bを構成する平板状部材は、以下のようにして作製することができる。まず、厚さが0.2〜0.5mm、数10mm角のガラス、たとえば、BK7からなる平板の一面を鏡面状態に研磨し、該鏡面部に高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜とを所定の厚みで交互に積層させるように蒸着する。次にこの平板を実際に使用するサイズにカットする。この切断には、高精度なダイシングソー装置を用いれば±0.02mmの公差で切り出しが可能である。なお、平板状部材の材質としては、たとえば、ガラス、石英、金属などが使用でき、光の反射面を形成する蒸着膜の材質としては、たとえば、アルミニウムや銀を使うこともできる。
The flat plate member constituting the reflecting
また、この反射部7bを有する平板状部材は、ビームウエスト位置におけるスポットサイズよりも大きければよく、光のケラレを防止する目的で0.3mm角以上が望ましく、またファラデー回転ミラーの小型化の観点からは1mm角以下であれば外径3mm以下の小型なファラデー回転ミラーを作製することができる。
In addition, the flat plate-like member having the reflecting
さらに、反射ミラー7は、基体7bの球状部の後方を平坦面にすれば、たとえば、反射ミラー7を保護するためのカバー(図示なし)の表面が平坦面であれば、反射ミラー7の平坦面とカバーの平坦面とを容易に接着固定することができる。
Further, the reflecting
また、平板状部材で構成される反射部7bは、図5に示すように、基体7aの表面に設けられた凹部16に接着剤15を配し、平板状部材で構成される反射部7bの少なくとも一部が凹部16の底面16aに接着される形態であることが好ましい。その結果、接着剤15の流れ出しが凹部16で防止されるとともに、凹部で形成されるメニスカスにより小さい接触面積でも反射部16を基体7aに対して強固に接着することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the reflecting
平板状部材を接着する凹部の底面16aの大きさは、平板状部材の外周部に50〜500μmの幅で接着剤の回り込みができるくらいが望ましく、たとえば平板状部材が0.5mm角であれば、凹部の底面16aにおける最小の幅は0.8〜1.7mm、平板状部材が1mm角ならば凹部の底面16aにおける最小の幅は1.5〜2.4mmが好適である。
The size of the
なお、接着剤15としては、たとえば、モノマー系、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、またはポリエステルアクリレート系からなる紫外線硬化型樹脂や可視光硬化型樹脂を使うこともできるが、一方で、低融点ガラス、ロウ材などを用いれば、より強固に接合できるため、高い信頼を有するファラデー回転ミラーを得ることができる。 As the adhesive 15, for example, an ultraviolet curable resin or a visible light curable resin made of monomer, epoxy acrylate, urethane acrylate, or polyester acrylate can be used. If a brazing material or the like is used, the Faraday rotating mirror having high reliability can be obtained because it can be joined more firmly.
本発明の実施例として図1に示したファラデー回転ミラーを作製し、光学特性の評価および信頼性試験を行った。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 Faraday rotating mirror shown in FIG. 1 was manufactured, and optical characteristics were evaluated and a reliability test was performed. Each component and configuration will be described below.
ピグテイル2は、SUS304製の外径φ2mmフェルールに外径φ1.25mmのジルコニア製のキャピラリ3を圧入した後、シングルモードファイバ1a、グレーデッドインデックスファイバ1b、コアレスファイバ1cからなる光ファイバ1をキャピラリに挿入後、熱硬化型の接合剤にて固定した。さらに、ピグテイル2の端面を光軸方向の垂直方向に対して6度の角度を有する傾斜面となるように研磨した。
The
光ファイバ1は1550nm用のシングルモードファイバであって、モードフィールド径が8μmのものを用いた。
The
反射ミラー7は、外径φ1.0mmのガラス製球体からなる基体7aの一部の表面を研磨し、その研磨面に誘電体多層膜のSiO2とTiO2を蒸着して反射部7bを形成した。その反射部7bは光反射率99.5%以上であった。
The reflecting
次に、研磨されたピグテイル2の端面にファラデー回転子5を接着した。ファラデー回転子5は、1550nmで入射光の偏波方向が45°回転するように調整され、縦0.5mm、横0.5mm、厚さ約0.4mmビスマス置換ガーネットを用いた。さらに、ファラデー回転子5には、ピグテイル2に対向する表面および反射ミラー7に対向する表面にSiO2とTiO2から成る反射防止膜を施した。
Next, the
磁石8は、外径が2.5mmφのリング型で内部のファラデー回転子5に光軸と平行な飽和磁界を与えるように、ファラデー回転子5と一定の間隙を設けて配置するとともに、フェルール4の端面に接着した。
The
次に、ピグテイル2のファラデー回転子5が接着された一端側をSUS304製のスリーブ6の貫通孔の一端の開放端に挿入しレーザ溶接にて固定し、該貫通孔の他方の開放端に、テーパー状の貫通孔を有するSUS304製のミラーホルダ9を挿入後レーザ溶接にて固定した。そして、ミラーホルダ9の内周面と反射ミラー7の基体7aの球状部が当接するように反射ミラー7をミラーホルダ9の貫通孔内に配置した。
Next, one end side of the
そして、基体7aを中空チューブ12で吸引して保持しながら、反射ミラー7を調心した後に、可視光硬化型の接合剤11で反射ミラー7をミラーホルダ9の貫通孔と接合し、該ミラーホルダ9にSUS304製のカバー10をレーザ溶接してファラデー回転ミラー100を作製した。この本発明の実施例のファラデー回転ミラーについて、光源に各50%に光を分岐する入力側2端子、出力側2端子のカプラの入力側の1端子を接続し、また出力側の1端子にファラデー回転ミラーを接続して入力側の光源に接続していない端子からの光の出力を入力側の1端子に設けたディテクタで測定し、光の挿入損失を測定した。一方、反射減衰量は、プレシジョンリフレクトメータを用いて、反射ミラー以外での反射点の反射量を加算し測定した。その結果、光の挿入損失が0.5dB、反射減衰量55dBの光学特性が得られた。
Then, after the reflecting
これに対し、本発明と同じの材質で作製した図8に示す従来のファラデー回転ミラーでは、ファラデー回転子と反射ミラーとが接合された状態で光学系に配置されたため、反射ミラー7の微調心ができなかったため、光の挿入損失が1.0dB、反射減衰量が28dBであった。以上の結果より、本発明のファラデー回転ミラーは、従来のファラデー回転ミラーに比べて光学特性が良好なものであった。 On the other hand, in the conventional Faraday rotating mirror shown in FIG. 8 made of the same material as that of the present invention, the Faraday rotator and the reflecting mirror are arranged in the optical system in a joined state. Therefore, the optical insertion loss was 1.0 dB, and the return loss was 28 dB. From the above results, the Faraday rotating mirror of the present invention has better optical characteristics than the conventional Faraday rotating mirror.
1・・・光ファイバ
1a・・・シングルモードファイバ
1b・・・グレーデッドインデックスファイバ
1c・・・コアレスファイバ
2・・・ピグテイル
3・・・キャピラリ
4・・・フェルール
5・・・ファラデー回転子
6・・・スリーブ
7・・・反射ミラー
7a・・・基体
7b・・・反射部
8・・・磁石
9・・・ミラーホルダ
10・・・カバー
11・・・接合剤
12・・・中空チューブ
13・・・柱状体
14・・・ワックス
15・・・接着剤
16・・・凹部
16a・・・底面
20、26、30、100・・・ファラデー回転ミラー
21・・・光ファイバ
22・・・結合用レンズ
23・・・磁石
24・・・ファラデー回転子
25・・・全反射ミラー
27・・・光学素子ブロック
31・・・コア拡大ファイバ
31a・・・コア
31b・・・クラッド
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記反射ミラーは、前記ファラデー回転子と対向する反射部と、該反射部を後方から支持する球状部と、を有することを特徴とするファラデー回転ミラー。 An optical fiber, a reflection mirror that causes reflected light reflected from the light emitted from the optical fiber to enter the optical fiber, and a polarization plane of the emitted light and the reflected light between the reflection mirror and the optical fiber A Faraday rotating mirror having a Faraday rotator for rotating
The reflection mirror includes a reflection portion facing the Faraday rotator, and a spherical portion that supports the reflection portion from the rear.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005344092A JP2007004110A (en) | 2005-05-27 | 2005-11-29 | Faraday rotating mirror |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005156384 | 2005-05-27 | ||
JP2005344092A JP2007004110A (en) | 2005-05-27 | 2005-11-29 | Faraday rotating mirror |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007004110A true JP2007004110A (en) | 2007-01-11 |
Family
ID=37689760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005344092A Pending JP2007004110A (en) | 2005-05-27 | 2005-11-29 | Faraday rotating mirror |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007004110A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106772916A (en) * | 2016-12-14 | 2017-05-31 | 上海伟钊光学科技股份有限公司 | Miniature Faraday speculum |
-
2005
- 2005-11-29 JP JP2005344092A patent/JP2007004110A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106772916A (en) * | 2016-12-14 | 2017-05-31 | 上海伟钊光学科技股份有限公司 | Miniature Faraday speculum |
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