JP2008003189A - 光ファイバ一体型光アイソレータ - Google Patents

Abstract

【課題】安価で充分な反射減衰量が得られる光ファイバ一体型光アイソレータを提供する。
【解決手段】光ファイバ端面に光アイソレータが接合された構造を有する光ファイバ一体型光アイソレータであって、上記光アイソレータは、光ファイバ１側から反射型偏光子３、ファラデー回転子４、吸収型偏光子５の順に一体化されており、かつ、光ファイバを内挿したキャピラリ２端面が、光ファイバの光軸に垂直な面から６度以上８度以下傾斜していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信に適用される半導体レーザへの戻り光対策に用いられる光アイソレータに関するものである。

光通信に用いられる光モジュールとしては、光信号を送信するためのＬＤ（レーザダイオード）モジュールや、光信号を受信するためのＰＤ（フォトダイオード）モジュールが知られている。電気信号は光信号に変換されてＬＤモジュールから発せられ、光ファイバを通りＰＤモジュールで受信され、電気信号に変換される。

大容量の光信号を長距離伝送する場合には、ＬＤとして分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）が使用される。このＤＦＢレーザは発振スペクトル幅が狭く、分散特性が優れているという特徴を持つが、反射による戻り光に敏感で、光ファイバの端面や、その他界面からの反射光が戻ると特性が不安定になるという欠点がある。

そこで、反射光がＤＦＢレーザに戻ることを防ぐために光アイソレータが用いられている。光アイソレータは、一方向に光を通すが反対方向には光を通さない性質を持っており、レーザの発振部と光ファイバの間に置くことにより光ファイバから戻ってくる反射光がレーザ発振部に戻ることを防いでいる。

そして、この光アイソレータに対し要求される項目は、小型化、高信頼性、低コスト化であり、これ等要求を実現するため、光ファイバ端面に光アイソレータが接合された構造を有する光ファイバ一体型光アイソレータが提案されている（特開平１０−１３３１４６号公報参照）。

ところで、上記光ファイバ一体型光アイソレータにおいては、光アイソレータの光ファイバ端面に接合する側の偏光子（以下、光ファイバ側偏光子と称する場合がある）として吸収型偏光子が用いられており、反射型偏光子を用いている例は無い。上記光ファイバ側偏光子として反射型偏光子が適用された場合、光ファイバ側から戻ってきた光が、反射型偏光子で反射されて再度光ファイバに結合してしまうため、充分な反射減衰量が得られないと信じられていたからであった。

しかしながら、光ファイバ側偏光子に上記吸収型偏光子を用いた場合であっても、反射減衰量が悪化する場合がある。光ファイバ側から戻ってきた光が、吸収型偏光子中の金属粒子により散乱され、再度光ファイバに結合する場合があるからである。

この問題を解決するため、光ファイバ側偏光子と光ファイバ端面との間に透明な光透過板を配置し、これにより散乱源である偏光子中の金属粒子と光ファイバ端面の距離を拡大させて散乱光が光ファイバに結合し難くする方法（特開２００６−１１０１９号公報参照）や、吸収型偏光子の両面に存在する金属粒子層の内、光ファイバに近い側の金属粒子層を研磨により除去し、これにより金属粒子と光ファイバ端面の距離を拡大させて散乱光が光ファイバに結合し難くする方法（特開２００６−１１３３６０号公報参照）等が提案されている。
特開平１０−１３３１４６号公報 特開２００６−１１０１９号公報 特開２００６−１１３３６０号公報

しかし、特許文献２に記載の方法は、部品点数が増えると共に、光透過板が配置される分、光アイソレータの光ファイバ端面からの距離が増大するため、必要とされる光アイソレータのサイズが大きくなり、製造コストが高くなるという問題を有していた。また、特許文献３に記載の方法は、偏光子を研磨する工程が増えると共に、偏光子の一方の面の金属粒子層を研磨してしまうため、偏光子自身の消光比が劣化するという問題があった。

本発明の課題とするところは、このような問題を発生させることなく安価で充分な反射減衰量が得られる光ファイバ一体型光アイソレータを提供することにある。

そこで、上記課題を解決するため、本発明者は、図２に示す反射減衰量評価装置を用い、光ファイバから出射されかつ光ファイバ側偏光子で反射された光が上記光ファイバにどの程度再結合するかについて測定を試みると共に、光ファイバ側偏光子の種類を変えて各種実験を繰り返したところ、光ファイバ側から反射型偏光子、ファラデー回転子、吸収型偏光子の順に一体化させた光アイソレータを適用し、かつ、光ファイバが内挿されたキャピラリ端面の傾斜角を所定範囲に設定した場合、上述した従来の問題を発生させることなく安価で充分な反射減衰量が得られる光ファイバ一体型光アイソレータを提供できることを見出すに至った。本発明はこのような技術的検討を経て完成されている。

すなわち、請求項１に係る発明は、
光ファイバ端面に光アイソレータが接合された構造を有する光ファイバ一体型光アイソレータを前提とし、
上記光アイソレータは、光ファイバ側から反射型偏光子、ファラデー回転子、吸収型偏光子の順に一体化されており、かつ、光ファイバを内挿したキャピラリ端面が、光ファイバの光軸に垂直な面から６度以上８度以下傾斜していることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、
請求項１記載の発明に係る光ファイバ一体型光アイソレータを前提とし、
上記反射型偏光子が、フォトニック結晶から成ることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
上記反射型偏光子が、ワイヤーグリッド型偏光子であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバ一体型光アイソレータによれば、
光ファイバを内挿したキャピラリ端面を光ファイバの光軸に垂直な面から６度以上８度以下傾斜させ、このキャピラリ端面に、光ファイバ側から反射型偏光子、ファラデー回転子、吸収型偏光子の順に一体化された光アイソレータが接合された構造になっているため、良好な反射減衰量を有し、安価でかつ高信頼性の小型の光ファイバ一体型光アイソレータを提供することが可能となる。

以下、本発明者によりなされた上記実験方法を具体的に説明し、合わせて本発明の実施の形態について詳細に説明する。

まず、光ファイバから出射されかつ光ファイバ側偏光子で反射された光が上記光ファイバにどの程度再結合するかを測定する反射減衰量評価装置の概略構成図を図２に示す。尚、図３は、図２における破線部の拡大図である。

図２の反射減衰量評価装置において、リフラクトメータ９から出た光は、光ファイバ１０を通ってその端面から出射した後、第１レンズ１１で平行光となり、吸収型偏光子１２を経て直線偏光になる。この光を第２レンズ１３で集光し、ゴニオメータ１５に取り付けられた特性を評価したい被評価偏光子１４に入射する。尚、図２の反射減衰量評価装置において、被評価偏光子１４は第２レンズ１３の焦点に配置されている。

また、被評価偏光子１４で反射された光は、図３に示すように、第２レンズ１３、吸収型偏光子１２を経て、第１レンズ１１で集光されて光ファイバ１０の端面に戻る。この場合、被評価偏光子１４のあおり角度θ（図３参照）をゴニオメータ１５で変化させると、反射光は、図３に示すように入射光に対して角度２θで反射する。そして、この反射減衰量評価装置においては、入射光に対し角度２θで反射した反射光が角度２θで光ファイバ１０端面に入射する様に被評価偏光子１４とゴニオメータ１５の位置を調整している。

そして、被評価偏光子１４に代えて通常の無反射コートが施されていないガラス板を置くと、あおり角度θが０度の場合、反射光は約４％であるので、反射減衰量は−１４ｄＢ程度になる。ガラス板のあおり角度θを大きくしていくと、光ファイバ１０端面への反射光の結合率が低下していくため、反射減衰量も低下していく。図４のグラフ図にあおり角度θと反射減衰量との関係を示す。図４のグラフ図から、ガラス板のあおり角度θを大きくしていくと反射減衰量が低下していくことが確認される。

次に、被評価偏光子１４として無反射コートが施された吸収型偏光子を配置したときの測定結果を図５に示す。図５のグラフ図から、被評価偏光子１４の透過偏光軸に平行な直線偏光を入射したとき、あおり角度θが０度の場合には被評価偏光子１４の無反射コートから−３０ｄＢ程度のわずかな反射が観測されるが、あおり角度θを増やしていくと光ファイバ１０端面への結合が減少し、図４のグラフ図に示すガラス板の場合と同様に反射減衰量が減少する様子が観測される。一方、被評価偏光子１４の透過偏光軸に垂直な直線偏光を入射した場合には、あおり角度θに関係なく−３０ｄＢから−４０ｄＢの反射減衰量であることが確認される。これは、被評価偏光子１４として配置された吸収型偏光子の金属粒子が、透過偏光軸に垂直な直線偏光である入射光に対して散乱光を発生させているためであり、これが特許文献２および３で問題視された反射減衰量劣化の原因である。

ところが、被評価偏光子１４として無反射コートが施された反射型偏光子を配置し、反射減衰量を観測したところ、図６のグラフ図に示すように被評価偏光子１４の透過偏光軸に垂直な直線偏光を入射した場合、あおり角度θが０度では、入射光はほぼ減衰することなしに光ファイバ１０端面に再結合しているが、あおり角度θを大きくしていくにつれ、反射減衰量が急激に小さくなることが分かった。

このような確認試験から、光ファイバ一体型光アイソレータにおいて、光ファイバ側から反射型偏光子、ファラデー回転子、吸収型偏光子の順に一体化された光アイソレータを適用し、かつ、光ファイバが内挿されたキャピラリ端面の傾斜角を所定範囲に設定した場合、上述した従来の問題を発生させることなく安価で充分な反射減衰量が得られる光ファイバ一体型光アイソレータを提供できることを見出すに至った。

すなわち、本発明の光ファイバ一体型光アイソレータは、光アイソレータが光ファイバ端面に接合され、かつ、上記光アイソレータは光ファイバ側から反射型偏光子、ファラデー回転子、吸収型偏光子の順に一体化されていると共に、光ファイバを内挿したキャピラリ端面が、光ファイバの光軸に垂直な面から６度以上８度以下傾斜していることを特徴とする。

上記キャピラリ端面の傾斜角度が６度未満であると、反射型偏光子の透過偏光軸に垂直な直線偏光が光ファイバ側から戻ってきたときに反射型偏光子で反射され、再度光ファイバに結合してしまうため実施例で示すように充分な反射減衰量が得られなくなる。

また、キャピラリ端面の上記傾斜角度が８度を上回ると、ＬＤから出射された光を光ファイバに結合させる際の損失が大きくなるため、従来の一般的な光ファイバ一体型光アイソレータと同様、８度以下にすることを要する。

次に、本発明において適用される反射型偏光子としては、フォトニック結晶を用いた偏光子あるいはワイヤーグリッド型偏光子のどちらでも使用することができる。尚、図６のグラフ図において、あおり角度が１０度を超えた領域に現れている小さな副ピークは高次の回折による反射光の一例である。従って、反射型偏光子の作成精度が悪いと、この高次の回折による反射光のピークが高くなり、所望の反射減衰量が得られなくなるため、高次の回折による反射光が−４０ｄB以下の反射型偏光子を用いるのが望ましい。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

まず、実施例１に係る光ファイバ一体型光アイソレータは、図１に示すようにフェルール７と、このフェルール７内に嵌入されかつ光ファイバ１が装着されたキャピラリ２と、キャピラリ２の端面に接合された光アイソレータ素子と、フェルール７の開放端側に取り付けられた永久磁石６とでその主要部が構成されている。

具体的にはステンレス製のフェルール７内に、光ファイバ１を軸心に装着かつ保持するジルコニアのキャピラリ２をその両端面が露出されるように嵌入し保持すると共に、キャピラリ２の端面に対して反射型偏光子３、ファラデー回転子４、吸収型偏光子５から成る光アイソレータ素子が直接に貼り付けられ、その周囲に永久磁石６を配置したレセプタクル型の構造となっている。尚、図１中、符号８は割りスリーブを示している。

また、上記光アイソレータ素子において、反射型偏光子３にナノオプト社製ワイヤーグリッド型偏光子が適用され、吸収型偏光子５にポーラコア（コーニング社製：登録商標）が適用されていると共に、両偏光子３、５により磁性ガーネット厚膜から成るファラデー回転子４を挟み込み、かつ、接着剤で一体化されている。

そして、上記キャピラリ２の端面が、光ファイバの光軸に垂直な面から２、４、６、８度傾斜したものをそれぞれ準備し、かつ、キャピラリ２の端面に対し光アイソレータ素子の反射型偏光子３を接着して光ファイバ一体型光アイソレータをそれぞれ作製した。

尚、図３に示す被評価偏光子１４のあおり角度θと、図１に示す光ファイバ１が内挿されたキャピラリ２端面の角度φとの関係は以下の通りである。

ｎ＝ｓｉｎ２θ／ｓｉｎ２φ
（但し、ｎ：光ファイバコアの屈折率、θ：あおり角度、φ：キャピラリ端面角度）
そして、各光ファイバ一体型光アイソレータの光ファイバ側から光を入射し、反射減衰量をそれぞれ測定した。この結果を図７に示す。

図７のグラフ図から、キャピラリ端面の角度が増加するにつれて反射減衰量は減少し、キャピラリ端面の角度が６度以上では−５０ｄＢ以下の反射減衰量が得られることが確認された。光ファイバ側偏光子として吸収型偏光子が適用されかつキャピラリ端面の角度が６度以上である光ファイバ一体型光アイソレータの反射減衰量が−３５ｄＢ程度であることから、実施例１に係る光ファイバ一体型光アイソレータではその反射減衰量が大幅に改善されていることが分かった。

本発明に係る光ファイバ一体型光アイソレータによれば、その反射減衰量が大幅に改善され、安価かつ小型で高信頼性を具備するため、光通信用光アイソレータとして広範に利用される可能性を有している。

本発明の実施例１に係る光ファイバ一体型光アイソレータの構成断面図。 反射減衰量評価装置の概略構成図。 図２における破線部の拡大図。 被評価偏光子１４に代えて無反射コートが施されていないガラス板を配置したときのあおり角度（度）と反射減衰量（ｄＢ）との関係を示すグラフ図。 被評価偏光子１４として無反射コートが施された吸収型偏光子を配置したときのあおり角度（度）と反射減衰量（ｄＢ）との関係を示すグラフ図。 被評価偏光子１４として無反射コートが施された反射型偏光子を配置したときのあおり角度（度）と反射減衰量（ｄＢ）との関係を示すグラフ図。 実施例１に係る光ファイバ一体型光アイソレータのキャピラリ端面角度（度）と反射減衰量（ｄＢ）との関係を示すグラフ図。

符号の説明

１ 光ファイバ
２ キャピラリ
３ 反射型偏光子
４ ファラデー回転子
５ 吸収型偏光子
６ 永久磁石
７ フェルール
８ 割りスリーブ
９ リフラクトメータ
１０ 光ファイバ
１１ 第１レンズ
１２ 吸収型偏光子
１３ 第２レンズ
１４ 被評価偏光子
１５ ゴニオメータ
１６ 光ファイバからの出射光
１７ 被評価偏光子からの反射光

Claims (3)

1. 光ファイバ端面に光アイソレータが接合された構造を有する光ファイバ一体型光アイソレータにおいて、
   上記光アイソレータは、光ファイバ側から反射型偏光子、ファラデー回転子、吸収型偏光子の順に一体化されており、かつ、光ファイバを内挿したキャピラリ端面が、光ファイバの光軸に垂直な面から６度以上８度以下傾斜していることを特徴とする光ファイバ一体型光アイソレータ。
2. 上記反射型偏光子が、フォトニック結晶から成ることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ一体型光アイソレータ。
3. 上記反射型偏光子が、ワイヤーグリッド型偏光子であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ一体型光アイソレータ。

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