JP2015064407A

JP2015064407A - 円筒状の光アイソレータ

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Publication number: JP2015064407A
Application number: JP2013196685A
Authority: JP
Inventors: 聡明渡辺; Toshiaki Watanabe
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: JP5991759B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、光通信や光計測等で用いられる低コストで簡易に製造が可能な小型で円筒状の光アイソレータを提供することである。【解決手段】本発明は、一定の内・外径を有する円筒状磁石と、少なくとも１枚以上のファラデー回転子と少なくとも２枚以上の偏光子を接着した一定のチップ対角を有する光アイソレータチップと、一定の内・外径を有する円筒状部品とで構成される円筒状の光アイソレータであって、円筒状部品の外径を円筒状磁石の内径以下に設定し、アイソレータチップ対角を円筒状部品の外径以下でかつ内径より大きく設定すると共に、円筒状部品の片端にアイソレータチップを接着し、円筒状部品の外周と円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信や光計測等で用いられる小型で円筒状の光アイソレータに関する。

光通信や光計測では、半導体レーザから出た光が、伝送路途中に設けられた部材表面からの反射光が半導体レーザに戻ってくると、この反射戻り光は、レーザ発信光を不安定にする雑音の大きな発生原因となるので、このような反射戻り光を遮断するために、偏光面を非相反で回転させるファラデー回転子を用いた光アイソレータが使用されている。

このような光アイソレータには、図８に示すように、光軸線上に沿って入射光の偏波面にその偏波面が一致する第一の偏光子１の後方に、入射光の偏波面を４５°回転せしめるファラデー回転子２が配設されており、また、その後方には第一の偏光子１に対して４５°傾いた偏波面を有する第二の偏光子３が配設されている。さらに、永久磁石４がファラデー回転子２を磁気飽和させるように配設されている。

このような構成の光アイソレータでは、光源から出射された入射光は、第一の偏光子１を通過した後、ファラデー回転子２によってその偏波面が４５°回転せしめられ、第二の偏光子３を通過して出射光として光アイソレータを通過する。一方、入射光とは逆の方向に進む反射戻り光は、第二の偏光子３に対して偏波面の一致した成分のみがこれを通過し、ファラデー回転子２でさらに４５°回転せしめられるため、その偏波面は第一の偏光子１の偏波面に対して合計９０°回転したことになる。そのため、この反射戻り光は第一の偏光子１で遮断され、光源側には戻れないので、光アイソレータとしての機能が果たされることになる。

特許文献１には、半導体レーザーモジュールの小型化に好適な、長さの短い小型の光アイソレータが記載されている。この光アイソレータは、図８に示すように、第一の偏光子１、ファラデー回転子２、第二の偏光子３を一体化してホルダ５の側面に固定すると共に、永久磁石４をも直接そのホルダ５に固定することで、光アイソレータの小型化を実現したものである。

しかし、上記特許文献１の光アイソレータでは、ホルダの個数を一つに減らし、また外ケースを省くことで小型化と低コスト化を図っているが、永久磁石４とアイソレータチップがホルダ５の側面に外付けにそれぞれ取付けられているために、磁石の軸心方向の長さが長くなり、半導体モジュールの一層の小型化を図る上で不十分であるという問題がある。

また、光アイソレータのコストは、用いられるファラデー回転子、偏光子等光学部品の光学面積に大きく依存するため、低コスト化を図るためにはその面積の縮小化が望まれている。一方で、半導体レーザーモジュ−ルの小型化に伴い光アイソレータ外形の小型化も図らなければならないという問題がある。

特開平８−６２５３６号公報

本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意検討を行ったところ、永久磁石の形状を円筒状とすると共に、その円筒状磁石の内部にホルダとアイソレータチップを挿入固定すれば、磁石の軸心方向の長さが短縮化されると共に、光学系と磁石の全体構造がコンパクト化されるために、従来の光アイソレータの一層の小型化が可能であることを見出し、本発明に至ったものである。

そこで、本発明の目的は、光通信や光計測等で用いられる小型で簡易に製造が可能な円筒状の光アイソレータを提供することである。

すなわち、本発明は、一定の内・外径を有する円筒状磁石と、少なくとも１枚以上のファラデー回転子と少なくとも２枚以上の偏光子を接着した一定のチップ対角を有する光アイソレータチップと、一定の内・外径を有する円筒状部品とで構成される円筒状の光アイソレータであって、円筒状部品の外径を円筒状磁石の内径以下に設定し、アイソレータチップ対角を円筒状部品の外径以下でかつ内径より大きく設定すると共に、円筒状部品の片端にアイソレータチップを接着し、円筒状部品の外周と円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とするものである。

また、本発明は、円筒状部品の外径を円筒状磁石の内径以下に設定し、アイソレータチップ対角を円筒状部品の内径より小さく設定すると共に、円筒状部品の内周にアイソレータチップを接着し、円筒状部品の外周と円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とするものである。

さらに、本発明は、ホルダとしての円筒状部品に代えて、一定の外径を有する透明な円板状部品又は四角形、八角形などの多角形部品を用いることもできる。その場合、円板状部品の外径又は多角形部品の対角を円筒状磁石の内径以下に設定し、アイソレータチップ対角を円板状部品の外径又は多角形部品の対角より小さく設定すると共に、円板状部品又は多角形部品の片端にアイソレータチップを接着し、円板状部品又は多角形部品の外周と円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とするものである。

本発明によれば、磁石と光学系全体の構造がコンパクトで一層小型化された円筒状の光アイソレータを低コストで簡易に製造することができる。

実施例１の光アイソレータを示す概要図である。図１の磁石中心軸１１０上の磁場強度分布を示すグラフである。実施例２の光アイソレータを示す概要図である。図４（ａ）は、図３の光アイソレータをA方向から見た正面図であり、図４（ｂ）、（ｃ）は、円板状ガラス部品に代えて、多角形状の部品を用いた場合の正面図である。実施例３の光アイソレータを示す概要図である。図６（ａ）は、光ファイバを固定するレセプタクルと呼ばれる部品の概要図であり、図６（ｂ）は、ホルダを凸状に突出させた光アイソレータを示す概要図である。図７（ａ）、（ｂ）は、光ファイバを固定するレセプタクルと呼ばれる部品に光アイソレータを固定した状態を示す概要図である。従来の光アイソレータを示す概要図である。

次に、本発明の一実施形態について、図面に基づいて具体的に説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

本発明は、円筒状磁石の内部にアイソレータチップが接着固定されたホルダを挿入固定することで、磁石と光学系全体の構造をコンパクト化して光アイソレータの一層の小型化を実現したものである。ホルダの形状は、円筒状又は円板状が好ましいが、四角形、八角形などの多角形でもよい。ホルダが円筒状部品である場合は、円筒状磁石の内周をガイドとして、円筒状部品を挿入固定することで円筒状の光アイソレータを作成することができる。そして、この場合の固定には、磁石の磁場を利用して磁石中央部にファラデー回転子中央部が配置するようにしてもよい。また、予め円筒状部品を円筒状磁石中に固定し、その後にアイソレータチップを挿入固定してもよい。

円筒状磁石の外径に対して光透過の有効領域を大きくする場合は、アイソレータチップ形状を大きくする必要があり、その場合はアイソレータチップをホルダである円筒状部品の端部に接着する。一方、円筒状磁石の外径に対して光透過の有効領域が小さい場合は、アイソレータチップ形状も小さくすることができる。その場合は円筒状部品の内壁に予めアイソレータチップを挿入固定し、その後に円筒状磁石へ挿入することで中心位置への配置を容易に行うことができる。磁石の内壁へ円筒状部品を接合・固定した後にアイソレータチップを挿入固定してもよい。

図１は、本発明の実施例１の光アイソレータを示す概要図である。この光アイソレータでは、図１に示すように、円筒状ガラス部品１０５の外径は、円筒状磁石１０４の内径以下であり、アイソレータチップ対角は、円筒状ガラス部品１０５の外径以下で、かつその内径より大きく設定されている。そして、円筒状磁石１０４の内部にホルダとしての円筒状ガラス部品１０５が挿入固定されると共に、この円筒状ガラス部品１０５の片端に偏光子１０１，１０３とファラデー回転子１０２から成るアイソレータチップが接着固定されている。

図２は、図１の磁石中心軸１１０上の磁場強度分布を示すグラフであり、磁石片端部０から磁石長さ方向ｔに向かって、縦軸方向に磁石の相対磁場強度Ｍを示すものである。この図２によれば、非磁性材の円筒状ガラス部品１０５と強磁性体のファラデー回転子１０２とを円筒状磁石１０４を着磁した状態で組み立てる場合、ファラデー回転子が磁力で中央部（ｔ／２位置）に導かれるため、磁石の磁場中心ｔ／２にファラデー回転子の中心位置１２０を容易に固定することができる。

また、図３は、本発明の実施例２の光アイソレータを示す概要図であり、ホルダとして円筒状部品に代えて透光性の円板状部品２０５を用いている。この実施例２では、円板状部品２０５の外径は、円筒状磁石２０４の内径以下であり、アイソレータチップ対角は、円板状部品２０５の外径より小さく設定されている。そして、円板状部品２０５の片端にアイソレータチップが接着されていると共に、前記円板状部品２０５の外周と円筒状磁石２０４の内周が接合固定されている。

図４（ａ）は、透光性の円板状部品２０５を用いた場合の光アイソレータであり、図３のA方向から見た正面図である。本発明では、円板状部品２０５に代えて、四角形又は八角形などの多角形部品を用いることができる。この場合、多角形部品の対角は、円筒状磁石の内径以下に設定され、アイソレータチップ対角は、多角形部品の対角より小さく設定されている。図４（ｂ）、（ｃ）は、円板状部品に代えて四角形又は八角形部品を用いた場合の正面図である。
なお、本発明では、アイソレータチップ及び多角形の大きさを「対角」で定義している。この「対角」は、多角形の外接円の直径を対角として求めることができる。

さらに、図５は、本発明の実施例３の光アイソレータを示す概要図であり、ホルダとして円筒状ガラス部品３０５を用いている。この実施例３では、図５に示すように、円筒状ガラス部品３０５の外径は、円筒状磁石３０４の内径以下であり、アイソレータチップ対角は、円筒状ガラス部品３０５の内径より小さく設定されており、円筒状ガラス部品３０５の内周にアイソレータチップが挿入接着されていると共に、円筒状ガラス部品３０５の外周と円筒状磁石３０４の内周が接合固定されている。

この円筒状ガラス部品３０５を円筒状磁石３０４に挿入固定する場合、予め円筒状磁石３０４を着磁し、偏光子３０１、３０３とファラデー回転子３０２から成るアイソレータチップを接着固定した円筒状ガラス部品３０５を磁場でアイソレータチップが吸引されるように、円筒状磁石３０４の内部に挿入すれば、図２に示すように、磁場がピークとなる中心位置にファラデー回転子３０２の厚み方向中心位置を精度良く接合し固定することができる。

次に、図６（ａ）は、光ファイバ７０１を固定するためのレセプタクルと呼ばれる部品の概要図である。光ファイバ固定用のスタブ７０２は、通常、φ1.25又はφ2.50mm寸法径のものが用いられ、金属筐体７０３に固定されている。また、図６（ｂ）は、偏光子４０１、４０３とファラデー回転子４０２から成るアイソレータチップを接着固定したホルダ４０５を円筒状磁石４０４の端部から凸状に突出させて挿入・固定した光アイソレータを示す概要図である。

図６（ｂ）のように、円筒状部品のホルダ４０５を端部から凸状に突出させて設けると、この凸部をレセプタクルに嵌め込みながら、ホルダ４０５の位置を容易に調整して接着固定することができる。そして、この場合、スタブ７０２がφ1.25mm寸法のときは、円筒状部品のホルダ４０５の外径（AOD）を1.25mm以下の近い寸法に、また、φ2.50mmのときは2.50mm以下の近い寸法にそれぞれ設定すればよい。

図７（ａ）、（ｂ）は、光ファイバを固定するレセプタクルと呼ばれる部品８１０、８２０に光アイソレータ８０１、８０２をそれぞれ固定した状態を示す概要図である。図７（ａ）の場合は、円筒状磁石の外径をスタブの外径（φ1.25mm又はφ2.50mm）より小さくして、スタブ表面に光アイソレータ８０１を接着固定した状態を示すものである。また、図７（ｂ）の場合は、円筒状磁石の外径（外周）をガイドとして、光アイソレータ８０２をスタブ固定用金属筺体の内壁に沿って挿入した状態を示すものである。この場合でも、光アイソレータ８０２の円筒状磁石の外径は、スタブ固定用金属筺体の内径Φ1.25mm以下又はΦ2.50mm以下の近い寸法とすればよい。

本発明で使用する円筒状磁石の寸法は、外径がφ1.20〜3.50mm、内径がφ0.60〜2.50mm、長さLが0.6〜1.5mm程度である。具体的には、レセプタクルのスタブ外径がφ1.25mmの場合は、磁石外径がφ1.20〜2.50mm、内径がφ0.60〜1.40mm、長さL が0.8〜1.5mm程度の寸法品を使用するのが好ましく、また、スタブ外径がφ2.50mmの場合は、磁石外径がφ1.50〜3.50mm、内径がφ1.0〜2.5mm、長さLが0.8〜1.5mm程度の寸法品を使用するのが好ましい。

本発明では、アイソレータチップのホルダ部品として、円筒状部品、円板状部品又は多角形部品を用いることができるが、これら形状のホルダ部品を円筒状磁石の内部に磁石端部から凸状に突出させるように固定すると、レセプタクル端部でスタブが金属筐体より引き込んでいる場合に、この凸部が光アイソレータを取り付ける際のガイドとなるので組み立てが容易となる。

以下、本発明の実施例１乃至実施例３について具体的に説明するが、これらの実施例は、いずれも1550nmの光アイソレータの作成例である。

<実施例１>
実施例１では、予め11mm□、0.2mm厚みの偏光ガラス２枚と0.4mm厚みの45度ファラデー回転子を２枚の偏光ガラスの相対角度が45度となるようにエポキシ接着剤で接着固定し、その後、0.6mm□に切断加工して、偏光子１０１、１０３とファラデー回転子１０２から成るアイソレータチップを作成した。

偏光子１０１、１０３は、コーニング社製偏光ガラスのポラコア(コーニング社の商標)を用い、この偏光子には、片側対空気のARコート（無反射コート）、片側対エポキシ接着剤のARコートを施した。ファラデー回転子１０２は、Bi置換希土類鉄ガーネットであり、その両側には対エポキシ接着剤のARコートを施した。

また、外径φ1.25mm、内径φ0.45mm、長さ0.3mmの円筒状ガラス部品１０５は、線膨張係数６×１０^−６／℃の偏光ガラス管を0.3mmに切断することで作成した。その後、この円筒状ガラス部品１０５の中央部に、0.6mm□に切断したアイソレータチップをUV接着剤で接着固定した。

次に、円筒状ガラス部品１０５をその外壁が外径φ2.0mm、内径φ1.28mm、長さ1.5mmのSmCo製円筒状磁石１０４（未着磁状態）の内壁に沿うように挿入した。その後、エポキシ接着剤で接着固定すると共に、円筒状磁石１０４を着磁して磁石の機能を付与することで、図１に示す光アイソレータを作成した。

また、予めSmCo製円筒状磁石１０４を着磁し、アイソレータチップが固定された円筒状ガラス部品１０５を磁場でアイソレータチップが吸引されるように円筒状磁石１０４に挿入固定してもよい。この場合でも、磁石磁場がピークとなる中心位置にファラデー回転子１０２の厚み方向中心位置を精度良く接合し固定することができた。

このようにして作成した光アイソレータは、外径φ2.0mm、有効径φ0.45mmであり、順方向挿入損失0.18dB、逆方向挿入損失45dBの特性を有することができた。

<実施例２>
図３に示す実施例２では、実施例１と同様にして、偏光子２０１、２０３とファラデー回転子２０２から成るアイソレータチップを作成し、その後、切断加工で0.5mm□寸法のアイソレータチップを作成した。

偏光子２０１、２０３は、実施例１と同様のポラコア(コーニング社の商標)を用い、この偏光子の１枚には片側対空気のARコート（無反射コート）を、片側対エポキシ接着剤のARコートを施し、もう1枚には両面対エポキシ接着剤のARコートを施した。ファラデー回転子２０２は、実施例１と同様のBi置換希土類鉄ガーネットであり、両側には対エポキシ接着剤のARコートを施した。

実施例２では、実施例１の円筒状ガラス部品１０５に代えて、外径φ1.25mm、長さ0.4mmの透光性円板ガラス部品２０５を用いた。この透光性円板状ガラス部品２０５は、線膨張係数６×１０^−６／℃の透光性ガラスを円板状に切断することで作成し、この透光性円板状ガラス部品２０５の片側には対空気のARコートを、もう一方には対接着剤のARコートをそれぞれ施した。その後、対接着剤ARコートを施した面の中央部に、0.5mm□に切断したアイソレータチップをUV接着剤で接着固定した。

次に、外径φ2.0mm、内径φ1.28mm、長さ1.5mmのSmCo製円筒状磁石２０４（未着磁）の内壁に円板状ガラス部品２０５の外壁が沿うように挿入し、エポキシ接着剤で接着固定した。その後、着磁し磁石の機能を付与することで図３に示す光アイソレータを作成した。

また、予めSmCo製円筒状磁石２０４を着磁し、その後にアイソレータチップが固定された円板状ガラス部品２０５を磁石磁場でアイソレータチップが吸引されるように挿入固定してもよい。この場合でも、実施例１の場合と同様に、磁石磁場がピークとなる中心位置にファラデー回転子２０２の厚み方向中心位置を精度良く接合固定することができた。

このようにして作成した光アイソレータは、外径φ2.0mm、有効径φ0.50mmであり、順方向挿入損失0.20dB、逆方向挿入損失43dBの特性を有することができた。

なお、実施例２では、透光性の円板状部品を用いたが、円板形状に限る訳ではなく、図４に示すように、四角形又は八角形等の多角形部品でその対角外周壁を利用して同様に接合固定してもよい。多角形部品の場合、透光性の平板状ガラスを切断加工して容易に作成することができるので好ましい。

<実施例３>
図５に示す実施例３でも、偏光子３０１、３０３とファラデー回転子３０２から成るアイソレータチップを作成し、その後、実施例２と同じく切断加工で0.5mm□寸法のアイソレータチップを作成した。偏光子３０１、３０３も、同様にポラコア(コーニング社の商標)を用い、その偏光子には、片側対空気のARコート（無反射コート）を、片側対エポキシ接着剤のARコートをそれぞれ施した。ファラデー回転子３０２は、実施例１と同様のBi置換希土類鉄ガーネットであり、両側には対エポキシ接着剤のARコートを施した。

また、外径φ1.25mm、内径φ0.74mm、長さ0.7mmの円筒状ガラス部品３０５は、線膨張係数６×１０^−６／℃の偏光ガラス管を0.7mm に切断することで作成した。その後、この円筒状ガラス部品３０５の中央部に、0.5mm□に切断したアイソレータチップを挿入し、UV接着剤で接着固定した。

次に、この円筒状ガラス部品３０５をその外壁が外径φ2.0mm、内径φ1.28mm、長さ1.5mmのSmCo製円筒状磁石３０４（未着磁状態）の内壁に沿うように挿入し、エポキシ接着剤で接着固定した。その後、着磁して磁石の機能を付与することで図５に示す光アイソレータを作成した。

また、予めSmCo製円筒状磁石３０４を着磁し、アイソレータチップが固定された円筒状ガラス部品３０５を磁石磁場でアイソータチップが吸引されるように円筒状磁石３０４に挿入固定してもよい。この場合でも、磁場がピークとなる中心位置にファラデー回転子３０２の厚み方向中心位置を精度良く接合し固定することができた。

このようにして作成した光アイソレータは、外径φ2.0mm、有効径φ0.50mmであり、順方向挿入損失0.18dB、逆方向挿入損失38dBの特性を有していた。

なお、実施例３では、円筒状ガラス部品３０５を用いたが、ガラス以外のアルミ、SUS、真鍮等の金属でも構わない。また磁性金属を用いると、ファラデー回転子と同様に磁石内部へ磁力を利用して挿入することもできるので好ましい。この場合は、磁性金属とファラデー回転子の配置関係で内部固定位置が変動することになる。

またアイソレータチップと円筒状ガラス部品３０５をファラデー回転子３０２の位置で接合固定する場合は、ファラデー回転子３０２と円筒状ガラス部品３０５の線膨張係数を合わせるか、又はその値に近づけることで接合時の歪を低減することができるので、その光学特性は、順方向挿入損失0.18dB、逆方向挿入損失46dBと改善することができた。

１、３、１０１、１０３、２０１、２０３、３０１、３０３、４０１、４０３偏光子
２、１０２、２０２、３０２、４０２ファラデー回転子
４、１０４、２０４、３０４、４０４永久磁石
５、１０５、２０５、３０５、４０５ホルダ
１０５、３０５円筒状ガラス部品
１１０磁石中心軸
１２０ファラデー回転子中心位置
７０１光ファイバ
７０２光ファイバ固定用スタブ
７０３スタブ固定用金属筐体
８０１、８０２光アイソレータ
８１０、８２０レセプタクル

Claims

一定の内・外径を有する円筒状磁石と、少なくとも１枚以上のファラデー回転子と少なくとも２枚以上の偏光子を接着した一定のチップ対角を有する光アイソレータチップと、一定の内・外径を有する円筒状部品とで構成される円筒状の光アイソレータであって、前記円筒状部品の外径を前記円筒状磁石の内径以下に設定し、前記チップ対角を前記円筒状部品の外径以下でかつ内径より大きく設定すると共に、前記円筒状部品の片端に前記アイソレータチップを接着し、前記円筒状部品の外周と前記円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とする円筒状の光アイソレータ。
一定の内・外径を有する円筒状磁石と、少なくとも１枚以上のファラデー回転子と少なくとも２枚以上の偏光子を接着した一定のチップ対角を有する光アイソレータチップと、一定の内・外径を有する円筒状部品とで構成される円筒状の光アイソレータであって、前記円筒状部品の外径を前記円筒状磁石の内径以下に設定し、前記チップ対角を前記円筒状部品の内径より小さく設定すると共に、前記円筒状部品の内周に前記アイソレータチップを接着し、前記円筒状部品の外周と前記円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とする円筒状の光アイソレータ。
一定の内・外径を有する円筒状磁石と、少なくとも１枚以上のファラデー回転子と少なくとも２枚以上の偏光子を接着した一定のチップ対角を有する光アイソレータチップと、一定の外径を有する透明な円板状部品とで構成される円筒状の光アイソレータであって、前記円板状部品の外径を前記円筒状磁石の内径以下に設定し、前記チップ対角を前記円板状部品の外径より小さく設定すると共に、前記円板状部品の片端にアイソレータチップを接着し、前記円板状部品の外周と前記円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とする円筒状の光アイソレータ。
一定の内・外径を有する円筒状磁石と、少なくとも１枚以上のファラデー回転子と少なくとも２枚以上の偏光子を接着した一定のチップ対角を有する光アイソレータチップと、一定の対角を有する透明な多角形部品とで構成される円筒状の光アイソレータであって、前記多角形部品の対角を前記円筒状磁石の内径以下に設定し、前記チップ対角を前記多角形部品の対角より小さく設定すると共に、前記多角形部品の片端にアイソレータチップを接着し、前記多角形部品の外周と前記円筒状磁石の内周を接合固定していることを特徴とする円筒状の光アイソレータ。