JP2018084743A - Optical isolator and optical transmission device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光伝送装置の一要素として用いられる光アイソレータに係り、特に、低価格で偏光無依存型に有効な光アイソレータ及びこれを用いた光伝送装置の改良に関する。 The present invention relates to an optical isolator used as an element of an optical transmission device, and more particularly to an optical isolator effective at low cost and in a polarization-independent type and an improvement of an optical transmission device using the same.
光アイソレータは、例えば高速長距離伝送用のレーザ光源に用いられるものであり、レーザ光源から出た光が光ファイバに導かれる順方向の損失が1dB以下と小さく、光ファイバからレーザ光源に導かれる逆方向の損失が20dB以上と大きい特徴を持っている。このような特性を実現するために、光アイソレータには、少なくとも一枚の偏光子とファラデー回転子が不可欠であるが、特に高い逆方向損失が要求される場合には、少なくとも二枚の偏光子と二枚のファラデー回転子が必要になる。通信部品用の偏光子とファラデー回転子は何れも高価な光学部品であり、近年の通信部品市場からの厳しい価格低減要求にこたえるためにはより一層の価格低減が求められている。 The optical isolator is used for, for example, a laser light source for high-speed long-distance transmission, and the forward loss in which light emitted from the laser light source is guided to the optical fiber is as small as 1 dB or less, and is guided from the optical fiber to the laser light source. The loss in the reverse direction is as large as 20 dB or more. In order to realize such characteristics, at least one polarizer and a Faraday rotator are indispensable for an optical isolator, but at least two polarizers are required particularly when high reverse loss is required. And two Faraday rotators are required. Both the polarizer and the Faraday rotator for communication components are expensive optical components, and further price reduction is required to meet the severe price reduction demand from the communication component market in recent years.
現在標準的に使用されている偏光子はガラスであるが、光信号の中経や増幅器に使用される光アイソレータには、偏光無依存型が求められる。通常の偏光無依存型光アイソレータは、例えば複屈折結晶を楔形に加工した偏光子二枚とファラデー回転子一枚とで構成される。ところが、このような光アイソレータは、一つ一つの光学部品を個別の金属ホルダに固定して、相互の回転方向を調整して組み立てる必要があり、通信用アイソレータに比べ高価なものとなる。 The polarizer currently used as a standard at present is glass, but a polarization-independent type is required for an optical isolator used in the middle of an optical signal or an amplifier. A typical polarization-independent optical isolator includes, for example, two polarizers obtained by processing a birefringent crystal into a wedge shape and one Faraday rotator. However, such an optical isolator needs to be assembled by fixing individual optical components to individual metal holders and adjusting their mutual rotation directions, and is more expensive than a communication isolator.
また、偏光無依存型光アイソレータとしては、エルビウムドープファイバアンプ(EDFA)のような増幅器に使われる他に、半導体光増幅器用に求められることがある。この場合は、コスト的に一層安価なものが求められると同時に、実装密度の高い製品が必要となる。 In addition, the polarization-independent optical isolator is sometimes used for a semiconductor optical amplifier in addition to being used for an amplifier such as an erbium-doped fiber amplifier (EDFA). In this case, a lower cost product is required, and at the same time, a product with a high mounting density is required.
このような用途に有用な光アイソレータとしては、例えば特許文献1に示されるように、少なくとも二枚の複屈折結晶板の間に一枚のファラデー回転子、一枚の半波長板を並列配置したものが既に知られている。 As an optical isolator useful for such an application, for example, as shown in Patent Document 1, there is one in which one Faraday rotator and one half-wave plate are arranged in parallel between at least two birefringent crystal plates. Already known.
ところで、この種の光アイソレータは、例えば光学部品として集光レンズと光ファイバとの間に設置され、例えば半導体増幅器が構築されることになるが、このとき、反射戻り光が半導体増幅器に戻らないようにするためには光アイソレータの各素子自体の反射を有効に抑える必要が生ずる。例えば光ファイバに集光する集光ビームが開口0.1、広がり角度6度であると仮定すると、光アイソレータの各要素(各素子)は広がり角度6度以上に傾斜させることが通例行われる。
ところが、利得の高い半導体増幅器を組み立てるには、僅かな反射が動作特性を損なう懸念もあり、光アイソレータの各要素は更に大きな傾斜角で傾斜させることが必要であることが判明した。
そこで、光アイソレータの各素子を6度よりも大きい傾斜角、例えば8度で傾斜させたところ、使用波長λの光に対してピークアイソレーション値(アイソレーション値の最大値に相当)が変化してしまい、動作が不安定になる現象が見られた。
By the way, this type of optical isolator is installed as an optical component between a condensing lens and an optical fiber, for example, and a semiconductor amplifier is constructed. At this time, reflected return light does not return to the semiconductor amplifier. In order to do so, it is necessary to effectively suppress reflection of each element of the optical isolator. For example, if it is assumed that the focused beam focused on the optical fiber has an aperture of 0.1 and a spread angle of 6 degrees, each element (each element) of the optical isolator is usually tilted to a spread angle of 6 degrees or more. .
However, in order to assemble a semiconductor amplifier with high gain, it has been found that there is a concern that slight reflection may impair the operating characteristics, and it is necessary to tilt each element of the optical isolator with a larger tilt angle.
Therefore, when each element of the optical isolator is inclined at an inclination angle larger than 6 degrees, for example, 8 degrees, the peak isolation value (corresponding to the maximum value of the isolation value) changes with respect to the light having the wavelength λ used. The phenomenon that operation became unstable was seen.
本発明が解決しようとする技術的課題は、光アイソレータの各要素が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置される態様において、安定的な動作特性を維持することにある。 A technical problem to be solved by the present invention is to maintain stable operation characteristics in an aspect in which each element of an optical isolator is inclined with respect to a reference plane orthogonal to the incident direction of light.
本発明者らは、光アイソレータの各要素(対構成の複屈折結晶板、ファラデー回転子、半波長板)を順次傾斜配置したときの光線状態の変化を調査したところ、以下のような結果が判明した。
先ず、複屈折結晶板はビームシフタとして機能するものであるから、傾斜配置によってビームのシフト量が僅かに変化することが予想されるものの、実験的には検出不能なレベルであり、かつ、光の切替えに伴う消光比の低下は全く見出せなかった。
次に、ファラデー回転子を傾斜配置し、ファラデー回転子の傾斜角度の依存性を調べたところ、傾斜角度に対する有意な変化や、光の切替えに伴う消光比の低下は見出せなかった。
最後に、半波長板を傾斜配置させて光の切替えに伴う消光比を測定したところ、傾斜角度が大きくなるにつれて消光比が低下する現象が見られた。また、消光比の波長依存性を調べると、傾斜角度が大きくなるにつれ、最大消光比が得られる波長が長くなる傾向が確認された。
ここに、使用する波長において、半波長板が狙い通りに機能しないことが特性劣化の原因であることが判明した。つまり、半波長板を斜めに透過する光線は、実質的光路長が半波長板の実際の厚さ寸法よりも長い距離を透過することになり、その分、出射光線の消光比が低下するということである。
本発明者らは、前述した問題を解消するために、半波長板を斜めに透過する光線の実質的な光路長を正しく見積もって半波長板の厚さを選定することに着目し、本発明を案出するに至った。
The present inventors investigated the change in the light beam state when the respective elements of the optical isolator (the birefringent crystal plate, the Faraday rotator, and the half-wave plate) of the pair configuration are sequentially inclined, and the following results were obtained. found.
First, since the birefringent crystal plate functions as a beam shifter, the shift amount of the beam is expected to change slightly depending on the tilted arrangement, but it is at an undetectable level experimentally, and No reduction in extinction ratio due to switching was found.
Next, when the Faraday rotator was arranged in an inclined manner and the dependency of the Faraday rotator on the tilt angle was examined, no significant change with respect to the tilt angle or a decrease in the extinction ratio due to light switching was found.
Finally, when the extinction ratio accompanying the switching of light was measured with the half-wave plate inclined, a phenomenon in which the extinction ratio decreased as the inclination angle increased was observed. Further, when examining the wavelength dependence of the extinction ratio, it was confirmed that the wavelength at which the maximum extinction ratio is obtained becomes longer as the tilt angle becomes larger.
Here, it has been found that the cause of the characteristic deterioration is that the half-wave plate does not function as intended at the wavelength used. In other words, the light beam obliquely transmitted through the half-wave plate transmits a distance whose substantial optical path length is longer than the actual thickness dimension of the half-wave plate, and accordingly, the extinction ratio of the emitted light beam is reduced accordingly. That is.
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention focused on selecting the thickness of the half-wave plate by correctly estimating the substantial optical path length of the light beam obliquely transmitted through the half-wave plate. It came to devise.
本発明の第1の技術的特徴は、無偏光状態の光が順方向に対して入射され、常光と異常光との複数の偏光に分かれる第1の複屈折結晶と、前記第1の複屈折結晶から順方向に離れて配設される第2の複屈折結晶と、第1、第2の複屈折結晶間に配設され、第1の複屈折結晶を通過した複数の偏光が順方向に対して所定方向に45度回転させられると共に、逆方向から入射された複数の偏光が順方向とは反対方向に45度回転させられるファラデー回転子と、第1、第2の複屈折結晶間に配設され、複数の偏光が光の進行方向に対して同方向に45度回転させられる半波長板と、を備え、前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に対して直交配置される条件で、使用波長λの光に対して最大アイソレーション値をとるときの半波長板の厚さをT0とした場合、前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置された条件では、前記半波長板を通過する実質的光路長をT0に合わせるように前記半波長板の厚さTを調整することを特徴とする光アイソレータである。 The first technical feature of the present invention is that a first birefringent crystal in which non-polarized light is incident in the forward direction and is divided into a plurality of polarized lights of ordinary light and extraordinary light, and the first birefringence A plurality of polarized light beams arranged between the second birefringent crystal and the first and second birefringent crystals arranged away from the crystal in the forward direction and passing through the first birefringent crystal are in the forward direction. On the other hand, between the first and second birefringent crystals, the plurality of polarized lights incident from the opposite direction are rotated by 45 degrees in the predetermined direction and rotated by 45 degrees in the direction opposite to the forward direction. A half-wave plate in which a plurality of polarized lights are rotated by 45 degrees in the same direction with respect to the traveling direction of light, and an incident surface of the half-wave plate is disposed orthogonal to the incident direction of the light. The half-wave plate thickness when taking the maximum isolation value for the light of the wavelength λ used If it is zero, the incident surface of the half-wave plate is arranged obliquely conditions with respect to the reference plane perpendicular to the incident direction of the light, so to match the substantial optical path length that passes through the half-wave plate to T 0 And adjusting the thickness T of the half-wave plate.
本発明の第2の技術的特徴は、第1の技術的特徴を備えた光アイソレータにおいて、前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜角θで傾斜配置された条件では、前記半波長板の空気に対する相対屈折率をn、前記半波長板の屈折角をαとすると、前記半波長板の厚さTは、
T=T0×cosα (式1)
但し、sinα=sinθ/n
によって選定することを特徴とする光アイソレータである。
本発明の第3の技術的特徴は、第1の技術的特徴を備えた光アイソレータにおいて、前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置された条件では、前記半波長板の空気に対する相対屈折率をn、光アイソレータの入射法線面に対する光の入射角をΘとすれば、前記半波長板の厚さTは、
T=T0×√(1−sin2Θ/n2) (式2)
によって選定することを特徴とする光アイソレータである。
本発明の第4の技術的特徴は、第1乃至第3の技術的特徴のいずれかを備えた光アイソレータにおいて、前記半波長板の前記基準面に対する傾斜角θは6度を超える角度であることを特徴とする光アイソレータである。
According to a second technical feature of the present invention, in the optical isolator having the first technical feature, an incident surface of the half-wave plate is inclined at an inclination angle θ with respect to a reference surface orthogonal to the incident direction of the light. Under the arranged condition, when the relative refractive index of the half-wave plate with respect to air is n and the refraction angle of the half-wave plate is α, the thickness T of the half-wave plate is
T = T 0 × cos α (Formula 1)
However, sin α = sin θ / n
The optical isolator is selected according to the above.
According to a third technical feature of the present invention, in the optical isolator having the first technical feature, the incident surface of the half-wave plate is inclined with respect to a reference surface orthogonal to the incident direction of the light. Then, if the relative refractive index of the half-wave plate with respect to air is n, and the incident angle of light with respect to the incident normal surface of the optical isolator is Θ, the thickness T of the half-wave plate is
T = T 0 × √ (1-sin 2 Θ / n 2 ) (Formula 2)
The optical isolator is selected according to the above.
According to a fourth technical feature of the present invention, in the optical isolator having any one of the first to third technical features, an inclination angle θ of the half-wave plate with respect to the reference plane is an angle exceeding 6 degrees. This is an optical isolator.
本発明の第5の技術的特徴は、第1乃至第3の技術的特徴のいずれかを備えた光アイソレータと、前記光アイソレータの第1の複屈折結晶に対して無偏光状態の光を入射する入射側の光学部品と、前記光アイソレータの第2の複屈折結晶から同一の光路で出射された光を受け入れる出射側の光学部品と、を備えたことを特徴とする光伝送装置である。 A fifth technical feature of the present invention is that an optical isolator having any one of the first to third technical features and non-polarized light is incident on the first birefringent crystal of the optical isolator. An optical transmission device comprising: an incident-side optical component; and an emission-side optical component that receives light emitted from the second birefringent crystal of the optical isolator in the same optical path.
本発明の第1の技術的特徴によれば、光アイソレータの各要素が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置される態様において、安定的な動作特性を維持することができる。
本発明の第2の技術的特徴によれば、安定的な動作特性を維持する上で、半波長板の屈折率、傾斜姿勢から半波長板の厚さを簡単に選定することができる。
本発明の第3の技術的特徴によれば、安定的な動作特性を維持する上で、半波長板の屈折率、光アイソレータへの光の入射角度から半波長板の厚さを簡単に選定することができる。
本発明の第4の技術的特徴によれば、光アイソレータの各要素の傾斜角を大きくし、より安定的な動作特性を維持することができる。
本発明の第5の技術的特徴によれば、光アイソレータの各要素が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置される態様において、安定的な動作特性を維持することが可能な光アイソレータを含む光伝送装置を提供することができる。
According to the first technical feature of the present invention, stable operation characteristics can be maintained in an aspect in which each element of the optical isolator is inclined with respect to a reference plane perpendicular to the incident direction of light.
According to the second technical feature of the present invention, it is possible to easily select the thickness of the half-wave plate from the refractive index and the inclined posture of the half-wave plate in order to maintain stable operation characteristics.
According to the third technical feature of the present invention, the thickness of the half-wave plate can be easily selected from the refractive index of the half-wave plate and the incident angle of light to the optical isolator in order to maintain stable operating characteristics. can do.
According to the fourth technical feature of the present invention, the tilt angle of each element of the optical isolator can be increased, and more stable operation characteristics can be maintained.
According to the fifth technical feature of the present invention, stable operation characteristics can be maintained in an aspect in which each element of the optical isolator is inclined with respect to a reference plane perpendicular to the incident direction of light. An optical transmission device including an optical isolator can be provided.
◎実施の形態の概要
図1(a)は本発明が適用される光アイソレータが組み込まれた光伝送装置の実施の形態の概要を示す。
同図において、光アイソレータ5は、無偏光状態の光が順方向に対して入射され、常光と異常光との複数の偏光Bm(本例ではBm1,Bm2)に分かれる第1の複屈折結晶1と、第1の複屈折結晶1から順方向に離れて配設される第2の複屈折結晶2と、第1、第2の複屈折結晶1,2間に配設され、第1の複屈折結晶1を通過した複数の偏光Bmが順方向に対して所定方向に45度回転させられると共に、逆方向から入射された複数の偏光Bm(本例ではBm3,Bm4)が順方向とは反対方向に45度回転させられるファラデー回転子3と、第1、第2の複屈折結晶1,2間に配設され、複数の偏光Bmが光の進行方向に対して同方向に45度回転させられる半波長板4と、を備えている。
そして、本例では、光伝送装置として、前述した光アイソレータ5と、光アイソレータ5の第1の複屈折結晶1に対して無偏光状態の光を入射する入射側の光学部品7と、光アイソレータ5の第2の複屈折結晶2から同一の光路で出射された光を受け入れる出射側の光学部品8と、を備えたものが示されている。
ここで、光学部品7,8としては、半導体レーザ、集光レンズ、光ファイバ等適宜選定して差し支えない。
Outline of Embodiment FIG. 1A shows an outline of an embodiment of an optical transmission apparatus incorporating an optical isolator to which the present invention is applied.
In the figure, the
In this example, as the optical transmission device, the
Here, as the optical components 7 and 8, a semiconductor laser, a condensing lens, an optical fiber, or the like may be appropriately selected.
このような技術的手段において、第1、第2の複屈折結晶1,2は互いに直交する直線偏光成分で屈折率が異なり、光線が二つに分離するもので、方解石を始め適宜選定可能である。
また、ファラデー回転子3、半波長板4の配列順は光の入射方向に対して任意である。
ここで、本例における光アイソレータ5の動作原理について簡単に説明する。
図1(a)において、光アイソレータ5はビームシフタとして機能する二枚の複屈折結晶1,2を含み、いずれも例えば紙面右肩上がりの光学軸を有している。
図1(a)中、無偏光の順方向の光線が右側から光アイソレータ5に入射したと仮定すると、垂直方向(ここでは水平方向に対して垂直な鉛直方向に相当)に振動する成分である異常光成分(図1(a)中点線で示すBm2に相当)が第1の複屈折結晶1を通過するときにビームシフトを起こす。この異常光成分は、ファラデー回転子3で時計回り方向に45度回転し、半波長板4の結晶軸に対して例えば22.5度の偏角を有するものと仮定する。このとき、半波長板4が入射光線の波長に対して適切な厚さに調整されていれば、半波長板4に入射した光は更に時計回りに45度回転し、半波長板4を透過した光の偏光方向は水平方向に振動する。そして、水平方向の光が第2の複屈折結晶2に入射すると、これは常光成分となり、ビームシフトを起こさないで第2の複屈折結晶2を透過する。
In such technical means, the first and second
Further, the arrangement order of the
Here, the operation principle of the
In FIG. 1A, an
In FIG. 1A, assuming that a non-polarized forward light beam is incident on the
また、図中右側から光アイソレータ5に入射する無偏光の順方向の光線のうち水平方向に振動する成分は、第1の複屈折結晶1に対して常光成分(図1(a)中実線で示すBm1に相当)であり、第1の複屈折結晶1に対してはビームシフトを起こさないで透過し、ファラデー回転子3で時計回り方向に45度回転すると、半波長板4の結晶軸に対して67.5度の偏角を有するものとなる。この状態において、半波長板4が入射光線の波長に対して適切な厚さに調整されていれば、半波長板4を透過した光の偏光方向は垂直方向に振動する。そして、垂直方向に振動した光が第2の複屈折結晶2を入射すると、これは異常光成分となり、ビームシフトを起こして第2の複屈折結晶2を透過することになる。
このように、ファラデー回転子3と半波長板4が理想的に機能すれば、図1(a)中右側から入射した垂直偏波も水平偏波も、第1の複屈折結晶1か、第2の複屈折結晶2のいずれかで同じようにビームシフトを引き起こす。その結果、入射光線が光アイソレータ5の全素子を透過した時、全成分が同一の光路を進行することになる。
In addition, the component that oscillates in the horizontal direction among the non-polarized forward light rays incident on the
As described above, if the
また、同じ光路を逆方向に伝搬する光線を考えると、図1(a)中、第2の複屈折結晶2に対して逆方向の左側から垂直に振動する成分と水平に振動する成分の経路を分析することになる。
ここで、垂直方向の振動は異常光成分(図1(a)中二点鎖線で示すBm4に相当)であり、第2の複屈折結晶2でビームシフトを起こす。これが半波長板4に入射すると半波長板4の結晶軸とは67.5度の偏角を持つ。したがって、半波長板4を透過した後の光の偏光方向は−45度の方位となる。この偏波に対してファラデー回転子3はさらに反時計回りに45度の回転を与えるため、ファラデー回転子3を透過した後の光の偏光方向は垂直方向である。このため、第1の複屈折結晶1に左側から入射した光線が垂直方向の振動である時、これは異常光成分であるので、第1の複屈折結晶1を透過した光線は、更にビームシフトを起こす。つまり、光アイソレータ5に逆方向から入射した光の異常光成分(Bm4)は、二度のビームシフトを経て出射されることになる。
Considering light rays propagating in the opposite direction on the same optical path, in FIG. 1A, a path of a component that oscillates vertically and a component that oscillates horizontally from the left side of the second
Here, the vibration in the vertical direction is an extraordinary light component (corresponding to Bm 4 indicated by a two-dot chain line in FIG. 1A), and causes a beam shift in the second
一方、水平方向の振動である常光成分(図1(a)中一点鎖線で示すBm3に相当)は、第2の複屈折結晶2でも第1の複屈折結晶1でもビームシフトを起こさずに、半波長板4で時計回りに45度回転し、かつ、ファラデー回転子3で反時計回りに45度回転して透過する。
このようにして、光アイソレータ5に逆方向から入射した光線は、第1、第2の複屈折結晶1,2のいずれでもビームシフトを起こし、あるいは、いずれでもビームシフトを起こさずに、半波長板4、ファラデー回転子3を通過するときに光の偏光方向を元に戻した状態で透過することから、順方向から入射した光線の位置から反れた位置から出射される。つまり、逆方向に進行する光の全成分が、正しく180度回転、あるいは、回転しても結局元の状態に戻るようになっていれば、光アイソレータ5は正しく機能すると言える。
On the other hand, an ordinary light component (corresponding to Bm 3 shown by a one-dot chain line in FIG. 1A) that is a horizontal vibration does not cause a beam shift in the second
In this way, the light beam incident on the
更に、この種の光アイソレータ5にあっては、反射戻り光の存在が動作特性を損なう懸念があるため、図1(b)に示すように、光アイソレータ5の各要素を、各要素の入射面が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜角θで傾斜配置する態様が多く採用されている。
ここで、光アイソレータ5の各要素の傾斜角θは適宜選定して差し支えないが、反射戻り光の影響をより少なく抑える上で前述した傾斜角θを大きく設定しようとすると、アイソレーションの値が変化してしまい、光アイソレータ5の動作が却って不安定になる現象が見られた。
前述したように、本発明者らは、この要因について検討した結果、半波長板4に入射する光の実質的光路長に着目し、図1(b)に示すように、半波長板4の入射面が光の入射方向に対して直交配置される条件で、使用波長λの光に対して最大アイソレーション値をとるときの半波長板4の厚さをT0とした場合、図1(c)に示すように、半波長板4の入射面が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置された条件では、半波長板4を通過する実質的光路長LをT0に合わせるように半波長板4の厚さTを調整するようにしたものである。
Further, in this type of
Here, the inclination angle θ of each element of the
As described above, as a result of studying this factor, the present inventors focused on the substantial optical path length of the light incident on the half-
次に、本実施の形態に係る光アイソレータの代表的態様又は好ましい態様について説明する。
ここで、半波長板4の厚さの具体的選定手法の第1の手法としては、図1(c)に示すように、半波長板4の入射面が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜角θで傾斜配置された条件では、半波長板4の空気に対する相対屈折率をn、半波長板4の屈折角をαとすると、半波長板4の厚さTは、
T=T0×cosα (式1)
但し、sinα=sinθ/n
によって選定する手法が挙げられる。
本手法は、半波長板4の傾斜姿勢から実質的光路長Lを算出したものであり、実質的光路長Lが半波長板4の屈折角αに依存すると考えられ、前述した屈折角αが傾斜角θ及び空気に対する相対屈折率nにて一義的に決まることに基づく。
Next, a typical aspect or a preferable aspect of the optical isolator according to the present embodiment will be described.
Here, as a first method for specifically selecting the thickness of the half-
T = T 0 × cos α (Formula 1)
However, sin α = sin θ / n
The method of selecting by is mentioned.
In this method, the substantial optical path length L is calculated from the inclined posture of the half-
また、半波長板4の厚さの具体的選定手法の第2の手法としては、図1(c)に示すように、半波長板4の入射面が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置された条件では、半波長板4の空気に対する相対屈折率をn、光アイソレータ5の入射面法線に対する光の入射角をΘとすれば、半波長板4の厚さTは、
T=T0×√(1−sin2Θ/n2) (式2)
によって選定する手法が挙げられる。
本例は、半波長板4の相対屈折率n、光アイソレータ5の入射面法線に対する光の入射角Θから半波長板4の実質的光路長Lを算出したものであるから、仮に、光アイソレータ5の各要素が水平面に直交する鉛直面に対して傾斜配置されていない態様であったとしても、光アイソレータ5の入射面法線に対する光の入射角Θが0でない態様では、この光の入射角Θを利用することで半波長板4の実質的光路長Lを算出することで、半波長板4の厚さTを割り出すことが可能である。
このように、半波長板4は、反射戻り光の影響をより低減させるという観点からすると、その入射面が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜角θ(あるいは入射角Θ)で傾斜配置される態様であればよく、その傾斜角θ(あるいは入射角Θ)は6度を超えるものが好ましい。
In addition, as a second method for specifically selecting the thickness of the half-
T = T 0 × √ (1-sin 2 Θ / n 2 ) (Formula 2)
The method of selecting by is mentioned.
In this example, the substantial optical path length L of the half-
Thus, from the viewpoint of further reducing the influence of the reflected return light, the half-
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態1
図2は実施の形態1に係る光アイソレータの全体構成を示す説明図である。
同図において、光アイソレータ20は、図示外の光伝送装置に組み込まれるものであって、図示外の筒状磁極が組み込まれた筒状ホルダ21を有し、この筒状ホルダ21内の空間部には、無偏光状態の光が順方向に入射され、常光と異常光の複数の偏光成分に分かれるビームシフタとして機能する第1の複屈折結晶22と、光の順方向に対して第1の複屈折結晶22の下流側に配設され、順方向あるいは逆方向に透過する偏光成分を予め決められた方向、例えば時計回りに45度回転させる半波長板23と、半波長板23を透過した順方向の複数の偏光成分を予め決められた方向、例えば時計回りに45度回転させ、一方、逆方向から入射される偏光成分を反時計回りに45度回転させるファラデー回転子24と、光の順方向に対してファラデー回転子24の下流側に配置され、第1の複屈折結晶22と同様にビームシフタとして機能する第2の複屈折結晶25と、を順次配設したものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
Embodiment 1
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the optical isolator according to the first embodiment.
In the figure, an
本例において、光アイソレータ20は、光進行方向をX軸(本例では水平軸に相当)とした場合、筒状ホルダ21及び各要素22〜25の光入射面がX軸に直交するY軸(本例では鉛直軸に相当)に対して傾斜角θ(本例ではθ=6度〜10度)で傾斜配置されている。
更に、本例では、半波長板23の厚さTは、図2及び図3(a)に示すように、半波長板23内を透過する光Bmの実質的光路長Lが予め決められた値T0となるように選定されている。
今、図3(a)に示すように、半波長板23の空気に対する相対屈折率をn、半波長板23の屈折角をαとすると、半波長板23の厚さTは、以下の式1で表される。
T=T0×cosα (式1)
但し、sinα=sinθ/nである。
ここで、但書の式について補足すると、半波長板23の光入射面がY軸に対して傾斜角θで傾斜配置されていることから、本例では、X軸に沿って進行する光Bmの入射角は傾斜角θに相当することになり、相対屈折率nは屈折角αに対する入射角θの正弦比であることに基づく。
In this example, the
Further, in this example, the thickness T of the half-
As shown in FIG. 3A, when the relative refractive index of the half-
T = T 0 × cos α (Formula 1)
However, sin α = sin θ / n.
Here, supplementing the expression of the proviso, the light incident surface of the half-
また、本例では、光アイソレータ20は、筒状ホルダ21及び各要素22〜25の光入射面がY軸に対して傾斜角θで傾斜配置されている態様であるが、例えば光アイソレータ20がY軸に対して傾斜配置されていなくても、図3(b)示すように、光アイソレータ20の入射面法線に対して光Bmの入射方向を傾斜配置するようにすれば、光アイソレータ20を物理的に傾斜配置した態様(図2参照)と実質的に同様な状態を得ることが可能である。
そこで、図3(b)に示す態様において、半波長板23の空気に対する相対屈折率をn、半波長板23の屈折角をβ、光アイソレータ20の入射面法線に対する光Bmの入射角をΘとすれば、半波長板23の厚さTは、以下の式2で表される。
T=T0×√(1−sin2Θ/n2) (式2)
ここで、n=sinΘ/sinβであることから、式2は以下の式2’で表される。
T=T0×√(1−sin2β) (式2’)
尚、図3(b)では、光アイソレータ20がY軸に対して傾斜配置されていない態様を示しているが、例えば光アイソレータ20がY軸に対して傾斜角θで傾斜配置されていたとしても、光アイソレータ20の入射面法線に対する光Bmの入射角Θが傾斜角θと異なる態様にあっては、式2を用いて半波長板23の厚さTを選定するようにすればよい。
Moreover, in this example, the
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 3B, the relative refractive index of the half-
T = T 0 × √ (1-sin 2 Θ / n 2 ) (Formula 2)
Here, since n = sin Θ / sin β,
T = T 0 × √ (1-sin 2 β) (
FIG. 3B shows an aspect in which the
また、前述した式1、式2において用いられるT0は以下のように選定される。
図4(a)に示すように、光アイソレータ20’は、筒状ホルダ21及び各要素22〜25の光入射面がX軸(本例では水平軸に相当)に対して直交配置されている水平配置態様であって、図5に示すように、使用波長λ(nm)に対してアイソレーション値が最大になる波長特性が得られるように、半波長板23の厚さT0を選定するようにすればよい。
このように選定された厚さT0の半波長板23を含む光アイソレータ20’(図4(a)参照)全体を傾斜させ、図4(b)に示すように、筒状ホルダ21及び各要素22〜25の光入射面がY軸に対して傾斜角θで傾斜配置される態様の光アイソレータ20”として使用すると、光進行方向が各要素22〜25の入射面法線に対して傾斜角θで傾斜することになるため、半波長板23を透過する光は屈折することになり、半波長板23を透過する実質的光路長が半波長板23の厚さT0より長くなってしまう。この傾斜配置態様において、波長特性を調べたところ、図5に一点鎖線で示すように、使用波長λ(nm)に対するアイソレーション値が低下する傾向が見られる。
これに対し、本実施の形態における光アイソレータ20(図2参照)において、波長特性を調べたところ、使用波長λ(nm)に対してアイソレーション値が最大になる波長特性が得られることが確認されている。
Further, T 0 used in the above-described
As shown in FIG. 4A, in the
The entire
On the other hand, in the optical isolator 20 (see FIG. 2) according to the present embodiment, when the wavelength characteristic is examined, it is confirmed that the wavelength characteristic with the maximum isolation value with respect to the used wavelength λ (nm) is obtained. Has been.
◎実施例1
実施例1は実施の形態1に係る光アイソレータ20を具現化したものである。
本例において、光アイソレータ20は、図6(a)に示すように、光進行方向をX軸(本例では水平軸に相当)とし、図示外の筒状磁極が組み込まれた筒状ホルダ21内に各要素22〜25を順方向の光進行方向に沿って並設し、筒状ホルダ21及び各要素22〜25の光入射面がX軸に直交するY軸(本例では鉛直軸に相当)に対して傾斜角θ(本例ではθ=10°)で傾斜配置するようになっている。
そして、本例では、各要素22〜25としては以下のものが使用されている。
・第1の複屈折結晶22:11mm角板、厚さ0.5mm、光学軸90°/47°
・半波長板23:11mm角板、厚さT(T=0.0761mm)、光学軸45°
・ファラデー回転子24:GTD1310LE(型番)、11mm角板
・第2の複屈折結晶25:11mm角板、厚さ0.5mm、光学軸90°/47°
本例では、使用波長λが1310nmの光を用いたもので、実質的光路長LとしてはL=T0=0.0766mmが選定されている。
このため、半波長板23の厚さTは例えば式1(又は式2)に従ってT=0.0761mmが選定されている。
ここで、半波長板23の空気に対する相対屈折率nを1.46とすると、傾斜角θが10°であるから、sin10=0.174であり、屈折角αの正弦値は、sinα=0.174÷1.46=0.119である。そして、cosα=√(1−sin2α)であるから、cosα=√0.986=0.993となる。このため、T=0.0766×0.993=0.0761となる。
また、本例の波長特性を図6(b)に示す。同図によれば、使用波長λ(本例では1310nm<環境温度25℃>)の光に対して最大アイソレーション値(本例では42dB)を維持していることが確認された。
Example 1
Example 1 embodies the
In this example, as shown in FIG. 6A, the
And in this example, the following are used as each element 22-25.
First birefringent crystal 22: 11 mm square plate, thickness 0.5 mm, optical axis 90 ° / 47 °
Half-wave plate 23: 11 mm square plate, thickness T (T = 0.0761 mm),
Faraday rotator 24: GTD1310LE (model number), 11 mm square plate Second birefringent crystal 25: 11 mm square plate, thickness 0.5 mm, optical axis 90 ° / 47 °
In this example, light having a used wavelength λ of 1310 nm is used, and L = T 0 = 0.0766 mm is selected as the substantial optical path length L.
For this reason, for example, T = 0.0761 mm is selected as the thickness T of the half-
Here, when the relative refractive index n of the half-
Further, the wavelength characteristics of this example are shown in FIG. According to the figure, it was confirmed that the maximum isolation value (42 dB in this example) was maintained with respect to light having a wavelength of use λ (1310 nm in this example <
◎比較例1
比較例1は、図7(a)に示すように、図4(a)に示す光アイソレータ20’を具現化したものである。
同図において、光アイソレータ20’は、筒状ホルダ21及び各要素22〜25の光入射面が光進行方向に相当するX軸(本例では水平軸に相当)に対して直交配置されている水平配置態様である。
そして、本例では、各要素22〜25としては以下のものが使用されている。
・第1の複屈折結晶22:11mm角板、厚さ0.5mm、光学軸90°/47°
・半波長板23:11mm角板、厚さT(T=0.0766mm)、光学軸45°
・ファラデー回転子24:GTD1310LE(型番)、11mm角板
・第2の複屈折結晶25:11mm角板、厚さ0.5mm、光学軸90°/47°
尚、本例では、半波長板23の厚さTが実質的光路長LとしてのT0になっている。
ここで、本例の波長特性を図7(b)に示す。同図によれば、使用波長λ(本例では1310nm<環境温度25℃>)の光に対して最大アイソレーション値(本例では42dB)を維持していることが確認された。
◎ Comparative Example 1
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 7A, the
In the figure, the
And in this example, the following are used as each element 22-25.
First birefringent crystal 22: 11 mm square plate, thickness 0.5 mm, optical axis 90 ° / 47 °
Half-wave plate 23: 11 mm square plate, thickness T (T = 0.0766 mm),
Faraday rotator 24: GTD1310LE (model number), 11 mm square plate Second birefringent crystal 25: 11 mm square plate, thickness 0.5 mm, optical axis 90 ° / 47 °
In this example, the thickness T of the half-
Here, the wavelength characteristic of this example is shown in FIG. According to the figure, it was confirmed that the maximum isolation value (42 dB in this example) was maintained with respect to light having a wavelength of use λ (1310 nm in this example <
◎比較例2
比較例2は、図8(a)に示すように、図4(b)に示す光アイソレータ20”を具現化したものである。
同図において、光アイソレータ20”は、比較例1の光アイソレータ20’全体を傾斜させ、筒状ホルダ21及び各要素22〜25の光入射面がY軸に対して傾斜角θ(本例ではθ=10°)で傾斜配置される態様である。
そして、本例では、各要素22〜25としては以下のものが使用されている。
・第1の複屈折結晶22:11mm角板、厚さ0.5mm、光学軸90°/47°
・半波長板23:11mm角板、厚さT(T=0.0766mm)、光学軸45°
・ファラデー回転子24:GTD1310LE(型番)、11mm角板
・第2の複屈折結晶25:11mm角板、厚さ0.5mm、光学軸90°/47°
ここで、本例の波長特性を図8(b)に示す。同図によれば、使用波長λ(本例では1310nm<環境温度25℃>)の光に対してアイソレーション値が30dBに低下することが確認された。尚、本例では、使用波長λが1330nm<環境温度25℃>の光に対して最大アイソレーション値(本例では42dB)が得られている。
◎ Comparative Example 2
As shown in FIG. 8A, the comparative example 2 embodies the
In the figure, an
And in this example, the following are used as each element 22-25.
First birefringent crystal 22: 11 mm square plate, thickness 0.5 mm, optical axis 90 ° / 47 °
Half-wave plate 23: 11 mm square plate, thickness T (T = 0.0766 mm),
Faraday rotator 24: GTD1310LE (model number), 11 mm square plate Second birefringent crystal 25: 11 mm square plate, thickness 0.5 mm, optical axis 90 ° / 47 °
Here, the wavelength characteristic of this example is shown in FIG. According to the figure, it was confirmed that the isolation value is reduced to 30 dB with respect to light having a wavelength of use λ (1310 nm in this example <
本実施の形態に係る光アイソレータによれば、光アイソレータの各要素が光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置される態様であったとしても、半波長板を透過する実質的光路長を最適化するように半波長板の厚さを選定することで、反射戻り光の影響を最小限に抑え、使用波長の光に対して最大アイソレーション値を容易に得ることが可能である。このように、安定した動作特性の光アイソレータを提供することができ、このような光アイソレータと他の光学部品とを組み合わせることで高精度の光伝送装置を提供することが可能である。 According to the optical isolator according to the present embodiment, even if each element of the optical isolator is arranged to be inclined with respect to a reference plane orthogonal to the incident direction of light, the substantial optical path that passes through the half-wave plate By selecting the thickness of the half-wave plate so as to optimize the length, it is possible to minimize the influence of the reflected return light and easily obtain the maximum isolation value for the light of the wavelength used. . As described above, an optical isolator having stable operating characteristics can be provided, and a high-accuracy optical transmission device can be provided by combining such an optical isolator with other optical components.
1 第1の複屈折結晶
2 第2の複屈折結晶
3 ファラデー回転子
4 半波長板
5 光アイソレータ
7 入射側の光学部品
8 出射側の光学部品
20 光アイソレータ
20’ 光アイソレータ
20” 光アイソレータ
21 筒状ホルダ
22 第1の複屈折結晶
23 半波長板
24 ファラデー回転子
25 第2の複屈折結晶
Bm(Bm1〜Bm4) 偏光
θ 傾斜角
T 半波長板の厚さ
T0 半波長板の予め決められた厚さ
L 半波長板の実質的光路長
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st
Claims (5)
前記第1の複屈折結晶から順方向に離れて配設される第2の複屈折結晶と、
第1、第2の複屈折結晶間に配設され、第1の複屈折結晶を通過した複数の偏光が順方向に対して所定方向に45度回転させられると共に、逆方向から入射された複数の偏光が順方向とは反対方向に45度回転させられるファラデー回転子と、
第1、第2の複屈折結晶間に配設され、複数の偏光が光の進行方向に対して同方向に45度回転させられる半波長板と、を備え、
前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に対して直交配置される条件で、使用波長λの光に対して最大アイソレーション値をとるときの半波長板の厚さをT0とした場合、前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置された条件では、前記半波長板を通過する実質的光路長をT0に合わせるように前記半波長板の厚さTを調整することを特徴とする光アイソレータ。 A first birefringent crystal in which unpolarized light is incident with respect to the forward direction and is divided into a plurality of polarized lights of ordinary light and extraordinary light;
A second birefringent crystal disposed in a forward direction away from the first birefringent crystal;
A plurality of polarized light arranged between the first and second birefringent crystals and having passed through the first birefringent crystal is rotated 45 degrees in a predetermined direction with respect to the forward direction, and is incident from the reverse direction. A Faraday rotator whose polarization is rotated 45 degrees in the direction opposite to the forward direction,
A half-wave plate disposed between the first and second birefringent crystals and having a plurality of polarized lights rotated by 45 degrees in the same direction with respect to the traveling direction of light,
The thickness of the half-wave plate when taking the maximum isolation value with respect to the light having the wavelength λ used is T 0 under the condition that the incident surface of the half-wave plate is arranged orthogonal to the incident direction of the light. In this case, under the condition that the incident surface of the half-wave plate is inclined with respect to a reference plane orthogonal to the incident direction of the light, the half-wave plate is adjusted so that a substantial optical path length passing through the half-wave plate is adjusted to T 0. An optical isolator characterized by adjusting a thickness T of a wave plate.
前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜角θで傾斜配置された条件では、前記半波長板の空気に対する相対屈折率をn、前記半波長板の屈折角をαとすると、前記半波長板の厚さTは、
T=T0×cosα (式1)
但し、sinα=sinθ/n
によって選定することを特徴とする光アイソレータ。 The optical isolator according to claim 1,
Under the condition that the incident surface of the half-wave plate is inclined at an inclination angle θ with respect to a reference plane perpendicular to the incident direction of the light, the relative refractive index of the half-wave plate with respect to air is n, When the refraction angle is α, the thickness T of the half-wave plate is
T = T 0 × cos α (Formula 1)
However, sin α = sin θ / n
An optical isolator characterized by being selected by:
前記半波長板の入射面が前記光の入射方向に直交する基準面に対して傾斜配置された条件では、前記半波長板の空気に対する相対屈折率をn、光アイソレータの入射面法線に対する光の入射角をΘとすれば、
前記半波長板の厚さTは、
T=T0×√(1−sin2Θ/n2) (式2)
によって選定することを特徴とする光アイソレータ。 The optical isolator according to claim 1,
Under the condition that the incident surface of the half-wave plate is inclined with respect to a reference plane orthogonal to the incident direction of the light, the relative refractive index to the air of the half-wave plate is n, and the light with respect to the incident surface normal of the optical isolator If the incident angle of is Θ,
The thickness T of the half-wave plate is
T = T 0 × √ (1-sin 2 Θ / n 2 ) (Formula 2)
An optical isolator characterized by being selected by:
前記半波長板の前記基準面に対する傾斜角θは6度を超える角度であることを特徴とする光アイソレータ。 The optical isolator according to any one of claims 1 to 3,
The optical isolator is characterized in that an inclination angle θ of the half-wave plate with respect to the reference surface is more than 6 degrees.
前記光アイソレータの第1の複屈折結晶に対して無偏光状態の光を入射する入射側の光学部品と、
前記光アイソレータの第2の複屈折結晶から同一の光路で出射された光を受け入れる出射側の光学部品と、
を備えたことを特徴とする光伝送装置。 An optical isolator according to any one of claims 1 to 3,
An optical component on the incident side for entering non-polarized light to the first birefringent crystal of the optical isolator;
An optical component on the emission side for receiving light emitted from the second birefringent crystal of the optical isolator in the same optical path;
An optical transmission device comprising:
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