JP2509845B2 - 偏光無依存型光アイソレ―タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定波長帯域の半導体
レーザ入射光の使用に対して偏光方向に依存せずにアイ
ソレータとして機能する偏光無依存型光アイソレータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば光通信，光計測，光磁気デ
ィスク等の光学的装置（システム）の光源には、波長
０．６〜０．８［μｍ］の帯域の半導体レーザやガスレ
ーザが使用されることが多い。ところで、こうしたレー
ザからの出射光はその一部がレーザ自体に帰還されて、
波長の揺らぎやノイズを生じる為、こうした光源への戻
り光のノイズ除去を行う光アイソレータが実用化されて
いる。

【０００３】このような光アイソレータは、複屈折性を
有する単結晶の複屈折素子とファラデー回転子としての
ファラデー素子とを備えている。このうち、ファラデー
回転子の材料には、一般式Ｃｄ_1-x Ｍｎ_x Ｔｅ（但し、
０＜ｘ≦１）で示される半磁性半導体の使用が提案され
ている。

【０００４】尚、従来の光アイソレータにおいては、多
い場合でも３〜４個の複屈折素子と２個のファラデー素
子とを組合わせたものが知られている。このように複数
の複屈折素子及びファラデー素子により構成された光ア
イソレータには、偏光無依存型のものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の偏光無依存型光
アイソレータの場合、ファラデー素子自体に温度変化に
よる特性変化や、加工精度による特性のバラツキ等があ
ったり、或いは光源として用いるレーザの発振波長にバ
ラツキがあるとアイソレータとしての特性が低下されて
しまい易い。加えて、現状ではこのようなアイソレータ
の特性低下を対処すべく、適切な技術的対策が何等図ら
れていないという問題がある。

【０００６】本発明は、かかる問題点を解決すべくなさ
れたもので、その技術的課題は、アイソレータとしての
特性低下を大幅に抑制し得ると共に、入射光の偏光方向
に依存せずに機能する複数の複屈折素子及びファラデー
素子を備えた偏光無依存型光アイソレータを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複屈折
性を有する４個の複屈折素子と、３個のファラデー素子
とを配列して構成される偏光無依存型光アイソレータに
おいて、各複屈折素子及び各ファラデー素子は、光の透
過方向から順に第１の複屈折素子，第１のファラデー素
子，第２の複屈折素子，第２のファラデー素子，第３の
複屈折素子，第３のファラデー素子，及び第４の複屈折
素子の配列をとり、該第１及び第２の複屈折素子は偏光
分離の方向が互いに透過光に対して垂直な面内で互いに
約４５度傾いていると共に該偏光分離の距離が互いに等
しく、該第３及び第４の複屈折素子は偏光分離の距離が
互いに等しく、該第１及び第２の複屈折素子の偏光分離
の距離に対する該第３及び第４の複屈折素子の偏光分離
の距離の比は０．４１４２：１であって、該第１，第
２，及び第３のファラデー素子による透過光の偏光方向
の回転角度がそれぞれ約４５度である偏光無依存型光ア
イソレータが得られる。 又、本発明によれば、上記偏
光無依存型光アイソレータにおいて、第１及び第２の複
屈折素子の偏光分離の距離に対する該第３及び第４の複
屈折素子の偏光分離の距離の比を、１：０．４１４２に
変えた偏光無依存型光アイソレータが得られる。

【０００８】更に、本発明によれば、複屈折性を有する
４個の複屈折素子と、３個のファラデー素子とを配列し
て構成される偏光無依存型光アイソレータにおいて、各
複屈折素子及び各ファラデー素子は、光の透過方向から
順に第１の複屈折素子，第１のファラデー素子，第２の
複屈折素子，第２のファラデー素子，第３の複屈折素
子，第３のファラデー素子，及び第４の複屈折素子の配
列をとり、該第１及び第２の複屈折素子は偏光分離の方
向が透過光に垂直な面内で互いに約４５度傾いており、
該第１及び第４の複屈折素子は偏光分離の距離が互いに
等しく、該第２及び第３の複屈折素子は偏光分離の距離
が等しく、該第１及び第４の複屈折素子の偏光分離の距
離に対する該第２及び第３の複屈折素子の偏光分離の距
離の比は１：０．４１４２であって、該第１，第２及び
第３のファラデー素子による透過光の偏光方向の回転角
度がそれぞれ約４５度である偏光無依存型光アイソレー
タが得られる。

【０００９】加えて、本発明によれば、光の透過方向へ
順に配置された第１の複屈折素子と、第１のファラデー
素子と、第２の複屈折素子と、第２のファラデー素子
と、第３の複屈折素子と、第３のファラデー素子および
第４の複屈折素子とからなり、第１と第２の複屈折素子
の偏光分離方向が透過光に垂直な面内で互いに約４５度
傾いており、第１と第２の複屈折素子の偏光分離距離の
比が１／０．４１４２であり、第３と第４の複屈折素子
の偏光分離方向が透過光に垂直な面内で互いに約４５度
傾いており、第３と第４の複屈折素子の偏光分離距離の
比が０．４１４２／１であり、かつ、第１と第２と第３
のファラデー素子による透過光の偏光方向の回転角度が
約４５度である光アイソレータが得られる。

【００１０】

【作用】本発明の偏光無依存型光アイソレータにおいて
は、３個のファラデー素子と４個の複屈折素子とをアイ
ソレータ素子として、これらの各素子の光学的配置を偏
光無依存となるように解析した適正値に基づいて定めて
いるので、光アイソレータとして実用上最も重要となる
逆方向の透過損失特性に関し、温度や光波長等の変化、
或いは加工精度に多少のバラツキがあっても、アイソレ
ータとしての諸特性に殆ど低下を来さない。

【００１１】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明の偏光無依存型
光アイソレータについて図面を参照して詳細に説明す
る。

【００１２】図１は、本発明の第１の実施例である偏光
無依存型光アイソレータの要部の構成を斜視図により示
したものである。図中において、Ａ１で示される方向は
光アイソレータの光透過方向であり、以下はこれを順方
向と呼ぶ。又、Ａ₂ で示される方向は、光アイソレータ
の光透過阻止方向であって、以下はこれを逆方向と呼
ぶ。

【００１３】ここで、Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，及びＢ₄ は、
それぞれルチル単結晶を素材とする複屈折素子である。
又、Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，及びＦ₃ は、それぞれ希土類ビスマス
鉄ガーネット単結晶を素材とするファラデー回転子とし
てのファラデー素子である。更に、Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，
及びＢ₄ の複屈折素子は、何れも結晶軸と素子の面とが
ほぼ４８度の角度を成す素子を構成しており、各素子の
板厚は複屈折素子Ｂ₁ ，Ｂ₂ が０．４１４ｍｍで、複屈
折素子Ｂ₃ ，Ｂ₄ が１．００ｍｍである。

【００１４】図２は、各複屈折素子の順方向から見た偏
光分離の方向（図中の白矢印で示す）と偏光分離の距離
との配置関係を説明するものである。但し、ここで各複
屈折素子が入射光に対して出射する時に２つの偏光成分
（常光線，異常光線）に分離される為、一方の光線（常
光線）に対して他方の光線（異常光線）が移動する方向
のことを偏光分離の方向と呼び、２つの偏光成分に関す
る各複屈折素子の透過端側における相互の距離を偏光分
離の距離と呼ぶ。

【００１５】図２（ａ）は順方向透過光の場合を説明す
るもので、複屈折素子Ｂ₁ では偏光分離の方向が左方向
（時計の短針の９時の方向）で偏光分離の距離が４１．
４μｍ、複屈折素子Ｂ₂ では左上方向（時計の短針の１
０時３０分の方向）でその距離が４１．４μｍ、複屈折
素子Ｂ₃ では上方向（時計の短針の１２時００分の方
向）でその距離が１００μｍ、複屈折素子Ｂ₄ では左下
方向（時計の短針の７時３０分方向）でその距離が１０
０μｍである。

【００１６】一方、図２（ｂ）は逆方向透過光の場合を
説明するもので、この場合の偏光分離方向は順方向とは
逆の方向で、偏光分離の距離は順方向と等しい値とな
る。

【００１７】ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ は、何れ
も波長１．５５μｍの光に対してその偏波方向が４５度
回転するように、ファラデー素子の周囲に配置された永
久磁石によって飽和磁化されている。その回転方向は順
方向から見て図２（ａ）及び（Ｂ）に黒矢印で示す方向
であって、ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₃ では時計回りの方
向、ファラデー素子Ｆ₂ では反時計回りに回転する方向
をとる。

【００１８】次に、図３及び図４を用いて、順方向を透
過する光の偏光分離の状態を説明する。図３は、各素子
の間の位置関係を番号数字で区分けしたものである。即
ち、ここでは複屈折素子Ｂ₁ に関して順方向入射側の位
置（或いは逆方向出射側の位置）を１、複屈折素子Ｂ₁
とファラデー素子Ｆ₁ との間の位置を２、ファラデー素
子Ｆ₁ と複屈折素子Ｂ₂ との間の位置を３、複屈折素子
Ｂ₂ とファラデー素子Ｆ₂ との間の位置を４、ファラデ
ー素子Ｆ₂ と複屈折素子Ｂ₃ との間の位置を５、複屈折
素子Ｂ₃ とファラデー素子Ｆ₃ の間の位置を６、ファラ
デー素子Ｆ₃ と複屈折素子Ｂ₄ との間の位置を７、複屈
折素子Ｂ₄ に関して順方向出射側の位置（或いは逆方向
入射側の位置）を８としてそれぞれ区別している。

【００１９】図４（ａ）は、順方向を透過する光の１か
ら８までの各位置における順方向から見た偏光成分の移
動状態を示したものである。

【００２０】具体的に云えば、１の位置では、順方向の
一点から入射する光を無偏光であるとすれば、２方向に
直交した偏光成分を持つ光として示される。２の位置で
は、複屈折素子Ｂ₁ によって、水平方向の偏光成分（ル
チル結晶を透過する光の異常光成分）は左方向に４１．
４μｍ移動し、垂直方向の偏光成分（ルチル結晶を透過
する光の通常光成分）は元の位置に留まっている。３の
位置では、ファラデー素子Ｆ₁ によって偏光成分は何れ
も時計回りに４５度回転している。４の位置では、複屈
折素子Ｂ₂ によって、水平方向より時計回りに４５度傾
いた成分のみ左上方向に４１．４μｍ移動している。５
の位置では、ファラデー素子Ｆ₂ によって偏光成分は何
れも反時計回りに４５度回転している。６の位置では、
複屈折素子Ｂ₃ によって、垂直方向の偏光成分のみが上
方に１００μｍ移動している。７の位置では、ファラデ
ー素子Ｆ₃ によって偏光成分はいずれも時計回りに４５
度回転している。８の位置では、複屈折素子Ｂ₄ によっ
て水平方向から反時計回りに４５度傾いた成分のみが左
下方に１００μｍ移動し、直交するもうひとつの成分と
一致している。

【００２１】これにより、順方向を透過する光は偏光成
分に分離されることなく光アイソレータ素子より出射さ
れることが判る。

【００２２】図４（ｂ）は、逆方向を透過する光の１か
ら８までの各位置における順方向から見た偏光成分の移
動状態を示したものである。

【００２３】ここでは、８の位置では、逆方向から入射
する光は無偏光であって、２方向に直交した偏光成分と
して示される。７の位置では、複屈折素子Ｂ₄ によって
水平方向より反時計回りに４５度傾いた偏光成分のみが
右上方に１００μｍ移動している。６の位置では、ファ
ラデー素子Ｆ₃ によって、何れの偏光成分も時計回りに
４５度回転している。５の位置では、複屈折素子Ｂ₃ に
よって、垂直方向の偏光成分のみ下方に１００μｍ移動
している。４の位置では、ファラデー素子Ｆ₂ によっ
て、何れの偏光成分も反時計回りに４５度回転してい
る。３の位置では、複屈折素子Ｂ₂ によって、水平方向
より時計回りに４５度傾いた成分のみが右下方向に４
１．４μｍ移動している。２の位置では、ファラデー素
子Ｆ₁ によって偏光成分は何れも時計回りに４５度回転
している。１の位置では、複屈折素子Ｂ₁ によって、水
平方向の偏光成分は右方向に４１．４μｍ移動してい
る。

【００２４】これにより、逆方向を透過する光は、光ア
イソレータ素子を通過すると直交する偏光成分に分離
し、図４（ａ）に示す１の位置における入射点に戻るこ
とはないことが判る。

【００２５】図５は、本発明の第１の実施例に係る偏光
無依存型光アイソレータの基本構成を平面図により示し
たものである。ここでは３個のファラデー素子と４個の
複屈折素子とから成るアイソレータ素子１４を中心とし
て、このアイソレータ素子１４の両側に図示の如く、そ
れぞれＧＲＩＮレンズ１２とＰＣコネクター付きシング
ルモードファイバー１１とを配置している。即ち、ここ
ではシングルモードファイバー１１はＧＲＩＮレンズ１
２の両側に配置され、ＧＲＩＮレンズ１２によってシン
グルモードファイバー１１より出射した波長１．５５μ
ｍのレーザ光が直径約６０μｍに絞られ、この絞り位置
１３と、アイソレータ素子１４の中央とがほぼ一致する
ように各部を配列している。尚、これら全ての光学部品
の光透過面には、波長１．５５μｍ光に対する無反射コ
ート膜が施されている。

【００２６】このようにして構成された偏光無依存型光
アイソレータに対して、発振波長１．５５μｍの半導体
のレーザの光をシングルモードファイバー１１よりアイ
ソレータ素子１４の順方向に透過させたところ、透過損
失は１．５ｄＢであり、逆方向に透過させた場合の透過
損失は６４ｄＢであった。

【００２７】又、これらの透過損失はレーザ光の波長を
１．５１〜１．５９［μｍ］の範囲で変化させても、そ
の値に０．５ｄＢ以上の変化は認められなかった。更
に、この偏光無依存型光アイソレータの温度を０〜６０
［℃］と変化させた場合も，透過損失の変化は０．５ｄ
Ｂ以下であった。因みに、従来の偏光無依存型光アイソ
レータでこのような条件下で比較実験を行ったところ、
上述した諸条件の変化では５ｄＢ以上の透過損失の変化
が認められる結果となった。加えて、本発明の偏光無依
存型光アイソレータにおいて、入射する光の偏光方向を
１８０度変化させた場合の透過損失の変化は、順方向で
０．１ｄＢ、逆方向で０．５ｄＢという結果になった。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例である偏光無
依存型光アイソレータについて説明する。この偏光無依
存型光アイソレータは、基本的には上述したものと同じ
構成であり、各素子の板厚は複屈折素子Ｂ₁ ，Ｂ₂ で
１．００ｍｍとなっており、複屈折素子Ｂ₃ ，Ｂ₄ で
０．４１４ｍｍとなっている。図６は、この実施例の場
合の順方向から見た各複屈折素子の偏光分離の方向（図
中の白矢印で示す）とその距離の配置関係を説明するも
のである。

【００２９】図６（ａ）は順方向透過光の場合を説明す
るもので、複屈折素子Ｂ₁ では偏光分離の方向が上方向
（時計の短針の７時３０分方向）で偏光分離の距離が１
００μｍ、複屈折素子Ｂ₂ では左下方向（時計の短針の
７時３０分方向）でその距離が１００μｍ、複屈折素子
Ｂ₃ では左方向（時計の短針の９時の方向）でその距離
が４１．４μｍ、複屈折素子Ｂ₄ では左上方向（時計の
短針の１０時３０分の方向）でその距離が４１．４μｍ
である。

【００３０】一方、図６（ｂ）は逆方向透過光の場合を
説明するもので、この場合の偏光分離方向も順方向とは
逆の方向で、偏光分離の距離は順方向と等しい値とな
る。

【００３１】ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ は、何れ
も波長１．５５μｍの光に対してその偏波方向が４５度
回転するように、ファラデー素子の周囲に配置された永
久磁石によって飽和磁化されている。その回転方向は順
方向から見て図６（ａ）及び（Ｂ）に黒矢印で示す方向
であって、ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₃ では時計回りの方
向、ファラデー素子Ｆ₂ では反時計回りに回転する方向
をとる。

【００３２】ここでも図３に示した各素子の間の位置関
係の番号数字を用いて、順方向から見た偏光成分の移動
状態を説明する。

【００３３】図７（ａ）は、順方向を透過する光の１か
ら８までの各位置における順方向から見た偏光成分の移
動状態を示したものである。

【００３４】具体的に云えば、１の位置では、順方向の
一点から入射する光を無偏光であるとすれば、２方向に
直交した偏光成分を持つ光として示される。２の位置で
は、複屈折素子Ｂ₁ によって、垂直方向の偏光成分（ル
チル結晶を透過する光の異常光成分）は上方向に１００
μｍ移動し、水平方向の偏光成分（ルチル結晶を透過す
る光の通常光成分）は元の位置に留まっている。３の位
置では、ファラデー素子Ｆ₁ によって偏光成分は何れも
時計回りに４５度回転している。４の位置では、複屈折
素子Ｂ₂ によって、垂直方向より時計回りに４５度傾い
た成分のみ左下方向に１００μｍ移動している。５の位
置では、ファラデー素子Ｆ₂ によって偏光成分は何れも
反時計回りに４５度回転している。６の位置では、複屈
折素子Ｂ₃ によって、水平方向の偏光成分のみが左方に
４１．４μｍ移動している。７の位置では、ファラデー
素子Ｆ₃ によって偏光成分は何れも時計回りに４５度回
転している。８の位置では、複屈折素子Ｂ₄ によって水
平方向から反時計回りに４５度傾いた成分のみが左上方
に４１．４μｍ移動し、直交するもうひとつの成分と一
致している。

【００３５】これにより、順方向を透過する光は偏光成
分に分離されることなく光アイソレータ素子より出射さ
れることが判る。

【００３６】図７（ｂ）は、逆方向を透過する光の１か
ら８までの各位置における順方向から見た偏光成分の移
動状態を示したものである。

【００３７】ここでは、８の位置では、逆方向から入射
する光は無偏光であって、２方向に直交した偏光成分と
して示される。７の位置では、複屈折素子Ｂ₄ によって
水平方向より反時計回りに４５度傾いた偏光成分のみが
右下方に４１．４μｍ移動している。６の位置では、フ
ァラデー素子Ｆ₃ によって、何れの偏光成分も時計回り
に４５度回転している。５の位置では、複屈折素子Ｂ₃
によって、水平方向の偏光成分のみ右方に４１．４μｍ
移動している。４の位置では、ファラデー素子Ｆ₂ によ
って、何れの偏光成分も反時計回りに４５度回転してい
る。３の位置では、複屈折素子Ｂ₂によって、垂直方向
より時計回りに４５度傾いた成分のみが右上方向に１０
０μｍ移動している。２の位置では、ファラデー素子Ｆ
₁ によって偏光成分は何れも時計回りに４５度回転して
いる。１の位置では、複屈折素子Ｂ₁ によって、垂直方
向の偏光成分は下方向に１００μｍ移動している。

【００３８】これにより、逆方向を透過する光は、光ア
イソレータ素子を通過すると直交する偏光成分に分離
し、図７（ａ）に示す１の位置における入射点に戻るこ
とはないことが判る。

【００３９】このような３個のファラデー素子と４個の
複屈折素子とから成るアイソレータ素子を用いて図５に
示した如く、偏光無依存型光アイソレータを構成しても
先の実施例と同様な効果を奏する。

【００４０】更に、本発明の第３の実施例である偏光無
依存型光アイソレータについて説明する。この偏光無依
存型光アイソレータも、基本的には上述したものと同じ
構成であるが、各素子の板厚は複屈折素子Ｂ₁ ，Ｂ₄ で
０．４１４ｍｍとなっており、複屈折素子Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，
で１．００ｍｍとなっている。図８は、この実施例の場
合の順方向から見た各複屈折素子の偏光分離の方向（図
中の白矢印で示す）とその距離との配置関係を説明する
ものである。

【００４１】図８（ａ）は順方向透過光の場合を説明す
るもので、複屈折素子Ｂ₁ では偏光分離の方向が左方向
（時計の短針の９時の方向）で偏光分離の距離が４１．
４μｍ、複屈折素子Ｂ₂ では右上方向（時計の短針の１
時３０分方向）でその距離が１００μｍ、複屈折素子Ｂ
₃ では上方向（時計の短針の１２時の方向）でその距離
が１００μｍ、複屈折素子Ｂ₄ では右下方向（時計の短
針の４時３０分方向）でその距離が４１．４μｍであ
る。

【００４２】一方、図８（ｂ）は逆方向透過光の場合を
説明するもので、この場合の偏光分離方向も順方向とは
逆の方向で、偏光分離の距離は順方向と等しい値とな
る。又、ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ は、何れも波
長１．５５μｍの光に対してその偏波方向が４５度回転
するように、ファラデー素子の周囲に配置された永久磁
石によって飽和磁化されている。その回転方向は順方向
から見て図８（ａ）及び（ｂ）に黒矢印で示す方向であ
って、ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₃ では反時計回りの方
向、ファラデー素子Ｆ₂ では時計回りに回転する方向を
とる。

【００４３】ここでも図３に示した各素子の間の位置関
係の番号数字を用いて、順方向から見た偏光成分の移動
状態を説明する。

【００４４】図９（ａ）は、順方向を透過する光の１か
ら８までの各位置における順方向から見た偏光成分の移
動状態を示したものである。

【００４５】具体的に云えば、１の位置では、順方向の
一点から入射する光を無偏光であるとすれば、２方向に
直交した偏光成分を持つ光として示される。２の位置で
は、複屈折素子Ｂ₁ によって、水平方向の偏光成分（ル
チル結晶を透過する光の異常光成分）は上方向に４１．
４μｍ移動し、垂直方向の偏光成分（ルチル結晶を透過
する光の通常光成分）は元の位置に留まっている。３の
位置では、ファラデー素子Ｆ₁ によって偏光成分は何れ
も反時計回りに４５度回転している。４の位置では、複
屈折素子Ｂ₂ によって、水平方向より反時計回りに４５
度傾いた成分のみ右上方向に１００μｍ移動している。
５の位置では、ファラデー素子Ｆ₂ によって偏光成分は
何れも時計回りに４５度回転している。６の位置では、
複屈折素子Ｂ₃ によって、垂直方向の偏光成分のみが上
方に１００μｍ移動している。７の位置では、ファラデ
ー素子Ｆ₃ によって偏光成分は何れも反時計回りに４５
度回転している。８の位置では、複屈折素子Ｂ₄ によっ
て水平方向から時計回りに４５度傾いた成分のみが右下
方に４１．４μｍ移動し、直交するもうひとつの成分と
一致している。

【００４６】これにより、順方向を透過する光は偏光成
分に分離されることなく光アイソレータ素子より出射さ
れることが判る。

【００４７】図９（ｂ）は、逆方向を透過する光の１か
ら８までの各位置における順方向から見た偏光成分の移
動状態を示したものである。

【００４８】ここでは、８の位置では、逆方向から入射
する光は無偏光であって、２方向に直交した偏光成分と
して示される。７の位置では、複屈折素子Ｂ₄ によって
水平方向より時計回りに４５度傾いた偏光成分のみが左
上方に４１．４μｍ移動している。６の位置では、ファ
ラデー素子Ｆ₃ によって、何れの偏光成分も反時計回り
に４５度回転している。５の位置では、複屈折素子Ｂ₃
によって、垂直方向の偏光成分のみ右方に１００μｍ移
動している。４の位置では、ファラデー素子Ｆ₂ によっ
て、何れの偏光成分も時計回りに４５度回転している。
３の位置では、複屈折素子Ｂ₂ によって、水平方向より
反時計回りに４５度傾いた成分のみが左下方向に１００
μｍ移動している。２の位置では、ファラデー素子Ｆ₁
によって偏光成分は何れも反時計回りに４５度回転して
いる。１の位置では、複屈折素子Ｂ₁ によって、垂直方
向の偏光成分は右方向に４１．４μｍ移動している。

【００４９】これにより、逆方向を透過する光は、光ア
イソレータ素子を通過すると直交する偏光成分に分離
し、図９（ａ）に示す１の位置における入射点に戻るこ
とはないことが判る。

【００５０】このような３個のファラデー素子と４個の
複屈折素子とから成るアイソレータ素子を用いて図５に
示した如く、偏光無依存型光アイソレータを構成しても
先の実施例と同様な効果を奏する。

【００５１】次に、本発明の第４の実施例である光アイ
ソレータを説明する。図１０は、本発明の第４の実施例
である光アイソレータを斜視図により示したものであ
る。図１０においても、符号Ａ₁ で示される方向は光ア
イソレータの光透過方向（以下「順方向」という）であ
り、符号Ａ₂ で示す方向は光アイソレータの光透過阻止
方向（以下「逆方向」という）である。符号Ｂ₁ ，
Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ はルチル単結晶を素材とする複屈折素
子である。符号Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ はテルビウムビスマス
鉄ガーネット単結晶を素材とするファラデー素子であ
る。これら複屈折素子Ｂ₁ 〜Ｂ₄ は、全て結晶軸と素子
の面とがほぼ４８度の角度を成しており、複屈折素子Ｂ
₁ ，Ｂ₄ の板の厚さは１ｍｍであり、かつ、複屈折素子
Ｂ₂ ，Ｂ₃ の厚さは０．４１４ｍｍである。

【００５２】複屈折素子Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ の偏光
分離方向と距離は図１１に示す矢印方向である。

【００５３】図１１（ａ）は順方向の透過光の場合で複
屈折素子Ｂ₁ では時計の短針の１２時の方向で距離は１
００μｍであり、複屈折素子Ｂ₂では時計の短針の４時
３０分の方向で距離は４１．４μｍであり、複屈折素子
Ｂ₃ では時計の短針の９時の方向で距離は４１．４μｍ
であり、複屈折素子Ｂ₄ では時計の短針の１時３０分の
方向で距離は１００μｍである。図１１（ｂ）は逆方向
の透過光の場合で、偏光分離距離は順方向と同じ、分離
方向は逆となる。

【００５４】ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ は波長
１．３μｍの光に対して、その偏波方向が４５度回転す
るように、ファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ の周囲に配
置された永久磁石によって飽和磁化されている。その回
転方向は順方向から見て、図１１において矢印で示す方
向であってファラデー素子Ｆ₁ ，Ｆ₃ では反時計回りの
方向、ファラデー素子Ｆ₂ では時計回りに回転する方向
をとる。

【００５５】図１２および図１３に順方向および逆方向
へ透過する光の偏光分離状況を示す。先ず図１２には、
本発明の第４の実施例に係る光アイソレータの正面図が
示されている。

【００５６】図１２に示すように複屈折素子Ｂ₁ に関し
て順方向入射側の位置を１とし、複屈折素子Ｂ₁ とファ
ラデー素子Ｆ₁ の間の位置を２とし、ファラデー素子Ｆ
₁ と複屈折素子Ｂ₂ の間の位置を３として、複屈折素子
Ｂ₂ とファラデー素子Ｆ₂の間の位置を４とし、ファラ
デー素子Ｆ₂ と複屈折素子Ｂ₃の間の位置を５とし、複
屈折素子Ｂ₃ とファラデー素子Ｆ₃の間の位置を６と
し、ファラデー素子Ｆ₃ と複屈折素子Ｂ₄ の間の位置を
７とし、かつ、複屈折素子Ｂ₄ に関して順方向出射側の
位置を８として示す。

【００５７】次に順方向を透過する光の各位置１〜８に
おける順方向から見た偏光状況を図１３（ａ）に示す。

【００５８】先ず１の位置では、順方向の一点から入射
する光は無偏光であって２方向に直交した偏光成分とし
て表わされる。２の位置では複屈折素子Ｂ₁によって、
垂直方向の偏向成分（ルチル結晶の異常光成分）は上方
に１００μｍ移動し、水平方向の偏光成分（ルチル結晶
の常光成分）は元の位置に留まっている。３の位置で
は、ファラデー素子Ｆ₁ によって偏光成分は何れも反時
計回りに４５度回転している。４の位置では、複屈折素
子Ｂ₂ によって、水平方向より時計回りに４５度傾いた
偏光成分のみが時計の短針の４時３０分の方向に４１．
４μｍ移動する。５の位置ではファラデー素子Ｆ₂によ
って偏光成分は、何れも時計回りに４５度回転してい
る。６の位置では複屈折素子Ｂ₃ によって、水平方向偏
光成分のみ、時計の短針の９時の方向に４１．４μｍ移
動している。７の位置では、ファラデー素子Ｆ₃ によっ
て、何れの偏光成分も反時計回りに４５度回転してい
る。８の位置では複屈折素子Ｂ₄ によって、水平方向よ
り時計回りに４５度傾いた偏光成分のみが、時計の短針
の１時３０分の方向に１００μｍ移動し、直交するもう
一方の成分と一致する。以上の結果、順方向を透過する
光は偏光成分に分離することなく光アイソレータの素子
中を通過する。

【００５９】次に、逆方向を透過する光の各位置１〜８
における順方向から見た偏光状況を図１３（ｂ）に示
す。

【００６０】先ず８の位置では、逆方向の一点から入射
する光は無偏光であって、２方向に直交した偏光成分と
して表わされる。７の位置では複屈折素子Ｂ₄ によって
水平方向より時計回りに４５度傾いた偏光成分のみが時
計の短針の４時３０分の方向に１００μｍ移動してい
る。６の位置ではファラデー素子Ｆ₃ によって何れの偏
光成分も反時計回りに４５度回転している。５の位置で
は複屈折素子Ｂ₃ によって、水平方向偏光成分のみ時計
の短針の３時の方向に４１．４μｍ移動している。４の
位置ではファラデー素子Ｆ₂ によって、何れの偏光成分
も時計回りに４５度回転している。３の位置では複屈折
素子Ｂ₂ によって水平方向により時計回りに４５度傾い
た偏光成分のみが時計の短針の１０時３０分の方向に４
１．４μｍ移動する。２の位置ではファラデー素子Ｆ₁
によって、偏光成分は何れも、反時計回り４５度回転し
ている。１の位置では複屈折素子Ｂ₁ によって、垂直方
向の偏光成分のみ時計の短針の６時の方向に１００μｍ
移動している。

【００６１】以上の結果、逆方向を透過する光は光アイ
ソレータの素子を通過すると偏光成分に分離し、図１３
（ａ）１の位置における入射点に戻ることはない。

【００６２】図１４に示すように、第４の実施例に係る
光アイソレータ素子１４の両側にＰＣコネクター付シン
グルモードファイバー１１，ＧＲＩＮレンズ１２をそれ
ぞれ配置し、ＧＲＩＮレンズによってシングルモードフ
ァイバー１１より出射した波長１．５５μｍのレーザ光
は直径約６０μｍに絞られており、この絞られた位置１
３と光アイソレータ１４の中央とがほぼ一致するように
配列する。

【００６３】シングルモードファイバー１１のレンズ側
端面及びＧＲＩＮレンズ１２と、光アイソレータ１４を
構成する各複屈折素子と、各ファラデー素子にはそれぞ
れ波長１．５５μｍの光に対する無反射コート膜が施さ
れている。

【００６４】以上のようにして構成された偏光無依存型
光アイソレータに対して、発振波長１．５５μｍの半導
体のレーザの光をシングルモードファイバー１１より光
アイソレータの素子の順方向に透過させた。この場合の
透過損失は１．５ｄＢであり、一方、逆方向に透過させ
た場合は透過損失は６４ｄＢであった。これらの透過損
失はレーザ光の波長を１．５１〜１．５９［μｍ］の範
囲で変化させても、その値に変化は認められなかった。
又、光アイソレータの温度を０℃〜６０℃と変化させた
場合も、透過損失に変化は認められなかった。更に、入
射する光の偏光方向を１８０度変化させた場合透過損失
の変化は順方向で０．１ｄＢ、逆方向の場合で０．５ｄ
Ｂであった。

【００６５】

【発明の効果】以上に述べた通り、本発明によれば、３
個のファラデー素子と４個の複屈折素子とをアイソレー
タ素子として、これらの各素子の光学的配置を偏光無依
存となるように解析した適正値に基づいて定めているの
で、温度や光波長等の変化、或いは加工精度の多少のバ
ラツキによっても、アイソレータとしての諸特性に殆ど
低下を来さない有用性の高い偏光無依存型光アイソレー
タが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である偏光無依存型光ア
イソレータの要部を示した斜視図である。

【図２】図１に示す偏光無依存型光アイソレータの要部
における順方向から見た各複屈折素子の偏光分離の方向
と偏光分離の距離との配置関係を説明するもので、同図
（ａ）は順方向の透過光を対象にする場合で、同図
（ｂ）は逆方向の透過光を対象にする場合のものであ
る。

【図３】図１に示す偏光無依存型光アイソレータの要部
における各素子の間の位置関係の番号分けを説明するた
めのものである。

【図４】図１に示す偏光無依存型光アイソレータの要部
に関する順方向から見た偏光成分の移動状態を示したも
ので、同図（ａ）は順方向を透過する光を対象にする場
合で、同図（ｂ）は逆方向を透過する光を対象にする場
合のものである。

【図５】本発明の第１の実施例である偏光無依存型光ア
イソレータの基本構成を示した平面図である。

【図６】本発明の第２の実施例である偏光無依存型光ア
イソレータの要部における順方向から見た各複屈折素子
の偏光分離の方向及びその距離との配置関係を説明する
もので、同図（ａ）は順方向透過光を対象にする場合
で、同図（ｂ）は逆方向透過光を対象にする場合のもの
である。

【図７】本発明の第２の実施例である偏光無依存型光ア
イソレータの要部に関する図３に示した各番号位置にお
ける順方向から見た偏光成分の移動状態を示したもの
で、同図（ａ）は順方向を透過する光を対象にする場合
で、同図（ｂ）は逆方向を透過する光を対象にする場合
のものである。

【図８】本発明の第３の実施例である偏光無依存型光ア
イソレータの要部における順方向から見た各複屈折素子
の偏光分離の方向及びその距離との配置関係を説明する
もので、同図（ａ）は順方向透過光を対象にする場合
で、同図（ｂ）は逆方向透過光を対象にする場合のもの
である。

【図９】本発明の第３の実施例である偏光無依存型光ア
イソレータの要部に関する図３に示した各番号位置にお
ける順方向から見た偏光成分の移動状態を示したもの
で、同図（ａ）は順方向を透過する光を対象にする場合
で、同図（ｂ）は逆方向を透過する光を対象にする場合
のものである。

【図１０】本発明の第４の実施例である偏光無依存型光
アイソレータの要部を示した斜視図である。

【図１１】図１０に示す偏光無依存型光アイソレータの
要部における順方向から見た各複屈折素子の偏光分離の
方向と偏光分離の距離との配置関係を説明するもので、
同図（ａ）は順方向の透過光を対象にする場合で、同図
（ｂ）は逆方向の透過光を対象にする場合のものであ
る。

【図１２】図１０に示す偏光無依存型光アイソレータの
要部における各素子の間の位置関係の番号分けを説明す
るためのものである。

【図１３】図１０に示す偏光無依存型光アイソレータの
要部に関する順方向から見た偏光成分の移動状態を示し
たもので、同図（ａ）は順方向を透過する光を対象にす
る場合で、同図（ｂ）は逆方向を透過する光を対象にす
る場合のものである。

【図１４】本発明の第４の実施例である偏光無依存型光
アイソレータの基本構成を示した平面図である。

【符号の説明】

Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ 複屈折素子 Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ ファラデー素子

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複屈折性を有する４個の複屈折素子と、
   ３個のファラデー素子とを配列して構成される偏光無依
   存型光アイソレータにおいて、前記各複屈折素子及び前
   記各ファラデー素子は、光の透過方向から順に第１の複
   屈折素子，第１のファラデー素子，第２の複屈折素子，
   第２のファラデー素子，第３の複屈折素子，第３のファ
   ラデー素子，及び第４の複屈折素子の配列をとり、該第
   １及び第２の複屈折素子は偏光分離の方向が互いに透過
   光に対して垂直な面内で互いに約４５度傾いていると共
   に該偏光分離の距離が互いに等しく、該第３及び第４の
   複屈折素子は偏光分離の距離が互いに等しく、該第１及
   び第２の複屈折素子の偏光分離の距離に対する該第３及
   び第４の複屈折素子の偏光分離の距離の比は０．４１４
   ２：１であって、該第１，第２，及び第３のファラデー
   素子による透過光の偏光方向の回転角度がそれぞれ約４
   ５度であることを特徴とする偏光無依存型光アイソレー
   タ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏光無依存型光アイソレ
   ータにおいて、前記第１及び第２の複屈折素子の偏光分
   離の距離に対する該第３及び第４の複屈折素子の偏光分
   離の距離の比を、１：０．４１４２に変えたことを特徴
   とする偏光無依存型光アイソレータ。
3. 【請求項３】 複屈折性を有する４個の複屈折素子と、
   ３個のファラデー素子とを配列して構成される偏光無依
   存型光アイソレータにおいて、前記各複屈折素子及び前
   記各ファラデー素子は、光の透過方向から順に第１の複
   屈折素子，第１のファラデー素子，第２の複屈折素子，
   第２のファラデー素子，第３の複屈折素子，第３のファ
   ラデー素子，及び第４の複屈折素子の配列をとり、該第
   １及び第２の複屈折素子は偏光分離の方向が透過光に垂
   直な面内で互いに約４５度傾いており、該第１及び第４
   の複屈折素子は偏光分離の距離が互いに等しく、該第２
   及び第３の複屈折素子は偏光分離の距離が等しく、該第
   １及び第４の複屈折素子の偏光分離の距離に対する該第
   ２及び第３の複屈折素子の偏光分離の距離の比は１：
   ０．４１４２であって、該第１，第２及び第３のファラ
   デー素子による透過光の偏光方向の回転角度がそれぞれ
   約４５度であることを特徴とする偏光無依存型光アイソ
   レータ。
4. 【請求項４】 光の透過方向へ順に配置された第１の複
   屈折素子と、第１のファラデー素子と、第２の複屈折素
   子と、第２のファラデー素子と、第３の複屈折素子と、
   第３のファラデー素子および第４の複屈折素子とからな
   り、前記第１と第２の複屈折素子の偏光分離方向が透過
   光に垂直な面内で互いに約４５度傾いており、前記第１
   と第２の複屈折素子の偏光分離距離の比が１／０．４１
   ４２であり、前記第３と第４の複屈折素子の偏光分離方
   向が透過光に垂直な面内で互いに約４５度傾いており、
   前記第３と第４の複屈折素子の偏光分離距離の比が０．
   ４１４２／１であり、かつ、前記第１と第２と第３のフ
   ァラデー素子による透過光の偏光方向の回転角度が約４
   ５度であることを特徴とする光アイソレータ。