JP2535159Y2

JP2535159Y2 - 光アイソレータ

Info

Publication number: JP2535159Y2
Application number: JP1989094809U
Authority: JP
Inventors: 孝三上; 浩久米; 良博今野
Original assignee: 並木精密宝石株式会社
Priority date: 1989-08-12
Filing date: 1989-08-12
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2004-08-12
Also published as: JPH0335518U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、光通信，光計測等に使用されるファラデー
効果を利用した光アイソレータにおいて、安定な消光比
特性を実現するための光アイソレータの構造に関する。

［従来の技術及びその課題］最近、半導体レーザを光源として光通信システムや、
半導体レーザを用いた光応用機器が広範に利用されるよ
うになり、それらのシステムや機器の精度や安定性を向
上する目的から、半導体レーザへの戻り光を除去する光
アイソレータの要求が高まってきた。これまでに多様な
構造からなる光アイソレータが提案されてきたが、基本
的には一対の偏光素子である偏光子・検光子，ファラデ
ー回転子，磁界発生用永久磁石及びそれらを固定保護す
るためのホルダケースから構成されている。

光アイソレータの消光特性は、磁気光学素子であるフ
ァラデー回転子による45°偏光面の精度及び偏光子，検
光子の偏光面が相対的に正確に45°異なる調整がされて
いるか否かに依存している。順方向では半導体レーザか
ら出射された光線は偏光子を通過し直線偏光となり、フ
ァラデー回転子により45°偏光面が回転され、偏光子と
45°偏光面の異なる方向に調整された検光子を通過する
ことで、その45°偏光面が維持されている。そして逆方
向に対しては45°偏光面のみ検光子を透過し、ファラデ
ー回転子によりさらに45°偏光面が回転されるため、入
射時の偏光面に対して90°回転した偏光面となることに
より偏光子で遮断され、高い消光特性が達成される。し
かし光アイソレータ装置の組立て後においては、偏光子
と検光子との偏光面の相対的な45°調整は実際に非常に
困難であり、調整時間を多大に必要としていた。

以上のような欠点を改良すべく、特開昭60−181727号
及び61−036725号公報においては、組立て後外部より回
転調整することが可能な光アイソレータ機構の提案がな
されている。しかしいずれもホルダケース内に直接偏光
子，検光子である偏光素子を配置し、またホルダケース
は永久磁石を中心としてカップ状に配設されており、偏
光素子が永久磁石の外にあるため、光アイソレータの小
型化にも限界があった。しかも偏光素子とファラデー回
転子間に空間が存在するため、入射光の損失原因ともな
っていた。また前者の提案においては、偏光子，ファラ
デー回転子，検光子を独立に回転し、調整後ネジ止めに
より固定する構造であるため、全体に複雑な構造とな
り、多量生産には適さなかった。さらに特開昭62−6216
号公報においては、偏光素子を磁界発生用永久磁石内に
挿入するとともに、ファラデー素子を固定用ホルダに接
着し小型化を実現すると同時に、ファラデー素子固定用
ホルダからの反射をホルダ中心部の遮光孔を円錐形状に
して防止する構造が提案されている。しかしこの構造に
おいても前述の２方式と同様にホルダ容積分だけ大きく
なり全体構造の小型化を制限している。

本考案者らはこれらの点を鑑みて、先に特願昭62−23
6693号及び実願昭62−145786号において、小型でかつ調
整容易な光アイソレータの構造を提案した。しかしこの
構造においては、初期の目的とした光アイソレータの小
型化，調整容易性，高消光特性について十分な改良がな
されたが、永久磁石同士が直接吸引接着しているため、
永久磁石端部の破損劣化等が生じる可能性があった。と
くに希土類磁石は永久磁石特性が極めて高い性能を有す
るが、機械的に脆い性質があり相互の強力な磁気的吸着
力で固定する際に破損しやすい欠点があり、同じく本考
案者は実願昭63−52630号において、偏光素子のいずれ
か一方を偏光素子の形状に貫通孔を施した磁性体によっ
て固定し、全体が磁気吸着した状態で偏光素子間の45°
調整において磁石の破損を考慮しないで組立できる構造
を立案した。

一方ファラデー素子に関する要求として、ファラデー
回転能θｆが大きく、45°回転に必要な素子厚さが小さ
いこと、飽和磁化に要求される磁界強度Ｈが小さいこと
が光アイソレータ全体の小型化に対して絶対条件であ
り、多様な製法からすぐれたファラデー回転子材料とし
てBi置換希土類鉄ガーネット結晶が実用化された。この
結晶は(RBi)₃Fe₅O₁₂で示され、Ｒは希土類元素を示す。
θｆはＲのBi置換量が大きいほど高くなるので素子厚さ
が薄くなり、透過光の光吸収が少なく挿入損失が改善で
きる。またFe成分を部分的にAl,Mg,Caなどで置換し飽和
磁化に要する磁界の低減化が試られ、YIG（イットリウ
ム鉄ガーネット）バルク単結晶では1,8000e程度必要と
されたが、液相エピタキシャル法（LPE法）では200〜1,
5000eと広い範囲で制御できるようになった。ただし実
際の光アイソレータでは単にθｆの増加による光吸収低
減だけでは充分ではなく、光アイソレータの使用時の環
境条件、特に温度変化に対して45°のファラデー回転角
が維持されていること、すなわちファラデー回転能の温
度係数が小さいことも重要である。

温度係数に対しては一般にYIG単結晶が約0.04deg/℃
で比較的小さい。一方LPE法ガーネット膜では異符号の
温度係数を示す物質を二層エピタキシャル成長させて互
いに補償する方法や、希土類サイトを他の希土類元素で
置換し、温度係数の低減を可能とした。しかしこれらの
場合光吸収が大きくなる等の不都合な性質も生じる。結
果として飽和磁化，光吸収，温度係数が全て小さくでき
れば、すぐれた光アイソレータ用ファラデー回転子とな
るが、現実には上記の３要素を合わせもつような物質は
ない。

さらに偏光素子に関する要求としては、従来、偏光材
料として有機プラスチックがその有機プラスチック中に
分散された有機又は無機の粒子あるいは分子と共に懸濁
媒として用いられ、単板状あるいはシート状のものを２
枚のガラス板に挟み込む形で用いられてはいたが、有機
プラスチック材は吸湿性が比較的高く、温度容量が小さ
いことから、これに変わる金属粒子含有ガラスの伸長、
延伸もしくは押出しによる偏光ガラスの製造法が研究さ
れ、出願された。

すなわち、偏光ガラスに関する特開昭56−169140号及
び同昭59−83951号、及び特公昭63−63499号公報におい
て示されるように、ガラス中の金属銀および／もしくは
ハロゲン化銀の粒子を押長し、ガラス組成内のガラス移
動方向に細長く針状（楕円体形状）に引き延ばされたほ
ぼ一定な分布を有する縞状金属微粒子が整列されること
を特徴とする銀含有ガラスの押出成形法により、偏光素
子材料としては従来なかったタイプの無機質素材で薄板
状の偏光ガラスが得られるようになった。

本考案はこの点を鑑みて、光線軸方向の長さを短く
し、かつ光アイソレータの直径を小さくすることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］本考案は、光アイソレータを小型化するため偏光子，
検光子となる偏光素子及びファラデー回転子を全て永久
磁石内に挿入する構造であって、これら光学素子を円盤
形状としたものであり、すなわち一対のリング状ホルダ
に間挿された円筒型永久磁石内に、偏光子として前記銀
含有ガラス押出法による偏光ガラス板、ファラデー回転
子としてLPE成長法により作成された円盤状ガーネット
膜、検光子として前記の銀含有ガラス押出法による偏光
ガラス板が配置され、一つのリング状ホルダ側に、円筒
型永久磁石、一方の偏光素子、及びファラデー回転子が
一体に固定され、他のリング状ホルダ側に、他方の偏光
素子が一体に固定され、かつ前記リング状ホルダの少な
くとも永久磁石を固定していない一方は磁性体で形成さ
れ、全体として一体化されている光アイソレータの構造
である。固定手段は金属融着によることが好ましい。

［実施例］第１図に本考案の一実施例を示すが、円盤状のファラ
デー回転子１として、LPE法によるBi−Feガーネットを
使用した。一般にLPEガーネットの場合、バルクYIG単結
晶でファラデー回転θｆ＝45°を得るためには約2mm必
要であったが、同じ45°偏波面を回転するためには必要
な厚さは、0.2〜0.4mmでよく、光アイソレータの厚さを
小さくできる。また偏光子2,検光子３に使用される偏光
素子は、長く延伸させた金属銀をガラス自身の中に一方
向に配列させた偏光ガラス板を円盤状に加工した。永久
磁石４はSm−Co焼結磁石（３φ×２φ×1.5t）を採用し
た。この寸法でホルダ５を磁性体で形成すると内部の磁
束密度は1,500G以上得られ、LPEガーネットを磁気的に
飽和させるには十分である。この光学部品を固定するに
は、（ｂ）に示すように光線透過部分はマスキングし、
外周部にリング状にCr−Ni−Auの下地層をスパッタし
て、Au−Sn融着材を使用してメタル固定し、一方の分割
体は偏光子2,ファラデー回転子1,リング状ホルダ5,永久
磁石４を同時に融着し、他方の分割体は検光子3,磁性リ
ング状ホルダ５を融着した。次に検光子側の磁性リング
状ホルダ５を永久磁石４の端面に吸着させ、偏波面の45
°調整を行ない、位置が決定された時点で二分割体接合
部にPb−Sn融着材を使用してメタル固定し全体を一体化
した。

［考案の効果］本考案により、光アイソレータを極めて小型化でき
る。つまり、光アイソレータを構成する一対の偏光素子
である偏光子・検光子、ファラデー回転子、磁界発生用
永久磁石、及びそれを固定するホルダーを全て隙間無く
組み合わせることにより、光アイソレータを極限まで小
型化することができた。

また、磁性リング状ホルダを永久磁石の端面に吸着さ
せて組み込んだ後、偏波面の45°調整を行い、位置が決
定された時点で二分割体接合部に金属融着材を使用して
メタル固定し全体を一体化するので、金属融着による高
信頼性、生産容易性が高まり、さらに磁性体ホルダを用
いることにより磁束の収束性が高まり、光アイソレータ
としてたいへん有効な構造であることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図（ａ），および
組立図（ｂ）。 1:ファラデー回転子、2:偏光子 3:検光子、4:永久磁石 5:ホルダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−25119（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−73227（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−142320（ＪＰ，Ａ) 特開平１−200223（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−21119（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】一対のリング状ホルダに間挿された円筒型
永久磁石内に、偏光子として円盤状偏光ガラス板、ファ
ラデー回転子として円盤状LPEガーネット膜、検光子と
して円盤状偏光ガラス板が配置され、一つのリング状ホ
ルダ側に、円筒型永久磁石、一方の偏光素子、及びファ
ラデー回転子が一体に固定され、他のリング状ホルダ側
に、他方の偏光素子が一体に固定され、かつ前記リング
状ホルダの少なくとも永久磁石を固定していない一方は
磁性体で形成され、全体として一体化されていることを
特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】固定手段が金属融着による請求項（１）記
載の光アイソレータ。