JP2542532B2 - 偏光無依存型光アイソレ―タの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体レーザを用いた光ファイバー通信等に
おける光学系の反射戻り光を阻止するための偏光方向に
影響を受けない偏光無依存型光アイソレータの製造方法
に関する。

［従来の技術］ 半導体レーザを中心とする光通信，光計測等が開発さ
れるにしたがって、光学システムたとえば結合レンズ，
光コネクタその他光学部品から回帰する反射戻り光によ
ってレーザ発振が誤動作し高速，高密度信号伝送を不安
定化する問題が生じ、反射戻り光を遮断する各種の光ア
イソレータが提案された。

これらの光アイソレータは偏光子，ファラデー回転
子，検光子，ファラデー回転子を磁化するための永久磁
石から構成され、一般にはある偏光面にしか有効でな
く、光アイソレータの偏光方向に合致しない光が入射し
た場合、透過光が大幅に損失する欠点があった。偏光方
向に依存せず全ての偏光面に対してアイソレーション効
果を示す構成として平板状複屈折結晶や旋光性結晶単板
を組合せた方式が提案されている。たとえば第２図に示
される構成は平板状複屈折結晶を用いた構造（特公昭60
−51690号公報参照）であり、また第３図に示される構
成は偏光依存性のない構造である（特公昭58−28561号
公報参照）。後者においては1,1′の複屈折結晶板は同
厚で１′は１に対しｘ軸のまわりに180゜回転した対称
構造であり、それらの間にファラデー回転子2,旋光子３
を配置して偏光面を回転している。旋光子として水晶や
二酸化テルル（TeO₂）等が用いられている。第３図
（ａ），（ｂ）はそれぞれ順方向，逆方向の光の伝搬状
態を示すもので、順方向では出射点で再び入射光線の延
長上に伝搬できる。逆方向では最終入射点位置で入射光
線軸上から戻り光がある変位距離を有し、すなわち分離
されている。しかし第２図に示す構成では出射光の位置
は入射光線の延長線上ではなく平行移動すること、入射
偏光面は出射側では45゜回転すること、およびファラデ
ー回転子２の温度変化によって入射光線軸上に回帰する
光成分が生じ消光特性の劣化を誘起する可能性が高い等
々の欠点を内在しており、また第３図に示される構成で
は前記構成と異なり出射光線が入射光線延長上で結合さ
れる利点があるが、複屈折材料以外に旋光性結晶も加工
し組立てなければならず煩雑な工程が加わることにな
る。旋光性物質のうち代表的なものに水晶があるが、45
゜偏光面を回転させるには1.3μｍ帯で旋光能が約４゜/
mmであり、45゜では11.25mm程度必要とし全体で光路長
の長いものとなり、球レンズ，屈折率分布型GRINレンズ
等による他の光システムの結合が難しく、結合損失が大
きくなり実用的ではない。

第４図は代表的偏光無依存型光アイソレータの構造を
示す。この構造はレンズ間に楔状の一対の複屈折結晶板
４を配し、常光線，異常光線の分離性能及び楔角度を利
用し、逆方向の光線は（ｂ）に示すようにレンズに対し
てある角度で出射され結合されないことからアイソレー
ション効果を有する。また順方向の光線は（ａ）に示す
ように常光線，異常光線ともレンズに取込まれるため偏
波面に依存しないで全ての光が結合される。この場合楔
状複屈折板4,一対のレンズ５および光ファイバ６等の光
学的結合に高度な調整技術を必要とし、かつ部品点数が
多くなる等の欠点がある。さらに第２図から第４図の設
計において、いずれもファラデー回転子の温度依存性，
波長依存性を直接消光比に反映し、狭帯域の温度，波長
範囲にしか適用できないか、もしくは大型で高価となる
がYIGのような比較的温度係数の小さいファラデー回転
子材料を採用せざるを得ない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は２個の複屈折結晶板1,1′、２個のファラデ
ー回転子2,2′、２分割構造で偏光方向が互いに90゜異
なり、複屈折結晶板によって分離された常光線，異常光
線のいずれか一方の光路上に分割体のいずれか一方が配
置されるように調整された偏光板７およびファラデー回
転子を磁化するための２個の永久磁石から構成するもの
である。以下にその消光機能を説明する。

第１図は本発明の基本構成図である。（ａ）は光線の
軸方向を示し、左側から入射した光線の挙動を示す。光
線方向に対して結晶光軸が斜めになるよう配置された第
一の複屈折結晶板１において入射光線は常光線と異常光
線に分離する。分離距離は光線方向の結晶長ｌで決まり
複屈折結晶の種類によって異なるが、ルチルや方解石で
はl/10程度である。十分な消光比を実現するには二分割
になった偏光板を透過するとき常光線と異常光線が完全
に分離し、漏洩のない距離が必要となる。分離された常
光線，異常光線は次に第一のファラデー回転子２によっ
て45゜回転され偏光板７へ入射する。偏光板７の構造は
第５図に示すように、半円状Ａもしくは四角形Ｂまたは
三角形Ｃ接合形の偏光板２個をその偏光方向が互いに90
゜異なる位置にあらかじめ調整し、一体固定したもので
ある。この場合、常光線と異常光線が互いにいずれか一
方の偏光の一致した側へ入射されれば良い。偏光板の90
゜調整は消光比に直接関係する。常光線，異常光線の偏
光面が一致したときそれぞれ最大透過を示し、第二のフ
ァラデー回転子２′へ伝送され再び45゜の偏光面回転を
受ける。

（ｃ）に示す第一および第二のファラデー回転子２お
よび２′の磁化方向が同一向きの場合、常光線と異常光
線が反射し、常光線が異常光線となり、異常光線が常光
線となる。したがって第二の複屈折結晶板１′において
光線は光線軸上部側へ収束し、常光線，異常光線が再び
合体して出射される。

一方第一および第二のファラデー回転子2,2′の磁化
方向が対向している場合、（ａ）と同一に第二の複屈折
結晶板１′により入射光線軸上へ収束し出射される。い
ずれの場合においても偏光面に関係なく再結合されるこ
とは明白である。ただし温度，波長特性を考慮した場
合、第一および第二のファラデー回転子2,2′の磁化の
向きを対向させ、２個のファラデー回転子間で互いに補
償し合う構成の方が広帯域温度，広帯域波長を実現でき
る。

次に光線の逆方向について考慮すると、（ｂ）におい
て第二の複屈折結晶板１′を通過する点まで同様に戻る
が、第二のファラデー回転子を通過すると、偏光面がさ
らに45゜回転するため二分割偏光板７において、異常光
線，常光線とも偏光方向が偏光素子の直線偏光に対して
両者ともクロスニコルで回帰するため、この時点で遮断
される。すなわち消光機能は二分割偏光板７によるの
で、従来問題とされていた複屈折結晶板による常光線，
異常光線分離だけを用いた第２図，第３図の構成よりも
高い消光特性が期待できる。さらに、もし第二のファラ
デー回転子２′を通過するときに楕円成分が発生し二分
割偏光板７を透過したとしても、次の第一のファラデー
回転子２によって光線軸上部側が常光線、下部側が異常
光線となるため、第一の複屈折結晶板１により順方向時
とは異なる上部側に収束し、出射されるため入射点の位
置には結合されないため、さらに消光特性を高める作用
を示す。すなわち本発明では二段構成の消光機能を有す
る。加えて（ａ）の構成では前述のようにファラデー回
転子固有の温度変化，波長変化を二個のファラデー回転
子の対向磁化によって相殺するため広帯域が得られる。

次に第１図（ｅ）に示すように、第一および第二の複
屈折結晶板11,11′における光線軸の入出射面を角θ傾
斜させると、光線は中心線上に移動でき、かつ入出射軸
が光学系の中心線上となるので、ピグテール付き光ファ
イバを付加するときに無調整化が可能となる。しかも光
ファイバから入射した光線が第一の複屈折結晶板11の入
射面で反射されたとしても傾斜角θにより、元の光ファ
イバへ回帰することが防止できるため、近端反射戻り光
量も大幅に低減化できる。

［実施例］ 光源は偏光板の位置（中間点）でビームウェイストを
有するファイバコリメータを用い出射点の光束が約100
μｍの1310nmを用いた。またビームウェイスト点におけ
るビーム径は約80μｍである。複屈折結晶板は光線方向
の長さ４μｍの２μｍ角柱を用いた。この場合常光線，
異常光線の分離巾は中心間で約400μｍであった。二分
割偏光板は四角形の偏光ガラス二枚数を重ね合わせ、あ
らかじめ偏光方向を精密にクロスニコル状態に接合した
後、ダイヤブレードダイサーで切断し、接合を取り除い
た後、重ね合わされた二枚の偏光ガラスを切断面を互い
に貼り合せ一体化した平板偏光子を形成した。この場
合、後から90゜偏光方向を調整しなくとも貼り合せるだ
けで、完全な偏光調整となる。ファラデー回転子はBi置
換希土類鉄ガーネットの液相成長法（LPE法）により作
製された約200μｍの厚みの厚膜を採用した。作製した
光アイソレータの室温における順方向の損失は0.7dBで
あった。また逆方向挿入損失の温度，波長依存性をそれ
ぞれ第６図（ａ），（ｂ）に示した。

［発明の効果］ 本発明により、これまで偏光無依存型光アイソレータ
に内在していたガウス分布による光線の広がりに起因し
た消光比の減少を、複屈折結晶板によるビームシフトで
はなく、偏光板により異なる直線偏光成分を吸収するた
め、消光比の減少を大幅に緩和できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図である。 第２図乃至第４図は従来の光アイソレータの構成図であ
る。 第５図は本発明における二分割状偏光板の構成図であ
る。 第６図は本発明による光アイソレータの逆方向挿入損失
の温度依存性（ａ），波長依存性（ｂ）を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶光軸が表面に対し傾いた第一の複屈折
   結晶板，偏光面を45゜回転するための第一のファラデー
   回転子，第一の複屈折結晶板により分離した常光線と異
   常光線とがそれぞれ偏光方向を90゜異なるよう、かつい
   ずれか一方を透過するように調整された二分割状偏光
   板，第二のファラデー回転子，第一の複屈折結晶板と同
   一光路長を有する第二の複屈折結晶板および第一，第二
   のファラデー回転子を磁化するための第一，第二の永久
   磁石で構成された光アイソレータにおいて、２枚の平板
   状偏光ガラスをクロスニコル状に接合した後、重ね合わ
   せたまま切断し、接合を取り除いた後、重ね合わせた２
   枚の偏光ガラスのそれぞれの切断面を接合し、一体化さ
   せた平板偏光子からなる前記二分割状偏光板を用いたこ
   とを特徴とする偏光無依存型光アイソレータの製造方
   法。
2. 【請求項２】第一と第二の永久磁石の磁化の向きが互い
   に逆向きである請求項（１）記載の偏光無依存型光アイ
   ソレータの製造方法。