JP2564689B2 - 光アイソレータの製造方法 - Google Patents
光アイソレータの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は温度依存性における最大アイソレーション温
度を制御した光アイソレータに関するものである。
度を制御した光アイソレータに関するものである。
［従来の技術及び課題］ LD（半導体レーザ）を用いた長距離光通信技術の発展
に伴い、反射戻り光によるLDの雑音防止のための光アイ
ソレータが開発され、高密度な通信方式の普及にしたが
ってその重要性がますます認識されている。基本構造的
には２つの偏光素子，ガーネット結晶からなるファラデ
ー回転子，ファラデー回転子を磁化しファラデー回転角
を誘起する永久磁石からなる。偏光素子にはロションプ
リズム，偏光ビームスプリッタ，グラントムソンプリズ
ム，偏光ガラスが用いられ用途に応じて使い分けられ
る。永久磁石は小形で高磁界を得るため希土類磁石が用
いられている。ファンデー回転子は光アイソレータ特性
を決定する部品となる。現在使用されている材料はFZ法
によるバルクYIG単結晶とガーネット系基板上に液相エ
ピタキシャル（LPE）法を用いて育成されるBiRIG膜の二
種ある。ファラデー回転角θは材料の光線方向の厚さに
比例し、単位長さ当りのθｆは物質によって異なる。光
アイソレータで要求されるθ＝45゜を得るには、YIGで
約2mm,BiRIGで200〜500μｍの厚さが必要である。量産
性や低価格化を考慮すると、FZ法で得られるバルクYIG
に対して、LPE法では基板上に形成するため必要形状に
無駄なく加工でき、大きくとも1/4の厚みで等価なファ
ラデー回転が達成可能であり、経済的な普及性は極めて
高い。しかしYIG,LPEガーネットとも大小の差はある
が、ファラデー回転能に対して温度依存性，波長依存性
を有し、第２図にBiRIG（希土類ビスマス鉄ガーネッ
ト）のθｆの温度依存性（ａ）及び波長依存性（ｂ）を
示す。また光アイソレータとしては、組立時の環境温度
及び組立てに使用した波長に対して最大アイソレーショ
ンとなるように調整，組上げられている。しかし実用使
用温度範囲内（０〜70℃程度）において、限界温度（０
℃もしくは70℃）近傍ではアイソレーション特性の劣化
を生じる。YIG結晶においてはファラデー回転温度係数
がKT＝−0.04deg/℃であり、LPE法では実用的に吸収の
少ない材料としてKT＝−0.04〜−0.07deg/℃を有する素
材が一般的に用いられている。光アイソレータの組立を
一般的な室温24℃で実施したときを考慮すると、実測し
たアイソレーションの温度特性は第１図に示すように
24℃を極大とし、24℃から遠ざかることにより両側とも
劣化していく。この場合０〜70℃の温度範囲内を考慮す
ると24→０℃は44deg、24→70℃は46degである。アイソ
レーションは45゜から変位角Δθが生じた時−10log（s
in2Δθ）で示されるので、YIG及びLPEガーネット（温
度係数＝−0.06deg/℃とするとき）のそれぞれ０℃側,7
0℃側のアイソレーションを第１表に示す。
に伴い、反射戻り光によるLDの雑音防止のための光アイ
ソレータが開発され、高密度な通信方式の普及にしたが
ってその重要性がますます認識されている。基本構造的
には２つの偏光素子，ガーネット結晶からなるファラデ
ー回転子，ファラデー回転子を磁化しファラデー回転角
を誘起する永久磁石からなる。偏光素子にはロションプ
リズム，偏光ビームスプリッタ，グラントムソンプリズ
ム，偏光ガラスが用いられ用途に応じて使い分けられ
る。永久磁石は小形で高磁界を得るため希土類磁石が用
いられている。ファンデー回転子は光アイソレータ特性
を決定する部品となる。現在使用されている材料はFZ法
によるバルクYIG単結晶とガーネット系基板上に液相エ
ピタキシャル（LPE）法を用いて育成されるBiRIG膜の二
種ある。ファラデー回転角θは材料の光線方向の厚さに
比例し、単位長さ当りのθｆは物質によって異なる。光
アイソレータで要求されるθ＝45゜を得るには、YIGで
約2mm,BiRIGで200〜500μｍの厚さが必要である。量産
性や低価格化を考慮すると、FZ法で得られるバルクYIG
に対して、LPE法では基板上に形成するため必要形状に
無駄なく加工でき、大きくとも1/4の厚みで等価なファ
ラデー回転が達成可能であり、経済的な普及性は極めて
高い。しかしYIG,LPEガーネットとも大小の差はある
が、ファラデー回転能に対して温度依存性，波長依存性
を有し、第２図にBiRIG（希土類ビスマス鉄ガーネッ
ト）のθｆの温度依存性（ａ）及び波長依存性（ｂ）を
示す。また光アイソレータとしては、組立時の環境温度
及び組立てに使用した波長に対して最大アイソレーショ
ンとなるように調整，組上げられている。しかし実用使
用温度範囲内（０〜70℃程度）において、限界温度（０
℃もしくは70℃）近傍ではアイソレーション特性の劣化
を生じる。YIG結晶においてはファラデー回転温度係数
がKT＝−0.04deg/℃であり、LPE法では実用的に吸収の
少ない材料としてKT＝−0.04〜−0.07deg/℃を有する素
材が一般的に用いられている。光アイソレータの組立を
一般的な室温24℃で実施したときを考慮すると、実測し
たアイソレーションの温度特性は第１図に示すように
24℃を極大とし、24℃から遠ざかることにより両側とも
劣化していく。この場合０〜70℃の温度範囲内を考慮す
ると24→０℃は44deg、24→70℃は46degである。アイソ
レーションは45゜から変位角Δθが生じた時−10log（s
in2Δθ）で示されるので、YIG及びLPEガーネット（温
度係数＝−0.06deg/℃とするとき）のそれぞれ０℃側,7
0℃側のアイソレーションを第１表に示す。
仮に０→70℃で30dB以上のアイソレーションが必要であ
れば、いずれも高温側で問題となる。そのためファラデ
ー回転子用の材料として温度係数の小さい物質を用いれ
ば良いが、現在では実用に供する吸収の少ない材料はな
い。そこで０〜70℃の温度範囲で高いアイソレーション
を得る方法として以下の手段が考えられている。
れば、いずれも高温側で問題となる。そのためファラデ
ー回転子用の材料として温度係数の小さい物質を用いれ
ば良いが、現在では実用に供する吸収の少ない材料はな
い。そこで０〜70℃の温度範囲で高いアイソレーション
を得る方法として以下の手段が考えられている。
１）光アイソレータの組立温度を、この温度範囲の中心
値である35℃とする。
値である35℃とする。
２）最大アイソレーション温度が35℃になるように偏光
子の角度を45゜からΔθずらす。
子の角度を45゜からΔθずらす。
３）最大アイソレーション温度が35℃になるようにファ
ラデー回転角を45゜からΔθずらし、偏光子，検光子の
設定角度を45゜として組立てる。
ラデー回転角を45゜からΔθずらし、偏光子，検光子の
設定角度を45゜として組立てる。
１）の場合、室温よりかなり高温で組立システムを設定
しなければならない。２）の場合、45℃からΔθを機械
的にずらして組立てるとき、基準となるアイソレーショ
ンがピークで固定できないため、実際には製品の特性変
動が大きい。３）はファラデー回転子の厚みを増減する
方法でありθ±Δθの調整が煩雑であり、いずれも製造
上実用性に乏しい。
しなければならない。２）の場合、45℃からΔθを機械
的にずらして組立てるとき、基準となるアイソレーショ
ンがピークで固定できないため、実際には製品の特性変
動が大きい。３）はファラデー回転子の厚みを増減する
方法でありθ±Δθの調整が煩雑であり、いずれも製造
上実用性に乏しい。
本発明はこの点を鑑みて、光アイソレータの上記の問
題点を解決し、最大アイソレーション温度を制御するこ
とにより、実用上の温度範囲で高アイソレーションを示
す光アイソレータを提供することを目的とする。
題点を解決し、最大アイソレーション温度を制御するこ
とにより、実用上の温度範囲で高アイソレーションを示
す光アイソレータを提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ ファラデー回転角の温度係数KT,波長係数をＫλとす
るとき、微小な温度変化ΔＴに起因するファラデー回転
角の変動は波長変化Δλによる変動で補償するとき、 ＫλΔλ＝KTΔＴ ……（１） となり、Δλ＝（KT/Kλ）ΔＴで示される波長変化分と
等価となる。通常光アイソレータを組立てる場合、室温
（TR）において最もアイソレーションの高い状態で組立
てるため、その結果アイソレーションは第１図に示す
ように、０〜70℃の実用使用温度範囲内においてTRをピ
ーク値とし低温側に変位した特性を有する。しかし
（１）式で規定されるΔλを考慮し、室温においてλ±
Δλの波長で最大アイソレーションをとるように組立て
られた光アイソレータは、実用波長λで動作する時TR±
ΔＴの温度になると最大アイソレーションをとる。つま
りファラデー回転の温度変化を波長変化分として組立て
れば、最大アイソレーションをとる温度は（１）式で与
えられるΔλによって広範囲に制御でき、最大アイソレ
ーション位置を使用温度範囲の中央に設定し中央温度を
中心にほぼ対称なアイソレーションが得られる。またLD
と組みモジュール化する場合、LDの波長が±30nm程度の
公差をもって生産されており、一波長を想定して組まれ
た光アイソレータをそのまま利用したとき、LDモジュー
ルとしての温度特性が大きく変動するので、あらかじめ
LDの波長が求まると、光アイソレータの組立波長を最大
アイソレーションを示す温度が同一になるように（１）
式から導かれる波長に調整して作製すれば、均一温度特
性を有するLDモジュールを形成できる。さらにある波長
にて最大アイソレーションをとりたい場合、（１）式で
示される温度で組立てることにより、任意の指定波長で
所望の性能を得ることも可能である。
るとき、微小な温度変化ΔＴに起因するファラデー回転
角の変動は波長変化Δλによる変動で補償するとき、 ＫλΔλ＝KTΔＴ ……（１） となり、Δλ＝（KT/Kλ）ΔＴで示される波長変化分と
等価となる。通常光アイソレータを組立てる場合、室温
（TR）において最もアイソレーションの高い状態で組立
てるため、その結果アイソレーションは第１図に示す
ように、０〜70℃の実用使用温度範囲内においてTRをピ
ーク値とし低温側に変位した特性を有する。しかし
（１）式で規定されるΔλを考慮し、室温においてλ±
Δλの波長で最大アイソレーションをとるように組立て
られた光アイソレータは、実用波長λで動作する時TR±
ΔＴの温度になると最大アイソレーションをとる。つま
りファラデー回転の温度変化を波長変化分として組立て
れば、最大アイソレーションをとる温度は（１）式で与
えられるΔλによって広範囲に制御でき、最大アイソレ
ーション位置を使用温度範囲の中央に設定し中央温度を
中心にほぼ対称なアイソレーションが得られる。またLD
と組みモジュール化する場合、LDの波長が±30nm程度の
公差をもって生産されており、一波長を想定して組まれ
た光アイソレータをそのまま利用したとき、LDモジュー
ルとしての温度特性が大きく変動するので、あらかじめ
LDの波長が求まると、光アイソレータの組立波長を最大
アイソレーションを示す温度が同一になるように（１）
式から導かれる波長に調整して作製すれば、均一温度特
性を有するLDモジュールを形成できる。さらにある波長
にて最大アイソレーションをとりたい場合、（１）式で
示される温度で組立てることにより、任意の指定波長で
所望の性能を得ることも可能である。
［実施例１］ 最大アイソレーション温度が34℃になるように（２）
式で示されるファラデー回転能を有するファラデー素子
を使用し、（３）式にしたがって組立波長を1540nmとし
て23℃の室温で組立てを行なった。得られた光アイソレ
ータを波長1550nmで測定した温度依存性曲線を第１図の
に示す。最大アイソレーション温度が34℃となってい
ることが確認された。同様に1530nmの波長で組立てた場
合を曲線,1560nmの波長で組立てた場合を曲線で示
す。
式で示されるファラデー回転能を有するファラデー素子
を使用し、（３）式にしたがって組立波長を1540nmとし
て23℃の室温で組立てを行なった。得られた光アイソレ
ータを波長1550nmで測定した温度依存性曲線を第１図の
に示す。最大アイソレーション温度が34℃となってい
ることが確認された。同様に1530nmの波長で組立てた場
合を曲線,1560nmの波長で組立てた場合を曲線で示
す。
ただし θf:波長λにおけるファラデー回転能 ただし θfc:中心波長λにおけるファラデー回転能 θfk:組立変位波長Δλにおけるファラデー回転能 Tr:組立温度 KT:ファラデー回転子の温度係数 Tps:最大アイソレーション温度 したがって本実施例では実用使用波長をλとするとき、
λ±Δλの波長光源を用いてアイソレーションが最大に
なる角度に調整することにより、希望する最大アイソレ
ーション温度を有する光アイソレータを得ることができ
る。
λ±Δλの波長光源を用いてアイソレーションが最大に
なる角度に調整することにより、希望する最大アイソレ
ーション温度を有する光アイソレータを得ることができ
る。
［実施例２］ 組立時の波長λ＝1310nm,1318nm,1326nmの三通
りを選び、それぞれ室温23℃において最大アイソレーシ
ョンが得られるように組込んだ。次に組込み後にアイソ
レーションの温度変化をそれぞれ波長λ＝1310nmで計測
したところ第３図に示す結果を得た。ここで組立波長が
大きくなるにしたがってピーク位置が高温側へ移動して
いる様子がみられる。λ＝1318nmの組立波長を用いてλ
＝1310nmの波長で測定したとき、０℃において約30dB、
70℃において29.5dBとなり、λ＝1310nmで組込んだアイ
ソレータ特性が35℃のピーク点を示す位置へシフトして
いるのがみられる。使用したファラデー回転子の温度係
数は−0.06deg/℃であり、この場合12℃ピーク移動を与
えるために約8nmだけ組立波長を使用波長からずらして
組込めばよい。
りを選び、それぞれ室温23℃において最大アイソレーシ
ョンが得られるように組込んだ。次に組込み後にアイソ
レーションの温度変化をそれぞれ波長λ＝1310nmで計測
したところ第３図に示す結果を得た。ここで組立波長が
大きくなるにしたがってピーク位置が高温側へ移動して
いる様子がみられる。λ＝1318nmの組立波長を用いてλ
＝1310nmの波長で測定したとき、０℃において約30dB、
70℃において29.5dBとなり、λ＝1310nmで組込んだアイ
ソレータ特性が35℃のピーク点を示す位置へシフトして
いるのがみられる。使用したファラデー回転子の温度係
数は−0.06deg/℃であり、この場合12℃ピーク移動を与
えるために約8nmだけ組立波長を使用波長からずらして
組込めばよい。
［実施例３］ 実施例２と同一部品を用いて組立系を23℃,35℃,
45℃の恒温槽に入れ、それぞれ最大アイソレーション
がとれる位置で固定した。固定は光ファイバーをガイド
とするYAG溶接法で光アイソレータのステンレスホルダ
部を融着固定した。この場合組立波長，測定波長ともλ
＝1310nmを用いている。第４図には前記温度で組込んだ
光アイソレータの温度特性を示す。35℃で組立てた試験
品のアイソレーションは０℃で29.0dB,70℃で29.5dBと
なり、実際の温度を変えて組立てた場合、実施例２によ
り作製された光アイソータと等価であることがわかる。
45℃の恒温槽に入れ、それぞれ最大アイソレーション
がとれる位置で固定した。固定は光ファイバーをガイド
とするYAG溶接法で光アイソレータのステンレスホルダ
部を融着固定した。この場合組立波長，測定波長ともλ
＝1310nmを用いている。第４図には前記温度で組込んだ
光アイソレータの温度特性を示す。35℃で組立てた試験
品のアイソレーションは０℃で29.0dB,70℃で29.5dBと
なり、実際の温度を変えて組立てた場合、実施例２によ
り作製された光アイソータと等価であることがわかる。
［実施例４］ 波長帯域1535nm用光アイソレータにおいて最大アイソ
レーション温度を45℃と想定し、組立波長を選択し４個
の試験品を作製し、温度特性を測定した。ファラデー回
転子はLPE法によるBi置換希土類鉄ガーネットを用い、
その温度係数は−0.06deg/℃でありファラデー回転の波
長係数は約−0.068deg/nmであるのでΔT,Δλの関係か
ら下式が得られ、 −0.068（deg/nm）×Δλ（nm） ＝−0.065（deg/℃）×（45−23）（℃）より Δλ＝約22nmとなる。そこで使用波長1535nmより22nm長
い1557nmで組立てた。第５図が４個の光アイソレータの
温度特性拡大図である。45℃ではなく42〜44℃に最大ア
イソレーションがみられ、ほぼ想定に近い特性が得られ
た。
レーション温度を45℃と想定し、組立波長を選択し４個
の試験品を作製し、温度特性を測定した。ファラデー回
転子はLPE法によるBi置換希土類鉄ガーネットを用い、
その温度係数は−0.06deg/℃でありファラデー回転の波
長係数は約−0.068deg/nmであるのでΔT,Δλの関係か
ら下式が得られ、 −0.068（deg/nm）×Δλ（nm） ＝−0.065（deg/℃）×（45−23）（℃）より Δλ＝約22nmとなる。そこで使用波長1535nmより22nm長
い1557nmで組立てた。第５図が４個の光アイソレータの
温度特性拡大図である。45℃ではなく42〜44℃に最大ア
イソレーションがみられ、ほぼ想定に近い特性が得られ
た。
［実施例５］ 波長帯域1310nm用光アイソレータを実施例４と同様に
して使用波長より15nm長い1325nmで組立て、第６図の温
度特性拡大図を得た。
して使用波長より15nm長い1325nmで組立て、第６図の温
度特性拡大図を得た。
［発明の効果］ 本発明により組立波長を調整することから、最大アイ
ソレーション温度位置の自由な制御が可能であり、実用
温度領域内の中央点に設定し、消光特性を有効利用でき
る。さらにLDと結合する場合、LDの波長に応じた組立波
長を用いることによって、LDの製造に起因する波長変動
に対して適合する光アイソレータを提供することも容易
である。
ソレーション温度位置の自由な制御が可能であり、実用
温度領域内の中央点に設定し、消光特性を有効利用でき
る。さらにLDと結合する場合、LDの波長に応じた組立波
長を用いることによって、LDの製造に起因する波長変動
に対して適合する光アイソレータを提供することも容易
である。
第１図は本発明による光アイソレータのアイソレーショ
ン温度依存性を示す。 第２図はBiRIGのθｆの温度依存性（ａ）及び波長依存
性（ｂ）を示す。 第３図は本発明による光アイソレータのアイソレーショ
ン温度依存性を示す。 第４図は組立温度を変えた光アイソレータのアイソレー
ション温度依存性を示す。 第５図，第６図は本発明の実施例による光アイソレータ
のアイソレーション温度特性データを示す。
ン温度依存性を示す。 第２図はBiRIGのθｆの温度依存性（ａ）及び波長依存
性（ｂ）を示す。 第３図は本発明による光アイソレータのアイソレーショ
ン温度依存性を示す。 第４図は組立温度を変えた光アイソレータのアイソレー
ション温度依存性を示す。 第５図，第６図は本発明の実施例による光アイソレータ
のアイソレーション温度特性データを示す。
Claims (1)
- 【請求項１】偏光子，検光子，ファラデー回転子，ファ
ラデー回転子を磁化しファラデー回転角を誘起する永久
磁石及びホルダケースから構成され、波長λで室温TRに
対して異なる温度TR＋ΔＴにて動作される光アイソレー
タにおいて、該光アイソレータを組立てる温度条件に合
せることなく室温TRにて実施できるようにする為、該フ
ァラデー回転子のファラデー回転角度温度依存性KTと波
長依存性Ｋλを用いて、△λ＝（KT/Kλ）ΔＴの式で与
えられる波長Δλだけ波長λからずらした組立波長を用
いることを特徴とする光アイソレータの製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2149617A JP2564689B2 (ja) | 1989-11-14 | 1990-06-07 | 光アイソレータの製造方法 |
| CA002046275A CA2046275C (en) | 1989-11-14 | 1990-11-13 | Optical isolator and method for assembling same |
| DE69025189T DE69025189T2 (de) | 1989-11-14 | 1990-11-13 | Optischer isolator |
| PCT/JP1990/001465 WO1991007684A1 (en) | 1989-11-14 | 1990-11-13 | Optical isolator |
| US07/721,482 US5204868A (en) | 1989-11-14 | 1990-11-13 | Optical isolator and method for assembling same |
| EP90916383A EP0485609B1 (en) | 1989-11-14 | 1990-11-13 | Optical isolator |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-296337 | 1989-11-14 | ||
| JP29633789 | 1989-11-14 | ||
| JP2149617A JP2564689B2 (ja) | 1989-11-14 | 1990-06-07 | 光アイソレータの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03213818A JPH03213818A (ja) | 1991-09-19 |
| JP2564689B2 true JP2564689B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
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