JP2751475B2

JP2751475B2 - 光アイソレータ

Info

Publication number: JP2751475B2
Application number: JP27415989A
Authority: JP
Inventors: 裕一山田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH03135510A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光通信，光計測及び光記録において反射戻
り光の除去等に使用される光アイソレータに関するもの
である。

従来の技術半導体レーザを光通信等の光信号伝送系の光源として
用いる場合、半導体レーザからの出射光の一部が、伝送
路あるいは伝送用光学部品の各接続部で反射し、この反
射戻り光が半導体レーザの発振特性の不安定化や雑音増
加を引き起こす原因となる。この反射戻り光が半導体レ
ーザに帰還するのを防止するために、一般に光アイソレ
ータが使用されている。

第４図（ａ），（ｂ）は光アイソレータの原理を示す
図であり、第３図は一般的な光アイソレータの構成を示
す分解斜視図である。

最初に第４図（ａ），（ｂ）によって、光アイソレー
タの原理について説明する。第４図（ａ）に示すよう
に、順方向20に進行してきた順方向入射光21aは、まず
偏光子23を通過して直線偏光21bとなる。続いてこの直
線偏光21bは、飽和磁界Ｈ中のファラデー効果を持つ磁
気光学素子22を通過する際に、その偏光方向は45度回転
されて直線偏光21cとなる。従ってこの直線偏光21cは、
光の通過できる方向を偏光子23と45度の角度に配置した
検光子24を通過できる。逆に第４図（ｂ）に示すよう
に、逆方向25に進行してきた逆方向入射光26aは、まず
検光子24を通過して直線偏光26bとなる。続いてこの直
線偏光26bは、飽和磁界Ｈ中の磁気光学素子22を通過す
る際に、ファラデー効果の持つ非相反性により、その偏
光方向はさらに45度回転されて直線偏光26cとなる。従
ってこの直線偏光26cは、偏光子23の光の通過できる方
向と直交するために、この偏光子23を通過できなくな
る。なお、偏光子，検光子等を総称して偏光分離素子と
言う。

以上のような原理で、光アイソレータを用いることに
よって、反射戻り光が半導体レーザに帰還するのを防止
することができる。しかし現実には、わずかながら漏れ
光26dが存在し、その光量は磁気光学素子による偏光方
向の回転角が45度からずれるほど大きくなる。そこで、
光アイソレータの特性はアイソレーションＩ（逆方向損
失）として次式のように表される。

Ｉ＝−LOG（I₂／I₀） ……（１）ここで、I₀は逆方向の入射光強度、I₂は逆方向の漏れ光
強度である。

次に、第３図によって一般的な光アイソレータの構成
について説明する。まず、光の入出射面30a及び30bに反
射防止膜を形成した磁気光学素子30を、円筒形をした永
久磁石33中に設置する。この時、永久磁石33としては、
磁気光学素子30全体に飽和磁界が印加されるように設計
されたものを用いる。続いて、筒形をした偏光子ホルダ
34中に設置された偏光子31と、同じく筒形をした検光子
ホルダ35中に設置された検光子32を、光の通過できる方
向が互いに45度の角度となりかつ磁気光学素子30の両側
に隣接するように、半円筒形をした下ケース36中に設置
する。この時、偏光子31の光の入出射面31a及び31b、偏
光子32の光の入出射面32a及び32bにも、反射防止膜を形
成しておく。最後に、各部品をそれぞれ収納した偏光子
ホルダ34,永久磁石33及び検光子ホルダ35を下ケース36
とで収納保持するように上ケース37をかぶせた後、光通
過孔38aを設けたカバー38及び光通過孔39aを設けたカバ
ー39を取り付ける。また、この組み立てにあたっては、
位置ずれを防止するために、一般には接着剤を用いて固
定する構成となっている。

反射防止膜としては、SiO₂やMgF₂等が一般に用いら
れ、蒸着法やスパッタ法によって、光学部品の光通過面
に形成される。

そして、光アイソレータ用の磁気光学素子としては、
YIG（イットリウム・鉄・ガーネット）,RIG（希土類・
鉄・ガーネット）,BiRIG（ビスマス置換希土類・鉄・ガ
ーネット）等ガーネット構造の単結晶が一般的に用いら
れる。このような磁気光学素子による偏光方向の回転角
θは次式のように表すことができる。

θ＝VHL ……（２）ここでＶはヴェルデ定数、Ｈは磁界の強さ、Ｌは磁気光
学素子の厚さである。

この中でヴェルデ定数Ｖは温度依存性，波長依存性を
持ち、磁気光学素子の種類や組成によっても異なる。従
って、磁気光学素子は飽和磁界中で低温（一般には室
温）で一つの波長に対して偏光方向の回転角が45度とな
るように、種類，組成，厚さ等が設計されている。例え
ば、1.3μｍ用光アイソレータに、磁気光学素子としてY
IGを用いる場合、その厚さは約2.0mmとなる。

発明が解決しようとする課題しかしながら従来の構成では、一つの光波長に対応す
るように磁気光学素子の厚さが設計されているため、複
数の波長に対応できる光アイソレータが得られなかっ
た。

本発明はこのような課題を解決するもので、複数の波
長に対応できる光アイソレータを提供することを目的と
するものである。

課題を解決するための手段この目的を達成するために本発明の光アイソレータ
は、光軸上に配置した磁気光学素子と偏光分離素子とを
具備し、前記磁気光学素子に磁界を印加するための磁気
回路構成素子、及び前記光軸上へ移動させて光軸上の磁
気光学素子の総厚さを変化させることが可能な他の磁気
光学素子を具備した構成を有しているものである。

作用この構成によって、使用する半導体レーザの光波長が
異なる場合、光軸上で磁気光学素子の厚さを変え、光波
長の違いによる偏光方向の回転角のずれを補正できるの
で、複数の光波長に対応できる光アイソレータが得られ
ることとなる。

実施例以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する、第１図（ａ），（ｂ）及び第２図（ａ），（ｂ）は、
本発明による光アイソレータの一実施例を示すもので、
第１図（ａ）は光アイソレータの構成を示す断面図、第
１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第２図
（ａ），（ｂ）は光アイソレータの動作を説明する部分
断面図である。

まず、円筒形に切り出した磁気光学結晶の光の入出射
面1a及び1bを鏡面に研磨した後、反射防止膜（図示せ
ず）を形成し、第１の磁気光学素子１とする。この時、
第１の磁気光学素子１の厚さは、第１の光波長に対応で
きる厚さに設計しておく。この第１の磁気光学素子１
を、円筒形をした第１の永久磁石３中に接着により固定
し、前記第１の磁気光学素子１が光軸16上に位置するよ
うに、前記第１の永久磁石３をホルダ15に接着により固
定する。

同様に、円筒形に切り出した磁気光学結晶の光の入出
射面2a及び2bを鏡面に研磨した後、反射防止膜（図示せ
ず）を形成し、第２の磁気光学素子２とする。この時、
第２の磁気光学素子２の厚さは、第１の磁気光学素子１
と第２の磁気光学素子２の総厚さが、第２の光波長に対
応できるように設計しておく。この第２の磁気光学素子
２を、円筒形をした第２の永久磁石４中に接着により固
定し、前記第２の磁気光学素子２を光軸16上に移動させ
ることが可能な位置に、前記第２の永久磁石４を移動可
能なホルダ14に接着により固定する。

次に、光の入出射面5a及び5bに第１の光波長に対応す
る反射防止膜（図示せず）を形成した長方体形状の第１
の偏光子５と、光の入出射面6a及び6bに第１の光波長に
対応する反射防止膜（図示せず）を形成した直方体形状
の第１の検光子６を、それぞれ前記ホルダ14中に接着に
より固定する。その際、これら偏光子５と検光子６と
が、光の通過できる方向が互いに45度となり、かつ第１
の磁気光学素子１の両側に隣接するように、光軸16上に
配置する。同様に、光の入出射面7a及び7bに第２の光波
長に対応する反射防止膜（図示せず）を形成した直方体
形状の第２の偏光子７と、光の入出射面8a及び8bに第２
の光波長に対応する反射防止膜（図示せず）を形成した
直方体形状の第２の検光子８を、それぞれ前記ホルダ14
中に接着により固定する。その際、これらの偏光子７と
検光子８とが、光の通過できる方向が互いに45度とな
り、かつ第２の磁気光学素子２の両側に隣接するように
直線上に配置する。この時前記ホルダ14中には、検光子
６または８からの反射成分を受光するための受光素子
９、及び前記反射成分を受光素子９に導くためのミラー
10を設けておく。

最後に、ホルダ14を移動させるための回転子13と、こ
の回転子13に接続した回転モータ11を設置し、受光素子
９と回転モータ11とをそれぞれ回転制御機12に接続して
光アイソレータとする。

以上のように構成された光アイソレータについて、以
下その動作を説明する。

まず、第１の光波長を使用する場合、第１図（ａ）に
示すように、光軸16上にはそれぞれ第１の光波長に対応
する第１の磁気光学素子１、第１の偏光子５及び第１の
検光子６を配置する。この時、第１の磁気光学素子１の
厚さは、第１の光波長の光の偏光方向の回転角が45度回
転するように設計されている。従って、光アイソレータ
の原理により、反射戻り光が半導体レーザに帰還するの
を防止することができる。

ここで、第２の光波長を使用すると、第１の磁気光学
素子１を通過した光の偏光方向の回転角は45度からずれ
てしまい、第１の検光子６を通過できない偏光成分が生
じる。この偏光成分を、第１の検光子６からの反射成分
として、ミラー10を介して受光素子９で受光する。この
反射成分は、偏光方向の回転角が45度からずれるほど多
くなるので、受光素子９での受光光量によって偏光方向
の回転角の45度からのずれの大きさを検出できる。この
受光光量を、光−電気変換した後、得られた電気出力を
回転制御機12に導き、受光光量に対応した電圧を回転モ
ータ11へ導くことにより、回転モータ11、回転体13を回
転させ、そしてホルダ14を第２図（ａ）に示す矢印17の
方向へ移動させることができる。これによって第２図
（ｂ）のように、第２の磁気光学素子２が光軸16上に移
動し、光軸16上の磁気光学素子の総厚さが、第２の光波
長の光の偏光方向の回転角を45度回転する厚さとなり、
同時に、第２の光波長に対応する第２の偏光子７及び第
２の検光子８も光軸16上に移動することとなる。従っ
て、光アイソレータの原理により、反射戻り光が半導体
レーザに帰還するのを防止することができ、第２の光波
長に対応できる光アイソレータが得られることとなる。

ここでもう一度、第１の光波長を使用すると、磁気光
学素子１及び２を通過した光の偏光方向の回転角は45度
からずれてしまい、第２の検光子８を通過できない偏光
成分が生じる。この偏光成分を、第２の検光子８からの
反射成分として、ミラー10を介して受光素子９で受光す
る。この反射成分は、偏光方向の回転角が45度からずれ
るほで多くなるので、受光素子９での受光光量によっ
て、偏光方向の回転角の45度からのずれの大きさを検出
できる。この受光光量を、光−電気変換した後、得られ
た電気出力を回転制御機12に導き、受光光量に対応した
電圧を回転モータ11へ導くことにより、回転モータ11,
回転体13を回転させ、そしてホルダ14を第２図（ｂ）に
示す矢印18の方向へ移動させることができる。これによ
って、第２図（ａ）のように戻り、第１の光波長に対応
できる光アイソレータが得られることとなる。

以上のように、光軸上に配置した磁気光学素子と、偏
光分離素子とを具備し、さらに、光軸上へ移動させて、
光軸上の磁気光学素子の総厚さを変化させることが可能
な他の磁気光学素子を具備した構成とすることにより、
使用する半導体レーザの光波長が異なる場合、光軸上で
磁気光学素子の厚さを変え、光波長の違いによる偏光方
向の回転角のずれを補正できるので、２種類の光波長に
対応できる光アイソレータが得られることとなる。

なお、本実施例では、２種類の光波長に対応できる光
アイソレータとしたが、３種類以上の光波長に対応でき
る光アイソレータとすることも可能である。

また、本実施例では磁気光学素子を永久磁石とともに
移動させる構造としたが、磁気光学素子のみを移動させ
る構造とすることも可能である。

さらに、本実施例では永久磁石を使用したが、コイル
等の磁気回路構成素子を使用する構成とすることも可能
であり、磁気光学素子も円筒形である必要はない。

発明の効果以上のように本発明は、光軸上に配置した磁気光学素
子と、偏光分離素子とを具備し、前記磁気光学素子に磁
界を印加するための磁気回路構成素子、及び前記光軸上
へ移動させて、光軸上の磁気光学素子の総厚さを変化さ
せることが可能な他の磁気光学素子を具備した構成とす
ることにより、使用する半導体レーザの光波長が異なる
場合、光軸上で磁気光学素子の厚さを変え、光波長の違
いによる偏光方向の回転角のずれを補正できるので、複
数の光波長に対応できる光アイソレータを実現できるも
のである。

【図面の簡単な説明】第１図（ａ），（ｂ）及び第２図（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ本発明による光アイソレータの一実施例を示すもの
で、第１図（ａ）は光アイソレータの構成を示す断面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第
２図（ａ），（ｂ）は光アイソレータの動作を説明する
部分断面図、第３図は一般的な光アイソレータの構成を
示す分解斜視図、第４図（ａ），（ｂ）は光アイソレー
タの原理を示す説明図である。１……第１の磁気光学素子、２……第２の磁気光学素
子、３……第１の永久磁石、４……第２の永久磁石、５
……第１の偏光子、６……第１の検光子、７……第２の
偏光子、８……第２の検光子、９……受光素子、10……
光軸。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光軸上に配置した磁気光学素子と偏光分離
素子とを具備し、かつ前記磁気光学素子に磁界を印加す
るための磁気回路構成素子、及び前記光軸上へ移動させ
て光軸上の磁気光学素子の総厚さを変化させることが可
能な他の磁気光学素子を具備したことを特徴とする光ア
イソレータ。
【請求項２】磁気光学素子を光軸に垂直な面内で移動さ
せる機構を具備した請求項１記載の光アイソレータ。
【請求項３】偏光分離素子からの反射光波長を検出する
装置を具備し、前記反射光波長によって、磁気光学素子
を移動させる機構を設けた請求項１記載の光アイソレー
タ。