JP2840707B2 - 光アイソレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビスマス（Bi）置換ガーネット等の厚膜状
のファラデー回転子を用いた光アイソレータに関するも
のである。

〔従来の技術〕

第８図は従来の光アイソレータを示す側面図である。

同図に示すように従来の光アイソレータは、２つの偏
光ビームスプリッタ（P.B.S.）81,82の間にファラデー
回転子83を挟み込むとともに、これら偏光ビームスプリ
ッタ81,82とファラデー回転子83の外周に円筒状の磁石8
4を取り付け、さらに両偏光ビームスプリッタ81,82の両
側の光軸上に球レンズ85,86を配設して構成されてい
る。

ここで偏光ビームスプリッタ81の偏光面と偏光ビーム
スプリッタ82の偏光面は、光軸に対して45゜ずれる位置
に配置されている。また磁石84は前記ファラデー回転子
83に対して光軸方向の磁界を与えるように構成されてい
る。

そして同図に示す点光源Ｃ（例えばレーザダイオー
ド）から発射された光は、球レンズ85によって平行光と
された後、偏光ビームスプリッタ81に入射する。

偏光ビームスプリッタ81に入射した光は、所定の直線
偏光のみがこれを通過し、ファラデー回転子83に入射さ
れ、ここでその偏波面が45゜回転される。

偏波面が45゜回転された直線偏光は、予め前記偏光ビ
ームスプリッタ81の偏光面とは45゜光軸回りにずらされ
ている偏光ビームスプリッタ82をそのまま通過し、球レ
ンズ86によって再び点Ｄ（例えば光ファイバの端面）に
集光されるのである。

一方、点Ｄ側から入射してきた光は、偏光ビームスプ
リッタ82において所定の直線偏光のみが透過され、ファ
ラデー回転子83に入射し、ここでその偏波面がさらに45
゜回転する。

この結果偏光ビームスプリッタ81に入射する直線偏光
の偏波面は、結局該偏光ビームスプリッタ81の偏光面と
は直交することとなるので、偏光面で反射され、戻り光
は阻止されることとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述のような従来の光アイソレータにあ
っては、偏光ビームスプリッタ81,82とファラデー回転
子83と磁石84で構成される光アイソレータ以外に、球レ
ンズ85,86等からなる結合光学系を必要とし、部品点数
が多くなり、光軸調整も困難になるという問題点があっ
た。

また上記偏光ビームスプリッタ81,82はその形状、特
に長さが大のため、非常に高価であるばかりか、これを
２個使用しているので、部品点数が多くなるという問題
点もあった。

さらに偏光ビームスプリッタ81,82の端面やファラデ
ー回転子83の端面での反射光を光軸方向から除去するた
めには、これら端面を光軸に対して傾斜させる必要があ
るが、このようにすると、光軸ズレにより各光学部品の
設置位置調整が困難となり、また各光学部品の製作が困
難になるという問題点があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、部品点数の削減によって装置の小
型化，光軸調整の容易化が図れ、また安価で反射光を容
易に除去できる光アイソレータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記問題点を解決するため本発明は、両者の接触面を
密接することによって１つのレンズを構成する形状の２
つのレンズ片を、偏光ビームスプリッタ層と厚膜状のフ
ァラデー回転子を介して接着せしめ、さらに該接着した
２つのレンズ片の外部に前記ファラデー回転子に光軸方
向の磁界を印加する磁石を配設して偏光子一体型ファラ
デー回転子を形成し、この偏光子一体型ファラデー回転
子を２組具備し、それぞれのファラデー回転子が内側
に、偏光ビームスプリッタ層が外側になるように光軸上
に併設して光アイソレータを構成した。

また本発明は、平板状の基板の面上に厚膜状のファラ
デー回転子と偏光ビームスプリッタ層を形成し、該基板
を光軸に対して所定角度傾斜せしめて配置するととも
に、前記ファラデー回転子に光軸方向の磁界を印加する
磁石を配設して偏光子一体型ファラデー回転子を形成
し、この偏光子一体型ファラデー回転子を２組具備し、
それぞれのファラデー回転子が内側に、偏光ビームスプ
リッタ層が外側になるように光軸上に併設して光アイソ
レータを構成した。

〔作用〕

上記の如く構成することにより、ファラデー回転子と
偏光ビームスプリッタ層が一体化され、独立した偏光ビ
ームスプリッタが不要になる上に、２つの偏光子一体型
ファラデー回転子を接続するだけで、光アイソレータが
構成できるので、光軸調整も容易で、その組立ても容易
となる。

またレンズの内部にファラデー回転子と偏光ビームス
プリッタ層を介在させた偏光子一体型ファラデー回転子
を２つ接続して光アイソレータを構成したので、レンズ
系と光アイソレータとが一体化されるので、独立したレ
ンズ系が不要となる。

また光軸に対してファラデー回転子と偏光ビームスプ
リッタ層を所定角度傾斜させれば、これらファラデー回
転子等の面で反射された反射光が光軸方向から除去でき
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に用いる偏光子一体型ファラデー回転
子１を示す側断面図である。

同図に示すようにこの偏光子一体型ファラデー回転子
１は、２つのレンズ片2,3を、偏光ビームスプリッタ層
４と厚膜状のファラデー回転子５を介して密接せしめ、
さらに該レンズ片2,3の外周に磁石６を取り付けて構成
されている。

以下各構成部品について説明する。

レンズ片２とレンズ片３は、それぞれ半球状に形成さ
れている。そしてこのレンズ片2,3はその接触面を密接
することによって１つの球レンズが構成できる。

次にこのレンズ片2,3の間に偏光ビームスプリッタ層
４とファラデー回転子５を形成する方法を第２図を用い
て説明する。

まず同図（ａ）に示すように、レンズ片３の接触面31
上に厚膜状のファラデー回転子５を接着する。ここでこ
の厚膜状のファラデー回転子５としては、例えば、ビス
マス（Bi）置換ガーネット膜等の厚膜を用いる。

なおこの実施例においては、このファラデー回転子５
の厚みは光軸方向から入射してくる入射光の偏波面を2
2.5゜回転するに必要な厚みとしている。

但し、このファラデー回転子５の回転角は、用途によ
りその膜厚を変えることで変更してもよい。

次に同図（ｂ）に示すように、レンズ片２の接触面21
上には、誘電体蒸着やレリーフ格子等によって偏光ビー
ムスプリット機能を有する偏光ビームスプリッタ層４を
形成する。

そして同図（ｃ）に示すように、レンズ片３のファラ
デー回転子５形成面上に、レンズ片２の偏光ビームスプ
リッタ層４形成面を密着して接着する。

そして次にこの偏光ビームスプリッタ層４とファラデ
ー回転子５を介して接着したレンズ片2,3は、第１図に
示すように、円筒状の磁石の内部に挿入して固定する。

なおこのとき、磁石６の中心軸と光軸は一致せしめ
る。またレンズ片2,3は、偏光ビームスプリッタ層４と
ファラデー回転子５が光軸に対して所定の傾きを持つよ
うにする。

これによって本発明に用いる偏光子一体型ファラデー
回転子１が完成する。

第３図はこの偏光子一体型ファラデー回転子１を用い
て構成された光アイソレータ10を示す側断面図である。

同図に示すように光アイソレータ10は、上記第１図に
示すと同じ偏光子一体型ファラデー回転子1,1′を２つ
光軸上に併設せしめて構成されている。

ここで偏光子一体型ファラデー回転子１は、偏光子一
体型ファラデー回転子１′に対向する面側に、ファラデ
ー回転子５がくるように配置される。

一方偏光子一体型ファラデー回転子１′は、偏光子一
体型ファラデー回転子１に対向する面側に、ファラデー
回転子５′がくるように配置される。またこの偏光子一
体型ファラデー回転子１′は、その偏光ビームスプリッ
タ層４′とファラデー回転子５′の面が、前記偏光子一
体型ファラデー回転子１の偏光ビームスプリッタ層４と
ファラデー回転子５の面とは、光軸回りに45゜回転して
ずらした位置となるように取り付けられている。

次に同図に示すレーザ光源Ａから光アイソレータ10に
光を入射した場合を説明する。

まずレンズ片２に入射した光は、偏光ビームスプリッ
タ層４において所定の直線偏光のみが透過される。

次にこの直線偏光は、ファラデー回転子５によってそ
の偏波面が光軸回りに22.5゜回転される。

そして次にこの直線偏光はこのレンズ片３を通過する
が、この直線偏光は、この２つのレンズ片2,3を通過す
ることによって平行光となる。

次にこの平行光となった光は、偏光子一体型ファラデ
ー回転子１′のレンズ片２′に入射し、ファラデー回転
子５′によってその偏波面がさらに光軸回りに22.5゜回
転され、結局この直線偏光は全体として45゜回転され
る。

そしてこの全体として45゜回転された直線偏光は、そ
のまま偏光ビームスプリッタ層４′を通過する。

そしてこのレンズ片２′,3′を通過した直線偏光は、
このレンズ片２′,3′によって所定の位置に集光される
のである。

一方偏光子一体型ファラデー回転子１′側（同図の右
側）から入射してきた戻り光（球面波）は、レンズ片
３′内を通過して偏光ビームスプリッタ層４′におい
て、前記偏光ビームスプリッタ層４の偏光面よりも45゜
回転した偏波面を有する直線偏光のみを通過する。

次にこの光は、ファラデー回転子５′を通過するとき
にさらに22.5゜回転されてレンズ片２′を透過する。

レンズ片２′を透過した平行光は、レンズ片３に入射
し、ファラデー回転子５によってその偏波面をさらに2
2.5゜回転され、結局前記偏光ビームスプリッタ層４の
偏光面よりも90゜回転した状態で該偏光ビームスプリッ
タ層４に入射するため、この光はこの偏光ビームスプリ
ッタ層４で反射され透過しない。これによって戻り光が
阻止されることとなる。

以上のように光アイソレータ10を構成すれば、結合光
学系が光アイソレータと一体にできるので、部品点数が
削減できる。

第４図はこの光アイソレータ10をレーザダイオードモ
ジュール20に適用した場合の一具体例を示す図である。

同図に示すようにこのレーザダイオードモジュール20
は、発光部21とレセプタクル部22で構成されており、発
光部21の内部には、発光素子23が取り付けられている。
この発光素子23の光軸上には、レーザダイオード24が取
り付けられ、また発光部21の右端には、レンズ片2,3が
光軸上にくるように偏光子一体型ファラデー回転子１が
取り付けられている。

またレセプタクル部22の左端には、レンズ片２′,3′
が光軸上にくるように偏光子一体型ファラデー回転子
１′が取り付けられ、またこの偏光子一体型ファラデー
回転子１′の右面には、光ファイバーを取り付けたフェ
ルール（図示せず）の端部を当接させるストッパー25が
取り付けられている。

そしてこれら発光部21とレセプタクル部22は、偏光子
一体型ファラデー回転子1,1′同士が当接するように固
定される。

なお同図において各偏光子一体型ファラデー回転子1,
1′のレンズのサイズを異ならせているのは、結合効率
を向上せしめるためである。

そしてレーザダイオード24から発射されたレーザー光
は、偏光子一体型ファラデー回転子1,1′を通過すると
きに、その直線偏光が45゜回転されて、光ファイバー
（図示せず）の端面内に集光される。

一方光ファイバー側からの戻り光は、上記第３図で説
明したように、偏光子一体型ファラデー回転子１におい
て阻止される。

このようにレーザダイオードモジュール20を構成すれ
ば、結合レンズ系と光アイソレータとが一体化できるの
で、非常に簡素で、小型・調整容易な構造となる。

第５図は本発明に用いる他の偏光子一体型ファラデー
回転子31を示す側断面図である。

同図に示すようにこの偏光子一体型ファラデー回転子
31は、平板状の基板32の片側面上に厚膜状のファラデー
回転子34を形成するとともに、他方の面上に偏光ビーム
スプリッタ層33を形成し、また該基板32を光軸に対して
所定角度傾斜せしめて配置し、さらに該基板32を内蔵す
るように円筒状の磁石36を配設して構成されている。

ここで基板32は、例えばG.G.G.基板（Gd.Ga.ガーネッ
ト基板の略）で構成され、その一方の面に例えばビスマ
ス置換ガーネット膜からなる厚膜状のファラデー回転子
34が形成されている。

ここでこのファラデー回転子34の厚みは、光軸方向か
ら入射してくる直線偏光の偏波面を22.5゜光軸回りに回
転する必要な厚みとしている。

また該基板32の他方の面上には、誘電体蒸着やレリー
フ格子によって偏光ビームスプリッタ層33が形成されて
いる。

そしてこの基板32は、その面が光軸に対して所定角度
傾斜する位置で、磁石36内に固定されるのである。

第６図はこの偏光子一体型ファラデー回転子31を用い
て構成された光アイソレータ40を示す側断面図である。

同図に示すように光アイソレータ40は、上記第５図に
示すと同一と偏光子一体型ファラデー回転子31,31′を
２つ光軸上に併設せしめて構成されている。

ここで偏光子一体型ファラデー回転子31は、偏光子一
体型ファラデー回転子31′に対向する面側に、ファラデ
ー回転子34がくるように配置されている。

一方偏光子一体型ファラデー回転子31′も、偏光子一
体型ファラデー回転子31に対向する面側に、ファラデー
回転子34′がくるように配置される。さらにこの偏光子
一体型ファラデー回転子31′は、基板32′の面が、前記
偏光子一体型ファラデー回転子31の基板32の面と対称な
位置から光軸回りに45゜回転した位置に取り付けられて
いる。

そしてこの光アイソレータ40に同図に示す左側から平
行光を入射すると、まず偏光ビームスプリッタ層33によ
って、所定の直線偏光のみが通過され、次にこの直線偏
光は、ファラデー回転子34によってその偏波面が光軸回
りに22.5゜回転される。

そしてこの直線偏光は、ファラデー回転子34′によっ
てその偏波面がさらに光軸回りに22.5゜回転され、結局
この直線偏光は全体として45゜回転される。

一方同図に示す右側から入射してきた戻り光は、偏光
ビームスプリッタ層33′で、前記偏光ビームスプリッタ
層33の偏光面よりも45゜回転した直線偏光のみを通過さ
せる。次にこの光は、ファラデー回転子34′を通過する
ときにさらに22.5゜回転されてファラデー回転子34に入
射される。

そしてこの光はファラデー回転子34によってその偏波
面をさらに22.5゜回転され、結局前記偏光ビームスプリ
ッタ層33の偏光面よりも90゜回転した状態で偏光ビーム
スプリッタ層33に入射するため、この光はこの偏光ビー
ムスプリッタ層33を透過しないのである。これによって
戻り光が阻止されることになる。

次にこのファラデー回転子34の厚さを求める。

第７図に示すようにこのファラデー回転子34は光軸か
らθｉの角度の位置に傾けて設置されている。

このとき光軸方向のファラデー回転子34の厚みｌは、
通常 V;ベルデ定数 H;磁界の強さ（ガウス） で表わされ、入射角と印加磁界方向が一致する場合、フ
ァラデー回転子５′の垂直方向の厚さｔは、 で表わされる。

以上本発明に係る光アイソレータの実施例を詳細に説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく例え
ば下記のような種々の変形が可能である。

上記第１図に示す実施例においては、レンズ片３上に
ファラデー回転子５を形成し、レンズ片２上に偏光ビー
ムスプリッタ層４を形成したが、この偏光ビームスプリ
ッタ層４はファラデー回転子５上に形成してもよい。

また第５図に示す実施例においても、ファラデー回転
子34上に偏光ビームスプリッタ層33を形成してもよい。

上記第１図に示す実施例においては、偏光ビームスプ
リッタ層４とファラデー回転子５を挟み込むレンズを球
レンズとしたが、本発明はこれに限定されず、使用する
レンズは他のレンズ、例えば分布屈折率型レンズを使用
しても差し支えない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明に係る光アイソレ
ータによれば、以下のような優れた効果を有する。

ファラデー回転子と偏光ビームスプリッタ層が一体化
されるので、独立した偏光ビームスプリッタが不要とな
り、光学系の簡素化が図れる。

レンズの内部にファラデー回転子と偏光ビームスプリ
ッタ層を介在させた場合は、レンズ系と光アイソレータ
とが一体化されるので、独立したレンズ系が不要とな
り、光学系の簡素化が図れる。

２つの偏光子一体型ファラデー回転子を接続するだけ
で、光アイソレータが構成できるので、その組立てが容
易となる。

光軸に対してファラデー回転子と偏光ビームスプリッ
タ層が所定角度傾斜しているので、これらファラデー回
転子等の面で反射された反射光が光軸上から容易に除去
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる偏光子一体型ファラデー回転子
１を示す側断面図、第２図はレンズ片2,3の間に偏光ビ
ームスプリッタ層４とファラデー回転子５を形成する方
法を示す図、第３図は２つの偏光子一体型ファラデー回
転子1,1′を用いて構成された光アイソレータ10を示す
側断面図、第４図は光アイソレータ10をレーザダイオー
ドモジュール20に適用した場合の一具体例を示す図、第
５図は本発明に用いる他の偏光子一体型ファラデー回転
子31を示す側断面図、第６図は２つの偏光子一体型ファ
ラデー回転子31,31′を用いて構成された光アイソレー
タ40を示す側断面図、第７図はファラデー回転子34の厚
さｔを求める方法を示す図、第８図は従来の光アイソレ
ータを示す側面図である。 図中、1,1′,31,31′……偏光子一体型ファラデー回転
子、2,2′,3,3′……レンズ片、4,4′,33,33′……偏光
ビームスプリッタ層、5,5′,34,34′……ファラデー回
転子、6,6′,36,36′……磁石、10,40……光アイソレー
タ、32……基板、である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−74524（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−44110（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両者の接触面を密接することによって１つ
   のレンズを構成する形状の２つのレンズ片を、偏光ビー
   ムスプリッタ層と厚膜状のファラデー回転子を介して接
   着せしめ、さらに該接着した２つのレンズ片の外部に前
   記ファラデー回転子に光軸方向の磁界を印加する磁石を
   配設して偏光子一体型ファラデー回転子を構成し、この
   偏光子一体型ファラデー回転子を２組具備し、それぞれ
   のファラデー回転子が内側に、偏光ビームスプリッタ層
   が外側になるように光軸上に併設したことを特徴とする
   光アイソレータ。
2. 【請求項２】平板状の基板の面上に厚膜状のファラデー
   回転子と偏光ビームスプリッタ層を形成し、該基板を光
   軸に対して所定角度傾斜せしめて配置するとともに、前
   記ファラデー回転子に光軸方向の磁界を印加する磁石を
   配設して偏光子一体型ファラデー回転子を構成し、この
   偏光子一体型ファラデー回転子を２組具備し、それぞれ
   のファラデー回転子が内側に、偏光ビームスプリッタ層
   が外側になるように光軸上に併設したことを特徴とする
   光アイソレータ。