JP2846382B2

JP2846382B2 - 光アイソレータ

Info

Publication number: JP2846382B2
Application number: JP1337629A
Authority: JP
Inventors: 久治柳川; 史朗中村; 功大山
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH03196115A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光アイソレータに関し、更に詳しくは、偏波
依存性のない光アイソレータに関する。

（従来の技術）光通信や光計測システムにおいて、信頼性の高い光通
信や高精度の光計測を行なうために、光源からの出力光
の光路中の光部品による反射光を除去することを目的と
して光路には光アイソレータが配置される。

一般に、この光アイソレータは、ファラデー回転子
と、その前後に偏波面が互いに45゜傾けて配置した２個
の偏光子と、前記ファラデー回転子を飽和させるための
磁石とから構成されている。

順方向に進む出力光は、最初の偏光子を通過したの
ち、ファラデー回転子のファラデー効果（磁気光学効
果）によりその偏波面が45゜に回転され、そのまま第２
の偏光子を通過していく。

一方、反射による戻り光、すなわち逆方向に進む反射
光は、第２の偏光子を通過してファラデー回転子に入射
すると、その偏波面が更に45゜回転させられるため、最
初の偏光子に対してはその偏波面が90゜となるため、こ
の最初の偏光子を通過することができなくなる。すなわ
ち、反射光は除去される。

上記した構造の光アイソレータの場合、入力側に偏光
子が配置されている。そのため、入力光の偏波方向角が
偏光子の偏波面の角度と一致した場合にのみ、光アイソ
レータは理想的な動作を行うことになる。

逆にいえば、入力光の偏波方向角が偏光子のそれと直
交するような場合は、光アイソレータからの出力はゼロ
となり、いわゆる挿入損失は無限大となってしまう。

このようなことから、上記構造の光アイソレータにお
いては、入力光の偏波方向角が偏光子の偏波面の角度に
見合った一定角に保持されていることが必要になる。

しかしながら、光ファイバー間に配置される光アイソ
レータにおいては、通常、上記した条件は充足されな
い。その理由は、光通信に使用される通常の光ファイバ
は、偏波保持性を備えておらず、その偏波状態は、温
度，風，圧力，振動のような環境条件で経時変化するか
らである。

本発明は、従来の光アイソレータにおける上記問題を
解決し、偏波依存性のない光アイソレータの提供を目的
とする。

（課題を解決するための手段・作用）上記した目的を達成するために、基板上に形成された
光導波路からなる１本の主光路が基板上で光導波路から
なる２本の分岐光路に偏波分離・結合器を介して接続さ
れ、前記２本の分岐光路が偏波分離・結合器を介して光
導波路からなる１本の主光路に接続され、前記各偏波分
離・結合器の間の２本の分岐光路には、それぞれファラ
デー回転子、偏光子、ファラデー回転子からなる光学素
子がこの順序で配置され、前記各光学素子は基板上で光
導波路からなる分岐光路を横切って形成されたスリット
の中に配置されている光アイソレータが提供される。

本発明の光アイソレータを第１図に示した基本構成図
に基づいて説明する。

図において、Si基板のようなアイソレータ基板１の上
には、主光路1a,1b、分岐光路2a,2bから成る光導波路が
配線されている。これらの主光路，分岐光路は、基板１
に形成されたチャネル導波路や、基板１の上に固定され
た光ファイバである。そして、主光路1a,1bの先端は、
それぞれ、図示しない光ファイバと接続されている。

主光路1aは第１の偏波分離・結合器3aと接続され、こ
こから分岐光路2a,2bに光路が分割されている。また、
主光路1bの上流にも偏波分離・結合器3bが接続され、こ
こに分岐光路2a,2bが集束されている。図中、左から右
の伝搬方向を順方向とすると、偏波分離・結合器3aは偏
波分離器として、偏波分離・結合器3bは偏波結合器とし
てそれぞれ動作する。

ここで、偏波分離・結合器としては、誘電体多層膜タ
イプのものや複屈折回析格子タイプのものを用いること
ができる。

前者のタイプは、２つの直交する偏波成分を透過・反
射によって分離するタイプであるため、導波路の許容曲
げ半径Ｒとしたとき、分離後における分岐光路2a,2bの
曲の間隔S₁は、S₁＝Ｒとなる。例えば、分岐光路2a,2b
が、比屈折率差（△）:0.75％で、断面:4μｍ□のコア
である場合には、Ｒは約5mmであり、可成り大きくな
る。

一方、後者のタイプは、透過と回折によって偏波成分
を分離するタイプであって、その回折角は数度程度と小
さくできるため、分離後の分岐光路2a,2bの間隔S₁＜＜1
mmと極めて小さくすることができる。したがって、偏波
分離・結合器3a,3bとして、このタイプのものを用いる
と、分岐光路2a,2bを互いに近接することができるた
め、ファラデー回転子を２本の分岐光路2a,2bに共通し
て配置することができる。

分岐光路2aには、図示しない磁石によって45゜の偏波
回転を生ずるファラデー回転子4a、偏光子5a、同じく図
示しない磁石によって45゜の偏波回転を与えるファラデ
ー回転子6aがこの順序で配置され、また、分岐光路2bに
は、45゜の偏波回転を生ずるファラデー回転子4b,偏光
子5b,同じく45゜の偏波回転を生ずるファラデー回転子6
bがこの順序で配置されている。いわば、この分岐光路2
a,2bには、それぞれ前記した従来構造の偏波依存型の光
アイソレータが形成されている。

この光アイソレータにおいては、主光路1aに入射した
入射光は、偏波分離・結合器3aによって２つの直交する
偏波成分に分離して、それぞれの分岐光路2a,2bを伝搬
する。

各分岐光路2a,2bを進む偏波成分は、ファラデー回転
子4a,4bで45゜の偏波回転を生じ、偏光子5a,5bを通過し
て、ファラデー回転子6a,6bに達する。ファラデー回転
子6a,6bでは、各偏波成分は更に45゜の偏波回転を生
じ、偏波分離・結合器3aで分離された光と直交する偏波
方向角を有する光となり、偏波分離・結合器3bで合成さ
れ、主光路1bから出射する。

一方、主光路1bに入射する反射光は、偏波分離・結合
器3bで２つの直交する偏波成分に分離され、逆方向に、
分岐光路2a,2bを伝搬する。

各分岐光路2a,2bを逆方向に進む偏波成分は、ファラ
デー回転子6a,6bで45゜の偏波回転を与えられる。この
回転方向は、偏光子5a,5bの偏波面と直交する方向であ
るため、各偏波成分は偏光子5a,5bを通過しない。すな
わち、反射光は除去される。

仮に極わずかなの漏れ光が生じても、この漏れ光はフ
ァラデー回転子4a,4bで再び45゜の偏波回転を与えられ
て偏波分離・結合器3aから図の矢印ｐ方向に出力される
ことになり、主光路1aの入力方向には戻らない。

このように、本発明の光アイソレータは、従来の光ア
イソレータを２段継続した場合と等価のアイソレーショ
ンを実現することができ、入射光を一旦２つの偏波成分
に分離したのち、各分岐光路でアイソレータ動作を行な
わせるようにしたので、入射光の偏波状態に依存するこ
となく動作することができる。

（実施例）第２図の平面図で示したような光アイソレータを製造
した。すなわち、まず、Si基板11の上に火炎堆積法によ
って石英薄膜12を形成した。この石英薄膜12にコアを埋
込み、図に示したような主光路13a,13b、分岐光路14a,1
4bを作成した。

石英薄膜12に埋め込んだコアとしては、許容曲げ半径
Ｒを小さくできるように、曲げに強い高屈折率比（△＝
0.75％）の材料を用いたが、第３図に示したように、基
板11の端部で光ファイバ19と接続する個所は、両者間の
結合損失を小さくするために、スポットサイズを広げる
ようにした。すなわち、主光路13a,13bの端部は、テー
パ構造11aになっていて、先端の断面:7.5μｍ□で、△
＝0.21％になっている。

主光路13a,13bと分岐光路14a,14bのそれぞれの分離・
結合個所には、厚みが300μｍの複屈折回析格子タイプ
の偏波分離・結合器15a,15bが接続されている。

前記したように、複屈折回析格子を用いることによ
り、分岐光路14a,14bは互いに近接せしめられ、これら
の分岐光路14a,14bに共通して、厚みが190μｍであり、
組成が（YbTbBi）₃Fe₅O₁₂から成り、45゜の偏波回転を
与えるファラデー回転子16,17が接続される。

そして、これらのファラデー回転子16,17の間に位置
する分岐光路14a,14bの間隔S₂は、２つの直交するラミ
ポールが扱えるように、1mmに拡幅し、各分岐光路14a,1
4bには断面:1mm□で、膜厚が30μｍの積層型偏光子ラミ
ポール18a,18bをそれぞれ接続した。

ここで、複屈折回析格子タイプの偏波分離・結合器15
a,15b、ファラデー回転子16,17、偏光子18a,18bはいず
れも、第４図で示したように導波路に配置されている。

すなわち、各光学素子Ａを光学接着剤Ｂで接着するこ
とによって収納したスリットＣを、マイクロラツピング
して、主光路や分岐光路のような導波路Ｄを横ぎって挿
入する。これらの表面は、その表面反射を防止するため
に、無反射コーティングを施し、また、極くわずかに発
生する反射光が導波路Ｄに再結合することを防止するた
めに、導波路Ｄに対し５゜傾斜して配置されている。

また、これらの光学素子Ａを光が通過するときには、
これら素子は導波作用を示すことがないので、各素子の
膜厚分の離間に基づく損失が生ずる。そのため、光学素
子Ａを横ぎる導波路の部分はテーパ構造D₁としてそのス
ポットサイズを拡大し離間損失を低減する。すなわち、
導波路Ｄは、断面:4μｍ□，△＝0.75％とし、テーパ部
D₁の素子を横ぎる部分は、断面:9μｍ□，△＝0.15％と
してある。このようにして、100μｍの離間による損失
は、導波路Ｄで25dB,テーパ部で0.1dBになる。

このようにして、長さ25mm,幅2.5mm,厚み0.5mmの光ア
イソレータ20が得られた。

これを、第５図で示したように、円筒状の永久磁石21
の中にセットし、アイソレーションを行なったところ、
偏波依存性のない光アイソレータとして機能した。

（発明の効果）以上の説明で明らかなように、本発明の光アイソレー
タは、主光路に２個の偏波分離・結合器が接続され、前
記各偏波分離・結合器の間には２本の分岐光路が形成さ
れ、前記各分岐光路には、ファラデー回転子，偏光子，
ファラデー回転子がこの順序で接続されていることを特
徴とするので、偏波に依存しない特性を備えていて、通
常の光通信に用いられている非偏波保持型の光ファイバ
の間に挿入することができ、例えば、ファイバアンプ用
光アイソレータとして有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光アイソレータの基本構成図、第２図
は実施例を示す平面図、第３図は主光路光ファイバの接
続部を示す平面図、第４図は各光学素子の導波路への配
置状態を示す平面図、第５図は実施例の光アイソレータ
をセットした状態を示す斜視図である。 1,11……基板、12……石英薄膜、1a,1b,13a,13b……主
光路、11a……テーパ部、14a,14b……分岐光路、3a,3b,
15a,15b……偏波分離・結合器、4a,4b,16……ファラデ
ー回転子、5a,5b,18a,18b……偏光子、6a,6b,17……フ
ァラデー回転子、19……光ファイバ、Ａ……光学素子、
Ｂ……光学接着剤、Ｃ……スリット、Ｄ……導波路、D₁
……テーパ部、20……光アイソレータ、21……永久磁
石。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された光導波路からなる１本
の主光路が基板上で光導波路からなる２本の分岐光路に
偏波分離・結合器を介して接続され、前記２本の分岐光
路が偏波分離・結合器を介して光導波路からなる１本の
主光路に接続され、前記各偏波分離・結合器の間の２本
の分岐光路には、それぞれファラデー回転子、偏光子、
ファラデー回転子からなる光学素子がこの順序で配置さ
れ、前記各光学素子は基板上で光導波路からなる分岐光
路を横切って形成されたスリットの中に配置されている
ことを特徴とする光アイソレータ。