JP2861316B2 - 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、光通信，光計測およ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。

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。

最初に第４図（ａ），（ｂ）によって、従来の光アイ
ソレータについて説明する。第４図（ａ）に示すよう
に、順方向41に進行してきた順方向入射光42は、まず偏
光子46を通過して直線偏光43となる。続いてこの直線偏
光43は、飽和磁界49中のファラデー効果を持つ磁気光学
素子47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44となる。従ってこの直線偏光44は、光の通過
できる方向を偏光子46と45度の角度に配置した検光子48
を通過でき、直線偏光45となる。逆に第４図（ｂ）に示
すように、逆方向50に進行してきた逆方向入射光51は、
まず検光子48を通過して直線偏光52となる。続いてこの
直線偏光52は、飽和磁界49中の磁気光学素子47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53となる。従っ
てこの直線偏光53は、偏光子46の光の通過できる方向と
直交するために、この偏光子46を通過できなくなる。

以上のような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。

なお、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）、B
iRIG（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、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。

ここではヴェルデ定数、Ｈは磁界の強さ、Ｌは磁気光
学素子の厚さである。材料の組成や種類を変更すること
によりヴェルデ定数を変えるか、磁気光学素子の厚みを
変えることにより偏光方向の回転角を45度に合わせるこ
とができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来の構成では、信号光として無偏
光光を用いる場合、偏光子を通過できる直線偏光成分以
外の光成分は偏光子によって反射され、光強度が減衰し
てしまうという課題があった。

本発明はこのような課題を解決するもので、無偏光光
を減衰させずに伝送し、かつ反射戻り光を遮断できる光
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、入射光を直交する第１、第２の直線偏光に分離する
第１の偏光分離素子と、飽和磁界を印加することにより
前記第１の直線偏光の偏光方向を45度回転させる第１の
磁気光学素子と、45度回転された第１の直線偏光を通過
させる方向に配置した第２の偏光分離素子と、前記第１
の磁気光学素子とは逆方向に飽和磁界が印加され、前記
第１の偏光分離素子により分離された前記第１の直線偏
光とは直交する第２の直線偏光の偏光方向を、前記第１
の磁気光学素子による第１の直線偏光と逆方向に45度回
転させる第２の磁気光学素子と、第２の直線偏光を第２
の磁気光学素子に導くための全反射鏡または第３の偏光
分離素子と、第２の直線偏光を第２の磁気光学素子から
第２の偏光分離素子に導くための複数の全反射鏡と、第
１と第２の磁気光学素子に磁界を印加する手段とによっ
て構成され、第２の直線偏光が、その偏光方向が第１の
直線偏光の偏光方向と直交するように第２の偏光分離素
子に導かれ、第２の偏光分離素子によって第１の直線偏
光の光軸にほぼ一致するように反射され、第１の直線偏
光と第２の直線偏光とが合成された無偏光の出射光とな
るようにしたものである。

作用 以上の手段によれば、無偏光入射光は第１の偏光分離
素子によって互いに直交する偏光方向を持つ２つの直線
偏光に分離され、それぞれ別の経路を経て別個の磁気光
学素子を通過し、その磁気光学素子通過時に偏光方向が
45度回転を受け、第２の偏光分離素子により合成される
ときには、第１の直線偏光と第２の直線偏光の偏光方向
は互いに直交した関係となっているので、合成により減
衰のない無偏光光を出射させることができる。

次に反射戻り光は、第２の偏光分離素子により偏光方
向が互いに直交する２つの直線偏光に分離され、それぞ
れ入射光と逆の経路を経て、それぞれ別個の磁気光学素
子を通過する。磁気光学素子では、それぞれの直線偏光
は偏光方向の回転を受けるが、直線偏光の進行方向と同
一方向に見たときの偏光方向の回転方向が、入射光の場
合と反射戻り光の場合とでは逆であるため、直進側の直
線偏光が第１の偏光分離素子に達したときには、偏光方
向が第１の偏光分離素子を通過しないで反射される方向
であるため光源方向へ戻ることはなく、反射屈折側の直
線偏光が第１の偏光分離素子に達したときは、その偏光
方向が第１の偏光分離素子により反射される方向ではな
く通過するため、同じく光源方向へ戻ることはない。ま
た、第３の偏光分離素子を用いている場合には、反射屈
折側の直線偏光は、その偏光方向が、第３の偏光分離素
子を通過する方向であるため、第１の偏光分離素子にも
達することはなく、光源方向へ戻ることはない。

このように上記の手段によれば、無偏光光を殆ど減衰
させずに伝送し、戻り反射光を遮断する光アイソレータ
が得られる。

実施例 以下本発明の実施例について、図面を参照しながら構
成とともにその動作を説明する。

（実施例１） 第１図および第２図は本発明による光アイソレータの
第１の実施例を示す構成図で、第１図は順方向入射時の
偏光方向の回転を説明する図、第２図は逆方向入射時の
偏光方向の回転を説明する図である。

まず第１図に示すように、順方向に進行してきた無偏
光入射光１は、第１の偏光分離素子16で、光軸に沿って
直進する第１の直線偏光２と、直角方向に反射される第
２の直線偏光６に分離される。第１の直線偏光２は、飽
和磁界21が印加された第１の磁気光学素子14を通過する
際に、その偏光方向は光源に向かって逆時計方向３に45
度回転されて直線偏光４となる。従って直線偏光が通過
できる方向を第１の偏光分離素子16と45度の角度に配置
した第２の偏光分離素子17を直線偏光４は通過でき、直
線偏光５となる。

一方、第２の直線偏光６は第１の全反射鏡18で直角方
向に反射されて直線偏光７になり、第１の磁気光学素子
14と逆方向に飽和磁界22が印加された第２の磁気光学素
子15を通過する際に、その偏光方向は光源に向かって時
計方向８に45度回転されて直線偏光９となる。この直線
偏光９は、第２の全反射鏡19で反射されて直線偏光10と
なり、さらに第３の全反射鏡20で反射されて直線偏光11
となって第２の偏光分離素子17に導かれる。この直線偏
光11の偏光方向は第２の偏光分離素子17から反射される
方向となっているため、上記光軸の順方向に反射されて
直線偏光12となる。この直線偏光12の偏光方向は、直線
偏光５の偏光方向と直交しているので、合成されて無偏
光出射光13となる。このようにして、無偏光入射光１は
２方向に分離された後、再び合成されて無偏光出射光13
となるので光強度を減衰させることなく無偏光光を通過
させることができる。

逆に第２図に示すように、逆方向に進行してきた無偏
光入射光23は、第２の偏光分離素子17で、光軸に沿って
直進する第１の直線偏光24と、直角方向に反射される第
２の直線偏光28に分離される。第１の直線偏光24は、飽
和磁界21が印加された第１の磁気光学素子14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
方向は光源に向かって逆時計方向25に45度回転されて直
線偏光26となる。従ってこの直線偏光26は、第１の偏光
分離素子16の光の通過できる方向と直交するために、こ
の第１の偏光分離素子16を通過できなくなり、直角方向
に反射されて直線偏光27となる。

一方、第２の直線偏光28は第３の全反射鏡20で反射さ
れて直線偏光29となり、さらに第２の全反射鏡19で反射
されて直線偏光30となって第２の磁気光学素子15に導か
れる。この直線偏光30は、第１の磁気光学素子14と逆方
向に飽和磁界22が印加された第２の磁気光学素子15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
の偏光方向は光源に向かって時計方向31に45度回転され
て直線偏光32となる。この直線偏光32は、第１の全反射
鏡18で反射されて直線偏光32となり、第１の偏光分離素
子16に導かれる。この直線偏光33の偏光方向は第１の偏
光分離素子16を通過できる方向と一致するため、上記光
軸の光源側には反射されず、第１の偏光分離素子16を通
過して直線偏光34となる。このようにして、分離された
２つの直線偏光は、ともに第１の偏光分離素子16から光
源方向へ戻ることができなくなり、光源への戻り光35を
遮断できる。

以上の説明のように、本実施例によれば、無偏光光を
減衰させずに伝送し、かつ反射戻り光を遮断できる光ア
イソレータが得られる。

（実施例２） 次に、本発明の第２の実施例について、図面第３図を
参照しながその構成とともに動作を説明する。

第３図は本発明による光アイソレータの第２の実施例
を示す構成図で、逆方向入射時の偏光方向の回転を説明
する図である。第１図，第２図中の第１の全反射鏡18の
代わりに第３の偏光分離素子36を配置してある以外は、
第１の実施例と同様である。

まず、順方向入射の場合は、第３の偏光分離素子36が
第１図における直線偏光６を直角方向に反射するので実
施例１と同様に、光強度を減衰させることなく無偏光光
を通過させることができる。

一方、逆方向入射の場合、第１の直線偏光26は、実施
例１と同様に、第１の偏光分離素子16の光の通過できる
方向と直交するために、この第１の偏光分離素子16を通
過できなくなり、直角方向に反射されて直線偏光27とな
る。第２の直線偏光30は、第25の磁気光学素子15を通過
後直線偏光32となり、その偏光方向は第３の偏光分離素
子36を通過できる方向となるため、直進して直線偏光37
となり、第１の偏光分離素子16への戻り光38および39は
存在しない。このようにして、分離された２つの直線偏
光は、ともに第１の偏光分離素子16から光源方向へ戻る
ことができなくなり、光源への戻り光40は遮断される。

以上の説明のように第２の実施例においても、無偏光
光を減衰させずに伝送し、かつ反射戻り光を遮断できる
光アイソレータが得られる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、無
偏光光を減衰することなく伝送し、かつ反射戻り光を遮
断する光アイソレータを提供することができるので、本
発明の光アイソレータを用いることにより、反射戻り光
が光源に帰還するのを防止し、光源の半導体レーザの発
振特性を不安定にしたり、雑音増加を引き起こす等の反
射戻り光による悪影響を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明による光アイソレ
ータの第１の実施例を示す構成図で、第１図は順方向入
射時の偏光方向の回転を説明する図、第２図は逆方向入
射時の偏光方向の回転を説明する図、第３図は本発明に
よる光アイソレータの第２の実施例を示す構成図で、逆
方向入射時の偏光方向の回転を説明する図、第４図
（ａ）および（ｂ）は従来のアイソレータの原理を示す
説明図である。 14……第１の磁気光学素子、15……第２の磁気光学素
子、16……第１の偏光分離素子、17……第２の偏光分離
素子、18……第１の全反射鏡、19……第２の全反射鏡、
20……第３の全反射鏡、36……第３の偏光分離素子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光を直交する第１、第２の直線偏光に
   分離する第１の偏光分離素子と、飽和磁界を印加するこ
   とにより前記第１の直線偏光の偏光方向を45度回転させ
   る第１の磁気光学素子と、45度回転された第１の直線偏
   光を通過させる方向に配置した第２の偏光分離素子と、
   前記第１の磁気光学素子とは逆方向に飽和磁界が印加さ
   れ、前記第１の偏光分離素子により分離された前記第１
   の直線偏光とは直交する第２の直線偏光の偏光方向を、
   前記第１の磁気光学素子による第１の直線偏光と逆方向
   に45度回転させる第２の磁気光学素子と、第２の直線偏
   光を第２の磁気光学素子に導くための全反射鏡または第
   ３の偏光分離素子と、第２の直線偏光を第２の磁気光学
   素子から第２の偏光分離素子に導くための複数の全反射
   鏡と、第１と第２の磁気光学素子に磁界を印加する手段
   とによって構成され、第２の直線偏光が、その偏光方向
   が第１の直線偏光の偏光方向と直交するように第２の偏
   光分離素子に導かれ、第２の偏光分離素子によって第１
   の直線偏光の光軸にほぼ一致するように反射され、第１
   の直線偏光と第２の直線偏光とが合成された無偏光の出
   射光となる光アイソレータ。