JP2869677B2 - 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〕 本発明は光通信システムの送信機内等のレーザを用い
た発光部において、戻り光等による共振発振ノイズを防
止する為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〕

従来、光通信で使用する発光モジュールにおいて、光
学系による端面反射や光ファイバー内の散乱等による戻
り光が、レーザの活性層に入射することを防止するため
に光アイソレータが使用されている。

そしてこれまでの光アイソレータは、通常円筒形の磁
石内に、偏光面を45゜回転させるファラデー回転子を挿
入するとともに、その両側に平行ニコル条件が45゜異な
ように２つの偏光子を挿入することによって構成されて
いた。

この種の光アイソレータにおいては、光源からの入射
光は、その偏光面が両偏光子の平行ニコル条件と一致す
る為、ほぼそのまま通過するが、戻り光の方はファラデ
ー回転子の非相反効果により入射光と同方向に偏光方向
が45゜回転し、この場合、２つの目の偏光子において垂
直ニコル条件となるため、これを通過できない。即ちこ
れによって光源への戻り光が防止される。

このように従来の光アイソレータは磁石内に所定の光
学素子を設置することにより構成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記従来の光アイソレータにおいては、
以下のような問題点があった。

小さな円筒状の磁石内に各光学素子を設置するため、
その組立が容易でない。

通常磁石の形状は円形であるのに対して、各光学素子
の外形は方形であるため、両者の形状が合わず、それに
よって光アイソレータの有効開口径が小さくなってしま
う（通常光アイソレータの外形の1/6〜1/4）。

光アイソレータ組立時に、各部品間の調整を要し煩雑
であるばかりか、内部を密閉、一体構造とすることが困
難である。

磁石内に挿入される各光学素子を光軸に対して斜めに
設置することが難しく、このため光の端面反射を防止す
ることが困難である。

光アイソレータを構成する部品点数が多く、その組立
に時間を要する。

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、部品点数が少なく、構造が単純
で、その組立が容易で、その開口径が大きい高性能な光
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、板状であってそ
の面に垂直な方向に磁化された磁石と、全反射ミラー
と、ファラデー回転子と、偏光子を、直接或いは間接に
この順番で層状に積層して一体化するとともに、光の入
射方向に対してその面を所定角度傾斜せしめて設置する
ことによっ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、偏光子から入射した
光はファラデー回転子でその偏光面を所定角度回転され
た後、全反射ミラーで反射され、再びファラデー回転子
でその偏光面を所定角度傾斜せしめられてさらに偏光子
を通過してゆく。つまり偏光子→ファラデー回転子→偏
光子の光アイソレータが構成できる。従ってこれら各光
学部品の機能を予め所定の状態に設定しておけば、戻り
光は有効に除去できる。

この光アイソレータにおいては板状の磁石がファラデ
ー回転子に飽和磁界を印加する。従って従来の円筒状の
磁石のように該磁石によってその有効開口径が制限され
ることはない。

またこの光アイソレータの構造は簡単でその製造も容
易である。

〔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図は本発明にかかる光アイソレータの１実施例を
示す側断面図である。

同図に示すようにこの光アイソレータ１は、平板状の
磁石２の一方の面上に全反射ミラー３を形成し、その上
にファラデー回転子４を載せ、その上にガラス板５を載
せ、さらにその上に薄板状の偏光子6,7を載せ、これら
を一体に固定することによって構成されている。

以下各構成部品について説明する。

磁石２はその平面に垂直な方向、即ち磁石２の厚み方
向に磁化されている。この実施例においては全反射ミラ
ー３を設けた側の面をＮ極とし、反体側の面をＳ極とし
ているが、どちらでもかまわない。。

全反射ミラー３は、誘導体多層膜等によって構成され
ている。なおこの全反射ミラー３は磁石２上に形成する
代わりに、ファラデー回転子４上に形成しても良い。

ファラデー回転子４は平板状のものが用いられ、この
実施例においては飽和磁界内におけるファラデー回転角
が光の進行方向に対して22.5゜となる厚さのものを用い
ている。

ガラス板５は板状であって所定の厚みに構成されてい
る。

偏光子６と偏光子７はいずれも薄板状のものが用いら
れ、例えば厚さ0.2mm程度の２色性偏光子で、消光比の
角度依存性の小さいものが使用される。但しこの偏光子
6,7としては、薄板状に構成でき入射する光の内の１方
向の偏光成分を分離或いは吸収する機能を有するもので
あればどのような偏光子でもよく、例えば複屈折性結晶
や回折格子等を用いても良い。

なおこれら偏光子6,7は平行ニコル条件が45゜ずれる
ように設置されている。

そしてこの光アイソレータ１は第１図に示すように、
光の入射方向に対して所定角度θ_０（この実施例におい
ては45゜）傾斜するように設置される。

ここで第２図は上記第１図に示す光アイソレータ１を
同図に示す矢印Ａ方向から見た図である。

同図（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、この光ア
イソレータ１は円形，長方形、或いは正方形状（菱形形
状）に形成してもよく、またはこれら以外の形状に形成
してもよい。

次に第３図はこの光アイソレータ１を実際の光学系の
中に設置した場合を示す図である。

同図においては光アイソレータ１の入射側にLD10と集
光レンズと集光レンズ11を配設し、光アイソレータ１の
出射側に集光レンズ12と光ファイバ13を配設している。

次にこの光アイソレータ１の作用を第１図と第３図を
用いて説明する。

まず第３図に示すようにLD10から発射されたレーザ光
は、集光レンズ11によって平行光とされた後に光アイソ
レータ１の偏光子６の領域にその面に対して45゜の角度
で入射される。

そして第１図に示すように、この光アイソレータ１の
偏光子６の領域に入射された入射光は、この偏光子６の
平行ニコル条件に合致した偏波面を有する光のみがこの
偏光子６を透過する。

次にこの偏光子６を透過した入射光は、ガラス板５を
透過した後に、ファラデー回転子４に入射する。

そして該入射光はファラデー回転子４によってその偏
波面が22.5゜回転され、その後、全反射ミラー３によっ
て全反射され、再びファラデー回転子４でその偏波面が
22.5゜回転される。

従ってこの反射光は全部で45゜回転され、その後ガラ
ス板５を透過して偏光子７に入射するので、この光はこ
の偏光子７を平行ニコルの条件で通過する。

そしてこの反射光は第３図に示すように集光レンズ12
によって光ファイバ13の端面に集光される。

一方該反射光の内、各光学部品の端面で反射されたり
光ファイバ13内部で散乱されたり等して戻って来た戻り
光は、再び光アイソレータ１の偏光子７に入射される。

偏光子７に入射された戻り光は、第１図に示すよう
に、偏光子７の平行ニコル条件を満たす光のみがこれを
通過し、光アイソレータ１内部に入射されるが、この光
は光ファラデー回転子４を２回通過することによってさ
らにその偏波面が45゜回転される。

従って該戻り光は偏光子６に対して垂直ニコルで入射
することとなり、これによって該戻り光はカットされて
しまうのである。

次に第４図は前記第１図に示す光アイソレータ１内に
おける入射光と反射光の屈折の状態と有効開口径ｄの関
係を示す図である。なおこの図面においては偏光子6,7
はガラス板５と同質でその厚さはガラス板５に組入れ、
省略している。

同図に示すように表面に偏光子6,7を有するガラス板
５に入射角θ_０で入射した入射光は、ガラス板５との境
界面において屈折角θ１で屈折され、さらにファラデー
回転子４との境界面において屈折角θ２で屈折される。
そして全反射ミラー３によって反射された光は再び上述
と同一の境界面において同一の角度で屈折された後に、
ガラス板５から外部に出射される。

そして入射光がガラス板５に入射する位置と反射光が
ガラス板５から出射する位置の間隔ｄがこの光アイソレ
ータ１の有効開口径となる。

ここでこの有効開口径ｄは、下式によって求められ
る。

ｄ＝２（t1tanθ１＋t2tanθ２） 但し、 ここで t1:ガラス板５の厚み t2:ファラデー回転子４の厚み n0:空気の屈折率 n1:ガラス板５の屈折率 n2:ファラデー回転子４の屈折率 次に第５図は上記式から求めたガラス板５の厚みt1
と、有効開口径ｄの関係を示す図である。

なおこのときそれ以外の条件は、n0＝1.0、n1＝1.5、
n2＝2.4,t2＝0.5mmとした。

同図に示すように、ガラス板５の厚みを厚くすればす
るほど有効開口径ｄは大きくなる。

つまりこの実施例においてガラス板５を用いたのは、
十分な有効開口径ｄをとるためである。言い替えれば、
光アイソレータ１に入射する光の位置と光アイソレータ
１から出射する光の位置を所定間隔だけ引き離して偏光
子６に入射した光を確実に偏光子７から出射せしめるた
めである。なお場合によってはこのガラス板５は省略し
てもよい。

次に第６図は本発明の他の実施例を示す側断面図であ
る。

この光アイソレータ21は２つの光アイソレータを直列
に接続したのと同等の機能を有する２段型の光アイソレ
ータである。

この実施例の光アイソレータ21においては、平板状の
磁石22の一方の面上側に全反射ミラー23を形成した１枚
の偏光子28を載せ、その上にファラデー回転子24を載
せ、その上にガラス板25を載せ、さらにその上に薄板状
の２枚の偏光子26,27を載せ、これらを一体に固定する
ことによって構成されている。

ここでこの実施例の場合は、偏光子26と偏光子28は平
行ニコル条件が45゜ずれるように設置され、また偏光子
26と偏光子27は平行ニコル条件が90゜ずれるように設置
されている。

またファラデー回転子24はこの実施例においては飽和
磁界内におけるファラデー回転角が45゜となる厚さのも
のを用いている。

それ以外の点は上記第１図に示す光アイソレータ１と
同等なのでその説明は省略する。

次にこの光アイソレータ21の作用について説明する。

まずこの光アイソレータ21の偏光子26の領域に入射さ
れた入射光は、この偏光子26の平行ニコル条件に合致し
た偏波面を有する光のみがこの偏光子26を透過する。

次にこの偏光子26を透過した入射光は、ガラス板25を
透過した後に、ファラデー回転子24に入射する。

次に該入射光はファラデー回転子24によってその偏波
面が45゜回転される。

次にこの光は偏光子28を平行ニコルの条件で通過した
後、全反射ミラー23で全反射され、再びこの偏光子28を
平行ニコルの条件で通過する。

そしてこの反射光は再びファラデー回転子24でその偏
波面がさらに45゜回転される。

つまりこの反射光は全部で90゜回転した状態でガラス
板25を通過して偏光子27に入射するので、この光はこの
偏光子27を平行ニコルの条件で通過する。

一方該出射光の内、各光学部品の端面や内部で反射，
散乱等されて戻って来た戻り光は、再び光アイソレータ
21の偏光子27に入射される。

偏光子27に入射された戻り光は、偏光子27の平行ニコ
ル条件を満たす光がこれを通過し、ガラス板25を通過し
た後に、ファラデー回転子24に入射する。

そしてこの戻り光はこのファラデー回転子24において
さらにその偏光面を45゜（全体としては135゜）回転さ
れた後に偏光子28に入射する。

このためこの偏光子28に入射する戻り光は偏光子28に
対して垂直ニコルとなり、該戻り光はカットされる。

ところで該偏光子28でカットしきれずに、この偏光子
28を通過した戻り光は、全反射ミラー23で反射されて再
び偏光子28に入射する。

そしてこのカットしきれなかった戻り光はこの偏光子
28に対しても垂直ニコルとなり、従って該戻り光はここ
で更に除去される。

しかしながらそこにおいてもわずかに平行ニコル条件
で通過した光は更にファラデー回転子24で再び25゜回転
し、偏光子26に対し、垂直ニコル条件となり、そこで確
実に除去される。

このようにこの光アイソレータ21は２段型に構成され
ているため、前記第１図に示す光アイソレータ１に比べ
て倍高いアイソレーションが得られる。

次に第７図は本発明のさらに他の実施例を示す側断面
図である。

この光アイソレータ31は本発明にかかる光アイソレー
タを透過型に適用した場合のものである。

即ちこの実施例の光アイソレータ31においては、１枚
の平板状のファラデー回転子34を２つの領域a,bに分
け、領域ａには平板状の磁石32aと全反射ミラー33aと一
体構造のガラス板35aと前記ファラデー回転子34と偏光
子36aとをこの順番で積層し、また領域ｂには前記領域
ａとは逆方向に平板状の磁石32bと全反射ミラー33bとガ
ラス板35bと前記ファラデー回転子34と偏光子36bとをこ
の順番で積層し、これらを一体に固定することによって
構成されている。

ここでこの実施例の場合は、偏光子36aと偏光子36bは
平行ニコル条件が45゜ずれるように設置されている。

またファラデー回転子34はこの実施例においては飽和
磁界内におけるファラデー回転角が光の進行方向に対し
て15゜となる厚さのものを用いている。

またこの実施例において、磁石32aの全反射ミラー33a
を設けた面側をＮ極とした場合、磁石32bの全反射ミラ
ー33bを設けた面側はＳ極としている。

それ以外の点は上記第１図に示す光アイソレータ１と
同等なのでその説明は省略する。

次にこの光アイソレータ31の作用について説明する。

まずこの光アイソレータ31の偏光子36aに入射された
入射光は、この偏光子36aの平行ニコル条件に合致した
偏波面を有する光のみがこれを透過し、ファラデー回転
子34によってその偏波面が15゜回転される。

次にこの光はガラス板35aを介して全反射ミラー33aで
全反射された後に再びファラデー回転子24に入射してそ
の偏光面が15゜（全体として30゜）回転される。

そしてこの光はガラス板35bを介して全反射ミラー33b
で全反射された後に、さらにファラデー回転子34におい
てその偏光面が15゜（全体として45゜）回転された後、
偏光子36bを平行ニコルの条件で通過する。

一方偏光子36bに入射する戻り光は、平行ニコル条件
を満たす光のみがこれを通過し、ファラデー回転子34に
おいてその偏光面を15゜（全体として60゜）回転する。

次に該光はガラス板35bを介して全反射ミラー33bで全
反射された後に、再びファラデー回転子34によってその
偏光面が15゜（全体として75゜）回転され、さらにガラ
ス板35aを介して全反射ミラー33aによって全反射された
後にファラデー回転子34によってその偏光面が15゜（全
体として90゜）回転され、偏光子36aに入射する。

ここでこの戻り光の偏光面は偏光子36aに対して垂直
ニコルとなるので、該戻り光はカットされることとな
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種々
の変更が可能であり、要は板状であってその面に垂直な
方向に磁化された磁石と全反射ミラーとファラデー回転
子と偏光板を直接或いはガラス板や他の偏光子等を介し
て間接にこの順番で層状に積層して一体化する構造の光
アイソレータであれば、どのような構造のものでもよ
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。

各光学部品を積層するだけで構成できるので、小型化
が図れ、アッセンブリ等の調整が不要な為その製造も容
易となる。

カットによりその形状を任意に容易に設定できる。

光アイソレータ中の所定位置にガラス板を積層すれ
ば、該ガラス板の厚さを調整することにより、その有効
開口径を自由に設定可能となる。

この光アイソレータは光の入射方向に対してその面を
所定角度傾斜せしめて設置されるので、端面反射が防止
できる。

ホルダー等の部品が不要で、部品点数も少なくてす
む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる光アイソレータの１実施例を示
す側断面図、第２図は第１図に示す光アイソレータ１を
同図に示す矢印Ａ方向から見た図、第３図は光アイソレ
ータ１を実際の光学系の中に設置した場合を示す図、第
４図は前記第１図に示す光アイソレータ１内における入
射光と反射光の屈折の状態と有効開口径ｄの関係を示す
図、第５図はガラス板５の厚みt1と有効開口径ｄの関係
を示す図、第６図は本発明の他の実施例を示す側断面
図、第７図は本発明のさらに他の実施例を示す側断面図
である。 図中、1,21,31……光アイソレータ、2,22,32a,32b……
磁石、3,23,33a,33b……全反射ミラー、4,24,34……フ
ァラデー回転子、5,25,35a,35b……ガラス板、6,,7,26,
27,36a,36b,28……偏光子、である。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状であってその面に垂直な方向に磁化さ
   れた磁石と、全反射ミラーと、ファラデー回転子と、偏
   光子を、直接或いは間接にこの順番で層状に積層して一
   体化するとともに、光の入射方向に対してその面を所定
   角度傾斜せしめて設置したことを特徴とする光アイソレ
   ータ。
2. 【請求項２】前記偏光子は入射光が通過する領域と反射
   光が通過する領域に分割され、両領域の平行ニコル条件
   を所定角度異ならしめたことを特徴とする請求項（１）
   記載の光アイソレータ。
3. 【請求項３】前記全反射ミラーとファラデー回転子の間
   に偏光板を積層したことを特徴とする請求項（１）又は
   （２）記載の光アイソレータ。
4. 【請求項４】請求項（１）記載の光アイソレータを略同
   等の２つの領域に分け、一方の領域における磁石と全反
   射ミラーとファラデー回転子と偏光子の積層方向と他方
   の領域における磁石と全反射ミラーとファラデー回転子
   と偏光子の積層方向を逆方向とせしめ、且つ一方の偏光
   子から入射した光が２つの全反射ミラーで反射されて他
   方の偏光子から外部に出射するように配置せしめたこと
   を特徴とする光アイソレータ。