JP2930431B2 - 偏光無依存型光アイソレータ - Google Patents
偏光無依存型光アイソレータInfo
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- JP2930431B2 JP2930431B2 JP2413668A JP41366890A JP2930431B2 JP 2930431 B2 JP2930431 B2 JP 2930431B2 JP 2413668 A JP2413668 A JP 2413668A JP 41366890 A JP41366890 A JP 41366890A JP 2930431 B2 JP2930431 B2 JP 2930431B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信等にお
ける反射戻り光の遮断機能を有する光学部品であり、光
の偏光方向に影響を受けない偏光無依存型光アイソレー
タの構造に関する。
ける反射戻り光の遮断機能を有する光学部品であり、光
の偏光方向に影響を受けない偏光無依存型光アイソレー
タの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザを信号光源とする光通信，
光計測技術等の進歩に伴い、これまでは不可能であった
数百メガヘルツを越える高速高密度な伝送信号が、光フ
ァイバを経路として可能になってきたが、同時に結合レ
ンズ，光コネクタ，その他の光学部品から回帰する反射
戻り光が半導体レーザの発振モードに影響を及ぼすこと
もわかり、反射戻り光を遮断する各種の光アイソレータ
が提案された。
光計測技術等の進歩に伴い、これまでは不可能であった
数百メガヘルツを越える高速高密度な伝送信号が、光フ
ァイバを経路として可能になってきたが、同時に結合レ
ンズ，光コネクタ，その他の光学部品から回帰する反射
戻り光が半導体レーザの発振モードに影響を及ぼすこと
もわかり、反射戻り光を遮断する各種の光アイソレータ
が提案された。
【０００３】一般的な光アイソレータは、半導体レーザ
光を光ファイバへ結合するモジュール部分に配置される
が、近年の光増幅技術の急速な進歩に伴って、ファイバ
間に挿入する光アイソレータの必要性が高まってきた。
ファイバ間を伝送されてくる光は偏光方向が一定ではな
いため、偏光方向に無関係な光アイソレータが必要であ
り、これまで各種の提案があった。
光を光ファイバへ結合するモジュール部分に配置される
が、近年の光増幅技術の急速な進歩に伴って、ファイバ
間に挿入する光アイソレータの必要性が高まってきた。
ファイバ間を伝送されてくる光は偏光方向が一定ではな
いため、偏光方向に無関係な光アイソレータが必要であ
り、これまで各種の提案があった。
【０００４】例えば、図２はファラデー回転子と３個の
複屈折結晶板を用いた構造（特公昭60-51690号公報参
照）であり、図３はファラデー回転子のほか、２個の複
屈折結晶板と１個の旋光子を用いた構造（特公昭58-285
61号公報参照）である。これらの光学部品が１個または
２個のレンズを介してファイバに結合される。前者にお
いて複屈折結晶板１' は１に対して1/√2の厚さであ
る。後者において１'と１は同厚であるが、１' は１に
対しｘ軸のまわりに180゜回転した構造であり、それらの
間にファラデー回転子２，旋光子３を配置した構成であ
る。
複屈折結晶板を用いた構造（特公昭60-51690号公報参
照）であり、図３はファラデー回転子のほか、２個の複
屈折結晶板と１個の旋光子を用いた構造（特公昭58-285
61号公報参照）である。これらの光学部品が１個または
２個のレンズを介してファイバに結合される。前者にお
いて複屈折結晶板１' は１に対して1/√2の厚さであ
る。後者において１'と１は同厚であるが、１' は１に
対しｘ軸のまわりに180゜回転した構造であり、それらの
間にファラデー回転子２，旋光子３を配置した構成であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２，図３の構成は、
逆方向の光が複屈折結晶板１の厚みに比例した分離幅を
とり、入射光線軸から見た常光，異常光の変位幅が消光
特性を決定する。したがって、十分高い消光特性を得る
には複屈折結晶板の厚みを大きくしなければならない
し、フアイバ間の光学結合損失も大きくなる欠点があ
る。しかも図３の構成は旋光子を必要とするが、工業規
模で生産されている代表的な旋光物質の水晶を用いる
と、45゜偏光面を回転するには1.3μm帯で約４゜/mmの
旋光能だから11.25mm程度必要とし、小型構成には向か
ない。
逆方向の光が複屈折結晶板１の厚みに比例した分離幅を
とり、入射光線軸から見た常光，異常光の変位幅が消光
特性を決定する。したがって、十分高い消光特性を得る
には複屈折結晶板の厚みを大きくしなければならない
し、フアイバ間の光学結合損失も大きくなる欠点があ
る。しかも図３の構成は旋光子を必要とするが、工業規
模で生産されている代表的な旋光物質の水晶を用いる
と、45゜偏光面を回転するには1.3μm帯で約４゜/mmの
旋光能だから11.25mm程度必要とし、小型構成には向か
ない。
【０００６】一方、図４は代表的な偏光無依存型光アイ
ソレータの構造を示す。この構造はレンズ間にテーパ状
の一対の複屈折結晶板４を配し、常光，異常光が逆方向
ではテーパ角度に起因するある角度で出射されるため、
単純，小型な構造で高い消光特性が得られる。しかしテ
ーパ状複屈折結晶板を加工する煩雑さ、複雑な光線経路
を追跡しながら調芯して組立てる微妙な組立技術を要す
る等の量産面の欠点があった。本発明は以上に説明した
ような従来構成の欠点を補い、高性能かつ小型，調整の
簡素化，単純構造および経済的な低価格化を同時に実現
するものである。
ソレータの構造を示す。この構造はレンズ間にテーパ状
の一対の複屈折結晶板４を配し、常光，異常光が逆方向
ではテーパ角度に起因するある角度で出射されるため、
単純，小型な構造で高い消光特性が得られる。しかしテ
ーパ状複屈折結晶板を加工する煩雑さ、複雑な光線経路
を追跡しながら調芯して組立てる微妙な組立技術を要す
る等の量産面の欠点があった。本発明は以上に説明した
ような従来構成の欠点を補い、高性能かつ小型，調整の
簡素化，単純構造および経済的な低価格化を同時に実現
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の構成要素
を示すものである。結晶光軸が表面に対して傾いた複屈
折結晶板Ｐ１とファラデー回転子Ｆ，Ｐ１より厚みが√
2 倍で、光線軸に垂直な断面が小さく、光線軸の回りに
45゜回転して配置される複屈折結晶板Ｐ２、および直角
をなす二面が鏡面Ｒに形成された直角プリズムＭの順に
光線軸上に構成され、直角プリズムＭの直角をなす二面
が入射光に対して1/2 直角をなすようにして、光線軸の
回りに同様に45゜回転して配置することにより、複屈折
結晶板Ｐ２から出射された光線を直角プリズムで折返
し、複屈折結晶板Ｐ２は透過せず、ファラデー回転子Ｆ
および複屈折結晶板Ｐ１へ回帰する構造の偏光無依存型
光アイソレータである
を示すものである。結晶光軸が表面に対して傾いた複屈
折結晶板Ｐ１とファラデー回転子Ｆ，Ｐ１より厚みが√
2 倍で、光線軸に垂直な断面が小さく、光線軸の回りに
45゜回転して配置される複屈折結晶板Ｐ２、および直角
をなす二面が鏡面Ｒに形成された直角プリズムＭの順に
光線軸上に構成され、直角プリズムＭの直角をなす二面
が入射光に対して1/2 直角をなすようにして、光線軸の
回りに同様に45゜回転して配置することにより、複屈折
結晶板Ｐ２から出射された光線を直角プリズムで折返
し、複屈折結晶板Ｐ２は透過せず、ファラデー回転子Ｆ
および複屈折結晶板Ｐ１へ回帰する構造の偏光無依存型
光アイソレータである
【０００８】本発明では、遮断方向光の入射光線軸上か
らの分離は、複屈折結晶板Ｐ２による分離効果と直角プ
リズムＭにおける反射効果に起因するもので、分離幅は
常光，異常光とも従来の平行平板型複屈折結晶板を用い
た構成の√2 倍となり、高い消光特性が実現される。
らの分離は、複屈折結晶板Ｐ２による分離効果と直角プ
リズムＭにおける反射効果に起因するもので、分離幅は
常光，異常光とも従来の平行平板型複屈折結晶板を用い
た構成の√2 倍となり、高い消光特性が実現される。
【０００９】図５は、本発明の動作原理を偏光方向の変
化から説明するものであり、(a) は透過方向、(b) は遮
断方向から光線を導入したときの偏光状態である。か
らの記号は図１に示されるように、透過方向光線の通
過順番を意味する。したがって、遮断方向からきた光は
からへ進行する。(a) においては、Ｍで２回反射し
た偏光成分はＰ２を透過しないように配置されており、
そのままＦ，Ｐ１へ戻るため入射時点とは90゜偏光方向
が回転するが、いかなる偏光状態でもこの関係が保存さ
れるため偏光無依存型光アイソレータとして動作するこ
とがわかる。
化から説明するものであり、(a) は透過方向、(b) は遮
断方向から光線を導入したときの偏光状態である。か
らの記号は図１に示されるように、透過方向光線の通
過順番を意味する。したがって、遮断方向からきた光は
からへ進行する。(a) においては、Ｍで２回反射し
た偏光成分はＰ２を透過しないように配置されており、
そのままＦ，Ｐ１へ戻るため入射時点とは90゜偏光方向
が回転するが、いかなる偏光状態でもこの関係が保存さ
れるため偏光無依存型光アイソレータとして動作するこ
とがわかる。
【００１０】遮断方向光線は(b) で示されるようにＰ１
の厚さをＤとし、Ｐ１による常光，異常光の分離幅をｄ
とすれば、ほぼｄ=Ｄ/10だけ異常光が紙面上方へずれ、
さらにＦを透過すると時計方向に45゜偏光方向が回転す
る。この時点で透過方向の場合とは完全に90゜偏光方向
が異なる。次にＰ２が欠損した空間を伝搬し面に入
り、対称配置に転換した状態で反射されてＰ２へ向か
う。
の厚さをＤとし、Ｐ１による常光，異常光の分離幅をｄ
とすれば、ほぼｄ=Ｄ/10だけ異常光が紙面上方へずれ、
さらにＦを透過すると時計方向に45゜偏光方向が回転す
る。この時点で透過方向の場合とは完全に90゜偏光方向
が異なる。次にＰ２が欠損した空間を伝搬し面に入
り、対称配置に転換した状態で反射されてＰ２へ向か
う。
【００１１】透過方向(a) の面に示すように、入射光
線位置を原点にとり、紙面横方向をｘ軸、上下方向をｙ
軸とすれば、遮断方向光線が面に達したときの光線位
置は異常光が入射光線軸上原点にあり、常光がｘ軸上−
ｄの点上に位置する。面に達したときは異常光だけ原
点からｙ＝ｘ線上√2ｄ、座標点(d,d)まで移動する。Ｆ
を透過すると、偏光方向はさらに45゜時計方向に旋回す
るので、Ｐ１に対して常光，異常光の関係が逆転し、
面まで座標点(-d,0)に位置した常光成分がＰ１を透過後
に座標点(-d,-d)へ移動する。
線位置を原点にとり、紙面横方向をｘ軸、上下方向をｙ
軸とすれば、遮断方向光線が面に達したときの光線位
置は異常光が入射光線軸上原点にあり、常光がｘ軸上−
ｄの点上に位置する。面に達したときは異常光だけ原
点からｙ＝ｘ線上√2ｄ、座標点(d,d)まで移動する。Ｆ
を透過すると、偏光方向はさらに45゜時計方向に旋回す
るので、Ｐ１に対して常光，異常光の関係が逆転し、
面まで座標点(-d,0)に位置した常光成分がＰ１を透過後
に座標点(-d,-d)へ移動する。
【００１２】結局、常光，異常光とも原点、すなわち入
射光線軸上から√2 ｄの位置に出射し、遮断されること
になる。このとき光線をガウス分布と仮定したとき、分
布広がりを考慮した移動幅を考えれば消光特性と、複屈
折結晶板の厚みや全体構成が決定できる。
射光線軸上から√2 ｄの位置に出射し、遮断されること
になる。このとき光線をガウス分布と仮定したとき、分
布広がりを考慮した移動幅を考えれば消光特性と、複屈
折結晶板の厚みや全体構成が決定できる。
【００１３】また、図２，図３の構成はファラデー回転
子の楕円成分が存在する場合、入射光線軸上をそのまま
回帰するため消光特性がファラデー回転子の楕円成分に
支配される。しかし本発明では、図５(b) を基に検討す
ると（図中小さな矢印で表記したもの）、主な楕円成分
はファラデー回転子を透過する毎に発生するので図中
面と面で２回生ずるので、全部で４種の楕円成分光が
発生することになる。しかし面に見られるように、４
種の楕円成分光がすべて原点からｄだけ分離した位置に
落ち着き、入射光線軸上へ戻ることはない。すなわち、
原理的に従来の複屈折結晶板方式では不可能であった高
い消光特性が、本発明により容易に実現できる。
子の楕円成分が存在する場合、入射光線軸上をそのまま
回帰するため消光特性がファラデー回転子の楕円成分に
支配される。しかし本発明では、図５(b) を基に検討す
ると（図中小さな矢印で表記したもの）、主な楕円成分
はファラデー回転子を透過する毎に発生するので図中
面と面で２回生ずるので、全部で４種の楕円成分光が
発生することになる。しかし面に見られるように、４
種の楕円成分光がすべて原点からｄだけ分離した位置に
落ち着き、入射光線軸上へ戻ることはない。すなわち、
原理的に従来の複屈折結晶板方式では不可能であった高
い消光特性が、本発明により容易に実現できる。
【００１４】
【実施例】光源は本構成の中間点の直角プリズム反射鏡
Ｍでビームウェィストを有するファイバコリメータを採
用し、出射点の光束が約100μmである、1310nmの波長帯
を用いた。またビームウェィスト点におけるビーム径は
約80μｍであった。複屈折結晶板Ｐ１は断面２mm×２m
m、厚さ２mmで、Ｐ２は断面２mm×１mm、厚さ2.83mmの
ルチル単結晶を用いた。結晶光軸は断面に対して約45゜
の方位になるよう切り出した。直角プリズム反射鏡Ｍは
２mm立方体を対角線で分割した直角プリズムの２面が反
射鏡になっているコーナキューブを採用した。ファラデ
ー回転子はＬＰＥ成長によるBiＲFe系ガーネツト膜（２
mm×２mm、厚み約200μm）を用い、Sm-Co磁石で飽和磁
化した。
Ｍでビームウェィストを有するファイバコリメータを採
用し、出射点の光束が約100μmである、1310nmの波長帯
を用いた。またビームウェィスト点におけるビーム径は
約80μｍであった。複屈折結晶板Ｐ１は断面２mm×２m
m、厚さ２mmで、Ｐ２は断面２mm×１mm、厚さ2.83mmの
ルチル単結晶を用いた。結晶光軸は断面に対して約45゜
の方位になるよう切り出した。直角プリズム反射鏡Ｍは
２mm立方体を対角線で分割した直角プリズムの２面が反
射鏡になっているコーナキューブを採用した。ファラデ
ー回転子はＬＰＥ成長によるBiＲFe系ガーネツト膜（２
mm×２mm、厚み約200μm）を用い、Sm-Co磁石で飽和磁
化した。
【００１５】最初に、無調整でＰ１とＦを一体化し、予
め鏡面対称点に入出射光が動作する位置に調整されたＰ
２とＭの一体部品を調整し、Ｐ１に入射側ファイバコリ
メータを固定し、出射側ファイバコリメータを移動して
出射点を検出した後にＰ１，ＦおよびＰ２，Ｍを固定
し、次に出射側ファイバコリメータを接続した。光学部
品の表面は反射防止処理を施してある。この構成の場
合、入射光線軸上からの常光，異常光のシフト幅は約28
0μmあり、ガウス光線の裾野部分を計算から考慮しても
十分な消光特性がとれる。
め鏡面対称点に入出射光が動作する位置に調整されたＰ
２とＭの一体部品を調整し、Ｐ１に入射側ファイバコリ
メータを固定し、出射側ファイバコリメータを移動して
出射点を検出した後にＰ１，ＦおよびＰ２，Ｍを固定
し、次に出射側ファイバコリメータを接続した。光学部
品の表面は反射防止処理を施してある。この構成の場
合、入射光線軸上からの常光，異常光のシフト幅は約28
0μmあり、ガウス光線の裾野部分を計算から考慮しても
十分な消光特性がとれる。
【００１６】光アイソレータの特性は、ピッグテイル−
ファィバ間の挿入損失は2.4dB であり、逆挿入損失は42
dBであった。挿入損失はほとんどがファイバコリメータ
間の結合損失で約２dBあり、さらに結合系を調整すれば
向上する。
ファィバ間の挿入損失は2.4dB であり、逆挿入損失は42
dBであった。挿入損失はほとんどがファイバコリメータ
間の結合損失で約２dBあり、さらに結合系を調整すれば
向上する。
【００１７】
【発明の効果】本発明は比較的単純な構造で小型高消光
特性が得られると共に、複屈折結晶板の使用量も少ない
ことから、低価格な偏光無依存型光アイソレータを提供
するものであり、今後発展が期待されている光増幅技
術、特にErドープファイバ光増幅を用いた光伝送に多大
な貢献が期待できる。
特性が得られると共に、複屈折結晶板の使用量も少ない
ことから、低価格な偏光無依存型光アイソレータを提供
するものであり、今後発展が期待されている光増幅技
術、特にErドープファイバ光増幅を用いた光伝送に多大
な貢献が期待できる。
【図１】本発明の偏光無依存型光アイソレータの斜視図
である。
である。
【図２】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。
ある。
【図３】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。
ある。
【図４】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。
ある。
【図５】本発明における透過方向(a)，遮断方向(b)の各
光学素子間の常光，異常光の偏光方向の変化を示す図で
ある。
光学素子間の常光，異常光の偏光方向の変化を示す図で
ある。
１ 複屈折結晶板 １' 複屈折結晶板 ２ ファラデー回転子 ３ 旋光子 ４ テーパ状複屈折結晶板 Ｐ１ 複屈折結晶板 Ｐ２ 複屈折結晶板 Ｆ ファラデー回転子 Ｍ 直角プリズム Ｒ 鏡面
Claims (1)
- 【請求項１】 結晶光軸が表面に対して傾いた第一の複
屈折結晶板，偏光面を45゜回転するためのファラデー回
転子，第二の複屈折結晶板および直角プリズムの順に光
線軸上に配置され、前記第二の複屈折結晶板は第一の複
屈折結晶板より光線軸に垂直な断面積が小さく、かつ√
2倍の厚みをなし、光線軸の回りに45゜回転して配置
し、前記直角プリズムは直角をなす二面が鏡面に形成さ
れ、かつ光線軸に対して1/2 直角をなし、光線軸の回り
に同様に45゜回転して配置することにより、前記第二の
複屈折結晶板から出射された光線を直角プリズムで折返
し、第二の複屈折結晶板は透過せずに、前記ファラデー
回転子および第一の複屈折結晶板へ回帰することを特徴
とした偏光無依存型光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2413668A JP2930431B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 偏光無依存型光アイソレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2413668A JP2930431B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 偏光無依存型光アイソレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04221922A JPH04221922A (ja) | 1992-08-12 |
| JP2930431B2 true JP2930431B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=18522255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2413668A Expired - Lifetime JP2930431B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 偏光無依存型光アイソレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2930431B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2986295B2 (ja) * | 1992-12-08 | 1999-12-06 | 松下電器産業株式会社 | 光アイソレータ |
| JP2986302B2 (ja) * | 1993-03-10 | 1999-12-06 | 松下電器産業株式会社 | 光アイソレータ |
| JP2003098500A (ja) | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Fdk Corp | 反射型可変光アッテネータ |
| US6839170B2 (en) * | 2002-10-15 | 2005-01-04 | Oplink Communications, Inc. | Optical isolator |
| JP4714811B2 (ja) * | 2004-02-26 | 2011-06-29 | 並木精密宝石株式会社 | 光アイソレータ及び光学装置 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP2413668A patent/JP2930431B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04221922A (ja) | 1992-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990423 |