JP3517010B2 - 光コネクタ - Google Patents

光コネクタ

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JP3517010B2
JP3517010B2 JP00404295A JP404295A JP3517010B2 JP 3517010 B2 JP3517010 B2 JP 3517010B2 JP 00404295 A JP00404295 A JP 00404295A JP 404295 A JP404295 A JP 404295A JP 3517010 B2 JP3517010 B2 JP 3517010B2
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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、光コネクタに関し、特
に光ファイバ通信等で光ファイバ間に用いられる偏波無
依存型光アイソレータを内蔵する光コネクタに関する。 【0002】 【従来の技術】半導体レーザを信号光源とする光通信の
進歩にともない、数ギガヘルツを越える高速、高密度な
信号伝送が実現されている。この高速、高密度の信号伝
送に用いられる光部品の1つに、半導体レーザへの反射
戻り光を防止する目的で使用される光アイソレータがあ
る。 【0003】光アイソレータには、特定の偏波方向の光
以外は透過させない偏波依存型の光アイソレータと、任
意の偏波方向の光を全て透過させる偏波無依存型光アイ
ソレータとがある。このうち、後者の偏波無依存型の光
アイソレータは、信号伝送系の中継光増幅器等に用いら
れ、今後大きな需要が見込まれている。 【0004】図8は従来の代表的な偏波無依存型光アイ
ソレータ10の構成を示し、1個のファラデ回転子と3
個の複屈折結晶板を用いた構造である。 【0005】図8において、3つの複屈折結晶板をそれ
ぞれ11、12、13として、その複屈折結晶板11と
12の間に置かれたファラデ回転子を14とした。ファ
ラデ回転子14にはZ方向に平行な磁界が加えられてい
る。複屈折結晶板11、12、13は、一軸結晶からそ
のC軸が表面と傾くように切り出し平行平板に研磨した
もので、この平行平板に垂直に入射した光線を互いに偏
波方向が直交する2つの光に分離する。複屈折結晶板1
1、12、13それぞれの光透過方向の厚みは1:1/
√2:1/√2の比率とされ、かつ複屈折結晶板13の
C軸は複屈折結晶板12のC軸に対しZ軸まわりに90
°回転した構成である。14はビスマス置換ガーネット
等で形成されたファラデ回転子であり、光の偏波方向を
45°回転させる。15は光を光ファイバ16に結合す
るための結合レンズである。 【0006】また、複屈折結晶板11より光を入射した
場合を順方向、複屈折結晶板13より光が入射した場合
を逆方向と定め、順方向入射光線を10f、逆方向入射
光線を10bとし、2つに分離される光線をそれぞれ順
方向はf1、f2、逆方向はb1、b2と表し、図中に
矢印で示した。 【0007】この光アイソレータ内で光が進む様子を複
屈折結晶板11の方向から見たのが図9(1)(2)で
あり、(1)は順方向に進む光、(2)は逆方向に進む
光の場合で、A〜Eは図8中の各A〜Eの位置に対応し
ている。点は光線の位置、矢印は偏波面の方向を表して
いる。偏波面の回転の方向は時計回りを+とする。 【0008】図8と図9を用いてアイソレータの動作原
理を説明する。 【0009】複屈折結晶板11のC軸方向が上向き(Y
軸方向)であるとすると、結合レンズ15から順方向に
複屈折結晶板11に入射した信号光10fは、互いに直
交する偏波方向の2つの光線f1、f2に分離される
(図9(1)−B)。これらの各偏波成分はその位置関
係は保ったままファラデ回転子14でf1、f2の偏波
面が−45°回転させられ複屈折結晶板12に入射する
(図9(1)−C)。 【0010】この複屈折結晶板12はC軸方向が複屈折
結晶板11のC軸に対して−45°回転させられてお
り、そのため、光線f2は異常光成分となって屈折する
が、光線f1は常光成分であるからそのまま屈折せずに
透過する(図9(1)−D)。複屈折結晶板13はその
C軸方向が複屈折結晶板12に対して+90°回転させ
られている。そのため、光線f1が異常光成分となって
屈折し、光線f2は常光成分となってそのまま透過する
(図9(1)−E)。このように一旦2つ分離された偏
波成分はE点で合成され、結合レンズ15により光ファ
イバ16に結合される。 【0011】一方逆方向の戻り光10bは、点Cまで順
方向と同様のふるまいをするが、ファラデ回転子の非相
反性により、ファラデ回転子14に入射した光線b1、
b2はその偏波面が−45°回転させられ複屈折結晶板
11に入射する(図9(2)−B)。そのため、複屈折
結晶板11に入射した光線b1が異常光成分となって屈
折し、光線b2は常光成分となってそのまま透過する。
(図9(2)−A)。このように、光線b1、b2は順
方向入射位置と異なる位置に出射するため、光ファイバ
17に結合せず戻り光は遮断される。 【0012】図10は従来の偏波無依存型光アイソレー
タ20の外観を示した図である。18は光アイソレータ
部で図8に示す構成備品がケース内に調整、固定されて
いる。両端部はコネクタ部19で他の伝送系の光ファイ
バと偏波無依存型光アイソレータ20が接続される。光
アイソレータ部18の大きさは例えばφ7mm×45m
m程度である。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うに複屈折偏光板とファラデ回転子を用いた従来の偏波
無依存型光アイソレータにおいては、以下のような欠点
があった。 【0014】(1)部品点数が多く、さらに各構成部品
を精密に光学調整しなければならないため、工数が多く
組立が煩雑であり時間がかかる。 【0015】(2)光アイソレータ部の光ファイバの結
合を考える場合、光アイソレータ部での構成部品が多い
ため、光ファイバ間の光の伝達空間が長くなる。また、
順方向から入射した光線が入射光線軸からずれた位置に
出射するため、両端の結合レンズや光ファイバのガイド
となる位置が決まらず、光軸合わせに多大な労力を必要
とする。 【0016】(3)他の伝送系との結合は両端のコネク
タによって行うので、測定器、通信装置内に組み込みに
は大きく場所を取る。 【0017】(4)各光学素子が光ファイバに対して垂
直に設置されているので、各光学素子からの反射光が光
ファイバに戻り、反射減衰量特性が低下する。 【0018】 【課題を解決するための手段】課題を解決する手段は次
の通りである。 【0019】即ち、コア拡大ファイバが保持されるフェ
ルールと、該フェルールを挿入してその位置決め保持を
行うフランジもしくはスリーブを具備し、1またはそれ
以上のファラデ回転子と2またはそれ以上の複屈折結晶
板とよりなる偏波無依存型の光アイソレータ用素子を円
筒磁石内に配置し、該円筒磁石を前記フランジもしくは
スリーブの内部に配置させるとともに前記フェルールの
拡大領域側の端面を前記光アイソレータ素子と対向させ
て配置してなり、前記フェルールの拡大領域側の端面と
は反対側の端面と他のフェルールが当接して光軸方向に
位置決め可能に構成された光コネクタにおいて、前記光
アイソレータ用素子は、各素子である1またはそれ以上
のファラデ回転子と2またはそれ以上の複屈折結晶板と
を周面が入射光線軸と平行でかつ光の入出射面を出射光
線に一致するように入射光線軸に対して傾斜させた状態
で一体化させてなり、該光アイソレータ用素子、円筒磁
石、フェルールを前記フランジもしくはスリーブの内径
部で狭持・固定させたことを特徴とする光コネクタであ
る。 【0020】 【0021】 【作用】本発明は、偏波無依存型光アイソレータを光フ
ァイバ間に接続することにより、構造が簡単で、組立調
整が容易で、小型で、各光学部品の光軸調整が容易で、
反射減衰量特性が向上し、且つ測定器、通信装置への組
み込み汎用性があるものとなる。 【0022】また、光アイソレータ用素子の両側にフェ
ルールに保持されたコア拡大ファイバを配置することに
より、接続損失を少なくし、光軸調整を容易にする。 【0023】さらに、光アイソレータ用素子の光の入出
射面を入射光線軸に対して傾斜させて円筒磁石内に配置
することにより、低損失な接続がより容易となり、反射
減衰量特性がより向上するものとなる。 【0024】 【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。 【0025】図1は本発明の光コネクタを構成する第一
の実施例で、プラグ型光アイソレータ1を示す断面図で
ある。図2は図1のプラグ型光アイソレータ1を構成す
る光アイソレータ部9の断面図である。なお各図におい
て同一部位には同一符号を付してある。 【0026】図1に記載のプラグ型光アイソレータ1に
おいて、Aはハウジング、7はフランジを示し、2aで
示した部位は雌ネジ、2bで示した部位は雄ネジを形成
している。また3はファラデ回転子と複屈折結晶板とが
一体化された光アイソレータ用素子、4は円筒型の磁石
で内部のファラデ回転子に飽和磁界を与え、磁石4と光
アイソレータ用素子3とで偏波無依存型光アイソレータ
を構成して、フランジ7の内径部で保持されている。さ
らに、5a、5bはコア拡大ファイバを保持したフェル
ールで、前述のプラグ型光アイソレータ1の片側で、6
aで示した挿入孔から他のフェルールが挿入されたと
き、その端面にフェルール5aが当接されるように光軸
方向に位置決め保持されている。またフェルール5bも
規格に一致する飛び出し長さとなるように光軸方向にそ
の長さが決定されている。 【0027】フェルール5a、5bはフランジ7に狭
持、接着固定されており、その外径が精度良く加工され
ている。従って、プラグ型光アイソレータ1の挿入孔6
aに通常のコネクタプラグを接続し、フェルール5bを
アダプタに接続するだけで、光通信系に光アイソレータ
機能を付加することができる。 【0028】図2はプラグ型光アイソレータの光アイソ
レータ部9を示し、これは図1に示したプラグ型光アイ
ソレータ1のハウジングAを除いた部分の断面図であ
る。光アイソレータ用素子3は複屈折結晶板31、3
2、33とファラデ回転子34を一体化した構成で、各
素子(複屈折結晶板31、32、33、ファラデ回転子
34)は周面が入射光線軸と平行でかつ光の入出射面を
入射光線軸に対して傾斜させた状態で磁石4内に配置さ
れており、偏波無依存型の光アイソレータとして機能し
ている。 【0029】コア拡大ファイバ5を保持したフェルール
5a、5bは、その光軸方向の長さはコア拡大ファイバ
5のコア拡大領域の長さL(図4参照)より長く設定さ
れている。またフェルール5a、5bの両端面は研磨さ
れて、コア拡大領域側を対向させて光アイソレータ用素
子3の両側に配置される。 【0030】フランジ7の内径は、磁石4及びフェルー
ル5a、5bをフランジ7内部に狭持できる大きさで、
かつフェルール5a、5bはフランジ7に接着固定する
ことが望ましい。本実施例によれば、光アイソレータ用
素子3と磁石4からなる偏波無依存型光アイソレータ、
さらにはコア拡大ファイバ5を保持したフェルール5
a、5bを、フランジ7の内径部で狭持させる構成なの
で、各部品の組立調整が不要で、大幅に作製が容易にな
る。 【0031】次に偏波無依存型光アイソレータの動作原
理について図3を用いて説明する。光アイソレータ用素
子3での光の通過状態を示す概念図が図3(a)で、偏
波無依存型光アイソレータ内で順方向に光が進む様子を
複屈折結晶板31の方向から見たのが図3(b)で、A
〜Eは図3(a)中の各A〜Eの位置に対応している。
点は光線の位置、矢印は偏波面の方向を表している。ま
た、複屈折結晶板31、32、33それぞれの厚みは
1:1/√2:1/√2の比率とされ、光アイソレータ
動作をするように各光学素子は光軸調整後一体化されて
いる。さらに、一体化された光アイソレータ用素子3は
入射光線軸Zに垂直な面(Y軸と平行な面)からθ度傾
斜して設置されている。 【0032】複屈折結晶板31に入射した光の位置をX
Y座標軸の原点(0,0)として、複屈折結晶板31の
偏光分離幅をaとすると、光アイソレータ用の各光学素
子の光の入出射面を入射光線軸に対して傾斜設置されて
いない従来の場合図9に示すように位置Eでビームの位
置は原点からずれる。この位置Eにおけるビームの位置
は(0,a/√2)で、原点からS=a/√2出射光線
がずれている。そこで、このズレSを補正するために光
アイソレータ用素子を傾斜させる。傾斜の方向は原点と
ずれビーム位置を結ぶ直線に直角に交わる直線を軸とし
て傾斜させる。傾斜角θは、複屈折結晶板31、ファラ
デ回転子34の厚みをそれぞれL1、L2とすると数1
で表される。 【0033】 【数1】 【0034】nは複屈折結晶板の屈折率、nfはファラ
デ回転子の屈折率である。 【0035】例えば、複屈折結晶板にルチル結晶板、フ
ァラデ回転子にビスマス置換ガーネットを用いて、L1
=700μm、L2=400μm、n=2.6、nf=
2.3の光アイソレータ用素子を用いた場合、傾斜角θ
=3.4degとすることで、図3(b)に示すよう
に、出射ビームは原点に出射することになる。 【0036】この偏波無依存型の光アイソレータの光ア
イソレータ用素子3は、大型のファラデ回転子基板、複
屈折結晶基板を用いて光学調整後、光学接着剤で基板同
士を接着し、その後磁石4の内部に挿入できる大きさに
カッティングすることにより製造できるので、多数の光
アイソレータ用素子3を容易に作製することができる。
また、予め所定の方向に傾斜角θ傾けてカッティングを
行うことにより、磁石4の内径に沿って光アイソレータ
用素子3を設置するだけで、煩雑な角度調整無しに光ア
イソレータ素子3を傾斜設置することができる。さら
に、各素子を一体化することにより光の伝送空間が短く
なり損失が小さくなる。例えば、ファラデ回転子34は
ビスマス置換ガーネットを用い、複屈折結晶板はルチル
結晶板を用いて一体化した場合、光アイソレータ用素子
3の実効厚さは、実用的に700μm程度にすることが
できる。 【0037】図4はコア拡大ファイバ5の縦断面図で、
51はコアを52はクラッドを示し、拡大前のコア直径
D、拡大後のコア直径をWとする。コア拡大ファイバ5
の構造は、通常の光ファイバのコア径がテーパ状に拡大
され、終端部では伝送路の3倍から4倍のコア径Wを有
している。コア径の拡大は光ファイバコアに含まれるド
ーパントを熱拡散して実現し、コア拡大領域の屈折率分
布は未拡大部より屈折率が小さくなる。 【0038】コア拡大ファイバの特性計算値を図5
(a)(b)に示す。いずれも波長=1.55μmの場
合で計算している。 【0039】図5(a)はコア拡大ファイバ同士を、フ
ァイバ間距離Z=0μmで拡大領域を対向させて結合し
た場合の、ファイバ横ズレ距離Xと接続損失量の関係
を、コア拡大率1倍、2倍、3倍、4倍の場合について
計算して結果である。接続損失はコア径が大きいほど小
さくなり、ファイバ横ズレ距離Xのトレランス特性が向
上する。このようにコア拡大ファイバを用いれば、対向
するコア拡大ファイバの軸が多少ずれていても、ファイ
バ横ズレ距離に起因する接続損失を小さく押さえること
ができる。従って煩雑な調整工程が不必要となる。 【0040】図5(b)はコア拡大ファイバ同士を、フ
ァイバ横ズレ距離X=0μmで拡大領域を対向させて結
合した場合の、ファイバ間距離Zと接続損失量の関係
を、コア拡大率1倍、2倍、3倍、4倍の場合について
計算して結果である。接続損失はコア径が大きいほど小
さくなり、光ファイバ間距離Zのトレランス特性が向上
する。このようにコア拡大ファイバを用いれば、光ファ
イバ間に光アイソレータ用素子を挿入しても、光ファイ
バ間距離に起因する接続損失を小さく押さえることがで
きる。また、レンズ無しで構成されるので価格も安価と
なる。 【0041】例えば、実効厚さ700μmの光アイソレ
ータ用素子と拡大コア径W=40μmのコア拡大ファイ
バ5を使用して図2に示す光アイソレータ部9を組み立
てた場合、光アイソレータの特性としては挿入損失1.
2dB、アイソレーション40dBの良好な特性が得ら
れることが計算できる。 【0042】図6は本発明の光コネクタを構成する第2
の実施例で、アダプタ型光アイソレータ21を示す断面
図である。 【0043】図6に示すアダプタ型光アイソレータ21
において、Bはアダプタハウジング、71は割スリーブ
を示し、2bで示した部位は雄ネジを形成している。8
a、8bはコア拡大ファイバを保持したフェルールで、
6a、6bで示した挿入孔からフェルールが挿入された
とき、その端面にフェルールが当接されるように光軸方
向に位置決め保持されている。 【0044】光アイソレータ部91の、偏波無依存型光
アイソレータとコア拡大ファイバについては、図2に示
した光アイソレータ部9を構成する偏波無依存型光アイ
ソレータ、コア拡大ファイバ5と実質的に同様のもので
ある。 【0045】図7は上述のアダプタ型光アイソレータ2
1を構成する光アイソレータ部91を示す断面図で、光
アイソレータ部91は、磁石4並び光アイソレータ用素
子3からなる偏波無依存型光アイソレータと、コア拡大
ファイバ5を保持したフェルール8a、8bとが割スリ
ーブ71内部に挿入保持されている。偏波無依存型光ア
イソレータは、光アイソレータ用素子3の各素子(複屈
折結晶板31、32、33、ファラデ回転子34)の光
の入出射面を入射光線軸に対して傾斜させて円筒型の磁
石4内に配置し、各素子を一体化した構成である。傾斜
方向及び傾斜角は図3に示した内容と同様である。 【0046】フェルール8a、8bはコア拡大ファイバ
5を挿通して、コア拡大領域を対向させて光アイソレー
タ用素子3の両側に配置される。 【0047】本実施例によれば、光アイソレータ用素子
3と磁石4からなる偏波無依存型光アイソレータ、さら
にはコア拡大ファイバを保持したフェルールを割スリー
ブの内径部で狭持、固定させる構成なので、各部品の組
立調整が不要で、大幅に作製が容易になる。 【0048】 【発明の効果】以上、説明したように本発明の光コネク
タは、フランジもしくはスリーブの内部に、予めファラ
デ回転子と複屈折結晶板とを一体化した偏波無依存型の
光アイソレータ用素子と、円筒型磁石と、コア拡大ファ
イバを保持したフェルールを配置する構成としたので、
小型で使い勝手が良く、偏波無依存型光アイソレータ機
能を有する光コネクタを容易に実現でき、光ファイバ同
士の接続が極めて容易になる。また、単に小型化できる
だけでなく、ホルダ等の部品を別途用いることなく高価
なファラデ回転子や複屈折結晶板をより小さくカッティ
ングして使用でき、大量に、安価に本発明の光コネクタ
を提供できる。 【0049】また、コア拡大ファイバを用い、光アイソ
レータ用素子の両端に、コア拡大領域を対向させて配置
することにより、レンズが不要となり、アライメント特
性が向上し煩雑な微調整の手間が省ける。 【0050】また、偏波無依存型の光アイソレータ用素
子の出射光線が入射光線軸上に一致するように、ファラ
デ回転子と複屈折結晶板の光の入出射面を入射光線軸に
対して傾斜させて円筒磁石内に配置した構成であるた
め、コア拡大ファイバを保持したフェルールの位置調整
が不要で、フランジもしくはスリーブ内に各部品を無調
整で整列保持するだけで低損失な接続が実現できる。さ
らに、光アイソレータ用素子端面からの反射戻り光が光
ファイバへ入射しない構成で有るため、反射減衰量特性
が向上する。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の光コネクタを構成する第一の実施例で
プラグ型光アイソレータを示す断面図。 【図2】図1のプラグ型光アイソレータを構成する光ア
イソレータ部の断面図。 【図3】図2の光アイソレータ部の順方向の光の動作原
理を説明する図。 【図4】コア拡大ファイバの構成を示す縦断面図。 【図5】(a)(b)はコア拡大ファイバの特性図。 【図6】本発明の光コネクタを構成する第二の実施例で
アダプタ型光アイソレータを示す断面図。 【図7】図5のアダプタ型光アイソレータを構成する光
アイソレータ部を示す断面図。 【図8】従来の偏波無依存型光アイソレータの構成図。 【図9】従来の偏波無依存型光アイソレータの動作原理
を説明する図で、(1)は順方向の光の伝搬状態図、
(2)は逆方向の光の伝搬状態図。 【図10】従来の偏波無依存型光アイソレータの外観
図。 【符号の説明】 A,B:ハウジング f1,f2,b
1,b2:光線 1:プラグ型光アイソレータ 2a:雌ネジ 2
b:雄ネジ 3:光アイソレータ用素子 4:円筒型磁石 5:コア拡大ファイバ 5a,5b,8a,
8b:フェルール 6a,6b:挿入孔 7:フランジ 9,91,18:光アイソレータ部 10,20:偏波無依存型光アイソレータ 11,12,13:複屈折結晶板 14,34 :ファ
ラデ回転子 15:結合レンズ 16,17:光ファ
イバ 19:コネクタ部 21:アダプタ型光
アイソレータ 31,32,33:複屈折結晶板 51:コア 52:クラッド 71:割スリーブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−349421(JP,A) 特開 平4−246615(JP,A) 特開 平3−25403(JP,A) 特開 平6−109923(JP,A) 特開 平8−184727(JP,A) 特開 平7−84143(JP,A) 特開 平5−241026(JP,A) 特開 平3−191305(JP,A) 特開 昭60−184225(JP,A) 実開 平4−107225(JP,U) 実開 平5−47911(JP,U) 実開 昭64−43301(JP,U) K.Shiraishi et.a l.,Journal of Ligh twave Technology,V ol.9 No.4 (April 1991),pp.430−435 K.Shiraishi et.a l.,Electronics Let ters,1989年 9月28日,Vol. 25 No.20,pp.1335−1336 K.Shiraishi et.a l.,Journal of Ligh twave Technology,V ol.10 No.12 (Decembe r 1992),pp.1839−1842 中善寺知広 et.al.,1992年電 子情報通信学会秋季大会講演論文集, 1992年 9月15日,[分冊4]通信・エ レクトロニクス,p.4−251 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/00 316 G02B 6/24 - 6/43 G02B 27/28

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】コア拡大ファイバが保持されるフェルール
    と、該フェルールを挿入してその位置決め保持を行うフ
    ランジもしくはスリーブを具備し、1またはそれ以上の
    ファラデ回転子と2またはそれ以上の複屈折結晶板とよ
    りなる偏波無依存型の光アイソレータ用素子を円筒磁石
    内に配置し、該円筒磁石を前記フランジもしくはスリー
    ブの内部に配置させるとともに前記フェルールの拡大領
    域側の端面を前記光アイソレータ素子と対向させて配置
    してなり、前記フェルールの拡大領域側の端面とは反対
    側の端面と他のフェルールが当接して光軸方向に位置決
    め可能に構成された光コネクタにおいて、前記光アイソ
    レータ用素子は、各素子である1またはそれ以上のファ
    ラデ回転子と2またはそれ以上の複屈折結晶板とを周面
    が入射光線軸と平行でかつ光の入出射面を出射光線に一
    致するように入射光線軸に対して傾斜させた状態で一体
    させてなり、該光アイソレータ用素子、円筒磁石、フ
    ェルールを前記フランジもしくはスリーブの内径部で狭
    持・固定させたことを特徴とする光コネクタ。
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