JP3548283B2

JP3548283B2 - ファラデ回転ミラー

Info

Publication number: JP3548283B2
Application number: JP17180695A
Authority: JP
Inventors: 由紀子古堅; 通孝奥田; 義之重岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2015-07-07
Also published as: JPH0921608A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバセンサーシステムあるいは光増幅システム等に用いられ、これらのシステムを安定して動作させるために用いる光受動部品のファラデ回転ミラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバセンサーは、系の経路が主として光ファイバで構成され、検知要素を光ファイバの光路のいずれかに持つもので、検知要素は測定したい量によって何らかの光学的な特性の変化を受けるものである。例えば、シングルモードファイバを検知要素として用いる場合には、振動、圧力、温度、電界、磁界、音波等の外力を検知する事ができ、これらの外力による光ファイバの光路長の変化をファイバ干渉計によって検出する。
【０００３】
しかし、このような光ファイバセンサーにおいては、光ファイバ中の複屈折による光の偏波状態の偶発的な変化により、出力干渉縞のゆらぎ、信号の消滅が発生することが問題となる。
【０００４】
このような問題に対し、ファイバ干渉計の一部にファラデ回転ミラーを使用することが提案されている。このファラデ回転ミラーは、光ファイバ中の複屈折により発生する偏波状態の変動を除去し、任意の入力偏波状態を保存する光部品である。
【０００５】
図６に従来のファラデ回転ミラー１１の構成を示す。ファラデ回転ミラー１１は、光ファイバ１２、結合用レンズ１３、ファラデ回転子１４、全反射ミラー１５、磁石１６を用いた構成である。
【０００６】
図６において、ファラデ回転子１４は、ビスマス置換ガーネット等で形成されており、磁石１６によって光軸方向に平行な方向にガーネットの飽和磁界強度以上の磁界が加えられている。また、その厚みは入射した光の偏波方向を４５°回転させるように調整されている。
【０００７】
全反射ミラー１５は、光ファイバ１２から出射された光が全反射ミラーで反射されるように配設されている。また、結合用レンズ１３は、全反射ミラーで反射した光が再び光ファイバ１２に効率よく結合するように配設されている。
【０００８】
図７は、光ファイバ１２の方向から見た、ファラデ回転ミラー１１内の光の偏波の状態を説明する図である。以下、図７を用いて、ファラデ回転ミラー１１の動作原理について説明する。なお、便宜上、光ファイバ１２から出射した光を入射光とし、全反射ミラー１５で反射された光を反射光と呼び、入射光方向を順方向と呼び、反射光方向を逆方向と呼ぶ。また、入射偏波方向を一直線偏波としたが、本説明はこれに限ることなく、任意の偏波方向にも適応される。
【０００９】
まず、光ファイバ１２から出射した入射光（図７−ａ）は、ファラデ回転子１４を透過し、その偏波方向が順方向から見て時計回りに４５°回転させられる（図７−ｂ）。その後、全反射ミラー１５で反射された反射光は、再び逆方向からファラデ回転子１４に入射する（図７−ｃ）。ファラデ回転子１４を逆方向に透過した反射光はさらにその偏波方向を順方向から見て時計回りに４５°回転させられ、光ファイバ１２に入射する（図７−ｄ）。
【００１０】
その結果、ファラデ回転ミラー１１の反射光は、入射光に対して直交する偏波方向となり、入射光が受けたのとちょうど逆の複屈折を受けるため、任意の入力偏波状態に対して出力偏波状態はそれと直交する状態に安定化される。
【００１１】
図６、図７に示すような従来のファラデ回転ミラー１１は、光ファイバセンサーシステムの他、光ファイバ増幅システムにも応用されている。光ファイバ増幅システムは、一般にエルビウムをドープしたシングルモードファイバを数１０〜数１００ｍ用いているために、光ファイバ中の複屈折により偏波状態が変化するという問題、さらには長距離光ファイバ通信システムで信号波形劣化をもたらす偏波モード分散という問題があるが、ファラデ回転ミラー１１を用いることによりそれらが補償され、安定した出力を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のファラデ回転ミラー１１においては、以下のような問題点があった。
【００１３】
（１）部品点数が多く、装置が大型化する。
【００１４】
（２）各構成部品を精密に光学調整しなければならないため、工程数が多く組立が煩雑であり製作に時間がかかる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、少なくとも光ファイバと、ファラデ回転子と、全反射ミラーとが順次配設されてなるファラデ回転ミラーにおいて、光ファイバはコア拡大ファイバからなり、かつファラデ回転子の一面に全反射ミラー膜を形成したファラデ回転ミラーとしたものである。
【００１６】
さらには、コア拡大ファイバをフェルールに保持し、コア拡大ファイバおよびフェルールとファラデ回転子の全反射ミラー膜の対向面とが光学接着剤を介して密着されるファラデ回転ミラー、あるいは複数本のコア拡大ファイバを基板に保持し、複数本のコア拡大ファイバおよび基板とファラデ回転子の全反射ミラー膜の対向面とが光学接着剤を介して密着されるファラデ回転ミラーとしたものである。
【００１７】
【作用】
本発明によれば、レンズ作用の有するコア拡大ファイバを用い、しかもファラデ回転子の一面に全反射ミラー膜を形成することによって、光軸調整が容易となり、部品点数が削減される。
【００１８】
さらに、コア拡大ファイバとファラデ回転子とを光学接着剤を介して密着させることによって、組立容易で、小型のファラデ回転ミラーが実現する。
【００１９】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のファラデ回転ミラーを示す構成概略図であり、ファラデ回転ミラー１は、コア拡大ファイバ２、ファラデ回転子４、全反射ミラー膜５、磁石６よりなる。
【００２０】
磁石６は、円筒型の磁石で内部のファラデ回転子に光軸と平行な飽和磁界を与える。
【００２１】
ファラデ回転子４は、ビスマス置換ガーネット結晶等が用いられ、その厚さは入射光の偏波方向が４５°回転するように調整されている。
【００２２】
全反射ミラー膜５は、多層誘電体からなり、ファラデ回転子４の一面に直接形成されている。この多層誘電体からなる全反射ミラー膜５は、光の損失が小さく、９９％以上の反射率を有する。本実施例では、ファラデ回転子４に全反射ミラー膜５を直接形成することにより、部品点数の削減が実現する。
【００２３】
また、ファラデ回転子４の全反射ミラー膜５の対向面およびコア拡大ファイバ２の端面は、光の反射を防止するために反射防止膜を施すことが望ましい。この反射防止膜により、ファラデ回転ミラー１の挿入損失は小さくなり、特性の低下を引き起こす不用反射も低減することができる。
【００２４】
図２は、コア拡大ファイバの断面図であり、コア拡大ファイバ２は、コア２１とクラッド２２とよりなり、図示するように、拡大前のコア２１の直径をＤ、拡大後のコア２１の直径をＷとする。このコア拡大ファイバ２の構造は、通常のシングルモードファイバのコアの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。このコア径の拡大は光ファイバコア２１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。
【００２５】
コア拡大ファイバ２の特性計算値を図３に示す。図３（ａ）は、同じコア径を有する２本のコア拡大ファイバ２のコア拡大領域を対向させて、ファイバ間距離Ｚとした構成図を示し、図３（ｂ）は、波長１．５５μｍの光を結合させた場合の、ファイバ間距離Ｚと接続損失量の関係を示している。
【００２６】
図３（ｂ）中の曲線は、コア拡大率Ｗ／Ｄ＝１倍、２倍、３倍、４倍の場合について計算した結果である。接続損失は、コア拡大率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とがわかる。
【００２７】
すなわち、通常のシングルモードファイバ（コア拡大率１倍）の場合には、光ファイバ間距離Ｚが大きくなると急激に接続損失が増大するので、レンズを用いて損失を小さくする必要があることがわかる。また、例えば４倍のコア拡大ファイバを用いると、ファイバ間距離Ｚ＝８００μｍでも接続損失は１ｄＢ程度で、レンズを使用しなくても接続損失の小さい結合が可能であることがわかる。
【００２８】
これより、コア拡大ファイバ２を用いれば、２本のコア拡大ファイバ２間にファラデ回転子４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、光学調整が容易で、部品点数が削減される。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施例を示し、ファラデ回転ミラー１０を示す断面概略図である。
フェルール３は、コア拡大ファイバ２を保持するものである。また、コア拡大ファイバ２およびフェルール３は、ファラデ回転子４との接触端面をフラット研磨している。
【００３０】
コア拡大ファイバ２は、フェルール３で保持された部分は素線で、それ以外の部分（図４の２’部分）は、被覆部を有する構成とする。
【００３１】
このファラデ回転ミラー１０をファイバ干渉計に用いる場合には、コア拡大ファイバ２を少なくとも２本以上設け、ファイバ干渉計の基準ファイバと外力を検知するセンサーファイバの２本の光ファイバを各々コア拡大ファイバ２と接続させる。これにより、基準ファイバとセンサーファイバ中の複屈折を補償させるようになり、ファイバ干渉計の出力をより安定させることができる。
【００３２】
また、フェルール３およびそのフェルール３に保持されたコア拡大ファイバ２の端面と、ファラデ回転子４の全反射ミラー膜５の対向面とは、光学接着剤７を介して密着されている。この光学接着剤７は光学的に透明で、屈折率がコア拡大ファイバ２のコアの屈折率に近いものを用いることが望ましい。光学接着剤７としては、例えば、光硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、あるいは低融点ガラス等がある。
【００３３】
このように、コア拡大ファイバ２とファラデ回転子４を密着させると、ファイバ間距離Ｚが短くなるために、ファラデ回転ミラーの挿入損失がより小さくできる（図３（ｂ）参照）。また、フラット研磨したフェルール３の端面に直接ファラデ回転子４を接着したので、ファラデ回転子４を保持するファラデ回転子ホルダーを用いる必要がなくなり、より部品点数が少ないファラデ回転ミラーを構成できる。
【００３４】
さらに、光学接着剤７に接するファラデ回転子４の面は、対接着剤反射防止膜を施すことにより、ファラデ回転ミラー１０の挿入損失や不用反射光を低減することができる。
【００３５】
なお、ファラデ回転ミラー１０の挿入損失は、コア拡大ファイバ２のコア径Ｗと、ファイバ間接続距離Ｚと、ファラデ回転子４の損失Ｌと、全反射ミラー膜５の反射率Ｒにより計算できる。例えば、実効厚さ１７０μｍのファラデ回転子４を用いて、ファイバ間接続距離Ｚ＝３４０μｍ、コア径Ｗ＝４０μｍ、損失Ｌ＝０．１ｄＢ、反射率Ｒ＝９９％として図４に示すファラデ回転ミラー１０を構成した場合、その挿入損失は約０．５ｄＢとなり、従来のようにレンズを用いずに十分低い挿入損失が実現することが判る。
【００３６】
図５は、本発明の第３の実施例を示し、複数の入出力ポートを有するファラデ回転ミラー２０の斜視概略図である。
【００３７】
基板３０は、複数のコア拡大ファイバ２を保持するための基板であり、Ｖ溝基板３０ａとカバー３０ｂとからなる。また、その基板３０のファラデ回転子４との接触端面はフラット研磨されており、コア拡大ファイバ２および基板３０とファラデ回転子４の全反射ミラー膜５の対向面とが、光学接着剤７（図４参照）を介して密着している。
【００３８】
本実施例によれば、複数のコア拡大ファイバ２を基板３０で保持してファラデ回転ミラー２０を構成することにより、組立が簡略化でき、また、ファラデ回転ミラー２０をシステムに組み込んだ場合の省スペース化が実現する。さらにコア拡大ファイバの端面の研磨状態が一定で、同一のファラデ回転子４を用いるために、本実施例のファラデ回転ミラー２０は各ポート（各コア拡大ファイバ２ごと）で均一な特性を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のファラデ回転ミラーによれば、ファラデ回転子と全反射ミラーとを一体化することにより、部品点数の削減が実現する。さらにコア拡大ファイバを用いることにより、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、光学調整が容易で、さらに部品点数が削減される。
【００４０】
また、コア拡大ファイバとファラデ回転子とを密着させることにより、ファイバ間距離Ｚが短くなるためにファラデ回転ミラーの挿入損失がさらに小さくでき、しかもより部品点数が少ないファラデ回転ミラーを構成できる。
【００４１】
また、複数のコア拡大ファイバを基板で保持してファラデ回転ミラーを構成することにより、組立が簡略化でき、また、ファラデ回転ミラーをシステムに組み込んだ場合の省スペース化が実現する。さらにコア拡大ファイバの端面の研磨状態が一定で、同一のファラデ回転子を用いるために、ファラデ回転ミラーは各ポートで均一な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファラデ回転ミラーのを示す構成概略図である。
【図２】コア拡大ファイバを示す断面図である。
【図３】コア拡大ファイバの接続実験例を示し、（ａ）は構成図、（ｂ）は特性計算値を示す図である。
【図４】本発明のファラデ回転ミラーの第２の実施例を示す断面概略図である。
【図５】本発明のファラデ回転ミラーの第３の実施例を示す斜視概略図である。
【図６】従来のファラデ回転ミラーの構成概略図である。
【図７】従来のファラデ回転ミラーの動作原理を説明する図である。
【符号の説明】
１、１０、１１、２０：ファラデ回転ミラー
２、２’：コア拡大ファイバ
３：フェルール
４、１４：ファラデ回転子
５、１５：全反射ミラー膜
６、１６：磁石
７：光学接着剤
１２：光ファイバ
１３：結合用レンズ
２１：コア
２２：クラッド
３０：基板
３０ａ：Ｖ溝基板
３０ｂ：カバー

Claims

少なくとも光ファイバと、ファラデ回転子と、全反射ミラーとが順次配設されてなるファラデ回転ミラーにおいて、前記光ファイバは終端部のコア径が伝送路の３倍から４倍に拡大されたコア拡大ファイバからなるとともにフェルールに保持され、前記ファラデ回転子の一面に多層誘電体からなる全反射ミラー膜が形成され、この全反射ミラー膜の対向面及び前記コア拡大ファイバの端面に反射防止膜を施し、前記コア拡大ファイバおよびフェルールと前記ファラデ回転子の全反射ミラー膜の対向面とが、光学接着剤を介して密着されていることを特徴とするファラデ回転ミラー。
少なくとも光ファイバと、ファラデ回転子と、全反射ミラーとが順次配設されてなるファラデ回転ミラーにおいて、前記光ファイバは終端部のコア径が伝送路の３倍から４倍に拡大されたコア拡大ファイバからなるとともに、複数本の前記コア拡大ファイバが基板に保持され、前記ファラデ回転子の一面に多層誘電体からなる全反射ミラー膜が形成され、この全反射ミラー膜の対向面及び前記コア拡大ファイバの端面に反射防止膜を施し、前記コア拡大ファイバおよび基板と前記ファラデ回転子の全反射ミラー膜の対向面とが、光学接着剤を介して密着されていることを特徴とするファラデ回転ミラー。