JP4295192B2 - 光アイソレータ付き光端末 - Google Patents

Description

本発明は、主として光通信や光情報処理等における各種機器で使用される光モジュールに属すると共に、光ファイバに対して光の一方向透過機能を有する光アイソレータを備えてなる光アイソレータ付き光端末に関する。

一般に、光通信に使用される光モジュールとしては、光信号を送信するためのＬＤ（レーザダイオード）モジュールや光信号を受信するためのＰＤ（フォトダイオード）モジュールが知られている。また、特に大容量化、高速化、長距離中継通信機能が要求される光情報処理システムの場合、ＬＤモジュールの内部に実装されるＯ ／Ｅ変換（光電変換）の発光素子として、分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザと略す）が使用される。このＤＦＢレーザは、発振スペクトル幅が狭く分散特性に優れるという特徴を持つが、その反面、反射光による戻り光に対しては非常に敏感であり、光ファイバヘの結合端面やその他の不連続界面からの反射光が戻ると特性が不安定になってしまうという難点がある。

そこで、光モジュールにおいて、反射光が発光素子へ戻るのを防止するため、発光素子と光ファイバとの間に光の一方向透過機能（順方向の光を透過し、逆方向の光を遮断する機能）を有する光アイソレータを配置し、光ファイバから発光素子の方向への反射光の戻り光を光アイルータで遮断し、発光素子に対して常に安定動作を行わせることを可能にした、いわゆる光アイソレータ付き光端末も開発されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に係る光アイソレータ付き光端末（光アイソレータ付き光ファイバ）は、光ファイバを覆うように装着したフェルール内で光ファイバ素線部を軸芯位置に装着保持してなるキャピラリを一部が一端面側で露呈されるように配置保持すると共に、キャピラリに対して光アイソレータ素子を直接的に貼り付けるように接着固定したレセプタクル型の構造となっている。ここでの光アイソレータ素子は、相対角が約４５度の入射側偏光子及び出射側偏光子の間にファラデー回転子を設置固定し、その周囲に永久磁石を配置して構成されるもので、ファラデー回転子が永久磁石から印加される磁界により光信号の偏波面を回転させる作用を有し、入射側偏光子、出射側偏光子が或る一定方向の偏光のみを通過させる作用を有する。

ところで、光モジュールを成す光アイソレータ素子に対して要求される技術的な項目は、小型化、高信頼性の確保、低コスト化の具現である。これは光アイソレータ素子を光ファイバの端部へ配置して一体化する構造でなされる。

このような光アイソレータ付き光端末に使用される光アイソレータの場合、従来使用されている汎用的なバルク型光アイソレータと比較すれば、光アイソレータが集光位置である光ファイバの端部へ配置されるため、光アイソレータを通過する光ビームの径が小さくなり、全体のサイズも小さくすることが可能であり、小型化、低コスト化が可能となっている。また、バルク型光アイソレータは、ＬＤモジュールへ接続する工程が必要となっているのに対し、光ファイバと一体化される光アイソレータの場合には発光素子と光ファイバとを調芯固定するだけで良いため、製造工程が簡単で作製時間を短縮できるようになっている。

特開２００３ −２５５２７０号公報 （要約、図１ ）

上述した特許文献１に係る光アイソレータ付き光端末の場合、光アイソレータ素子における出射側偏光子が光ファイバ及びフェルールと近接した構造であるため、光アイソレータ素子における出射側偏光子が内部に金属粒子を有する吸収型タイプであればその金属粒子でビームが散乱して散乱光を生じることにより、散乱光が光ファイバに入射したときに反射減衰量が劣化してしまうという難点がある。

具体的に言えば、特許文献１に係る光アイソレータ付き光端末の場合、順方向からビームが入射した場合においては、光アイソレータ素子の入射面での反射減衰量を確保するために入射面が数度傾けてあることにより、入射側偏光子の内部で生じた散乱光の束も側方に伝搬することになるために問題とならないが、逆方向から、すなわち光ファイバ側から光アイソレータ素子にビームが入射した場合においては、出射側偏光子の内部で生じた散乱光が出射側偏光子に近接した光ファイバに入射し、これによって反射減衰量が悪化してしまう場合がある。このような散乱光または反射光は、発光素子で生成された信号光と時間差を生じて重なるので、信号光のパルス幅を広げるなどの悪影響を与える。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、光アイソレータの順方向に対して逆方向における反射減衰量を良好に保ち得る光アイソレータ付き光端末を提供することにある。

本発明によれば、金属粒子拡散層を持つ吸収型の偏光子及びファラデー回転子を有する光アイソレータが光ファイバ素線部を保持したキャピラリの端面と接着固定されてなる光アイソレータ付き光端末において、前記キャピラリの端面は前記偏光子のひとつである出射側偏光子と接着固定され、前記出射側偏光子での前記キャピラリの端面に近接する側の表層付近には金属粒子拡散層がなく、逆側の表層付近には金属粒子拡散層が設けられたことを特徴とする光アイソレータ付き光端末が得られる。

一方、前記光アイソレータ付き光端末において、一端部に前記光ファイバ素線部を持つ光ファイバがピグテール型に配設されたことを特徴とする光アイソレータ付き光端末が得られる。

他方、前記光アイソレータ付き光端末において、前記光ファイバ素線部を軸芯位置に保持した前記キャピラリの外周を覆うように筒状体が装着され、前記筒状体の内側では、前記光アイソレータとは逆側に前記キャピラリの他の端面が露呈して、他の光ファイバ素線部を保持したキャピラリの端面と突き合わせて接続される面が形成されたことを特徴とする光アイソレータ付き光端末が得られる。

本発明の光アイソレータ付き光端末の場合、出射側偏光子の光ファイバ素線部を保持したキャピラリ側の金属粒子拡散層を無くしているため、出射側偏光子の内部の金属粒子で生じた散乱光が逆方向でフェルール内に収納されたキャピラリに保持された光ファイバ素線部に戻る量を顕著に減少させることができ、その結果として逆方向における反射減衰量が良好な特性を保ち得るようになる。

本発明を実施するための最良の形態に係る光アイソレータ付き光端末は、少なくとも光学素子としての偏光子及びファラデー回転子を備えてなる光アイソレータが光ファイバ素線部を保持したキャピラリと接着固定された周知の構造を持つものにおいて、出射側偏光子のキャピラリ側の金属粒子拡散層を削り取ることで、ファイバ端面と金属粒子拡散層の距離が拡大される構造とするものである。

ここでの偏光子は、表裏面が平行な形状の平行平面板か、或いは表裏面が非平行な楔状板を用いることができる。また、光ファイバ素線部を持つ光ファイバをピグテール型となるように配設することが汎用的であるために好ましい。更に、光ファイバ素線部を持つ光ファイバを覆うように装着したフェルール内で光ファイバ素線部を軸芯位置に装着保持してなるキャピラリを一部が一端面側で露呈されるように配置保持した構造のレセプタクル型として適用することが汎用的であるために好ましい。

以下は、本発明の光アイソレータ付き光端末について、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る光アイソレータ付き光端末の基本構造を示した側面断面図である。また、図４は光アイソレータ付近の拡大図であり、その入射側偏光子１は両面に金属粒子拡散層１００を持ち、出射側偏光子３はキャピラリ５及び光ファイバ素線部８の端面側には金属粒子拡散層を持たず、磁性ガーネット厚膜２の側に金属粒子拡散層１００を持つ。

この光アイソレータ付き光端末は、光アイソレータと光ファイバ素線部を中心軸に保持したキャピラリとの接続部付近を除くと、従来技術特として知られているものと共通しており、具体的には外径φがφ＝０．９ｍｍの外被で保護された光ファイバ７を覆うように装着したステンレス製のフェルール６内で光ファイバ素線部８を軸芯位置に装着保持してなるジルコニアによるキャピラリ５を一部が一端面側で露呈されるように配置保持すると共に、キャピラリ５に対して少なくとも偏光子及びファラデー回転子を含んだ幾つかの光学素子を組み合わせてなる光アイソレータを直接的に貼り付けるように接着固定し、且つその周囲に永久磁石４を配置したレセプタクル型の構造となっている。

但し、ここでの光アイソレータは、外方から内方へ向かって、両面に金属粒子拡散層が形成されたＣＵＰＯ（登録商標）からなる入射側偏光子１、磁性ガーネット厚膜２、及び出射側の金属粒子拡散層が研磨で除去されたＣＵＰＯ（登録商標）からなる出射側偏光子３がこの順で配置固定されて構成されるもので、永久磁石４から印加される磁界により磁性ガーネット厚膜２が光信号の偏波面を回転させるファラデー回転子の作用を有し、入射側偏光子１、出射側偏光子３が或る一定方向の偏光のみを通過させる作用を有する。

この実施例１に係る光アイソレータ付き光端末において、光アイソレータに逆方向からビームが入射した場合を想定すると、図４を参照すると、光ファイバ素線部８の端面より出射したビームは、出射側偏光子３の内部を透過して、金属粒子拡散層１００に達して、一部は吸収されると共に一部は散乱される。その散乱光のうち、光ファイバ素線部８の側に戻る成分が反射減衰量を低下させるが、その散乱光は出射側偏光子３の内部を伝搬する間に拡散して光ファイバ素線部８の端面にはその殆どが結合しない。従って、反射減衰量を低下させる要因となる出射側偏光子３からの散乱光による悪影響を排除することができる。

図２は、本発明の実施例２に係る光アイソレータ付き光端末の基本構造を示した側面断面図である。

この光アイソレータ付き光端末の場合も、実施例１の構成のものと同様に外径φがφ＝０．９ｍｍの外被で保護された光ファイバ７を覆うように装着したステンレス製のフェルール６内で光ファイバ素線部８を軸芯位置に装着保持してなるジルコニアによるキャピラリ５を一部が一端面側で露呈されるように配置保持すると共に、キャピラリ５に対して少なくとも偏光子及びファラデー回転子を含んだ幾つかの光学素子を組み合わせてなる光アイソレータを直接的に貼り付けるように接着固定し、且つその周囲に永久磁石４を配置したレセプタクル型の構造となっている。

但し、ここでの光アイソレータは、外方から内方へ向かって、両面に金属粒子拡散層が形成されたポーラコア（登録商標）からなる入射側偏光子１１、磁性ガーネット厚膜１２、及び出射側の金属粒子拡散層が研磨により除去されたポーラコア（登録商標）からなる出射側偏光子１３（０．５ｍｍ厚の標準品の片側を研磨して０．２ｍｍとしたもの）がこの順で配置固定されて構成されるもので、永久磁石４から印加される磁界により磁性ガーネット厚膜１２が光信号の偏波面を回転させるファラデー回転子の作用を有し、入射側偏光子１１、出射側偏光子１３が或る一定方向の偏光のみを通過させる作用を有する。

この実施例２に係る光アイソレータ付き光端末において、光アイソレータに逆方向からビームが入射した場合を想定すると、光ファイバ７を介して光ファイバ素線部８の端面より出射したビームは、出射側偏光子１３に入射する。ここで、ポーラコア（登録商標）による出射側偏光子１３の表面では、配合されている銀粒子により散乱光が発生して光ファイバ素線部８の端面に一部が戻るが、片側の金属粒子拡散層を削り落とし、反対側の金属粒子拡散層までの距離が拡大されることで、散乱光は出射側偏光子１３の内部を伝搬する間に拡散して弱められ、光ファイバ素線部８の端面にはその殆どが結合しない。従って、反射減衰量を低下させる要因となる出射側偏光子１３からの散乱光による悪影響を排除することができる。

具体的には、出射側偏光子の片面の金属粒子拡散層の有無以外では同様な構成の光アイソレータ付き光端末について反射減衰量を対比したところ、金属粒子拡散層がある場合には最低値で４０ｄＢ程度となったのに対し、金属粒子拡散層を削り取った場合（実施例２の構成）には５０ｄＢ程度まで改善することが判った。

このとき、出射側の偏光子には片側にしか金属粒子拡散層がないため偏光子としての消光比は劣化するが、もともと光アイソレータに必要な消光比を大幅に上回っていたために、その影響は小さい。

図３は、本発明の実施例３に係る光アイソレータ付き光端末の基本構造を示した側面断面図である。

この光アイソレータ付き光端末の場合、実施例１、実施例２の構成とは幾分異なり、ステンレス鋼の筒状体であるホルダ２６内で光ファイバ素線部２８を軸芯位置に装着保持してなるジルコニアによるキャピラリ２５を一部が一端面側近傍で露呈されるようにスタブ２４とセラミックジルコニアによる割スリーブ２７とを用いて配置保持すると共に、キャピラリ２５に対して少なくとも偏光子及びファラデー回転子を含んだ幾つかの光学素子を組み合わせてなる光アイソレータを直接的に貼り付けるように接着固定したレセプタクル型の構造となっている。

但し、ここでの光アイソレータは、外方から内方へ向かって、ＣＵＰＯ （登録商標）による入射側偏光子２１、着磁後は磁力を保持し続ける、いわゆる硬磁性ガーネットによる磁性ガーネット厚膜２２、及びＣＵＰＯ（登録商標）による出射側偏光子２３（０．２ｍｍ厚の標準品の片側を研磨し０．１５ｍｍにしたもの）がこの順で配置固定されて構成される。尚、ここでの光アイソレータは、磁性ガーネット厚膜２２が磁力を保持する硬磁性ガーネットから成り、単独でファラデー回転子として機能するために実施例１、実施例２で使用した場合のような永久磁石が不要となっている。

この実施例３に係る光アイソレータ付き光端末において、光アイソレータに逆方向からビームが入射した場合を想定すると、光ファイバ素線部２８の端面より出射したビームは、出射側偏光子２３に入射する。ここで、ＣＵＰＯ（登録商標）による出射側偏光子２３の内部では、配合されている銀粒子により散乱光が発生して光ファイバ素線部２８の端面に一部が戻るが、片側の金属粒子拡散層を削り落とし、反対側の金属粒子拡散層までの距離が拡大されることで、散乱光は出射側偏光子２３の内部を伝搬する間に拡散して弱められ、光ファイバ素線部２８の端面にはその殆どが結合しない。従って、反射減衰量を低下させる要因となる出射側偏光子２３からの散乱光による悪影響を排除することができる。

具体的には、出射側偏光子の片面の金属粒子拡散層の有無以外では同様な構成の光アイソレータ付き光端末について反射減衰量を対比したところ、金属粒子拡散層がある場合では最低値で４０ｄＢ程度となったのに対し、金属粒子拡散層を削り取った場合（実施例２の構成）では５０ｄＢ程度まで改善することが判った。

このとき、出射側の偏光子には片側にしか金属粒子拡散層がないため偏光子としての消光比は劣化するが、もともと光アイソレータに必要な消光比を大幅に上回っていたために、その影響は小さい。

本発明の実施例１に係る光アイソレータ付き光端末の基本構造を示した側面断面図。 本発明の実施例２に係る光アイソレータ付き光端末の基本構造を示した側面断面図。 本発明の実施例３に係る光アイソレータ付き光端末の基本構造を示した側面断面図。 本発明に用いられる光アイソレータ付近の拡大図。

符号の説明

１ ，１１ ，２１ 入射側偏光子
２ ，１２ ，２２ 磁性ガーネット厚膜
３ ，１３ ，２３ 出射側偏光子
４ 永久磁石
５ ，２５ キャピラリ
６ フェルール
７ 光ファイバ
８ ，２８ 光ファイバ素線部
２４ スタブ
２６ ホルダ
２７ 割スリーブ
１００ 金属粒子拡散層

Claims (3)

1. 金属粒子拡散層を持つ吸収型の偏光子及びファラデー回転子を有する光アイソレータが光ファイバ素線部を保持したキャピラリの端面と接着固定されてなる光アイソレータ付き光端末において、前記キャピラリの端面は前記偏光子のひとつである出射側偏光子と接着固定され、前記出射側偏光子での前記キャピラリの端面に近接する側の表層付近には金属粒子拡散層がなく、逆側の表層付近には金属粒子拡散層が設けられたことを特徴とする光アイソレータ付き光端末。
2. 請求項１に記載の光アイソレータ付き光端末において、一端部に前記光ファイバ素線部を持つ光ファイバがピグテール型に配設されたことを特徴とする光アイソレータ付き光端末。
3. 請求項１に記載の光アイソレータ付き光端末において、前記光ファイバ素線部を軸芯位置に保持した前記キャピラリの外周を覆うように筒状体が装着され、前記筒状体の内側では、前記光アイソレータとは逆側に前記キャピラリの他の端面が露呈して、他の光学部品の光ファイバ素線部を保持したキャピラリの端面と突き合わせて接続される面が形成されたことを特徴とする光アイソレータ付き光端末。

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