JP4548988B2 - 光アイソレータ付きレセプタクルとその組立方法 - Google Patents

光アイソレータ付きレセプタクルとその組立方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に用いる光アイソレータ付きレセプタクルに関する。
【0002】
【従来の技術】
光アイソレータは、光通信において光部品からのレーザー光源への反射戻り光の防止及び光ファイバアンプ内で光の共振発生を防止する為に使用される。
従来のレーザー光源への反射戻り光を防止する偏光依存型光アイソレータの断面図を図10、順方向、逆方向の偏光の挙動を図11に示す。順方向とは光アイソレータに入射した光が透過する方向を示し、逆方向とは光アイソレータに入射した光が透過しない方向を示す。図10に示す様に光アイソレータは2枚の偏光子1a、1bの間に配置されたファラデー回転子2と該ファラデー回転子2に磁界を印加するマグネット6及び保持治具15から構成される。
【0003】
光アイソレータに於いて、順方向ではLD16から出射される光はレンズ17によって平行光となり、偏光子1aに入射する。図11に示す様に、偏光子1aを通過後は直線偏光となり、ファラデー回転子2で45°偏光面を回転し、偏光子1bを通過する。また、逆方向では、偏光子1bを通過した光はファラデー回転子2で45°回転する。しかし、ファラデー回転子2の非相反性により光は偏光子1aの透過偏光面と直交する偏光面となるため、偏光子1aで光は減衰し、LD16に戻らない。これにより一方向からの光は通過させ、逆方向の光の通過を阻止する機能を果たす。
【0004】
また、特開平11−119155号公報、特開2000−162475号公報には光アイソレータを光ファイバ端部に接合して用いる光ファイバ付き光アイソレータの技術を開示している。これは傾斜したキャピラリの傾斜した端面に直方体のアイソレータ素子を貼り付ける構成となっている。光アイソレータ素子19の傾斜方向に対して長辺を配置する偏光方向判別方法が示されている。
【0005】
図8、図9に光アイソレータ付きレセプタクルを用いたLDモジュールの調芯組立における、所望の光結合を得るためのLD出射光18の偏光方向12と、光アイソレータ素子19の入射側偏光子偏光透過方向8と、スタブ3端面の傾斜方向を示す。図8にはスタブ3端面がフラット、図9にはスタブ3端面が傾斜した場合を示す。但し、図8,9ともマグネット6を使用するが図示していない。
図8において、光ファイバ4へ最適な結合を得るためには、光アイソレータ付きレセプタクルを光軸Cの回転(Zθ)調整を行い、LD出射光18の偏光方向12と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を一致させる必要がある。
【0006】
図9(a)に示すように、スネルの法則を用いて光ファイバ4(スタブ3)端面傾斜角度とファイバコアの屈折率、光アイソレータ素子19の屈折率から、最適な結合を得るための光ファイバ4への入射方向を算出することができる。光ファイバ4への所望の結合を得るためには、LD出射光18の光ファイバ4への入射方向とスタブ3端面の傾斜方向を一致させるとともに、LD出射光18からの偏光方向12と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を一致させる必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図8の場合、従来技術では光アイソレータ素子19の形状で偏光方向を規定しているが、光アイソレータ素子19はマグネット6に内包するため、調芯時に入射側偏光子1aの偏光透過方向8を確認することは困難である。そのため、組立調芯装置に光アイソレータ付きレセプタクルをセットする際に、光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を位置決めする事ができず、セットの仕方によって調芯時間ににバラツキが生じ、組立工数が増加する問題点があった。
【0008】
同様に図9(b)に示すように、LDモジュールの組立調芯では光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8とスタブ3の端面3aの傾斜方向が最適配置(直交配置)した光アイソレータ付きレセプタクルとLD出射光18の偏光方向12を合わせる光軸Cの回転軸(Zθ)調芯が必要である。この調芯時間を短縮するためには、調芯前にLD出射光18の偏光方向12に対してスタブ3の端面3aの傾斜方向をあらかじめ所定の位置に設定する事が望ましいが、従来技術ではそのような具体的方法を提示していない。そのため、組立調芯装置に光アイソレータ付きレセプタクルをセットする際に、スタブ3の端面3aの傾斜方向を所定の方向に位置決めすることができず、セットの仕方によって調芯時間にバラツキが生じ、組立工数が増加する問題点があった。
【0009】
さらに、従来技術ではLD出射光18の偏光方向12と入射方向に対応して、光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8とスタブ3の端面3aの傾斜方向を所定の角度に位置決めするための具体的方法を提示していない。そのため、図9(c)に示すように、光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8とスタブ3の端面3aの傾斜方向の位置決めを精度良く行うことができず、LD出射光18の偏光方向12と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8が一致しないため、光ファイバ4への結合損失を増加させる問題点があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を鑑みて本発明は、光ファイバの一端を保持する端面に斜め研磨面と未研磨面とを有する保持具、少なくとも1枚の偏光子と少なくとも1枚のファラデー回転子を一体化し、外周側面に形成した少なくとも1辺の直線部を上記偏光子の偏光透過方向に対して所定の角度に設定した光アイソレータ素子を備え、上記斜め研磨面と上記未研磨面との境界線に上記光アイソレータ素子の1辺をほぼ平行に配置するとともに、上記保持具の外側面に、上記光アイソレータ素子の偏光透過方向を表示するマーキング部を形成したことを特徴とする。
【0015】
光ファイバを保持した保持具の端面に斜め研磨施した傾斜面と未研磨面とを有し、上記傾斜面と未研磨面との境界線の方向に対して所定の角度になるように上記保持具にマーキング部を形成し、少なくとも1枚の偏光子と少なくとも1枚のファラデー回転子を一体化した光アイソレータ素子の外周側面に、入射側もしくは出射側偏光子の偏光透過方向に対して所定の角度に設定した少なくとも1辺の直線部を形成し、この直線部が上記保持具端面の上記境界線に対してほぼ平行となるように上記光アイソレータ素子を上記保持具端面に配置する工程からなる組立方法を特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。
【0017】
図1(a)に本発明の第1の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図を示す。光ファイバ4は保持具であるスタブ3とスリーブ5と金具21に保持され、スタブ3の端面3aに、2枚の偏光子1a,1bと1枚のファラデー回転子2を一体化した光アイソレータ素子19を備え、この光アイソレータ素子19の周囲に配置されるように、マグネット6を金具21端面に接着固定している。そして光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8に対して所定の角度(この例では90°)に形成したマーキング部7を金具21外周面に形成している。そのため、LDモジュール調芯組立時に金具21外周面のマーキング部7を基準とする事により、LD出射光18の偏光方向12と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を所定の位置に配置することが可能となるため、光軸Cの回転(Zθ)調芯時間のバラツキを無くし、調芯時間を大幅に短縮する事が可能となった。なお、上記マーキング部7は入射側偏光子1aの偏光透過方向8に合わせたが、出射側偏光子1bにも合わせることができる。
【0018】
図1(b)に本発明の他の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図を示す。光ファイバ4の保持具であるスタブ3の端面3aは傾斜しており、この傾斜方向と金具21の外周面に形成したマーキング部7はあらかじめ所定の角度に設定している。上記光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aは、その偏光透過方向8を、スタブ3の端面3aの傾斜方向に対して所定の角度に設定した。そのため、LDモジュール調芯組立時の金具21外周面のマーキング部7を基準とする事により、LD出射光18の偏光方向12と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を所定の位置に配置することが可能となるため、光軸Cの回転(Zθ)調芯時間のバラツキを無くし、調芯時間を大幅に短縮する事が可能となった。
【0019】
金具21外周面のマーキング部7とスタブ3の端面3aの傾斜方向との位置関係は任意の方向に設定することは可能である。図1(a)、図1(b)では、マーキング部7はスタブ3の端面3aの傾斜方向に対して0°の位置にあるが、90°に配置することも可能である。また、マーキング部7はマジック等や、金具21外周面に施した任意形状、けがき線、レーザマーキング、インク転写でも可能である。図1(c)には金具21外周面の一部に平坦部を設けてマーキング部7とした場合を示す。
【0020】
図2(a)に本発明の第2の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図と入射側偏光子1a方向から見た図を示す。
【0021】
光ファイバ4の保持具であるスタブ3の端面3aは光ファイバ4を含む斜め研磨面9と未研磨面10を有し、それらの境界線11に光アイソレータ素子19の1辺をほぼ平行もしくは垂直に配置した構成である。スタブ3の端面3aの斜め研磨面9と未研磨面10の境界線11はその傾斜方向に対して垂直であるため、光アイソレータ素子19をスタブ3の端面3aの傾斜方向に対して所定の角度に配置する際に、境界線11を基準とする方法が好適である。
【0022】
図2(b)には、本発明の第2のその他実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルにおいて、3枚の偏光子1、2枚のファラデー回転子2を有する、いわゆる1.5段型の光アイソレータ素子19を搭載した場合を示す。光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1の偏光透過方向8を直交させる場合は2枚のファラデー回転子2に磁界を印可する方向を同一にすることにより達成でき、光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1の偏光透過方向8を同一にする場合はマグネット6を分割し、2枚のファラデー回転子2に磁界を印可する方向を逆向きにすることにより達成できる。図2(c)には、本発明の第2のその他実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルにおいて、4枚の偏光子1、2枚のファラデー回転子2を有する、いわゆる2段型の光アイソレータ素子19を搭載した場合を示す。光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1との偏光透過方向の制御は1.5段型と同様である。
【0023】
図3に本発明の第3の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図と入射側偏光子1a方向から見た図を示す。上記光アイソレータ素子19の外周側面に形成した少なくとも1辺の直線部20を、入射側偏光子1aの偏光透過方向8に対して所定の角度に設定した構成である。図3(a)には光アイソレータ素子19を入射側偏光子1a方向から見て少なくとも1辺の直線部を有する形状で、三角形以上の多角形や円弧状の形状にカットした場合を示す。図3(b)には、四角形状の光アイソレータ素子19の外周側面の直線部20が、入射側偏光子1aの偏光透過方向8に対して平行、直交、45度の角度を呈している場合を示す。直線部20を境界線11に対して平行に配置する事により、スタブ3の端面傾斜方向と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を精度良く一致させることができるため、取り付け精度が向上し、結合損失のばらつきを改善することができる。
【0024】
本発明でレセプタクルに使用するスタブ3はジルコニアやアルミナセラミックスの他、ガラス製や樹脂製も使用可能である。スリーブ5は円筒スリーブや割スリーブ、複数点支持スリーブが使用可能で、材質はジルコニアやアルミナセラミックスの他青銅などの金属も使用可能である。金具21については、LDモジュールとのYAG溶接接合可能な金属が望ましい。また、図示はしていないが、スタブ3の傾斜面3aの反対側には光ファイバ付きコネクタが合され、不図示のレーザダイオード(LD)から発光される信号光を伝送できるようになっている。コネクタとの低接続損失を維持するためにスタブ3のコネクタ接続面はPC研磨や、加工変質層を除去したPC研磨、端面の近端反射を防ぐために斜め研磨、斜めPC研磨が施されている。また、レセプタクルに合されるコネクタにはFCコネクタ、SCコネクタ、MUコネクタ、LCコネクタ等が用いられる。
【0025】
本発明に用いる偏光子1にはガラス基板に誘電体粒子を内包するタイプや誘電体積層タイプなどの透過偏光方向と直交する偏光方向を吸収する偏光子の他に、複屈折結晶などの偏光を分離して反射戻り光をLDの光路からずらす偏光子でも実施可能である。
【0026】
また、ファラデー回転子2はTb、Gd、Hoを添加したBi置換ガーネットやYIGガーネットでも実施可能である。
【0027】
図4に本発明の第4の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図を示す。ファラデー回転子2は四角形のヒステリシスカーブを持ち、自己磁界を有するガーネットでも実施可能である。四角形のヒステリシスカーブを持ち、自己磁界を有するガーネットの場合は、マグネット6が不要となるために部品点数、工数を削減できる効果がある。図4(a)には、2枚の偏光子1、1枚のファラデー回転子1を有する、いわゆる1段型の光アイソレータ素子19を搭載した場合を示す。図4(b)には、3枚の偏光子1、2枚のファラデー回転子2を有する、いわゆる1.5段型の光アイソレータ素子19を搭載した場合を示す。
【0028】
光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1の偏光透過方向8を直交させる場合は2枚のファラデー回転子2の回転方向をを同一にすることにより達成でき、光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1の偏光透過方向8を同一にする場合は2枚のファラデー回転子2の回転方向を逆向きにすることにより達成できる。図4(c)には、4枚の偏光子1、2枚のファラデー回転子2を有する、いわゆる2段型の光アイソレータ素子19を搭載した場合を示す。光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1との偏光透過方向8の制御は1.5段型と同様である。
【0029】
図5に本発明の第5の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図と入射側偏光子1a方向から見た図を示し、本発明光アイソレータ付きレセプタクルに光結合するための、LDモジュールの調芯前後における、LD出射光18の偏光方向12と、光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8と、スタブ3の端面傾斜方向とマーキング部7の位置を示す。
【0030】
光ファイバ4を保持するスタブ3の端面3aを傾斜面とし、その傾斜方向に対して所定の角度になるように金具21の外周面にマーキング部7を形成し、2枚の偏光子1a,1bと1枚のファラデー回転子2を一体化した光アイソレータ素子19は、該光アイソレータ素子19の周囲にマグネット6を配置してなり、光アイソレータ19の外周側面に、入射側偏光子1aの偏光透過方向8に対して平行に設定した少なくとも1辺の直線部20を形成し、この直線部20がスタブ3の端面に形成された斜め研磨面9と未研磨面10の境界線11に対して平行に配置する工程からなる組立方法を示す。
【0031】
これにより、LDモジュール調芯組立時の金具21外周部のマーキング部7に対して、LD出射光18の偏光方向12と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を所定の位置に配置することが可能となるため、光軸Cの回転(Zθ)調芯時間のバラツキを無くし、調芯時間を大幅に短縮する事が可能となった。さらに、スタブ3の端面傾斜方向と光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8を精度良く一致させることができるため、取り付け精度が向上し、結合損失のばらつきを改善することができた。
【0032】
本発明では、図6(a)に示した様に、あらかじめスタブ3端面傾斜方向を所定の方向に設定できるよう、金具21外周部の一部にマーキング部7として平面部を施した。スタブ3端面は図6(b)に示すように金具21外周平面部7を基準として研磨するため、スタブ3の端面研磨方向と金具21外周平面部7は一定の位置関係となる。
【0033】
図6(c)の配置では、スタブ3端面傾斜方向と金具21外周平面部7は常に同一方向に設定でき、研磨時間等の制御により未研磨部を設定することによって、研磨面9と未研磨面10との境界線11はスタブ3の端面傾斜方向と常に直交し、かつ金具21外周平面部7と平行になる。
【0034】
図7には本発明にかかる第5の実施形態におけるその他の実施例を示す。図7(a)には、3枚の偏光子1、2枚のファラデー回転子2を有する、いわゆる1.5段型の光アイソレータ素子19を搭載した場合を示す。光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1の偏光透過方向を直交させる場合は2枚のファラデー回転子2に磁界を印可する方向を同一にすることにより達成でき、光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1の偏光透過方向を同一にする場合はマグネット6を分割し、2枚のファラデー回転子2に磁界を印可する方向を逆向きにすることにより達成できる。図7(b)には、4枚の偏光子1、2枚のファラデー回転子2を有する、いわゆる2段型の光アイソレータ素子19を搭載した場合を示す。光アイソレータ素子19の入射側、出射側偏光子1との偏光透過方向の制御は1.5段型と同様である。
【0035】
本発明第4の実施形態を除く本発明の全ての構造は、マグネット6はスタブ3突出部を内包して金具21端面に固定される。このときスタブ3突出部はマグネット6内径のガイドとなり、マグネット6が金具21外径から飛び出さない防止機構の役割を果たしている。
【0036】
【実施例】
ここで、本発明におけるサンプル試作を行った。
ガラス基板に金属等の誘電体を内包した偏光子1とファラデー回転子2のウエハーを接着剤で固定し、このアッシーともう一枚偏光子1を光学調整した後、接着剤で固定して光アイソレータ用ウエハーを作製した。このとき、LD出射光が入射する側の偏光子1aの光通過面には対空気ARコートが施され、ファラデー回転子2の光通過面の両面には対接着剤ARコートが施されている。
【0037】
レセプタクルはスリーブ5を圧入固定した金具21に、スタブ3を圧入固定する。スタブ3にはあらかじめ、光ファイバ4が挿入されて接着剤で固定される。金具21外周の一部には平坦部のマーキング部7が施されている。スタブ3端面は光ファイバ4を含む面が8度に斜め研磨され、未研磨面10との境界線11は傾斜方向に直交している。作製したウエハーは、ダイシング等で光通過面側が0.5×0.6mmの長方形になるようにカットして作製した。作製した光アイソレータ素子19の入射側偏光子1aの偏光透過方向8は短辺に対して平行になるよう設定した。光アイソレータ素子19の短辺をスタブ3の境界線11に平行に配置して接着剤で固定した。光アイソレータ素子19をスタブ3端面に固定した後、スタブ3を円筒型マグネット6の内径に合するように配置し、磁石6端面と金具21端面を接着剤で固定した。本発明にかかるサンプルの特性評価は挿入損失が平均値で0.55dB、アイソレーションが45.7dBと所望の規格を十分満足する結果となった。
【0038】
さらに、金具21外周にマーキングである平坦部7を施した本発明の光アイソレータ付きレセプタクルと、マーキングを施していない製品で、LDチップとレンズを用いて組立調芯を行い、調芯タクトの比較を行った。従来例では調芯時間に平均で約5分に対し、本発明では約2分と半分以下にタクト短縮が可能となった。
【0039】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光ファイバを保持する保持具の端面を傾斜面とし、その傾斜方向に対して所定の角度になるように保持具にマーキング部を形成し、少なくとも1枚の偏光子と少なくとも1枚のファラデー回転子を一体化した光アイソレータ素子の外周側面に、入射側もしくは出射側偏光子の偏光透過方向に対して所定の角度に設定した少なくとも1辺の直線部を形成し、この直線部が保持具端面の傾斜方向に対して所定の角度となるように上記光アイソレータ素子を保持具端面に配置する工程からなる光アイソレータ付きレセプタクルの組立方法で作製することにより、光軸の回転調芯時間のバラツキを無くし、調芯時間を大幅に短縮する事が可能となった。さらに、保持具の端面傾斜方向と光アイソレータ素子の入射側偏光子の偏光透過方向を精度良く一致させることができるため、取り付け精度が向上し、結合損失のばらつきを改善することができた。また、光アイソレータ素子において、角形のヒステリシスカーブを有するファラデー回転子を使用することにより、マグネットが不要となり、部品点数の削減ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は本発明の光アイソレータ付きレセプタクルの断面図と、LD偏光方向と光アイソレータ偏光方向とスタブ端面研磨傾斜方向とマーキング部との位置関係を示す図である。
【図2】(a)は本発明の他の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図とスタブ端面方向から見た図、(b)、(c)は本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図3】(a)、(b)は本発明の光アイソレータ付きレセプタクルのスタブ端面方向から見たさまざまな実施形態の図である。
【図4】(a)〜(c)は本発明の他の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図とスタブ端面方向から見た図である。
【図5】本発明の他の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図と、LD偏光方向と入射方向とアイソレータ入射側偏光子の偏光透過方向とスタブ傾斜方向との位置関係を示す図である。
【図6】(a)〜(c)は本発明にかかるレセプタクルの製造方法を説明するための断面図である。
【図7】(a)〜(b)は本発明の他の実施形態である光アイソレータ付きレセプタクルの断面図とスタブ方向から見た図である。
【図8】光アイソレータ付きレセプタクルの断面図とLD偏光方向とアイソレータ偏光方向との位置関係を示す図である。
【図9】(a)〜(c)は光アイソレータ付きレセプタクルの断面図と、LD偏光方向と入射方向とアイソレータ入射側偏光子の偏光透過方向とスタブ傾斜方向との位置関係を示す図である。
【図10】従来の偏光依存型光アイソレータの断面図である。
【図11】偏光依存型光アイソレータに於ける、順方向及び逆方向の偏光の挙動を示す図である。
【符号の説明】
1:偏光子
1a:入射側偏光子
1b:出射側偏光子
2:ファラデー回転子
3:スタブ
4:光ファイバ
5:スリーブ
6:マグネット
7:マーキング部
8:偏光透過方向
9:スタブ端面研磨部
10:スタブ端面未研磨部
11:境界線
12:LD出射光の偏光方向
13:研磨装置
14:アイソレータ取り付け治具
15:保持金具
16:LD
17:レンズ
18:LD出射光
19:光アイソレータ素子
20:直線部
21:金具
C:光軸

Claims (4)

  1. 光ファイバの一端を保持する端面に斜め研磨面と未研磨面とを有する保持具、少なくとも1枚の偏光子と少なくとも1枚のファラデー回転子を一体化し、外周側面に形成した少なくとも1辺の直線部を上記偏光子の偏光透過方向に対して所定の角度に設定した光アイソレータ素子を備え、上記斜め研磨面と上記未研磨面との境界線に上記光アイソレータ素子の上記1辺をほぼ平行に配置するとともに、上記保持具の外側面に上記光アイソレータ素子の偏光透過方向を表示するマーキング部を形成したことを特徴とする光アイソレータ付きレセプタクル。
  2. 上記光アイソレータ素子の周囲にマグネットを配置したことを特徴とする請求項1記載の光アイソレータ付きレセプタクル。
  3. 上記光アイソレータ素子におけるファラデー回転子が、四角形のヒステリシスカーブを有するガーネットであることを特徴とする請求項1または2記載の光アイソレータ付きレセプタクル。
  4. 光ファイバを保持した保持具の端面に斜め研磨を施した傾斜面と未研磨面とを有し、上記傾斜面と未研磨面との境界線の方向に対して所定の角度になるように上記保持具にマーキング部を形成し、少なくとも1枚の偏光子と少なくとも1枚のファラデー回転子を一体化した光アイソレータ素子の外周側面に、入射側もしくは出射側偏光子の偏光透過方向に対して所定の角度に設定した少なくとも1辺の直線部を形成し、この直線部が上記保持具端面の上記境界線に対してほぼ平行となるように上記光アイソレータ素子を上記保持具端面に配置する工程からなる光アイソレータ付きレセプタクルの組立方法。
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