JP4794298B2 - Faraday rotating mirror manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ファイバレーザシステムやファイバセンサ、ファイバ干渉計の動作をより安定させるために適用される光受動部品のファラデー回転ミラーに関するものである。 The present invention relates to a Faraday rotating mirror of an optical passive component applied to further stabilize the operations of a fiber laser system, a fiber sensor, and a fiber interferometer.
光ファイバセンサは、光学系の経路が主として光ファイバで構成され、且つ検知要素を光ファイバからなる光路のいずれかに持つ物である。ここで検知要素とは、検知対象から
検知される量に応じて光学的な特性変化を受けるものである。光ファイバセンサでは光ファイバを検知要素として、振動、圧力、温度、磁界、音波などの外力による光ファイバの光路長変化をファイバ干渉計を用いて検出する。
An optical fiber sensor is an object in which a path of an optical system is mainly composed of an optical fiber and a detection element is provided in any one of optical paths composed of the optical fiber. Here, the detection element is a component that receives an optical characteristic change according to the amount detected from the detection target. In an optical fiber sensor, an optical fiber is used as a detection element, and a change in the optical path length of the optical fiber due to an external force such as vibration, pressure, temperature, magnetic field, and sound wave is detected using a fiber interferometer.
しかしながら、このような光ファイバセンサにおいては、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起因して、出力干渉縞のゆらぎや信号の消滅が起こることが問題となる。このような問題に対して、最近では、ファイバ干渉計の一部にファラデー回転ミラーを使用することが提案されている。このファラデー回転ミラーは、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抑制し、任意の入力偏波状態を維持する機能を担う光部品である。
However, in such an optical fiber sensor, there arises a problem that fluctuation of the output interference fringe and disappearance of the signal occur due to an accidental change in the polarization state of light due to birefringence in the optical fiber. Recently, it has been proposed to use a Faraday rotating mirror as a part of the fiber interferometer. This Faraday rotating mirror is an optical component that has a function of suppressing a fluctuation in polarization state caused by birefringence in an optical fiber and maintaining an arbitrary input polarization state.
ファラデー回転ミラーは、光ファイバセンサシステムの他、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では、一般的にエルビウムをドープした光ファイバ(長さ:数10〜数100m)を用いているため、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、ファラデー回転ミラーを用いることにより、それらが補償されるため、より安定した出力を得ることができる。 The Faraday rotating mirror is applied not only to an optical fiber sensor system but also to an optical fiber amplification system. In an optical fiber amplification system, an optical fiber doped with erbium (length: several tens to several hundreds of meters) is generally used, so that the polarization state changes due to birefringence in the optical fiber. Although there is a problem of polarization mode dispersion that causes signal waveform degradation in a distance optical fiber communication system, since these are compensated by using a Faraday rotating mirror, a more stable output can be obtained.
このようなファラデー回転ミラー200は、たとえば図11に示すように、コア拡大ファイバ21、ファラデー回転子22、反射ミラー23、円筒型磁石24、光学接着剤26を用いて構成されている(特許文献1参照)。
For example, as shown in FIG. 11, such a Faraday
コア拡大ファイバ21は、シングルモードファイバ等と同じ外径であり、コア21aとクラッド21bよりなる。コア拡大ファイバ21は、一般的な光ファイバ(たとえばシングルモードファイバ)を局所的に加熱することによりコア21aにドープされたGeなどを熱拡散させ、モードフィールド径を拡大させる。一般的に、光ファイバからの放射ビームの発散角はモードフィールド径が大きくなるほど小さくなり、平行光に近づいていく。したがって、モードフィールド径を拡大することにより、反射光をコア拡大ファイバ21に再結合させることが容易となる。特許文献1ではモードフィールド径を3〜4倍に拡大することで結合効率の低下、すなわち挿入損失の増加を抑制している。
The
反射ミラー23は、誘電体多層膜からなり、ファラデー回転子2の一端面に直接形成されている。なお、ファラデー回転ミラー200において、ファラデー回転子22は、その反射ミラー23が形成された面と対向する面が光学接着剤26を介してコア拡大ファイバ21に密着させて実装されている。
The
また、ファラデー回転ミラー200において、ファラデー回転子22は楔状に加工されている。さらにコア拡大ファイバ21の先端面は光軸に対して傾斜するよう研磨加工が成されている。従って、コア拡大ファイバ21の端面とファラデー回転子22のファイバ側端面で生じる不要反射がコア拡大ファイバ21に結合することが抑制されている。
図11に示したファラデー回転ミラー200では、ファラデー回転子22とコア拡大ファイバ21との間に光学接着剤26が充填され、この厚さを調整することでファラデー回転ミラー200の挿入損失を制御している。具体的には、反射ミラー23はファラデー回転子22に直接形成されているため、ファラデー回転子22の配置位置、及び角度を調整することによって反射ミラー23で反射される光線の光路を調整してコア拡大ファイバ21への挿入損失を制御している。なお、反射ミラー23に対し、入射する光線が垂直となる場合、挿入損失値は極小となる。
In the Faraday rotating
ここで、ファラデー回転ミラー200では、コア拡大ファイバ21とファラデー回転子22との対向する面を光軸に対して同角度に設定する必要があるが、ファラデー回転子21は、高精度に角度を形成する研削加工が困難であり、また前述のように反射ミラー23を入射する光線に対して垂直に配置する必要があることから、コア拡大ファイバ21とファラデー回転子22との対向する面の微小な傾斜角度の相違が生じることとなる。さらにファラデー回転子21がコア拡大ファイバ21の中心軸に対して回転方向にズレが生じた場合も同様に、傾斜角度の相違が生じる。従って、光学接着剤26は楔状に成形されることとなる。
Here, in the Faraday rotating
ここで、光学接着剤26は、たとえばEpo−Tek353ND等の熱硬化性樹脂が用いられており、この光学接着剤26を硬化させる際、その硬化収縮率が数%と大きい。従って、ファラデー回転ミラー200の光学調整作業時、光学接着剤26を硬化させるならば、光学接着剤26の硬化収縮により、予め光学調整したファラデー回転子22の角度、すなわち、反射ミラー23の角度が変化してしまう。この結果、このファラデー回転ミラー200では、反射ミラー23の角度変化によって反射ミラー23からの反射光の光路が変化し、コア拡大ファイバ21への挿入損失が増える傾向があった。
Here, for example, a thermosetting resin such as Epo-Tek353ND is used for the optical adhesive 26, and when the optical adhesive 26 is cured, its curing shrinkage rate is as large as several percent. Therefore, if the optical adhesive 26 is cured during the optical adjustment operation of the Faraday rotating
また、ファラデー回転子21のファラデー回転角は、その厚みによって制御されるが、ファラデー回転子21は楔状に成形加工されているため、光線の通過する場所によってファラデー回転角が若干異なる可能性があり、ファラデー回転ミラー200の順方向光に対して逆方向光の偏波方向を垂直にする機能を十分に発揮することが困難になる場合があった。
Further, the Faraday rotation angle of the Faraday
本発明は、上記問題点に鑑み、一方の端面が光軸に対して傾斜する傾斜面である光ファイバを準備する工程と、前記光ファイバから導出される光が入射される平板形状のファラデー回転子を前記傾斜面に取り付ける工程と、前記ファラデー回転子からの入射光を反射させる反射部材を透光性の熱可塑性樹脂を間に介して前記ファラデー回転子に取り付ける工程と、前記熱可塑性樹脂を加熱して軟化させるとともに、前記反射部材の前記光ファイバに対する距離および前記光軸に対する角度を調整する工程と、前記熱可塑性樹脂を冷却して硬化させることによって、前記反射部材の位置を固定する工程とを備えることを特徴とするものである。
In view of the above problems, the present invention provides a step of preparing an optical fiber whose one end surface is inclined with respect to the optical axis, and a flat plate-shaped Faraday rotation into which light derived from the optical fiber is incident Attaching a child to the inclined surface, attaching a reflective member that reflects incident light from the Faraday rotator to the Faraday rotator with a light-transmitting thermoplastic resin in between, and the thermoplastic resin Heating and softening, adjusting the distance of the reflecting member to the optical fiber and the angle with respect to the optical axis, and fixing the position of the reflecting member by cooling and hardening the thermoplastic resin it is characterized in further comprising and.
本発明のファラデー回転ミラーの製造方法は、反射部材の位置変動を抑制することができるため、ファラデー回転ミラーの挿入損失特性の劣化を防止できる。
Method for producing a Faraday rotation mirror of the present invention, it is possible to suppress variations in the position of the reflection member, it is possible to prevent deterioration of the insertion loss of the Faraday rotator mirror.
まず、本発明の第一の実施形態を図1にて説明する。ファラデー回転ミラー100は、シングルモードファイバ1a、グレーデッドインデックスファイバ1b、およびコアレスファイバ1cからなる光ファイバ1、ファラデー回転子2、反射ミラー3(反射部材に相当)、磁石4、光学接着剤5、スペーサ部材6を含んで構成される。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The Faraday rotating
シングルモードファイバ1aは、その一端部から入射した光をその他端部から出射すべく、光を導くためのものである。シングルモードファイバ1aを構成する材料としては、石英ガラス、多成分系ガラスなどが挙げられる。
The
グレーデッドインデックスファイバ1bは、図2(a)に示すように、光ファイバ内の屈折率分布を中心から外周部に向かい、段階的、または連続的に低下させていったものであり、これを透過する光線は、図2に示したように周期的に蛇行し(蛇行周期)て透過する。従って、グレーデッドインデックスファイバ1bを適当な長さに切断することにより、平行光や集束光に対応することができるレンズとして機能する。
As shown in FIG. 2 (a), the graded
図2(b)では、グレーデッドインデックスファイバ1bの長さがサインカーブの1周期分に相当する場合の状態が示されており、この長さを1ピッチと規定する。グレーデッドインデックスファイバ1bはレンズ機能を適切に担うべく、ここから出射される光線が集束光となる範囲である0.25ピッチ乃至0.5ピッチにて、その長さが設定される。また、図2(b)では、グレーデッドインデックスファイバ1bの長さ(GIF長)とその最適結合距離との関係も示されている。ここで、最適結合距離とは、光ファイバ2からの出射光がグレーデッドインデックスファイバ1bにより結像する点、とグレーデッドインデックスファイバ1bの端面までの距離のことであり、この結像点に反射ミラー3を配設すると、反射光は光ファイバ2の出射端に結像するため、反射率が最大となる結合を得られる。
FIG. 2B shows a state where the length of the graded
グレーデッドインデックスファイバ1bの特性としては、図3に示されるように、グレーデッドインデックスファイバ1bの長さが長くなるにつれて、最適結合距離は短くなる。ここで、0.25ピッチの場合は、最適結合距離は理論上無限大となり、一方で、0.5ピッチの場合、最適結合距離は理論上ゼロとなる。この最適結合距離とファラデー回転子2の厚さとの差が小さい(例えば300μm以下の)場合、コアレスファイバ1cを省略してもよい。なお、本実施形態における最適結合距離はコアレスファイバ1cの長さと、ファラデー回転子2の厚さと、スペーサ部材6の厚さとの総和に実質的に等しい。ただし、ここで言う、ファラデー回転子2の厚さとは物理的な厚さではなく、シングルモードファイバ1a、グレーデッドインデックスファイバ1b、コアレスファイバ1c、光学接着剤5、スペーサ部材6と同等な屈折率1.46に整合させた、光学的長さを示す厚さである。例えば、ビスマス置換ガーネットの場合、屈折率は2.34であり、光学的な長さは物理的な長さに1.46/2.34を掛けた値となる。
As the characteristics of the
ここで、ファラデー回転子2は、たとえばビスマス置換ガーネットで、飽和磁界強度において所定の波長を持つ光の偏光面を45°回転させる厚みを持つよう設定されている。なお、ファラデー回転子2の一般的な厚みは、これを透過する光の波長が1550nmの場合、350〜500μmである。また、ファラデー回転子2の表面には反射防止膜を施すことが好ましい。これにより、ファラデー回転ミラー100の挿入損失値は低減され、また、不要反射の発生を抑制することができる。なお、ファラデー回転子2は平行平板であるため、そのファラデー回転角は光線の通過する場所によらず一定の値をとる。したがって、ファラデー回転ミラー100の順方向光に対して逆方向光の偏波方向を常に垂直とすることが可能となる。
Here, the Faraday
また、コアレスファイバ1cの端面は所定の角度で研磨され、ここにファラデー回転子2を接着固定することによって、不要反射がファイバに再結合することを防止している。図4は、コアレスファイバ1cの端面の研磨角度に対し、不要反射が光ファイバ1へ再結合する際の結合効率を算出した結果である。ここで示したように、コアレスファイバ端面は2°以上の角度に研磨すれば、結合効率は−100dBを下回るため、不要反射は十分に抑制されることになる。
Further, the end face of the
磁石4は、ファラデー回転子2に所定の磁界を印加するための部材であり、本実施形態では円筒形である。なお、ファラデー回転子2として自己バイアス型のファラデー回転子2を用いれば磁石4による磁界の印可は必要ない。
The
反射ミラー3(反射部材)は、入射光を反射させるための部材であり、たとえば表面に誘電体多層膜や反射率の高い金属(アルミニウムなど)を蒸着させたガラス基板や、その表面を鏡面研磨した金属板、誘電体多層膜単体等を用いることができる。ここで、誘電体多層膜の材質としては、たとえば高屈折率材料としてTiO2、ZrO2、Ta2O5、Si3N4、低屈折率材料としてSiO2が用いられる。そして、誘電体多層膜は、この高屈折率材料で構成された誘電体膜と低屈折率材料で構成された誘電体膜を交互に積層させることにより形成されている。これらの反射ミラー3を用いる場合は、たとえば光学接
着剤を用いてスペーサ部材6先端に接着固定を行う。また、図10に示すように、スペーサ部材6の一主面を鏡面状に仕上げた上で、この鏡面状態にある主面に誘電体多層膜や反射率の高い金属(アルミニウムなど)を蒸着することにより、スペーサ部材6に直接反射ミラー3を形成してもよい。この場合、ファラデー回転ミラー100を構成する部材が減るため、より低価格で信頼性の高い製品を供給することが可能となる。
The reflection mirror 3 (reflection member) is a member for reflecting incident light. For example, a glass substrate in which a dielectric multilayer film or a highly reflective metal (such as aluminum) is deposited on the surface, or the surface is mirror-polished. A metal plate, a dielectric multilayer film alone, or the like can be used. Here, as a material of the dielectric multilayer film, for example, TiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Si 3 N 4 are used as a high refractive index material, and SiO 2 is used as a low refractive index material. The dielectric multilayer film is formed by alternately laminating dielectric films made of the high refractive index material and dielectric films made of the low refractive index material. When using these reflecting
スペーサ部材6は反射ミラー3を支持するものであり、比較的透光性が高い材料(透光性材料)で構成されることが好ましく、特に透光性のある熱可塑性樹脂を材料とすることが好ましい。この透光性材料は、少なくとも使用する光の波長帯(たとえば1550nm)において、光の損失が実質的に問題のない程度(0.05dB以下)に低い材料である。この熱可塑性樹脂としては、たとえばポリカーボネートやフッ素樹脂、スチレン系樹脂等が挙げられ、特に屈折率がシングルモードファイバ1aのコア屈折率と同等のもの、一般的に1.47程度が好適である。スペーサ部材6は、ファラデー回転子2と反射ミラー3との間に介在され、透光性のある光学接着剤を用いて接着固定される。なお、上述したスペーサ部材6の表面に反射ミラー3が直接形成される場合には、光学接着剤は不要となる。
The
また、スペーサ部材6は、グレーデッドインデックスファイバ1bと反射ミラー3との間の離間距離や、光軸に対する反射ミラー3の傾斜角度を調整する機能を担う部材でもある。スペーサ部材6による調整は、ファラデー回転ミラー100の挿入損失値を測定しつつ行う。具体的には、まず図6に示すように、光源15、光サーキュレータ16、受光器17、及び調整を行うファラデー回転ミラー100の接続を行う。この光学系によれば、光源15からの入射光は光サーキュレータ16を介して光ファラデー回転ミラー100に入射され、その反射光は再度光サーキュレータ16を介して受光器17で受光される。なお、ファラデー回転ミラー100のコアレスファイバ1cの端部にはファラデー回転子2、スペーサ部材6、および反射ミラー3をあらかじめ光学接着剤5を用いて固定しておく。次に、スペーサ部材6をその軟化点以上に加熱し流動性を持たせた後、反射光強度が最適となるよう、反射ミラー3の位置を適宜変化させる。その後、スペーサ部材6の加熱を中断し、軟化点以下に冷却することで、反射ミラー3の位置を固定する。
The
このように、光学調整後において、スペーサ部材6は楔状に成形されるため、あらかじめファラデー回転子2へ接着を行う前に楔状に成形加工しておけば、光学調整の工数を削減することが可能となる。また、スペーサ部材6の加熱を熱風等により行うと、光ファイバ1の被覆も同時に加熱されてしまい、変形等の不具合が生じるが、反射ミラー3を加熱し、これを介してスペーサ部材6を加熱することで回避することができる。
As described above, after the optical adjustment, the
また、図5に示したようにスペーサ部材6に直接反射ミラー3を施す場合は、ファラデー回転ミラー110のコアレスファイバ1cの端面にファラデー回転子2、及びスペーサ部材6のみを光学接着剤5を用いて固定しておく。次に、スペーサ部材6をその軟化点以上に加熱し流動性を持たせた後、鏡面研磨された金属板等をスペーサ部材6に押しつけ、反射光強度が最適となるよう、金属板の位置を適宜変化させる。その後、スペーサ部材6の加熱を中断し、軟化点以下に冷却する。金属板はスペーサ部材6に接着固定されていないためスペーサ部材の冷却後にこれを剥がす事ができ、スペーサ部材6の表面は鏡面状態を得ることができる。その後、鏡面状態にあるスペーサ部材6の表面に誘電体多層膜や反射率の高い金属を蒸着することで反射ミラー3が形成される。
Further, when the
この反射ミラー3は、その反射面が平面状で形成されているのであれば、光が伝播する光ファイバ1の光軸に対して垂直に配置することが必要となる。図7は反射ミラー3の反射面と光軸とのなす角度θとファラデー回転ミラー100の挿入損失の変化量との関係を示した。この際、反射ミラー3はグレーデッドインデックスファイバ1bからの出射光の最適結合距離に配置されていることとし、このときのビームウェストの径は40μmであるこことした。図7によれば、反射ミラー3は、角度θが大きくなるに従いファラデー回転ミラー100の挿入損失量は増加し、0.2°傾斜しただけでも1dB弱の損失となる。
If the reflecting surface of the reflecting
次に、本発明によるファラデー回転ミラー100におけるスペーサ部材6、及び従来技術によるファラデー回転ミラー200における光学接着剤26の光学調整後に生じる体積変化率を検証する。先ず従来技術によるファラデー回転ミラー200においては、光学接着剤26として、硬化収縮率の小さいもの(たとえばエポキシ系樹脂)を選択したとしても、その線形収縮率は1.5%程度になる。この収縮により、反射ミラー23は配置角度に変化が生じ、ファラデー回転ミラー200の挿入損失特性が劣化することになる。
Next, the volume change rate generated after the optical adjustment of the
一方で、スペーサ部材6の材料としてポリカーボネートを選択した場合、その線膨張係数は7.0×10−6(1/℃)であり、軟化温度は135℃であるから、前述の通りファラデー回転ミラー100の光学調整を行った後、室温(25℃)に冷却する場合、温度変化は110℃となり、線形収縮率は0.077%となる。なお、本発明のファラデー回転ミラー100では、スペーサ部材6をファラデー回転子2、及び反射ミラー3間に介在させる際に光学接着剤を用いて固定を行うが、ここでの光学接着剤は、ファラデー回転ミラー100の光学調整作業前に硬化させるため、光学接着剤の硬化収縮は反射ミラー3の配置角度に変化を及ぼさない。
On the other hand, when polycarbonate is selected as the material of the
次に、上記収縮が生じた際、反射ミラー3、23の配置角度の変化量から、ファラデー回転ミラー100、200の挿入損失変化量を検証する。 Next, when the contraction occurs, the amount of change in insertion loss of the Faraday rotation mirrors 100 and 200 is verified from the amount of change in the arrangement angle of the reflection mirrors 3 and 23.
ここで、図11に示すような従来のファラデー回転ミラー200に関しては、コア拡大ファイバ21とファラデー回転子22間に光学接着剤が介在しているため、コア拡大ファイバ21の先端面の角度公差、及びファラデー回転子22の楔角度公差をそれぞれ±1°であるとすると、光学接着剤25は最大角度2°の楔状に成形されることとなる。
Here, with respect to the conventional
一方で、本発明によるファラデー回転ミラー100においても、前述の通り、不要反射を抑制するためにコアレスファイバ1cの先端を2°で研磨したとすると、スペーサ部材6も2°の楔状に成形されることとなる。
On the other hand, in the
ここで、従来技術によるファラデー回転ミラー200における光学接着剤26、及び本発明によるファラデー回転ミラー100におけるスペーサ部材6を図8に示したような楔形状であるとし、この形状を微小領域dVで分割すると考える。この際、図8で示すように微小領域の体積dvは近似的に、dV=dx・dy・L(式1)で表される。これに上記収縮(線形収縮率をα%とする)が生じると、微小体積dVは、dV=dx・dy・L・(1−α/100)3 (式2)で表される。一方、スペーサ部材6は上下をファラデー回転子2と反射ミラー3で保持され、光学接着剤26は上下をキャピラリ27とファラデー回転子22で保持されているため、微小体積の上下面の面積dx・dyは変化しないと考えられるため、上記収縮によりL値は、L’=L・(1−α/100)3 (式3)のようにL’値として近似される。よって、上記収縮により楔角度θがΔθだけ変化したとすると、Δθは、Δθ=1−(1−α/100)3 (式4)のように表される。
Here, it is assumed that the optical adhesive 26 in the
前述した計算式を鑑みると、楔角度が2°である場合、これが光学接着剤26であるならば、線形収縮率は1.5%であり、その角度変化は8.9×10−2°、またスペーサ部材6であるならば線形収縮率は0.077%であり、その角度変化は4.6×10−3°となる。
In view of the above-described calculation formula, when the wedge angle is 2 °, if this is the optical adhesive 26, the linear shrinkage is 1.5%, and the angle change is 8.9 × 10 −2 °. If the
また、図9には反射ミラー3の配置角度の変化量Δθとファラデー回転ミラー100の挿入損失変化量との関係を示した。なお、反射ミラー3はグレーデッドインデックスファイバ1bからの出射光の最適結合距離に配置されていることとし、このときのビームウェストの径は40μmとした。図9に示されるように、ファラデー回転ミラー100は、反射ミラー3の配置角度変化量が大きくなるにしたがって挿入損失量は増加する。挿入損失の増加量は線形収縮率が1.5%であった場合−0.147dB、線形収縮率が0.077%であった場合の角度変化は−4.0×10−4dBとなる。
FIG. 9 shows the relationship between the change amount Δθ of the arrangement angle of the
このように、ファラデー回転子2と反射ミラー3間に熱可塑性樹脂からなるスペーサ部材6を配置することで、光学調整時に生じるスペーサ部材6の収縮によっても挿入損失は増加することなく、安定した挿入損失値を持つファラデー回転ミラー100を提供することが可能となる。
In this way, by arranging the
また、スペーサ部材6を構成する熱可塑性樹脂の例として前述の通りポリカーボネートが提案されているが、このポリカーボネートは吸水率が一般的な光学接着剤に比較して非常に小さいという点においても優れている。この点において、一般的な光学接着剤としてはエポキシ樹脂やアクリル樹脂が挙げられるが、これらの吸水率は数%程度であるのに対し、ポリカーボネートの吸水率は0.25%程度である。すなわち、高温高湿の条件下において、スペーサ部材の膨潤による体積変化が少ないため、反射ミラー3の角度変化量、また挿入損失の変化量も小さくすることができる。したがって、ファラデー回転ミラー1は、高温高湿の条件下においても信頼性が高くなる。
Further, as described above, polycarbonate has been proposed as an example of the thermoplastic resin constituting the
以下に本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の実施例1に係るファラデー回転ミラー100として、図1に示したファラデー回転ミラー100を作製した。具体的な作製方法について、以下に説明する。まず、光の使用波長が1550nmのシングルモードファイバ1aと、比屈折率差1.5%で厚さ約540μm(0.35ピッチ)のグレーデッドインデックスファイバ1bと、ファイバ長が約64μmで、純石英からなるコアレスファイバ1cとを、外形調芯しつつ融着接続して、光ファイバ1を作製した。
As the
次に、上記で作製された光ファイバ1をファイバ保持部材18に挿入し、光学接着剤を用いて固定した。このファイバ保持部材18はジルコニア製のキャピラリ10(φ1400μm)をステンレス製スリーブ11に圧入固定したものであり、光ファイバ1とキャピラリ10の先端位置が一致するよう固定を行った。次に、コアレスファイバ1c先端をキャピラリ10ごと加工角度2°にて鏡面研磨した。なお、研磨の際はコアレスファイバ1cの長さも変化するため、キャピラリ10先端の未研磨部分の有無を確認しつつ加工を行い、未研磨部分が無くなった時点で研磨を終了した。この加工によりコアレスファイバ1cは24μm研磨され、最終的に長さは40μmとなる。
Next, the
次に、キャピラリ10先端にファラデー回転子2、スペーサ部材6、及び反射ミラー3を光学接着剤を用いて固定した。このファラデー回転子2は入射光の波長が1550nmの場合に該入射光の偏波方向が45°回転するように、厚さを約380μm(物理的厚さ:光学的長さは240μm)に設定するとともにファラデー回転子2の両端面には、反射防止膜としてARコートを施した。
Next, the
スペーサ部材6は、ポリカーボネート製とし、あらかじめ楔角度を2°として成形加工を行ったものを使用した。このスペーサ部材6をファラデー回転子2に被着して固定する際には、反射ミラー3の搭載面(反射面)が光ファイバ1の光軸に対してほぼ垂直になるよう、キャピラリ10の研磨方向とスペーサ部材6の傾斜方向を目視にて一致させた。
The
また、反射ミラー3はBK7からなるガラス平板にTiO2膜とSiO2膜とが交互に積層されてなる誘電体多層膜を蒸着して施したものを用い、その誘電体多層膜が施された面に屈折率約1.5からなる光学接着剤が塗布されることを想定し各誘電体膜の膜厚を設定した。
The reflecting
次に、図6に示した光学系にファラデー回転ミラー100を接続し、反射ミラー3の角度調整を行った。この際、図10で示すように、反射ミラー3をコレット19により固定した。コレット19には貫通孔が設けられており、真空ポンプにより負圧を印可することで、反射ミラー3を保持する。一方で、コレット19にはヒーター20が備わり、コレット19及び反射ミラー3を介してスペーサ部材6を加熱して軟化させる機能を有している。反射ミラー3の角度調整は、図6に示した受光器17による受光強度が最大となるように、反射ミラー3の角度、位置を調整した後、ヒーター20を止めスペーサ部材6を軟化温度以下に冷却した。このときコレット19による反射ミラー3の固定は引き続き行うこととした。その後、リング状磁石4を接着剤にて固定し、ファラデー回転ミラー100を完成させた。
Next, the
さらに本発明の実施例2に係るファラデー回転ミラーとして、図10に示したファラデー回転ミラー110を作製した。作製作業に関しては、キャピラリ10の先端にファラデー回転子2、及びスペーサ部材6を固定する構成、及び光学調整のための光学系までは本発明の実施例一によるものと同一とし、反射ミラー3の角度、位置調整及び固定に関する構成のみ次のように変更した。
Furthermore, the
先ず、図10に示すように、コレット19に端面を鏡面研磨したステンレス板を真空ポンプにより負圧を印可することによって保持し、ヒーター20によりステンレス板を加熱した。次に、このステンレス板をファラデー回転子2に被着されたスペーサ部材6に押しつけ、スペーサ部材6を加熱して軟化させた後、図6に示した受光器による受光強度が最大となるように、ステンレス板の角度および位置を調整した。その後、ステンレス板をスペーサ部材6に接触させた状態でヒーター20による加熱を止めてスペーサ部材を軟化温度以下に冷却した。
First, as shown in FIG. 10, a stainless steel plate whose end face was mirror-polished on a
次に、上記ステンレス板をスペーサ部材6から取り外し、該ステンレス板が取り除かれたスペーサ部材6の表面にTiO2、及びSiO2が交互に積層された誘電体多層膜を蒸着して形成した。最後に、リング状磁石4を接着剤にて固定し、ファラデー回転ミラー110を完成させた。
Next, the stainless steel plate was removed from the
このような本発明の実施例1、実施例2に係るファラデー回転ミラー100、110をそれぞれ5個ずつ作製し、それぞれの挿入損失値を比較した。なお、挿入損失値の測定は図6に示す光学系を用いて行った。挿入損失値の測定は、光源15として波長1550nmのものを用い、その出射光を光サーキュレータ16の第1のポートに入射し、第2のポートを介して、ファラデー回転ミラー100またはファラデー回転ミラー110に入射し、その反射光を再度光サーキュレータ16の第2のポートに入射し、第3のポートを受光器17に接続した評価系で行った。また、挿入損失は光サーキュレータ16の第2のポートにおける出射光と第3のポートからの反射光の比であるが、まず光サーキュレータ16の第2のポートの出射光を直接受光器に接続して計測した後、第2のポートをファラデー回転ミラー1に接続し、第3のポートからの反射光の光量を受光器17で計測した。なお、受光器17で計測した挿入損失から、予め計測したサーキュレータ16の挿入損失を差し引いた値が真の挿入損失となる。この結果を表1にまとめる。
表1に示したように、本発明の実施例1および実施例2によるファラデー回転ミラー100、110は、挿入損失値が0.5dB以下と、ともに良好な挿入損失値を得ることが出来た。 As shown in Table 1, the Faraday rotatory mirrors 100 and 110 according to the first and second embodiments of the present invention were able to obtain a good insertion loss value with an insertion loss value of 0.5 dB or less.
次に、本発明の実施例1および実施例2によるファラデー回転ミラー100、110を高温高湿下に一定期間投入し、その前後における挿入損失値の変化量を確認した。なお、試験内容はTercordia GR−1221−COREに従い、雰囲気条件は温度85℃、湿度85%、投入期間を2000Hrとした。この結果を表2にまとめる。
ここで示すように、本発明の実施例1、実施例2によるファラデー回転ミラーともに挿入損失値の変化量は0.2dB以内に収まり良好な結果が得られた。特に、本発明の実施例2に関しては変化量が0.1dB以内と優れた結果が得られているが、これは光学調整後に施した誘電体多層膜によってスペーサ部材6、及び光学接着剤が一括してコーティングされ、その結果耐湿性が向上したものと考えられる。
As shown here, the change amount of the insertion loss value was within 0.2 dB in both the Faraday rotating mirrors according to Example 1 and Example 2 of the present invention, and good results were obtained. In particular, with respect to Example 2 of the present invention, an excellent result was obtained that the change amount was within 0.1 dB. This is because the
このように、本発明のファラデー回転ミラーでは、従来構成のファラデー回転ミラーに比較して、より挿入損失値が小さく、また、高温高湿条件下においてもより信頼性に優れている。 As described above, the Faraday rotating mirror of the present invention has a smaller insertion loss value than the conventional Faraday rotating mirror and is more reliable under high temperature and high humidity conditions.
100、110、200:ファラデー回転ミラー
1:光ファイバ
1a:シングルモードファイバ
1b:グレーテッドインデックスファイバ
1c:コアレスファイバ
2、22:ファラデー回転子
3、23:反射ミラー(反射部材)
4、24:磁石
5、25:光学接着剤
6:スペーサ部材
10、27:キャピラリ
11:ステンレス製スリーブ
13:コア拡大ファイバ
21a:コア
21b:クラッド
15:光源
16:サーキュレータ
17:受光器
18:ファイバ保持部材
19:コレット
20:ヒーター
21:コア拡大ファイバ
100, 110, 200: Faraday rotation mirror 1:
4, 24:
1 3: Core expansion fiber
21 a: Core
21 b: clad
1 5: light source 16: circulator 17: photoreceiver 18: fiber holding member 19: collet 20: Heater 21: core expanded fiber
Claims (3)
前記光ファイバから導出される光が入射される平板形状のファラデー回転子を前記傾斜面に取り付ける工程と、Attaching a flat plate-shaped Faraday rotator on which light derived from the optical fiber is incident to the inclined surface;
前記ファラデー回転子からの入射光を反射させる反射部材を透光性の熱可塑性樹脂を間に介して前記ファラデー回転子に取り付ける工程と、Attaching a reflection member that reflects incident light from the Faraday rotator to the Faraday rotator via a light-transmitting thermoplastic resin;
前記熱可塑性樹脂を加熱して軟化させるとともに、前記反射部材の前記光ファイバに対する距離および前記光軸に対する角度を調整する工程と、Heating and softening the thermoplastic resin, and adjusting the distance of the reflecting member to the optical fiber and the angle to the optical axis;
前記熱可塑性樹脂を冷却して硬化させることによって、前記反射部材の位置を固定する工程とを備えることを特徴とするファラデー回転ミラーの製造方法。And a step of fixing the position of the reflecting member by cooling and curing the thermoplastic resin.
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