JP4854251B2 - Optical isolator - Google Patents

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Description

本発明は、光通信機器、センサー等に使用される光モジュールに搭載され、光モジュール外部からの反射戻り光を遮断する、光アイソレータに関する。   The present invention relates to an optical isolator that is mounted on an optical module used in an optical communication device, a sensor, or the like and blocks reflected return light from the outside of the optical module.

光アイソレータは方向性を有し、順方向には光を通すが、逆方向には光を遮断するという機能を有する。光通信、光計測に利用される半導体レーザー(以下LDと略す)は外部から反射光が戻り、LDの活性層に入射すると内部の干渉状態が崩れ、波長のズレ、出力の変動等の不具合を起こす。LDを安定して発振させるために、逆方向の光を遮断する光アイソレータが活用されている。高精度な計測、高速な変調による通信、高密度化のために波長の厳重な制御が必要な通信では光アイソレータは不可欠となっている。   The optical isolator has directionality and has a function of passing light in the forward direction but blocking light in the reverse direction. Semiconductor lasers (hereinafter abbreviated as LD) used for optical communication and optical measurement return reflected light from the outside, and when they enter the active layer of the LD, the internal interference state collapses, causing problems such as wavelength shifts and output fluctuations. Wake up. In order to oscillate the LD stably, an optical isolator that blocks light in the reverse direction is used. Optical isolators are indispensable for high-accuracy measurement, high-speed communication, and communication that requires strict wavelength control for high density.

以下に光アイソレータの一般的な動作について簡単に説明する。図14に示すように、光アイソレータは、二つの偏光子2、4でファラデー回転子3を挟むようにして構成されている。このような構成において、順方向光はそのまま透過し逆方向光は遮断される。なお、ファラデー回転子3は外部から磁界を印加することでファラデー効果を得るものと、自発磁化により外部磁界なしてファラデー効果を持つものがあるが、ここでは特に磁界を印加するための磁石は図示しないものとする。   The general operation of the optical isolator will be briefly described below. As shown in FIG. 14, the optical isolator is configured such that the Faraday rotator 3 is sandwiched between two polarizers 2 and 4. In such a configuration, forward light is transmitted as it is and reverse light is blocked. The Faraday rotator 3 includes a Faraday effect obtained by applying a magnetic field from the outside, and a Faraday rotator 3 having a Faraday effect without an external magnetic field due to spontaneous magnetization. Here, a magnet for applying a magnetic field is particularly illustrated. Shall not.

従来、図15に示すように、LDモジュール117においては、パッケージ内にLD112、レンズ113、115、光アイソレータ114、シングルモードファイバ116、PD(フォトダイオード)111が収納されている。LD112から出射された光は、レンズ113でコリメートされ光アイソレータ114を通過し、レンズ115で集光されシングルモードファイバ116に入射する。全体は外部の環境から遮断するためパッケージに内蔵される。一般的には、このような構成で光アイソレータ114は使用されるが、本構造では、それぞれの部材が別々にホルダーに固定された後にアライメントされるので、部品点数が多く、部品同士の位置調整も複雑で大型化するといった問題があった。   Conventionally, as shown in FIG. 15, in an LD module 117, an LD 112, lenses 113 and 115, an optical isolator 114, a single mode fiber 116, and a PD (photodiode) 111 are housed in a package. The light emitted from the LD 112 is collimated by the lens 113, passes through the optical isolator 114, is condensed by the lens 115, and enters the single mode fiber 116. The whole is built in the package to be shielded from the external environment. In general, the optical isolator 114 is used in such a configuration, but in this structure, since each member is aligned after being separately fixed to the holder, the number of parts is large and the positions of the parts are adjusted. However, there was a problem that it was complicated and increased in size.

そこで、モジュール全体を小型化しアライメントを容易にするために、図10、図12に示すような光アイソレータM2が提案されている。(特許文献1を参照)
光アイソレータM2は基体12にモードフィールド径が異なる複数の光ファイバを収容してなり、基体12にモードフィールド径が最大の光ファイバを2つに分断する凹部10を形成するとともに、凹部10内に光アイソレータ素子1を配置したものである。
In order to reduce the size of the entire module and facilitate alignment, an optical isolator M2 as shown in FIGS. 10 and 12 has been proposed. (See Patent Document 1)
The optical isolator M2 is formed by housing a plurality of optical fibers having different mode field diameters in the base 12 and forming a recess 10 in the base 12 that divides the optical fiber having the largest mode field diameter into two. An optical isolator element 1 is arranged.

基体12に収容される光ファイバは、モードフィールド径が10μmのシングルモードファイバ7A、モードフィールド径を拡大するレンズ効果を持ったマルチモードファイバ8A、コアレスファイバ9、マルチモードファイバ8B、およびシングルモードファイバ7Bの順で融着され固定される。コアレスファイバ9は、凹部10にて分断された状態になっており、凹部10に光アイソレータ素子1が接着剤にて固定されている。また、凹部10は、透過性充填材11が充填されている。   The optical fiber accommodated in the substrate 12 includes a single mode fiber 7A having a mode field diameter of 10 μm, a multimode fiber 8A having a lens effect for expanding the mode field diameter, a coreless fiber 9, a multimode fiber 8B, and a single mode fiber. It is fused and fixed in the order of 7B. The coreless fiber 9 is in a state of being divided at the recess 10, and the optical isolator element 1 is fixed to the recess 10 with an adhesive. Further, the recess 10 is filled with a permeable filler 11.

ここでマルチモードファイバ8A、8Bは、ファイバの中心軸から徐々に屈折率が小さくなるような軸対称の屈折率分布を有する光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送用に用いられており、ファイバ中心軸からの距離に対してほぼ2乗の屈折率分布を持つ。この屈折率分布はGRINレンズと同様にレンズ効果を持つため、適当な屈折率分布のマルチモードファイバを適切な長さで用いれば結合光学系を構成することができる。
特開2004−61871号公報
Here, the multimode fibers 8A and 8B are optical fibers having an axially symmetric refractive index distribution in which the refractive index gradually decreases from the central axis of the fiber, and are generally used for multimode transmission. It has a refractive index distribution that is approximately square with respect to the distance from the central axis. Since this refractive index distribution has a lens effect similar to a GRIN lens, a coupling optical system can be configured by using a multimode fiber having an appropriate refractive index distribution with an appropriate length.
JP 2004-61871 A

しかしながら、特許文献1記載の従来技術では、図11に示すとおり、光アイソレータ素子1の光の入射面21側の第1光ファイバの端面15と、光アイソレータ素子1の光の入射面21とが光軸19に対して90度の角度で設置されているため、光アイソレータ素子1からの光の反射が発生した場合、反射戻り光20が増加するという問題があった。   However, in the prior art described in Patent Document 1, as shown in FIG. 11, the end face 15 of the first optical fiber on the light incident surface 21 side of the optical isolator element 1 and the light incident surface 21 of the optical isolator element 1 are provided. Since it is installed at an angle of 90 degrees with respect to the optical axis 19, there is a problem that the reflected return light 20 increases when the light is reflected from the optical isolator element 1.

これは、光アイソレータ素子1を構成するファラデー回転子3の屈折率が2.30程度あり、偏光子2の屈折率が1.46程度であるため、光アイソレータ素子1を透過光19が透過する際に、この屈折率差から境界面31より光の反射が生じる。また、光アイソレータ素子1が配置されている凹部10には、コアレスファイバ9、偏光子2とほぼ同じ屈折率の透過性充填剤11が充填されているため、入射面21、端面15からの反射は抑制できるが、上記した境界面31からの反射戻り光20を防止することは困難であった。そこで、境界面31からの反射を防止するためファラデー回転子3の表面に反射防止膜を形成するという手段も考えられるが、反射防止膜で達成できる反射率は0.2%程度(約27dB)であり、反射防止対策としては不十分であるという問題があった。   This is because the refractive index of the Faraday rotator 3 constituting the optical isolator element 1 is about 2.30 and the refractive index of the polarizer 2 is about 1.46, so that the transmitted light 19 is transmitted through the optical isolator element 1. In this case, light is reflected from the boundary surface 31 due to the difference in refractive index. Further, since the concave portion 10 in which the optical isolator element 1 is disposed is filled with the transparent filler 11 having substantially the same refractive index as that of the coreless fiber 9 and the polarizer 2, the reflection from the incident surface 21 and the end surface 15. However, it is difficult to prevent the reflected return light 20 from the boundary surface 31 described above. Therefore, a means of forming an antireflection film on the surface of the Faraday rotator 3 in order to prevent reflection from the boundary surface 31 can be considered, but the reflectance that can be achieved by the antireflection film is about 0.2% (about 27 dB). Therefore, there is a problem that it is insufficient as an anti-reflection measure.

一方、反射戻り光20を防止する手段としては、光アイソレータ素子1の入射面21を光軸18に対して90度で設置するのではなく、図12に示すように、90度より大きい角度φで設置するという手段がある。これは、図13に示すように、この方法では光アイソレータ素子1からの反射戻り光20は、光軸18に対して反射角度をもって反射し、反射戻り光20が光ファイバ5に対して位置ずれが生じるので、反射戻り光20の光ファイバ5のコアへの伝搬を抑制することが可能となったため、これにより、反射戻り光20を低減することができた。しかし、図13に示すように、透過光19は光アイソレータ素子1を透過する際に角度F2の屈折が発生するため、ファラデー回転子3の入射側の境界面31と出射側の境界面32でビームシフトが生じ、光の挿入損失を増加させるという問題があった。   On the other hand, as a means for preventing the reflected return light 20, the incident surface 21 of the optical isolator element 1 is not installed at 90 degrees with respect to the optical axis 18, but as shown in FIG. There is a means to install in. As shown in FIG. 13, in this method, the reflected return light 20 from the optical isolator element 1 is reflected with a reflection angle with respect to the optical axis 18, and the reflected return light 20 is misaligned with respect to the optical fiber 5. As a result, propagation of the reflected return light 20 to the core of the optical fiber 5 can be suppressed, so that the reflected return light 20 can be reduced. However, as shown in FIG. 13, since the transmitted light 19 is refracted at an angle F2 when passing through the optical isolator element 1, the incident surface 31 and the output surface 32 of the Faraday rotator 3 are refracted. There has been a problem that a beam shift occurs and the insertion loss of light increases.

以上のような課題を鑑み、光アイソレータ素子1によるビームシフトを補正し、反射減衰量を確保しながら、挿入損失の低い光アイソレータM1を提案する。   In view of the above problems, an optical isolator M1 with a low insertion loss is proposed while correcting the beam shift caused by the optical isolator element 1 and ensuring a return loss.

具体的には、本発明は、第1光ファイバと、該第1光ファイバから導出される光が光学的に結合される第2光ファイバと、前記第1光ファイバと前記第2光ファイバとの間に、前記光の入射面が光軸に対して角度φで傾斜する光アイソレータ素子と、前記第1光ファイバと前記光アイソレータ素子との間に充填された透過性充填材とを備え、前記第1光ファイバおよび前記第2光ファイバが、それぞれシングルモードファイバ部、グレーデットインデックスファイバ部およびコアレスファイバ部を備え、前記光アイソレータ素子側から、前記コアレスファイバ部、前記グレーデットインデックスファイバ部、前記シングルモードファイバ部の順で互いに融着接続されて構成されており、前記透過性充填材の屈折率が前記コアレスファイバ部の屈折率に対して1.02〜1.10倍であって、前記光アイソレータ素子の前記入射面と対向する前記第1光ファイバの端面および前記光アイソレータ素子の前記出射面と対向する前記第2光ファイバの端面は、前記光軸に対して前記光アイソレータ素子の傾斜方向とは反対側に角度θで傾斜する平面部を含んで構成され、前記角度φと前記角度θとの間に、φ<θの関係が成り立ち、前記角度φが90.5度〜92.0度であり、前記角度θが98.0度〜102.0度であることを特徴とする。
Specifically, the present invention includes a first optical fiber, a second optical fiber to which light derived from the first optical fiber is optically coupled, the first optical fiber, and the second optical fiber. An optical isolator element in which the light incident surface is inclined at an angle φ with respect to the optical axis, and a transparent filler filled between the first optical fiber and the optical isolator element, The first optical fiber and the second optical fiber each include a single mode fiber part, a graded index fiber part, and a coreless fiber part, and from the optical isolator element side, the coreless fiber part, the graded index fiber part, wherein it is configured by fusion splicing to each other in the order of the single mode fiber section, the refractive index of the transparent filler of the coreless fiber section A 1.02 to 1.10 times the folding rate, the exit surface opposite to the second end face and the optical isolator device of the first optical fiber that faces the incident surface of the optical isolator element The end face of the optical fiber is configured to include a plane portion that is inclined at an angle θ on the opposite side to the inclination direction of the optical isolator element with respect to the optical axis, and between the angle φ and the angle θ, φ <become standing Chi relationship theta, the angle φ is 90.5 ° ~92.0 degrees, said angle theta is characterized in that 98.0 ° ~102.0 degrees.

また、前記光アイソレータ素子の前記光の出射面と対向する前記第2光ファイバの端面は、前記光軸に対して角度θで傾斜する平面部を含んで構成されることを特徴とする。   Further, the end surface of the second optical fiber facing the light exit surface of the optical isolator element includes a flat portion inclined at an angle θ with respect to the optical axis.

さらに、前記角度φが90.5度〜92.0度であり、前記角度θが98.0度〜102.0度であることを特徴とする。   Further, the angle φ is 90.5 degrees to 92.0 degrees, and the angle θ is 98.0 degrees to 102.0 degrees.

加えて、前記第1光ファイバと前記第2光ファイバを内部で保持する基体を備え、
該基体の表面に開口する凹部が設けられるとともに、前記基体の内部に、前記凹部に連通する一対の内孔が設けられ、該一対の内孔に前記第1光ファイバおよび前記第2光ファイバを嵌挿した上、前記凹部の底面に前記光アイソレータ素子を配置したことを特徴とする。
In addition, comprising a base for holding the first optical fiber and the second optical fiber inside,
A recess opening on the surface of the base is provided, and a pair of inner holes communicating with the recess is provided in the base, and the first optical fiber and the second optical fiber are provided in the pair of inner holes. The optical isolator element is arranged on the bottom surface of the recess after being inserted.

又、前記第1光ファイバおよび/または前記第2光ファイバは、シングルモードファイバ部、グレーデットインデックスファイバ部、を備え、前記光アイソレータ素子側から、グレーデットインデックスファイバ部、シングルモードファイバ部の順で構成されていることを特徴とする。   The first optical fiber and / or the second optical fiber includes a single mode fiber portion and a graded index fiber portion. From the optical isolator element side, the graded index fiber portion and the single mode fiber portion are arranged in this order. It is characterized by comprising.

更に前記第1光ファイバおよび前記第2光ファイバはそれぞれグレーデットインデックスファイバ部を備え、前記第1光ファイバは、光の入射側に第1偏波保持ファイバ部をさらに備えて構成されていることを特徴とする。   Furthermore, the first optical fiber and the second optical fiber each include a graded index fiber portion, and the first optical fiber further includes a first polarization maintaining fiber portion on the light incident side. It is characterized by.

加えて、前記第2光ファイバは、光の出射側に第2偏波保持ファイバ部をさらに備えて構成されていることを特徴とする。   In addition, the second optical fiber is characterized by further including a second polarization maintaining fiber portion on the light emission side.

また前記第1光ファイバおよび/または前記第2光ファイバは、前記光アイソレータ素子側にコアレスファイバ部をさらに備えることを特徴とする。   The first optical fiber and / or the second optical fiber may further include a coreless fiber portion on the optical isolator element side.

さらに、前記第1偏波保持ファイバ部および/または前記第2偏波保持ファイバ部は、その一端を前記基体の端面から突出させた上、前記基体の内部に保持されることを特徴とする。   Further, the first polarization maintaining fiber portion and / or the second polarization maintaining fiber portion is characterized in that one end of the first polarization maintaining fiber portion is protruded from the end face of the base and is held inside the base.

本発明の光アイソレータによれば、第1光ファイバと第2光ファイバとの間に、光の入射面が光軸に対して角度φで傾斜する光アイソレータ素子を設けるとともに第1光ファイバと光アイソレータ素子との間に、第1光ファイバの屈折率に対して1.02〜1.10倍の屈折率を有する透過性充填材を充填させ、光アイソレータ素子の入射面と対向する第1光ファイバの端面が含んでいる平面部を光軸に対して光アイソレータ素子の傾斜方向とは反対側に角度θで傾斜させ、角度φと角度θとの間に、φ<θの関係が成り立つように構成することにより、光アイソレータ素子からの光の反射戻り光が第1光ファイバに導入されるのを抑制するとともに、光アイソレータ素子を透過する光の第2光ファイバのコアに対するビームシフトを補正することができるため、第1光ファイバと第2光ファイバとの光の接続損失を低減することができる。
According to the optical isolator of the present invention, between the first optical fiber and second optical fiber, and Rutotomoni first optical fiber is provided an optical isolator element incident surface of light is inclined at an angle φ with respect to the optical axis between the optical isolator element, is filled with a transparent filler with a refractive index of 1.02 to 1.10 times the refractive index of the first optical fiber, it enters morphism surface facing the optical isolator element the flat portion that includes the end face of the first optical fiber is inclined at an angle theta to the side opposite to the inclination direction of the optical isolator element with respect to the optical axis, between the angles phi and angles theta, phi <theta The second optical fiber core for the light transmitted through the optical isolator element is suppressed while the reflected return light of the light from the optical isolator element is prevented from being introduced into the first optical fiber. To correct the beam shift for Since it is, it is possible to reduce the connection loss of light between the first optical fiber and second optical fiber.

さらに、光アイソレータ素子の光の出射面と対向する第2光ファイバの端面が含んでいる平面部を光軸に対して前記角度θで傾斜させるように配置することにより、例えば、第1光ファイバと第2光ファイバを同軸上に配置さえすれば、容易に光の反射戻り光の防止と光の接続損失の抑制をすることができる。   Further, by arranging the flat surface portion included in the end face of the second optical fiber facing the light exit surface of the optical isolator element so as to be inclined at the angle θ with respect to the optical axis, for example, the first optical fiber As long as the second optical fiber is disposed on the same axis, it is possible to easily prevent reflected return light and to suppress light connection loss.

さらに、前記角度φが90.5度〜92.0度、前記角度θが98.0度〜102.0度の範囲であれば、反射戻り光の反射減衰量を低下させ、かつ光の接続損失の低減効果を向上させることができる。   Further, if the angle φ is in the range of 90.5 degrees to 92.0 degrees and the angle θ is in the range of 98.0 degrees to 102.0 degrees, the return loss of the reflected return light is reduced and the light connection is reduced. The loss reduction effect can be improved.

以下に本発明に係る実施形態について図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において同一部材については、同一符号を付し説明を省略するものとする。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, about the same member, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図1、図2に示すように、光アイソレータM1は、基体12の内孔に、シングルモードファイバ部7A、グレイデッドインデックスファイバ部8A、コアを持たないコアレスファイバ部9Aの順列に接続した第1光ファイバ5と、コアを持たないコアレスファイバ部9B、グレイテッドインデックスファイバ部8B、シングルモードファイバ部7Bの順列に接続した第2光ファイバ6を固定してなる。そして、第1光ファイバ5および第2光ファイバ6は、基体12に設けられた一対の内孔にそれぞれ嵌挿されるとともに、基体12の表面に開口する凹部10にて対向するように分断されており、この凹部10の底面に、第1偏光子2と第2偏光子4に挟まれるファラデー回転子3を有する光アイソレータ素子1が配置されており、該光アイソレータ素子1の周囲には、凹部10を充填するように透過性充填材11で満たされている。なお、基体12から突出したシングルモードファイバ部7A、7Bは一定の長さを備えた所謂ピグテイル形状としている(不図示)。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical isolator M1 is connected to the inner hole of the base 12 in a permutation of a single mode fiber portion 7A, a graded index fiber portion 8A, and a coreless fiber portion 9A having no core. The optical fiber 5 and the second optical fiber 6 connected in a permutation of the coreless fiber portion 9B having no core, the graded index fiber portion 8B, and the single mode fiber portion 7B are fixed. The first optical fiber 5 and the second optical fiber 6 are respectively inserted and inserted into a pair of inner holes provided in the base 12, and are divided so as to face each other at the concave portion 10 opened on the surface of the base 12. An optical isolator element 1 having a Faraday rotator 3 sandwiched between the first polarizer 2 and the second polarizer 4 is disposed on the bottom surface of the concave portion 10, and there is a concave portion around the optical isolator element 1. 10 is filled with a permeable filler 11 so as to be filled. The single-mode fiber portions 7A and 7B protruding from the base body 12 have a so-called pigtail shape (not shown) having a certain length.

シングルモードファイバ部7A、7Bは、モードフィールド径が約10μm、クラッド径が約125μmの光ファイバであり、基体12から出た部分の入射光ファイバ13、出射光ファイバ14は、クラッド部が露出された状態もしくは、被覆材に覆われた状態となっている。被覆材は、クラッド部を保護する機能を有しており、通常φ0.25mmもしくはφ0.9mmの紫外線硬化樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステルエラストマー等の高分子樹脂で構成されている。入射光ファイバ13の先端部分は、LDとの結合に適するように、例えば、先球形状にしてもよい。   The single mode fiber portions 7A and 7B are optical fibers having a mode field diameter of about 10 μm and a cladding diameter of about 125 μm. The incident optical fiber 13 and the outgoing optical fiber 14 at the portion exiting from the base 12 are exposed at the cladding portion. Or a state covered with a covering material. The covering material has a function of protecting the clad portion, and is usually composed of a polymer resin such as an ultraviolet curable resin having a diameter of φ0.25 mm or φ0.9 mm, a polyvinyl chloride resin, or a polyester elastomer. For example, the tip portion of the incident optical fiber 13 may have a tip shape so as to be suitable for coupling with the LD.

グレイテッドインデックスファイバ部8A、8Bは、光ファイバの中心軸から外周に向かって徐々に小さくなるような軸対称の屈折率分布を有する光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送用に用いられている。この屈折率分布は、光ファイバの中心軸からの距離、即ち、光ファイバ半径のほぼ2乗の値に依存して光ファイバの外周に向かって小さくなっている。また、この屈折率分布はGRINレンズと同様にレンズ効果を持つため、適当な屈折率分布のグレイテッドインデックスファイバを適切な長さで用いれば結合光学系を構成することができる。   The graded index fiber portions 8A and 8B are optical fibers having an axially symmetric refractive index distribution that gradually decreases from the central axis to the outer periphery of the optical fiber, and are generally used for multimode transmission. . This refractive index distribution decreases toward the outer periphery of the optical fiber depending on the distance from the central axis of the optical fiber, that is, the value of the square of the optical fiber radius. Since this refractive index distribution has a lens effect similar to that of the GRIN lens, a coupled optical system can be configured by using a graded index fiber having an appropriate refractive index distribution with an appropriate length.

また、グレイテッドインデックスファイバ部8A、8Bの直径は、約φ0.125mmであり、長さは、シングルモードファイバ部7Aの出射光をモードフィールド径が約40μmに拡大するように調整されており、第1光ファイバ5および第2光ファイバ6のグレイテッドインデックスファイバ部8A、8Bを略同一の長さにすれば、第1光ファイバ5および第2光ファイバ間の光結合の結合効率を上昇させる、即ち、光の挿入損失を低減することができる。   The diameters of the graded index fiber portions 8A and 8B are about φ0.125 mm, and the length is adjusted so that the mode field diameter of the light emitted from the single mode fiber portion 7A is expanded to about 40 μm. If the graded index fiber portions 8A and 8B of the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6 have substantially the same length, the coupling efficiency of optical coupling between the first optical fiber 5 and the second optical fiber is increased. That is, light insertion loss can be reduced.

なお、グレイデッドインデックスファイバ部8Aの端面15に点光源があったときのコリメート条件は、GRINレンズのピッチ長を示すPは、P=0.25と規定されているが、実際に、結合効率が最も高いのは2つのグレイデッドインデックスファイバ部8A、8Bの中央でビームウエストが一致する(焦点を持つ)場合である。つまり、P=0.25の際、ビームウエストはほぼグレイデッドインデックスファイバ部8A、8Bとコアレスファイバ部9A、9Bの境界部に位置することになり、グレイデッドインデックスファイバ部8A、8B間に光アイソレータ素子1を挟む場合はビームウエストが一致しない。従って、グレイデッドインデックスファイバ部8A、8Bとコアレスファイバ部の境界部から離れた位置にビームウエストを形成するためにはP>0.25の条件が必要になる。   The collimating condition when the point light source is on the end face 15 of the graded index fiber portion 8A is defined as P = 0.25, where P indicating the pitch length of the GRIN lens is actually the coupling efficiency. Is the highest when the beam waists coincide (having focal points) at the center of the two graded index fiber portions 8A and 8B. That is, when P = 0.25, the beam waist is located substantially at the boundary between the graded index fiber portions 8A and 8B and the coreless fiber portions 9A and 9B, and light is transmitted between the graded index fiber portions 8A and 8B. When the isolator element 1 is sandwiched, the beam waists do not match. Therefore, in order to form a beam waist at a position away from the boundary between the graded index fiber portions 8A and 8B and the coreless fiber portion, the condition of P> 0.25 is required.

コアレスファイバ部9A、9Bは屈折率nが一様のガラス体であり、例えば、n=1.46程度を有する石英系のガラス体を用いることができる。また、コアレスファイバ部9の長さは、第1光ファイバ5、第2光ファイバ6において同一である必要はないが、第1光ファイバ5および第2光ファイバ6を構成するコアレスファイバ部9A、9Bの長さの合計と第1光ファイバ5の端面15と第2光ファイバ6の端面16間の距離の和が、2つのグレイデッドインデックスファイバ部8A、8Bによるビームスポットが中央で一致する(焦点を持つ)ように調整されている。   The coreless fiber portions 9A and 9B are glass bodies having a uniform refractive index n. For example, a quartz glass body having n = 1.46 or so can be used. Further, the length of the coreless fiber portion 9 is not necessarily the same in the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6, but the coreless fiber portion 9A constituting the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6, The sum of the lengths of 9B and the sum of the distances between the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 match the beam spot at the center of the two graded index fiber portions 8A and 8B ( To have focus).

基体12は、表面に開口し、かつ光軸18に対して斜めに角度θで傾斜した平面部を有する凹部10を具備するとともに、凹部10に連通する一対の内孔が設けられている。そして、その一対の内孔に、それぞれ第1光ファイバ5および第2光ファイバ6を嵌挿させ、凹部10の底面に配置された光アイソレータ素子1を介して第1光ファイバ5および第2光ファイバ6とを光結合させるようにしている。また、基体12の形状は、長尺状の円筒体、貫通孔を有する角柱であればよいが、モジュールを構成する際にパッケージ等と組み合わせて使用するため、組み合わせやすい円筒状が望ましい。また、基体12の材質はセラミックス、樹脂など特に限定されるものではないが、凹部10の底面と貫通孔の位置関係を合わせる必要があるため、精度良く作製可能な光通信用のコネクタ等に使用されるジルコニアセラミックスが望ましい。基体12が円筒状のフェルールである場合、その直径は1.0〜3.0mmであるが、光通信で高精度に使用するためには、直径が1.249mmもしくは2.499mmであることが望ましい。また、基体12の長さは、第1光ファイバ5および第2光ファイバ6および凹部10を構成するために、4mm以上あればよい。   The base 12 includes a recess 10 having a flat portion that is open on the surface and that is inclined with respect to the optical axis 18 at an angle θ, and is provided with a pair of inner holes that communicate with the recess 10. Then, the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6 are fitted and inserted into the pair of inner holes, respectively, and the first optical fiber 5 and the second light are passed through the optical isolator element 1 disposed on the bottom surface of the recess 10. The fiber 6 is optically coupled. The shape of the substrate 12 may be a long cylindrical body or a prism having a through-hole. However, since it is used in combination with a package or the like when configuring a module, a cylindrical shape that is easy to combine is desirable. The material of the substrate 12 is not particularly limited, such as ceramics or resin. However, since it is necessary to match the positional relationship between the bottom surface of the recess 10 and the through hole, it is used for an optical communication connector that can be manufactured with high accuracy. Zirconia ceramics are preferred. When the base 12 is a cylindrical ferrule, the diameter is 1.0 to 3.0 mm. However, in order to use the optical communication with high accuracy, the diameter is 1.249 mm or 2.499 mm. desirable. The length of the base 12 may be 4 mm or more in order to form the first optical fiber 5, the second optical fiber 6, and the recess 10.

凹部10には、第1偏光子2と第2偏光子4の間にファラデー回転子3を挟み込み、一体化して作製した光アイソレータ素子1が配置されている。また、第1偏光子2、ファラデー回転子3、および第2偏光子4の形状は、厚みが0.2〜6mmの平板であり、大きさは、0.2〜0.6mm角程度のものが使用される。また、第1偏光子2、第2偏光子4は、誘電体粒子を内包させたガラス基板や誘電体の積層体から構成される透過偏光方向と直行する偏光成分を吸収する偏光板、または複屈折結晶から構成され、回折格子等を利用した反射型や光路をシフトさせる偏光板等を用いることができる。ファラデー回転子3の材質は、Tb、Gd、Hoを添加したBi置換ガーネットやYIGガーネット、さらには磁石が不要な自己バイアス型のものでも構成が可能である。また、ファラデー回転子3の表面は透光性充填材11に対し、例えば、TiO/SiO、Ta/SiO等の多層膜で構成される反射防止膜を形成してもよい。この反射防止膜は、ファラデー回転子3の表面からの光の反射を反射量0.2%以下程度防止することができる。 In the recess 10, the optical isolator element 1 manufactured by sandwiching the Faraday rotator 3 between the first polarizer 2 and the second polarizer 4 is disposed. The first polarizer 2, the Faraday rotator 3, and the second polarizer 4 are flat plates having a thickness of 0.2 to 6 mm, and the size is about 0.2 to 0.6 mm square. Is used. The first polarizer 2 and the second polarizer 4 are polarizing plates that absorb a polarization component orthogonal to the transmission polarization direction composed of a glass substrate containing dielectric particles or a laminate of dielectrics, or a plurality of polarizing plates. A reflection type composed of a refractive crystal and using a diffraction grating or the like, a polarizing plate for shifting an optical path, or the like can be used. The material of the Faraday rotator 3 may be a Bi-substituted garnet or YIG garnet added with Tb, Gd, or Ho, or a self-bias type that does not require a magnet. Further, the surface of the Faraday rotator 3 may be formed with an antireflection film composed of a multilayer film of TiO 2 / SiO 2 , Ta 2 O 5 / SiO 2 or the like with respect to the translucent filler 11. . This antireflection film can prevent reflection of light from the surface of the Faraday rotator 3 by about 0.2% or less.

光アイソレータ素子1は、第1偏光子2の第1光ファイバ5側に、第1光ファイバ5から出射される光が入射される光の入射面21を有しており、一方で、第2偏光子の第2光ファイバ6側に、第1偏光子およびファラデー回転子3を透過してくる光を出射する光の出射面22を有している。   The optical isolator element 1 has, on the first optical fiber 5 side of the first polarizer 2, a light incident surface 21 on which light emitted from the first optical fiber 5 is incident. On the second optical fiber 6 side of the polarizer, a light exit surface 22 that emits light transmitted through the first polarizer and the Faraday rotator 3 is provided.

また、光アイソレータ素子1は、光の入射面21が光軸18に対して角度φとなるように傾けて配置されるととともに、光アイソレータ素子1の入射面21と第1ファイバ5の端面15および出射面22と第2ファイバ6の端面16の間に、コアレスファイバ9A、9Bの屈折率と同等の屈折率を有する透光性充填材11が充填されている。なお、ファラデー回転子3に自発磁化の効果がないのであれば、光アイソレータ素子1の外周部に磁界印加手段を設ける。   In addition, the optical isolator element 1 is disposed so that the light incident surface 21 is inclined with respect to the optical axis 18 at an angle φ, and the incident surface 21 of the optical isolator element 1 and the end surface 15 of the first fiber 5. Between the exit surface 22 and the end face 16 of the second fiber 6, a translucent filler 11 having a refractive index equivalent to that of the coreless fibers 9A and 9B is filled. If the Faraday rotator 3 has no effect of spontaneous magnetization, a magnetic field applying means is provided on the outer periphery of the optical isolator element 1.

LDから出射される光は、入射光ファイバ13を通り、第1光ファイバ5のシングルモードファイバ部7Aに導入され、グレイデッドインデックスファイバ部8Aによってビーム径を拡大され、コアレスファイバ部9の中央でビームウエストをもつビームとなって光アイソレータ素子1を通過し、再び第2光ファイバ6のコアレスファイバ部9B内を通過し、グレイデッドインデックスファイバ部8Bによりビーム径が収束され、第2のシングルモードファイバ7Bを通り出射光ファイバ14に伝搬される。   The light emitted from the LD passes through the incident optical fiber 13 and is introduced into the single mode fiber portion 7A of the first optical fiber 5, the beam diameter is expanded by the graded index fiber portion 8A, and at the center of the coreless fiber portion 9. A beam having a beam waist passes through the optical isolator element 1 and again passes through the coreless fiber portion 9B of the second optical fiber 6, and the beam diameter is converged by the graded index fiber portion 8B. The light is transmitted to the outgoing optical fiber 14 through the fiber 7B.

ここで、図9に示すような従来の光アイソレータにおいては、光アイソレータ素子1は、光アイソレータ素子1の光の入射面が光軸18に対して角度φで傾けて設置されてはいるが、第1光ファイバ5の端面15、および第2光ファイバ6の端面16が光軸に対して垂直(90度)で配置されているため、第1偏光子2とファラデー回転子3との境界面31で発生する反射戻り光20の第1光ファイバへの入射は抑制できるが、光アイソレータ素子1を伝搬した透過光19は、偏光子2とファラデー回転子3の境界面31において角度F2で伝搬角度が変化するため、ビームシフトを生じ、透過光19は第2光ファイバ6の端面16からずれた位置に入射されるので、光の挿入損失が増加する。   Here, in the conventional optical isolator as shown in FIG. 9, the optical isolator element 1 is installed such that the light incident surface of the optical isolator element 1 is inclined at an angle φ with respect to the optical axis 18. Since the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 are arranged perpendicularly (90 degrees) to the optical axis, the boundary surface between the first polarizer 2 and the Faraday rotator 3 Although the reflected return light 20 generated at 31 can be prevented from entering the first optical fiber, the transmitted light 19 propagated through the optical isolator element 1 propagates at an angle F 2 at the boundary surface 31 between the polarizer 2 and the Faraday rotator 3. Since the angle changes, a beam shift occurs, and the transmitted light 19 is incident on a position shifted from the end face 16 of the second optical fiber 6, so that the light insertion loss increases.

これに対し、本発明の光アイソレータM1では、以下のような理由により反射戻り光を防止するとともに、光の挿入損失を抑制することができる。   On the other hand, in the optical isolator M1 of the present invention, reflected return light can be prevented and light insertion loss can be suppressed for the following reasons.

第1ファイバ5の端面15が有する平面部を光軸18に対して角度θで傾けると、図3に示すように、透光性充填材11とコアレスファイバ部9の屈折率差から端面15からの出射光は角度F1で出射される。これにより、反射戻り光を抑制するために光軸に対して角度φで傾けて配置された光アイソレータ素子1を通過することにより発生する角度F2によるビームシフトをうち消すことができる。ここで、角度F1は、透過性充填材11の屈折率および、角度θにより、決定される。透過性充填材11とコアレスファイバ部9の屈折率差が大きい場合は、第1光ファイバ5の端面15での散乱による反射が発生するので、透過性充填材11の屈折率は、コアレスファイバ部9が有する屈折率に対して0.9〜1.1倍の範囲にする事が望ましく、さらに、角度F1を発生させるために透過性充填材の屈折率はコアレスファイバ部9と異ならせる必要があるので、透過性充填材11の屈折率は、コアレスファイバ部9が有する屈折率に対して0.9〜0.98倍の範囲もしくは、1.02〜1.1倍の範囲であることが好ましい。   When the flat portion of the end face 15 of the first fiber 5 is tilted at an angle θ with respect to the optical axis 18, as shown in FIG. 3, from the end face 15 due to the refractive index difference between the translucent filler 11 and the coreless fiber portion 9. Is emitted at an angle F1. Thereby, it is possible to eliminate the beam shift due to the angle F2 generated by passing through the optical isolator element 1 which is disposed at an angle φ with respect to the optical axis in order to suppress the reflected return light. Here, the angle F1 is determined by the refractive index of the transparent filler 11 and the angle θ. When the refractive index difference between the transmissive filler 11 and the coreless fiber portion 9 is large, reflection due to scattering at the end face 15 of the first optical fiber 5 occurs, so the refractive index of the transmissive filler 11 is the coreless fiber portion. The refractive index of the transmissive filler is desirably different from that of the coreless fiber portion 9 in order to generate the angle F1. Therefore, the refractive index of the transparent filler 11 may be in the range of 0.9 to 0.98 times or 1.02 to 1.1 times the refractive index of the coreless fiber portion 9. preferable.

また、一般的に使用されるファラデー回転子3の屈折率が約2.30程度であるのに対し、第1偏光子2、第2偏光子4の屈折率が約1.46と屈折率差が大きいため、光アイソレータ素子1を角度φで傾けると角度F2の変化量が大きいが、一方で、透過性充填材11と端面15の屈折率差は前述したように1.1倍と小さいので、角度θで傾けたときの角度F1の変化量は角度F2の変化量に比べて小さくなる。そのため、本発明のように、角度φに対して角度θを大きくする構成をとれば、前述したビームシフトをうち消すことが可能となり、光の挿入損失を抑制することができる。なお、光軸18に対する傾斜角度を示す角度φおよび角度θ、即ち、光軸18と光アイソレータ素子の光の入射面21との成す角度(角度φ)、および光軸18と第1光ファイバ5の端面15の平面部との成す角度(角度θ)は、図1、2に示すように、90度より大きく180度より小さい範囲内における鈍角で示されるものである。   The refractive index difference of the first polarizer 2 and the second polarizer 4 is about 1.46, whereas the refractive index of the commonly used Faraday rotator 3 is about 2.30. Therefore, when the optical isolator element 1 is tilted at an angle φ, the amount of change in the angle F2 is large. On the other hand, the refractive index difference between the transparent filler 11 and the end face 15 is as small as 1.1 times as described above. The amount of change in angle F1 when tilted at angle θ is smaller than the amount of change in angle F2. Therefore, if the angle θ is increased with respect to the angle φ as in the present invention, the beam shift described above can be eliminated, and light insertion loss can be suppressed. The angle φ and the angle θ indicating the tilt angle with respect to the optical axis 18, that is, the angle (angle φ) formed between the optical axis 18 and the light incident surface 21 of the optical isolator element, and the optical axis 18 and the first optical fiber 5. As shown in FIGS. 1 and 2, the angle (angle θ) formed with the flat surface portion of the end face 15 is an obtuse angle within a range larger than 90 degrees and smaller than 180 degrees.

さらに、光アイソレータ素子1の光の出射面と対向する第2光ファイバ6の端面16が有する平面部の角度は、第1光ファイバ5の端面15の角度θと同一であることが望ましい。これは、角度φおよび角度θを最適化し第2光ファイバ6の端面16でのビームシフトを抑制できたとしても、第2光ファイバ6の端面16の角度が角度θと異なっているときには、シングルモードファイバ部の伝搬条件から若干はずれる虞があるため、第2光ファイバ6のグレイデッドインデックスファイバ8Bとシングルモードファイバ7Bの境界部で結合ロスが生じる場合があるからである。これに対し、第2光ファイバ6の端面16の角度が角度θと同一の場合には、前述した結合ロスを抑制することができるため、第2光ファイバ6の端面16の角度は第1光ファイバ5の端面15の角度θと同一であることが望ましい。また、第1光ファイバ5の端面15と第2光ファイバ6の端面16を同一の角度θにする方法としては、例えば、第1光ファイバ5の端面15および第2光ファイバ6の端面16が露出する基体12に設ける凹部10の側面の平面部が同等の角度になるように凹部10を加工すればよい。   Furthermore, it is desirable that the angle of the plane portion of the end face 16 of the second optical fiber 6 facing the light exit surface of the optical isolator element 1 is the same as the angle θ of the end face 15 of the first optical fiber 5. Even if the angle φ and the angle θ are optimized and the beam shift at the end face 16 of the second optical fiber 6 can be suppressed, the single angle is obtained when the angle of the end face 16 of the second optical fiber 6 is different from the angle θ. This is because a coupling loss may occur at the boundary between the graded index fiber 8B and the single mode fiber 7B of the second optical fiber 6 because there is a possibility that the mode fiber part slightly deviates from the propagation conditions. On the other hand, when the angle of the end face 16 of the second optical fiber 6 is the same as the angle θ, the above-described coupling loss can be suppressed, so the angle of the end face 16 of the second optical fiber 6 is the first light. It is desirable to be the same as the angle θ of the end face 15 of the fiber 5. Moreover, as a method of setting the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 to the same angle θ, for example, the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 are What is necessary is just to process the recessed part 10 so that the plane part of the side surface of the recessed part 10 provided in the base | substrate 12 to expose may become an equivalent angle.

さらに、角度θとしては、90.5〜92.5度の範囲にあることが望ましい。これは、角度θが90.5度未満であると、光モジュールにおいて必要と考えられる反射減衰量30dB以上を実現することが困難となるからである。また、角度θが大きいほど実現できる反射減衰量は大きくなるが、挿入損失の増加を防止するためにφを大きくする必要が生じ、φの最大値が、コアレスファイバ部9の長さによって制約されるため、現実的には92.5度以下とする事が望ましい。   Furthermore, the angle θ is preferably in the range of 90.5 to 92.5 degrees. This is because if the angle θ is less than 90.5 degrees, it becomes difficult to realize a reflection loss of 30 dB or more that is considered necessary for the optical module. Further, the larger the angle θ, the larger the return loss that can be realized. However, it is necessary to increase φ to prevent an increase in insertion loss, and the maximum value of φ is limited by the length of the coreless fiber portion 9. Therefore, it is desirable to set it to 92.5 degrees or less practically.

一方、角度φとしては、98.0〜102.0度の範囲にあることが望ましい。これは、角度φが98.0度未満であると、角度F2が大きくなり、挿入損失が増加する場合があるのに対し、98.0〜102.0度の範囲であれば、挿入損失の増加を0.3dB以内に押さえることが可能となるからである。   On the other hand, the angle φ is preferably in the range of 98.0 to 102.0 degrees. This is because if the angle φ is less than 98.0 degrees, the angle F2 increases and the insertion loss may increase, whereas if the angle φ is in the range of 98.0 to 102.0 degrees, This is because the increase can be suppressed within 0.3 dB.

また、角度θと角度φの傾斜方向については、透過性充填材11の屈折率がコアレスファイバ部9の1.02〜1.10倍であるときは、図1に示されるような傾斜角度の関係である必要があり、0.9〜0.98倍であるときは、図2に示されるような傾斜角度の関係である必要がある。また、図4(a)は透過性充填材11が1.02〜1.10倍の場合、図4(b)は0.9〜0.98倍の場合の透過光19の出射方向を示す。これらの図に示すように、第1光ファイバ5の端面15での出射光の方向が屈折率により異なるため、角度θと角度φの位置関係が透過性充填材11の屈折率により異なる。   Further, regarding the inclination directions of the angle θ and the angle φ, when the refractive index of the transmissive filler 11 is 1.02 to 1.10 times that of the coreless fiber portion 9, the inclination angle as shown in FIG. It is necessary to have a relationship, and when it is 0.9 to 0.98 times, it is necessary to have a relationship of an inclination angle as shown in FIG. 4A shows the emission direction of the transmitted light 19 when the transparent filler 11 is 1.02 to 1.10 times, and FIG. 4B shows the emission direction of the transmitted light 19 when it is 0.9 to 0.98 times. . As shown in these drawings, since the direction of the outgoing light at the end face 15 of the first optical fiber 5 varies depending on the refractive index, the positional relationship between the angle θ and the angle φ varies depending on the refractive index of the transmissive filler 11.

以上のような構成により、本発明の光アイソレータM1は、挿入損失を低下させることなく、反射戻り光を抑制することが可能となる。   With the configuration as described above, the optical isolator M1 of the present invention can suppress the reflected return light without reducing the insertion loss.

なお、上記した実施の形態では、第1光ファイバ5、第2光ファイバ6はコアレスファイバ部9A、9Bを備えているが、図6に示すように、本発明ではコアレスファイバ部9A、9Bを備えない構成であってもよい。このような場合は、第1光ファイバ5の端面15と第2光ファイバ6の端面16間の距離が、2つのグレイデッドインデックスファイバ部8A、8Bによるビームスポットが中央で一致する(焦点を持つ)ように調整すればよい。このように、第1光ファイバ5、第2光ファイバ6がコアレスファイバ部9A、9Bを備えない場合には、光アイソレータM1の製造工程において、シングルモードファイバ部7Aとグレイテッドインデックスファイバ部8A、グレイテッドインデックスファイバ部8Bとシングルモードファイバ部7B、とをそれぞれ融着接続すればよい。したがって、後述するコアレスファイバ部9A、9Bがある場合と比し、光ファイバ同士を接続するための融着点が少なくなるため、光アイソレータM1の製造工程を簡略化することができる。   In the above-described embodiment, the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6 are provided with coreless fiber portions 9A and 9B. However, in the present invention, the coreless fiber portions 9A and 9B are provided as shown in FIG. The structure which is not provided may be sufficient. In such a case, the distance between the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 is such that the beam spots of the two graded index fiber portions 8A and 8B coincide at the center (having a focal point). ). Thus, when the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6 do not include the coreless fiber portions 9A and 9B, in the manufacturing process of the optical isolator M1, the single mode fiber portion 7A and the graded index fiber portion 8A, The graded index fiber portion 8B and the single mode fiber portion 7B may be fused and connected. Therefore, compared with the case where there are coreless fiber portions 9A and 9B, which will be described later, the number of fusion points for connecting the optical fibers is reduced, so that the manufacturing process of the optical isolator M1 can be simplified.

また、第1光ファイバ5は、図7に示すように、光の入射側に第1偏波保持ファイバ部7A’を備えることが好ましい。これは、光の入射側に備えられている光ファイバがシングルモードファイバであると、例えば、該シングルモードファイバに曲げが発生したり、応力が付加されると、前記シングルモードファイバを伝播する光の偏波面が回転する場合がある。これにより、第1偏光子2に入射する光の偏波面は、光アイソレータ素子1の第1偏光子2の偏波面に対して角度ズレが発生するため、光の挿入損失が変動する可能性がある。   Further, as shown in FIG. 7, the first optical fiber 5 preferably includes a first polarization maintaining fiber portion 7 </ b> A ′ on the light incident side. This is because when the optical fiber provided on the light incident side is a single mode fiber, for example, when the single mode fiber is bent or stress is applied, the light propagating through the single mode fiber is transmitted. The plane of polarization of the light may rotate. As a result, the polarization plane of the light incident on the first polarizer 2 is deviated from the polarization plane of the first polarizer 2 of the optical isolator element 1, so that the light insertion loss may vary. is there.

これに対し、偏波保持ファイバ7A’は光の偏波面を保持した状態で光を伝搬させる機能を有する光ファイバであり、種々の形態が考案されている。図8(a)に示すような通常のシングルモードファイバは、コア82とクラッド81にて構成されているが、偏波保持ファイバは、図8(b)に示すように、コア82の両側に配置された略円形の応力付与部83によりコア82に歪みを加えて2つの偏波モードの伝搬定数に差を付けたもので、図のスロー軸84方向、もしくはファースト軸85方向に偏波を保持する機能を有するものである。   In contrast, the polarization maintaining fiber 7A 'is an optical fiber having a function of propagating light while maintaining the polarization plane of light, and various forms have been devised. An ordinary single mode fiber as shown in FIG. 8 (a) is composed of a core 82 and a clad 81, but a polarization maintaining fiber is provided on both sides of the core 82 as shown in FIG. 8 (b). The core 82 is distorted by the substantially circular stress applying portion 83 arranged so that the propagation constants of the two polarization modes are different, and the polarization is directed in the slow axis 84 direction or the fast axis 85 direction in the figure. It has the function to hold.

第1光ファイバ5に偏波保持ファイバ部7A’を設けると、即ち、図9に示すように、例えば、光アイソレータM1とLD112を光学的に結合する光モジュールを作製する場合、光の入射側に位置する第1光ファイバ5に偏波保持ファイバ部7A’を設け、偏波保持ファイバ部7A’の端部を基体12から突出させて入射光ファイバ13とすると、該入射ファイバ13に曲げや応力が発生したとしても偏波面が保持されるので、光の出力変動を抑制することができる。なお、入射光ファイバ13が基体12内に完全に保持されている場合には、外力による応力の発生や曲げは生じないが、入射光ファイバ13が基体より突出している場合には、外力による応力の発生や曲げが生じやすいため、偏波保持ファイバ7A’を用いることが好ましい。さらに、グレイデッドインデックスファイバ部8A、8B、およびコアレスファイバ部9A、9Bを基体12内に保持すれば、外力の発生を抑制することができるため、偏波面の回転を低減することができる。このように、第1光ファイバ5の光の入射側に偏波保持ファイバ部71を設けることにより、光の偏波面の回転を抑制できるため、LD112と光アイソレータM1の間の距離を大きくすることが可能となる。そのため、図9に示すような光モジュールを用いてトランシーバを作製すれば、LD112と光アイソレータM1の位置をトランシーバの基板内で比較的自由に配置することができるようになるため、トランシーバの小型化が容易になる。   When the polarization maintaining fiber portion 7A ′ is provided in the first optical fiber 5, that is, for example, when an optical module that optically couples the optical isolator M1 and the LD 112 is manufactured as shown in FIG. When the polarization maintaining fiber portion 7A ′ is provided in the first optical fiber 5 located at a position where the end portion of the polarization maintaining fiber portion 7A ′ protrudes from the base 12 to be the incident optical fiber 13, Even if stress is generated, the plane of polarization is maintained, so that fluctuations in the output of light can be suppressed. In addition, when the incident optical fiber 13 is completely held in the base 12, no stress is generated or bent due to an external force, but when the incident optical fiber 13 protrudes from the base, the stress due to the external force is not generated. Therefore, it is preferable to use the polarization maintaining fiber 7A ′. Furthermore, if the graded index fiber portions 8A and 8B and the coreless fiber portions 9A and 9B are held in the base 12, the generation of external force can be suppressed, and therefore the rotation of the polarization plane can be reduced. As described above, since the polarization maintaining fiber portion 71 is provided on the light incident side of the first optical fiber 5, the rotation of the polarization plane of the light can be suppressed, so that the distance between the LD 112 and the optical isolator M1 is increased. Is possible. Therefore, if the transceiver is manufactured using the optical module as shown in FIG. 9, the positions of the LD 112 and the optical isolator M1 can be relatively freely arranged in the transceiver substrate. Becomes easier.

また、第2ファイバ6の光の出射側に偏波保持ファイバ部7B’を設け、該偏波保持ファイバ部7B’の端部を基体12から突出させて出射光ファイバ14とすると、該出射光ファイバ14の偏波面を保持できるので、光アイソレータM1を偏波保持可能なインライン型光アイソレータとして使用することが可能となる。   Further, when the polarization maintaining fiber portion 7B ′ is provided on the light output side of the second fiber 6 and the end portion of the polarization maintaining fiber portion 7B ′ is projected from the base 12 to form the output optical fiber 14, the output light is obtained. Since the polarization plane of the fiber 14 can be maintained, the optical isolator M1 can be used as an inline optical isolator capable of maintaining the polarization.

次に、本発明の光アイソレータM1の製造方法について、以下に述べる。   Next, a method for manufacturing the optical isolator M1 of the present invention will be described below.

まず、図5に示すように、シングルモードファイバ部7A、グレイデッドインデックスファイバ部8A、コアレスファイバ部9、グレイテッドインデックスファイバ部8B、シングルモードファイバ部7Bの順で融着接続し、光ファイバ体17を作製する。次に円筒状のジルコニア製の基体12に予め貫通孔を形成しておき、その貫通孔に光ファイバ体17をエポキシ系熱硬化型接着材にて固定する。 First, as shown in FIG. 5, a single mode fiber portion 7A, a graded index fiber portion 8A, a coreless fiber portion 9, a graded index fiber portion 8B, and a single mode fiber portion 7B are fusion-spliced in this order, and an optical fiber body 17 is produced. Next, a through hole is formed in the cylindrical zirconia base body 12 in advance, and the optical fiber body 17 is fixed to the through hole with an epoxy thermosetting adhesive.

その後、基体12の周面の一部から光ファイバ体17のコアレスファイバ部9をダイシングしてコアレスファイバ部9A、9Bに分断するとともに、光軸18に対して角度θで傾斜する平面部を有する凹部10を形成する。これに伴い、光ファイバ体17は、第1光ファイバ5と第2光ファイバ6に分けられる。   Thereafter, the coreless fiber portion 9 of the optical fiber body 17 is diced from a part of the peripheral surface of the base 12 to divide into the coreless fiber portions 9A and 9B, and has a plane portion inclined at an angle θ with respect to the optical axis 18. A recess 10 is formed. Accordingly, the optical fiber body 17 is divided into a first optical fiber 5 and a second optical fiber 6.

次に、あらかじめ作製したおいた偏光子2、ファラデー回転子3、偏光子4からなる光アイソレータ素子1を凹部10内に光軸18に対して角度φで紫外線熱併用型のアクリル系接着剤にて接着し、凹部10と光アイソレータ素子1の隙間に、ガラス転移温度TGが、TG<−40度程度と低い、エポキシ系の紫外線硬化型接着剤からなる透光性充填材11を充填し、硬化させることにより、本発明の光アイソレータM1を作製することができる。   Next, the optical isolator element 1 composed of the polarizer 2, the Faraday rotator 3, and the polarizer 4 prepared in advance is made into an ultraviolet heat combined acrylic adhesive at an angle φ with respect to the optical axis 18 in the recess 10. The gap between the recess 10 and the optical isolator element 1 is filled with a translucent filler 11 made of an epoxy-based ultraviolet curable adhesive having a glass transition temperature TG as low as TG <−40 degrees, By curing, the optical isolator M1 of the present invention can be manufactured.

第1ファイバ5および第2ファイバ6にシングルモードファイバ部7A、7Bの代わりに偏波保持ファイバ部7A’、7B’を使用する場合には、偏波保持ファイバ部7A’、グレイデッドインデックスファイバ部8A、コアレスファイバ部9、グレイデッドインデックスファイバ部8B、偏波保持ファイバ部7B’の順で融着接続し、光ファイバ体を作製する。次に円筒状のジルコニア製の基体12に予め貫通孔を形成しておき、その貫通孔に光ファイバ体をエポキシ系熱硬化型接着剤にて固定する。   When the polarization maintaining fiber portions 7A ′ and 7B ′ are used for the first fiber 5 and the second fiber 6 instead of the single mode fiber portions 7A and 7B, the polarization maintaining fiber portion 7A ′ and the graded index fiber portion 8A, the coreless fiber part 9, the graded index fiber part 8B, and the polarization maintaining fiber part 7B ′ are fusion-spliced in this order to produce an optical fiber body. Next, a through hole is formed in advance in the cylindrical zirconia base body 12, and the optical fiber body is fixed to the through hole with an epoxy thermosetting adhesive.

その後、ダイシングにより凹部10を形成するが、第1ファイバ5の偏波保持ファイバ71Aのスロー軸84、もしくはファースト軸85と凹部10の底面が平行となるように凹部10を形成する。その後は、シングルモードファイバ部7A’、7B’を使用する場合と同じ手順にて作製すればよい。   Then, although the recessed part 10 is formed by dicing, the recessed part 10 is formed so that the slow axis 84 of the polarization maintaining fiber 71A of the first fiber 5 or the first axis 85 and the bottom surface of the recessed part 10 are parallel. Thereafter, the same procedure as in the case of using the single mode fiber portions 7A 'and 7B' may be used.

また、第1光ファイバ5および第2光ファイバ6にコアレスファイバ部9A、9Bを設けない場合には、シングルモードファイバ部7A、グレイデッドインデックスファイバ部8A、8B、シングルモードファイバ部7Bの順で融着接続し、光ファイバ体を作製し、ダイシングの際にグレイデッドインデックスファイバ部8A、8Bが略同一の長さになるように凹部10を形成すればよい。   Further, when the coreless fiber portions 9A and 9B are not provided in the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6, the single mode fiber portion 7A, the graded index fiber portions 8A and 8B, and the single mode fiber portion 7B in this order. It is only necessary to form an optical fiber body by fusion splicing, and to form the concave portion 10 so that the graded index fiber portions 8A and 8B have substantially the same length during dicing.

本発明の第1の実施例について説明する。   A first embodiment of the present invention will be described.

まず、モードフィールド径が10μm、長さが1mの石英系シングルモードファイバ部7Aと、コア径105μm、長さが0.8mm、コア中心とクラッド境界付近における屈折率差が0.55%のグレイデッドインデックスファイバ部8Aと、長さが2mm、純石英でコアを持たないコアレスファイバ部9と、長さが0.8mmであり、グレイデッドインデックスファイバ部8Aと同様のパラメータを持つグレイデッドインデックスファイバ部8Bと、長さが1m、モードフィールド径が10μmの石英系シングルモードファイバ部7Bとを、上記した順に融着接続し光ファイバ体17を作製した。   First, a silica-based single mode fiber portion 7A having a mode field diameter of 10 μm and a length of 1 m, a core diameter of 105 μm, a length of 0.8 mm, and a gray index difference between the core center and the cladding boundary of 0.55%. Dead index fiber portion 8A, coreless fiber portion 9 having a length of 2 mm, pure silica and no core, and a graded index fiber having a length of 0.8 mm and the same parameters as graded index fiber portion 8A The optical fiber body 17 was fabricated by fusion splicing the portion 8B and a silica-based single mode fiber portion 7B having a length of 1 m and a mode field diameter of 10 μm in the order described above.

その後、光通信用に用いられるジルコニア製の外径1.249mm、内径0.126mm、長さ6.4mmの円筒状のフェルールを基体12として用い、その貫通孔に光ファイバ体17を挿入し、エポキシ系熱硬化型接着材にて固定した。   Thereafter, a cylindrical ferrule made of zirconia having an outer diameter of 1.249 mm, an inner diameter of 0.126 mm, and a length of 6.4 mm used for optical communication is used as the base body 12, and the optical fiber body 17 is inserted into the through hole. Fixed with an epoxy thermosetting adhesive.

次に、基体12の周面の一部から光ファイバ体17のコアレスファイバ部9の部分をダイシングにより、光ファイバ体17を第1光ファイバ5、第2光ファイバ6のように分断するとともに、基体12の表面に凹部10を形成した。なお、凹部10は、第1光ファイバ5の端面15と第2光ファイバ6の端面16が露出する凹部10の側面は平面であり、また、その角度は光軸18に対して角度θになるように形成したため、第1光ファイバ5の端面15と第2光ファイバ6の端面16は、光軸18に対して角度θになるように形成されていることになる。   Next, the portion of the coreless fiber portion 9 of the optical fiber body 17 is parted from a part of the peripheral surface of the base body 12 to divide the optical fiber body 17 like the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6, and A recess 10 was formed on the surface of the substrate 12. In the recess 10, the side surface of the recess 10 where the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 are exposed is a plane, and the angle thereof is an angle θ with respect to the optical axis 18. Thus, the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 are formed to have an angle θ with respect to the optical axis 18.

さらに、第1の偏光子2、ファラデー回転子3、第2の偏光子4からなる光アイソレータ素子1を凹部10内にUV熱併用型のアクリル系接着剤にて接着し、隙間に透光性充填材11としてエポキシ系の低TG(TG<−50度)の紫外線硬化型接着剤を充填した。第1偏光子2、および第2の偏光子4は、大きさが0.3×0.4mm、厚みが0.2mmの銀粒子等の誘電体粒子を内包させたガラス基板で構成され、ファラデー回転子3は、大きさが0.3mm×0.4mm、厚みが0.4mmのガーネット製のものを使用した。ここで、透光性充填材11の屈折率は1.48、コアレスファイバ部の屈折率は1.45であり、透光性充填材11のコアレスファイバ部9に対する相対屈折率は1.03である。なお、光アイソレータ素子1は、光軸18に対して光アイソレータ素子1の光の入射面21の角度が角度θになるように形成した。   Further, the optical isolator element 1 composed of the first polarizer 2, the Faraday rotator 3, and the second polarizer 4 is bonded in the recess 10 with a UV heat combined acrylic adhesive, and the light-transmitting property is provided in the gap. The filler 11 was filled with an epoxy-based low TG (TG <-50 degrees) UV curable adhesive. The first polarizer 2 and the second polarizer 4 are formed of a glass substrate in which dielectric particles such as silver particles having a size of 0.3 × 0.4 mm and a thickness of 0.2 mm are encapsulated. The rotor 3 was made of garnet having a size of 0.3 mm × 0.4 mm and a thickness of 0.4 mm. Here, the refractive index of the translucent filler 11 is 1.48, the refractive index of the coreless fiber portion is 1.45, and the relative refractive index of the translucent filler 11 with respect to the coreless fiber portion 9 is 1.03. is there. The optical isolator element 1 was formed such that the angle of the light incident surface 21 of the optical isolator element 1 with respect to the optical axis 18 was an angle θ.

そして、角度θおよび角度φを変化させ、複数のサンプル(試料番号1〜11)を作製し、各サンプルの光の挿入損失および光の反射減衰量を評価した。その結果を表1に示す。   And the angle (theta) and angle (phi) were changed, the several sample (sample number 1-11) was produced, and the insertion loss of the light of each sample and the return loss of light were evaluated. The results are shown in Table 1.

ここで、光の挿入損失は、入射光ファイバ13から波長1310nmの光を偏波コントローラにて偏波を変化させながら入射させ、出射光ファイバから出力される光をディテクタで読みとり、偏波を変化させたときの光の挿入損失の最小値を読みとった。なお、挿入損失は、角度φが90度、角度θが90度の時の挿入損失を基準値0dBとし、それに対する変化量とした。   Here, the insertion loss of light is incident on the incident optical fiber 13 with light having a wavelength of 1310 nm while changing the polarization by the polarization controller, and the light output from the outgoing optical fiber is read by the detector to change the polarization. The minimum value of the insertion loss of the light was measured. Note that the insertion loss when the angle φ is 90 degrees and the angle θ is 90 degrees is set to a reference value of 0 dB, and the amount of change with respect to the insertion loss.

また、光の反射減衰量は、プレシジョンリフレクトメータを用いて入射光ファイバ13から波長1310nmの光を入射させ、反射戻り光が最大となる反射光の値を読みとった。結果は表1に示す。

Figure 0004854251
The reflection loss of light was obtained by making the light having a wavelength of 1310 nm incident from the incident optical fiber 13 using a precision reflectometer and reading the value of the reflected light that maximized the reflected return light. The results are shown in Table 1.
Figure 0004854251

表1に示すように、本発明の比較例である試料番号1は、光の挿入損失の発生は防止できたが、反射戻り光20を防止することができなかったため、反射減衰量が27dBとなり、反射減衰量は30dB以下と小さかった。また、試料番号2では、角度φが角度θより大きかったため、光のアイソレーション特性を示す反射減衰量は向上したが、光アイソレータ素子を通過した光のビームシフトを補正することができなかったため、光の挿入損失が0.55dBのように大きくなった。   As shown in Table 1, Sample No. 1, which is a comparative example of the present invention, was able to prevent the occurrence of light insertion loss, but could not prevent the reflected return light 20, so the return loss was 27 dB. The return loss was as small as 30 dB or less. In Sample No. 2, since the angle φ was larger than the angle θ, the reflection attenuation indicating the light isolation characteristic was improved, but the beam shift of the light that passed through the optical isolator element could not be corrected. The optical insertion loss increased to 0.55 dB.

これに対して本発明の第1の実施例(試料番号4〜13)は、角度θが角度φより大きくしたため、光アイソレータ素子1から生じる反射戻り光20が第1光ファイバに導入されるのを抑制するとともに、光アイソレータ素子を通過した光のビームシフトを補正することができたため、反射減衰量を向上させ、かつ光の挿入損失を抑制することができた。さらに、試料番号4〜11では、角度φが90.5度〜92.0度であり、角度θが98度〜102度であったため、反射減衰量をさらに向上させ、かつ光の挿入損失をさらに抑制することができた。   On the other hand, in the first embodiment (sample numbers 4 to 13) of the present invention, the angle θ is larger than the angle φ, so that the reflected return light 20 generated from the optical isolator element 1 is introduced into the first optical fiber. In addition, it was possible to correct the beam shift of the light that passed through the optical isolator element, thereby improving the return loss and suppressing the light insertion loss. Further, in sample numbers 4 to 11, the angle φ was 90.5 degrees to 92.0 degrees and the angle θ was 98 degrees to 102 degrees, so that the return loss was further improved and the insertion loss of light was reduced. Further suppression was possible.

以上の結果から、第1光ファイバ5と、該第1光ファイバ5から導出される光が光学的に結合される第2光ファイバ6と、前記第1光ファイバ5と前記第2光ファイバ6との間に、前記光の入射面21が光軸18に対して角度φで傾斜する光アイソレータ素子1を備え、前記光アイソレータ素子1の前記光の入射面21に対向する前記第1光ファイバの端面15は、前記光軸18に対して角度θで傾斜し、前記角度φと前記角度θとの間には、φ<θの関係とすることで、挿入損失の増加を抑制するとともに、反射戻り光を防止することができる。   From the above results, the first optical fiber 5, the second optical fiber 6 to which the light derived from the first optical fiber 5 is optically coupled, the first optical fiber 5 and the second optical fiber 6 are combined. The optical isolator element 1 having the light incident surface 21 inclined at an angle φ with respect to the optical axis 18, and the first optical fiber facing the light incident surface 21 of the optical isolator element 1. The end face 15 is inclined at an angle θ with respect to the optical axis 18, and an increase in insertion loss is suppressed by having a relationship of φ <θ between the angle φ and the angle θ, Reflected return light can be prevented.

次に、第1光ファイバ5に偏波保持ファイバ7A’を使用した光アイソレータM1と第1光ファイバ5にシングルモードファイバ7Aを使用した光アイソレータM1に対し、それぞれ振動試験を実施し、出射光ファイバ14からの出力光の変動量を検証した。   Next, a vibration test was performed on the optical isolator M1 using the polarization maintaining fiber 7A ′ for the first optical fiber 5 and the optical isolator M1 using the single mode fiber 7A for the first optical fiber 5, respectively. The fluctuation amount of the output light from the fiber 14 was verified.

まず、本発明の第2の実施例(試料番号14〜17)として、長さが10cm、モードフィールド径が10μmの石英系偏波保持ファイバ7A’と、コア径105μm、長さが0.8mm、コア中心とクラッド境界付近における屈折率差が0.55%のグレイデッドインデックスファイバ8Aと、長さが2mm、純石英でコアを持たないコアレスファイバ9と、長さが0.8mmであり、グレイデッドインデックスファイバ8Aと同様のパラメータを持つグレイデッドインデックスファイバ8Bと、長さが1m、モードフィールド径が10μmの石英系シングルモードファイバ7Bと、を上記した順に融着接続し光ファイバ体17を作製した。   First, as a second embodiment (sample numbers 14 to 17) of the present invention, a silica-based polarization maintaining fiber 7A ′ having a length of 10 cm and a mode field diameter of 10 μm, a core diameter of 105 μm, and a length of 0.8 mm. , A graded index fiber 8A having a refractive index difference of 0.55% near the core center and the cladding boundary, a coreless fiber 9 having a length of 2 mm and having no core with pure quartz, and a length of 0.8 mm, A graded index fiber 8B having the same parameters as the graded index fiber 8A and a silica-based single mode fiber 7B having a length of 1 m and a mode field diameter of 10 μm are fusion-spliced in the order described above to form an optical fiber body 17. Produced.

また、本発明の第3の実施例(試料番号19〜21)として、偏波保持ファイバ7A’の代わりに、長さが10cm、モードフィールド径が10μmの石英系シングルモードファイバ7Aを融着接続した光ファイバ体17を作製した。   Further, as a third embodiment (sample numbers 19 to 21) of the present invention, instead of the polarization maintaining fiber 7A ′, a fused single mode fiber 7A having a length of 10 cm and a mode field diameter of 10 μm is fused. The optical fiber body 17 was produced.

その後、それぞれの光ファイバ体17を光通信用に用いられるジルコニア製の外径1.249mm、内径0.126mm、長さ6.4mmの円筒状のフェルールを基体12として用い、その貫通孔に光ファイバ体17を挿入し、エポキシ系熱硬化型接着材にて固定した。なお、本発明の第2、3の実施例においては、グレイデッドインデックスファイバ部8A、グレイデッドインデックスファイバ部8B、コアレスファイバ部9A、およびコアレスファイバ部9Bは、基体12の内部に保持されている。一方、光の入射側に設けられる第1光ファイバ5の一部を構成する偏波保持ファイバ7A’(第2の実施例)とシングルモードファイバ7B(第3の実施例)は、基体12の端面から突出させて、入射光ファイバ13とした。また、本発明の第2、3の実施例においては、光の出射側に設けられる第2光ファイバ6の一部を構成するシングルモードファイバ7Bは、基体12の端面から突出させて、出射光ファイバ14とした。   Thereafter, each optical fiber body 17 is a cylindrical ferrule made of zirconia having an outer diameter of 1.249 mm, an inner diameter of 0.126 mm, and a length of 6.4 mm, which is used for optical communication. The fiber body 17 was inserted and fixed with an epoxy thermosetting adhesive. In the second and third embodiments of the present invention, the graded index fiber portion 8A, the graded index fiber portion 8B, the coreless fiber portion 9A, and the coreless fiber portion 9B are held inside the substrate 12. . On the other hand, the polarization maintaining fiber 7A ′ (second embodiment) and the single mode fiber 7B (third embodiment) constituting a part of the first optical fiber 5 provided on the light incident side of the base 12 The incident optical fiber 13 was projected from the end face. Further, in the second and third embodiments of the present invention, the single mode fiber 7B constituting a part of the second optical fiber 6 provided on the light emission side is projected from the end face of the base 12 to emit the emitted light. Fiber 14 was obtained.

次に、基体12の周面の一部から光ファイバ体17のコアレスファイバ9の部分をダイシングにより、光ファイバ体17を第1光ファイバ5(偏波保持ファイバ部7A’もしくはシングルモードファイバ部7A、グレイデッドインデックスファイバ部8A、コアレスファイバ部9A)、第2光ファイバ6(コアレスファイバ部9B、グレイデッドインデックスファイバ部8B、シングルモードファイバ部7B)のように分断するとともに、基体12の表面に凹部10を形成した。なお、凹部10は、第1光ファイバ5の端面15と第2光ファイバ6の端面16が露出する凹部10の側面は平面であり、また、その角度は光軸18に対して角度が100度になるように形成したため、第1光ファイバ5の端面15と第2光ファイバ6の端面16は、光軸18に対する角度θが100度になるように傾斜して形成されていることになる。   Next, the portion of the coreless fiber 9 of the optical fiber body 17 from a part of the peripheral surface of the substrate 12 is diced to change the optical fiber body 17 into the first optical fiber 5 (the polarization maintaining fiber portion 7A ′ or the single mode fiber portion 7A). And the second optical fiber 6 (coreless fiber portion 9B, graded index fiber portion 8B, single mode fiber portion 7B), and the surface of the substrate 12 is divided into portions such as a graded index fiber portion 8A and a coreless fiber portion 9A). A recess 10 was formed. The concave portion 10 is flat on the side surface of the concave portion 10 where the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 are exposed, and the angle with respect to the optical axis 18 is 100 degrees. Therefore, the end face 15 of the first optical fiber 5 and the end face 16 of the second optical fiber 6 are formed so as to be inclined so that the angle θ with respect to the optical axis 18 becomes 100 degrees.

さらに、第1の偏光子2、ファラデー回転子3、第2の偏光子4からなる光アイソレータ素子1を凹部10内にUV熱併用型のアクリル系接着剤にて接着し、隙間に透光性充填材11としてエポキシ系の低TG(TG<−50度)の紫外線硬化型接着剤を充填した。第1の偏光子、および第2の偏光子は、大きさが0.3×0.4mm、厚みが0.2mmの銀粒子等の誘電体粒子を内包させたガラス基板で構成され、ファラデー回転子は、大きさが0.3mm×0.4mm、厚みが0.4mmのガーネット製のものを使用した。ここで、透光性充填材11の屈折率は1.48、コアレスファイバの屈折率は1.45であり、透光性充填材11のコアレスファイバ9に対する相対屈折率は1.03である。なお、光アイソレータ素子1は、光軸18に対して光アイソレータ素子1の光の入射面21の角度φが91.5度になるように配置した。   Further, the optical isolator element 1 composed of the first polarizer 2, the Faraday rotator 3, and the second polarizer 4 is bonded in the recess 10 with a UV heat combined acrylic adhesive, and the light-transmitting property is provided in the gap. The filler 11 was filled with an epoxy-based low TG (TG <-50 degrees) UV curable adhesive. The first polarizer and the second polarizer are composed of a glass substrate enclosing dielectric particles such as silver particles having a size of 0.3 × 0.4 mm and a thickness of 0.2 mm, and are rotated by Faraday rotation. A child made of garnet having a size of 0.3 mm × 0.4 mm and a thickness of 0.4 mm was used. Here, the refractive index of the translucent filler 11 is 1.48, the refractive index of the coreless fiber is 1.45, and the relative refractive index of the translucent filler 11 with respect to the coreless fiber 9 is 1.03. The optical isolator element 1 is arranged so that the angle φ of the light incident surface 21 of the optical isolator element 1 with respect to the optical axis 18 is 91.5 degrees.

最後に、上記で作製した光アイソレータM1の入射光ファイバ13の端部に曲率半径10μmの先球91を形成した後に、入射光ファイバ13をLD112が収納されている筺体118に固定し、図9に示す光モジュールを作製した。   Finally, after the tip sphere 91 having a radius of curvature of 10 μm is formed at the end of the incident optical fiber 13 of the optical isolator M1 manufactured as described above, the incident optical fiber 13 is fixed to the housing 118 in which the LD 112 is accommodated. The optical module shown in FIG.

そして、得られた光モジュール(試料番号14〜21)について、以下のような振動試験を行い、出射光ファイバ14からの出力光の変動量を検証した。   And about the obtained optical module (sample number 14-21), the following vibration tests were done and the variation | change_quantity of the output light from the output optical fiber 14 was verified.

まず、各光モジュールの光の出力パワーを光パワーメータにて読みとり、その後、各モジュールを振動試験にかけた。振動試験は、米国防総省規格MIL-STD-883 method2007の試験条件Aにて実施した。具体的には、光モジュールを単振動で振動させることができる振動板に取り付け、ピーク加速度が20g(gは重力加速度)となる単振動で振動させる。このとき、振動数は20〜2000Hzでほぼ対数的に変化させる。そして、20〜2000Hzまでの全振動数範囲の通過及び20Hzへの復帰は4分以上であることとし、このサイクルは、X、Y、Zの3方向に対して、各4回(計12回)振動させた。この振動試験の後、振動板から光モジュールを離脱し、光モジュールの出力パワーを再度読みとり、光の減衰量を測定した。結果を表2に示す。

Figure 0004854251
First, the light output power of each optical module was read with an optical power meter, and then each module was subjected to a vibration test. The vibration test was performed under test conditions A of the US Department of Defense standard MIL-STD-883 method2007. Specifically, the optical module is attached to a diaphragm that can be vibrated by simple vibration, and is vibrated by simple vibration with a peak acceleration of 20 g (g is gravitational acceleration). At this time, the vibration frequency is changed approximately logarithmically between 20 and 2000 Hz. Then, the passage of the entire frequency range from 20 to 2000 Hz and the return to 20 Hz are assumed to be 4 minutes or more, and this cycle is performed four times each in three directions of X, Y, and Z (12 times in total). ) Vibrated. After this vibration test, the optical module was detached from the diaphragm, the output power of the optical module was read again, and the amount of light attenuation was measured. The results are shown in Table 2.
Figure 0004854251

表2に示すように、本発明の第2の実施例(試料番号14〜17)は、第1光ファイバ5に偏波保持ファイバ部7A’を設けたため、光モジュールを振動させて第1光ファイバ5に外力が発生して位置ずれや曲げが生じても、光の偏波面の回転を抑制することが可能となった。これにより、第1偏光子2における光の吸収が低減され、出力光の変動が本発明の第3の実施例に比べて小さくすることができた。   As shown in Table 2, in the second embodiment (sample numbers 14 to 17) of the present invention, since the polarization maintaining fiber portion 7A ′ is provided in the first optical fiber 5, the optical module is vibrated to generate the first light. Even if an external force is generated in the fiber 5 to cause displacement or bending, the rotation of the polarization plane of light can be suppressed. As a result, the absorption of light in the first polarizer 2 is reduced, and the fluctuation of the output light can be reduced as compared with the third embodiment of the present invention.

本発明の光アイソレータを示すものであり、(a)は断面図、(b)は(a)のX−X’における横断面図である。1 shows an optical isolator according to the present invention, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is a cross-sectional view taken along line X-X ′ of (a). 本発明の他の実施形態を示すものであり、(a)は断面図、(b)は(a)のX−X’における横断面図である。4A and 4B show another embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 本発明の光アイソレータを透過する光の態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the aspect of the light which permeate | transmits the optical isolator of this invention. 第1光ファイバから出射する光の態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the aspect of the light radiate | emitted from a 1st optical fiber. 本発明の光アイソレータの製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the optical isolator of this invention. 本発明の他の実施形態を示すものであり、(a)は断面図、(b)は(a)のX−X’における横断面図である。4A and 4B show another embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 本発明の他の実施形態を示すものであり、(a)は断面図、(b)は(a)のX−X’における横断面図である。4A and 4B show another embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 光ファイバの端面を示すものであり、(a)はシングルモードファイバ部の断面図、(b)は偏波保持ファイバ部の断面図である。The end surface of an optical fiber is shown, (a) is sectional drawing of a single mode fiber part, (b) is sectional drawing of a polarization maintaining fiber part. 本発明の光アイソレータの構成と動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining a structure and operation | movement of the optical isolator of this invention. 従来の光アイソレータを示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a conventional optical isolator. 従来の光アイソレータを透過する光の態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the aspect of the light which permeate | transmits the conventional optical isolator. 従来の光アイソレータを示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a conventional optical isolator. 従来の光アイソレータを透過する光の態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the aspect of the light which permeate | transmits the conventional optical isolator. 従来の光アイソレータの構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the structure of the conventional optical isolator. 従来の光アイソレータの構成と動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure and operation | movement of the conventional optical isolator.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・光アイソレータ素子
2・・・第1偏光子
3・・・ファラデー回転子
4・・・第2偏光子
5・・・第1光ファイバ
6・・・第2光ファイバ
7A、7B・・・シングルモードファイバ部
7A’、7B’・・・偏波保持ファイバ部
8A、8B・・・グレイテッドインデックスファイバ部
9A、9B・・・コアレスファイバ部
10・・・凹部
11・・・透過性充填材
12・・・基体
13・・・入射光ファイバ
14・・・出射光ファイバ
15、16・・端面
17・・・光ファイバ体
18・・・光軸
19・・・透過光
20・・・反射戻り光
21・・・入射面
22・・・出射面
31、32・・・境界面
81・・・クラッド
82・・・コア
83・・・応力付与部
84・・・スロー軸
85・・・ファースト軸
91・・・先球
111・・・PD(フォトダイオード)
112・・・LD(レーザーダイオード)
113・・・レンズ
114・・・光アイソレータ
115・・・レンズ
116・・・光ファイバ
117・・・LDモジュール
118・・・筺体
M1、M2・・・光アイソレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical isolator element 2 ... 1st polarizer 3 ... Faraday rotator 4 ... 2nd polarizer 5 ... 1st optical fiber 6 ... 2nd optical fiber 7A, 7B. ..Single mode fiber parts 7A ', 7B' ... Polarization-maintaining fiber parts 8A, 8B ... Graded index fiber parts 9A, 9B ... Coreless fiber parts 10 ... Concave parts 11 ... Transmissivity Filler 12 ... Substrate 13 ... Incoming optical fiber 14 ... Outgoing optical fiber 15, 16, ... End face 17 ... Optical fiber body 18 ... Optical axis 19 ... Transmitted light 20 ... Reflected return light 21... Entrance surface 22 .. exit surface 31, 32... Boundary surface 81 .. clad 82... Core 83. First axis 91 ... tip ball 111 ... PD (photo die Over de)
112 ... LD (laser diode)
113 ... Lens 114 ... Optical isolator 115 ... Lens 116 ... Optical fiber 117 ... LD module 118 ... Enclosure M1, M2 ... Optical isolator

Claims (5)

第1光ファイバと、該第1光ファイバから導出される光が光学的に結合される第2光ファイバと、前記第1光ファイバと前記第2光ファイバとの間に、前記光の入射面が光軸に対して角度φで傾斜する光アイソレータ素子と、前記第1光ファイバと前記光アイソレータ素子との間に充填された透過性充填材とを備え、
前記第1光ファイバおよび前記第2光ファイバが、それぞれシングルモードファイバ部、グレーデットインデックスファイバ部およびコアレスファイバ部を備え、前記光アイソレータ素子側から、前記コアレスファイバ部、前記グレーデットインデックスファイバ部、前記シングルモードファイバ部の順で互いに融着接続されて構成されており、
前記透過性充填材の屈折率が前記コアレスファイバ部の屈折率に対して1.02〜1.10倍であって、前記光アイソレータ素子の前記入射面と対向する前記第1光ファイバの端面および前記光アイソレータ素子の前記出射面と対向する前記第2光ファイバの端面は、前記光軸に対して前記光アイソレータ素子の傾斜方向とは反対側に角度θで傾斜する平面部を含んで構成され、前記角度φと前記角度θとの間に、φ<θの関係が成り立ち、前記角度φが90.5度〜92.0度であり、前記角度θが98.0度〜102.0度であることを特徴とする光アイソレータ。
A light incident surface between the first optical fiber, a second optical fiber to which light derived from the first optical fiber is optically coupled, and the first optical fiber and the second optical fiber. Including an optical isolator element inclined at an angle φ with respect to the optical axis, and a transmissive filler filled between the first optical fiber and the optical isolator element,
The first optical fiber and the second optical fiber each include a single mode fiber part, a graded index fiber part, and a coreless fiber part, and from the optical isolator element side, the coreless fiber part, the graded index fiber part, The single mode fiber portion is configured to be fusion spliced together in the order,
The refractive index of the transparent filler is a 1.02 to 1.10 times the refractive index of the coreless fiber section, an end face of the first optical fiber that faces the incident surface of the optical isolator element and The end surface of the second optical fiber facing the emission surface of the optical isolator element includes a flat portion that is inclined at an angle θ on the opposite side of the optical isolator element from the inclination direction of the optical isolator element. , between said angle phi the angle theta, phi <relationship is made elevational Chi of theta, the angle phi is 90.5 degrees ~92.0 degrees, the angle theta is 98.0 degrees to 102. An optical isolator characterized by 0 degrees .
前記第1光ファイバと前記第2光ファイバを内部で保持する基体を備え、
該基体の表面に開口する凹部が設けられるとともに、前記基体の内部に、前記凹部に連通する一対の内孔が設けられ、該一対の内孔に前記第1光ファイバおよび前記第2光ファイバを嵌挿した上、前記凹部の底面に前記光アイソレータ素子を配置したことを特徴とする請求項1に記載の光アイソレータ。
A base for holding the first optical fiber and the second optical fiber inside;
A recess opening on the surface of the base is provided, and a pair of inner holes communicating with the recess is provided in the base, and the first optical fiber and the second optical fiber are provided in the pair of inner holes. after having fitted inserted, the optical isolator according to claim 1, characterized in that a said optical isolator element to the bottom surface of the recess.
前記第1光ファイバは、光の入射側に第1偏波保持ファイバ部をさらに備えて構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光アイソレータ。 3. The optical isolator according to claim 1, wherein the first optical fiber further includes a first polarization maintaining fiber portion on a light incident side. 4. 前記第2光ファイバは、光の出射側に第2偏波保持ファイバ部をさらに備えて構成されていることを特徴とする請求項に記載の光アイソレータ。 4. The optical isolator according to claim 3 , wherein the second optical fiber further includes a second polarization maintaining fiber portion on a light emission side. 5. 前記第1偏波保持ファイバ部および/または前記第2偏波保持ファイバ部は、その一端を前記基体の端面から突出させた上、前記基体の内部に保持されることを特徴とする請求項3または4に記載の光アイソレータ。 Said first polarization maintaining fiber section and / or said second polarization maintaining fiber section, claim 3 in which the upper one end is protruded from the end face of the base body, characterized in that it is held inside the base body Or the optical isolator of 4 .
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